特許 6768491 ＳｉＣウェハ及びＳｉＣウェハの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6768491

(24)【登録日】2020年9月25日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】ＳｉＣウェハ及びＳｉＣウェハの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20201005BHJP

   C30B 23/06 20060101ALI20201005BHJP

   C30B 33/00 20060101ALI20201005BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20201005BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/36 A

   C30B23/06

   C30B33/00

   H01L21/205

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-250804(P2016-250804)

(22)【出願日】2016年12月26日

(65)【公開番号】特開2018-104220(P2018-104220A)

(43)【公開日】2018年7月5日

【審査請求日】2019年6月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002004

【氏名又は名称】昭和電工株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(72)【発明者】

【氏名】藤川 陽平

(72)【発明者】

【氏名】鷹羽 秀隆

【審査官】 谷本 怜美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１６９９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５９０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１３３１７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２９０８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８４８２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の面に表出する貫通転位の貫通転位密度と、第２の面に表出する貫通転位の貫通転位密度との差が、前記第１の面と前記第２の面とのうち貫通転位密度が高い側の面における貫通転位密度の１０％以下であり、
前記第１の面と前記第２の面とのうち貫通転位密度が高い側の面に表出する貫通転位のうち９０％以上が、貫通転位密度が低い側の面まで延在し、
前記第１の面と前記第２の面とのうち貫通転位密度が高い側の面に表出する貫通刃状転位と貫通螺旋転位の合計密度が、１．５個／ｍｍ^２以下である、ＳｉＣウェハ。

【請求項2】

第１の面と、第２の面の貫通転位数が実質同数である請求項１に記載のＳｉＣウェハ。

【請求項3】

第１の面に表出する貫通転位密度と第２の面に表出する貫通転位密度との差が、０．０２個／ｍｍ^２以下である請求項１又は２に記載のＳｉＣウェハ。

【請求項4】

貫通転位の面密度が１．５個／ｍｍ^２以下の種結晶を作製する準備工程と、
坩堝内で前記種結晶から口径拡大させずに、かつ、結晶成長面と前記坩堝内の等温面とが平行になるように結晶成長を行う結晶成長工程と、
前記結晶成長工程で得られたＳｉＣインゴットをスライスする分断工程と、を有するＳｉＣウェハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣウェハ及びＳｉＣウェハの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。

【0003】

ＳｉＣエピタキシャルウェハを用いた半導体デバイスとして、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）が知られている。ＭＯＳＦＥＴでは、ＳｉＣエピタキシャル層上に熱酸化などを用いてゲート酸化膜を形成し、そのゲート酸化膜の上にゲート電極を形成する。このとき、半導体デバイスを形成する基体であるＳｉＣウェハに欠陥があると半導体デバイスに異常をもたらすことがある（例えば、特許文献１等）。そのため、ＳｉＣエピタキシャルウェハを用いた半導体デバイスの実用化の促進には、高品質のＳｉＣエピタキシャルウェハ、及び高品質のエピタキシャル成長技術の確立が不可欠である。

【0004】

一方で、ＳｉＣエピタキシャルウェハには、種々の欠陥が存在する。これらの欠陥は、すべてが半導体デバイスに悪影響を及ぼす訳ではない。すなわち、欠陥の種類によっては、半導体デバイスへの影響が無い又は小さい欠陥も存在する。例えば、貫通転位等は半導体デバイスの故障の原因となりうることが知られているが、貫通転位の中でも、どの欠陥モードが特にキラー欠陥となりうるかまでは、厳密には分かっていない。そのため、種々の欠陥の内、半導体デバイスへの影響が大きい欠陥を特定し、その欠陥の発生を抑制することが求められている。なお、本明細書においてエピタキシャル成長前のウェハをＳｉＣウェハといい、エピタキシャル成長後のウェハをＳｉＣエピタキシャルウェハという。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２０１５−５２１３７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、貫通転位の中でもどの欠陥モードがキラー欠陥となりうるかの特定は十分進んでいない。半導体デバイスの故障の原因となる貫通転位は結晶成長の過程で合体する場合や、新たに発生する場合があり、半導体デバイスに影響を及ぼす貫通転位が発生した原因を特定することが難しいためである。またＳｉＣウェハの表面上には半導体デバイスを構築しているため、ＳｉＣウェハの表面におけるどの欠陥が故障原因となったかを追求するためには、半導体デバイスを破壊してＳｉＣウェハの表面状態を確認する必要がある。しかしながら、半導体デバイスを破壊するためには精密な処理が必要で、時間もコストもかかる。また破壊時に、新たな傷等をつけてしまう場合もある。

【0007】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、デバイス構築後に非破壊で半導体デバイスの故障原因となる欠陥を特定することができるＳｉＣウェハ及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、鋭意検討の結果、ＳｉＣウェハの第１の面と第２の面に表出する貫通転位を対応付けることにより、デバイス構築後にも非破壊で半導体デバイスの故障原因となる欠陥を特定することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0009】

（１）本発明の一態様に係るＳｉＣウェハは、第１の面に表出する貫通転位の貫通転位密度と、第２の面に表出する貫通転位の貫通転位密度との差が、前記第１の面と前記第２の面とのうち貫通転位密度が高い側の面における貫通転位密度の１０％以下であり、前記第１の面と前記第２の面とのうち貫通転位密度が高い側の面に表出する貫通転位のうち９０％以上が、貫通転位密度が低い側の面まで延在している。

【0010】

（２）上記態様にかかるＳｉＣウェハにおいて、第１の面と、第２の面の貫通転位数が実質同数であってもよい。

【0011】

（３）上記態様にかかるＳｉＣウェハにおいて、前記第１の面と前記第２の面とのうち貫通転位密度が高い側の面に表出する貫通転位の密度が、１．５個／ｍｍ^２以下であってもよい。

【0012】

（４）上記態様に係るＳｉＣウェハは、第１の面に表出する貫通転位密度と第２の面に表出する貫通転位密度との差が、０．０２個／ｍｍ^２以下であってもよい。

【0013】

（５）本発明の一態様に係るＳｉＣウェハの製造方法は、貫通転位の面密度が１．５個／ｍｍ^２以下の種結晶を作製する準備工程と、坩堝内で前記種結晶から口径拡大させずに、かつ、結晶成長面と前記坩堝内の等温面とが平行になるように結晶成長を行う結晶成長工程と、前記結晶成長工程で得られたＳｉＣインゴットをスライスする分断工程と、を有する。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様に係るＳｉＣウェハによれば、デバイス構築後に非破壊で半導体デバイスの故障原因となる欠陥を特定することができる。

【0015】

本発明の一態様に係るＳｉＣウェハの製造方法によれば、デバイス構築後に非破壊で半導体デバイスの故障原因となる欠陥を特定することができるＳｉＣウェハを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一態様に係るＳｉＣウェハの断面模式図である。

【図2】本発明の一態様に係るＳｉＣウェハを用いて構築した半導体デバイスの一例の断面を模式的に示した図である。

【図3】貫通転位が第１の面と第２の面の両方に表出していないＳｉＣウェハを用いて構築した半導体デバイスの一例の断面を模式的に示した図である。

【図4】ＳｉＣウェハの透過Ｘ線トポグラフィー写真である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0018】

（ＳｉＣウェハ）
図１は、本発明の一態様にかかるＳｉＣウェハの断面模式図である。図１に示すＳｉＣウェハ１は、第１の面１ａと第２の面１ｂを貫く貫通転位２を有する。

【0019】

ＳｉＣウェハ１は、通常ｃ面：（０００１）面を主面として用いる。図１に示すＳｉＣウェハ１においては、第１の面１ａは結晶の成長方向側の面であり、第２の面１ｂは第１の面１ａの反対側の面である。ここで、「結晶の成長方向側の面」とは、インゴットの成長過程において後に成長した側の面を示す。すなわち、図１に示すＳｉＣウェハ１においては、ＳｉＣウェハ１を切り出す前のインゴットは、第２の面１ｂ側から第１の面１ａ側に向けて成長している。

【0020】

なお、ＳｉＣウェハ１は、図１の場合に限られない。第１の面１ａは、Ｓｉ面｛０００１｝面でもＣ面｛０００−１｝面でもよい。

【0021】

貫通転位２は、ＳｉＣウェハ１を厚み方向に貫通し、第１の面１ａ及び第２の面１ｂのいずれにも表出している。貫通転位２は、ＳｉＣウェハ１のｃ面に垂直な方向に延在している。種結晶からステップフロー成長を利用して作製されたＳｉＣインゴットを切断したＳｉＣウェハの場合、貫通転位２は、図１に示すようにＳｉＣウェハ１の第１の面１ａ及び第２の面１ｂに対して僅かに傾斜して貫通する。一方、オフセット角を有さないジャスト面から結晶成長したＳｉＣインゴットを切断したＳｉＣウェハの場合、貫通転位２は、ＳｉＣウェハ１の第１の面１ａ及び第２の面１ｂに対して垂直な方向に貫通する。

【0022】

いずれの場合でも、貫通転位２は第１の面１ａ及び第２の面１ｂに表出している。つまり、第１の面１ａに表出した貫通転位２ａと第２の面１ｂに表出した貫通転位２ｂは、同一の貫通転位２を異なる面で見ているだけであり、対応関係を有する。

【0023】

図２は、本発明の一態様に係るＳｉＣウェハを用いて構築した半導体デバイスの一例の断面を模式的に示した図である。ここでは、一例として、第１の面１ａ上にＣ面エピタキシャル成長を行い、半導体デバイスを形成した場合を例に説明する。

【0024】

図２に示す半導体デバイス１０は、上述のＳｉＣウェハ１の第１の面１ａ上に形成された酸化絶縁層３と、酸化絶縁層３のＳｉＣウェハと反対側の面に形成された電極４とを有する。

【0025】

例えば、図２に示す半導体デバイス１０において、第１の面１ａに表出した貫通転位２ａの一部が半導体デバイス１０の故障原因となるキラー欠陥である場合、キラー欠陥上に形成される酸化絶縁層３の厚みにバラツキが生じることがある。そして、その酸化絶縁層３上に形成された電極４に電圧を印加すると、酸化絶縁層３の膜厚が薄い部分に電圧集中がおき、素子が短絡し、故障欠陥５を生み出すことがある。

【0026】

すなわち、故障欠陥５は、ＳｉＣウェハ１の第１の面１ａに表出した貫通転位２ａに対応する位置に形成されることになる。

【0027】

上述のように、本発明の一態様に係るＳｉＣウェハを用いた半導体デバイス１０において、故障欠陥５と第１の面１ａに表出した貫通転位２ａとは対応関係を有し、第１の面１ａに表出した貫通転位２ａと第２の面１ｂに表出した貫通転位２ｂとは対応関係を有している。換言すると、故障欠陥５の原因を第２の面１ｂに表出する貫通転位２ｂまで遡ることができる。その結果、第２の面１ｂのＸ線トポグラフ等の非破壊の測定により第２の面１ｂに表出した貫通転位２ｂを特定することで、故障原因となったキラー欠陥がどのような履歴により形成されたかを追跡することができる。

【0028】

なお、図２に示す半導体デバイス１０では、第１の面１ａ上に酸化絶縁層３及び電極４を構成した場合について説明したが、第２の面１ｂ上に酸化絶縁層３及び電極４を構成した場合も同様にキラー欠陥を追跡可能である。また半導体デバイスを形成する際のエピタキシャル成長もＣ面エピタキシャル成長でもＳｉ面エピタキシャル成長でもよい。

【0029】

これに対し図３に示す半導体デバイス２０を構成するＳｉＣウェハ２１のように、貫通転位２２が第１の面２１ａ及び第２の面２１ｂの両方に表出していない場合もある。この場合、キラー欠陥の追跡を行うことはできない。図３に示すような貫通転位２２は、基底面転位２２Ａが貫通転位２２Ｂに変換されることにより発生する。

【0030】

すなわち、本発明の一態様に係るＳｉＣウェハ１は、第１の面１ａに表出する貫通転位の多くが第２の面１ｂまで延在する貫通転位２であり、半導体デバイス１０の故障欠陥５の原因となった欠陥を非破壊で追跡することができる。

【0031】

第１の面１ａに表出する貫通転位の貫通転位密度と、第２の面１ｂに表出する貫通転位の貫通転位密度との差は、第１の面１ａと第２の面１ｂとのうち貫通転位密度が高い側の面における貫通転位密度の１０％以下である。またこの差は、第１の面１ａと第２の面１ｂとのうち貫通転位密度が高い側の面における貫通転位密度の５％以下であることが好ましく、１％以下であることがさらに好ましい。

【0032】

第１の面１ａに表出する貫通転位の貫通転位密度と、第２の面１ｂに表出する貫通転位の貫通転位密度との差が当該範囲内にあることで、第１の面１ａに表出している貫通転位と、第２の面１ｂに表出している貫通転位とが互いに相関関係を有していると想定できる。

【0033】

一方で、単に第１の面１ａに表出する貫通転位の貫通転位密度と、第２の面１ｂに表出する貫通転位の貫通転位密度との差が一致しているだけでは、第１の面１ａに表出している貫通転位と、第２の面１ｂに表出している貫通転位とが互いに相関関係を有しているとは言えない。相関関係を有していなくとも、たまたま両面の貫通転位密度が近い値となる場合が考えられるためである。

【0034】

そこで、ＳｉＣウェハ内における貫通転位の内、第１の面１ａと第２の面１ｂを貫く貫通転位２の存在比率は、９０％以上であり、９５％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。ここで、ＳｉＣウェハ内における貫通転位は、第１の面１ａと第２の面１ｂとのうち貫通転位密度が高い側の面に表出する貫通転位の数と等しいと扱うことができる。

【0035】

このように、貫通転位２が第１の面１ａ及び第２の面１ｂを繋いでいることにより、故障欠陥５の原因を追跡することができる。一方で、第１の面１ａに表出する貫通転位２ａの内、大半のものの対応関係を得ることができていれば、図３における貫通転位２２が一部残存していても充分故障欠陥５の履歴を追跡することはできる。そのため、ＳｉＣウェハ内における全貫通転位の内、第１の面１ａと第２の面１ｂを貫く貫通転位２の存在比率が上述の範囲内であれば、ＳｉＣウェハ内の多くの貫通転位を追跡することができ、故障欠陥５の原因を探ることができる。

【0036】

ＳｉＣウェハ１において、第１の面１ａに表出する貫通転位２ａの数と、第２の面１ｂに表出する貫通転位２ｂの数は実質同数であることが好ましい。ここで「実質同数」とは、完全に同数であることまでは求められず、０．０２個／ｍｍ^２程度の差を許容する。上述のように、貫通転位２が第１の面１ａ及び第２の面１ｂを繋いでいることにより、故障欠陥５の原因を追跡することができる。すなわち、第１の面１ａの貫通転位２ａの数と第２の面１ｂの貫通転位２ｂの数が実質同数であれば原因追跡を行うことが可能である。また全ての結果を追跡するという意味では、完全同数であることがより好ましい。

【0037】

貫通転位がウェハを貫通していることは、ウェハのＸ線トポグラフィー像からも確認できる。図４は、実際に製造されたウェハの透過Ｘ線トポグラフィー写真である。画像中には矢印で貫通刃状転位ＴＥＤと貫通螺旋転位ＴＳＤの位置を示している。図中の貫通螺旋転位ＴＳＤは貫通螺旋転位と刃状転位の混合転位となっている可能性もあるが、いずれにしても貫通転位である。それ以外の黒点は基底面転位など貫通転位以外のものである。図４に示す画像はウェハの厚さ方向全体を見ていることになるので、貫通転位が途中で変換または消滅すると、Ｖ字型などの形状として識別される。この像においては、貫通転位は短いひげ状のコントラストに見え、これらの貫通転位は基底面転位との相互作用や合体消滅が無い。すなわち、貫通転位は、ウェハ内を貫通している。

【0038】

またＳｉＣウェハ１において、第１の面１ａと第２の面１ｂとのうち貫通転位密度が高い側の面に表出する貫通転位２の密度は１．５個／ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．８個／ｍｍ^２以下であることがより好ましく、０．１５個／ｍｍ^２以下であることがさらに好ましい。

【0039】

基板内を貫通して存在する貫通転位は、成長の様式の違いやオフセット角の存在等により、必ずしも垂直に伸びているわけでは無く、基板内で曲がって存在することもある。換言すると、裏面から観測された貫通転位が、表面の故障部位と一致しているかを特定するためには、ある程度貫通転位密度を減らす必要がある。また、転位同士の重なりもほぼ完全に無くさなければならない。そのような観点から、この用途として可能な貫通転位密度は１．５個／ｍｍ^２となる。

【0040】

ＳｉＣウェハ１内の第１の面１ａと第２の面１ｂとのうち貫通転位密度が高い側の面に表出する貫通転位の密度が大きいということは、結晶成長中に、貫通転位同士が合体し消滅する確率が高くなることを意味する。合体消滅する貫通転位の絶対量が多くなると、全貫通転位の内、第１の面１ａと第２の面１ｂを貫く貫通転位２の存在比率が低くなりやすくなる。また貫通転位の総数も多くなり、第１の面１ａと第２の面１ｂの対応をとることが難しくなる。

【0041】

これに対し、貫通転位２の密度が充分すくなければ、第１の面１ａと第２の面１ｂのそれぞれに表出した貫通転位２ａ，２ｂの対応関係を間違いなくとることができる。すなわち、故障欠陥５を生み出す原因を精度よく追跡することができる。また、貫通転位同士が合体し消滅する確率が低くなり、全貫通転位の内、第１の面１ａと第２の面１ｂを貫く貫通転位２の存在比率を高めることができる。

【0042】

また第１の面１ａに表出する貫通転位密度と第２の面１ｂに表出する貫通転位密度との差は、０．０２個／ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．００２個／ｍｍ^２以下であることがより好ましい。

【0043】

第１の面１ａと第２の面１ｂに表出する貫通密度の数が等しい程、新たに発生した貫通転位が少ないことを意味する。すなわち、追跡する欠陥以外においても、貫通転位の発生、消滅が生じていないことを意味する。

【0044】

また実際の欠陥追跡の過程を考慮すると、まず第１の面１ａと第２の面１ｂに表出する貫通転位密度を測定し、貫通転位密度の差の有無を確認することが考えられる。測定した貫通転位密度が大幅に異なる場合は、第１の面１ａと第２の面１ｂを貫く貫通転位２の存在比率が低くなっている可能性が高いことを示唆し、欠陥の原因追跡に適したＳｉＣウェハではないと判断できるためである。すなわち、第１の面１ａに表出する貫通転位密度と第２の面１ｂに表出する貫通転位密度との差が小さければ、欠陥の原因追跡に適したＳｉＣウェハであるということを簡便に判断することができ、欠陥の原因追跡の効率を高めることができる。

【0045】

上述のように、本発明の一態様に係るＳｉＣウェハを用いることで、デバイス構築後に非破壊で半導体デバイスの故障原因となる欠陥を特定することができる。

【0046】

（ＳｉＣウェハの製造方法）
本発明の一態様に係るＳｉＣウェハの製造方法は、貫通転位の面密度が１．５個／ｍｍ^２以下の種結晶を作製する準備工程と、坩堝内で前記種結晶から口径拡大させずに、かつ、結晶成長面と前記坩堝内の等温面とが平行になるように結晶成長を行う結晶成長工程と、前記結晶成長工程で得られたＳｉＣインゴットをスライスする分断工程と、を有する。

【0047】

＜準備工程＞
まず、準備工程として種結晶を準備する。種結晶は、ＲＡＦ（Ｒｅｐｅａｔｅｄ ａ−ｆａｃｅ）法による得る。ＲＡＦ法とは、ａ面成長を少なくとも１回以上行った後に、ｃ面成長を行うという方法である。ＲＡＦ法を用いると、螺旋転位及び積層欠陥をほとんどもたないＳｉＣ単結晶を作製できる。これはａ面成長を行った後のＳｉＣ単結晶が有する欠陥は、ｃ面成長では基底面方向の欠陥となり、引き継がれないためである。ＲＡＦ法の詳細については、例えば特開２００３−３２１２９８号公報等に記載がある。

【0048】

また、ＲＡＦ法で成長した結晶を種結晶とし、さらにｃ面（（０００１）面）成長を行い、貫通転位を減少させた結晶を作製し、それを種結晶に用いてもよい。結晶成長が進むと、貫通転位同士の合体がおき、貫通転位密度が減少していく。すなわち、結晶成長工程において充分結晶成長を行うことで、貫通転位密度をより減らすことができる。その結果、結晶成長過程における貫通転位数の増減をより減らすことができ、所望のＳｉＣウェハをより容易かつ確実に得ることができる。

【0049】

このような手順で作製された種結晶は、貫通転位が極めて少ない又は無いものとなる。種結晶における貫通転位の面密度としては、１．５個／ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．８個／ｍｍ^２以下であることがより好ましく、０．１５個／ｍｍ^２以下であることがさらに好ましい。種結晶中における貫通転位数が少なければ、ＳｉＣウェハの第１の面及び第２の面における貫通転位数の数を容易に一定にすることができる。

【0050】

種結晶中の貫通転位は、種結晶からＳｉＣインゴットを得る結晶成長の過程において互いに合体し、数が減少することがある。種結晶中における貫通転位密度が高いと、結晶成長過程において貫通転位同士が合体する確率が高まる。結晶成長過程において貫通転位の数が増減すると、ＳｉＣインゴットをスライスして得られたＳｉＣウェハの第１の面と第２の面とで、貫通転位数が異なることが生じやすくなる。

【0051】

これに対し、初期の種結晶の貫通転位密度が充分小さければ、貫通転位同士が合体する確率を下げることができる。すなわち、ＳｉＣウェハの第１の面及び第２の面における貫通転位数の数を容易に一定にすることができる。貫通転位が０．１５個／ｍｍ^２以下の種結晶を用いると、実質的に合体消滅が生じなくなる。そのため、種結晶に起因する貫通転位に関して、ＳｉＣウェハの第１の面及び第２の面に表出する貫通転位の数を実質同数にすることができる。

【0052】

＜結晶成長工程＞
次いで、得られた種結晶を基に結晶成長を行い、ＳｉＣインゴットを作製する。結晶成長工程における貫通転位の数の増減の原因は、貫通転位同士の合体に限られず、貫通転位から基底面転位への変換等も原因の一つである。

【0053】

そのため、結晶成長工程においては、貫通転位同士の合体を抑制することと合わせて、貫通転位から基底面転位への変換や新たな貫通転位の発生を抑制するように結晶成長を行う。結晶成長工程において貫通転位数が増減することを抑制するためには以下の点に注意して結晶成長を行う。

【0054】

まず一つ目としては、結晶成長時において口径拡大を行わないことが挙げられる。近年、一枚の基板から多くの半導体デバイスを得るために、ＳｉＣウェハの大口径化が求められており、テーパーガイドを用いた口径拡大が一般的に行われている。テーパーガイドとは、昇華法によりＳｉＣを結晶成長させる際に、種結晶からＳｉＣ原料に向かって拡径するコーン状の部材のことをいう。テーパーガイドを用いると、テーパーに沿ってＳｉＣが結晶成長するため、成長面形状を凸面に制御し、口径を拡大することができる。

【0055】

しかしながら、口径拡大をおこなうと、特に端部において貫通転位から基底面転位への変換が生じやすい。すなわち口径拡大を行うと、貫通転位数が結晶成長途中で増減しやすく、ＳｉＣウェハの第１の面及び第２の面における貫通転位数の数を容易に一定にすることが難しくなる。

【0056】

そのため、本発明の一態様に係るＳｉＣウェハの製造方法においては、口径拡大を行わない。口径拡大を行わない方法としては、コーン状のテーパーガイドに変えて、円筒状のガイドを用いる等の方法がある。

【0057】

また二つ目としては、結晶成長面と坩堝内の等温面が平行になるように結晶成長を行うことが挙げられる。成長過程において、結晶成長面が湾曲してくると、口径拡大する場合と同様に端部において貫通転位から基底面転位への変換がおきやすくなる。すなわち、結晶成長における結晶成長面は可能な限りフラットにすることが好ましい。

【0058】

結晶成長は、結晶成長時の温度の影響を大きく受ける。そのため、結晶成長面に対して等温面が平行になるように設定することで、フラットな結晶成長面を維持することができる。等温面は、結晶成長面に対して完全に平行である必要はなく、略平行でよい。より具体的には、結晶成長面に対する等温面の傾斜角が何れの方向にも絶対値で２°未満となるように結晶成長させることが好ましい。

【0059】

結晶成長時の温度分布を結晶成長面に対して等温面を並行にする方法として、特開２００８−２９０８８５号公報に開示されている方法を用いることができる。具体的には、種結晶が配置された箇所の側面に対向するヒーターと、原料が配置された箇所の側面に対向するヒーターの上下の２つのヒーターを有し、その上下のヒーター間に断熱部材からなる仕切壁部を設けた構成の昇華法結晶成長装置を用いることができる。仕切壁部がルツボの上方に下側のヒーターからの熱が伝わることを防止し、種結晶の表面に対して等温面を平行にできる。

【0060】

昇華法で結晶成長する際、窒素（Ｎ）ドープ量を周期的に変化させながら成長させると、窒素（Ｎ）濃度の違いにより成長面が縞模様となる。それを縦断面方向にスライスし、色変化している界面から、それぞれの時刻の成長面の形状を求めることができる。成長面が成長中に変化している場合は、次のような方法で調整して、成長面の形状を維持できる。

【0061】

結晶成長時の等温面を維持することは、さらに他の技術を組み合わせることにより実現することができる。具体的には、上述の方法で事前に求めた成長面形状の変化を補正する様に成長中にルツボを移動し、その等温面と成長面高さを一致させる技術を組み合わせる。

【0062】

まず、高温領域と低温領域の間に断熱材からなる仕切壁部を設け、成長開始時に等温面が種結晶の表面に対して平行とする温度分布にする。その後、各時間における成長面高さを事前に確認した同条件の成長の結果から類推することにより、成長面高さが断熱材からなる仕切壁部に対して相対的に同じ高さになるように調節しながら成長を行う。すると、等温面の角度を種結晶の表面に平行になる様に維持できる。

【0063】

さらに、等温面を種結晶の表面に対して平行にする方法に対して、円筒状のガイドを用いる方法を組わせてもよい。この方法は、効果が大きい。円筒状のガイドは、上下方向でるつぼ壁と平行であるので、口径拡大のために傾斜を持っているガイドよりも等温面を種結晶の表面に対して平行にしやすい。

【0064】

また、ＳｉＣの転位は、成長中の結晶内のストレス（応力）が大きいと増殖することがある。成長中の結晶近傍の温度勾配が大きいと結晶内のストレスが大きくなる。結晶近傍の温度勾配としては、成長方向（成長軸方向）の温度勾配と、径方向の温度勾配とがある。径方向の温度勾配は、上述の様に、仕切壁部と上下ヒーターとを有する装置を使用して等温面を種結晶の表面に対して平行にすることにより小さくできる。成長軸方向の温度勾配は、種結晶と原料の温度差を小さくすることにより小さくできる。温度勾配が小さすぎると成長が不安定になってしまうため、５０Ｋｃｍ^−１程度か好ましい。成長軸方向の温度勾配と径方向の温度勾配の双方を安定成長できる範囲で小さな値で制御することにより、ストレスによる転位の増殖を抑制することができる。

【0065】

また、成長中に成長雰囲気がＣリッチになることによりカーボンインクルージョンが発生し、それに起因する転位が発生する場合がある。欠陥状況からＣリッチになっているかどうかを判断して、条件を調整することにより、カーボンインクルージョン起因の転位の発生を抑制できる。Ｃリッチになることを防ぐ方法としては、原料中にＳｉＣの他にＳｉを添加して補う方法や、るつぼ壁をＴａＣ部材などで覆う方法等をとることができる。

【0066】

上述のように、口径拡大することなく、等温面を維持し、あらたな貫通転位の発生を抑制しながら結晶成長を行うことで、結晶成長工程における貫通転位の増減を低減することができる。その結果、ＳｉＣウェハの第１の面及び第２の面における貫通転位数の数を容易に一定にすることができる。

【0067】

＜分断工程＞
最後に、得られたＳｉＣインゴットを分断する。ＳｉＣインゴットの分断は、公知の方法を用いることができる。例えば、ワイヤーソー等を用いることができる。

【0068】

上述のように、本発明の一態様に係るＳｉＣウェハの製造方法によれば、デバイス構築後に非破壊で半導体デバイスの故障原因となる欠陥を特定することができるＳｉＣウェハを得ることができる。

【0069】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0070】

１，２１…ＳｉＣウェハ、１ａ，２１ａ…第１の面、１ｂ，２１ｂ…第２の面、２，２ａ，２ｂ，２２，２２Ｂ…貫通転位、３…酸化絶縁層、４…電極、５…故障欠陥、１０，２０…半導体デバイス、２２Ａ…基底面転位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】