[发明专利]SiC基板的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及SiC基板的制作方法，详细而言，涉及使用亚稳态溶剂外延法制作SiC基板的方法。

背景技术

在近年来用户对电气设备的高效率化的严格要求下，在半导体设备方面也在开发具有更高耐压特性的半导体材料。尤其，SiC(碳化硅)由于带隙大于Si(硅)，因此以在下一代的功率设备中应用为目标正在大力进行开发。

作为得到用于制作SiC半导体设备的单晶SiC的代表性方法，已知有化学气相沉积法(CVD)、液相外延法、升华法(改进Lely法)等。其中，已知有液相外延法作为能够以较高生长速度得到高品位单晶SiC的方法。然而，该液相外延法在超过1000℃的高温下使用Si系熔剂进行，因此需要进行液体(Si熔体)中的对流控制、温度控制等，这些控制方法成为大的问题。

作为解决上述问题的生长法，提出了亚稳态溶剂外延法(以下也称为“MSE法”)(Metastable Solvent Epitaxy)(例如专利文献1)。

关于基于该MSE法的SiC生长，通过示意性示出MSE法所用的单晶SiC生长装置的主要部分的图1来具体说明。如图1所示，在密闭的坩埚60中，按从上到下的顺序配置作为生长基板的单晶SiC基板10(晶种)、极薄的Si层20(达到Si熔点之前为固体，在Si熔点以上为液体)、控制Si层20的厚度的上部间隔物40、作为原料供给侧基板的碳原子供给基板30和下部间隔物50。

基于MSE法的SiC生长在高真空气氛下进行，首先，使用未图示的加热手段将坩埚60内的温度升温至高于Si熔点(约1400℃)的规定温度(SiC生长温度)。在该升温过程中，温度超过Si熔点时，Si层20的固体Si熔融而形成Si熔体。接着，在该温度下保持规定时间，使单晶SiC在单晶SiC基板10上生长。此后，降低温度，取出生长有单晶SiC的单晶SiC基板10。

如此，使极薄的Si层20(Si熔体层)介于单晶SiC基板10与碳原子供给基板30之间，在高温下进行加热处理，从而可以使单晶SiC在单晶SiC基板10上外延生长。

该MSE法如上所述形成被单晶SiC基板(SiC生长基板)与碳原子供给基板(原料供给侧基板)夹持的极薄的Si熔体层，因此具有能够抑制Si熔体中的对流的特征。另外，由于形成被基板夹持的Si熔体层，因此可以仅仅借助Si熔体的表面张力来保持该Si熔体层，不需要保持Si熔体的容器。而且，SiC生长的驱动力不取决于空间温差、时间温差，因此可以容易地获得均热区域而不用进行细致的温度控制。

在具有这种优异特征的MSE法中，通过在高温下进行加热处理，不仅可以加速晶体的生长速度而得到厚膜，而且还具有还能够获得抑制缺陷传播的效果这一特征，可以制作品质高的单晶SiC。然而，如果在单晶SiC生长后有Si残留，则温度下降时Si会凝固，凝固时Si会膨胀，因此会在单晶SiC基板产生大的应力、产生新的缺陷。

因此，在MSE法中，在高温下使单晶SiC生长之后需要使残留的Si全部蒸发。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-126249号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述MSE法中，由于在Si蒸发时会在SiC基板表面产生凹凸，因此无法将取出的单晶SiC基板直接用于设备，需要实施研磨加工来使其平坦。

例如，图6示出使用图1所示的装置、按照图5所示的温度曲线进行MSE生长而得到的单晶SiC基板。如图6所示，在所得单晶SiC基板表面形成了10μm左右的大的凹凸。此外，图5中的各加热时间如下：升温至1800℃的时间为3小时，保持1800℃的时间为4小时，降温至常温的时间为10小时，在保持1800℃的期间使SiC晶体在SiC基板表面生长，并且使Si全部蒸发。另外，在图6中，10为前述单晶SiC基板，11为MSE生长得到的单晶SiC，18为在表面产生的凹凸。

为了将所得单晶SiC用于设备，如上所述，需要对凹凸进行研磨来使其平坦。然而，由于在表面有大的凹凸，因此，难以进行光学的、即非破坏性的膜厚测定，无法准确算出研磨余量。如果是大的凹凸，则研磨量也增多、单晶SiC变薄，因而成本增加。而且，根据情况，也有因为研磨而单晶SiC全部被研磨掉的担心。

因此，期望开发出使用MSE法在SiC基板上生长膜厚足够且不具有大的凹凸的单晶SiC的技术。

用于解决问题的方案