JP7038756B2 - SiCウェハ及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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これに対し、a面方向(<11-20>方向)から見た際の最表面構造として、多形は違いを有する。そのため、a面方向への成長では、このような多形の違いを引き継ぐことができる。すなわち、a面方向への成長では異種多形が発生しにくい。
しかしながら、結晶成長を進めるにつれ、結晶の最表面の一部には、必ずc面と平行な面が表出する。c面と平行で、成長面に表出した部分をc面ファセットと言う。c面ファセットは、c面と平行なため結晶成長の様式が異なる。成長後のSiC単結晶内において、異なる成長様式で成長した部分をファセット成長領域という。
一方で、c面ファセットに螺旋転位が存在する又は成長直後に螺旋転位に変換される螺旋転位発生起点が存在すると、螺旋転位を起点とした螺旋成長が生じる。螺旋成長では、螺旋部がステップを形成するため、a面方向への成長を可能とし、多形を引き継ぐことができる。
すなわち、多形を維持するためにc面ファセットにはある程度の螺旋転位又は螺旋転位発生起点が必要であり、そのための手法が求められている。
特許文献1に記載の螺旋転位発生領域を有する転位制御種結晶を用いた炭化ケイ素単結晶の製造方法を用いることにより、c面ファセット内に螺旋転位を確実に形成することができ、異種多形や異方位結晶の生成を抑制することができる。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図1は、本発明の一態様に係るSiCシードの一部を平面視した模式図である。図2は、図1のSiCシードの一部をA-A’面で切断した切断面である。図1は初期ファセット形成面20を中心に円状に囲んだ一定領域のみを図示する。
主面10は、{0001}面に対し2°以上20°以下のオフセット角を有する面である。すなわち、図2の一点鎖線で示すように、主面10に対し、{0001}面は傾きを有している。そのため、SiCシード100を図2の+Z方向に結晶成長させる際に、主面10はステップフロー成長することができる。
一方、オフセット角が大きすぎると、温度勾配により、c面が滑る方向({0001}面に平行な方向)に応力がかかり、基底面転位が発生しやすくなるという問題がある。また半導体デバイス等を作製する際に用いるSiCウェハのオフセット角(通常、4°以下)との差が大きくなる。そのため、SiCインゴットからSiCウェハを斜めに切り出す必要があり、得られるSiCウェハの取れ数が少なくなる。
「副成長面」とは、成長方向に向いた面のうち、最も面積の広い主面を除いた面のことをいう。「初期ファセット形成面」とは、副成長面の一例であり、{0001}面に対する傾斜角θが何れの方向にも絶対値で2°未満のものである。初期ファセット形成面20以外の副成長面30は、必須のものではない。
初期ファセット形成面20が、{0001}面と略平行であると、初期ファセット形成面20直上での結晶成長は、ステップフロー成長することができず、ファセットが形成される。初期ファセット形成面内は{0001}面に対する傾斜角θが何れの方向にも絶対値で2°未満であれば、湾曲面、凹凸面でもよい。初期ファセット形成面20を有することで、ファセットが形成される位置を制御することができる。
図5は、本発明の一態様に係るSiCシードの初期ファセット形成面を作製する前後の平面模式図と立体模式図である。図5(a)~(d)において、図示上側が平面模式図であり、図示下側が立体模式図である。また図示左側が初期ファセット形成面の作製前であり、図示右側が初期ファセット形成面の作製後である。
螺旋転位発生ライン21は、複数の螺旋転位発生起点がライン状に存在する領域を意味する。図1では、螺旋転位発生ライン21として、第1の方向に延在する第1の螺旋転位発生ライン21a及び第1の方向と直交する第2の方向に延在する第2の螺旋転位発生ライン21bを図示している。
図6(a)に示すように、ステップフロー成長は、a面方向に結晶が成長しながら、SiCシード100全体として+Z方向に成長する。すなわち、a面からの情報を引き継いだ形で結晶成長が行われるため、多形の違いを引き継ぐことができる。一方、図6(b)に示すように、結晶成長面が{0001}面と平行な場合は、c面方向に結晶が島状成長しながら、SiCシード100全体として+Z方向に成長する。c面からは多形の情報を得ることができないため、多形の違いを引き継ぐことができず、異種多形が発生する。
そのため、通常螺旋転位を設けた初期ファセット形成面20から結晶成長したファセット成長領域は、半導体デバイスとして用いない。
つまり、螺旋転位発生起点を任意に配置するのではなく、半導体デバイス作製工程におけるダイシングラインに沿うようにライン状に設けることで、得られる半導体デバイスの品質を高めることができる。
面方位に合せて螺旋転位発生ライン21が存在すれば、ダイシングラインの設定が容易になると共に、ダイシングによるチップ化が容易になる。また第1の螺旋転位発生ライン21aがオフセット成長方向に対して垂直に配置されていると、成長方向全面において異種多形の発生を避けることができる。
まず「幅」は、螺旋転位発生起点の密度分布から求める。螺旋転位発生ラインの延在方向と直交する方向に螺旋転位発生起点の密度分布を測定し、最大の螺旋転位発生起点密度に対し1/10となる点を結んだ幅とする。この幅は、螺旋転位発生起点を設ける方法によって異なるが、例えば機械加工により人工的に螺旋転位発生起点を設ける場合は、100μm程度となる。この100μmという幅は、一般的なダイシングの幅とも一致し、半導体デバイスの取れ効率の観点から好ましい面積率を設定している趣旨とも一致する。
一方で、「長さ」は、以下のような手順で求める。隣接する螺旋転位発生起点同士の距離が0.25cm以下の場合、それらを繋ぎ、螺旋転位発生ラインが延在していると判定する。これは、螺旋転位発生起点が4個/cm以上の頻度で存在すれば、充分に異種多形の発生を抑制できるためである。そして、螺旋転位発生ラインの一方の終端から他方の終端に向けて、螺旋転位発生ラインの延在方向と平行な垂線を下し、この長さを螺旋転位発生ラインの長さとする。
以上、本発明の一態様に係るSiCシードについて図面を参照して説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更を加えることができる。
主面が無い又は主面の面積率が小さい場合でも、初期ファセット形成面内に十分に螺旋転位発生起点を設けることができれば、異種多形は十分に抑制することができる。また初期ファセット形成面上にSiCをオン成長させると、第1の螺旋転位発生ラインの位置を制御しやすくなる。
図11は、本発明の一態様に係るSiCインゴットの一部の断面を模式的に示した図である。また図12は、図11のB-B’面でSiCインゴットを切断した切断面のファセット成長領域付近を模式的に示した図である。
螺旋転位密集部211は、SiCシード100における螺旋転位発生ライン21からSiCの成長方向(c面方向に垂直な方向)に延在している。螺旋転位発生ライン21が第1の螺旋転位発生ライン21a及び第2の螺旋転位発生ライン21bからなる場合は、螺旋転位密集部211も第1の螺旋転位密集部211aと第2の螺旋転位密集部211bからなる。
図13は、本発明の一態様に係るSiCウェハの平面模式図である。SiCウェハ300は、ファセット成長痕310を有する。SiCウェハ300は、上述のSiCインゴット200を切断したものである。
ダイシング予定領域321はダイシング工程で除去されるため、螺旋転位密集ラインの幅がダイシング予定領域321の幅d1より狭いと、チップ化された半導体デバイス内に螺旋転位が含まれることを避けることができる。
また螺旋転位密集ラインの幅が、隣接するデバイス作製領域323間の幅d2より狭い場合は、外周領域322の一部に螺旋転位が導入されることとなる。しかしながら、外周領域はデバイス駆動時に強い電界は加わらず、デバイスとして駆動するアクティブ領域ではない。そのため外周領域に螺旋転位が導入されていても、得られる半導体デバイスは好適に駆動することができる。
本発明の一態様に係る半導体デバイスの製造方法は、所定のSiCウェハを準備する工程と、SiCウェハの螺旋転位密集ラインに沿ってSiCウェハを分断する工程と、を有する。
SiCウェハは、SiCシードから成長したSiCインゴットを切断することで得ることができる。そのため、まずSiCシードの製造工程について説明する。
なお、結晶学的に、(0001)及び{0001}は結晶面を示す。これらの違いは、{0001}面は等価な対称性を持つ面を含むため、(0001)面および(000-1)面のいずれも含む。一方<0001>は結晶方向を示す。
Claims (13)
- 少なくとも一部にファセット成長痕を有し、
前記ファセット成長痕は、ダイシングラインに沿って第1の方向に延在し、且つ前記ファセット成長痕内に位置する第1の螺旋転位密集ラインを有し、
前記第1の螺旋転位密集ラインにおいて、隣接する螺旋転位同士の距離が0.25cm以下であり、
前記第1の螺旋転位密集ライン以外の領域では、隣接する螺旋転位同士の距離が0.25cmより大きい、SiCウェハ。 - 前記第1の螺旋転位密集ラインが複数あり、
複数の前記第1の螺旋転位密集ラインが、所定の間隔で周期的に配列している請求項1に記載のSiCウェハ。 - 前記第1の方向が、{1-100}面と平行な方向または{11-20}面と平行な方向である請求項1又は2に記載のSiCウェハ。
- 前記ファセット成長痕が、前記第1の方向と交差する第2の方向に延在し、且つ前記ファセット成長痕内に位置する第2の螺旋転位密集ラインをさらに有し、
前記第2の螺旋転位密集ラインにおいて、隣接する螺旋転位同士の距離が0.25cm以下であり、
前記第2の螺旋転位密集ライン以外の領域では、隣接する螺旋転位同士の距離が0.25cmより大きい、請求項1~3のいずれか一項に記載のSiCウェハ。 - 前記第2の方向が、前記第1の方向と直交する請求項4に記載のSiCウェハ。
- 前記第2の螺旋転位密集ラインが複数あり、
複数の前記第2の螺旋転位密集ラインが、所定の間隔で周期的に配列している請求項4または5に記載のSiCウェハ。 - SiCウェハにおける前記第1の螺旋転位密集ラインの占める面積率が50%以下である請求項1~6のいずれか一項に記載のSiCウェハ。
- SiCウェハにおける前記第2の螺旋転位密集ラインの占める面積率が50%以下である請求項4~6のいずれか一項に記載のSiCウェハ。
- 前記第1の螺旋転位密集ラインにおける螺旋転位の密度が4個/cm以上である請求項1~8のいずれか一項に記載のSiCウェハ。
- 前記第2の螺旋転位密集ラインにおける螺旋転位の密度が4個/cm以上である請求項4~6、8のいずれか一項に記載のSiCウェハ。
- ダイシング予定領域と、
前記ダイシング予定領域に囲まれたデバイス作製領域と、
前記ダイシング予定領域と前記デバイス作製領域とに挟まれた外周領域と、を有し、
前記ダイシング予定領域の少なくとも一部は、前記第1の螺旋転位密集ラインと一致し、
前記外周領域は、前記デバイス作製領域よりも螺旋転位密度が大きい請求項1~10のいずれか一項に記載のSiCウェハ。 - 前記ファセット成長痕は、{0001}面に対する傾斜角が2°未満の領域の切断面である、請求項1~11のいずれか一項に記載のSiCウェハ。
- 請求項1~11のいずれか一項に記載のSiCウェハを準備する工程と、
前記SiCウェハの第1の螺旋転位密集ライン及び/または第2の螺旋転位密集ラインに沿って、前記SiCウェハを分断する工程と、を有する半導体デバイスの製造方法。
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