JP6981469B2 - 炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル基板 - Google Patents
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Description
(1)本開示に係る炭化珪素基板は、第1主面と、第1主面と反対側の第2主面とを備え、かつポリタイプ4Hの炭化珪素により構成されている。第1主面の最大径は、150mm以上である。第1主面は、{0001}面に対して0°より大きく4°以下<11−20>方向に傾斜した面である。炭化珪素基板のTTVは、3μm以下である。第1主面は、一辺が90mmの正方形に囲まれた第1中央領域を含む。第1中央領域の対角線の交点は、第1主面の中心と一致する。第1中央領域は、一辺が30mmの9個の正方領域からなる。9個の正方領域の中で最大のLTVは、1μm以下である。交点を中心とする一辺が250μmの正方形に囲まれた第2中央領域における算術平均粗さSaは、0.1nm以下である。
(3)本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル層とを備えている。炭化珪素基板は、第1主面と、第1主面と反対側の第2主面とを含み、かつポリタイプ4Hの炭化珪素により構成されている。炭化珪素エピタキシャル層は、第1主面に接する。炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、10μm以上である。炭化珪素エピタキシャル層は、第1主面と接する第3主面と、第3主面と反対側の第4主面を含む。第4主面の最大径は、150mm以上である。第4主面は、{0001}面に対して0°より大きく4°以下のオフ角度で<11−20>方向に傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル基板のTTVは、3μm以下である。第4主面は、一辺が90mmの正方形に囲まれた第1中央領域を含む。第1中央領域の対角線の交点は、第4主面の中心と一致する。第1中央領域は、一辺が30mmの9個の正方領域からなる。9個の正方領域の中で最大のLTVは、1μm以下である。交点を中心とする一辺が250μmの正方形に囲まれた第2中央領域における算術平均粗さSaは、0.12nm以下である。第4主面においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、<1−100>方向の長さが26μm以上である発光領域がない。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本開示の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
まず、第1実施形態に係る炭化珪素基板の構成について説明する。
(TTV:Total Thickness Variation)
TTV=|T1−T2| ・・・(数1)
TTVは、たとえば以下の手順で測定される。まず、平坦な吸着面に炭化珪素基板10の第2主面12が全面吸着される。次に、第1主面11全体の画像が光学的に取得される。図3および数1に示されるように、TTVとは、平坦な吸着面に第2主面12を全面吸着させた状態で、第2主面12から第1主面11の最高点21までの高さT1から、第2主面12から第1主面11の最低点22までの高さT2を差し引いた値である。言い換えれば、TTVは、第2主面12に対して垂直な方向において、第2主面12と第1主面11との最長距離から、第2主面12と第1主面11との最短距離を差し引いた値である。つまり、TTVは、最高点21を通りかつ第2主面12と平行な平面113と、最低点22を通りかつ第2主面12と平行な平面114との距離である。本実施形態に係る炭化珪素基板10のTTVは、3μm以下である。TTVは、2.5μm以下であってもよいし、2μm以下であってもよいし、1.8μm以下であってもよい。
(LTV:Local Thickness Variation)
LTV=|T4−T3| ・・・(数2)
LTVは、たとえば以下の手順で測定される。まず、平坦な吸着面に炭化珪素基板10の第2主面12が全面吸着される。次に、ある局所的な領域(たとえば9個の正方領域25の各々の画像が光学的に取得される。図4および数2に示されるように、LTVとは、平坦な吸着面に第2主面12を全面吸着させた状態で、第2主面12から第1主面11の最高点24までの高さT4から、第2主面12から第1主面11の最低点23までの高さT3を差し引いた値である。言い換えれば、LTVは、第2主面12に対して垂直な方向において、第2主面12と第1主面11との最長距離から、第2主面12と第1主面11との最短距離を差し引いた値である。つまり、LTVは、最高点24を通りかつ第2主面12と平行な平面116と、最低点23を通りかつ第2主面12と平行な平面117との距離である。上述の通り、第1中央領域1は、一辺が30mmの9個の正方領域25からなる(図1参照)。9個の正方領域25の各々のLTVが測定され、その中の最大のLTVが求められる。本実施形態に係る炭化珪素基板10において、9個の正方領域25の中で最大のLTVは、1μm以下である。9個の正方領域25の中で最大のLTVは、0.9μm以下であってもよい。
算術平均粗さSaは、二次元の算術平均粗さRaを三次元に拡張したパラメータである。算術平均粗さSaは、国際規格ISO25178に規定されている三次元表面性状パラメータである。算術平均粗さSaは、たとえば白色干渉顕微鏡により測定することができる。白色干渉顕微鏡として、たとえばニコン社製のBW−D507を用いることができる。対物レンズの倍率は、たとえば20倍である。
たとえば昇華法により製造された炭化珪素単結晶からなるインゴットがワイヤーソーによりスライスされることにより、炭化珪素基板10が準備される。炭化珪素基板10は、たとえばポリタイプ4Hの炭化珪素から構成されている。炭化珪素基板10は、第1主面11と、第1主面11の反対側の第2主面12とを有する。第1主面11は、たとえば{0001}面に対して<11−20>方向に4°以下オフした面である。第1主面11および第2主面12が研削された後、第1主面11および第2主面12に対して機械研磨およびCMP(Chemical Mechanical Polishing)が行われる。
次に、第2実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成について説明する。
第4主面14においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、<1−100>方向の長さが26μm以上である発光領域がない。フォトルミネッセンス光の測定は、たとえばフォトデザイン社製のPLイメージング装置(PLIS−100)を用いて行うことができる。入射光の波長は、たとえば313nmである。受光フィルターは、たとえば750nmのローパスフィルタである。露光時間は、たとえば5秒である。第4主面14に存在する特定の欠陥領域は、フォトルミネッセンス光で観測した場合、白色の発光領域として識別され得る。第4主面14においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、<1−100>方向の長さが30μm以上である発光領域がなくてもよいし、34μm以上である発光領域がなくてもよい。発光領域は、第4主面14の外周に連なる領域であってもよい。
たとえば第1実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を用いて、炭化珪素基板10が準備される。次に、炭化珪素基板10上に炭化珪素エピタキシャル層20が形成される。具体的には、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、炭化珪素エピタキシャル層20が炭化珪素基板10の第1主面11上にエピタキシャル成長する。エピタキシャル成長においては、原料ガスとしてたとえばシラン(SiH4)およびプロパン(C3H8)が用いられ、キャリアガスとしてたとえば水素(H2)が用いられ、ドーパントガスとしてたとえば窒素(N2)が用いられる。エピタキシャル成長中における炭化珪素基板10の温度は、たとえば1400℃以上1700℃以下程度である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板100が製造される。
炭化珪素基板の研磨レートを向上させるためには、炭化珪素基板に加える圧力を高くすることと、回転数を高くすることが有効である。しかしながら、高加圧および高回転数で研磨を行うと、炭化珪素基板の表面の中央部と研磨布との間に研磨液が入り込みづらくなる。そのため、炭化珪素基板の中央部よりも外周部が研磨されやすくなる。結果として、炭化珪素基板の中央部が凸形状となり、平坦性が悪化する。また炭化珪素基板の表面と研磨布との間に十分な研磨液が行き渡らないため、表面の傷が多くなり、表面粗さが悪化する。
Claims (4)
- 第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを備え、かつポリタイプ4Hの炭化珪素により構成された炭化珪素基板であって、
前記第1主面の最大径は、150mm以上であり、
前記第1主面は、{0001}面に対して0°より大きく4°以下<11−20>方向に傾斜した面であり、
前記炭化珪素基板のTTVは、3μm以下であり、
前記第1主面は、一辺が90mmの正方形に囲まれた第1中央領域を含み、前記第1中央領域の対角線の交点は、前記第1主面の中心と一致し、
前記第1中央領域は、一辺が30mmの9個の正方領域からなり、
前記9個の正方領域の中で最大のLTVは、1μm以下であり、
前記交点を中心とする一辺が250μmの正方形に囲まれた第2中央領域における算術平均粗さSaは、0.1nm以下である、炭化珪素基板。 - 前記TTVは、2μm以下である、請求項1に記載の炭化珪素基板。
- 第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを含み、かつポリタイプ4Hの炭化珪素により構成された炭化珪素基板と、
前記第1主面に接する炭化珪素エピタキシャル層とを備えた炭化珪素エピタキシャル基板であって、
前記炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、10μm以上であり、
前記炭化珪素エピタキシャル層は、前記第1主面と接する第3主面と、前記第3主面と反対側の第4主面を含み、
前記第4主面の最大径は、150mm以上であり、
前記第4主面は、{0001}面に対して0°より大きく4°以下のオフ角度で<11−20>方向に傾斜した面であり、
前記炭化珪素エピタキシャル基板のTTVは、3μm以下であり、
前記第4主面は、一辺が90mmの正方形に囲まれた第1中央領域を含み、前記第1中央領域の対角線の交点は、前記第4主面の中心と一致し、
前記第1中央領域は、一辺が30mmの9個の正方領域からなり、
前記9個の正方領域の中で最大のLTVは、1μm以下であり、
前記交点を中心とする一辺が250μmの正方形に囲まれた第2中央領域における算術平均粗さSaは、0.12nm以下であり、
前記第4主面においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、<1−100>方向の長さが26μm以上である発光領域がない、炭化珪素エピタキシャル基板。 - 前記炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、30μm以下である、請求項3に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
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