特許 7216244 半導体デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-23

(45)【発行日】2023-01-31

(54)【発明の名称】半導体デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20230124BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20230124BHJP

   H01L 21/203 20060101ALI20230124BHJP

   H01L 21/304 20060101ALN20230124BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

H01L21/20

H01L21/203 Z

H01L21/304 611W

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022134546

(22)【出願日】2022-08-25

(62)【分割の表示】P 2022089095の分割

【原出願日】2022-05-31

【審査請求日】2022-08-25

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002004

【氏名又は名称】昭和電工株式会社

(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

(72)【発明者】

【氏名】周防 裕政

(72)【発明者】

【氏名】金田一 麟平

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２９０８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１０２５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６９３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１９８８０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／２０３

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ基板、前記ＳｉＣ基板の一面に積層されたＳｉＣエピタキシャル層とを備える半導体デバイスの製造方法であって、
前記ＳｉＣ基板として、厚みと、直径と、中心から［１１－２０］方向で外周端から１０ｍｍ内側の第１外周端に係る応力と、から求められる以下の式（１）で表される反りファクターＦが、３００μｍ以下であるＳｉＣ基板を用いる、半導体デバイスの製造方法。
Ｆ＝Ｋ×ｅｘｐ（ａ＋ｂ×ｌｎ（σ）＋ｃ×ｌｎ（Ｒ）＋ｄ×ｌｎ（ｔｓ））・・・（１）
式（１）において、
Ｋ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、Ｋ＝１．３３７３、ａ＝－１１．６７１２３、ｂ＝１．４０３０９５３、ｃ＝１．８０５０９７２、ｄ＝－１．５８５８９８を満たす定数であり、
σは、σ＝６０（ＭＰａ）－２／３×Ｓ（ＭＰａ）を満たし、
Ｓは前記第１外周端の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向に係る内部応力であり、引張応力を正、圧縮応力を負としたものであり、ｔ_ｓは前記厚み（ｍｍ）であり、Ｒは前記直径（ｍｍ）である。

【請求項2】

前記半導体デバイスがパワーデバイスである、請求項１の半導体デバイスの製造方法。

【請求項3】

前記半導体デバイスが高周波デバイスである、請求項１の半導体デバイスの製造方法。

【請求項4】

前記半導体デバイスが高温動作デバイスである、請求項１の半導体デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイス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。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。

【0003】

ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣインゴットから切り出されたＳｉＣ基板の表面にＳｉＣエピタキシャル層を積層することで得られる。以下、ＳｉＣエピタキシャル層を積層前の基板をＳｉＣ基板と称し、ＳｉＣエピタキシャル層を積層後の基板をＳｉＣエピタキシャルウェハと称する。

【0004】

ＳｉＣエピタキシャル層を積層する前のＳｉＣ基板は、平坦である。ＳｉＣ基板から半導体デバイスを作製するまでには様々な加工プロセスがある。ＳｉＣ基板は、加工プロセスを経ると反る場合がある。ＳｉＣ基板の反りの原因となる加工プロセスとして、例えば、エピタキシャル層の成膜、表面研磨、酸化膜形成、イオン注入等がある。ＳｉＣ基板の反りは、半導体デバイスのプロセスに悪影響を及ぼす。例えば、反りは、フォトリソグラフィー加工における焦点ずれの原因となる。また反りは、搬送プロセス中におけるウェハの位置精度低下の原因となる。

【0005】

一方で、上述のように加工前のＳｉＣ基板は平坦であり、加工プロセスを経た後の反りを予想することは難しい。例えば、特許文献１には、研磨が完了したＳｉＣ単結晶製品ウェハの反りの値を、研磨工程完了前に予測するために、ラマン散乱光の波数シフト量の差分を用いることが記載されている。特許文献２には、基板の厚み方向においてラマンスペクトルを測定し、厚み方向において応力の分布が低減されている基板が開示されている。また例えば、特許文献３には、結晶学的なストレスを緩和することで、ＳｉＣ基板の反りが低減されることが記載されている。また例えば、特許文献４にはインゴットの周方向の圧縮応力を大きくすることで、インゴットのクラックを抑制することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１５－５９０７３号公報

【文献】国際公開第２０１９／１１１５０７号

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１９８８０４号

【文献】特開２００７－２９０８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１及び２には、ラマンシフトを用いて、基板の内部応力の評価をしているが、ラマンシフトには方向の情報は含まれていない。また特許文献１～３には応力を小さくすることが記載されているが、応力を小さくすることだけでは、ＳｉＣエピタキシャルウェハの反りを十分抑制することができなかった。また特許文献４で規定している応力は、インゴットの応力であり、ＳｉＣ基板に係る応力とは異なる。

【0008】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、加工プロセスを経ても反りにくいＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハ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】

【0009】

本発明者らは、外周部応力と直径と厚みとを用いて、加工後の反りと相関する新たな係数（反りファクター）を見出した。その反りファクターをある一定の値以下に抑えることで、加工後の反りを抑え、デバイス流動の障害を抑えることができることを見出した。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。

【0010】

（１）第１の態様にかかるＳｉＣ基板は、厚みと、直径と、中心から［１１－２０］方向で外周端から１０ｍｍ内側の第１外周端に係る応力と、から求められる以下の式（１）で表される反りファクターＦが、３００μｍ以下である。
ここで式（１）は、Ｆ＝Ｋ×ｅｘｐ（ａ＋ｂ×ｌｎ（σ）＋ｃ×ｌｎ（Ｒ）＋ｄ×ｌｎ（ｔ_ｓ））・・・（１）で表される。
式（１）において、Ｋ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、Ｋ＝１．３３７３、ａ＝－１１．６７１２３、ｂ＝１．４０３０９５３、ｃ＝１．８０５０９７２、ｄ＝－１．５８５８９８を満たす定数であり、σは、σ＝６０（ＭＰａ）－２／３×Ｓ（ＭＰａ）を満たし、Ｓは前記第１外周端の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向に係る内部応力であり、引張応力を正、圧縮応力を負としたものであり、ｔ_ｓは前記厚み（ｍｍ）であり、Ｒは前記直径（ｍｍ）である。

【0011】

（２）上記態様にかかるＳｉＣ基板において、前記反りファクターＦが、２００μｍ以下でもよい。

【0012】

（３）上記態様にかかるＳｉＣ基板において、前記反りファクターＦが、１００μｍ以下でもよい。

【0013】

（４）上記態様にかかるＳｉＣ基板において、前記反りファクターＦが、５０μｍ以下でもよい。

【0014】

（５）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、前記直径が１４５ｍｍ以上で、前記厚みが３００μｍ以下でもよい。

【0015】

（６）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、前記直径が１９５ｍｍ以上で、前記厚みが６００μｍ以下でもよい。

【0016】

（７）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、前記厚みが４００μｍ以下でもよい。

【0017】

（８）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、前記直径が２１０ｍｍ以上で、前記厚みが６００μｍ以下でもよい。

【0018】

（９）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、前記直径が２９０ｍｍ以上で、前記厚みが８００μｍ以下でもよい。

【0019】

（１０）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、前記厚みが６００μｍ以下でもよい。

【0020】

（１１）第２の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、上記態様にかかるＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面に積層されたＳｉＣエピタキシャル層とを有する。

【発明の効果】

【0021】

上記態様にかかるＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハは、加工プロセスを経ても反りにくい。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】ＳｉＣ基板の反りを説明するための模式図である。

【図2】本実施形態に係るＳｉＣ基板の平面図である。

【図3】第１外周端の円周方向の応力Ｓの測定方法を説明するための模式図である。

【図4】ＳｉＣ基板の反りの予測（シミュレーション）値と、反りファクターとの関係を示す図である。

【図5】ＳｉＣインゴットの製造装置の一例である昇華法を説明するための模式図である。

【図6】実施例１におけるＳｉＣ基板の反りのシミュレーション結果を示す。

【図7】実施例２におけるＳｉＣ基板の反りのシミュレーション結果を示す。

【図8】実施例３におけるＳｉＣ基板の反りのシミュレーション結果を示す。

【図9】実施例４におけるＳｉＣ基板の反りのシミュレーション結果を示す。

【図10】実施例５におけるＳｉＣ基板の反りのシミュレーション結果を示す。

【図11】実施例６におけるＳｉＣ基板の反りのシミュレーション結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本実施形態にかかるＳｉＣ基板等について、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、本実施形態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。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。

【0024】

まずＳｉＣ基板１０の反りについて説明する。図１は、ＳｉＣ基板１０の反りを説明するための模式図である。

【0025】

加工前のＳｉＣ基板１０は、ほぼ平坦である。ほぼ平坦とは、平坦面上に載置した際に、大きく浮き上がる部分がないことを意味する。例えば、加工前の状態でＳｉＣ基板１０の第１面１０ａと第２面１０ｂとは略平行である。第１面１０ａと第２面１０ｂとは、ＳｉＣ基板１０の互いに向かい合う面である。

【0026】

加工プロセスを経ると、ＳｉＣ基板１０の第１面１０ａには、処理層１１が形成される。処理層１１は、例えば、表面処理、成膜、デバイス形成等で形成される。ＳｉＣ基板１０の一面に処理層１１が形成されると、ＳｉＣ基板１０が反る場合がある。

【0027】

例えば、表面処理によって形成される処理層１１は、加工変質層である。例えば、第１面１０ａが鏡面研削面で第２面１０ｂがＣＭＰ処理面の場合は、第１面１０ａに加工変質層が形成される。第１面１０ａと第２面１０ｂとの表面状態の違いにより、ＳｉＣ基板１０にトワイマン効果が生じる。トワイマン効果は、基板の両面にある残留応力に差が生じた場合に、両面の応力の差を補おうとする力が働く現象である。トワイマン効果は、ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の反りの原因となりうる。

【0028】

また例えば、成膜によって形成される処理層１１は、エピタキシャル層である。エピタキシャル層は、例えば、ＳｉＣ基板１０の第１面１０ａに成膜される。エピタキシャル層が形成された第１面１０ａと第２面１０ｂとの状態の違いにより、ＳｉＣ基板１０が反る場合がある。

【0029】

また例えば、デバイス形成によって形成される処理層１１は、デバイス層である。デバイス層には、例えば、ダイオード、トランジスタ等が形成される。例えば、エピタキシャル層にデバイスを形成するために、イオン注入等を行うと、ＳｉＣ基板１０が反る場合がある。これは、イオン注入された面とイオン注入されていない面との間で、状態が異なるためである。

【0030】

ここでは、加工プロセスによるＳｉＣ基板１０の反りの原因の一例を提示したが、反りの原因はこれらに限られるものではなく、またこれらの要因が複合的に影響し合うこともある。そのためＳｉＣ基板１０の状態で、加工プロセスを経た後の反りの程度を予測することは困難であった。本実施形態に係るＳｉＣ基板は、加工プロセスを経た後の反りの程度を新たに規定した反りファクターＦで規定する。

【0031】

図２は、本実施形態に係るＳｉＣ基板１０の平面図である。ＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣからなる。ＳｉＣ基板１０のポリタイプは、特に問わず、２Ｈ、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈのいずれでもよい。ＳｉＣ基板１０は、例えば、４Ｈ－ＳｉＣである。ＳｉＣ基板１０の平面視形状は略円形である。ＳｉＣ基板１０は、結晶軸の方向を把握するためのオリエンテーションフラットＯＦもしくはノッチを有してもよい。

【0032】

反りファクターＦは、ＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓ（図１参照）、直径Ｒ、第１外周端１における応力Ｓとから求められるパラメータである。

【0033】

反りファクターＦは、以下の式（１）で表される。
Ｆ＝Ｋ×ｅｘｐ（ａ＋ｂ×ｌｎ（σ）＋ｃ×ｌｎ（Ｒ）＋ｄ×ｌｎ（ｔ_ｓ））・・・（１）
式（１）において、Ｋ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、定数である。Ｋ＝１．３３７３、ａ＝－１１．６７１２３、ｂ＝１．４０３０９５３、ｃ＝１．８０５０９７２、ｄ＝－１．５８５８９８を満たす。σは、σ＝６０（ＭＰａ）－２／３×Ｓ（ＭＰａ）を満たす。Ｓは、第１外周端１における応力である。ｔ_ｓはＳｉＣ基板１０の厚み（ｍｍ）であり、ＲはＳｉＣ基板１０の直径（ｍｍ）である。

【0034】

第１外周端１は、外周端から１０ｍｍ内側の外周部２にあり、中心Ｃから［１１－２０］の方向にある点である。応力Ｓは、第１外周端１の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向に係る内部応力である。なお、本発明では応力Ｓが引張応力の場合を正、圧縮応力の場合を負として取り扱う。応力Ｓの大小を議論する際は、絶対値で大小を規定する。

【0035】

応力Ｓは、歪εとヤング率との積で算出される。歪εは、（ａ_０－ａ）／ａ_０で求められる。ａ_０は、基準格子定数である。ａ_０は、４Ｈ－ＳｉＣの場合、約３．０８Åである。ａは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）から求められる格子定数である。応力Ｓの方向は、Ｘ線回折の入射Ｘ線の方向から求められる。格子定数ａが、基準格子定数ａ_０より小さくなればなるほど、歪εは大きくなり、引張応力が大きくなる。格子定数ａが、基準格子定数ａ_０より大きくなればなるほど、歪εは大きくなり、圧縮応力が大きくなる。

【0036】

図３は、第１外周端１の円周方向の応力Ｓの測定方法を説明するための模式図である。第１外周端１における円周方向は、ＳｉＣ基板１０の中心Ｃと第１外周端１とを結ぶ線分と直交する方向（以下、第１方向と称する。）である。第１方向は、＜１－１００＞方向である。第１外周端１の円周方向の応力を測定する場合は、第１方向からＸ線を照射する。この円周方向からＸ線をＳｉＣ基板１０に入射することで、第１外周端１における円周方向の格子定数ａが求められる。そしてこの格子定数ａを用いて、上式から第１外周端１における円周方向の応力Ｓが求められる。なお、実測の格子定数ａが基準格子定数ａ_０より小さい場合は、引張応力が作用しているとみなし、実測の格子定数ａが基準格子定数ａ_０より大きい場合は、圧縮応力が作用しているとみなす。

【0037】

反りファクターＦは、例えば、３００μｍ以下であり、好ましくは２００μｍ以下であり、より好ましくは１００μｍ以下であり、さらに好ましくは５０μｍ以下である。

【0038】

上記の反りファクターＦの値は、ＳｉＣ基板１０の直径が１４５ｍｍ以上において満たしていることが好ましく、直径が１９５ｍｍ以上において満たしていることがより好ましく、直径が２１０ｍｍ以上において満たしていることがさらに好ましく、直径が２９０ｍｍ以上において満たしていることが特に好ましい。

【0039】

上記の反りファクターＦの値は、ＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓが８００μｍ以下において満たしていることが好ましく、厚みｔ_ｓが６００μｍ以下において満たしていることがより好ましく、厚みｔ_ｓが４００μｍ以下において満たしていることがさらに好ましく、厚みｔ_ｓが３００μｍ以下において満たしていることが特に好ましい。

【0040】

例えば、ＳｉＣ基板１０の直径が２９０ｍｍ以上、かつ、厚みが８００μｍ以下の場合に、反りファクターＦは３００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましく、５０μｍ以下であることが特に好ましい。またＳｉＣ基板１０の直径が２９０ｍｍ以上、かつ、厚みが６００μｍ以下の場合に、反りファクターＦは３００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましく、５０μｍ以下であることが特に好ましい。

【0041】

例えば、ＳｉＣ基板１０の直径が２１０ｍｍ以上、かつ、厚みが６００μｍ以下の場合に、反りファクターＦは３００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましく、５０μｍ以下であることが特に好ましい。

【0042】

例えば、ＳｉＣ基板１０の直径が１９５ｍｍ以上、かつ、厚みが６００μｍ以下の場合に、反りファクターＦは１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。またＳｉＣ基板１０の直径が１９５ｍｍ以上、かつ、厚みが４００μｍ以下の場合は、反りファクターＦは２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以下であることがさらに好ましい。

【0043】

例えば、ＳｉＣ基板１０の直径が１４５ｍｍ以上、かつ、厚みが３００μｍ以下の場合に、反りファクターＦは１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。

【0044】

図４は、ＳｉＣ基板の反りの予測値と、反りファクターＦとの関係を示す図である。反りファクターＦは、上記の式（１）に基づいて求めた。

【0045】

ＳｉＣ基板の反りの予測値は、シミュレーションで求めた。シミュレーションは、有限要素法シミュレータＡＮＳＹＳを用いて行った。有限要素法シミュレータＡＮＳＹＳを用いたシミュレーションが、実際に作製した物の結果と一致することは別途確認した。反りの予測値は、第１面１０ａの最高点と最低点との厚み方向の距離であり、Ｗａｒｐに対応する。

【0046】

シミュレーションは以下の手順で行った。まず、ＳｉＣ基板及び応力が異なる表面層の物性値を設定した。設定する物性値は、ＳｉＣ基板の板厚、表面層の膜厚、ヤング率、ポアソン比、である。ＳｉＣ基板の板厚、直径は、後述する実施例で示すように様々なものを設定した。ＳｉＣ基板のヤング率は４８０ＧＰａ、ポアソン比は０．２０とした。表面層の膜厚は、１０μｍとした。ここで表面層はイオン注入により応力が発生した場合を考え、表面層のヤング率およびポアソン比は、ＳｉＣ基板と同じ値を用いた。

【0047】

次いで、ＳｉＣ基板の応力分布と表面層の応力を設定した。まずＳｉＣ基板の応力分布を設定した。ＳｉＣ基板に係る応力は、＋６０ＭＰａ、＋３０ＭＰａ、０ＭＰａ、－３０ＭＰａのいずれかとした。表面層の全体には、応力として６０ＭＰａを印可した。上記条件でシミュレーションを行い、表面層付きＳｉＣ基板の反りをもとめた。

【0048】

図４に示すように、反りファクターＦは、シミュレーションから求められる反りの予測値と比例の関係にある。反りファクターＦは、ＳｉＣ基板１０の反り量を反映している。すなわち、反りファクターＦを制御することで、加工プロセス後の反りを制御することができる。また反りファクターＦを求めれば、シミュレーション等を行わなくても容易にＳｉＣ基板１０の加工プロセスを通過後における反り量を予測できる。

【0049】

次いで、本実施形態に係るＳｉＣ基板１０の製造方法の一例について説明する。ＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣインゴットをスライスして得られる。ＳｉＣインゴットは、例えば、昇華法によって得られる。

【0050】

図５は、ＳｉＣインゴットの製造装置３０の一例である昇華法を説明するための模式図である。図５において台座３２の表面と直交する方向をｚ方向、ｚ方向と直交する一方向をｘ方向、ｚ方向及びｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。

【0051】

昇華法は、黒鉛製の坩堝３１内に配置した台座３２にＳｉＣ単結晶からなる種結晶３３を配置し、坩堝３１を加熱することで坩堝３１内の原料粉末３４から昇華した昇華ガスを種結晶３３に供給し、種結晶３３をより大きなＳｉＣインゴット３５へ成長させる方法である。坩堝３１の加熱は、例えば、コイル３６で行う。

【0052】

反りファクターＦの算出に用いられるＳｉＣ基板１０の直径Ｒは、製品の仕様によって決定されるパラメータである。そのため、規定されたＳｉＣ基板１０の直径Ｒに応じて、ＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓ及び第１外周端１における応力Ｓを制御することで、所望のＳｉＣ基板１０を作製できる。

【0053】

まず昇華法での結晶成長条件を制御することで、ＳｉＣインゴット３５から得られるＳｉＣ基板１０の内部に加わる応力を制御できる。

【0054】

例えば、ＳｉＣインゴット３５をｃ面成長させる際に、結晶成長面の中心部の温度と、外周部の温度と、を制御する。結晶成長面は、結晶の成長過程における表面である。例えば、ＳｉＣインゴット３５をｃ面成長させる際に、結晶成長面の中心部の温度より外周部の温度を低くする。またｘｙ面内の中央と外周の成長速度差が０．００１ｍｍ／ｈ以上、０．０５ｍｍ／ｈ以下となるように、結晶成長を行う。ここで、ｘｙ面内の中央の成長速度は、外周の成長速度より遅くする。このように結晶成長を行うことで、第１外周端１に係る応力Ｓが圧縮応力の場合はその絶対値を小さくし、第１外周端１に係る応力Ｓが引張応力の場合はその絶対値を大きくできる。成長速度は、結晶成長面の温度を変えることで変化する。

【0055】

結晶成長面の温度は、コイル３６による坩堝３１の加熱中心のｚ方向の位置を制御することで調整できる。例えば、坩堝３１の加熱中心のｚ方向の位置は、コイル３６のｚ方向の位置を変えることで変更できる。坩堝３１の加熱中心のｚ方向の位置と結晶成長面のｚ方向の位置とが、０．５ｍｍ／ｈで離れるように制御する。ここで、坩堝３１の加熱中心のｚ方向の位置が、結晶成長面のｚ方向の位置に対し、下側（原料粉末３４側）にくるように制御する。

【0056】

次いで、このような条件で作製したＳｉＣインゴット３５をＳｉＣ基板１０へ加工する。一般的な加工方法では、ＳｉＣインゴット３５の状態とＳｉＣ基板１０の状態とで、単結晶にかかる応力が変わってしまう。例えば、成型工程では、直径１８０ｍｍのＳｉＣインゴット３５から、直径１５０ｍｍのＳｉＣ基板１０に加工する際には直径を小さくする必要がある。また、例えば、マルチワイヤー切断工程では表面のうねりが発生し、うねりを除去する必要がある。このような工程を経ることで、例えば、ＳｉＣインゴット３５の応力が大きい部分が除去されることや結晶格子面の形状が変わることがあり、ＳｉＣインゴット３５の状態の応力が、ＳｉＣ基板１０の状態では開放される場合がある。ＳｉＣインゴット３５の状態の単結晶にかかる応力を、ＳｉＣ基板１０が引き継ぐように加工する。

【0057】

例えば、ＳｉＣインゴット３５の片面へダメージフリー加工を施したのち、シングルワイヤーソーで切断し、ダメージフリー加工を施した面を吸着して切断面に対してさらにダメージフリー加工を行う。ＳｉＣ基板１０の両面に対してダメージフリー加工を行うことで、ＳｉＣインゴットの状態で生じた応力の一部が、ＳｉＣ基板１０にも引き継がれる。ダメージフリー加工は、例えばＣＭＰ加工である。このようにＳｉＣインゴット３５の状態の格子面形状を残すように基板加工を行うことで、ＳｉＣインゴット３５の持つ応力がＳｉＣ基板１０に引き継がれる。その後、直径を調整する成型工程を行うことで、ＳｉＣ基板１０の第１外周端１における応力を調整できる。

【0058】

またＳｉＣインゴット３５をＳｉＣ基板１０へ加工する際に、ＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓを決める。ＳｉＣインゴット３５からＳｉＣ基板１０の取り数を多くするために、ＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓを薄くすると生産効率が高まるが、反りファクターＦが所定値以内となるように、ＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓを設計する。ＳｉＣ基板１０の直径Ｒ及びＳｉＣインゴットの状態から予測できるＳｉＣ基板１０に係る応力からＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓの下限値を予測し、この厚みより厚めに、ＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓを設定する。

【0059】

このように、仕様により規定されたＳｉＣ基板１０の直径Ｒに応じて、ＳｉＣ基板１０の厚みｔ_ｓ及び第１外周端１における応力Ｓを制御することで、反りファクターＦが規定値以下である本実施形態にかかるＳｉＣ基板１０を作製できる。

【0060】

上述のように、ＳｉＣ基板１０の直径Ｒ、厚みｔ_ｓ、応力Ｓから求められる反りファクターＦは、ＳｉＣ基板１０に処理層１１を形成した場合にシミュレーションから求められる反り量と相関がある。またＳｉＣ基板１０に処理層１１を形成した場合のシミュレーション結果は、実測値と相関がある。すなわち、ＳｉＣ基板１０の直径Ｒ、厚みｔ_ｓ、応力Ｓから求められる反りファクターＦを用いることで、加工プロセスを経た後のＳｉＣ基板１０の反りを簡便に予測することができる。

【0061】

製品、加工プロセスの仕様に応じて、加工プロセスを経た後のＳｉＣ基板の反りの許容値は異なる。上記のように、加工前のＳｉＣ基板１０の直径Ｒ、厚みｔ_ｓ、応力Ｓの値から加工プロセスを得た後のＳｉＣ基板の反り量を予測できると、加工前にＳｉＣ基板１０の選別を行うことができ、加工プロセスで不良品となる確率を下げることができる。またＳｉＣ基板１０の膜厚ｔ_ｓを加工プロセスで反りが生じない範囲で薄くすることで、ＳｉＣインゴット３５から多くのＳｉＣ基板１０を取得でき、生産効率を高めることができる。ＳｉＣインゴット３５からのＳｉＣ基板１０の取得枚数が多くなり、反りに伴う加工プロセスにおける不良を低減することで、1枚当たりのＳｉＣ基板１０のコストを下げることができる。

【0062】

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。

【実施例】

【0063】

（実施例１）
ＳｉＣ基板の表面に、処理層を積層した際の反りをシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、有限要素法シミュレータＡＮＳＹＳを用いて行った。有限要素法シミュレータＡＮＳＹＳを用いたシミュレーションが、実際に作製した物の結果と一致することは別途確認した。

【0064】

シミュレーションは以下の手順で行った。まず、ＳｉＣ基板及び応力が異なる表面層の物性値を設定した。設定する物性値は、ＳｉＣ基板の板厚、表面層の膜厚、ヤング率、ポアソン比、である。ＳｉＣ基板の板厚は、３５０μｍとした。ＳｉＣ基板の直径は、７５ｍｍとした。ＳｉＣ基板のヤング率は４８０ＧＰａ、ポアソン比は０．２０とした。表面層の膜厚は、０．０１ｍｍとした。ここで処理層はイオン注入により応力が発生した場合を考え、表面層のヤング率およびポアソン比は、ＳｉＣ基板と同じ値を用いた。

【0065】

そして、ＳｉＣ基板の厚みとＳｉＣ基板の第１外周端にかかる応力を変えて、ＳｉＣ基板の反り量を求めた。第１外周端にかかる応力は、－３０ＭＰａ（圧縮応力）、０ＭＰａ、＋３０ＭＰａ（引張応力）、＋６０ＭＰａ（引張応力）の４パターンでそれぞれ求めた。

【0066】

（実施例２）
実施例２は、ＳｉＣ基板の直径を１００ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同じとして、シミュレーションでＳｉＣ基板の反り量を求めた。

【0067】

（実施例３）
実施例３は、ＳｉＣ基板の直径を１５０ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同じとして、シミュレーションでＳｉＣ基板の反り量を求めた。

【0068】

（実施例４）
実施例４は、ＳｉＣ基板の直径を２００ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同じとして、シミュレーションでＳｉＣ基板の反り量を求めた。

【0069】

（実施例５）
実施例５は、ＳｉＣ基板の直径を２５０ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同じとして、シミュレーションでＳｉＣ基板の反り量を求めた。

【0070】

（実施例６）
実施例６は、ＳｉＣ基板の直径を３００ｍｍとした点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同じとして、シミュレーションでＳｉＣ基板の反り量を求めた。

【0071】

実施例１～６におけるそれぞれの結果と、反りパラメータＦとの関係を示したものが、図４である。すなわち、処理層を形成後のＳｉＣ基板の反りのシミュレーション結果と、処理層を形成する前のＳｉＣ基板の反りパラメータＦとの間に相関があることが確認できる。

【0072】

また実施例１～６の結果から、ＳｉＣ基板の直径Ｒが大きくなるほど加工後のＳｉＣ基板の反り量が大きくなることが分かる。また実施例１～６の結果から、ＳｉＣ基板の厚みｔ_ｓが薄くなるほど加工後のＳｉＣ基板の反り量が大きくなることが分かる。また実施例１～６の結果から、ＳｉＣ基板の第１外周端にかかる応力が圧縮応力の場合は絶対値が小さいほど、ＳｉＣ基板の第１外周端にかかる応力が引張応力の場合は絶対値が大きいほど加工後のＳｉＣ基板の反り量が大きくなることが分かる。この結果は、反りパラメータＦを決定するパラメータが、ＳｉＣ基板の直径Ｒ、厚みｔ_ｓ、応力Ｓから求められる点と一致する。

【符号の説明】

【0073】

１ 第１外周端、２ 外周部、１０ ＳｉＣ基板、１０ａ 第１面、１０ｂ 第２面、１１ 処理層、Ｃ 中心、Ｒ 直径、Ｓ 応力

【要約】

【課題】加工プロセスを経ても反りにくい半導体デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体デバイスはＳｉＣ基板１０を備え、ＳｉＣ基板は厚みと直径と中心から［１１－２０］方向で外周端から１０ｍｍ内側の第１外周端に係る応力とから求められる式（１）で表される反りファクターＦが３００μｍ以下である、半導体デバイス；Ｆ＝Ｋ×ｅｘｐ（ａ＋ｂ×ｌｎ（σ）＋ｃ×ｌｎ（Ｒ）＋ｄ×ｌｎ（ｔｓ））・・・（１）（Ｋ＝１．３３７３、ａ＝－１１．６７１２３、ｂ＝１．４０３０９５３、ｃ＝１．８０５０９７２、ｄ＝－１．５８５８９８を満たす定数で、σ＝６０（ＭＰａ）－２／３×Ｓ（ＭＰａ）を満たし、Ｓは第１外周端の円周方向と同じ方向である＜１－１００＞方向に係る内部応力で、引張応力を正、圧縮応力を負としたもので、ｔ_ｓは厚み（ｍｍ）で、Ｒは直径（ｍｍ）である。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】