JP4774537B2

JP4774537B2 - ＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法、およびスペーサー形成方法

Info

Publication number: JP4774537B2
Application number: JP2007195066A
Authority: JP
Inventors: 佳孝瀬戸口; 公人西川
Original assignee: Ecotron Co Ltd
Current assignee: Ecotron Co Ltd
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: JP2009029656A

Description

本発明は、単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させることによってＳｉＣエピタキシャル膜を形成するＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法、および上記ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際に用いられるスペーサーの形成方法に関するものである。

ＳｉＣ（炭化ケイ素；シリコンカーバイト）は、（ｉ）耐熱性、機械的強度に優れている、（ｉｉ）放射線に強い、（ｉｉｉ）不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御を容易に行える、（ｉｖ）禁制帯幅が広い、といった特性を備えていることなどから、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス用の半導体材料として期待されている。

しかしながら、単結晶ＳｉＣには、熱の影響によって基底面転位、螺旋転位、マイクロパイプ等の結晶欠陥が内在しやすく、また、核生成に起因する結晶粒界が発生しやすいという問題がある。

そこで、マイクロパイプの発生を抑制するための技術として、例えば特許文献１，２には、単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板との間に極薄金属シリコン融液を介在させた状態で熱処理を行うことによってＳｉＣをエピタキシャル成長させる液相エピタキシャル技術（以下、ＭＳＥ（Metastable Solvent Epitaxy；準安定溶媒エピタキシー法）法という）が開示されている。
特開２００５−１２６２４８号公報（公開日：２００５年５月１９日）特開２００５−１２６２４９号公報（公開日：２００５年５月１９日）

しかしながら、上記特許文献１，２の技術では、ＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚にばらつきが生じやすく、またＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚再現性が低いため、このＳｉＣエピタキシャル膜を用いたデバイスの特性の再現性が低いという問題があった。

つまり、特許文献１，２の技術では、単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板との間に、上記両基板の少なくとも一方に機械加工によって設けられたスペーサー、または上記両基板の少なくとも一方に固相反応によって接着されたスペーサーを配置することによってこれら両基板の間隔を制御し、それによって両基板間に介在させる極薄金属Ｓｉ融液の厚さを制御している。ところが、従来の機械加工技術では、スペーサーの厚さの加工精度は３０μｍオーダー（目標厚さ±１５μｍ）程度が限界である。また、従来の機械加工技術で加工できるスペーサー厚さ（目標厚さ）の最小値は２０μｍ程度であり、それ以上薄くするとスペーサーの強度が不足して取り扱い時に破損してしまう。また、固相反応によってスペーサーを接着する場合にも、接着前のスペーサーを機械加工によって作成する場合にはスペーサーの加工精度はこれと同程度が限界である。

このため、特許文献１，２の技術では、極薄金属Ｓｉ融液の厚さ（単結晶ＳｉＣ基板および炭素原料供給板の基板面に垂直な方向の厚さ）にばらつきが生じやすく、また極薄金属Ｓｉ融液の厚さの再現性が低いので、ＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚を目標値に対して精度よく制御すること、および均一にすることが困難であった。したがって、同一基板内における膜厚均一性、および複数の基板間における膜厚均一性（膜厚の再現性）が低かった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロパイプ欠陥が少なく、膜厚の再現性および均一性が高い単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法、およびこの製造方法に用いられるスペーサーの形成方法を提供することにある。

本発明のスペーサーの形成方法は、上記の課題を解決するために、単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板とをスペーサーを介して対向させ、上記単結晶ＳｉＣ基板と上記炭素原料供給板との間に生じるスペースに金属Ｓｉ融液を介在させた状態で熱処理を行うことによって上記単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣエピタキシャル膜を製造する工程で用いられる上記スペーサーの形成方法であって、上記単結晶ＳｉＣ基板および上記炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に上記スペーサーとなる硬化性樹脂を塗布する塗布工程と、この硬化性樹脂を硬化させる硬化工程とを含むことを特徴としている。なお、上記硬化性樹脂は、所定の方法によって硬化させることができる樹脂であればよい。一例としては、加熱することによって硬化する熱硬化性樹脂や、光を照射することによって硬化する光硬化性樹脂（感光性樹脂）などを用いることができる。

上記の方法によれば、従来のスペーサーの形成方法よりもスペーサーの厚さの形成精度を大幅に向上させることができる。したがって、上記の方法によって生成されたスペーサーを用いてＳｉＣをエピタキシャル成長させることにより、ＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚を高精度に制御するとともに、膜厚均一性を向上させることができる。これにより、同一基板内における膜厚均一性に優れたＳｉＣエピタキシャル膜を、複数の基板において再現性よく生成することができる。

つまり、スペーサーの厚さの制御精度が悪い場合、単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板との間隔を一定にすることができず、金属Ｓｉ融液層の厚さが単結晶ＳｉＣ基板上の領域毎に異なってしまうため、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長速度が領域毎に異なってしまい、同一基板内における膜厚均一性が低下してしまう。また、形成されたスペーサーの厚さが目標とした厚さ（設計値）と異なる場合（目標厚さに対する再現性が低い場合）、単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の成長速度が想定速度（設計速度）とずれてしまい、所望の膜厚が得られなくなるため、複数の基板にそれぞれＳｉＣエピタキシャル膜を生成する場合に、基板毎にＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚にばらつきが生じてしまう。これに対して、上記のスペーサー形成方法によれば、スペーサーの厚さの形成精度を従来の機械加工によって形成されたスペーサーよりも大幅に向上させることができる。したがって、従来の機械加工によって形成されたスペーサーを用いてＳｉＣエピタキシャル膜を生成する場合よりも、膜厚の制御精度および膜厚均一性を向上させることができ、同一基板内における膜厚均一性、および異なる基板間における膜厚均一性を向上させることができる。

本発明のスペーサーの形成方法は、上記の課題を解決するために、単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板とをスペーサーを介して対向させ、上記単結晶ＳｉＣ基板と上記炭素原料供給板との間に生じるスペースに金属Ｓｉ融液を介在させた状態で熱処理を行うことによって上記単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣエピタキシャル膜を製造する上記スペーサーの形成方法であって、上記単結晶ＳｉＣ基板および上記炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に、上記スペーサーの位置および形状に応じた開口部を有するマスクを配置するマスク配置工程と、上記開口部を介して上記少なくとも一方の表面に上記スペーサーとなる材料を蒸着させる蒸着工程とを含むことを特徴としている。なお、上記の蒸着方法は特に限定されるものではなく、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などのＰＶＤ法、あるいはＣＶＤ法などを用いることができる。

本発明のＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法は、上記の課題を解決するために、ＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法であって、単結晶ＳｉＣ基板および炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に上記したいずれかの方法を用いてスペーサーを形成する工程と、上記単結晶ＳｉＣ基板と上記炭素原料供給板とを上記スペーサーを介して対向させる工程と、上記単結晶ＳｉＣ基板と上記炭素原料供給板との間に金属Ｓｉ融液を介在させた状態で熱処理を行うことによって上記単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる工程とを含むことを特徴としている。

上記の方法によれば、従来のスペーサーの形成方法よりもスペーサーの厚さの形成精度を大幅に向上させることができるので、単結晶ＳｉＣ基板上に形成されるＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚を高精度に制御するとともに、ＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚均一性を向上させることができる。これにより、同一基板内における膜厚均一性に優れたＳｉＣエピタキシャル膜を、複数の基板において再現性よく生成することができる。

以上のように、本発明のスペーサーの形成方法は、上記単結晶ＳｉＣ基板および上記炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に上記スペーサーとなる硬化性樹脂を塗布する塗布工程と、この硬化性樹脂を硬化させる硬化工程とを含む。あるいは、上記単結晶ＳｉＣ基板および上記炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に、上記スペーサーの位置および形状に応じた開口部を有するマスクを配置するマスク配置工程と、上記開口部を介して上記少なくとも一方の表面に上記スペーサーとなる材料を蒸着させる蒸着工程とを含む。

それゆえ、従来のスペーサーの形成方法よりもスペーサーの厚さの形成精度を大幅に向上させることができる。したがって、上記の方法によって生成されたスペーサーを用いてＳｉＣをエピタキシャル成長させることにより、ＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚を高精度に制御するとともに、膜厚均一性を向上させることができる。これにより、同一基板内における膜厚均一性に優れたＳｉＣエピタキシャル膜を、複数の基板において再現性よく生成することができる。

また、本発明のＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法は、単結晶ＳｉＣ基板および炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に上記したいずれかの方法を用いてスペーサーを形成する工程と、単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板とをスペーサーを介して対向させる工程と、単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板との間に金属Ｓｉ融液を介在させた状態で熱処理を行うことによって単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる工程とを含む。

それゆえ、ＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚を高精度に制御するとともに、膜厚均一性を向上させることができる。これにより、同一基板内における膜厚均一性に優れたＳｉＣエピタキシャル膜を、複数の基板において再現性よく生成することができる。

本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャル基板１の構成を示す断面図である。

この図に示すように、ＳｉＣエピタキシャル基板１は、単結晶ＳｉＣ基板１１、および単結晶ＳｉＣ基板１１上に形成されたＳｉＣエピタキシャル膜１２を備えている。

単結晶ＳｉＣ基板１１としては、従来から公知の単結晶ＳｉＣ基板（例えば市販されている単結晶ＳｉＣ基板など）を用いることができる。なお、本実施形態では、＜１１−２０＞方向に８°のｏｆｆ角を設けた４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いた。また、本実施形態では、ＳｉＣエピタキシャル膜１２を形成する前に単結晶ＳｉＣ基板１１におけるＳｉＣエピタキシャル膜１２を形成する側の面をＣＭＰ法（化学的機械研磨法）によって平坦化処理し、研磨痕などを除去した。

ＳｉＣエピタキシャル膜１２は、上記したＭＳＥ法によって生成されたものである。

図２は、ＳｉＣエピタキシャル膜１２の生成工程を説明するための説明図である。この図に示すように、図示しない密閉容器の内部に、支持基板２２、単結晶ＳｉＣ基板１１、炭素原料供給板２４、Ｓｉ基板２５、重石２６を下から上へと重ねて配置した。なお、図２に示したように、炭素原料供給板２４の表面に後述する方法によりスペーサー２３を予め形成しておき、炭素原料供給板２４におけるスペーサー２３を設けた面が単結晶ＳｉＣ基板１１に対向するように配置した。また、図２は、単結晶ＳｉＣ基板１１上にＳｉＣをエピタキシャル成長させるための熱処理を施している状態を示しており、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間に金属Ｓｉ融液層２７が介在している。このように、本実施形態では、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間隔をスペーサー２３の厚さによって規定しており、それによって金属Ｓｉ融液層２７の厚さを制御している。スペーサー２３の形成方法および熱処理工程の詳細については後述する。

支持基板２２は、単結晶ＳｉＣ基板１１、炭素原料供給板２４、Ｓｉ基板２５、重石２６を支持するための基板である。また、支持基板２２は、密閉容器からの悪影響を防止する機能を有しており、単結晶ＳｉＣ基板１１上にエピタキシャル成長するＳｉＣエピタキシャル膜の品質向上に寄与する。支持基板２２の材質は特に限定されるものではないが、例えば炭素原料供給板２４と同様のものを用いることができる。本実施形態では支持基板２２として多結晶ＳｉＣ基板の表面を鏡面に研磨加工し、表面に付着した油類、酸化膜、金属等を洗浄等によって除去したものを用いた。

単結晶ＳｉＣ基板１１としては、上記したように、＜１１−２０＞方向に８°のｏｆｆ角を設けた４Ｈ−ＳｉＣ基板に対してＣＭＰ法（化学的機械研磨法）によって平坦化処理を施したものを用いた。

炭素原料供給板２４は、熱処理時に金属Ｓｉ融液層２７を介して単結晶ＳｉＣ基板１１上に炭素を供給するためのものである。炭素原料供給板２４の材質は、単結晶ＳｉＣ基板１１上に炭素を供給できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、多結晶ＳｉＣ基板、炭素基板、ポーラスＳｉＣ基板、焼結ＳｉＣ基板、非晶質ＳｉＣ基板などを用いることができる。本実施形態では、支持基板２２と同様、多結晶ＳｉＣ基板の表面を鏡面に研磨加工し、表面に付着した油類、酸化膜、金属等を洗浄等によって除去したものを用いた。

スペーサー２３は、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間隔を規定し、それによって金属Ｓｉ融液層２７の厚さ（単結晶ＳｉＣ基板１１および炭素原料供給板２４の基板面に垂直な方向の厚さ）を規定するものである。これにより、成長膜（単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜）の厚さを成長面全面に亘って均一にできるようになっている。スペーサー２３の形成方法については後述する。

次に、ＳｉＣエピタキシャル膜１２を形成するための熱処理工程について説明する。

まず、密閉容器の内部を１×１０^−２Ｐａ以下の圧力まで減圧した後（真空引きを行った後）、この圧力状態を保持して容器内の温度を所定の成長温度（本実施形態では１８００℃）まで２０℃／分で昇温させた。そして、所定の成長温度に到達した後、この温度状態を１０分間維持した。そして、１０分間経過後、容器内の温度を５００℃まで２０℃／分で降温させた。５００℃から室温までは自然冷却した。これにより、単結晶ＳｉＣ基板１１上にＳｉＣエピタキシャル膜（４Ｈ−ＳｉＣエピタキシャル膜）１２を形成した。

なお、本実施形態では、成長温度に保持する時間を１０分間としたが、これに限るものではなく、必要とするＳｉＣエピタキシャル膜１２の膜厚に応じて適宜設定すればよい。また、上記所定の成長温度は、Ｓｉの融点である１４２０℃以上であれば特に限定されるものではないが、ＳｉＣエピタキシャル膜を効率的かつ安定して成長させるためには１５００℃以上２３００℃以下の範囲内であることが好ましい。

次に、スペーサー２３の形成方法について説明する。本実施形態では、以下に示す２つの方法（実施例１，実施例２）によってスペーサー２３を形成した。また、これら２つの方法によって形成したスペーサー２３を用いてＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜した場合と、従来の機械加工によって形成されたスペーサー（比較例１）を用いてＳｉＣエピタキシャル膜１２を成膜した場合とで成膜後のＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚、およびＳｉＣエピタキシャル膜の成長速度を比較した。なお、実施例１、実施例２、比較例１のいずれにおいても、目標厚さ２０μｍとしてスペーサーを形成した。これは、従来の機械加工による方法ではスペーサーの形成精度が低いため、ＳｉＣエピタキシャル膜の形成工程で使用するのに必要な最低限の強度を有するスペーサーを形成するための目標厚さの下限値が２０μｍ程度であるためである。なお、実施例１、実施例２の方法によれば、２０μｍよりも薄い膜厚（例えば数μｍ程度）を目標厚さとした場合であっても、ＳｉＣエピタキシャル膜の形成工程で使用するのに必要な強度を有するスペーサーを形成することができる。

（実施例１）
炭素原料供給板２４における単結晶ＳｉＣ基板１１と対向させる面にフォトレジスト（光硬化性樹脂）をスピンコーターにて全面塗布し、１２０℃の温度に５分間加熱するプレベーク処理を行った。フォトレジストとしては市販品を用いた。

そして、フォトレジストの膜厚が所望の膜厚（本実施形態では最終的に形成されるスペーサー２３の厚さが２０μｍになるように、フォトレジストの膜厚を５０μｍとした）になるまでフォトレジストの塗布とプレベーク処理とを繰り返した。

その後、フォトレジスト上に形成するスペーサー２３の位置（炭素原料供給板２４における単結晶ＳｉＣ基板１１との対向面の周縁部２箇所）および形状（本実施形態では炭素原料供給板２４の基板面に平行な断面が１ｍｍ×１ｍｍの正方形）に応じた開口部を有するフォトマスクを形成し、このフォトマスクを介してフォトレジストの露出部分（上記開口部を介して露出している部分）を露光して現像し、スペーサー２３となる部分を硬化させた。そして、炭素原料供給板２４のリンス処理を行ってフォトレジストの不要部分を除去した後、不活性ガス雰囲気中で８００℃まで加熱することで炭素原料供給板２４上に残ったフォトレジストを炭化させてスペーサー２３を形成した。これにより、炭素原料供給板２４の基板面に平行な断面が１ｍｍ×１ｍｍの正方形のスペーサー２３を２箇所に形成した。

（実施例２）
炭素原料供給板２４上に、形成するスペーサー２３の位置（炭素原料供給板２４における単結晶ＳｉＣ基板１１との対向面の周縁部２箇所）および形状（本実施形態では炭素原料供給板２４の基板面に平行な断面が１ｍｍ×１ｍｍの正方形）に応じた開口部を有するマスクを取り付けた。

その後、マスクを取り付けた炭素原料供給板２４を真空蒸着装置の試料ホルダに設置し、炭素を蒸着源として真空蒸着を行うことにより、炭素原料供給板２４の露出部（上記開口部を介して露出している部分）に炭素を蒸着させて成膜させる処理を所望の膜厚（本実施形態では２０μｍ）になるまで連続して行い、スペーサー２３を形成した。

（比較例１）
炭素原料供給板２４における所定の位置（炭素原料供給板２４における単結晶ＳｉＣ基板１１との対向面の周縁部２箇所）に、機械加工によってスペーサー２３を形成した。なお、機械加工によってスペーサーを形成する場合、目標厚さは２０μｍが限界であり、それ以上目標厚さを小さくすると、取り扱い時にスペーサーの機械強度が不足して破損してしまうという不具合が生じた。このため、比較例１では目標厚さを２０μｍとしてスペーサーを形成した。

表１は、実施例１、実施例２、比較例１の方法によって形成したスペーサーの寸法精度（スペーサーの高さの加工精度）、これら各スペーサーを用いてスペーサー以外の条件（成膜方法、温度制御方法、成膜時間）は同じにして単結晶ＳｉＣ基板上にＭＳＥ法でＳｉＣエピタキシャル膜を形成した場合のＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚均一性（同一基板における膜厚均一性、および異なる複数の基板間（バッチ間）における膜厚均一性）を示している。なお、膜厚の測定方法としては、上記各方法によってＳｉＣエピタキシャル膜を生成した基板の周縁部をカットして図３に示すように基板面の形状が２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形になるように試料を切り出し、各試料における所定箇所の断面を顕微鏡で観察してＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚を測定した。なお、上記所定箇所は、図３に示すように各方法で作成して切り出した各試料について５点とした。

また、同一基板における膜厚均一性については、５点の測定結果における最大値をｍａｘ、最小値をｍｉｎとしたときの、最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎの平均値に対する最大値をｍａｘおよび最小値ｍｉｎの比Ｒａに基づいて評価した。つまり、上記の比Ｒａは以下の式で表される。

Ｒａ＝｛ｍａｘ−（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２｝／｛（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２｝
＝｛（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２−ｍｉｎ｝／｛（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２｝
＝（ｍａｘ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ＋ｍｉｎ）
また、異なる複数の基板間における膜厚均一性については、同一の形成方法で形成した異なる複数の各基板における膜厚測定結果の平均値の最大値をＡｍａｘ、最小値をＡｍｉｎとしたときの、最大値Ａｍａｘと最小値Ａｍｉｎの平均値に対する最大値Ａｍａｘおよび最小値Ａｍｉｎの比Ｒｂに基づいて評価した。つまり、上記の比Ｒｂは以下の式で表される。

Ｒｂ＝｛Ａｍａｘ−（Ａｍａｘ＋Ａｍｉｎ）／２｝／｛（Ａｍａｘ＋Ａｍｉｎ）／２｝
＝｛（Ａｍａｘ＋Ａｍｉｎ）／２−Ａｍｉｎ｝／｛（Ａｍａｘ＋Ａｍｉｎ）／２｝
＝（Ａｍａｘ−Ａｍｉｎ）／（Ａｍａｘ＋Ａｍｉｎ）

この表に示すように、比較例１の方法ではスペーサーの寸法精度は２０．８μｍ±１５．２μｍであったのに対して、実施例１の方法では２０．５μｍ±３．８μｍ、実施例２の方法では２０．３μｍ±１．５μｍの寸法精度でスペーサーを形成できた。なお、スペーサーの形成精度については、同一基板上に形成した２つのスペーサーの厚さ測定結果に基づいて算出した。

表１に示したように、比較例１の方法ではＳｉＣエピタキシャル膜の同一基板内における膜厚均一性（上記Ｒａの値）は３３．３％であり、異なる複数の基板間（バッチ間）における膜厚均一性（上記Ｒｂの値）は３０．８％であった。これに対して、実施例１の方法ではＳｉＣエピタキシャル膜の同一基板内における膜厚均一性は９．６％であり、異なる複数の基板間（バッチ間）における膜厚均一性は５．２％であった。また、実施例１の方法ではＳｉＣエピタキシャル膜の同一基板内における膜厚均一性は５．７％であり、異なる複数の基板間（バッチ間）における膜厚均一性は４．９％であった。

以上のように、本実施形態の実施例１では、炭素原料供給板２４上の所定の位置に硬化性樹脂を塗布し、この硬化性樹脂を硬化させることによってスペーサー２３を形成する。また、本実施形態の実施例２では、炭素原料供給板２４上の所定の位置にスペーサー２３となる材料を蒸着させることによってスペーサー２３を形成する。そして、いずれかの方法によって形成したスペーサー２３を介して単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４とを対向させることによって単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間に生じるスペースに金属Ｓｉ融液を介在させた状態で熱処理を行い、単結晶ＳｉＣ基板１１上にＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣエピタキシャル膜１２を生成する。

上記の方法によってスペーサー２３を形成することにより、スペーサー２３の形成精度を数μｍオーダー（目標厚さ±数μｍ以内）に向上させることができる。これにより、単結晶ＳｉＣ基板１１上に形成されるＳｉＣエピタキシャル膜１２の膜厚を高精度に制御するとともに、膜厚均一性を向上させることができる。すなわち、同一基板内における膜厚均一性および異なる複数の基板間の膜厚均一性を向上させることができる。

つまり、スペーサー２３の厚さの制御精度が悪い場合、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間隔を一定にすることができず、金属Ｓｉ融液層２７の厚さが単結晶ＳｉＣ基板１１上の領域毎に異なってしまうため、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長速度が領域毎に異なってしまい、同一基板内における膜厚均一性が低下してしまう。また、形成されたスペーサー２３の厚さが目標とした厚さと異なる場合、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長速度が想定速度とずれてしまい、所望の膜厚が得られなくなる。したがって、スペーサー２３の厚さの再現性が低い場合、基板間における膜厚均一性（膜厚の再現性）が低下してしまう。

これに対して、本実施形態のスペーサー形成方法（実施例１および実施例２）によれば、従来の機械加工によるスペーサーの厚さの制御精度が３０μｍオーダー（目標厚さ±１５μｍ）程度が限界であったのに対して、スペーサー２３の形成精度を数μｍオーダー（目標厚さ±数μｍ以内）にまで向上させることができる。したがって、従来の機械加工によるスペーサーを用いてＳｉＣエピタキシャル膜を生成する場合よりも、同一基板内における膜厚均一性および異なる複数の基板間の膜厚均一性を向上させることができる。

なお、スペーサー２３の形成方法は、上記した実施例１、２の方法に限定されるものではなく、スペーサー２３の厚さを従来の機械加工による方法よりも精度よく制御できる方法であれば本実施形態と略同様の効果を得ることができる。なお、スペーサー２３の厚さの制御精度を目標厚さ±４μｍ以内にできる方法であることがより好ましい。

例えば、炭素原料供給板２４上の所定の位置に熱硬化性樹脂を塗布し、加熱することによってこの熱硬化性樹脂を硬化させてスペーサー２３を形成してもよい。この場合、形成するスペーサー２３の形状に応じたマスクを介して熱硬化性樹脂を塗布し、スペーサー２３となる部分のみを硬化させるようにしてもよい。また、熱硬化性樹脂におけるスペーサー２３となる部分のみを加熱してもよい。また、熱硬化性樹脂を硬化させた後、不要部分をエッチング等によって除去することによってスペーサー２３を形成してもよい。

また、真空蒸着とは異なる他の蒸着方法によって炭素原料供給板２４上の所定の位置にスペーサー２３となる材料を蒸着させてもよい。蒸着方法としては、真空蒸着法の他、例えばイオンプレーティング法、スパッタリング法などの他のＰＶＤ法、あるいはＣＶＤ法などを用いることができる。また、蒸着させる材料は特に限定されるものではなく、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間隔を所定の間隔に保持するための適切な強度を有するものであればよい。

また、本実施形態では炭素原料供給板２４上にスペーサー２３を形成しているが、これに限らず、単結晶ＳｉＣ基板１１上に設けてもよい。

また、スペーサー２３の配置位置および配置数は、上記した例に限定されるものではなく、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間隔を基板面全面について適切に規定できる位置および数であればよい。ただし、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間隔を基板面全面について適切に保つためには、少なくとも２箇所以上に配置することが好ましい。

また、スペーサー２３の形状についても上記した例に限定されるものではなく、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間隔を基板面全面について適切に規定できる形状であればよい。例えば、炭素原料供給板２４に平行な断面の形状が矩形形状、多角形形状、楕円形状、円形状等であってもよい。なお、単結晶ＳｉＣ基板１１と炭素原料供給板２４との間隔を基板面全面について適切に保つためには、スペーサー２３における炭素原料供給板２４に平行な断面の断面積を、直径０．５ｍｍの円の面積（０．１９６ｍｍ^２）よりも大きくすることが好ましい。また、円形状にする場合には直径を０．５ｍｍ以上にすることが好ましく、断面形状を矩形形状とする場合には１辺を０．５ｍｍ以上にすることが好ましい。

また、スペーサー２３の厚さは、炭素原料供給板２４から供給される炭素を、金属Ｓｉ融液層２７を介して単結晶ＳｉＣ基板１１の表面に輸送できる厚さであればよく、特に限定されるものではないが、炭素原料供給板２４から溶解した炭素を単結晶ＳｉＣ基板の表面に適切に輸送させるためにはスペーサー２３の厚さを１μｍ以上５０μｍ以下にすることが好ましい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を形成するＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法に適用できる。また、本発明の方法によって製造されたＳｉＣエピタキシャル膜は、結晶欠陥等が少なく、膜厚の再現性および均一性が高いので、発光ダイオード、各種半導体ダイオード、電子デバイスに好適に用いることができる。

本発明の一実施形態にかかる単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を備えた単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の断面図である。本発明の一実施形態にかかる単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法を示す説明図である。ＳｉＣエピタキシャル膜の膜厚測定位置を示す平面図である。

符号の説明

１単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板
１１単結晶ＳｉＣ基板
１２活性層（第２の単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜）
２２支持基板
２３スペーサー
２４炭素原料供給板
２５Ｓｉ基板
２６重石
２７金属Ｓｉ融液層

Claims

単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板とをスペーサーを介して対向させ、上記単結晶ＳｉＣ基板と上記炭素原料供給板との間に生じるスペースに金属Ｓｉ融液を介在させた状態で熱処理を行うことによって上記単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣエピタキシャル膜を製造する工程で用いられる上記スペーサーの形成方法であって、
上記単結晶ＳｉＣ基板および上記炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に上記スペーサーとなる硬化性樹脂を塗布する塗布工程と、この硬化性樹脂を硬化させる硬化工程とを含むことを特徴とするスペーサーの形成方法。
単結晶ＳｉＣ基板と炭素原料供給板とをスペーサーを介して対向させ、上記単結晶ＳｉＣ基板と上記炭素原料供給板との間に生じるスペースに金属Ｓｉ融液を介在させた状態で熱処理を行うことによって上記単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させてＳｉＣエピタキシャル膜を製造する工程で用いられる上記スペーサーの形成方法であって、
上記単結晶ＳｉＣ基板および上記炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に、上記スペーサーの位置および形状に応じた開口部を有するマスクを配置するマスク配置工程と、上記開口部を介して上記少なくとも一方の表面に上記スペーサーとなる材料を蒸着させる蒸着工程とを含むことを特徴とするスペーサーの形成方法。
単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法であって、
単結晶ＳｉＣ基板および炭素原料供給板のうちの少なくとも一方の表面に請求項１または２に記載の方法を用いてスペーサーを形成する工程と、
上記単結晶ＳｉＣ基板と上記炭素原料供給板とを上記スペーサーを介して対向させる工程と、
上記単結晶ＳｉＣ基板と上記炭素原料供給板との間に金属Ｓｉ融液を介在させた状態で熱処理を行うことによって上記単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる工程とを含むことを特徴とするＳｉＣエピタキシャル膜の製造方法。