(57)【要約】【課題】高硬度材料の基板の表面の平坦化処理に要する時間を大幅に低減することが可能な基板の平坦化方法を提供する。【解決手段】基板の表面に金属層を形成する工程と、前記基板を加熱し、前記基板の表面と前記金属層とを反応させ、反応層を形成する工程と、前記反応層側から研磨を行い、前記反応層を除去すると同時に前記基板の表面を平坦化する工程と、を含むことを特徴とする基板の平坦化方法を用いる。前記基板が、炭化ケイ素、窒化ガリウム又はサファイアのウェハであることが好ましく、前記金属層が、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に金属層を形成する工程と、
前記基板を加熱し、前記基板の表面と前記金属層とを反応させ、反応層を形成する工程と、
前記反応層側から研磨を行い、前記反応層を除去すると同時に前記基板の表面を平坦化する工程と、
を含むことを特徴とする基板の平坦化方法。
【請求項２】
前記基板が、炭化物、窒化物又は酸化物の基板であることを特徴とする請求項１に記載の基板の平坦化方法。
【請求項３】
前記基板が、炭化ケイ素、窒化ガリウム又はサファイアの基板であることを特徴とする請求項１に記載の基板の平坦化方法。
【請求項４】
前記金属層が、金属の単体、合金又は金属間化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板の平坦化方法。
【請求項５】
前記金属層が、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板の平坦化方法。
【請求項６】
前記基板の加熱が、不活性雰囲気又は真空で行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板の平坦化方法。
【請求項７】
前記基板の加熱温度が、２０００℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板の平坦化方法。
【請求項８】
基板の粗面に対して請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板の平坦化方法を行い、
粗面を平坦化した基板を得ることを特徴とする基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素などの基板の表面を平坦化する方法などに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、電子デバイスなどの材料として幅広く用いられているＳｉと比較して、バンドギャップが２〜３倍程度、絶縁破壊電圧が約１０倍である。そのため、ＳｉＣは、Ｓｉを超えるパワー半導体デバイスの基板材料として期待されている。
【０００３】
ＳｉＣ基板はＳｉＣ単結晶のインゴットから切り出されて得られるが、ＳｉＣ基板の表面には高い平坦性、平滑性が求められており、切り出されたＳｉＣ基板の表面は十分な平坦性を有しないため、研削、研磨する必要がある。
【０００４】
また、窒化ガリウム（ＧａＮ）もＬＥＤやパワーデバイスの材料として用いられており、ＧａＮ基板の需要が高まっている。また、ＧａＮ層を形成するために用いられるサファイア（酸化アルミニウムの結晶）基板の需要も高まっている。
【０００５】
一方で、ＳｉＣは、滑石を１とし、ダイヤモンドを１５とした修正モース硬度で１３であり、ダイヤモンドに近い硬さを有し、化学的な耐久性もきわめて高いため、修正モース硬度が７のシリコン基板に用いる化学機械研磨（ＣＭＰ）法を用いても、十分な加工速度が得られないという問題点があった。ＳｉＣ基板の研磨が数十時間に及ぶ場合もあり、研磨コストがＳｉＣ基板のコスト低減の障害となっていた。同様に、ＧａＮは修正モース硬度１３、サファイアは修正モース硬度１２であり、やはりシリコンに比べて硬度が高く、十分な加工速度が得られないという問題点があった。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ＳｉＣの研磨液として、二酸化マンガンのスラリーを用い、過マンガン酸イオンなどではなく意図的に二酸化マンガンが存在する状態に維持することで、飛躍的に研磨効率が向上することが開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、仕上げ研磨工程の初期に発生するスクラッチ傷の抑制のため、ＳｉＣ基板の表面を覆うように酸化膜（ＳｉＯ２膜）を成膜し、ＣＭＰ法で酸化膜側から研磨することによって酸化膜を除去すると共にＳｉＣ基板の表面を研磨する、ＳｉＣ基板の製造方法が開示されている。
【０００８】
さらに、特許文献３には、ＳｉＣ基板の表面に、表面の最大高低差以上の膜厚の犠牲膜を形成する犠牲膜形成工程と、犠牲膜の表面を機械加工により平坦化する工程と、ドライエッチングすることにより犠牲膜を除去すると同時にＳｉＣ基板の前記表面を平坦化するＳｉＣ基板平坦化工程とを具備するＳｉＣ基板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０７０８９８号
【特許文献２】国際公開第２０１４／０９１９２９号
【特許文献３】国際公開第２０１４／０９７８４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のように、マンガン化合物のスラリーを研磨液として用いると、コロイダルシリカを用いた場合に比べて、仕上がりが粗くなりやすく、再度の仕上げ研磨が必要になる場合もあった。
【００１１】
また、特許文献２の場合、仕上げ研磨工程の初期に発生するスクラッチ傷の抑制を目的としており、スクラッチ傷の除去に必要な研磨工程を短縮することは可能であるが、研磨速度そのものを向上させることはできない。
【００１２】
さらに、特許文献３の場合、研磨しやすい犠牲層を平坦化した後に犠牲層とＳｉＣ基板をドライエッチングしているため、ドライエッチングをする量が増え、依然としてドライエッチングに時間が長くかかるという問題点があった。
【００１３】
以上のように、従来の方法であっても、ＳｉＣなどの高硬度材料の基板の表面の平坦化処理に要する時間の短縮は不十分であった。
【００１４】
本発明は、高硬度材料の基板の表面の平坦化処理に要する時間を大幅に低減することが可能な基板の平坦化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、炭化ケイ素と金属を反応させると、炭化ケイ素に比べると加工しやすい合金や化合物が生成し、炭化ケイ素の粗面を金属と反応させてから研磨することで加工速度が向上すること、さらに、他の高硬度材料の基板にも同様の方法を適用できることを見出し、本発明を着想した。
【００１６】
本願の第１の発明は、基板の表面に金属層を形成する工程と、前記基板を加熱し、前記基板の表面と前記金属層とを反応させ、反応層を形成する工程と、前記反応層を除去すると同時に前記基板の表面を平坦化する工程と、を含むことを特徴とする基板の平坦化方法である。
【００１７】
本願の第２の発明は、基板の粗面に対して請求項１〜６のいずれか1項に記載の基板の平坦化方法を行い、粗面を平坦化した基板を得ることを特徴とする基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、高硬度材料の基板の表面の平坦化処理に要する時間を大幅に低減することが可能な基板の平坦化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）〜（ｄ）本実施形態にかかる基板の平坦化方法の概要を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、基板１の平坦化対象の面に金属層３を形成する。
【００２１】
基板１としては、金属層３と反応する元素を含む基板であれば特に限定されないが、炭化物、窒化物、酸化物の基板を用いることができ、さらに、修正モース硬度が１０以上又はヌープ硬度が１５００ｋｇｆ／ｍｍ２以上の材料の基板を用いることが好ましい。特に、基板１としては、硬くて脆いために加工が困難であった、炭化ケイ素、窒化ガリウム、サファイア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などの基板を用いることが好ましい。例えば、基板１は、インゴットから切り出された、粗面を有するウェハであり、その粗面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１）は、１μｍを超えることが多い。また、本発明は、少なくとも一面にエピタキシャル層が積層されたウェハに対しても適用することができる。また、基板１は単結晶ウェハであっても多結晶ウェハであってもよい。なお、基板１に本発明を適用する前に、機械的研削処理により、凹凸や平行度を整えてもよい。
【００２２】
金属層３を構成する金属としては、第３族元素から第１１族元素の間に存在する元素であれば特に限定されないが、例えば、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗなどが挙げられる。金属層３は、これらの金属元素の単体、合金、金属間化合物などが挙げられる。
【００２３】
金属層３の形成方法は、真空蒸着やスパッタリング、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、金属箔の貼付など、特に限定されない。金属層３の厚さは、１〜２０μｍ程度である。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、金属層３を加熱して、金属層３と基板１の表面を反応させて、反応層５を形成する。反応層５には、金属層３と基板１が反応して生成する合金や化合物が含まれる。図１（ｂ）に示すように、反応層５は基板１の凸部には厚く形成され、基板１の凹部には薄く形成されるため、反応層５が形成された基板４の表面は、金属層３を形成する前の基板１の平坦化対象の表面よりも平坦になる。そのため、反応層５を形成し、さらに除去することにより、基板１の表面は平坦化する。
【００２５】
金属層３と基板１の反応方法は、特に限定されないが、加熱により引き起こすことが一般的である。加熱温度は、金属層３と基板１が反応する温度であれば特に限定されないが、通常は１０００℃以上であり、基板に悪影響を与えないように２０００℃以下であることが好ましい。また、反応雰囲気は、金属層３の酸化などを防ぐため、窒素や希ガスなどの不活性ガスの雰囲気であるか、真空下で行われることが好ましい。
【００２６】
反応層５は、基板１が炭化ケイ素であった場合、シリサイドや金属の炭化物が含まれ、炭化ケイ素に比べると硬度が低く、平坦化が容易である。同様に基板１が窒化ガリウムであった場合、反応層５にはガリウム合金や金属の窒化物が含まれ、窒化ガリウムに比べると平坦化が容易である。また、基板１がサファイアであった場合、反応層５にはアルミニウム合金や金属の酸化物が含まれ、サファイアに比べると平坦化が容易である。反応層５の厚さは、１〜２０μｍ程度である。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、反応層５の側から研磨を行う。例えば、研磨スラリーと研磨パッド７を接触させ、基板４から反応層５を除去すると同時に、基板４の表面を平坦化する。反応層５の下にある基板４の表面は、金属層３を形成する前よりも平坦になっており、さらに、基板４の表面の凸部には研磨パッド７の圧力が高く加わるため、研磨により基板４の表面は平坦化する。その結果、図１（ｄ）に示すような、表面が平坦な基板９を得ることができる。なお、図１（ｃ）では、研磨パッド７のみを回転させているが、基板４と両方を回転させてもよい。また、図１（ｃ）では、基板４の上方から研磨パッド７を接触させているが、基板の反応層５を有する面を下に向けて研磨パッド７に接触させてもよい。また、基板の両面に反応層を設け、二つの研磨パッド７の間に基板を入れ、基板を両面から研磨してもよい。
【００２８】
研磨方法は特に限定されないが、機械的研磨、ＣＭＰのいずれかの手段を用いることができる。機械的研磨やＣＭＰを用いる場合、研磨スラリーに含まれる材料としては、コロイダルシリカ（シリカの微粒子）、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニアやダイヤモンドを使用できる。
【００２９】
平坦化後の基板９の研磨面の表面粗さＲａは、０．１ｎｍ以下であることが好ましいが、一度の平坦化方法で十分な表面粗さに到達しない場合、本発明の平坦化方法を２回以上繰り返しても良い。
【００３０】
本発明により、ＳｉＣなどの高硬度の材料の基板を、従来よりも早い加工速度で平坦化することができる。
【００３１】
また、本発明では、研磨の前の金属層の成膜や反応層の形成も短時間かつ簡単な装置で行うことができるため、従来に比べてスループットを改善すると共に、研磨コストを低減させることができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の効果を、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
［実施例１］
研磨対象として、直径２インチの炭化ケイ素単結晶基板を用いた。金属層を成膜する予定の表面に対して、表面粗さ計により求めた表面粗さＲａは、２．５μｍであった。次に、真空蒸着を用いて、厚さ約４μｍのクロム層を形成した。次にクロム層付き炭化ケイ素基板を、窒素雰囲気下で１４００℃で２時間加熱し、クロム層と炭化ケイ素とを反応させ、反応層を形成した。処理表面をＸＲＤで分析したところ、クロムとシリコンのシリサイドと、クロムの炭化物が検出された。
【００３４】
その後、反応層を形成した面に対して、不織布製研磨パッドとダイヤモンドスラリーを用いて基板に対して０．５時間研磨処理を行った。その後、基板を洗浄し、不織布製研磨パッドとコロイダルシリカのスラリーを用いて、基板に対して０．５時間、ＣＭＰを行った。研磨荷重は２５０ｇ／ｃｍ２であった。処理表面をＸＲＤで分析したところ、クロムとシリコンのシリサイドと、クロムの炭化物は特に検出されず、炭化ケイ素のみが検出された。即ち、研磨工程により反応層が除去されると同時に、炭化ケイ素基板の表面が平坦化した。得られた炭化ケイ素基板に対してＡＦＭ測定により表面粗さＲａを求めると、０．０４ｎｍであった。
【００３５】
［比較例１］
研磨対象として、直径２インチの炭化ケイ素単結晶基板を用いた。表面粗さ計により求めた表面粗さＲａが２．５μｍである面に対して、クロム層の形成と反応層の形成を行わない以外は実施例１と同様の処理を行ったところ、表面粗さＲａは８５０ｎｍであり、ほとんど平坦になっていなかった。
【００３６】
［比較例２］
研磨対象として、直径２インチの炭化ケイ素単結晶基板を用いた。表面粗さ計により求めた表面粗さＲａが２．５μｍである面に対して、クロム層の形成と反応層の形成を行わない以外は実施例１と同様の方法で、ＣＭＰの時間を３０時間に延ばしたところ、表面粗さＲａは０．０８ｎｍであり、平坦化に成功した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
以上の通り、金属層の成膜と、反応層の形成を行った実施例１では、比較例１、比較例２に比べて、短時間で平滑な研磨面を得ることができ、得られた研磨面のスクラッチの数も比較例２に比べて少なかった。
【００３９】
［実施例２］
製膜する金属膜をマンガンに変更した以外は実施例１と同様にして炭化ケイ素単結晶基板の研磨を行った。
【００４０】
［実施例３］
研磨対象として直径２インチの窒化ガリウム単結晶基板に変更した以外は、実施例1と同様にして窒化ガリウム単結晶基板の研磨を行った。
【００４１】
【表２】
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【符号の説明】
【００４２】
１    基板
３    金属層
４    基板
５    反応層
７    研磨パッド
９    基板
【図１】
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