CN114174567B - SiC衬底的制造方法及其制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明要解决的问题是提供一种制造基底衬底层较薄的SiC衬底并可抑制其变形或破损的SiC衬底的制造方法及其制造装置。本发明的特征在于包括：主体容器(20)，能够收纳SiC基底衬底(10)，并且通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；以及加热炉(30)，收纳所述主体容器(20)，并进行加热以使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压和形成温度梯度。其中，所述主体容器(20)具有在所述SiC基底衬底(10)的一面形成生长层(11)的生长空间(S1)和对所述SiC基底衬底(10)的另一面进行蚀刻的蚀刻空间(S2)。

Description

SiC衬底的制造方法及其制造装置
技术领域
本发明涉及一种基底衬底层较薄的SiC衬底的制造方法及其制造装置。
背景技术
以往，以降低SiC半导体器件的导通电阻等为目的，进行了使SiC衬底变薄的技术开发。
例如，在专利文献1中记载了“一种薄型的SiC晶片的制造方法，其特征在于，包括：薄化步骤，对从晶锭切出的SiC晶片进行通过在Si蒸气压下进行加热而对表面进行蚀刻的Si蒸气压蚀刻，由此使厚度减小至100μm以下”的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-105697号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
根据专利文献1，通过对SiC晶片的表面进行蚀刻，能够得到薄型的SiC晶片。另一方面，在使SiC晶片变薄的情况下，SiC晶片的强度降低，因而存在会导致SiC晶片的变形或破损的问题。
本发明所要解决的技术问题是提供一种制造基底衬底层较薄的SiC衬底并能够抑制其变形或破损的SiC衬底的制造方法及其制造装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明的一实施方式的SiC衬底的制造装置包括：
主体容器，能够收纳SiC基底衬底，并且通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；以及
加热炉，收纳所述主体容器，并且进行加热以使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压和形成温度梯度，
其中，所述主体容器具有在所述SiC基底衬底的一面形成生长层的生长空间和对所述SiC基底衬底的另一面进行蚀刻的蚀刻空间。
这样，主体容器具有在SiC基底衬底的一面形成生长层的生长空间和对另一面进行蚀刻的蚀刻空间双方，由此能够制造基底衬底层较薄的SiC衬底并抑制作为被处理物的SiC基底衬底的变形或破损。
在该实施方式中，在将所述SiC基底衬底配置在所述温度梯度的低温侧的状态下，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述主体容器的一部分和所述SiC基底衬底相对，从而形成所述生长空间。
这样，通过使SiC基底衬底与主体容器相对而形成生长空间，可在能够均匀地保持水平方向的温度分布的环境下生长。由此，能够形成热应力应变等较少的生长层。
在该实施方式中，在将所述SiC基底衬底配置在所述温度梯度的低温侧的状态下，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述主体容器的一部分和所述SiC基底衬底相对，从而形成所述蚀刻空间。
这样，通过使SiC基底衬底与主体容器相对而形成蚀刻空间，能够不使用机械加工而对SiC基底衬底进行蚀刻。其结果是，能够在不形成因加工损伤而形成的加工变质层的情况下使基底衬底层变薄。
在该实施方式中，所述主体容器具有衬底保持用具，所述衬底保持用具设置在所述SiC基底衬底和所述主体容器之间。
这样，通过在SiC基底衬底与主体容器之间设置衬底保持用具，能够容易地形成生长空间和蚀刻空间。
在该实施方式中，所述加热炉具有能够向所述主体容器内供给掺杂剂气体的掺杂剂气体供给装置。
这样，通过构成为能够供给掺杂剂气体，能够控制生长层的掺杂浓度。
在该实施方式中，所述主体容器由包含多晶SiC的材料构成。
这样，主体容器由包含多晶SiC的材料构成，由此，在通过加热炉加热主体容器时，可以在主体容器内产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压。
在该实施方式中，所述加热炉具有：高熔点容器，能够收纳所述主体容器；以及Si蒸气供给源，能够将Si蒸气供给到该高熔点容器内。
这样，加热炉具有高熔点容器和Si蒸气供给源，由此能够在含有Si元素的气相物种的蒸气压环境下对主体容器进行加热。由此，能够抑制主体容器内的含有Si元素的气相物种的降低。
此外，本发明还涉及SiC衬底的制造方法。即，在本发明的一实施方式的SiC衬底的制造方法中，同时进行在SiC基底衬底的一面形成生长层的生长步骤和对所述SiC基底衬底的另一面进行蚀刻的蚀刻步骤。
这样，通过在SiC基底衬底的一面形成生长层的同时，对另一面进行蚀刻，能够制造基底衬底层较薄的SiC衬底并抑制作为被处理物的SiC基底衬底的变形或破损。
在该实施方式中，在所述生长步骤和所述蚀刻步骤中，在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器的内部收纳SiC基底衬底，并且，加热所述主体容器，使得在包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境下形成温度梯度。
在该实施方式中，在所述生长步骤中，使配置在所述温度梯度的低温侧的所述SiC基底衬底和配置在所述温度梯度的高温侧的所述主体容器的一部分相对而形成生长层。
在该实施方式中，在所述蚀刻步骤中，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述SiC基底衬底和配置在所述温度梯度的低温侧的所述主体容器的一部分相对而进行蚀刻。
在该实施方式中，在所述生长步骤中，使所述生长层的掺杂浓度与所述SiC基底衬底的掺杂浓度相同。
这样，在将生长层的掺杂浓度设为与SiC基底衬底相同的掺杂浓度的情况下，可以在不改变传导率的情况下形成与基底衬底层不同的生长层。例如，能够形成与基底衬底层相比降低了热应力应变的生长层、降低了基底面位错的生长层、抑制了宏观台阶聚束的形成的生长层。
在该实施方式中，在所述生长步骤中，使所述生长层的掺杂浓度低于所述SiC基底衬底的掺杂浓度。
这样，在将生长层的掺杂浓度设为低于SiC基底衬底的掺杂浓度的情况下，能够将生长层作为器件的耐压层，因此，能够使基底衬底层变薄，有助于降低SiC半导体器件的导通电阻。
在该实施方式中，在所述生长步骤中，使所述生长层的掺杂浓度高于所述SiC基底衬底的掺杂浓度。
这样，在将生长层的掺杂浓度设为比SiC基底衬底高的掺杂浓度的情况下，能够使SiC衬底成为高掺杂衬底，能够有助于降低SiC半导体器件的导通电阻。
在该实施方式中，所述蚀刻步骤和所述生长步骤是在通过包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境而被排气的空间内配置所述SiC衬底来进行加热的步骤。
发明的效果
根据所公开的技术，可以提供一种制造基底衬底层较薄的SiC衬底并能够抑制其变形或破损的SiC衬底的制造方法及其制造装置。
其他所要解决的技术问题、特征和优点将通过阅读以下记载的具体实施方式并结合附图和权利要求而变得显而易见。
附图说明
图1是一实施方式的SiC衬底的制造装置的示意图。
图2是由一实施方式的SiC衬底的制造装置生长及蚀刻的SiC衬底的说明图。
图3是一实施方式的SiC衬底的制造装置的说明图。
图4是一实施方式的SiC衬底的制造方法的生长步骤的说明图。
图5是一实施方式的SiC衬底的制造方法的蚀刻步骤的说明图。
图6是通过一实施方式的SiC衬底的制造方法生长及蚀刻的SiC衬底的截面SEM像。
图7是通过一实施方式的SiC衬底的制造方法生长及蚀刻的SiC衬底的截面SEM像。
具体实施方式
以下，使用图1至图7对本发明的图示的优选的一实施方式进行详细说明。本发明的技术范围不限于附图所示的实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内进行适当变更。
[SiC衬底的制造装置]
以下，对作为本发明的一实施方式的SiC衬底的制造装置进行详细说明。
如图1所示，根据本实施方式的SiC衬底的制造装置包括：主体容器20，能够收纳SiC基底衬底10，通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；以及加热炉30，收纳所述主体容器20，并且进行加热以使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并形成温度梯度。
另外，主体容器20具有：在SiC基底衬底10的一面形成生长层11的生长空间S1；以及对SiC基底衬底10的另一面进行蚀刻的蚀刻空间S2。
通过使用这样的SiC衬底的制造装置，如图2所示，能够同时进行在SiC基底衬底10的一面形成生长层11和对另一面进行蚀刻。由此，能够制造基底衬底层12较薄的SiC衬底并抑制作为被处理物的SiC基底衬底10的变形或破损。
<SiC基底衬底10>
作为SiC基底衬底10，可以例示从使用升华法等制造的晶锭切成圆盘状而成的SiC晶片、或将单晶SiC加工成薄板状而成的SiC衬底。另外，作为单晶SiC的晶体多晶型，可以采用任何多晶型。
在本说明书中的说明中，将SiC基底衬底10的制作半导体元件的面(具体而言，堆积外延层的面)称为主面101，并将与该主面101相对的面称为背面102。此外，将主面101和背面102合称为表面，并且，将贯通主面101和背面102的方向称为表-背方向。
另外，作为主面，可以例示从(0001)面或(000-1)面设置几度(例如，0.4至8°)的偏离角的表面(另外，在本说明书中，在米勒指数的标记中，“-”是表示紧随其后为指数的横号)。
在本说明书中的说明中，一面是指主面101或背面102，另一面是指与该一面相对的面。另外，生长层11是指形成在处理前的SiC基底衬底10上的层，基底衬底层12是指残留有处理前的SiC基底衬底10的层。
另外，作为SiC基底衬底10的尺寸，可以例示从数厘米见方的芯片尺寸到6英寸(约15.24厘米)晶片或8英寸(约20.32厘米)晶片。
<主体容器20>
主体容器20只要是以下结构即可：能够收纳SiC基底衬底10，并且，在加热处理时在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压。例如，主体容器20由包含多晶SiC的材料构成。在本实施方式中，主体容器20的整体由多晶SiC构成。通过对由这种材料构成的主体容器20进行加热，可以产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压。
即，期望的是，进行了加热处理的主体容器20内的环境成为包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的混合体系的蒸气压环境。作为该包含Si元素的气相物种，可以例示Si、Si2、Si3、Si2C、SiC2、SiC。此外，作为包含C元素的气相物种，可以例示Si2C、SiC2、SiC、C。即，成为SiC系气体存在于主体容器20内的状态。
另外，主体容器20的掺杂剂以及掺杂浓度能够根据想要形成的生长层11的掺杂剂以及掺杂浓度来进行选择。可以例示N作为掺杂剂。
此外，只要是在主体容器20的加热处理时在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的结构，都可以采用。例如，可以示出在内面的一部分处露出多晶SiC的结构、将多晶SiC单独配置在主体容器20内的结构等。
如图3所示，主体容器20是具备能够相互嵌合的上容器21和下容器22的嵌合容器。在上容器21和下容器22的嵌合部处形成有微小的间隙23，并且，构成为能够从该间隙23进行主体容器20内的排气(抽真空)。
主体容器20具有在SiC基底衬底10的一面形成生长层11的生长空间S1和对SiC基底衬底10的另一面进行蚀刻的蚀刻空间S2。
生长空间S1通过在将所述SiC基底衬底10配置在温度梯度的低温侧的状态下，使配置在温度梯度的高温侧的所述主体容器20的一部分和SiC基底衬底10相对而形成。即，利用设置在加热炉30中的温度梯度，至少使主体容器20的一部分(例如，上容器21的顶面)的温度高于SiC基底衬底10，从而形成生长空间S1。
生长空间S1是将设置在SiC基底衬底10和主体容器20之间的温度差作为驱动力来将主体容器20的Si原子和C原子输送到SiC基底衬底10的表面的空间。
例如，配置SiC基底衬底10，使得在将SiC基底衬底10的主面101(或背面102)的温度和与该主面101相对的上容器21的顶面的温度进行比较时，主面101侧的温度低并且上容器21的顶面侧的温度高(参照图4)。这样，通过在主面101和上容器21的顶面之间形成设有温度差的空间(生长空间S1)，可以将温度差作为驱动力来将上容器21的顶面的Si原子和C原子输送到SiC基底衬底10的主面101。
蚀刻空间S2通过在将SiC基底衬底10配置在温度梯度的高温侧的状态下，使配置在温度梯度的低温侧的主体容器20的一部分和SiC基底衬底10相对而形成。即，利用设置在加热炉30中的温度梯度，至少使主体容器20的一部分(例如，下容器22的底面)的温度低于SiC基底衬底10，从而形成蚀刻空间S2。
蚀刻空间S2是将设置在SiC基底衬底10和主体容器20之间的温度差作为驱动力来将SiC基底衬底10表面的Si原子和C原子输送到主体容器20的空间。
例如，在将SiC基底衬底10的背面102(或主面101)的温度和与该背面102相对的下容器22的底面的温度进行比较时，将SiC基底衬底10配置成使得背面102侧的温度变高并且下容器22的底面侧的温度变低(参照图5)。这样，通过在背面102和下容器22的底面之间形成设有温度差的空间(蚀刻空间S2)，可以将温度差作为驱动力来将背面102的Si原子和C原子输送到下容器22的底面。
主体容器20具有设置在SiC基底衬底10和主体容器20之间的衬底保持用具24。
根据本实施方式的加热炉30为这样的结构：通过加热形成温度梯度，使得温度从主体容器20的上容器21朝向下容器22下降。因此，通过在SiC基底衬底10和下容器22之间设置能够保持SiC基底衬底10的衬底保持用具24，能够分别地在SiC基底衬底10与上容器21之间形成生长空间S1，和在SiC基底衬底10与下容器22之间形成蚀刻空间S2。
衬底保持用具24只要是能够将SiC基底衬底10的至少一部分保持在主体容器20的中空的结构即可。例如，只要是一点支撑或三点支撑、支撑外周缘的结构或夹持一部分的结构等常用的支撑手段，就当然可以采用。作为该衬底保持用具24的材料，可以采用SiC材料或高熔点金属材料。
<加热炉30>
如图1所示，加热炉30具备：主加热室31，能够将被处理物(SiC基底衬底10等)加热至1000℃以上且2300℃以下的温度；预热室32，能够将被处理物预热至500℃以上的温度；高熔点容器40，能够收纳主体容器20；以及移动装置33(移动台)，能够将该高熔点容器40从预热室32移动到主加热室31。
主加热室31在俯视剖视图中形成为正六边形，并且，在其内侧配置有高熔点容器40。
在主加热室31的内部设置有加热器34(网状加热器)。此外，在主加热室31的侧壁或顶部处固定有多层热反射金属板(未图示)。该多层热反射金属板构成为将加热器34的热量朝向主加热室31的大致中央部反射。
由此，在主加热室31内，以包围收纳被处理物的高熔点容器40的方式配置加热器34，并且，在其外侧配置多层热反射金属板，由此，可以升温至1000℃以上且2300℃以下的温度。
另外，作为加热器34，例如可以使用电阻加热式的加热器或高频感应加热式的加热器。
此外，加热器34也可以采用能够在高熔点容器40内形成温度梯度的结构。例如，加热器34也可以构成为在上侧(或下侧)配置有多个加热器。此外，加热器34也可以构成为随着朝向上侧(或下侧)而宽度变大。或者，加热器34也可以构成为能够随着朝向上侧(或下侧)而增大所供给的电力。
此外，主加热室31连接有：进行主加热室31内的排气的真空形成用阀35；将惰性气体导入到主加热室31内的惰性气体注入用阀36；以及测量主加热室31内的真空度的真空计37。
真空形成用阀35与对主加热室31内进行排气来抽真空的抽真空泵连接(未图示)。通过该真空形成用阀35和抽真空泵，可以将主加热室31内的真空度调整为例如10Pa以下，更优选为1Pa以下，进一步优选为10-3Pa以下。作为该抽真空泵，可以例示涡轮分子泵。
惰性气体注入用阀36与惰性气体供给源连接(未图示)。通过该惰性气体注入用阀36和惰性气体供给源，可以将惰性气体在10-5至10000Pa的范围内导入到主加热室31内。作为该惰性气体，可以选择Ar、He、N2等。
另外，惰性气体注入用阀36是能够向主体容器20内供给掺杂剂气体的掺杂剂气体供给装置。即，通过选择掺杂剂气体(例如，N2等)作为惰性气体，能够在生长层11中掺杂掺杂剂而提高掺杂浓度。
预热室32与主加热室31连接，并且，构成为能够通过移动装置33移动高熔点容器40。另外，本实施方式的预热室32构成为能够利用主加热室31的加热器34的余热进行升温。例如，在将主加热室31升温至2000℃的情况下，预热室32升温至1000℃左右，可以进行被处理物(SiC基底衬底10、主体容器20、高熔点容器40等)的脱气处理。
移动装置33构成为载置高熔点容器30而能够在主加热室31和预热室32之间移动。由于由该移动装置33进行的在主加热室31和预热室32之间的传送最短在1分钟左右完成，因而可以实现1至1000℃/min的升温和降温。
由于能够这样进行急速升温和急速降温，因而能够观察在以往的装置中难以实现的、不具有升温中和降温中的低温生长历史的表面形状。
此外，在图1中，预热室32配置在主加热室31的下方，但不限于此，也可以配置在任意方向上。
此外，根据本实施方式的移动装置33是载置高熔点容器40的移动台。从该移动台和高熔点容器40的接触部释放微小的热量。由此，可以在高熔点容器40内形成温度梯度。
在本实施方式的加热炉30中，由于高熔点容器40的底部与移动台接触，因而温度梯度设置成使得温度从高熔点容器40的上容器41朝向下容器42下降。
另外，该温度梯度的方向可以通过改变移动台和高熔点容器40的接触部的位置而设定为任意方向。例如，当在移动台上采用悬挂式等来将接触部设置在高熔点容器40的顶部处的情况下，热量向上方向逸出。因此，温度梯度被设置成使得温度从高熔点容器40的上容器41朝向下容器42上升。另外，期望的是，该温度梯度沿SiC基底衬底10的表背方向形成。
此外，如上所述，也可以通过加热器34的结构来形成温度梯度。
<高熔点容器40>
根据本实施方式的加热炉30内的包含Si元素的气相物种的蒸气压环境是使用高熔点容器40和Si蒸气供给源44来形成的。例如，只要是能够在主体容器20的周围形成包含Si元素的气相物种的蒸气压环境的方法，就可以用于本发明的SiC衬底的制造装置。
高熔点容器40构成为包含高熔点材料。例如，可以例示作为通用耐热部件的C，作为高熔点金属的W、Re、Os、Ta、Mo，作为碳化物的Ta9C8、HfC、TaC、NbC、ZrC、Ta2C、TiC、WC、MoC，作为氮化物的HfN、TaN、BN、Ta2N、ZrN、TiN，作为硼化物的HfB2、TaB2、ZrB2、NB2、TiB2，以及多晶SiC等。
该高熔点容器40与主体容器20一样是具备能够相互嵌合的上容器41和下容器42的嵌合容器，并且，构成为能够收纳主体容器20。在上容器41和下容器42的嵌合部处形成有微小的间隙43，并且，构成为能够从该间隙43进行高熔点容器40内的排气(抽真空)。
高熔点容器40具有能够将包含Si元素的气相物种的蒸气压供给到高熔点容器40内的Si蒸气供给源44。Si蒸气供给源44只要是在加热处理时在高熔点容器40内产生Si蒸气的结构即可，例如，可以例示固体的Si(单晶Si片、Si粉末等的Si颗粒)、Si化合物。
在根据本实施方式的SiC衬底的制造装置中，采用TaC作为高熔点容器40的材料，并且，采用硅化钽作为Si蒸气供给源44。即，如图3所示，在高熔点容器40的内侧形成有硅化钽层，构成为在加热处理时从硅化钽层向容器内供给Si蒸气，从而形成Si蒸气压环境。
此外，只要是在加热处理时在高熔点容器40内形成包含Si元素的气相物种的蒸气压的结构，就可以采用。
根据本发明的SiC衬底的制造装置，其构成为，对SiC基底衬底10进行热处理的主体容器20具有在SiC基底衬底10的一面形成生长层11的生长空间S1和对SiC基底衬底10的另一面进行蚀刻的蚀刻空间S2。
通过这样的结构，能够同时进行SiC基底衬底10的生长和蚀刻，能够制造基底衬底层12较薄的SiC衬底并抑制SiC基底衬底10的变形或破损。
另外，根据本实施方式的SiC衬底的制造装置，具备：主体容器20，能够收纳SiC基底衬底10，在内部空间产生包含Si元素的气相物种和包含C原子的蒸气压；以及加热炉30，收纳主体容器20，通过加热使得在内部空间产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并形成温度梯度。
通过这样的结构，能够在SiC基底衬底10与主体容器20之间形成近热平衡状态，并且，能够在主体容器20内形成包含Si元素的气相物种以及包含C元素的气相物种的蒸气压(包含Si、Si2、Si3、Si2C、SiC2、SiC中的至少任一种的气相物种的分压)环境。
在这样的环境中，以加热炉30的温度梯度作为驱动力而发生质量的输送，其结果是，SiC基底衬底10的生长和蚀刻同时进行。由此，能够制造基底衬底层12较薄的SiC衬底并抑制SiC基底衬底10的变形或破损。
此外，根据本实施方式的SiC衬底的制造装置，通过在包含Si元素的气相物种的蒸气压环境(Si蒸气压环境)下加热主体容器20，可以抑制从主体容器20内排出包含Si元素的气相物种。即，通过使主体容器20内的包含Si元素的气相物种的蒸气压和主体容器20外的包含Si元素的气相物种的蒸气压平衡，能够保持主体容器20内的环境。
换句话说，主体容器20配置在形成包含Si元素的气相物种的蒸气压环境(例如Si蒸气压环境)的高熔点容器40内。这样，通过包含Si元素的气相物种的蒸气压环境(例如Si蒸气压环境)对主体容器20内进行排气(抽真空)，从而可以抑制Si原子从生长空间S1以及蚀刻空间S2内减少。由此，能够在生长空间S1和蚀刻空间S2内长时间维持对于生长和蚀刻优选的Si/C原子数比。
另外，根据本实施方式的SiC衬底的制造装置，在SiC基底衬底10配置在温度梯度的低温侧的状态下，通过使配置在温度梯度的高温侧的主体容器20的一部分与SiC基底衬底10相对，从而形成生长空间S1。
这样，通过使SiC基底衬底10与主体容器20相对而形成生长空间S1，能够在能够均匀地保持水平方向的温度分布的环境下生长。由此，能够形成热应力应变等较少的生长层11。
此外，根据本实施方式的SiC衬底的制造装置，主体容器20由多晶SiC构成。通过采用这种结构，当使用加热炉30加热主体容器20时，可以在主体容器20内仅产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压。
[SiC衬底的制造方法]
以下，对作为本发明的一实施方式的SiC衬底的制造方法进行详细说明。
如图2所示，根据本实施方式的SiC衬底的制造方法同时进行在SiC基底衬底10的一面形成生长层11的生长步骤和对所述SiC基底衬底10的另一面进行蚀刻的蚀刻步骤。
另外，在该实施方式中，对于与前述的SiC衬底的制造装置基本相同的构成要素标注相同的附图标记并简化其说明。
另外，只要是能够同时进行在SiC基底衬底10的一面形成生长层11的生长步骤和对所述SiC基底衬底10的另一面进行蚀刻的蚀刻步骤的方法，就可以采用。例如，也可以采用通过向SiC基底衬底10的一面供给生长气体，向SiC基底衬底10的另一面供给蚀刻气体，从而同时进行生长以及蚀刻的方法(CVD法等)。
在根据本实施方式的生长步骤及蚀刻步骤中，在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器20的内部收纳SiC基底衬底10，并加热该主体容器20，使得在包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境下形成温度梯度。
以下，对根据本实施方式的SiC衬底的制造方法的生长步骤和蚀刻步骤进行详细说明。
<生长步骤>
根据本实施方式的生长步骤使配置于温度梯度的低温侧的SiC基底衬底10与配置于温度梯度的高温侧的主体容器20的一部分相对而形成生长层11。
图4是示出生长机构的概要的说明图。考虑通过将配置了SiC基底衬底10的主体容器20在1400℃以上且2300℃以下的温度范围内进行加热，从而在生长空间S1内持续地进行以下1)至5)的反应，其结果是生长层11的生长会进行。
1)Poly-SiC(s)→Si(v)+C(s)
2)2C(s)+Si(v)→SiC2(v)
3)C(s)+2Si(v)→Si2C(v)
4)Si(v)+SiC2(v)→2SiC(s)
5)Si2C(v)→Si(v)+SiC(s)
1)的说明：加热主体容器20(Poly-Si C(s))，由此，通过热分解使Si原子(Si(v))从SiC脱离。
2)和3)的说明：通过Si原子(Si(v))脱离，残留在SiC基底衬底10表面的C(C(s))与主体容器20内的Si蒸气(Si(v))反应，从而成为Si2C或SiC2等而在主体容器20内升华。
4)和5)的说明：所升华的Si2C或SiC2等通过温度梯度到达/扩散至SiC基底衬底10的平台，通过到达台阶而延续基底衬底层12的多晶型，生长层11生长(台阶流动生长)。
即，生长步骤具有：Si原子升华步骤，使Si原子从主体容器20内升华；以及C原子升华步骤，通过使残留在主体容器20内的表面的C原子与主体容器20内的Si原子结合而使其升华。
具体而言，使SiC基底衬底10的一面(主面101或背面102)与温度高于该一面的主体容器20的顶面相对配置，在其间形成生长空间S1，由此，能够使生长层11生长。
换句话说，在生长步骤中，将SiC基底衬底10和主体容器20的一部分相对配置，以主体容器20的一部分为高温侧并且SiC基底衬底10为低温侧的方式设置温度梯度进行加热。利用该温度梯度，将Si元素和C元素从主体容器20输送到SiC基底衬底10，使生长层11在SiC基底衬底10上生长。
另外，在生长步骤中，通过使用掺杂剂气体供给装置(惰性气体注入用阀36)向主体容器20内供给掺杂剂气体，能够调整生长层11的掺杂浓度。
即，在不供给掺杂剂气体的情况下，通过延续主体容器20的掺杂浓度来形成生长层11。另一方面，通过供给掺杂剂气体，能够提高生长层11中的掺杂浓度，由此，能够形成具有所期望的掺杂浓度的生长层11。
<蚀刻步骤>
在根据本实施方式的蚀刻步骤中，通过使配置在温度梯度的高温侧的SiC基底衬底10与配置在温度梯度的低温侧的主体容器20的一部分相对来进行蚀刻。
图5是示出蚀刻机构的概要的说明图。考虑通过将配置有SiC基底衬底10的主体容器20在1400℃以上且2300℃以下的温度范围内进行加热，在蚀刻空间S2内持续地进行以下1)至5)的反应，作为结果，基底衬底层12的蚀刻会进行。
1)SiC(s)→Si(v)+C(s)
2)2C(s)+Si(v)→SiC2(v)
3)C(s)+2Si(v)→Si2C(v)
4)Si(v)+SiC2(v)→2SiC(s)
5)Si2C(v)→Si(v)+SiC(s)
1)的说明：由于加热SiC基底衬底10(SiC(s))，因而通过热分解使Si原子(Si(v))从SiC基底衬底10表面脱离(Si原子升华步骤)。
2)和3)的说明：由于Si原子(Si(v))脱离而残留在SiC基底衬底10表面处的C(C(s))与主体容器20内的Si蒸气(Si(v))反应，从而成为Si2C或SiC2等而在主体容器20内升华(C原子升华步骤)。
4)和5)的说明：所升华的Si2C或SiC2等通过温度梯度而到达主体容器20内的底面(多晶SiC)并生长。
即，蚀刻步骤具有：Si原子升华步骤，使Si原子从SiC基底衬底10的表面热升华；以及C原子升华步骤，通过使残留在SiC基底衬底10的表面处的C原子与主体容器20内的Si原子结合而使其升华。
具体而言，使SiC基底衬底10的另一面(背面102或主面101)与温度低于该另一面的主体容器20的底面对置，在其间形成蚀刻空间S2，由此，能够对基底衬底层12进行蚀刻。
换句话说，在蚀刻步骤中，将SiC基底衬底10和主体容器20的一部分相对配置，以主体容器20的一部分为低温侧并且SiC基底衬底10为高温侧的方式设置温度梯度进行加热。利用该温度梯度，将Si元素和C元素从SiC基底衬底10输送到主体容器20来蚀刻SiC基底衬底10。
本方法中的蚀刻温度优选为设定在1400至2300℃的范围内，更优选为设定在1600至2000℃的范围内。
本方法中的生长速度和蚀刻速度可以通过上述温度范围来控制，能够在0.001至2μm/min的范围内选择。
本方法中的生长时间和蚀刻时间可以设定为任意时间以成为所期望的生长量和蚀刻量。例如，当生长速度(蚀刻速度)为1μm/min时，在想要将生长量(蚀刻量)设定为1μm的情况下，生长量(蚀刻时间)为1分钟。
本方法中的温度梯度在生长空间S1和蚀刻空间S2中设定在0.1至5℃/mm的范围内。
在本方法中，能够供给掺杂剂气体(N2等)，能够在10-5～10000Pa的范围内导入主加热室31。
实施例
通过以下的方法制造了实施例1、实施例2的SiC衬底。
<实施例1>
在以下条件下，将SiC基底衬底10收纳在主体容器20和高熔点容器40中(配置步骤)。
[SiC基底衬底10]
多晶型：4H-SiC
衬底尺寸：横宽10mm×纵宽10mm×厚度0.3mm
偏离方向和偏离角：<11-20>方向4°偏离
生长面：(0001)面
蚀刻面：(000-1)面
掺杂剂：N
掺杂浓度：3×1018cm-3
另外，通过RAMAN光谱来确认了SiC基底衬底10的掺杂剂以及掺杂浓度。这些也可以通过二次离子质量分析法(SIMS)等来确认。
[主体容器20]
材料：多晶SiC
容器尺寸：直径60mm×高度4mm
衬底保持用具24的材料：单晶SiC
SiC基底衬底10和主体容器20的底面的距离：2mm
掺杂剂：N
掺杂浓度：1×1017cm-3以下(RAMAN光谱检测极限以下)
[高熔点容器40]
材料：TaC
容器尺寸：直径160mm×高度60mm
Si蒸气供给源44(Si化合物)：TaSi2
[生长步骤和蚀刻步骤]
在以下条件下对在上述条件下配置的SiC基底衬底10进行了加热处理。
加热温度：1700℃
加热时间：300min
温度梯度：1℃/mm
生长速度：5nm/min
蚀刻速度：5nm/min
主加热室31真空度：10-5Pa(未导入掺杂剂气体)
图6是从截面以倍率×10000观察在上述条件下生长和蚀刻的实施例1的SiC衬底的SEM像。
该实施例1的生长层11厚度为1.5μm，基底衬底层12的蚀刻量为1.5μm。
另外，该实施例1的生长层11的掺杂浓度为1×1017cm-3以下，基底衬底层12的掺杂浓度为3×1018cm-3。即，生长层11的掺杂浓度比SiC基底衬底10的掺杂浓度低。这可以从如图6所示的生长层11与基底衬底层12相比SEM像对比度更亮来确认。
<实施例2>
在以下条件下，将SiC基底衬底10收纳在主体容器20和高熔点容器40中。
[SiC基底衬底10]
使用了与实施例1同样的SiC基底衬底10。
[主体容器20]
使用了与实施例1同样的主体容器20。
[高熔点容器40]
使用了与实施例1同样的高熔点容器40。
[生长步骤和蚀刻步骤]
在以下的条件下对在上述条件下配置的SiC基底衬底10进行了加热处理。
加热温度：1800℃
加热时间：60min
温度梯度：1℃/mm
生长速度：50nm/min
蚀刻速度：50nm/min
主加热室31真空度：13Pa(导入N2气体)
图7是从截面以倍率×10000观察在上述条件下生长和蚀刻的实施例2的SiC衬底的SEM像。
该实施例2的生长层11厚度为3μm，基底衬底层12的蚀刻量为3μm。
另外，该实施例2的生长层11的掺杂浓度为2×1019cm-3，基底衬底层12的掺杂浓度为3×1018cm-3。即，生长层11的掺杂浓度比SiC基底衬底10的掺杂浓度高。这也可以从如图7所示的生长层11与基底衬底层12相比SEM像对比度更暗来确认。
根据本发明的SiC衬底的制造方法，同时进行在SiC基底衬底10的一面形成生长层11的生长步骤和对SiC基底衬底10的另一面进行蚀刻的蚀刻步骤。由此，能够制造基底衬底层12较薄的SiC衬底并抑制SiC基底衬底10的变形或破损。
另外，根据本发明的SiC衬底的制造方法，能够使生长层11的掺杂浓度低于SiC基底衬底10的掺杂浓度。这样，在将生长层11的掺杂浓度设为比SiC基底衬底10低的掺杂浓度的情况下，能够将生长层11作为器件的耐压层，因此，能够使基底衬底层12变薄，有助于降低SiC半导体器件的导通电阻。
另外，根据本发明的SiC衬底的制造方法，能够使生长层11的掺杂浓度高于SiC基底衬底10的掺杂浓度。这样，在将生长层11的掺杂浓度设为比SiC基底衬底10高的掺杂浓度的情况下，能够使SiC衬底成为高掺杂衬底，能够有助于降低SiC半导体器件的导通电阻。
附图标记说明
10 SiC基底衬底
101 主面
102 背面
11 生长层
12 基底衬底层
20 主体容器
24 衬底保持用具
30 加热炉
40 高熔点容器
44 Si蒸气供给源
S1 生长空间
S2 蚀刻空间

Claims (15)

1.一种SiC衬底的制造装置，包括：
主体容器，能够收纳SiC基底衬底，通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；以及
加热炉，收纳所述主体容器，并加热以使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压和形成温度梯度，
其中，所述主体容器具有在所述SiC基底衬底的一面形成生长层的生长空间和对所述SiC基底衬底的另一面进行蚀刻的蚀刻空间。
2.根据权利要求1所述的SiC衬底的制造装置，其中，在将所述SiC基底衬底配置在所述温度梯度的低温侧的状态下，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述主体容器的一部分和所述SiC基底衬底相对，从而形成所述生长空间。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的SiC衬底的制造装置，其中，在将所述SiC基底衬底配置在所述温度梯度的低温侧的状态下，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述主体容器的一部分和所述SiC基底衬底相对，从而形成所述蚀刻空间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述主体容器具有衬底保持用具，所述衬底保持用具设置在所述SiC基底衬底和所述主体容器之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述加热炉具有能够向所述主体容器内供给掺杂剂气体的掺杂剂气体供给装置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述主体容器由包含多晶SiC的材料构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述加热炉具有：
高熔点容器，能够收纳所述主体容器；以及
Si蒸气供给源，能够将Si蒸气供给到该高熔点容器内。
8.一种SiC衬底的制造方法，其中，同时进行在SiC基底衬底的一面形成生长层的生长步骤和对所述SiC基底衬底的另一面进行蚀刻的蚀刻步骤，
在所述生长步骤和所述蚀刻步骤中，在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器的内部收纳SiC基底衬底，并加热所述主体容器。
9.根据权利要求8所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述生长步骤和所述蚀刻步骤中，加热所述主体容器使得在包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境下形成温度梯度。
10.根据权利要求9所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述生长步骤中，使配置在所述温度梯度的低温侧的所述SiC基底衬底和配置在所述温度梯度的高温侧的所述主体容器的一部分相对而形成生长层。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述蚀刻步骤中，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述SiC基底衬底和配置在所述温度梯度的低温侧的所述主体容器的一部分相对而进行蚀刻。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述生长步骤中，使所述生长层的掺杂浓度与所述SiC基底衬底的掺杂浓度相同。
13.根据权利要求8至11中任一项所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述生长步骤中，使所述生长层的掺杂浓度低于所述SiC基底衬底的掺杂浓度。
14.根据权利要求8至11中任一项所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述生长步骤中，使所述生长层的掺杂浓度高于所述SiC基底衬底的掺杂浓度。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的SiC衬底的制造方法，其中，所述蚀刻步骤和所述生长步骤是在通过包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境而被排气的空间内配置所述SiC衬底来进行加热的步骤。
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