制造碳化硅衬底的方法

制造碳化硅衬底的方法
【专利摘要】一种制造碳化硅衬底的方法，包括如下步骤：制备由碳化硅制成的晶锭；通过切割所制备的晶锭获得碳化硅衬底；蚀刻碳化硅衬底的硅表面；以及在蚀刻碳化硅衬底之后对碳化硅衬底的蚀刻表面进行抛光。蚀刻碳化硅衬底的硅表面的步骤包括利用氯气从蚀刻区移除形成碳化硅的硅原子的步骤，蚀刻区包括碳化硅衬底的蚀刻主面。
【专利说明】制造碳化硅衬底的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造碳化硅衬底的方法，更特别地，涉及一种能以高精度进行处理的制造碳化娃衬底的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，为了在半导体器件中实现高击穿电压、低损耗等，已经开始采用碳化硅作为半导体器件的材料。碳化硅是一种带隙宽度大于硅的宽带隙半导体，已经将其普遍地广泛用作半导体器件的材料。因此，通过采用碳化硅作为半导体器件的材料，半导体器件可具有高击穿电压、降低的导通电阻等等。
[0003]在采用碳化硅作为其材料的这种半导体器件中，使用由碳化硅制成的衬底。例如可通过切割晶锭获得碳化硅衬底，该晶锭通过借助升华再结晶方法在籽晶衬底上生长碳化硅单晶而制成。此外，利用金刚石磨粒等抛光这种碳化硅衬底，以便移除在切割晶锭时产生在碳化娃衬底表面的损伤层。对于有效移除产生在碳化娃衬底的表面的损伤层的抛光方法，例如日本专利公布N0.2009-283629提出一种方法，其中氧化碳化硅衬底的粗糙抛光表面且通过最终抛光从表面移除所产生的氧化膜。
[0004]通过切割晶锭获得的这种碳化硅衬底具有很大的翘曲，这是因为其表面产生的损伤层的影响。同时，借助日本专利公布N0.2009-283629中提出的抛光方法难以将损伤层移除至可充分减小衬底翘曲的程度。衬底的翘曲导致在抛光碳化硅衬底时工艺精度的降低。这就不利地导致难以获得借助高精度处理的碳化硅衬底。

【发明内容】

[0005]鉴于上述问题提出本发明，且其目的是提供一种能以高精度进行处理的制造碳化硅衬底的方法。
[0006]本发明中制造碳化硅衬底的方法包括以下步骤:制备由碳化硅制成的晶锭；通过切割所制备的晶锭获得碳化硅衬底；蚀刻碳化硅衬底的一个主面；以及在蚀刻碳化硅衬底之后抛光碳化娃衬底的一个主面。蚀刻碳化娃衬底的一个主面包括利用包含齒素原子的气体从蚀刻区移除形成碳化硅的硅原子的步骤，蚀刻区是包括碳化硅衬底的主面的区域。
[0007]在本发明的制造碳化硅衬底的方法中，在抛光碳化硅衬底之前，从包括碳化硅衬底的主面的蚀刻区移除形成碳化硅的硅原子，由此蚀刻碳化硅衬底的主面。因此，在抛光碳化硅衬底之前，可预先减小碳化硅衬底的翘曲。因此在抛光碳化硅衬底中可进一步提高精度。因此，根据本发明的制造碳化硅衬底的方法，可制造以高精度处理的碳化硅衬底。
[0008]在制造碳化硅衬底的方法中，在移除硅原子的步骤中，可在形成碳化硅的碳原子保留在蚀刻区中的同时移除形成碳化硅的硅原子。因此，可更可靠地减小碳化硅衬底的翘曲。
[0009]在制造碳化硅衬底的方法中，蚀刻碳化硅衬底的一个主面的步骤进一步包括在移除硅原子之后，利用氧化气体从已经移除了硅原子的蚀刻区移除形成碳化硅的碳原子的步骤。因此，可更可靠地减小碳化硅衬底的翘曲。
[0010]制造碳化硅衬底的方法进一步包括在移除硅原子的步骤之后且在移除碳原子的步骤之前，以惰性气体取代包含卤素原子的气体的步骤。以此方式，可抑制硅原子和包含卤素原子的反应物与氧化气体反应而产生产物。
[0011]在制造碳化硅衬底的方法中，在移除硅原子的步骤中，可利用氯气或氯化氢气体从蚀刻区移除形成碳化硅的硅原子。同样地，在上述步骤中，可适当采用适用于碳化硅衬底的蚀刻的氯气或氯化氢气体。
[0012]在制造碳化硅衬底的方法中，在获得碳化硅衬底的步骤中获得的碳化硅衬底可具有IOOmm以上的直径。因此，用于制造碳化硅衬底的上述方法可适用于制造具有较大直径的碳化硅衬底的方法。
[0013]在制造碳化硅衬底的方法中，在蚀刻碳化硅衬底的一个主面的步骤中，可在不小于800° C且不大于1100° C的温度下蚀刻碳化硅衬底的主面。因此，在该步骤中，可采用碳化硅衬底的主面可被有效蚀刻的温度条件。
[0014]在制造碳化硅衬底的方法中，在蚀刻碳化硅衬底的一个主面的步骤中，可在不小于IPa且小于IOOkPa的压力下蚀刻碳化硅衬底的主面。因此，在该步骤中，可采用碳化硅衬底的主面可被有效蚀刻的压力条件。
[0015]如上所述显而易见的是，根据本发明的制造碳化硅衬底的方法，可制造以高精度处理的碳化娃衬底。
[0016]当参考附图进行本发明的下述详细说明时，将使本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点变得更加显而易见。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是示意性示出制造碳化硅衬底的方法的流程图。
[0018]图2是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0019]图3是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0020]图4是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0021]图5是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0022]图6是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0023]图7是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0024]图8是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0025]图9是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0026]图10是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
[0027]图11是用于说明制造碳化硅衬底的方法的示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下参考【专利附图】

【附图说明】本发明的一个实施例。应当认识到在以下提及的附图中，相同或相应的部分由相同的附图标记表示且不进行重复说明。
[0029]以下说明本发明的一个实施例中的制造碳化硅衬底的方法。参考图1，首先，在一个步骤(SlO )中执行晶锭制备步骤。在该步骤(SlO )中，执行下文说明的步骤(SI I)至(S13 )以制备由碳化娃制成的晶徒。
[0030]首先，在步骤(Sll)中，执行籽晶衬底制备步骤。在该步骤(Sll)中，参考图2，制备籽晶衬底10，其具有主面10a、10b且籽晶衬底10由碳化硅制成。籽晶衬底10例如具有圆板形状并具有IOOmm以上的直径。
[0031]随后，在步骤(S12)中执行籽晶衬底粘合步骤。在该步骤(S12)中，参考图4，首先从碳制成的坩锅4中分离覆盖部件5。随后，参考图3，将籽晶衬底10粘合到覆盖部件5以致主面IOa面对覆盖部件5的支撑表面5a。例如利用碳粘合剂将籽晶衬底10粘合到覆盖部件5。
[0032]随后，在步骤(S13)中执行单晶生长步骤。在该步骤(S13)中，以如下方式通过在籽晶衬底10的主面IOb上生长碳化硅单晶膜12而获得晶锭13。参考图4，首先将粉末状碳化硅原料11装入坩锅主体4A中。随后，将具有粘合在其上的籽晶衬底10的覆盖部件5置于坩锅主体4A上。以此方式，将籽晶衬底10置于坩锅4中，以致主面IOb面对碳化硅原料11。
[0033]随后，在对坩锅4进行真空处理的同时，将其中的温度升至预定温度。随后，将诸如氩(Ar)的惰性气体引入坩锅4中。随后，将坩锅4中的温度升至可生长碳化硅单晶的温度(不小于2000° C且不大于2400° C)。随后，对坩锅4抽真空以将压力降至预定压力，从而开始碳化硅单晶膜12的生长。以此方式，碳化硅单晶膜12生长在籽晶衬底10的主面IOb上，由此获得晶锭13。
[0034]随后，在步骤(S20)中执行切割步骤。在该步骤(S20)中，以以下方式通过切割上述步骤(SlO)中制备的晶锭13而获得碳化硅衬底。首先，参考图5和图6，首先将晶锭13以其侧面被支撑器7支撑的方式置于支撑器7上。随后，金属丝6在沿晶锭13的直径方向的方向上移动并接近晶锭13，且金属丝6本身沿垂直于移动方向的切割方向α以便使金属丝6接触晶锭13。随后，在金属丝6本身沿切割方向α的情况下，通过连续推动金属丝6切割晶锭13。因此获得图7中所示的碳化硅衬底14。
[0035]随后，在步骤(S30)中执行蚀刻步骤。在该步骤(S30)中，执行下述步骤(S31)至(S33)，由此蚀刻硅(Si)表面14b，该表面14b是步骤(S20)中获得的碳化硅衬底14的一个主面。
[0036]首先，在步骤(S31)中执行第一蚀刻步骤。在该步骤(S31)中，参考图8，将碳化硅衬底14置于反应管I的蚀刻腔IA中，以便要被蚀刻的硅表面14b面朝上。随后，对蚀刻腔IA抽真空至预定压力。随后，在保持蚀刻腔IA中的真空状态的同时利用设置在反应管I外部的加热器2、3将蚀刻腔IA中的温度升至不小于800° C且不大于1100° C的温度。
[0037]随后，将包含卤素原子的氯气(Cl2)通过反应管I的进气口(未示出)引入蚀刻腔IA中，并从出气口(未示出)排出。蚀刻腔IA设置为具有不小于IPa且小于IOOkPa的压力。通过以此方式以预定流速使氯气流入蚀刻腔IA中预定的一段时间，在碳化硅衬底14的硅表面14b中发生以下反应:SiC+Cl2 — SiCl40因此，如图9中所示，形成碳化硅衬底14的碳化硅的硅(Si)原子从包括碳化硅衬底14的硅表面14b的蚀刻区14c中被选择性移除，因此保留形成碳化硅衬底14的碳(C)原子。
[0038]随后，在步骤(S32)中执行氮取代步骤。在该步骤(S32)中，参考图8，在对蚀刻腔IA抽真空之后，将作为惰性气体的氮气(N2)通过进气口引入蚀刻腔IA中并通过出气口排出。因此，用氮气取代步骤(S31)之后保留在蚀刻腔IA中的氯气和四氯化硅(SiCl4)气体。应当注意引入蚀刻腔IA中的惰性气体不限于氮气(N2)且例如可以是诸如氩(Ar)的惰性气体。
[0039]随后，在步骤(S33)中执行第二蚀刻步骤。在该步骤(S33)中，首先将蚀刻腔IA中的温度保持在不小于800° C且不大于1100° C的温度下，将作为氧化气体的氧气(O2)通过进气口引入蚀刻腔IA中并通过出气口排出。蚀刻腔IA设定为具有不小于IPa且小于IOOkPa的压力。通过以此方式以预定流速将氧气引入蚀刻腔IA预定的一段时间，在碳化硅衬底14的蚀刻区14c中发生以下反应:SiC+02 — SiC+C02。因此，从已经移除了硅原子的蚀刻区14c中移除形成碳化硅衬底14的碳化硅的碳原子。因此，如图10中所示，从碳化硅衬底14移除蚀刻区14c，由此形成蚀刻表面14d。此外，氧化气体不限于氧气，且例如可以是臭氧(O3)气体或氢气(H2)。通过以此方式执行上述步骤(S31)至(S33)，对碳化硅衬底14的硅表面14b进行蚀刻，由此完成步骤(S30)。在本实施例中已经说明了碳化硅衬底14的娃表面14b的蚀刻,但是也可蚀刻相对于娃表面14b的碳表面14a。
[0040]随后，在步骤(S40)中执行抛光步骤。在该步骤(S40)中，如下所述，对蚀刻表面14d进行抛光，该蚀刻表面14d是上述步骤(S30)中已被蚀刻的碳化硅衬底14的一个主面。参考图11，首先将碳化硅衬底14置于抛光设备9中，以便要被蚀刻的蚀刻表面14d接触旋转面板8的抛光表面8a。在旋转面板8的抛光表面8a上，例如固定诸如金刚石磨粒的高硬度磨粒。随后，在将浆料提供在抛光表面8a上的同时，旋转轴9a以预定转速旋转预定的一段时间。这样，如图11中的箭头所示，从碳表面14a—侧对碳化硅衬底14施加预定负载。在此方式，对碳化硅衬底14的蚀刻表面14d进行抛光。在本实施例中，已经说明了对碳化娃衬底14的蚀刻表面14d进行抛光,但也可以对相对于蚀刻表面14d的碳表面14a进行抛光或同时对蚀刻表面14d以及碳表面14a进行抛光。
[0041]随后，在步骤(S50)中执行评估检查步骤。在该步骤(S50)中，根据晶体缺陷等检查碳化硅衬底14的质量。通过执行上述步骤(SlO)至(S50)，制成碳化硅衬底14，由此完成本实施例中制造碳化娃衬底的方法。
[0042]如上所述，在本实施例中的制造碳化硅衬底的方法中，在对碳化硅衬底14进行抛光之前，从包括了碳化娃衬底14的娃表面14b的蚀刻区14c移除形成碳化娃的娃原子，由此蚀刻碳化硅衬底14的硅表面14b。因此，在对碳化硅衬底14进行抛光之前可预先减小碳化硅衬底14的翘曲。通过以此方式减小碳化硅衬底14的翘曲以平坦化其表面，可在抛光碳化娃衬底14时使碳化娃衬底14的表面与旋转面板8的抛光表面8a之间的彼此粘合的精度进一步提闻。因此，可进一步提闻抛光碳化娃衬底14的精度。因此，根据本实施例中制造碳化娃衬底的方法，可制造以高精度进行处理的碳化娃衬底14。
[0043]此外，在本实施例中，可通过步骤(S31)中的氯气从蚀刻区14c移除硅原子，但本发明不限于此。例如，可通过氯化氢(HCl)气体从蚀刻区14c移除硅原子。同样地，在步骤(S31)中，可采用适用于碳化硅衬底14的蚀刻的氯气或氯化氢气体用作蚀刻气体。
[0044]此外，如上所述，在本实施例中，步骤(S30)可进一步包括在移除硅原子的步骤(S31)之后的移除碳原子的步骤(S33)。该步骤(S33)不是本发明的制造碳化硅衬底的方法中的必要步骤，但是通过执行步骤(S33)，可更可靠地减小碳化硅衬底14的翘曲。
[0045]此外，如上所述，在本实施例中，可在步骤(S31)之后且步骤(S33)之前执行以氮气取代氯气的步骤(S32)。因此，可抑制步骤(S31)中产生的四氯化硅气体与氧气发生反应并产生二氧化硅(SiO2)。
[0046]此外，在本实施例中，在步骤(S20)中，可获得具有IOOmm以上直径的碳化硅衬底
14。因此，本实施例中制造碳化硅衬底的方法可适用于制造具有较大直径的碳化硅衬底的方法。
[0047]此外，如上所述，在本实施例中，在步骤(S30)中，可在不小于800° C且不大于1100° C的温度下蚀刻碳化硅衬底14的硅表面14b。因此，在该步骤(S30)中，可采用其中可有效蚀刻碳化娃衬底14的娃表面14b的温度条件。
[0048]此外，如上所述，在本实施例中，在步骤(S30)中，可在不小于IPa并小于IOOkPa的压力下蚀刻碳化硅衬底14的硅表面14b。因此，在步骤(S30)中，可采用其中可有效蚀刻碳化娃衬底14的娃表面14b的压力条件。
[0049]此外，在本实施例中，在步骤(S20)中，通过切割晶锭14获得的碳化硅衬底14可具有斜面。在本实施例的制造碳化硅衬底的方法中，即使斜切导致碳化硅衬底14的表面中的损伤层，也能在后续蚀刻步骤(S30)中轻松移除该损伤层。
[0050]实例
[0051]进行实验以证实与取决于碳化硅衬底的翘曲的抛光精度有关的本发明的效果。首先制备由碳化硅制成的籽晶衬底。随后，碳化硅单晶膜形成在籽晶衬底的晶体生长表面上，由此制造晶锭。随后，切割晶锭，由此获得具有3英寸直径的碳化硅衬底。随后，将碳化硅衬底置于反应管的蚀刻腔中，以便要被蚀刻的硅(Si)表面面朝上。蚀刻腔具有14L的容积。随后，对蚀刻腔抽真空，使其压力降至50Pa。随后，在保持蚀刻腔中的真空状态的同时将其中的温度升至1000° C。随后将氯气引入蚀刻腔中。以0.3L/min的流速引入氯气30分钟。随后，对蚀刻腔抽真空并由氮气取代蚀刻腔中的气体。随后将氧气引入蚀刻腔中。以2L/min的流速引入氧气5分钟。随后，检查蚀刻之前和之后的碳化硅衬底的厚度改变和SORI的改变。在对碳化硅衬底的碳(C)表面进行蚀刻的情况下执行类似检查。
[0052]以下说明实验结果。首先，在蚀刻硅表面之前和之后的碳化硅衬底的厚度改变是8 μ m，且在蚀刻碳表面之前和之后是20 μ m。因此，在本发明中制造碳化硅衬底的方法中，证实通过蚀刻碳化娃衬底而大幅改变碳化娃的厚度。此外，在蚀刻之前的碳化娃衬底的SORI是11.4 μ m，而在蚀刻之后的碳化硅衬底的SORI提升至9.7 μ m。因此，在本发明中的制造碳化硅衬底的方法中，证实可通过减小碳化硅衬底的翘曲而进一步提高抛光精度。
[0053]本发明中制造碳化硅衬底的方法可特别有利地适用于需要以高精度进行处理而制造碳化娃衬底的制造碳化娃衬底的方法。
[0054]虽然已经详细描述并说明了本发明，但是显然应当理解仅通过说明和举例来描述本发明，而非对其进行限定，本发明的范围由随附权利要求项进行解释。
【权利要求】
1.一种制造碳化硅衬底的方法，包括如下步骤: 制备由碳化娃制成的晶徒; 通过切割所述制备的晶锭获得碳化硅衬底； 蚀刻所述碳化硅衬底的一个主面；以及 在蚀刻所述碳化硅衬底之后对所述碳化硅衬底的一个主面进行抛光， 蚀刻所述碳化硅衬底的所述一个主面的步骤包括利用包含卤素原子的气体从蚀刻区移除形成所述碳化硅的硅原子的步骤，所述蚀刻区是包括所述碳化硅衬底的所述主面的区域。
2.根据权利要求1所述的制造碳化硅衬底的方法，其中 在移除所述硅原子的步骤中，在所述蚀刻区中保留形成所述碳化硅的碳原子的同时移除形成所述碳化硅的硅原子。
3.根据权利要求1或2所述的制造碳化硅衬底的方法，其中 蚀刻所述碳化硅衬底的所述一个主面的步骤进一步包括在移除所述硅原子的步骤之后利用氧化气体从已经移除了硅原子的所述蚀刻区移除形成所述碳化硅的碳原子的步骤。
4.根据权利要求3所述的制造碳化硅衬底的方法，还包括在移除所述硅原子的步骤之后且移除所述碳原子的步骤之前利用惰性气体取代包含所述卤素原子的气体的步骤。
5.根据权利要求1或2所述的制造碳化硅衬底的方法，其中 在移除所述硅原子的步骤中，利用氯气或氯化氢气体从所述蚀刻区移除形成所述碳化娃的娃原子。
6.根据权利要求1或2所述的制造碳化硅衬底的方法，其中 在获得所述碳化硅衬底的步骤中获得的所述碳化硅衬底具有IOOmm以上的直径。
7.根据权利要求1或2所述的制造碳化硅衬底的方法，其中 在蚀刻所述碳化硅衬底的所述一个主面的步骤中，在不小于800° C且不大于1100° C的温度下蚀刻所述碳化硅衬底的所述主面。
8.根据权利要求1或2所述的制造碳化硅衬底的方法，其中 在蚀刻所述碳化硅衬底的所述一个主面的步骤中，在不小于IPa且小于IOOkPa的压力下蚀刻所述碳化硅衬底的所述主面。
【文档编号】C30B29/36GK103578925SQ201310247103
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】本家翼, 冲田恭子 申请人:住友电气工业株式会社