JP2004168649A - ＳｉＣ基板およびＳｉＣ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 実用的な条件によって加工変質層を除去するＳｉＣ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のＳｉＣ基板の製造方法は、第１および第２の主面を備え、機械的平面加工あるいは切削加工により生じた加工変質層３ａを前記第１の主面に有するＳｉＣ基板１から、前記加工変質層３ａの少なくとも一部を気相エッチング法により除去する工程を包含する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＳｉＣ基板およびその製造方法に関し、特に、少なくとも片面が研磨されたＳｉＣ基板の製造方法に関する。

近年、光ディスクに高記録密度で情報を記録・再生するための光源として、また、画像をフルカラーで表示したり、照明として用いるための光源として、ＧａＮ系半導体を発光層とし、紫外領域や青色などの短波長の光を出射し得るレーザおよび発光ダイオードが求められている。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。このため、サファイア単結晶基板や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おり、ＧａＮ系半導体層を形成するための、サファイア単結晶基板やＳｉＣ単結晶基板が求められている。

また、ＳｉＣ単結晶基板は、高い品質のＳｉＣ半導体層を形成するための基板としても求められている。ＳｉＣ半導体はＧａＡｓ半導体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ため、ＳｉＣ単結晶基板上高品質のＳｉＣ半導体層を形成し、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を実現する研究・開発がなされている。このほか、半導体プロセスにおいて、耐熱性、高熱伝導性、高温強度、低熱膨張、耐摩耗性等に優れているという理由からも、ＳｉＣからなるダミーウエハが求められている。

こうした用途のためのサファイア単結晶基板やＳｉＣ基板には、基板の平坦性、基板表面の平滑性等において高い加工精度が要求される。しかし、サファイア単結晶やＳｉＣは一般に硬度が高く、かつ、耐腐食性に優れるため、こうした基板を作製する場合の加工性は悪く、加工精度の高いサファイア単結晶基板やＳｉＣ基板を得ることは難しい。

特に、特許文献１に記載されているように、サファイア単結晶の塊体を切断・ラッピング後、表面に鏡面仕上げを施した場合、加工歪が生じている加工変質層が裏面に残るため、基板が反ってしまうという問題が生じる。このため、このような基板を用いてフォトリソグラフィを行う場合、露光装置などにおいて基板を真空吸着できなかったり、基板の平面度が悪いために露光の精度が悪くなるという不具合が生じる。また、このような加工変質層が残っている基板に金属やセラミックス等の薄膜を積層した場合、基板の残留応力に薄膜の持つ応力が加わることによって、基板が割れてしまうという問題が生じる。

このため、特許文献１は、サファイア単結晶基板を加熱したリン酸または苛性カリ中に浸漬し、基板に残存する加工変質層を溶解することによって除去し、基板の反りを解消する技術を開示している。

しかしながら、ＳｉＣ基板の場合、ＳｉＣを加熱したリン酸または苛性カリで溶解することはできない。ＳｉＣを溶解する溶液として、３００℃以上に過熱された溶融アルカリが知られているが、高温の溶融アルカリを安全に取り扱うためには大掛かりな設備が必要となる。

特許文献１は、サファイア単結晶基板の加工変質層を除去する他の方法として、イオンスパッタリングおよびイオンエッチングを用いてもよいことを開示している。しかし、これらの方法は加速されたアルゴンなどのイオンを基板の表面に衝突させることにより、イオンの物理的エネルギを利用して基板表面のエッチングを行うものであり、エッチング速度が遅いという問題がある。

また、ＳｉＣの融点は２０００℃以上であるため、アニール処理によって加工歪を除去するためには、ＳｉＣ基板を１６００℃以上にまで加熱する必要がある。このような高温での熱処理をＳｉＣ基板に施すためには、大掛かりな設備を必要とする。
特開昭５５−２０２６２号公報

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、実用的な条件によって加工変質層が除去されたＳｉＣ基板およびＳｉＣ基板の製造方法を提供することにある。

本発明のＳｉＣ基板の製造方法は、第１および第２の主面を備え、機械的平面加工あるいは切削加工により生じた加工変質層を前記第１の主面に有するＳｉＣ基板から、前記加工変質層の少なくとも一部を気相エッチング法により除去する工程（ａ）を包含する。

ある好ましい実施形態において、前記気相エッチング法は反応性イオンエッチング法である。

ある好ましい実施形態において、前記第２の主面は前記ＳｉＣ基板において素子を形成する面である。

ある好ましい実施形態において、ＳｉＣ基板の製造方法は、前記第２の主面を鏡面研磨する工程（ｂ）をさらに包含する。

ある好ましい実施形態において、前記ＳｉＣ基板は機械的平面加工あるいは切削加工による加工変質層を前記第２の主面を有し、ＳｉＣ基板の製造方法は、前記第２の主面の加工変質層の少なくとも一部を気相エッチング法により除去する工程（ｃ）と、前記工程（ａ）および（ｃ）の後、前記第１の主面および第２の主面のうち、少なくとも前記第２の主面を鏡面研磨する工程（ｄ）とをさらに包含する。

ある好ましい実施形態において、前記ＳｉＣ基板は、前記機械的平面加工あるいは切削加工による加工変質層を第２の主面に有し、ＳｉＣ基板の製造方法は、前記第２の主面の加工変質層を機械的研磨および化学的機械研磨によって除去し、前記第２の主面を鏡面に仕上げる工程（ｅ）をさらに包含する。

ある好ましい実施形態において、前記工程（ａ）により得られる前記第１の主面は１０ｎｍ〜１μｍの面粗度Ｒａを有している。

ある好ましい実施形態において、ＳｉＣ基板の製造方法は、ＳｉＣの塊体から前記ＳｉＣ基板を切断する工程をさらに包含し、前記第１の主面および第２の主面は前記切断工程により形成されたものである。

ある好ましい実施形態において、前記ＳｉＣ基板の反りの変化を許容するように、前記工程（ａ）において、前記ＳｉＣ基板を保持する。

ある好ましい実施形態において、前記気相エッチング法はフッ素を含むガスを用いる。

ある好ましい実施形態において、前記フッ素を含むガスは、ＣＦ₄またはＳＦ₆である。

ある好ましい実施形態において、前記気相エッチング法により、前記加工変質層を０．５〜２０μｍ/Ｈｒの範囲のエッチング速度で除去する。

ある好ましい実施形態において、前記ＳｉＣ基板は非晶質、多結晶または単結晶である。

本発明のＳｉＣ基板は、上記いずれかの方法により製造される。

本発明のＳｉＣ基板は、実質的に並行な２つの主面を備え、前記２つの主面の一方のみが鏡面仕上げされており、反りが±５０μｍ以下である。

本発明によれば、ＳｉＣ基板に形成された加工変質層を実用的なエッチング速度で容易に除去することができる。したがって、平坦なＳｉＣ基板を容易に製造することができる。また、加工面の面粗度をほとんど変えることなく、加工変質層を除去できるため、片面のみに鏡面仕上げが施された基板を製造することもできる。

本願発明では、機械的平面加工あるいは切削加工によりＳｉＣ基板に生じた加工変質層を気相エッチング法により除去する。特に、気相エッチング法には反応性ガスを用いることが好ましい。たとえば、反応性ガスを用いたイオンビームエッチング法や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を本発明に用いることができ、化学的反応性が高い反応性イオンエッチングを用いることがより好ましい。

半導体装置の製造分野では、半導体層や絶縁層などの薄膜を反応性イオンエッチングによって除去する方法が従来より知られている。しかし、この分野では、薄膜形成装置で形成した薄膜のパターニングやエッチング、あるいは半導体基板表面の酸化層の除去などに反応性イオンエッチングが用いられ、エッチング量も典型的には数百ｎｍ以下である。また、反応性イオンエッチング法を用いた場合、プラズマによるダメージが半導体層に生じ易いことが知られている。このため、半導体層に生じるダメージが問題となる場合には、エッチング液を用いたウエットエッチング法により半導体層や絶縁層を除去したり、反応性イオンエッチング法によるエッチングのあと、反応性イオンエッチングによるダメージが生じた半導体領域をウエットエッチングにより除去することが行われていた。つまり、ウエットエッチングを用いることが好ましい工程では反応性イオンエッチングによるエッチングは適切な方法ではない場合が多い。

このような背景にもかかわらず、本願発明者は、気相エッチング、好ましくはフッ素を含むガスを用いた反応性イオンエッチングにより、実用的なエッチング速度でＳｉＣ基板を削ることができることを見出した。薄膜ではないＳｉＣ基板を気相エッチングを用い、数ミクロンのオーダーで削るという発想は半導体装置の製造分野ではこれまでになかった。特に、本発明では、気相エッチングにより、半導体素子を形成する面とは反対の面に生じた加工変質層を除去することを特徴とする。以下において詳細に説明するように、このとき、ＳｉＣ基板に反りが生じていても、表面からほぼ均一に加工変質層をエッチングでき、加工変質層の除去にともなってＳｉＣ基板の反りが解消する。このため、基板の平行度やＴＴＶ（Total Thickness Variation）に優れたＳｉＣ基板を製造することができる。本発明によれば、直径４インチ以下のＳｉＣ基板の反りを±５０μｍ以内にすることができる。このような反りの小さいＳｉＣ基板は従来の製造方法では得られなかった。

また、ＳｉＣ基板に生じた加工変質層を除去するのに反応性イオンエッチングを用いても、ＳｉＣ基板に生じる反応性イオンエッチングによるダメージは問題とならない。加工変質層を除去すべき主面は、鏡面研磨が施され半導体素子が形成される面とは反対の面であったり、加工変質層を反応性イオンエッチングにより除去したのち、鏡面研磨をさらに施すことが可能だからである。

以下本発明によるＳｉＣ基板の製造方法を具体的に説明する。図１に示すように、本発明で用いるＳｉＣ基板１は、ＳｉＣの塊体２から切り出される切片である。ＳｉＣの塊体２は、単結晶、多結晶および非晶質のいずれであってもよい。また、ＳｉＣの塊体２は、ＳｉおよびＣ以外のＡｌ、Ｚｒ、Ｙ、Ｏなどの添加元素、あるいは、置換元素を含んでいてもよい。本願明細書においてＳｉＣ基板とは、添加元素あるいは置換元素を含有するＳｉＣからなるＳｉＣ基板を含むものとする。

ＳｉＣ基板１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、ＧａＮ系半導体層のエピタキシャル成長用基板として単結晶からなるＳｉＣ基板１を用いる場合には、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基板１を用意する。

ＳｉＣの塊体２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。このような切削加工により切り出されたＳｉＣ基板１は、図２に示すように、切削加工により形成される第１の主面１ａおよび第２の主面１ｂの表面近傍に加工変質層３ａ、３ｂを含む。本願明細書において切削加工とは、上述した外周刃または内周刃のカッティングブレードによる切断およびワイヤーソーによる切断などをいう。

加工変質層３ａ、３ｂには機械的切断による加工歪が生じている。このため、第１の主面１ａおよび第２の主面２ｂがそれぞれ凸状となるような圧縮応力が加工変質層３ａ、３ｂに働く。圧縮応力の大きさは加工変質層３ａ、３ｂの厚さに依存する。図１および図２から明らかなように、ＳｉＣ基板１の第１の主面１ａおよび第２の主面２ｂは、機械的切断により同じ条件で形成されるため、加工変質層３ａおよび加工変質層３ｂの厚さは実質的に等しい。このため、加工変質層３ａおよび加工変質層３ｂに働く圧縮応力が等しくなり、ＳｉＣの塊体２から切断されたＳｉＣ基板１全体としてはほとんど反りが生じない。加工変質層３ａ、３ｂの厚さは切断方法等の切断条件や基板の材質に依存するが、一般に切断により形成された面の最大面粗度Ｒｍａｘの約３〜１０倍程度であると言われている。

図１および図２では、ＳｉＣの塊体２から切り出されたＳｉＣ基板１を説明したが、本発明で用いるＳｉＣ基板は、焼結によって形成されたＳｉＣ板を研磨により薄板化したものでもよい。図３（ａ）に示すように、焼結により形成したＳｉＣ板４を用意し、第１の主面４ａおよび第２の主面４ｂの少なくとも一方をラッピング装置などを用いて研磨することにより、機械的平面加工を施す。ＳｉＣ板４の厚さが所望の値になるまで機械的平面加工を施すことにより、図３（ｂ）に示すＳｉＣ基板４’が得られる。ＳｉＣ基板４’は、その第２の主面４’ｂのみが機械的研磨により形成されており、機械的研磨により加工変質層３ｂが第２の主面４’ｂの表面近傍に形成されている。第１の主面４ａは焼結により形成されたＳｉＣ板４であるため、第１の主面４ａに加工変質層３ｂは形成されていない。このため、ＳｉＣ基板４’は、加工変質層３ｂによる圧縮応力で、第２の主面４’ｂが凸状になるように反っている。

本願明細書において機械的平面加工とは、研磨剤を用いたラッピング装置による研磨およびバーティカルグラインダーによる研磨などを言う。基板主面の表面近傍に加工変質層が存在する場合、機械的平面加工によって基板を研磨することにより、その加工変質層は、除去される。しかし、機械的平面加工により、基板の主面の表面近傍領域に常に加工歪が発生し、新たな加工変質層が形成される。その結果、機械的平面加工が施された基板の主面は常に加工変質層が存在する。上述したように、この加工変質層の厚さは、表面の最大面粗度Ｒｍａｘに依存する。機械的平面加工により研磨された面は、おおよそ１０ｎｍ〜１μｍ程度の面粗度Ｒａを有する。

図３（ｃ）に示すように、ＳｉＣ板４の第１の主面４ａおよび第２の主面４ｂを機械的研磨した場合には、第１の主面４’ａおよび第２の主面４’ｂに加工変質層３ａ、３ｂが形成されたＳｉＣ基板４’が得られる。上述したように加工変質層３ｂの厚さは、第１の主面４’ａおよび第２の主面４’ｂ最大面粗度Ｒｍａｘに依存する。このため、第１の主面４ａおよび第２の主面４ｂの研磨量にかかわらず、加工変質層３ａおよび加工変質層３ｂの厚さはほぼ等しくなる。生じる圧縮応力も第１の主面４’ａ側および第２の主面４’ｂ側で等しく、図３（ｃ）に示すＳｉＣ基板４’には反りがほとんど生じない。

次に、加工変質層３を反応性イオンエッチング法により除去する工程について説明する。反応性イオンエッチング法に用いる装置としては、平行平板型反応性イオンエッチング装置、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）反応性イオンエッチング装置、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチング装置など、半導体製造プロセスに用いられる種々の反応性イオンエッチング装置を用いることができる。エッチングには、Ｆを含むガスを用いることがこのましい。Ｆ₂、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨ₃Ｆ、ＳＦ₆などを用いることができるが、ＣＦ₄またはＳＦ₆を用いることがより好ましい。Ｆを含むガスに加えて、Ａｒ、Ｈ₂、Ｏ₂、Ｎ₂などの他のガスを混合して用いてもよい。

ＳｉＣ基板１は、除去すべき加工変質層３が反応性イオンエッチング装置のチャンバ内で露出するように基板ホルダに保持される。このとき、基板ホルダはＳｉＣ基板１の反りがエッチング中に変化しても、反りの変化を許容してＳｉＣ基板１を保持できるよう、ＳｉＣ基板１の全体を基板ホルダに貼り付けて固定しないことが好ましい。

投入する電力の大きさ、反応中のガス圧、および反応ガスのガス流量は、用いる装置の種類およびエッチング行うＳｉＣ基板の結晶状態、装置内に一度に導入するＳｉＣ基板の数に依存する。加工変質層を除去するエッチング速度が、０．５〜２０μｍ／Ｈｒになるよう、これらのパラメータを調整することが好ましい。０．５μｍ／Ｈｒよりもエッチング速度が小さい場合、エッチング効率が悪く工程能力に問題があり、一般的な反応性エッチング装置では２０μｍ／Ｈｒよりもエッチング速度を大きくすることは難しい。実用的には１〜５μｍ／Ｈｒのエッチング速度で加工変質層を削ることがより好ましい。

反応性イオンエッチング法により、ＳｉＣ基板１の加工変質層は、エッチングガス中の化学種と化学反応し、気体となって除去される。反応性イオンエッチングによれば、エッチング前の表面状態を維持しながら加工変質層が除去される。したがって、反応性イオンエッチングの前後において基板表面の面粗度は、おおよそ維持される。

反応性イオンエッチング法による加工変質層の除去は、加工変質層表面とエッチングガスとの接触により進行するので、ＳｉＣ基板１が反っていても加工変質層の表面からほぼ均一に進み、加工変質層の厚さが全体として均一に小さくなる。加工変質層が薄くなるのにともなって、加工変質層による応力が減少し、ＳｉＣ基板１の反りが解消される。応力の釣り合いによって、加工変質層を除去する前にＳｉＣ基板１が平坦である場合には、加工変質層の除去によって応力のつり合いが崩れるため、逆に反りが生じる。このとき、ＳｉＣ基板１は、反応性イオンエッチング装置の基板ホルダに貼り付けられていないので、反りの変化に応じてＳｉＣ基板１を保持することができる。

つまり、反応性イオンエッチング法による加工変質層の除去によれば、ＳｉＣ基板１が反っていても、表面からほぼ均一加工変質層を除去することが可能であり、また、加工変質層の除去にともなって生じるＳｉＣ基板１の反りの変化を許容してＳｉＣ基板を保持できる。これにより、基板の反りの解消するとともに、高い平行度および小さな厚さばらつきを同時に達成することができる。

なお、反応性イオンエッチング中、プラズマ状態になっているエッチングガスの化学種がＳｉＣ基板１と衝突し、ＳｉＣ基板１の表面にダメージを与える可能性がある。上述したように、このようなプラズマによる基板表面のダメージは好ましくないものとされていた。しかし、本発明では、このダメージは問題とならない。なぜなら、以下において説明するように、反応性イオンエッチング法により除去される加工変質層が存在する主面は、基板としてエピタキシャル層を成長させる表面ではなかったり、ダメージが生じているＳｉＣ基板の表面領域がその後鏡面研磨工程により除去されるからである。

このように、本発明は加工変質層を反応性イオンエッチングによって除去することに１つの特徴を有する。そして、反応性イオンエッチングによる加工変質層の除去工程をＳｉＣ基板の研磨工程と組みあわせることにより従来得られなかった特徴を備えるＳｉＣ基板を作製することができる。

本発明において加工変質層の除去工程と組み合わせて用いられる工程としては、上述した機械的平面加工および鏡面研磨加工がある。鏡面研磨加工には、化学的エッチングをともなう化学的機械研磨（ＣＭＰ）を用いることができる。化学的機械研磨は、研磨中に新たな加工歪を基板にほとんど発生させることなく、基板の表面領域を除去し、かつ、表面の面粗度を小さくすることができる。このため、機械的平面加工とは異なり、化学的機械研磨中新たな加工変質層が形成されることはなく、形成されているとしてもその厚さは非常に小さく、加工変質層による圧縮応力の影響はほとんど無視することができる。また、化学的機械研磨が施された表面は鏡面となる。鏡面状に仕上げられた面は、おおよそ１ｎｍ以下の面粗度Ｒａを有する。化学的機械研磨には、コロイダルシリカを用いるものが一般的であるが、化学的機械研磨用の他の材料を用いてもよい。

以下、本発明によるＳｉＣ基板の製造方法をより詳細に説明する。なお、図４、６および７の各図において、基板表面の粗さを示すため、基板の主面に仕上げ記号を付している。

（第１の実施形態）
図４（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１を用意する。図１および図２を参照して説明したように、ＳｉＣ基板１は、ＳｉＣの塊体１からワイヤーソーなどによって切削加工されて切り出される。ＳｉＣ基板１の第１の主面１ａおよび第２の主面１ｂには切削加工による加工変質層３ａおよび３ｂがそれぞれ形成されている。

まず、ＳｉＣ基板１の第１の主面１ａおよび第２の主面１ｂを、切削加工による面粗度よりも小さな面粗度となるよう、適切な研磨剤およびラッピング装置を用いて研磨する。これにより、図４（ｂ）に示すように、第１の主面１ａおよび第２の主面１ｂの加工変質層３ａ、３ｂの一部が除去される。

次に加工変質層３ｂの残った第２の主面１ｂに化学的物理的研磨を施し、加工変質層３ｂを完全に除去する。第２の主面１ｂは後に半導体層などが形成され、半導体素子が形成される面である。これにより、図４（ｃ）に示すように、鏡面状に仕上げられた第２の主面１１ｂが形成される。第１の主面１ａ側には加工変質層３ａがそのまま残っているので、ＳｉＣ基板１は第１の主面１ａが凸状になるよう全体が反る。

次に半導体素子を形成する面とは反対の面に残っている加工変質層３ａを反応性エッチングにより除去する。反応性エッチング装置内の基板ホルダに第２の主面１１ｂが下になるようＳｉＣ基板１を保持し、反応性エッチングを行うことにより、加工変質層３ａを完全に除去する。このとき、第２の主面１１ｂは基板ホルダに接しているため、実質的に全くエッチングされない。

上述したように加工変質層３ａが全体として均一に除去されるにつれてＳｉＣ基板１の反りは解消されてゆき、加工変質層３ａを完全に除去されると、図４（ｄ）に示すように、ほとんど反りのない実質的に平坦なＳｉＣ基板１１が得られる。エッチングの前後において第１の主面の面粗度は維持される。このため、加工変質層３ａが除去されて形成される第１の主面１１ａは機械的平坦加工による面粗度と同程度の面粗度を有する。最後にＳｉＣ基板１１を洗浄することにより、片面のみが鏡面状に仕上げられた平坦なＳｉＣ基板１１が得られる。

上述したようにＳｉＣ基板１１の第１の主面は機械的平坦加工によって得られる程度の面粗度を備えている。具体的には、第１の主面１１ａの面粗度Ｒａは１０ｎｍ〜１μｍ程度である。一方第２の主面１１ｂは鏡面に仕上げられており、その面粗度Ｒａは１ｎｍ以下である。また、ＳｉＣ基板全体の平面度は直径２インチ程度の基板の場合、おおよそ±２０μｍ以内である。なお、本実施形態では、第１の主面に機械的平面加工を施したが、基板の用途によっては、第１の主面を切削加工上がりの状態のままにしておいてもよい。

このように本実施形態による片面のみに鏡面仕上げが施された基板は、たとえば半導体製造装置において、基板の表面と裏面との識別を容易に行うことができるという利点や、鏡面仕上げが施されていない面において光が散乱し、光を透過させないので、基板材料が光源に対して透明であっても露光装置を用いた露光を行うことができるという利点を備える。

従来の技術によれば、片面のみが鏡面に仕上げられた平坦なＳｉＣ基板を製造することは非常に困難である。加工変質層を除去するには化学的物理的研磨を行う必要があり、これにより、面粗度は小さくなってしまうからである。このため、従来の片面のみが鏡面に仕上げられたＳｉＣ基板では、鏡面と逆の面に生じた加工変質層３ａが残されたままになっており、加工変質層３ａによる応力のため、基板の反りは６０μｍ以上になっている。

なお、本実施形態の反応性エッチングの工程では、図５に示すように、半導体素子を形成する面である第２の主面１１ｂを反応性エッチング装置の基板ホルダ２０に対向させてＳｉＣ基板１を保持し、加工変質層３ａのエッチングを行う。このとき、基板ホルダ２０もエッチングガスに曝されるため、基板ホルダ２０を構成するガスとエッチングガスとの組み合わせによっては、基板ホルダ２０がエッチングされ、エッチングされた基板ホルダ２０を構成する物質などの異物２０’が、ＳｉＣ基板１の第２の主面１１ｂの外周１１ｅ近傍に付着する可能性がある。第２の主面１１ｂは半導体素子を形成する面であるため、このような異物２０’が第２の主面１１ｂの外周１１ｅ近傍に付着するのは好ましくない。

したがって、異物２０’が付着した場合には、反応性エッチング後に異物２０’を除去することが好ましい。ＳｉＣ基板１をエッチングしたり、ＳｉＣ基板１にダメージを与えないように、ＳｉＣ基板１は実質的に溶解しないが、異物２０’を溶解するような溶液を用い、ウエットエッチングにより異物２０’を除去することが好ましい。つまり、ＳｉＣ基板１を実質的に溶解しないエッチング液および、そのエッチング液により容易に溶解される材料で基板ホルダ２０を構成することが好ましい。

本実施形態では、第１の主面１１ａを機械的平坦加工によって得られる程度の面粗度にしているが、更に化学的物理的研磨を施して第１の主面１１ａも鏡面に仕上げても良い。この場合、第１の主面１１ａの表面に加工変質層は存在しないため、従来の技術を用いて研磨を施す場合に比べて研磨時間を短くすることができる。ＳｉＣ基板１１に反りも生じていないため、鏡面仕上げにより、ＳｉＣ基板１１の平行度や反りを悪化させることはない。

また、本実施形態において反応性エッチングを行う工程は、第２の主面１１ｂを鏡面に仕上げた後である必要はない。たとえば、ＳｉＣ基板１を切削加工により切り出した後、まず初めに加工変質層３ａを反応性エッチングにより除去してもよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態と同様、図６（ａ）に示すように、ＳｉＣ基板１を用意する。ＳｉＣ基板１の第１の主面１ａおよび第２の主面１ｂには切削加工または機械的平坦加工による加工変質層３ａおよび３ｂがそれぞれ形成されている。

まず、第１の主面１ａおよび第２の主面１ｂに存在する加工変質層３ａおよび３ｂを反応性エッチングにより完全に除去する。たとえば、反応性エッチング装置内の基板ホルダに第２の主面１ｂが基板ホルダに対向し、基板の反りの変化を許容するようにＳｉＣ基板１を保持し、反応性エッチングを行うことにより、加工変質層３ａを完全に除去する。第１の実施形態で説明したように、反応性エッチングにより、加工変質層３ａは全体として均一にエッチングされる。加工変質層３ａの厚さが小さくなるにつれて、加工変質層３ａおよび３ｂの厚さに差異が生じるため、応力差が発生し、ＳｉＣ基板１には第２の主面１ｂが凸となるように反りが生じる。次にＳｉＣ基板１を裏返し、加工変質層３ｂを除去する。加工変質層３ｂの厚さが小さくなるにつれて応力差が小さくなり、基板の反りは解消される。これにより、図６（ｂ）に示すように、第１の主面１’ａおよび第２の主面１’ｂに加工変質層が存在しないＳｉＣ基板１’を得る。ＳｉＣ基板１’にはその両主面に加工変質層が存在しないため、ＳｉＣ基板１’にほとんど反りは生じていない。

次に第２の主面１’ｂに化学的機械研磨を施し、第２の主面１’ｂを鏡面状に仕上げる。これにより、図６（ｃ）に示すように、鏡面状の第２の主面１１ｂを有するＳｉＣ基板１１が得られる。加工変質層が残存していないため、ＳｉＣ基板１１に反りは発生せず、直径２インチ程度の基板の場合、平面度はおよそ±２０μｍ以内になっている。

なお、必要に応じて、第１の主面１’ａに化学的機械研磨を施し、第１の主面１’ａの面粗度を小さくしても良い。本実施形態によれば、第１の主面１’ａは切削加工または機械的平面加工により得られる程度の大きな面粗度を有しているが、加工変質層は存在していない。このため、新たな加工変質層を形成しない化学的機械研磨を任意の時間だけ施して、第１の主面１’ａの面粗度を調節することができる。

（第３の実施形態）
第２の実施形態と同様の手順により、ＳｉＣ基板１を用意し(図７（ａ））、加工変質層３ａおよび３ｂを反応性エッチングにより除去する。これにより、図７（ｂ）に示すように、実質的に平坦で、加工変質層のないＳｉＣ基板１’を用意する。ＳｉＣ基板１’の第１の主面１’ａおよび第２の主面１’ｂは、切削可能により得られる程度の面粗度を有している。

次に、下定盤が凹状の曲面および上定盤が凸状の曲面を有するラッピング装置を用い、第２の主面１’ｂが下定盤に接するようにＳｉＣ基板１’を保持し、第１の主面１’ａおよび第２の主面１’ｂに対して、化学的機械研磨を同時に施す。これにより、凸状の第２の主面１２ｂおよび凹状の第１の主面１２ａを有する。つまり、鏡面に仕上げられた第２の主面１２ｂが凸状となるよう湾曲したＳｉＣ基板１２が得られる。

このように、加工変質層は通常、機械的平面加工あるいは切削加工により形成された面に対して均一には形成されない。したがって、加工変質層が存在したまま次の加工を行うと加工変質層による圧縮応力が存在するために、基板の形状を制御することは困難となる。しかし、本発明の方法によれば、あらかじめ加工変質層を除去するため、ラッピング装置の定盤の形状や加工方法を選択することによって、平面度や平行度、形状などを自在に制御することができる。たとえば、鏡面仕上げされた凸面を有し、その裏面が梨地状の平坦な面になっている基板や、表面と裏面とが実質的に平行に湾曲した形状の基板や、両面が凹面となっている基板などを作成することができる。

（実験例）
第１の実施形態において図４（ｃ）に示すように、鏡面に仕上げられた第２の主面１１ｂを有するＳｉＣの単結晶基板１に対して第１の主面１ａ側から反応性イオンエッチングにより加工変質層３ａをエッチングしてゆき、そのエッチング量とＳｉＣ基板１の平面度との関係を調べた。

直径２インチのＳｉＣの単結晶基板１の第２の主面１１ｂは鏡面に加工されており、その面粗度Ｒａは０．３ｎｍ以下である。また、第１の主面１１ａは梨地に加工されており、その面粗度Ｒａは０．３μｍ以下である。

エッチングには、並行平板型反応性エッチング装置を用い、エッチング時の投入パワーは１．０Ｗ/ｃｍ^２である。反応性ガスとしてＣＦ₄を１００ｓｃｃｍの流量でチャンバに導入し、チャンバの真空度を２．０×１０^-3Ｔｏｒｒに保って、エッチングを行った。平面度は、第２の主面１１ｂ側を測定した。

図８は、エッチング量と基板の平面度の関係を示すグラフである。図８に示すように、エッチング前（エッチング量が０μｍ）では、ＳｉＣ基板の平坦度は−１００μｍである。これは、図４（ｃ）に示すように第２の主面１１ｂが凹状になるようＳｉＣ基板１が反っていることを示している。

図８に示すように、加工変質層がエッチングされ始めると、平坦度は急激に小さくなる。およそ１μｍエッチングすると、平面度は１/３以下になる。約２．８μｍエッチングすると、平面度の改善はそれ以上見られなくなる。この実験例の場合、約２．５μｍ以上ＳｉＣ基板をエッチングすることによって、加工改質層がほぼ完全に除去できることがわかる。

なお、上記実施形態および上記実施例では反応性イオンエッチング法によって、加工変質層を完全に除去していたが、一部のみを反応性イオンエッチング法により除去し、残りを化学的機械研磨により除去してもよい。

また、反応性イオンエッチングによる加工変質層の除去工程、機械的平面加工の工程、および鏡面研磨の工程を上記実施例で示した例以外の順序でＳｉＣ基板の片面あるいは両面に施してもよい。加工表面の面粗度を変化させることなく加工変質を除去することによって、研磨によりＳｉＣ基板を製造する方法において、さまざまな加工のコントロールをすることができる。

本発明によれば、平坦なＳｉＣ基板を容易に製造することが可能となる。得られたＳｉＣ基板は好適に、本品質なＧａＮ系半導体層、ＳｉＣ半導体層などの半導体層を形成するための基板や、半導体製造プロセスに用いるダミーウエハとして用いることができる。

ＳｉＣの塊体から基板を切り出す様子を示す模式図である。 切削加工により切り出された基板に生じている加工改質層を示す断面図である。 （ａ）は焼結により形成されたＳｉＣ板を示し、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）に示すＳｉＣ板から機械的平面加工により作製されたＳｉＣ基板を示している。 （ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態によるＳｉＣ基板の作製方法を説明する断面図である。 ＳｉＣ基板を反応性イオンエッチング装置の基板ホルダに保持した状態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は第２の実施形態によるＳｉＣ基板の作製方法を説明する断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態によるＳｉＣ基板の作製方法を説明する断面図である。 反応性エッチングによるエッチング量と基板の平面度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１、１’、４’１１、１２ ＳｉＣ基板
２ ＳｉＣの塊体
３ａ、３ｂ 加工変質層
１ａ、４ａ、１１ａ、１２ａ 第１の主面
１ｂ、４ｂ、１１ｂ、１２ｂ 第２の主面

Claims (15)

1. 第１および第２の主面を備え、機械的平面加工あるいは切削加工により生じた加工変質層を前記第１の主面に有するＳｉＣ基板から、前記加工変質層の少なくとも一部を気相エッチング法により除去する工程（ａ）を包含するＳｉＣ基板の製造方法。
2. 前記気相エッチング法が反応性イオンエッチング法である請求項１に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
3. 前記第２の主面は前記ＳｉＣ基板において素子を形成する面である請求項１に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
4. 前記第２の主面を鏡面研磨する工程（ｂ）をさらに包含する請求項１から３のいずれかに記載のＳｉＣ基板の製造方法。
5. 前記ＳｉＣ基板は機械的平面加工あるいは切削加工による加工変質層を前記第２の主面を有し、前記第２の主面の加工変質層の少なくとも一部を気相エッチング法により除去する工程（ｃ）と、前記工程（ａ）および（ｃ）の後、前記第１の主面および第２の主面のうち、少なくとも前記第２の主面を鏡面研磨する工程（ｄ）をさらに包含する請求項１から３のいずれかに記載のＳｉＣ基板の製造方法。
6. 前記ＳｉＣ基板は、前記機械的平面加工あるいは切削加工による加工変質層を第２の主面に有し、
   前記第２の主面の加工変質層を機械的研磨および化学的機械研磨によって除去し、前記第２の主面を鏡面に仕上げる工程（ｅ）をさらに包含する請求項１から３のいずれかに記載のＳｉＣ基板の製造方法。
7. 前記工程（ａ）により得られる前記第１の主面は１０ｎｍ〜１μｍの面粗度Ｒａを有している請求項１から６のいずれかに記載のＳｉＣ基板の製造方法。
8. ＳｉＣの塊体から前記ＳｉＣ基板を切断する工程をさらに包含し、前記第１の主面および第２の主面は前記切断工程により形成されたものである請求項１から７のいずれかに記載のＳｉＣ基板の製造方法。
9. 前記工程（ａ）において、前記ＳｉＣ基板の反りの変化を許容するように前記ＳｉＣ基板を保持する請求項１から８のいずれかに記載のＳｉＣ基板の製造方法。
10. 前記気相エッチング法においてフッ素を含むガスを用いる請求項１から８のいずれかに記載のＳｉＣ基板の製造方法。
11. 前記フッ素を含むガスはＣＦ₄またはＳＦ₆である請求項１０に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
12. 前記気相エッチング法において前記加工変質層を０．５〜２０μｍ/Ｈｒの範囲のエッチング速度で除去する請求項１０に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
13. 前記ＳｉＣ基板は非晶質、多結晶または単結晶である請求項１０に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
14. 請求項１から１３に規定される製造方法により製造されたＳｉＣ基板。
15. 実質的に並行な２つの主面を備え、前記２つの主面の一方のみが鏡面仕上げされており、反りが±５０μｍ以下であるＳｉＣ基板。

Images