[发明专利]碳化硅单晶晶片的内应力评价方法和碳化硅单晶晶片的翘曲预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶晶片的内应力的评价方法、以及碳化硅单晶晶片的翘曲的预测方法。

背景技术

碳化硅(SiC)是具有2.2～3.3eV的宽的禁带宽度的宽带隙半导体，因其优异的物理、化学特性，正在作为耐环境性半导体材料进行研究开发。特别是近年来，SiC作为面向从蓝色到紫外的短波长光器件、高频电子器件、高耐电压·高输出电子器件的材料受到关注，研究开发变得活跃。但是，SiC难以制造出优质的大口径单晶，迄今为止妨碍了SiC器件的实用化。

以往，在研究室程度的规模下，利用例如升华再结晶法(Lely法)得到了能够制作半导体元件的尺寸的SiC单晶。但是，用该方法得到的单晶的面积小，其尺寸、形状、进而晶体多型(多型)、杂质载流子浓度的控制都不容易。另一方面，也曾进行了下述工作，即，通过使用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition：CVD)在硅(Si)等的异种基板上进行异质外延生长来使立方晶的SiC单晶生长出来。该方法能够得到大面积的单晶，但是由于SiC与Si的晶格失配度约有20％等等，只能生长出包含很多缺陷(约10⁷/cm²)的SiC单晶，不能得到高品质的SiC单晶。

因此，为了解决这些问题，曾提出了使用SiC单晶晶片作为晶种来进行升华再结晶的改良型的Lely法(参照非专利文献1)。如果使用该改良Lely法，就能够一边控制SiC单晶的晶体多型(6H型、4H型、15R型等)、形状、载流子类型以及浓度一边使SiC单晶生长。再者，作为SiC存在200 种以上的晶体多型体(多型体)，但从晶体的生产率和电子器件性能方面出发最优选4H多型体，被商业生产的SiC单晶大多为4H型。另外，关于导电性，从氮作为掺杂物容易操作处理的方面出发，大部分情况是单晶锭以n型导电性被育成。但是，在通信器件用途中，也制造出几乎不含有掺杂元素的、电阻率高的晶体。

为了将SiC单晶锭作为半导体器件制造用SiC晶片使用，需要将利用上述的改良Lely法等方法制造的SiC单晶锭，经过主要包含切割和研磨的工序来加工成晶片状。即，利用线锯(wire saw)切割等的方法切割以使得期望的晶面露出的、薄板状的SiC单晶晶片，通过与对硅等等的其他的一般的半导体材料进行的方法大致同样的研磨工艺来镜面研磨加工，使用这样制造的SiC单晶晶片来制造各种电子器件。

现在，从利用改良Lely法制作的SiC单晶切出口径51mm(2英寸)至100mm的SiC单晶晶片，供电力电子领域等的器件制作用。进而还报告了150mm晶片的成功开发(参照非专利文献2)，正在实现使用了100mm或150mm晶片的器件的正式商业生产。

但是，一般地，表现为所谓的“翘曲”的晶片的平坦度，在器件工序上非常被重视。原因是平坦度差、即翘曲大的晶片，在曝光过程(光刻过程)中，晶片面内的一部分偏离焦点，未形成明确的掩模像。该焦点偏离的现象，理所当然地，电路越微细，影响越大。

在这里，如果能够在研磨工序完成之前预测研磨后的制品晶片的翘曲，则能够实现以下的工序选择，即，根据翘曲值按用途挑选来研磨晶片(大多情况是研磨规范根据器件种类而不同。)；从翘曲的大小就已知不能够进行制品化的晶片不投入到研磨工序；或者，实施高温的退火处理，按位错密度面向所允许的用途来分配；等等。这在将晶片高效地制品化的同时，省去了无用的高价格的研磨工序，也降低了成本，因此在工业上意义非常重大。

SiC单晶晶片的翘曲，一般由3个要素决定。它们是：(i)晶体的内应力，(ii)切割的精度和晶片表面和背面的加工残余应变，(iii)研磨工序中 的表面和背面的残余应变的除去和其过程。(i)由结晶生长的条件和其后的热处理决定。(ii)由线锯的钢丝、刀片的运动精度以及在切割过程中对表面赋予的加工应变决定。由(iii)引起的翘曲的变化一般被称为泰曼(Twyman)效应，晶片以应变大的面变为凸的方式翘曲。也就是说，根据生长条件、以及切割工序和研磨工序的精度和/或其内容，晶片的翘曲在行程中经历不同的过程，成为最终的研磨完成后的制品晶片的翘曲，研磨工序内的晶片的翘曲的大小、和最终的研磨完成了的晶片的翘曲的大小，岂止是数值不一致，在工序内的翘曲的变化倾向也是不一样的，以往没有在研磨完成前预测晶片的翘曲的技术。