JP7400337B2

JP7400337B2 - 炭化ケイ素多結晶基板の製造方法

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Publication number: JP7400337B2
Application number: JP2019192013A
Authority: JP
Inventors: 泰三北川
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2039-10-21
Also published as: JP2021066624A

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号公報特開平１０－２５１０６２号公報

特許文献１の方法で製造された炭化ケイ素貼り合わせ基板の大部分が、多結晶基板である。よって、多結晶基板と単結晶基板を貼り合わせた、炭化ケイ素貼り合わせ基板の反りの大きさは、多結晶基板の反りの大きさによる影響が支配的となる。炭化ケイ素貼り合わせ基板を用いたデバイス製造工程において、炭化ケイ素貼り合わせ基板の反り量が大きいと、フォトリソグラフィ工程におけるパターン形成不良や、イオン注入工程におけるイオン侵入深さが不均一となるなどの問題が生じるため、炭化ケイ素貼り合わせ基板に用いる多結晶基板の反りは小さいことが求められる。

以上のような、炭化ケイ素多結晶基板の反りについての課題に対して、特許文献２においては、化学的気相成長法による炭化ケイ素多結晶膜の成膜に用いるカーボン支持基板の熱膨張係数を３．０×１０^－６／Ｋ～５．０×１０^－６／Ｋの範囲とすることが記載されている。炭化ケイ素多結晶膜の熱膨張係数（およそ４．３×１０^－６／Ｋ～４．５×１０^－６／Ｋ）と近い熱膨張係数のカーボン支持基板を用いることで、カーボン支持基板と炭化ケイ素多結晶膜との熱膨張係数の差異による、炭化ケイ素多結晶膜を成膜した後に冷却する時の体積収縮差を低減し、炭化ケイ素多結晶膜に生じる応力を低減することで、反りを低減させた炭化ケイ素多結晶膜を得る方法が示されている。
しかしながら、炭化ケイ素多結晶膜の反りを発生させる要因は、上記の要因だけではない。炭化ケイ素多結晶膜とは異なる材質のカーボン支持基板上へ炭化ケイ素多結晶膜を成膜することにより、炭化ケイ素多結晶膜が成膜する初期には炭化ケイ素多結晶の粒径が小さく、その後、炭化ケイ素多結晶膜の成膜が進むと形成される炭化ケイ素多結晶の粒径が大きくなる。これにより、成膜した炭化ケイ素多結晶膜内の炭化ケイ素多結晶の粒径に差が生じることに起因して、炭化ケイ素多結晶膜内の内部応力に差が生じることも、炭化ケイ素多結晶膜の反りを大きくする一因となっている。支持基板を除去して炭化ケイ素多結晶膜を炭化ケイ素多結晶基板へ加工する工程において、炭化ケイ素達結晶膜において粒径が変化する箇所を削り取っても、炭化ケイ素多結晶基板の反りが十分に小さくならないという課題があった。

また、炭化ケイ素多結晶膜を炭化ケイ素多結晶基板へ加工する工程においては、炭化ケイ素多結晶膜を所定の厚さおよび平坦度へ整えるために、面研削や面研磨の加工などを行うことがある。これらの加工において、炭化ケイ素多結晶膜の反りが大きいことに起因して、厚さや平坦度あるいは反りの不良が発生することがあり、炭化ケイ素多結晶基板への加工工程での歩留まりを悪化させる要因となっていた。加えて、これらの加工不良を改善することを目的として、例えば炭化ケイ素を成膜するときに炭化ケイ素多結晶膜の厚さを大きくすることがある。炭化ケイ素多結晶膜の厚さを大きくするために、ガス使用量が増加することや成膜時間が長くなることにより、製造コストや生産性が悪化するという問題があった。

よって、本発明は、炭化ケイ素多結晶基板に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第１炭化ケイ素多結晶膜を、１４００℃～１５００℃の温度で成膜する、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、前記第１炭化ケイ素多結晶膜の上に、第２炭化ケイ素多結晶膜を、１２００℃～１３００℃、かつ、前記第１炭化ケイ素多結晶膜の成膜温度よりも１００℃～２００℃低い温度で成膜する、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であれば、炭化ケイ素多結晶基板に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た、支持基板と炭化ケイ素多結晶膜との積層体における、炭化ケイ素多結晶の粒径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より得られた、支持基板と炭化ケイ素多結晶膜との積層体における、炭化ケイ素多結晶の粒径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、図面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。

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、各工程におけるカーボン支持基板、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４００Ａを示す図であり、図２（Ｃ）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（Ｄ）は積層体４００Ｂを支持基板１００の除去工程に供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上に第１炭化ケイ素多結晶膜２００を、１４００℃～１５００℃の温度で成膜する、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の上に、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を、１２００℃～１３００℃、かつ、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも１００℃～２００℃低い温度で成膜する、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５００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、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程、支持基板１００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の両面を成膜対象として第１炭化ケイ素多結晶膜２００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、カーボン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。成膜対象をカーボン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、化学的気相成長法によって支持基板１００上に第１炭化ケイ素多結晶膜２００を、１４００℃～１５００℃の温度で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。

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、支持基板１００に第１炭化ケイ素多結晶膜２００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５００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。成膜の反応温度まで達したら、不活性ガスの供給を止めて、温度を維持して、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。その後、室温まで冷却することで、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４００Ａが得られる。

原料ガスとしては、第１炭化ケイ素多結晶膜２００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、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程の途中でガスの混合割合を変更してもよい。

また、本実施形態における、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度は、１４００℃～１５００℃とする。また、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の厚さは、例えば、５０μｍ～１５０μｍ程度とすることができる。

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４００Ａが得られる。積層体４００Ａは、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程に供される。

（第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程）
次に、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程を行う。第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程は、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の上に、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を、１２００℃～１３００℃、かつ、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも１００℃～２００℃低い温度で成膜する工程である。第２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、後述する降温工程を介して、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程に連続して行うこともできるし、積層体４００Ａを室温程度まで冷却したのちに第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程に供してもよい。

第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程を第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程に連続して行う場合には、原料ガス、ドーピングガス、キャリアガスの供給を停止して、成膜室１０１０内の温度を第２炭化ケイ素多結晶膜３００の成膜温度、すなわち、１２００℃～１３００℃、かつ、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも１００℃～２００℃低い温度まで降温させる（降温工程）。所定の温度になったら、温度を維持して、原料ガス、ドーピングガス、キャリアガスの供給を再開して、所定の厚さの第２炭化ケイ素多結晶膜３００を形成させる。第２炭化ケイ素多結膜成膜工程の成膜条件は、温度条件以外は第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と同様にしてもよいし、ガスの混合割合等の条件を変更してもよい。なお、降温工程において原料ガス等の供給を停止した際に、成膜室１０１０内のガス体積が収縮しない程度に、Ｈ_２等のキャリアガスやＡｒ等の不活性ガスを供給することが好ましい。

第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程における成膜温度は、第１炭化ケイ素多結晶膜２００と第２炭化ケイ素多結晶膜３００における内部応力差を小さくするために、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさと第２炭化ケイ素多結晶膜３００の炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさの差が小さくなるように設定する。例えば、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の結晶粒の大きさと、第２炭化ケイ素多結晶膜３００の成膜初期の結晶粒の大きさが同程度であり、第２炭化ケイ素多結晶膜３００内において、厚さ方向に結晶粒の大きさの差が小さいことが好ましい。各工程の成膜温度の設定方法としては、例えば、予備試験を行って種々の温度条件で炭化ケイ素多結晶基板を製造して、得られた炭化ケイ素多結晶基板の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察し、各膜の炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさの分布を確認して、大きさの差が小さい温度条件を採用することができる。また、第２炭化ケイ素多結晶膜の厚さは、製造する炭化ケイ素多結晶基板５００の厚さや第１炭化ケイ素多結晶膜２００の厚さを考慮して適宜設定すればよく、例えば、３００μｍ～８００μｍ程度とすることができる。所定の厚さの第２炭化ケイ素多結晶膜３００が形成されたのち、原料ガス等の供給を停止する。以上の第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程により、図２（Ｃ）の積層体４００Ｂが得られる。積層体４００Ｂは、室温程度まで冷却されたのちに、支持基板１００の除去工程に供される。
（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（第１炭化ケイ素多結晶膜２００および第２炭化ケイ素多結晶膜３００）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（例えば８００℃～１０００℃程度）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加熱する。加熱により、支持基板１００のみが燃焼して、図２（Ｄ）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、支持基板１００を除去したのちに、さらに研削加工や研磨加工を行ってもよい。

以上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５００は、例えば、反り量が１００μｍ以下である。よって、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法により、反りの小さい炭化ケイ素多結晶基板５００を得ることができる。

（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。従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法では、１４００℃よりも低い温度で炭化ケイ素多結晶膜７００を成膜することが多い。

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（例えば平均粒径が１０μｍ程度）、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（例えば平均粒径が５０μｍ程度）。反りを低減した炭化ケイ素多結晶基板９００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内部応力差が大きくなり、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））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し得る。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上に第１炭化ケイ素多結晶膜２００を、１４００℃～１５００℃の温度で成膜する、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の上に、第２炭化ケイ素多結晶膜３００を、１２００℃～１３００℃、かつ、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも１００℃～２００℃低い温度で成膜する、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、を含む。

第１炭化ケイ素多結晶膜２００においては、図５に示すように、従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法における炭化ケイ素多結晶膜の一般的な成膜温度より高いため、炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさが大きくなりやすい（例えば平均粒径５０μｍ程度）。従来の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法のように、同じ温度で成膜を続けると、厚さが増すに従って形成される炭化ケイ素多結晶の結晶粒のサイズが大きくなる。そこで、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法では、第２炭化ケイ素多結晶膜製造工程として、１２００℃～１３００℃、かつ、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の成膜温度よりも１００℃～２００℃低い温度で第２炭化ケイ素多結晶膜３００を成膜する。これにより、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、成膜温度が低いものの、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさの影響を受けて大きくなる傾向にある（例えば平均粒径５０μｍ程度）。また、図５に示すように、第２炭化ケイ素多結晶膜３００の成膜温度が低いことから、第２炭化ケイ素多結晶膜３００の厚さが増しても炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさが大きくなりにくく、第１炭化ケイ素多結晶膜２００の炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさと、第２炭化ケイ素多結晶膜３００成膜過程後期に形成された炭化ケイ素多結晶の結晶粒の大きさとの差が小さくなる。すなわち、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、内部応力差が小さくなるため、支持基板１００を除去した際に、炭化ケイ素多結晶基板５００に大きな反りが発生することを抑制して、従来の製造方法よりも反りが小さい炭化ケイ素多結晶基板５００を得ることができる。これにより、炭化ケイ素多結晶基板の加工製造における、所定の厚みおよび平坦度へ整えるための面研削や面研磨の加工などにおいて、炭化ケイ素多結晶基板の反りが大きいことに起因する厚さ、平坦度あるいは反りが悪化することなく、反りの小さな炭化ケイ素多結晶基板へ加工製造することが可能となる。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、材料の無駄を減らして、コストの削減、歩留まりや生産性を向上させることができる。

また、特に、本実施形態の炭化ケイ素多結晶基板の製造方法であれば、高導電率（例えば、０．１Ω・ｃｍ程度以上の）の炭化ケイ素多結晶基板を製造する場合であっても、炭化ケイ素中の窒素原子が表面より脱離し難い温度域（例えば２２００℃より高い温度等の高温域）で加熱処理等せずに、高い導電率を損なうことなく炭化ケイ素多結晶基板の反りを低減できる。よって、本実施形態の製造方法で製造された炭化ケイ素多結晶基板を、横型に加えて、縦型のダイオード用炭化ケイ素基板として、デバイス製造工程に供することが可能となり、炭化ケイ素多結晶基板の反り量が小さいことで、フォトリソグラフィ工程におけるパターン形成不良や、イオン注入工程におけるイオン侵入深さの不均一などが少なくなり、歩留まりの向上が期待できる。

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６インチ、厚み５００μｍのカーボン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。第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程においては、これらのガスの混合比をＳｉＣｌ_４：ＣＨ_４：Ｈ_２：Ｎ_２＝１：１：１０：２０として、総流入量を２２ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄＬ／ｍｉｎ）として、１４００℃で２時間の成膜を実施した。厚さが１００μｍの第１炭化ケイ素多結晶膜をカーボン支持基板の両面に成膜させて、カーボン支持基板と前記炭化ケイ素多結晶膜の積層体を得た。

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を成膜したあと、原料ガス、ドーピングガスの供給を停止して、キャリアガスのみを供給しながら成膜室内を１２００℃まで降温させたのち、温度を維持して、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と同じ条件でガスを供給して、厚さ４００μｍの第２炭化ケイ素多結晶膜の成膜を行った。以上により、カーボン支持基板と炭化ケイ素多結晶膜との積層体を得て、積層体を室温まで冷却したのちに支持基板の除去工程を行った。積層体の外周端部に積層した炭化ケイ素多結晶膜を、ダイヤ砥石を用いて研削して、カーボン支持基板の側面を全周に亘って露出させた。次に、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、大気雰囲気下で温度１０００℃、１００時間加熱してカーボン支持基板を燃焼除去した。これにより、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、１００μｍ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、実施例３、比較例１～比較例４）
第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程、第２炭化ケイ素達結晶膜成膜工程の温度を種々変更したこと以外は、実施例１と同様にして炭化ケイ素多結晶基板を製造した。第１炭化ケイ素多結晶膜工程の成膜温度は、実施例２、比較例１、比較例２は１４００℃、実施例３、比較例３、比較例４は１５００℃とした。第２炭化ケイ素多結晶膜工程の成膜温度は、実施例２、実施例３は１３００℃、比較例１は１３５０℃、比較例２、比較例４は１１００℃、比較例３は１４００℃とした。得られた炭化ケイ素多結晶基板について、実施例１と同様に反り量の測定を行い、測定結果を表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３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６０μｍ～８０μｍであった。比較例１、比較例２のように、第１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との温度差が小さいと、第１炭化ケイ素多結晶膜と第２炭化ケイ素多結晶膜における粒径の差が実施例ほど小さくならずに、反り量が大きくなると考えられた。また、比較例２、比較例４のように、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程の温度を大きく下げると、第２炭化ケイ素多結晶膜内の炭化ケイ素多結晶の粒径が第１炭化ケイ素多結晶膜内の炭化ケイ素多結晶の粒径よりも小さくなり、粒径の差が生じて、反り量が大きくなると考えられた。以上の実施例、比較例の結果より、本発明の炭化ケイ素多結晶膜の製造方法により、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。

１００支持基板
２００第１炭化ケイ素多結晶膜
３００第２炭化ケイ素多結晶膜
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第１炭化ケイ素多結晶膜を、１４００℃～１５００℃の温度で成膜する、第１炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、
前記第１炭化ケイ素多結晶膜の上に、第２炭化ケイ素多結晶膜を、１２００℃～１３００℃、かつ、前記第１炭化ケイ素多結晶膜の成膜温度よりも１００℃～２００℃低い温度で成膜する、第２炭化ケイ素多結晶膜成膜工程と、を含み、
前記成膜温度は、成膜装置によって前記第１炭化ケイ素多結晶膜および前記第２炭化ケイ素多結晶膜の成膜を行う際の前記成膜装置の成膜室内の温度である、炭化ケイ素多結晶基板の製造方法。