TWI829598B - 碳化矽基板及碳化矽晶錠 - Google Patents

Abstract

關於本實施形態之SiC基板，其特徵係在包含向中心及從前述中心向[11-20]或[-1-120]方向分別遠離10mm的複數測定點的複數的第1測定點中相鄰的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。

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2022-090460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無局部性較大變化的SiC基板及SiC晶錠，並使用此此等，以提高加工成功率。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的形態的SiC基板係在包含向中心及從前述中心向[11-20]或[-1-120]方向分別遠離10mm的複數測定點的複數的第1測定點中相鄰的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。

本發明的第1形態的SiC基板係具有以下(2)至(9)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基板係更具有從各別前述複數的第1測定點向[-1100]方向或[1-100]方向分別遠離10mm的複數的第2測定點，前述複數之第1測定點及前述複數之第2測定點中相鄰的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下亦可。

(3)關於上述形態的SiC基板係遠離10mm的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差可以為0.25cm ^-1以下亦可。

(4)關於上述形態的SiC基板係直徑為149mm以上亦可。

(5)關於上述形態的SiC基板係直徑為199mm以上亦可。

(6)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。

(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2.75cm ^-1以下。 (8)關於上述形態的SiC基板係可包含被稱為刻面的高氮濃度領域以外的部分。 (9)關於上述形態的SiC基板係決定導電型的刻意添加的摻雜物係可為氮。

本發明的第2的形態係提供以下之SiC晶錠。 (10)關於第2的形態的SiC晶錠係切出SiC基板，於評估該切斷面之時，在包含向中心及從前述中心向[11-20]或[-1-120]方向分別遠離10mm的複數測定點的複數的第1測定點中相鄰的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。 本發明的第2形態的SiC晶錠係具有以下(11)至(12)的特徵為佳。以下的特徵係進行組合亦佳。 (11)關於上述形態的SiC晶錠係可包含被稱為刻面的高氮濃度領域以外的部分。 (12)關於上述形態的SiC晶錠係決定導電型的刻意添加的摻雜物係可為氮。 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。

關於本實施形態的SiC基板10係在複數的第1測定點1中相鄰的任意2個測定點1A、1B中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。相鄰的任意2個測定點1A、1B的選擇方法非限於圖1，可為任意的。以下、吸収係數α係300K之溫度條件之值。第1測定點1之所有相鄰的2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下為佳。

複數的第1測定點1係包含向中心C、和從中心C向[11-20]或[-1-120]方向上分別遠離10mm的複數測定點。複數之第1測定點1係在通過中心C延伸於[11-20]方向及[-1-120]方向的線上，以10mm間隔加以排列。相鄰的2個第1測定點之間的距離係皆為10mm。

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。

當相鄰的2個測定點1A、1B之間的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下時，能夠抑制雷射加工切斷的切斷面的表面粗糙度變粗糙或產生意外的破裂。此係由於SiC基板10的吸收係數的分佈變得平緩，雷射加工則糾安定化。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的範圍內時，則能夠以一定的雷射輸出在SiC基板10的整面上而置入裂紋。在吸收係數局部性變化的情况下，需要使雷射輸出急劇變化，但在吸收係數向一方向平緩變化的情况下，雷射輸出沒有急劇變化，雷射加工則安定化。因此，SiC基板10的吸收係數係在一方向平緩地變化，則能夠抑制切斷面的表面粗糙度變粗或產生意外的裂紋。

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。

圖3係關於本實施形態之SiC基板10之其他例之平面圖。圖3所示SiC基板10係攻具有複數之第2測定點2。複數之第2測定點2係從複數第1測定點1分別在[-1100]方向或[1-100]方向上，各離開10mm的測定點。相鄰的2個第2測定點2之間的距離及相鄰的第1測定點1和第2測定點2之間的距離皆為10mm。

在複數第1測定點1和複數第2測定點2中相鄰的任意2個測定點中，對於波長為1064nm的光的吸收係數之差係0.25cm ^-1以下為佳。又，在距離10mm的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下為為更佳。SiC基板10的吸收係數係複數之方向平緩地變化，則能夠更抑制切斷面的表面粗糙度變粗或產生意外的破裂。第1測定點1及第2測定點2之所有相鄰的2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下為為佳。

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4係用於說明SiC晶錠的製造裝置30的一例的昇華法的模式圖。在圖4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。

吸收係數不局部性變化的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路徑和第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復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，在複數之第1測定點中的相鄰的任意2個測定點中，波長為1064nm的光的吸收係數之差大於0.25cm ^-1時，變更製造條件。

如此，反復進行複數次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。

關於本實施形態的SiC基板10係在複數的第1測定點中相鄰的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。為此，在雷射加工中，不需要使雷射的輸出急劇變化，使雷射加工安定化。經由雷射的輸出變化變得平緩，能夠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。

雷射加工SiC晶錠35之時係切出SiC基板10，於評估該切斷面之時，在包含向中心及從中心向[11-20]或[-1-120]方向分別遠離10mm的複數測定點的複數的第1測定點中相鄰的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。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」 複數次重複SiC晶錠的製作、SiC基板的切割、SiC基板的測定、測定結果的反饋的處理。然後，在複數之第1測定點中的相鄰的任意2個測定點中，決定了對於波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下的SiC晶錠的成長條件。切斷在該成長條件下製作的SiC晶錠，製作實施例1的SiC基板。

求得對製作的SiC基板的複數之第1測定點的每個波長為1064nm的光的吸收係數。在相鄰的任意2個測定點，波長為1064nm的光的吸收係數之差的最大值係0.05cm ^-1。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。

「比較例1」 不進行製造條件的反饋，不進行SiC晶錠的製造條件的條件提出的部分，與實施例1不同。不進行特別精密的控制，製作SiC晶錠，切斷製作的晶錠，製作比較例1的SiC基板。

求得對製作的SiC基板的相鄰之任意之第1測定點的每個波長為1064nm的光的吸收係數。在相鄰的任意2個測定點，波長為1064nm的光的吸收係數之差的最大值係0.35cm ^-1。對該SiC基板，照射雷射。雷射係使用波長1064nm之YAG雷射。

即使對比較例1的SiC基板進行雷射照射，也不能全面置入用於分割SiC基板的裂紋。為此，不能無破裂地將SiC基板10在厚度方向上分割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測定點 1A,1B:測定點 2:第2測定點 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 C:中心 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]關於本實施形態之SiC基板之其他例之概略平面圖。 [圖4]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測定點 1A,1B:測定點 10:SiC基板 C:中心

Claims (12)

1. 一種碳化矽基板，其特徵係在包含中心及從前述中心向[11-20]或[-1-120]方向分別遠離10mm的複數測定點的複數的第1測定點中相鄰的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。
2. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，更具有從前述複數第1測定點向[1-100]方向或[-1100]方向分別遠離10mm的複數的第2測定點， 在前述複數第1測定點和前述複數第2測定點中任意相鄰的2個測定點中，對於波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。
3. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，在遠離10mm的任意2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。
4. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，直徑為149mm以上。
5. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，直徑為199mm以上。
6. 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。
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2.75cm ^-1以下。
8. 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。
9. 如請求項8記載之碳化矽基板，其中，決定導電型的刻意添加的摻雜物為氮。
10. 一種碳化矽晶錠，其特徵係於切出碳化矽基板，且評估該切斷面時，在包含中心及從前述中心向[11-20]或[-1-120]方向分別遠離10mm的複數測定點的複數的第1測定點中任意相鄰的2個測定點中，對波長為1064nm的光的吸收係數之差為0.25cm ^-1以下。
11. 如請求項10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。
12. 如請求項10記載之碳化矽晶錠，其中，決定導電型的刻意添加的摻雜物為氮。

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