(57)【要約】  ＳｉＣの高品質単結晶ウェハを開示する。ウェハは、直径が少なくとも約３インチであり、歪みは約５μｍ未満であり、反りは約５μｍ未満であり、全厚さ変動は約２．０μｍ未満である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶のＳｉＣウェハであって、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）であり、歪みが約５μｍ未満であり、反りが約５μｍ未満であり、ＴＴＶが約２．０μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項２】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記歪みが約２μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項３】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記歪みが約１μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項４】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記反りが約２μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項５】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記反りが約１μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項６】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記ＴＴＶが約１．５μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項７】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記ＴＴＶが約１μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項８】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記結晶は、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、２Ｈ、及び１５Ｒのプロトタイプから成る群から選択されたプロトタイプを有することを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項９】
請求項１記載のＳｉＣウェハであって、該ウェハは４Ｈプロトタイプを有し、
前記ウェハは、歪みが約０．０５μｍ及び約５μｍの間であり、反りが約０．０５μｍ及び約５μｍの間であり、ＴＴＶが約０．５及び２．０μｍの間であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体ウェハであって、
直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）である炭化珪素ウェハであって、歪みが約５μｍ未満であり、反りが約５μｍ未満であり、ＴＴＶが約２．０μｍ未満である炭化珪素ウェハと、
前記炭化珪素ウェハの前記表面上にある少なくとも１つのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体ウェハにおいて、前記ＩＩＩ族窒化物層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、及びこれら組み合わせから成る群から選択されることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記炭化珪素基板上にある複数のデバイスであって、該デバイスの各々が、
前記基板上に配置されたエピタキシャル層であって、前記エピタキシャル層を第１導電型にするのに適したドーパント原子濃度と、ソース、チャネル、及びドレイン部分のそれぞれとを有する、エピタキシャル層と、
前記チャネル部分上にある金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上にあり、バイアスが印加されるとアクティブ・チャネルを形成する金属ゲート・コンタクトと、
からなる、複数のデバイスと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１３】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記炭化珪素基板上にある複数のデバイスであって、該デバイスの各々が、
前記基板上にある導電性チャネルと、
前記導電性チャネル上にあるソース及びドレインと、
前記導電性チャネル上の前記ソース及び前記ドレイン間にあり、バイアスを印加するとアクティブ・チャネルを形成する金属ゲート・コンタクトと、
からなる、複数のデバイスと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１４】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記単結晶炭化珪素基板上に配置された複数の接合型電界効果トランジスタと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１５】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記単結晶炭化珪素基板上に配置された複数のヘテロ電界効果トランジスタと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１６】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記単結晶炭化珪素基板上に配置された複数のダイオードと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１７】
ＳｉＣの高品質単結晶の形成方法において、
直径が約７５ミリメートル（３インチ）よりも僅かに大きいＳｉＣブールを形成するステップと、
その後、前記ブールを薄切りにして、歪みが約５μｍ未満、反りが約５μｍ未満、ＴＴＶが約２．０μｍ未満の少なくとも１つのウェハとするステップと、
その後、前記ウェハを研磨するステップと、
前記歪み、反り、及びＴＴＶを測定するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、該方法は更に、前記ウェハの各表面における表面損傷レベルが実質的に同一となるように、前記薄切りにしたウェハを研削又はラッピングするステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、該方法は、前記ウェハを大きく折り曲げるために必要な力よりは少ない下方への力によって、前記ウェハをラッピングするステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の方法において、該方法は更に、前記研磨したウェハ上に、炭化珪素及びＩＩＩ族窒化物から成る群から選択された少なくとも１つのエピタキシャル層を成長させるステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２１】
種結晶使用昇華システムにおいて炭化珪素の高品質バルク単結晶を生産する方法において、
直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）のＳｉＣブールを成長させるステップと、
前記ＳｉＣブールを薄切りにして少なくとも１つのウェハを得るステップと、
その後、内層面損傷が前記ウェハの各側において実質的に同一となるように、ラッピング下方力を、前記ウェハを折り曲げる下方力未満の量に制限しつつ、前記ウェハをラッピングするステップと、
から成ることを特徴とする改善された方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、該方法は更に、前記ＳｉＣウェハを研磨するステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１記載の方法において、ＳｉＣブールを成長させるステップは、ＳｉＣの種結晶使用昇華成長から成ることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の方法において、前記ＳｉＣの種結晶使用昇華成長は、単結晶ポリタイプ種結晶使用昇華成長から成ることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１記載の方法において、ＳｉＣブールを成長させる前記ステップは、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、２Ｈ、及び１５Ｒプロトタイプから成る群から選択したプロトタイプを有するブールを成長させることから成ることを特徴とする方法。
【請求項２６】
高品質半導体ウェハであって、
直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）である炭化珪素ウェハから成り、
前記ウェハの歪みが約５μｍ未満である、
ことを特徴とする高品質半導体ウェハ。
【請求項２７】
請求項２６記載の高品質半導体ウェハにおいて、前記ウェハの反りは約５μｍ未満であることを特徴とする高品質半導体ウェハ。
【請求項２８】
請求項２６記載の高品質半導体ウェハにおいて、前記ウェハのＴＴＶは約２．０μｍ未満であることを特徴とする高品質半導体ウェハ。
【請求項２９】
高品質半導体ウェハであって、
直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）である炭化珪素ウェハから成り、
前記ウェハの反りが約５μｍ未満である
ことを特徴とする高品質半導体ウェハ。
【請求項３０】
請求項２９記載の高品質半導体ウェハにおいて、前記ウェハのＴＴＶは約２．０μｍ未満であることを特徴とする高品質半導体ウェハ。
【請求項３１】
高品質半導体ウェハであって、
直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）である炭化珪素ウェハから成り、
前記ウェハのＴＴＶが約２．０μｍ未満である、
ことを特徴とする高品質半導体ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低欠陥炭化珪素基板及びその半導体を目的とする先駆体としての使用、大型、高品質炭化珪素単結晶の種結晶使用昇華成長、ならびにこのような低欠陥ウェハ上における高品質エピタキシャル成長に関する。
また、本発明は、同時継続中であり、本願と同じ譲受人に譲渡された以下の米国特許出願第２００５０１４５１６４号、第２００５００２２７３４号、第２００５００２２７２７号、第２００５０１６４４８２号、第２００６００３２４３４号、及び第２００５０１２６４７１号に関係がある。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭化珪素は、種々の電子デバイス及び目的のための半導体材料としての使用が見出されている。炭化珪素は、特に、その物理的強度及び化学的攻撃に対する高い抵抗力のために有用である。また、炭化珪素の電子的固有性は優れており、その電子的固有性には、放射線硬度(radiation hardness)、高耐圧電界(high breakdown field)、比較的広いバンド・ギャップ、高い飽和電子ドリフト速度、高温動作、ならびにスペクトルの青、紫、及び紫外線領域における高エネルギ光子の吸収及び放出が含まれる。
【０００３】
炭化珪素は、１５０以上のプロトタイプで結晶化し、その一部は非常に小さい熱力学的相違によって互いに分離するので、工作が難しい材料である。更に、炭化珪素の融点が高い（高圧下において２７００℃以上）ために、エピタキシャル膜の体積を含む、炭化珪素に工作するための多くのプロセスは、他の半導体材料における類似の反応よりも遥かに高い温度で実行する必要がある場合が多い。
【０００４】
関連技術における当業者は十分に認識しているであろうが、所与の半導体材料から作られたデバイス又はそれを含むデバイスの電子的性能は、材料の物理的特性に依存し（例えば、バンド・ギャップは、生成可能な光の最高周波数波長を制限する）、そして結晶の品質にも依存する。言い方を変えると、多結晶半導体材料において数個の電子デバイスを形成することに成功できたとしても、それらよりも多くの電子デバイスは、高い結晶品質やそれによる優れた性能を有する単結晶半導体部分を必要とする。更に言い方を変えると、炭化珪素を含む所与の半導体材料の理論的能力(capabilities)は、材料を有用な品質及び量で生産できなければ、そしてそうできるようになるまでは、機能的には無意味なままである。
【０００５】
単結晶炭化珪素は、多くの場合、種結晶使用昇華成長プロセス(seeded sublimation growth process)によって生産される。典型的な炭化珪素成長技法では、種結晶及びソース・パウダ双方を反応坩堝に入れ、反応坩堝をソースの昇華温度まで、そしてソースと周辺の温度が低い種結晶との間に熱的勾配が発生するように加熱する。ソース・パウダは、種結晶と同様、炭化珪素である。坩堝は垂直に向けられ、ソース・パウダが下位部分にあり、種結晶が最上部の、通例、種結晶保持部上に位置する。米国特許第４，８６６，００５号（Ｒｅ３４，８６１号として再発行された）を参照のこと。これらの情報源は、最新の種結晶使用昇華成長技法の説明の一例であり、限定ではない。
【０００６】
バルク成長に続いて、結晶を、所定の形状を有するブロックに切断し、周辺を研磨し、次いでスライサ内にセットすることが多い。スライサにおいて、結晶ブロックを、高速回転ブレードによって、所定の厚さを有するウェハに薄切りにする。
通例、スライシング・ブレードは、代表的には、内径鋸(inner diameter saw)であり、薄い鋼板を環状に切断し、Ｎｉめっき層を堆積することによって準備する。Ｎｉめっき層の中では、環状の鋼板の内縁上にダイアモンドの研ぎ粉が埋め込まれている。
【０００７】
このように結晶インゴットを薄切りにすることによって得られたウェハは、スライシング・ブレードにかけられる張力、ダイアモンド研ぎ粉のブレード内縁への接着、そしてスライサの回転軸の寸法精度のような、種々の条件により、厚さ及び平面性に逸脱が生ずる可能性が高い。薄切りにするときの条件が適切でないと、表面から延びる工作損傷層が発生し、薄切りにしたウェハの内部深くまで達することになる。
また、この薄切り動作は、ワイヤ・ソーの使用によって遂行することができ、ワイヤが切断ブレードの代わりに用いられる。この場合、研ぎ粉は、ワイヤ内に埋め込まれるか、又はスラリに含有し薄切り動作の直前に、スラリをワイヤ上に噴霧する。この場合、同様の厚さ及び平面性のばらつきが観察されている。
【０００８】
これらの薄切りによって生ずる好ましくない逸脱は、薄切りにしたウェハをラップ(lap)することによって低減することができる。
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照すると、従来のラッピング方法では、複数のウェハ２をキャリア４内にセットし、ウェハ２を下位ラッピング・プレート６上に配置し、ウェハ２が下位ラッピング・プレート６上に均一に分散されるようにする。上位ラッピング・プレート８を下降させてウェア２と接触させて、研ぎ粉を、下位ラッピング・プレート６と上位ラッピング・プレート８との間の隙間に供給し、ウェハ２を自転及び回転させる(rotated and revolved)。自転及び回転の間、研ぎ粉によってウェハ２を研磨する。一般によく用いられるスラリを準備するには、ダイアモンド又は窒化硼素粒子を、約１０μｍの粒子サイズを有する研ぎ粉として、適量の水又はその他の溶剤の中に懸濁させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のラッピング及びスライシング技法の欠点の１つは、薄切りしたウェハに歪み、反り、そして全厚さ変動（ＴＴＶ：total thickness variations）が生ずることである。「歪み」とは、基準面から測定したウェハ表面の最小値及び最大値間の差と定義する。逸脱は、凸状及び凹状双方のばらつきを含む。歪みは、全体的な欠陥(bulk defect)である（即ち、ウェハ表面の一部だけでなく、ウェハ全体に影響を及ぼす欠陥）。「反り」は、任意の厚さ変動と関係ない、ウェハの中心から測定したウェハの凹陥又は変形である。「全厚さ変動」とは、ウェハの最も厚い部分と最も薄い部分との間の厚さの絶対差である。
【００１０】
歪み、反り及びＴＴＶが大きいウェハは、色々な理由から望ましくない場合がある。例えば、エピタキシャル成長プロセスの間、歪み、反り及びＴＴＶレベルが高いと、ウェハとサセプタとの間の接触が不規則になる。このような不規則な接触によって、エピタキシャル成長プロセスの間種結晶全体に熱変動が生ずる虞れがある。また、歪み値が高いと、ウェハが真空チャックに吸着され下降する際に誘発する応力によって、デバイス製作ステップ中にウェハに亀裂が生ずる危険性が増大する虞れがある。
したがって、種結晶使用昇華システムにおいて形成される結晶から薄切りされるウェハにおいて、歪み、反り及びＴＴＶレベルが低く、大型の高品質炭化珪素を生産することは、相変わらず技術及び商業的な目標である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様において、本発明は、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）であり、歪みが約５μｍ未満であり、反りが約５μｍ未満であり、ＴＴＶが約２．０μｍ未満である、ＳｉＣの高品質単結晶ウェハである。
別の態様では、本発明は、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）であり、歪みが約０．４μｍ未満であり、反りが約０．４μｍ未満であり、ＴＴＶが約０．９μｍ未満である、ＳｉＣ半導体ウェハである。
別の態様では、本発明は、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）であり、歪みが約５μｍ未満であり、反りが約５μｍ未満であり、ＴＴＶが約２．０μｍ未満であるＳｉＣの高品質単結晶ウェハ上における、ＳｉＣ又はＩＩＩ−Ｖ族材料のエピタキシャル成長方法である。
更に別の態様では、本発明は、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）であり、歪みが約５μｍ未満であり、反りが約５μｍ未満であり、ＴＴＶが約２．０μｍ未満であるＳｉＣの単結晶基板上に製作した複数の電力、マイクロ波、又はＬＥＤデバイスである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、高品質炭化珪素ウェハを改善するための様々な技法を組み入れる。
一態様では、本発明は、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）、歪みが約０．５μｍ未満、更に好ましくは０．４μｍ未満、最も好ましくは約０．３μｍ未満、反りが約０．５μｍ未満、更に好ましくは約０．４μｍ未満、最も好ましくは約０．３μｍ未満、そしてＴＴＶが約２．０μｍ未満、更に好ましくは０．９μｍ未満、最も好ましくは０．８μｍ未満である、ＳｉＣの高品質単結晶ウェハである。単結晶ＳｉＣのプロトタイプは、好ましくは、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、２Ｈ又は１５Ｒである。
【００１３】
種結晶の直径及び厚さの寸法上の割合を考慮する場合、百分率、分数、又は比率のいずれで表現するかには関係なく、本発明が提供する改善に関しては、これらの割合は、ここに記載する大口径種結晶に関してそれらの発明的な意味があることは言うまでもない。
したがって、関連する実施形態では、通常直径で示す、結晶の絶対寸法を含むように、本発明を記述し特許請求する。尚、単結晶では、２インチ、３インチ、及び１００ｍｍの直径が好ましい。
【００１４】
別の態様では、本発明は高品質半導体ウェハである。このウェハは、４Ｈプロトタイプの炭化珪素ウェハであり、その直径は少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）、歪みは約０．０５μｍ及び約０．５μｍの間、反りは約０．０１μｍ及び約０．３μｍの間、そしてＴＴＶは約０．５μｍ及び１．０μｍの間である。
【００１５】
別の態様では、本発明は高品質半導体ウェハである。このウェハは、４Ｈプロトタイプの炭化珪素ウェハであり、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）、そして反りが約０．５μｍ未満である。
【００１６】
別の態様では、本発明は、高品質半導体ウェハである。このウェハは、４Ｈプロトタイプの炭化珪素ウェハであり、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）、そしてＴＴＶが約１．０μｍ未満である。
【００１７】
別の態様では、図２に模式的に示すように、本発明は、４Ｈプロトタイプを有する高品質炭化珪素半導体ウェハ１０であり、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）、歪みが約０．５μｍ未満、反りが約０．５μｍ未満、そしてＴＴＶが約１．０μｍ未満である。加えて、このウェハは、表面上に配したＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層１２を有する。ＩＩＩ族窒化物層１２は、好ましくは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、及びＡｌＩｎＮの内の１つ以上である。
【００１８】
ＩＩＩ族窒化物の成長及び電子的特性は、当技術分野では一般に広く理解されている。炭化珪素基板上のＩＩＩ族窒化物層は、ある種の発光ダイオード（ＬＥＤ）の基本的構造(feature)である。望ましい要因の中でも、とりわけ、ＩＩＩ族元素の原子分率（例えば、ＩｎｘＧａｙＮ１−ｘ−ｙ）が組成のバンド・ギャップを（限度以内で）適応的に設定し、同様に、その結果得られる発光周波数、したがってＬＥＤの色も適応するように設定する。
【００１９】
図３に関して、本発明は、ＳｉＣ種結晶１６上にある複数の炭化珪素半導体デバイスの先駆体１４であり、ＳｉＣ種結晶１６は、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）、歪みが約０．５μｍ未満、反りが約０．５μｍ未満、ＴＴＶが約１．０μｍ未満である。加えて、このウェハは、そのいくつかの部分に、複数のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層１８をそれぞれ有する。好ましいＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、及びＡｌＩｎＮから個別に選択する。
【００２０】
図４は、炭化珪素の種結晶使用昇華成長のための昇華システムの断面模式図である。このシステムを全体的に２０で示す。殆どの典型的なシステムにおけると同様、システム２０は、グラファイト製サセプタ２２と、複数の誘導コイル２４とを含み、コイル２４を通じて電流が印加されるとサセプタ２２を加熱する。あるいは、システムによっては、抵抗性加熱を組み込む場合もある。尚、これらの結晶成長技法に精通する者には、本システムは、例えば、水冷クオーツ製ベッセルのような、ある状況内に密閉される可能性もあることは言外であろう。加えて、サセプタ２２と連通する少なくとも１つのガス入口及び出口（図示せず）も、種結晶使用昇華システム２０には含まれている。サセプタ２２は、通例、絶縁体２６で包囲されており、そのいくつかの部分が図４に示されている。サセプタ２２は、炭化珪素パウダ源２８を収容する１つ以上の部分を含む。このようなパウダ源２８は、炭化珪素用の種結晶使用昇華成長技法では最も広く用いられているが、これだけに限られるのではない。炭化珪素種結晶は３０で示されており、通例サセプタ２２の上位部分に置かれる。種結晶３０は、好ましくは、単結晶ＳｉＣ種結晶であり、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）、歪みが約０．５μｍ、反りが約０．５μｍ、そしてＴＴＶが約１．０μｍである。種結晶使用昇華成長の間に、成長する結晶３４が種結晶３０上に堆積する。通例、種結晶保持部３２が種結晶３０を適所に保持し、種結晶保持部３２はしかるべき様式でサセプタ２２に取り付けられている。これは、当業者には周知の種々の構成を含むことができる。
【００２１】
別の態様では、本発明は、種結晶使用昇華システムにおいて炭化珪素の高品質バルク単結晶を生産する方法であり、その改良には、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）のＳｉＣブールを成長させ、その後、好ましくは機械的に、ＳｉＣブールを薄切りにしてウェハ状とすることを含む。各ウェハの歪みは約０．５μｍ未満であり、反りは約０．５μｍ未満であり、ＴＴＶは表面上において約１．０μｍ未満である。好ましくは、ウェハの厚さは約０．５ｍｍである。
【００２２】
好適な実施形態では、薄切りにしたウェハを処理し、各側における表面及び内層面の損傷レベルが、既に論じたラッパ(lapper)によって誘発される損傷レベルと同等となるようにする。両面ラッパ上において、ウェハを折り曲げるのに必要な下方力よりも小さい下方力を用いて、ラッピング・プロセスを開始する。例えば、直径７５ミリメートル（３インチ）、厚さ６００μｍのウェハには、約２００ｇに等しい力が適している可能性が高い。得られたウェハには、反りが誘発されているが、特異な損傷(differential damage)によるものではなく、標準的な両面又は単面研磨によって処理し、歪み、反り及びＴＴＶが低いウェハを生産することができる。
【００２３】
次いで、ＳｉＣウェハを研磨しエッチングすることが好ましい場合もある。好ましい研磨は、化学機械的研磨であり、好ましいエッチングは、溶融ＫＯＨエッチング(molten KOH etch)である。エッチングは、表面上の欠陥を強調するための品質制御技法として遂行し、更なるＳｉＣ又はＩＩＩ−Ｖ成長への先駆ステップとしては不要である（そして、望ましくない）。つまり、成長は、エッチングされていない研磨された種結晶上で遂行するのが通例である。
【００２４】
当技術分野では周知のように、ＳｉＣブールは、種結晶使用昇華システムにおいて成長させることが好ましい。ブールを薄切りにしてウェハ状とした後、次にこれらのウェハを、炭化珪素の単結晶の種結晶使用昇華成長において種結晶として用いることもできる。
【００２５】
本明細書の背景の部分で注記したように、炭化珪素の種結晶使用昇華成長の一般的な態様は、長年にわたり総合的に確立している。更に、所与の技法の詳細は、通常故意に、取り巻く状況に応じて変化することは、特に炭化珪素のような困難な材料径における結晶成長に精通する者には認められよう。したがって、ここに示す記載は、一般的及び概略的な意味で捕らえることが最も適切であり、当業者であれば、過度な実験を行わなくても、この開示に基づいて、本発明の改善を遂行できることは認められるであろう。
【００２６】
本発明の記載にあたり、多数の技法が開示されることは理解できるであろう。これらの各々は、個々の便益を有し、各々は、その他の開示した技法の１つ以上、又は場合によっては全てと共に用いることもできる。したがって、明確化のために、この記載では、個々のステップに可能なあらゆる組み合わせを不要に繰り返すことは、控えることにする。しかしながら、本明細書及び特許請求の範囲を読む際には、このような組み合わせも全て発明の範囲及び特許請求の範囲に該当するように理解することは言うまでもない。
【００２７】
背景において概略的に記したように、電子デバイスの性能固有性は、通例、種々のデバイス部分の結晶品質が改善されれば、改善される。したがって、本発明のウェハの欠陥低減特性は、同様に、デバイスの改善をももたらす。即ち、歪み、反り、及びＴＴＶが５μｍ以下に減少するので、高電力及び高電流化したデバイスが増々入手し易くなる。
【００２８】
したがって、別の態様では、本発明は、低欠陥７５ミリメートル（３インチ）炭化珪素ウェハ上に形成した複数の電界効果トランジスタである。ウェハは、歪みが約０．５μｍ未満、反りが約０．５μｍ未満、そしてＴＴＶが約１．０μｍ未満である。
【００２９】
別の態様では、本発明は、低欠陥７５ミリメートル（３インチ）炭化珪素ウェハ上に形成した複数の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。ウェハは、歪みが約０．５μｍ未満、反りが約０．５μｍ未満、そしてＴＴＶが約１．０μｍ未満である。図５は、基本的なＭＯＳＦＥＴ構造の模式断面図である。バルク単結晶基板４４は、互いに対向する第１表面４８及び第２表面５０をそれぞれ含む。基板上のエピタキシャル層が、ソース５２、チャネル５６、及びドレイン５４をそれぞれ有し、チャネル５６がゲート・コンタクト６４によって酸化物層６２を通じて制御される。ソース及びドレイン・コンタクト５８、６０は、それぞれ、ソース及びドレイン部分５２、５４上にある。ＭＯＳＦＥＴの構造及び動作、ならびにＭＯＳＦＥＴの組み合わせや変形は、当技術分野では周知であり、図５及びその説明は、特許請求する発明を限定するものではなく、一例に過ぎない。
【００３０】
図６を参照すると、別の態様では、本発明は、低欠陥７５ミリメートル（３インチ）炭化珪素ウェハ６８上に形成した複数の金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）６６である。ウェハ６８は、歪みが約０．５μｍ未満、反りが約０．５μｍ未満、そしてＴＴＶが約１．０μｍ未満である。基板６８は、互いに対向する第１表面７０及び第２表面７２をそれぞれ含む。導電性チャネル７４が、基板６８の第１表面７０上に配されている。オーミック・ソース７６及びドレイン７８コンタクトが、導電性チャネル７４の上に配されている。金属ゲート・コンタクト８０が、導電性チャネル７４上のソース７６及びドレイン７８の間に配されており、バイアスが金属ゲート・コンタクト８０に印加されると、アクティブ・チャネルを形成する。
【００３１】
当技術分野では周知のように、本発明によれば、炭化珪素ウェハ上に、１つよりも多い種類のデバイスを設けることもできる。含ませることができる追加のデバイスは、接合型電界効果トランジスタ、ヘテロ電界効果トランジスタ、ダイオード、及び当技術分野では周知のその他のデバイスである。これら（及びその他の）デバイスの構造及び動作は、当技術分野では良く理解されており、過度な実験を行わなくても、ここに記載され特許請求の範囲に記載された基板を用いて実施することができる。
【００３２】
実施例
本発明にしたがって、直径３インチ、厚さ約１ミリメートルの一連のＳｉＣウェハを形成した。これらのウェハの歪み、反り及びＴＴＶを以下の表１に示す。
【表１】
2008535761.tif 000002
【００３３】
図面及び明細書において、本発明の典型的な実施形態を開示した。具体的な用語を用いたが、包括的及び記述的な意味であって、限定を目的としてそうしたのではない。発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に明記されている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１（ａ）】本発明に応じて用いられる従来の両面ラッピング機械の模式図である。
【図１（ｂ）】本発明に応じて用いられる従来の両面ラッピング機械の模式図である。
【図２】本発明による半導体ウェハである。
【図３】本発明による複数の半導体先駆デバイスである。
【図４】本発明による種結晶使用昇華システムの模式断面図である。
【図５】本発明による金属酸化物半導体電界効果トランジスタの模式断面図である。
【図６】本発明による金属半導体電界効果トランジスタの模式断面図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月19日(2007.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶のＳｉＣウェハであって、直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）であり、歪みが約５μｍ未満であり、反りが約５μｍ未満であり、ＴＴＶが約２．０μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項２】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記歪みが約２μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項３】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記歪みが約１μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項４】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記反りが約２μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項５】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記反りが約１μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項６】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記ＴＴＶが約１．５μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項７】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記ＴＴＶが約１μｍ未満であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項８】
請求項１記載のＳｉＣウェハにおいて、前記結晶は、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、２Ｈ、及び１５Ｒのプロトタイプから成る群から選択されたプロトタイプを有することを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項９】
請求項１記載のＳｉＣウェハであって、該ウェハは４Ｈプロトタイプを有し、
前記ウェハは、歪みが約０．０５μｍ及び約５μｍの間であり、反りが約０．０５μｍ及び約５μｍの間であり、ＴＴＶが約０．５及び２．０μｍの間であることを特徴とするＳｉＣウェハ。
【請求項１０】
請求項１記載の半導体ウェハであって、
直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）である炭化珪素ウェハであって、歪みが約５μｍ未満であり、反りが約５μｍ未満であり、ＴＴＶが約２．０μｍ未満である炭化珪素ウェハと、
前記炭化珪素ウェハの前記表面上にある少なくとも１つのＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体ウェハにおいて、前記ＩＩＩ族窒化物層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、及びこれら組み合わせから成る群から選択されることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１２】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記炭化珪素基板上にある複数のデバイスであって、該デバイスの各々が、
前記基板上に配置されたエピタキシャル層であって、前記エピタキシャル層を第１導電型にするのに適したドーパント原子濃度と、ソース、チャネル、及びドレイン部分のそれぞれとを有する、エピタキシャル層と、
前記チャネル部分上にある金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上にあり、バイアスが印加されるとアクティブ・チャネルを形成する金属ゲート・コンタクトと、
からなる、複数のデバイスと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１３】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記炭化珪素基板上にある複数のデバイスであって、該デバイスの各々が、
前記基板上にある導電性チャネルと、
前記導電性チャネル上にあるソース及びドレインと、
前記導電性チャネル上の前記ソース及び前記ドレイン間にあり、バイアスを印加するとアクティブ・チャネルを形成する金属ゲート・コンタクトと、
からなる、複数のデバイスと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１４】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記単結晶炭化珪素基板上に配置された複数の接合型電界効果トランジスタと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１５】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記単結晶炭化珪素基板上に配置された複数のヘテロ電界効果トランジスタと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１６】
請求項１記載の半導体ウェハにおいて、該ウェハは、
互いに対向するそれぞれの第１及び第２表面と、
前記単結晶炭化珪素基板上に配置された複数のダイオードと、
を備えていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１７】
ＳｉＣの高品質単結晶の形成方法において、
直径が約７５ミリメートル（３インチ）よりも僅かに大きいＳｉＣブールを形成するステップと、
その後、前記ブールを薄切りにして、歪みが約５μｍ未満、反りが約５μｍ未満、ＴＴＶが約２．０μｍ未満の少なくとも１つのウェハとするステップと、
その後、前記ウェハを研磨するステップと、
前記歪み、反り、及びＴＴＶを測定するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、該方法は更に、前記ウェハの各表面における表面損傷レベルが実質的に同一となるように、前記薄切りにしたウェハを研削又はラッピングするステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、該方法は、前記ウェハを大きく折り曲げるために必要な力よりは少ない下方への力によって、前記ウェハをラッピングするステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の方法において、該方法は更に、前記研磨したウェハ上に、炭化珪素及びＩＩＩ族窒化物から成る群から選択された少なくとも１つのエピタキシャル層を成長させるステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２１】
種結晶使用昇華システムにおいて炭化珪素の高品質バルク単結晶を生産する方法において、
直径が少なくとも約７５ミリメートル（３インチ）のＳｉＣブールを成長させるステップと、
前記ＳｉＣブールを薄切りにして少なくとも１つのウェハを得るステップと、
その後、内層面損傷が前記ウェハの各側において実質的に同一となるように、ラッピング下方力を、前記ウェハを折り曲げる下方力未満の量に制限しつつ、前記ウェハをラッピングするステップと、
から成ることを特徴とする改善された方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、該方法は更に、前記ＳｉＣウェハを研磨するステップを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１記載の方法において、ＳｉＣブールを成長させるステップは、ＳｉＣの種結晶使用昇華成長から成ることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の方法において、前記ＳｉＣの種結晶使用昇華成長は、単結晶ポリタイプ種結晶使用昇華成長から成ることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１記載の方法において、ＳｉＣブールを成長させる前記ステップは、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、２Ｈ、及び１５Ｒプロトタイプから成る群から選択したプロトタイプを有するブールを成長させることから成ることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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