JP2018037561A

JP2018037561A - Manufacturing method of silicon carbide substrate

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Publication number: JP2018037561A
Application number: JP2016170353A
Authority: JP
Inventors: 河田　泰之; Yasuyuki Kawada; 泰之河田; 望月　和浩; Kazuhiro Mochizuki; 和浩望月; 世陽紀; Shi-Yang Ji; 小杉　亮治; Ryoji Kosugi; 亮治小杉; 英典纐纈; Hidenori Koketsu
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: JP6703666B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a cavity in a silicon carbide substrate.SOLUTION: Multiple trenches 5 are formed in a silicon carbide substrate 10, so that the longitudinal direction of the multiple trenches is shifted from the crystal orientation<11-20>of the silicon carbide substrate 10, by a prescribed angle θ based on the first orientation flat formation guaranty precision or more. Next, by heating treatment under gas atmosphere containing gas having etching effect and gas becoming the raw material of a silicon carbide membrane, the silicon carbide membrane is deposited on one principal surface of the silicon carbide substrate 10 and the openings of the multiple trenches 5 are closed, and a substantially flat plate shaped cavity is formed in the silicon carbide substrate 10 by etching the sidewall of the multiple trenches 5 thereby coupling and integrating the multiple trenches 5.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、中空構造を有する炭化珪素基体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide substrate having a hollow structure.

従来、シリコン（Ｓｉ）の半導体基板（以下、シリコン基板と称する。）の内部に空洞を有するＳＯＮ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＮｏｔｈｉｎｇ）構造を備えた半導体基体が公知である（例えば、以下特許文献１，２や以下非特許文献１参照。）。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor substrate having a SON (Silicon On Nothing) structure having a cavity inside a silicon (Si) semiconductor substrate (hereinafter referred to as a silicon substrate) is known (for example, Patent Documents 1 and 2 below) (See Non-Patent Document 1 below.)

図１５は、従来技術によるＳＯＮ構造を有するシリコン基板例を示す断面図である。図１５に示すシリコン基板の内部には、空洞が形成されている。シリコン基板によるＳＯＮ構造を備えた半導体基体の製造方法としては、例えば、シリコン基板にエッチングにより複数の溝を形成し、熱処理することにより、シリコン基板の表面層のシリコン原子を表面拡散させることにより、複数の溝の開口部を塞いで空洞を作成する方法が提案されている。以下特許文献１，２では、例えば、熱処理を水素（Ｈ₂）雰囲気中や非酸化性雰囲気中で行う。 FIG. 15 is a cross-sectional view showing an example of a silicon substrate having a SON structure according to the prior art. A cavity is formed inside the silicon substrate shown in FIG. As a method for manufacturing a semiconductor substrate having a SON structure using a silicon substrate, for example, by forming a plurality of grooves by etching in the silicon substrate and performing a heat treatment, the silicon atoms in the surface layer of the silicon substrate are surface diffused. A method of creating a cavity by closing the openings of a plurality of grooves has been proposed. In Patent Documents 1 and 2, for example, the heat treatment is performed in a hydrogen (H ₂ ) atmosphere or a non-oxidizing atmosphere.

また、従来、炭化珪素（ＳｉＣ）の半導体基体（以下、炭化珪素基体と称する。）の内部に空洞を形成する方法が提案されている。炭化珪素基体の内部に空洞を形成する方法としては、炭化珪素基板にエッチングにより複数の溝を形成し、複数の溝を熱処理により連結して１つの空洞にする方法が提案されている（例えば、以下特許文献３参照。）。この方法では、炭化珪素基板の表面層のシリコン原子を表面拡散させることにより、複数の溝の開口部を塞いで空洞を作成する。以下特許文献３には、炭化珪素基体に空洞を形成する際に、溝の形成ピッチや配置などを適宜変えることにより、さまざまな空洞を形成し、炭化珪素基体を用いて作成する半導体装置の構造などに応じて空洞の形状を選択可能とすることが提案されている。 Conventionally, a method of forming a cavity in a silicon carbide (SiC) semiconductor substrate (hereinafter referred to as a silicon carbide substrate) has been proposed. As a method for forming a cavity inside a silicon carbide substrate, a method has been proposed in which a plurality of grooves are formed in a silicon carbide substrate by etching and the plurality of grooves are connected by heat treatment to form one cavity (for example, Refer to Patent Document 3 below). In this method, the silicon atoms in the surface layer of the silicon carbide substrate are surface diffused to close the openings of the plurality of grooves and create cavities. Patent Document 3 discloses a structure of a semiconductor device formed by using a silicon carbide substrate by forming various cavities by appropriately changing the formation pitch and arrangement of grooves when forming the cavity in the silicon carbide substrate. It has been proposed that the shape of the cavity can be selected according to the above.

特開２０１４−４９５４０号公報JP 2014-49540 A 特開２０１２−２４３８９８号公報JP 2012-243898 A 特開２００３−９５７９７号公報JP 2003-95797 A

佐藤力、水島一郎、綱島祥隆、「シリコンの表面マイグレーションを利用した新しい基板エンジニアリング」、電機学会論文誌Ｃ、日本、平成１３年、１２１巻、３号、ｐ．５２４−５２９Tsutomu Sato, Ichiro Mizushima, Yoshitaka Tsunashima, “New substrate engineering using surface migration of silicon”, IEEJ Transactions C, Japan, 2001, Vol. 121, No. 3, p. 524-529

しかしながら、従来技術では、表面拡散のための熱処理の温度が最大でも１８００度程度の温度の場合、炭化珪素基体ではシリコン原子の表面拡散が起こりにくい。また、熱処理によって炭化珪素基板の表面からシリコン原子が気化して、炭化珪素基板の表面が炭化する。このため、従来技術では、シリコン原子や炭素原子の移動によって炭化珪素基体の内部に、炭化珪素基体の表面に平行な方向（横方向）に長さを有する平板状の空洞を形成させることは通常できない。 However, in the prior art, when the temperature of the heat treatment for surface diffusion is about 1800 degrees at the maximum, the surface diffusion of silicon atoms hardly occurs in the silicon carbide substrate. In addition, silicon atoms are vaporized from the surface of the silicon carbide substrate by the heat treatment, and the surface of the silicon carbide substrate is carbonized. For this reason, in the prior art, it is usual to form a plate-like cavity having a length in the direction parallel to the surface of the silicon carbide substrate (lateral direction) inside the silicon carbide substrate by the movement of silicon atoms or carbon atoms. Can not.

本発明は、炭化珪素基体の内部に平板状の空洞を安定して形成させることができる炭化珪素基体の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the silicon carbide base | substrate which can form a flat-plate-shaped cavity stably in the inside of a silicon carbide base | substrate.

本発明の目的を達成するため、本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、炭化珪素基体の一方の主面側から形成した複数のトレンチ同士を連結させて空洞を形成する炭化珪素基体の製造方法であり、つぎの特徴を有する。まず、複数の前記トレンチの長手方向が、前記炭化珪素基体の結晶軸方向＜１１−２０＞から、前記炭化珪素基体に設けられたオリエンテーションフラットの形成保証精度に基づく所定角度以上ずれた方向になる複数の前記トレンチを前記炭化珪素基体の一方の主面側から形成する第１工程を行う。つぎに、エッチング効果のあるガスと炭化珪素膜の原料となるガスとを含むガス雰囲気下での熱処理によって、前記炭化珪素基体の一方の主面側に前記炭化珪素膜を成膜するとともに、複数の前記トレンチの側壁をエッチングすることにより前記空洞を形成する第２工程を行う。 In order to achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention is a method for manufacturing a silicon carbide substrate in which a plurality of trenches formed from one main surface side of a silicon carbide substrate are connected to form a cavity. This method has the following characteristics. First, the longitudinal direction of the plurality of trenches is shifted from the crystal axis direction <11-20> of the silicon carbide substrate by a predetermined angle or more based on the accuracy of forming the orientation flat provided on the silicon carbide substrate. A first step of forming the plurality of trenches from one main surface side of the silicon carbide substrate is performed. Next, the silicon carbide film is formed on one main surface side of the silicon carbide substrate by a heat treatment under a gas atmosphere containing a gas having an etching effect and a gas serving as a raw material for the silicon carbide film, A second step of forming the cavity by etching the sidewall of the trench.

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、前記炭化珪素膜を成膜することにより複数の前記トレンチの各開口部を塞ぐとともに、複数の前記トレンチの側壁をエッチングすることにより複数の前記トレンチを連結させて一体化させることにより前記空洞を形成することを特徴とする。 According to the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, in the above-described invention, by forming the silicon carbide film, the openings of the plurality of trenches are blocked and the sidewalls of the plurality of trenches are etched. The cavity is formed by connecting and integrating the plurality of trenches.

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、複数の前記トレンチのそれぞれの短手方向の幅が、２．５μｍ以上、５．０μｍ以下であり、隣り合う前記トレンチの間隔が、１μｍ以上、３μｍ以下であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, in the above-described invention, the width in the short direction of each of the plurality of trenches is 2.5 μm or more and 5.0 μm or less, and the interval between the adjacent trenches is It is 1 μm or more and 3 μm or less.

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、前記エッチング効果のあるガスのガス量は、前記トレンチの側壁から前記炭化珪素基体の一方の主面に平行な方向に成膜される前記炭化珪素膜の厚さが、前記トレンチの側壁が前記平行な方向にエッチングされる長さよりも大きくなるガス量であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, the amount of the gas having an etching effect is formed in a direction parallel to one main surface of the silicon carbide substrate from the sidewall of the trench. The thickness of the silicon carbide film is such that the amount of gas becomes larger than the length by which the side walls of the trench are etched in the parallel direction.

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、前記エッチング効果のあるガスのガス量は、前記炭化珪素膜の厚さが、前記トレンチの側壁が前記平行な方向にエッチングされる長さよりも大きくなるガス量のうち、最も多いガス量であることを特徴とする。 In the method of manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention, in the above-described invention, the amount of the gas having an etching effect is such that the thickness of the silicon carbide film is etched in the parallel direction of the trench sidewall. It is characterized by being the largest gas amount among the gas amounts larger than the length.

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、前記エッチング効果のあるガスは、塩化水素ガスまたは塩素ガスであることを特徴とする。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the gas having an etching effect is hydrogen chloride gas or chlorine gas.

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、前記第２工程では、化学気相成長法により、複数の前記トレンチの各開口部を塞ぎ、前記空洞を形成することを特徴とする。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, in the second step, the openings of the plurality of trenches are closed by chemical vapor deposition to form the cavities. To do.

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、前記炭化珪素基体は、炭化珪素基板の一方の主面にエピタキシャル成長によって炭化珪素からなるエピタキシャル膜が露出したエピタキシャル成長基体であることを特徴とする。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention is the above-described invention, wherein the silicon carbide substrate is an epitaxial growth substrate in which an epitaxial film made of silicon carbide is exposed by epitaxial growth on one main surface of a silicon carbide substrate. And

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、前記所定角度は、５度以上であることを特徴とする。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the predetermined angle is 5 degrees or more.

本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、上述した発明において、複数の前記トレンチの短手方向に平行な方向における前記空洞の長さは、複数の前記トレンチの数に基づくことを特徴とする。 The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the length of the cavity in a direction parallel to the short direction of the plurality of trenches is based on the number of the plurality of trenches. .

また、本発明の目的を達成するため、本発明にかかる他の炭化珪素基体の製造方法は、炭化珪素基体の一方の主面側から形成した複数のトレンチ同士を連結させて空洞を形成する炭化珪素基体の製造方法であり、つぎの特徴を有する。まず、前記炭化珪素基体の一方の主面側から、複数の前記トレンチの側壁が前記炭化珪素基体の結晶面｛１０−１０｝以外の面になる複数の前記トレンチを形成する第１工程を行う。つぎに、エッチング効果のあるガスと炭化珪素膜の原料となるガスとを含むガス雰囲気下での熱処理によって、前記炭化珪素基体の一方の主面側に前記炭化珪素膜を成膜するとともに、複数の前記トレンチの側壁をエッチングすることにより前記空洞を形成する第２工程を行う。 In order to achieve the object of the present invention, another method of manufacturing a silicon carbide substrate according to the present invention includes a carbonization method in which a plurality of trenches formed from one main surface side of a silicon carbide substrate are connected to form a cavity. This is a method for manufacturing a silicon substrate and has the following characteristics. First, a first step of forming a plurality of trenches in which the side walls of the plurality of trenches are surfaces other than the crystal plane {10-10} of the silicon carbide substrate from one main surface side of the silicon carbide substrate is performed. . Next, the silicon carbide film is formed on one main surface side of the silicon carbide substrate by a heat treatment under a gas atmosphere containing a gas having an etching effect and a gas serving as a raw material for the silicon carbide film, A second step of forming the cavity by etching the sidewall of the trench.

本発明によれば、炭化珪素基体の内部に空洞を安定して形成させることができる。 According to the present invention, a cavity can be stably formed inside a silicon carbide substrate.

実施の形態にかかる炭化珪素基体の製造方法によって製造される炭化珪素基体の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the silicon carbide base manufactured by the manufacturing method of the silicon carbide base concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その１）を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example (the 1) of the principal part in the middle of manufacture of the silicon carbide base | substrate 10 concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その２）を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example (the 2) of the principal part in the middle of manufacture of the silicon carbide base | substrate 10 concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その３）を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example (the 3) of the principal part in the middle of manufacture of the silicon carbide base | substrate 10 concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その４）を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example (the 4) of the principal part in the middle of manufacture of the silicon carbide base | substrate 10 concerning embodiment. 本実施の形態にかかるトレンチの形成方向例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the formation direction of the trench concerning this Embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その５）を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example (the 5) of the principal part in the middle of manufacture of the silicon carbide base | substrate 10 concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その６）を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example (the 6) of the principal part in the middle of manufacture of the silicon carbide base | substrate 10 concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その７）を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state example (the 7) of the principal part in the middle of manufacture of the silicon carbide base | substrate 10 concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その８）を示す平面図である。It is a top view which shows the example (the 8) of the principal part in the middle of manufacture of the silicon carbide base | substrate 10 concerning embodiment. 結晶軸方向［１１−２０］とトレンチ５の形成方向とのずれによるＳｉＣ膜の成長およびエッチング例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the growth and etching example of a SiC film by the shift | offset | difference of the crystal axis direction [11-20] and the formation direction of the trench 5. トレンチ５の幅Ｌおよびトレンチ５の間隔Ｓの違いによる空洞６の形成例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of forming a cavity 6 due to a difference in width L of trench 5 and interval S between trenches 5. トレンチ５の形成方向が結晶軸方向［１１−２０］の場合における炭化珪素基体の断面図である。It is sectional drawing of a silicon carbide base | substrate in case the formation direction of the trench 5 is a crystal axis direction [11-20]. 複数の空洞６の形成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of formation of the several cavity 6. FIG. 従来技術によるＳＯＮ構造を有するシリコン基板例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the silicon substrate example which has SON structure by a prior art.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる炭化珪素（ＳｉＣ）基体の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。なお、本明細書および添付図面では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。 Embodiments of a method for manufacturing a silicon carbide (SiC) substrate according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. In this specification and the accompanying drawings, in the Miller index notation, “−” means a bar attached to the index immediately after that, and “−” is added before the index to indicate a negative index. Yes.

図１は、実施の形態にかかる炭化珪素基体の製造方法によって製造される炭化珪素基体の構造を示す断面図である。炭化珪素基体（半導体ウェハ）１０は、炭化珪素基板１の一方の主面上に炭化珪素からなるエピタキシャル膜２をエピタキシャル成長させてなるエピタキシャル成長基板である。また、炭化珪素基板１は、四層周期六方晶の炭化珪素（４ＨＳｉＣ）などの単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a silicon carbide substrate manufactured by a method for manufacturing a silicon carbide substrate according to an embodiment. Silicon carbide substrate (semiconductor wafer) 10 is an epitaxial growth substrate formed by epitaxially growing epitaxial film 2 made of silicon carbide on one main surface of silicon carbide substrate 1. Silicon carbide substrate 1 is made of single crystal silicon (Si) such as four-layer periodic hexagonal silicon carbide (4HSiC).

エピタキシャル膜２の内部に、炭化珪素基体１０の表面（エピタキシャル膜２の側の面または炭化珪素基板１の側の面）に平行な方向（横方向）に長さを有する空洞６が設けられる。空洞６の断面形状は略平板形状である。図１の例では、エピタキシャル膜２の内部に、空洞６が設けられるが、エピタキシャル膜２と炭化珪素基板１との境界を跨いで内部空洞６が設けられてもよい。空洞６は、減圧された水素（Ｈ₂）ガスが微量に入った状態であり、空洞６の非誘電率はほぼ１である。空洞６の横方向の長さはｘ１である。炭化珪素基板１およびエピタキシャル膜２は素子構造に応じた導電型を有する。 Cavity 6 having a length in a direction (lateral direction) parallel to the surface of silicon carbide substrate 10 (the surface on the side of epitaxial film 2 or the surface on the side of silicon carbide substrate 1) is provided inside epitaxial film 2. The cross-sectional shape of the cavity 6 is a substantially flat plate shape. In the example of FIG. 1, the cavity 6 is provided inside the epitaxial film 2, but the internal cavity 6 may be provided across the boundary between the epitaxial film 2 and the silicon carbide substrate 1. The cavity 6 is in a state in which a reduced amount of hydrogen (H ₂ ) gas enters, and the non-dielectric constant of the cavity 6 is approximately 1. The lateral length of the cavity 6 is x1. Silicon carbide substrate 1 and epitaxial film 2 have a conductivity type corresponding to the element structure.

つぎに、図２〜１０を用いて、中空構造を有する炭化珪素基体１０の製造方法の詳細例について説明する。図２〜５，図７〜９には、炭化珪素基体１０の製造途中の状態例の断面図を示す。また、図６には、トレンチの長手方向（トレンチの形成方向とも称する。）例の平面図を示す。また、図１０には、炭化珪素基体１０の製造途中の状態例の平面図を示す。 Next, a detailed example of a method for manufacturing silicon carbide substrate 10 having a hollow structure will be described with reference to FIGS. 2 to 5 and 7 to 9 are cross-sectional views of state examples in the middle of manufacturing the silicon carbide substrate 10. FIG. 6 shows a plan view of an example of the longitudinal direction of the trench (also referred to as a trench formation direction). Further, FIG. 10 shows a plan view of a state example in the middle of manufacturing silicon carbide substrate 10.

ここで、炭化珪素基板１のおもて面または裏面に各種パターンを設ける際のマスクの基準として炭化珪素基板１の第１オリエンテーションフラット（以降、第１オリフラと略する。）が用いられる。後述する図６で示すように第１オリフラが示す結晶軸方向は、例えば［１１−２０］である。製造に用いられる炭化珪素基板１のオリフラの形成保証精度は１度以内であることが好ましい。その理由としては、後述するトレンチの形成方向を制限するための所定角度はオリフラの形成保証精度に基づいて定まるため、オリフラの形成保証精度がよいほど、この所定角度を小さくすることができるためである。 Here, a first orientation flat (hereinafter abbreviated as a first orientation flat) of silicon carbide substrate 1 is used as a reference for a mask when various patterns are provided on the front surface or the back surface of silicon carbide substrate 1. As shown in FIG. 6 described later, the crystal axis direction indicated by the first orientation flat is, for example, [11-20]. The orientation guarantee accuracy of orientation flat of silicon carbide substrate 1 used for manufacturing is preferably within 1 degree. The reason for this is that the predetermined angle for limiting the direction of trench formation, which will be described later, is determined based on the orientation guarantee accuracy of the orientation flat. is there.

図２は、実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その１）を示す説明図である。まず、炭化珪素基板１を洗浄する。洗浄としては、有機洗浄やＲＣＡ洗浄が挙げられる。 FIG. 2 is an explanatory view showing a state example (No. 1) of a main part in the course of manufacturing the silicon carbide substrate 10 according to the embodiment. First, silicon carbide substrate 1 is cleaned. Examples of the cleaning include organic cleaning and RCA cleaning.

つぎに、半導体基板１のおもて面（Ｓｉ面）または裏面（Ｃ面）に例えば窒素（Ｎ）を所定の濃度ドーピングしてｎ型のエピタキシャル膜２を形成する。エピタキシャル膜２の厚さｄ１やドーピングの濃度、ドーピングのキャリア、エピタキシャル膜２の導電型については、炭化珪素基体１０の利用用途に応じて適宜決定すればよく、特に限定しない。ここでは、厚さｄ１は、例えば、２５［μｍ］とする。 Next, n-type epitaxial film 2 is formed by doping nitrogen (N), for example, with a predetermined concentration on the front surface (Si surface) or back surface (C surface) of semiconductor substrate 1. The thickness d1 of the epitaxial film 2, the doping concentration, the doping carrier, and the conductivity type of the epitaxial film 2 may be determined as appropriate according to the intended use of the silicon carbide substrate 10, and are not particularly limited. Here, the thickness d1 is, for example, 25 [μm].

図３は、実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その２）を示す説明図である。エピタキシャル膜２の形成後、炭化珪素基体１０を洗浄する。つぎに、炭化珪素基体１０のエピタキシャル膜２の表面（炭化珪素基板１側に対して反対側の面）に二酸化珪素（ＳｉＯ₂）膜３を成膜する。成膜方法としては、例えば、プラズマ化学気相成長（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤと略する。）等が挙げられる。ＳｉＯ₂膜３については、後の工程でトレンチを形成する際にドライエッチングパターンのマスクとして用いられる。このため、ＳｉＯ₂膜３の厚さｄ２は、ドライエッチングによってなくならない厚さである。 FIG. 3 is an explanatory view showing a state example (No. 2) of a main part in the course of manufacturing the silicon carbide substrate 10 according to the embodiment. After formation of epitaxial film 2, silicon carbide substrate 10 is cleaned. Next, a silicon dioxide (SiO ₂ ) film 3 is formed on the surface of the epitaxial film 2 of the silicon carbide substrate 10 (surface opposite to the silicon carbide substrate 1 side). Examples of the film formation method include plasma chemical vapor deposition (abbreviated as CVD). The SiO ₂ film 3 is used as a mask for a dry etching pattern when a trench is formed in a later process. For this reason, the thickness d2 of the SiO ₂ film 3 is a thickness that cannot be lost by dry etching.

図４は、実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その３）を示す説明図である。つぎに、ＳｉＯ₂膜３を形成後に、ＳｉＯ₂膜３の表面（エピタキシャル膜２側に対して反対側の面）にフォトレジスト４を塗布する。 FIG. 4 is an explanatory view showing a state example (No. 3) of a main part in the course of manufacture of the silicon carbide substrate 10 according to the embodiment. Next, after the SiO ₂ film 3 is formed, a photoresist 4 is applied to the surface of the SiO ₂ film 3 (the surface opposite to the epitaxial film 2 side).

図５は、実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その４）を示す説明図である。つぎに、フォトレジスト４を塗布後、フォトマスクで露光してトレンチパターンをパターニングする。フォトマスクが有するトレンチパターンでは、トレンチの短手方向の幅Ｌ（ライン幅）が２．５［μｍ］以上、５［μｍ］以下の範囲の長さであり、トレンチの間隔Ｓが１［μｍ］以上、３［μｍ］以下の範囲の長さである。フォトレジスト４で露光してトレンチパターンをパターニングする際に、第１オリフラに基づいてマスクパターンを合わせる。ここでのトレンチの形状は、結晶軸方向に延びる直線状の平面形状とする。つぎに、トレンチの形成方向について、図６を用いて説明する。 FIG. 5 is an explanatory view showing a state example (No. 4) of a main part in the course of manufacturing the silicon carbide substrate 10 according to the embodiment. Next, after applying the photoresist 4, it is exposed with a photomask to pattern the trench pattern. In the trench pattern of the photomask, the width L (line width) in the short direction of the trench is 2.5 [μm] or more and 5 [μm] or less, and the trench spacing S is 1 [μm]. ] And a length in the range of 3 [μm] or less. When patterning the trench pattern by exposure with the photoresist 4, the mask pattern is matched based on the first orientation flat. The shape of the trench here is a straight planar shape extending in the crystal axis direction. Next, the formation direction of the trench will be described with reference to FIG.

図６は、本実施の形態にかかるトレンチの形成方向例を示す説明図である。図６には、炭化珪素基板１のおもて面（０００１）または裏面（０００−１）を上から見た例を示す。上述したように、第１オリフラが示す結晶軸方向は、［１１−２０］である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the direction of trench formation according to the present embodiment. In FIG. 6, the example which looked at the front surface (0001) or back surface (000-1) of the silicon carbide substrate 1 from the top is shown. As described above, the crystal axis direction indicated by the first orientation flat is [11-20].

図６には、結晶軸方向［１１−２０］の他に、結晶軸方向［１−１００］と、結晶軸方向［−１−１２０］と、結晶軸方向［−１１００］と、を示す。結晶軸方向［１１−２０］は、図６において右向きの矢印によって表される。結晶軸方向［−１−１２０］は、図６において左向きの矢印によって表される。結晶軸方向［１−１００］は、図６において下向きの矢印によって表される。結晶軸方向［−１１００］は、図６において上向きの矢印によって表される。結晶軸方向［１１−２０］は、結晶軸方向［−１−１２０］と逆向きである。また、結晶軸方向［１１−２０］は、結晶軸方向［１−１００］および結晶軸方向［−１１００］と直交する。結晶軸方向［１−１００］は、結晶軸方向［−１１００］と逆向きである。また、結晶軸方向［１−１００］は、結晶軸方向［−１−１２０］および結晶軸方向［１１−２０］と直交する。 In addition to the crystal axis direction [11-20], FIG. 6 shows a crystal axis direction [1-100], a crystal axis direction [-1-120], and a crystal axis direction [-1100]. The crystal axis direction [11-20] is represented by a right-pointing arrow in FIG. The crystal axis direction [-1-120] is represented by a left-pointing arrow in FIG. The crystal axis direction [1-100] is represented by a downward arrow in FIG. The crystal axis direction [−1100] is represented by an upward arrow in FIG. 6. The crystal axis direction [11-20] is opposite to the crystal axis direction [-1-120]. The crystal axis direction [11-20] is orthogonal to the crystal axis direction [1-100] and the crystal axis direction [-1100]. The crystal axis direction [1-100] is opposite to the crystal axis direction [-1100]. Further, the crystal axis direction [1-100] is orthogonal to the crystal axis direction [-1-120] and the crystal axis direction [11-20].

図６において実線がトレンチ５を示す。炭化珪素基板１の四角形の領域７には、複数のトレンチ５が形成される。領域７のサイズは、ステッパーに基づいて露光可能なサイズである。領域７内に形成され所定の間隔で隣り合う複数のトレンチ５によって四角形の領域７に１つの空洞６が形成される。領域７ごとに空洞６を形成することができるため、空洞６は同時に複数形成することが可能である。空洞６が複数形成される例は図１４に示す。 In FIG. 6, the solid line indicates the trench 5. A plurality of trenches 5 are formed in a rectangular region 7 of silicon carbide substrate 1. The size of the region 7 is a size that can be exposed based on the stepper. One cavity 6 is formed in the rectangular region 7 by a plurality of trenches 5 formed in the region 7 and adjacent to each other at a predetermined interval. Since a cavity 6 can be formed for each region 7, a plurality of cavities 6 can be formed simultaneously. An example in which a plurality of cavities 6 are formed is shown in FIG.

また、トレンチ５の長手方向であるトレンチ５の形成方向は、結晶軸方向＜１１−２０＞から、所定角度θ以上ずらした方向である。例えば、トレンチ５の形成方向は、結晶軸方向［１１−２０］から結晶軸方向［−１１００］または結晶軸方向［１−１００］に所定角度θ以上ずらした方向である。換言すると、トレンチ５の形成方向は、結晶軸方向［１１−２０］から、結晶軸方向［−１１００］と結晶軸方向［１−１００］とにそれぞれ所定角度θ回転させた方向の範囲に含まれない方向である。 In addition, the formation direction of the trench 5 which is the longitudinal direction of the trench 5 is a direction shifted by a predetermined angle θ or more from the crystal axis direction <11-20>. For example, the formation direction of the trench 5 is a direction shifted by a predetermined angle θ or more from the crystal axis direction [11-20] to the crystal axis direction [−1100] or the crystal axis direction [1-100]. In other words, the formation direction of the trench 5 is included in a range of a direction rotated by a predetermined angle θ from the crystal axis direction [11-20] to the crystal axis direction [−1100] and the crystal axis direction [1-100]. It is a direction not to be.

ここで、所定角度θは、炭化珪素基板１の第１オリフラの形成保証精度に基づいて定まる。例えば、第１オリフラの形成保証精度が１度以内の場合については、所定角度θを５度とする。第１オリフラの形成保証精度が５度以内の場合については、所定角度θを９度とする。本実施の形態では、第１オリフラの形成保証精度が１度以内として、所定角度θを５度として以降説明する。 Here, the predetermined angle θ is determined based on the formation assurance accuracy of the first orientation flat of the silicon carbide substrate 1. For example, when the formation assurance accuracy of the first orientation flat is within 1 degree, the predetermined angle θ is set to 5 degrees. In the case where the accuracy of forming the first orientation flat is within 5 degrees, the predetermined angle θ is set to 9 degrees. In the present embodiment, the following description will be made assuming that the accuracy of forming the first orientation flat is within 1 degree and the predetermined angle θ is 5 degrees.

また、トレンチ５の形成方向は、トレンチ５の側壁がｍ面にならないような方向であり、ｍ面から±５度以上ずらした範囲に含まれる方向である。ここで、ｍ面は、炭化珪素基体の結晶面｛１０−１０｝である。結晶面｛１０−１０｝は、（１−１００）、（０−１１０）、（−１０１０）、（−１１００）、（０１−１０）、（１０−１０）の６面である。結晶軸方向＜１１−２０＞に垂直な面が、ｍ面である。換言すると、結晶軸方向［１１−２０］に垂直な面と、結晶軸方向［１１−２０］から６０度おきにずらした線に垂直な面とが、ｍ面である。結晶軸方向［１１−２０］から６０度おきにずらした線は図６に示す第１破線である。第１破線から±５度以内の範囲は第２破線によって表される。これにより、ｍ面とトレンチ５の形成方向とのずれにより炭化珪素膜の成膜時にトレンチ５の側壁がエッチングされるとともに、炭化珪素膜がトレンチの開口部付近で斜めに成長するため、断面形状が略平板形状の空洞が得られる。 Moreover, the formation direction of the trench 5 is a direction in which the side wall of the trench 5 does not become the m-plane, and is a direction included in a range shifted by ± 5 degrees or more from the m-plane. Here, the m-plane is the crystal plane {10-10} of the silicon carbide substrate. The crystal plane {10-10} is six planes of (1-100), (0-110), (-1010), (-1100), (01-10), and (10-10). A plane perpendicular to the crystal axis direction <11-20> is an m-plane. In other words, the plane perpendicular to the crystal axis direction [11-20] and the plane perpendicular to the lines shifted from the crystal axis direction [11-20] every 60 degrees are m-planes. The lines shifted every 60 degrees from the crystal axis direction [11-20] are the first broken lines shown in FIG. The range within ± 5 degrees from the first broken line is represented by the second broken line. As a result, the sidewall of the trench 5 is etched during the formation of the silicon carbide film due to the deviation between the m-plane and the direction in which the trench 5 is formed, and the silicon carbide film grows obliquely near the opening of the trench. However, a substantially flat cavity is obtained.

ここで、炭化珪素基板１には、ｍ面のように安定して結晶を成長させることができる結晶面もあれば、安定して結晶を成長させることができない結晶面なども存在する。丸印で囲われた領域に形成されたトレンチ５の形成方向は、ｍ面から５度以内の範囲に含まれる方向である。丸印で囲われた領域に形成されたトレンチ５の側壁は、ほぼｍ面となる。丸印で囲われた領域に形成されたトレンチ５の側壁にはＳｉＣ膜の成膜時に安定して結晶が成長するため、トレンチ５の側壁はエッチングされにくくなる。トレンチの側壁がエッチングされにくいと、トレンチ間を連結させることが難しく、空洞６を形成することが困難である。一方、トレンチ５の形成方向が、ｍ面と第２破線とによって表される範囲に含まれない方向である場合、ｍ面と第２破線とによって表される範囲に含まれる方向である場合に比べて、トレンチ５の側壁ではＳｉ原子やＣ原子が移動しやすい。このため、トレンチ５の側壁は、エッチングされやすく、トレンチ間を連結させることができ、空洞６を形成することができる。 Here, the silicon carbide substrate 1 includes a crystal plane that can stably grow a crystal, such as an m-plane, and a crystal plane that cannot stably grow a crystal. The formation direction of the trench 5 formed in the region surrounded by the circle is a direction included in a range within 5 degrees from the m-plane. The side wall of the trench 5 formed in the region surrounded by the circle is substantially m-plane. Since crystals grow stably on the side wall of the trench 5 formed in the region surrounded by the circle when the SiC film is formed, the side wall of the trench 5 is hardly etched. If the side walls of the trench are difficult to etch, it is difficult to connect the trenches, and it is difficult to form the cavity 6. On the other hand, when the formation direction of the trench 5 is a direction that is not included in the range represented by the m plane and the second broken line, or is a direction that is included in the range represented by the m plane and the second broken line. In comparison, Si atoms and C atoms easily move on the side walls of the trench 5. For this reason, the side wall of the trench 5 is easily etched, the trenches can be connected, and the cavity 6 can be formed.

図７は、実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その５）を示す説明図である。フォトレジスト４をターニング後に、フォトレジスト４をマスクとしてＳｉＯ₂膜３をドライエッチングする。ドライエッチングとしては、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）などの異方性エッチングなどが挙げられる。ここでは、炭化珪素基板１またはエピタキシャル膜２が露出するまでドライエッチングする。図７の例では、エピタキシャル膜２が露出するまでドライエッチングされ、ＳｉＯ₂膜３にトレンチパターンが形成される。 FIG. 7 is an explanatory view showing a state example (No. 5) of a main part in the course of manufacturing the silicon carbide substrate 10 according to the embodiment. After turning the photoresist 4, the SiO ₂ film 3 is dry etched using the photoresist 4 as a mask. Examples of dry etching include anisotropic etching such as reactive ion etching (RIE). Here, dry etching is performed until silicon carbide substrate 1 or epitaxial film 2 is exposed. In the example of FIG. 7, dry etching is performed until the epitaxial film 2 is exposed, and a trench pattern is formed in the SiO ₂ film 3.

図８は、実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その６）を示す説明図である。フォトレジスト４を剥離する。そして、マスクパターンがパターニングされたＳｉＯ₂膜３をマスクとして、エピタキシャル膜２、またはエピタキシャル膜２および炭化珪素基板１を所定の深さｄ３までドライエッチングしてトレンチ５を形成する。ここでの所定の深さｄ３は２０［μｍ］以上である。図８には、深さｄ１が２５［μｍ］のエピタキシャル膜２内に深さｄ３が２０［μｍ］のトレンチ５が形成される例を示す。また、図示省略するが、エピタキシャル膜２の深さｄ１が２５［μｍ］であり、トレンチ５の深さｄ３は２５［μｍ］以上である場合には、トレンチ５は、エピタキシャル膜２と炭化珪素基板１との境界に跨って形成される。 FIG. 8 is an explanatory view showing a state example (No. 6) of a main part in the course of manufacturing the silicon carbide substrate 10 according to the embodiment. The photoresist 4 is peeled off. Then, using the SiO ₂ film 3 on which the mask pattern is patterned as a mask, the epitaxial film 2 or the epitaxial film 2 and the silicon carbide substrate 1 are dry-etched to a predetermined depth d3 to form a trench 5. Here, the predetermined depth d3 is 20 [μm] or more. FIG. 8 shows an example in which a trench 5 having a depth d3 of 20 [μm] is formed in the epitaxial film 2 having a depth d1 of 25 [μm]. Although not shown, when the depth d1 of the epitaxial film 2 is 25 [μm] and the depth d3 of the trench 5 is 25 [μm] or more, the trench 5 is formed of the epitaxial film 2 and silicon carbide. It is formed across the boundary with the substrate 1.

図９は、実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その７）を示す説明図である。トレンチ５を形成後に、ＳｉＯ₂膜３をフッ化水素（ＨＦ）溶液などにより剥離する。そして、ＳｉＯ₂膜３を剥離後に、炭化珪素基体１０を洗浄する。これにより、炭化珪素基板１の結晶軸［１１−２０］とトレンチ５の形成方向が±５度以上ずれ、ｍ面とトレンチ５の形成方向とが±５度以上ずれたトレンチ５が形成された炭化珪素基体１０が得られる。 FIG. 9 is an explanatory view showing a state example (No. 7) of a main part in the course of manufacturing the silicon carbide substrate 10 according to the embodiment. After the trench 5 is formed, the SiO ₂ film 3 is peeled off with a hydrogen fluoride (HF) solution or the like. Then, after removing the SiO ₂ film 3, the silicon carbide substrate 10 is cleaned. As a result, the trench 5 in which the crystal axis [11-20] of the silicon carbide substrate 1 and the formation direction of the trench 5 are shifted by ± 5 degrees or more and the m plane and the formation direction of the trench 5 are shifted by ± 5 degrees or more is formed. Silicon carbide substrate 10 is obtained.

図１０は、実施の形態にかかる炭化珪素基体１０の製造途中の要部の状態例（その８）を示す平面図である。ＳｉＣ成膜時の結晶の成長方向例の平面図を示す説明図である。図１０に示す切断線Ａ−Ａ’における断面図が、図９に示す断面図に対応する。結晶軸方向［−１１００］は、図１０において上方向の矢印で表される。また、結晶軸方向［１１−２０］は、図１０において右方向の矢印で表される。図１０に示すトレンチ５の形成方向は、結晶軸方向［−１１００］に平行な方向とする。 FIG. 10 is a plan view showing a state example (No. 8) of a main part in the middle of manufacturing the silicon carbide substrate 10 according to the embodiment. It is explanatory drawing which shows the top view of the example of the crystal growth direction at the time of SiC film-forming. A cross-sectional view taken along a cutting line A-A ′ shown in FIG. 10 corresponds to the cross-sectional view shown in FIG. 9. The crystal axis direction [−1100] is represented by an upward arrow in FIG. 10. The crystal axis direction [11-20] is represented by a right arrow in FIG. The trench 5 shown in FIG. 10 is formed in a direction parallel to the crystal axis direction [−1100].

つぎに、エッチング効果のあるガスと、ＳｉＣ膜の成膜の原料であるＳｉを含むガスおよび炭素（Ｃ）を含むガスと、を含むガス雰囲気下で熱処理することにより、炭化珪素基体１０にＳｉＣ膜を成膜する。熱処理については、ハライドＣＶＤ法を用いる。 Next, the silicon carbide substrate 10 is subjected to heat treatment in a gas atmosphere containing a gas having an etching effect, a gas containing Si, which is a raw material for forming the SiC film, and a gas containing carbon (C), whereby the silicon carbide substrate 10 is subjected to SiC. A film is formed. For the heat treatment, a halide CVD method is used.

例えば、炭化珪素基体１０の洗浄後に、ＳｉＣ膜を成長することが可能なＣＶＤ装置に炭化珪素基体１０を入れる。そして、エッチング効果のあるガスと、ＳｉＣ膜の成膜の原料であるＳｉを含むガスおよびＣを含むガスと、を同時に導入してＣＶＤ装置によって所定の成膜条件で成膜する。 For example, after cleaning silicon carbide substrate 10, silicon carbide substrate 10 is placed in a CVD apparatus capable of growing a SiC film. Then, a gas having an etching effect and a gas containing Si and a gas containing C, which are raw materials for forming the SiC film, are introduced at the same time, and a film is formed by a CVD apparatus under predetermined film forming conditions.

エッチング効果のあるガスとしては、塩化水素（ＨＣｌ）ガスや塩素（Ｃｌ₂）ガスが挙げられる。Ｓｉを含むガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ₄）ガスが挙げられる。Ｃを含むガスとしては、例えば、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）ガスが挙げられる。成膜条件は、例えば、ＳｉＣの堆積量＞ＳｉＣのエッチング量が成立するような条件である。ＳｉＣの堆積量とは、単位時間あたりに、トレンチ５の側壁から当該側壁に垂直な方向（横方向）に成膜されるＳｉＣ膜の横方向の厚さである。ＳｉＣのエッチング量とは、単位時間あたりに、トレンチ５の側壁がエッチングされる横方向の長さである。 Examples of the gas having an etching effect include hydrogen chloride (HCl) gas and chlorine (Cl ₂ ) gas. Examples of the gas containing Si include monosilane (SiH ₄ ) gas. Examples of the gas containing C include propane (C ₃ H ₈ ) gas. The film forming conditions are, for example, conditions such that SiC deposition amount> SiC etching amount is satisfied. The amount of SiC deposited is the thickness in the lateral direction of the SiC film formed in a direction (lateral direction) perpendicular to the sidewall from the sidewall of the trench 5 per unit time. The etching amount of SiC is the lateral length in which the side wall of the trench 5 is etched per unit time.

また、エッチング効果のあるガスのガス量が少ないと、炭化珪素基体１０の表面（エピタキシャル膜２の側の面）に堆積されるＳｉＣ膜の膜厚が厚くなると同時に、トレンチ５の側壁のエッチング量が少なくなり、各トレンチ５で形成されるボイド同士が繋がりにくくなる。そこで、エッチング効果のあるガスのガス量は、ＳｉＣの堆積量がＳｉＣのエッチング量より若干多くなるようなガス量のうち最大量とする。これにより、トレンチ５の開口部を塞ぐことができ、かつトレンチ５に発生するボイド同士を繋げることができる。 If the amount of gas having an etching effect is small, the thickness of the SiC film deposited on the surface of the silicon carbide substrate 10 (the surface on the epitaxial film 2 side) increases, and at the same time, the etching amount on the side walls of the trench 5 And the voids formed in the trenches 5 are not easily connected. Therefore, the gas amount of the gas having an etching effect is set to the maximum amount among the gas amounts such that the deposition amount of SiC is slightly larger than the etching amount of SiC. Thereby, the opening part of the trench 5 can be closed and the voids generated in the trench 5 can be connected.

また、ＳｉＣ膜の成膜の原料となるガスおよびエッチング効果のあるガスの他に、さらに、ドーパントとなるガスを同時に導入してもよい。ｎ型ＳｉＣ膜を成膜する場合、ドーパントとなるガスとしては、例えば、窒素（Ｎ₂）ガスが挙げられる。ｐ型ＳｉＣ膜を成膜する場合、ドーパントとなるガスとしては、例えば、トリメチルアルミニウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｉｕｍ：ＴＭＡ）ガスが挙げられる。 Further, in addition to a gas that is a raw material for forming the SiC film and a gas that has an etching effect, a gas that becomes a dopant may be introduced simultaneously. In the case where an n-type SiC film is formed, examples of the gas serving as a dopant include nitrogen (N ₂ ) gas. In the case of forming a p-type SiC film, as a gas serving as a dopant, for example, trimethylaluminum (TMA) gas can be given.

ここでは、ＳｉＣ膜を成膜するために、キャリアガスとして水素（Ｈ₂）ガスと、ＳｉＣ膜の成膜の原料となるガスとしてＳｉＨ₄ガスおよびＣ₃Ｈ₈ガスと、エッチング効果のあるガスとしてＨＣｌガスと、ドーパントとなるガスとしてＴＭＡと、を導入する。ＣＶＤによる熱処理の温度は１６３５度以上、１６６５度以内の範囲の温度が好ましい。また、ＣＶＤによる熱処理の時間は、５時間以上７時間以内の範囲の時間が好ましい。ＣＶＤによる熱処理の時間によって空洞６を塞ぐＳｉＣ膜の厚さを調整することができる。 Here, in order to form a SiC film, hydrogen (H ₂ ) gas as a carrier gas, SiH ₄ gas and C ₃ H ₈ gas as gases used to form a SiC film, and a gas having an etching effect HCl gas and TMA as a dopant gas are introduced. The temperature of the heat treatment by CVD is preferably in the range of 1635 degrees or more and 1665 degrees or less. Further, the heat treatment time by CVD is preferably in the range of 5 hours to 7 hours. The thickness of the SiC film that closes the cavity 6 can be adjusted by the time of heat treatment by CVD.

ここで、ＣＶＤによる熱処理の温度を１６５０度とし、ＣＶＤ装置によって６時間、炭化珪素基体１０にＳｉＣ膜を成長させる。ＳｉＨ₄ガスの流量は、例えば、３６ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄｃｕｂｉｃｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）である。Ｃ₃Ｈ₈ガスの流量は、例えば、１２ｓｃｃｍである。ＨＣｌガスの流量は、例えば、６ｓｃｃｍである。 Here, the temperature of the heat treatment by CVD is set to 1650 degrees, and a SiC film is grown on silicon carbide substrate 10 by a CVD apparatus for 6 hours. The flow rate of the SiH ₄ gas is, for example, 36 sccm (standard cubic centimeter per minute). The flow rate of the C ₃ H ₈ gas is, for example, 12 sccm. The flow rate of the HCl gas is, for example, 6 sccm.

図１１は、結晶軸方向［１１−２０］とトレンチ５の形成方向とのずれによるＳｉＣ膜の成長およびエッチング例を示す断面図である。各断面図の上に付された角度は、結晶軸方向［１１−２０］とトレンチ５の形成方向とのずれ量であり、結晶軸方向［１１−２０］とトレンチ５の形成方向とのなす角度である。図１１の例では、トレンチ５の形成方向が異なるだけで、形成方向以外の条件はすべて同じにして作成された炭化珪素基体１０の断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of SiC film growth and etching due to a deviation between the crystal axis direction [11-20] and the trench 5 formation direction. The angle given above each cross-sectional view is the amount of deviation between the crystal axis direction [11-20] and the formation direction of the trench 5, and is formed between the crystal axis direction [11-20] and the formation direction of the trench 5. Is an angle. In the example of FIG. 11, silicon carbide substrate 10 is produced in the same manner except that the formation direction of trench 5 is different and the conditions other than the formation direction are the same.

図１１に示すように、角度が大きくなるほど、トレンチ５の側壁がエッチング効果のあるガスによって抉られる量が大きくなる。トレンチ５の側壁がエッチングされると、トレンチ５ごとに微細な空洞（小空洞やボイドとも称する。）が発生する。図１１に示すように、角度が２．５度の場合においてボイド間が繋がる寸前である。このため、角度がさらに大きくなると、トレンチ５の側壁が抉られる量がさらに大きくなる。そして、ボイド間が繋がりやすくなり、炭化珪素基体１０の内部に空洞６が形成される。 As shown in FIG. 11, as the angle increases, the amount of the sidewall of the trench 5 swollen by the gas having an etching effect increases. When the side wall of the trench 5 is etched, a fine cavity (also referred to as a small cavity or a void) is generated for each trench 5. As shown in FIG. 11, when the angle is 2.5 degrees, it is just before the voids are connected. For this reason, when the angle is further increased, the amount by which the side wall of the trench 5 is bent is further increased. And it becomes easy to connect between voids and the cavity 6 is formed in the inside of the silicon carbide substrate 10.

また、図１１に示す０度、０．５度、１．０度の場合において、ＣＶＤによるＳｉＣ膜の成膜時間を長くしても、トレンチの開口部が塞がるだけで、ボイド間が繋がらない。このため、結晶軸方向［１１−２０］とトレンチ５の形成方向とのずれ、ｍ面とトレンチ５の形成方向とのずれが小さいと、炭化珪素基体１０の内部に空洞６を形成することは難しい。 In addition, in the case of 0 degree, 0.5 degree, and 1.0 degree shown in FIG. 11, even if the deposition time of the SiC film by CVD is increased, the opening of the trench is only blocked and the voids are not connected. . For this reason, if the deviation between the crystal axis direction [11-20] and the formation direction of the trench 5 and the deviation between the m-plane and the formation direction of the trench 5 are small, the formation of the cavity 6 inside the silicon carbide substrate 10 is impossible. difficult.

図１２は、トレンチ５の幅Ｌおよびトレンチ５の間隔Ｓの違いによる空洞６の形成例を示す断面図である。図１２には、トレンチ５の形成方向を結晶軸方向［１−１００］にほぼ平行にし、トレンチ５の幅Ｌ／間隔Ｓをそれぞれ２．５／２．５、５／２．５、７．５／２．５にしてトレンチ５を形成してＳｉＣ膜を成膜した場合における断面図を示す。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example of forming the cavity 6 due to the difference in the width L of the trench 5 and the interval S between the trenches 5. In FIG. 12, the formation direction of the trench 5 is made substantially parallel to the crystal axis direction [1-100], and the width L / interval S of the trench 5 is 2.5 / 2.5, 5 / 2.5, 7. A cross-sectional view when a SiC film is formed by forming the trench 5 at 5 / 2.5 is shown.

幅Ｌ／間隔Ｓ＝２．５／２．５、５／２．５の場合には、炭化珪素基体１０の内部に空洞６が形成される。これに対して、幅Ｌ／間隔Ｓ＝７．５／２．５の場合には、炭化珪素基体１０の各トレンチ５に発生したボイド間が繋がらず、炭化珪素基体１０の内部に空洞６が形成されない。したがって、トレンチ５の幅Ｌ（ライン幅）を２．５［μｍ］以上、５［μｍ］以下の範囲の長さとし、トレンチ５の間隔Ｓを１［μｍ］以上、３［μｍ］以下の範囲の長さとすることにより、トレンチ５ごとに発生するボイド間が繋がりやすくなり、炭化珪素基体１０の内部に断面形状が略平板形状の空洞６が得られる。 In the case of width L / interval S = 2.5 / 2.5, 5 / 2.5, cavity 6 is formed inside silicon carbide substrate 10. In contrast, in the case of width L / interval S = 7.5 / 2.5, voids generated in each trench 5 of silicon carbide substrate 10 are not connected, and cavity 6 is formed inside silicon carbide substrate 10. Not formed. Therefore, the width L (line width) of the trench 5 is set to a length in the range of 2.5 [μm] to 5 [μm], and the interval S of the trench 5 is in the range of 1 [μm] to 3 [μm]. With this length, voids generated in each trench 5 are easily connected, and a cavity 6 having a substantially flat plate shape in cross section is obtained inside the silicon carbide substrate 10.

図１２の例では、炭化珪素基体１０の深さ方向（縦方向）における空洞６の高さは約８μｍであり、炭化珪素基体１０の横方向における空洞６の幅ｘ１（図１参照）は約９０［μｍ］以上、１００［μｍ］以下の範囲の長さ程度である。トレンチ５の本数やトレンチ５の深さ方向の長さを調整することによって任意の幅や高さの空洞６を形成することができる。また、図１２の例では、空洞６の上を塞ぐＳｉＣ膜の厚さは、２０［μｍ］以上、３０［μｍ］以下の範囲の厚さ程度である。ＣＶＤによる熱処理の時間を調整することによってＳｉＣ膜を任意の厚さで形成することができる。 In the example of FIG. 12, the height of the cavity 6 in the depth direction (longitudinal direction) of the silicon carbide substrate 10 is about 8 μm, and the width x1 (see FIG. 1) of the cavity 6 in the lateral direction of the silicon carbide substrate 10 is about. The length is in the range of 90 [μm] to 100 [μm]. By adjusting the number of the trenches 5 and the length of the trenches 5 in the depth direction, the cavities 6 having an arbitrary width and height can be formed. In the example of FIG. 12, the thickness of the SiC film that covers the cavity 6 is about 20 [μm] or more and 30 [μm] or less. By adjusting the heat treatment time by CVD, the SiC film can be formed in an arbitrary thickness.

図１３は、トレンチ５の形成方向が結晶軸方向［１１−２０］の場合における炭化珪素基体の断面図である。図１３には、トレンチ５の形成方向が結晶軸方向［１１−２０］に平行であり、トレンチ５の幅Ｌ／間隔Ｓが２．５／２．５と５／２．５であるトレンチ５を形成し、熱処理を行った例を示す。図１２の例では、トレンチ５の幅Ｌ／間隔Ｓが２．５／２．５、５／２．５である場合に炭化珪素基体１０に空洞６が形成された。これに対して、図１３に示すように、トレンチ５の形成方向が結晶軸方向［１１−２０］であると、トレンチ５の幅Ｌ／間隔Ｓが２．５／２．５、５／２．５であっても空洞６が形成されない。 FIG. 13 is a cross-sectional view of the silicon carbide substrate when the formation direction of trench 5 is the crystal axis direction [11-20]. In FIG. 13, the trench 5 is formed such that the formation direction of the trench 5 is parallel to the crystal axis direction [11-20], and the width L / interval S of the trench 5 is 2.5 / 2.5 and 5 / 2.5. An example is shown in which a heat treatment is performed. In the example of FIG. 12, when the width L / interval S of the trench 5 is 2.5 / 2.5, 5 / 2.5, the cavity 6 is formed in the silicon carbide substrate 10. On the other hand, as shown in FIG. 13, when the formation direction of the trench 5 is the crystal axis direction [11-20], the width L / interval S of the trench 5 is 2.5 / 2.5, 5/2. .5, the cavity 6 is not formed.

また、点線の矢印の部分はトレンチ５が形成された部分であり、トレンチ５が形成された部分はＳｉＣ膜によって埋まる。実線の矢印部分は、隣り合うトレンチ５の間の部分であり、ＳｉＣ膜を成膜する前から炭化珪素基体１０があった部分である。 Further, the dotted arrow portion is a portion where the trench 5 is formed, and the portion where the trench 5 is formed is filled with the SiC film. The solid line arrow portion is a portion between adjacent trenches 5 and is a portion where the silicon carbide substrate 10 was present before the SiC film was formed.

図１４は、複数の空洞６の形成例を示す説明図である。図１４（ａ）には、領域７ごとに複数のトレンチ５が、結晶軸方向［１−１００］に平行な方向に形成された平面図を示す。また、図１４（ａ）に示す切断線ＡＡ−ＡＡ’における断面図が、図１４（ｂ）に示す断面図である。図１４（ｂ）には、領域ごとに複数のトレンチ５が形成された炭化珪素基体１０の断面図を示す。また、図１４（ｃ）には、ＣＶＤによって領域ごとに空洞６が形成された炭化珪素基体１０の断面図を示す。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of forming a plurality of cavities 6. FIG. 14A shows a plan view in which a plurality of trenches 5 are formed for each region 7 in a direction parallel to the crystal axis direction [1-100]. 14A is a cross-sectional view taken along a cutting line AA-AA ′ shown in FIG. FIG. 14B shows a cross-sectional view of silicon carbide substrate 10 in which a plurality of trenches 5 are formed for each region. FIG. 14C shows a cross-sectional view of silicon carbide substrate 10 in which cavity 6 is formed for each region by CVD.

例えば、トレンチ５の短手方向に平行な空洞６の横方向の長さｘ１は、領域７に形成するトレンチ５の数によって適宜変更することができる。また、例えば、トレンチ５の長手方向に平行な空洞６の方向の長さは、トレンチ５の長手方向の長さによって適宜変更することができる。これにより、所望のサイズの空洞６を炭化珪素基体１０に作成することができる。また、領域７に形成可能なトレンチ５の最大数やトレンチ５の形成方向の最大の長さなどは、領域７のサイズによって定まるため、領域７のサイズを調整することによって領域７に形成可能な最大の空洞６のサイズを適宜変更することができる。 For example, the lateral length x1 of the cavity 6 parallel to the lateral direction of the trench 5 can be appropriately changed depending on the number of trenches 5 formed in the region 7. Further, for example, the length in the direction of the cavity 6 parallel to the longitudinal direction of the trench 5 can be appropriately changed depending on the length of the trench 5 in the longitudinal direction. Thereby, the cavity 6 of a desired size can be formed in the silicon carbide substrate 10. In addition, since the maximum number of trenches 5 that can be formed in the region 7 and the maximum length in the formation direction of the trenches 5 are determined by the size of the region 7, it can be formed in the region 7 by adjusting the size of the region 7. The size of the largest cavity 6 can be changed as appropriate.

以上実施の形態で説明したように、本実施の形態によれば、複数のトレンチの長手方向と、炭化珪素基体の結晶軸方向＜１１−２０＞とがずれるように複数のトレンチを形成し、エッチング効果のあるガスを含む雰囲気下での熱処理によってＳｉＣ膜を成膜することにより複数のトレンチの各開口部を塞ぐとともに、複数のトレンチの側壁をエッチングして複数のトレンチを連結させて一体化させる。炭化珪素基板には、安定して結晶を成長させることができる結晶面もあれば、ｍ面でない面のように安定して結晶を成長させることができない結晶面なども存在する。安定して結晶を成長させることができる結晶面は、例えば、ｍ面である。トレンチの側壁がｍ面でない場合、トレンチの側壁がｍ面である場合と比較して、トレンチ５の側壁ではＳｉ原子やＣ原子が移動しやすい。このため、トレンチの側壁がｍ面でない場合、トレンチ５の側壁はエッチングされやすく、トレンチ間を連結させることができるとともに、炭化珪素膜がトレンチの開口部付近で成長してトレンチの開口部を塞ぐことができる。したがって、従来技術のように熱処理によるシリコン原子の表面拡散では平板形状の空洞を通常形成することはできないが、本実施の形態によれば炭化珪素基体の内部に平板形状の空洞を安定して形成することができる。 As described above in the embodiment, according to the present embodiment, the plurality of trenches are formed so that the longitudinal direction of the plurality of trenches and the crystal axis direction <11-20> of the silicon carbide substrate are shifted, A SiC film is formed by heat treatment in an atmosphere containing an etching-effect gas to close each opening of the plurality of trenches, and the sidewalls of the plurality of trenches are etched to connect the plurality of trenches to be integrated. Let A silicon carbide substrate has a crystal plane that can stably grow a crystal, and a crystal plane that cannot stably grow a crystal such as a non-m-plane. The crystal plane on which crystals can be stably grown is, for example, the m plane. When the sidewall of the trench is not m-plane, Si atoms and C atoms move more easily on the sidewall of the trench 5 than when the trench sidewall is m-plane. For this reason, when the side wall of the trench is not m-plane, the side wall of the trench 5 is easily etched, the trenches can be connected, and the silicon carbide film grows near the opening of the trench to block the opening of the trench. be able to. Therefore, although it is not possible to normally form a plate-shaped cavity by surface diffusion of silicon atoms by heat treatment as in the prior art, according to this embodiment, a plate-shaped cavity is stably formed inside a silicon carbide substrate. can do.

また、側壁がｍ面とならず、結晶軸方向に延びる直線状の平面形状のトレンチに限らず、６つの結晶面（ａ面）を側壁とする六角形の平面形状のトレンチが形成されてもよい。また、ｍ面のようにエッチングされにくい結晶面と、ｍ面と異なる面（例えば、ａ面）のようにエッチングされやすい結晶面と、が露出する矩形の平面形状のトレンチを形成してもよい。そして、このようなトレンチの場合、トレンチ間において、トレンチの側壁のうちエッチングされやすい結晶面が露出した部分のみを繋げてもよい。 Further, the side wall is not an m-plane, and not only a linear planar trench extending in the crystal axis direction, but also a hexagonal planar trench having six crystal planes (a-plane) as side walls may be formed. Good. In addition, a rectangular planar trench in which a crystal plane that is difficult to be etched such as the m plane and a crystal plane that is easily etched such as a plane different from the m plane (for example, the a plane) may be formed. . And in the case of such a trench, you may connect only the part which the crystal plane which is easy to etch among the side walls of a trench exposed between trenches.

以上のように、本発明にかかる炭化珪素基体の製造方法は、絶縁構造を備えたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた各種センサなどに有用である。 As described above, the silicon carbide substrate manufacturing method according to the present invention is applied to various sensors using MOSFET (Metal-Oxide-Field-Effect Transistor) or MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology having an insulating structure. Useful.

１炭化珪素基板
２エピタキシャル膜
３ＳｉＯ₂膜
５トレンチ
６空洞
７領域
１０炭化珪素基体
θ 所定角度
ｄ１エピタキシャル膜の厚さ
ｄ２ＳｉＯ₂膜の厚さ
ｄ３トレンチの深さ
Ｌトレンチの短手方向の幅
Ｓ隣り合うトレンチの間隔 1 silicon carbide substrate 2 epitaxial layer 3 SiO ₂ film 5 trench 6 cavity 7 region 10 of silicon carbide substrate θ predetermined angle d1 thickness d2 SiO ₂ film having a thickness d3 trench depth L widthwise direction of the width of the trench of the epitaxial layer S Distance between adjacent trenches

Claims

A method for manufacturing a silicon carbide substrate, wherein a plurality of trenches formed from one main surface side of a silicon carbide substrate are connected to form a cavity,
A plurality of trenches having a longitudinal direction deviating from a crystal axis direction <11-20> of the silicon carbide substrate by a predetermined angle or more based on a formation guarantee accuracy of an orientation flat provided on the silicon carbide substrate. A first step of forming the trench from one main surface side of the silicon carbide substrate;
After the first step, the silicon carbide film is formed on one main surface side of the silicon carbide substrate by heat treatment in a gas atmosphere containing a gas having an etching effect and a gas serving as a raw material for the silicon carbide film. And a second step of forming the cavity by etching side walls of the plurality of trenches;
A method for producing a silicon carbide substrate, comprising:

In the second step,
Forming the silicon carbide film closes the openings of the plurality of trenches, and forms the cavity by connecting and integrating the plurality of trenches by etching the sidewalls of the plurality of trenches. The method for producing a silicon carbide substrate according to claim 1.

The width in the short direction of each of the plurality of trenches is 2.5 μm or more and 5.0 μm or less,
The method for producing a silicon carbide substrate according to claim 1, wherein an interval between the adjacent trenches is 1 μm or more and 3 μm or less.

The amount of the gas having an etching effect is such that the thickness of the silicon carbide film formed in a direction parallel to one main surface of the silicon carbide substrate from the sidewall of the trench is parallel to the sidewall of the trench. The method for producing a silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the amount of gas is larger than a length etched in any direction.

The gas amount of the gas having an etching effect is the largest gas amount among the gas amounts in which the thickness of the silicon carbide film is larger than the length in which the sidewall of the trench is etched in the parallel direction. The method for producing a silicon carbide substrate according to claim 4.

6. The method for manufacturing a silicon carbide substrate according to claim 1, wherein the gas having an etching effect is hydrogen chloride gas or chlorine gas.

7. The silicon carbide substrate according to claim 1, wherein, in the second step, the openings are formed by closing each opening of the plurality of trenches by chemical vapor deposition. 8. Manufacturing method.

The silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein the silicon carbide substrate is an epitaxial growth substrate in which an epitaxial film made of silicon carbide is exposed by epitaxial growth on one main surface of a silicon carbide substrate. A method for manufacturing a substrate.

The method for producing a silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 8, wherein the predetermined angle is 5 degrees or more.

The length of the cavity in a direction parallel to the short direction of the plurality of trenches is based on the number of the plurality of trenches, The silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 9, Production method.

A method for manufacturing a silicon carbide substrate, wherein a plurality of trenches formed from one main surface side of a silicon carbide substrate are connected to form a cavity,
A first step of forming a plurality of trenches from which one of the main surfaces of the silicon carbide substrate has sidewalls other than the crystal plane {10-10} of the silicon carbide substrate;
After the first step, the silicon carbide film is formed on one main surface side of the silicon carbide substrate by heat treatment in a gas atmosphere containing a gas having an etching effect and a gas serving as a raw material for the silicon carbide film. And a second step of forming the cavity by etching side walls of the plurality of trenches;
A method for producing a silicon carbide substrate, comprising: