特開 2024-147517 密度勾配を有する多結晶シリコンカーバイド基板及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024147517

(43)【公開日】2024-10-16

(54)【発明の名称】密度勾配を有する多結晶シリコンカーバイド基板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/569 20060101AFI20241008BHJP

   H01L 21/304 20060101ALN20241008BHJP

   H01L 21/683 20060101ALN20241008BHJP

【ＦＩ】

C04B35/569

H01L21/304 621B

H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024054138

(22)【出願日】2024-03-28

(31)【優先権主張番号】2350378-2

(32)【優先日】2023-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE

(31)【優先権主張番号】18/614,522

(32)【優先日】2024-03-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】312014443

【氏名又は名称】エスティーマイクロエレクトロニクス インターナショナル エヌ．ブイ．

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100126480

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 睦

(72)【発明者】

【氏名】マグヌソン リンドグレン，ビョルン

(72)【発明者】

【氏名】リーバ，カルロ

(57)【要約】      （修正有）

【課題】より高い密度、より平滑な表面を有するシリコンカーバイド基板を提供する。
【解決手段】多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側１０２と、第１の側とは反対の、多結晶ＳｉＣ基板の第２の側１０４との間に密度勾配を有する、多結晶ＳｉＣ基板。多結晶ＳｉＣ基板の第１の側における第１の密度は、多結晶ＳｉＣ基板の第２の側における第２の密度よりも小さい。密度勾配を有する多結晶ＳｉＣ基板は、焼結プロセス、続いての焼結後プロセスによって多結晶ＳｉＣベース基板を形成することによって形成され得る。例えば、焼結後プロセスは、多結晶ＳｉＣ基板の第１の側に第１の温度を適用し、第２の側に第２の温度を適用すること、及び化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを実行して、多結晶ＳｉＣベース基板に更なるケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）の原子を含浸させることのうちの少なくとも１つであり得る。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の側と、前記第１の側と反対の第２の側と、を含む多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハと、
前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの前記第１の側における第１の密度と、
前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの前記第２の側における第２の密度であって、前記第２の密度は前記第１の密度よりも大きい、第２の密度と、
前記第１の側と前記第２の側との間の密度勾配であって、前記密度勾配の密度は、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの前記第１の側から前記第２の側に向かう密度勾配方向に増加する、密度勾配と、
を含む、デバイス。

【請求項2】

前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハは、５オングストローム（Å）未満の粗さを有する表面を前記第２の側に更に含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項3】

前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの前記第２の側における抵抗率は、２０ミリオームセンチメートル（ｍｏｈｍ－ｃｍ）以下である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項4】

前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの前記第２の側における抵抗率は、２０ミリオームセンチメートル（ｍｏｈｍ－ｃｍ）未満である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項5】

前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの前記第１の側から前記第２の側まで延在する厚さを更に含み、前記厚さは、８００マイクロメートル（μｍ）以下である、請求項１に記載のデバイス。

【請求項6】

前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの前記第２の側に結合された、単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層を更に含む、請求項１に記載のデバイス。

【請求項7】

前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハは、前記第１の側から前記第２の側まで延在する第１の厚さを有し、
前記単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層は、
前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの反対側に面する表面と、
前記第２の側から前記単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層の表面まで延在する第２の厚さであって、前記第２の厚さは前記第１の厚さよりも薄い、第２の厚さと、を含む、請求項６に記載のデバイス。

【請求項8】

前記第２の厚さは１マイクロメートル（μｍ）以下である、請求項７に記載のデバイス。

【請求項9】

前記第１の厚さは８００マイクロメートル（μｍ）以下である、請求項８に記載のデバイス。

【請求項10】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成することと、
前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成した後に、多結晶シリコンカーバイドベース基板の第１の側から、前記第１の側と反対の第２の側に向かう物質輸送方向に方向付けられた物質輸送を誘導することによって、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第１の側と、前記第１の側と反対の、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側との間に密度勾配を生成することであって、前記物質輸送を誘導することは、
前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第１の側から離れるように物質を輸送する第１の温度に、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第１の側を曝露することと、
前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側に向かって物質を輸送する第２の温度に、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側を曝露することと、を含み、前記第２の温度は前記第１の温度よりも低い、密度勾配を生成することと、
前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を冷却して、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第１の側における第１の密度と、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側における、前記第１の密度よりも大きい第２の密度と、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第１の側と前記第２の側との間の前記密度勾配と、を生成することと
を含む、方法。

【請求項11】

前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成することは、
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）粉末、並びに
ケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）の粉末混合物
のうちの少なくとも１つを焼結することを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の温度は摂氏２０００度以上である、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の温度は摂氏２０００度以下である、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の温度は摂氏２０００度に等しく、前記第２の温度は摂氏２１００度以上である、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ベース基板の前記第２の側に結合させることを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記密度勾配は、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第１の側から前記第２の側に向かう前記物質輸送方向に増加する、請求項１０に記載の方法。

【請求項17】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側と、前記第１の側と反対の、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側との間に密度勾配を生成することを含み、前記第１の側と前記第２の側との間に前記密度勾配を生成することは、
前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側を化学蒸着プロセスに曝露して、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側にケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）を含浸させることを含む、方法。

【請求項18】

単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側に結合させることを更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第１の側と前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側との間に前記密度勾配を生成する前に、
シリコンカーバイド（ＳｉＣ）粉末、並びに
ケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）の粉末混合物
のうちの少なくとも１つを焼結することによって、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成することを更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記密度勾配は、前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第１の側から離れて前記多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の前記第２の側に向かう密度勾配方向に増加する、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、第１の側における第１の密度と、第１の側と反対の第２の側における第２の密度と、第２の側から第１の側に向かって増加する密度勾配と、を含む多結晶シリコンカーバイド（polycrystalline silicon carbide、ＳｉＣ）ベース基板又はウェハに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体産業は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、特に電子デバイス又は電子部品（例えば、ダイオード、トランジスタ、又は他の同様の電力用途）の製造用ＳｉＣに相当な関心を示している。

【0003】

シリコンカーバイドベースの電子デバイスの開発及び製造は、シリコンカーバイドウェハの形成による電気的特性及び機械的特性などの要因による制限を受ける。多くのシリコンカーバイドウェハは、ウェハの全長、幅、及び厚さにわたって均一の（例えば、同じ又は実質的に同じ）密度を有する。

【0004】

シリコンカーバイドウェハの表面は、シリコンカーバイドウェハ上で更なる層を結合又は形成する前に、表面が平坦かつ平滑になるように平坦化され、研磨され得る。例えば、より高い密度を有するシリコンカーバイドウェハの場合、より小さいボイドが存在し、潜在的にはより少ないボイドが存在し、その結果、より平滑な表面が得られる。しかしながら、より高密度のウェハは、密度を増加させるためにより多くの材料を使用しており、このことは製造コストを増加させる。しかしながら、より高い密度は、後の製造工程に利益をもたらす。

【発明の概要】

【0005】

本開示は、第１の側と第２の側との間に密度勾配を有する、多結晶ＳｉＣウェハであり得るシリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの実施形態を提供することを対象とする。ＳｉＣウェハは、焼結プロセス、続いての密度勾配を形成するための温度処理を使用して形成され得る。あるいは、焼結プロセスを化学蒸着と組み合わせて、密度勾配を形成することができる。

【0006】

少なくとも１つの実施形態は、第１の側と、第１の側と反対の第２の側と、を有する多結晶ＳｉＣウェハ又は基板を含む。第１の密度は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）材料の第１の側における密度である。第２の密度は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）材料の第２の側における密度であり、第２の密度は第１の密度よりも大きい。密度勾配は、第１の側と第２の側との間に存在する。密度勾配の密度は、多結晶ＳｉＣウェハの第１の側から第２の側に向かう密度勾配方向に増加し得る。

【図面の簡単な説明】

【0007】

実施形態をより良く理解するために、ここで、例として添付の図面を参照する。図面において、同一の参照番号は、文脈上他を意味しない限り、同一又は類似の要素又は動作を特定する。図面中の要素のサイズ及び相対的比率は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。例えば、これらの要素の一部は、図面の読みやすさを改善するために拡大され、位置付けられ得る。

【図1A】密度勾配を有する多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の一実施形態の側面斜視図である。

【図1B】図１Ａの多結晶ＳｉＣ基板の実施形態の断面１Ｂ－１Ｂの拡大図である。

【図1C】図１Ａの多結晶ＳｉＣ基板の実施形態の断面１Ｃ－１Ｃの拡大図である。

【図1D】図１Ａの多結晶ＳｉＣ基板の実施形態の断面１Ｄ－１Ｄの拡大図である。

【図2A】単結晶層を含む、図１Ａ～図１Ｄに示す多結晶ＳｉＣ基板の実施形態の側面斜視図である。

【図2B】図１Ａ～図１Ｄに示す多結晶ＳｉＣ基板の実施形態の表面に単結晶層が結合される位置における、図２Ａに示す断面２Ｂ－２Ｂの拡大図である。

【図3】図１Ａ～図１Ｄに示す多結晶ＳｉＣ基板の実施形態を製造する方法のフロー図である。

【図4A】図１Ａ～図１Ｄにおいて製造するための、図３に示す製造方法の実施形態の少なくとも一部のそれぞれのステップの側面図である。

【図4B】図１Ａ～図１Ｄにおいて製造するための、図３に示す製造方法の実施形態の少なくとも一部のそれぞれのステップの側面図である。

【図5】図２Ａ及び図２Ｂの多結晶ＳｉＣ基板の実施形態の上に単結晶層を製造する方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の説明では、デバイス、方法、及び物品の様々な実施形態の完全な理解をもたらすために、特定の詳細が記載されている。しかしながら当業者は、他の実施形態がこれらの詳細を伴わずに実践され得ることを理解されよう。他の例では、実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、例えば、シリコンカーバイド基板又は層（例えば、多結晶シリコンカーバイド、単結晶シリコンカーバイドなど）、半導体製造プロセスなどに関連する周知の構造及び方法は、一部の図において詳細に示されていないか、又は説明されていない。

【0009】

文脈上他の意味に要求されない限り、以下の明細書及び特許請求の範囲を通して、「含む（comprise）」という語及びその変形、例えば「含む（comprising）」及び「含む（comprises）」は、オープンで包括的な意味で、すなわち「含むが、限定されない」と解釈されるべきである。

【0010】

本明細書を通して「１つの実施形態」又は「一実施形態」に言及することは、実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「１つの実施形態では」又は「一実施形態では」という句の出現は、必ずしも同じ実施形態又は全ての実施形態を指すわけではない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、更なる実施形態を得るために、１つ以上の実施形態で任意の好適な方法で組み合わされ得る。

【0011】

見出しは便宜上のためだけに設けられており、本開示又は特許請求の範囲の範囲又は意味を解釈するものではない。

【0012】

図面中の要素のサイズ及び相対的な位置は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。例えば、様々な要素の形状及び角度は、一定の縮尺で描かれていないことがあり、これらの要素の一部は、図面の読みやすさを改善するために拡大され、位置付けられていることがある。

【0013】

「横方向である」の使用は、表面、側壁、又は類似若しくは同様の構造若しくは特徴が、別のそれぞれの表面、側壁、又は類似若しくは同様のそれぞれの構造若しくは特徴に対してある角度にあることを意味する。例えば、第１の表面が第１の側壁に対して横方向である場合、第１の表面は、２５度、３５度、４５度、７５度、９０度、１２０度などに等しい角度であり得る。

【0014】

概して、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、ウェハ、又は層は、様々な電子デバイス及び電子部品（例えば、半導体ダイ、半導体パッケージ、半導体トランジスタなど）内で利用されてきた。これらの多結晶ＳｉＣ基板は、多結晶ＳｉＣ基板を通過する電気経路に沿って存在する抵抗をもたらす抵抗率を有する。この抵抗は、電気信号が電気経路を通過する際に電気信号を妨げるものであり、オン抵抗（Ｒ_ｏｎ）として知られている。多結晶ＳｉＣ基板のこのオン抵抗（Ｒ_ｏｎ）は、多結晶ＳｉＣ基板から作製される電子デバイスの効率特性又は電気特性を制限する。例えば、オン抵抗（Ｒ_ｏｎ）が高い場合、電気信号は、多結晶ＳｉＣ基板を完全に通過してその目的地に到達することを妨げられることがあり、その結果、電子デバイス又は電子部品内で機能エラーが生じる。

【0015】

多結晶ＳｉＣ基板が形成されるにつれて、密度は、ボイドの形成に影響を与えるか、又は後続の層若しくはデバイスが形成される表面の粗さに別様に影響を及ぼす。本開示は、より安価であり、より少ないボイドをもたらす、平坦な表面を備えた多結晶ＳｉＣ基板を製造することを対象とする。これは、最初に焼結プロセスを利用して形成され、より大きなボイドが粒子間に存在する、従来の多結晶ＳｉＣ基板とは対照的である。これらのボイドは、平坦化され、研磨される（すなわち、平らにされる）従来の多結晶ＳｉＣ基板の表面に、又はそれに隣接して存在し得る。平坦化され、研磨される前の従来の多結晶ＳｉＣ基板の表面は、異なる粒径及び結晶構造に一部起因して、比較的粗く、平坦ではないことがある。

【0016】

平坦化され、研磨された後の従来の多結晶ＳｉＣ基板の表面は、平坦であり（すなわち、水平であり）、平滑である（すなわち、研磨されている）。しかしながら、この平坦化及び研磨プロセス中に、従来の多結晶ＳｉＣ基板の表面に、又はそれに隣接して存在するボイドは、窪み又は凹部を形成する。表面が平坦化され、研磨された後に、概して別の層が従来の多結晶ＳｉＣ基板の表面に形成される。窪み及び凹部を有する、従来の多結晶ＳｉＣ基板の表面にこの層が形成されると、層と表面との間に欠陥ボイドが形成される。これらの欠陥ボイドは、上述したように、オン抵抗（Ｒ_ｏｎ）を増加させ、この層及び従来の多結晶ＳｉＣ基板を含む半導体パッケージ又はデバイスを効率許容範囲内で動作させないことがある。

【0017】

低密度を有するように従来の多結晶ＳｉＣ基板を製造することにより、コストを低減することができる。しかしながら、低密度は、欠陥ボイドの数が多いために比較的粗い表面を形成する。この結果、低密度多結晶ＳｉＣ基板の表面を研磨し、平坦化した後であっても、リッジ及び隆起領域が依然として残る。

【0018】

本開示は、基板の第１の表面における第１の密度が、第１の表面の反対側の基板の第２の表面における第２の密度よりも小さくなるような密度勾配を有する多結晶ＳｉＣ基板の１つ以上の実施形態を対象とする。第２の表面における第２の密度は、第２の表面がより効果的に研磨され、平坦化されて、第２の表面に後で形成される材料（例えば、半導体材料、シリコン材料など）の層間の接合強度を増加させることを可能にし得る。一方それと同時に、密度勾配を有する多結晶ＳｉＣ基板の製造コストは、従来の高密度多結晶ＳｉＣを製造する場合と比較して、製造コスト全体で低減される。換言すると、密度勾配を有する多結晶ＳｉＣ基板は、従来の低密度多結晶ＳｉＣ基板よりも平坦で、かつ粗さが小さく、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板よりも安価な表面を有するように製造されるという利点を有する。

【0019】

本開示のデバイスの少なくとも１つの実施形態は、以下のように要約される。本デバイスは、第１の側と、第１の側と反対の第２の側と、を含む多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハを含む。第１の密度は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第１の側における密度であり、第２の密度は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第２の側における密度である。第２の密度は第１の密度よりも大きい。密度勾配は、第１の側と第２の側との間に存在し、この密度勾配の密度は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第１の側から第２の側に向かう密度勾配方向に増加する。

【0020】

本開示の方法の少なくとも１つの実施形態は、以下のように要約される。本方法は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成することを含む。多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成した後に、多結晶シリコンカーバイドベース基板の第１の側から、第１の側と反対の第２の側に向かう物質輸送方向（マストランスポート方向）に方向付けられた物質輸送を誘導することによって、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側と、第１の側と反対の、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側との間に密度勾配を生成すること。物質輸送を誘導することは、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側から物質が離れるように輸送する第１の温度に、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側を曝露することと、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側に向かって物質を輸送する第２の温度に、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側を曝露することと、を含み、第２の温度は第１の温度より低い。多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を冷却して、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側における第１の密度と、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側における、第１の密度よりも大きい第２の密度と、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側と第２の側との間の密度勾配と、を生成すること。

【0021】

本開示の方法の少なくとも１つの実施形態は、以下のように要約される。本方法は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側と、第１の側と反対の、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側との間に密度勾配を生成することを含む。第１の側と第２の側との間に密度勾配を生成することは、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側を化学蒸着プロセスに曝露して、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側にケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）を含浸させることを含む。

【0022】

図１Ａは、密度勾配を有する多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板１００の側面斜視図を対象とし、これは、本明細書では以下のように基板１００と称されることがある。基板１００はウェハであり得、図１Ａに示すように円筒形であり得る。

【0023】

基板１００は、第１の表面１０２と、第１の表面１０２の反対である第２の表面１０４と、を含む。第１の側壁１０６は、第１の表面１０２及び第２の表面１０４に対して横方向であり、第１の表面１０２から第２の表面１０４まで延在する。第２の表面１０４は、５オングストローム（Å）以下の粗さを有し、第２の表面１０４が平坦である（すなわち、研磨され、平滑であり、平坦化され、水平である）ように水平である。第１の表面１０２は、図１Ａに示す基板１００の向きに基づいて、後面、背面、底面、又は下面であり得、第２の表面１０４は、図１Ａに示す基板１００の向きに基づいて、前面、頂面、又は上面であり得る。

【0024】

基板１００の第１の密度は第１の表面１０２における密度であり、基板１００の第２の密度は第２の表面１０４における密度である。基板１００の第１の密度は、基板１００の第２の密度とは異なる。例えば、第１の密度は、第２の密度よりも小さい。密度勾配を有する基板１００は、第１の表面１０２から離れて第２の表面１０４に向かう方向に方向付けられた矢印１０８によって表される密度勾配方向を含む。基板１００の密度勾配は、第１の表面１０２と第２の表面１０４との間の基板１００に沿って、密度勾配方向１０８に増加する。密度勾配は、第１の表面１０２における第１の密度が密度勾配の最低密度であり、第２の表面１０４における第２の密度が密度勾配の最高密度であるように、密度勾配方向１０８に増加する。少なくとも１つの実施形態では、第１の密度は、２．７５～３．０５グラム／立方センチメートル（すなわち、２．７５～３．０５ｇ／ｃｍ^３）の範囲内であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しい（すなわち、２．７５ｇ／ｃｍ^３に等しいか、又は３．０５ｇ／ｃｍ^３に等しい）。少なくとも１つの実施形態では、第２の密度は、３．０５～３．２０グラム／立方センチメートル（すなわち、３．０５～３．２０ｇ／ｃｍ^３）の範囲内であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しい（すなわち、３．０５ｇ／ｃｍ^３に等しいか、又は３．２０ｇ／ｃｍ^３に等しい）。いくつかの実施形態では、第２の密度は、３．１０～３．２０グラム／立方センチメートル（すなわち、３．１０～３．２０ｇ／ｃｍ^３）の範囲であってよいか、又はこの範囲の上端及び下端に等しくてよい（すなわち、３．１０ｇ／ｃｍ^３に等しくてよいか、又は３．２０ｇ／ｃｍ^３に等しくてよい）。いくつかの実施形態では、第２の密度は、３．１０～３．２６グラム／立方センチメートル（すなわち、３．１０ｇ／ｃｍ^３～３．２６ｇ／ｃｍ^３）の範囲であってよいか、又はこの範囲の上端及び下端に等しくてよい（すなわち、３．１０ｇ／ｃｍ^３に等しくてよいか、又は３．２６ｇ／ｃｍ^３に等しくてよい）。

【0025】

いくつかの実施形態では、基板１００の第１の表面１０２における第１の密度は、２．５～３．０ｇ／ｃｍ^３の範囲内であってよく、第２の表面における第２の密度は、３．０～３．３ｇ／ｃｍ^３の範囲内であってよい。いくつかの実施形態では、基板１００の第２の表面１０４における第２の密度は、３．２～３．３ｇ／ｃｍ^３の範囲内であってよい。基板１００の第１の表面１０２に、又はそれにごく近接して存在するボイドの割合は、２０％～２５％の範囲であるか、又はこの範囲の上端及び下端に等しくてよい。基板１００の第２の表面１０４に、又はそれにごく近接して存在するボイドの割合は、２％～０．５％の範囲であるか、又はこの範囲の上限及び下限に等しくてよい。

【0026】

いくつかの実施形態では、基板１００の第１の表面１０２における第１の密度から第２の表面１０４へと密度が増加するにつれて、密度は直線的に増加する。

【0027】

基板１００は、第１の厚さ１１０を含む。第１の厚さ１１０は、２００マイクロメートル（μｍ）～１．２ミリメートル（ｍｍ）の範囲内であってよいか、又はこの範囲の上端及び下端に等しくてよい（すなわち、２００マイクロメートル（μｍ）に等しいか、又は１．２ミリメートル（ｍｍ）に等しくてよい）。いくつかの実施形態では、第１の厚さ１１０は、１．２ミリメートル（ｍｍ）よりも大きくてよいか、又は２００マイクロメートル（μｍ）よりも小さくてよい。いくつかの実施形態では、第１の厚さ１１０は、１ミリメートル（ｍｍ）に実質的に等しくてよい。

【0028】

基板１０２の第１の表面１０２における、又は第１の表面１０２にごく近接する（例えば、第１の密度を有する領域内の）それぞれの粒子は、１マイクロメートル（μｍ）～２０マイクロメートル（μｍ）の範囲のサイズ、又はこの範囲の上端及び下端に等しいサイズを有してよい。基板１００の第２の表面１０４における、又は第２の表面１０４にごく近接する（例えば、第２の密度を有する領域内の）それぞれの粒子は、１０マイクロメートル（μｍ）～３０マイクロメートル（μｍ）の範囲のサイズ、又はこの範囲の上端及び下端に等しいサイズを有してよい。第１の表面１０２と第２の表面１０４との中間点におけるそれぞれの粒子は、５マイクロメートル（μｍ）～２５マイクロメートル（μｍ）の範囲のサイズ、又はこの範囲の上端及び下端に等しいサイズを有してよい。基板１００の第１の表面１０２における、又は１の表面１０２にごく近接するそれぞれの粒界は、１マイクロメートル（μｍ）～２０マイクロメートル（μｍ）の範囲のサイズ、又はこの範囲の上端及び下端に等しいサイズを有してよい。基板１００の第２の表面１０４における、又は第２の表面１０４にごく近接するそれぞれの粒子は、１０マイクロメートル（μｍ）～３０マイクロメートル（μｍ）の範囲のサイズ、又はこの範囲の上端及び下端に等しいサイズを有してよい。基板１００の第１の表面１０２における、又は第１の表面１０２にごく近接する（例えば、第１の密度を有する領域内の）それぞれのボイドは、５マイクロメートル（μｍ）～５０マイクロメートル（μｍ）の範囲であってよいか、又はこの範囲の上端及び下端に等しくてよく、好ましくは、基板１００の第１の表面１０２における、又は第１の表面１０２にごく近接する（例えば、第１の密度を有する領域内の）それぞれのボイドは、２５マイクロメートル（μｍ）～４０マイクロメートル（μｍ）の範囲であってよいか、又はこの好ましい範囲の上端及び下端に等しくてよい。基板１００の第２の表面１０４における、又は第２の表面１０４にごく近接するそれぞれのボイドは、５マイクロメートル（μｍ）以下のサイズを有してよい。基板１００の第１の表面１０２における、又は第１の表面１０２にごく近接するそれぞれのボイドは、１０マイクロメートル（μｍ）以下のサイズを有してよい。

【0029】

図１Ｂは、図１Ａにおいて囲まれた断面１Ｂ－１Ｂの拡大図である。基板１００の第１の部分１１２が図１Ｂに示されており、これは、基板１００の第２の表面１０４にごく近接している。したがって、基板１００の第１の部分１１２は、第１の表面１０２における第１の密度よりも大きく、第２の表面１０４における第２の密度よりも小さい、それぞれの密度を有する。図１Ｂに示す基板１００の第１の部分１１２は、第１の表面１０２と第２の表面１０４との間にあるので、第１の部分１１２のそれぞれの密度は、第１の部分１１２よりも第２の表面１０４に近い、基板１００のそれぞれの部分のそれぞれの密度よりも小さく、第１の部分１１２よりも第１の表面１０２に近い、基板１００のそれぞれの部分のそれぞれの密度よりも大きい。換言すると、第１の部分１１２は、第１の表面１０２よりも第２の表面１０４に近い。

【0030】

密度は、第２の表面１０４における、基板１００の第２の密度よりもわずかに低いので、基板１００の第１の部分１１２においては、基板１００の粒子１１６間に非常に小さいか、又は非常に少ないボイド１１４が存在する。ボイド１１４は非常に小さいか、又は数が少ないので、基板１００の第１の部分１１２は、第１の部分１１２が基板１００の第２の表面１０４にごく近接しているために比較的高い密度を有する。ボイド１１４は、粒子１１６のうちの隣接する粒子間に存在し得、ボイド１１４のうちの少なくとも一部は、基板１００の粒子１１６間の粒界１１８に沿って存在し得る。

【0031】

図１Ｃは、図１Ａにおいて囲まれた断面１Ｃ－１Ｃの拡大図である。基板１００の第２の部分１２０が図１Ｃに示されており、これは、基板１００の第１の表面１０２にごく近接している。したがって、基板の第２の部分１１２は、第１の表面における第１の密度よりも大きく、第２の表面１０４における第２の密度よりも小さい、それぞれの密度を有する。図１Ｃに示す基板１００の第２の部分は、第１の表面１０２と第２の表面１０４との間にあるので、第２の部分１２０のそれぞれの密度は、第２の部分よりも第２の表面１０４に近い、基板１００のそれぞれの部分のそれぞれの密度よりも小さく、基板１００の第１の部分１０２により近い、基板１００のそれぞれの部分のそれぞれの密度よりも大きい。換言すると、第２の部分１２０は、第２の表面１０４よりも第１の表面１０２に近い。

【0032】

図１Ｂ及び図１Ｃの実施形態に示すように、図１Ｂに示す第２の部分１２０内の粒子１１６間に、粒界１１８に沿って存在するそれぞれのボイド１１４は、第１の部分１１２内で粒子１１６間に、粒界１１８に沿って存在するそれぞれのボイド１１４よりも大きい。第２の部分１２０内のそれぞれのボイド１１４が第１の部分１１２内のそれぞれのボイドよりも大きいことは、第２の部分１２０が第１の部分１１２のそれぞれの密度よりも小さい、それぞれの密度を有することを意味する。

【0033】

基板１００のいくつかの実施形態では、第１の部分１１２に存在するそれぞれのボイド１１４の第１の数は、第２の部分１２０におけるそれぞれのボイド１１４の第２の数よりも少なくてよい。それぞれのボイド１１４は、第２の部分１２０において、第１の部分１１２内に存在する、これらのそれぞれのボイド１１４と比較して、概して大きく、数が多いので、基板１００の第１の部分１１２は、基板１００の第２の部分１２０のそれぞれの密度よりも大きい、それぞれの密度を有する。

【0034】

図１Ｄは、図１Ａに示す多結晶ＳｉＣ基板１００の実施形態の断面１Ｄ－１Ｄの拡大図である。図１Ｄに示すように、第２の表面１０４は、第２の表面１０４に沿って存在する、わずかな窪み１２２を含む。ボイド１１４は、第２の表面１０４が平坦化され、研磨された後に、第２の表面１０４にわずかな窪み１２２を生じさせ得る。第２の表面１０４の平坦化及び研磨の詳細は、本明細書において後で詳述する。しかしながら、これらのわずかな窪み１２２は、従来の低密度多結晶ＳｉＣ基板の類似又は同様の表面が平坦化され、研磨された場合の窪みと比較して、はるかに小さい。例えば、従来の低密度多結晶ＳｉＣ基板の類似又は同様の表面が平坦化され、研磨される場合、それぞれの窪みがはるかに大きくなり、したがって、より大きいリッジ及び隆起部分が従来の低密度多結晶ＳｉＣ基板の類似又は同様の表面に存在するであろう。換言すると、平坦化され、研磨された、基板１００の第２の表面１０４の窪み１２２は、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板の平坦化され、研磨された、類似又は同様の表面に存在した窪みにより類似するか、又は同様であり、一方それと同時に、基板１００は、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板と比較してより安価に製造される。換言すると、基板１００は、従来の低密度多結晶ＳｉＣ基板を製造するよりも低コストであり、かつ従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板よりも良好な表面仕上げである。

【0035】

図２Ａは、基板１００の第２の表面１０４の実施形態に結合され、その上に存在する単結晶層１２４の斜視側面図である。単結晶層１２４は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）であり得る。単結晶層１２４は、単結晶層１２４と基板１００との間である結合領域又は接合領域１２８において、基板１００の第２の表面１０４に結合されるか、又は接合される。単結晶層１２４は、基板１００の第２の表面１０４の反対方向に面し、かつ基板１００の反対方向に面する表面１２８を有する。単結晶層１２４は、基板１００の第２の表面１０４から単結晶層１２４の表面１２８まで延在する第２の厚さ１３０を有する。基板１００の第２の表面１０４は、単結晶層１２４で覆われており、単結晶層１２４は、第２の側壁１３２を含み、第２の側壁１３２は、表面１２８及び第２の表面１０４に対して横方向であり、第２の表面１０４から表面１２８まで延在し、基板１００の第１の側壁１０６と同一平面上にある。

【0036】

第２の厚さ１３０は、１マイクロメートル（μｍ）以下であり得る。いくつかの実施形態では、第２の厚さ１３０は、１マイクロメートル（μｍ）よりも大きくてよい。

【0037】

図２Ｂは、図２Ａにおいて囲まれた断面２Ｂ－２Ｂの拡大図である。図２Ｂに示すように、接合領域において、１つ以上のキャビティ１３４が単結晶層１２４と基板１００との間に存在する。１つ以上のキャビティ１３４は、単結晶層１２４が基板１００の第２の表面１０４に形成、結合、又は接合されるとき、基板１００の第２の表面１０４において窪み１２２が存在するために、第２の表面１０４と単結晶層１２４との間に存在する。いくつかの実施形態では、１つ以上のキャビティ１３４が全く存在しないことがある。これは、窪み１２２が全く存在し得ないか、又は窪み１２２が十分に小さいので、単結晶層１２４が基板１００の第２の表面１０４に形成、結合、若しくは接合されるときに、基板１００の第２の表面１０４において小さい窪み１２２を充填するためである。

【0038】

平坦化及び研磨後の基板１００の第２の表面１０４における小さな窪み１２２に起因して１つ以上のキャビティ１３４が存在する場合であっても、１つ以上のキャビティ１３４は、基板１００及び単結晶層１２４を通過するそれぞれの電気信号のインピーダンスに対して、１つ以上のキャビティ１３４がほとんど影響を及ぼさないように十分に小さい。平坦化及び研磨後の基板１００の第２の表面１０４における小さな窪み１２２に起因して１つ以上のキャビティ１３４が存在する場合であっても、基板１００及び単結晶層１２４を通過するそれぞれの電気信号のインピーダンスに対して、１つ以上のキャビティがほとんど影響を及ぼさないように、ごく少数の１つ以上のキャビティが存在し得る。

【0039】

図５は、図１Ａ～図１Ｄに示す基板１００の実施形態を製造する方法のフロー図２００である。フロー図２００は、第１のステップ２０２と、第２のステップ２０４と、第３のステップ２０６と、を含む。

【0040】

第１のステップ２０２において、ベース基板２０８と称され得る多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ベース基板２０８を形成する。例えば、ベース基板２０８は、炉を利用して、ベース基板２０８を形成する粉末ケイ素（Ｓｉ）と粉末炭素（Ｃ）との混合物を一緒に焼結することによって、又は炉を利用して、ベース基板２０８を形成する粉末シリコンカーバイド（ＳｉＣ）を一緒に焼結することによって形成され得る。換言すると、ベース基板２０８は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板形成産業内で既知の焼結プロセスを利用して形成され得る。形成後、ベース基板２０８は、第１の表面１０２に対応する第１の表面２１０と、第１の表面２１０の反対側の第２の表面１０４に対応する第２の表面２１２と、を含む。ベース基板２０８は、第１の表面２１０から第２の表面２１２まで延在し、第１の表面２１０及び第２の表面２１２に対して横方向の側壁２１４を含む。

【0041】

ベース基板２０８を形成する第１のステップ２０２の後に、ベース基板２０８内に密度勾配を形成するか、又は生成する第２のステップ２０４を実行する。密度勾配は、第１の温度２１４を第１の表面２１０に適用し、第２の温度２１６を第２の表面２１２に適用することによって、ベース基板２０８内に形成されるか、又は生成される。第１の温度２１４は、第２の温度２１６とは異なる。例えば、第１の温度２１４は、第２の温度２１６よりも高い。第１の温度２１４は摂氏２０００度以上であり得、第２の温度２１６は摂氏２０００度以下であり得る。いくつかの実施形態では、第１の温度２１４は摂氏２２００度以上であり得、第２の温度２１６は摂氏２０００度以下であり得る。第１の温度２１４を第１の表面２１０に適用すること、及び第２の温度２１６を第２の表面２１２に適用することが同時に生じ、その結果、ベース基板の原子及び粒子が、矢印２１８によって表される物質輸送方向に移動されるか、又は輸送される。物質輸送方向２１８は、第１の表面から離れ、第２の表面２１２に向かうように方向付けられる。原子及び粒子が物質輸送方向２１８に移動するにつれて、第１の表面２１０における第１の密度は減少し、第２の表面２１２における第２の密度が増加する。換言すると、第２の表面２１２における第２の密度が、第１の表面２１０における第１の密度よりも大きくなる。一定期間にわたって第１の温度２１４が第１の表面２１０に適用され、第２の温度２１６が第２の表面２１２に適用された後に、ベース基板２０８を冷却する。ベース基板２０８が、第１の温度２１４及び第２の温度２１６によるこれまでの加熱から冷却されると、ベース基板２０８の第１の表面２１０における第１の密度、第２の表面２１２における第２の密度、及び第１の表面２１０と第２の表面２１２との間の密度勾配が固定される。ベース基板２０８を一定期間冷却した後、ベース基板２０８は、物質輸送方向２１８に基板に沿って増加する勾配密度を有し、第２の表面２１２における第２の密度がベース基板２０８の最大密度であり、第１の表面２１０における第１の密度がベース基板２０８の最小密度である。第１の表面２１０と第２の表面２１２との間の基板の密度は、第１の表面２１０における第１の密度よりも大きく、第２の表面２１２における第２の密度よりも小さい、中間密度である。

【0042】

代替の実施形態では、第１の表面２１０と第２の表面２１２との間のベース基板２０８内の密度勾配は、第１の温度２１４を第１の表面２１０に適用し、第２の温度２１６を第２の表面２１２に適用する代わりに、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを利用して形成され得る。第１の温度２１４及び第２の温度２１６をベース基板２０８に適用する代わりにＣＶＤプロセスが利用される場合、追加のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）又はケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）の粒子又は原子がベース基板の第２の表面２１２に導入され、追加のＳｉＣ又はＳｉ及びＣの粒子及び原子が第２の表面２１２においてベース基板２０８に含浸して、ベース基板２０８内に密度勾配が形成され、第２の表面２１２における第２の密度は第１の表面２１０における第１の密度よりも大きく、第１の表面２１０と第２の表面２１２との間の中間密度は第１の密度よりも大きく、第２の密度よりも小さい。ＣＶＤプロセスが利用される場合、追加のＳｉＣ又はＳｉ及びＣの粒子及び原子は、ベース基板２０８に含浸し、それぞれ、第２の表面において、又は第１の表面２１０から第２の表面２１２まで延在するベース基板の第３の厚さ２２０よりも小さい、ベース基板内の深さにおいて、ボイド１１４を充填することができる。ベース基板２０８の第３の厚さ２２０は、基板１００の第１の厚さ１１０より大きくてよい。

【0043】

上記を考慮して、少なくとも１つの実施形態では、ＣＶＤプロセスを実行するときに、多孔質である多結晶ＳｉＣ基板を炉内に配置する。水素ガス流を炉に導入する。水素ガス流中で、シラン及びエテンを水素ガス流に導入する。あるいは、炭素源としてプロパンを水素流に導入し得る。換言すると、炭素及びケイ素が水素ガス流内に存在するように、いくらかの炭素源及びいくらかのケイ素源を水素ガス流に導入する。シラン及びエテンを水素ガス流に導入することによって、遊離ケイ素及び遊離炭素が形成される。次いで、これらの遊離ケイ素及び遊離炭素が、シリコンカーバイドとして多孔質基板に堆積する。遊離ケイ素及び遊離炭素が多孔質基板に堆積している間、炉は実質的に摂氏１６００度に等しい温度である。これにより、遊離ケイ素及び遊離炭素がシリコンカーバイド（ＳｉＣ）として多孔質基板に堆積する。更に、基板が多孔質である（すなわち、７％～２３％の範囲の気孔率、又はこの範囲の上端及び下端に等しい気孔率を有する）ので、多孔質基板に堆積するシリコンカーバイド（ＳｉＣ）は、実際に多孔質基板に含浸し、ベース基板２０８の第２の表面２１２において、又は第２の表面２１２にごく近接して多孔質基板内のボイドを充填する。これによりベース基板２０８にシリコンカーバイドが含浸して、ベース基板２０８の第１の表面２１０と第２の表面２１２との間に密度勾配が形成される。

【0044】

ベース基板２０８全体にわたって密度勾配を形成し、生成する第２のステップ２０４の後に、第３のステップ２０６が実行する。ここでは、回転してベース基板２０８の第２の表面２１２を平坦化し、研磨する化学機械平坦化ツールであり得る平坦化研磨ツール２２２によって、ベース基板２０８の第２の表面２１２が平坦化され（すなわち、水平化され）、研磨される（すなわち、平滑化される）。第２の表面２１２が平坦化研磨ツール２２２によって平坦化され、研磨された後に、多結晶ＳｉＣ基板１００が製造される。第２の表面２１２は、５オングストローム（Å）以下の粗さを有するように研磨され得、それにより、第２の表面２１２は、本明細書で前述した第２の表面１０４と同一又は類似になる。

【0045】

図４Ａに示す第３のステップ２０６中に、第２の表面２１２は、平坦化研磨ツール２２２によってより容易に平坦化され、効果的に研磨され得る。これは、密度勾配がベース基板内で形成される、第２のステップ２０４での高密度化プロセスに起因して、第２の表面２１２において、第２の表面２１２に隣接して、又は第２の表面２１２にごく近接してより少数のボイド１１４が存在し、したがって、第２の表面２１２における第２の密度（例えば、高密度）が、第１の表面２１０における第１の密度（例えば、低密度）よりも大きいためである。換言すると、平坦化研磨ツール２２２による平坦化及び研磨後に第２の表面２１２に存在する窪み１２２のいずれかが存在する場合、窪み１２２は、第２の表面２１２が２０オングストローム（Å）以下の粗さを有するように小さい。いくつかの実施形態では、窪みは、第２の表面２１２が５オングストローム（Å）以下の粗さを有するように小さい。

【0046】

図４Ｂに示す第３のステップ２０６後に、ベース基板２０８は、図１Ａ～図１Ｃに示す基板１００へと変えられている。換言すると、フロー図２００の製造方法の完了後に、基板１００が製造される。

【0047】

フロー図２００の製造方法を利用することは、従来の多結晶ＳｉＣ基板の全体が高密度である、従来の多結晶ＳｉＣ基板を製造することよりも安価である。これは、基板１００の製造と比較して、従来の多結晶ＳｉＣ基板の全体が高密度である、従来の多結晶ＳｉＣ基板を製造するためには、より多量の材料が必要とされるためである。また、フロー図２００の製造方法を利用することは、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板を製造することよりも安価である。これは、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板を形成するために次に利用される、従来のベース基板の全体が高密度である、従来のベース基板を形成するよりも、ベース基板２０８を一緒に焼結するためにより少ないエネルギーが必要とされ得るためである。

【0048】

フロー図２００の製造方法を利用して基板１００を製造することは、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板を製造することよりも安価であるが、ベース基板２０８の第２の表面２１２における第２の密度が高く、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板の高密度と同様であることにより、ベース基板２０８の第２の表面２１２を効果的かつ一貫して平坦化し、研磨して、窪み１２２のサイズを低減すること、平坦化及び研磨後に存在する窪み１２２の数を低減すること、又は窪み１２２が全く存在しないようにすることが可能になる。

【0049】

上記の説明を考慮すると、基板１００の製造方法は、全体が高密度である、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板を製造するよりも安価であり、更に、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板のそれぞれの表面が平坦化され、研磨される場合と同様に、第２の表面２１２が効果的かつ一貫して平坦化され、研磨されることを依然として可能にする。

【0050】

本明細書に記載のプロセスを利用して基板１００が製造された後、基板１００は、半導体パッケージ、半導体ダイス、又は何らかの他の同様の電子部品若しくは半導体部品など電子部品を形成する際に利用され得る。例えば、基板１００の製造後に、基板１００は更に精製されるか、又は処理されて（例えば、個片化、裏面研削など）電子部品を形成し得る。あるいは、例えば、基板１００の第２の表面１０４に（例えば、単結晶層１２４上に）１つ以上の追加層が形成され得るか、半導体構造が形成され得るか、又は半導体構造が結合され得る。例えば、少なくとも１つの実施形態では、単結晶層１２４は、第２の表面１０４に形成される（これについては、本明細書において以下のように図５に関してより詳細に説明する）。

【0051】

図５は、基板１００の第２の表面１０４に単結晶層１２４を製造する方法のフロー図３００である。図５に示すように、基板１００を製造する方法の、フロー図２００の第１のステップ２０２、第２のステップ２０４、及び第３のステップ２０６を、本明細書で前述したように実行する。基板１００の形成後に、単結晶層１２４を基板１００の第２の表面１０４に形成するか、結合するか、又は接合する、第４のステップ３０２を実行する。例えば、単結晶層１２４は、基板１００の第２の表面１０４に接合されるか、結合されるか、又は接着される基板１００よりも薄いウェハであり得る。あるいは、単結晶層１２４は、堆積法によって基板の第２の表面１０４に単結晶層１２４を堆積させることによって、基板１００の第２の表面１０４に形成され得るか、接合され得るか、又は結合され得る。例えば、この堆積法は、スパッタリング法、蒸着法、結晶成長法、又は基板１００の第２の表面１０４に単結晶層１２４を形成する、接合する、若しくは結合するための何らかの他の技法であり得る。

【0052】

少なくとも１つの実施形態では、第４のステップ３０２において、単結晶層１２４を第２の表面２１２に、直接かつ物理的に結合させる。例えば、単結晶層１２４は、超高真空中で第２の表面２１２をアルゴン（Ａｒ）イオン又は中性原子の照射（例えば、アルゴン（Ａｒ）であり得る、中性原子であり得る、又は好適であり得る、何らかの他の類似若しくは同様のタイプの粒子若しくは原子であり得る粒子のビーム）に曝露して、基板１００の第２の表面２１２を洗浄し、活性化することによる、ＳＡＢ（surface activated bonding、表面活性化接合）法を使用して、最初に単結晶基板（図示せず）を第２の表面１０４に結合することによって形成され得る。第２の表面１０４がＳＡＢ法によって洗浄され、活性化されると、単結晶基板１２４が第２の表面１０４に適用され、その結果、単結晶基板が第２の表面１０４に直接かつ物理的に結合される。単結晶基板が第２の表面１０４に直接かつ物理的に結合されると、基板１００の第２の表面１０４に対応する第２の表面２１２に単結晶層１２４が残るように、単結晶基板の一部が除去される。第２の表面２１２がアルゴン（Ａｒ）イオン又は中性原子の照射に曝露される前に、第２の表面２１２は平坦化され得るか、又は研磨され得る。

【0053】

少なくとも１つの代替実施形態では、第１の導電層（図示せず）が第２の表面２１２に形成され、第２の導電層（図示せず）が、第２の表面２１２に結合される単結晶基板の表面に形成される。第１の導電層及び第の２導電層は、スパッタリング法を使用して形成され得る。第１の導電層及び第２の導電層が形成されると、第１の層及び第２の層は、上述したようにＳＡＢ法を利用して洗浄され、活性化され、次に単結晶基板のそれぞれの表面を第２の表面２１２に適用することができる。単結晶基板が第２の表面２１２に直接かつ物理的に結合された後に、基板の第２の表面１０４に単結晶層１２４が残るように、単結晶基板の一部が除去される。第１の導電層及び第２の導電層がアルゴン（Ａｒ）イオン又は中性原子の照射に曝露される前に、第１の導電層及び第２の導電層は平坦化され、研磨され得る。

【0054】

単結晶層１２４が、第２の表面２１２に対応する、基板１００の第２の表面１０４に形成、結合、又は接合されるときに、窪み１２２の少なくとも一部が基板１００の第２の表面１０４に存在する場合、１つ以上のキャビティ１３４が単結晶層１２４と基板１００との間に形成され、存在し得る。しかしながら、これらの１つ以上のキャビティ１３４は小さいため、電気信号が基板１００及び単結晶層１２４を通過するときに、１つ以上のキャビティは電気信号に対するインピーダンスをほとんど有しないか、又は全く有しない。あるいは、単結晶層１２４と基板１００との間に１つ以上のキャビティが存在しないように、窪み１２２が存在しなくてよい。あるいは、窪み１２２は、単結晶層１２４を基板１００の第２の表面に形成、接合、又は結合するときに完全に充填され得る。１つ以上のキャビティ１３４を小さく保つことによって、又はそれらを完全に回避することによって、電気信号が基板１００及び単結晶層１２４を通過するときに電気信号に対するインピーダンスがほとんど存在しないか、又は全く存在せず、その結果として、基板１００及び単結晶層１２４が組み込まれた、より効率的かつ精密なデバイスが得られる。

【0055】

１つ以上のキャビティが基板１００と単結晶層１２４との間に存在する場合、１つ以上のキャビティは、１０マイクロメートル（μｍ）以下のサイズを有する。

【0056】

上記の議論を考慮すると、基板１００は、全体が低密度である、従来の低密度多結晶ＳｉＣ基板を製造するのと同様に製造し、従来の高密度多結晶ＳｉＣ基板のそれぞれの表面を平坦化するか、又は研磨するのと同様に平坦化し、研磨したときに、第２の表面においてより少ない粗さを有する方が安価である。

【0057】

単結晶層１２４が基板１００の第２の表面１０４に形成、又は結合された後に、単結晶層１２４は更に精製されるか、又は処理されて（例えば、研磨される、薄膜化されるなど）、電子部品が形成され得る。あるいは、例えば、単結晶層１２４（例えば、誘電層、導電層、非導電層など）に１つ以上の追加層が形成され得るか、半導体構造が形成され得るか、又は半導体構造が結合され得る。

【0058】

単結晶層１２４が基板１００の第２の表面１０４に形成されるか、又は結合された後に、基板１００及び単結晶層１２４、１つ以上の追加層（例えば、誘電層、導電層、非導電層など）が、基板１００及び単結晶層１２４上に形成され得る。これらの１つ以上の追加層が形成されると、基板１００、単結晶層１２４、及び１つ以上の追加層は、個々のダイに個片化され得るか、又は更に処理されて、様々な半導体ダイス、半導体パッケージ、半導体部品、又は他の同様の電子部品を形成し得る、個々の積層アセンブリに個片化され得る。半導体ダイス、半導体パッケージ、半導体部品、又は他の同様の電子部品は、電話、タブレット、コンピュータ、又は何らかの他の同様の電子機器内に位置付けられ得る。

【0059】

次いで、基板１００から個片化された個々のダイ、単結晶層１２４、及び１つ以上の追加層を、成形材料、エポキシ、樹脂、又は同様の材料に封入して、それぞれの半導体パッケージ、半導体部品、又は他の同様の電子部品を形成することができる。半導体パッケージは、電話、タブレット、コンピュータ、又は他の類似の電子機器内に位置付けられ得る。

【0060】

基板１００の第１の表面１０２における第１の密度は、単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の密度と比較して低い密度を有し得、基板１００の第２の面１０２における第２の密度は、単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の密度と同様の密度を有し得る。しかしながら、基板１００の製造は、高密度多結晶ＳｉＣ基板の製造と比較して、及び単結晶ＳｉＣ基板の製造と比較して安価であり得る。

【0061】

基板１００は、基板１００の第２の表面１０４において、２０ミリオームセンチメートル（ｍｏｈｍ－ｃｍ）以下の抵抗率を有し得る。いくつかの実施形態では、基板１００は、基板１００の第２の表面１０４において、５ミリオームセンチメートル（ｍｏｈｍ－ｃｍ）以下の抵抗率を有し得る。

【0062】

密度勾配を有する基板１００上に単結晶層１２４が存在する場合、単結晶層１２４は、２５ｍｏｈｍ－ｃｍ未満、又は好ましくは１８ｍｏｈｍ－ｃｍに等しい、又は１５～２０ｍｏｈｍ－ｃｍの範囲、又はこの範囲の上端及び下端に等しい抵抗率であり得る。

【0063】

本開示のデバイスの少なくとも１つの実施形態は、第１の側及び第１の側と反対の第２の側を含む多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハと、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第１の側における第１の密度と、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第２の側における第２の密度であって、第２の密度は、第１の密度よりも大きい、第２の密度と、第１の側と第２の側との間の密度勾配であって、密度勾配の密度は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第１の側から第２の側に向かって密度勾配方向に増加する、密度勾配と、を含むと要約される。

【0064】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハは、５オングストローム（Å）未満の粗さを有する表面を、第２の側に更に含み得る。

【0065】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第２の側における抵抗率は、２０ミリオームセンチメートル（ｍｏｈｍ－ｃｍ）以下であり得る。

【0066】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第２の側における抵抗率は、５ミリオームセンチメートル（ｍｏｈｍ－ｃｍ）未満であり得る。

【0067】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第１の側から第２の側まで延在する厚さは、８００マイクロメートル（μｍ）以下であり得る。

【0068】

デバイスは、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの第２の側に結合され得る、単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層を更に含み得る。

【0069】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハは、第１の側から第２の側まで延在する第１の厚さを有し得、単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ウェハの反対側に面する表面と、第２の側から単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）層の表面まで延在する第２の厚さと、を含み得、第２の厚さは、第１の厚さ未満であり得る。

【0070】

第２の厚さは、１マイクロメートル（μｍ）以下であり得る。

【0071】

第１の厚さは、８００マイクロメートル（μｍ）以下であり得る。

【0072】

本開示の方法の少なくとも１つの実施形態は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成することと、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成した後に、多結晶シリコンカーバイドベース基板の第１の側から第１の側と反対の第２の側に向かう物質輸送方向に方向付けられた物質輸送を誘導することによって、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側と第１の側と反対の、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側との間に密度勾配を生成することであって、物質輸送を誘導することは、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側から離れるように物質を輸送する第１の温度に、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側を曝露することと、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側に向かって物質を輸送する第２の温度に、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側を曝露することと、を含み、第２の温度は第１の温度よりも低い、ことと、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を冷却して、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側における第１の密度と、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側における、第１の密度よりも大きい第２の密度と、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側と第２の側との間の密度勾配と、を生成することと、を含むと要約され得る。

【0073】

多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成することは、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）粉末、並びにケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）の粉末混合物のうちの少なくとも１つを焼結することを含み得る。

【0074】

第２の温度は、摂氏２０００度以上であり得る。

【0075】

第１の温度は、摂氏２０００度以下であり得る。

【0076】

第１の温度は摂氏２０００度に等しくてよく、第２の温度は摂氏２１００度以上であってよい。

【0077】

本方法は、単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）ベース基板の第２の側に結合させることを更に含み得る。

【0078】

密度勾配は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側から第２の側に向かう物質輸送方向に増加し得る。

【0079】

本開示の方法の少なくとも１つの実施形態は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側と第１の側と反対の、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側との間に密度勾配を生成することを含み、第１の側と第２の側との間に密度勾配を生成することは、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側を化学蒸着プロセスに曝露して、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側にケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）を含浸させる、ことを含むと要約され得る。

【0080】

本方法は、単結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側に結合させることを更に含み得る。

【0081】

本方法は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側と多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側との間に密度勾配を生成する前に、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）粉末、並びにケイ素（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）の粉末混合物のうちの少なくとも１つを焼結することによって、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板を形成することを更に含み得る。

【0082】

密度勾配は、多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第１の側から離れて多結晶シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板の第２の側に向かう密度勾配方向に増加し得る。

【0083】

上で説明される様々な実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を提供することができる。実施形態の態様は、必要に応じて、様々な特許、出願、及び刊行物の概念を採用するように変更して、更なる実施形態を提供することができる。

【0084】

これらの変更は、上記の詳細な説明に照らして実施形態に対して行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は、特許請求の範囲を本明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲とともに全ての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は本開示によって限定されるものではない。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【外国語明細書】