WO2021060516A1 - 多結晶SiC成形体 - Google Patents

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sic
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polycrystalline
substrate
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裕次 牛嶋
杉原 孝臣
聖一 奥山
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東海カーボン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a polycrystalline SiC molded product.
  • the SiC molded body is excellent in various properties such as heat resistance, corrosion resistance and strength, and is used for various purposes.
  • SiC is used as a member for a plasma etching apparatus such as an edge ring, an electrode plate, and a heater used in semiconductor manufacturing. The points to be used are described.
  • Patent Document 3 Patent No. 6387375
  • the polycrystalline SiC molded product is required to have various properties depending on the application. For example, as described in Patent Documents 1 and 2, when a polycrystalline SiC molded body is used as a plasma etching member, the polycrystalline SiC molded body is used in order to release static electricity and uniformly generate plasma gas. Must have low resistance. Further, in the polycrystalline SiC molded body, in order to ensure that the Si wafer is uniformly processed by plasma, the distance from the Si wafer needs to be uniform, and the polycrystalline SiC molded body used as a member for a plasma etching apparatus is used. The body is required to have a flat surface.
  • the polycrystalline SiC molded body in order to bond the polycrystalline SiC molded body and the single crystal SiC substrate, the polycrystalline SiC molded body must have a flat joint surface. Further, when the current path is formed so as to cross the joint surface between the polycrystalline SiC molded body and the single crystal SiC substrate, the polycrystalline SiC molded body is required to have low resistance. May be done.
  • an object of the present invention is to provide a polycrystalline SiC molded product having low resistance and excellent flatness.
  • the present invention includes the following items.
  • the resistance is 0.050 ⁇ cm or less
  • the peak intensity in the range of wave number 760 to 780 cm -1 in the Raman spectrum is "A”
  • the peak intensity in the range of wave number 790 to 800 cm -1 in the Raman spectrum is "B”.
  • the polycrystalline SiC molded article according to [1] which has a nitrogen content of 200 ppm (parts per million by mass) or more.
  • a polycrystalline SiC molded product having excellent flatness and low resistance is provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a laminated SiC substrate according to an embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing a method for producing a laminated SiC substrate.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a method for producing a laminated SiC substrate.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an example of a manufacturing system used in a method for manufacturing a polycrystalline SiC substrate.
  • FIG. 4 is a graph conceptually showing the relationship between the time at the time of film formation and the concentration of the raw material gas.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing a radial cross section of the graphite substrate 2 on which the polycrystalline SiC film 4 is formed.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing a radial cross section of the graphite substrate 2 on which the polycrystalline SiC film 4 is formed.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing a radial cross section of the graphite substrate 2 on which the polycrystalline SiC film 4 is formed, which is obtained by equally cutting the thickness of the graphite substrate 2 after removing the polycrystalline SiC film 4 on the outer periphery of the disk.
  • FIG. 6 is a graph showing each peak ratio (A / B) calculated from the Raman spectrum of the polycrystalline SiC molded product obtained in Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a laminated SiC substrate 30 according to the present embodiment.
  • the laminated SiC substrate 30 has a polycrystalline SiC molded body 10 and a single crystal SiC layer 21.
  • the polycrystalline SiC molded body 10 is provided to support the single crystal SiC layer 21.
  • the polycrystalline SiC molded product 10 is plate-shaped and has a thickness that can be easily handled, for example, a thickness of about 300 to 500 ⁇ m.
  • the laminated SiC substrate 30 can be produced, for example, by the following procedure. First, as shown in FIG. 2A, a polycrystalline SiC molded body 10 and a single crystal SiC substrate 20, each having a certain thickness, are prepared. The surfaces for joining the polycrystalline SiC molded body 10 and the single crystal SiC substrate 20 are referred to as a joining surface of the polycrystalline SiC molded body 10 and a joining surface of the single crystal SiC substrate 20, respectively. Hydrogen ions are injected into a region of a certain depth from the joint surface of the single crystal SiC substrate 20 from the direction facing the joint surface of the single crystal SiC substrate 20, and the depth is constant from the joint surface of the single crystal SiC substrate 20. A fragile layer t is formed in the region.
  • the fragile layer t is shown by a dotted line in FIGS. 2A and 2B, and is a layer embedded in a region having a certain depth from the joint surface of the single crystal SiC substrate 20.
  • the joint surface of the single crystal SiC substrate 20 and the joint surface of the polycrystalline SiC molded body 10 are irradiated with an argon beam to activate both of the surfaces.
  • the joint surface of the single crystal SiC substrate 20 and the joint surface of the polycrystalline SiC molded body 10 are arranged so that the joint surface of the activated single crystal SiC substrate 20 and the joint surface of the polycrystalline SiC molded body 10 face each other. Arrange and join those joint surfaces together. After that, as shown in FIG.
  • the single crystal SiC substrate 20 and the polycrystalline SiC molded body 10 which are joined to each other at the joining surfaces are separated from each other with the fragile layer t as a boundary. Separate from 10.
  • a part of the single crystal SiC substrate 20 (hereinafter, the single crystal SiC layer 21) separated with the fragile layer t as a boundary is fixed on the bonding surface of the polycrystalline SiC molded body 10.
  • the laminated SiC substrate 30 as shown in FIG. 1 can be obtained.
  • the single crystal SiC layer 21 is a part for forming a semiconductor circuit.
  • a single crystal layer forming a semiconductor circuit is formed by epitaxial growth, and a semiconductor circuit is formed through a predetermined processing step.
  • the thickness of the single crystal SiC layer 21 may be such that the single crystal layer can be grown on it by epitaxial growth, and is sufficiently smaller than that of the polycrystalline SiC molded body 10.
  • the thickness of the single crystal SiC layer 21 is about 0.5 ⁇ m.
  • the thickness of the single crystal SiC layer 21 can be made smaller than that of the single crystal SiC substrate 20.
  • Single crystal SiC materials are generally more expensive than polycrystalline SiC materials.
  • the material cost can be reduced, and the laminated SiC substrate 30 for manufacturing a semiconductor device can be manufactured at low cost.
  • the polycrystalline SiC molded body 10 used for the laminated SiC substrate 30 as described above is required to have a flat surface for bonding with the single crystal SiC substrate 20.
  • the bonding surface of the polycrystalline SiC molded body 10 is not flat, it becomes difficult to properly bond the polycrystalline SiC molded body 10 and the single crystal SiC substrate 20.
  • a current may flow across the joint surface between the polycrystalline SiC molded body 10 and the fragile layer t during operation. In such a case, it is required to reduce the contact resistance at the joint surface between the polycrystalline SiC molded body 10 and the single crystal SiC layer 21.
  • the polycrystalline SiC molded product 10 is required to have a low resistance. In order to satisfy the above requirements, in the present embodiment, measures have been taken so that the polycrystalline SiC molded body 10 has a flat joint surface and has low resistance.
  • the polycrystalline SiC molded body 10 will be described in detail below.
  • the polycrystalline SiC molded product 10 has a resistivity of 0.050 ⁇ cm or less. By having such a resistivity, the potential barrier at the joint surface between the polycrystalline SiC molded body 10 and the single crystal SiC layer 21 is suppressed, and the responsiveness of the device can be improved.
  • the resistivity of the polycrystalline SiC molded product 10 is preferably 0.030 ⁇ cm or less, more preferably 0.020 ⁇ cm or less, from the viewpoint of ensuring stable device responsiveness.
  • the resistivity can be adjusted, for example, by adding nitrogen in a predetermined amount to the polycrystalline SiC molded product 10. By increasing the nitrogen content, the resistivity can be reduced.
  • the nitrogen content of the polycrystalline SiC molded body 10 is, for example, 200 ppm (parts by mass) or more, preferably 200 to 1000 ppm (parts per million by mass).
  • the nitrogen content is in such a range, the degree of change in resistivity with respect to the change in nitrogen content is small. Therefore, controlling the nitrogen content makes it easier to obtain the desired resistivity.
  • the nitrogen content is 1000 ppm (parts per million by mass) or less, crystal defects caused by the introduction of nitrogen hardly affect the flatness of the substrate.
  • the method of introducing nitrogen is not particularly limited. For example, as will be described later, when a polycrystalline SiC film is formed by the CVD method, nitrogen can be introduced into the polycrystalline SiC film to be formed by using a nitrogen-containing gas.
  • the polycrystalline SiC molded product 10 has a surface structure having a predetermined crystal structure. Specifically, the intensity (maximum value) of the peak (hereinafter referred to as peak A) in the range of wave number 760 to 780 cm -1 in the Raman spectrum is set to "A", and the peak in the range of wave number 790 to 800 cm -1 in the Raman spectrum (hereinafter referred to as peak A). Hereinafter, it has a surface structure in which the Raman peak ratio (A / B) is 0.100 or less when the intensity (maximum value) of (peak B) is set to “B”.
  • the peak A is a peak indicating a stacking defect of the polycrystalline SiC material.
  • peak B is a peak showing ⁇ -SiC.
  • the Raman peak ratio (A / B) of 0.100 or less means that the concentration of stacking defects is sufficiently small in the surface structure of the polycrystalline SiC molded body 10. Stacking defects contribute to the warpage of the substrate.
  • the Raman peak ratio (A / B) is 0.100 or less, the warp of the polycrystalline SiC molded body 10 can be reduced, and the polycrystalline SiC molded body 10 having a flat surface structure (joint surface) is provided. ..
  • the polycrystalline SiC molded product 10 having the above-mentioned characteristics can be manufactured by adopting a specific manufacturing method using a CVD method as described below.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an example of a manufacturing system used in the manufacturing method of the polycrystalline SiC molded product 10 according to the present embodiment.
  • This manufacturing system is provided with a CVD furnace 1 and a mixer 3.
  • the carrier gas, the raw material gas as a supply source of SiC, and the nitrogen-containing gas are mixed to generate a mixed gas.
  • the mixed gas is supplied from the mixer 3 to the CVD furnace 1.
  • a plurality of graphite substrates 2 are arranged in the CVD furnace 1. Each of the graphite substrates 2 has a disk shape.
  • the mixed gas is supplied to the CVD furnace 1, a polycrystalline SiC film is formed on each graphite substrate 2 by the CVD method.
  • nitrogen derived from the nitrogen-containing gas is doped into the polycrystalline SiC film.
  • the polycrystalline SiC film is separated from the graphite substrate 2 and surface-ground to obtain the polycrystalline SiC film into the polycrystalline SiC molded body 10.
  • a one-component system gas containing Si and C
  • a two-component system gas containing Si and gas containing C
  • the raw material gas concentration at the time of film formation by the CVD method is devised.
  • the raw material gas concentration means the volume ratio (vol%) of the raw material gas to the total amount of the raw material gas and the carrier gas.
  • FIG. 4 is a graph conceptually showing the relationship between the time at the time of film formation and the concentration of the raw material gas.
  • the manufacturing method according to the present embodiment includes an initial process, a medium-term process, and a final process. The initial step, the middle step, and the final step are carried out continuously.
  • the first polycrystalline SiC film is formed on the graphite substrate 2 at the raw material gas concentration of the first concentration C 1.
  • a second polycrystalline SiC film is formed on the first polycrystalline SiC film while reducing the raw material gas concentration from the first concentration C 1 to the second concentration C 2.
  • the raw material gas concentration is preferably reduced at a constant rate.
  • a third polycrystalline SiC film is formed at a raw material gas concentration of a second concentration C 2.
  • the crystal grain size is small at the initial stage of the film formation and the late stage of the film formation. As the crystal grain size tends to increase, the grain size tends to increase.
  • the first, second and third polycrystals are formed throughout the entire film formation period. It becomes easy to make the size of the crystal grain size of the entire polycrystalline SiC film including the SiC film uniform. By making the crystal grain sizes uniform, the concentration of stacking defects can be reduced, and a polycrystalline SiC film with less warpage can be obtained.
  • the period of the initial step (period t 1 ) is not particularly limited, but is, for example, 10 to 50% of the period (T) of the entire film formation period of the polycrystalline SiC film.
  • the period of the medium-term step (period t 2 ) is also not particularly limited, but is, for example, 10 to 50% of the period (T) of the entire film formation period of the polycrystalline SiC film.
  • the period of the final step (period t 3 ) is also not particularly limited, but is, for example, 30 to 70% of the period (T) of the entire film formation period of the polycrystalline SiC film.
  • the period (T) of the entire film formation period of the polycrystalline SiC film is not particularly limited, but is, for example, 1 to 20 hours, preferably 5 to 15 hours.
  • the film thickness of the polycrystalline SiC film to be formed is, for example, 500 to 6000 ⁇ m, preferably 450 to 5500 ⁇ m.
  • the carrier gas used at the time of film formation is not particularly limited, but for example, hydrogen gas or the like can be used.
  • the raw material gas is not particularly limited as long as it is a gas containing Si and C supply sources.
  • a gas containing Si and C in the molecule a mixed gas of a gas containing Si in the molecule and a hydrocarbon gas, and the like can be used.
  • the raw material gas include trichloromethylsilane, trichlorophenylsilane, dichloromethylsilane, dichlorodimethylsilane, and chlorotrimethylsilane in the case of a one-component system.
  • a mixture of a silane-containing gas such as trichlorosilane and monosilane and a hydrocarbon gas can be mentioned.
  • the specific film forming conditions by CVD are not particularly limited, but for example, the following conditions can be adopted.
  • the concentration of the raw material gas in the initial step (first concentration C1) may be higher than that in the final step (second concentration C2).
  • the first concentration is preferably 1.2 to 2.0 times the second concentration in order to make the SiC crystal grain size uniform throughout the film formation period.
  • the first concentration is more preferably 1.3 to 1.8 times the second concentration, and a product having a uniform SiC crystal particle size is used.
  • the first concentration is 1.4 to 1.6 times the second concentration.
  • the second concentration C2 is, for example, 3 to 40 vol%, preferably 5 to 20 vol%.
  • the gas residence time in the CVD furnace is, for example, 10 to 200 seconds, preferably 20 to 100 seconds.
  • the reaction temperature is, for example, 1100 to 1900 ° C, preferably 1400 to 1600 ° C.
  • the flow rate of the nitrogen-containing gas is, for example, 5 to 100 vol%, preferably 10 to 70 vol%, based on the total flow rate of the raw material gas flow rate and the carrier gas flow rate.
  • the raw material gas is a gas raw material
  • the raw material gas concentration can be adjusted by controlling the raw material gas flow rate and the carrier gas flow rate.
  • the raw material gas is a gas derived from a liquid raw material
  • the raw material gas concentration can be adjusted by controlling the temperature of the liquid raw material in the raw material tank and controlling the vapor pressure of the liquid raw material.
  • FIG. 5A is a schematic view showing a radial cross section of a graphite substrate 2 having a center line OO ′ on which a polycrystalline SiC film 4 is formed.
  • a polycrystalline SiC film 4 is formed on the graphite substrate 2 so as to cover the entire surface thereof.
  • the graphite substrate 2 on which the polycrystalline SiC film 4 is formed is first subjected to outer peripheral processing.
  • the graphite substrate 2 on which the polycrystalline SiC film 4 is formed is cut and removed along the breaking line AA'shown in FIG. 5A.
  • the graphite substrate 2 on which the polycrystalline SiC film 4 is formed is 2 in the thickness direction. It is cut so that it is divided.
  • FIG. 5B a laminate of the graphite substrate 2 and the polycrystalline SiC film 4 is obtained.
  • only the graphite substrate 2 is removed from the laminate by oxidation, shot blasting, or the like.
  • the exposed surface of the polycrystalline SiC film 4 exposed by removing the graphite substrate 2 is ground by grinding or the like.
  • the polycrystalline SiC molded product 10 can be obtained by the processing method exemplified above.
  • a polycrystalline SiC film having a surface structure having a Raman peak ratio (A / B) of 0.100 or less can be obtained, so that a polycrystalline SiC substrate having a flat surface can be obtained. 10 can be realized. Further, since the nitrogen content is controlled to a predetermined value, a polycrystalline SiC molded product 10 having low resistance can be obtained.
  • the polycrystalline SiC molded body 10 is bonded to the single crystal SiC layer 21 and used as the laminated SiC substrate 30 . According to this embodiment, a polycrystalline SiC molded product 10 having a low resistance and a flat surface can be obtained, which is suitable for such an application.
  • the polycrystalline SiC molded body 10 according to the present embodiment is not limited to the one used by joining to the single crystal SiC substrate 20, as long as it is used for applications where high flatness and low resistivity are required. It can be suitably applied to other uses.
  • the polycrystalline SiC molded body according to the present invention can be suitably used when joining the polycrystalline SiC molded body and the single-crystal SiC layer, and the case shown in the above-described embodiment.
  • it can be similarly applied to the SIMOX method, the ELTRAN method and other known joining methods.
  • the polycrystalline SiC molded body according to the present embodiment is used as a member for a plasma etching apparatus in semiconductor manufacturing, such as an edge ring, an electrode plate, and a heater. Further, it is used for a dummy wafer as a member for a semiconductor heat treatment apparatus at the time of semiconductor manufacturing.
  • the polycrystalline SiC substrate When used as an edge ring and an electrode plate, the polycrystalline SiC substrate has a thickness of, for example, about 2000 to 5000 ⁇ m. When used as a dummy wafer, the polycrystalline SiC substrate has a thickness of, for example, about 300 to 1000 ⁇ m.
  • Example 1 A graphite substrate having a diameter of 160 mm and a thickness of 5 mm was installed in the CVD furnace.
  • a trimethylchlorosilane (raw material gas), hydrogen (carrier gas), and nitrogen gas were introduced into a CVD furnace, and a polycrystalline SiC film was formed on a graphite substrate at 1500 ° C. for 10 hours.
  • the film forming conditions are shown in Table 1. The initial stage of film formation (from the start of film formation to 2.5 hours), the middle stage of film formation (from 2.5 hours to 5 hours after the start of film formation), and the latter stage of film formation (from 5 hours to 10 hours after the start of film formation). The concentration of the raw material gas was changed.
  • the raw material gas concentration (first concentration) at the initial stage of film formation was 9.0 vol%
  • the raw material gas concentration (second concentration) at the latter stage of film formation was 7.5 vol%. That is, the ratio of the raw material gas concentration at the initial stage of film formation (referred to as the raw material gas concentration ratio) to the raw material gas concentration at the late stage of film formation was set to 1.2 times. Further, in the middle stage of film formation, the concentration of the raw material gas was lowered at a constant rate from the concentration at the initial stage of film formation to the concentration at the latter stage of film formation. The total value of the raw material gas flow rate and the carrier gas flow rate was controlled to be constant (140 L / min). The nitrogen gas flow rate was kept constant throughout the film formation period. Specifically, the nitrogen gas flow rate was set to 19.0 (L / min).
  • the graphite substrate was taken out from the CVD furnace and subjected to outer peripheral processing and division processing. Further, the graphite base material was removed to obtain a polycrystalline SiC molded product having a diameter of 150 mm and a thickness of 0.6 mm. Further, by surface grinding, a polycrystalline SiC molded product having a diameter of 150 mm and a thickness of 0.4 mm was obtained. This was obtained as a polycrystalline SiC molded product according to Example 1.
  • Example 2 to 6 Comparative Examples 1 to 2
  • Example 2 to 6 Comparative Examples 1 to 2
  • the film forming conditions were changed as shown in Table 1.
  • the flow rate of the raw material gas was set to a constant value (10.50 L / min).
  • the Raman spectrum of the obtained polycrystalline SiC molded product was measured under the following conditions using a micro-Raman spectroscope LabRAMHR800 manufactured by HORIBA, Ltd. Excitation wavelength: 532 nm Irradiation diameter: ⁇ 2 ⁇ m Exposure time: 15 seconds Total number of times: 2 Grating: 1800gr / mm
  • the Raman spectrum of the obtained polycrystalline SiC molded product measured under the above conditions was processed as follows to calculate the peak ratio (A / B). First, the arithmetic mean value of Raman scattering intensity in the wave number range of 850 to 900 cm -1 was used as the background correction value.
  • the amount of warpage of the obtained polycrystalline SiC molded product was measured using an optical interference type warp measuring device (FlatMaster 200XRA-Industrial manufactured by Corning Tropel Co., Ltd.).
  • the nitrogen content in the polycrystalline SiC molded product was measured using SIMS-4000 manufactured by ATOMIKA.
  • Table 1 shows the measurement results of resistivity, Raman spectrum peak ratio, warpage amount, and nitrogen content. Further, FIG. 6 shows a graph showing each peak ratio (A / B) calculated from the Raman spectrum of the polycrystalline SiC molded product obtained in Example 1 and Comparative Example 1. Examples 1 to 6 had a smaller amount of warpage than Comparative Examples 1 and 2. The peak ratio of the Raman spectra of Examples 1 to 6 was 0.100 or less. On the other hand, the peak ratios in Comparative Examples 1 and 2 exceeded 0.100. That is, it is understood that a flat polycrystalline SiC substrate can be obtained when the peak ratio of the Raman spectrum is 0.100 or less.
  • the nitrogen content was 200 to 1000 ppm (mass per million), and the resistance value was 0.050 ⁇ cm or less. In general, it is considered that as the nitrogen content increases, crystal defects increase, causing warpage. However, from the results of Examples 1 to 6, it was found that when the nitrogen content was 1000 ppm (mass per million) or less, the warp was sufficiently suppressed.

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Abstract

多結晶SiC成形体は、抵抗率が0.050Ωcm以下であり、ラマンスペクトルにおける波数760~780cm-1の範囲におけるピーク強度を「A」とし、ラマンスペクトルにおける波数790~800cm-1の範囲におけるピーク強度を「B」とした場合に、ピーク比(A/B)が0.100以下である。

Description

多結晶SiC成形体
 本発明は、多結晶SiC成形体に関する。
 SiC成形体は、耐熱性、耐蝕性及び強度等の種々の特性に優れており、様々な用途に使用されている。例えば、特許文献1(特開2001-316821)および特許文献2(特開2001-220237)には、半導体製造時に使用されるエッジリング、電極板、ヒーターなどのプラズマエッチング装置用部材として、SiCを用いる点が記載されている。また、特許文献3(特許第6387375号)には、単結晶SiC基板と、多結晶SiC基板とを備える半導体基板であって、単結晶SiC基板と多結晶SiC基板とが所定の界面層を介して接合している半導体基板が開示されている。
特開2001-316821 特開2001-220237 特許第6387375号
 多結晶SiC成形体には、用途に応じて、様々な特性が要求される。
 例えば、特許文献1および2に記載されるように、多結晶SiC成形体をプラズマエッチング用部材として使用する場合、静電気を逃がすためや、プラズマガスを均一に発生させるために、多結晶SiC成形体は低抵抗でなければならない。また、多結晶SiC成形体は、Siウェハーがプラズマにより均一に処理されるようにするため、Siウェハーとの間隔が均一である必要があり、プラズマエッチング装置用部材として使用される多結晶SiC成形体は、平坦な面を有していることが求められている。
 更に、特許文献3に記載されるように、多結晶SiC成形体と単結晶SiC基板とを接合するためには、多結晶SiC成形体が、平坦な接合面を有していなければならない。また、多結晶SiC成形体と単結晶SiC基板との接合面を横切るように電流経路が形成されるような用途に使用される場合、多結晶SiC成形体には、低抵抗であることが求められる場合がある。
 そこで、本発明の課題は、低抵抗であり、平坦性に優れた、多結晶SiC成形体を提供することにある。
 上記課題を解決するために、本発明は以下の事項を含んでいる。
[1]抵抗率が0.050Ωcm以下であり、ラマンスペクトルにおける波数760~780cm-1の範囲におけるピーク強度を「A」とし、ラマンスペクトルにおける波数790~800cm-1の範囲におけるピーク強度を「B」とした場合に、ピーク比(A/B)が0.100以下である、多結晶SiC成形体。
[2]窒素含有量が、200ppm(質量百万分率)以上である、[1]に記載の多結晶SiC成形体。
 本発明によれば、平坦性に優れ、低抵抗である多結晶SiC成形体が提供される。
図1は、実施形態に係る積層SiC基板を示す概略断面図である。 図2Aは、積層SiC基板の作成方法を示す概略断面図である。 図2Bは、積層SiC基板の作成方法を示す概略断面図である。 図3は、多結晶SiC基板の製造方法に使用される製造システムの一例を示す概略図である。 図4は、成膜時における時間と原料ガス濃度との関係を概念的に示すグラフである。 図5Aは、多結晶SiC膜4が成膜された黒鉛基板2の径方向断面を示す概略断面図である。 図5Bは、円板外周の多結晶SiC膜4を取り除いた後に黒鉛基板2の厚みを等分切断した、多結晶SiC膜4が成膜された黒鉛基板2の径方向断面を示す概略断面図である。 図6は、実施例1及び比較例1において得られた多結晶SiC成形体のラマンスペクトルから算出したそれぞれのピーク比(A/B)を表すグラフである。
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の本発明の詳細な説明は実施形態の例示のひとつであり、本発明は本実施形態に何ら限定して解釈されるものではない。
 図1は、本実施形態に係る積層SiC基板30を示す概略断面図である。図1に示されるように、積層SiC基板30は、多結晶SiC成形体10及び単結晶SiC層21を有している。
 多結晶SiC成形体10は、単結晶SiC層21を支持するために設けられている。多結晶SiC成形体10は、板状であり、容易に取り扱える程度の厚みを有しており、例えば300~500μm程度の厚みを有している。
 上記の積層SiC基板30は、例えば、以下の手順によって作成することができる。
 まず、図2Aに示されるように、それぞれがある程度の厚さを有する多結晶SiC成形体10及び単結晶SiC基板20を準備する。多結晶SiC成形体10と単結晶SiC基板20とを接合させる面をそれぞれ、多結晶SiC成形体10の接合面、単結晶SiC基板20の接合面という。単結晶SiC基板20の接合面に対向する方向から、単結晶SiC基板20の接合面から一定の深さの領域に水素イオンを注入し、単結晶SiC基板20の接合面から一定の深さの領域に脆弱層tを形成させる。ここで、脆弱層tは、図2Aおよび図2Bにおいて点線で示され、単結晶SiC基板20の接合面から一定の深さの領域に埋設された層である。次いで、単結晶SiC基板20の接合面および多結晶SiC成形体10の接合面に、アルゴンビームを照射し、それらの表面を共に活性化させる。そして、活性化された単結晶SiC基板20の接合面と多結晶SiC成形体10の接合面とが対向するように単結晶SiC基板20の接合面と多結晶SiC成形体10の接合面とを配置して、それらの接合面同士を接合する。その後、互いの接合面で接合している単結晶SiC基板20及び多結晶SiC成形体10を、図2Bに示されるように、脆弱層tを境界として単結晶SiC基板20と多結晶SiC成形体10とを分離する。このとき、多結晶SiC成形体10の接合面上に脆弱層tを境界として分離された単結晶SiC基板20の一部(以下、単結晶SiC層21)が固設されている。これにより、図1に示したような積層SiC基板30が得られる。
 単結晶SiC層21は、半導体回路を形成するための部分である。単結晶SiC層21上には、半導体回路を形成する単結晶層がエピタキシャル成長によって形成され、所定の加工工程を経て半導体回路が形成される。単結晶SiC層21の厚みは、その上にエピタキシャル成長によって単結晶層を成長させることができる程度の厚みであればよく、多結晶SiC成形体10のそれに比べて十分に小さい。例えば、単結晶SiC層21の厚みは、0.5μm程度である。
 上記のような積層SiC基板30によれば、多結晶SiC成形体10が支持基板として機能するため、単結晶SiC層21の厚みを単結晶SiC基板20よりも小さくすることができる。単結晶SiC材料は、一般に、多結晶SiC材料に比べて高価である。単結晶SiC層21の厚みを小さくすることにより、材料費を減らすことができ、安価に半導体装置製造用の積層SiC基板30を作製できる。
 一方で、上記のような積層SiC基板30に使用される多結晶SiC成形体10には、単結晶SiC基板20との接合のため、平坦な面を有していることが求められる。多結晶SiC成形体10の接合面が平坦ではない場合、多結晶SiC成形体10と単結晶SiC基板20とを適切に接合することが難しくなる。
 また、積層SiC基板30の用途によっては、運用時に、多結晶SiC成形体10と脆弱層tとの接合面を横切るように電流が流れる場合もある。そのような場合、多結晶SiC成形体10と単結晶SiC層21との接合面における接触抵抗を小さくすることが求められる。接触抵抗を小さくするため、多結晶SiC成形体10は、低抵抗であることが求められる。
 以上のような要求を満たすため、本実施形態においては、多結晶SiC成形体10が平坦な接合面を有し、且つ、低抵抗になるように、工夫が施されている。以下に、多結晶SiC成形体10について詳述する。
 多結晶SiC成形体10は、0.050Ωcm以下の抵抗率を有している。このような抵抗率を有していることにより、多結晶SiC成形体10と単結晶SiC層21の接合面における電位障壁が抑制され、デバイスの応答性を向上させることができる。また、多結晶SiC成形体10の抵抗率は、安定したデバイスの応答性を確保する観点から、好ましくは0.030Ωcm以下、更に好ましくは0.020Ωcm以下である。
 抵抗率は、例えば、多結晶SiC成形体10に所定の量で窒素を含有させることにより、調整することができる。窒素含有量を増やすことにより、抵抗率を下げることができる。
 多結晶SiC成形体10の窒素含有量は、例えば200ppm(質量百万分率)以上であり、好ましくは200~1000ppm(質量百万分率)である。窒素含有量がこのような範囲にある場合、窒素含有量の変化に対する抵抗率の変化の度合いが小さくなる。従って、窒素含有量を制御することによって、所望する抵抗率を得やすくなる。また、窒素含有量が1000ppm(質量百万分率)以下であれば、窒素の導入により生じる結晶欠陥が基板の平坦性に影響を及ぼすこともほとんどない。
 尚、窒素の導入方法は特に限定されるものでは無い。例えば、後述するように、CVD法によって多結晶SiC膜を成膜する際に、窒素含有ガスを用いることにより、成膜される多結晶SiC膜に窒素を導入することができる。
 多結晶SiC成形体10は、所定の結晶構造を有する表面構造を有している。
 具体的には、ラマンスペクトルにおける波数760~780cm-1の範囲におけるピーク(以下ピークAという)の強度(最大値)を「A」とし、ラマンスペクトルにおける波数790~800cm-1の範囲におけるピーク(以下、ピークBという)の強度(最大値)を「B」とした場合に、ラマンピーク比(A/B)が0.100以下である表面構造を有している。
 ここで、ピークAは、多結晶SiC材料の積層欠陥を示すピークである。
 一方、ピークBは、β-SiCを示すピークである。
 ラマンピーク比(A/B)が0.100以下であることは、多結晶SiC成形体10が有する表面構造において、積層欠陥の濃度が十分に小さいことを意味している。積層欠陥は、基板の反りの一因である。ラマンピーク比(A/B)が0.100以下であることにより、多結晶SiC成形体10の反りを低減でき、平坦な表面構造(接合面)を有する多結晶SiC成形体10が提供される。
 続いて、多結晶SiC成形体10の製造方法について説明する。上記のような特性を有する多結晶SiC成形体10は、以下に説明するようなCVD法を用いた特定の製造方法を採用することによって、製造することができる。
 図3は、本実施形態に係る多結晶SiC成形体10の製造方法に使用される製造システムの一例を示す概略図である。この製造システムには、CVD炉1と、混合器3とが設けられている。混合器3では、キャリアガスと、SiCの供給源となる原料ガスと、窒素含有ガスとが混合され、混合ガスが生成される。混合ガスは、混合器3からCVD炉1に供給される。CVD炉1内には、黒鉛基板2が複数配置されている。この黒鉛基板2は、それぞれ、円板形状である。CVD炉1に混合ガスが供給されると、CVD法によって各黒鉛基板2上に多結晶SiC膜が成膜される。また、窒素含有ガス由来の窒素が、多結晶SiC膜にドープされる。この多結晶SiC膜を黒鉛基板2から分離し、平面研削する事でこの多結晶SiC膜を多結晶SiC成形体10とする。
 なお、SiCの供給源となる原料ガスは、1成分系(Si及びCを含むガス)でも、2成分系(Siを含むガスとCを含むガス)を使用してもよい。
 ここで、本実施形態では、平坦な面を有する多結晶SiC成形体10を得るために、CVD法による成膜時における原料ガス濃度が工夫されている。尚、本発明において、原料ガス濃度とは、原料ガスとキャリアガスの合計量に対する、原料ガスの容積比(vol%)を意味する。
 図4は、成膜時における時間と原料ガス濃度との関係を概念的に示すグラフである。図4に示されるように、本実施形態に係る製造方法は、初期工程と、中期工程と、終期工程とを備えている。初期工程、中期工程、及び終期工程は、連続的に実施される。
 まず、初期工程において、第1濃度C1の原料ガス濃度で、黒鉛基板2上に第1の多結晶SiC膜が成膜される。
 次いで、中期工程において、原料ガス濃度を第1濃度C1から第2濃度C2まで低下させつつ、第1の多結晶SiC膜上に第2の多結晶SiC膜が成膜される。原料ガス濃度は、好ましくは、一定速度で低下させられる。
 更に、終期工程において、第2濃度C2の原料ガス濃度で、第3の多結晶SiC膜が成膜される。
 本発明者らの知見によれば、原料ガス濃度を一定として、CVD法により多結晶SiC膜の成膜を行った場合は、成膜の初期段階では結晶粒径が小さく、成膜の後期段階になるにつれ結晶粒径が大きくなりやすい。これに対して、本実施形態のように、初期工程において原料ガス濃度を高くし、後期工程において原料ガス濃度を下げることにより、全成膜期間を通じて、第1、第2及び第3の多結晶SiC膜を含む多結晶SiC膜全体の結晶粒径の大きさを揃えやすくなる。結晶粒径の大きさを揃えることにより、積層欠陥の濃度が減り、反りが少ない多結晶SiC膜を得ることができる。
 初期工程の期間(期間t1)は、特に限定されるものでは無いが、例えば、多結晶SiC膜の成膜期間全体の期間(T)の10~50%である。
 中期工程の期間(期間t2)も、特に限定されるものでは無いが、例えば、多結晶SiC膜の成膜期間全体の期間(T)の10~50%である。
 終期工程の期間(期間t3)も、特に限定されるものでは無いが、例えば、多結晶SiC膜の成膜期間全体の期間(T)の30~70%である。
 多結晶SiC膜の成膜期間全体の期間(T)は、特に限定されるものでは無いが、例えば1~20時間、好ましくは5~15時間である。
 成膜される多結晶SiC膜の膜厚は、例えば500~6000μm、好ましくは450~5500μmである。
 成膜時に使用されるキャリアガスとしては、特に限定されるものでは無いが、例えば、水素ガス等を用いることができる。
 原料ガスとしては、Si及びCの供給源を含むガスであれば特に限定されるものでは無い。例えば、分子内にSi及びCを含有するガスや、分子内にSiを含有するガスと炭化水素ガスとの混合ガス、等を用いることができる。
 原料ガスとしては、例えば、1成分系の場合は、トリクロロメチルシラン、トリクロロフェニルシラン、ジクロロメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、及びクロロトリメチルシラン等を挙げることができる。また2成分系の場合は、トリクロロシラン、及びモノシラン等のシラン含有ガスと、炭化水素ガスとの混合物等を挙げる事ができる。
 CVDによる具体的な成膜条件は、特に限定されるものでは無いが、例えば、次のような条件を採用することができる。
 初期工程における原料ガスの濃度(第1濃度C1)は、終期工程におけるそれ(第2濃度C2)よりも大きければよい。多結晶SiC成形体の反りを抑制する観点から、成膜期間全体を通じて、SiC結晶粒径を揃えるためには、第1濃度は第2濃度の1.2~2.0倍であることが好ましく、SiC結晶粒径の揃ったものを安定して得るためには、第1濃度は第2濃度の1.3~1.8倍であることがより好ましく、SiC結晶粒径の揃ったものを安定して効率良く得るためには、第1濃度は第2濃度の1.4~1.6倍であることがさらに好ましい。
 第2濃度C2は、例えば、3~40vol%、好ましくは5~20vol%である。
 CVD炉におけるガス滞留時間は、例えば、10~200秒、好ましくは20~100秒である。
 反応温度は、温度は、例えば1100~1900℃、好ましくは1400~1600℃である。
 窒素含有ガスの流量は、例えば、原料ガス流量とキャリアガス流量の合計流量に対して5~100vol%、好ましくは10~70vol%である。
 例えば、原料ガスが気体原料である場合は、原料ガス濃度は、原料ガス流量とキャリアガス流量とを制御することによって、調整することができる。また、原料ガスが液体原料由来のガスである場合には、原料ガス濃度は、原料タンク内の液体原料の温度を制御し、液体原料の蒸気圧を制御することによって、調整することができる。
 CVD法による多結晶SiC膜の成膜工程が終了すると、多結晶SiC膜4が成膜された各黒鉛基板2がCVD炉1から取り出され、その後、必要に応じて、多結晶SiC成形体10のみを取り出すように加工される。
 図5Aは、多結晶SiC膜4が成膜された、中心線O‐O’を持つ黒鉛基板2の径方向断面を示す概略図である。ここで、黒鉛基板2は、その全面を覆うように多結晶SiC膜
4が成膜されている。例えば、多結晶SiC膜4が成膜された黒鉛基板2は、まず、外周加工される。詳細には、図5Aに示される破断線A‐A’に沿って、多結晶SiC膜4が成膜された黒鉛基板2の外周部のみが切断され、取り除かれる。次いで、図5Aに示される、黒鉛基板2の厚さを等分する線、すなわち破断線B‐B’に沿って、多結晶SiC膜4が成膜された黒鉛基板2が、厚み方向において2分割されるように切断される。その結果、図5Bに示されるように、黒鉛基板2と多結晶SiC膜4との積層体が得られる。更に次いで、その積層体から黒鉛基板2のみを、酸化又はショットブラスト法などによって除去する。その後、黒鉛基板2の除去によって露出した多結晶SiC膜4の露出面を、研削加工等によって研削する。上記に例示する加工方法によって、多結晶SiC成形体10を得ることができる。
 以上説明したように、本実施形態によれば、ラマンピーク比(A/B)が0.100以下である表面構造を有する多結晶SiC膜が得られるので、平坦な面を有する多結晶SiC基板10を実現できる。
 また、窒素含有量が所定の値に制御されているので、低抵抗な多結晶SiC成形体10を得ることができる。
 尚、本実施形態においては、多結晶SiC成形体10が、単結晶SiC層21と接合されて積層SiC基板30として使用される場合について説明した。本実施形態によれば、低抵抗を有し、且つ、平坦な面を有する多結晶SiC成形体10が得られるので、このような用途に好適である。但し、本実施形態に係る多結晶SiC成形体10は、単結晶SiC基板20に接合させて用いられるものに限定されるものでは無く、高い平坦性と低抵抗率が求められる用途であれば、他の用途であっても好適に適用できる。
 さらに、上記実施形態に示したように、本発明に係る多結晶SiC成形体は、それと単結晶SiC層とを接合する場合に好適に使用することが可能であり、上記実施形態に示す場合の他、SIMOX(サイモックス)法、ELTRAN法その他の公知の接合方法に同様に適用することも可能である。
 例えば、本実施形態に係る多結晶SiC成形体は、半導体製造時にプラズマエッチング装置用部材として、エッジリング、電極板及びヒーター等に使用されている。また、半導体製造時に半導体熱処理装置用部材としてダミーウェハに使用されている。
 尚、エッジリング及び電極板として使用される場合、多結晶SiC基板は、例えば、2000~5000μm程度の厚みを有している。また、ダミーウェハとして使用される場合、多結晶SiC基板は、例えば300~1000μm程度の厚みを有している。
 以下、本発明についてより詳しく説明するため、本発明者らによって行われた実施例について説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定して解釈されるべきものでは無い。
(実施例1)
 CVD炉内に、直径160mm、厚さ5mmの黒鉛基板を設置した。CVD炉に、トリメチルクロロシラン(原料ガス)、水素(キャリアガス)、及び窒素ガスを導入し、1500℃にて10時間、黒鉛基板上に多結晶SiC膜を成膜した。
 成膜条件を表1に示す。
 尚、成膜初期(成膜開始から2.5時間まで)と、成膜中期(成膜開始後2.5時間から5時間まで)と、成膜後期(成膜開始後5時間から10時間まで)との間において、原料ガスの濃度を変化させた。具体的には、成膜初期の原料ガス濃度(第1濃度)を9.0vol%とし、成膜後期の原料ガス濃度(第2濃度)を7.5vol%とした。
 すなわち、成膜後期の原料ガス濃度に対する成膜初期の原料ガス濃度の比(原料ガス濃度比という)を、1.2倍とした。また、成膜中期においては、成膜初期の濃度から成膜後期の濃度まで、原料ガス濃度を一定の速度で低下させた。尚、原料ガス流量とキャリアガス流量との合計値が一定(140L/min)になるように、制御した。
 また、窒素ガス流量は、成膜期間全体を通じて、一定とした。具体的には、窒素ガス流量については、19.0(L/min)とした。
 ガス滞留時間は、43.7(秒)であった。尚、ガス滞留時間は、下記式により算出した。
(式1):ガス滞留時間(秒)=(炉内容積/ガス流量)×((20+273)/(反応温度+273))×60
 成膜後、黒鉛基板をCVD炉から取り出し、外周加工及び分割加工を行った。更に、黒鉛基材を除去し、直径150mm、厚さ0.6mmの多結晶SiC成形体を得た。更に、平面研削加工にて、直径150mm、厚さ0.4mmの多結晶SiC成形体を得た。これを、実施例1に係る多結晶SiC成形体として得た。
(実施例2~6、比較例1~2)
 実施例1と同様の方法を用いて、実施例2~6及び比較例1~2に係る多結晶SiC成形体を得た。但し、成膜条件を、表1に記載されるように変更した。尚、比較例1では、原料ガス流量を一定(10.50L/min)とした。
(抵抗率の測定)
 各実施例及び比較例において得られた多結晶SiC成形体の抵抗率を、4端針法により、測定した。抵抗率の測定には、三菱ケミカルアナリテック社製、ロレスターGP MCT-T610を使用した。
(ラマンスペクトルの測定)
 得られた多結晶SiC成形体のラマンスペクトルを、(株)堀場製作所製 顕微ラマン分光装置 LabRAMHR800を用いて、以下条件にて測定した。

 励起波長:532nm
 照射径:φ2μm
 露光時間:15秒
 積算回数:2
 グレーティング:1800gr/mm

 上記の条件で測定し、得られた多結晶SiC成形体のラマンスペクトルを、次のように処理をして、ピーク比(A/B)を算出した。まず、波数が850~900cm-1の範囲におけるラマン散乱強度の算術平均値をバックグラウンド補正値とした。次に、波数766cm-1におけるラマンスペクトルのピーク強度および波数795cm-1におけるラマンスペクトルのピーク強度を求め、それらの値からそれぞれ上記バックグラウンド補正値を引き、バックグランドを除去したピーク値の値とした。このとき、波数766cm-1におけるピーク強度を「A」とし、波数795cm-1におけるピーク強度を「B」とした。これらの値から、ピーク比(A/B)を算出した。
(反り量の測定)
 また、光干渉式の反り測定装置(コーニング・トロペル社製 FlatMaster 200XRA-Indurstrial)を用いて、得られた多結晶SiC成形体の反り量を測定した。
(窒素含有量の測定)
 ATOMIKA社製SIMS―4000を用いて、多結晶SiC成形体中の窒素含有量を測定した。
(結果の考察)
 抵抗率、ラマンスペクトルのピーク比、反り量、及び窒素含有量の測定結果を表1に示す。また、実施例1及び比較例1において得られた多結晶SiC成形体のラマンスペクトルから算出したそれぞれのピーク比(A/B)を表すグラフを図6に示す。
 実施例1~6は、比較例1及び2よりも反り量が小さかった。実施例1~6のラマンスペクトルのピーク比は、0.100以下であった。一方、比較例1及び2におけるピーク比は、0.100を超えていた。すなわち、ラマンスペクトルのピーク比が0.100以下であることにより、平坦な多結晶SiC基板が得られることが理解される。
 また、実施例1~6は、いずれも、窒素含有量が200~1000ppm(質量百万分率)であり、抵抗値が0.050Ωcm以下であった。一般的には、窒素含有量が増えると、結晶欠陥が増大し、反りの原因になると考えられる。しかしながら、実施例1~6の結果から、窒素含有量が1000ppm(質量百万分率)以下であれば、反りも十分に抑制されることが判った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 1 CVD炉
 2 黒鉛基板
 3 混合器
 4 多結晶SiC膜
 10 多結晶SiC成形体
 20 単結晶SiC基板
 21 単結晶SiC層
 30 積層SiC基板

Claims (2)

  1.  抵抗率が0.050Ωcm以下であり、
     ラマンスペクトルにおける波数760~780cm-1の範囲におけるピーク強度を「A」とし、ラマンスペクトルにおける波数790~800cm-1の範囲におけるピーク強度を「B」とした場合に、ピーク比(A/B)が0.100以下である、
    多結晶SiC成形体。
  2.  窒素含有量が、200ppm(質量百万分率)以上である、請求項1に記載の多結晶SiC成形体。
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