JP2023177253A - ＳｉＣエピタキシャルウェハ - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＣエピタキシャル層を積層する等の表面処理した後の反りを抑制できるＳｉＣ基板を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面に積層されたＳｉＣエピタキシャル層とを有し、前記ＳｉＣ基板の直径が１９５ｍｍ以上であり、Ｗａｒｐが５０μｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、ＳｉＣエピタキシャルウェハに関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。

ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣインゴットから切り出されたＳｉＣ基板の表面にＳｉＣエピタキシャル層を積層することで得られる。以下、ＳｉＣエピタキシャル層を積層前の基板をＳｉＣ基板と称し、ＳｉＣエピタキシャル層を積層後の基板をＳｉＣエピタキシャルウェハと称する。

ＳｉＣエピタキシャルウェハは、片面にＳｉＣエピタキシャル層を有するため、反る場合がある。ＳｉＣエピタキシャルウェハの反りは、半導体デバイスのプロセスに悪影響を及ぼす。例えば、反りは、フォトリソグラフィー加工における焦点ずれの原因となる。また反りは、搬送プロセス中におけるウェハの位置精度低下の原因となる。さらに、ＳｉＣエピタキシャルウェハは半導体プロセス中の酸化膜積層やイオン注入により、大きな反りが発生する場合がある。

一方で、ＳｉＣエピタキシャル層を積層する前のＳｉＣ基板は平坦であり、ＳｉＣ基板の状態でＳｉＣエピタキシャルウェハの反りや半導体プロセス中の反りを予想することは難しい。例えば、特許文献１には、研磨が完了したＳｉＣ単結晶製品ウェハの反りの値を、研磨工程完了前に予測するために、ラマン散乱光の波数シフト量の差分を用いることが記載されている。特許文献２には、基板の厚み方向においてラマンスペクトルを測定し、厚み方向において応力の分布が低減されている基板が開示されている。また例えば、特許文献３には、結晶学的なストレスを緩和することで、ＳｉＣ基板の反りが低減されることが記載されている。

特開２０１５－５９０７３号公報 国際公開第２０１９／１１１５０７号 米国特許出願公開第２０２１／０１９８８０４号明細書 特開２００７－２９０８８０号公報

特許文献１及び２には、ラマンシフトを用いて、基板の内部応力の評価をしているが、ラマンシフトには方向の情報は含まれていない。また特許文献１～３には応力を小さくすることが記載されているが、応力を小さくすることだけでは、ＳｉＣエピタキシャルウェハの反りを十分抑制することができなかった。また、特許文献４にはインゴットの周方向の圧縮応力を大きくすることで、インゴットのクラックを抑制することが記載されているが、ＳｉＣエピタキシャルウェハの反りを十分抑制することができなかった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣエピタキシャル層を積層する、酸化膜を積層する、イオン注入を実施する等の表面処理した後の反りを抑制できるＳｉＣ基板を提供することを目的とする。

本発明者らは、外周近傍の円周方向の引張応力を中心近傍の円周方向の引張応力より大きくすることで、ＳｉＣエピタキシャル層を積層する等の表面処理した後の反りを抑制できることを見出した。すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）第１の態様にかかるＳｉＣ基板は、中心から［１１－２０］方向で外周端から１０ｍｍ内側の点を第１外周点とし、中心から直径１０ｍｍの円内の任意の点を第１中心点とした際に、前記第１外周点における前記第１外周点の円周方向である＜１－１００＞方向の引張応力は、前記第１中心点における前記第１外周点の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向の引張応力より大きい。

（２）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、中心から［－１１００］方向で外周端から１０ｍｍ内側の点を第２外周点とした際に、前記第２外周点における前記第２外周点の円周方向と同じ方向である＜１１－２０＞方向の引張応力は、前記第１中心点における前記第２外周点の円周方向と同じ方向である＜１１－２０＞方向の引張応力より大きくてもよい。

（３）第２の態様にかかるＳｉＣ基板は、中心から［－１１００］方向で外周端から１０ｍｍ内側の点を第２外周点とし、中心から直径１０ｍｍの円内の任意の点を第１中心点とした際に、前記第２外周点における前記第２外周点の円周方向である＜１１－２０＞方向の引張応力は、前記第１中心点における前記第２外周点の円周方向と同じ方向である＜１１－２０＞方向の引張応力より大きい。

（４）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、中心から［１１－２０］方向で外周端から１０ｍｍ内側の点を第１外周点とした際に、前記第１外周点における前記第１外周点の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向の引張応力は、前記第１中心点における前記第１外周点の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向の引張応力より大きくてもよい。

（５）上記態様にかかるＳｉＣ基板において、前記第１外周点の円周方向の引張応力は、前記第１中心点における前記第１外周点の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より１０ＭＰａ以上大きくてもよい。また前記第２外周点の円周方向の引張応力は、前記第１中心点における前記第２外周点の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より１０ＭＰａ以上大きくてもよい。

（６）上記態様にかかるＳｉＣ基板において、前記第１外周点の円周方向の引張応力は、前記第１中心点における前記第１外周点の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より３０ＭＰａ以上大きくてもよい。また前記第２外周点の円周方向の引張応力は、前記第１中心点における前記第２外周点の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より３０ＭＰａ以上大きくてもよい。

（７）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、直径が１４５ｍｍ以上でもよい。

（８）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、直径が１９５ｍｍ以上でもよい。

（９）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、第１面の表面粗さ（Ｒａ）が、１ｎｍ以下でもよい。

（１０）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、Ｗａｒｐが５０μｍ以下でもよい。

（１１）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、第１面において、最外周から７．５ｍｍ内側の円周と重なる位置にある支持体と、厚み方向から見て重なる部分を繋ぐ面を基準面とした際のＢｏｗが３０μｍ以下でもよい。

（１２）第３の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、上記態様にかかるＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面に積層されたＳｉＣエピタキシャル層とを有する。

（１３）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、Ｗａｒｐが５０μｍ以下でもよい。

（１４）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、前記エピタキシャル層の表面において、最外周から７．５ｍｍ内側の円周と重なる位置にある支持体と、厚み方向から見て重なる部分を通る面を基準面とした際のＢｏｗが３０μｍ以下でもよい。

上記態様にかかるＳｉＣ基板は、ＳｉＣエピタキシャル層を積層する等の表面処理した後の反りを抑制できる。

ＳｉＣエピタキシャルウェハの反りを説明するための模式図である。 本実施形態にかかるＳｉＣ基板の平面図である。 第１外周点の円周方向の引張応力の測定方法を説明するための模式図である。 第２外周点の円周方向の引張応力の測定方法を説明するための模式図である。 ＷａｒｐによるＳｉＣ基板の形状の評価方法を模式的に示した図である。 ＢｏｗによるＳｉＣ基板の形状の評価方法を模式的に示した図である。 ＳｉＣインゴットの製造装置の一例である昇華法を説明するための模式図である。

以下、本実施形態にかかるＳｉＣ基板等について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本実施形態の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

まずＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の反りについて説明する。図１は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の反りを説明するための模式図である。ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０は、ＳｉＣ基板１０の第１面１０ａにＳｉＣエピタキシャル層１１を積層することで得られる。ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０は、ＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層１１とを有する。

ＳｉＣ基板１０に大きな反りは無く、ほぼ平坦である。ほぼ平坦とは、平坦面上に載置した際に、大きく浮き上がる部分がないことを意味する。

デバイスが動作できる高品質のＳｉＣを得るために、ＳｉＣ基板１０にはＳｉＣエピタキシャル層１１が積層される。またＳｉＣエピタキシャル層１１を積層する前には、研磨等の機械的な加工が施される場合が多い。この場合、ＳｉＣ基板１０の第１面１０ａに加工変質層が形成される。ＳｉＣ基板１０の一面に、ＳｉＣエピタキシャル層１１が積層されたり、加工変質層が形成されるとＳｉＣエピタキシャルウェハ２０が反る場合がある。

「第１実施形態」
図２は、本実施形態に係るＳｉＣ基板１０である。ＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣからなる。ＳｉＣ基板１０のポリタイプは、特に問わず、２Ｈ、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈのいずれでもよい。ＳｉＣ基板１０は、例えば、４Ｈ－ＳｉＣである。

ＳｉＣ基板１０の平面視形状は略円形である。ＳｉＣ基板１０は、結晶軸の方向を把握するためのオリエンテーションフラットＯＦもしくはノッチを有してもよい。ＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、１４５ｍｍ以上であり、好ましくは１９５ｍｍ以上である。ＳｉＣ基板１０の直径が大きいほど、同じ曲率でも反りの絶対量が大きくなる。反りの大きなＳｉＣエピタキシャルウェハは、後工程のプロセスに与える影響が大きく、反りの抑制が求められる。換言すると、本発明は、直径の大きいＳｉＣ基板１０に適用するほど効果的である。

本実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、第１外周点１の円周方向である＜１－１００＞方向の引張応力が、第１中心点２における第１外周点１の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向の引張応力より大きい。第１外周点１の円周方向の引張応力は、第１中心点２における第１外周点の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より１０ＭＰａ以上大きいことが好ましく、３０ＭＰａ以上大きいことがより好ましい。

第１外周点１は、ＳｉＣ基板１０の外周端から１０ｍｍ内側の外周部５にある。第１外周点１は、外周部５のうちＳｉＣ基板１０の中心から［１１－２０］の方向にある点である。第１中心点２は、中心部６内の任意の点である。中心部６は、ＳｉＣ基板１０の中心から直径１０ｍｍの円内の領域である。第１中心点２は、例えば、ＳｉＣ基板１０の中心と一致する。

ここで、ミラー指数の方向を示す括弧の表記として、＜＞、［］がある。＜１－１００＞は、結晶方向の対称性から［－１１００］を含む。＜１１－２０＞は、結晶方向の対称性から［１１－２０］を含む。

引張応力は、歪εとヤング率との積で算出される。歪εは、（ａ０－ａ）／ａ０で求められる。ａ０は、基準格子定数である。ａ０は、４Ｈ－ＳｉＣの場合、約３．０８Åである。ａは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）から求められる格子定数である。応力の方向は、Ｘ線回折の入射Ｘ線の方向から求められる。なお、本発明では引張を正、圧縮を負の値として取り扱う。応力の大小を議論する際は、絶対値で大小を規定する。格子定数ａが、基準格子定数ａ０より小さくなればなるほど、歪εは大きくなり、その結果、引張応力が大きくなる。

図３は、第１外周点１の円周方向の引張応力の測定方法を説明するための模式図である。第１外周点１における円周方向は、ＳｉＣ基板１０の中心と第１外周点１とを結ぶ線分と直交する方向（以下、第１方向と称する。）である。第１方向は、＜１－１００＞方向である。第１外周点１の円周方向の引張応力を測定する場合は、第１方向からＸ線を照射する。この円周方向からＸ線をＳｉＣ基板１０に入射することで、第１外周点１における円周方向の格子定数ａが求められる。そしてこの格子定数ａを用いて、上式から第１外周点１における円周方向の応力が求められる。なお、実測の格子定数ａが基準格子定数ａ０より小さい場合は、引張応力が作用しているとみなす。

第１中心点２において第１外周点１の円周方向と同じ方向に作用する引張応力は、第１外周点１と同じ方法で、第１中心点２にＸ線を入射することで求められる。第１外周点１の円周方向と同じ方向は、上述の第１方向である。第１外周点１と第１中心点２とは、同じ方向（第１方向）に作用する引張応力の大小を比較する。

第１外周点１の円周方向の引張応力が、第１中心点２における第１外周点１の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より大きいと、ＳｉＣエピタキシャル層１１を積層後にＳｉＣエピタキシャルウェハ２０が反りにくい。これは、第１外周点１の円周方向に引張応力が強く加わることで、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０を外側に向かって広げようとする力がＳｉＣエピタキシャルウェハ２０に作用するためと考えられる。

また本実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、第２外周点３の円周方向の引張応力が、第１中心点２における第２外周点３の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より大きいことが好ましい。また第２外周点３の円周方向の引張応力は、第１中心点２における第２外周点３の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より１０ＭＰａ以上大きいことが好ましく、３０ＭＰａ以上大きいことがより好ましい。

第２外周点３は、ＳｉＣ基板１０の外周端から１０ｍｍ内側の外周部５にある。第２外周点３は、外周部５のうちＳｉＣ基板１０の中心から［－１１００］の方向にある点である。

図４は、第２外周点３の円周方向の引張応力の測定方法を説明するための模式図である。第２外周点３における円周方向は、ＳｉＣ基板１０の中心と第２外周点３とを結ぶ線分と直交する方向（以下、第２方向と称する。）である。第２方向は、＜１１－２０＞方向である。第２外周点３の円周方向の引張応力を測定する場合は、第２方向からＸ線を照射する。この円周方向からＸ線をＳｉＣ基板１０に入射することで、第２外周点３における円周方向の格子定数ａが求められる。そしてこの格子定数ａを用いて、上式から第２外周点３における円周方向の引張応力が求められる。

第２外周点３の円周方向の引張応力と、第１中心点２における第２外周点３の円周方向と同じ方向に作用する引張応力とを比較する際は、第１中心点２において第２外周点３の円周方向と同じ方向である＜１１－２０＞方向の引張応力を求める。第１中心点２において第２外周点３の円周方向と同じ方向に作用する引張応力は、第２外周点３と同じ方法で、第１中心点２にＸ線を入射することで求められる。第２外周点３の円周方向と同じ方向は、上述の第２方向である。

第２外周点３の円周方向の引張応力が、第１中心点２における第２外周点３の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より大きいと、ＳｉＣエピタキシャル層１１を積層後にＳｉＣエピタキシャルウェハ２０がより反りにくい。これは、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０を外側に向かって広げようとする力が、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の面内の異なる方向に作用するためと考えらえる。

また本実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、外周部５のいずれの位置でも円周方向の引張応力が、第１中心点２の引張応力より大きいことが好ましい。ここで、第１中心点２の引張応力は、測定点における円周方向と同じ方向に作用する引張応力である。また外周部５より外側の領域に加わる平均引張応力は、中心部６に加わる平均引張応力より大きいことが好ましい。ここで、平均引張応力は、例えば、その領域内の異なる５点で測定された引張応力の平均値である。

ＳｉＣ基板１０の表面は研削されることが多い。ＳｉＣ基板１０の第１面１０ａの表面粗さ（Ｒａ）は、例えば、１ｎｍ以下であることが好ましい。第１面１０ａは、例えば、ＳｉＣエピタキシャル層１１が積層される側の面である。

ＳｉＣ基板１０の第１面１０ａ及び第２面１０ｂは、いずれも研削されていてもよい。
第１面１０ａは例えばＳｉ面で、第２面１０ｂは例えばＣ面である。第１面１０ａと第２面１０ｂの関係はこの逆でもよい。第１面１０ａと第２面１０ｂは、いずれもスクラッチ等の残留した鏡面加工された鏡面でも、いずれもＣＭＰ（Chemical mechanical polish）されたＣＭＰ処理面でもよく、研磨の程度が第１面１０ａと第２面１０ｂとで異なってもよい。スクラッチ等の残留した鏡面には加工変質層が形成され、ＣＭＰ処理面にはほとんど加工変質層が形成されない。加工変質層は、加工によりダメージを受けた部分であり、結晶構造が崩れている部分である。

例えば、第１面１０ａが鏡面研削面で第２面１０ｂがＣＭＰ処理面の場合は、両面の表面状態の違いにより、ＳｉＣ基板１０にトワイマン効果が生じる。トワイマン効果は、基板の両面にある残留応力に差が生じた場合に、両面の応力の差を補おうとする力が働く現象である。トワイマン効果は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の反りの原因となりうる。すなわち、本発明は、第１面１０ａと第２面１０ｂの表面状態の異なるＳｉＣ基板１０に適用するほど効果的である。

本実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、Ｗａｒｐが５０μｍ以下であることが好ましく、Ｗａｒｐが３０μｍ以下であることがより好ましい。Ｗａｒｐが５０μｍ以下で上記の引張応力の関係を満たすＳｉＣ基板１０を用いると、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の反りを十分小さくできる。そのため、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０が搬送中の精度低下を避けることができ、微細なリソグラフィープロセスにおいても、焦点を適切に合わせることができる。

図５は、ＷａｒｐによるＳｉＣ基板の形状（変形）の評価方法を模式的に示した図である。Ｗａｒｐは、第１面１０ａの最高点ｈｐと最低点ｌｐとの厚み方向の距離である。Ｗａｒｐが大きいほど、ＳｉＣ基板１０は変形していると判断される。まずＳｉＣ基板１０を平坦面Ｆに設置された３点の支持点上に設置する。第１面１０ａにおける最低点ｌｐを通り平坦面Ｆと平行な仮想面Ｓｌｐと、第１面１０ａにおける最高点ｈｐを通り平坦面Ｆと平行な仮想面Ｓｈｐを求める。Ｗａｒｐは、仮想面Ｓｌｐと仮想面Ｓｈｐとの高さ方向の距離として求められる。高さ方向は、平坦面Ｆと直交し、平坦面Ｆから離れる方向である。

本実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、Ｂｏｗが３０μｍ以下であることが好ましく、Ｂｏｗが１０μｍ以下であることがより好ましい。また、Ｂｏｗは－３０μｍ以上であることが好ましい。Ｂｏｗの絶対値が３０μｍ以下で上記の引張応力の関係を満たすＳｉＣ基板１０を用いると、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の反りを十分小さくできる。そのため、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の搬送中の精度低下を避けることができ、微細なリソグラフィープロセスにおいても、焦点を適切に合わせることができる。

図６は、ＢｏｗによるＳｉＣ基板の形状（変形）の評価方法を模式的に示した図である。Ｂｏｗは、基準面Ｓｒに対するＳｉＣ基板１０の中心ｃの高さ方向の位置である。言い換えると、Ｂｏｗは、ＳｉＣ基板１０の中心ｃの、基準面Ｓｒからの符号付距離である。
基準面Ｓｒは、第１面１０ａのうち厚み方向から見て、複数の支持体のそれぞれと重なる点ｓｐを繋ぐ面である。複数の支持体は、例えば、ＳｉＣ基板１０の外周端から７．５ｍｍ内側の円周と重なる位置に配置される。例えば、３つの支持体でＳｉＣ基板１０を支持する。３つの支持体のそれぞれは、支持体が支持するＳｉＣ基板１０の中心を中心軸に、３回対称の位置にある。基準面Ｓｒは、例えば、３点基準平面である。Ｂｏｗの絶対値が大きいほど、ＳｉＣ基板１０は変形していると判断される。まずＳｉＣ基板１０を平坦面Ｆに設置された３点の支持点上に設置する。厚み方向から見て支持点上にある第１面１０ａの３つの点ｓｐを繋ぎ、基準面Ｓｒを求める。そして、基準面Ｓｒを０とし、基準面Ｓｒを基準に平坦面Ｆから離れる方向を＋、基準面Ｓｒを基準に平坦面Ｆに近づく方向を－と規定する。Ｂｏｗは、第１面１０ａの中心ｃの基準面Ｓｒに対する高さ方向の位置として求められる。言い換えると、Ｂｏｗは、第１面１０ａの中心ｃの、基準面Ｓｒからの符号付距離として求められる。

またエピタキシャル層１１を積層後のＳｉＣエピタキシャルウェハ２０も、Ｗａｒｐが５０μｍ以下であることが好ましく、Ｗａｒｐが３０μｍ以下であることがより好ましい。またエピタキシャル層１１を積層後のＳｉＣエピタキシャルウェハも、Ｂｏｗが３０μｍ以下であることが好ましく、Ｂｏｗが１０μｍ以下であることがより好ましく、Ｂｏｗは－３０μｍ以上であることが好ましい。ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０のＢｏｗを測定する際の基準面は、エピタキシャル層１１の表面のうち厚み方向から見て、複数の支持体のそれぞれと重なる点を繋ぐ面である。複数の支持体の位置は、ＳｉＣ基板１０のＢｏｗを測定する位置と同じである。まずＳｉＣエピタキシャルウェハ２０を平坦面Ｆに設置された３点の支持点上に設置する。厚み方向から見て支持点上にあるエピタキシャル層１１の表面の３つの点を繋ぎ、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０のＢｏｗを測定する際の基準面を求める。Ｂｏｗは、エピタキシャル層１１の表面の中心の基準面に対する高さ方向の位置として求められる。言い換えると、Ｂｏｗは、エピタキシャル層１１の表面の中心の、基準面からの符号付距離として求められる。

次いで、本実施形態に係るＳｉＣ基板１０の製造方法の一例について説明する。ＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣインゴットをスライスして得られる。ＳｉＣインゴットは、例えば、昇華法によって得られる。

図７は、ＳｉＣインゴットの製造装置３０の一例である昇華法を説明するための模式図である。図７において台座３２の表面と直交する方向をｚ方向、ｚ方向と直交する一方向をｘ方向、ｚ方向及びｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。

昇華法は、黒鉛製の坩堝３１内に配置した台座３２にＳｉＣ単結晶からなる種結晶３３を配置し、坩堝３１を加熱することで坩堝３１内の原料粉末３４から昇華した昇華ガスを種結晶３３に供給し、種結晶３３をより大きなＳｉＣインゴット３５へ成長させる方法である。坩堝３１の加熱は、例えば、コイル３６で行う。

昇華法での結晶成長条件を制御することで、ＳｉＣインゴット３５から得られるＳｉＣ基板１０の内部に加わる引張応力を制御できる。

例えば、ＳｉＣインゴット３５をｃ面成長させる際に、結晶成長面の中心部の温度と、外周部の温度と、を制御する。結晶成長面は、結晶の成長過程における表面である。例えば、ＳｉＣインゴット３５をｃ面成長させる際に、結晶成長面の中心部の温度より外周部の温度を低くする。またｘｙ面内の中央と外周の成長速度差が０．００１ｍｍ／ｈ以上、０．０５ｍｍ／ｈ以下となるように、結晶成長を行う。ここで、ｘｙ面内の中央の成長速度は、外周の成長速度より遅くする。成長速度は、結晶成長面の温度を変えることで変化する。

結晶成長面の温度は、コイル３６による坩堝３１の加熱中心のｚ方向の位置を制御することで調整できる。例えば、坩堝３１の加熱中心のｚ方向の位置は、コイル３６のｚ方向の位置を変えることで変更できる。坩堝３１の加熱中心のｚ方向の位置と結晶成長面のｚ方向の位置とが、０．５ｍｍ／ｈで離れるように制御する。ここで、坩堝３１の加熱中心のｚ方向の位置が、結晶成長面のｚ方向の位置に対し、下側（原料粉末３４側）にくるように制御する。

次いで、このような条件で作製したＳｉＣインゴットをＳｉＣ基板１０へ加工する。一般的な加工方法では、ＳｉＣインゴットの状態とＳｉＣ基板の状態とで、単結晶にかかる応力が変わってしまう。例えば、成型工程では、直径１８０ｍｍのＳｉＣインゴットから、直径１５０ｍｍのＳｉＣ基板に加工する際には直径を小さくする必要がある。また、例えば、マルチワイヤー切断工程では表面のうねりが発生し、うねりを除去する必要がある。このような工程を経ることで、例えば、ＳｉＣインゴットの応力が大きい部分が除去されることや結晶格子面の形状が変わることがあり、ＳｉＣインゴットの状態の応力が、ＳｉＣ基板の状態では開放され、外周部で引張応力が大きいＳｉＣ基板は得られない。外周部で引張応力が大きいＳｉＣ基板を得るためには、インゴットの状態の単結晶にかかる応力を基板の状態に引き継ぐように加工することが必要である。

例えば、ＳｉＣインゴットの片面へダメージフリー加工を施したのち、シングルワイヤーソーで切断し、ダメージフリー加工を施した面を吸着して切断面に対してさらにダメージフリー加工を行う。ＳｉＣ基板１０の両面に対してダメージフリー加工を行うことで、ＳｉＣインゴットの状態で生じた引張応力の一部が、基板にも引き継がれる。ダメージフリー加工は、例えばＣＭＰ加工である。このようにＳｉＣインゴットの状態の格子面形状を残すように基板加工を行うことで、ＳｉＣインゴットの持つ応力が解放せずに大きな引張応力を持つＳｉＣ基板１０を作製できる。その後、直径を調整する成型工程を行うことで、大きな引張応力を持つＳｉＣ基板１０を得ることができる。

上述のように、第１実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣエピタキシャル層１１を積層した後でも反りにくい。これは、ＳｉＣ基板１０の外側の周方向の引張応力を意図的に高めることで、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０を外側に向かって広げようとする力が作用するためと考えられる。

「第２実施形態」
第２実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、第２外周点３の円周方向である＜１１－２０＞方向の引張応力が、第１中心点２における第２外周点３の円周方向と同じ方向である＜１１－２０＞方向に作用する引張応力より大きい。第２実施形態におけるＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣ基板１０の状態を規定するための測定箇所が異なることを除いて、第１実施形態におけるＳｉＣ基板１０と同様である。例えば、第２実施形態に係るＳｉＣ基板１０のＷａｒｐ、Ｂｏｗ、直径、表面粗さ等の好ましい範囲は、第１実施形態に係るＳｉＣ基板１０と同様である。

第２外周点３の円周方向の引張応力は、第１中心点２における第２外周点３の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より１０ＭＰａ以上大きいことが好ましく、３０ＭＰａ以上大きいことがより好ましい。

また第１外周点１の円周方向である＜１－１００＞方向の引張応力は、第１中心点２における第１外周点１の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向の引張応力より大きいことが好ましい。第１外周点１の円周方向の引張応力は、第１中心点２における第１外周点の円周方向と同じ方向に作用する引張応力より１０ＭＰａ以上大きいことがより好ましく、３０ＭＰａ以上大きいことがさらに好ましい。

第２実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、第１実施形態に係るＳｉＣ基板１０と同様の効果を奏する。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

（実施例１）
ＳｉＣ基板の表面に、ＳｉＣエピタキシャル層を積層した際の反りをシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、有限要素法シミュレータＡＮＳＹＳを用いて行った。有限要素法シミュレータＡＮＳＹＳを用いたシミュレーションが、実際に作製した物の結果と一致することは別途確認した。

シミュレーションは以下の手順で行った。まず、ＳｉＣ基板及び応力が異なる表面層の物性値を設定した。設定する物性値は、ＳｉＣ基板の板厚、表面層の膜厚、ヤング率、ポアソン比、である。ＳｉＣ基板の板厚は、３５０μｍとした。ＳｉＣ基板の直径は、１５０ｍｍとした。ＳｉＣ基板のＷａｒｐは、０μｍとした。ＳｉＣ基板のヤング率は４８０ＧＰａ、ポアソン比は０．２０とした。表面層の膜厚は、１０μｍとした。ここで表面層はイオン注入により応力が発生した場合を考え、表面層のヤング率およびポアソン比は、ＳｉＣ基板と同じ値を用いた。

次いで、ＳｉＣ基板の応力分布と表面層の応力を設定した。まずＳｉＣ基板の応力分布を設定した。ＳｉＣ基板の第１外周点１の引張応力を第１中心点２の引張応力より４０ＭＰａ大きく設定した。すなわち、第１外周点１と第１中心点２の応力差は、４０ＭＰａに設定し、第１外周点１が第１中心点より強く引張応力がかかるように設定した。表面層の全体には、応力として６０ＭＰａを印可した。

上記条件でシミュレーションを行い、表面層付きＳｉＣ基板の反りをもとめた。反りは、Ｗａｒｐで評価した。実施例１の反り（Ｗａｒｐ）は、４７μｍであった。表面層付きＳｉＣ基板の反りは、表面層をエピタキシャル層とみなすことで、エピタキシャルウェハの反りとみなすことができる。表面層がエピタキシャル層の場合は、エピタキシャル層の膜厚や不純物濃度差に依存する応力差によって、Ｗａｒｐの大小は変わるが、求められた表面層付きＳｉＣ基板の反りと相関があることを確認した。

（実施例２）
実施例２は、ＳｉＣ基板の第１外周点１の引張応力を第１中心点２の引張応力より２０ＭＰａ大きく設定した点が実施例１と異なる。すなわち、第１外周点１と第１中心点２の応力差は、２０ＭＰａに設定し、第１外周点１が第１中心点より強く引張応力がかかるように設定した。その他のパラメータは実施例１と同じとし、実施例１と同様に、シミュレーションで表面層付きＳｉＣ基板の反り（Ｗａｒｐ）を求めた。実施例２の反り（Ｗａｒｐ）は、７８μｍであった。

（比較例１）
比較例１は、ＳｉＣ基板の第１外周点１の引張応力を第１中心点２の引張応力と同じに設定した点が実施例１と異なる。すなわち、第１外周点１と第１中心点２の応力差は、０ＭＰａに設定し、第１外周点１が第１中心点２と同じ応力がかかるように設定した。その他のパラメータは実施例１と同じとし、実施例１と同様に、シミュレーションで表面層付きＳｉＣ基板の反り（Ｗａｒｐ）を求めた。比較例１の反り（Ｗａｒｐ）は、１１６μｍであった。

（比較例２）
比較例２は、ＳｉＣ基板の第１中心点２の引張応力を第１外周点１の引張応力より２０ＭＰａ大きく設定した点が実施例１と異なる。すなわち、第１外周点１と第１中心点２の応力差は、－２０ＭＰａに設定し、第１中心点２が第１外周点１より強く引張応力がかかるように設定した。すなわち、第１外周点１は、第１中心点２より圧縮応力がかかっている。その他のパラメータは実施例１と同じとした、実施例１と同様に、シミュレーションで表面層付きＳｉＣ基板の反り（Ｗａｒｐ）を求めた。比較例２の反り（Ｗａｒｐ）は、１８９μｍであった。

実施例１，２及び比較例１，２の結果を表１にまとめた。

中央部と比較して外周部に大きな引張応力が作用している実施例１及び実施例２は、中央部と比較して外周部に引張応力が作用していない比較例１及び外周部に圧縮応力が作用している比較例２と比較して表面層付きＳｉＣ基板の反りが小さかった。すなわち中央部と比較して外周部に引張応力を持つ基板においては、先行文献に示されるような、中央部と比較して外周部に引張応力が作用していないＳｉＣ基板及び外周部に圧縮応力が作用しているＳｉＣ基板より、エピタキシャルウェハおよび半導体プロセス中の反りが低減できる。

１ 第１外周点
２ 第１中心点
３ 第２外周点
５ 外周部
６ 中心部
１０ ＳｉＣ基板
１０ａ 第１面
１０ｂ 第２面
１１ ＳｉＣエピタキシャル層
２０ ＳｉＣエピタキシャルウェハ
ｈｐ 最高点
ｌｐ 最低点
ｓｐ 支持点
Ｓｈｐ、Ｓｌｐ 仮想面
Ｓｒ 基準面

Claims (5)

1. ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面に積層されたＳｉＣエピタキシャル層とを有し、
   前記ＳｉＣ基板の直径が１９５ｍｍ以上であり、
   Ｗａｒｐが５０μｍ以下である、ＳｉＣエピタキシャルウェハ。
2. 前記ＳｉＣエピタキシャル層の表面において、最外周から７．５ｍｍ内側の円周と重なる位置にある支持体と、厚み方向から見て重なる部分を通る面を基準面とした際のＢｏｗが３０μｍ以下である、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハ。
3. Ｗａｒｐが３０μｍ以下である、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハ。
4. 前記ＳｉＣエピタキシャル層の表面において、最外周から７．５ｍｍ内側の円周と重なる位置にある支持体と、厚み方向から見て重なる部分を通る面を基準面とした際のＢｏｗが１０μｍ以下である、請求項２に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハ。
5. 前記ＳｉＣエピタキシャル層の表面において、最外周から７．５ｍｍ内側の円周と重なる位置にある支持体と、厚み方向から見て重なる部分を通る面を基準面とした際のＢｏｗが－３０μｍ以上である、請求項２に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハ。

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