JP2016153371A - 炭化珪素基板 - Google Patents
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-
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Abstract
Description
ることができる。Naについては、ICP-MSにより評価することができる。TXRFは前処理が不要であり、簡易に評価を行なうことができる。一方、ICP-MSによる評価では、まず基板表面から酸により金属を抽出し、抽出された金属の量をICP-MSにより評価する。すなわち、酸(溶液)に接触する基板表面全体における不純物の量を測定することができる。酸としては、王水、塩酸、ふっ酸、塩酸過水、ふっ酸過水、ふっ硝酸などを用いることができる。
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態1について説明する。図1を参照して、本実施の形態における炭化珪素基板1は、その全体が単結晶炭化珪素からなり、一方の主面1Aには、硫黄原子が60×1010atoms/cm2以上2000×1010atoms/cm2以下で存在し、酸素原子が3at%以上30at%以下で存在している。
−50x+700≦y≦−50x+1000
を満たすようにすることが好ましい。
次に、実施の形態2における炭化珪素基板について説明する。図10を参照して実施の形態2における炭化珪素基板1は、基本的には実施の形態1の炭化珪素基板1と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態2における炭化珪素基板1は、ベース層および単結晶炭化珪素層を備えている点において、実施の形態1の場合とは異なっている。
デバイスの歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における硫黄原子および酸素原子の存在割合の影響について調査する実験を行なった。具体的には、主面における硫黄原子および酸素原子の存在割合の異なる11枚の基板を準備し、それぞれの基板ごとに複数の半導体装置(デバイス)を作製した。そして、作製されたデバイスの動作確認を実施し、歩留まりを調査した。炭化珪素単結晶の成長は、昇華法により行なった。種基板には主面が(0001)面である直径50mmの炭化珪素基板を用いた。成長した結晶の窒素濃度は1×1019cm‐3であった。外周研削機により、結晶の成長面、種基板面、外周を研削加工し、円柱状の炭化珪素のインゴットを得た。スライスはマルチワイヤーソーで実施した。スライス後の主面を{03−38}面とするため、ワイヤーの走行方向から54.7°傾斜させてインゴットをワイヤーソー装置内にセットして切断した。スライス後の基板厚みは250μmとした。スライス後の基板をダイシングして20mm×30mmのタイル基板を得た。ベース基板の結晶成長は昇華法によりカーボン容器において種結晶なしで実施し、多結晶炭化珪素を成長させた。外周加工により、直径155mmのインゴットを得た。マルチワイヤーソーによりスライスし、厚み500μmの多結晶ベース基板を得た。単結晶矩形基板を多結晶ベース基板上に配置し、近接昇華により接合した。接合した複合基板の外周加工を行い、直径150mm、厚み750μmの基板を得た。
研磨布にはスウェードタイプを採用した。また、研磨液の粘度η(mPa・s)、液流量Q(m3/s)、研磨定盤の面積S(m2)、研磨圧力P(kPa)および周速V(m/s)を用いてR=η×Q×V/S×Pで表される抵抗係数R(m2/s)を1.0〜1.5×10−14とした。なお、硫黄原子の存在割合はTXRF、酸素原子の存在割合はXPSにより分析した。実験結果を表1に示す。
タイル基板の主面の面方位を{0001}とし、コロイダルシリカの粒径を90nmとした以外は、上記実施例1と同様に複合基板を作成した。タイル基板の面方位はスライス時の切断方向で制御した。スライス後の厚みは250μmとした。{0001}の複合基板においても、基板主面に硫黄原子が60×1010atoms/cm2以上2000×1010atoms/cm2以下、酸素原子が3at%以上30at%以下の範囲で存在する本発明の炭化珪素基板によれば、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能であることを確認した。
デバイスの歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における塩素原子の存在割合の影響について調査する実験を行なった。具体的には、主面における塩素原子の存在割合の異なる4枚の基板を準備し、上記実施例1の場合と同様にそれぞれの基板ごとに複数のデバイスを作製した。そして、作製されたデバイスの動作確認を実施し、歩留まりを調査した。実施例1の複合基板を用いて、CMPの条件を変更して表面組成を制御した。スラリーのケミカル成分には、レートの向上と表面組成の制御のために、硫酸ナトリウムとジクロロイソシアヌル酸ナトリウムを添加した。CMPのスラリーの砥粒には平均粒径50nmのコロイダルシリカを用いた。研磨布にはスウェードタイプを用いた。また、抵抗係数R(m2/s)は、2.0〜5.0×10−15(m2/s)とした。なお、塩素原子の存在割
合はTXRFにより分析した。実験結果を表2に示す。
デバイスの歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における面粗さの影響について調査する実験を行なった。具体的には、主面における面粗さの異なる5枚の基板を準備し、上記実施例1の場合と同様にそれぞれの基板ごとに複数のデバイスを作製した。そして、作製されたデバイスの動作確認を実施し、歩留まりを調査した。実施例1の複合基板を用いて、CMPの条件を変更して表面粗さを制御した。CMPのスラリーの砥粒には平均粒径20〜100nmのコロイダルシリカを用いた。研磨布にはスウェードタイプを用いた。また、抵抗係数R(m2/s)は、2.0〜5.0×10−15(m2/s)とした。実験結果を表3に示す。
デバイスの歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における金属原子の存在割合の影響について調査する実験を行なった。具体的には、主面における金属原子の存在割合の異なる6枚の基板を準備し、上記実施例1の場合と同様にそれぞれの基板ごとに複数のデバイスを作製した。そして、作製されたデバイスの動作確認を実施し、歩留まりを調査した。実施例1の複合基板を用いて、洗浄工程での薬液等を変更して表面における金属不純物量を制御した。実験結果を表4に示す。
デバイスの歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面におけるナトリウム原子の存在割合の影響について調査する実験を行なった。具体的には、主面におけるナトリウム原子の存在割合の異なる6枚の基板を準備し、上記実施例1の場合と同様にそれぞれの基板ごとに複数のデバイスを作製した。そして、作製されたデバイスの動作確認を実施し、歩留まりを調査した。実施例1の複合基板を用いて、洗浄工程での薬液等を変更して表面におけるナトリウム存在割合を制御した。実験結果を表5に示す。
デバイスの歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における銅原子および亜鉛原子の合計の存在割合の影響について調査する実験を行なった。具体的には、主面における銅原子および亜鉛原子の合計の存在割合の異なる6枚の基板を準備し、上記実施例1の場合と同様にそれぞれの基板ごとに複数のデバイスを作製した。そして、作製されたデバイスの動作確認を実施し、歩留まりを調査した。実施例1の複合基板を用いて、洗浄工程での薬液等を変更して表面における銅原子および亜鉛原子の合計量を制御した。実験結果を表6に示す。
Claims (12)
- 少なくとも一方の主面を含む領域が単結晶炭化珪素からなり、
前記一方の主面には、
硫黄原子が60×1010atoms/cm2以上500×1010atoms/cm2以下で存在し、
酸素原子が3at%以上30at%以下で存在する、炭化珪素基板。 - 前記一方の主面に存在する塩素原子は4000×1010atoms/cm2以下である、請求項1に記載の炭化珪素基板。
- 前記一方の主面に存在する炭素原子は40at%以上60at%以下である、請求項1または2に記載の炭化珪素基板。
- 前記一方の主面に存在する金属不純物は11000×1010atoms/cm2以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記一方の主面に存在する金属不純物は4000×1010atoms/cm2以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記一方の主面に存在するナトリウム原子は10000×1010atoms/cm2以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記一方の主面に存在する銅原子および亜鉛原子の合計は6000×1010atoms/cm2以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記一方の主面の表面粗さは、RMSで評価した場合0.5nm以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 直径が110mmよりも大きい、請求項1〜8のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記単結晶炭化珪素は4H構造を有し、
前記単結晶炭化珪素の{0001}面に対する前記一方の主面のオフ角は0.1°以上10°以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。 - 前記単結晶炭化珪素は4H構造を有し、
前記単結晶炭化珪素の(000−1)面に対する前記一方の主面のオフ角は0.01°以上6°以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。 - 前記単結晶炭化珪素は4H構造を有し、
前記単結晶炭化珪素の{03−38}面に対する前記一方の主面のオフ角は4°以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
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