(57)【要約】【課題】欠陥の発生を抑制可能な半導体基板の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の製造方法は以下の工程を有している。互いに対向する第１の主面１Ａおよび第２の主面１Ｂを有する半導体種基板１と、半導体種基板１を保持可能な種基板保持部３とが準備される。半導体種基板１の第１の主面上１Ａに保護膜２が形成される。保護膜２および種基板保持部３の少なくとも一方に荷重をかけることにより、半導体種基板１の第２の主面１Ｂが種基板保持部３に固定される。半導体種基板１の第２の主面１Ｂを種基板保持部３に固定する工程の後、保護膜２が半導体種基板１から除去される。保護膜２が除去された半導体種基板３の第１の主面１Ａ上に半導体結晶９が成長する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１の主面および第２の主面を有する半導体種基板と、前記半導体種基板を保持可能な種基板保持部とを準備する工程と、
前記半導体種基板の前記第１の主面上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜および前記種基板保持部の少なくとも一方に荷重をかけることにより、前記半導体種基板の前記第２の主面を前記種基板保持部に固定する工程と、
前記半導体種基板の前記第２の主面を前記種基板保持部に固定する工程の後、前記保護膜を前記半導体種基板から除去する工程と、
前記保護膜が除去された前記半導体種基板の前記第１の主面上に半導体結晶を成長させる工程とを備えた、半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記種基板保持部に固定する工程では、前記半導体種基板の前記第２の主面が接着剤によって前記種基板保持部に固定される、請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記保護膜は樹脂からなる、請求項１または２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂のガラス化転移温度は、接着剤の硬化温度よりも高い、請求項３に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記保護膜の厚みは０．５μｍ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記半導体種基板は、炭化珪素および窒化アルミニウムのいずれかであり、かつ前記半導体結晶は、炭化珪素および窒化アルミニウムのいずれかである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板の製造方法に関し、より特定的には半導体種基板に保護膜を形成する工程を有する半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造用に炭化珪素基板が用いられ始めている。炭化珪素は珪素に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、炭化珪素基板を用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の劣化が小さいといった利点を有する。
【０００３】
炭化珪素基板は、たとえば昇華再結晶法により種基板上に炭化珪素単結晶を成長させ、当該炭化珪素単結晶をスライスすることにより製造される。種基板を種基板保持部に固定する際に接着剤が用いられる場合がある。たとえば、特開２００３−１１９０９８号公報（特許文献１）には、種基板（種結晶）を種基板保持部に固定する方法が開示されている。特開２００３−１１９０９８号公報（特許文献１）に記載の方法によれば、種基板上におもりを載せながら加熱処理することにより、種基板が接着剤により種基板保持部に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１９０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記固定方法を用いて種基板を種基板保持部に固定し、その後昇華法再結晶法により種基板上に半導体結晶を成長させる場合、種基板上に成長する半導体結晶に多数の欠陥が発生する場合があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、その目的は、欠陥の発生を抑制可能な半導体基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、種基板上に成長する半導体結晶に多数の欠陥が発生する原因について鋭意研究の結果、以下の知見を得て本発明を想到した。種基板を接着剤を用いて種基板保持部に固定する場合、種基板および種基板保持部の一方を台の上に置き、他方から荷重をかける方法を採用する。このとき、種基板の結晶が成長する主面がダメージを受けると、種基板の主面に傷や欠陥が発生したり、種基板の主面が汚染されたりする。種基板の主面に発生した欠陥などが主面上に成長する半導体結晶にも引き継がれることにより、種基板上に成長した半導体結晶に多数の欠陥が発生していた。
【０００８】
そこで、本発明に係る半導体基板の製造方法は以下の工程を有している。互いに対向する第１の主面および第２の主面を有する半導体種基板と、半導体種基板を保持可能な種基板保持部とが準備される。半導体種基板の第１の主面上に保護膜が形成される。保護膜および種基板保持部の少なくとも一方に荷重をかけることにより、半導体種基板の第２の主面が種基板保持部に固定される。半導体種基板の第２の主面を種基板保持部に固定する工程の後、保護膜が半導体種基板から除去される。保護膜が除去された半導体種基板の第１の主面上に半導体結晶が成長する。
【０００９】
本発明に係る半導体基板の製造方法によれば、保護膜および種基板保持部の少なくとも一方に荷重をかけることにより、半導体種基板の第２の主面が種基板保持部に固定される。その後、保護膜が半導体種基板から除去される。これにより、半導体種基板が種基板保持部に固定されるときに、保護膜により半導体種基板の第１の主面（半導体結晶が成長する面）にダメージが与えられることを防止することができる。それゆえ、種基板の第１の主面に欠陥が発生することを抑制することができるので、第１の主面上に成長する半導体結晶に欠陥が発生することを抑制することができる。
【００１０】
上記に係る半導体基板の製造方法において好ましくは、種基板保持部に固定する工程では、半導体種基板の第２の主面が接着剤によって種基板保持部に固定される。接着剤を用いて半導体種基板を種基板保持部に固定する場合、接着剤が半導体種基板の第１の主面に回り込むことで第１の主面が汚染される場合があった。第１の主面に保護膜を形成し、その後接着剤で半導体種基板を種基板保持部に接着剤を用いて固定することにより、接着剤が第１の主面に付着することを防止することができる。それゆえ、第１の主面が汚染されることを防止することができるので、第１の主面上に成長する半導体結晶に欠陥が発生することを抑制することができる。
【００１１】
上記に係る半導体基板の製造方法において好ましくは、保護膜は樹脂からなる。保護膜に樹脂を用いることにより、半導体種基板を種基板保持部に固定するときに、半導体種基板の第１の主面に与える衝撃を緩和することができる。それゆえ、半導体種基板の第１の主面に欠陥が発生することを抑制することができる。
【００１２】
上記に係る半導体基板の製造方法において好ましくは、樹脂のガラス化転移温度は、接着剤の硬化温度よりも高い。これにより、樹脂がガラス化転移することにより、半導体種基板の第１の主面を保護する能力が低下することを防止することができる。
【００１３】
上記に係る半導体基板の製造方法において好ましくは、保護膜の厚みは０．５μｍ以上である。これにより、効果的に半導体種基板の第１の主面を保護することができる。
【００１４】
上記に係る半導体基板の製造方法において好ましくは、半導体種基板は、炭化珪素および窒化アルミニウムのいずれかであり、かつ半導体結晶は、炭化珪素および窒化アルミニウムのいずれかである。つまり、半導体基板が炭化珪素であり、かつ半導体結晶が炭化珪素であってもよいし、半導体基板が炭化珪素であり、かつ半導体結晶が窒化アルミニウムであってもよい。また、半導体基板が窒化アルミニウムであり、かつ半導体結晶が炭化珪素であってもよいし、半導体基板が窒化アルミニウムであり、かつ半導体結晶が窒化アルミニウムであってもよい。これにより、少なくとも炭化珪素および窒化アルミニウムのいずれかを含む半導体基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、欠陥の発生を抑制可能な半導体基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法を説明するためのフロー図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法の第１の工程を説明するための断面模式図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法の第２の工程を説明するための断面模式図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法の第３の工程を説明するための断面模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法の第４の工程を説明するための断面模式図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法の第５の工程を説明するための断面模式図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法の第６の工程を説明するための断面模式図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法の第７の工程を説明するための断面模式図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法の第８の工程を説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。また角度の記載には、全方位角を３６０度とする系を用いている。
【００１８】
図１〜図９を参照して、本発明の一実施の形態に係る半導体基板の製造方法について説明する。
【００１９】
図２を参照して、種基板準備工程（図１：Ｓ１０）が実施される。具体的には、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなる種基板１が準備される。種基板１は互いに対向する第１の主面１Ａと第２の主面１Ｂとを有している。後述するように、第１の主面１Ａは半導体結晶が成長する面であり、第２の主面１Ｂは種基板保持部３に固定される面である。なお、種基板１はたとえば窒化アルミニウムなどからなっていても構わない。
【００２０】
次に、種基板１に対してＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）が行われる。たとえば、定盤の回転数を６０ｒｐｍとし、スラリーとして二酸化珪素スラリーが用いられる。種基板１の第１の主面１ＡがＣＭＰ装置の定盤に対向させて配置される。種基板１に対してたとえば３００ｇ／ｃｍ2の荷重をかけながら８時間程度、種基板１の第１の主面１Ａが研磨される。これにより、種基板１の第１の主面１Ａにおけるダメージが除去される。
【００２１】
次に、種基板１の洗浄が行われる。種基板１を洗浄することにより、種基板１の第１の主面１Ａに付着したスラリーが除去される。洗浄は、純水とポリビニルホルマール樹脂を用いて行うことができる。以上により、互いに対向する第１の主面１Ａおよび第２の主面１Ｂを有する半導体からなる種基板１が準備される。
【００２２】
なお種基板１の第１の主面１Ａは、たとえば（０００１）面から０〜８°程度オフした面であってもよく、（０−３３−８）面であってもよい。好ましくは、第１の主面１Ａは、（０００１）面から０〜８°程度オフした面である。
【００２３】
図３を参照して、保護膜形成工程（図１：Ｓ２０）が実施される。具体的には、上記工程（Ｓ１０）でＣＭＰ加工された種基板１の第１の主面１Ａ上に保護膜２が形成される。保護膜２はたとえばフォトレジストやポリイミドなどの樹脂からなり、たとえば塗布などの方法により種基板１の第１の主面１Ａ上に形成される。好ましくは、保護膜２の厚みＴは０．５μｍ以上であり、より好ましくは２μｍ以上である。保護膜２の厚みＴはたとえば５μｍ以上１５μｍ以下である。
【００２４】
次に、保護膜２のプリベークが実施される。具体的には、保護膜２が形成された種基板１がプリベーク炉に配置されて加熱される。これにより保護膜２が硬化する。たとえば保護膜２としてフォトレジストを使用した場合、プリベークの温度はたとえば１２０℃程度である。また保護膜２としてポリイミドを使用した場合、プリベークの温度はたとえば２００℃程度である。
【００２５】
図４を参照して、種基板固定工程（図１：Ｓ３０）が実施される。具体的には、まず種基板１を保持可能な種基板保持部３が準備される。種基板保持部３はたとえばグラファイトからなる。上記工程（Ｓ２０)で保護膜２が形成された種基板１の第２の主面１Ｂを種基板保持部３の保持面３Ａに対向させる。種基板１の第２の主面１Ｂと種基板保持部３の保持面３Ａとの間にたとえば接着剤１１が配置される。接着剤１１は、種基板１の第２の主面１Ｂ上に配置されても良いし、種基板保持部３の保持面３Ａ上に配置されても良いし、双方に配置されても良い。
【００２６】
図５を参照して、保護膜２がホットプレートのテーブル６上に接するように種基板１が配置される。ホットプレートのテーブル６は、たとえばカーボンシートやカプトン（登録商標）シートなどの高耐熱樹脂からなる表面層４と、表面層４の下部に設けられた台部５とを有している。保護膜２をホットプレートのテーブル６上に配置し、種基板保持部３の端面３Ｂに荷重Ｗをかける。種基板保持部３の端面３Ｂに荷重をかけながら、ホットプレートのテーブル６は、たとえば８０℃程度以上２００℃程度以下の温度に設定される。これにより、接着剤１１が硬化し、種基板１の第２の主面１Ｂが種基板保持部３に固定される。なお、荷重Ｗはたとえば１０ｋｇである。
【００２７】
より詳細には、保護膜２を介して種基板６をホットプレートのテーブルに載せ、種基板保持部３の端面３Ｂに荷重をかける。この状態を維持したまま、大気中でホットプレートの温度を８０℃程度に保持して１時間程度接着剤１１が加熱される。その後、ホットプレートの温度を１２０℃程度に保持して１時間程度接着剤１１が加熱される。その後、ホットプレートの温度を１６０℃程度に保持して１時間程度接着剤１１が加熱される。その後、ホットプレートの温度を２００℃程度に保持して１時間程度接着剤１１が加熱される。以上のようにして、接着剤１１が段階的に硬化する。
【００２８】
接着剤１１としては、たとえばフェノール樹脂にカーボン粉末が混合され、溶媒としてフェノールおよびエチルアルコールを含む接着剤が使用される。たとえば日清紡ケミカル製のＳＴ−２０１が接着剤１１として使用される。
【００２９】
また保護膜２および種基板保持部３の少なくとも一方に荷重Ｗをかけることにより、種基板１の第２の主面１Ｂが種基板保持部３に固定されてもよい。具体的には、図５に示すように保護膜２をテーブル６に固定しながら種基板保持部３に荷重をかけても良いし、種基板保持部３の端面３Ｂをテーブル６に固定しつつ保護膜２に荷重をかけても構わない。また種基板保持部３および保護膜２の双方から荷重をかけても構わない。
【００３０】
好ましくは、保護膜２を形成する樹脂のガラス化転移温度は接着剤の硬化温度よりも高い。本実施の形態におけるフォトレジストやポリイミドのガラス化転移温度は接着剤の硬化温度である２００℃よりも高い。なお、フォトレジストのガラス化転移温度は２１０℃程度であり、ポリイミドのガラス化転移温度は２３０℃程度である。
【００３１】
次に、保護膜除去工程（図１：Ｓ４０）が実施される。具体的には、図６を参照して、保護膜２が形成された種基板１を容器１３に貯蔵されている溶剤１２に浸漬させることにより、保護膜２を溶剤１２に溶解させることで保護膜２が除去される。溶剤としてはたとえばテトラメチルアンモニウムハイドライドやアセトンなどが用いられる。本実施の形態においては、保護膜２が形成された種基板１をテトラメチルアンモニウムハイドライドに１２時間浸漬させることにより、保護膜２が種基板１の第１の主面１Ａから剥離される（図７参照）。
【００３２】
次に、接着剤ガス抜きアニールが実施される。具体的には、種基板保持部３に接着剤１１で固定された種基板１がアニール炉に配置される。アニール炉をたとえば６００Ｔｏｒｒのヘリウム雰囲気下とし、たとえば１１００℃の温度で１時間、接着剤１１が加熱される。これにより、接着剤１１に含まれていた有機成分が除去される。
【００３３】
次に、図８を参照して、種基板１が接着剤１１により固定された種基板保持部３を、半導体原料８が配置された原料収容部７と組み合わせる。種基板保持部３および原料収容部はたとえばグラファイトよりなり坩堝１０を構成する。種基板保持部３は、種基板１の第１の主面１Ａが半導体原料８と対向するように配置される。なお、半導体原料８はたとえば炭化珪素原料や窒化アルミニウム原料である。
【００３４】
次に、結晶成長工程（図１：Ｓ５０）が実施される。具体的には、図９を参照して、たとえばアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中に坩堝１０を配置し、たとえば種基板１の温度が２３００℃程度となり、半導体原料８の温度が２４００℃程度となるように坩堝１０が加熱される。その後、不活性ガスの圧力をたとえば０．１ｋＰａ以上５ｋＰａ以下程度に減圧することにより、半導体原料８が昇華を開始し、種基板１の第１の主面１Ａ上に半導体結晶９の成長が開始される。半導体結晶９とはたとえば炭化珪素単結晶や窒化アルミニウム単結晶である。なお、半導体結晶９は保護膜２が除去された種基板１の第１の主面１Ａ上に成長する。
【００３５】
次に、種基板１の第１の主面１Ａ上に成長した半導体結晶９が坩堝１０から取り出される。その後、半導体結晶９をたとえばワイヤーソーによってスライスすることにより、半導体基板が得られる。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る半導体基板の製造方法の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る半導体基板の製造方法によれば、種基板保持部３に荷重Ｗをかけることにより、種基板１の第２の主面１Ｂが種基板保持部３に固定される。その後、保護膜２が種基板１から除去される。これにより、種基板１が種基板保持部３に固定されるときに、保護膜２により種基板１の第１の主面１Ａにダメージが与えられることを防止することができる。それゆえ、種基板１の第１の主面１Ａに欠陥が発生することを抑制することができるので、第１の主面１Ａ上に成長する炭化珪素単結晶９に欠陥が発生することを抑制することができる。
【００３７】
また本実施の形態に係る半導体基板の製造方法によれば、種基板保持部３に固定する工程では、種基板１の第２の主面１Ｂが接着剤１１によって種基板保持部３に固定される。接着剤１１を用いて種基板１を種基板保持部３に固定する場合、接着剤１１が種基板１の第１の主面１Ａに回り込むことで第１の主面１Ａが汚染される場合があった。第１の主面１Ａに保護膜２を形成し、その後接着剤１１で種基板１を種基板保持部３に接着剤１１を用いて固定することにより、接着剤１１が第１の主面１Ａに付着することを防止することができる。それゆえ、第１の主面１Ａが汚染されることを防止することができるので、第１の主面１Ａ上に成長する炭化珪素単結晶９に欠陥が発生することを抑制することができる。
【００３８】
さらに本実施の形態に係る半導体基板の製造方法によれば、保護膜２は樹脂からなる。保護膜２に樹脂を用いることにより、種基板１を種基板保持部３に固定するときに、種基板１の第１の主面１Ａに与える衝撃を緩和することができる。それゆえ、種基板１の第１の主面１Ａに欠陥が発生することを抑制することができる。
【００３９】
さらに本実施の形態に係る半導体基板の製造方法によれば、樹脂のガラス化転移温度は、接着剤１１の硬化温度よりも高い。これにより、樹脂がガラス化転移することによって種基板１の第１の主面１Ａを保護する能力が低下することを防止することができる。
【００４０】
さらに本実施の形態に係る半導体基板の製造方法によれば、保護膜２の厚みは０．５μｍ以上である。これにより、効果的に種基板１の第１の主面１Ａを保護することができる。
【００４１】
さらに本実施の形態に係る半導体基板の製造方法によれば、半導体種基板は、炭化珪素であり、かつ半導体結晶は炭化珪素である。これにより、炭化珪素半導体基板を製造することができる。
【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１  種基板、１Ａ  第１の主面、１Ｂ  第２の主面、２  保護膜、３  種基板保持部、３Ａ  保持面、３Ｂ  端面、４  高耐熱樹脂、５  台部、６  テーブル、７  原料収容部、８  半導体原料、９  半導体結晶、１０  坩堝、１１  接着剤、１２  溶剤、１３  容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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