CN107431005B - SiC基板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供制造对表面进行了平坦化的SiC基板的制造方法，该制造方法包括：在对具有偏离角的SiC基板进行了加热的状态下，将原子态氢照射到SiC基板的表面而对SiC基板的表面进行蚀刻的步骤。在蚀刻的步骤中，可以以800℃以上且1200℃以下的范围对SiC基板进行加热。

Description

SiC基板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种SiC基板的制造方法。
背景技术
SiC具有相比Si和GaAs为10倍左右的击穿强度，且具有高导热性，因此作为兼顾了耐压保持和小型化的功率器件用MOS晶体管的材料而受到瞩目。MOS晶体管的动作时的能量损耗随着沟道电阻越大而变得越大。沟道电阻较大地依赖于SiC基板与氧化膜的界面的状态，即SiC基板的表面平坦性。作为公开了使SiC基板的表面平坦化的现有技术文献具有以下文献。
现有技术文献
非专利文献1：Hiroshi Nakagawa,Satoru Tanaka,and Ikuo Suemue,“Self-Ordering of Nanofacets on Vicinal SiC Surfaces”，2003年11月26日，PHISICALREVIEW LETTERS 91，226107。
发明内容
技术问题
在上述现有技术中，通过以1400℃左右对氢气氛中的SiC基板进行退火，从而利用氢对基板表面进行蚀刻而使SiC基板的表面平坦化。但是，退火条件受到非常大的限制。
技术方案
在本发明的一个形态中，提供一种制造对表面进行了平坦化的SiC基板的制造方法，该制造方法包括在对具有偏离角的SiC基板进行了加热的状态下，将原子态氢照射到SiC基板的表面而对SiC基板的表面进行蚀刻的步骤。
应予说明，上述的发明概要并未列举本发明的全部特征。此外，这些特征组的重新组合也可构成发明。
附图说明
图1是说明制造对表面进行了平坦化的SiC基板200的制造方法的概要的图。
图2示出蚀刻后的SiC基板200。
图3是示出处理SiC基板200的处理装置100的概要的图。
符号说明
10：处理室，12：平台，14：加热部，15：窗口部，16：开闭器，18：连结孔，20：气体供应单元，22：钨丝，30：氢气源，40：硅原子，42：原子态氢，44：碳原子，100：处理装置，200：SiC基板，202：表面，204：表面
具体实施方式
以下，通过本发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。此外，在实施方式中说明的特征的全部组合未必都是本发明的解决方案所必须的。
图1是说明制造对表面进行了平坦化的SiC基板200的制造方法的概要的图。在图1中示出SiC基板200的表面202附近的部分截面。首先，准备具有偏离角的SiC基板200。例如通过利用测角仪等测定应该形成器件的面的晶面，以相对于晶轴方向倾斜预定的角度的方式切割基板的表面，从而准备具有偏离角的SiC基板200。
通过使SiC基板200具有偏离角，从而能够使在SiC基板200的表面生长的SiC薄膜高品质化。在图1的例子中，SiC基板200的表面202相对于作为稳定面的(0001)面具有预定的偏离角。例如偏离角为1°以上且8°以下。偏离角可以为4°以上且8°以下。
接下来，通过CMP法对SiC基板200的表面进行研磨而使其平坦化。由此，SiC基板200的表面202成为镜面状态。但是，在具有偏离角的SiC基板200中，如果加热到1400℃左右的高温，则产生被称为台阶并合(bunching)的现象。台阶并合是指基板表面以数μm程度的周期且数十nm程度的高度成为锯齿状的现象。这是由于存在偏离角，而基板的表面以成为更稳定的状态的方式重新构成的结果。存在这样大的起伏的表面终究无法用于器件形成。
在本例的制造方法中，首先在真空状态下对具有偏离角的SiC基板200进行加热。SiC基板200的表面202通过CMP法等被研磨。加热温度为例如800℃以上且1200℃以下的范围。加热温度比在SiC基板200产生台阶并合现象的温度低。更加优选地，加热温度为900℃以上且1100℃以下。作为加热方法，可以使用加热器、通电加热、电子束加热、红外线加热、激光加热等各种方法。
然后，在对SiC基板200进行了加热的状态下，将原子态氢42照射到SiC基板200的表面202而对SiC基板200的表面202进行蚀刻。原子态氢是指以单原子存在的氢，反应性高。原子态氢42的照射是指将在远离SiC基板200的位置生成的原子态氢42供应到SiC基板200的表面202。即，如非专利文献1所公开的技术那样，使用通过SiC基板的热量而从表面附近的氢气中解离出的原子态氢来对SiC基板的表面进行蚀刻的方法不包括在本例的制造方法中。
如图1所示，如果原子态氢42与SiC基板200的表面202接触，则与表面202的硅原子40反应而成为硅烷系气体。由此，硅原子40从SiC基板200的表面202脱离。此外，原子态氢42与SiC基板200的表面202的碳原子44反应而成为烃系气体。由此，碳原子44从SiC基板200的表面202脱离。
图2示出蚀刻后的SiC基板200。SiC基板200以作为稳定面的(0001)面的台部周期地露出的方式被蚀刻。在各个台部之间露出(11-2n)面。台部的宽度L根据偏离角和偏离方向而不同，但大致为10nm～20nm的程度。通过交替地露出(0001)面的台部和(11-2n)面，从而在SiC基板200的表面204形成纳米小面(nanofacet)。
形成有纳米小面的表面204具有与没有偏离角的SiC基板200的阶梯及台部结构同等的平坦性。因此，可称为具有偏离角的SiC基板200中的理想的表面。
一旦在SiC基板200的表面204形成纳米小面，则维持该形状。即使进一步进行蚀刻，SiC基板200的膜厚降低，也维持纳米小面的形状。
这样，通过将原子态氢照射到SiC基板200的表面，从而能够在SiC基板200的表面形成纳米小面。此外，由于不利用SiC基板200的热量来生成原子态氢，所以能够将SiC基板200的温度设为低温，且能够比较自由地设定。SiC基板200的温度能够设定得比在表面产生台阶并合的温度低。此外，SiC基板200的温度只要是能够促进原子态氢42与硅原子和碳原子的反应的温度即可。
与此相对，在通过SiC基板200的温度来使原子态氢从氢气中解离时，必须将SiC基板200设为能够生成原子态氢的程度的高温。越提高SiC基板200的温度，则原子态氢的解离效率越高，蚀刻效率越高。
另一方面，如果将SiC基板200设为高温，则基板表面的重构变得活跃，变得容易产生台阶并合。此外，促进Si从SiC基板200的表面脱离。因此，越将SiC基板200设为高温，则表面的平坦性变得越差。
这样，在通过SiC基板200的温度来使原子态氢从氢气中解离时，无法独立地控制原子态氢的产生和表面的重构。因此，能够使原子态氢的解离和基板表面的重构适度地均衡而在SiC基板200的表面形成纳米小面的温度条件受到非常大的限制。此外，温度条件对SiC基板200的偏离角和偏离方向的偏差也有较大影响，得出条件需要很多时间。
如上所述，根据图1和图2所示的制造方法，能够使SiC基板200的温度与原子态氢的产生独立。即，能够独立地控制蚀刻效率和原子态氢的产生。因此，能够将SiC基板200的温度设为低温，且能够容易地设定温度条件。此外，即使在偏离角和偏离方向上产生一些偏差，也能够再现性良好且稳定地形成纳米小面。
此外，能够再现性良好且简单地在SiC基板200形成纳米小面。因此，能够提高使用了SiC基板200的器件的成品率，此外能够提高特性。
图3是示出处理SiC基板200的处理装置100的概要的图。处理装置100通过将原子态氢照射到SiC基板200的表面，来使SiC基板200的表面平坦化。处理装置100具备处理室10、气体供应单元20和氢气源30。
处理室10导入处理对象SiC基板200。处理室10具有载置SiC基板200的平台12。处理室10的内部在导入了SiC基板200之后减压而被设为真空状态。此外，在处理装置100设置有对SiC基板200进行加热的加热部14。在本例中，加热部14通过将激光隔着设置在处理室10的窗口部15而照射到SiC基板200来对SiC基板200进行加热。
气体供应单元20与处理室10连结。在本例的处理室10的侧壁形成有将气体供应单元20的内部与处理室10的内部连结的连结孔18。在处理室10和气体供应单元20中的至少一方设置开闭连结孔18的开闭器16。
本例的气体供应单元20具有钨丝22。此外，氢气源30将含有氢分子的氢气供应到气体供应单元20的内部。通过将钨丝22加热到例如1700℃左右，而在钨丝22的表面解离吸附氢分子并生成原子态氢。此外，处理装置100可以通过等离子体等生成原子态氢。在此情况下，可以在处理室10的内部产生等离子体而生成原子态氢。
通过打开开闭器16来将在气体供应单元20生成的原子态氢照射到加热状态的SiC基板200。应予说明，通过将处理室10的内部设为真空状态，从而能够防止原子态氢与其他物质发生反应，并以原子态氢的状态供应给SiC基板200。
[实施例]
表1中示出对SiC基板200的表面进行了处理的各实施例和各比较例的制造条件和是否在基板表面形成纳米小面的结果。各实施例是利用图1～图3中说明的方法制作的样品。各实施例中的材料、材料等的使用量、材料等的比例、处理内容、处理步骤、要素或晶面等的朝向等在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行适当变更。因此，本发明的范围不限于以下实施例。
表1
温度 基板 形成纳米小面
实施例1 800℃ 4H-SiC(0001)4°偏离方向[11-20] ○
实施例2 1200℃ 4H-SiC(0001)4°偏离方向[11-20] ○
实施例3 1200℃ 4H-SiC(0001)<u>8°</u>偏离方向[11-20] ○
实施例4 1200℃ 4H-SiC(0001)4°偏离方向[<u>1-100</u>] ○
实施例5 1200℃ <u>6H</u>-SiC(0001)4°偏离方向[11-20] ○
实施例6 1200℃ 4H-SiC<u>(000-1)</u>4°偏离方向[11-20] ○
比较例1 400℃ 4H-SiC(0001)4°偏离方向[11-20] ×
比较例2 1300℃ 4H-SiC(0001)4°偏离方向[11-20] ×
在实施例1中，准备了偏离角为4°、偏离方向为[11-20]、厚度为430μm、直径为3英寸的-n型SiC(0001)晶片。晶片的表面进行CMP处理。在晶片上通过CVD形成了10μm的载流子浓度为1019cm-3的n型外延层。
在将该晶片切割为边长10mm的正方形之后，以300℃、10分钟的条件进行有机清洁处理、UVO3处理，形成SiC基板。将该SiC基板导入到处理室10，并将处理室10和气体供应单元20内抽真空到2.0×10-7Pa。然后，将激光照射到SiC基板，对SiC基板加热。升温速率为20℃/min，在达到800℃之后将温度维持10分钟。
接下来，关闭开闭器16将气体供应单元20的钨丝22加热到1700℃。在对钨丝22进行了加热的状态下，供应氢气直到气体供应单元20内的真空度成为1.0×10-4Pa。氢气在钨丝22的表面解离吸附而成为原子态氢。解离率为百分之几的程度。
接下来，打开开闭器16将原子态氢照射到SiC基板照射10分钟。相对于SiC基板的气体的照射量为数ccm的程度。原子态氢的照射时间、照射量可以适当变更。照射时间可以是10分钟以上且1小时以下的程度。
在原子态氢的照射结束后，关闭开闭器16将SiC基板的温度降低到室温而结束处理。将进行了处理的SiC基板取出到空气中，利用原子力显微镜观察基板表面，确认是否形成了纳米小面。如表1所示，在实施例1的条件下形成有纳米小面。
实施例2在除了将SiC基板的加热温度设为1200℃以外，与实施例1相同的条件下制作SiC基板。在实施例2的条件下也形成有纳米小面。
实施例3在除了将SiC基板的偏离角设为8°以外，与实施例2相同的条件下制作SiC基板。在实施例3的条件下也形成有纳米小面。
实施例4在除了将SiC基板的偏离方向设为[1-100]以外，与实施例2相同的条件下制作SiC基板。在实施例4的条件下也形成有纳米小面。
实施例5在除了将SiC基板的多晶型设为6H以外，与实施例2相同的条件下制作SiC基板。在实施例5的条件下也形成有纳米小面。
实施例6在除了将SiC基板的晶面设为(000-1)以外，与实施例2相同的条件下制作SiC基板。在实施例6的条件下也形成有纳米小面。
比较例1在除了将SiC基板的加热温度设为400℃以外，与实施例1相同的条件下制作SiC基板。在比较例1的条件下未形成纳米小面。在比较例1的条件下SiC基板的表面处于与处理前同样的状态。
比较例2在除了将SiC基板的加热温度设为1300℃以外，与实施例1相同的条件下制作SiC基板。在比较例2的条件下未形成纳米小面。在比较例2的条件下SiC基板的表面粗糙。
根据实施例1和实施例2以及比较例1和比较例2，SiC基板的温度优选为800℃以上且1200℃以下。但是，加热温度不限于此。
根据实施例2和实施例3可知即使改变SiC基板的偏离角也能够形成纳米小面。SiC基板的偏离角可以为1°以上且8°以下。SiC基板的偏离角也可以为4°以上且8°以下。SiC基板的偏离角还可以为4°以上且6°以下。但是，偏离角不限于此。
根据实施例2和实施例4可知即使改变SiC基板的偏离方向也能够形成纳米小面。SiC基板的偏离方向可以为[11-20]或[1-100]方向。但是，偏离方向不限于此。
根据实施例2和实施例5可知即使改变SiC基板的多晶型也能够形成纳米小面。SiC基板的多晶型可以是4H或6H。但是，SiC基板的多晶型不限于此。
根据实施例2和实施例6可知即使改变SiC基板的晶面也能够形成纳米小面。SiC基板的晶面可以是(0001)或(000-1)。但是，SiC基板的晶面不限于此。
以上，利用实施方式对本发明进行了说明，但是本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。对本领域技术人员来说，能够对上述实施方式进行各种变更或改进是显而易见的。根据权利要求书的记载可知进行了那样的变更或改进的方式也可包括在本发明的技术范围内。

Claims (8)

1.一种SiC基板的制造方法，其特征在于，用于对基板表面进行平坦化，所述制造方法包括：
在对具有偏离角的SiC基板进行了加热的状态下，将原子态氢照射到所述SiC基板的表面而对所述SiC基板的表面进行蚀刻的步骤，
所述原子态氢的照射是指将在远离所述SiC基板的表面附近的位置生成的原子态氢供应到所述SiC基板的表面，
在所述蚀刻的步骤中，以800℃以上且1200℃以下的范围对所述SiC基板进行加热。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，
所述SiC基板的偏离角为1°以上且8°以下。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，
所述SiC基板的偏离方向为[11-20]或[1-100]方向。
4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，
所述SiC基板的偏离方向为[11-20]或[1-100]方向。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述SiC基板的多晶型为4H或6H。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，其特征在于，
所述SiC基板的所述表面的晶面为(0001)或(000-1)。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：
从含有氢的原料气体生成所述原子态氢的步骤，
在所述蚀刻的步骤中，将所生成的所述原子态氢向所述SiC基板的表面照射。
8.一种SiC基板的制造方法，其特征在于，用于对基板表面进行平坦化，所述制造方法包括：
将具有偏离角的SiC基板载置于处理室，对所述SiC基板进行加热的步骤；
在与所述处理室连结的气体供应单元中，从含有氢的原料气体生成原子态氢的步骤；以及
将在所述气体供应单元生成的所述原子态氢供应到所述处理室内的所述SiC基板的表面而对所述SiC基板的表面进行蚀刻的步骤，
在所述加热的步骤中，以800℃以上且1200℃以下的范围对所述SiC基板进行加热。
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