JP6208572B2 - ＳｉＣウェハの製造方法、ＳｉＣ半導体の製造方法及び黒鉛炭化珪素複合基板 - Google Patents
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Description
本発明は、ＳｉＣウェハの製造方法、ＳｉＣ半導体の製造方法及び黒鉛炭化珪素複合基板に関する。
ＳｉＣ（炭化珪素）はシリコンと炭素で構成される化合物半導体材料である。
絶縁破壊電界強度がＳｉ の１０倍、バンドギャップがＳｉの３倍と優れているだけでなくデバイス作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であることなどから、Ｓｉ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。
また、ＳｉＣは、より薄い厚さでも高い耐電圧が得られるため、薄く構成することにより、ＯＮ抵抗が小さく、低損失の半導体が得られることが特徴である。
絶縁破壊電界強度がＳｉ の１０倍、バンドギャップがＳｉの３倍と優れているだけでなくデバイス作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であることなどから、Ｓｉ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。
また、ＳｉＣは、より薄い厚さでも高い耐電圧が得られるため、薄く構成することにより、ＯＮ抵抗が小さく、低損失の半導体が得られることが特徴である。
しかしながら、ＳｉＣ半導体は、広く普及するＳｉ半導体と比較し、大面積のウェハが得られず、工程も複雑であることから、Ｓｉ半導体と比較して大量生産ができず、高価であった。
ＳｉＣ半導体のコストを下げるため、様々な工夫が行われてきた。
特許文献１には、炭化珪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／ｃｍ２以下の単結晶炭化珪素基板と多結晶炭化珪素基板を準備し、単結晶炭化珪素基板と前記多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、単結晶炭化珪素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。
特許文献１には、炭化珪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／ｃｍ２以下の単結晶炭化珪素基板と多結晶炭化珪素基板を準備し、単結晶炭化珪素基板と前記多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、単結晶炭化珪素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、単結晶炭化珪素基板と多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程の前に、単結晶炭化珪素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、単結晶炭化珪素基板と多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程の後、単結晶炭化珪素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、単結晶炭化珪素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珪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ＳｉＣの単結晶のインゴットからより多くのＳｉＣウェハが得られるようになった。
このような方法により、１つのＳｉＣの単結晶のインゴットからより多くのＳｉＣウェハが得られるようになった。
しかしながら、上記記載されたＳｉＣウェハの製造方法は、水素イオン注入を行って薄いイオン注入層の形成された単結晶ＳｉＣ基板と、多結晶ＳｉＣ基板と、を貼り合わせたのちに加熱して剥離することによって製造されているので、ＳｉＣウェハは、厚さの大部分が多結晶ＳｉＣ基板である。このため、ＳｉＣウェハは、研磨などハンドリングの際に損傷しないよう機械的な強度を有するよう十分な厚さの多結晶ＳｉＣの基板を使用する。そのため、半導体として機能するために必要な厚さよりも厚い多結晶ＳｉＣ基板を用いなければならなない。
多結晶ＳｉＣ基板が厚いと、ＯＮ抵抗が大きくなり、本来のＳｉＣ半導体の特徴が充分に発揮できなくなる。
つまり、製造工程において基板の損傷を防ぐためには多結晶ＳｉＣ基板を厚くすることが好ましく、得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を小さくするためには薄い多結晶ＳｉＣ基板が好ましい。
つまり、製造工程において基板の損傷を防ぐためには多結晶ＳｉＣ基板を厚くすることが好ましく、得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を小さくするためには薄い多結晶ＳｉＣ基板が好ましい。
本発明の第１の課題は、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板とを貼り合わせたのち剥離することによってＳｉＣウェハを得る製造工程において、ハンドリングで損傷しにくく、より薄いＳｉＣウェハが容易に得られる製造方法を提供することにある。
本発明の第２の課題は、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板とを貼り合わせたのち剥離することによって得られるＳｉＣウェハを利用するＳｉＣ半導体の製造工程において、ハンドリングで損傷しにくく、より薄いＳｉＣ半導体が容易に得られる製造方法を提供することにある。
本発明の第３の課題は、単結晶ＳｉＣ基板と多結晶ＳｉＣ基板とを貼り合わせたのち剥離することによってＳｉＣウェハを得る製造工程において、ハンドリングで損傷しにくく、より薄いＳｉＣウェハが容易に得られる多結晶ＳｉＣ基板を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明のＳｉＣウェハの製造方法は、黒鉛基材の表面に熱分解炭素層および前記熱分解炭素層の上にＣＶＤ−ＳｉＣ層を有する黒鉛炭化珪素複合基板と、表面に水素イオンが注入されたイオン注入層を有する単結晶ＳｉＣ基板とを準備し、前記黒鉛炭化珪素複合基板のＣＶＤ−ＳｉＣ層と前記単結晶ＳｉＣ基板のイオン注入層とを貼り合せ接合体を得る接合工程と、前記接合体を加熱し、前記イオン注入層を単結晶ＳｉＣ基板から剥離し、単結晶被覆基板を得る第１剥離工程と、前記単結晶被覆基板の前記熱分解炭素層とＣＶＤ−ＳｉＣ層とを剥離しＳｉＣウェハを得る第２剥離工程と、からなる。
本発明のＳｉＣウェハの製造方法は、後にＳｉＣウェハとなるＣＶＤ−ＳｉＣ層とイオン注入層が、熱分解炭素層と共に黒鉛基材と接合したまま取り扱われるので、研磨などのハンドリングの際に損傷しにくくすることができる。
また、ＣＶＤ−ＳｉＣ層は黒鉛基材に支持されているので薄くても容易に取り扱うことができ、厚さが薄いＯＮ抵抗の小さなＳｉＣウェハを容易に得ることができる。
本発明のＳｉＣウェハの製造方法は、次の態様が好ましい。
（１） 前記黒鉛炭化珪素複合基板は円盤であってその縁に方向を示すマーキングを有するともに、前記単結晶ＳｉＣ基板は円盤であってその縁に方向を示すマーキングを有し、
前記接合工程は前記黒鉛炭化珪素複合基板と前記単結晶ＳｉＣ基板とを、方向を示すマーキングを合わせて接合する。
（１） 前記黒鉛炭化珪素複合基板は円盤であってその縁に方向を示すマーキングを有するともに、前記単結晶ＳｉＣ基板は円盤であってその縁に方向を示すマーキングを有し、
前記接合工程は前記黒鉛炭化珪素複合基板と前記単結晶ＳｉＣ基板とを、方向を示すマーキングを合わせて接合する。
ＳｉＣ半導体が充分に機能するために、ＳｉＣウェハから一定の方向に揃えてパターンを形成しダイシングされる。黒鉛炭化珪素複合基板および単結晶ＳｉＣ基板がそれぞれ方向を示すマーキングを有する円盤であって黒鉛炭化珪素複合基板と単結晶ＳｉＣ基板とを方向を示すマーキングを合わせて接合することにより、単結晶ＳｉＣ基板の方向をＳｉＣウェハの結晶方位に反映させることができ、ＳｉＣウェハの結晶方位を容易に確認することができる。
（２）前記マーキングは、オリエンテーションフラットまたは切り欠きである。
一般の半導体製造装置は、オリエンテーションフラットまたは切り欠きによって結晶方向を確認しパターン形性、ダイシングなどの半導体製造工程が行われている。このため本発明のＳｉＣウェハがオリエンテーションフラットまたは切り欠きを有していることにより、広く普及する半導体製造装置を用いてＳｉＣ半導体を製造することができる。
一般の半導体製造装置は、オリエンテーションフラットまたは切り欠きによって結晶方向を確認しパターン形性、ダイシングなどの半導体製造工程が行われている。このため本発明のＳｉＣウェハがオリエンテーションフラットまたは切り欠きを有していることにより、広く普及する半導体製造装置を用いてＳｉＣ半導体を製造することができる。
（３）前記ＳｉＣウェハの製造方法は、第１剥離工程のあとに、熱処理工程を更に有する。
イオン注入層と、ＣＶＤ−ＳｉＣ層は、熱処理工程によって互いに拡散し合いより強固に接合することができる。
イオン注入層と、ＣＶＤ−ＳｉＣ層は、熱処理工程によって互いに拡散し合いより強固に接合することができる。
（４）前記ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さは５０〜１０００μｍである。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、５０μｍ以上であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体に十分な機械的な強度を付与することができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、１０００μｍ以下であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を小さくすることができる。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、５０μｍ以上であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体に十分な機械的な強度を付与することができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、１０００μｍ以下であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を小さくすることができる。
（５）前記黒鉛炭化珪素複合基板の側壁または縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、前記熱分解炭素層の無い領域ではＣＶＤ−ＳｉＣ層が黒鉛基材と接している。
黒鉛炭化珪素複合基板の側壁または縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、熱分解炭素層の無い領域ではＣＶＤ−ＳｉＣ層が黒鉛基材と接していることにより、ＳｉＣ半導体の得られるＳｉＣウェハの中央部分は黒鉛基材から剥離しやすく、周辺部分は黒鉛基材から剥離しにくくすることができる。黒鉛基材を露出させる面積、領域を適宜設定することにより単結晶被覆基板からＳｉＣウェハの剥離しやすさを容易に制御することができる。
黒鉛炭化珪素複合基板の側壁または縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、熱分解炭素層の無い領域ではＣＶＤ−ＳｉＣ層が黒鉛基材と接していることにより、ＳｉＣ半導体の得られるＳｉＣウェハの中央部分は黒鉛基材から剥離しやすく、周辺部分は黒鉛基材から剥離しにくくすることができる。黒鉛基材を露出させる面積、領域を適宜設定することにより単結晶被覆基板からＳｉＣウェハの剥離しやすさを容易に制御することができる。
黒鉛炭化珪素複合基板に熱分解炭素層の無い領域を適宜形成することにより、例えばオリエンテーションフラットまたは切り欠き部位でＣＶＤ−ＳｉＣ層と黒鉛基材が接していない領域を作ることができ、この部位から容易に剥がすことができる。
また、単結晶被覆基板のイオン注入層の上にパターンを形成したのちにダイシングし、ＳｉＣ半導体を得ることができる。このとき、ＳｉＣ半導体を構成するＣＶＤ−ＳｉＣ層は、熱分解炭素層を介して黒鉛基材と接合されているので容易に剥離することができる。
また、本発明のＳｉＣ半導体の製造方法は、前記記載のＳｉＣウェハの製造方法と、半導体形成工程とからなり、前記半導体形成工程は、前記熱処理工程の後、前記第２剥離工程の前である。
単結晶被覆基板にＳｉＣ半導体を形成したのちに切り離すので、薄いＳｉＣウェハを取り扱う必要が無く、損傷しにくくすることができる上に、薄いＣＶＤ−ＳｉＣ層をＳｉＣ半導体の一部として利用でき、ＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を容易に小さくすることができる。
また、本発明の黒鉛炭化珪素複合基板は、縁にマーキングを有する円盤である黒鉛基材の表面に、順に熱分解炭素層、ＣＶＤ−ＳｉＣ層が積層されている。
本発明の黒鉛炭化珪素複合基板は、後にＳｉＣウェハとなるＣＶＤ−ＳｉＣ層とイオン注入層が、熱分解炭素層と共に黒鉛基材と接合したまま取り扱われるので、研磨などのハンドリングの際に損傷しにくくすることができる。
また、ＣＶＤ−ＳｉＣ層は黒鉛基材に支持されているので薄くても容易に取り扱うことができ、厚さが薄いＯＮ抵抗の小さなＳｉＣウェハを容易に得ることができる。
ＳｉＣ半導体が充分に機能するために、ＳｉＣウェハから一定の方向に揃えてパターンを形成しダイシングされる。黒鉛炭化珪素複合基板および単結晶ＳｉＣ基板にマーキングを有し、黒鉛炭化珪素複合基板と単結晶ＳｉＣ基板のマーキングとの方向を合わせて接合することにより、単結晶ＳｉＣ基板の方向をＳｉＣウェハの結晶方位に反映させることができ、ＳｉＣウェハの結晶方位を容易に確認することができる。
本発明の黒鉛炭化珪素複合基板は次の態様であることが望ましい。
（６）前記マーキングは、オリエンテーションフラットまたは切り欠きである。
一般の半導体製造装置は、オリエンテーションフラットまたは切り欠きによって結晶方位を確認しパターン形性、ダイシングなどの半導体製造プロセスが行われている。このため本発明のＳｉＣウェハがオリエンテーションフラットまたは切り欠きを有していることにより、広く普及する半導体製造装置を用いてＳｉＣ半導体を製造することができる。
（６）前記マーキングは、オリエンテーションフラットまたは切り欠きである。
一般の半導体製造装置は、オリエンテーションフラットまたは切り欠きによって結晶方位を確認しパターン形性、ダイシングなどの半導体製造プロセスが行われている。このため本発明のＳｉＣウェハがオリエンテーションフラットまたは切り欠きを有していることにより、広く普及する半導体製造装置を用いてＳｉＣ半導体を製造することができる。
（７）前記ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さは５０〜１０００μｍである。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、５０μｍ以上であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体に十分な機械的な強度を付与することができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、１０００μｍ以下であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を小さくすることができる。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、５０μｍ以上であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体に十分な機械的な強度を付与することができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、１０００μｍ以下であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を小さくすることができる。
（８）前記黒鉛炭化珪素複合基板の側壁または縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、前記熱分解炭素層の無い領域ではＣＶＤ−ＳｉＣ層が黒鉛基材と接している。
黒鉛炭化珪素複合基板の側壁または縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、熱分解炭素層の無い領域ではＣＶＤ−ＳｉＣ層が黒鉛基材と接していることにより、ＳｉＣ半導体の得られるＳｉＣウェハの中央部分は黒鉛基材から剥離しやすく、周辺部分は黒鉛基材から剥離しにくくすることができる。黒鉛基材を露出させる面積、領域を適宜設定することにより単結晶被覆基板からＳｉＣウェハの剥離しやすさを容易に制御することができる。
黒鉛炭化珪素複合基板に熱分解炭素層の無い領域を適宜形成することにより、例えば、オリエンテーションフラットまたは切り欠き部位でＣＶＤ−ＳｉＣ層と黒鉛基材が接していない領域を作ることができ、この部位から容易に剥がすこともできる。
また、黒鉛基材の接合したままの単結晶被覆基板としてイオン注入層の上にパターンを形成したのちにダイシングし、ＳｉＣ半導体を得ることができる。このとき、ＳｉＣ半導体を構成するＣＶＤ−ＳｉＣ層は、熱分解炭素層を介して黒鉛基材と接合されているので容易に剥離することができる。
本発明によれば、薄いＳｉＣウェハが黒鉛基材に接合した状態で取り扱うことができるので、ＳｉＣウェハの製造工程で損傷しにくくすることができる上に、得られるＳｉＣウェハを薄くすることができ、ＯＮ抵抗の小さなＳｉＣウェハを得ることができる。
本発明によれば、薄いＳｉＣウェハが黒鉛基材に接合した状態で取り扱うことができるので、ＳｉＣ半導体の製造工程で損傷しにくくすることができる上に、得られるＳｉＣ半導体を薄くすることができ、ＯＮ抵抗の小さなＳｉＣ半導体を得ることができる。
本発明の多結晶ＳｉＣ基板である黒鉛炭化珪素複合基板によれば、薄いＳｉＣウェハが黒鉛基材に接合した状態で取り扱うことができるので、ＳｉＣウェハの製造工程で損傷しにくくすることができる上に、得られるＳｉＣウェハを薄くすることができ、ＯＮ抵抗の小さなＳｉＣウェハを得ることができる。
本発明のＳｉＣウェハの製造方法は、黒鉛基材の表面に熱分解炭素層および前記熱分解炭素層の上にＣＶＤ−ＳｉＣ層を有する黒鉛炭化珪素複合基板と、表面に水素イオンが注入されたイオン注入層を有する単結晶ＳｉＣ基板とを準備し、前記黒鉛炭化珪素複合基板のＣＶＤ−ＳｉＣ層と前記単結晶ＳｉＣ基板のイオン注入層とを貼り合せ接合体を得る接合工程と、前記接合体を加熱し、前記イオン注入層を単結晶ＳｉＣ基板から剥離し、単結晶被覆基板を得る第１剥離工程と、前記単結晶被覆基板の前記熱分解炭素層とＣＶＤ−ＳｉＣ層とを剥離しＳｉＣウェハを得る第２剥離工程と、からなる。
本発明のＳｉＣウェハの製造方法は、後にＳｉＣウェハとなるＣＶＤ−ＳｉＣ層とイオン注入層が、熱分解炭素層と共に黒鉛基材と接合したまま取り扱われるので、研磨などのハンドリングの際に損傷しにくくすることができる。
また、ＣＶＤ−ＳｉＣ層は黒鉛基材に支持されているので薄くても容易に取り扱うことができ、厚さが薄いＯＮ抵抗の小さなＳｉＣウェハを容易に得ることができる。
単結晶ＳｉＣ基板に水素をイオン注入することにより、入射エネルギーに応じた深さまで水素イオンを到達させることができる。水素イオンの注入された単結晶基板は、加熱することによりイオン注入の際に形成された注入欠陥に水素が集まり、結晶の結合を切断することができる。単結晶ＳｉＣ基板は、ＣＶＤ−ＳｉＣ層に接合されているので、イオン注入された表面が第１剥離工程でＣＶＤ−ＳｉＣ層側に移動することができる。
水素イオンが注入された単結晶ＳｉＣ基板は、表面が単結晶の状態を維持したまま脆くなっているので単結晶を維持したままＣＶＤ−ＳｉＣ層に移動させることができる。第１剥離工程の後、ＣＶＤ−ＳｉＣ層の表面に単結晶ＳｉＣ層が形成されているので、さらにＳｉＣ層をエピタキシャル成長させることにより、ＳｉＣ半導体に好適に用いることができるＳｉＣウェハを提供することができる。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層と、単結晶ＳｉＣ基板とを貼り合わせる接合工程は、次のようにして行うことができる。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層及び単結晶ＳｉＣ基板は、共に鏡面研磨されたものを用いる。鏡面研磨された面同士を密着させ、隙間のない接合面を形成することができる。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層及び単結晶ＳｉＣ基板は、あらかじめ洗浄されたものを用いることが好ましい。洗浄の方法は特に限定されないが、例えば酸などの化学薬品と純水を用いて洗浄することが好ましい。例えば、洗浄方法は、半導体の洗浄で広く使用されているＲＣＡ洗浄などを利用することができる。ＲＣＡ洗浄とは、ＳＣ１と呼ばれるアンモニアと過酸化水素と水とを組み合わせた洗浄と、ＳＣ２と呼ばれる塩酸と過酸化水素と水とを組み合わせた洗浄の２段階で行われる洗浄方法で、ＳＣ１では、主にパーティクル、有機物汚染の除去、ＳＣ２では、金属汚染の除去に使用される。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層または単結晶ＳｉＣ基板の少なくとも一方にプラズマ活性化処理を施すことが好ましい。プラズマ活性化処理された表面は、接合しやすくなっており、より強固にＣＶＤ−ＳｉＣ層と単結晶ＳｉＣ基板を接合することができる。
第１剥離工程は、接合体を加熱することにより剥離することができる。イオン注入層は、水素イオンが内部に侵入しているので、脆くなっている。接合体を加熱すると、単結晶ＳｉＣ基板と、黒鉛炭化珪素複合基板との熱膨張差で、脆くなったイオン注入層部分で剥離する。イオン注入層の表面の１〜１０μｍ程度がＣＶＤ−ＳｉＣ層に貼り付き、黒鉛炭化珪素複合基板のＣＶＤ―ＳｉＣ層にイオン注入層の一部が貼り付いた単結晶被覆基板が得られる。つまり、剥離した面は、いずれの側もイオン注入層が露出している。
第１剥離工程は、接合体を加熱することにより剥離することができる。イオン注入層は、水素イオンが内部に侵入しているので、脆くなっている。接合体を加熱すると、単結晶ＳｉＣ基板と、黒鉛炭化珪素複合基板との熱膨張差で、脆くなったイオン注入層部分で剥離する。イオン注入層の表面の１〜１０μｍ程度がＣＶＤ−ＳｉＣ層に貼り付き、黒鉛炭化珪素複合基板のＣＶＤ―ＳｉＣ層にイオン注入層の一部が貼り付いた単結晶被覆基板が得られる。つまり、剥離した面は、いずれの側もイオン注入層が露出している。
第１剥離工程は、熱膨張差によるイオン注入層の分離を目的とするので、化学反応に関与せず、例えば２００〜１０００℃の温度に加熱することにより分離することができる。
前記黒鉛炭化珪素複合基板は円盤であってその縁に方向を示すマーキングを有するともに、前記単結晶ＳｉＣ基板は円盤であってその縁に方向を示すマーキングを有し、
前記接合工程は前記黒鉛炭化珪素複合基板と前記単結晶ＳｉＣ基板と、を方向を示すマーキングを合わせて接合する。
前記接合工程は前記黒鉛炭化珪素複合基板と前記単結晶ＳｉＣ基板と、を方向を示すマーキングを合わせて接合する。
ＳｉＣ半導体が充分に機能するために、ＳｉＣウェハから一定の方向に揃えてパターンを形成しダイシングされる。黒鉛炭化珪素複合基板および単結晶ＳｉＣ基板がそれぞれ方向を示すマーキングを有する円盤であって黒鉛炭化珪素複合基板と単結晶ＳｉＣ基板と、を方向を示すマーキングを合わせて接合することにより、単結晶ＳｉＣ基板の方向をＳｉＣウェハの結晶方位に反映させることができ、ＳｉＣウェハの結晶方位を容易に確認することができる。
前記マーキングは、オリエンテーションフラットまたは切り欠きであることが好ましい。
一般の半導体製造装置は、オリエンテーションフラットまたは切り欠きによって結晶方位を確認し半導体の形成、ダイシングが行われている。このため本発明のＳｉＣウェハがオリエンテーションフラットまたは切り欠きを有していることにより、広く普及する半導体製造装置を用いてＳｉＣ半導体を製造することができる。
一般の半導体製造装置は、オリエンテーションフラットまたは切り欠きによって結晶方位を確認し半導体の形成、ダイシングが行われている。このため本発明のＳｉＣウェハがオリエンテーションフラットまたは切り欠きを有していることにより、広く普及する半導体製造装置を用いてＳｉＣ半導体を製造することができる。
前記ＳｉＣウェハの製造方法は、第１剥離工程のあとに、熱処理工程を更に有することが好ましい。イオン注入層と、ＣＶＤ−ＳｉＣ層は、熱処理工程によって互いに拡散し合いより強固に接合することができる。
熱処理工程の温度は特に限定されないが、例えば１０００〜２０００℃である。１０００℃以上であるとイオン注入層とＣＶＤ−ＳｉＣ層との接合をより強固にでき、２０００℃以下であると単結晶ＳｉＣであるイオン注入層に結晶の欠陥を生じにくくすることができる。熱処理工程の加熱温度は、多結晶であるＣＶＤ−ＳｉＣ層と、単結晶であるイオン注入層との接合を促進する目的から、第１剥離工程の加熱温度より高いことが好ましい。第１剥離工程の加熱温度よりも高温に加熱することによってより接合を強固にすることができる。
熱処理工程は、第２剥離工程の前あるいは第２剥離工程の後のいずれであっても良く、特に限定されないが第２剥離工程の前にあることが好ましい。第２剥離工程の前に熱処理工程があると、熱処理工程で反りが発生しにくくすることができる。
前記ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さは５０〜１０００μｍであることが好ましい。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、５０μｍ以上であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体に十分な機械的な強度を付与することができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、１０００μｍ以下であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を小さくすることができる。
ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、５０μｍ以上であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体に十分な機械的な強度を付与することができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、１０００μｍ以下であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗を小さくすることができる。
さらに望ましいＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さは１００〜５００μｍである。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、１００μｍ以上であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体の強度をより強くすることができる。ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さが、５００μｍ以下であると、ＳｉＣウェハから得られるＳｉＣ半導体のＯＮ抵抗をより小さくすることができる。
前記ＳｉＣウェハの製造方法は、前記黒鉛炭化珪素複合基板の側壁または縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、前記熱分解炭素層の無い領域ではＣＶＤ−ＳｉＣ層が黒鉛基材と接していることが好ましい。
黒鉛炭化珪素複合基板の側壁または縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、熱分解炭素層の無い領域ではＣＶＤ−ＳｉＣ層が黒鉛基材と接していることにより、ＳｉＣ半導体の得られるＳｉＣウェハの中央部分は黒鉛基材から剥離しやすく、周辺部分は黒鉛基材から剥離しにくくすることができる。黒鉛基材を露出させる面積、領域を適宜設定することにより単結晶被覆基板からＳｉＣウェハの剥離しやすさを容易に制御することができる。
このように黒鉛基材の一部を露出させて黒鉛炭化珪素複合基板を形成することによりＳｉＣウェハの製造工程の途中で黒鉛基材がＳｉＣウェハと分離してしまうことを防止することができる。
また、ＳｉＣウェハを分離する第２剥離工程の前に、単結晶上にＳｉＣ半導体を形成することができる。具体的には、単結晶被覆基板の単結晶の上にＳｉＣ半導体を形成した後にダイシングし、ＳｉＣ半導体を得ることができる。このとき、ＳｉＣ半導体を構成するＣＶＤ−ＳｉＣ層は、熱分解炭素層を介して黒鉛基材と接合されているので容易に剥離することができる。
ＳｉＣ半導体の形成は、パターン形性、酸化、拡散、ＣＶＤ、イオン注入、ＣＭＰ、電極形性、エッチング、パターン形性、電極形性、フォトレジスト塗布など、目的とするＳｉＣ半導体に応じて適宜選択することができる。
次に本発明に係る実施例１について説明する。図１は、本発明のＳｉＣウェハの製造方法の製造工程を示し、Ｓ１は接合工程、Ｓ２は第１剥離工程、Ｓ３は第２剥離工程である。 図２は、本発明の製造方法に記載された黒鉛炭化珪素複合基板の一実施形態であり、（ａ）はオリエンテーションフラット８ａを有し、（ｂ）はその変形例である切り欠き８ｂを有している。図３は、本発明の製造方法に記載された黒鉛炭化珪素複合基板の一実施形態であり、（ａ）は、縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、（ｂ）は、側壁に熱分解炭素層の無い領域を有する変形例である。図３（ａ）は、黒鉛基材よりも直径の小さな熱分解炭素層を有し、熱分解炭素層の外側では、黒鉛基材とＣＶＤ−ＳｉＣ層とが接している。図３（ｂ）は、黒鉛基材と同じ直径の熱分解炭素層を有しているが、黒鉛基材の側面には、熱分解炭素層が形成されておらず、側面では、黒鉛基材とＣＶＤ−ＳｉＣ層とが接している。
＜接合工程＞
黒鉛基材１は、直径φ１５０ｍｍ厚さ２ｍｍの円盤状であり、縁にマーキングとなるオリエンテーションフラット８ａが備えられている。オリエンテーションフラット８ａの辺の長さは２ｃｍである。黒鉛基材１の表面には、厚さが４０μｍ、直径φ１４９ｍｍの熱分解炭素層２が備えられている。すなわち、縁０．５ｍｍは熱分解炭素層がなく、黒鉛基材がＣＶＤ−ＳｉＣ層３と接している。すなわち、熱分解炭素層２の外側は熱分解炭素層の無い領域９である。熱分解炭素層の上に５００μｍの厚さのＣＶＤ−ＳｉＣ層３が備えられている。すなわち、ＣＶＤ−ＳｉＣ層３の縁０．５ｍｍは、熱分解炭素層を介在することなく直接黒鉛基材上に形成されている。ＣＶＤ−ＳｉＣ層３の表面は研磨されたのち、ＲＣＡ洗浄が行われている。ＲＣＡ洗浄は市販のＲＣＡ洗浄液により行うことができる。
黒鉛基材１は、直径φ１５０ｍｍ厚さ２ｍｍの円盤状であり、縁にマーキングとなるオリエンテーションフラット８ａが備えられている。オリエンテーションフラット８ａの辺の長さは２ｃｍである。黒鉛基材１の表面には、厚さが４０μｍ、直径φ１４９ｍｍの熱分解炭素層２が備えられている。すなわち、縁０．５ｍｍは熱分解炭素層がなく、黒鉛基材がＣＶＤ−ＳｉＣ層３と接している。すなわち、熱分解炭素層２の外側は熱分解炭素層の無い領域９である。熱分解炭素層の上に５００μｍの厚さのＣＶＤ−ＳｉＣ層３が備えられている。すなわち、ＣＶＤ−ＳｉＣ層３の縁０．５ｍｍは、熱分解炭素層を介在することなく直接黒鉛基材上に形成されている。ＣＶＤ−ＳｉＣ層３の表面は研磨されたのち、ＲＣＡ洗浄が行われている。ＲＣＡ洗浄は市販のＲＣＡ洗浄液により行うことができる。
次に、オリエンテーションフラットを有する単結晶ＳｉＣ基板４を準備し、その一方の面に水素イオンを注入する。水素イオンを注入することによりイオン注入層４ａが形成される。水素イオンを注入した後、ＲＣＡ洗浄が行われている。ＲＣＡ洗浄は市販のＲＣＡ洗浄液により行うことができる。
次に単結晶ＳｉＣ基板４のイオン注入層４ａと、黒鉛炭化珪素複合基板のＣＶＤ−ＳｉＣ層３を接触させ、圧着することにより接合体７を得る。圧着の温度、圧力は特に限定されない。
＜第１剥離工程＞
得られた接合体７を加熱することにより、イオン注入層４ａで分離する。イオン注入層４ａは、水素イオンが注入されることにより脆くなっているので、イオン注入層４ａの表面部分を剥離させることができる。図１において単結晶ＳｉＣ基板側に残ったイオン注入層は４ｃ、黒鉛炭化珪素複合基板側に移動したイオン注入層は４ｂである。加熱の温度は特に限定されないが、４００℃である。接合体は、接合体内部に発生する熱膨張差によって、イオン注入層部分で分離する。
得られた接合体７を加熱することにより、イオン注入層４ａで分離する。イオン注入層４ａは、水素イオンが注入されることにより脆くなっているので、イオン注入層４ａの表面部分を剥離させることができる。図１において単結晶ＳｉＣ基板側に残ったイオン注入層は４ｃ、黒鉛炭化珪素複合基板側に移動したイオン注入層は４ｂである。加熱の温度は特に限定されないが、４００℃である。接合体は、接合体内部に発生する熱膨張差によって、イオン注入層部分で分離する。
＜熱処理工程＞
黒鉛基材１と熱分解炭素２とＣＶＤ−ＳｉＣ層３とイオン注入層４ｂとからなる単結晶被覆基板５を熱処理する。熱処理は１２００℃で１０分間行う。この処理により、ＣＶＤ−ＳｉＣ層３とイオン注入層４ｂとの接合を強固にすることができる。
黒鉛基材１と熱分解炭素２とＣＶＤ−ＳｉＣ層３とイオン注入層４ｂとからなる単結晶被覆基板５を熱処理する。熱処理は１２００℃で１０分間行う。この処理により、ＣＶＤ−ＳｉＣ層３とイオン注入層４ｂとの接合を強固にすることができる。
＜第２剥離工程＞
熱処理された単結晶被覆基板のオリエンテーションフラット部分から単結晶ＳｉＣウェハを剥離する。オリエンテーションフラット部分は、黒鉛基材１とＣＶＤ−ＳｉＣ層３との間に熱分解炭素層２があるので容易に剥離することができる。
熱処理された単結晶被覆基板のオリエンテーションフラット部分から単結晶ＳｉＣウェハを剥離する。オリエンテーションフラット部分は、黒鉛基材１とＣＶＤ−ＳｉＣ層３との間に熱分解炭素層２があるので容易に剥離することができる。
次に本発明に係る実施例２について説明する。
実施例２は、ＳｉＣ半導体の製造方法であり、実施例１の熱処理工程と第２剥離工程との間に、半導体形成工程を有している。
実施例２は、ＳｉＣ半導体の製造方法であり、実施例１の熱処理工程と第２剥離工程との間に、半導体形成工程を有している。
第１剥離工程まで実施例１と同様に行い、単結晶被覆基板を得た後、ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長しＳｉＣエピタキシャル層を形成する。更に、パターン形性、酸化、拡散、ＣＶＤ、イオン注入、ＣＭＰ、電極形性、エッチング、パターン形性、電極形性、フォトレジスト塗布によって目的のＳｉＣ半導体を得た後に、ダイシングによって、ＳｉＣ半導体を切断する。切断されたＳｉＣ半導体は、黒鉛基材１と熱分解炭素層２を介して接しているので、熱分解炭素層２とＣＶＤ−ＳｉＣ層３との間で容易に分離することができる。
１ 黒鉛基材
２ 熱分解炭素層
３ ＣＶＤ−ＳｉＣ層
４ 単結晶ＳｉＣ基板
４ａ、４ｂ、４ｃ イオン注入層
５ 単結晶被覆基板
６ 黒鉛炭化珪素基板
７ 接合体
８ａ オリエンテーションフラット
８ｂ ノッチ
９ 熱分解炭素層の無い領域
２ 熱分解炭素層
３ ＣＶＤ−ＳｉＣ層
４ 単結晶ＳｉＣ基板
４ａ、４ｂ、４ｃ イオン注入層
５ 単結晶被覆基板
６ 黒鉛炭化珪素基板
７ 接合体
８ａ オリエンテーションフラット
８ｂ ノッチ
９ 熱分解炭素層の無い領域
Claims (7)
- 黒鉛基材の表面に熱分解炭素層および前記熱分解炭素層の上にＣＶＤ−ＳｉＣ層を有する黒鉛炭化珪素複合基板と、表面に水素イオンが注入されたイオン注入層を有する単結晶ＳｉＣ基板とを準備し、
前記黒鉛炭化珪素複合基板のＣＶＤ−ＳｉＣ層と前記単結晶ＳｉＣ基板のイオン注入層とを貼り合せ接合体を得る接合工程と、
前記接合体を加熱し、前記イオン注入層を単結晶ＳｉＣ基板から剥離し、単結晶被覆基板を得る第１剥離工程と、
前記単結晶被覆基板の熱分解炭素層とＣＶＤ−ＳｉＣ層とを剥離しＳｉＣウェハを得る第２剥離工程と、
からなるＳｉＣウェハの製造方法。 - 前記黒鉛炭化珪素複合基板は円盤であってその縁に方向を示すマーキングを有するともに、前記単結晶ＳｉＣ基板は円盤であってその縁に方向を示すマーキングを有し、
前記接合工程は前記黒鉛炭化珪素複合基板と前記単結晶ＳｉＣ基板とを、方向を示すマーキングを合わせて接合することを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣウェハの製造方法。 - 前記マーキングは、オリエンテーションフラットまたは切り欠きであることを特徴とする請求項２に記載のＳｉＣウェハの製造方法。
- 前記ＳｉＣウェハの製造方法は、第１剥離工程のあとに、熱処理工程を更に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＳｉＣウェハの製造方法。
- 前記ＣＶＤ−ＳｉＣ層の厚さは５０〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＳｉＣウェハの製造方法。
- 前記黒鉛炭化珪素複合基板の側壁または縁に熱分解炭素層の無い領域を有し、前記熱分解炭素層の無い領域ではＣＶＤ−ＳｉＣ層が黒鉛基材と接していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＳｉＣウェハの製造方法。
- 請求項４に記載のＳｉＣウェハの製造方法と、半導体形成工程とからなるＳｉＣ半導体の製造方法であって、前記半導体形成工程は、前記熱処理工程の後、前記第２剥離工程の前であるＳｉＣ半導体の製造方法。
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