JP6051524B2 - 半導体基板及び半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Description
上記課題を解決するために、本発明にかかるひとつの半導体基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に形成された単結晶炭化シリコン膜と、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に形成された、前記面に圧縮応力を加えて前記シリコン基板の応力を緩和する応力緩和膜と、を含み、前記単結晶炭化シリコン膜の前記シリコン基板の側の部分には、前記単結晶炭化シリコン膜と前記シリコン基板との間の界面に沿って複数の空隙が存在し、前記空隙の幅が、前記空隙の上部の前記単結晶炭化シリコン膜の高さの2倍以下であり、前記応力緩和膜は、第1の応力緩和膜と第2の応力緩和膜との積層構造となっていることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかるひとつの半導体基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に形成された単結晶炭化シリコン膜と、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に形成された、前記面に圧縮応力を加えて前記シリコン基板の応力を緩和する応力緩和膜と、を含み、前記単結晶炭化シリコン膜の前記シリコン基板の側の部分には、前記単結晶炭化シリコン膜と前記シリコン基板との間の界面に沿って複数の空隙が存在し、前記空隙の幅が、前記空隙の上部の前記単結晶炭化シリコン膜の高さの2倍以下であることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかるひとつの半導体基板の製造方法は、シリコン基板の表面にマスク材を形成する第1の工程と、前記マスク材に複数の開口部を形成し、前記シリコン基板の一部を露出させる第2の工程と、露出した前記シリコン基板の表面を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記マスク材の表面が一部露出した状態で止める第3の工程と、前記マスク材の少なくとも一部を除去する第4の工程と、前記第4の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、単結晶炭化シリコン膜を形成する第5の工程と、前記第5の工程の前に、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に、前記面に圧縮応力を加えて前記シリコン基板の応力を緩和する応力緩和膜を形成する第6の工程と、を含み、前記第6の工程は、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に第1の応力緩和膜を形成する工程と、前記第1の応力緩和膜の表面に第2の応力緩和膜を形成する工程と、を含み、前記第3の工程の前に、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に前記第1の応力緩和膜を形成し、前記第3の工程と前記第5の工程との間に、前記第1の応力緩和膜の表面に前記第2の応力緩和膜を形成することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明にかかるひとつの半導体基板の製造方法は、シリコン基板の表面にマスク材を形成する第1の工程と、前記マスク材に複数の開口部を形成し、前記シリコン基板の一部を露出させる第2の工程と、露出した前記シリコン基板の表面を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記マスク材の表面が一部露出した状態で止める第3の工程と、前記マスク材の少なくとも一部を除去する第4の工程と、前記第4の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、単結晶炭化シリコン膜を形成する第5の工程と、前記第5の工程の前に、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に、前記面に圧縮応力を加えて前記シリコン基板の応力を緩和する応力緩和膜を形成する第6の工程と、を含み、前記第3の工程の前に、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に前記応力緩和膜を形成し、前記第3の工程と前記第5の工程との間に、前記応力緩和膜の膜厚を調整することを特徴とする。
上記の課題を解決するため、本発明の半導体基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に形成された単結晶炭化シリコン膜と、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に形成された、前記面に圧縮応力を加えて前記シリコン基板の応力を緩和する応力緩和膜と、を含み、前記単結晶炭化シリコン膜の前記シリコン基板の側の部分には、前記単結晶炭化シリコン膜と前記シリコン基板との間の界面に沿って複数の空隙が存在していることを特徴とする。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体基板1の概略構成を示す模式図である。
図1に示すように、半導体基板1は、シリコン基板11と、シリコン基板11の表面に形成された単結晶炭化シリコン膜13と、シリコン基板11の単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面(シリコン基板11の裏面)に形成された応力緩和膜15と、を備えている。
図2及び図3は、本実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。
シリコン基板の格子定数は0.543nm、単結晶炭化シリコンの格子定数は0.436nmであり約20%の差がある。この格子定数の差に起因して、シリコン基板の表面に圧縮応力が作用し、ウエハは上反りとなる。
この場合も、格子定数の差に起因した内部応力が残存し、シリコン基板の表面に圧縮応力が作用し、ウエハは上反りとなる。しかしながら、シリコン基板の熱膨張係数は2.55×10−6K−1、単結晶炭化シリコンの熱膨張係数2.77×10−6K−1であり約8%の差がある。シリコン基板の熱膨張係数よりも単結晶炭化シリコンの熱膨張係数のほうが大きいことから、エピタキシャル成長温度から室温へ基板温度を下げると、熱膨張係数の差により、ウエハの反りの度合いは図4(a)に示すウエハの反りの度合いよりも大きい。
本実施形態においては、複数の空隙により、シリコン基板と単結晶炭化シリコンとで格子定数及び熱膨張係数が異なることに起因して発生する単結晶炭化シリコン膜の応力、シリコン基板の応力が吸収される。よって、ウエハの反りの度合いは図4(b)に示すウエハの反りの度合いよりも小さくなる。
本実施形態においては、応力緩和膜により、複数の空隙で吸収しきれずに残留したシリコン基板の応力が緩和される。具体的には、シリコン基板と単結晶炭化シリコンとで格子定数及び熱膨張係数が異なることによってシリコン基板の表面に圧縮応力が作用しても、当該面とは反対側の面(シリコン基板の裏面)に圧縮応力が加わるので、シリコン基板に作用する圧縮応力が相殺される。よって、ウエハの反りは抑制される。
図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体基板2の概略構成を示す模式図である。
図5に示すように、本実施形態に係る半導体基板2は、応力緩和膜が第1の応力緩和膜21と第2の応力緩和膜22との積層構造となっている点が第1実施形態に係る半導体基板1と異なる。その他の構成は、第1実施形態と同様の構成であるため、同じ符号を付し、その照射な説明は省略する。
図6は、本実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。なお、本実施形態に係る半導体基板の製造方法においてシリコン基板11表面を清浄化するための熱処理工程は、上述した第1実施形態に係る半導体基板の製造方法の熱処理工程(図2(a))と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
図7は、本発明の第3実施形態に係る半導体基板3の概略構成を示す模式図である。
図7に示すように、本実施形態に係る半導体基板3は、応力緩和膜の形成材料として酸化珪素を用いている点が第1実施形態に係る半導体基板1と異なる。その他の構成は、第1実施形態と同様の構成であるため、同じ符号を付し、その照射な説明は省略する。
図8は、本実施形態に係る半導体基板の製造方法を示す過程図である。なお、本実施形態に係る半導体基板の製造方法においてシリコン基板11表面を清浄化するための熱処理工程は、上述した第1実施形態に係る半導体基板の製造方法の熱処理工程(図2(a))と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
Claims (7)
- シリコン基板と、
前記シリコン基板の表面に形成された単結晶炭化シリコン膜と、
前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に形成された、前記面に圧縮応力を加えて前記シリコン基板の応力を緩和する応力緩和膜と、を含み、
前記単結晶炭化シリコン膜の前記シリコン基板の側の部分には、前記単結晶炭化シリコン膜と前記シリコン基板との間の界面に沿って複数の空隙が存在し、
前記空隙の幅が、前記空隙の上部の前記単結晶炭化シリコン膜の高さの2倍以下であり、
前記応力緩和膜は、第1の応力緩和膜と第2の応力緩和膜との積層構造となっており、
前記第2の応力緩和膜の熱膨張係数は、前記シリコン基板の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする半導体基板。 - 前記応力緩和膜の形成材料は、酸化珪素、窒化珪素、ポリシリコン、アモルファスシリコンのうちいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体基板。
- シリコン基板の表面にマスク材を形成する第1の工程と、
前記マスク材に複数の開口部を形成し、前記シリコン基板の一部を露出させる第2の工程と、
露出した前記シリコン基板の表面を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記マスク材の表面が一部露出した状態で止める第3の工程と、
前記マスク材の少なくとも一部を除去する第4の工程と、
前記第4の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、単結晶炭化シリコン膜を形成する第5の工程と、
前記第5の工程の前に、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に、前記面に圧縮応力を加えて前記シリコン基板の応力を緩和する応力緩和膜を形成する第6の工程と、
を含み、
前記第6の工程は、
前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に第1の応力緩和膜を形成する工程と、
前記第1の応力緩和膜の表面に第2の応力緩和膜を形成する工程と、
を含み、
前記第3の工程の前に、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に前記第1の応力緩和膜を形成し、
前記第3の工程と前記第5の工程との間に、前記第1の応力緩和膜の表面に前記第2の応力緩和膜を形成することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - シリコン基板の表面にマスク材を形成する第1の工程と、
前記マスク材に複数の開口部を形成し、前記シリコン基板の一部を露出させる第2の工程と、
露出した前記シリコン基板の表面を基点として単結晶炭化シリコンをエピタキシャル成長させ、前記単結晶炭化シリコンのエピタキシャル成長を前記マスク材の表面が一部露出した状態で止める第3の工程と、
前記マスク材の少なくとも一部を除去する第4の工程と、
前記第4の工程の後に前記単結晶炭化シリコンの前記エピタキシャル成長を再開させ、単結晶炭化シリコン膜を形成する第5の工程と、
前記第5の工程の前に、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に、前記面に圧縮応力を加えて前記シリコン基板の応力を緩和する応力緩和膜を形成する第6の工程と、
を含み、
前記第3の工程の前に、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に前記応力緩和膜を形成し、
前記第3の工程と前記第5の工程との間に、前記応力緩和膜の膜厚を調整することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 前記第1の工程において、前記シリコン基板の前記単結晶炭化シリコン膜が形成された側とは反対側の面に前記応力緩和膜を形成することを特徴とする請求項4に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記マスク材の形成材料は、酸化珪素、窒化珪素のいずれかを含むことを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。
- 前記応力緩和膜の形成材料は、酸化珪素、窒化珪素、ポリシリコン、アモルファスシリコンのうちいずれかを含むことを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の半導体基板の製造方法。
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