JP2005064392A - METHOD OF MANUFACTURING SiC SINGLE-CRYSTAL SUBSTRATE - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はSiC単結晶基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a SiC single crystal substrate.
SiC単結晶は、Si単結晶やGaAs単結晶に比べて、バンドギャップが広く、絶縁破壊電界および熱伝導率が大きい。このような特性は、高温で動作する半導体素子や高耐圧のパワー半導体素子に適しており、従来のSi半導体では得られない特性を備えた半導体素子が実現できるものとして、SiC単結晶を用いた半導体素子の研究が進められている。従来技術によって作製されるSiC単結晶は結晶品質が高くないため、SiC単結晶を用いた基板上にSiCエピタキシャル層を形成させて半導体素子を作製していた。しかし、近年良好な特性を有するSiC単結晶も得られるようになってきており、SiC単結晶基板中に半導体素子を作製することも研究されている。 The SiC single crystal has a wider band gap, a higher dielectric breakdown electric field and higher thermal conductivity than the Si single crystal and GaAs single crystal. Such characteristics are suitable for semiconductor elements operating at high temperatures and power semiconductor elements having a high withstand voltage, and SiC single crystals are used as semiconductor elements having characteristics that cannot be obtained with conventional Si semiconductors. Research on semiconductor devices is underway. Since the SiC single crystal produced by the prior art is not high in crystal quality, a semiconductor element is produced by forming a SiC epitaxial layer on a substrate using the SiC single crystal. However, in recent years, SiC single crystals having good characteristics have been obtained, and the production of semiconductor elements in SiC single crystal substrates has also been studied.
また、近年、光学的記録媒体を用いて高記録密度で情報を記録・再生するための光源や画像表示用および照明用光源として、紫外領域や青色の光を出射するGaN系半導体素子の研究が進められている。GaN系半導体は、一般に結晶欠陥の少ない大きな単結晶インゴットの形状に成長させることが難しいため、SiC単結晶基板上に、GaN系半導体層をエピタキシャル成長させる技術が注目されている。 In recent years, research has been conducted on GaN-based semiconductor elements that emit ultraviolet light and blue light as light sources for recording / reproducing information at a high recording density using optical recording media and light sources for image display and illumination. It is being advanced. Since a GaN-based semiconductor is generally difficult to grow into a large single-crystal ingot shape with few crystal defects, a technique for epitaxially growing a GaN-based semiconductor layer on a SiC single crystal substrate has attracted attention.
このため、傷などがなく、平滑で反りなどのない表面を有するSiC単結晶基板が求められている。本願発明者は、未公開特許出願において、加工応力を除去することによって平坦なSiC基板を得る技術を提案している。 For this reason, a SiC single crystal substrate having a smooth surface free from warpage and the like is desired. The inventor of the present application has proposed a technique for obtaining a flat SiC substrate by removing processing stress in an unpublished patent application.
一方、SiC基板の表面を平滑にする技術としては、CMP(化学的機械研磨)が従来より一般に用いられている。しかし、SiCはダイヤモンドに次ぐ硬度を備えるため、CMPでは十分な研磨速度が得られず、加工効率が非常に悪い。研磨速度を上げるために、SiC基板に高い圧力をかけながらCMPを行う方法が知られているが、この場合、加工変質層がSiC基板の内部深くに入りやすいという問題が生じる。 On the other hand, CMP (Chemical Mechanical Polishing) has been generally used as a technique for smoothing the surface of the SiC substrate. However, since SiC has hardness next to diamond, CMP cannot provide a sufficient polishing rate, and processing efficiency is very poor. In order to increase the polishing rate, a method of performing CMP while applying a high pressure to the SiC substrate is known, but in this case, there is a problem that the work-affected layer easily enters deep inside the SiC substrate.
これらの問題を解決するために特許文献1は、反応性エッチングと水蒸気酸化を用いてSiCの表面を平滑にする方法を開示している。具体的には、SiC基板の表面を機械的に鏡面研磨し、有機および無機洗浄を行ったあと、SiC基板の表面に反応性エッチングを施すことにより、表面の平坦性を保ったまま、均一なダメージ層を除去する。その後、水蒸気により、基板の表面を酸化させた後、フッ化水素酸により酸化層を除去する。 In order to solve these problems, Patent Document 1 discloses a method of smoothing the surface of SiC using reactive etching and steam oxidation. Specifically, the surface of the SiC substrate is mechanically mirror-polished, subjected to organic and inorganic cleaning, and then subjected to reactive etching on the surface of the SiC substrate to maintain a uniform surface while maintaining the flatness of the surface. Remove the damage layer. Then, after oxidizing the surface of the substrate with water vapor, the oxide layer is removed with hydrofluoric acid.
特許文献2は、Arなどを用いた第1の反応性エッチングによって、SiC基板表面の加工変質層を除去し、第1の反応性エッチングによって基板の表面領域に生じたイオン照射損傷層をCF4およびO2などを用いる反応性エッチングによって除去する技術を開示している。 In Patent Document 2, the work-affected layer on the surface of the SiC substrate is removed by first reactive etching using Ar or the like, and an ion irradiation damaged layer generated in the surface region of the substrate by the first reactive etching is CF 4. And a technique of removing by reactive etching using O 2 or the like.
また、非特許文献1は、SiC基板の表面を水蒸気酸化し、その後CMPを施すことにより、加工効率を改善できると報告している。 Non-Patent Document 1 reports that the processing efficiency can be improved by subjecting the surface of the SiC substrate to steam oxidation and then performing CMP.
しかしながら、これらの従来技術の方法において用いられる反応性イオンエッチングでは、表面の形状をほぼ反映してエッチングが行われる。このため、基板の表面に傷が生じている場合、反応性エッチングを施しても傷を完全に除去することはできない。また、反応性イオンエッチングでは、ラジカル種を加速させて基板に衝突させるため、基板に生じるダメージを完全に除去することは難しい。水蒸気酸化により酸化層を形成し、酸化層除去する方法はSiC基板を高温に保持しながら長時間水蒸気にさらす必要があり、実用的ではない。 However, in reactive ion etching used in these prior art methods, etching is performed almost reflecting the shape of the surface. For this reason, when the surface of the substrate is scratched, the scratch cannot be completely removed even if reactive etching is performed. In reactive ion etching, radical species are accelerated and collide with the substrate, so that it is difficult to completely remove the damage caused on the substrate. The method of forming an oxide layer by steam oxidation and removing the oxide layer is not practical because it requires exposure to steam for a long time while maintaining the SiC substrate at a high temperature.
このため、特許文献1および特許文献2に開示された方法では、基板の表面を完全に平滑にし、基板表面に生じたダメージ層を完全に除去することは難しい。また、非特許文献1による方法は、CMPのみによってSiC基板の表面を平坦化する方法に比べれば短い時間で研磨が完了する。しかし、それでもなお、酸化工程に約3時間要し、研磨工程に約2時間要するため、非特許文献1による方法は実用的ではない。また、基板表面の傷を完全に除去するのは難しい。
本発明は上記従来技術の問題を解決し、表面が平滑なSiC基板を製造する実用的な方法を提供することを目的とする。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a practical method for producing a SiC substrate having a smooth surface.
本発明のSiC単結晶基板の製造方法は、鏡面研磨が施された表面を有するSiC単結晶基板を用意する工程(a)と、前記SiC単結晶基板の表面をプラズマにより酸化し、酸化層を前記SiC単結晶基板の表面に形成する工程(b)と、前記酸化層の少なくとも一部を反応性イオンエッチングにより除去する工程(c)とを包含する。 The method for producing a SiC single crystal substrate according to the present invention includes a step (a) of preparing a SiC single crystal substrate having a mirror-polished surface, oxidizing the surface of the SiC single crystal substrate with plasma, and forming an oxide layer. A step (b) of forming on the surface of the SiC single crystal substrate; and a step (c) of removing at least a part of the oxide layer by reactive ion etching.
ある好ましい実施形態において、前記工程(b)および(c)をそれぞれ複数回繰り返して行う。 In a preferred embodiment, the steps (b) and (c) are each repeated a plurality of times.
ある好ましい実施形態において、前記工程(b)および(c)において酸化およびエッチングをそれぞれ1分から10分の間の時間で行う。 In a preferred embodiment, in steps (b) and (c), the oxidation and etching are performed for a time period of 1 to 10 minutes, respectively.
ある好ましい実施形態において、前記工程(b)および(c)をそれぞれ複数回繰り返し、前記工程(b)を行った後、前記SiC単結晶基板の表面を化学的機械研磨法により研磨する工程(d)をさらに包含する。 In a preferred embodiment, the steps (b) and (c) are repeated a plurality of times, and after the step (b) is performed, the surface of the SiC single crystal substrate is polished by a chemical mechanical polishing method (d) ).
ある好ましい実施形態において、前記工程(b)において、酸素または酸素および不活性ガスの混合ガスを用いる。 In a preferred embodiment, oxygen or a mixed gas of oxygen and an inert gas is used in the step (b).
ある好ましい実施形態において、 前記工程(c)において、Fを含むガスを用いる。 In a preferred embodiment, a gas containing F is used in the step (c).
ある好ましい実施形態において、前記工程(c)において、SiCおよび前記酸化層のエッチング速度が等しくなるよう、反応性エッチングの条件が設定されている。 In a preferred embodiment, in the step (c), the reactive etching conditions are set so that the etching rates of SiC and the oxide layer are equal.
ある好ましい実施形態において、前記工程(a)において、前記SiC単結晶基板のC軸に対するオフセット角がほぼゼロになっている。 In a preferred embodiment, in the step (a), an offset angle with respect to the C axis of the SiC single crystal substrate is substantially zero.
ある好ましい実施形態において、前記工程(b)および工程(c)を同じ装置内でガスを置換することにより行う。 In a preferred embodiment, the steps (b) and (c) are performed by replacing a gas in the same apparatus.
ある好ましい実施形態において、SiC単結晶基板の表面を酸化し、酸化により生成した酸化層をエッチングにより除去する工程を複数回繰り返すことにより、前記SiC単結晶基板の表面を平滑化する。 In a preferred embodiment, the surface of the SiC single crystal substrate is smoothed by repeating the step of oxidizing the surface of the SiC single crystal substrate and removing the oxide layer formed by the oxidation by etching a plurality of times.
ある好ましい実施形態において、前記繰り返しの回数は5以上である。 In a preferred embodiment, the number of repetitions is 5 or more.
本発明のSiC単結晶基板は上記いずれかの方法により製造される。 The SiC single crystal substrate of the present invention is manufactured by any of the above methods.
また、本発明のSiC単結晶基板は、表面粗さRaが0.2nm以下であり、表面にステップ構造を有する。 The SiC single crystal substrate of the present invention has a surface roughness Ra of 0.2 nm or less and has a step structure on the surface.
本発明によれば、SiC表面をプラズマ酸化し、酸化により生じた酸化層を反応性エッチングによって除去することにより、実用的な速度で酸化層の形成・除去が可能となり、表面に存在するスクラッチが除去された平滑なSiC単結晶基板を得ることができる。 According to the present invention, plasma oxidation of the SiC surface and removal of the oxide layer generated by oxidation by reactive etching enables formation and removal of the oxide layer at a practical speed, and scratches present on the surface are eliminated. The removed smooth SiC single crystal substrate can be obtained.
また、SiC表面の酸化および酸化により生じた酸化層の除去を繰り返すことにより、平滑なSiC単結晶基板を得ることができる。 Further, by repeating the oxidation of the SiC surface and the removal of the oxide layer generated by the oxidation, a smooth SiC single crystal substrate can be obtained.
CMPは半導体基板の研磨や形成した半導体構造の平坦化等に広く用いられ、優れた研磨方法の1つである。しかし、本願発明者が、鏡面研磨されたSiC単結晶基板を加圧しながらCMP法により研磨したところ、局所的には平滑な表面が得られるが、同時に深さ10〜20nm程度のスクラッチが基板全体に発生した。 CMP is widely used for polishing a semiconductor substrate, planarizing a formed semiconductor structure, and the like, and is one of excellent polishing methods. However, when the present inventor polished the mirror-polished SiC single crystal substrate by CMP while applying pressure, a locally smooth surface was obtained, but at the same time, a scratch having a depth of about 10 to 20 nm was formed on the entire substrate. Occurred.
これは、SiCが高硬度で、対薬品性も高い反面、脆く、傷が入りやすいという物性を備えていることに由来していると考えられる。このため、CMPによって研磨を行う限り、研磨によってSiC基板の表面にあった傷は削り取られるが、新たな傷が削った後の表面に生成してしまう。 This is considered to be derived from the fact that SiC has high physical properties and high chemical resistance, but is brittle and easily damaged. Therefore, as long as polishing is performed by CMP, scratches on the surface of the SiC substrate are removed by polishing, but new scratches are generated on the surface after cutting.
そこで、研磨以外の方法によってSiC基板の表面の平滑化を検討したところ、SiC基板の表面を酸化させたあと、酸化により形成した酸化層をエッチングにより除去することにより、基板表面を平滑化できることを見出した。以下において詳細に説明するように、特に、酸化および酸化層の除去を繰り返すことによって、表面形状のプロファイルを鈍らせて傷やスクラッチによる溝を徐々に浅くし、基板の表面が平滑になる。 Therefore, when the smoothing of the surface of the SiC substrate was examined by a method other than polishing, it was found that the surface of the SiC substrate could be smoothed by oxidizing the surface of the SiC substrate and then removing the oxidized layer formed by oxidation. I found it. As will be described in detail below, in particular, by repeating oxidation and removal of the oxide layer, the profile of the surface shape is dulled and the grooves due to scratches and scratches are gradually shallowed, and the surface of the substrate becomes smooth.
以下、本発明によるSiC単結晶基板の製造方法を具体的に説明する。 Hereinafter, a method for producing a SiC single crystal substrate according to the present invention will be described in detail.
まず、SiCの単結晶からなるSiC単結晶基板を用意する。好ましくはSiCの単結晶は、ヘキサゴナル構造を備え、4H−SiCまたは6H−SiCであることがより好ましい。図1に示すように、SiC単結晶基板10の平滑化を行う表面10aは(0001)面であり、基板のオフセット角が結晶軸であるC軸に対しておおよそゼロ度(ジャスト基板とも呼ばれる)となっていることが好ましい。言い換えれば、表面10aに対してC軸が垂直になっていることが好ましい。図1に示すように、オフセット角がゼロ度である場合、理想的には、C層およびSi層が表面10aに対して、平行でかつ交合に積層される。このような基板では、表面全体がSiまたはCで均一に構成されるため、表面の物理的および化学的安定性が高く、研磨が一般に難しい。本発明のSiC単結晶基板の製造方法はこのような基板を好適に平滑化することができる。
First, a SiC single crystal substrate made of a SiC single crystal is prepared. Preferably, the SiC single crystal has a hexagonal structure, and is more preferably 4H—SiC or 6H—SiC. As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、4H−SiCまたは6H−SiCの単結晶からなるSiC単結晶基板50であっても、C軸に対するオフセット角θがゼロ度以外である場合、基板の表面50aには、常にSiとCとが表れる。このような表面は一般的に加工が容易であるため、従来の研磨方法や平滑化方法によっても比較的容易に平坦な表面を得ることができる。しかし、本発明の方法を図2に示すようなオフセット角θがゼロ度以外の基板に適用しても効率的に平滑な表面を得ることができる。
As shown in FIG. 2, even if the SiC
SiC単結晶基板10の平滑化を行う面は、あらかじめ、鏡面加工が施されており、鏡面加工仕上げされていることが好ましく、表面10aの面粗度Raが0.2nm〜2nmであることがより好ましい。ここで、面粗度Raは、原子間力顕微鏡(AFM)にて試料の5μmエリアを測定した値をいう。また、SiC単結晶基板10がたとえば直径2インチである場合、平滑化を行う面はおよそ±20μm以下の平面度となるよう基板の反りが調整されていることが好ましい。しかし、平面度が±20μm以上ある場合には、以下で説明するSiC単結晶基板の製造工程中に、基板の反りを補正することが可能である。
The surface on which the SiC
図3に示すように、SiC単結晶基板10は、たとえば、公知の方法を用いて単結晶SiCの塊体20から切り出される。SiCの塊体20の切断には、外周刃または内周刃のカッティングブレードや、ワイヤーソーなどを用いることができる。SiCの塊体20は、SiおよびC以外のP型あるいはN型不純物となる元素を含んでいてもよい。また、置換元素としてGeなどの他のIV族元素を含んでいてもよい。本願明細書では、これら、不純物元素や置換元素を含むSiCを総称して、SiCと呼ぶ。SiC基板10の外形に特に制限はなく、種々の大きさ、厚さおよび平面形状のものを本発明に用いることができる。たとえば、2インチの直径および500μm程度の厚さを備えた円板状のSiC単結晶基板10を用意する。
As shown in FIG. 3, SiC
塊体20から切り出されたSiC単結晶基板10は、公知の手順によって、表面に生じた加工変質層が除去され、基板表面10a及び裏面10bの表面粗さが所定の値になるまで研磨が施される。また、このとき、SiC単結晶基板10に反りが生じている場合には、所定の平面度以下となるよう合わせて平面加工を行う。
The SiC
図4(a)は、SiC単結晶基板10の表面10a近傍を模式的に示している。SiC単結晶基板10の表面10aは、ナノメートルオーダーの面粗度であり、加工傷11が表面10aに生じていたり、加工変質層17が表面近傍に残留している。このため、このようにして用意したSiC単結晶基板10の表面10aをまずエッチングし、加工変質層を除去することが好ましい。エッチングは後の酸化層除去工程で行う反応性イオンエッチングが好ましく、エッチング条件もそれに準ずる。続いて、表面10aを酸化する。酸化は種々の公知の方法を用いることができる。しかし、SiC単結晶基板10としてオフセット角がゼロ度のものを用いる場合には、水蒸気酸化では酸化層の生成速度が遅く、エッチング液による酸化ではエッチングが進行しにくいので効率が悪いという理由から、好ましくない。表面10aに対して平行にかつ交互にSi層およびC層が積層しており、表面10aの化学的反応性が乏しいからである。このため、プラズマによる酸化を用いることが好ましい。酸化は、酸素雰囲気または酸素およびArなどの不活性ガスを含む雰囲気で行うことが好ましく、たとえば、10-1〜102Pa程度の圧力で、0.01〜2W/cm2のパワーを投入して行う。この工程は、続いて行う反応性イオンエッチングと同じ装置で行うことが好ましい。SiC単結晶基板10の移送等を行う必要がなく、ガスの入れ換えのみによって2つの工程を連続して行うことができるからである。酸化により、図4(b)に示すように、表面に酸化層12が形成される。
FIG. 4A schematically shows the vicinity of the
次に酸化層12を除去する。酸化層12を除去する方法には公知の化学的および機械的除去方法を用いることができるが、加圧しながらCMP法により酸化層12を除去することは好ましくない。上述したように酸化層12を除去する過程で、新たなスクラッチが生成するからである。新たな加工変質層やスクラッチが生成しないよう、化学的方法によって酸化層12を除去することが好ましく、反応性イオンエッチングにより酸化層12を除去することがより好ましい。反応性イオンエッチングに用いるガスとしては、Fを含むものが好ましく、CF4を用いることがより好ましい。酸化層12はおおよそ全体にわたって完全に除去されていることが好ましい。また、酸化層12およびSiC基板10を構成しているSiCに対するエッチング速度が等しくなるような反応条件で酸化層12を除去することが好ましい。これにより、特に酸化層12の平坦な部分が加工傷11の近傍に比べて、反応性イオンエッチングの異方性によって早く削れ、SiC単結晶基板10表面が露出した後、SiC単結晶基板10もエッチングされる。このため、図4(b)に示すように、酸化層12を除去した跡に残る加工傷11’は酸化層12が形成される前の加工傷11に比べて浅くなり、SiC単結晶基板10の表面10a’の平坦性が改善される。
Next, the
酸化層12を除去する工程におけるエッチング時間は生成している酸化層12の厚さや、エッチング用いるガスの種類に依存するが、典型的には1分〜10分である。
The etching time in the step of removing the
本発明では上述した酸化工程および除去工程を繰り返すことが好ましい。図4(d)に示すように、上述した酸化方法によって、SiC単結晶基板10の表面10a’に酸化層12’を形成し、その後酸化層12’を上述したエッチング法により除去する。これにより、図4(e)に示すように、更に平坦性が改善された表面10a’’を有するSiC単結晶基板10が得られる。表面10a’’に残る加工傷11’’の深さは酸化層12’を形成・除去する前の加工傷11’の深さに比べて小さくなっている。
In the present invention, it is preferable to repeat the oxidation step and the removal step described above. As shown in FIG. 4D, an oxide layer 12 'is formed on the
さらに、酸化工程および除去工程を複数回繰り返すことにより、SiC単結晶基板10の表面に生じていた加工傷の深さが小さくなり平滑性が高くなっていく。酸化および除去を交互に2回以上繰り返すことが好ましく、5回以上繰り返すことがより好ましい。酸化工程および除去工程を10回程度繰り返すと、ほぼ完全な平滑性が得られる。一方、15回よりも繰り返しの回数が多くなっても表面の平滑性は十分良好であるが、これらの工程の繰り返しに要する時間が長くなってしまい、効率的ではない。したがって、酸化工程および除去工程を5回〜15回繰り返すことが最も好ましい。本発明による方法によれば、酸化と酸化により生じた酸化層のエッチングを同じ装置内で行うことができるので、短時間の酸化とエッチングとを複数回繰り返しても、異なる装置にSiC単結晶基板10を入れ替える手間およびそれに要する時間がかからない。このため、従来の水蒸気酸化や化学エッチングを用いる方法に比べて格段に効率よくこれらの工程を繰り返すことができる。このように酸化工程および除去工程を複数回繰り返すことにより、図4(f)に示すように、加工傷11が除去された平滑な表面13aを有するSiC単結晶基板10が得られる。
Furthermore, by repeating the oxidation step and the removal step a plurality of times, the depth of the processing scratches that have occurred on the surface of SiC
上述の工程によって得られるSiC単結晶基板10は、Ra<0.4nm程度の面粗度を有しており、平滑性は高い。しかし、除去工程の反応性エッチング中に衝突したイオンによるダメージがSiC単結晶基板10の最表面に生じており、このダメージを除去することが好ましい。このため、酸化、除去の繰り返しの最後に上述の酸化工程を行い、図5(a)に示すように、SiC単結晶基板10の表面13aを酸化し、酸化層14を形成する。そして、生成した酸化層14を低加圧によるCMPで除去する。CMPには、たとえば、コロイダルシリカおよび不織布を用いる。酸化層14は、一般的なCMPを用いても実用的な研磨速度で除去可能であり、低い加圧力でCMPを行うため、新たなスクラッチや加工変質層を表面に発生させる恐れがない。これにより、平滑で傷がなく、表面近傍のダメージ層や加工変質層が除去され格子配列の整った表面15aを有するSiC単結晶基板15が得られる。
The SiC
図6は本実施形態の方法によって得られたSiC単結晶基板15の表面を模式的に示している。SiC単結晶基板15の表面15aは面粗度Raが0.2nmより小さくなっている。ただし、SiC単結晶基板15を切り出したときのオフセット角を理想的なゼロとすることは困難であるため、SiC単結晶基板15の表面15aには、単原子層の高さを有するステップ構造18が見られる。
FIG. 6 schematically shows the surface of the SiC
このように本発明によれば、酸化および酸化により形成した酸化層の除去を複数回繰り返すことにより表面の平滑性が高いSiC単結晶基板を得ることができる。特に、プラズマ酸化および反応性エッチングを用いることにより、実用的な加工時間で表面を仕上げることが可能となる。また、SiC単結晶基板の表面近傍はダメージ層や加工変質層が除去されているので、表面近傍の半導体特性も優れている。 Thus, according to the present invention, an SiC single crystal substrate with high surface smoothness can be obtained by repeating oxidation and removal of the oxide layer formed by oxidation a plurality of times. In particular, by using plasma oxidation and reactive etching, the surface can be finished in a practical processing time. In addition, since the damaged layer and the work-affected layer are removed near the surface of the SiC single crystal substrate, the semiconductor characteristics near the surface are also excellent.
以下、具体的な実験例を説明する。
(第1の実験例)
SiC単結晶基板として、直径2インチ、厚さ350μmの4H(0001)ジャスト基板を用意した。基板の表面の面粗度Raは1.0nmに仕上げられている。
Hereinafter, specific experimental examples will be described.
(First Experiment Example)
A 4H (0001) just substrate having a diameter of 2 inches and a thickness of 350 μm was prepared as a SiC single crystal substrate. The surface roughness Ra of the surface of the substrate is finished to 1.0 nm.
この基板を、平行平板型反応性エッチング装置のチャンバー内に保持した。100sccmの流量でチャンバー内に酸素を導入し、チャンバー内を0.7Paの圧力に保ちながら、0.2W/cm2のパワーを投入してプラズマを生成し、5分間基板をプラズマに晒すことによって、基板表面を酸化した。 This substrate was held in a chamber of a parallel plate type reactive etching apparatus. By introducing oxygen into the chamber at a flow rate of 100 sccm, generating a plasma by applying a power of 0.2 W / cm 2 while maintaining a pressure of 0.7 Pa in the chamber, and exposing the substrate to the plasma for 5 minutes The substrate surface was oxidized.
その後、基板をチャンバーに保持したまま、反応性ガスとしてCF4を100sccmの流量でチャンバーに導入し、チャンバー内を0.7Paの圧力に保ちながら、0.2W/cm2のパワーを投入して5分間基板表面をエッチングした。 Thereafter, CF4 as a reactive gas was introduced into the chamber at a flow rate of 100 sccm while holding the substrate in the chamber, and a power of 0.2 W / cm 2 was applied while maintaining the pressure in the chamber at 0.7 Pa. The substrate surface was etched for a minute.
酸化およびエッチングを交互に10回ずつ行ったあと、再度酸化を行った。その後、基板を取り出し、コロイダルシリカを用いたCMPによりSiC単結晶基板の表面を研磨した。 Oxidation and etching were alternately performed 10 times, and then oxidation was performed again. Thereafter, the substrate was taken out, and the surface of the SiC single crystal substrate was polished by CMP using colloidal silica.
得られたSiC単結晶基板をAFM(原子間力顕微鏡)によって、評価した。5μm×5μmの領域内における段差を求めたところ面粗度Raは0.17nmであった。また、その表面には直線状のステップ構造が観察された。 The obtained SiC single crystal substrate was evaluated by AFM (atomic force microscope). When the step in the 5 μm × 5 μm region was determined, the surface roughness Ra was 0.17 nm. A linear step structure was observed on the surface.
(第2の実験例)
SiC単結晶基板として、直径2インチ、厚さ350μmの6H(0001)ジャスト基板を用意し、第1の実験例と同様の手順および同様の条件により、SiC単結晶基板を得た。
(Second experiment example)
As the SiC single crystal substrate, a 6H (0001) just substrate having a diameter of 2 inches and a thickness of 350 μm was prepared, and an SiC single crystal substrate was obtained by the same procedure and the same conditions as in the first experimental example.
得られた基板の面粗度Raは0.13nmであった。また、その表面には、直線状のステップ構造が観察された。 The surface roughness Ra of the obtained substrate was 0.13 nm. A linear step structure was observed on the surface.
これらの実験例から、4H−SiC単結晶基板であっても6H−SiCであっても、ダメージ層や加工変質層が除去され、格子配列の整った非常に平滑な表面に加工することができることがわかる。 From these experimental examples, the damage layer and the work-affected layer can be removed and processed into a very smooth surface with an aligned lattice, regardless of whether it is a 4H-SiC single crystal substrate or 6H-SiC. I understand.
本発明によれば、表面が極めて平滑なSiC単結晶基板が得られる。このSiC基板上に良好な特性を有するGaN系半導体層やSiC系半導体層をエピタキシャル成長させ、優れた特性のGaN系半導体素子やSiC系半導体素子を作製することが可能となる。また、SiC単結晶基板中に半導体素子を形成する場合も表面近傍領域の半導体特性が良好であるため優れた特性のSiC系半導体素子を作製することが可能となる。 According to the present invention, a SiC single crystal substrate having an extremely smooth surface can be obtained. It is possible to epitaxially grow a GaN-based semiconductor layer or a SiC-based semiconductor layer having good characteristics on this SiC substrate to produce a GaN-based semiconductor element or a SiC-based semiconductor element having excellent characteristics. In addition, when a semiconductor element is formed in a SiC single crystal substrate, it is possible to manufacture a SiC-based semiconductor element having excellent characteristics because the semiconductor characteristics in the region near the surface are good.
10、15 SiC単結晶基板
11,11’、11’’ 加工傷
12、12’14 酸化層
10, 15 SiC
Claims (13)
前記SiC単結晶基板の表面をプラズマにより酸化し、酸化層を前記SiC単結晶基板の表面に形成する工程(b)と、
前記酸化層の少なくとも一部を反応性イオンエッチングにより除去する工程(c)と、
を包含するSiC単結晶基板の製造方法。 A step (a) of preparing a SiC single crystal substrate having a mirror-polished surface;
Oxidizing the surface of the SiC single crystal substrate with plasma and forming an oxide layer on the surface of the SiC single crystal substrate;
Removing at least a portion of the oxide layer by reactive ion etching; and
Of manufacturing a SiC single crystal substrate including
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