TW583354B - Method for producing amorphous SiC wafer - Google Patents
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Description
583354
發明所屬技術領域 本發明係有關於非晶碳化 有關於可以在工業上大面積地 造尚品質非晶碳化;5夕晶圓的非 石夕晶圓之製造方法，特別係 、安定地、而且成本低地製 晶碳化石夕晶圓之製造方法。 習知技術 由於碳化矽有較強的耐熱 性，作為可以在惡劣的環境下使用的材：ΐ = i地二且因為其禁帶寬度大，藉由雜質的添加，可 :早地控制p型及n型’因此作為可是發光裝置材料亦很有 =如此的碳切係可期待的半導體材料，但 = ί長。此係因為碳化石夕的結晶成長困難， 大面積日日囫的製造技術還未確立。 作為習知的非晶碳化矽結晶 ^ 法(石墨製造)、⑴氣相蟲晶法、(3=;、(乂 4·^ 型昇華法係週知的。的朴4幵举惫及（4)改良 氣化石夕及隹山& ()的又奇遜法（石墨製造），係將二 厌曰物在230 °Cj"上加熱，使結晶析出。 (2)的联^相蟲晶法係用c (
^ ^ ^1 500 t~ 1 800 t ' Ρ〇Γ DeP〇Slti〇n) 上，使磊曰点I c的/皿度&域，在非晶碳化矽基板 的碳化華(3):之 另外，（4)的抄&… 在鍋内低溫部分析出的方法。 石墨坩鍋上部的：溫昇華、法在係,,、晶碳化矽基板放置於 -皿口P刀在鼠氣減壓下，使碳化矽結邊
炎基板上成長的方法。 碳化矽晶圓的製造方法，根據其碳化矽成長速 :採ί i層的品質等的理由，（4)的改良型昇華法被廣泛 化;2 : ’、若要用上述的改良型并華法使大面積的非晶碳
、:曰曰成長’則只能用上述艾奇遜法製作的小的晶種， β11化矽的成長，逐漸地使之大面積化。此步驟需要大 =的匍=。因此，需要有步驟少，而能大量生產非晶碳化 、t，方法。又，為了將成長出的本體（bulk)的碳化矽 +啦曰曰圓狀’需要用金鋼石切斷磨石將高硬度的碳化矽 :ϊ二i步驟雖然可得到高品質的單結晶，但是需要很高 的造成本。 f發明係為了解決以上的問題，不需用高價的、難以 =的晶種基板，以提供一種可以安定地、重複性好地、 賈地製造非晶碳化矽結晶的非晶碳化矽晶圓之 法為目的。 μ心々 發明的概述 Ο ，了達成上述的目的，本發明的非晶碳化矽晶圓之製 仏一 ☆>，係根據碳化矽粉末的昇華再結晶法，在基板上使 :一石:化矽結晶成長的方法，其特徵在A :以cvd法製作的 ^一石厌化石夕、结晶為H將此基板與碳化石夕粉末接近地配 置的内部：以此作為i個單元，複數個的如此的單 疋夕i層積，並放置於輻射管内，用感應加熱線圈將該
五、發明說明（3) ΐ i#:: ’/m射管内的層積單元進行均-的加熱 品厚度後，葬將，、Λ?1 板上，成長到接近製 晶碳化梦晶=ΐί;的：：分或全部除去，以製造非 結晶，亦可係多結ϊ時的卜碳化石夕結晶可為單 化心末化=圓之製造方法，係根據碳 基板，將此^ϊ!職法製作的万-碳化石夕結晶為 以此作為！個'"單/、★化石夕粉末接近地配置在#鍋的内部， 放置：ί裝:;V複數個的如此的單元多層地層積，並 内熱’藉由對外装掛鋼 部分或全；二去成=;;!°:2後’將上述基板的- 碳化=末：= :之製造方法，係根據 成長的方法，法：在基板上使^碳化石夕結晶 為基板，將此&柘盘〇<;.以CVD法製作的冷—碳化矽結晶 部，以此作為Γ個單、/厌化:/夕粉末接近地配置在坩鍋的内 圍部分，插入磁力：蔽環夕，層用層Λ的複數個單元的上下周 不集中於複數個單元Τ用感應加熱線圈，使磁通量並 處理，使，而進行均一的加熱 藉將上述基板的一部分或全部除去，以製造非 2189-4836-PF(N).ptd 第6頁 583354
五、發明說明（4) 晶碳化秒晶圓 上述基板 度稍厚，其後 切斷成長後的 在上述的 下述般地進行 1)以CVD 之製造方法。 上，使α-碳化石夕相成長至比晶圓的最終厚 ’將上述基板的-部分或全部除去，不 2層、’進而可製造非晶碳切的晶圓。 拉Τ法中，非晶碳化矽的製造方法係如 的。首先，碳化矽成長時所用的基板如下。 法製作的基板 2) /5 -碳 單結m β 造成的。矽晶 徑的單結晶召 化矽所形成的單結晶或多結晶的基板 -碳化矽係在矽晶圓上進行異磊晶成長而製 圓係市販的大口徑的，理論上可能製造大口 -碳化石夕的。—方面，多、结晶石-碳切，係 用CVD法製作的大口徑的亦係市販的。此些係由結晶系扣 的準安定㈣-碳化料形成的。以此些作為基板，用昇 華再結晶法進行α-碳切的成膜。使成長的厚度為5〇“ m。成長後，藉將基板的一部分或全部磨削除去，可得到 α -碳化矽晶圓。然而，並不一定需要將基板全部除去。 又’多片晶圓的製造方法’係藉由設置多組的碳化珍 粉末與基板所形成的單元來製造的。這時，原料與基板的 距離為lmm或20mm。原料與基板所形成的一個單元的高度 係5mm或2 5mm，藉將此層積起來，可用一次的昇華埶處理 來製造多片的晶圓。 μ 上。一般的昇華再結晶法中， 上，熱力學方面，α -碳化石夕 藉此，α -碳化矽膜成長在多結晶的沒-碳化矽基板 由於基板溫度在2000 °C以 相比召-碳化矽相更安定。
2l89-4836-PF(N).ptd $ ?頁 583354 五、發明說明（5) 且，一般涊為不僅成長層， 埂基板表面亦可向α相變化。 用以實施發明的最佳形態 以下’將本發明的非晶 實施形態’依照附圖加以詳：的乂； 51之製-方法之最佳 第1圖係為了實施本發明實 碳化矽晶圓製造裝置i的：：：形態的製造方法之非晶 分放著石墨i = Λ侧;^=。在第1圖中，中央部 形成。在掛鋼主體體13及蓋子15 有^碳切基板19。者反切原料17。蓋子15上裝 墨：1的外部被由碳材料形成的絕熱材21包圍 口二力:：11，裝在圖中未顯示出的高周波加熱爐 中同周波加熱爐，例如，係在外側設有高頻率線圈（ 周波加熱線圈）23，其内側裝有由石英材料製作的、中空 的二重管所形成的石英製二重管25。石英製二重㈣的工内 部流=卻水27。高周波加熱爐係由圖中未顯示出的高頻 率振動器的輸出，控制在一定的溫度的。因此，石墨掛鋼 11 ’從其上下部分的絕熱材21的間隙，用高溫計29測定其 表面/JDL度通過尚頻率振動器的輸出，控制高頻率線圈 2 3，使之保持在一定的溫度。 【實施例1】 使用上述的α -碳化矽晶圓製造裝置丨，用表j所示的 實驗條件’在召-碳化矽基板19的下面19a，製造出蒸鍍了 α -碳化矽相31的碳化矽33。這時，用表1所示的條件，特
583354 五、發明說明（6) 別係使碳化矽原料1 7與冷-碳化矽基板1 9的距離La為 2 5mm 〇
表1 周圍氣體 蠢《氣 lOTorr 原料 碳化矽粉未 基板 点-碳化妙單結晶晶圓 点-碳化砂多結晶晶圓 基板直徑(Da) 50m πι 原料驗 2400°C 基板髓 2200°C 原料/基砸離 25πιηι 成長時間 30min 此條件下進行實驗的結果，如第2圖所示，石_碳化矽 基板19上，成長著厚度Ta = 5〇〇以„1的411結晶的^碳化矽相 31。成長速度為丨.0mm/h ^在以單結晶為基板時，可得到 與基板直徑相同尺寸的單結晶.一方面，在使用（m)配 向的/3-碳化矽多結晶基板時，基板上成長的單結晶的尺 寸約為5πηη直徑。所得的結晶的結晶系用拉曼分光法確認 583354 為4H。其後，將点-碳化矽基板19磨削除去，如圖3所示般 地，可以得到4H的α-碳化矽晶圓35。此基板直徑Da = 5〇mm 的4H的α -碳化矽晶圓35，由於可以任意地控制直徑而製 把，不需要將硬度很高的碳化矽用金鋼石切斷磨石進行切 斷，因此，有較強的耐熱性與耐化學性，且有良好的耐放 射性，可以在惡劣的環境下使用的、安定的裝置晶圓。 【實施例2】 在使用上述高周波加熱爐的同時，使用如第4圖所示 的非晶碳化矽晶圓的多層製造裝置3，藉用表2所示的實驗 條件，與實施例1同樣地，在冷—碳化矽基板丨9的下面 19a，製造出蒸鍍了 α —碳化矽相31的碳化矽33。非晶碳化 石夕晶圓的多層製造裝置3，與實施例！同樣地，使用石墨掛 鍋11的同時，將石墨坩鍋11作為一個單元，並將此第丨# TOlla、第2單元lib、第3單元11c…（本實施例中為6層） 數層重疊’用昇華再結晶法進行非晶碳化矽膜的成長曰實 驗實驗的條件如表2所示’特別，使碳化秒原料1 7與 石反化石夕基板1 9的距離Lb為2mm。由於此距離Lb非常小， 碳化石夕原料1 7與/5 -碳化矽基板1 9的溫度差減小，結果^ 長速度雖變得很慢，但得到複數的緻密的α -碳化秒相、
583354 五、發明說明（8) 表2 周圍氣體 氬氣lOTorr 原料 碳化矽粉末 基板 CVD-碳化矽多結晶晶圓 原料雛 2300°C 原料堪臓巨離 2mm $長時間 - -------- 5小時 ------~-_ …丨· ％ N貝嫩的蔣禾，興貫施例1同樣地，各石 ^ 1内部貼著的召—碳化矽基板i 9上，成長著厚度 ,的4H結晶的α _石炭化石夕相31。在以單结晶為基板 用多：：=板直徑相同尺寸的單結晶。-方面，在使 丄基板上成長的單結晶的尺寸約為—直 二Κ據拉又为光分析的結果，確認為結 ^ ^ ^ M ,a ^ Λ Λ- 成膜速度，對6份試料均係相同的。其後，將二 板19磨削除去，可以得到4H的“_碳化石夕晶圓^。反 土 又，上述中，將石墨坩鍋u多層重疊， 法使碳化㈣成長時，藉使碳切原料 昇華再;曰曰 板19的距離⑽2…，即就是，將距離擴大 度差’進而可以縮短成長時間’目此與習知的相比能皿夠
2189-4836-PF(H).ptd 第11頁 583354 五、發明說明（9) m廉，地製造。另外’碳化石夕膜的成長製 由，（1)成長開始前的處理、（2)忐i . 乂驟主要 成。其：’ (1)及(3)的各步驟，雖然最低d的3步驟形 左右，藉由一次處理多層声籍 大、、々1小時 少每^圓的製造時間，；且可以ί高匕文；大幅度減 數個的此些單元層積著的層積單 ：：j::複 矽膜成長時，須將由各坩鍋單元lla、丨華^阳法使奴化
的層積單元作為整體，進行均一的加 5〜lc圖：形J 均-加熱的第2〜第4實施例之非 置3A〜3C。 ’曰曰圆多層製造裝 第5圖所顯示的裝置3A係層積單元"^(丨^、Hb、 \1C .......)的周圍，用石墨製的輻射管40圍繞，而槿点的 型。若^感應加熱線圈23的高度足夠高，磁通 篁將集中於層積單元11U的上下面之邊緣部分， 部的加熱。因此，需要預先用石墨製作比層積單元丨丨^的 二ίίΐΓ:，將層積單元⑴放在内部，用絕熱材料 =:ΐ: 加盍。並使管4〇的厚度與感應加熱線圈23 的感應電&進入的深度大致相同。預先在層積單元的 ，面與層積單元丨ltJ的側面部分之間設有空隙，以便於進 行輻射加熱。藉如此般的構造，與不用輻射管4〇的場合相 比較，使層積單元丨iU可在上下方向得到均一的溫度分 布。
583354 五、發明說明（ίο) 接著’第6圖所示的裝置3B，係 50 (以一定的間隙將層積單 查教Μ別坩鍋 ^ ^ 疋11 U全體收納），即構成所媢 的二重坩鍋型。且，用絕埶封 丨稱玖所明 闽 ％…κ虚丄為μ …、材科21圍繞者外側坩鍋50的四 周。设定感應加熱線圈23的加埶斟条炎从，， 用外侧掛鍋5〇發出的輻射卜側㈣50 ’並利 们私贝J平田射熱加熱内部的層積單元11[}全 體。與無外侧坩鍋50的情形相士 ^ ^ ^ αα 旧化相比較，層積單元11 U的上下 方向可得到均一的溫度分布。 外旦第7圖所示的裝置3C，為了防止感應加熱線圈 23的磁通篁集中於層❹元uu的上下面之邊緣部分，而 引起局部的高溫，將磁力屏蔽環6〇放置於層積單元 上下面之邊緣部分’。即所謂的磁力屏蔽型。此例中 使感應加熱線圈23的高度與層積單元uu接近，磁通量 集中於磁力屏蔽環，可以抑制磁通量向層積單元nu的邊 緣部分集中。藉此’可以從上下方向對層積單元nu均一 地加熱，進而提高生產的成品率及生產性。 如以上所說明般地，根據實施形態，使用CVD法製 的沒-碳化矽晶圓，在其表面蒸鍍了 5〇〇微米以下厚度的α -，化矽，以製造碳化矽晶圓。此碳化矽晶圓，係藉&將 碳化石夕基板的一部分或全部磨削除去，而直接製造β —碳 化矽晶圓，與習知的成長至厚塊後，在將本體層切斷而I製 造出的α -碳化矽相晶圓相比，不需要經過高成本的製造 步驟，比習知的廉價，且可以工業量產地製造非晶碳化&石夕 晶圓。 又’使碳化矽原料與基板的距離接近地排列在掛銷
583354
產業上的利用可能性 作為半導體裝置，禁帶寬度大，可以重複性良好地 且廉價地製造由添加雜質來簡單地控制P型及η型的α 一碳 化砍晶圓。
2189-4836-PF(N).ptd 583354 圖式簡單說明 第1圖係為了實施本發明第1實施形態的製造方法之非 晶碳化石夕晶圓製造裝置的侧面剖面圖。 第2圖係用本發明的方法所製造的碳化石夕晶圓的側面 剖面圖。 第3圖係用本發明的方法所製造的非晶碳化矽晶圓的 側面剖面圖。 第4圖係為了實施本發明的製造方法之非晶碳化矽晶 圓多層製造裝置的剖面圖。 第5圖係非晶碳化矽晶圓多層製造裝置的第2實施形態 之剖面圖。 第6圖係非晶碳化矽晶圓多層製造裝置的第3實施形態 之剖面圖。 第7圖係非晶碳化矽晶圓多層製造裝置的第4實施形態 之剖面圖。 符號說明 1〜α -碳化矽晶圓的製造裝置； 3、3Α、3Β、3C〜α -碳化矽晶圓的多層製造裝詈； 11〜坩鍋； lla、llb、llc、lld、lle、llf 〜坩鍋單元； 1 3〜坩鋼主體； 1 5〜坩鍋蓋子； 1 7〜碳化矽原料； 19〜/5-碳化矽多結晶基板；
第15頁 583354 圖式簡單說明 19a〜召-碳化碎多結晶基板19的下面； 2 1〜絕熱材料； 2 3〜線圈； 25〜石英二重管； 2 7〜冷卻水； 2 9〜高溫計； 31〜CK -碳化梦相； 3 3〜碳化矽晶圓； 3 5〜α -碳化矽晶圓； 4 0〜輜射管； 5 0〜外側坩鍋； 60〜磁力屏蔽環；
Da〜基板直徑；
Ta〜厚度；
La〜碳化矽原料與冷-碳化矽多結晶基板的距離。
2189-4836-PF(N).ptd 第16頁
Claims (1)
- 丨 M-U 六、申請專利範圍 1 · 一種非晶碳化矽晶圓之劁生 昇華再結晶法，在基：：氣二方么，用碳化石夕粉末的 其特徵在於…夕結晶成長的方法， 以C V D法製作的石—碳化石夕*士曰 熱線圈將該：積藉= =内，用感應加 均一的加熱處理，使的Λ積Λ元進行 以製造非晶碳化石夕晶圓。 板& #刀或全部除去， 2. —種非晶碳化矽晶圓製 昇華再結晶法，在美柘卜#表^方法，用奴化矽粉末的 其特徵在於 使化石夕結晶成長的方法， 以CVI)法製作的召—碳化社曰 化矽粉末接近地配置在 ϋ“' 板’將此基板與碳 複數個的如此的單元多層地層:们皁疋， 將圍繞著上述多層層積的滿赵伽„放置於外裝坩鍋内， 感應加熱線圏加熱，藉由對外 ：坩鍋’用 一的加熱處理，使α —磁π W Λ 層積早兀進行均 到接近製品厚度後，將上 土板上’成長 製造非晶碳化石夕晶圓。 0 σρ刀或全部除去，以 3 · 種非晶碳化秒晶圓之锢；生tπ,. 昇華再結晶法，在^ 2 ;" 用碳切粉末的 丑* 土板上使Q 化石夕★士 S占 其特徵在於： 人1G 7、、、口日曰成長的方法， II 2189-4836-PF(N).ptd 第17頁 /、、申凊專利範圓 以CVD法製作的/ 化矽粉末接近祕、P奴化矽結晶為基板，將此基板與碳 在多層層積的稽ifί坩鍋的内部，以此作為1個單元， 上下通量並不集中於複數個單元的 在複數=拓？：均一的加熱處理，使α-碳化石夕相 板的-邻八二^ Α成長到接近製品厚度後，藉將上述基 4 Πίΐ Ϊ去，以製造非晶碳化石夕晶圓。 4·如申睛專利範圍第丨、2或3 圓之製造方法，其中，在卜、f A 4斤这的非日日奴化矽日日 長至比晶圓的最終厚度稍厚’:：上m -碳化矽相成 或全部除去，不需要县，將上述基板的-部分 碳化矽的晶圓。 灸的本體層，而可製造非晶 2189-4836-PF(N).ptd 第18頁
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