JP5360639B2 - 表面改質単結晶SiC基板、エピ成長層付き単結晶SiC基板、半導体チップ、単結晶SiC成長用種基板及び単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法 - Google Patents
表面改質単結晶SiC基板、エピ成長層付き単結晶SiC基板、半導体チップ、単結晶SiC成長用種基板及び単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法 Download PDFInfo
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
4 極薄溶融層
5 単結晶SiC基板
5a 炭化層
5b アモルファスSiC層
5c 単結晶4H−SiC層(再結晶層、平坦化結晶層)
5d 単結晶4H−SiCエピ成長層
6p 表面改質単結晶SiC基板
6q エピ成長層付き単結晶SiC基板
7 炭素フィード基板
8 積層体
11 高温真空炉
12 マスク
17 多結晶SiC基板
17a 炭化層
17b アモルファスSiC層
17c 単結晶4H−SiC層
17d 単結晶4H−SiC成長層
18p 単結晶SiC成長用種基板
18q 単結晶成長層付き多結晶SiC基板
21 加熱室
22 予備加熱室
Claims (50)
- 単結晶3C−SiC、単結晶4H−SiC、又は単結晶6H−SiCの何れかよりなる単結晶SiC基板を高真空環境において加熱して、当該単結晶SiC基板の表面に炭化層を形成させる炭化工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記単結晶SiC基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスSiCからなる犠牲成長層を生成させるアモルファスSiC形成工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記単結晶SiC基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスSiCの少なくとも一部を再結晶させて単結晶4H−SiC層を生成させる再結晶工程と、
を含むことを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記再結晶工程において、前記犠牲成長層のアモルファスSiCの一部を再結晶させて前記単結晶4H−SiC層を生成させる一方、残りのアモルファスSiCを熱エッチングにより除去することを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記アモルファスSiC形成工程及び前記再結晶工程において、前記単結晶SiC基板は1600℃以上2000℃以下の温度で加熱されることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項3に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記アモルファスSiC形成工程及び前記再結晶工程で行われる加熱処理は、
前記単結晶SiC基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において800℃以上の温度で加熱する予備加熱工程と、
予め1600℃以上2000℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶SiC基板を1600℃以上2000℃以下の温度で加熱する本加熱工程と、
を含むことを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1から4までの何れか一項に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記炭化工程において、前記単結晶SiC基板は10-3Pa以下の減圧下で加熱されることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1から5までの何れか一項に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記アモルファスSiC形成工程及び前記再結晶工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は1Pa以下に維持されることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1から6までの何れか一項に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記アモルファスSiC形成工程及び前記再結晶工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1から7までの何れか一項に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記単結晶SiC基板は単結晶3C−SiCよりなり、前記炭化工程において前記炭化層は(001)Si面又は(00−1)C面に形成されることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1から7までの何れか一項に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記単結晶SiC基板は単結晶4H−SiC又は単結晶6H−SiCよりなり、前記炭化工程において前記炭化層は(0001)Si面又は(000−1)C面に形成されることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1から9までの何れか一項に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記炭化工程において、前記炭化層は(11−20)方向のオフ角が1°以下である面に形成されることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項1から7までの何れか一項に記載の製造方法で製造された表面改質単結晶SiC基板の前記単結晶4H−SiC層に対し炭素フィード基板を対向させて積層体を構成する積層工程と、
前記積層体を、炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に収容する収容工程と、
前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら、前記表面改質単結晶SiC基板の前記単結晶4H−SiC層と前記炭素フィード基板との間にシリコンの極薄溶融層を介在させつつ加熱することで、前記単結晶4H−SiC層に準安定溶媒エピタキシー法によって単結晶4H−SiCを液相エピタキシャル成長させ、単結晶4H−SiCエピ成長層を形成する液相エピタキシャル成長工程と、
を含むことを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項11に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程において、前記単結晶SiC基板は1600℃以上2000℃以下の温度で加熱されることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項12に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程で行われる加熱処理は、
前記単結晶SiC基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において800℃以上の温度で加熱する予備加熱工程と、
予め1600℃以上2000℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶SiC基板を1600℃以上2000℃以下の温度で加熱する本加熱工程と、
を含むことを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項11から13までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は1Pa以下に維持されることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項11から14までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記エピタキシャル成長工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項11から15までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記炭素フィード基板は、単結晶3C−SiC、多結晶4H−SiC、多結晶3C−SiC、アモルファスSiC、グラファイトの少なくとも何れかを含む基板であることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項11から16までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記表面改質単結晶SiC基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶SiC基板の表面の一部にマスクを施すマスキング工程が行われ、
前記再結晶工程において、前記単結晶4H−SiC層は、前記マスキング工程における非マスク領域に形成されている凹部の底部に生成されることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項17に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記マスキング工程において、前記マスクは前記単結晶SiC基板の表面において一部の領域を取り囲むように施されることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項17又は18に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記マスキング工程において、前記マスクは炭化タンタルによりなることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項11から19までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記表面改質単結晶SiC基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶SiC基板の表面を複数の領域に分割するように当該単結晶SiC基板に溝加工を施す溝形成工程が行われることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項11から20までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記積層工程の前に、前記炭素フィード基板において前記単結晶4H−SiC層に対向する面を複数の領域に分割するように当該炭素フィード基板に溝加工を施す炭素フィード側溝形成工程が行われることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項20又は21に記載の製造方法で製造されたエピ成長層付き単結晶SiC基板を前記溝に沿って切断する工程を含むことを特徴とする半導体チップの製造方法。
- 請求項20から22までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記溝加工はレーザ加工により行われることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項11から19までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法であって、
前記表面改質単結晶SiC基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶SiC基板の表面に複数の柱状の脚部を形成する脚部形成工程が行われ、
前記再結晶工程では、前記脚部のそれぞれの先端面に単結晶4H−SiC層を生成させ、
前記液相エピタキシャル成長工程では、複数の前記脚部の先端面に架橋するように前記単結晶4H−SiCエピ成長層を形成させることを特徴とするエピ成長層付き単結晶SiC基板の製造方法。 - 多結晶SiC基板を高真空環境において加熱して、当該多結晶SiC基板の表面に相当する各結晶の端部に炭化層を形成させる炭化工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記多結晶SiC基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスSiCからなる犠牲成長層を生成させるアモルファスSiC形成工程と、
前記嵌合容器に前記多結晶SiC基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスSiCの少なくとも一部を再結晶させて単結晶4H−SiC層を生成させる再結晶工程と、
を含むことを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 多結晶SiC基板の表面の微小領域に真空中で電子ビームを照射して加熱することにより、当該微小領域に炭化層を形成させる炭化工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記多結晶SiC基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスSiCからなる犠牲成長層を生成させるアモルファスSiC形成工程と、
前記嵌合容器に前記多結晶SiC基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスSiCの少なくとも一部を再結晶させて単結晶4H−SiC層を生成させる再結晶工程と、
前記単結晶4H−SiCを生成させた微小領域が相対的に突出した形状となるように、前記多結晶SiC基板の表面を加工する加工工程と、
を含むことを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 請求項26に記載の単結晶SiC成長用種基板の製造方法であって、
前記炭化工程の前に、多結晶SiC基板の表面を分割した複数の領域のそれぞれに凹部を形成する凹部形成工程が行われ、
前記炭化工程では、前記凹部形成工程によって形成された前記凹部の内底面の微小領域に真空中で電子ビームを照射して加熱することにより、当該微小領域に炭化層を形成させることを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 請求項25から27までの何れか一項に記載の単結晶SiC成長用種基板の製造方法であって、
前記再結晶工程において、前記犠牲成長層のアモルファスSiCの一部を再結晶させて前記単結晶4H−SiC層を生成させる一方、残りのアモルファスSiCを熱エッチングにより除去することを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 請求項25から28までの何れか一項に記載の単結晶SiC成長用種基板の製造方法であって、
前記アモルファスSiC形成工程及び前記再結晶工程において、前記多結晶SiC基板は1600℃以上2000℃以下の温度で加熱されることを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 請求項29に記載の単結晶SiC成長用種基板の製造方法であって、
前記アモルファスSiC形成工程及び前記再結晶工程で行われる加熱処理は、
前記多結晶SiC基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において800℃以上の温度で加熱する予備加熱工程と、
予め1600℃以上2000℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記多結晶SiC基板を1600℃以上2000℃以下の温度で加熱する本加熱工程と、
を含むことを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 請求項25から30までの何れか一項に記載の単結晶SiC成長用種基板の製造方法であって、
前記炭化工程において、前記多結晶SiC基板は10-3Pa以下の減圧下で加熱されることを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 請求項25から31までの何れか一項に記載の単結晶SiC成長用種基板の製造方法であって、
前記アモルファスSiC形成工程及び前記再結晶工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は1Pa以下に維持されることを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 請求項25から32までの何れか一項に記載の単結晶SiC成長用種基板の製造方法であって、
前記アモルファスSiC形成工程及び前記再結晶工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることを特徴とする単結晶SiC成長用種基板の製造方法。 - 請求項25から33までの何れか一項に記載の製造方法で製造された単結晶SiC成長用種基板の前記単結晶4H−SiC層に対し、炭素フィード基板を対向させて積層体を構成する積層工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記積層体を収容する収容工程と、
前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら、前記単結晶SiC成長用種基板の前記単結晶4H−SiC層と前記炭素フィード基板との間にシリコンの極薄溶融層を介在させつつ加熱することで、前記単結晶4H−SiC層に準安定溶媒エピタキシー法によって単結晶4H−SiCを液相エピタキシャル成長させ、単結晶4H−SiC成長層を形成する液相エピタキシャル成長工程と、
を含むことを特徴とする単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項34に記載の単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程において、前記単結晶SiC成長用種基板は1600℃以上2000℃以下の温度で加熱されることを特徴とする単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項35に記載の単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程で行われる加熱処理は、
前記単結晶SiC成長用種基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において800℃以上の温度で加熱する予備加熱工程と、
予め1600℃以上2000℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶SiC成長用種基板を1600℃以上2000℃以下の温度で加熱する本加熱工程と、
を含むことを特徴とする単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項34から36までの何れか一項に記載の単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は1Pa以下に維持されることを特徴とする単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項34から37までの何れか一項に記載の単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法であって、
前記エピタキシャル成長工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることを特徴とする単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項34から38までの何れか一項に記載の単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法であって、
前記炭素フィード基板は、単結晶3C−SiC、多結晶4H−SiC、多結晶3C−SiC、アモルファスSiC、グラファイトの少なくとも何れかを含む基板であることを特徴とする単結晶成長層付き多結晶SiC基板の製造方法。 - 請求項34から39までの何れか一項に記載の製造方法で形成された単結晶成長層付き多結晶SiC基板を前記凹部の境界で切断する工程を含むことを特徴とする半導体チップの製造方法。
- 請求項1に記載の表面改質単結晶SiC基板の製造方法で製造されることで、
単結晶3C−SiC、単結晶4H−SiC、又は単結晶6H−SiCの何れかよりなる単結晶SiC基板が、
基板の厚み方向の少なくとも一側の表面において、少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶4H−SiCに改質され、かつ当該表面が1.0nm以下の平均粗さに平坦化されていることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板。 - 請求項41に記載の表面改質単結晶SiC基板であって、
前記単結晶SiC基板は単結晶3C−SiCよりなり、その結晶多形が再結晶化により単結晶4H−SiCに改質された面は(001)Si面又は(00−1)C面であることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板。 - 請求項41に記載の表面改質単結晶SiC基板であって、
前記単結晶SiC基板は単結晶4H−SiC又は単結晶6H−SiCよりなり、その結晶多形が再結晶化により単結晶4H−SiCに改質された面は(0001)Si面又は(000−1)C面であることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板。 - 請求項41から43までの何れか一項に記載の表面改質単結晶SiC基板であって、
その結晶多形が再結晶化により単結晶4H−SiCに改質された面は、(11−20)方向のオフ角が1°以下の面であることを特徴とする表面改質単結晶SiC基板。 - 単結晶3C−SiC、単結晶4H−SiC、又は単結晶6H−SiCの何れかよりなるとともに、基板の厚み方向の少なくとも一側の表面に溝が形成された単結晶SiC基板と、
前記単結晶SiC基板において前記溝が形成されている側の表面に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶4H−SiCに改質され、かつ当該表面が1.0nm以下の平均粗さに平坦化されている平坦化結晶層と、
前記溝以外の位置において前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層される単結晶4H−SiC層と、
を備えることを特徴とする単結晶4H−SiC層付き単結晶SiC基板。 - 単結晶3C−SiC、単結晶4H−SiC、又は単結晶6H−SiCの何れかよりなるとともに、基板の厚み方向の少なくとも一側の表面に複数の柱状の脚部が形成された単結晶SiC基板と、
前記脚部のそれぞれの先端面に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶4H−SiCに改質され、かつ当該表面が1.0nm以下の平均粗さに平坦化されている平坦化結晶層と、
前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層されるとともに、複数の前記脚部の先端面に架橋するように備えられた単結晶4H−SiC層と、
を備えることを特徴とする単結晶4H−SiC層付き単結晶SiC基板。 - 請求項45又は46に記載の単結晶4H−SiC層付き単結晶SiC基板であって、
前記単結晶SiC基板は単結晶3C−SiCよりなり、前記平坦化結晶層が備えられる面は(001)Si面又は(00−1)C面であることを特徴とする単結晶4H−SiC層付き単結晶SiC基板。 - 請求項45又は46に記載の単結晶4H−SiC層付き単結晶SiC基板であって、
前記単結晶SiC基板は単結晶4H−SiC又は単結晶6H−SiCよりなり、前記平坦化結晶層が備えられる面は(0001)Si面又は(000−1)C面であることを特徴とする単結晶4H−SiC層付き単結晶SiC基板。 - 請求項45から48までの何れか一項に記載の単結晶4H−SiC層付き単結晶SiC基板であって、
前記平坦化結晶層が備えられる面は、(11−20)方向のオフ角が1°以下の面であることを特徴とする単結晶4H−SiC層付き単結晶SiC基板。 - 厚み方向の少なくとも一側の表面に複数の凹部が形成された多結晶SiC基板と、
前記凹部の内底面の一部に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶4H−SiCに改質され、かつ当該表面が1.0nm以下の平均粗さに平坦化されている平坦化結晶層と、
前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層されるとともに、前記凹部の内底面を覆うように延出した形状の単結晶4H−SiC層と、
を備えることを特徴とする単結晶4H−SiC層付き多結晶SiC基板。
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