TW202405264A - 碳化矽基板及碳化矽晶錠 - Google Patents

Abstract

關於本實施形態的SiC基板，係對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差為在0.25cm ^-1以下的第1領域所占的比例係總面積的70%以上。

Description

碳化矽基板及碳化矽晶錠

本發明係有關碳化矽(SiC)基板及碳化矽(SiC)晶錠。 本發明係根據於2022年6月2日，日本申請之日本特願2022-090458號主張優先權，將此內容援用於此。

碳化矽(SiC)與矽(Si)相比，絕緣破壞電場大1個數量級，能帶隙大3倍。又，碳化矽(SiC)係具有熱傳導率較矽(Si)高3倍程度等之特性。為此，碳化矽(SiC)有期望應用於功率裝置、高頻裝置、高溫動作裝置等。為此，近年以來，在如上所述的半導體裝置中，使用了SiC磊晶晶圓。

SiC磊晶晶圓係在SiC基板之表面，層積SiC磊晶層而獲得。以下，將層積SiC磊晶層前的基板稱為SiC基板，將層積SiC磊晶層後的基板稱為SiC磊晶晶圓。SiC基板係從SiC晶錠切出。

在專利文獻1中，為了避免結晶成長中的晶體缺陷，揭示了將周邊領域和內側領域之間的平均吸收係數之差設為10cm ^-1以下的SiC基板。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特表2020-511391號公報

[發明欲解決之課題]

近年以來，以雷射進行加工SiC單結晶。例如，經由用雷射在SiC單結晶中加入龜裂，可以分割SiC單結晶。例如，在從SiC晶錠切出SiC基板時，再在從SiC基板切出更薄的基板時，在對SiC基板進行晶片化時，則使用雷射加工。雷射加工具有較使用線鋸的加工切削損失少的優點，但有切割面的粗糙度變粗或產生意外的破裂的情形。

本發明係鑑於上述問題而完成的，在於提供雷射加工時容易加工的SiC基板及SiC晶錠為目的。 [為解決課題之手段]

本發明人發現，經由製作對雷射光的吸收係數的面內偏差小的SiC基板及SiC晶錠，並使用此，加工成功率可被提高。本發明係為解決上述課題，提供以下之手段。

本發明的第1的形態係提供以下SiC基板。 (1)關於第1形態的SiC基板，係對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差為在0.25cm ^-1的範圍內的第1領域所占的比例係總面積的70%以上。

本發明的第1形態的SiC基板係具有以下(2)至(10)的特徵為佳。以下的特徵係組合2個以上亦佳。 (2)關於上述形態的SiC基板，係前述第1領域所占的比例可為總面積的80%以上。

(3)關於上述形態的SiC基板，係前述第1領域所占的比例可為總面積的90%以上。

(4)關於上述形態的SiC基板，係前述第1領域所占的比例可為總面積的95%以上。

(5)關於上述形態的SiC基板係直徑為149mm以上亦可。

(6)關於上述形態的SiC基板係直徑為199mm以上亦可。

(7)關於上述形態的SiC基板係對波長為1064nm的光的吸收係數之最大值可為3.00cm ^-1以下。

(8)關於上述形態的SiC基板係對波長為1064nm的光的吸收係數之最大值可為2.75cm ^-1以下。 (9)關於上述形態的SiC基板係包含被稱為刻面的高氮濃度領域以外的部分，包含決定導電型的摻雜物、和作為不純物取入的摻雜物，決定前述導電型的摻雜物係可為氮。 (10)關於上述形態的SiC基板，係相對於前述總面積前述第1領域所占的比例，係令測定點的光點口徑為1mm，測定間隔為10mm，在一方向進行測定時，將吸收係數收納於全測定點的吸收係數的平均值±0.125cm ^-1的測定點的數量，除以全測定點的數量 再乘以100來求得亦可。

本發明的第2的形態係提供以下之SiC晶錠。 (11)關於第2形態的SiC晶錠係在切出SiC基板，評估其切斷面時，對於1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差在0.25cm ^-1的範圍內的第1領域所占的比例為前述切斷面的總面積的70%以上。 本發明的第2形態的SiC晶錠係具有以下(12)至(13)的特徵為佳。以下的特徵係進行組合亦佳。 (12)關於上述形態的SiC晶錠係包含被稱為刻面的高氮濃度領域以外的部分，包含決定導電型的摻雜物、和作為不純物取入的摻雜物，決定前述導電型的摻雜物係可為氮。 (13)關於上述形態的SiC晶錠，係相對於前述總面積前述第1領域所占的比例，係令測定點的光點口徑為1mm，測定間隔為10mm，在一方向進行測定時，將吸收係數收納於全測定點的吸收係數的平均值±0.125cm ^-1的測定點的數量，除以全測定點的數量 再乘以100來求得亦可。 本發明的第2形態的SiC晶錠係亦可用於本發明的第1形態的SiC基板的製造。 [發明效果]

關於上述形態的SiC基板及SiC晶錠係在雷射加工時，易於加工。

以下，適當參照附圖對關於本實施形態的SiC基板等，進行詳細說明。在以下的說明中使用的圖面，為了容易理解本實施形態的特徵，為了方便有放大顯示成為特徵的部分之情形，各構成要素的尺寸比率等係有與實際不同之情形。在以下的說明中例示的材質、尺寸等僅係一個例子，本發明並不限定於此，可以在不變更其主旨的範圍適當變更實施。例如，在不脫離本發明的主旨的範圍下，可以對數量、形狀、種類、位置、量、比率、材料、構件、構成等進行附加、省略、置換、變更等。

圖1係關於本實施形態之SiC基板10之平面圖。SiC基板10係例如由n型SiC所成。SiC基板10的晶型則沒有特別限定，可為2H、3C、4H、6H中的任一者。SiC基板10係例如，4H-SiC。

SiC基板10的俯視形狀為略圓形。SiC基板10係可具有用以掌握結晶軸之方向之定向平面OF或切口。SiC基板10之直徑係例如具有149mm以上，較佳為199mm以上。SiC基板10的直徑越大，雷射加工越難以進行安定的切斷之故，滿足本實施形態的構成的SiC基板10係直徑越大，有用性越高。又，SiC基板10厚度可以任意選擇，例如可列舉100~300μm，300~400μm，400~500μm，500~ 600μm作為例子，但不限於此等例。

本實施形態的SiC基板10係具有第1領域1。第1領域1係對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差為0.25cm ^-1以下。在圖1中，以與SiC基板10中心相同的圓形圖示了第1領域1，但不限於此例。例如，可以使第1領域1的中心與SiC基板10的中心偏離，亦可使第1領域1的形狀為不定形。以下、吸收係數α係300K之溫度條件之值。

吸收係數α係由對SiC基板10之波長1064nm的光的吸收率A和SiC基板10的厚度L求出。對SiC基板10的波長1064nm的光的吸收率A係由反射率T、透過率R以A=1-T-R求出。反射率T係使用對SiC基板10的入射光的強度I ₀和來自SiC基板10的反射光的強度I ₁，以T=I ₁/I ₀求出。透過率R係使用向SiC基板10的入射光的強度I ₀和透過SiC基板10的透過光的強度I ₂，以R=I ₂/I ₀求出。又，吸收率A係以A=exp(-α・L)表示之故，可由吸收率A和SiC基板10厚度L，求得吸收係數α。

經由在SiC基板10面內的各點求出吸收係數α，可得吸收係數α之面內分布。例如，測定吸收係數α的面內分佈時，各測定點的光點口徑設為1mm，相鄰的測定點的間隔設為10mm。測定點數為X，吸收係數為收斂於α ₀±0.125cm ^-1內測定點數為Y時，相對SiC基板10之總面積之第1領域1所占的比例Z係可經由Z=Y/X×100(%)求出。α ₀係例如可為全測定點的吸收係數的平均值，亦可使Z最大化而自由選擇。

相對於SiC基板10總面積第1領域1所占的比例係例如為70%以上。又，相對於SiC基板10的總面積第1領域1占的比例係80%以上為佳，較佳為90%以上，更佳為95%以上。前述比例的上限係可任意選擇，例如也可為100%以下、99%以下、98%以下等。

相對於SiC基板10總面積之第1領域1所占的比例越高，越能夠抑制以雷射加工切斷的切斷面的表面粗糙度變粗、或在以雷射加工之切斷時在SiC基板10上產生意外的破裂。此係由於雷射光的吸收係數的面內偏差小，雷射加工則安定化。在雷射加工多為使用之YAG(釔、鋁、柘榴石)雷射之雷射光之波長係1064nm。

圖2係顯示SiC基板10之吸收係數與在SiC基板10放入裂紋所需的雷射的輸出的關係的圖表。如圖2所示，SiC基板10的吸收係數越高，加入裂紋所需的雷射的輸出越高。如圖2所示，吸收係數之差在0.25cm ^-1的範圍內，即為0.25cm ^-1以下時，則能夠以一定的雷射輸出在SiC基板10上置入裂紋。經由雷射的輸出在切斷過程中不變動，可以抑制切斷面的表面粗糙度變粗或產生意外的破裂。

對SiC基板10的波長為1064nm的光的吸收係數的最大值係例如為3.00cm ^-1以下，2.75cm ^-1以下為佳。吸收係數係SiC基板10所含的不純物濃度越高，則越高。如上所述，SiC基板10的吸收係數越高，置入裂紋所需的雷射的輸出越高之故，吸收係數的最大值小的SiC基板10能夠以較少的能量進行加工。

在此，SiC基板10的切斷係例如有SiC基板10的晶片化、從SiC基板10切出更薄的基板的情況等。

接著，對本實施形態的SiC基板10的製造方法的一例進行說明。SiC基板10係對SiC晶錠進行切片而得。SiC晶錠係例如經由昇華法獲得。經由控制SiC晶錠的成長條件，可以製作本實施形態的SiC基板10。

圖3用於說明SiC晶錠的製造裝置30的一例的昇華法的模式圖。在圖3中，將與台座32的表面正交的方向設為z方向，將與z方向正交的一方向設為x方向，將與z方向及x方向正交的方向設為y方向。

昇華法係在配置在石墨製的坩堝31內的台座32，配置由SiC單結晶所成的種晶33，經由加熱坩堝31，將從坩堝31內的原料粉末34昇華後的昇華氣體，供給至種晶33，使種晶33成長為更大的SiC晶錠35的方法。種晶33係例如相對於[11-20]方向具有4度偏移角的SiC單結晶，將C面作為成長面設置在台座32。

在坩堝31的周圍，例如也可以配置斷熱材。坩堝31係例如配置在雙重石英管的內部。雙重石英管之內部係供給氬氣或摻雜物氣體(氮氣)，經由以真空泵排気，控制壓力。在雙重石英管之外側，配置線圈36，在線圈36流入高頻電流，以加熱坩堝31。

在坩堝31內，亦可配置從台座32向坩堝31的內側壁擴徑的錐狀構件37。經由使用錐狀構件37，可以擴大結晶成長的單結晶的直徑。經由在擴徑的同時進行結晶成長，可將稱為刻面的高氮濃度領域，配置在從SiC晶錠35取得SiC基板10時的有效領域外。

吸收係數之面內偏差小的SiC基板10係可以經由複數重複SiC晶錠35的製作、SiC基板10的切出、SiC基板10的測定、測定結果的反饋的處理，變更SiC晶錠35的成長條件來製作。變更的成長條件係例如製作SiC晶錠35時的溫度分佈及原料粉末34中含有的不純物濃度分佈。

在製作SiC晶錠35時，使SiC晶錠35的xy方向的外周部的溫度較內側為高，使原料粉末34的xy方向的外周側的不純物的濃度較內側為高。

在SiC晶錠35中含有的不純物中，有作為n型摻雜物刻意導入的氮、和無意地從爐內構件或原料粉末34導入到結晶中的不純物。無意而結晶中含有的不純物係例如為硼、鋁、鈦、釩等。

不純物向SiC晶錠35的導入路徑係例如有第1路徑、第2路徑、第3路徑。第1路徑係摻雜物氣體通過坩堝31的側壁，導入至SiC晶錠35的路徑。第2路徑係將來自坩堝31內的構件的除氣中含有的不純物，導入至SiC晶錠35的路徑。第3路徑係將原料粉末34中含有的不純物，導入至SiC晶錠35的路徑。

在第1和第2路徑中，不純物係從xy方向的外側，導入至SiC晶錠35。為此，如果不控制製造條件，則SiC晶錠35的外周部係較內側，不純物濃度容易變高。經由提高SiC晶錠35的外周部的溫度，能夠減少在第1路徑或第2路徑導入至外周部的不純物。

另一方面，在第3路徑中，不純物從z方向的下方導入至SiC晶錠35。為了減少從第1路徑或第2路徑導入到外周部的不純物，當使SiC晶錠35的外周部的溫度較內側高時，則從第3路徑導入到外周部的不純物的量亦較內側少，從第3路徑導入SiC晶錠35的不純物在xy面內發生偏差。因此，經由使原料粉末34的xy方向的外周側的不純物的濃度較內側為高，即使在使SiC晶錠35的外周部的溫度較內側為高的情況下，也能夠減小導入SiC晶錠35的不純物的xy方向的面內偏差。

通過坩堝31的側壁的摻雜物氣體量、來自坩堝31內的部件的除氣量係對於每個坩堝31有所不同，而不是一定的。為此，對於每個製造裝置，適當的溫度條件及不純物濃度條件則不同。SiC晶錠35在xy方向的溫度分佈、原料粉末的不純物濃度分佈係經由反覆複數次的反饋而被最佳化。

反饋時測定的係SiC基板10的吸收係數的面內分佈。吸收係數之面內分佈係根據上述手序測定。在SiC基板10中，當對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差為0.25cm ^-1以下的領域的面積不足全面積的70%時，變更製造條件。

如此，反覆進行複數次SiC晶錠35的結晶成長，並反饋各自的結果，由此確定SiC晶錠35的結晶成長條件。然後，在確定的成長條件下製作SiC晶錠35，經由切斷該SiC晶錠35，能夠製作本實施形態的SiC基板10。 作為具體例列舉時，關於本實施形態的SiC基板10亦可以如下獲得。(i)在SiC晶錠製造時的溫度分佈中，使SiC晶錠35的外周部的溫度較內側為高，且在不純物濃度分佈中，使原料粉末34的xy方向的外周側的不純物的濃度較內側為高，進行SiC晶錠35的製作。(ii)從獲得的SiC晶錠35切出SiC基板10。(iii)進行被切出的SiC基板10的吸收係數的測定。(iv)根據測定的結果，改變(i)中的SiC晶錠的溫度分佈的溫度和原料粉末的不純物濃度分佈的濃度，重複複數次(i)~(iii)，直至獲得所期望的面內偏差小的SiC基板10。

本實施形態的SiC基板10，係對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差為0.25cm ^-1以下的領域的面積為總面積的70%以上。為此，能夠以一定的雷射輸出對SiC基板10進行雷射加工。經由雷射的輸出在切斷過程中不變動，可以抑制切斷面的表面粗糙度變粗或產生意外的破裂。

至此，例示了對SiC基板10進行雷射加工的情形，但對SiC晶錠35進行雷射加工的情形亦相同。例如，從SiC晶錠35切出SiC基板10的情況係相當於對SiC晶錠35進行雷射加工的情況。SiC晶錠35的狀態係經由從SiC晶錠35切出SiC基板10進行評估而求得。SiC晶錠35的狀態係經由評估被切出的SiC基板10的切斷面來求得。將何處作為切斷面，雖根據想要取得的基板的種類而定，例如從(0001)平面相對於[11-20]方向傾斜4˚的面。目標SiC基板的厚度係例如為400μm等。

在雷射加工SiC晶錠35的情況下，在切出SiC基板，評估其切斷面時，對於波長為1064nm的的吸收係數的最大值與最小值之差為0.25cm ^-1以下的第1領域所占的比例為切斷面的總面積的70%以上為佳。在切斷面之第1領域所占的比例係較佳為總面積的80%以上，更佳為90%以上，尤以95%以上為佳。當切斷處所滿足上述條件時，能夠抑制雷射加工時切斷面的表面粗糙度變粗或產生意外的破裂。

又，在切斷面，對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值係例如為3.00cm ^-1以下，2.75cm ^-1以下為佳。

以上，對本發明的較佳實施形態進行了詳細說明，但本發明並不限定於特定的實施形態，在專利請求範圍內記載的本發明的主旨的範圍內，可以進行各種變形、變更。 實施例

「實施例1」 反覆複數次進行SiC晶錠的製作、SiC基板的切出、SiC基板的測定、測定結果的反饋等處理，決定SiC晶錠的成長條件。切斷在該成長條件下製作的SiC晶錠，製作SiC基板。

所製作的SiC基板係對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差為0.25cm ^-1以下的第1領域所占的比例為總面積的72%。對該SiC基板，照射雷射。雷射係使用波長1064nm之YAG雷射。

經由對實施例1的SiC基板進行雷射照射，不會產生破裂或缺口，能夠在SiC基板上置入裂紋。然後，能夠在厚度方向將SiC基板10分割成2部分。 [產業上的可利用性]

本發明能夠提供雷射加工時容易加工的SiC基板及SiC晶錠。

1:第1領域 10:SiC基板 30:製造裝置 31:坩堝 32:台座 33:種晶 34:原料粉末 35:SiC晶錠 36:線圈 37:錐狀構件 OF:定向平面

[圖1]關於本實施形態之SiC基板之概略平面圖。 [圖2]顯示SiC基板之吸收係數與在SiC基板放入裂紋所需的雷射的輸出的關係的圖表。 [圖3]用於說明SiC晶錠的製造裝置的一例的昇華法的模式圖。

1:第1領域

10:SiC基板

OF:定向平面

Claims (13)

1. 一種碳化矽基板，其特徵係對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差為在0.25cm ^-1的範圍內的第1領域所占的比例係總面積的70%以上。
2. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中前述第1領域所占的比例係總面積的80%以上。
3. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中前述第1領域所占的比例係總面積的90%以上。
4. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中前述第1領域所占的比例係總面積的95%以上。
5. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，直徑為149mm以上。
6. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，直徑為199mm以上。
7. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，對於波長為1064nm光的吸收係數的最大值為3.00cm ^-1以下。
8. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，對於波長為1064nm光的吸收係數的最大值為2.75cm ^-1以下。
9. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，包含被稱為刻面的高氮濃度領域以外的部分， 包含決定導電型的摻雜物、和作為不純物取入的摻雜物， 決定前述導電型的摻雜物係氮。
10. 如請求項9載之碳化矽基板，其中，相對於前述總面積之前述第1領域所占的比例，係令測定點的光點口徑為1mm，測定間隔為10mm，在一方向進行測定時，將吸收係數收納於全測定點的吸收係數的平均值 ±0.125cm ^-1的測定點的數量，除以全測定點的數量再乘以100來求得。
11. 一種碳化矽晶錠，在切出SiC基板，評估其切斷面時，對於波長為1064nm的光的吸收係數的最大值與最小值之差在0.25cm ^-1的範圍內的第1領域所占的比例為前述切斷面的總面積的70%以上。
12. 如請求項11記載之碳化矽晶錠，其中，包含被稱為刻面的高氮濃度領域以外的部分， 包含決定導電型的摻雜物、和作為不純物取入的摻雜物， 決定前述導電型的摻雜物係氮。
13. 如請求項12載之碳化矽晶錠，其中，相對於前述總面積之前述第1領域所占的比例，係令測定點的光點口徑為1mm，測定間隔為10mm，在一方向進行測定時，將吸收係數收納於全測定點的吸收係數的平均值 ±0.125cm ^-1的測定點的數量，除以全測定點的數量再乘以100來求得。

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