TWI229897B - Large-diameter sic wafer and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

1229897 五、發明說明（1) [發明所屬之技術領域] 本發明係有關於一種大口徑S i C晶圓及其製造方法， 特別是有關於一種將使用於SiC半導體製程的SiC單晶晶圓 實用化’而能夠製造大口徑SiC晶圓的方法及其大口徑SiC 晶圓。 [先前技術] 在製作Si晶錠（或晶棒，ing〇t )的時候，通常是使用 慢慢往上拉伸的液相上拉法（liquid phase lifting method)’其係將結晶成長的晶種（seed) —邊地迴轉往上 且一邊地浸在熔融矽中。但是，因為SiC在3〇〇〇 °c以下不 · 會有液相存在，所以一般是採用昇華再結晶法 (sublimation recrystallization)來形成SiC。然而， S i C晶圓的製造方法尚未完全成熟，所以在已製造的晶圓 中仍具有許多的結晶缺陷，特別是無法獲得大口徑且優良 的結晶。所以目前雖然有在販賣Sic半導體用、GaN發光雷 射用的α-SiC單晶晶圓，然而能實際提供製程使用的晶圓 僅僅是2英吋程度。 ^另一方面，雖然一般的單晶矽晶圓的製造設備有製作 6央忖到1 2英吋的操作裝置，然而卻沒有製作比上述尺寸 小的多的2英吋之a -S i C單晶晶圓之操作裝置。因此，即 以製造出實用化的2英吋之a_SiC單晶晶圓，也無法 供給實際的產業界量產使用。特別是，由於α-SiC 早晶晶圓係當作是低損失電力元件的基板，因此將其實用
1229897 五、發明說明（2) 化的期望很高。 製造線上操作或 上述大口徑 特開平1 0-55975 圍成長多晶或單 料’所以裝置的 料僅是矽，而完 方法所得之二重 倍，這很難說是 本發明係著 半導體元件的觀 而達到提供一種 方法之目的。 所以，產業界係研究著如何能 控制該SiC單晶晶圓。 夺導體 矽單晶晶圓的製造方法，係已揭示於 號。該製造方法係在石夕單曰 . 曰曰的矽。但疋，由於使用矽單晶棒作為 體積就變的很大。而且$ # … j且邊方法所適用的屌 全沒有揭示SiC的半導體材料。更者，該’、 輪層構造Si的直徑為原料直徑的約11 ^ 大口徑化。 · 眼於上述的問題點，而從經濟地製造 點來看，能夠活用現行的Si元件製造線， 而操作SiC晶圓的大口徑Sic晶圓及其製造 [發明内容] 本發明係例如在一般市售的2英吋的a—Sic單晶晶圓 的周圍，成長外徑6英吋、内徑2英吋之多晶矽Sic。經由 此，可以活用現行4英吋以上之矽製造線，而能夠完成Si(： 元件的製造。 也就疋說’本發明的特徵在於··在小口徑的α $丨C單 晶晶圓的外周圍’以現行的半導體製造線的操作裝置成長 具有適合外徑的多晶S i C，而得到二重構造的大口徑s丨c晶 圓。該場合下，前述小口徑的a —s i c單晶晶圓最好配置至 少2個。還有，前述多晶SiC最好是由CVD(化學氣相沉積 2189-5722-PF(Nl).ptd 第6頁 1229897 五、發明說明（3) 法）所製的/3 -S i C。更者，前述多晶s丨c對於晶圓檢測用的 雷射光，最好是具有高反射率。 關於本發明的大口徑s丨C晶圓的製造方法，其特徵在 於·在小口徑的α — S i C單晶晶圓的至少一面側上，以現行 的半導體製造線的操作装置成長具有適合外徑的多晶 S i C ’之後’將α -siC單晶晶圓表面上的多餘之多晶si C研 磨去掉’因而製造出在小口徑的α _s i c單晶晶圓的外周圍 上成長有多晶SiC的二重構造的大口徑化siC。 根據上述構成的話，在α -Si C單晶晶圓的周圍部，具 有形成多晶S i C的晶圓的構造。經由此，為了 s i C元件製 造’可以使用既有的S i元件裝置。還有，對於為了被使用 於S i元件的製造線的晶圓檢測裝置的雷射光，因為—s 土 c 具有大的能隙（band gap)，所以雷射光可以透過^；—siC而 無關於晶圓是否存在’因此造成晶圓檢測裝置無法進行判 定。然而，若在a-SiC的周圍，配置對雷射光具有高反射 率的多晶S i C，如此即能使用既有的裝置來檢測晶圓。 [實施方式] 以下，根據圖示來詳細說明本發明的各實施型態的大 口徑S i C晶圓及其製造方法。 在此，係以6英吋晶圓為例來說明關於實施型態的s 土 c 晶圓的最佳實施的型態。 首先，先舉例說明製作大口徑S i C晶圓的基礎材料的 的a -SiC晶圓50的製作方法。第2圖是有關於本發明實施
2189-5722-PF(Nl).ptd 第7頁 1229897 五、發明說明（4) 型態中的a _S i C晶圓製造裝置1的側面剖面圖。在第2圖的 中央部配置有一石墨坩堝（graphite crucible)ll。該石 墨掛堝11是由坩堝本體13和蓋（iid)15所構成。坩堝本體 13内的下部收集有Sic原料17。在蓋15上，有黏附一 Q ~*SiC 基板 19。 Φ 石墨掛竭1 1的外圍係被例如是由炭材所製的隔熱材2 ^ 所包圍’而裝設於未圖示之高周波加熱爐内。該高周波加 熱爐係例如在外側設置有高周波線圈（c〇i 1)23，而且在其 内側配置有由石英材料製的中空二重管之石英二重管25。 在石英製二重管（duplex tube)25之間，有珍卻水27流動 著。該南周波加熱爐係藉由未圖示之高周波振盪器 (oscillator)所發出之功率來控制至一定之溫度。因此， 石墨掛堝11的上部和下部之間隙設有一高溫計 (pyrometer)來測量石墨坩堝^表面的溫度，而且藉由高 周波振盡器之功率來控制高周波線圈23，使得石墨坩堝U 具有一疋溫度。將該高周波加熱爐加熱，使石墨坩堝1 1内 的81(：原料17以及〇；-3丨(：基板19係被加熱至220 0〜2400。(：左 右。如此’ a -S i C相3 1就會沉積於α -S i C基板1 9的表面 上，而形成SiC基板33。 經由上述步驟，如第3圖所示般地，在a-siC基板19 的一面上，成長有1〇〜50mm厚（Ta)的6[1結晶的 3 1，然後經由在基板上使用單晶，因而能夠得到與基板直 徑相同尺寸之單晶。然後，將這1 〇〜5 〇 mm厚的單晶棒 (i ngo t)切斷’並經過研磨，而得到如第4圖所示的4H的α
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五、發明說明（5) 一SiC 晶圓 50。 在本實施型態中，係使用如上述的昇華再結晶法所製 造的厚度0.5mm之2英吋之α-SiC晶圓50。 請參閱第1圖’第1圖是顯示根據本發明實施型態的大 口徑SiC晶圓的製造工程圖。如第1圖（1)所示般地，最初 是將α-SiC晶圓50置於直徑6英吋的石墨圓板52的中心 部。更者，在α-SiC晶圓50上配置一石墨罩幕54。
之後，如第1圖（2)所示般地，對石墨圓板52與石墨罩 幕5 4進行如圖中箭頭方向之化學氣相沉積。也就是說，在 石墨板上的a -SiC單晶晶圓50上，是使用SiJl4、SiHCl3等 當作是矽源。而且，使用C3H8等當作是碳源而供給至CVD反 應爐，使得在反應爐内部，化學氣相沉積S i C於石墨板5 2 上以及單晶晶圓50上。還有，形成於a-SiC單晶晶圓50上 的多晶體的尺寸係由石墨板5 2的大小來決定。經由此，而 形成厚度0.8mm的/3-SiC56。該工程係為了要成長召 -Si C56，而以20 0 0 °C以下的溫度條件來進行。 ’
化學氣相沉積之後，如第1圖（3)所示般地，將剩餘不 要的y?-SiC56研磨除去而至露出石墨罩幕54的表面。之 後，經由熱氧化，將石墨板52與石墨罩幕54燒掉（burn down)，如此就能得到具有同心圓二重構造之大口徑 SiC60 〇 然後經由對該大口徑S i C 6 0進行研削加工與研磨加 工，而形成如第1圖（4)所示般的一枚板之6英吋的大口徑 SiC60晶圓，其中該晶圓60之構成為：中心部係2英吋之α
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五、發明說明（6) -Sic單晶晶圓50，而周 得之大口徑SiC6〇的/心/係6英吋之多晶SiC56。所 明或綠色透明，而周 °卩之αi c單晶晶圓5 0是無色透 還有，因為本發明之大冲之多晶沒-SlC56是黃色或黑色。 高反射率之多晶的周圍部配置具有對光
上的晶圓檢測裝置的’所以對於使用於Si元件製造線 晶圓。 由射光是可以用來檢測本發明的S i C 還有’在上述f始和丨
SiC，不一定要是二1態中的形成於周圍部之多晶 造，亦即其他的昇華相^還^.，也不一定要使用CVD法來製 昇華法製程中，若使用tllmation methqd)也可以。在 反應的因*，使得:ίΓ;?:合時，則會因為在高溫下 _ 于、、、口日日糸變成安定層的α - S i C。 w t f本發明所製成的大口徑SiC60，可以適用於既存 ，半導體線的操作裝置。更者，可以在2英伽 日日圓50領域上形成迴路，因而能夠使得J 一sic晶圓5〇 化。因此，a -SiC晶圓50不僅適用於實驗設備範圍中的半 導體裝置，而且能適用於實用的半導體裝置，這非常 於半導體產業的利用。 ’利 上述實施例中的α —s i C晶圓5 0雖然是配置於大〇徑 SlC60的中心部。然而實際上卻可以將or-SiC晶圓50從中 心變化至其他的位置上。還有，配設於大直徑的石墨圓板X 52的面内的2英吋的a-Sic晶圓50可以是複數個，即至少2 個。這也如第1圖所示般地，可以將冷-SiC56沉積於石墨 圓板52上的α —siC晶圓50上。 ^
1229897 _ 五、發明說明（7) 1 如以上的說明，可知本發明係在小口徑的α —s i c單晶 晶圓的外周圍，以現行的半導體製造線的操作裝置成長具 有適合外徑的多晶S i C，而得到二重構造的大口徑g i c晶 圓。因此，本發明係從經濟地製造S i C半導體元件的觀點 來看，能夠活用現行的S i元件製造線，而達到提供一種而 操作SiC晶圓的大口徑SiC晶圓及其製造方法之效果。 [產業上的利用可能性] 本發明的S i C半導體的製造方法，係能夠使用現行的 半導體製造線的操作裝置，而將2英吋的α -SiC單晶晶圓 大口徑化。
2189-5722-PF(Nl).ptd 第11頁 1229897_ ·., 圖式簡單說明 第1圖（1 )〜（4 )是顯示根據本發明實施型態的大口徑 S i C晶圓的製造工程圖； 第2圖是有關於本發明實施型態中的a -S i C晶圓製造 裝置的側面剖面圖； 第3圖是有關於本發明實施型態所製造的S i C晶圓的側 面剖面圖；以及 第4圖是有關於本發明實施型態所製造的a -S i C晶圓 的側面剖面圖。 [符號說明] 11〜石墨坩堝； 15〜蓋； 19〜a -SiC基板 2 3〜高周波線圈 2 9〜高溫計； 3 3〜S i C晶圓； 52〜石墨圓板； 56 〜/3-SiC ； 1〜a -SiC晶圓製造裝置； 1 3〜坩堝本體； 1 7〜S i C原料； 2卜隔熱材； 25〜石英二重管； 31 〜-SiC 相； 50〜a —SiC晶圓； 54〜罩幕； 60〜大口徑SiC。
2189-5722-PF(Nl).ptd 第12頁

Claims (1)

1229897 案號 92117368 六、申請專利範圍 1 · 一種大口徑s i C晶圓，其特徵在於：具有一雙層結 構’该雙層結構由一小口徑的α — S i C單晶晶圓，以及在該 小口控的a -S i C單晶晶圓的外周圍以現行的半導體製造線 的操作裝置成長具有適合外徑的多晶s i C所形成。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之大口徑s i c晶圓，其 中配設有至少2個小口徑的該α -s i C單晶晶圓。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之大口徑s i C晶圓，其 中遠多晶S i C係由CVD (化學氣相沉積法）所製得之石—s i c。
4 ·如申請專利範圍第1項所述之大口徑s i C晶圓，其 中该多晶S i C對於晶圓檢測用雷射光係具有高反射率。 5 · —種大口徑S i C晶圓的製造方法，其特徵在於·· 在小口從的a - S i C早晶晶圓的至少一面側上，以現行 的半導體製造線的操作裝置成長具有適合外徑的多晶 SiC，之後，將a-SiC單晶晶圓表面上的多餘之多晶SiC研 磨去掉’因而製造出在小口徑的α —s i c單晶晶圓的外周圍 上成長有多晶S i C的二重構造的大口徑化s i C。
2189-5722-PFl(Nl).ptc 第13頁
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