JP2020100528A - 積層体、積層体の製造方法および炭化珪素多結晶基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳｉＣ多結晶膜の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を持つカーボン支持基板を用いると、ＳｉＣ多結晶膜の成膜後の冷却時におけるＳｉＣ多結晶膜とカーボン支持基板との体積収縮差により、ＳｉＣ多結晶膜内に発生した応力不均衡に起因し、ＳｉＣ多結晶基板の反りが大きくなるという課題を解決することで、反りを低減した高導電率のＳｉＣ多結晶基板を提供する。【解決手段】厚みが３００μｍ〜１０ｍｍであり、熱膨張係数が４．０×１０-6（／Ｋ）〜５．０×１０-6（／Ｋ）のカーボン基板１０と、前記カーボン基板に成膜する、厚みが３００μｍ〜７００μｍの炭化珪素多結晶膜２０と、前記炭化珪素多結晶膜に成膜する、厚みが５０μｍ〜２００μｍであり、熱膨張係数が４．０×１０-6（／Ｋ）〜５．０×１０-6（／Ｋ）のカーボン膜３０と、を備える積層体１００。【選択図】図１

Description

本発明は、積層体、積層体の製造方法および炭化珪素多結晶基板の製造方法に関する。

炭化珪素（以下、「ＳｉＣ」とする場合がある）は、ケイ素（以下、「Ｓｉ」とする場合がある）と炭素で構成される化合物半導体材料である。ＳｉＣは、絶縁破壊電界強度がＳｉの１０倍、バンドギャップがＳｉの３倍と優れているだけでなく、デバイスの作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であることなどから、Ｓｉの限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。

しかしながら、ＳｉＣ半導体は、広く普及するＳｉ半導体と比較し、大面積のＳｉＣ単結晶基板が得られず、工程も複雑であることから、Ｓｉ半導体と比較して大量生産ができず、高価であった。

ＳｉＣ半導体のコストを下げるため、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献１には、ＳｉＣ基板の製造方法であって、少なくとも、マイクロパイプの密度が３０個／ｃｍ²以下のＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板を準備し、前記ＳｉＣ単結晶基板と前記ＳｉＣ多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程を行うことで、ＳｉＣ多結晶基板上にＳｉＣ単結晶層を形成した基板を製造することが記載されている。

更に、特許文献１には、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、ＳｉＣ単結晶基板に水素イオン注入を行って水素イオン注入層を形成する工程を行い、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程の前に、３５０℃以下の温度で熱処理を行い、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程を、水素イオン注入層にて機械的に剥離する工程とするＳｉＣ基板の製造方法が記載されている。

このような方法により、１つのＳｉＣ単結晶のインゴットから、より多くのＳｉＣ基板が得られるようになった。

特開２００９−１１７５３３号公報

しかしながら、前記記載の方法で製造されたＳｉＣ基板は、その大部分がＳｉＣ多結晶基板である。そのため、ＳｉＣ多結晶基板とＳｉＣ単結晶基板とを貼り合わせたＳｉＣ基板の反りの大きさは、ＳｉＣ多結晶基板の反りの大きさが支配的となる。そのため、カーボン支持基板より分離したＳｉＣ多結晶膜の反りが大きいと、このようなＳｉＣ多結晶膜をダイオードやトランジスタのデバイス製造工程で使用する際、反りに起因する歩留まりが悪化していた。また、ＳｉＣ多結晶基板とＳｉＣ単結晶基板とを貼り合わせた後のデバイス製造工程において、ＳｉＣ基板の反りが大きいと、フォトリソグラフィ工程におけるパターン形成不良や、イオン注入工程におけるイオン侵入深さが不均一となる等の問題が生じる。そのため、ＳｉＣ多結晶膜の反りは小さいことが求められる。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、例えば、化学的気相成長法（以下、「ＣＶＤ法」とする場合がある）によってカーボン支持基板上に窒素ドーピングガスとともにＳｉＣ多結晶膜を成膜した後、カーボン支持基板からＳｉＣ多結晶膜を分離することでＳｉＣ多結晶基板を製造する方法において、ＳｉＣ多結晶膜の熱膨張係数（４．３〜４．５）×１０^-6（／Ｋ）と異なる熱膨張係数を持つカーボン支持基板を用いると、ＳｉＣ多結晶膜の成膜後の冷却時におけるＳｉＣ多結晶膜とカーボン支持基板との体積収縮差により、ＳｉＣ多結晶膜内に発生した応力不均衡に起因し、ＳｉＣ多結晶基板の反りが大きくなるという課題を解決することで、反りを低減した高導電率のＳｉＣ多結晶基板を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するため、鋭意研究を行った結果、ＣＶＤ法によってカーボン支持基板上にＳｉＣ多結晶膜を成膜する工程において、ＳｉＣ多結晶膜の熱膨張係数（４．３〜４．５）×１０^-6（／Ｋ）と異なる熱膨張係数を持つカーボン支持基板を用いても、ＳｉＣ多結晶膜を成膜後に、所定の厚み以上のカーボン膜を成膜することで、ＳｉＣ多結晶基板の反りを低減させることを見出し、本発明を想到するに至った。

上記課題を解決するために、本発明の積層体は、厚みが３００μｍ〜１０ｍｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン基板と、前記カーボン基板に成膜する、厚みが３００μｍ〜７００μｍの炭化珪素多結晶膜と、前記炭化珪素多結晶膜に成膜する、厚みが５０μｍ〜２００μｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン膜と、を備える。

また、上記課題を解決するために、本発明の積層体の製造方法は、厚みが３００μｍ〜１０ｍｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン基板に、化学蒸着によって厚みが３００μｍ〜７００μｍの炭化珪素多結晶膜を成膜する第１成膜工程と、前記炭化珪素多結晶膜に、化学蒸着によって、厚みが５０μｍ〜２００μｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン膜を成膜する第２成膜工程と、を含む。

また、上記課題を解決するために、本発明の炭化珪素多結晶基板の製造方法は、上記の積層体の製造方法により製造した前記積層体の、前記カーボン基板および前記カーボン膜を燃焼させて除去する燃焼除去工程を含む。

前記燃焼除去工程後、前記炭化珪素多結晶基板の表面を研磨する研磨工程を含んでもよい。

本発明の積層体、積層体の製造方法および炭化珪素多結晶基板の製造方法によれば、高い導電率を損なうことなく、ＳｉＣ多結晶基板の反りを低減できる。そのため、横型のダイオード用ＳｉＣ基板に加え、縦型のダイオード用ＳｉＣ基板として、デバイス製造工程に供することが可能で、炭化珪素多結晶基板の反りが小さいことでフォトリソグラフィ工程におけるパターン形成不良や、イオン注入工程におけるイオン侵入深さの不均一等を抑制することができ、歩留まりの向上が期待できる。

本発明の積層体の一例である積層体１００の概略断面図である。 図１とは異なる本発明の積層体の一例である積層体１１０の概略断面図である。 反りの発生した、炭化珪素多結晶膜を成膜したカーボン基板の概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明するが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

［積層体］
本発明の積層体は、以下に説明するカーボン基板と、炭化珪素多結晶膜と、カーボン膜と、を備える。

〈カーボン基板〉
カーボン基板は、その厚みが３００μｍ〜１０ｍｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）の基板である。基板としてカーボンを用いることにより、Ｓｉ基板のような化学蒸着処理中に熱による軟化や形状の変化等が発生しないため、成膜中のＳｉＣ多結晶膜の反りが発生しない。また、カーボンであれば、燃焼によってＳｉＣ多結晶膜を容易に分離することができる。

カーボン基板は、その厚みが３００μｍ未満の場合には、成膜したＳｉＣ多結晶膜の内部応力により、カーボン基板にＳｉＣ多結晶膜が成膜した状態で反りが発生し、不具合を招来するおそれがある。また、厚みが１０ｍｍよりも厚いと、成膜装置のチャンバ−へ設置できる基板の数が少なくなるため、一度の成膜処理によってＳｉＣ多結晶膜を化学蒸着させることのできるカーボン基板の枚数が少なくなり、生産性が低下するおそれがある。基板の厚みが３００μｍ〜１０ｍｍであれば、上記のような反りが発生せず、また、生産性を維持することができる。

また、カーボン基板は、その熱膨張係数が、４．０×１０^-6（／Ｋ）未満の場合には、カーボン基板としての黒鉛が等方性黒鉛ではなくなって、方位依存性を持ち、膨張によってカーボン基板自体の形状が変わって、ＳｉＣ多結晶膜が割れるおそれがある。また、熱膨張係数が５．０×１０^-6（／Ｋ）を超えると、成膜したＳｉＣ多結晶膜の反りが大きくなるおそれや、クラックが発生するおそれがある。カーボン基板の熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）であることによって、このようなＳｉＣ多結晶膜の割れ、反り、クラックの発生を抑制することができる。

〈炭化珪素多結晶膜〉
炭化珪素多結晶膜は、カーボン基板に成膜する、厚みが３００μｍ〜７００μｍの膜である。例えば、後述する積層体の製造方法により、カーボン基板へ化学蒸着によってＳｉＣ多結晶膜を成膜することができる。

炭化珪素多結晶膜の厚みは、ＳｉＣ基板に用いる多結晶膜として一般的なものであり、３００μｍ〜７００μｍから外れた厚みの場合には、ＳｉＣ単結晶基板の貼り合わせや、ＳｉＣ単結晶基板の薄膜化に不具合が生じるおそれがある。また、炭化珪素多結晶膜の膜厚については、デバイス作製工程からの要求もあり、例えば炭化珪素多結晶膜が薄い場合、製造プロセスやハンドリングで割れや曲がりが発生するおそれがある。また、炭化珪素多結晶膜が厚い場合、デバイス作製後に不要な多結晶膜を除去する際に、加工量が多く経済性が悪くなるおそれがある。

〈カーボン膜〉
カーボン膜は、炭化珪素多結晶膜に成膜する、厚みが５０μｍ〜２００μｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）の膜である。ＳｉＣ多結晶膜をカーボン基板とカーボン膜で挟むことにより、カーボン基板とＳｉＣ多結晶膜の熱膨張係数が異なることに起因する、カーボン基板を分離した後のＳｉＣ多結晶膜の反りを緩和することができる。また、カーボン膜であれば、カーボン基板と同様に、燃焼によってＳｉＣ多結晶膜を容易に分離することができる。

カーボン膜は、その厚みが５０μｍ未満の場合には、ＳｉＣ多結晶膜の反りを緩和する効果が十分に得られないおそれがある。また、厚みが２００μｍよりも厚いと、カーボン膜の成膜に時間がかかり、生産性が低下するおそれや、カーボン膜が厚くなりすぎることにより、ＳｉＣ多結晶膜に反りが発生するおそれがある。カーボン膜の厚みが５０μｍ〜２００μｍであれば、ＳｉＣ多結晶膜の反りを十分に緩和することができ、また、生産性も維持することができる。

また、カーボン膜は、その熱膨張係数をカーボン基板の熱膨張係数とほぼ同様とする。すなわち、カーボン膜の熱膨張係数を４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）とし、ほぼ同程度の熱膨張係数のカーボンでＳｉＣ多結晶膜を挟むことにより、カーボン基板を分離した後のＳｉＣ多結晶膜の反りを緩和することができる。

なお、積層体におけるＳｉＣ多結晶膜の平面の大きさは、直径４インチまたは６インチのいずれでもよい。例えば、後述する積層体の製造方法において、直径４インチまたは６インチのカーボン基板へ化学蒸着によってＳｉＣ多結晶膜を成膜することにより、このようなＳｉＣ多結晶膜を得ることができる。

（その他の構成）
本発明の積層体は、上記の他、その他の構成を備えることができる。例えば、カーボン基板やカーボン膜を燃焼させるための炉内に設置できることを条件として、ＳｉＣ多結晶膜とカーボン膜からなる複合層を１層のみならず、２層、３層、４層以上と、複数層繰り返し備えてもよい。

［積層体の製造方法］
次に、上記した本発明の積層体について、その製造方法の一態様を説明する。かかる製造方法は、以下に説明する第１成膜工程と、第２成膜工程と、を含む。

〈第１成膜工程〉
本工程は、厚みが３００μｍ〜１０ｍｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン基板に、化学蒸着によって厚みが３００μｍ〜７００μｍの炭化珪素多結晶膜を成膜する工程である。カーボン基板の厚み、熱膨張係数、およびＳｉＣ多結晶膜の厚みについては、積層体の項目にて説明したとおりである。

ＳｉＣ多結晶膜は、ＣＶＤ法により化学蒸着させることで成膜される。例えば、カーボン基板を成膜装置の反応炉内に固定し、減圧状態でＡｒ等の不活性ガスを流しながら炉内を反応温度まで昇温させる。反応温度に達したら、不活性ガスを止め、原料ガスおよびキャリアガス等を流すことで、カーボン基板に成膜されたＳｉＣ多結晶膜を得ることができる。

より具体的には、加熱した、ＳｉＣ多結晶膜の熱膨張係数と異なるカーボン基板に、１２００〜１７００℃の温度に加熱した、ＳｉＣ多結晶膜の成分を含む原料ガスやキャリアガス等の混合ガスを供給し、大気圧下においてカーボン基板の表面や気相での化学反応を所定時間行うことにより、ＳｉＣ多結晶膜を堆積する方法が挙げられる。

（原料ガス）
原料ガスとしては、ＳｉＣ多結晶膜を成膜することができれば、特に限定されず、一般的に使用されるＳｉ系原料ガスやＣ系原料ガスを用いることができる。Ｓｉ系原料ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ₄）を用いることができるほか、モノクロロシラン（ＳｉＨ₃Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ₄）などのエッチング作用があるＣｌを含む、塩素系Ｓｉ原料含有ガス（クロライド系原料）を用いることもできる。また、Ｃ系原料ガスとしては、例えば、メタン（ＣＨ₄）やプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）等の炭化水素ガスを用いることができる。また、上記のほか、トリクロロメチルシラン（ＣＨ₃Ｃｌ₃Ｓｉ）、トリクロロフェニルシラン（Ｃ₆Ｈ₅Ｃｌ₃Ｓｉ）、ジクロロメチルシラン（ＣＨ₄Ｃｌ₂Ｓｉ）、ジクロロジメチルシラン（（ＣＨ₃）₂ＳｉＣｌ₂）、クロロトリメチルシラン（（ＣＨ₃）₃ＳｉＣｌ）等のＳｉとＣとを両方含むガスも、原料ガスとして用いることができる。

（キャリアガス）
キャリアガスとしては、成膜を阻害することなく、原料ガスを基板へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、熱伝導率に優れ、ＳｉＣに対してエッチング作用がある水素（Ｈ₂）を用いることができる。

（その他のガス）
また、これらの原料ガスおよびキャリアガスと同時に、第３のガスとして、目標とする導電率に見合う量の不純物ドーピングガスを同時に供給することもできる。例えば、導電型をｎ型とする場合には窒素（Ｎ₂）ガス、ｐ型とする場合にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いることができる。

〈第２成膜工程〉
本工程は、炭化珪素多結晶膜に、化学蒸着によって、厚みが５０μｍ〜２００μｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン膜を成膜する工程である。カーボン膜の厚みおよび熱膨張係数については、積層体の項目にて説明したとおりである。

カーボン膜は、ＣＶＤ法により化学蒸着させることで成膜される。例えば、ＳｉＣ多結晶膜が成膜したカーボン基板を成膜装置の反応炉内に固定し、減圧状態でＡｒ等の不活性ガスを流しながら炉内を反応温度まで昇温させる。反応温度に達したら、不活性ガスを止め、原料ガスおよびキャリアガス等を流すことで、ＳｉＣ多結晶膜に成膜されたカーボン膜を得ることができる。

より具体的には、加熱されたＳｉＣ多結晶膜が成膜したカーボン基板に対し、１２００〜１７００℃の温度に加熱した、カーボン膜の成分を含む原料ガスやキャリアガス等の混合ガスを供給し、大気圧下においてＳｉＣ多結晶膜の表面や気相での化学反応を所定時間行うことにより、カーボン膜を堆積する方法が挙げられる。

例えば、第１成膜工程により得た、ＳｉＣ多結晶膜が成膜したカーボン基板を成膜装置の反応炉内に固定し、第２成膜工程を開始することができる。また、第１成膜工程の条件からＳｉ系原料ガスの供給を止めることにより、第１成膜工程から連続して第２成膜工程を行うことができる。

（原料ガス）
原料ガスとしては、カーボン膜を成膜することができれば、特に限定されず、一般的に使用されるＣ系原料ガスを用いることができる。例えば、メタン（ＣＨ₄）やプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）等の炭化水素ガスを用いることができる。

（キャリアガス）
キャリアガスとしては、カーボン膜の成膜を阻害することなく、原料ガスをＳｉＣ多結晶膜へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、第１成膜工程と同様に、水素（Ｈ₂）を用いることができる。

（その他のガス）
また、これらの原料ガスおよびキャリアガスと同時に、第３のガスとして、例えば、エッチングガスとしてＨＣｌガスを用いることができる。ＳｉＣ多結晶膜を成膜する際に、原料ガスやキャリアガスの種類と比率が適当でないと、Ｓｉ粒が一部生成し、単一なＳｉＣ多結晶膜とならない場合があるため、Ｓｉ粒が生成しないようエッチングガスを原料ガス、キャリアガスと同時に好適な比率で供給することができる。

〈その他の工程〉
本発明の積層体の製造方法は、上記した工程以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、成膜装置内の基板ホルダーにカーボン基板を複数枚セットする工程や、セットしたカーボン基板を加熱する工程、化学蒸着前のカーボン基板に、成膜を阻害するような何らかの反応が生じないよう、基板を不活性雰囲気下とするべく、アルゴン等の不活性ガスを流通させる工程等が挙げられる。

［炭化珪素多結晶基板の製造方法］
次に、本発明の炭化珪素多結晶基板の製造方法について、その一態様を説明する。かかる製造方法は、以下に説明する燃焼除去工程を含む。

〈燃焼除去工程〉
本工程は、上記の積層体の製造方法により製造した積層体の、カーボン基板およびカーボン膜を燃焼させて除去する工程である。これにより、カーボン基板およびカーボン膜が消滅して、炭化珪素多結晶膜が残り、これが炭化珪素多結晶基板となる。

カーボン基板およびカーボン膜の燃焼除去は、空気中で加熱する等の適宜な方法で行うことができる。加熱条件としては、例えば大気雰囲気下にて１０００℃程度に加熱する条件が挙げられる。

〈研磨工程〉
本発明の炭化珪素多結晶基板の製造方法は、燃焼除去後、炭化珪素多結晶基板の表面を研磨する研磨工程を含んでもよい。炭化珪素多結晶基板は、例えば半導体の製造に用いられる基板とするのであれば、半導体製造プロセスで使用できる面精度が必要となる。そこで、本工程により、炭化珪素多結晶基板の表面を平滑化することが好ましい。

例えば、炭化珪素多結晶基板をダイアモンドスラリーでラップ処理し、ダイアモンドとアルミナとの混合スラリーでハードポリッシュした後に、シリカスラリー（コロイダルシリカ、ｐＨ１１）でポリッシュするという工程を経て、炭化珪素多結晶基板の表面を平滑化することができる。

（その他の工程）
本発明の炭化珪素多結晶基板の製造方法は、上記の工程以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、炭化珪素多結晶膜によって完全に被覆されたカーボン基板を燃焼除去させるため、燃焼除去工程の前に炭化珪素多結晶膜の一部を除去してカーボン基板を露出させる露出工程や、研磨工程後の炭化珪素多結晶基板を洗浄する洗浄工程等が挙げられる。

露出工程としては、具体的には、ダイアモンドやＣ−ＢＮ（立方晶ＢＮ）砥粒を用いたシングルワイヤソーで炭化珪素多結晶膜の外周端部の一部を切断する方法や、研磨ホイールで炭化珪素多結晶膜の外周端部の一部を削り落とすことにより、カーボン基板を露出させることができる。

以下、図１〜３を参照しつつ、ＳｉＣ多結晶基板に反りが発生する要因、およびその反りを本発明によって低減できる理由について、説明する。

図３は、炭化珪素多結晶膜を成膜したカーボン基板の概略断面図である。カーボン基板２００は、カーボン基板１０に対し、上記したＣＶＤ法等によってＳｉＣ多結晶膜２０が成膜したものである。ＳｉＣ多結晶膜２０を成膜後、カーボン基板２００が室温へ冷却される際に、体積収縮の影響を受けてカーボン基板２００が変形する場合がある。例えば、カーボン基板１０の熱膨張係数とＳｉＣ多結晶膜２０の熱膨張係数が異なることにより、カーボン基板１０が側面において内側へ圧縮される方向への内部応力が、ＳｉＣ多結晶膜２０のそれよりも大きくなる場合がある。この場合のように、ＳｉＣ多結晶膜２０よりもカーボン基板１０の方の体積収縮率が大きいと、カーボン基板１０の表面１１は内側へ凹み、ＳｉＣ多結晶膜２０の表面２１は外側へ出っ張る状態に変形するような反りが発生する場合がある（図３（ａ））。この状態で、燃焼除去工程によってカーボン基板１０を燃焼除去すると、残ったＳｉＣ多結晶膜２０の反りが完全に回復せずに、反りのあるＳｉＣ多結晶基板となる場合がある。

一方で、カーボン基板１０の熱膨張係数とＳｉＣ多結晶膜２０の熱膨張係数が異なることにより、ＳｉＣ多結晶膜２０が側面において内側へ圧縮される方向への内部応力が、カーボン基板１０のそれよりも大きくなる場合がある。この場合のように、カーボン基板１０よりもＳｉＣ多結晶膜２０の方の体積収縮率が大きいと、カーボン基板１０の表面１１は外側へ出っ張り、ＳｉＣ多結晶膜２０の表面２１は内側へ凹む状態に変形するような反りが発生する場合がある（図３（ｂ））。この状態で、燃焼除去工程によってカーボン基板１０を燃焼除去すると、残ったＳｉＣ多結晶膜２０の反りが完全に回復せずに、反りのあるＳｉＣ多結晶基板となる場合がある。

図１は、本発明の積層体の一例である積層体１００の概略断面図である。積層体１００は、カーボン基板１０に対し、上記したＣＶＤ法等によってＳｉＣ多結晶膜２０が成膜し、さらにＳｉＣ多結晶膜２０に対し、カーボン膜３０が成膜したものである。積層体１００についても、カーボン膜３０を成膜後、積層体１００が室温へ冷却される際に、体積収縮の影響を受ける。ただし、カーボン基板１０とカーボン膜３０の熱膨張係数がほぼ同様であることにより、冷却の際の反りの発生を抑制または緩和することができる。

例えば、カーボン基板１０の熱膨張係数とＳｉＣ多結晶膜２０の熱膨張係数が異なることにより、カーボン基板１０が側面において内側へ圧縮される方向への内部応力が、ＳｉＣ多結晶膜２０のそれよりも大きくなる場合がある。この場合のように、ＳｉＣ多結晶膜２０よりもカーボン基板１０の方の体積収縮率が大きくても、カーボン膜３０が側面において内側へ圧縮される方向への内部応力が、ＳｉＣ多結晶膜２０のそれよりも大きくなるため、ＳｉＣ多結晶膜２０の両面にあるカーボン基板１０とカーボン基板３０が応力のバランスをとることができる。これにより、カーボン基板１０の表面１１が内側へ凹む状態に変形するような反りの発生を抑制または緩和することができる。そのため、燃焼除去工程によってカーボン基板１０およびカーボン膜３０を燃焼除去しても、残ったＳｉＣ多結晶膜２０が、後工程に影響するような大幅に反った状態とはならない。

また、カーボン基板１０の熱膨張係数とＳｉＣ多結晶膜２０の熱膨張係数が異なることにより、ＳｉＣ多結晶膜２０が側面において内側へ圧縮される方向への内部応力が、カーボン基板１０のそれよりも大きくなる場合がある。この場合についても同様に、カーボン基板１０よりもＳｉＣ多結晶膜２０の方の体積収縮率が大きくても、カーボン膜３０が側面において内側へ圧縮される方向への内部応力が、ＳｉＣ多結晶膜２０のそれよりも小さくなるため、ＳｉＣ多結晶膜２０の両面にあるカーボン基板１０とカーボン基板３０が応力のバランスをとることができる。これにより、カーボン基板１０の表面１１が外側へ出っ張る状態に変形するような反りの発生を抑制または緩和することができる。そのため、燃焼除去工程によってカーボン基板１０およびカーボン膜３０を燃焼除去しても、残ったＳｉＣ多結晶膜２０が、後工程に影響するような大幅に反った状態とはならない。

図２は、図１とは異なる本発明の積層体の一例である積層体１１０の概略断面図である。積層体１１０は、カーボン基板１０の全面に対し、上記したＣＶＤ法等によってＳｉＣ多結晶膜２０が成膜し、さらにＳｉＣ多結晶膜２０の全面に対し、カーボン膜３０が成膜したものである（図２（ａ））。これに対し、露出工程によってＳｉＣ多結晶膜２０の外周端部を除去してカーボン基板１０を露出させたものが、図２（ｂ）に示す積層体１１０である。

積層体１１０のように、カーボン基板１０のおもて面とうら面の両方にＳｉＣ多結晶膜２０が成膜し、さらにカーボン膜３０が成膜したものであっても、積層体１００の場合と同様に、カーボン基板１０とカーボン膜３０が応力のバランスをとることにより、反りの発生を抑制または緩和することができる。そのため、燃焼除去工程によってカーボン基板１０およびカーボン膜３０を燃焼除去しても、残ったＳｉＣ多結晶膜２０が、後工程に影響するような大幅に反った状態とはならない。

なお、図３の場合において、カーボン基板１０とＳｉＣ多結晶膜２０の熱膨張係数に大きな差がなく、応力の不均衡が生じない場合には、成膜後に冷却される際においても大きな反りは発生しない。図１、２の場合についても同様に、カーボン基板１０、ＳｉＣ多結晶膜２０およびカーボン膜３０の熱膨張係数に大きな差がなく、応力の不均衡が生じない場合には、成膜後に冷却される際においても大きな反りは発生しない。

以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例および比較例によって限定されるものではない。

［実施例１］
熱ＣＶＤ装置の反応管内に、直径４インチまたは６インチ、厚み５００μｍ、熱膨張係数４．９×１０^-6（／Ｋ）のカーボン基板１０を１枚ずつ固定し、炉内へＡｒガスを流入させながら排気ポンプにより炉内を減圧化した後、１３５０℃まで加熱し、その後、Ａｒガスを停止させた。次いで、原料ガスとして、ＳｉＣｌ₄、ＣＨ₄、ドーピングガスとしてＮ₂、キャリアガスとしてＨ₂を混合した混合ガスを１９０ｌ／ｍｉｎの流量で所定の時間反応管内へ流入させ、化学蒸着を行うことで、厚みが約５００μｍのＳｉＣ多結晶膜２０を成膜させた（第１成膜工程）。

次いで、原料ガスのうちＳｉＣｌ₄の流入のみを停止させ、他のガスの流入は維持した状態の混合ガスを、１９０ｌ／ｍｉｎの流量で所定の時間反応管内へ流入させることで、ＳｉＣ多結晶膜２０の上に厚みが約５０μｍのカーボン膜１０を成膜させ、積層体１１０を得た（第２成膜工程）。その後、ガスの流入を全て停止させて冷却した。

得られたカーボン膜の熱膨張係数をレーザ熱膨張計により測定したところ、５．０×１０^-6（／Ｋ）であった。また、ＳｉＣ多結晶膜２０の外周端部を除去して、カーボン基板１０を露出させ、図２（ｂ）に示す積層体１１０とした（露出工程）。その後、燃焼除去工程によって積層体１１０のカーボン基板１０およびカーボン膜３０を大気雰囲気下の約１０００℃で燃焼除去することで（燃焼除去工程）、ＳｉＣ多結晶膜２０を分離し、ＳｉＣ多結晶基板を得た。ＳｉＣ多結晶基板の反りについて、ＳｉＣ多結晶基板の表面の中心線上を斜入射型光学測定器により測定し、得られた測定値の最大値と最小値との差を反り量とした。測定は５点とし、中心、円周端部、および中心と円周端部との間にあり、中心からの距離と円周端部からの距離が同じ地点について、測定した。結果として、反り量は、４インチのＳｉＣ多結晶基板で３３μｍ、６インチのＳｉＣ多結晶基板では４１μｍであった。

［実施例２］
カーボン基板１０の熱膨張係数を４．８×１０^-6（／Ｋ）とし、カーボン膜３０の成膜厚みを約８０μｍとした以外は、実施例１と同様の条件として成膜を実施し、積層体１１０を得た。得られたカーボン膜３０の熱膨張係数は４．８×１０^-6（／Ｋ）であった。また、実施例１と同様の工程により得られたＳｉＣ多結晶基板の反り量は、４インチのＳｉＣ多結晶基板で３６μｍ、６インチのＳｉＣ多結晶基板では４５μｍであった。

［実施例３］
カーボン基板１０の熱膨張係数を５．０×１０^-6（／Ｋ）とし、カーボン膜３０の成膜厚みを約１００μｍとした以外は、実施例１と同様の条件として成膜を実施し、積層体１１０を得た。得られたカーボン膜３０の熱膨張係数は４．８×１０^-6（／Ｋ）であった。また、実施例１と同様の工程により得られたＳｉＣ多結晶基板の反り量は、４インチのＳｉＣ多結晶基板で３１μｍ、６インチのＳｉＣ多結晶基板では３９μｍであった。

［比較例１］
カーボン基板１０の熱膨張係数を４．８×１０^-6（／Ｋ）とし、カーボン膜の成膜厚みを約１０μｍとした以外は、実施例１と同様の条件として成膜等を実施し、積層体１１０と同様にカーボン基板１０のおもて面とうら面にＳｉＣ多結晶膜およびカーボン膜が成膜した積層体を得た。得られたカーボン膜の熱膨張係数は４．９×１０^-6（／Ｋ）であった。また、実施例１と同様の工程により得られたＳｉＣ多結晶基板の反り量は、４インチのＳｉＣ多結晶基板で１４０μｍ、６インチのＳｉＣ多結晶基板では１９０μｍであった。

［比較例２］
カーボン基板１０の熱膨張係数を４．９×１０^-6（／Ｋ）とし、カーボン膜の成膜厚みを約３０μｍとした以外は、実施例１と同様の条件として成膜等を実施し、比較例１と同様の積層体を得た。得られたカーボン膜の熱膨張係数は４．８×１０^-6（／Ｋ）であった。また、実施例１と同様の工程により得られたＳｉＣ多結晶基板の反り量は、４インチのＳｉＣ多結晶基板で８０μｍ、６インチのＳｉＣ多結晶基板では１２０μｍであった。

［比較例３］
カーボン基板１０の熱膨張係数を３．５×１０^-6（／Ｋ）とし、カーボン膜の成膜厚みを約５０μｍとした以外は、実施例１と同様の条件として成膜等を実施し、比較例１と同様の積層体を得た。得られたカーボン膜の熱膨張係数は４．９×１０^-6（／Ｋ）であった。また、実施例１と同様の工程により得られたＳｉＣ多結晶基板の反り量は、４インチのＳｉＣ多結晶基板で１９０μｍ、６インチのＳｉＣ多結晶基板では２５０μｍであった。

［比較例４］
カーボン基板１０の熱膨張係数を５．５×１０^-6（／Ｋ）とし、カーボン膜の成膜厚みを約５０μｍとした以外は、実施例１と同様の条件として成膜等を実施し、比較例１と同様の積層体を得た。得られたカーボン膜の熱膨張係数は４．８×１０^-6（／Ｋ）であった。また、実施例１と同様の工程により得られたＳｉＣ多結晶基板の反り量は、４インチのＳｉＣ多結晶基板で２２０μｍ、６インチのＳｉＣ多結晶基板では３１０μｍであった。

上記の実施例１〜３および比較例１〜４における、カーボン基板、ＳｉＣ多結晶膜およびカーボン膜の熱膨張係数、カーボン膜の厚み、ＳｉＣ多結晶基板の反り量について、これらの結果を表１に示す。なお、表１のＳｉＣ多結晶基板の熱膨張係数に幅があるのは、結晶粒の配向に起因して、熱膨張係数を測定する方向で値が変化するためである。

ＳｉＣ多結晶基板とＳｉＣ単結晶基板とを貼り合わせた後のデバイス製造工程において、フォトリソグラフィ工程におけるパターン形成や、イオン注入工程におけるイオン侵入深さの均一性を考慮すると、ＳｉＣ多結晶基板の反り量は５０μｍ以下であることが好ましい。実施例１〜３の結果より、カーボン基板、ＳｉＣ多結晶基板およびカーボン膜の、厚みや熱膨張係数を所定範囲に設定することにより、４インチおよび６インチのいずれの大きさのＳｉＣ多結晶基板においても、反り量を５０μｍ以下に抑えることができた。

一方で、比較例１〜４の結果より、カーボン基板の熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）の範囲に該当しない場合や、カーボン膜の厚みが薄い場合には、ＳｉＣ多結晶基板の反りを十分に抑制することができなかった。

［まとめ］
以上より、本発明であれば、ＳｉＣ多結晶基板の反りを低減することができるため、横型および縦型のダイオード用ＳｉＣ基板としてデバイス製造工程に供することが可能である。また、フォトリソグラフィ工程におけるパターン形成不良や、イオン注入工程におけるイオン侵入深さの不均一等を抑制することができ、歩留まりの向上が期待できる。

１０ カーボン基板
１１ カーボン基板１０の表面
２０ 炭化珪素多結晶膜（ＳｉＣ多結晶膜）
２１ 炭化珪素多結晶膜２０の表面
３０ カーボン膜
１００ 積層体
１１０ 積層体
２００ 炭化珪素多結晶膜が成膜したカーボン基板

Claims (4)

1. 厚みが３００μｍ〜１０ｍｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン基板と、
   前記カーボン基板に成膜する、厚みが３００μｍ〜７００μｍの炭化珪素多結晶膜と、
   前記炭化珪素多結晶膜に成膜する、厚みが５０μｍ〜２００μｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン膜と、
   を備える積層体。
2. 厚みが３００μｍ〜１０ｍｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン基板に、化学蒸着によって厚みが３００μｍ〜７００μｍの炭化珪素多結晶膜を成膜する第１成膜工程と、
   前記炭化珪素多結晶膜に、化学蒸着によって、厚みが５０μｍ〜２００μｍであり、熱膨張係数が４．０×１０^-6（／Ｋ）〜５．０×１０^-6（／Ｋ）のカーボン膜を成膜する第２成膜工程と、
   を含む、積層体の製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法により製造した前記積層体の、前記カーボン基板および前記カーボン膜を燃焼させて除去する燃焼除去工程を含む、炭化珪素多結晶基板の製造方法。
4. 前記燃焼除去工程後、前記炭化珪素多結晶基板の表面を研磨する研磨工程を含む、請求項３に記載の炭化珪素多結晶基板の製造方法。

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