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JP2015143168A - Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate - Google Patents

Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate Download PDF

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JP2015143168A
JP2015143168A JP2014017501A JP2014017501A JP2015143168A JP 2015143168 A JP2015143168 A JP 2015143168A JP 2014017501 A JP2014017501 A JP 2014017501A JP 2014017501 A JP2014017501 A JP 2014017501A JP 2015143168 A JP2015143168 A JP 2015143168A
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潤 玄番
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Abstract

【課題】表面性状が良好であり、かつ窒素原子のバックグラウンド濃度が十分に低減されている炭化珪素エピタキシャル基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】炭化珪素エピタキシャル基板10は、C面を主表面として有するベース基板1と、ベース基板1のC面上に配置された炭化珪素エピタキシャル層2とを備える。炭化珪素エピタキシャル層2は、窒素原子のバックグラウンド濃度が3?1015cm-3以下である層を含む。炭化珪素エピタキシャル層2の形成工程において、原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siを1.7以上かつ2.1以下とし、エピタキシャル成長温度を1600℃以上1800℃以下の範囲とする。さらに、炭化珪素成長装置を構成する部材の窒素濃度を10ppm以下とし、前記部材から放出される窒素を低減することにより、炭化珪素エピタキシャル基板10の窒素原子のバックグラウンド濃度を低減することができる。【選択図】図1A silicon carbide epitaxial substrate having good surface properties and a sufficiently reduced background concentration of nitrogen atoms and a method for manufacturing the same are provided. A silicon carbide epitaxial substrate includes a base substrate having a C-plane as a main surface and a silicon carbide epitaxial layer disposed on the C-plane of the base substrate. Silicon carbide epitaxial layer 2 includes a layer having a background concentration of nitrogen atoms of 3 to 10 @ 15 cm @ -3 or less. In the step of forming silicon carbide epitaxial layer 2, the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the raw material gas is set to 1.7 to 2.1 and the epitaxial growth temperature ranges from 1600 ° C. to 1800 ° C. To do. Furthermore, the background concentration of nitrogen atoms of silicon carbide epitaxial substrate 10 can be reduced by setting the nitrogen concentration of the member constituting the silicon carbide growth apparatus to 10 ppm or less and reducing the nitrogen released from the member. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide epitaxial substrate, a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.

従来より半導体装置を構成する材料として珪素(Si)が広く用いられている。近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素(SiC)の採用が進められている。   Conventionally, silicon (Si) has been widely used as a material constituting semiconductor devices. In recent years, the use of silicon carbide (SiC) as a material constituting a semiconductor device has been promoted in order to enable a semiconductor device to have a high breakdown voltage and low loss.

炭化珪素は、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。半導体装置を構成する材料に炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。さらに、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。   Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon. By adopting silicon carbide as a material constituting the semiconductor device, it is possible to achieve high breakdown voltage of the semiconductor device, reduction of on resistance, and the like. Furthermore, a semiconductor device that employs silicon carbide as a material also has an advantage that a decrease in characteristics when used in a high-temperature environment is smaller than a semiconductor device that employs silicon as a material.

炭化珪素の結晶構造に起因して、炭化珪素ウェハは、一般に、Si面およびC面と呼ばれる2種類の主表面を有する。従来、炭化珪素ウェハのSi面上に、炭化珪素層がエピタキシャル成長によって形成されていた(たとえば非特許文献1を参照)。   Due to the crystal structure of silicon carbide, a silicon carbide wafer generally has two types of main surfaces called Si plane and C plane. Conventionally, a silicon carbide layer has been formed by epitaxial growth on the Si surface of a silicon carbide wafer (see, for example, Non-Patent Document 1).

Kazutoshi Koiima, Satoshi Kuroda, Haiime Okumura, and Kazuo Aral, "Nitrogen incorporation characteristics on a 4H‐SiC epitaxial layer", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 88,pp. 21907-1 - 021907-3Kazutoshi Koiima, Satoshi Kuroda, Haiime Okumura, and Kazuo Aral, "Nitrogen incorporation characteristics on a 4H-SiC epitaxial layer", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 88, pp. 21907-1-021907-3

近年、炭化珪素基板のC面を用いることによって、デバイスの特性を向上させることが検討されている。したがって、C面上への均一なエピタキシャル成長技術の重要性が増している。   In recent years, it has been studied to improve device characteristics by using the C-plane of a silicon carbide substrate. Therefore, the importance of a uniform epitaxial growth technique on the C plane is increasing.

炭化珪素エピタキシャル層の不純物濃度を制御するためには、ドーパントガスによって炭化珪素エピタキシャル層に導入される不純物の濃度だけでなく、炭化珪素エピタキシャル層のバックグラウンド濃度を考慮する必要があることを本願発明者は見出した。本明細書において「バックグラウンド濃度」とは、ドーパントガスを用いずにエピタキシャル成長を行なった結果、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度をいう。典型的には、窒素が、炭化珪素エピタキシャル層に含まれる不純物になり得る。   In order to control the impurity concentration of the silicon carbide epitaxial layer, it is necessary to consider not only the concentration of the impurity introduced into the silicon carbide epitaxial layer by the dopant gas but also the background concentration of the silicon carbide epitaxial layer. Found. In this specification, “background concentration” refers to the concentration of impurities contained in an epitaxial layer as a result of epitaxial growth without using a dopant gas. Typically, nitrogen can be an impurity contained in the silicon carbide epitaxial layer.

さらに、エピタキシャル層の主表面において良好な表面性状が得られることもエピタキシャル成長において重要である。しかしながら、特許文献1は、表面性状が良好であり、かつ窒素原子のバックグラウンド濃度が十分に低減されている炭化珪素エピタキシャル基板を得るための製造方法について言及されていない。   Furthermore, it is also important in epitaxial growth that good surface properties can be obtained on the main surface of the epitaxial layer. However, Patent Document 1 does not mention a manufacturing method for obtaining a silicon carbide epitaxial substrate that has good surface properties and a sufficiently reduced background concentration of nitrogen atoms.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、表面性状が良好であり、かつ窒素原子のバックグラウンド濃度が十分に低減されている炭化珪素エピタキシャル基板および、その製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems. A main object of the present invention is to provide a silicon carbide epitaxial substrate having good surface properties and a sufficiently reduced background concentration of nitrogen atoms, and a method for producing the same.

本発明のある局面に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、C面を主表面として有する炭化珪素ベース基板と、炭化珪素ベース基板の前記C面上に配置された炭化珪素エピタキシャル層とを備え、炭化珪素エピタキシャル層は、窒素原子のバックグラウンド濃度が3×1015cm-3以下である層を含む。 A silicon carbide epitaxial substrate according to an aspect of the present invention includes a silicon carbide base substrate having a C plane as a main surface, and a silicon carbide epitaxial layer disposed on the C plane of the silicon carbide base substrate. The layer includes a layer having a background concentration of nitrogen atoms of 3 × 10 15 cm −3 or less.

本発明の他の局面に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、C面を主表面として有する、炭化珪素ベース基板を準備する工程と、炭化珪素ベース基板に対して炭化珪素エピタキシャル層を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、炭化珪素ベース基板をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、炭化珪素ベース基板のC面上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程とを備える。炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.7以上かつ2.1以下であり、エピタキシャル成長温度は、1600℃以上1800℃以下の範囲である。   A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to another aspect of the present invention includes a step of preparing a silicon carbide base substrate having a C-plane as a main surface, and forming a silicon carbide epitaxial layer on the silicon carbide base substrate. And a step of forming a silicon carbide epitaxial layer on the C-plane of the silicon carbide base substrate by supplying the raw material gas used for the above and heating the silicon carbide base substrate to the epitaxial growth temperature. In the step of forming the silicon carbide epitaxial layer, the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the raw material gas is 1.7 or more and 2.1 or less, and the epitaxial growth temperature is 1600 ° C. or more and 1800 ° C. or less. It is a range.

本発明によれば、表面性状が良好であり、かつ窒素原子のバックグラウンド濃度が十分に低減された炭化珪素エピタキシャル基板を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the surface property is favorable and the silicon carbide epitaxial substrate by which the background concentration of the nitrogen atom was fully reduced can be provided.

本発明の実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る炭化珪素成長装置を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the silicon carbide growth apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図3中のIV−IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 本発明の実施の形態に係る炭化珪素成長装置において、基板ホルダ周辺の構成を示す断面図である。In the silicon carbide growth apparatus which concerns on embodiment of this invention, it is sectional drawing which shows the structure of a substrate holder periphery. 本発明の実施の形態に係る炭化珪素成長装置において、基板ホルダ周辺の構成を示す平面図である。In the silicon carbide growth apparatus which concerns on embodiment of this invention, it is a top view which shows the structure of a substrate holder periphery. C面上に形成されたエピタキシャル層を有する炭化珪素エピタキシャル基板(本発明の実施の形態)と、Si面上に形成されたエピタキシャル層を有する炭化珪素エピタキシャル基板(比較例)とについて、バックグラウンド濃度と、キャリア濃度面内均一性との関係を示した図である。Background concentration of silicon carbide epitaxial substrate (Embodiment of the present invention) having an epitaxial layer formed on C-plane and silicon carbide epitaxial substrate (Comparative Example) having an epitaxial layer formed on Si-plane It is the figure which showed the relationship between and carrier density in-plane uniformity. 本発明の実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法において、基板ホルダ11および発熱体12の材質とバックグラウンド濃度との関係を説明するための図である。In the manufacturing method of the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on embodiment of this invention, it is a figure for demonstrating the relationship between the material of substrate holder 11 and the heat generating body 12, and background concentration. 本発明の他の実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on other embodiment of this invention.

[本願発明の実施形態の説明]
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
[Description of Embodiment of Present Invention]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

最初に本願発明の実施形態の概要を列挙する。
(1)本発明の実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板(10)は、C面を主表面(1A)として有する炭化珪素ベース基板(1)と、炭化珪素ベース基板(1)のC面上に配置された炭化珪素エピタキシャル層(2)とを備える。炭化珪素エピタキシャル層(2)は、窒素原子のバックグラウンド濃度が3×1015cm-3以下である層を含む。
First, outlines of embodiments of the present invention will be listed.
(1) A silicon carbide epitaxial substrate (10) according to an embodiment of the present invention includes a silicon carbide base substrate (1) having a C surface as a main surface (1A) and a C surface of the silicon carbide base substrate (1). And a silicon carbide epitaxial layer (2) disposed on the surface. Silicon carbide epitaxial layer (2) includes a layer having a background concentration of nitrogen atoms of 3 × 10 15 cm −3 or less.

上記構成によれば、表面性状が良好であり、かつ窒素原子のバックグラウンド濃度が十分に低減されている炭化珪素エピタキシャル基板を提供することができる。   According to the above configuration, it is possible to provide a silicon carbide epitaxial substrate that has good surface properties and a sufficiently reduced background concentration of nitrogen atoms.

(2)好ましくは、炭化珪素エピタキシャル基板(10)の外径は、100mm以上である。   (2) Preferably, the outer diameter of the silicon carbide epitaxial substrate (10) is 100 mm or more.

上記構成によれば、表面性状が良好であり、かつ窒素原子のバックグラウンド濃度が十分に低減された、大口径の炭化珪素エピタキシャル基板を提供することができる。   According to the above configuration, it is possible to provide a large-diameter silicon carbide epitaxial substrate that has good surface properties and has a sufficiently reduced background concentration of nitrogen atoms.

(3)好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層(2)の主表面を含む、炭化珪素エピタキシャル層(2)の表面層における窒素濃度の平均値に対する、表面層における窒素濃度の標準偏差の比率を面内均一性と定義すると、窒素濃度の面内均一性は、15%以下である。   (3) Preferably, the ratio of the standard deviation of the nitrogen concentration in the surface layer to the average value of the nitrogen concentration in the surface layer of the silicon carbide epitaxial layer (2) including the main surface of the silicon carbide epitaxial layer (2) is in-plane When defined as uniformity, the in-plane uniformity of the nitrogen concentration is 15% or less.

上記構成によれば、炭化珪素エピタキシャル層2に含まれる窒素濃度の面内均一性が高い。したがって、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板に複数の炭化珪素半導体装置を製造すれば、同一特性を有する複数の炭化珪素半導体装置を、高い歩留まりで得ることができる。   According to the above configuration, the in-plane uniformity of the nitrogen concentration contained in silicon carbide epitaxial layer 2 is high. Therefore, if a plurality of silicon carbide semiconductor devices are manufactured on the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment, a plurality of silicon carbide semiconductor devices having the same characteristics can be obtained with a high yield.

(4)好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層(2)における窒素濃度は、2×1016cm-3以下である。 (4) Preferably, the nitrogen concentration in the silicon carbide epitaxial layer (2) is 2 × 10 16 cm −3 or less.

上記構成によれば、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板を用いて炭化珪素半導体装置を製造すれば、特性のばらつきを抑制することができるとともに、高耐圧が要求されるデバイスに好適な炭化珪素半導体装置を得ることができる。   According to the above configuration, if a silicon carbide semiconductor device is manufactured using the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment, variation in characteristics can be suppressed and carbonization suitable for a device that requires high breakdown voltage. A silicon semiconductor device can be obtained.

(5)本発明の他の実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、C面を主表面(1A)として有する、炭化珪素ベース基板(1)を準備する工程と、炭化珪素ベース基板(1)に対して炭化珪素エピタキシャル層(2)を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、炭化珪素ベース基板(1)をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、炭化珪素ベース基板(1)のC面上に炭化珪素エピタキシャル層(2)を形成する工程とを備える。炭化珪素エピタキシャル層(2)を形成する工程において、原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.7以上かつ2.1以下であり、エピタキシャル成長温度は、1600℃以上1800℃以下の範囲である。   (5) A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to another embodiment of the present invention includes a step of preparing a silicon carbide base substrate (1) having a C-plane as a main surface (1A), and a silicon carbide base substrate By supplying a raw material gas used for forming the silicon carbide epitaxial layer (2) to (1) and heating the silicon carbide base substrate (1) to the epitaxial growth temperature, a silicon carbide base substrate ( 1) forming a silicon carbide epitaxial layer (2) on the C-plane. In the step of forming the silicon carbide epitaxial layer (2), the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.7 or more and 2.1 or less, and the epitaxial growth temperature is 1600 ° C. or more and 1800 It is the range below ℃.

上記構成によれば、表面性状が良好であり、かつ窒素原子のバックグラウンド濃度が十分に低減されている炭化珪素エピタキシャル基板を製造することができる。   According to the above configuration, it is possible to manufacture a silicon carbide epitaxial substrate having good surface properties and a sufficiently reduced background concentration of nitrogen atoms.

(6)好ましくは、エピタキシャル成長温度は、1600℃以上1700℃以下の範囲である。   (6) Preferably, epitaxial growth temperature is the range of 1600 degreeC or more and 1700 degrees C or less.

上記構成によれば、炭化珪素エピタキシャル層を形成するための原料ガスを十分に熱分解させつつ、炭化珪素成長装置用部材の劣化および、炭化珪素ベース基板からのSi原子の離脱を抑制することができる。   According to the above configuration, the material gas for forming the silicon carbide epitaxial layer is sufficiently thermally decomposed, and the deterioration of the silicon carbide growth apparatus member and the detachment of Si atoms from the silicon carbide base substrate can be suppressed. it can.

(7)上記製造方法は、炭化珪素エピタキシャル層(2)を形成する工程に先立って、炭化珪素成長装置(100)内に炭化珪素ベース基板(1)を配置する工程をさらに備える。炭化珪素成長装置(100)は、原料ガスと接触するとともに、エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材(11)を含む。部材(11)の窒素濃度が、10ppm以下である。   (7) The manufacturing method further includes a step of disposing the silicon carbide base substrate (1) in the silicon carbide growth apparatus (100) prior to the step of forming the silicon carbide epitaxial layer (2). The silicon carbide growth apparatus (100) includes a member (11) that is in contact with the source gas and is heated to an epitaxial growth temperature. The nitrogen concentration of the member (11) is 10 ppm or less.

上記構成によれば、炭化珪素エピタキシャル基板の窒素原子のバックグラウンド濃度を十分に低減することができる。   According to the above configuration, the background concentration of nitrogen atoms in the silicon carbide epitaxial substrate can be sufficiently reduced.

(8)炭化珪素ベース基板(1)の外径は、100mm以上である。
上記構成によれば、いわゆる大口径の炭化珪素ベース基板に、エピタキシャル成長によって炭化珪素の層を形成した場合に、表面性状が良好であり、かつ窒素原子のバックグラウンド濃度が十分に低減された炭化珪素エピタキシャル基板を製造することができる。
(8) The outer diameter of the silicon carbide base substrate (1) is 100 mm or more.
According to the above configuration, when a silicon carbide layer is formed by epitaxial growth on a so-called large-diameter silicon carbide base substrate, the surface properties are good and the background concentration of nitrogen atoms is sufficiently reduced. An epitaxial substrate can be manufactured.

[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施の形態の詳細について説明する。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
[Details of the embodiment of the present invention]
Next, details of the embodiment of the present invention will be described. In the crystallographic description in this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. In addition, a negative crystallographic index is usually expressed by adding a “-” (bar) above a number, but in this specification a negative sign is added before the number. Yes.

図1を参照して、この発明の実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板10について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板10は、ベース基板1と、炭化珪素エピタキシャル層2とを備える。   With reference to FIG. 1, a silicon carbide epitaxial substrate 10 according to an embodiment of the present invention will be described. Silicon carbide epitaxial substrate 10 according to the present embodiment includes a base substrate 1 and a silicon carbide epitaxial layer 2.

ベース基板1は、単結晶炭化珪素からなる。ベース基板の外径は、たとえば100mm以上である。したがって、炭化珪素エピタキシャル基板10の外径も100mm以上である。ベース基板1は、第1の主面1Aを有している。   Base substrate 1 is made of single crystal silicon carbide. The outer diameter of the base substrate is, for example, 100 mm or more. Therefore, the outer diameter of silicon carbide epitaxial substrate 10 is also 100 mm or more. The base substrate 1 has a first main surface 1A.

ベース基板1を構成する炭化珪素は、たとえば六方晶の結晶構造を有しており、好ましくは結晶多形(ポリタイプ)が4H−SiCである。ベース基板1は、たとえば窒素(N)などのn型不純物を高濃度で含んでおり、その導電型はn型である。ベース基板1の不純物濃度は、たとえば1.0×1018cm-3以上1.0×1019cm-3以下程度である。 Silicon carbide constituting base substrate 1 has a hexagonal crystal structure, for example, and preferably has a crystal polymorph (polytype) of 4H—SiC. Base substrate 1 contains an n-type impurity such as nitrogen (N) at a high concentration, and its conductivity type is n-type. The impurity concentration of the base substrate 1 is, for example, about 1.0 × 10 18 cm −3 or more and 1.0 × 10 19 cm −3 or less.

ベース基板1の第1の主面1Aは、C面である。「C面」とは、最表面原子が炭素(C)原子の面であり、(000−1)面と表すことができる。なお、この明細書では、「C面」は、(000−1)面だけでなく、(000−1)面に対するオフ角が所定の角度(たとえば10°)以下である面の両方を含み得る。   The first main surface 1A of the base substrate 1 is a C surface. The “C plane” is a plane in which the outermost surface atoms are carbon (C) atoms, and can be expressed as a (000-1) plane. In this specification, the “C plane” may include not only the (000-1) plane but also a plane whose off angle with respect to the (000-1) plane is a predetermined angle (for example, 10 °) or less. .

炭化珪素エピタキシャル層2は、炭化珪素からなる。炭化珪素エピタキシャル層2は、ベース基板1の第1の主面1A上にエピタキシャル成長により形成される。   Silicon carbide epitaxial layer 2 is made of silicon carbide. Silicon carbide epitaxial layer 2 is formed on first main surface 1A of base substrate 1 by epitaxial growth.

炭化珪素エピタキシャル層2は、第2の主面2Aを有している。第2の主面2Aの表面粗さ(Ra)は、0.6nm以下であり、0.4nm以下が好ましく、0.2nm以下がより好ましい。ここで、第2の主面2Aの表面粗さ(Ra)は、たとえば原子間力顕微鏡(AFM)によって測定することができる。第2の主面2Aでは、ステップバンチング、および三角欠陥の形成が抑制されるように、C/Si比あるいは成長温度などの成長条件が調整されている。C/Si比を調整することによって、炭化珪素エピタキシャル層2の成長をステップフロー成長とすることができる。この結果、表面平坦性と表面欠陥の発生とを抑制することができる。   Silicon carbide epitaxial layer 2 has second main surface 2A. The surface roughness (Ra) of the second main surface 2A is 0.6 nm or less, preferably 0.4 nm or less, and more preferably 0.2 nm or less. Here, the surface roughness (Ra) of the second main surface 2A can be measured by, for example, an atomic force microscope (AFM). On the second main surface 2A, the growth conditions such as the C / Si ratio or the growth temperature are adjusted so that step bunching and the formation of triangular defects are suppressed. By adjusting the C / Si ratio, the growth of the silicon carbide epitaxial layer 2 can be a step flow growth. As a result, surface flatness and occurrence of surface defects can be suppressed.

炭化珪素エピタキシャル層2は、たとえば窒素(N)などのn型不純物を含んでいる。したがって、炭化珪素エピタキシャル層2の導電型はn型である。炭化珪素エピタキシャル層2の不純物濃度は、ベース基板1の不純物濃度よりも低くてもよい。炭化珪素エピタキシャル層2の不純物濃度(窒素濃度)は、たとえば不純物(窒素)を意図的にドーピングしない場合には、3.0×1015cm-3以下であり、好ましくは、1.0×1015cm-3以下である。一方、炭化珪素エピタキシャル層2の不純物濃度(窒素濃度)は、不純物を意図的にドーピングした場合には、2.0×1016cm-3以下である。すなわち炭化珪素エピタキシャル層2において、不純物(窒素)のバックグラウンド濃度は、3.0×1015cm-3以下である。好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層2における窒素原子のバックグラウンド濃度は、1.0×1015cm-3以下である。窒素濃度は、たとえば二次イオン質量分析(SIMS)装置によって測定することができる。 Silicon carbide epitaxial layer 2 includes an n-type impurity such as nitrogen (N). Therefore, the conductivity type of silicon carbide epitaxial layer 2 is n-type. The impurity concentration of silicon carbide epitaxial layer 2 may be lower than the impurity concentration of base substrate 1. The impurity concentration (nitrogen concentration) of silicon carbide epitaxial layer 2 is, for example, 3.0 × 10 15 cm −3 or less, preferably 1.0 × 10 10 when impurity (nitrogen) is not intentionally doped. 15 cm −3 or less. On the other hand, the impurity concentration (nitrogen concentration) of silicon carbide epitaxial layer 2 is 2.0 × 10 16 cm −3 or less when impurities are intentionally doped. That is, in silicon carbide epitaxial layer 2, the background concentration of impurities (nitrogen) is 3.0 × 10 15 cm −3 or less. Preferably, the background concentration of nitrogen atoms in silicon carbide epitaxial layer 2 is 1.0 × 10 15 cm −3 or less. The nitrogen concentration can be measured by, for example, a secondary ion mass spectrometry (SIMS) apparatus.

炭化珪素エピタキシャル層2中の窒素濃度の第2の主面2Aを含む表面層における面内均一性(σ/Ave.)は、15%以下であり、好ましくは10%以下であり、より好ましくは5%以下である。ここで、面内均一性とは、径方向において所定間隔(たとえば9点の測定点)で測定した窒素濃度の標準偏差(σ)とその測定された窒素濃度の平均値(Ave.)とによって表わされる。つまり、炭化珪素エピタキシャル層2において、窒素濃度は極めて低く、かつ窒素濃度の面内均一性が高い。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板10に複数の炭化珪素半導体装置を製造すれば、同一特性を有する複数の炭化珪素半導体装置を、高い歩留まりで得ることができる。炭化珪素エピタキシャル層2の膜厚は、たとえば5μm以上40μm以下程度である。   In-plane uniformity (σ / Ave.) In the surface layer including the second main surface 2A of the nitrogen concentration in the silicon carbide epitaxial layer 2 is 15% or less, preferably 10% or less, more preferably 5% or less. Here, the in-plane uniformity is determined by the standard deviation (σ) of the nitrogen concentration measured at a predetermined interval (for example, nine measurement points) in the radial direction and the average value (Ave.) of the measured nitrogen concentration. Represented. That is, in silicon carbide epitaxial layer 2, the nitrogen concentration is extremely low and the in-plane uniformity of the nitrogen concentration is high. Thereby, if a plurality of silicon carbide semiconductor devices are manufactured on silicon carbide epitaxial substrate 10, a plurality of silicon carbide semiconductor devices having the same characteristics can be obtained with a high yield. Silicon carbide epitaxial layer 2 has a film thickness of, for example, about 5 μm to 40 μm.

次に、図2を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、ベース基板1を準備する工程(S11)と、炭化珪素成長装置100(図3参照)内にベース基板1を配置する工程(S12)と、ベース基板1に対して炭化珪素エピタキシャル層2を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、ベース基板1をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、ベース基板1上に炭化珪素エピタキシャル層2を形成する工程(S13)とを備える。   Next, with reference to FIG. 2, the manufacturing method of the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on this Embodiment is demonstrated. The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment includes a step of preparing base substrate 1 (S11), a step of disposing base substrate 1 in silicon carbide growth apparatus 100 (see FIG. 3) (S12), By supplying a raw material gas used for forming silicon carbide epitaxial layer 2 to base substrate 1 and heating base substrate 1 to an epitaxial growth temperature, silicon carbide epitaxial layer 2 is formed on base substrate 1. Forming (S13).

まず、外径がたとえば100mmである第1の主面1Aを有し、単結晶炭化珪素からなるベース基板1を準備する(工程(S11))。外径が100mmであるベース基板1は任意の方法で準備すればよい。なお、ベース基板1の外径は5インチ以上(たとえば6インチなど)であってもよい(1インチは約25.4mmである)。   First, base substrate 1 having first main surface 1A having an outer diameter of, for example, 100 mm and made of single crystal silicon carbide is prepared (step (S11)). The base substrate 1 having an outer diameter of 100 mm may be prepared by any method. The outer diameter of the base substrate 1 may be 5 inches or more (for example, 6 inches) (1 inch is about 25.4 mm).

次に、炭化珪素成長装置100内にベース基板1を配置する(工程(S12))。本実施の形態に係る炭化珪素成長装置100は、一例として、CVD(Chemical Vapor Deposition)装置である。   Next, base substrate 1 is arranged in silicon carbide growth apparatus 100 (step (S12)). Silicon carbide growth apparatus 100 according to the present embodiment is a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus as an example.

図3および図4を参照して、炭化珪素成長装置100において、ベース基板1は基板ホルダ11に載置される。基板ホルダ11は、その周囲を発熱体12、断熱材13、石英管14、誘導加熱用コイル15によって囲まれている。具体的には、基板ホルダ11は、たとえば発熱体12に形成された凹部内に配置されている。基板ホルダ11は、発熱体12に配置された状態で自転が可能な状態で設置できる。発熱体12は半円筒状の中空構造であって円孤に沿った曲面と平坦面とを有している。   Referring to FIGS. 3 and 4, base substrate 1 is placed on substrate holder 11 in silicon carbide growth apparatus 100. The substrate holder 11 is surrounded by a heating element 12, a heat insulating material 13, a quartz tube 14, and an induction heating coil 15. Specifically, the substrate holder 11 is disposed, for example, in a recess formed in the heating element 12. The substrate holder 11 can be installed in a state in which the substrate holder 11 can rotate while being disposed on the heating element 12. The heating element 12 has a semi-cylindrical hollow structure, and has a curved surface and a flat surface along an arc.

炭化珪素成長装置100において、2つの発熱体12は平坦面を対向させるように配置されている。これにより発熱体12の平坦面に囲まれた反応室が形成されている。上記凹部は、反応室を形成する発熱体12の一方の平坦面上に設けられている。   In silicon carbide growth apparatus 100, two heating elements 12 are arranged so that the flat surfaces face each other. As a result, a reaction chamber surrounded by the flat surface of the heating element 12 is formed. The concave portion is provided on one flat surface of the heating element 12 forming the reaction chamber.

断熱材13は、発熱体12の外周囲を囲うように配置されている。石英管14は、断熱材13の外周側を囲うように配置されている。誘導加熱用コイル15は、複数のコイル部材を含み、たとえば、石英管14の外周側を巻回するように設けられている。誘導加熱用コイル15を高周波コイルとしてこれに高周波電流を流すと、電磁誘導作用により、発熱体12は誘導加熱される。これにより、ベース基板1およびベース基板1に供給される原料ガス等を所定の温度に加熱することができる。   The heat insulating material 13 is disposed so as to surround the outer periphery of the heating element 12. The quartz tube 14 is disposed so as to surround the outer peripheral side of the heat insulating material 13. The induction heating coil 15 includes a plurality of coil members, and is provided so as to wind, for example, the outer peripheral side of the quartz tube 14. When the induction heating coil 15 is used as a high frequency coil and a high frequency current is passed through it, the heating element 12 is induction heated by electromagnetic induction. As a result, the base substrate 1 and the source gas supplied to the base substrate 1 can be heated to a predetermined temperature.

基板ホルダ11と発熱体12とは、高い耐熱性を有する導電性部材であって、窒素濃度の極めて低い部材で構成されている。図5に示すように、基板ホルダ11は、基板ホルダ母材11aと、基板ホルダ母材11aを覆うホルダコート部11bとで構成されている。また、発熱体12は、発熱体母材12aと、発熱体母材12aを覆う発熱体コート部12bとで構成されている。   The substrate holder 11 and the heating element 12 are conductive members having high heat resistance, and are composed of members having a very low nitrogen concentration. As shown in FIG. 5, the substrate holder 11 includes a substrate holder base material 11a and a holder coat portion 11b that covers the substrate holder base material 11a. Moreover, the heat generating body 12 is comprised by the heat generating body base material 12a and the heat generating body coat | court part 12b which covers the heat generating body base material 12a.

基板ホルダ母材11aおよび発熱体母材12aは、たとえば炭素材料で構成されている。基板ホルダ母材11aおよび発熱体母材12aを構成する炭素材料は、その窒素濃度が10ppm以下であり、好ましくは、5ppm以下である。   The substrate holder base material 11a and the heating element base material 12a are made of, for example, a carbon material. The carbon material constituting the substrate holder base material 11a and the heating element base material 12a has a nitrogen concentration of 10 ppm or less, preferably 5 ppm or less.

ホルダコート部11bおよび発熱体コート部12bは、SiCで構成されている。ホルダコート部11bおよび発熱体コート部12bを構成するSiCは、その窒素濃度が10ppm以下であり、好ましくは、5ppm以下である。   The holder coat part 11b and the heating element coat part 12b are made of SiC. SiC constituting the holder coat part 11b and the heating element coat part 12b has a nitrogen concentration of 10 ppm or less, preferably 5 ppm or less.

次に、ベース基板1の第1の主面1A(上記の定義による「C面」)上に炭化珪素エピタキシャル層2を形成する(工程(S13))。炭化珪素成長装置100において、炭化珪素エピタキシャル層2を形成するために用いられる原料ガスをベース基板1に対して供給し、かつ、ベース基板1をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、ベース基板1の第1の主面1A上に炭化珪素エピタキシャル層2を形成する。   Next, silicon carbide epitaxial layer 2 is formed on first main surface 1A of base substrate 1 (“C plane” defined above) (step (S13)). In silicon carbide growth apparatus 100, source gas used to form silicon carbide epitaxial layer 2 is supplied to base substrate 1, and base substrate 1 is heated to an epitaxial growth temperature, whereby base substrate 1 is heated. Silicon carbide epitaxial layer 2 is formed on first main surface 1A.

図4に示すように、原料ガスは、配管16を介してCVD装置100内に導入される。原料ガスは、モノシラン(SiH4)、プロパン(C38)およびアンモニア(NH3)などを含む。さらに、原料ガスに加えて、水素(H2)を含むキャリアガスが導入される。このとき、いずれの原料ガスも、ベース基板1の第1の主面1A上に供給される時点で十分に熱分解されているように反応室内に導入される。 As shown in FIG. 4, the source gas is introduced into the CVD apparatus 100 through the pipe 16. The source gas includes monosilane (SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ), ammonia (NH 3 ), and the like. Further, a carrier gas containing hydrogen (H 2 ) is introduced in addition to the source gas. At this time, any source gas is introduced into the reaction chamber so as to be sufficiently thermally decomposed when supplied onto the first main surface 1A of the base substrate 1.

原料ガスのうち、特にドーパントガスとして用いるアンモニアガスについては、ベース基板1上に供給する前に、アンモニアガスを予備加熱することにより予め熱分解させておくことが好ましい。予備加熱により、アンモニアガスは確実に熱分解された状態でベース基板1に供給される。これにより、炭化珪素エピタキシャル層2を形成する工程において、エピタキシャル成長が進行しているベース基板1の第1の主面1A上、あるいは炭化珪素エピタキシャル層2のエピタキシャル成長面上において、線形分布に近い窒素濃度分布にすることが可能である。その結果、炭化珪素エピタキシャル層2にドーピングされる窒素の濃度分布の均一性を高めることができる。   Among the source gases, particularly ammonia gas used as a dopant gas, it is preferable that the ammonia gas is preliminarily decomposed by preheating before being supplied onto the base substrate 1. By preheating, the ammonia gas is supplied to the base substrate 1 in a state of being reliably thermally decomposed. Thereby, in the step of forming silicon carbide epitaxial layer 2, the nitrogen concentration close to a linear distribution on first main surface 1 </ b> A of base substrate 1 on which epitaxial growth proceeds or on the epitaxial growth surface of silicon carbide epitaxial layer 2. Distribution is possible. As a result, the uniformity of the concentration distribution of nitrogen doped in silicon carbide epitaxial layer 2 can be improved.

アンモニアガスに対する予備加熱は、たとえば配管16に付設された予備加熱機構17によって実施される。予備加熱機構17は、たとえば1300℃以上に加熱された部屋を有している。アンモニアガスを予備加熱機構17に流通させた後、炭化珪素成長装置100に供給する。これにより、ガスの流れに大きな乱れ等を発生させることなくアンモニアガスを充分に熱分解することができる。   The preheating with respect to the ammonia gas is performed by, for example, a preheating mechanism 17 attached to the pipe 16. The preheating mechanism 17 has a room heated to, for example, 1300 ° C. or higher. After the ammonia gas is circulated through the preheating mechanism 17, the ammonia gas is supplied to the silicon carbide growth apparatus 100. As a result, the ammonia gas can be sufficiently thermally decomposed without causing a large disturbance in the gas flow.

予備加熱機構17に設けられている「部屋」とは、流れていくガスを加熱するための空間という意味であり、外部から加熱される細長い管、内部に伝熱コイルが設置された部屋、内壁面にフィン等が形成された広い空間等も含む。なお、上記部屋の壁面の温度の上限は、部屋の長さが多少短くても確実な熱分解を行うためには1350℃以上が好ましく、また熱効率の面からは1600℃以下が好ましい。   The “room” provided in the preheating mechanism 17 means a space for heating the flowing gas, and includes a long and thin tube heated from the outside, a room in which a heat transfer coil is installed, It includes a wide space in which fins and the like are formed on the wall surface. The upper limit of the temperature of the wall surface of the room is preferably 1350 ° C. or higher in order to perform reliable thermal decomposition even if the length of the room is somewhat short, and is preferably 1600 ° C. or lower from the viewpoint of thermal efficiency.

予備加熱機構17は、エピタキシャル成長がなされるベース基板1上にアンモニアガスが到着するまでにアンモニアガスが充分に、かつ流れを乱すことなく熱分解していればよい。このため、予備加熱機構17は、反応容器と別体であってもよく、反応容器と一体であってもよい。さらに、アンモニアガスを含む原料ガスを一体として予備加熱してもよいし、アンモニアガスのみを予備加熱した後、他の原料ガスを混合してもよい。   The preheating mechanism 17 is sufficient if the ammonia gas is thermally decomposed sufficiently and without disturbing the flow until the ammonia gas arrives on the base substrate 1 on which the epitaxial growth is performed. For this reason, the preheating mechanism 17 may be separate from the reaction vessel or may be integrated with the reaction vessel. Furthermore, the raw material gas containing ammonia gas may be preheated integrally, or after preheating only the ammonia gas, another raw material gas may be mixed.

また、各ガスは、炭化珪素成長装置100の反応室内に導入する前に混合されていてもよいし、炭化珪素成長装置100の反応室内で混合されてもよい。   Each gas may be mixed before being introduced into the reaction chamber of silicon carbide growth apparatus 100, or may be mixed in the reaction chamber of silicon carbide growth apparatus 100.

基板ホルダ11上に配置されたベース基板1は、加熱されながら、上記キャリアガスおよび原料ガスの供給を受ける。これにより、窒素(N)原子がドープされた炭化珪素エピタキシャル層2が第1の主面1A上に形成される。具体的には、成長温度1600℃以上1800℃以下、圧力1×103Pa以上3×104Pa以下の条件下で炭化珪素エピタキシャル層2を形成する。このとき、NH3ガスの流量を調整することにより、炭化珪素エピタキシャル層2におけるn型の不純物濃度を、所望の濃度とする。たとえば炭化珪素エピタキシャル層2におけるn型の不純物濃度を、2×1016cm-3以下程度とする。これにより、たとえば所望の耐圧を有する炭化珪素半導体装置を作製することができる。 The base substrate 1 disposed on the substrate holder 11 is supplied with the carrier gas and the source gas while being heated. Thereby, silicon carbide epitaxial layer 2 doped with nitrogen (N) atoms is formed on first main surface 1A. Specifically, silicon carbide epitaxial layer 2 is formed under conditions of a growth temperature of 1600 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower and a pressure of 1 × 10 3 Pa or higher and 3 × 10 4 Pa or lower. At this time, the n-type impurity concentration in the silicon carbide epitaxial layer 2 is set to a desired concentration by adjusting the flow rate of the NH 3 gas. For example, the n-type impurity concentration in silicon carbide epitaxial layer 2 is set to about 2 × 10 16 cm −3 or less. Thereby, for example, a silicon carbide semiconductor device having a desired breakdown voltage can be manufactured.

成長温度が1600℃未満である場合、原料ガスを十分に熱分解させることが難しい。一方、成長温度が1800℃を超えると、炭化珪素成長装置用部材(基板ホルダ11など)の劣化が促進されるとともに、ベース基板1から珪素(Si)原子が離脱しやすくなる。原料ガスを十分に熱分解させつつ、炭化珪素成長装置用部材の劣化および、ベース基板1からのSi原子の離脱を抑制するために、炭化珪素エピタキシャル層2の成長温度は、1600℃以上1800℃以下であることが好ましく、1600℃以上1700℃以下であることがより好ましい。   When the growth temperature is less than 1600 ° C., it is difficult to sufficiently thermally decompose the source gas. On the other hand, when the growth temperature exceeds 1800 ° C., the deterioration of the silicon carbide growth apparatus member (substrate holder 11 and the like) is promoted and silicon (Si) atoms are easily detached from the base substrate 1. The growth temperature of the silicon carbide epitaxial layer 2 is 1600 ° C. or higher and 1800 ° C. in order to suppress deterioration of the member for the silicon carbide growth apparatus and detachment of Si atoms from the base substrate 1 while sufficiently thermally decomposing the source gas. The temperature is preferably 1600 ° C. or higher and more preferably 1600 ° C. or lower and 1700 ° C. or lower.

炭化珪素エピタキシャル層2におけるn型の不純物濃度は、炭化珪素エピタキシャル基板10を利用して作製されるデバイスの特性に応じて定めることができる。ただし、炭化珪素エピタキシャル層2に原料ガスによってドーピングされる窒素原子の濃度は、バックグラウンド濃度よりも高い。   The n-type impurity concentration in silicon carbide epitaxial layer 2 can be determined according to the characteristics of a device manufactured using silicon carbide epitaxial substrate 10. However, the concentration of nitrogen atoms doped in silicon carbide epitaxial layer 2 with the source gas is higher than the background concentration.

炭化珪素エピタキシャル層2の厚みは15μm程度とする。なお、本工程(S13)において、基板ホルダ11および基板ホルダ11に配置されたベース基板1は自転している。   The thickness of silicon carbide epitaxial layer 2 is about 15 μm. In this step (S13), the substrate holder 11 and the base substrate 1 disposed on the substrate holder 11 are rotating.

本工程(S13)において炭化珪素エピタキシャル層2の形成に用いられる原料ガスは、Si原子の原子数に対するC原子の原子数の比(C/Si比)が1.7以上2.1以下である。   In the source gas used for forming silicon carbide epitaxial layer 2 in this step (S13), the ratio of the number of C atoms to the number of Si atoms (C / Si ratio) is 1.7 or more and 2.1 or less. .

C/Si比が2.2を超える原料ガスを用いた場合には、形成される炭化珪素エピタキシャル層2に三角欠陥あるいはステップバンチングなどの結晶欠陥が発生しやすくなる。一方、C/Si比が1.7未満である場合には、炭化珪素層のエピタキシャル成長時において、窒素原子が、炭化珪素結晶中の炭素原子の位置(Cサイト)に取り込まれやすい。このため、C/Si比が1.7未満の原料ガスを用いた場合には、バックグラウンドの窒素原子も炭化珪素エピタキシャル層2に取り込まれやすくなる。したがって、C/Si比は、1.7以上2.1以下とされることが好ましい。   When a source gas having a C / Si ratio exceeding 2.2 is used, crystal defects such as triangular defects or step bunching are likely to occur in the formed silicon carbide epitaxial layer 2. On the other hand, when the C / Si ratio is less than 1.7, nitrogen atoms are easily taken into carbon atom positions (C sites) in the silicon carbide crystal during epitaxial growth of the silicon carbide layer. For this reason, when a source gas having a C / Si ratio of less than 1.7 is used, background nitrogen atoms are also easily taken into silicon carbide epitaxial layer 2. Therefore, the C / Si ratio is preferably 1.7 or more and 2.1 or less.

本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板10は、C面を主表面として有する炭化珪素ベース基板と、炭化珪素ベース基板のC面上に形成されて、主表面を含む炭化珪素エピタキシャル層とを備える。C面を利用して作製された炭化珪素半導体装置が、特性の観点から注目されている。したがって、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板10は、炭化珪素半導体装置の特性の向上をもたらすことができる。一方で、C面上に炭化珪素エピタキシャル層を成長させると、窒素原子が炭化珪素エピタキシャル層に取り込まれやすくなる。このために、窒素原子のバックグラウンド濃度が高くなりやすい。   Silicon carbide epitaxial substrate 10 according to the present embodiment includes a silicon carbide base substrate having a C surface as a main surface, and a silicon carbide epitaxial layer formed on the C surface of the silicon carbide base substrate and including the main surface. . Silicon carbide semiconductor devices manufactured using the C-plane have attracted attention from the viewpoint of characteristics. Therefore, silicon carbide epitaxial substrate 10 according to the present embodiment can improve the characteristics of the silicon carbide semiconductor device. On the other hand, when a silicon carbide epitaxial layer is grown on the C plane, nitrogen atoms are easily taken into the silicon carbide epitaxial layer. For this reason, the background concentration of nitrogen atoms tends to be high.

本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板10は、外径が100mm以上と大口径であっても、表面性状が良好であるとともに、窒素原子のバックグラウンド濃度が低い濃度で制御されかつ高い面内均一性を有している。このため、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板10を用いて炭化珪素半導体装置を製造することにより、特性のばらつきが抑えられて、高耐圧が要求されるデバイスに特に適した炭化珪素半導体装置を高い歩留まりで得ることができる。   Silicon carbide epitaxial substrate 10 according to the present embodiment has good surface properties and a high in-plane control with a low background concentration of nitrogen atoms, even if the outer diameter is 100 mm or more and a large diameter. Uniformity. Therefore, by manufacturing a silicon carbide semiconductor device using silicon carbide epitaxial substrate 10 according to the present embodiment, variation in characteristics is suppressed, and silicon carbide semiconductor device particularly suitable for a device that requires high breakdown voltage Can be obtained at a high yield.

図5および図6を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法についてさらに詳細に説明する。   With reference to FIG. 5 and FIG. 6, the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment will be described in more detail.

ベース基板1の第1の主面1A上に炭化珪素エピタキシャル層2を形成する工程(S13)において、ベース基板1は、炭化珪素成長装置100において基板ホルダ11上に載置されて自転(図6における矢印Rの方向に自転)している。このため、工程(S13)を実施している間、ベース基板1において外周側の領域は、内側の領域と比べて基板ホルダ11や発熱体12といった部材と隣接するとともに原料ガスの流通方向G1の上流側に位置することになる。つまり、炭化珪素成長装置100を構成する部材から放出される窒素は、ベース基板1の外周側の領域を経て内側の領域に供給される。   In the step of forming silicon carbide epitaxial layer 2 on first main surface 1A of base substrate 1 (S13), base substrate 1 is placed on substrate holder 11 in silicon carbide growth apparatus 100 and rotates (FIG. 6). In the direction of arrow R). Therefore, while the step (S13) is being performed, the outer peripheral region of the base substrate 1 is adjacent to the members such as the substrate holder 11 and the heating element 12 as compared with the inner region, and the flow direction G1 of the source gas is increased. It will be located upstream. That is, nitrogen released from the members constituting silicon carbide growth apparatus 100 is supplied to the inner region through the outer peripheral region of base substrate 1.

上記のように、炭化珪素エピタキシャル層2は窒素を取り込みやすい。そのため、従来の炭化珪素成長装置を用いて、良好な表面性状を有する炭化珪素エピタキシャル層2を形成可能なエピタキシャル成長条件で工程(S13)を実施した場合、ベース基板1(または炭化珪素エピタキシャル基板10)の外周側の領域に、より多くの窒素が取り込まれる。   As described above, silicon carbide epitaxial layer 2 easily takes in nitrogen. Therefore, when the process (S13) is performed under the epitaxial growth conditions that can form silicon carbide epitaxial layer 2 having good surface properties using a conventional silicon carbide growth apparatus, base substrate 1 (or silicon carbide epitaxial substrate 10) More nitrogen is taken into the region on the outer peripheral side of the.

このために外周側の領域と内側の領域との間に窒素濃度の差が生じて炭化珪素エピタキシャル基板10の窒素濃度の面内均一性が悪化してしまう。この傾向は、ドーパントガスの流量を低減した場合に特に顕著である。また、基板径が大きくなるほど窒素濃度の炭化珪素エピタキシャル基板10の面内均一性は悪化する。   Therefore, a difference in nitrogen concentration occurs between the outer peripheral region and the inner region, and the in-plane uniformity of the nitrogen concentration of silicon carbide epitaxial substrate 10 deteriorates. This tendency is particularly remarkable when the flow rate of the dopant gas is reduced. In addition, the in-plane uniformity of silicon carbide epitaxial substrate 10 having a nitrogen concentration deteriorates as the substrate diameter increases.

これに対し、本実施の形態に係る炭化珪素成長装置用部材としての基板ホルダ11および発熱体12は、基板ホルダ母材11a、ホルダコート部11bおよび発熱体母材12a、発熱体コート部12bのそれぞれの窒素濃度は、10ppm以下である。その結果、基板ホルダ11から放出される窒素ガスG2および発熱体12から放出される窒素ガスG3の量は、炭化珪素エピタキシャル基板10において問題にならない程度にまで十分に低減されている。つまり、基板ホルダ母材11aから放出される窒素ガスG2a、ホルダコート部11bから放出される窒素ガスG2b、発熱体母材12aから放出される窒素ガスG3a、および発熱体コート部12bから放出される窒素ガスG3bは、いずれもその量が十分に低減されている。   On the other hand, the substrate holder 11 and the heating element 12 as the members for the silicon carbide growth apparatus according to the present embodiment include the substrate holder base material 11a, the holder coating portion 11b, the heating body base material 12a, and the heating body coating portion 12b. Each nitrogen concentration is 10 ppm or less. As a result, the amounts of nitrogen gas G2 released from substrate holder 11 and nitrogen gas G3 released from heating element 12 are sufficiently reduced to such an extent that no problem occurs in silicon carbide epitaxial substrate 10. That is, the nitrogen gas G2a released from the substrate holder base material 11a, the nitrogen gas G2b released from the holder coat part 11b, the nitrogen gas G3a released from the heating element base material 12a, and the heat generator coat part 12b are released. The amount of nitrogen gas G3b is sufficiently reduced.

したがって、本実施の形態によれば、炭化珪素エピタキシャル層2を形成する工程(S13)を、窒素原子のバックグラウンド濃度が低減された条件下で実施することができる。その結果、炭化珪素エピタキシャル層2の表面性状を良好とすることができるエピタキシャル成長条件であっても、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層2を形成することができる。つまり、本発明の実施の形態によれば、良好な表面性状を有し、かつ、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層2を備える炭化珪素エピタキシャル基板10を製造することができる。   Therefore, according to the present embodiment, the step (S13) of forming silicon carbide epitaxial layer 2 can be performed under a condition in which the background concentration of nitrogen atoms is reduced. As a result, silicon carbide epitaxial layer 2 having high in-plane nitrogen concentration uniformity can be formed even under epitaxial growth conditions that can improve the surface properties of silicon carbide epitaxial layer 2. That is, according to the embodiment of the present invention, silicon carbide epitaxial substrate 10 including silicon carbide epitaxial layer 2 having good surface properties and high in-plane uniformity of nitrogen concentration can be manufactured.

なお、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法において、炭化珪素エピタキシャル層2を形成する工程(S13)では、ドーパントガスとしてアンモニアガスを用いているが、これに限られるものではない。たとえば窒素(N2)ガスを用いてもよい。この場合には、N2ガスの流量等を適切に制御することにより本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。 In the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment, ammonia gas is used as the dopant gas in the step (S13) of forming silicon carbide epitaxial layer 2, but this is not restrictive. For example, nitrogen (N 2 ) gas may be used. In this case, the same effects as those of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment can be achieved by appropriately controlling the flow rate of N 2 gas and the like.

ドーパントガスをN2ガスとした場合にも、N2ガスを予備加熱機構17(図5参照)に流通させた後、炭化珪素成長装置100に供給するのが好ましい。これにより、N2ガスをベース基板1上に供給する前に、そのN2ガスを十分に熱分解することができる。予備加熱機構17での加熱温度は、窒素ガスを十分に熱分解可能な温度であればよく、たとえば1600℃程度とすればよい。 Even when the dopant gas is N 2 gas, it is preferable that the N 2 gas is supplied to the silicon carbide growth apparatus 100 after being circulated through the preheating mechanism 17 (see FIG. 5). Thus, before supplying N 2 gas on the base substrate 1 can be sufficiently thermally decomposing the N 2 gas. The heating temperature in the preheating mechanism 17 should just be a temperature which can fully thermally decompose nitrogen gas, for example, should just be about 1600 degreeC.

以下、本発明の実施の形態に従う製造方法、およびその製造方法により製造された炭化珪素エピタキシャル基板の一例について説明する。   Hereinafter, an example of a manufacturing method according to an embodiment of the present invention and a silicon carbide epitaxial substrate manufactured by the manufacturing method will be described.

図7は、C面上に形成されたエピタキシャル層を有する炭化珪素エピタキシャル基板(本発明の実施の形態)と、Si面上に形成されたエピタキシャル層を有する炭化珪素エピタキシャル基板(比較例)とについて、バックグラウンド濃度と、キャリア濃度面内均一性との関係を示した図である。   FIG. 7 shows a silicon carbide epitaxial substrate (an embodiment of the present invention) having an epitaxial layer formed on the C plane and a silicon carbide epitaxial substrate (comparative example) having an epitaxial layer formed on the Si surface. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between background density and carrier density in-plane uniformity.

図7を参照して、グラフの中の数値は、C/Si比を表わしている。グラフの縦軸は、キャリア濃度(窒素原子の濃度)の面内均一性の値を示す。面内均一性の値は、上記のσ/Ave.によって求められた値である。したがって、キャリア濃度の面内均一性の値が小さいほど、キャリア濃度の面内均一性は高い。グラフの横軸は、炭化珪素エピタキシャル層における窒素原子のバックグラウンド濃度を示す。   Referring to FIG. 7, the numerical values in the graph represent the C / Si ratio. The vertical axis of the graph represents the in-plane uniformity value of the carrier concentration (nitrogen atom concentration). The in-plane uniformity value is the above-mentioned σ / Ave. Is a value obtained by Therefore, the smaller the in-plane uniformity value of the carrier concentration, the higher the in-plane uniformity of the carrier concentration. The horizontal axis of the graph represents the background concentration of nitrogen atoms in the silicon carbide epitaxial layer.

C面上に形成されたエピタキシャル層を有する炭化珪素エピタキシャル基板(図7において「C面」と示す)の形成において、C/Si比は1.5および1.9と選択された。エピタキシャル成長温度は、たとえば1620℃とした。   In the formation of a silicon carbide epitaxial substrate (shown as “C-plane” in FIG. 7) having an epitaxial layer formed on the C-plane, the C / Si ratio was selected to be 1.5 and 1.9. The epitaxial growth temperature was 1620 ° C., for example.

C/Si比として1.5を選択した場合、バックグラウンド濃度は8.0×1014/cm3であり、キャリア濃度の面内均一性は10%であった。これに対してC/Si比として1.9を選択した場合、バックグラウンド濃度は5.0×1014/cm3であり、キャリア濃度の面内均一性は4%であった。 When 1.5 was selected as the C / Si ratio, the background concentration was 8.0 × 10 14 / cm 3 and the in-plane uniformity of the carrier concentration was 10%. On the other hand, when 1.9 was selected as the C / Si ratio, the background concentration was 5.0 × 10 14 / cm 3 and the in-plane uniformity of the carrier concentration was 4%.

一方、Si面上に形成されたエピタキシャル層を有する炭化珪素エピタキシャル基板(図7において「Si面」と示す)の形成において、C/Si比は1.0および1.2と選択された。エピタキシャル成長温度は、たとえば1620℃とした。   On the other hand, in the formation of a silicon carbide epitaxial substrate (shown as “Si surface” in FIG. 7) having an epitaxial layer formed on the Si surface, the C / Si ratio was selected to be 1.0 and 1.2. The epitaxial growth temperature was 1620 ° C., for example.

C/Si比として1.0を選択した場合、炭化珪素エピタキシャル層における窒素原子のバックグラウンド濃度は、約8.5×1014/cm3であり、キャリア濃度の面内均一性は、11%であった。C/Si比として1.2を選択した場合、窒素原子のバックグラウンド濃度は、6.0×1014/cm3であり、キャリア濃度の面内均一性は5%であった。 When 1.0 is selected as the C / Si ratio, the background concentration of nitrogen atoms in the silicon carbide epitaxial layer is about 8.5 × 10 14 / cm 3 , and the in-plane uniformity of the carrier concentration is 11%. Met. When 1.2 was selected as the C / Si ratio, the background concentration of nitrogen atoms was 6.0 × 10 14 / cm 3 and the in-plane uniformity of the carrier concentration was 5%.

図7に示されるように、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法では、ベース基板のC面に炭化珪素層をエピタキシャル成長によって形成する際に、原料ガス中のC/Si比が1.7以上かつ2.1以下の範囲内に選択されるとともに、エピタキシャル成長温度は、1600℃以上1800℃以下の範囲に選択される。これにより、窒素原子のバックグラウンド濃度を低下することができるだけでなく、キャリア濃度の面内均一性を良好にすることができる。   As shown in FIG. 7, in the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment, the C / Si ratio in the source gas is 1 when the silicon carbide layer is formed on the C surface of the base substrate by epitaxial growth. The epitaxial growth temperature is selected in the range of 1600 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower. Thereby, not only the background concentration of nitrogen atoms can be lowered, but also the in-plane uniformity of the carrier concentration can be improved.

図5に示した基板ホルダ11および発熱体12を構成する部材に含まれる窒素は、炭化珪素エピタキシャル基板のバックグラウンド濃度に影響を与える。図8は、本発明の実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法において、基板ホルダ11および発熱体12の材質とバックグラウンド濃度との関係を説明するための図である。   Nitrogen contained in the members constituting substrate holder 11 and heating element 12 shown in FIG. 5 affects the background concentration of the silicon carbide epitaxial substrate. FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the material of substrate holder 11 and heating element 12 and the background concentration in the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to the embodiment of the present invention.

図8を参照して、C面炭化珪素ベース基板上に形成されたエピタキシャル層を有する炭化珪素エピタキシャル基板の形成において、基板ホルダ11および発熱体12に従来部材を用いた。具体的には、ホルダコート部11bおよび発熱体コート部12bは炭化タンタル(TaC)で構成された膜であった。基板ホルダ母材の窒素濃度が10ppm、ホルダコート部の窒素濃度が900ppmであった。発熱体母材の窒素濃度が30ppm、発熱体コート部の窒素濃度が2%であった。   Referring to FIG. 8, conventional members are used for substrate holder 11 and heating element 12 in forming a silicon carbide epitaxial substrate having an epitaxial layer formed on a C-plane silicon carbide base substrate. Specifically, the holder coat portion 11b and the heating element coat portion 12b are films made of tantalum carbide (TaC). The nitrogen concentration of the substrate holder base material was 10 ppm, and the nitrogen concentration of the holder coat part was 900 ppm. The nitrogen concentration of the heating element base material was 30 ppm, and the nitrogen concentration of the heating element coating portion was 2%.

C/Si比が1.5および1.9の2つの条件で、炭化珪素エピタキシャル基板を作成した。エピタキシャル成長温度は、1620℃であった。C/Si比が1.5である場合には、炭化珪素エピタキシャル層における窒素原子のバックグラウンド濃度は約2.0×1015/cm-3であった。これに対してC/Si比が1.9である場合には、窒素原子のバックグラウンド濃度は約1.3×1015/cm-3であった。 A silicon carbide epitaxial substrate was prepared under two conditions with a C / Si ratio of 1.5 and 1.9. The epitaxial growth temperature was 1620 ° C. When the C / Si ratio was 1.5, the background concentration of nitrogen atoms in the silicon carbide epitaxial layer was about 2.0 × 10 15 / cm −3 . On the other hand, when the C / Si ratio was 1.9, the background concentration of nitrogen atoms was about 1.3 × 10 15 / cm −3 .

なお、この結果からも、原料ガス中のC/Si比が1.7以上かつ2.1以下の範囲内に選択されるとともに、エピタキシャル成長温度が1600℃以上1800℃以下の範囲に選択されることで、窒素原子のバックグラウンド濃度を低下することができることが分かる。   Also from this result, the C / Si ratio in the source gas is selected within the range of 1.7 to 2.1 and the epitaxial growth temperature is selected within the range of 1600 ° C. to 1800 ° C. It can be seen that the background concentration of nitrogen atoms can be reduced.

一方、ホルダコート部11bおよび発熱体コート部12bがSiC膜である部材(高純度部材)を用いて、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板を形成した。基板ホルダには、窒素濃度が2ppmの基板ホルダ母材と、窒素濃度が0.4ppmのホルダコート部とで構成されたものを用いた。発熱体には、窒素濃度が2ppmの発熱体母材と、窒素濃度が0.4ppmの発熱体コート部とで構成されたものを用いた。C/Si比は、1.9とした。エピタキシャル成長温度は1620℃であった。   On the other hand, the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment was formed using a member (high purity member) in which holder coat portion 11b and heating element coat portion 12b are SiC films. The substrate holder used was composed of a substrate holder base material having a nitrogen concentration of 2 ppm and a holder coat portion having a nitrogen concentration of 0.4 ppm. As the heating element, a heating element base material having a nitrogen concentration of 2 ppm and a heating element coating portion having a nitrogen concentration of 0.4 ppm was used. The C / Si ratio was 1.9. The epitaxial growth temperature was 1620 ° C.

高純度部材を用いて炭化珪素エピタキシャル層をベース基板のC面上に形成した結果、炭化珪素エピタキシャル層における窒素原子のバックグラウンド濃度は5×1014/cm-3であった。したがって、SiCでコートされた部材を炭化珪素成長装置に用いることでTaCでコートされた部材よりも、炭化珪素エピタキシャル基板のバックグラウンド濃度を低減できることが分かる。 As a result of forming the silicon carbide epitaxial layer on the C-plane of the base substrate using the high purity member, the background concentration of nitrogen atoms in the silicon carbide epitaxial layer was 5 × 10 14 / cm −3 . Therefore, it can be seen that the background concentration of the silicon carbide epitaxial substrate can be reduced by using the SiC-coated member in the silicon carbide growth apparatus as compared with the TaC-coated member.

また、基板ホルダ11および発熱体12に従来部材を用いた場合におけるC/Si比とバックグラウンド濃度との間の関係から、高純度部材を用いた場合には、C/Si比を1.7〜2.1の範囲とすることにより、バックグラウンド濃度を1.0×1015/cm-3以下にすることができると見積ることができる。 Further, from the relationship between the C / Si ratio and the background concentration when the conventional member is used for the substrate holder 11 and the heating element 12, when the high purity member is used, the C / Si ratio is 1.7. It can be estimated that a background density | concentration can be 1.0x10 < 15 > / cm < -3 > or less by setting it as the range of -2.1.

なお、上記の実施の形態では、炭化珪素エピタキシャル層2は、窒素原子のバックグラウンド濃度が3×1015cm-3以下となる単一の層である。しかしながら、図9に示されるように、たとえば炭化珪素エピタキシャル層2が、炭化珪素エピタキシャル層21,22から構成されていてもよい。炭化珪素エピタキシャル層21,22の少なくとも一方において、窒素原子のバックグラウンド濃度が3×1015cm-3以下でもよい。さらに、炭化珪素エピタキシャル層2が2よりも多い炭化珪素エピタキシャル層から構成され、それら炭化珪素エピタキシャル層のうちの少なくとも1つの層において、窒素原子のバックグラウンド濃度が3×1015cm-3以下でもよい。 In the above embodiment, silicon carbide epitaxial layer 2 is a single layer in which the background concentration of nitrogen atoms is 3 × 10 15 cm −3 or less. However, as shown in FIG. 9, for example, silicon carbide epitaxial layer 2 may be composed of silicon carbide epitaxial layers 21 and 22. At least one of silicon carbide epitaxial layers 21 and 22 may have a background concentration of nitrogen atoms of 3 × 10 15 cm −3 or less. Furthermore, silicon carbide epitaxial layer 2 is composed of more than two silicon carbide epitaxial layers, and at least one of the silicon carbide epitaxial layers has a nitrogen atom background concentration of 3 × 10 15 cm −3 or less. Good.

上記の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法では、炭化珪素エピタキシャル層2を形成する工程(S13)の前または後に、原料ガスの流量や分圧を変更することにより、工程(S13)と連続してさらに炭化珪素エピタキシャル層2と不純物濃度等が異なる炭化珪素エピタキシャル層が形成される。このようにしても、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。すなわち複数の炭化珪素エピタキシャル層のうち、少なくとも1つの層における窒素原子のバックグラウンド濃度を3×1015cm-3以下とすることができる。言い換えると、複数の炭化珪素エピタキシャル層の全体を1つの炭化珪素エピタキシャル層とみなすと、その炭化珪素エピタキシャル層は、窒素原子のバックグラウンド濃度が3×1015cm-3以下である層を含む。 In the above method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate, before or after the step (S13) of forming the silicon carbide epitaxial layer 2, the flow rate and partial pressure of the source gas are changed to continue the step (S13). A silicon carbide epitaxial layer having an impurity concentration or the like different from that of silicon carbide epitaxial layer 2 is formed. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the manufacturing method of the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on this Embodiment. That is, the background concentration of nitrogen atoms in at least one of the plurality of silicon carbide epitaxial layers can be 3 × 10 15 cm −3 or less. In other words, when the whole of the plurality of silicon carbide epitaxial layers is regarded as one silicon carbide epitaxial layer, the silicon carbide epitaxial layer includes a layer having a background concentration of nitrogen atoms of 3 × 10 15 cm −3 or less.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、高耐圧が要求される炭化珪素半導体装置に特に有利に適用される。   The present invention is particularly advantageously applied to a silicon carbide semiconductor device that requires a high breakdown voltage.

1 ベース基板
1A 第1の主面
2,21,22 炭化珪素エピタキシャル層
2A 第2の主面
10 炭化珪素エピタキシャル基板
11 基板ホルダ
11a 基板ホルダ母材
11b ホルダコート部
12 発熱体
12a 発熱体母材
12b 発熱体コート部
13 断熱材
14 石英管
15 誘導加熱用コイル
16 配管
17 予備加熱機構
100 炭化珪素成長装置
G1 流通方向
G2a,G2b,G2,G3b,G3,G3a 窒素ガス
R 矢印
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base substrate 1A 1st main surface 2,21,22 Silicon carbide epitaxial layer 2A 2nd main surface 10 Silicon carbide epitaxial substrate 11 Substrate holder 11a Substrate holder base material 11b Holder coat part 12 Heat generating body 12a Heat generating body base material 12b Heating element coating part 13 Heat insulating material 14 Quartz tube 15 Induction heating coil 16 Pipe 17 Preheating mechanism 100 Silicon carbide growth apparatus G1 Flow direction G2a, G2b, G2, G3b, G3, G3a Nitrogen gas R Arrow

Claims (8)

C面を主表面として有する炭化珪素ベース基板と、
前記炭化珪素ベース基板の前記C面上に配置された炭化珪素エピタキシャル層とを備え、
前記炭化珪素エピタキシャル層は、窒素原子のバックグラウンド濃度が3×1015cm-3以下である層を含む、炭化珪素エピタキシャル基板。
A silicon carbide base substrate having a C-plane as a main surface;
A silicon carbide epitaxial layer disposed on the C-plane of the silicon carbide base substrate,
The silicon carbide epitaxial layer includes a layer having a nitrogen atom background concentration of 3 × 10 15 cm −3 or less.
前記炭化珪素エピタキシャル基板の外径は、100mm以上である、請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。   The silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1, wherein an outer diameter of the silicon carbide epitaxial substrate is 100 mm or more. 前記炭化珪素エピタキシャル層の主表面を含む、前記炭化珪素エピタキシャル層の表面層における前記窒素濃度の平均値に対する、前記表面層における前記窒素濃度の標準偏差の比率を面内均一性と定義すると、
前記窒素濃度の前記面内均一性は、15%以下である、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
When the ratio of the standard deviation of the nitrogen concentration in the surface layer to the average value of the nitrogen concentration in the surface layer of the silicon carbide epitaxial layer including the main surface of the silicon carbide epitaxial layer is defined as in-plane uniformity,
The silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1 or 2, wherein the in-plane uniformity of the nitrogen concentration is 15% or less.
前記炭化珪素エピタキシャル層における前記窒素濃度は、2×1016cm-3以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。 4. The silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1, wherein the nitrogen concentration in the silicon carbide epitaxial layer is 2 × 10 16 cm −3 or less. 5. C面を主表面として有する、炭化珪素ベース基板を準備する工程と、
前記炭化珪素ベース基板に対して炭化珪素エピタキシャル層を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、前記炭化珪素ベース基板をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、前記炭化珪素ベース基板の前記C面上に前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程とを備え、
前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、
前記原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.7以上かつ2.1以下であり、
前記エピタキシャル成長温度は、1600℃以上1800℃以下の範囲である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
Preparing a silicon carbide base substrate having a C-plane as a main surface;
By supplying a source gas used for forming a silicon carbide epitaxial layer to the silicon carbide base substrate, and heating the silicon carbide base substrate to an epitaxial growth temperature, the C of the silicon carbide base substrate is obtained. Forming the silicon carbide epitaxial layer on the surface,
In the step of forming the silicon carbide epitaxial layer,
The ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.7 or more and 2.1 or less,
The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate, wherein the epitaxial growth temperature is in a range of 1600 ° C. or higher and 1800 ° C. or lower.
前記エピタキシャル成長温度は、1600℃以上1700℃以下の範囲である、請求項5に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to claim 5, wherein the epitaxial growth temperature is in a range of 1600 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower. 前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程に先立って、炭化珪素成長装置内に前記炭化珪素ベース基板を配置する工程をさらに備え、
前記炭化珪素成長装置は、前記原料ガスと接触するとともに、前記エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材を含み、
前記部材の窒素濃度が、10ppm以下である、請求項5または請求項6に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
Prior to the step of forming the silicon carbide epitaxial layer, further comprising the step of disposing the silicon carbide base substrate in a silicon carbide growth apparatus,
The silicon carbide growth apparatus includes a member that is in contact with the source gas and heated to the epitaxial growth temperature,
The manufacturing method of the silicon carbide epitaxial substrate of Claim 5 or Claim 6 whose nitrogen concentration of the said member is 10 ppm or less.
前記炭化珪素ベース基板の外径は、100mm以上である、請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to claim 5, wherein an outer diameter of the silicon carbide base substrate is 100 mm or more.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017051611A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 住友電気工業株式会社 Method for producing silicon carbide epitaxial substrate, method for manufacturing silicon carbide semiconductor device, and apparatus for producing silicon carbide epitaxial substrate
JP2017165615A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 住友電気工業株式会社 Apparatus for epitaxial growth of silicon carbide
WO2018142744A1 (en) * 2017-01-31 2018-08-09 住友電気工業株式会社 Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
KR20180107352A (en) * 2017-03-16 2018-10-02 삼성전자주식회사 Substrate treating apparatus
JP2019104679A (en) * 2015-09-11 2019-06-27 住友電気工業株式会社 Production method of silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
US10748763B2 (en) 2017-09-29 2020-08-18 Fuji Electric Co., Ltd. Silicon carbide semiconductor substrate, method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, and silicon carbide semiconductor device
EP3882956A1 (en) 2020-03-05 2021-09-22 Hitachi Metals, Ltd. Sic wafer and manufacturing method thereof
US12205989B2 (en) 2021-03-26 2025-01-21 Proterial, Ltd. Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing same
JP7632731B2 (en) 2021-03-26 2025-02-19 株式会社プロテリアル Silicon Carbide Epitaxial Substrate

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6641814B2 (en) * 2015-09-11 2020-02-05 住友電気工業株式会社 Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
WO2017090285A1 (en) * 2015-11-24 2017-06-01 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
JP6791348B2 (en) * 2019-12-24 2020-11-25 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
JP6973600B2 (en) * 2019-12-24 2021-12-01 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
JP7537446B2 (en) 2021-03-26 2024-08-21 株式会社プロテリアル Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing same
CN114250451B (en) * 2021-06-01 2023-03-07 浙江求是半导体设备有限公司 Epitaxial growth device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002249376A (en) * 2000-12-18 2002-09-06 Toyo Tanso Kk Low nitrogen concentration carbonaceous material and method for producing the same
WO2003078702A1 (en) * 2002-03-19 2003-09-25 Central Research Institute Of Electric Power Industry METHOD FOR PREPARING SiC CRYSTAL AND SiC CRYSTAL
JP4224253B2 (en) * 2002-04-24 2009-02-12 パナソニック株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4322846B2 (en) * 2004-07-22 2009-09-02 東洋炭素株式会社 Susceptor
CN102203330B (en) * 2008-08-29 2013-08-21 新日铁住金株式会社 Manufacturing method for silicon carbide monocrystals
JP5999687B2 (en) * 2011-08-31 2016-09-28 ローム株式会社 SiC epitaxial wafer and SiC semiconductor device using the same

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10865501B2 (en) 2015-09-11 2020-12-15 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon carbide epitaxial substrate and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2019104679A (en) * 2015-09-11 2019-06-27 住友電気工業株式会社 Production method of silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
WO2017051611A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 住友電気工業株式会社 Method for producing silicon carbide epitaxial substrate, method for manufacturing silicon carbide semiconductor device, and apparatus for producing silicon carbide epitaxial substrate
JP2017165615A (en) * 2016-03-16 2017-09-21 住友電気工業株式会社 Apparatus for epitaxial growth of silicon carbide
WO2018142744A1 (en) * 2017-01-31 2018-08-09 住友電気工業株式会社 Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP7070437B2 (en) 2017-01-31 2022-05-18 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
JPWO2018142744A1 (en) * 2017-01-31 2019-11-21 住友電気工業株式会社 Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
KR20180107352A (en) * 2017-03-16 2018-10-02 삼성전자주식회사 Substrate treating apparatus
KR102362032B1 (en) * 2017-03-16 2022-02-14 삼성전자주식회사 Substrate treating apparatus
CN108630580A (en) * 2017-03-16 2018-10-09 三星电子株式会社 Substrate processing device and the method for manufacturing semiconductor devices
CN108630580B (en) * 2017-03-16 2023-06-30 三星电子株式会社 Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device
US10748763B2 (en) 2017-09-29 2020-08-18 Fuji Electric Co., Ltd. Silicon carbide semiconductor substrate, method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, and silicon carbide semiconductor device
EP3882956A1 (en) 2020-03-05 2021-09-22 Hitachi Metals, Ltd. Sic wafer and manufacturing method thereof
US12205989B2 (en) 2021-03-26 2025-01-21 Proterial, Ltd. Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing same
JP7632731B2 (en) 2021-03-26 2025-02-19 株式会社プロテリアル Silicon Carbide Epitaxial Substrate

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