[發(fā)明專利]碳化硅單晶晶片的內(nèi)應(yīng)力評(píng)價(jià)方法和碳化硅單晶晶片的翹曲預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480051759.0
• 申請(qǐng)日: 2014-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN105556649B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小島清;中林正史;下村光太;永畑幸雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新日鐵住金高新材料株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/66
• 分類號(hào): H01L21/66;C30B23/06;C30B29/36
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所11247
• 代理人: 劉航,段承恩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅單晶晶片的內(nèi)應(yīng)力的評(píng)價(jià)方法、以及碳化硅單晶晶片的翹曲的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

碳化硅(SiC)是具有2.2～3.3eV的寬的禁帶寬度的寬帶隙半導(dǎo)體，因其優(yōu)異的物理、化學(xué)特性，正在作為耐環(huán)境性半導(dǎo)體材料進(jìn)行研究開發(fā)。特別是近年來，SiC作為面向從藍(lán)色到紫外的短波長光器件、高頻電子器件、高耐電壓·高輸出電子器件的材料受到關(guān)注，研究開發(fā)變得活躍。但是，SiC難以制造出優(yōu)質(zhì)的大口徑單晶，迄今為止妨礙了SiC器件的實(shí)用化。

以往，在研究室程度的規(guī)模下，利用例如升華再結(jié)晶法(Lely法)得到了能夠制作半導(dǎo)體元件的尺寸的SiC單晶。但是，用該方法得到的單晶的面積小，其尺寸、形狀、進(jìn)而晶體多型(多型)、雜質(zhì)載流子濃度的控制都不容易。另一方面，也曾進(jìn)行了下述工作，即，通過使用化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition：CVD)在硅(Si)等的異種基板上進(jìn)行異質(zhì)外延生長來使立方晶的SiC單晶生長出來。該方法能夠得到大面積的單晶，但是由于SiC與Si的晶格失配度約有20％等等，只能生長出包含很多缺陷(約10⁷/cm²)的SiC單晶，不能得到高品質(zhì)的SiC單晶。

因此，為了解決這些問題，曾提出了使用SiC單晶晶片作為晶種來進(jìn)行升華再結(jié)晶的改良型的Lely法(參照非專利文獻(xiàn)1)。如果使用該改良Lely法，就能夠一邊控制SiC單晶的晶體多型(6H型、4H型、15R型等)、形狀、載流子類型以及濃度一邊使SiC單晶生長。再者，作為SiC存在200 種以上的晶體多型體(多型體)，但從晶體的生產(chǎn)率和電子器件性能方面出發(fā)最優(yōu)選4H多型體，被商業(yè)生產(chǎn)的SiC單晶大多為4H型。另外，關(guān)于導(dǎo)電性，從氮作為摻雜物容易操作處理的方面出發(fā)，大部分情況是單晶錠以n型導(dǎo)電性被育成。但是，在通信器件用途中，也制造出幾乎不含有摻雜元素的、電阻率高的晶體。

為了將SiC單晶錠作為半導(dǎo)體器件制造用SiC晶片使用，需要將利用上述的改良Lely法等方法制造的SiC單晶錠，經(jīng)過主要包含切割和研磨的工序來加工成晶片狀。即，利用線鋸(wire saw)切割等的方法切割以使得期望的晶面露出的、薄板狀的SiC單晶晶片，通過與對(duì)硅等等的其他的一般的半導(dǎo)體材料進(jìn)行的方法大致同樣的研磨工藝來鏡面研磨加工，使用這樣制造的SiC單晶晶片來制造各種電子器件。

現(xiàn)在，從利用改良Lely法制作的SiC單晶切出口徑51mm(2英寸)至100mm的SiC單晶晶片，供電力電子領(lǐng)域等的器件制作用。進(jìn)而還報(bào)告了150mm晶片的成功開發(fā)(參照非專利文獻(xiàn)2)，正在實(shí)現(xiàn)使用了100mm或150mm晶片的器件的正式商業(yè)生產(chǎn)。

但是，一般地，表現(xiàn)為所謂的“翹曲”的晶片的平坦度，在器件工序上非常被重視。原因是平坦度差、即翹曲大的晶片，在曝光過程(光刻過程)中，晶片面內(nèi)的一部分偏離焦點(diǎn)，未形成明確的掩模像。該焦點(diǎn)偏離的現(xiàn)象，理所當(dāng)然地，電路越微細(xì)，影響越大。

在這里，如果能夠在研磨工序完成之前預(yù)測(cè)研磨后的制品晶片的翹曲，則能夠?qū)崿F(xiàn)以下的工序選擇，即，根據(jù)翹曲值按用途挑選來研磨晶片(大多情況是研磨規(guī)范根據(jù)器件種類而不同。)；從翹曲的大小就已知不能夠進(jìn)行制品化的晶片不投入到研磨工序；或者，實(shí)施高溫的退火處理，按位錯(cuò)密度面向所允許的用途來分配；等等。這在將晶片高效地制品化的同時(shí)，省去了無用的高價(jià)格的研磨工序，也降低了成本，因此在工業(yè)上意義非常重大。

SiC單晶晶片的翹曲，一般由3個(gè)要素決定。它們是：(i)晶體的內(nèi)應(yīng)力，(ii)切割的精度和晶片表面和背面的加工殘余應(yīng)變，(iii)研磨工序中 的表面和背面的殘余應(yīng)變的除去和其過程。(i)由結(jié)晶生長的條件和其后的熱處理決定。(ii)由線鋸的鋼絲、刀片的運(yùn)動(dòng)精度以及在切割過程中對(duì)表面賦予的加工應(yīng)變決定。由(iii)引起的翹曲的變化一般被稱為泰曼(Twyman)效應(yīng)，晶片以應(yīng)變大的面變?yōu)橥沟姆绞铰N曲。也就是說，根據(jù)生長條件、以及切割工序和研磨工序的精度和/或其內(nèi)容，晶片的翹曲在行程中經(jīng)歷不同的過程，成為最終的研磨完成后的制品晶片的翹曲，研磨工序內(nèi)的晶片的翹曲的大小、和最終的研磨完成了的晶片的翹曲的大小，豈止是數(shù)值不一致，在工序內(nèi)的翹曲的變化傾向也是不一樣的，以往沒有在研磨完成前預(yù)測(cè)晶片的翹曲的技術(shù)。