JP2015005702A - SiC基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図6に示すように、インゴットからスライスした後、表面が機械的研削法で研削されたSiC基板100は、CMP研磨機200に備えられる回転可能なSiC基板支持部201に取り付けられる。そして、SiC基板100を回転定盤202の表面に貼り付けられた研磨パッド202aに押し当てるとともに、研磨パッド202aとSiC基板100との界面に、スラリーチューブ203からスラリー204を供給しながらSiC基板支持部201を回転させることにより、SiC基板100の研磨面(表面)100aを研磨する。
即ち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(2) 前記SiC基板が、前記Si面側に、さらにエピタキシャル層が積層されてなるSiC基板であることを特徴とする(1)に記載のSiC基板の製造方法。
(3) 前記CMP工程は、スラリーとして、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、pHが2〜6の過マンガン酸カリウム系スラリーを用いることを特徴とする(1)又は(2)に記載のSiC基板の製造方法。
(4) 前記CMP工程は、前記過マンガン酸カリウム系スラリーとして、アルミナを研磨剤として含むスラリーを用いることを特徴とする(3)に記載のSiC基板の製造方法。
(5) 前記CMP工程は、前記SiC基板に対して研磨パッドが押し付けられる研磨荷重が100〜500(g/cm2)の範囲であることを特徴とする(1)〜(4)の何れか一項に記載のSiC基板の製造方法。
(6) 前記CMP工程は、前記SiC基板のSi面の研磨加工レートが0.5〜3.0(μm/hr)であり、且つ、C面の研磨加工レートが3〜15(μm/hr)であることを特徴とする(1)〜(5)の何れか一項に記載のSiC基板の製造方法。
(7) 前記CMP工程の前に、さらに、前記SiC基板のSi面及びC面を機械式研磨法によって研磨する粗研磨工程を含むことを特徴とする(1)〜(6)の何れか一項に記載のSiC基板の製造方法。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
本発明の方法における被研磨物であるSiC基板は、各種の半導体デバイスに用いられる半導体基板であり、エピタキシャル層が形成されるSi面と、その裏面側のC面とを有する。このようなSiC基板は、まず、例えば昇華法等によって作製したSiCバルク単結晶のインゴットの外周を研削して円柱状に加工した後、ワイヤーソー等を用いて円板状にスライス加工し、外周部を面取りして所定の直径に仕上げることで製造できる。この際のSiCバルク単結晶としては、何れのポリタイプのものも用いることができ、実用的なSiCデバイスを作製するためのSiCバルク単結晶として主に採用されている4H−SiCを用いることができる。
以下に、本実施形態で説明するSiC基板の製造方法で用いる、SiC基板のSi面及びC面の両面を同時にCMP研磨加工するための研磨装置の一例について説明する。
図1(a)、(b)に示すように、本実施形態の研磨装置2は、上面側が研磨面とされた下定盤22と、下定盤22の上方に上下動自在に支持され、下面側が研磨面とされた上定盤21とを備える。また、上定盤21の下面側、及び、下定盤22の上面側には、SiC基板1の各表面を研磨するための研磨パッド21a、22aが貼り付け固定されている。また、研磨装置2には、CMP研磨加工を行うためのスラリーSを、上定盤21を貫通するように複数設けられたスラリー供給孔21bを介して、上定盤21と下定盤22との間に供給するスラリーチューブ23が備えられている。
上定盤21は、該上定盤21の上方に設置された図示略の駆動装置によって支持軸20を中心に回転自在とされている。また、上定盤21は、例えば、図示略のスライド駆動手段等によって上下動可能に構成されている。
下定盤22は、該下定盤22の下方に設置された図示略の駆動装置によって、支持軸20を中心に回転駆動される。また、下定盤22は、その下面側が、例えば、図示略のリング状ベアリング等によって支持されている。
研磨パッド21a、22aに用いられる織布やスエード材としては、例えば、ニッタハース社製のSUBA400等の不織布を、何ら制限無く用いることができる。
本発明に係るSiC基板1の製造方法は、SiC基板1のSi面1a及びC面1bを両面研磨する方法である。また、以下の説明においては、図1(a)、(b)に示す研磨装置2を用いて、Si面1a側に図示略のエピタキシャル層が積層されたSiC基板1のSi面1a及びC面1bを同時に研磨する場合を例示する。
本実施形態では、まず、被研磨物であるSiC基板を得るにあたり、SiCバルク単結晶のインゴットを準備し、このインゴットの外周を研削して、円柱状のインゴットに加工する。その後、ワイヤーソー等により、インゴットを円板状にスライス加工し、さらに、その外周部を面取りすることで、所定の直径を有するSiC基板1に仕上げる。
粗研磨工程では、後述のエピタキシャル層を形成する前のSiC基板1のSi面1a及びC面1bを、機械式研磨法によって研磨する。
具体的には、詳細な図示を省略するが、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法により、SiC基板1のSi面1a及びC面1bにおける比較的大きなうねりや加工歪等の凹凸を除去する研磨処理を行う。この際、従来公知のラップ研磨装置を用いて、キャリアプレートにSiC基板を保持させ、スラリーを供給するとともに、キャリアプレートを遊星運動させながら定盤を回転させることにより、SiC基板の片面あるいは両面を同時にラップ研磨する方法を採用することができる。
次いで、キャリアプレートに保持されたSiC基板を上下の定盤で挟み込み、研磨荷重Fをかけた状態で、定盤の間に研磨剤を含むスラリーを供給しながら、2枚の定盤を交互に対向して回転させ、SiC基板の表裏を削り取る。これにより、SiC基板のSi面及びC面が次第に研磨され、各面に残留したうねりの凸部が先行して除去される。この際の加工砥粒としては、例えばダイヤモンド砥粒等を用いる。また、粗研磨工程において、SiC基板の片面のみを研磨する場合には、例えば、SiC基板の被研磨面と反対側の面を、接着材等を用いてキャリアプレートに貼り付け、SiC基板を貼り付けたキャリアプレートと定盤とを対向させて、上記同様の研磨を行う。
このような粗研磨工程で研磨されたSiC基板の表面は、大きなうねりや加工歪等の凹凸が除去された状態となる。
また、この際に用いる砥粒の粒径は、直径の平均が10μm以下であることが好ましい。
あるいは、上記のラップ研磨において、二次粒子の平均粒径が0.25μm(250nm)程度の、ポリッシュにおいても用いられる細やかなダイヤモンドスラリーを用い、精密な研磨を行うことも可能である。
また、上述のようなSiC基板の粗研磨工程を複数回で行っても良い。
次に、平坦化工程においては、上記粗研磨工程において凹凸及び平行度が整えられたSiC基板1に対して、CMP法によって超精密研磨(鏡面研磨)を施すことで、SiC基板1のSi面1aを平坦化する。また、裏面であるC面1bを、ダイヤモンドスラリーを用いてポリッシュすることで鏡面研磨を行う。
次に、エピタキシャル工程においては、凹凸及び平行度が整えられ、平坦化されたSiC基板1のSi面1a上に、エピタキシャル層を成長させる。なお、図1(a)、(b)においては、このエピタキシャル層の図示を省略している。
エピタキシャル工程は、具体的には、従来公知のCVD法等を用いて、SiC基板1のSi面1a上に、半導体デバイスを構成するためのSiCエピタキシャル層を成膜する。
次に、CMP工程においては、Si面1aに図示略のエピタキシャル層が形成されたSiC基板(SiCウェハ)1に対して、CMP法によって研磨加工を施す。
まず、研磨装置2に備えられるキャリアプレート24に形成された円形孔24aに、被研磨物であるSiC基板1を配置して保持させる。この際、例えば、エピタキシャル層が成膜されたSi面1a側を上面側、C面1bを下面側として配置することで、Si面1aと上定盤21に貼り付けられた研磨パッド21aとが対向するとともに、C面1bと下定盤22に貼り付けられた研磨パッド22aとが対向するように、SiC基板1を配置する。また、図示例では、キャリアプレート24に形成された3箇所の円形孔24aの各々に、SiC基板1を配置して保持させている。
次に、下定盤22、研磨パッド21a及びキャリアプレート24を回転させながら、純水を用いて、SiC基板1の表面を洗浄するとともに、研磨パッド21a、キャリアプレート24を洗浄する。この際、SiC基板1のSi面1aは、純水の直接供給によって洗浄され、C面1bは、回転駆動される研磨パッド21a及びキャリアプレート24と、SiC基板1との隙間から供給される純水によって洗浄される。
以上の工程により、Si面1a及びC面1bが平坦化、鏡面研磨されたSiC基板1を製造することができる。
またさらに、上記のCMP工程の後に、追加工程として、さらなる精密研磨を行っても構わない。
本実施形態において、CMP研磨に用いるスラリーSは、特に、SiC基板のSi面の研磨用として用いられ、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、且つ、研磨剤としてアルミナを含有する、過マンガン酸カリウム系超高レートスラリーである。また、スラリーSは、C面がSi面よりも研磨加工レートが高く、C面/Si面加工選択比が3.0以上となるように、過マンガン酸カリウム酸化剤やアルミナ研磨剤等の組成比が適正化されてなるものである。
ここで、本実施形態において、「C面がSi面よりも研磨加工レートが高い」とは、C面の研磨加工レートが、Si面の研磨加工レートよりも大きいことを言う。また、「C面/Si面加工選択比が3.0以上である」、即ち、「Si面に対するC面の研磨加工レート比が3.0以上である」とは、C面1bの研磨加工レートが、Si面1aの研磨加工レートの3.0倍以上であることを言う。
本実施形態で説明するCMP工程においては、SiC基板1の直径が4インチ(10.16cm)の場合には、SiC基板1に対して研磨パッド21a、22aが押し付けられる研磨荷重Fが、例えば、100〜500(g/cm2)の範囲であることが好ましい。また、SiC基板1の直径が3インチ(7.6cm)の場合には、上記の研磨荷重Fが、例えば、100〜500(g/cm2)の範囲であることが好ましい。CMP工程では、上記したスラリーSを用いるとともに、研磨荷重Fを上記範囲とすることで、SiC基板1の研磨加工レートを最適に制御するのが容易になる。
本実施形態で説明するCMP工程においては、SiC基板1の直径が4インチの場合には、例えば、研磨パッド21a、22aの回転数が10〜60rpmの条件とすることができる。また、キャリアプレート24の回転数については、特に限定されず、適宜設定することができる。CMP工程では、スラリーSを用い、研磨荷重Fを上記範囲に規定するとともに、研磨パッド21a、22aの回転数を上記範囲とすることにより、SiC基板1の研磨加工レートを最適に制御するのが容易になる。
以上説明したように、本発明のSiC基板1の製造方法によれば、Si面1a及びC面1bを有してなるSiC基板1を、CMP法により、過マンガン酸カリウム系のスラリーSを用いるとともに、C面/Si面加工選択比を所定以上としてSi面1a及びC面1bを両面研磨する方法を採用している。このように、CMP研磨加工条件を適正範囲としてSiC基板1を両面研磨することにより、簡便なプロセスで、Si面1aに成膜されたエピタキシャル層表面の荒れを除去しつつ、このエピタキシャル層の除去量を最小限に抑制でき、且つ、C面1bの荒れも除去することが可能となる。さらに、上記条件によるSiC基板1の両面を同時に加工することで、平坦度、即ち、GBIR(TTV)やSBIR(LTVmax)の改善も期待できる。従って、表面特性に優れ、高耐圧デバイスに適用可能なSiC基板1を、生産性及び歩留まり良く製造することが可能となる。
本実施例においては、過マンガン酸カリウム系スラリー(FUJIMI社:DSC−201)を用い、以下に示す条件で、SiC基板のSi面とC面を別々にCMP研磨し、この際の各面の研磨加工レートの関係を調査することで、CMP両面研磨を行った場合の代替実験とした。
(2)CMP研磨加工条件
A.研磨装置:不二越機械工業(株)製
B.加工時間:60min
C.CMPスラリー:アルミナ+過マンガン酸カリウム+硝酸(pH:3)
D.スラリー量・流速:7000g以上・100(ml/min)
E.スラリー供給方法:掛け流し
F.CMP研磨荷重:280gf/cm2
G.定盤回転数:60rpm
一方、C面においては、面粗さRa:0.2(nm)と、Si面に較べて荒れているものの、平均粒径〜1μmのダイヤモンドスラリーで研磨した場合のRa:1(nm)に較べて、大幅に平坦度が改善している。
なお、上述のようなSi面とC面の面粗さの違いは、加工レートの高いC面においては、CMP加工における化学的な作用及び機械的な作用のうち、機械的な作用がより活発なことから、レートが高い分面がSi面に較べて若干荒れているためと推定される。
以下に、本発明者等が、本発明のSiC基板の製造方法を実証するために行った実験例について説明する。
本実験例では、上記の過マンガン酸カリウム系スラリー(アルミナを研磨剤として含むスラリー)と、市販のコロイダルシリカスラリーを用いて、上記同様の条件でSiC基板のSi面をCMP研磨し、この際の研磨加工レートを図2のグラフに示した。
1a…Si面(エピタキシャル層の表面)、
1b…C面、
2…製造装置、
21…上定盤、
21b…スラリー供給孔
22…下定盤、
21a、22a…研磨パッド、
23…スラリーチューブ、
20…支持軸、
24…キャリアプレート、
24a…円形孔、
S…スラリー
F…研磨荷重
Claims (7)
- SiC基板の表面を研磨する工程を備えたSiC基板の製造方法であって、
前記SiC基板に備えられるSi面及びC面の両面に対し、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、C面/Si面加工選択比を3.0以上として両面研磨加工を施すCMP工程を少なくとも具備することを特徴とするSiC基板の製造方法。 - 前記SiC基板が、前記Si面側に、さらにエピタキシャル層が積層されてなるSiC基板であることを特徴とする請求項1に記載のSiC基板の製造方法。
- 前記CMP工程は、スラリーとして、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、pHが2〜6の過マンガン酸カリウム系スラリーを用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のSiC基板の製造方法。
- 前記CMP工程は、前記過マンガン酸カリウム系スラリーとして、アルミナを研磨剤として含むスラリーを用いることを特徴とする請求項3に記載のSiC基板の製造方法。
- 前記CMP工程は、前記SiC基板に対して研磨パッドが押し付けられる研磨荷重が100〜500(g/cm2)の範囲であることを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のSiC基板の製造方法。
- 前記CMP工程は、前記SiC基板のSi面の研磨加工レートが0.5〜3.0(μm/hr)であり、且つ、C面の研磨加工レートが3〜15(μm/hr)であることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のSiC基板の製造方法。
- 前記CMP工程の前に、さらに、前記SiC基板のSi面及びC面を機械式研磨法によって研磨する粗研磨工程を含むことを特徴とする請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のSiC基板の製造方法。
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