制造碳化硅襯底的方法
制造碳化硅襯底的方法
【專利摘要】一種制造碳化硅襯底的方法，包括如下步驟：制備由碳化硅制成的晶錠；通過切割所制備的晶錠獲得碳化硅襯底；蝕刻碳化硅襯底的硅表面；以及在蝕刻碳化硅襯底之后對碳化硅襯底的蝕刻表面進(jìn)行拋光。蝕刻碳化硅襯底的硅表面的步驟包括利用氯氣從蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的硅原子的步驟，蝕刻區(qū)包括碳化硅襯底的蝕刻主面。
【專利說明】制造碳化硅襯底的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造碳化硅襯底的方法，更特別地，涉及一種能以高精度進(jìn)行處理的制造碳化娃襯底的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，為了在半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓、低損耗等，已經(jīng)開始采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件的材料。碳化硅是一種帶隙寬度大于硅的寬帶隙半導(dǎo)體，已經(jīng)將其普遍地廣泛用作半導(dǎo)體器件的材料。因此，通過采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件的材料，半導(dǎo)體器件可具有高擊穿電壓、降低的導(dǎo)通電阻等等。
[0003]在采用碳化硅作為其材料的這種半導(dǎo)體器件中，使用由碳化硅制成的襯底。例如可通過切割晶錠獲得碳化硅襯底，該晶錠通過借助升華再結(jié)晶方法在籽晶襯底上生長碳化硅單晶而制成。此外，利用金剛石磨粒等拋光這種碳化硅襯底，以便移除在切割晶錠時產(chǎn)生在碳化娃襯底表面的損傷層。對于有效移除產(chǎn)生在碳化娃襯底的表面的損傷層的拋光方法，例如日本專利公布N0.2009-283629提出一種方法，其中氧化碳化硅襯底的粗糙拋光表面且通過最終拋光從表面移除所產(chǎn)生的氧化膜。
[0004]通過切割晶錠獲得的這種碳化硅襯底具有很大的翹曲，這是因?yàn)槠浔砻娈a(chǎn)生的損傷層的影響。同時，借助日本專利公布N0.2009-283629中提出的拋光方法難以將損傷層移除至可充分減小襯底翹曲的程度。襯底的翹曲導(dǎo)致在拋光碳化硅襯底時工藝精度的降低。這就不利地導(dǎo)致難以獲得借助高精度處理的碳化硅襯底。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]鑒于上述問題提出本發(fā)明，且其目的是提供一種能以高精度進(jìn)行處理的制造碳化硅襯底的方法。
[0006]本發(fā)明中制造碳化硅襯底的方法包括以下步驟:制備由碳化硅制成的晶錠；通過切割所制備的晶錠獲得碳化硅襯底；蝕刻碳化硅襯底的一個主面；以及在蝕刻碳化硅襯底之后拋光碳化娃襯底的一個主面。蝕刻碳化娃襯底的一個主面包括利用包含齒素原子的氣體從蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的硅原子的步驟，蝕刻區(qū)是包括碳化硅襯底的主面的區(qū)域。
[0007]在本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法中，在拋光碳化硅襯底之前，從包括碳化硅襯底的主面的蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的硅原子，由此蝕刻碳化硅襯底的主面。因此，在拋光碳化硅襯底之前，可預(yù)先減小碳化硅襯底的翹曲。因此在拋光碳化硅襯底中可進(jìn)一步提高精度。因此，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法，可制造以高精度處理的碳化硅襯底。
[0008]在制造碳化硅襯底的方法中，在移除硅原子的步驟中，可在形成碳化硅的碳原子保留在蝕刻區(qū)中的同時移除形成碳化硅的硅原子。因此，可更可靠地減小碳化硅襯底的翹曲。
[0009]在制造碳化硅襯底的方法中，蝕刻碳化硅襯底的一個主面的步驟進(jìn)一步包括在移除硅原子之后，利用氧化氣體從已經(jīng)移除了硅原子的蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的碳原子的步驟。因此，可更可靠地減小碳化硅襯底的翹曲。
[0010]制造碳化硅襯底的方法進(jìn)一步包括在移除硅原子的步驟之后且在移除碳原子的步驟之前，以惰性氣體取代包含鹵素原子的氣體的步驟。以此方式，可抑制硅原子和包含鹵素原子的反應(yīng)物與氧化氣體反應(yīng)而產(chǎn)生產(chǎn)物。
[0011]在制造碳化硅襯底的方法中，在移除硅原子的步驟中，可利用氯氣或氯化氫氣體從蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的硅原子。同樣地，在上述步驟中，可適當(dāng)采用適用于碳化硅襯底的蝕刻的氯氣或氯化氫氣體。
[0012]在制造碳化硅襯底的方法中，在獲得碳化硅襯底的步驟中獲得的碳化硅襯底可具有IOOmm以上的直徑。因此，用于制造碳化硅襯底的上述方法可適用于制造具有較大直徑的碳化硅襯底的方法。
[0013]在制造碳化硅襯底的方法中，在蝕刻碳化硅襯底的一個主面的步驟中，可在不小于800° C且不大于1100° C的溫度下蝕刻碳化硅襯底的主面。因此，在該步驟中，可采用碳化硅襯底的主面可被有效蝕刻的溫度條件。
[0014]在制造碳化硅襯底的方法中，在蝕刻碳化硅襯底的一個主面的步驟中，可在不小于IPa且小于IOOkPa的壓力下蝕刻碳化硅襯底的主面。因此，在該步驟中，可采用碳化硅襯底的主面可被有效蝕刻的壓力條件。
[0015]如上所述顯而易見的是，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法，可制造以高精度處理的碳化娃襯底。
[0016]當(dāng)參考附圖進(jìn)行本發(fā)明的下述詳細(xì)說明時，將使本發(fā)明的上述和其他目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)變得更加顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是示意性示出制造碳化硅襯底的方法的流程圖。
[0018]圖2是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0019]圖3是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0020]圖4是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0021]圖5是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0022]圖6是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0023]圖7是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0024]圖8是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0025]圖9是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0026]圖10是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0027]圖11是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下參考【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的一個實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在以下提及的附圖中，相同或相應(yīng)的部分由相同的附圖標(biāo)記表示且不進(jìn)行重復(fù)說明。
[0029]以下說明本發(fā)明的一個實(shí)施例中的制造碳化硅襯底的方法。參考圖1，首先，在一個步驟(SlO )中執(zhí)行晶錠制備步驟。在該步驟(SlO )中，執(zhí)行下文說明的步驟(SI I)至(S13 )以制備由碳化娃制成的晶徒。
[0030]首先，在步驟(Sll)中，執(zhí)行籽晶襯底制備步驟。在該步驟(Sll)中，參考圖2，制備籽晶襯底10，其具有主面10a、10b且籽晶襯底10由碳化硅制成。籽晶襯底10例如具有圓板形狀并具有IOOmm以上的直徑。
[0031]隨后，在步驟(S12)中執(zhí)行籽晶襯底粘合步驟。在該步驟(S12)中，參考圖4，首先從碳制成的坩鍋4中分離覆蓋部件5。隨后，參考圖3，將籽晶襯底10粘合到覆蓋部件5以致主面IOa面對覆蓋部件5的支撐表面5a。例如利用碳粘合劑將籽晶襯底10粘合到覆蓋部件5。
[0032]隨后，在步驟(S13)中執(zhí)行單晶生長步驟。在該步驟(S13)中，以如下方式通過在籽晶襯底10的主面IOb上生長碳化硅單晶膜12而獲得晶錠13。參考圖4，首先將粉末狀碳化硅原料11裝入坩鍋主體4A中。隨后，將具有粘合在其上的籽晶襯底10的覆蓋部件5置于坩鍋主體4A上。以此方式，將籽晶襯底10置于坩鍋4中，以致主面IOb面對碳化硅原料11。
[0033]隨后，在對坩鍋4進(jìn)行真空處理的同時，將其中的溫度升至預(yù)定溫度。隨后，將諸如氬(Ar)的惰性氣體引入坩鍋4中。隨后，將坩鍋4中的溫度升至可生長碳化硅單晶的溫度(不小于2000° C且不大于2400° C)。隨后，對坩鍋4抽真空以將壓力降至預(yù)定壓力，從而開始碳化硅單晶膜12的生長。以此方式，碳化硅單晶膜12生長在籽晶襯底10的主面IOb上，由此獲得晶錠13。
[0034]隨后，在步驟(S20)中執(zhí)行切割步驟。在該步驟(S20)中，以以下方式通過切割上述步驟(SlO)中制備的晶錠13而獲得碳化硅襯底。首先，參考圖5和圖6，首先將晶錠13以其側(cè)面被支撐器7支撐的方式置于支撐器7上。隨后，金屬絲6在沿晶錠13的直徑方向的方向上移動并接近晶錠13，且金屬絲6本身沿垂直于移動方向的切割方向α以便使金屬絲6接觸晶錠13。隨后，在金屬絲6本身沿切割方向α的情況下，通過連續(xù)推動金屬絲6切割晶錠13。因此獲得圖7中所示的碳化硅襯底14。
[0035]隨后，在步驟(S30)中執(zhí)行蝕刻步驟。在該步驟(S30)中，執(zhí)行下述步驟(S31)至(S33)，由此蝕刻硅(Si)表面14b，該表面14b是步驟(S20)中獲得的碳化硅襯底14的一個主面。
[0036]首先，在步驟(S31)中執(zhí)行第一蝕刻步驟。在該步驟(S31)中，參考圖8，將碳化硅襯底14置于反應(yīng)管I的蝕刻腔IA中，以便要被蝕刻的硅表面14b面朝上。隨后，對蝕刻腔IA抽真空至預(yù)定壓力。隨后，在保持蝕刻腔IA中的真空狀態(tài)的同時利用設(shè)置在反應(yīng)管I外部的加熱器2、3將蝕刻腔IA中的溫度升至不小于800° C且不大于1100° C的溫度。
[0037]隨后，將包含鹵素原子的氯氣(Cl2)通過反應(yīng)管I的進(jìn)氣口(未示出)引入蝕刻腔IA中，并從出氣口(未示出)排出。蝕刻腔IA設(shè)置為具有不小于IPa且小于IOOkPa的壓力。通過以此方式以預(yù)定流速使氯氣流入蝕刻腔IA中預(yù)定的一段時間，在碳化硅襯底14的硅表面14b中發(fā)生以下反應(yīng):SiC+Cl2 — SiCl40因此，如圖9中所示，形成碳化硅襯底14的碳化硅的硅(Si)原子從包括碳化硅襯底14的硅表面14b的蝕刻區(qū)14c中被選擇性移除，因此保留形成碳化硅襯底14的碳(C)原子。
[0038]隨后，在步驟(S32)中執(zhí)行氮取代步驟。在該步驟(S32)中，參考圖8，在對蝕刻腔IA抽真空之后，將作為惰性氣體的氮?dú)?N2)通過進(jìn)氣口引入蝕刻腔IA中并通過出氣口排出。因此，用氮?dú)馊〈襟E(S31)之后保留在蝕刻腔IA中的氯氣和四氯化硅(SiCl4)氣體。應(yīng)當(dāng)注意引入蝕刻腔IA中的惰性氣體不限于氮?dú)?N2)且例如可以是諸如氬(Ar)的惰性氣體。
[0039]隨后，在步驟(S33)中執(zhí)行第二蝕刻步驟。在該步驟(S33)中，首先將蝕刻腔IA中的溫度保持在不小于800° C且不大于1100° C的溫度下，將作為氧化氣體的氧氣(O2)通過進(jìn)氣口引入蝕刻腔IA中并通過出氣口排出。蝕刻腔IA設(shè)定為具有不小于IPa且小于IOOkPa的壓力。通過以此方式以預(yù)定流速將氧氣引入蝕刻腔IA預(yù)定的一段時間，在碳化硅襯底14的蝕刻區(qū)14c中發(fā)生以下反應(yīng):SiC+02 — SiC+C02。因此，從已經(jīng)移除了硅原子的蝕刻區(qū)14c中移除形成碳化硅襯底14的碳化硅的碳原子。因此，如圖10中所示，從碳化硅襯底14移除蝕刻區(qū)14c，由此形成蝕刻表面14d。此外，氧化氣體不限于氧氣，且例如可以是臭氧(O3)氣體或氫氣(H2)。通過以此方式執(zhí)行上述步驟(S31)至(S33)，對碳化硅襯底14的硅表面14b進(jìn)行蝕刻，由此完成步驟(S30)。在本實(shí)施例中已經(jīng)說明了碳化硅襯底14的娃表面14b的蝕刻,但是也可蝕刻相對于娃表面14b的碳表面14a。
[0040]隨后，在步驟(S40)中執(zhí)行拋光步驟。在該步驟(S40)中，如下所述，對蝕刻表面14d進(jìn)行拋光，該蝕刻表面14d是上述步驟(S30)中已被蝕刻的碳化硅襯底14的一個主面。參考圖11，首先將碳化硅襯底14置于拋光設(shè)備9中，以便要被蝕刻的蝕刻表面14d接觸旋轉(zhuǎn)面板8的拋光表面8a。在旋轉(zhuǎn)面板8的拋光表面8a上，例如固定諸如金剛石磨粒的高硬度磨粒。隨后，在將漿料提供在拋光表面8a上的同時，旋轉(zhuǎn)軸9a以預(yù)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)預(yù)定的一段時間。這樣，如圖11中的箭頭所示，從碳表面14a—側(cè)對碳化硅襯底14施加預(yù)定負(fù)載。在此方式，對碳化硅襯底14的蝕刻表面14d進(jìn)行拋光。在本實(shí)施例中，已經(jīng)說明了對碳化娃襯底14的蝕刻表面14d進(jìn)行拋光,但也可以對相對于蝕刻表面14d的碳表面14a進(jìn)行拋光或同時對蝕刻表面14d以及碳表面14a進(jìn)行拋光。
[0041]隨后，在步驟(S50)中執(zhí)行評估檢查步驟。在該步驟(S50)中，根據(jù)晶體缺陷等檢查碳化硅襯底14的質(zhì)量。通過執(zhí)行上述步驟(SlO)至(S50)，制成碳化硅襯底14，由此完成本實(shí)施例中制造碳化娃襯底的方法。
[0042]如上所述，在本實(shí)施例中的制造碳化硅襯底的方法中，在對碳化硅襯底14進(jìn)行拋光之前，從包括了碳化娃襯底14的娃表面14b的蝕刻區(qū)14c移除形成碳化娃的娃原子，由此蝕刻碳化硅襯底14的硅表面14b。因此，在對碳化硅襯底14進(jìn)行拋光之前可預(yù)先減小碳化硅襯底14的翹曲。通過以此方式減小碳化硅襯底14的翹曲以平坦化其表面，可在拋光碳化娃襯底14時使碳化娃襯底14的表面與旋轉(zhuǎn)面板8的拋光表面8a之間的彼此粘合的精度進(jìn)一步提聞。因此，可進(jìn)一步提聞拋光碳化娃襯底14的精度。因此，根據(jù)本實(shí)施例中制造碳化娃襯底的方法，可制造以高精度進(jìn)行處理的碳化娃襯底14。
[0043]此外，在本實(shí)施例中，可通過步驟(S31)中的氯氣從蝕刻區(qū)14c移除硅原子，但本發(fā)明不限于此。例如，可通過氯化氫(HCl)氣體從蝕刻區(qū)14c移除硅原子。同樣地，在步驟(S31)中，可采用適用于碳化硅襯底14的蝕刻的氯氣或氯化氫氣體用作蝕刻氣體。
[0044]此外，如上所述，在本實(shí)施例中，步驟(S30)可進(jìn)一步包括在移除硅原子的步驟(S31)之后的移除碳原子的步驟(S33)。該步驟(S33)不是本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法中的必要步驟，但是通過執(zhí)行步驟(S33)，可更可靠地減小碳化硅襯底14的翹曲。
[0045]此外，如上所述，在本實(shí)施例中，可在步驟(S31)之后且步驟(S33)之前執(zhí)行以氮?dú)馊〈葰獾牟襟E(S32)。因此，可抑制步驟(S31)中產(chǎn)生的四氯化硅氣體與氧氣發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生二氧化硅(SiO2)。
[0046]此外，在本實(shí)施例中，在步驟(S20)中，可獲得具有IOOmm以上直徑的碳化硅襯底
14。因此，本實(shí)施例中制造碳化硅襯底的方法可適用于制造具有較大直徑的碳化硅襯底的方法。
[0047]此外，如上所述，在本實(shí)施例中，在步驟(S30)中，可在不小于800° C且不大于1100° C的溫度下蝕刻碳化硅襯底14的硅表面14b。因此，在該步驟(S30)中，可采用其中可有效蝕刻碳化娃襯底14的娃表面14b的溫度條件。
[0048]此外，如上所述，在本實(shí)施例中，在步驟(S30)中，可在不小于IPa并小于IOOkPa的壓力下蝕刻碳化硅襯底14的硅表面14b。因此，在步驟(S30)中，可采用其中可有效蝕刻碳化娃襯底14的娃表面14b的壓力條件。
[0049]此外，在本實(shí)施例中，在步驟(S20)中，通過切割晶錠14獲得的碳化硅襯底14可具有斜面。在本實(shí)施例的制造碳化硅襯底的方法中，即使斜切導(dǎo)致碳化硅襯底14的表面中的損傷層，也能在后續(xù)蝕刻步驟(S30)中輕松移除該損傷層。
[0050]實(shí)例
[0051]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以證實(shí)與取決于碳化硅襯底的翹曲的拋光精度有關(guān)的本發(fā)明的效果。首先制備由碳化硅制成的籽晶襯底。隨后，碳化硅單晶膜形成在籽晶襯底的晶體生長表面上，由此制造晶錠。隨后，切割晶錠，由此獲得具有3英寸直徑的碳化硅襯底。隨后，將碳化硅襯底置于反應(yīng)管的蝕刻腔中，以便要被蝕刻的硅(Si)表面面朝上。蝕刻腔具有14L的容積。隨后，對蝕刻腔抽真空，使其壓力降至50Pa。隨后，在保持蝕刻腔中的真空狀態(tài)的同時將其中的溫度升至1000° C。隨后將氯氣引入蝕刻腔中。以0.3L/min的流速引入氯氣30分鐘。隨后，對蝕刻腔抽真空并由氮?dú)馊〈g刻腔中的氣體。隨后將氧氣引入蝕刻腔中。以2L/min的流速引入氧氣5分鐘。隨后，檢查蝕刻之前和之后的碳化硅襯底的厚度改變和SORI的改變。在對碳化硅襯底的碳(C)表面進(jìn)行蝕刻的情況下執(zhí)行類似檢查。
[0052]以下說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先，在蝕刻硅表面之前和之后的碳化硅襯底的厚度改變是8 μ m，且在蝕刻碳表面之前和之后是20 μ m。因此，在本發(fā)明中制造碳化硅襯底的方法中，證實(shí)通過蝕刻碳化娃襯底而大幅改變碳化娃的厚度。此外，在蝕刻之前的碳化娃襯底的SORI是11.4 μ m，而在蝕刻之后的碳化硅襯底的SORI提升至9.7 μ m。因此，在本發(fā)明中的制造碳化硅襯底的方法中，證實(shí)可通過減小碳化硅襯底的翹曲而進(jìn)一步提高拋光精度。
[0053]本發(fā)明中制造碳化硅襯底的方法可特別有利地適用于需要以高精度進(jìn)行處理而制造碳化娃襯底的制造碳化娃襯底的方法。
[0054]雖然已經(jīng)詳細(xì)描述并說明了本發(fā)明，但是顯然應(yīng)當(dāng)理解僅通過說明和舉例來描述本發(fā)明，而非對其進(jìn)行限定，本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求項(xiàng)進(jìn)行解釋。
【權(quán)利要求】
1.一種制造碳化硅襯底的方法，包括如下步驟: 制備由碳化娃制成的晶徒; 通過切割所述制備的晶錠獲得碳化硅襯底； 蝕刻所述碳化硅襯底的一個主面；以及 在蝕刻所述碳化硅襯底之后對所述碳化硅襯底的一個主面進(jìn)行拋光， 蝕刻所述碳化硅襯底的所述一個主面的步驟包括利用包含鹵素原子的氣體從蝕刻區(qū)移除形成所述碳化硅的硅原子的步驟，所述蝕刻區(qū)是包括所述碳化硅襯底的所述主面的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在移除所述硅原子的步驟中，在所述蝕刻區(qū)中保留形成所述碳化硅的碳原子的同時移除形成所述碳化硅的硅原子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 蝕刻所述碳化硅襯底的所述一個主面的步驟進(jìn)一步包括在移除所述硅原子的步驟之后利用氧化氣體從已經(jīng)移除了硅原子的所述蝕刻區(qū)移除形成所述碳化硅的碳原子的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造碳化硅襯底的方法，還包括在移除所述硅原子的步驟之后且移除所述碳原子的步驟之前利用惰性氣體取代包含所述鹵素原子的氣體的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在移除所述硅原子的步驟中，利用氯氣或氯化氫氣體從所述蝕刻區(qū)移除形成所述碳化娃的娃原子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在獲得所述碳化硅襯底的步驟中獲得的所述碳化硅襯底具有IOOmm以上的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在蝕刻所述碳化硅襯底的所述一個主面的步驟中，在不小于800° C且不大于1100° C的溫度下蝕刻所述碳化硅襯底的所述主面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在蝕刻所述碳化硅襯底的所述一個主面的步驟中，在不小于IPa且小于IOOkPa的壓力下蝕刻所述碳化硅襯底的所述主面。
【文檔編號】C30B29/36GK103578925SQ201310247103
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】本家翼, 沖田恭子 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社
【專利摘要】一種制造碳化硅襯底的方法，包括如下步驟：制備由碳化硅制成的晶錠；通過切割所制備的晶錠獲得碳化硅襯底；蝕刻碳化硅襯底的硅表面；以及在蝕刻碳化硅襯底之后對碳化硅襯底的蝕刻表面進(jìn)行拋光。蝕刻碳化硅襯底的硅表面的步驟包括利用氯氣從蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的硅原子的步驟，蝕刻區(qū)包括碳化硅襯底的蝕刻主面。
【專利說明】制造碳化硅襯底的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造碳化硅襯底的方法，更特別地，涉及一種能以高精度進(jìn)行處理的制造碳化娃襯底的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，為了在半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓、低損耗等，已經(jīng)開始采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件的材料。碳化硅是一種帶隙寬度大于硅的寬帶隙半導(dǎo)體，已經(jīng)將其普遍地廣泛用作半導(dǎo)體器件的材料。因此，通過采用碳化硅作為半導(dǎo)體器件的材料，半導(dǎo)體器件可具有高擊穿電壓、降低的導(dǎo)通電阻等等。
[0003]在采用碳化硅作為其材料的這種半導(dǎo)體器件中，使用由碳化硅制成的襯底。例如可通過切割晶錠獲得碳化硅襯底，該晶錠通過借助升華再結(jié)晶方法在籽晶襯底上生長碳化硅單晶而制成。此外，利用金剛石磨粒等拋光這種碳化硅襯底，以便移除在切割晶錠時產(chǎn)生在碳化娃襯底表面的損傷層。對于有效移除產(chǎn)生在碳化娃襯底的表面的損傷層的拋光方法，例如日本專利公布N0.2009-283629提出一種方法，其中氧化碳化硅襯底的粗糙拋光表面且通過最終拋光從表面移除所產(chǎn)生的氧化膜。
[0004]通過切割晶錠獲得的這種碳化硅襯底具有很大的翹曲，這是因?yàn)槠浔砻娈a(chǎn)生的損傷層的影響。同時，借助日本專利公布N0.2009-283629中提出的拋光方法難以將損傷層移除至可充分減小襯底翹曲的程度。襯底的翹曲導(dǎo)致在拋光碳化硅襯底時工藝精度的降低。這就不利地導(dǎo)致難以獲得借助高精度處理的碳化硅襯底。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]鑒于上述問題提出本發(fā)明，且其目的是提供一種能以高精度進(jìn)行處理的制造碳化硅襯底的方法。
[0006]本發(fā)明中制造碳化硅襯底的方法包括以下步驟:制備由碳化硅制成的晶錠；通過切割所制備的晶錠獲得碳化硅襯底；蝕刻碳化硅襯底的一個主面；以及在蝕刻碳化硅襯底之后拋光碳化娃襯底的一個主面。蝕刻碳化娃襯底的一個主面包括利用包含齒素原子的氣體從蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的硅原子的步驟，蝕刻區(qū)是包括碳化硅襯底的主面的區(qū)域。
[0007]在本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法中，在拋光碳化硅襯底之前，從包括碳化硅襯底的主面的蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的硅原子，由此蝕刻碳化硅襯底的主面。因此，在拋光碳化硅襯底之前，可預(yù)先減小碳化硅襯底的翹曲。因此在拋光碳化硅襯底中可進(jìn)一步提高精度。因此，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法，可制造以高精度處理的碳化硅襯底。
[0008]在制造碳化硅襯底的方法中，在移除硅原子的步驟中，可在形成碳化硅的碳原子保留在蝕刻區(qū)中的同時移除形成碳化硅的硅原子。因此，可更可靠地減小碳化硅襯底的翹曲。
[0009]在制造碳化硅襯底的方法中，蝕刻碳化硅襯底的一個主面的步驟進(jìn)一步包括在移除硅原子之后，利用氧化氣體從已經(jīng)移除了硅原子的蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的碳原子的步驟。因此，可更可靠地減小碳化硅襯底的翹曲。
[0010]制造碳化硅襯底的方法進(jìn)一步包括在移除硅原子的步驟之后且在移除碳原子的步驟之前，以惰性氣體取代包含鹵素原子的氣體的步驟。以此方式，可抑制硅原子和包含鹵素原子的反應(yīng)物與氧化氣體反應(yīng)而產(chǎn)生產(chǎn)物。
[0011]在制造碳化硅襯底的方法中，在移除硅原子的步驟中，可利用氯氣或氯化氫氣體從蝕刻區(qū)移除形成碳化硅的硅原子。同樣地，在上述步驟中，可適當(dāng)采用適用于碳化硅襯底的蝕刻的氯氣或氯化氫氣體。
[0012]在制造碳化硅襯底的方法中，在獲得碳化硅襯底的步驟中獲得的碳化硅襯底可具有IOOmm以上的直徑。因此，用于制造碳化硅襯底的上述方法可適用于制造具有較大直徑的碳化硅襯底的方法。
[0013]在制造碳化硅襯底的方法中，在蝕刻碳化硅襯底的一個主面的步驟中，可在不小于800° C且不大于1100° C的溫度下蝕刻碳化硅襯底的主面。因此，在該步驟中，可采用碳化硅襯底的主面可被有效蝕刻的溫度條件。
[0014]在制造碳化硅襯底的方法中，在蝕刻碳化硅襯底的一個主面的步驟中，可在不小于IPa且小于IOOkPa的壓力下蝕刻碳化硅襯底的主面。因此，在該步驟中，可采用碳化硅襯底的主面可被有效蝕刻的壓力條件。
[0015]如上所述顯而易見的是，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法，可制造以高精度處理的碳化娃襯底。
[0016]當(dāng)參考附圖進(jìn)行本發(fā)明的下述詳細(xì)說明時，將使本發(fā)明的上述和其他目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)變得更加顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是示意性示出制造碳化硅襯底的方法的流程圖。
[0018]圖2是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0019]圖3是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0020]圖4是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0021]圖5是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0022]圖6是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0023]圖7是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0024]圖8是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0025]圖9是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0026]圖10是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
[0027]圖11是用于說明制造碳化硅襯底的方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下參考【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的一個實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在以下提及的附圖中，相同或相應(yīng)的部分由相同的附圖標(biāo)記表示且不進(jìn)行重復(fù)說明。
[0029]以下說明本發(fā)明的一個實(shí)施例中的制造碳化硅襯底的方法。參考圖1，首先，在一個步驟(SlO )中執(zhí)行晶錠制備步驟。在該步驟(SlO )中，執(zhí)行下文說明的步驟(SI I)至(S13 )以制備由碳化娃制成的晶徒。
[0030]首先，在步驟(Sll)中，執(zhí)行籽晶襯底制備步驟。在該步驟(Sll)中，參考圖2，制備籽晶襯底10，其具有主面10a、10b且籽晶襯底10由碳化硅制成。籽晶襯底10例如具有圓板形狀并具有IOOmm以上的直徑。
[0031]隨后，在步驟(S12)中執(zhí)行籽晶襯底粘合步驟。在該步驟(S12)中，參考圖4，首先從碳制成的坩鍋4中分離覆蓋部件5。隨后，參考圖3，將籽晶襯底10粘合到覆蓋部件5以致主面IOa面對覆蓋部件5的支撐表面5a。例如利用碳粘合劑將籽晶襯底10粘合到覆蓋部件5。
[0032]隨后，在步驟(S13)中執(zhí)行單晶生長步驟。在該步驟(S13)中，以如下方式通過在籽晶襯底10的主面IOb上生長碳化硅單晶膜12而獲得晶錠13。參考圖4，首先將粉末狀碳化硅原料11裝入坩鍋主體4A中。隨后，將具有粘合在其上的籽晶襯底10的覆蓋部件5置于坩鍋主體4A上。以此方式，將籽晶襯底10置于坩鍋4中，以致主面IOb面對碳化硅原料11。
[0033]隨后，在對坩鍋4進(jìn)行真空處理的同時，將其中的溫度升至預(yù)定溫度。隨后，將諸如氬(Ar)的惰性氣體引入坩鍋4中。隨后，將坩鍋4中的溫度升至可生長碳化硅單晶的溫度(不小于2000° C且不大于2400° C)。隨后，對坩鍋4抽真空以將壓力降至預(yù)定壓力，從而開始碳化硅單晶膜12的生長。以此方式，碳化硅單晶膜12生長在籽晶襯底10的主面IOb上，由此獲得晶錠13。
[0034]隨后，在步驟(S20)中執(zhí)行切割步驟。在該步驟(S20)中，以以下方式通過切割上述步驟(SlO)中制備的晶錠13而獲得碳化硅襯底。首先，參考圖5和圖6，首先將晶錠13以其側(cè)面被支撐器7支撐的方式置于支撐器7上。隨后，金屬絲6在沿晶錠13的直徑方向的方向上移動并接近晶錠13，且金屬絲6本身沿垂直于移動方向的切割方向α以便使金屬絲6接觸晶錠13。隨后，在金屬絲6本身沿切割方向α的情況下，通過連續(xù)推動金屬絲6切割晶錠13。因此獲得圖7中所示的碳化硅襯底14。
[0035]隨后，在步驟(S30)中執(zhí)行蝕刻步驟。在該步驟(S30)中，執(zhí)行下述步驟(S31)至(S33)，由此蝕刻硅(Si)表面14b，該表面14b是步驟(S20)中獲得的碳化硅襯底14的一個主面。
[0036]首先，在步驟(S31)中執(zhí)行第一蝕刻步驟。在該步驟(S31)中，參考圖8，將碳化硅襯底14置于反應(yīng)管I的蝕刻腔IA中，以便要被蝕刻的硅表面14b面朝上。隨后，對蝕刻腔IA抽真空至預(yù)定壓力。隨后，在保持蝕刻腔IA中的真空狀態(tài)的同時利用設(shè)置在反應(yīng)管I外部的加熱器2、3將蝕刻腔IA中的溫度升至不小于800° C且不大于1100° C的溫度。
[0037]隨后，將包含鹵素原子的氯氣(Cl2)通過反應(yīng)管I的進(jìn)氣口(未示出)引入蝕刻腔IA中，并從出氣口(未示出)排出。蝕刻腔IA設(shè)置為具有不小于IPa且小于IOOkPa的壓力。通過以此方式以預(yù)定流速使氯氣流入蝕刻腔IA中預(yù)定的一段時間，在碳化硅襯底14的硅表面14b中發(fā)生以下反應(yīng):SiC+Cl2 — SiCl40因此，如圖9中所示，形成碳化硅襯底14的碳化硅的硅(Si)原子從包括碳化硅襯底14的硅表面14b的蝕刻區(qū)14c中被選擇性移除，因此保留形成碳化硅襯底14的碳(C)原子。
[0038]隨后，在步驟(S32)中執(zhí)行氮取代步驟。在該步驟(S32)中，參考圖8，在對蝕刻腔IA抽真空之后，將作為惰性氣體的氮?dú)?N2)通過進(jìn)氣口引入蝕刻腔IA中并通過出氣口排出。因此，用氮?dú)馊〈襟E(S31)之后保留在蝕刻腔IA中的氯氣和四氯化硅(SiCl4)氣體。應(yīng)當(dāng)注意引入蝕刻腔IA中的惰性氣體不限于氮?dú)?N2)且例如可以是諸如氬(Ar)的惰性氣體。
[0039]隨后，在步驟(S33)中執(zhí)行第二蝕刻步驟。在該步驟(S33)中，首先將蝕刻腔IA中的溫度保持在不小于800° C且不大于1100° C的溫度下，將作為氧化氣體的氧氣(O2)通過進(jìn)氣口引入蝕刻腔IA中并通過出氣口排出。蝕刻腔IA設(shè)定為具有不小于IPa且小于IOOkPa的壓力。通過以此方式以預(yù)定流速將氧氣引入蝕刻腔IA預(yù)定的一段時間，在碳化硅襯底14的蝕刻區(qū)14c中發(fā)生以下反應(yīng):SiC+02 — SiC+C02。因此，從已經(jīng)移除了硅原子的蝕刻區(qū)14c中移除形成碳化硅襯底14的碳化硅的碳原子。因此，如圖10中所示，從碳化硅襯底14移除蝕刻區(qū)14c，由此形成蝕刻表面14d。此外，氧化氣體不限于氧氣，且例如可以是臭氧(O3)氣體或氫氣(H2)。通過以此方式執(zhí)行上述步驟(S31)至(S33)，對碳化硅襯底14的硅表面14b進(jìn)行蝕刻，由此完成步驟(S30)。在本實(shí)施例中已經(jīng)說明了碳化硅襯底14的娃表面14b的蝕刻,但是也可蝕刻相對于娃表面14b的碳表面14a。
[0040]隨后，在步驟(S40)中執(zhí)行拋光步驟。在該步驟(S40)中，如下所述，對蝕刻表面14d進(jìn)行拋光，該蝕刻表面14d是上述步驟(S30)中已被蝕刻的碳化硅襯底14的一個主面。參考圖11，首先將碳化硅襯底14置于拋光設(shè)備9中，以便要被蝕刻的蝕刻表面14d接觸旋轉(zhuǎn)面板8的拋光表面8a。在旋轉(zhuǎn)面板8的拋光表面8a上，例如固定諸如金剛石磨粒的高硬度磨粒。隨后，在將漿料提供在拋光表面8a上的同時，旋轉(zhuǎn)軸9a以預(yù)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)預(yù)定的一段時間。這樣，如圖11中的箭頭所示，從碳表面14a—側(cè)對碳化硅襯底14施加預(yù)定負(fù)載。在此方式，對碳化硅襯底14的蝕刻表面14d進(jìn)行拋光。在本實(shí)施例中，已經(jīng)說明了對碳化娃襯底14的蝕刻表面14d進(jìn)行拋光,但也可以對相對于蝕刻表面14d的碳表面14a進(jìn)行拋光或同時對蝕刻表面14d以及碳表面14a進(jìn)行拋光。
[0041]隨后，在步驟(S50)中執(zhí)行評估檢查步驟。在該步驟(S50)中，根據(jù)晶體缺陷等檢查碳化硅襯底14的質(zhì)量。通過執(zhí)行上述步驟(SlO)至(S50)，制成碳化硅襯底14，由此完成本實(shí)施例中制造碳化娃襯底的方法。
[0042]如上所述，在本實(shí)施例中的制造碳化硅襯底的方法中，在對碳化硅襯底14進(jìn)行拋光之前，從包括了碳化娃襯底14的娃表面14b的蝕刻區(qū)14c移除形成碳化娃的娃原子，由此蝕刻碳化硅襯底14的硅表面14b。因此，在對碳化硅襯底14進(jìn)行拋光之前可預(yù)先減小碳化硅襯底14的翹曲。通過以此方式減小碳化硅襯底14的翹曲以平坦化其表面，可在拋光碳化娃襯底14時使碳化娃襯底14的表面與旋轉(zhuǎn)面板8的拋光表面8a之間的彼此粘合的精度進(jìn)一步提聞。因此，可進(jìn)一步提聞拋光碳化娃襯底14的精度。因此，根據(jù)本實(shí)施例中制造碳化娃襯底的方法，可制造以高精度進(jìn)行處理的碳化娃襯底14。
[0043]此外，在本實(shí)施例中，可通過步驟(S31)中的氯氣從蝕刻區(qū)14c移除硅原子，但本發(fā)明不限于此。例如，可通過氯化氫(HCl)氣體從蝕刻區(qū)14c移除硅原子。同樣地，在步驟(S31)中，可采用適用于碳化硅襯底14的蝕刻的氯氣或氯化氫氣體用作蝕刻氣體。
[0044]此外，如上所述，在本實(shí)施例中，步驟(S30)可進(jìn)一步包括在移除硅原子的步驟(S31)之后的移除碳原子的步驟(S33)。該步驟(S33)不是本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法中的必要步驟，但是通過執(zhí)行步驟(S33)，可更可靠地減小碳化硅襯底14的翹曲。
[0045]此外，如上所述，在本實(shí)施例中，可在步驟(S31)之后且步驟(S33)之前執(zhí)行以氮?dú)馊〈葰獾牟襟E(S32)。因此，可抑制步驟(S31)中產(chǎn)生的四氯化硅氣體與氧氣發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生二氧化硅(SiO2)。
[0046]此外，在本實(shí)施例中，在步驟(S20)中，可獲得具有IOOmm以上直徑的碳化硅襯底
14。因此，本實(shí)施例中制造碳化硅襯底的方法可適用于制造具有較大直徑的碳化硅襯底的方法。
[0047]此外，如上所述，在本實(shí)施例中，在步驟(S30)中，可在不小于800° C且不大于1100° C的溫度下蝕刻碳化硅襯底14的硅表面14b。因此，在該步驟(S30)中，可采用其中可有效蝕刻碳化娃襯底14的娃表面14b的溫度條件。
[0048]此外，如上所述，在本實(shí)施例中，在步驟(S30)中，可在不小于IPa并小于IOOkPa的壓力下蝕刻碳化硅襯底14的硅表面14b。因此，在步驟(S30)中，可采用其中可有效蝕刻碳化娃襯底14的娃表面14b的壓力條件。
[0049]此外，在本實(shí)施例中，在步驟(S20)中，通過切割晶錠14獲得的碳化硅襯底14可具有斜面。在本實(shí)施例的制造碳化硅襯底的方法中，即使斜切導(dǎo)致碳化硅襯底14的表面中的損傷層，也能在后續(xù)蝕刻步驟(S30)中輕松移除該損傷層。
[0050]實(shí)例
[0051]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以證實(shí)與取決于碳化硅襯底的翹曲的拋光精度有關(guān)的本發(fā)明的效果。首先制備由碳化硅制成的籽晶襯底。隨后，碳化硅單晶膜形成在籽晶襯底的晶體生長表面上，由此制造晶錠。隨后，切割晶錠，由此獲得具有3英寸直徑的碳化硅襯底。隨后，將碳化硅襯底置于反應(yīng)管的蝕刻腔中，以便要被蝕刻的硅(Si)表面面朝上。蝕刻腔具有14L的容積。隨后，對蝕刻腔抽真空，使其壓力降至50Pa。隨后，在保持蝕刻腔中的真空狀態(tài)的同時將其中的溫度升至1000° C。隨后將氯氣引入蝕刻腔中。以0.3L/min的流速引入氯氣30分鐘。隨后，對蝕刻腔抽真空并由氮?dú)馊〈g刻腔中的氣體。隨后將氧氣引入蝕刻腔中。以2L/min的流速引入氧氣5分鐘。隨后，檢查蝕刻之前和之后的碳化硅襯底的厚度改變和SORI的改變。在對碳化硅襯底的碳(C)表面進(jìn)行蝕刻的情況下執(zhí)行類似檢查。
[0052]以下說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先，在蝕刻硅表面之前和之后的碳化硅襯底的厚度改變是8 μ m，且在蝕刻碳表面之前和之后是20 μ m。因此，在本發(fā)明中制造碳化硅襯底的方法中，證實(shí)通過蝕刻碳化娃襯底而大幅改變碳化娃的厚度。此外，在蝕刻之前的碳化娃襯底的SORI是11.4 μ m，而在蝕刻之后的碳化硅襯底的SORI提升至9.7 μ m。因此，在本發(fā)明中的制造碳化硅襯底的方法中，證實(shí)可通過減小碳化硅襯底的翹曲而進(jìn)一步提高拋光精度。
[0053]本發(fā)明中制造碳化硅襯底的方法可特別有利地適用于需要以高精度進(jìn)行處理而制造碳化娃襯底的制造碳化娃襯底的方法。
[0054]雖然已經(jīng)詳細(xì)描述并說明了本發(fā)明，但是顯然應(yīng)當(dāng)理解僅通過說明和舉例來描述本發(fā)明，而非對其進(jìn)行限定，本發(fā)明的范圍由隨附權(quán)利要求項(xiàng)進(jìn)行解釋。
【權(quán)利要求】
1.一種制造碳化硅襯底的方法，包括如下步驟: 制備由碳化娃制成的晶徒; 通過切割所述制備的晶錠獲得碳化硅襯底； 蝕刻所述碳化硅襯底的一個主面；以及 在蝕刻所述碳化硅襯底之后對所述碳化硅襯底的一個主面進(jìn)行拋光， 蝕刻所述碳化硅襯底的所述一個主面的步驟包括利用包含鹵素原子的氣體從蝕刻區(qū)移除形成所述碳化硅的硅原子的步驟，所述蝕刻區(qū)是包括所述碳化硅襯底的所述主面的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在移除所述硅原子的步驟中，在所述蝕刻區(qū)中保留形成所述碳化硅的碳原子的同時移除形成所述碳化硅的硅原子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 蝕刻所述碳化硅襯底的所述一個主面的步驟進(jìn)一步包括在移除所述硅原子的步驟之后利用氧化氣體從已經(jīng)移除了硅原子的所述蝕刻區(qū)移除形成所述碳化硅的碳原子的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造碳化硅襯底的方法，還包括在移除所述硅原子的步驟之后且移除所述碳原子的步驟之前利用惰性氣體取代包含所述鹵素原子的氣體的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在移除所述硅原子的步驟中，利用氯氣或氯化氫氣體從所述蝕刻區(qū)移除形成所述碳化娃的娃原子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在獲得所述碳化硅襯底的步驟中獲得的所述碳化硅襯底具有IOOmm以上的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在蝕刻所述碳化硅襯底的所述一個主面的步驟中，在不小于800° C且不大于1100° C的溫度下蝕刻所述碳化硅襯底的所述主面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造碳化硅襯底的方法，其中 在蝕刻所述碳化硅襯底的所述一個主面的步驟中，在不小于IPa且小于IOOkPa的壓力下蝕刻所述碳化硅襯底的所述主面。
【文檔編號】C30B29/36GK103578925SQ201310247103
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】本家翼, 沖田恭子 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社
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