JP2021070609A - 炭化ケイ素多結晶基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板を製造する、炭化ケイ素多結晶基板の製造方法を提供する。【解決手段】化学的気相成長法によって支持基板上に炭化ケイ素多結晶膜を成膜して得られる前記支持基板と前記炭化ケイ素多結晶膜との積層体から、前記支持基板を除去して得た２枚の前記炭化ケイ素多結晶膜を、前記支持基板に接していた面同士が相対するように重ねて、雰囲気圧力を１Ｐａ〜１００Ｐａとして、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、雰囲気温度を２０００℃〜２４００℃として、２枚の前記炭化ケイ素多結晶膜の外方から前記面と垂直な方向に、１ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力で加圧して接合することにより炭化ケイ素多結晶基板を得る、接合工程を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、炭化ケイ素多結晶基板の製造方法に関する。

炭化ケイ素は、ケイ素と炭素で構成される、化合物半導体材料である。炭化ケイ素は、絶縁破壊電界強度がケイ素の１０倍で、バンドギャップがケイ素の３倍であり、半導体材料として優れている。さらに、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、ケイ素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、炭化ケイ素半導体は、従来広く普及しているケイ素半導体と比較して、大面積の炭化ケイ素単結晶基板を得ることが難しく、製造工程も複雑である。これらの理由から、炭化ケイ素半導体は、ケイ素半導体と比較して大量生産が難しく、高価であった。

これまでにも、炭化ケイ素半導体のコストを下げるために、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献１には、炭化ケイ素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／ｃｍ^２以下の炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板を準備し、前記炭化ケイ素単結晶基板と前記炭化ケイ素多結晶基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、単結晶基板を薄膜化する工程を行い、多結晶基板上に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、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、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、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、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、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炭化ケイ素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つの炭化ケイ素単結晶インゴットからより多くの炭化ケイ素貼り合わせ基板が得られるようになった。

特開２００９−１１７５３３号公報 特開２０００−１６９２９８号公報 特開平８−１８８４０８号公報

しかしながら、特許文献１の方法で製造された炭化ケイ素基板は大部分が多結晶基板である。このため、特許文献１の方法で製造された炭化ケイ素基板が研磨などにおけるハンドリングの際に損傷しないように、機械的な強度を有するように十分な厚さの炭化ケイ素多結晶基板を使用する必要がある。

従来、前述の炭化ケイ素多結晶基板は、化学的気相成長法によってカーボン製等の支持基板上に炭化ケイ素多結晶膜を成膜したのち、端面研削により支持基板を側面から露出させ、酸化雰囲気で焼成する等の手段により、支持基板の一部もしくは全部を破壊することで炭化ケイ素多結晶膜を分離したのち、平面研削および、必要に応じて研磨加工を施すことで所望の厚さおよび面状態を有する炭化ケイ素多結晶基板を得ていた（例えば、特許文献２参照）。支持基板と炭化ケイ素多結晶膜とを分離したのちに平面研削加工を施す理由としては、支持基板に接していた面は、逆側の成膜面と比べて比較的平坦であるため、テーブル等への固定が比較的容易であり、平面研削加工を施しやすい等があげられる。

しかしながら、上記記載の手法では、平面研削加工中の炭化ケイ素多結晶基板の割れが多発していた。割れの原因は様々であるが、一つの要因として、支持基板に接していた面は、反対側の成膜面よりは平坦であるものの、実際には反りが大きく、平面研削および研磨加工時の荷重（圧力）により、反りの部分を起点として、割れてしまうことがあげられる。このため、反りの発生が平面研削加工での歩留まりを悪化させており、ひいては製造コストを増加させる要因となっていた。

この反りの発生を改善するために、例えば、特許文献３では、支持基板にカーボン製の支持基板ではなく、炭化ケイ素多結晶基板を用いることで、成膜方向（炭化ケイ素多結晶膜の厚さ方向）での粒径差を小さくして反りの発生の抑制を図っている。しかし、支持基板に炭化ケイ素多結晶基板を用いることで、１枚の炭化ケイ素多結晶基板を得るために少なくとも２回の化学的気相成長法による炭化ケイ素多結晶膜の成膜が必要となり、生産性が悪いという課題があった。

よって、本発明は、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板を製造することができる、炭化ケイ素多結晶基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法は、化学的気相成長法によって支持基板上に炭化ケイ素多結晶膜を成膜して得られる前記支持基板と前記炭化ケイ素多結晶膜との積層体から、前記支持基板を除去して得た２枚の前記炭化ケイ素多結晶膜を、前記支持基板に接していた面同士が相対するように重ねて、雰囲気圧力を１Ｐａ〜１００Ｐａとして、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、雰囲気温度を２０００℃〜２４００℃として、２枚の前記炭化ケイ素多結晶膜の外方から前記面と垂直な方向に、１ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力で加圧して接合することにより炭化ケイ素多結晶基板を得る、接合工程を含む。

本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法であれば、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板を製造することができる。

本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により炭化ケイ素多結晶膜を成膜する成膜装置の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、各工程における支持基板、炭化ケイ素多結晶膜、および、炭化ケイ素多結晶基板の側面を模式的に示す断面図である。 従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、各工程における支持基板、炭化ケイ素多結晶膜、および、炭化ケイ素多結晶基板の側面を模式的に示す断面図である。 実施例において、従来例および実施例７により得られた炭化ケイ素多結晶基板を模式的に示す断面図である。

本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法について、図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、化学的気相成長法により炭化ケイ素多結晶膜を成膜する成膜装置の一例である成膜装置１０００を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、各工程における支持基板、炭化ケイ素多結晶膜、積層体、および、炭化ケイ素多結晶基板の断面を模式的に示す図である。図２（Ａ）は支持基板１００を示す図であり、図２（Ｂ）は成膜工程により得られた積層体４００Ａを示す図であり、図２（Ｃ）は、除去工程において積層体４００Ａの外周部を研削して得られた積層体４００Ｂを示す図であり、図２（Ｄ）は除去工程により支持基板１００を除去して得られた炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを示す図であり、図２（Ｅ）は接合工程により得られた炭化ケイ素多結晶基板５００を示す図である。

本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法は、化学的気相成長法によって支持基板１００上に炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜する、成膜工程と、支持基板１００と炭化ケイ素多結晶膜２００との積層体４００Ａから支持基板１００を除去する、除去工程と、支持基板１００を除去して得た２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを、支持基板１００に接していた面２１０同士が相対するように重ねて、雰囲気圧力を１Ｐａ〜１００Ｐａとして、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、雰囲気温度を２０００℃〜２４００℃として、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の外方から面２１０と垂直な方向に、１ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力で加圧して接合することにより炭化ケイ素多結晶基板５００を得る、接合工程と、を含む。本発明者は、このような本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法により、製造された炭化ケイ素多結晶基板の反りを低減することができることを見出すに至った。

次に、各工程について、成膜工程、支持基板１００の除去工程、接合工程の順に説明する。以下の説明は本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板５００の製造方法の一例であり、問題のない範囲で温度、圧力、ガス雰囲気等の各条件や、手順等を変更してもよい。また、以下においては、支持基板１００の両面を蒸着対象として炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜して炭化ケイ素多結晶基板５００を製造する場合について説明する。なお、支持基板の片面を成膜対象として炭化ケイ素多結晶膜を成膜して炭化ケイ素多結晶基板を製造してもよい。成膜対象を支持基板の片面とするか、両面とするかは、炭化ケイ素多結晶基板の製造計画や蒸着炉の構造等の条件により適宜決定すればよい。

（成膜工程）
成膜工程は、化学的気相成長法によって支持基板１００上に炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜する工程である。成膜工程は、例えば、図１に示した成膜装置１０００を用いて行うことができる。

成膜装置１０００は、化学的気相成長法によって、支持基板１００に炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜するために用いることができる。成膜装置１０００は、成膜装置１０００の外装となる筐体１１００と、支持基板１００に炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜させる成膜室１０１０と、成膜室１０１０より排出された原料ガスやキャリアガスを後述のガス排出口１０３０へ導入する排出ガス導入室１０４０と、排出ガス導入室１０４０を覆うボックス１０５０と、ボックス１０５０の外部より成膜室１０１０内を加温する、カーボン製のヒーター１０６０と、成膜室１０１０の下部に設けられ、成膜室１０１０に原料ガスやキャリアガスを導入するガス導入口１０２０と、ガス排出口１０３０と、支持基板１００を保持する基板ホルダー１０７０を有する。また、基板ホルダー１０７０は、２つの柱１０７１と、支持基板１００を水平に載置する、柱１０７１に設けられた載置部１０７２を有する。

炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜時において、原料ガスやキャリアガス等は、成膜室１０１０に設けられたガス導入口１０２０から導入され、成膜室１０１０の下部から排出ガス導入室１０４０に排出され、さらに、ガス排出口１０３０から成膜装置１０００の外部に排出される。

また、支持基板１００の厚さや成膜対象面の大きさ等の形状は特に限定されず、所望の炭化ケイ素多結晶基板に合わせたものを用いることができる。支持基板１００としては、例えば、カーボン製の支持基板やケイ素製の支持基板を用いることができる。

次に、成膜装置１０００を用いて、化学的気相成長法により、支持基板１００上に炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜させる手順を説明する。

支持基板１００（図２（Ａ））を載置部１０７２に載置し、減圧状態で、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で、成膜の反応温度まで、ヒーター１０６０により支持基板１００を加熱する。成膜の反応温度まで達したら、不活性ガスの供給を止めて、温度を維持して、成膜室１０１０内に炭化ケイ素多結晶膜２００の成分を含む原料ガスやキャリアガスを供給する。支持基板１００の成膜対象面や気相での化学反応により、加熱した支持基板１００の両面に炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜させることができる。その後、室温まで冷却することで、図２（Ｂ）に示すように、支持基板１００に炭化ケイ素多結晶膜２００が成膜された、積層体４００Ａが得られる。

原料ガスとしては、炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜させることができれば、特に限定されず、一般的に炭化ケイ素多結晶膜の成膜に使用されるＳｉ系原料ガス、Ｃ系原料ガスを用いることができる。例えば、Ｓｉ系原料ガスとしては、シラン（ＳｉＨ_４）を用いることができるほか、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）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）を用いることができる。Ｃ系原料ガスとしては、例えば、メタン（ＣＨ_４）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）等の炭化水素を用いることができる。上記のほか、トリクロロメチルシラン（ＣＨ_３Ｃｌ_３Ｓｉ）、トリクロロフェニルシラン（Ｃ_６Ｈ_５Ｃｌ_３Ｓｉ）、ジクロロメチルシラン（ＣＨ_４Ｃｌ_２Ｓｉ）、ジクロロジメチルシラン（（ＣＨ_３）_２ＳｉＣｌ_２）、クロロトリメチルシラン（（ＣＨ_３）_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。

また、キャリアガスとしては、炭化ケイ素多結晶膜の成膜を阻害することなく、原料ガスを支持基板１００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、炭化ケイ素に対してエッチング作用があるＨ_２ガスをキャリアガスとして用いることができる。また、これら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、炭化ケイ素多結晶基板５００の導電型をｎ型とする場合には窒素（Ｎ_２）、ｐ型とする場合にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いることができる。

炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜させる際には、上記のガスを適宜混合して供給することができる。また、上記のガスを混合せずに、個別に供給してもよい。また、所望の炭化ケイ素多結晶膜の性状に応じて、成膜工程の途中でガスの混合割合を変更してもよい。

また、本実施形態における、炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度は、特に限定されず、炭化ケイ素多結晶膜を成膜する一般的な温度（１２００℃〜１５００℃程度）とすることができる。また、炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度は、支持基板１００の材質により、適宜調整することができる。例えば、ケイ素製の支持基板を用いる場合には、ケイ素の耐熱温度を考慮して、成膜温度の上限は１４００℃程度とすることが好ましい。また、炭化ケイ素多結晶膜２００の厚さは、所望の炭化ケイ素多結晶基板５００の半分程度の厚さとすることができ、例えば、２００μｍ〜５００μｍ程度とすることができる。

以上の成膜工程により、支持基板１００と炭化ケイ素多結晶膜２００の積層体４００Ａが得られる。積層体４００Ａは、除去工程に供される。

（除去工程）
次に、成膜工程により得られた積層体４００Ａを、除去工程に供する。除去工程は、支持基板１００と炭化ケイ素多結晶膜２００との積層体４００Ａから支持基板１００を除去する工程である。

まず、積層体４００Ａにおいて、支持基板１００が露出していない場合には、支持基板１００の外周端部１１０に積層した炭化ケイ素多結晶膜２００の外周部２００Ａを、端面加工装置等を用いて、図２（Ｂ）の線Ａの箇所で例えば２ｍｍ〜４ｍｍ程度研削して、支持基板１００の少なくとも一部を露出させて、支持基板１００と炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂとの積層体４００Ｂを得る（図２（Ｃ））。なお、支持基板の外周端部にリング状の黒鉛等によりマスキングしておき、炭化ケイ素多結晶膜を成膜したのちに、炭化ケイ素多結晶膜をマスキングした材料ごと除去することにより、支持基板を露出させてもよい。なお、リング状の黒鉛に把持部等を形成しておくなどして、炭化ケイ素多結晶膜がリング状の黒鉛上に成膜しても除去しやすいようにすることが好ましい。支持基板１００としてカーボン製の支持基板を用いた場合には、例えば、積層体４００Ｂを数百度（例えば８００℃〜１０００℃程度）に加熱して、支持基板１００を燃焼させることにより支持基板１００を除去することができる。燃焼時間は、例えば、１００時間以上とすることができる。燃焼による支持基板１００の除去工程は、例えば、二珪化モリブデン製のヒーターを備える燃焼炉等を用いることができる。積層体４００Ｂを燃焼炉内に保持して、燃焼炉内にＯ_２や空気等の酸化性ガスを供給しながら、常圧または減圧状態で、ヒーターにより燃焼炉内を加熱する。加熱により、支持基板１００のみが燃焼して、図２（Ｄ）に示すように、炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂが得られる。また、支持基板１００としてケイ素製の支持基板を用いた場合には、硝フッ酸（硝酸とフッ化水素酸の混合酸）に浸漬して、支持基板１００のみを溶解することで、支持基板１００を除去することができる。これにより、支持基板１００のみが溶解して、図２（Ｄ）に示すように、炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂが得られる。除去工程により得られた炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを接合工程に供する。なお、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、以上の成膜工程、除去工程を行ってもよく、これらの工程を行わずに、炭化ケイ素多結晶基板を入手して、以下の接合工程を行ってもよい。

（接合工程）
接合工程は、支持基板１００を除去して得た２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００（本実施形態においては、本体部２００Ｂ）を、支持基板１００に接していた面２１０同士が相対するように重ねて、雰囲気圧力を１Ｐａ〜１００Ｐａとして、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、雰囲気温度を２０００℃〜２４００℃として、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００（本実施形態においては、本体部２００Ｂ）の外方から面２１０と垂直な方向（図２（Ｄ）の矢印Ｂ方向）に、１ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力で加圧して接合することにより炭化ケイ素多結晶基板を得る工程である。接合工程により、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００（本実施形態においては、本体部２００Ｂ）が弾性変形するとともに接合面において炭化ケイ素多結晶の結晶粒が粒成長することにより接合して、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００を合わせた厚さとほぼ同じ厚さ（例えば、４００μｍ〜１０００μｍ程度）の炭化ケイ素多結晶基板５００（図２（Ｅ））が得られる。

接合工程は、雰囲気圧力、ガス雰囲気、雰囲気温度を調整できる機器を用いて行うことができ、例えば、ホットプレス機等のプレス機を用いて、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを支持基板１００に接していた面２１０同士が相対するように重ねて、本体部２００Ｂの外方から面２１０と垂直な方向（図２（Ｄ）の矢印Ｂ方向）にプレスすることにより行うことができる。なお、プレス機は、炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂの一部に圧力が偏らずに、圧力が全体に均一にかかるように設定することが好ましい。接合工程において、プレス圧力は１ＭＰａ〜１０ＭＰａとする。プレス圧力が１ＭＰａよりも小さい場合、炭化ケイ素多結晶膜の弾性変形が起こり難く、２枚の炭化ケイ素多結晶膜の間に隙間ができることがあり、接合が出来ないことがある。一方、１０ＭＰａよりも大きい場合は、プレス圧力が高すぎて炭化ケイ素多結晶膜が割れてしまうことがあり、歩留まりが低下し得る。

接合工程における雰囲気圧力は、１Ｐａ〜１００Ｐａとする。１Ｐａよりも低い場合、炭化ケイ素の昇華が起こりやすく、１００Ｐａを超えると雰囲気中のガス（例えば、不活性ガスのＡｒ）が２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂの接合面で取り込まれて、ボイドが発生しやすくなる。また、雰囲気温度を２０００℃〜２４００℃とする。２０００℃よりも低い場合、支持基板１００に接していた面２１０に存在するアモルファス状や微結晶の炭化ケイ素が粒成長する温度に達しないため、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを接合できないことがある。一方、２４００℃を超えると炭化ケイ素の昇華が起こりやすくなる。また、接合工程におけるガス雰囲気は、炭化ケイ素多結晶膜がさらに成膜せず、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを合わせた接合面において炭化ケイ素多結晶の結晶粒が成長するように、真空雰囲気またはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気とする。

また、接合工程は、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００を確実に接合させるために、１時間〜１０時間程度行うことが好ましい。

また、接合工程は、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを支持基板１００に接していた面２１０同士が相対するように重ねて行う。炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜した後に、支持基板１００を除去すると、炭化ケイ素多結晶の粒子サイズの差から、支持基板１００に接していた面２１０が凹んで、支持基板１００に接していた面２１０から厚さ方向外方に向かって凸形状の反りが発生しやすい。すなわち、支持基板１００に炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜する工程において、成膜工程の初期ではアモルファス状や微細な結晶の炭化ケイ素が生成しやすい一方で、成膜工程の後半では比較的大きな結晶粒が成長しやすいことに起因する。成膜工程の後半に生成した大きな結晶粒は互いに押し合い、圧縮応力を生む。これが支持基板１００を分離したのちに開放され、成膜面側（支持基板１００に接していた面２１０とは反対側の面）が引っ張られた結果、相対的に支持基板１００に接していた面２１０が凹む形で反りやすい。このことから、支持基板１００に接していた面２１０同士が相対するように重ねることにより、接合面を境にして、炭化ケイ素多結晶膜内に残留しうる応力分布が厚み方向に対して対称となる上、高温での塑性変形を促し、反りが大きく軽減されて、反りを解消することができる。また、支持基板１００に接していた面２１０は成膜過程の初期に形成された部分であることから、炭化ケイ素多結晶の結晶粒としては、大きさが微細な結晶、アモルファス状の結晶が形成されている。大きさが微細な結晶やアモルファス状の結晶は、接合工程において粒成長しやすく、接合しやすいことから、支持基板１００に接していた面同士を合わせて接合工程に供することにより、より確実に２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを接合させることができる。

なお、接合工程に用いる２枚の炭化ケイ素多結晶膜は、支持基板の両面に炭化ケイ素多結晶膜を成膜する場合、同じ支持基板に成膜した２枚の膜を組み合わせてもよいし、異なる支持基板に成膜した２枚の膜を組み合わせてもよい。

また、接合工程により得られた炭化ケイ素多結晶基板について、必要に応じて平坦度を高めるために、研削加工、研磨加工をさらに行ってもよい。

（従来の製造方法）
従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法は、図３（Ａ）に示す支持基板１００に、炭化ケイ素多結晶基板として用いる所望の厚さの炭化ケイ素多結晶膜７００を成膜して、積層体８００（図３（Ｂ））を得たのち、支持基板１００を除去して、炭化ケイ素多結晶基板７００Ｂ（図３（Ｃ））を得て、例えば図３（Ｃ）の線Ｄの部分まで研削することにより、反りを低減した炭化ケイ素多結晶基板９００（図３（Ｄ））を得るというものである。なお、必要に応じて、支持基板１００を除去するまえに、支持基板１００の外周端部に積層した外周部７００Ａを線Ｃの部分で研削して支持基板１００の少なくとも一部を露出させる。

ここで、従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法で得られた積層体８００（図３（Ｂ））においては、支持基板１００に近いほど結晶粒が小さく、炭化ケイ素多結晶膜７００の厚さが増すにしたがって炭化ケイ素多結晶の結晶粒が大きくなる。炭化ケイ素多結晶基板を得るために必要な厚さの炭化ケイ素多結晶膜７００を成膜すると、炭化ケイ素多結晶膜７００内で厚さ方向における炭化ケイ素多結晶のサイズの差が大きくなって内部応力差が大きくなり、このような積層体８００から支持基板１００を除去して得られた炭化ケイ素多結晶基板７００Ｂ（図３（Ｃ））は、支持基板１００に接していた面２１０から炭化ケイ素多結晶基板７００Ｂの厚さ方向外方に向かって凸状に大きく反りが発生し得る。よって、例えば、炭化ケイ素単結晶基板との貼り合わせ基板を製造する用途に用いる際に、炭化ケイ素多結晶基板７００Ｂに発生した反りの部分を研削、研磨して所定の平坦度、所定の厚さとして反りを低減した炭化ケイ素多結晶基板９００（図３（Ｄ））に加工することを考慮して大幅に厚い炭化ケイ素多結晶膜７００を成膜する必要があり、また、所定の平坦度とするために研削加工、研磨加工等を行う負担が大きく、歩留まり、コスト、生産性が悪化するという課題があった。

一方、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法は、化学的気相成長法によって支持基板１００上に炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜して得られる支持基板１００と炭化ケイ素多結晶膜２００との積層体４００Ａから支持基板１００を除去して得た２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを、支持基板１００に接していた面２１０同士が相対するように重ねて、雰囲気圧力を１〜１００Ｐａとして、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、雰囲気温度を２０００℃〜２４００℃として、２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の外方から面２１０と垂直な方向に、１〜１０ＭＰａの圧力で加圧して接合することにより炭化ケイ素多結晶基板５００を得る、接合工程と、を含む。

２枚の炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを接合して１枚の炭化ケイ素多結晶基板５００を製造することにより、炭化ケイ素多結晶基板５００に大きな反りが発生することを抑制して、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板５００を製造することができる。また、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法においては、２枚の炭化ケイ素多結晶膜（炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂ）を接合して１枚の炭化ケイ素多結晶基板５００を製造することから、同じ厚さの炭化ケイ素多結晶基板を製造する場合で比較すると、成膜する炭化ケイ素多結晶膜２００の１枚あたりの厚さが従来の製造方法よりも薄くてもよい。よって、従来の製造方法により得られる炭化ケイ素多結晶膜７００よりも、１枚の炭化ケイ素多結晶膜内の厚さ方向における炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさの差が小さくなり、支持基板１００を除去したときの反り量が小さくなる。このことから、得られた炭化ケイ素多結晶基板５００の反り量が小さいことから、接合工程において炭化ケイ素多結晶膜２００の本体部２００Ｂを加圧しても、反りの部分を起点とした割れ等の損傷の発生は起こり難くなる。よって、得られた炭化ケイ素多結晶基板５００の平面研削や研磨を行う場合にも、割れ等の損傷による歩留まりの悪化を抑制して、製造コストを低減することができる。また、製造された炭化ケイ素多結晶基板５００の反りが小さいことで、炭化ケイ素多結晶基板として用いる厚さよりも大幅に厚い炭化ケイ素多結晶膜を成膜する必要がなくなり、成膜する炭化ケイ素多結晶膜２００の厚さが薄くてもよいことから、炭化ケイ素多結晶基板としての反りをなくすための研削加工、研磨加工の負担や、材料の無駄を減らして、コストの削減、歩留まりや生産性を向上させることができる。

また、従来は、平坦化できないほど大きな反りが発生した炭化ケイ素多結晶基板はデバイス等の製造に用いることは難しかった。しかしながら、このような使用できなかった反りの大きい炭化ケイ素多結晶基板であっても、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法の接合工程により接合すれば、また必要に応じて、研削加工、研磨加工を施せばデバイス等の材料として問題とならない程度の平坦性を有する炭化ケイ素多結晶基板を得ることもできる。よって、以上のような観点からも、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法であれば、従来用いることのできなかった反りの大きい基板を利用可能とすることで、材料の無駄を減らして、コストの削減、歩留まりや生産性を向上させることができる。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

以下、本発明の実施例及び比較例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されることはない。

［炭化ケイ素多結晶基板の製造、および、炭化ケイ素多結晶基板の評価］
（実施例１）
前述した実施形態の成膜装置１０００を用いて、炭化ケイ素多結晶膜の成膜を行った。まず、成膜装置１０００の基板ホルダー１０７０に、直径１５１ｍｍ、厚さ５００μｍのカーボン支持基板を固定した。成膜室１０１０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、１３５０℃に達した後Ａｒガスの供給を停止した。原料ガスとして、ＳｉＣｌ_４、ＣＨ_４を用い、不純物ドーピングガスとしてＮ_２、キャリアガスとしてＨ_２を用いた。これらのガスの混合比をＳｉＣｌ_４：ＣＨ_４：Ｈ_２：Ｎ_２＝１：１：１０：１０として、炉内圧力を３０ｋＰａ、１３５０℃で４０時間の成膜を実施した。厚さ２００μｍの炭化ケイ素多結晶膜を支持基板の両面に成膜させて、支持基板と炭化ケイ素多結晶膜の積層体を得た。

支持基板と炭化ケイ素多結晶膜の積層体を室温まで冷却したのちに支持基板の除去工程を行った。積層体の外周端部に積層した炭化ケイ素多結晶膜を、端面加工装置を用いて研削して、支持基板の側面を全周に亘って露出させた。次に、二珪化モリブデン製のヒーターを備える燃焼炉を用いて、大気雰囲気下で温度８００℃、１００時間以上、カーボン支持基板が燃焼するまで加熱して、支持基板を除去した。これにより、２枚の炭化ケイ素多結晶膜を得た。

次に、接合工程を行った。接合工程は、ホットプレス機を用いて行った。ホットプレス機のプレス室内をＡｒガス雰囲気として、２枚の炭化ケイ素多結晶膜を、支持基板に接していた面同士が相対するように重ねて、雰囲気温度２０００℃、雰囲気圧力１０Ｐａ、プレス圧力５ＭＰａで２時間接合した。以上により、厚さ４００μｍの炭化ケイ素多結晶基板を得た。

次に、得られた炭化ケイ素多結晶基板の反り量を測定した。炭化ケイ素多結晶基板の成膜された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。反り量の測定結果を、表１に示した。また、得られた炭化ケイ素多結晶基板について不具合がないかを目視にて確認したところ、不具合は確認されなかった。

また、得られた炭化ケイ素多結晶基板を平坦化するために、炭化ケイ素多結晶基板の両面を研削した。研削は、研削に用いる砥石の粒度を２００番、８００番、１０００番、７０００番と順次番手を上げて行った。研削後の炭化ケイ素多結晶基板の反り量を測定した。反り量の測定結果を表１に示した。研削後の反り量が５０μｍ以下であれば、製造した炭化ケイ素多結晶基板について、デバイス等の製造工程で問題とならない反り量であると判断した。

（実施例２〜実施例６、比較例１〜比較例６）
接合工程の条件を種々変更したこと以外は実施例１と同様にして炭化ケイ素多結晶基板の製造を行った。接合工程における雰囲気温度、雰囲気圧力、プレス圧力、研削前後の反り量、および、目視確認における不具合を表１に示した。なお、比較例１〜比較例６については、表１に示したように接合工程において不具合が確認されたことから、反り量の測定ができなかった。

（従来例）
従来例として、実施例１において用いた支持基板に、４００μｍの炭化ケイ素多結晶膜を成膜したのちに支持基板を除去して、炭化ケイ素多結晶基板を製造した。すなわち、炭化ケイ素多結晶膜の成膜時間を８０時間として、また、接合工程を行わずに支持基板から除去した１枚の炭化ケイ素多結晶膜を炭化ケイ素多結晶基板としたこと以外は、実施例１と同様にして炭化ケイ素多結晶基板を製造した。また、実施例１と同様にして、反り量の測定、目視確認による不具合の結果を表１に示した。また、図４（Ａ）に、従来例により得られた炭化ケイ素多結晶基板７００Ｃを示した。

（実施例７）
実施例７として、従来例により得られた、同一支持基板の表面とうら面に成膜した厚さ４００μｍの２枚の炭化ケイ素多結晶基板を用いて、実施例１と同じ雰囲気圧力、ガス雰囲気、雰囲気温度、加圧条件で接合工程を行い、厚さ８００μｍの炭化ケイ素多結晶基板を製造した。得られた炭化ケイ素多結晶基板は実施例１と同様に研削加工を施すとともに、研削前後の反り量を測定した。また、目視により不具合の有無を確認した。結果を表１に示した。
また、図４（Ｂ）は、従来例により得られた２枚の炭化ケイ素多結晶基板７００Ｃを重ね合わせて、接合前の状態を示す模式図であり、図４（Ｃ）は、２枚の炭化ケイ素多結晶基板７００Ｃを実施例７の接合工程により得られた炭化ケイ素多結晶基板を研削して平坦化した炭化ケイ素多結晶基板５００Ｃを示す模式図である。

［評価結果の考察］
以上の評価結果により、本発明の例示的態様である実施例１〜実施例３において、比較例１〜比較例４と比べて、製造された炭化ケイ素多結晶基板の反り量が小さく、反り量は、研削前は１００μｍ〜２００μｍ、研削後は２０μｍ〜４０μｍであった。また、目視確認による不具合は確認されなかった。また、比較例においては、比較例１、比較例５において２枚の炭化ケイ素多結晶膜が接合しなかった。また、比較例２、比較例３においては、２枚の炭化ケイ素多結晶膜が接合したものの、炭化ケイ素の昇華に起因すると思われる形状不良が確認された。比較例４においては、２枚の炭化ケイ素多結晶膜が接合したものの、２枚の炭化ケイ素多結晶膜が接合した界面にボイドの発生が多数確認された。比較例６においては、２枚の炭化ケイ素多結晶膜が接合したものの、炭化ケイ素多結晶基板に割れの発生が確認された。

また、従来例においては、支持基板を除去して得た炭化ケイ素多結晶基板における反り量が４００μｍであり、実施例により得られた４００μｍ炭化ケイ素多結晶基板と同じ厚さの炭化ケイ素多結晶膜を成膜すると反り量が大きく、図４（Ａ）に示すように、平坦化のために、例えば線Ｅの箇所まで研削加工を行うと平面を有する炭化ケイ素多結晶基板が得られず、従来の製造方法においては、大きな反りが発生することを考慮して、炭化ケイ素多結晶基板としての所望の厚さよりも大幅に厚い炭化ケイ素多結晶膜を成膜する必要があることが示された。また、実施例７において得られた炭化ケイ素多結晶基板により、反りの大きい従来例の炭化ケイ素多結晶基板を重ね合わせて接合すれば利用可能となることが示された。以上の実施例、比較例、従来例の結果より、本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法により、大きな反りが発生することを抑制して、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板を製造することができることが示された。また、本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法であれば材料の無駄を減らして、コストの削減、歩留まりや生産性を向上させることができることが示された。

１００ 支持基板
２００ 炭化ケイ素多結晶膜
４００Ａ、４００Ｂ 積層体
５００ 炭化ケイ素多結晶基板

Claims (1)

1. 化学的気相成長法によって支持基板上に炭化ケイ素多結晶膜を成膜して得られる前記支持基板と前記炭化ケイ素多結晶膜との積層体から、前記支持基板を除去して得た２枚の前記炭化ケイ素多結晶膜を、前記支持基板に接していた面同士が相対するように重ねて、雰囲気圧力を１Ｐａ〜１００Ｐａとして、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、雰囲気温度を２０００℃〜２４００℃として、２枚の前記炭化ケイ素多結晶膜の外方から前記面と垂直な方向に、１ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力で加圧して接合することにより炭化ケイ素多結晶基板を得る、接合工程を含む、炭化ケイ素多結晶基板の製造方法。

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