JP7255473B2

JP7255473B2 - 炭化ケイ素多結晶基板の製造方法

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Publication number: JP7255473B2
Application number: JP2019225109A
Authority: JP
Inventors: 崇志佐藤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: JP2021095584A

Description

本発明は、炭化ケイ素多結晶基板の製造方法に関する。

炭化ケイ素は、ケイ素と炭素で構成される、化合物半導体材料である。炭化ケイ素は、絶縁破壊電界強度がケイ素の１０倍で、バンドギャップがケイ素の３倍であり、半導体材料として優れている。さらに、デバイスの作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であることなどから、ケイ素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。

しかしながら、炭化ケイ素半導体は、従来広く普及しているケイ素半導体と比較して、大面積の炭化ケイ素単結晶基板を得ることが難しく、製造工程も複雑である。これらの理由から、炭化ケイ素半導体は、ケイ素半導体と比較して大量生産が難しく、高価であった。

これまでにも、炭化ケイ素半導体のコストを下げるために、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献１には、炭化ケイ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／ｃｍ^２以下の炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板を準備し、前記炭化ケイ素単結晶基板と前記炭化ケイ素多結晶基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、単結晶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、特許文献１には、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、単結晶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、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、単結晶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ケイ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つの炭化ケイ素単結晶インゴットからより多くの炭化ケイ素貼り合わせ基板が得られるようになった。

特開２００９－１１７５３３号公報

特許文献１に記載された炭化ケイ素基板の製造方法は、水素イオン注入を行って薄いイオン注入層が形成された炭化ケイ素単結晶基板と、炭化ケイ素多結晶基板と、を貼り合わせたのちに加熱して、水素イオン注入層において単結晶基板の一部を剥離して単結晶基板を薄膜化することによって製造されている。このことから、特許文献１に記載された炭化ケイ素基板は、製造された炭化ケイ素基板の厚さの大部分が多結晶基板に由来する。このため、特許文献１の炭化ケイ素基板には、研磨などのハンドリングの際に炭化ケイ素基板が損傷しないようにするため、機械的な強度を有する十分な厚さの多結晶基板を使用する。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、大きな厚さを有する多結晶基板を用いる必要があった。

また、炭化ケイ素多結晶基板の抵抗値が高いと、ＯＮ抵抗が大きくなり、本来の炭化ケイ素半導体の特徴を充分に発揮されなくなる可能性があった。

すなわち、炭化ケイ素基板の製造工程において炭化ケイ素基板の損傷を防ぐためには、機械的強度を有する程度の多結晶基板の厚さが必要である。また、得られる炭化ケイ素半導体のＯＮ抵抗を小さくするためには、多結晶基板の抵抗値が低い必要があった。

従来、炭化ケイ素多結晶基板は、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）等の気相成長法において、窒素等のドーパントを加えながら、所定の厚さまで成膜を実施することで得ていた。しかしながら、気相法で成膜する場合、母材となるカーボン製支持基板やケイ素製支持基板の表面から炭化ケイ素の多結晶が成長するため、成膜過程の初期に形成される層においては炭化ケイ素の微細な結晶が形成され、その後成膜が進むに従って形成される炭化ケイ素多結晶のサイズが大きくなっていく。このことから、成膜された炭化ケイ素多結晶膜において、成膜過程初期に形成された炭化ケイ素多結晶と成膜過程後期に形成された炭化ケイ素多結晶との間で結晶サイズに差が生じて、炭化ケイ素多結晶膜にひずみが発生しやすく、支持基板を除去した際に炭化ケイ素多結晶基板に大きな反りが発生してしまうことがある。このため、炭化ケイ素単結晶との張り合わせ基板等を製造するために、反りが発生した部分を研磨で削り落として平坦化する必要があることから、炭化ケイ素多結晶膜を成膜する際には発生しうる反りを考慮して、炭化ケイ素多結晶基板として用いる厚さよりも厚い炭化ケイ素多結晶膜を支持基板上に成膜する必要がある。つまり、従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法においては、炭化ケイ素多結晶基板として用いる厚さよりも厚い膜を成膜し、さらに、炭化ケイ素多結晶基板として用いることができるように平坦化するために、研磨の難しい硬い炭化ケイ素を研磨しなければならず、製造過程で発生しうる大きな反りが炭化ケイ素多結晶基板の生産性の低下に大きな影響を与えていた。

よって、本発明は、大きな反りが発生することを抑制して、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板を製造する、炭化ケイ素多結晶基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法は、化学的気相成長法によって支持基板上に１０μｍ～３０μｍの第１炭化ケイ素多結晶膜を成膜する、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、前記支持基板と前記第１炭化ケイ素多結晶膜との積層体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で、前記第１炭化ケイ素多結晶膜の成膜温度よりも高い温度で加熱処理する、加熱処理工程と、加熱処理した前記積層体の上に、第２炭化ケイ素多結晶膜を成膜する、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、を含む。

本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、前記第２炭化ケイ素多結晶膜の厚さが、３００μｍ～１０００μｍであってもよい。

本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、前記加熱処理工程における加熱処理温度が、前記第１炭化ケイ素多結晶膜の前記成膜温度よりも２００℃以上高くてもよい。

本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法であれば、大きな反りが発生することを抑制して、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板を製造することができる。

本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により炭化ケイ素多結晶膜を成膜する成膜装置の一例を模式的に示す断面図である。本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、各工程における支持基板、炭化ケイ素多結晶膜、および、炭化ケイ素多結晶基板の側面と、側面における結晶粒の大きさの分布を模式的に示す断面図である。従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、各工程における支持基板、炭化ケイ素多結晶膜、および、炭化ケイ素多結晶基板の側面を模式的に示す断面図である。従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法により得られる、支持基板と炭化ケイ素多結晶膜との積層体、および、炭化ケイ素多結晶基板の側面において、結晶粒の大きさの分布を模式的に示す断面図である。

本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法について、図１、図２を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法により得られた炭化ケイ素多結晶基板は、厚さが３００μｍ～１０００μｍ程度であり、従来の炭化ケイ素多結晶基板と同様に、例えば、炭化ケイ素単結晶基板との貼り合わせ基板を製造する用途に用いることができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、化学的気相成長法により炭化ケイ素多結晶膜を成膜する成膜装置の一例である成膜装置１０００を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、各工程における支持基板、炭化ケイ素多結晶膜、積層体、および、炭化ケイ素多結晶基板の断面を模式的に示す図である。図２（Ａ）は支持基板１００を示す図であり、図２（Ｂ）は第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により得られた積層体４００を示す図であり、図２（Ｃ）は加熱処理工程後の積層体４００Ａを示す図であり、図２（Ｄ）は第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により得られた積層体４００Ｂを示す図であり、図２（Ｅ）は積層体４００Ｂから支持基板１００を除去して得られた炭化ケイ素多結晶基板５００を示す図である。

本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法は、化学的気相成長法によって支持基板１００上に１０μｍ～３０μｍの第１炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜する、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、支持基板１００と第１炭化ケイ素多結晶膜２００との積層体４００を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも高い温度で加熱処理する、加熱処理工程と、加熱処理した積層体４００Ａの上に、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を成膜する、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により得られた積層体４００Ｂから支持基板１００を除去する除去工程と、を含む。本発明者は、このような本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法により、製造された炭化ケイ素多結晶基板の反りを低減することができることを見出すに至った。

次に、各工程について、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程、加熱処理工程、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程、支持基板の除去工程の順に説明する。以下の説明は本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板５００の製造方法の一例であり、問題のない範囲で温度、圧力、ガス雰囲気等の各条件や、手順等を変更してもよい。また、以下においては、支持基板１００の両面を蒸着対象として炭化ケイ素多結晶膜を成膜して炭化ケイ素多結晶基板５００を製造する場合について説明する。なお、支持基板の片面を成膜対象として炭化ケイ素多結晶膜を成膜して炭化ケイ素多結晶基板を製造してもよい。成膜対象を支持基板の片面とするか、両面とするかは、炭化ケイ素多結晶基板の製造計画や蒸着炉の構造等の条件により適宜決定すればよい。

（第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程）
第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程は、支持基板１００上に１０μｍ～３０μｍの第１炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜する工程である。第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程は、例えば、図１に示した成膜装置１０００を用いて行うことができる。

第１炭化ケイ素多結晶膜２００の厚さは１０μｍ～３０μｍとする。第１炭化ケイ素多結晶膜２００が１０μｍよりも薄い場合には、成膜された第１炭化ケイ素多結晶膜２００内における炭化ケイ素多結晶の結晶粒が小さすぎて、加熱処理工程において結晶粒が十分に大きくならず、後述する第２炭化ケイ素多結晶膜３００の成膜過程の後期に形成された炭化ケイ素多結晶との結晶粒の大きさの差が大きくなり、ひずみが発生して反りの発生を抑制する効果が十分に得られない可能性がある。また、第１炭化ケイ素多結晶膜２００が３０μｍよりも厚い場合には、第１炭化ケイ素多結晶膜２００内で、成膜過程の初期に形成された炭化ケイ素多結晶と、成膜過程の後期に形成された炭化ケイ素多結晶との結晶粒の大きさの差が大きくなり、加熱処理工程を行っても、第２炭化ケイ素多結晶膜３００内の炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさの差が大きくなり、反りの発生を抑制する効果が十分に得られない可能性がある。

成膜装置１０００は、化学的気相成長法によって、支持基板１００に第１炭化ケイ素多結晶膜２００、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を成膜するために用いることができる。成膜装置１０００は、成膜装置１０００の外装となる筐体１１００と、第１炭化ケイ素多結晶膜２００、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を成膜させる成膜室１０１０と、成膜室１０１０より排出された原料ガスやキャリアガスを後述のガス排出口１０３０へ導入する排出ガス導入室１０４０と、排出ガス導入室１０４０を覆うボックス１０５０と、ボックス１０５０の外部より成膜室１０１０内を加温する、カーボン製のヒーター１０６０と、成膜室１０１０の下部に設けられ、成膜室１０１０に原料ガスやキャリアガス等のガスを導入するガス導入口１０２０と、ガス排出口１０３０と、支持基板１００を保持する基板ホルダー１０７０を有する。また、基板ホルダー１０７０は、２つの柱１０７１と、支持基板１００を水平に載置する、柱１０７１に設けられた載置部１０７２を有する。

第１炭化ケイ素多結晶膜２００、第２炭化ケイ素多結晶膜３００の成膜時において、原料ガスやキャリアガス等は、成膜室１０１０に設けられたガス導入口１０２０から導入され、成膜室１０１０の下部から排出ガス導入室１０４０に排出され、さらに、ガス排出口１０３０から成膜装置１０００の外部に排出される。

また、支持基板１００の厚さや成膜対象面の大きさ等の形状は特に限定されず、所望の炭化ケイ素多結晶基板に合わせたものを用いることができる。支持基板１００としては、例えば、カーボン製の支持基板やケイ素製の支持基板を用いることができる。

次に、成膜装置１０００を用いて、化学的気相成長法により、支持基板１００上に第１炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜させる手順を説明する。

支持基板１００（図２（Ａ））を載置部１０７２に載置し、減圧状態で、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で、成膜の反応温度まで、ヒーター１０６０により支持基板１００を加熱する。成膜の反応温度（例えば、１４００℃程度）まで達したら、不活性ガスの供給を止めて、成膜室１０１０内に第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成分を含む原料ガスやキャリアガスを供給する。支持基板１００の成膜対象面や気相での化学反応により、加熱した支持基板１００の両面に第１炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜させることができる。これにより、図２（Ｂ）に示すように、支持基板１００に第１炭化ケイ素多結晶膜２００が成膜された、積層体４００が得られる。なお、炭化ケイ素の成膜温度は、通常、１２００℃～１５００℃程度である。

原料ガスとしては、炭化ケイ素多結晶膜を成膜させることができれば、特に限定されず、一般的に炭化ケイ素多結晶膜の成膜に使用されるＳｉ系原料ガス、Ｃ系原料ガスを用いることができる。例えば、Ｓｉ系原料ガスとしては、シラン（ＳｉＨ_４）を用いることができるほか、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）などのエッチング作用があるＣｌを含む塩素系Ｓｉ原料含有ガス（クロライド系原料）を用いることができる。Ｃ系原料ガスとしては、例えば、メタン（ＣＨ_４）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）等の炭化水素を用いることができる。上記のほか、トリクロロメチルシラン（ＣＨ_３Ｃｌ_３Ｓｉ）、トリクロロフェニルシラン（Ｃ_６Ｈ_５Ｃｌ_３Ｓｉ）、ジクロロメチルシラン（ＣＨ_４Ｃｌ_２Ｓｉ）、ジクロロジメチルシラン（（ＣＨ_３）_２ＳｉＣｌ_２）、クロロトリメチルシラン（（ＣＨ_３）_３ＳｉＣｌ）等のＳｉとＣとを両方含むガスも、原料ガスとして用いることができる。

また、キャリアガスとしては、炭化ケイ素多結晶膜の成膜を阻害することなく、原料ガスを支持基板１００へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、熱伝導率に優れ、炭化ケイ素に対してエッチング作用があるＨ_２ガスをキャリアガスとして用いることができる。また、これら原料ガスおよびキャリアガスと同時に、第３のガスとして、目標とする導電率に見合う量の、不純物ドーピングガスを同時に供給することもできる。例えば、炭化ケイ素多結晶基板５００の導電型をｎ型とする場合には窒素（Ｎ_２）、ｐ型とする場合にはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いることができる。

第１炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜させる際には、上記のガスを適宜混合して供給することができる。また、上記のガスを混合せずに、個別に供給してもよい。また、所望の炭化ケイ素多結晶膜の性状に応じて、成膜工程の途中でガスの混合割合を変更してもよい。

以上の第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により、支持基板１００と第１炭化ケイ素多結晶膜２００の積層体４００（図２（Ｂ））が得られる。得られた積層体４００を例えば室温程度まで冷却して、加熱処理工程に供する。

（加熱処理工程）
次に、積層体４００を加熱処理工程に供する。加熱処理工程は、支持基板１００と第１炭化ケイ素多結晶膜２００との積層体４００を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも高い温度で加熱処理する工程である。

加熱処理工程は、例えば、二珪化モリブデン製のヒーターを備える加熱炉等を用いることができる。加熱炉内に積層体４００を保持した後に、加熱炉内を、例えば窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下として、ヒーターにより所定の温度まで加熱する。所定温度に達したら、温度を所定時間維持して、加熱処理を行う。なお、加熱処理工程を行う装置としては、図１に示した成膜装置を用いることもできる。加熱処理工程を、成膜装置を用いて行う場合には、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程後や加熱処理工程後に積層体を冷却せずに、成膜装置内に供給するガスや温度条件等を変更して、各工程を連続して行うことができる。

加熱処理温度は、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも高い温度とする。図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも高い温度で加熱処理することにより、第１炭化ケイ素多結晶膜２００中の微細な炭化ケイ素多結晶が成長して、結晶粒が大きくなる。また、加熱処理温度は、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも２００℃以高くしてもよく、これにより、より確実に第１炭化ケイ素多結晶膜２００中の炭化ケイ素多結晶を成長させることができる。すなわち、例えば、カーボン製の支持基板１００を用いて、第１炭化ケイ素多結晶膜２００を１４００℃で成膜して場合には、加熱温度を１６００℃以上とすることができる。また、加熱処理温度の上限は、炭化ケイ素自体の劣化を考慮して、２２００℃程度とすることができる。また、加熱処理温度は、支持基板１００の材質により、加熱処理温度を適宜調整することができる。例えば、ケイ素製の基板を用いる場合には、ケイ素の耐熱温度を考慮して、加熱処理温度の上限は１４００℃程度とすることが好ましい。以上の加熱処理工程により、図２（Ｃ）に示すように、炭化ケイ素多結晶膜は成膜せず、支持基板１００の上に炭化ケイ素多結晶の結晶粒が大きくなった第１炭化ケイ素多結晶膜２００Ａが積層した積層体４００Ａが得られる。得られた積層体４００Ａを例えば室温程度まで冷却して、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程に供する。

（第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程）
次に、加熱処理した積層体４００Ａを第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程に供する。第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程は、加熱処理した積層体４００Ａの上に、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を成膜する工程である。

第２炭化ケイ素多結晶膜３００の成膜は、第１炭化ケイ素多結晶膜の成膜と同様の装置を用いて行うことができる。また、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程で成膜する第２炭化ケイ素多結晶膜３００の厚さは、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の厚さを考慮して、所望の炭化ケイ素多結晶基板の厚さから設定することができ、例えば、３００μｍ～１０００μｍとすることができる。以上の第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により、積層体４００Ａの上に第２炭化ケイ素多結晶膜３００が積層した積層体４００Ｂ（図２（Ｄ））が得られる。第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により得られた積層体４００Ｂを例えば室温程度まで冷却し、支持基板１００の除去工程に供する。

（除去工程）
次に、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により得られた積層体４００Ｂを、積層体４００Ｂから支持基板１００を除去する除去工程に供する。

支持基板１００の除去工程は、積層体４００Ｂから、支持基板１００の除去を行い、炭化ケイ素多結晶基板５００を得る工程である。まず、積層体４００Ｂにおいて、支持基板１００が露出していない場合には、支持基板１００の外周端部に積層した炭化ケイ素多結晶膜を、ダイヤ砥石等を用いて研削して、支持基板１００の少なくとも一部を露出させる。支持基板１００としてカーボン製の支持基板を用いた場合には、例えば、積層体４００Ｂを数百度に加熱して、支持基板１００を燃焼させることにより除去することができる。燃焼による支持基板１００の除去工程は、例えば、二珪化モリブデン製のヒーターを備える燃焼炉等を用いることができる。積層体４００Ｂを燃焼炉内に保持して、燃焼炉内にＯ_２や空気等の酸化性ガスを供給しながら、常圧または減圧状態で、ヒーターにより燃焼炉内を数百度（例えば、８００℃程度）に加熱する。加熱により、支持基板１００のみが燃焼して、図２（Ｅ）に示すように、炭化ケイ素多結晶基板５００が得られる。また、支持基板１００としてケイ素製の支持基板を用いた場合には、硝フッ酸（硝酸とフッ化水素酸の混合酸）に浸漬して、支持基板１００のみを溶解することで、支持基板１００を除去することができる。これにより、支持基板１００のみが溶解して、図２（Ｅ）に示すように、炭化ケイ素多結晶基板５００が得られる。なお、得られた炭化ケイ素多結晶基板５００の反りをなくしたり、所望の厚さにしたりするために、必要に応じて、さらに研削加工や研磨加工を行ってもよい。

（結晶粒の大きさの分布）
次に、従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法と本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法において、炭化ケイ素多結晶膜における炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさの分布を比較して説明する。

従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法は、図３（Ａ）に示す支持基板１００に所望の厚さの炭化ケイ素多結晶膜７００を成膜して、積層体８００（図３（Ｂ））を得たのち、支持基板１００を除去して、炭化ケイ素多結晶基板７００Ａ（図３（Ｃ））を得て、例えば図３（Ｃ）の線Ａの部分まで研削することにより、反りを低減した炭化ケイ素多結晶基板９００（図３（Ｄ））を得るというものである。

ここで、従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法で得られた積層体８００（図３（Ｂ））においては、炭化ケイ素多結晶の結晶粒の分布は図４（Ａ）のようになる。すなわち、支持基板１００に近いほど結晶粒が小さく、炭化ケイ素多結晶膜７００の厚さが増すにしたがって炭化ケイ素多結晶の結晶粒が大きくなる。炭化ケイ素多結晶基板を得るために必要な厚さの炭化ケイ素多結晶膜７００を成膜すると、炭化ケイ素多結晶膜７００内で厚さ方向における炭化ケイ素多結晶のサイズの差が大きくなってひずみが発生し、このような積層体８００から支持基板１００を除去して得られた炭化ケイ素多結晶基板７００Ａ（図３（Ｃ）、図４（Ｂ））は、支持基板１００に接していた面から炭化ケイ素多結晶基板７００Ａの厚さ方向外方に向かって凸状に大きく反りが発生する。よって、例えば、炭化ケイ素単結晶基板との貼り合わせ基板を製造する用途に用いる際に、炭化ケイ素多結晶基板７００Ａに発生した反りの部分を研削、研磨して所定の平坦度、所定の厚さとして反りを低減した炭化ケイ素多結晶基板９００（図３（Ｄ））に加工する手間が大きく、歩留まり、コスト、生産性が悪化するという課題があった。

一方、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法は、化学的気相成長法によって支持基板１００上に１０μｍ～３０μｍの第１炭化ケイ素多結晶膜２００を成膜する、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、支持基板１００と第１炭化ケイ素多結晶膜２００との積層体４００を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも高い温度で加熱処理する、加熱処理工程と、加熱処理した積層体４００Ａの上に、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を成膜する、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により得られた積層体４００Ｂから支持基板１００を除去する除去工程と、を含む。

第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により得られた積層体４００においては、図２（Ｂ）に示すように、第１炭化ケイ素多結晶膜２００内に形成された結晶粒の大きさが小さく微細である。炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさが微細な、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の膜厚１０μｍ～３０μｍ程度の間に成膜を止めて、得られた積層体４００を加熱処理工程に供する。第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも高い温度で加熱処理することにより、第１炭化ケイ素多結晶膜２００内の炭化ケイ素多結晶の結晶粒が成長して、結晶粒の大きさが大きくなる（図２（Ｃ））。さらに、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により、炭化ケイ素多結晶の結晶粒が大きくなった第１炭化ケイ素多結晶膜２００Ａを有する積層体４００Ａの上に、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を成膜する（図２（Ｄ））。第２炭化ケイ素多結晶膜３００の成膜初期における炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさは、第１炭化ケイ素多結晶膜２００（図２（Ｂ））の炭化ケイ素多結晶のように微細ではなく、炭化ケイ素多結晶の結晶粒が大きくなった第１炭化ケイ素多結晶膜２００Ａ（図２（Ｃ））の成膜過程後期に形成された結晶粒の大きさの影響を受けて大きくなる傾向にある。よって、図２（Ｅ）に示すように、得られた炭化ケイ素多結晶基板５００においては、厚さ方向において炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさの差異が小さくなる。

以上のことから、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法では、厚さ方向における炭化ケイ素多結晶の結晶粒のサイズの差が小さく、ひずみの発生が抑制されるため反りを低減させた炭化ケイ素多結晶基板５００を得ることができる。また、製造された炭化ケイ素多結晶基板５００の反りが小さいことで、炭化ケイ素多結晶基板として用いる厚さよりも大幅に厚い炭化ケイ素多結晶膜を成膜する必要がなくなり、炭化ケイ素多結晶基板としての反りをなくすための研削加工、研磨加工の負担や、材料の無駄を減らすことができる。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

以下、本発明の実施例及び比較例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されることはない。

［炭化ケイ素多結晶基板の製造、および、炭化ケイ素多結晶基板の評価］
（実施例１）
前述した実施形態の成膜装置１０００を用いて、炭化ケイ素多結晶膜の成膜を行った。まず、成膜装置１０００の基板ホルダー１０７０に、直径１５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍカーボン製の支持基板を固定した。成膜室１０１０内へＡｒガスを流入させながら排気ポンプにより炉内を減圧化した後、１４００℃まで加熱し、１４００℃に達した後Ａｒガスの供給を停止した。原料ガスとして、ＳｉＣｌ_４、ＣＨ_４を用い、ドーピングガスとしてＮ_２、キャリアガスとしてＨ_２を用いた。炭化ケイ素多結晶膜の蒸着工程においては、これらのガスの混合比をＳｉＣｌ_４：ＣＨ_４：Ｈ_２：Ｎ_２＝１：１：１０：１０として、総流入量を１００ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄＬ／ｍｉｎ）として、５分間成膜を実施した。厚さが１０μｍの炭化ケイ素多結晶膜を支持基板の両面に成膜させて、支持基板と第１炭化ケイ素多結晶膜の積層体を得た。次に、加熱処理工程を行った。加熱処理工程は、二珪化モリブデン製のヒーターを備える加熱炉を用いて、不活性ガス（窒素ガス）雰囲気下、大気圧下で、１６００℃、６０分行った。次に、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程を行った。第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程とガスの比率は同じとして、１４００℃で１７０分、３４０μｍの第２炭化ケイ素多結晶膜を成膜した。第１炭化ケイ素多結晶膜と第２炭化ケイ素多結晶膜の膜厚の合計は３５０μｍとした。第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により得られた積層体を室温まで冷却し、支持基板の除去工程に供した。

第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程において得られた支持基板と炭化ケイ素多結晶膜の積層体の外周側面を、回転させたダイヤ砥石を当てて研削して、積層体の外周側面の全周に亘って支持基板の側面部を露出させた。さらに、二珪化モリブデン製のヒーターを備える燃焼炉を用いて、支持基板の側面部が露出した積層体を大気雰囲気下で、８００℃、２４時間加熱して、カーボン製の支持基板を燃焼除去して、炭化ケイ素多結晶基板を得た。

次に、得られた炭化ケイ素多結晶基板の反り量を測定した。炭化ケイ素多結晶基板の成膜された面の中心線上を斜入射型光学測定器により測定し、得られた測定値の最大値と最小値との差を反り量とした。測定は５点とし、中心、円周端部、および中心と円周端部との間にあり、中心からの距離と円周端部からの距離が同じ地点について、測定した。反り量が、５０μｍより大きいとき、製造した炭化ケイ素多結晶基板について、デバイス等の製造工程で問題の生じ得る反りが有ると判定した。反り量の測定結果を、表１に示した。

（実施例２～４、比較例２～４）
第１炭化ケイ素多結晶膜の厚さ、加熱処理温度、第２炭化ケイ素多結晶膜の厚さを種々変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で炭化ケイ素多結晶基板を製造した。実施例１と同様に、第１炭化ケイ素多結晶膜と第２炭化ケイ素多結晶膜の膜厚の合計は３５０μｍとした。製造条件、炭化ケイ素多結晶基板の反り量を表１に示した。

（比較例１）
第１炭化ケイ素多結晶膜製造工程、加熱処理工程を行わずに、カーボン製の支持基板に厚さ３５０μｍの炭化ケイ素多結晶膜を成膜したこと以外は実施例１と同様の方法で炭化ケイ素多結晶基板を製造した。製造条件、炭化ケイ素多結晶基板の反り量を表１に示した。

［評価結果の考察］
以上の評価結果により、本発明の例示的態様である実施例１～実施例４において、比較例１～比較例４と比べて、製造された炭化ケイ素多結晶基板の反り量が小さく、反り量は３０μｍから５０μｍであり、大きな反りが発生することを抑制して、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板を製造することができることが示された。本発明の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法であれば、１０μｍ～３０μｍの第１炭化ケイ素多結晶膜を成膜して、加熱処理工程により第1炭化ケイ素多結晶膜内の炭化ケイ素多結晶の結晶粒を成長させてから、第２炭化ケイ素多結晶膜を成膜することにより、成膜された炭化ケイ素多結晶膜の厚さ方向における炭化ケイ素多結晶の結晶粒のサイズの差が小さくなり、大きな反りが発生することを抑制して、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板を製造することができる。また、従来の製造方法と比べて、本発明の製造方法であれば、炭化ケイ素多結晶基板として用いる厚さよりも大幅に厚い炭化ケイ素多結晶膜を成膜する必要がなく、また、平坦化等のための研磨加工の作業も大幅に軽減することが可能となる。従って、本発明は、炭化ケイ素多結晶基板を工業的に製造する技術として有用性が期待される。

１００支持基板
２００、２００Ａ第１炭化ケイ素多結晶膜
３００第２炭化ケイ素多結晶膜
４００、４００Ａ、４００Ｂ積層体
５００炭化ケイ素多結晶基板

Claims

化学的気相成長法によって支持基板上に１０μｍ～３０μｍの第１炭化ケイ素多結晶膜を成膜する、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、
前記支持基板と前記第１炭化ケイ素多結晶膜との積層体を、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で、前記第１炭化ケイ素多結晶膜の成膜温度よりも高い温度で加熱処理する、加熱処理工程と、
加熱処理した前記積層体の上に、第２炭化ケイ素多結晶膜を成膜する、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、を含む炭化ケイ素多結晶基板の製造方法。
前記第２炭化ケイ素多結晶膜の厚さが、３００μｍ～１０００μｍである、請求項１に記載の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法。
前記加熱処理工程における加熱処理温度が、前記第１炭化ケイ素多結晶膜の前記成膜温度よりも２００℃以上高い、請求項１または２に記載の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法。