JP6381229B2

JP6381229B2 - 炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法

Info

Publication number: JP6381229B2
Application number: JP2014034782A
Authority: JP
Inventors: 健一 ▲濱▼野; 和彦庭山; 雅明池上; 宏幸村崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: JP2015160750A

Description

本発明は、炭化珪素（以下「ＳｉＣ」）エピタキシャルウエハの製造方法に関するものである。

ＳｉＣ基板上にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル成長を行う際、ＳｉＣ基板は、ＳｉＣでコーティングされたカーボン製のプレート上に載置されるのが一般的である。ＳｉＣ基板を載置したプレートは、ＳｉＣでコーディングされたカーボン製の板状のサセプタ上またはＢＯＸ状（例えば６面体の４面が囲まれた筒状）のサセプタ内に設置され、サセプタを誘導加熱することにより、ＳｉＣ基板はＳｉＣのエピタキシャル成長温度まで加熱される。

ここで、プレートおよびサセプタをコーティングするＳｉＣ（以下「ＳｉＣコート」）は多結晶体であるため、ＳｉＣのエピタキシャル成長温度で昇華する。ＳｉＣ基板の裏面はプレートと接しているが、昇華したサセプタのＳｉＣコートは、プレートよりも温度の低いＳｉＣ基板の裏面に付着して三次元成長し、突起を形成する。ＳｉＣ基板の裏面に突起が形成されると、ウエハの平坦度が悪化し、それを用いて形成した半導体素子の特性に悪影響を与える原因となる。

例えば下記の特許文献１には、シリコン（Ｓｉ）基板の裏面に、酸化膜あるいは窒化膜からなる裏面被膜を設ける技術が開示されている。この裏面被膜は、Ｓｉ基板の裏面から基板中のドーパント剤による不純物が反応炉内に浮遊しないようにする目的で設けられている。また、その裏面皮膜はＳｉ基板の裏面にＳｉの突起物が形成される原因となっていたため、特許文献１では裏面被膜を部分的に除去することによって、Ｓｉの突起物の形成を防止している。

特開平８−１８６０７６号公報

ＳｉＣ基板の裏面に成長したＳｉＣの突起は、ＳｉＣ同士の結合によって形成されているので強固である。そのため、その突起の除去方法としては、ＳｉＣ基板の裏面研磨が行われている。しかし、裏面研磨の処理には、ＳｉＣ基板の表面保護膜の形成工程およびその除去工程も含まれるため、工期が長くなるという問題があった。またＳｉＣは硬度が高いため、裏面研磨で用いる砥石の消耗が早く、そのこともコスト増加の原因となっている。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、エピタキシャル膜の成長工程でＳｉＣ基板裏面に成長した突起を容易かつ低コストで除去可能な炭化珪素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。

本発明に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、炭化珪素基板の裏面に、密度が１．８ｇ／ｃｍ^３以上のカーボン膜からなる基板被覆膜を直接形成する工程と、前記炭化珪素基板の表面に炭化珪素をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させることでエピタキシャル膜を形成する工程と、前記エピタキシャル膜が形成された前記炭化珪素基板から前記基板被覆膜を除去する工程と、を含むものである。

本発明によれば、エピタキシャル膜の成長工程中に炭化珪素基板の裏面に形成された炭化珪素の突起を、炭化珪素基板の裏面から容易に除去して、突起のない炭化珪素エピタキシャルウエハを得ることができる。突起を除去するために炭化珪素基板の裏面研磨を行う必要がないため、工期の短縮およびコスト低減の効果も得られる。

実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法を示す工程図である。実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法の変形例を示す工程図である。実施の形態２に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法を示す工程図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法を示す工程図である。以下、図１に基づき、実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法を説明する。

まず、ＳｉＣ基板１の全面を覆うように基板被覆膜２を形成する。基板被覆膜２は、ＳｉＣのエピタキシャル成長の温度に耐え得る材料からなっている。また、後の工程でＳｉＣ基板１から容易に除去できる材料であることが好ましい。

本実施の形態では、基板被覆膜２としてカーボン膜を用いた。カーボン膜の基板被覆膜２は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成することができる。この場合、カーボン膜の密度は１．８ｇ／ｃｍ^３以上が好ましい。カーボン膜の密度を１．８ｇ／ｃｍ^３以上とすることにより、ＳｉＣ基板１をプレートにセットする際のカーボン膜からの発塵を抑制でき、なお且つ、ＳｉＣ基板１の裏面へのＳｉＣの付着を抑制する効果を十分に得ることができる。また、カーボン膜の厚さは、１０ｎｍ以上であれば本発明の効果を見込めるが、過度に厚くするとカーボン膜のクラックやカーボン膜の剥がれが生じ易くなるため、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲が好ましく、より好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲である。

次に、ＳｉＣ基板１の表側の面（表面）であるエピタキシャル成長面の基板被覆膜２を除去して、ＳｉＣ基板１の表面を露出させる。このときＳｉＣ基板１の裏側の面（裏面）には基板被覆膜２を残存させる。本実施の形態では、ＳｉＣ基板１の表面上の基板被覆膜２（カーボン膜）を異方性のドライエッチングにより除去したが、Ｗｅｔ洗浄など他の手法を用いてもよい。

続いて、表面が露出したＳｉＣ基板１を、ＳｉＣコート４で覆われたプレート３上に載置する。プレート３はサセプタ（不図示）内に設置されており、サセプタおよびプレート３を加熱して、ＳｉＣ基板１の温度をＳｉＣのエピタキシャル成長温度（１５００℃〜１７００℃）にまで上昇させる。サセプタおよびプレート３の加熱は、一般的に誘導加熱によって行われる。そして、減圧下でキャリアガスである水素と、原料ガスであるモノシラン、プロパン等と、ドーパントガスであるＮ_２等を流し、ＳｉＣ基板１の表面上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる。その結果、ＳｉＣ基板１の表面上にエピタキシャル膜５が形成され、ＳｉＣ基板１とエピタキシャル膜５とからなるＳｉＣエピタキシャルウエハ１０が形成される。

ＳｉＣのエピタキシャル成長温度は１５００℃を超える高温のため、エピタキシャル膜５の成長工程では、プレート３のＳｉＣコート４（多結晶ＳｉＣ）が昇華する。このとき、プレート３の表面の温度はＳｉＣ基板１の裏面の温度よりも高いので、ＳｉＣコート４から昇華したＳｉＣは、プレート３よりも温度の低いＳｉＣ基板１の裏面に付着して三次元成長する。従って、エピタキシャル膜５の形成後には、ＳｉＣ基板１の裏面に三次元成長したＳｉＣの突起６が形成される。ただし、本実施の形態では、ＳｉＣ基板１の裏面は基板被覆膜２によって覆われているため、突起６は基板被覆膜２の表面に形成される。

その後、ＳｉＣエピタキシャルウエハ１０のＳｉＣ基板１から基板被覆膜２を除去する。基板被覆膜２を除去することにより、突起６もリフトオフされて除去できる。本実施の形態では、基板被覆膜２（カーボン膜）の除去をＯ_２アッシングによって行ったが、異方性ドライエッチング、Ｗｅｔ洗浄、テープによる剥離など、他の方法を用いてもよい。

このように、実施の形態１に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法によれば、エピタキシャル膜５の成長工程中にＳｉＣ基板１の裏面に形成されたＳｉＣの突起６を、ＳｉＣ基板１の裏面から基板被覆膜２を除去することによって除去できる。従って、突起６のないＳｉＣエピタキシャルウエハ１０を容易に得ることができる。さらに、突起６を除去するためにＳｉＣ基板１の裏面研磨を行う必要がないため、工期の短縮およびコスト低減の効果も得られる。

また、カーボン膜の基板被覆膜２の形成および除去は、一般的な半導体製造で用いられる方法で実施可能である。例えば、基板被覆膜２を形成する工程はＣＶＤ装置を用いて実施でき、基板被覆膜２の除去には一般的なエッチャーを用いることができる。そのため、基板被覆膜２の形成および除去を行うために新たな設備を導入する必要がなく、その点でもコストの低減に寄与できる。

基板被覆膜２の材料は、ＳｉＣのエピタキシャル成長の温度に耐え得るものであり、且つ、容易に除去できるものであれば任意の材料でよい。本実施の形態で基板被覆膜２として用いたカーボン膜は、この両方の条件を満たしており、本発明に適した材料と言える。

なお、上の説明では、エピタキシャル膜５の形成前にＳｉＣ基板１の表面の基板被覆膜２のみを除去したが、図２に示すように、ＳｉＣ基板１の表面の基板被覆膜２だけでなく側面（端面）の基板被覆膜２も除去してもよい。図２に示すＳｉＣエピタキシャルウエハ１０の製造方法は、エピタキシャル膜５の形成前にＳｉＣ基板１の側面の基板被覆膜２が除去されることを除いて、図１に示した工程と同様であるので、詳細な説明は省略する。

＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係るＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法を示す工程図である。

実施の形態２では、基板被覆膜２の形成を、スパッタ装置などのＰＶＤ（Physical vapor deposition）装置を用いて、裏面のみに選択的に行う。従って、基板被覆膜２を形成した直後から、ＳｉＣ基板１の表面（エピタキシャル成長面）は露出した状態になる。そのため、ＳｉＣ基板１の表面から基板被覆膜２を除去する工程は行われない。

続いて、表面が露出したＳｉＣ基板１を、ＳｉＣコート４で覆われたプレート３上に載置する。サセプタ（不図示）およびプレート３を加熱して、ＳｉＣ基板１の温度をＳｉＣのエピタキシャル成長温度（１５００℃〜１７００℃）にまで上昇させる。そして、減圧下でキャリアガスである水素と、原料ガスであるモノシラン、プロパン等と、ドーパントガスであるＮ_２等を流し、ＳｉＣ基板１の表面上にＳｉＣをエピタキシャル成長させる。その結果、ＳｉＣ基板１の表面上にエピタキシャル膜５が形成される。以降の工程は、実施の形態１（図１）と同様である。

本実施の形態では、ＳｉＣ基板１の表面から基板被覆膜２を除去する工程が行われないため、実施の形態１よりも工程数を削減でき、さらなる工期の短縮を図ることができる。

基板被覆膜２をＳｉＣ基板１の裏面に選択的に形成する方法は任意でよい。例えば、ＳｉＣ基板１の表面（エピタキシャル成長面）にレジストを塗布形成してからＳｉＣ基板１の全面に基板被覆膜２を形成し、その後にレジストを炭化させて除去することで、ＳｉＣ基板１の表面側の基板被覆膜２をレジストと共にリフトオフさせる方法でもよい。また例えば、ＳｉＣ基板１の裏面にレジストを塗布し、そのレジストを炭化して、炭化されたレジストを基板被覆膜２として用いる方法でもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ＳｉＣ基板、２基板被覆膜、３プレート、４ＳｉＣコート、５エピタキシャル膜、６突起、１０ＳｉＣエピタキシャルウエハ。

Claims

炭化珪素基板の裏面に、密度が１．８ｇ／ｃｍ^３以上のカーボン膜からなる基板被覆膜を直接形成する工程と、
前記炭化珪素基板の表面に炭化珪素をＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させることでエピタキシャル膜を形成する工程と、
前記エピタキシャル膜が形成された前記炭化珪素基板から前記基板被覆膜を除去する工程と、を含む
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
前記基板被覆膜の厚さは２０ｎｍ以上である
請求項１記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
前記基板被覆膜を形成する工程は、
前記炭化珪素基板の全面に前記基板被覆膜を形成する工程と、
前記エピタキシャル膜を形成する前記炭化珪素基板の表面から前記基板被覆膜を除去する工程と、を含む
請求項１または請求項２記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
前記基板被覆膜を形成する工程は、
前記炭化珪素基板の裏面のみに選択的に基板被覆膜を形成する工程である
請求項１または請求項２記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。