TWI384097B - Surface Reconstruction Method of Silicon Carbide Substrate - Google Patents
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Description
本發明係關於一種碳化矽基板之表面再構成方法，特別是關於一種可更簡單地閉塞碳化矽基板表面之微量吸管(micropipe)的碳化矽基板之表面再構成方法。
碳化矽(SiC)與矽(Si)相比，能帶隙較矽大約3倍，絕緣破壞電壓較矽大約10倍，電子飽和速度較矽大約2倍以及導熱係數較矽大約3倍，並具有矽不具有之特性。又，碳化矽係熱性以及化學性穩定之半導體材料。故而，業者期待使用碳化矽基板之裝置，作為打破使用矽之裝置之物理性界限之電源裝置或於高溫下運作之耐環境裝置而被利用。
又，關於光裝置研究有以短波長化為目標之氮化鎵(GaN)材料之開發，但是因碳化矽對於氮化鎵之晶格不匹配非常小於其他化合物半導體，故而碳化矽基板作為氮化鎵之磊晶生長用基板而倍受矚目。
如此之碳化矽基板係可藉由例如使用改良瑞利法製造之碳化矽單晶切割為特定之厚度而獲得。改良瑞利法，其係一種方法，即於上部設置有由碳化矽單晶構成之籽晶基板，於下部使儲存有粉末狀碳化矽結晶粉末之石墨製坩堝內設為惰性氣體環境後，藉由加熱使碳化矽結晶粉末昇華，將藉由昇華產生之該蒸汽擴散至惰性氣體中並輸送至籽晶基板附近為止，於設為低溫之籽晶基板之表面附近進行再結晶，藉此使碳化矽單晶生長於籽晶基板表面上。
然而，於使用如此之改良瑞利法獲得之碳化矽基板中，存在如下問題：於碳化矽基板之表面具有開口部，經常發生延伸至c軸方向之中空之結晶缺陷之微量吸管。
因此，例如日本專利特開2004－292305號公報(專利文獻1)中揭示有如下方法：使含有碳化矽單晶之籽晶基板與多晶碳化矽基板經由矽源重疊儲存於密閉容器後，將籽晶基板與多晶碳化矽基板加熱至1400℃~2300℃，於該等基板之間介隔矽熔液源熔融生成之極薄矽熔液，使碳化矽單晶液相磊晶生長於籽晶基板上，藉此將微量吸管密度設為1個/cm2
以下。
於該方法中，加熱至1400℃~2300℃時，矽熔液侵入至籽晶基板與其上部之多晶碳化矽基板之間，於該等基板之界面形成有厚度為約30 μm~50 μm之矽熔液層。該矽熔液層，隨著加熱溫度成為高溫逐漸變薄，成為30 μm左右。並且，自多晶碳化矽基板流出之碳原子通過矽熔液層供給至籽晶基板上，使碳化矽單晶於籽晶基板上液相磊晶生長。於如此液相磊晶生長之碳化矽單晶之表面中，微量吸管缺陷密度成為1個/cm2
以下。
專利文獻1：日本專利特開2004－292305號公報
然而，揭示於專利文獻1之方法中，原本以液相進行結晶生長，故而難以控制雜質，存在如下問題：無法形成或者維持超低濃度層，其係極端抑制必要雜質混入高耐壓裝置者。又，於該方法中，因分別準備籽晶基板、多晶碳化矽基板、矽源以及密閉容器等，進而必須使籽晶基板與多晶碳化矽基板經由矽源重疊之狀態儲存於密閉容器中，故而存在僅需要準備也非常費事之問題。又，於該方法中，因必須於籽晶基板之表面上以經由矽熔液層之狀態使碳化矽單晶液相磊晶生長，故而存在難以控制矽熔液層，又，碳化矽單晶之生長需要很長時間之問題。進而，因碳化矽單晶之生長中生長面附近之雜質濃度會隨時產生變化，故而存在難以控制雜質之問題。
鑒於上述情況，本發明之目的在於提供一種碳化矽基板之表面再構成方法，其係於碳化矽基板之表面上無需使碳化矽結晶磊晶生長，就可更簡單地閉塞碳化矽基板表面之微量吸管者。
本發明係一種碳化矽基板之表面再構成方法，其包含矽膜形成步驟，其於碳化矽基板之表面上形成矽膜；以及，熱處理步驟，其無需於矽膜之表面上設置多晶碳化矽基板，就可熱處理碳化矽基板以及矽膜。
此處，於本發明之碳化矽基板之表面再構成方法中，較好的是包含於形成矽膜之前，進行碳化矽基板之藉由蝕刻或者研磨之平坦化處理的步驟。
又，於本發明之碳化矽基板之表面再構成方法中，可包含於熱處理步驟後，去除矽膜之矽膜去除步驟。
又，於本發明之碳化矽基板之表面再構成方法中，可包含熱處理步驟後，將矽膜氧化製成為氧化矽膜之氧化矽膜形成步驟，以及去除氧化矽膜之氧化矽膜去除步驟。
又，於本發明之碳化矽基板之表面再構成方法中，矽膜係可藉由濺鍍法或者蒸鍍法形成。
又，於本發明之碳化矽基板之表面再構成方法中，矽膜係可使用含有矽之液體或者含有矽之氣體形成。此處，亦可同時進行矽膜形成步驟與熱處理步驟。
又，於本發明之碳化矽基板之表面再構成方法中，較好的是將矽膜形成於碳化矽基板之傾斜面上。
根據本發明，可提供一種可更簡單地閉塞碳化矽基板表面之微量吸管的碳化矽基板之表面再構成方法。
以下，就本發明之實施形態加以說明。又，於本申請案之圖式中，同一參照符號表示同一部分或者相應部分。
圖1(A)至(C)表示圖解本發明之碳化矽基板之表面再構成方法之較好之一例的模式性剖面圖。首先，如圖1(A)所示，準備碳化矽基板1。此處，至於碳化矽基板1，其亦可例如將藉由改良瑞利法等製作之碳化矽結晶切割為特定之厚度所獲得，亦可使用市售之碳化矽基板，亦可使用使碳化矽結晶生長於任一基板上者。即，作為本發明中使用之碳化矽基板，只要具有由碳化矽結晶而成之表面之基板，就不會加以特別限制。
繼而，如圖1(B)所示，於該碳化矽基板1上形成矽膜2。並且，無需於矽膜表面上設置多晶碳化矽基板，就可熱處理碳化矽基板1，藉此可閉塞產生於碳化矽基板1之微量吸管。如上所述，可推測本發明中可閉塞微量吸管之原因在於：碳化矽基板1上形成矽膜2，未於矽膜2之表面上設置多晶碳化矽基板，而熱處理碳化矽基板1以及矽膜2，藉此不會將過剩之碳原子自外部供給至碳化矽基板1表面之微量吸管之開口部，而僅自碳化矽基板1供給碳原子，進而自矽膜2供給矽原子，藉此無需進行碳化矽單晶之磊晶生長就可閉塞其微量吸管之開口部，以上述方式進行碳化矽基板1表面之再構成。
原本藉由昇華法或氣相生長等經由稀薄層之結晶生長中，於高溫且表面雜亂之狀態下，能量穩定之條件下易於產生微量吸管。藉由形成矽膜2後之加熱，將矽原子自矽膜2過量供給至碳化矽基板1之表面，藉此可促進碳化矽基板1與矽膜2之界面之原子輸送。並且，因加熱後之低溫狀態中，表面之扭結等變少且規則之平坦表面變得穩定，故而可認為以閉塞微量吸管之方式再構成有表面。
此處，矽膜2可藉由使用例如濺鍍法或者蒸鍍法，而容易形成於碳化矽基板1上。又，矽膜2亦可藉由下述方式形成：例如，一面進行碳化矽基板1之熱處理，一面向碳化矽基板1上霧狀噴射含有矽之液體(例如，Si2
Cl6
等)。又，矽膜2亦可藉由下述方式形成：例如，一面進行碳化矽基板1之熱處理，一面於碳化矽基板1上接觸含有矽之氣體(例如，SiH2
Cl2
或者SiCl4
等)。如此，向被熱處理之碳化矽基板1上噴霧含有矽之液體，或者接觸含有矽之氣體，藉此亦可同時進行矽膜2之形成與碳化矽基板1及矽膜2之熱處理。
又，可將形成於碳化矽基板1上之矽膜2之厚度，設為例如10 nm以上1 μm以下。又，作為碳化矽基板1以及矽膜2之熱處理溫度，可設為例如1300℃以上1800℃以下。
又，於本發明中，較好的是包含於形成矽膜2之前，進行碳化矽基板1表面之藉由蝕刻或者研磨之平坦化處理的步驟。於碳化矽基板1之表面殘存有傷痕之情形時，會妨礙缺陷之恢復，故而較好的是藉由該平坦化處理去除碳化矽基板1表面之傷痕。
此處，蝕刻係可藉由例如將碳化矽基板1之表面暴露於氫或者HCl後，加熱至1300℃以上等進行。又，研磨係可藉由例如CMP研磨(化學機械研磨法)等進行。
又，較好的是矽膜2形成於六方晶之碳化矽基板1之傾斜面上。此處，傾斜面係可形成為如下：使六方晶之碳化矽基板1之(0001)面，向例如[11－20]方向或者[1－100]方向僅傾斜8°。通常，於六方晶之碳化矽基板1之(0001)面上不形成傾斜面之情形時，存有碳化矽基板1之(0001)面上，由於雙晶之形成碳化矽結晶不生長之傾向。另一方面，如上所述形成傾斜面之情形時，未形成有雙晶，存有可於碳化矽基板1之傾斜面上生長碳化矽結晶之傾向。故而，於六方晶之碳化矽基板1之傾斜面上形成矽膜之情形時，因熱處理碳化矽基板1以及矽膜2後去除矽膜時，可獲得減少微量吸管之碳化矽基板1之傾斜面，故而其後將碳化矽基板1用於裝置之基板等之情形時，存有可於其表面上生長優質碳化矽結晶之傾向。
最後，如圖1(C)所示，碳化矽基板1上之矽膜2係藉由以例如氫氟酸與硝酸之混合液等進行化學蝕刻等去除。藉此，可獲得閉塞有微量吸管之碳化矽基板1。又，於本發明中，藉由將碳化矽基板1上之矽膜2於氧氣環境下加熱等，製成為氧化矽膜，以氫氟酸等進行化學蝕刻可去除其氧化矽膜。
(實施例1)首先，準備市售之含有六方晶之碳化矽結晶且口徑為2英吋之圓盤狀碳化矽基板。關於將該碳化矽基板表面之(0001)面向[11－20]方向傾斜8°之傾斜面，使用利用光散射之方法調查微量吸管密度(個/cm2
)時，微量吸管密度為96(個/cm2
)。
繼而，於該碳化矽基板之傾斜面上，使用濺鍍法形成厚度為100 nm之矽膜。並且，於壓力為1×105
Pa之氬氣環境之熱處理爐內，以1500℃熱處理碳化矽基板以及矽膜。
最後，使用氫氟酸與硝酸之混合液去除矽膜。將該去除矽膜後之碳化矽基板之傾斜面之微量吸管密度，以與上述相同之方法進行調查時，減少為12(個/cm2
)。
又，就被閉塞之微量吸管加以確認時，可確認微量吸管被碳化矽閉塞。
(實施例2)首先，與實施例1相同地，準備市售之含有六方晶之碳化矽結晶且口徑為2英吋之圓盤狀碳化矽基板。關於將該碳化矽基板表面之(0001)面向[11－20]方向傾斜8°之傾斜面，以與實施例1相同之方法調查微量吸管密度(個/cm2
)時，微量吸管密度為92(個/cm2
)。
繼而，與實施例1相同地，於該碳化矽基板之傾斜面上使用濺鍍法形成厚度為100 nm之矽膜。繼而，於壓力為1×105
Pa之氬氣環境之熱處理爐內，以1500℃熱處理碳化矽基板以及矽膜。
繼而，於壓力為1×105
Pa之氧氣環境之熱處理爐內，以1300℃熱處理碳化矽基板以及矽膜，藉此將碳化矽基板上之矽膜製成為氧化矽膜。最後，使用氫氟酸去除氧化矽膜。將去除該氧化矽膜後之碳化矽基板之傾斜面之微量吸管密度，以與上述相同之方法進行調查時，減少為8(個/cm2
)。
(實施例3)首先，與實施例1相同地，準備市售之含有六方晶之碳化矽結晶構且口徑為2英吋之圓盤狀碳化矽基板。關於將該碳化矽基板之表面之(0001)面向[11－20]方向傾斜8°之傾斜面，以與實施例1相同之方法調查微量吸管密度(個/cm2
)時，微量吸管密度為95(個/cm2
)。
繼而，如圖2之模式性剖面圖所示，於壓力為1×105
Pa之氬氣環境下，向設置於基板固持器11上且加熱至1500℃之碳化矽基板1之傾斜面上，自噴霧器12霧狀噴射液體之六氯二矽烷(Si2
Cl6
)13。藉此，於碳化矽基板1之傾斜面上熱分解六氯二矽烷13，於碳化矽基板1之傾斜面上形成矽膜之同時，進行碳化矽基板1及矽膜之熱處理。之後，停止六氯二矽烷13之噴霧以及碳化矽基板1及矽膜之熱處理。
最後，使用氫氟酸與硝酸之混合液，去除形成於碳化矽基板1之傾斜面上之矽膜。就該矽膜去除後之碳化矽基板之傾斜面之微量吸管密度，以與上述相同之方法進行調查時，減少為11(個/cm2
)。
(實施例4)首先，與實施例1相同地，準備市售之含有六方晶之碳化矽結晶且口徑為2英吋之圓盤狀碳化矽基板。關於將該碳化矽基板表面之(0001)面向[11－20]方向傾斜8°之傾斜面，以與實施例1相同之方法調查微量吸管密度(個/cm2
)時，微量吸管密度為91(個/cm2
)。
繼而，如圖3之模式性剖面圖所示，自氣體導入管14將四氣矽甲烷(SiCl4
)氣體與作為載氣之氫氣之混合氣體15導入至氣相生長裝置16之內部，以使其接觸於設置於基板固持器11上且加熱至1300℃之碳化矽基板1之傾斜面。藉此，於碳化矽基板1之傾斜面上，使四氯矽甲烷氣體與氫氣反應而於碳化矽基板1之傾斜面上形成矽膜之同時，進行碳化矽基板1以及矽膜之熱處理。又，將未用於反應之混合氣體15與藉由上述反應生成之氣體，自氣體排氣口17排出至外部。
最後，使用氫氟酸與硝酸之混合液去除形成於碳化矽基板1之傾斜面上之矽膜。就該去除矽膜後之碳化矽基板之傾斜面之微量吸管密度，以與上述相同之方法進行調查時，減少為9(個/cm2
)。
(實施例5)首先，準備市售之含有六方晶之碳化矽結晶且口徑為2英吋之圓盤狀碳化矽基板。關於將該碳化矽基板表面之(0001)面向[11－20]方向傾斜8°之傾斜面，使用利用光散射之方法調查微量吸管密度(個/cm2
)時，微量吸管密度為96(個/cm2
)。
繼而，將該碳化矽基板之傾斜面暴露於氫中並加熱至1300℃，藉此蝕刻設為平坦化。其後，於該平坦化之傾斜面上使用濺鍍法形成厚度為100 nm之矽膜。繼而，於壓力為1×105
Pa之氬氣環境之熱處理爐內，以1500℃熱處理碳化矽基板以及矽膜。
最後，使用氫氟酸與硝酸之混合液去除矽膜。就該去除矽膜後之碳化矽基板之傾斜面之微量吸管密度，以與上述相同之方法進行調查時，減少為7(個/cm2
)。
(實施例6)首先，準備市售之含有六方晶之碳化矽結晶且口徑為2英吋之圓盤狀碳化矽基板。關於將該碳化矽基板表面之(0001)面向[11－20]方向傾斜8°之傾斜面，使用利用光散射之方法調查微量吸管密度(個/cm2
)時，微量吸管密度為94(個/cm2
)。
繼而，以CMP研磨平坦化該碳化矽基板之傾斜面。其後，於該傾斜面上使用濺鍍法形成厚度為100 nm之矽膜。繼而，於壓力為1×105
Pa之氬氣環境之熱處理爐內，以1500℃熱處理碳化矽基板以及矽膜。
最後，使用氫氟酸與硝酸之混合液去除矽膜。就該去除矽膜後之碳化矽基板之傾斜面之微量吸管密度，以與上述相同之方法進行調查時，減少為4(個/cm2
)。
本次揭示之實施形態以及實施例於所有方面皆為示例，並非受到限制。本發明之範圍並非藉由上述說明而是藉由申請專利範圍表示，應認為其包含與申請專利範圍相同之意思以及範圍內之所有變更。
於本發明中，不必耗費如使用先前之液相磊晶生長之方法般之精力以及時間，就可更簡單地閉塞碳化矽基板表面之微量吸管，可獲得表面缺陷較少之優質碳化矽基板。
如此，藉由本發明獲得之碳化矽基板，可較佳地利用於例如電源裝置、高溫下運作之耐環境裝置或者光裝置等中。
1．．．碳化矽基板
2．．．矽膜
11．．．基板固持器
12．．．噴霧器
13．．．六氯二矽烷
14．．．氣體導入管
15．．．混合氣體
16．．．氣相生長裝置
17．．．氣體排氣口
圖1(A)－(C)係圖解本發明之碳化矽基板之表面再構成方法之較好之一例的模式性剖面圖。
圖2係用以形成本發明之實施例3中使用之矽膜之裝置的模式性剖面圖。
圖3係用以形成本發明之實施例4中使用之矽膜之裝置的模式性剖面圖。
1．．．碳化矽基板
2．．．矽膜
Claims (7)
- 一種碳化矽基板(1)之表面再構成方法，其包含：矽膜形成步驟，其於碳化矽基板(1)之表面上形成矽膜(2)；熱處理步驟，其不於上述矽膜(2)之表面上設置多晶碳化矽基板即熱處理上述碳化矽基板(1)以及上述矽膜(2)；以及，矽膜去除步驟，其於上述熱處理步驟後去除上述矽膜(2)。
- 如請求項1之碳化矽基板(1)之表面再構成方法，其中包含於形成上述矽膜(2)之前，進行上述碳化矽基板(1)表面之藉由蝕刻或者研磨之平坦化處理的步驟。
- 如請求項1之碳化矽基板(1)之表面再構成方法，其中包含氧化矽膜形成步驟，其於上述熱處理步驟後，將上述矽膜(2)氧化而製成為氧化矽膜；以及氧化矽膜去除步驟，其去除上述氧化矽膜。
- 如請求項1之碳化矽基板(1)之表面再構成方法，其中上述矽膜(2)係藉由濺鍍法或者蒸鍍法形成。
- 如請求項1之碳化矽基板(1)之表面再構成方法，其中上述矽膜(2)係使用含有矽之液體或者含有矽之氣體形成。
- 如請求項5之碳化矽基板(1)之表面再構成方法，其中可同時進行上述矽膜形成步驟與上述熱處理步驟。
- 如請求項1之碳化矽基板(1)之表面再構成方法，其中上述矽膜(2)形成於上述碳化矽基板(1)之傾斜面上。
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