碳化硅半導(dǎo)體襯底及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種碳化娃半導(dǎo)體襯底和制造該碳化娃半導(dǎo)體襯底的方法，尤其是，涉及一種能抑制裂縫產(chǎn)生的碳化硅半導(dǎo)體襯底，和制造該碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，為了獲得半導(dǎo)體器件諸如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的高擊穿電壓、低損耗、在高溫環(huán)境下使用等，已經(jīng)開始采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件的材料。碳化硅是一種比硅的帶隙寬的寬帶隙半導(dǎo)體，其已經(jīng)常規(guī)廣泛用于半導(dǎo)體器件的材料。因此，通過采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件的材料，該半導(dǎo)體器件能夠具有高擊穿電壓、降低的導(dǎo)通電阻等。此外，即使在高溫度環(huán)境下，與采用硅作為其材料的半導(dǎo)體器件相比，采用碳化硅作為其材料的半導(dǎo)體器件具有性能惡化小的優(yōu)勢(shì)。
[0003]例如，日本專利公開N0.2012-214376 (專利文獻(xiàn)I)描述了一種制造碳化硅晶片的方法，其中該碳化娃晶片具有小于5μηι的畸變、小于5μηι的翹曲、小于2.Ομπι的整個(gè)厚度波動(dòng)和75mm的直徑。根據(jù)該制造碳化硅晶片的方法，將碳化硅晶錠切成晶片形式，然后在將研磨向下力限制為小于使晶片彎曲的研磨向下力的同時(shí)研磨該碳化硅晶片。
[0004]引用列表
[0005]PTD 1:日本專利公開N0.2012-214376

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]然而，近年來(lái)，在使用碳化硅半導(dǎo)體襯底制造碳化硅半導(dǎo)體器件的過程中，在碳化硅半導(dǎo)體襯底中會(huì)頻繁產(chǎn)生裂縫。例如，當(dāng)通過靜電吸盤法保持碳化硅半導(dǎo)體襯底時(shí)，在注入雜質(zhì)摻雜劑的離子注入步驟、用于形成氧化膜和氮化膜的CVD裝置、形成金屬膜的濺射步驟和執(zhí)行電極的燒結(jié)、活化退火和合金退火的熱處理步驟中，會(huì)在碳化硅半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生裂縫。
[0008]如日本專利公開N0.2012-214376所述，當(dāng)碳化硅半導(dǎo)體襯底的直徑為大約75mm時(shí)，在碳化娃半導(dǎo)體襯底中不大可能產(chǎn)生裂縫。然而，例如，在最大直徑為約大于10mm的碳化硅半導(dǎo)體襯底中會(huì)頻繁地產(chǎn)生裂縫，因此需要抑制碳化硅半導(dǎo)體襯底產(chǎn)生裂縫。
[0009]為了解決上述問題，做出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供能抑制裂縫產(chǎn)生的碳化硅半導(dǎo)體襯底，和制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法。
[0010]問題的解決方案
[0011]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體襯底包括第一主表面和與第一主表面相反的第二主表面。第一主表面具有大于10mm的最大直徑，碳化娃半導(dǎo)體襯底具有不大于700μηι的厚度。在從第一主表面的外周端部分朝向第一主表面的中心的5mm以內(nèi)的區(qū)域中，在具有Imm2的面積的任意區(qū)域處，位錯(cuò)密度為不大于500/mm2。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法包括以下步驟。準(zhǔn)備碳化硅半導(dǎo)體襯底，該碳化硅半導(dǎo)體襯底具有第一主表面和與第一主表面相反的第二主表面，第一主表面具有大于10mm的最大直徑，碳化娃半導(dǎo)體襯底具有不大于700μηι的厚度。去除碳化娃半導(dǎo)體襯底的周邊部分。在去除周邊部分的步驟中，去除周邊部分，使得去除周邊部分之前的碳化硅半導(dǎo)體襯底的第一主表面的第一中心的位置與去除周邊部分之后的碳化硅半導(dǎo)體襯底的第一主表面的第二中心的位置不匹配，并使得第二中心在第一主表面中位于下述區(qū)域處，所述區(qū)域是相對(duì)于將從第一中心看時(shí)穿過第一中心且平行于〈1-100〉方向的直線投影到第一主表面上得到的直線在15°以內(nèi)的區(qū)域。
[0013]本發(fā)明的有利效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能抑制裂縫產(chǎn)生的碳化硅半導(dǎo)體襯底，和制造該碳化娃半導(dǎo)體襯底的方法。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)的示意平面圖。
[0016]圖2是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖。
[0017]圖3是圖2的區(qū)域III的放大視圖。
[0018]圖4是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底的第一變形的結(jié)構(gòu)的示意平面圖。
[0019]圖5是示意性示出產(chǎn)生在碳化硅半導(dǎo)體襯底的第一主表面中的晶體瑕疵的第一示例的示意平面圖。
[0020]圖6是示意性示出產(chǎn)生在碳化硅半導(dǎo)體襯底的第一主表面中的晶體瑕疵的第二示例的示意平面圖。
[0021]圖7是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底的第二變形的結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖。
[0022]圖8是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第一步驟的示意橫截面圖。
[0023]圖9是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第二步驟的示意橫截面圖。
[0024]圖10是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第三步驟的示意橫截面圖。
[0025]圖11是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第四步驟的示意橫截面圖。
[0026]圖12是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第五步驟的示意橫截面圖。
[0027]圖13是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第六步驟的示意平面圖。
[0028]圖14是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第六步驟的示意橫截面圖。
[0029]圖15是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第七步驟的示意平面圖。
[0030]圖16是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第七步驟的部分示意放大平面圖。
[0031]圖17是示意性示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的第七步驟的部分示意放大橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032][本申請(qǐng)的發(fā)明實(shí)施例的描述]
[0033]下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)該注意，在下面提到的附圖中，相同或?qū)?yīng)部分指定相同的參考符號(hào)且不再重復(fù)描述。關(guān)于本說(shuō)明書中的晶體學(xué)表示，單個(gè)取向用[]表示，集合取向用〈> 表示，單個(gè)平面用()表示，以及集合平面用U表示。另外，假定晶體學(xué)負(fù)指數(shù)用數(shù)字上方加有(杠)表示，但在本說(shuō)明書中用在數(shù)字前面放置負(fù)號(hào)表示。對(duì)于角的描述，采用全方位角是360°的系統(tǒng)。
[0034]作為對(duì)抑制碳化硅半導(dǎo)體襯底中裂縫的產(chǎn)生的方法的勤奮研究的結(jié)果，本發(fā)明人獲得了下面的知識(shí)并做出本發(fā)明。
[0035]近年來(lái)，碳化硅半導(dǎo)體襯底往往具有更大直徑的表面并具有更小的厚度。當(dāng)表面直徑變得較大且厚度變得較小時(shí)，碳化硅半導(dǎo)體襯底更可能裂縫。當(dāng)碳化硅半導(dǎo)體襯底具有最大直徑為大于10mm的表面且具有不大于700μηι的厚度時(shí)，在碳化娃半導(dǎo)體襯底中會(huì)顯著產(chǎn)生裂縫。
[0036]調(diào)查顯示，碳化娃半導(dǎo)體襯底的裂縫產(chǎn)生與從碳化娃半導(dǎo)體襯底的外周端部分朝向第一主表面的中心的某一距離內(nèi)的區(qū)域的位錯(cuò)密度有關(guān)。更詳細(xì)研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在具有最大直徑為大于10mm的第一主表面的且具有不大于700μηι厚度的碳化娃半導(dǎo)體襯底中，通過在從第一主表面的外周端部分朝向第一主表面的中心的5mm以內(nèi)的區(qū)域中，在具有Imm2的面積的任意區(qū)域處，提供不大于500/mm2的位錯(cuò)密度，能夠有效地抑制裂縫產(chǎn)生。
[0037]此外，在由碳化硅單晶形成的襯底中，與疊層缺陷產(chǎn)生在〈11-20〉方向上相比，具有疊層缺陷更頻繁產(chǎn)生在〈1-100〉方向上的特性。在大塊晶體生長(zhǎng)面中，具有生長(zhǎng)表面的偏離角隨著C小平面的距離變大而變大的特性。當(dāng)偏離角變大時(shí)，很可能會(huì)發(fā)生步驟聚束。隨著步驟聚束變大，更可能發(fā)生從穿透位錯(cuò)到基面位錯(cuò)的轉(zhuǎn)換。從穿透位錯(cuò)到基面位錯(cuò)的轉(zhuǎn)換是碳化硅的一種內(nèi)在瑕疵產(chǎn)生現(xiàn)象。在〈I 1-20〉方向和〈1-100〉方向之間比較時(shí)，步驟聚束更可能發(fā)生在〈1-100〉方向。因此，從穿透位錯(cuò)到基面位錯(cuò)的轉(zhuǎn)換尤其更可能發(fā)生在從〈
1-100〉方向的小平面起具有大距離的區(qū)域中。在這里，考慮到由于從基面位錯(cuò)到疊層缺陷的擴(kuò)展由冷卻等期間的畸變產(chǎn)生，所以疊層缺陷尤其可能產(chǎn)生在〈1-100〉方向。
[0038](I)根據(jù)實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底10包括第一主表面1a和與第一主表面1a相反的第二主表面10b。第一主表面1a具有大于10mm的最大直徑，且碳化娃半導(dǎo)體襯底10具有不大于700μηι的厚度。在從第一主表面1a的外周端部分1c朝向第一主表面I Oa的中心O的5_以內(nèi)的區(qū)域中，在具有Imm2的面積的任意區(qū)域處，位錯(cuò)密度為不大于500/mm2。因此，能夠抑制裂縫產(chǎn)生在碳化硅半導(dǎo)體襯底中。結(jié)果，能夠以工業(yè)地充足的產(chǎn)量使用該碳化硅半導(dǎo)體襯底制造碳化硅半導(dǎo)體元件。
[0039](2)優(yōu)選地，在根據(jù)(I)的碳化硅半導(dǎo)體襯底10中，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)晶粒邊界和一個(gè)或多個(gè)位錯(cuò)陣列中的至少任一個(gè)存在于從第一主表面1a的外周端部分1c朝向第一主表面1a的中心的Imm的區(qū)域中時(shí)，在從第一主表面1a的外周端部分1c朝向第一主表面1a的中心O的5_以內(nèi)的區(qū)域中，在具有Imm2的面積的任意區(qū)域處，位錯(cuò)密度為不大于200/mm2。當(dāng)晶粒邊界和位錯(cuò)陣列都不存在于從第一主表面1a的外周端部分1c朝向第一主表面1a的中心O的Imm的區(qū)域中時(shí)，在從第一主表面1a的外周端部分1c朝向第一主表面1a的中心O的5mm以內(nèi)的區(qū)域中，在具有Imm2的面積的任意區(qū)域處，位錯(cuò)密度為不大于500/mm2。
[0040]針對(duì)更詳細(xì)地研究，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)晶粒邊界和一個(gè)或多個(gè)位錯(cuò)陣列中的至少任一個(gè)存在于從第一主表面1a的外周端部分1c朝向第一主表面1a的中心O的Imm的區(qū)域中時(shí)，與晶粒邊界和位錯(cuò)陣列都不存在于該區(qū)域中的情況相比，碳化硅半導(dǎo)體襯底10更可能發(fā)生裂縫。因此，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)晶粒邊界和一個(gè)或多個(gè)位錯(cuò)陣列中的至少任一個(gè)存在于從第一主表面1a的外周端部分1c朝向第一主表面1a的中心O的Imm的區(qū)域中時(shí)，通過在從第一主表面1a的外周端部分1c朝向第一主表面1a的中心O的5mm以內(nèi)的區(qū)域中，在具有Imm2的面積的任意區(qū)域處，提供不大于200/mm2的位錯(cuò)密度，能夠有效地抑制碳化硅半導(dǎo)體襯底中的裂縫。
[OO41 ] (3)優(yōu)選地，在根據(jù)(I)的碳化娃半導(dǎo)體襯底1中，在從第一主表面I Oa的外周