碳化矽基板的製造方法
2023-05-28 00:31:41 1
碳化矽基板的製造方法
【專利摘要】一種製造碳化矽基板的方法，包括製備單結晶碳化矽的晶塊（1）的步驟和通過切割晶塊（1）獲得基板的步驟。然後，在獲得基板的步驟中，在如下方向上進行切割：該方向相對於晶塊（1）的方向或方向所形成的角度在{0001}面上的正投影中是15°±5°。
【專利說明】碳化娃基板的製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種碳化矽基板的製造方法，並且更具體地，涉及一種能夠抑制主面中的面取向的變化的碳化矽基板的製造方法。
【背景技術】
[0002]近年來，在高溫等環境中使用半導體裝置時，為了實現半導體裝置的高擊穿電壓和低損失，碳化矽已經越來越多地被用作形成半導體裝置的材料。碳化矽是與傳統上廣泛地用作形成半導體裝置的材料的矽相比具有更大帶隙的寬帶隙半導體。因此，通過將碳化矽用作形成半導體裝置的材料，能夠實現半導體裝置的高擊穿電壓、低接通電阻(0Nresistance)等。此外，採用碳化矽作為材料的半導體裝置與採用矽作為材料的半導體裝置相比也更為有利，因為在高溫環境下使用該半導體裝置時半導體裝置的特性退化是小的。
[0003]包括碳化矽作為材料的半導體裝置例如通過如下方式形成:在碳化矽基板上形成外延生長層，在外延生長層中製成已經引入期望的雜質的區域，以及形成電極。一般通過切害I](切片)碳化矽的結晶(晶塊)來製造碳化矽基板。然而，碳化矽具有極高的硬度，因此切割碳化矽是不容易的。因此，已經多方面地研究了切割碳化矽結晶的方法，並且已經提出了各種方法(參見，例如，日本專利特開2009-61528 (PTLD)0
[0004]引用列表
[0005]專利文獻
[0006]PTLl:日本專利特開 2009-61528
【發明內容】
[0007]技術問題
[0008]然後，利用常規的切割碳化矽結晶的方法，所獲得的基板的翹曲不利地是大的。在切割之後，能夠通過拋光等減小基板的翹曲。然而，如果通過拋光等對翹曲很大的基板進行平面化，在基板的主面中的碳化矽單結晶的面取向在各處變化。取決於結晶的面取向，碳化矽單結晶具有不同的特性。因此，優選地，翹曲在切割基板的階段中被減小，以抑制在基板的主面中的面取向變化。
[0009]完成本發明以解決該問題，並且本發明的目的是提供能夠抑制主面中的面取向變化的碳化矽基板的製造方法。
[0010]技術方案
[0011]根據本發明的碳化矽基板的製造方法包括製備單結晶碳化矽結晶的步驟以及通過切割結晶獲得基板的步驟。然後，在獲得基板的步驟中，在如下方向上進行切割:該方向相對於結晶的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向所形成的角度在{0001}面上的正投影中是
15。±5。。
[0012]本發明人對在切割基板階段中減小翹曲的方法進行了詳細研究，獲得了下列發現，然後得出了本發明。[0013]S卩，如上所述，碳化矽結晶具有極高的硬度並且其切割是困難的。此外，碳化矽結晶具有解理面，並且由於該解理面的影響，切割困難存在各向異性。因此，通過使切割沿著解理方向進行能夠容易地執行切割。
[0014]然而，本發明的研究闡明，這樣的切割方法成為上述基板翹曲的一個因素。更具體地，六邊形碳化矽的結晶具有〈1-100〉方向和〈I 1-20〉方向的兩個解理方向。〈1-100〉方向與〈11-20〉方向形成90°。然後，考慮到基於晶體對稱的等效方向，上述解理方向在{0001}面中每隔30°出現。此外，解理程度，也就是，裂紋發展的容易性在〈1-100〉方向和〈11-20〉方向上是不同的。而且，碳化矽基板的前表面和後表面，也就是，在切割進行期間在切割區域中彼相對的一個表面和另一個表面，在〈1-100〉方向與〈11-20〉方向上的裂紋發展的容易性之間是相反的。
[0015]因此，例如，在通過線切割來切割結晶的情況下，如果執行切割，以使切割沿著上述解理方向中的一個解理方向進行，則由於切割進行期間在切割區域中彼此相對的一個表面與另一個表面之間裂紋發展的容易性的差別，線沿〈0001〉方向逐漸移動。結果，在通過切割獲得的碳化矽基板中形成翹曲。
[0016]相反，在根據本發明的碳化矽基板的製造方法中，在如下方向上進行切割:該方向相對於結晶的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向所形成的角度在{0001}面上的正投影中是15° ±5°。即，切割在如下方向上進行:該方向明顯遠離在{0001}面中每隔30°出現的解理方向。因此，減小了上述解理方向的影響，並且抑制了翹曲的發生。結果，即使通過拋光等來平面化通過切割獲得的基板，也能夠抑制主面中的面取向的變化。應注意的是，在切割進行的方向與〈11-20〉方向或〈1-100〉方向之間形成的角度是指在切割進行的方向與〈11-20〉方向和〈1-100〉方向之間形成的角度中的更尖銳的角度。
[0017]其中切割進行的方向最優選地是這樣的方向:該方向相對於結晶的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向形成的角度在{0001}面上的正投影中是15°。然而，只要相對於該最優選方向形成的角度不大於5°，即可獲得充分的效果。為了取得更好的效果，切割進行的方向優選地是這樣的方向:該方向相對於結晶的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向形成的角度在{0001}面上的正投影中是15° ±3°。
[0018]在以上碳化矽基板的製造方法中，在獲得基板的步驟中，切割可以在如下方向上進行:該方向相對於結晶的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向形成的角度在{0001}面上的正投影中是15° ±2°。因此，進一步抑制了通過切割獲得的基板的翹曲。因此，即使通過拋光等來平面化通過切割獲得的基板，也能夠進一步抑制主面中的面取向的變化。
[0019]在以上碳化矽基板的製造方法中，結晶可以沿〈0001〉方向生長。因此，能夠有效地製造單結晶碳化矽的結晶。
[0020]在以上碳化矽基板的製造方法中，結晶可以具有不小於2英寸的直徑。隨著結晶具有更大的直徑，以上翹曲的影響也更大。因此，能夠減小以上翹曲的本發明適於這樣的情形:在該情形中，基板由具有不小於2英寸的直徑的結晶製成。
[0021]在以上碳化矽基板的製造方法中，在獲得基板的步驟中，以上結晶可以被切割以使基板的直徑與厚度的比值不小於100。當基板的直徑D相對於厚度T更大時，以上翹曲的影響變大。具體地，在上述D/T不小於100的情況下，由於發生以上翹曲，在基板的主面中的面取向的變化更可能影響使用基板製造半導體裝置。因此，能夠減小以上翹曲的本發明在上述D/T不小於100的情況下是特別適當的。
[0022]在以上碳化矽基板的製造方法中，在獲得基板的步驟中，可以通過線切割來切割
以上結晶。
[0023]在通過線切割來切割結晶的情況下，以上翹曲是特別可能的。因此，能夠減小以上翹曲的本發明特別地適合於其中通過線切割來切割結晶的情況。
[0024]發明的有利效果
[0025]如從以上描述明顯的，根據本發明的碳化矽基板的製造方法，能夠提供一種能夠抑制主面中的面取向的變化的碳化矽基板的製造方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是示出單結晶碳化矽的晶塊的示意性透視圖。
[0027]圖2是示出切割晶塊的方法的示意性平面圖。
[0028]圖3是示出碳化矽基板的示意性透視圖。
[0029]圖4是示出通過線切割獲得的基板的主面的形狀的圖示，該線切割在沿著解理方向的方向上進行切割。
[0030]圖5是示出通過執行線切割並且之後對表面進行拋光獲得的基板的該主面的形狀的圖示，該線切割在沿著解理方向的方向上進行切割。
[0031]圖6是示出通過執行線切割獲得的基板的主面的形狀的圖示，其中該線切割在這樣的方向上進行切割:該方向相對於解理方向所形成的角度是15°。
[0032]圖7是示出通過執行線切割並且之後對表面進行拋光所獲得的基板的該主面的形狀的圖示，其中該紅案在這樣的方向上進行切割:該方向相對於解理方向形成的角度是
15。。
[0033]圖8是示出在線切割期間的線速度變化的情況下D/T和翹曲之間的關係的圖示。
[0034]圖9是示出在線切割期間線的張力變化的情況下D/T和翹曲之間的關係的圖示。
[0035]圖10是示出在線切割期間切割速度變化的情況下D/T和翹曲之間的關係的圖示。
[0036]圖11是示出通過執行線切割獲得的基板的主面的形狀的圖示，其中該線切割在這樣的方向上進行:該方向相對於〈1-100〉方向形成的角度是0°。
[0037]圖12是示出通過執行線切割獲得的基板的主面的形狀的圖示，其中該線切割在這樣的方向上進行:該方向相對於〈1-100〉方向形成的角度是15°。
[0038]圖13是示出通過執行線切割獲得的基板的主面的形狀的圖示，其中該線切割在這樣的方向上進行:該方向相對於〈1-100〉方向形成的角度是20°。
[0039]圖14是示出通過執行線切割獲得的基板的主面的形狀的圖示，其中該線切割在這樣的方向上進行:該方向相對於〈1-100〉方向形成的角度是30°。
【具體實施方式】
[0040]在下文中將參照附圖描述本發明的實施例。應注意到，在以下附圖中，相同或對應的元件被賦予相同的附圖標記，並且將不重複其描述。此外，個別取向、整體取向、個別面、和整體面在本文中分別以[]、〈>、、與{}示出。而且，就結晶學而言，負指數應由通過上方帶有槓的數字表示，然而，本文中負號在數字之前。[0041]首先，將描述本發明的一個實施例中的碳化矽基板的製造方法。參照圖1，在本實施例中的碳化矽基板的製造方法中，首先執行製備單結晶碳化矽的結晶(晶塊)的步驟。具體地，例如利用下述的升華方法製造單結晶碳化矽的晶塊。即，由單結晶碳化矽構成的晶種和由碳化矽構成的源材料粉末被起始地放置在由石墨構成的容器中。然後，碳化矽在源材料粉末被加熱時升華，並且碳化矽在晶種上再結晶。這裡，再結晶在引入諸如氮的期望雜質的情況下進行。因此，獲得圖1所示的單結晶碳化矽的晶塊I。在此處，通過將晶塊I的生長方向設置成如圖1所示的〈0001〉方向，能夠有效地製造晶塊I。
[0042]然後，通過切割製造的晶塊I來製造碳化矽基板。具體地，參照圖2，起始地，製造的柱(圓柱)狀晶塊I被設置成使得其側表面的一部分由支撐基部2支撐。然後，在線9在沿著晶塊I的直徑方向的方向上行進時，線9沿著作為與行進方向相垂直的方向的切割方向a接近晶塊1，使得線9與晶塊I彼此接觸。然後，隨著線9繼續沿著切割方向移動，切割鑄I。更具體地，其中作為鬆散研磨顆粒的單結晶金剛石和切割油已被混合的諸如漿料的切割液被供應至其中例如由包含鐵和鎳的合金構成的線9與晶塊I相接觸地行進的區域，並且線9和晶塊I彼此相接觸，由此切割晶塊I。因此，獲得圖3所示的碳化矽基板3。之後，例如通過拋光對碳化矽基板3的主面進行平面化，由此完成本實施例中的碳化矽基板3。
[0043]在此處，參照圖2，在利用線9切割(切片)晶塊I中，沿著如下的切割方向a進行切割:該切割方向a相對於晶塊I的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向形成的角度在{0001}面上的正投影中是15° ±5°。更具體地，例如如圖2所示，在晶塊I的〈11-20〉方向與切割方向a之間形成的角度P被設置為15° ±5°。因此，減小了由解理方向對線9的影響，並且抑制了碳化矽基板3的翹曲的發生。結果，即使通過拋光等來平面化通過切割獲得的碳化矽基板3的主面，主面中的面取向的變化也得到抑制。此外，以上角度P的值更優選是 15° ±2°。
[0044]在此處，在晶塊I (碳化矽基板3)具有不小於2英寸的直徑的情況下或其中碳化矽基板3的D/T不小於100的情況下，以上翹曲趨於較大。因此，在這樣的情況下，能夠減小以上翹曲的本實施例中的碳化矽的製造方法是特別有效的。
[0045]此外，由於以上翹曲在利用在切割期間可能彎曲的線9的切割中是更可能的，所以對於通過線切割來切割晶塊1，能夠減小以上翹曲的本實施例中的碳化矽基板3的製造方法是特別有效的。
[0046]示例
[0047](示例I)
[0048]進行這樣的實驗:將在根據本發明的碳化矽基板的製造方法中的碳化矽基板的主面的狀態與常規碳化矽基板的主面的狀態相比較。實驗程序如下。
[0049]起始地，如以上實施例中那樣製備單結晶碳化矽的晶塊，並且通過執行這樣的線切割來獲得碳化矽基板:在晶塊由支撐基部2支撐的情況下，在沿著解理方向的方向上進行切割。然後，通過拋光(常規示例)來平面化碳化矽基板的主面。另一方面，在類似程序中，通過執行這樣的線切割來獲得碳化矽基板:該線切割在相對解理方向形成的角度是15°的方向上進行切割。然後，通過拋光來平面化碳化矽基板的主面(本示例)。在由此獲得的碳化矽基板的切割之後及平面化之前的狀態下以及在其平面化之後的狀態下，檢查碳化矽基板的主面的形狀。圖4至7示出實驗結果。應注意的是，圖4至7中的數值示出了相對於基準面的高度。
[0050]參照圖4和5，在常規示例中的切割方法的情況下，表面的翹曲是大的，並且甚至在平面化之後翹曲也是大的，雖然平面化改善了表面粗糙度。相反，參照圖6和7，在本發明示例中的切割方法的情況下，表面翹曲在切割時間點被明顯改善，並且平面化改善了表面粗糙度。由此確認了，根據本發明中的碳化矽基板的製造方法，與採納常規切割方法的情況相比，翹曲的發生得到抑制，並且即使通過拋光等來平面化基板，也能夠明顯地抑制了主面中的面取向的變化。
[0051](示例2)
[0052]進行這樣的實驗:檢查在根據本發明的碳化矽基板的製造方法中的關於碳化矽基板的直徑D相對厚度T的值(D/T)與基板的翹曲之間的關係。在線切割期間的線速度變化的情況下、在線的張力變化的情況下以及在切割速度變化的情況下進行該實驗。圖8至10示出了實驗結果。應注意的是，在圖8至10中，橫坐標代表D/T的值，縱坐標代表翹曲的值(SORI)0圖8示出其中線的線速度是從100m/min至600m/min的情況下的實驗結果，圖9示出其中線的張力從15N至40N的情況，並且圖10示出其中切割速度是從lmm/h至6mm/h的情況。
[0053]參照圖8至10，在任何情況下，當D/T值不小於100時，翹曲是特別大的。因此，能夠推斷的是，能夠減小翹曲的根據本發明的碳化矽基板的製造方法對於其中D/T值不小於100的情況是特別適合的。
[0054]此外，參照圖8，隨著線的線速度增加，翹曲減小。隨著線速度從100m/min增加至300m/min,翅曲顯著減小。但是另一方面,隨著線速度從300m/min增加至600m/min,翅曲減小的量小於從100m/min增加至300m/min的情況。此外，當以上線速度超過700m/min時，線更可能相對於晶塊滑動，並且切片不太可能進行。因此，認為線的線速度優選地不小於不小於300m/min且不大於700m/min。
[0055]進一步參照圖9，隨著線的張力增加，翹曲減小。隨著張力從15N增加至35N，翹曲明顯減小。但是另一方面，隨著張力從35N增加至40N，翹曲減小的量小於張力從15N增加至35N的情況。當張力超過50N時，線可能斷裂。因此，認為線的張力優選地不小於35N並且不大於50N。
[0056]進一步參考圖10，隨著切割速度降低，翹曲減小。然後，隨著切割速度從6mm/h下降至3_/h,翅曲明顯減小。但是另一方面,隨著切割速度從3_/h下降至l_/h,翅曲減小的量小於切割速度從6mm/h下降至3mm/h的情況。此外，當切割速度小於lmm/h時,通過諸如漿料的切割液滑動的線在晶塊上大致無前進地行進，這導致大的切割寬度和最終較低的產量。因此，認為切割速度優選地不低於lmm/h且不高於3mm/h。
[0057](示例3)
[0058]進行這樣的實驗:在通過切割單結晶碳化矽的晶塊獲得基板中，檢查在{0001}面上的正投影中在切割進行的方向與解理方向之間形成的角度對於獲得的基板的翹曲(SORI)的影響。
[0059]起始地，如在以上實施例中那樣，製備單結晶碳化矽的晶塊，並且在晶塊被支撐在支撐基部2上的情況下，對晶塊切片來獲得碳化矽基板:使得相對於表示解理方向的〈1-100〉方向形成的角度在{0001}面上的正投影中是從0°至30°。然後，測量獲得的基板的主面的SORI。表1示出測量結果。此外，圖11至14各自均示出了獲得的基板的主面的形狀。
[0060]表1
[0061]
【權利要求】
1.一種碳化矽基板的製造方法，包括如下步驟: 製備單結晶碳化矽的結晶(I);以及 通過切割所述結晶(I)來獲得基板(3)， 在所述獲得基板(3)的步驟中，在如下方向上進行切割:所述方向相對於所述結晶(I)的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向所形成的角度在{0001}面上的正投影中是15° ±5°。
2.根據權利要求1所述的碳化矽基板的製造方法，其中，在所述獲得基板(3)的步驟中，在如下方向上進行切割:所述方向相對於所述結晶(I)的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向形成的角度在{0001}面上的正投影中是15° ±2°。
3.根據權利要求1或2所述的碳化矽基板的製造方法，其中，所述結晶(I)沿〈0001〉方向生長。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的碳化矽基板的製造方法，其中，所述結晶(I)具有不小於2英寸的直徑。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的碳化矽基板的製造方法，其中，在所述獲得基板(3)的步驟中，所述結晶(I)被切割為使得所述基板(3)的直徑與厚度的比值不小於100。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的碳化矽基板的製造方法，其中，在所述獲得基板(3)的步驟中，通過線切割來切割所述結晶(I)。
【文檔編號】H01L21/304GK103503119SQ201280021347
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年5月9日 優先權日:2011年6月2日
【發明者】衝田恭子 申請人:住友電氣工業株式會社