TW201724177A - ＳｉＣ複合基板之製造方法及半導體基板之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種SiC複合基板之製造方法及半導體基板之製造方法，其課題為提供：以簡便的製造處理，可得到具有結晶性佳的單結晶SiC層之SiC複合基板的SiC複合基板之製造方法。解決手段係於多結晶SiC基板(11)上，具有單結晶SiC層(12)之SiC複合基板(10)的製造方法，其中，於Si所成之保持基板(21)的單面，設置單結晶SiC層(12)而製作單結晶SiC層載持體(14)之後，於該單結晶SiC層(12)上，經由物理性或化學性手段而堆積多結晶SiC，製作層積單結晶SiC層(12)與多結晶SiC基板(11)於保持基板(21)上之SiC層積體(15)，之後物理性及/或化學性地除去上述保持基板(21)者。

Description

SiC複合基板之製造方法及半導體基板之製造方法
本發明係有關使用於在高溫，高頻率，大電力之電力控制的肖特基位帳二極體，pn二極體，pin二極體，電場效果型電晶體或絕緣閘極雙極性電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor、IGBT)等之功率裝置用半導體元件的製造，以及使用於氮化鎵或金剛石，奈米碳薄膜之成長，於多結晶SiC基板上具有單結晶SiC層之SiC複合基板的製造方法及半導體基板之製造方法。
目前，作為半導體用基板而廣泛加以使用單結晶Si基板。但其特性上，對於最近的高耐壓或高頻率化而言未必適用之故，雖為高價，但開始使用有單結晶SiC或單結晶GaN之基板。例如，經由使用採用較矽(Si)，禁制帶寬較寬的半導體材料之碳化矽(SiC)之半導體元件而構成反相器或AC/DC轉換器等之電力變換裝置之時，而加以實現在使用矽之半導體元件中無法到達之電力損失的降低。經由使用根據SiC之半導體元件之時，除了較以往隨著電力變換之損失降低之外，加以促進 了裝置的輕量化，小型化，高信賴性。另外，作為新世代之裝置材料，作為奈米碳薄膜(亦包含石墨稀)之原料，亦加以檢討有單結晶SiC基板。
作為此等單結晶SiC基板或單結晶GaN基板之製造，(1)單結晶SiC基板係由將高純度SiC粉，以2000℃以上之高溫而使SiC昇華之同時，使晶種成長之SiC昇華法加以製作，而(2)單結晶GaN基板係通常為在高溫高壓的氨中，使GaN的晶種成長之方法，或於藍寶石或者單結晶SiC基板上，進一步使GaN進行異質磊晶成長而加以製作者。但其製造工程係在極嚴格之條件下為複雜之故，無論如何作為，基板的品質或產率亦為低，而成為非常高成本之基板，進而阻礙實用化或廣範圍之利用。
另外在此等基板上中，實際發現裝置機能之厚度係在任何情況，均為0.5~100μm，而剩餘之厚度部分係主要僅擔負基板處理之時機械性的保持．保護機能之作用的部分，所謂，支持構件(基板)。
因此，近年來係加以檢討：將可處理程度之比較薄的單結晶SiC層，藉由SiO2、Al2O3、Zr2O3、Si3N4、AlN等之陶瓷，或Si、Ti、Ni、Cu、Au、Ag、Co、Zr、Mo、W等之金屬而接合於多結晶SiC基板之基板。但，為了接合單結晶SiC層與多結晶SiC基板而介入存在之構成則為前者(陶瓷)之情況，係由於為絕緣體之情況，裝置作成時之電極製作則為困難，而後者(金屬) 之情況係混入有金屬不純物於裝置而容易引起裝置的特性劣化之故，並非實用性。
因此，欲改善此等缺點而至此加以提案各種提案，例如，在日本專利第5051962號公報(專利文獻1)中，加以揭示有：於具有氧化矽薄膜之單結晶SiC基板，以氧化矽面而貼合施以氫等之離子注入的源極基板與層積氧化矽於表面之多結晶氮化鋁(中間支撐，支持基板)，將單結晶SiC薄膜，轉印於多結晶氮化鋁(中間支撐)，之後，在堆積多結晶SiC之後，放入至HF浴槽，溶解氧化矽面而進行分離之方法。但通常，氧化矽面的接合面則極為緊密堅固接合之故，HF則對於氧化矽面的全面，特別是中心部係不容易浸透，而分離則並非簡單，需要過多的時間，而有生產性極差的缺點。另外，於使用此發明而製造大口徑之SiC複合基板時，經由多結晶SiC堆積層與氮化鋁(中間支撐)之熱膨脹係數差而產生有大的彎曲而成為問題。
另外，在日本特開2015-15401號公報(專利文獻2)中，係加以揭示有：對於表面的平坦化困難的基板而言，未形成氧化膜地，以高速原子束而將多結晶SiC之支持基板表面改質成非晶質之同時，單結晶SiC表面亦改質成非晶質之後，經由使兩者接觸而進行熱接合之時，於多結晶SiC支持基板上堆積單結晶SiC層之方法。但在此方法中，以高速原子束，不僅單結晶SiC之剝離界面，而結晶內部亦一部分進行改質之故，難得之單結晶SiC則 即使經由之後的熱處理，亦相當不易回復為良質之單結晶SiC，而使用於裝置基板或模板等之情況，有著不易取得高特性的裝置或良質之SiC磊晶膜之缺點。
除了此等缺點，在上述技術中，為了貼合單結晶SiC與支持基板的多結晶SiC，係貼合界面之表面粗度則以算術平均表面粗度Ra計為1nm以下之平滑性則為不可欠缺，但稱為僅次於金剛鑽之難削材的SiC係即使將單結晶SiC表面改質成非晶質，在之後的研削，研磨或者化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)等之平滑化處理，亦需要極多的時間，而無法避免高成本化，加上多結晶係具有晶粒邊界之故，將經由高速原子束之非晶質化，作為成面內均一者則為困難，而貼合強度或彎曲的產生則成為問題，成為實用化之大的障礙。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5051962號公報
[專利文獻2]日本特開2015-15401號公報
如上述，在以往技術中，存在有單結晶SiC的結晶性為差，製造處理為繁雜之故而成為高成本等，妨礙SiC複合基板之實用化之大的課題。
本發明係有鑑於上述情事所作為之構成，其目的為提供：以簡便的製造處理，可得到具有結晶性佳之單結晶SiC層之SiC複合基板的SiC複合基板之製造方法及半導體基板之製造方法。
本發明係為了達成上述目的，而提供下述之SiC複合基板之製造方法及半導體基板之製造方法。
[1]一種SiC複合基板之製造方法，係於多結晶SiC基板上，具有單結晶SiC層之SiC複合基板的製造方法，其特徵為於Si所成之保持基板的單面，設置單結晶SiC層而製作單結晶SiC層載持體之後，於該單結晶SiC層上，經由物理性或化學性手段而堆積多結晶SiC，製作層積單結晶SiC層與多結晶SiC基板於保持基板上之SiC層積體，之後物理性及/或化學性地除去上述保持基板者。
[2]如[1]所記載之SiC複合基板之製造方法，其特徵為在堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上之前，於在上述單結晶SiC層載持體的保持基板之與單結晶SiC層載持面相反面，加上物理性損傷，賦予彎曲於該單結晶SiC層載持體者。
[3]如[1]或[2]所記載之SiC複合基板之製造方法，其特徵為在堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上之後，於在上述SiC層積體之多結晶SiC基板的與單結晶SiC層之接觸面相反面，加上物理性損傷者。
[4]如[2]或[3]所記載之SiC複合基板之製造方法，其特徵為經由選自噴砂加工，研削加工，切削加工，雷射加工及放電加工之中之至少一種加工方法而加上上述物理性損傷者。
[5]如[1]至[4]任一項所記載之SiC複合基板之製造方法，其特徵為於上述保持基板之單面，藉由氧化矽，氮化矽或氧氮化矽所成之中間層而設置單結晶SiC層者。
[6]如[1]至[5]任一項所記載之SiC複合基板之製造方法，其特徵為將經由離子注入剝離法而自單結晶SiC基板所剝離之單結晶SiC薄膜，轉印至上述保持基板上而設置上述單結晶SiC層者。
[7]如[1]至[6]任一項所記載之SiC複合基板之製造方法，其特徵為經由化學氣相沉積法而堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上者。
[8]一種半導體基板之製造方法，其特徵為經由如[1]至[7]任一項所記載之SiC複合基板之製造方法而製造SiC複合基板，將該SiC複合基板作為模板，進一步使SiC單結晶異質磊晶成長於其單結晶SiC層上，層積單結晶SiC者。
如根據本發明，因可容易地除去Si所成之保持基板之故，成為可簡便地製造具有結晶性佳之單結晶SiC層的SiC複合基板者。
10、10’‧‧‧SiC複合基板
11、11’‧‧‧多結晶SiC基板
12‧‧‧單結晶SiC層
12i‧‧‧離子注入範圍
12s‧‧‧單結晶SiC基板
12’‧‧‧SiC磊晶層
13‧‧‧貼合基板
14、14’‧‧‧單結晶SiC層載持體
15、15’‧‧‧SiC層積體
21、21’‧‧‧保持基板
22‧‧‧中間層(介入存在層)
22a‧‧‧薄膜
圖1係顯示有關本發明，在SiC複合基板之製造方法的實施形態1之製造工程的圖。
圖2係顯示有關本發明，在SiC複合基板之製造方法的實施形態2之製造工程的圖。
圖3係顯示基板之Bow量的測定方法之概略圖。
以下，對於有關本發明之SiC複合基板之製造方法加以說明。
有關本發明之SiC複合基板的製造方法，係於多結晶SiC基板上，具有單結晶SiC層之SiC複合基板的製造方法，其特徵為於Si所成之保持基板的單面，設置單結晶SiC層而製作單結晶SiC層載持體之後，於該單結晶SiC層上，經由物理性或化學性手段而堆積多結晶SiC，製作層積單結晶SiC層與多結晶SiC基板於保持基板上之SiC層積體，之後物理性及/或化學性地除去上述保持基板者。
在此，矽(Si)所成之基板係有著機械性強度的同時，容易進行物理性及/或化學性之除去(即，研削加工或化學性的蝕刻)之故，對於在本發明之製造方法的保持基板為最佳。然而，保持基板係亦可為多結晶Si 晶圓，單結晶Si晶圓之任一。作為保持基板而採用單結晶Si晶圓之情況，由於可以低價格而取得高品質之大口徑基板之情況，亦可降低SiC複合基板之製造成本。
然而，於上述保持基板之單面，設置氧化矽，氮化矽或氧氮化矽所成之中間層(亦稱為介入存在層)而設置單結晶SiC層者為佳。此中間層係不僅使單結晶SiC層堅固地附著於保持基板，而對於Si所成之保持基板，經由可研削等而除去大部分之後，在化學性地蝕刻除去殘餘時，亦可作為蝕刻停止層而使其發揮機能者。
另外，在本發明之SiC複合基板之製造方法中，將經由離子注入剝離法而自單結晶SiC基板使其剝離之單結晶SiC薄膜，轉印於上述保持基板上而設置者為佳。經由此，因根據一次的離子注入剝離處理之時，可加以得到具有必要最低限度之膜厚，而左右SiC複合基板之特性的單結晶SiC層之故，可經濟性地製造高特性之SiC複合基板者。
另外，作為為了形成多結晶SiC基板之化學性或物理性手段，係氣相沉積法則為佳，而化學氣相沉積法則更佳，使用熱CVD法則又更佳。於單結晶SiC層上堆積多結晶SiC而形成之故，如以往的技術，可作為無須依據難研削材之SiC之研削、研磨、CMP等之高平坦化的工程者。
如以上，如根據有關本發明之SiC複合基板之製造方法，由於保持基板則並非難加工性的AlN基板， 而為易加工性之Si基板之情況，機械性加工或化學處理可極為容易之故，可以簡便的研削或研磨，或者KOH、HF等之廉價的化學性蝕刻處理，簡單地除去保持基板，而成為無須如專利文獻1之步驟進行高成本之AlN的再生．回收，進而可以低成本而製造高品質之SiC複合基板者。另外，如於保持基板與單結晶SiC層之間設置上述中間層，可在上述化學性蝕刻處理時，直接地接觸HF等之蝕刻液於中間層之表面全體之故，可容易且均一地完全除去中間層，其結果，單結晶SiC層之表面係成為可以極平滑，清淨的狀態加以得到者。
另外，由Si所成之保持基板係單結晶SiC層或多結晶SiC基板，熱膨脹係數則為不同之故，經由複合基板製造中之溫度變化，對於包含保持基板之層積體容易產生彎曲。當在製造過程產生有如此的彎曲時，因SiC複合基板之形狀係直接反映保持基板之彎曲之故，而有無法得到平坦的基板之虞。當SiC複合基板則欠缺平坦性時，不僅接下來的工程之後的SiC複合基板之處理變為困難，而以精密製造細微之裝置情況則成為困難。例如，適用裝置製造工程等之光微影工程之情況則變為困難，而妨礙SiC複合基板之實用化。
因此，本發明者們係對於此彎曲的問題進行種種檢討時，在SiC複合基板之製造工程中，於單結晶SiC層載持體堆積多結晶SiC時，於使單結晶SiC層載持於Si所成之保持基板之單結晶SiC層載持體與多結晶SiC 之間，產生因熱膨脹率的差引起之熱應力，其結果，把握產生彎曲於SiC複合基板之情況。另外，更進行檢討時，在堆積多結晶SiC於單結晶SiC層載持體之前，於Si所成之保持基板加上物理性的損傷，而適宜開放在堆積多結晶SiC時產生之熱應力之同時，經由堆積多結晶SiC至由此熱應力所承受之厚度為止之時，發現可得到幾乎未有彎曲之SiC複合基板。另外，在堆積多結晶SiC於單結晶SiC層載持體而形成多結晶SiC基板之後，對於在此SiC層積體之多結晶SiC基板，加上足夠減輕彎曲之物理性損傷之時，發現可得到幾乎未有彎曲之SiC複合基板。發明者們係依據此等見解，而更進行銳意檢討，以至構成本發明。
即在堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上之前，於在上述單結晶SiC層載持體的保持基板之與單結晶SiC層載持面相反面，加上物理性損傷，賦予彎曲於該單結晶SiC層載持體者為佳。
另外，堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上之後，於在上述SiC層積體的多結晶SiC基板的與單結晶SiC層的接觸面相反面，加上物理性損傷者為佳。
此時，在上述任一情況，加上物理性損傷之手段係亦無特別限制，但從彎曲改善的效果之程度或效率之觀點，作為呈以噴砂加工，研削加工，切削加工等之機械性加工而緩和上述應力，除去彎曲亦可，而亦可作為呈以雷射加工及放電加工等，產生構成對象的基板(保持基 板或多結晶SiC基板)之表層的非晶質化，緩和上述應力，除去彎曲。
物理性損傷的賦予係呈在上述基板的對向面的全面，儘可能成為均等地加以賦予者為佳。例如，噴砂加工之情況，對於上述基板之對象面的全面，或對於彎曲改善有效之一部分範圍，進行處理即可。另外，研削加工，切削加工的情況，以粗的固定研磨石，由上述基板之對象面的全面或一定間距，進行處理成條狀即可。更且，雷射加工，放電加工之情況，於上述基板之對象面的表面或對象面側內部，以一定間距，進行處理為點狀或線狀(條狀)即可。
此等之物理性損傷量係因應多結晶SiC基板之內部應力或SiC層積體之彎曲的程度而適宜調整抵銷此等之程度即可。
然而，對於由Si所成之保持基板，賦予此物理性損傷時，在之後的保持基板的除去時，以物理性，化學性任一之方法，保持基板則經由受到損傷之時而化學性地加以活性化，亦可更容易地得到可進行保持基板(Si)之除去的附帶效果。
如以上，在堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上之前，對於在上述單結晶SiC層載持體的保持基板之與單結晶SiC層載持面相反面，加上物理性損傷，如賦予彎曲於該單結晶SiC層載持體，其彎曲則成為與之後所形成之經由多結晶SiC基板之彎曲相反方向的彎曲之故，單 結晶SiC層載持體之彎曲與經由多結晶SiC基板之彎曲則成為相互抵消而彎曲變少，可簡便地製造高品質之SiC複合基板者。
另外，在堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層之後，經由於在上述SiC層積體之多結晶SiC基板之與單結晶SiC層的接觸面相反面，加上物理性損傷之時，在一旦彎曲之SiC層積體中，降低多結晶SiC基板之內部應力之故，而可除去作為SiC複合基板之彎曲，而彎曲變少，可簡便地製造高品質之SiC複合基板者。
然而，SiC複合基板之Bow量係50μm以下者為佳，而0μm以上30μm以下者更佳。
以下，說明有關本發明之SiC複合基板之製造方法的實施形態1，2。
(實施形態1)
對於本發明之實施形態1，參照圖1同時加以說明。
(工程1-1)
首先，準備作為貼合於保持基板21之單結晶SiC基板12s。在此，單結晶SiC基板12s係作為選自結晶構造為4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC之構成者為佳。單結晶SiC基板12s及後述之保持基板21的尺寸係自對於半導體元件之製造或氮化鎵，金剛石，奈米碳膜之成長必要之尺寸或成本等，進行設定。另外，單結晶SiC基板12s之厚度 係SEMI規格或JEIDA規格之基板厚度附近之構成則從處理方面來看為佳。然而，作為單結晶SiC基板12s，如使用市售的構成，例如朝功率裝置所市售的單結晶SiC晶圓即可，而使用其表面則以CMP(Chemical Mechanical Polishing(or Planarization))處理加以加工研磨，表面為平坦且平滑的構成者為佳。
另外，對於與單結晶SiC基板12s之至少保持基板21進行貼合的表面(表面)，形成特定之薄膜22a者為佳(圖1(a))。在此，薄膜22a係為厚度50nm~600nm程度之氧化矽膜，氮化矽膜或氧氮化矽膜的電介體膜即可。經由此，不僅與保持基板21之貼合變為容易，亦可得到抑制在之後所進行之離子注入處理的注入離子的通道作用的效果。然而，在後述之離子注入處理後，設置薄膜22a亦可。
作為薄膜22a之形成方法，係如為密著性佳地形成於單結晶SiC基板12s之成膜方法，亦可為任何方法，例如氧化矽膜係經由PECVD法或熱氧化法而形成，而氮化矽膜，氧氮化矽膜係經由濺鍍法而形成即可。
(工程1-2)
接著，準備由Si所成之保持基板21。例如，使用多結晶Si晶圓或單結晶Si晶圓即可。
另外，對於與保持基板21之至少單結晶SiC基板12s進行貼合的表面(表面)，形成與上述工程1-1 同樣之薄膜22a者為佳(圖1(b))。
(工程1-3)
接著，注入氫離子等於單結晶SiC基板12s之薄膜22a形成面而形成離子注入範圍12i(圖1(c))。
在此，在離子注入至單結晶SiC基板12s時，以呈可自其表面形成離子注入範圍12i至所期望的深度之注入能量，注入特定的線量至少氫離子(H+)或氫分子離子(H2 +)。作為此時之條件，如呈成為所期望薄膜之厚度地，設定離子注入能量即可。同時注入He離子或B離子等亦可，而如為得到相同效果之構成，亦可採用任何離子。
注入至單結晶SiC基板12s氫離子(H+)的摻雜量係為1.0×1016atom/cm2~9.0×1017atom/cm2者為佳。當為不足1.0×1016atom/cm2時，有著未引起有界面的脆化之情況，而當超出9.0×1017atom/cm2時，在貼合後之熱處理中成為氣泡，有著成為轉印不佳的情況。
作為注入離子而使用氫分子離子(H2 +)之情況，其摻雜量係為5.0×1015atoms/cm2~4.5×1017atoms/cm2者為佳。當為不足5.0×1015atoms/cm2時，有著未引起有界面的脆化之情況，而當超出4.5×1017atoms/cm2時，在貼合後之熱處理中成為氣泡，有著成為轉印不佳的情況。
自加以離子注入的基板表面至離子注入範圍12i為止之深度(即，離子打入深度)係對應於設置在保 持基板21上之單結晶SiC薄膜之所期望的厚度之構成，通常為100~2,000nm、而理想為300~500nm、更理想為400nm程度。另外，離子注入範圍12i之厚度(即，離子分布厚度)係經由機械衝擊等而可容易地剝離之厚度為佳，而理想為200~400nm、更理想為300nm程度。
(工程1-4)
接著，施以表面活性化處理而貼合單結晶SiC基板12s之薄膜22a形成面與保持基板21之薄膜22a形成面(表面彼此)。作為表面活性化處理係進行電漿活性化處理，真空離子束處理或對於臭氧水之浸漬處理即可。
其中，進行電漿活性化處理之情況，於真空處理室中，載置至上述工程1-3為止之處理結束之單結晶SiC基板12s及/或保持基板21，在減壓下而導入電漿用氣體之後，暴露5~10秒程度於100W程度之高頻率電漿，將表面進行電漿活性化處理。作為電漿用氣體係可使用氧氣，氫氣，氮氣，氬氣，或此等混合氣體或者氫氣與氦氣的混合氣體者。
真空離子束處理係於高真空的處理室內，載置單結晶SiC基板12s及/或保持基板21，將Ar等之離子束照射至進行貼合的表面，而進行活性化處理。
對於臭氧水的浸漬處理係於溶解臭氧氣體之臭氧水，浸漬單結晶SiC基板12s及/或保持基板21，將其表面進行活性化處理。
上述之表面活性化處理係亦可對僅單結晶SiC基板12s或僅保持基板21進行，但對於單結晶SiC基板12s及保持基板21雙方進行者為更佳。
另外，表面活性化處理係亦可為上述方法之任一個，而進行組合之處理亦可。進而，進行單結晶SiC基板12s，保持基板21之表面活性化處理的面係進行各貼合的面，即薄膜22a表面者為佳。
接著，將進行此單結晶SiC基板12s及保持基板21之表面活性化處理的表面(薄膜22a，22a表面)，作為接合面而加以貼合。
接著，在貼合單結晶SiC基板12s與保持基板21之後，進行理想為150~350℃，而更理想為150~250℃之熱處理，使薄膜22a，22a之貼合面的結合強度提升即可。此時，經由單結晶SiC基板12s與保持基板21之間的熱膨脹率差而產生有基板的彎曲，但採用適合於各材質之溫度而抑制彎曲即可。作為熱處理時間，係對於溫度亦有某種程度依存，但2小時~24小時為佳。
經由此，薄膜22a，22a係緊密成為一個的層，介入存在層22之同時，單結晶SiC基板12s與保持基板21則藉由介入存在層22而成為堅固密著之貼合基板13(圖1(d))。
(工程1-5)
對於貼合基板13，賦予熱的能量或機械性能量至所 離子注入之部分，在離子注入範圍12i，將自單結晶SiC基板12s剝離之單結晶SiC薄膜，轉印於保持基板21上。
此時，薄膜22a，22a係堅固地密著，更且薄膜22a，22a係與各單結晶SiC基板12s，保持基板21堅固地密著之故，在離子注入範圍12i之剝離部分以外的部分之剝離係未產生。
作為剝離方法，係可適用例如將貼合基板13加熱成高溫，經由此熱而在離子注入範圍12i，發生離子注入成分之微小的塊狀體而使剝離產生，分離單結晶SiC基板12s之熱剝離法。或者，可適用施以未產生熱剝離程度之低溫熱處理(例如500~900℃、理想為500~700℃)之同時，於離子注入範圍12i之一端，加上物理性的衝擊而機械性地使剝離產生，分離單結晶SiC基板12s之機械剝離法。機械剝離法係單結晶SiC薄膜轉印後之轉印表面的粗度則較熱剝離法而言為比較少之故，而為更佳。
然而，在剝離處理後，將單結晶SiC薄膜載持體，以加熱溫度700~1000℃，較剝離處理時為高之溫度，加熱時間1~24小時的條件進行加熱，改善單結晶SiC薄膜與保持基板21之密著性，進行熱處理亦可。
將保持基板21上之單結晶SiC薄膜表面進行鏡面加工，作為單結晶SiC層12，而得到單結晶SiC層載持體14(圖1(e))。具體而言，於單結晶SiC薄膜施以化學機械研磨(CMP研磨)，除去經由離子注入之 損傷層之同時，將表面加工成鏡面。在此係以使用於矽晶圓的平坦化等之以往公知的CMP研磨即可。
另外，單結晶SiC層12係由厚度為5μm以下、理想為2μm以下、更理想為100nm以上1μm以下、又更理想為200nm以上800nm以下、特別理想為300nm以上500nm以下之單結晶SiC所成之薄膜。單結晶SiC層之厚度如為5μm以下，即使考慮複合基板化的成本，然而亦有較無垢之單結晶SiC基板，經濟性的優點。
然而，剝離後之單結晶SiC基板12s係經由將表面施以再次研磨或洗淨等之時，成為可作為再次該單結晶SiC層載持體14之製造方法的貼合用基板而進行再利用者。
(工程1-6)
接著，於在單結晶SiC層載持體14之保持基板21的與單結晶SiC層載持面相反面(背面，圖中下側的面)，加上物理性損傷，對於單結晶SiC層載持體14’賦予彎曲(圖1(f))。圖中，14’係物理性損傷賦予後之單結晶SiC層載持體，而21’係物理性損傷賦予後之保持基板。
在此，物理性損傷之賦予，係如根據選自如上述噴砂加工，研削加工，切削加工，雷射加工及放電加工之中之至少一種的加工方法即可。
經由此，單結晶SiC層載持體14’係朝與後述多結晶SiC基板11之內部應力所致之彎曲相反方向(例 如，單結晶SiC層12側(上側))成為凸地成為呈若干彎曲。
(工程1-7)
接著，使用所得到之單結晶SiC層載持體14’，經由化學氣相沉積法，堆積多結晶SiC於單結晶SiC層12上而形成多結晶SiC基板11，得到SiC層積體15(圖1(g))。在此之SiC層積體15係成為於保持基板21’上，依中間層22、單結晶SiC層12、多結晶SiC基板11的順序加以層積之構成。
在此，作為化學氣相沉積法係使用熱CVD法者為佳。作為此熱CVD條件，係以堆積多結晶SiC而進行成膜之一般的條件即可。
多結晶SiC基板11之厚度係50~1000μm者為佳，而100~800μm者為更佳。經由將厚度作為50μm以上之時，成為容易確保作為支持基板之機能，而經由作為1000μm以下之時，可謀求成本面的抑制者。
另外，多結晶SiC基板11之多結晶SiC係為立方晶(3C-SiC)者為佳。然而，導入不純物於多結晶SiC基板11而調整阻抗率亦可。成為經由此，而可作為縱型功率半導體裝置之基板而最佳地使用者。
(工程1-8)
接著，物理性及/或化學性地除去在工程1-7所得到 之SiC層積體15的保持基板21’，而得到SiC複合基板10(圖1(h))。此時，保持基板21’則由矽所成之故，例如，首先，經由研削加工而除去保持基板21’之大部分，接著，經由氟硝酸溶液而選擇性地蝕刻除去剩餘之保持基板21’、及中間層22者為佳。
經由此，可得到幾乎未有彎曲之SiC複合基板10。此時，多結晶SiC基板11係由於與上層之單結晶SiC層12相同的SiC所成，單結晶SiC層12與多結晶SiC基板11之熱膨脹係數則成為大致相等之情況，在任何的溫度中，亦加以抑制SiC複合基板10之彎曲的產生。
(工程1-9)
因應必要，於SiC複合基板10之單結晶SiC層12上，形成SiC磊晶層12’即可(圖1(i))。經由此，即使對於單結晶SiC層12則作為功率半導體裝置之活性層而使用係過薄之情況，亦因形成特定厚度之SiC磊晶層12’之故，而成為可得到適應於功率半導體之製造的SiC複合基板者。
(實施形態2)
對於本發明之實施形態2，參照圖2同時加以說明。然而，在本實施形態中，至製作載持單結晶SiC層12於保持基板21上之單結晶SiC層載持體14為止(至圖2 (e)為止)，係與至在實施形態1之工程1-5(圖1(e))為止之製造工程為相同。在此係對於此之後的工程加以說明。
(工程2-6)
使用所得到之單結晶SiC層載持體14，經由化學氣相沉積法，堆積多結晶SiC於單結晶SiC層12上而形成多結晶SiC基板11，得到SiC層積體15(圖2(f))。化學氣相沉積法或多結晶SiC基板11之條件係與實施形態1相同。在此之SiC層積體15係成為於保持基板21上，依中間層22、單結晶SiC層12、多結晶SiC基板11的順序加以層積之構成。
(工程2-7)
接著，於在SiC層積體15之多結晶SiC基板11的與單結晶SiC層12之接觸面相反面(露出面，圖中上側的面)，加上物理性損傷(圖2(g))。圖中，15’係物理性損傷賦予後之SiC層積體，而11’係物理性損傷賦予後之多結晶SiC基板。
經由此，經由於SiC層積體15之多結晶SiC基板11的表面，加上物理性損傷之時，可降低該多結晶SiC基板11之內部應力。
(工程2-8)
接著，物理性及/或化學性地除去在工程2-7所得到之SiC層積體15’的保持基板21，而得到於多結晶SiC基板11’上具有單結晶SiC層之SiC複合基板10’(圖2(h))。保持基板21之除去方法及條件係與實施形態1相同即可。
經由此，可得到幾乎未有彎曲之SiC複合基板10’。此時，多結晶SiC基板11’係由於與上層之單結晶SiC層12相同的SiC所成，單結晶SiC層12與多結晶SiC基板11’之熱膨脹係數則成為大致相等之情況，在任何的溫度中，亦加以抑制SiC複合基板10’之彎曲的產生。
(工程2-9)
因應必要，於SiC複合基板10’之單結晶SiC層12上，形成SiC磊晶層12’即可(圖2(i))。
然而，作為本發明之製造方法，組合實施形態1與實施形態2亦可。即，作為呈在實施形態1中，於在單結晶SiC層載持體14之保持基板21的單結晶SiC層載持面相反面，加上物理性損傷，賦予彎曲於單結晶SiC層載持體14’，於單結晶SiC層12上形成多結晶SiC基板11之後，於在SiC層積體15之多結晶SiC基板11表面加上物理性損傷，之後，除去保持基板11’亦可。
[實施例]
以下，舉出實施例及比較例，更具體地說明本發明，但本發明係不限定於實施例者。然而，作為基板的彎曲，係經由垂直入射方式之菲左干涉儀：(Corning Tropel公司製、FlatMaster)而測定Bow量。在此，如圖3所示，Bow量b1、b2係作為SiC複合基板10、10’或SiC層積體15、15’之中央部與端部的高低差而進行測定，而基板的中央部則如圖3(a)所示地，朝下方向凸的情況作為負的值，而如圖3(b)所示，朝上方向凸的情況作為正的值。然而，SiC複合基板10、10’或SiC層積體15、15’之單結晶SiC層12則配置於成為上側(表面側)之方向而測定彎曲。
[實施例1]
在本實施例中，依照本發明之實施形態1的步驟，如以下作為而製作SiC複合基板。
首先，作為單結晶SiC基板12s而準備直徑4英寸之4H-SiC單結晶晶圓，於此單面，呈成為離子注入深度700nm地，離子注入H+離子之後，於離子注入面(表面)，作為薄膜22a，經由熱氧化法而形成厚度300nm之氧化矽膜。
另外，作為保持基板21，而準備直徑4英寸之單結晶Si晶圓，於其單面(表面)形成厚度300nm之氧化矽膜(圖1(b))。
接著，對於單結晶SiC基板12s，保持基板21之氧化 矽膜形成面，各施以電漿活性化處理之後，貼合兩者之氧化矽膜形成面彼此(表面彼此)而製作貼合基板13(圖1(d))。
接著，對於在貼合基板13之單結晶SiC基板12s的離子注入範圍12i，加上機械性衝擊而自該單結晶SiC基板12s，使單結晶SiC薄膜剝離，轉印至保持基板21。此單結晶SiC薄膜表面之損傷層除去後，進行表面研磨，得到於保持基板21上，藉由氧化矽膜(中間層22)而載持厚度640nmm之4H-SiC之單結晶SiC層12的單結晶SiC層載持體14(圖1(e))。
接著，作為對於與在此單結晶SiC層載持體14之保持基板21的單結晶SiC層12載持面相反面(背面)之全面，賦予物理性損傷，以焦點深度140μm、0.3mm間距，掃描速度350mm/s而照射雷射輸出1.5W、反覆頻率數90kHz、雷射波長1064nm之單模式的雷射光時，單結晶SiC層載持體14係未破裂而基板中央部則極些微朝上方向成為凸地變形(圖1(f))。
接著，於此物理性損傷賦予後的單結晶SiC層載持體14’之單結晶SiC層12上，將四氯化矽與丙烷為原料，以溫度1330℃、壓力17Pa之條件進行6小時之熱CVD處理，堆積3C-SiC之多結晶SiC，形成厚度610μm之多結晶SiC基板11，製作SiC層積體15(圖1(g))。此時，如上述，經由單結晶SiC層載持體14’則僅產生彎曲之時，在多結晶SiC基板11形成時產生的熱應力則加以 抵消，可得到幾乎未有彎曲之SiC層積體15。
接著，對於此SiC層積體15之保持基板21’，以固定研磨石而進行研削。詳細係將固定研磨石之粗細，以#1000、#2500、#4000的順序，依序變更成微細的研磨石，而保持基板21則研削至幾乎變無之狀態。接著，以HF水溶液而蝕刻除去氧化矽膜的中間層22，於多結晶SiC基板11上具有表面及為平滑且清淨之單結晶SiC層12的SiC複合基板10則比較於無垢之單結晶SiC基板，可以相當低成本而得到(圖1(h))。此SiC複合基板10之Bow量係+20μm為幾乎未有彎曲的狀態。
然而，將所得到之SiC複合基板10，作為SiC模板，更以1550℃，由二氯矽烷與乙炔進行兩小時單結晶SiC之同質磊晶成長，層積厚度20μm之SiC磊晶層12’(圖1(i))。如此作為所得到之SiC磊晶基板係作為1KV以上之高耐壓、高容量之功率裝置用基板而極為有用。
[比較例1]
在實施例1中，未進行對於單結晶SiC層載持體14之經由雷射光照射的物理性損傷賦予，而除此之外係以與實施例1同條件而做成SiC複合基板。
所得到之SiC複合基板的Bow量係+3mm為極大，對於裝置作成之處理的適合性為差，其結果，裝置製造之產率則大大降低。
[實施例2]
在本實施例中，依照本發明之實施形態2的步驟，如以下作為而製作SiC複合基板。
在實施例1之單結晶SiC層載持體14的製作中，將中間層22，自氧化矽膜改變成氧氮化矽膜，而除此之外係與實施例1同樣作為，製作單結晶SiC層載持體14(圖2(e))。
接著，於單結晶SiC層載持體14之單結晶SiC層12上，將四氯化矽與丙烷為原料，以溫度1350℃、壓力20Pa之條件進行5小時之熱CVD處理，堆積3C-SiC之多結晶SiC，形成厚度500μm之多結晶SiC基板11，製作SiC層積體15(圖2(f))。此時，SiC層積體15之Bow量則產生有+3.5mm之大的彎曲。
接著，作為對於與在此SiC層積體15之多結晶SiC基板11的單結晶SiC層12之接觸面相反面(露出的面)全面，物理性損傷賦予，進行噴砂加工，於其表面，形成Pv值(剖面曲線之最大谷深度(JIS B0601：2013)為50μm之凹凸(圖2(g))。其結果，SiC層積體15’之Bow量係大大減少為+50μm。
接著，對於此SiC層積體15’之保持基板21，進行研削及研磨。詳細係將固定研磨石之粗細，以#1000、#2500、#4000的順序，依序變更成微細的研磨石及細的游離研磨粒而進行研削，接著經由CMP處理而進行研 磨。經由此而做成保持基板21幾乎變無之狀態。接著，將氧氮化矽膜之中間層22，以HF水溶液進行蝕刻而除去，得到於多結晶SiC基板11’上具有表面極為平滑且清淨的單結晶SiC層12之SiC複合基板10’(圖2(h))。此SiC複合基板10’之Bow量係+35μm，彎曲極少之狀態。
然而，使用所得到之SiC複合基板10’而以高頻率加熱爐，在溫度1550℃、壓力1bar(1×105Pa)之Ar環境下，進行10分鐘加熱，進行石墨烯化。進行所得到之石墨烯的拉曼分析時，對於G帶及G’帶加以觀察來自石墨烯之銳利特性峰值，顯示良質之石墨烯的生成。
然而，至此依據圖面所示之實施形態說明過本發明，但本發明係並非加以限定於圖面所示之實施形態者，而其他的實施形態，追加，變更，刪除等，可在本業者可思考到之範圍內進行變更，而在任何形態中，只要得到本發明之作用效果，均包含於本發明之範圍。
10‧‧‧SiC複合基板
11‧‧‧多結晶SiC基板
12‧‧‧單結晶SiC層
12’‧‧‧SiC磊晶層
12i‧‧‧離子注入範圍
12s‧‧‧單結晶SiC基板
13‧‧‧貼合基板
14、14’‧‧‧單結晶SiC層載持體
15‧‧‧SiC層積體
21、21’‧‧‧保持基板
22‧‧‧中間層(介入存在層)
22a‧‧‧薄膜

Claims (8)

  1. 一種SiC複合基板之製造方法，係於多結晶SiC基板上，具有單結晶SiC層之SiC複合基板的製造方法，其特徵為於Si所成之保持基板的單面，設置單結晶SiC層而製作單結晶SiC層載持體之後，於該單結晶SiC層上，經由物理性或化學性手段而堆積多結晶SiC，製作層積單結晶SiC層與多結晶SiC基板於保持基板上之SiC層積體，之後物理性及/或化學性地除去上述保持基板者。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之SiC複合基板之製造方法，其中，在堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上之前，於在上述單結晶SiC層載持體的保持基板之與單結晶SiC層載持面相反面，加上物理性損傷，賦予彎曲於該單結晶SiC層載持體者。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之SiC複合基板之製造方法，其中，在堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上之後，於在上述SiC層積體之多結晶SiC基板的與單結晶SiC層之接觸面相反面，加上物理性損傷者。
  4. 如申請專利範圍第2項所記載之SiC複合基板之製造方法，其中，經由選自噴砂加工，研削加工，切削加工，雷射加工及放電加工之中之至少一種加工方法而加上上述物理性損傷者。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之SiC複合基板之製造方法，其中，於上述保持基板之單面，藉由氧化矽，氮化矽或氧氮化矽所成之中間層而設置單結晶SiC 層者。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之SiC複合基板之製造方法，其中，將經由離子注入剝離法而自單結晶SiC基板所剝離之單結晶SiC薄膜，轉印至上述保持基板上而設置上述單結晶SiC層者。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之SiC複合基板之製造方法，其中，經由化學氣相沉積法而堆積多結晶SiC於上述單結晶SiC層上者。
  8. 一種半導體基板之製造方法，其特徵為經由如申請專利範圍第1項至第7項任一項所記載之SiC複合基板之製造方法而製造SiC複合基板，將該SiC複合基板作為模板，進一步使SiC單結晶異質磊晶成長於其單結晶SiC層上，層積單結晶SiC者。
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