СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОДЛОЖКИ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ И ПОДЛОЖКА КАРБИДА КРЕМНИЯ
METHOD FOR PRODUCING SUBSTRATE BASED ON SILICON CARBIDE AND SILICON CARBIDE SUBSTRATE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001]
Настоящее изобретение относится к способу производства подложки на основе карбида кремния, имеющей плоскую и гладкую поверхность, и к подложке карбида кремния.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
Подложка монокристаллического Si до настоящего времени использовалась в качестве основной подложки для исходной кристаллической пластины в полупроводниковой технологии, в качестве формовочного материала для наноимпринтинга или ему подобного, для зеркал, в качестве мембранного материала для рентгеновской литографии или микроэлектромеханических систем (MEMS), однако применение было ограничено вследствие недостаточных механической прочности, химической устойчивости и термостойкости. Недавно в качестве подложки, используемой для приложений, привлекла внимание подложка карбида кремния, превосходящая другие по термостойкости, механическим свойствам, и устойчивая к воздействию излучений.
[0003]
Подложка, используемая для приложений, должна иметь такую гладкость, чтобы полный разброс по толщине (TTV) составлял 50 мкм или менее, и среднее значение шероховатости Ra было менее 1 нм.
[0004]
При этом, в случае, когда для приложений используется подложка монокристаллического карбида кремния, то стоимость производства подложки монокристаллического карбида кремния высока, и если выполняется термическая обработка или что–либо подобное, то возникает проблема скольжения дислокаций в кристалле, приводящего к деформации подложки.
[0005]
С другой стороны, подложка поликристаллического карбида кремния может быть произведена относительно недорого, и, кроме того, поскольку подложка поликристаллического карбида кремния содержит большое количество границ кристаллических зерен, скольжение дислокаций блокируется, и деформация подложки подавляется даже после выполнения термической обработки. Однако, когда для получения гладкой поверхности подложки применяется химико–механическая полировка (CMP), это приводит к проблеме снижения гладкости поверхности. Это происходит потому, что в подложке поликристаллического карбида кремния различные полярные грани и различные плоскости ориентации кристаллов перемешаны и обнажены на поверхности, и степени полировки и травления отличаются для соответствующих граней и плоскостей.
[0006]
Кроме того, недавно имелось несколько попыток производства высокоэффективного силового полупроводникового прибора посредством связывания тонкой пленки монокристаллического карбида кремния с недорогой подложкой поликристаллического карбида кремния (см., например, заявку JP–A 2015–15401 (Патентный документ 1)).
В способе прямого связывания, шероховатость поверхности связи должна быть очень малой величиной, и в настоящем изобретении посредством видоизменения поверхности связи для формирования аморфного слоя на поверхности может быть получена необходимая прочность связи даже в случае, когда шероховатость поверхности больше, чем требуется для поверхности связи в способе прямого соединения. Однако в настоящем изобретении поверхность подложки облучается пучком нейтральных атомов аргона для разрушения кристаллической структуры от поверхности до некоторой глубины для формирования аморфного слоя, и выполняется связывание аморфного слоя, и затем выполняется термообработка при 1000°C или более, так, что пространство между контактирующими поверхностями заполняется текучим аморфным слоем, то есть требуется специальная обработка. Соответственно, необходима подложка поликристаллического карбида кремния, имеющая очень малую шероховатость поверхности связи, с помощью которой возможно производство слоистой подложки, в которой тонкая пленка монокристаллического карбида кремния напрямую связана с подложкой поликристаллического карбида кремния способом прямого связывания.
[0007]
Кроме того, относительно сглаживания и выравнивания подложки на основе карбида кремния были раскрыты следующие методики.
В заявке JP–A 2015–211047 (Патентный документ 2) предоставляется способ полировки подложки на основе карбида кремния, в котором подложка карбида кремния закреплена таким образом, что подвергаемая полировке поверхность подложки на основе карбида кремния присоединена к проводящей поверхности стола посредством заполнения промежутка материалом, полировки зерен, помещением раствора электролита, содержащего электролит, между полируемой поверхностью и проводящей поверхностью стола, и посредством использования поверхности подложки на основе карбида кремния в качестве анода и проводящей поверхности стола в качестве катода, электролитическая полировка выполняется на подложке карбида кремния, при этом, по меньшей мере, часть полируемой поверхности подложки на основе карбида кремния приводится в контакт с раствором электролита.
Кроме того, в заявке JP–A 2016–155697 (Патентный документ 3) предоставляется способ ориентации подложки на основе карбида кремния, в котором рабочий электрод и противоэлектрод размещены в первом баке сосуда для раствора двойного типа посредством использования стабилизатора напряжения, в то время как контрольный электрод размещен во втором баке для раствора, и в конфигурации устройства для управления потенциалом первого и второго баков для раствора посредством солевого мостика поверхность подложки на основе карбида кремния, погруженная и размещенная в первом баке для раствора, полируется посредством вращающегося плоского электрода–катализатора, расположенного на рабочем электроде.
Однако, имеются некоторые проблемы, например, усложняются процессы обработки, изменяется качество обработки вследствие электрической проводимости, и в точках кристаллических дефектов образуются ямки.
[0008]
В заявке JP–A 2008–230944 (Патентный документ 4) было описано, что подложка монокристаллического карбида кремния, в которой существуют зоны нестабильности, включающие в себя кристаллические дефекты или поврежденный слой, возникшие в процессе полировки поверхности подложки, подвергается термообработке при температуре 1500°C или более, и 2300°C или менее в высоковакуумной среде для карбонизации поверхности и окрестности поверхности подложки монокристаллического карбида кремния и формирования карбонизированного слоя, затем полученная подложка монокристаллического карбида кремния подвергается термообработке под давлением насыщенного пара кремния для формирования защитного слоя роста, изготовленного из аморфного карбида кремния на части карбонизированного слоя, и в то же время для выполнения термического травления посредством сублимации аморфного слоя карбида кремния (второй процесс), может быть обнажена плоская поверхность монокристаллического карбида кремния, на которой возобновляются зоны нестабильности, и затем посредством дополнительного применения слабого термического травления к полученному монокристаллическому карбиду кремния, может быть получена достаточно плоская (стабилизированная) подложка монокристаллического карбида кремния. Однако, в этом способе, поскольку к карбиду кремния приложено термическое напряжение, стимулируется движение и расширение дефектов в кристалле, и возникает проблема с получением необходимого качества.
[0009]
2
В заявке JP–A H11–147766 (Патентный документ 5) в спеченных телах, состоящих из поликристаллов карбида кремния, предоставляется спеченное тело карбида кремния, отполированная поверхность которого имеет шероховатость 3 нм или менее в среднем отклонении профиля от центральной линии (Ra), измеренном посредством контактного способа измерения. Для производства спеченных тел карбида кремния также был раскрыт способ производства спеченных тел карбида кремния, в котором от 0,1 до 0,8% по весу бора или соединений бора и от 1 до 5% по весу углерода добавляются как спекающие добавки к порошку карбида кремния, имеющему средний диаметр частиц 0,7 мкм или менее, формуется смесь, сформованный продукт спекается в атмосфере инертного газа от 1900 до 2050°C при атмосферном давлении, и затем спеченный продукт подвергается обработке горячим изостатическим давлением (HIP) при более низкой температуре, чем температура спекания, под давлением 1000 кг/см или более, и впоследствии поверхность полученного HIP–обработкой продукта полируется алмазными абразивными зернами, имеющими средний диаметр частицы 2 мкм или менее. Однако, имеются некоторые проблемы, например в том, что усложняются технологические процессы, что качество кристалла снижается вследствие высокотемпературной обработки, что размер зерна поверхности ограничен, и что как примесь входит бор.
[0010]
Также предоставлены некоторые структуры и способы относительно уменьшения напряжения в подложке карбида кремния.
Например, в заявке JP–A 2013–216514 (Патентный документ 6) было раскрыто устройство для производства монокристалла карбида кремния, обеспеченное третьим теплоизоляционным материалом, таким, что третий теплоизоляционный материал выступает от внутренней поверхности периферийной стенки нагревающегося сосуда, окружая перемещаемую вращением опору. При такой схеме расположения температура внешней части края монокристалла карбида кремния может быть доведена до температуры третьего теплоизоляционного материала, и возникновение углубленной формы поверхности роста монокристалла карбида кремния может быть ограничено. Поэтому возникновение напряжения в монокристалле карбида кремния может быть ограничено, и снижение качества посредством возникновения кристаллических дефектов (дислокаций), или подобного, может быть предотвращено. Однако получено немалое влияние напряжения, возникающего вследствие схемы расположения кристалла карбида кремния и теплоизоляционного материала, температуры, или им подобного, и поэтому для уменьшения напряжений необходимо контролировать точность формы и температуру.
[0011]
Кроме того, в заявке JP–A H09–221395 (Патентный документ 7) в пленке поликристаллического карбида кремния, сформированной на теле основы, раскрыта пленка карбида кремния, описанная как сформированная с помощью покрытия поверхности основного тела тонкой поликристаллической пленкой. Однако затруднительно сделать изотропной ориентацию кристаллических зерен тонкой поликристаллической пленки, покрывающей поверхность основного тела, и, кроме того, возникает проблема влияния шероховатости поверхности тонкой поликристаллической пленки, покрывающей поверхность основного тела, на гладкость поверхности пленки поликристаллического карбида кремния.
ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0012]
Патентный документ 1: JP–A 2015–15401
Патентный документ 2: JP–A 2015–211047
Патентный документ 3: JP–A 2016–155697
Патентный документ 4: JP–A 2008–230944
Патентный документ 5: JP–A H11–147766
Патентный документ 6: JP–A 2013–216514
Патентный документ 7: JP–A H09–221395
Патентный документ 8: JP–A H07–335562
Патентный документ 9: JP–A 2016–18890
[0013]
Непатентный документ 1: “Heteroepitaxial Growth of 3C–SiC on Si Substrates” Hiroyuki Nagasawa, Kuniaki Yagi, Journal of the Japanese Association for Crystal Growth, Vol. 24, No. 3 (1997), p. 270–286
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0014]
Настоящее изобретение было реализовано для того, чтобы обратиться к проблемам, упомянутым выше, и цель настоящего изобретения заключается в предоставлении способа производства подложки на основе карбида кремния, при котором имеется гладкая и плоская поверхность, и, кроме того, реализуется снижение внутреннего напряжения, и в предоставлении подложки на основе карбида кремния.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
[0015]
В связи с данной технологией, если гладкая подложка (основная подложка) приготавливается заранее, поликристаллический карбид кремния осаждается на обеих поверхностях подложки, и затем основная подложка удаляется, можно ожидать, что поверхность поликристаллического карбида кремния, которая находилась в контакте с основной подложкой, будет иметь гладкость, эквивалентную гладкости поверхности основной подложки. Например, считается, что, если подложка Si используется в качестве основной подложки, на поверхности поликристаллического карбида кремния, которая находилась в контакте с основной подложкой (реплика поверхности подложки Si), может быть получена шероховатость поверхности, эквивалентная шероховатости поверхности подложки Si (например, среднее значение шероховатости Ra<1 нм). Кроме того, ожидается, что, например, если приготавливается кремниевая подложка, карбид кремния осаждается на кремниевой подложке, и затем кремниевая подложка удаляется посредством травления или подобным образом, получается отдельно стоящая (обособленная) подложка карбида кремния, и на поверхности, которая была в контакте с кремниевой подложкой, может быть получена шероховатость, эквивалентная шероховатости поверхности кремниевой подложки.
В дополнение, в заявке JP–A H07–335562 (Патентный документ 8) был предоставлен способ формирования пленки карбида кремния, который характеризуется включением в себя этапа формирования поверхностного карбонизированного слоя, изготовленного из монокристаллического карбида кремния, посредством карбонизации поверхности подложки монокристаллического кремния в атмосфере углерода, этапа отделения поверхностного карбонизированного слоя от кремниевой подложки и этапа осаждения карбида кремния из исходного газа кремния и исходного газа углерода, с поверхностным карбонизированным слоем, отделенным от кремниевой подложки, в качестве подложки.
Однако, как описано в Непатентном документе 1 (Journal of the Japanese Association for Crystal Growth, Vol. 24, No. 3 (1997), p. 270–286), в высокотемпературной среде, в которой осаждается карбид кремния, поверхность пластины Si подвергается травлению, термическому огрублению или карбонизации, и начальная гладкость снижается, и в результате гладкость на поверхности поликристаллического карбида кремния также снижается. Поэтому, как показано на Фиг.14, до того, как пленка 92 карбида кремния осаждается и формируется на кремниевой подложке 91, на кремниевой подложке 91 возникают ямки травления 91p, реплика передается на переднюю поверхность 92f отдельно стоящей подложки на основе карбида кремния (пленка 92 карбида кремния), и выступы 93 формируются на передней поверхности 92f, и, таким образом, необходимая гладкая поверхность не была получена.
[0016]
Посредством подготовки основной подложки, изготовленной из углерода, осаждения поликристаллического карбида кремния на подложке, и затем окисления и удаления углеродной подложки, представляется возможным избежать снижения гладкости вследствие термического огрубления и карбонизации. Однако, в зависимости от способа производства и объемной плотности углеродной подложки, имеется озабоченность проблемой того, что основная подложка, изготовленная из углерода, насыщается Si в осаждаемой атмосфере во время осаждения поликристаллического карбида кремния, и возникает деформация.
[0017]
Кроме того, представляется возможным использовать подложку карбида кремния непосредственно в качестве основной подложки, но затруднительна полировка поверхности поликристаллического карбида кремния до получения гладкости со средним значением шероховатости Ra 1 нм или менее, или нет способа выборочного отделения и извлечения такого вида поликристаллического карбида кремния, как в основной подложке, и поэтому это не может рассматриваться как практический способ.
[0018]
В дополнение к этому, в случае, когда подложка Si или подложка карбида кремния используется в качестве основной подложки, осажденный слой, который изначально должен быть поликристаллическим карбидом кремния, непреднамеренно формируется посредством эпитаксиального выращивания, что также вызывает проблему того, что образуются монокристаллы, и легко возникает деформация.
[0019]
Кроме того, в заявке JP–A 2016–18890 (Патентный документ 9), предоставляется способ производства пластины карбида кремния, включающий в себя: этап подготовки многослойной подложки на основе карбида кремния, имеющей стеклообразный углеродный слой на поверхности основного материала карбида кремния и слой карбида CVD–кремния на стеклообразном углеродном слое, и подложки монокристаллического карбида кремния, имеющей ионно–имплантированный слой, в котором ион водорода имплантирован на поверхность; связывающий этап соединения слоя карбида CVD–кремния многослойной подложки на основе карбида кремния и ионно–имплантированного слоя подложки монокристаллического карбида кремния для получения связанного тела; первый разделительный этап нагревания связанного тела для отделения ионно–имплантированного слоя от подложки монокристаллического карбида кремния для получения подложки, покрытой монокристаллом; и второй разделительный этап отделения стеклообразного слоя углерода от слоя карбида CVD–кремния подложки с осажденным монокристаллом для получения подложки на основе карбида кремния. Однако размягчение и сглаживание стеклообразного слоя углерода представляется затруднительным, также затруднительно выравнивать стеклообразный углеродный слой посредством CMP, и поэтому затруднительно получение гладкой подложки на основе карбида кремния посредством отделения.
И, что хуже, углеродный слой недостаточно устойчив к воздействию окисляющей атмосферы, и поэтому поверхность может быть огрублена, когда формируется слой карбида CVD–кремния.
Заявители интенсивно изучали вышеупомянутые полученные результаты и, таким образом, реализовали настоящее изобретение.
[0020]
Таким образом, в настоящем изобретении предоставляется следующий способ производства подложки на основе карбида кремния, и подложка карбида кремния.
[1] Способ производства подложки на основе карбида кремния, содержащий этапы:
предоставления покрывающих слоев, каждый из которых содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид на обеих поверхностях основной подложки, изготовленной из углерода, кремния или карбида кремния для подготовки поддерживающей подложки, имеющей покрывающие слои, каждый из которых имеет гладкую поверхность;
формирования пленок поликристаллического карбида кремния на обеих поверхностях поддерживающей подложки способом осаждения из газовой фазы или способом выращивания из жидкой фазы; и
химического удаления, по меньшей мере, покрывающих слоев на поддерживающей подложке для отделения пленок поликристаллического карбида кремния от поддерживающей подложки в состоянии отображения гладкости поверхностей покрывающих слоев на поверхности пленок поликристаллического карбида кремния, и получения пленок поликристаллического карбида кремния в качестве подложек карбида кремния, каждая из которых имеет размер кристаллического зерна 10 нм или более и 10 мкм или менее и среднее значение шероховатости Ra, по меньшей мере, одной из ее главных поверхностей 0,3 нм или менее.
[2] Способ производства подложки на основе карбида кремния, описанный в [1], причем поддерживающая подложка подготавливается посредством сглаживания обеих поверхностей основной подложки, формирования покрывающих слоев, изготовленных из оксида кремния, нитрида кремния, карбонитрида кремния или силицида, на обеих поверхностях основной подложки и отображения гладких поверхностей основной подложки на поверхности покрывающих слоев.
[3] Способ производства подложки на основе карбида кремния, описанный в [1], причем поддерживающая подложка подготавливается посредством формирования покрывающих слоев, изготовленных из фосфоросиликатного стекла или борофосфоросиликатного стекла на обеих поверхностях основной подложки, и оплавления покрывающих слоев для образования гладких поверхностей покрывающих слоев.
[4] Способ производства подложки на основе карбида кремния, описанный в любом из пунктов [1]–[3], причем пленки поликристаллического карбида кремния формируются термическим способом CVD.
[5] Подложка карбида кремния, включающая в себя пленку поликристаллического карбида кремния, осажденную из газовой фазы, или осажденную из жидкой фазы, подложка карбида кремния, имеющая размер кристаллического зерна 10 нм или более и 10 мкм или менее, и среднее значение шероховатости Ra, по меньшей мере, одной из ее главных поверхностей 0,3 нм или менее.
[6] Подложка карбида кремния, описанная в [5], причем подложка карбида кремния состоит, по меньшей мере, из одного из кубического кристалла и гексагонального кристалла, и объем кристаллических зерен, в которых плотноупакованная плоскость ориентирована под телесным углом в пределах 1/3 π стерадиан к перепендикулярной оси главной поверхности подложки, составляет половину или менее от полного объема составляющих кристаллических зерен.
[7] Подложка карбида кремния, описанная в [5] или [6], причем значение BOW подложки составляет –30 мкм или более и 30 мкм или менее, если диаметр подложки составляет 6 дюймов.
ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021]
В соответствии с настоящим изобретением, пленка поликристаллического карбида кремния формируется на покрывающем слое поддерживающей подложки, имеющей гладкую поверхность, без разрушения покрывающего слоя, и вследствие этого пленка поликристаллического карбида кремния, имеющая поверхность, отображающую гладкость поверхности поддерживающей подложки, может быть получена в качестве подложки на основе карбида кремния.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022]
[Фиг.1] Фиг.1 изображает набор видов, показывающих этапы одного из вариантов реализации способа производства подложки на основе карбида кремния в соответствии с настоящим изобретением, Фиг.1(A) – вид в разрезе поддерживающей подложки, полученной посредством предоставления покрывающих слоев на обе поверхности основной подложки, Фиг.1(B) – вид в разрезе, показывающий тот факт, что пленка поликристаллического карбида кремния сформирована на всей поверхности поддерживающей подложки, Фиг.1(C) – вид в разрезе, показывающий тот факт, что пленка поликристаллического карбида кремния в торцевых частях поддерживающей подложки удалена, и Фиг.1(D) – вид в разрезе, показывающий тот факт, что пленки поликристаллического карбида кремния выбираются как подложки на основе карбида кремния.
[Фиг.2] Фиг.2 – изображение поверхности подложки на основе карбида кремния из Примера 1, полученное на атомном силовом микроскопе (AFM).
[Фиг.3] Фиг.3 – диаграмма, показывающая профиль поверхности подложки на основе карбида кремния из Примера 1.
[Фиг.4] Фиг.4 – AFM–изображение поверхности подложки на основе карбида кремния из Примера 2.
[Фиг.5] Фиг.5 – диаграмма, показывающая профиль поверхности подложки на основе карбида кремния из Примера 2.
[Фиг.6] Фиг.6 – AFM–изображение поверхности подложки на основе карбида кремния, прилегающей к кремниевой подложке, из Сравнительного Примера 1.
[Фиг.7] Фиг.7 – диаграмма, показывающая профиль поверхности подложки на основе карбида кремния, прилегающей к кремниевой подложке, из Сравнительного Примера 1.
[Фиг.8] Фиг.8 – AFM–изображение поверхности после CMP–обработки подложки на основе карбида кремния из Сравнительного Примера 1.
[Фиг.9] Фиг.9 – диаграмма, показывающая профиль поверхности после CMP–обработки подложки на основе карбида кремния из Сравнительного Примера 1.
[Фиг.10] Фиг.10 – AFM–изображение поверхности подложки на основе карбида кремния, прилегающей к углеродной подложке, из Сравнительного Примера 2.
[Фиг.11] Фиг.11 – диаграмма, показывающая профиль поверхности подложки на основе карбида кремния, прилегающей к углеродной подложке, из Сравнительного Примера 2.
[Фиг.12] Фиг.12 – AFM–изображение поверхности после CMP–обработки подложки на основе карбида кремния из Сравнительного Примера 2.
[Фиг.13] Фиг.13 – диаграмма, показывающая профиль поверхности после CMP–обработки подложки на основе карбида кремния из Сравнительного Примера 2.
[Фиг.14] Фиг.14 – два вида в разрезе, показывающие пример производства обычной подложки на основе карбида кремния, Фиг.14(A) – вид в разрезе, показывающий факт, что пленка карбида кремния сформирована на кремниевой подложке, имеющей ямки травления, и Фиг.14(B) – вид в разрезе, показывающий факт, что пленка карбида кремния выбирается как подложка карбида кремния.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
[0023]
[Способ производства подложки на основе карбида кремния]
Ниже описан способ производства подложки на основе карбида кремния в соответствии с настоящим изобретением.
Способ производства подложки на основе карбида кремния в соответствии с настоящим изобретением включает в себя: этап предоставления покрывающих слоев, каждый из которых содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид на обеих поверхностях основной подложки, изготовленной из углерода, кремния или карбида кремния для подготовки поддерживающей подложки, имеющей покрывающие слои, каждый из которых имеет гладкую поверхность; этап формирования пленок поликристаллического карбида кремния на обеих поверхностях поддерживающей подложки способом осаждения из газовой фазы или способом выращивания из жидкой фазы; и этап получения пленки поликристаллического карбида кремния, извлеченной посредством химического удаления всей поддерживающей подложки, или отделения пленки поликристаллического карбида кремния от основной подложки посредством химического удаления покрывающих слоев в поддерживающей подложке в качестве подложки на основе карбида кремния, имеющей размер кристаллического зерна 10 нм или более и 10 мкм или менее, и среднее значение шероховатости Ra, по меньшей мере, одной из ее главных поверхностей 0,3 нм или менее.
Ниже, в связи с Фиг.1, описывается вариант реализации способа производства подложки на основе карбида кремния в соответствии с настоящим изобретением.
[0024]
(Этап 1)
Покрывающие слои 1b и 1b, каждый из которых представляет собой пленку, содержащую оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид, предоставляются на обеих поверхностях основной подложки 1а, изготовленной из углерода, кремния или карбида кремния, и подготовлена поддерживающая подложка 1, имеющая покрывающие слои 1b и 1b, каждый из которых имеет гладкую поверхность (Фиг.1(A)).
[0025]
Таким образом, основная подложка 1а представляет собой подложку, имеющую однородную толщину и изготовленную из углерода, кремния или карбида кремния. Например, в качестве основной подложки 1а могут быть упомянуты подложка углерода высокой чистоты, кремниевая (Si) пластина или подложка карбида кремния.
Размер главной поверхности основной подложки 1а соответствует размеру подложки на основе карбида кремния, которая должна быть получена в конечном итоге, и может быть соответственно выбран из, например, диаметров 3 дюйма, 6 дюймов и т.п. Кроме того, предпочтительно, чтобы толщина основной подложки 1а была достаточно большой для обеспечения достаточной прочности для поддерживания пленки карбида кремния, которая будет описана ниже, и достаточно тонкой для того, чтобы было легко выполнить удаление, которое будет описано ниже, и предпочтительная толщина составляет, например, 100–1000 мкм, и, более предпочтительно, 300–700 мкм.
[0026]
Покрывающий слой 1b представляет собой пленку, изготовленную из материала, имеющего низкую реакционную способность с исходным материалом (исходный газ в случае способа химического осаждения из газовой фазы), используемым в формировании пленки поликристаллического карбида кремния, выполняемом позже, и содержащую оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид, и предназначенную для сдержания нежелательного травления или реакции карбонизации основной подложки 1а при формировании пленки поликристаллического карбида кремния. Кроме того, покрывающий слой 1b представляет собой пленку, изготовленную из материала, который может быть химически удален без влияния на пленку поликристаллического карбида кремния после формирования пленки поликристаллического карбида кремния.
[0027]
Таким образом, покрывающий слой 1b может содержать другие материалы–субкомпоненты в дополнение к главному компоненту – оксиду кремния, нитриду кремния, карбонитриду кремния или силициду, при условии, что пленка изготовлена из материала, имеющего низкую реакционную способность с исходным материалом (исходный газ в случае способа химического осаждения из газовой фазы), используемым в формировании пленки поликристаллического карбида кремния, выполняемом позже, что подавляет нежелательное травление или реакцию карбонизации основной подложки 1а при формировании пленки поликристаллического карбида кремния, и изготовлена из материала, который может быть химически удален без влияния на пленку поликристаллического карбида кремния после формирования пленки поликристаллического карбида кремния.
[0028]
2
2
3
2
5
Например, выражение “покрывающий слой 1b, содержащий оксид кремния” включает в себя не только покрывающий слой 1b, изготовленный только из оксида кремния, но также и покрывающий слой 1b, изготовленный из оксида кремния (SiO) и других стеклообразующих компонентов, и предпочтительно включает в себя покрывающий слой 1b, изготовленный из боросиликатного стекла (BSG), фосфоросиликатного стекла (PSG) или борофосфоросиликатного стекла (BPSG), имеющего свойства текучести допированного BO и/или PO.
Кроме того, выражение “покрывающий слой 1b, содержащий нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид” включает в себя не только покрывающий слой 1b изготовленный только из нитрида кремния, карбонитрида кремния или силицида, но также и покрывающий слой 1b, изготовленный из материала, содержащего нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид, и других материалов–субкомпонентов, которые не подавляют вышеупомянутые свойства.
[0029]
В качестве предпочтительного покрывающего слоя 1b отмечаются следующие слои.
Например, в случае, когда основная подложка 1а представляет собой подложку монокристаллического кремния, пленки термически образованного оксида (пленки оксида кремния), сформированные на передней и задней поверхностях подложки посредством обработки кремниевой подложки термическим окислением, обе могут быть использованы как покрывающий слой 1b.
Кроме того, пленка стекла, полученного центрифугированием (SOG), сформирована на поверхности основной подложки 1а, и пленка SOG может использоваться как покрывающий слой 1b.
Альтернативно, пленка, изготовленная из фосфоросиликатного стекла (PSG) (пленка PSG) или пленка, изготовленная из борофосфоросиликатного стекла (BPSG) (пленка BPSG), сформированная способом термического химического осаждения из газовой фазы (CVD), может использоваться как покрывающий слой 1b.
В дополнение, пленка химического осаждения из газовой фазы, изготовленная из оксида кремния, нитрида кремния, карбонитрида кремния или силицида, может использоваться как покрывающие слои 1b.
Кроме того, металлическая пленка осаждается на кремниевой подложке способом осаждения из газовой фазы или подобным, осажденная металлическая пленка дальше нагревается, так, чтобы вызвать твердофазную реакцию, и силицид какого–либо металла (например, никеля, кобальта, молибдена, вольфрама или подобного) может быть сформирован как покрывающий слой 1b.
[0030]
Таким образом, если покрывающий слой 1b – аморфная пленка, посредством выбора способа формирования пленки и условий формирования пленки, даже если пленка карбида кремния осаждается на аморфной пленке, изотропно ориентированная пленка поликристаллического карбида кремния может быть получена независимо от способа осаждения и условий осаждения, и поэтому это предпочтительно.
[0031]
Толщина покрывающего слоя 1b особым образом не ограничена, при условии, что может быть обеспечена гладкость поверхности поддерживающей подложки 1, и покрывающий слой 1b может быть химически удален. Толщина, например, предпочтительно от 0,01 до 10 мкм, и, более предпочтительно, от 0,1 до 1 мкм.
[0032]
Гладкость поверхности поддерживающей подложки 1 должна быть на уровне, требуемом для подложки на основе карбида кремния, поскольку гладкость в конечном итоге отображается на поверхность подложки на основе карбида кремния, и среднее значение шероховатости Ra поверхности – предпочтительно 0,3 нм или менее, и, более предпочтительно, 0,1 нм или менее.
[0033]
В связи с этим, среднее значение шероховатости Ra, упомянутое здесь, рассчитывается посредством формулы для среднего значения шероховатости Ra, определенной в JIS B0601: 2013 на основе данных профиля поверхности (кривая профиля), полученных измерением интересующей поверхности подложки сканирующим зондовым микроскопом (SPM), таким, как атомный силовой микроскоп (AFM) (то есть, среднее число абсолютных значений Z(x) (высота кривой шероховатости в произвольном положении x) на опорной длине на кривой шероховатости) (то же самое применимо к среднему значению шероховатости Ra, описанному ниже). В связи с этим, профиль поверхности (кривая профиля) – это профиль в направлении поперечного сечения, где наблюдалась структура поверхности целевого образца, и неровность велика насколько это возможно.
[0034]
В настоящем изобретении рекомендуются два способа как способы подготовки поддерживающей подложки 1, имеющей обе поверхности сглаженными, как описано выше. Эти два способа следующие: способ подготовки поддерживающей подложки 1 посредством сглаживания обеих поверхности основной подложки 1а и затем формирования покрывающих слоев 1b и 1b, которые отображают гладкие поверхности в пределах поверхностей покрывающих слоев (способ 1); и способ подготовки поддерживающей подложки 1 посредством формирования покрывающих слоев 1b и 1b на обеих поверхностях основной подложки 1а и затем оплавления покрывающих слоев 1b и 1b для сглаживания поверхности покрывающих слоев (способ 2).
[0035]
Таким образом, в качестве способа 1, предпочтительно, чтобы обе поверхности основной подложки 1а, желательно основной подложки 1а, изготовленной из углерода или кремния, сглажены, и затем покрывающие слои 1b и 1b сформированы на обеих поверхностях основной подложки 1а, гладкие поверхности основной подложки 1а отображены на поверхности покрывающих слоев 1b и 1b, и произведена поддерживающая подложка 1.
[0036]
В этом отношении, предпочтительно, чтобы обе поверхности основной подложки 1а, изготовленной из углерода или кремния были сглажены CMP –обработкой так, чтобы каждая имела среднее значение шероховатости Ra приблизительно 0,1 нм. Затем, любая вышеупомянутая пленка может быть сформирована как покрывающий слой 1b. При этом, в случае, когда основная подложка 1а – кремниевая подложка (подложка Si), если кремниевая подложка термически окислена, гладкая и однородная пленка оксида кремния может быть легко получена в качестве покрывающего слоя 1b, и, тем самым, это предпочтительно. Кроме того, если используется способ химического осаждения из газовой фазы, даже пленка, изготовленная из оксида кремния, нитрида кремния, карбонитрида кремния, либо силицида, может быть сформирована как покрывающий слой 1b, имеющий произвольную толщину пленки, и это предпочтительно. Альтернативно, две подложки на основе карбида кремния, имеющие, по меньшей мере, одну сглаженную поверхность, произведенные в соответствии со способом производства настоящего изобретения, соединены для получения одной подложки так, что сглаженные поверхности находятся снаружи одной подложки, и эта подложка может быть использована как основная подложка 1а.
[0037]
В качестве способа 1, например, поддерживающая подложка 1 оптимально подготавливается следующим образом.
Таким образом, сначала подготавливается подложка монокристаллического Si с отполированными обеими поверхностями. В этот момент среднее значение шероховатости (Ra) поверхности после полировки составляет 0,1 нм или менее. Затем подложка монокристаллического Si помещается в устройство термического окисления и подвергается влажному окислению при 1100°C за время 300 минут. Посредством этого окисления на обеих поверхностях подложки Si формируются пленки термически образованного оксида как покрывающие слои 1b и 1b. Желательное значение Ra поверхности оксидной пленки составляет 0,3 нм или менее, и более желательное – 0,1 нм или менее. Для отображения на поверхность гладкой поверхности основной подложки 1а толщина оксидной пленки предпочтительно должна быть ограничена значением 0,5 мкм или менее. Таким образом, в случае, когда среднее значение шероховатости Ra поверхности оксидной пленки превышает 0,3 нм, поверхность может быть сглажена полировкой, травлением или подобным образом.
[0038]
Кроме того, в качестве способа 2, предпочтительно, чтобы покрывающие слои 1b, изготовленные из фосфоросиликатного стекла (PSG) или борофосфоросиликатного стекла (BPSG) были сформированы на обеих поверхностях основной подложки 1а, и затем покрывающие слои 1b были оплавлены, чтобы составить гладкие поверхности покрывающих слоев, и таким образом подготовлена поддерживающая подложка 1.
[0039]
В этом случае основная подложка 1а может быть изготовлена из углерода, кремния, либо карбида кремния, и в качестве основной подложки 1а может быть даже использована подложка карбида кремния, сглаживание посредством полировки поверхности которой затруднено. Таким образом, пленки PSG или пленки BPSG сформированы на обеих поверхностях основной подложки 1а в качестве покрывающих слоев 1b, и затем поверхности также сглаживаются посредством оплавления пленок нагреванием при высокой температуре около 1000°C, и, таким образом, может быть получена желаемая поддерживающая подложка 1. Кроме того, в случае, когда в качестве основной подложки 1а используется подложка карбида кремния, покрывающие слои 1b способствуют отделению основной подложки 1а и пленки поликристаллического карбида кремния, и пленка поликристаллического карбида кремния может быть отделена и извлечена. Таким образом, пленка PSG или пленка BPSG могут быть сформированы обычным известным способом, например, термическим способом CVD.
[0040]
(Этап 2)
Далее пленка 10 поликристаллического карбида кремния формируется на всей поверхности поддерживающей подложки 1 способом осаждения из газовой фазы или способом выращивания из жидкой фазы (Фиг.1(B)).
[0041]
Таким образом, формирование пленки 10 карбида кремния предпочтительно выполнять способом химического осаждения из газовой фазы, и более предпочтительно термическим способом CVD.
[0042]
(Пример формирования пленки карбида кремния)
Ниже описывается случай использования поддерживающей подложки 1, в которой пленки термически образованного оксида сформированы в качестве покрывающих слоев 1b и 1b на поверхностях основной подложки 1а подложки монокристаллического Si.
Вначале поддерживающая подложка 1, представляющая собой пластину, поверхности которой сглажены, как описано выше, помещается в термическое устройство CVD.
Когда поддерживающая подложка 1 помещена в устройство, только одна часть в периферийной части подложки прикреплена к стержню, изготовленному из углерода или карбида кремния с помощью гайки, так что обе поверхности поддерживающей подложки 1 однородным образом подвержены действию газовой атмосферы. Поскольку неподвижная часть – только одна часть, напряжение не возникает, даже если присутствует разность коэффициентов теплового расширения между зажимным приспособлением установки и пластиной, и деформация и остаточное напряжение подложки сдержаны даже после термического процесса CVD.
[0043]
2
2
2
Затем температура поддерживающей подложки 1 поднимается до определенной температуры формирования пленки в атмосфере азота при атмосферном давлении, и вводятся хлорсилан и углеводород. Введенный хлорсилан термически разлагается в газовой фазе, образуя SiCl, и SiCl адсорбируется на покрывающих слоях 1b и 1b, сформированных на обеих поверхностях поддерживающей подложки 1. Адсорбируемый SiCl восстанавливается водородом, образуя Si. Затем Si реагирует с углеводородом, образуя карбид кремния на покрывающих слоях 1b и 1b. Кроме того, карбид кремния формируется также на внешней периферийной части концевых частей поддерживающей подложки 1. Таким образом, если речь идет о подложке монокристаллического Si, карбид кремния, формирующий пленку, принимает кристалличность подложки Si, и формируется (эпитаксиальным выращиванием) монокристалл, однако, подложка Si покрыта аморфной оксидной пленкой, что препятствует эпитаксиальному выращиванию, и формируется поликристаллический карбид кремния.
Таким образом, в случае, когда оксидная пленка (покрывающий слой 1b) термически повреждена или вытравлена в ходе вышеупомянутого процесса, повреждение оксидной пленки может быть сдержано преднамеренным осаждением тонкой пленки поликристаллического карбида кремния при низкой температуре или преобразованием поверхности оксидной пленки в пленку карбида кремния в атмосфере углеводорода, и впоследствии осаждение поликристаллического карбида кремния может быть выполнено при высокой температуре и высокой скорости.
[0044]
Кристаллические зерна формируемого в виде пленки поликристаллического карбида кремния образуют кубическую или гексагональную кристаллическую структуру, однако пленка формируется таким образом, что наиболее устойчивая кристаллическая плоскость в терминах энергии распространяется в поверхностной области, и поэтому ориентация кристаллических зерен не обязательно однородна. Если кристаллические зерна ориентированы в определенном направлении, напряжение пленки карбида кремния увеличивается, или на подложке образуется BOW. Ввиду этого, предпочтительно поддерживать размер кристаллического зерна как можно меньше, и дополнительно увеличить степень перенасыщения в газовой фазе так, чтобы кристаллические зерна были ориентированы в случайных направлениях (изотропная ориентация). По этой причине температура подложки может находиться в диапазоне от 1000 до 1370°C, и, более желательно, в диапазоне от 1250 до 1330°C. В случае, когда температура подложки низкая, подходящая для массового промышленного производства скорость осаждения пленки (5 мкм/ч или больше) не может быть получена из–за недостаточного разложения хлорсилана в газовой фазе. С другой стороны, в случае, когда температура подложки экстремально высока, боковой рост кристаллических зерен способствует увеличению ориентации пленки, и эффект настоящего изобретения не может проявиться. В этом отношении, в случае, когда покрывающий слой 1b изготовлен из PSG или BPSG, температура подложки достигает температуры оплавления или больше, и поэтому желательно в короткое время нагреть подложку и покрыть подложку поликристаллическим карбидом кремния.
[0045]
3
3
2
Кроме того, в качестве хлорсилана исходного газа может быть выбран дихлорсилан, трихлорсилан, либо тетрахлорсилан, однако, в качестве заменителя хлорсилана может использоваться смешанный газ силана или дисилана и хлороводорода. В случае, когда дихлорсилан используется в качестве хлорсилана, введение дихлорсилана предпочтительно выполнять со скоростью потока 50–500 см/мин., и более предпочтительно со скоростью потока 100–300 см/мин. В случае, когда скорость потока слишком низка, не только не может быть получена достаточная скорость осаждения пленки, но также уменьшается скорость перенасыщения, и кристаллическая ориентация пленки становится высокой, и внутреннее напряжение в пленке может увеличиться, или на подложке может образоваться BOW. Кроме того, в случае, когда скорость потока слишком высока, количество образовавшегося SiCl в газовой фазе становится избыточным, что может привести к смешиванию микрокристаллов Si в пленке. С другой стороны, вместо углеводорода могут использоваться метан, этан, ацетилен, пропан или им подобные, и желательно использовать ацетилен, поскольку он наиболее устойчив в температурном диапазоне, описанном в настоящем варианте реализации. В случае использования ацетилена в сочетании с дихлорсиланом, отношение количества атомов Si к количеству атомов C, подлежащих введению, желательно составляет кремний к углероду (Si/C) = 1,5 к 3,5, и, более желательно, 2,0 к 3,0. В случае, когда это отношение слишком большое, количество исходного вещества реакции Si становится избыточным, и в пленку карбида кремния могут быть включены микрокристаллы Si. С другой стороны, в случае, когда это отношение слишком маленькое, может возникнуть проблема, что на поверхности подложки усиливается травление, или осаждается графит осажден.
[0046]
В вышеописанном термическом процессе CVD поверхность кристаллической пластины (поддерживающей подложки 1) подвергнута атмосфере хлоридовозгонки или атмосфере карбонизации, однако, поверхность покрывается оксидной пленкой, устойчивой к окислению и хлоридовозгонке, в качестве покрывающего слоя 1b, и поэтому образование ямок травления сдержано, и гладкость на поверхности контакта с пленкой поликристаллического карбида кремния поддерживается без влияния термического огрубления.
[0047]
В вышеописанном наиболее подходящем диапазоне условий CVD получена пленка поликристаллического карбида кремния, ориентированная в случайных направлениях (изотропически), и, независимо от ориентации поверхности подложки Si, объемная доля кристаллических зерен, ориентирующих плотноупакованную плоскость под телесным углом в пределах 1/3 π стерадиан к перпендикулярной оси подложки составляет половину или менее от общего объема составляющих кристаллических зерен. Распределение ориентации кристалла может быть количественно вычислено на основе качающейся кривой или полярных координат способом рентгеновской дифракции, электронной дифракции обратного рассеяния (EBSD), или тому подобным.
[0048]
Толщина пленки 10 карбида кремния, формируемой на передней и задней главных поверхностях поддерживающей подложки 1 предпочтительно составляет 50 мкм или более, так, что она может сохранять достаточную механическую прочность даже после удаления поддерживающей подложки 1, и, кроме того, более предпочтительно 150 мкм или более.
[0049]
(Этап 3)
Далее пленка карбида кремния, осажденная на торцевых частях поддерживающей подложки 1 пленки 10 карбида кремния, удаляется посредством шлифования для обнажения торцевых сторон поддерживающей подложки 1 (Фиг.1(C)).
На данном этапе пленка карбида кремния на торцевых частях поддерживающей подложки 1 может быть удалена посредством резки алмазным кругом или шлифования абразивными зернами. В результате торцевые части поддерживающей подложки 1 обнажены, и в то же время получено состояние, в котором подложки 10a и 10b карбида кремния, представляющие собой пленки карбида кремния, присутствуют на передней и задней главных поверхностях поддерживающей подложки 1.
[0050]
(Этап 4)
Далее пленки поликристаллического карбида кремния отделяются от поддерживающей подложки 1 в состоянии отображения гладкости поверхностей покрывающих слоев 1b на поверхности пленок поликристаллического карбида кремния посредством химического удаления, по меньшей мере, покрывающих слоев 1b и 1b на поддерживающей подложке 1, и пленки поликристаллического карбида кремния получены как подложки 10a и 10b карбида кремния (Фиг.1(D)).
[0051]
Таким образом, в качестве способа отделения пленок поликристаллического карбида кремния от поддерживающей подложки 1 вся поддерживающая подложка 1 может быть химически удалена для извлечения пленок поликристаллического карбида кремния, или покрывающие слои 1b и 1b на поддерживающей подложке 1 могут быть химически удалены, и пленки поликристаллического карбида кремния могут быть отделены от основной подложки 1а.
[0052]
Таким образом, в случае, когда поддерживающая подложка 1 представляет собой поддерживающую подложку, на которой на поверхностях вышеописанной основной подложки 1а подложки монокристаллического Si в качестве покрывающих слоев 1b и 1b сформированы пленки термически образованного оксида, ламинированная подложка со строением, показанным на Фиг.1(C), оптимальным образом погружена в смесь растворов фтороводородной кислоты и азотной кислоты для удаления всей поддерживающей подложки 1, то есть подложки Si и термических оксидных пленок посредством травления. На данном этапе каждая из пленок поликристаллического карбида кремния, осажденных на передней и задней поверхностях поддерживающей подложки 1 имеет достаточную химическую устойчивость, и может быть собрана как единая пленка, не будучи подвергнутой травлению. Кроме того, пленки поликристаллического карбида кремния осаждены на обеих поверхностях поддерживающей подложки 1, и поэтому две пленки поликристаллического карбида кремния на подложке могут быть получены как подложки 10a и 10b карбида кремния посредством этого травления.
[0053]
Кроме того, в случае, когда основная подложка 1а изготовлена из углеродной подложки на поддерживающей подложке 1, углерод оптимальным образом окисляется и удаляется нагреванием в атмосферном воздухе, и остающийся покрывающий слой 1b может быть удален химическим травлением.
[0054]
В дополнение, в случае, когда основная подложка 1а изготовлена из подложки на основе карбида кремния на поддерживающей подложке 1, покрывающие слои 1b и 1b подвергаются химическому травлению и удаляются с торцевых частей поддерживающей подложки 1, и пленки карбида кремния оптимальным образом отделяются от основной подложки 1а.
[0055]
В случае, когда покрывающие слои 1b и 1b подвергаются химическому травлению и удаляются, в качестве предпочтительных растворов травления упомянуты нижеследующие.
Например, в случае, когда покрывающие слои 1b, каждый из которых изготовлен из оксида кремния, подвергаются химическому травлению и удаляются, в качестве раствора травления оптимально использовать смесь растворов фтороводородной кислоты и азотной кислоты.
Кроме того, в случае, когда покрывающие слои 1b, каждый из которых изготовлен из нитрида кремния, подвергаются химическому травлению и удаляются, в качестве раствора травления оптимально использовать фосфорную кислоту (при температуре раствора 150°C или более).
В дополнение, в случае, когда покрывающие слои 1b, каждый из которых изготовлен из карбонитрида кремния, подвергаются химическому травлению и удаляются, в качестве раствора травления оптимально использовать жидкий KOH или жидкий NaOH (при температуре раствора 400°C или более).
2
4
3
3
4
3
3
Кроме того, в случае, когда покрывающие слои 1b, каждый из которых состоит из силицида, подвергаются химическому травлению и удаляются, в качестве раствора для травления может быть надлежащим образом выбрана и оптимальным образом использована серная кислота (HSO), азотная кислота (HNO), фосфорная кислота (HPO), фосфиновая кислота (HPO), либо смесь органических кислот в зависимости от металла, составляющего силицид.
В дополнение, в случае, когда покрывающие слои 1b, каждый из которых изготовлен из фосфоросиликатного стекла или борофосфоросиликатного стекла, подвергаются химическому травлению и удаляются, в качестве раствора травления оптимально использовать приблизительно 48–процентный по весу водный раствор гидрофтористой кислоты (гидрофтористая кислота).
[0056]
Поверхности подложек 10a и 10b карбида кремния, полученных, как описано выше, находящиеся в контакте с покрывающими слоями 1b и 1b, отображают форму (гладкость) поверхностей покрывающих слоев 1b, и поэтому подложка поликристаллического карбида кремния, имеющая гладкость 0,3 нм или менее в среднем значении шероховатости Ra может быть получена без прохождения через сложный процесс полировки.
Кроме того, размер зерна кристаллических зерен, составляющих подложки 10a и 10b карбида кремния, находится в диапазоне от 10 нм до 10 мкм, желательно в диапазоне от 100 нм до 5 мкм, и, более желательно, в диапазоне от 100 нм до 2 мкм. Если размер кристаллического зерна находится в этом диапазоне, увеличение удельного сопротивления пленки может быть сдержано, и потери во время использования в качестве подложки устройства питания могут быть уменьшены. В дополнение, ориентация кристалла может быть сдержана, и локализация напряжения может быть сдержана.
[0057]
Кроме того, ориентации кристаллических зерен, составляющих подложки 10a и 10b карбида кремния изотропны, и скольжение дислокаций затруднено, и поэтому возникновение напряжения может также быть ограничено 100 MПa или менее, и BOW и деформация подложек карбида кремния могут также быть ограничены. Вообще говоря, в кристаллической пленке возникают деформации изменения напряжения из–за скольжения дислокаций. В случае, когда кристаллические зерна ориентированы изотропически, однако, направление скольжения дислокаций также изотропно, кроме того, скольжение дислокаций затрудняют границы кристаллических зерен, и поэтому деформация и распространение напряжений ограничены. В этом отношении, напряжение и шероховатость поликристаллической пленки находятся под влиянием размера кристаллических зерен, однако, размером кристаллических зерен можно произвольно управлять посредством температуры и давления во время осаждения.
[0058]
Как описано выше, в соответствии со способом производства подложки на основе карбида кремния настоящего изобретения, может быть получена подложка поликристаллического карбида кремния высокого уровня плоскости и гладкости и имеющая уменьшенное внутреннее напряжение.
ПРИМЕРЫ
[0059]
Ниже, настоящее изобретение описывается более конкретно относительно Примеров и Сравнительных Примеров, однако, настоящее изобретение в целом не ограничено этими Примерами. В этом отношении, среднее значение шероховатости Ra был вычислено по формуле среднего значения шероховатости Ra, определенной в заявке JIS B0601: 2013 на основе данных о профиле поверхности (кривой профиля), полученных измерением с использованием атомного силового микроскопа (AFM). Следует отметить, что профиль поверхности (кривая профиля) на данном этапе был профилем в направлении поперечного сечения, где неровность была настолько большой, насколько это возможно при соблюдении структуры поверхности целевого образца.
[0060]
[Пример 1]
Подложка карбида кремния была подготовлена посредством процедуры, показанной на Фиг.1.
Сначала в качестве основной подложки 1а использовалась подложка монокристаллического кремния, имеющая диаметр 3 дюйма, толщину 400 мкм, и поверхность плоскости (100). Обе поверхности кремниевой подложки были отполированы, и среднее значение шероховатости Ra поверхности подложки составляло 0,1 нм.
Далее кремниевая подложка была подвергнута обработке влажным окислением при 1100°C, и в качестве покрывающих слоев 1b и 1b на передней и задней поверхностях подложки были сформированы пленки термически образованного оксида, каждая из которых имеет толщину 0,5 мкм, для подготовки поддерживающей подложки 1. В этом случае поверхности покрывающих слоев 1b и 1b (пленки термически образованного оксида) отображают гладкие поверхности основной подложки 1а (кремниевой подложки), и среднее значение шероховатости Ra поверхности поддерживающей подложки 1 составляло 0,3 нм или менее.
Далее на поддерживающей подложке 1 была сформирована пленка карбида кремния посредством использования термического способа CVD при следующих условиях.
(Условия формирования пленки)
Температура формирования пленки: 1300°C,
Давление: 11 Па, и
3
3
Введенный газ: 200 см/мин. дихлорсилана, 50 см/мин. ацетилена, и 3 ст. л/мин. водорода.
Пленка 10 кубического карбида кремния, имеющая толщину 300 мкм, была сформирована посредством формирования пленки во время 6 часов.
Далее пленка карбида кремния, осажденная на торцевых частях поддерживающей подложки 1, был удалена посредством шлифования для обнажения торцевых сторон поддерживающей подложки. После этого образец был погружен в смесь фтороводородной кислоты и азотной кислоты для удаления всей поддерживающей подложки 1. В результате удаления поддерживающей подложки 1 были получены отдельно стоящие подложки 10a и 10b карбида кремния, каждая из которых имеет толщину 300 мкм.
[0061]
Когда поверхности 10af и 10bf подложек 10a и 10b карбида кремния, которые находились в контакте с покрывающими слоями 1b поддерживающей подложки 1, наблюдались с использованием атомного силового микроскопа (AFM), морфология структуры поверхности, показанная на Фиг.2, и наблюдался профиль поверхности, показанный на Фиг.3 (кривая профиля шероховатости, на чертеже, горизонтальная ось представляет собой положение поверхности образца, и вертикальная ось представляет собой высоту кривой профиля шероховатости (то же самое относится и к дальнейшему)), и было обнаружено, что среднее значение шероховатости Ra составляло 0,24 нм. Данные шероховатости поверхности показаны вместе с профилем поверхности на Фиг.3 (то же самое относится и к дальнейшему).
Кроме того, когда кривая качания плоскости (111) 3C–SiC кристалла, составляющего подложку карбида кремния, основана на оси, перпендикулярной к поверхности подложки на основе карбида кремния, рассматривалась способом рентгеновской кривой качания (ω скан) с использованием системы рентгеновской дифракции (SuperLab, изготовленная Rigaku Corporation, бульбообразный профиль Cu), никакой заметный пик не был обнаружен, и было обнаружено, что кристаллические зерна, в которых плотноупакованная плоскость была ориентирована под телесным углом 1/3 π стерадиан к перпендикулярной оси подложки, были поликристаллами и составляли 17% или менее от целого. В этом отношении, размер зерна кристаллических зерен подложки на основе карбида кремния составлял от 110 до 600 нм.
В дополнение, оптическая плоскость была помещена на вышеупомянутые отдельно стоящие подложки 10a и 10b карбида кремния, и когда радиус кривизны был определен по расстоянию между кольцами Ньютона, сформированными оптической интерференцией, было получено значение 103 м, и было обнаружено, что значение BOW было уменьшено до 27 мкм для 6–дюймовой подложки.
[0062]
[Пример 2]
Подложка карбида кремния была подготовлена посредством процедуры, показанной на Фиг.1.
Сначала в качестве основной подложки 1а использовалась подложка углерода высокой чистоты, имеющая диаметр 3 дюйма и толщину 400 мкм. Среднее значение шероховатости Ra поверхности углеродной подложки составляло 2,3 нм.
Далее пленки борофосфоросиликатного стекла (BPSG), каждая из которых имела толщину 1 мкм, были осаждены на передней и задней поверхностях углеродной подложки в качестве покрывающих слоев 1b и 1b способом CVD. Впоследствии, посредством нагрева до 900°C в атмосфере аргона, покрывающие слои 1b и 1b оплавлялись для получения поддерживающей подложке 1 со сглаженными поверхностями. Среднее значение шероховатости Ra поверхности этой поддерживающей подложки 1 составляло 0,2 нм.
Далее пленка карбида кремния, имеющая толщину 300 мкм, была сформирована на поддерживающей подложке 1 при таких же условиях, как в Примере 1 посредством использования термического способа CVD.
Впоследствии пленка карбида кремния, осажденная на торцевых частях поддерживающей подложки 1, была удалена шлифованием для обнажения торцевых частей поддерживающей подложки 1. После этого часть углеродной подложки была удалена нагреванием образца до 900°C во время 24 часов в атмосферном воздухе, и затем пленки BPSG покрывающих слоев 1b были удалены раствором фтороводородной кислоты. В результате удаления поддерживающей подложки 1 были получены отдельно стоящие подложки 10a и 10b карбида кремния, каждая из которых имела толщину 300 мкм.
[0063]
Когда поверхности 10af и 10bf подложек 10a и 10b карбида кремния, которые находились в контакте с покрывающими слоями 1b поддерживающей подложки 1, наблюдались с использованием атомного силового микроскопа (AFM), наблюдались морфология структуры поверхности, показанная на Фиг.4, и профиль поверхности, показанный на Фиг.5, и было определено, что среднее значение шероховатости Ra составляло 0,13 нм.
Кроме того, подобно Примеру 1, когда была измерена кривая качания кристалла подложки на основе карбида кремния, никакой заметный пик не был найден, и было обнаружено, что кристаллические зерна, в которых плотноупакованная плоскость ориентирована под телесным углом 1/3 π стерадиан к перпендикулярной оси подложки, были поликристаллами, составляющими 17% или менее от целого. Таким образом, размер зерна кристаллических зерен подложки на основе карбида кремния составлял от 160 до 820 нм.
Кроме того, оптическая плоскость была помещена на вышеупомянутые отдельно стоящие подложки 10a и 10b карбида кремния, и когда радиус кривизны был определен по расстоянию между кольцами Ньютона, сформированными оптической интерференцией, было получено значение 95 м, и обнаружено, что значение BOW было уменьшено до 30 мкм для 6–дюймовой кристаллической пластины.
[0064]
[Сравнительный Пример 1]
В качестве поддерживающей подложки использовалась подложка монокристаллического кремния, имеющая диаметр 3 дюйма, толщину 400 мкм, и поверхность плоскости (100). Обе поверхности кремниевой подложки были отполированы, и среднее значение шероховатости Ra поверхности подложки составляло 0,1 нм.
Пленка карбида кремния, имеющая толщину 300 мкм, была сформирована на поддерживающей подложке при таких же условиях, как в Примере 1, посредством использования термического способа CVD.
Далее пленка карбида кремния, осажденная на концевые части поддерживающей подложки, была удалена шлифованием для обнажения торцевых поверхностей поддерживающей подложки. После этого образец был погружен в смесь фтороводородной кислоты и азотной кислоты для удаления части кремниевой подложки. В результате удаления подложки были получены отдельно стоящие подложки на основе карбида кремния, каждая из которых имела толщину 300 мкм.
Когда поверхности подложек карбида кремния, которые находились в контакте с кремниевой подложкой, наблюдались с использованием атомного силового микроскопа (AFM), наблюдалась морфология структуры поверхности, показанная на Фиг.6, и профиль поверхности, показанный на Фиг.7, и было определено, что среднее значение шероховатости Ra составляло 2,1 нм.
Кроме того, подобно Примеру 1, когда была измерена кривая качания кристалла подложки на основе карбида кремния, был обнаружен острый пик с плоскостью (111) на полюсе, и было определено, что кристалл представлял собой монокристалл, в котором 90% или более плотноупакованных плоскостей были ориентированы в пределах 100 дуговых секунд вблизи оси, перпендикулярной к поверхности.
В дополнение, оптическая плоскость была помещена на вышеупомянутые отдельно стоящие подложки, и когда по расстоянию между кольцами Ньютона, сформированными оптической интерференцией, был определен радиус кривизны, было получено значение 8 м, и было определено, что значение BOW составляло 350 мкм для 6–дюймовой кристаллической пластины.
Далее поверхности вышеупомянутой подложки на основе карбида кремния, которая находилась в контакте с кремниевой подложкой, были подвергнуты CMP–обработке с использованием коллоидного кремнезема во время 3 часов, и когда получившиеся в результате поверхности наблюдались с использованием AFM, наблюдалась морфология структуры поверхности, показанная на Фиг.8, и профиль поверхности, показанный на Фиг.9, и было определено, что среднее значение шероховатости Ra составляло 8,3 нм.
[0065]
[Сравнительный Пример 2]
В качестве поддерживающей подложки использовалась подложка углерода высокой чистоты, имеющая диаметр 3 дюйма, толщину 400 мкм и среднее значение шероховатости Ra поверхности подложки 2,3 нм. Пленка карбида кремния, имеющая толщину 300 мкм, была сформирована на подложке при таких же условиях, как в Примере 1, посредством использования термического способа CVD.
Далее пленка карбида кремния, осажденная на концевые части поддерживающей подложки, была удалена шлифованием для обнажения торцевых поверхностей поддерживающей подложки. После этого часть углеродной подложки была удалена нагреванием образца до 900°C во время 24 часов в атмосферном воздухе. В результате удаления подложки были получены отдельно стоящие подложки на основе карбида кремния, каждая из которых имела толщину 300 мкм.
Когда поверхности подложек карбида кремния, которые находились в контакте с углеродной подложкой, наблюдались с использованием атомного силового микроскопа (AFM), наблюдалась морфология структуры поверхности, показанная на Фиг.10, и профиль поверхности, показанный на Фиг.11, и было определено, что среднее значение шероховатости Ra составляло 11,6 нм. Кроме того, подобно Примеру 1, когда была измерена кривая качания кристалла подложки на основе карбида кремния, никакой заметный пик не был найден, и было обнаружено, что кристаллические зерна, в которых плотноупакованная плоскость ориентирована под телесным углом 1/3 π стерадиан к перпендикулярной оси подложки, были поликристаллами, составляющими 17% или менее от целого. Таким образом, размер зерна кристаллических зерен подложки на основе карбида кремния составлял от 210 до 2040 нм.
Кроме того, оптическая плоскость была помещена на вышеупомянутые отдельно стоящие подложки на основе карбида кремния, и когда по расстоянию между кольцами Ньютона, сформированными оптической интерференцией, был определен радиус кривизны, было получено значение 98 м, и было определено, что значение BOW уменьшилось до 29 мкм для 6–дюймовой кристаллической пластины.
Далее поверхности вышеупомянутой подложки на основе карбида кремния, которая находилась в контакте с углеродной подложкой, были подвергнуты CMP–обработке с использованием коллоидного кремнезема за время 3 часов, и когда получившиеся в результате поверхности наблюдались с использованием AFM, наблюдалась морфология структуры поверхности, показанная на Фиг.12, и профиль поверхности, показанный на Фиг.13, и было определено, что среднее значение шероховатости Ra составляло 2,8 нм.
[0066]
Как было описано выше, для каждой из подложек карбида кремния, полученных в Примерах 1 и 2 достигнуто среднее значение шероховатости 0,3 нм или менее, несмотря на то, что подложки не полировались, и, кроме того, объем кристаллических зерен, в которых плотноупакованная плоскость была ориентирована под телесным углом в пределах 1/3 π стерадиан к перпендикулярной оси подложки, составлял половину или менее от общего объема составляющих кристаллических зерен, и таким образом было показано, что в подложке были ограничены деформации вследствие движения дефектов, таких, как дислокации.
[0067]
Следует отметить, что настоящее изобретение до сих пор было описано с использованием вышеупомянутого варианта реализации, однако, настоящее изобретение не ограничено данным вариантом реализации, и может быть изменено в пределах, в которых специалисты в данной области техники могут обычно выполнять другие варианты реализации, добавления, модификации, удаления, или тому подобное, и в любом случае вариант реализации включен в рамки настоящего изобретения, пока он проявляет эффекты настоящего изобретения. Таким образом, в настоящем изобретении, покрывающий слой не ограничен пленками оксида кремния и BPSG, показанными в Примерах, и любая пленка может способствовать получению подобных эффектов, если она имеет достаточную тепловую устойчивость, устойчивость к окислению и гладкость, и способ производства также не ограничен. Кроме того, способ формирования пленки поликристаллического карбида кремния не ограничивается сочетанием хлорида кремния и газа углеводорода, и подобные эффекты настоящего изобретения могут быть получены также способом сублимации и способом растворения.
СПИСОК ЦИФРОВЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
[0068]
1 поддерживающая подложка
1a основная подложка
1b покрывающий слой
10, 92 пленка карбида кремния
10a, 10b подложка карбида кремния
10af, 10bf, 92f передняя поверхность
10ar, 10br, 92r задняя поверхность
91 кремниевая подложка
91p ямки травления
93 выступы.