JP2014116553A - ＳｉＣ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＣ基板の表面にスクラッチ傷が発生するのを防止し、且つ、工程時間を長大化させることなくＳｉＣ基板を平坦化処理することが可能な、生産性及び歩留まりに優れたＳｉＣ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＣ基板１の表面１ａを覆うように酸化膜１０を成膜する酸化膜形成工程と、ＳｉＣ基板１に対して、ＣＭＰ法によって酸化膜１０側から研磨を施すことで該酸化膜１０を除去するとともに、ＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨することで該表面１ａを平坦化する平坦化工程と、を少なくとも具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳｉＣ基板の製造方法に関し、特に、ＳｉＣ基板、または、表面側にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板の表面を研磨して平坦化する工程を有する、ＳｉＣ基板の製造方法に関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が1桁大きく、バンドギャップが３倍大きく、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有することから、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、半導体デバイスの基板にＳｉＣ基板が用いられるようになっている。

上述のＳｉＣ基板は、例えば、昇華法等で作製したＳｉＣのバルク単結晶のインゴットから製造され、通常、インゴットの外周を研削して円柱状に加工した後、ワイヤーソー等を用いて円板状にスライス加工し、外周部を面取りして所定の直径に仕上げることで得られる。さらに、円板状のＳｉＣ基板の表面に、機械的研削法による研削処理を施すことで凹凸及び平行度を整え、その後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械研磨）法等のメカノケミカル研磨を表面に施すことで、片面または両面を鏡面に仕上げる。このようなＳｉＣ基板の研削、研磨は、スライス加工によって発生するうねりや加工歪の除去の他、ＳｉＣ基板表面の平坦化等を目的として行われる。

上述のようなＣＭＰ法は、化学的作用と機械的作用の両方を併せ持つ研磨方法であることから、ＳｉＣ基板に損傷を与えることなく、平坦な表面を安定して得ることが可能である。このため、ＣＭＰ法は、ＳｉＣ半導体デバイス等の製造工程において、ＳｉＣ基板の表面のうねりや、あるいは、ＳｉＣ基板の表面にエピタキシャル層が積層されてなるウェハ上の配線等による凹凸を平坦化する方法として、広く採用されている。

また、ＳｉＣ基板が用いられてなるウェハは、通常、上記手順で得られたＳｉＣ基板の上に、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）により、ＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜を成長させることにより製造する。一方、ＳｉＣ単結晶のインゴットからスライスされたＳｉＣ基板を、表面に凹凸やうねりが発生した状態のままで用いた場合には、ＳｉＣ基板の表面に成膜されたエピタキシャル層の表面にも凹凸等が生じることとなる。このため、ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させたウェハを製造する際は、予め、ＳｉＣ基板表面をＣＭＰ法で研磨するとともに、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長後にも、上記同様に機械的研削法による研削処理、及び、ＣＭＰ法による仕上げ研磨を行うことにより、基板表面、即ちウェハ表面を平坦化する処理を行う。

ここで、ＳｉＣ基板の表面にうねりや加工歪が残存した状態で、この上にエピタキシャル層を成長させ、さらに、このエピタキシャル層の上にトランジスタやダイオード等の半導体素子を形成して半導体装置を製造すると、ＳｉＣ本来の優れた物性値から期待されるような電気的特性が得られ難くなる。このため、上述のようなＳｉＣ基板の表面の平坦化処理は、非常に重要な工程である。

一般に、ＳｉＣ基板表面のうねりや加工歪を除去する処理としては、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法を用いることが有効であり、また、表面の平坦化については、例えば、１μｍ以下の粒径のダイヤを用いた研磨や、♯１００００以上の高い番手の砥石を用いた研削が有効である。さらに、ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる前のＳｉＣ基板表面の仕上げ加工や、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜した後のウェハの仕上げ加工として、表面粗さＲａ＜０．１μｍとするためのＣＭＰ法による研磨加工が一般的に行われている。

ＳｉＣ基板の表面をＣＭＰ法で研磨する方法について、図６、７を用いて以下に説明する。
図６に示すように、スライス後、表面が機械的研削法で研削されたＳｉＣ基板１００は、ＣＭＰ研磨機２００に備えられる回転可能なＳｉＣ基板支持部２０１に取り付けられる。そして、ＳｉＣ基板１００を回転定盤２０２の表面に貼り付けられた研磨パッド２０２ａに押し当てるとともに、研磨パッド２０２ａとＳｉＣ基板１００との界面に、スラリーノズル２０３からスラリー２０４を供給しながらＳｉＣ基板支持部２０１を回転させることにより、ＳｉＣ基板１００の研磨面（表面）１００ａを研磨する。

しかしながら、上述した従来の方法によってＳｉＣ基板１００を平坦化しようとしても、ＣＭＰ法による研磨加工を用いてＳｉＣ基板１００を研磨する加工初期の段階において、図６中に示すように、研磨面１００ａにスクラッチ傷３００が発生する。これは、ＣＭＰ研磨加工の初期段階においては、ＳｉＣ基板の研磨面１００ａを研磨パッド２０２ａに押し付ける動作と、ＳｉＣ基板支持部２０１に取り付けられたＳｉＣ基板１００が回転する動作とにより、基板表面にスクラッチ傷３００が生じ易くなるためである。ここで、ＳｉＣ基板１００をＣＭＰ研磨加工する場合、スラリーとして用いられているコロイダルシリカの平均粒径は、一般的に０．２〜０．５μｍ程度であり、ＣＭＰ研磨加工による除去量と残存スクラッチ傷との関係から、スクラッチ傷３００の深さは、概ね０．５μｍ以下と推定される。このようなスクラッチ傷３００がＣＭＰ研磨加工で生じた場合、図７に示すように、ＳｉＣ基板１００をＳｉＣ基板支持部２０１から取り外した後も、研磨面１００ａにスクラッチ傷３００が残存した状態となり、歩留まりが低下するという問題がある。

ここで、ＣＭＰ法でＳｉＣ基板１００を研磨加工する際の、本来の目的である表面粗さの改善については、おおよそ数１０分程度の研磨加工で達成することが可能である。一方、ＣＭＰ法による研磨加工の初期段階に、上述のようなスクラッチ傷３００が生じると、表面粗さの改善については達成しているにも関わらず、加工初期に発生したスクラッチ傷を除去するために、さらなる追加の加工が必要となる。通常、ＣＭＰ法による研磨加工は、他の方法に較べて加工レートが遅いことから、スクラッチ傷３００を除去するための加工時間が数時間単位で追加されることから、工程時間が長大化するという問題が生じる。

ＳｉＣ基板の表面をＣＭＰ法によって研磨加工する方法としては、例えば、回転テーブルに複数のＳｉＣ基板を取り付け、バッジ処理でＣＭＰ研磨加工するにあたり、回転テーブル上における研磨前の基板厚調整を、ＳｉＣ基板の研磨面と反対側の面に液体材料を塗布して行うことで、基板表面にスクラッチ傷等の機械的ダメージが発生することなく、各々のＳｉＣ基板の厚さを揃える技術が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載の技術によれば、上記方法を採用することで、基板に機械的ダメージを与えることなく複数の基板の厚みを揃えることができるので、複数のＳｉＣ基板の各表面における研磨量のばらつきを抑制できるという効果が得られる。

また、回転テーブル上にＳｉＣ基板を吸着固定し、このＳｉＣ基板を研削加工するにあたり、予め、ＳｉＣ基板の両面に硬化性材料を積層して硬化させることが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に記載の技術によれば、ＳｉＣ基板の両面に硬化性材料からなる硬化層を設け、基板剛性を高めることにより、その後の研削工程においてＳｉＣ基板を回転テーブル上に吸着固定した際に、ＳｉＣ基板にうねりが生じるのを抑制することができるので、研削後のＳｉＣ基板にうねりが残留するのを防止することが可能となる。

特開２００９−１００７１号公報 特開２０１１−１０３３７９号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術は、ＳｉＣ基板の研磨面と反対側の面に液体材料を塗布して基板厚を調整することで、複数のＳｉＣ基板の研磨量を一定にする方法であり、上述したような、ＣＭＰ研磨加工の初期段階におけるＳｉＣ基板の研磨面でのスクラッチ傷の発生や、工程時間の長大化を防止することはできない。

また、特許文献２に記載の技術は、ＳｉＣ基板を吸着固定した際にうねりが生じるのを抑制する方法であり、特許文献１と同様、ＣＭＰ研磨加工の初期段階におけるＳｉＣ基板の研磨面でのスクラッチ傷の発生や、工程時間の長大化を防止することはできない。さらに、特許文献２の方法では、ＳｉＣ基板の両面加工を行った後の基板表面に、スクラッチ傷等のダメージが生じるという大きな問題がある。

上述のように、従来、ＣＭＰ研磨加工の初期段階におけるＳｉＣ基板の研磨面でのスクラッチ傷の発生、並びに、該スクラッチ傷の除去処理に伴う工程時間の長大化を防止するための技術については、何ら提案されていなかった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣ基板の表面にスクラッチ傷が発生するのを防止し、且つ、工程時間を長大化させることなくＳｉＣ基板を平坦化処理することが可能な、生産性及び歩留まりに優れたＳｉＣ基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、上述したような、ＳｉＣ基板の表面をＣＭＰ法で研磨加工する際、初期段階におけるスクラッチ傷の発生を防止し、さらに、このスクラッチ傷を除去するための追加加工に伴う工程時間の長大化を防止するため、鋭意検討を重ねた。この結果、特に、ＣＭＰ研磨加工の開始直後においては、ＳｉＣ基板を研磨パッドに押し付ける動作と、回転が開始される動作との相互作用により、基板（ウェハ）表面にスクラッチ傷等が発生し易くなる現象を発見した。そして、このようなＣＭＰ研磨加工の初期段階におけるスクラッチ傷が、ＳｉＣ基板（ウェハ）に残存するのを防止するためには、ＣＭＰ研磨加工の開始時に研磨パッドに押し付けられるＳｉＣ基板の表面に、予め、研磨加工時の保護膜として機能する酸化膜を形成することが有効であると考えた。

即ち、ＣＭＰ研磨加工に先立ち、予め、ＳｉＣ基板表面に酸化膜を形成しておくことにより、ＣＭＰ研磨加工の初期段階においては、酸化膜が研磨パッドに押し付けられた状態のため、スクラッチ傷が酸化膜に発生するが、この酸化膜自体はＣＭＰ研磨加工によって除去される。そして、酸化膜が除去された後、ＳｉＣ基板の表面が露出するが、この加工段階においては、ＳｉＣ基板が研磨パッドに押し付けられる圧力や回転数は既に安定しているので、ＳｉＣ基板にスクラッチ傷が発生することが無く、また、スクラッチ傷を除去するための追加工程も不要となることを知見した。
さらに、ＣＭＰ研磨加工において、酸化膜に対する選択性の高いスラリーを用いた場合には、酸化膜が除去された後の、ＳｉＣ基板の表面の研磨量（研磨代）は微量となるので、ＣＭＰ研磨加工によるスクラッチ傷が発生することが無く、高い生産性及び歩留まりでＳｉＣ基板表面の平坦化処理が可能となることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１） ＳｉＣ基板の表面を研磨することによって平坦化する工程を有するＳｉＣ基板の製造方法であって、前記ＳｉＣ基板の表面を覆うように酸化膜を成膜する酸化膜形成工程と、前記ＳｉＣ基板に対して、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法によって前記酸化膜側から研磨を施すことで該酸化膜を除去するとともに、前記ＳｉＣ基板の表面を研磨することで該表面を平坦化する平坦化工程と、を少なくとも具備することを特徴とするＳｉＣ基板の製造方法。
（２） 前記酸化膜形成工程は、前記酸化膜を０．５μｍ以上の膜厚で成膜すること、を特徴とする（１）に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（３） 前記酸化膜形成工程は、前記ＳｉＣ基板の表面に前記酸化膜を成膜する際の成膜レートが０．１５（μｍ／ｈｒ）以上であること、を特徴とする（１）または（２）に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（４） 前記平坦化工程は、ＣＭＰ法によって前記酸化膜及び前記ＳｉＣ基板を研磨する際、前記ＳｉＣ基板に対する前記酸化膜の加工レートが、前記ＳｉＣ基板の加工レートよりも大きいことを特徴とする（１）〜（３）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（５） 前記平坦化工程は、ＣＭＰ法によって前記酸化膜及び前記ＳｉＣ基板を研磨する際、前記ＳｉＣ基板に対する前記酸化膜の加工レート比が１０以上であり、且つ、前記ＳｉＣ基板の加工レートが０．１（μｍ／ｈｒ）以上であること、を特徴とする（１）〜（４）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（６） 前記ＳｉＣ基板が、さらに、少なくとも一方の面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板であることを特徴とする（１）〜（５）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（７） 前記酸化膜形成工程の前に、さらに、ＳｉＣ基板の表面を機械式研磨法によって研磨する粗研磨工程を含むことを特徴とする（１）〜（５）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。

なお、本発明における「ＳｉＣ基板」とは、ＳｉＣ基板そのものか、あるいは、少なくとも一方の表面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）の両方を含むものである。即ち、本発明において「ＳｉＣ基板の表面を研磨することで該表面を平坦化する」とは、ＳｉＣ基板の表面を研磨する場合か、あるいは、表面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）の表面（エピタキシャル層面）を研磨する場合の、何れをも含むものである。

本発明のＳｉＣ基板の製造方法によれば、ＳｉＣ基板の表面を覆うように酸化膜を成膜した後、ＳｉＣ基板に対してＣＭＰ法によって酸化膜側から研磨を施すことで酸化膜を除去するとともに、さらに、ＳｉＣ基板の表面を研磨することで該表面を平坦化する方法を採用している。これにより、ＣＭＰ研磨加工の初期段階においてＳｉＣ基板の表面にスクラッチ傷が発生することがなく、ひいては、スクラッチ傷の発生に伴う、このスクラッチ傷を除去するための工程の追加が不要なので、工程時間を大幅に短縮しながらＳｉＣ基板の平坦化処理を行うことができる。従って、表面特性に優れたＳｉＣ基板を、生産性及び歩留まり良く製造することが可能となる。

本発明の実施形態であるＳｉＣ基板の製造方法を模式的に説明する図であり、ＣＭＰ法を用いてＳｉＣ基板の表面を研磨加工する工程の一例を示す概略図である。 本発明の実施形態であるＳｉＣ基板の製造方法を模式的に説明する図であり、ＣＭＰ法を用いてＳｉＣ基板の表面を研磨加工する工程の一例を示す概略図である。 本発明の実施形態であるＳｉＣ基板の製造方法を模式的に説明する図であり、ＣＭＰ法による研磨加工後のＳｉＣ基板を示す断面図である。 本発明の実施形態であるＳｉＣ基板の製造方法を模式的に説明する図であり、ＣＭＰ法による研磨加工時間と表面粗さＲａとの関係を示すグラフである。 本発明の実施形態であるＳｉＣ基板の製造方法を模式的に説明する図であり、ＣＭＰ法による研磨加工時間と、ＳｉＣ基板の表面におけるスクラッチ傷の数との関係を示すグラフである。 従来のＳｉＣ基板の製造方法を模式的に説明する図である。 従来のＳｉＣ基板の製造方法を模式的に説明する図であり、ＣＭＰ法による研磨加工によってスクラッチ傷が発生したＳｉＣ基板を示す断面図である。

以下、本発明を適用したＳｉＣ基板の製造方法について、図１〜図５を適宜参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

＜ＳｉＣ基板＞
本発明の方法における被研磨物であるＳｉＣ基板は、各種の半導体デバイスに用いられる半導体基板である。このようなＳｉＣ基板は、例えば、昇華法等によって作製したＳｉＣバルク単結晶のインゴットの外周を研削して円柱状に加工した後、ワイヤーソー等を用いて円板状にスライス加工し、外周部を面取りして所定の直径に仕上げることで製造できる。この際のＳｉＣバルク単結晶としては、何れのポリタイプのものも用いることができ、実用的なＳｉＣデバイスを作製するためのＳｉＣバルク単結晶として主に採用されている４Ｈ−ＳｉＣを用いることができる。

スライス加工によって円板状とされたＳｉＣ基板は、最終的に表面が鏡面研磨されるが、まず、従来公知の機械的研磨法を用いて表面を研磨することで、研磨面の凹凸を大まかに除去するとともに平行度を整えることができる。そして、機械的研磨法を用いて表面が研磨されたＳｉＣ基板の表面が、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法によってメカノケミカル研磨されることにより、表面が鏡面に仕上げられたＳｉＣ基板となる。この際、ＳｉＣ基板の片面のみが研磨され、鏡面とされていても良いが、両面のそれぞれが研磨された鏡面であっても良い。

ＳｉＣ基板は、表面の研磨処理により、上記のインゴットをスライス加工する際に発生するうねりや加工歪が除去されるとともに、基板の表面が平坦化された鏡面となる。このような表面が鏡面に研磨されたＳｉＣ基板は、平坦性に非常に優れたものとなり、さらに、ＳｉＣ基板上に各種のエピタキシャル層を形成したウェハは、各層の結晶特性に優れたものとなる。ＳｉＣ基板１は、通常、この上にＳｉＣデバイスの活性領域となるエピタキシャル層が化学的気相成長法（ＣＶＤ）等によって形成され、ＳｉＣエピタキシャルウェハとして用いられる。

なお、上述したが、本発明における「ＳｉＣ基板」とは、ＳｉＣ基板そのものか、あるいは、少なくとも一方の面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）の両方を含むものである。従って、本実施形態で説明するＳｉＣ基板の研磨には、ＳｉＣ基板そのものの表面を研磨するか、あるいは、表面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）の表面、即ちエピタキシャル層面を研磨する場合の両方が含まれる。

上述のようなＳｉＣエピタキシャルウェハの表面を研磨する場合、エピタキシャル成長中に生じたエピタキシャル層表面の微小な段差等の凹凸を除去してさらに平坦化することにより、電子デバイスを形成する際に、その上に形成される酸化膜との界面の品質を向上させ、高品質のデバイスを得ることが可能となる。特に、エピタキシャル成長層が厚い場合には、表面に段差等が発生しやすいため、本発明に係るＣＭＰ研磨を行うことがより有効である。また、エピタキシャル層の表面は、スライス加工された段階のＳｉＣ基板に比べて平坦であるため、エピタキシャル層の表面をＣＭＰ法で研磨する場合には、機械的研磨法による表面研磨を省略することができる。

＜研磨装置＞
以下に、本実施形態で説明するＳｉＣ基板の製造方法で用いる、ＣＭＰ研磨加工を行うための研磨装置の一例について説明する。
図１、２に示すように、本実施形態の研磨装置２は、ＳｉＣ基板１が取り付けられるＳｉＣ基板支持部２１と、ＳｉＣ基板１が回転しながら押し当てられることでＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨する、回転定盤２２の表面に貼り付けられた研磨パッド２２ａと、ＳｉＣ基板１と研磨パッド２２との界面にスラリー４を供給するスラリーノズル２３と、から概略構成されている。

ＳｉＣ基板支持部２１は、円柱形状とされており、図示略の吸引チャック機構等により、セラミックスプレートからなる先端面２１ａにＳｉＣ基板１が取り付けられる。また、ＳｉＣ基板支持部２１は、その縦軸方向を中心にして、図示略のモーター等により、所定方向に回転可能（図１中の矢印を参照）な構成とされている。さらに、ＳｉＣ基板支持部２１は、図示略の駆動手段により、図１、２中において上下に移動可能とされており、先端面２１ａに吸着して取り付けられたＳｉＣ基板１が、ＳｉＣ基板支持部２１が下方に移動するのに伴って、研磨パッド２２に押し当てられるように構成される。なお、ＳｉＣ基板支持部２１の先端面２１ａにＳｉＣ基板１を取り付ける方法としては、上述した吸引チャック機構には限定されず、例えば、テープやワックスを用いた方法を採用することも可能である。また、先端面２１ａに取り付けるＳｉＣ基板１の枚数は、１枚でもよいし、複数であっても構わない。

研磨パッド２２ａは、回転定盤２２の表面に貼り付けられ、ＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨するものである。研磨パッド２２ａとしては、例えば、従来からこの分野で用いられている不織布やスエード材等を用いることができる。また、研磨パッド２２ａも、上記のＳｉＣ基板支持部２１と同様に、図示略のモーター等によって回転可能な構成とされる。研磨パッド２２ａは、それ自体が回転するとともに、ＳｉＣ基板支持部２１に取り付けられたＳｉＣ基板１が回転しながら研磨パッド２２ａに押し当てられることにより、ＳｉＣ基板１の表面を研磨して平坦化処理する。

このような研磨パッド２２ａに用いられる織布やスエード材としては、例えば、ニッタハース社製のＳＵＢＡ４００等の不織布を、何ら制限無く用いることができる。

スラリーノズル２３は、ＳｉＣ基板１と研磨パッド２２ａとの界面にスラリー（研磨剤）４を供給するものであり、図示略のスラリータンクからポンプ手段等によってスラリーノズル２３に通液されたスラリーが、先端口２３ａから吐出される。また、図１、２に示す例では、ＳｉＣ基板１の表面１ａに形成された酸化膜１０と研磨パッド２２ａとの界面に、スラリーノズル２３の先端口２３ａからスラリー４が供給される。

本発明の製造方法においては、上記構成の研磨装置２を用いることで、詳細を後述するように、ＳｉＣ基板１の表面１ａに形成された酸化膜１０の研磨面１０ａが研磨パッド２２ａに対して回転しながら押し当てられ、まず、酸化膜１０が、研磨面１０ａ側から研磨されてゆく。そして、研磨加工によって酸化膜１０がほぼ除去されると、その下のＳｉＣ基板１の表面１ａが露出するが、本発明では、酸化膜１０の研磨に引き続いてＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨することにより、この表面１ａにスクラッチ傷等が発生することなく、ＳｉＣ基板１の平坦化処理を行うことができる。

＜製造方法＞
本発明に係るＳｉＣ基板１の製造方法は、ＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨することによって平坦化する方法である。また、本発明では、少なくとも一方の表面に図示略のエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板の表面を研磨することによって平坦化することも可能である。以下の説明においては、上記構成の研磨装置２を用いて、エピタキシャル層が積層されていないＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨する場合を例示する。

本発明に係る製造方法は、ＳｉＣ基板１の表面１ａを覆うように酸化膜１０を成膜する酸化膜形成工程と、ＳｉＣ基板１に対して、ＣＭＰ法によって酸化膜１０側から研磨を施すことで該酸化膜１０を除去するとともに、ＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨することで該表面１ａを平坦化する平坦化工程と、を少なくとも具備する。また、本発明においては、上記の酸化膜形成工程の前に、さらに、ＳｉＣ基板１の表面１ａを機械式研磨法によって研磨する粗研磨工程を含む方法を採用することができ、以下においても、この粗研磨工程を含む場合を例示する。

［ＳｉＣ基板の準備］
本実施形態では、まず、被研磨物であるＳｉＣ基板を得るにあたり、ＳｉＣバルク単結晶のインゴットを準備し、このインゴットの外周を研削して、円柱状のインゴットに加工する。その後、ワイヤーソー等により、インゴットを円板状にスライス加工し、さらに、その外周部を面取りすることで、所定の直径を有するＳｉＣ基板１に仕上げる。

本実施形態においては、ＳｉＣバルク単結晶の成長方法や、インゴットの研削加工方法、スライス加工方法等については、特に限定されることなく、従来公知の方法を採用できる。
また、通常、研削、研磨を施す前のＳｉＣ基板の表面には、数１０μｍ程度の厚みのばらつきやうねり、凹凸が生じた状態となっている。

［粗研磨工程］
粗研磨工程では、ＳｉＣ基板１の表面１ａを、機械式研磨法によって研磨する。
具体的には、詳細な図示を省略するが、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法により、ＳｉＣ基板１の表面１ａにおける、比較的大きなうねりや加工歪等の凹凸を除去する研磨処理を行う。ここで、従来公知のラップ研磨装置を用いて、キャリアプレートにＳｉＣ基板を保持させ、スラリーを供給するとともに、キャリアプレートを遊星運動させながら定盤を回転させることにより、ＳｉＣ基板の片面あるいは両面を同時にラップ研磨する方法を採用することができる。

ＳｉＣ基板の両面を研磨する場合には、まず、キャリアプレートに形成された円形孔にＳｉＣ基板を収納して保持させる。
次いで、キャリアプレートに保持されたＳｉＣ基板を上下の定盤で挟み込み、荷重をかけた状態で、定盤の間に研磨剤を含むスラリーを供給しながら、２枚の定盤を交互に対向して回転させ、ＳｉＣ基板の表裏を削り取る。これにより、ＳｉＣ基板の表面が次第に研磨され、表面に残留したうねりの凸部が先行して除去される。この際の加工砥粒としては、例えばダイヤモンド砥粒等を用いる。また、ＳｉＣ基板の片面のみを研磨する場合には、ＳｉＣ基板の研磨する表面とは反対側の面をキャリアプレートに接着材等で貼り付け、ＳｉＣ基板を貼り付けたキャリアプレートと定盤とを対向させて、上記同様の研磨を行う。
このような粗研磨工程で研磨されたＳｉＣ基板の表面は、大きなうねりや加工歪等の凹凸が除去された状態となる。

粗研磨工程において、ラップ研磨によって機械式研磨を行う場合の加工圧力、即ち、ＳｉＣ基板を研磨する際に加えられる荷重は、１０〜１００ｇ／ｃｍ^２の範囲とすることが好ましい。この加工圧力は研磨レートに対応するが、その範囲を上記とすることにより、ＳｉＣ基板の表面のうねりや加工歪等の凹凸を短時間で除去できるような研磨レートとすることが可能となる。ＳｉＣ基板に加えられる加工圧力が上記範囲を超えると、スライス加工後の厚さのばらつきやうねりが大きなＳｉＣ基板に対して、局所的に力が加わりやすくなり、ＳｉＣ基板に割れやクラック等が生じる可能性がある。
また、この際に用いる砥粒の粒径は、直径が１０μｍ以下であることが好ましい。

なお、本実施形態で説明する粗研磨工程では、上記のようなラップ研磨による粗研磨を行う方法を例に挙げているが、例えば、ラップ研磨の後にポリッシュを用いた精密な研磨を行い、その後、後述の酸化膜形成工程、平坦化工程を行うことでＳｉＣ基板１の表面１ａを超精密研磨する方法としても良い。
あるいは、上記のラップ研磨において、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍ（２５０ｎｍ）程度の、ポリッシュにおいても用いられる細やかなダイヤモンドスラリーを用い、精密な研磨を行うことも可能である。
また、上述のような粗研磨工程を、複数回で行っても良い。

［酸化膜形成工程］
次に、酸化膜形成工程では、上記手順の粗研磨工程において、比較的大きなうねりや加工歪等が除去されたＳｉＣ基板１の表面１ａを覆うように酸化膜１０を形成する。
具体的には、従来公知の成膜方法を用いて、ＳｉＣ基板１の表面１ａを覆うように酸化物を堆積させることにより、図１中に示すような酸化膜１０を形成する。これにより、ＳｉＣ基板１の表面１ａに残存した微細な凹凸も、酸化膜１０によって埋め込まれながら覆われた状態となる。
この酸化膜１０は、後述する平坦化工程において保護膜として機能し、完全に除去される膜である。

酸化膜１０の材料としては、特に限定されないが、後述の平坦化工程におけるＣＭＰ研磨加工で用いるスラリ（研磨剤）の加工レートを勘案しながら、適宜採用することが好ましい。例えば、スラリーとして従来公知のコロイダルシリカを用いる場合には、ＳｉＣの１０倍以上の加工レートが得られるシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を酸化膜１０に用いることが好ましい。また、ＳｉＯ_２以外の酸化膜材料についても、以下に説明する成膜レートや、ＣＭＰ研磨による加工レートの条件を勘案しながら採用することが可能である。

ＳｉＣ基板１の表面１ａに酸化膜１０を成膜する際の成膜レートは、０．１５（μｍ／ｈｒ）以上であることが、加工（成膜）時間短縮等の観点から好ましい。酸化膜の成膜レートが上記以下だと、生産性が低下するおそれがある。

酸化膜形成工程では、酸化膜１０を０．５μｍ以上の膜厚で成膜することが好ましい。
このように、酸化膜１０の膜厚を０．５μｍ以上とすることにより、後述の平坦化工程において、ＳｉＣ基板１を回転させながら研磨パッド２２に押し当てることで研磨が開始される初期段階で、スクラッチ３０（図１参照）が酸化膜１０内に生じる一方、このスクラッチ３０がＳｉＣ基板１に到達するのを抑制できる効果が確実に得られる。即ち、酸化膜１０は、研磨動作が安定していない研磨の初期段階（図１に示すＳｉＣ基板１の回転、研磨パッド２２の回転、ＳｉＣ基板１と研磨パッド２２との間へのスラリー４の供給等が安定していない段階）に発生しやすいスクラッチ３０が、ＳｉＣ基板１の表面１ａに発生するのを抑制する保護膜として機能する。

酸化膜１０の成膜方法としても、特に限定されるものではないが、上記のＳｉＯ_２を成膜することで酸化膜１０を形成する場合には、例えば、Ｐ−ＣＶＤ法を用いることが好ましい。これは、Ｐ−ＣＶＤ法は、成膜条件によっては、５（μｍ／ｈｒ）程度の高い成膜レートが得られることや、エピタキシャル層の成膜後のデバイス作製工程で一般的に用いられている方法であることから、半導体デバイスの製造工程において、製造装置をそのまま使用できるメリットがあるためである。

また、Ｐ−ＣＶＤ法以外の成膜方法としては、例えば、ＲＦスパッタリング法は成膜レートが０．２（μｍ／ｈｒ）程度と、Ｐ−ＣＶＤ法に較べて低い成膜レートとなるが、加工（成膜）時間の観点からは実用に耐えられるものと考えられる。

なお、熱酸化膜を採用した場合には、膜厚が０．１μｍで飽和してしまうため、本発明で用いる酸化膜としては薄すぎることから、後述の平坦化工程におけるＣＭＰ研磨加工においてＳｉＣ基板にスクラッチ傷が発生するおそれがある。また、熱酸化膜を成膜する場合、成膜レートが０．１（μｍ／ｈｒ）以下と遅いことから、加工時間の短縮効果も期待できず、好ましくない。

また、ＳｉＯ_２からなる酸化膜１０に代えて、絶縁膜であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いることも考えられるが、後述の平坦化工程において、絶縁膜研磨用のスラリー（研磨液）を用いた場合、シリコン窒化膜の研磨レートは、ＳｉＯ_２の研磨レートの数分の１であるため、生産性の向上の観点から好ましくない。
また、シリコン窒化膜は、厚く成膜すると割れが発生しやすくなることから、ＳｉＣ基板１の表面１ａ上におけるシリコン窒化膜の研磨レートのばらつきが大きくなるため、好ましくない。

［平坦化工程］
次に、平坦化工程においては、上記粗研磨工程において凹凸及び平行度が整えられ、さらに表面１ａ上に酸化膜１０が形成されたＳｉＣ基板１に対して、ＣＭＰ法によって酸化膜１０側から超精密研磨（鏡面研磨）を施すことで、酸化膜１０を研磨して除去するとともに、ＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨することにより、この表面１ａを平坦化する。

具体的には、図１に示すように、まず、研磨装置２に備えられるＳｉＣ基板支持部２１の先端面２１ａに、図示略の吸引チャック機構や、テープやワックスを用いた貼り付け方法により、表面１ａに酸化膜１０が積層されたＳｉＣ基板１を、酸化膜１０側が露出して研磨パッド２２に対向する向きで吸着固定する。

次いで、研磨パッド２２ａを所定の回転数で回転させた状態とし、スラリーノズル２３から研磨パッド２２ａ上にスラリー（研磨液）４を供給する。そして、ＳｉＣ基板１が取り付けられたＳｉＣ基板支持部２１を下方に移動させ、酸化膜１０の研磨面１０ａと研磨パッド２２ａとを接触させ、ＳｉＣ基板支持部２１を所定の回転数で回転させることで、酸化膜１０の研磨を開始する。

この際、回転する研磨パッド２２ａにＳｉＣ基板１（酸化膜１０）を押し付ける動作や、ＳｉＣ基板支持部２１の回転が始まる動作等により、研磨加工の初期段階において、厚さ０．５μｍ以上とされた酸化膜１０の研磨面１０ａに、スラリー４に含まれる研磨剤（例えば、二次粒子の平均粒径が０．２〜０．５μｍとされたコロイダルシリカ）に起因するスクラッチ傷３０が生じる。このようなスクラッチ傷３０は、ＣＭＰ研磨開始直後に発生しやすく、研磨が進んでＣＭＰ研磨が安定化してからは、新たには発生し難い。

本発明においては、酸化膜１０を研磨後、研磨が安定した状態（研磨布の回転、ＳｉＣ基板の回転、ＳｉＣ基板と研磨布との間へのスラリー４の供給等が安定し、ハイドロブレーン現象による摩擦減少によりスクラッチが発生しにくい状態）で、ＳｉＣ基板１を研磨する。これにより、スクラッチ傷３０が、ＳｉＣ基板１の表面１ａ上に形成した酸化膜１０にのみ発生し、このスクラッチ傷３０がＳｉＣ基板１に到達することはない。これにより、ＳｉＣ基板１の表面１ａにスクラッチ傷が生じるのを抑制できる。また、酸化膜１０自体は平坦化工程において除去されるので、酸化膜１０にスクラッチ傷３０が発生しても問題は無い。

次いで、図２に示すように、酸化膜１０の研磨・除去に引き続き、酸化膜１０が除去されることで露出したＳｉＣ基板１の表面１ａの研磨を継続する。この段階では、ＳｉＣ基板１が研磨パッド２２ａに押し付けられる圧力や各回転数は既に安定しているので、ＳｉＣ基板にスクラッチ傷が発生することが無い。これにより、ＳｉＣ基板１の表面１ａに残存した微細な凹凸等が平坦化され、鏡面に研磨加工される。
この際のＳｉＣ基板１の加工レート（研磨速度）としては、シリコン酸化膜からなる酸化膜１０の加工レートよりも遅いＣＭＰ条件として、ＳｉＣ基板１を研磨することができる。これにより、ＳｉＣ基板１の表面１ａの微細な凹凸を選択的に研磨することが可能となるので、ＳｉＣ基板１の表面１ａを、良好な平滑面に加工することができる。ＳｉＣ基板１の表面１ａは、上記の粗研磨工程において比較的大きなうねりや加工歪等の凹凸が除去され、微細な凹凸等が残存している程度なので、酸化膜１０に対するＳｉＣ基板１の加工レート比が高いスラリー（ＳｉＣ基板１が研磨されにくい研磨液）を用いた場合でも、比較的短時間で、ＳｉＣ基板１の表面１ａ平坦化、鏡面研磨することが可能となる。また、エピタキシャル層の表面をＣＭＰ研磨する場合には、研磨前の凹凸の大きさが小さく、少ない加工量で平坦化を行うため、このようなＣＭＰ条件が特に好ましい。

本実施形態で説明する平坦化工程においては、ＳｉＣ基板１の直径が４インチ（１０．１６ｃｍ）の場合には、例えば、研磨パッド２２の回転数が３０〜７０ｒｐｍ、ＳｉＣ基板支持部２１の回転数が３０〜７０ｒｐｍ、加工圧力（研磨荷重）が１００〜１０００ｇ／ｃｍ^２の研磨条件とすることができる。

平坦化工程において用いるスラリー（研磨材）４としては、特に限定されないが、ＣＭＰ法によって酸化膜１０及びＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨する際に、ＳｉＣ基板１に対する酸化膜１０の加工レート比が１０以上であることが好ましい。さらに、上記加工レート比であることに加え、ＳｉＣ基板１の加工レートが０．１（μｍ／ｈｒ）以上であることがより好ましい。
なお、本実施形態において、「ＳｉＣ基板１に対する酸化膜１０の加工レート比が１０以上である」とは、酸化膜１０の加工（研磨）レートが、ＳｉＣ基板１の加工レートの１０倍以上であることを言う。また、「酸化膜１０に対するＳｉＣ基板１の加工レート比が高い」とは、酸化膜１０の加工レートが、ＳｉＣ基板１の加工レートよりも大きいことを言う。

このように、ＳｉＣ基板１に対する酸化膜１０の加工レート比が１０以上であり、酸化膜１０に対するＳｉＣ基板１の加工レート比が高い（例えば、ＳｉＣ：ＳｉＯ_２＝１：１００）スラリー４を用いることで、酸化膜１０の研磨・除去に要する時間を短くすることが可能となるので、ＳｉＣ基板１の生産性を向上させることができる。

また、ＳｉＣ基板１に対する酸化膜１０の加工レート比が１０以上であり、酸化膜１０に対するＳｉＣ基板１の加工レート比が高いスラリー４を用いることで、ＳｉＣ基板１の研磨量（研磨代）を極力少なくすることが可能となるので、スクラッチ傷の発生が無い平坦な表面１ａを、工程時間を長大化させることなく得ることができる。また、エピタキシャル層の表面を研磨する場合には、スクラッチ傷を発生させることなく、平坦なエピタキシャル層の表面が得られる。

また、スラリー４として、例えば、スラリー４に含まれる研磨剤が凝集してなる二次粒子の平均粒子径が０．２〜０．５μｍのものを用いることができる。
上述のように、まず、酸化膜形成工程において膜厚が０．５μｍ以上とされた酸化膜１０を形成し、その後、研磨剤の二次粒子の平均粒子径が上記範囲とされたスラリー４を用いて酸化膜１０を研磨することにより、研磨剤に起因する研磨加工の初期段階（回転する研磨パッド２２ａと酸化膜１０の研磨面１０ａとが接触して研磨が開始される段階）に発生しやすいスクラッチ３０が、ＳｉＣ基板１の表面１ａに到達するのを抑制できる。

具体的なスラリー４としては、例えば、二次粒子の平均粒径が０．２〜０．５μｍとされたコロイダルシリカ、ＫＯＨ、Ｈ_２Ｏ_２、及び純水等を混合することで、ＰＨがアルカリ性（例えば、ＰＨが１１以下）とされた混合液を用いることができる。
なお、酸化膜１０に対するＳｉＣ基板１の加工レート比を高くするためには、ＫＯＨとＨ_２Ｏ_２との配合を調整するとよい。

また、ＳｉＣ基板１に対する酸化膜１０の加工レート比が上記以上であることに加え、さらに、ＳｉＣ基板１の加工レートが０．１（μｍ／ｈｒ）以上であることで、ＳｉＣ基板１の表面１ａを短時間で研磨することができ、生産性が向上する。

次いで、平坦化工程においては、ＳｉＣ基板１の表面１ａが平坦化、鏡面研磨された段階で、研磨動作を停止させる。具体的には、ＳｉＣ基板支持部２１を上方に移動させて研磨パッド２２ａから離間させる。
次いで、ＳｉＣ基板支持部２１を回転させながら、純水を用いて、ＳｉＣ基板支持部２１、ＳｉＣ基板１の表面１ａを洗浄する。

その後、図３に示すように、ＳｉＣ基板支持部２１からＳｉＣ基板１を取り外し、このＳｉＣ基板１全体を、従来公知の洗浄用薬液を用いて洗浄することにより、付着したスラリー４を除去した後、乾燥させる。
以上の工程により、表面１ａが平坦化、鏡面研磨されたＳｉＣ基板１を製造することができる。

さらに、平坦化されたＳｉＣ基板１の表面１ａ上には、従来公知のＣＶＤ法等を用いて、各種のエピタキシャル層を成長させることで、半導体デバイスを形成することができるが、本発明においては、このようなエピタキシャル層等が形成されたデバイスの表面を、上記同様の方法で研磨することが可能である。

なお、通常、ＣＭＰ研磨加工においてＳｉＣ基板の表面に発生するスクラッチ傷の深さは、概ね０．５μｍ以下である。このことから、ＣＭＰ研磨を用いた平坦化工程の前の酸化膜形成工程において、酸化膜１０を０．５μｍ以上の膜厚で形成すれば、研磨加工の初期段階において発生するスクラッチ傷３０がＳｉＣ基板１の表面１ａまで到達することが無いので、ＳｉＣ基板１自体にスクラッチ傷が生じるのを抑制できる。また、従来のＣＭＰ研磨加工において、基板表面のスクラッチ傷を除去するために必須となっていた後加工が省略できるので、この後加工に要する概ね１５分程度の工程時間を短縮することが可能である。

上記により、従来のＣＭＰ研磨加工に対して加工時間を短縮するためには、酸化膜形成工程において０．５μｍ以上の膜厚で酸化膜１０を形成するための成膜時間と、平坦化工程において酸化膜１０を研磨除去する加工時間との合計が、概ね４時間以下である必要がある。一方、平坦化工程において酸化膜１０を研磨除去する際の研磨条件は、酸化膜を研磨する場合の最適条件ではなく、ＳｉＣ基板１の研磨加工と同じ条件とすることが工程の連続性の観点から望ましいため、酸化膜１０の研磨加工時間は、ＳｉＣ基板１の研磨条件に依存する。

このため、スラリー４については、酸化膜１０及びＳｉＣ基板１の両方が加工可能で、且つ、酸化膜１０の加工レートが高いものである必要がある。例えば、ＳｉＯ_２膜の場合には、研磨剤として、コロイダルシリカやアルミナを含むものを用いることにより、ＳｉＣに対する１０倍以上の加工レート（ＳｉＯ_２加工レート）が得られる。特に、コロイダルシリカ系のスラリー４を用いた場合には、このスラリー４をアルカリ性にすることで、ＳｉＣの加工レートをほとんど変化させずに、ＳｉＯ_２の加工レートを、ＳｉＣの加工レートの概ね１００倍程度まで上昇させることが可能になるので、酸化膜１０の加工時間の短縮に繋がる。

以下に、本発明者等が、本発明のＳｉＣ基板の製造方法を実証するために行った実験について説明する。
本実験においては、平均粒径：０．２５μｍのダイヤモンドスラリーを用いて、ラップ研磨により粗研磨工程を施したＳｉＣ基板に対して、以下に示す条件でＣＭＰ研磨加工を行った。そして、ＣＭＰ研磨加工後のＳｉＣ基板の表面粗さＲａ（ｎｍ）を、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡法）により、５μｍ□視野で測定するとともに、ＳｉＣ基板表面に生じたスクラッチ傷の本数を、コンフォーカル式顕微鏡観察によってカウントした。そして、ＣＭＰ加工時間（ｈｒ）と表面粗さＲａ（ｎｍ）との関係を図４のグラフに示すとともに、ＣＭＰ加工時間とスクラッチ傷の個数との関係を図５のグラフに示した。
なお、図４、５のグラフ中に示したＣＭＰ加工時間に関し、スクラッチ傷が加工初期段階で発生することを考慮して、連続運転により実験を行った。

（１）ＳｉＣ基板（サンプル）：３インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板；４枚１組セット
（２）ＣＭＰ研磨加工条件
Ａ．加工時間：１５分、３０分、１時間、３時間、５時間；各１組
Ｂ．ＣＭＰスラリー：コロイダルシリカ＋ＫＯＨ＋Ｈ_２Ｏ_２（ｐＨ：９）
Ｃ．ＣＭＰ研磨荷重：３００ｇｆ／ｃｍ^２
Ｄ．定盤回転数：６０ｒｐｍ
（３）測定条件
Ａ．ＡＦＭ測定：ＣＭＰ研磨加工の前後に測定
Ｂ．コンフォーカル式顕微鏡：研磨加工後のみカウント（研磨加工前は表面荒れによるノイズのため評価不可）

図４のグラフに示すように、研磨加工前（０ｈｒ時）のＳｉＣ基板の表面粗さＲａが０．０９〜０．１２５（ｎｍ）であるのに対し、ＣＭＰ研磨加工を１５分行った時点で、既に表面粗さＲａが０．０４（ｎｍ）程度となっており、ＣＭＰ研磨加工の本来の目的である、基板表面の平坦化（鏡面加工）が達成されていることがわかる。
また、図５のグラフに示すように、ＣＭＰ研磨加工の時間が経過するとともにスクラッチ傷の本数が減少して行き、５ｈｒでスクラッチ傷がほぼ消滅していることがわかる。

ここで、ＣＭＰによる加工レートは極端に小さいことから、ＳｉＣ基板の厚みの変化から加工レートを直接求めることは困難であるが、基板の重量変化から算出すると概ね０．１（μｍ／ｈｒ）程度の加工レートであり、スクラッチ傷を完全に除去するためには、０．５（μｍ）程度の研磨加工量が必要なことがわかる。このことからも、平坦化工程を行う前に、酸化膜形成工程において形成する酸化膜１０の膜厚を０．５（μｍ）以上とすることで、ＳｉＣ基板の表面にスクラッチ傷が到達するのを効果的に抑制でき、より好ましいことがわかる。

＜作用効果＞
本発明のＳｉＣ基板の製造方法によれば、ＳｉＣ基板１の表面１ａを覆うように酸化膜１０を成膜した後、ＳｉＣ基板１に対してＣＭＰ法によって酸化膜１０側から研磨を施すことで酸化膜１０を除去するとともに、さらに、ＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨することでこの表面１ａを平坦化する方法を採用している。このように、まず、ＳｉＣ基板１の表面１ａを覆うように酸化膜１０を形成することにより、その後、ＣＭＰ法によってＳｉＣ基板１の表面１ａを研磨する際、酸化膜１０が保護膜として機能する。これにより、互いに回転する研磨パッド２２ａと酸化膜１０とが接触するＣＭＰ研磨加工の初期段階において、酸化膜１０にスクラッチ傷３０が発生した場合であっても、このスクラッチ傷３０がＳｉＣ基板１の表面１ａにまで到達するのを抑制できる。従って、ＳｉＣ基板１の表面１ａにスクラッチ傷が発生することがなく、ひいては、スクラッチ傷の発生に伴う、このスクラッチ傷を除去するための工程の追加が不要となるので、工程時間を大幅に短縮しながらＳｉＣ基板の平坦化処理を行うことができる。従って、表面特性に優れたＳｉＣ基板１を、生産性及び歩留まり良く製造することが可能となる。

さらに、ＳｉＣ基板１に対する酸化膜１０の加工レート比が１０以上で、酸化膜１０に対するＳｉＣ基板１の加工レート比が高いスラリー４を用いた場合には、酸化膜１０を短時間で除去できるとともに、ＳｉＣ基板１の研磨量が極力少ない状態での平坦化・鏡面研磨が可能となるので、スクラッチ傷の発生が無い平坦な表面１ａを、工程時間を長大化させることなく得ることができる。また、エピタキシャル層の表面を研磨する場合には、スクラッチ傷を発生させることなく、平坦なエピタキシャル層の表面が得られる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
本実施例においては、酸化膜の膜厚とＣＭＰ研磨加工時間との、研磨後のスクラッチ傷の数の関係の調査（実施例１）、各種の酸化物成膜方法におけるＣＭＰ研磨加工時間と研磨後のスクラッチ傷との関係（実施例２）、ＣＭＰスラリーとＣＭＰ研磨加工量（除去量）との関係（実施例３）の各々を調査した。

［実施例１］
実施例１においては、まず、ＳｉＣ基板（３インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板）の表面に、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍのダイヤモンドスラリーを用いてラップ式研磨を施した後、その表面に、Ｐ−ＣＶＤ法により、ＳｉＯ_２膜を０．５、１．０、２．０（μｍ）の各膜厚で形成し、各４枚を本発明例１−１−１〜４、１−２−１〜４、 １−３−１〜４とした。
ＳｉＯ_２膜を形成する際のＰ−ＣＶＤの条件は、以下の各条件とした。
（１）チャンバ内圧力；１００（Ｐａ）
（２）チャンバ内温度；４００℃
（３）流通ガス；ＳｉＨ_４：Ｎ_２Ｏ＝２０：３００（ｓｃｃｍ）
（４）ＲＦパワー；１００（Ｗ）
（５）成膜レート；６（μｍ／ｈｒ）

その後、二次粒子の平均粒径が０．３（μｍ）のコロイダルシリカにＫＯＨ及びＨ_２Ｏ_２を添加し、ｐＨ：１０に調整したスラリーを用いて、各基板に対してＣＭＰ研磨加工を０．５ｈｒで行った。
ＣＭＰ研磨加工の条件は、以下の各条件とした。
（１）研磨荷重；５００（ｇｆ／ｃｍ^２）
（２）定盤回転数；６０ｒｐｍ
（３）ＳｉＣ基板加工レート；０．１（μｍ／ｈｒ）｛密度：３．２（ｇ／ｃｃ）からの重量換算による。｝

また、比較例１−１−１〜４、１−２−１〜４、１−３−１〜４として、ダイヤモンドスラリーを用いたラップ式研磨後の、ＳｉＯ_２膜を形成していないＳｉＣ基板各４枚を、上記本発明例と同様の加工条件でＣＭＰ研磨加工を行った。この際の加工時間は、それぞれ、０．５、３、５ｈｒとした。
また、参考例１−１−１〜４として、ＳｉＣ基板の表面に、ＳｉＯ_２膜を０．３（μｍ）の膜厚で、上記本発明例と同様のＰ−ＣＶＤ条件で形成した後、ＣＭＰ研磨加工を０．５ｈｒ行った。

そして、ＣＭＰ研磨加工後のＳｉＣ基板の評価として、ＳｉＣ基板の全面について、コンフォーカル式顕微鏡を用いたスクラッチ傷の検査（本数のカウント）を行うとともに、ＡＦＭ測定による表面粗さＲａ（ｎｍ）の測定（視野：５μｍ□）を行った。
また、ダイヤモンドスラリーを用いたラップ式研磨後のＳｉＣ基板の重量と、ＣＭＰ研磨処理後のＳｉＣ基板の重量との差を求め、ＣＭＰ研磨処理によるＳｉＣ基板の除去量（除去厚さ）を算出した。
実施例１における本発明例及び比較例の各々の製造条件並びに評価結果の一覧を下記表１に示す。

表１に示すように、本発明で規定する条件でＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜（酸化膜）を形成した後、ＣＭＰ研磨処理を行った本発明例においては、全てのサンプルがスクラッチフリーであり、また、表面粗さＲａ＜０．１（μｍ）で、平坦で理想的な鏡面に仕上がっていることがわかる。

これに対して、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜を形成せずにＣＭＰ研磨処理を行った比較例１−１−１〜１−２−３では、スクラッチ傷が検出されており、理想的な基板表面に研磨加工することはできなかった。
また、比較例１−２−４では、スクラッチ傷は確認されなかったものの、ＣＭＰ研磨加工時間が長いことから、ＳｉＣ基板の除去量が多く、生産性も高くない。
また、比較例１−３−１〜４は、従来の加工方法であり、スクラッチフリーは達成しているものの、ＣＭＰ研磨加工の初期段階で発生したスクラッチ傷を除去するための追加研磨加工を行っていることから、ＣＭＰ研磨加工時間が５時間と長く、生産性が非常に劣っていることがわかる。

以上説明したように、実施例１の比較例においては、何れの例においても、スクラッチ傷が発生するか、あるいは、工程時間が長い等の問題がある。
一方、本発明例においては、ＳｉＯ_２膜の成膜時間とＣＭＰ研磨加工時間とを合わせても、合計で１時間以内であり、仮に、ＳｉＯ_２膜の成膜前後の作業に多少の時間を要したとしても、従来の方法に較べて大幅な工程時間の短縮が可能になることが明らかである。

なお、参考例のうち、参考例１−１−３〜４においては、ＳｉＣ基板の表面に形成したＳｉＯ_２膜の膜厚が０．３（μｍ）と、上記本発明例に較べて薄いことから、ＳｉＣ基板の表面にスクラッチ傷が生じているのが確認された。これは、ＳｉＯ_２膜の膜厚が薄いことから、ＣＭＰ研磨加工の初期段階において、ＳｉＯ_２膜に発生したスクラッチ傷がＳｉＣ基板の表面にまで到達したためと考えられる。

［実施例２］
実施例２においては、ＳｉＣ基板（３インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板）の表面に、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍのダイヤモンドスラリーを用いてラップ式研磨を施した後、実施例１の本発明例１−１〜４と同様の条件で、基板表面に、Ｐ−ＣＶＤ法により、ＳｉＯ_２膜を０．５（μｍ）の膜厚で形成し、本発明例２−１−１〜４とした。

また、Ｐ−ＣＶＤ法に代えてＲＦスパッタリング法を用いた点を除き、上記本発明例２−１−１と同様の条件で、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜を０．５（μｍ）の膜厚で形成し、本発明例２−２−１〜４とした。
ＳｉＯ_２膜を形成する際のＲＦスパッタリング条件は、以下の各条件とした。
（１）Ａｒガス圧力；０．８（Ｐａ）
（２）ＲＦパワー；１００（Ｗ）
（３）ターゲット；φ１８０ｍｍ（ＳｉＯ_２）
（４）成膜レート；０．２（μｍ／ｈｒ）

また、ＲＦパワーを２００（Ｗ）とし、成膜レートを０．０８（μｍ／ｈｒ）とした点を除き、上記本発明例２−２−１〜４と同様の条件で、ＲＦスパッタリング法により、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜を０．５（μｍ）の膜厚で形成し、参考例２−１−１〜４とした。

その後、上記実施例１と同様、二次粒子の平均粒径が０．３（μｍ）のコロイダルシリカにＫＯＨ及びＨ_２Ｏ_２を添加し、ｐＨ：１０に調整したスラリーを用いて、各基板に対してＣＭＰ研磨加工を０．５ｈｒで行った。
ＣＭＰ研磨加工の条件は、以下の各条件とした。
（１）研磨荷重；５００（ｇｆ／ｃｍ^２）
（２）定盤回転数；６０ｒｐｍ
（３）ＳｉＣ基板加工レート；０．１（μｍ／ｈｒ）｛密度：３．２（ｇ／ｃｃ）からの重量換算による。｝

そして、ＣＭＰ研磨加工後のＳｉＣ基板の評価として、ＳｉＣ基板の全面について、コンフォーカル式顕微鏡を用いたスクラッチ傷の検査（本数のカウント）を行うとともに、ＡＦＭ測定による表面粗さＲａ（ｎｍ）の測定（視野：５μｍ□）を行った。
また、ダイヤモンドスラリーを用いたラップ式研磨後のＳｉＣ基板の重量と、ＣＭＰ研磨処理後のＳｉＣ基板の重量との差を求め、ＣＭＰ研磨処理によるＳｉＣ基板の除去量（除去厚さ）を算出した。
実施例２における本発明例及び参考例の各々の製造条件並びに評価結果の一覧を下記表２に示す。

表２に示すように、本発明で規定する条件でＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜（酸化膜）を形成した後、ＣＭＰ研磨処理を行った本発明例においては、全てのサンプルがスクラッチフリーであり、また、表面粗さＲａ＜０．１（μｍ）であった。本発明例においては、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜を０．５（μｍ）の膜厚で形成した後、ＣＭＰ研磨処理を行ったことにより、平坦で理想的な鏡面に仕上がっていることがわかる。

これに対して、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜を形成する際の成膜レートを０．０８（μｍ）とした参考例２−１−１〜４では、スクラッチフリーであるとともに、表面粗さＲａ＜０．１（μｍ）であり、表面特性には優れていたものの、ＳｉＯ_２膜の成膜時間とＣＭＰ研磨加工時間とを合わせた加工時間が５時間を超えており、従来の方法に較べても加工時間が長いものとなった。

実施例２の結果より、ＳｉＣ基板の表面を平坦で理想的な鏡面にするとともに、加工時間を短縮して生産性を高めるためには、ＳｉＯ_２膜の成膜レートを０．１５（μｍ）以上とすることがより好ましいことがわかる。

［実施例３］
実施例３においては、ＳｉＣ基板（３インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板）の表面に、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍのダイヤモンドスラリーを用いてラップ式研磨を施した後、実施例１の本発明例１−１〜４と同様の条件で、基板表面に、Ｐ−ＣＶＤ法により、ＳｉＯ_２膜を０．５（μｍ）の膜厚で形成し、本発明例３−１−１〜４、本発明例３−２−１〜４とした。

その後、上記実施例１と同様、二次粒子の平均粒径が０．３（μｍ）のコロイダルシリカにＫＯＨ及びＨ_２Ｏ_２を添加し、それぞれｐＨ：１０、ｐＨ：１２に調整したスラリーを用いて、各基板に対してＣＭＰ研磨加工を０．５ｈｒで行った。
ＣＭＰ研磨加工の条件は、以下の各条件とした。
（１）研磨荷重；５００（ｇｆ／ｃｍ^２）
（２）定盤回転数；６０ｒｐｍ
（３）ＳｉＣ基板加工レート；｛密度：３．２（ｇ／ｃｃ）からの重量換算による。｝
ｐＨ：１０の場合；０．１（μｍ／ｈｒ）
ｐＨ：１２の場合、０．１３（μｍ／ｈｒ）
（４）ＳｉＯ_２膜の加工レート；１０（μｍ／ｈｒ）｛ｐＨ：１０、ｐＨ：１２とも。｝

また、上記本発明例と同様の条件で、ＳｉＣ基板の表面に、ダイヤモンドスラリーを用いてラップ式研磨を施した後、基板表面に、Ｐ−ＣＶＤ法により、ＳｉＯ_２膜を０．５（μｍ）の膜厚で形成し、参考例３−１−１〜４とした。
そして、スリラーとして、二次粒子の平均粒径が０．３（μｍ）のコロイダルシリカにｐＨ調整剤及びＨ_２Ｏ_２を添加し、ｐＨ：２に調整したものを用いた点以外は、上記本発明例と同様の条件で、ＳｉＣ基板の表面のＣＭＰ研磨加工を０．５ｈｒで行った。
この際、ＳｉＣ基板の加工レートは、密度：３．２（ｇ／ｃｃ）からの重量換算により、０．１５（μｍ／ｈｒ）であった。
また、ＳｉＯ_２膜の加工レートは、１．２（μｍ／ｈｒ）であった。

そして、ＣＭＰ研磨加工後のＳｉＣ基板の評価として、ＳｉＣ基板の全面について、コンフォーカル式顕微鏡を用いたスクラッチ傷の検査（本数のカウント）を行うとともに、ＡＦＭ測定による表面粗さＲａ（ｎｍ）の測定（視野：５μｍ□）を行った。
また、ダイヤモンドスラリーを用いたラップ式研磨後のＳｉＣ基板の重量と、ＣＭＰ研磨処理後のＳｉＣ基板の重量との差を求め、ＣＭＰ研磨処理によるＳｉＣ基板の除去量（除去厚さ）を算出した。
実施例３における本発明例及び参考例の各々の製造条件並びに評価結果の一覧を下記表３に示す。

表３に示すように、本発明で規定する条件でＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜（酸化膜）を形成した後、ＣＭＰ研磨処理を行った本発明例においては、全てのサンプルがスクラッチフリーであり、また、表面粗さＲａ＜０．１（μｍ）であり、平坦で理想的な鏡面に仕上がっていることがわかる。

これに対して、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＯ_２膜を形成する際の成膜レートを１．２（μｍ）とし、且つ、スラリーをｐＨ：２で調製した参考例３−１−１〜４では、表面粗さＲａが大きく、また、スクラッチ傷の本数については、表面が粗いことに伴うノイズが原因で評価が出来なかった。これは、ＳｉＯ_２膜の加工レートが低いため、これに伴ってＳｉＣ基板の表面の研磨加工量が不充分となり、表面粗さＲａが改善できなかったものと考えられる。

実施例３の結果より、ＳｉＣ基板の表面を平坦で理想的な鏡面にするとともに、加工時間を短縮して生産性を高めるためには、ＳｉＣ基板の加工レートが高いことに加え、ＳｉＯ_２膜の加工レートがさらに高いことがより好ましいことがわかる。

以上説明したような実施例の結果より、本発明のＳｉＣ基板の製造方法を適用することで、ＳｉＣ基板の表面にスクラッチ傷が発生することがなく、また、スクラッチ傷を除去するための工程の追加が不要なので、工程時間を大幅に短縮しながらＳｉＣ基板の平坦化処理を行うことができるので、表面特性に優れたＳｉＣ基板を、生産性及び歩留まり良く製造することが可能となることが明らかである。

本発明に係るＳｉＣ基板の製造方法は、表面特性に優れたＳｉＣ基板を、生産性及び歩留まり良く製造できるので、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等に用いられるＳｉＣ基板の製造に好適である。

１…ＳｉＣ基板、
１ａ…表面、
１０…酸化膜、
１０ａ…研磨面、
３０…スクラッチ傷、
２…製造装置、
２１…ＳｉＣ基板支持部、
２１ａ…先端面、
２２…回転定盤、
２２ａ…研磨パッド、
２３…スラリーノズル、
２３ａ…先端口、
４…スラリー

Claims (7)

1. ＳｉＣ基板の表面を研磨することによって平坦化する工程を有するＳｉＣ基板の製造方法であって、
   前記ＳｉＣ基板の表面を覆うように酸化膜を成膜する酸化膜形成工程と、
   前記ＳｉＣ基板に対して、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法によって前記酸化膜側から研磨を施すことで該酸化膜を除去するとともに、前記ＳｉＣ基板の表面を研磨することで該表面を平坦化する平坦化工程と、
   を少なくとも具備することを特徴とするＳｉＣ基板の製造方法。
2. 前記酸化膜形成工程は、前記酸化膜を０．５μｍ以上の膜厚で成膜すること、を特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
3. 前記酸化膜形成工程は、前記ＳｉＣ基板の表面に前記酸化膜を成膜する際の成膜レートが０．１５（μｍ／ｈｒ）以上であること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
4. 前記平坦化工程は、ＣＭＰ法によって前記酸化膜及び前記ＳｉＣ基板を研磨する際、前記ＳｉＣ基板に対する前記酸化膜の加工レートが、前記ＳｉＣ基板の加工レートよりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
5. 前記平坦化工程は、ＣＭＰ法によって前記酸化膜及び前記ＳｉＣ基板を研磨する際、前記ＳｉＣ基板に対する前記酸化膜の加工レート比が１０以上であり、且つ、前記ＳｉＣ基板の加工レートが０．１（μｍ／ｈｒ）以上であること、を特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
6. 前記ＳｉＣ基板が、さらに、少なくとも一方の面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板であることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
7. 前記酸化膜形成工程の前に、さらに、ＳｉＣ基板の表面を機械式研磨法によって研磨する粗研磨工程を含むことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。

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