JP2012151227A

JP2012151227A - 炭化珪素単結晶ウエハの製造方法

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Publication number: JP2012151227A
Application number: JP2011007917A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okino; 賢司沖野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】ＣＶＤ装置を用いて基板にエピタキシャル膜を形成する際に生じる裏面が粗くなることを抑制することにより、炭化珪素単結晶ウエハの裏面の研磨によって生じる炭化珪素単結晶ウエハの品質の低下を抑制するとともに、工数を減少させることができる炭化珪素単結晶ウエハの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法は、炭化珪素からなる主面３０ａを有するプレート３０の主面３０ａ上に基板１０を載置し、基板１０上にエピタキシャル膜を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＶＤ装置を用いて基板にエピタキシャル膜を形成する工程を備えた炭化珪素単結晶ウエハの製造方法に関する。

従来、ＣＶＤ装置内にあるサセプタ上に炭化珪素単結晶からなる基板を載置して、炭化珪素単結晶ウエハを製造する方法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。サセプタに載置された基板には、エピタキシャル膜が形成され、炭化珪素単結晶ウエハが得られる。このようにして得られた炭化珪素単結晶ウエハは、一般的に半導体デバイス用基板として用いられる。

特開２００２−９３７９１号公報

ＣＶＤ装置を用いて、基板にエピタキシャル膜を形成する際の温度条件は、１４００度〜１８００度である。この温度条件では、基板の表面から珪素（Ｓｉ原子）が離脱するものの、基板の表面は、エピタキシャル膜の原料となる反応性ガスによってエピタキシャル膜が形成されるため、基板の表面から珪素が離脱することが抑制される。しかしながら、基板のサセプタに接する面（以下、裏面と略す）には、エピタキシャル膜が形成されないため、裏面から珪素が離脱していた。このため、基板の裏面が粗くなるという問題が生じていた。基板の裏面が粗い場合、裏面の加工（例えば、裏面に電極を取り付ける）の際に、不都合が生じる。また、基板の裏面が粗い場合には、外観にも問題があった。

そのため、ＣＶＤ装置を用いて基板にエピタキシャル膜を形成した場合、エピタキシャル膜を形成した後に裏面を研磨していた。この場合、基板の裏面とは反対の面（以下、表面）には、エピタキシャル膜が形成されているため、研磨作業中に膜に傷が生じることもあり、炭化珪素単結晶ウエハの半導体デバイス用基板としての品質が低下する問題が生じていた。また、研磨作業を伴うため、工数が増加、ひいては製造コストが増加するという問題も生じていた。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ＣＶＤ装置を用いて基板にエピタキシャル膜を形成する際に生じる裏面が粗くなることを抑制することにより、炭化珪素単結晶ウエハの裏面の研磨によって生じる炭化珪素単結晶ウエハの品質の低下を抑制するとともに、工数を減少させることができる炭化珪素単結晶ウエハの製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明の特徴は、炭化珪素単結晶からなる基板（基板１０）を準備する工程（基板準備工程Ｓ１）と、ＣＶＤ装置を用いて前記基板上にエピタキシャル膜を形成する膜形成工程（膜形成工程Ｓ２）とを備えた炭化珪素単結晶ウエハの製造方法であって、前記膜形成工程では、炭化珪素からなる主面（主面３０ａ）を有するプレート（プレート３０）の前記主面上に前記基板を載置し、前記基板上にエピタキシャル膜を形成することを要旨とする。

本発明の特徴によれば、炭化珪素からなる主面を有するプレートの主面上に基板を載置する。プレートの主面と基板の裏面とは、接しているものの、プレートの主面と基板の裏面とには、わずかな空間が形成される。基板上にエピタキシャル膜を形成する際に、ＣＶＤ装置内が１４００度以上になった場合、基板の裏面からだけでなく、プレートの主面からもＳｉ原子が離脱する。これにより、プレートの主面と基板の裏面とにより形成される空間には、早期にＳｉ原子が飽和する。このため、Ｓｉ原子が基板の裏面から離脱することが抑えられるため、基板の裏面が粗くなることが抑えられる。従って、エピタキシャル膜を形成した炭化珪素単結晶ウエハの裏面を研磨する必要がなくなるため、研磨によって炭化珪素単結晶ウエハに傷が生じることもない。研磨作業が必要なくなるため、工数を減少させることができる。

また、前記プレートの前記主面の単位面積当たりの表面積は、前記基板の単位面積当たりの表面積よりも大きくても良い。

本発明によれば、ＣＶＤ装置を用いて基板にエピタキシャル膜を形成する際に生じる裏面が粗くなることを抑制することにより、炭化珪素単結晶ウエハの裏面の研磨によって生じる炭化珪素単結晶ウエハの品質の低下を抑制するとともに、工数を減少させることができる炭化珪素単結晶ウエハの製造方法を提供できる。

図１は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法を説明するためのフローチャートである。図２は、本実施形態に係る基板１０の載置状態を説明するための部分断面図である。

本発明に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）炭化珪素単結晶ウエハの製造方法、（２）作用効果、（３）比較評価、（４）その他実施形態、について説明する。

以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（１）炭化珪素単結晶ウエハの製造方法
本実施形態に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法を説明するためのフローチャートである。図２は、本実施形態に係る基板１０の載置状態を説明するための部分断面図である。図１に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法は、基板準備工程Ｓ１と膜形成工程Ｓ２とを備える。

（１．１）基板準備工程Ｓ１
基板準備工程Ｓ１は、炭化珪素単結晶からなる基板１０を準備する工程である。例えば、炭化珪素単結晶のインゴットをスライスして、基板１０を準備することができる。市販されている炭化珪素単結晶からなる基板１０を用いても良い。本実施形態において、基板１０の形状は、円板状であるが、多角形状の平板であっても良い。図２に示されるように、基板１０は、２つの主面を有し、一方の主面を表面１０ａとし、表面１０ａとは反対の主面を裏面１０ｂとする。

（１．２）膜形成工程Ｓ２
膜形成工程Ｓ２は、ＣＶＤ装置を用いて基板１０上にエピタキシャル膜を形成する工程である。膜形成工程Ｓ２は、図１に示されるように、基板載置工程Ｓ２１とエピタキシャル膜形成工程Ｓ２２とを有する。

（１．２．１）基板載置工程Ｓ２１
基板載置工程Ｓ２１は、基板１０をプレート３０上に載置する工程である。

プレート３０は、炭化珪素からなる２つの主面を有する。すなわち、プレート３０は、主面３０ａ及び主面３０ｂを有する。本実施形態において、プレート３０は、基板１０と同様の円板状である。プレート３０の材料としては、例えば、炭化珪素単結晶、炭化珪素多結晶、非晶質炭化珪素（アモルファスＳｉＣ）及び多孔質炭化珪素（ポーラスＳｉＣ）が挙げられる。本実施形態において、プレート３０は、不純物を除いて、炭化珪素のみで構成されている。

本実施形態において、プレート３０の主面３０ａの単位面積当たりの表面積は、基板１０の単位面積当たりの表面積よりも大きい。すなわち、主面３０ａは、裏面１０ｂよりも表面積が大きい。例えば、主面３０ａは、裏面１０ｂよりも粗い面である。

基板載置工程Ｓ２１では、図２に示されるように、プレート３０をサセプタ５０上に載置する。これにより、主面３０ｂとサセプタ５０とが接する。次に載置されたプレート３０の主面３０ａ上に基板１０を載置する。これにより、基板１０の他の主面である裏面１０ｂとプレート３０の主面３０ａとが接する。

図２に示されるように、膜形成工程Ｓ２の際に、基板１０の位置がずれないように、サセプタ５０には、ポケットが形成されていることが好ましい。ポケットの内部に基板１０及びプレート３０を収容する。図２に示されるように、基板１０の裏面１０ｂは、ポケットの内部に位置する。これにより、基板１０が水平に移動する力が働いても、ポケットの側面に当たるため、基板１０の位置のずれが抑えられる。

（１．２．２）エピタキシャル膜形成工程Ｓ２２
エピタキシャル膜形成工程Ｓ２２は、基板１０上にエピタキシャル膜を形成する工程である。

ＣＶＤ装置内を、膜を形成するために必要な所定の温度条件（１４００度以上）に設定し、ＣＶＤ装置にエピタキシャル膜の原料となる反応ガスを導入する。これにより、基板１０の表面１０ａにエピタキシャル膜が形成される。基板１０にエピタキシャル膜が形成されることにより、エピタキシャル膜を有する炭化珪素単結晶ウエハが製造される。

（２）作用効果
本実施形態に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法によれば、炭化珪素からなる主面３０ａを有するプレート３０の主面３０ａ上に基板１０を載置する。炭化珪素からなる主面３０ａと基板１０の裏面１０ｂとは、接しているものの、主面３０ａと裏面１０ｂとには、わずかな空間が形成される。基板１０上にエピタキシャル膜を形成する際に、ＣＶＤ装置内が１４００度以上になった場合、裏面１０ｂからだけでなく、プレート３０の主面３０ａからもＳｉ原子が離脱する。これにより、主面３０ａと裏面１０ｂとにより形成される空間には、早期にＳｉ原子が飽和する。このため、Ｓｉ原子が裏面１０ｂから離脱することが抑えられるため、基板１０の裏面１０ｂが粗くなることが抑えられる。従って、エピタキシャル膜を形成した炭化珪素単結晶ウエハの裏面を研磨する必要がなくなるため、研磨によって炭化珪素単結晶ウエハに傷が生じることもない。研磨作業が必要なくなるため、工数を減少させることができる。

プレート３０は、容易に準備することが可能であるため、既存のＣＶＤ装置を用いることができる。このため、設備投資等のコストを抑えることができる点においても、有効である。

プレート３０が繰り返し使用された場合、プレート３０の主面３０ａからＳｉ原子が離脱することにより、主面３０ａは炭化される。この場合、炭化珪素のみで構成されているプレート３０の主面３０ａを研磨したり、化学エッチング処理（ポーラス化）を施したりすることにより、プレート３０の再利用ができる。

炭化珪素からなる主面３０ａ上に炭化珪素単結晶からなる基板１０を載置しているため、プレート３０と基板１０との熱伝導率は等しい又はほぼ等しい。このため、均熱性も向上する。

本実施形態に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法によれば、プレート３０の主面３０ａの単位面積当たりの表面積は、基板１０の単位面積当たりの表面積よりも大きい。これにより、裏面１０ｂからＳｉ原子が離脱する量よりも、主面３０ａからＳｉ原子が離脱する量が多くなりやすい。このため、裏面１０ｂからＳｉ原子が離脱することがさらに抑制される。

（３）比較評価
本発明に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法の効果を確かめるために、以下の評価を行った。

実施例では、４インチの直径を有するサセプタ上に、４インチの直径を有する円板状のプレートを載置した。プレートは、非晶質炭化珪素により構成されている。プレート上に４インチの直径を有する炭化珪素単結晶からなる基板を載置した。その後、基板にエピタキシャル膜を形成した。これにより、炭化珪素単結晶ウエハを得た。

比較例では、４インチの直径を有するサセプタ上に、４インチの直径を有する炭化珪素単結晶からなる基板を載置した。すなわち、比較例では、プレートを用いなかった。その後、実施例と同様に、基板にエピタキシャル膜を形成した。これにより、炭化珪素単結晶ウエハを得た。

実施例及び比較例により得られた炭化珪素単結晶ウエハの裏面、すなわち、エピタキシャル膜が形成されていない主面の表面粗さを測定した。また、エピタキシャル膜を形成する前の基板の裏面の表面粗さも測定した。具体的には、ＰＶ値及びＲＭＳを測定した。結果を表１に示す。

なお、ＰＶ（ｐｅａｋｔｏｖａｌｌｅｙ）値とは、有効範囲表面全体を見た際に一番高い所（Peak）と一番低い所（Valley）の差で表される。ＲＭＳ（ｒｏｏｔｍｅａｎｓｑｕａｒｅ）は、平均線から測定曲線までの偏差の２乗を平均した値の平方根で表される。ＲＭＳは、粗さ曲線から求められる。両方の値とも、値が小さいほど、表面が粗くない、すなわち平坦であることを表す。

表１に示されるように、比較例に比べて実施例の方がＰＶ値及びＲＭＳ値が小さいことが分かる。また、肉眼にて目視観察を行った結果、実施例の炭化珪素単結晶ウエハは、裏面は、平坦であり、エピタキシャル膜が形成された面と裏面とではほとんど違いがみられなかった。一方、比較例の炭化珪素単結晶ウエハは、エピタキシャル膜が形成された面と裏面との違いが明らかであった。以上のことから、本発明に係る炭化珪素単結晶ウエハの製造方法によれば、基板の裏面の粗さを抑制できることが確認できた。

（４）その他実施形態
本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。

例えば、上述した実施形態において、プレート３０は、炭化珪素のみで構成されていたが、これに限られない。プレート３０は、炭化珪素以外の別の材料によって構成されていても良い。この場合、基板１０は、炭化珪素からなる炭化珪素層を有し、炭化珪素層は、主面３０ａを構成する。

このようなプレート３０を用いる場合には、炭化珪素層と裏面１０ｂとが接するようにプレート３０を載置する。すなわち、炭化珪素以外の材料から構成される面が主面３０ｂとなり、主面３０ｂは、サセプタ５０と接する。これにより、主面３０ａと裏面１０ｂとにより形成される空間には、早期にＳｉ原子が飽和するため、Ｓｉ原子が裏面１０ｂから離脱することが抑えられる。

上述した実施形態では、プレート３０と基板１０とは、同様の円板状であり、プレート３０の主面３０ａと基板１０の裏面１０ｂとの大きさは等しかったが、これに限られない。プレート３０の主面３０ａは、基板１０の裏面１０ｂよりも大きくても良い。主面３０ａと裏面１０ｂとの大きさが等しい場合、プレート３０と基板１０とがずれると、主面３０ｂと接しない基板１０の裏面１０ｂからは、Ｓｉ原子が裏面１０ｂから離脱する効果が得られない。プレート３０の主面３０ａは、基板１０の裏面１０ｂよりも大きくすることにより、主面３０ｂと裏面１０ｂとが接することが保ち易くなる。

上述の通り、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１０…基板
１０ａ…表面
１０ｂ…裏面
３０…プレート
３０ａ…主面
３０ｂ…主面
５０…サセプタ

Claims

炭化珪素単結晶からなる基板を準備する工程と、
ＣＶＤ装置を用いて前記基板上にエピタキシャル膜を形成する膜形成工程とを備えた炭化珪素単結晶ウエハの製造方法であって、
前記膜形成工程では、炭化珪素からなる主面を有するプレートの前記主面上に前記基板を載置し、前記基板上にエピタキシャル膜を形成する炭化珪素単結晶ウエハの製造方法。
前記プレートの前記主面の単位面積当たりの表面積は、前記基板の単位面積当たりの表面積よりも大きい請求項１に記載の炭化珪素単結晶ウエハの製造方法。