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CN105340066B - SiC基板的制造方法 - Google Patents

SiC基板的制造方法 Download PDF

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CN105340066B
CN105340066B CN201480035167.XA CN201480035167A CN105340066B CN 105340066 B CN105340066 B CN 105340066B CN 201480035167 A CN201480035167 A CN 201480035167A CN 105340066 B CN105340066 B CN 105340066B
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Abstract

一种SiC基板的制造方法，至少具备CMP工序，所述CMP工序是采用CMP(机械化学研磨)法，对SiC基板(1)所具备的Si面(1a)和C面(1b)这两面，将C面/Si面加工选择比设为3.0以上来实施两面研磨加工的工序。

Description

SiC基板的制造方法
技术领域
本发明涉及SiC基板的制造方法，特别是涉及具有对SiC基板的表面进行研磨而使其平坦化的工序的SiC基板的制造方法。本申请基于在2013年6月24日在日本提出的专利申请2013-131717要求优先权，将其内容援引于此。
背景技术
碳化硅(SiC)与硅(Si)相比，具有击穿电场大一个数量级、带隙大3倍、热导率高出3倍左右等特性，因此可期待应用于功率器件、高频器件、高温工作器件等。因此，近年来，SiC基板被用于半导体器件的基板。
上述的SiC基板，例如，由采用升华法等制作的SiC的块状单晶锭制造。通常通过下述步骤得到：将锭的外周磨削，加工成圆柱状后，使用线锯等切片加工成圆板状，将外周部倒角，加工成规定的直径。进而，对圆板状的SiC基板的表面，采用机械磨削法实施磨削处理，由修整凹凸和平行度。然后，通过对表面实施CMP(Chemical Mechanical Polishing：机械化学研磨)法等的机械化学研磨，将一面或两面精加工成镜面。这样的SiC基板的磨削、研磨，除了除去通过切片加工而产生的起伏、加工应变以外，还以将SiC基板表面平坦化等为目的而进行。
上述的CMP法是兼具化学作用和机械作用这两者的研磨方法，因此不会对SiC基板造成损伤，能够稳定地得到平坦的表面。因此，CMP法作为在SiC半导体器件等的制造工序中将SiC基板表面产生的粗糙、起伏或在SiC基板表面层叠外延层而成的晶片上的由配线等导致的凹凸平坦化的方法，被广泛地采用。
使用SiC基板而成的SiC(外延)晶片，通常通过采用化学气相沉积法(ChemicalVapor Deposition：CVD)在由上述步骤得到的SiC基板上使成为SiC半导体器件的活性区域的SiC外延膜(外延层)生长而制造。另一方面，在将从SiC单晶锭切片而得到的SiC基板，以表面产生了凹凸、起伏的状态原样地使用的情况下，在SiC基板表面形成的外延层的表面也会产生凹凸等。因此，在制造在SiC基板上使SiC外延膜生长而形成的SiC晶片时，预先采用CMP法研磨SiC基板表面后，在其上使SiC外延膜生长。在SiC外延膜生长后，也与上述同样地采用机械磨削法进行磨削处理、以及采用CMP法进行精研磨，由此进行SiC晶片表面的粗糙的除去处理、平坦化处理。
在此，如果以在SiC基板上的外延层表面残存有起伏、加工应变的状态在其上形成晶体管、二极管等半导体元件，来制造半导体装置，则难以从SiC原本优异的物性值得到所期待的电特性。因此，如上述那样的包含外延层的SiC基板的表面的平坦化处理是非常重要的工序。
一般地，作为除去SiC基板表面的起伏、加工应变的处理，采用例如磨盘研磨(lap研磨)等机械式研磨法是有效的。对于表面的平坦化，例如使用粒径为1μm以下的金刚石的研磨、使用#10000以上的粒度号高的磨石的磨削是有效的。而且，作为使SiC外延膜(外延层)生长之前的SiC基板表面的精加工、形成SiC外延膜后的晶片的精加工，一般进行用于使表面粗糙度Ra＜0.1μm的CMP法研磨加工。
以下，利用图6对采用CMP法研磨SiC基板表面的方法进行说明。
如图6所示，在从锭进行切片后采用机械磨削法磨削了表面的SiC基板100，被安装于CMP研磨机200所具备的可旋转的SiC基板支持部201。并且，SiC基板100被按压在贴附于旋转平台202表面的研磨垫202a上。另外，同时一边从浆液管203向研磨垫202a与SiC基板100的界面供给浆液204，一边使SiC基板支持部201旋转。由此，能够研磨SiC基板100的研磨面(表面)100a。
在此，一般在SiC基板的成膜面即Si面上形成外延膜时，存在膜的表面产生表面粗糙这样的问题，特别是存在随着外延膜变厚，膜表面的粗糙变得明显这样的问题。这主要是由于使外延膜较厚地生长时的台阶聚束(台阶聚并：step bunching)而产生的粗糙。
例如，如图5(a)所示，形成外延膜成膜之前的SiC基板，由于采用CMP法实施了研磨加工，因此几乎观察不到表面粗糙，即使在通过AFM图像进行的评价中，也几乎检不出凹凸、缺陷。但是，如图5(b)所示，如果在SiC基板上形成厚度为30μm左右的外延膜，则会成为遍及膜表面的整体产生粗糙的状态，在AFM评价中也会检出台阶聚束，也容易产生数十μm级的巨大的外延缺陷。
另一方面，由于上述那样的台阶聚束而产生的粗糙，在膜厚方向上的高度大致为0.01μm左右。因此，如图5(c)所示，通过对产生了粗糙的外延膜的表面，以例如1μm左右的除去量实施CMP加工，能够除去台阶聚束等的粗糙。即，如果能够采用上述那样的方法除去外延膜表面的粗糙，则能够维持作为应用于高耐压器件的外延膜的厚的膜厚，并且形成粗糙较少的SiC外延基板。因此，可得到在其后的器件形成工序中能够制造元件特性优异的器件这样的优点。即，外延膜表面的精研磨加工是非常重要的。
作为以如上述那样的将在SiC基板上形成的外延膜的表面的粗糙除去为目的，采用CMP法对SiC基板表面进行研磨加工的方法，例如提出了如专利文献1中所记载的方法。在专利文献1的记载中，公开了在旋转台上安装多个SiC基板，通过批量处理来进行CMP研磨加工的方法。
在专利文献2中，公开了在半导体装置的制造工序中，在形成沟道(channel)区域时，研磨外延膜使其平坦化，由此形成沟道区域的方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-10071号公报
专利文献2：日本特开2002-43570号公报
发明内容
在此，不仅是上述的SiC基板的成膜面(Si面)，在其背面侧的C面中，有时也会根据Si面侧的外延生长条件，与Si面上的外延膜同样地产生基板表面模糊等的粗糙。作为Si面侧的外延生长条件，可举出例如生长炉的类型、成膜温度等。
例如，如图7(a)的显微镜照片所示，在SiC基板的Si面上形成外延膜之前的背面侧的C面，通过金刚石研磨等而精加工成镜面。与此相对，如图7(b)所示，在外延膜成膜后，成为产生了粗糙的状态。作为产生这样的粗糙的原因，认为是例如由从构成装置的SiC构件的转印、从SiC基板脱碳等导致的。也认为在成膜温度为1500℃左右的高温情况下，由于大部分材料升华，因此该材料气体绕到基板背面侧，由此C面产生粗糙。
这样，即使在C面产生了粗糙的情况下，如果与Si面的情况同样地在SiC基板的Si面上形成外延膜后对C面侧也实施研磨加工，则能够除去C面的粗糙。如果能够除去在SiC基板的C面产生的粗糙，则可得到能够抑制其后的评价工序中的SiC基板的吸附错误等的效果，因此研磨C面是重要的。
另一方面，在Si面上形成外延膜后，例如，对SiC基板的两面侧、即形成有外延膜的Si面侧和作为背面的C面侧分别在分开的工序中进行了研磨加工的情况下，由于工序数变多，因此会阻碍生产率提高，成为成本上升的主要因素。因此，在除了在SiC基板的Si面上形成的外延膜以外还对C面进行研磨加工的情况下，希望对这两个面同时进行研磨加工。
但是，通过以往就采用的使用包含胶体二氧化硅等研磨剂的浆液的CMP研磨加工进行SiC基板的Si面和C面的两面研磨的情况下，包含胶体二氧化硅的浆液，本来Si面的加工速率就慢。另外，如果将Si面的加工速率最佳化，则有时C面侧的加工速率极端降低。因此，即使调整了各面的加工速率的平衡，速率的绝对值也低，因此存在为了除去由外延生长导致的表面粗糙而使加工时间延长的问题。
一般而言，在外延生长时产生的台阶聚束，高度尺寸并没有那么大，因此在Si面侧，并不需要那么高的研磨加工速率。尽管如此，在使用金刚石浆液进行SiC基板的两面研磨的情况下，Si面侧的外延膜被大大磨削。因此，制造需要大的膜厚的应用于高耐压器件的SiC晶片是极其困难的。
如上述那样，以往没有提出任何下述技术：在通过CMP研磨加工进行SiC基板的Si面和C面的两面研磨时，不过于磨削外延膜，且以适当的研磨速率对Si面和C面这两面进行研磨加工。因此，迫切需求能够确保外延膜的大的膜厚且除去粗糙，并且也切实地除去背面侧的C面的粗糙的研磨方法。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供SiC基板的制造方法，该制造方法是即使是采用CMP法进行两面研磨的情况，也不过于磨削Si面的外延膜，并且能够除去外延层表面的粗糙，而且也能够有效地除去C面的粗糙，生产率和成品率优异的制造方法。
本发明人等为了在如上述那样的采用CMP法进行SiC基板的Si面和C面的两面研磨的情况下，不过于磨削在Si面上形成的外延层而确保一定以上的膜厚，且除去由台阶聚束等导致的粗糙，并且通过以规定以上的速率研磨背面侧的C面来除去C面的粗糙，反复进行了认真研究。
其结果发现：作为CMP浆液，使用优选包含高锰酸钾作为氧化剂，更优选包含氧化铝作为研磨剂的Si面用的超高速率CMP浆液，并且，采用C面侧的选择比高的条件，由此能够除去外延层表面的粗糙并且将外延层的除去量抑制为最小限度，并且也能够除去C面的粗糙。即发现：通过将浆液种类、C面/Si面加工选择比等的CMP研磨加工条件设为适当范围而对SiC基板进行两面研磨，能够以简便的工艺，不损害生产率、且确保外延层的大的膜厚，并且在Si面(外延层)和C面这两面都切实地除去粗糙，而且外延层表面的平坦度也得到改善，从而完成了本发明。
即，本发明为解决上述课题而提供以下的技术方案。
(1)一种SiC基板的制造方法，是具备对SiC基板的表面进行研磨的工序的SiC基板的制造方法，其特征在于，至少具备CMP工序，所述CMP工序是采用CMP(机械化学研磨：Chemical Mechanical Polishing)法，对所述SiC基板所具备的Si面和C面这两面以C面/Si面加工选择比为3.0以上的方式来实施两面研磨加工的工序。
(2)根据(1)所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，所述SiC基板是在所述Si面侧进一步层叠外延层而成的SiC基板。
(3)根据(1)或(2)所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，所述CMP工序中，作为浆液，使用包含高锰酸钾作为氧化剂、且pH值为2～6的高锰酸钾系浆液。
(4)根据(3)所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，作为所述高锰酸钾系浆液，使用包含氧化铝作为研磨剂的浆液。
(5)根据(1)～(4)的任一项所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，研磨垫对所述SiC基板按压的研磨载荷为100～500(g/cm2)的范围。
(6)根据(1)～(5)的任一项所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，所述SiC基板的Si面的研磨加工速率为0.5～3.0(μm/小时)，并且，C面的研磨加工速率为3～15(μm/小时)。
(7)根据(1)～(6)的任一项所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序之前，还包括采用机械式研磨法对所述SiC基板的Si面和C面进行研磨的粗研磨工序。
本发明中的“SiC基板”，包括：在至少一个表面层叠有外延层的SiC基板(SiC外延晶片)和/或SiC基板本身。即，在本发明中,“通过研磨SiC基板表面而将该表面平坦化”包括：对在Si面上层叠有外延层的SiC基板(SiC外延晶片)的表面(外延层表面和C面)进行研磨的情况、和对SiC基板本身的表面(Si面和C面)进行研磨的情况。
根据本发明的SiC基板的制造方法，针对具有Si面和C面而成的SiC基板采用了下述方法：采用CMP法，将C面/Si面加工选择比设为规定以上来对Si面和C面进行两面研磨加工。这样，通过将CMP研磨加工条件设为适当范围而对SiC基板进行两面研磨，能够以简便的工艺将在Si面上形成的外延层表面的粗糙除去。另外，能够将外延层的除去量抑制为最小限度，并且也能够除去C面的粗糙。进而，通过对两面同时进行加工，也能够期待平坦度、即GBIR(Global Back Ideal Range(TTV：Total thickness variation)、SBIR(Site BackIdeal Range(LTVmax：Local Thickness Variation)的改善。因此，能够生产率和成品率良好地制造表面特性优异、可适用于高耐压器件的SiC基板。
附图说明
图1是示意性地说明作为本发明的实施方式的SiC基板的制造方法的图，图1(a)是表示采用CMP法进行SiC基板的两面研磨的工序的一例的立体图，图1(b)是侧视图。
图2是示意性地说明作为本发明的实施方式的SiC基板的制造方法的图，是表示在采用CMP法以规定时间对SiC基板的Si面进行研磨加工时，使用高锰酸钾系浆液的情况和使用胶体二氧化硅系浆液的情况下的研磨加工速率的图。
图3是示意性地说明作为本发明的实施方式的SiC基板的制造方法的图，是表示采用使用高锰酸钾系浆液的CMP法，以规定时间对SiC基板进行两面研磨时的、Si面和C面的各自的研磨加工速率的图。
图4是示意性地说明作为本发明的实施方式的SiC基板的制造方法的图，是表示AFM测定图像(5μm□视场)的图，图4(a)是使用高锰酸钾系浆液进行CMP研磨加工后的、SiC基板的Si面的AFM测定图像，图4(b)是C面的AFM测定图像。
图5是示意性地说明以往的SiC基板的制造方法的图，是表示通过AFM测定图像(5μm□视场)和Candela评价得到的SiC基板上的缺陷分布的图，图5(a)表示使用包含胶体二氧化硅的浆液进行CMP研磨加工后的SiC基板的Si面，图5(b)表示在Si面上形成外延层之后不久的该外延层的表面，图5(c)示出了CMP研磨加工后、外延成膜后、和对外延层的表面进行CMP研磨加工后的、基板整个面的Candela评价所得到的每种缺陷尺寸的计数。
图6是示意性地说明以往的SiC基板的制造方法的图。
图7是表示在SiC基板的Si面上形成外延层之前和形成外延层之后的、背面侧的C面的表面状态的图，图7(a)是在Si面上形成外延层之前的C面表面的显微镜照片，图7(b)是在Si面上形成外延层之后的C面表面的显微镜照片。
具体实施方式
以下，一边主要适当参照图1～图4，一边对应用了本发明的SiC基板的制造方法进行详细说明(一部分也参照图6的以往的图和图7的显微镜照片)。
再者，在以下的说明中使用的附图，为了容易理解特征，为方便起见有时将成为特征的部分放大表示，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。另外，在以下的说明中例示的材料、尺寸等为一例，本发明并不被其限定，可在不变更其主旨的范围内适当变更而实施。
<SiC基板>
本发明的方法中的被研磨物即SiC基板，是被用于各种半导体器件的半导体基板，具有要形成外延层的Si面、和其背面侧的C面。这样的SiC基板，可以通过以下方式制造：首先，将采用例如升华法等制作出的SiC块状单晶的锭的外周磨削而加工成圆柱状后，使用线锯等切片加工成圆板状，将外周部倒角而加工成为规定的直径。作为此时的SiC块状单晶，不论是哪种多型的单晶都能够使用，可使用实用的作为用于制作SiC器件的SiC块状单晶而主要采用的4H-SiC。
通过切片加工而成为圆板状的SiC基板，最终表面被镜面研磨，但首先，通过采用以往公知的机械研磨法研磨表面，能够粗略地除去研磨面的凹凸，并且修整平行度。然后，采用机械研磨法研磨了表面的SiC基板的表面，采用CMP(机械化学研磨)法进行机械化学研磨，由此成为表面被加工成为镜面且表面粗糙度Ra为0.1(nm)以下的SiC基板。此时，可以仅SiC基板的一面即Si面被研磨成为镜面，但也可以是Si面和C面这两面各自被研磨而成的镜面。
SiC基板，通过表面的研磨处理，来除去在将上述锭切片加工时产生的起伏、加工应变，并且基板的表面成为被平坦化了的镜面。这样的表面被研磨成为镜面的SiC基板，平坦性非常优异，进而在SiC基板上形成了各种外延层的晶片，其各层的结晶特性都优异。SiC基板通常采用化学气相沉积法(CVD)等在其上形成成为SiC器件的活性区域的外延层，作为SiC外延晶片而被使用。
上面已经描述过，本发明中的被研磨物即“SiC基板”包括在Si面上层叠有外延层的SiC基板(SiC外延晶片)、以及SiC基板本身这两者。因此，在本实施方式中说明的SiC基板的研磨，包括：对在Si面上层叠有外延层的SiC基板(SiC外延晶片)的两面(Si面和C面)进行研磨的情况、以及对SiC基板本身的两面进行研磨的情况这两者。另外，在本实施方式中，对研磨在Si面上层叠有外延层的SiC基板的Si面(外延层的表面)和C面的情况进行说明。
在研磨上述那样的SiC基板(SiC外延晶片)的表面的情况下，将在外延生长中产生的外延层表面的微小的阶高差(台阶差)等的凹凸除去从而进一步平坦化，并且除去外延层表面的粗糙。通过进行这样的研磨，在形成电子器件时，能够使其与在其上形成的氧化膜的界面的质量提高，得到高质量的器件。特别是在如用于高耐压器件的SiC那样外延生长层厚的情况下，在表面容易产生由台阶聚束导致的阶高差等，因此进行本发明涉及的CMP研磨更为有效。外延层的表面，比被切片加工了的阶段的SiC基板平坦，因此在采用CMP法研磨外延层的表面的情况下，可省略采用机械研磨法进行的表面研磨。
在本实施方式中，采用在研磨形成有外延层的SiC基板的Si面的同时，也研磨背面侧的C面的两面研磨。由此，对于根据在Si面上形成外延层时的外延生长条件等而在C面侧产生的粗糙，也能够与Si面侧的外延层表面的粗糙同时地除去。这样，如果通过不仅对SiC基板的Si面，也对C面侧实施CMP加工而能够除去在该C面产生的粗糙，则可得到能够将其后的评价工序中的SiC基板的吸附错误等抑制等的效果，因此带来生产率、成品率的提高。
<研磨装置>
以下，对在本实施方式中说明的SiC基板的制造方法中所使用的、用于对SiC基板的Si面和C面这两面同时进行CMP研磨加工的研磨装置的一例进行说明。
如图1(a)、(b)所示，本实施方式的研磨装置2，具备上面侧为研磨面的下平台22、和在下平台22的上方被上下移动自如地支持、且下面侧为研磨面的上平台21。另外，在上平台21的下面侧和下平台22的上面侧，贴附、固定了用于研磨SiC基板1的各表面的研磨垫21a、22a。研磨装置2具备浆液管23，所述浆液管23将用于进行CMP研磨加工的浆液S，经由以贯穿上平台21的方式设置了多个的浆液供给孔21b向上平台21与下平台22之间供给。
上平台21和下平台22，通过包含电动机等的省略图示的驱动装置，以支持轴20为中心相互反向地旋转(参照图1(a)中所示的箭头R)。
上平台21，通过设置在该上平台21的上方的省略图示的驱动装置，以支持轴20为中心自由旋转。上平台21被构成为通过例如省略图示的滑动驱动装置等可上下移动。
下平台22，通过设置在该下平台22的下方的省略图示的驱动装置，以支持轴20为中心旋转驱动。另外，下平台22，其下面侧由例如省略图示的环状轴承等支持。
在上平台21与下平台22之间配置有承载板24，所述承载板24具有保持被研磨物即SiC基板1的圆形孔24a。该承载板24通过配置于下平台22的中心孔的、具有公知的机构的省略图示的内针轮和外针轮所致的行星运动，以自转且公转的方式旋转驱动。在图1(a)、(b)所示的例中，为便于图示和说明，在下平台22上，仅在1处配置了承载板24，但通常承载板24在上平台21和下平台22的周向上配置多个。图示例的承载板24，在共计3处设置了保持SiC基板1的圆形孔24a，但不限定于此，可以适当设定圆形孔24a的数量。
研磨垫21a、22a，分别贴附在上平台21和下平台22的表面，以从两面侧夹持由承载板24保持的SiC基板1的方式配置。并且，研磨垫21a、22a，通过一边与上平台21和下平台22一起旋转，一边从两面侧对SiC基板1进行按压，从而同时地研磨SiC基板1的两面。由此，对SiC基板1的Si面1a进行平坦化处理，并且除去在Si面1a和C面1b产生的粗糙。此时，例如通过以SiC基板1的Si面1a朝向上平台21侧、C面1b朝向下平台22侧的方式配置SiC基板1，在Si面1a上形成的外延层11被研磨垫21a研磨，C面1b被研磨垫22a研磨。
作为研磨垫21a、22a，可以使用例如以往就在该领域中使用的无纺布、绒面革(suede)材料等。
作为被用于研磨垫21a、22a的无纺布、绒面革材料，可以没有特别限制地使用例如ニッタハース公司制的SUBA400等无纺布。
浆液管23是向SiC基板1与研磨垫21a、22a的界面供给浆液(研磨剂)S的管，其顶端与设置在上平台21中的浆液供给孔21b连接。并且，浆液管23将利用泵单元从省略图示的浆液罐流通的浆液S，从浆液供给孔21b向研磨垫21a、22a间排出。由此，向SiC基板1与研磨垫21a、22a的界面供给浆液S。
根据研磨装置2，一边向SiC基板1与研磨垫21a、22a的界面供给浆液S，一边使上平台21和下平台22旋转，并且使承载板24旋转，由此能够对被夹持在研磨垫21a、22a之间的SiC基板1的两面同时进行CMP研磨加工。
根据本实施方式的制造方法，如在后面详细描述的那样，使用上述那样的研磨装置2，对于SiC基板1，采用CMP法，使用优选包含高锰酸钾作为氧化剂的高锰酸钾系浆液，以C面/Si面加工选择比为规定以上的方式来对Si面1a和C面1b进行两面研磨。由此，能够一边将在SiC基板1的Si面1a侧形成的省略图示的外延层表面的粗糙除去，一边将该外延层的除去量抑制为最小限度，并且也能够除去C面1b的粗糙。
<制造方法>
本发明涉及的SiC基板1的制造方法，是对SiC基板1的Si面1a和C面1b进行两面研磨的方法。另外，在以下的说明中，例示使用图1(a)、(b)所示的研磨装置2，对在Si面1a侧层叠有省略图示的外延层的SiC基板1的Si面1a和C面1b同时进行研磨的情况。
本发明涉及的制造方法，是采用CMP法对具有Si面1a和C面1b而成的SiC基板1进行两面研磨的方法。并且，在本实施方式中，至少具备CMP工序，所述CMP工序是以C面/Si面加工选择比为3.0以上的方式来对Si面1a和C面1b进行两面研磨加工的工序。另外，作为CMP浆液，也可以使用包含高锰酸钾作为氧化剂、而且包含氧化铝作为研磨材料的高锰酸钾系浆液。
[SiC基板的准备]
在本实施方式中，首先，在获得被研磨物即SiC基板的过程中，准备SiC块状单晶的锭，将该锭的外周磨削，加工成圆柱状的锭。然后，使用线锯等将锭切片加工成圆板状，进而将其外周部倒角，由此加工成为具有规定的直径的SiC基板1。
在本实施方式中，关于SiC块状单晶的生长方法、锭的磨削加工方法、切片加工方法等，并不特别限定，可采用以往公知的方法。再者，通常成为在实施磨削、研磨之前的SiC基板的表面产生了数十μm左右厚度的偏差、起伏、凹凸的状态。
[SiC基板的粗研磨工序]
在粗研磨工序中，采用机械式研磨法对形成后述的外延层之前的SiC基板1的Si面1a和C面1b进行研磨。
具体而言，虽然省略了详细的图示，但例如采用磨盘研磨等机械式研磨法，来进行将SiC基板1的Si面1a和C面1b的较大的起伏、加工应变等的凹凸除去的研磨处理。此时，可采用下述方法：使用以往公知的磨盘研磨装置，使承载板保持SiC基板，供给浆液，并且一边使承载板行星运动一边使平台旋转，由此对SiC基板的一面或两面同时进行磨盘研磨。
在研磨SiC基板的两面的情况下，首先，在形成于承载板的圆形孔中收纳并保持SiC基板。
接着，在将由承载板保持的SiC基板用上下的平台夹持、并施加研磨载荷F的状态下，一边向平台之间供给包含研磨剂的浆液，一边使2个平台交替地相对旋转，削掉SiC基板的表面和背面。由此，SiC基板的Si面和C面被逐渐地研磨，残留在各面的起伏的凸部被先行除去。作为此时的加工磨粒，使用例如金刚石磨粒等。在粗研磨工序中，仅研磨SiC基板的一面的情况下，例如使用粘接材料等将SiC基板的与被研磨面相反的那侧的面贴附在承载板，使贴附了SiC基板的承载板与平台相对，进行与上述同样的研磨。
在这样的粗研磨工序中被研磨了的SiC基板的表面，成为除去了大的起伏、加工应变等凹凸的状态。
在粗研磨工序中，对形成外延层之前的SiC基板，通过磨盘研磨进行机械式研磨的情况下的加工压力、即在研磨SiC基板时所施加的研磨载荷F，优选为10～100g/cm2的范围。该加工压力与研磨速率对应，但通过使其范围为上述范围，能够设为能以短时间除去SiC基板表面的起伏、加工应变等凹凸的研磨速率。如果施加在SiC基板上的加工压力超过上述范围，则容易对切片加工后的“厚度的偏差”、“起伏”大的SiC基板局部地施加力，存在SiC基板产生开裂、裂纹等的可能性。
另外，此时使用的磨粒的粒径，优选直径的平均值为10μm以下。
在本实施方式中说明的SiC基板的粗研磨工序中，例举了通过上述那样的磨盘研磨来进行粗研磨的方法，但例如也可以采用通过在磨盘研磨之后进行利用了抛光的精密研磨，来对SiC基板1的各面进行超精密研磨的方法。
或者，在上述的磨盘研磨中，也可以使用二次粒子的平均粒径为0.25μm(250nm)左右的、也被用于抛光的细腻的金刚石浆液进行精密的研磨。
另外，也可以进行多次的如上述那样的SiC基板的粗研磨工序。
[SiC基板的平坦化工序]
接着，在平坦化工序中，通过对在上述粗研磨工序中修整了凹凸和平行度的SiC基板1，采用CMP法实施超精密研磨(镜面研磨)，来将SiC基板1的Si面1a平坦化。另外，通过对作为背面的C面1b使用金刚石浆液抛光来进行镜面研磨。
具体而言，虽然省略了图示，但可使用例如与图1(a)、(b)所示的研磨装置2同样的装置，对形成外延层之前的SiC基板1进行两面研磨。或者，也可使用如图6所示的以往就使用的单面研磨装置来交替地研磨SiC基板1的两面。
作为采用CMP法对形成外延层之前的SiC基板1实施超精密研磨时的条件，可以没有任何限制地应用以往就采用的、研磨SiC基板本身的情况下的各种条件。
[外延工序]
接着，在外延工序中，在修整了凹凸和平行度、且平坦化了的SiC基板1的Si面1a上使外延层生长。在图1(a)、(b)中，省略了该外延层的图示。
外延工序，具体而言，采用以往公知的CVD法等，在SiC基板1的Si面1a上形成用于构成半导体器件的SiC外延层。
[CMP工序]
接着，在CMP工序中，采用CMP法对在Si面1a上形成有省略图示的外延层的SiC基板(SiC晶片)1实施研磨加工。
具体而言，使用图1(a)、(b)所示的研磨装置2，对SiC基板1的两面、即形成有外延层的Si面1a、和背面侧的C面1b，使用高锰酸钾系浆液，并且使C面/Si面加工选择为3.0以上，通过CMP实施两面研磨加工。
(步骤)
首先，在研磨装置2所具备的承载板24上所形成的圆形孔24a中，配置并保持被研磨物即SiC基板1。此时，例如以下述方式配置SiC基板1：通过将形成有外延层的Si面1a侧作为上面侧、将C面1b作为下面侧来配置，Si面1a与贴附在上平台21的研磨垫21a相对，并且C面1b与贴附在下平台22的研磨垫22a相对。另外，在图示例中，在形成于承载板24的3处圆形孔24a的每一个中配置并保持SiC基板1。
接着，在使下平台22和研磨垫22a成为以规定的转速旋转的状态的同时，通过使承载板24自转，将该承载板24在保持了SiC基板1的状态下以自转且公转的方式旋转驱动。接着，通过在浆液管23中流通包含高锰酸钾作为氧化剂、且包含氧化铝作为研磨剂的后述的浆液(高锰酸钾系浆液)S，从设置在上平台21的浆液供给孔21b向研磨垫21a和承载板24(SiC基板1)之上供给浆液S。接着，使上平台21向下方移动，使形成有外延层的Si面1a和研磨垫21a接触，并且使C面1b和研磨垫22a接触。然后，通过使上平台21和下平台22以规定的转速旋转，开始Si面1a和C面1b的研磨。此时，如图1(a)中箭头R所示，使上平台21和下平台22分别反向旋转。
如上所述，一边将浆液S向研磨垫21a和承载板24、以及SiC基板1之上、即SiC基板1与研磨垫21a、22a的界面供给，一边使上平台21和下平台22旋转，并且还使承载板24旋转，由此对夹持在研磨垫21a、22a之间的SiC基板1的两面同时进行研磨。根据本实施方式，通过以上述步骤进行SiC基板1的两面研磨，能够以1次的过程将在外延层生长时Si面1a和C面1b产生的粗糙除去，且将残存于Si面1a上的微细的凹凸等平坦化。
接着，在对SiC基板1的Si面1a和C面1b进行平坦化、镜面研磨的阶段，停止研磨工作。具体而言，通过使上平台1和研磨垫21a向上方移动，使其与研磨垫22a、承载板24和SiC基板1分离开。
然后，一边使下平台22、研磨垫21a和承载板24旋转，一边使用纯水清洗SiC基板1的表面，并且清洗研磨垫21a、承载板24。此时，通过纯水的直接供给来清洗SiC基板1的Si面1a，利用从旋转驱动的研磨垫21a和承载板24、与SiC基板1的间隙供给的纯水清洗C面1b。
然后，从承载板24取下SiC基板1，使用以往公知的清洗用药液清洗该SiC基板1整体，由此将附着的浆液S除去后，使其干燥。
通过以上的工序，能够制造Si面1a和C面1b被平坦化、镜面研磨了的SiC基板1。
再者，在本实施方式中，也可以采用在上述步骤的CMP工序之前，还包含采用机械式研磨法研磨SiC基板1的Si面1a和C面1b的粗研磨工序的方法。
在上述的CMP工序之后，也可以作为追加工序进行进一步的精密研磨。
再者，例如也可考虑C面1b侧的粗糙严重，需要将该C面1b的除去量(研磨量)设为10μm以上的情况。在这样的情况下，例如，首先在对C面1b侧先进行单面粗加工后，根据上述条件进行SiC基板1的CMP两面研磨即可。在此，通常，在对Si面和C面的每一个进行单面粗加工的情况下，为了防止在C面1b研磨之前在板上进行基板固定时作为接合面的外延层产生深的伤痕，需要预先形成覆盖Si面1a的保护膜，但在上述的情况下，由于最终进行Si面1a和C面1b的两面研磨，因此不需要形成上述的保护层。
(高锰酸钾系浆液)
在本实施方式中，用于CMP研磨的浆液S为特别地用于SiC基板的Si面的研磨的、包含高锰酸钾作为氧化剂、并且含有氧化铝作为研磨剂的、高锰酸钾系超高速率浆液。另外，浆液S是以使得C面比Si面的研磨加工速率高、C面/Si面加工选择比为3.0以上的方式将高锰酸钾氧化剂、氧化铝研磨剂等的组成比适当化而成的浆液。
在此，在本实施方式中，“C面比Si面的研磨加工速率高”是指C面的研磨加工速率比Si面的研磨加工速率大。另外，“C面/Si面加工选择比为3.0以上”、即“C面相对于Si面的研磨加工速率比为3.0以上”是指C面1b的研磨加工速率为Si面1a的研磨加工速率的3.0倍以上。
如上述那样，在SiC基板的Si面上形成的外延层，因生长时的台阶聚束等，在其表面产生包含0.01μm左右的阶高差的粗糙。另外，如果在SiC基板的Si面上形成外延层，则除了取决于其生长条件的原因以外，还认为是起因于从SiC构件的转印、材料气体向C面侧的绕入、以及从SiC基板的脱碳等而导致的粗糙，与Si面上的外延层同样地也产生于C面的表面。另一方面，在对这样的SiC基板的Si面和C面，使用胶体二氧化硅系浆液、采用CMP法实施了两面研磨的情况下，包含胶体二氧化硅的浆液，本来Si面的加工速率就慢，如果将Si面的加工速率最佳化，则有时C面侧的加工速率极端降低。因此，例如，即使调整了各面的加工速率的平衡，速率的绝对值也低，因此存在为了将由外延生长导致的表面粗糙除去而使加工时间延长的问题。另一方面，在为了避免这样的加工时间的延长而对SiC基板的Si面和C面实施例如使用金刚石浆液的两面抛光加工的情况下，由于基本上两面的选择比成为“1”，因此Si面的外延层也以切削C面的量被切削，并且，在因采用金刚石浆液的抛光加工而在外延层表面产生粗糙的情况下，产生需要采用CMP法进行追加加工这样的问题。
在本发明中，通过作为浆液S，使用C面/Si面加工选择比为3.0以上、C面的选择比高的高锰酸钾系浆液，能够将在Si面1a上形成的外延层的除去量抑制为最小限度，并且能够除去该外延层表面的粗糙。另外，在本发明中，通过与Si面1a的研磨加工同时地大大研磨背面侧的C面1b，能够有效除去该C面1b的粗糙。进而，在本发明中，由于能够通过1步工序来研磨Si面1a和C面1b这两面，因此生产率提高。另外，通过采用本发明的方法同时加工SiC基板1的两面，也能够期待平坦度(GBIR(TTV)、SBIR(LTVmax))的改善，因此能够制造表面特性优异的SiC基板1。
优选：在SiC基板1的CMP研磨加工中，将C面/Si面加工选择比设为上述范围，而且，Si面1a的研磨加工速率设为0.5～3.0(μm/小时)、并且C面1b的研磨加工速率设为3～15(μm/小时)的范围。如果使用浆液S的CMP研磨中的Si面1a和C面1b的研磨加工速率为上述范围，则不使工序时间延长就能够以短时间除去Si面1a和C面1b的粗糙，能够使生产率提高。
另外，浆液S，其pH值并不特别限定，但更优选使用例如pH值为2～6的范围的高锰酸钾系浆液。原因是该高锰酸钾系浆液容易将上述的C面/Si面加工选择比控制为3.0以上。
另外，作为浆液S，可使用包含高锰酸钾作为氧化剂、且例如浆液S中所含的氧化铝研磨剂凝聚而成的二次粒子的平均粒径为0.1～0.5μm左右的浆液。更具体而言，作为浆液S，可使用除了包含氧化铝的研磨材料以外，作为氧化剂包含高锰酸钾，而且作为pH值调节剂包含例如硝酸的混合液。
(研磨载荷)
在本实施方式中说明的CMP工序中，在SiC基板1的直径为4英寸(10.16cm)的情况下，研磨垫21a、22a对SiC基板1按压的研磨载荷F优选为例如100～500(g/cm2)的范围。
在SiC基板1的直径为3英寸(7.6cm)的情况下，上述的研磨载荷F优选为例如100～500(g/cm2)的范围。在CMP工序中，使用上述的浆液S，并且通过将研磨载荷F设为上述范围，容易将SiC基板1的研磨加工速率控制为最佳。
(研磨垫和承载板的转速)
在本实施方式中说明的CMP工序中，在SiC基板1的直径为4英寸的情况下，例如可设为研磨垫21a、22a的转速为10～60rpm的条件。另外，对于承载板24的转速不特别限定，可以适当设定。在CMP工序中，使用浆液S，将研磨载荷F规定为上述范围，并且将研磨垫21a、22a的转速设为上述范围，由此容易将SiC基板1的研磨加工速率控制为最佳。
<作用效果>
如以上说明的那样，根据本发明的SiC基板1的制造方法，采用了下述方法：对具有Si面1a和C面1b而成的SiC基板1，采用CMP法，使用高锰酸钾系的浆液S，并且将C面/Si面加工选择比设为规定以上，来对Si面1a和C面1b进行两面研磨。这样，通过将CMP研磨加工条件设为适当范围而对SiC基板1进行两面研磨，能够以简便的工艺，将在Si面1a上形成的外延层表面的粗糙除去，并将该外延层的除去量抑制为最小限度，并且也能够除去C面1b的粗糙。进而，通过根据上述条件对SiC基板1的两面同时进行加工，也能够期待平坦度、即GBIR(TTV)、SBIR(LTVmax)的改善。因此，能够生产率和成品率良好地制造表面特性优异、可适用于高耐压器件的SiC基板1。
以上，对本发明的优选实施方式进行了详细描述，但本发明并不限定于特定的实施方式，可以在权利要求书所记载的本发明的主旨范围内进行各种变形、变更。
实施例
以下，利用实施例对本发明的效果进行具体说明。再者，本发明并不被这些实施例限定。
[实施例]
在本实施例中，使用高锰酸钾系浆液(FUJIMI公司：DSC-201)，在以下所示的条件下，对SiC基板的Si面和C面分别进行CMP研磨，调查此时的各面的研磨加工速率的关系，由此作为进行了CMP两面研磨的情况下的代替实验。
在本实施例中，首先，对SiC基板(3英寸，4H-SiC-4°off基板)的Si面和C面，使用平均粒径3μm的金刚石浆液实施两面磨盘研磨后，使用平均粒径1μm的金刚石浆液实施两面抛光加工的粗研磨工序，进而对该SiC基板实施了CMP研磨。此时，使用了在二次粒子的平均粒径为0.3(μm)的胶体二氧化硅中添加了H2O2作为氧化剂的浆液。并且，设为下述条件，即研磨加工时间为3.0(小时)、研磨载荷为500(gf/cm2)、平台转速为60rpm、加工速率为Si面0.2(μm/小时){根据密度3.2(g/cc)并按重量换算}，进行了SiC基板的CMP研磨加工。
并且，使用上述的高锰酸钾系浆液(包含氧化铝作为研磨剂的浆液)，在以下的条件下，对SiC基板的Si面和C面分别进行CMP研磨，将此时的各面的研磨加工速率示于图3的图中。此时，SiC基板的Si面和C面的研磨条件分别为同一条件。在此，研磨以3枚为1组来进行，因此图3的横轴所记载的样品号的末尾，表示同时地进行研磨的基板号。即，末尾不同的3枚使用了同样条件的基板。另一方面，Sample-1和Sample-4是由分别不同的单晶块制作出的SiC基板。
再者，在本实施例中，在CMP研磨加工后的SiC基板的Si面不形成SiC外延层而进行两面研磨，确认了研磨加工速率，但一般SiC基板的研磨加工速率不存在由外延层的有无带来的影响。
(1)SiC基板(样品)：3英寸，4H-SiC-4°off基板；3枚1组安装{在Si面上没有外延层}
(2)CMP研磨加工条件
A.研磨装置：不二越机械工业(株)制
B.加工时间：60min
C.CMP浆液：氧化铝+高锰酸钾+硝酸(pH值：3)
D.浆液量·流速：7000g以上·100(ml/min)
E.浆液供给方法：放流(掛け流し)
F.CMP研磨载荷：280gf/cm2
G.平台转速：60rpm
如图3的图所示，如果使用高锰酸钾系浆液(氧化铝研磨剂浆液)，将两面的研磨条件各自设为同一条件来研磨SiC基板，则Si面的研磨加工速率为1.31～1.98(μm/小时)，C面的研磨加工速率高达6.73～8.24(μm/小时)，得到平均高达4.7的选择比。
即使使用由不同的单晶块制作出的SiC基板也得到同样的结果，另外，在3枚1组的所有SiC基板中也得到同样的结果。即，在本加工条件下Si面的研磨加工速率与C面的研磨加工速率之比，加工批次内和批次间的差小，也没有产生由SiC基板的制造过程所致的不同。
如上述那样，由于一般Si面的外延层表面的粗糙主要是因台阶聚束导致的0.01μm左右高度的粗糙，因此很显然如果是上述范围的研磨加工速率，则能够以分级别的短的加工时间，在确保外延层的厚度的同时几乎完全地除去粗糙。
另一方面，在外延生长时，背面侧的C面产生的粗糙，大多是基板表面模糊的程度的粗糙(参照图7(b)的显微镜照片)，如图3的图所示，C面的研磨加工速率非常高。因此，很显然即使是为了确保Si面侧的外延层的膜厚而将表面的研磨加工以短时间设定的情况，也能够几乎完全地除去C面侧的粗糙。
另外，在本实施例中，通过AFM(5μm□视场)在Si面和C面这两面确认了CMP研磨加工后的SiC基板的表面粗糙度，图4(a)表示Si面的AFM测定图像，图4(b)表示C面的AFM测定图像。
其结果，在Si面中，虽然表面粗糙度Ra为0.056(nm)，与通常的使用胶体二氧化硅浆液的情况下的Ra：0.03～0.05(nm)相比粗糙一些，但是与产生了一般的台阶聚束的外延面相比，平坦度得到了改善。
另一方面，在C面中，虽然表面粗糙度Ra为0.2(nm)，比Si面粗糙，但是与使用平均粒径约1μm的金刚石浆液进行了研磨的情况下的Ra：1(nm)相比，平坦度得到了大幅度改善。
上述那样的Si面与C面的表面粗糙度的差别，可推测是由于在加工速率高的C面，CMP加工中的化学作用和机械作用之中，机械作用更加活跃，因此速率高的面比Si面粗糙一些。
[实验例]
以下，对本发明人等为了实证本发明的SiC基板的制造方法而进行的实验例进行说明。
在本实验例中，使用上述的高锰酸钾系浆液(包含氧化铝作为研磨剂的浆液)、市售的胶体二氧化硅浆液，在与上述同样的条件下对SiC基板的Si面进行CMP研磨，将此时的研磨加工速率示于图2的图中。在此，研磨以3枚为1组来进行，因此图2的横轴所记载的样品号的末尾，表示同时地进行研磨的基板号。即，末尾不同的3枚使用了同样条件的基板。另一方面，Sample-2和Sample-3是由分别不同的单晶块制作出的SiC基板。
如图2所示，使用胶体二氧化硅浆液对SiC基板进行了CMP研磨的情况下，Si面的研磨速率为0.21～0.34(μm/小时)左右。另一方面可知，使用高锰酸钾系浆液(氧化铝研磨剂浆液)对SiC基板进行了CMP研磨的情况下，Si面的研磨加工速率为1.24～1.81(μm/小时)，得到为使用胶体二氧化硅系浆液的情况下的研磨加工速率的数倍的、1(μm/小时)以上的高速率。
关于研磨速率，即使使用由不同的单晶块制作出的SiC基板也得到同样的结果，另外，在3枚1组的所有SiC基板中也得到同样的结果。即，可知，即使SiC基板的性能具有制造范围内的误差，不论加工批次如何都可得到同样的结果。
由以上说明的实施例的结果可明确，通过应用本发明的SiC基板的制造方法，能够以采用CMP两面研磨加工的简便工艺，除去在Si面上形成的外延层表面的粗糙，并将该外延层的除去量抑制为最小限度，并且也能够除去C面的粗糙，因此能够生产率和成品率良好地制造表面特性优异、可适用于高耐压器件的SiC基板1。
产业上的利用可能性
本发明涉及的SiC基板的制造方法，能够生产率和成品率良好地制造表面特性优异、具备膜厚大的外延层的SiC基板，因此特别适合于高耐压器件等所使用的SiC基板的制造。
附图标记说明
1…SiC基板
1a…Si面(外延层的表面)
1b…C面
2…制造装置
21…上平台
21b…浆液供给孔
22…下平台
21a、22a…研磨垫
23…浆液管
20…支持轴
24…承载板(carrier plate)
24a…圆形孔
S…浆液
F…研磨载荷

Claims (11)

1.一种SiC基板的制造方法，是具备对SiC基板的表面进行研磨的工序的SiC基板的制造方法，其特征在于，
至少具备CMP工序，所述CMP工序是采用CMP法即机械化学研磨法，对所述SiC基板所具备的Si面和C面这两面以C面/Si面加工选择比为3.0以上的方式来实施两面研磨加工的工序，
在所述CMP工序中，作为浆液，使用包含高锰酸钾作为氧化剂、且pH值为2～6的高锰酸钾系浆液。
2.根据权利要求1所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，所述SiC基板是在所述Si面侧进一步层叠外延层而成的SiC基板。
3.根据权利要求1所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，作为所述高锰酸钾系浆液，使用包含氧化铝作为研磨剂的浆液。
4.根据权利要求2所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，作为所述高锰酸钾系浆液，使用包含氧化铝作为研磨剂的浆液。
5.根据权利要求1所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，研磨垫对所述SiC基板按压的研磨载荷为100～500g/cm2的范围。
6.根据权利要求2所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，研磨垫对所述SiC基板按压的研磨载荷为100～500g/cm2的范围。
7.根据权利要求3所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，研磨垫对所述SiC基板按压的研磨载荷为100～500g/cm2的范围。
8.根据权利要求4所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，研磨垫对所述SiC基板按压的研磨载荷为100～500g/cm2的范围。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序中，所述SiC基板的Si面的研磨加工速率为0.5～3.0μm/小时，并且，C面的研磨加工速率为3～15μm/小时。
10.根据权利要求1～8的任一项所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序之前，还包括采用机械式研磨法对所述SiC基板的Si面和C面进行研磨的粗研磨工序。
11.根据权利要求9所述的SiC基板的制造方法，其特征在于，在所述CMP工序之前，还包括采用机械式研磨法对所述SiC基板的Si面和C面进行研磨的粗研磨工序。
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