CN114174566A

CN114174566A - SiC衬底的制造方法及其制造装置和减少SiC衬底的加工变质层的方法

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Publication number: CN114174566A
Application number: CN202080018852.7A
Authority: CN
Inventors: 金子忠昭; 吉田奈都纪; 青木一史
Original assignee: Toyota Tsusho Corp; Kwansei Gakuin Educational Foundation
Current assignee: Toyota Tsusho Corp; Kwansei Gakuin Educational Foundation
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2022-03-11
Also published as: EP3936646A1; TWI833919B; JPWO2020179794A1; EP3936646A4; US20220181155A1; US11972949B2; JP7464808B2; WO2020179794A1; TW202044350A

Abstract

本发明解决的问题是提供一种减少了加工变质层的SiC衬底的制造方法及其制造装置。此外，本发明解决的问题是提供一种去除了加工变质层的SiC衬底的制造方法及其制造装置。本发明的特征在于包括：主体容器(20)，能够收纳SiC衬底(10)，并且通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；以及加热炉(30)，收纳所述主体容器(20)，并且加热所述主体容器(20)，使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并且形成温度梯度，其中，所述主体容器(20)具有蚀刻空间(S1)，所述蚀刻空间(S1)是在将所述SiC衬底配置在所述温度梯度的高温侧的状态下，使配置在所述温度梯度的低温侧的所述主体容器(20)的一部分和所述SiC衬底(10)相对而形成的。

Description

SiC衬底的制造方法及其制造装置和减少SiC衬底的加工变质层的方法

技术领域

本发明涉及去除了加工变质层的SiC衬底的制造方法及其制造装置和用于减少SiC衬底的加工变质层的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)衬底是通过对使用升华法等制造的单晶SiC的锭实施机械加工(切片、研磨和抛光)形成的。在被实施了机械加工的SiC衬底的表面处，存在具有在加工时所导入的伤痕、晶体应变等的表面层(以下称为加工变质层)。为了在器件制造步骤中不降低成品率，有必要去除该加工变质层。

常规上，去除该加工变质层的主流方法是通过使用金刚石等磨粒进行表面加工来去除。近年来，对于不使用磨粒的技术，已经提出了各种方案。

例如，在专利文献1中记载了通过在Si蒸气压下加热SiC晶片来进行蚀刻的蚀刻技术(以下也称为Si蒸气压蚀刻)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-16691号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明解决的问题是提供一种减少了加工变质层的SiC衬底的制造方法及其制造装置。此外，本发明解决的问题是提供一种去除了加工变质层的SiC衬底的制造方法及其制造装置。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的一实施方式的SiC衬底的制造装置，其包括：

主体容器，能够收纳SiC衬底，并且通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；和

加热炉，收纳所述主体容器，并且加热所述主体容器使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并且形成温度梯度；

其中，所述主体容器具有蚀刻空间，所述蚀刻空间是在将所述SiC衬底配置在所述温度梯度的高温侧的状态下，使配置在所述温度梯度的低温侧的所述主体容器的一部分和所述SiC衬底相对而形成的。

这样，在用于在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器内配置SiC衬底，使低温侧的主体容器的一部分和该SiC衬底相对，从而可以在不使用机械加工的情况下蚀刻SiC衬底。结果，可以制造减少和去除了加工变质层的SiC衬底。

在该实施方式中，所述主体容器具有衬底保持用具，所述衬底保持用具设置在所述SiC衬底和所述主体容器之间。

这样，通过在SiC衬底和主体容器之间设置衬底保持用具，可以容易形成蚀刻空间。

在该实施方式中，所述主体容器由包含多晶SiC的材料构成。

这样，由于主体容器由包含多晶SiC的材料构成，因而当通过加热炉加热主体容器时，可以在主体容器内产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压。

在该实施方式中，所述加热炉具有：高熔点容器，能够收纳所述主体容器；和Si蒸气供给源，能够将Si蒸气供给到该高熔点容器内。

这样，由于加热炉具有高熔点容器和Si蒸气供给源，因而可以在Si蒸气压环境下加热主体容器。由此，可以抑制主体容器内的包含Si元素的气相物种的蒸气压的下降。

在该实施方式中，所述高熔点容器由包含钽的材料构成，并且所述Si蒸气供给源为硅化钽。

此外，本发明还涉及SiC衬底的制造方法。即，本发明的一实施方式的SiC衬底的制造方法包括：蚀刻步骤，在用于在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器的内部收纳SiC衬底，并且加热所述主体容器，使得在包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境下形成温度梯度，从而蚀刻所述SiC衬底。

这样，在包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的环境内，以温度梯度作为驱动力来蚀刻SiC衬底，从而可以制造减少和去除了加工变质层的SiC衬底。

在该实施方式中，所述蚀刻步骤具有：Si原子升华步骤，使Si原子从SiC衬底的表面热升华；和C原子升华步骤，通过使残留在SiC衬底的表面处的C原子和所述主体容器内的Si蒸气反应来使C原子从SiC衬底的表面升华。

在该实施方式中，在所述蚀刻步骤中，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述SiC衬底和配置在所述温度梯度的低温侧的所述主体容器的一部分相对来进行蚀刻。

此外，本发明还涉及用于减少SiC衬底的加工变质层的方法。即，本发明的一实施方式的用于减少SiC衬底的加工变质层的方法包括：蚀刻步骤，在包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的环境下蚀刻SiC衬底，其中，在所述蚀刻步骤中，对在温度梯度的高温侧配置有所述SiC衬底的蚀刻空间进行加热。

在该实施方式中，在所述蚀刻步骤中，在通过包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境被排气的蚀刻空间内配置所述SiC衬底来进行蚀刻。

此外，本发明还涉及SiC衬底的制造方法。即，本发明的一实施方式的SiC衬底的制造方法包括：蚀刻步骤，在包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的环境下蚀刻SiC衬底，其中，在所述蚀刻步骤中，对在温度梯度的高温侧配置有所述SiC衬底的蚀刻空间进行加热。

此外，本发明还涉及SiC衬底的制造装置。即，本发明的一实施方式的SiC衬底的制造装置包括：主体容器，能够收纳SiC衬底，并且通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；和加热炉，收纳所述主体容器，并且加热所述主体容器，使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并且形成温度梯度。其中，所述主体容器具有在所述温度梯度的高温侧配置所述SiC衬底的蚀刻空间。

在该实施方式中，所述主体容器具有衬底保持用具，所述衬底保持用具能够将所述SiC衬底的至少一部分保持在所述主体容器的中空部中。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种减少了加工变质层的SiC衬底的制造方法及其制造装置。此外，根据本发明，可以提供一种去除了加工变质层的SiC衬底的制造方法及其制造装置。

其他问题、特征和优点将通过阅读下面描述的用于实施本发明的实施方式并结合附图和权利要求而变得显而易见。

附图说明

图1是一实施方式的SiC衬底的制造装置的示意图。

图2是使用一实施方式的SiC衬底的制造装置来蚀刻的SiC衬底的说明图。

图3是一实施方式的SiC衬底的制造装置的说明图。

图4是一实施方式的SiC衬底的制造方法的蚀刻步骤的说明图。

图5是一实施方式的SiC衬底的制造方法的蚀刻前的SiC衬底的截面SEM-EBSD成像图像。

图6是一实施方式的SiC衬底的制造方法的蚀刻后的SiC衬底的截面SEM-EBSD成像图像。

具体实施方式

以下，使用图1至图6对本发明的图示的优选的实施方式进行详细说明。本发明的技术范围不限于附图所示的实施方式，能够在权利要求书记载的范围内适当变更。

[SiC衬底的制造装置]

以下，对本发明的一实施方式的SiC衬底的制造装置进行详细说明。

如图1所示，本实施方式的SiC衬底的制造装置包括：主体容器20，能够收纳SiC衬底10，并且通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；和加热炉30，收纳该主体容器20，并且加热该主体容器20，使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并且形成温度梯度。

此外，主体容器20具有蚀刻空间S1，该蚀刻空间S1是在将SiC衬底10配置在温度梯度的高温侧的状态下，使配置在温度梯度的低温侧的主体容器20的一部分和SiC衬底10相对而形成的。

通过使用这种SiC衬底的制造装置，如图2所示，可以制造减少和去除了加工变质层11的SiC衬底。

<SiC衬底10>

作为SiC衬底10，可以例示将从使用升华法等制造的锭切成圆盘状而成的SiC晶片、或将单晶SiC加工成薄板状而成的SiC衬底。另外，作为单晶SiC的晶体多晶型，可以采用任何多晶型。

通常，如图2所示，经过机械加工(例如切片、研磨/抛光)或激光加工的SiC衬底10具有：引入了伤痕111、潜在伤痕112、应变113等的加工损伤的加工变质层11，和未引入这种加工损伤的块体层12。

该加工变质层11的有无可以通过SEM-EBSD法、TEM、μXRD、RAMAN分光等来确认。另外，为了不降低器件制造过程中的成品率，优选的是，去除加工变质层11，并显出未引入加工损伤的块体层12。

在本说明书中的说明中，将SiC衬底10的生成半导体元件的面(具体地，用于堆积外延层的面)称为主面101，并将与该主面101相对的面称为背面102。此外，将主面101和背面102统称为表面，并且将贯通主面101和背面102的方向称为表-背方向。

另外，作为主面101，可以例示从(0001)面或(000-1)面设置数度(例如，0.4至8°)的偏离角的表面。(另外，在本说明书中，在米勒指数的标记中，“-”是表示紧随其后为指数的横号)。

另外，作为SiC衬底10的尺寸，可以由数厘米见方的芯片尺寸到例如6英寸(约15.24厘米)晶片或8英寸(约20.32厘米)的晶片。

<主体容器20>

主体容器20只要是以下结构即可：能够收纳SiC衬底10，并且在加热处理时在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压。例如，主体容器20由包含多晶SiC的材料构成。在本实施方式中，主体容器20的整体由多晶SiC构成。通过加热由这种材料构成的主体容器20，可以产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压。

即，期望的是，进行了加热处理的主体容器20内的环境为包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的混合体系的蒸气压环境。作为该包含Si元素的气相物种，可以例示Si、Si₂、Si₃、Si₂C、SiC₂、SiC。此外，作为包含C元素的气相物种，可以例示Si₂C、SiC₂、SiC、C。即，处于SiC系气体存在于主体容器20内的状态。

此外，只要是在主体容器20的加热处理时在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的结构，就可以采用该结构。例如，可以示出多晶SiC在内面的一部分处露出的结构、将多晶SiC单独配置在主体容器20内的结构等。

如图3所示，主体容器20是包括能够相互嵌合的上容器21和下容器22的嵌合容器。在上容器21和下容器22的嵌合部处形成有微小的间隙23，并且构成为能够从该间隙23进行主体容器20内的排气(抽真空)。

主体容器20具有蚀刻空间S1，该蚀刻空间S1是在将SiC衬底10配置在温度梯度的高温侧的状态下，使配置在温度梯度的低温侧的主体容器20的一部分和SiC衬底10相对而形成的。即，利用设置在加热炉30中的温度梯度，至少使主体容器20的一部分(例如下容器22的底面)的温度低于SiC衬底10，从而形成蚀刻空间S1。

蚀刻空间S1是用于以设置在SiC衬底10和主体容器20之间的温度差作为驱动力来将SiC衬底10表面的Si原子和C原子输送到主体容器20的空间。

例如，配置SiC衬底10，使得在将SiC衬底10的主面101(或背面102)的温度和与该主面101相对的下容器22的底面的温度进行比较时，主面101侧的温度高并且下容器22的底面侧的温度低(参照图4)。这样，通过在主面101和下容器22的底面之间形成设有温度差的空间(蚀刻空间S1)，可以以温度差作为驱动力来将主面101的Si原子和C原子输送到下容器22的底面。

主体容器20也可以具有设置在SiC衬底10和主体容器20之间的衬底保持用具24。

本实施方式的加热炉30为这样的结构：加热成形成温度梯度，使得温度从主体容器20的上容器21向下容器22下降。因此，通过在SiC衬底10和下容器22之间设置能够保持SiC衬底10的衬底保持用具24，可以在SiC衬底10和下容器22之间形成蚀刻空间S1。

衬底保持用具24只要是能够将SiC衬底的至少一部分保持在主体容器20的中空部中的结构即可。例如，只要是一点支撑、三点支撑、用于支撑外周缘的结构或用于夹持一部分的结构等常用的支撑手段，就当然可以采用。作为该衬底保持用具24的材料，可以采用SiC材料或高熔点金属材料。

另外，也可以根据加热炉30的温度梯度的方向不设置衬底保持用具24。例如，在加热炉30形成温度梯度使得温度从下容器22向着上容器21下降的情况下，也可以在下容器22的底面处配置SiC衬底10(而不设置衬底保持用具24)。

<加热炉30>

如图1所示，加热炉30包括：主加热室31，能够将被处理物(SiC衬底10等)加热至1000℃以上且2300℃以下的温度；预热室32，能够将被处理物预热至500℃以上的温度；高熔点容器40，能够收纳主体容器20；以及移动器件33(移动台)，能够将该高熔点容器40从预热室32移动到主加热室31。

主加热室31在俯视剖视图中形成为正六边形，并且在其内侧配置有高熔点容器40。

在本加热室31的内部配备有加热器34(网状加热器)。此外，在主加热室31的侧壁或顶部处固定有多层热反射金属板(未示出)。该多层热反射金属板构成为将加热器34的热量朝向主加热室31的大致中央部反射。

由此，在主加热室31内，以包围收纳有被处理物的高熔点容器40的方式配置有加热器34，并且在其外侧配置有多层热反射金属板，从而可以升温至1000℃以上且2300℃以下的温度。

另外，作为加热器34，可以例如使用电阻加热式的加热器或高频感应加热式的加热器。

此外，加热器34也可以采用能够在高熔点容器40内形成温度梯度的结构。例如，加热器34也可以构成为在上侧(或下侧)配置有多个加热器。此外，加热器34也可以构成为宽度随着向上侧(或下侧)而变大。或者，加热器34也可以构成为能够随着向上侧(或下侧)而增大所供给的电力。

此外，主加热室31连接有：用于进行主加热室31内的排气的真空形成用阀45，用于将惰性气体引入到主加热室31内的惰性气体注入用阀36，以及用于测量主加热室31内的真空度的真空计37。

真空形成用阀35与用于将主加热室31内排气来抽真空的抽真空泵连接(未示出)。通过该真空形成用阀45和抽真空泵，可以将主加热室31内的真空度调整为例如10Pa以下，更优选1Pa以下，进一步优选10^-3Pa以下。作为该抽真空泵，可以例示涡轮分子泵。

惰性气体注入用阀36与惰性气体供给源连接(未示出)。通过该惰性气体注入用阀36和惰性气体供给源，可以将惰性气体在10^-5至10000Pa的范围内引入到主加热室31内。作为该惰性气体，可以选择Ar、He、N₂等。

预热室32与主加热室31连接，并且构成为能够通过移动器件33移动高熔点容器40。另外，本实施方式的预热室32构成为能够利用主加热室31的加热器34的余热进行升温。例如，在将主加热室31升温至2000℃的情况下，预热室32升温至1000℃左右，可以进行被处理物(SiC衬底10、主体容器20、高熔点容器40等)的脱气处理。

移动器件33构成为放置高熔点容器30并能够在主加热室31和预热室32之间移动。由于由该移动装置43进行的在主加热室31和预热室32之间的传送最短1分钟左右完成，因而可以实现1至1000℃/min的升温和降温。

由于能够这样进行急速升温和急速降温，因而能够观察在升温中和降温中不具有低温生长历史的表面形状，这在常规装置中是困难的。

此外，在图1中，将预热室32配置在主加热室31的下方，但不限于此，也可以配置在任何方向上。

此外，本实施方式的移动器件33是用于放置高熔点容器40的移动台。微小的热量从该移动台和高熔点容器40的接触部逸出。由此，可以在高熔点容器40内形成温度梯度。

在本实施方式的加热炉30中，由于高熔点容器40的底部与移动台接触，因而温度梯度设置成使得温度从高熔点容器40的上容器41向下容器42下降。

另外，该温度梯度的方向可以通过改变移动台和高熔点容器40的接触部的位置而设定为任意方向。例如，当移动台采用悬挂式等来将接触部设置在高熔点容器40的顶部处的情况下，热量向上方逸出。因此，温度梯度设置成使得温度从高熔点容器40的上容器41朝向下容器42上升。另外，期望的是，该温度梯度沿SiC衬底10的表背方向形成。

此外，如上所述，也可以根据加热器34的结构形成温度梯度。

<高熔点容器40>

本实施方式的加热炉30内的包含Si元素的气相物种的蒸气压环境是使用高熔点容器40和Si蒸气供给源44来形成的。例如，只要是能够在主体容器20的周围形成包含Si元素的气相物种的蒸气压环境的方法，就可以用于本发明的SiC衬底的制造装置。

高熔点容器40构成为包含高熔点材料。例如，可以例示以下等：作为通用耐热部件的C，作为高熔点金属的W、Re、Os、Ta、Mo，作为碳化物的Ta₉C₈、HfC、TaC、NbC、ZrC、Ta₂C、TiC、WC、MoC，作为氮化物的HfN、TaN、BN、Ta₂N、ZrN、TiN，作为硼化物的HfB₂、TaB₂、ZrB₂、NB₂、TiB₂，以及多晶SiC。

与主体容器20一样，该高熔点容器40是包括能够相互嵌合的上容器41和下容器42的嵌合容器，并且构成为能够收纳主体容器20。在上容器41和下容器42的嵌合部处形成有微小的间隙43，并且构成为能够从该间隙43进行高熔点容器40内的排气(抽真空)。

高熔点容器40具有能够将包含Si元素的气相物种的蒸气压供给到高熔点容器40内的Si蒸气供给源44。Si蒸气供给源44只要是在加热处理时使高熔点容器40内产生Si蒸气的结构即可，并且例如可以例示固体的Si(单晶Si片、Si粉末等的Si颗粒)、Si化合物。

在本实施方式的SiC衬底的制造装置中，采用TaC作为高熔点容器40的材料，并且采用硅化钽作为Si蒸气供给源44。即，如图3所示，在高熔点容器40的内侧形成有硅化钽层，并且构成为，在加热处理时将包含Si元素的气相物种的蒸气压从硅化钽层供给到容器内，从而形成Si蒸气压环境。

此外，只要是在加热处理时在高熔点容器40内形成包含Si元素的气相物种的蒸气压的结构，就可以采用。

本发明的SiC衬底的制造装置构成为包括：主体容器20，能够收纳SiC衬底10，并且通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；和加热炉30，收纳主体容器20，并且加热主体容器20，使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并且形成温度梯度；其中，主体容器20具有蚀刻空间S1，所述蚀刻空间S1是在将SiC衬底配置在温度梯度的高温侧的状态下，使配置在温度梯度的低温侧的主体容器20的一部分和SiC衬底相对而形成的。

通过这种结构，能够在SiC衬底10和主体容器20之间形成近热平衡状态，而且能够在主体容器20内形成包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压(Si、Si₂、Si₃、Si₂C、SiC₂、SiC等的气相物种的分压)环境。在这种环境中，以加热炉30的温度梯度作为驱动力发生质量的输送，结果，通过蚀刻SiC衬底10，可以制造减少和去除了加工变质层11的SiC衬底。

此外，本实施方式的SiC衬底的制造装置，通过在包含Si元素的气相物种的蒸气压环境(例如Si蒸气压环境)下加热主体容器20，可以抑制包含Si元素的气相物种从主体容器20内被排气。即，通过使主体容器20内的包含Si元素的气相物种的蒸气压和主体容器20外的包含Si元素的气相物种的蒸气压平衡，可以维持主体容器20内的环境。

换句话说，主体容器20配置在形成有包含Si元素的气相物种的蒸气压环境(例如Si蒸气压环境)的高熔点容器40内。这样，通过包含Si元素的气相物种的蒸气压环境(例如Si蒸气压环境)将主体容器20内排气(抽真空)，从而可以抑制蚀刻空间S1内Si原子的减少。由此，可在蚀刻空间S1内长时间维持对蚀刻优选的Si/C原子数比。

此外，本实施方式的SiC衬底的制造装置，主体容器20由多晶SiC构成。通过采用这种结构，当使用加热炉30加热主体容器20时，可以在主体容器20内仅产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压。

[SiC衬底的制造方法]

以下，对本发明的一实施方式的SiC衬底的制造方法进行详细说明。

如图3和图4所示，本实施方式的SiC衬底的制造方法包括：蚀刻步骤，在用于在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器20的内部收纳SiC衬底10，并且加热主体容器20，使得在包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境下形成温度梯度，从而蚀刻SiC衬底10。

另外，该实施方式中，对与前述的SiC衬底的制造装置基本相同的构成要素附上相同的附图标记来简化其说明。

以下，对本实施方式的SiC衬底的制造方法的蚀刻步骤进行详细说明。

<蚀刻步骤>

图4是示出蚀刻机构的概要的说明图。考虑的是，通过将配置有SiC衬底10的主体容器20在1400℃以上且2300℃以下的温度范围内加热，持续地进行以下1)至5)的反应，结果进行蚀刻。

1) SiC(s)→Si(v)+C(s)

2) 2C(s)+Si(v)→SiC₂(v)

3) C(s)+2Si(v)→Si₂C(v)

4) Si(v)+SiC₂(v)→2SiC(s)

5) Si₂C(v)→Si(v)+SiC(s)

1)的说明：由于加热SiC衬底10(SiC(s))，因而通过热分解使Si原子(Si(v))从SiC衬底10表面脱离(Si原子升华步骤)。

2)和3)的说明：由于Si原子(Si(v))脱离而残留在SiC衬底10表面处的C(C(s))通过与主体容器20内的Si蒸气(Si(v))反应而成为Si₂C或SiC₂等并从SiC衬底10表面升华(C原子升华步骤)。

4)和5)的说明：所升华的Si₂C或SiC₂等由于温度梯度而到达主体容器20内的底面(多晶SiC)并生长。

即，蚀刻步骤具有：Si原子升华步骤，使Si原子从SiC衬底10的表面热升华；和C原子升华步骤，使残留在SiC衬底10的表面处的C原子通过与主体容器20内的Si蒸气反应而从SiC衬底10的表面升华。

此外，蚀刻步骤的特征在于，使配置在温度梯度的高温侧的SiC衬底10和配置在温度梯度的低温侧的主体容器20的一部分相对来进行蚀刻。

即，通过将SiC衬底10的主面101和温度比该主面101低的主体容器20的底面相对配置，在它们之间形成蚀刻空间S1。在该蚀刻空间S1中，以加热炉30形成的温度梯度作为驱动力发生质量的输送，结果可以蚀刻SiC衬底10。

换句话说，蚀刻步骤将SiC衬底10和主体容器20的一部分相对配置，并且以主体容器20的一部分为低温侧、SiC衬底10为高温侧的方式设置温度梯度进行加热。利用该温度梯度将Si元素和C元素从SiC衬底10输送到主体容器20来蚀刻SiC衬底10。

本方法中的蚀刻温度优选设定在1400至2300℃的范围内，更优选设定在1600至2000℃的范围内。

本方法中的蚀刻速度可以通过上述温度范围来控制，并且能够在0.001至2μm/min的范围内选择。

本方法中的蚀刻量只要是可以去除SiC衬底10的加工变质层11的蚀刻量即可采用。作为该蚀刻量，可以例示0.1μm以上且20μm以下，但可以根据需要应用。

本方法中的蚀刻时间可以设定为任意时间以获得所需的蚀刻量。例如，当蚀刻速度为1μm/min时，在要将蚀刻量设定为1μm的情况下，蚀刻时间为1分钟。

本方法中的温度梯度在蚀刻空间S1中设定在0.1至5℃/mm的范围内。

实施例

使用以下的方法制造了实施例1的SiC衬底。

<实施例1>

在以下条件下，将SiC衬底10收纳在主体容器20和高熔点容器40中(配置步骤)。

[SiC衬底10]

多晶型：4H-SiC

衬底尺寸：横宽10mm×纵宽10mm×厚度0.45mm

偏离方向和偏离角：<11-20>方向4°偏离

蚀刻面：(0001)面

加工变质层11深度：5μm

另外，通过SEM-EBSD方法确认了加工变质层11的深度。此外，该加工变质层11也可以通过TEM、μ×RD、RAMAN分光来确认。

[主体容器20]

材料：多晶SiC

容器尺寸：直径60mm×高度4mm

衬底保持用具24的材料：单晶SiC

SiC衬底10和主体容器20的底面的距离：2mm

[高熔点容器40]

材料：TaC

容器尺寸：直径160mm×高度60mm

Si蒸气供给源44(Si化合物)：TaSi₂

[蚀刻步骤]

在上述条件下配置的SiC衬底10在以下条件下进行了加热处理。

加热温度：1800℃

加热时间：20min

蚀刻量：5μm

温度梯度：1℃/mm

蚀刻速度：0.25μm/min

主加热室真空度：10^-5Pa

[使用SEM-EBSD法测量加工变质层11]

SiC衬底10的晶格应变可以通过与成为基准的基准晶格进行比较来求出。作为测量该晶格应变的手段，例如可以使用SEM-EBSD法。SEM-EBSD法是一种能够基于在扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope：SEM)中通过电子背散射获得的菊池衍射图案进行微小区域的应变测量的方法(Electron Back Scattering Diffraction:EBSD，电子背散射衍射)。在该方法中，通过将成为基准的基准晶格的衍射图案与所测量的晶格的衍射图案进行比较，可以求出晶格应变量。

作为基准晶格，例如，在被认为不会发生晶格应变的区域中设置基准点。即，期望的是，在图2中的块体层12的区域中配置基准点。通常，加工变质层11的深度约为10μm是公认的理论。因此，可以在被认为比加工变质层11足够深的深度约20至35μm的位置处设定基准点。

接着，将该基准点处的晶格衍射图案与以纳米级间距测量的各测量区域中的晶格衍射图案进行比较。由此，可以计算各测量区域相对于基准点的晶格应变量。

此外，示出了将被认为不会发生晶格应变的基准点设定为基准晶格的情况，但当然也可以单晶SiC的理想晶格作为基准，或者以占据测量区域面内的大多数(例如，过半数以上)的晶格作为基准。

通过使用该SEM-EBSD法测量是否存在晶格应变，可以判断有无加工变质层11。即，在引入了伤痕111、潜在伤痕112、应变113等的加工损伤的情况下，在SiC衬底10处产生晶格应变，因而使用SEM-EBSD法观察应力。

使用SEM-EBSD法观察了在蚀刻步骤的前后的实施例1的SiC衬底10处存在的加工变质层11。其结果在图5和6中示出。

另外，在该测量中，在以下条件下使用扫描电子显微镜对实施例1的蚀刻步骤前后的SiC衬底10剖开后的截面进行了测量。

SEM装置：Zeiss制Merline

EBSD分析：TSL Solutions制OIM晶体取向分析装置

加速电压：15kV

探头电流：15nA

步长：200nm

基准点R深度：20μm

图5是实施例1的蚀刻工序前的SiC衬底10的截面SEM-EBSD成像图像。

如该图5所示，在蚀刻步骤之前，在SiC衬底10内观察到深度5μm的晶格应变。这是在机械加工时所引入的晶格应变，可知具有加工变质层11。另外，均观察到压缩应力。

图6是在实施例1的蚀刻步骤后的SiC衬底10的截面SEM-EBSD成像图像。

如该图6所示，在蚀刻步骤后在SiC衬底10内未观察到晶格应变。即，可知通过蚀刻步骤去除了加工变质层11。

本发明的SiC衬底的制造方法包括：蚀刻步骤，在用于在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器20的内部收纳SiC衬底10，并且加热该主体容器20，使得在包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境下形成温度梯度，从而蚀刻SiC衬底。

这样，可以制造这样的SiC衬底：在用于在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器20内配置SiC衬底10，并且以加热炉30的温度梯度作为驱动力进行蚀刻，从而减少和去除加工变质层11。

附图标记说明

10 SiC衬底

101 主面

11 加工变质层

12 块体层

20 主体容器

24 衬底保持用具

30 加热炉

40 高熔点容器

44 Si蒸气供给源

S1 蚀刻空间

Claims

1.一种SiC衬底的制造装置，其包括：

主体容器，能够收纳SiC衬底，并且通过加热在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压；以及

加热炉，收纳所述主体容器，并加热所述主体容器使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并形成温度梯度；

2.根据权利要求1所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述主体容器具有衬底保持用具，所述衬底保持用具设置在所述SiC衬底和所述主体容器之间。

3.根据权利要求1或2所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述主体容器由包含多晶SiC的材料构成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述加热炉具有：

高熔点容器，能够收纳所述主体容器；和

Si蒸气供给源，能够将Si蒸气供给到该高熔点容器内。

5.根据权利要求4所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述高熔点容器由包含钽的材料构成，所述Si蒸气供给源为硅化钽。

6.一种SiC衬底的制造方法，包括：蚀刻步骤，在用于在内部空间中产生包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的主体容器的内部收纳SiC衬底，并且，加热所述主体容器，使得在包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境下形成温度梯度，从而蚀刻所述SiC衬底。

7.根据权利要求6所述的SiC衬底的制造方法，其中，所述蚀刻步骤具有：

Si原子升华步骤，使Si原子从SiC衬底的表面热升华；和

C原子升华步骤，通过使残留在SiC衬底的表面处的C原子和所述主体容器内的Si蒸气反应来使C原子从SiC衬底的表面升华。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述蚀刻步骤中，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述SiC衬底和配置在所述温度梯度的低温侧的所述主体容器的一部分相对来进行蚀刻。

9.一种用于减少SiC衬底的加工变质层的方法，包括：蚀刻步骤，在包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的环境下蚀刻SiC衬底，

其中，在所述蚀刻步骤中，对在温度梯度的高温侧配置有所述SiC衬底的蚀刻空间进行加热。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述蚀刻步骤中，在通过包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境被排气的蚀刻空间内配置所述SiC衬底来进行蚀刻。

11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，在所述蚀刻步骤中，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述SiC衬底和配置在所述温度梯度的低温侧的所述主体容器的一部分相对来进行蚀刻。

12.一种SiC衬底的制造方法，包括：蚀刻步骤，在包含Si元素的气相物种和包含C元素的气相物种的蒸气压的环境下蚀刻SiC衬底，

13.根据权利要求12所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述蚀刻步骤中，在通过包含Si元素的气相物种的蒸气压的环境被排气的蚀刻空间内配置所述SiC衬底来进行蚀刻。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的SiC衬底的制造方法，其中，在所述蚀刻步骤中，使配置在所述温度梯度的高温侧的所述SiC衬底和配置在所述温度梯度的低温侧的所述主体容器的一部分相对来进行蚀刻。

15.一种SiC衬底的制造装置，包括：

加热炉，收纳所述主体容器，并且，加热所述主体容器，使得在内部空间中产生包含Si元素的气相物种的蒸气压并形成温度梯度；

其中，所述主体容器具有在所述温度梯度的高温侧配置所述SiC衬底的蚀刻空间。

16.根据权利要求15所述的SiC衬底的制造装置，其中，所述主体容器具有衬底保持用具，所述衬底保持用具能够将所述SiC衬底的至少一部分保持在所述主体容器的中空部中。

17.一种SiC衬底，其通过权利要求6至8、权利要求12至14中任一项所述的制造方法来制造。