JP5304712B2 - Silicon carbide single crystal wafer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a SiC single crystal wafer that has a small wafer warp and uniform crystal orientations in a wafer surface and can achieve high device performance and device yield when it is applied as a wafer for manufacturing a device. <P>SOLUTION: A caliber of a silicon carbide single crystal wafer 12 is 100 mm or more. An amount of warp represented by a difference in height is 60 &mu;m/100 mm or less in the wafer scaling ratio (amount of warp/caliber of wafer) of a caliber of 100 mm. Each deviation of &lt;0001&gt; crystal orientation at four measurement points a<SB POS="POST">1</SB>, a<SB POS="POST">2</SB>, a<SB POS="POST">1'</SB>, and a<SB POS="POST">2'</SB>on the diameter of a wafer against &lt;0001&gt; crystal orientation at the center of the wafer is within +/-1,000 seconds. All the four measurement points exist on a diameter L<SB POS="POST">1</SB>on the wafer 12. Among them, two points a<SB POS="POST">1</SB>and a<SB POS="POST">1'</SB>are located at positions that are inside by 2 mm from outer circumference of the wafer toward the center thereof. The remaining two points a<SB POS="POST">2</SB>and a<SB POS="POST">2'</SB>are located at the center of a segment connecting the two points a<SB POS="POST">1</SB>and a<SB POS="POST">1'</SB>on the outer circumference and the center a<SB POS="POST">0</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、反りが小さく、かつ、結晶品質の高い炭化珪素単結晶ウェハに関するものである。   The present invention relates to a silicon carbide single crystal wafer with low warpage and high crystal quality.

炭化珪素(SiC)は、2.2〜3.3eVの広い禁制帯幅を有するワイドバンドギャップ半導体であり、その優れた物理的、化学的特性から、耐環境性半導体材料として研究開発が行われている。特に近年は、青色から紫外にかけての短波長光デバイス、高周波電子デバイス、高耐圧・高出力電子デバイス向けの材料としてSiCが注目されており、研究開発は盛んになっている。ところが、SiCは、良質な大口径単結晶の製造が難しいとされており、これまでSiCデバイスの実用化を妨げてきた。   Silicon carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor with a wide forbidden band of 2.2 to 3.3 eV, and has been researched and developed as an environmentally resistant semiconductor material because of its excellent physical and chemical characteristics. ing. Particularly in recent years, SiC has been attracting attention as a material for short-wavelength optical devices from blue to ultraviolet, high-frequency electronic devices, and high-voltage / high-power electronic devices, and research and development has become active. However, SiC is considered difficult to produce high-quality large-diameter single crystals, and has heretofore hindered the practical application of SiC devices.

従来、研究室程度の規模では、例えば昇華再結晶法(レーリー法)で半導体素子の作製が可能なサイズのSiC単結晶を得ていた。しかしながら、この方法では得られる単結晶の面積が小さく、その寸法、形状、さらには結晶多形(ポリタイプ)や不純物キャリア濃度の制御も容易ではない。一方、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition:CVD)を用いて珪素(Si)等の異種基板上にヘテロエピタキシャル成長させることにより、立方晶のSiC単結晶を成長させることも行われている。この方法では大面積の単結晶は得られるが、SiCとSiの格子不整合が約20%もあることなどにより、多くの欠陥(〜107/cm2)を含むSiC単結晶しか成長させることができず、高品質のSiC単結晶は得られていない。そこで、これらの問題点を解決するために、SiC単結晶ウェハを種結晶として用いて昇華再結晶を行う改良型のレーリー法が提案されている(非特許文献1)。この改良レーリー法を用いれば、SiC単結晶の結晶多形(6H型、4H型、15R型等)や、形状、キャリア型、及び濃度を制御しながらSiC単結晶を成長させることができる。 Conventionally, on a laboratory scale scale, for example, a SiC single crystal having a size capable of producing a semiconductor element by a sublimation recrystallization method (Rayleigh method) has been obtained. However, in this method, the area of the obtained single crystal is small, and it is not easy to control the size, shape, crystal polymorph (polytype), and impurity carrier concentration. On the other hand, a cubic SiC single crystal is also grown by heteroepitaxial growth on a heterogeneous substrate such as silicon (Si) using chemical vapor deposition (CVD). With this method, large area single crystals can be obtained, but only SiC single crystals containing many defects (up to 10 7 / cm 2 ) can be grown due to the lattice mismatch between SiC and Si of about 20%. High-quality SiC single crystals have not been obtained. Accordingly, in order to solve these problems, an improved Rayleigh method has been proposed in which sublimation recrystallization is performed using a SiC single crystal wafer as a seed crystal (Non-patent Document 1). By using this improved Rayleigh method, it is possible to grow a SiC single crystal while controlling the crystal polymorphism (6H type, 4H type, 15R type, etc.), shape, carrier type, and concentration of the SiC single crystal.

現在、改良レーリー法で作製したSiC単結晶から、口径51mm(2インチ)から100mmのSiC単結晶ウェハが切り出され、電力エレクトロニクス分野等のデバイス作製に供されている。更には150mmウェハも開発中と報告されており、100mm又は150mmウェハを用いたデバイスの本格的な商業生産の実現が期待されている。こうした状況にあって、ウェハの反りと面方位の精度は近年非常に重要視されるようになってきている。   Currently, SiC single crystal wafers having a diameter of 51 mm (2 inches) to 100 mm are cut out from SiC single crystals manufactured by the modified Rayleigh method, and are used for device manufacture in the field of power electronics and the like. Furthermore, it is reported that 150 mm wafers are under development, and realization of full-scale commercial production of devices using 100 mm or 150 mm wafers is expected. Under such circumstances, the accuracy of the warpage and the plane orientation of the wafer has become very important in recent years.

反りの大きなウェハは、リソグラフプロセスでの焦点ずれや、エピタキシャル成長プロセス中の裏面への原料ガス回り込み等の問題を引き起こす。また、そもそもウェハの搬送などのハンドリングの障害ともなり得る他、チャックによる破損の危険性も考慮しなければならない。   A wafer having a large warp causes problems such as defocusing in the lithographic process and sneaking of the source gas to the back surface during the epitaxial growth process. In addition, it may be a hindrance to handling such as wafer transfer in the first place, and the risk of breakage due to the chuck must be considered.

一方、ウェハ内部の基底面に曲げが生じて、ウェハ面内の結晶方位がずれていると、エピタキシャル成長プロセスにおけるステップフロー異常などの問題を引き起こし、デバイス特性に大きな影響を与えてしまう。このウェハ面内での結晶方位のずれはモザイク性とも言われ、SiC単結晶ウェハが微小に方位の異なる多数のドメインから形成されることに起因する。しかも、これらドメインの境界は結晶学的に不整合な界面となっており、一般に高密度の転位欠陥が存在することから(この領域は小傾角粒界と呼ばれる)、エピタキシャル薄膜を成長した場合に、薄膜の品質を落とす原因にもつながる。   On the other hand, if the basal plane inside the wafer is bent and the crystal orientation in the wafer plane is deviated, problems such as abnormal step flow in the epitaxial growth process are caused and the device characteristics are greatly affected. This deviation in crystal orientation in the wafer plane is also called mosaicism, and is caused by the fact that a SiC single crystal wafer is formed from a large number of domains having slightly different orientations. In addition, the boundaries of these domains are crystallographically inconsistent interfaces and generally have a high density of dislocation defects (this region is called a low-angle grain boundary). This can also cause the quality of the thin film to deteriorate.

そこで、ウェハの反り量を減らす手段として、例えば、以下のような方法が検討されている。特許文献1には、SiC単結晶インゴットから切り出されたウェハを1300℃以上2000℃以下の温度で焼鈍(アニール)処理することで、インゴットの研削や切断による加工残留応力を取り除いて、ウェハの反り量を低減する技術が報告されている。また、特許文献2には、SiC単結晶のインゴット又はウェハを、炭素及び水素を含む非腐食性ガス雰囲気、又は、これらの非腐食性ガスにアルゴンやヘリウムを混合した雰囲気にて、2000℃超2800℃以下の温度で焼鈍することで、インゴットやウェハの内部応力を緩和して、インゴットの加工時やウェハのデバイスプロセスにおける割れやクラックを防ぐ技術が報告されている。更に、特許文献3には、SiC単結晶インゴットから切り出されたウェハを、10MPa以上0.5MPa以下で加圧しながら800℃以上2400℃で加熱処理することで、ウェハの曲率半径を35m以上にする技術が報告されている。   Therefore, as means for reducing the amount of warpage of the wafer, for example, the following methods have been studied. In Patent Document 1, a wafer cut from a SiC single crystal ingot is annealed at a temperature of 1300 ° C. or more and 2000 ° C. or less to remove processing residual stress due to grinding or cutting of the ingot, thereby warping the wafer. Techniques for reducing the amount have been reported. Patent Document 2 discloses that SiC single crystal ingots or wafers are used in a non-corrosive gas atmosphere containing carbon and hydrogen, or in an atmosphere in which argon or helium is mixed with these non-corrosive gases. A technique for relieving internal stress of an ingot or a wafer by annealing at a temperature of 2800 ° C. or lower to prevent cracks and cracks in the processing of the ingot or the device process of the wafer has been reported. Further, in Patent Document 3, a wafer cut from a SiC single crystal ingot is heated at 800 ° C. or higher and 2400 ° C. while being pressurized at 10 MPa or higher and 0.5 MPa or lower, so that the curvature radius of the wafer is set to 35 m or higher. Technology has been reported.

一方で、特許文献4には、種結晶を用いた昇華再結晶法において、SiC単結晶を成長させ、これから種結晶を切り出して再度結晶成長を行い、これを何度か繰り返して、成長結晶の形状を成長方向に対して凸状となるようにすることで、モザイク性の小さなSiC単結晶ウェハを得る技術が報告されている。この技術は、小傾角粒界が成長表面に垂直に伝播する性質を利用するものであり、成長結晶を成長方向に対して凸状となるようにすることで、小傾角粒界を成長結晶の周辺部に移動させて、中央部に小傾角粒界密度の低い領域を形成するようにしたものである。   On the other hand, in Patent Document 4, in a sublimation recrystallization method using a seed crystal, a SiC single crystal is grown, the seed crystal is cut out from this, crystal growth is performed again, and this is repeated several times. A technique for obtaining a SiC single crystal wafer with a small mosaic property by making the shape convex with respect to the growth direction has been reported. This technology utilizes the property that a low-angle grain boundary propagates perpendicularly to the growth surface.By making the growth crystal convex with respect to the growth direction, the low-angle grain boundary is The region is moved to the peripheral part to form a region having a low low-angle grain boundary density in the central part.

一般に、改良レーリー法では、成長結晶の原料となるSiC結晶粉末側より種結晶側の方が低温になるように、結晶成長方向に温度勾配を形成して結晶成長させていくが、成長する単結晶の成長面の形状は、成長面近傍の温度分布を制御することで決めることができる。すなわち、成長面は等温面に沿って形成されていくため、例えば特許文献4のように、成長結晶の形状を成長方向に対して凸状となるようにするためには、成長結晶外周部における成長表面の温度tPと、この点と種結晶からの距離が等しいインゴット中心部の温度tCとの差(Δt=tP−tC)が正となるように、成長空間内において、成長方向に向かって適度な凸形状の等温線を形成する必要がある。このような等温線を形成しながら結晶成長させることは、多結晶の発生を制御すると同時に、目的とするポリタイプを安定成長させて、良質な単一ポリタイプのSiC単結晶インゴットを製造する目的からも重要であることが分っている。 In general, in the modified Rayleigh method, a crystal is grown by forming a temperature gradient in the crystal growth direction so that the seed crystal side has a lower temperature than the SiC crystal powder side that is the raw material of the grown crystal. The shape of the crystal growth surface can be determined by controlling the temperature distribution near the growth surface. That is, since the growth surface is formed along the isothermal surface, in order to make the shape of the growth crystal convex with respect to the growth direction as in, for example, Patent Document 4, in the growth crystal outer peripheral portion. Growth is performed in the growth space so that the difference (Δt = t P −t C ) between the temperature t P of the growth surface and the temperature t C at the center of the ingot having the same distance from this point and the seed crystal becomes positive. It is necessary to form an isotherm having an appropriate convex shape in the direction. The purpose of crystal growth while forming such an isotherm is to control the generation of polycrystals and at the same time stably produce the desired polytype to produce a high-quality single polytype SiC single crystal ingot. Is also important.

ところが、成長方向と垂直な平面内の温度差Δtは、これによって成長させた単結晶に応力を形成することになる。このような成長結晶の内部応力は、剛性の高いバルク結晶では、その形状を変形させるまでには至らないが、ウェハに加工した途端、剛性の低下に伴って内部応力が解放され、ウェハの反りとなって現れる。そのため、上記特許文献1及び3のように、ウェハに加工した後に、焼鈍処理を行って結晶内部の残留応力を軽減させたとしても、口径100mm以上のウェハの反り量を低減させるには効果は不十分である。ましてや特許文献3のように、加圧により外部から応力を受けた状態でウェハを熱処理すると、熱処理中に転位などの新たな結晶欠陥が発生するおそれもある。これに対して、特許文献2に記載されるように、SiC単結晶インゴットの状態で焼鈍処理することは、成長結晶の内部応力を軽減させる点で有効である。   However, the temperature difference Δt in the plane perpendicular to the growth direction forms stress on the single crystal grown by this. The internal stress of such a grown crystal does not reach the shape of a bulk crystal with high rigidity, but as soon as it is processed into a wafer, the internal stress is released as the rigidity decreases, Appears as a warp. Therefore, as described in Patent Documents 1 and 3, even if the residual stress inside the crystal is reduced by performing an annealing process after processing into a wafer, it is effective to reduce the warpage amount of a wafer having a diameter of 100 mm or more. It is insufficient. In addition, as in Patent Document 3, if the wafer is heat-treated while being subjected to external stress due to pressurization, new crystal defects such as dislocations may occur during the heat treatment. On the other hand, as described in Patent Document 2, annealing in a SiC single crystal ingot state is effective in reducing the internal stress of the grown crystal.

しかしながら、特許文献2の方法では、その実施例の内容からも明らかなように、インゴットに生じるクラックや、ウェハに加工した際の割れを防ぐ程度に内部応力は軽減されるが、ウェハの反り量が所定の値まで低減したことを確認することはできない。また、インゴットに対して外部から2000℃を超える熱負荷を掛けてインゴット内部の原子の再配置を行わせることは、昇温及び冷却過程を含めて、新たな温度分布を形成するものであり、温度不均衡によって結晶内部に強い応力場を生み出すことにも成りかねない。   However, in the method of Patent Document 2, as is clear from the contents of the examples, the internal stress is reduced to such an extent that cracks generated in the ingot and cracks when processed into a wafer are prevented. It cannot be confirmed that has been reduced to a predetermined value. In addition, applying a thermal load exceeding 2000 ° C. from the outside to the ingot to rearrange the atoms inside the ingot forms a new temperature distribution including the temperature rising and cooling processes, Temperature imbalance can also create a strong stress field inside the crystal.

特開2004−131328号公報JP 2004-131328 A 特開2006−290705号公報JP 2006-290705 A 特開2005−93519号公報JP 2005-93519 A 特開2001−294499号公報JP 2001-294499 A

Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, vols.52 (1981) pp.146-150Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, vols. 52 (1981) pp.146-150

上述したように、成長結晶の内部応力は、ウェハの反りにつながるものである。また、バルクの状態からウェハに加工した際の内部応力の解放は、ウェハの反りを増大させることになる。このように、反りの大きなウェハでは、
デバイス作製工程におけるリソグラフプロセスで正しく焦点を結ぶことができず、1枚のウェハから得られる良好なデバイスの歩留まりが低くなるという問題が生じる。
As described above, the internal stress of the grown crystal leads to the warpage of the wafer. In addition, the release of internal stress when the wafer is processed from the bulk state increases the warpage of the wafer. In this way, with a wafer with a large warp,
The lithographic process in the device fabrication process cannot be focused correctly, resulting in a problem that the yield of good devices obtained from one wafer is lowered.

そのため、上述のように、インゴットの状態で焼鈍処理して内部応力を低減する方法等が実施されて、ウェハの反りを小さくすることが行われているが、単にウェハの反りを小さくするというだけの条件で焼鈍処理して得られたウェハではデバイスの歩留まりが向上しなかったり、良好なエピタキシャル薄膜が該ウェハ上に形成できなかったりするということが分かってきた。ウェハの口径が100mm未満の小さい時には、単に反りを小さくするだけで良かったが、ウェハの口径が100mm以上になってくると、前記問題が顕在化してきた。   Therefore, as described above, the method of reducing the internal stress by performing the annealing process in the state of the ingot is carried out to reduce the warpage of the wafer, but only to reduce the warpage of the wafer. It has been found that a wafer obtained by annealing under the above conditions does not improve the device yield, or that a good epitaxial thin film cannot be formed on the wafer. When the diameter of the wafer is less than 100 mm, it is only necessary to reduce the warp. However, when the diameter of the wafer becomes 100 mm or more, the above problem has become apparent.

本発明は、上記のような課題を解決すべく行われたものであり、ウェハの反り量が小さく、かつ、ウェハ面内の結晶方位が揃ったSiC単結晶ウェハを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a SiC single crystal wafer in which the amount of warpage of the wafer is small and the crystal orientation in the wafer plane is uniform. .

本発明者等は、上述のような問題を解決すべく、SiC単結晶インゴット中の原子再配置を図りながら、内部応力の除去と、その際に生じる新たな温度分布の最適化を目指して検討した結果、驚くべきことに、切り出したウェハの反り量を所定の値まで低減すると同時に、ウェハ面内における結晶方位を目的のレベルまで揃えたSiC単結晶ウェハとすることで、上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明者らは、ウェハの反りを小さくにしても、ウェハ面内における結晶方位がずれていると、デバイス歩留まりが低くかったり、良好なエピタキシャル薄膜が該ウェハ上に形成できなかったりするということを見出し、本発明を完成するに至ったのである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors studied to remove internal stress and optimize the new temperature distribution generated at that time while relocating atoms in the SiC single crystal ingot. As a result, surprisingly, the above problem can be solved by reducing the amount of warpage of the cut wafer to a predetermined value and simultaneously making the SiC single crystal wafer with the crystal orientation in the wafer plane aligned to the target level. As a result, the present invention has been completed. That is, even if the warpage of the wafer is reduced, if the crystal orientation in the wafer plane is shifted, the device yield may be low, or a good epitaxial thin film cannot be formed on the wafer. As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下の構成からなるものである。
(1)口径100mm以上の炭化珪素単結晶ウェハであって、
ウェハ面内における高低差で表される反り量が、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で60μm/100mm以下であり、かつ、
ウェハ中心における<0001>結晶方位に対して、以下の4つの測定点での<0001>結晶方位のずれが、いずれも±1000秒以内であることを特徴とする炭化珪素単結晶ウェハ。
測定点a1 :ウェハ外周からウェハ中心に向かって2mm内側の位置
測定点a2 :測定点a1とウェハ中心とを結んだ線分の中点にあたる位置
測定点a1':ウェハ直径上にあって、ウェハ中心をはさんで測定点a1と左右対称になる位置
測定点a2':ウェハ直径上にあって、ウェハ中心をはさんで測定点a2と左右対称になる位置
(2)ウェハ中心での<0001>結晶方位を基準にした前記4つの測定点での<0001>結晶方位のずれを、ウェハ中心から各測定点までの距離に基づきプロットし、得られたグラフの線形近似式の傾きから求めた平均ピークシフト値が、20秒/mm以下である(1)に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。
(3)反り量に関する換算比(反り量/ウェハ口径)が40μm/100mm以下である(1)又は(2)に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。
(4)種結晶を用いた昇華再結晶法により得られた炭化珪素単結晶インゴットから切り出されたものである(1)〜(3)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ。
(5)4°オフウェハの転位に相当するエッチピットの密度が5.0×104cm-2以下である(1)〜(4)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ。
(6)エッジ除外領域を除いたウェハ面内が単一のポリタイプで構成される(1)〜(5)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ。
That is, this invention consists of the following structures.
(1) A silicon carbide single crystal wafer having a diameter of 100 mm or more,
The amount of warpage represented by the height difference in the wafer surface is 60 μm / 100 mm or less in terms of a wafer conversion ratio (warpage amount / wafer diameter) of a diameter of 100 mm, and
A silicon carbide single crystal wafer, wherein a deviation of <0001> crystal orientation at the following four measurement points is within ± 1000 seconds with respect to <0001> crystal orientation at the wafer center.
Measurement point a 1 : Position 2 mm inside from the wafer outer circumference toward the wafer center Measurement point a 2 : Position corresponding to the midpoint of the line segment connecting the measurement point a 1 and the wafer center Measurement point a 1 ′: On the wafer diameter The position that is symmetrical with the measurement point a 1 across the wafer center Measurement point a 2 ′: The position that is on the wafer diameter and is symmetrical with the measurement point a 2 across the wafer center (2 ) The deviation of the <0001> crystal orientation at the four measurement points relative to the <0001> crystal orientation at the wafer center is plotted based on the distance from the wafer center to each measurement point, and the linearity of the obtained graph The silicon carbide single crystal wafer according to (1), wherein an average peak shift value obtained from the slope of the approximate expression is 20 seconds / mm or less.
(3) The silicon carbide single crystal wafer according to (1) or (2), wherein a conversion ratio (warpage / wafer diameter) relating to the warpage is 40 μm / 100 mm or less.
(4) The silicon carbide single crystal wafer according to any one of (1) to (3), which is cut from a silicon carbide single crystal ingot obtained by a sublimation recrystallization method using a seed crystal.
(5) The silicon carbide single crystal wafer according to any one of (1) to (4), wherein the density of etch pits corresponding to dislocations of a 4 ° off-wafer is 5.0 × 10 4 cm −2 or less.
(6) The silicon carbide single crystal wafer according to any one of (1) to (5), wherein the wafer surface excluding the edge exclusion region is configured by a single polytype.

本発明のSiC単結晶ウェハは、反り量が小さく、かつ、ウェハ面内の結晶方位が揃っているため、電力エレクトロニクス分野のデバイス作製等において、高い歩留りと共に良好なデバイス特性を実現することができる。例えば、リソグラフプロセスで正しく焦点を結ぶことができ、また、エピタキシャル成長プロセス中でのウェハ裏面への原料ガス回り込み等の問題を防止したり、ステップフロー成長したエピタキシャル薄膜を得ることができる。特に、本発明では、このような品質のSiC単結晶ウェハを口径100mm以上の大口径ウェハで実現しているため、その実用性は極めて高いものである。   Since the SiC single crystal wafer of the present invention has a small amount of warpage and a uniform crystal orientation in the wafer surface, it is possible to realize a good device characteristic with a high yield in device fabrication in the field of power electronics. . For example, it is possible to correctly focus on the lithographic process, to prevent a problem such as a raw material gas sneaking around the back surface of the wafer during the epitaxial growth process, and to obtain an epitaxial thin film grown by step flow. In particular, in the present invention, since the SiC single crystal wafer having such a quality is realized by a large-diameter wafer having a diameter of 100 mm or more, its practicality is extremely high.

図1は、口径100mmウェハにおいて、<0001>結晶方位のずれを測定した測定点a0、a1、a2、a1'、a2'の一例を示す平面説明図である。FIG. 1 is an explanatory plan view showing an example of measurement points a 0 , a 1 , a 2 , a 1 ′, and a 2 ′ at which the deviation of the <0001> crystal orientation is measured on a wafer with a diameter of 100 mm. 図2は、X線回折装置を用いて、測定点a0、a1、a2、a1'、a2'の<0001>結晶方位のずれを測定する手順を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a procedure for measuring the deviation of the <0001> crystal orientation of the measurement points a 0 , a 1 , a 2 , a 1 ′, a 2 ′ using an X-ray diffractometer. 図3は、口径100mmウェハの転位密度を測定した箇所を示す平面説明図である。FIG. 3 is an explanatory plan view showing a location where the dislocation density of a wafer having a diameter of 100 mm is measured. 図4は、口径125mmウェハの転位密度を測定した箇所を示す平面説明図である。FIG. 4 is an explanatory plan view showing a location where the dislocation density of a wafer having a diameter of 125 mm is measured. 図5は、口径125mmウェハにおいて、<0001>結晶方位のずれを測定した測定点a0、a1、a2、a1'、a2'の一例を示す平面説明図である。FIG. 5 is an explanatory plan view showing an example of measurement points a 0 , a 1 , a 2 , a 1 ′, a 2 ′ where the deviation of the <0001> crystal orientation is measured on a wafer having a diameter of 125 mm. 図6は、SiC単結晶インゴットを製造するのに用いた単結晶製造装置の一例を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a single crystal manufacturing apparatus used for manufacturing a SiC single crystal ingot.

先ず、本発明におけるSiC単結晶ウェハは、口径100mm以上であって、その反り量は、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で60μm/100mm以下、好ましくは40μm/100mm以下、より好ましくは20μm/100mm以下である。ウェハの反り量は、ウェハ面内における高低差で表され、その測定にはいくつかの方法が存在するが、本発明では、光学干渉計を用いて測定した値を言うものとする。光学干渉計は、一般に、コヒーレントな光をウェハ表面に照射して反射させ、ウェハ面内の高さの差を反射光の位相のずれとして観測するものである。この光学干渉計を用いて、基準平面上に拘束力なしで置かれた、周辺部から2mmの領域を除いたSiC単結晶ウェハ面内の、基準平面と垂直方向の高さを測定し、高さの最高点と最低点の差を反り量とする。なお、本発明では、反り量を表す際に口径100mmのウェハ換算比を用いており、本発明のSiC単結晶ウェハは、60μm/100mm以下の反り量である必要があるが、これは、例えば口径125mmウェハの場合に、75μm/125mm以下の反り量であることを表す。   First, the SiC single crystal wafer in the present invention has a diameter of 100 mm or more, and the amount of warpage is 60 μm / 100 mm or less, preferably 40 μm / 100 mm or less, in terms of a wafer conversion ratio (warp amount / wafer diameter) of 100 mm. Preferably, it is 20 μm / 100 mm or less. The amount of warpage of the wafer is expressed by the height difference in the wafer surface, and there are several methods for the measurement. In the present invention, the value measured using an optical interferometer is used. In general, an optical interferometer irradiates and reflects a coherent light on a wafer surface and observes a difference in height within the wafer surface as a phase shift of reflected light. Using this optical interferometer, the height in the direction perpendicular to the reference plane is measured on the surface of the SiC single crystal wafer, which is placed on the reference plane without restraining force and excluding the 2 mm area from the periphery. The difference between the highest and lowest points is the amount of warpage. In the present invention, a wafer conversion ratio with a diameter of 100 mm is used to represent the amount of warpage, and the SiC single crystal wafer of the present invention needs to have a warpage amount of 60 μm / 100 mm or less. In the case of a wafer having a diameter of 125 mm, the warp amount is 75 μm / 125 mm or less.

また、本発明におけるSiC単結晶ウェハは、ウェハ中心における<0001>結晶方位に対して、次の4つの測定点での<0001>結晶方位のずれが、いずれも±1000秒以内、好ましくは±500秒以内、より好ましくは±250秒以内である必要がある。
測定点a1 :ウェハ外周からウェハ中心に向かって2mm内側の位置
測定点a2 :測定点a1とウェハ中心とを結んだ線分の中点にあたる位置
測定点a1':ウェハ直径上にあって、ウェハ中心をはさんで測定点a1と左右対称になる位置
測定点a2':ウェハ直径上にあって、ウェハ中心をはさんで測定点a2と左右対称になる位置
Further, in the SiC single crystal wafer of the present invention, the deviation of the <0001> crystal orientation at the following four measurement points with respect to the <0001> crystal orientation at the wafer center is within ± 1000 seconds, preferably ± It must be within 500 seconds, more preferably within ± 250 seconds.
Measurement point a 1 : Position 2 mm inside from the wafer outer circumference toward the wafer center Measurement point a 2 : Position corresponding to the midpoint of the line segment connecting the measurement point a 1 and the wafer center Measurement point a 1 ′: On the wafer diameter Position that is symmetrical with measurement point a 1 across the wafer center Measurement point a 2 ': Position that is on the wafer diameter and symmetrical with measurement point a 2 across the wafer center

4つの測定点は、全てウェハの直径上に存在し、口径100mmのウェハでは、例えば図1に示すように、ウェハ中心をa0で表せば、測定点a1、a2、a1'及びa2'は、24mm間隔でウェハ直径L1の上に並ぶことになる。そして、本発明のSiC単結晶ウェハにおける面内での結晶方位の揃いについては、ウェハ中心a0での<0001>結晶方位を基準にして、測定点a1、a2、a1'及びa2'での<0001>結晶方位がどれだけ揃っているか、すなわち、ウェハ中心a0と測定点a1の2点間での<0001>結晶方位のずれが±1000秒以内であるかどうかの基準で判断し、これを測定点a2、a1'及びa2'について同様に判断して、いずれも基準を満たした場合のウェハ面内における結晶方位の揃いを特定したものであり、ウェハの直径方向で結晶方位のずれを確認すれば、改良レーリー法で作製したSiC単結晶インゴットから切り出されたウェハの面方位の揃いを正しく評価することができ、ウェハ中心を含めて、ウェハの外周(エッジ)から中心方向に2mmの位置の測定点(a1、a1')、及び、これらとウェハ中心との中点(a2、a2')を測定すれば、実用性を考慮してウェハ面内の全体的な評価が可能である。望ましくは、ウェハ直径L1とは別に、上記と同様の4つの測定点の評価を他のウェハ直径L2で行うようにするのが良く、その際、直径L1と直径L2とが直交するようにすれば、上記のような評価がより一層確実なものとなるが、ひとつの直径で測定しても、十分に信頼性のある評価ができる。 The four measurement points all exist on the diameter of the wafer. For a wafer having a diameter of 100 mm, for example, as shown in FIG. 1, if the wafer center is represented by a 0 , the measurement points a 1 , a 2 , a 1 ′ and a 2 ′ is arranged on the wafer diameter L 1 at intervals of 24 mm. For the alignment of crystal orientations in the plane of the SiC single crystal wafer of the present invention, the measurement points a 1 , a 2 , a 1 ′ and a are based on the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0. Whether the <0001> crystal orientation at 2 ′ is aligned, that is, whether the deviation of the <0001> crystal orientation between the two points of the wafer center a 0 and the measurement point a 1 is within ± 1000 seconds. Judgment is made based on the standard, and this is similarly judged for the measurement points a 2 , a 1 ′ and a 2 ′, and all of them match the crystal orientation in the wafer plane when the standard is satisfied. By confirming the deviation of the crystal orientation in the diameter direction of the wafer, it is possible to correctly evaluate the alignment of the plane orientation of the wafer cut from the SiC single crystal ingot produced by the improved Rayleigh method, including the wafer center and the outer periphery of the wafer. (Edge) to center Measurement point position of 2mm (a 1, a 1 ' ), and the midpoint between these and the wafer center (a 2, a 2' by measuring the), overall within the wafer in consideration of practicality Evaluation is possible. Preferably, apart from the wafer diameter L 1 , the same four measurement points as described above may be evaluated at the other wafer diameter L 2. In this case, the diameter L 1 and the diameter L 2 are orthogonal to each other. By doing so, the above evaluation becomes even more reliable. However, even if measurement is performed with one diameter, sufficiently reliable evaluation can be performed.

このような結晶方位の揃いを評価するにあたり、その具体的な測定方法については特に制限されるものではないが、好適には次のような測定方法が挙げられる。先ず、X線照射、検出系の2θ軸を、測定点(a0、a1又はa2)に対して、0004反射の条件で固定し、ウェハの測定点の並ぶ直径方向と垂直、かつウェハの(0001)面と平行なΩ軸でウェハを回転させて得られるロッキングカーブを各測定点で取得する。このとき、ウェハの中心a0において回折X線の強度が最大になるΩ軸の回転角度を0とし、測定点a2又はa3おいて、回折X線の強度が最大となる角度をそれぞれΩ2、Ω3とする。こうして求めた回転角度Ωは、測定点での<0001>結晶方位が、ウェハ中心a0における<0001>結晶方位からどれだけずれているのかを表す。理想的な(0001)c面を有したウェハでは、理論上、Ω軸の回転角度はウェハ全面でゼロである。 In evaluating the alignment of such crystal orientations, the specific measurement method is not particularly limited, but preferably includes the following measurement methods. First, the 2θ axis of the X-ray irradiation / detection system is fixed to the measurement point (a 0 , a 1 or a 2 ) under the condition of 0004 reflection, perpendicular to the diameter direction in which the measurement points of the wafer are arranged, and the wafer A rocking curve obtained by rotating the wafer about the Ω axis parallel to the (0001) plane is obtained at each measurement point. At this time, the rotation angle of the Ω axis at which the intensity of the diffracted X-ray is maximum at the center a 0 of the wafer is 0, and the angle at which the intensity of the diffracted X-ray is maximum at the measurement point a 2 or a 3 is Ω, respectively. 2, and Ω 3. The rotation angle Ω thus obtained represents how much the <0001> crystal orientation at the measurement point deviates from the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0 . In a wafer having an ideal (0001) c-plane, the rotation angle of the Ω axis is theoretically zero over the entire wafer surface.

上記測定方法について、図面を用いて説明すると、図2(b1)に示すように、ウェハ中心a0を通るウェハ表面の法線pを含んだ面内において(この面を面Pと呼ぶ。面Pは、ウェハ表面と垂直に交わり、ウェハ中心a0を通る面とも言い表せる)、SiC単結晶ウェハ12の中心a0にX線を照射して<0001>相当面反射の位置関係となるように、X線照射機器13、及びX線検出機器14をセットする(入射角をθ1、反射角θ2とする)。次に、面Pの面内にあって、ウェハ表面と平行であり、かつ、ウェハの厚み方向の中心を通る軸hでウェハを回転させながらX線回折データを測定し、回折X線の強度が最大になる傾きを探す。オフ角度0°、かつ理想的な(0001)c面を有したウェハでは、理論上、θ1=θ2であり、軸hの傾きはゼロである。SiC単結晶ウェハがオフ角を有する場合は、オフ角度を考慮して、X線照射機器13、及びX線検出機器14が(0001)軸に対して対称であり、かつ(0001)が面Pと平行となる位置関係にする。そして、この回折X線の強度が最大になる位置で、ウェハの表面と平行であって、ウェハの厚み方向の中心を通り、かつ、回転軸hと直交する軸を、軸X0と決める。図2(b2)は、軸X0を決めた状態を図2(b1)の側面方向(図中の矢印方向)から眺めたものであり、以下ではこの軸X0を基準にし、この軸X0を回転角度Ω0=0とする。なお、この図2(b1)は、図2(a)に記した平面図のI−I断面方向から見たものである。 The above measurement method will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 2 (b1), in the plane including the normal p of the wafer surface passing through the wafer center a 0 (this plane is referred to as plane P). P is the intersection vertically and the wafer surface, Iarawaseru also plane passing through the wafer center a 0), the center a 0 of the SiC single crystal wafer 12 is irradiated with X-rays <0001> to be a positional relationship corresponding surface reflection Then, the X-ray irradiation device 13 and the X-ray detection device 14 are set (the incident angle is θ 1 and the reflection angle θ 2 is set). Next, X-ray diffraction data is measured while rotating the wafer about an axis h that is in the plane P, is parallel to the wafer surface, and passes through the center in the thickness direction of the wafer. Find the slope that maximizes. For a wafer having an off angle of 0 ° and an ideal (0001) c-plane, theoretically θ 1 = θ 2 and the inclination of the axis h is zero. When the SiC single crystal wafer has an off-angle, the X-ray irradiation device 13 and the X-ray detection device 14 are symmetric with respect to the (0001) axis and (0001) is the plane P in consideration of the off-angle. To be in parallel with each other. An axis X 0 is determined as an axis that is parallel to the surface of the wafer at the position where the intensity of the diffracted X-ray is maximized, passes through the center in the thickness direction of the wafer, and is orthogonal to the rotation axis h. Figure 2 (b2) are those viewing the state decided axis X 0 from the side in FIG. 2 (b1) (arrow direction in the drawing), in the following with reference to the this axis X 0, this axis X 0 is the rotation angle Ω 0 = 0. In addition, this FIG.2 (b1) is seen from the II cross section direction of the top view described to Fig.2 (a).

次に、入反射角θ1、θ2を固定した状態で、尚且つ、X線照射機器2及びX線検出機器3と、ウェハ12との距離(高さ)を維持したまま、軸hと直交する方向にウェハ12を相対的に平行移動させて、測定点a2にX線を入反射させ、測定点a2において、回折X線の強度が最大になるように、平行移動した軸hを回転軸としてウェハ12を回転させる。そして、強度が最大になる位置において、ウェハの表面と平行であって、ウェハの厚み方向の中心を通り、かつ、回転軸hと直交する軸を、この測定点a2における軸X2とし、図2(c)に示すように、この軸X2と先に決めた軸X0とがなす角度を、測定点a2における回転角度Ω2とする。こうして求めた回転角度Ω2は、測定点a2での<0001>結晶方位が、ウェハ中心a0における<0001>結晶方位からどれだけずれているのかを表す。同様にして、測定点a1、a2'、a1'についても、それぞれの軸X1、X2'、X1'を決めて、軸X0とのなす角から、それぞれの回転角度Ω1、Ω2'、Ω1'を求めるようにする。なお、これらの回転角度Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1'は、ウェハ中心a0での回転角度Ω0を基準にしたシフト量(正又は負)である。 Next, with the incident and reflection angles θ 1 and θ 2 fixed, and while maintaining the distance (height) between the X-ray irradiation device 2 and the X-ray detection device 3 and the wafer 12, the axis h and in the direction orthogonal by relatively translating the wafer 12, the measuring point a 2 is inputted and reflected X-rays, at the measurement point a 2, so that the intensity of the diffracted X-rays is maximized, axial h was translated The wafer 12 is rotated about the rotation axis. And, at the position where the intensity is maximum, the axis parallel to the surface of the wafer, passing through the center in the thickness direction of the wafer and orthogonal to the rotation axis h is defined as the axis X 2 at the measurement point a 2 , As shown in FIG. 2C, an angle formed by the axis X 2 and the previously determined axis X 0 is defined as a rotation angle Ω 2 at the measurement point a 2 . The rotation angle Ω 2 thus determined represents how much the <0001> crystal orientation at the measurement point a 2 is deviated from the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0 . Similarly, for the measurement points a 1 , a 2 ′, a 1 ′, the respective axes X 1 , X 2 ′, X 1 ′ are determined, and the respective rotation angles Ω are determined from the angles formed with the axis X 0. 1 , Ω 2 ′, Ω 1 ′ are obtained. These rotation angles Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ′, and Ω 1 ′ are shift amounts (positive or negative) based on the rotation angle Ω 0 at the wafer center a 0 .

こうしてウェハ直径方向を測定していけば、各測定点における<0001>結晶方位が、ウェハ中心a0における<0001>結晶方位に対してどれだけずれているのかを評価することができる。すなわち、このようにX線回折装置を用いて、ウェハ中心における<0001>相当面の回折ピーク位置を基準に、ウェハ直径方向にスライドしながら、<0001>相当面の回折ピーク位置をウェハ回転角度Ωで検出していけば、ウェハ直径方向での回転角度のシフトは、ウェハ直径方向に見たSiC単結晶ウェハの基底面の曲げを直接反映するものであって、例えば、ウェハ全面におけるX線ロッキングカーブの半値幅(FWHM)から結晶のモザイク性を評価する手法に比べて、基底面の曲げの程度をより正しく評価することができる。そして、本発明のSiC単結晶ウェハは、このような評価に基づき面方位を特定したものであり、上記によって求める回転角度Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1'が、いずれも±1000秒以内、好ましくは±500秒以内、より好ましくは±250秒以内である。シフト量が±1000秒以下であれば、良質なデバイスの作製が可能になり、シフト量が±500秒以下であれば、デバイスの製造歩留り向上が期待でき、シフト量が±250秒以下であれば、基底面の曲げは実質的に無視できるレベルであると言うことができる。なお、下記で説明する実施例では、この方法によりSiC単結晶ウェハの面方位の揃いについて評価した。 By measuring the wafer diameter direction in this way, it is possible to evaluate how much the <0001> crystal orientation at each measurement point is deviated from the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0 . That is, using the X-ray diffractometer as described above, the diffraction peak position of the <0001> equivalent plane is set to the wafer rotation angle while sliding in the wafer diameter direction with reference to the diffraction peak position of the <0001> equivalent plane at the wafer center. If detected by Ω, the shift of the rotation angle in the wafer diameter direction directly reflects the bending of the basal plane of the SiC single crystal wafer as seen in the wafer diameter direction. Compared to the method of evaluating the mosaic property of the crystal from the full width at half maximum (FWHM) of the rocking curve, the degree of bending of the basal plane can be more correctly evaluated. The SiC single crystal wafer of the present invention has a plane orientation specified based on such evaluation, and the rotation angles Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ′, and Ω 1 ′ obtained as described above are all ± 1000. Within seconds, preferably within ± 500 seconds, more preferably within ± 250 seconds. If the shift amount is ± 1000 seconds or less, it is possible to manufacture a high-quality device. If the shift amount is ± 500 seconds or less, an improvement in device manufacturing yield can be expected, and if the shift amount is ± 250 seconds or less. In other words, it can be said that the basal plane bending is at a level that can be substantially ignored. In the examples described below, the alignment of the plane orientation of the SiC single crystal wafer was evaluated by this method.

また、ウェハ中心a0での<0001>結晶方位を基準にした、測定点a1、a2、a1'、a2'での<0001>結晶方位のずれを、ウェハ中心a0から各測定点までの距離に基づきプロットし、得られたグラフの線形近似式の傾きから平均ピークシフト値を求めて、ウェハ直径方向における基底面の曲げを評価することもできる。すなわち、ウェハ中心を含めた各測定点におけるΩ0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1'と、測定位置(中心からの距離)とをグラフにプロットし、線形近似したときの傾きから平均ピークシフト値(秒/mm)を求め、この平均ピークシフト値が20秒/mm以下であれば、ウェハ面内の結晶方位が揃ったSiC単結晶ウェハであると言うことができ、好ましくは10秒/mm以下であり、より好ましくは5秒/mm以下であるのが良い。なお、本発明において、ウェハとは、炭化珪素単結晶インゴットをスライスして作製した円盤状の板を意味し、炭化珪素単結晶インゴットを1mm以下の厚さにスライスされたものである。通常は、0.3mm〜1.0mmの厚さであり、例えば、厚さ0.255mm、厚さ0.475mm、厚さ0.775mm等の例がある。 Further, relative to the <0001> crystallographic orientation on the wafer center a 0, the measurement points a 1, a 2, a 1 ', a 2' a deviation of <0001> crystallographic orientation on the each from the wafer center a 0 Plotting can be performed based on the distance to the measurement point, and the average peak shift value can be obtained from the slope of the linear approximation formula of the obtained graph to evaluate the bending of the basal plane in the wafer diameter direction. In other words, Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ' and the measurement position (distance from the center) at each measurement point including the wafer center are plotted on a graph, and the slope when linear approximation is performed From this, an average peak shift value (second / mm) is obtained, and if this average peak shift value is 20 seconds / mm or less, it can be said that it is a SiC single crystal wafer having a uniform crystal orientation within the wafer plane, preferably Is 10 seconds / mm or less, more preferably 5 seconds / mm or less. In the present invention, a wafer means a disk-shaped plate produced by slicing a silicon carbide single crystal ingot, and the silicon carbide single crystal ingot is sliced to a thickness of 1 mm or less. Usually, the thickness is 0.3 mm to 1.0 mm, and examples include a thickness of 0.255 mm, a thickness of 0.475 mm, and a thickness of 0.775 mm.

本発明のように、ウェハの反り量が小さく、かつ、ウェハ面内の結晶方位が揃ったSiC単結晶ウェハは、改良レーリー法をはじめ、公知の結晶育成方法で製造されたSiC単結晶インゴットから切り出して得ることができるが、その際、インゴット中の原子再配置を行いながら内部応力を除去し、尚且つ、新たに生じるインゴット中の温度分布の最適化を図り、応力場の形成を可及的に防ぐ必要がある。以下に、本発明で採用した内部応力の除去方法を詳しく説明するが、本発明のSiC単結晶ウェハを得る手段については、これに限定されるものではない。   As in the present invention, a SiC single crystal wafer with a small amount of wafer warpage and a uniform crystal orientation within the wafer surface is obtained from an SiC single crystal ingot manufactured by a known crystal growth method, including an improved Rayleigh method. In this case, the internal stress is removed while rearranging the atoms in the ingot, and the temperature distribution in the newly generated ingot is optimized to create a stress field. Must be prevented. The method for removing internal stress employed in the present invention will be described in detail below, but the means for obtaining the SiC single crystal wafer of the present invention is not limited to this.

先ず、改良レーリー法に従い、種結晶を用いた昇華再結晶法により得られた炭化珪素単結晶インゴットを焼鈍熱処理(アニール処理)するが、この際、好ましくはアニール温度を2300℃以上2800℃以下、より好ましくは2450℃以上、2800℃以下で行うようにするのが良い。2300℃以下の温度では、単結晶を構成する原子の再配置が活発ではないので、応力が十分に除去されないおそれがある。反対に、2800℃を超える温度では、SiC単結晶の昇華分解やSi成分の溶解が著しくなり、生産性に問題が生じるまでにインゴットが小さくなる、あるいは新たな欠陥が発生するなどのおそれがある。   First, according to the modified Rayleigh method, a silicon carbide single crystal ingot obtained by a sublimation recrystallization method using a seed crystal is subjected to annealing heat treatment (annealing treatment). In this case, the annealing temperature is preferably 2300 ° C. or higher and 2800 ° C. or lower, More preferably, it is good to carry out at 2450 degreeC or more and 2800 degrees C or less. At a temperature of 2300 ° C. or lower, since the rearrangement of atoms constituting the single crystal is not active, the stress may not be sufficiently removed. On the other hand, at temperatures exceeding 2800 ° C., the sublimation decomposition of SiC single crystals and the dissolution of Si components become significant, and there is a risk that ingots will become smaller or new defects will occur before problems arise in productivity. .

上記アニール処理温度でのインゴットの保定時間については、インゴットの口径や大きさ等によっても異なるが、例えば口径100mm、高さ30mm程度のインゴットであれば、アニール温度で5時間以上保持するようにするのが良く、好ましくは8時間以上である。保持時間が5時間未満では、内部応力を除去する効果が不十分になるおそれがある。保持時間が24時間を超えても、その効果は飽和するため経済的ではない。なお、アニール処理に使用する装置については、例えば抵抗加熱炉、誘導加熱炉など一般的な加熱設備を使うことができる。   The holding time of the ingot at the annealing temperature is different depending on the diameter and size of the ingot. For example, if the ingot has a diameter of about 100 mm and a height of about 30 mm, the ingot is held at the annealing temperature for 5 hours or more. Preferably 8 hours or longer. If the holding time is less than 5 hours, the effect of removing internal stress may be insufficient. Even if the holding time exceeds 24 hours, the effect is saturated, which is not economical. In addition, about the apparatus used for an annealing process, general heating equipment, such as a resistance heating furnace and an induction heating furnace, can be used, for example.

ところで、アニール処理にあたり、インゴット中の原子再配置が起きるのは1850℃以上の温度であると考えられる。そのため、1850℃からアニール温度までの昇温過程と、アニール温度から1850℃までの降温過程では、インゴット内に新たな応力場が形成される可能性がある。そこで、2300℃以上2800℃以下のアニール温度でアニール処理するに際し、好ましくは、1850℃からアニール温度までの平均昇温速度、及びアニール温度から1850℃までの平均冷却速度をいずれも150℃/時間以下、より好ましくはいずれも100℃/時間以下で行うようにするのが良い。現時点で、この理由について十分な解明がなされている訳ではないが、昇温過程と降温過程で、それぞれ平均速度が150℃/時間を超えると、インゴット内に急激な温度変化や不均一な温度分布が生じるおそれがあり、これによって形成される応力が、ウェハの反りやウェハ面内の面方位の不揃いを引き起こす要因になると考えられる。   By the way, in the annealing process, it is considered that atomic rearrangement in the ingot occurs at a temperature of 1850 ° C. or higher. Therefore, a new stress field may be formed in the ingot in the temperature increasing process from 1850 ° C. to the annealing temperature and the temperature decreasing process from the annealing temperature to 1850 ° C. Therefore, when the annealing process is performed at an annealing temperature of 2300 ° C. or higher and 2800 ° C. or lower, it is preferable that the average heating rate from 1850 ° C. to the annealing temperature and the average cooling rate from the annealing temperature to 1850 ° C. are both 150 ° C./hour. In the following, it is more preferable that both be performed at 100 ° C./hour or less. At present, this reason is not fully elucidated. However, if the average speed exceeds 150 ° C / hour during the heating process and the cooling process, respectively, rapid temperature changes and uneven temperature in the ingot. Distribution may occur, and the stress formed by this may be a factor that causes warpage of the wafer and uneven surface orientation in the wafer surface.

また、SiC単結晶は、原子の拡散距離が高温でも比較的小さいため、転位がインゴットの表面まで移動して消滅することは極めて起こりにくい。そのため、一度発生した転位は、距離の近い転位どうしが合体して消滅しない限り、基本的にはインゴット内に残留する。従って、アニール中の単結晶インゴットの均熱性に注意を払うとともに、昇温、降温過程における温度不均衡を極力避けながら、新たな内部応力を発生させることなくアニール処理を行うことは、転位密度の小さいウェハを得る上でも重要である。なお、1850℃からアニール温度までの平均昇温速度と、アニール温度から1850℃までの平均冷却速度に特段の下限はないが、これらの昇温過程と降温過程ともに、24時間以上かけるような条件は経済的ではない。また、SiCの原子移動は1850℃より低い温度では、ほぼ無視できるレベルであるため、室温と1850℃との間での温度変化(平均速度)については特に制限はないが、熱衝撃によるインゴットの破壊を防ぐために、昇温、降温過程ともに、600℃/時間よりも小さな速度で温度変化させることが望ましい。   In addition, since the SiC single crystal has a relatively small atomic diffusion distance even at high temperatures, it is extremely unlikely that dislocations move to the surface of the ingot and disappear. Therefore, the dislocations once generated basically remain in the ingot unless dislocations close to each other are united and disappeared. Therefore, paying attention to the thermal uniformity of the single crystal ingot during annealing, and performing annealing without generating new internal stress while avoiding temperature imbalance in the temperature rising and cooling processes as much as possible, It is also important for obtaining small wafers. There is no particular lower limit to the average rate of temperature increase from 1850 ° C. to the annealing temperature and the average cooling rate from the annealing temperature to 1850 ° C., but both the temperature increasing process and the temperature decreasing process take 24 hours or more. Is not economical. Further, since the atomic transfer of SiC is almost negligible at temperatures lower than 1850 ° C., there is no particular limitation on the temperature change (average speed) between room temperature and 1850 ° C. In order to prevent destruction, it is desirable to change the temperature at a rate smaller than 600 ° C./hour in both the temperature rise and temperature drop processes.

また、アニール処理時の圧力雰囲気については、0.05MPa以上であるのが良く、好ましくは0.09MPa以上とすることで、SiC単結晶の昇華分解を抑制しながら、高温でのアニール処理が行えるようになる。アニール処理のガス雰囲気については、一般的なArガス等を使用することができるが、雰囲気ガス中にプロパンなどの炭素原子含有ガス、又は窒素ガスなどの窒素原子含有ガスを混合することで、SiCの昇華分解反応の平衡状態を変化させて昇華を抑制することができるため、SiC単結晶を分解させずにアニール処理を行う上で好適である。詳しくは、アニール処理の雰囲気が、炭素原子を10atomic%以上含んだ炭素原子含有ガス雰囲気であるのが良く、或いは窒素原子を10atomic%以上含んだ窒素原子含有ガス雰囲気であるのが良い。   The pressure atmosphere during the annealing treatment should be 0.05 MPa or more, and preferably 0.09 MPa or more, so that annealing treatment at a high temperature can be performed while suppressing sublimation decomposition of the SiC single crystal. It becomes like this. For the gas atmosphere of the annealing treatment, a general Ar gas or the like can be used. By mixing a carbon atom-containing gas such as propane or a nitrogen atom-containing gas such as nitrogen gas in the atmosphere gas, SiC can be obtained. Since the sublimation can be suppressed by changing the equilibrium state of the sublimation decomposition reaction, it is suitable for performing the annealing treatment without decomposing the SiC single crystal. Specifically, the atmosphere of the annealing treatment may be a carbon atom-containing gas atmosphere containing 10 atomic% or more of carbon atoms, or a nitrogen atom-containing gas atmosphere containing 10 atomic% or more of nitrogen atoms.

アニール中には、結晶を構成する原子が内部応力を緩和する方向に再配置するため、転位の発生を無くすことは事実上困難であるが、アニール処理により発生する転位は、インゴットの成長中に発生した転位とはバーガースベクトルが逆方向となると考えられる。従って、もともとインゴットの結晶中に存在していた転位と、アニール処理で発生する転位の一部は合体して消滅するため、上述した条件でのアニール処理により、転位が大幅に増加することはなく、アズグローン結晶と同等の転位密度をアニール処理後も維持することができる。   During annealing, the atoms constituting the crystal are rearranged in a direction that relaxes internal stress, so it is practically difficult to eliminate the occurrence of dislocations, but dislocations generated by annealing treatment are difficult during ingot growth. The Burgers vector is considered to be in the opposite direction to the generated dislocation. Therefore, the dislocations that originally existed in the crystal of the ingot and some of the dislocations that are generated by the annealing process are merged and disappear, so that the annealing process under the above-described conditions does not significantly increase the dislocations. It is possible to maintain a dislocation density equivalent to that of an as-grown crystal even after annealing.

アニール処理は、ウェハサイズに切断した後ではなく、インゴット又はバルク結晶(インゴットを分割した結晶塊や、インゴットの表面や端面の一部を除去加工した結晶塊等)の状態で行う必要がある。なぜならば、薄いウェハに加工して内部応力がある程度緩和し、すでに反っている状態の結晶をアニール処理しても、内部応力を除去する意味では不十分である。また、ウェハをアニール処理すると、その後に研削や研磨したとしても、取り除けない程に表面に分解層が生成してしまうおそれもある。バルク結晶をアニール処理することで、表面に生成される多少の分解層は加工しろとして除去することができ、また、バルクの状態でアニール処理する方がアニール処理工程の生産性も高い。SiC単結晶インゴットをアニール処理する際、必ずしもアズグローンインゴットの状態でアニール処理する必要はなく、多少の機械加工を加えた後でも構わないが、最終製品にするφ100mm規格ウェハの場合を例にすると、少なくともアニール処理するインゴットの厚さは600μm以上、好ましくは1mm以上であり、口径は102mm以上、好ましくは103mm以上のサイズを有するバルク結晶でアニール処理するのが良い。   The annealing treatment needs to be performed not in a wafer size but in an ingot or bulk crystal (a crystal mass obtained by dividing the ingot, a crystal mass obtained by removing a part of the surface or end face of the ingot, etc.). This is because, even if the internal stress is relaxed to some extent by processing into a thin wafer and the crystal in the already warped state is annealed, it is not sufficient in terms of removing the internal stress. In addition, when the wafer is annealed, a decomposition layer may be formed on the surface to the extent that it cannot be removed even if the wafer is ground or polished thereafter. By annealing the bulk crystal, some of the decomposed layer generated on the surface can be removed as a processing margin, and the annealing process in the bulk state has higher productivity in the annealing process. When annealing a SiC single crystal ingot, it is not always necessary to anneal it in an as-grown ingot state, and it may be after some machining, but in the case of a φ100 mm standard wafer to be the final product In addition, at least the thickness of the ingot to be annealed is 600 μm or more, preferably 1 mm or more, and the annealing is performed with a bulk crystal having a size of 102 mm or more, preferably 103 mm or more.

また、種結晶を用いた昇華再結晶法によりSiC単結晶インゴットを成長させる際、成長表面へのコンタミネーション防止の観点から、成長面が鉛直方向下向きになるように種結晶を配置して成長を行うのが一般的であるが、このようにして得たSiC単結晶インゴットをアニール処理するに当たって、好ましくは、種結晶から切り出した切断面、又は坩堝の蓋から切り出した切断面を鉛直方向下向きにして載置し、アニール処理を行うのが良い。このようにしてインゴットをアニール処理することで、結晶成長中に形成された自重による内部応力を、アニール中に解放させる効果があるものと考えられる。   Also, when growing a SiC single crystal ingot by the sublimation recrystallization method using a seed crystal, from the viewpoint of preventing contamination on the growth surface, the seed crystal is arranged so that the growth surface faces vertically downward. Generally, when annealing the SiC single crystal ingot obtained in this way, preferably, the cut surface cut out from the seed crystal or the cut surface cut out from the crucible lid is set vertically downward. It is good to carry out annealing treatment. By annealing the ingot in this way, it is considered that there is an effect of releasing the internal stress due to its own weight formed during crystal growth during the annealing.

アニール処理したSiC単結晶インゴット又はバルクのSiC単結晶から、SiC単結晶ウェハを得る際には、公知のウェハ加工技術や研磨手法等を採用することができる。上述したように、アニール温度の他、1850℃とアニール温度との間での昇温、降温速度を所定の条件に設定してアニール処理することで、成長結晶中の内部応力を適切に除去して、ウェハに加工した際の反り量が低減され、かつ、ウェハ面内の面方位を揃えることができるため、特別な加工条件は必要にならないが、ウェハへの加工や研磨によって新たな欠陥等が形成されないように留意するのが望ましい。   When obtaining a SiC single crystal wafer from the annealed SiC single crystal ingot or bulk SiC single crystal, a known wafer processing technique, polishing method, or the like can be employed. As described above, in addition to the annealing temperature, the internal stress in the grown crystal can be appropriately removed by annealing with the temperature rising / falling rate between 1850 ° C. and annealing temperature set to a predetermined condition. As a result, the amount of warpage when processing into a wafer is reduced, and the plane orientation in the wafer surface can be aligned, so no special processing conditions are required, but new defects, etc., can be obtained by processing or polishing the wafer. It is desirable to take care not to form.

本発明におけるSiC単結晶ウェハの口径は、特に制限されるものではないが、ウェハの反りや面方位のずれは、ウェハ口径が大きくなるにつれて問題が顕著になるため、口径が100mm以上の大口径ウェハに好適である。具体的には、下記実施例で説明するように、口径100mm、及び口径125mmのウェハで、反り量が小さく、かつ、ウェハ面内の結晶方位が揃ったSiC単結晶ウェハを実現しており、これらの反り量に関するウェハ口径換算比や、結晶方位の揃いに関する平均ピークシフト値から見積もれば、少なくとも口径150mmまで、更には口径200mmまでは、本発明におけるSiC単結晶ウェハの実現は可能であると考えられる。また、SiC単結晶ウェハの厚みに関しては、1mm以下の範囲でデバイス作製等を考慮して適宜設計することができる。   The diameter of the SiC single crystal wafer in the present invention is not particularly limited, but the warpage of the wafer and the deviation of the plane orientation become more prominent as the wafer diameter increases, so that the diameter is larger than 100 mm. Suitable for wafers. Specifically, as described in the following examples, a wafer having a diameter of 100 mm and a diameter of 125 mm, a SiC single crystal wafer having a small amount of warpage and having a uniform crystal orientation in the wafer surface is realized, If estimated from the wafer diameter conversion ratio regarding the warpage amount and the average peak shift value regarding the alignment of crystal orientations, it is possible to realize the SiC single crystal wafer in the present invention at least up to the diameter of 150 mm and further up to the diameter of 200 mm. Conceivable. Further, the thickness of the SiC single crystal wafer can be appropriately designed in consideration of device fabrication within a range of 1 mm or less.

また、本発明では、SiC単結晶インゴットを成長させた後の所定のアニール処理により、ウェハの反り量低減や面方位の揃いを実現するため、単一ポリタイプの形成や、低い転位密度のインゴットの製造が可能であり、例えば良質なデバイス作製に必要とされる、4°オフウェハの転位に相当するエッチピットの密度が5.0×104cm-2以下、より好適には2.0×104cm-2以下のSiC単結晶ウェハを得ることも可能である。 In addition, in the present invention, a predetermined annealing treatment after growing a SiC single crystal ingot realizes a reduction in the amount of warpage of the wafer and alignment of the plane orientation, thereby forming a single polytype and an ingot having a low dislocation density. For example, the density of etch pits corresponding to 4 ° off-wafer dislocation required for high-quality device fabrication is 5.0 × 10 4 cm −2 or less, more preferably 2.0 ×. It is also possible to obtain a SiC single crystal wafer of 10 4 cm −2 or less.

以下、実施例及び比較例に基づき、本発明を具体的に説明する。
図6は、本発明の実施例、及び比較例に係るSiC単結晶ウェハを作製するためのSiC単結晶インゴットの製造に用いた、改良型レーリー法による単結晶成長の装置である。結晶成長は、昇華原料2を誘導加熱により昇華させ、種結晶1上に再結晶させることにより行われる。種結晶1は、黒鉛蓋4の内面に取り付けられており、昇華原料2は黒鉛坩堝3の内部に充填される。この黒鉛坩堝3、及び黒鉛蓋4は、熱シールドのために断熱材7で被膜され、二重石英管5内部の黒鉛支持棒6の上に設置される。石英管5の内部を、真空排気装置11を用いて1.0×10-4Pa未満まで真空排気した後、純度99.9999%以上の高純度Arガスを、配管9を介してマスフローコントローラ10で制御しながら流入させ、石英管内圧力を80kPaに保ちながらワークコイル8に高周波電流を流し、黒鉛坩堝下部を目標温度である2400℃まで上昇させる。窒素ガス(N2)も同様に、配管9を介してマスフローコントローラ10で制御しながら流入させ、雰囲気ガス中の窒素分圧を制御して、SiC結晶中に取り込まれる窒素元素の濃度を調整した。坩堝温度の計測は、坩堝上部及び下部の黒鉛製フェルト7に直径2〜15mmの光路を設けて二色温度計により行う。坩堝上部温度を種結晶温度、坩堝下部温度を原料温度とした。その後、石英管内圧力を成長圧力である0.8kPa〜3.9kPaまで約15分かけて減圧し、この状態を60〜80時間維持して結晶成長を実施した。
Hereinafter, based on an Example and a comparative example, this invention is demonstrated concretely.
FIG. 6 shows an apparatus for growing a single crystal by an improved Rayleigh method used for producing a SiC single crystal ingot for producing a SiC single crystal wafer according to an example of the present invention and a comparative example. Crystal growth is performed by sublimating the sublimation raw material 2 by induction heating and recrystallizing on the seed crystal 1. The seed crystal 1 is attached to the inner surface of the graphite lid 4, and the sublimation raw material 2 is filled inside the graphite crucible 3. The graphite crucible 3 and the graphite lid 4 are coated with a heat insulating material 7 for heat shielding, and are installed on a graphite support rod 6 inside the double quartz tube 5. After evacuating the inside of the quartz tube 5 to less than 1.0 × 10 −4 Pa using the vacuum exhaust device 11, a high-purity Ar gas having a purity of 99.9999% or more is supplied through the pipe 9 to the mass flow controller 10. Then, a high-frequency current is passed through the work coil 8 while maintaining the pressure in the quartz tube at 80 kPa, and the lower part of the graphite crucible is raised to the target temperature of 2400 ° C. Similarly, nitrogen gas (N 2 ) is allowed to flow through the pipe 9 while being controlled by the mass flow controller 10, and the nitrogen partial pressure in the atmospheric gas is controlled to adjust the concentration of the nitrogen element incorporated into the SiC crystal. . The crucible temperature is measured with a two-color thermometer provided with an optical path having a diameter of 2 to 15 mm in the upper and lower graphite felts 7. The crucible upper temperature was the seed crystal temperature, and the crucible lower temperature was the raw material temperature. Thereafter, the pressure inside the quartz tube was reduced from 0.8 kPa to 3.9 kPa as a growth pressure over about 15 minutes, and this state was maintained for 60 to 80 hours to carry out crystal growth.

[口径100mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴット(A種)の準備]
口径100mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴット(A種)は、以下の条件で育成した。先ず、種結晶1として、口径101mmの(0001)面を有した、4Hの単一ポリタイプで構成されたSiC単結晶ウェハを使用した。成長圧力は1.33kPaであり、窒素ガスの分圧は180Paから65Paである。窒素分圧は成長時間によって変化させた。成長時間は60時間である。こうして得られたSiC単結晶インゴットは、一例として、口径が104.8mm、高さは32.8mmであった。このようにして、口径100mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴットを合計14個製造した。
[Preparation of SiC single crystal ingot (type A) for 100 mm diameter wafer fabrication]
A SiC single crystal ingot (type A) for producing a wafer having a diameter of 100 mm was grown under the following conditions. First, as the seed crystal 1, an SiC single crystal wafer composed of a single polytype of 4H having a (0001) plane having a diameter of 101 mm was used. The growth pressure is 1.33 kPa, and the partial pressure of nitrogen gas is 180 Pa to 65 Pa. The nitrogen partial pressure was changed depending on the growth time. The growth time is 60 hours. As an example, the SiC single crystal ingot thus obtained had a diameter of 104.8 mm and a height of 32.8 mm. In this way, a total of 14 SiC single crystal ingots for producing wafers with a diameter of 100 mm were produced.

[口径100mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴット(B種)の準備]
続いて、口径100mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴット(B種)を育成した。育成条件は、坩堝構造、コイルと坩堝の相対位置をA種の製造条件から変更することにより、インゴットの面内温度勾配を、計算上、2℃/cm大きくなるように、インゴット外周部の温度を上げる条件にて行った以外は、A種と同様である。こうして得られたSiC単結晶インゴットは、一例として、口径が106.1mm、高さは29.6mmであった。このようにして、口径100mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴットを、合計4個製造した。
[Preparation of SiC single crystal ingot (type B) for 100 mm diameter wafer fabrication]
Subsequently, a SiC single crystal ingot (type B) for producing a wafer having a diameter of 100 mm was grown. The growth conditions are the temperature of the outer periphery of the ingot so that the in-plane temperature gradient of the ingot is increased by 2 ° C./cm by calculation by changing the crucible structure, the relative position of the coil and the crucible from the type A manufacturing conditions. It is the same as A type except having carried out on the conditions to raise. As an example, the SiC single crystal ingot thus obtained had a diameter of 106.1 mm and a height of 29.6 mm. In this manner, a total of four SiC single crystal ingots for wafer diameter 100 mm fabrication were manufactured.

育成単結晶の品質を確認するため、事前に、アニール処理しないインゴットの転位密度を4°オフウェハにて測定した。A種インゴット計10個、B種インゴット2個から各1枚の4°オフウェハを加工し、Si面を研磨した。ウェハを520℃の水酸化カリウム浴中で5分間エッチングした。エッチングにより生成したエッチピットを図3に示した位置(ウェハ直径上にあって、ウェハ中心を挟んでそれぞれ30mm間隔の2点と、これら2点を含むウェハ直径と直交する別のウェハ直径上にあって、ウェハ中心を挟んでそれぞれ30mmの距離にある2点との合計4点)でカウントして密度を平均し、それぞれの単結晶インゴットの転位密度とした。測定は、各測定点を中心にして、それぞれ250μm×250μmの正方形領域で行った。以下、これを100mmウェハの標準転位カウント方法と呼ぶ。   In order to confirm the quality of the grown single crystal, the dislocation density of the ingot that was not annealed was measured in advance on a 4 ° off-wafer. One 4 ° off-wafer was processed from 10 A-type ingots and 2 B-type ingots, and the Si surface was polished. The wafer was etched in a potassium hydroxide bath at 520 ° C. for 5 minutes. Etch pits generated by etching are located at the positions shown in FIG. 3 (on the wafer diameter, at two points each spaced 30 mm across the wafer center, and on another wafer diameter perpendicular to the wafer diameter including these two points). Thus, the density was averaged by counting at a total of 4 points including 2 points each at a distance of 30 mm across the wafer center to obtain the dislocation density of each single crystal ingot. The measurement was performed in a square area of 250 μm × 250 μm with each measurement point as the center. Hereinafter, this is referred to as a standard dislocation counting method for a 100 mm wafer.

そして、A種インゴット10個から切り出された10枚のウェハについて、前述の方法によって転位密度を算出した。A種インゴット10個のなかで、転位密度の最小値は0.4×104cm-4であり、最大値は2.4×104cm-4であり、これら10個のインゴットの転位密度の平均値は1.0×104cm-4であった。同様にB種インゴット2個から切り出された2枚のウェハについて測定した転位密度のうち、最小値は2.6×104cm-4であり、最大値は8.6×104cm-4であり、これら2個のインゴットの転位密度の平均値は5.5×104cm-4であった。同様の製造方法で得た、下記の実施例等で用いたSiC単結晶インゴットA種、およびB種についても、アニール処理前の段階ではそれぞれ上記と同程度の転位密度であると考えられる。 Then, the dislocation density was calculated for the 10 wafers cut out from 10 A-type ingots by the method described above. Among the 10 type A ingots, the minimum value of the dislocation density is 0.4 × 10 4 cm −4 and the maximum value is 2.4 × 10 4 cm −4. The dislocation density of these 10 ingots The average value was 1.0 × 10 4 cm −4 . Similarly, among the dislocation densities measured for two wafers cut out from two B-type ingots, the minimum value is 2.6 × 10 4 cm −4 and the maximum value is 8.6 × 10 4 cm −4. The average dislocation density of these two ingots was 5.5 × 10 4 cm −4 . The SiC single crystal ingot type A and type B used in the following examples and the like obtained by the same manufacturing method are also considered to have the same dislocation density as above at the stage before the annealing treatment.

[口径125mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴットの準備]
口径125mmウェハ作製用の単結晶インゴットは、以下の条件で育成した。先ず、種結晶1として、口径127mmの(0001)面を有した、4Hの単一ポリタイプで構成されたSiC単結晶ウェハを使用した。成長圧力は1.33kPaであり、窒素ガスの分圧は160Paから70Paである。窒素分圧は成長時間によって変化させた。成長時間は80時間である。こうして得られたSiC単結晶インゴットは、一例として、口径が129mm、高さは37mmであった。口径125mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴットは合計4個製造した。
[Preparation of SiC single crystal ingot for 125mm diameter wafer fabrication]
A single crystal ingot for producing a wafer having a diameter of 125 mm was grown under the following conditions. First, as the seed crystal 1, an SiC single crystal wafer composed of a single polytype of 4H having a (0001) plane having a diameter of 127 mm was used. The growth pressure is 1.33 kPa, and the partial pressure of nitrogen gas is 160 Pa to 70 Pa. The nitrogen partial pressure was changed depending on the growth time. The growth time is 80 hours. As an example, the SiC single crystal ingot thus obtained had a diameter of 129 mm and a height of 37 mm. A total of four SiC single crystal ingots for wafer diameter 125 mm fabrication were manufactured.

育成単結晶の品質を確認するため、前述の口径100mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴットと同様に、事前に、アニール処理しないインゴットの転位密度を4°オフウェハにて測定した。インゴット計2個から各1枚の4°オフウェハを加工し、ウェハを520℃の水酸化カリウム浴中で5分間エッチングし、エッチピットを図4に示した位置(図3の場合の測定点の間隔をそれぞれ40mmに変更)でカウントして密度を平均した。測定は、各測定点を中心にして、それぞれ250μm×250μmの正方形領域で行った。以下、これを125mmウェハの標準転位カウント方法と呼ぶ。そして、測定した2個のインゴットの転位密度のうち、最小値は0.7×104cm-4であり、最大値は2.9×104cm-4であり、平均値は1.4×104cm-4であった。同様の方法で得た、下記の実施例等で用いた口径125mmウェハ作製用のSiC単結晶インゴットについても、アニール処理前の段階ではこれと同程度の転位密度であると考えられる。 In order to confirm the quality of the grown single crystal, the dislocation density of the ingot that was not annealed was measured in advance on a 4 ° off-wafer in the same manner as the SiC single crystal ingot for producing a wafer having a diameter of 100 mm. A single 4 ° off-wafer is processed from two ingots, the wafer is etched in a potassium hydroxide bath at 520 ° C. for 5 minutes, and the etch pits are located at the positions shown in FIG. 4 (measurement points in the case of FIG. 3). The intervals were changed to 40 mm, and the density was averaged. The measurement was performed in a square area of 250 μm × 250 μm with each measurement point as the center. Hereinafter, this is referred to as a standard dislocation counting method for a 125 mm wafer. And among the measured dislocation densities of two ingots, the minimum value is 0.7 × 10 4 cm −4 , the maximum value is 2.9 × 10 4 cm −4 , and the average value is 1.4. × 10 4 cm -4 . It is considered that the SiC single crystal ingot for producing a wafer having a diameter of 125 mm used in the following examples and the like obtained by the same method has a dislocation density of the same level before the annealing treatment.

(実施例1)
まず、前述の100mmウェハ作製用インゴット(A種)のうちの1つに、以下のようにしてアニール処理を施した。その際、アニール処理用の加熱装置として、図1に示した単結晶成長装置と同等の誘導加熱炉を用い、黒鉛坩堝内部にインゴットを配置してアニール処理を行った。なお、アニール処理においてインゴット全体が等温に近い条件となるように、黒鉛坩堝と黒鉛坩堝周辺に設置された断熱材については、数値計算手法を用いて設計を行っており、アニール処理の目的に合わせて、インゴットを配置する空間の温度勾配ができるだけ小さくなるよう設計した。計算上、この坩堝の内部に配置してアニール温度に加熱されたインゴット内部の温度勾配は、2℃/cm以下である。
Example 1
First, an annealing treatment was performed on one of the above-described 100 mm wafer ingots (type A) as follows. At that time, using an induction heating furnace equivalent to the single crystal growth apparatus shown in FIG. 1 as the heating apparatus for the annealing process, the ingot was placed inside the graphite crucible and the annealing process was performed. In addition, the thermal insulation installed around the graphite crucible and the graphite crucible is designed using a numerical calculation method so that the entire ingot becomes nearly isothermal in the annealing treatment. Thus, the temperature gradient of the space where the ingot is placed is designed to be as small as possible. In calculation, the temperature gradient inside the ingot placed inside the crucible and heated to the annealing temperature is 2 ° C./cm or less.

先ず、アニール処理に先立って、石英管5の内部を、真空排気装置11を用いて1.0×10-4Pa未満まで真空排気した後、純度99.9999%以上の高純度Arガスを、配管9を介してマスフローコントローラ10で制御しながら流入させ、石英管内圧力を0.6MPaに保ちながらワークコイル8に高周波電流を流した。そして、黒鉛坩堝内の温度を室温から1850℃まで加熱する際には平均昇温速度500℃/時間とし、1850℃から2350℃までは平均昇温速度120℃/時間で昇温し、2350℃をアニール温度として、この温度で5時間保持してアニール処理を行った。その後、2350℃から1850℃までを平均降温速度120℃/時間で冷却し、1850℃から500℃までを平均速度300℃/時間で冷却した。その後室温まで炉冷し、インゴットを誘導加熱炉から取り出した。 First, prior to the annealing treatment, the inside of the quartz tube 5 is evacuated to less than 1.0 × 10 −4 Pa using the evacuation apparatus 11, and then high purity Ar gas having a purity of 99.9999% or more is obtained. A high-frequency current was passed through the work coil 8 while maintaining the pressure in the quartz tube at 0.6 MPa through the pipe 9 while being controlled by the mass flow controller 10. When the temperature in the graphite crucible is heated from room temperature to 1850 ° C., the average temperature increase rate is 500 ° C./hour, and from 1850 ° C. to 2350 ° C., the temperature is increased at an average temperature increase rate of 120 ° C./hour. Was annealed at this temperature for 5 hours. Thereafter, the temperature was cooled from 2350 ° C. to 1850 ° C. at an average cooling rate of 120 ° C./hour, and from 1850 ° C. to 500 ° C. was cooled at an average rate of 300 ° C./hour. Thereafter, the furnace was cooled to room temperature, and the ingot was taken out from the induction heating furnace.

アニール処理後のSiC単結晶インゴットを坩堝から取り出したところ、その表面には分解による炭化層が生成していた。このSiC単結晶インゴットから、機械研削、マルチワイヤーソー切断などの公知の加工方法により厚さ500μmの4°オフウェハを切り出し、ダイヤモンドラップ、ポリッシュなどの公知の研磨プロセスにより両面を鏡面に仕上げた。仕上がり後のSiC単結晶ウェハの口径は100.0mmであり、厚みは390μmであった。また、研磨後のSiC単結晶ウェハの反りを光学干渉測定により調べた。測定には、NIDEK社製フラットネステスターFT−17を用い、エッジ除外領域2mmを除いた領域のSORIを基板の反りとした。反りは51.1μmであり、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で51.1μm/100mmであった。   When the annealed SiC single crystal ingot was taken out of the crucible, a carbonized layer was generated on the surface due to decomposition. From this SiC single crystal ingot, a 4 ° off wafer having a thickness of 500 μm was cut out by a known processing method such as mechanical grinding or multi-wire saw cutting, and both surfaces were mirror finished by a known polishing process such as diamond lapping and polishing. The finished SiC single crystal wafer had a diameter of 100.0 mm and a thickness of 390 μm. Further, the warpage of the polished SiC single crystal wafer was examined by optical interference measurement. For measurement, a flatness tester FT-17 manufactured by NIDEK was used, and the SORI of the region excluding the edge exclusion region of 2 mm was used as the warp of the substrate. The warpage was 51.1 μm, and the wafer conversion ratio (warpage / wafer diameter) of a diameter of 100 mm was 51.1 μm / 100 mm.

上記で得られたSiC単結晶ウェハについて、図2で説明したように、X線回折装置を用いて、ウェハ中心a0での<0001>結晶方位を基準にした、測定点a1、a2、a1'、a2'での<0001>結晶方位のずれを、回転角度Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1'を指標に評価した。実際の測定は、X線回折装置としてPhilips社製X'Pert MPDを用いて、CuKα1線を使用し、図1に示したように、ウェハの中心(a0)、中心から24mmの距離にある2点(a2、a2')、及び中心から48mmの位置にある2点(a1、a1')の計5点について、X線照射スポットサイズ1mm×1mmの条件で、0004反射の回折X線の強度が最大になる位置(回転角度)を求めた。測定結果を表1に示す。 With respect to the SiC single crystal wafer obtained above, as described with reference to FIG. 2, the measurement points a 1 and a 2 with reference to the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0 using an X-ray diffractometer. , A 1 ′, a 2 ′, the deviation of <0001> crystal orientation was evaluated using the rotation angles Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ′, and Ω 1 ′ as indices. In actual measurement, a CuKα 1 line was used using an X′Pert MPD manufactured by Philips as an X-ray diffractometer, and as shown in FIG. 1, at a distance of 24 mm from the center (a 0 ) of the wafer. Two points (a 2 , a 2 ′) and 2 points (a 1 , a 1 ′) located 48 mm from the center, a total of 5 points, 0004 reflection under the condition of X-ray irradiation spot size 1 mm × 1 mm The position (rotation angle) at which the intensity of the diffracted X-ray was maximized was determined. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0005304712
Figure 0005304712

また、上記で求めた各測定点における回転角度(Ω0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1')を縦軸にして、測定位置(中心からの距離)を横軸にしてグラフにプロットし、線形近似したときの傾き(平均ピークシフト値)は15秒/mmであった。更には、得られたSiC単結晶ウェハの転位密度を確認するために、上述した100mmウェハの標準転位カウント方法を実施例1で得られたSiC単結晶ウェハに適用したところ、転位に相当するエッチピットの密度は、4点平均で2.7×104cm-2であった。 In addition, the graph shows the rotation angle (Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ') at each measurement point determined above as the vertical axis and the measurement position (distance from the center) as the horizontal axis. The slope (average peak shift value) when plotted in a linear approximation was 15 seconds / mm. Furthermore, in order to confirm the dislocation density of the obtained SiC single crystal wafer, when the standard dislocation counting method for the 100 mm wafer described above was applied to the SiC single crystal wafer obtained in Example 1, an etch corresponding to dislocation was obtained. The density of pits was 2.7 × 10 4 cm −2 on an average of 4 points.

(実施例2)
前述の125mmウェハ作製用インゴットの1つにアニール処理を施した。アニール用の加熱装置と坩堝等は実施例1と同じであり、アニールに先立つ真空、ガス置換も実施例1と同様である。そして、以下のようにした以外は実施例1と同様にしてSiC単結晶ウェハを得た。
(Example 2)
One of the 125 mm wafer manufacturing ingots described above was annealed. The heating apparatus and the crucible for annealing are the same as in the first embodiment, and the vacuum and gas replacement prior to the annealing are the same as in the first embodiment. A SiC single crystal wafer was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following.

石英管内を圧力0.09MPaのArガス雰囲気としてワークコイル8に高周波電流を流し、黒鉛坩堝内の温度を室温から1850℃まで加熱する際には平均昇温速度300℃/時間とし、1850℃から2500℃までは平均昇温速度100℃/時間で昇温し、2500℃をアニール温度として、この温度で8時間保持してアニール処理を行った。その後、2500℃から1850℃までは平均降温速度9.03℃/時間で冷却し、1850℃から500℃までを平均速度200℃/時間で冷却した。その後室温まで炉冷し、インゴットを誘導加熱炉から取り出した。   When the quartz tube is placed in an Ar gas atmosphere with a pressure of 0.09 MPa, a high-frequency current is passed through the work coil 8 and the temperature in the graphite crucible is heated from room temperature to 1850 ° C., the average temperature rise rate is 300 ° C./hour. The temperature was increased up to 2500 ° C. at an average rate of temperature increase of 100 ° C./hour, and the annealing treatment was performed with 2500 ° C. being the annealing temperature and holding at this temperature for 8 hours. Thereafter, cooling from 2500 ° C. to 1850 ° C. was performed at an average cooling rate of 9.03 ° C./hour, and cooling from 1850 ° C. to 500 ° C. was performed at an average rate of 200 ° C./hour. Thereafter, the furnace was cooled to room temperature, and the ingot was taken out from the induction heating furnace.

アニール処理後のSiC単結晶インゴットを坩堝から取り出したところ、その表面には分解による炭化層が生成していた。このSiC単結晶インゴットから、実施例1と同様に厚さ500μmのウェハを切り出し、研磨して両面を鏡面に仕上げた。仕上がり後のSiC単結晶ウェハの口径は124.9mmであり、厚さは約410μmであった。研磨後のSiC単結晶ウェハの反りを実施例1と同様にして調べたところ、反りは18μmであり、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で14.4μm/100mmであった。   When the annealed SiC single crystal ingot was taken out of the crucible, a carbonized layer was generated on the surface due to decomposition. From this SiC single crystal ingot, a wafer having a thickness of 500 μm was cut out in the same manner as in Example 1 and polished to finish both surfaces as mirror surfaces. The finished SiC single crystal wafer had a diameter of 124.9 mm and a thickness of about 410 μm. The warpage of the polished SiC single crystal wafer was examined in the same manner as in Example 1. As a result, the warpage was 18 μm, and the wafer conversion ratio (warpage amount / wafer diameter) of the diameter of 100 mm was 14.4 μm / 100 mm.

上記で得られたSiC単結晶ウェハについて、図2で説明したように、X線回折装置を用いて、ウェハ中心a0での<0001>結晶方位を基準にした、測定点a1、a2、a1'、a2'での<0001>結晶方位のずれを、回転角度Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1'を指標に評価した。図5に示したように、ウェハの中心(a0)、中心から30.25mmの距離にある2点(a2、a2')、及び中心から60.5mmの位置にある2点(a1、a1')の計5点について、実施例1と同様に、<0004>相当面反射の回折X線の強度が最大になる位置(回転角度)を求めた。測定結果を表1に示す。また、上記で求めた各測定点における回転角度(Ω0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1')を縦軸にして、測定位置(中心からの距離)を横軸にしてグラフにプロットし、線形近似したときの傾き(平均ピークシフト値)は7.0秒/mmであった。 With respect to the SiC single crystal wafer obtained above, as described with reference to FIG. 2, the measurement points a 1 and a 2 with reference to the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0 using an X-ray diffractometer. , A 1 ′, a 2 ′, the deviation of <0001> crystal orientation was evaluated using the rotation angles Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ′, and Ω 1 ′ as indices. As shown in FIG. 5, the center (a 0 ) of the wafer, two points (a 2 , a 2 ′) at a distance of 30.25 mm from the center, and two points (a 2 ) at a position 60.5 mm from the center 1 and a 1 ′), the positions (rotation angles) at which the intensity of the diffracted X-rays of <0004> equivalent surface reflection is maximized were determined in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in Table 1. In addition, the graph shows the rotation angle (Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ') at each measurement point determined above as the vertical axis and the measurement position (distance from the center) as the horizontal axis. The slope (average peak shift value) when plotted in a linear approximation was 7.0 seconds / mm.

また、得られたSiC単結晶ウェハの転位密度を確認するために、上述した125mmウェハの標準転位カウント方法を実施例2で得られたSiC単結晶ウェハに適用したところ、転位に相当するエッチピットの密度は4点平均で2.4×104cm-2であった。 In addition, in order to confirm the dislocation density of the obtained SiC single crystal wafer, when the standard dislocation counting method for the 125 mm wafer described above was applied to the SiC single crystal wafer obtained in Example 2, an etch pit corresponding to the dislocation was obtained. The density was 2.4 × 10 4 cm −2 on an average of four points.

(実施例3)
前述の100mmウェハ作製用インゴット(A種)の1つにアニール処理を施した。アニール用の加熱装置と坩堝等は実施例1と同じであり、アニールに先立つ真空、ガス置換も実施例1と同様である。そして、以下のようにした以外は実施例1と同様にしてSiC単結晶ウェハを得た。
(Example 3)
One of the aforementioned ingots for producing a 100 mm wafer (type A) was annealed. The heating apparatus and the crucible for annealing are the same as in the first embodiment, and the vacuum and gas replacement prior to the annealing are the same as in the first embodiment. A SiC single crystal wafer was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following.

実施例3における石英管内雰囲気はArとN2であり、N原子が雰囲気中に45atomic%となるように流量をコントロールし、圧力は0.10MPaとした。黒鉛坩堝内の温度を室温から1850℃まで加熱する際には平均昇温速度300℃/時間とし、1850℃から2650℃までは平均昇温速度67℃/時間で昇温し、2650℃をアニール温度として、この温度で12時間保持してアニール処理を行った。その後、2650℃から1850℃までを平均降温速度50℃/時間で冷却し、1850℃から500℃までを平均速度125℃/時間で冷却した。その後室温まで炉冷し、インゴットを誘導加熱炉から取り出した。 The atmosphere in the quartz tube in Example 3 was Ar and N 2 , the flow rate was controlled so that N atoms were 45 atomic% in the atmosphere, and the pressure was 0.10 MPa. When heating the temperature in the graphite crucible from room temperature to 1850 ° C., the average temperature increase rate is 300 ° C./hour, and from 1850 ° C. to 2650 ° C., the temperature is increased at an average temperature increase rate of 67 ° C./hour. As the temperature, the annealing treatment was performed by holding at this temperature for 12 hours. Thereafter, the temperature was cooled from 2650 ° C. to 1850 ° C. at an average temperature drop rate of 50 ° C./hour, and from 1850 ° C. to 500 ° C. was cooled at an average rate of 125 ° C./hour. Thereafter, the furnace was cooled to room temperature, and the ingot was taken out from the induction heating furnace.

アニール処理後のSiC単結晶インゴットを坩堝から取り出したところ、インゴット表面の大部分には分解による炭化層が生成していたが、ほぼ炭化していない表面も残っていた。この単結晶インゴットから、実施例1と同様に厚さ500μmのウェハを切り出し、研磨して両面を鏡面に仕上げた後、Si面には化学機械研磨(CMP)を行い、Si面をさらに平坦に仕上げた。仕上がり後のSiC単結晶ウェハの口径は100.0mmであり、厚さは404μmであった。研磨後のSiC単結晶ウェハの反りを実施例1と同様にして調べたところ、反りは9.5μmであり、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で9.5μm/100mmであった。   When the annealed SiC single crystal ingot was taken out of the crucible, a carbonized layer was generated by decomposition on the most part of the ingot surface, but a surface that was not substantially carbonized remained. A wafer having a thickness of 500 μm was cut out from this single crystal ingot in the same manner as in Example 1 and polished to finish both surfaces to a mirror surface. Then, the Si surface was subjected to chemical mechanical polishing (CMP) to further flatten the Si surface. Finished. The finished SiC single crystal wafer had a diameter of 100.0 mm and a thickness of 404 μm. The warp of the polished SiC single crystal wafer was examined in the same manner as in Example 1. As a result, the warp was 9.5 μm, and the wafer conversion ratio (warp amount / wafer diameter) of caliber 100 mm was 9.5 μm / 100 mm. It was.

上記で得られたSiC単結晶ウェハについて、図2で説明したように、X線回折装置を用いて、ウェハ中心a0での<0001>結晶方位を基準にした、測定点a1、a2、a1'、a2'での<0001>結晶方位のずれを、回転角度Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1'を指標に評価した。図1に示したように、ウェハの中心(a0)、中心から24mmの距離にある2点(a2、a2')、及び中心から48mmの位置にある2点(a1、a1')の計5点について、実施例1と同様に、<0004>相当面反射の回折X線の強度が最大になる位置(回転角度)を求めた。測定結果を表1に示す。また、上記で求めた各測定点における回転角度(Ω0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1')を縦軸にして、測定位置(中心からの距離)を横軸にしてグラフにプロットし、線形近似したときの傾き(平均ピークシフト値)は2.4秒/mmであった。 With respect to the SiC single crystal wafer obtained above, as described with reference to FIG. 2, the measurement points a 1 and a 2 with reference to the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0 using an X-ray diffractometer. , A 1 ′, a 2 ′, the deviation of <0001> crystal orientation was evaluated using rotation angles Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ′, Ω 1 ′ as indices. As shown in FIG. 1, the center (a 0 ) of the wafer, two points (a 2 , a 2 ′) at a distance of 24 mm from the center, and two points (a 1 , a 1 ) at a position 48 mm from the center. As in Example 1, the positions (rotation angles) at which the intensity of diffracted X-rays of <0004> equivalent surface reflection was maximized were obtained for a total of 5 points'). The measurement results are shown in Table 1. In addition, the graph shows the rotation angle (Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ') at each measurement point determined above as the vertical axis and the measurement position (distance from the center) as the horizontal axis. The slope (average peak shift value) when plotted and linearly approximated was 2.4 seconds / mm.

また、得られたSiC単結晶ウェハの転位密度を確認するために、上述した100mmウェハの標準転位カウント方法を実施例3で得られたSiC単結晶ウェハに適用したところ、転位に相当するエッチピットの密度は4点平均で9.6×103cm-2であった。 Further, in order to confirm the dislocation density of the obtained SiC single crystal wafer, when the standard dislocation counting method for the 100 mm wafer described above was applied to the SiC single crystal wafer obtained in Example 3, an etch pit corresponding to the dislocation was obtained. The density was 9.6 × 10 3 cm −2 on average at four points.

(比較例1)
前述の100mmウェハ作製用インゴット(A種)の一つから、アニール処理を施さずに加工してウェハを作製した。ウェハの切り出し厚さは実施例1と同様に500μmであり、研磨して両面を鏡面に仕上げた。仕上がり後のSiC単結晶ウェハの口径は99.9mmであり、厚さは390μmであった。研磨後のSiC単結晶ウェハの反りを実施例1と同様にして調べたところ、反りは189μmであり、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で189.2μm/100mmであった。
(Comparative Example 1)
A wafer was fabricated from one of the above-described 100 mm wafer fabrication ingots (type A) without being annealed. The cut-out thickness of the wafer was 500 μm as in Example 1, and was polished to finish both surfaces to be mirror surfaces. The finished SiC single crystal wafer had a diameter of 99.9 mm and a thickness of 390 μm. The warpage of the polished SiC single crystal wafer was examined in the same manner as in Example 1. As a result, the warpage was 189 μm, and the wafer conversion ratio (warpage amount / wafer diameter) with a diameter of 100 mm was 189.2 μm / 100 mm.

上記で得られたSiC単結晶ウェハについて、図2で説明したように、X線回折装置を用いて、ウェハ中心a0での<0001>結晶方位を基準にした、測定点a1、a2、a1'、a2'での<0001>結晶方位のずれを、回転角度Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1'を指標に評価した。図1に示したように、ウェハの中心(a0)、中心から24mmの距離にある2点(a2、a2')、及び中心から48mmの位置にある2点(a1、a1')の計5点について、実施例1と同様に、<0004>相当面反射の回折X線の強度が最大になる位置(回転角度)を求めた。測定結果を表1に示す。また、上記で求めた各測定点における回転角度(Ω0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1')を縦軸にして、測定位置(中心からの距離)を横軸にしてグラフにプロットし、線形近似したときの傾き(平均ピークシフト値)は21秒/mmであった。 With respect to the SiC single crystal wafer obtained above, as described with reference to FIG. 2, the measurement points a 1 and a 2 with reference to the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0 using an X-ray diffractometer. , A 1 ′, a 2 ′, the deviation of <0001> crystal orientation was evaluated using rotation angles Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ′, Ω 1 ′ as indices. As shown in FIG. 1, the center (a 0 ) of the wafer, two points (a 2 , a 2 ′) at a distance of 24 mm from the center, and two points (a 1 , a 1 ) at a position 48 mm from the center. As in Example 1, the positions (rotation angles) at which the intensity of diffracted X-rays of <0004> equivalent surface reflection was maximized were obtained for a total of 5 points'). The measurement results are shown in Table 1. In addition, the graph shows the rotation angle (Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ') at each measurement point determined above as the vertical axis and the measurement position (distance from the center) as the horizontal axis. The slope (average peak shift value) when plotted in a linear approximation was 21 seconds / mm.

また、得られたSiC単結晶ウェハの転位密度を確認するために、上述した100mmウェハの標準転位カウント方法を比較例1で得られたSiC単結晶ウェハに適用したところ、転位に相当するエッチピットの密度は4点平均で約2.1×104cm-2であった。 Further, in order to confirm the dislocation density of the obtained SiC single crystal wafer, when the standard dislocation counting method for the 100 mm wafer described above was applied to the SiC single crystal wafer obtained in Comparative Example 1, an etch pit corresponding to the dislocation was obtained. The density was about 2.1 × 10 4 cm −2 on an average of four points.

(比較例2)
前述の125mmウェハ作製用インゴットから、アニール処理を施さずに加工して厚いウェハを作製した。ウェハの切り出し厚さは2000μmである。研磨して両面を鏡面に仕上げたところ、仕上がり後のSiC単結晶ウェハの口径は125.0mmであり、厚さは約1870μmであった。研磨後のSiC単結晶ウェハの反りを実施例1と同様にして調べたところ、反りは29μmであり、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で23.2μm/100mmであった。
(Comparative Example 2)
A thick wafer was fabricated from the aforementioned 125 mm wafer fabrication ingot without being annealed. The cut-out thickness of the wafer is 2000 μm. When polished and finished to a mirror finish, the finished SiC single crystal wafer had a diameter of 125.0 mm and a thickness of about 1870 μm. The warpage of the polished SiC single crystal wafer was examined in the same manner as in Example 1. As a result, the warpage was 29 μm, and the wafer conversion ratio (warpage amount / wafer diameter) with a diameter of 100 mm was 23.2 μm / 100 mm.

上記で得られたSiC単結晶ウェハについて、ウェハの中心(a0)、中心から30.25mmの距離にある2点(a2、a2')、及び中心から60.5mmの位置にある2点(a1、a1')の計5点について(図5参照)、図2で説明したように、X線回折装置を用いて、実施例1と同様に、<0004>相当面反射の回折X線の強度が最大になる位置(回転角度)を求めた。測定結果を表1に示す。また、上記で求めた各測定点における回転角度(Ω0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1')を縦軸にして、測定位置(中心からの距離)を横軸にしてグラフにプロットし、線形近似したときの傾き(平均ピークシフト値)は94秒/mmであった。更には、得られたSiC単結晶ウェハの転位密度を確認するために、125mmウェハの標準転位カウント方法にて比較例2のウェハを評価したところ、転位に相当するエッチピットの密度は4点平均で9.8×103cm-2であった。 About the SiC single crystal wafer obtained above, the center (a 0 ) of the wafer, two points (a 2 , a 2 ′) at a distance of 30.25 mm from the center, and 2 at a position of 60.5 mm from the center With respect to a total of five points (a 1 , a 1 ′) (see FIG. 5), as described in FIG. 2, using the X-ray diffractometer, <0004> The position (rotation angle) at which the intensity of the diffracted X-ray was maximized was determined. The measurement results are shown in Table 1. In addition, the graph shows the rotation angle (Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ') at each measurement point determined above as the vertical axis and the measurement position (distance from the center) as the horizontal axis. The slope (average peak shift value) when plotted in a linear approximation was 94 seconds / mm. Furthermore, in order to confirm the dislocation density of the obtained SiC single crystal wafer, when the wafer of Comparative Example 2 was evaluated by the standard dislocation counting method for a 125 mm wafer, the density of etch pits corresponding to dislocations was a four-point average. It was 9.8 * 10 < 3 > cm <-2 >.

(比較例3)
前述の100mmウェハ作製用インゴット(A種)の1つにアニール処理を施した。アニール用の加熱装置と坩堝等は実施例1と同じであり、アニールに先立つ真空、ガス置換も実施例1と同様である。そして、以下のようにした以外は実施例1と同様にしてSiC単結晶ウェハを得た。
(Comparative Example 3)
One of the aforementioned ingots for producing a 100 mm wafer (type A) was annealed. The heating apparatus and the crucible for annealing are the same as in the first embodiment, and the vacuum and gas replacement prior to the annealing are the same as in the first embodiment. A SiC single crystal wafer was obtained in the same manner as in Example 1 except for the following.

比較例3における石英管内雰囲気は1%のエチレンガスを混合したArであり、圧力は0.10MPaとした。黒鉛坩堝内の温度を室温から2500℃まで、平均昇温速度300℃/時間で昇温し、2150℃をアニール温度として、この温度で12時間保持してアニール処理を行った。その後、2150℃から1400℃までを平均降温速度150℃/時間で冷却した。室温まで炉冷で冷却し、インゴットを誘導加熱炉から取り出した。   The atmosphere in the quartz tube in Comparative Example 3 was Ar mixed with 1% ethylene gas, and the pressure was 0.10 MPa. The temperature in the graphite crucible was increased from room temperature to 2500 ° C. at an average temperature increase rate of 300 ° C./hour, and the annealing treatment was performed by keeping the temperature at 2150 ° C. for 12 hours. Then, it cooled from 2150 degreeC to 1400 degreeC with the average temperature-fall rate of 150 degreeC / hour. The ingot was taken out of the induction heating furnace after cooling to room temperature by furnace cooling.

アニール処理後のSiC単結晶インゴットを坩堝から取り出したところ、インゴット表面には分解による炭化層はほぼ皆無であった。この単結晶インゴットから、実施例1と同様に厚さ500μmのウェハを切り出し、研磨して両面を鏡面に仕上げた。仕上がり後のSiC単結晶ウェハの口径は100.0mmであり、厚さは392μmであった。研磨後のSiC単結晶ウェハの反りを実施例1と同様にして調べたところ、反りは88.0μmであり、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で88.0μm/100mmであった。   When the SiC single crystal ingot after the annealing treatment was taken out of the crucible, there was almost no carbonization layer due to decomposition on the ingot surface. A wafer having a thickness of 500 μm was cut out from this single crystal ingot in the same manner as in Example 1 and polished to finish both surfaces as mirror surfaces. The finished SiC single crystal wafer had a diameter of 100.0 mm and a thickness of 392 μm. The warpage of the polished SiC single crystal wafer was examined in the same manner as in Example 1. As a result, the warpage was 88.0 μm, and the wafer conversion ratio (warpage amount / wafer diameter) of 100 mm in diameter was 88.0 μm / 100 mm. It was.

上記で得られたSiC単結晶ウェハについて、ウェハの中心(a0)、中心から24mmの距離にある2点(a2、a2')、及び中心から48mmの位置にある2点(a1、a1')の計5点について(図1参照)、図2で説明したように、X線回折装置を用いて、実施例1と同様に、<0004>相当面反射の回折X線の強度が最大になる位置(回転角度)を求めた。測定結果を表1に示す。また、上記で求めた各測定点における回転角度(Ω0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1')を縦軸にして、測定位置(中心からの距離)を横軸にしてグラフにプロットし、線形近似したときの傾き(平均ピークシフト値)は23秒/mmであった。更に、この比較例3のウェハを100mmウェハの標準転位カウント方法にて評価したところ、転位に相当するエッチピットの密度は4点平均で約1.7×105cm-2であった。 About the SiC single crystal wafer obtained above, the center (a 0 ) of the wafer, two points (a 2 , a 2 ′) at a distance of 24 mm from the center, and two points (a 1 ) at a position 48 mm from the center , A 1 ') (see FIG. 1), as described in FIG. 2, using an X-ray diffractometer, as in Example 1, <0004> The position (rotation angle) at which the strength was maximized was determined. The measurement results are shown in Table 1. In addition, the graph shows the rotation angle (Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ') at each measurement point determined above as the vertical axis and the measurement position (distance from the center) as the horizontal axis. The slope (average peak shift value) when plotted in a linear approximation was 23 seconds / mm. Further, when the wafer of Comparative Example 3 was evaluated by the standard dislocation counting method for a 100 mm wafer, the density of etch pits corresponding to dislocations was about 1.7 × 10 5 cm −2 on an average of four points.

(比較例4)
前述の100mmウェハ作製用インゴット(B種)の一つから、比較例1と同様にアニール処理を施さずに加工してウェハを作製した。ウェハの切り出し厚さは実施例1と同様に500μmであり、研磨して両面を鏡面に仕上げた。仕上がり後のSiC単結晶ウェハの口径は100.0mmであり、厚さは385μmであった。研磨後のSiC単結晶ウェハの反りを実施例1と同様にして調べたところ、反りは234μmであり、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で234.0μm/100mmであった。
(Comparative Example 4)
A wafer was fabricated from one of the aforementioned 100 mm wafer fabrication ingots (type B) in the same manner as in Comparative Example 1 without being annealed. The cut-out thickness of the wafer was 500 μm as in Example 1, and was polished to finish both surfaces to be mirror surfaces. The finished SiC single crystal wafer had a diameter of 100.0 mm and a thickness of 385 μm. The warpage of the polished SiC single crystal wafer was examined in the same manner as in Example 1. As a result, the warpage was 234 μm, and the wafer conversion ratio (warpage / wafer diameter) of 100 mm in diameter was 234.0 μm / 100 mm.

上記で得られたSiC単結晶ウェハについて、図2で説明したように、X線回折装置を用いて、ウェハ中心a0での<0001>結晶方位を基準にした、測定点a1、a2、a1'、a2'での<0001>結晶方位のずれを、回転角度Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1'を指標に評価した。図1に示したように、ウェハの中心(a0)、中心から24mmの距離にある2点(a2、a2')、及び中心から48mmの位置にある2点(a1、a1')の計5点について、実施例1と同様に、<0004>相当面反射の回折X線の強度が最大になる位置(回転角度)を求めた。測定結果を表1に示す。また、上記で求めた各測定点における回転角度(Ω0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1')を縦軸にして、測定位置(中心からの距離)を横軸にしてグラフにプロットし、線形近似したときの傾き(平均ピークシフト値)は51秒/mmであった。 With respect to the SiC single crystal wafer obtained above, as described with reference to FIG. 2, the measurement points a 1 and a 2 with reference to the <0001> crystal orientation at the wafer center a 0 using an X-ray diffractometer. , A 1 ′, a 2 ′, the deviation of <0001> crystal orientation was evaluated using the rotation angles Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ′, and Ω 1 ′ as indices. As shown in FIG. 1, the center (a 0 ) of the wafer, two points (a 2 , a 2 ′) at a distance of 24 mm from the center, and two points (a 1 , a 1 ) at a position 48 mm from the center. As in Example 1, the positions (rotation angles) at which the intensity of diffracted X-rays of <0004> equivalent surface reflection was maximized were obtained for a total of 5 points'). The measurement results are shown in Table 1. In addition, the graph shows the rotation angle (Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ') at each measurement point determined above as the vertical axis and the measurement position (distance from the center) as the horizontal axis. The slope (average peak shift value) when plotted in a linear approximation was 51 seconds / mm.

また、得られたSiC単結晶ウェハの転位密度を確認するために、上述した100mmウェハの標準転位カウント方法を比較例4で得られたSiC単結晶ウェハに適用したところ、転位に相当するエッチピットの密度は4点平均で約5.7×104cm-2であった。 Further, in order to confirm the dislocation density of the obtained SiC single crystal wafer, when the standard dislocation counting method for the 100 mm wafer described above was applied to the SiC single crystal wafer obtained in Comparative Example 4, an etch pit corresponding to the dislocation was obtained. The density of the sample was about 5.7 × 10 4 cm −2 on an average of four points.

(比較例5)
前述の100mmウェハ作製用インゴット(B種)の1つにアニール処理を施した。アニール用の加熱装置と坩堝、およびアニール雰囲気、アニール温度条件は実施例1と同じであり、アニールに先立つ真空、ガス置換も実施例1と同様である。
(Comparative Example 5)
One of the aforementioned ingots for producing a 100 mm wafer (type B) was annealed. The annealing heating device and the crucible, the annealing atmosphere, and the annealing temperature conditions are the same as in the first embodiment, and the vacuum and gas replacement prior to the annealing are the same as in the first embodiment.

アニール処理後のSiC単結晶インゴットを坩堝から取り出したところ、インゴット表面には分解による炭化層が形成されていた。この単結晶インゴットから、実施例1と同様に厚さ500μmのウェハを切り出し、研磨して両面を鏡面に仕上げた。仕上がり後のSiC単結晶ウェハの口径は99.9mmであり、厚さは388μmであった。研磨後のSiC単結晶ウェハの反りを実施例1と同様にして調べたところ、反りは57.0μmであり、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で57.1μm/100mmであった。   When the SiC single crystal ingot after annealing was taken out of the crucible, a carbonized layer was formed by decomposition on the ingot surface. A wafer having a thickness of 500 μm was cut out from this single crystal ingot in the same manner as in Example 1 and polished to finish both surfaces as mirror surfaces. The finished SiC single crystal wafer had a diameter of 99.9 mm and a thickness of 388 μm. The warpage of the polished SiC single crystal wafer was examined in the same manner as in Example 1. As a result, the warpage was 57.0 μm, and the wafer conversion ratio (warpage amount / wafer diameter) of the diameter of 100 mm was 57.1 μm / 100 mm. It was.

上記で得られたSiC単結晶ウェハについて、ウェハの中心(a0)、中心から24mmの距離にある2点(a2、a2')、及び中心から48mmの位置にある2点(a1、a1')の計5点について(図1参照)、図2で説明したように、X線回折装置を用いて、実施例1と同様に、<0004>相当面反射の回折X線の強度が最大になる位置(回転角度)を求めた。測定結果を表1に示す。また、上記で求めた各測定点における回転角度(Ω0、Ω1、Ω2、Ω2'、Ω1')を縦軸にして、測定位置(中心からの距離)を横軸にしてグラフにプロットし、線形近似したときの傾き(平均ピークシフト値)は18秒/mmであった。更に、この比較例5のウェハを100mmウェハの標準転位カウント方法にて評価したところ、転位に相当するエッチピットの密度は4点平均で約3.6×105cm-2であった。 About the SiC single crystal wafer obtained above, the center (a 0 ) of the wafer, two points (a 2 , a 2 ′) at a distance of 24 mm from the center, and two points (a 1 ) at a position 48 mm from the center , A 1 ') (see FIG. 1), as described in FIG. 2, using an X-ray diffractometer, as in Example 1, <0004> The position (rotation angle) at which the strength was maximized was determined. The measurement results are shown in Table 1. In addition, the graph shows the rotation angle (Ω 0 , Ω 1 , Ω 2 , Ω 2 ', Ω 1 ') at each measurement point determined above as the vertical axis and the measurement position (distance from the center) as the horizontal axis. The slope (average peak shift value) when plotted in a linear approximation was 18 seconds / mm. Further, when the wafer of Comparative Example 5 was evaluated by a standard dislocation counting method for a 100 mm wafer, the density of etch pits corresponding to dislocations was an average of about 3.6 × 10 5 cm −2 over four points.

1:種結晶(SiC単結晶)
2:昇華原料
3:黒鉛坩堝
4:黒鉛蓋
5:二重石英管
6:支持棒
7:黒鉛製フェルト
8:ワークコイル
9:高純度Arガス配管
10:高純度Arガス用マスフローコントローラ
11:真空排気装置
12:SiC単結晶ウェハ
13:X線照射機器
14:X線検出機器
1: Seed crystal (SiC single crystal)
2: Sublimation raw material 3: Graphite crucible 4: Graphite lid 5: Double quartz tube 6: Support rod 7: Felt made of graphite 8: Work coil 9: High purity Ar gas piping 10: Mass flow controller for high purity Ar gas 11: Vacuum Exhaust device 12: SiC single crystal wafer 13: X-ray irradiation device 14: X-ray detection device

Claims (6)

口径100mm以上の炭化珪素単結晶ウェハであって、
ウェハ面内における高低差で表される反り量が、口径100mmのウェハ換算比(反り量/ウェハ口径)で60μm/100mm以下であり、かつ、
ウェハ中心における<0001>結晶方位に対して、以下の4つの測定点での<0001>結晶方位のずれが、いずれも±1000秒以内であることを特徴とする炭化珪素単結晶ウェハ。
測定点a1 :ウェハ外周からウェハ中心に向かって2mm内側の位置
測定点a2 :測定点a1とウェハ中心とを結んだ線分の中点にあたる位置
測定点a1':ウェハ直径上にあって、ウェハ中心をはさんで測定点a1と左右対称になる位置
測定点a2':ウェハ直径上にあって、ウェハ中心をはさんで測定点a2と左右対称になる位置
A silicon carbide single crystal wafer having a diameter of 100 mm or more,
The amount of warpage represented by the height difference in the wafer surface is 60 μm / 100 mm or less in terms of a wafer conversion ratio (warpage amount / wafer diameter) of a diameter of 100 mm, and
A silicon carbide single crystal wafer, wherein a deviation of <0001> crystal orientation at the following four measurement points is within ± 1000 seconds with respect to <0001> crystal orientation at the wafer center.
Measurement point a 1 : Position 2 mm inside from the wafer outer circumference toward the wafer center Measurement point a 2 : Position corresponding to the midpoint of the line segment connecting the measurement point a 1 and the wafer center Measurement point a 1 ′: On the wafer diameter Position that is symmetrical with measurement point a 1 across the wafer center Measurement point a 2 ': Position that is on the wafer diameter and symmetrical with measurement point a 2 across the wafer center
ウェハ中心での<0001>結晶方位を基準にした前記4つの測定点での<0001>結晶方位のずれを、ウェハ中心から各測定点までの距離に基づきプロットし、得られたグラフの線形近似式の傾きから求めた平均ピークシフト値が、20秒/mm以下である請求項1に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。   The deviation of the <0001> crystal orientation at the four measurement points based on the <0001> crystal orientation at the wafer center is plotted based on the distance from the wafer center to each measurement point, and a linear approximation of the obtained graph 2. The silicon carbide single crystal wafer according to claim 1, wherein an average peak shift value obtained from an inclination of the equation is 20 seconds / mm or less. 反り量に関する換算比(反り量/ウェハ口径)が40μm/100mm以下である請求項1又は2に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。   The silicon carbide single crystal wafer according to claim 1 or 2, wherein a conversion ratio (amount of warpage / wafer diameter) relating to the amount of warpage is 40 μm / 100 mm or less. 種結晶を用いた昇華再結晶法により得られた炭化珪素単結晶インゴットから切り出されたものである請求項1〜3のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ。   The silicon carbide single crystal wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein the silicon carbide single crystal wafer is cut from a silicon carbide single crystal ingot obtained by a sublimation recrystallization method using a seed crystal. 4°オフウェハの転位に相当するエッチピットの密度が5.0×104cm-2以下である請求項1〜4のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ。 The silicon carbide single crystal wafer according to any one of claims 1 to 4, wherein the density of etch pits corresponding to dislocations of a 4 ° off-wafer is 5.0 x 10 4 cm -2 or less. エッジ除外領域を除いたウェハ面内が単一のポリタイプで構成される請求項1〜5のいずれかに記載の炭化珪素単結晶ウェハ。   The silicon carbide single crystal wafer according to any one of claims 1 to 5, wherein the wafer surface excluding the edge exclusion region is composed of a single polytype.
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