CN107002288B - 碳化硅基板的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种碳化硅基板(40)的表面处理方法，其能对有无台阶束的产生或产生的台阶束的种类进行控制。于通过在Si蒸汽压下加热碳化硅基板(40)而对该碳化硅基板(40)的表面进行蚀刻的表面处理方法中，通过控制至少根据蚀刻速度而决定的蚀刻模式及蚀刻深度来进行碳化硅基板(40)的蚀刻，从而对蚀刻处理后的碳化硅基板(40)的表面形状进行控制。

Description

碳化硅基板的表面处理方法
技术领域
本发明主要涉及一种通过在Si蒸汽压下加热碳化硅基板而进行蚀刻的表面处理方法。
背景技术
与硅(Si)等比较，碳化硅(SiC)在耐热性及机械强度等方面相对更优异，因而作为新的半导体材料已受到瞩目。
专利文献1公开一种对碳化硅基板的表面进行平坦加工的表面处理方法。在此表面处理方法中，将碳化硅基板收纳于收纳容器内，且以将收纳容器内设定为Si蒸汽压下的状态加热该收纳容器。由此，对收纳容器内部的碳化硅基板进行蚀刻，从而能获得分子级平坦的碳化硅基板。
其中，碳化硅基板是通过以既定的角度对由单晶SiC构成的晶碇进行切割而得。在从被切割的碳化硅基板制造半导体元件时虽然有进行外延生长(Epitaxy Growth)，但由于切割的状态下的表面粗糙度大，因而需要进行机械研磨(MP)及化学机械研磨(CMP)等的加工工序而将表面研磨平坦。然而，由于进行机械研磨及化学机械研磨等，会在碳化硅基板的表面产生研磨损伤。另外，在机械研磨时及化学机械研磨时等对碳化硅基板的表面施加有压力，因而会产生结晶性凌乱的变质层(以下称为潜伤)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-16691号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
附带说明一下，若于存在有潜伤的碳化硅基板上进行外延生长，因潜伤的影响，会在碳化硅基板的表面呈现大量的伤痕。另外，在对带有偏离角度(倾斜角度；off angle)的碳化硅基板进行加热的情况下，有时可能在碳化硅基板的表面产生台阶束(stepbunching)。台阶束是指复数个SiC层聚束而形成的台阶差(例如，高度1nm以上的台阶差)。
若从产生有台阶束的碳化硅基板生成半导体元件，半导体元件的元件构造会变得不稳定、或者因电场局部集中而导致半导体元件的性能降低。另外，在碳化硅基板的表面残留有潜伤的情况下，当外延生长时会以潜伤作为起点朝外延层中产生层积缺陷，进而造成结晶品质劣化。已知此层积缺陷会使制作的半导体元件、尤其是功率元件的特性劣化。因此，为了SiC半导体元件的高品质化及低成本化，必须除去潜伤。另一方面，近年来，已知若使用台阶束的台阶差进行溶液生长法等，则与普通情况比较，有可能减轻结晶错位的影响。另外，已知台阶束存在有复数种类(例如，参照后述的图5)，而且各自的特性不同。
本发明是鉴于以上状况而完成，其主要目的在于，提供一种碳化硅基板的表面处理方法，其用以获得能够除去潜藏在碳化硅基板的表面内的潜伤且表面被平坦加工的碳化硅基板。另外，作为另一目的在于，提供一种碳化硅基板的表面处理方法，其能通过本表面处理方法控制有无台阶束的产生或产生的台阶束的种类。
解决课题所采用的技术方案及效果
本发明所欲解决的问题诚如以上说明，接下来对用以解决此问题的技术手段及其功效进行说明。
根据本发明的第一方面，于通过在Si蒸汽压下加热碳化硅基板而对该碳化硅基板的表面进行蚀刻的表面处理方法中，提供有以下的表面处理方法。亦即，在该表面处理方法中，通过控制至少根据蚀刻速度而决定的蚀刻模式及蚀刻深度来进行所述碳化硅基板的蚀刻，从而对蚀刻处理后的所述碳化硅基板的表面形状进行控制。
由此，通过使蚀刻速度变化，例如，可选择有无台阶束的产生、或产生的台阶束的种类。并且，通过控制蚀刻深度来进行蚀刻，可获得例如具有光滑的平台(terrace)的碳化硅基板,该光滑的平台在供外延生长的碳化硅基板的加工工序中被除去了潜伤。
根据本发明的另一方面，于通过在Si蒸汽压下加热碳化硅基板而对该碳化硅基板的表面进行蚀刻的表面处理方法中，优选以下的方式。亦即，通过控制至少根据蚀刻速度而决定的蚀刻模式来进行碳化硅基板的蚀刻，从而对蚀刻处理后的所述碳化硅基板的表面形状进行控制。另外，在所述蚀刻模式中，存在有蚀刻速度比基准蚀刻速度小的情况的异向性蚀刻模式、及蚀刻速度比所述基准蚀刻速度大的情况的等向性蚀刻模式。以所述异向性蚀刻模式进行蚀刻的情况下残留有台阶束，以所述等向性蚀刻模式进行蚀刻的情况下台阶束被分解。
由此，通过使蚀刻速度变化，例如，能够选择有无台阶束的产生、或产生的台阶束的种类。并且，能以不产生台阶束、或产生台阶束的方式进行蚀刻。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述基准蚀刻速度是根据进行蚀刻时的温度而决定。
由此，由于根据进行蚀刻的温度，改变Si从碳化硅基板的脱离速度，因而通过将这点考虑在内来决定基准蚀刻速度，能更正确地控制有无台阶束的产生。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述基准蚀刻速度是根据所述碳化硅基板的偏离角度而决定。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述碳化硅基板具有偏离角度，偏离角度为0.71°以上且4°以下。
由此，由于发现了露出在SiC最表面的SiC分子层台阶端密度会根据碳化硅基板的偏离角度的不同而变化，且台阶束的产生容易度不同，因而通过将这点考虑在内来决定基准蚀刻速度，能更正确地控制有无台阶束的产生。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述偏离角度是相对于[11-20]方向而构成的偏离角度。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述蚀刻模式是根据蚀刻速度而决定，该蚀刻速度是由加热所述碳化硅基板的环境气氛中的惰性气体的压力而决定。
由此，由于惰性气体的压力越高，越可抑制Si从碳化硅基板的热分解，因而通过将这点考虑在内来决定基准蚀刻速度，能更正确地控制有无台阶束的产生。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选在以所述异向性蚀刻模式进行蚀刻的情况下，通过控制蚀刻速度、进行蚀刻时的温度、所述碳化硅基板的偏离角度、及惰性气体的压力中的至少任一者而进行蚀刻，对蚀刻处理后的平台的端部是直线状还是Z字状进行控制。
由此，可选择性地产生特性不同的2种类的台阶束中的任一的台阶束。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述碳化硅基板的表面是4H-SiC(0001)Si面。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述蚀刻速度是根据进行蚀刻时的温度、惰性气体的压力、及设在收容所述碳化硅基板的收容容器内侧的硅化钽的组成中的至少任一者而被调整。
由此，由于能以各种方法使蚀刻速度变化，因而即使在例如不打算使进行蚀刻时的温度变化的情况下，也能调整蚀刻速度。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述蚀刻深度是根据蚀刻前对所述碳化硅基板进行的加工处理而决定。
由此，由于存在于碳化硅基板的潜伤的深度根据加工处理的不同而不同，因而通过将加工处理考虑在内来确定蚀刻深度，能更正确地控制碳化硅基板的表面形状。
在所述碳化硅基板的表面处理方法中，优选所述加工处理是机械研磨或化学机械研磨。
由此，能除去在从晶碇切割后的普通加工方法中产生的潜伤。
附图说明
图1是说明在本发明的加热处理中采用的高温真空炉的概要的图；
图2是显示坩埚的壁面的组成的概图；
图3是显示对蚀刻深度不同的碳化硅基板进行外延生长之后的表面状况的显微镜照片；
图4是显示对蚀刻深度不同的碳化硅基板进行加热处理之后的碳化硅基板的表面状况的显微镜照片；
图5是显示Si蒸汽压蚀刻量与层积缺陷密度的关系的图表；
图6是仅进行机械研磨的碳化硅基板与仅进行化学机械研磨的碳化硅基板的表面的显微镜照片；
图7是概略显示根据蚀刻深度及蚀刻速度而规定碳化硅基板的表面形状的状况的图；
图8是显示产生Z字状聚束的状况及产生直线状聚束的状况的图；
图9是显示等向性蚀刻模式及异向性蚀刻模式的交界线根据加热温度及偏离角度而如何进行变化的曲线图；
图10是显示产生直线状聚束的区域及产生Z字状聚束的区域的曲线图；
图11是显示将以3种类的温度带进行蚀刻的结果与加热温度及蚀刻速度建立对应的曲线图；
图12是显示将以3种类的温度带进行蚀刻的结果与蚀刻深度及蚀刻速度建立对应的曲线图；
图13是显示使氩的压力变化时出现的台阶束的种类的曲线图；
图14是显示使氩的压力变化时出现的台阶束的AFM像；和
图15是详细地显示使氩的压力变化时出现的Z字状聚束及直线状聚束的AFM像及SEM像。
具体实施方式
下面，参照图式对本発明的实施方式进行说明。首先，参照图1对本实施方式的加热处理中采用的高温真空炉10进行说明。
如图1所示，高温真空炉10具备主加热室21及预备加热室22。主加热室21可将至少表面由单晶SiC构成的碳化硅基板40(单晶碳化硅基板)加热至1000℃以上且2300℃以下的温度。预备加热室22是用以进行预备加热的空间，该预备加热是在利用主加热室21加热碳化硅基板40之前进行的加热。
主加热室21连接有真空形成用阀23、惰性气体注入用阀24及真空计25。真空形成用阀23能够调整主加热室21的真空度。惰性气体注入用阀24能够调整主加热室21内的惰性气体(例如Ar气体)的压力。真空计25能够测量主加热室21内的真空度。
主加热室21的内部具备加热器26。另外，在主加热室21的侧壁或天花板固定有省略图示的热反射金属板，此热反射金属板被构成为使加热器26的热朝主加热室21的中央部反射。由此，能强力且均匀地加热碳化硅基板40，使其升温至1000℃以上且2300℃以下的温度。再者，作为加热器26例如可使用电阻加热式的加热器或高频感应加热式的加热器。
另外，碳化硅基板40是在收容于坩埚(收容容器)30内的状态下被加热。坩埚30被载置在适宜的支撑台等上，且被构成为通过移动此支撑台，至少能从预备加热室移动至主加热室。坩埚30具备能相互嵌合的上容器31及下容器32。再者，关于坩埚30的详细构成，容待后述。
在加热处理碳化硅基板40时，首先如图1的点划线所示，将坩埚30配置于高温真空炉10的预备加热室22，且以适宜的温度(例如，约800℃)进行预备加热。接着，使坩埚30朝被预先升温至设定温度(例如，约1800℃)的主加热室21移动。然后，一边调整压力等一边加热碳化硅基板40。再者，也可省略预备加热。
其次，参照图2对坩埚30的壁面的组成进行说明。
坩埚30在构成收容碳化硅基板40的内部空间的壁面的部分中成为图2所示的构成。具体而言，坩埚30从外部侧朝内部空间侧依序由钽层(Ta)、碳化钽层(TaC及Ta2C)、及硅化钽层(TaSi2)构成。
由钽层及碳化钽层构成的坩埚虽早已习知，但本实施方式中更形成有硅化钽层。此硅化钽层是用以朝内部空间供给Si而将内部空间设定为Si蒸汽压。再者，也可取代将坩埚30的内壁面设为硅化钽层，而在坩埚30内配置固态的Si。
下面，对硅化钽层的形成方法简单地进行说明。硅化钽层通过使熔融的Si接触于坩埚的内壁面，且以既定的温度加热而形成。由此，可实现例如由TaSi2构成的硅化钽层。再者，本实施方式中，虽然形成30μm至50μm左右的硅化钽层，但根据内部空间的体积等，例如也可为1μm至300μm的厚度。
通过以上方式进行处理，可形成硅化钽层。再者，本实施方式中，硅化钽是被形成TaSi2(二硅化钽)的构成，但也可形成由其他的化学式表示的硅化钽(例如Ta5Si3)。另外，也可重叠形成复数种类的硅化钽。本实施方式中，在构成内部空间的壁面整体全域形成有硅化钽层。由此，能使内部空间内的Si的压力均匀。
另外，坩埚30具有从内部空间连续地吸附取入C原子的功能。由此，能仅将加热处理时坩埚30内的环境气氛所含的Si蒸气及C蒸气中的C蒸气选择性地吸附于坩埚30，因而可将坩埚30内保持为更高纯度的Si的环境气氛。
接着，参照图3至图6对存在于碳化硅基板4的潜伤、及用以除去潜伤的蚀刻进行说明。
作为制造半导体元件的基本要素的块状基板(Bulk Substrate)，可通过将由4H-SiC单晶或6H-SiC单晶构成的晶碇切割成既定的厚度而获得。再者，通过倾斜地切割晶碇，可获得带有偏离角度(例如，相对于[11-20]而构成的偏离角度)的块状基板。然后，为了除去块状基板的表面的凹凸，进行机械研磨及化学机械研磨等。然而，通过进行机械研磨及化学机械研磨等，虽能大致除去残留在碳化硅基板40的表面的研磨损伤，但仍有可能残留一部分较深的研磨损伤、或因在机械研磨时或化学机械研磨时等对碳化硅基板40的表面施加压力而形成的结晶性凌乱的变质层(加工变形、潜伤)。因此可以这样认为，在市售的碳化硅基板40中存在有来源于机械研磨及化学机械研磨等的加工工序的潜伤。
下面，参照图3及图4对为了确认潜伤的影响而进行的实验进行说明。在本实验中，准备4片市售的碳化硅基板40，对各碳化硅基板40仅进行化学机械研磨而不进行Si蒸汽压蚀刻，在进行了机械研磨之后，制作分别进行了5μm深度的Si蒸汽压蚀刻、13μm深度的Si蒸汽压蚀刻、25μm深度的Si蒸汽压蚀刻的碳化硅基板40，然后通过普通的化学气相沉积法进行约10μm的外延生长，观察碳化硅基板40的表面((0001)Si面)。再者，在以下的说明中，将Si蒸汽压蚀刻简称为蚀刻。然后，在蚀刻后以既定的温度及时间对4片碳化硅基板40进行加热处理，观察碳化硅基板40的表面((0001)Si面)。
图3是显示进行了所述蚀刻及外延生长后的碳化硅基板40的表面的状况的显微镜照片。如图3所示，可知即使在蚀刻前后未出现表面粗化的情况下，通过形成氢蚀刻及外延生长膜，仍会产生表面粗化(结晶缺陷)。从而可以认为通过将碳化硅基板40的蚀刻深度设定为大于13μm，可以大致上完全除去潜伤。
图4是显示再进行加热处理后的碳化硅基板40的表面状况的显微镜照片。如图4所示，可知在未进行蚀刻的情况下，通过进行加热处理，会产生表面粗化(台阶束)。另外，可知加热温度越高，表面越容易粗化。然而，通过对碳化硅基板40进行蚀刻，可抑制表面粗化。然而，考虑到与上述同样在蚀刻深度为13μm的情况下产生有些许表面粗化，因此可以认为通过将蚀刻深度设定为比13μm大，就能大致上完全除去潜伤。
另外，同样准备4片市售的碳化硅基板40，对各碳化硅基板40仅进行化学机械研磨而不蚀刻，且仅进行机械研磨而不蚀刻，制作进行了4.7μm深度的蚀刻、11.8μm深度的蚀刻的碳化硅基板40，然后进行约10μm的外延生长。然后，通过对外延层内的层积缺陷进行光致发光(PL)影像检测(激发波长313nm、观测波长400nm-678nm)，观察4英寸晶圆中央的400mm2。图5显示通过PL影像检测而观测的外延生长后的层积缺陷密度。在残留大量潜伤的被机械研磨的碳化硅基板40中，观察到约1000个/cm2的层积缺陷密度。在蚀刻深度为4.7μm的碳化硅基板40中，虽然观察到约38个/cm2的层积缺陷密度，但在蚀刻深度为11.8μm的碳化硅基板40中，层积缺陷密度减少至约4.8个/cm2。此时，在仅进行化学机械研磨的碳化硅基板40中，层积缺陷密度约为9.6个/cm2，由此可见，通过约11μm的蚀刻，可获得与化学机械研磨相同以上的层积缺陷密度。另外，图6显示此时获得的PL检测影像。从影像中可知，在进行了化学机械研磨的碳化硅基板40及仅进行机械研磨而不蚀刻的碳化硅基板40中，在外延层与块状基板交界面有观察到潜伤，且以潜伤为起点产生有层积缺陷。另一方面，从影像中可知，在进行机械研磨之后进行了蚀刻的碳化硅基板40中，已将在仅进行机械研磨的碳化硅基板40中能见到的大部分的潜伤除去，层积缺陷被抑制。由此可知，通过蚀刻将机械研磨的潜伤除去，能降低潜伤引起的层积缺陷，获得到高品质的外延层。
其次，对在本实施方式中进行的蚀刻进行说明。本实施方式中，在坩埚30内收容带有偏离角度的碳化硅基板40，在高纯度的Si蒸汽压下，且在1500℃以上且2200℃以下、较适为1600℃以上且2000℃以下的温度范围内使用高温真空炉10进行加热。在此条件下将碳化硅基板40加热，对表面进行蚀刻。在此蚀刻时，进行有以下所示的反应。若简单地说明，通过在Si蒸汽压下加热碳化硅基板40，Si原子因热分解而从SiC脱离。另外，从硅化钽层供给有Si蒸气。Si原子因热分解脱离后所残留的C，与Si蒸气反应，成为Si2C或SiC2等后进行升华。
(1)SiC(s)→Si(v)I+C(s)
(2)TaxSiy→Si(v)II+Tax’Siy’
(3)2C(s)+Si(v)I+II→SiC2(v)
(4)C(s)+2Si(v)I+II→Si2C(v)
通过以上的反应，碳化硅基板40与Si蒸气反应，将SiC2或Si2C作为反应生成物而进行蚀刻。
图7是概略显示将纵轴设为蚀刻深度，且将横轴设为蚀刻速度时的碳化硅基板40的表面形状的状况的图。通过对具有偏离角度的碳化硅基板40进行蚀刻处理，形成台阶/平台构造。台阶/平台构造是指由复数个台阶差构成的构造，且称平坦的部分为平台，称高度变化的台阶差部分为台阶。
如图7所示，在蚀刻速度比基准蚀刻速度(详细容待后述)小的情况下，成为异向性蚀刻模式，台阶/平台构造难以被分解，容易形成晶面(facet)。由此，会产生平台宽度及台阶高度大的部分(台阶束)。另一方面，在蚀刻速度比基准蚀刻速度大的情况下，成为等向性蚀刻模式，台阶/平台构造变得容易被分解，因而不会产生台阶束。由此，可形成由平台宽度及台阶高度小的复数个台阶差构成的平坦面。
在此，在以异向性蚀刻模式进行蚀刻的情况下，如图7所示，产生有Z字状聚束或直线状聚束。此现象可从成因在碳化硅基板40的表面的偏离角度的、在台阶端的Si或C原子的反应模型来考察。图8显示在加热温度恒定的基础上，将压力条件设定为高真空下或惰性气体Ar气体压力下的情况的聚束形成模型的概念图。如图8(a)所示，在高真空的情况下，碳化硅基板40的因热分解而引起的Si原子的脱离变为优势，于是，与外部的Si蒸气反应后Si2C等脱离的速度，变得比碳化硅基板40的因热分解而引起的Si原子脱离的速度慢。其结果，变得在平台的端部容易残留C，从而容易产生Z字状的聚束。(C脱离律速反应)。另一方面，如图8(b)所示，在包含惰性气体的情况下，因惰性气体的分压效应，碳化硅基板40的因热分解而引起的Si原子的脱离被抑制，于是，与外部的Si蒸气反应后Si2C等脱离的速度，变得比碳化硅基板40的因热分解而引起的Si原子脱离的速度快。其结果，Si变得容易残留，从而容易产生直线状的聚束。(Si脱离律速反应)。
这样，通过变更进行蚀刻的环境气氛，可控制(选择)是产生Z字状的聚束、还是产生直线状的聚束。另外，由于基准蚀刻速度是根据蚀刻中的C的脱离速度及Si的脱离速度而决定，因此，通过变更进行蚀刻的环境气氛，还可对有无台阶束的产生进行控制。
接下来，参照图9对在压力条件一定的基础上进行蚀刻时的温度(以下称为加热温度)及使碳化硅基板40的偏离角度不同时的基准蚀刻速度的变化进行说明。再者，碳化硅基板40是使用偏离角度方向为[11-20]者。
图9的曲线图的纵轴为蚀刻速度，横轴显示加热温度。在此曲线图显示有TaSi2及Ta5Si3的加热温度与蚀刻速度的关系。这样，通过使坩埚30的硅化钽层的组成变化，不需使加热温度变化即可改变蚀刻速度。由此，可以各种的条件测量碳化硅基板40的表面形状。
另外，图9中依碳化硅基板40的各偏离角度(具体为0.71°、1°、2°、4°)显示等向性蚀刻模式与异向性蚀刻模式的交界的直线。比各直线靠右上方的区域为显示等向性蚀刻模式的区域，比各直线靠左下方的区域为显示异向性蚀刻模式的区域。换言之，此直线显示每个加热温度的基准蚀刻速度的变化。如图9所示，可知加热温度越高，基准蚀刻速度越大。另外，可知偏离角度越小，基准蚀刻速度越大。
另外，图10显示在压力条件一定的基础上使加热温度变化且以异向性蚀刻模式进行蚀刻时是产生Z字状聚束还是产生直线状聚束的情况。如图10所示，当以异向性蚀刻模式进行蚀刻时，在加热温度高的情况下产生直线状聚束，而在加热温度低的情况下，产生Z字状聚束。这可以认为是以下原因造成，即：加热温度越高，Si原子越容易自碳化硅基板40脱离。另外，图10中虽未显示，但是产生Z字状聚束还是产生直线状聚束，也根据碳化硅基板40的偏离角度而变化。
这样，通过变更进行蚀刻的碳化硅基板40的偏离角度及加热温度，能对有无台阶束的产生、及产生的台阶束进行控制。
图11及图12显示相对于偏离角度为4°的4H-碳化硅基板40的(0001)Si面，在1680℃左右、1750℃左右、1920℃左右进行蚀刻时的结果。图11的曲线图显示以既定的蚀刻速度及加热温度进行蚀刻时的碳化硅基板40的表面形状。图11中，1920℃左右的结果是以粗线显示，1750℃左右的结果是以普通的线显示，1680℃左右的结果是以虚线显示。另外，图12的曲线图为根据蚀刻深度及蚀刻速度描绘在图11中进行的实验的结果而成者。在以下的说明中，称残留有潜伤的区域与不存在潜伤的区域的交界为“基准蚀刻深度”。再者，存在潜伤的区域，是依对碳化硅基板40进行的处理而定(机械研磨及化学机械研磨等)(换言之，依碳化硅基板40的制造厂商而定)。
图11中，与图9等同样，标示为4°OFF的直线的右上方成为显示等向性蚀刻模式的区域，此直线的左下方成为显示异向性蚀刻模式的区域。图12中，加热温度为1680℃的基准蚀刻速度，是以上下方向延伸的虚线的直线显示。加热温度为1680℃的表面形状，是以虚线的记号显示。在虚线的记号位在比虚线的直线靠右侧的情况下，显示以等向性蚀刻模式进行蚀刻的结果。另外，在虚线的记号位在比虚线的直线靠左侧的情况下，显示以异向性蚀刻模式进行蚀刻的结果。其他的温度也同样。
由此，如图11及图12所示，关于以等向性蚀刻模式进行蚀刻的碳化硅基板40，绝大部分的碳化硅基板40可获得平坦的表面形状。如图11及图12中以点划线的圆所示，虽然亦有产生聚束的碳化硅基板40，但如图12所示，由于蚀刻深度比基准蚀刻深度浅，因而估计是起因于潜伤的台阶束。
接着，参照图13至图15对将氩(惰性气体)导入加热环境气氛中而进行蚀刻的情况进行说明。
图13(a)中按各既定温度显示氩的背压(压力)与蚀刻速度的关系。由此曲线图中可知，通过使氩的背压上升，而使蚀刻速度下降。这可以认为是以下原因造成，即：氩增加越多，Si原子越不容易自碳化硅基板40脱离。另外，图13(b)中按各既定温度显示氩的背压与蚀刻后的表面粗糙度的关系。一般来说，在直线状聚束容易形成大的台阶，因此表面粗糙度大。
图14显示以AFM(原子间力显微镜)观察碳化硅基板40(4H-SiC、偏离角度：4°、Si面)的表面的AFM像，该碳化硅基板40是由图13中进行的实验而获得。图14中以方形围成的4个AFM像，显示产生Z字状聚束的状况，其他的AFM像显示产生直线状聚束的状况。
图15为对在该图13中进行的实验中的加热温度为1710℃的碳化硅基板40的表面形成的台阶束更详细地进行显示的图。图15(a)为更详细地显示与图14同样的AFM像的图，图15(b)为以SEM(扫描型电子显微镜)观察该碳化硅基板40的表面而得的SEM像。图15(b)中明确地显示，在氩的背压为10-5Pa及1.3Pa的情况下产生Z字状聚束，在氩的背压为133Pa及6420Pa的情况下产生直线状聚束。
由图13至图15可知，在不导入氩或氩的导入量少的情况下，主要产生Z字状聚束(即Si的脱离速度变快)，随着氩的导入量增加，变得容易产生直线状聚束(即C的脱离速度变快)。再者，在图13的实验中，蚀刻速度通过硅化钽层的组成而被抑制，因此总是为异向性蚀刻模式，但若利用蚀刻速度根据氩的导入量而变化的现象，则可根据氩的导入量对是以等向性蚀刻模式进行蚀刻还是以异向性蚀刻模式进行蚀刻进行切换。
如以上所示，是否产生台阶束、及在产生的情况下是产生Z字状聚束还是产生直线状聚束，是根据蚀刻速度、蚀刻深度、加热温度、碳化硅基板40的偏离角度、及惰性气体的压力等而决定。因此，通过使这些参数变化，可制造具有所期望的表面形状的碳化硅基板40。
另外，由于不产生台阶束的碳化硅基板40，不会产生电场的局部集中等，因而作为半导体元件的性能高。然而，已知产生有台阶束的情况，相对更能强有力地发挥在进行MSE法(亚稳态溶剂外延法)等时消除结晶缺陷(错位)的功效。另外，由于在Z字状聚束及直线状聚束中，形状不同，因此其特性也不同。并且，通过将深蚀刻深度设定为比基准蚀刻深度更深，可生成表面粗化小的碳化硅基板40。根据以上说明，通过改变进行蚀刻时的条件，可制造具有所期望的表面形状的碳化硅基板40。
如以上说明，本实施方式中，于通过在Si蒸汽压下加热碳化硅基板40而对该碳化硅基板40的表面进行蚀刻的表面处理方法中，通过控制至少根据蚀刻速度而决定的蚀刻模式及蚀刻深度来进行碳化硅基板40的蚀刻，从而对蚀刻处理后的碳化硅基板40的表面形状进行控制。
由此，通过改变蚀刻速度，能够选择例如有无台阶束的产生、或产生的台阶束的种类。并且，通过控制蚀刻深度而进行蚀刻，可抑制例如潜伤的影响，获得具有光滑的平台的碳化硅基板40。
另外，在本实施方式的表面处理方法中，存在有蚀刻速度比基准蚀刻速度小的情况的异向性蚀刻模式、及蚀刻速度比基准蚀刻速度大的情况的等向性蚀刻模式。在以异向性蚀刻模式进行蚀刻的情况下残留有台阶束，在以等向性蚀刻模式进行蚀刻的情况下，台阶束被分解。
由此，能以不产生台阶束、或产生台阶束的方式进行蚀刻。
另外，在本实施方式的表面处理方法中，基准蚀刻速度是根据进行蚀刻时的温度、碳化硅基板40的偏离角度、惰性气体的压力而决定。
由此，通过控制所述条件来决定基准蚀刻速度，能够更正确地控制有无台阶束的产生及产生的台阶束的种类。
另外，在本实施方式的表面处理方法中，在以异向性蚀刻模式进行蚀刻的情况下，通过控制蚀刻速度、进行蚀刻时的温度、碳化硅基板40的偏离角度、及惰性气体的压力中的至少任一者而进行蚀刻，对蚀刻处理后的平台端部是直线状还是Z字状进行控制。
由此，可选择性地产生特性不同的2种类的台阶束中的任一的台阶束。
另外，在本实施方式的表面处理方法中，蚀刻速度是根据进行蚀刻时的温度、惰性气体的压力、及设在收容碳化硅基板40的坩埚30的内侧的硅化钽的组成中的至少任一者而被调整。
由此，由于能以各种方法使蚀刻速度变化，因而即使在例如不打算使进行蚀刻时的温度变化的情况，也能调整蚀刻速度。
以上对本发明的较佳实施方式进行了说明，但所述构成例如也能依如下的方式进行变更。
以上的说明中，虽是对进行了机械研磨及化学机械研磨等的碳化硅基板40进行蚀刻的构成，但在对离子注入及离子活化时被粗化的表面进行蚀刻时，也可进行相同的控制。另外，也可通过提高蚀刻速度，使用Si蒸汽压蚀刻，来取代机械研磨及化学机械研磨等。
以上的说明中，虽然控制蚀刻模式及蚀刻深度的双方，对碳化硅基板40的表面形状进行控制，但也可不控制蚀刻深度而仅根据蚀刻模式来控制碳化硅基板40的表面形状。
所述说明的温度条件及压力条件等仅为一例而已，可适宜变更。另外，也可采用所述高温真空炉10以外的加热装置、或者使用与坩埚30不同的形状或素材的容器。
附图标记说明
10 高温真空炉
30 坩埚
40 碳化硅基板

Claims (10)

1.一种碳化硅基板的表面处理方法，其是在Si蒸汽压下加热碳化硅基板，对该碳化硅基板的表面进行蚀刻，该表面处理方法的特征在于：
通过控制至少根据蚀刻速度而决定的蚀刻模式及蚀刻深度来进行所述碳化硅基板的蚀刻，从而对蚀刻处理后的所述碳化硅基板的表面形状进行控制；
在所述蚀刻模式中存在有蚀刻速度比基准蚀刻速度小的情况的异向性蚀刻模式；
在以所述异向性蚀刻模式进行蚀刻的情况下残留有台阶束，
在所述异向性蚀刻模式中，通过变更加热温度和惰性气体的压力中的至少一者，对蚀刻处理后的平台的端部是直线状还是Z字状进行控制。
2.根据权利要求1所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述基准蚀刻速度是根据进行蚀刻时的温度而决定。
3.根据权利要求1所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述基准蚀刻速度是根据所述碳化硅基板的偏离角度而决定。
4.根据权利要求3所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述碳化硅基板具有偏离角度，且偏离角度为0.71°以上且4°以下。
5.根据权利要求3所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述偏离角度是相对于[11-20]方向而构成的偏离角度。
6.根据权利要求1所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述蚀刻模式是根据蚀刻速度而决定，该蚀刻速度是由加热所述碳化硅基板的环境气氛中的惰性气体的压力而决定。
7.根据权利要求1所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述碳化硅基板的表面是4H-SiC(0001)Si面。
8.根据权利要求1所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述蚀刻速度是根据进行蚀刻时的温度、惰性气体的压力、及设在收容所述碳化硅基板的收容容器内侧的硅化钽的组成中的至少任一者而被调整。
9.根据权利要求1所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述蚀刻深度是根据蚀刻前对所述碳化硅基板进行的加工处理而决定。
10.根据权利要求9所述的碳化硅基板的表面处理方法，其中，所述加工处理是机械研磨或化学机械研磨。
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