TWI866241B - 碳化矽基板及碳化矽磊晶晶圓 - Google Patents

Abstract

本發明之SiC基板，其特徵係在由位於從中心與半徑17.5mm的圓周重疊的位置的內周支持面內周支持時，將連接上面中從厚度方向所視與前述內周支持面重疊的第1點的面作為第1基準面，在較前述第1基準面上方為正時，BOW(彎曲度)為不足40μm。

Description

碳化矽基板及碳化矽磊晶晶圓

本發明係有關碳化矽(SiC)基板及碳化矽(SiC)磊晶晶圓。

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磊晶晶圓係經由在從SiC晶錠切出的SiC基板的表面，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基板或SiC磊晶晶圓係在輸送等程序中有時會撓曲。撓曲有時會成為感測器的檢測不良或吸附不良等不良的原因。例如，在專利文獻1中，記載了外周支持以中心在外側上方的方式翹曲的SiC基板，來抑制輸送時的撓曲。又，在專利文獻2中記載了為了抑制熱處理時的不均勻，用支持體對晶圓進行平面支持，使之不產生撓曲。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]美國專利申請公開第2021/0198804號 [專利文獻2]日本特開2012-182234號公報

[發明欲解決之課題]

晶圓的支持方法係有各種各樣，有時會因與其他構成的關係而受到限制。專利文獻1及2所記載的方法係在特定的晶圓的支持方法的情況下，能夠抑制不良的產生，但例如在以內周支持來支持晶圓的情況下，不能充分降低不良。

本發明係鑒於上述問題而完成的，在於提供不易產生不良的SiC基板及SiC磊晶晶圓為目的。 [為解決課題之手段]

本發明人等發現，經由製作規定晶圓的形狀或撓曲的BOW(彎曲度)或WARP(翹曲度)在特定範圍內的SiC基板，並使用該SiC基板，能夠降低輸送時的不良。即，本發明係為了解決上述課題，提供以下的手段。

(1)關於第1形態的SiC基板，係在由位於從中心與半徑17.5mm的圓周重疊的位置的內周支持面內周支持時，將連接上面中從厚度方向所視與前述內周支持面重疊的第1點的面作為第1基準面，在較前述第1基準面上方為正時，BOW為不足40μm。

(2)關於上述形態的SiC基板，係在由前述內周支持面支持時的WARP可為不足60μm。

(3)關於上述形態的SiC基板，係在由位於與從最外周距7.5mm內側的圓周重疊的位置的外周支持面外周支持時，將連接上面中從厚度方向所視與前述外周支持面重疊的第2點的面作為第2基準面，在較前述第2基準面上方為正時，BOW係可較-40μm為大。

(4)上述形態的SiC基板係在由前述外周支持面外周支持時，相對於前述第2基準面的BOW可為0μm以下。

(5)關於上述形態的SiC基板，係在由前述外周支持面支持時的WARP可為不足60μm。

(6)關於上述形態的SiC基板係直徑為145mm以上亦可。

(7)關於上述形態的SiC基板係直徑為195mm以上亦可。

(8)關於第2形態的SiC磊晶晶圓係具有關於上述形態的SiC基板、和層積在前述SiC基板的一面的SiC磊晶層。 [發明效果]

關於上述形態的SiC基板及SiC磊晶晶圓係不易產生不良。

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。

「第1實施形態」 圖1係將關於本實施形態之SiC基板10，從SiC基板10之厚度方向俯視之平面圖。SiC基板10係由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145mm以上，較佳為195mm以上。SiC基板10的直徑越大，即使是相同的曲率，撓曲的絕對量也越大。撓曲大的SiC磊晶晶圓係對後工程的程序的影響為大，要求能抑制撓曲。換言之，滿足本發明構成的SiC基板10係直徑越大，有用性越高。

SiC基板10係例如在輸送等程序中，有被內周支持，或有被外周支持之情形。內周支持係用SiC基板10的中心C附近的內周支持面1支持SiC基板10的方法，外周支持係用SiC基板10的最外周E附近的外周支持面2支持SiC基板10的方法。

內周支持面1的位置係並不限定於一個，例如，位於從中心C與半徑17.5mm的圓周重疊的位置。內周支持面1係可為位於與從中心C與半徑17.5mm的圓周重疊的位置的圓環狀的支持面，亦可為沿該圓散佈的複數之支持面。內周支持面1係支持體的上面。

外周支持面2的位置係並不限定於一個，例如，位於從最外周E與7.5mm內側的圓周重疊的位置。外周支持面2係可為位於與從最外周E距7.5mm內側的圓周重疊的位置的圓環狀的支持面，亦可係沿該圓散佈的複數之支持面。外周支持面2係支持體的上面。例如，在SiC基板10的直徑為150mm的情況下，外周支持面2係位於從中心C與半徑67.5mm的圓周重疊的位置。例如，在SiC基板10的直徑為200mm的情況下，外周支持面2係位於從中心C與半徑92.5mm的圓周重疊的位置。例如，在SiC基板10的直徑為300mm的情況下，外周支持面2係位於從中心C與半徑142.5mm的圓周重疊的位置。例如，在SiC基板10的直徑為450mm的情況下，外周支持面2係位於從中心C與半徑217.5mm的圓周重疊的位置。

關於本實施形態的SiC基板10，係在由位於從中心C與半徑17.5mm的圓周重疊的位置的內周支持面1內周支持時，BOW為不足40μm，較佳為20μm以下，更佳為10μm以下。當內周支持的BOW滿足上述範圍時，能夠降低輸送錯誤。輸送錯誤係例如感測器的檢測不良、吸附不良、與其他構件的接觸等。

圖2係用於說明內周支持關於本實施形態的SiC基板10時的BOW的評估方法的剖面圖。如圖2所示，當用內周支持面1內周支持SiC基板10時，SiC基板10的中心C係位於較最外周自平坦面F遠離的位置。即，SiC基板10係在內周支持時向上凸出地撓曲。

BOW係測定晶圓的中心C的高度，該高度係由相對於3點基準平面的附有符號距離所規定。較3點基準平面為上時為正，下方時為負。令內周支持時的基準面稱為第1基準面Sr1。第1基準面Sr1係連接上面10a中從厚度方向所視與內周支持面1重疊的第1點p1的面。第1點p1係例如從厚度方向所視，與內周支持面1重疊的部分。第1點p1係內周支持面1為複數的情形為複數。例如，第1基準面Sr1係連接複數之第1點p1的面。內周支持時的BOW係作為相對於上面10a的中心C之第1基準面Sr1的高度方向的位置被求出。內周支持時的BOW的絕對值係作為通過中心C與第1基準面Sr1(平坦面F)平行的第1面S1與3點基準平面(第1基準面Sr1)的距離被求出。

關於本實施形態的SiC基板10係內周支持時的WARP為60μm以下為佳，較佳為WARP為30μm以下，更佳為WARP為20μm以下。

圖3係用於說明內周支持關於本實施形態的SiC基板10時的WARP的評估方法的剖面圖。

WARP係從3點基準平面到上面10a的最高點hp和最低點lp的距離的合計，始終為正值。WARP係例如作為通過最高點hp與3點基準平面(第1基準面Sr1)(平坦面F)平行的第2面S2、通過最低點lp與3點基準平面(第1基準面Sr1)(平坦面F)平行的第3面S3的距離被求出。在內周支持的情況下，最高點hp係有與中心C一致之情形，在該情形下，第1面S1與第2面S2係一致。WARP越大，則判斷為SiC基板10變形。

關於本實施形態的SiC基板10係外周支持時的BOW為較-40μm為大為佳，較佳為0μm以下，更佳為-20μm以上-5μm以下。BOW為較-40μm為大，係指絕對值為較40μm為小。

外周支持時的BOW在上述範圍內，則無論為內周支持SiC基板10的情況或是外周支持的情況，都能夠抑制輸送錯誤。即，在內周支持的情況下以及外周支持的情況下，BOW處於特定範圍內的SiC基板係例如即使在輸送途中不得不改變支持方法的通過輸送程序的情況下，亦難以產生輸送錯誤，泛用性為高。又，在附有自動輸送裝置中，在輸送平台上的晶圓時，利用頂起銷等使晶圓浮起，機械手臀則進入該間隙，經由抬起，從而進行輸送。在BOW不在特定的範圍內的情況下，會有機械手臂與晶圓衝擊，或者在機器手臂的行程範圍內沒有晶圓，而引起輸送不良。

圖4係用於說明外周支持關於本實施形態的SiC基板10時的BOW的評估方法的剖面圖。如圖4所示，當用外周支持面2外周支持SiC基板10時，SiC基板10的中心C係例如位於較最外周更靠近平坦面F的位置。即，SiC基板10例如在外周支持時向下凸出彎曲。

令外周支持時的基準面稱為第2基準面Sr2。第2基準面Sr2係連接上面10a中從厚度方向所視與外周支持面2重疊的第2點p2的面。第2點p2係例如是從厚度方向所視與外周支持面2的徑方向中心重疊的部分。第2點p2係外周支持面2為複數的情形為複數。第2基準面Sr2係例如連接複數之第2點p2的面。外周支持時的BOW係作為相對於上面10a的中心C之3點基準平面(第2基準面Sr2)的高度方向的位置被求出。外周支持時的BOW的絕對值係作為通過中心C與第2基準面Sr2(平坦面F)平行的第1面S1與3點基準平面(第2基準面Sr2)的距離被求出。

圖5係用於說明外周支持關於本實施形態的SiC基板10時的WARP的評估方法的剖面圖。

WARP係如上述，從3點基準平面到上面10a的最高點hp和最低點lp的距離的合計。WARP係例如作為通過最高點hp與3點基準平面(第2基準面Sr2)(平坦面F)平行的第2面S2、通過最低點lp與3點基準平面(第2基準面Sr2)(平坦面F)平行的第3面S3的距離被求出。在外周支持的情況下，最低點lp係有與中心C一致之情形，在該情形下，第1面S1與第3面S3係一致。

在內周支持的情況和外周支持的情況下之SiC基板10的BOW和WARP係受到SiC基板10自身產生的應變和經由重力而在SiC基板10產生的撓曲的影響。在SiC基板10自身產生的應變係例如經由內部應力產生。在SiC基板10自身產生的應變係在製造過程加以控制。

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。

圖6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6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。坩堝31的加熱例如由線圈36進行。

經由控制昇華法中的結晶成長條件，可以控制施加在由SiC晶錠35所得的SiC基板10之BOW及WARP。

例如，在使SiC晶錠35 c面成長時，控制結晶成長面的中心部的溫度和外周部的溫度。結晶成長面係結晶之成長過程之表面。例如，在使SiC晶錠35 c面成長時，使外周部的溫度較結晶成長面的中心部的溫度為低。又，以xy面內的中央和外周的成長速度差為0.001mm/h以上、0.05mm/h以下的方式進行結晶成長。在此，xy面內的中央的成長速度係較外周的成長速度慢。成長速度係經由改變結晶成長面的溫度而變化。

結晶成長面的溫度係可以經由控制線圈36對坩堝31的加熱中心的z方向的位置來調整。坩堝31的加熱中心的z方向的位置可以通過改變線圈36的z方向的位置來變更。坩堝31的加熱中心的z方向的位置和結晶成長面的z方向的位置係以0.5mm/h控制離開。在此，控制坩堝31的加熱中心的z方向的位置，使其相對於結晶成長面的z方向的位置，位於下側(原料粉末34側)。

接著，將在如此條件下製作的SiC晶錠35加工成SiC基板10。在一般的加工方法中，在SiC晶錠35的狀態和SiC基板10的狀態下，施加於單結晶的應力會發生變化。例如，在成型工程中，從直徑180mm的SiC晶錠35加工成直徑150mm的SiC基板10時，需要減小直徑。又，例如，在多線切斷工程中，會產生表面的波紋，需要除去波紋。經過如此工程，例如，SiC晶錠35的應力大的部分被除去或晶格面的形狀發生變化，SiC晶錠35的狀態的應力係有在SiC基板10的狀態下開放之情形。施加於SiC晶錠35狀態的單結晶的應力被加工成被SiC基板10所繼承。關於SiC基板10的應力係SiC基板10撓曲的原因之一，經由調整應力能夠調整SiC基板的撓曲。其結果，能夠利用由SiC基板10繼承的應力來抑制SiC基板10的撓曲。

例如，對SiC晶錠35的單面實施無損傷加工後，用單線鋸切斷，吸附實施無損傷加工的面，對切斷面進一步進行無損傷加工。經由對SiC基板10的兩面進行無損傷加工，在SiC晶錠的狀態下產生的應力的一部分則也被SiC基板10繼承。無損傷加工係例如CMP加工。如此，經由進行基板加工以殘留SiC晶錠35的狀態的格子面形狀，SiC晶錠35所具有的應力被SiC基板10繼承。之後，經由進行調整直徑的成型工程，能夠調整SiC基板10的撓曲。

如此，經由使用上述製造方法製作SiC基板10，能夠減小內周支持時的BOW及WARP。又，經由使用上述製造方法製作SiC基板10，可以減小外周支持時的BOW和WARP。

關於本實施形態的SiC基板10係以滿足特定的條件的方式製造之故，內周支持時的BOW及WARP為小。為此，即使在內部支持的情況下，也難以產生輸送錯誤。又，外周支持時的BOW及WARP亦小的SiC基板10係在內周支持和外周支持的任一種情況下，都不易產生輸送錯誤，對程序的泛用性高。

「第2實施形態」 圖7係關於第2實施形態之SiC磊晶晶圓20之剖面圖。SiC磊晶晶圓20係具備SiC基板10和SiC磊晶層11。SiC磊晶層11係層積在SiC基板10的一面。SiC磊晶層11係例如層積在SiC基板10的上面10a上。

為了獲得可動作裝置的高品質SiC，在SiC基板10，層積SiC磊晶層11。又，在層積SiC磊晶層11之前，大多實施研磨等之機械加工。此時，在SiC基板10的上面10a，形成加工變質層。在SiC基板10的一面，層積SiC磊晶層11，或形成加工變質層時，SiC磊晶晶圓20有翹曲之情形。

SiC基板10的表面係被研磨者為佳。SiC基板10的上面10a的表面粗糙度(Ra)係例如1nm以下為佳。上面10a係例如層積SiC磊晶層11之側的面。

SiC基板10之上面10a及下面10b係皆可研磨為佳。上面10a係例如Si面，下面10b係例如C面。上面10a和下面10b之關係為相反亦可。上面10a和下面10b係皆可為殘留有刮痕等的鏡面加工的鏡面，亦可為CMP(Chemical mechanical polish)的CMP處理面，研磨的程度係在上面10a和下面10b亦可為不同。在殘留有刮痕等的鏡面上形成加工變質層，在CMP處理面上幾乎不形成加工變質層。加工變質層係經由加工而受到損傷的部分，係結晶構造崩潰的部分。

例如，上面10a係以鏡面研磨面，下面10b以CMP處理面之時，經由兩面之表面狀態之不同，於SiC基板10產生特懷曼效應。特懷曼效應係在基板的兩面的殘留應力產生差的情況下，彌補兩面的應力的差的力所起作用的現象。特懷曼效應係可導致SiC磊晶晶圓20之翹曲。

又，層積SiC磊晶層11後SiC磊晶晶圓20係WARP為50μm以下為佳，更佳為WARP為30μm以下。又，層積SiC磊晶層11後SiC磊晶晶圓20係內周支持時的BOW為30μm以下為佳，更佳為10μm以下。又，外周支持時的BOW為-30μm以上為佳。

第2實施形態的SiC磊晶晶圓20係由於SiC基板10的WARP及BOW在特定的範圍內之故，即使在層積SiC磊晶層11之後亦難以撓曲。因此，SiC磊晶晶圓20亦不容易產生輸送錯誤。

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) SiC晶錠35係經由昇華法製作。於製作SiC晶錠35之時，坩堝31的加熱中心的z方向的位置和結晶成長面的z方向的位置係以0.5mm/h控制離開。使外周部的溫度低於結晶成長面的中心部的溫度，以xy面內的中央和外周的成長速度差為0.001mm/h以上、0.05mm/h以下的方式進行結晶成長。

然後，以多線鋸切斷製作的SiC晶錠35，對兩面進行CMP研磨。經過上述工程，準備板厚為348.15μm，直徑為150mm的SiC基板10。

製作的SiC基板10由配置在距中心C半徑17.5mm的圓周上的複數之內周支持面1所支持，測定BOW和WARP。BOW係9.468μm。WARP係18.416μm。

然後，將該SiC基板10輸送特定的輸送路徑。輸送路徑的高度為2mm。又，輸送路徑機器手臂的厚度為1.5mm，行程寬度為50μm、被輸送晶圓的厚度上限為375μm。在該條件下，在輸送複數實施例1的SiC基板10時，實施例1的SiC基板10的輸送錯誤率為0%。

(實施例2) 在實施例2中，製作SiC晶錠35的成長條件為相同條件，但切出的SiC基板10的厚度與實施例1不同。在製作實施例2中的SiC基板10時，使外周部的溫度較結晶成長面的中心部的溫度低，xy面內的中央和外周的成長速度差為0.001mm/h以上、0.05mm/h以下，控制坩堝31的加熱中心的z方向的位置和結晶成長面的z方向的位置，以0.5mm/h分離。

又，與實施例1同樣，用內周支持面1支持實施例2的SiC基板10，測定BOW和WARP。用內周支持面1支持之情況下的BOW係35.744μm，WARP係51.174μm。然後，在與實施例1同樣的條件下，輸送實施例2的SiC基板10時的輸送錯誤率為20%。

(比較例1、比較例2) 比較例1和比較例2係與實施例1的不同之處在於，改變了製作SiC晶錠35的成長條件。在比較例1和比較例2中，沒有特別控制結晶成長時的溫度條件。

又，與實施例1同樣，測定由內周支持面1支持比較例1及比較例2的SiC基板10時的BOW和WARP。

用內周支持面1支持比較例1之SiC基板10時的BOW為74.027μm，WARP為103.705μm。然後，在與實施例1同樣的條件下，輸送比較例1的SiC基板10時的輸送錯誤率為100%。

用內周支持面1支持比較例2之SiC基板10時的BOW為-30.164μm，WARP為282.608μm。然後，在與實施例1同樣的條件下，輸送比較例2的SiC基板10時的輸送錯誤率為100%。

將實施例1、2及比較例1、2的結果總結於以下之表1。

精密控制製造時的溫度的實施例1及2，係即使在內周支持的情況下BOW及WARP亦小。又，BOW和WARP小的實施例1和2的SiC基板係與比較例1和2的SiC基板相比，輸送錯誤率為低。又，實施例1的BOW和WARP係分別較實施例2的BOW和WARP為小。實施例1係相較實施例2，SiC基板10的板厚為厚。經由加厚板厚，可以減小BOW和WARP。

1:內周支持面 2:外周支持面 10:SiC基板 10a:上面 10b:下面 11:SiC磊晶層 20:SiC磊晶晶圓 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 C:中心 F:平坦面 hp:最高點 lp:最低點 p1:第1點 p2:第2點 S1:第1面 S2:第2面 S3:第3面 Sr1:第1基準面 Sr2:第2基準面

[圖1]關於本實施形態之SiC基板的平面圖。 [圖2]用於說明內周支持關於本實施形態的SiC基板時的BOW的評估方法的剖面圖。 [圖3]用於說明內周支持關於本實施形態的SiC基板時的WARP的評估方法的剖面圖。 [圖4]用於說明外周支持關於本實施形態的SiC基板時的BOW的評估方法的剖面圖。 [圖5]用於說明外周支持關於本實施形態的SiC基板時的WARP的評估方法的剖面圖。 [圖6]用於說明SiC晶錠的製造裝置的一例的昇華法的模式圖。 [圖7]關於本實施形態之SiC磊晶晶圓的剖面圖。

1:內周支持面

10:SiC基板

10a:上面

C:中心

F:平坦面

p1:第1點

S1:第1面

Sr1:第1基準面

Claims (9)

1. 一種碳化矽基板，直徑為145nm以上，碳化矽基板，其特徵係在由位於從中心與半徑17.5mm的圓周重疊的位置的內周支持面內周支持時，前述碳化矽基板係向上凸起變形，將連接上面中從厚度方向所視與前述內周支持面重疊的第1點的面作為第1基準面，在較前述第1基準面上方為正時，BOW(彎曲度)為不足40μm。
2. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，在由前述內周支持面支持時的WARP(翹曲度)為不足60μm。
3. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，在由位於與從最外周距7.5mm內側的圓周重疊的位置的外周支持面外周支持時，將連接上面中從厚度方向所視與前述外周支持面重疊的第2點的面作為第2基準面，在較前述第2基準面上方為正時，BOW(彎曲度)係較-40μm為大。
4. 如請求項3記載之碳化矽基板，其中，在由前述外周支持面外周支持時，相對於前述第2基準面的BOW(彎曲度)為0μm以下。
5. 如請求項3記載之碳化矽基板，其中，在由前述外周支持面支持時的WARP(翹曲度)為不足60μm。
6. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，直徑為195mm以上。
7. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，在由前述內周支持面支持時的BOW(彎曲度)為不足10μm。
8. 如請求項1記載之碳化矽基板，其中，在由前述內周支持面支持時的WARP(翹曲度)為不足20μm。
9. 一種碳化矽磊晶晶圓，其特徵係具有如請求項1~8之任一項記載的碳化矽基板、和層積在前述碳化矽基板的一面的碳化矽磊晶層。

Images