(57)【要約】【課題】炭化珪素基板および半導体装置の製造効率を向上させることを可能とする炭化珪素基板の製造方法および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】炭化珪素基板の製造方法は、炭化珪素からなる原料基板１を準備する工程と、原料基板１を酸化処理または炭素化処理することにより、原料基板１の主面１Ａを含む領域に犠牲層１２を形成する工程と、犠牲層１２が形成された原料基板１の主面１Ａに対して化学機械研磨を実施する工程と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなる原料基板を準備する工程と、
前記原料基板を酸化処理または炭素化処理することにより、前記原料基板の主面を含む領域に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層が形成された前記原料基板の前記主面に対して化学機械研磨を実施する工程と、を備える、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記犠牲層の厚みは３０ｎｍ以上である、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
前記犠牲層を形成する工程では、前記原料基板の前記主面をオゾン水またはオゾンガスに接触させて前記原料基板を酸化処理することにより前記犠牲層を形成する、請求項１または２に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層を形成する工程では、前記原料基板の前記主面を、塩素を含むガスに接触させて前記原料基板を炭素化処理することにより前記犠牲層を形成する、請求項１または２に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法により製造された基板を準備する工程と、
前記基板上にエピタキシャル成長により炭化珪素からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に電極を形成する工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素基板の製造方法、および半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素基板は、半導体装置の製造に用いることができる。具体的には、たとえば炭化珪素基板上にエピタキシャル成長により炭化珪素からなる半導体層を形成し、さらに半導体層上に電極等を形成することにより、ダイオード、トランジスタなどの半導体装置を製造することができる。
【０００３】
炭化珪素基板上に半導体層を形成するに際しては、半導体層が形成されるべき基板の主面に対して化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）などの研磨処理が実施されて当該主面の平坦性が確保される。ＣＭＰでは、基板の主面において化学反応による反応生成物の生成と砥粒による機械的な研磨とが同時に進行する（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２０７０２９号公報
【特許文献２】特開２００１−２０５５５５号公報
【特許文献３】特開２００８−１６６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
炭化珪素は、科学的に安定な物質である。そのため、炭化珪素基板のＣＭＰにおいては、反応生成物の生成速度が小さくなり、研磨レートが低くなる。また、反応生成物の生成速度を大きくするために反応性の高い物質をＣＭＰに使用すると、炭化珪素基板の主面において反応生成物の生成が不均一となり、均一な研磨が困難となるおそれがある。このように、炭化珪素基板の製造においては、主面を均一かつ高いレートで研磨することは難しい。そのため、炭化珪素基板および炭化珪素基板を用いて製造される半導体装置の製造効率が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで、炭化珪素基板および半導体装置の製造効率を向上させることを可能とする炭化珪素基板の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った炭化珪素基板の製造方法は、炭化珪素からなる原料基板を準備する工程と、当該原料基板を酸化処理または炭素化処理することにより、当該原料基板の主面を含む領域に犠牲層を形成する工程と、犠牲層が形成された上記原料基板の上記主面に対して化学機械研磨を実施する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素基板の製造効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】炭化珪素基板および半導体装置の製造方法の概略の一例を示すフローチャートである。
【図２】炭化珪素基板および半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略斜視図である。
【図３】炭化珪素基板および半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図４】炭化珪素基板および半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図５】炭化珪素基板および半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図６】炭化珪素基板および半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【図７】炭化珪素基板および半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の炭化珪素基板の製造方法は、炭化珪素からなる原料基板を準備する工程と、当該原料基板を酸化処理または炭素化処理することにより、当該原料基板の主面を含む領域に犠牲層を形成する工程と、犠牲層が形成された上記原料基板の上記主面に対して化学機械研磨を実施する工程と、を備える。
【００１１】
一般に、炭化珪素基板の製造方法においては、インゴットをスライスして得られた原料基板の主面に対して研削やＭＰ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が実施された後、ＣＭＰが実施されて主面の平滑性が確保される。ここで、研削やＭＰの実施により、原料基板の主面近傍に結晶構造の乱れた層（ダメージ層）が形成される。ＣＭＰでは、このダメージ層を除去する観点から、ダメージ層の厚み以上の厚みを有する領域を除去するとともに、主面の平滑性を確保する必要がある。しかしながら、上述のように、炭化珪素からなる原料基板に対するＣＭＰにおいて、均一性と高い研磨レートとを両立することは困難である。そのため、炭化珪素基板の製造効率が低下する。
【００１２】
これに対し、本願の炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素からなる原料基板の主面に対してＣＭＰを実施する工程の前に、当該原料基板が酸化処理または炭素化処理され、原料基板の主面を含む領域に犠牲層が形成される。すなわち、原料基板の主面を含む領域をＣＭＰによる除去が容易な犠牲層に予め変換する。これにより、その後に実施されるＣＭＰの研磨レートを向上させることができる。その結果、ＣＭＰにおいて反応生成物の生成が不均一となるような反応性の高い物質を使用することなく、ダメージ層の除去に必要な研磨量を短時間で達成することができる。このように、本願の炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素基板の製造効率を向上させることができる。
【００１３】
上記炭化珪素基板の製造方法において、上記犠牲層の厚みは３０ｎｍ以上であってもよい。これにより、前工程で形成されたダメージ層をＣＭＰによってより確実に除去することができる。また、ダメージ層を一層確実に除去する観点から、上記犠牲層の厚みは１００ｎｍ以上であってもよい。一方、犠牲層の厚みを不必要に厚くすることは歩留りの低下の原因となるため、上記犠牲層の厚みは３μｍ以下であってもよい。
【００１４】
上記炭化珪素基板の製造方法において、上記犠牲層を形成する工程では、上記原料基板の上記主面をオゾン水またはオゾンガスに接触させて上記原料基板を酸化処理することにより上記犠牲層を形成してもよい。炭化珪素からなる原料基板の主面をオゾン水またはオゾンガスに接触させることにより、酸化層である均一な犠牲層を形成することができる。
【００１５】
上記炭化珪素基板の製造方法において、上記犠牲層を形成する工程では、上記原料基板の上記主面を、塩素を含むガスに接触させて上記原料基板を炭素化処理することにより上記犠牲層を形成してもよい。炭化珪素からなる原料基板の主面を、塩素を含むガスに接触させて上記原料基板を炭素化処理することにより、炭素化層である犠牲層を短時間で形成することができる。
【００１６】
本願の半導体装置の製造方法は、上記炭化珪素基板の製造方法により製造された基板を準備する工程と、当該基板上にエピタキシャル成長により炭化珪素からなる半導体層を形成する工程と、当該半導体層上に電極を形成する工程と、を備える。
【００１７】
本願の半導体装置の製造方法では、上記炭化珪素基板の製造方法により製造された基板を用いて半導体装置が製造される。そのため、本願の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の製造効率を向上させることができる。
【００１８】
［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる炭化珪素基板の製造方法、および炭化珪素基板を用いた半導体装置としてのショットキーバリアダイオードの製造方法について、その一実施の形態を以下に図面を参照しつつ説明する。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。
【００１９】
まず、図１〜図５に基づいて、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法を説明する。なお、図３〜図５は、図２に示す原料基板１を厚み方向に沿って切断した状態に対応する概略断面図である。図１を参照して、まず工程（Ｓ１１）としてインゴット準備工程が実施される。この工程（Ｓ１１）では、炭化珪素からなるインゴットが準備される。このインゴットは、たとえば昇華法により作製することができる。
【００２０】
次に、工程（Ｓ１２）としてスライス工程が実施される。この工程（Ｓ１２）では、図２を参照して、工程（Ｓ１１）において準備されたインゴットがスライスされることにより、主面１Ａを有する円盤状の原料基板１が得られる。インゴットのスライスは、たとえばワイヤソーにより実施することができる。主面１Ａは、後述する半導体装置の製造においてエピタキシャル成長により炭化珪素からなる半導体層が形成される側の主面である。原料基板１の直径は、たとえば５０．８ｍｍ以上（２インチ以上）である。
【００２１】
次に、工程（Ｓ１３）として研削工程が実施される。この工程（Ｓ１３）では、工程（Ｓ１２）において得られた原料基板１の主面１Ａに対して研削加工が施される。これにより、工程（Ｓ１２）におけるスライスにより形成された主面１Ａの平坦性が向上する。
【００２２】
次に、工程（Ｓ１４）としてＭＰ工程が実施される。この工程（Ｓ１４）では、工程（Ｓ１３）において研削加工された原料基板１の主面１Ａに対してＭＰが実施される。このＭＰは、上記主面１Ａだけでなく、主面１Ａとは反対側の原料基板１の主面に対しても実施することができる。
【００２３】
次に、工程（Ｓ１５）として、第１洗浄工程が実施される。この工程（Ｓ１５）では、工程（Ｓ１４）においてＭＰが実施された原料基板１が洗浄される。これにより、前工程において原料基板１に付着した砥粒等が除去される。以上の手順により、炭化珪素からなる原料基板１を準備する工程が完了する。図３を参照して、準備された原料基板１の主面１Ａを含む領域には、炭化珪素を構成する元素の配列が乱れた層であるダメージ層１１が形成されている。ダメージ層１１は、上記工程（Ｓ１２）〜（Ｓ１３）における加工によって原料基板１に形成される。上記工程（Ｓ１１）、（Ｓ１２）、（Ｓ１３）、（Ｓ１４）および（Ｓ１５）は、工程（Ｓ１０）として実施される原料基板準備工程を構成する。
【００２４】
次に、工程（Ｓ２０）として、犠牲層形成工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図３および図４を参照して、工程（Ｓ１０）において準備された原料基板１が酸化処理または炭素化処理されることにより、原料基板１の主面１Ａを含む領域に犠牲層１２が形成される。犠牲層１２の厚みは特に限定されるものではないが、本実施の形態では、図４に示すようにダメージ層１１よりも厚みが大きくなるように形成される。別の観点から説明すると、犠牲層１２は、ダメージ層１１を含むように形成される。これにより、後述の工程（Ｓ３０）においてダメージ層１１の除去を短時間で達成することができる。
【００２５】
犠牲層１２は、たとえば原料基板１を反応室内に挿入し、当該反応室内にオゾンガスを供給することにより形成することができる。これにより、原料基板１の主面１Ａを含む領域が酸化され、酸化層である犠牲層１２が形成される。この場合、犠牲層１２は、珪素酸化物（たとえば二酸化珪素）からなる層である。
【００２６】
犠牲層１２は、たとえば原料基板１を、オゾン水が保持された反応槽内に浸漬することにより形成してもよい。これにより、原料基板１の主面１Ａを含む領域が酸化され、酸化層である犠牲層１２が形成される。この場合、犠牲層１２は、珪素酸化物（たとえば二酸化珪素）からなる層である。このように、主面１Ａをオゾンガスまたはオゾン水に接触させて原料基板１を酸化処理することにより、酸化層である犠牲層１２を均一に形成することが容易となる。
【００２７】
犠牲層１２は、たとえば原料基板１を反応室内に挿入し、当該反応室内に塩素ガスを供給することにより形成することができる。これにより、原料基板１の主面１Ａを含む領域から珪素原子が除去されて炭素化され、炭素化層である犠牲層１２が形成される。この場合、犠牲層１２は、炭素からなる層である。このように、主面１Ａを、塩素を含むガスに接触させて原料基板１を炭素化処理することにより、炭素化層である犠牲層１２を短時間で形成することが容易となる。
【００２８】
なお、犠牲層１２の形成方法は上記方法に限られず、たとえば酸素ガスや過マンガン酸カリウムを用いて原料基板１を酸化することにより、酸化層である犠牲層１２を形成してもよい。また、犠牲層１２の形成においては、必要に応じて原料基板１を適切な温度に加熱してもよい。
【００２９】
次に、図１を参照して、工程（Ｓ３０）としてＣＭＰ工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図４および図５を参照して、犠牲層１２が形成された原料基板１の主面１Ａに対してＣＭＰが実施される。これにより、犠牲層１２が除去されるとともに、犠牲層１２が除去された後に露出する原料基板１の主面１Ａの平滑性が確保される。また、犠牲層１２の除去に伴って、ダメージ層１１も除去される。ここで、上記工程（Ｓ２０）における犠牲層１２の形成と、工程（Ｓ３０）におけるＣＭＰとは、同一の装置内において連続的に実施されてもよいし、別の装置内において実施されてもよい。具体的には、たとえばＣＭＰを実施するための研磨装置において原料基板が保持される領域の雰囲気が調整可能となっており、当該領域にオゾンガスを導入して工程（Ｓ２０）を実施した後、当該領域の雰囲気を空気雰囲気に変更して工程（Ｓ３０）を実施してもよい。一方、原料基板１を反応室内に挿入し、当該反応室内にオゾンガスを供給することにより工程（Ｓ２０）を実施した後、原料基板１を反応室から取り出し、研磨装置において工程（Ｓ３０）を実施してもよい。
【００３０】
ＣＭＰは、たとえば砥粒であるコロイダルシリカ、酸化剤である過酸化水素水、および触媒である金属酸化物を含むスラリーを用い、押し付け圧力４５０ｇ／ｃｍ２の条件の下で実施することができる。このとき、酸化処理または炭素化処理により形成された犠牲層１２は、犠牲層１２以外の原料基板１の領域に比べて研磨による除去が容易な層であり、高いレートで研磨することができる。そのため、低いレートでのＣＭＰの実施は犠牲層１２の除去後のみとすることができる。その結果、ＣＭＰにより短時間でダメージ層１１を除去し、主面１Ａの平滑性を確保することができる。
【００３１】
次に、工程（Ｓ４０）として第２洗浄工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、原料基板１が洗浄されることにより、工程（Ｓ３０）において原料基板１に付着した砥粒等が除去される。その後、洗浄により原料基板１に付着した洗浄液等が乾燥により除去される。以上の手順により、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法は完了し、平滑な主面１Ａを有する炭化珪素基板１が得られる。炭化珪素基板１は、たとえば導電型がｎ型である炭化珪素からなる基板である。
【００３２】
なお、上記工程（Ｓ２０）において形成される犠牲層１２の厚みは３０ｎｍ以上であってもよい。これにより、前工程で形成されたダメージ層１１をＣＭＰによってより確実に除去することができる。
【００３３】
以上のように製造された炭化珪素基板１を用いて、たとえば以下の手順により半導体装置としてのショットキーバリアダイオードを製造することができる。図１を参照して、まず工程（Ｓ５０）としてエピタキシャル成長工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図５および図６を参照して、炭化珪素基板１の主面１Ａに対してサーマルクリーニング、水素エッチングなどが実施されて主面１Ａの清浄性が確保された後、主面１Ａ上に炭化珪素からなる半導体層がエピタキシャル成長により形成される。具体的には、導電型がｎ型である炭化珪素基板１の主面１Ａ上に、エピタキシャル成長により導電型がｎ型である炭化珪素からなるバッファ層２が形成され、さらにバッファ層２の主面２Ａ上に導電型がｎ型である炭化珪素からなるドリフト層３が形成される。バッファ層２およびドリフト層３は、たとえばｎ型不純物を含む原料ガスを用いた気相エピタキシャル成長が実施されることにより順次形成される。
【００３４】
次に、工程（Ｓ６０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、図６および図７を参照して、オーミック電極９１およびショットキー電極９２が形成される。具体的には、炭化珪素基板１のバッファ層２とは反対側の主面１Ｂ上に接触するように、オーミック電極９１が形成される。オーミック電極９１は、炭化珪素基板１とオーミック接触可能な金属、たとえばニッケルからなるものとすることができる。オーミック電極９１は、たとえば主面１Ｂ上にニッケル層を蒸着により形成した後、たとえば１０００℃程度に加熱することにより形成することができる。
【００３５】
一方、ドリフト層３のバッファ層２とは反対側の主面３Ａ上には、窓部８２を有する絶縁膜８１が形成される。絶縁膜８１は、たとえば珪素酸化物からなっている。そして、窓部８２から露出するドリフト層３の主面３Ａに接触し、窓部８２を充填するとともに絶縁膜８１上にまで延在するように、ショットキー電極９２が形成される。ショットキー電極９２は、ドリフト層３とショットキー接触可能な金属、たとえばチタンからなっている。絶縁膜８１およびショットキー電極９２は、たとえば以下のように形成することができる。
【００３６】
まず、ドリフト層３の主面３Ａ上を覆うように、珪素酸化物からなる絶縁膜８１が形成される。そして、絶縁膜８１上にマスク層が形成された後、エッチングが実施されることにより絶縁膜８１を貫通する窓部８２が形成される。その後、たとえばチタン膜を蒸着により形成することにより、ショットキー電極９２が形成される。ショットキー電極９２は、チタンからなる膜上にアルミニウムからなる膜を形成したものとしてもよい。
【００３７】
次に、工程（Ｓ７０）として分離工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、たとえばダイシングにより上記工程（Ｓ１０）〜（Ｓ６０）により形成された積層体が切断され、各素子に分離される。以上の手順により、本実施の形態における半導体装置としてのショットキーバリアダイオード１００の製造方法が完了する。
【００３８】
上記本実施の形態における炭化珪素基板１およびショットキーバリアダイオード１００の製造方法においては、炭化珪素からなる原料基板１の主面１Ａに対してＣＭＰを実施する工程（Ｓ３０）の前に、工程（Ｓ２０）において原料基板１が酸化処理または炭素化処理され、原料基板１の主面１Ａを含む領域に犠牲層１２が形成される。すなわち、原料基板１の主面１Ａを含む領域が、ＣＭＰによる除去が容易な犠牲層１２に予め変換される。これにより、工程（Ｓ３０）におけるＣＭＰの研磨レートを向上させることができる。その結果、反応生成物の生成が不均一となるような反応性の高い物質を使用することなく、ダメージ層１１の除去に必要な研磨量を短時間で達成することができる。このように、本実施の形態の炭化珪素基板１およびショットキーバリアダイオード１００の製造方法によれば、効率よく炭化珪素基板１およびショットキーバリアダイオード１００を製造することができる。
【００３９】
なお、上記実施の形態においては半導体装置の一例としてショットキーバリアダイオードが製造される場合について説明したが、炭化珪素基板１の用途はこれに限られず、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、種々の半導体装置の製造に適用することができる。
【実施例】
【００４０】
犠牲層形成によるＣＭＰの研磨レート向上の効果を確認する実験を行った。実験の手順は以下の通りである。
【００４１】
図１を参照して説明した上記実施の形態の工程（Ｓ１１）〜（Ｓ１５）と同様の手順により原料基板１を準備した。原料基板１の直径は、１００ｍｍである。その後、原料基板１を約７０℃に保持したオゾン水中に１０分間浸漬して酸化層である犠牲層１２を形成したサンプルを作製した（条件Ａ）。また、同様に準備した原料基板１を２０体積％の酸素ガスを含む雰囲気中において８００℃に加熱し、１時間保持することにより酸化層である犠牲層１２を形成したサンプルを作製した（条件Ｂ）。また、同様に準備した原料基板１を塩素ガス雰囲気中において８００℃に加熱し、１時間保持することにより炭素化層である犠牲層１２を形成したサンプルを作製した（条件Ｃ）。また、比較のため、同様に原料基板１を準備し、犠牲層１２の形成を省略したサンプルも準備した（条件Ｄ）。そして、上記サンプルである原料基板１の主面１Ａに対し、砥粒であるコロイダルシリカ、酸化剤である過酸化水素水、および触媒である金属酸化物を含むスラリーを用い、押し付け圧力４５０ｇ／ｃｍ２の条件の下でＣＭＰを５時間実施し、研磨量（研磨による原料基板の厚みの減少量）を調査した。条件Ａ、ＢおよびＣは本願の炭化珪素基板の製造方法に対応するものであり、条件Ｄは本願の炭化珪素基板の製造方法に対応しないものである。実験結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
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表１を参照して、条件Ａ、ＢおよびＣは、条件Ｄに比べて研磨量が４０〜６０％増加している。これは、２〜３時間の研磨時間に対応する差である。このことから、本願の炭化珪素基板の製造方法によれば、ＣＭＰの研磨レートを向上させることにより、炭化珪素基板の製造効率向上を達成可能であることが確認される。
【００４３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、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。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本願の炭化珪素基板の製造方法および半導体装置の製造方法は、製造効率の向上が求められる炭化珪素基板の製造方法および半導体装置の製造方法に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００４５】
１  原料基板（炭化珪素基板）
１Ａ，１Ｂ  主面
２  バッファ層
２Ａ  主面
３  ドリフト層
３Ａ  主面
１１  ダメージ層
１２  犠牲層
８１  絶縁膜
８２  窓部
９１  オーミック電極
９２  ショットキー電極
１００  ショットキーバリアダイオード
【図１】
2015233058.tif 000004
【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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