碳化硅晶錠、碳化硅晶片、碳化硅晶錠及碳化硅晶片的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠(1)包括分別含有供體或受體、且交替配置的多個第一結晶層(3)和多個第二結晶層(4)，第二結晶層(4)中的供體或受體的濃度大于與其上部或下部相接的第一結晶層(3)中的供體或受體的濃度。
【專利說明】
碳化硅晶錠、碳化硅晶片、碳化硅晶錠及碳化硅晶片的制造方法
技術領域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種碳化硅晶錠、碳化硅晶片、碳化硅晶錠及碳化硅晶片的制造方法。
【背景技術】
[0002]目前，碳化硅(SiC)作為電子元件的基板材料而受到關注。例如，在日本特開2012-136391號公報中，記載有用于形成電子元件基板的碳化硅晶錠及碳化硅晶片的制造方法。
[0003]在這種碳化硅晶錠及碳化硅晶片的制造方法中，希望制造出高純度的碳化硅晶體。
[0004]然而，僅將碳化硅晶體形成為高純度時，例如，用于形成電子元件基板的晶片內(nèi)的供體或受體少，基板的電阻增加。其結果，可能會降低電子元件的性能。
[0005]另外，當將碳化硅晶體形成為高純度時，在碳化硅晶錠及晶片中難以留下晶體生長過程。其結果，當碳化硅晶錠及晶片中存在缺陷時，會出現(xiàn)難以推斷碳化硅晶錠及晶片制造工序的不足之處的情況。
[0006]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種能夠提高電子元件性能或者推斷制造工序的不足之處的碳化硅晶錠及晶片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠，包括分別含有供體或受體、且交替配置的多個第一結晶層及多個第二結晶層，該第二結晶層中的所述供體或所述受體的濃度，大于與其上部或下部相接的所述第一結晶層中的所述供體或所述受體的濃度。
[0008]本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶片，包括分別含有供體或受體、且交替配置的多個第一結晶層及多個第二結晶層，該第二結晶層中的所述供體或所述受體的濃度，大于與其上部或下部相接的所述第一結晶層中的所述供體或所述受體的濃度。
[0009]本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠，具有在結晶生長方向上交替配置的多個第一結晶層及多個第二結晶層，該第二結晶層的顏色比與其上部或下部相接的所述第一結晶層顏色更深。
[0010]本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶片，具有交替配置的多個第一結晶層及多個第二結晶層，該第二結晶層的顏色比與其上部或下部相接的所述第一結晶層顏色更深。
[0011]根據(jù)本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠或晶片，能夠提高電子元件的性能或者推斷制造工序的不足之處。
【附圖說明】
[0012]圖1是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠的側面示意圖。
[0013]圖2是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠的截面放大示意圖。
[0014]圖3是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠的截面放大示意圖。
[0015]圖4是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠的截面示意圖。
[0016]圖5是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠的截面放大示意圖。
[0017]圖6是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠的截面放大示意圖。
[0018]圖7是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶片的側面示意圖。
[0019]圖8是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶片的截面放大示意圖。
[0020]圖9是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠中使用的晶體制造裝置的一個例子的截面圖。
【具體實施方式】
[0021 ] <碳化娃晶錠>
[0022]下面，參照圖1?圖6對本發(fā)明一實施方式的碳化硅晶錠進行說明。需要說明的是，本發(fā)明并不限定于本實施方式，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)，可施加各種的改變、改進。
[0023]圖1是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化娃晶錠的側面示意圖。圖2是將圖1所示的晶錠沿上下方向(Z軸方向)切斷得到的橫截面的一部分進行放大，表示晶錠內(nèi)供體或受體的濃度及晶錠顏色的截面圖。圖3是將圖2所示晶錠的橫截面的一部分進一步放大，表示晶錠內(nèi)供體或受體的濃度及晶錠顏色的截面圖。圖4是表示與圖1所示晶錠不同的實施方式中晶錠的側面示意圖。圖5是將圖4所示的晶錠沿上下方向切斷得到的橫截面的一部分進行放大，表示晶錠內(nèi)供體或受體的濃度及晶錠的顏色的截面圖。圖6是表示將與圖1及圖4所示晶錠不同的實施方式中的晶錠沿上下方向切斷得到的橫截面的一部分進行放大，表示晶錠內(nèi)供體或受體的濃度及晶錠側面形狀的截面圖。另外，圖7是表示本發(fā)明一實施方式中的碳化娃晶片的側面不意圖。
[0024]將晶錠I加工制成晶片2。之后，晶片2經(jīng)過半導體元件的制造工序，成為如晶體管或二極管等電子元件的一部分。晶錠I由碳化硅晶體組成。晶錠I例如形成為板形或柱形。晶錠I的平面形狀例如為圓形或多角形。在本實施方式中，晶錠I形成為圖1所示的柱形，晶錠I的平面形狀為圓形。即，晶錠I的形狀為圓柱形。另外，從一個晶錠I可以得到例如45個以上且225個以下的晶片2。
[0025]另外，圖1中記載的向下虛線箭頭表示晶體生長的方向。在圖2、圖3及圖6也是相同。
[0026]晶錠I的高度例如設定為30mm以上且150mm以下。晶錠I的直徑例如設定為75mm以上且210mm以下。晶錠I的高度和直徑例如可以采用游標卡尺測定。
[0027]如圖3所示，晶錠I含有多個第一結晶層3和多個第二結晶層4。晶錠I由多個第一結晶層3和多個第二結晶層4分別一層一層交替配置而形成。第一結晶層3和第二結晶層4是在晶錠I內(nèi)形成的層狀區(qū)域。第一結晶層3和第二結晶層4的平面形狀與晶錠I相同，例如具有圓形或多角形的平面形狀。在本實施方式中，第一結晶層3和第二結晶層4的平面形狀為圓形。
[0028]多個第一結晶層3和多個第二結晶層4分別含有供體或受體。作為第一結晶層3或第二結晶層4中含有的供體，例如選擇氮(N)、磷(P)、砷(As)等材料。作為第一結晶層3或第二結晶層4中含有的受體，例如選擇鋁(Al)，硼(B)或鎵(Ga)等材料。另外，根據(jù)電子元件的種類和使用方法，適當選擇是否在第一結晶層3和第二結晶層4中摻入供體，或者摻入受體。
[0029]第一結晶層3的每層厚度例如設定為3μπι以上且300μπι以下。第二結晶層4的每層厚度例如設定為3μπι以上且300μπι以下。如上所述，由于第一結晶層3和第二結晶層4的厚度非常薄，因此，將晶錠I加工成晶片2時，晶片2能夠具有多個第一結晶層3和多個第二結晶層4。另外，例如采用光學顯微鏡，并由第一結晶層3或第二結晶層4的橫截面，可以測定第一結晶層3或第二結晶層4的厚度。另外，第一結晶層3和第二結晶層4的直徑與晶錠I的直徑相同。
[0030]多個第二結晶層4的各層中供體或受體的濃度，大于與其上部或下部相接的第一結晶層3的供體或受體的濃度。因此，第二結晶層4的導電率高于第一結晶層3。結果，當從晶錠I切割出晶片2而制造電子元件時，由于成為基板的晶片2具有供體等濃度高的多個第二結晶層4，所以能夠降低成為電子元件的基板的電阻。由此，能夠提高電子元件的性能。
[0031]另外、晶錠I含有供體或受體的濃度比第二結晶層4更低的第一結晶層3。結果，例如，在制造從晶錠I切割的晶片2時，根據(jù)生長在晶片2上的外延層的晶格常數(shù)，能夠選擇將晶片2的表面作為第一結晶層3，還是將晶片2的表面作為第二結晶層4。其結果是，例如生長在晶片2上的外延層材料的選擇項增多，能夠提高晶錠I的通用性。
[0032]第一結晶層3含有供體或受體，以使第一結晶層3的載流子密度例如為IX 118個/cm3以上且5Χ 118個/cm3以下。第二結晶層4含有供體或受體，以使第二結晶層4的載流子密度高于第一結晶層3的載流子密度，且在I XlO2t3個/cm3以下。另外，可通過例如利用了霍爾效應的載流子濃度測定，測定第一結晶層3和第二結晶層4的載流子密度。
[0033]另外，第二結晶層4的載流子密度，例如設定為第一結晶層3的載流子密度的1.1倍以上且10倍以下。由于第二結晶層4的載流子密度為第一結晶層3的1.1倍以上，能夠有效提高晶錠I的導電率。另外，由于第二結晶層4的載流子密度為第一結晶層3的10倍以下，能夠減少第二結晶層4中缺陷的發(fā)生。
[0034]多個第一結晶層3和多個第二結晶層4也可以周期性地配置。即，可以有規(guī)則地將多個第二結晶層4和多個第一結晶層3交替配置。其結果是，能夠降低由晶錠I制成的多個晶片2間的品質(zhì)偏差。
[0035]如圖2所示，晶錠I也可以具有朝向晶錠I下表面供體或受體的濃度增大的濃度梯度區(qū)域5。在本實施方式的濃度梯度區(qū)域5，多個第一結晶層3和多個第二結晶層4中的供體或受體的濃度隨著多個第一結晶層3或多個第二結晶層4各自位置在結晶生長方向的延伸而增大。換言之，在一個濃度梯度區(qū)域5中，某個第一結晶層3的供體或受體的濃度比位于其上方的第一結晶層3更高。另外，在一個濃度梯度區(qū)域5中，某個第二結晶層4的供體或受體的濃度比位于其上方的第二結晶層3更高。即，由于有多個第一結晶層3和多個第二結晶層4，隨著濃度梯度區(qū)域5中供體或受體的濃度在微觀上升高或降低的同時，作為整體向下逐漸升高。由于具有這樣的構成，能夠控制晶片2表面的晶格常數(shù)，例如生長在晶片2上的外延層材料的選擇項增多。因此，例如能夠提高晶錠I的通用性。
[0036]濃度梯度區(qū)域5的載流子密度，例如設定為IX 118個/cm3以上且I X 102()個/cm3以下。濃度梯度區(qū)域5的載流子密度更優(yōu)選設定為如5X 118個/cm3以上且I X 119個/cm3以下。如果濃度梯度區(qū)域5的載流子密度為5 X 118個/cm3以上，則能夠有效提高晶錠I的導電性。另外，如果濃度梯度區(qū)域5的載流子密度為I X 119個/cm3以下，則能夠減少晶錠I中缺陷的發(fā)生。
[0037]晶錠I也可以具有多個濃度梯度區(qū)域5。而且，多個濃度梯度區(qū)域5可以在結晶生長的方向上分開存在，也可以在結晶生長的方向上連續(xù)存在。由此，能夠在多個晶片2中含有濃度梯度區(qū)域5，能夠在多個晶片2中形成晶格常數(shù)逐漸變化的區(qū)域，因此能夠由晶錠I制造出通用性高的多個晶片2。
[0038]濃度梯度區(qū)域5的厚度，例如設定為500μπι以上且900μπι以下。另外，濃度梯度區(qū)域5的數(shù)量，例如設定為由一個晶錠I切割的晶片2的數(shù)量的1/2以上且2倍以下。另外，多個濃度梯度區(qū)域5之間例如以1.2_以下的間隔配置。
[0039]濃度梯度區(qū)域5也可以在結晶生長的方向上連續(xù)存在。在這種情況下，例如，若配合濃度梯度區(qū)域5而由晶錠I切割出晶片2，則能夠降低每個晶片2的品質(zhì)偏差。
[0040]如圖4所示，晶錠I也可以具有位于中央部的中央?yún)^(qū)域6和直徑隨著結晶生長方向增加的周邊區(qū)域7。而且，如圖5所示，在周邊區(qū)域7中，多個第一結晶層3和多個第二結晶層4也可以相對于中央?yún)^(qū)域中的結晶生長方向傾斜而配置。由此，例如在切出晶片2時進行外圓磨削的情況下，能夠以周邊區(qū)域7和中央?yún)^(qū)域6的邊界為基準而進行磨削。其結果是，能夠提高工作效率。另外，當存在晶種時，中央?yún)^(qū)域6是位于晶種的下方的部分，周邊區(qū)域7為比晶種的下表面寬度更寬的部分。
[0041]另外，周邊區(qū)域7的多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的各層相對于中央?yún)^(qū)域6的多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的各表面，例如以50°以上且80°以下的范圍傾斜而配置。
[0042]另外，圖4和圖5所示的虛線將中央?yún)^(qū)域6和周邊區(qū)域7分開，是為了方便起見而在圖中表示。另外，圖4和5中記載的向下虛線箭頭表示中央?yún)^(qū)域6中晶體生長的方向。
[0043]周邊區(qū)域7中多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的供體或受體的濃度，也可以比內(nèi)側的第一結晶層3和第二結晶層4更低。由于具有這樣的構成，周邊區(qū)域7的強度比中央?yún)^(qū)域6更高，能夠使晶錠I難以破裂。其結果，能夠減少由晶錠I的破裂或缺損造成的生產(chǎn)效率的降低。
[0044]另外，周邊區(qū)域7的載流子密度，例如設定為IX 116個/cm3以上且3 X 118個/cm3以下。而且，特別是，周邊區(qū)域7的載流子密度優(yōu)選為5X 117個/cm3以上且2X 118個/cm3以下。通過將周邊區(qū)域7的載流子密度設定為5X 117個/cm3以上，例如使其與中央?yún)^(qū)域6間的載流子密度之差變小，能夠減少加工晶錠I時破裂等情況的發(fā)生。另外，通過將周邊區(qū)域7的載流子密度設定為2X 118個/cm3以下，例如能夠更容易區(qū)分中央?yún)^(qū)域6和周邊區(qū)域7。
[0045]第一結晶層3的厚度也可以比第二結晶層4的厚度小(薄)。在這種情況下，將晶錠I加工成晶片2時，晶錠I中第二結晶層4的比例變大。結果，能夠更容易地加工由碳化硅晶體構成的晶錠I。另外，此時第一結晶層3的厚度例如設定為第二結晶層4厚度的50%以上且70%以下。
[0046]晶錠I的上表面也可以由第一結晶層3形成。在這種情況下，晶錠I通過后述的晶體制造裝置100而形成于晶種101的下表面，但是，晶錠I的上表面由晶格常數(shù)小的第一結晶層3形成，因此能夠減小晶錠I和晶種1I間的形變。
[0047]晶錠I的下表面也可以由第一結晶層3形成。在這種情況下，通過切掉晶錠I的下部，可以將切掉的晶錠I的下部用作后續(xù)制造晶錠I時的晶種101。因此，由于晶錠I的品質(zhì)由晶種101的品質(zhì)決定，能夠降低多個晶錠I之間的品質(zhì)偏差。
[0048]如圖6所示，在晶錠I的側面可以連續(xù)形成有多個凹部11和多個凸部12。這種情況下，可以增大晶錠I的側面的表面積，晶錠I更容易放熱，因此能夠提高晶錠I的生長速度。另夕卜，在本實施方式中，與多個第一結晶層3和多個第二結晶層4相對應地形成有多個凹部11和多個凸部12。另外，在圖6中，將晶錠I的一側側面顯示在圖中的右側。另外，凹部11的深度例如設定為25μηι以上且ΙΟΟμπι以下。另外，凸部12的高度例如設定為25μηι以上且ΙΟΟμπι以下。
[0049]另外，在晶錠I中，多個第二結晶層4的各層顏色比與其上部或下部相接的第一結晶層3更深。即，在晶錠I中，通過多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的顏色差異而形成條紋。由于晶體生長的過程以可目視確認的狀態(tài)留在晶錠I中，因此，例如當晶錠I存在缺陷時，通過確認顏色變化，可以推斷制造工序的不足之處。
[0050]另外，在本實施方式中，通過使多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的供體或受體等雜質(zhì)濃度不同，能夠使多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的顏色也不同。而且，在本實施方式中，可以通過光學顯微鏡辨別結晶層的顏色。另外，在本實施方式中，通過使供體或受體的濃度不同而使多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的顏色發(fā)生變化，然而也可以同時摻入供體和受體而使顏色發(fā)生變化。另外，例如也可以在晶錠I中摻入與供體或受體不同的雜質(zhì)而使顏色發(fā)生變化。
[0051 ]另外，在本實施方式的晶錠I中，當照射光而進行觀察時，深棕色至棕色的部分為雜質(zhì)濃度高的部分，棕色至赭色的部分為雜質(zhì)濃度低的部分。即，對于晶錠I而言，透光度隨著雜質(zhì)濃度而變化，可以確定受雜質(zhì)濃度的影響而發(fā)生同色系的顏色變化。另外，照射光時的顏色也根據(jù)晶錠I的多晶形式而變化。例如，晶錠I的多晶形式為4Η時，晶錠I變?yōu)樽厣档念伾?，多晶形式?Η時，晶錠I變?yōu)榫G色系的顏色。因此，通過識別晶錠I的顏色也可以掌握多晶形式。
[0052]如圖2所示，晶錠I也具有朝向晶錠I的下表面顏色變深的顏色梯度區(qū)域8。在本實施方式的顏色梯度區(qū)域8中，多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的顏色隨著多個第一結晶層3或多個第二結晶層4的各自位置在結晶生長方向的延伸而變深。換言之，在一個顏色梯度區(qū)域8中，某個第一結晶層3的顏色比位于其上方的第一結晶層3更深。另外，在一個顏色梯度區(qū)域8中，某個第二結晶層4的顏色比位于其上方的第二結晶層3更深。即，由于具有多個第一結晶層3和多個第二結晶層4，顏色梯度區(qū)域8的顏色在微觀上或變深或變淺的同時，作為整體向下逐漸變深。在這種情況下，可以逐漸改變晶格常數(shù)。另外，通過配合晶片2上形成的外延層的雜質(zhì)濃度而調(diào)整晶片2表面的雜質(zhì)濃度，在形成外延層時能夠提高外延晶體的品質(zhì)。
[0053]顏色梯度區(qū)域8的厚度，例如設定為500μηι以上且900μηι以下。而且，顏色梯度區(qū)域8
例如形成為含有赭色至深棕色的顏色。
[0054]晶錠I也可以在結晶生長的方向上含有多個顏色梯度區(qū)域8。而且，多個顏色梯度區(qū)域8可以在結晶生長的方向上分開存在，也可以在結晶生長的方向上連續(xù)存在。由此，在多個晶片2中含有濃度梯度區(qū)域5，能夠在多個晶片2中形成晶格常數(shù)逐漸變化的區(qū)域，因此能夠由晶錠I制造出通用性高的多個晶片2。
[0055]另外，濃度梯度區(qū)域5的數(shù)量，例如設定為由一個晶錠I切出的晶片2的數(shù)量的1/2倍以上且2倍以下。另外，多個濃度梯度區(qū)域5之間例如以1.2mm以下的間隔配置。
[0056]其中，優(yōu)選在結晶生長的方向上連續(xù)具有多個顏色梯度區(qū)域8。在這種情況下，例如，若配合顏色梯度區(qū)域8而由晶錠I切出晶片2，則能夠降低每個晶片2的品質(zhì)偏差。
[0057]周邊區(qū)域7中的多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的顏色，也可以比內(nèi)側的第一結晶層3和第二結晶層4的顏色淺。在這種情況下，由于周邊區(qū)域7的雜質(zhì)比內(nèi)側少，因此周邊區(qū)域7的晶體硬度變大，可以使晶錠I難以破裂。另外，由于周邊區(qū)域7的雜質(zhì)濃度比中央?yún)^(qū)域6低，因此，透明度比中央?yún)^(qū)域6高，形成比中央?yún)^(qū)域6更明亮的棕色。
[0058]另外，在周邊區(qū)域7中，優(yōu)選多個第一結晶層3和多個第二結晶層4相對于中央?yún)^(qū)域中的結晶生長方向傾斜而配置。由此，例如在切出晶片2時進行外圓磨削的情況下，能夠以周邊區(qū)域7和中央?yún)^(qū)域6的邊界為基準而進行磨削。其結果，能夠提高工作效率。
[0059]<碳化硅晶片>
[0060]下面，參照圖7和圖8對本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶片進行說明。需要說明的是，本發(fā)明并不限定于本實施方式，在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)，可施加各種改變、改進等。
[0061]圖8是將圖7所示的晶片沿上下方向切斷得到的橫截面的一部分進行放大的圖，是表示晶片內(nèi)供體或受體的濃度及晶片顏色的截面圖。
[0062]晶片2例如成為電子元件的基板。如圖7所示，晶片2形成為板狀，并具有第I主表面9和與第I主表面9對置的第2主表面10。晶片2的平面形狀例如為圓形或多角形。晶片2的厚度例如設定為350μηι以上且600μηι以下。
[0063]晶片2含有多個第一結晶層3和多個第二結晶層4。如圖8所示，晶片2由多個第一結晶層3和多個第二結晶層4分別一層一層交替配置而組成。而且，多個第二結晶層4的各層中的供體或受體的濃度，大于與其上部或下部相接的第一結晶層3的供體或受體的濃度。因此，第二結晶層4的導電率高于第一結晶層3的導電率。結果，由于成為基板的晶片2具有供體等濃度高的多個第二結晶層4，因此能夠降低成為電子元件的基板的電阻，因此，能夠提高電子元件的性能。
[0064]另外，第一結晶層3的電阻率例如設定為15πιΩ.cm以下。另外，第二結晶層4的電阻率例如設定為20πιΩ.cm以下。而且，第二結晶層4的電阻率與第一結晶層3的電阻率之差例如設定為ΙπιΩ._以上且15πιΩ.cm以下。當將第一結晶層3和第二結晶層4的電阻率設定為20ηιΩ.cm以下時，則更容易保證作為電子元件的性能。
[0065]另外，晶片2含有供體或受體濃度低于第二結晶層4的第一結晶層3。其結果，例如，當使外延層在晶片2上生長時，可以將供體等濃度低且晶格常數(shù)與外延層相近的第一結晶層3作為基底。因此，可以減少在外延層中因晶格常數(shù)的差異引起的形變或轉移等的發(fā)生。
[0066]在晶片2中，第I主表面9側的第一結晶層3和第二結晶層4中的供體或受體的濃度，也可以高于第2主表面10側的第一結晶層3和第二結晶層4中的供體或受體的濃度。在這種情況下，當制造電子元件時，例如當形成SiC的外延層時，若在第I主表面9中形成外延層，貝Ij由于晶格常數(shù)相近而可以提高外延層的品質(zhì)。另一方面，由于第2主表面10側的供體或受體的濃度高，因此能夠降低電子元件基板內(nèi)的電阻。
[0067]另外，在這種情況下，第I主表面9側的第一結晶層3和第二結晶層4中的供體或受體的濃度，例如設定為第2主表面10側的第一結晶層3和第二結晶層4中供體或受體濃度的1.1倍以上且10倍以下。
[0068]隨著多個第一結晶層3或多個第二結晶層4分別與第I主表面9接近，多個第一結晶層3和多個第二結晶層4中的供體或受體的濃度也可以升高。在這種情況下，由于晶格常數(shù)逐漸變化，能夠降低晶片2的內(nèi)應力。
[0069]第I主表面9側和第2主表面10側的第一結晶層3和第二結晶層4中的供體或受體的濃度，也可以比厚度方向途中的第一結晶層3和第二結晶層4中的供體或受體的濃度更低。在這種情況下，可以減小第I主表面9側和第2主表面10側中雜質(zhì)的濃度差，例如在制造電子元件時進行高溫處理時，能夠減少由線性膨脹系數(shù)差引起的基板形變。
[0070]另外，在這種情況下，厚度方向途中的第一結晶層3和第二結晶層4中供體或受體的濃度，例如設定為第I主表面9側和第2主表面10側的第一結晶層3和第二結晶層4中供體或受體濃度的1.1倍以上且10倍以下。
[0071]多個第二結晶層4的各層顏色比與其上部或下部相接的第一結晶層3的顏色更深。即，在晶片2中，根據(jù)多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的顏色不同而形成有條紋。其結果，通過確認其顏色變化能夠推斷制造工序的不足之處。
[0072]多個第二結晶層4和多個第一結晶層3也可以周期性地配置。即，也可以有規(guī)則地將多個第二結晶層4和多個第一結晶層3交替配置。其結果是，能夠降低由晶錠I制造出的多個晶片2各自之間的品質(zhì)偏差。
[0073]第I主表面9側的第一結晶層3和第二結晶層4的顏色，也可以分別比第2主表面10側的第一結晶層3和第二結晶層4的顏色深。在這種情況下，例如，由于因雜質(zhì)不同或雜質(zhì)的量不同而引起晶片2內(nèi)顏色的不同，因此，在第I主表面9和第2主表面10的晶格常數(shù)不同。其結果是，可以配合外延層的材料而在晶格常數(shù)相近的第I主表面9或第2主表面10上形成外延層，能夠提高晶片2的通用性。
[0074]隨著每個第一結晶層3和第二結晶層4的位置接近第I主表面9，多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的顏色也可以變深。在這種情況下，可在晶片2的厚度方向上使晶格常數(shù)逐漸變化，能夠降低晶片2的內(nèi)應力。
[0075]隨著每個第一結晶層3和第二結晶層4的位置由第2主表面10向第I主表面9靠近，多個第一結晶層3和多個第二結晶層4的顏色也可以變深，并在途中突然變淺，進而，越接近第I主表面9越變深。在這種情況下，例如，由于雜質(zhì)的量不同而引起了晶片2內(nèi)的顏色不同，因此，雜質(zhì)濃度在晶片2內(nèi)側高，而在第I主表面9側和第2主表面10側變小。其結果，例如在制造電子元件時進行高溫處理時，可以減小第I主表面9側和第2主表面10側的熱膨脹差，能夠減少由熱膨脹引起的基板形變。
[0076]<晶體制造裝置>
[0077]下面，對于制造本發(fā)明一實施方式的碳化硅晶錠I和晶片2的制造方法中所用的晶體制造裝置的一例，參照圖9說明本實施方式。圖9的橫截面簡要示出了晶體制造裝置的一例。另外，本發(fā)明并不限定于本實施方式，可在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)施加各種改變、改進等。
[0078]晶體制造裝置100為制造晶錠I的裝置。晶體制造裝置100通過使碳化硅晶體在晶種101的下表面生長而制造晶錠I。如圖9所示，晶體制造裝置100主要包括保持部件102和坩禍103，晶種101被固定在保持部件102上，在坩禍103內(nèi)儲存有溶液104。通過晶體制造裝置100，使晶種101的下表面接觸溶液104，從而在晶種101的下表面制造晶徒I。
[0079 ]晶種1I是成為在晶體制造裝置100中生長的晶錠I的種子的碳化硅晶體。晶種1I例如為具有圓形或多角形的平面形狀的平板狀。
[0080]晶種101被固定在保持部件102的下面。晶種101例如通過含碳的粘結材料(圖中未示出)被固定在保持部件102上。另外，晶種101可以通過保持部件102在上下方向上移動。[0081 ]保持部件102用于保持晶種101。另外，保持部件102具有使晶種101接觸溶液104和使晶錠I遠離溶液104的功能。如圖9所示，保持部件102被固定在移動裝置105的移動機構(圖中未示出)上。移動裝置105具有利用如電機而使固定在移動裝置105的保持部件102在上下方向上移動的移動機構。其結果，保持部件102通過移動裝置105在上下方向上移動，晶種101隨著保持部件102的移動而在上下方向上移動。
[0082]保持部件102例如形成為柱形。保持部件102例如由碳的多晶體或由將碳燒制而成的燒結體構成。保持部件102能夠以可旋轉在貫穿保持部件102的平面形狀的中心部而沿著上下方向延伸的軸周圍的方式，固定在移動裝置105上。即，保持構件102也可以自轉。
[0083]溶液104儲存在坩禍103內(nèi)部，并具有為晶種101提供晶錠I原料的功能。溶液104含有與晶錠I相同的材料。即，由于晶錠I是碳化硅晶體，因此溶液104中含有碳和硅。在本實施方式中，溶液104是將碳作為溶質(zhì)而溶解在硅溶劑中的溶液。另外，為了提高碳的溶解度等原因，溶液104也可以含有例如一種或兩種以上的釹(Nd) KTa)、鈧(Sc)、絡(Cr)、錯(Zr)、鎳(Ni)或乾(Y)等金屬材料作為添加材料。
[0084]坩禍103用于容納溶液104。此外，坩禍103還承擔著作為將晶錠I的原料在內(nèi)部融解的容器的功能。坩禍103例如由石墨形成。在本實施方式中，使硅在坩禍103中融解，并使坩禍103的一部分(碳)溶解在融解了的硅中，從而形成溶液104。為了儲存溶液104，坩禍103例如形成為上面形成有開口的凹形。
[0085]在本實施方式中，采用使碳化硅晶錠I生長的溶液法。在溶液法中，通過在使溶液104在晶種101的下表面保持亞穩(wěn)態(tài)(熱力學上，與晶體的析出和熔出達平衡的穩(wěn)定狀態(tài)極其相近的狀態(tài))的狀態(tài)下，降低晶種101的溫度等，由此控制條件使晶體的析出比熔出進行得略快，以使晶體生長在晶種101的下表面。
[0086]坩禍103配置于坩禍容器106的內(nèi)部。坩禍容器106的作用是保持坩禍103。保溫材料107配置在該坩禍容器106和坩禍103之間。該保溫材料107包圍坩禍103的周圍。保溫材料107抑制坩禍103的放熱，使坩禍103內(nèi)部的溫度分布接近均勻。坩禍103能夠以可旋轉在貫穿坩禍103底面中心部而沿著上下方向延伸的軸周圍的方式，配置在坩禍容器106的內(nèi)部。即，坩禍103也可以自轉。
[0087]坩禍容器106配置在腔室108的內(nèi)部。腔室108將晶錠I生長的空間和外部環(huán)境分開。通過具有腔室108，可以減少晶錠I中混入多余的雜質(zhì)。在腔室108的內(nèi)部環(huán)境中充滿非活性氣體。因此，可以使腔室108的內(nèi)部與外部隔離。另外，坩禍容器106可以被支承在腔室108的底面，也可以是坩禍容器106的底面被從該底面貫穿腔室108的底部而向下延伸的支承軸(圖中未顯示)支承。
[0088]腔室108包括使保持部件102通過的通過孔109、用于向腔室108內(nèi)供給氣體的進氣孔110和用于從腔室108內(nèi)排出氣體的排氣孔111。而且，晶體制造裝置100具有用于向腔室108的內(nèi)部供給氣體的氣體供給裝置(圖中未顯示)，通過氣體供給裝置，將氣體從進氣孔110供給腔室108，并從排氣孔111排出。
[0089]腔室108例如形成為圓筒狀。腔室108，例如將直徑150mm以上且100mm以下的圓形下端部作為底面，高度例如設定為500mm以上且2000mm以下。腔室108例如由不銹鋼或絕緣石英等材料形成。作為向腔室108內(nèi)供給的非活性氣體，例如可舉出氬(Ar)或氦(He)等。
[0090]通過加熱裝置112加熱坩禍103，本實施方式的加熱裝置112包括線圈113和交流電源114，例如，通過利用了電磁波的感應加熱方法加熱坩禍103。另外，加熱裝置112也可以采用例如傳遞由碳等發(fā)熱電阻產(chǎn)生的熱量等的其他方式。當采用這種傳熱方式的加熱裝置時，(在坩禍103和保溫材料107之間)配置有發(fā)熱電阻。
[0091]線圈113由導體形成，纏繞在坩禍103的周圍。具體地說，線圈113以圓筒狀包圍坩禍103的方式，配置在腔室108的周圍。具有線圈113的加熱裝置112，具有由線圈113形成的圓筒狀加熱區(qū)域。另外，雖然在本實施方式中線圈113配置在腔室108的周圍，但是線圈113也可以配置在腔室108的內(nèi)側。
[0092]交流電源114用于給線圈113供給交流電。通過電流在線圈113中流動而產(chǎn)生電場，位于電場內(nèi)的坩禍容器106中產(chǎn)生感應電流。通過該感應電流的焦耳熱加熱坩禍容器106。另外，坩禍容器106的熱量經(jīng)保溫材料107傳遞給坩禍103，進而加熱坩禍103。通過調(diào)整交流電的頻率以使感應電流容易流入坩禍容器106，能夠縮短達到坩禍103內(nèi)設定溫度的加熱時間，提尚電源效率。
[0093]在本實施方式中，將交流電源114和移動裝置105與控制裝置115連接而進行控制。即，晶體制造裝置100通過控制裝置115將溶液104的加熱和溫度控制、以及晶種101的裝卸聯(lián)動控制?？刂蒲b置115包括中央運算處理裝置和存儲器等存儲裝置，例如由眾所周知的計算機構成。
[0094]<碳化硅晶錠的制造方法>
[0095]下面，對本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶片2和碳化硅晶錠I的制造方法進行說明。需要說明的是，本發(fā)明并不限定于本實施方式，可在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)施加各種改變、改進等。
[0096]本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶錠的制造方法，具有準備工序、接觸工序、晶體生長工序和分離工序。
[0097](準備工序)
[0098]準備晶體制造裝置100。如上所述，晶體制造裝置100主要包括保持部件102、坩禍103、固定在保持部件102上的晶種1I和坩禍103內(nèi)的溶液104。
[0099]準備晶種101。作為晶種101，使用對由例如升華法或溶液生長法等制造的碳化硅晶體塊進行切割等加工而形成為平板狀的晶種。
[0100]準備保持部件102。接著，將晶種101固定在保持部件102的下面。具體地說，在保持部件102的下表面涂上含碳的粘結材料。然后，在保持部件102的下表面夾著粘結材料而放置晶種101，從而將晶種101固定在保持部件102上。
[0101]準備坩禍103。然后，將硅粒子作為硅原料放入坩禍103內(nèi)，通過將坩禍103加熱至硅的熔點(1420°C)以上，準備溶液104。具體地說，形成坩禍103的碳(溶質(zhì))溶解在液化了的硅(溶劑)內(nèi)，從而可準備溶液104。
[0102](接觸工序)
[0103]使晶種101的下表面與溶液104接觸。通過使保持部件102移動至下方而使晶種101接觸溶液104。另外，雖然在本實施方式中通過使晶種101移動至下方而使晶種101接觸溶液104，但也可以通過使i甘禍103向上方移動而使晶種1I接觸溶液104。
[0104]只要晶種101下表面的至少一部分與溶液104的液面接觸即可。因此，既可以使晶種101的整個下表面與溶液104接觸，也可以浸漬到晶種101的側面或上面的方式與溶液104進行接觸。
[0105](晶體生長工序)
[0106]在通過接觸工序接觸到溶液104的晶種101的下表面，從溶液104生長碳化硅晶體。即，通過使晶種101的下表面與溶液104接觸，在晶種101的下表面與晶種101下表面附近的溶液104之間出現(xiàn)溫度差。而且，通過該溫度差，碳成為過飽和狀態(tài)，可以將溶液104中的碳和硅作為碳化硅晶錠I析出在晶種101的下表面。
[0107]接著，從溶液104中提起晶種101，使晶錠I生長為柱形。另外，通過一邊調(diào)整晶錠I向平面方向和下方的生長速度，一邊逐漸向上拉起晶種101，可以使晶錠I保持恒定的直徑而生長。具體地說，可以將提起晶種1I的速度例如設定為50μπιΛ以上且I δθμπι/h以下。
[0108]碳化硅晶體的生長，例如使作為供體或受體的雜質(zhì)溶解在溶液104內(nèi)的情況下，使晶種101或坩禍103周期性地向反方向旋轉而進行。通過使晶種101或坩禍103周期性地向反方向旋轉，在晶錠I的生長過程中，以從坩禍103的側壁面下降并由坩禍103的底面中央上升的方式，能夠在溶液104中產(chǎn)生周期性流動。結果，向反方向旋轉時，對于所生長的結晶的原料供給量增多，摻入的雜質(zhì)量變小，因此能夠在調(diào)整雜質(zhì)濃度的同時，形成第一結晶層3和第二結晶層4。
[0109]另外，對碳化硅晶體的生長而言，將成為供體或受體的雜質(zhì)作為氣體提供給腔室108內(nèi)的同時，周期性增減供給量而進行。結果，在生長的碳化硅晶體中摻入了供體或受體，可以形成濃度梯度區(qū)域5或顏色梯度區(qū)域8。
[0110]另外，通過調(diào)整晶錠I的生長面與溶液104液面之間形成的彎月面(meniscus)的高度，可以在晶錠I的側面形成多個凹部11和多個凸部12，或者在晶錠I中形成周邊區(qū)域7。
[0111]碳化硅晶體的生長也可以在晶種101的下表面形成第一結晶層3的方式進行。通過在晶種101的下表面形成晶格常數(shù)小的第一結晶層3，可以減小生長的碳化硅晶體與晶種101之間的形變。結果，可以減少由于生長的碳化硅晶體與晶種101之間的形變引起的轉移的發(fā)生，提尚晶徒I的品質(zhì)。
[0112]溶液104的溫度例如可設定為1400°C以上且2000°C以下。溶液104的溫度有波動時，作為溶液104的溫度，例如可以采用在規(guī)定時間內(nèi)多次測定溫度的平均值。作為溶液104的溫度的測定方法，例如可以采用利用熱電偶直接測定的方法，或者利用輻射溫度計間接測定的方法等。
[0113]另外，在本實施方式的晶體生長工序中，使晶種101或坩禍103旋轉，但也可以通過周期性改變導入氣體的種類，周期性改變供體或受體的分壓比，從而形成第一結晶層3和第二結晶層4。另外，也可以通過上述方法形成濃度梯度區(qū)域5或顏色梯度區(qū)域8。
[0114]另外，在晶體生長工序中，也可以通過周期性改變晶錠I的生長面與溶液104的液面之間形成的彎月面的高度，周期性改變晶錠I的生長速度，由此形成第一結晶層3和第二結晶層4、或者濃度梯度區(qū)域5或顏色梯度區(qū)域8。
[0115]另外，在晶體生長工序中，也可以通過周期性改變坩禍103和線圈113或保溫材料107之間的位置，來改變供體或受體在溶液104中的溶解度，從而形成第一結晶層3和第二結晶層4、或者濃度梯度區(qū)域5或顏色梯度區(qū)域8。
[0116](分離工序)
[0117]碳化硅晶體生長后，使生長的碳化硅晶錠I與溶液104分離，結束晶體生長。然后，將生長的碳化硅晶錠I從晶種101切割而分離。由此能夠制造出晶錠I。
[0118]<碳化硅晶片的制造方法>
[0119]下面，對本發(fā)明一實施方式中的碳化硅晶片2的制造方法進行說明。需要說明的是，本發(fā)明并不限定于本實施方式，可在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)施加各種改變、改進等。
[0120]通過切割由上述制造工序制得的碳化硅晶錠I，制造出碳化硅晶片2。具體地說，通過將晶錠I切成包含第一結晶層3和第二結晶層4的圓片而制成碳化硅晶片2。即，通過相對于長度方向(結晶生長的方向)垂直地切割晶錠I，制造出含有第一結晶層3和第二結晶層4的碳化硅晶片2。另外，通過適當調(diào)整晶錠I的切割位置，可以調(diào)整晶片2內(nèi)供體或受體的濃度分布或顏色變化。
[0121]也可以通過切斷第二結晶層4來進行晶錠I的切割。在這種情況下，由于第二結晶層4的含有物質(zhì)比第一結晶層3多，容易降低晶體的強度，因此晶錠I變得更容易切斷。
[0122]附圖標記的說明
[0123]I 晶錠
[0124]2 晶片
[0125]3 第一結晶層
[0126]4 第二結晶層
[0127]5 濃度梯度區(qū)域
[0128]6 中央?yún)^(qū)域
[0129]7 周邊區(qū)域
[0130]8 顏色梯度區(qū)域
[0131]9 第I主表面
[0132]10第2主表面
[0133]11 凹部
[0134]12 凸部
[0135]100晶體制造裝置
[0136]101 晶種
[0137]102保持部件
[0138]103 坩禍
[0139]104 溶液
[0140]105移動裝置
[0141]106坩禍容器
[0142]107保溫材料
[0143]108 腔室
[0144]109通過孔
[0145]HO進氣孔
[0146]111排氣孔
[0147]112加熱裝置
[0148]113線圈
[0149]114交流電源
[0150]115控制裝置
【主權項】
1.一種碳化硅晶錠，其中， 包括分別含有供體或受體、且交替配置的多個第一結晶層和多個第二結晶層， 該第二結晶層中所述供體或所述受體的濃度，大于與該第二結晶層的上部或下部相接的第一結晶層中的所述供體或所述受體的濃度。2.如權利要求1所述的碳化硅晶錠，其中， 還具有濃度梯度區(qū)域，在該濃度梯度區(qū)域中，所述多個第一結晶層和所述多個第二結晶層的所述供體或所述受體的濃度，隨著該結晶層的各自位置向結晶生長方向推進而增大。3.如權利要求2所述的碳化硅晶錠，其中， 在結晶生長方向上連續(xù)具有多個所述濃度梯度區(qū)域。4.如權利要求3所述的碳化硅晶錠，其中， 直徑隨著向結晶生長方向推進而增加，在直徑增加的周邊區(qū)域中，多個所述第一結晶層和多個所述第二結晶層相對于中央?yún)^(qū)域中的結晶生長方向傾斜而配置。5.如權利要求4所述的碳化硅晶錠，其中， 所述周邊區(qū)域中的所述多個第一結晶層和所述多個第二結晶層的所述供體或所述受體的濃度，低于內(nèi)側的所述第一結晶層和所述第二結晶層的所述供體或所述受體的濃度。6.如權利要求1?5中任一項所述的碳化硅晶錠，其中， 所述第一結晶層和所述第二結晶層的厚度分別為3?300μπι。7.如權利要求2?5中任一項所述的碳化硅晶錠，其中， 所述濃度梯度區(qū)域在結晶生長方向上的厚度為500?900μπι。8.—種碳化硅晶片，其中， 包括分別含有供體或受體、且交替配置的多個第一結晶層和多個第二結晶層， 該第二結晶層中的所述供體或所述受體的濃度，大于與該第二結晶層的上部或下部相接的所述第一結晶層中所述供體或所述受體的濃度。9.如權利要求8所述的碳化硅晶片，其中， 所述第一結晶層的電導率低于所述第二結晶層的電導率。10.如權利要求8所述的碳化硅晶片，其中， 第I主表面?zhèn)鹊乃龅谝唤Y晶層和所述第二結晶層中所述供體或所述受體的濃度，大于第2主表面?zhèn)鹊乃龅谝唤Y晶層和所述第二結晶層中所述供體或所述受體的濃度。11.如權利要求10所述的碳化硅晶片，其中， 所述多個第一結晶層和所述多個第二結晶層中所述供體或所述受體的濃度，隨著該結晶層的位置與所述第I主表面接近而升高。12.如權利要求8所述的碳化硅晶片，其中， 所述第I主表面?zhèn)群退龅?主表面?zhèn)鹊乃龅谝唤Y晶層和所述第二結晶層中所述供體或所述受體的濃度，低于厚度方向途中的所述第一結晶層和所述第二結晶層中所述供體或所述受體的濃度。13.—種碳化硅晶錠，其中， 具有在晶體生長方向上交替配置的多個第一結晶層和多個第二結晶層， 該第二結晶層的顏色比與該第二結晶層的上部或下部相接的所述第一結晶層的顏色深。14.如權利要求13所述的碳化硅晶錠，其中， 具有顏色梯度區(qū)域，在該顏色梯度區(qū)域中，所述多個第一結晶層和所述多個第二結晶層的顏色分別隨著該結晶層的位置向結晶生長方向推進而變深。15.如權利要求14所述的碳化硅晶錠，其中， 在結晶生長方向上連續(xù)具有多個所述顏色梯度區(qū)域。16.如權利要求13所述的碳化硅晶錠，其中， 直徑隨著向結晶生長方向推進而增加，在直徑增加的周邊區(qū)域中，多個所述第一結晶層和多個所述第二結晶層相對于中央?yún)^(qū)域中結晶生長方向傾斜而配置。17.如權利要求16所述的碳化硅晶錠，其中， 所述周邊區(qū)域中的所述多個第一結晶層和所述多個第二結晶層的顏色，比內(nèi)側的所述第一結晶層和所述第二結晶層的顏色淺。18.如權利要求13?17中任一項所述的碳化硅晶錠，其中， 所述第一結晶層和所述第二結晶層的厚度分別為3?300μπι。19.如權利要求14?17中任一項所述的碳化硅晶錠，其中， 所述顏色梯度區(qū)域在結晶生長方向上的厚度為500?900μπι。20.—種碳化娃晶片，其中， 具有交替配置的多個第一結晶層和多個第二結晶層， 該第二結晶層的顏色比與該第二結晶層的上部或下部相接的所述第一結晶層的顏色深。21.如權利要求20所述的碳化硅晶片，其中， 第I主表面?zhèn)鹊乃龅谝唤Y晶層和所述第二結晶層的顏色，分別比第2主表面?zhèn)鹊乃龅谝唤Y晶層和所述第二結晶層的顏色深。22.如權利要求21所述的碳化硅晶片，其中， 所述多個第一結晶層和所述多個第二結晶層的顏色分別隨著該結晶層的位置接近第I主表面而變深。23.如權利要求20所述的碳化硅晶片，其中， 所述多個第一結晶層和所述多個第二結晶層的顏色分別隨著該結晶層的位置由第2主表面向第I主表面靠近而變深，在途中突然變淺，隨著接近第I主表面再變深。24.如權利要求20?23中任一項所述的碳化硅晶片，其中， 所述第一結晶層和所述第二結晶層的厚度分別為3?300μπι。
【文檔編號】C30B29/36GK105940149SQ201580006861
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年2月27日
【發(fā)明人】堂本千秋, 正木克明, 柴田和也, 山口恵彥, 上山大輔
【申請人】京瓷株式會社