(57)【要約】      （修正有）【課題】炭化ケイ素基板の粗研磨表面を短時間で表面の平坦化することができる炭化ケイ素基板の平坦化処理方法、装置、及び平坦化処理された炭化ケイ素基板の提供。【解決手段】ポテンショスタット２を用いて、二槽型溶液槽１中の第一溶液槽中で作用極４、対極３を第二溶液槽中で参照極８を配して、第一溶液槽と第二溶液槽を塩橋９にて電位を制御する装置構成において、第一溶液槽中に浸漬し配置した炭化ケイ素基板５の表面に対して、作用極４に備えた回転可能な平坦触媒電極により、ＳｉＣ基板５表面を研磨処理する炭化ケイ素基板の平坦化処理方法、炭化ケイ素基板の表面研磨製造装置及び平坦化処理された炭化ケイ素基板。前記炭化ケイ素基板は、広いバンドギャップを持ち高い耐熱性・硬度を示す炭化ケイ素の高温・高電圧で動作する高性能なパワーデバイスへの応用が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ酸溶液中に浸漬した炭化ケイ素基板の粗研磨表面に対して、作用極にプラス電圧を印加して接触させて研磨処理された炭化ケイ素基板。
【請求項２】
フッ酸溶液中に浸漬した炭化ケイ素基板の粗研磨表面に対して、作用極にプラス電圧を印加して接触させて研磨処理することを特徴とする炭化ケイ素基板の平坦化処理方法。
【請求項３】
ポテンショスタットを用いて、二槽型溶液槽中の第一溶液槽中で作用極、対極を第二溶液槽中で参照極を配して、第一溶液槽と第二溶液槽を塩橋にて電位を制御する装置構成において、第一溶液槽中に浸漬し配置した炭化ケイ素基板の表面に対して、作用極に備えた回転可能な平坦触媒電極により、ＳｉＣ基板表面を研磨処理することを特徴とする炭化ケイ素基板の表面研磨製造装置。
【請求項４】
フッ化水素酸（ＨＦ）を有する第一溶液槽中に作用極と対極を備え、塩化カリウムを有する第２溶液槽中に参照極を備えて、参照極と対極を０電位とし、作用極にプラス電圧を印加することを特徴とする請求項３に記載の炭化ケイ素基板の表面研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素基板、炭化ケイ素基板の平坦化の技術、すなわち表面の平坦化処理方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
広いバンドギャップを持ち高い耐熱性・硬度を示す炭化ケイ素（シリコンカーバイド＝ＳｉＣ）は、高温・高電圧で動作するパワーデバイスへの応用が期待されている半導体のひとつである。しかしながら、その硬度や安定性からＳｉＣ基板自体の加工は困難であり、デバイス応用を考えた場合に必須となる基板表面の平坦化加工が課題となっている。
基板表面の平坦化加工は、通常、化学機械研磨法で行われているが、長時間（２０時間程度以上）かかり、短時間化と低コスト化が求められている。
【０００３】
被加工物に対して常態では溶解性を示さないハロゲン化水素酸からなる処理液中に該被加工物を配し、白金、金又はセラミックス系固体触媒からなる触媒１を被加工物の加工面２に接触若しくは極接近させて配し、触媒の表面でハロゲン化水素を分子解離して生成したハロゲンラジカルと被加工物の表面原子との化学反応で生成したハロゲン化合物を、溶出させることによって被加工物を加工する（特許文献１）。
【０００４】
一方、本発明者は、３Ｈ−ＳｉＣ基板に数百度で数１０分間の水素処理を行なった場合に、面方位（１００）、比抵抗が０．０２〜０．０３Ω・ｃｍのｎ形ＳｉＣ基板表面の粗さＲｑ（平均二乗根：ＲＭＳ）が０．５ｎｍまで平坦化されることを見出している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１４６３２号公報
【特許文献２】特開２００８−６６３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、フッ化水素酸（ＨＦ）を含む溶液中で、ＳｉＣ基板の表面に適切な電圧を印加した回転白金電極を接触させることにより、短時間でＳｉＣ基板表面の平坦化加工を実現可能になしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、フッ化水素酸（ＨＦ）を含む溶液中に浸漬した，比抵抗０．１Ω・ｃｍの４Ｈ−ＳｉＣ基板の粗研磨表面に対して、作用極にプラス電圧を印加の状態で回転白金電極を接触させることにより、短時間で表面の平坦化を達成する炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、平坦化処理方法及びその製造装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、ＨＦ溶液中に浸漬した粗研磨表面ＳｉＣ基板に、作用極に電圧を印加した回転白金（Ｐｔ）の電極を１時間接触させたところ、回転白金電極と接触するＳｉＣ基板の表面がエッチングされることで平坦化が進行した。また、表面粗さを示す尺度の一つである算術平均高さ（Ｒａ値）は、反応前のＳｉＣ基板表面で１２．１ｎｍであったものが、反応後 ０．７ｎｍにまで減少した。なお、得られたＳｉＣ平坦面のＲａ値は使用した白金電極の表面のＲａ値と同程度の値を示した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例で使用の表面研磨装置の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例ＳｉＣ基板表面の研磨処理反応後ＡＦＭ像図である。
【図３】本発明の実施例ＳｉＣ基板表面の研磨処理反応前ＡＦＭ像図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明を、実施の形態である実施例により、図面を参照して詳細に述べる。
【実施例】
【００１１】
本発明を実施の形態である実施例により、図１の概略断面図で示した表面研磨装置を用いて、ＳｉＣ基板の表面研磨を行った例で説明する。
【００１２】
図１に示した表面研磨装置は、電圧印加機構としてポテンショスタットを用いた三極系を使用し、二槽型溶液槽１の左側の槽内（第一溶液槽）にポテンショスタット操作部２から対極３と回転機構（図示していない）を有する作用極４とを、試料のＳｉＣ基板５（抵抗率０．１Ω・ｃｍ、大きさ１４ｍｍ角、厚さ５００μの４Ｈ−ＳｉＣ基板、面方位（０００１））とともに、電解液の２．５ｗｔ％のフッ化水素（ＨＦ）酸溶液６（５０ｍｌ）中に浸漬した。図示していないが、ＳｉＣ基板は所定の台座に固定して置いた。ＳｉＣ基板上に作用極４を配置し、酸・アルカリに対して高い耐性を持つ平坦触媒金属として白金（Ｐｔ）の平板を接続して設置した。白金の平板は直径１３ｍｍ、厚さ１ｍｍで、研磨側の白金表面は研磨して、０．６ｎｍ~０．７ｎｍとした。また、二槽型溶液槽１の左側の槽（第一溶液槽）は、電解液に腐食性のＨＦ溶液を用いるため、研磨装置の接液部をすべてフッ素系樹脂で製作した。なお、図中二槽型溶液槽１の右側の槽（第二溶液槽）内には、参照用の電解性溶液（飽和塩化カリウム溶液）７及び参照極８を配し、電解液のフッ化水素（ＨＦ）酸水溶液６と参照用の飽和塩化カリウム水溶液７との間には導電性樹脂（塩橋と称する。）９を跨いで配して第一と第二の溶液槽内の溶液の電位安定化を行った。第一溶液槽はフッ酸溶液内での反応のため、その濃度等が変動し易く、溶液の電位が反応中に変動するため、第二溶液槽中の電位は極めて安定なことを利用して、塩橋を用いて、第一溶液槽内の電位の安定化を行うものである。これにより、第一溶液槽内の反応は電圧印加中でも安定した溶液反応が進行する。塩化カリウム溶液は３．３ｍｏｌで５０ｍｌを用いた。塩橋は導電性の塩化カリウムを含有したカンテンを内径２ｍｍ外形３ｍｍの筒状ポリプロピレンに内封したものを用いた。参照極は銀上に塩化銀をコートしたものを用いた。溶液の温度はともに室温とした。
【００１３】
図２には、本表面研磨装置を使用して、作用極４には参照極と対極を０電位として、プラス３Ｖ（電位差）を印加して、作用極４に接続した平板白金（Ｐｔ）の研磨面とＳｉＣ基板５の表面を可能な限り平行にし、近接してかつ接触させながら、１軸で回転（１２０回転／分）させて、約１時間処理した後のＳｉＣ基板５の表面ＡＦＭ像を示す。ＡＦＭ測定装置はキーエンス製のＶＮ−８０１０を用いて行った。また、図３には、研磨処理前の粗研磨表面の表面ＡＦＭ像を示す。
【００１４】
反応前の粗研磨表面ＳｉＣ基板５の表面は、図３のＡＦＭ像で示されるように、ＳｉＣ基板表面に無数の凹凸や筋状の溝等が見られたが、反応後の表面は、図２のＡＦＭ像で示されるように、５０μｍ平方程度の部分平面であるが、極めて高精度の研磨平坦面が得られた。平板白金の回転部は全体としては研磨されており、その中で前述の高精度の研磨平坦面で５０μ平方程度の領域が多数得られている。これらの表面にはわずかに凹部が残存していることから、回転する平板白金（Ｐｔ）電極と接触するＳｉＣ基板表面が、凸部から酸化反応が進行し、局所的にフッ酸によりエッチングされることで、これが繰り返されて連続的に平坦化が進行したと考えられる。
なお、作用極にマイナスの電位をかけて場合は、平坦化が全く起こらずに、表面に大きな凹凸や多孔質構造が発生した。したがって、プラス電位をかけることが研磨平坦化に極めて重要であることが実験的に分かった。
【００１５】
また、表面粗さを示す尺度の一つである算術平均高さ（Ｒａ値）は、反応前のＳｉＣ基板表面では１２．１ ｎｍであったものが、反応後には原子層レベルに近い０．７ ｎｍにまで減少した。この処理により得られたＳｉＣ基板５の表面の平坦面のＲａ値は、使用した白金平板電極の表面におけるＲａ値と同程度の値を示した。このことから、処理後のＳｉＣ基板表面の粗さを表わす平坦面のＲａ値や形状が、使用する作用極の白金電極の平坦度合にも敏感に依存すると考えられる。白金電極面全体の平面性の向上並びに同白金電極への印加電圧の大きさ及び処理時間やＨＦ濃度や温度を適切に設定することにより、研磨時間の短縮、更なる平坦性の向上と平坦面の拡大が可能になる。また、白金平板の回転の方式を２軸回転や回転軸の移動を可能とすることにより、平坦面のウエハーサイズまでの更なる拡大が可能となる。また、白金平板の代わりに、導電性のカーボン材料を研磨して用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、ＨＦ溶液中に浸漬した粗研磨表面ＳｉＣ基板に、作用極に電圧を印加した回転白金平板電極を１時間接触させて、同回転白金平板電極と接触するＳｉＣ表面がエッチングされることで平坦化を行うことができ、原子層レベルの良好な平坦性を有するＳｉＣ基板の作製が可能となり、広いバンドギャップを持ち高い耐熱性・硬度を示す炭化ケイ素（シリコンカーバイド＝ＳｉＣ）の高温・高電圧で動作する高性能なパワーデバイスへの応用が期待される。
【符号の説明】
【００１７】
１  二槽型溶液槽
２  ポテンショスタット及びその操作部
３  対極
４  作用極
５  ＳｉＣ基板
６  フッ化水素（ＨＦ）酸水溶液
７  参照用の塩化カリウム水溶液
８  参照極
９  塩橋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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