(57)【要約】      （修正有）【課題】面取り炭化ケイ素基板と面取り方法の提供。【解決手段】炭化ケイ素基板は、主面１０２の法線ベクトルが、基板の基底格子面１０６の法線ベクトルに対する傾斜角度を含むような配向である主面１０２と、面取り周囲領域１１０の表面が、主面１０２に対するベベル角度を含む、面取り周囲領域１１０とを備え、周囲領域の７５％超において、面取り周囲領域１１０の法線ベクトルと、基底格子面１０６の法線ベクトルとの差異が、主面１０２の法線ベクトルと基板の基底格子面１０６の法線ベクトルとの差異よりも少なくなるように、ベベル角度を選択した面取り炭化ケイ素基板と面取り方法。【選択図】図１
2020002003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に単結晶である炭化ケイ素基板であって、
主面（１０２）であって、前記主面（１０２）の配向は、前記主面（１０２）の法線ベクトル
【数１】
2020002003.tif 000033
が、前記基板の基底格子面（１０６）の法線ベクトル
【数２】
2020002003.tif 000034
に対する傾斜角度を含むような配向である、主面（１０２）と、
面取り周囲領域（１１０）であって、前記面取り周囲領域の表面が、前記主面に対するベベル角度を含む、面取り周囲領域（１１０）と
を備え、
前記周囲領域の７５％超において、前記面取り周囲領域（１１０）の法線ベクトル
【数３】
2020002003.tif 000035
と、前記基底格子面の前記法線ベクトルとの差異が、前記主面の法線ベクトルと前記基板の前記基底格子面の前記法線ベクトルとの差異よりも少なくなるように、前記ベベル角度が選択される、炭化ケイ素基板。
【請求項２】
前記主面の前記法線ベクトルと前記基板の前記基底格子面の前記法線ベクトルとの差異が、前記面取り周囲領域に隣接したロケーション（１２４）において測定される、請求項１に記載の炭化ケイ素基板。
【請求項３】
前記面取り周囲領域（１１０）が、前記基板の周囲の少なくとも９５％周りに配置される、請求項１または２に記載の炭化ケイ素基板。
【請求項４】
前記基板が、前記面取り周囲領域の少なくとも８０％上に、１０ｎｍ以下の表面粗さを有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素基板。
【請求項５】
前記基板が、４Ｈおよび６Ｈを含むグループから選択されるポリタイプを有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の炭化ケイ素基板。
【請求項６】
前記傾斜角度が、０．５°〜８°の範囲にある、請求項１から５のいずれか１項に記載の炭化ケイ素基板。
【請求項７】
前記基板が、少なくとも２００μｍであり、かつ１０００μｍ以下の厚さを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の炭化ケイ素基板。
【請求項８】
前記基板が、少なくとも１５０±０．２ｍｍの直径、および／または３５０±２５μｍの厚さを有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の炭化ケイ素基板。
【請求項９】
本質的に単結晶の炭化ケイ素基板を、面取り周囲領域の表面が前記基板の主面に対するベベル角度を含むように、面取りする方法であって、
前記基板の前記主面に対する、前記基板の基底格子面の配向を測定するステップと、
前記周囲領域の７５％超において、前記面取り周囲領域の法線ベクトルと、前記基底格子面の法線ベクトルとの差異が、前記主面の法線ベクトルと前記基板の前記基底格子面の前記法線ベクトルとの差異よりも少なくなるように、前記ベベル角度を決定するステップと、
前記決定されたベベル角度を有する面取り周囲領域を形成するように、前記基板を加工するステップと
を含む方法。
【請求項１０】
前記基板の前記主面に対する、前記基板の前記基底格子面の配向が、面取りされるべき前記周囲領域に隣接した少なくとも１つのロケーションで測定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板を加工する前記ステップが、研削するステップ、および／またはレーザ切断するステップを含む、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記配向を測定する前記ステップが、
Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定デバイスを使用して、少なくとも１つのロケーションにおける傾斜角度の絶対値を測定するステップと、
前記測定した傾斜角度の最小値を判定するステップと
を含み、
前記ベベル角度が、前記最小値より０．５°小さい値に設定される、請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板が、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定デバイスに機械的に接続された研削ヘッドを使用して加工される、請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記傾斜角度が、前記基板の周囲周りの複数のロケーションで測定され、前記ベベル角度が、前記測定された傾斜角度に応じて、前記基板の前記周囲周りで変えられる、請求項９から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記炭化ケイ素基板が、ケイ素側および炭素側を備え、前記決定されたベベル角度を有する前記面取り周囲領域が、前記基板の前記ケイ素側のみに配置される、請求項９から１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本質的に単結晶である面取り炭化ケイ素基板、およびこれに対応した炭化ケイ素基板を面取りする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素は、その突出した物理的、化学的、および電気的な特性により、とりわけ、パワーエレクトロニクスの半導体構成要素向け、高周波構成要素向け、および様々な特殊発光半導体構成要素向けの半導体基板材料として使用される。これらの製品の基礎として、理想的には純粋で欠陥のない品質を有するバルクＳｉＣ結晶が必要とされる。
【０００３】
当技術分野では知られているように、バルクＳｉＣ結晶は、一般的に物理蒸着技法によって、特にたとえば米国特許第８，８６５，３２４Ｂ２号明細書に示されるような昇華法を用いて生成される。この工程には２０００℃超の温度が必要である。物理蒸気輸送（ＰＶＴ：ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）は、本質的には昇華および再凝結の工程であり、この工程では、原材料および種結晶が、種の温度よりも原材料の温度の方が高くなるように成長炉の内側に配置され、それにより原材料が昇華し、蒸気種が発散し、種に堆積して単結晶が形成される。
【０００４】
ウエハ形状の基板を生成するために、バルクＳｉＣ結晶が、たとえばダイヤモンドワイヤソーによってスライスされる。表面は、その後の多段階の研磨ステップによって精製される。これらの工程ステップ中に基板を機械的に安定化させるために、基板の縁は通常、機械的に処理される。電子構成要素を作製するため、研磨された基板上に、薄い単結晶の層（たとえばＳｉＣまたはＧａＮ）がエピタキシャル的に堆積される。これらの層の特性、およびその結果これらの層から作製された電子構成要素の品質は、下にあるＳｉＣ基板に、特に主面の特性に決定的に依存する。主面の特性は、たとえば粗さ、破損、配向、および転位密度を含む。ステップフローを伴う結晶成長を実現するために、いわゆるオフ配向基板を使用し、それにより結晶のファセット成長を回避することが知られている。ステップフロー成長では、オフカットによってＳｉＣ表面上に一連のステップおよびテラスが生成され、それにより横方向の成長（ステップフロー成長）が促進されることから、エピタキシャル層の品質を改善することができる。こうして、エピ層が基板の積層順序を複製し、その結果、高品質なエピタキシャル成長が生じる。
【０００５】
本発明の文脈では、「オフ配向」という用語は、エピタキシャル層がその上で成長することになる基板の主面が、規定の格子面に対して角度を含む状態を表す。言い換えれば、主面の垂直軸は、この格子面の垂直軸と一致するようには配向されず、「オフアクシス」になるように配向される。一方、主面の垂直軸が、基底格子面の垂直軸と一致する基板は、「オンアクシス」と呼ばれる。
【０００６】
本発明の以下の説明は、主に４−ＳｉＣ基板材料を対象としているが、本発明の有用性はこのように限定されず、本発明は、炭化ケイ素の２００個超のポリタイプの中で多種多様な六方晶系（Ｈ）型で存在するものなど、他のタイプの炭化ケイ素基板を幅広く企図することが理解される。現状では、４Ｈ−ＳｉＣおよび６Ｈ−ＳｉＣが好ましく、４Ｈ−ＳｉＣが最も好ましい。
【０００７】
これに関し、オフカットのエピタキシャル成長表面は、ＳｉＣの様々な六方晶系の形態について、六方晶系の方向の表記法に対応して、本明細書に記載されることに留意すべきである。
【０００８】
本発明は、対応する基板の形成を企図する。４Ｈ−ＳｉＣの場合には、基板はオフカットされた、すなわちその基底面の軸に対して傾斜した、平坦な成長表面（界面）を有し、この平坦な成長表面と基底面の軸との間の傾斜角度（オフカット角度）は、約０．５°〜約８°、より好ましくは４°である。（０００１）ＳｉＣ基板は、＜１１００＞または＜１１２０＞の結晶方向に向かってオフカットされてもよい。
【０００９】
本発明の発明者らは、基板の主面をオフ配向にすることにより、機械処理された縁部が、特定の幾何学的条件下でオンアクシスに配向された表面をもつ領域を有するかもしれないことを認識していた。オンアクシスに配向された表面領域上にエピタキシャル層を堆積している間、ファセット成長により結晶欠陥が生じることがある。ステップが基板の主面内にまで成長することにより、その後のいかなるエピタキシャル工程も、これらの欠陥の拡大から悪影響を受け、それにより欠陥による不合格品が増えることがある。
【００１０】
従来のウエハ作製工程では、エピタキシャル成長中のウエハにおけるファセット成長によって生じるこれらの欠陥を甘受することが多く、それにより完全な生産チェーンに対する歩留まり率の低下に対応しなくてはならない。ウエハの周囲に面取り縁部を適用する従来のウエハ生産工程の例は、米国特許第５，８６６，４７７Ａ号明細書、および米国特許出願公開第２００８／２９３３３６Ａ１号明細書に開示されている。さらに、たとえば米国特許第６，３０２，７６９Ｂ１号明細書、および特開２００６−１２０８６５Ａに開示されているように、湾曲した面取り縁部を有するケイ素基板を作製することが知られている。
【００１１】
米国特許出願公開第２０１２／３２５１９６Ａ１明細書は、炭化ケイ素基板を製造する方法であって、単結晶の炭化ケイ素のインゴットを準備するステップと、インゴットを切断することによって炭化ケイ素基板を得るステップと、炭化ケイ素基板の外周表面を含む領域に面取り部分を形成するステップとを含む方法を開示している。炭化ケイ素基板を得るステップにおいて、インゴットは、炭化ケイ素基板の主面が｛０００１｝平面に対して１０°以上の角度を形成するように切断される。
【００１２】
米国特許出願公開第２０１４／０２７７８７Ａ１号明細書は、基底面の転位が高い直線性を有し、３つの結晶学的に等しい＜１１−２０＞方向に配向された少なくとも１つの配向領域を有するＳｉＣ単結晶と、このＳｉＣ単結晶から製造されるＳｉＣウエハおよび半導体デバイスを開示している。ＳｉＣ単結晶は、｛０００１｝平面の最上部分側のオフセット角度が小さく、オフセット方向の下流側のオフセット角度が大きい種結晶を使用し、この種結晶上に別の結晶を成長させることによって、製造することができる。
【００１３】
Ｗ．Ｌ．Ｂｏｎｄ：「Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｐｒｅｐａｒｉｎｇ  ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ  Ｘ−ｒａｙ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、  ３８巻、２号、ｐｐ．６３〜６４、０２／１９６１では、結晶配向に対して正確に配向された表面を生成するための複合型の配向／研削デバイスを開示している。このデバイスは、結晶の配向を判定し、結晶の位置を調整するためにＸ線配向ゴニオメータを使用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第８，８６５，３２４Ｂ２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，８６６，４７７Ａ号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／２９３３３６Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３０２，７６９Ｂ１号明細書
【特許文献５】特開２００６−１２０８６５Ａ
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１２／３２５１９６Ａ１明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１４／０２７７８７Ａ１号明細書
【特許文献８】米国特許第９，５９０，０４６Ｂ２号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｗ．Ｌ．Ｂｏｎｄ：「Ｄｅｖｉｃｅ  ｆｏｒ  ｐｒｅｐａｒｉｎｇ  ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ  Ｘ−ｒａｙ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、  ３８巻、２号、ｐｐ．６３〜６４、０２／１９６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
結果として、基板上で成長するエピタキシャル層の改善された特性を保証し、特に、基板の周囲エリアに存在する局所的なオンアクシス領域から開始するエピタキシャル層の寄生成長または妨害成長から悪影響を受けない、基板の主面に対するベベル角度を、面取り周囲領域の表面が含むように改善された炭化ケイ素基板、および本質的に単結晶の炭化ケイ素基板を面取りする方法が、今なお必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１８】
本発明は、オフアクシスのＳｉＣ基板では、ウエハを面取りすることによって起こる寄生オンアクシスゾーンの発生を、主面の実際の傾斜角度に応じて面取りのベベル角度を選択することによって回避することができるという概念に基づいている。
【００１９】
特に、本発明は、本質的に単結晶である炭化ケイ素基板であって、主面であって、前記主面の配向は、主面の法線ベクトルが、基板の基底格子面の法線ベクトルに対する傾斜角度を含むような配向である、主面と、面取り周囲領域であって、面取り周囲領域の表面が、前記主面に対するベベル角度を含む、面取り周囲領域とを備える、炭化ケイ素基板を提供する。本発明によれば、周囲領域の７５％超において、面取り周囲領域の法線ベクトルと、基底格子面の法線ベクトルとの差異が、主面の法線ベクトルと基板の基底格子面の法線ベクトルとの差異よりも少なくなるように、前記ベベル角度が選択される。
【００２０】
この構成は、エピタキシャル層の寄生成長を引き起こす傾向にある局所的なオンアクシス配向の領域が、面取り表面に生じないという利点を有する。結果として、エピタキシャル層のこうした寄生成長および欠陥成長が、基板主面に悪影響を及ぼすのを回避することができる。
【００２１】
本発明の有利な実施形態によれば、主面の法線ベクトルと基板の基底格子面の法線ベクトルとの差異は、面取り周囲領域に隣接したロケーションにおいて測定される。これは、オフカットされたＳｉＣ基板が、通常、その径全体にわたって完全に一様ではないことを考慮するために重要である。一般的に、実際の傾斜角度は、面取り周囲領域のできるだけ近くで測定されるべきであり、当然ながら、基板をベベル加工するときに後で取り除かれる領域において測定されてもよい。
【００２２】
本発明の有利な実施形態によれば、面取り周囲領域は、基板の周囲の少なくとも９５％周りに配置される。この比較的高い割合は、面取りの機械的な安定化効果が、十分に高度な範囲まで活用されるという利点を有する。
【００２３】
さらに、本発明の一例による基板は、面取り周囲領域の少なくとも８０％上に、１０ｎｍ以下の表面粗さを有する。面取り領域のこうした比較的滑らかな表面によって、基板上で成長するエピタキシャル層の品質がさらに向上する。
【００２４】
既に上で述べたが、本発明の原理は、すべてのタイプの炭化ケイ素基板に適用することができ、特に、４Ｈおよび６Ｈを含むグループから選択されるポリタイプを有する基板に適用することができる。
【００２５】
有利には、傾斜角度が０．５°〜８°の範囲にあるように、基板がオフカットされる。好ましくは、傾斜角度は４°である。しかし、当業者には、本発明がこれらの特定の値に限定されないことは明らかである。エピタキシャル層のステップフロー成長が保証される限り、より小さい角度またはより大きい角度も使用することができる。
【００２６】
有利には、炭化ケイ素基板は、少なくとも２００μｍであり、かつ１０００μｍ以下の厚さを有する。より具体的には、炭化ケイ素基板は、少なくとも１５０±０．２ｍｍの直径、および／または３５０±２５μｍの厚さを有してもよい。しかし、当業者には、任意の他の適切な寸法が、本発明による原理とともに使用されてもよいことが明らかである。
【００２７】
本発明はさらに、本発明による基板を作製する方法を提供する。特に、本発明は、本質的に単結晶の炭化ケイ素基板を、面取り周囲領域の表面が基板の主面に対するベベル角度を含むように、面取りする方法であって、
基板の主面に対する、基板の基底格子面の配向を測定するステップと、
周囲領域の７５％超において、面取り周囲領域の法線ベクトルと、基底格子面の法線ベクトルとの差異が、主面の法線ベクトルと基板の基底格子面の法線ベクトルとの測定差異よりも少なくなるように、前記ベベル角度を決定するステップと、
決定されたベベル角度を有する面取り周囲領域を形成するように、基板を加工するステップと
を含む方法に関する。
【００２８】
傾斜角度の測定は、たとえば一般的に知られているように、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を使用して実行することができる。単結晶のＸ線回折は非破壊的な分析技法であり、これにより、単位胞の寸法、結合長さ、結合角度、および部位順序の詳細を含む、結晶物質の内部格子についての詳細な情報が提供される。さらに、ゴニオメータを使用し、基板周りのシータ走査を実行することにより、ウエハの全周囲周りでオフカット角度を判定することができる。
【００２９】
本発明の有利な実施形態によれば、基板の基底格子面に対する、基板の主面の配向が、面取りされるべき周囲領域に隣接した少なくとも１つのロケーションにおいて測定される。あるいは、測定は、後で面取り周囲領域を形成するステップ中に取り除かれる領域内で実行することもできる。オンアクシス配向を有する望ましくない局所的な表面の発生を間違いなく防止するために、その後の面取り領域のできるだけ近くで測定を実行することが有利であり、これは、実際の傾斜角度が、主面の径全体にわたってわずかに異なる場合があるからである。
【００３０】
有利には、基板を加工するステップは、研削するステップ、および／またはレーザ切断するステップを含む。基板の縁部を機械加工して面取りを形成する任意の適切な方法が、本発明により使用されてもよい。しかし、研削デバイスは、特に簡単で正確なやり方でその機械加工角度が調整され得る。特に、基板の周囲縁部を所望のベベル角度で面取りするために、回転砥石を使用することができる。
【００３１】
有利には、傾斜角度の配向を測定するステップは、
たとえばエネルギー分散検出器を有するＸ線回折（ＸＲＤ）測定デバイスを使用して、少なくとも１つのロケーションにおける傾斜角度の絶対値を測定するステップと、
測定した傾斜角度の最小値を判定するステップと
を含み、
ベベル角度が、最小値より０．５°小さい値に設定される。
【００３２】
当然ながら、当業者には明らかなように、望ましくないオンアクシス表面領域の生成を回避することができる限り、面取り領域のベベル角度について任意の他の適切な値が設定されてもよい。
【００３３】
本発明の有利な実施形態によれば、基板は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定デバイスに機械的に接続された研削ヘッドを使用して加工される。この構成は、測定ステップおよび研削ステップが１つの複合型の機械加工デバイスによって実行されることが可能であり、基板を別のデバイスに再位置付けする必要がないという利点を有する。それにより、精度が向上し、処理時間およびコストが低減される。
【００３４】
さらに測定は、基板の周囲周りの複数の測定ロケーションにおいて、たとえば周囲周りに均等に分配された、たとえば８つの点において測定されることが有利である。複数の測定を実行する場合には、それぞれに測定された傾斜角度によって示されるように、ベベル角度を局所的に変えることができる。一方、すべての測定結果を評価し、複数の測定結果のうちの最小値から、または複数の測定結果の平均値から、１つの傾斜角度値を生成することにより、１つだけの一定のベベル角度が計算されてもよい。言い換えれば、傾斜角度は、基板の周囲周りの複数のロケーションで測定されてもよく、次いでベベル角度が、測定された傾斜角度に応じて基板の周囲周りで変えられる。
【００３５】
六方晶系の格子構造により、炭化ケイ素基板は、一番外側の表面としてケイ素側および炭素側を呈する。ケイ素側は、通常、エピタキシャル層が成長する側である。本発明の有利な実施形態によれば、決定されたベベル角度を有する面取り周囲領域は、基板のケイ素側のみに配置される。一方、基板の炭素側は、いかなる任意のベベル角度を有してもよい。これにより、測定を片側のみで実行すればよいことから、処理を簡素化することができる。
【００３６】
添付図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部分を形成して、本発明のいくつかの実施形態を示す。これらの図面は、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。図面は単に、本発明の作製法および使用法の好ましい代替的な例を示すことを目的としており、示され説明される実施形態のみに本発明を限定するものとはみなされるべきではない。さらに、実施形態のいくつかの態様は、個々に、または異なる組合せで、本発明による解決策を形成することができる。したがって以下に記載する実施形態は、単体と考えることも、それらの任意の組合せと考えることもできる。さらに、特徴および利点は、添付図面に示すように、本発明の様々な実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになろう。図面では同様の参照符号は同様の要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態によるＳｉＣ基板の概略図である。
【図２】面取りのオンアクシス配向を有するＳｉＣ基板の概略図である。
【図３】大きすぎるベベル角度を有するＳｉＣ基板の概略図である。
【図４】本発明のさらなる実施形態によるＳｉＣ基板の概略図である。
【図５】面取りのオンアクシス配向を有する別のＳｉＣ基板の概略図である。
【図６】大きすぎるベベル角度を有する別のＳｉＣ基板の概略図である。
【図７】さらなる実施形態によるＳｉＣ基板の概略図である。
【図８】さらなる実施形態によるＳｉＣ基板の概略図である。
【図９】さらなる実施形態によるＳｉＣ基板の概略図である。
【図１０】測定ステップの概略図である。
【図１１】研削ステップの概略図である。
【図１２】複合型の測定ユニットおよび機械加工ユニットの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
ここで、図面を参照し、まず図１を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１の有利な実施形態によるＳｉＣ基板１００を示す。本発明による概念を示すために、寸法は原寸に比例していないことに留意しなくてはならない。特に、基板の厚さは、直径に比べて大きく示される。ＳｉＣ基板は、第１の表面１０２および第２の表面１０４を有する。以下では、第１の表面１０２を主面と呼び、第２の表面１０４も下面と呼ぶ。通常、第１の表面１０２は、ＳｉＣ基板１００のケイ素表面であり、第２の表面１０４は、基板１００の炭素表面である。主面１０２は、エピタキシャル層がその後堆積する面である。主面１０２の配向は、法線ベクトル
【００４０】
【数１】
2020002003.tif 000003
によって示される。
【００４１】
図１では、格子基底面１０６のセットが、法線ベクトル
【００４２】
【数２】
2020002003.tif 000004
を有するように示される。格子面１０６によって概略的に示されるように、ＳｉＣ基板１００は、４°の角度でオフカットされている。言い換えれば、法線ベクトル
【００４３】
【数３】
2020002003.tif 000005
と
【００４４】
【数４】
2020002003.tif 000006
は、傾斜角度４°を含む。傾斜角度により、エピタキシャル成長はステップフロー成長として生じる。ステップフロー成長の方向は、図１において矢印１０８によって示される。
【００４５】
基板を機械的に安定化するために、本質的に円形のウエハの周囲領域に、面取り領域１１０が設けられなくてはならない。任意の所与のロケーションｉにおける面取り領域の表面平面の配向は、法線ベクトル
【００４６】
【数５】
2020002003.tif 000007
によって記述される。本発明の発明者らは、法線ベクトル
【００４７】
【数６】
2020002003.tif 000008
が、格子面の法線ベクトル
【００４８】
【数７】
2020002003.tif 000009
と一致する場合に、これが炭化ケイ素基板１００の表面の局所的なオンアクシス配向になることを認識していた。こうしたオンアクシス配向は、オンアクシスに配向された表面上にファセット成長が生じることから、不利である。エピタキシャル層のファセット成長は、欠陥の形成を増大させ、その欠陥が、電子構成要素が位置付けられることになる基板主面１０２のエリア内にも及ぶ恐れがあることから、エピタキシャル層のいかなるファセット成長も望ましくない。エピタキシャル層の品質が損なわれることがあり、廃棄が増大する恐れがある。
さらに、法線ベクトル
【００４９】
【数８】
2020002003.tif 000010
が、格子面の法線ベクトル
【００５０】
【数９】
2020002003.tif 000011
に対して、傾斜角度よりも大きいベベル角度を含む場合には、方向１０８に対抗する方向にステップフロー成長が誘発される。ステップフロー成長の方向が反転すると、さらなる成長フロントが生成され、これにより、方向１０８に沿って成長する主要なステップフロー成長のフロントと衝突することがあり、こうして層形成において欠陥が生じる。
【００５１】
結果として、本発明によれば、エピタキシャル層の均一なステップフロー成長が、基板主面１０２についてのみならず、周囲の面取り領域１１０においても誘発されることが保証される。特に、法線ベクトル
【００５２】
【数１０】
2020002003.tif 000012
と、基板主面１０２の法線ベクトル
【００５３】
【数１１】
2020002003.tif 000013
に含まれるベベル角度は、法線ベクトル
【００５４】
【数１２】
2020002003.tif 000014
と、基底格子面の法線ベクトル
【００５５】
【数１３】
2020002003.tif 000015
に含まれる傾斜角度より小さくなくてはならない。
【００５６】
満足すべき条件は、以下の関係（１）によって与えられる。
【００５７】
【数１４】
2020002003.tif 000016
【００５８】
望ましくない欠陥を効果的に低減するために、炭化ケイ素基板の総周囲の少なくとも７５％について、この条件を満足しなくてはならないことが示され得る。好ましくは、本発明による面取りは、周囲の少なくとも９５％周りに適用される。
【００５９】
言い換えれば、本発明は、面取り周囲を有する本質的に単結晶の炭化ケイ素基板であって、面取りエリアの表面と格子面配向との間のベクトル差の絶対値が、主面の配向と格子面配向との間のベクトル差よりも小さくなくてはならない、炭化ケイ素基板を提供する。有利には、面取り領域のこの特定の寸法は、ケイ素側１０２にのみ適用され、炭素側１０４には、任意の面取りが施されてもよい。たとえば、ケイ素基板１００は、少なくとも１５０ｍｍの直径、および１０００μｍ以下、少なくとも２００μｍ、好ましくは３５０±２５μｍの厚さを有する。有利には、基板は、面取り表面１１０の少なくとも８０％において、粗さ数１０ｎｍ以下を有する。基板のプロトタイプは、たとえば４Ｈまたは６Ｈとすることができ、好ましくは４Ｈである。主面と格子面配向の間の傾斜角度（オフカット角度）は、図１に示すように好ましくは４°であるが、０．５°〜８°の任意の値を取ってもよい。
【００６０】
比較として、図２および図３は、４°のカットオフ（または傾斜）角度を有する炭化ケイ素基板について上で述べた望ましくない状況を示す。特に図２は、法線ベクトル
【００６１】
【数１５】
2020002003.tif 000017
が、格子面の法線ベクトル
【００６２】
【数１６】
2020002003.tif 000018
と一致する炭化ケイ素基板を示し、これは式（２）
【００６３】
【数１７】
2020002003.tif 000019
によって与えられる通りである。
【００６４】
ファセット成長は、エピタキシャル層を堆積するときに誘発される。
【００６５】
一方、図３は、法線ベクトル
【００６６】
【数１８】
2020002003.tif 000020
と、基板主面１０２の法線ベクトル
【００６７】
【数１９】
2020002003.tif 000021
に含まれるベベル角度が、傾斜角度より大きい望ましくない事例を示しており、これは以下の関係（３）
【００６８】
【数２０】
2020002003.tif 000022
によって与えられる通りである。
【００６９】
この場合、エピタキシャル層のステップフロー成長が逆方向１１２に沿って生じることがあり、成長フロントとの衝突が生じる。
【００７０】
図４〜図６は、カットオフ角度が８°の場合について図１〜図３に示す状況を図示している。特に、本発明による炭化ケイ素基板４００については、関係（１）を満足する。一方、炭化ケイ素基板５００については、関係（２）を満足する。ファセット成長は、エピタキシャル層を堆積するときに誘発される。炭化ケイ素基板６００については、関係（３）を満足する。この場合、エピタキシャル層のステップフロー成長が逆方向１１２に沿って生じることがあり、成長フロントとの衝突が生じる。
面取り領域が炭化ケイ素基板上に確実に機械加工されるように、まず実際の傾斜角度
【００７１】
【数２１】
2020002003.tif 000023
を測定しなくてはならない。特に、どの領域においてこうした測定を実行するかを考慮しなくてはならない。以下では、傾斜角度を測定すべき可能性のある様々なロケーションについて検討する。図７を参照し、さらに図１に戻ると、基板１００が示され、ここで主面１０２の公称傾斜角度
【００７２】
【数２２】
2020002003.tif 000024
は４°である。この場合、格子面１０６は、周囲領域において同じ配向を有し、この周囲領域が、機械加工後に面取り領域１１０になる。周囲領域は、基板１００の端面１１４からの寸法ｄを有し、この距離ｄは、その後のベベル幅を表す。距離ｄ内の法線ベクトル
【００７３】
【数２３】
2020002003.tif 000025
が、基板の残りの部分の法線ベクトル
【００７４】
【数２４】
2020002003.tif 000026
と一致する場合、測定が実行される場所は特に重要ではない。たとえば、傾斜角度は距離ｄ内で測定されてもよく、端面１１４からの距離ｄの２倍以内で測定されてもよい。あるいは、測定のロケーションは、ウエハの中心から計測されるＳｉＣ基板の半径ｒの適切な割合、たとえば９０％として表されてもよい。
【００７５】
異なる状況が図８に描かれている。この図によれば、格子面１０６ｂは、基板８００のバルクの格子面１０６ａに対して傾斜している。言い換えれば、端面１１４からの距離ｄ内の周辺部法線ベクトル
【００７６】
【数２５】
2020002003.tif 000027
は、バルク材料の法線ベクトル
【００７７】
【数２６】
2020002003.tif 000028
に対して角度を含む。中心に比べて周辺部領域の格子面配向がこのように逸脱することは、単結晶のブールを作製するときのＰＶＴ成長条件によって引き起こされる（たとえば米国特許第９，５９０，０４６Ｂ２号明細書を参照）。こうした局所的な逸脱を考慮するために、その後の面取り領域１１０のできるだけ近くで、好ましくは端面１１４からの距離ｄ以内で、格子面配向を測定することが有利である。
【００７８】
格子面１０６ｂの配向が他の方向に傾斜した事例についても、類似した考察が当然ながら有効であり、これは基板９００について図９に示す通りである。
【００７９】
図１０を参照しながら、面取り周囲のベベル角度を選択するための基礎として格子面配向を測定する第１の実施形態を説明する。
【００８０】
有利には、基板１００の格子面配向が、エネルギー分散検出器を有するＸ線回折（ＸＲＤ）ユニット１１６によって測定される。
【００８１】
一般的に、配置される結晶の原子は、距離ａだけ互いから離間した一連の平行な格子面を形成し、この距離ａは、材料の性質に応じて異なる。いずれの結晶についても、面は、それぞれが独自の特定の距離ａを有する多数の異なる配向で存在する。Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって、基準面に対するこれらの格子面の配向を特定することが可能になる。Ｘ線回折計  １１６は、Ｘ線生成器１１８と、ゴニオメータ（角度測定デバイス）と、基板１００のためのサンプルホルダと、Ｘ線検出器１２０とを含む。Ｘ線ビーム１２２が、サンプル基板１００に当たり、検出器１２０が、基板で回折したＸ線強度を記録する。隣接した格子面同士間の距離は、ブラッグの法則（式（４））
ｎλ＝２ａ・ｓｉｎΘ      （４）
を適用することによって、放射の波長λおよび反射角度と相互に関連付けられ、ここでｎは、回折次数（０、１、２、３…）であり、λは、入射ｘ線ビームの波長であり、ｄは、隣接した格子面同士間の距離であり、Θは、Ｘ線ビームの入射角度である。回折角度２Θは、入射角度Θの２倍に等しい。Ω軸の角度１２６が、角度２Θの範囲を通って変化するように、ゴニオメータがモータ駆動され、検出器１２０が移動する。ブラッグ条件を満足するたびに、検出器１２０が反射放射の強度を測定する。格子面距離ａが知られていることから、角度Θの実際に測定された値によって、基板１００の上面１０２に対して格子面が位置する角度を計算することが可能になる。有利には、検出器１２０はエネルギー分散性であり、したがって比較的簡単な設定により、非常に迅速で正確な測定結果が得られる。
【００８２】
測定は、Φ軸１２８周りに基板１００を回転させることによってΦ軸１２８周りに分散した１つまたは複数の測定点１２４において、実行される。測定点１２４の正確なロケーションは、特定のΔΦ値１３０として与えられる。たとえば、測定が複数のロケーション１２４において実行され、測定された局所的なオフ配向角度の最小値が判定される。
【００８３】
本発明によれば、これらの結果は、図１１に示す第２のステップにおいて使用される。図１１に示すように、基板は、面取りを作製するために機械加工ステップを受ける。これは、たとえばその面取り角度１３４に関して調整することができる研削ヘッド１３２によって行われる。本発明によれば、研削ヘッド１３２の面取り角度１３４は、図１０に描く測定ステップ中に判定された最小測定値よりも０．５°小さくなるように選択される。
【００８４】
しかし、ΔΦ値１３０がそれぞれの測定点１２４について記録され、研削ヘッドの制御ユニットに送信される場合には、それぞれのロケーション１２４の実際の測定値に応じて、研削ヘッド１３２がその角度１３４に位置付けられてもよい。
【００８５】
また、本発明は、炭化ケイ素基板１００を面取りするための統合された連続的な工程に関する。この工程は、図１２を参照しながらより詳細に説明される。本質的に図１２では、図１０および図１１に示すユニットが組み合わされて１つの面取りユニット１３６になっている。面取りユニット１３６は、ＸＲＤユニット１１６と研削ヘッド１３２とを備える。さらに、制御ユニット（図示せず）が、面取りユニット１３６の制御を実行する。
【００８６】
本発明による方法の第１の実施形態によれば、ＸＲＤユニット１１６は、エネルギー分散検出器１２０によって、基板１００の周辺部に近いロケーションである複数の測定ポイント１２４において、格子面のオフ配向を判定する。研削ヘッド１３２は、ＸＲＤユニット１１６のΩ軸のゴニオメータアームに、調整可能な角度で接続される。この場合も、基板１００はΦ軸１２８周りを回転する。示される実施形態では、研削ヘッド１３２が、規定の角度ΔΦ距離１３０だけ、測定点１２４から離間する。
【００８７】
測定は、Ω軸の角度１２６の方向に実行され、極値が判定され、それにより研削角度１３４が決定される。
【００８８】
単一ステップの工程の第２の実施形態によれば、測定は、Ｙ個の測定点１２８において実行され、Ｙは、基板周囲と研削ヘッドの研削ディスクの幅との比として計算される。研削角度は、測定結果に応じて継続的に適合される。有利には、研削角度は、面取りユニット１３６に割り当てられた制御ユニットによって自動的に調整することができる。さらに、ワンステップの方法は、基板を再位置付けする必要がなく、それにより処理時間が短縮され、面取り工程の精度が向上するという利点を有する。
【００８９】
例示的には、特定の基板特性に応じて、以下の有利な面取り角度が選択されてもよい。
【００９０】
公称傾斜角度８°±０．５°、および周辺部領域の傾斜角度の測定最小値７．８°を有する基板について、測定された傾斜角度よりも１°小さくなるようにベベル角度を決定すると、ベベル角度６．８°が選択されてもよい。
【００９１】
さらに、公称傾斜角度４°±０．５°、および周辺部領域の傾斜角度の測定最小値３．５°を有する別の基板について、測定された傾斜角度よりも１．３°小さくなるようにベベル角度を決定すると、ベベル角度２．２°が選択されてもよい。
【００９２】
さらに、公称傾斜角度４°±０．５°を有する同じ基板について、周辺部領域の傾斜角度の測定最小値４．５°を有する場合、測定された傾斜角度よりも１．３°小さくなるようにベベル角度を決定すると、ベベル角度３．２°が選択されてもよい。
【００９３】
公称傾斜角度２°±０．５°を有する基板について、周辺部領域の傾斜角度の測定最小値１．９°を有する場合、測定された傾斜角度よりも０．５°小さくなるようにベベル角度を決定すると、ベベル角度１．４°が選択されてもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１００、４００  本発明によるSiC基板
２００、３００、５００、６００  望ましくないベベル角度を有するＳｉＣ基板
１０２  主面、Ｓｉ側
１０４  下面、Ｃ側
１０６、１０６ａ、１０６ｂ  格子面
１０８  ステップフロー成長の方向
１１０  面取り領域
１１２  逆のステップフロー成長の方向
１１４  端面
１１６  ＸＲＤユニット
１１８  Ｘ線生成器
１２０  Ｘ線検出器
１２２  Ｘ線ビーム
１２４  測定点
１２６  Ω軸の角度
１２８  Φ軸
１３０  ΔΦ値
１３２  研削ヘッド
１３４  面取り角度
１３６  面取りユニット
【数２７】
2020002003.tif 000029
主面の法線ベクトル
【数２８】
2020002003.tif 000030
格子面の法線ベクトル
【数２９】
2020002003.tif 000031
面取り表面の法線ベクトル
【数３０】
2020002003.tif 000032
周囲領域の格子面の法線ベクトル
ｄ  面取り領域の幅
ｒ  基板の半径
【図１】
2020002003.tif 000036
【図２】
2020002003.tif 000037
【図３】
2020002003.tif 000038
【図４】
2020002003.tif 000039
【図５】
2020002003.tif 000040
【図６】
2020002003.tif 000041
【図７】
2020002003.tif 000042
【図８】
2020002003.tif 000043
【図９】
2020002003.tif 000044
【図１０】
2020002003.tif 000045
【図１１】
2020002003.tif 000046
【図１２】
2020002003.tif 000047
【外国語明細書】
2020002003000001.pdf