外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板的制造方法以及外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板的制造方法以及外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅(以下，標(biāo)記為SiC)的耐熱性以及機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)良，物理、化學(xué)上穩(wěn)定，因此作為耐環(huán)境性半導(dǎo)體材料備受矚目。另外，近年來，作為高頻高耐壓電子器件等的基板，對外延SiC晶片的需要提高。
[0003]在使用外延SiC晶片制作電力器件、高頻器件等的情況下，使用如下方法:通常在SiC單晶基板(以下，稱為SiC基板)上利用熱CVD法(熱化學(xué)蒸鍍法)使SiC薄膜外延生長；或者，通過離子注入法直接注入摻雜物。在后者的情況下，由于在注入后需要高溫下的退火，因此多采用利用外延生長來進(jìn)行薄膜形成。
[0004]另外，通常來說，為了得到SiC基板，使用鋼絲鋸等從SiC單晶錠切割成規(guī)定的厚度，通過研磨使厚度的偏差降低，通過拋光減少加工變質(zhì)層，最后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)。此外，根據(jù)情況，進(jìn)一步進(jìn)行氣體蝕刻，對SiC基板進(jìn)行精加工(參考專利文獻(xiàn)1、2)。
[0005]近年來，SiC器件的開發(fā)快速進(jìn)行，處理更大的電流密度的需求增加，因此器件面積增大。作為在外延SiC晶片中存在的代表性缺陷，有三角形缺陷、胡蘿卜型缺陷、彗星型缺陷，但是這些作為器件殺傷缺陷而被強(qiáng)烈要求降低。目前，這些外延缺陷密度每Icm2為約數(shù)個(gè)?約10個(gè)的水平，但是器件中所包含的外延缺陷數(shù)實(shí)質(zhì)上需要為零，因此目前，處于難以以高成品率制作具有大于約5_見方的面積的器件的狀況。為了降低上述外延缺陷，進(jìn)行外延生長時(shí)的生長溫度、在生長時(shí)流動(dòng)的材料氣體中的碳原子數(shù)相對于硅原子數(shù)之比(C/Si比)、生長前處理等各種條件的最佳化研宄，但是處于難以穩(wěn)定得到I?2個(gè)/cm2以下的低外延缺陷密度的狀況。
[0006]因此，被期待今后應(yīng)用于器件的外延SiC晶片雖然能夠以目前的外延缺陷密度制作較小面積的器件，但是難以應(yīng)對具有約5_見方以上的面積的大型器件。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-222750號公報(bào)(段落0055)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2013-34007號公報(bào)(段落0059、0072)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明所要解決的問題
[0012]本發(fā)明提供在使用了 SiC基板的外延生長中能夠?qū)崿F(xiàn)與以往相比進(jìn)一步降低胡蘿卜型缺陷的高品質(zhì)外延膜的外延SiC晶片用基板的制造方法以及該基板。
[0013]用于解決問題的手段
[0014]本發(fā)明的發(fā)明者們得到如下見解:在SiC基板的表面加工時(shí)，在以基板內(nèi)的螺旋位錯(cuò)作為起點(diǎn)在基板表面上生成的坑之中的特定尺寸的坑在外延生長時(shí)以幾乎100%的比例形成胡蘿卜型缺陷。另外，發(fā)現(xiàn):坑的生成依賴于化學(xué)機(jī)械研磨的研磨速度以及通過研磨除去的量，通過抑制規(guī)定的坑，結(jié)果能夠降低外延膜的胡蘿卜型缺陷，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明的主旨如下。
[0015](I) 一種外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板的制造方法，其特征在于，以1nm/小時(shí)以上且10nm/小時(shí)以下的研磨速度對碳化硅單晶基板的表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨，從而將碳化硅單晶基板的表面以厚度為10nm以上且100nm以下的范圍除去。
[0016](2)根據(jù)⑴所述的外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板的制造方法，其中，關(guān)于所得到的外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板，直徑為0.5 μπι以上且1.5 μπι以下并且深度為50nm以上且500nm以下的大致圓形狀的坑為I個(gè)/cm2以下。
[0017](3)根據(jù)⑴或⑵所述的外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板的制造方法，其中，在上述的利用化學(xué)機(jī)械研磨進(jìn)行的表面研磨后，進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)性離子蝕刻。
[0018](4)根據(jù)(3)所述的外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板的制造方法，其中，上述反應(yīng)性離子蝕刻中使用的氣體為稀有氣體。
[0019](5)根據(jù)⑴?(4)中任一項(xiàng)所述的外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板的制造方法，其中，上述碳化硅單晶基板的偏斜角為4°以下。
[0020](6) 一種外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板，其特征在于，其是通過(I)?(5)中任一項(xiàng)所述的方法得到的外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板，直徑為0.5 μπι以上且1.5 μπι以下并且深度為50nm以上且500nm以下的大致圓形狀的坑為I個(gè)/cm2以下。
[0021]發(fā)明效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供上述器件殺傷缺陷與以往相比進(jìn)一步降低、表面平坦度優(yōu)良的外延碳化硅晶片用碳化硅單晶基板。根據(jù)本發(fā)明，可以形成能夠得到在SiC基板上的外延膜中特別是胡蘿卜型缺陷與以往相比進(jìn)一步降低的高品質(zhì)的外延SiC晶片的SiC基板。另外，本發(fā)明的表面加工由于為CMP法，因此得到再現(xiàn)性良好地控制表面狀態(tài)的外延SiC晶片用SiC基板。此外，使用本發(fā)明的外延SiC晶片用SiC基板生長后的外延生長膜是降低了胡蘿卜型缺陷的高品質(zhì)的膜，因此上述的器件的特性以及成品率提高。
【附圖說明】
[0023]圖1是表示進(jìn)行外延生長時(shí)的典型的生長次序的圖。
[0024]圖2是外延生長后產(chǎn)生的胡蘿卜型缺陷的照片。
[0025]圖3是與圖2相同部位的CMP后(外延生長前)的表面照片。
[0026]圖4是圖3的箭頭部分(胡蘿卜型缺陷的起點(diǎn)部分)的AFM像。
[0027]圖5是用熔融KOH對圖4的大致圓形部分進(jìn)行蝕刻后的表面照片。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029]首先，對SiC基板的表面加工進(jìn)行說明。通常，表面加工由從錠切割的晶片的形狀控制(研磨)、加工變質(zhì)層降低(拋光)、最終CMP形成。
[0030]在此，CMP是同時(shí)對加工物表面施加機(jī)械作用和化學(xué)作用、得到不具有加工變質(zhì)層的表面的研磨方法之一，其是下述的方法:利用漿料中的藥液在表面上形成氧化物，將其通過研磨砥粒同時(shí)除去，由此在研磨后的表面上沒有殘存加工變質(zhì)層。作為SiC基板的CMP用漿料，存在膠體二氧化硅漿料中配合雙氧水而得到的漿料、SiC基板專用開發(fā)的漿料(參考:半導(dǎo)體SiC技術(shù)和應(yīng)用第2版日刊工業(yè)新聞社)，通過調(diào)節(jié)研磨砥粒的粒徑、研磨劑的添加量、漿料的成分和pH、CMP時(shí)的加工壓力、平臺轉(zhuǎn)速等條件來確定加工后的表面性狀。關(guān)于加工時(shí)間，通常，由于拋光后的加工變質(zhì)層的厚度為約lOOnm，因此設(shè)定將其除去并且不殘留研磨痕跡那樣的研磨時(shí)間。
[0031]在如上所述得到的SiC基板的表面上實(shí)施外延生長，關(guān)于該外延生長以下進(jìn)行說明。本發(fā)明中適合用于外延生長的裝置為臥式的CVD裝置。CVD法的裝置構(gòu)成簡單，通過氣體的開/關(guān)可以控制外延生長的膜厚，因此是外延膜的控制性、再現(xiàn)性優(yōu)良的生長方法。
[0032]圖1中將利用進(jìn)行外延膜生長時(shí)的典型的CVD法的生長次序與氣體的導(dǎo)入時(shí)刻同時(shí)示出。首先，在生長爐中安裝SiC基板，將生長爐內(nèi)真空排氣后，導(dǎo)入氫氣，將壓力調(diào)節(jié)至I X 14?3 X 10 4Pa。然后，在將壓力保持恒定的同時(shí)升高生長爐的溫度，達(dá)到生長溫度即1550?1650°C后，導(dǎo)入作為材料氣體的SiHjP C2H4以及作為摻雜氣體的N2，從而開始生長。此時(shí)的SiH4流量為每分鐘40?50cm3、C2H4流量為每分鐘20?40cm 3，生長速度為每小時(shí)6?7μπι。關(guān)于該生長速度，由于通常利用的外延層的膜厚為約10 μπι，因此考慮生產(chǎn)率來確定。在得到期望膜厚的時(shí)刻，停止SiH4、C2H4以及N2的導(dǎo)入，在僅氫氣流動(dòng)的狀態(tài)下降低溫度。溫度降低至常溫后，停止氫氣的導(dǎo)入，將生長室內(nèi)真空排氣，將不活潑氣體導(dǎo)入生長室，并將生長室恢復(fù)至大氣壓，然后取出SiC晶片。
[0033]將外延生長后產(chǎn)生的胡蘿卜型缺陷的照片示于圖2。另外，圖3中示出了與圖2相同部位的SiC基板的CMP后(外延生長前)的表面照片，圖3中的箭頭部分相當(dāng)于胡蘿卜型缺陷的起點(diǎn)部分。將該起點(diǎn)部分的AFM像示于圖4。由圖4可知，形成直徑為約0.5?I μπι的大致圓形狀的坑，其深度為約70nm。另外，將用熔融KOH對該大致圓形部分進(jìn)行蝕刻后的表面狀態(tài)照片示于圖5。由圖5可知，在大致圓形部分中出現(xiàn)大的六角形的蝕刻坑，對應(yīng)于SiC基板內(nèi)存在的螺旋位錯(cuò)。即可知，在SiC基板內(nèi)存在的螺旋位錯(cuò)的一部分通過CMP在基板表面上形成如上所述的大致圓形狀坑，以其作為起點(diǎn)產(chǎn)生胡蘿卜型缺陷。
[0034]如上所述，作為CMP的機(jī)理，可以認(rèn)為是研磨液氧化SiC基板表面，研磨劑粒子除去該氧化層。但是，在螺旋位錯(cuò)部分結(jié)晶性錯(cuò)亂，因此氧化速度與其他部分相比加快，結(jié)果研磨除去的量增大，結(jié)果可以認(rèn)為在SiC基板表面上產(chǎn)生大致圓形狀坑。另外，本發(fā)明的發(fā)明者們進(jìn)行了詳細(xì)的研宄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該大致圓形狀坑的直徑為0.5 μπι以上且1.5ym以下、深度為50nm以上且500nm以下時(shí)，在外延生長后以幾乎100%的概率產(chǎn)生胡