特開 2025-11278 ウェハ

(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】P2025011278

(43)【公開日】2025-01-23

(54)【発明の名称】ウェハ

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20250116BHJP

   C30B 23/06 20060101ALI20250116BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B23/06

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024182032

(22)【出願日】2024-10-17

(62)【分割の表示】P 2023107613の分割

【原出願日】2023-06-30

(31)【優先権主張番号】63/359,209

(32)【優先日】2022-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515087558

【氏名又は名称】環球晶圓股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｆｅｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．８ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅａｓｔ Ｒｏａｄ ２，Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｃｉｔｙ， Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】林 欽山

(72)【発明者】

【氏名】王 業鈞

(72)【発明者】

【氏名】劉 建成

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077AB01

4G077AB09

4G077BE08

4G077DA02

4G077DA18

4G077EA01

4G077EH06

4G077SA04

4G077SA08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】好ましい品質を有するウェハを提供する。
【解決手段】ウェハ本体を含み、ウェハ本体の直径が、１５０ｍｍ以上であり、ウェハ本体の基底面転位が、１０００ｅａ／ｃｍ^２以下であり、ウェハ本体のバー積層欠陥が、１００ｅａ／ｗｆ以下であるウェハとする。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

結晶成長炉内に種結晶を提供し、複数の時間点の後に第１方向に沿って前記種結晶上に結晶を形成することを含み、前記結晶が、前記第１方向に沿って積層された複数のサブ結晶を含み、各前記時間点において前記サブ結晶のうちの対応する１つが形成され、前記サブ結晶が、前記種結晶から離れた複数の端面を含み、前記端面のうちの任意の２つの最大温度の差値が、２０度以下である結晶成長方法。

【請求項2】

前記端面のうちの任意の２つの前記最大温度の前記差値が、１５度以下である請求項１に記載の結晶成長方法。

【請求項3】

前記端面のうちの少なくとも２つの前記最大温度の前記差値が、１０度以下である請求項１に記載の結晶成長方法。

【請求項4】

前記端面のうちの少なくとも２つの前記最大温度の前記差値が、５度以下である請求項１に記載の結晶成長方法。

【請求項5】

前記端面のうちの少なくとも２つの前記最大温度の前記差値が、２度以下である請求項１に記載の結晶成長方法。

【請求項6】

各前記端面が、中心および辺縁を含み、前記中心と前記辺縁の温度の差値が、２０度以下である請求項１に記載の結晶成長方法。

【請求項7】

ウェハ本体を含み、前記ウェハ本体の直径が、１５０ｍｍ以上であり、前記ウェハ本体の基底面転位が、１０００ｅａ／ｃｍ^２以下であり、前記ウェハ本体のバー積層欠陥が、１００ｅａ／ｗｆ以下であるウェハ。

【請求項8】

前記ウェハ本体の前記基底面転位が、５００ｅａ／ｃｍ^２、３００ｅａ／ｃｍ^２、または２００ｅａ／ｃｍ^２以下である請求項７に記載のウェハ。

【請求項9】

前記ウェハ本体の前記バー積層欠陥が、５０ｅａ／ｗｆ、３０ｅａ／ｗｆ、または１０ｅａ／ｗｆ以下である請求項７に記載のウェハ。

【請求項10】

前記ウェハ本体の湾曲が、プラスマイナス１５μｍ、プラスマイナス３０μｍ、またはプラスマイナス５０μｍの間である請求項７に記載のウェハ。

【請求項11】

前記ウェハ本体の反りが、５０μｍ以下、３０μｍ以下、または１０μｍ以下である請求項７に記載のウェハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、結晶成長方法およびウェハに関するものであり、特に、厚さが厚く、サイズが大きく、好ましい品質を有する結晶を形成することのできる結晶成長方法、および好ましい品質を有するウェハに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来の結晶成長方法における結晶の形成過程において、結晶成長炉の温度場内の結晶は、結晶の位置によって温度が異なりやすい。例えば、結晶の最上端と最下端の面の間の温度差は、約１００度にもなることがある。結晶の両端面の間の温度が不均一になる問題によって、結晶の両端面の間に大きな応力差が生じるため、それにより、結晶の厚さ、サイズ、および品質に影響を与える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従来の結晶成長方法で形成された結晶を処理した後に得られるインゴット（ingot）は、厚さが薄く、大きいサイズに製造するのが困難であり、品質も悪い。また、インゴットを切断、研削、研磨加工した後に得られるウェハも、品質が悪い。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明は、結晶の両端面の間の応力差を低減させることにより、結晶の厚さやサイズを増やし、品質を向上させることのできる結晶成長方法を提供する。

【0005】

本発明は、好ましい品質を有するウェハを提供する。

【0006】

本発明の結晶成長方法は、結晶成長炉内に種結晶を提供し、複数の時間点の後に第１方向に沿って種結晶上に結晶を形成することを含む。この結晶は、第１方向に沿って積層された複数のサブ結晶を含み、各時間点においてサブ結晶のうちの対応する１つが形成され、サブ結晶は、種結晶から離れた複数の端面を含み、端面のうちの任意の２つの最大温度の差値は、２０度以下である。

【0007】

本発明の１つの実施形態において、端面のうちの任意の２つの最大温度の差値は、１５度以下である。

【0008】

本発明の１つの実施形態において、端面のうちの少なくとも２つの最大温度の差値は、１０度以下である。

【0009】

本発明の１つの実施形態において、端面のうちの少なくとも２つの最大温度の差値は、５度以下である。

【0010】

本発明の１つの実施形態において、端面のうちの少なくとも２つの最大温度の差値は、２度以下である。

【0011】

本発明の１つの実施形態において、各端面は、中心および辺縁を含み、中心と辺縁の温度の差値は、２０度以下である。

【0012】

本発明のウェハは、ウェハ本体を含み、ウェハ本体の直径は、１５０ｍｍ以上であり、ウェハ本体の基底面転位（basal plane dislocation）は、１０００ｅａ／ｃｍ^２以下であり、ウェハ本体のバー積層欠陥（bar stacking fault）は、１００ｅａ／ｗｆ以下である。

【0013】

本発明の１つの実施形態において、ウェハ本体の基底面転位は、５００ｅａ／ｃｍ^２、３００ｅａ／ｃｍ^２、または２００ｅａ／ｃｍ^２以下である。

【0014】

本発明の１つの実施形態において、ウェハ本体のバー積層欠陥は、５０ｅａ／ｗｆ、３０ｅａ／ｗｆ、または１０ｅａ／ｗｆ以下である。

【0015】

本発明の１つの実施形態において、ウェハ本体の湾曲（bow）は、プラスマイナス１５μｍ、プラスマイナス３０μｍ、またはプラスマイナス５０μｍの間である。

【0016】

本発明の１つの実施形態において、ウェハ本体の反り（warp）は、５０μｍ以下、３０μｍ以下、または１０μｍ以下である。

【発明の効果】

【0017】

以上のように、本発明の結晶成長方法は、種結晶を結晶成長炉に配置して、時間点の後の各時間点において対応するサブ結晶を得る。サブ結晶のうちの任意の２つの端面の最大温度の差値は、２０度以下である。このような設計により、厚さが厚く、サイズが大きく、かつ好ましい品質を有する結晶を形成することができる。また、本発明のウェハは、好ましい品質を有する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の１つの実施形態に係る結晶成長炉システムの概略図である。

【図2】本発明の１つの実施形態に係る形成された結晶の概略図である。

【図3】複数の時間点における図２の結晶の端面の温度と結晶半径方向位置の間の関係を示す概略図である。

【図4A】複数の時間点における従来の固定型結晶成長炉において形成された結晶の端面の温度と結晶半径方向位置の間の関係を示す概略図である。

【図4B】複数の時間点における従来の可動型結晶成長炉において形成された結晶の端面の温度と結晶半径方向位置の間の関係を示す概略図である。

【図5】球状化処理後の図２の結晶のインゴットである。

【図6】切断、研削、研磨後の図５のインゴットのウェハである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１は、本発明の１つの実施形態に係る結晶成長炉システムの概略図である。図１を参照すると、結晶成長炉システム１００は、外部加熱モジュール１１０、炉１２０、第１駆動装置１３０、第２駆動装置１４０、および制御装置１５０を含む。外部加熱モジュール１１０は、電源１０に電気接続される。炉１２０は、外部加熱モジュール１１０内に移動可能に配置され、ガス管でガスシリンダー５０に接続される。第１駆動装置１３０は、軸Ａ１に沿って移動するように炉１２０を駆動する。第２駆動装置１４０は、軸Ａ１を中心に炉１２０を回転させる。制御装置１５０は、第１駆動装置１３０、第２駆動装置１４０、外部加熱モジュール１１０、電源１０、および温度計４０に電気接続される。

【0020】

制御装置１５０は、第１駆動装置１３０および第２駆動装置１４０を同時に動作するように、または同時に動作しないように制御するため、炉１２０は、外部加熱モジュール１１０内で移動および／または回転する。例えば、炉１２０は、まず、上下に移動してから、同じ高さで回転し、最後に、上下に移動しながら、同時に回転することができる。

【0021】

そのため、炉に対して上下に移動することしかできない従来の可動型結晶成長炉の外部加熱モジュールと比較して、結晶成長炉システム１００の炉１２０は、外部加熱モジュール１１０に対して上下に移動するだけでなく、外部加熱モジュール１１０に対して回転することもできるため、結晶成長炉システム１００は、移動と回転を同時に動作するように、または同時に動作しないように制御することができる。このような設計により、炉１２０をより均一に加熱することができるため、結晶２００をより均一に加熱して、品質が向上した厚い結晶２００を得ることができる。

【0022】

また、外部加熱モジュール１１０は、加熱コイル群であり、加熱コイル群は、軸Ａ１に沿って移動する炉１２０の移動範囲を覆う。

【0023】

一方、第１駆動装置１３０は、最大移動距離が２００ｍｍ以下、最小移動距離が０．１μｍ以上、移動速度が０．０５ｍｍ／時と１００ｍｍ／分の間で、軸Ａ１に沿って移動するように炉１２０駆動する。また、第２駆動装置１４０は、最大回転速度が２０ｒｐｍ未満、最小調整可能回転速度が０．０１ｒｐｍ以上で、軸Ａ１を中心に回転するように炉１２０を駆動する。

【0024】

図１に示すように、結晶成長炉システム１００は、さらに、炉１２０を覆い、炉１２０と連動して炉１２０の温度を保持するための断熱層１６０を含むため、これにより、炉１２０の温度差が大きくなりすぎるのを防ぐことができる。一方、結晶成長炉システム１００は、さらに、炉１２０の下方に位置する重量計１７０を含み、炉１２０、断熱層１６０、結晶２００、およびケイ素炭化物原料２０の合計重量を計量する。このような設計により、蒸発したケイ素炭化物原料２０の重量減少を検出することができる。重量計１７０が耐えられる最大荷重は、３ｋｇ以上、例えば、５ｋｇまたは１０ｋｇであり、重量計１７０によって解決可能な最小重量減少率は、０．１ｇ／時以上である。

【0025】

再度図１を参照すると、結晶成長炉システム１００を使用して結晶２００を形成するための結晶成長方法を実施したとき、結晶成長炉システム１００の炉１２０は、ケイ素炭化物原料２０で充填され、炉１２０の内側上壁に種結晶３０が提供される。一定期間後、種結晶３０の下方に結晶２００を形成することができる。

【0026】

図２は、本発明の１つの実施形態に基づいて形成された結晶の概略図である。図２を参照すると、種結晶３０は、複数の時間点後に第１方向Ｆ１に沿って結晶２００を形成する。結晶２００は、第１方向Ｆ１に沿って積層された複数のサブ結晶２１０ａ～２１０ｌを含む。対応するサブ結晶２１０ａ～２１０ｌは、各時間点において形成される。本実施形態において、サブ結晶２１０ａ～２１０ｌの数は、１２であり、時間点間の間隔は、１０時間であるが、数および間隔は、これに限定されない。サブ結晶の数は、２０であってもよく、時間間隔は、１０時間であってもよい。他の実施形態において、サブ結晶の数は、１０であってもよく、時間間隔は、５時間であってもよく、これらは製造設計に応じて調整することができるため、本発明はこれに限定されない。サブ結晶２１０ａ～２１０ｌは、種結晶３０から離れた複数の端面２２０ａ～２２０ｌを含む。具体的に説明すると、端面２２０ａ～２２０ｌは、固体、すなわち結晶２００と昇華プロセス中のガスの界面である。各端面２２０ａ～２２０ｌの中心Ｏ１は、それぞれ端面２２０ａ～２２０ｌに対応する第１方向Ｆ１の交点に位置する。注意すべきこととして、図２は、実施形態の１つに過ぎない。他の実施形態において、中心Ｏ１から最大結晶半径方向位置Ｏ２までのサブ結晶２１０ａ～２１０ｌの大きさは、同じであっても、異なっていてもよく、本発明はこれに限定されない。

【0027】

図３は、複数の時間点における図２の結晶２００の端面の温度と結晶半径方向位置の間の関係を示す概略図である。図３に示すように、各線は、第１方向Ｆ１に沿って積層されたサブ結晶２１０ａ～２１０ｌ、およびサブ結晶２１０ａ～２１０ｌの各端面２２０ａ～２２０ｌで測定された温度を表し、水平軸上の結晶半径方向位置０ｍｍは、各端面２２０ａ～２２０ｌの中心Ｏ１を表し、残りの結晶半径方向位置は、中心Ｏ１に対する半径方向Ｒ１に沿った端面２２０ａ～２２０ｌの中心Ｏ１からの距離である。注意すべきこととして、時間点後に結晶２００を形成する種結晶３０の過程は、第１方向Ｆ１および半径方向Ｒ１に沿って成長することを含むことができるが、本発明はこれに限定されない。

【0028】

端面２２０ａ～２２０ｌの温度曲線において、端面２２０ａ～２２０ｌ、すなわち、端面２２０ａ～２２０ｌの中心Ｏ１から最大結晶半径方向位置Ｏ２までの自身の温度差を比較すると、端面２２０ａは、最小の温度差を有し、その温度差は、約３～５度である。端面２２０ｌは、最大の温度差を有し、その温度差は、約１０～１５度である。一方、同じ結晶半径方向位置で端面２２０ａ～２２０ｌの温度差を比較すると、端面２２０ａ～２２０ｌの中心Ｏ１は、比較的小さい温度差を有し、その温度差は、約０～３度である。端面２２０ａ～２２０ｌの最大結晶半径方向位置Ｏ２は、比較的大きな温度差を有し、その温度差は、約１０～２０度である。言い換えれば、端面２２０ａ～２２０ｌの中で、同じ半径であるか、異なる半径であるかに関わらず、任意の２つの温度の差値は、約２０度またはそれ以下、例えば、１５度、１０度、５度、または２度である。言い換えれば、結晶２００が第１方向Ｆ１に沿ってサブ結晶２１０ａ～２１０ｌのどれに積層されているかに関わらず、任意の時間で任意の位置を測定すると、任意の２つの温度の差値は、約２０度またはそれ以下である。本実施形態の結晶２００の成長過程間、温度場の温度勾配変動を低減させることによって、低い応力で高品質、大型、肉厚の結晶２００およびウェハ４００（図６）が成長する。

【0029】

図４Ａは、複数の時間点における従来の固定型結晶成長炉において形成された結晶の端面の温度と結晶半径方向位置の間の関係を示す概略図である。図４Ａを参照すると、端面２２０ａ～２２０ｌの温度曲線において端面２２０ａ～２２０ｌの自身の温度差を比較すると、端面２２０ａは、最小の温度差を有し、その温度差は、約５度である。端面２２０１は、最大の温度差を有し、その温度差は、約１５度である。一方、同じ結晶半径方向位置で端面２２０ａ～２２０ｌの温度差を比較すると、端面２２０ａ～２２０ｌの中心の温度差は、最大で約７０度であり、端面２２０ａ～２２０ｌの最大結晶半径方向位置Ｏ２の最大温度差は、約８０度である。

【0030】

図４Ｂは、複数の時間点における従来の可動型結晶成長炉において形成された結晶の端面の温度と結晶半径方向位置の間の関係を示す概略図である。図４Ｂを参照すると、端面２２０ａ～２２０ｌの温度曲線において端面２２０ａ～２２０ｌの自身の温度差を比較すると、端面２２０ａは、最小の温度差を有し、その温度差は、約５度である。端面２２０１は、最大の温度差を有し、その温度差は、約１５度である。一方、同じ結晶半径方向位置で端面２２０ａ～２２０ｌの温度差を比較すると、端面２２０ａ～２２０ｌの中心の温度差は、最大で約１２度であり、端面２２０ａ～２２０ｌの最大結晶半径方向位置Ｏ２の最大温度差は、約２０度以上である。

【0031】

図３、図４Ａ、および図４Ｂの結果から分かるように、結晶成長炉システム１００によって結晶２００を形成するための結晶成長方法を実施したとき、結晶２００の端面２２０ａ～２２０ｌの自身の温度差および端面２２０ａ～２２０ｌ間の温度差が大幅に低減される。その結果、結晶２００間の応力差が低減され、それにより、厚さＴ１およびサイズが増え、結晶２００の品質が向上する。

【0032】

注意すべきこととして、結晶２００は、結晶成長炉システム１００において形成されることに限定されない。他の実施形態において、結晶２００の端面のうちの任意の２つの間の最大温度差が２０度以下になるように制御されている限り、より厚い厚みと好ましい品質が得られる効果も達成することができる。

【0033】

図５は、球状化後の図２の結晶のインゴットである。図５に示したインゴット３００は、結晶成長方法によって形成された結晶２００の球状化後の完成品であり、インゴット３００は、結晶２００の好ましい厚さおよび品質の利点を有する。したがって、インゴット３００のインゴット本体３１０の直径Ｄ１は、１５０ｍｍ以上であり、厚さＴ１は、１５ｍｍ以上である。例えば、直径Ｄ１は、１５０ｍｍであり、厚さＴ１は、２５ｍｍ以上であるか、あるいは直径Ｄ１は、２００ｍｍであり、厚さＴ１は、１５ｍｍ以上である。インゴット本体３１０の厚さＴ１は、これに限定されない。他の実施形態において、インゴット本体３１０の厚さＴ１は、１００ｍｍほどの厚さであってもよい。

【0034】

図６は、切断、研削、および研磨した後の図５のインゴットのウェハである。図６に示したウェハ４００の直径Ｄ２は、図５に示したインゴット３００の直径Ｄ１に近い。したがって、ウェハ４００のウェハ本体４１０の直径Ｄ２は、１５０ｍｍ以上または２００ｍｍ以上である。

【0035】

また、切断、研削、および研磨後のウェハ４００も、インゴット３００の好ましい品質を有する。したがって、ウェハ本体４１０の基底面転位（basal plane dislocation, BPD）は、１０００ｅａ／ｃｍ^２以下であり、ウェハ本体４１０のバー積層欠陥は、１００ｅａ／ｗｆ以下である。ＢＰＤは、例えば、５００ｅａ／ｃｍ^２、３００ｅａ／ｃｍ^２、または２００ｅａ／ｃｍ^２以下である。バー積層欠陥は、例えば、５０ｅａ／ｗｆ、３０ｅａ／ｗｆ、または１０ｅａ／ｗｆ以下である。

【0036】

一方、ウェハ本体４１０の湾曲は、プラスマイナス１５μｍ、プラスマイナス３０μｍ、またはプラスマイナス５０μｍの間である。ウェハ本体４１０の反りは、５０μｍ以下、３０μｍ以下、または１０μｍ以下である。

【0037】

以上のように、本発明の結晶成長方法は、結晶成長炉システムの炉内に種結晶を配置することによって、各時間点において対応するサブ結晶を形成する。サブ結晶は、均等に加熱されるため、サブ結晶のうちの任意の２つの端面の間の最大温度差は、２０度以下であってもよい。このような設計により、結晶の応力差を低減することができるため、全体的な厚さとサイズを増やし、結晶の品質を向上させることができる。本発明の結晶成長方法によって形成された結晶を球状化した後、より厚くて好ましい品質を有するインゴットを製造することができ、インゴットを切断した後、好ましい品質を有するウェハを製造することができる。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明の結晶成長方法およびウェハは、結晶を成長させるための結晶成長炉システムに適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

Ａ１ 軸
Ｆ１ 第１方向
Ｄ１、Ｄ２ 直径
Ｏ１ 中心
Ｏ２ 最大結晶半径方向位置
Ｒ１ 半径方向
Ｔ１ 厚さ
１０ 電源
２０ 炭化ケイ素原料
３０ 種結晶
４０ 温度計
５０ ガスシリンダー
１００ 結晶成長炉システム
１１０ 外部加熱モジュール
１２０ 炉
１３０ 第１駆動装置
１４０ 第２駆動装置
１５０ 制御装置
１６０ 断熱層
１７０ 重量計
２００ 結晶
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、２１０ｅ、２１０ｆ、２１０ｇ、２１０ｈ、２１０ｉ、２１０ｊ、２１０ｋ、２１０ｌ サブ結晶
２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、２２０ｅ、２２０ｆ、２２０ｇ、２２０ｈ、２２０ｉ、２２０ｊ、２２０ｋ、２２０ｌ 端面
３００ インゴット
３１０ インゴット本体
４００ ウェハ
４１０ ウェハ本体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-17

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハ本体を含み、前記ウェハ本体の直径が、１５０ｍｍ以上であり、前記ウェハ本体の基底面転位が、１０００ｅａ／ｃｍ２以下であり、前記ウェハ本体のバー積層欠陥が、１００ｅａ／ｗｆ以下であるウェハ。

【請求項2】

前記ウェハ本体の前記基底面転位が、５００ｅａ／ｃｍ２、３００ｅａ／ｃｍ２、または２００ｅａ／ｃｍ２以下である請求項１に記載のウェハ。

【請求項3】

前記ウェハ本体の前記バー積層欠陥が、５０ｅａ／ｗｆ、３０ｅａ／ｗｆ、または１０ｅａ／ｗｆ以下である請求項１に記載のウェハ。

【請求項4】

前記ウェハ本体の湾曲が、プラスマイナス１５μｍ、プラスマイナス３０μｍ、またはプラスマイナス５０μｍの間である請求項１に記載のウェハ。

【請求項5】

前記ウェハ本体の反りが、５０μｍ以下、３０μｍ以下、または１０μｍ以下である請求項１に記載のウェハ。

【外国語明細書】