JP6106535B2 - ＳｉＣ基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＳｉＣ基板の製造方法に関し、特に、ＳｉＣ基板の表面を研磨して平坦化する工程を有するＳｉＣ基板の製造方法に関する。
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が1桁大きく、バンドギャップが３倍大きく、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有することから、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、半導体デバイスの基板にＳｉＣ基板が用いられるようになっている。
上述のＳｉＣ基板は、例えば、昇華法等で作製したＳｉＣのバルク単結晶のインゴットから製造され、通常、インゴットの外周を研削して円柱状に加工した後、ワイヤーソー等を用いて円板状にスライス加工し、外周部を面取りして所定の直径に仕上げることで得られる。さらに、円板状のＳｉＣ基板の表面に、機械的研削法による研削処理を施すことで凹凸及び平行度を整え、その後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械研磨）法等のメカノケミカル研磨を表面に施すことで、片面または両面を鏡面に仕上げる。このようなＳｉＣ基板の研削、研磨は、スライス加工によって発生するうねりや加工歪の除去の他、ＳｉＣ基板表面の平坦化等を目的として行われる。
上述のようなＣＭＰ法は、化学的作用と機械的作用の両方を併せ持つ研磨方法であることから、ＳｉＣ基板に損傷を与えることなく、平坦な表面を安定して得ることが可能である。このため、ＣＭＰ法は、ＳｉＣ半導体デバイス等の製造工程において、ＳｉＣ基板の表面に生じた荒れやうねり、あるいは、ＳｉＣ基板の表面にエピタキシャル層が積層されてなるウェハ上の配線等による凹凸を平坦化する方法として、広く採用されている。
また、ＳｉＣ基板が用いられてなるＳｉＣ（エピタキシャル）ウェハは、通常、上記手順で得られたＳｉＣ基板の上に、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）により、ＳｉＣ半導体デバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル膜（エピタキシャル層）を成長させることによって製造する。一方、ＳｉＣ単結晶のインゴットからスライスされたＳｉＣ基板を、表面に凹凸やうねりが発生した状態のままで用いた場合には、ＳｉＣ基板の表面に成膜されたエピタキシャル層の表面にも凹凸等が生じることとなる。このため、ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させたＳｉＣウェハを製造する際は、予め、ＳｉＣ基板表面をＣＭＰ法で研磨した後、この上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる。また、ＳｉＣエピタキシャル膜の成長後にも、上記同様に機械的研削法による研削処理、及び、ＣＭＰ法による仕上げ研磨を行うことにより、ＳｉＣウェハの表面の荒れの除去処理や平坦化処理を行う。
ここで、ＳｉＣ基板上のエピタキシャル層の表面にうねりや加工歪が残存した状態で、この上にトランジスタやダイオード等の半導体素子を形成して半導体装置を製造すると、ＳｉＣ本来の優れた物性値から期待されるような電気的特性が得られ難くなる。このため、上述のような、エピタキシャル層を含むＳｉＣ基板の表面の平坦化処理は、非常に重要な工程である。
一般に、ＳｉＣ基板表面のうねりや加工歪を除去する処理としては、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法を用いることが有効であり、また、表面の平坦化については、例えば、１μｍ以下の粒径のダイヤを用いた研磨や、♯１００００以上の高い番手の砥石を用いた研削が有効である。さらに、ＳｉＣエピタキシャル膜（エピタキシャル層）を成長させる前のＳｉＣ基板表面の仕上げ加工や、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜した後のウェハの仕上げ加工として、表面粗さＲａ＜０．１μｍとするためのＣＭＰ法による研磨加工が一般的に行われている。
ＳｉＣ基板の表面をＣＭＰ法で研磨する方法について、図６を用いて以下に説明する。
図６に示すように、インゴットからスライスした後、表面が機械的研削法で研削されたＳｉＣ基板１００は、ＣＭＰ研磨機２００に備えられる回転可能なＳｉＣ基板支持部２０１に取り付けられる。そして、ＳｉＣ基板１００を回転定盤２０２の表面に貼り付けられた研磨パッド２０２ａに押し当てるとともに、研磨パッド２０２ａとＳｉＣ基板１００との界面に、スラリーチューブ２０３からスラリー２０４を供給しながらＳｉＣ基板支持部２０１を回転させることにより、ＳｉＣ基板１００の研磨面（表面）１００ａを研磨する。
図６に示すように、インゴットからスライスした後、表面が機械的研削法で研削されたＳｉＣ基板１００は、ＣＭＰ研磨機２００に備えられる回転可能なＳｉＣ基板支持部２０１に取り付けられる。そして、ＳｉＣ基板１００を回転定盤２０２の表面に貼り付けられた研磨パッド２０２ａに押し当てるとともに、研磨パッド２０２ａとＳｉＣ基板１００との界面に、スラリーチューブ２０３からスラリー２０４を供給しながらＳｉＣ基板支持部２０１を回転させることにより、ＳｉＣ基板１００の研磨面（表面）１００ａを研磨する。
ここで、一般に、ＳｉＣ基板の成膜面であるＳｉ面上にエピタキシャル膜を成膜した際、膜の表面に面荒れが生じるという問題があり、特に、エピタキシャル膜が厚くなるとともに、膜表面の荒れが目立ってくるという問題がある。これは、主として、エピタキシャル膜を厚く成長させる際のステップバンチングによって生じる荒れである。
例えば、図５（ａ）に示すように、エピタキシャル膜を成膜する前のＳｉＣ基板は、ＣＭＰ法による研磨加工が施されているため、面荒れは殆ど見られず、ＡＦＭ画像による評価においても、凹凸や欠陥はほとんど検出されない。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、その後、ＳｉＣ基板上に、３０μｍ程度と厚めのエピタキシャル膜を成膜すると、膜表面の全体にわたって荒れが生じた状態となり、ＡＦＭ評価においてもステップバンチングが検出され、さらに、数１０μｍオーダーの巨大なエピタキシャル欠陥も発生し易くなる。
一方、上述のようなステップバンチングによって生じる荒れは、膜厚方向で概ね０．０１μｍ程度の高さである。このため、図５（ｃ）に示すように、荒の生じたエピタキシャル膜の表面に、例えば、１μｍ程度の除去量でＣＭＰ加工を施すことにより、ステップバンチング等の荒れは除去できる。即ち、上述のような方法でエピタキシャル膜表面の荒れを除去できれば、高耐圧デバイス向けのエピタキシャル膜としての厚い膜厚を維持し、且つ、荒れの少ないＳｉＣエピタキシャル基板を形成することが可能となる。従って、その後のデバイス形成工程において素子特性に優れたデバイスを製造できるというメリットが得られることから、エピタキシャル膜表面の仕上げ研磨加工は非常に重要である。
上述のような、ＳｉＣ基板上に成膜したエピタキシャル膜の表面の荒れを除去することを目的として、ＳｉＣ基板表面をＣＭＰ法によって研磨加工する方法としては、例えば、特許文献１に記載のような方法が提案されている。特許文献１に記載には、回転テーブルに複数のＳｉＣ基板を取り付け、バッジ処理でＣＭＰ研磨加工する方法が開示されている。
また、特許文献２には、半導体装置の製造工程において、チャネル領域を形成するにあたり、エピタキシャル膜を研磨して平坦化することで、チャネル領域を形成する方法が開示されている。
ここで、上述したＳｉＣ基板の成膜面（Ｓｉ面）のみならず、その裏面側であるＣ面においても、Ｓｉ面側におけるエピタキシャル成長条件、例えば、成長炉のタイプや成膜温度等の条件設定により、Ｓｉ面上のエピタキシャル膜と同様に、基板表面が曇る等の荒れが生じる場合がある。例えば、図７（ａ）の顕微鏡写真に示すように、ＳｉＣ基板のＳｉ面上にエピタキシャル膜を成膜する前における裏面側のＣ面は、ダイヤモンド研磨等によって鏡面に仕上げられているが、図７（ｂ）に示すように、エピタキシャル膜の成膜後は、荒れが生じた状態となっている。このような荒れが生じる原因としては、例えば、装置を構成するＳｉＣ部材からの転写や、ＳｉＣ基板からのカーボン抜け等によるものが考えられる。また、例えば、成膜温度が１５００℃程度と高温である場合には、ほとんどの材料は昇華するので、その材料ガスが基板裏面側に回り込むことでＣ面に荒れが生じることも考えられる。
このように、Ｃ面に荒れが生じた場合においても、Ｓｉ面の場合と同様、ＳｉＣ基板のＳｉ面にエピタキシャル膜を成膜した後に、Ｃ面側にも研磨加工を施せば、該Ｃ面の荒れを除去することが可能である。このように、ＳｉＣ基板のＣ面に生じた荒れを除去できれば、その後の評価工程におけるＳｉＣ基板の吸着エラー等を抑制できる等の効果が得られることからも、Ｃ面を研磨することは重要である。
一方、Ｓｉ面にエピタキシャル膜を成膜後、例えば、ＳｉＣ基板の両面側、即ち、エピタキシャル膜が成膜されたＳｉ面側と裏面であるＣ面側を各々別工程で研磨加工した場合には、工程数が多くなることから生産性向上の妨げになり、また、コストアップの要因となる。このため、ＳｉＣ基板のＳｉ面に成膜されたエピタキシャル膜に加え、Ｃ面の研磨加工を行う場合には、これら両面を同時に研磨加工することが望まれる。
しかしながら、ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面の両面研磨を、従来から用いられているコロイダルシリカ等の研磨剤を含むスラリーを用いたＣＭＰ研磨加工によって行った場合、元々、コロイダルシリカを含んだスラリーは、Ｓｉ面の加工レートが遅いうえ、Ｓｉ面の加工レートを最適化すると、Ｃ面側の加工レートが極端に低下することがある。このため、例え、各面の加工レートのバランスを調整したとしても、レートの絶対値が低いことから、エピタキシャル成長による面の荒れを除去するためには、加工時間が長大化するという問題がある。
一般的に、エピタキシャル成長時に生じるステップバンチングは、高さ寸法がそれほど大きくないことから、Ｓｉ面側においては、それほど高い研磨加工レートが必要とされない。それにも関わらず、ダイヤモンドスラリーを用いてＳｉＣ基板の両面研磨を行った場合には、Ｓｉ面側のエピタキシャル膜が大きく削られることから、特に、大きな膜厚が必要とされる高耐圧デバイス向けのＳｉＣウェハを製造するのが極めて困難となっていた。
上述のように、従来、ＣＭＰ研磨加工によってＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面の両面研磨を行うにあたり、エピタキシャル膜を削りすぎること無く、Ｓｉ面及びＣ面の両面を適正な研磨レートで研磨加工する技術については、何ら提案されていなかった。このため、エピタキシャル膜の大きな膜厚を確保しながら荒れを除去するとともに、裏面側であるＣ面の荒れも確実に除去できる研磨方法が切に求められていた。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＣＭＰ法による両面研磨を行った場合であっても、Ｓｉ面のエピタキシャル膜を削りすぎること無く、且つ、エピタキシャル層表面の荒れを除去でき、さらに、Ｃ面の荒れも効果的に除去することが可能な、生産性及び歩留まりに優れたＳｉＣ基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、上述したような、ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面の両面研磨をＣＭＰ法で行う場合に、Ｓｉ面に形成したエピタキシャル層を削りすぎること無く一定以上の膜厚を確保しながら、ステップバンチング等に由来する荒れを除去し、且つ、裏面側であるＣ面を所定以上のレートで研磨することで、Ｃ面の荒れを除去するため、鋭意検討を重ねた。この結果、ＣＭＰスラリーとして、好ましくは過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、より好ましくはアルミナを研磨剤として含むＳｉ面用の超高レートＣＭＰスラリーを用い、且つ、Ｃ面側の選択比が高い条件を採用することにより、エピタキシャル層表面の荒れを除去しつつ該エピタキシャル層の除去量を最小限に抑制でき、且つ、Ｃ面の荒れも除去することが可能となることを知見した。即ち、スラリー種やＣ面／Ｓｉ面加工選択比等のＣＭＰ研磨加工条件を適正範囲としてＳｉＣ基板を両面研磨することにより、簡便なプロセスで生産性を損なうことなく、また、エピタキシャル層の大きな膜厚を確保しながら、Ｓｉ面（エピタキシャル層）及びＣ面の両面において荒れを確実に除去することができ、さらに、エピタキシャル層表面の平坦度も改善されることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
即ち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１） ＳｉＣ基板の表面を研磨する工程を備えたＳｉＣ基板の製造方法であって、前記ＳｉＣ基板に備えられるＳｉ面及びＣ面の両面に対し、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比を３．０以上として両面研磨加工を施すＣＭＰ工程を少なくとも具備することを特徴とするＳｉＣ基板の製造方法。
（２） 前記ＳｉＣ基板が、前記Ｓｉ面側に、さらにエピタキシャル層が積層されてなるＳｉＣ基板であることを特徴とする（１）に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（３） 前記ＣＭＰ工程は、スラリーとして、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、ｐＨが２〜６の過マンガン酸カリウム系スラリーを用いることを特徴とする（１）又は（２）に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（４） 前記ＣＭＰ工程は、前記過マンガン酸カリウム系スラリーとして、アルミナを研磨剤として含むスラリーを用いることを特徴とする（３）に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（５） 前記ＣＭＰ工程は、前記ＳｉＣ基板に対して研磨パッドが押し付けられる研磨荷重が１００〜５００（ｇ／ｃｍ２）の範囲であることを特徴とする（１）〜（４）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（６） 前記ＣＭＰ工程は、前記ＳｉＣ基板のＳｉ面の研磨加工レートが０．５〜３．０（μｍ／ｈｒ）であり、且つ、Ｃ面の研磨加工レートが３〜１５（μｍ／ｈｒ）であることを特徴とする（１）〜（５）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（７） 前記ＣＭＰ工程の前に、さらに、前記ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面を機械式研磨法によって研磨する粗研磨工程を含むことを特徴とする（１）〜（６）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（２） 前記ＳｉＣ基板が、前記Ｓｉ面側に、さらにエピタキシャル層が積層されてなるＳｉＣ基板であることを特徴とする（１）に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（３） 前記ＣＭＰ工程は、スラリーとして、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、ｐＨが２〜６の過マンガン酸カリウム系スラリーを用いることを特徴とする（１）又は（２）に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（４） 前記ＣＭＰ工程は、前記過マンガン酸カリウム系スラリーとして、アルミナを研磨剤として含むスラリーを用いることを特徴とする（３）に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（５） 前記ＣＭＰ工程は、前記ＳｉＣ基板に対して研磨パッドが押し付けられる研磨荷重が１００〜５００（ｇ／ｃｍ２）の範囲であることを特徴とする（１）〜（４）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（６） 前記ＣＭＰ工程は、前記ＳｉＣ基板のＳｉ面の研磨加工レートが０．５〜３．０（μｍ／ｈｒ）であり、且つ、Ｃ面の研磨加工レートが３〜１５（μｍ／ｈｒ）であることを特徴とする（１）〜（５）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
（７） 前記ＣＭＰ工程の前に、さらに、前記ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面を機械式研磨法によって研磨する粗研磨工程を含むことを特徴とする（１）〜（６）の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
なお、本発明における「ＳｉＣ基板」とは、少なくとも一方の表面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）か、あるいは、ＳｉＣ基板そのものの両方を含むものである。即ち、本発明において「ＳｉＣ基板の表面を研磨することで該表面を平坦化する」とは、Ｓｉ面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）の表面（エピタキシャル層面及びＣ面）を研磨する場合と、ＳｉＣ基板そのものの表面（Ｓｉ面及びＣ面）を研磨する場合の何れをも含む。
本発明のＳｉＣ基板の製造方法によれば、Ｓｉ面及びＣ面を有してなるＳｉＣ基板を、ＣＭＰ法により、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比を所定以上としてＳｉ面及びＣ面を両面研磨加工する方法を採用している。このように、ＣＭＰ研磨加工条件を適正範囲としてＳｉＣ基板を両面研磨することにより、簡便なプロセスで、Ｓｉ面に成膜されたエピタキシャル層表面の荒れを除去しつつ該エピタキシャル層の除去量を最小限に抑制でき、且つ、Ｃ面の荒れも除去することが可能となり、さらに、両面を同時に加工することで、平坦度、即ち、ＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ Ｂａｃｋ Ｉｄｅａｌ Ｒａｎｇｅ（ＴＴＶ：Ｔｏｔａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）やＳＢＩＲ（Ｓｉｔｅ Ｂａｃｋ Ｉｄｅａｌ Ｒａｎｇｅ（ＬＴＶｍａｘ：Ｌｏｃａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）の改善も期待できる。従って、表面特性に優れ、高耐圧デバイスに適用可能なＳｉＣ基板を、生産性及び歩留まり良く製造することが可能となる。
以下、本発明を適用したＳｉＣ基板の製造方法について、主に図１〜図４を適宜参照しながら詳細に説明する（図６の従来図及び図７の顕微鏡写真も一部参照）。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
＜ＳｉＣ基板＞
本発明の方法における被研磨物であるＳｉＣ基板は、各種の半導体デバイスに用いられる半導体基板であり、エピタキシャル層が形成されるＳｉ面と、その裏面側のＣ面とを有する。このようなＳｉＣ基板は、まず、例えば昇華法等によって作製したＳｉＣバルク単結晶のインゴットの外周を研削して円柱状に加工した後、ワイヤーソー等を用いて円板状にスライス加工し、外周部を面取りして所定の直径に仕上げることで製造できる。この際のＳｉＣバルク単結晶としては、何れのポリタイプのものも用いることができ、実用的なＳｉＣデバイスを作製するためのＳｉＣバルク単結晶として主に採用されている４Ｈ−ＳｉＣを用いることができる。
本発明の方法における被研磨物であるＳｉＣ基板は、各種の半導体デバイスに用いられる半導体基板であり、エピタキシャル層が形成されるＳｉ面と、その裏面側のＣ面とを有する。このようなＳｉＣ基板は、まず、例えば昇華法等によって作製したＳｉＣバルク単結晶のインゴットの外周を研削して円柱状に加工した後、ワイヤーソー等を用いて円板状にスライス加工し、外周部を面取りして所定の直径に仕上げることで製造できる。この際のＳｉＣバルク単結晶としては、何れのポリタイプのものも用いることができ、実用的なＳｉＣデバイスを作製するためのＳｉＣバルク単結晶として主に採用されている４Ｈ−ＳｉＣを用いることができる。
スライス加工によって円板状とされたＳｉＣ基板は、最終的に表面が鏡面研磨されるが、まず、従来公知の機械的研磨法を用いて表面を研磨することで、研磨面の凹凸を大まかに除去するとともに平行度を整えることができる。そして、機械的研磨法を用いて表面が研磨されたＳｉＣ基板の表面が、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法によってメカノケミカル研磨されることにより、表面が鏡面且つ面粗さＲａが０．１（ｎｍ）以下に仕上げられたＳｉＣ基板となる。この際、ＳｉＣ基板の片面、即ちＳｉ面のみが研磨され、鏡面とされていても良いが、Ｓｉ面及びＣ面の両面それぞれが研磨された鏡面であっても良い。
ＳｉＣ基板は、表面の研磨処理により、上記のインゴットをスライス加工する際に発生するうねりや加工歪が除去されるとともに、基板の表面が平坦化された鏡面となる。このような表面が鏡面に研磨されたＳｉＣ基板は、平坦性に非常に優れたものとなり、さらに、ＳｉＣ基板上に各種のエピタキシャル層を形成したウェハは、各層の結晶特性に優れたものとなる。ＳｉＣ基板は、通常、この上にＳｉＣデバイスの活性領域となるエピタキシャル層が化学的気相成長法（ＣＶＤ）等によって形成され、ＳｉＣエピタキシャルウェハとして用いられる。
なお、上述したが、本発明における被研磨物である「ＳｉＣ基板」は、Ｓｉ面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）に加え、ＳｉＣ基板そのものの両方を含む。従って、本実施形態で説明するＳｉＣ基板の研磨には、Ｓｉ面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）の両面（Ｓｉ面及びＣ面）を研磨する場合に加え、ＳｉＣ基板そのものの両面を研磨する場合の両方が含まれる。また、本実施形態においては、Ｓｉ面にエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板のＳｉ面（エピタキシャル層の表面）及びＣ面を研磨する場合について説明する。
上述のようなＳｉＣ基板（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）の表面を研磨する場合、エピタキシャル成長中に生じたエピタキシャル層表面の微小な段差等の凹凸を除去してさらに平坦化するとともに、エピタキシャル層表面の荒れを除去することにより、電子デバイスを形成する際に、その上に形成される酸化膜との界面の品質を向上させ、高品質のデバイスを得ることが可能となる。特に、高耐圧デバイスに用いられるＳｉＣ基板のように、エピタキシャル成長層が厚い場合には、表面にステップバンチングによる段差等が発生しやすいため、本発明に係るＣＭＰ研磨を行うことがより有効である。また、エピタキシャル層の表面は、スライス加工された段階のＳｉＣ基板に比べて平坦であるため、エピタキシャル層の表面をＣＭＰ法で研磨する場合には、機械的研磨法による表面研磨を省略することができる。
また、本実施形態では、エピタキシャル層が形成されたＳｉＣ基板のＳｉ面の研磨と同時に、裏面側のＣ面も研磨する両面研磨を採用している。これにより、Ｓｉ面にエピタキシャル層を形成する際のエピタキシャル成長条件等により、Ｃ面側に生じた荒れについても、Ｓｉ面側のエピタキシャル層表面の荒れと同時に除去することが可能となる。このように、ＳｉＣ基板のＳｉ面のみならず、Ｃ面側にもＣＭＰ加工を施すことで該Ｃ面に生じた荒れを除去できれば、その後の評価工程におけるＳｉＣ基板の吸着エラー等を抑制できる等の効果が得られることから、生産性や歩留まりの向上につながる。
＜研磨装置＞
以下に、本実施形態で説明するＳｉＣ基板の製造方法で用いる、ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面の両面を同時にＣＭＰ研磨加工するための研磨装置の一例について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の研磨装置２は、上面側が研磨面とされた下定盤２２と、下定盤２２の上方に上下動自在に支持され、下面側が研磨面とされた上定盤２１とを備える。また、上定盤２１の下面側、及び、下定盤２２の上面側には、ＳｉＣ基板１の各表面を研磨するための研磨パッド２１ａ、２２ａが貼り付け固定されている。また、研磨装置２には、ＣＭＰ研磨加工を行うためのスラリーＳを、上定盤２１を貫通するように複数設けられたスラリー供給孔２１ｂを介して、上定盤２１と下定盤２２との間に供給するスラリーチューブ２３が備えられている。
以下に、本実施形態で説明するＳｉＣ基板の製造方法で用いる、ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面の両面を同時にＣＭＰ研磨加工するための研磨装置の一例について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の研磨装置２は、上面側が研磨面とされた下定盤２２と、下定盤２２の上方に上下動自在に支持され、下面側が研磨面とされた上定盤２１とを備える。また、上定盤２１の下面側、及び、下定盤２２の上面側には、ＳｉＣ基板１の各表面を研磨するための研磨パッド２１ａ、２２ａが貼り付け固定されている。また、研磨装置２には、ＣＭＰ研磨加工を行うためのスラリーＳを、上定盤２１を貫通するように複数設けられたスラリー供給孔２１ｂを介して、上定盤２１と下定盤２２との間に供給するスラリーチューブ２３が備えられている。
上定盤２１及び下定盤２２は、モーター等からなる図示略の駆動装置により、支持軸２０を中心として互いに反対方向に回転される（図１（ａ）中に示す矢印Ｒを参照）。
上定盤２１は、該上定盤２１の上方に設置された図示略の駆動装置によって支持軸２０を中心に回転自在とされている。また、上定盤２１は、例えば、図示略のスライド駆動手段等によって上下動可能に構成されている。
下定盤２２は、該下定盤２２の下方に設置された図示略の駆動装置によって、支持軸２０を中心に回転駆動される。また、下定盤２２は、その下面側が、例えば、図示略のリング状ベアリング等によって支持されている。
上定盤２１は、該上定盤２１の上方に設置された図示略の駆動装置によって支持軸２０を中心に回転自在とされている。また、上定盤２１は、例えば、図示略のスライド駆動手段等によって上下動可能に構成されている。
下定盤２２は、該下定盤２２の下方に設置された図示略の駆動装置によって、支持軸２０を中心に回転駆動される。また、下定盤２２は、その下面側が、例えば、図示略のリング状ベアリング等によって支持されている。
上定盤２１と下定盤２２との間には、被研磨物であるＳｉＣ基板１を保持する円形孔２４ａを有するキャリアプレート２４が配置される。このキャリアプレート２４は、下定盤２２の中心孔に配置された、公知の機構を有する図示略の内側ピン歯車と外側ピン歯車とによる遊星運動で、自転、且つ、公転するように回転駆動される。なお、図１（ａ）、（ｂ）に示す例では、図示及び説明の都合上、下定盤２２上においてキャリアプレート２４を１箇所にのみ配置しているが、通常、キャリアプレート２４は、上定盤２１及び下定盤２２の円周方向において複数配置される。また、図示例のキャリアプレート２４は、ＳｉＣ基板１を保持する円形孔２４ａが計３箇所に設けられているが、これには限定されず、円形孔２４ａの数は適宜設定することが可能である。
研磨パッド２１ａ、２２ａは、それぞれ上定盤２１及び下定盤２２の表面に貼り付けられ、キャリアプレート２４で保持されたＳｉＣ基板１を両面側から挟み込むように配置される。そして、研磨パッド２１ａ、２２ａは、上定盤２１及び下定盤２２とともに回転しながら、ＳｉＣ基板１に対して該ＳｉＣ基板１の両面側から押し当てられることにより、ＳｉＣ基板１の両面を同時に研磨する。これにより、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａが平坦化処理されるとともに、Ｓｉ面１ａ及びＣ面１ｂに生じた荒れが除去される。この際、例えば、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａが上定盤２１側、Ｃ面１ｂが下定盤２２側を向くようにＳｉＣ基板１を配置することで、Ｓｉ面１ａ上に形成されたエピタキシャル層１１が研磨パッド２１ａによって研磨され、Ｃ面１ｂが研磨パッド２２ａによって研磨される。
研磨パッド２１ａ、２２ａとしては、例えば、従来からこの分野で用いられている不織布やスエード材等を用いることができる。
研磨パッド２１ａ、２２ａに用いられる織布やスエード材としては、例えば、ニッタハース社製のＳＵＢＡ４００等の不織布を、何ら制限無く用いることができる。
研磨パッド２１ａ、２２ａに用いられる織布やスエード材としては、例えば、ニッタハース社製のＳＵＢＡ４００等の不織布を、何ら制限無く用いることができる。
スラリーチューブ２３は、ＳｉＣ基板１と研磨パッド２１ａ、２２ａとの界面にスラリー（研磨剤）Ｓを供給するものであり、その先端が上定盤２１に設けられたスラリー供給孔２１ｂに接続されている。そして、スラリーチューブ２３は、図示略のスラリータンクからポンプ手段等によって通液されたスラリーＳを、スラリー供給孔２１ｂから、研磨パッド２１ａ、２２ａ間に向けて吐出する。これにより、ＳｉＣ基板１と研磨パッド２１ａ、２２ａとの界面にスラリーＳが供給される。
研磨装置２によれば、スラリーＳをＳｉＣ基板１と研磨パッド２１ａ、２２ａとの界面に供給しつつ、上定盤２１及び下定盤２２を回転させ、且つ、キャリアプレート２４を回転させることにより、研磨パッド２１ａ、２２ａ間に挟まれたＳｉＣ基板１の両面を同時にＣＭＰ研磨加工することができる。
本実施形態の製造方法によれば、詳細を後述するように、上述のような研磨装置２を用い、ＳｉＣ基板１を、ＣＭＰ法により、好ましくは過マンガン酸カリウムを酸化剤として含む過マンガン酸カリウム系スラリーを用い、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比を所定以上としてＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを両面研磨する。これにより、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ側に形成された図示略のエピタキシャル層の表面の荒れを除去しつつ、このエピタキシャル層の除去量を最小限に抑制でき、且つ、Ｃ面１ｂの荒れも除去することが可能となる。
＜製造方法＞
本発明に係るＳｉＣ基板１の製造方法は、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを両面研磨する方法である。また、以下の説明においては、図１（ａ）、（ｂ）に示す研磨装置２を用いて、Ｓｉ面１ａ側に図示略のエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを同時に研磨する場合を例示する。
本発明に係るＳｉＣ基板１の製造方法は、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを両面研磨する方法である。また、以下の説明においては、図１（ａ）、（ｂ）に示す研磨装置２を用いて、Ｓｉ面１ａ側に図示略のエピタキシャル層が積層されたＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを同時に研磨する場合を例示する。
本発明に係る製造方法は、Ｓｉ面１ａ及びＣ面１ｂを有してなるＳｉＣ基板１を、ＣＭＰ法によって両面研磨する方法である。そして、本実施形態では、ＣＭＰスラリーとして、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、さらに、アルミナを研磨材として含む過マンガン酸カリウム系スラリーを用いるとともに、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比を、３．０以上としてＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを両面研磨加工するＣＭＰ工程を少なくとも具備する。
［ＳｉＣ基板の準備］
本実施形態では、まず、被研磨物であるＳｉＣ基板を得るにあたり、ＳｉＣバルク単結晶のインゴットを準備し、このインゴットの外周を研削して、円柱状のインゴットに加工する。その後、ワイヤーソー等により、インゴットを円板状にスライス加工し、さらに、その外周部を面取りすることで、所定の直径を有するＳｉＣ基板１に仕上げる。
本実施形態では、まず、被研磨物であるＳｉＣ基板を得るにあたり、ＳｉＣバルク単結晶のインゴットを準備し、このインゴットの外周を研削して、円柱状のインゴットに加工する。その後、ワイヤーソー等により、インゴットを円板状にスライス加工し、さらに、その外周部を面取りすることで、所定の直径を有するＳｉＣ基板１に仕上げる。
本実施形態においては、ＳｉＣバルク単結晶の成長方法や、インゴットの研削加工方法、スライス加工方法等については、特に限定されることなく、従来公知の方法を採用できる。なお、通常、研削、研磨を施す前のＳｉＣ基板の表面には、数１０μｍ程度の厚みのばらつきやうねり、凹凸が生じた状態となっている。
［ＳｉＣ基板の粗研磨工程］
粗研磨工程では、後述のエピタキシャル層を形成する前のＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを、機械式研磨法によって研磨する。
具体的には、詳細な図示を省略するが、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法により、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂにおける比較的大きなうねりや加工歪等の凹凸を除去する研磨処理を行う。この際、従来公知のラップ研磨装置を用いて、キャリアプレートにＳｉＣ基板を保持させ、スラリーを供給するとともに、キャリアプレートを遊星運動させながら定盤を回転させることにより、ＳｉＣ基板の片面あるいは両面を同時にラップ研磨する方法を採用することができる。
粗研磨工程では、後述のエピタキシャル層を形成する前のＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを、機械式研磨法によって研磨する。
具体的には、詳細な図示を省略するが、例えば、ラップ研磨等の機械式研磨法により、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂにおける比較的大きなうねりや加工歪等の凹凸を除去する研磨処理を行う。この際、従来公知のラップ研磨装置を用いて、キャリアプレートにＳｉＣ基板を保持させ、スラリーを供給するとともに、キャリアプレートを遊星運動させながら定盤を回転させることにより、ＳｉＣ基板の片面あるいは両面を同時にラップ研磨する方法を採用することができる。
ＳｉＣ基板の両面を研磨する場合には、まず、キャリアプレートに形成された円形孔にＳｉＣ基板を収納して保持させる。
次いで、キャリアプレートに保持されたＳｉＣ基板を上下の定盤で挟み込み、研磨荷重Ｆをかけた状態で、定盤の間に研磨剤を含むスラリーを供給しながら、２枚の定盤を交互に対向して回転させ、ＳｉＣ基板の表裏を削り取る。これにより、ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面が次第に研磨され、各面に残留したうねりの凸部が先行して除去される。この際の加工砥粒としては、例えばダイヤモンド砥粒等を用いる。また、粗研磨工程において、ＳｉＣ基板の片面のみを研磨する場合には、例えば、ＳｉＣ基板の被研磨面と反対側の面を、接着材等を用いてキャリアプレートに貼り付け、ＳｉＣ基板を貼り付けたキャリアプレートと定盤とを対向させて、上記同様の研磨を行う。
このような粗研磨工程で研磨されたＳｉＣ基板の表面は、大きなうねりや加工歪等の凹凸が除去された状態となる。
次いで、キャリアプレートに保持されたＳｉＣ基板を上下の定盤で挟み込み、研磨荷重Ｆをかけた状態で、定盤の間に研磨剤を含むスラリーを供給しながら、２枚の定盤を交互に対向して回転させ、ＳｉＣ基板の表裏を削り取る。これにより、ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面が次第に研磨され、各面に残留したうねりの凸部が先行して除去される。この際の加工砥粒としては、例えばダイヤモンド砥粒等を用いる。また、粗研磨工程において、ＳｉＣ基板の片面のみを研磨する場合には、例えば、ＳｉＣ基板の被研磨面と反対側の面を、接着材等を用いてキャリアプレートに貼り付け、ＳｉＣ基板を貼り付けたキャリアプレートと定盤とを対向させて、上記同様の研磨を行う。
このような粗研磨工程で研磨されたＳｉＣ基板の表面は、大きなうねりや加工歪等の凹凸が除去された状態となる。
粗研磨工程において、エピタキシャル層を形成する前のＳｉＣ基板に対して、ラップ研磨によって機械式研磨を行う場合の加工圧力、即ち、ＳｉＣ基板を研磨する際に加えられる研磨荷重Ｆは、１０〜１００ｇ／ｃｍ２の範囲とすることが好ましい。この加工圧力は研磨レートに対応するが、その範囲を上記とすることにより、ＳｉＣ基板表面のうねりや加工歪等の凹凸を短時間で除去できるような研磨レートとすることが可能となる。ＳｉＣ基板に加えられる加工圧力が上記範囲を超えると、スライス加工後の「厚さのばらつき」や「うねり」が大きなＳｉＣ基板に対して、局所的に力が加わりやすくなり、ＳｉＣ基板に割れやクラック等が生じる可能性がある。
また、この際に用いる砥粒の粒径は、直径の平均が１０μｍ以下であることが好ましい。
また、この際に用いる砥粒の粒径は、直径の平均が１０μｍ以下であることが好ましい。
なお、本実施形態で説明するＳｉＣ基板の粗研磨工程では、上記のようなラップ研磨による粗研磨を行う方法を例に挙げているが、例えば、ラップ研磨の後にポリッシュを用いた精密な研磨を行うことで、ＳｉＣ基板１の各面を超精密研磨する方法としても良い。
あるいは、上記のラップ研磨において、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍ（２５０ｎｍ）程度の、ポリッシュにおいても用いられる細やかなダイヤモンドスラリーを用い、精密な研磨を行うことも可能である。
また、上述のようなＳｉＣ基板の粗研磨工程を複数回で行っても良い。
あるいは、上記のラップ研磨において、二次粒子の平均粒径が０．２５μｍ（２５０ｎｍ）程度の、ポリッシュにおいても用いられる細やかなダイヤモンドスラリーを用い、精密な研磨を行うことも可能である。
また、上述のようなＳｉＣ基板の粗研磨工程を複数回で行っても良い。
［ＳｉＣ基板の平坦化工程］
次に、平坦化工程においては、上記粗研磨工程において凹凸及び平行度が整えられたＳｉＣ基板１に対して、ＣＭＰ法によって超精密研磨（鏡面研磨）を施すことで、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａを平坦化する。また、裏面であるＣ面１ｂを、ダイヤモンドスラリーを用いてポリッシュすることで鏡面研磨を行う。
次に、平坦化工程においては、上記粗研磨工程において凹凸及び平行度が整えられたＳｉＣ基板１に対して、ＣＭＰ法によって超精密研磨（鏡面研磨）を施すことで、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａを平坦化する。また、裏面であるＣ面１ｂを、ダイヤモンドスラリーを用いてポリッシュすることで鏡面研磨を行う。
具体的には、図示を省略するが、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示す研磨装置２と同様の装置を用いて、エピタキシャル層が形成される前のＳｉＣ基板１を両面研磨することが可能である。あるいは、図６に示すような、従来から用いられている片面研磨装置を用いてＳｉＣ基板１の両面を交互に研磨することも可能である。
エピタキシャル層が形成される前のＳｉＣ基板１をＣＭＰ法によって超精密研磨を施す際の条件としては、従来より採用されている、ＳｉＣ基板そのものを研磨する場合の各種条件を、何ら制限無く適用することが可能である。
［エピタキシャル工程］
次に、エピタキシャル工程においては、凹凸及び平行度が整えられ、平坦化されたＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ上に、エピタキシャル層を成長させる。なお、図１（ａ）、（ｂ）においては、このエピタキシャル層の図示を省略している。
エピタキシャル工程は、具体的には、従来公知のＣＶＤ法等を用いて、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ上に、半導体デバイスを構成するためのＳｉＣエピタキシャル層を成膜する。
次に、エピタキシャル工程においては、凹凸及び平行度が整えられ、平坦化されたＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ上に、エピタキシャル層を成長させる。なお、図１（ａ）、（ｂ）においては、このエピタキシャル層の図示を省略している。
エピタキシャル工程は、具体的には、従来公知のＣＶＤ法等を用いて、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ上に、半導体デバイスを構成するためのＳｉＣエピタキシャル層を成膜する。
［ＣＭＰ工程］
次に、ＣＭＰ工程においては、Ｓｉ面１ａに図示略のエピタキシャル層が形成されたＳｉＣ基板（ＳｉＣウェハ）１に対して、ＣＭＰ法によって研磨加工を施す。
次に、ＣＭＰ工程においては、Ｓｉ面１ａに図示略のエピタキシャル層が形成されたＳｉＣ基板（ＳｉＣウェハ）１に対して、ＣＭＰ法によって研磨加工を施す。
具体的には、図１（ａ）、（ｂ）に示すような研磨装置２を使用して、ＳｉＣ基板１の両面、即ち、エピタキシャル層が成膜されたＳｉ面１ａ、及び、裏面側のＣ面１ｂに対して、過マンガン酸カリウム系スラリーを用いるとともに、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比を３．０以上として、ＣＭＰによる両面研磨加工を施す。
（手順）
まず、研磨装置２に備えられるキャリアプレート２４に形成された円形孔２４ａに、被研磨物であるＳｉＣ基板１を配置して保持させる。この際、例えば、エピタキシャル層が成膜されたＳｉ面１ａ側を上面側、Ｃ面１ｂを下面側として配置することで、Ｓｉ面１ａと上定盤２１に貼り付けられた研磨パッド２１ａとが対向するとともに、Ｃ面１ｂと下定盤２２に貼り付けられた研磨パッド２２ａとが対向するように、ＳｉＣ基板１を配置する。また、図示例では、キャリアプレート２４に形成された３箇所の円形孔２４ａの各々に、ＳｉＣ基板１を配置して保持させている。
まず、研磨装置２に備えられるキャリアプレート２４に形成された円形孔２４ａに、被研磨物であるＳｉＣ基板１を配置して保持させる。この際、例えば、エピタキシャル層が成膜されたＳｉ面１ａ側を上面側、Ｃ面１ｂを下面側として配置することで、Ｓｉ面１ａと上定盤２１に貼り付けられた研磨パッド２１ａとが対向するとともに、Ｃ面１ｂと下定盤２２に貼り付けられた研磨パッド２２ａとが対向するように、ＳｉＣ基板１を配置する。また、図示例では、キャリアプレート２４に形成された３箇所の円形孔２４ａの各々に、ＳｉＣ基板１を配置して保持させている。
次に、下定盤２２及び研磨パッド２２ａを所定の回転数で回転させた状態とするとともに、キャリアプレート２４を自転させることで、このキャリアプレート２４を、ＳｉＣ基板１を保持した状態で、自転、且つ、公転するように回転駆動する。次いで、スラリーチューブ２３に、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、且つ、アルミナを研磨剤として含む後述のスラリー（過マンガン酸カリウム系スラリー）Ｓを通液することにより、上定盤２１に設けられたスラリー供給孔２１ｂから、研磨パッド２１ａ及びキャリアプレート２４（ＳｉＣ基板１）の上にスラリーＳを供給する。次いで、上定盤２１を下方に移動させ、エピタキシャル層が成膜されたＳｉ面１ａと研磨パッド２１ａとを接触させるとともに、Ｃ面１ｂと研磨パッド２２ａとを接触させる。その後、上定盤２１及び下定盤２２を所定の回転数で回転させることで、Ｓｉ面１ａ及びＣ面１ｂの研磨を開始する。この際、図１（ａ）中に矢印Ｒで示すように、上定盤２１と下定盤２２とは、それぞれ逆方向に回転させる。
上述のように、スラリーＳを、研磨パッド２１ａ及びキャリアプレート２４、並びに、ＳｉＣ基板１の上、即ち、ＳｉＣ基板１と研磨パッド２１ａ、２２ａとの界面に供給しつつ、上定盤２１及び下定盤２２を回転させるとともに、さらにキャリアプレート２４を回転させることにより、研磨パッド２１ａ、２２ａ間に挟まれたＳｉＣ基板１の両面を同時に研磨する。本実施形態によれば、上記手順でＳｉＣ基板１の両面研磨を行うことにより、１回のプロセスで、エピタキシャル層の成長時にＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂに生じた荒れを除去するとともに、Ｓｉ面１ａ上に残存した微細な凹凸等が平坦化される。
次に、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂが平坦化、鏡面研磨された段階で、研磨動作を停止させる。具体的には、上定盤１及び研磨パッド２１ａを上方に移動させることにより、研磨パッド２２ａ、キャリアプレート２４及びＳｉＣ基板１から離間させる。
次に、下定盤２２、研磨パッド２１ａ及びキャリアプレート２４を回転させながら、純水を用いて、ＳｉＣ基板１の表面を洗浄するとともに、研磨パッド２１ａ、キャリアプレート２４を洗浄する。この際、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａは、純水の直接供給によって洗浄され、Ｃ面１ｂは、回転駆動される研磨パッド２１ａ及びキャリアプレート２４と、ＳｉＣ基板１との隙間から供給される純水によって洗浄される。
次に、下定盤２２、研磨パッド２１ａ及びキャリアプレート２４を回転させながら、純水を用いて、ＳｉＣ基板１の表面を洗浄するとともに、研磨パッド２１ａ、キャリアプレート２４を洗浄する。この際、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａは、純水の直接供給によって洗浄され、Ｃ面１ｂは、回転駆動される研磨パッド２１ａ及びキャリアプレート２４と、ＳｉＣ基板１との隙間から供給される純水によって洗浄される。
その後、キャリアプレート２４からＳｉＣ基板１を取り外し、このＳｉＣ基板１全体を、従来公知の洗浄用薬液を用いて洗浄することにより、付着したスラリーＳを除去した後、乾燥させる。
以上の工程により、Ｓｉ面１ａ及びＣ面１ｂが平坦化、鏡面研磨されたＳｉＣ基板１を製造することができる。
以上の工程により、Ｓｉ面１ａ及びＣ面１ｂが平坦化、鏡面研磨されたＳｉＣ基板１を製造することができる。
なお、本実施形態においては、上記手順のＣＭＰ工程の前に、さらに、ＳｉＣ基板１のＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを機械式研磨法によって研磨する粗研磨工程を含む方法としても構わない。
またさらに、上記のＣＭＰ工程の後に、追加工程として、さらなる精密研磨を行っても構わない。
またさらに、上記のＣＭＰ工程の後に、追加工程として、さらなる精密研磨を行っても構わない。
なお、例えば、Ｃ面１ｂ側の荒れがひどく、該Ｃ面１ｂの除去量（研磨量）を１０μｍ以上とする必要がある場合も考えられる。このような場合には、例えば、まず、Ｃ面１ｂ側を先に片面粗加工した後に、上記条件によるＳｉＣ基板１のＣＭＰ両面研磨を行えばよい。ここで、通常、Ｓｉ面及びＣ面の各々を片面粗加工する場合には、Ｃ面１ｂの研磨前のプレートへの基板固定時に、接着面であるエピタキシャル層に深い傷が入るのを防止するため、予め、Ｓｉ面１ａを覆う保護膜を形成する必要があるが、上記の場合には、最終的にＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂの両面研磨を行うことから、上記の保護層を形成するのが不要となる。
（過マンガン酸カリウム系スラリー）
本実施形態において、ＣＭＰ研磨に用いるスラリーＳは、特に、ＳｉＣ基板のＳｉ面の研磨用として用いられ、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、且つ、研磨剤としてアルミナを含有する、過マンガン酸カリウム系超高レートスラリーである。また、スラリーＳは、Ｃ面がＳｉ面よりも研磨加工レートが高く、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比が３．０以上となるように、過マンガン酸カリウム酸化剤やアルミナ研磨剤等の組成比が適正化されてなるものである。
ここで、本実施形態において、「Ｃ面がＳｉ面よりも研磨加工レートが高い」とは、Ｃ面の研磨加工レートが、Ｓｉ面の研磨加工レートよりも大きいことを言う。また、「Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比が３．０以上である」、即ち、「Ｓｉ面に対するＣ面の研磨加工レート比が３．０以上である」とは、Ｃ面１ｂの研磨加工レートが、Ｓｉ面１ａの研磨加工レートの３．０倍以上であることを言う。
本実施形態において、ＣＭＰ研磨に用いるスラリーＳは、特に、ＳｉＣ基板のＳｉ面の研磨用として用いられ、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、且つ、研磨剤としてアルミナを含有する、過マンガン酸カリウム系超高レートスラリーである。また、スラリーＳは、Ｃ面がＳｉ面よりも研磨加工レートが高く、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比が３．０以上となるように、過マンガン酸カリウム酸化剤やアルミナ研磨剤等の組成比が適正化されてなるものである。
ここで、本実施形態において、「Ｃ面がＳｉ面よりも研磨加工レートが高い」とは、Ｃ面の研磨加工レートが、Ｓｉ面の研磨加工レートよりも大きいことを言う。また、「Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比が３．０以上である」、即ち、「Ｓｉ面に対するＣ面の研磨加工レート比が３．０以上である」とは、Ｃ面１ｂの研磨加工レートが、Ｓｉ面１ａの研磨加工レートの３．０倍以上であることを言う。
上述したように、ＳｉＣ基板のＳｉ面上に成膜されたエピタキシャル層は、成長時のステップバンチング等により、その表面に、０．０１μｍ程度の段差からなる荒れが生じる。また、ＳｉＣ基板のＳｉ面上にエピタキシャル層を成膜すると、その成長条件に依る原因に加え、ＳｉＣ部材からの転写や材料ガスのＣ面側への回り込みの他、ＳｉＣ基板からのカーボン抜け等に起因すると考えられる荒れが、Ｓｉ面上のエピタキシャル層と同様に、Ｃ面の表面にも生じる。一方、このようなＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面に対し、コロイダルシリカ系スラリーを用いてＣＭＰ法による両面研磨を施した場合には、元々、コロイダルシリカを含んだスラリーは、Ｓｉ面の加工レートが遅いうえ、Ｓｉ面の加工レートを最適化すると、Ｃ面側の加工レートが極端に低下することがある。このため、例え、各面の加工レートのバランスを調整したとしても、レートの絶対値が低いことから、エピタキシャル成長による面の荒れを除去するためには、加工時間が長大化するという問題がある。一方、このような加工時間の長大化を回避するため、ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面に対し、例えば、ダイヤモンドスラリーを用いた両面ポリッシュ加工を施した場合には、基本的に両面の選択比が「１」となるので、Ｃ面を削った分だけ、Ｓｉ面のエピタキシャル層も削られてしまうとともに、ダイヤモンドスラリーによるポリッシュ加工でエピタキシャル層表面に荒れが生じた場合には、ＣＭＰ法による追加加工が必要になるという問題が生じる。
本発明では、スラリーＳとして、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比が３．０以上でＣ面の選択比が高い過マンガン酸カリウム系スラリーを用いることにより、Ｓｉ面１ａに成膜されたエピタキシャル層の除去量を最小限に抑制しながら、該エピタキシャル層表面の荒れを除去できる。また、本発明では、Ｓｉ面１ａの研磨加工と同時に、裏側のＣ面１ｂを大きく研磨することで、該Ｃ面１ｂの荒れを効果的に除去することが可能となる。さらに、本発明では、１ステップの工程でＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂの両面を研磨できるので、生産性が向上する。また、本発明の方法でＳｉＣ基板１の両面を同時に加工することで、平坦度（ＧＢＩＲ（ＴＴＶ）やＳＢＩＲ（ＬＴＶｍａｘ））の改善も期待できるので、表面特性に優れたＳｉＣ基板１を製造することが可能となる。
また、スラリーＳは、ＳｉＣ基板１のＣＭＰ研磨加工においてＣ面／Ｓｉ面加工選択比を上記範囲としたうえで、さらに、Ｓｉ面１ａの研磨加工レートを０．５〜３．０（μｍ／ｈｒ）、且つ、Ｃ面１ｂの研磨加工レートが３〜１５（μｍ／ｈｒ）の範囲とすることが好ましい。スラリーＳを用いたＣＭＰ研磨における、Ｓｉ面１ａ及びＣ面１ｂの研磨加工レートが上記範囲であれば、工程時間を長大化させることなく、短時間でＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂの荒れを除去することができ、生産性を向上させることが可能となる。
また、スラリーＳは、そのｐＨは特に限定されないが、例えば、ｐＨが２〜６の範囲である過マンガン酸カリウム系スラリーを用いることが、上記のＣ面／Ｓｉ面加工選択比を３．０以上に制御し易いという観点から、より好ましい。
また、スラリーＳとしては、酸化剤として過マンガン酸カリウムを含み、例えば、スラリーＳに含まれるアルミナ研磨剤が凝集してなる二次粒子の平均粒子径が０．１〜０．５μｍ程度のものを用いることができる。より具体的には、スラリーＳとして、アルミナからなる研磨材に加え、酸化剤として過マンガン酸カリウム含み、さらに、ｐＨ調整剤として、例えば硝酸を含む混合液を用いることができる。
（研磨荷重）
本実施形態で説明するＣＭＰ工程においては、ＳｉＣ基板１の直径が４インチ（１０．１６ｃｍ）の場合には、ＳｉＣ基板１に対して研磨パッド２１ａ、２２ａが押し付けられる研磨荷重Ｆが、例えば、１００〜５００（ｇ／ｃｍ２）の範囲であることが好ましい。また、ＳｉＣ基板１の直径が３インチ（７．６ｃｍ）の場合には、上記の研磨荷重Ｆが、例えば、１００〜５００（ｇ／ｃｍ２）の範囲であることが好ましい。ＣＭＰ工程では、上記したスラリーＳを用いるとともに、研磨荷重Ｆを上記範囲とすることで、ＳｉＣ基板１の研磨加工レートを最適に制御するのが容易になる。
本実施形態で説明するＣＭＰ工程においては、ＳｉＣ基板１の直径が４インチ（１０．１６ｃｍ）の場合には、ＳｉＣ基板１に対して研磨パッド２１ａ、２２ａが押し付けられる研磨荷重Ｆが、例えば、１００〜５００（ｇ／ｃｍ２）の範囲であることが好ましい。また、ＳｉＣ基板１の直径が３インチ（７．６ｃｍ）の場合には、上記の研磨荷重Ｆが、例えば、１００〜５００（ｇ／ｃｍ２）の範囲であることが好ましい。ＣＭＰ工程では、上記したスラリーＳを用いるとともに、研磨荷重Ｆを上記範囲とすることで、ＳｉＣ基板１の研磨加工レートを最適に制御するのが容易になる。
（研磨パッド及びキャリアプレートの回転数）
本実施形態で説明するＣＭＰ工程においては、ＳｉＣ基板１の直径が４インチの場合には、例えば、研磨パッド２１ａ、２２ａの回転数が１０〜６０ｒｐｍの条件とすることができる。また、キャリアプレート２４の回転数については、特に限定されず、適宜設定することができる。ＣＭＰ工程では、スラリーＳを用い、研磨荷重Ｆを上記範囲に規定するとともに、研磨パッド２１ａ、２２ａの回転数を上記範囲とすることにより、ＳｉＣ基板１の研磨加工レートを最適に制御するのが容易になる。
本実施形態で説明するＣＭＰ工程においては、ＳｉＣ基板１の直径が４インチの場合には、例えば、研磨パッド２１ａ、２２ａの回転数が１０〜６０ｒｐｍの条件とすることができる。また、キャリアプレート２４の回転数については、特に限定されず、適宜設定することができる。ＣＭＰ工程では、スラリーＳを用い、研磨荷重Ｆを上記範囲に規定するとともに、研磨パッド２１ａ、２２ａの回転数を上記範囲とすることにより、ＳｉＣ基板１の研磨加工レートを最適に制御するのが容易になる。
＜作用効果＞
以上説明したように、本発明のＳｉＣ基板１の製造方法によれば、Ｓｉ面１ａ及びＣ面１ｂを有してなるＳｉＣ基板１を、ＣＭＰ法により、過マンガン酸カリウム系のスラリーＳを用いるとともに、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比を所定以上としてＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを両面研磨する方法を採用している。このように、ＣＭＰ研磨加工条件を適正範囲としてＳｉＣ基板１を両面研磨することにより、簡便なプロセスで、Ｓｉ面１ａに成膜されたエピタキシャル層表面の荒れを除去しつつ、このエピタキシャル層の除去量を最小限に抑制でき、且つ、Ｃ面１ｂの荒れも除去することが可能となる。さらに、上記条件によるＳｉＣ基板１の両面を同時に加工することで、平坦度、即ち、ＧＢＩＲ（ＴＴＶ）やＳＢＩＲ（ＬＴＶｍａｘ）の改善も期待できる。従って、表面特性に優れ、高耐圧デバイスに適用可能なＳｉＣ基板１を、生産性及び歩留まり良く製造することが可能となる。
以上説明したように、本発明のＳｉＣ基板１の製造方法によれば、Ｓｉ面１ａ及びＣ面１ｂを有してなるＳｉＣ基板１を、ＣＭＰ法により、過マンガン酸カリウム系のスラリーＳを用いるとともに、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比を所定以上としてＳｉ面１ａ及びＣ面１ｂを両面研磨する方法を採用している。このように、ＣＭＰ研磨加工条件を適正範囲としてＳｉＣ基板１を両面研磨することにより、簡便なプロセスで、Ｓｉ面１ａに成膜されたエピタキシャル層表面の荒れを除去しつつ、このエピタキシャル層の除去量を最小限に抑制でき、且つ、Ｃ面１ｂの荒れも除去することが可能となる。さらに、上記条件によるＳｉＣ基板１の両面を同時に加工することで、平坦度、即ち、ＧＢＩＲ（ＴＴＶ）やＳＢＩＲ（ＬＴＶｍａｘ）の改善も期待できる。従って、表面特性に優れ、高耐圧デバイスに適用可能なＳｉＣ基板１を、生産性及び歩留まり良く製造することが可能となる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例］
本実施例においては、過マンガン酸カリウム系スラリー（ＦＵＪＩＭＩ社：ＤＳＣ−２０１）を用い、以下に示す条件で、ＳｉＣ基板のＳｉ面とＣ面を別々にＣＭＰ研磨し、この際の各面の研磨加工レートの関係を調査することで、ＣＭＰ両面研磨を行った場合の代替実験とした。
本実施例においては、過マンガン酸カリウム系スラリー（ＦＵＪＩＭＩ社：ＤＳＣ−２０１）を用い、以下に示す条件で、ＳｉＣ基板のＳｉ面とＣ面を別々にＣＭＰ研磨し、この際の各面の研磨加工レートの関係を調査することで、ＣＭＰ両面研磨を行った場合の代替実験とした。
本実施例においては、まず、ＳｉＣ基板（３インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板）のＳｉ面及びＣ面に、平均粒径：３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて両面ラップを施した後、平均粒径：１μｍのダイヤモンドスラリーを用いて両面ポリッシュ加工による粗研磨工程を施したＳｉＣ基板に対し、さらに、ＣＭＰ研磨を施した。この際、二次粒子の平均粒径が０．３（μｍ）のコロイダルシリカに、酸化剤としてＨ２Ｏ２を添加したスラリーを用いた。そして、研磨加工時間を３．０（ｈｒ）、研磨荷重を５００（ｇｆ／ｃｍ２）、定盤回転数を６０ｒｐｍ、加工レートをＳｉ面０．２（μｍ／ｈｒ）｛密度：３．２（ｇ／ｃｃ）からの重量換算｝の条件として、ＳｉＣ基板のＣＭＰ研磨加工を行った。
そして、上記の過マンガン酸カリウム系スラリー（アルミナを研磨剤として含むスラリー）を用いて、以下の条件で、ＳｉＣ基板のＳｉ面とＣ面を別々にＣＭＰ研磨し、この際の各面の研磨加工レートを図３のグラフに示した。この際、ＳｉＣ基板のＳｉ面及びＣ面の研磨条件は、それぞれ同条件とした。なお、本実施例においては、ＣＭＰ研磨加工後のＳｉＣ基板のＳｉ面にＳｉＣエピタキシャル層を成膜せずに両面研磨を行い、研磨加工レートを確認しているが、一般に、ＳｉＣ基板の研磨加工レートは、エピタキシャル層の有無による影響は無い。
（１）ＳｉＣ基板（サンプル）：３インチ、４Ｈ−ＳｉＣ−４°ｏｆｆ基板；３枚１組セット｛Ｓｉ面にエピタキシャル層なし｝
（２）ＣＭＰ研磨加工条件
Ａ．研磨装置：不二越機械工業（株）製
Ｂ．加工時間：６０ｍｉｎ
Ｃ．ＣＭＰスラリー：アルミナ＋過マンガン酸カリウム＋硝酸（ｐＨ：３）
Ｄ．スラリー量・流速：７０００ｇ以上・１００（ｍｌ／ｍｉｎ）
Ｅ．スラリー供給方法：掛け流し
Ｆ．ＣＭＰ研磨荷重：２８０ｇｆ／ｃｍ２
Ｇ．定盤回転数：６０ｒｐｍ
（２）ＣＭＰ研磨加工条件
Ａ．研磨装置：不二越機械工業（株）製
Ｂ．加工時間：６０ｍｉｎ
Ｃ．ＣＭＰスラリー：アルミナ＋過マンガン酸カリウム＋硝酸（ｐＨ：３）
Ｄ．スラリー量・流速：７０００ｇ以上・１００（ｍｌ／ｍｉｎ）
Ｅ．スラリー供給方法：掛け流し
Ｆ．ＣＭＰ研磨荷重：２８０ｇｆ／ｃｍ２
Ｇ．定盤回転数：６０ｒｐｍ
図３のグラフに示すように、過マンガン酸カリウム系スラリー（アルミナ研磨剤スラリー）を用いて、両面の研磨条件を各々同条件としてＳｉＣ基板を研磨すると、Ｓｉ面の研磨加工レートが１．３１〜１．９８（μｍ／ｈｒ）であり、Ｃ面の研磨加工レートは６．７３〜８．２４（μｍ／ｈｒ）と高く、平均して４．７という高い選択比が得られた。
上述したように、一般に、Ｓｉ面におけるエピタキシャル層表面の荒れは、主としてステップバンチングによる０．０１μｍ程度の高さのものなので、上記範囲の研磨加工レートであれば、分オーダーの短い加工時間で、エピタキシャル層の厚みを確保しながら、ほぼ完全に荒れを除去することが可能となることが明らかである。
一方、エピタキシャル成長時に、裏面側のＣ面に生じる荒れは、基板表面が曇る程度の荒れ（図７（ｂ）の顕微鏡写真を参照）であることが多く、図３のグラフに示すようにＣ面の研磨加工レートは非常に高い。このため、Ｓｉ面側のエピタキシャル層の膜厚を確保するため、表面の研磨加工を短時間で設定した場合であっても、Ｃ面側の荒れはほぼ完全に除去することが可能であることが明らかである。
また、本実施例では、ＣＭＰ研磨加工後のＳｉＣ基板の面粗さを、ＡＦＭ（５μｍ□視野）で、Ｓｉ面及びＣ面の両面で確認し、図４（ａ）にＳｉ面のＡＦＭ測定画像を示すとともに、図４（ｂ）にＣ面のＡＦＭ測定画像を示した。
この結果、Ｓｉ面においては、面粗さＲａ：０．０５６（ｎｍ）と、通常のコロイダルシリカスラリーを用いた場合のＲａ：０．０３〜０．０５（ｎｍ）に較べて若干粗いものの、一般的なステップバンチングが生じたエピタキシャル面に較べて平坦度が改善している。
一方、Ｃ面においては、面粗さＲａ：０．２（ｎｍ）と、Ｓｉ面に較べて荒れているものの、平均粒径〜１μｍのダイヤモンドスラリーで研磨した場合のＲａ：１（ｎｍ）に較べて、大幅に平坦度が改善している。
なお、上述のようなＳｉ面とＣ面の面粗さの違いは、加工レートの高いＣ面においては、ＣＭＰ加工における化学的な作用及び機械的な作用のうち、機械的な作用がより活発なことから、レートが高い分面がＳｉ面に較べて若干荒れているためと推定される。
一方、Ｃ面においては、面粗さＲａ：０．２（ｎｍ）と、Ｓｉ面に較べて荒れているものの、平均粒径〜１μｍのダイヤモンドスラリーで研磨した場合のＲａ：１（ｎｍ）に較べて、大幅に平坦度が改善している。
なお、上述のようなＳｉ面とＣ面の面粗さの違いは、加工レートの高いＣ面においては、ＣＭＰ加工における化学的な作用及び機械的な作用のうち、機械的な作用がより活発なことから、レートが高い分面がＳｉ面に較べて若干荒れているためと推定される。
［実験例］
以下に、本発明者等が、本発明のＳｉＣ基板の製造方法を実証するために行った実験例について説明する。
本実験例では、上記の過マンガン酸カリウム系スラリー（アルミナを研磨剤として含むスラリー）と、市販のコロイダルシリカスラリーを用いて、上記同様の条件でＳｉＣ基板のＳｉ面をＣＭＰ研磨し、この際の研磨加工レートを図２のグラフに示した。
以下に、本発明者等が、本発明のＳｉＣ基板の製造方法を実証するために行った実験例について説明する。
本実験例では、上記の過マンガン酸カリウム系スラリー（アルミナを研磨剤として含むスラリー）と、市販のコロイダルシリカスラリーを用いて、上記同様の条件でＳｉＣ基板のＳｉ面をＣＭＰ研磨し、この際の研磨加工レートを図２のグラフに示した。
図２に示すように、コロイダルシリカスラリーを用いてＳｉＣ基板をＣＭＰ研磨した場合、Ｓｉ面の研磨レートは０．２１〜０．３４（μｍ／ｈｒ）程度であった。一方、過マンガン酸カリウム系スラリー（アルミナ研磨剤スラリー）を用いてＳｉＣ基板をＣＭＰ研磨した場合には、Ｓｉ面の研磨加工レートが１．２４〜１．８１（μｍ／ｈｒ）となり、コロイダルシリカ系スラリーを用いた場合の数倍となる１（μｍ／ｈｒ）以上の高レートが得られることがわかる。
以上説明したような実施例の結果より、本発明のＳｉＣ基板の製造方法を適用することで、ＣＭＰ両面研磨加工による簡便なプロセスで、Ｓｉ面に成膜されたエピタキシャル層表面の荒れを除去しつつ、このエピタキシャル層の除去量を最小限に抑制でき、且つ、Ｃ面の荒れも除去することができるので、表面特性に優れ、高耐圧デバイスに適用可能なＳｉＣ基板１を、生産性及び歩留まり良く製造することが可能となることが明らかである。
本発明に係るＳｉＣ基板の製造方法は、表面特性に優れ、膜厚の大きなエピタキシャル層を備えるＳｉＣ基板を、生産性及び歩留まり良く製造できるので、特に、高耐圧デバイス等に用いられるＳｉＣ基板の製造に好適である。
１…ＳｉＣ基板、
１ａ…Ｓｉ面（エピタキシャル層の表面）、
１ｂ…Ｃ面、
２…製造装置、
２１…上定盤、
２１ｂ…スラリー供給孔
２２…下定盤、
２１ａ、２２ａ…研磨パッド、
２３…スラリーチューブ、
２０…支持軸、
２４…キャリアプレート、
２４ａ…円形孔、
Ｓ…スラリー
Ｆ…研磨荷重
１ａ…Ｓｉ面（エピタキシャル層の表面）、
１ｂ…Ｃ面、
２…製造装置、
２１…上定盤、
２１ｂ…スラリー供給孔
２２…下定盤、
２１ａ、２２ａ…研磨パッド、
２３…スラリーチューブ、
２０…支持軸、
２４…キャリアプレート、
２４ａ…円形孔、
Ｓ…スラリー
Ｆ…研磨荷重
Claims (5)
- ＳｉＣ基板の表面を研磨する工程を備えたＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記ＳｉＣ基板が、Ｓｉ面側にエピタキシャル層が積層されてなるＳｉＣ基板であり、
前記ＳｉＣ基板に備えられるＳｉ面及びＣ面の両面に対し、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、Ｃ面／Ｓｉ面加工選択比を３．０以上として両面研磨加工を施すＣＭＰ工程を少なくとも具備し、
前記ＣＭＰ工程は、スラリーとして、過マンガン酸カリウムを酸化剤として含み、アルミナを研磨剤として含むものを用い、
前記ＣＭＰ工程は、前記ＳｉＣ基板のＳｉ面の研磨加工レートを０．５〜３．０（μｍ／ｈｒ）とし、且つ、Ｃ面の研磨加工レートを３〜１５（μｍ／ｈｒ）とすることを特徴とするＳｉＣ基板の製造方法。 - 前記ＣＭＰ工程は、ｐＨが２〜６の過マンガン酸カリウム系スラリーを用いることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
- 前記ＣＭＰ工程は、前記ＳｉＣ基板に対して研磨パッドが押し付けられる研磨荷重が１００〜５００（ｇ／ｃｍ２）の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載のＳｉＣ基板の製造方法。
- 前記スラリーとして、含有する前記アルミナ研磨剤が凝集してなる二次粒子の平均粒子径が、０．１〜０．５μｍとなるものを用いることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
- 前記スラリーとして、硝酸をｐＨ調整剤として含むものを用いることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のＳｉＣ基板の製造方法。
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