JP2012199573A - Silicon carbide single crystal wafer - Google Patents

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辰雄 藤本
Noboru Otani
昇 大谷
Kohei Tatsumi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide single crystal wafer capable of increasing a wafer area portion available for device manufacturing, and avoiding increasing working load in response to increase of wafer diameter.SOLUTION: A silicon carbide single crystal wafer comprises a working missing part whose total area size is small, or a working missing part which has a notch like shape with an asymmetric shape at a specific direction end of the wafer.

Description

本発明は、炭化珪素単結晶ウェハに関するものである。本発明の炭化珪素単結晶ウェハは、主に各種電子デバイス等の製造用基板として用いられる。   The present invention relates to a silicon carbide single crystal wafer. The silicon carbide single crystal wafer of the present invention is mainly used as a substrate for manufacturing various electronic devices and the like.

炭化珪素(SiC)は、優れた半導体特性、耐熱性及び機械的強度等から、特に大電力制御用パワーデバイスをはじめとする各種半導体デバイスの基板材料として注目を集めている。SiC単結晶インゴットより切断及び研磨工程等々を経て作製されたSiC単結晶ウェハを使用して、GaN系青色発光ダイオードやショットキーバリアダイオード等が開発されており、その一部については既に商品化されるに至っている。また他方で、窒化ガリウム(GaN)系高周波デバイス、及びMOSFETに代表される、損失の少ないパワーデバイス等々も試作されるに及んでいる。このような各種のデバイスの製造に適した、2インチ(約50mm)以上の口径を有するSiC単結晶インゴットは、目下のところ、改良レーリー法と称される昇華再結晶法によって製造されることが主流となっている(非特許文献1)。   Silicon carbide (SiC) is attracting attention as a substrate material for various semiconductor devices including power devices for high power control, due to its excellent semiconductor properties, heat resistance, mechanical strength, and the like. GaN-based blue light-emitting diodes and Schottky barrier diodes have been developed using SiC single crystal wafers that have been cut and polished from SiC single crystal ingots. Some of these have already been commercialized. Has reached the point. On the other hand, gallium nitride (GaN) -based high-frequency devices, power devices with low loss, such as MOSFETs, etc. are being prototyped. A SiC single crystal ingot having a diameter of 2 inches (about 50 mm) or more suitable for manufacturing such various devices is currently manufactured by a sublimation recrystallization method called an improved Rayleigh method. It has become mainstream (Non-Patent Document 1).

耐圧特性及び動作信頼性に優れるパワーデバイス用を製造するための要件の一つとして、使用するウェハについて、その結晶性が高い、すなわち、デバイス特性に致命的な影響を及ぼす転位欠陥の密度が極力小さいことが必要である。SiC単結晶の場合、特徴的な欠陥として、マイクロパイプ欠陥が知られている。マイクロパイプ欠陥とは、特にバーガースベクトルの大きな螺旋転位の中心部分に微細な穴が貫通したものであり、本欠陥が存在すると、高電圧印加下で電流リークの発生原因となるため、デバイスの耐圧特性等に深刻な影響を与えてしまう。従って、SiC単結晶の場合、マイクロパイプ欠陥密度をできる限り低減化することが、デバイスを製造する上で重要である。近年、単結晶製造に関して、安定製造技術が進捗し、単位面積(1cm2)当たりのマイクロパイプ欠陥の数が数個以下の、良質な単結晶が報告されるに及んでいる(非特許文献2)。 One of the requirements for manufacturing power devices with excellent breakdown voltage characteristics and operational reliability is that the wafers used have high crystallinity, that is, the density of dislocation defects that have a fatal effect on device characteristics. It needs to be small. In the case of SiC single crystal, micropipe defects are known as characteristic defects. A micropipe defect is a microscopic hole penetrating in the center of a screw dislocation with a large Burgers vector, and the presence of this defect causes current leakage under high voltage application. This will seriously affect the characteristics. Therefore, in the case of a SiC single crystal, it is important for manufacturing a device to reduce the micropipe defect density as much as possible. In recent years, with respect to single crystal production, stable production techniques have progressed, and high-quality single crystals having a number of micropipe defects per unit area (1 cm 2 ) or less have been reported (Non-patent Document 2). ).

他方、商品化に向けた開発進捗が著しいSiCショットキーバリアダイオード等々では、1回の製造プロセスでウェハ1枚から製造されるダイオードの数をできる限り大きくすることが、デバイスのコストを含めた生産性の観点から重要になる。ウェハ1枚から製造される、正常に機能するデバイスの数は、ウェハ1枚からのデバイスの取れ個数と、その中で正常に機能するデバイスの個数割合で決定される。前者は、デバイスに要求される性能特性からデザインされたデバイス寸法で決定され、取れ個数を大きくする方法の一つとしては、ウェハの大口径化が挙げられる。近年、SiC単結晶製造技術が進捗し、口径4インチ(約100mm)に及ぶSiC結晶の大口径化が実現しつつある(非特許文献3)。一方後者の、正常に機能するデバイスの個数割合は、デバイス歩留まりと一般的には称され、その歩留まり向上には、デバイス特性に深刻な影響を与え得る各種の転位欠陥の密度を、できる限り低減化することが重要である。   On the other hand, for SiC Schottky barrier diodes, etc., where development progress toward commercialization is remarkable, production including the cost of devices can be achieved by increasing the number of diodes manufactured from one wafer as much as possible in one manufacturing process. It becomes important from the viewpoint of sex. The number of normally functioning devices manufactured from one wafer is determined by the number of devices that can be taken from one wafer and the ratio of the number of normally functioning devices. The former is determined by the device dimensions designed from the performance characteristics required for the device, and one way to increase the number of wafers is to increase the wafer diameter. In recent years, SiC single crystal manufacturing technology has progressed, and an increase in SiC crystal diameter of 4 inches (about 100 mm) is being realized (Non-patent Document 3). On the other hand, the ratio of the number of normally functioning devices is generally referred to as device yield. To improve the yield, the density of various dislocation defects that can seriously affect device characteristics is reduced as much as possible. Is important.

Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, vol.52 (1981) pp.146Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, vol.52 (1981) pp.146 A. H. Powell, et al., Material Science Forum, vol.457-460(2004) pp.41A. H. Powell, et al., Material Science Forum, vol.457-460 (2004) pp.41 C. H. Carter, et al., FEDジャーナル, vol.11 (2000) pp.7C. H. Carter, et al., FED Journal, vol.11 (2000) pp.7

ウェハの大口径化は、ウェハ1枚当たりのデバイス取れ個数を向上する有効な手段であるが、口径4インチ(約100mm)に及ぶ大口径SiC単結晶を、その結晶品質について、例えば口径2インチ(約50mm)のSiC単結晶において現状実現されているレベルと同等の高い結晶品質を、必ずしも十分に安定的に実現できていないという実情がある。即ち、2000℃超の高温域にて行われるSiC単結晶製造においては、成長するSiC単結晶の口径が大きくなるにつれ、単結晶成長時の動径方向の温度分布が最適になるように制御することが著しく困難になる等の、製造条件での制約が顕現化し易く、このため、マイクロパイプ欠陥を含む各種の転位欠陥密度の低減化を安定して実現することが困難になり易いなどの事情があるためである。高品質結晶が十分に実現されていない大口径ウェハを用いると、残留するマイクロパイプ欠陥等々の結晶欠陥がデバイス特性に問題を引き起こすため、ウェハの大口径化を行っても、それに相応した、正常動作するデバイスの取れ個数について、十分な向上効果が必ずしも得られない場合が、SiC単結晶では起こり得る。   Increasing the diameter of a wafer is an effective means of improving the number of devices that can be obtained per wafer. A large-diameter SiC single crystal with a diameter of 4 inches (about 100 mm) can be used for its crystal quality, for example, a diameter of 2 inches. There is a situation that a high crystal quality equivalent to the level currently realized in a SiC single crystal (about 50 mm) cannot always be realized sufficiently stably. In other words, in SiC single crystal manufacturing performed in a high temperature region exceeding 2000 ° C., control is performed so that the radial temperature distribution during single crystal growth is optimized as the diameter of the growing SiC single crystal increases. It is easy to realize restrictions on manufacturing conditions, such as making it extremely difficult, and for this reason, it is difficult to stably realize a reduction in the density of various dislocation defects including micropipe defects. Because there is. If a large-diameter wafer in which high-quality crystals are not sufficiently realized is used, crystal defects such as residual micropipe defects will cause problems in device characteristics. A sufficient improvement effect cannot always be obtained with respect to the number of devices that can be operated, but this may occur in a SiC single crystal.

一方、シリコン(Si)ウェハの場合、300mmに及ぶ大口径単結晶ウェハが既に実用化されている。Siウェハでは、口径が8インチ(200mm)程度までのウェハの場合、単結晶ウェハの結晶方位を識別する方法として、半月形の加工欠損部、即ちオリフラ(オリエンテーションフラットの略称)を、加工により付与する方法が採用されていた。しかしながら、結晶の大口径化に伴い、オリフラ加工時の加工負荷軽減等々の目的から、300mmに及ぶ大口径単結晶ウェハでは、ノッチと呼ばれる加工欠損部を特定の結晶方位のウェハ端に付与することがほぼ行われている。これらの形状や寸法仕様については、標準仕様が提案されており、その詳細については、例えばSEMI (Semiconductor Equipments and Materials International) Standardsに明記されている(例えば、BOOK OF SEMI STANDARDS 1999 日本語版 第5分冊 材料・トレーサビリティ・FDP、p.1〜57)。   On the other hand, in the case of a silicon (Si) wafer, a large-diameter single crystal wafer having a diameter of 300 mm has already been put into practical use. For Si wafers, when the wafer diameter is about 8 inches (200 mm), as a method of identifying the crystal orientation of a single crystal wafer, a half-moon shaped defect, that is, orientation flat (abbreviation of orientation flat) is given by processing The method to do was adopted. However, as the diameter of the crystal increases, for the purpose of reducing the processing load during orientation flat processing, for large-diameter single crystal wafers up to 300 mm, a processing defect called a notch is added to the end of the wafer with a specific crystal orientation. Is almost done. Standard specifications have been proposed for these shape and dimensional specifications, and details are specified in, for example, SEMI (Semiconductor Equipments and Materials International) Standards (for example, BOOK OF SEMI STANDARDS 1999 Volume Materials / Traceability / FDP, p.1-57).

上記した方法は、SiC単結晶ウェハにも適用可能である。しかしながら、SiC単結晶の場合は、Si単結晶には無い、材料上の考慮すべき事情が存在する。
SiCは極性結晶であるため、例えば、六方晶系の結晶構造を有する4Hや6HポリタイプからなるSiC単結晶から、c軸([0001]軸)に垂直な結晶面、即ちc面({0001}面)をウェハ面となるように単結晶ウェハを切り出した場合、一方のウェハ面はシリコン(Si)原子で終端するSi面、他方の面はカーボン(C)原子で終端するC面で構成され、それぞれのウェハ面について、その物理的及び化学的な性質が異なることが知られている(W. F. Nippenberg, Philips Res. Reports, 18 (1963) p.161)。同様な現象は、立方晶系の結晶構造を有する3Cポリタイプの<111>軸に垂直な結晶面についても発現し得る。そのような異なる性質の一例として、例えば、4Hあるいは6HポリタイプのC面単結晶ウェハを、約500℃に加熱溶融した水酸化カリウム(KOH)に浸漬することでエッチングが可能であるが、エッチング態様には、上記の原子面構造の違いを反映した面極性依存性が発現する。特に、転位の種別判定やその密度分散状況を調べる目的の場合は、Si面のエッチングが有効であり、転位欠陥の種類に応じて異なるエッチピットが現れるが、C面エッチングでは転位の種別をエッチングによって判定することは困難である (S. Amelinckx, et al., J. Appl. Phys. 31 (1990) p.1359)。また、他の例としては、SiC単結晶薄膜を化学気相蒸着法(CVD法)等によってエピタキシャル成長する場合にも面極性依存性が存在し、例えば、成膜時の膜中への窒素不純物取り込み量が、C面上に成膜する場合に一般的に大きくなる(T. Kimoto, et al., Appl. Phys. Lett. 67 (1995) p.2385)。このような、SiC自身が極性結晶であることを反映した性質は、ウェハ面の法線方向をc軸から傾けて切り出した場合、即ちオフ角を付与したウェハの場合でも、ほぼ変わらない。
The method described above can also be applied to a SiC single crystal wafer. However, in the case of a SiC single crystal, there are circumstances that should be considered in terms of materials that are not found in a Si single crystal.
Since SiC is a polar crystal, for example, from a SiC single crystal made of 4H or 6H polytype having a hexagonal crystal structure, a crystal plane perpendicular to the c-axis ([0001] axis), that is, c-plane ({0001 } When a single crystal wafer is cut so that the wafer surface becomes the wafer surface, one wafer surface is composed of a Si surface terminated with silicon (Si) atoms, and the other surface is composed of a C surface terminated with carbon (C) atoms. It is known that the physical and chemical properties of each wafer surface are different (WF Nippenberg, Philips Res. Reports, 18 (1963) p.161). A similar phenomenon can also occur for a crystal plane perpendicular to the <111> axis of a 3C polytype having a cubic crystal structure. As an example of such different properties, for example, etching can be performed by immersing a 4H or 6H polytype C-plane single crystal wafer in potassium hydroxide (KOH) heated and melted to about 500 ° C. The aspect exhibits surface polarity dependence reflecting the difference in the atomic plane structure. In particular, for the purpose of determining the type of dislocation and examining its density dispersion, etching of the Si surface is effective, and different etch pits appear depending on the type of dislocation defect. (S. Amelinckx, et al., J. Appl. Phys. 31 (1990) p. 1359). As another example, surface polarity dependence exists even when an SiC single crystal thin film is epitaxially grown by chemical vapor deposition (CVD) or the like, for example, incorporation of nitrogen impurities into the film during film formation. The amount generally increases when the film is formed on the C surface (T. Kimoto, et al., Appl. Phys. Lett. 67 (1995) p.2385). Such a property reflecting that SiC itself is a polar crystal is almost the same even when a wafer is cut with the normal direction of the wafer surface inclined from the c-axis, that is, a wafer with an off-angle.

したがって、SiC単結晶ウェハでは、例えば、パワーデバイス用途に用いられることが多い、4°あるいは8°オフc面4H-SiC単結晶ウェハ等の場合、Si面とC面を区別できる目印となる加工欠損部をウェハ周辺端部に付与することが一般的となっており、現状では、図1に示すように第一オリフラを[1-100]方向に作製し、その第一オリフラに対して、大きさの異なる第二オリフラを更に[11-20]方向に作製し、第一オリフラに対する相対的な位置関係から、Si面とC面を区別できるようになっている(例えば、SEMI M55.1-0304、SEMI 2004、SPECIFICATION FOR 50.8mm ROUND POLISHED MONOCRYSTALLINE 4H AND 6H SILICON CARBIDE WAFERS)。   Therefore, in SiC single crystal wafers, for example, a 4 ° or 8 ° off c-plane 4H-SiC single crystal wafer, which is often used for power device applications, is a mark that can distinguish the Si surface from the C surface. It is common to give a defect part to the peripheral edge of the wafer, and at present, the first orientation flat is produced in the [1-100] direction as shown in FIG. Second orientation flats with different sizes are further produced in the [11-20] direction, and the Si and C planes can be distinguished from the relative position relative to the first orientation flat (for example, SEMI M55.1 -0304, SEMI 2004, SPECIFICATION FOR 50.8mm ROUND POLISHED MONOCRYSTALLINE 4H AND 6H SILICON CARBIDE WAFERS).

前記のSEMI M55.1-0304によれば、直径50.8mmウェハ(直径50.8±0.25mm)の場合、第一オリフラ及び第二オリフラの長さは、それぞれ15.8±1.6mm、8.0±1.6mmと提案されているが、現時点で製造、販売されている2インチウェハの一般的な仕様は、ウェハ口径、第一オリフラ、および第二オリフラ長について、それぞれ約50.8±0.38mm、15.88±1.65mm、及び8.0±1.65mmとなっている(例えば、Cree社, Silicon carbide substrates and epitaxy, Product Specifications, MAT-CATALOG.00H, 1998-2006, www.cree.com、及び SiCrystal AG社, Silicon Carbide Product Specifications, version 060307, 2005, www.sicrystal.de等)。これは、ウェハ口径、第一オリフラ長および第二オリフラ長を、それぞれ50.8mm、15.88mm、8.0mmであるとした場合を例として計算すると、両オリフラ付与により欠損したウェハ面積部分(図1において、オリフラ部の直線と点線で囲まれた部分の面積)は約0.152cm2となり、欠損したウェハ面積部分を含めてウェハが完全円であると想定した場合のウェハ全面積(以下、完全円ウェハ全面積と称する)に対する面積比で、両欠損部分の面積は、ウェハ直径の許容公差(±0.38mm)を考慮した場合には、0.735〜0.769%に相当し、本ウェハ部分が研削等々によって除去されることを意味している。このような状況では、特にSiC単結晶が大口径化する場合に、研削除去される結晶部分の面積は増大するため、加工負荷も並行して増大することになってしまう。したがって、加工コストの増加のみならず、加工除去部分の面積の増大により、デバイス作製に供用可能なウェハ部分の面積ロスがSiC単結晶の口径増加と共に増加する問題が生じてしまう。 According to the above SEMI M55.1-0304, in the case of a 50.8 mm diameter wafer (diameter 50.8 ± 0.25 mm), the length of the first orientation flat and the second orientation flat is 15.8 ± 1.6 mm and 8.0 ± 1.6 mm, respectively. However, the general specifications for 2 inch wafers currently being manufactured and sold are about 50.8 ± 0.38mm, 15.88 ± 1.65mm, and about the wafer diameter, first orientation flat, and second orientation flat length, respectively. 8.0 ± 1.65mm (e.g. Cree, Silicon carbide substrates and epitaxy, Product Specifications, MAT-CATALOG.00H, 1998-2006, www.cree.com, and SiCrystal AG, Silicon Carbide Product Specifications, version 060307, 2005, www.sicrystal.de, etc.). This is calculated using the case where the wafer diameter, the first orientation flat length, and the second orientation flat length are 50.8 mm, 15.88 mm, and 8.0 mm, respectively. , The area surrounded by the straight line and dotted line of the orientation flat part) is about 0.152 cm 2 and the total area of the wafer (hereinafter referred to as a perfect circle wafer) when the wafer is assumed to be a perfect circle including the missing wafer area part. The area of both defect parts is 0.735 to 0.769% when the tolerance of the wafer diameter (± 0.38mm) is taken into account, and this wafer part is removed by grinding etc. Is meant to be. In such a situation, especially when the SiC single crystal has a large diameter, the area of the crystal part to be ground and removed increases, so that the processing load also increases in parallel. Therefore, not only an increase in processing cost but also an increase in the area of the processing removal part causes a problem that the area loss of the wafer part usable for device fabrication increases with the increase in the diameter of the SiC single crystal.

上記のような理由から、SiC単結晶ウェハ1枚当たりからのデバイスの取れ個数を向上し、かつSiC単結晶の大口径化に伴って増大する加工負荷を抑制できる方法が望まれていた。   For the reasons described above, there has been a demand for a method capable of improving the number of devices that can be taken from one SiC single crystal wafer and suppressing the processing load that increases with the increase in the diameter of the SiC single crystal.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、上記の問題を解決できるSiC単結晶ウェハを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a SiC single crystal wafer that can solve the above-described problems.

本発明は、炭化珪素単結晶ウェハに関するものであって、
(1) 特定の結晶方位端に加工欠損部が2箇所あり、該加工欠損部の総面積が、完全円ウェハ全面積に対する比で0.38%以下であり、かつ、2つの加工欠損部の面積が異なることを特徴とする炭化珪素単結晶ウェハ、
(2) 前記炭化珪素単結晶ウェハの口径が50mm以上である(1)に記載の炭化珪素単結晶ウ
ェハ、
(3) (1)又は(2)に記載の炭化珪素単結晶ウェハであって、該ウェハが単一のポリタイプからなる炭化珪素単結晶ウェハ、
(4) 前記ウェハのポリタイプが4H、6H、又は15Rのいずれかである(3)に記載の炭化珪素単結晶ウェハ、
(5) 前記ウェハの面法線と結晶のc軸がなす角度が0〜30°である(3)又は(4)に記載の炭化珪素単結晶ウェハ、
(6) (3)〜(5)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ上に、炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長してなる炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ、
(7) (3)〜(5)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ上に、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、又はこれらの混晶のいずれかの薄膜をエピタキシャル成長してなるヘテロエピタキシャルウェハ、
である。
The present invention relates to a silicon carbide single crystal wafer,
(1) There are two processing defects at a specific crystal orientation end, the total area of the processing defects is 0.38% or less compared to the total area of the complete circular wafer, and the area of the two processing defects is Silicon carbide single crystal wafer, characterized by being different,
(2) The silicon carbide single crystal wafer according to (1), wherein the diameter of the silicon carbide single crystal wafer is 50 mm or more,
(3) The silicon carbide single crystal wafer according to (1) or (2), wherein the wafer comprises a single polytype silicon carbide single crystal wafer,
(4) The silicon carbide single crystal wafer according to ( 3 ), wherein the polytype of the wafer is either 4H, 6H, or 15R,
(5) The silicon carbide single crystal wafer according to (3) or (4), wherein an angle formed by the surface normal of the wafer and the c-axis of the crystal is 0 to 30 °,
(6) A silicon carbide single crystal epitaxial wafer formed by epitaxially growing a silicon carbide thin film on the silicon carbide single crystal wafer according to any one of (3) to (5),
(7) A heteroepitaxial structure obtained by epitaxially growing a thin film of gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, or a mixed crystal thereof on the silicon carbide single crystal wafer according to any one of (3) to (5) Wafer,
It is.

本発明によれば、SiC単結晶ウェハ1枚当たりからのデバイスの取れ個数を向上し、かつSiC単結晶の大口径化に伴って増大する加工負荷を回避できるようになる。   According to the present invention, it is possible to improve the number of devices that can be taken from one SiC single crystal wafer, and to avoid a processing load that increases as the diameter of the SiC single crystal increases.

SiC単結晶ウェハの一般的なオリフラの位置及び形状を示す図Diagram showing position and shape of general orientation flat of SiC single crystal wafer 3インチ(約75mm)SiC単結晶ウェハについて、本発明のオリフラ形状及び位置を示す図(例1)Figure showing the orientation flat shape and position of the present invention for a 3 inch (about 75 mm) SiC single crystal wafer (Example 1) 3インチ(約75mm)SiC単結晶ウェハについて、本発明のノッチ形状及び位置を示す図(例2)Diagram showing notch shape and position of the present invention for a 3 inch (about 75 mm) SiC single crystal wafer (Example 2) 4インチ(約100mm)SiC単結晶ウェハについて、本発明のノッチ形状及び位置を示す図(例3)Diagram showing notch shape and position of the present invention for a 4-inch (about 100 mm) SiC single crystal wafer (Example 3) 改良レーリー法(昇華再結晶法)の原理を説明する図Diagram explaining the principle of the improved Rayleigh method (sublimation recrystallization method)

円板状のウェハについて、そのウェハ面の一方のウェハ面と他のウェハ面が、外見上ほぼ同一で視覚的に識別が不可能な場合、外見的に識別する手段の一つとして、研削加工等によって識別の目印となり得る加工欠損部を、ウェハ円周方向に非対称となるようにウェハに付与することが挙げられる。即ち、原理的には、ウェハ中心を通る直線をどのように取っても、その直線に関してウェハが左右対称にならないように加工欠損部を付与すればよい。なお、ここでウェハ中心とは、加工欠損部を含めてウェハを完全円とみなした場合の円中心と定義する。そして、ウェハ円周方向に非対称となる加工欠損部とは、このウェハ中心を通る中心線に対して左右非対称な加工欠損部を言う。   For a disk-shaped wafer, if one of the wafer surfaces and the other wafer surface are almost the same in appearance and cannot be visually discriminated, grinding can be performed as one of the means for visually discriminating. For example, a processing defect portion that can serve as a mark for identification is given to the wafer so as to be asymmetric in the circumferential direction of the wafer. That is, in principle, a processing defect portion may be provided so that the wafer does not become symmetrical with respect to the straight line regardless of the straight line passing through the wafer center. Here, the wafer center is defined as a circle center when the wafer is regarded as a complete circle including a processing defect portion. A processing defect portion that is asymmetric in the wafer circumferential direction is a processing defect portion that is asymmetrical with respect to the center line passing through the center of the wafer.

特に、SiC単結晶ウェハでは、前記したように、ウェハ1枚当たりからのデバイスの取れ個数を向上し、かつ大口径化に伴って増大する加工負荷を回避できるようにする必要があるため、上記のような目印となる加工欠損部を、できるだけウェハの円周端近くに、かつ、その総面積ができるだけ小さくなるようにすればよい。その例を図2〜4に示す。これらに示した例は、本発明の発明主旨を満たす具体例を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。なお、本発明における加工欠損部とは、従来において例えばSiウェハで採用されている半月形のオリフラやV字状のノッチを含み、これら以外の形状のものであってもよい。また、加工欠損部の面積とは、ウェハが完全円であると想定した場合に加工欠損部によって欠損した部分の面積をいう。   In particular, in the SiC single crystal wafer, as described above, it is necessary to improve the number of devices that can be taken from one wafer and to avoid the processing load that increases with the increase in diameter. Such a processing defect portion serving as a mark should be as close to the circumferential edge of the wafer as possible and its total area as small as possible. Examples are shown in FIGS. These examples show specific examples that satisfy the gist of the present invention, and the present invention is not limited to these examples. Note that the processing defect portion in the present invention includes a half-moon-shaped orientation flat and a V-shaped notch conventionally used in, for example, a Si wafer, and may have a shape other than these. Further, the area of the processing defect portion means the area of the portion that is lost by the processing defect portion when it is assumed that the wafer is a perfect circle.

図2においては、口径3インチのSiC単結晶ウェハについて、第一オリフラ及び第二オリフラの長さを、それぞれ15.0mm及び7.0mmとしている。現状のSEMI規格では、3インチウェハに相当する直径76.2mmのSiC単結晶ウェハの場合、ウェハ口径、第一オリフラ長、及び第二オリフラ長は、それぞれ76.2±0.25mm、22.0±2.0mm、及び11.0±2.0mmとされているが、現状の市販製品仕様は、それぞれ、76.2±0.38mm、22.22±3.17mm、及び11.18±1.52mm (Cree社, Silicon carbide substrates and epitaxy, Product Specifications, MAT-CATALOG.00H, 1998-2006, www.cree.com)や、76.2±0.38mm、22.0±2.0mm、及び11.0±1.5mm (SiCrystal AG社, Silicon Carbide Product Specifications, version 060307, 2005, www.sicrystal.de)となっている。このように市販製品仕様の場合、オリフラによる加工欠損部分の総面積は、完全円ウェハ全面積に対する面積比で、約0.387〜0.898%となる。図2に示すように、第一及び第二オリフラの各々長さを市販製品仕様よりも短くすることで、口径が76.2±0.38mmのSiCウェハについて、完全円全面積に対する加工欠損部の総面積の比は、0.178〜0.183%となり、現状の市販製品仕様が上記したように0.387〜0.898%であることから比較しても、大幅な低減化が実現されていることが判る。このように、現状の市販製品仕様で、完全円ウェハ全面積に対する加工欠損部の総面積の比は0.387%以上であることから、本発明の形状を有するオリフラに改めることにより、デバイス製造に供用可能なウェハ面積を向上でき、その結果、デバイス取れ個数を増加できるメリットが享受できると同時に、オリフラを付与するための加工負荷の低減化が可能になる。従って、上記の視点から、加工欠損部の総面積の比は0.38%以下であればよく、望ましくは0.30%以下、更に望ましくは0.20%以下であれば、その効果が顕著になる。   In FIG. 2, the lengths of the first orientation flat and the second orientation flat are 15.0 mm and 7.0 mm, respectively, for a SiC single crystal wafer having a diameter of 3 inches. In the current SEMI standard, in the case of a SiC single crystal wafer with a diameter of 76.2 mm corresponding to a 3-inch wafer, the wafer diameter, the first orientation flat length, and the second orientation flat length are 76.2 ± 0.25 mm, 22.0 ± 2.0 mm, and The current commercial product specifications are 76.2 ± 0.38mm, 22.22 ± 3.17mm, and 11.18 ± 1.52mm (Cree, Silicon carbide substrates and epitaxy, Product Specifications, MAT-CATALOG, respectively) .00H, 1998-2006, www.cree.com), 76.2 ± 0.38mm, 22.0 ± 2.0mm, and 11.0 ± 1.5mm (SiCrystal AG, Silicon Carbide Product Specifications, version 060307, 2005, www.sicrystal.de ). Thus, in the case of a commercial product specification, the total area of the processing defect portion due to orientation flat is about 0.387 to 0.898% in terms of the area ratio to the total area of the complete circular wafer. As shown in Figure 2, by reducing the length of each of the first and second orientation flats compared to the commercial product specifications, the total area of the machining defect part with respect to the complete circle total area for a SiC wafer with a diameter of 76.2 ± 0.38 mm The ratio is 0.178 to 0.183%, and it can be seen that a significant reduction is realized even when compared with the current commercial product specifications of 0.387 to 0.898% as described above. In this way, with the current commercial product specifications, the ratio of the total area of the processing defect portion to the total area of the complete circular wafer is 0.387% or more, so it can be used for device manufacturing by changing to the orientation flat having the shape of the present invention. The possible wafer area can be improved. As a result, the merit that the number of devices can be increased can be enjoyed, and at the same time, the processing load for providing the orientation flat can be reduced. Therefore, from the above viewpoint, the ratio of the total area of the processing defect portions may be 0.38% or less, desirably 0.30% or less, and more desirably 0.20% or less, the effect becomes remarkable.

また、ウェハ口径が100mmの場合では、現状の市販製品仕様のウェハの寸法は、ウェハ口径、第一オリフラ及び第二オリフラ長について、それぞれ100.0〜100.5mm、32.5±2.0mm及び18.0±2.0mmであり(Cree社, Silicon carbide substrates and epitaxy, Product Specifications, MAT-CATALOG.00H, 1998-2006, www.cree.com)、この場合のオリフラ付与による欠損面積部分の、完全円ウェハ全面積に対する面積比は0.711〜1.069%となる。従って、特にウェハ口径が100mm以上に限定される場合は、加工欠損部の総面積の比は、本発明の効果が効果的であるためには0.71%以下であればよく、望ましくは0.38%以下、更に望ましくは0.20%以下であれば、その効果が顕著になる。   In addition, when the wafer diameter is 100 mm, the wafer dimensions of the current commercial product specifications are 100.0 to 100.5 mm, 32.5 ± 2.0 mm, and 18.0 ± 2.0 mm for the wafer diameter, the first orientation flat, and the second orientation flat length, respectively. Yes (Cree, Silicon carbide substrates and epitaxy, Product Specifications, MAT-CATALOG.00H, 1998-2006, www.cree.com). In this case, the area ratio of the defective area due to orientation flat addition to the total area of the complete circular wafer. Is 0.711 to 1.069%. Therefore, particularly when the wafer diameter is limited to 100 mm or more, the ratio of the total area of the processing defect portion may be 0.71% or less, preferably 0.38% or less for the effect of the present invention to be effective. More desirably, if the content is 0.20% or less, the effect becomes remarkable.

また、他の本発明例として、図3では、図2のような半月形のオリフラではなく、大きさの異なるノッチ状の加工欠損部が、それぞれウェハの[1-100]方向及び[11-20]方向の円周端に加工付与されている。ノッチの大きさを、例えば図3に示すように、[1-100]方向及び[11-20]方向のノッチについて、それぞれノッチの口径方向深さ(図3中のa)として、2.0mm及び1.0mmとすると、ノッチによる加工欠損部分の総面積は、直径76.2mmの完全円ウェハ全面積に対する面積比で、約0.110%となる。このように、図3の場合では、デバイスに供用可能な面積部分が、図2と比較してさらに増大すると同時に、加工除去部分も同様に低減化できるため、加工負荷がさらに低減化できる。ここで、ノッチ先端部の角度は、理想的に90°としてあるが、このような場合では、ノッチ先端部からクラックがウェハ内部へ進展し易くなる場合があり、このようなクラック発生を抑制する目的から、先端部に半径0.2mm程度の曲線形状を付与することによって緩和しても良い。   As another example of the present invention, in FIG. 3, not the half-moon-shaped orientation flat as shown in FIG. 2, but notch-shaped processing defect portions having different sizes are provided in the [1-100] direction and [11- Processing is given to the circumferential edge in the [20] direction. For example, as shown in FIG. 3, the notch size is 2.0 mm and the notch diameter depth (a in FIG. 3) for notches in the [1-100] direction and [11-20] direction, respectively. Assuming 1.0 mm, the total area of the machining defect due to the notch is about 0.110% in terms of the area ratio to the total area of the complete circular wafer having a diameter of 76.2 mm. As described above, in the case of FIG. 3, the area portion usable for the device further increases as compared with FIG. 2, and at the same time, the processing removal portion can be similarly reduced, so that the processing load can be further reduced. Here, the angle of the notch tip is ideally 90 °, but in such a case, a crack may easily propagate from the notch tip to the inside of the wafer, and the occurrence of such a crack is suppressed. For the purpose, it may be relaxed by giving a curved shape having a radius of about 0.2 mm to the tip.

また、更に別の発明例として、図4においては、ノッチ自身の形状を、ウェハ円周方向に関して非対称、即ち、ウェハの中心を通るどのような直線に関しても、ノッチの形状が該直線に関して左右対称にならない構造を提案する。このようなノッチの形状を採用し、そのノッチをウェハの[1-100]方向に1箇所のみ付与することにより、更にデバイスに供用可能な面積部分の増大と、オリフラを付与するための加工負荷の低減化を進めることが可能になる。図4に示す本発明例の場合、その効果は、口径が100mm(約4インチ)以上のSiC単結晶ウェハの場合で特に顕著となり、図4に示す形状を有したノッチを、SiC単結晶ウェハの1箇所のみに付与することで、ノッチ部分の欠損面積は約0.012cm2となり、直径100mmの完全円ウェハ全面積に対する面積比で0.015%となる。前述したように、市販の100mmウェハの現状寸法(ウェハ口径、第一オリフラ及び第二オリフラ長さが、それぞれ100.0〜100.5mm 、32.5±2.0mmおよび18.0±2.0mm)では、オリフラ付与による欠損面積部分の、完全円ウェハ全面積に対する面積比は0.711〜1.069%であることから、図4のようなノッチ構造を有する加工欠損部を付与することが、十分に本発明の効果を発現し得るものであることが判る。 As another example of the invention, in FIG. 4, the shape of the notch itself is asymmetric with respect to the circumferential direction of the wafer, that is, the shape of the notch is symmetrical with respect to the straight line with respect to any straight line passing through the center of the wafer. We propose a structure that does not become. By adopting such a notch shape, and providing only one notch in the [1-100] direction of the wafer, the processing area load that increases the area that can be used for the device and the orientation flat is further increased. Can be reduced. In the case of the present invention example shown in FIG. 4, the effect becomes particularly remarkable in the case of a SiC single crystal wafer having a diameter of 100 mm (about 4 inches) or more, and the notch having the shape shown in FIG. By giving it to only one location, the defect area of the notch portion is about 0.012 cm 2 , and the area ratio to the total area of the complete circular wafer having a diameter of 100 mm is 0.015%. As mentioned above, in the current dimensions of commercially available 100mm wafers (wafer diameter, first orientation flat and second orientation flat are 100.0 to 100.5mm, 32.5 ± 2.0mm and 18.0 ± 2.0mm respectively), the defect area due to orientation flat application Since the area ratio of the portion to the total area of the complete circular wafer is 0.711 to 1.069%, it is possible to sufficiently exhibit the effect of the present invention by providing a processing defect portion having a notch structure as shown in FIG. It turns out that it is.

また、本発明の副次的な派生効果として、上記したようなオリフラやノッチ等々の加工欠損部を付与することにより、デバイス構造を作製するウェハ面を簡便に判別できることが挙げられる。一般的に、要求するデバイスの種類やその作製プロセスにもよるが、特にデバイス構造を作製するウェハ面は、高度に平坦化された研磨表面を要求する場合があり、このため、デバイス構造を作製するウェハ面は他方の面よりも、CMP (Chemical mechanical polishing)等のような高精度研磨を実施することが多い。このような場合、本発明のウェハによれば、予めどちらの面に上記のような高精度研磨を施したかを別途明記しておけば、付与した本発明のオリフラ、あるいはノッチによって、高精度研磨を施したウェハ面を容易に判別できる。したがって、単にSi面とC面を区別する目的のみならず、際立った面極性が発現しない他の結晶面ウェハ(例えば(11-20)面ウェハや(1-100)面ウェハ等々)にも十分に有効であり、本発明は、デバイス面の判別と、デバイス製造に供用可能なウェハ面積の増加を同時に実現できる有効な発明であると言える。従って以上より、ウェハのポリタイプが4H、6H、又は15Rのいずれかである単一ポリタイプのSiC単結晶ウェハの場合では、ウェハ面法線と結晶のc軸のなす角度が0〜30°、より顕著には0〜15°のウェハでは、SiC単結晶の面極性依存性の性質が顕現化し易く、このような場合、本発明が極めて有効であるが、他のSiC単結晶ウェハにおいても、前記のような副次的な効果を波及し得る点を考慮すれば、本発明が他のポリタイプを含めたSiC単結晶ウェハに広く適用した場合にも、十分に本発明の効果を実現し得るものであると言える。   Further, as a secondary derivation effect of the present invention, it is possible to easily discriminate the wafer surface on which the device structure is manufactured by providing the above-described processing defect portions such as orientation flats and notches. In general, depending on the type of device required and the manufacturing process, the wafer surface on which the device structure is manufactured may require a highly planarized polishing surface. In many cases, the wafer surface to be polished is subjected to high-precision polishing such as CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like than the other surface. In such a case, according to the wafer of the present invention, by if separately specify whether subjected to precision polishing such as described above in advance either side, giving the the present invention the orientation flat or notch, Precision grinding It is possible to easily discriminate the wafer surface subjected to. Therefore, it is sufficient not only for the purpose of distinguishing between the Si and C planes, but also for other crystal plane wafers (for example, (11-20) plane wafers, (1-100) plane wafers, etc.) that do not exhibit outstanding plane polarity. It can be said that the present invention is an effective invention capable of simultaneously determining the device surface and increasing the wafer area usable for device manufacture. Therefore, from the above, in the case of a single polytype SiC single crystal wafer whose wafer polytype is 4H, 6H, or 15R, the angle between the wafer surface normal and the crystal c-axis is 0-30 °. In a wafer of 0 to 15 °, more noticeably, the surface polarity-dependent nature of the SiC single crystal is easily manifested. In such a case, the present invention is extremely effective, but in other SiC single crystal wafers as well. In view of the fact that the secondary effects as mentioned above can be affected, even when the present invention is widely applied to SiC single crystal wafers including other polytypes, the effects of the present invention are sufficiently realized. It can be said that it is possible.

このような、本発明のオリフラ、あるいはノッチ構造を付与したSiC単結晶ウェハは、種結晶を用いるSiC単結晶インゴット製造方法によって作製されたSiC単結晶ウェハの全てについて適用可能である。その例としては、改良レーリー法(昇華再結晶法)、高温CVD法、液相成長法、等々が挙げられる。これらの方法により作製されたSiC単結晶インゴットを、まず円柱状、あるいは円盤状に加工するが、このときに所望の結晶面の法線が円柱、あるいは円盤の中心軸と平行になるようにする。このように予め加工されたインゴットの外周側面の特定方位表面に、研削加工等々により、図2〜図4に示すような、本発明のオリフラあるいはノッチ構造を有する加工欠損部を付与した後に、ワイヤーソー等々により切断し、さらに研磨を行うことにより、本発明のSiC単結晶ウェハが製造可能である。本発明のオリフラあるいはノッチ構造を作製する具体的方法としては、オリフラのような半月形の形状であれば、端面が平面状である研削砥石を用い、通常の平面研削盤等を使用してインゴットの所定位置に当てながら研削加工することで可能である。また、ノッチ構造のような場合は、ノッチと同様な構造を先端部に有する研削砥石を作製しておき、この砥石を上記と同様にして通常の平面研削盤を使用して作製することもできる。なお、上記した、インゴットの円柱状、あるいは円盤状加工は、必須ではないがウェハの形状精度等々を保つために実施することが好ましい。また、本発明のオリフラあるいはノッチは、切断後、あるいは研磨後に付与しても構わない。   Such an SiC single crystal wafer having an orientation flat or notch structure according to the present invention can be applied to all SiC single crystal wafers produced by an SiC single crystal ingot manufacturing method using a seed crystal. Examples thereof include an improved Rayleigh method (sublimation recrystallization method), a high temperature CVD method, a liquid phase growth method, and the like. A SiC single crystal ingot produced by these methods is first processed into a cylindrical shape or a disk shape. At this time, the normal line of the desired crystal plane is made parallel to the central axis of the cylinder or the disk. . After giving the processing defect portion having the orientation flat or notch structure of the present invention as shown in FIGS. 2 to 4 to the specific orientation surface on the outer peripheral side surface of the ingot thus processed in advance by grinding or the like, the wire The SiC single crystal wafer of the present invention can be manufactured by cutting with a saw or the like and further polishing. As a specific method for producing the orientation flat or notch structure of the present invention, if the shape is a half-moon shape like orientation flat, an ingot is used by using a grinding wheel having a flat end face and using a normal surface grinding machine or the like. It is possible by grinding while applying to a predetermined position. In the case of a notch structure, a grinding wheel having a structure similar to that of the notch is prepared at the tip, and this grindstone can be produced using a normal surface grinder in the same manner as described above. . Note that the above-described columnar or disk-like processing of the ingot is not essential, but is preferably performed in order to maintain the wafer shape accuracy and the like. Further, the orientation flat or notch of the present invention may be applied after cutting or after polishing.

また、本発明のSiC単結晶ウェハが、その口径について50〜300mmまでの口径に十分対応であるが、上記のような製造方法を考慮すれば、特に上限を設ける技術的な理由はないことは明らかである。   In addition, the SiC single crystal wafer of the present invention is sufficiently compatible with the diameter of 50 to 300 mm, but there is no technical reason to set an upper limit in particular, considering the manufacturing method as described above. it is obvious.

更に、これらのSiC単結晶ウェハ上に化学気相蒸着法(CVD法)等により、SiC、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム等々の薄膜をエピタキシャル成長させることにより、ホモあるいはヘテロエピタキシャル基板を作製することができる。このエピタキシャル基板は、各種の電子デバイス作製用基板として用いることができる。   Furthermore, a homo- or hetero-epitaxial substrate is produced by epitaxially growing a thin film of SiC, gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, etc. on these SiC single crystal wafers by chemical vapor deposition (CVD) or the like. Can do. This epitaxial substrate can be used as a substrate for manufacturing various electronic devices.

以下に、本発明の実施例について説明する。   Examples of the present invention will be described below.

(実施例1)
まず、改良レーリー法(昇華再結晶法)により、単一の4Hポリタイプからなる口径3インチ(約76.2mm)のn型SiC単結晶インゴットを作製した。図5に、インゴット製造に使用した単結晶製造装置の概要を示す。
(Example 1)
First, an n-type SiC single crystal ingot having a diameter of 3 inches (about 76.2 mm) made of a single 4H polytype was fabricated by an improved Rayleigh method (sublimation recrystallization method). FIG. 5 shows an outline of a single crystal production apparatus used for ingot production.

主として黒鉛からなる坩堝3の内部にSiC結晶粉末原料2を充填し、口径77mmのc面を有した4H-SiC単結晶基板を種結晶1として、坩堝内の対向面に取り付けた。黒鉛坩堝3は、二重石英管4の内部に、黒鉛製の支持棒上に静置され、坩堝周囲は、熱シールドのための断熱材5によって覆われている。石英管の内部を真空排気した後、ワークコイル7に電流を流し、坩堝上部の表面温度を1700℃まで上げた。その後、雰囲気ガスとして高純度Arガス(純度99.9995%)を流入させ、石英管内圧力を約80kPaに保ちながら、温度を目標温度である2250℃まで上昇させた。成長圧力である1.3kPaには約30分かけて減圧し、その後、約30時間成長を継続した。n型ドーパントとして窒素を採用し、成長時の雰囲気ガス中に窒素ガスを所定量混合させることで成長結晶中に窒素原子を導入した。成長終了後、坩堝内より成長結晶を取り出したところ、結晶の口径は79mmで、成長結晶の高さから計算される成長速度は約0.9mm/hであった。   A crucible 3 mainly made of graphite was filled with SiC crystal powder raw material 2, and a 4H—SiC single crystal substrate having a c-plane with a diameter of 77 mm was used as a seed crystal 1 and attached to the opposing surface in the crucible. The graphite crucible 3 is placed inside a double quartz tube 4 on a support rod made of graphite, and the periphery of the crucible is covered with a heat insulating material 5 for heat shield. After evacuating the inside of the quartz tube, current was passed through the work coil 7 to raise the surface temperature of the upper part of the crucible to 1700 ° C. Thereafter, high-purity Ar gas (purity 99.9995%) was introduced as an atmospheric gas, and the temperature was raised to the target temperature of 2250 ° C. while maintaining the pressure in the quartz tube at about 80 kPa. The growth pressure was reduced to 1.3 kPa over about 30 minutes, and then the growth was continued for about 30 hours. Nitrogen was employed as the n-type dopant, and nitrogen atoms were introduced into the grown crystal by mixing a predetermined amount of nitrogen gas into the atmospheric gas during growth. When the growth crystal was taken out from the crucible after the growth was completed, the diameter of the crystal was 79 mm, and the growth rate calculated from the height of the growth crystal was about 0.9 mm / h.

このインゴットを、平面研削盤及び円筒研削盤を用いて、円柱状に加工した。口径は、実寸測定したところ、76.18mmであった。なお、加工時に円柱の中心軸が、SiC結晶のc軸から[11-20]方向へ4°傾いた方向に平行になるように、X線回折装置を用いて調整した。引き続いて、平面研削盤を用いて図3に示すノッチを、円柱の[11-20]方向および[1-100]方向の表面にそれぞれ加工付与した。ノッチの直径方向の深さは図3に示したものと同じであり、第一ノッチ及び第二ノッチについて、それぞれ2.0mm及び1.0mmとした。加工方法としては、図3に示すノッチが加工可能な構造を有する研削砥石を予め作製しておき、この砥石をインゴット外周表面の所定の位置に当てることでノッチ構造を付与した。このときのノッチを付与するのにかかった研削作業時間は、約0.55時間であった。次に、マルチワイヤソーによって、円柱状インゴットをスライス切断し、さらに研磨により、4°オフ(0001)面の面方位を有する、口径76.18mm、厚さ約360μmの鏡面ウェハを作製した。   This ingot was processed into a cylindrical shape using a surface grinder and a cylindrical grinder. The aperture was 76.18 mm when measured to actual size. It should be noted that the center axis of the cylinder was adjusted using an X-ray diffractometer so that the center axis of the cylinder was parallel to a direction inclined 4 ° in the [11-20] direction from the c-axis of the SiC crystal during processing. Subsequently, using a surface grinder, the notches shown in FIG. 3 were applied to the surfaces of the cylinder in the [11-20] direction and [1-100] direction, respectively. The depth in the diameter direction of the notch is the same as that shown in FIG. 3, and the first notch and the second notch are 2.0 mm and 1.0 mm, respectively. As a processing method, a grinding wheel having a structure capable of processing the notch shown in FIG. 3 was prepared in advance, and the notch structure was imparted by applying the grinding wheel to a predetermined position on the outer surface of the ingot. The grinding work time required to give the notch at this time was about 0.55 hours. Next, a cylindrical ingot was sliced and cut by a multi-wire saw, and further polished to produce a mirror wafer having a diameter of 76.18 mm and a thickness of about 360 μm having a plane orientation of 4 ° off (0001).

得られた全てのウェハについて、ノッチ部分の形状を精査したところ、ほぼ図3に示す形状のノッチが形成されていることを確認した。このノッチの先端部分の形状が、理想的に90°となるように研削加工されていると仮定し、口径76.18mmの完全円ウェハ面積に対する加工欠損部の総面積の比を計算したところ、0.110%であった。   When all the obtained wafers were examined closely for the shape of the notch portion, it was confirmed that the notch having the shape shown in FIG. 3 was formed. Assuming that the shape of the tip of this notch is ideally ground so as to be 90 °, the ratio of the total area of the processing defect part to the complete circular wafer area with a diameter of 76.18 mm was calculated to be 0.110. %Met.

(参考例2)
また、別途同様にして作製した、口径76.22mmの、SiC結晶のc軸から[11-20]方向へ4°傾いた円柱状4°オフSiC単結晶インゴットに、平面研削盤を用いて図4に示すノッチを、円柱の[1-100]方向の表面(外周面)の一部に一箇所加工付与した。図4は、4インチ(約100mm)SiCウェハに付与したノッチを例示したものであるが、同一の寸法を持ったノッチ構造(深さ1.0mm)を、口径76.22mmの円柱状インゴット側面の所定の位置に加工付与した。加工方法としては、図4に示すノッチが加工可能な構造を有する研削砥石を予め作製しておき、この砥石をインゴット表面の所定の位置に当てることでノッチ構造をインゴットに付与した。このときのノッチを付与するのにかかった研削作業時間は、約0.25時間であった。次に、マルチワイヤソーによって、円柱状インゴットを切断し、さらに研磨により、4°オフ(0001)面の面方位を有する、口径76.22mm、厚さ約360μmの鏡面ウェハを作製した。このノッチの先端部分の角度が理想的に90°となるように研削加工されていると仮定し、口径76.22mmの完全円ウェハ面積に対する加工欠損部の総面積の比を計算したところ、0.025%であった。
(Reference Example 2)
In addition, a cylindrical grind 4 ° off SiC single crystal ingot with a diameter of 76.22 mm and tilted 4 ° from the c-axis of the SiC crystal 4 ° to the [11-20] direction was prepared using a surface grinder as shown in FIG. The one notch shown in FIG. 1 was applied to a part of the surface (outer peripheral surface) in the [1-100] direction of the cylinder. Fig. 4 exemplifies a notch given to a 4-inch (about 100 mm) SiC wafer, but a notch structure (depth 1.0 mm) having the same dimensions is formed on the side surface of a cylindrical ingot having a diameter of 76.22 mm. The processing was given to the position. As a processing method, a grinding wheel having a structure capable of processing the notch shown in FIG. 4 was prepared in advance, and the notch structure was imparted to the ingot by applying the grindstone to a predetermined position on the surface of the ingot. The grinding work time required to give the notch at this time was about 0.25 hours. Next, the cylindrical ingot was cut with a multi-wire saw, and further polished to produce a mirror wafer with a diameter of 76.22 mm and a thickness of about 360 μm having a 4 ° off (0001) plane orientation. Assuming that the angle of the tip of this notch is ideally 90 °, the ratio of the total area of the processing defect part to the complete circular wafer area with a diameter of 76.22 mm was calculated to be 0.025% Met.

(比較例1)
比較例として、図2に示すような形状のオリフラを、上記と同様にして作製したSiC単結晶インゴットに研削加工により付与した。ただし、ウェハ口径、第一オリフラ長、及び第二オリフラ長は、全ての加工完了後に実寸を測定したところ、それぞれ76.27mm、22.41mm、及び11.45mmであり、現状の3インチ(約75mm)SiC単結晶ウェハ市販製品仕様の範囲内に納まるウェハ形状であることを確認した。この比較例の場合、口径76.27mmの完全円ウェハ面積に対する加工欠損部の総面積の比は、0.625%である。また、このときの研削作業時間は、約4.5時間であった。
(Comparative Example 1)
As a comparative example, an orientation flat having a shape as shown in FIG. 2 was applied to a SiC single crystal ingot produced in the same manner as described above by grinding. However, the wafer diameter, the first orientation flat length, and the second orientation flat length were 76.27 mm, 22.41 mm, and 11.45 mm, respectively, when the actual dimensions were measured after all processing was completed, and the current 3-inch (about 75 mm) SiC It was confirmed that the wafer shape was within the range of the single crystal wafer commercial product specifications. In the case of this comparative example, the ratio of the total area of the processing defect portion to the complete circular wafer area having a diameter of 76.27 mm is 0.625%. Further, the grinding operation time at this time was about 4.5 hours.

上記実施例1、参考例2及び比較例1に示したように、3インチSiC単結晶ウェハについて、図3及び図4に示すノッチ構造と、現状市販製品仕様である比較例のオリフラ構造の場合をそれぞれ比較すると、図3及び図4について、それぞれ約1/8及び約1/18に相当する研削作業短時間化を実現していることが判る。また、図3に相当する本発明例の場合では、大きさの異なるノッチの相対的位置関係から、また図4の場合では、ノッチ構造の非対称性から、それぞれウェハのSi面及びC面の判別が可能であり、さらにデバイスの供用可能なウェハ面積部分も増大していることが容易に判る。   As shown in Example 1, Reference Example 2 and Comparative Example 1 above, for the 3-inch SiC single crystal wafer, the notch structure shown in FIGS. 3 and 4 and the orientation flat structure of the comparative example which is currently commercial product specifications 3 and 4, it can be seen that the shortening of the grinding operation corresponding to about 1/8 and about 1/18 is realized in FIGS. 3 and 4, respectively. In addition, in the case of the present invention corresponding to FIG. 3, the Si surface and the C surface of the wafer are discriminated from the relative positional relationship of the notches having different sizes, and in the case of FIG. 4, from the asymmetry of the notch structure. It is easy to see that the wafer area that can be used for the device has also increased.

こうして得られた図3及び図4に示したSiC単結晶ウェハ上に、化学気相蒸着法(CVD法)によりSiC単結晶薄膜をそれぞれエピタキシャル成長させ、SiC単結晶エピタキシャル基板をSiC単結晶ウェハのSi面上に作製した。このエピタキシャル基板の結晶性について調べるために、溶融KOH溶液中に浸漬してエピタキシャル基板表面のエッチングを実施した。その結果、どちらのSiC単結晶ウェハについても、ノッチ付近では、特にSiC単結晶薄膜に異常は発生しておらず、ほぼウェハの全面に亘って、SiC単結晶ウェハが有していた良好な結晶品質がSiC単結晶薄膜においても継承されていることが確認できた。   A SiC single crystal thin film is epitaxially grown on the SiC single crystal wafer shown in FIGS. 3 and 4 thus obtained by chemical vapor deposition (CVD), and the SiC single crystal epitaxial substrate is formed on the SiC single crystal wafer. Prepared on the surface. In order to investigate the crystallinity of the epitaxial substrate, the surface of the epitaxial substrate was etched by being immersed in a molten KOH solution. As a result, in both SiC single crystal wafers, there was no abnormality in the SiC single crystal thin film particularly near the notch, and the good crystal that the SiC single crystal wafer had over almost the entire surface of the wafer. It was confirmed that the quality was inherited in the SiC single crystal thin film.

また、別途同様にして作製された上記の2種類のSiC単結晶ウェハ上に、窒化ガリウム(GaN)薄膜を有機金属化学気相成長法(MOCVD法)によりエピタキシャル成長させた。GaN薄膜の成長条件は、どちらのウェハについても、成長温度1050℃、トリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH3)、シラン(SiH4)の流量を、それぞれ55×10-6モル/min、4リットル/min、23×10-11モル/minとし、さらに、成長圧力を大気圧とした。約1時間の成長により、n型GaN薄膜が厚さ約3μm成長していることを確認した。 In addition, a gallium nitride (GaN) thin film was epitaxially grown by the metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) on the above-mentioned two types of SiC single crystal wafers separately produced. The growth conditions for the GaN thin film were as follows: growth temperature of 1050 ° C., trimethylgallium (TMG), ammonia (NH 3 ), and silane (SiH 4 ) flow rates of 55 × 10 −6 mol / min, 4 for each wafer. The liter / min was 23 × 10 −11 mol / min, and the growth pressure was atmospheric pressure. It was confirmed that the n-type GaN thin film had grown to a thickness of about 3 μm after about 1 hour of growth.

このようにして得られたエピタキシャル薄膜を、ノマルスキー光学顕微鏡により観察したところ、ノッチ付近も含め基板のほぼ全面に亘って平坦性に優れ、良好なモフォロジ―を有する、品質の高いGaNエピタキシャル薄膜が形成されていることが確認できた。   When the epitaxial thin film thus obtained was observed with a Nomarski optical microscope, a high-quality GaN epitaxial thin film with excellent flatness and good morphology was formed over almost the entire surface of the substrate including the vicinity of the notch. It has been confirmed that.

また、上記と同様にSiC単結晶インゴットを作製し、円柱の中心軸がSiC結晶のc軸から[11-20]方向へ4°傾いた方向に平行になるように円柱形状加工したものをマルチワイヤソーにて切断して得られた円盤に対して、図3及び4に示すノッチ加工を施した場合も、従来のオリフラ加工よりも短時間で加工でき、完全円ウェハ面積に対する加工欠損部の総面積の比は上記実施例と同じであった。   In addition, a SiC single crystal ingot was prepared in the same manner as described above, and a cylindrical shape machined so that the center axis of the cylinder was parallel to a direction tilted 4 ° from the c axis of the SiC crystal to the [11-20] direction. Even when the notch processing shown in Figs. 3 and 4 is performed on the disk obtained by cutting with a wire saw, it can be processed in a shorter time than the conventional orientation flat processing, and the total number of processing defects on the complete circular wafer area The area ratio was the same as in the above example.

1 種結晶(SiC単結晶)
2 SiC結晶粉末原料
3 黒鉛坩堝
4 二重石英管(水冷)
5 断熱材
6 真空排気装置
7 ワークコイル
8 測温用窓
9 二色温度計(放射温度計)
1 seed crystal (SiC single crystal)
2 SiC crystal powder raw material
3 Graphite crucible
4 Double quartz tube (water cooling)
5 Insulation
6 Vacuum exhaust system
7 Work coil
8 Temperature measuring window
9 Two-color thermometer (radiation thermometer)

Claims (7)

特定の結晶方位端に加工欠損部が2箇所あり、該加工欠損部の総面積が、完全円ウェハ全面積に対する比で0.38%以下であり、かつ、2つの加工欠損部の面積が異なることを特徴とする炭化珪素単結晶ウェハ。   There are two processing defects at a specific crystal orientation end, the total area of the processing defects is 0.38% or less of the total area of the complete circular wafer, and the areas of the two processing defects are different. A featured silicon carbide single crystal wafer. 前記炭化珪素単結晶ウェハの口径が50mm以上である請求項1に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。   The silicon carbide single crystal wafer according to claim 1, wherein the diameter of the silicon carbide single crystal wafer is 50 mm or more. 請求項1又は2に記載の炭化珪素単結晶ウェハであって、該ウェハが単一のポリタイプからなる炭化珪素単結晶ウェハ。   The silicon carbide single crystal wafer according to claim 1 or 2, wherein the wafer comprises a single polytype. 前記ウェハのポリタイプが4H、6H、又は15Rのいずれかである請求項3に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。   The silicon carbide single crystal wafer according to claim 3, wherein the polytype of the wafer is any one of 4H, 6H, and 15R. 前記ウェハの面法線と結晶のc軸がなす角度が0〜30°である請求項3又は4に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。   The silicon carbide single crystal wafer according to claim 3 or 4, wherein an angle formed by a surface normal of the wafer and a c-axis of the crystal is 0 to 30 °. 請求項3〜5のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ上に、炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長してなる炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ。   A silicon carbide single crystal epitaxial wafer obtained by epitaxially growing a silicon carbide thin film on the silicon carbide single crystal wafer according to any one of claims 3 to 5. 請求項3〜5のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ上に、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、又はこれらの混晶のいずれかの薄膜をエピタキシャル成長してなるヘテロエピタキシャルウェハ。   A heteroepitaxial wafer formed by epitaxially growing a thin film of gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, or a mixed crystal thereof on the silicon carbide single crystal wafer according to any one of claims 3 to 5.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014162775A1 (en) * 2013-04-01 2014-10-09 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2018037560A (en) * 2016-08-31 2018-03-08 富士電機株式会社 Silicon carbide semiconductor base substance, crystal axis alignment method for the same, and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002222746A (en) * 2001-01-23 2002-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nitride semiconductor wafer and its manufacturing method
WO2005093795A1 (en) * 2004-03-18 2005-10-06 Cree, Inc. Lithographic methods to reduce stacking fault nucleation sites and structures having reduced stacking fault nucleation sites
JP2006086371A (en) * 2004-09-16 2006-03-30 Kyocera Corp Substrate for growing semiconductor, and semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002222746A (en) * 2001-01-23 2002-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nitride semiconductor wafer and its manufacturing method
WO2005093795A1 (en) * 2004-03-18 2005-10-06 Cree, Inc. Lithographic methods to reduce stacking fault nucleation sites and structures having reduced stacking fault nucleation sites
JP2006086371A (en) * 2004-09-16 2006-03-30 Kyocera Corp Substrate for growing semiconductor, and semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014162775A1 (en) * 2013-04-01 2014-10-09 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2014203833A (en) * 2013-04-01 2014-10-27 住友電気工業株式会社 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
CN105074897A (en) * 2013-04-01 2015-11-18 住友电气工业株式会社 Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2018037560A (en) * 2016-08-31 2018-03-08 富士電機株式会社 Silicon carbide semiconductor base substance, crystal axis alignment method for the same, and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP7017021B2 (en) 2016-08-31 2022-02-08 富士電機株式会社 Silicon Carbide Semiconductor Substrate, Crystal Axis Alignment Method of Silicon Carbide Semiconductor Substrate, and Manufacturing Method of Silicon Carbide Semiconductor Device

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