JP7371510B2 - Film formation method and substrate manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、成膜方法および基板の製造方法に関し、例えば、化学気相成長法(以下、「CVD法」とする場合がある)により支持基板上に炭化珪素(以下、「SiC」とする場合がある)多結晶膜を成膜する方法、および多結晶膜を成膜後に支持基板を分離してSiC多結晶基板を得るSiC多結晶基板の製造方法、に関する。 The present invention relates to a film-forming method and a substrate manufacturing method. The present invention relates to a method of forming a polycrystalline film, and a method of manufacturing a SiC polycrystalline substrate, in which a supporting substrate is separated after forming a polycrystalline film to obtain a SiC polycrystalline substrate.
SiCは、珪素(以下、「Si」とする場合がある)と炭素で構成される化合物半導体材料である。SiCは、絶縁破壊電界強度がSiの10倍であり、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等から、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。 SiC is a compound semiconductor material composed of silicon (hereinafter sometimes referred to as "Si") and carbon. SiC not only has an excellent dielectric breakdown field strength 10 times that of Si and a band gap three times that of Si, but also allows for the control of p-type and n-type over a wide range, which is necessary for device fabrication. For these reasons, it is expected to be a material for power devices that exceeds the limits of Si.
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SiC単結晶基板が得られず、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。 However, compared to the widely popular Si semiconductor, SiC semiconductors cannot be produced in large quantities and are expensive because large-area SiC single crystal substrates cannot be obtained and the process is complicated. Ta.
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。例えば、特許文献1には、SiC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SiC単結晶基板とSiC多結晶基板を準備し、前記SiC単結晶基板と前記SiC多結晶基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、SiC単結晶基板を薄膜化する工程を行うことで、SiC多結晶基板上にSiC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。 Various efforts have been made to reduce the cost of SiC semiconductors. For example, Patent Document 1 describes a method for manufacturing a SiC substrate, in which at least an SiC single crystal substrate and a SiC polycrystalline substrate having a density of micropipes of 30 pieces/ cm2 or less are prepared, and the SiC single crystal substrate and the SiC polycrystalline substrate are prepared. It is described that a substrate in which a SiC single crystal layer is formed on a SiC polycrystalline substrate is manufactured by performing a step of bonding the SiC polycrystalline substrate together, and then performing a step of thinning the SiC single crystal substrate. ing.
更に、特許文献1には、SiC単結晶基板とSiC多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、SiC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、SiC単結晶基板とSiC多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、SiC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、SiC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SiC基板の製造方法が記載されている。 Furthermore, Patent Document 1 discloses that before the step of bonding a SiC single crystal substrate and a SiC polycrystalline substrate, a step of implanting hydrogen ions into the SiC single crystal substrate to form a hydrogen ion implantation layer is performed, After the process of bonding the crystal substrate and the SiC polycrystalline substrate, and before the process of thinning the SiC single crystal substrate, heat treatment is performed at a temperature of 350°C or less, and the process of thinning the SiC single crystal substrate is performed using hydrogen. A method for manufacturing a SiC substrate is described, which includes a step of mechanically peeling off an ion-implanted layer.
このような方法により、1つのSiC単結晶インゴットから、より多くのSiC基板が得られるようになった。 With this method, more SiC substrates can be obtained from one SiC single crystal ingot.
しかしながら、特許文献1に記載の方法で製造されたSiC貼り合わせ基板は、その大部分がSiC多結晶基板である。このため、SiC貼り合わせ基板が、研磨等のハンドリングの際に損傷しないように、機械的な強度を有するよう十分な厚さのSiC多結晶基板を使用しなければならない。 However, most of the SiC bonded substrates manufactured by the method described in Patent Document 1 are SiC polycrystalline substrates. Therefore, it is necessary to use a SiC polycrystalline substrate with a sufficient thickness to have mechanical strength so that the SiC bonded substrate is not damaged during handling such as polishing.
従来、前記SiC多結晶基板は、CVD法によって多数の黒鉛製支持基板上にSiC多結晶膜を成膜した後、SiC多結晶膜で被覆された各支持基板を、SiC多結晶膜の端面を研削する等によりSiC多結晶膜の側面から露出させ、それから酸化雰囲気で焼成する等の手段により、支持基板をSiC多結晶膜から分離し、その後、SiC多結晶膜を平面研削および、必要に応じて研磨加工を施すことで、所望の厚みおよび面状態のSiC多結晶基板を得ていた(例えば、特許文献2)。 Conventionally, the SiC polycrystalline substrate has been produced by forming SiC polycrystalline films on a large number of graphite support substrates by CVD, and then depositing each support substrate coated with the SiC polycrystalline film on the end face of the SiC polycrystalline film. The support substrate is exposed from the side surface of the SiC polycrystalline film by grinding or the like, and then the supporting substrate is separated from the SiC polycrystalline film by baking in an oxidizing atmosphere, etc., and then the SiC polycrystalline film is ground by surface grinding and, if necessary, A SiC polycrystalline substrate with a desired thickness and surface condition was obtained by polishing the substrate (for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記記載の手法では、多数の支持基板をCVD成膜装置の成膜室内に投入して成膜した際に、成膜室内の温度分布や、成膜ガスの濃度勾配により、成膜されるSiC多結晶膜の膜厚に大きなバラつきが生じるおそれがあり、このバラつきが成膜工程の長時間化、成膜後のSiC多結晶膜の平面研削の際の研削量の増加等により、SiC多結晶膜の生産性を低下させ、製造コストを増加させる要因となっていた。 However, in the above-described method, when a large number of support substrates are placed into a deposition chamber of a CVD deposition apparatus and a film is formed, the film formation may be affected by the temperature distribution in the deposition chamber or the concentration gradient of the deposition gas. There is a risk that large variations in the film thickness of the SiC polycrystalline film may occur, and this variation may cause the film formation process to take a longer time and the amount of grinding during surface grinding of the SiC polycrystalline film after film formation to increase. This has been a factor that reduces the productivity of polycrystalline films and increases manufacturing costs.
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することのできる、成膜方法および基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made with attention to such problems, and provides a film formation method and substrate manufacturing method that can suppress variations in film thickness within the same surface of a film formation target surface of a film formation target substrate. The purpose is to provide a method.
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、CVD法によって例えば多数の支持基板上にSiC多結晶膜を成膜する方法において、原料ガスを例えば上下方向に流し、支持基板の成膜対象面の面法線が原料ガスの流れる方向に対して直交するように支持基板を配置し、かつ、支持基板の成膜対象面の面法線と支持基板が回転する回転軸が平行となる方向に支持基板を回転させて成膜すれば、成膜対象面における同一面内の膜厚バラつきを抑制できることを見出し、本発明を想到するに至った。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have discovered that in a method of forming SiC polycrystalline films on, for example, a large number of support substrates by CVD, raw material gas is flowed, for example, in the vertical direction, and the supporting substrates are The support substrate is arranged so that the surface normal of the surface to be film-formed on the substrate is perpendicular to the flow direction of the raw material gas, and the surface normal to the surface to be film-formed on the support substrate and the rotation axis around which the support substrate rotates. The inventors have discovered that if the film is formed by rotating the support substrate in a direction in which the .
すなわち、上記課題を解決するために、本発明の成膜方法は、化学気相成長法によって成膜対象基板に膜を成膜する成膜方法であって、前記成膜対象基板の成膜対象面の面法線と、原料ガスの流れる方向を直交させると共に、前記面法線と前記成膜対象基板が回転する回転軸が平行となる方向に前記成膜対象基板を回転させて成膜する、成膜方法である。 That is, in order to solve the above-mentioned problems, the film forming method of the present invention is a film forming method of forming a film on a film forming target substrate by a chemical vapor deposition method, the film forming method comprising forming a film forming film on a film forming target substrate. Forming a film by rotating the substrate to be film-formed in a direction in which the surface normal of the surface is perpendicular to the flow direction of the raw material gas, and the normal to the surface is parallel to the rotation axis around which the substrate to be film-formed rotates. , a film forming method.
前記成膜方法は、複数の前記成膜対象基板を成膜する方法であり、複数の前記成膜対象基板の中心軸は、前記回転軸と一致してもよい。 The film-forming method is a method of forming a film on a plurality of the film-forming target substrates, and a central axis of the plurality of film-forming target substrates may coincide with the rotation axis.
複数の前記成膜対象基板の基板間距離が等間隔であってもよい。 The distance between the plurality of film-forming target substrates may be equal.
前記成膜方法は、複数の前記成膜対象基板を成膜する方法であり、複数の前記成膜対象基板が回転対称に配置された少なくとも1つの回転対称基板群を構成してもよい。 The film-forming method is a method of forming a film on a plurality of the film-forming target substrates, and the plurality of film-forming target substrates may constitute at least one rotationally symmetrical substrate group arranged rotationally symmetrically.
複数の前記回転対称基板群の回転軸が一致してもよい。 The rotational axes of the plurality of rotationally symmetrical substrate groups may coincide with each other.
複数の前記回転対称基板群の間における基板間距離が等間隔であってもよい。 The distance between the substrates among the plurality of rotationally symmetrical substrate groups may be equal.
前記成膜対象基板がシリコン支持基板またはカーボン支持基板であり、前記成膜方法は前記成膜対象基板に炭化珪素多結晶膜を成膜する方法であってもよい。 The film formation target substrate may be a silicon support substrate or a carbon support substrate, and the film formation method may be a method of forming a silicon carbide polycrystalline film on the film formation target substrate.
また、上記課題を解決するため、本発明の基板の製造方法は、上記した本発明の成膜方法を含む。 Moreover, in order to solve the above-mentioned problem, a manufacturing method of a substrate of the present invention includes the above-described film forming method of the present invention.
本発明によれば、成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することのできる、成膜方法および基板の製造方法を提供することができる。そのため、本発明であれば、成膜時間の短縮、平面研削における研削量の削減等により、生産性の向上や製造コストの低減の効果がある。 According to the present invention, it is possible to provide a film forming method and a substrate manufacturing method that can suppress variations in film thickness within the same surface of a film forming target surface of a film forming target substrate. Therefore, the present invention has the effect of improving productivity and reducing manufacturing costs by shortening film formation time, reducing the amount of grinding in surface grinding, etc.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these embodiments.
[成膜方法]
本発明の成膜方法は、化学気相成長法によって成膜対象基板に膜を成膜する方法である。
[Film formation method]
The film forming method of the present invention is a method of forming a film on a target substrate by chemical vapor deposition.
(成膜対象基板)
膜を成膜する対象となる基板である成膜対象基板としては、特に限定されないが、例えばシリコン支持基板またはカーボン支持基板を挙げることができる。また、成膜対象基板の形状としては、例えば薄膜で円形である、直径4インチ~8インチ程度のウエハ形状のものを挙げることができる。
(Target substrate for film formation)
The film formation target substrate, which is the substrate on which a film is formed, is not particularly limited, but may include, for example, a silicon support substrate or a carbon support substrate. Further, as the shape of the substrate to be film-formed, for example, a thin film, circular wafer shape, and a diameter of about 4 inches to 8 inches can be mentioned.
(膜)
成膜する膜としては、特に限定されないが、例えば炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボンの膜を挙げることができる。また、単結晶膜を成膜してもよく、多結晶膜を成膜してもよい。
(film)
The film to be formed is not particularly limited, and examples include films of silicon carbide, titanium nitride, aluminum nitride, titanium carbide, or diamond-like carbon. Further, a single crystal film may be formed, or a polycrystalline film may be formed.
本発明の成膜方法の具体例としては、成膜対象基板としてシリコン支持基板またはカーボン支持基板を使用し、これらの支持基板に炭化珪素多結晶膜を成膜する方法が挙げられる。 A specific example of the film forming method of the present invention includes a method in which a silicon supporting substrate or a carbon supporting substrate is used as a film forming target substrate, and a silicon carbide polycrystalline film is formed on these supporting substrates.
図1に、成膜中においてウエハ形状の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す。成膜対象基板100は、その中心に回転軸200を挿通可能な開口部110を有しており、開口部110に回転軸200を挿通して回転軸200に保持されている。回転軸200は、化学気相成長法による成膜に耐えられる素材のものを使用することができ、例えばカーボン製の回転軸200を使用することが出来る。回転軸200が、例えば矢印Aのように逆時計回りに回転することで、成膜対象基板100を矢印Aのように逆時計回りに回転させることができる。また、回転軸200は時計回りに回転させてもよい。なお、成膜処理中の成膜対象基板の回転速度は特に限定されないが、例えば0.1~60rpmに設定することができる。回転速度が0.1より遅い場合には、成膜した膜の厚みが著しく偏る場合があり、また、60rpmより速い場合には回転軸200が損傷するおそれや、回転による気流が発生して成膜に不具合の生じるおそれがある。そして、成膜対象基板100のおもて面120aとうら面120bが成膜対象面120であり、成膜対象面120から垂直に出るベクトルを面法線300とする。
FIG. 1 shows an example of a mode in which a wafer-shaped film-forming
また、原料ガスが流れる方向を矢印Bで示している。原料ガスとしては、膜を成膜することができれば、特に限定されず、一般的に使用される原料ガスを用いることができる。例えば、炭化珪素の多結晶膜を成膜する場合には、Si系原料ガス、C系原料ガスを用いる。Si系原料ガスとしては、例えば、シラン(SiH4)を用いることができるほか、SiH3Cl、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4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)を用いることもできる。C系原料ガスとしては、例えば、メタン(CH4)、プロパン(C3H8)、アセチレン(C2H2)を用いることができる。 Further, arrow B indicates the direction in which the raw material gas flows. The source gas is not particularly limited as long as it can form a film, and commonly used source gases can be used. For example, when forming a polycrystalline film of silicon carbide, a Si-based source gas and a C-based source gas are used. As the Si-based raw material gas, for example, silane (SiH 4 ) can be used, as well as chlorine-based Si raw material-containing gases containing Cl that have an etching effect, such as SiH 3 Cl, SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , and SiCl 4 . (chloride-based raw materials) can also be used. As the C-based raw material gas, for example, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), and acetylene (C 2 H 2 ) can be used.
窒化チタンの多結晶膜を成膜する場合には、TiCl4ガス、N2ガス等を用いることができる。窒化アルミニウムの多結晶膜を成膜する場合には、AlCl3ガス、NH3ガス等を用いることができる。炭化チタンの多結晶膜を成膜する場合には、TiCl4ガス、CH4ガス等を用いることができる。ダイヤモンドライクカーボンの多結晶膜を成膜する場合には、アセチレン等の炭化水素ガスを用いることができる。 When forming a polycrystalline film of titanium nitride, TiCl 4 gas, N 2 gas, or the like can be used. When forming a polycrystalline film of aluminum nitride, AlCl 3 gas, NH 3 gas, or the like can be used. When forming a polycrystalline film of titanium carbide, TiCl 4 gas, CH 4 gas, or the like can be used. When forming a polycrystalline film of diamond-like carbon, a hydrocarbon gas such as acetylene can be used.
また、原料ガスはキャリアガスを同伴してもよい。膜の成膜を阻害することなく、原料ガスを成膜対象基板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、炭化珪素多結晶膜を成膜する場合には、熱伝導率に優れ、SiCに対してエッチング作用がある水素(H2)を用いることができる。
Further, the raw material gas may be accompanied by a carrier gas. A commonly used carrier gas can be used as long as the raw material gas can be spread onto the film
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、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、導電型をn型とする場合には窒素(N2)、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。 Further, an impurity doping gas can be supplied as a third gas simultaneously with these source gas and carrier gas. For example, nitrogen (N 2 ) can be used when the conductivity type is n-type, and trimethylaluminum (TMA) can be used when the conductivity type is p-type.
本発明の成膜方法では、成膜対象基板100の成膜対象面120の面法線300と、原料ガスの流れる方向Bを直交させると共に、面法線300と成膜対象基板100が回転する回転軸200が平行となる方向に成膜対象基板100を回転させて成膜する。このように、成膜対象基板100を回転させながら、成膜対象面120に沿うように原料ガスを供給して成膜することで、原料ガスが成膜対象面120に偏って供給されることを抑制することができるため、成膜対象基板100の成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。
In the film-forming method of the present invention, the surface normal 300 of the film-forming
なお、原料ガスの流れる方向は、成膜対象面120と平行となるように任意に設定することができ、例えば図1に示す矢印Bのように鉛直方向であってもよく、水平方向であってもよい。
Note that the direction in which the source gas flows can be arbitrarily set to be parallel to the film-forming
また、本発明の成膜方法では、図2に示すように複数の成膜対象基板100を成膜する方法であってもよい。一度の処理で成膜可能な枚数の成膜対象基板100を、成膜装置の成膜室中に設置することで、成膜効率を上げることができる。ここで、複数の成膜対象基板100の中心軸130のいずれもが、回転軸200と一致するように設置して成膜することが好ましい。すなわち、いずれの成膜対象基板100も、その中心に回転軸200を挿通可能な開口部110を有しており、開口部110に回転軸200を挿通して串刺し状に複数の成膜対象基板100を配置する。このような配置とすることで、複数の成膜対象基板100の中心軸130のいずれもが、回転軸200の回転軸と一致させることができ、いずれの成膜対象基板100についても成膜条件を揃えることができるため、原料ガスがいずれの成膜対象面120に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板100においても、成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。
Further, the film forming method of the present invention may be a method of forming films on a plurality of film forming
そして、図2に示すように一度の処理で複数の成膜対象基板100を成膜する場合には、複数の成膜対象基板100の基板間距離140が等間隔であることが好ましい。基板間距離140が等間隔であることにより、いずれの成膜対象面120に対しても原料ガスを偏りなく均等に供給できるため、成膜対象基板100の成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを更に抑制することができる。
When a plurality of
図3に、図2とは異なる態様の、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図を示す。本発明の成膜方法では、図3に示すように複数の成膜対象基板100を成膜する方法であってもよい。一度の処理で成膜可能な枚数の成膜対象基板100を、成膜装置の成膜室中に設置することで、成膜効率を上げることができる。また、図3に示す態様の場合には、複数の成膜対象基板100が回転対称に回転軸200に配置された回転対称基板群400を構成する。図3では図示を省略するが、各成膜対象基板100は固定手段によって回転軸200に固定されている。固定手段としては、特に限定されないが、例えば中通ししたナットやワッシャー等によって成膜対象基板100を挟んで把持することにより、成膜対象基板100を固定することができる。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a mode in which a plurality of wafer-shaped film
回転対称基板群400は、同一平面上にある複数の成膜対象基板100から構成されており、図3では4枚の成膜対象基板100を示しているが、これに限定されず、2~8枚程度で任意の枚数の成膜対象基板100により、回転対称基板群400を構成することができる。複数の成膜対象基板100によって回転対称基板群400を構成し、これを回転させることにより、いずれの成膜対象基板100についても成膜条件を揃えることができる。そのため、原料ガスがいずれの成膜対象面120に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板100においても、成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。
The rotationally
図4に、図3とは異なる態様の、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図を示す。ここで、複数の回転対称基板群400の回転軸410のいずれもが一致することが好ましい。すなわち、いずれの回転対称基板群400の成膜対象基板100も、同一の回転軸200に固定する配置を取る。このような配置とすることで、複数の回転対称基板群400の回転軸410のいずれもが、回転軸200の回転軸と一致させることができ、いずれの成膜対象基板100についても成膜条件を揃えることができるため、原料ガスがいずれの成膜対象面120に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板100においても、成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a mode in which a plurality of wafer-shaped film-forming
そして、図4に示すように一度の処理で複数の回転対称基板群400の成膜対象基板100を成膜する場合には、複数の回転対称基板群400の間における基板間距離420が等間隔であることが好ましい。基板間距離420が等間隔であることにより、いずれの成膜対象面120に対しても原料ガスを偏りなく均等に供給できるため、成膜対象基板100の成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを更に抑制することができる。
As shown in FIG. 4, when forming a film on the film
(成膜装置1000)
以下、一例として、本発明の成膜方法に用いることの出来る成膜装置1000について説明する。
(Film forming apparatus 1000)
Hereinafter, as an example, a
図5に、成膜装置1000の概略断面図を示す。成膜装置1000は、回転軸200に保持された成膜対象基板100を成膜する成膜室1010、成膜室1010へ原料ガスやキャリアガスを導入する導入口1020、成膜室1010より排出された原料ガスやキャリアガスを成膜装置1000の外部へ排気する排気口1030、成膜室1010より排出された原料ガスやキャリアガスを排気口1030へ導入する排出ガス導入室1040、排出ガス導入室を覆うボックス1050、ボックス1050の外部より成膜室1010内の温度を制御するヒーター1060、ヒーター1060の外側にあり、成膜装置1000の外装となる水冷されたステンレス製の筐体1100を備えることができる。また、図5では図示していないが、成膜装置1000は回転軸200を回転させるモーターやエンジン等の回転駆動手段を備えることができる。
FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the
[基板の製造方法]
次に、本発明の基板の製造方法について説明する。本発明の基板の製造方法は、上記した本発明の成膜方法を含む。ここでは、成膜方法の説明は省略する。
[Substrate manufacturing method]
Next, a method for manufacturing a substrate according to the present invention will be explained. The substrate manufacturing method of the present invention includes the film forming method of the present invention described above. Here, explanation of the film forming method will be omitted.
基板の製造方法として、炭化珪素多結晶基板の製造方法を例として挙げると、かかる製造方法は、以下に説明する露出工程と燃焼除去工程を更に含む。 Taking a method for manufacturing a polycrystalline silicon carbide substrate as an example of a method for manufacturing a substrate, this manufacturing method further includes an exposure step and a combustion removal step, which will be described below.
〈露出工程〉
露出工程の一例としては、上記した本発明の成膜方法により得た、表面に炭化珪素多結晶膜が成膜したカーボン支持基板に対し、成膜した炭化珪素多結晶膜の端部を除去してカーボン支持基板を露出させる工程が挙げられる。この工程により、カーボン支持基板が露出され、後述する燃焼除去工程によりカーボン支持基板を気化させ易くなる。
<Exposure process>
As an example of the exposure step, an end portion of the formed silicon carbide polycrystalline film is removed from a carbon support substrate with a silicon carbide polycrystalline film formed on the surface obtained by the above-described film forming method of the present invention. A step of exposing the carbon support substrate using the carbon support substrate is included. This step exposes the carbon support substrate, making it easier to vaporize the carbon support substrate in the combustion removal step described below.
成膜工程によって、カーボン支持基板の側壁には炭化珪素多結晶膜が成膜されるため、これを例えば端面加工装置に投入して、成膜した炭化珪素多結晶膜の端面から内側へ2~4mm研削して、カーボン支持基板の端面を露出させることができる。なお、炭化珪素多結晶膜の成膜前に、カーボン支持基板の外周部をリング状の黒鉛等でマスクしておけば、端面加工は不要であり、この場合には、マスクを除去することが露出工程となる。 In the film forming process, a silicon carbide polycrystalline film is formed on the side wall of the carbon support substrate, so this is put into an end face processing device, for example, and the silicon carbide polycrystalline film is processed inward from the end face of the formed silicon carbide polycrystalline film. By grinding 4 mm, the end face of the carbon support substrate can be exposed. Note that if the outer periphery of the carbon support substrate is masked with ring-shaped graphite or the like before forming the silicon carbide polycrystalline film, end face processing is not required, and in this case, the mask can be removed. This is the exposure process.
または、所望の直径(例えば、6インチ径)となるように、表面に炭化珪素多結晶膜が成膜したカーボン支持基板をコアドリル等でくり抜くことで、カーボン支持基板を側面外周において露出させることができる。 Alternatively, the carbon support substrate with a silicon carbide polycrystalline film formed on its surface may be hollowed out with a core drill or the like to a desired diameter (for example, 6 inches diameter), thereby exposing the carbon support substrate at the outer periphery of the side surface. can.
〈燃焼除去工程〉
燃焼除去工程の一例としては、大気雰囲気中において、圧力を1気圧、温度800℃の条件下に、露出工程後のカーボン支持基板を100時間以上保持する工程が挙げられる。本工程により、カーボン支持基板を燃焼させて除去できるため、炭化珪素多結晶基板を得ることができる。
<Combustion removal process>
An example of the combustion removal step is a step of holding the carbon support substrate after the exposure step under conditions of 1 atm pressure and 800° C. in the atmosphere for 100 hours or more. In this step, the carbon supporting substrate can be burned and removed, so a silicon carbide polycrystalline substrate can be obtained.
(研磨工程)
炭化珪素多結晶基板の製造方法では、燃焼除去工程後、成膜した炭化珪素多結晶膜の表面を研磨する研磨工程を含んでもよい。炭化珪素多結晶基板は、半導体の製造に用いられる基板とするのであれば、半導体製造プロセスで使用できる面精度が必要となる。そこで、本工程により、炭化珪素基板の表面を平滑化することが好ましい。
(polishing process)
The method for manufacturing a silicon carbide polycrystalline substrate may include a polishing step of polishing the surface of the formed silicon carbide polycrystalline film after the combustion removal step. If a silicon carbide polycrystalline substrate is to be used in the manufacture of semiconductors, it must have surface precision that can be used in semiconductor manufacturing processes. Therefore, it is preferable to smooth the surface of the silicon carbide substrate through this step.
例えば、炭化珪素基板をダイアモンドスラリーでラップ処理し、ダイアモンドとアルミナとの混合スラリーでハードポリッシュした後に、シリカスラリー(コロイダルシリカ、pH11)でポリッシュするという工程を経て、炭化珪素基板の表面を平滑化することができる。 For example, the surface of the silicon carbide substrate is smoothed by lapping it with diamond slurry, hard polishing it with a mixed slurry of diamond and alumina, and then polishing it with silica slurry (colloidal silica, pH 11). can do.
(その他の工程)
本発明の炭化珪素基板の製造方法は、上記の工程以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、研磨工程による炭化珪素基板への付着物を除去するための洗浄工程等が挙げられる。また、本発明の基板の製造方法としては、炭化珪素多結晶基板とは異なる基板を製造する場合において、基板を製造するための任意の工程を含むことができる。
(Other processes)
The method for manufacturing a silicon carbide substrate of the present invention can include other steps in addition to the steps described above. For example, a cleaning process for removing deposits on the silicon carbide substrate due to a polishing process, etc. may be mentioned. Further, the method for manufacturing a substrate of the present invention can include any step for manufacturing a substrate when manufacturing a substrate different from a silicon carbide polycrystalline substrate.
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。ここでは、成膜対象基板としてカーボン支持基板を使用し、カーボン支持基板に炭化珪素多結晶膜を成膜した。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below with reference to comparative examples. Here, a carbon support substrate was used as a film-forming target substrate, and a silicon carbide polycrystalline film was formed on the carbon support substrate. Note that the present invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
炭化珪素多結晶膜の成膜に使用した成膜装置1000としては、成膜室1010の底面から原料ガスを導入し、天井より排出するホットウォール型の熱CVD装置を用いた。成膜対象基板100としては、厚み5mmで直径400mmのウエハ形状であり、中心に直径50mmの開口部110を有するカーボン支持基板を使用した。図2、5に示す態様のように、成膜対象基板100を、その面法線300が回転軸200と平行であり、かつ原料ガスの流れる方向と直交するように、成膜室1010内に配置した。成膜に使用した成膜対象基板100は6枚であり、各成膜対象基板100の向かい合う成膜対象面120の基板間距離140がいずれも20mmとなるように、回転軸200に串刺し状に固定した。なお、成膜対象基板100の間を通過する原料ガスの流れが均等となるように、成膜室1010の内壁と、その内壁と対向する成膜対象面120との距離も20mmとなるように設置した。
(Example 1)
The
成膜室1010内を排気ポンプにより真空引きを行って減圧状態とした後、Arガスを導入して成膜室1010内の圧力を大気圧に戻し、Arガスをフローさせながら、成膜室1010内を1400℃まで加熱した。原料ガスとして、SiCl4、CH4を使用し、キャリアガスとしてH2を用いた。成膜対象基板100をいずれも1rpmの回転速度で回転させながら、ガスの流量比が標準状態(0℃、1atm)換算でSiCl4:CH4:H2=1:1:10となる条件で、成膜対象面120のおもて面120aとうら面120bに対し、2.5時間の成膜を実施した。このときの成膜室1010内の圧力は、20kPaとなるよう圧力制御を実施した。
After the inside of the
成膜工程終了後、炭化珪素多結晶膜が成膜した成膜対象基板100を内径が151mmのコアドリルを用いて、1枚の成膜対象基板100から直径150mmの基板を4枚くりぬいた。くりぬいた各基板の外周部は、成膜対象基板100であるカーボン支持基板が露出した状態である。この基板を大気雰囲気で800℃、100時間以上加熱することで、カーボン支持基板を燃焼除去し、1枚の成膜対象基板100あたり合計8枚の炭化珪素多結晶基板を分離した。残り5枚の炭化珪素多結晶膜が成膜した成膜対象基板100についても、同様の露出工程と燃焼除去工程による処理をすることで、1バッチ当たり合計48枚の炭化珪素多結晶基板を得た。
After the film-forming process was completed, four substrates each having a diameter of 150 mm were cut out of the film-forming
これら48枚の炭化珪素多結晶基板の全てについて厚みを測定した結果、同一面内における厚みが最も薄い箇所は130μmであり、最も厚い箇所は400μmであった。 As a result of measuring the thickness of all of these 48 polycrystalline silicon carbide substrates, the thinnest part in the same plane was 130 μm, and the thickest part was 400 μm.
(実施例2)
成膜対象基板100としては、厚み5mmで直径151mmのウエハ形状であり、開口部110の無いカーボン支持基板を使用した。図3に示すように、回転軸200に対して回転対称として4回対称にナットで挟んで配置したものを1組の回転対称基板群400として、回転対称基板群400の間における基板間距離420が20mmで等間隔となるように、合計6組(成膜対象基板100の合計24枚)の回転対称基板群400を成膜室1010に配置した。また、成膜対象基板100の間を通過する原料ガスの流れが均等となるように、成膜室1010の内壁と、その内壁と対向する成膜対象面120との距離も20mmとなるように設置した。その他の条件は、実施例1と同様にして成膜した。
(Example 2)
As the
成膜工程終了後、炭化珪素多結晶膜が成膜した成膜対象基板100を成膜室1010から取り出し、炭化珪素多結晶膜の端部の一部を除去して成膜対象基板100であるカーボン支持基板を露出させた。その後、この基板を大気雰囲気で800℃、100時間以上加熱することで、カーボン支持基板を燃焼除去した。これらの操作により、1枚の成膜対象基板100あたり合計2枚、1バッチ当たり合計48枚の炭化珪素多結晶基板を得た。
After the film-forming process is completed, the film-forming
これら48枚の炭化珪素多結晶基板の全てについて厚みを測定した結果、同一面内における厚みが最も薄い箇所は130μmであり、最も厚い箇所は400μmであった。 As a result of measuring the thickness of all of these 48 polycrystalline silicon carbide substrates, the thinnest part in the same plane was 130 μm, and the thickest part was 400 μm.
(比較例1)
成膜工程における成膜対象基板100の回転速度を0rpm(無回転)とした以外は、実施例1と同様に成膜工程、露出工程および燃焼除去工程を行った。得られた48枚の炭化珪素多結晶基板の全てについて厚みを測定した結果、同一面内における厚みが最も薄い箇所は30μmであり、最も厚い箇所は520μmであった。
(Comparative example 1)
The film formation process, exposure process, and combustion removal process were performed in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed of the film
[まとめ]
以上のとおり、本発明であれば、成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における、成膜した膜の膜厚のバラつきを抑制することができる。実施例では、その一例として、カーボン基板に炭化珪素多結晶膜を成膜する場合について紹介したが、本発明の効果は、この場合のみならず、カーボン基板やシリコン基板等に対し、炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボン等の単結晶膜や多結晶膜等を成膜する場合においても、得られるものである。
[summary]
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress variations in the thickness of the deposited film within the same surface of the deposition target surface of the deposition target substrate. In the embodiment, as an example, the case of forming a silicon carbide polycrystalline film on a carbon substrate was introduced, but the effects of the present invention are not limited to this case. It can also be obtained when forming a single crystal film or a polycrystalline film of titanium nitride, aluminum nitride, titanium carbide, diamond-like carbon, or the like.
100 成膜対象基板
110 開口部
120 成膜対象面
120a おもて面
120b うら面
130 中心軸
140 基板間距離
200 回転軸
300 面法線
400 回転対称基板群
410 回転軸
420 基板間距離
1000 成膜装置
1010 成膜室
1020 導入口
1030 排気口
1040 排出ガス導入室
1050 ボックス
1060 ヒーター
1100 筐体
A 矢印
B 矢印
100 Substrate to be film-formed 110
Claims (8)
前記成膜対象基板の成膜対象面の面法線と、原料ガスの流れる方向を直交させると共に、前記面法線と前記成膜対象基板が回転する回転軸が平行となる方向に前記成膜対象基板を回転させて成膜し、
前記原料ガスの流れる方向は、鉛直方向である、成膜方法。 A film deposition method for depositing a film on a substrate to be deposited by chemical vapor deposition,
The film is formed in a direction in which the surface normal of the film-forming surface of the film-forming target substrate is orthogonal to the flow direction of the source gas, and the surface normal and the rotation axis of the film-forming target substrate are parallel to each other. The target substrate is rotated to form a film,
A film forming method , wherein the direction in which the source gas flows is a vertical direction .
複数の前記成膜対象基板のいずれも、その中心に前記回転軸を挿通可能な開口部を有しており、前記開口部に前記回転軸を挿通して串刺し状に複数の前記成膜対象基板が配置されており、
複数の前記成膜対象基板の中心軸は、前記回転軸と一致する、請求項1に記載の成膜方法。 The film forming method is a method of forming a film on a plurality of the film forming target substrates,
Each of the plurality of film-forming target substrates has an opening in the center through which the rotating shaft can be inserted, and the plurality of film-forming target substrates are skewered by inserting the rotating shaft into the opening. is located,
The film forming method according to claim 1, wherein the central axes of the plurality of film forming target substrates coincide with the rotation axis.
複数の前記成膜対象基板が回転対称に前記回転軸に配置された少なくとも1つの回転対称基板群を構成し、
前記成膜対象基板のいずれも、固定手段が前記成膜対象基板を挟んで把持することによって前記回転軸に固定されている、請求項1に記載の成膜方法。 The film forming method is a method of forming a film on a plurality of the film forming target substrates,
The plurality of film-forming target substrates constitute at least one rotationally symmetric substrate group arranged rotationally symmetrically around the rotation axis ,
2. The film forming method according to claim 1, wherein each of the film forming target substrates is fixed to the rotating shaft by a fixing means sandwiching and gripping the film forming target substrate.
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