碳化硅单晶衬底、碳化硅外延衬底及它们的制造方法技术

本发明专利技术涉及碳化硅单晶衬底、碳化硅外延衬底及它们的制造方法。碳化硅单晶衬底(1)包括第一主面(1b)和与第一主面(1b)相反的第二主面(1a)。所述第一主面(1b)具有100mm以上的最大直径。所述第一主面(1b)包括第一中心区域(IRb)，所述第一中心区域(IRb)为不包括从外周向内延伸3mm的区域(ORb)的第一主面(1b)。当将所述第一中心区域(IRb)划分为各自具有250μm边长的第一正方形区域时，各个第一正方形区域具有小于0.2nm的算术平均粗糙度(Sa)且具有5原子％以上且小于20原子％的氧浓度。因此，提供有效降低真空吸附失效发生的碳化硅单晶衬底和碳化硅外延衬底以及所述衬底的制造方法。

Silicon Carbide Single Crystal Substrate, Silicon Carbide Epitaxy Substrate and Their Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
碳化硅单晶衬底、碳化硅外延衬底及它们的制造方法本申请是申请日为2015年2月9日、国际申请号为PCT/JP2015/053509、中国申请号为201580017272.5的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及碳化硅单晶衬底、碳化硅外延衬底及它们的制造方法，且特别地涉及一种碳化硅单晶衬底、碳化硅外延衬底及它们的制造方法，所述碳化硅单晶衬底包括具有100mm以上的最大直径的主面。
技术介绍
近年来，为了使得半导体装置如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)具有更高的击穿电压、更低的损耗以及可在高温环境下使用等，已经越来越多地将碳化硅用作用于半导体装置的材料。碳化硅是比硅具有更宽带隙的宽带隙半导体，硅是已经常规并被广泛地用作用于半导体装置的材料。因此，通过将碳化硅用作用于半导体装置的材料，可以实现半导体装置的更高的击穿电压、更低的导通电阻等。由碳化硅制成的半导体装置的另外的优势在于，与由硅制成的半导体装置相比，在用于高温环境下时性能劣化小。通过对例如由升华法形成的碳化硅锭进行切片，形成用于制造半导体装置的碳化硅衬底。日本特开2009-105127号公报(专利文献1)描述了一种碳化硅晶片的制造方法。根据该碳化硅晶片的制造方法，对自SiC锭切片切割的工件的表面进行研磨和抛光，从而将工件的表面平滑成镜面。在使工件的表面平滑之后，对工件的背面进行研磨。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-105127号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题然而，通过日本特开2009-105127号公报中所述的方法制造的碳化硅衬底在实施器件工艺时不能始终通过真空吸附式吸盘稳定地固定。为了解决上述问题而完成了本专利技术，本专利技术的目的是提供能够降低真空吸附失效的碳化硅单晶衬底、碳化硅外延衬底以及它们的制造方法。解决技术问题的技术方案本专利技术的碳化硅单晶衬底包括第一主面和与第一主面相反的第二主面。所述第一主面具有100mm以上的最大直径。所述第一主面包括第一中心区域，所述第一中心区域不包括距所述第一主面的外周3mm以内的区域。当将所述第一中心区域划分为各自具有250μm边长的第一正方形区域时，各个所述第一正方形区域具有小于0.2nm的算术平均粗糙度(Sa)，且各个所述第一正方形区域中的氧浓度为5原子％以上且小于20原子％。本专利技术的碳化硅单晶衬底的制造方法包括如下步骤。通过对碳化硅单晶进行切片准备包括第一主面和与第一主面相反的第二主面的碳化硅衬底。将包括形成在碳化硅衬底的第一主面侧的加工损伤层的层除去。在将加工损伤层除去之后，所述第一主面包括第一中心区域，所述第一中心区域不包括距所述第一主面的外周3mm以内的区域。对第一中心区域中的氧浓度进行测定。第一主面具有100mm以上的最大直径。在除去包括加工损伤层的层的步骤中，将包括加工损伤层的层除去1.5μm以上。当将所述第一中心区域划分为各自具有250μm边长的第一正方形区域时，各个所述第一正方形区域中的氧浓度为5原子％以上且小于20原子％。专利技术的有益效果根据本专利技术，可以提供能够降低真空吸附失效的碳化硅单晶衬底、碳化硅外延衬底以及它们的制造方法。附图说明图1为示意性显示本专利技术的第一实施方案的碳化硅单晶衬底1的结构的示意剖视图。图2为示意性显示本专利技术的第一实施方案的碳化硅单晶衬底1的背面1b的结构的示意平面图。图3为示意性显示本专利技术的第一实施方案的碳化硅单晶衬底1的表面1a的结构的示意平面图。图4为示意性显示本专利技术的第二实施方案的碳化硅外延衬底3的结构的示意剖视图。图5为示意性显示本专利技术的第三实施方案的碳化硅单晶衬底1的制造方法的流程图。图6为示意性显示本专利技术的第三实施方案的碳化硅单晶衬底1的制造方法的第一步骤的示意图。图7为示意性显示本专利技术的第三实施方案的碳化硅单晶衬底1的制造方法的第二步骤的示意剖视图。图8为示意性显示本专利技术的第三实施方案的碳化硅单晶衬底1的制造方法的第三步骤的示意图。图9为示意性显示本专利技术的第三实施方案的碳化硅单晶衬底1的制造方法的第三步骤的示意平面图。图10为示意性显示本专利技术的第四实施方案的碳化硅单晶衬底1的制造方法的示意剖视图。图11为说明TTV(总厚度变化)的定义的示意剖视图。图12为显示碳化硅单晶衬底1的背面1b中的氧浓度与TTV的变化量之间的关系的图。图13为显示碳化硅单晶衬底1的背面1b中的氧浓度与形成外延层之后的碳化硅单晶衬底1的背面1b的算术平均粗糙度(Sa)之间的关系的图。图14为显示形成外延层之前的碳化硅单晶衬底1的背面1b的算术平均粗糙度(Sa)与TTV的变化量之间的关系的图。图15为显示形成外延层之前的碳化硅单晶衬底1的背面1b的算术平均粗糙度(Sa)与形成外延层之后的碳化硅单晶衬底1的背面1b的算术平均粗糙度(Sa)之间的关系的图。具体实施方式[本申请专利技术的实施方案的说明]下面参考附图对本专利技术的实施方案进行说明。在如下图中，相同或相应部分用相同的参考数字表示且不再进行重复说明。在本说明书中，单个取向用[]表示，组取向用<>表示，单个平面用()表示，组平面用{}表示。另外，负结晶指数通常通过在数字上方放置“-”(横杠)来表示，但在本说明书中通过在数字前放置负号来表示。本专利技术人对衬底的真空吸附失效发生的原因进行了认真研究，并基于如下发现想出了本专利技术。衬底的真空吸附失效可能是由于衬底的形状变形而造成的。专利技术人注意到了在衬底表面上形成外延层之后的衬底背面的不均匀的粗糙度。认为造成衬底背面的不均匀粗糙度的原因之一是，在对锭进行切片或对衬底进行研磨期间形成在衬底背面上的加工损伤层(损伤层)部分残留，且该加工损伤层在形成外延层的同时发生热升华。衬底背面的不均匀粗糙度造成在衬底中出现应力，导致衬底变形。如果在变形状态的衬底的表面上形成外延层，则衬底的背面在其外周附近升华，或相反地在衬底的背面在其外周附近形成外延层，导致衬底进一步变形。认为这造成衬底发生真空吸附失效。认为随着衬底主面的最大直径的增大(例如100mm以上)，翘曲量也增大，且因此更有可能发生衬底的真空吸附失效。因此专利技术人认为，通过对在其上已经形成了加工损伤层的背面实施化学机械抛光以由此将包括所述加工损伤层的层除去1.5μm以上，可以将形成在背面上的加工损伤层基本上完全除去，从而在形成外延层期间可以抑制衬底背面的粗糙度。另外，关注到了加工损伤层包含许多氧的事实，专利技术人认为，通过测定衬底背面中的氧浓度，可以评价残留在衬底背面上的加工损伤层的量。(1)实施方案的碳化硅单晶衬底1包括第一主面1b和与第一主面1b相反的第二主面1a。第一主面1b具有100mm以上的最大直径。第一主面1b包括第一中心区域IRb，所述第一中心区域IRb不包括距第一主面1b的外周3mm以内的区域ORb。当将第一中心区域IRb划分为各自具有250μm边长的第一正方形区域4b时，各个第一正方形区域4b具有小于0.2nm的算术平均粗糙度(Sa)，且各个第一正方形区域4b中的氧浓度为5原子％以上且小于20原子％。根据上述(1)的碳化硅单晶衬底1，各个第一正方形区域4b具有小于0.2nm的算术平均粗糙度(Sa)，且各个第一正方形区域4b中的氧浓度为5原子％以上且小于20原子％。因此，在外延层生长期间，可以抑制碳化硅单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅单晶衬底，其包括第一主面和与第一主面相反的第二主面，所述第一主面具有150mm以上的最大直径，所述第一主面包括第一中心区域，所述第一中心区域不包括距所述第一主面的外周3mm以内的区域，当将所述第一中心区域划分为各自具有250μm边长的第一正方形区域时，各个所述第一正方形区域具有小于0.2nm的算术平均粗糙度(Sa)，且各个所述第一正方形区域中的氧浓度为5原子％以上且小于20原子％，其中所述第二主面为将要在其上形成碳化硅外延层的表面。

【技术特征摘要】
2014.03.28 JP 2014-0683081.一种碳化硅单晶衬底，其包括第一主面和与第一主面相反的第二主面，所述第一主面具有150mm以上的最大直径，所述第一主面包括第一中心区域，所述第一中心区域不包括距所述第一主面的外周3mm以内的区域，当将所述第一中心区域划分为各自具有250μm边长的第一正方形区域时，各个所述第一正方形区域具有小于0.2nm的算术平均粗糙度(Sa)，且各个所述第一正方形区域中的氧浓度为5原子％以上且小于20原子％，其中所述第二主面为将要在其上形成碳化硅外延层的表面。2.根据权利要求1的碳化硅单晶衬底，其中所述第二主面包括第二中心区域，所述第二中心区域不包括距所述第二主面的外周3mm以内的区域，且当将所述第二中心区域划分为各自具有250μm边长的第二正方形区域时，各个所述第二正方形区域具有小于0.2nm的算术平均粗糙度(Sa)。3.根据权利要求1或2的碳化硅单晶衬底，其中在所述第一主面上未形成机械抛光刮痕。4.一种碳化硅外延衬底，其包括：根据权利要求1～3中任一项的碳化硅单晶衬底；和碳化硅外延层，所述碳化硅外延层设置在所述碳化硅单晶衬底的所述第二主面上，各个所述第一正方形区域具有小于1.5nm的算术平均粗糙度(Sa)。5.一种碳化硅单晶衬底的制造方法，其包括如下步骤：通过对碳化硅单晶进行切片而准备包括第一主面和与第一主面相反的第二主面的碳化硅衬底；和将包括形成在所述碳化硅衬底的所述第一主面侧的加工损伤层的层除去，在将所述加工损伤层除去之后，所述第一主面包括第一中心区域，所述第一中心区域不包括距所述第一主面的外周3mm以内的区域，所述方法还包括对所述第一中心区域中的氧浓度进行测定的步...

【专利技术属性】
技术研发人员：本家翼，冲田恭子，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP