碳化硅基板的制造方法
【專利摘要】一種制造碳化硅基板的方法，包括制備單結(jié)晶碳化硅的晶塊（1）的步驟和通過切割晶塊（1）獲得基板的步驟。然后，在獲得基板的步驟中，在如下方向上進(jìn)行切割：該方向相對于晶塊（1）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°。
【專利說明】碳化娃基板的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳化硅基板的制造方法，并且更具體地，涉及一種能夠抑制主面中的面取向的變化的碳化硅基板的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在高溫等環(huán)境中使用半導(dǎo)體裝置時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高擊穿電壓和低損失，碳化硅已經(jīng)越來越多地被用作形成半導(dǎo)體裝置的材料。碳化硅是與傳統(tǒng)上廣泛地用作形成半導(dǎo)體裝置的材料的硅相比具有更大帶隙的寬帶隙半導(dǎo)體。因此，通過將碳化硅用作形成半導(dǎo)體裝置的材料，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高擊穿電壓、低接通電阻(0Nresistance)等。此外，采用碳化硅作為材料的半導(dǎo)體裝置與采用硅作為材料的半導(dǎo)體裝置相比也更為有利，因?yàn)樵诟邷丨h(huán)境下使用該半導(dǎo)體裝置時(shí)半導(dǎo)體裝置的特性退化是小的。
[0003]包括碳化硅作為材料的半導(dǎo)體裝置例如通過如下方式形成:在碳化硅基板上形成外延生長層，在外延生長層中制成已經(jīng)引入期望的雜質(zhì)的區(qū)域，以及形成電極。一般通過切害I](切片)碳化硅的結(jié)晶(晶塊)來制造碳化硅基板。然而，碳化硅具有極高的硬度，因此切割碳化硅是不容易的。因此，已經(jīng)多方面地研究了切割碳化硅結(jié)晶的方法，并且已經(jīng)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(xiàn)
[0006]PTLl:日本專利特開 2009-61528
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]然后，利用常規(guī)的切割碳化硅結(jié)晶的方法，所獲得的基板的翹曲不利地是大的。在切割之后，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(jìn)行平面化，在基板的主面中的碳化硅單結(jié)晶的面取向在各處變化。取決于結(jié)晶的面取向，碳化硅單結(jié)晶具有不同的特性。因此，優(yōu)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(fā)明以解決該問題，并且本發(fā)明的目的是提供能夠抑制主面中的面取向變化的碳化硅基板的制造方法。
[0010]技術(shù)方案
[0011]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅基板的制造方法包括制備單結(jié)晶碳化硅結(jié)晶的步驟以及通過切割結(jié)晶獲得基板的步驟。然后，在獲得基板的步驟中，在如下方向上進(jìn)行切割:該方向相對于結(jié)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(fā)明人對在切割基板階段中減小翹曲的方法進(jìn)行了詳細(xì)研究，獲得了下列發(fā)現(xiàn)，然后得出了本發(fā)明。[0013]S卩，如上所述，碳化硅結(jié)晶具有極高的硬度并且其切割是困難的。此外，碳化硅結(jié)晶具有解理面，并且由于該解理面的影響，切割困難存在各向異性。因此，通過使切割沿著解理方向進(jìn)行能夠容易地執(zhí)行切割。
[0014]然而，本發(fā)明的研究闡明，這樣的切割方法成為上述基板翹曲的一個(gè)因素。更具體地，六邊形碳化硅的結(jié)晶具有〈1-100〉方向和〈I 1-20〉方向的兩個(gè)解理方向。〈1-100〉方向與〈11-20〉方向形成90°。然后，考慮到基于晶體對稱的等效方向，上述解理方向在{0001}面中每隔30°出現(xiàn)。此外，解理程度，也就是，裂紋發(fā)展的容易性在〈1-100〉方向和〈11-20〉方向上是不同的。而且，碳化硅基板的前表面和后表面，也就是，在切割進(jìn)行期間在切割區(qū)域中彼相對的一個(gè)表面和另一個(gè)表面，在〈1-100〉方向與〈11-20〉方向上的裂紋發(fā)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(jié)晶的情況下，如果執(zhí)行切割，以使切割沿著上述解理方向中的一個(gè)解理方向進(jìn)行，則由于切割進(jìn)行期間在切割區(qū)域中彼此相對的一個(gè)表面與另一個(gè)表面之間裂紋發(fā)展的容易性的差別，線沿〈0001〉方向逐漸移動(dòng)。結(jié)果，在通過切割獲得的碳化硅基板中形成翹曲。
[0016]相反，在根據(jù)本發(fā)明的碳化硅基板的制造方法中，在如下方向上進(jìn)行切割:該方向相對于結(jié)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(jìn)行:該方向明顯遠(yuǎn)離在{0001}面中每隔30°出現(xiàn)的解理方向。因此，減小了上述解理方向的影響，并且抑制了翹曲的發(fā)生。結(jié)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(yīng)注意的是，在切割進(jìn)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(jìn)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(jìn)行的方向最優(yōu)選地是這樣的方向:該方向相對于結(jié)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，只要相對于該最優(yōu)選方向形成的角度不大于5°，即可獲得充分的效果。為了取得更好的效果，切割進(jìn)行的方向優(yōu)選地是這樣的方向:該方向相對于結(jié)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]在以上碳化硅基板的制造方法中，在獲得基板的步驟中，切割可以在如下方向上進(jìn)行:該方向相對于結(jié)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(jìn)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(jìn)一步抑制主面中的面取向的變化。
[0019]在以上碳化硅基板的制造方法中，結(jié)晶可以沿〈0001〉方向生長。因此，能夠有效地制造單結(jié)晶碳化硅的結(jié)晶。
[0020]在以上碳化硅基板的制造方法中，結(jié)晶可以具有不小于2英寸的直徑。隨著結(jié)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(fā)明適于這樣的情形:在該情形中，基板由具有不小于2英寸的直徑的結(jié)晶制成。
[0021]在以上碳化硅基板的制造方法中，在獲得基板的步驟中，以上結(jié)晶可以被切割以使基板的直徑與厚度的比值不小于100。當(dāng)基板的直徑D相對于厚度T更大時(shí)，以上翹曲的影響變大。具體地，在上述D/T不小于100的情況下，由于發(fā)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制造半導(dǎo)體裝置。因此，能夠減小以上翹曲的本發(fā)明在上述D/T不小于100的情況下是特別適當(dāng)?shù)摹?br> [0022]在以上碳化硅基板的制造方法中，在獲得基板的步驟中，可以通過線切割來切割
以上結(jié)晶。
[0023]在通過線切割來切割結(jié)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(fā)明特別地適合于其中通過線切割來切割結(jié)晶的情況。
[0024]發(fā)明的有利效果
[0025]如從以上描述明顯的，根據(jù)本發(fā)明的碳化硅基板的制造方法，能夠提供一種能夠抑制主面中的面取向的變化的碳化硅基板的制造方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是示出單結(jié)晶碳化硅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是示出碳化硅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(jìn)行切割。
[0030]圖5是示出通過執(zhí)行線切割并且之后對表面進(jìn)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(jìn)行切割。
[0031]圖6是示出通過執(zhí)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(jìn)行切割:該方向相對于解理方向所形成的角度是15°。
[0032]圖7是示出通過執(zhí)行線切割并且之后對表面進(jìn)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(jìn)行切割:該方向相對于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(guān)系的圖示。
[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(guān)系的圖示。
[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(guān)系的圖示。
[0036]圖11是示出通過執(zhí)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(jìn)行:該方向相對于〈1-100〉方向形成的角度是0°。
[0037]圖12是示出通過執(zhí)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(jìn)行:該方向相對于〈1-100〉方向形成的角度是15°。
[0038]圖13是示出通過執(zhí)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(jìn)行:該方向相對于〈1-100〉方向形成的角度是20°。
[0039]圖14是示出通過執(zhí)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(jìn)行:該方向相對于〈1-100〉方向形成的角度是30°。
【具體實(shí)施方式】
[0040]在下文中將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)注意到，在以下附圖中，相同或?qū)?yīng)的元件被賦予相同的附圖標(biāo)記，并且將不重復(fù)其描述。此外，個(gè)別取向、整體取向、個(gè)別面、和整體面在本文中分別以[]、〈>、()、與{}示出。而且，就結(jié)晶學(xué)而言，負(fù)指數(shù)應(yīng)由通過上方帶有杠的數(shù)字表示，然而，本文中負(fù)號在數(shù)字之前。[0041]首先，將描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的碳化硅基板的制造方法。參照圖1，在本實(shí)施例中的碳化硅基板的制造方法中，首先執(zhí)行制備單結(jié)晶碳化硅的結(jié)晶(晶塊)的步驟。具體地，例如利用下述的升華方法制造單結(jié)晶碳化硅的晶塊。即，由單結(jié)晶碳化硅構(gòu)成的晶種和由碳化硅構(gòu)成的源材料粉末被起始地放置在由石墨構(gòu)成的容器中。然后，碳化硅在源材料粉末被加熱時(shí)升華，并且碳化硅在晶種上再結(jié)晶。這里，再結(jié)晶在引入諸如氮的期望雜質(zhì)的情況下進(jìn)行。因此，獲得圖1所示的單結(jié)晶碳化硅的晶塊I。在此處，通過將晶塊I的生長方向設(shè)置成如圖1所示的〈0001〉方向，能夠有效地制造晶塊I。
[0042]然后，通過切割制造的晶塊I來制造碳化硅基板。具體地，參照圖2，起始地，制造的柱(圓柱)狀晶塊I被設(shè)置成使得其側(cè)表面的一部分由支撐基部2支撐。然后，在線9在沿著晶塊I的直徑方向的方向上行進(jìn)時(shí)，線9沿著作為與行進(jìn)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。然后，隨著線9繼續(xù)沿著切割方向移動(dòng)，切割鑄I。更具體地，其中作為松散研磨顆粒的單結(jié)晶金剛石和切割油已被混合的諸如漿料的切割液被供應(yīng)至其中例如由包含鐵和鎳的合金構(gòu)成的線9與晶塊I相接觸地行進(jìn)的區(qū)域，并且線9和晶塊I彼此相接觸，由此切割晶塊I。因此，獲得圖3所示的碳化硅基板3。之后，例如通過拋光對碳化硅基板3的主面進(jìn)行平面化，由此完成本實(shí)施例中的碳化硅基板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(jìn)行切割:該切割方向a相對于晶塊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(shè)置為15° ±5°。因此，減小了由解理方向?qū)€9的影響，并且抑制了碳化硅基板3的翹曲的發(fā)生。結(jié)果，即使通過拋光等來平面化通過切割獲得的碳化硅基板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(yōu)選是 15° ±2°。
[0044]在此處，在晶塊I (碳化硅基板3)具有不小于2英寸的直徑的情況下或其中碳化硅基板3的D/T不小于100的情況下，以上翹曲趨于較大。因此，在這樣的情況下，能夠減小以上翹曲的本實(shí)施例中的碳化硅的制造方法是特別有效的。
[0045]此外，由于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，所以對于通過線切割來切割晶塊1，能夠減小以上翹曲的本實(shí)施例中的碳化硅基板3的制造方法是特別有效的。
[0046]示例
[0047](示例I)
[0048]進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn):將在根據(jù)本發(fā)明的碳化硅基板的制造方法中的碳化硅基板的主面的狀態(tài)與常規(guī)碳化硅基板的主面的狀態(tài)相比較。實(shí)驗(yàn)程序如下。
[0049]起始地，如以上實(shí)施例中那樣制備單結(jié)晶碳化硅的晶塊，并且通過執(zhí)行這樣的線切割來獲得碳化硅基板: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(jìn)行切割。然后，通過拋光(常規(guī)示例)來平面化碳化硅基板的主面。另一方面，在類似程序中，通過執(zhí)行這樣的線切割來獲得碳化硅基板:該線切割在相對解理方向形成的角度是15°的方向上進(jìn)行切割。然后，通過拋光來平面化碳化硅基板的主面(本示例)。在由此獲得的碳化硅基板的切割之后及平面化之前的狀態(tài)下以及在其平面化之后的狀態(tài)下，檢查碳化硅基板的主面的形狀。圖4至7示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。應(yīng)注意的是，圖4至7中的數(shù)值示出了相對于基準(zhǔn)面的高度。
[0050]參照圖4和5，在常規(guī)示例中的切割方法的情況下，表面的翹曲是大的，并且甚至在平面化之后翹曲也是大的，雖然平面化改善了表面粗糙度。相反，參照圖6和7，在本發(fā)明示例中的切割方法的情況下，表面翹曲在切割時(shí)間點(diǎn)被明顯改善，并且平面化改善了表面粗糙度。由此確認(rèn)了，根據(jù)本發(fā)明中的碳化硅基板的制造方法，與采納常規(guī)切割方法的情況相比，翹曲的發(fā)生得到抑制，并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(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn):檢查在根據(jù)本發(fā)明的碳化硅基板的制造方法中的關(guān)于碳化硅基板的直徑D相對厚度T的值(D/T)與基板的翹曲之間的關(guān)系。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(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。圖8至10示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。應(yīng)注意的是，在圖8至10中，橫坐標(biāo)代表D/T的值，縱坐標(biāo)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖9示出其中線的張力從15N至40N的情況，并且圖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(dāng)D/T值不小于100時(shí)，翹曲是特別大的。因此，能夠推斷的是，能夠減小翹曲的根據(jù)本發(fā)明的碳化硅基板的制造方法對于其中D/T值不小于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,翅曲減小的量小于從100m/min增加至300m/min的情況。此外，當(dāng)以上線速度超過700m/min時(shí)，線更可能相對于晶塊滑動(dòng)，并且切片不太可能進(jìn)行。因此，認(rèn)為線的線速度優(yōu)選地不小于不小于300m/min且不大于700m/min。
[0055]進(jìn)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，翹曲減小的量小于張力從15N增加至35N的情況。當(dāng)張力超過50N時(shí)，線可能斷裂。因此，認(rèn)為線的張力優(yōu)選地不小于35N并且不大于50N。
[0056]進(jìn)一步參考圖10，隨著切割速度降低，翹曲減小。然后，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,翅曲減小的量小于切割速度從6mm/h下降至3mm/h的情況。此外，當(dāng)切割速度小于lmm/h時(shí),通過諸如漿料的切割液滑動(dòng)的線在晶塊上大致無前進(jìn)地行進(jìn)，這導(dǎo)致大的切割寬度和最終較低的產(chǎn)量。因此，認(rèn)為切割速度優(yōu)選地不低于lmm/h且不高于3mm/h。
[0057](示例3)
[0058]進(jìn)行這樣的實(shí)驗(yàn):在通過切割單結(jié)晶碳化硅的晶塊獲得基板中，檢查在{0001}面上的正投影中在切割進(jìn)行的方向與解理方向之間形成的角度對于獲得的基板的翹曲(SORI)的影響。
[0059]起始地，如在以上實(shí)施例中那樣，制備單結(jié)晶碳化硅的晶塊，并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硅基板:使得相對于表示解理方向的〈1-100〉方向形成的角度在{0001}面上的正投影中是從0°至30°。然后，測量獲得的基板的主面的SORI。表1示出測量結(jié)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(quán)利要求】
1.一種碳化硅基板的制造方法，包括如下步驟: 制備單結(jié)晶碳化硅的結(jié)晶(I);以及 通過切割所述結(jié)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(jìn)行切割:所述方向相對于所述結(jié)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(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅基板的制造方法，其中，在所述獲得基板(3)的步驟中，在如下方向上進(jìn)行切割:所述方向相對于所述結(jié)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(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳化硅基板的制造方法，其中，所述結(jié)晶(I)沿〈0001〉方向生長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的碳化硅基板的制造方法，其中，所述結(jié)晶(I)具有不小于2英寸的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的碳化硅基板的制造方法，其中，在所述獲得基板(3)的步驟中，所述結(jié)晶(I)被切割為使得所述基板(3)的直徑與厚度的比值不小于100。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的碳化硅基板的制造方法，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(jié)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(yōu)先權(quán)日:2011年6月2日
【發(fā)明者】沖田恭子 申請人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社