JP2023508691A - 大口径炭化ケイ素ウェハ - Google Patents

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Abstract

Figure 2023508691000001
半導体製造に適するウェハ形状特性を有する大口径ＳｉＣウェハを含む炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハ及び関連する方法が開示される。大口径ＳｉＣウェハの形成に伴う応力及び歪み効果に関連する変形が低減された大口径ＳｉＣウェハが開示される。本明細書で述べるように、ウェハの形状及び平坦度特性は、ＳｉＣ結晶ブール又はインゴットの成長の過程における結晶応力プロファイルを低減することによって改善され得る。ウェハの形状及び平坦度特性は、個々のＳｉＣウェハが対応するＳｉＣ結晶ブールから分離された後にも改善され得る。これに関して、ウェハのボウ、ワープ、及び厚さ変動の値が低いことを含む適切な結晶品質並びにウェハ形状特性を有する大口径ＳｉＣウェハを含むＳｉＣウェハ及び関連する方法が開示される。
【選択図】図１Ａ

Description

関連出願
本出願は、その全開示内容が参照により本明細書に援用される２０１９年１２月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／９５４，０８２号の利益を主張するものである。
開示の分野
本開示は、結晶材料に関し、より詳細には、大口径炭化ケイ素ウェハに関する。
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、多くの魅力的な電気的及び熱物理学的特性を呈する。ＳｉＣは、その物理的強度及び化学的浸食に対する高い耐性、さらには耐放射性、高絶縁破壊電界、比較的広いバンドギャップ、高飽和電子ドリフト速度、高動作温度、並びにスペクトルの青色、紫色、及び紫外領域における高エネルギー光子の吸収と放出を含む様々な電気的特性のために特に有用である。シリコン及びサファイアを含む従来のウェハ又は基板材料と比較すると、ＳｉＣは、そのような特性のために、パワーエレクトロニクスデバイス、高周波デバイス、及びオプトエレクトロニクスデバイスなどの高出力密度半導体デバイスのためのウェハ又は基板の製造に対してより適するものとなっている。ＳｉＣは、ポリタイプと称される多くの異なる結晶構造で存在し、ある特定のポリタイプ（例：４Ｈ－ＳｉＣ及び６Ｈ－ＳｉＣ）は、六方晶構造を有している。
ＳｉＣが優れた材料特性を呈する一方で、ＳｉＣを成長させるために必要とされる結晶成長技術は、他の結晶材料のための従来の成長プロセスと比べて非常に異なっており、著しくより困難なものである。シリコン及びサファイアなどの半導体製造に用いられる従来の結晶材料は、非常により低い融点を有しているため、大口径の結晶材料を製造することができる溶融原料物質からの直接結晶成長技術を行うことが可能である。対照的に、バルク結晶ＳｉＣは、種結晶を用いた高温での昇華成長プロセスによって製造されることが多いが、この場合の様々な課題として、中でも、不純物の取り込み、熱及び結晶応力に伴う構造的欠陥、並びに異なるポリタイプの形成が挙げられる。典型的なＳｉＣ成長技術では、基材及び原料物質の両方が、反応坩堝の内部に配置される。坩堝が加熱されると発生する熱勾配によって、原料物質から基材に向かう物質の気相の動きが促進され、続いて基材上で凝縮して、バルク結晶成長が得られる結果となる。ＳｉＣにドーパントとして不純物を導入可能であること、及びこれらのドーパントによってある特定の特性を制御可能であることは公知である。ＳｉＣの昇華成長の場合、ドーパントは、このプロセスから製造されるＳｉＣ結晶中にドーパントが存在するような様々な方法で、チャンバー中に導入され得る。プロセスは、特定の用途に対して適切な濃度のドーパントが得られるように制御される。バルク結晶成長の後、ＳｉＣの個々のウェハは、ＳｉＣのバルク結晶インゴット又はブールをスライスすることによって得ることができ、個々のウェハは、続いて、ラッピング又は研磨などのさらなるプロセスに供され得る。
ＳｉＣウェハの独特の特性によって、高出力及び／又は高周波半導体デバイスのアレイの設計及び製造が可能となる。継続する開発によって、ＳｉＣウェハの製造は、ますます広がりつつある商業的用途のためのそのような半導体デバイスの製造を可能とするレベルの成熟度にまで到達した。半導体デバイス産業が成長を続けていることから、有効径がより大きいＳｉＣウェハが望まれている。ＳｉＣウェハの有効径は、ＳｉＣの材料組成物中のある特定の構造的欠陥、さらにはある特定のウェハ形状特性によって制限され得る。材料組成物中の構造的欠陥としては、中でも、マイクロパイプ、転位（例：貫通、刃状、らせん、及び／又は基底面転位）、六角形ボイド（hexagonal voids）、及び積層欠陥が挙げられ得る。ＳｉＣに付随するウェハ形状特性としては、ウェハの平坦度を変化させ得るワープ、ボウ、及び厚さ変動が挙げられ得る。これらの様々な構造的欠陥及びウェハ形状特性は、続いて従来のＳｉＣウェハ上に形成される半導体デバイスの製造及び適切な動作にとって有害であり得る結晶応力に寄与し得る。そのような結晶応力は、一般に、ウェハ半径の二乗に比例し、その結果、高品質の大口径ＳｉＣ半導体ウェハを経済的に製造することは困難である。
本技術分野では、従来のＳｉＣウェハに伴う課題を克服しながら、より大口径の改善されたＳｉＣウェハ、及び関連する半導体デバイスが求められ続けている。
半導体製造に適するウェハ形状特性を有する大口径ＳｉＣウェハを含む炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハ及び関連する方法が開示される。変形が低減された大口径ＳｉＣウェハが開示される。変形は、そのようなＳｉＣウェハの形成に伴う応力及び歪み効果に関連し得る。本明細書で述べるように、ウェハの形状及び平坦度特性は、ＳｉＣ結晶ブール又はインゴットの成長の過程における結晶応力プロファイルを低減することによって改善され得る。ウェハの形状及び平坦度特性は、個々のＳｉＣウェハが対応するＳｉＣ結晶ブールから分離された後にも改善され得る。これに関して、ウェハのボウ、ワープ、及び厚さ変動の値が低いことを含む適切な結晶品質並びにウェハ形状特性を有する大口径ＳｉＣウェハを含むＳｉＣウェハ及び関連する方法が開示される。
１つの態様では、ＳｉＣウェハは、少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径、３００ミクロン（μｍ）～１０００μｍの範囲内の厚さ、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、さらに、４０μｍ以下のワープを有する。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内、又は１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、厚さは、１００μｍ～５００μｍの範囲内、又は２００μｍ～５００μｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、７μｍ未満又は２．６μｍ未満の全厚さ変動（ＴＴＶ）を有する。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、１ｃｍ２のサイト領域に対して４μｍ未満の局所的厚さ変動（ＬＴＶ）を有する。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、１ｃｍ２のサイト領域に対して１．５μｍ未満のサイト表面最小二乗範囲（site front least-squares range：ＳＦＱＲ）最大値を有する。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、４－Ｈ ＳｉＣを含む。ＳｉＣウェハは、半絶縁性ＳｉＣ又はｎ型ＳｉＣを含み得る。ｎ型ＳｉＣの場合、ＳｉＣは、ｎ型ドーパントとして窒素を含み得る。ある特定の実施形態では、ｎ型ドーパントは、高ドープ領域と低ドープ領域とを、高ドープ領域が横方向に低ドープ領域と境界を接するように形成する。高ドープ領域は、ＳｉＣウェハの中心領域に合わせられてよく、又は高ドープ領域は、ＳｉＣウェハの中心領域からずれていてもよい。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、さらに、ホウ素、アルミニウム、ゲルマニウム、ベリリウム、ガリウム、スズ、ヒ素、リン、チタン、及びバナジウムのうちの少なくとも１つを含む。
別の態様では、方法は、ＳｉＣの結晶材料を成長させること；及びＳｉＣの結晶材料からＳｉＣウェハを分離して、少なくとも１９５ｍｍの直径、３００μｍ～１０００μｍの範囲内の厚さ、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有するＳｉＣウェハを形成することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、４０μｍ以下のワープを有する。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、ＳｉＣの結晶材料を成長させることは、成長中のＳｉＣの結晶材料全体にわたる半径方向の熱勾配を減少させることによって、又は成長中のＳｉＣの結晶材料全体にわたる半径方向の熱勾配を増加させることによって、半径方向のバルク材料特性を制御することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣの結晶材料を成長させることは、ＳｉＣウェハの周辺部分に沿った結晶欠陥の形成を増加させることを含む。ある特定の実施形態では、方法はさらに、ＳｉＣウェハに機械的荷重が適用された状態で、ＳｉＣウェハをアニーリングすることを含む。ある特定の実施形態では、方法はさらに、ＳｉＣウェハのカーボン面の周辺部分に沿って、選択的にＳｉＣウェハに注入を行うことを含む。ある特定の実施形態では、方法はさらに、ＳｉＣウェハに選択的に注入を行った後、ＳｉＣウェハをアニーリングすることを含む。ある特定の実施形態では、方法はさらに、ＳｉＣウェハのカーボン面の周辺部分に沿って、選択的に膜を堆積させることを含む。ある特定の実施形態では、方法はさらに、選択的に膜を堆積させた後、ＳｉＣウェハをアニーリングすることを含む。ある特定の実施形態では、方法はさらに、ＳｉＣウェハをアニーリングした後、膜を除去することを含む。
ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料の欠陥プロファイルに基づいて、結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料のドーププロファイルに基づいて、結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料から既に分離された別のＳｉＣウェハのウェハ形状特性に基づいて、結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料の上面の形状に基づいて、結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む。
別の態様では、方法は、第一のウェハ形状を形成するＳｉＣウェハを提供すること、ＳｉＣウェハに機械的荷重を適用すること、及びＳｉＣウェハが第一のウェハ形状とは異なる第二のウェハ形状を形成するように、機械的荷重の適用中にＳｉＣウェハをアニーリングすること、を含む。ある特定の実施形態では、機械的荷重は、ＳｉＣウェハの１又は複数の局所部分に適用される。他の実施形態では、機械的荷重は、ＳｉＣウェハの全体に適用される。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、機械的荷重の適用中にエッジ支持配置によって支持される。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハの第二の形状は、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内の直径、５００μｍ以下の厚さ、２５μｍ以下のボウ、及び４０μｍ以下のワープを有する。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である。
別の態様では、ＳｉＣウェハは、少なくとも１９５ｍｍの直径、５００μｍ～２０００μｍの範囲内の厚さ、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する。ある特定の実施形態では、厚さは、５００μｍ～１５００μｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、さらに、４０μｍ以下のワープを有する。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である。
別の態様では、ＳｉＣウェハは、少なくとも１９５ｍｍの直径、少なくとも５００の直径対厚さ比、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、さらに、４０μｍ以下のワープを有する。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、直径対厚さ比は、少なくとも６００である。ある特定の実施形態では、直径対厚さ比は、少なくとも９００である。
別の態様では、ＳｉＣウェハは、少なくとも１９５ｍｍの直径、４７５μｍ～５２５μｍの範囲内の厚さ、及び１５０μｍ以下の最大エッジ支持たわみ値（maximum edge-supported deflection value）を有する。ある特定の実施形態では、最大エッジ支持たわみ値は、１２０μｍ以下である。ある特定の実施形態では、最大エッジ支持たわみ値は、１１０μｍ以下である。ある特定の実施形態では、最大エッジ支持たわみ値は、１１０μｍ～１５０μｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、最大エッジ支持たわみ値は、５０μｍ以下、又は１０μｍ以下、又は５μｍ～１５０μｍの範囲内、又は５μｍ～１００μｍの範囲内、又は５μｍ～５０μｍの範囲内、又は１５μｍ～４０μｍの範囲内、又は５μｍ～２０μｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハはさらに、－５μｍ～－２０μｍの範囲内のエッジ支持ボウ値を有する。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である。
別の態様では、方法は、ＳｉＣの結晶材料の成長を、ある成長温度で、結晶材料の少なくとも２０パーセントに対する応力を成長温度でのＳｉＣの臨界分解せん断応力未満に維持しながら行うこと；及びＳｉＣの結晶材料からＳｉＣウェハを分離して、少なくとも１９５ｍｍの直径を有するＳｉＣウェハを形成すること、を含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣの結晶材料の成長は、結晶材料の少なくとも４０パーセントに対する応力を、ＳｉＣの臨界分解せん断応力未満に維持することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣの結晶材料の成長は、結晶材料の少なくとも８０パーセントに対する応力を、ＳｉＣの臨界分解せん断応力未満に維持することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、３００μｍ～１０００μｍの範囲内の厚さ、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、直径は、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である。
別の態様では、方法は、ＳｉＣの結晶材料を成長させること；及び結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することによってＳｉＣの結晶材料からＳｉＣウェハを分離して、少なくとも１９５ｍｍの直径及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有するＳｉＣウェハを形成すること、を含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハの直径は、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハの直径は、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、３００μｍ～１０００μｍの範囲内の厚さを有する。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料の欠陥プロファイルに基づいて、結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料のドーププロファイルに基づいて、結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料から既に分離された別のＳｉＣウェハのウェハ形状特性に基づいて、結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料の上面の形状に基づいて、結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料のレーザー分離を含む。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料のソーイングを含む。
別の態様では、方法は、ＳｉＣの結晶材料を成長させること、ＳｉＣの結晶材料又はＳｉＣの結晶材料から分離された初期ＳｉＣウェハの特性評価を行って、結晶欠陥プロファイル、ドーププロファイル、結晶応力プロファイル、及び形状のうちの１又は複数を特定すること、並びに結晶欠陥プロファイル、ドーププロファイル、結晶応力プロファイル、及び形状のうちの１又は複数に基づいて結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することによって、ＳｉＣの結晶材料から後続のＳｉＣウェハを分離すること、を含む。ある特定の実施形態では、後続のＳｉＣウェハは、少なくとも１９５ｍｍの直径、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する。ある特定の実施形態では、形状は、初期ＳｉＣウェハのウェハ形状特性を有する。ある特定の実施形態では、形状は、後続のＳｉＣウェハが分離される前の結晶材料の上面の形状を有する。ある特定の実施形態では、後続のＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料のレーザー分離を含む。ある特定の実施形態では、後続のＳｉＣウェハを分離することは、結晶材料のソーイングを含む。
別の態様では、いかなる上述の個々の若しくは合わせた態様、並びに／又は本明細書で述べる様々な別個の態様及び特徴も、さらなる利点のために組み合わされてよい。本明細書で開示されるいかなる様々な特徴及び要素も、本明細書において相反する内容が示されていない限り、１又は複数の他の開示される特徴及び要素と組み合わされてよい。
当業者であれば、添付の図面と合わせて好ましい実施形態の以下の詳細な記述を読むことで、本開示の範囲を理解し、そのさらなる態様を認識するであろう。
本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付の図面は、本開示のいくつかの態様を示すものであり、記述内容と合わせて、本開示の原理を説明する役割を有する。
図１Ａは、本明細書で開示される実施形態に従う結晶炭化ケイ素（ＳｉＣ）を成長させる方法を示す。 図１Ｂは、本明細書で開示される実施形態に従う結晶炭化ケイ素（ＳｉＣ）を成長させる方法を示す。 図２は、従来のワイヤソーツールに収容され、ワイヤソーイングプロセスを受けている結晶インゴットの斜視図を提供する第一のフレーム、及びワイヤソーイングプロセスによって得られた複数のウェハの斜視図を提供する第二のフレームを含む。 図３は、４Ｈ ＳｉＣなどの六方晶における座標系を示す結晶面の第一の斜視図である。 図４は、ｃ面に対して平行ではない面を示す、六方晶における結晶面の第二の斜視図である。 図５Ａは、ｃ面に対する微傾斜ウェハの方位を示す、ウェハ方位の斜視図である。 図５Ｂは、インゴットの一部分に重ね合わせた図５Ａの微傾斜ウェハの単純化した断面図である。 図６Ａは、結晶面を示す矢印を重ね合わせた例示的ＳｉＣウェハの平面図である。 図６Ｂは、結晶面を示す矢印を重ね合わせた例示的ＳｉＣウェハの平面図である。 図７は、レーザー分離のために結晶材料の内部にレーザー放射を集光するように構成された例示的レーザーツールの模式的斜視図である。 図８Ａは、未吸着ウェハのワープ測定を示す模式的垂直断面図である。 図８Ｂは、未吸着ウェハのボウ測定を示す模式的垂直断面図である。 図８Ｃは、ウェハの全厚さ変動（ＴＴＶ）測定を示す模式的垂直断面図である。 図８Ｄは、ウェハの様々な場所での局所的厚さ変動（ＬＴＶ）測定を示す模式的垂直断面図である。 図８Ｅは、ウェハの様々な場所でのサイト表面最小二乗範囲（ＳＦＱＲ）測定を示す模式的垂直断面図である。 図９は、本明細書で開示される実施形態に従う、応力の勾配及び方向を示す矢印を重ね合わせた例示的なＳｉＣ結晶ブールの斜視図である。 図１０Ａは、種結晶からＳｉＣ結晶材料の厚さ全体を通して、その中心部分に沿って上向きに延びる円柱形状の高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１０Ｂは、図１０ＡのＳｉＣ結晶材料から得られたＳｉＣウェハの、その断面部分に沿った模式的平面図である。 図１１は、種結晶からＳｉＣ結晶材料の厚さ全体を通して、その中心部分に沿って上向きに延びる円錐台形状の高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１２は、種結晶から上向きに、種結晶の中心に対して中心からずれた位置でＳｉＣ結晶材料の厚さ全体を通して上向きに延びる円錐台形状の高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１３Ａは、種結晶近くの高ドープ領域と横方向に境界を接している第一の低ドープ領域、及びそれに続いて、第二の低ドープ領域と横方向に境界を接している高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１３Ｂは、図１３ＡのＳｉＣ結晶材料から得られたＳｉＣウェハの、その断面部分に沿った模式的平面図である。 図１４は、種結晶近くの高ドープ領域と横方向に境界を接している複数の第一の低ドープ領域、及びそれに続いて、第二の低ドープ領域と横方向に境界を接している高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１５は、ＳｉＣ結晶材料の厚さ全体を通して非対称形状を形成する高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１６は、ＳｉＣ結晶材料の厚さ全体を通して非対称形状を形成する高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１７は、ＳｉＣ結晶材料の厚さ全体を通して非対称形状を形成する高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１８は、ＳｉＣ結晶材料の厚さ全体を形成する高ドープ領域を示す、種結晶上のＳｉＣ結晶材料の模式的垂直断面図である。 図１９Ａは、ウェハ形状を改善するために機械的応力下でＳｉＣウェハをアニーリングするための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図１９Ｂは、ウェハ形状を改善するために機械的応力下でＳｉＣウェハをアニーリングするための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図１９Ｃは、ウェハ形状を改善するために機械的応力下でＳｉＣウェハをアニーリングするための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図１９Ｄは、図１９Ａ～図１９Ｃに従って機械的応力下でアニーリングした後の、ＳｉＣウェハの転位プロファイルマップを示す平面画像である。 図１９Ｅは、図１９Ａ～図１９Ｃに従う機械的応力下でのアニーリングを施さなかった比較ＳｉＣウェハの転位プロファイルマップを示す平面画像である。 図２０Ａは、ウェハ形状を改善するためにＳｉＣウェハに選択的に注入を行うための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図２０Ｂは、ウェハ形状を改善するためにＳｉＣウェハに選択的に注入を行うための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図２０Ｃは、ウェハ形状を改善するためにＳｉＣウェハに選択的に注入を行うための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図２１Ａは、ウェハ形状を改善するためにＳｉＣウェハに選択的に膜を堆積させるための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図２１Ｂは、ウェハ形状を改善するためにＳｉＣウェハに選択的に膜を堆積させるための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図２１Ｃは、ウェハ形状を改善するためにＳｉＣウェハに選択的に膜を堆積させるための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハの模式的断面図である。 図２２Ａは、本明細書で開示される実施形態に従うたわみ特性評価のためのエッジ支持構成にある、ＳｉＣウェハの模式的垂直断面図である。 図２２Ｂは、本明細書で開示される実施形態に従ってたわみ値を特定するために用いられる、ＳｉＣウェハに対して測定した場合のエッジ支持ずれ値を示すコンタープロットである。 図２２Ｃは、本明細書で開示される実施形態に従ってたわみ値を特定するために用いられる、別のＳｉＣウェハに対して測定した場合のエッジ支持ずれ値を示すコンタープロットである。 図２２Ｄは、本明細書で開示される実施形態に従ってたわみ値を特定するために用いられる、別のＳｉＣウェハに対して測定した場合のエッジ支持ずれ値を示すコンタープロットである。 図２２Ｅは、本明細書で開示される実施形態に従うたわみ特性評価のための中心支持構成にある、ＳｉＣウェハの模式的垂直断面図である。 図２３Ａは、ＳｉＣ結晶ブールから分離され得るＳｉＣウェハの位置を示す破線を重ね合わせた、ＳｉＣ結晶ブールの模式的垂直断面図である。 図２３Ｂは、分離後の図２３ＡのＳｉＣウェハの模式的垂直断面図である。 図２３Ｃは、可変の分離技術によってＳｉＣ結晶ブールから分離され得るＳｉＣウェハの位置を示す破線を重ね合わせた、図２３ＡのＳｉＣ結晶ブールの模式的垂直断面図である。 図２３Ｄは、分離後の図２３ＣのＳｉＣウェハの模式的垂直断面図である。
以下に示す実施形態は、実施形態を当業者が実践可能とするために必要である情報を表し、実施形態を実践する最良モードを示す。添付の図面に照らして以下の記述を読むことによって、当業者であれば、本開示の発想を理解し、本明細書で特に取り扱わないこれらの発想の応用も認識するであろう。これらの発想及び応用が、本開示及び添付の請求項の範囲内に包含されることは理解されたい。
第一の、第二の、などの用語が、様々な要素を記載するために本明細書で用いられ場合があるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことは理解される。これらの用語は、１つの要素を別の要素と区別するためだけに用いられるものである。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第一の要素が第二の要素と称されることも可能であり、同様に、第二の要素が第一の要素と称されることも可能である。本明細書で用いられる場合、「及び／又は」の用語は、それに付随して列挙される項目の１又は複数のあらゆるすべての組み合わせを含む。
層、領域、又は基材などの要素が、別の要素の「上に」存在する又は「上へ」延びているとして言及される場合、それは、他の要素の上に直接存在してよく、若しくは直接上へ延びていてよく、又は介在する要素が存在してもよいことは理解される。対照的に、要素が、別の要素の「直接上に」存在する又は「直接上へ」延びているとして言及される場合は、介在する要素は存在しない。同様に、層、領域、又は基材などの要素が、別の要素の「上方に」存在する又は「上方に」延びているとして言及される場合、それは、他の要素の上方に直接存在してよく、若しくは直接上方に延びていてよく、又は介在する要素が存在してもよいことは理解される。対照的に、要素が、別の要素の「直接上方に」存在する又は「直接上方に」延びているとして言及される場合は、介在する要素は存在しない。また、要素が、別の要素と「接続されている」又は「結合されている」として言及される場合、それは、他の要素と直接接続若しくは結合されていてよく、又は介在する要素が存在してもよいことは理解される。対照的に、要素が、別の要素と「直接接続されている」又は「直接結合されている」として言及される場合は、介在する要素は存在しない。
「下」又は「上」又は「上側」又は「下側」又は「水平」又は「垂直」などの相対的な用語は、本明細書において、図に示されるように、１つの要素、層、又は領域と別の要素、層、又は領域との関係性を述べるために用いられ得る。これらの用語及び上記で考察した用語は、図に示される方向に加えて、デバイスの異なる方向も包含することを意図していることは理解される。
本明細書で用いられる専門用語は、特定の実施形態について述べることのみを目的とするものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で用いられる場合、単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」、及び「その（the）」は、文脈からそれ以外が明らかに示されない限り、複数形も含むことを意図している。「含む（comprises）」、「含んでいる（comprising）」、「含む（includes）」、及び／又は「含んでいる（including）」の用語は、本明細書で用いられる場合、記載される特徴、整数、工程、操作、要素、及び／又は成分の存在を指定するが、１若しくは複数の他の特徴、整数、工程、操作、要素、成分、及び／若しくはこれらの群の存在又は追加を除外するものではないことはさらに理解される。
特に定めのない限り、本明細書で用いられるすべての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で用いられる用語は、本明細書及び該当技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において明示的にそのように定めのない限り、理想化された又は過剰に形式的な意味で解釈されるものではないことはさらに理解される。
半導体製造に適するウェハ形状特性を有する大口径ＳｉＣウェハを含む炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハ及び関連する方法が開示される。大口径ＳｉＣウェハの形成に伴う応力及び歪み効果に関連する変形が低減された大口径ＳｉＣウェハが開示される。本明細書で述べるように、ウェハの形状及び平坦度特性は、ＳｉＣ結晶ブール又はインゴットの成長の過程における結晶応力プロファイルを低減することによって改善され得る。ウェハの形状及び平坦度特性は、個々のＳｉＣウェハが対応するＳｉＣ結晶ブールから分離された後にも改善され得る。これに関して、ウェハのボウ、ワープ、及び厚さ変動の値が低いことを含む適切な結晶品質並びにウェハ形状特性を有する大口径ＳｉＣウェハを含むＳｉＣウェハ及び関連する方法が開示される。
ＳｉＣは、常圧では液体状態を有さず、直接固体から気体へ変換し、固体に戻ることから、成長させることが非常に困難な結晶材料であり得る。このことにより、ＳｉＣは、液相成長が利用不可であるという点で、ほとんどの材料と異なっている。ＳｉＣ結晶成長の別の主たる課題は、ＳｉＣで観察される積層欠陥エネルギーが非常に低いことであり、そのため、さらなる原子の面及びそれに伴う欠陥構造が結晶格子中に非常に容易に導入される。この低い積層欠陥エネルギーが、ＳｉＣの従来の物理的気相輸送成長で用いられる非常に高い温度と組み合わされることで、局所的応力場から利用可能なエネルギーが積層欠陥を発生させるのに要するエネルギーよりも低い状態で成長を維持することが困難となる。ＳｉＣにおける結晶応力は、多くの因子によって制御可能である。応力は、結晶高さに比例して、及び直径の二乗に比例して増加し得ることから、結晶高さ及び結晶直径が重要な役割を果たし得る。従来のＳｉＣ成長技術は、直径１００及び１５０ミリメートル（ｍｍ）のＳｉＣ結晶を実現してきた。そのようなＳｉＣ結晶の長さは、高密度の転位が形成されるＳｉＣ結晶に対する臨界分解せん断応力を超える結晶応力が誘導されることを防止するために、制限され得る。本明細書で開示されるように、より大口径のＳｉＣ結晶（例：１５０ｍｍ超）の場合、直径が増加される量に対して過剰に結晶応力が増加し得ることから、より短い結晶高さで製造される。この点に関して、従来の結晶成長技術は、より大口径なものに合わせたスケール変更が必ずしも可能ではない。
ＳｉＣのための種結晶を用いた昇華成長プロセスの一般的態様は、充分に確立されている。このため、結晶成長の分野の当業者であれば、特にＳｉＣ成長及び関連システムの分野の当業者であれば、ある技術又はプロセスの具体的詳細が、多くの該当する状況、処理条件、及び設備構成に応じて様々となり得ることは認識される。したがって、本明細書で与えられる記述は、当業者であれば、提供された開示内容に基づいて、過度な実験を行うことなく、本明細書で開示される様々な実施形態を実行し、使用することができるという認識の下、一般的で概略的な意味で最も適切に与えられる。加えて、当業者であれば、本明細書で述べるタイプのＳｉＣ昇華システムが、様々な標準的構成で市販されていることも認識される。別の選択肢として、昇華システムは、必要である場合又は該当する場合、カスタム構成で設計し、実行されてもよい。したがって、本明細書で述べる実施形態は、昇華システムの特定のサブセットにも、又は特定のいかなるシステム構成にも限定されない。そうではなく、昇華システムの多くの異なるタイプ及び構成が、本明細書で開示される実施形態に従う結晶ＳｉＣ材料の成長に用いられ得る。
図１Ａ及び図１Ｂは、本明細書で開示される実施形態に従う結晶を成長させる方法を示す。図１Ａでは、坩堝１００が原料物質１０２を含有し、坩堝１００の内部が、成長ゾーンとして働く。原料物質１０２としては、シリコン、カーボン、ＳｉＣ、シリコン化合物、カーボン化合物、又はこれらのいずれか若しくはすべての、固体、粉末、及び気体の１つ以上の組み合わせを含むがこれらに限定されない様々ないかなる形態であってもよい組み合わせ、などの適切ないずれの物質も挙げられ得る。ドーパント（例：中でも、窒素）及び歪み調整成分（例：中でも、ゲルマニウム、スズ、ヒ素、及びリン）などの他の所望に応じて存在してよい元素も、原料物質１０２に含まれていてもよい。歪み調整成分は、存在する場合、好ましくは、等電子である、又はドーパントと同じ多数キャリア型（例：ｎ型又はｐ型、ドナー又はアクセプタ）を有する。別の選択肢として、他の元素のうちの１つ、一部、又はすべてが、原料物質１０２に含まれる以外の方法で、成長ゾーンに導入されてもよい。結晶ＳｉＣなどの種結晶１０４は、坩堝の蓋１１０の近くに配置されてよく、この蓋は、続いて、図１Ａの破線矢印によって示されるように、坩堝１００の上に配置される。この方法により、種結晶１０４は、坩堝１００が加熱される際、坩堝１００中、原料物質１０２の上方に吊り下げられる。他の装置では、種結晶１０４は、坩堝１００の底又は側面に沿って、など、坩堝１００内のどこに配置されてもよい。
結晶成長の過程で、原料物質１０２は昇華し、種結晶１０４上でＳｉＣを形成する。昇華は、原料物質１０２が、様々な温度範囲の中でも、１２００℃～３０００℃、又は１８００℃～３０００℃、又は１８００℃～２５００℃、又は１８００℃～２０００℃、又は２０００℃～２２００℃の範囲内の温度に加熱されると発生し得る。原料物質１０２の温度が上昇されている間、種結晶１０４の成長面の温度は、同様に原料物質１０２の温度に近い温度まで上昇される。典型的には、種結晶１０４の成長面は、様々な温度範囲の中でも、１２００℃～３０００℃、又は１８００℃～３０００℃、又は１８００℃～２５００℃、又は１７００℃～２４００℃、又は１８００℃～２０００℃、又は２０００℃～２２００℃の範囲内の温度に加熱される。成長プロセスの過程で、坩堝１００は、減圧状態までゆっくり脱気される。ある特定の実施形態では、成長は、様々な圧力範囲の中でも、０．１トル～５０トル、又は０．１トル～２５トル、又は０．１トル～１５トル、又は１トル～１５トルの範囲内の圧力で実施されてよい。成長温度及び成長圧力は、一般に、互いに変更されてよい。例えば、成長条件に応じて、より高い成長温度が、より高い成長圧力を伴っていてよく、又はより低い成長温度が、より低い成長圧力を伴っていてもよい。原料物質１０２及び種結晶１０４の成長面を、それらの対応する温度に充分な時間にわたって維持することによって、所望されるポリタイプの単結晶ＳｉＣの巨視的成長が、種結晶１０４の上で形成され得る。
図１Ｂを参照すると、ＳｉＣ結晶１１２が、物理的気相輸送プロセスを用いて、坩堝１００中の原料物質１０２の昇華から成長される。結晶成長は、ＳｉＣ結晶１１２の成長がある特定の長さに到達するまで行われる。この長さは、部分的には、用いられることになっている形成後の加工の種類に依存する。ＳｉＣ結晶１１２の成長が停止される時点はまた、坩堝１００のサイズ及び種類、並びに原料物質１０２中に存在する場合のドーパント及び歪み調整成分の濃度などのパラメータにも依存する。この時点は、実験的成長を、得られたＳｉＣ結晶１１２を検査して不純物の濃度を特定することと合わせて行うことによって、前もって決定することができる。ＳｉＣ結晶１１２が所望されるサイズに到達した後、システムは、圧力を上げて戻すために不活性ガスで充填されてよく、温度は、中間の温度まではゆっくりと、その後室温まではより素早く低下されてよい。ある特定の実施形態では、中間の温度は、様々な温度の中でも、成長温度の約９０％、又は８０％、又は７０％であってよい。中間の温度としては、様々な温度範囲の中でも、１５０℃～２０００℃、又は１５０℃～１２００℃、又は１５０℃～５００℃、又は１７５℃～２２５℃の範囲が挙げられ得る。得られるＳｉＣ結晶１１２は、結晶ブール又はインゴットを形成し得る。
ＳｉＣの昇華成長は、様々な成長システム、サイズの異なる坩堝、様々な材料の異なる種類の坩堝、及び様々な加熱方法の使用によって達成されてよい。具体的な成長温度及び圧力は、当業者であれば、これらの可変要素に合わせるように適合させることができる。典型的なケースでは、坩堝の種類又はサイズなどのような可変要素が変更される場合、上述したように、特定のシステムに対する最良の成長条件を決定するために、いくつかの実験的成長を行う必要があり得る。結晶成長後、ＳｉＣ結晶１１２は、ブール又はインゴットと称される場合もあるバルク結晶材料を形成する。
様々なマイクロエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、及びマイクロファブリケーションには、様々な有用なシステムを製造するための出発構造として、結晶材料の薄層が必要である。バルク結晶材料から結晶材料の薄層を形成するための様々な方法としては、ソーイング及びレーザー分離技術が挙げられる。ある特定の実施形態では、結晶ブール又はインゴットから薄層（例：ウェハ又は基板）を切り出すための方法は、ワイヤソーの使用を含む。ワイヤソーイング技術は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア、及びＳｉＣなどの様々な結晶材料に適用されてきた。ワイヤソーツールは、１つ又は多くのガイドローラーの溝に通される極細スチールワイヤ（典型的には、０．２ｍｍ以下の直径を有する）を含み得る。２種類のスライシング法、すなわち、遊離砥粒スライシング及び固定砥粒スライシングが存在する。遊離砥粒スライシングは、高速で動いているスチールワイヤにスラリー（典型的には、油中の砥粒懸濁液）を適用することを含み、それにより、ワイヤと工作物との間での砥粒の回転運動の結果、ブール又はインゴットが切断される。固定砥粒スライシングの場合は、ダイヤモンド砥粒が固定されたワイヤが、水溶性冷却液体（すなわち、スラリーではない）のみを必要とする方法で用いられ得る。高効率の平行スライシングにより、単一のスライシング手順で多数のウェハを製造することが可能となる。図２は、ローラー１１８Ａ～１１８Ｃの間に延び、インゴット１２０を同時にソーイングして各々がインゴット１２０の端面１２０’に対して概略平行である面を有する複数の薄片（例：ウェハ１２２Ａ～１２２Ｇ）とするように配列された平行ワイヤセクション１１６を含む、典型的なワイヤソーツール１１４を示す。ソーイングプロセスの過程で、ローラー１１８Ａ～１１８Ｃによって支持されたワイヤセクション１１６は、インゴット１２０の下にあるホルダー１２６に向かって下方向１２４に押し付けられ得る。端面１２０’がインゴット１２０の結晶ｃ面に対して平行であり、ワイヤセクション１１６が端面１２０’に対して平行にインゴット１２０をソーイングする場合、得られるウェハ１２２Ａ～１２２Ｇの各々は、結晶ｃ面に対して平行である「オンアクシス（on-axis）」端面１２０’’を有する。ワイヤソーイングは、分離プロセスに関連する様々な応力を導入する可能性があり、それらは、特に大口径ウェハの場合、得られるウェハの形状に影響を与える。
図３は、４Ｈ－ＳｉＣなどの六方晶における座標系を示す結晶面の第一の斜視図であり、図中、エピタキシャル結晶成長の［０００１］（垂直）方向に対応するｃ面（（０００１）面）は、ｍ面（（１－１００）面）及びａ面（（１１－２０）面）の両方に対して直角であり、ｒ面（（１－１０２）面）に対しては直角ではない。オフカットの小さい（例：結晶ｃ面から０．５度未満）オンアクシスＳｉＣウェハは、ＳｉＣさらには他の材料（例：ＡｌＮ及び他の第ＩＩＩ族窒化物）のホモエピタキシャル層の高品質エピタキシャル成長のための成長基材として用いられることが多い。
結晶ｃ面に対して平行ではない端面を有する微傾斜（オフカット又は「オフアクシス」としても知られる）ウェハを製造することも可能である。様々な角度（例：０．１度、０．２５度、０．５度、０．７５度、１度、２度、４度、６度、８度、又はそれ以上）のオフカットである微傾斜ウェハ（例：ＳｉＣの）は、ＳｉＣさらには他の材料（例：ＡｌＮ及び他の第ＩＩＩ族窒化物）のホモエピタキシャル層の高品質エピタキシャル成長のための成長基材として用いられることが多い。微傾斜ウェハは、ｃ軸からずれた方向にブール又はインゴットを成長させることによって（例：微傾斜種結晶材料上に成長させて、インゴットの側壁に対して直角にインゴットをソーイングする）、又はオンアクシスの種結晶材料でインゴットの成長を開始し、インゴットの側壁に対する直角からずれた角度でインゴットをソーイング又は切断することによって製造され得る。
図４は、ｃ面に対して平行ではない面１２８を示す、六方晶における結晶面の第二の斜視図であり、図中、ベクトル１３０（面１２８に対して直角）は、［０００１］方向から傾き角β傾いており、傾き角βは、［１１－２０］方向に向かって（僅かに）傾いている。
図５Ａは、ｃ面（（０００１）面）に対する微傾斜ウェハ１３２の方位を示す、ウェハ方位の斜視図であり、図中、ベクトル１３０Ａ（ウェハ面１３２’に対して直角）は、［０００１］方向から傾き角β傾いている。この傾き角βは、（０００１）面とウェハ面１３２’の投射線（projection）１３４との間に及ぶ直交傾斜（orthogonal tilt）（又は方位差角）βに等しい。図５Ｂは、インゴット１３５（例：微傾斜ウェハ１３２が画定され得る基準となる（０００１）面に対して平行である端面１３５’を有するオンアクシスインゴット）の一部分に重ね合わせた微傾斜ウェハ１３２の単純化した断面図である。図５Ｂは、微傾斜ウェハ１３２のウェハ面１３２’が、（０００１）面に対して傾き角βずれていることを示している。
図６Ａ及び図６Ｂは、上側面１３６’（例：（０００１）面（ｃ面）に対して平行であり、［０００１］方向に対して直角である）を含み、横の境界が概略円形のエッジ１３６’’（直径Φを有する）である例示的ＳｉＣウェハ１３６－１及び１３６－２の平面図である。図６Ａでは、ＳｉＣウェハ１３６－１の円形エッジ１３６’’は、（１１－２０）面に対して直角、［１１－２０］方向に対して平行である主フラット１３８（長さＬＦを有する）含む。図６Ｂでは、ＳｉＣウェハ１３６－２の円形エッジ１３６’’は、図６Ａに示される主フラット１３８の代わりに、ノッチ１４０を含む。特定の用途に応じて、ノッチ１４０は、ＳｉＣウェハ１３６－２が加工され得る様々な半導体製造ツールとの互換性のために提供され得る。既に述べたように、ＳｉＣウェハ１３６－１、１３６－２は、ｃ面とずれていてもよい（例：ｃ面に対して斜めの角度でオフアクシスであってもよい）。
ウェハ又は基板をバルク結晶材料から分離するための別の方法は、バルク結晶材料中にレーザーによる表層損傷を形成し、続いてレーザーによる表層損傷に沿ってバルク結晶材料からウェハを分離することを含む、レーザー分離技術を含む。結晶材料中に表層損傷を形成するためのツールは、結晶材料の内部にレーザー放射を集光することを可能とするものであり、及び結晶材料に対してレーザーを横方向に移動可能とするものである。典型的なレーザー損傷パターンは、結晶材料内のある深さで、互いに対して横方向に間隔を置いた平行ラインの形成を含み得る。集光深さ、レーザー出力、移動速度、及び表層損傷ライン間隔などのパラメータを調節して、レーザー損傷を付与することができるが、ある特定の因子の調節は、トレードオフを含む。レーザー出力の増加は、破壊し易さを向上させ得る（例：完全な破壊に要する応力を低下させることによって）より大きい表層損傷を付与する傾向にあるが、より大きい表層損傷は、破壊によって露出する面に沿った面不規則性を増加させ、そのため、そのような面を続いての加工（例：電子デバイスへの組み込みのため）のために充分に平滑とするために、追加の加工が必要となる可能性があり、この追加の加工は、さらなるカーフロスに繋がる。表層レーザー損傷ラインの横方向間隔を減少させることも、破壊し易さを向上させ得るが、レーザー損傷ライン間の間隔を減少させると、基板とレーザーとの間の移動パス数が増加することで、ツールのスループットが低下する。そのようなレーザー分離技術は、ワイヤソーイング技術と比較して、カーフロスを低減させ得る。カーフロスとは、バルク結晶材料から個々のウェハを形成することに伴う材料ロスの合計量を意味する。
図７は、表層損傷１４６を形成するために結晶材料１４４（例：ＳｉＣなど）の内部にレーザー放射を集光するように構成されたレーザーツール１４２の一例の模式的斜視図である。結晶材料１４４は、上側面１４４’及び反対側にある下側面１４４’’を含み、表層損傷１４６は、上側面１４４’と下側面１４４’’との間の結晶材料１４４の内部に形成される。レーザー放射１４８は、レンズアセンブリ１５０によって集光されて、集光ビーム１５２が得られ、その焦点は、結晶材料１４４の内部に存在する。そのようなレーザー放射１４８は、適切ないかなる周波数（典型的には、ナノ秒、ピコ秒、又はフェムト秒範囲）及びビーム強度のパルスとされてもよく、結晶材料１４４のバンドギャップ未満の波長とすることで、その表面よりも下の標的とする深さでレーザー放射１４８を集光することが可能となる。焦点では、ビームサイズ及び短パルス幅の結果、エネルギー密度が、表層損傷１４６を形成する非常に局所的な吸収をもたらすのに充分に高くなる。集光ビーム１５２の焦点を結晶材料１４４内の所望される深さに調節するために、レンズアセンブリ１５０の１又は複数の特性が変更され得る。破線によって模式的に示されるように、表層損傷１４６を所望される方向１５４へ進行させるために、レンズアセンブリ１５０と結晶材料１４４との間の相対的な横方向の動き（例：横移動）が行われ得る。そのような横方向の動きは、以降で記載するようなパターンを含む様々なパターンで繰り返され得る。
本明細書で用いられる場合、「基板」又は「ウェハ」は、単結晶半導体材料などの結晶材料を意味する。ある特定の実施形態では、基板は、（ｉ）１又は複数の半導体材料層のエピタキシャル堆積を支持するために表面加工（例：ラッピング及び研磨）を行うのに充分な厚さ、及び所望に応じて（ｉｉ）剛性キャリアから分離される場合は、自立するのに充分な厚さ、を有し得る。ある特定の実施形態では、基板は、概略円柱形状若しくは円形状を有してよく、及び／又は以下の厚さ：２００ミクロン（μｍ）、３００μｍ、３５０μｍ、５００μｍ、７５０μｍ、１ミリメートル（ｍｍ）、２ｍｍ、又はこれらを超える若しくはこれら未満の厚さ、のうちの少なくとも約１又は複数の厚さを有してよい。ある特定の実施形態では、基板は、２つのより薄いウェハに分割可能であるより厚いウェハを含み得る。ある特定の実施形態では、基板は、複数の電気動作デバイスを備えたデバイスウェハの一部としてウェハ上に１又は複数のエピタキシャル層（所望に応じて、１又は複数の金属接点と共に）が配置されたより厚い基板又はウェハの一部であってもよい。デバイスウェハは、本開示の態様に従って分割されて、より薄いデバイスウェハと第二のより薄いウェハとが得られてよく、第二のより薄いウェハ上には、続いて、１又は複数のエピタキシャル層（所望に応じて、１又は複数の金属接点と共に）が形成され得る。ある特定の実施形態では、大口径ウェハ又は基板は、１９５ｍｍ以上、又は２００ｍｍ以上、又は３００ｍｍ以上、又は４５０ｍｍ以上、又は１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内の直径を有し得る。ある特定の実施形態では、ウェハ又は基板は、直径が１９５ｍｍ以上又は２００ｍｍ以上であり、厚さが１００μｍ～１０００μｍの範囲内、又は１００μｍ～８００μｍの範囲内、又は１００μｍ～６００μｍの範囲内、又は１５０μｍ～５００μｍの範囲内、又は１５０μｍ～４００μｍの範囲内、又は２００μｍ～５００μｍの範囲内、又は３００μｍ～１０００μｍの範囲内、又は５００μｍ～２０００μｍの範囲内、又は５００μｍ～１５００μｍの範囲内、又は本明細書で指定する他のいずれかの厚さ範囲若しくは他のいずれかの厚さ値である、４Ｈ－ＳｉＣを含み得る。ある特定の実施形態では、「基板」及び「ウェハ」の用語は、ウェハが、典型的には、その上に形成され得る半導体デバイスのための基板として用いられることから、交換可能に用いられてよい。このため、基板又はウェハは、より大きいバルク結晶材料又は基板から分離された自立する結晶材料を意味し得る。
本明細書で開示される実施形態は、単結晶及び多結晶の両方の種類の様々な結晶材料の基板又はウェハに適用することができる。ある特定の実施形態では、基板又はウェハは、立方晶、六方晶、及び他の結晶構造を含んでよく、オンアクシス及びオフアクシスの結晶方位を有する結晶材料を含んでもよい。例示的な実施形態は、４Ｈ－ＳｉＣ、６Ｈ－ＳｉＣなどの六方晶構造を有する単結晶半導体材料を含み得る。本明細書の以降で述べる様々な例示的実施形態は、ＳｉＣ全体について、又は具体的に４Ｈ－ＳｉＣについて言及するが、他の適切な結晶材料が用いられてもよいことは理解されたい。様々なＳｉＣポリタイプの中で、４Ｈ－ＳｉＣポリタイプは、その高い熱伝導率、広いバンドギャップ、及び等方性の電子移動度のために、パワーエレクトロニクスデバイスにおいて特に魅力的である。本明細書で開示される実施形態は、オンアクシスＳｉＣ（すなわち、そのｃ面からの意図的な角度のずれがない）又はオフアクシスＳｉＣ（すなわち、典型的には、ｃ軸などの成長軸からゼロではない角度で、典型的には０．５～１０度の範囲内、又は２～６度若しくは別のサブ範囲などのそのサブ範囲内でずれている）に適用することができる。本明細書で開示されるある特定の実施形態は、オンアクシス４Ｈ－ＳｉＣ、又はオフカットが１～１０度若しくは２～６度の範囲内又は約２、４、６、若しくは８度である微傾斜（オフアクシス）４Ｈ－ＳｉＣを用い得る。本明細書で開示される実施形態はまた、ドープ結晶半導体材料（例：Ｎ－ドープ導電性ＳｉＣ及び／又はＰ－ドープＳｉＣ）、共ドープ、及び／又は未ドープ結晶半導体材料（例：半絶縁性ＳｉＣ又は高抵抗率ＳｉＣ）のいずれにも適用され得る。ある特定の実施形態では、ＳｉＣブール及びＳｉＣウェハを含むＳｉＣ結晶材料は、中でも１×１０１７ｃｍ－３～１×１０２１ｃｍ－３の範囲内、又は１×１０１７ｃｍ－３～３×１０１８ｃｍ－３の範囲内、又は１×１０１８ｃｍ－３～１×１０１９ｃｍ－３の範囲内、又は１×１０１８ｃｍ－３～３×１０１８ｃｍ－３の範囲内、又は１×１０１７ｃｍ－３未満の濃度でのＮ型ドープ（窒素などの意図的な及び意図的ではないドーパントを含む）を含み得る。ある特定の実施形態では、Ｎ－ドープＳｉＣ結晶材料は、０．００１Ω・ｃｍ～０．０５Ω・ｃｍの範囲内、又は０．００１Ω・ｃｍ～０．０３Ω・ｃｍの範囲内、又は０．００５Ω・ｃｍ～０．０５Ω・ｃｍの範囲内、又は０．００５Ω・ｃｍ～０．０３Ω・ｃｍの範囲内の抵抗率を有し得る。他の実施形態では、半絶縁性ＳｉＣブール及び半絶縁性ＳｉＣウェハを含むより高い抵抗率のＳｉＣ結晶材料は、少なくとも１５００Ω・ｃｍ、又は少なくとも５０００Ω・ｃｍ、又は少なくとも５０，０００Ω・ｃｍ、又は少なくとも１×１０５Ω・ｃｍ、又は少なくとも１×１０６Ω・ｃｍ、又は少なくとも１×１０９Ω・ｃｍ、又は１５００Ω・ｃｍ～１×１０９Ω・ｃｍの範囲内、又は１×１０５Ω・ｃｍ～１×１０９Ω・ｃｍの範囲内の抵抗率を有する、意図的ではないドープ又は未ドープのＳｉＣを含み得る。半絶縁性ＳｉＣウェハは、バナジウム、アルミニウム、又はこれらの組み合わせでドープされていてよい。共ドープＳｉＣウェハは、実施形態に応じて、中でも、窒素、アルミニウム、及びバナジウムなどの２つ以上のドーパントの組み合わせを含み得る。
結晶ＳｉＣは、中でも、マイクロパイプ、転位（例：中でも、貫通、刃状、らせん、及び／又は基底面転位）、六角形ボイド、及び積層欠陥を含む様々な構造的結晶欠陥を含み得る。構造的結晶欠陥は、結晶成長の過程で、及び／又は成長後の冷却の過程で形成される可能性があり、結晶ＳｉＣの材料格子構造中に１又は複数の不連続部が形成される。そのような構造的結晶欠陥は、ＳｉＣウェハ上に続いて形成される半導体デバイスの製造、適切な動作、デバイスの歩留まり、及び信頼性にとって有害であり得る。様々な構造的結晶欠陥の存在は、自立するＳｉＣウェハに応力をもたらす可能性があり、それは、ウェハ形状における様々なずれに寄与し得る（例：以下で考察するように、平坦度特性の低下）。ウェハ形状に対するさらなるずれは、既に述べたように、ワイヤカッティング又はレーザー分離技術のいずれかによってブール又はインゴットからウェハを分離する過程で形成され得る。
ウェハの平坦度特性は、ワープ、ボウ、全厚さ変動（ＴＴＶ）、局所的厚さ変動（ＬＴＶ）、サイト表面最小二乗範囲（ＳＦＱＲ）、及びウェハたわみ値のうちの１又は複数によって定められ得る。「ワープ」は、未吸着ウェハの焦点面からの最大の正及び負のずれの合計として定義され得る。別の選択肢として、ワープは、基準面からの非吸着ウェハの中央面の最大距離と最小距離との差として定義され得る。「ボウ」は、未吸着ウェハの中心で測定した場合の、ウェハの表面と焦点面との間の距離として定義され得る。別の選択肢として、ボウは、未吸着ウェハの中央面の中心点の、ウェハの公称直径未満の指定された量である直径を有する円に沿って等間隔とされた３点によって定められる中央面基準面からのずれとして定義され得る。ＳｉＣに関連するある特定の実施形態では、ボウは、ＳｉＣウェハのＳｉ面から測定され得る。「ＴＴＶ」は、ウェハの最厚部分と最薄部分との間の厚さの差として定義され得る。「ＬＴＶ」は、ウェハの特定の領域における最厚部分と最薄部分との間の厚さの差として定義され得る。「ＳＦＱＲ」は、ウェハの特定のサイトについて、最小二乗法によって算出された表側参照面からの最大及び最小のずれの範囲として定義され得る。ある特定の実施形態では、ＴＴＶ、ＬＴＶ、及びＳＦＱＲは、吸着ウェハ又は真空チャック下に保持されたウェハから測定されてもよい。「たわみ」は、ウェハ表面全体にわたって測定される、水平面からの最大及び最小のずれに対する値の間の広がりとして定義され得る。
本明細書で開示される実施形態に従うウェハ平坦度特性の測定には、様々な技術が用いられ得る。ある特定の実施形態では、本明細書で提供されるウェハ平坦度特性は、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｔｒｏｐｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｆａｉｒｐｏｒｔ，ＮＹが製造する市販のＴｒｏｐｅｌ ＵｌｔｒａＳｏｒｔ自動ウェハ平坦度分析システムによって測定される。そのような分析システムの場合、ワープ及びボウの測定値を得るために用いられる未吸着ウェハの焦点面は、ウェハ上の特定の３点での表面高さによって定められ得る。この特定の３点は、Tropel UltraSort Operator’s Manual, revision number J, February, 2007に記載のように、ウェハの表面に沿って互いに１２０度離れ、ウェハの半径からある特定のエッジトリム又は除外領域を差し引いたものの９７％の配置とされた位置で定められ得る。
図８Ａ～図８Ｅは、本明細書においてウェハ平坦度特性を定量した方法を示すために提供される。これに関して、他の測定ツール及び設備を用いて、同様にウェハ平坦度特性を定量してもよい。図８Ａは、未吸着ウェハのワープ測定を示す模式的垂直断面図である。上記で述べた焦点面（ＦＰ）は、水平破線として示される。ＡＭＡＸは、ＦＰからＦＰの上にあるウェハの表面までの最大距離を表し、ＢＭＡＸは、ＦＰからＦＰの下にあるウェハの表面までの最大距離を表す。そしてワープは、ＡＭＡＸ及びＢＭＡＸの絶対値の合計として特徴付けられ得る。図８Ｂは、未吸着ウェハのボウ測定を示す模式的垂直断面図である。ボウは、ＦＰとウェハ表面の中心点（ＣＰ）との間の距離として特徴付けられ得る。図８Ｃは、ウェハのＴＴＶ測定を示す模式的垂直断面図である。ＴＴＶ測定の場合、ウェハは、ウェハの裏側面（ＢＳ）に適用された真空チャックによって適切な位置に保持される。ＴＴＶは、ＢＳに対するウェハの表側面（ＦＳ）の最大高さ（ＭＡＸ）と最小高さ（ＭＩＮ）との間の差として特徴付けられ得る。図８Ｄは、ウェハの様々な位置でのＬＴＶ測定を示す模式的垂直断面図である。ＬＴＶは、吸着状態で又は真空チャックに対して保持されたウェハの特定の領域における局所的最大高さ（ＬＭＡＸ）と局所的最小高さ（ＬＭＩＮ）との差として特徴付けられ得る。図８Ｄでは、５つの領域又はウェハサイト（サイト１～サイト５）が示され、ＬＭＡＸ及びＬＭＩＮは、各サイト内の水平実線で示される。図８Ｅは、ウェハの様々な位置でのＳＦＱＲ測定を示す模式的垂直断面図である。ウェハは、吸着状態で又は真空チャックに対して保持され得る。各サイトにおいて（図８Ｅのサイト１～サイト３）、局所的焦点面（ＬＦＰ）は、示されるように、局所的な最小二乗フィッティング法によって定められる。ＡＭＡＸは、ＬＦＰからＬＦＰの上にあるウェハの表面までの最大距離を表し、ＢＭＡＸは、ＬＦＰからＬＦＰの下にあるウェハの表面までの最大距離を表す。そしてＳＦＱＲは、ウェハの各局所領域又はサイトにおけるＡＭＡＸ及びＢＭＡＸの絶対値の合計として特徴付けられ得る。
ある特定の実施形態では、そのような測定技術は、インターフェロメトリーを含み得る。ある特定の実施形態では、測定技術は、ウェハの平坦度又は平坦ではないことを特定するために用いられるオプティカルフラットの使用を含み得る。ワープ、ボウ、及びＴＴＶは、全体形状特性と称される場合があり（すなわち、ウェハ表面の一部分だけではなく、ウェハ全体に影響を及ぼす特性）、一方ＬＴＶ及びＳＦＱＲは、局所形状特性と称される場合がある。そのような全体形状又は局所形状特性のいずれかを有するウェハは、いくつかの理由から望ましくない可能性がある。例えば、エピタキシャル成長プロセスの過程で、ワープ、ボウ、又はＴＴＶ値が高いと、ウェハと支持サセプタとの間の接触が不均一となる場合があり、このことは、ウェハ全体にわたる熱変動を引き起こす可能性があり、それによって、不均一なエピタキシャル層、及びその上に形成して得られるデバイスの加工歩留まりの低下がもたらされる。加えて、ワープ、ボウ、又はＴＴＶの値が高いと、ウェハが真空チャック、ウェハキャリアなどによって固定される際に導入される応力に起因して、ある特定のデバイス製造工程の過程におけるウェハのクラック形成のリスクが高まり得る。様々なＬＴＶ及びＳＦＱＲ値を有するウェハは、エピタキシャル成長の局所的な変動を引き起こす可能性があり、このこともまた、その上に形成されるデバイスの加工歩留まりを低下させ得る。
結晶成長の過程で形成される構造的結晶欠陥に関連する、又はブール若しくはインゴットからウェハを分離する過程で形成されるウェハ形状特性由来のウェハの応力は、特に大口径ＳｉＣウェハ（例：１５０ｍｍを超える直径）の場合に、ウェハの平坦度に対して負の影響をもたらし得る。本明細書で開示される実施形態によると、適切なウェハ平坦度値を有し、少なくともおよそ２００ｍｍの直径を有するＳｉＣウェハが開示される。相対的な寸法に関して、「およそ」の用語は、直径寸法からプラス又はマイナス５ｍｍなどのある特定の許容差以内の公称寸法を意味するものと定義される。例えば、本明細書で用いられる場合、直径「２００ｍｍ」のウェハは、１９５ｍｍ～２０５ｍｍを含む直径範囲を包含してよく、直径「３００ｍｍ」のウェハは、２９５ｍｍ～３０５ｍｍを含む直径範囲を包含してよく、直径「４５０ｍｍ」のウェハは、４４５ｍｍ～４５５ｍｍを含む直径範囲を包含してよい。さらなる実施形態では、そのような許容差はこれより小さくてもよく、プラス若しくはマイナス１ｍｍ又はプラス若しくはマイナス０．２５ｍｍなどである。ある特定の実施形態では、適切なウェハ平坦度値を有し、およそ２００ｍｍ～４５０ｍｍの範囲内又はおよそ２００ｍｍ～３００ｍｍの範囲内の直径、及び１００μｍ～１０００μｍの範囲内、又は１００μｍ～８００μｍの範囲内、又は２００μｍ～６００μｍの範囲内、又は１００μｍ～５００μｍの範囲内、又は２００μｍ～５００μｍの範囲内、又は３００μｍ～１０００μｍの範囲内、又は５００μｍ～２０００μｍの範囲内、又は５００μｍ～１５００μｍの範囲内の厚さを有するＳｉＣウェハが開示される。このため、ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、少なくとも２５０、又は少なくとも３５０、又は少なくとも４００、又は少なくとも５００、又は少なくとも６００、又は少なくとも１２５０、又は２５０～１２５０の範囲内である直径対厚さ比を有する。ある特定の例では、直径２００ｍｍのＳｉＣウェハは、２５０の直径対厚さ比の場合、８００μｍ（０．８ｍｍ）の厚さを有し、又は４００の直径対厚さ比の場合、５００μｍ（０．５ｍｍ）の厚さを有し、又は５７１（四捨五入後）の直径対厚さ比の場合、３５０μｍ（０．３５ｍｍ）の厚さを有する。他の例では、直径３００ｍｍのＳｉＣウェハは、３７５の直径対厚さ比の場合、８００μｍ（０．８ｍｍ）の厚さを有し、又は６００の直径対厚さ比の場合、５００μｍ（０．５ｍｍ）の厚さを有し、又は８５７（四捨五入後）の直径対厚さ比の場合、３５０μｍ（０．３５ｍｍ）の厚さを有する。なお他の例では、直径４５０ｍｍのＳｉＣウェハは、５６３（四捨五入後）の直径対厚さ比の場合、８００μｍ（０．８ｍｍ）の厚さを有し、又は９００の直径対厚さ比の場合、５００μｍ（０．５ｍｍ）の厚さを有し、又は１２８６（四捨五入後）の直径対厚さ比の場合、３５０μｍ（０．３５ｍｍ）の厚さを有する。
そのような直径及び厚さ寸法を有するＳｉＣウェハの場合、より小さくより厚いウェハと比較して、機械的剛性を維持することが困難となり得る。このように、大口径ＳｉＣウェハの形成に伴って応力及び歪みの変形効果が拡大される。本明細書で述べるように、改善された機械的剛性及びウェハ平坦度特性を有するＳｉＣウェハを提供する、ＳｉＣウェハ並びに関連する方法が開示される。本明細書で開示されるある特定の実施形態では、少なくともおよそ２００ｍｍの直径及び３００μｍ～１０００μｍの範囲内又は５００μｍ～２０００μｍの範囲内の厚さを有するＳｉＣウェハは、－２５μｍ～２５μｍ、又は－１０μｍ～１０μｍ、又は－４μｍ～４μｍの範囲内のボウを有する。さらなる実施形態によると、少なくともおよそ２００ｍｍの直径及び少なくとも５００又は少なくとも６００又は少なくとも９００の直径対厚さ比を有するＳｉＣウェハは、－２５μｍ～２５μｍ、又は－１０μｍ～１０μｍ、又は－４μｍ～４μｍの範囲内のボウを有する。本明細書で開示されるある特定の実施形態では、上述の厚さ範囲及び／又は直径対厚さ比と共に少なくともおよそ２００ｍｍの直径であることを含む寸法を有するＳｉＣウェハは、４０μｍ未満、又は１６μｍ未満、又は１２μｍ未満のワープを有する。本明細書で開示されるある特定の実施形態では、そのような寸法を有するＳｉＣウェハは、７μｍ未満、又は２．６μｍ未満、又は２．２μｍ未満のＴＴＶを有する。本明細書で開示されるある特定の実施形態では、そのような寸法を有するＳｉＣウェハは、４μｍ未満、又は１．３μｍ未満、又は１μｍ未満である１ｃｍ２のサイト領域におけるＬＴＶ値又は平均値を有する。本明細書で開示されるある特定の実施形態では、そのような寸法を有するＳｉＣウェハは、１．５μｍ未満、又は０．６μｍ未満、又は０．４３μｍ未満である１ｃｍ２のサイト領域におけるＳＦＱＲ最大値を有する。上述のボウ、ワープ、ＴＴＶ、ＬＴＶ、及びＳＦＱＲ値は、上述のＴｒｏｐｅｌ ＵｌｔｒａＳｏｒｔ自動ウェハ平坦度分析システムによって測定されて提供される。ボウ及びワープの測定において、焦点面は、未吸着ウェハ上の３点によって定められ、第一の点は、主フラットから１８０度離れたウェハの上部に位置し、他の２点は、第一の点から１２０度離れた別々の場所に置かれる。３点の各々は、ウェハエッジから間隔をあけられて、ウェハの半径からエッジトリム又は除外領域の距離２ｍｍを差し引いたものの９７％の位置とされる。例えば、２００ｍｍウェハの場合、半径からエッジトリム値を差し引くと、９８ｍｍとなる。したがって、３点は、９８ｍｍの９７％の値又は９５．０６ｍｍに配置されることになる。
本明細書で開示されるある特定の実施形態では、大口径ＳｉＣウェハにおけるウェハ形状及び平坦度特性は、成長させたＳｉＣ結晶ブール又はインゴット中の、中でもフープ応力などの結晶応力を低下させることによって改善される。図９は、本明細書で開示される実施形態に従う例示的なＳｉＣ結晶ブール１５６の斜視図である。図示されるように、ＳｉＣ結晶ブール１５６は、端面１５６’、概略円筒形状を形成し得るＳｉＣ結晶ブール１５６の周囲に沿った側面１５６’’、及び中心軸線１５８を含む。用途に応じて、端面１５６’は、結晶ｃ面に相当してよく、中心軸線１５８は、［０００１］方向に相当していてよい。他の実施形態では、端面１５６’は、結晶ｃ面に対してオフアクシス面に相当してよく、又は端面１５６’は、ＳｉＣの他の結晶面に相当してもよい。結晶成長及び続いての高温工程の過程で、応力は、主として熱勾配に起因して結晶中に存在し得るが、ドープのばらつき（differential doping）及び点欠陥濃度などの他の因子も関与し得る。そのような応力が、その材料に対する臨界分解せん断応力を超えると、転位を誘導し移動させるすべり機構及び上昇機構が活性化され得る。これらの機構の正味の結果として、結晶の異なる領域で異なる密度の原子面が作り出され得る。これは、原子面の「喪失」又は「追加」と称され得る。ＳｉＣ結晶の成長の典型的な例において、「喪失した」原子面は、ＳｉＣ結晶ブール１５６の周辺部分に沿ってより多く発生し得るものであり、それによって、「喪失した」原子面は、中心軸線１５８よりも側面１５６’’に近い位置にある。成長後、ＳｉＣ結晶ブール１５６の「喪失した」原子面を含有する領域は、低密度ＳｉＣ領域を形成し得る。ある特定の例では、そのような低密度ＳｉＣ領域は、ＳｉＣ結晶ブール１５６の周囲全体に環状リングを形成し得る。このようにして、半径方向の応力勾配１６０が、中心軸線１５８から側面１５６’’に向かって形成され、そしてそれは、中心軸線１５８に対して回転する方向に分布するフープ応力１６２又は円周方向応力に寄与し得る。ある特定の例では、「喪失した」原子面に起因する応力は、「ミラー応力（mirror stress）」とも称され得る。図９において、ＳｉＣ結晶ブール１５６から分離され得るＳｉＣウェハ１６４の位置を示すために、曲線の破線がＳｉＣ結晶ブール１５６上に重ね合わされている。フープ応力１６２は、ＳｉＣウェハ１６４中に存在し、それに応じて、ＳｉＣウェハ１６４におけるボウ、ワープ、ＴＴＶ、ＬＴＶ、及びＳＦＱＲの値のうちの１又は複数の増加などのウェハ形状の変形に寄与し得る。少なくともおよそ２００ｍｍの直径を有するＳｉＣウェハの成長などの大口径結晶成長において、追加の又は喪失した原子面及び対応するフープ応力１６２の形成の増加は、さらに大きいウェハ形状変形に寄与する可能性がある。
本明細書で開示される実施形態によると、大口径結晶成長におけるフープ応力１６２が低減されて、半導体製造に適するウェハ形状及び平坦度特性を有する大口径ＳｉＣウェハを形成することができる。ある特定の実施形態では、フープ応力１６２、さらには他の結晶応力は、ＳｉＣ結晶ブール１５６の１又は複数の周辺部分及び中心部分に沿った１又は複数の結晶成長条件を変更することによって低減することができる。変更される結晶成長条件は、成長開始条件（例：図１Ｂの種結晶１０４上でのＳｉＣの初期成長）を改変すること、及び／又は結晶ブール１５６の成長全体にわたって成長条件を変更すること、及び／又は結晶ブール１５６の成長後の冷却条件を変更することによって得られ得る。これに関して、ＳｉＣの結晶材料の成長は、ある成長温度で、結晶材料の１又は複数の部分における応力をその成長温度でのＳｉＣの臨界分解せん断応力未満に維持しながら行われ得る。
ＳｉＣ結晶の成長条件は、典型的には、Ｓｉ－及びＣ－含有ガス種を種結晶の表面に供給すること、及び続いてＳｉ及びＣ構成成分を種結晶表面上に堆積させることによって実施することができる。これを実現するための方法は多く存在し、本明細書で述べる実施形態は、ＳｉＣ結晶成長のある特定の態様を変更して、大口径ＳｉＣブール及び得られるＳｉＣウェハにおける成長関連応力を低減するために提供される。Ｓｉ－及びＣ－含有ガス種は、多結晶ＳｉＣ、単結晶ＳｉＣ、Ｓｉ及びＣのポリマー、Ｓｉ対Ｃ比１：１若しくは比１：１の２０％許容差範囲内のＳｉ及びＣ粉末の混合物、Ｓｉ対Ｃ比が１：１又は比１：１の２０％許容差範囲内であるＳｉＣ、Ｓｉ、及びＣ粉末の混合物、アモルファス若しくは結晶ＳｉＣ（例：多結晶又は単結晶）のパック（pucks）又は塊、及びＳｉＣの多孔質メッシュのうちの１又は複数が挙げられ得る固体原料物質の加熱を通してＳｉＣ、ＳｉＣ２、Ｓｉ２Ｃ、及びＳｉガスのうちの１又は複数を発生させることによって提供され得る。ある特定の実施形態では、上述した固体原料物質とは別に又はこれに加えて、Ｓｉ－及びＣ－含有ガス種の供給のためにガス原料が用いられてもよい。そのようなガス原料としては、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＣｌ２Ｈ２、ＳｉＣｌ３Ｈ ＳｉＣｌ４、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、及びＳｉ（ＣＨ３）４などの１又は複数の種が挙げられ得る。ガス原料及び固体原料の組み合わせを含む実施形態では、Ｓｉ又はＣの供給の一部がガスによって供給されることから、固体原料のＳｉ：Ｃ比は、１：１から離れるように変更されてもよい。
ある特定の実施形態では、これらの原料は、主として純ＳｉＣを含んでよいが、結晶の意図的なドープ、表面エネルギーの改変、点欠陥の意図的な生成、及び格子サイズの改変を実現するために、不純物が多くの場合添加され得る。これらの不純物としては、周期律表のほとんどいかなる元素も挙げられ得るものであり、多くの場合、ｐ型ドープを導入するためのＢなどの第ＩＩＩ族元素、又はｎ型ドープ導入のためのＮ、Ｇｅ及びＳｎを含む原子半径のより大きい原子、Ｖ、並びに一部のランタニドが、表面エネルギーの改変、及び得られる結晶格子パラメータサイズの変化、又は深い準位の電気的欠陥の誘導のために含まれ得る。
ある特定の実施形態では、原料供給領域は、坩堝の原料供給領域から種結晶領域に向かって温度勾配が作り出されるように、種結晶よりも高い温度で維持され得る。この温度勾配は、Ｓｉ及びＣ種の種結晶への輸送を補助する。固体原料が昇華して、種結晶上で凝縮する際に、ガス原料が、原料領域から種結晶領域へのガス流によって送られてもよい。ある特定の実施形態では、ガス原料は、種結晶表面と相互作用を起こすための構成成分の部分にガスを分解可能とするために、高温領域を通して送られてよく、又はガス種は、種結晶表面と直接相互作用を起こしてもよい。ある特定の実施形態では、ガスの分解プロセスを補助するために、１又は複数の高周波電界が用いられる。
原料領域及び種結晶領域の両方は、一般的に、坩堝の中に含まれ、原料領域は、種結晶領域に対して上、下、又は隣接して配置され得る。ある特定の実施形態では、坩堝は、Ｓｉ－及びＣ－含有ガスに対して比較的安定である材料から作製され得る。ある特定の実施形態では、坩堝は、中でも、グラファイト、ＴａＣ及びＮｂＣコーティンググラファイト、並びに固体ＴａＣ及びＮｂＣのうちの１又は複数を含み得る。ある特定の実施形態では、坩堝は、ガスの漏出を防ぐために密封されていてよく、又は坩堝から一部のガスを流出させるように部分的に開いていてもよい。ある特定の実施形態では、坩堝は、誘導加熱を可能とするために電気伝導性であってよく、一方他の実施形態では、放射加熱が用いられてもよく、さらに他の実施形態では、誘導加熱と放射加熱との組み合わせが用いられてもよい。ある特定の実施形態では、これらの坩堝内での温度プロファイルは、系への熱注入量の考慮と、断熱バッフルの使用による熱流制御との両方が成されるように制御され得る。
原料領域は、一般的に、種結晶領域よりも高い温度とされ得ることから、種結晶領域に熱勾配が誘導され得る。このため、種結晶、及び続いて成長するＳｉＣ結晶は、等温ではなく、熱勾配を有し得る。ＳｉＣ結晶の成長の過程での高い応力の発生を防止するために、結晶成長条件を制御して、成長プロセスの過程で又は成長後の室温への冷却の過程で、ＳｉＣの臨界分解せん断応力を超える結晶の領域を減少させることができる。例えば、ＳｉＣの結晶材料の成長は、ある成長温度で、結晶材料の１又は複数の部分における応力をその成長温度でのＳｉＣの臨界分解せん断応力未満に維持しながら行われ得る。ある特定の実施形態では、応力は、大口径ＳｉＣウェハ（例：およそ２００ｍｍの直径）が形成されることになる結晶材料の少なくとも２０パーセントに対して、臨界分解せん断応力未満に維持され得る。さらなる実施形態では、応力は、ＳｉＣウェハが形成されることになる結晶材料の少なくとも４０パーセント、又は少なくとも６０パーセント、又は少なくとも８０パーセント、又はさらには１００パーセントに対して、臨界分解せん断応力未満に維持され得る。これに関して、既に述べたように、ボウ、ワープ、ＴＴＶ、ＬＴＶ、及びＳＦＱＲ値のうちの１又は複数を含む適切なウェハ平坦度特性を有する大口径ＳｉＣウェハを提供するために、成長の過程で応力が管理され得る。ＳｉＣ結晶の成長及び冷却時に低い熱応力をもたらすための機構は多く存在し、充分に低い応力は、概説される技術の１又は複数の組み合わせによって実現され得る。
ある特定の実施形態では、結晶の上及び下での断熱材又は断熱バッフルの使用が、軸線方向の熱勾配を低減するように構成され得る。ある特定の実施形態では、断熱材又はバッフルは、種結晶ゾーンの横の周りに提供されて、軸線方向の勾配が低減され得る。ある特定の実施形態では、直接誘導加熱、坩堝若しくは系のより高温の領域からの放射、又は成長系のより高温の領域からの高伝導性材料を通しての熱伝導のうちの１又は複数による坩堝の様々な領域の選択的な加熱が、軸線方向の勾配を低減するように構成され得る。ある特定の実施形態では、熱プロファイルは、成長系の１又は複数のより低温の領域に熱を引き抜くための１又は複数の高伝導性経路を提供することによって一部の熱を除去することでも変更され得る。ある特定の実施形態では、種結晶及び原料物質を含む坩堝は、断熱材料の中に配置されてよく、及び種結晶領域が原料領域よりも低い温度で維持可能となるように、熱伝導性材料による上部ロッド部（top rod）が、熱を消散させるための経路を提供するように配置されてもよい。ある特定の実施形態では、種結晶領域の下に配置される中実バッフル又は管が、熱エネルギーのための移動機構としても作用し得るガスフラックスの指向性制御を可能とするために提供されてもよい。
ある特定の実施形態では、坩堝及び／又は坩堝の蓋を加熱するために用いられる加熱要素は、ＳｉＣ結晶ブール１５６のための成長の開始、成長の全体、及び冷却の過程のうちの１又は複数の過程で、中心軸線１５８と側面１５６’’との間の半径方向熱勾配を変更するために調節され得る。フープ応力１６２の改善のために、特定の半径方向熱勾配は、結晶成長装置間で独特であり得る。特定の成長装置における結晶成長プロセス条件、さらには得られる結晶の応力プロファイルに応じて、半径方向の熱勾配を変更することは、中心軸線１５８と側面１５６’’との間の熱勾配を増加又は減少させることを含み得る。このため、半径方向の成長プロファイルは、フープ応力１６２の軽減のために、余剰原子面及び対応するＢＰＤの減少した又はより均一な形成をもたらす目的で、特定の成長プロセス及び装置に合わせて調整され得る。ある特定の実施形態では、熱勾配は、種結晶（図１Ｂの１０４）と坩堝の蓋（図１Ｂの１１０）又は他の種結晶ホルダーとの間の熱接触を、中心軸線１５８と比較して、得られるＳｉＣ結晶ブール１５６の側面１５６’’に対して段階的とすることによって変更され得る。ある特定の実施形態では、成長条件は、形成され得る余剰原子面を抑制することでフープ応力１６２を軽減するために結晶の弾性率プロファイルを変更し得る結晶欠陥を、ＳｉＣ結晶ブール１５６の周辺部分に沿って意図的に提供するために変更され得る。他の実施形態では、成長条件は、フープ応力１６２を抑制する又は軽減するために、結晶欠陥をＳｉＣ結晶ブール１５６の中心部分に沿って意図的に提供するために変更され得る。そのような結晶欠陥としては、中でも、欠陥クラスター、結晶及び／又は六角形ボイド、積層欠陥、異なるポリタイプ、マイクロパイプ、及びさらなる転位（例：貫通、刃状、らせん、及び／又は基底面転位）が挙げられ得る。ある特定の実施形態では、種結晶（図１Ｂの１０４）は、得られるＳｉＣ結晶ブール１５６の対応する領域（周辺又は中心）での欠陥形成増加を促進するために、周辺部分又は中心部分に沿って欠陥が増加するように構成され得る。ある特定の実施形態では、種結晶（図１Ｂの１０４）の平坦度を意図的に変更するために、種結晶（図１Ｂの１０４）と坩堝の蓋（図１Ｂの１１０）との間に機械的応力が意図的に形成され得る。このため、ＳｉＣ結晶ブール１５６の周辺部分及び中心部分に沿った成長条件は、種結晶平坦度の相対的な変動に基づいて調節され得る。
選択される結晶成長設備の相対的な構成に応じて、応力を低減し及び／又は半導体製造に適する平坦度特性を有する改善されたウェハ形状である大口径ＳｉＣウェハを提供するために、上述の変更された結晶成長条件の各々及び様々な組み合わせが提供され得る。これに関して、変更された結晶成長条件は、大口径ブール全体にわたる結晶応力の低減を促進するために、中心部の結晶成長条件と異なって構成される周辺部の結晶成長条件を含み得る。そのような変更された結晶成長条件は、ドープ結晶ＳｉＣ（例：Ｎ－ドープ導電性ＳｉＣ）及び意図的ではないドープ又は未ドープのＳｉＣ（例：半絶縁性ＳｉＣ又は高抵抗率ＳｉＣ）の両方に適用可能であり得る。
ドープ結晶ＳｉＣの場合、窒素などのｎ型ドーパントの存在は、特に大口径ＳｉＣウェハにおいて、結晶応力及び低下したウェハ平坦度にさらに寄与し得る追加の結晶欠陥を誘導し得る。高導電性ＳｉＣウェハの場合、ＳｉＣウェハ中の窒素ドープ濃度は、典型的には、１×１０１８ｃｍ－３～４×１０２１ｃｍ－３の範囲内であり、ＳｉＣ結晶がファセット成長する特徴に起因して、可変の半径方向のドーププロファイルが存在する。図１０Ａ～図１８は、可変のドーププロファイルを有するバルクＳｉＣ結晶材料の様々な図を示す。図１０Ａは、種結晶１０４からＳｉＣ結晶材料１６６の厚さ全体を通して、その中心部分に沿って上向きに延びる円柱形状の高ドープ領域１６８を示す、種結晶１０４上のＳｉＣ結晶材料１６６の模式的垂直断面図である。ある特定の実施形態では、高ドープ領域１６８は、ＳｉＣ結晶材料１６６の周に沿って配置された低ドープ領域１７０と横方向に境界を接している。ある特定の実施形態では、低ドープ領域１７０は、意図的にドープされていても、意図的でなくドープされていても、又は未ドープであってもよい。図１０Ａでは、高ドープ領域１６８のサイズ（例：幅又は直径）がＳｉＣ結晶材料１６６の厚さ全体を通して実質的に一定であるとして示されているが、高ドープ領域１６８のサイズは、ＳｉＣ結晶材料１６６中の縦位置と共に変動してよい（例：典型的には、種結晶１０４に近づくに従って幅又は直径が大きくなり、種結晶１０４からの距離が増えるに従って小さくなる）。加えて、高ドープ領域１６８中のドープの強さも、ＳｉＣ結晶材料１６６中の縦位置と共に変動してよい。ＳｉＣ結晶材料１６６の薄断面部分１７２－１が、破線で示される。図１０Ｂは、断面部分１７２－１に沿って図１０ＡのＳｉＣ結晶材料１６６から得られるＳｉＣウェハ１７４－１の模式的平面図である。示されるように、高ドープ領域１６８は、ＳｉＣウェハ１７４－１の中心領域に合わせられて、ＳｉＣウェハ１７４－１のリング形状低ドープ領域１７０と横方向に境界を接している円形状を形成する。
図１１は、種結晶１０４からＳｉＣ結晶材料１６６の厚さ全体を通して、その中心部分に沿って上向きに延びる円錐台形状の高ドープ領域１６８を有する、種結晶１０４上のＳｉＣ結晶材料１６６の模式的垂直断面図である。ある特定の実施形態では、微傾斜（例：ｃ面に対して平行ではない角度のオフカット）種結晶１０４がＳｉＣ結晶材料１６６の成長に用いられる場合、高ドープ領域１６８の横位置及び形状は、図１１に示される構成に対して異なっていてもよい。例えば、微傾斜結晶成長の場合、高ドープ領域１６８は、ある断面において円形状よりも楕円形状であってよく、及び／又はＳｉＣ結晶材料１６６の中心に対して横方向にずれていてもよい。図１２は、種結晶１０４からＳｉＣ結晶材料１６６の厚さ全体を通して、種結晶１０４の中心に対して中心からずれた位置で上向きに延びる高ドープ領域１６８を示す、種結晶１０４上のＳｉＣ結晶材料１６６の模式的垂直断面図である。図１２において、種結晶１０４は、微傾斜（例：オフカット）種結晶を含んでよく、高ドープ領域１６８は、上から見た場合に中心からずれた概略楕円形状を形成し得る。ある特定の実施形態では、高ドープ領域１６８は、中心からずれた他の形状を形成してもよい。
図１３Ａは、高ドープ領域１６８が種結晶１０４の中心に最初は形成することができない実施形態における、種結晶１０４上のＳｉＣ結晶材料１６６の模式的垂直断面図である。このため、第一の低ドープ領域１７０－１は、最初、高ドープ領域１６８と横方向に境界を接して、ＳｉＣ結晶材料１６６の中心で形成し得る。ある成長時間の後、高ドープ領域１６８は、高ドープ領域１６８が第二の低ドープ領域１７０－２と横方向に境界を接するように、中心に沿って形成し続け得る。この方法により、破線で示されるＳｉＣ結晶材料１６６の薄断面部分１７２－１は、図１０Ｂに示されるようなＳｉＣウェハ１７４－１を定め得るものであり、一方ＳｉＣ結晶材料１６６の下の方の薄断面部分１７２－２は、図１３Ｂに示されるＳｉＣウェハ１７４－２を定め得る。図１３Ｂは、断面部分１７２－２に沿って図１３ＡのＳｉＣ結晶材料１６６から得られるＳｉＣウェハ１７４－２の模式的平面図である。示されるように、高ドープ領域１６８は、低ドープ領域１７０－１と横方向に境界を接している円形状を形成する。
図１４は、高ドープ領域１６８が種結晶１０４の１又は複数の位置に沿っては最初は形成することができない実施形態における、種結晶１０４上のＳｉＣ結晶材料１６６の模式的垂直断面図である。このため、最初は、ＳｉＣ結晶材料１６６の１又は複数の様々な位置に合わせられた１又は複数の第一の低ドープ領域１７０－１が形成し得る。ある特定の実施形態では、１又は複数の第一の低ドープ領域１７０－１は、高ドープ領域１６８と横方向に境界を接している。ある成長時間の後、高ドープ領域１６８は、高ドープ領域１６８が第二の低ドープ領域１７０－２と横方向に境界を接するように、中心に沿って形成し続け得る。
図１５～図１７は、高ドープ領域１６８がＳｉＣ結晶材料１６６の厚さ全体を通して非対称形状を形成し得る実施形態における、種結晶１０４上のＳｉＣ結晶材料１６６の模式的垂直断面図である。図１５に示されるように、成長条件は、最初、種結晶１０４にわたって広い面積の高ドープ領域１６８を形成し得、続いて狭い面積となり得、そしてＳｉＣ結晶材料１６６の端部に向かって広い面積に戻り得る。図１６では、成長条件は、種結晶１０４の近くに低ドープ領域１７０を形成し得、続いて非対称形状で、ＳｉＣ結晶材料１６６の厚さ方向に沿って半径領域に延びる高ドープ領域１６８を形成し得る。図１７では、成長条件は、種結晶１０４の大部分に沿って高ドープ領域１６８を形成し得、続いて、ＳｉＣ結晶材料１６６の厚さ方向に沿って半径領域に延びる非対称形状の高ドープ領域１６８を形成し得る。
図１８は、高ドープ領域１６８がＳｉＣ結晶材料１６６の大部分に沿って均一に提供される実施形態における、種結晶１０４上のＳｉＣ結晶材料１６６の模式的垂直断面図である。ある特定の実施形態では、成長条件は、ＳｉＣ結晶材料１６６の実質的な部分にわたって、又はＳｉＣ結晶材料１６６全体にわたって高ドープ領域１６８を形成し得る。
図１０Ａ～図１８の高ドープ領域１６８の可変の形状によって裏付けられるように、高ドープ領域１６８及び低ドープ領域１７０、１７０－１、１７０－２の横方向寸法は、ＳｉＣ結晶材料１６６中の縦位置及び横位置に応じて様々であり得る。このような場合、ドープに関連する結晶応力は、同じバルクＳｉＣ結晶材料から形成されるｎ型ＳｉＣウェハにわたって可変であり得、それによって、特に少なくともよそ２００ｍｍ超の直径のｎ型ＳｉＣウェハの場合に、ウェハ形状の望ましくないずれに寄与する。ある特定の実施形態では、共ドーパント又は歪み調整成分の１又は複数の組み合わせが、ｎ型ドーパントの高められた濃度によって誘導される結晶欠陥に関連する応力及び／又は歪みを抑制するために、結晶成長の過程で添加され得る。共ドーパント及び／又は歪み調整成分は、ホウ素、アルミニウム、ゲルマニウム、ベリリウム、ガリウム、スズ、ヒ素、リン、チタン、バナジウム、及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含み得る。ある特定の実施形態では、ＳｉＣ結晶のファセット成長特性に起因して、共ドーパント及び歪み調整成分は、ｎ型ドーパントの高及び低ドープ領域１６８、１７０の可変の半径方向プロファイルに類似する可変の半径方向プロファイルで組み込まれ得る。このように、大口径ｎ型ＳｉＣウェハ（例：少なくともおよそ２００ｍｍ）の平坦度特性が、半導体製造に適する改善されたウェハ形状と共に開示される。
ある特定の実施形態では、大口径ＳｉＣウェハのウェハ形状は、個々のＳｉＣウェハが対応するＳｉＣ結晶ブールから分離された後に改善され得る。これに関して、自立する大口径ＳｉＣウェハ（例：少なくともおよそ２００ｍｍ）は、結晶成長条件及び／又は続いてのウェハ分離プロセスに伴う応力関連変形に起因して、ワープ、ボウ、ＴＴＶ、ＬＴＶ、及びＳＦＱＲのうちの１又は複数の望ましくない平坦度値を有し得る。このため、機械的負荷又は応力下でのＳｉＣウェハのアニーリング、ＳｉＣウェハ表面への選択的注入、及びＳｉＣウェハ表面への選択的な膜の堆積を含む、自立するＳｉＣウェハの結晶応力を軽減し、ウェハ形状を改善するための様々な手法が開示される。
図１９Ａ～図１９Ｃは、機械的応力下でＳｉＣウェハをアニーリングするための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハ１７６の模式的断面図である。図１９Ａでは、ＳｉＣウェハ１７６は、結晶ブール（図示せず）からの分離後に自立しており、変形したウェハ形状を呈している。図示の目的で、ＳｉＣウェハ１７６は波状に湾曲した形状で示されているが、望ましくない平坦度値をもたらすウェハ形状は、いくつも存在し得る。既に述べたように、変形したウェハ形状は、様々な結晶成長条件及び続いてのウェハ分離プロセスの１又は複数に伴う応力関連変形によって形成され得る。図１９Ｂでは、図１９Ａに示される変形したウェハ形状を変更する目的で、機械的負荷１７８又は応力が、ＳｉＣウェハ１７６に適用されている。機械的負荷１７８は、ＳｉＣウェハ１７６の１又は複数の部分に適用される、ＳｉＣウェハ１７６を少なくとも一時的により平坦なウェハ形状に保持するのに充分である荷重又は他の力を含み得る。これに関して、機械的負荷１７８は、結晶成長及び／又はウェハ分離プロセスからの結晶応力を抑制する応力を、ＳｉＣウェハ１７６に提供し得る。機械的負荷１７８下のままで、続いてＳｉＣウェハ１７６は、ＳｉＣウェハ１７６がアニーリング後に図１９Ｃに示されるようにより平坦なウェハ形状を維持するように、ＳｉＣウェハ１７６が加熱され、その後冷却されるアニーリングプロセスに掛けられ得る。ある特定の実施形態では、アニーリングは、１０００℃以上の温度で、又は１０００℃～２０００℃の範囲内の温度で実施され得る。他の実施形態では、ＳｉＣウェハ１７６は、ウェハ形状特性を改善するための機械的負荷１７８に掛けられることなく、アニーリングされ得る。本明細書で開示されるように、ＳｉＣウェハ１７６は、図１９Ａに示される第一のウェハ形状を形成してよく、機械的負荷１７８下でのＳｉＣウェハ１７６のアニーリングによって、図１９Ｃに示される第二のウェハ形状を形成してよい。ある特定の実施形態では、第二のウェハ形状は、ワープ、ボウ、ＴＴＶ、ＬＴＶ、及びＳＦＱＲのうちの１又は複数の改善された平坦度値を有し得る。この方法により、ＳｉＣウェハ１７６の応力プロファイル及び対応する欠陥プロファイルは、機械的負荷１７８下でＳｉＣウェハ１７６をアニーリングすることによって変更され得る。例えば、ＳｉＣウェハ１７６の他の位置に存在する構造的欠陥を抑制するために、転位が形成され得る、若しくはＳｉＣウェハ１７６のある特定の位置に移動され得る、又は既存の構造的欠陥と同じ位置に転位が追加若しくは移動され得る。ある特定の実施形態では、機械的負荷１７８は、ＳｉＣウェハ１７６のある特定の部分にわたって均一に、又はＳｉＣウェハ１７６の全体にわたって均一に適用されてよい。他の実施形態では、機械的負荷１７８は、ウェハ形状変形の種類に応じて、ＳｉＣウェハ１７６にわたって不均一に適用されてもよい。例えば、機械的負荷１７８は、ＳｉＣウェハ１７６の中心、又はＳｉＣウェハ１７６の周辺部分に沿って、又はその両方など、ＳｉＣウェハ１７６の１又は複数の局所的部分に適用され得る。エピタキシャル成長及び他のデバイス製造工程などの様々な下流の半導体製造プロセスにおいて、ＳｉＣウェハ１７６は、連続平坦表面又はエッジ支持構成のいずれかによって支持され得る。特定の下流用途に応じて、ＳｉＣウェハ１７６は、機械的負荷１７８適用の過程で、連続平坦面又はエッジ支持構成（例：３点支持、リング形状支持など）のいずれかによって、状況に応じて支持され得る。この方法により、特定の下流用途に合わせて調整されたウェハ形状を有するＳｉＣウェハ１７６が提供され得る。他の実施形態では、ＳｉＣウェハ１７６は、応力プロファイル及び対応する欠陥プロファイルを変更して改善されたウェハ形状特性を提供するための機械的負荷１７８に掛けられることなく、アニーリングされ得る。
図１９Ｄ及び図１９Ｅは、本明細書で開示される実施形態に従うＳｉＣウェハに対する転位プロファイルマップを示すＳｉＣウェハの平面画像である。図１９Ｄは、図１９Ａ～図１９Ｃに従って機械的応力下でアニーリングした後の、ＳｉＣウェハ１８０の平面画像である。例えば、機械的負荷（図１９Ｂの１７８）は、約１５００℃でのアニーリングの過程で、ＳｉＣウェハ１８０の中心に沿ったディスク形状の力としてＳｉＣウェハ１８０に適用した。画像中、暗い領域は、ＳｉＣウェハ１８０の転位の高い領域に対応し、明るい領域は、転位の低い領域に対応する。図で示されるように、転位が増加した暗い領域は、ＳｉＣウェハ１８０の中心領域と比較して、ＳｉＣウェハ１８０の周エッジ近くに配置される傾向にある。既に述べたように、そのような転位密度の変動は、大口径ウェハにおける平坦度特性を低下させる応力プロファイルに繋がる可能性がある。ディスク形状の機械的負荷をＳｉＣウェハ１８０の中心に適用することでのアニーリング後、対応する転位の増加は、画像のｘ軸及びｙ軸に沿って約－３０ｍｍから３０ｍｍの値の暗い円形領域として視認可能である。参照の目的で、図１９Ｅは、機械的応力下でのアニーリングを施していないＳｉＣウェハ１８２の平面画像である。比較のために、ＳｉＣウェハ１８２は、図１９ＤのＳｉＣウェハ１８０と同じ結晶ブールの近傍のスライスから形成されたウェハである。この方法により、ＳｉＣウェハ１８２は、アニーリング前のＳｉＣウェハ１８０と同じ又は同様の転位プロファイルに相当する。図示されるように、ＳｉＣウェハ１８２の中心部分は、周部分よりも全体として低い転位プロファイルを含む。これに関して、機械的負荷下でのＳｉＣウェハのアニーリングは、ＳｉＣウェハ中の応力を抑制する又は均衡させるように合わせて調整することができる転位又は他の構造的欠陥プロファイルの変更を提供し得る。ディスク形状の機械的負荷を、図１９Ｄで例証したが、機械的負荷は、存在し得る様々な応力関連の形状変形を支援するために、異なる形状で、及びＳｉＣウェハの異なる位置で提供されてもよい。転位を識別するために、転位の位置に対応するエッチングピットを明らかにする目的で、ＳｉＣウェハ１８０、１８２を表面エッチングプロセス（例：水酸化カリウム（ＫＯＨ））に掛けた。加えて、図１９Ｄ及び図１９ＥのＳｉＣウェハ１８０、１８２を、１５０ｍｍの直径で選択したが、機械的負荷下でのアニーリングは、１５０ｍｍ未満の直径及びおよそ２００ｍｍ～４５０ｍｍの範囲内の直径を含むいかなる直径のウェハにも適用され得る。
図２０Ａ～図２０Ｃは、ＳｉＣウェハ１８４に選択的に注入を行うための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハ１８４の模式的断面図である。図２０Ａでは、ＳｉＣウェハ１８４は、結晶ブール（図示せず）からの分離後に自立しており、変形したウェハ形状を呈している。図示の目的で、ＳｉＣウェハ１８４は湾曲又は凸面形状で示されているが、望ましくない平坦度値をもたらすウェハ形状は、いくつも存在し得る。既に述べたように、変形したウェハ形状は、様々な結晶成長条件及び続いてのウェハ分離プロセスの１又は複数に伴う応力関連変形によって形成され得る。図２０Ｂでは、ある特定の応力関連変形を相殺するために、選択的イオン注入が、ＳｉＣウェハ１８４の表側面又は裏側面の周部分（例：１８６－１、１８６－３）及び中心部分（例：１８６－２、１８６－４）のうちの１又は複数に適用される。イオン注入は、ＳｉＣウェハ１８４の結晶格子の一部に選択的にドープするための柔軟性及び利便性の高い方法である。イオン注入プロセスにおいて、ドーパントイオンは、ｋｅＶ又はＭｅＶで通常は表される高いエネルギーまで加速され、ＳｉＣウェハ１８４の表側（又はカーボン面）に向かって指向される。他の実施形態では、イオン注入は、ＳｉＣウェハ１８４の裏側（又はシリコン面）に適用され得る。注入イオンは、ＳｉＣウェハ１８４の表面を貫通し、ＳｉＣウェハ１８４の結晶構造又は格子内のいずれかの場所で停止する。線量と称される注入されるイオンの数は、通常、平方センチメートル当たりのイオン数で表される。イオンの注入は、ＳｉＣウェハ１８４内の結晶構造の局所的な拡張、収縮、加熱、及び／又は置換のうちの１又は複数によって、応力及び歪みを変更し得る。このため、イオンは、応力関連変形を相殺するために、ＳｉＣウェハ１８４のある特定の領域に選択的に注入され得る。したがって、注入されたイオンは、ＳｉＣウェハ１８４の１又は複数の領域に機械的負荷をもたらし得る。選択的イオン注入は、ＳｉＣウェハ１８４の他の部分をマスキングして、マスキング部分にイオンが貫通することを防止することによって実施され得る。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハ１８４に積層ドープ領域（stacked doping areas）を作り出すために、複数のドーププロセスが実施され得る。イオン注入において、ドーパント原子としては、限定されないが、窒素、リン、アルミニウム、ゲルマニウム、及び／又はホウ素が挙げられ得る。イオン注入は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及び／又はラドンなど、電気的に活性な物質又は不活性な物質の注入を含み得る。ある特定の実施形態では、選択的イオン注入は、ＳｉＣウェハ１８４の周辺エッジからおよそ５ｍｍ以下の部分など、続いての半導体デバイスの形成が行われることのないＳｉＣウェハ１８４の周部分１８６－１、１８６－３で実施される。図２０Ｃに示されるように、１８６－１～１８６－４の部分のいずれかへの選択的イオン注入の１又は複数の組み合わせが、図２０Ａに示されるＳｉＣウェハ１８４の応力関連変形を相殺し、それによってウェハ平坦度を改善するために提供され得る。イオン注入によってウェハ形状を改善するための例示的な（しかし限定するものではない）技術及び構造は、参照により本明細書に援用される本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１６／２６９，８３７号に示される。他の実施形態では、応力関連変形を相殺するために、表層損傷が、ＳｉＣウェハ１８４の１８６－１～１８６－４の部分のいずれかに適用され得る。表層損傷は、ダイヤモンド粒子、ＳｉＣ粒子、又は粉末の１又は複数の組み合わせと共に機械力をＳｉＣウェハ１８４に適用することによって形成され得る。ある特定の実施形態では、表層損傷は、ＳｉＣウェハ１８４の１又は複数の表面が研磨された後に適用され得る。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハ１８４は、選択的イオン注入後、改善されたウェハ形状特性を維持するために、上述したようにアニーリングされ得る。
図２１Ａ～図２１Ｃは、ＳｉＣウェハ１８８上に選択的に膜を堆積するための製造プロセスの様々な状態におけるＳｉＣウェハ１８８の模式的断面図である。図２１Ａでは、ＳｉＣウェハ１８８は、結晶ブール（図示せず）からの分離後に自立しており、変形したウェハ形状を呈している。図示の目的で、ＳｉＣウェハ１８８は湾曲又は凸面形状で示されているが、望ましくない平坦度値をもたらすウェハ形状は、いくつも存在し得る。既に述べたように、変形したウェハ形状は、様々な結晶成長条件及び続いてのウェハ分離プロセスの１又は複数に伴う応力関連変形によって形成され得る。図２１Ｂでは、ある特定の応力関連変形を相殺するために、膜１９０が、ＳｉＣウェハ１８８の表面の周部分に沿って選択的に堆積されている。膜１９０の材料及び／又は厚さは、ＳｉＣウェハ１８８の他の応力及び歪みを相殺する応力を提供するように構成された、ＳｉＣウェハ１８８との熱膨張係数（ＣＴＥ）ミスマッチを提供するように選択され得る。この方法により、膜１９０は、ＳｉＣウェハ１８８の１又は複数の領域に機械的負荷をもたらし得る。ある特定の実施形態では、膜１９０は、ＳｉＣ、ＳｉＮ、又は他の様々な酸化物のうちの１又は複数を含み得る。ある特定の実施形態では、膜１９０の選択的堆積は、ＳｉＣウェハ１８８の周辺エッジからおよそ５ｍｍ以下の部分など、続いての半導体デバイスの形成が行われることのないＳｉＣウェハ１８８の領域で実施され得る。図２１Ｃに示されるように、膜１９０の選択的堆積が、図２１Ａに示されるＳｉＣウェハ１８８の応力関連変形を相殺し、それによってウェハ平坦度を改善するために提供され得る。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハ１８８は、膜１９０の堆積後、改善されたウェハ形状特性を維持するために、上述したようにアニーリングされ得る。これに関して、膜１９０は、ウェハ１８８上に維持されてよく、又は除去されてもよく、ウェハは、改善されたウェハ形状特性を維持し得る。
図２２Ａは、本明細書で開示される実施形態に従うたわみ特性評価のためのエッジ支持構成にある、ＳｉＣウェハの模式的垂直断面図である。既に述べたように、ＳｉＣウェハは、様々なデバイス製造工程の過程で、エッジ支持構成に配置され得る。ある特定の厚さの大面積ＳｉＣウェハの場合、たわみ値は、エッジ支持構成にあるウェハの結晶応力、結晶歪み、及び重力のうちの１又は複数からの寄与を含み得る。図２２Ａでは、直径Φ及び厚さＴを有するＳｉＣウェハ１９２は、エッジ支持部１９４上に配置されている。ある特定の実施形態では、エッジ支持部１９４は、ＳｉＣウェハ１９２のための３点支持部を含む。他の実施形態では、エッジ支持部１９４は、連続リング又は一連の不連続リングセグメントを含んでいてもよい。そのような配置では、ＳｉＣウェハ１９２は、少なくとも３つの接触点から、連続リング又は一連の不連続リングセグメントと接触し得る。図示されるように、エッジ支持部１９４は、ＳｉＣウェハ１９２の周辺エッジから距離Ｘ離れており、エッジ支持部１９４は、ＳｉＣウェハ１９２の直径Φと同じ方向に厚さＹ１を形成する。ある特定の直径Φ及び厚さＴを有するＳｉＣウェハ１９２の場合、結晶応力、結晶歪み、及び重力のうちの１又は複数の影響は、異なる形状及びエッジ支持ずれＺ１を有するＳｉＣウェハ１９２’を形成する変形を引き起こし得る。Ｚ１値は、ＳｉＣウェハ１９２’の上面全体にわたって得られ得る。ＳｉＣウェハ１９２’は、単一の接触点１９６によってエッジ支持部１９４の各々と接触し得る。このため、エッジ支持部１９４の各々に対する単一の接触点１９６は、距離Ｘと厚さＹ１との合計である距離を有し得る。ある特定の実施形態では、距離Ｘは、直径Φの約３０％であってよいが、距離Ｘが比較の目的で測定グループ間で共通する限りにおいて、他の距離が用いられてもよい。
ＳｉＣウェハ１９２’の上面から未変形のＳｉＣウェハ１９２の上面まで測定される場合のＳｉＣウェハ１９２’全体にわたるエッジ支持ずれ値Ｚ１は、オプティカルフラット、ドロップゲージなどを用いたインターフェロメトリーを含む様々な技術によって測定されてよい。未変形ＳｉＣウェハ１９２の上面は、既に述べたように、３点焦点面によって提供され得る。エッジ支持ずれ値Ｚ１がＳｉＣウェハ１９２’全体にわたって特定された後、エッジ支持たわみ値が、エッジ支持ずれ値Ｚ１の最大値と最小値との間の広がりとして定められ得る。
図２２Ｂは、本明細書で開示される実施形態に従ってたわみ値を特定するために用いられる、ＳｉＣウェハに対して測定した場合のエッジ支持ずれ値を示すコンタープロットである。測定の目的のために、直径２００ｍｍ及び厚さ５００μｍのＳｉＣウェハを選択した。ＳｉＣウェハを、Ｔｒｏｐｅｌ ＵｌｔｒａＳｏｒｔ自動ウェハ平坦度分析システムに、エッジ支持構成で配置し、この場合、距離Ｘと厚さＹ１（図２２Ａ）との合計をウェハエッジから２ｍｍの値に設定した。図２２Ｂでは、様々なコンターラインを図示して、測定したずれ値がＳｉＣウェハ全体にわたって異なる様子を示す。加えて、コンターライン内で及びコンターラインを横切ってずれ値が変化する様子を示すために、具体的なずれ値を、ウェハを横切る異なる点で示す。図示されるように、最小ずれ値（Ｍｉｎ）の－５０．８５０μｍは、ＳｉＣウェハの中心近くに示され、最大ずれ値（Ｍａｘ）の５９．６７７μｍは、ＳｉＣウェハの周近くに示されている。このため、図２２ＢのＳｉＣウェハにおける最大エッジ支持たわみ値は、ＭａｘとＭｉｎとの間の広がりの絶対値として、すなわち１１０．５２７μｍとして定められ得る。ある特定の実施形態では、少なくともおよそ２００ｍｍの直径及び４７５μｍ～５２５μｍの範囲内の厚さを有する本明細書で開示されるＳｉＣウェハは、１５０μｍ以下、又は１２０μｍ以下、又は１１０μｍ以下、又は１１０μｍ～１５０μｍの範囲内の最大エッジ支持たわみ値を示した。ある特定の実施形態では、そのようなたわみ値を有するＳｉＣウェハは、およそ２００ｍｍ～３００ｍｍの範囲内の直径を有し得る。
図２２Ｃは、本明細書で開示される実施形態に従ってたわみ値を特定するために用いられる、別のＳｉＣウェハに対して測定した場合のエッジ支持ずれ値を示すコンタープロットである。測定の目的のために、直径２００ｍｍ及び厚さ４８９μｍのＳｉＣウェハを選択した。ＳｉＣウェハを、Ｔｒｏｐｅｌ ＵｌｔｒａＳｏｒｔ自動ウェハ平坦度分析システムに、エッジ支持構成で配置し、この場合、距離Ｘと厚さＹ１（図２２Ａ）との合計をウェハエッジから３ｍｍの値に設定した。図２２Ｃでは、様々なコンターラインを図示して、測定した３点焦点面からのずれ値がＳｉＣウェハ全体にわたって異なる様子を示す。加えて、コンターライン内及びコンターラインを横切ってずれ値が変化する様子を示すために、具体的なずれ値を、ウェハを横切る異なる点で示す。図示されるように、最小ずれ値（Ｍｉｎ）の－３１．５９１μｍは、ＳｉＣウェハの中心近くに示され、最大ずれ値（Ｍａｘ）の６．４７３μｍは、ＳｉＣウェハの周近くに示されている。このため、図２２ＣのＳｉＣウェハにおける最大エッジ支持たわみ値は、ＭａｘとＭｉｎとの間の広がりの絶対値として、すなわち３８．０６４μｍとして定められ得る。最大エッジ支持たわみ値は、ＳｉＣウェハにおけるリングワープ（ring warp）とも称され得る。既に述べたように、ウェハのボウは、未吸着ウェハの中心で測定した場合の、ウェハの表面と焦点面との間の距離として定義され得る。図２２Ｃのエッジ支持構成において、ウェハの中心点は、焦点面の下－２９．９５６μｍの値を有する。これに関して、図２２Ｃのウェハは、－２９．９５６μｍのエッジ支持ボウ、又はリングボウ（ring bow）を有する。
図２２Ｄは、本明細書で開示される実施形態に従ってたわみ値を特定するために用いられる、さらに別のＳｉＣウェハに対して測定した場合のエッジ支持ずれ値を示すコンタープロットである。測定の目的のために、直径２００ｍｍ及び厚さ４９５μｍのＳｉＣウェハを選択した。ＳｉＣウェハを、Ｔｒｏｐｅｌ ＵｌｔｒａＳｏｒｔ自動ウェハ平坦度分析システムに、エッジ支持構成で配置し、この場合、距離Ｘと厚さＹ１（図２２Ａ）との合計をウェハエッジから３ｍｍの値に設定した。図２２Ｄでは、様々なコンターラインを図示して、測定した３点焦点面からのずれ値がＳｉＣウェハ全体にわたって異なる様子を示す。加えて、コンターライン内及びコンターラインを横切ってずれ値が変化する様子を示すために、具体的なずれ値を、ウェハを横切る異なる点で示す。図示されるように、最小ずれ値（Ｍｉｎ）の－１４．５０３μｍは、ＳｉＣウェハの中心近くに示され、最大ずれ値（Ｍａｘ）の３．５７２μｍは、ＳｉＣウェハの周近くに示されている。このため、図２２ＤのＳｉＣウェハにおける最大エッジ支持たわみ値又はリングワープは、１８．０７５μｍとして測定される。図２２ＤのＳｉＣウェハの中心点は、焦点面の下－１４．４６９μｍの値で測定される。これに関して、図２２Ｃのウェハは、－１４．４６９μｍのエッジ支持ボウ又はリングボウを有する。
少なくとも２００ｍｍの直径及び４７５μｍ～５２５μｍの範囲内の厚さを有するさらなるＳｉＣウェハを提供し、図２２Ｃ及び図２２Ｄに記載のようにして特性評価した。最大エッジ支持たわみ値又はリングワープは、５０μｍ以下、又は１０μｍ以下、又は５μｍ～１５０μｍの範囲内、又は５μｍ～１００μｍの範囲内、又は５μｍ～５０μｍの範囲内、又は１５μｍ～４０μｍの範囲内、又は５μｍ～２０μｍの範囲内の値で測定された。エッジ支持ボウ又はリングボウは、－５μｍ～－５０μｍの範囲内、又は－５μｍ～－２０μｍの範囲内、又は－５μｍ～－１０μｍの範囲内の値で測定された。標準ボウ及びワープ測定値も、非エッジ支持構成で収集した。これに関して、非エッジ支持ボウ測定値は、－２０μｍ～２５μｍの範囲内又は－５μｍ～５μｍの範囲内で得られ、非エッジ支持ワープ測定値は、２μｍ～３１μｍの範囲内又は２μｍ～１５μｍの範囲内で得られた。
図２２Ｅに示される別の選択肢としての構成では、ＳｉＣウェハ１９２は、半径Ｒによって定められるＳｉＣウェハ１９２の中心点に合わせられた中心支持部１９８上に配置されている。この方法により、ＳｉＣウェハ１９２’の変形は、ＳｉＣウェハ１９２’全体にわたって中心支持ずれ値Ｚ２が測定され得るように、周エッジに沿って発生し得る。中心支持配置の場合、ＳｉＣウェハ１９２’は、変形して、中心支持部１９８の厚さＹ２の間隔をあけた少なくとも２つの接触点１９６に沿って中心支持部１９８と接触し得る。この方法により、中心支持たわみ値は、中心支持ずれ値Ｚ２の最大と最小との間の広がりの絶対値として定められ得る。
加えて、上述の実施形態のいずれも、ＳｉＣウェハに対して、重力又は結晶応力に起因するそのようなウェハの変形、ボウ、又はサギング（sagging）に伴う製造上の問題を低減するように構成された意図的な又は付与されたウェハ形状を提供するために適用可能であり得る。この方法により、ＳｉＣウェハにおける、特に大面積ＳｉＣウェハにおける変形、ボウ、又はサギングに伴う影響は、そのようなＳｉＣウェハが続いての製造プロセスの過程でエッジ支持構成で配置される場合、低減され得る。本明細書で用いられる場合、ウェハにおける「正のボウ」は、ウェハのデバイス面から外向きの湾曲、ボウ、又はワープの形状を一般的には意味し、例えば、デバイス面からの凸面形状である。本明細書でやはり用いられる場合、「緩和された正のボウ（relaxed positive bow）」は、重力に起因するウェハのいずれの曲がりも無視される場合に確立されるウェハの正のボウを意味する。ＳｉＣウェハは、一般に、シリコン面とその反対側のカーボン面とを形成し、ウェハ厚さはそれらの間に形成される。多くの半導体用途において、デバイスは、典型的には、ＳｉＣウェハのシリコン面上に形成される。ウェハのボウ、ワープなどは、シリコン面及びカーボン面の１又は複数が参照面からの表面のずれを形成する場合に発生する。このため、ＳｉＣウェハにおける正のボウ又は緩和された正のボウは、ＳｉＣウェハのシリコン面から外向きの湾曲、ボウ、又はワープの形状を一般的には意味し、例えば、シリコン面からの凸面形状である。ある特定の実施形態では、カーボン面の形状は、ＳｉＣウェハのシリコン面の正のボウ又は緩和された正のボウに対応し得る。他の実施形態では、シリコン面だけが、正のボウ又は緩和された正のボウを形成し得る。ある特定の実施形態では、ＳｉＣウェハは、０μｍ超～５０μｍ、又は０μｍ～４０μｍ、又は０μｍ～１５μｍ、又は３０μｍ～５０μｍ、又は８μｍ～１６μｍの範囲内の緩和された正のボウを有する。緩和された正のボウを有するＳｉＣウェハを提供し、特性評価するための例示的な（しかし限定するものではない）技術及び構造は、参照により本明細書に援用される本出願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１６／４１５，７２１号に示される。
ある特定の実施形態では、大口径ＳｉＣウェハのウェハ形状特性は、そのようなＳｉＣウェハを対応するＳｉＣ結晶ブールから分離するための条件を様々に調節することによって改善され得る。既に述べたように、結晶材料内の様々な構造的欠陥プロファイル、ドーププロファイル、及び結晶応力プロファイルは、そのような結晶材料から分離されるウェハの望ましくない形状特性に繋がり得る。これに関して、ウェハ分離条件は、様々な構造的欠陥及び結晶応力を補正するために、各後続のウェハが結晶材料から分離されるに従って様々に調節され得る。ある特定の実施形態では、初期ウェハが結晶材料から分離されて、同じ結晶材料から形成される後続のウェハのための分離条件を様々に調節するのに続いて用いられ得る１又は複数のウェハ形状特性、結晶欠陥プロファイル、ドーププロファイル、及び結晶応力プロファイルを特定するために特性評価され得る。ある特定の実施形態では、結晶材料から分離される自立するウェハのウェハ形状特性を予測して、結晶材料から形成される実際のウェハのための分離条件を様々に調節するのに用いられ得る１又は複数の結晶欠陥プロファイル、ドーププロファイル、結晶応力プロファイル、及び結晶材料形状が、結晶材料に対して特性評価され得る。ある特定の実施形態では、ウェハ分離条件は、結晶材料の上面の形状に基づいて様々に調節され得る。したがって、ＳｉＣ結晶材料及び／又はＳｉＣ結晶材料から分離された初期ＳｉＣウェハの１又は複数の予め特定しておいた特性に基づいて、ＳｉＣ結晶材料からのＳｉＣウェハのための分離条件を調節又は補正するフィードバックループが提供され得る。これに関して、自立する大口径ＳｉＣウェハ（例：少なくともおよそ２００ｍｍ）は、可変のウェハ分離プロセスに基づいて、ワープ、ボウ、ＴＴＶ、ＬＴＶ、及びＳＦＱＲのうちの１又は複数の望ましい平坦度値を有し得る。
図２３Ａは、ＳｉＣ結晶ブール２００から分離され得る初期ＳｉＣウェハ２０２－１の位置を示す破線を重ね合わせた、ＳｉＣ結晶ブール２００の模式的垂直断面図である。図２３Ｂは、ＳｉＣ結晶ブール２００から分離した後の初期ＳｉＣウェハ２０２－１の模式的垂直断面図である。図示されるように、初期ＳｉＣウェハ２０２－１は、分離後、望ましくないウェハ形状特性を有し得る。既に述べたように、そのようなウェハ形状特性は、少なくとも部分的に、ＳｉＣ結晶ブール２００内の可変の欠陥プロファイル、ドーププロファイル、又は可変の結晶応力のうちの１又は複数によって引き起こされ得る。このため、初期ＳｉＣウェハ２０２－１は、ウェハ形状特性、構造的欠陥、ドーププロファイル、及び結晶応力を含む１又は複数の特性について特性評価されてよく、そのような情報が、初期ＳｉＣ結晶ブール２０２－１から分離される後続のウェハのための分離条件を調節するために用いられ得る。この方法により、結晶ブール２００から後続のＳｉＣウェハを分離する工程は、補正のために、結晶ブール２００全体にわたって調整又は変動され得る。他の実施形態では、ＳｉＣ結晶ブール２００の構造的欠陥、ドーププロファイル、及び結晶応力を含む１又は複数の特性が、ウェハ形状特性を予測し、ＳｉＣ結晶ブール２００から分離されることになるＳｉＣウェハのための分離条件を調節する方法を決定するために特性評価され得る。
図２３Ｃは、可変の分離技術によってＳｉＣ結晶ブール２００から分離され得る後続のＳｉＣウェハ２０２－２の位置を示す破線を重ね合わせた、ＳｉＣ結晶ブール２００の模式的垂直断面図である。図示されるように、図２３Ａ中の重ね合わされた破線は、直線ではなく、このことは、ＳｉＣ結晶ブール２００全体にわたる切断深さが、ＳｉＣ結晶ブール２００内の可変の欠陥プロファイル、ドーププロファイル、又は可変の結晶応力のうちの１又は複数に基づいて様々に調節されることを示している。例として、図２３Ｃ中の重ね合わされた破線の形状は、図２３Ｂの初期ＳｉＣウェハ２０２－１の形状に対して縦方向に反対であるように示されている。
図２３Ｄは、ＳｉＣ結晶ブール２００から分離した後の後続のＳｉＣウェハ２０２－２の模式的垂直断面図である。そのようにして後続のＳｉＣウェハ２０２－２を様々に切断することによって、後続のＳｉＣウェハ２０２－２は、図２３Ｂの初期ＳｉＣウェハ２０２－１と比較して、緩和状態での改善されたウェハ形状特性を有してＳｉＣ結晶ブール２００から分離され得る。ある特定の実施形態では、後続のＳｉＣウェハ２０２－２のための切断深さは、ＳｉＣ結晶ブール２００から既に分離された初期ＳｉＣウェハ２０２－１のウェハ形状特性に基づいて様々に調節され得る。他の実施形態では、後続のＳｉＣウェハ２０２－２のための切断深さは、初期ＳｉＣウェハ２０２－１のウェハ形状特性に加えて、又はその代わりに、後続のＳｉＣウェハ２０２－２が分離される前のＳｉＣ結晶ブール２００の上面２００’の形状（例：凸面）に基づいて様々に調節され得る。さらに他の実施形態では、後続のＳｉＣウェハ２０２－２のための切断深さは、初期ＳｉＣウェハ２０２－１又はＳｉＣ結晶ブール２００のうちの１又は複数の欠陥プロファイル、ドーププロファイル、又は応力プロファイルに基づいて様々に調節され得る。可変の切断深さは、集光レーザー放射をＳｉＣ結晶ブール２００の中及び全体にわたって提供し、続いて集光レーザー放射領域に沿って後続のＳｉＣウェハ２０２－２を分離するための力を適用することによる、レーザー分離を含み得る。他の実施形態では、可変の切断深さは、機械的ソーイングプロセスによって提供され得る。
上記態様、並びに／又は本明細書で述べる様々な別個の態様及び特徴のいずれも、さらなる利点のために組み合わされてよいことは考慮される。本明細書で開示される様々な実施形態のいずれも、本明細書において相反する内容が示されていない限り、１又は複数の他の開示される実施形態と組み合わされてよい。
当業者であれば、本開示の好ましい実施形態に対する改善及び改変を認識するであろう。そのような改善及び改変はすべて、本明細書及び以下の請求項に開示される発想の範囲内であると見なされる。

Claims (82)

  1. 少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径、３００ミクロン（μｍ）～１０００μｍの範囲内の厚さ、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハ。
  2. ４０μｍ以下のワープをさらに有する、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  3. 前記直径が、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  4. 前記直径が、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  5. 前記厚さが、３００～５００μｍの範囲内である、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  6. 前記厚さが、３００～８００μｍの範囲内である、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  7. ７μｍ未満の全厚さ変動（ＴＴＶ）をさらに有する、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  8. ２．６μｍ未満の全厚さ変動（ＴＴＶ）をさらに有する、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  9. １ｃｍ２のサイト領域に対して４μｍ未満の局所的厚さ変動（ＬＴＶ）をさらに有する、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  10. １ｃｍ２のサイト領域に対して１．５μｍ未満のサイト表面最小二乗（ＳＦＱＲ）最大値をさらに有する、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  11. ４－Ｈ ＳｉＣを含む、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  12. 半絶縁性ＳｉＣを含む、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  13. ｎ型ＳｉＣを含む、請求項１に記載のＳｉＣウェハ。
  14. ｎ型ドーパントのための窒素を含む、請求項１３に記載のＳｉＣウェハ。
  15. 前記ｎ型ドーパントが、高ドープ領域と低ドープ領域とを、前記高ドープ領域が横方向に前記低ドープ領域と境界を接するように形成する、請求項１４に記載のＳｉＣウェハ。
  16. 前記高ドープ領域が、前記ＳｉＣウェハの中心領域に合わせられる、請求項１５に記載のＳｉＣウェハ。
  17. 前記高ドープ領域が、前記ＳｉＣウェハの中心領域からずれている、請求項１５に記載のＳｉＣウェハ。
  18. ホウ素、アルミニウム、ゲルマニウム、ベリリウム、ガリウム、スズ、ヒ素、リン、チタン、及びバナジウムのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１４に記載のＳｉＣウェハ。
  19. 炭化ケイ素（ＳｉＣ）の結晶材料を成長させること、及び
    前記ＳｉＣの結晶材料からＳｉＣウェハを分離して、少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径、３００ミクロン（μｍ）～１０００μｍの範囲内の厚さ、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する前記ＳｉＣウェハを形成すること、
    を含む方法。
  20. 前記ＳｉＣウェハが、４０μｍ以下のワープをさらに有する、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記直径が、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である、請求項１９に記載の方法。
  22. 前記直径が、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である、請求項１９に記載の方法。
  23. 前記ＳｉＣの結晶材料の前記成長が、成長の過程で前記ＳｉＣの結晶材料全体にわたる半径方向の熱勾配を減少させることを含む、請求項１９に記載の方法。
  24. 前記ＳｉＣの結晶材料の前記成長が、成長の過程で前記ＳｉＣの結晶材料全体にわたる半径方向の熱勾配を増加させることを含む、請求項１９に記載の方法。
  25. 前記ＳｉＣの結晶材料の前記成長が、前記ＳｉＣウェハの周辺部分に沿った結晶欠陥の形成を増加させることを含む、請求項１９に記載の方法。
  26. 前記ＳｉＣウェハに機械的荷重が適用された状態で、前記ＳｉＣウェハをアニーリングすることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  27. 前記ＳｉＣウェハのカーボン面の周辺部分に沿って、選択的に前記ＳｉＣウェハに注入を行うことをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  28. 前記ＳｉＣウェハに選択的に注入を行った後、前記ＳｉＣウェハをアニーリングすることをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記ＳｉＣウェハのカーボン面の周辺部分に沿って、選択的に膜を堆積させることをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  30. 選択的に前記膜を堆積させた後、前記ＳｉＣウェハをアニーリングすることをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  31. 前記ＳｉＣウェハをアニーリングした後に、前記膜を除去することをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料の欠陥プロファイルに基づいて、前記結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む、請求項１９に記載の方法。
  33. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料のドーププロファイルに基づいて、前記結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む、請求項１９に記載の方法。
  34. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料から既に分離された別のＳｉＣウェハのウェハ形状特性に基づいて、前記結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む、請求項１９に記載の方法。
  35. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料の上面の形状に基づいて、前記結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することを含む、請求項１９に記載の方法。
  36. 第一のウェハ形状を形成する炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハを提供すること、
    前記ＳｉＣウェハに機械的負荷を適用すること、及び
    前記ＳｉＣウェハが前記第一のウェハ形状とは異なる第二のウェハ形状を形成するように、前記機械的荷重の適用中に前記ＳｉＣウェハをアニーリングすること、
    を含む方法。
  37. 前記機械的荷重が、前記ＳｉＣウェハの１又は複数の局所部分に適用される、請求項３６に記載の方法。
  38. 前記機械的荷重が、前記ＳｉＣウェハの全体に適用される、請求項３６に記載の方法。
  39. 前記ＳｉＣウェハが、前記機械的荷重の適用中、エッジ支持配置によって支持される、請求項３６に記載の方法。
  40. 前記ＳｉＣウェハの前記第二の形状が、１９５ミリメートル（ｍｍ）～４５５ｍｍの範囲内の直径、５００ミクロン（μｍ）以下の厚さ、２５μｍ以下のボウ、及び４０μｍ以下のワープを有する、請求項３６に記載の方法。
  41. 前記直径が、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である、請求項４０に記載の方法。
  42. 少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径、５００ミクロン（μｍ）～２０００μｍの範囲内の厚さ、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハ。
  43. 前記厚さが、５００μｍ～１５００μｍの範囲内である、請求項４２に記載のＳｉＣウェハ。
  44. ４０μｍ以下のワープをさらに有する、請求項４２に記載のＳｉＣウェハ。
  45. 前記直径が、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である、請求項４２に記載のＳｉＣウェハ。
  46. 前記直径が、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である、請求項４２に記載のＳｉＣウェハ。
  47. 少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径、少なくとも５００の直径対厚さ比、及び－２５ミクロン（μｍ）～２５μｍの範囲内のボウを有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハ。
  48. ４０μｍ以下のワープをさらに有する、請求項４７に記載のＳｉＣウェハ。
  49. 前記直径が、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である、請求項４７に記載のＳｉＣウェハ。
  50. 前記直径対厚さ比が、少なくとも６００である、請求項４７に記載のＳｉＣウェハ。
  51. 前記直径対厚さ比が、少なくとも９００である、請求項４７に記載のＳｉＣウェハ。
  52. 少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径、４７５ミクロン（μｍ）～５２５μｍの範囲内の厚さ、及び１５０μｍ以下の最大エッジ支持たわみ値を有する炭化ケイ素（ＳｉＣ）ウェハ。
  53. 前記最大エッジ支持たわみ値が、１２０μｍ以下である、請求項５２に記載のＳｉＣウェハ。
  54. 前記最大エッジ支持たわみ値が、１１０μｍ以下である、請求項５２に記載のＳｉＣウェハ。
  55. 前記最大エッジ支持たわみ値が、１１０μｍ～１５０μｍの範囲内である、請求項５２に記載のＳｉＣウェハ。
  56. 前記最大エッジ支持たわみ値が、５０μｍ以下である、請求項５２に記載のＳｉＣウェハ。
  57. 前記最大エッジ支持たわみ値が、１０μｍ以下である、請求項５２に記載のＳｉＣウェハ。
  58. 前記最大エッジ支持たわみ値が、５μｍ～５０μｍの範囲内である、請求項５２に記載のＳｉＣウェハ。
  59. －５μｍ～－２０μｍの範囲内のエッジ支持ボウ値をさらに有する、請求項５２に記載のＳｉＣウェハ。
  60. 前記直径が、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である、請求項５２に記載のＳｉＣウェハ。
  61. 炭化ケイ素（ＳｉＣ）の結晶材料の成長を、ある成長温度で、前記結晶材料の少なくとも２０パーセントに対する応力を前記成長温度でのＳｉＣの臨界分解せん断応力未満に維持しながら行うこと、及び
    前記ＳｉＣの結晶材料からＳｉＣウェハを分離して、少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径を有する前記ＳｉＣウェハを形成すること、
    を含む方法。
  62. 前記ＳｉＣの結晶材料の成長が、前記結晶材料の少なくとも４０パーセントに対する応力を、前記ＳｉＣの臨界分解せん断応力未満に維持することを含む、請求項６１に記載の方法。
  63. 前記ＳｉＣの結晶材料の成長が、前記結晶材料の少なくとも８０パーセントに対する応力を、前記ＳｉＣの臨界分解せん断応力未満に維持することを含む、請求項６１に記載の方法。
  64. 前記ＳｉＣウェハが、３００ミクロン（μｍ）～１０００μｍの範囲内の厚さ、及び－２５μｍ～２５μｍの範囲内のボウを有する、請求項６１に記載の方法。
  65. 前記直径が、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である、請求項６１に記載の方法。
  66. 前記直径が、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である、請求項６１に記載の方法。
  67. 炭化ケイ素（ＳｉＣ）の結晶材料を成長させること、及び
    前記結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することによって前記ＳｉＣの結晶材料からＳｉＣウェハを分離して、少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径及び－２５ミクロン（μｍ）～２５μｍの範囲内のボウを有する前記ＳｉＣウェハを形成すること、
    を含む方法。
  68. 前記ＳｉＣウェハの直径が、１９５ｍｍ～３０５ｍｍの範囲内である、請求項６７に記載の方法。
  69. 前記ＳｉＣウェハの直径が、１９５ｍｍ～４５５ｍｍの範囲内である、請求項６７に記載の方法。
  70. 前記ＳｉＣウェハが、３００μｍ～１０００μｍの範囲内の厚さを有する、請求項６７に記載の方法。
  71. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料の欠陥プロファイルに基づいて、前記結晶材料全体にわたって前記切断深さを様々に調節することを含む、請求項６７に記載の方法。
  72. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料のドーププロファイルに基づいて、前記結晶材料全体にわたって前記切断深さを様々に調節することを含む、請求項６７に記載の方法。
  73. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料から既に分離された別のＳｉＣウェハのウェハ形状特性に基づいて、前記結晶材料全体にわたって前記切断深さを様々に調節することを含む、請求項６７に記載の方法。
  74. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料の上面の形状に基づいて、前記結晶材料全体にわたって前記切断深さを様々に調節することを含む、請求項６７に記載の方法。
  75. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料のレーザー分離を含む、請求項６７に記載の方法。
  76. 前記ＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料のソーイングを含む、請求項６７に記載の方法。
  77. 炭化ケイ素（ＳｉＣ）の結晶材料を成長させること、
    前記ＳｉＣの結晶材料又は前記ＳｉＣの結晶材料から分離された初期ＳｉＣウェハの特性評価を行って、結晶欠陥プロファイル、ドーププロファイル、結晶応力プロファイル、及び形状のうちの１又は複数を特定すること、及び
    前記結晶欠陥プロファイル、前記ドーププロファイル、前記結晶応力プロファイル、及び前記形状のうちの１又は複数に基づいて前記結晶材料全体にわたって切断深さを様々に調節することによって、前記ＳｉＣの結晶材料から後続のＳｉＣウェハを分離すること、
    を含む方法。
  78. 前記後続のＳｉＣウェハが、少なくとも１９５ミリメートル（ｍｍ）の直径、及び－２５ミクロン（μｍ）～２５μｍの範囲内のボウを有する、請求項７７に記載の方法。
  79. 前記形状が、前記初期ＳｉＣウェハのウェハ形状特性を有する、請求項７７に記載の方法。
  80. 前記形状が、前記後続のＳｉＣウェハが分離される前の前記結晶材料の上面の形状を有する、請求項７７に記載の方法。
  81. 前記後続のＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料のレーザー分離を含む、請求項７７に記載の方法。
  82. 前記後続のＳｉＣウェハを分離することが、前記結晶材料のソーイングを含む、請求項７７に記載の方法。
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