JP2017031050A - エピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法及びエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化珪素単結晶基板の表面を研磨速度10〜100nm/hでCMP(化学機械研磨)法で研磨して表面を厚さ100〜1000nmの範囲で除去し、直径0.5〜1.5μm、深さ50〜500nmの略円形状のピットを1個/cm2以下であるエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板およびその製造方法。
【選択図】なし
Description
(2)得られたエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板は、直径0.5μm以上1.5μm以下であり、かつ深さ50nm以上500nm以下の略円形状のピットが1個/cm2以下である(1)に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
(3)前記化学機械研磨による表面研磨後、更に反応性イオンエッチングを行う(1)又は(2)に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
(4)前記反応性イオンエッチングで用いるガスが希ガスである(3)に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
(5)前記炭化珪素単結晶基板のオフ角度が4°以下である(1)〜(4)のいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
(6)(1)〜(5)のいずれかに記載の方法で得られたエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板であって、直径0.5μm以上1.5μm以下であり、かつ深さ50nm以上500nm以下の略円形状のピットが1個/cm2以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板。
先ず、SiC基板の表面加工について述べる。一般に、表面加工はインゴットから切り出されたウエハの形状制御(ラッピング)、加工変質層低減(ポリッシング)、最終のCMPから形成される。
4インチ(100mm)ウエハ用SiC単結晶インゴットから、約400μmの厚さでスライスし、ラッピングとダイヤモンド砥粒による通常のポリッシングを実施して、CMPを施す対象の基板を準備した。この基板のポリタイプは4H型、オフ角は4°である。このようにポリッシングを行った場合、表面の加工変質層の厚さは100nm程度以下であった。次いで、以下のようにしてCMPを実施した。
CMPの研磨速度を80nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は実施例1と同様にして、実施例2に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.6個/cm2であった。次に、実施例1と同様にしてエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は0.8個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.7個/cm2であった。
CMPの研磨速度を50nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は実施例1と同様にして、実施例3に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.4個/cm2であった。次に、実施例1と同様にしてエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は0.6個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.4個/cm2であった。
CMPの研磨速度を30nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は実施例1と同様にして、実施例4に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.2個/cm2であった。次に、実施例1と同様にしてエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は0.5個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.3個/cm2であった。
CMPを実施する対象の基板のオフ角が2°である以外は実施例1と同様にして、実施例5に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.7個/cm2であった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は1個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.9個/cm2であった。
CMPを実施する対象の基板のオフ角が0.5°である以外は実施例1と同様にして、実施例6に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.8個/cm2であった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は1.1個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は2個/cm2であった。
CMP終了までは実施例1と同様にしてSiC基板を得た後、更に、RIE装置を用いて、Arガスを流してSiC基板の表面のエッチングを行った。RIE(反応性イオンエッチング)の条件としては、エッチング圧力が20Pa、Arガス流量が20sccm、投入する高周波電力は0.1W/cm2であり、厚さ約20nmのエッチングを行った。
CMP終了までは実施例2と同様にしてSiC基板を得た後、更に、RIE装置を用いて、Heガスを流してSiC基板の表面のエッチングを行った。RIEの条件としては、エッチング圧力が20Pa、Heガス流量が20sccm、投入する高周波電力は0.1W/cm2であり、厚さ約20nmのエッチングを行った。
CMPの研磨速度を100nm/hr.として、研磨量を500nmにした以外は実施例1と同様にして、実施例9に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.7個/cm2であった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は0.9個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.8個/cm2であった。
CMPの研磨速度を80nm/hr.として、研磨量を500nmにした以外は実施例1と同様にして、実施例10に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.6個/cm2であった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は1.1個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.7個/cm2であった。
CMPの研磨速度を150nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は実施例1と同様にして、比較例1に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は2.5個/cm2であった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は2.8個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は3.5個/cm2であった。
CMPの研磨速度を300nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は実施例1と同様にして、比較例2に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は4個/cm2であった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は4.3個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は5.2個/cm2であった。
CMPの研磨速度を500nm/hr.として、研磨量を500nmにした以外は実施例1と同様にして、比較例3に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は5.5個/cm2であった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は5.8個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は6.5個/cm2であった。
CMPの研磨速度を100nm/hr.として、研磨量を50nmにした以外は実施例1と同様にして、比較例4に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は2.1個/cm2であり、研磨速度が小さくても研磨量が少ないとポリッシング後の加工変質層の除去量が不十分であるため、所定の略円形状ピットの密度は減らなかった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は2.5個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は3.5個/cm2であった。
CMPの研磨速度を80nm/hr.として、研磨量を30nmにした以外は実施例1と同様にして、比較例5に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は2.7個/cm2であり、研磨速度が小さくても研磨量が少ないとポリッシング後の加工変質層の除去量が不十分であるため、所定の略円形状ピットの密度は減らなかった。次に、実施例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は3.2個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は4.1個/cm2であった。
(2)得られたエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板は、直径0.5μm以上1.5μm以下であり、かつ深さ50nm以上500nm以下の略円形状のピットが1個/cm2以下である(1)に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
(3)前記炭化珪素単結晶基板のオフ角度が4°以下である(1)又は(2)に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
(4)直径0.5μm以上1.5μm以下であり、かつ深さ50nm以上500nm以下の略円形状のピットが1個/cm2以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板。
4インチ(100mm)ウエハ用SiC単結晶インゴットから、約400μmの厚さでスライスし、ラッピングとダイヤモンド砥粒による通常のポリッシングを実施して、CMPを施す対象の基板を準備した。この基板のポリタイプは4H型、オフ角は4°である。このようにポリッシングを行った場合、表面の加工変質層の厚さは100nm程度以下であった。次いで、以下のようにしてCMPを実施した。
CMPの研磨速度を80nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は参考例1と同様にして、参考例2に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.6個/cm2であった。次に、参考例1と同様にしてエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は0.8個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.7個/cm2であった。
CMPの研磨速度を50nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は参考例1と同様にして、参考例3に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.4個/cm2であった。次に、参考例1と同様にしてエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は0.6個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.4個/cm2であった。
CMPの研磨速度を30nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は参考例1と同様にして、参考例4に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.2個/cm2であった。次に、参考例1と同様にしてエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は0.5個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.3個/cm2であった。
CMPを実施する対象の基板のオフ角が2°である以外は参考例1と同様にして、参考例5に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.7個/cm2であった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は1個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.9個/cm2であった。
CMPを実施する対象の基板のオフ角が0.5°である以外は参考例1と同様にして、参考例6に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.8個/cm2であった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は1.1個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は2個/cm2であった。
CMP終了までは参考例1と同様にしてSiC基板を得た後、更に、RIE装置を用いて、Arガスを流してSiC基板の表面のエッチングを行った。RIE(反応性イオンエッチング)の条件としては、エッチング圧力が20Pa、Arガス流量が20sccm、投入する高周波電力は0.1W/cm2であり、厚さ約20nmのエッチングを行った。
CMP終了までは参考例2と同様にしてSiC基板を得た後、更に、RIE装置を用いて、Heガスを流してSiC基板の表面のエッチングを行った。RIEの条件としては、エッチング圧力が20Pa、Heガス流量が20sccm、投入する高周波電力は0.1W/cm2であり、厚さ約20nmのエッチングを行った。
CMPの研磨速度を100nm/hr.として、研磨量を500nmにした以外は参考例1と同様にして、参考例9に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.7個/cm2であった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は0.9個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.8個/cm2であった。
CMPの研磨速度を80nm/hr.として、研磨量を500nmにした以外は参考例1と同様にして、参考例10に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は0.6個/cm2であった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は1.1個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は1.7個/cm2であった。
CMPの研磨速度を150nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は参考例1と同様にして、比較例1に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は2.5個/cm2であった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は2.8個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は3.5個/cm2であった。
CMPの研磨速度を300nm/hr.として、研磨量を100nmにした以外は参考例1と同様にして、比較例2に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は4個/cm2であった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は4.3個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は5.2個/cm2であった。
CMPの研磨速度を500nm/hr.として、研磨量を500nmにした以外は参考例1と同様にして、比較例3に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は5.5個/cm2であった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は5.8個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は6.5個/cm2であった。
CMPの研磨速度を100nm/hr.として、研磨量を50nmにした以外は参考例1と同様にして、比較例4に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は2.1個/cm2であり、研磨速度が小さくても研磨量が少ないとポリッシング後の加工変質層の除去量が不十分であるため、所定の略円形状ピットの密度は減らなかった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は2.5個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は3.5個/cm2であった。
CMPの研磨速度を80nm/hr.として、研磨量を30nmにした以外は参考例1と同様にして、比較例5に係るSiC基板を得た。CMP後のSiC基板の表面において、直径が0.5μm以上1.5μm以下、深さが50nm以上500nm以下である略円形状ピットの密度は2.7個/cm2であり、研磨速度が小さくても研磨量が少ないとポリッシング後の加工変質層の除去量が不十分であるため、所定の略円形状ピットの密度は減らなかった。次に、参考例1と同様にエピタキシャル成長を実施し、成長後のエピタキシャル膜の欠陥数を評価したところ、キャロット欠陥密度は3.2個/cm2であり、三角形欠陥やコメット欠陥等を含めたエピタキシャル欠陥全体の密度は4.1個/cm2であった。
Claims (6)
- 炭化珪素単結晶基板の表面を10nm/hr.以上100nm/hr.以下の研磨速度で化学機械研磨して、炭化珪素単結晶基板の表面を厚さ100nm以上1000nm以下の範囲で除去することを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 前記エピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板は、直径0.5μm以上1.5μm以下であり、かつ深さ50nm以上500nm以下の略円形状のピットが1個/cm2以下である請求項1に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 前記化学機械研磨による表面研磨後、更に反応性イオンエッチングを行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 前記反応性イオンエッチングで用いるガスが希ガスであることを特徴とする請求項3に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 前記炭化珪素単結晶基板のオフ角度が4°以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の方法で得られたエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板であって、直径0.5μm以上1.5μm以下であり、かつ深さ50nm以上500nm以下の略円形状のピットが1個/cm2以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハ用炭化珪素単結晶基板。
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