SiC基板和SiC晶锭

技术领域

本发明涉及一种SiC基板和SiC晶锭。

本申请基于2022年6月2日在日本提出申请的特愿2022-090460号主张优先权，将其内容引用于此。

背景技术

碳化硅(SiC)与硅(Si)相比，绝缘击穿电场大1位数，带隙大3倍。另外，碳化硅(SiC)具有热传导率比硅(Si)高3倍左右等特性。因此，期待碳化硅(SiC)在功率器件、高频器件、高温动作器件等中的应用。因此，近年来，在如上所述的半导体器件中开始使用SiC外延晶片。

SiC外延晶片是通过在SiC基板表面层叠SiC外延层而得到的。以下，将层叠SiC外延层前的基板称为SiC基板，将层叠SiC外延层后的基板称为SiC外延晶片。SiC基板是从SiC晶锭上切取的。

专利文献1公开了为了避免结晶生长中的结晶缺陷，将周边区域与内侧区域之间的平均吸收系数之差设为10cm

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2020-511391号公报

发明内容

近年来，实行利用激光对SiC单晶的加工。例如，通过用激光使SiC单晶开裂，能够分割SiC单晶。例如，在从SiC晶锭切取SiC基板时、在从SiC基板切取更薄的基板时、在将SiC基板芯片化时，使用激光加工。激光加工具有与使用线锯的加工相比切削损失更少的优点，但有时切断面的粗糙度变大和/或产生未预料到的破裂。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种在激光加工时容易加工的SiC基板和SiC晶锭。

本发明人发现，通过制作对于激光的吸收系数在局部没有大的变化的SiC基板和SiC晶锭，并使用该SiC基板和SiC晶锭，能够提高加工成功率。本发明为了解决上述课题，提供以下手段。

本发明第1方案提供以下的SiC基板。

(1)第1方案的SiC基板，在包括中心以及从所述中心开始在[11-20]方向或[-1-120]方向上相距10mm的多个测定点在内的多个第1测定点之中，相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差为0.25cm

本发明第1方案的SiC基板优选具有以下的特征(2)～(9)。以下特征也优选组合2个以上。

(2)上述方案的SiC基板中，也可以是：还具有从所述多个第1测定点中的每一个开始在[1-100]方向或[-1100]方向上相距10mm的多个第2测定点，在所述多个第1测定点和所述多个第2测定点之中，相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差为0.25cm

(3)上述方案的SiC基板中，间距10mm的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差也可以为0.25cm

(4)上述方案的SiC基板中，直径也可以为149mm以上。

(5)上述方案的SiC基板中，直径也可以为199mm以上。

(6)上述方案的SiC基板中，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值也可以为3.00cm

(7)上述方案的SiC基板中，对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值也可以为2.75cm

(8)上述方案的SiC基板中，也可以包括被称为刻面(facet)的高氮浓度区域以外的部分。

(9)上述方案的SiC基板中，确定导电类型的有意添加的掺杂剂也可以是氮。

本发明第2方案提供以下的SiC晶锭。

(10)第2方案的SiC晶锭，在切取SiC基板并评价其切断面时，在包括中心以及从所述中心开始在[11-20]方向或[-1-120]方向上相距10mm的多个测定点在内的多个第1测定点之中，相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差为0.25cm

本发明第2方案的SiC晶锭优选具有以下的特征(11)～(12)。也优选组合以下特征。

(11)上述方案的SiC晶锭中，也可以包括被称为刻面的高氮浓度区域以外的部分。

(12)上述方案的SiC晶锭中，确定导电类型的有意添加的掺杂剂也可以是氮。

本发明第2方案的SiC晶锭也可以被用于制造本发明第1方案的SiC基板。

上述方案的SiC基板和SiC晶锭在激光加工时容易加工。

附图说明

图1是本实施方式的SiC基板的概略俯视图。

图2是表示SiC基板的吸收系数与使SiC基板开裂所需的激光输出功率的关系的坐标图。

图3是本实施方式的SiC基板的另一例的概略俯视图。

图4是用于说明作为SiC晶锭的制造装置一例的升华法的示意图。

附图标记说明

1第1测定点

1A、1B测定点

2第2测定点

10SiC基板

30制造装置

31坩埚

32基座

33籽晶

34原料粉末

35SiC晶锭

36线圈

37锥形构件

C中心

OF定向平面

具体实施方式

以下，适当参照附图对本实施方式的SiC基板等进行详细说明。在以下说明中使用的附图，为了容易理解本实施方式的特征，有时方便起见地将成为特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下说明中例示的材质、尺寸等只是一例，本发明并不限定于此，在不变更其主旨的范围可以适当变更来实施。例如，在不脱离本发明主旨的范围内，可以对数量、形状、种类、位置、量、比率、材料、构件、结构等进行附加、省略、置换、变更等。

图1是本实施方式的SiC基板10的俯视图。SiC基板10例如由n型SiC构成。SiC基板10的多型没有特别限制，可以是2H、3C、4H、6H中的任一种。SiC基板10例如是4H-SiC。

SiC基板10的俯视形状为大致圆形。SiC基板10也可以具有用于掌握晶轴方向的定向平面OF或凹口。SiC基板10的直径例如为149mm以上，优选为199mm以上。SiC基板10的直径越大，越难以通过激光加工进行稳定切断，因此，满足本实施方式的结构的SiC基板10的直径越大，实用性就越高。再者，SiC基板10的厚度可以任意选择，例如可举出100～300μm、300～400μm、400～500μm、500～600μm为例，但不仅限定于这些例子。

本实施方式的SiC基板10中，多个第1测定点1之中相邻的任意2个测定点1A、1B对于波长1064nm的光的吸收系数之差为0.25cm

多个第1测定点1包括中心C以及从中心C开始在[11-20]方向或[-1-120]方向上相距10mm的多个测定点。多个第1测定点1在穿过中心C的[11-20]方向和[-1-120]方向上延伸的线上以10mm的间隔排列。相邻的2个第1测定点之间的距离均为10mm。

吸收系数α由SiC基板10对于波长1064nm的光的吸收率A和SiC基板10的厚度L求出。SiC基板10对于波长1064nm的光的吸收率A根据反射率T、透射率R由A＝1-T-R求出。反射率T使用向SiC基板10入射的入射光强度I

如果相邻的2个测定点1A、1B之间的吸收系数之差为0.25cm

图2是表示SiC基板10的吸收系数与使SiC基板10开裂所需的激光输出功率的关系的坐标图。如图2所示，SiC基板10的吸收系数越高，为使其开裂所需的激光输出功率就越高。如图2所示，吸收系数之差若在0.25cm

SiC基板10中对于波长1064nm的光的吸收系数的最大值例如为3.00cm

在此，SiC基板10的切断例如有SiC基板10的芯片化、从SiC基板10切取更薄的基板的情况等。

图3是本实施方式的SiC基板10另一例的俯视图。图3所示SiC基板10还具有多个第2测定点2。多个第2测定点2是从多个第1测定点中的每一个开始在[-1100]方向或[1-100]方向上相距10mm的测定点。相邻的2个第2测定点2之间的距离以及相邻的第1测定点1与第2测定点2之间的距离均为10mm。

在多个第1测定点1和多个第2测定点2之中，相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差优选为0.25cm

接着，对本实施方式的SiC基板10的制造方法一例进行说明。SiC基板10是将SiC晶锭切片而得到的。SiC晶锭例如可采用升华法得到。通过控制SiC晶锭的生长条件，能够制作本实施方式的SiC基板10。

图4是用于说明作为SiC晶锭的制造装置30一例的升华法的示意图。在图4中，以与基座32的表面正交的方向为z方向，以与z方向正交的一个方向为x方向，并以与z方向和x方向都正交的方向为y方向。

升华法是在配置于石墨制坩埚31内的基座32上配置由SiC单晶构成的籽晶33，通过加热坩埚31而将从坩埚31内的原料粉末34升华出的升华气体向籽晶33供给，使籽晶33向更大的SiC晶锭35生长的方法。籽晶33例如是相对于[11-20]方向具有4度偏移角的SiC单晶，以C面为生长方向设置在基座32上。

例如也可以在坩埚31的周围配置绝热材料。坩埚31例如配置在双重石英管的内部。双重石英管的内部被供给氩气或掺杂剂气体(氮气)，通过用真空泵排气来控制压力。在双重石英管的外侧配置线圈36，通过使线圈36流通高频电流，对坩埚31进行加热。

也可以在坩埚31内配置从基座32向坩埚31的内侧壁扩径的锥形构件37。通过使用锥形构件37，能够扩大结晶生长的单晶的直径。通过在扩径的同时结晶生长，能够将被称为刻面的高氮浓度区域配置在从SiC晶锭35取得SiC基板10时的有效区域外。

吸收系数没有局部变化的SiC基板10可以通过多次反复进行SiC晶锭35的制作、SiC基板10的切取、SiC基板10的测定、测定结果的反馈这样的处理，变更SiC晶锭35的生长条件来制作。变更的生长条件例如是制作SiC晶锭35时的温度分布和原料粉末34所含的杂质浓度分布。

在制作SiC晶锭35时，使SiC晶锭35的xy方向的外周部温度比内侧高，使原料粉末34的xy方向的外周侧的杂质浓度比内侧高。

在SiC晶锭35所含的杂质中，有作为n型掺杂剂有意导入的氮、以及从炉内构件或原料粉末34中无意混入到晶体中的杂质。无意包含在晶体中的杂质例如是硼、铝、钛、钒等。

杂质向SiC晶锭35的导入路径例如有第1路径、第2路径和第3路径。第1路径是掺杂剂气体通过坩埚31的侧壁被导入SiC晶锭35的路径。第2路径是来自坩埚31内的构件的排气所含的杂质被导入SiC晶锭35的路径。第3路径是原料粉末34所含的杂质被导入SiC晶锭35的路径。

在第1路径和第2路径中，杂质从xy方向的外侧被导入SiC晶锭35。因此，如果不控制制造条件，则SiC晶锭35的外周部的杂质浓度容易比内侧高。通过提高SiC晶锭35的外周部温度，能够减少通过第1路径或第2路径被导入到外周部的杂质。

另一方面，在第3路径，杂质从z方向的下方被导入SiC晶锭35。为了减少从第1路径或第2路径导入外周部的杂质，使SiC晶锭35的外周部温度比内侧高时，从第3路径导入到外周部的杂质量也比内侧少，从第3路径导入SiC晶锭35的杂质在xy面内波动。因此，通过使原料粉末34的xy方向的外周侧的杂质浓度比内侧高，即使在使SiC晶锭35的外周部温度比内侧高的情况下，也能够减小导入SiC晶锭35的杂质的xy方向的面内波动。

通过坩埚31的侧壁的掺杂剂气体量和来自坩埚31内的构件的排气量，对于每个坩埚31是不同的，并非是恒定的。因此，每个制造装置所适合的温度条件及杂质浓度条件不同。SiC晶锭35的xy方向的温度分布、原料粉末的杂质浓度分布，通过反复进行多次反馈而被最优化。

在反馈时测定的是SiC基板10的吸收系数的面内分布。吸收系数的面内分布依据上述顺序测定。SiC基板10中，在多个第1测定点之中相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差大于0.25cm

这样，通过反复进行多次SiC晶锭35的结晶生长，并反馈各自的结果，来确定SiC晶锭35的结晶生长条件。然后，在确定了的生长条件下制作SiC晶锭35，并切断该SiC晶锭35，由此能够制作本实施方式的SiC基板10。

如果举出具体例，则本实施方式的SiC基板10也可以如下地得到。(i)在SiC晶锭制造时的温度分布中，使SiC晶锭35的外周部温度比内侧高，且在杂质浓度分布中，使原料粉末34的xy方向的外周侧的杂质浓度比内侧高，来进行SiC晶锭35的制作。(ii)从得到的SiC晶锭35切取SiC基板10。(iii)测定切取出的SiC基板10的吸收系数。(iv)根据测定结果，改变(i)中的SiC晶锭的温度分布的温度和原料粉末的杂质浓度分布的浓度，反复进行多次(i)～(iii)，直至得到所希望的面内波动小的SiC基板10。

本实施方式的SiC基板10在多个第1测定点之中，相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差为0.25cm

至此，例示了对SiC基板10进行激光加工的情况，但对SiC晶锭35进行激光加工的情况也是同样的。例如，从SiC晶锭35切取SiC基板10的情况相当于对SiC晶锭35进行激光加工的情况。SiC晶锭35的状态通过从SiC晶锭35切取SiC基板10并进行评价而求出。SiC晶锭35的状态是通过评价被切取出的SiC基板10的切断面而求出的。哪里是切断面取决于想要取得的基板的种类，例如是从(0001)平面相对于[11-20]方向倾斜4°的面。目标SiC基板的厚度例如为400μm等。

在对SiC晶锭35进行激光加工的情况下，切取SiC基板，对其切断面进行评价时，在包括中心以及从中心开始在[11-20]方向或[-1-120]方向上相距10mm的多个测定点在内的多个第1测定点之中，相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差为0.25cm

另外，在切断面中，对于波长为1064nm的光的吸收系数的最大值例如为3.00cm

以上，对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于特定的实施方式，在专利请求保护的范围内记载的本发明的主旨范围内，可以进行各种变形、变更。

实施例

[实施例1]

反复进行多次SiC晶锭的制作、SiC基板的切取、SiC基板的测定、测定结果的反馈这样的处理。然后，确定在多个第1测定点之中相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差为0.25cm

求出制作出的SiC基板的多个第1测定点每一个对于波长1064nm的光的吸收系数。相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差的最大值为0.05cm

通过对实施例1的SiC基板照射激光，能够使SiC基板开裂而不会产生破裂和缺口。而且，能够将SiC基板10在厚度方向上一分为二。

[比较例1]

与实施例1的不同点在于，未进行制造条件的反馈，未进行SiC晶锭的制造条件的条件设定。未进行特别精密的控制地制作SiC晶锭，切断制作出的晶锭，制作比较例1的SiC基板。

求出制作出的SiC基板的相邻的任意第1测定点每一个对于波长1064nm的光的吸收系数。相邻的任意2个测定点对于波长1064nm的光的吸收系数之差的最大值为0.35cm

即使对比较例1的SiC基板照射激光，也无法使整个面产生用于分割SiC基板的开裂。因此，无法无破裂缺口地将SiC基板10在厚度方向上一分为二。

[产业上的可利用性]

本发明能够提供在激光加工时容易加工的SiC基板和SiC晶锭。