JP2021103720A - Epitaxial film growth wafer, epitaxial film growth method, removal method, and epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エピタキシャル膜成長用ウエハ、エピタキシャル膜成長方法、除去方法、および、エピタキシャルウエハの製造方法に関する。 The present invention relates to a wafer for growing an epitaxial film, a method for growing an epitaxial film, a method for removing the wafer, and a method for manufacturing an epitaxial wafer.
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。 Silicon carbide is a compound semiconductor material composed of silicon and carbon. Silicon carbide has an dielectric breakdown electric field strength 10 times that of silicon and a band gap 3 times that of silicon, and is excellent as a semiconductor material. Furthermore, since it is possible to control the p-type and n-type required for manufacturing devices in a wide range, it is expected as a material for power devices that exceeds the limit of silicon.
このような用途に用いられる炭化ケイ素材料は、高純度、低欠陥、均一性等、高品質であることが要求される。そのため、炭化ケイ素材料は、昇華法等で作製した炭化ケイ素のバルク単結晶から加工した、炭化ケイ素単結晶ウエハを用いて、通常、この炭化ケイ素単結晶ウエハ上に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）によって、炭化ケイ素半導体デバイスの活性領域となる、炭化ケイ素エピタキシャル膜を成長させることにより製造することができる。 Silicon carbide materials used for such applications are required to have high quality such as high purity, low defects, and uniformity. Therefore, as the silicon carbide material, a silicon carbide single crystal wafer processed from a bulk single crystal of silicon carbide produced by a sublimation method or the like is usually used, and a chemical vapor deposition method (Chemical) is performed on the silicon carbide single crystal wafer. It can be produced by growing a silicon carbide epitaxial film, which is an active region of a silicon carbide semiconductor device, by Vapor Deposition (CVD method).
炭化ケイ素エピタキシャル膜は、例えば１５００℃程度以上の高温で、プロパンガスとシランガス等の化学反応により形成される。炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するときに、炭化ケイ素エピタキシャル膜を形成するための炭化ケイ素単結晶ウエハ（エピタキシャル膜成長用ウエハ）を均熱化するため、このウエハを載置するサセプタが用いられている（例えば、特許文献１参照）。 The silicon carbide epitaxial film is formed by a chemical reaction between propane gas and silane gas at a high temperature of, for example, about 1500 ° C. or higher. When forming the silicon carbide epitaxial film, a susceptor on which this wafer is placed is used in order to equalize the heat of the silicon carbide single crystal wafer (wafer for growing the epitaxial film) for forming the silicon carbide epitaxial film. (See, for example, Patent Document 1).
しかしながら、エピタキシャル膜成長用ウエハとサセプタとの間には、少なからず空間が存在することにより、エピタキシャル膜の原料ガスが入り込むことがある。これに起因して、炭化ケイ素のエピタキシャル膜を形成する場合、エピタキシャル膜成長用ウエハの裏面（成膜対象面とは反対側の、サセプタ側の面）にも炭化ケイ素膜（エピタキシャル膜と同じ組成の膜）が形成されることがある。また、サセプタ上にも膜が成長するため、サセプタ上に成長した膜がエピタキシャル膜成長用ウエハの裏面に転写する場合もある。 However, since there is not a little space between the epitaxial film growth wafer and the susceptor, the raw material gas of the epitaxial film may enter. Due to this, when forming an epitaxial film of silicon carbide, the silicon carbide film (same composition as the epitaxial film) is also formed on the back surface of the wafer for growing the epitaxial film (the surface on the susceptor side opposite to the surface to be filmed). Film) may be formed. Further, since the film grows on the susceptor, the film grown on the susceptor may be transferred to the back surface of the epitaxial film growth wafer.
エピタキシャル膜成長用ウエハの裏面側にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が付着すると、裏面側の平坦性が損なわれるため、成膜後のエピタキシャル膜成長用ウエハを搬送するための真空吸着が困難となる。また、エピタキシャル膜成長用ウエハにエピタキシャル膜が成膜したエピタキシャルウエハの加工工程において、ウエハの基準面が得られないなどの問題につながり得る。そこで、しばしば、研削や研磨により、裏面側に付着した膜を除去する方法が用いられる。 If a film having the same composition as the epitaxial film adheres to the back surface side of the epitaxial film growth wafer, the flatness of the back surface side is impaired, which makes vacuum adsorption for transporting the epitaxial film growth wafer after film formation difficult. .. Further, in the processing process of the epitaxial wafer in which the epitaxial film is formed on the wafer for growing the epitaxial film, it may lead to a problem that the reference surface of the wafer cannot be obtained. Therefore, a method of removing the film adhering to the back surface side by grinding or polishing is often used.
しかしながら、このような研削や研磨加工を行うことは、生産コストが増加する要因となる。特に炭化ケイ素は非常に硬く加工性が悪いため、炭化ケイ素膜の研削加工、研磨加工は、加工に長時間を要し、費用が高額なため、炭化ケイ素半導体のコストを増加させる要因となっていた。 However, performing such grinding and polishing processes causes an increase in production cost. In particular, since silicon carbide is extremely hard and has poor workability, grinding and polishing of a silicon carbide film requires a long time to process and is expensive, which is a factor that increases the cost of silicon carbide semiconductors. It was.
従って、本発明は、上記のような問題点に着目し、エピタキシャル膜成長におけるエピタキシャル膜成長用ウエハの成膜対象面とは反対側の面に付着し得るエピタキシャル膜と同じ組成の膜を容易に除去することができる、エピタキシャル膜成長用ウエハ、エピタキシャル膜成長方法、除去方法、エピタキシャルウエハの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention pays attention to the above-mentioned problems, and easily forms a film having the same composition as the epitaxial film that can adhere to the surface of the wafer for growing the epitaxial film on the side opposite to the surface to be formed. It is an object of the present invention to provide a wafer for growing an epitaxial film, a method for growing an epitaxial film, a method for removing the wafer, and a method for producing an epitaxial wafer, which can be removed.
本発明のエピタキシャル成長用ウエハは、成膜対象面を有する単結晶ウエハと、前記成膜対象面とは反対側の面に形成された、厚さが１μｍ〜５μｍの第１炭素膜と、を備える。 The wafer for epitaxial growth of the present invention includes a single crystal wafer having a film-forming target surface and a first carbon film having a thickness of 1 μm to 5 μm formed on a surface opposite to the film-forming target surface. ..
本発明のエピタキシャル成長用ウエハにおいて、前記単結晶ウエハの側面に形成された、厚さが１μｍ〜５μｍの第２炭素膜をさらに備えていてもよい。 The epitaxial growth wafer of the present invention may further include a second carbon film having a thickness of 1 μm to 5 μm formed on the side surface of the single crystal wafer.
本発明のエピタキシャル膜成長方法は、本発明のエピタキシャル膜成長用ウエハの前記成膜対象面に、化学的気相成長法によりエピタキシャル膜を成膜する成膜工程を含む。 The epitaxial film growth method of the present invention includes a film forming step of forming an epitaxial film on the film-forming target surface of the epitaxial film growth wafer of the present invention by a chemical vapor deposition method.
本発明のエピタキシャル膜成長方法において、前記成膜工程は、炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜する工程であってもよい。 In the epitaxial film growth method of the present invention, the film forming step may be a step of forming a silicon carbide epitaxial film.
本発明の除去方法は、本発明のエピタキシャル膜成長方法により得られた、エピタキシャル膜成長用ウエハとエピタキシャル膜との積層体を加熱して、炭素膜を燃焼除去する除去工程を含む。 The removal method of the present invention includes a removal step of heating the laminate of the epitaxial film growth wafer and the epitaxial film obtained by the epitaxial film growth method of the present invention to burn and remove the carbon film.
本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、本発明のエピタキシャル膜成長方法により、エピタキシャル膜成長用ウエハの前記成膜対象面にエピタキシャル膜を形成する成長工程と、本発明の除去方法により、前記炭素膜を除去する除去工程と、を備える。 The method for producing an epitaxial wafer of the present invention is the carbon film according to the growth step of forming an epitaxial film on the film formation target surface of the epitaxial film growth wafer by the epitaxial film growth method of the present invention and the removal method of the present invention. It is provided with a removal step of removing.
本発明のエピタキシャル膜成長用ウエハであれば、エピタキシャル膜成長後に炭素膜を燃焼除去することで、成膜対象面とは反対側の炭素膜側に形成したエピタキシャル膜と同じ組成の膜を容易に除去することができる。 In the epitaxial film growth wafer of the present invention, a film having the same composition as the epitaxial film formed on the carbon film side opposite to the film formation target surface can be easily formed by burning and removing the carbon film after the epitaxial film growth. Can be removed.
本発明のエピタキシャル膜成長方法であれば、本発明のエピタキシャル膜成長用ウエハを用いてエピタキシャル膜を成長させることにより、成膜対象面とは反対側の面にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が形成されたとしても、炭素膜を燃焼除去することで、炭素膜と共に容易に除去することができる。 In the epitaxial film growth method of the present invention, by growing the epitaxial film using the epitaxial film growth wafer of the present invention, a film having the same composition as the epitaxial film is formed on the surface opposite to the film formation target surface. Even if it is, it can be easily removed together with the carbon film by burning and removing the carbon film.
本発明の除去方法であれば、酸化性ガス雰囲気下で加熱して、前記エピタキシャル膜成長用ウエハの成膜対象面とは反対側の面に形成された炭素膜を燃焼除去することにより、成膜対象面とは反対側の面にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が形成されたとしても、炭素膜と共に容易に除去することができる。 According to the removal method of the present invention, the carbon film formed on the surface of the epitaxial film growth wafer opposite to the film formation target surface is burnt and removed by heating in an oxidizing gas atmosphere. Even if a film having the same composition as the epitaxial film is formed on the surface opposite to the film target surface, it can be easily removed together with the carbon film.
本発明のエピタキシャルウエハの製造方法であれば、本発明のエピタキシャル膜成長方法、除去方法を行うことにより、成膜対象面とは反対側の面にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が形成されたとしても、炭素膜と共に容易に除去することができ、また、平滑性の高いエピタキシャルウエハが得られる。このようにして得られたエピタキシャルウエハは、成膜対象面とは反対側の面にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が形成されておらず、搬送するための真空吸着や加工のための基準面の取得の際等の不具合を抑制して生産性を向上させることにより、生産コストを抑えることができる。 According to the method for producing an epitaxial wafer of the present invention, it is assumed that a film having the same composition as the epitaxial film is formed on the surface opposite to the surface to be filmed by performing the epitaxial film growth method and removal method of the present invention. Can be easily removed together with the carbon film, and an epitaxial wafer having high smoothness can be obtained. The epitaxial wafer thus obtained does not have a film having the same composition as the epitaxial film formed on the surface opposite to the surface to be filmed, and is a reference surface for vacuum adsorption for transportation and processing. The production cost can be suppressed by suppressing defects such as acquisition and improving the productivity.
［エピタキシャル膜成長用ウエハ］
本発明の一実施形態にかかるエピタキシャル膜成長用ウエハについて、図面を参照して説明する。本実施形態のエピタキシャル膜成長用ウエハ１００は、図１（Ａ）に示すように、成膜対象面を有する単結晶ウエハ１１０と、成膜対象面１１０ａとは反対側の面１１０ｂに形成された厚さが１μｍ〜５μｍの第１炭素膜１２０と、を備える。なお、第１炭素膜１２０の厚さの違いがエピタキシャル膜の成膜に影響しないように、第１炭素膜１２０の厚さは均一であることが好ましい。エピタキシャル膜成長用ウエハ１００は、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）エピタキシャル膜、シリコン（Ｓｉ）エピタキシャル膜を成膜するときに好適に用いることができる。本発明者等は鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、炭化ケイ素エピタキシャル膜成長用ウエハの成膜対象面とは反対側の面に炭素膜を形成して、成膜対象面に、化学的気相成長法によりエピタキシャル膜を堆積させた後に、酸化性ガス雰囲気下で炭素膜を燃焼除去すれば、それと同時に炭素膜側に付着または転写したエピタキシャル膜と同じ組成の膜（すなわち、炭化ケイ素膜やシリコン膜）を除去できることを見出すに至った。なお、以下の記載においては、炭化ケイ素エピタキシャル膜を成膜する場合を例示して説明する。
[Wafer for growing epitaxial film]
A wafer for growing an epitaxial film according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1A, the epitaxial film growth wafer 100 of the present embodiment is formed on a
炭化ケイ素エピタキシャル膜用のエピタキシャル膜成長用ウエハである場合、単結晶ウエハ１１０は、昇華法等により作成した炭化ケイ素のバルク単結晶から加工して得た、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶ウエハを用いることができる。また、単結晶ウエハの形状としては、例えば円形の平行平板状で、厚さ５μｍ〜１００μｍ程度の炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成膜させる場合、単結晶ウエハの厚さは、２５０μｍ〜７５０μｍ程度とすることができる。なお、シリコン（Ｓｉ）エピタキシャル膜用のエピタキシャル膜成長用ウエハの場合には、単結晶ウエハ１１０として、昇華法等により作成したシリコンのバルク単結晶から加工して得た、Ｓｉ単結晶ウエハを用いることができる。
In the case of a wafer for growing an epitaxial film for a silicon carbide epitaxial film, the
第１炭素膜１２０は、単結晶ウエハ１１０の成膜対象面１１０ａとは反対側の面１１０ｂに、真空蒸着等により形成することができる。また、第１炭素膜１２０の厚さは、１μｍ〜５μｍとする。第１炭素膜１２０が薄すぎると、第１炭素膜１２０にピンホールが形成されることがあり、均質な第１炭素膜１２０が得られない可能性がある。また、第１炭素膜１２０が厚すぎると、炭化ケイ素膜と第１炭素膜１２０との熱膨張係数の差に起因して、第１炭素膜１２０の剥離や単結晶ウエハ１１０の変形が生じる可能性がある。
The
以上のような本実施形態のエピタキシャル成長用ウエハであれば、炭化ケイ素エピタキシャル膜成長後に加熱処理して、成膜対象面１１０ａとは反対側の面１１０ｂに形成された第１炭素膜１２０を燃焼除去することで、エピタキシャル膜の成長時に付着したり、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００を載置するサセプタに付着した膜が転写したりして、第１炭素膜１２０側に形成した炭化ケイ素膜（エピタキシャル膜と同じ組成の膜）を容易に除去することができる。
In the case of the above-mentioned epitaxial growth wafer of the present embodiment, after the silicon carbide epitaxial film is grown, heat treatment is performed to burn off the
なお、本実施形態のエピタキシャル膜成長用ウエハ１００（図１（Ａ））は、単結晶ウエハ１１０の成膜対象面１１０ａとは反対側の面１１０ｂに第１炭素膜１２０が形成されていたが、図１（Ｂ）に示すように、エピタキシャル膜成長用ウエハは、単結晶ウエハ１１０の側面１１０ｃに形成された、厚さが１μｍ〜５μｍの第２炭素膜をさらに備えていてもよい。すなわち、図１（Ｂ）に示すエピタキシャル膜成長用ウエハ１００Ａは、単結晶ウエハ１１０と、１μｍ〜５μｍの厚さの炭素膜１２０Ａと、を備え、炭素膜１２０Ａは、成膜対象面１１０ａとは反対側の面１１０ｂに形成された第１炭素膜１２１と、単結晶ウエハ１１０の側面１１０ｃに形成された第２炭素膜１２２と、を有する。これにより、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００Ａを用いてエピタキシャル膜成長後に加熱処理すれば、成膜対象面１１０ａとは反対側の面１１０ｂに形成された炭化ケイ素膜と同時に、側面１１０ｃに形成された炭化ケイ素膜を除去することができる。
In the epitaxial film growth wafer 100 (FIG. 1 (A)) of the present embodiment, the
［エピタキシャルウエハの製造方法］
本発明の一実施形態にかかるエピタキシャルウエハの製造方法を説明する。本実施形態のエピタキシャルウエハの製造方法は、後述するエピタキシャル膜成長方法により、エピタキシャル膜成長用ウエハの成膜対象面にエピタキシャル膜を形成する成長工程と、後述する除去方法により、炭素膜を除去する除去工程と、を備える。本実施形態においては、炭化ケイ素エピタキシャル膜２００をエピタキシャル膜成長用ウエハ１００に成膜して、炭化ケイ素エピタキシャルウエハ５００を製造する方法を例示して説明する。
[Manufacturing method of epitaxial wafer]
A method for manufacturing an epitaxial wafer according to an embodiment of the present invention will be described. In the method for producing an epitaxial wafer of the present embodiment, the carbon film is removed by a growth step of forming an epitaxial film on a film-forming target surface of an epitaxial film growth wafer by an epitaxial film growth method described later and a removal method described later. It includes a removal step. In the present embodiment, a method of forming the silicon
（エピタキシャル膜成長方法）
本発明の一実施形態にかかるエピタキシャル膜成長方法について、図面を参照して説明する。本実施形態のエピタキシャル膜成長方法は、前述したエピタキシャル膜成長用ウエハ１００、１００Ａの成膜対象面１１０ａに、化学的気相成長法によりエピタキシャル膜を成膜する、成膜工程を含むものである。本実施形態においては、図２、図３を用いて、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００に、炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を形成する方法を例示して説明する。
(Epitaxial film growth method)
An epitaxial film growth method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The epitaxial film growth method of the present embodiment includes a film forming step of forming an epitaxial film on the
図２は、本実施形態のエピタキシャル膜成長方法において用いることができる成膜装置の一例である、成膜装置１０００を示す図である。なお、以下の説明は成膜方法の一例であり、問題のない範囲で、成膜装置の構成や、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。
FIG. 2 is a diagram showing a
図２に示すように、成膜装置１０００は、化学的気相成長法により、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００に炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成膜させることができる。成膜装置１０００は、成膜装置１０００の外装となる筐体１０１０と、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００に炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成膜させる成膜室１０２０と、成膜室１０２０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１０４０へ導入する排出ガス導入室１０５０と、排出ガス導入室１０５０を覆うボックス１０６０と、ボックス１０６０の外部より成膜室１０２０内を加温する、カーボン製のヒーター１０７０と、成膜室１０２０の上部に設けられ、成膜室１０２０に原料ガスやキャリアガスを導入するガス導入口１０３０と、原料ガス等を成膜装置外に排出するガス排出口１０４０と、サセプタ１０９０を回転可能に支持する支柱１０８０と、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００を載置するサセプタ１０９０を有する。支柱１０８０は、サセプタ１０９０を保持する不図示の保持機構と、成膜のときにサセプタ１０９０を回転させる不図示の回転機構と、を有する。また、サセプタ１０９０は、平板上に形成された、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００の載置部１０９１と、載置部１０９１の外周縁から立設した壁部１０９２と、を有する。サセプタ１０９０が壁部１０９２を有することにより、サセプタ１０９０が回転したときにエピタキシャル膜成長用ウエハ１００が遠心力により外部へ飛び出ようとしても、抑制することができる。
As shown in FIG. 2, the
まず、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００を、サセプタ１０９０の載置部１０９１に載置する（図２、図３（Ａ））。次に、減圧状態にして、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１０７０によりエピタキシャル膜成長用ウエハ１００を加熱する。成膜の反応温度（例えば、１６５０℃程度）まで達したら、不活性ガスの供給を止めて、成膜室１０２０内に炭化ケイ素エピタキシャル膜２００の成分を含む原料ガスやキャリアガスを供給する。このとき、サセプタ１０９０を図２の矢印Ａ方向に回転させながら、炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成膜させる。
First, the epitaxial
原料ガスとしては、炭化ケイ素エピタキシャル膜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エピタキシャル膜２００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（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）等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。また、例えば、シランに対してＨＣｌを添加したガスを用いてもよい。Ｃ系原料ガスとしては、例えば、メタン（ＣＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）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（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。
The raw material gas is not particularly limited as long as the silicon
またこれらのガスと同時に、第３のガスとしてパージガスを供給してもよい。パージガスは、ＳｉやＣを含まないガスであり、Ｈ２を含むエッチング作用があるガスのほか、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス（希ガス）を用いることもできる。また、炭化ケイ素エピタキシャル膜２００の導電型を制御する場合、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Ｎ２、ｐ型とする場合にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用いることができる。
Further, at the same time as these gases, purge gas may be supplied as a third gas. The purge gas is a gas that does not contain Si or C, and in addition to a gas that contains H 2 and has an etching action, an inert gas (noble gas) such as Ar or He can also be used. Further, when controlling the conductive type of the silicon
また、シリコン（Ｓｉ）エピタキシャル膜を成長させる場合には、単結晶ウエハとしてＳｉ単結晶ウエハを用いたエピタキシャル膜成長用ウエハを用いる。原料ガスとしては、例えば、シラン（ＳｉＨ４）やトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）等、シリコンエピタキシャル膜の成膜に一般的に用いられるガスを用いることができる。また、成膜温度は、例えば、１１００℃程度とすることができる。 When growing a silicon (Si) epitaxial film, a wafer for growing an epitaxial film using a Si single crystal wafer is used as the single crystal wafer. As the raw material gas, for example, a gas generally used for film formation of a silicon epitaxial film such as silane (SiH 4 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), and silicon tetrachloride (SiCl 4) can be used. The film formation temperature can be, for example, about 1100 ° C.
炭化ケイ素エピタキシャル膜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。また、所望の炭化ケイ素エピタキシャル膜２００の性状に応じて、成膜の途中でガスの混合割合、供給量等の条件を変更してもよい。また、炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成膜させる場合には、成膜対象であるエピタキシャル膜成長用ウエハ１００の結晶と同一方位の単結晶を成長させるために、１回の成膜で所望の膜厚になるまで膜を形成させるのではなく、複数回の成膜を行って、所望の膜厚を得てもよい。
When forming the silicon
エピタキシャル膜成長用ウエハ１００の表面や気相での化学反応により、図３（Ｂ）に示すように、加熱したエピタキシャル膜成長用ウエハ１００に炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成膜させることができる。以上のエピタキシャル膜成長方法により、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００に炭化ケイ素エピタキシャル膜２００が成膜した積層体３００（図３（Ｂ））が得られる。なお、エピタキシャル膜成長後は、図３（Ｂ）に示すように、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００の成膜対象面１１０ａだけではなく、第１炭素膜１２０側の面の外周に沿って、炭化ケイ素膜２００ａが成膜していることがある。また、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００が載置されたサセプタ１０９０の載置部１０９１にも炭化ケイ素膜が成膜していることがあり、載置部１０９１に形成した炭化ケイ素膜が第１炭素膜１２０に転写することがある。なお、単結晶ウエハ１１０上ではエピタキシャル成長により炭化ケイ素エピタキシャル膜が成膜するものの、単結晶ウエハ１１０とは異なる場所（例えば、第１炭素膜１２０上等）ではエピタキシャル成長が起こらない場合があり、炭化ケイ素多結晶等の炭化ケイ素エピタキシャル膜とは異なるものが堆積している場合がある。
As shown in FIG. 3B, the silicon
本実施形態のエピタキシャル膜成長方法であれば、前述した実施形態のエピタキシャル膜成長用ウエハ１００を用いて炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成長させることにより、成膜対象面１１０ａとは反対側の面（第１炭素膜１２０のサセプタ１０９０側の面）に炭化ケイ素エピタキシャル膜２００と同じ組成の炭化ケイ素膜２００ａが形成されたとしても、第１炭素膜１２０を燃焼除去することで、第１炭素膜１２０と共に容易に除去することができる。
In the epitaxial film growth method of the present embodiment, the silicon
（除去方法）
本発明の一実施形態にかかる除去方法について、図面を参照して説明する。本実施形態の除去方法は、前述したエピタキシャル膜成長方法により得られた、エピタキシャル膜成長用ウエハとエピタキシャル膜との積層体を加熱して、炭素膜を燃焼除去する除去工程を含むものである。
(Removal method)
A removal method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The removal method of the present embodiment includes a removal step of heating the laminate of the epitaxial film growth wafer and the epitaxial film obtained by the above-mentioned epitaxial film growth method to burn and remove the carbon film.
具体的には、エピタキシャル膜成長方法により得られた、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００と炭化ケイ素エピタキシャル膜２００との積層体３００（図３（Ｂ））を、燃焼炉等の既存の設備を用いて、Ｏ２や空気等の酸化性ガス雰囲気下で数百度（例えば、５００℃以上）に加熱して、第１炭素膜１２０のみを燃焼させることにより行う。これにより第１炭素膜１２０を除去して、炭化ケイ素エピタキシャルウエハ５００（図３（Ｃ））を得ることができる。このとき、積層体３００において第１炭素膜１２０に炭化ケイ素膜２００ａが形成していたとしても、炭化ケイ素膜２００ａはごく薄いことから、第１炭素膜１２０が燃焼除去されるとともに剥がれ落ちて除去される。
Specifically, a laminate 300 (FIG. 3 (B)) of the epitaxial
なお、前述したエピタキシャル膜成長方法においては、サセプタ１０９０にエピタキシャル膜成長用ウエハ１００が載置されており、積層体３００において第１炭素膜１２０の全面が炭化ケイ素膜で覆われることは起こり難く、また、第１炭素膜１２０の全面が覆われたとしても、第１炭素膜１２０を覆う炭化ケイ素膜はごく薄いため、第１炭素膜１２０が除去されるとともに剥がれ落ちる。しかしながら、積層体３００において、第１炭素膜１２０が全く露出していない場合には、第１炭素膜１２０の燃焼除去効率を高めるために、積層体３００を加熱する前に、第１炭素膜１２０の少なくとも一部が露出するように研磨加工や切削加工等を施してもよい。
In the above-mentioned epitaxial film growth method, the epitaxial
本実施形態の除去方法であれば、酸化性ガス雰囲気下で加熱して、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００の成膜対象面１１０ａとは反対側の面１１０ｂに形成された第１炭素膜１２０を燃焼除去することにより、成膜対象面１１０ａとは反対側の面（第１炭素膜１２０のサセプタ１０９０側の面）に炭化ケイ素エピタキシャル膜２００と同じ組成の炭化ケイ素膜２００ａが形成されたとしても、第１炭素膜１２０と共に容易に除去することができる。
In the removal method of the present embodiment, the
以上の成膜工程、除去工程により炭化ケイ素エピタキシャルウエハ５００（図３（Ｃ））が得られる。本実施形態のエピタキシャルウエハの製造方法であれば、本発明のエピタキシャル膜成長方法、除去方法を行うことにより、成膜対象面とは反対側の面にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が形成されたとしても、炭素膜と共に容易に除去することができ、また、平滑性の高いエピタキシャルウエハが得られる。このようにして得られたエピタキシャルウエハは、成膜対象面とは反対側の面にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が形成されておらず、エピタキシャルウエハを搬送するための真空吸着や加工のための基準面の取得の際等の不具合を抑制して生産性を向上させることにより、エピタキシャルウエハの生産コストを抑えることができる。 The silicon carbide epitaxial wafer 500 (FIG. 3C) can be obtained by the above film forming step and removing step. In the case of the epitaxial wafer manufacturing method of the present embodiment, by performing the epitaxial film growth method and removal method of the present invention, a film having the same composition as the epitaxial film was formed on the surface opposite to the film formation target surface. However, it can be easily removed together with the carbon film, and an epitaxial wafer having high smoothness can be obtained. The epitaxial wafer thus obtained does not have a film having the same composition as the epitaxial film formed on the surface opposite to the surface to be filmed, and is used for vacuum adsorption and processing for transporting the epitaxial wafer. The production cost of the epitaxial wafer can be suppressed by suppressing defects such as when acquiring the reference plane and improving the productivity.
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の工程等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。なお、以下の変形例において、前述した実施形態と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes other steps and the like that can achieve the object of the present invention, and the following modifications and the like are also included in the present invention. In the following modified examples, the same components as those in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
前述した実施形態のエピタキシャル膜成長方法においては、図２に示すように、成膜装置１０００にサセプタ１０９０を１つ設けたものについて例示したが、成膜装置１０００にサセプタを複数設けてもよい。サセプタを複数設ける場合、例えば、図４に示すように、複数個のサセプタ１０９０を設置（図５では４つ）できるステージ１１００を用いてもよい。図４に示すステージ１１００は、４つのサセプタ設置部１１１０と、サセプタ設置部１１１０に設置したサセプタ１０９０を矢印Ｄ方向に回転させる不図示のサセプタ回転機構と、を有する。サセプタ１０９０には、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００を載置する。また、ステージ１１００は、成膜装置１０００の支柱１０８０により支持されて、ステージ１１００が矢印Ｅ方向に回転するように構成されている。すなわち、サセプタ１０９０とステージ１１００は逆の方向に回転して自転公転することにより、炭化ケイ素膜の膜厚がより均一になる。また、ステージ１１００に複数のサセプタ１０９０を設置できることにより、一度に複数の積層体３００を得ることができる。なお、図５の矢印Ｄ、矢印Ｅで示したサセプタ１０９０とステージ１１００の回転の方向や、サセプタ１０９０とステージ１１００の回転数は適宜設定することができる。
In the epitaxial film growth method of the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, the
また、前述したエピタキシャル膜成長方法においては、サセプタ１０９０を回転させて炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成長させる方法について例示したが、炭化ケイ素エピタキシャル膜２００の成長時にサセプタ１０９０を回転させてもよいし、回転させなくてもよい。サセプタ１０９０を回転させることにより、炭化ケイ素エピタキシャル膜２００の膜厚が均一性、ドーパント濃度の均一性の観点から、炭化ケイ素エピタキシャル膜２００の成長時にサセプタ１０９０を回転させることが好ましい。
Further, in the above-mentioned epitaxial film growth method, the method of rotating the
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、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、材質等を限定した記載は、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、材質等の限定の一部、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。 In addition, the best configuration, method, etc. for carrying out the present invention are disclosed in the above description, but the present invention is not limited thereto. That is, although the present invention has been particularly described mainly with respect to a specific embodiment, the shape, material, quantity, and the shape, material, quantity, and the like, without departing from the scope of the technical idea and purpose of the present invention, have been described above. In other detailed configurations, those skilled in the art can make various modifications. Therefore, the description that limits the shape, material, etc. disclosed above is merely an example for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. Therefore, those shapes, materials, etc. The description by the name of the member excluding some or all of the restrictions such as the above is included in the present invention.
以下、本発明の実施例および比較例によって、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。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples.
本実施例においては、前述した実施形態のエピタキシャル膜成長用ウエハ１００、エピタキシャルウエハの製造方法により、炭化ケイ素エピタキシャルウエハを製造した。
In this embodiment, the silicon carbide epitaxial wafer was manufactured by the method for manufacturing the epitaxial
（実施例１）
昇華法で作製した６インチφサイズの厚さ３５０μｍの円形で平行平板上の４Ｈ−ＳｉＣ単結晶ウエハの裏面（成膜対象面とは反対側の面）に、真空蒸着により、厚さ３μｍ±０．１ｍｍのほぼ均一な炭素膜を形成し、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００を作製した。
(Example 1)
3 μm ± 3 μm thick by vacuum deposition on the back surface (the surface opposite to the surface to be filmed) of a 6-inch φ-sized circular 350 μm-thick 4H-SiC single crystal wafer produced by the sublimation method on a parallel flat plate. A substantially uniform carbon film of 0.1 mm was formed to prepare a
次に、成膜工程を行った。成膜装置として、成膜装置１０００を用いた。サセプタにエピタキシャル膜成長用ウエハ１００を載置した。成膜室１０２０内を不図示の排気ポンプにより真空引きをした後、エピタキシャル成長用ウエハを１６５０℃まで加熱した。原料ガスとして、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８を用い、パージガスとしてＨ２、ＨＣｌを用い、不純物ドーピングガスとしてＮ２を用いた。成膜は、ＳｉＨ４：Ｃ３Ｈ８：Ｈ２：ＨＣｌ：Ｎ２＝０．２３０：０．１１０：９７．３６０：２．１００：０．００１の流量比率で上記ガスを混合して、成膜室１０２０内に合計で１８０ｓｌｍ、１５分間供給し、サセプタ１０９０を６００ｒｐｍで回転させながら、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００上に炭化ケイ素エピタキシャル膜２００を成長させた。このとき、炉内圧力は２５ｋＰａであった。
Next, a film forming step was performed. As the film forming apparatus, the
得られたエピタキシャル膜について、膜厚を測定した。膜厚の測定は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、斜入射型光学測定器により膜厚の測定を行った。なお、測定した膜厚からエピタキシャル膜成長用ウエハ１００の厚さを差し引いた数値を、炭化ケイ素エピタキシャル膜の膜厚とした。エピタキシャル成長で得られた炭化ケイ素エピタキシャル膜２００の平均膜厚は１０μｍで、同一面内における膜厚のばらつきは３％以下であり、均質かつ低欠陥、高品質で、半導体材料として問題のない炭化ケイ素エピタキシャル膜を得ることができた。以上により成膜工程が終了した。また、エピタキシャル膜成長用ウエハ１００と炭化ケイ素エピタキシャル膜２００との積層体３００において、第１炭素膜１２０の外周に沿って、炭化ケイ素膜が形成されていた。
The film thickness of the obtained epitaxial film was measured. The film thickness is measured at 5 points, and it is obliquely incident optical at the center, the circumferential end, and the point between the center and the circumferential end, where the distance from the center and the distance from the circumferential end are the same. The film thickness was measured with a measuring instrument. The thickness obtained by subtracting the thickness of the epitaxial
次に、除去工程を行った。エピタキシャル膜成長用ウエハ１００と炭化ケイ素エピタキシャル膜２００との積層体３００を燃焼炉内に固定して大気雰囲気下で、８００℃で、２４時間、加熱処理を行った。燃焼炉から取り出すと、炭素膜が消失しており、炭素膜に形成された炭化ケイ素膜を除去することができた。得られた炭化ケイ素エピタキシャルウエハにおいて、単結晶ウエハの成膜対象面とは反対側の面の平均表面粗さを測定したところ、平均表面粗さは１ｎｍ以下であり、平滑な炭化ケイ素エピタキシャルウエハが得られた。また、得られた炭化ケイ素エピタキシャルウエハにおいて、エピタキシャルウエハを搬送するための真空吸着や加工のための基準面の取得に支障はなく、不具合は生じなかった。
Next, a removal step was performed. The
（比較例１）
比較例１として、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶ウエハの裏面（成膜対象面とは反対側の面）に、炭素膜を形成しないものをエピタキシャル成長用ウエハとして用いるとともに、除去工程を行わないこと以外は、実施例１と同様にして炭化ケイ素エピタキシャルウエハを製造した。エピタキシャル成長で得られた炭化ケイ素エピタキシャル膜２００の平均膜厚は１０μｍで、同一面内における膜厚のばらつきは３％以下であり、均質かつ低欠陥、高品質で、半導体材料として問題のない炭化ケイ素エピタキシャル膜を得ることができた。しかしながら、炭化ケイ素エピタキシャルウエハにおいて、単結晶ウエハの成膜対象面とは反対側の面にも炭化ケイ素膜が付着しており、平均表面粗さは１０ｎｍ以上であり、得られた炭化ケイ素エピタキシャルウエハは平滑性が低いことが示された。また、得られた炭化ケイ素エピタキシャルウエハにおいて、エピタキシャルウエハを搬送するための真空吸着や加工のための基準面の取得ができず、不具合が生じた。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a wafer having no carbon film formed on the back surface (the surface opposite to the surface to be deposited) of the 4H-SiC single crystal wafer is used as the epitaxial growth wafer, except that the removal step is not performed. A silicon carbide epitaxial wafer was produced in the same manner as in Example 1. The average thickness of the silicon
本発明の例示的態様である実施例１において、単結晶ウエハの成膜対象面とは反対側の面にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が形成されたとしても、炭素膜と共に容易に除去することができ、また、平滑性の高いエピタキシャルウエハが得られることが示された。また、このようにして得られたエピタキシャルウエハは、成膜対象面とは反対側の面にエピタキシャル膜と同じ組成の膜が形成されておらず、搬送するための真空吸着や加工のための基準面の取得の際等の不具合を抑制して生産性を向上させることにより、生産コストを抑えることができる。 In Example 1, which is an exemplary embodiment of the present invention, even if a film having the same composition as the epitaxial film is formed on the surface of the single crystal wafer opposite to the surface to be formed, it can be easily removed together with the carbon film. It was shown that an epitaxial wafer with high smoothness can be obtained. Further, the epitaxial wafer thus obtained does not have a film having the same composition as the epitaxial film formed on the surface opposite to the surface to be filmed, and is a reference for vacuum adsorption and processing for transporting. The production cost can be suppressed by improving the productivity by suppressing defects such as when acquiring the surface.
１００、１００Ａ エピタキシャル成長用ウエハ
１１０ 単結晶ウエハ
１１０ａ 成膜対象面
１１０ｂ 成膜対象面とは反対側の面
１２０、１２１ 第１炭素膜
１２２ 第２炭素膜
２００ 炭化ケイ素エピタキシャル膜
３００ 積層体
５００ 炭化ケイ素エピタキシャルウエハ
100, 100A Wafer for
Claims (6)
前記成膜対象面とは反対側の面に形成された、厚さが１μｍ〜５μｍの第１炭素膜と、を備える、
エピタキシャル膜成長用ウエハ。 A single crystal wafer having a film formation target surface and
A first carbon film having a thickness of 1 μm to 5 μm formed on a surface opposite to the surface to be formed is provided.
Wafer for growing epitaxial films.
請求項５に記載の除去方法により、前記炭素膜を除去する除去工程と、を備える、エピタキシャルウエハの製造方法。 A growth step of forming an epitaxial film on the film-forming target surface of the wafer for growing an epitaxial film by the epitaxial film growth method according to claim 3 or 4.
A method for producing an epitaxial wafer, comprising a removing step of removing the carbon film by the removing method according to claim 5.
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