JP2013258179A - Silicon carbide substrate, silicon carbide substrate manufacturing method, semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、炭化珪素基板、炭化珪素結晶の製造方法、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide substrate, a method for manufacturing a silicon carbide crystal, a semiconductor device, and a method for manufacturing a semiconductor device.
近年、半導体装置の製造用に炭化珪素基板が用いられ始めている。炭化珪素は珪素に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、炭化珪素基板を用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の劣化が小さいといった利点を有する。 In recent years, silicon carbide substrates have begun to be used for manufacturing semiconductor devices. Silicon carbide has a larger band gap than silicon. Therefore, a semiconductor device using a silicon carbide substrate has advantages such as high breakdown voltage, low on-resistance, and small deterioration in characteristics under a high temperature environment.
また、特開2011−071196号公報(特許文献1)には、複数の炭化珪素単結晶基板が支持基板にシリコンからなる接続層によって接続されることによって、大口径の半導体基板を得る方法が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-071196 (Patent Document 1) describes a method of obtaining a large-diameter semiconductor substrate by connecting a plurality of silicon carbide single crystal substrates to a support substrate by a connection layer made of silicon. Has been.
しかしながら、特開2011−071196号公報に記載の方法によって製造した炭化珪素単結晶基板を研磨する場合に、炭化珪素単結晶が支持基板から剥離する場合があった。 However, when a silicon carbide single crystal substrate manufactured by the method described in JP2011-071196 A is polished, the silicon carbide single crystal sometimes peels from the support substrate.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭化珪素単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる、炭化珪素基板と、その製造方法と、それを用いた半導体装置および半導体装置の製造方法とを提供することである。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is the silicon carbide substrate which can suppress effectively that a silicon carbide single crystal substrate peels from a support substrate, its manufacturing method, and And providing a semiconductor device using the same and a method of manufacturing the semiconductor device.
本発明に係る炭化珪素基板は、複数の単結晶基板と、支持基板と、接続層とを有している。複数の単結晶基板は、炭化珪素からなり、互いに対向する第1の表面と第1の裏面とを各々有する。支持基板は、炭化珪素からなり、互いに対向する第2の表面と第2の裏面とを有する。接続層は、複数の単結晶基板と支持基板との間に介在して、第1の裏面の各々と第2の表面とが対向するように第1の裏面の各々と第2の表面とを接続する。単結晶基板と支持基板との引張り強度が0.6MPa以上である。 The silicon carbide substrate according to the present invention includes a plurality of single crystal substrates, a support substrate, and a connection layer. The plurality of single crystal substrates are made of silicon carbide, and each have a first front surface and a first back surface facing each other. The support substrate is made of silicon carbide and has a second surface and a second back surface that face each other. The connection layer is interposed between the plurality of single crystal substrates and the support substrate, and connects each of the first back surface and the second surface so that each of the first back surface and the second surface face each other. Connecting. The tensile strength between the single crystal substrate and the support substrate is 0.6 MPa or more.
本発明に係る炭化珪素基板によれば、単結晶基板と支持基板との引張り強度が0.6MPa以上である。それゆえ、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる。 According to the silicon carbide substrate according to the present invention, the tensile strength between the single crystal substrate and the support substrate is 0.6 MPa or more. Therefore, the single crystal substrate can be effectively prevented from peeling from the support substrate.
上記の炭化珪素基板において好ましくは、引張り強度が2MPa以上20MPa以下である。それゆえ、単結晶基板が支持基板から剥離することをより一層抑制することができる。 In the above silicon carbide substrate, the tensile strength is preferably 2 MPa or more and 20 MPa or less. Therefore, the single crystal substrate can be further suppressed from peeling from the support substrate.
上記の炭化珪素基板において好ましくは、接続層を構成する材料の主成分は炭化珪素である。接続層が炭化珪素とは異なる材料から成っている場合、熱膨張率の違いにより接続層から支持基板および単結晶基板が剥離する場合がある。上記の炭化珪素基板においては、接続層、支持基板および単結晶基板が同じ材料を有しているため、接続層から支持基板および単結晶基板が剥離することを効果的に抑制することができる。 In the above silicon carbide substrate, the main component of the material constituting the connection layer is preferably silicon carbide. When the connection layer is made of a material different from silicon carbide, the support substrate and the single crystal substrate may be separated from the connection layer due to a difference in thermal expansion coefficient. In the silicon carbide substrate, since the connection layer, the support substrate, and the single crystal substrate have the same material, it is possible to effectively suppress the support substrate and the single crystal substrate from being separated from the connection layer.
上記の炭化珪素基板において好ましくは、第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下である。 In the silicon carbide substrate, preferably, the ten-point average roughness of each of the first back surface and at least one of the second surface is 2 μm or more and 20 μm or less.
十点平均粗さが2μm以上であれば、単結晶基板および支持基板と接続層との接着面積が確保できるので接合強度が高くなる。また、十点平均粗さが20μm以下であれば、単結晶基板および支持基板との距離が近いので接合強度が高くなる。 If the ten-point average roughness is 2 μm or more, the bonding area between the single crystal substrate and the supporting substrate and the connection layer can be secured, so that the bonding strength is increased. Further, if the ten-point average roughness is 20 μm or less, the distance between the single crystal substrate and the support substrate is short, so that the bonding strength is increased.
上記の炭化珪素基板において好ましくは、第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが0.16μm以上0.95μm以下である。 In the silicon carbide substrate described above, the arithmetic average roughness of each of the first back surface and the second surface is preferably 0.16 μm or more and 0.95 μm or less.
算術平均粗さが0.16μm以上であれば、単結晶基板および支持基板と接続層との接着面積が確保できるので接合強度が高くなる。また、算術平均粗さが0.95μm以下であれば、単結晶基板および支持基板との距離が近いので接合強度が高くなる。 If the arithmetic average roughness is 0.16 μm or more, the bonding area between the single crystal substrate and the supporting substrate and the connection layer can be secured, so that the bonding strength is increased. In addition, when the arithmetic average roughness is 0.95 μm or less, since the distance between the single crystal substrate and the support substrate is short, the bonding strength is increased.
上記の炭化珪素基板において好ましくは、直径が110mm以上である。これにより大口径の炭化珪素基板を提供することができる。 The silicon carbide substrate preferably has a diameter of 110 mm or more. Thereby, a silicon carbide substrate having a large diameter can be provided.
上記の炭化珪素基板において好ましくは、複数の単結晶基板の各々の結晶構造が六方晶であり、かつポリタイプが4Hである。第1の表面は、面方位が{0−11−2}面から5°以下オフした面である。これにより、当該単結晶基板を用いてデバイスを製造する場合、第1の主面に形成されるエピタキシャル層の表面を{0−11−2}面に近づけることができる。それゆえ、エピタキシャル層の表面を後述する特殊面にすることが容易となる。 In the silicon carbide substrate, preferably, each of the plurality of single crystal substrates has a hexagonal crystal structure and a polytype of 4H. The first surface is a plane whose plane orientation is turned off by 5 ° or less from the {0-11-2} plane. Thereby, when manufacturing a device using the single crystal substrate, the surface of the epitaxial layer formed on the first main surface can be brought close to the {0-11-2} plane. Therefore, it becomes easy to make the surface of the epitaxial layer a special surface described later.
本発明に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を有している。炭化珪素からなり、互いに対向する第1の表面と第1の裏面とを各々有する複数の単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第2の表面と第2の裏面とを有する支持基板とが準備される。第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下となるように表面処理する。複数の単結晶基板の第1の裏面の各々と支持基板の第2の表面とが対向するように、流動体層を介して支持基板と複数の単結晶基板の各々とが配置される。流動体層を転化することで、第1の裏面の各々と第2の表面とを接続する接続層が形成される。 本発明に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下となるように表面処理する。これにより、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる炭化珪素基板を製造することができる。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention includes the following steps. A plurality of single crystal substrates each made of silicon carbide and having a first surface and a first back surface facing each other, and a support substrate made of silicon carbide and having a second surface and a second back surface facing each other And are prepared. Surface treatment is performed so that the ten-point average roughness of each of the first back surface and at least one of the second surface is 2 μm or more and 20 μm or less. The support substrate and each of the plurality of single crystal substrates are arranged via the fluid layer such that each of the first back surfaces of the plurality of single crystal substrates faces the second surface of the support substrate. By converting the fluid layer, a connection layer connecting each of the first back surface and the second surface is formed. According to the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, the surface treatment is performed so that the ten-point average roughness of each of the first back surface and the second surface is 2 μm or more and 20 μm or less. Thereby, the silicon carbide substrate which can suppress effectively that a single crystal substrate peels from a support substrate can be manufactured.
本発明に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を有している。炭化珪素からなり、互いに対向する第1の表面と第1の裏面とを各々有する複数の単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第2の表面と第2の裏面とを有する支持基板とが準備される。第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが0.16μm以上0.95μm以下となるように表面処理される。複数の単結晶基板の第1の裏面の各々と支持基板の第2の表面とが対向するように、流動体層を介して支持基板と複数の単結晶基板の各々とが配置される。流動体層を転化することで、第1の裏面の各々と第2の表面とを接続する接続層が形成される。これにより、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる炭化珪素基板を製造することができる。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention includes the following steps. A plurality of single crystal substrates each made of silicon carbide and having a first surface and a first back surface facing each other, and a support substrate made of silicon carbide and having a second surface and a second back surface facing each other And are prepared. Surface treatment is performed so that the arithmetic average roughness of each of the first back surface and at least one of the second surface is 0.16 μm or more and 0.95 μm or less. The support substrate and each of the plurality of single crystal substrates are arranged via the fluid layer such that each of the first back surfaces of the plurality of single crystal substrates faces the second surface of the support substrate. By converting the fluid layer, a connection layer connecting each of the first back surface and the second surface is formed. Thereby, the silicon carbide substrate which can suppress effectively that a single crystal substrate peels from a support substrate can be manufactured.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、流動体層は加熱することで炭化珪素となる物質を主成分とする高分子から成る。接続層を形成する工程においては、流動体層を加熱分解することにより多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素および空隙を有する単結晶炭化珪素が形成される。 Preferably, in the above method for manufacturing a silicon carbide substrate, the fluid layer is made of a polymer whose main component is a substance that becomes silicon carbide when heated. In the step of forming the connection layer, polycrystalline silicon carbide, amorphous silicon carbide, and single crystal silicon carbide having voids are formed by thermally decomposing the fluid layer.
上記の炭化珪素基板の製造方法によれば、流動体層は加熱することで炭化珪素となる物質を主成分とする高分子から成り、単結晶基板および支持基板も炭化珪素からなる。そのため、流動体層の熱膨張係数と、単結晶基板および支持基板の熱膨張係数とは近似する。これにより、温度変化を有する環境下においても、接続層と単結晶基板および支持基板との接続強度が維持されるので、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に防止することができる。 According to the above method for manufacturing a silicon carbide substrate, the fluid layer is made of a polymer whose main component is a substance that becomes silicon carbide by heating, and the single crystal substrate and the support substrate are also made of silicon carbide. Therefore, the thermal expansion coefficient of the fluid layer is close to the thermal expansion coefficients of the single crystal substrate and the support substrate. This maintains the connection strength between the connection layer, the single crystal substrate, and the support substrate even in an environment having a temperature change, so that the single crystal substrate can be effectively prevented from peeling from the support substrate. .
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、流動体層は1000℃以上2100℃以下で加熱される。1000℃より低い温度では、高分子である流動体層の炭化珪素化が不十分となり接合強度が低下していまう。一方、2100℃より高い温度では、単結晶基板や支持基板が昇華してしまう。それゆえ、1000℃以上2100℃以下で流動体層を加熱することが好ましい。 Preferably, in the above method for manufacturing a silicon carbide substrate, the fluid layer is heated at 1000 ° C. or higher and 2100 ° C. or lower. At temperatures lower than 1000 ° C., the fluidized layer, which is a polymer, is insufficiently siliconized, resulting in a decrease in bonding strength. On the other hand, at a temperature higher than 2100 ° C., the single crystal substrate and the support substrate are sublimated. Therefore, it is preferable to heat the fluid layer at 1000 ° C. or higher and 2100 ° C. or lower.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、流動体層は、炭化珪素からなるフィラーを含む。これにより、流動体層を加熱分解するときに、流動体層が過剰に収縮することを抑制することができる。 Preferably, in the above method for manufacturing a silicon carbide substrate, the fluid layer includes a filler made of silicon carbide. Thereby, when heat-decomposing a fluid layer, it can suppress that a fluid layer shrink | contracts excessively.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、流動体層は、シリコン化合物を含む。流動体層がシリコンよりも炭素を多く含む場合、シリコンを添加することにより炭化珪素がストイキオメトリーに近づく。これにより、接続層と単結晶基板および支持基板との接続強度を高くすることができる。 In the above method for manufacturing a silicon carbide substrate, preferably, the fluid layer includes a silicon compound. When the fluid layer contains more carbon than silicon, silicon carbide approaches stoichiometry by adding silicon. Thereby, the connection strength between the connection layer, the single crystal substrate and the support substrate can be increased.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、表面処理する工程は、第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方を研磨処理する工程を含む。これにより、第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の表面粗さを所望の範囲に調整することができる。 Preferably, in the method for manufacturing the silicon carbide substrate, the surface treatment includes a step of polishing each of the first back surface and at least one of the second surface. Thereby, the surface roughness of each of the first back surface and the second surface can be adjusted to a desired range.
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、表面処理する工程は、研磨処理する工程の後に、第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方をエッチング処理する工程を含む。これにより、第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の表面粗さを効果的に所望の範囲に調整することができる。 Preferably, in the above method for manufacturing a silicon carbide substrate, the surface treatment step includes a step of etching each of the first back surface and at least one of the second surface after the polishing step. Thereby, the surface roughness of at least one of each of the first back surface and the second surface can be effectively adjusted to a desired range.
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を有している。炭化珪素からなり、互いに対向する第1の表面と第1の裏面とを有する単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第2の表面と第2の裏面とを有する支持基板とが準備される。第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下となるように表面処理する。単結晶基板と支持基板との間に介在して、第1の裏面と第2の表面とが対向するように第1の裏面と第2の表面とを接合する接続層とを有する炭化珪素基板が準備される。単結晶基板上にエピタキシャル成長層が形成される。エピタキシャル成長層上に電極が形成される。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes the following steps. A single crystal substrate made of silicon carbide and having a first surface and a first back surface facing each other, and a support substrate made of silicon carbide and having a second surface and a second back surface facing each other are prepared Is done. Surface treatment is performed so that the ten-point average roughness of each of the first back surface and at least one of the second surface is 2 μm or more and 20 μm or less. A silicon carbide substrate having a connection layer that joins the first back surface and the second surface so that the first back surface and the second surface face each other, interposed between the single crystal substrate and the support substrate Is prepared. An epitaxial growth layer is formed on the single crystal substrate. An electrode is formed on the epitaxial growth layer.
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第1の裏面の各々および第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下となるように表面処理する。これにより、単結晶基板と支持基板とが接続層を介して強固に接続される。それゆえ、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる。 According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the surface treatment is performed so that the ten-point average roughness of each of the first back surface and the second surface is 2 μm or more and 20 μm or less. Thereby, the single crystal substrate and the support substrate are firmly connected via the connection layer. Therefore, the single crystal substrate can be effectively prevented from peeling from the support substrate.
本発明に係る半導体装置は、複数の単結晶基板と、支持基板と、接続層と、エピタキシャル成長層と、電極とを有している。複数の単結晶基板は、炭化珪素からなり、互いに対向する第1の表面と第1の裏面とを各々有する。支持基板は、炭化珪素からなり、互いに対向する第2の表面と第2の裏面とを有する。接続層は、複数の単結晶基板と支持基板との間に介在して、第1の裏面の各々と第2の表面とが対向するように第1の裏面の各々と第2の表面とを接続する。エピタキシャル層は、単結晶基板上に設けられている。電極は、エピタキシャル成長層上に設けられている。単結晶基板と支持基板との引張り強度が0.6MPa以上である。 The semiconductor device according to the present invention includes a plurality of single crystal substrates, a support substrate, a connection layer, an epitaxial growth layer, and an electrode. The plurality of single crystal substrates are made of silicon carbide, and each have a first front surface and a first back surface facing each other. The support substrate is made of silicon carbide and has a second surface and a second back surface that face each other. The connection layer is interposed between the plurality of single crystal substrates and the support substrate, and connects each of the first back surface and the second surface so that each of the first back surface and the second surface face each other. Connecting. The epitaxial layer is provided on the single crystal substrate. The electrode is provided on the epitaxial growth layer. The tensile strength between the single crystal substrate and the support substrate is 0.6 MPa or more.
本発明に係る半導体装置によれば、単結晶基板と支持基板との引張り強度が0.6MPa以上である。これにより、単結晶基板と支持基板とが接続層を介して強固に接続される。それゆえ、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, the tensile strength between the single crystal substrate and the support substrate is 0.6 MPa or more. Thereby, the single crystal substrate and the support substrate are firmly connected via the connection layer. Therefore, the single crystal substrate can be effectively prevented from peeling from the support substrate.
上記の半導体装置において好ましくは、エピタキシャル層を形成する炭化珪素の結晶構造が六方晶であり、かつポリタイプが4Hであって、エピタキシャル層の表面は、面方位{0−33−8}を有する第1の面を含む。これにより、エピタキシャル層の表面におけるチャネル抵抗を低減可能である。よってオン抵抗を低減することができる。 In the above semiconductor device, preferably, the crystal structure of silicon carbide forming the epitaxial layer is hexagonal, the polytype is 4H, and the surface of the epitaxial layer has a plane orientation of {0-33-8}. Including the first surface. Thereby, the channel resistance on the surface of the epitaxial layer can be reduced. Therefore, the on-resistance can be reduced.
上記の半導体装置において好ましくは、エピタキシャル層の表面は、第1の面を微視的に含み、第1の表面はさらに、面方位{0−11−1}を有する第2の面を微視的に含む。これにより、エピタキシャル層の表面におけるチャネル抵抗をより低減可能である。よってオン抵抗をより低減することができる。 In the semiconductor device described above, the surface of the epitaxial layer preferably includes the first surface microscopically, and the first surface further microscopically displays the second surface having the plane orientation {0-11-1}. Including. Thereby, the channel resistance on the surface of the epitaxial layer can be further reduced. Therefore, the on-resistance can be further reduced.
上記の半導体装置において好ましくは、エピタキシャル層の表面の第1の面および第2の面は、面方位{0−11−2}を有する複合面を含む。これにより、エピタキシャル層の表面におけるチャネル抵抗をより低減可能である。よってオン抵抗をより低減することができる。 In the semiconductor device described above, the first surface and the second surface of the surface of the epitaxial layer preferably include a composite surface having a plane orientation {0-11-2}. Thereby, the channel resistance on the surface of the epitaxial layer can be further reduced. Therefore, the on-resistance can be further reduced.
上記の半導体装置において好ましくは、エピタキシャル層の表面は、{000−1}面に対して、巨視的に62°±10°のオフ角を有する。これにより、エピタキシャル層の表面におけるチャネル抵抗をより低減可能である。よってオン抵抗をより低減することができる。 In the above semiconductor device, the surface of the epitaxial layer preferably has an off angle of 62 ° ± 10 ° macroscopically with respect to the {000-1} plane. Thereby, the channel resistance on the surface of the epitaxial layer can be further reduced. Therefore, the on-resistance can be further reduced.
本発明によれば、炭化珪素単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる、炭化珪素基板と、その製造方法と、それを用いた半導体装置および半導体装置の製造方法とを提供することができる。 According to the present invention, a silicon carbide substrate, a manufacturing method thereof, a semiconductor device using the silicon carbide substrate, and a manufacturing method of the semiconductor device, which can effectively prevent the silicon carbide single crystal substrate from being separated from the support substrate. And can be provided.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別面を()、集合面を{}、集合方位を<>でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In the present specification, individual planes are indicated by (), aggregate planes are indicated by {}, and aggregate orientations are indicated by <>. As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number.
(実施の形態1)
図1および図2を参照し、本実施の形態の炭化珪素基板100は、単結晶基板1〜9と、支持基板10と、接続層11とを有する。
(Embodiment 1)
Referring to FIGS. 1 and 2,
単結晶基板1〜9の各々は、互いに対向する第1の表面(図1および図2において露出する面)と第1の裏面(図2において接続層11と接する面)とを有する。たとえば、図2を参照し、単結晶基板1は、互いに対向する第1の表面1aと第1の裏面1bとを有し、単結晶基板2は、互いに対向する第1の表面2aと第1の裏面2bとを有し、単結晶基板3は、互いに対向する第1の表面3aと第1の裏面3bとを有する。単結晶基板1〜9は、各々炭化珪素の単結晶からなる。なお、以下において説明を簡略化するために、単結晶基板1〜9(図1)のうち、単結晶基板1〜9の少なくともいずれかについてのみ言及する場合があるが、単結晶基板1〜9の各々は同様に扱われる。
Each of
単結晶基板1〜9は、ポリタイプ4Hの六方晶の単結晶構造を有する炭化珪素からなる。単結晶基板1〜9の第1の表面1aの面方位は、{0−11−2}面、またはこの面からの傾きが5°以内の面が好ましい。第1の表面1aは、機械的研磨またはスライスによって形成され得る。これにより、当該単結晶基板を用いてデバイスを製造する場合、第1の主面に形成されるエピタキシャル層の表面を{0−11−2}面に近づけることができる。それゆえ、エピタキシャル層の表面を後述する特殊面にすることが容易となる。
支持基板10は、互いに対向する第2の表面10a(図2において接続層11と接する面)と第2の裏面10b(図2において露出する面)とを有する。支持基板10は単結晶基板1〜9の各々よりも大きい。図2において、支持基板10の第2の表面10aの面積は、単結晶基板1〜9の第1の表面により構成される面100aの面積とほぼ同等となっている。
The
本実施の形態において、単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下である。また、単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが0.16μm以上0.95μm以下である。表面粗さが小さすぎる場合、単結晶基板1〜9および支持基板10と接続層11との接着面積が十分確保できなくなり単結晶基板1〜9と支持基板10との接合強度が低下する。一方表面粗さが大きすぎる場合、単結晶基板1〜9および支持基板10との距離が遠くなるため接合強度が低下する。それゆえ、十点平均粗さおよび算術平均粗さを上記範囲に調整することにより、単結晶基板1〜9と支持基板10との接合強度を向上させることができる。
In the present embodiment, the 10-point average roughness of each of the first back surfaces of
支持基板10は炭化珪素から成る。支持基板10はたとえば炭化珪素単結晶である。接続層11は、単結晶基板1〜9の各々と支持基板10との間に介在している。より具体的には、図2を参照し、単結晶基板1〜3の第1の裏面1b〜3bの各々と支持基板10の第2の表面10aとが対向するように、第1の裏面1b〜3bの各々と第2の表面10aとが接続層11を介して接続されている。
接続層11の厚みは2μm以上15μm以下が好ましく、4μm以上12μm以下がさらに好ましい。接続層11の平均厚みが薄い場合、接続層11が存在しなくなる箇所が発生するため接続強度が低下する。一方、接続層11の平均厚みが厚い場合、単結晶基板1〜9の支持基板10に対する傾きが増加するため単結晶基板1〜9の面方位分布が大きくなる。それゆえ、接続層11の厚みは上記範囲であることが好ましい。
The thickness of the
本実施の形態において、接続層11は、炭化珪素を主成分とする。より具体的には、接続層11は、主鎖に炭素と珪素との結合(以下、「Si−C結合」ともいう。)を有する重合体であるポリカルボシランを転化することによって形成される、炭化珪素を主成分とする化合物からなる。ここで、主成分とは、化合物を構成する原子の原子数のうち、50%以上の原子数を占める成分をいう。すなわち、接続層11において、50%以上の原子が、Si−C結合を構成する炭化珪素からなる。
In the present embodiment,
したがって、炭化珪素基板100において、単結晶基板1〜9が炭化珪素からなり、接続層11が炭化珪素を主成分とするため、単結晶基板1〜9の熱膨張係数と、接続層11の熱膨張係数が近似する。これにより、単結晶基板1〜9と接続層11との接着強度が高くなるため、単結晶基板1〜9と接続層11との剥離が抑制される。
Therefore, in
なお、上述のように、接続層11はポリカルボシランを転化することによって形成されるため、ポリカルボシランを転化させる際の加熱温度、用いるポリカルボシランの構造を適宜調節することにより、接続層11は、容易に炭化珪素の多結晶、アモルファスおよび空隙を有する単結晶の少なくとも1種からなる化合物とすることができる。好ましくは、接続層11は、多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素および空隙を有する単結晶炭化珪素を含んでいる。
In addition, since the
本実施の形態の炭化珪素基板100における、単結晶基板1〜9と支持基板10との引張り強度は0.6MPa以上である。好ましくは、単結晶基板1〜9と支持基板10との引張り強度は2MPa以上20MPa以下である。これにより、単結晶基板1〜9が支持基板10から剥離することを抑制することができる。なお、単結晶基板と支持基板との引張り強度とは、接続層を介して単結晶基板と支持基板とを接続した場合に、単結晶基板および支持基板の一方を固定して、他方を支持基板の表面と垂直な方向に引張ったときに、単結晶基板が支持基板から剥離するときの強度のことである。
In
また、本実施の形態において、炭化珪素基板100の直径が110mm以上であることが好ましい。すなわち、単結晶基板1〜9の各第1の表面により構成される面100aにおける直径が110mm以上であることが好ましい。上述のように、単結晶基板の大きさは工業的には100mm(4インチ)程度にとどまっているが、本実施の形態によれば、従来工業的な製造が困難であった直径が110mm以上の単結晶基板の面を有する炭化珪素基板100を得ることができる。たとえば、このような大口径の炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造することにより、半導体装置をより効率的に製造することができ、もって製造コストを低減することができる。
In the present embodiment,
次に、図1〜図5および図13〜図15を用いて、本実施の形態の炭化珪素基板100の製造方法について説明する。図3は、実施の形態1における炭化珪素基板の製造方法の概略的なフロー図であり、図4および図5は、実施の形態1における炭化珪素基板の製造方法の各工程を概略的に示す断面図である。
Next, a method for manufacturing
まず、図4に示すように、基板準備工程が実施される(図3:ステップS10)。具体的には、以下のような特性を有する複数の単結晶基板1〜9および支持基板10が準備される。
First, as shown in FIG. 4, a substrate preparation process is performed (FIG. 3: step S10). Specifically, a plurality of
単結晶基板1〜9の第1の表面1aの面方位は、上述のように{0−11−2}面、またはこの面からの傾きが5°以内の面が好ましい。第1の表面1aは、機械的研磨またはスライスによって形成され得る。
As described above, the plane orientation of the
支持基板10は炭化珪素からなる。具体的には、炭化珪素の多結晶、アモルファス、または多結晶とアモルファスとの混合体からなる基板を好適に用いることができる。また、転位、積層欠陥などの多い低品質の単結晶炭化珪素を用いることもできる。
また、直径が110mm以上の炭化珪素基板を製造するという観点からは、複数の単結晶基板1〜9の各々の第1の表面を図1に示すように配置した場合に、各第1の表面によって形成される面100a(図2参照)の直径が110mm以上となるように、単結晶基板1〜9および支持基板10の大きさを選択することが好ましい。
From the viewpoint of manufacturing a silicon carbide substrate having a diameter of 110 mm or more, when the first surfaces of the plurality of
次に、図13〜図15を参照して、支持基板10の第2の表面と、複数の単結晶基板1〜9の各々の第1の裏面とを表面処理する工程(図3:ステップS20)が実施される。
Next, referring to FIG. 13 to FIG. 15, a step of surface-treating the second surface of
具体的にはまず、支持基板10の第2の表面に対して、研削加工、研磨加工が実施される。研削加工では、たとえばビトリファイド砥石を用い、支持基板10の第2の表面と砥石を対向して回転させ、一定速度で切り込むことにより、基板表面の除去を行なう。これにより、支持基板10の厚みを調整することができる。
Specifically, first, grinding and polishing are performed on the second surface of the
支持基板10の研磨加工は、図13に示すラッピング装置170により行うことができる。ラッピング装置170は、ベース定盤172、定盤174、結晶ホルダ176、重り178、及び、スラリー液供給口180を有している。
Polishing of the
定盤174は、ベース定盤172上に載置されている。ベース定盤172及び定盤174は、ベース定盤172の中心軸線X1を中心に回転可能である。結晶ホルダ176は、支持基板10をその下面に支持するための部品である。支持基板10の第2の表面10aと定盤174とが対向するように、支持基板10は結晶ホルダ176によって保持されている。支持基板10には、結晶ホルダ176の上面に載置された重り178によって荷重が加えられる。結晶ホルダ176は、軸線X1と略平行であり、且つ、軸線X1から変位した位置に中心軸線X2を有しており、この中心軸線X2を中心に回転可能である。スラリー液供給口180は、定盤174上にスラリーSを供給する。
The
このラッピング装置170によれば、ベース定盤172及び定盤174と、結晶ホルダ176とを回転させ、スラリーSを定盤174上に供給し、支持基板の第2の表面10aを定盤174に接触させることによって、第2の表面10aの研磨を行うことができる。
According to the
なお、スラリーSにはダイヤモンドの砥粒が含まれている。ダイヤモンド等の砥粒の粒径を調整することにより、所望の表面粗さを得ることができる。定盤は、鉄、銅、スズ、スズ合金などの金属定盤や、金属と樹脂の複合定盤、あるいは研磨布を用いることができる。硬い金属定盤を用いることで、レートを向上させることができる。 The slurry S contains diamond abrasive grains. A desired surface roughness can be obtained by adjusting the particle diameter of abrasive grains such as diamond. As the surface plate, a metal surface plate such as iron, copper, tin, or a tin alloy, a composite surface plate of metal and resin, or an abrasive cloth can be used. By using a hard metal surface plate, the rate can be improved.
また、複数の単結晶基板1〜9の各々の第1の裏面も、支持基板10と同様の方法で研削、研磨される。本実施の形態では、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の双方が、研磨、研削処理される。複数の単結晶基板1〜9の各々の第1の裏面および支持基板10の第2の表面の一方だけが研削、研磨処理されても構わない。
In addition, the first back surface of each of the plurality of
次に、支持基板10の第2の表面の表面仕上げ処理が実施される。具体的には、支持基板10の第2の表面に対してドライエッチングやCMP(Chemical Mechanical Polishing)などが実施される。
Next, the surface finishing process of the 2nd surface of the
支持基板10の第2の表面の表面仕上げ処理は、たとえば図14に示す反応性イオンエッチング装置によって行われる。反応性イオンエッチング装置50は、チャンバ52を有している。チャンバ52内には、平行平板型の上部電極54及び下部電極56と、上部電極54と対向するように下部電極56上に配置された基板支持台58とが設けられている。チャンバ52内には、ガス源に接続されたガス供給口60と、真空ポンプに接続されたガス排気口62とが設けられている。チャンバ52の外部には、下部電極56に接続された高周波電源64が配置されている。
The surface finishing process of the 2nd surface of the
ドライエッチング装置16では、ガス供給口60からガスをチャンバ52内に供給し、高周波電源64から高周波電力を下部電極56に供給することにより、チャンバ52内にプラズマを発生させることができる。基板支持台58上に支持基板10を配置することで、支持基板10の第2の表面をドライエッチングすることができる。
In the dry etching apparatus 16, plasma can be generated in the
また、支持基板10の第2の表面の表面仕上げ処理は、たとえば図15に示すCMP装置によって行われても構わない。CMP装置270は、定盤272、ポリッシングパッド274、結晶ホルダ276、重り278、及び、スラリー液供給口280を有している。
Further, the surface finishing process of the second surface of the
ポリッシングパッド274は、定盤272上に載置されている。定盤272及びポリッシングパッド274は、定盤272の中心軸線X1を中心に回転可能である。結晶ホルダ276は、支持基板10をその下面に支持するための部品である。支持基板10の第2の表面10aとポリッシングパッド274が対向するように、支持基板10は結晶ホルダ276によって保持されている。支持基板10には、結晶ホルダ276の上面に載置された重り278によって荷重が加えられる。結晶ホルダ276は、軸線X1と略平行であり、且つ、軸線X1から変位した位置に中心軸線X2を有しており、この中心軸線X2を中心に回転可能である。スラリー液供給口280は、ポリッシングパッド274上にスラリーSを供給する。
The
このCMP装置270によれば、定盤272及びポリッシングパッド274と、結晶ホルダ276とを回転させ、スラリーSをポリッシングパッド274上に供給し、支持基板の第2の表面10aをポリッシングパッド274に接触させることによって、第2の表面10aの研磨を行うことができる。
According to the
なお、CMPの砥粒は表面粗さや加工変質層を低減させるために炭化珪素よりも柔らかい材料であることが必要であり、コロイダルシリカ、フュームドシリカが好ましい。CMPの溶液にはケミカル作用を増加させるためにpH4以下またはpH9.5以上が好ましく、pH2以下、pH10.5以上がより好ましい。CMP液のpHの制御は、無機酸、有機酸、無機アルカリ、有機アルカリ、およびそれらの塩を添加することで制御できる。また、酸化剤を添加することが好ましい。酸化剤にはトリクロロイソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル塩などの塩素系酸化剤、硫酸、硝酸、過酸化水素水等を用いることができる。酸化剤の添加でpHを制御することもできる。 The CMP abrasive grains need to be softer than silicon carbide in order to reduce the surface roughness and the work-affected layer, and colloidal silica and fumed silica are preferable. The CMP solution preferably has a pH of 4 or less or a pH of 9.5 or more, more preferably a pH of 2 or less and a pH of 10.5 or more in order to increase chemical action. The pH of the CMP solution can be controlled by adding an inorganic acid, an organic acid, an inorganic alkali, an organic alkali, and a salt thereof. Moreover, it is preferable to add an oxidizing agent. As the oxidizing agent, chlorine-based oxidizing agents such as trichloroisocyanuric acid and dichloroisocyanuric salt, sulfuric acid, nitric acid, hydrogen peroxide water, and the like can be used. The pH can also be controlled by adding an oxidizing agent.
また、複数の単結晶基板の各々の第1の裏面も、支持基板10と同様の方法で表面仕上げ処理される。本実施の形態では、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の双方が、表面仕上げ処理される。複数の単結晶基板1〜9の各々の第1の裏面および支持基板10の第2の表面の一方だけが表面仕上げ処理されても構わない。
Further, the first back surface of each of the plurality of single crystal substrates is also subjected to a surface finishing process in the same manner as the
上述の通り、本実施の形態の表面処理工程では、研削、研磨処理を行った後に、イオンエッチング処理やCMP処理などの表面仕上げ処理が行われる。 As described above, in the surface treatment process of the present embodiment, after finishing grinding and polishing, surface finishing treatment such as ion etching treatment and CMP treatment is performed.
当該表面処理工程では、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下となるように表面処理が行われる。好ましくは、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の双方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下となるように表面処理が行われる。
In the surface treatment step, the surface treatment is performed so that the ten-point average roughness of each of the first back surfaces of the plurality of
また好ましくは、当該表面処理工程では、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが3.3μm以上16μm以下となるように表面処理が行われる。さらに好ましくは、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の双方の十点平均粗さが3.3μm以上16μm以下となるように表面処理が行われる。
Preferably, in the surface treatment step, the ten-point average roughness of each of the first back surfaces of the plurality of
また、当該表面処理工程では、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが0.16μm以上0.95μm以下となるように表面処理が行われる。好ましくは、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の双方の算術平均粗さが0.16μm以上0.95μm以下となるように表面処理が行われる。
In the surface treatment step, the arithmetic average roughness of each of the first back surfaces of the plurality of
また好ましくは、当該表面処理工程では、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが0.23μm以上0.8μm以下となるように表面処理が行われる。さらに好ましくは、複数の単結晶基板1〜9の第1の裏面の各々および支持基板10の第2の表面の双方の算術平均粗さが0.23μm以上0.8μm以下となるように表面処理が行われる。
Preferably, in the surface treatment step, the arithmetic average roughness of each of the first back surfaces of the plurality of
次に、図5に示すように、単結晶基板1〜3の第1の裏面1b〜3bの各々と支持基板10の第2の表面10aとが対向するように、炭化珪素を主成分とする高分子である流動体層41を介して支持基板10上に単結晶基板1〜3の各々を配置する。炭化珪素を主成分とする高分子とは、たとえばポリカルボシランである。
Next, as shown in FIG. 5, silicon carbide is the main component so that each of
このとき、単結晶基板1〜3と同様に、単結晶基板4〜9(図5において図示せず)も流動体層41上に配置されるため、単結晶基板1〜9、流動体層41および支持基板10からなる積層体を単結晶基板1〜9の第1の表面側から俯瞰した平面図は、図1と同様の構成となる。これにより、単結晶基板1〜9、流動体層41および支持基板10からなる積層体101が作製される。積層体101は、具体的には、以下のように作製される。
At this time, similarly to the
まず、支持基板10の第2の表面10a上に、ポリカルボシランを含有する流動体を塗布または噴霧することにより、第2の表面10a上にポリカルボシランを含有する流動体層41を形成する。なお、固体のポリカルボシランを加熱溶解することにより、流動体層41を形成してもよい。次に、この流動体層41上に単結晶基板1〜3の第1の裏面1b〜3bを配置する。なお、この代わりに、単結晶基板1〜3の第1の裏面1b〜3bの各々に流動体層41を形成し、当該流動体層41上に支持基板10の第2の表面10aを配置してもよい。
First, a
なお、後述する接続層11(図2参照。)を形成する工程において、接続層11の厚みが均一となるように、支持基板10と単結晶基板1〜3との間に流動体層41を均一な厚みで形成することが好ましい。
In the step of forming a connection layer 11 (see FIG. 2) described later, the
流動体層41に含まれるポリカルボシランとは、上述のように、主鎖にSi−C結合を有する重合体であり、その数平均分子量は600〜4000であることが好ましい。また、ポリカルボシランを含有する流動体とは、ポリカルボシランを溶媒に分散または溶解させたものでもよく、ポリカルボシラン自体が流動体である場合には、ポリカルボシランそのものであってもよい。溶媒としては、キシレン、ヘキサン、トルエンなどの極性の低い有機溶媒を好適に用いることができる。
The polycarbosilane contained in the
ここで、ポリカルボシランは、主鎖にSi−C結合の他に、珪素と珪素との結合(以下「Si−Si結合」ともいう。)、炭素と炭素との結合(以下「C−C結合」ともいう。)を有していてもよい。たとえば、ポリカルボシランの一例として、ポリカルボシランの主鎖は、下記化学式(1)で表される繰り返し単位を有していてもよく、下記化学式(2)および(3)で表される各繰り返し単位を有していてもよい。また、下記化学式(1)〜(3)が組み合わされた繰り返し単位を有していてもよい。ただし、ポリカルボシランが転化することによって形成される接続層11が炭化珪素を主成分とする化合物からなるためには、少なくとも、主鎖を構成する原子のうち、50%以上がSi−C結合であることが好ましい。また、70%以上がSi−C結合であることがより好ましく、90%以上がSi−C結合であることがさらに好ましい。
Here, polycarbosilane has a Si—C bond in the main chain, a bond between silicon and silicon (hereinafter also referred to as “Si—Si bond”), a bond between carbon and carbon (hereinafter referred to as “C—C”). It may also be referred to as a “bond”. For example, as an example of polycarbosilane, the main chain of polycarbosilane may have a repeating unit represented by the following chemical formula (1), and each represented by the following chemical formulas (2) and (3): You may have a repeating unit. Moreover, you may have the repeating unit with which following Chemical formula (1)-(3) was combined. However, in order for the
なお、化学式(1)において、R1〜R4は、各々、水素基、炭素数1〜5のアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基からなり、互いに異なっていてもよい。また、繰り返し単位構造中に含まれるR1〜R4はそれぞれ同一であっても異なるものであってもよい。 In the chemical formula (1), R 1 to R 4 are each composed of a hydrogen group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkenyl group, or an alkynyl group, and may be different from each other. In addition, R 1 to R 4 contained in the repeating unit structure may be the same or different.
なお、化学式(2)において、R5〜R10は、各々、水素基、炭素数1〜5のアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基からなり、互いに異なっていてもよい。また、繰り返し単位構造中に含まれるR5〜R10はそれぞれ同一であっても異なるものであってもよい。 In chemical formula (2), R 5 to R 10 are each composed of a hydrogen group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkenyl group, or an alkynyl group, and may be different from each other. Further, R 5 to R 10 contained in the repeating unit structure may be the same or different.
なお、化学式(3)において、R11〜R16は、各々、水素基、炭素数1〜5のアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基からなり、互いに異なっていてもよい。また、主鎖構造中に含まれる複数のR11〜R16はそれぞれ同一であっても異なるものであってもよい。 In the chemical formula (3), R 11 to R 16 each consist of a hydrogen group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkenyl group, or an alkynyl group, and may be different from each other. The plurality of R 11 to R 16 contained in the main chain structure may be the same or different.
次に、図2に示すように、流動体層41を転化することで、複数の単結晶基板1〜3の各々の第1の裏面と支持基板10の第2の表面とを接続する接続層11が形成される。具体的には、流動体層41に含有されるポリカルボシランを転化することで、炭化珪素を主成分とする接続層11を形成する(図3:ステップS30)。
Next, as shown in FIG. 2, the connection layer that connects the first back surface of each of the plurality of
たとえば、流動体層41を不活性雰囲気下で加熱処理することによってポリカルボシランが転化され、また、溶媒が揮発して除去される。これによって流動体層41が炭化珪素を主成分とする接続層11へと転換される。
For example, when the
加熱処理において、流動体層41を1000℃以上2100℃以下で加熱することが好ましい。1000℃より低い温度では、高分子である流動体層41の炭化珪素化が不十分となり接合強度が低下してしまう。一方、2100℃より高い温度では、単結晶基板や支持基板10が昇華してしまう。それゆえ、1000℃以上2100℃以下で流動体層41を加熱することが好ましい。
In the heat treatment, the
流動体層41を1000℃以上2100℃以下で加熱することで、流動体層41がアモルファス、多結晶、空隙のある単結晶の少なくともいずれかを含む接続層11に変化する。好ましくは、流動体層41を加熱分解することにより、多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素および空隙を有する単結晶炭化珪素が形成される。
By heating the
好ましくは、流動体層41を介して支持基板10と複数の単結晶基板の各々とを配置する工程は、流動体層41にシリコン化合物を添加する工程を含んでいる。流動体層41がシリコンよりも炭素を多く含む場合、シリコンを添加することにより炭化珪素がストイキオメトリーに近づく。これにより、接続層11の接合強度を高くすることができる。
Preferably, the step of disposing the
また好ましくは、流動体層41を介して支持基板10と複数の単結晶基板の各々とを配置する工程は、流動体層41にフィラーを添加する工程を含んでいる。これにより、流動体層41を加熱分解するときに、流動体層41が過剰に収縮することを抑制することができる。フィラーを含んだ接続層11の詳細については後述する。
Preferably, the step of disposing the
以上詳述したように、本実施の形態の炭化珪素基板およびその製造方法によれば、単結晶基板1〜9と支持基板10との接続強度が高い炭化珪素基板を提供することができる。それゆえ、研磨工程などの半導体装置の製造工程において、単結晶基板1〜9が支持基板10から剥離することを効果的に抑制することができる。
As described above in detail, according to the silicon carbide substrate and the manufacturing method thereof of the present embodiment, a silicon carbide substrate having high connection strength between
(実施の形態2)
本実施の形態は、接続層11に炭化珪素からなるフィラー71を含有する点で、実施の形態1と異なる。以下、実施の形態1と異なる点について説明する。
(Embodiment 2)
The present embodiment is different from the first embodiment in that the
図6は、本発明の実施の形態2における炭化珪素基板の構造を概略的に示す断面図である。図6を参照し、接続層11には、炭化珪素からなるフィラー71が含有されている。これによりポリカルボシランが転化して流動体層41から接続層11へと変化する際の体積の収縮を抑制することができる。
FIG. 6 is a cross sectional view schematically showing a structure of the silicon carbide substrate in the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6,
たとえば、フィラー71としては、炭化珪素の多結晶を用いることができる。流動体層41におけるフィラー71の体積当たりの含有率は10体積%以上70体積%以下であることが好ましい。10体積%以上とすることにより、収縮を十分に抑制することができ、70体積%以下とすることにより、接続層11の強度を保持することができる。フィラー71の体積当たりの含有率は、20体積%以上60体積%以下であることがより好ましい。上記フィラー71を含有する接続層11は、たとえば、以下の方法により形成することができる。
For example, as the
すなわち、上述のステップS20において、ポリカルボシランを含有する流動体層41にさらにフィラー71を含有させた状態で、この流動体層41を介して、支持基板10上に単結晶基板1〜3の各々を配置させて、積層体を作製する。そして、実施の形態1と同様の工程を経ることにより、図6に示す接続層11を有する炭化珪素基板200を作成することができる。
That is, in the above-described step S20, the
(実施の形態3)
図7を参照し、本実施の形態3における半導体装置300は、縦型DiMOSFET(Double Implanted Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であって、炭化珪素基板100、エピタキシャル層20、酸化膜126、ソース電極111、上部ソース電極127、ゲート電極110、およびドレイン電極112を有する。エピタキシャル層20は、バッファ層121と、耐圧保持層122と、p領域123と、n+領域124と、p+領域125とを含む。
(Embodiment 3)
Referring to FIG. 7,
炭化珪素基板100は、本実施の形態においてはn型の導電型を有し、また、支持基板10、接続層11および単結晶基板1を有する。ドレイン電極112は、炭化珪素基板100の支持基板10上に設けられている。
バッファ層121は、炭化珪素基板100の単結晶基板1上に設けられている。バッファ層121は、導電型がn型であり、その厚さはたとえば0.5μmである。またバッファ層121におけるn型の導電性不純物の濃度は、たとえば5×1017cm-3である。
耐圧保持層122は、バッファ層121上に形成されており、また導電型がn型の炭化珪素からなる。たとえば、耐圧保持層122の厚さは10μmであり、そのn型の導電性不純物の濃度は5×1015cm-3である。
The breakdown
この耐圧保持層122の表面には、導電型がp型である複数のp領域123が互いに間隔を隔てて形成されている。p領域123の内部において、p領域123の表面層にn+領域124が形成されている。また、このn+領域124に隣接する位置には、p+領域125が形成されている。一方のp領域123におけるn+領域124上から、p領域123、2つのp領域123の間において露出する耐圧保持層122、他方のp領域123および当該他方のp領域123におけるn+領域124上にまで延在するように、酸化膜126が形成されている。酸化膜126上にはゲート電極110が形成されている。また、n+領域124およびp+領域125上にはソース電極111が形成されている。このソース電極111上には上部ソース電極127が形成されている。
On the surface of the breakdown
酸化膜126と、半導体層としてのn+領域124、p+領域125、p領域123および耐圧保持層122との界面から10nm以内の領域における窒素原子濃度の最大値は1×1021cm-3以上となっている。これにより、特に酸化膜126下のチャネル領域(酸化膜126に接する部分であって、n+領域124と耐圧保持層122との間のp領域123の部分)の移動度を向上させることができる。
The maximum value of the nitrogen atom concentration in the region within 10 nm from the interface between the
好ましくは、エピタキシャル層20の表面20aは以下に説明する特殊面を有していてもよい。エピタキシャル層20の表面20aが特殊面を有することで、当該エピタキシャル層20の表面20a上に形成されたエピタキシャル層20のチャネル面CHも特殊面を有し得る。図16に示すように、特殊面を有するエピタキシャル層20の表面20aは、面S1(第1の面)を含む。面S1は面方位{0−33−8}を有し、好ましくは面方位(0−33−8)を有する。好ましくはエピタキシャル層20の表面20aは面S1を微視的に含む。好ましくはエピタキシャル層20の表面20aはさらに面S2(第2の面)を微視的に含む。面S2は面方位{0−11−1}を有し、好ましくは面方位(0−11−1)を有する。ここで「微視的」とは、原子間隔の2倍程度の寸法を少なくとも考慮する程度に詳細に、ということを意味する。このように微視的な構造の観察方法としては、たとえばTEM(Transmission Electron Microscope)を用いることができる。
Preferably, the
好ましくはエピタキシャル層20の表面20aは複合面SRを有する。複合面SRは、面S1およびS2が周期的に繰り返されることによって構成されている。このような周期的構造は、たとえば、TEMまたはAFM(Atomic Force Microscopy)により観察し得る。複合面SRは面方位{0−11−2}を有し、好ましくは面方位(0−11−2)を有する。この場合、複合面SRは{000−1}面に対して巨視的に62°のオフ角を有する。ここで「巨視的」とは、原子間隔程度の寸法を有する微細構造を無視することを意味する。このように巨視的なオフ角の測定としては、たとえば、一般的なX線回折を用いた方法を用い得る。好ましくは、チャネル面CH上においてキャリアが流れる方向であるチャネル方向CDは、上述した周期的繰り返しが行われる方向に沿っている。
Preferably,
次に、複合面SRの詳細な構造について説明する。
一般に、ポリタイプ4Hの炭化珪素単結晶を(000−1)面から見ると、図17に示すように、Si原子(またはC原子)は、A層の原子(図中の実線)と、この下に位置するB層の原子(図中の破線)と、この下に位置するC層の原子(図中の一点鎖線)と、この下に位置するB層の原子(図示せず)とが繰り返し設けられている。つまり4つの層ABCBを1周期としてABCBABCBABCB・・・のような周期的な積層構造が設けられている。
Next, the detailed structure of the composite surface SR will be described.
Generally, when a silicon carbide single crystal of polytype 4H is viewed from the (000-1) plane, as shown in FIG. 17, Si atoms (or C atoms) are atoms of A layer (solid line in the figure), B layer atoms (broken line in the figure) located below, C layer atoms (dotted line in the figure) located below, and B layer atoms (not shown) located below this It is provided repeatedly. That is, a periodic laminated structure such as ABCBABCBABCB... Is provided with four layers ABCB as one period.
図18に示すように、(11−20)面(図17の線XVIII−XVIIIの断面)において、上述した1周期を構成する4つの層ABCBの各層の原子は、(0−11−2)面に完全に沿うようには配列されていない。図18においてはB層の原子の位置を通るように(0−11−2)面が示されており、この場合、A層およびB層の各々の原子は(0−11−2)面からずれていることがわかる。このため、炭化珪素単結晶の表面の巨視的な面方位、すなわち原子レベルの構造を無視した場合の面方位が(0−11−2)に限定されたとしても、この表面は、微視的には様々な構造をとり得る。 As shown in FIG. 18, in the (11-20) plane (cross section taken along line XVIII-XVIII in FIG. 17), the atoms in each of the four layers ABCB constituting one cycle described above are (0-11-2). It is not arranged to be completely along the plane. In FIG. 18, the (0-11-2) plane is shown so as to pass through the position of the atoms in the B layer. In this case, the atoms in the A layer and the B layer are separated from the (0-11-2) plane. You can see that it is shifted. For this reason, even if the macroscopic plane orientation of the surface of the silicon carbide single crystal, that is, the plane orientation when the atomic level structure is ignored is limited to (0-11-2), this surface is microscopic. Can take various structures.
図19に示すように、複合面SRは、面方位(0−33−8)を有する面S1と、面S1につながりかつ面S1の面方位と異なる面方位を有する面S2とが交互に設けられることによって構成されている。面S1および面S2の各々の長さは、Si原子(またはC原子)の原子間隔の2倍である。なお面S1および面S2が平均化された面は、(0−11−2)面(図18)に対応する。 As shown in FIG. 19, in the composite surface SR, a surface S1 having a surface orientation (0-33-8) and a surface S2 connected to the surface S1 and having a surface orientation different from the surface orientation of the surface S1 are alternately provided. It is configured by being. The length of each of the surface S1 and the surface S2 is twice the atomic spacing of Si atoms (or C atoms). Note that the surface on which the surface S1 and the surface S2 are averaged corresponds to the (0-11-2) surface (FIG. 18).
図20に示すように、複合面SRを(01−10)面から見て単結晶構造は、部分的に見て立方晶と等価な構造(面S1の部分)を周期的に含んでいる。具体的には複合面SRは、上述した立方晶と等価な構造における面方位(001)を有する面S1と、面S1につながりかつ面S1の面方位と異なる面方位を有する面S2とが交互に設けられることによって構成されている。このように、立方晶と等価な構造における面方位(001)を有する面(図20においては面S1)と、この面につながりかつこの面方位と異なる面方位を有する面(図20においては面S2)とによって表面を構成することは4H以外のポリタイプにおいても可能である。ポリタイプは、たとえば6Hまたは15Rであってもよい。 As shown in FIG. 20, the single crystal structure when the composite surface SR is viewed from the (01-10) plane periodically includes a structure (part of the surface S1) equivalent to a cubic crystal when viewed partially. Specifically, in the composite surface SR, a surface S1 having a surface orientation (001) in a structure equivalent to the above-described cubic crystal and a surface S2 connected to the surface S1 and having a surface orientation different from the surface orientation of the surface S1 are alternated. It is comprised by being provided in. Thus, a plane having a plane orientation (001) in the structure equivalent to a cubic crystal (plane S1 in FIG. 20) and a plane connected to this plane and having a plane orientation different from this plane orientation (plane in FIG. 20). It is also possible for polytypes other than 4H to constitute the surface according to S2). The polytype may be 6H or 15R, for example.
次に図21を参照して、エピタキシャル層20の表面20aの結晶面と、チャネル面CHの移動度MBとの関係について説明する。図21のグラフにおいて、横軸は、チャネル面CHを有するエピタキシャル層20の表面20aの巨視的な面方位と(000−1)面とのなす角度D1を示し、縦軸は移動度MBを示す。プロット群CMはエピタキシャル層20の表面20aが熱エッチングによる特殊面として仕上げられた場合に対応し、プロット群MCはそのような熱エッチングがなされない場合に対応する。
Next, the relationship between the crystal plane of the
プロット群MCにおける移動度MBは、チャネル面CHの表面の巨視的な面方位が(0−33−8)のときに最大となった。この理由は、熱エッチングが行われない場合、すなわち、チャネル表面の微視的な構造が特に制御されない場合においては、巨視的な面方位が(0−33−8)とされることによって、微視的な面方位(0−33−8)、つまり原子レベルまで考慮した場合の面方位(0−33−8)が形成される割合が確率的に高くなったためと考えられる。 The mobility MB in the plot group MC was maximized when the macroscopic plane orientation of the surface of the channel plane CH was (0-33-8). This is because when the thermal etching is not performed, that is, when the microscopic structure of the channel surface is not particularly controlled, the microscopic plane orientation is set to (0-33-8). This is probably because the ratio of the formation of the visual plane orientation (0-33-8), that is, the plane orientation (0-33-8) when considering even the atomic level is stochastically increased.
一方、プロット群CMにおける移動度MBは、チャネル面CHの表面の巨視的な面方位が(0−11−2)のとき(矢印EX)に最大となった。この理由は、図19および図20に示すように、面方位(0−33−8)を有する多数の面S1が面S2を介して規則正しく稠密に配置されることで、チャネル面CHの表面において微視的な面方位(0−33−8)が占める割合が高くなったためと考えられる。 On the other hand, the mobility MB in the plot group CM is maximized when the macroscopic surface orientation of the surface of the channel surface CH is (0-11-2) (arrow EX). The reason for this is that, as shown in FIGS. 19 and 20, a large number of surfaces S1 having a plane orientation (0-33-8) are regularly and densely arranged via the surface S2, so that the surface of the channel surface CH This is probably because the proportion of the microscopic plane orientation (0-33-8) has increased.
なお移動度MBは複合面SR上において方位依存性を有する。図22に示すグラフにおいて、横軸はチャネル方向と<0−11−2>方向との間の角度D2を示し、縦軸はチャネル面CHの移動度MB(任意単位)を示す。破線はグラフを見やすくするために補助的に付してある。このグラフから、チャネル移動度MBを大きくするには、チャネル方向CD(図16)が有する角度D2は、0°以上60°以下であることが好ましく、ほぼ0°であることがより好ましいことがわかった。 The mobility MB has orientation dependency on the composite surface SR. In the graph shown in FIG. 22, the horizontal axis indicates the angle D2 between the channel direction and the <0-11-2> direction, and the vertical axis indicates the mobility MB (arbitrary unit) of the channel surface CH. A broken line is added to make the graph easier to see. From this graph, in order to increase the channel mobility MB, the angle D2 of the channel direction CD (FIG. 16) is preferably 0 ° or more and 60 ° or less, and more preferably approximately 0 °. all right.
図23に示すように、エピタキシャル層20の表面20aは複合面SRに加えてさらに面S3(第3の面)を含んでもよい。この場合、エピタキシャル層20の表面20aの{000−1}面に対するオフ角は、理想的な複合面SRのオフ角である62°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±10°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が{0−33−8}面となる表面がある。より好ましくは、エピタキシャル層20の表面20aの(000−1)面に対するオフ角は、理想的な複合面SRのオフ角である62°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±10°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が(0−33−8)面となる表面がある。
As shown in FIG. 23, the
より具体的にはエピタキシャル層20の表面20aは、面S3および複合面SRが周期的に繰り返されることによって構成された複合面SQを含んでもよい。このような周期的構造は、たとえば、TEMまたはAFM(Atomic Force Microscopy)により観察し得る。
More specifically, the
次に図7〜図12を用いて、半導体装置300の製造方法について説明する。図8は、実施の形態3における半導体装置の製造方法の概略的なフロー図であり、図9〜12は、実施の形態3における半導体装置の製造方法の各一工程を概略的に示す断面図である。なお、図9〜図12においては単結晶基板1〜9(図1参照。)のうち、単結晶基板1の近傍における工程のみを示すが、単結晶基板2〜9の各々の近傍においても、同様の工程が行なわれる。
Next, a method for manufacturing the
まず、図8の基板準備工程(ステップS110)において、炭化珪素基板100が準備される(図1および図2参照。)。
First, in the substrate preparing step (step S110) in FIG. 8,
すなわち実施の形態1で説明したステップS10〜S30(図3)により、炭化珪素基板100が作製される。なお、本実施の形態において、たとえば、単結晶基板1〜9、支持基板10および接続層11を構成する炭化珪素に、窒素、リンなどのn型の不純物を導入することによって、炭化珪素基板100の導電型をn型とすることができる。
That is,
次に、図8のエピタキシャル層形成工程(ステップS120)において、バッファ層121と、耐圧保持層122とを含むエピタキシャル層20が、以下のように形成される(図9参照。)。
Next, in the epitaxial layer forming step (step S120) of FIG. 8, the
まず炭化珪素基板100の表面上にバッファ層121が形成される。バッファ層121は、導電型がn型の炭化珪素からなり、たとえば厚さ0.5μmのエピタキシャル層である。またバッファ層121における導電型不純物の濃度は、たとえば5×1017cm-3とされる。
First,
次にバッファ層121上に耐圧保持層122が形成される。具体的には、導電型がn型の炭化珪素からなる層が、エピタキシャル成長法によって形成される。耐圧保持層122の厚さは、たとえば10μmとされる。また耐圧保持層122におけるn型の導電性不純物の濃度は、たとえば5×1015cm-3である。
Next, the breakdown
次に、たとえばエピタキシャル層20を熱エッチングすることにより、エピタキシャル層20の表面20aを上述した特殊面としてもよい。具体的には、たとえば少なくとも1種類以上のハロゲン原子を含む雰囲気中で、エピタキシャル層20をを加熱することによって行い得る。少なくとも1種類以上のハロゲン原子は、塩素(Cl)原子およびフッ素(F)原子の少なくともいずれかを含む。この雰囲気は、たとえば、Cl2、BCL3、SF6、またはCF4である。この熱エッチングによって、エピタキシャル層20の表面20aに特殊面を有する表面が自己形成される。エピタキシャル層20の表面20aは面方位{0−33−8}を有する第1の面を含む。エピタキシャル層20の表面20aは、当該第1の面を微視的に含み、さらに、面方位{0−11−1}を有する第2の面を微視的に含んでもよい。また、エピタキシャル層20の表面20aの当該第1の面および当該第2の面は、面方位{0−11−2}を有する複合面を含んでもよい。さらに、エピタキシャル層20の表面20aは、{000−1}面に対して、巨視的に62°±10°のオフ角を有してもよい。
Next, for example, the
なお、エピタキシャル層20を熱エッチングする工程は、後述する注入工程や活性化アニール工程の後に行われてもよい。この場合、注入工程や活性化アニール工程によって、エピタキシャル層20の表面20aの原子配列が乱されることを防止することができる。
Note that the step of thermally etching the
次に、図8の注入工程(ステップS130)において、p領域123と、n+領域124と、p+領域125とが、以下のように形成される(図10参照。)。
Next, in the implantation step of FIG. 8 (step S130), the
まず、導電型がp型の不純物が耐圧保持層122の一部に選択的に注入されることで、p領域123が形成される。次に、n型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってn+領域124が形成され、また導電型がp型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってp+領域125が形成される。なお不純物の選択的な注入は、たとえば酸化膜からなるマスクを用いて行われる。このような注入工程の後、活性化アニール処理が行われる。たとえば、アルゴン雰囲気中、加熱温度1700℃で30分間のアニールが行われる。
First, an impurity having a p-type conductivity is selectively implanted into a part of the breakdown
次に、図8のゲート絶縁膜形成工程(ステップS140)において、ゲート絶縁膜としての酸化膜126が形成される(図11参照。)。
Next, in the gate insulating film forming step (step S140) in FIG. 8, an
具体的には、耐圧保持層122と、p領域123と、n+領域124と、p+領域125との上を覆うように、酸化膜126が形成される。この形成はドライ酸化(熱酸化)により行われてもよい。ドライ酸化の条件は、たとえば、加熱温度が1200℃であり、また加熱時間が30分である。
Specifically,
次に、図8の窒素アニール工程(ステップS150)において、アニール処理が行われる。 Next, annealing is performed in the nitrogen annealing step (step S150) of FIG.
具体的には、一酸化窒素(NO)雰囲気中でのアニール処理が行われる。この処理の条件は、たとえば加熱温度が1100℃であり、加熱時間が120分である。この結果、耐圧保持層122、p領域123、n+領域124、およびp+領域125の各々と、酸化膜126との界面近傍に、窒素原子が導入される。なおこの一酸化窒素を用いたアニール工程の後、さらに不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスを用いたアニール処理が行われてもよい。この処理の条件は、たとえば、加熱温度が1100℃であり、加熱時間が60分である。
Specifically, an annealing process is performed in a nitrogen monoxide (NO) atmosphere. For example, the heating temperature is 1100 ° C. and the heating time is 120 minutes. As a result, nitrogen atoms are introduced near the interface between
次に、図8の電極形成工程(ステップS160)において、ソース電極111およびドレイン電極112が、以下のように形成される(図12参照)。
Next, in the electrode formation step (step S160) of FIG. 8, the
まず、酸化膜126上に、フォトリソグラフィ法を用いて、パターンを有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いて、酸化膜126のうちn+領域124およびp+領域125上に位置する部分がエッチングにより除去される。これにより酸化膜126に開口部が形成される。次に、この開口部においてn+領域124およびp+領域125の各々と接触するように導電体膜が形成される。次にレジスト膜を除去することにより、上記導体膜のうちレジスト膜上に位置していた部分の除去(リフトオフ)が行われる。この導体膜は、金属膜であってもよく、たとえばニッケル(Ni)からなる。このリフトオフの結果、ソース電極111が形成される。なお、ここでアロイ化のための熱処理が行なわれることが好ましい。たとえば、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスの雰囲気中、加熱温度950℃で2分の熱処理が行なわれる。
First, a resist film having a pattern is formed on the
さらに、ソース電極111上に上部ソース電極127が形成され、炭化珪素基板100の裏面上にドレイン電極112が形成される(図7参照。)。そして、この積層体をダイシングすることによって、各半導体装置毎に分割する。これにより、単結晶基板1の第1の表面1aを有する炭化珪素基板100を備えた、半導体装置300が得られる。
Further,
また、ソース電極111上に上部ソース電極127が形成された後に、裏面研削により、支持基板10と接続層11とを除去して、単結晶基板1のみを残すことができ、この単結晶基板1の裏面上にドレイン電極112を形成してもよい。たとえば、高抵抗の支持基板10を用いた場合には、このように支持基板10を除去することにより半導体装置の抵抗を低減することができる。また、裏面研削によって単結晶基板1の厚みを低減することもできる。単結晶基板1の厚みを低減することにより、半導体装置の抵抗をさらに低減することができる。
Further, after the
なお、本実施の形態における導電型が入れ替えられた構成、すなわちp型とn型とが入れ替えられた構成を用いることもできる。 Note that a configuration in which the conductivity types in this embodiment are interchanged, that is, a configuration in which p-type and n-type are interchanged can also be used.
また、半導体装置300を作製するための半導体基板は、実施の形態1の炭化珪素基板100に限定されるものではなく、たとえば実施の形態2によって得られる炭化珪素基板200であってもよい。
In addition, the semiconductor substrate for
また、本実施の形態において、縦型DiMOSFETを例示したが、本発明の炭化珪素基板を用いて他の半導体装置が製造されてもよく、たとえばRESURF−JFET(Reduced Surface Field-Junction Field Effect Transistor)またはショットキーダイオードが製造されてもよい。 In the present embodiment, the vertical DiMOSFET is exemplified. However, other semiconductor devices may be manufactured using the silicon carbide substrate of the present invention. For example, RESURF-JFET (Reduced Surface Field-Junction Field Effect Transistor). Alternatively, a Schottky diode may be manufactured.
本実施の形態の半導体装置300の製造方法によれば、複数の単結晶基板1〜9の各々と支持基板10との接合強度が高くなる。それゆえ、研磨工程などの半導体装置の製造工程において、単結晶基板1〜9が支持基板10から剥離することを抑制することができる。結果として、半導体装置300の歩留まりを向上することができる。
According to the method for manufacturing
本実施例では、単結晶基板(タイル基板)および支持基板10の接合面の表面粗さが、単結晶基板および支持基板10の引張り強度および破壊歩留りに及ぼす影響について調査した。
In this example, the influence of the surface roughness of the bonding surface between the single crystal substrate (tile substrate) and the
単結晶基板および支持基板10の接合面の表面粗さが異なる15種類の貼合せ基板(炭化珪素基板100)のサンプル(サンプル1〜サンプル15)を製造した。15種類の貼合せ基板の製造は、実施の形態1で説明した製造方法により行われた。具体的にはまず、表面粗さの異なる15種類の単結晶基板および支持基板10を準備した。表面粗さは、砥粒のサイズ、定盤の材質、荷重およびエッチング方法によって制御した。それぞれのサンプルの製造条件を表1に示す。
Samples (
表1に示すように、砥粒のサイズを3μm以上15μm以下の範囲で制御した。研磨対象の基板に加える荷重を250g/cm2以上400g/cm2以下の範囲で制御した。なお、表1において、SnはSn(錫)の定盤を意味し、CuはCu(銅)および樹脂との混合物を用いた定盤を意味し、FeはFe(鉄)および樹脂との混合物を用いた定盤を意味する。また、表1において、KOHは溶融KOH(水酸化カリウム)エッチングを意味し、DEはCF4を用いた反応性イオンエッチングを意味する。単結晶基板および支持基板10に対して表面処理が行われた後、単結晶基板と支持基板10とを接続層11を介して接続した。このようにして、単結晶基板および支持基板10の接合面の表面粗さが異なる15種類の貼合せ基板のサンプル(サンプル1〜サンプル15)を製造した。当該15種類の貼合せ基板を用いて、単結晶基板および支持基板10の引張り強度を測定した。
As shown in Table 1, the size of the abrasive grains was controlled in the range of 3 μm to 15 μm. The load applied to the substrate to be polished was controlled in the range of 250 g / cm 2 to 400 g / cm 2 . In Table 1, Sn means a surface plate of Sn (tin), Cu means a surface plate using a mixture of Cu (copper) and resin, and Fe is a mixture of Fe (iron) and resin. It means a surface plate using. In Table 1, KOH means molten KOH (potassium hydroxide) etching, and DE means reactive ion etching using CF 4 . After the surface treatment was performed on the single crystal substrate and the
表1に記載された条件で表面処理された単結晶基板および支持基板10の十点平均粗さ(Rz)および算術平均粗さ(Ra)を表2に示す。また、当該単結晶基板および支持基板10の引張り強度も表2に示す。なお、引張り強度の測定は以下の方法で実施された。まず、単結晶基板と支持基板10とを接続層11を介して接続した。支持基板10および単結晶基板の一方を固定し、他方を支持基板10の表面と垂直な方向に引張ったときに、単結晶基板が支持基板から剥離するときの強度を引張り強度とした。
Table 10 shows the ten-point average roughness (R z ) and arithmetic average roughness (R a ) of the single crystal substrate and the
表2に示すように、単結晶基板および支持基板10の十点平均粗さが2μm以上20μm以下である場合、単結晶基板および支持基板10の引張り強度が0.6MPa以上28MPa以下になることが確認された。また、単結晶基板および支持基板10の算術平均粗さが0.16μm以上0.95μm以下である場合、単結晶基板および支持基板10の引張り強度が0.6MPa以上28MPa以下になることが確認された。
As shown in Table 2, when the ten-point average roughness of the single crystal substrate and the
次に、引張り強度が異なる貼合せ基板を準備して、以下の条件で単結晶基板の第1の表面の研削、研磨を行い単結晶基板の破壊歩留りを調査した。破壊歩留りとは、研削、研磨を実施したすべてのサンプルの中で、単結晶基板が支持基板10から剥離しなかったサンプルの数の割合を示した数値である。
Next, bonded substrates having different tensile strengths were prepared, and the first surface of the single crystal substrate was ground and polished under the following conditions to investigate the fracture yield of the single crystal substrate. The fracture yield is a numerical value indicating the ratio of the number of samples in which the single crystal substrate did not peel from the
ここで、単結晶基板の研削、研磨条件について説明する。研削は、ビトリファイド砥石を使用して行われた。メカニカルポリッシング(MP)はダイヤモンド砥粒を使用した行われた。CMPは実施の形態1で説明したCMP装置を使用して行われた。研磨剤としてコロイダルシリカを使用した。貼合せ基板に加えられる荷重を250g/cm2とした。スエード研磨布が使用された。 Here, the grinding and polishing conditions of the single crystal substrate will be described. Grinding was performed using a vitrified wheel. Mechanical polishing (MP) was performed using diamond abrasive grains. CMP was performed using the CMP apparatus described in the first embodiment. Colloidal silica was used as an abrasive. The load applied to the bonded substrate was 250 g / cm 2 . A suede polishing cloth was used.
次に、単結晶基板および支持基板10の引張り強度と、破壊歩留りとの関係について表3を用いて説明する。
Next, the relationship between the tensile strength of the single crystal substrate and the
サンプル16は単結晶基板と支持基板10との引張り強度が0.3MPaであるサンプルであり、サンプル17〜サンプル23は単結晶基板と支持基板10との引張り強度が0.6MPa以上であるサンプルである。表3に示すように、引張り強度が0.6MPa以上になると破壊歩留りが急激に向上することが確認された。また、単結晶基板と支持基板10との引張り強度が2MPa以上になると破壊歩留りがさらに向上することが確認された。
Sample 16 is a sample in which the tensile strength between the single crystal substrate and the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1〜9 単結晶基板、1a〜3a 第1の表面、1b〜3b 第1の裏面、10 支持基板、10a 第2の表面、10b 第2の裏面、11 接続層、20 エピタキシャル層、20a 表面、41 流動体層、50 反応性イオンエッチング装置、52 チャンバ、54 上部電極、56 下部電極、58 基板支持台、60 ガス供給口、62 ガス排気口、64 高周波電源、71 フィラー、100,200 炭化珪素基板、101 積層体、110 ゲート電極、111 ソース電極、112 ドレイン電極、121 バッファ層、122 耐圧保持層、123 p領域、124 n+領域、125 p+領域、126 酸化膜、127 上部ソース電極、170 ラッピング装置、172 ベース定盤、174 定盤、176,276 結晶ホルダ、178,278 重り、180,280 スラリー供給口、270 CMP装置、300 半導体装置。 1-9 single crystal substrate, 1a-3a first surface, 1b-3b first back surface, 10 support substrate, 10a second surface, 10b second back surface, 11 connection layer, 20 epitaxial layer, 20a surface, 41 fluid layer, 50 reactive ion etching apparatus, 52 chamber, 54 upper electrode, 56 lower electrode, 58 substrate support, 60 gas supply port, 62 gas exhaust port, 64 high frequency power supply, 71 filler, 100, 200 silicon carbide Substrate, 101 stack, 110 gate electrode, 111 source electrode, 112 drain electrode, 121 buffer layer, 122 breakdown voltage holding layer, 123 p region, 124 n + region, 125 p + region, 126 oxide film, 127 upper source electrode, 170 lapping Equipment, 172 Base surface plate, 174 Surface plate, 176,276 Crystal holder, 1 78,278 Weight, 180,280 Slurry supply port, 270 CMP apparatus, 300 semiconductor device.
Claims (21)
炭化珪素からなり、互いに対向する第2の表面と第2の裏面とを有する支持基板と、
前記複数の単結晶基板と前記支持基板との間に介在して、前記第1の裏面の各々と前記第2の表面とが対向するように前記第1の裏面の各々と前記第2の表面とを接続する接続層とを備え、
前記単結晶基板と前記支持基板との引張り強度が0.6MPa以上である、炭化珪素基板。 A plurality of single crystal substrates each made of silicon carbide and having a first surface and a first back surface facing each other;
A support substrate made of silicon carbide and having a second surface and a second back surface facing each other;
Each of the first back surface and the second surface are interposed between the plurality of single crystal substrates and the support substrate so that each of the first back surface and the second surface oppose each other. And a connection layer for connecting
A silicon carbide substrate in which a tensile strength between the single crystal substrate and the support substrate is 0.6 MPa or more.
前記第1の表面は、面方位が{0−11−2}面から5°以下オフした面である、請求項1から6のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。 Each of the plurality of single crystal substrates has a hexagonal crystal structure and a polytype of 4H,
The silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the first surface is a surface whose plane orientation is turned off by 5 ° or less from a {0-11-2} plane.
前記第1の裏面の各々および前記第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下となるように表面処理する工程と、
前記複数の単結晶基板の前記第1の裏面の各々と前記支持基板の前記第2の表面とが対向するように、流動体層を介して前記支持基板と前記複数の単結晶基板の各々とを配置する工程と、
前記流動体層を転化することで、前記第1の裏面の各々と前記第2の表面とを接続する接続層を形成する工程とを備えた、炭化珪素基板の製造方法。 A plurality of single crystal substrates each made of silicon carbide and having a first surface and a first back surface facing each other, and a support substrate made of silicon carbide and having a second surface and a second back surface facing each other And a step of preparing
Surface treatment so that the ten-point average roughness of each of the first back surface and at least one of the second surface is 2 μm or more and 20 μm or less;
The support substrate and each of the plurality of single crystal substrates via a fluid layer such that each of the first back surfaces of the plurality of single crystal substrates faces the second surface of the support substrate. A step of arranging
A method of manufacturing a silicon carbide substrate, comprising: converting the fluid layer to form a connection layer that connects each of the first back surface and the second surface.
前記第1の裏面の各々および前記第2の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが0.16μm以上0.95μm以下となるように表面処理する工程と、
前記複数の単結晶基板の前記第1の裏面の各々と前記支持基板の前記第2の表面とが対向するように、流動体層を介して前記支持基板と前記複数の単結晶基板の各々とを配置する工程と、
前記流動体層を転化することで、前記第1の裏面の各々と前記第2の表面とを接続する接続層を形成する工程とを備えた、炭化珪素基板の製造方法。 A plurality of single crystal substrates each made of silicon carbide and having a first surface and a first back surface facing each other, and a support substrate made of silicon carbide and having a second surface and a second back surface facing each other And a step of preparing
Surface treatment so that the arithmetic average roughness of each of the first back surface and at least one of the second surface is 0.16 μm or more and 0.95 μm or less;
The support substrate and each of the plurality of single crystal substrates via a fluid layer such that each of the first back surfaces of the plurality of single crystal substrates faces the second surface of the support substrate. A step of arranging
A method of manufacturing a silicon carbide substrate, comprising: converting the fluid layer to form a connection layer that connects each of the first back surface and the second surface.
前記接続層を形成する工程においては、前記流動体層を加熱分解することにより多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素および空隙を有する単結晶炭化珪素が形成される、請求項8または9に記載の炭化珪素基板の製造方法。 The fluid layer is composed of a polymer mainly composed of a substance that becomes silicon carbide by heating,
In the step of forming the connection layer, polycrystalline silicon carbide, amorphous silicon carbide, and single crystal silicon carbide having voids are formed by thermally decomposing the fluid layer. A method for manufacturing a silicon carbide substrate.
前記第1の裏面の各々および前記第2の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが2μm以上20μm以下となるように表面処理する工程と、
前記単結晶基板と前記支持基板との間に介在して、前記第1の裏面と前記第2の表面とが対向するように前記第1の裏面と前記第2の表面とを接合する接続層とを有する炭化珪素基板を準備する工程と、
前記単結晶基板上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、
前記エピタキシャル成長層上に電極を形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 A single crystal substrate made of silicon carbide and having a first surface and a first back surface facing each other, and a support substrate made of silicon carbide and having a second surface and a second back surface facing each other are prepared. And a process of
Surface treatment so that the ten-point average roughness of each of the first back surface and at least one of the second surface is 2 μm or more and 20 μm or less;
A connection layer that is interposed between the single crystal substrate and the support substrate and joins the first back surface and the second surface so that the first back surface and the second surface face each other. Preparing a silicon carbide substrate having:
Forming an epitaxial growth layer on the single crystal substrate;
And a step of forming an electrode on the epitaxial growth layer.
炭化珪素からなり、互いに対向する第2の表面と第2の裏面とを有する支持基板と、
前記複数の単結晶基板と前記支持基板との間に介在して、前記第1の裏面の各々と前記第2の表面とが対向するように前記第1の裏面の各々と前記第2の表面とを接続する接続層と、
前記単結晶基板上に設けられたエピタキシャル成長層と、
前記エピタキシャル成長層上に設けられた電極とを備え、
前記単結晶基板と前記支持基板との引張り強度が0.6MPa以上である、半導体装置。 A plurality of single crystal substrates each made of silicon carbide and having a first surface and a first back surface facing each other;
A support substrate made of silicon carbide and having a second surface and a second back surface facing each other;
Each of the first back surface and the second surface are interposed between the plurality of single crystal substrates and the support substrate so that each of the first back surface and the second surface oppose each other. A connection layer for connecting
An epitaxial growth layer provided on the single crystal substrate;
An electrode provided on the epitaxial growth layer,
A semiconductor device, wherein a tensile strength between the single crystal substrate and the support substrate is 0.6 MPa or more.
前記エピタキシャル層の表面は、面方位{0−33−8}を有する第1の面を含む、請求項17に記載の半導体装置。 The silicon carbide forming the epitaxial layer has a hexagonal crystal structure and a polytype of 4H,
The surface of the said epitaxial layer is a semiconductor device of Claim 17 containing the 1st surface which has a surface orientation {0-33-8}.
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