特許 6268277 ＳｉＣ基板の表面処理方法、ＳｉＣ基板の製造方法、及び半導体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6268277

(24)【登録日】2018年1月5日

(45)【発行日】2018年1月24日

(54)【発明の名称】ＳｉＣ基板の表面処理方法、ＳｉＣ基板の製造方法、及び半導体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20180115BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20180115BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20180115BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20180115BHJP

   C30B 33/12 20060101ALI20180115BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20180115BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20180115BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105B

   H01L21/302 201A

   H01L21/205

   C30B29/36 A

   C30B33/12

   H01L21/20

   H01L21/324 X

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-511353(P2016-511353)

(86)(22)【出願日】2015年3月10日

(86)【国際出願番号】JP2015001303

(87)【国際公開番号】WO2015151413

(87)【国際公開日】20151008

【審査請求日】2016年9月30日

(31)【優先権主張番号】特願2014-74749(P2014-74749)

(32)【優先日】2014年3月31日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000222842

【氏名又は名称】東洋炭素株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118784

【弁理士】

【氏名又は名称】桂川 直己

(72)【発明者】

【氏名】鳥見 聡

(72)【発明者】

【氏名】矢吹 紀人

(72)【発明者】

【氏名】野上 暁

【審査官】 齊田 寛史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２３０９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００２１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１６６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５６１４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

Ｃ３０Ｂ ３３／１２

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも表面が単結晶ＳｉＣで構成されるＳｉＣ基板に対して、機械加工が行われた後の当該ＳｉＣ基板の表面を処理する表面処理方法において、
前記ＳｉＣ基板には、基板表面よりも内部に存在し、加熱することで顕在化して表面荒れの原因となる潜傷が生じており、
前記ＳｉＣ基板をＳｉ雰囲気下で加熱処理して当該ＳｉＣ基板の表面の単結晶ＳｉＣをエッチングして潜傷を除去し、
前記ＳｉＣ基板のエッチング時において、前記ＳｉＣ基板の周囲の不活性ガス圧を調整することで当該ＳｉＣ基板のエッチング速度を制御することを特徴とするＳｉＣ基板の表面処理方法。

【請求項2】

請求項１に記載のＳｉＣ基板の表面処理方法であって、
機械加工が行われた後であって潜傷の顕在化前の前記ＳｉＣ基板の表面に研磨傷が生じているとともに、当該研磨傷の内部に潜傷が生じており、Ｓｉ雰囲気下でのエッチングを行うことで研磨傷及び潜傷が除去されることを特徴とするＳｉＣ基板の表面処理方法。

【請求項3】

請求項１に記載のＳｉＣ基板の表面処理方法であって、
Ｓｉ雰囲気下でのエッチングを行う場合の前記不活性ガス圧が０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下であることを特徴とするＳｉＣ基板の表面処理方法。

【請求項4】

請求項３に記載のＳｉＣ基板の表面処理方法であって、
Ｓｉ雰囲気下でのエッチングを行う場合の温度が１８００℃以上２０００℃以下であることを特徴とするＳｉＣ基板の表面処理方法。

【請求項5】

請求項１に記載のＳｉＣ基板の表面処理方法であって、
Ｓｉ雰囲気下でのエッチングを行うことで、前記ＳｉＣ基板の表面を５μｍ以上除去することを特徴とするＳｉＣ基板の表面処理方法。

【請求項6】

請求項５に記載のＳｉＣ基板の表面処理方法であって、
前記ＳｉＣ基板をエッチングする際のエッチング速度を２００ｎｍ／ｍｉｎ以上に制御するとともに、当該ＳｉＣ基板のエッチング量を１０μｍ以上とすることを特徴とするＳｉＣ基板の表面処理方法。

【請求項7】

請求項１に記載の表面処理方法を用いて表面を処理する工程を含むことを特徴とするＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項8】

請求項１に記載のＳｉＣ基板の表面処理方法により、ＳｉＣ基板の表面をエッチングする潜傷除去工程と、
前記潜傷除去工程で潜傷が除去された前記ＳｉＣ基板の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工程と、
前記エピタキシャル成長工程が行われた前記ＳｉＣ基板をＳｉ雰囲気下で加熱処理する加熱工程と、
を含むことを特徴とする半導体の製造方法。

【請求項9】

請求項８に記載の半導体の製造方法であって、
前記加熱工程では、前記ＳｉＣ基板の周囲の不活性ガス圧を調整して当該ＳｉＣ基板のエッチング速度を制御しつつ、当該ＳｉＣ基板をＳｉ雰囲気下で加熱処理してエッチングを行うことを特徴とする半導体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主要には、ＳｉＣ基板の潜傷を除去する表面処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣは、Ｓｉ等と比較して耐熱性及び機械的強度等に優れるため、新たな半導体材料として注目されている。

【0003】

特許文献１は、このＳｉＣ基板の表面を平坦化する表面処理方法を開示する。この表面処理方法では、ＳｉＣ基板を収納容器に収納し、収納容器内をＳｉ蒸気圧下とした状態で当該収納容器を加熱する。これにより、収納容器の内部のＳｉＣ基板がエッチングされ、分子レベルに平坦なＳｉＣ基板を得ることができる。

【0004】

ここで、ＳｉＣ基板は、単結晶ＳｉＣで構成されるインゴットから所定の角度で切り出すことで得られる。切り出した状態では表面粗さが大きいので、機械研磨（ＭＰ）及び化学機械研磨（ＣＭＰ）等を行って表面を平坦にする必要がある。しかし、機械研磨を行うことにより、ＳｉＣ基板の表面に研磨傷が発生する。また、機械研磨時にＳｉＣ基板の表面に圧力が掛かることにより、結晶性が乱れた変質層（以下、潜傷）が生じる。

【0005】

特許文献２では、ＳｉＣ基板に生じた表面変質層を除去する処理方法が開示されている。特許文献２では、表面変質層はＳｉＣ基板を作成する工程で生じた結晶構造のダメージ層と記載されている。また、特許文献２では、表面変質層を５０ｎｍ以下に抑え、当該表面変質層を水素エッチングにより除去する旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−１６６９１号公報

【特許文献2】国際公開第２０１１／０２４９３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ここで、潜傷が残存するＳｉＣ基板にエッチング処理及び加熱処理等を行った場合、潜傷がエピタキシャル膜内を拡散及び貫通し、ＳｉＣ基板の表面が荒れてしまう。この結果、ＳｉＣ基板から製造される半導体の品質が低下してしまう。しかし、一般的な水素エッチングのエッチング速度は、数十ｎｍ〜数百ｎｍ／ｈであるので、数μｍ程度の潜傷を取り除くためには多大な時間が掛かってしまう。なお、化学機械研磨の研磨速度も１μｍ／ｈ以下であるので、潜傷を取り除くためには多大な時間が掛かってしまう。

【0008】

ここで、特許文献１では潜傷について言及されていないが、仮に特許文献１の方法でＳｉＣ基板を加熱してエッチングした場合、潜傷を素早く除去することができる。しかし、高真空のＳｉ雰囲気中で加熱処理を行うと、エッチング速度が速いので基板を過剰に除去してしまう可能性がある。

【0009】

また、特許文献２の方法を用いることにより表面変質層の厚みを小さくすることができるが、所定の原料を用いて種結晶からＳｉＣ基板を成長させる必要があり、加工工程の自由度が低下するとともに加工工程における手間が増大する。

【0010】

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、ＳｉＣ基板に生じた潜傷を必要十分な範囲で素早く除去する表面処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び効果】

【0011】

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

【0012】

本発明の第１の観点によれば、機械加工が行われたＳｉＣ基板の表面を処理する表面処理方法において、前記ＳｉＣ基板には、基板表面よりも内部に存在し、加熱することで顕在化して表面荒れの原因となる潜傷が生じており、前記ＳｉＣ基板をＳｉ雰囲気下で加熱処理して当該ＳｉＣ基板の表面の単結晶ＳｉＣをエッチングして潜傷を除去し、前記ＳｉＣ基板のエッチング時において、前記ＳｉＣ基板の周囲の不活性ガス圧を調整することで当該ＳｉＣ基板のエッチング速度を制御する表面処理方法が提供される。

【0013】

これにより、ＳｉＣ基板に潜傷等が存在する場合は、この潜傷等を除去することができる。従って、エピタキシャル成長及び熱処理等を行っても表面が荒れないため、高品質なＳｉＣ基板を製造することができる。また、上記の方法でエッチングを行うことで機械研磨、化学機械研磨、及び水素エッチング等を行うよりも処理時間を大幅に短くすることができる。更に、不活性ガス圧を調整することでエッチング速度を調整できるので、ＳｉＣ基板が必要以上に除去されることも防止できる。

【0014】

前記のＳｉＣ基板の表面処理方法においては、機械加工が行われた後であって潜傷の顕在化前の前記ＳｉＣ基板の表面に研磨傷が生じているとともに、当該研磨傷の内部に潜傷が生じており、Ｓｉ雰囲気下でのエッチングを行うことで研磨傷及び潜傷が除去されることが好ましい。

【0015】

これにより、ＳｉＣ基板に生じた潜傷及び研磨傷を除去することができるので、高品質なＳｉＣ基板を製造することができる。

【0016】

前記のＳｉＣ基板の表面処理方法においては、Ｓｉ雰囲気下でのエッチングを行う場合の前記不活性ガス圧が０．０１Ｐａ以上１Ｐａ以下であることが好ましい。

【0017】

前記のＳｉＣ基板の表面処理方法においては、Ｓｉ雰囲気下でのエッチングを行う場合の温度が１８００℃以上２０００℃以下であることが好ましい。

【0018】

これにより、ＳｉＣ基板の表面の潜傷を適切に除去することができる。

【0019】

前記のＳｉＣ基板の表面処理方法においては、Ｓｉ雰囲気下でのエッチングを行うことで、前記ＳｉＣ基板の表面を５μｍ以上除去することが好ましい。

【0020】

これにより、潜傷をある程度除去することができる。特に、本実施形態では不活性ガス圧を用いてエッチング速度を調整できるので、必要十分な範囲を除去できる。

【0021】

前記のＳｉＣ基板の表面処理方法においては、前記ＳｉＣ基板をエッチングする際のエッチング速度を２００ｎｍ／ｍｉｎ以上に制御するとともに、当該ＳｉＣ基板のエッチング量を１０μｍ以上とすることが好ましい。

【0022】

これにより、Ｓｉ雰囲気下でのエッチング後に発生し得るステップバンチングを抑制することができる。

【0023】

本発明の第２の観点によれば、前記の表面処理方法を用いて表面を処理する工程を含むＳｉＣ基板の製造方法が提供される。

【0024】

これにより、エピタキシャル成長及び熱処理等を行っても表面が荒れないＳｉＣ基板が実現できる。

【0025】

本発明の第３の観点によれば、以下に示す半導体の製造方法が提供される。即ち、この半導体の製造方法は、潜傷除去工程と、エピタキシャル成長工程と、熱処理工程と、を含む。潜傷除去工程では、前記の表面処理方法によりＳｉＣ基板の表面をエッチングする。前記エピタキシャル成長工程では、前記潜傷除去工程で潜傷が除去されたＳｉＣ基板４０の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。前記熱処理工程では、前記エピタキシャル成長工程が行われた前記ＳｉＣ基板をＳｉ雰囲気下で熱処理する。

【0026】

これにより、エピタキシャル成長及び熱処理等を行っても表面が荒れないため、高品質な半導体を製造することができる。

【0027】

前記の半導体の製造方法においては、前記加熱工程では、前記ＳｉＣ基板の周囲の不活性ガス圧を調整して当該ＳｉＣ基板のエッチング速度を制御しつつ、当該ＳｉＣ基板をＳｉ雰囲気下で加熱処理してエッチングを行うことが好ましい。

【0028】

これにより、潜傷除去工程と加熱工程とで同じ内容の処理を行うため、工程を単純化したり同じ装置で加工を行ったりすることが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の表面処理方法に用いる高温真空炉の概要を説明する図。

【図2】各工程における基板の様子を概略的に示す図。

【図3】加熱温度と、エッチング速度と、の関係性を示すグラフ。

【図4】不活性ガス圧と、エッチング速度と、の関係性を加熱温度毎に示すグラフ。

【図5】不活性ガス圧と、エッチング速度と、の関係性を加熱温度毎に示す別のグラフ。

【図6】温度及び圧力を変化させてエッチングを行った後のＳｉＣ基板の微分干渉顕微鏡の顕微鏡写真。

【図7】温度及び圧力を変化させてエッチングを行った後のＳｉＣ基板の３次元形状を示す図。

【図8】エッチング速度のアレニウスプロットを示すグラフ。

【図9】エッチング量と、エッチング後の基板の表面粗さと、の関係を示すグラフ。

【図10】ラマン分光分析におけるエッチング量とピークシフトの関係を示すグラフ。

【図11】エッチング量を略一定として他の条件を変えたときのＳｉＣ基板の表面の顕微鏡写真。

【図12】エッチング量を比較的少なくして他の条件を変えたときのＳｉＣ基板の表面の顕微鏡写真。

【図13】エッチング速度を略一定として他の条件を変えたときのＳｉＣ基板の表面の顕微鏡写真。

【図14】エッチング速度とエッチング量を変えたときにステップバンチングが抑制されるか発生するかを計測した結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0030】

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

【0031】

初めに、図１を参照して、本実施形態の加熱処理で用いる高温真空炉１０について説明する。図１は、本発明の表面処理方法に用いる高温真空炉の概要を説明する図である。

【0032】

図１に示すように、高温真空炉１０は、本加熱室２１と、予備加熱室２２と、を備えている。本加熱室２１は、少なくとも表面が単結晶ＳｉＣで構成されるＳｉＣ基板を１０００℃以上２３００℃以下の温度に加熱することができる。予備加熱室２２は、ＳｉＣ基板を本加熱室２１で加熱する前に予備加熱を行うための空間である。

【0033】

本加熱室２１には、真空形成用バルブ２３と、不活性ガス注入用バルブ２４と、真空計２５と、が接続されている。真空形成用バルブ２３により、本加熱室２１の真空度を調整することができる。不活性ガス注入用バルブ２４により、本加熱室２１内の不活性ガス（例えばＡｒガス）の圧力を調整することができる。真空計２５により、本加熱室２１内の真空度を測定することができる。

【0034】

本加熱室２１の内部には、ヒータ２６が備えられている。また、本加熱室２１の側壁や天井には図略の熱反射金属板が固定されており、この熱反射金属板によって、ヒータ２６の熱を本加熱室２１の中央部に向けて反射させるように構成されている。これにより、ＳｉＣ基板を強力且つ均等に加熱し、１０００℃以上２３００℃以下の温度まで昇温させることができる。なお、ヒータ２６としては、例えば、抵抗加熱式のヒータや高周波誘導加熱式のヒータを用いることができる。

【0035】

また、ＳｉＣ基板は、坩堝（収容容器）３０に収容された状態で加熱される。坩堝３０は、適宜の支持台等に載せられており、この支持台が動くことで、少なくとも予備加熱室から本加熱室まで移動可能に構成されている。

【0036】

坩堝３０は、互いに嵌合可能な上容器３１と下容器３２とを備えている。また、坩堝３０は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして構成されている。

【0037】

ＳｉＣ基板を加熱処理する際には、初めに、図１の鎖線で示すように坩堝３０を高温真空炉１０の予備加熱室２２に配置して、適宜の温度（例えば約８００℃）で予備加熱する。次に、予め設定温度（例えば、約１８００℃）まで昇温させておいた本加熱室２１へ坩堝３０を移動させ、ＳｉＣ基板を加熱する。なお、予備加熱を省略しても良い。

【0038】

次に、上記の高温真空炉１０を利用してＳｉＣ基板４０から半導体素子を製造する処理について図２を参照して説明する。図２は、各工程における基板の様子を概略的に示す図である。

【0039】

半導体素子を製造する元となるバルク基板は、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶から構成されるインゴットを所定の厚みに切り出すことで得られる。特に、インゴットを斜めに切り出すことにより、オフ角を有するバルク基板を得ることができる。その後、バルク基板の表面の凹凸を除去するために、機械研磨を行う。しかし、この機械研磨によりバルク基板の内部に圧力が掛かることで結晶性が変化した変質層（潜傷）が生じる。

【0040】

次に、図２（ａ）に示すように、高温真空炉１０を利用してＳｉＣ基板４０の表面をエッチングする。このエッチングは、ＳｉＣ基板４０を坩堝３０に収容し、Ｓｉ蒸気圧下（Ｓｉ雰囲気下）で１５００℃以上２２００℃以下、望ましくは１８００℃以上２０００℃以下の環境で加熱することで行われる。Ｓｉ蒸気圧下で加熱されることで、ＳｉＣ基板４０のＳｉＣがＳｉ₂Ｃ又はＳｉＣ₂になって昇華するとともに、Ｓｉ雰囲気中のＳｉがＳｉＣ基板４０の表面でＣと結合し、自己組織化が起こり、平坦化されるのである。

【0041】

これにより、ＳｉＣ基板４０の表面をエッチングしつつ、当該表面を分子レベルで平坦化することができる。また、ＳｉＣ基板４０に研磨傷及び潜傷が存在する場合、このエッチングを行うことにより、当該研磨傷及び潜傷が除去される。また、本実施形態では、不活性ガス圧を調整することでエッチング速度を制御できるので潜傷を十分に除去しつつＳｉＣ基板が過剰に除去されることを防止できる（詳細は後述）。

【0042】

なお、本実施形態のエッチングを行うことで化学機械研磨を省略できる。従って、従来から工数を変化させることなく潜傷を除去できる。

【0043】

次に、図２（ｂ）に示すように、ＳｉＣ基板４０にエピタキシャル層４１を形成する。エピタキシャル層を形成する方法は、任意であり、公知の気相エピタキシャル法や液相エピタキシャル法等を用いることができる。更には、ＳｉＣ基板４０がＯＦＦ基板である場合、ステップフロー制御によってエピタキシャル層を形成するＣＶＤ法を用いることもできる。

【0044】

次に、図２（ｃ）に示すように、エピタキシャル層４１が形成されたＳｉＣ基板４０にイオン注入を行う。このイオン注入は、対象物にイオンを照射する機能を有するイオンドーピング装置を用いて行う。イオンドーピング装置によって、エピタキシャル層４１の表面の全面又は一部に選択的にイオンが注入される。そして、イオンが注入されたイオン注入部分４２に基づいて半導体素子の所望の領域が形成されることになる。

【0045】

また、イオンが注入されることによって、図２（ｄ）に示すように、イオン注入部分４２を含むエピタキシャル層４１の表面が荒れた状態になる（ＳｉＣ基板４０の表面が損傷し、平坦度が悪化する）。

【0046】

次に、注入したイオンの活性化、及び、イオン注入部分４２等へのエッチングを行う。本実施形態では、両方の処理を１つの工程で行うことができる。具体的には、Ｓｉ蒸気圧下（Ｓｉ雰囲気下）で１５００℃以上２２００℃以下、望ましくは１６００℃以上２０００℃以下の環境で加熱処理（アニール処理）を行う。これにより、注入されたイオンを活性化することができる。また、ＳｉＣ基板４０の表面がエッチングされることで、イオン注入部分４２の荒れた部分が平坦化されていく（図２（ｅ）〜図２（ｆ）を参照）。

【0047】

以上の処理を行うことで、ＳｉＣ基板４０の表面が、十分な平坦度及び電気的活性を有することになる。このＳｉＣ基板４０の表面を利用して、半導体素子を製造することができる。

【0048】

ここで、ＳｉＣ基板４０の表面近傍の領域では、注入されたイオンが透過することにより、イオン濃度が十分ではない。また、ＳｉＣ基板４０のある程度内部の領域では、注入されたイオンが届きにくいため、イオン濃度が十分ではない。

【0049】

従って、図２（ｅ）で行うエッチングでは、表面のイオン注入不足部分のみを除去しつつ、過剰な除去を避けることが好ましい。この点、本実施形態では、不活性ガス圧を調整することでエッチング速度を制御できるのでイオン注入不足部分を確実に除去しつつＳｉＣ基板４０が過剰に除去されることを防止できる（詳細は後述）。

【0050】

以下、不活性ガス圧とエッチング速度との関係性等について図３から図５までを参照して説明する。図３は、加熱温度と、エッチング速度と、の関係性を示すグラフである。図４は、不活性ガス圧と、エッチング速度と、の関係性を加熱温度毎に示すグラフである。

【0051】

従来から知られているように、ＳｉＣ基板のエッチング速度は、加熱温度に依存する。図３は、所定の環境下において、加熱温度を１６００℃、１７００℃、１７５０℃、及び１８００℃としたときのエッチング速度を示すグラフである。このグラフの横軸は温度の逆数であり、このグラフの縦軸はエッチング速度を対数表示している。図３に示すように、このグラフは直線となっている。そのため、例えば温度を変更したときのエッチング速度を見積もることができる。

【0052】

図４は、不活性ガス圧とエッチング速度との関係を示すグラフである。具体的には、加熱温度が１８００℃、１９００℃、及び２０００℃の環境において、不活性ガス圧を０．０１Ｐａ、１Ｐａ、１３３Ｐａ、及び１３．３ｋＰａと変化させたときのエッチング速度を求めたグラフである。被処理物は、オフ角が４°の４Ｈ−ＳｉＣ基板である。基本的には、不活性ガス圧を上昇させる程、エッチング速度が低下する傾向がある。

【0053】

図５は、図４と同様に、不活性ガス圧とエッチング速度との関係を示すグラフである。図５のグラフでは、不活性ガス圧が０．０００１Ｐａの場合のエッチング速度についても示されている。

【0054】

特許文献１では、高真空下でエッチングを行っていたため、エッチング速度が高速になるためエッチング量を正確に把握することは困難であった。しかし、図４に示すように、不活性ガス圧を変化させることでエッチング速度を調整することができる。例えばエッチング速度が低速である場合、エッチング量を正確に把握することができるので、微量のエッチングが要求される場合に非常に効果的である。

【0055】

これにより、潜傷を除去するエッチング工程（図２（ａ））においてＳｉＣ基板４０が過剰に除去されないため、歩留まりを向上させることができる。また、エピタキシャル層を形成した後のエッチング工程（図２（ｅ））において、イオン注入部分が過剰に除去されることを防止できる。

【0056】

また、特許文献２では、水素エッチングを行っていたため、エッチング速度が非常に低速（数十ｎｍ〜数百ｎｍ／ｈ程度）であり、潜傷を除去するのに非常に長い時間が掛かってしまう。この点、本実施形態の方法では、圧力が非常に高い場合であっても、数μｍ〜数十μｍ／ｈ程度のエッチング速度を有している。従って、潜傷及びイオン注入不足部分を現実的な時間で除去することができる。

【0057】

特に、潜傷を除去する場合は後述の実験例に示すように、圧力を０．０１Ｐａから１Ｐａ程度にすることが好ましく、その場合のエッチング速度は１００μｍ／ｈ以上なので一層素早く潜傷を除去できる。

【0058】

次に、図６から図８を参照して、上記のエッチング処理を用いて潜傷を除去した実験例について説明する。図６は、温度及び圧力を変化させてエッチングを行った後のＳｉＣ基板の微分干渉顕微鏡の顕微鏡写真である。図７は、温度及び圧力を変化させてエッチングを行った後のＳｉＣ基板４０の３次元形状を示す図である。図８は、エッチング速度のアレニウスプロットを示すグラフである。

【0059】

図６に示した各写真は、上記のエッチング処理時のＳｉＣ基板の表面を微分干渉顕微鏡により撮影した写真である。各写真は約７０μｍ四方の領域を示している。また、各写真の右上の文字は表面粗さを示している。また、図７には、図６に示したＳｉＣ基板４０の３次元形状が示されている。

【0060】

左上の未処理と記載された写真は、エッチング処理を行わなかった場合の写真である。この写真には、表面の細かい研磨傷が多数表れている。

【0061】

未処理と記載された写真の右側には、各条件でエッチング処理を行った場合の写真が示されている。これらの写真を参照すると、圧力が１３３Ｐａ以上の場合は研磨傷及び内部の潜傷が強調されスクラッチが鮮明に表れていることが分かる。一方で、圧力が１Ｐａ以下の場合は、このスクラッチが除去されていることが分かる。

【0062】

これは、圧力が１３３Ｐａ以上の場合は、エッチング速度が遅いために結晶性の低い研磨傷及び潜傷箇所から優先的にエッチングが生じるため、スクラッチが残存する（強調される）からだと考えられる。一方、圧力が１Ｐａ以下の場合は、エッチング速度が速いために研磨傷及び潜傷だけでなくこれらを含まない平面もエッチングされる。その結果、ＳｉＣ基板４０の表面を均一にエッチングできるので、上記スクラッチを除去することができる。

【0063】

図８には、エッチング速度のアレニウスプロットを用いて、上記の潜傷が除去されるか否かの境界を概念的に示している。図８の横軸は温度の逆数であり、縦軸はエッチング速度である。

【0064】

また、図８には、高速エッチング領域と低速エッチング領域とが示されており、これらの領域の境界が直線となっている。高速エッチング領域では、上記スクラッチが除去され、低速エッチング領域では上記スクラッチが除去されない。この図８からは、単純にエッチング速度だけで上記スクラッチの除去の有無が定まるのではなく、処理温度も影響すると考えることができる。

【0065】

図９は、機械加工後に表面粗さが０．１ｎｍ、０．３ｎｍ、０．４ｎｍ及び１．４ｎｍとなったＳｉＣ基板を、各々所定量エッチングした後に表面粗さを測定した結果を示すグラフである。エッチング量が１〜４μｍ程度では、表面粗さＲａは機械加工直後より著しく上昇して２．５ｎｍ以上となり、ＳｉＣ基板の潜傷が顕在化されている。このことから、機械加工したＳｉＣ基板に潜傷が存在することが判る。

【0066】

更にエッチングを行うと、５μｍ以上エッチングを行った段階で表面粗さは１ｎｍ以下となり、平滑な表面が得られることが明示されている。７μｍ以上のエッチングにより更に潜傷は除去され、１０μｍ以上で更に平滑な表面が得られることが示されている。加えて、本方法により０．５〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍエッチングを行うことで、潜傷の存在が把握できることが示されている。

【0067】

図１０は、図９と同様に所定量のエッチングを行った際の、ラマン分光分析におけるピークシフトの測定結果である。ラマン分光分析は、具体的には、ＳｉＣ基板を後方散乱配置にて波長５３２ｎｍのＡｒレーザーを光源として４Ｈ−ＳｉＣ ＦＴＯモードの７７６ｃｍ^-1のピークを測定し得られたピークが元の７７６ｃｍ^-1の位置からどれだけズレているかによってピークシフトを測定する。ＳｉＣ基板は機械加工によるストレスに起因する結晶構造の変化等により残留応力が生じるが、ピークシフトΔωを測定することで、「残留応力σはピークシフトにおおよそ線形でσ＝Ａ×Δω、Ａは定数」といった原理によりＳｉＣ基板の表面付近の残留応力が推定可能である。

【0068】

エッチング前の段階（エッチング量が０）では、ピークシフトは０からかなり離れた数値に位置し、比較的大きい残留応力が存在することが判る。本方法により、エッチングを行わなくともＳｉＣ基板の潜傷を検出することができる。図９と同様に、５μｍ以上のエッチングによりピークシフトが著しく低減され、潜傷が除去されることが判る。また１０μｍ以上のエッチングにより、更にピークシフトが低下し、潜傷が除去されることが示されている。

【0069】

次に、図１１から図１４を参照して、ステップバンチングを抑制するための条件を求めるために行った実験について説明する。なお、図１１から図１３において、各顕微鏡写真の右下の数字は加工後の表面粗さを示している。

【0070】

図１１は、オフ角が４°の４Ｈ−ＳｉＣ基板について、潜傷が十分に除去できていると考えられる程度（約３０μｍ）までエッチングを行った後に表面を観測した結果を示している。この実験は、機械加工を行った後の表面粗さ（Ｒａ）が１．４ｎｍ，０．４ｎｍ，０．３ｎｍ，０．１ｎｍのＳｉＣ基板に対して行った。また、不活性ガス圧又は加熱温度を変えることにより、エッチング速度を異ならせて実験を行った。

【0071】

図１１の上から２行目の写真は、エッチング速度が少し低い条件（１７５０℃、０．０１Ｐａ）で処理を行った結果を示している。この図１１に示すように、上から２行目の写真では、ステップバンチングが確認できる。

【0072】

図１２は、オフ角が４°の４Ｈ−ＳｉＣ基板について、潜傷が残存している可能性がある深さ（約１０〜２０μｍ）までエッチングを行った後に表面を観測した結果を示している。この実験は、機械加工を行った後の表面粗さ（Ｒａ）が１．４ｎｍ，０．４ｎｍ，０．３ｎｍ，０．１ｎｍのＳｉＣ基板に対して行った。また、不活性ガス圧又は加熱温度を変えることにより、エッチング速度を異ならせて実験を行った。

【0073】

図１２に示すように、不活性ガス圧が１３３Ｐａではエッチング量が１１μｍであるため潜傷が残存している可能性があるが、不活性ガス圧が１３．３ｋＰａの条件下においても全ての表面粗さのＳｉＣ基板に対してステップバンチングが形成されている。従って、図１２で確認できたステップバンチングは、図１１に示す実験と同様に、エッチング速度が遅いために発生したと考えられる。

【0074】

図１３は、オフ角が４°の４Ｈ−ＳｉＣ基板について、ステップバンチングが十分に分解（抑制）可能なエッチング速度でエッチングを行った後に表面を観測した結果を示している。この実験は、エッチング量を異ならせるとともに、機械加工を行った後の表面粗さ（Ｒａ）が１．４ｎｍ，０．４ｎｍ，０．３ｎｍ，０．１ｎｍのＳｉＣ基板に対して行った。また、不活性ガス圧又は加熱温度を変えることにより、エッチング速度を異ならせて実験を行った。

【0075】

図１３に示すように、エッチング量が約５μｍではステップバンチングが形成されている。また、エッチング量が１５μｍ及び３４μｍでは、ステップバンチングが抑制されていた。従って、エッチング量が約５μｍでは潜傷の除去が不十分であり、潜傷の残存に起因するステップバンチングが発生したと考えられる。

【0076】

以上により、ＳｉＣ基板にＳｉエッチングを行った際のステップバンチングの発生を抑制するためには、エッチング速度を所定以上速くするとともに、エッチング量を所定以上深くする必要がある。図１４は、加熱温度を１８００℃から２０００℃で不活性ガス圧（アルゴン圧）が１０^-5Ｐａから１３．３ｋＰａの条件下で、オフ角が４°の４Ｈ−ＳｉＣ基板を加熱した結果、ステップバンチングが抑制されたか発生したかをプロットしたグラフである。図１４からは、エッチング量＞１０μｍかつエッチング速度＞２００ｎｍ／ｍｉｎの場合にステップバンチングを抑制できることが分かる。なお、エッチング量＞１０μｍかつエッチング速度＜２００ｎｍ／ｍｉｎの場合、テラスの端部がジグザグ状のステップバンチングが発生する。また、エッチング量＜１０μｍかつエッチング速度＞２００ｎｍ／ｍｉｎの場合、テラスの端部が直線状のステップバンチングが発生する。

【0077】

以上に説明したように、本実施形態では、不活性ガス圧を調整してエッチング速度を制御する処理と、機械加工が行われたＳｉＣ基板４０を加熱処理してエッチングを行う処理と、を行う。

【0078】

これにより、ＳｉＣ基板４０に潜傷等が存在する場合は、この潜傷等を除去することができる。従って、エピタキシャル成長及び熱処理等を行っても表面が荒れないため、高品質なＳｉＣ基板を製造することができる。また、上記の方法でエッチングを行うことで機械研磨、化学機械研磨、及び水素エッチング等を行うよりも処理時間を大幅に短くすることができる。更に、不活性ガス圧を調整することでエッチング速度を調整できるので、ＳｉＣ基板４０が必要以上に除去されることも防止できる。

【0079】

また、本実施形態では、潜傷除去工程と、エピタキシャル成長工程と、熱処理工程と、を含む半導体の製造方法が提供される。潜傷除去工程では、上述の表面処理方法によりＳｉＣ基板４０の表面をエッチングする。エピタキシャル成長工程では、ＳｉＣ基板４０の表面に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させる。熱処理工程では、エピタキシャル成長工程が行われたＳｉＣ基板４０を熱処理する。

【0080】

これにより、エピタキシャル成長及び熱処理等を行っても表面が荒れないため、高品質な半導体を製造することができる。

【0081】

また、本実施形態では、加熱工程において、ＳｉＣ基板４０の周囲の不活性ガス圧を調整してエッチング速度を制御しつつ、当該ＳｉＣ基板４０を加熱処理してエッチングを行うことが好ましい。

【0082】

これにより、潜傷除去工程と加熱工程とで同じ内容の処理を行うため、工程を単純化したり同じ高温真空炉１０で加工を行ったりすることが容易になる。

【0083】

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

【0084】

上記実施形態では、カーボン層（グラフェンキャップ）を形成する処理を行わないが、この処理を行っても良い。この場合、カーボン層を除去する処理と、イオンを活性化する処理と、単結晶ＳｉＣ基板をエッチングする処理と、を１つの工程で行うことができる。

【0085】

不活性ガスの調整方法は任意であり、適宜の方法を用いることができる。また、エッチング工程の間、不活性ガス圧を一定にしても良いし、変化させても良い。不活性ガス圧を変化させることで、例えば初めはエッチング速度を高くして後にエッチング速度を低くして微調整を行う方法が考えられる。

【0086】

処理を行った環境及び用いた単結晶ＳｉＣ基板等は一例であり、様々な環境及び単結晶ＳｉＣ基板に対して適用することができる。例えば、加熱温度は上記で挙げた温度に限られず、より低温とすることでエッチング速度を一層低下させることができる。また、上述した高温真空炉以外の加熱装置を用いても良い。

【0087】

なお、本実施形態では潜傷が生じているＳｉＣ基板４０について、当該潜傷を除去するエッチング処理を行った。しかし、潜傷の有無を確認することなくエッチングを行っても良い。これにより、潜傷の有無を確認する手間を省略できる。

【符号の説明】

【0088】

１０ 高温真空炉
２１ 本加熱室
２２ 予備加熱室
３０ 坩堝
４０ ＳｉＣ基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】