JP7426642B2 - Method for manufacturing silicon carbide epitaxial wafer - Google Patents

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Description

本発明は、炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer .

電力の変換(直流・交流変換や電圧変換)や制御を担うパワーエレクトロニクスは、省エネルギー化のためのキーテクノロジーであると期待されている。
パワーエレクトロニクスはこれまでシリコン(Si)により性能向上が図られてきたが、理論的に限界が見えてきたため、次世代材料として炭化珪素(SiC)が注目されている。
炭化珪素(SiC)はシリコン(Si)に比べて、絶縁破壊電界強度が10倍、バンドギャップが3倍等、優れた性能を有することから、炭化珪素単結晶基板を使用したパワーデバイスの高耐電圧化、低電力損失化が期待される。
Power electronics, which is responsible for power conversion (DC/AC conversion and voltage conversion) and control, is expected to be a key technology for energy conservation.
Up until now, attempts have been made to improve the performance of power electronics using silicon (Si), but as its theoretical limits have become apparent, silicon carbide (SiC) is attracting attention as a next-generation material.
Silicon carbide (SiC) has excellent performance compared to silicon (Si), such as 10 times the dielectric breakdown field strength and 3 times the band gap, making it ideal for high durability power devices using silicon carbide single crystal substrates. High voltage and low power loss are expected.

パワーデバイスは、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成した炭化珪素エピタキシャルウェハを用いて作製される。炭化珪素単結晶基板は、昇華法等で作製した炭化珪素のバルク単結晶から加工して得られ、炭化珪素エピタキシャル層は、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD)によって形成される。 A power device is manufactured using a silicon carbide epitaxial wafer in which a silicon carbide epitaxial layer is formed on a silicon carbide single crystal substrate. A silicon carbide single crystal substrate is obtained by processing a bulk single crystal of silicon carbide produced by a sublimation method or the like, and a silicon carbide epitaxial layer is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.

特許文献1には、外径が100mm以上であり、基板温度が室温であるときの反り量は-100μm以上100μm以下(好ましくは-40μm以上40μm以下)であり、基板温度が400℃であるときの反り量は-1.5mm以上1.5mm以下である炭化珪素エピタキシャルウェハが開示されている。また、エピタキシャル層の膜厚として5μm以上40μm以下程度と例示されている(段落0032参照)。図1を参照して、反り量の定義について後述する。 Patent Document 1 states that when the outer diameter is 100 mm or more and the substrate temperature is room temperature, the amount of warpage is -100 μm or more and 100 μm or less (preferably -40 μm or more and 40 μm or less), and when the substrate temperature is 400 ° C. A silicon carbide epitaxial wafer is disclosed in which the amount of warpage is -1.5 mm or more and 1.5 mm or less. Further, the thickness of the epitaxial layer is exemplified as approximately 5 μm or more and 40 μm or less (see paragraph 0032). The definition of the amount of warpage will be described later with reference to FIG.

特許文献1には、基板温度が高温時の反り量増大の原因が形成されたダメージ層の残留歪みに起因した応力のためであるとして、反り量低減のために炭化珪素基板の裏面の一部を除去する手法が開示されている。また、このダメージ層を十分に除去できたか否かを裏面の表面粗さによって確認できるとして、表面粗さ(Ra)を10nm以下にすることが開示されている。 Patent Document 1 states that the increase in the amount of warpage when the substrate temperature is high is due to stress caused by residual strain in the formed damaged layer, and that a portion of the back surface of the silicon carbide substrate is used to reduce the amount of warpage. A method for removing is disclosed. Further, it is disclosed that whether or not this damaged layer has been sufficiently removed can be confirmed by the surface roughness of the back surface, and that the surface roughness (Ra) is set to 10 nm or less.

特開2015-32787号公報JP2015-32787A

SiCパワーデバイスは、耐電圧が1kV領域の中耐電圧領域、耐電圧が5kV領域の高耐電圧領域と進み、さらに電力送配電への適用を想定した耐電圧が10kV以上の超高耐電圧領域の本格的な研究が始まりつつある。超高耐電圧領域の対象デバイスは、高耐圧PINダイオード、高耐圧MOSFET、IGBTなどが現時点で知られている。 SiC power devices have progressed to a medium withstand voltage range of 1kV, a high withstand voltage range of 5kV, and an ultra-high withstand voltage range of 10kV or more, which is expected to be applied to power transmission and distribution. Full-scale research is beginning. At present, target devices in the ultra-high voltage range include high voltage PIN diodes, high voltage MOSFETs, and IGBTs.

10kV以上の超高耐電圧パワーデバイス(超高耐電圧領域)では、耐電圧1kV領域のパワーデバイスに比べれば、エピタキシャル層の膜厚が1桁以上厚い、いわゆる厚膜(100μm以上)のエピタキシャル層が必要になる。 In ultra-high withstand voltage power devices (ultra-high withstand voltage region) of 10 kV or more, the epitaxial layer is more than an order of magnitude thicker than power devices in the 1 kV withstand voltage region, so-called thick-film epitaxial layers (100 μm or more). is required.

本発明者等は、このような厚膜(100μm以上)のエピタキシャル層を備えた炭化珪素エピタキシャルウェハについて、中耐電圧領域、高耐電圧領域では顕在化していなかった課題について検討した。 The present inventors investigated problems that had not become apparent in the medium and high withstand voltage regions regarding silicon carbide epitaxial wafers having such thick (100 μm or more) epitaxial layers.

特許文献1に例示されているエピタキシャル層(エピタキシャル成長層、エピ層ということがある)の膜厚からして、現在、開発の中心である中耐圧SiC-MOS(エピタキシャル層の膜厚は20μm程度)での使用が想定されている。この程度の膜厚の場合の反りと、IGBT等の耐圧が10kV以上のSiCデバイスに用いる場合(この場合、エピタキシャル層の膜厚はいわゆる厚膜(100μm以上)である)の反りとは大きく異なるものと考えられるが、これまで、厚膜の炭化珪素エピタキシャルウェハについて、反りに関する報告はない。
そこで、本発明者は、厚膜の炭化珪素エピタキシャルウェハの反りについて鋭意検討を行った。
Considering the thickness of the epitaxial layer (sometimes referred to as an epitaxial growth layer or epi layer) illustrated in Patent Document 1, the current focus of development is medium-voltage SiC-MOS (the thickness of the epitaxial layer is approximately 20 μm). It is assumed that it will be used in The warpage with a film thickness of this level is very different from the warpage when used in SiC devices with a withstand voltage of 10 kV or more, such as IGBTs (in this case, the epitaxial layer thickness is a so-called thick film (100 μm or more)). However, to date, there have been no reports regarding warpage in thick-film silicon carbide epitaxial wafers.
Therefore, the inventors of the present invention conducted extensive studies on warping of thick-film silicon carbide epitaxial wafers.

図2は、公知ではないが本願に先立って本願発明者等が検討した、炭化珪素エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長層の膜厚と、炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量との関係を調べた結果を示すグラフである。
炭化珪素基板は、外径3インチのものを用いた。なお、本発明は、外径が変化しても技術思想としては変わらないので、外径の大きさは3インチ以下であっても3インチ以上であっても構わない。
エピタキシャル成長層の膜厚を65μm、140μm、200μm、240μmと厚くしていくと、反り量が20μm、24μm、27μm、29μmとほぼ直線的に増加しており、反り量の変化(μm)は膜厚の増加にほぼ比例していることがわかる。
この結果から、厚膜の炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量は、膜厚が20μm程度の場合の反り量に比べて非常に大きくなることがわかる。
FIG. 2 is a graph showing the results of investigating the relationship between the film thickness of the epitaxial growth layer of a silicon carbide epitaxial wafer and the amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer, which is not publicly known but was investigated by the inventors of the present invention prior to the filing of this application. be.
The silicon carbide substrate used had an outer diameter of 3 inches. Note that the technical concept of the present invention does not change even if the outer diameter changes, so the outer diameter may be less than 3 inches or greater than 3 inches.
When the film thickness of the epitaxial growth layer was increased to 65 μm, 140 μm, 200 μm, and 240 μm, the amount of warpage increased almost linearly to 20 μm, 24 μm, 27 μm, and 29 μm, and the change in the amount of warpage (μm) was determined by the film thickness. It can be seen that it is almost proportional to the increase in .
From this result, it can be seen that the amount of warpage of a thick film silicon carbide epitaxial wafer is much larger than the amount of warpage when the film thickness is about 20 μm.

厚膜の炭化珪素エピタキシャルウェハについて、反り量が大きいことに起因する問題を考えてみる。
まず、ウェハの割れが挙げられる。エピタキシャル層が厚くなると、エピタキシャルウェハにかかっている応力(ストレス)が大きくなり、そもそも割れやすい。そこで、さらに反り量も大きいとなると、高温プロセス中に温度分布がつき、さらに割れやすくなってしまう。特許文献1で示された室温時の反り量-100μm以上100μm以下(好ましくは-40μm以上40μm以下)では、厚膜の炭化珪素エピタキシャルウェハでは十分ではなく、ウェハの割れの問題は回避できない。
Let us consider a problem caused by a large amount of warpage in a thick silicon carbide epitaxial wafer.
First, there is cracking of the wafer. As the epitaxial layer becomes thicker, the stress applied to the epitaxial wafer increases, making it more likely to crack. Therefore, if the amount of warpage becomes even larger, temperature distribution will occur during the high-temperature process, making it even more likely to crack. The amount of warpage at room temperature of −100 μm or more and 100 μm or less (preferably −40 μm or more and 40 μm or less) as shown in Patent Document 1 is not sufficient for thick-film silicon carbide epitaxial wafers, and the problem of wafer cracking cannot be avoided.

次に、自動搬送において、エピタキシャル層が厚くなると、より厳しい反り量管理が必要になる。
この点について、図3を用いて説明する。(a)は、膜厚が20μm程度の場合、(b)は、厚膜(100μm以上)の場合である。
仮に、反り量が同じでも、エピタキシャル層が厚くなるほど、エピタキシャルウェハの擬似的な厚さ(x)が大きくなる。エピタキシャルウェハの存在を自動搬送時にレーザー等で確認するときに、このxが大きすぎると、エピタキシャルウェハの存在を正確に確認できず(例えば、ウェハが2枚重なっているとの認識になる)、エラーを起こすリスクが高くなる。
Next, in automatic conveyance, as the epitaxial layer becomes thicker, stricter control of the amount of warpage is required.
This point will be explained using FIG. 3. (a) is a case where the film thickness is about 20 μm, and (b) is a case where the film is thick (100 μm or more).
Even if the amount of warpage is the same, the thicker the epitaxial layer becomes, the larger the pseudo thickness (x) of the epitaxial wafer becomes. When confirming the presence of an epitaxial wafer using a laser or the like during automatic transport, if x is too large, the presence of the epitaxial wafer cannot be accurately confirmed (for example, it will be recognized that two wafers are stacked on top of each other), Increased risk of making errors.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、従来の炭化珪素エピタキシャルウェハよりも反り量が小さい炭化珪素エピタキシャルウェハ、及び、その製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a silicon carbide epitaxial wafer having a smaller amount of warpage than conventional silicon carbide epitaxial wafers, and a method for manufacturing the same.

本発明の代表的なものを例示すれば以下の通りである。 Typical examples of the present invention are as follows.

(1)本発明の第1の態様に係る炭化珪素エピタキシャルウェハは、炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の第1主面に設けられ100μm以上の膜厚を有する炭化珪素層と、を備える炭化珪素エピタキシャルウェハであって、前記炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量が-20μm以上、20μm以下である。 (1) A silicon carbide epitaxial wafer according to a first aspect of the present invention includes a silicon carbide substrate and a silicon carbide layer provided on a first main surface of the silicon carbide substrate and having a thickness of 100 μm or more. The silicon carbide epitaxial wafer is a silicon epitaxial wafer, and the amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer is −20 μm or more and 20 μm or less.

(2)上記態様において、前記炭化珪素基板の第1主面と対向する第2主面の表面粗さが20nm以上であってもよい。 (2) In the above aspect, the second main surface facing the first main surface of the silicon carbide substrate may have a surface roughness of 20 nm or more.

(3)上記態様において、前記炭化珪素基板と炭化珪素層の合計厚さが450μm以上であってもよい。 (3) In the above aspect, the total thickness of the silicon carbide substrate and the silicon carbide layer may be 450 μm or more.

(4)上記態様において、前記炭化珪素基板と炭化珪素層の合計厚さが600μm以上であってもよい。 (4) In the above aspect, the total thickness of the silicon carbide substrate and the silicon carbide layer may be 600 μm or more.

(5)上記態様において、前記炭化珪素基板が4H-SiCであってもよい。 (5) In the above aspect, the silicon carbide substrate may be 4H-SiC.

(6)上記態様において、前記炭化珪素基板の外径が75mm以上であってもよい。 (6) In the above aspect, the silicon carbide substrate may have an outer diameter of 75 mm or more.

(7)本発明の第2の態様に係る炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法は、第1主面とそれに対向する第2主面を持つ炭化珪素基板を準備して、前記炭化珪素基板の第2主面側が凸形状となるよう前記炭化珪素基板を加工する工程と、前記炭化珪素基板の前記第1主面に、炭化珪素層をエピタキシャル結晶成長する工程と、を有する。 (7) A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer according to a second aspect of the present invention includes preparing a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposing thereto, The method includes processing the silicon carbide substrate so that the main surface side has a convex shape, and epitaxially growing a silicon carbide layer on the first main surface of the silicon carbide substrate.

(8)上記態様において、前記炭化珪素基板を加工する工程は、前記第2主面の表面粗さが20nm以上となるよう研磨加工及び/又は研削加工する工程を含んでもよい。 (8) In the above aspect, the step of processing the silicon carbide substrate may include a step of polishing and/or grinding the second main surface to have a surface roughness of 20 nm or more.

(9)上記態様において、前記エピタキシャル結晶成長する工程は、前記炭化珪素層を100μm以上エピタキシャル結晶成長する工程を含んでもよい。 (9) In the above aspect, the step of growing epitaxial crystals may include the step of growing epitaxial crystals of the silicon carbide layer to a thickness of 100 μm or more.

本発明の炭化珪素エピタキシャルウェハによれば、従来の炭化珪素エピタキシャルウェハよりも反り量が小さい炭化珪素エピタキシャルウェハを提供できる。 According to the silicon carbide epitaxial wafer of the present invention, it is possible to provide a silicon carbide epitaxial wafer with a smaller amount of warpage than conventional silicon carbide epitaxial wafers.

炭化珪素半導体基板の反り量の定義を説明するための断面模式図であり、(a)は成長面と対向する面側が凸状に反っている場合であり、(b)は成長面側が凸状に反っている場合である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the definition of the amount of warpage of a silicon carbide semiconductor substrate, in which (a) is a case where the surface side facing the growth surface is warped in a convex shape, and (b) is a case where the growth surface side is convexly warped. This is the case when it is warped. 炭化珪素エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長層の膜厚と反り量の関係を調べた結果を示すグラフである。It is a graph showing the result of investigating the relationship between the film thickness of the epitaxial growth layer and the amount of warpage of a silicon carbide epitaxial wafer. エピタキシャル層の厚さによって、エピタキシャルウェハの擬似的な厚さの違いを説明するための断面模式図であり、(a)はエピタキシャル層が薄い場合、(b)はエピタキシャル層が厚い場合、である。It is a cross-sectional schematic diagram for explaining the difference in pseudo thickness of an epitaxial wafer depending on the thickness of the epitaxial layer, (a) is when the epitaxial layer is thin, (b) is when the epitaxial layer is thick. . 本発明の一実施形態にかかる炭化珪素エピタキシャルウェハを模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a silicon carbide epitaxial wafer according to an embodiment of the present invention. 水素加熱工程前の炭化珪素エピタキシャルウェハの第2主面(裏面)の表面粗さと炭化珪素基板の反り量との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the surface roughness of the second main surface (back surface) of the silicon carbide epitaxial wafer before the hydrogen heating step and the amount of warpage of the silicon carbide substrate. 水素加熱工程後の炭化珪素エピタキシャルウェハの第2主面(裏面)の表面粗さと炭化珪素基板の反り量との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the surface roughness of the second main surface (back surface) of the silicon carbide epitaxial wafer after a hydrogen heating step and the amount of warpage of the silicon carbide substrate. 炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量と、ウェハの外径との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the amount of warpage of a silicon carbide epitaxial wafer and the outer diameter of the wafer. 炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法について説明するための工程図であり、(a)は本発明のものであり、(b)は従来のものである。図8を用いて、本発明の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法について、従来の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法との主な相違点について説明する。1A and 1B are process diagrams for explaining a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer, in which (a) is a method according to the present invention, and FIG. 2 (b) is a conventional method. The main differences between the method of manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer of the present invention and the conventional method of manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer will be described with reference to FIG. 本発明の他の実施形態にかかる炭化珪素エピタキシャルウェハを模式的に示した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a silicon carbide epitaxial wafer according to another embodiment of the present invention.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本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料、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、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following explanation, characteristic parts of the present invention may be shown enlarged for convenience in order to make it easier to understand, and the dimensional ratio of each component may differ from the actual one. be. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and can be implemented with appropriate changes within the scope of achieving the effects of the present invention.

(炭化珪素エピタキシャルウェハ)
図4は、本発明の一実施形態にかかる炭化珪素エピタキシャルウェハ10を模式的に示した断面図である。
炭化珪素エピタキシャルウェハ10は、炭化珪素基板1と、炭化珪素基板1の第1主面1Aに設けられ、100μm以上の膜厚を有する炭化珪素層2と、を備える炭化珪素エピタキシャルウェハであって、炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量が-20μm以上、20μm以下である。
<反り量の定義>
炭化珪素エピタキシャルウェハの「反り量」とは、炭化珪素エピタキシャルウェハを平面Sに載置したときの、炭化珪素エピタキシャルウェハの主面(平面Sに対向しない側の面)において平面Sに対して最も高い位置と最も低い位置との間の高さの差である。ここで、反り量の正負は、図1(a)を参照して、炭化珪素エピタキシャルウェハの主面が下に凸の場合(炭化珪素エピタキシャルウェハの中心位置が外周位置よりも平面Sに対して低く位置する場合)をマイナスとし、図1(b)を参照して、上方に凸の場合(炭化珪素エピタキシャルウェハの中心位置が外周位置よりも平面Sに対して高く位置する場合)をプラスとする。
以下、図1を参照して、本明細書において用いる「反り量」のプラス、マイナスは、炭化珪素エピタキシャル層の成長面側に凸状に反った場合(図1(b)に相当)にプラスとし、成長面と反対側の面側に凸状に反った場合(換言すると、成長面を上として見たときに凹状に反った場合。図1(a)に相当)にマイナスとすることとする。また、プラス、マイナスのそれぞれにおいて、反り量の定義は、図1(a)、(b)で示した通りである。
なお、エピタキシャル層形成前の炭化珪素基板の場合では、エピを形成する側のエピ面とそれと対向する裏面が定義できるため、エピ面を上側、裏側を下側として同様に「反り量」が定義される。
(Silicon carbide epitaxial wafer)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a silicon carbide epitaxial wafer 10 according to an embodiment of the present invention.
Silicon carbide epitaxial wafer 10 is a silicon carbide epitaxial wafer comprising silicon carbide substrate 1 and silicon carbide layer 2 provided on first main surface 1A of silicon carbide substrate 1 and having a film thickness of 100 μm or more, The amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer is -20 μm or more and 20 μm or less.
<Definition of warp amount>
The "amount of warpage" of a silicon carbide epitaxial wafer is the maximum amount of warpage with respect to the plane S on the main surface (the surface not facing the plane S) of the silicon carbide epitaxial wafer when the silicon carbide epitaxial wafer is placed on the plane S. It is the height difference between the highest position and the lowest position. Here, the sign of the amount of warpage is determined by referring to FIG. Referring to FIG. 1(b), if it is convex upward (the center position of the silicon carbide epitaxial wafer is located higher than the outer circumferential position with respect to the plane S), it is considered a positive value. do.
Hereinafter, with reference to FIG. 1, "plus" and "minus" of "amount of warpage" used in this specification mean "plus" and "minus" when the silicon carbide epitaxial layer is warped in a convex manner toward the growth surface side (corresponding to FIG. 1(b)). If the curve is convex toward the side opposite to the growth surface (in other words, if the curve is concave when viewed with the growth surface facing upward; this corresponds to Fig. 1(a)), it will be given a negative value. do. Further, the definition of the amount of warpage in each of the plus and minus directions is as shown in FIGS. 1(a) and 1(b).
In the case of a silicon carbide substrate before epitaxial layer formation, the epitaxial surface on which the epitaxial layer is formed and the back surface facing it can be defined, so the "amount of warpage" can be similarly defined with the epitaxial surface as the upper side and the back side as the lower side. be done.

<炭化珪素基板>
炭化珪素(SiC)は多くの結晶多形を有するが、炭化珪素基板としてはこれらの結晶多形を有するものを用いることができる。実用的なSiCデバイスを作製するために通常用いられるのは4H-SiCであり、4H-SiC基板であることが好ましい。
また、炭化珪素基板としては、昇華法等で作製した炭化珪素バルク結晶から加工した炭化珪素単結晶基板を用いることができる。
従って、炭化珪素基板としては、4H-SiC単結晶基板が好ましい。
<Silicon carbide substrate>
Silicon carbide (SiC) has many crystal polymorphs, and silicon carbide substrates having these crystal polymorphs can be used. 4H-SiC is commonly used to fabricate practical SiC devices, and 4H-SiC substrates are preferred.
Further, as the silicon carbide substrate, a silicon carbide single crystal substrate processed from a silicon carbide bulk crystal produced by a sublimation method or the like can be used.
Therefore, a 4H-SiC single crystal substrate is preferable as the silicon carbide substrate.

炭化珪素基板のオフ角としてはいずれのオフ角のものも用いることもできるが、コスト削減の観点からはオフ角が小さいもの例えば、0°以上8°以下のものが好ましい。 Although any off-angle can be used as the off-angle of the silicon carbide substrate, from the viewpoint of cost reduction, a silicon carbide substrate having a small off-angle, for example, one having a small off-angle of 0° or more and 8° or less is preferable.

炭化珪素基板の厚さとしては特に限定するものではないが、例えば、200μm以上700μm以下であり、好ましくは300μm以上600μm以下とすることができる。
4度オフ基板としては350μmの厚みのものを用いることが多いが、500μm厚のものも市販されている。
The thickness of the silicon carbide substrate is not particularly limited, but may be, for example, 200 μm or more and 700 μm or less, preferably 300 μm or more and 600 μm or less.
A 4-degree off-board substrate with a thickness of 350 μm is often used, but one with a thickness of 500 μm is also commercially available.

炭化珪素基板の第1主面と対向する第2主面の表面粗さが5nm以上であることが好ましい。さらに、第2主面の表面粗さは20nm以上であると好ましい。
第2主面の表面粗さは、炭化珪素エピタキシャル層成長前の炭化珪素基板の第2主面(裏面)側への凸形状の反りの指標になるものであり、炭化珪素エピタキシャル層成長による膜厚の増大に伴う、第1主面(成長面)側への凸形状の反りへの補償の指標になるものである。最初に必要なエピタキシャル成長層の厚さを決めれば、図2からエピ層により発生する反り量が把握できるので、補償に必要な第2主面の表面粗さを図6から選択できるようになる。
後述する、炭化珪素エピタキシャル層成長前の水素加熱工程による炭化珪素基板として
の凹状の反り(第2主面側への凸状の反り)の回復を考慮すると(図5及び図6)、第2主面の表面粗さが5nm以上であれば、3インチのウェハで、水素加熱後でもウェハの反り量を、第2主面側への凸形状の反り量を10μm(-10μm)程度に維持できる。
図2によると、本発明のエピ成長前の裏面凸形状処理を行わない場合、3インチのウェハでは、エピ層の膜厚が100μmの炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量は22μm程度になるから、炭化珪素基板の第2主面の表面粗さが5nm以上にしておけば、炭化珪素エピタキシャルウェハ仕上がり後に炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量は-20μm以上、20μm以下となる。図6に基づくと、炭化珪素基板の第2主面の表面粗さが120nmのときに水素加熱工程後の炭化珪素基板の反り量は-42μm程度であるから、第2主面の表面粗さが120nmのときにも炭化珪素エピタキシャルウェハ仕上がり後に炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量は-20μm以上、20μm以下となる。
また、図6に基づくと、第2主面の表面粗さが20nm程度であると水素加熱工程後の炭化珪素基板の反り量は-20μm程度であるから、炭化珪素エピタキシャルウェハ仕上がり後に炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量はゼロに近くなる。すなわち第2主面の表面粗さは20nm以上であると、100μm以上のエピ層を持つ炭化珪素エピタキシャルウェハとしてさらに好ましい。後述するようにウェハを大型化した場合には3インチの事例よりも反り量は拡大するので、精度の高い反り量の制御に好適である。
なお、特許文献1の方法は、裏面のダメージ層を除去して裏面の表面粗さ(Ra)を低くするものであるから、本発明の方法とは真逆の方法である。
It is preferable that the surface roughness of the second main surface facing the first main surface of the silicon carbide substrate is 5 nm or more. Furthermore, the surface roughness of the second main surface is preferably 20 nm or more.
The surface roughness of the second main surface is an index of warpage of the convex shape toward the second main surface (back surface) side of the silicon carbide substrate before the silicon carbide epitaxial layer is grown. This serves as an index for compensating for warpage of the convex shape toward the first principal surface (growth surface) as the thickness increases. If the required thickness of the epitaxial growth layer is determined first, the amount of warpage caused by the epitaxial layer can be determined from FIG. 2, so that the surface roughness of the second principal surface required for compensation can be selected from FIG. 6.
Considering the recovery of concave warpage (convex warpage toward the second main surface side) as a silicon carbide substrate due to the hydrogen heating step before silicon carbide epitaxial layer growth, which will be described later (FIGS. 5 and 6), the second If the surface roughness of the main surface is 5 nm or more, the amount of warpage of the wafer can be maintained at around 10 μm (-10 μm) even after hydrogen heating with a 3-inch wafer. can.
According to FIG. 2, if the back surface convex shape treatment before epitaxial growth of the present invention is not performed, in a 3-inch wafer, the amount of warpage of a silicon carbide epitaxial wafer with an epitaxial layer thickness of 100 μm will be approximately 22 μm. If the surface roughness of the second main surface of the silicon substrate is set to 5 nm or more, the amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer after completion of the silicon carbide epitaxial wafer will be -20 μm or more and 20 μm or less. Based on FIG. 6, when the surface roughness of the second main surface of the silicon carbide substrate is 120 nm, the amount of warpage of the silicon carbide substrate after the hydrogen heating process is about -42 μm. Even when the thickness of the silicon carbide epitaxial wafer is 120 nm, the amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer after completion of the silicon carbide epitaxial wafer is −20 μm or more and 20 μm or less.
Furthermore, based on FIG. 6, when the surface roughness of the second main surface is about 20 nm, the amount of warpage of the silicon carbide substrate after the hydrogen heating process is about -20 μm. The amount of warpage of the wafer becomes close to zero. That is, it is more preferable that the surface roughness of the second main surface is 20 nm or more for a silicon carbide epitaxial wafer having an epitaxial layer of 100 μm or more. As will be described later, when the wafer is enlarged, the amount of warpage increases compared to the case of 3 inches, so this is suitable for highly accurate control of the amount of warpage.
Note that the method of Patent Document 1 is a method that is the exact opposite of the method of the present invention because the damaged layer on the back surface is removed to lower the surface roughness (Ra) of the back surface.

<炭化珪素層>
炭化珪素層としては、炭化珪素エピタキシャル層であることが好ましい。
炭化珪素層の膜厚は100μm以上であり、いわゆる厚膜と言われる厚さである。高耐圧のパワーデバイスに適した炭化珪素エピタキシャルウェハとするためである。
このエピ膜の最適な膜厚はデバイスの耐電圧の設計仕様に応じて決まり、超高耐電圧のデバイスについては150μm、200μm、250μm程度が必要となる。
上限を例示すれば、エピタキシャル成長の難しさの観点で500μm程度が挙げられる。
<Silicon carbide layer>
The silicon carbide layer is preferably a silicon carbide epitaxial layer.
The thickness of the silicon carbide layer is 100 μm or more, which is a so-called thick film. This is to provide a silicon carbide epitaxial wafer suitable for high voltage power devices.
The optimum thickness of this epitaxial film is determined according to the design specifications of the device's withstand voltage, and for ultra-high voltage devices, approximately 150 μm, 200 μm, or 250 μm is required.
An example of an upper limit is about 500 μm from the viewpoint of difficulty in epitaxial growth.

炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量は、-20μm以上、20μm以下である。
本発明において、炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量を低減する方法は、炭化珪素基板上にエピタキシャル層を成長する前に、炭化珪素基板の成長面ではない方の面(第2主面)を凸形状にしておくことがポイントである。これにより、エピタキシャル層成長後(炭化珪素エピタキシャルウェハの完成時)の、炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量を低減するというものである。
なお、本明細書において、第1主面(エピ層成長面)側を「上側」、第1主面に対向する側の第2主面側を「下側」ということがある。また、炭化珪素エピタキシャル層と炭化珪素基板とからなるウェハ全体として、第1主面側(上側)が凸形状の場合を「ウェハ全体として凸形状」、一方、第2主面側(下側)が凸形状の場合を「ウェハ全体として凹形状」ということがある。
すなわち、炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を成長していくと、炭化珪素エピタキシャル層と炭化珪素基板とからなるウェハは、第1主面側が凸形状に反りが大きくなっていく。そこで、炭化珪素エピタキシャル層成長前の基板をあらかじめ第2主面側に凸形状にしておくことによって、エピタキシャル層成長後(炭化珪素エピタキシャルウェハの完成時)の、炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量を低減する。
炭化珪素エピタキシャル層成長前の炭化珪素基板を第2主面(裏面)側に凸形状にする手段として、トワイマン効果を利用する。トワイマン効果とは、基板の両面にある応力(残留応力)に差があるとき、両面の応力のバランスを補おうとする力が働き、反りが発生する効果をいう。すなわち、炭化珪素基板の第2主面の表面粗さを大きくしておくと、トワイマン効果により、炭化珪素基板は、第2主面(裏面)側に凸形状に反る(図8(a)の(ii)参照)。
この第2主面(裏面)側に凸形状に反った炭化珪素基板の第1主面(おもて面、成長面)上に炭化珪素エピタキシャル層が成長していくと、炭化珪素エピタキシャル層と炭化珪素基板とからなるウェハは、膜厚が厚くなるに従って、ウェハ全体として凹形状の反り量は低減していく。膜厚が所定の厚さになると、反り量はゼロになり、さらに膜厚が厚くなっていくと、ウェハ全体として凸状の反りになってく。
炭化珪素エピタキシャルウェハの完成時にウェハ全体として反り量がゼロ前後になるように、炭化珪素エピタキシャル層成長前の炭化珪素基板の第2主面側への凸形状の反り量になるように、第2主面の表面粗さ増大の加工処理を行っておけば、炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量を-20μm以上、20μm以下とすることができる。
The amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer is −20 μm or more and 20 μm or less.
In the present invention, the method for reducing the amount of warpage of a silicon carbide epitaxial wafer is to form a convex surface (second principal surface) of the silicon carbide substrate that is not the growth surface before growing an epitaxial layer on the silicon carbide substrate. The key is to keep it that way. This reduces the amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer after epitaxial layer growth (when the silicon carbide epitaxial wafer is completed).
Note that in this specification, the first main surface (epitlayer growth surface) side may be referred to as the "upper side" and the side of the second main surface opposite to the first main surface may be referred to as the "lower side." In addition, when the entire wafer consisting of a silicon carbide epitaxial layer and a silicon carbide substrate has a convex shape on the first main surface side (upper side), the "wafer as a whole has a convex shape", while on the other hand, the second main surface side (lower side) When the wafer has a convex shape, it is sometimes referred to as "the wafer as a whole has a concave shape."
That is, as the silicon carbide epitaxial layer is grown on the silicon carbide substrate, the wafer made of the silicon carbide epitaxial layer and the silicon carbide substrate becomes increasingly warped in a convex shape on the first main surface side. Therefore, by making the substrate before silicon carbide epitaxial layer growth into a convex shape on the second main surface side, the amount of warping of the silicon carbide epitaxial wafer after epitaxial layer growth (when the silicon carbide epitaxial wafer is completed) can be reduced. do.
The Twyman effect is used as a means to make the silicon carbide substrate, before the silicon carbide epitaxial layer is grown, convex on the second main surface (back surface) side. The Twyman effect refers to the effect that when there is a difference in stress (residual stress) on both sides of a substrate, a force acts to compensate for the balance of stress on both sides, causing warpage. That is, if the surface roughness of the second main surface of the silicon carbide substrate is increased, the silicon carbide substrate will warp in a convex shape toward the second main surface (back surface) due to the Twyman effect (see FIG. 8(a)). (see (ii)).
As the silicon carbide epitaxial layer grows on the first main surface (front surface, growth surface) of the silicon carbide substrate that is curved in a convex shape toward the second main surface (back surface), the silicon carbide epitaxial layer In a wafer made of a silicon carbide substrate, as the film thickness increases, the amount of concave warpage of the wafer as a whole decreases. When the film thickness reaches a predetermined thickness, the amount of warpage becomes zero, and as the film thickness becomes even thicker, the wafer as a whole becomes warped in a convex shape.
When the silicon carbide epitaxial wafer is completed, the amount of warpage of the entire wafer is approximately zero, and the amount of warpage of the silicon carbide substrate before the growth of the silicon carbide epitaxial layer is in a convex shape toward the second main surface side. If processing is performed to increase the surface roughness of the main surface, the amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer can be set to -20 μm or more and 20 μm or less.

以下、炭化珪素基板の第2主面(裏面)の表面粗さと、ウェハの反り量との関係について説明する。ところで、エピタキシャル成長に際しては、成長開始前に、炭化珪素基板表面の清浄化のために水素雰囲気中で加熱処理を行うことが一般的である。この際に炭化珪素基板の温度が上昇するため、水素雰囲気での加熱後の反り量が重要である。
そこで、水素加熱工程前後の炭化珪素エピタキシャルウェハの第2主面(裏面)の表面粗さと反り量との関係をそれぞれ、図5、図6に示す。図5は水素加熱工程前のもの、図6は水素加熱工程後のものである。横軸は、第2主面(裏面)の表面粗さであり、縦軸は、反り量である。
Hereinafter, the relationship between the surface roughness of the second main surface (back surface) of the silicon carbide substrate and the amount of warpage of the wafer will be explained. By the way, during epitaxial growth, it is common to perform heat treatment in a hydrogen atmosphere to clean the surface of the silicon carbide substrate before the start of growth. At this time, the temperature of the silicon carbide substrate increases, so the amount of warpage after heating in a hydrogen atmosphere is important.
Therefore, the relationship between the surface roughness of the second main surface (back surface) of the silicon carbide epitaxial wafer before and after the hydrogen heating step and the amount of warpage is shown in FIGS. 5 and 6, respectively. FIG. 5 shows the result before the hydrogen heating process, and FIG. 6 shows the result after the hydrogen heating process. The horizontal axis is the surface roughness of the second main surface (back surface), and the vertical axis is the amount of warpage.

図5及び図6は、外径3インチ、厚さ350μm、オフ角4度の4H-SiC単結晶基板を用い、(000-1)C面側を第2主面(裏面)として加工して表面粗さを大きくして行った結果である。
図5と図6とを比較すると、水素加熱工程により、炭化珪素基板としての凹状の反り(第2主面側への凸状の反り)は回復してしまうが、第2主面の表面粗さを大きくすることにより、凹状の反りを大きくすることが可能である。
これらの結果から、炭化珪素エピタキシャルウェハの反りを20μm以下に抑えるためには、成長するエピタキシャル成長層の厚さから反りの増大値を想定し、炭化珪素基板の第2主面の表面粗さを適宜調整すればよいことがわかる。
Figures 5 and 6 show a 4H-SiC single crystal substrate with an outer diameter of 3 inches, a thickness of 350 μm, and an off angle of 4 degrees, processed with the (000-1) C plane side as the second principal surface (back surface). This is the result of increasing the surface roughness.
Comparing FIG. 5 and FIG. 6, the hydrogen heating process recovers the concave warpage (convex warpage toward the second main surface) of the silicon carbide substrate, but the surface roughness of the second main surface recovers. By increasing the thickness, it is possible to increase the concave warpage.
From these results, in order to suppress the warpage of silicon carbide epitaxial wafers to 20 μm or less, the increase in warpage is assumed based on the thickness of the growing epitaxial growth layer, and the surface roughness of the second main surface of the silicon carbide substrate is adjusted appropriately. I know what I need to adjust.

炭化珪素エピタキシャル層は、Si面及びC面のいずれに形成することもできるが、Si面に形成するのが好ましい。 Although the silicon carbide epitaxial layer can be formed on either the Si plane or the C plane, it is preferably formed on the Si plane.

炭化珪素基板と炭化珪素層の合計厚さ(すなわち、炭化珪素エピタキシャルウェハの厚さ)は450μm以上とすることができる。
例えば、炭化珪素基板の厚さが350μmでかつ炭化珪素層の厚さが100μmの場合が相当する。
The total thickness of the silicon carbide substrate and the silicon carbide layer (that is, the thickness of the silicon carbide epitaxial wafer) can be 450 μm or more.
For example, this corresponds to a case where the thickness of the silicon carbide substrate is 350 μm and the thickness of the silicon carbide layer is 100 μm.

炭化珪素基板と炭化珪素層の合計厚さ(すなわち、炭化珪素エピタキシャルウェハの厚さ)は600μm以上とすることができる。
例えば、炭化珪素基板の厚さが350μmでかつ炭化珪素層の厚さが250μmの場合が相当する。
The total thickness of the silicon carbide substrate and the silicon carbide layer (that is, the thickness of the silicon carbide epitaxial wafer) can be 600 μm or more.
For example, this corresponds to a case where the thickness of the silicon carbide substrate is 350 μm and the thickness of the silicon carbide layer is 250 μm.

炭化珪素基板の外径は75mm以上とすることができる。
図7に、炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量と、ウェハの外径との関係を示す。
図7は、外径3インチ(75mm)の基板に240μm厚のエピ層を形成した炭化珪素エピタキシャルウェハについて得られた反り量について、その反りの曲率半径が約24.2mであったことから、この曲率半径に基づいて、ウェハの外径100μm、150μm、200μmのときの反り量を計算した結果である。ウェハ外径が大きくなるほど実効的な反り量は拡大する。逆に、本願発明の反り補正の効果は、ウェハ外径が大型化するほど顕著となる。現在では6インチのSiC製造ラインが稼働しはじめており、大型のウェハの製造プロセスにおいて厚膜の炭化珪素エピタキシャルウェハを利用する場合には本願発明が非常に効果的である。
The outer diameter of the silicon carbide substrate can be 75 mm or more.
FIG. 7 shows the relationship between the amount of warpage of a silicon carbide epitaxial wafer and the outer diameter of the wafer.
FIG. 7 shows the amount of warpage obtained for a silicon carbide epitaxial wafer in which a 240 μm thick epitaxial layer was formed on a substrate with an outer diameter of 3 inches (75 mm), since the radius of curvature of the warp was approximately 24.2 m. This is the result of calculating the amount of warpage when the outer diameter of the wafer is 100 μm, 150 μm, and 200 μm based on this radius of curvature. As the outer diameter of the wafer increases, the effective amount of warpage increases. Conversely, the effect of warpage correction according to the present invention becomes more pronounced as the outer diameter of the wafer increases. At present, a 6-inch SiC manufacturing line has begun to operate, and the present invention is very effective when using thick-film silicon carbide epitaxial wafers in the manufacturing process of large wafers.

<炭化珪素エピタキシャルウェハの反りとドーピングとの関係>
炭化珪素エピタキシャルウェハに反りが生ずる原因は、主に形成する炭化珪素層が厚いことである。更に反りを大きくするメカニズムとしては、炭化珪素基板及び炭化珪素層へのドーピングよって生ずる格子定数の差が考えられる。
炭化珪素半導体をn型にするためにはドナーとして主に窒素(N)が使用されるが、窒素は炭化珪素の格子定数を小さくする方向に働くことが知られている。また炭化珪素半導体をp型にするためにはアクセプタとして主にホウ素(B)又はアルミニウム(Al)が使用される。ここで、ホウ素は炭化珪素の格子定数を小さくする方向に働くのに対して、アルミニウムは炭化珪素の格子定数を大きくする方向に働くことが知られている。したがって、炭化珪素基板1上に厚い炭化珪素層2を成長した場合にエピ層成長面側が凸状に反りを起こしやすくなる状況は、下記のような場合が考えられる。
(1)炭化珪素基板1に格子定数を小さくするドーパントが高濃度にドープされ、炭化珪素層2にノンドープ又は低濃度のドーピングがなされた場合。炭化珪素基板1がn型の場合には、窒素単独ドープ、又は窒素及び窒素に対して1/5以下の濃度のホウ素又はアルミニウムを添加したコドープが考えられる。また炭化珪素基板1がp型の場合にはホウ素単独ドープ、又はホウ素及びホウ素に対して1/5以下の濃度の窒素を添加したコドープが考えられる。炭化珪素基板1へのドーピング濃度は典型的には1×1018cm-3以上、更に5×1018cm-3以上、更に1×1019cm-3以上とされる。炭化珪素層2のドーピング濃度は典型的には炭化珪素基板の1/1000以下、更には1/5000以下、更には1/10000以下とされる。すなわち炭化珪素層2はノンドープ又は低濃度のドーピングのため格子定数はほとんど変化しない。したがって炭化珪素層2へのドーパントは、低濃度であるため、窒素、ホウ素、アルミニウムのいずれか一つ又はそれらの組合せであって良い。これにより、炭化珪素層2の格子定数が炭化珪素基板1よりも相対的に大きくなる。
<Relationship between warpage of silicon carbide epitaxial wafer and doping>
The main cause of warpage in silicon carbide epitaxial wafers is that the formed silicon carbide layer is thick. A possible mechanism for further increasing the warpage is a difference in lattice constant caused by doping to the silicon carbide substrate and silicon carbide layer.
Nitrogen (N) is mainly used as a donor to make a silicon carbide semiconductor n-type, but it is known that nitrogen acts in the direction of decreasing the lattice constant of silicon carbide. Further, in order to make a silicon carbide semiconductor p-type, boron (B) or aluminum (Al) is mainly used as an acceptor. Here, it is known that boron works in the direction of decreasing the lattice constant of silicon carbide, whereas aluminum works in the direction of increasing the lattice constant of silicon carbide. Therefore, when a thick silicon carbide layer 2 is grown on a silicon carbide substrate 1, the epitaxial layer growth side tends to warp in a convex shape in the following cases.
(1) When silicon carbide substrate 1 is heavily doped with a dopant that reduces the lattice constant, and silicon carbide layer 2 is non-doped or lightly doped. When silicon carbide substrate 1 is n-type, doping with nitrogen alone, or co-doping with nitrogen and boron or aluminum added at a concentration of 1/5 or less to nitrogen may be considered. When silicon carbide substrate 1 is p-type, doping with boron alone or co-doping with boron and nitrogen at a concentration of ⅕ or less of boron can be considered. The doping concentration of silicon carbide substrate 1 is typically 1×10 18 cm −3 or higher, further 5×10 18 cm −3 or higher, and further 1×10 19 cm −3 or higher. The doping concentration of silicon carbide layer 2 is typically 1/1000 or less, further 1/5000 or less, further 1/10000 or less of the silicon carbide substrate. That is, since silicon carbide layer 2 is non-doped or lightly doped, the lattice constant hardly changes. Therefore, since the dopant in silicon carbide layer 2 is at a low concentration, it may be any one of nitrogen, boron, and aluminum, or a combination thereof. Thereby, the lattice constant of silicon carbide layer 2 becomes relatively larger than that of silicon carbide substrate 1.

(2)炭化珪素基板1にノンドープ又は炭化珪素層よりも低濃度のドーピングがなされ、炭化珪素層2に格子定数を大きくする高濃度のアルミニウムがドーピングされた場合。炭化珪素基板1のドーピング濃度は典型的には炭化珪素層の1/1000以下、更には1/5000以下、更には1/10000以下とされる。炭化珪素基板1はノンドープ又は低濃度のドーピングのため格子定数はほとんど変化しない。この時、炭化珪素基板1へのドーパントは、低濃度であるため窒素、ホウ素、アルミニウムのいずれか一つ又はそれらの組合せであって良い。炭化珪素層2へのアルミニウムドーピング濃度は典型的には1×1018cm-3以上、更に5×1018cm-3以上、更に1×1019cm-3以上とされる。炭化珪素層2には、アルミニウムに対して1/5以下の濃度の窒素を添加したコドープが考えられる。これにより、炭化珪素層2の格子定数が炭化珪素基板1よりも相対的に大きくなる。
(3)上記の(1)(2)をまとめると、炭化珪素層2の格子定数が炭化珪素基板1の格子定数よりも相対的に大きくなるように炭化珪素基板1及び炭化珪素層2にドナー又はアクセプタのいずれか一つ又はその両方がドーピングされ、炭化珪素基板1及び炭化珪素層2のドーピング濃度差が1000倍以上、更には5000倍以上、更には10000倍以上異なるような場合が考えられる。
厚膜の炭化珪素エピタキシャルウェハが必要になる応用は、IGBT、高耐圧MOSFET、及びPINダイオードが現時点では認識されている。IGBTでは、例えばp型基板(ホウ素ドープ又はホウ素+窒素コドープ、ドーピング濃度2×1019cm-3以上)の上にn型エピタキシャル層(窒素ドープ、ドーピング濃度2×1014cm-3以下)を形成した炭化珪素エピタキシャルウェハが使用される。高耐圧MOSFETやPINダイオードでは、例えばn型基板(窒素ドープ、ドーピング濃度5×1018cm-3以上)の上にn型エピタキシャル層(窒素ドープ、不純物濃度5×1014cm-3以下)を形成した炭化珪素エピタキシャルウェハが使用される。この時n型基板には窒素とアクセプタ(ホウ素又はアルミニウム)を両方ドープしたコドープ基板を使用しても良い。なおコドープのn型基板の場合には、窒素濃度はアクセプタよりも5倍程度多くされる。これらの応用は上記の(1)(3)の場合に該当し、本件発明が典型的に適用される。
(2) When silicon carbide substrate 1 is undoped or doped at a lower concentration than the silicon carbide layer, and silicon carbide layer 2 is doped with aluminum at a high concentration to increase the lattice constant. The doping concentration of silicon carbide substrate 1 is typically 1/1000 or less, further 1/5000 or less, and even 1/10000 or less of the silicon carbide layer. Since silicon carbide substrate 1 is non-doped or lightly doped, the lattice constant hardly changes. At this time, the dopant to silicon carbide substrate 1 may be any one of nitrogen, boron, and aluminum, or a combination thereof, since the dopant is at a low concentration. The aluminum doping concentration in silicon carbide layer 2 is typically 1×10 18 cm −3 or higher, further 5×10 18 cm −3 or higher, and further 1×10 19 cm −3 or higher. Silicon carbide layer 2 may be co-doped with nitrogen added at a concentration of 1/5 or less of aluminum. Thereby, the lattice constant of silicon carbide layer 2 becomes relatively larger than that of silicon carbide substrate 1.
(3) To summarize (1) and (2) above, donors are added to silicon carbide substrate 1 and silicon carbide layer 2 so that the lattice constant of silicon carbide layer 2 is relatively larger than that of silicon carbide substrate 1. Alternatively, one or both of the acceptors may be doped, and the doping concentration difference between silicon carbide substrate 1 and silicon carbide layer 2 may be 1000 times or more, further 5000 times or more, or even 10000 times or more different. .
Applications that require thick silicon carbide epitaxial wafers are currently recognized as IGBTs, high voltage MOSFETs, and PIN diodes. In an IGBT, for example, an n-type epitaxial layer (doped with nitrogen, doping concentration 2×10 14 cm −3 or less) is formed on a p-type substrate (doped with boron or co-doped with boron + nitrogen, doping concentration 2×10 19 cm −3 or more). The formed silicon carbide epitaxial wafer is used. For high-voltage MOSFETs and PIN diodes, for example, an n-type epitaxial layer (nitrogen doped, impurity concentration 5×10 14 cm -3 or less) is formed on an n-type substrate (nitrogen doped, doping concentration 5×10 18 cm -3 or more). The formed silicon carbide epitaxial wafer is used. At this time, a co-doped substrate doped with both nitrogen and an acceptor (boron or aluminum) may be used as the n-type substrate. Note that in the case of a co-doped n-type substrate, the nitrogen concentration is about 5 times higher than that of the acceptor. These applications correspond to cases (1) and (3) above, and the present invention is typically applied.

(炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法)
本発明の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法は、第1主面とそれに対向する第2主面を持つ炭化珪素基板を準備して、前記第1主面を上として前記炭化珪素基板の第2主面側が凸形状となるよう前記炭化珪素基板を加工する工程と、前記炭化珪素基板の前記第1主面に、炭化珪素層をエピタキシャル結晶成長する工程と、を有する。
(Method for manufacturing silicon carbide epitaxial wafer)
The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer of the present invention includes preparing a silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite thereto, and placing the second main surface of the silicon carbide substrate with the first main surface facing upward. The method includes processing the silicon carbide substrate so that the surface side has a convex shape, and epitaxially growing a silicon carbide layer on the first main surface of the silicon carbide substrate.

図8を用いて、本発明の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法について、従来の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法との主な相違点について説明する。 The main differences between the method of manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer of the present invention and the conventional method of manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer will be described with reference to FIG.

図8(b)は、従来の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法について説明するための断面模式図であり、 (i)基板を準備する段階と、(ii) 基板上にエピタキシャル成長を行う段階と、を有する。図8(a)に示す通り、本発明の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法では、(i)基板を準備する段階と、 (iii)基板上にエピタキシャル成長を行う段階との間に、 (ii)基板を下側凸形状に加工する段階を有する。 FIG. 8(b) is a schematic cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer, showing the steps of (i) preparing a substrate and (ii) performing epitaxial growth on the substrate. have As shown in FIG. 8(a), in the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer of the present invention, between (i) the step of preparing the substrate and (iii) the step of performing epitaxial growth on the substrate, (ii) the substrate There is a step of machining the lower side into a convex shape.

炭化珪素基板の第2主面側が凸形状となるに加工する方法としては、第2主面(裏面)の表面粗さを大きくして、トワイマン効果を利用して、第2主面側(下側)が凸形状とする。
第2主面(裏面)の表面粗さを大きくする方法としては、公知の方法を用いることができ、例示すれば、研削、研磨などが挙げられる。研磨加工又は研削加工のいずれかを用いても良いし、研磨加工と研削加工を併用しても良い。
A method of processing a silicon carbide substrate so that the second main surface side has a convex shape is to increase the surface roughness of the second main surface (back surface) and use the Twyman effect to form a convex shape on the second main surface side (bottom surface). side) has a convex shape.
As a method for increasing the surface roughness of the second main surface (back surface), a known method can be used, and examples thereof include grinding, polishing, and the like. Either polishing or grinding may be used, or polishing and grinding may be used together.

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail by showing Examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
<炭化珪素基板の準備、加工>
(0001)Si面を<11-20>方向へ4度傾斜させた外径75mmの4Hの結晶構造を有する炭化珪素基板を用意した。この炭化珪素基板の(000-1)C面側の面は、表面粗さを122nmとする研削工程を行った。この研削工程では市販の研削装置を用いて、砥粒径70~80μmの#230ダイヤモンドホイールを使用したインフィード研削を行った。この時利用した炭化珪素基板は窒素ドープのn型基板であり、窒素濃度の仕様値は、5~8×1018cm-3であった。
<水素加熱工程>
その炭化珪素基板を化学気相成長装置の反応炉内に水素ガスを30slmの流量で導入した状態で、反応炉内の圧力を2.7kPaに保持し、高周波誘導加熱部による加熱により、前記炭化珪素基板を1590℃まで加熱した。この状態での加熱を30分間行った。
<エピタキシャル成長層形成工程>
次いで、反応炉内に対して、シランを54sccm、プロパンを21sccm、窒素を8sccmの各流量で導入し、前記炭化珪素基板の(0001)Si面上にn型キャリア濃度2×1014cm-3のエピタキシャル成長層を厚み240μmで形成した。
以上の手順により、実施例1に係る炭化珪素エピタキシャルウェハを製造した。
(Example 1)
<Preparation and processing of silicon carbide substrate>
A silicon carbide substrate having an outer diameter of 75 mm and having a 4H crystal structure with a (0001) Si plane inclined at 4 degrees in the <11-20> direction was prepared. The (000-1) C-plane side of this silicon carbide substrate was subjected to a grinding process to give a surface roughness of 122 nm. In this grinding process, infeed grinding was performed using a #230 diamond wheel with an abrasive grain diameter of 70 to 80 μm using a commercially available grinding device. The silicon carbide substrate used at this time was a nitrogen-doped n-type substrate, and the specified nitrogen concentration was 5 to 8×10 18 cm −3 .
<Hydrogen heating process>
With the silicon carbide substrate introduced into the reactor of the chemical vapor deposition apparatus at a flow rate of 30 slm, the pressure inside the reactor was maintained at 2.7 kPa, and the silicon carbide substrate was heated by a high-frequency induction heating section. The silicon substrate was heated to 1590°C. Heating in this state was performed for 30 minutes.
<Epitaxial growth layer formation process>
Next, silane was introduced into the reactor at a flow rate of 54 sccm, propane was introduced at a flow rate of 21 sccm, and nitrogen was introduced at a flow rate of 8 sccm to give an n-type carrier concentration of 2×10 14 cm −3 on the (0001) Si plane of the silicon carbide substrate. An epitaxially grown layer of 240 μm in thickness was formed.
According to the above procedure, a silicon carbide epitaxial wafer according to Example 1 was manufactured.

(比較例1)
実施例1の炭化珪素基板の(000-1)C面側の面に研削工程を行わず、表面粗さは0.1nmであること以外は同様にして、比較例1に係る炭化珪素エピタキシャルウェハを製造した。
(Comparative example 1)
A silicon carbide epitaxial wafer according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the (000-1) C-plane side surface of the silicon carbide substrate was not subjected to the grinding process and the surface roughness was 0.1 nm. was manufactured.

(実施例2)
実施例1の炭化珪素基板の(000-1)C側の面に表面粗さを59nmとする研削工程を行ったこと、およびエピタキシャル成長層厚さを200μmとしたこと以外は同様にして、実施例2に係る炭化珪素エピタキシャルウェハを製造した。なお、この時の研削工程では砥粒径30~40μmの#400ダイヤモンドホイールを使用した。
(Example 2)
Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the (000-1)C side surface of the silicon carbide substrate was subjected to a grinding process to give a surface roughness of 59 nm, and the epitaxial growth layer thickness was 200 μm. A silicon carbide epitaxial wafer according to Example 2 was manufactured. In this grinding process, a #400 diamond wheel with abrasive grain diameter of 30 to 40 μm was used.

(比較例2)
また、実施例2の炭化珪素基板の(000-1)C面側の面に研削工程を行わず、表面粗さは0.1nmであること以外は同様にして、比較例2に係る炭化珪素エピタキシャルウェハを製造した。
(Comparative example 2)
In addition, the silicon carbide according to Comparative Example 2 was prepared in the same manner except that the (000-1) C-plane side surface of the silicon carbide substrate of Example 2 was not subjected to the grinding process and the surface roughness was 0.1 nm. Epitaxial wafers were manufactured.

<反り量の測定>
炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャルウェハの反り測定は、垂直入射干渉計を用いて、非吸着状態で評価を行った。(0001)Si面側を上にして、図1(b)に示すように凸形状のときの反りの値を+、図1(a)に示すように凹形状のときの反りの値を-と表記する。
炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャルウェハの反り測定の結果、下記表1に示す。
<Measurement of warp amount>
Warpage measurements of silicon carbide substrates and silicon carbide epitaxial wafers were performed in a non-adsorbed state using a normal incidence interferometer. (0001) With the Si side facing up, the warpage value for the convex shape as shown in Figure 1(b) is +, and the warpage value for the concave shape as shown in Figure 1(a) is -. It is written as.
The results of warpage measurements of silicon carbide substrates and silicon carbide epitaxial wafers are shown in Table 1 below.

Figure 0007426642000001
Figure 0007426642000001

この表1に示すように、炭化珪素基板の(000-1)C面側の面を研削し、エピタキシャル成長層形成前に、全体として凹状とすることにより、炭化珪素エピタキシャルウェハの反りを20μm以下とすることができた。
一方、炭化珪素基板の(000-1)C面側の面を研削していない場合は、炭化珪素エピタキシャルウェハの反りは20μm以上であった。
As shown in Table 1, by grinding the (000-1) C-plane side of the silicon carbide substrate and making it concave as a whole before forming the epitaxial growth layer, the warpage of the silicon carbide epitaxial wafer can be kept to 20 μm or less. We were able to.
On the other hand, when the (000-1) C-plane side of the silicon carbide substrate was not ground, the warpage of the silicon carbide epitaxial wafer was 20 μm or more.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
上述の発明の実施の形態においては、最も単純になるように炭化珪素基板上に単一層の炭化珪素層を積層した炭化珪素エピタキシャルウェハを例示した。しかし、現実の応用では、図9に示すように、炭化珪素基板1と厚い炭化珪素層2Aの間に薄い炭化珪素の中間層2Bが用いられることはよく行われる。図9に示す炭化珪素エピタキシャルウェハ10’は、炭化珪素基板1と、炭化珪素基板1の第1主面1Aに設けられ、100μm以上の膜厚を有する炭化珪素層2’と、を備える炭化珪素エピタキシャルウェハであって、炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量が-20μm以上、20μm以下であり、炭化珪素層2’は厚い炭化珪素層2A(例えば、後述する厚さ約150~350μmのドリフト層)と、薄い炭化珪素の中間層2B(例えば、後述する厚さ約1~10μmのコレクタ層、及び/又は、厚さ約0.5~2μmのフィールドストップ層)とからなる。厚い炭化珪素層2Aを有することが反りの原因であるので、薄い炭化珪素の中間層2Bが用いられても本願発明の課題は共通であり、実施の形態に基づく発明が好適に適用できる。
例えば、nチャンネルIGBTでは、p型炭化珪素基板に接して、コレクタ層(p型、ドーピング濃度約1×1018~1×1019cm-3、厚さ約1~10μm)、フィールドストップ層(n型、ドーピング濃度約1×1017~1×1018cm-3、厚さ約0.5~2μm)、厚いドリフト層(n型、ドーピング濃度約2×1014cm-3、厚さ約150~350μm)が順に形成されたエピタキシャルウェハが準備される。そして、そのドリフト層の表面に縦型MOSFET類似のゲートやエミッタが形成される。即ち、発明の実施の形態における炭化珪素層は、厚いドリフト層の他、そのドリフト層に対して十分薄い(例えば1/10以下となるような)中間層(コレクタ層やフィールドストップ層の多層膜)を含むものとして理解される。上述した「炭化珪素エピタキシャルウェハの反りとドーピングとの関係」は、炭化珪素基板上に直接又は中間層を介して設けられる最も厚い炭化珪素層のドーピング濃度と炭化珪素基板のドーピング濃度との間の関係として読み替えれば良い。中間層は薄いため、不純物のドーピング種や濃度は反りに対してほとんど影響しない。
また、PINダイオードや高耐圧MOSFETではn型炭化珪素基板上にバッファ層(n型、ドーピング濃度約1×1018cm-3、厚さ約0.5~1μm)を介して厚いドリフト層(n型、ドーピング濃度約5×1014cm-3、厚さ約100~300μm)が順に形成されたエピタキシャルウェハが準備される。そして、そのドリフト層の表面にダイオード構造やMOSFET構造が形成される。ここでも発明の実施の形態や実施例における炭化珪素層は、ドリフト層と中間層(バッファ層)の全体をさすものとして理解される。
以上、中間層は、上記に示したコレクタ層、フィールドストップ層、バッファ層に限定されずにデバイス構造の最適化のために用いられる単層又は複数層の炭化珪素からなる層である。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained based on the embodiments above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist thereof. Needless to say.
In the embodiments of the invention described above, a silicon carbide epitaxial wafer in which a single silicon carbide layer is laminated on a silicon carbide substrate is illustrated to be the simplest. However, in actual applications, as shown in FIG. 9, a thin silicon carbide intermediate layer 2B is often used between silicon carbide substrate 1 and thick silicon carbide layer 2A. A silicon carbide epitaxial wafer 10' shown in FIG. 9 includes a silicon carbide substrate 1 and a silicon carbide layer 2' provided on a first main surface 1A of the silicon carbide substrate 1 and having a thickness of 100 μm or more. The epitaxial wafer is a silicon carbide epitaxial wafer whose warp amount is -20 μm or more and 20 μm or less, and the silicon carbide layer 2' is a thick silicon carbide layer 2A (for example, a drift layer with a thickness of about 150 to 350 μm described later). , and a thin silicon carbide intermediate layer 2B (for example, a collector layer with a thickness of about 1 to 10 μm and/or a field stop layer with a thickness of about 0.5 to 2 μm, which will be described later). Since the warpage is caused by having the thick silicon carbide layer 2A, the problem of the present invention is the same even if the thin silicon carbide intermediate layer 2B is used, and the invention based on the embodiment can be suitably applied.
For example, in an n-channel IGBT, in contact with a p-type silicon carbide substrate, a collector layer (p-type, doping concentration of approximately 1×10 18 to 1×10 19 cm −3 , thickness of approximately 1 to 10 μm), a field stop layer ( n-type, doping concentration approximately 1×10 17 to 1×10 18 cm −3 , thickness approximately 0.5 to 2 μm), thick drift layer (n-type, doping concentration approximately 2×10 14 cm −3 , thickness approximately An epitaxial wafer having a thickness of 150 to 350 μm) formed thereon is prepared. Then, a gate and emitter similar to a vertical MOSFET are formed on the surface of the drift layer. That is, in addition to the thick drift layer, the silicon carbide layer in the embodiment of the invention includes an intermediate layer (a multilayer film such as a collector layer and a field stop layer) that is sufficiently thin (for example, 1/10 or less) of the drift layer. ) is understood to include. The above-mentioned "relationship between warpage of a silicon carbide epitaxial wafer and doping" refers to the relationship between the doping concentration of the thickest silicon carbide layer provided directly or via an intermediate layer on the silicon carbide substrate and the doping concentration of the silicon carbide substrate. It would be better to read it as a relationship. Since the intermediate layer is thin, the doping type and concentration of impurities have little effect on warpage.
In addition, in PIN diodes and high voltage MOSFETs , a thick drift layer (n An epitaxial wafer is prepared in which a doping concentration of about 5×10 14 cm −3 and a thickness of about 100 to 300 μm are sequentially formed. Then, a diode structure or a MOSFET structure is formed on the surface of the drift layer. Here again, the silicon carbide layer in the embodiments and examples of the invention is understood to refer to the entire drift layer and intermediate layer (buffer layer).
As described above, the intermediate layer is not limited to the collector layer, field stop layer, and buffer layer shown above, but is a single layer or multiple layers of silicon carbide used for optimizing the device structure.

(付記1)
炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の第1主面に設けられ100μm以上の膜厚を有する炭化珪素層と、を備える炭化珪素エピタキシャルウェハであって、
前記炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量が-20μm以上、20μm以下である、炭化珪素エピタキシャルウェハ。
(付記2)
前記炭化珪素層の格子定数が前記炭化珪素基板の格子定数よりも相対的に大きくなるように前記炭化珪素基板及び前記炭化珪素層にドナー又はアクセプタのいずれか一つ又はその両方がドーピングされ、前記炭化珪素基板と前記炭化珪素層との間のドーピング濃度差が1000倍以上である付記1に記載の炭化珪素エピタキシャルウェハ。
(付記3)
前記炭化珪素基板は、窒素の単独ドープ、ホウ素の単独ドープ、窒素を主体としてホウ素又はアルミニウムを窒素の1/5以下にドープ、又はホウ素を主体として窒素をホウ素の1/5以下にドープ、のいずれかによる第1不純物が添加され、
前記炭化珪素層は、ノンドープ、窒素の単独ドープ、ホウ素の単独ドープ、アルミニウムの単独ドープ、又は窒素、ホウ素、アルミニウムのうちの2つ又は3つの組合せドープ、のいずれかにによる第2不純物が添加され、
前記第1不純物の濃度は、前記第2不純物の濃度の1000倍以上である付記1又は2に記載の炭化珪素エピタキシャルウェハ。
(付記4)
前記炭化珪素層は、前記炭化珪素基板に接する中間層と前記中間層の上に形成されるドリフト層とを有し、前記中間層の厚さは前記ドリフト層の厚さの1/10以下である付記1~3のいずれか一つに記載の炭化珪素エピタキシャルウェハ。
(Additional note 1)
A silicon carbide epitaxial wafer comprising a silicon carbide substrate and a silicon carbide layer provided on a first main surface of the silicon carbide substrate and having a thickness of 100 μm or more,
A silicon carbide epitaxial wafer, wherein the amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer is −20 μm or more and 20 μm or less.
(Additional note 2)
The silicon carbide substrate and the silicon carbide layer are doped with one or both of a donor and an acceptor such that the lattice constant of the silicon carbide layer is relatively larger than the lattice constant of the silicon carbide substrate, and The silicon carbide epitaxial wafer according to Supplementary Note 1, wherein the doping concentration difference between the silicon carbide substrate and the silicon carbide layer is 1000 times or more.
(Additional note 3)
The silicon carbide substrate may be doped with nitrogen alone, doped with boron alone, doped with nitrogen as the main component and doped with boron or aluminum to 1/5 or less of the amount of nitrogen, or doped with boron as the main component with nitrogen as the amount of 1/5 or less of the boron amount. A first impurity is added by either;
The silicon carbide layer is doped with a second impurity, which is either non-doped, doped with nitrogen alone, doped with boron alone, doped with aluminum alone, or doped with a combination of two or three of nitrogen, boron, and aluminum. is,
The silicon carbide epitaxial wafer according to Supplementary Note 1 or 2, wherein the concentration of the first impurity is 1000 times or more the concentration of the second impurity.
(Additional note 4)
The silicon carbide layer has an intermediate layer in contact with the silicon carbide substrate and a drift layer formed on the intermediate layer, and the thickness of the intermediate layer is 1/10 or less of the thickness of the drift layer. A silicon carbide epitaxial wafer according to any one of Supplementary Notes 1 to 3.

1 炭化珪素基板
1A 第1主面
1B 第2主面
2 炭化珪素層
10 炭化珪素エピタキシャルウェハ
1 Silicon carbide substrate 1A First main surface 1B Second main surface 2 Silicon carbide layer 10 Silicon carbide epitaxial wafer

Claims (4)

炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の第1主面に設けられ100μm以上の膜厚を有する炭化珪素層と、を備える炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法であって、
前記第1主面とそれに対向する第2主面を持つ前記炭化珪素基板を準備して、前記炭化珪素基板の前記第2主面側が凸形状となるよう前記炭化珪素基板を加工する工程と、
前記炭化珪素基板の前記第1主面に、前記炭化珪素層をエピタキシャル結晶成長する工程と、を有し、
前記炭化珪素基板を加工する工程は、前記第2主面を研磨加工及び/又は研削加工する工程を含み、
前記炭化珪素エピタキシャルウェハの反り量が-20μm以上、20μm以下である、
炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法
A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer comprising a silicon carbide substrate and a silicon carbide layer provided on a first main surface of the silicon carbide substrate and having a thickness of 100 μm or more,
preparing the silicon carbide substrate having the first main surface and a second main surface opposite thereto, and processing the silicon carbide substrate so that the second main surface side of the silicon carbide substrate has a convex shape;
epitaxially growing the silicon carbide layer on the first main surface of the silicon carbide substrate,
The step of processing the silicon carbide substrate includes the step of polishing and/or grinding the second main surface,
The amount of warpage of the silicon carbide epitaxial wafer is -20 μm or more and 20 μm or less,
A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer.
前記炭化珪素基板は、ドーピング濃度5×1018cm-3以上の窒素を含み、
前記炭化珪素層のドーピング濃度は、前記炭化珪素基板のドーピング濃度の1/5000以下であ
前記炭化珪素基板が4H-SiCであり、
前記炭化珪素基板と前記炭化珪素層の合計厚さが450μm以上である、
請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法
The silicon carbide substrate contains nitrogen at a doping concentration of 5×10 18 cm −3 or more,
The doping concentration of the silicon carbide layer is 1/5000 or less of the doping concentration of the silicon carbide substrate,
The silicon carbide substrate is 4H-SiC,
The total thickness of the silicon carbide substrate and the silicon carbide layer is 450 μm or more,
The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer according to claim 1.
記炭化珪素基板と前記炭化珪素層の合計厚さが600μm以上である、請求項1又は2のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法 The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer according to claim 1 or 2, wherein the total thickness of the silicon carbide substrate and the silicon carbide layer is 600 μm or more. 前記炭化珪素基板の第1主面と対向する第2主面の表面粗さ(Ra)が20nm以上である、請求項1~のいずれか一項に記載の炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法 The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 3 , wherein the second main surface facing the first main surface of the silicon carbide substrate has a surface roughness (Ra) of 20 nm or more.
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