製造碳化矽襯底的方法
2023-04-23 03:01:21 2
製造碳化矽襯底的方法
【專利摘要】一種製造碳化矽襯底的方法，包括如下步驟：製備由碳化矽製成的晶錠；通過切割所製備的晶錠獲得碳化矽襯底；蝕刻碳化矽襯底的矽表面；以及在蝕刻碳化矽襯底之後對碳化矽襯底的蝕刻表面進行拋光。蝕刻碳化矽襯底的矽表面的步驟包括利用氯氣從蝕刻區移除形成碳化矽的矽原子的步驟，蝕刻區包括碳化矽襯底的蝕刻主面。
【專利說明】製造碳化矽襯底的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種製造碳化矽襯底的方法，更特別地，涉及一種能以高精度進行處理的製造碳化娃襯底的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，為了在半導體器件中實現高擊穿電壓、低損耗等，已經開始採用碳化矽作為半導體器件的材料。碳化矽是一種帶隙寬度大於矽的寬帶隙半導體，已經將其普遍地廣泛用作半導體器件的材料。因此，通過採用碳化矽作為半導體器件的材料，半導體器件可具有高擊穿電壓、降低的導通電阻等等。
[0003]在採用碳化矽作為其材料的這種半導體器件中，使用由碳化矽製成的襯底。例如可通過切割晶錠獲得碳化矽襯底，該晶錠通過藉助升華再結晶方法在籽晶襯底上生長碳化矽單晶而製成。此外，利用金剛石磨粒等拋光這種碳化矽襯底，以便移除在切割晶錠時產生在碳化娃襯底表面的損傷層。對於有效移除產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，其中氧化碳化矽襯底的粗糙拋光表面且通過最終拋光從表面移除所產生的氧化膜。
[0004]通過切割晶錠獲得的這種碳化矽襯底具有很大的翹曲，這是因為其表面產生的損傷層的影響。同時，藉助日本專利公布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。襯底的翹曲導致在拋光碳化矽襯底時工藝精度的降低。這就不利地導致難以獲得藉助高精度處理的碳化矽襯底。
【發明內容】
[0005]鑑於上述問題提出本發明，且其目的是提供一種能以高精度進行處理的製造碳化矽襯底的方法。
[0006]本發明中製造碳化矽襯底的方法包括以下步驟:製備由碳化矽製成的晶錠；通過切割所製備的晶錠獲得碳化矽襯底；蝕刻碳化矽襯底的一個主面；以及在蝕刻碳化矽襯底之後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移除形成碳化矽的矽原子的步驟，蝕刻區是包括碳化矽襯底的主面的區域。
[0007]在本發明的製造碳化矽襯底的方法中，在拋光碳化矽襯底之前，從包括碳化矽襯底的主面的蝕刻區移除形成碳化矽的矽原子，由此蝕刻碳化矽襯底的主面。因此，在拋光碳化矽襯底之前，可預先減小碳化矽襯底的翹曲。因此在拋光碳化矽襯底中可進一步提高精度。因此，根據本發明的製造碳化矽襯底的方法，可製造以高精度處理的碳化矽襯底。
[0008]在製造碳化矽襯底的方法中，在移除矽原子的步驟中，可在形成碳化矽的碳原子保留在蝕刻區中的同時移除形成碳化矽的矽原子。因此，可更可靠地減小碳化矽襯底的翹曲。
[0009]在製造碳化矽襯底的方法中，蝕刻碳化矽襯底的一個主面的步驟進一步包括在移除矽原子之後，利用氧化氣體從已經移除了矽原子的蝕刻區移除形成碳化矽的碳原子的步驟。因此，可更可靠地減小碳化矽襯底的翹曲。
[0010]製造碳化矽襯底的方法進一步包括在移除矽原子的步驟之後且在移除碳原子的步驟之前，以惰性氣體取代包含滷素原子的氣體的步驟。以此方式，可抑制矽原子和包含滷素原子的反應物與氧化氣體反應而產生產物。
[0011]在製造碳化矽襯底的方法中，在移除矽原子的步驟中，可利用氯氣或氯化氫氣體從蝕刻區移除形成碳化矽的矽原子。同樣地，在上述步驟中，可適當採用適用於碳化矽襯底的蝕刻的氯氣或氯化氫氣體。
[0012]在製造碳化矽襯底的方法中，在獲得碳化矽襯底的步驟中獲得的碳化矽襯底可具有IOOmm以上的直徑。因此，用於製造碳化矽襯底的上述方法可適用於製造具有較大直徑的碳化矽襯底的方法。
[0013]在製造碳化矽襯底的方法中，在蝕刻碳化矽襯底的一個主面的步驟中，可在不小於800° C且不大於1100° C的溫度下蝕刻碳化矽襯底的主面。因此，在該步驟中，可採用碳化矽襯底的主面可被有效蝕刻的溫度條件。
[0014]在製造碳化矽襯底的方法中，在蝕刻碳化矽襯底的一個主面的步驟中，可在不小於IPa且小於IOOkPa的壓力下蝕刻碳化矽襯底的主面。因此，在該步驟中，可採用碳化矽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，根據本發明的製造碳化矽襯底的方法，可製造以高精度處理的碳化娃襯底。
[0016]當參考附圖進行本發明的下述詳細說明時，將使本發明的上述和其他目的、特徵、方面和優點變得更加顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是示意性示出製造碳化矽襯底的方法的流程圖。
[0018]圖2是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0019]圖3是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0020]圖4是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0021]圖5是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0022]圖6是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0023]圖7是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0024]圖8是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0025]圖9是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0026]圖10是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
[0027]圖11是用於說明製造碳化矽襯底的方法的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下參考【專利附圖】
【附圖說明】本發明的一個實施例。應當認識到在以下提及的附圖中，相同或相應的部分由相同的附圖標記表示且不進行重複說明。
[0029]以下說明本發明的一個實施例中的製造碳化矽襯底的方法。參考圖1，首先，在一個步驟(SlO )中執行晶錠製備步驟。在該步驟(SlO )中，執行下文說明的步驟(SI I)至(S13 )以製備由碳化娃製成的晶徒。
[0030]首先，在步驟(Sll)中，執行籽晶襯底製備步驟。在該步驟(Sll)中，參考圖2，製備籽晶襯底10，其具有主面10a、10b且籽晶襯底10由碳化矽製成。籽晶襯底10例如具有圓板形狀並具有IOOmm以上的直徑。
[0031]隨後，在步驟(S12)中執行籽晶襯底粘合步驟。在該步驟(S12)中，參考圖4，首先從碳製成的坩鍋4中分離覆蓋部件5。隨後，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]隨後，在步驟(S13)中執行單晶生長步驟。在該步驟(S13)中，以如下方式通過在籽晶襯底10的主面IOb上生長碳化矽單晶膜12而獲得晶錠13。參考圖4，首先將粉末狀碳化矽原料11裝入坩鍋主體4A中。隨後，將具有粘合在其上的籽晶襯底10的覆蓋部件5置於坩鍋主體4A上。以此方式，將籽晶襯底10置於坩鍋4中，以致主面IOb面對碳化矽原料11。
[0033]隨後，在對坩鍋4進行真空處理的同時，將其中的溫度升至預定溫度。隨後，將諸如氬(Ar)的惰性氣體引入坩鍋4中。隨後，將坩鍋4中的溫度升至可生長碳化矽單晶的溫度(不小於2000° C且不大於2400° C)。隨後，對坩鍋4抽真空以將壓力降至預定壓力，從而開始碳化矽單晶膜12的生長。以此方式，碳化矽單晶膜12生長在籽晶襯底10的主面IOb上，由此獲得晶錠13。
[0034]隨後，在步驟(S20)中執行切割步驟。在該步驟(S20)中，以以下方式通過切割上述步驟(SlO)中製備的晶錠13而獲得碳化矽襯底。首先，參考圖5和圖6，首先將晶錠13以其側面被支撐器7支撐的方式置於支撐器7上。隨後，金屬絲6在沿晶錠13的直徑方向的方向上移動並接近晶錠13，且金屬絲6本身沿垂直於移動方向的切割方向α以便使金屬絲6接觸晶錠13。隨後，在金屬絲6本身沿切割方向α的情況下，通過連續推動金屬絲6切割晶錠13。因此獲得圖7中所示的碳化矽襯底14。
[0035]隨後，在步驟(S30)中執行蝕刻步驟。在該步驟(S30)中，執行下述步驟(S31)至(S33)，由此蝕刻矽(Si)表面14b，該表面14b是步驟(S20)中獲得的碳化矽襯底14的一個主面。
[0036]首先，在步驟(S31)中執行第一蝕刻步驟。在該步驟(S31)中，參考圖8，將碳化矽襯底14置於反應管I的蝕刻腔IA中，以便要被蝕刻的矽表面14b面朝上。隨後，對蝕刻腔IA抽真空至預定壓力。隨後，在保持蝕刻腔IA中的真空狀態的同時利用設置在反應管I外部的加熱器2、3將蝕刻腔IA中的溫度升至不小於800° C且不大於1100° C的溫度。
[0037]隨後，將包含滷素原子的氯氣(Cl2)通過反應管I的進氣口(未示出)引入蝕刻腔IA中，並從出氣口(未示出)排出。蝕刻腔IA設置為具有不小於IPa且小於IOOkPa的壓力。通過以此方式以預定流速使氯氣流入蝕刻腔IA中預定的一段時間，在碳化矽襯底14的矽表面14b中發生以下反應:SiC+Cl2 — SiCl40因此，如圖9中所示，形成碳化矽襯底14的碳化矽的矽(Si)原子從包括碳化矽襯底14的矽表面14b的蝕刻區14c中被選擇性移除，因此保留形成碳化矽襯底14的碳(C)原子。
[0038]隨後，在步驟(S32)中執行氮取代步驟。在該步驟(S32)中，參考圖8，在對蝕刻腔IA抽真空之後，將作為惰性氣體的氮氣(N2)通過進氣口引入蝕刻腔IA中並通過出氣口排出。因此，用氮氣取代步驟(S31)之後保留在蝕刻腔IA中的氯氣和四氯化矽(SiCl4)氣體。應當注意引入蝕刻腔IA中的惰性氣體不限於氮氣(N2)且例如可以是諸如氬(Ar)的惰性氣體。
[0039]隨後，在步驟(S33)中執行第二蝕刻步驟。在該步驟(S33)中，首先將蝕刻腔IA中的溫度保持在不小於800° C且不大於1100° C的溫度下，將作為氧化氣體的氧氣(O2)通過進氣口引入蝕刻腔IA中並通過出氣口排出。蝕刻腔IA設定為具有不小於IPa且小於IOOkPa的壓力。通過以此方式以預定流速將氧氣引入蝕刻腔IA預定的一段時間，在碳化矽襯底14的蝕刻區14c中發生以下反應:SiC+02 — SiC+C02。因此，從已經移除了矽原子的蝕刻區14c中移除形成碳化矽襯底14的碳化矽的碳原子。因此，如圖10中所示，從碳化矽襯底14移除蝕刻區14c，由此形成蝕刻表面14d。此外，氧化氣體不限於氧氣，且例如可以是臭氧(O3)氣體或氫氣(H2)。通過以此方式執行上述步驟(S31)至(S33)，對碳化矽襯底14的矽表面14b進行蝕刻，由此完成步驟(S30)。在本實施例中已經說明了碳化矽襯底14的娃表面14b的蝕刻,但是也可蝕刻相對於娃表面14b的碳表面14a。
[0040]隨後，在步驟(S40)中執行拋光步驟。在該步驟(S40)中，如下所述，對蝕刻表面14d進行拋光，該蝕刻表面14d是上述步驟(S30)中已被蝕刻的碳化矽襯底14的一個主面。參考圖11，首先將碳化矽襯底14置於拋光設備9中，以便要被蝕刻的蝕刻表面14d接觸旋轉面板8的拋光表面8a。在旋轉面板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。隨後，在將漿料提供在拋光表面8a上的同時，旋轉軸9a以預定轉速旋轉預定的一段時間。這樣，如圖11中的箭頭所示，從碳表面14a—側對碳化矽襯底14施加預定負載。在此方式，對碳化矽襯底14的蝕刻表面14d進行拋光。在本實施例中，已經說明了對碳化娃襯底14的蝕刻表面14d進行拋光,但也可以對相對於蝕刻表面14d的碳表面14a進行拋光或同時對蝕刻表面14d以及碳表面14a進行拋光。
[0041]隨後，在步驟(S50)中執行評估檢查步驟。在該步驟(S50)中，根據晶體缺陷等檢查碳化矽襯底14的質量。通過執行上述步驟(SlO)至(S50)，製成碳化矽襯底14，由此完成本實施例中製造碳化娃襯底的方法。
[0042]如上所述，在本實施例中的製造碳化矽襯底的方法中，在對碳化矽襯底14進行拋光之前，從包括了碳化娃襯底14的娃表面14b的蝕刻區14c移除形成碳化娃的娃原子，由此蝕刻碳化矽襯底14的矽表面14b。因此，在對碳化矽襯底14進行拋光之前可預先減小碳化矽襯底14的翹曲。通過以此方式減小碳化矽襯底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的表面與旋轉面板8的拋光表面8a之間的彼此粘合的精度進一步提聞。因此，可進一步提聞拋光碳化娃襯底14的精度。因此，根據本實施例中製造碳化娃襯底的方法，可製造以高精度進行處理的碳化娃襯底14。
[0043]此外，在本實施例中，可通過步驟(S31)中的氯氣從蝕刻區14c移除矽原子，但本發明不限於此。例如，可通過氯化氫(HCl)氣體從蝕刻區14c移除矽原子。同樣地，在步驟(S31)中，可採用適用於碳化矽襯底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，在本實施例中，步驟(S30)可進一步包括在移除矽原子的步驟(S31)之後的移除碳原子的步驟(S33)。該步驟(S33)不是本發明的製造碳化矽襯底的方法中的必要步驟，但是通過執行步驟(S33)，可更可靠地減小碳化矽襯底14的翹曲。
[0045]此外，如上所述，在本實施例中，可在步驟(S31)之後且步驟(S33)之前執行以氮氣取代氯氣的步驟(S32)。因此，可抑制步驟(S31)中產生的四氯化矽氣體與氧氣發生反應並產生二氧化矽(SiO2)。
[0046]此外，在本實施例中，在步驟(S20)中，可獲得具有IOOmm以上直徑的碳化矽襯底
14。因此，本實施例中製造碳化矽襯底的方法可適用於製造具有較大直徑的碳化矽襯底的方法。
[0047]此外，如上所述，在本實施例中，在步驟(S30)中，可在不小於800° C且不大於1100° C的溫度下蝕刻碳化矽襯底14的矽表面14b。因此，在該步驟(S30)中，可採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，在本實施例中，在步驟(S30)中，可在不小於IPa並小於IOOkPa的壓力下蝕刻碳化矽襯底14的矽表面14b。因此，在步驟(S30)中，可採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，在本實施例中，在步驟(S20)中，通過切割晶錠14獲得的碳化矽襯底14可具有斜面。在本實施例的製造碳化矽襯底的方法中，即使斜切導致碳化矽襯底14的表面中的損傷層，也能在後續蝕刻步驟(S30)中輕鬆移除該損傷層。
[0050]實例
[0051]進行實驗以證實與取決於碳化矽襯底的翹曲的拋光精度有關的本發明的效果。首先製備由碳化矽製成的籽晶襯底。隨後，碳化矽單晶膜形成在籽晶襯底的晶體生長表面上，由此製造晶錠。隨後，切割晶錠，由此獲得具有3英寸直徑的碳化矽襯底。隨後，將碳化矽襯底置於反應管的蝕刻腔中，以便要被蝕刻的矽(Si)表面面朝上。蝕刻腔具有14L的容積。隨後，對蝕刻腔抽真空，使其壓力降至50Pa。隨後，在保持蝕刻腔中的真空狀態的同時將其中的溫度升至1000° C。隨後將氯氣引入蝕刻腔中。以0.3L/min的流速引入氯氣30分鐘。隨後，對蝕刻腔抽真空並由氮氣取代蝕刻腔中的氣體。隨後將氧氣引入蝕刻腔中。以2L/min的流速引入氧氣5分鐘。隨後，檢查蝕刻之前和之後的碳化矽襯底的厚度改變和SORI的改變。在對碳化矽襯底的碳(C)表面進行蝕刻的情況下執行類似檢查。
[0052]以下說明實驗結果。首先，在蝕刻矽表面之前和之後的碳化矽襯底的厚度改變是8 μ m，且在蝕刻碳表面之前和之後是20 μ m。因此，在本發明中製造碳化矽襯底的方法中，證實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，而在蝕刻之後的碳化矽襯底的SORI提升至9.7 μ m。因此，在本發明中的製造碳化矽襯底的方法中，證實可通過減小碳化矽襯底的翹曲而進一步提高拋光精度。
[0053]本發明中製造碳化矽襯底的方法可特別有利地適用於需要以高精度進行處理而製造碳化娃襯底的製造碳化娃襯底的方法。
[0054]雖然已經詳細描述並說明了本發明，但是顯然應當理解僅通過說明和舉例來描述本發明，而非對其進行限定，本發明的範圍由隨附權利要求項進行解釋。
【權利要求】
1.一種製造碳化矽襯底的方法，包括如下步驟: 製備由碳化娃製成的晶徒; 通過切割所述製備的晶錠獲得碳化矽襯底； 蝕刻所述碳化矽襯底的一個主面；以及 在蝕刻所述碳化矽襯底之後對所述碳化矽襯底的一個主面進行拋光， 蝕刻所述碳化矽襯底的所述一個主面的步驟包括利用包含滷素原子的氣體從蝕刻區移除形成所述碳化矽的矽原子的步驟，所述蝕刻區是包括所述碳化矽襯底的所述主面的區域。
2.根據權利要求1所述的製造碳化矽襯底的方法，其中 在移除所述矽原子的步驟中，在所述蝕刻區中保留形成所述碳化矽的碳原子的同時移除形成所述碳化矽的矽原子。
3.根據權利要求1或2所述的製造碳化矽襯底的方法，其中 蝕刻所述碳化矽襯底的所述一個主面的步驟進一步包括在移除所述矽原子的步驟之後利用氧化氣體從已經移除了矽原子的所述蝕刻區移除形成所述碳化矽的碳原子的步驟。
4.根據權利要求3所述的製造碳化矽襯底的方法，還包括在移除所述矽原子的步驟之後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滷素原子的氣體的步驟。
5.根據權利要求1或2所述的製造碳化矽襯底的方法，其中 在移除所述矽原子的步驟中，利用氯氣或氯化氫氣體從所述蝕刻區移除形成所述碳化娃的娃原子。
6.根據權利要求1或2所述的製造碳化矽襯底的方法，其中 在獲得所述碳化矽襯底的步驟中獲得的所述碳化矽襯底具有IOOmm以上的直徑。
7.根據權利要求1或2所述的製造碳化矽襯底的方法，其中 在蝕刻所述碳化矽襯底的所述一個主面的步驟中，在不小於800° C且不大於1100° C的溫度下蝕刻所述碳化矽襯底的所述主面。
8.根據權利要求1或2所述的製造碳化矽襯底的方法，其中 在蝕刻所述碳化矽襯底的所述一個主面的步驟中，在不小於IPa且小於IOOkPa的壓力下蝕刻所述碳化矽襯底的所述主面。
【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 優先權日:2012年7月26日
【發明者】本家翼, 衝田恭子 申請人:住友電氣工業株式會社