JP2022096221A - Method for producing silicon carbide substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、炭化珪素基板の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a silicon carbide substrate.
国際公開２０１９／１１１５０７号（特許文献１）には、炭化珪素単結晶基板に対して化学機械研磨を行う工程が記載されている。 International Publication No. 2019/111507 (Patent Document 1) describes a step of performing chemical mechanical polishing on a silicon carbide single crystal substrate.
本開示の目的は、欠陥の発生を抑制可能な炭化珪素基板の製造方法を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a silicon carbide substrate capable of suppressing the occurrence of defects.
本開示に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を備えている。ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）の付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満である表面を有する炭化珪素基板が準備される。化学機械研磨法によって炭化珪素基板の表面が研磨される。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present disclosure includes the following steps. A silicon carbide substrate having a surface having a total adhesion density of sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) of less than 1 × 10 12 atoms / cm 2 is prepared. To. The surface of the silicon carbide substrate is polished by the chemical mechanical polishing method.
本開示に係る炭化珪素基板の製造方法は、以下の工程を備えている。カルボン酸を含む酸溶液を用いて炭化珪素基板の表面が洗浄される。表面が洗浄された炭化珪素基板の表面が、化学機械研磨法によって研磨される。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present disclosure includes the following steps. The surface of the silicon carbide substrate is washed with an acid solution containing a carboxylic acid. The surface of the silicon carbide substrate whose surface has been cleaned is polished by a chemical mechanical polishing method.
本開示によれば、欠陥の発生を抑制可能な炭化珪素基板の製造方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for manufacturing a silicon carbide substrate capable of suppressing the occurrence of defects.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
（１） 本開示の実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を備えている。ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）の付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満である表面を有する炭化珪素基板が準備される。化学機械研磨法によって炭化珪素基板の表面が研磨される。 (1) The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the embodiment of the present disclosure includes the following steps. A silicon carbide substrate having a surface having a total adhesion density of sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) of less than 1 × 10 12 atoms / cm 2 is prepared. To. The surface of the silicon carbide substrate is polished by the chemical mechanical polishing method.
（２） 上記（１）に係る炭化珪素基板の製造方法において、炭化珪素基板を準備する工程では、カルシウムの付着密度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満となっていてもよい。 (2) In the step of preparing the silicon carbide substrate in the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to the above (1), the adhesion density of calcium may be less than 1 × 10 11 atoms / cm 2 .
（３） 上記（１）または（２）に係る炭化珪素基板の製造方法において、炭化珪素基板を準備する工程は、炭化珪素基板の表面におけるナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウムの付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満となるように炭化珪素基板を洗浄する工程を含んでいてもよい。 (3) In the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to (1) or (2) above, the step of preparing the silicon carbide substrate is the total adhesion density of sodium, magnesium, aluminum, potassium, and calcium on the surface of the silicon carbide substrate. It may include a step of cleaning the silicon carbide substrate so that the value is less than 1 × 10 12 atoms / cm 2 .
（４） 上記（３）に係る炭化珪素基板の製造方法において、洗浄する工程では、炭化珪素基板の表面を酸溶液によって洗浄してもよい。 (4) In the step of cleaning the silicon carbide substrate according to the above (3), the surface of the silicon carbide substrate may be cleaned with an acid solution.
（５） 上記（４）に係る炭化珪素基板の製造方法において、酸溶液はカルボン酸を含んでいてもよい。 (5) In the method for producing a silicon carbide substrate according to (4) above, the acid solution may contain a carboxylic acid.
（６） 上記（５）に係る炭化珪素基板の製造方法において、酸溶液には過酸化水素水が添加されていてもよい。 (6) In the method for producing a silicon carbide substrate according to (5) above, a hydrogen peroxide solution may be added to the acid solution.
（７） 上記（１）から（６）のいずれかに係る炭化珪素基板の製造方法では、研磨する工程において、炭化珪素基板の研磨量が０．５μｍ以上２μｍ以下であってもよい。 (7) In the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to any one of (1) to (6) above, the polishing amount of the silicon carbide substrate may be 0.5 μm or more and 2 μm or less in the polishing step.
（８） 上記（１）から（７）のいずれかに係る炭化珪素基板の製造方法では、研磨する工程において用いられる砥粒が、コロイダルシリカ、酸化マンガン、酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいてもよい。 (8) In the method for producing a silicon carbide substrate according to any one of (1) to (7) above, at least the abrasive grains used in the polishing step are selected from the group consisting of colloidal silica, manganese oxide, and zirconium oxide. One may be included.
（９） 本開示の実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法は、以下の工程を備えている。カルボン酸を含む酸溶液を用いて炭化珪素基板の表面が洗浄される。表面が洗浄された炭化珪素基板の表面が、化学機械研磨法によって研磨される。 (9) The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the embodiment of the present disclosure includes the following steps. The surface of the silicon carbide substrate is washed with an acid solution containing a carboxylic acid. The surface of the silicon carbide substrate whose surface has been cleaned is polished by a chemical mechanical polishing method.
（１０） 上記（９）に係る炭化珪素基板の製造方法において、酸溶液には過酸化水素水が添加されていてもよい。 (10) In the method for producing a silicon carbide substrate according to (9) above, a hydrogen peroxide solution may be added to the acid solution.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本開示の実施形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”－”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
[Details of Embodiments of the present disclosure]
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts will be given the same reference number, and the explanation will not be repeated. In the crystallographic description in the present specification, the individual orientation is indicated by [], the aggregate orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the aggregate plane is indicated by {}. For negative exponents, crystallographically, a "-" (bar) is added above the number, but in the present specification, a negative sign is added before the number.
（炭化珪素基板の製造方法）
本実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を説明する。図１は、本実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２は、図１に示した準備工程の内容を説明するためのフローチャートである。
(Manufacturing method of silicon carbide substrate)
A method for manufacturing a silicon carbide substrate according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment. FIG. 2 is a flowchart for explaining the contents of the preparation process shown in FIG.
図１および図２に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法は、準備工程（Ｓ１０）と、研磨工程（Ｓ２０）と、後処理工程（Ｓ３０）とを主に有している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment mainly includes a preparation step (S10), a polishing step (S20), and a post-treatment step (S30). ing.
まず、準備工程（Ｓ１０）が実施される。具体的には、図２に示されるように、準備工程（Ｓ１０）は基板を準備する工程（Ｓ１１）と、洗浄工程（Ｓ１２）と、研磨前処理工程（Ｓ１３）とを主に有している。 First, the preparation step (S10) is carried out. Specifically, as shown in FIG. 2, the preparation step (S10) mainly includes a substrate preparation step (S11), a cleaning step (S12), and a polishing pretreatment step (S13). There is.
仕上げ研磨の対象となる基板としての炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１１）では、たとえば昇華法によりポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶から構成されたインゴットが形成される。インゴットが整形された後、インゴットがワイヤーソー装置によりスライスされる。これにより、炭化珪素単結晶基板（炭化珪素基板とも呼ぶ）がインゴットから切り出される。 In the step (S11) of preparing a silicon carbide substrate as a substrate to be finish-polished, an ingot composed of a polytype 4H silicon carbide single crystal is formed by, for example, a sublimation method. After the ingot is shaped, the ingot is sliced by a wire saw device. As a result, the silicon carbide single crystal substrate (also referred to as the silicon carbide substrate) is cut out from the ingot.
炭化珪素基板は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素基板は、第１主面と、当該第１主面の反対側にある第２主面とを有する。第１主面は、たとえば｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に４°以下オフした面である。具体的には、第１主面は、たとえば（０００１）面に対して４°以下程度の角度だけオフした面であってもよい。第２主面は、たとえば（０００－１）面に対して４°以下程度の角度だけオフした面であってもよい。 The silicon carbide substrate is composed of, for example, polytype 4H hexagonal silicon carbide. The silicon carbide substrate has a first main surface and a second main surface on the opposite side of the first main surface. The first main surface is, for example, a surface that is 4 ° or less off in the <11-20> direction with respect to the {0001} surface. Specifically, the first main surface may be, for example, a surface that is off by an angle of about 4 ° or less with respect to the (0001) surface. The second main surface may be, for example, a surface that is off by an angle of about 4 ° or less with respect to the (000-1) surface.
炭化珪素基板に対しては、後述する洗浄工程（Ｓ１２）が実施される前に、面取り加工工程、機械研磨工程などが実施されてもよい。あるいは、基板を準備する工程（Ｓ１１）として、基板サイズ、厚み、表面粗さなどが調整されている炭化珪素基板を購入してもよい。 For the silicon carbide substrate, a chamfering process, a mechanical polishing process, or the like may be performed before the cleaning step (S12) described later is performed. Alternatively, as a step of preparing the substrate (S11), a silicon carbide substrate having the substrate size, thickness, surface roughness and the like adjusted may be purchased.
次に、準備工程（Ｓ１０）の第２工程としての洗浄工程（Ｓ１２）が実施される。この工程（Ｓ１２）では、炭化珪素基板の表面を酸溶液によって洗浄する。酸溶液は、たとえばカルボン酸を含む。カルボン酸としては、たとえばギ酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、などを用いることができる。さらに、酸溶液は過酸化水素水を含んでいてもよい。酸溶液として、たとえばギ酸と過酸化水素水と純水とを混合した溶液を用いてもよいし、酢酸と過酸化水素水と純水とを混合した溶液を用いてもよい。 Next, the cleaning step (S12) as the second step of the preparation step (S10) is carried out. In this step (S12), the surface of the silicon carbide substrate is washed with an acid solution. The acid solution contains, for example, a carboxylic acid. As the carboxylic acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, citric acid, etc. can be used, for example. Further, the acid solution may contain a hydrogen peroxide solution. As the acid solution, for example, a solution in which formic acid, hydrogen peroxide solution and pure water are mixed may be used, or a solution in which acetic acid, hydrogen hydrogen solution and pure water are mixed may be used.
酸溶液として、ギ酸と過酸化水素水と純水とを、ギ酸：過酸化水素水：純水＝１：１：１０という体積比で混合したものを用いてもよい。または、酸溶液として、ギ酸と純水とをギ酸：純水＝１：５という体積比で混合したものを用いてもよい。この場合、混合するギ酸の濃度はたとえば４０ｗｔ％としてもよく、混合する過酸化水素水の濃度を３０ｗｔ％としてもよい。 As the acid solution, a mixture of formic acid, hydrogen peroxide solution, and pure water at a volume ratio of formic acid: hydrogen peroxide solution: pure water = 1: 1:10 may be used. Alternatively, as the acid solution, a mixture of formic acid and pure water in a volume ratio of formic acid: pure water = 1: 5 may be used. In this case, the concentration of the formic acid to be mixed may be, for example, 40 wt%, and the concentration of the hydrogen peroxide solution to be mixed may be 30 wt%.
また、酸溶液として、酢酸と過酸化水素水と純水とを、酢酸：過酸化水素水：純水＝１：１：１０という体積比で混合したものを用いてもよい。または、酸溶液として、酢酸と純水とを酢酸：純水＝１：５という体積比で混合したものを用いてもよい。この場合、混合する酢酸の濃度はたとえば３０ｗｔ％としてもよく、混合する過酸化水素水の濃度を３０ｗｔ％としてもよい。酸溶液において、純水に対するカルボン酸の体積比は０．０５以上０．３以下としてもよく、０．１以上０．２以下としてもよい。酸溶液において、純水に対する過酸化水素水の体積比は０．０５以上０．３以下としてもよく、０．１以上０．２以下としてもよい。 Further, as the acid solution, a mixture of acetic acid, hydrogen peroxide solution and pure water in a volume ratio of acetic acid: hydrogen peroxide solution: pure water = 1: 1:10 may be used. Alternatively, as the acid solution, a mixture of acetic acid and pure water in a volume ratio of acetic acid: pure water = 1: 5 may be used. In this case, the concentration of the acetic acid to be mixed may be, for example, 30 wt%, and the concentration of the hydrogen peroxide solution to be mixed may be 30 wt%. In the acid solution, the volume ratio of the carboxylic acid to pure water may be 0.05 or more and 0.3 or less, or 0.1 or more and 0.2 or less. In the acid solution, the volume ratio of the hydrogen peroxide solution to the pure water may be 0.05 or more and 0.3 or less, or 0.1 or more and 0.2 or less.
酸溶液は、たとえば無機酸を含んでいてもよい。無機酸としては、たとえば硫酸、フッ酸、塩酸、硝酸などを用いることができる。硫酸を含む酸溶液としては、硫酸過水（硫酸と過酸化水素水とを含む溶液）を用いてもよい。たとえば、硫酸過水として、硫酸と過酸化水素水と純水とを、硫酸：過酸化水素水：純水＝１０：１：１という体積比で混合した物を用いてもよい。このとき、過酸化水素水に対する硫酸の体積比は５以上１０以下としてもよい。混合する硫酸の濃度は７０ｗｔ％以上９８ｗｔ％以下としてもよい。また、酸溶液としてフッ酸を用いる場合、フッ酸の濃度は２０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下としてもよい。塩酸および硝酸を含む酸溶液として、たとえば王水を用いてもよい。 The acid solution may contain, for example, an inorganic acid. As the inorganic acid, for example, sulfuric acid, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, nitric acid and the like can be used. As the acid solution containing sulfuric acid, sulfuric acid excess water (a solution containing sulfuric acid and hydrogen peroxide solution) may be used. For example, as sulfuric acid superwater, a mixture of sulfuric acid, hydrogen peroxide solution, and pure water in a volume ratio of sulfuric acid: hydrogen peroxide solution: pure water = 10: 1: 1 may be used. At this time, the volume ratio of sulfuric acid to the hydrogen peroxide solution may be 5 or more and 10 or less. The concentration of sulfuric acid to be mixed may be 70 wt% or more and 98 wt% or less. When hydrofluoric acid is used as the acid solution, the concentration of hydrofluoric acid may be 20 wt% or more and 50 wt% or less. For example, aqua regia may be used as the acid solution containing hydrochloric acid and nitric acid.
洗浄工程（Ｓ１２）においては、上述した酸溶液によって炭化珪素基板の表面が洗浄されるが、具体的な洗浄方法としては任意の方法を採用できる。たとえば、酸溶液を石英もしくはテフロン（登録商標）製容器に入れておき、当該酸溶液に炭化珪素基板を浸漬してもよい。あるいは、酸溶液を炭化珪素基板の表面にノズルなどから吐出または滴下してもよい。 In the cleaning step (S12), the surface of the silicon carbide substrate is cleaned by the above-mentioned acid solution, and any specific cleaning method can be adopted. For example, the acid solution may be placed in a quartz or Teflon (registered trademark) container and the silicon carbide substrate may be immersed in the acid solution. Alternatively, the acid solution may be discharged or dropped onto the surface of the silicon carbide substrate from a nozzle or the like.
洗浄工程（Ｓ１２）における洗浄時間は、たとえば５分以上６０分以下としてもよい。酸溶液の温度はたとえば２０℃以上４０℃以下としてもよい。 The cleaning time in the cleaning step (S12) may be, for example, 5 minutes or more and 60 minutes or less. The temperature of the acid solution may be, for example, 20 ° C. or higher and 40 ° C. or lower.
このような酸溶液を用いた洗浄工程（Ｓ１２）により、炭化珪素基板の表面からナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）などの元素が除去される。この結果、炭化珪素基板の表面におけるナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）の付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満とされる。なお、上述した元素の付着密度の測定方法については後述する。 Elements such as sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) are removed from the surface of the silicon carbide substrate by the cleaning step (S12) using such an acid solution. Will be done. As a result, the total adhesion density of sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) on the surface of the silicon carbide substrate is less than 1 × 10 12 atoms / cm 2 . To. The method for measuring the adhesion density of the above-mentioned elements will be described later.
次に、準備工程（Ｓ１０）の第３工程としての研磨前処理工程（Ｓ１３）が実施される。この工程（Ｓ１３）では、たとえば上記洗浄工程（Ｓ１２）において用いられた酸溶液を炭化珪素基板の表面から純水により除去する水洗工程が実施される。水洗工程では、たとえば、石英もしくはテフロン製容器内の純水に炭化珪素基板を浸漬してもよい。あるいは、炭化珪素基板の表面にノズルなどから純水を吐出または滴下してもよい。 Next, the polishing pretreatment step (S13) as the third step of the preparation step (S10) is carried out. In this step (S13), for example, a water washing step of removing the acid solution used in the washing step (S12) from the surface of the silicon carbide substrate with pure water is carried out. In the washing step, for example, the silicon carbide substrate may be immersed in pure water in a quartz or Teflon container. Alternatively, pure water may be discharged or dropped onto the surface of the silicon carbide substrate from a nozzle or the like.
さらに、上記工程（Ｓ１３）では、炭化珪素基板の表面に付着している研磨剤粒子などの異物を除去するためのアルカリ洗浄工程が実施されてもよい。このアルカリ洗浄工程では、アルカリ性溶液により炭化珪素基板の表面を洗浄する。アルカリ性溶液としては、たとえば過酸化水素水と水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）と純水とを、過酸化水素水：ＴＭＡＨ：純水＝０．５：１：２０と言う体積比で混合した液体を用いてもよい。アルカリ洗浄工程では、たとえば、石英もしくはテフロン製容器内のアルカリ性溶液に炭化珪素基板を浸漬してもよい。あるいは、炭化珪素基板の表面にノズルなどからアルカリ性溶液を吐出または滴下してもよい。 Further, in the above step (S13), an alkali cleaning step for removing foreign substances such as abrasive particles adhering to the surface of the silicon carbide substrate may be carried out. In this alkaline cleaning step, the surface of the silicon carbide substrate is cleaned with an alkaline solution. The alkaline solution is, for example, a liquid obtained by mixing hydrogen peroxide solution, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) and pure water in a volume ratio of hydrogen peroxide solution: TMAH: pure water = 0.5: 1: 20. May be used. In the alkaline cleaning step, for example, the silicon carbide substrate may be immersed in an alkaline solution in a quartz or Teflon container. Alternatively, an alkaline solution may be discharged or dropped onto the surface of the silicon carbide substrate from a nozzle or the like.
また、上記工程（Ｓ１３）では、上記アルカリ洗浄工程において用いられたアルカリ性溶液を炭化珪素基板の表面から純水により除去する水洗工程が実施されてもよい。さらに、水洗工程で用いられた純水を炭化珪素基板の表面から除去するための乾燥工程が実施されてもよい。乾燥工程では、たとえば炭化珪素基板を回転させて乾燥するスピン乾燥を実施してもよい。 Further, in the step (S13), a water washing step of removing the alkaline solution used in the alkaline washing step from the surface of the silicon carbide substrate with pure water may be carried out. Further, a drying step for removing the pure water used in the washing step from the surface of the silicon carbide substrate may be carried out. In the drying step, for example, spin drying may be performed in which the silicon carbide substrate is rotated and dried.
このように準備工程（Ｓ１０）で準備される炭化珪素基板は、表面におけるナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）の付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満とされている。また、炭化珪素基板は、表面におけるカルシウム（Ｃａ）の付着密度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満でることが好ましい。 The silicon carbide substrate prepared in the preparation step (S10) in this way has a total adhesion density of sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) on the surface of 1. × 10 12 atoms / cm 2 or less. Further, it is preferable that the adhesion density of calcium (Ca) on the surface of the silicon carbide substrate is less than 1 × 10 11 atoms / cm 2 .
次に、図１に示すように研磨工程（Ｓ２０）が実施される。この工程は、いわゆる仕上げ研磨工程であって、炭化珪素基板に対して化学機械研磨が行われる。この工程（Ｓ２０）で用いられる研磨液は、砥粒と液体とを含む。砥粒は、たとえばコロイダルシリカである。砥粒としては、たとえば酸化マンガンまたは酸化ジルコニウムを用いてもよい。砥粒の平均粒径は、たとえば４０ｎｍである。研磨液は、たとえば潤滑剤と、酸化剤と、分散剤とを有している。潤滑剤は、たとえばスクロースまたはグルコースなどの糖類である。潤滑剤は、たとえば多価アルコールであってもよい。酸化剤は、たとえば過酸化水素水である。分散剤は、たとえばマグネシウム（Ｍｇ）を含んでいる。 Next, the polishing step (S20) is carried out as shown in FIG. This step is a so-called finish polishing step, in which chemical mechanical polishing is performed on the silicon carbide substrate. The polishing liquid used in this step (S20) includes abrasive grains and a liquid. The abrasive grains are, for example, colloidal silica. As the abrasive grains, for example, manganese oxide or zirconium oxide may be used. The average particle size of the abrasive grains is, for example, 40 nm. The polishing liquid has, for example, a lubricant, an oxidizing agent, and a dispersant. The lubricant is a saccharide such as sucrose or glucose. The lubricant may be, for example, a polyhydric alcohol. The oxidizing agent is, for example, hydrogen peroxide solution. The dispersant contains, for example, magnesium (Mg).
研磨工程（Ｓ２０）において用いられる化学機械研磨装置は、任意の構成の装置を採用できる。たとえば、化学機械研磨装置は、定盤上に設けられた研磨布と、研磨プレートと、回転支持部材と、研磨液供給部とを主に有していてもよい。炭化珪素基板は、研磨プレートに取り付けられる。研磨プレートは研磨布上に配置される。炭化珪素基板の第２主面は、研磨プレートに対向している。炭化珪素基板の第１主面は、研磨布に対向している。研磨布は、たとえばスエード研磨布である。研磨液供給部は、研磨液を供給する。研磨液供給部から供給された研磨液は、炭化珪素基板の第１主面と研磨布との間に供給される。 As the chemical mechanical polishing apparatus used in the polishing step (S20), an apparatus having any configuration can be adopted. For example, the chemical mechanical polishing apparatus may mainly have a polishing cloth provided on a surface plate, a polishing plate, a rotation support member, and a polishing liquid supply unit. The silicon carbide substrate is attached to the polishing plate. The polishing plate is placed on the polishing cloth. The second main surface of the silicon carbide substrate faces the polishing plate. The first main surface of the silicon carbide substrate faces the polishing cloth. The polishing cloth is, for example, a suede polishing cloth. The polishing liquid supply unit supplies the polishing liquid. The polishing liquid supplied from the polishing liquid supply unit is supplied between the first main surface of the silicon carbide substrate and the polishing cloth.
炭化珪素基板が取り付けられた研磨プレートは、回転支持部材に接続されている。回転支持部材は、研磨布の表面に対して垂直な方向に延びる回転軸の周りを回転方向に回転可能となっている。回転支持部材が回転軸の周りを回転することで、炭化珪素基板は研磨布に接触した状態で回転する。回転支持部材の回転数は、たとえば６０ｒｐｍである。研磨布が設けられた定盤も回転可能となっている。定盤の回転数は、たとえば６０ｒｐｍである。研磨布に炭化珪素基板を押圧する加工面圧は、たとえば３００ｇ／ｃｍ２である。研磨時間は、たとえば５時間である。研磨工程（Ｓ２０）における炭化珪素基板の研磨量は、０．５μｍ以上２μｍ以下であってもよい。 The polishing plate to which the silicon carbide substrate is attached is connected to the rotation support member. The rotation support member is rotatable in the rotation direction around a rotation axis extending in a direction perpendicular to the surface of the polishing cloth. As the rotation support member rotates around the rotation axis, the silicon carbide substrate rotates in contact with the polishing cloth. The rotation speed of the rotation support member is, for example, 60 rpm. A surface plate provided with a polishing cloth is also rotatable. The rotation speed of the surface plate is, for example, 60 rpm. The processing surface pressure for pressing the silicon carbide substrate against the polishing cloth is, for example, 300 g / cm 2 . The polishing time is, for example, 5 hours. The polishing amount of the silicon carbide substrate in the polishing step (S20) may be 0.5 μm or more and 2 μm or less.
次に、図１に示すように後処理工程（Ｓ３０）が実施される。この工程では、研磨工程（Ｓ２０）において用いられた研磨液を炭化珪素基板の表面から除去するための洗浄工程が実施される。洗浄工程では、たとえばアルカリ性溶液を用いて炭化珪素基板の表面を洗浄する。その後、水洗工程および乾燥工程が実施される。このようにして、半導体装置を形成するために用いられる炭化珪素基板が得られる。 Next, the post-treatment step (S30) is carried out as shown in FIG. In this step, a cleaning step for removing the polishing liquid used in the polishing step (S20) from the surface of the silicon carbide substrate is carried out. In the cleaning step, the surface of the silicon carbide substrate is cleaned with, for example, an alkaline solution. After that, a washing step and a drying step are carried out. In this way, a silicon carbide substrate used for forming a semiconductor device is obtained.
（不純物の付着密度の測定方法）
上述した炭化珪素基板の表面における元素の付着密度は、以下のような方法で測定できる。まず、水平型基板検査装置を用いて、炭化珪素基板の表面（第１主面）の全面に酸を滴下する。これにより、第１主面の付着していたナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）などの元素が酸に取り込まれる。次に、第１主面の全面から上記元素を含む酸が全量回収される。なお試料調製は、たとえばクラス１００のクリーンルーム内に設置したクラス１０のクリーンドラフト内で実施される。
(Measuring method of adhesion density of impurities)
The adhesion density of the element on the surface of the silicon carbide substrate described above can be measured by the following method. First, using a horizontal substrate inspection device, acid is dropped on the entire surface (first main surface) of the silicon carbide substrate. As a result, elements such as sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) attached to the first main surface are incorporated into the acid. Next, the entire amount of the acid containing the above element is recovered from the entire surface of the first main surface. The sample preparation is carried out, for example, in a class 10 clean draft installed in a class 100 clean room.
上述した元素の付着密度は、ＩＣＰ－ＭＳ（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry）により測定することができる。測定装置として、たとえばＡｇｉｌｌｅｎｔ社製のＩＣＰ－ＭＳ８８００を用いることができる。測定で得られた元素の質量（ｎｇ）を各元素の原子量で除してモル数に換算後、アボガドロ数を乗じて原子数に変換する。次に、当該原子数を第１主面の面積で除することにより、単位面積当たりの原子数が換算される。このようにして、炭化珪素基板の表面における上記元素の付着密度が測定できる。 The adhesion density of the above-mentioned elements can be measured by ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry). As the measuring device, for example, ICP-MS8800 manufactured by Aguilent can be used. The mass (ng) of the element obtained in the measurement is divided by the atomic weight of each element to convert to the number of moles, and then multiplied by the Avogadro's number to convert to the number of atoms. Next, the number of atoms per unit area is converted by dividing the number of atoms by the area of the first main surface. In this way, the adhesion density of the above elements on the surface of the silicon carbide substrate can be measured.
（作用効果）
本開示の実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を備えている。ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）の付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満である表面を有する炭化珪素基板が準備される（工程（Ｓ１０））。化学機械研磨法によって炭化珪素基板の表面が研磨される（工程（Ｓ２０））。
(Action effect)
The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the embodiment of the present disclosure includes the following steps. A silicon carbide substrate having a surface having a total adhesion density of sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) of less than 1 × 10 12 atoms / cm 2 is prepared. (Step (S10)). The surface of the silicon carbide substrate is polished by a chemical mechanical polishing method (step (S20)).
このようにすれば、化学機械研磨法によって研磨された炭化珪素基板の表面からスクラッチなどの傷を十分に除去できる。この結果、炭化珪素基板の表面上にエピタキシャル膜を形成した場合においても、当該傷に起因する欠陥の発生を抑制できる。 By doing so, scratches and the like can be sufficiently removed from the surface of the silicon carbide substrate polished by the chemical mechanical polishing method. As a result, even when an epitaxial film is formed on the surface of the silicon carbide substrate, the generation of defects due to the scratches can be suppressed.
ここで、炭化珪素基板においては、化学機械研磨工程（仕上げ研磨工程）後においても表面に傷（スクラッチ）が存在している場合があった。このような傷が存在する場合、炭化珪素基板の表面上に炭化珪素のエピタキシャル層を形成すると、当該エピタキシャル層においても上記傷に起因する欠陥が発生する。 Here, in the silicon carbide substrate, scratches may be present on the surface even after the chemical mechanical polishing step (finish polishing step). When such scratches are present, if an epitaxial layer of silicon carbide is formed on the surface of the silicon carbide substrate, defects caused by the scratches also occur in the epitaxial layer.
発明者は、上述のように仕上げ研磨工程の後に傷が存在する原因について検討した結果、仕上げ研磨工程での研磨量のばらつきが当該傷の原因であることを見出した。すなわち、仕上げ研磨前の炭化珪素基板表面には、機械研磨工程などの前工程において発生した傷（スクラッチ）が存在している。仕上げ研磨工程における研磨量が設計値通りであれば、当該傷はほとんど除去される。しかし、実際には仕上げ研磨工程における研磨量にばらつきがあるため、研磨量が不足して傷を完全に除去できない場合があった。 As a result of examining the cause of the presence of scratches after the finish polishing step as described above, the inventor has found that the variation in the amount of polishing in the finish polishing step is the cause of the scratches. That is, scratches generated in a pre-process such as a mechanical polishing process are present on the surface of the silicon carbide substrate before the finish polishing. If the amount of polishing in the finish polishing process is as designed, most of the scratches are removed. However, in reality, since the amount of polishing in the finish polishing process varies, the amount of polishing may be insufficient and the scratches may not be completely removed.
このような研磨量のばらつきを吸収する程度に、研磨量の設計値を大きくすることも考えられる。しかし、このように研磨量を大きくすると、仕上げ研磨工程での研磨レートは一般的に小さいため、工程に要する時間が長くなる。この結果、炭化珪素基板の製造コストが増大するため、研磨量の設計値を大きくすることは現実的ではない。 It is conceivable to increase the design value of the polishing amount to the extent that such variation in the polishing amount is absorbed. However, when the polishing amount is increased in this way, the polishing rate in the finish polishing process is generally small, so that the time required for the process becomes long. As a result, the manufacturing cost of the silicon carbide substrate increases, so it is not realistic to increase the design value of the polishing amount.
そこで、発明者は、仕上げ研磨工程での研磨量がばらつく原因について研究した結果、仕上げ研磨される炭化珪素基板の表面に付着している元素が、仕上げ研磨工程の研磨量に大きな影響を与えていることを見出した。すなわち、化学機械研磨を実施する仕上げ研磨工程前の炭化珪素基板の表面（被研磨面）に、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）といった元素（とくに一価または二価の陽イオンとなる軽金属類などの元素）が付着していると、これらの元素が炭化珪素基板の表面と強固に結合する。そして、仕上げ研磨工程の初期段階では、炭化珪素基板の表面に結合している上記元素がマスクのように作用し、炭化珪素基板の表面が効率的に研磨されない状態となる。さらに、これらの元素は反応性が高いため、炭化珪素基板よりも先に化学機械研磨の研磨剤における化学的成分と反応する。この結果、炭化珪素基板に対する研磨剤の化学反応をこれらの元素は阻害していた。この結果、仕上げ研磨工程の初期段階における炭化珪素基板の研磨が十分に行われないため、最終的な炭化珪素基板の研磨量が確保できないという問題が発生していた。 Therefore, as a result of researching the cause of the variation in the polishing amount in the finish polishing process, the inventor has a great influence on the polishing amount in the finish polishing process due to the elements adhering to the surface of the silicon carbide substrate to be finish polished. I found that I was there. That is, sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), calcium (Ca), etc. are formed on the surface (surface to be polished) of the silicon carbide substrate before the finish polishing process in which chemical mechanical polishing is performed. When elements (particularly elements such as light metals that become monovalent or divalent cations) are attached, these elements are firmly bonded to the surface of the silicon carbide substrate. Then, in the initial stage of the finish polishing process, the above-mentioned elements bonded to the surface of the silicon carbide substrate act like a mask, and the surface of the silicon carbide substrate is not efficiently polished. Furthermore, since these elements are highly reactive, they react with the chemical components in the abrasive for chemical mechanical polishing before the silicon carbide substrate. As a result, these elements inhibited the chemical reaction of the abrasive with the silicon carbide substrate. As a result, since the silicon carbide substrate is not sufficiently polished in the initial stage of the finish polishing process, there is a problem that the final polishing amount of the silicon carbide substrate cannot be secured.
そこで、発明者は上記の知見に基づき、仕上げ研磨工程の前に炭化珪素基板の表面における上述したナトリウムなどの元素の付着密度を低減することで、仕上げ研磨工程の初期から炭化珪素基板の研磨を進行させるようにした。この結果、研磨量を十分大きくでき（研磨量のばらつきを抑制でき）、仕上げ研磨工程によって炭化珪素基板の表面からスクラッチなどの傷を十分に除去できるという炭化珪素基板の製造方法に想到した。 Therefore, based on the above findings, the inventor can polish the silicon carbide substrate from the beginning of the finish polishing process by reducing the adhesion density of the above-mentioned elements such as sodium on the surface of the silicon carbide substrate before the finish polishing process. I tried to proceed. As a result, we came up with a method for manufacturing a silicon carbide substrate, in which the amount of polishing can be sufficiently increased (variation in the amount of polishing can be suppressed), and scratches and other scratches can be sufficiently removed from the surface of the silicon carbide substrate by the finish polishing process.
上記炭化珪素基板の製造方法において、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１０）では、炭化珪素基板の表面におけるカルシウム（Ｃａ）の付着密度が１×１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満となっていてもよい。ここで、特にカルシウムは炭化珪素基板の表面に対して強固に付着するため、カルシウムの付着密度を上記のように制限することで、化学機械研磨法による炭化珪素基板の研磨が当該カルシウムによって阻害されることを抑制できる。 In the step (S10) of preparing the silicon carbide substrate in the method for manufacturing the silicon carbide substrate, the adhesion density of calcium (Ca) on the surface of the silicon carbide substrate may be less than 1 × 10 11 atoms / cm 2 . .. Here, in particular, calcium adheres strongly to the surface of the silicon carbide substrate. Therefore, by limiting the adhesion density of calcium as described above, the polishing of the silicon carbide substrate by the chemical mechanical polishing method is inhibited by the calcium. Can be suppressed.
上記炭化珪素基板の製造方法において、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１０）は、図２に示すように、炭化珪素基板の表面におけるナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウムの付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満となるように炭化珪素基板を洗浄する工程（Ｓ１２）を含んでいてもよい。洗浄する工程（Ｓ１２）では、炭化珪素基板の表面を酸溶液によって洗浄してもよい。 In the step (S10) of preparing the silicon carbide substrate in the method for manufacturing the silicon carbide substrate, as shown in FIG. 2, the total adhesion density of sodium, magnesium, aluminum, potassium, and calcium on the surface of the silicon carbide substrate is 1. The step (S12) of cleaning the silicon carbide substrate so as to be less than × 10 12 atoms / cm 2 may be included. In the cleaning step (S12), the surface of the silicon carbide substrate may be cleaned with an acid solution.
この場合、上述したカルシウムなどの元素は酸溶液に溶解するため、これらの元素を炭化珪素基板の表面から効果的に除去することができる。 In this case, since the above-mentioned elements such as calcium are dissolved in the acid solution, these elements can be effectively removed from the surface of the silicon carbide substrate.
上記炭化珪素基板の製造方法において、酸溶液はカルボン酸を含んでいてもよい。カルボン酸を含む酸溶液を用いることで、上述したカルシウムなどの元素を炭化珪素基板の表面から効果的に除去できる。 In the method for producing a silicon carbide substrate, the acid solution may contain a carboxylic acid. By using an acid solution containing a carboxylic acid, the above-mentioned elements such as calcium can be effectively removed from the surface of the silicon carbide substrate.
上記炭化珪素基板の製造方法において、酸溶液には過酸化水素水が添加されていてもよい。この場合、酸溶液によって炭化珪素基板の表面からカルシウムなどの元素を除去する効果をより高めることができる。 In the method for producing a silicon carbide substrate, a hydrogen peroxide solution may be added to the acid solution. In this case, the effect of removing elements such as calcium from the surface of the silicon carbide substrate by the acid solution can be further enhanced.
上記炭化珪素基板の製造方法では、研磨する工程（Ｓ２０）において、炭化珪素基板の研磨量が０．５μｍ以上２μｍ以下であってもよい。この場合、研磨する工程（Ｓ２０）前の炭化珪素基板の表面に形成されていたスクラッチなどの傷を十分に除去できる。 In the method for manufacturing a silicon carbide substrate, the polishing amount of the silicon carbide substrate may be 0.5 μm or more and 2 μm or less in the polishing step (S20). In this case, scratches and the like formed on the surface of the silicon carbide substrate before the polishing step (S20) can be sufficiently removed.
上記炭化珪素基板の製造方法では、研磨する工程（Ｓ２０）において用いられる砥粒が、コロイダルシリカ、酸化マンガン、酸化ジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいてもよい。この場合、研磨する工程（Ｓ２０）において炭化珪素基板の研磨を促進できる。 In the method for producing a silicon carbide substrate, the abrasive grains used in the polishing step (S20) may contain at least one selected from the group consisting of colloidal silica, manganese oxide, and zirconium oxide. In this case, polishing of the silicon carbide substrate can be promoted in the polishing step (S20).
本開示の実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法は、以下の工程を備えている。カルボン酸を含む酸溶液を用いて炭化珪素基板の表面が洗浄される（工程（Ｓ１２））。表面が洗浄された炭化珪素基板の表面が、化学機械研磨法によって研磨される（工程（Ｓ２０））。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the embodiment of the present disclosure includes the following steps. The surface of the silicon carbide substrate is washed with an acid solution containing a carboxylic acid (step (S12)). The surface of the silicon carbide substrate whose surface has been cleaned is polished by a chemical mechanical polishing method (step (S20)).
このようにすれば、化学機械研磨法により研磨される前の炭化珪素基板の表面から、カルシウムなど化学機械研磨法による研磨を阻害する元素を酸溶液によって除去できる。したがって、炭化珪素基板の研磨工程における研磨量を十分に確保し、当該研磨量のばらつきを抑制できる。このため、炭化珪素基板の表面からスクラッチなどの傷を十分に除去できる。この結果、炭化珪素基板の表面上にエピタキシャル膜を形成した場合においても、当該傷に起因する欠陥の発生を抑制できる。 By doing so, it is possible to remove elements such as calcium that hinder polishing by the chemical mechanical polishing method from the surface of the silicon carbide substrate before being polished by the chemical mechanical polishing method with an acid solution. Therefore, it is possible to sufficiently secure the polishing amount in the polishing process of the silicon carbide substrate and suppress the variation in the polishing amount. Therefore, scratches and the like can be sufficiently removed from the surface of the silicon carbide substrate. As a result, even when an epitaxial film is formed on the surface of the silicon carbide substrate, the generation of defects due to the scratches can be suppressed.
上記炭化珪素基板の製造方法において、酸溶液には過酸化水素水が添加されていてもよい。この場合、酸溶液によって炭化珪素基板の表面からカルシウムなどの元素を除去する効果をより高めることができる。 In the method for producing a silicon carbide substrate, a hydrogen peroxide solution may be added to the acid solution. In this case, the effect of removing elements such as calcium from the surface of the silicon carbide substrate by the acid solution can be further enhanced.
（サンプルの準備）
まず、サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板を準備した。サンプル１からサンプル４に係る炭化珪素基板を実施例とした。サンプル５に係る炭化珪素基板を比較例とした。なお、サンプル１からサンプル５のそれぞれについて、５０枚ずつ炭化珪素基板を準備した。
(Preparation of sample)
First, the silicon carbide substrates according to Samples 1 to 5 were prepared. The silicon carbide substrate according to Samples 1 to 4 was used as an example. The silicon carbide substrate according to Sample 5 was used as a comparative example. For each of Samples 1 to 5, 50 silicon carbide substrates were prepared.
サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板は、直径が１５０ｍｍ、厚さが３４０μｍ～３７０μｍ、ポリタイプが４Ｈである。被研磨面となる第１主面は｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に４°オフした面である。 The silicon carbide substrates according to Samples 1 to 5 have a diameter of 150 mm, a thickness of 340 μm to 370 μm, and a polytype of 4H. The first main surface to be polished is a surface that is 4 ° off in the <11-20> direction with respect to the {0001} surface.
（各サンプルに対する処理）
サンプル１からサンプル４について、酸溶液による洗浄工程を実施した。一方、サンプル５については酸溶液による洗浄工程を実施しなかった。各サンプルに対する洗浄工程において用いた条件（酸溶液の条件）を表１に示す。
(Processing for each sample)
A washing step with an acid solution was carried out for Samples 1 to 4. On the other hand, for sample 5, the washing step with an acid solution was not carried out. Table 1 shows the conditions (acid solution conditions) used in the washing step for each sample.
表１における条件１から条件４は、それぞれサンプル１からサンプル４の洗浄工程における酸溶液の条件である。表１では、各条件での酸の種類（Ａ）、添加剤の種類（Ｂ）、酸溶液における酸（Ａ）と添加剤（Ｂ）と純水との体積比（配合比）を示している。サンプル１からサンプル４に係る炭化珪素基板を、表１に示した各条件の酸溶液に浸漬することで洗浄工程を実施した。洗浄工程における酸溶液の温度は３０℃、浸漬時間は３０分とした。なお、サンプル５の条件である条件５では、洗浄工程を実施していないため「洗浄無し」と表示している。 Conditions 1 to 4 in Table 1 are conditions for the acid solution in the washing steps of Samples 1 to 4, respectively. Table 1 shows the type of acid (A), the type of additive (B), and the volume ratio (blending ratio) of the acid (A), the additive (B), and pure water in the acid solution under each condition. There is. The cleaning step was carried out by immersing the silicon carbide substrates according to Samples 1 to 4 in the acid solutions under the respective conditions shown in Table 1. The temperature of the acid solution in the washing step was 30 ° C., and the immersion time was 30 minutes. In condition 5, which is the condition of sample 5, "no cleaning" is displayed because the cleaning step is not performed.
サンプル１からサンプル４に係る炭化珪素基板ついては、上述した洗浄工程後に水洗工程を実施した。 For the silicon carbide substrates according to Samples 1 to 4, a water washing step was carried out after the above-mentioned washing step.
その後、サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板に対して、研磨剤粒子などの異物を表面から除去するためのアルカリ洗浄工程が実施された。このアルカリ洗浄工程では、アルカリ性溶液により炭化珪素基板の表面を洗浄した。アルカリ性溶液としては、過酸化水素水と水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）と純水とを、過酸化水素水：ＴＭＡＨ：純水＝０．５：１：２０と言う体積比で混合した液体を用いた。アルカリ洗浄工程では、容器に保持されたアルカリ性溶液に炭化珪素基板を浸漬した。アルカリ洗浄工程におけるアルカリ性溶液の温度は２８℃、浸漬時間は３０分とした。 Then, an alkali cleaning step for removing foreign substances such as abrasive particles from the surface of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 was carried out. In this alkaline cleaning step, the surface of the silicon carbide substrate was cleaned with an alkaline solution. As the alkaline solution, a liquid obtained by mixing hydrogen peroxide solution, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) and pure water in a volume ratio of hydrogen peroxide solution: TMAH: pure water = 0.5: 1: 20 is used. Using. In the alkaline cleaning step, the silicon carbide substrate was immersed in an alkaline solution held in a container. The temperature of the alkaline solution in the alkaline washing step was 28 ° C., and the immersion time was 30 minutes.
次に、サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板に対して、上記アルカリ性溶液を表面から除去するための水洗工程が実施された。その後、水洗工程で用いられた純水を炭化珪素基板の表面から除去するための乾燥工程が実施された。乾燥工程では、炭化珪素基板を回転させて乾燥するスピン乾燥を実施した。 Next, a washing step for removing the alkaline solution from the surface of the silicon carbide substrates according to Samples 1 to 5 was carried out. Then, a drying step was carried out to remove the pure water used in the washing step from the surface of the silicon carbide substrate. In the drying step, spin drying was carried out in which the silicon carbide substrate was rotated and dried.
次に、サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の第１主面に対して化学機械研磨（仕上げ研磨）を行った。化学機械研磨で用いられる研磨液は、砥粒と液体とを含む。砥粒はコロイダルシリカである。砥粒の平均粒径は４０ｎｍである。研磨液は、潤滑剤と、酸化剤と、分散剤とを有している。潤滑剤はスクロースである。酸化剤は過酸化水素水である。分散剤はマグネシウム（Ｍｇ）を含む。 Next, chemical mechanical polishing (finish polishing) was performed on the first main surface of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5. The polishing liquid used in chemical mechanical polishing includes abrasive grains and a liquid. The abrasive grains are colloidal silica. The average particle size of the abrasive grains is 40 nm. The polishing liquid has a lubricant, an oxidizing agent, and a dispersant. The lubricant is sucrose. The oxidizing agent is hydrogen peroxide solution. The dispersant contains magnesium (Mg).
化学機械研磨において、研磨布に押圧される炭化珪素基板の回転数は６０ｒｐｍとした。研磨布が設けられた定盤も回転可能であり、当該定盤の回転数は６０ｒｐｍとした。研磨布に炭化珪素基板を押圧する加工面圧は３００ｇ／ｃｍ２とした。研磨時間は５時間とした。 In chemical mechanical polishing, the rotation speed of the silicon carbide substrate pressed against the polishing cloth was set to 60 rpm. A surface plate provided with a polishing cloth can also be rotated, and the rotation speed of the surface plate was set to 60 rpm. The processing surface pressure for pressing the silicon carbide substrate against the polishing cloth was set to 300 g / cm 2 . The polishing time was 5 hours.
その後、上述した化学機械研磨において用いられた研磨液を炭化珪素基板の表面から除去するための洗浄工程が実施された。洗浄工程では、アルカリ性溶液を用いて炭化珪素基板の表面を洗浄した。その後、水洗工程および乾燥工程が実施された。 After that, a cleaning step for removing the polishing liquid used in the above-mentioned chemical mechanical polishing from the surface of the silicon carbide substrate was carried out. In the cleaning step, the surface of the silicon carbide substrate was cleaned with an alkaline solution. After that, a washing step and a drying step were carried out.
次に、サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の表面（第１主面）に前処理としての水素処理を実施した後、炭化珪素エピタキシャル層を形成した。 Next, the surface (first main surface) of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 was subjected to hydrogen treatment as a pretreatment, and then a silicon carbide epitaxial layer was formed.
水素処理では、まず炭化珪素基板が加熱された状態で、第１主面に対して水素処理が実施された。具体的には、炭化珪素基板が、処理チャンバ内に配置された。次に、炭化珪素基板が１６３０℃程度に昇温された。次に、処理チャンバに対して水素ガスが導入された。水素ガスの流量は１００ｓｌｍとなるように調整された。これにより、炭化珪素基板の第１主面がエッチングされた。エッチング量は５０ｎｍ～３００ｎｍ程度であった。 In the hydrogen treatment, first, the first main surface was hydrogenated with the silicon carbide substrate heated. Specifically, a silicon carbide substrate was placed in the processing chamber. Next, the temperature of the silicon carbide substrate was raised to about 1630 ° C. Next, hydrogen gas was introduced into the processing chamber. The flow rate of hydrogen gas was adjusted to 100 slm. As a result, the first main surface of the silicon carbide substrate was etched. The etching amount was about 50 nm to 300 nm.
次に、炭化珪素エピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル成長工程が実施された。エピタキシャル成長工程においては、まず処理チャンバが１６３０℃程度に昇温された。次に、シランとプロパンとアンモニアと水素とを含む混合ガスが処理チャンバに導入された。具体的には、シランガスの流量は１１５ｓｃｃｍとなるように調整された。プロパンガスの流量は５７．６ｓｃｃｍとなるように調整された。アンモニアガスの流量は２．５×１０－２ｓｃｃｍとなるように調整された。水素ガスの流量は１００ｓｌｍとなるように調整された。処理チャンバに混合ガスを導入することにより、炭化珪素基板の第１主面上に炭化珪素エピタキシャル層がエピタキシャル成長により形成された。炭化珪素エピタキシャル層の厚みは１０μｍとした。 Next, an epitaxial growth step for forming the silicon carbide epitaxial layer was carried out. In the epitaxial growth step, the temperature of the processing chamber was first raised to about 1630 ° C. Next, a mixed gas containing silane, propane, ammonia and hydrogen was introduced into the processing chamber. Specifically, the flow rate of silane gas was adjusted to 115 sccm. The flow rate of propane gas was adjusted to be 57.6 sccm. The flow rate of ammonia gas was adjusted to 2.5 × 10-2 sccm. The flow rate of hydrogen gas was adjusted to 100 slm. By introducing the mixed gas into the processing chamber, a silicon carbide epitaxial layer was formed by epitaxial growth on the first main surface of the silicon carbide substrate. The thickness of the silicon carbide epitaxial layer was 10 μm.
（測定）
元素の付着密度：
上述したサンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板について、化学機械研磨の直前において第１主面におけるナトリウムなどの元素の付着量（付着密度）を測定した。測定方法としてはＩＣＰ－ＭＳを用いた。
(measurement)
Elemental adhesion density:
With respect to the silicon carbide substrates according to Samples 1 to 5 described above, the amount of adhesion (adhesion density) of an element such as sodium on the first main surface was measured immediately before chemical mechanical polishing. ICP-MS was used as the measurement method.
化学機械研磨（仕上げ研磨）での研磨量：
化学機械研磨を実施する前後において、サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の厚みを測定することにより、化学機械研磨による研磨量を測定した。炭化珪素基板の厚みは、キーエンス社製分光干渉レーザ変位計ＳＦ－８０を用いて測定した。
Amount of polishing by chemical mechanical polishing (finish polishing):
The amount of polishing by chemical mechanical polishing was measured by measuring the thickness of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 before and after performing chemical mechanical polishing. The thickness of the silicon carbide substrate was measured using a spectral interference laser displacement meter SF-80 manufactured by KEYENCE CORPORATION.
化学機械研磨（仕上げ研磨）後の欠陥（スクラッチ）発生率：
サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板について、上述した化学機械研磨（仕上げ研磨）後での欠陥（スクラッチ）の発生率を測定した。欠陥の発生率の測定方法としては、レーザーテック社製ＳＩＣＡ６Ｘを用い、炭化珪素基板の表面の全面をスキャンした。その結果検出された欠陥のうち、長さが５μｍ以上、幅が１μｍ以上１０μｍ以下の溝状の欠陥を、上述した欠陥（スクラッチ）としてカウントした。欠陥の発生率（スクラッチ発生率）とは、サンプル毎に５０枚の炭化珪素基板において、上述した欠陥（スクラッチ）が検出された炭化珪素基板の枚数の割合である。スクラッチ発生率（％）は、（欠陥（スクラッチ）が検出された炭化珪素基板の枚数）÷５０×１００（％）という式で算出される。
Defect (scratch) occurrence rate after chemical mechanical polishing (finish polishing):
With respect to the silicon carbide substrates according to Samples 1 to 5, the incidence of defects (scratches) after the above-mentioned chemical mechanical polishing (finish polishing) was measured. As a method for measuring the defect occurrence rate, SICA6X manufactured by Lasertec Co., Ltd. was used, and the entire surface of the silicon carbide substrate was scanned. Among the defects detected as a result, the groove-shaped defects having a length of 5 μm or more and a width of 1 μm or more and 10 μm or less were counted as the above-mentioned defects (scratches). The defect generation rate (scratch generation rate) is the ratio of the number of silicon carbide substrates in which the above-mentioned defects (scratch) are detected in 50 silicon carbide substrates for each sample. The scratch generation rate (%) is calculated by the formula (number of silicon carbide substrates in which defects (scratches) are detected) ÷ 50 × 100 (%).
（結果）
上述した測定結果を表２に示す。
(result)
The above-mentioned measurement results are shown in Table 2.
表２には、各サンプルに係る炭化珪素基板について、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）の付着密度（付着量）の測定結果、化学機械研磨（仕上げ研磨）での研磨量、仕上げ研磨後の欠陥の発生率（スクラッチ発生率）が示されている。なお、研磨量については、サンプル１に係る炭化珪素基板の研磨量を１とした相対値で示されている。また、上述した付着量の測定結果、研磨量については、各サンプルにおける５０枚の炭化珪素基板に関する平均値を示している。 Table 2 shows the measurement results and chemicals of the adhesion density (adhesion amount) of sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) for the silicon carbide substrate of each sample. The amount of polishing in mechanical polishing (finish polishing) and the occurrence rate of defects after finish polishing (scratch generation rate) are shown. The polishing amount is shown as a relative value with the polishing amount of the silicon carbide substrate according to the sample 1 as 1. Further, as a result of the above-mentioned measurement of the adhesion amount and the polishing amount, the average value for 50 silicon carbide substrates in each sample is shown.
表２に示すように、サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の表面におけるナトリウムの付着密度（付着量）は、３８×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、１４×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、検出限界以下、１０×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、４２×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の表面におけるマグネシウムの付着密度（付着量）は、検出限界以下、２×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、検出限界以下、８２×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、３５×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。 As shown in Table 2, the adhesion density (adhesion amount) of sodium on the surface of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 is 38 × 10 9 atoms / cm 2 , 14 × 10 9 atoms / cm 2 , and the detection limit. Hereinafter, it was 10 × 10 9 atoms / cm 2 and 42 × 10 9 atoms / cm 2 . The adhesion density (adhesion amount) of magnesium on the surface of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 is below the detection limit, 2 × 10 9 atoms / cm 2 , below the detection limit, 82 × 10 9 atoms / cm 2 , 35. It was × 10 9 atoms / cm 2 .
サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の表面におけるアルミニウムの付着密度（付着量）は、１１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、１１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、検出限界以下、４００×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、５１０×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の表面におけるカリウムの付着密度（付着量）は、１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、検出限界以下、７３×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、検出限界以下、検出限界以下であった。 The adhesion density (adhesion amount) of aluminum on the surface of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 is 11 × 10 9 atoms / cm 2 , 11 × 10 9 atoms / cm 2 , below the detection limit, and 400 × 10 9 atoms. It was / cm 2 , 510 × 10 9 atoms / cm 2 . The adhesion density (adhesion amount) of potassium on the surface of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 is 1 × 10 9 atoms / cm 2 , below the detection limit, 73 × 10 9 atoms / cm 2 , below the detection limit, and detected. It was below the limit.
サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の表面におけるカルシウムの付着密度（付着量）は、５×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、８×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、８４×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、２６０×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、６４０×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の表面における、上述した元素の合計付着密度（合計付着量）は、５５×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、３５×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、１５７×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、７５２×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、１２２７×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。 The adhesion density (adhesion amount) of calcium on the surface of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 is 5 × 10 9 atoms / cm 2 , 8 × 10 9 atoms / cm 2 , 84 × 10 9 atoms / cm 2 , It was 260 × 10 9 atoms / cm 2 and 640 × 10 9 atoms / cm 2 . The total adhesion density (total adhesion amount) of the above-mentioned elements on the surface of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 is 55 × 10 9 atoms / cm 2 , 35 × 10 9 atoms / cm 2 , 157 × 10 9 . It was atoms / cm 2 , 752 × 10 9 atoms / cm 2 , and 1227 × 10 9 atoms / cm 2 .
サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の仕上げ研磨での研磨量（相対値）は、１．０、１．２、０．８、０．７、０．４であった。サンプル１からサンプル５に係る炭化珪素基板の仕上げ研磨後の欠陥の発生率は、０％、０％、２．５％、２．８％、１８．６％であった。なお、炭化珪素エピタキシャル層における欠陥の発生率は、上述した研磨後の欠陥の発生率とほぼ同じ傾向を示した。 The polishing amounts (relative values) in the finish polishing of the silicon carbide substrates according to Samples 1 to 5 were 1.0, 1.2, 0.8, 0.7, and 0.4. The incidence of defects after finish polishing of the silicon carbide substrate according to Samples 1 to 5 was 0%, 0%, 2.5%, 2.8%, and 18.6%. The defect generation rate in the silicon carbide epitaxial layer showed almost the same tendency as the defect generation rate after polishing described above.
表２から分かるように、ナトリウムなどの元素の付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満とされているサンプル１からサンプル４については、研磨量が十分大きくなっているため欠陥の発生率が相対的に小さくなっている。また、サンプル１からサンプル４については、研磨量のばらつきも小さくなっている。一方、サンプル５については、上述した元素の付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２を超えていることから、研磨量も相対的に小さく、かつ欠陥の発生率も相対的に大きくなっている。 As can be seen from Table 2, defects occur in Samples 1 to 4 in which the total adhesion density of elements such as sodium is less than 1 × 10 12 atoms / cm 2 because the polishing amount is sufficiently large. The rate is relatively small. Further, the variation in the amount of polishing is small for Samples 1 to 4. On the other hand, for sample 5, since the total adhesion density of the above-mentioned elements exceeds 1 × 10 12 atoms / cm 2 , the polishing amount is relatively small and the defect occurrence rate is relatively large. ing.
以上の結果から、炭化珪素基板について、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）の付着密度の合計が１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２未満としたうえで化学機械研磨を行うことにより、炭化珪素基板の表面からスクラッチなどの傷や欠陥を十分に除去できることが示された。さらに、当該炭化珪素基板の表面上にエピタキシャル膜を形成した場合においても、当該傷に起因する欠陥の発生を抑制できることが示された。 From the above results, the total adhesion density of sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), potassium (K), and calcium (Ca) for the silicon carbide substrate is less than 1 × 10 12 atoms / cm 2 . It was shown that scratches and other defects can be sufficiently removed from the surface of the silicon carbide substrate by performing chemical mechanical polishing after the above. Furthermore, it was shown that even when an epitaxial film is formed on the surface of the silicon carbide substrate, the generation of defects caused by the scratches can be suppressed.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の基本的な範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The basic scope of the present disclosure is shown by the scope of claims rather than the embodiments described above, and is intended to include the meaning equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.
Claims (10)
化学機械研磨法によって前記炭化珪素基板の前記表面を研磨する工程と、を備える、炭化珪素基板の製造方法。 A step of preparing a silicon carbide substrate having a surface having a total adhesion density of sodium, magnesium, aluminum, potassium, and calcium less than 1 × 10 12 atoms / cm 2 .
A method for manufacturing a silicon carbide substrate, comprising a step of polishing the surface of the silicon carbide substrate by a chemical mechanical polishing method.
前記表面が洗浄された前記炭化珪素基板の前記表面を、化学機械研磨法によって研磨する工程と、を備える、炭化珪素基板の製造方法。 The process of cleaning the surface of the silicon carbide substrate with an acid solution containing a carboxylic acid, and
A method for manufacturing a silicon carbide substrate, comprising a step of polishing the surface of the silicon carbide substrate whose surface has been cleaned by a chemical mechanical polishing method.
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