-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polierflüssigkeit, die zum Polieren eines SiC-Substrats verwendet wird, und ein Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats unter Verwendung der Polierflüssigkeit.
-
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
-
In Leistungselektronikgeräten wie Inverter sind die als Leistungsbauelemente bekannten Halbleitervorrichtungen eingebaut, die zur Regulierung der elektrischen Energie geeignet sind. Herkömmliche Leistungsbauelemente wurden hauptsächlich unter Verwendung eines Si (Silicium)-Einkristalls hergestellt, und die Verbesserung ihrer Leistung wurde mittels Verbesserungen in der Bauelementstruktur realisiert.
-
In den letzten Jahren hat die Verbesserung der Leistung des Bauelements durch Verbesserungen der Bauelementstruktur allerdings ihren Höhepunkt erreicht. Aus diesem Grund wurde dem SiC(Siliziumcarbid)-Einkristall Aufmerksamkeit geschenkt, das gegenüber dem Si-Einkristall hinsichtlich der Realisierung von Leistungsbauelementen mit höherer Spannungsfestigkeit und geringerem Verlust vorteilhaft ist.
-
Vor der Fertigung von Leistungsbauelementen in einem aus einem SiC-Einkristall zusammengesetzten Substrat wird das Substrat durch Chemisch-mechanisches Polieren (CMP) planarisiert. Um die Poliereffizienz beim CMP zu erhöhen, wurde eine Poliertechnik unter Verwendung eines Polierpads, das Schleifkörner enthält, und einer Polierflüssigkeit mit einem Oxidationsvermögen entwickelt (siehe z.B.
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-68390 ).
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Wenn allerdings ein SiC-Einkristall-Substrat unter Verwendung einer Polierflüssigkeit mit einem Oxidationsvermögen wie zuvor erwähnt poliert wird, würde eine Fehlordnung im Kristallgitter des SiC-Einkristalls auftreten, was zu einer starken Verringerung der Leistung des Leistungsbauelements führt.
-
Demzufolge ist es ein erfindungsgemäßes Ziel, eine Polierflüssigkeit, mit der die Fehlordnung im Kristallgitter beschränkt werden kann, und ein Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats unter Verwendung der Polierflüssigkeit bereitzustellen.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Polierflüssigkeit bereitgestellt, die zum Polieren eines SiC-Substrats zu verwenden ist, wobei die Polierflüssigkeit ein Permanganat, ein pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats bereitgestellt durch Zuführen einer Polierflüssigkeit einem Polierpad, das Schleifkörner enthält, oder einem Polierpad, das keine Schleifkörner enthält, und in Kontakt bringen des Polierpads mit dem SiC-Substrat bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes einschließt: einen ersten Polierschritt zum Polieren des SiC-Substrats unter Verwendung einer ersten Polierflüssigkeit, die ein Permanganat, anorganische Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält, und einen zweiten Polierschritt zur Durchführung einer Endpolierung des SiC-Substrats unter Verwendung einer zweiten Polierflüssigkeit, die ein Permanganat, ein pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält, nach dem ersten Polierschritt.
-
Vorzugsweise wird das obige Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats unter Verwendung einer Poliervorrichtung durchgeführt, die Folgendes einschließt: einen Spanntisch, der das SiC-Substrat hält, das Polierpad, Tanks, die die erste Polierflüssigkeit und die zweite Polierflüssigkeit einzeln lagern, und Zuführmittel, die eine der ersten Polierflüssigkeit und der zweiten Polierflüssigkeit, die in den Tanks gelagert sind, selektiv zuführt, und die erste Polierflüssigkeit in dem ersten Polierschritt zugeführt wird, während die zweite Polierflüssigkeit anstelle der ersten Polierflüssigkeit in dem zweiten Polierschritt zugeführt wird.
-
Da die erfindungsgemäße Polierflüssigkeit das Permanganat, das pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält, kann eine Fehlordnung, die im Kristallgitter beim Polieren eines SiC-Substrats auftreten könnte, im Vergleich mit dem Fall einer Verwendung einer Polierflüssigkeit, die ein Permanganat, anorganische Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält, beschränkt werden. Außerdem wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats die Endpolierung des SiC-Substrats unter Verwendung der Polierflüssigkeit durchgeführt, die das Permanganat, das pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält, nachdem das Substrat unter Verwendung der Polierflüssigkeit poliert wurde, die das Permanganat, die anorganischen Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält, so dass die Fehlordnung im Kristallgitter beschränkt werden kann, während eine hohe Poliereffizienz aufrechterhalten wird.
-
Beim Studium der folgenden Beschreibung und der angefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, die eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform zeigen, werden die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und die Art und Weise ihrer Realisierung deutlicher und die Erfindung bestens zu verstehen sein.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 veranschaulicht schematisch ein Konfigurationsbeispiel einer Poliervorrichtung, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats verwendet wird, und
-
2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen anorganischen Salzen mit einem Oxidationsvermögen und der Polierrate zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Wenn ein SiC-Substrat unter Verwendung einer Polierflüssigkeit mit einem Oxidationsvermögen poliert wird, ist es möglich, dass die Poliereffizienz erhöht wird, jedoch wird eine Fehlordnung im Kristallgitter erzeugt, was zu einer stark verringerten Leistung der erhaltenen Leistungsbauelemente führt. Der hiesige Erfinder hat intensive und ausführliche Studien über dieses Phänomen betrieben. Als Ergebnis der Studien wurde herausgefunden, dass die Ursache für die Fehlordnung im Kristallgitter in den anorganischen Salzen liegt, die in der Polierflüssigkeit zum Verleihen eines Oxidationsvermögens enthalten sind. Auf Basis dieser Erkenntnis wurde die vorliegende Erfindung vollendet. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
-
Alle herkömmlichen Polierflüssigkeiten enthalten z.B. ein Permanganat, anorganische Salze mit einem Oxidationsvermögen (oxidierende anorganische Salze) und Wasser. Hierbei ist das Permanganat ein Oxosäuresalz von Mangan, vertreten von Kaliumpermanganat und Natriumpermanganat. Die anorganischen Salze mit einem Oxidationsvermögen beziehen sich auf oxidierende Feststoffe (entsprechend der Kategorie I für Gefahrstoffe gemäß dem Japanese Fire Service Law) wie chlorhaltige Verbindungen, Sulfate, Nitrate und Chromate.
-
Demgegenüber enthält die erfindungsgemäße Polierflüssigkeit ein pH-Einstellungsmittel anstelle der anorganischen Salze mit einem Oxidationsvermögen, die herkömmlich verwendet wurden. Insbesondere enthält die erfindungsgemäße Polierflüssigkeit ein Permanganat, ein pH-Einstellungsmittel und Wasser. Hierbei bezieht sich das pH-Einstellungsmittel auf ein Reagenz zum Einstellen des pH-Werts auf der sauren Seite, wie Salzsäure (Chlorwasserstoff), Schwefelsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure. Unter Verwendung einer solchen zuvor erwähnten Polierflüssigkeit kann die Fehlordnung im Kristallgitter, die begleitend beim Polieren eines SiC-Substrats auftreten könnte, beschränkt werden.
-
Im Folgenden wird nunmehr ein Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats unter Verwendung der Polierflüssigkeit gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben. Das Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt mindestens einen ersten Polierschritt und einen zweiten Polierschritt ein. In dem ersten Polierschritt wird das SiC-Substrat unter Verwendung einer Polierflüssigkeit (erste Polierflüssigkeit), die ein Permanganat, anorganische Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthalten, poliert. In dem zweiten Polierschritt wird das SiC-Substrat einer Endpolierung unterzogen, die unter Verwendung einer Polierflüssigkeit (zweite Polierflüssigkeit) durchgeführt wird, die ein Permanganat, ein pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält.
-
Zunächst wird die in dem Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu verwendende Poliervorrichtung beschrieben. 1 veranschaulicht schematisch ein Konfigurationsbeispiel der in dem Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats der vorliegenden Ausführungsform zu verwendenden Poliervorrichtung. Wie in 1 dargestellt wird, schließt eine Poliervorrichtung 2 in der vorliegenden Ausführungsform einen Spanntisch 4 zum Halten eines SiC-Substrats 11 durch Ansaugen ein. Der Spanntisch 4 ist mit einer Drehantriebsquelle (nicht gezeigt), wie einem Motor, verbunden und rotiert um eine Rotationsachse parallel zur vertikalen Richtung. Die obere Oberfläche des Spanntischs 4 ist mit einer Vertiefung ausgebildet, in der eine Halteplatte 6, die aus einem porösen Material gebildet ist, eingebaut ist. Eine obere Oberfläche der Halteplatte 6 bildet eine Halteoberfläche 6a, auf der eine aus einem SiC-Einkristall zusammengesetztes scheibenförmiges SiC-Substrat 11 durch Ansaugen zu halten ist. Ein negativer Druck einer Ansaugquelle (nicht gezeigt) wirkt auf der Halteoberfläche 6a über eine Passage 4a, die im Inneren des Spanntischs 4 gebildet ist. Wie in 1 dargestellt wird, ist eine Folie 13, die im Durchmesser größer ist als die Halteoberfläche 6a, an der unteren Seite des SiC-Substrats 11 angebracht. Wenn der negative Druck der Ansaugquelle an der Halteoberfläche 6a wirkt, wobei die Folie 13 in Kontakt mit der Halteoberfläche 6a steht, wird das SiC-Substrat 11 durch Ansaugen an den Haltetisch 4 durch die dazwischen liegende Folie 13 gehalten.
-
Über dem Spanntisch 4 ist eine Poliereinheit 8 zum Polieren des SiC-Substrats 11 angebracht. Die Poliereinheit 8 schließt eine Spindel 10 ein, die eine Drehwelle bildet. An einem unteren Endteil (Spitzenteil) der Spindel 10 ist eine scheibenförmige Radhalterung 12 vorgesehen. Auf einer unteren Oberfläche der Radhalterung 12 ist ein Polierrad 14 montiert, das einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser wie die Radhalterung 12 aufweist. Das Polierrad 14 schließt einen Raduntersatz 16 ein, der aus einem metallischen Material, wie Edelstahl oder Aluminium, gebildet ist. An der unteren Oberfläche des Raduntersatzes 16 ist ein scheibenförmiges Polierpad 18 befestigt. Das Polierpad 18 wird z.B. durch Mischen von Schleifkörnern mit einem Material, wie Polyurethan, gebildet. Es ist zu erwähnen, dass das Polierpad 18 nicht notwendigerweise Schleifkörner enthalten muss. Mit einem oberen Ende (Untersatzende) der Spindel 10 ist eine Drehantriebsquelle (nicht gezeigt), wie ein Motor, verbunden. Das Polierrad 14 rotiert um eine Drehachse parallel zur vertikalen Richtung mittels einer Drehkraft, die von der Drehantriebsquelle übertragen wird.
-
Die Spindel 10, die Radhalterung 12, der Raduntersatz 16 und das Polierpad 18 sind hierbei mit längsverlaufenden Löchern 10a, 12a, 16a und 18a, die diese jeweils in vertikaler Richtung durchstechen, vorgesehen. Ein unteres Ende des längsverlaufenden Loches 10a und ein oberes Ende des längsverlaufenden Loches 12a sind miteinander verbunden, ein unteres Ende des längsverlaufenden Loches 12a und ein oberes Ende des längsverlaufenden Loches 16a sind miteinander verbunden und ein unteres Ende des längsverlaufenden Loches 16a und ein oberes Ende des längsverlaufenden Loches 18a sind miteinander verbunden. Ein oberes Ende des längsverlaufenden Loches 10a ist mit einer Zuführregulierungseinheit (Zuführmittel) 20 über eine Rohrleitung oder dergleichen verbunden. Die Zuführregulierungseinheit 20 ist ferner mit einem ersten Tank 22 und einem zweiten Tank 24 über eine Rohrleitung oder dergleichen verbunden. In dem ersten Tank 22 wird eine Polierflüssigkeit gelagert, die ein Permanganat, anorganische Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält. Demgegenüber wird in dem zweiten Tank 24 eine Polierflüssigkeit gelagert, die ein Permanganat, ein pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält. Die Zuführregulierungseinheit 20 führt eine der getrennt in dem ersten Tank 22 und dem zweiten Tank 24 gelagerten Polierflüssigkeiten zu. Eine Polierflüssigkeit 15, die aus der Zuführregulierungseinheit 20 in das längsverlaufende Loch 10a eingespeist wurde, wird über eine Öffnung des längsverlaufenden Lochs 18a, das in der Mitte der unteren Oberfläche des Polierpads 18 gebildet ist, einer Kontaktfläche zwischen dem SiC-Substrat 11 und dem Polierpad 18 zugeführt. Während der Spanntisch 4 und die Spindel 10 weiterhin rotieren, wird das Polierrad 14 gesenkt, um die untere Seite des Polierpads 18 mit der oberen Seite des SiC-Substrats 11 in Kontakt zu bringen, während die Polierflüssigkeit 15 zugeführt wird, wodurch das SiC-Substrat 11 poliert werden kann.
-
In dem Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst der erste Polierschritt durchgeführt, in dem das SiC-Substrat 11 unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die ein Permanganat, anorganische Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält, poliert wird. Insbesondere wird das SiC-Substrat 11 unter Kontrolle der Zuführregulierungseinheit 20 poliert, so dass die Polierflüssigkeit (die Polierflüssigkeit, die Permanganat, die anorganischen Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält), die in dem ersten Tank 22 gelagert wird, der Kontaktfläche zwischen dem SiC-Substrat 11 und dem Polierpad 18 zugeführt wird. Der erste Polierschritt wird beendet, wenn das SiC-Substrat 11 so poliert wurde, dass ein vorgegebener beliebiger Polierbetrag erreicht wird. Es ist zu erwähnen, dass die in dem ersten Polierschritt verwendete Polierflüssigkeit beigemischte Schleifkörner enthalten kann.
-
Nach dem ersten Polierschritt wird der zweite Polierschritt durchgeführt, in dem das SiC-Substrat 11 einer Endpolierung unterzogen wird, die unter Verwendung der Polierflüssigkeit durchgeführt wird, die ein Permanganat, ein pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält. Insbesondere wird das SiC-Substrat 11 unter Kontrolle der Zuführregulierungseinheit 20 poliert, so dass die Polierflüssigkeit (die Polierflüssigkeit, die das Permanganat, das pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält), das in dem zweiten Tank 24 gelagert wird, der Kontaktfläche zwischen dem SiC-Substrat 11 und dem Polierpad 18 zugeführt wird. Auf diese Weise wird die der Kontaktfläche zwischen dem SiC-Substrat 11 und dem Polierpad 18 zuzuführende Polierflüssigkeit gewechselt, so dass ein Unterschied zwischen dem ersten Polierschritt und dem zweiten Polierschritt besteht, und wenn das SiC-Substrat so poliert wurde, dass ein vorgegebener beliebiger Polierbetrag erreicht wird, wird der zweite Polierschritt beendet. Es ist zu erwähnen, dass die in dem zweiten Polierschritt verwendete Flüssigkeit beigemischte Schleifkörper enthalten kann.
-
In dem zuvor erwähnten ersten Polierschritt wird die Polierflüssigkeit verwendet, die das Permanganat, die anorganischen Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält, so dass eine hohe Poliereffizienz aufrechterhalten werden kann. Demgegenüber wird in dem zweiten Polierschritt die Polierflüssigkeit, die das Permanganat, das pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält, verwendet, so dass eine Fehlordnung, die im Kristallgitter auftreten könnte, unterdrückt werden kann. Es ist zu erwähnen, dass der Polierbetrag in dem ersten Polierschritt und der Polierbetrag in dem zweiten Polierschritt vorzugsweise so reguliert werden, dass die Effizienz und die Qualität des Polierens auf hohem Niveau gehalten werden können.
-
Da die Polierflüssigkeit in der vorliegenden Ausführungsform das Permanganat, das pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält, kann die Fehlordnung, die im Kristallgitter beim Polieren des SiC-Substrats 11 auftauchen könnte, wie oben beschrieben wurde, im Vergleich mit der Polierflüssigkeit, die ein Permanganat, anorganische Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält, beschränkt werden. Außerdem wird in dem Verfahren zum Polieren eines SiC-Substrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Endpolierung des SiC-Substrats 11 unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die das Permanganat, das pH-Einstellungsmittel und Wasser enthält, durchgeführt, nachdem das SiC-Substrat 11 unter Verwendung der Polierflüssigkeit poliert wurde, die das Permanganat, die anorganischen Salze mit einem Oxidationsvermögen und Wasser enthält, so dass die Fehlordnung im Kristallgitter unterdrückt werden kann, während eine hohe Poliereffizienz aufrechterhalten wird.
-
Im Folgenden wird nun ein Experiment beschrieben, das zur Verifizierung der vorteilhaften erfindungsgemäßen Wirkung durchgeführt wurde. In diesem Experiment wurden die Beziehungen zwischen den Gehalten an Permanganat und dem pH-Einstellungsmittel in der Polierflüssigkeit (zweiten Polierflüssigkeit), die in dem zweiten Polierschritt verwendet wurde, und der Qualität des nach dem Polieren erhaltenen SiC-Substrats untersucht. Insbesondere wurde ein SiC-Substrat, das einem ersten Polierschritt unterzogen wurde, dem zweiten Polierschritt unterzogen, der unter Verwendung von Polierflüssigkeiten durchgeführt wurde, die sich in den Gehalten an Permanganat und dem pH-Einstellungsmittel unterschieden. Es ist zu erwähnen, dass der erste Polierschritt unter Verwendung einer Polierflüssigkeit durchgeführt wurde, die 0,5 Gew.% Kaliumpermanganat und 0,2 Gew.% anorganische Salze mit einem Oxidationsvermögen enthielt. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehungen zwischen den anorganischen Salzen mit einem Oxidationsvermögen, die in der im ersten Polierschritt verwendeten Polierflüssigkeit enthalten waren, und der Polierrate zeigt. In jedem Fall war eine ausreichende Polierrate erhältlich.
-
In dem zweiten Polierschritt wurden eine Polierflüssigkeit A, die durch Mischen von Kaliumpermanganat (Permanganat), Phosphorsäure (pH-Einstellungsmittel) und Wasser hergestellt wurde, und eine Polierflüssigkeit B, die durch Mischen von Natriumpermanganat (Permanganat), Phosphorsäure (pH-Einstellungsmittel) und Wasser hergestellt wurde, verwendet. Es wurde herausgefunden, dass eine gute Polierqualität erhalten werden kann, wenn die Polierflüssigkeit A durch Mischen von 0,1 Gew.% bis 5,0 Gew.% Kaliumpermanganat und 0,01 Gew.% bis 2,0 Gew.% Phosphorsäure mit Wasser hergestellt wird, wobei ein Molverhältnis von Kaliumpermanganat zu Phosphorsäure innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 2,5 eingestellt wird. Ebenso wurde herausgefunden, dass eine gute Polierqualität erhalten werden kann, wenn die Polierflüssigkeit B durch Mischen von 0,1 Gew.% bis 5,0 Gew.% Natriumpermanganat und 0,01 Gew.% bis 2,0 Gew.% Phosphorsäure mit Wasser hergestellt wird, wobei ein Molverhältnis von Natriumpermanganat zu Phosphorsäure innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 2,5 eingestellt wird.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Umfang der Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert, und alle Änderungen und Modifikationen, die innerhalb der Äquivalenz des Umfangs der Ansprüche liegen, werden daher von der Erfindung erfasst.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-