JP6981505B2 - 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法 - Google Patents
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Description
以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。本明細書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{}でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”(バー)を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。また以下の説明では、炭化珪素(SiC)の結晶面に関し、(000−1)面を「C(カーボン)面」、(0001)面を「Si(シリコン)面」と記す場合がある。
以下、本開示の一実施形態(以下「本実施形態」とも記す)について説明する。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではない。
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エピタキシャル基板10は、炭化珪素単結晶基板1と、炭化珪素層2とを有している。炭化珪素単結晶基板1は、第1主面3と、第1主面3と反対側の第2主面4とを含む。炭化珪素層2は、炭化珪素単結晶基板1と接する第3主面5と、第3主面5と反対側の第4主面6を含む。
歪層の有無については、EBSD法を用いて判別することができる。具体的には、炭化珪素単結晶基板1の第2主面4の中央と端部とにおいてEBSD法により面方位を測定することにより、歪層の存在を判断する。
図3に示す測定装置を用いて、炭化珪素エピタキシャル基板10の反り量を測定する。以下具体的に説明する。
図3に示した測定装置を用いて、炭化珪素エピタキシャル基板10に関して基板温度が350℃以上600℃以下であるときの反り量を測定する。具体的には、所定の温度差、たとえば50℃の温度差を有する複数の基板温度で反り量を測定する。たとえば、基板温度を350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃とした状態で、それぞれ上述した方法によって反り量を測定してもよい。上述した350℃以上600℃以下の範囲における上記それぞれの基板温度での反り量のうち最大の反り量を第2の反り量としてもよい。
図3に示した測定装置を用いて、炭化珪素エピタキシャル基板10に関して基板温度が600℃超え1200℃以下であるときの反り量を測定する。具体的には、所定の温度差、たとえば50℃の温度差を有する複数の基板温度で反り量を測定する。たとえば、基板温度を650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃とした状態で、それぞれ上述した方法によって反り量を測定してもよい。上述した600℃超え1200℃以下の範囲における上記それぞれの基板温度での反り量のうち最大の反り量を第3の反り量としてもよい。
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。
<試料>
以下のようなNo.1〜No.7の試料として直径6インチ、厚さが350μmの炭化珪素単結晶基板を準備した。
図5に示した工程(S10)および工程(S21)〜工程(S23)、工程(S25)を実施して試料No.1としての炭化珪素単結晶基板を得た。なお工程(S23)における機械研磨では砥粒として粒径が1μmのダイヤモンドからなる砥粒を用いた。
図5に示した工程(S10)および工程(S21)〜工程(S25)を実施して、試料No.2としての炭化珪素単結晶基板を得た。工程(S10)、工程(S21)〜工程(S23)、工程(S25)についてはNo.1の試料の製造プロセスと同様の条件とした。また、工程(S24)におけるCMPの条件としては、砥粒としてコロイダルシリカを、添加剤としてトリイソシアヌル酸ナトリウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)を超純水に含有させたスラリーを用いた。また、この工程(S24)におけるCMPで用いた研磨布としては、スエードまたは不織布を用いた。不織布としては、アスカーA硬度が30〜70であってもよく、30〜50であってもよい。この工程(S24)における研磨量は1μmとした。
図5に示した工程(S10)および工程(S21)〜工程(S25)を実施して、試料No.3としての炭化珪素単結晶基板を得た。工程(S10)、工程(S21)〜工程(S25)についてはNo.2の試料の製造プロセスと同様の条件とした。ただし、工程(S24)におけるCMPでの研磨量は3μmとした。
図5に示した工程(S10)および工程(S21)〜工程(S25)を実施して、試料No.4としての炭化珪素単結晶基板を得た。工程(S10)、工程(S21)〜工程(S25)についてはNo.2の試料の製造プロセスと同様の条件とした。ただし、工程(S24)におけるCMPでの研磨量は5μmとした。
図5に示した工程(S10)および工程(S21)〜工程(S25)を実施して、試料No.5としての炭化珪素単結晶基板を得た。工程(S10)、工程(S21)〜工程(S23)、工程(S25)についてはNo.1の試料の製造プロセスと同様の条件とした。また、工程(S24)におけるCMPの条件としては、砥粒としてコロイダルシリカを、添加剤としてジクロロイソシアヌル酸ナトリウムを超純水に含有させたスラリーを用いた。この工程(S24)における研磨量は3μmとした。
図5に示した工程(S10)および工程(S21)〜工程(S25)を実施して、試料No.6としての炭化珪素単結晶基板を得た。工程(S10)、工程(S21)〜工程(S23)、工程(S25)についてはNo.1の試料の製造プロセスと同様の条件とした。また、工程(S24)におけるCMPの条件としては、砥粒として酸化ジルコニウムを、添加剤として硝酸および過マンガン酸ナトリウムを超純水に含有させたスラリーを用いた。この工程(S24)における研磨量は3μmとした。
図5に示した工程(S10)および工程(S21)〜工程(S25)を実施して、試料No.7としての炭化珪素単結晶基板を得た。工程(S10)、工程(S21)〜工程(S23)、工程(S25)についてはNo.1の試料の製造プロセスと同様の条件とした。また、工程(S24)におけるCMPの条件としては、砥粒として酸化クロムを、添加剤として次亜塩素酸ナトリウムおよびリンゴ酸を超純水に含有させたスラリーを用いた。この工程(S24)における研磨量は3μmとした。
表面の算術平均粗さSaの測定:
各試料の第1主面(表面)および第2主面(裏面)について、算術平均粗さSa(以下、表面粗さSaと呼ぶこともある)を測定した。測定方法としては、白色干渉顕微鏡等を用いて測定した。白色干渉顕微鏡の測定面積は、たとえば255μm角とし、測定位置はそれぞれの面における中央、および中央から外周に向けて30mmの位置であって周方向に等間隔に配置された4カ所の合計5点について算術平均粗さSaを測定し、当該測定データの平均値を各面の算術平均粗さSaとした。
各試料の第2主面(裏面)について、歪層(ダメージ層と呼ぶこともある)の深さを測定した。歪層の測定方法としては、EBSD法を用いた。具体的には、各試料の第2主面の中央と端部とにおいてEBSD法により面方位を測定することにより、歪層の存在を判断した。
図3に示した装置を用いて、基板温度を450℃にしたときに各試料の反り量を測定した。
結果を表1に示す。なお、表1中、裏面のCMP研磨量とは上述した工程(S24)における研磨量を示す。また、裏面粗さSaとは第2主面での算術平均粗さSaを示す。表面粗さSaとは、第1主面での算術平均粗さSaを示す。EBSD裏面ダメージ深さとは、第2面でのEBSD法により測定した歪層の深さを示す。また、450℃における基板反りの評価の欄については、反り量が25μmという閾値未満である場合をOK、当該閾値以上となった場合をNGと表示している。
2 炭化珪素層
3 第1主面
4 第2主面
5 第3主面
6 第4主面
10 炭化珪素エピタキシャル基板
20 加熱ステージ
21 支持ピン
22 測定容器
23 蓋体(ガラス板)
24 レーザ光源
25 ミラー
26 矢印
27 検出器
30 架台
31 平坦面
H 炭化珪素エピタキシャル基板の主面において平坦面に対して最も高い位置と最も低い位置との間の高さの差
S10 基板を準備する工程
S20 基板を加工する工程
S30 エピタキシャル層を形成する工程
Claims (2)
- 炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、
前記炭化珪素単結晶基板の第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを機械研磨を行う工程と、
前記機械研磨を行う工程後、前記第2主面に対し、前記機械研磨で用いた砥粒の粒径の3倍以上の研磨量の第2主面化学機械研磨を行う工程と、
前記第2主面化学機械研磨を行う工程後、前記第1主面に対し、第1主面化学機械研磨を行う工程と、
前記第1主面化学機械研磨を行う工程後、前記第1主面に炭化珪素のエピタキシャル層を形成する工程とを、備える、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。 - 前記機械研磨における砥粒の粒径は0.2μm以上3.0μm以下であり、前記第2主面化学機械研磨おける砥粒の粒径は1nm以上200nm以下である、請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
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