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単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法、及び単結晶炭化ケイ素基板 実績あり

国内特許コード P08A014083
整理番号 KG0052
掲載日 2008年11月21日
出願番号 特願2007-077256
公開番号 特開2008-230944
登録番号 特許第5213095号
出願日 平成19年3月23日(2007.3.23)
公開日 平成20年10月2日(2008.10.2)
登録日 平成25年3月8日(2013.3.8)
発明者
  • 金子 忠昭
  • 西谷 滋人
出願人
  • 学校法人関西学院
発明の名称 単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法、単結晶炭化ケイ素基板の製造方法、及び単結晶炭化ケイ素基板 実績あり
発明の概要

【課題】単結晶SiC基板の表面平坦化方法を提供する。
【解決手段】結晶欠陥を含む不安定サイトや、基板表面の研磨時に発生したダメージ層15aが存在する単結晶SiC基板15を高真空環境において加熱処理することにより、単結晶SiC基板15の表面及びその近傍を炭化して炭化層15bを形成する(第1工程)。次に、前記単結晶SiC基板15をシリコンの飽和蒸気圧下で加熱処理することにより、前記炭化層15bの部分にアモルファスSiCからなる犠牲成長層(アモルファスSiC層15c)を形成するとともに、このアモルファスSiC層15cを昇華させて熱エッチングする(第2工程)。この結果、不安定サイトが自己修復された平坦な単結晶SiC表面を露出させることができる(d)。このあと更に若干量熱エッチングすることで、非常に平坦化(安定化)された単結晶SiC基板15を得ることができる(e)。
【選択図】図3

従来技術、競合技術の概要


炭化ケイ素(SiC)は、耐熱性及び機械的強度に優れ、放射線にも強く、不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御も容易にできるとともに、広い禁制帯幅(6H型の単結晶SiCで約3.0eV、4H型の単結晶SiCで約3.3eV)を有するという特徴を備えている。従って、炭化ケイ素は、ケイ素(Si)やガリウムヒ素(GaAs)等の既存の半導体材料では実現できない高温、高周波、耐電圧・耐環境性を実現することが可能であるとされ、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス用半導体の材料として期待が高まっている。



この単結晶SiC基板の表面及びその近傍には、結晶欠陥を含む不安定サイトや、基板表面の研磨時に発生した研磨傷及びストレス等を含むダメージ層が存在しているのが一般である。そして、この不安定サイトやダメージ層が、単結晶SiC基板の表面に結晶をエピタキシャル成長させる際にその品質を低下させる原因となっている。従って、単結晶SiC基板から半導体デバイス等を製造する際のスループット向上の観点から、この不安定サイト及びダメージ層の問題を克服することが強く望まれている。



この点に関し、非特許文献1は、エピタキシャル成長用のCVD(化学気相堆積)装置を用いて、エピタキシャル成長前にH2ガスで単結晶SiC基板のエッチングを行い、これにより基板の研磨ダメージをクリーニングできることを開示する。

【非特許文献1】A.Nakajima,H.Yokoyama,Y.Furukawa,and H.Yonezu:J.Appl.Phys.97(2005),104919

産業上の利用分野


本発明は、主要には、単結晶炭化ケイ素基板の表面を改良して表面平坦化を行う技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
単結晶炭化ケイ素基板を、10-2Pa以下の減圧下、又は、10-4Pa以下に減圧後に不活性ガスを導入して10-2Pa以下の減圧下とした真空環境において加熱処理することにより、当該単結晶炭化ケイ素基板の表面及びその近傍を炭化して炭化層を形成する第1工程と、前記単結晶炭化ケイ素基板をシリコンの飽和蒸気圧下で加熱処理することにより、前記炭化層の部分にアモルファス炭化ケイ素からなる犠牲成長層を形成するとともに、この犠牲成長層を昇華させて熱エッチングする第2工程と、を含むことを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項2】
請求項1に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、前記第2工程において、前記犠牲成長層が熱エッチングされた後に、露出した単結晶炭化ケイ素の表面が熱エッチングされることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項3】
請求項1又は2に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、前記第1工程において、前記単結晶炭化ケイ素基板は1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理され、
前記第2工程において、前記単結晶炭化ケイ素基板は、タンタル金属からなるとともに炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備える上下が嵌合した収納容器に収納され、この収納容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなるようにして容器内の真空環境をシリコンの飽和蒸気圧で保った状態で1500℃以上2300℃以下の温度で加熱処理されることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項4】
請求項3に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、
前記第1工程又は第2工程の少なくとも何れか一方において、
前記加熱処理は、予め減圧下で1500℃以上2300℃以下の温度に調整された本加熱室で行われるものとし、
前記加熱処理の前に、前記単結晶炭化ケイ素基板を収納した収納容器を、加熱処理時の温度より低い温度で加熱する予備加熱が行われ、
前記加熱処理は、前記予備加熱を行う予備加熱室から前記本加熱室へ前記収納容器を移動することにより行われることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項5】
請求項3又は4に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、
前記第1工程において、前記単結晶炭化ケイ素基板は1800℃以上2300℃以下の温度で加熱処理され、
前記第2工程において、前記単結晶炭化ケイ素基板は1800℃以上2300℃以下の温度で加熱処理されることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項6】
請求項3から5までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、
前記第2工程において、前記収納容器の内部圧力は加熱処理時において10-2Pa以下の減圧下とされることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項7】
請求項6に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、
前記第2工程において、前記収納容器の内部圧力は加熱処理時において10-4Pa以下の減圧下とされることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項8】
請求項1から7までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
前記第1工程は10-3Pa以下の減圧下で行われることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項9】
請求項8に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、
前記第1工程は10-5Pa以下の減圧下で行われることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項10】
請求項1から9までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、
平坦化後の前記単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦度がサブナノオーダーであることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項11】
請求項1から9までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、
平坦化後の前記単結晶炭化ケイ素基板の表面平均粗さが1.0nm以下であることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項12】
請求項1から11までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、
この表面平坦化により、前記単結晶炭化ケイ素基板の表面に存在する不純物の原子レベルでの除去を併せて行うことを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項13】
請求項1から12までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法であって、
平坦化後の前記単結晶炭化ケイ素基板の表面は、ステップの高さが結晶多形の積層順位方向に対するユニットセル長以下である面形状であることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法。

【請求項14】
請求項1から13までの何れか一項に記載の単結晶炭化ケイ素基板の表面平坦化方法により表面を平坦化する工程を含むことを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項15】
請求項14に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法であって、表面を平坦化する工程の前に化学機械研磨工程が行われないことを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項16】
請求項14又は15に記載の単結晶炭化ケイ素基板の製造方法により製造された単結晶炭化ケイ素基板であって、
結晶多形が3C-SiCであり、その(111)Si面又は(-1-1-1)C面が平坦化されていることを特徴とする単結晶炭化ケイ素基板。
産業区分
  • 処理操作
  • 無機化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007077256thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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