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炭化ケイ素基板の製造方法

国内特許コード P130009540
整理番号 1436
掲載日 2013年7月10日
出願番号 特願2006-229399
公開番号 特開2008-053537
登録番号 特許第5131675号
出願日 平成18年8月25日(2006.8.25)
公開日 平成20年3月6日(2008.3.6)
登録日 平成24年11月16日(2012.11.16)
発明者
  • 木下 博之
  • 須田 淳
  • 木本 恒暢
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 炭化ケイ素基板の製造方法
発明の概要

【課題】スパイラルピットが少なく、表面の平坦性に優れるSiC基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、半導体層を形成する主面が、平坦なテラスと段差とからなるステップテラス構造を有する炭化ケイ素基板の製造方法であって、原料基板の主面の面方位を(0001)面から0.03°~1°傾斜させ、1250℃~1700℃で水素ガスエッチングを行なう。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


発光デバイスおよびトランジスタに応用される窒化物半導体は、主に、サファイア基板またはSiC基板上にヘテロエピタキシャル成長させて製造する。特に、SiC基板は、窒化物半導体と格子整合性が良いため、良質の窒化物半導体結晶を容易に積層することができる。また、SiC基板は、熱伝導性が良いため、高出力デバイスを製造することができるなどの優れた長所を持っている。また、SiC結晶には、結晶構造によっていくつかの種類がある。窒化物半導体用には、主に、シリコンと炭素の対が(0001)方向に4周期で積層された4H-SiCと、6周期で積層された6H-SiCの2種類が使用される。



一方、窒化物半導体デバイスにおいては、結晶の質の良さと表面の平坦性がデバイスの性能を大きく左右し、SiC基板上の窒化物結晶の質と表面の平坦性は、特にSiC基板表面の状態に依存している。したがって、良質で平坦な窒化物半導体結晶をSiC基板上に成長させるためには、傷および荒れがないように、鏡面加工をSiC基板に施す必要があるが、SiC基板は非常に硬く、化学的にも安定であるため、研磨加工の効率が悪く、生産性が悪く、高コストになるという問題がある。



そこで、SiC基板表面を仕上げるために、水素ガス(水素ガスとそれ以外のガスの混合ガスも含む)を用いて表面をエッチングするという方法が提案されている(特許文献1参照)。この方法は、目視で鏡面に加工した基板に対して水素ガスを用いたエッチングを行なうことにより、エッチング処理面に、加工ひずみのない良質な表面を得ることができると紹介されている。SiC単結晶基板の表面は、結晶の原子配列が破壊されていなければ、原子の配列状態が露出し、図2に示すように、平坦なテラス21と段差22(ステップ)とからなるステップテラス構造(階段状構造)となる。階段の踊り場の部分がテラス21であり、テラスは基板の面方位の結晶面となる。たとえば、(0001)面をエッチングすると、テラスは(0001)面となる。テラスの幅wは、基板の傾斜角度θに依存しており、傾斜角度θが大きくなるとテラスの幅wは短くなり、ステップ数が増加する。

【特許文献1】特開2001-77030号公報

産業上の利用分野


本発明は、半導体装置の製造に用いる炭化ケイ素(SiC)基板の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
半導体層を形成する主面が、平坦なテラスと段差とからなるステップテラス構造を有する炭化ケイ素基板の製造方法であって、
原料基板の主面の面方位を(0001)面から0.03°~1°傾斜させ、1250℃~1700℃で水素ガスエッチングを行なう水素ガスエッチング工程として、1450℃~1700℃で水素ガスエッチングを行なうA工程と、1250℃~1500℃で水素ガスエッチングを行なうB工程と、を備える炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項2】
前記A工程の後であって、前記B工程の前に、プロトン照射、イオン照射、電子線照射またはガンマ線照射を施す請求項に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項3】
半導体層を形成する主面が、平坦なテラスと段差とからなるステップテラス構造を有する炭化ケイ素基板の製造方法であって、
原料基板の主面の面方位を(0001)面から0.03°~1°傾斜させ、1250℃~1700℃で水素ガスエッチングを行なう水素ガスエッチング工程として、1250℃~1500℃で水素ガスエッチングを行なう第1の工程と、1450℃~1700℃で水素ガスエッチングを行なうA工程と、1250℃~1500℃で水素ガスエッチングを行なう第2のB工程と、を備える炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項4】
前記A工程の後であって、前記第2のB工程の前に、プロトン照射、イオン照射、電子線照射またはガンマ線照射を施す請求項に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項5】
すべての前記水素ガスエッチング工程の終了後、主面上に半導体層を形成する工程を備える請求項1~のいずれかに記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項6】
主面上に形成する前記半導体層は、炭化ケイ素からなる層、または、酸素原子を含むII-VI族半導体層、または、窒素原子を含むIII-V族半導体層である請求項に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項7】
主面上に形成する前記半導体層は、前記半導体層を形成する直前に行なった前記水素ガスエッチング工程におけるエッチング温度より低温で形成する請求項に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項8】
前記炭化ケイ素基板を構成する炭化ケイ素は、6H-炭化ケイ素である請求項1または3に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項9】
前記主面の面方位が、(0001)面から0.03°~0.4°傾斜する請求項1または3に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項10】
前記水素ガスエッチング工程は、水素ガス分圧が267Pa~100kPaの雰囲気下で行なう請求項1または3に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項11】
前記水素ガスエッチング工程の後、温度900℃~1200℃であって、水素ガス分圧が13kPa以上の雰囲気中に基板を保持する工程を備える請求項10に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項12】
主面の前記ステップテラス構造は、隣接するテラス間の段差が、炭化ケイ素のc軸単位格子長さの整数倍の長さを有する請求項1または3に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項13】
直径が1.5インチ以上であり、表面湾曲が5μm以下である基板を製造する請求項1または3に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項14】
前記原料基板は、プロトン照射、イオン照射、電子線照射またはガンマ線照射が施されている請求項1または3に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。

【請求項15】
前記水素ガスエッチング工程後の前記原料基板に、プロトン照射、イオン照射、電子線照射、ガンマ線照射または炭化ケイ素ホモエピタキシャル成長を施す請求項1または3に記載の炭化ケイ素基板の製造方法。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006229399thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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