[发明专利]衬底、半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及衬底、半导体器件及其制造方法，并且更具体地，涉及其中前表面的至少一部分由碳化硅形成的衬底、半导体器件及其制造方法。

背景技术

传统上已知诸如碳化硅单晶衬底的衬底，其中前表面的至少一部分由碳化硅形成。因为这样的碳化硅在热导率上比诸如氮化镓（GaN）的氮化物半导体高，所以期望由碳化硅构成的衬底作为用于控制高压和高电流的功率器件的材料。例如，美国专利公布No.2006/0225645（以下称为PTL1）公开了具有3英寸直径的碳化硅衬底，对于其而言，限定了关于翘曲或TTV（总厚度变化）的值，以便防止所获得的外延膜的膜质量由于在碳化硅衬底的前表面上形成外延膜时的不均匀温度分布而变差。另外，WO2010/119792（以下称为PTL2）公开了下述特性的定义：即，指定形状，诸如衬底的翘曲或弯曲，并且将在衬底的前表面侧上的表面粗糙度Ra的值设置为1nm或更小，并且将在衬底的背表面侧上的表面粗糙度Ra的值设置为100nm或更小。PTL2限定了如上的粗糙度，以便当在衬底的前表面上形成薄膜时保证衬底的规定形状。

引用列表

专利文献

PTL1：US2006/0225645A1

PTL2：WO2010/119792

发明内容

技术问题

如上所述的PTL1不具体涉及衬底的表面粗糙度。虽然PTL2限定了衬底的前表面和背表面的表面粗糙度以便保证衬底的规定形状，但是它也未涉及在衬底的表面粗糙度（具体地说，在背表面侧上的表面粗糙度）和在衬底的前表面上形成的外延膜等的膜质量之间的关系。

然而，作为本发明人的专注研究的结果，本发明人已经发现，当特别在衬底的背表面上的表面粗糙度大时，在衬底的前表面上生长外延膜的步骤中的热处理期间，在其上承载衬底的承受器和衬底的背表面之间的接触状态变化，并且因此，在衬底中产生在温度分布。这样的温度分布可能不利地影响所形成的外延膜的膜质量。

另外，在衬底的前表面上形成外延膜并且在外延膜上形成半导体元件的步骤中，衬底的背表面可能被真空吸附。如果在这样的被真空吸附期间在背表面处的表面粗糙度大，则在一些情况下，衬底不能被可靠地吸附。因此，可能在形成半导体元件的步骤中产生缺陷。

而且，当在衬底的背表面处的表面粗糙度大时，晶体缺陷可能在用于形成外延膜的热处理期间从衬底的背表面侧发展，并且衬底可能翘曲。那么，在衬底在大小上增大的情况下，衬底的翘曲量的绝对值变大，这可能导致在形成外延膜或形成元件的步骤中引起缺陷的因素。

本发明被作出来解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种能够实现降低在形成外延膜或半导体元件的步骤中产生的缺陷的概率的衬底、包括该衬底的半导体器件及其制造方法。

对于问题的解决方案

根据本发明的一种衬底是具有前表面和背表面的衬底，其中，前表面的至少一部分由碳化硅构成，在前表面处的表面粗糙度Ra的平均值不大于0.5nm并且该表面粗糙度Ra的标准偏差不大于0.2nm，在背表面处的表面粗糙度Ra的平均值不小于0.3nm并且不大于10nm并且该表面粗糙度Ra的标准偏差不大于3nm，并且，前表面的直径不小于110mm。

通过这样做，在衬底的前表面上形成外延层的步骤中，能够抑制在支撑衬底的承受器和衬底的背表面之间接触的状态中的局部改变。因此，能够抑制随着在接触的状态中的改变而出现在衬底上的不均匀温度分布这样的问题，并且结果，能够形成在膜质量上良好的外延层。

在此，取决于衬底的材料，适合于形成外延层或形成器件的表面状态不同，并且受其表面粗糙度的影响也不同。即，适合于形成外延层等的表面粗糙度在根据本发明的其中前表面的至少一部分由碳化硅构成的衬底和由其他半导体材料构成的衬底之间不同。另外，因为机械和化学耐久性取决于材料而不同，所以用于控制在前表面处的工艺损坏层或表面粗糙度的加工条件（抛光条件）对于由不同材料制成的每一个衬底不同。因此，适当的加工方法也在根据本发明的由碳化硅构成的衬底和由其他材料构成的衬底之间不同。

基于这样的发现，在根据本发明的衬底中，在背表面处的表面粗糙度Ra的平均值被控制为不小于0.3nm并且不大于10nm，并且其标准偏差被控制为不大于3nm。因此，在衬底的前表面上生长外延膜中，能够抑制在背表面侧上的晶体缺陷的产生或发展，并且因此，也能够抑制衬底的翘曲。结果，能够在形成外延膜的步骤中或在形成元件的随后步骤中降低归因于衬底的翘曲的缺陷的产生的概率。