JP2017019679A - Silicon carbide epitaxial substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板に関する。 The present disclosure relates to a silicon carbide epitaxial substrate.
近年、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用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の採用が進められつつある。 2. Description of the Related Art In recent years, silicon carbide has been increasingly used as a material for semiconductor devices in order to enable higher breakdown voltages, lower losses, and use in high-temperature environments for semiconductor devices such as MOSFETs (Metal Oxide Field Effect Transistors). It is being
たとえば特開2002−329670号公報(特許文献1)は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、炭化珪素基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる方法を開示している。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-329670 (Patent Document 1) discloses a method of epitaxially growing a silicon carbide thin film on a silicon carbide substrate by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
本開示の目的は、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能な炭化珪素エピタキシャル基板を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide epitaxial substrate capable of improving the conversion rate from basal plane dislocations to threading edge dislocations.
本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素単結晶基板と、第1炭化珪素層と、第2炭化珪素層とを備えている。第1炭化珪素層は、炭化珪素単結晶基板上にある。第2炭化珪素層は、第1炭化珪素層上にある。第1炭化珪素層は、第1不純物層と第2不純物層とが交互に積層されることにより構成されている。第1不純物層および第2不純物層を1周期とした場合、第1不純物層および第2不純物層の積層周期は、2周期以上である。炭化珪素単結晶基板と、第1不純物層と、第2不純物層と、第2炭化珪素層とは、n型不純物を有する。第1不純物層が含むn型不純物の濃度は、第2不純物層が含むn型不純物の濃度よりも高い。第1不純物層は、炭化珪素単結晶基板と接している。 A silicon carbide epitaxial substrate according to the present disclosure includes a silicon carbide single crystal substrate, a first silicon carbide layer, and a second silicon carbide layer. The first silicon carbide layer is on the silicon carbide single crystal substrate. The second silicon carbide layer is on the first silicon carbide layer. The first silicon carbide layer is configured by alternately laminating first impurity layers and second impurity layers. When the first impurity layer and the second impurity layer have one period, the stacking period of the first impurity layer and the second impurity layer is two periods or more. The silicon carbide single crystal substrate, the first impurity layer, the second impurity layer, and the second silicon carbide layer have n-type impurities. The n-type impurity concentration in the first impurity layer is higher than the n-type impurity concentration in the second impurity layer. The first impurity layer is in contact with the silicon carbide single crystal substrate.
本開示によれば、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能な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 present disclosure, it is possible to provide a silicon carbide epitaxial substrate capable of improving the conversion rate from basal plane dislocations to threading edge dislocations.
[実施形態の説明]
(1)本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板50は、炭化珪素単結晶基板30と、第1炭化珪素層10と、第2炭化珪素層20とを備えている。第1炭化珪素層10は、炭化珪素単結晶基板上にある。第2炭化珪素層20は、第1炭化珪素層上にある。第1炭化珪素層10は、第1不純物層1と第2不純物層2とが交互に積層されることにより構成されている。第1不純物層1および第2不純物層2を1周期とした場合、第1不純物層1および第2不純物層2の積層周期は、2周期以上である。炭化珪素単結晶基板30と、第1不純物層1と、第2不純物層2と、第2炭化珪素層20とは、n型不純物を有する。第1不純物層1が含むn型不純物の濃度は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度よりも高い。第1不純物層1は、炭化珪素単結晶基板30と接している。
[Description of Embodiment]
(1) A silicon carbide
炭化珪素単結晶基板30には、通常、転位が存在している。炭化珪素に存在する転位としては、転位線の方向が{0001}面内に平行である基底面転位と、転位線の方向が{0001}面に対して概ね垂直である貫通刃状転位および貫通螺旋転位が知られている。貫通螺旋転位と基底面転位とは、バーガースベクトルが等しい。そのため、貫通刃状転位と基底面転位とは、転位線の方向によって区別され得る。
Dislocations are usually present in silicon carbide
基底面転位が炭化珪素エピタキシャル基板に存在すると、炭化珪素エピタキシャル基板上に形成されるゲート絶縁膜の信頼性が低下する。具体的には、基底面転位は、P型領域とN型領域との界面において積層欠陥に伸展し、ゲート絶縁膜の信頼性が低下する場合がある。一方、貫通刃状転位は、炭化珪素エピタキシャル基板に存在していても、炭化珪素エピタキシャル基板上に形成されるゲート絶縁膜の信頼性にはほとんど影響を与えない。そのため、炭化珪素単結晶基板に存在する基底面転位を貫通刃状転位に転換し、基底面転位の数を低減することが望ましい。 If basal plane dislocations are present in the silicon carbide epitaxial substrate, the reliability of the gate insulating film formed on the silicon carbide epitaxial substrate is reduced. Specifically, basal plane dislocations may extend to stacking faults at the interface between the P-type region and the N-type region, which may reduce the reliability of the gate insulating film. On the other hand, even though the threading edge dislocation exists in the silicon carbide epitaxial substrate, it hardly affects the reliability of the gate insulating film formed on the silicon carbide epitaxial substrate. Therefore, it is desirable to convert the basal plane dislocations existing in the silicon carbide single crystal substrate into threading edge dislocations and reduce the number of basal plane dislocations.
上記(1)に係る炭化珪素エピタキシャル基板50によれば、第1炭化珪素層10は、第1不純物層1と第2不純物層2とが交互に積層されることにより構成されている。第1不純物層1および第2不純物層2を1周期とした場合、第1不純物層1および第2不純物層2の積層周期は、2周期以上である。第1不純物層1が含むn型不純物の濃度は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度よりも高い。これにより、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能である。
According to silicon carbide
基底面転位が貫通刃状転位に転換されるメカニズムは以下のように考えられる。まず、n型不純物である窒素は、炭化珪素中の炭素と置換されることで、ドナーとして機能する。窒素の共有結合半径は、炭素の共有結合半径よりも小さい。そのため、窒素がドーピングされた炭化珪素の結晶は、窒素がドーピングされていない炭化珪素の結晶よりも縮んでいる。つまり、窒素のドーピング濃度が高い炭化珪素の結晶は、窒素のドーピング濃度が低い炭化珪素の結晶よりも縮んでいる。窒素のドーパント濃度が高い第1不純物層1上に窒素のドーパント濃度が低い第2不純物層2が配置される場合、第1不純物層1が縮んでいるため、第2不純物層2に対して圧縮応力が作用している。第2不純物層2に対して圧縮応力が作用していることにより、第1不純物層1から第2不純物層2へと伸展する基底面転位は、第1不純物層1と第2不純物層2との境界面において貫通刃状転位に転換されやすくなると考えられる。
The mechanism by which basal plane dislocations are converted to threading edge dislocations is considered as follows. First, nitrogen, which is an n-type impurity, functions as a donor by being replaced with carbon in silicon carbide. The covalent bond radius of nitrogen is smaller than the covalent bond radius of carbon. Therefore, the silicon carbide crystal doped with nitrogen is contracted more than the silicon carbide crystal not doped with nitrogen. That is, the silicon carbide crystal having a high nitrogen doping concentration is contracted more than the silicon carbide crystal having a low nitrogen doping concentration. When the
(2)上記(1)に係る炭化珪素エピタキシャル基板50において、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度を、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度で除した値は、0.1より大きく10未満であってもよい。炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度と、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度との差が大きいと、炭化珪素単結晶基板30と第1不純物層1との境界面において、新たな積層欠陥が発生する場合がある。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50は、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度と、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度との差が小さいため、炭化珪素単結晶基板30と第1不純物層1との境界面において、新たな積層欠陥が発生することを抑制可能である。
(2) In silicon carbide
(3)上記(1)または(2)に係る炭化珪素エピタキシャル基板50において、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度を、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度で除した値は、102以上105以下であってもよい。これにより、第2不純物層2が含む窒素濃度と、第1不純物層1が含む窒素濃度との差が大きくなり、第2不純物層2に作用する圧縮応力が高くなる。それゆえ、基底面転位から貫通刃状転位へ転換率をさらに向上可能である。
(3) Value obtained by dividing the concentration of n-type impurities contained in
(4)上記(3)に係る炭化珪素エピタキシャル基板50において、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度を、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度で除した値は、103以上104以下であってもよい。
(4) In silicon
(5)上記(1)〜(4)のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板50において、第1不純物層1の厚みは、20nm以上500nm以下であってもよい。
(5) In silicon
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板50において、第2不純物層2の厚みは、20nm以上500nm以下であってもよい。
(6) In silicon
(7)上記(1)〜(6)のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板50において、積層周期は、3周期以上50周期以下であってもよい。積層周期を3周期以上とすることにより、基底面転位から貫通刃状転位に転換される機会が増える。そのため、基底面転位から貫通刃状転位への転換率をさらに向上可能である。積層周期を50周期以下とすることにより、リードタイムが長くなることを抑制することができる。
[実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて実施形態を説明する。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。本明細書中においては、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示す。負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
(7) In silicon
[Details of the embodiment]
Embodiments 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 description thereof will not be repeated. In the present specification, individual planes are indicated by (), and aggregate planes are indicated by {}. As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number.
まず、実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50の構成について説明する。
図1に示されるように、実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50は、炭化珪素単結晶基板30と、第1炭化珪素層10と、第2炭化珪素層20とを主に有している。炭化珪素単結晶基板30は、たとえばポリタイプ4Hを有する六方晶炭化珪素単結晶である。第1炭化珪素層10は、炭化珪素単結晶基板30上にある。第1炭化珪素層10は、たとえばバッファ層である。第1炭化珪素層10は、エピタキシャル成長により炭化珪素単結晶基板30に接して形成されたエピタキシャル層である。第2炭化珪素層20は、第1炭化珪素層10上にある。第2炭化珪素層20は、エピタキシャル成長により第1炭化珪素層10に接して形成されたエピタキシャル層である。第2炭化珪素層20は、たとえばドリフト層である。
First, the configuration of silicon
As shown in FIG. 1, silicon
第1炭化珪素層10は、第1不純物層1と第2不純物層2とが交互に積層されることにより構成されている。図1に示されるように、炭化珪素単結晶基板30上に第1不純物層1が設けられている。第1不純物層1は、炭化珪素単結晶基板30と接している。第1不純物層1上に第2不純物層2が設けられている。第1不純物層1および第2不純物層2は、第1積層膜11を構成する。第2不純物層2上に第3不純物層3(第1不純物層に対応)が設けられている。第3不純物層3上に第4不純物層4(第2不純物層に対応)が設けられている。第3不純物層3および第4不純物層4は、第2積層膜12を構成する。第4不純物層4上に第2炭化珪素層20が設けられている。第1不純物層1と、第2不純物層2と、第3不純物層3と、第4不純物層4とは、第1炭化珪素層10を構成している。図1に示されるように、第1不純物層1および第2不純物層2を1周期とした場合、第1不純物層1および第2不純物層2の積層周期は2周期である。第1不純物層1および第2不純物層2の積層周期は、2周期以上であってもよい。
The first
炭化珪素単結晶基板30は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板30の表面S1は、たとえば基底面からオフ角だけ傾斜した面である。基底面は、たとえば{0001}面であり、特定的には(0001)面である。オフ角は、たとえば2°以上8°以下である。オフ方向は、<1−100>方向であってもよいし、<11−20>方向であってもよい。表面S1および裏面S2の最大径は、たとえば100mm以上であり、好ましくは150mm以上である。
Silicon carbide
炭化珪素単結晶基板30と、第1不純物層1と、第2不純物層2と、第3不純物層3と、第4不純物層4と、第2炭化珪素層20とは、たとえば窒素などのn型不純物を含む。第1不純物層1が含むn型不純物の濃度は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度よりも高い。第1不純物層1が含む窒素などのn型不純物の濃度は、たとえば5×1018cm−3である。第1不純物層1が含む窒素などのn型不純物の濃度は、たとえば1×1018cm−3以上1×1019cm−3以下であってもよい。第2不純物層2が含む窒素などのn型不純物の濃度は、たとえば5×1015cm−3である。第2不純物層2が含む窒素などのn型不純物の濃度は、1×1015cm−3以上1×1017cm−3以下であってもよい。第1不純物層1が含むn型不純物の濃度を、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度で除した値は、たとえば102以上105以下であり、好ましくは103以上104以下である。
Silicon carbide
第1不純物層1の厚みT1は、たとえば100nmである。厚みT1は、20nm以上500nm以下であってもよい。厚みT1は、50nm以上であってもよいし、100nm以下であってもよい。同様に、第2不純物層2の厚みT2は、たとえば100nmである。厚みT2は、20nm以上500nm以下であってもよい。厚みT2は、50nm以上であってもよいし、100nm以下であってもよい。炭化珪素単結晶基板30の厚みは、第1炭化珪素層10の厚みよりも大きい。炭化珪素単結晶基板30の厚みT8は、たとえば250μm以上700μm以下である。第2炭化珪素層20の厚みT7は、第1炭化珪素層10の厚みよりも大きくてもよい。第2炭化珪素層20の厚みT7は、たとえば10μmである。なお、第3不純物層3の厚みT3は、第1不純物層1の厚みT1とほぼ同じである。同様に、第4不純物層4の厚みT4は、第2不純物層2の厚みT2とほぼ同じである。
The thickness T1 of the
図2に示されるように、第1不純物層1は、位置a1において炭化珪素単結晶基板30と接している。炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1よりも高くてもよい。反対に、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1よりも低くてもよい。好ましくは、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度を、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度で除した値は、0.1より大きく10未満である。炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度を、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度で除した値は、1より大きくてもよいし、5未満であってもよい。なお、図2において、横軸は、図1に示す矢印Xに沿った方向における位置を示している。矢印Xは、表面S1に対し垂直な方向である。位置0は、裏面S2に対応する位置である。図3および図4においても同様である。
As shown in FIG. 2,
図2に示されるように、第2不純物層2は、位置a2において第1不純物層1と接している。第2不純物層2が含むn型不純物の濃度D2は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1よりも低い。第3不純物層3は、位置a3において第2不純物層2と接している。第3不純物層3が含むn型不純物の濃度D1は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度D2よりも高い。第3不純物層3が含むn型不純物の濃度は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度とほぼ同じである。
As shown in FIG. 2, the
第4不純物層4は、位置a4において第3不純物層3と接している。第4不純物層4が含むn型不純物の濃度は、第3不純物層3が含むn型不純物の濃度よりも低い。第4不純物層4が含むn型不純物の濃度は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度とほぼ同じである。第2炭化珪素層20は、位置a5において第4不純物層4と接している。第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度よりも低くてもよい。第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度D2よりも高く、かつ第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1よりも低くてもよい。
The
次に、上記実施形態の第1変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板50の構成について説明する。
Next, the configuration of silicon
図3に示されるように、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1とほぼ同じであってもよい。炭化珪素単結晶基板30と第1不純物層1との境界面の位置a1において、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1と同じであってもよい。第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第4不純物層4が含むn型不純物の濃度よりも低くてもよいし、高くてもよい。
As shown in FIG. 3, n-type impurity concentration D <b> 3 included in silicon carbide
次に、上記実施形態の第2変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板50の構成について説明する。
Next, the configuration of silicon
図4に示されるように、第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第4不純物層4が含むn型不純物の濃度D2とほぼ同じであってもよい。第2炭化珪素層20と第4不純物層4との境界面の位置a5において、第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第4不純物層4が含むn型不純物の濃度D2と同じであってもよい。
As shown in FIG. 4, the concentration D4 of the n-type impurity included in the second
炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1とほぼ同じであってもよい。炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1よりも高くてもよいし、低くてもよい。
The concentration D3 of the n-type impurity included in the silicon carbide
次に、上記実施形態の第3変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板50の構成について説明する。
Next, the configuration of silicon
図5に示されるように、第1炭化珪素層10は、第1不純物層1と、第2不純物層2と、第3不純物層3と、第4不純物層4と、第5不純物層5(第1不純物層に対応)と、第6不純物層6(第2不純物層に対応)とにより構成されていてもよい。第4不純物層4上に第5不純物層5が設けられている。第5不純物層5上に第6不純物層6が設けられている。第6不純物層6上に第2炭化珪素層20が設けられている。第5不純物層5および第6不純物層6は、第3積層膜13を構成する。第5不純物層5の厚みT5は、第1不純物層1の厚みT1とほぼ同じである。同様に、第6不純物層6の厚みT6は、第2不純物層2の厚みT2とほぼ同じである。図5に示されるように、第1不純物層1および第2不純物層2を1周期とした場合、第1不純物層1および第2不純物層2の積層周期は3周期である。好ましくは、積層周期は、3周期以上50周期以下であり、より好ましくは、5周期以上10周期以下である。
As shown in FIG. 5, the first
図6に示されるように、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1よりも高くてもよい。第5不純物層5は、位置a5において第4不純物層4と接している。第5不純物層5が含むn型不純物の濃度は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1とほぼ同じである。第6不純物層6は、位置a6において第5不純物層5と接している。第6不純物層6が含むn型不純物の濃度は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度D2とほぼ同じである。第2炭化珪素層20は、位置a7において第6不純物層6と接している。第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第6不純物層6が含むn型不純物の濃度よりも低くてもよい。なお、図6において、横軸は、図5に示す矢印Xに沿った方向における位置を示している。矢印Xは、表面S1に対し垂直な方向である。位置0は、裏面S2に対応する位置である。図7および図8においても同様である。
As shown in FIG. 6, n-type impurity concentration D3 included in silicon carbide
次に、上記実施形態の第4変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板50の構成について説明する。
Next, the configuration of silicon
図7に示されるように、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1とほぼ同じであってもよい。炭化珪素単結晶基板30と第1不純物層1との境界面の位置a1において、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1と同じであってもよい。第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第6不純物層6が含むn型不純物の濃度よりも低くてもよいし、高くてもよい。
As shown in FIG. 7, n-type impurity concentration D <b> 3 included in silicon carbide
次に、上記実施形態の第5変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板50の構成について説明する。
Next, the configuration of silicon
図8に示されるように、第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第6不純物層6が含むn型不純物の濃度とほぼ同じであってもよい。第2炭化珪素層20と第6不純物層6との境界面の位置a7において、第2炭化珪素層20が含むn型不純物の濃度D4は、第6不純物層6が含むn型不純物の濃度と同じであってもよい。
As shown in FIG. 8, the concentration D4 of the n-type impurity included in the second
炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1とほぼ同じであってもよい。炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度D3は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度D1よりも高くてもよいし、低くてもよい。
The concentration D3 of the n-type impurity included in the silicon carbide
なお本実施形態において、第1炭化珪素層10は、第1不純物層1と第2不純物層2とが交互に積層されることにより構成されているとは、矢印X(図5参照)の方向(積層方向)において、n型不純物の濃度の高低が交互に変化することを意味する。そのため、第3不純物層3および第5不純物層5が含むn型不純物の濃度は、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度と異なっていてもよい。同様に、第4不純物層4および第6不純物層6が含むn型不純物の濃度は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度と異なっていてもよい。第3不純物層3および第5不純物層5の厚みは、第1不純物層1の厚みと異なっていてもよい。同様に、第4不純物層4および第6不純物層6の厚みは、第2不純物層2の厚みと異なっていてもよい。
In the present embodiment, the first
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成について説明する。 Next, the structure of the manufacturing apparatus of the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on this embodiment is demonstrated.
図9に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の一例としてのCVD装置40は、石英管43と、誘導加熱コイル44と、断熱材42と、発熱体41と、配管60と、第1ガスボンベ51と、第2ガスボンベ52と、第3ガスボンベ53と、第4ガスボンベ54と、基板ホルダ46とを主に有している。具体的には、発熱体41は中空構造であって、内部に反応室45を形成している。断熱材42は、発熱体41の外周囲を囲うように配置されている。石英管43は、断熱材42の外周側を囲うように配置されている。誘導加熱コイル44は、石英管43の外周側を巻回するように設けられている。配管60は、反応室45と連通している。
As shown in FIG. 9, a
第1ガスボンベ51には、たとえばキャリアガスである水素(H2)ガスが充填されている。第2ガスボンベ52および第3ガスボンベ53には、たとえば、それぞれ炭化珪素の原料となるシラン(SiH4)ガスおよびプロパン(C3H8)ガスが各々充填されている。第4ガスボンベ54には、たとえばドーパントガスであるアンモニア(NH3)ガスまたは窒素(N2)ガスが充填されている。配管60は、上記ガスを反応室45に導入可能に構成されている。
The
次に、実施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。
まず、炭化珪素単結晶基板を準備する工程が実施される。たとえば昇華法により形成した炭化珪素単結晶からなるインゴットをスライスすることにより、表面S1と、裏面S2とを有する炭化珪素単結晶基板30が準備される(図10参照)。図10に示されるように、表面S1は、基底面S3からオフ角だけ傾斜した面である。基底面S3は、たとえば{0001}面であり、好ましくは(0001)面である。オフ角は、たとえば2°以上8°以下である。オフ方向は、<1−100>方向であってもよいし、<11−20>方向であってもよい。炭化珪素単結晶基板30は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板30の表面S1の最大径は、たとえば100mm以上であり、好ましくは150mm以上である。図10に示されるように、炭化珪素単結晶基板30には、基底面転位B1、B2が形成されている。基底面転位B1、B2は、基底面S3と平行な方向に伸展する転位である。基底面転位B1、B2は、たとえば表面S1および裏面S2に露出していてもよい。
Next, the manufacturing method of the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on embodiment is demonstrated.
First, a step of preparing a silicon carbide single crystal substrate is performed. For example, a silicon carbide
次に、第1炭化珪素層を形成する工程が実施される。まず、炭化珪素単結晶基板30がCVD装置40の反応室45の内部に配置される。炭化珪素単結晶基板30は、たとえばサセプタなどの基板ホルダ46上に載置される。次に、反応室45に、水素(H2)を含むキャリアガスと、モノシラン(SiH4)、プロパン(C3H8)および窒素(N2)などを含む原料ガスとが導入される。つまり、原料ガスは、Siを含む気体と、Cを含む気体と、Nを含むドーパントガスとを有する。原料ガスは、アンモニアガスを有していてもよい。原料ガスおよびドーパントガスを含む混合ガスGが反応室45内に供給される。
Next, a step of forming a first silicon carbide layer is performed. First, silicon carbide
誘導加熱コイル44に高周波電流を流すと、電磁誘導作用により、発熱体41は誘導加熱される。これにより、反応室45中の炭化珪素単結晶基板30および混合ガスGが所定の温度に加熱される。炭化珪素単結晶基板30および混合ガスGは、たとえば1500°以上1700°以下程度に加熱される。これにより、炭化珪素単結晶基板30上に第1不純物層1が形成される。好ましくは、第1不純物層1を形成する工程において、炭素の原子数を珪素の原子数で除した比(C/Si比)が2.0以下である原料ガスが用いられる。
When a high frequency current is passed through the
当該C/Si比は、0.8以上1.5以下であってもよいし、0.9以上1.3以下であってもよい。当該C/Si比が小さい場合、第1不純物層1にドーパントしての窒素原子が取り込まれやすい。そのため、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度を高くすることができる。第1不純物層1の厚みT1は、たとえば20nm以上500nm以下である。図11に示されるように、炭化珪素単結晶基板30に存在していた多数の基底面転位B1、B2が、第1不純物層1に引き継がれる。
The C / Si ratio may be 0.8 or more and 1.5 or less, or 0.9 or more and 1.3 or less. When the C / Si ratio is small, nitrogen atoms as dopants are easily taken into the
次に、第2不純物層を形成する工程が実施される。第1不純物層を形成する工程と同様に、反応室45内で、キャリアガスおよび原料ガスを含む混合ガスGと炭化珪素単結晶基板30とが加熱されることにより、第1不純物層1上に第2不純物層2が形成される(図12参照)。好ましくは、第2不純物層2を形成する工程において、炭素の原子数を珪素の原子数で除した比(C/Si比)が1.0より大きい原料ガスが用いられる。
Next, a step of forming a second impurity layer is performed. Similar to the step of forming the first impurity layer, the mixed gas G containing the carrier gas and the source gas and the silicon carbide
当該C/Si比は、たとえば1.0よりも大きく3.0以下であってもよいし、1.5以上2.5以下であってもよい。当該C/Si比が大きい場合、第2不純物層2にドーパントしての窒素原子が取り込まれづらい。そのため、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度を低くすることができる。第1不純物層1を形成する工程における窒素の流量よりも、第2不純物層2を形成する工程における窒素の流量を小さくすることにより、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度を、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度よりも低くしてもよい。第2不純物層2の厚みT2は、たとえば20nm以上500nm以下である。
The C / Si ratio may be greater than 1.0 and 3.0 or less, for example, or 1.5 or more and 2.5 or less. When the C / Si ratio is large, nitrogen atoms as dopants are difficult to be taken into the
図12に示されるように、第1不純物層1と第2不純物層2との境界面付近において、第1不純物層1に存在していた基底面転位B1が、貫通刃状転位にB3に転換される。基底面転位B1が貫通刃状転位B3に転換されるメカニズムは上述の通りである。なお、第2不純物層2において、貫通刃状転位に転換されない基底面転位B2があってもよい。
As shown in FIG. 12, in the vicinity of the boundary surface between the
次に、第3不純物層を形成する工程が実施される。第3不純物層3は、第1不純物層1と同様の方法により形成される。図2に示されるように、第3不純物層3が含む窒素の濃度は、第1不純物層1が含む窒素の濃度とほぼ同じであってもよい。第3不純物層3の厚みは、第1不純物層1の厚みとほぼ同じであってもよい。図13に示されるように、第2不純物層2中の貫通刃状転位B3は、第3不純物層3に引き継がれる。同様に、第2不純物層2中の基底面転位B2は、第3不純物層3に引き継がれる。
Next, a step of forming a third impurity layer is performed. The
次に、第4不純物層を形成する工程が実施される。第4不純物層4は、第2不純物層2と同様の方法により形成される。図2に示されるように、第4不純物層4が含む窒素の濃度は、第2不純物層2が含む窒素の濃度とほぼ同じであってもよい。第4不純物層4の厚みは、第2不純物層2の厚みとほぼ同じであってもよい。図14に示されるように、第3不純物層3と第4不純物層4との境界面付近において、第3不純物層3に存在していた基底面転位B2が、貫通刃状転位にB4に転換される。第3不純物層3中の貫通刃状転位B3は、第4不純物層4に引き継がれる。以上のように、第1不純物層1および第2不純物層2の境界面において、貫通刃状転位に転換されなかった基底面転位B2が、第3不純物層3および第4不純物層4の境界面において、基底面転位B2から貫通刃状転位B4に転換される。このように、第1不純物層1および第2不純物層2の積層数が多い程、基底面転位B2から貫通刃状転位B4に転換される機会が増える。結果として、転換率が向上する。
Next, a step of forming a fourth impurity layer is performed. The
次に、第2炭化珪素層を形成する工程が実施される。反応室45内で、キャリアガスおよび原料ガスを含む混合ガスGと炭化珪素単結晶基板30とが加熱されることにより、第4不純物層4上に第2炭化珪素層20が形成される。第2炭化珪素層20を形成する工程において、炭素の原子数を珪素の原子数で除した比(C/Si比)は1.0未満であってもよいし、1.0以上であってもよい。第2炭化珪素層20が含む窒素の濃度は、たとえば5×1015cm−3である。第2炭化珪素層20の厚みは、第1炭化珪素層10の厚みよりも大きくてもよい。
Next, a step of forming a second silicon carbide layer is performed. In the
なお、原料ガスのC/Si比は、たとえばモノシランガスの流量を一定の値に維持しながら、プロパンガスの流量を変化させることにより、変化させることができる。同様に、プロパンガスの流量を一定の値に維持しながら、モノシランガスの流量を変化させることによっても、原料ガスのC/Si比を変化させることができる。 The C / Si ratio of the source gas can be changed by changing the flow rate of propane gas while maintaining the flow rate of monosilane gas at a constant value, for example. Similarly, the C / Si ratio of the source gas can be changed by changing the flow rate of the monosilane gas while maintaining the flow rate of the propane gas at a constant value.
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の作用効果について説明する。 Next, the effect of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment will be described.
本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50によれば、第1炭化珪素層10は、第1不純物層1と第2不純物層2とが交互に積層されることにより構成されている。第1不純物層1および第2不純物層2を1周期とした場合、第1不純物層1および第2不純物層2の積層周期は、2周期以上である。第1不純物層1が含むn型不純物の濃度は、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度よりも高い。これにより、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能である。
According to silicon
また本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50によれば、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度を、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度で除した値は、0.1より大きく10未満である。炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度と、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度との差が大きいと、炭化珪素単結晶基板30と第1不純物層1との境界面において、新たな積層欠陥が発生する場合がある。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50は、炭化珪素単結晶基板30が含むn型不純物の濃度と、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度との差が小さいため、炭化珪素単結晶基板30と第1不純物層1との境界面において、新たな積層欠陥が発生することを抑制可能である。
In addition, according to silicon
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50によれば、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度を、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度で除した値は、102以上105以下である。これにより、第2不純物層2が含む窒素濃度と、第1不純物層1が含む窒素濃度との差が大きくなり、第2不純物層2に作用する圧縮応力が高くなる。それゆえ、基底面転位から貫通刃状転位へ転換率をさらに向上可能である。
Furthermore, according to silicon
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50によれば、第1不純物層1が含むn型不純物の濃度を、第2不純物層2が含むn型不純物の濃度で除した値は、103以上104以下である。
Furthermore, according to silicon
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50によれば、第1不純物層1の厚みは、20nm以上500nm以下である。
Furthermore, according to silicon
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50によれば、第2不純物層2の厚みは、20nm以上500nm以下である。
Furthermore, according to silicon
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板50によれば、積層周期は、3周期以上50周期以下である。積層周期を3周期以上とすることにより、基底面転位から貫通刃状転位に転換される機会が増える。そのため、基底面転位から貫通刃状転位への転換率をさらに向上可能である。積層周期を50周期以下とすることにより、リードタイムが長くなることを抑制することができる。
Furthermore, according to silicon
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て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.
1 第1不純物層
2 第2不純物層
3 第3不純物層
4 第4不純物層
5 第5不純物層
6 第6不純物層
10 第1炭化珪素層
11、12、13 周期
20 第2炭化珪素層
30 炭化珪素単結晶基板
40 製造装置
41 発熱体
42 断熱材
43 石英管
44 誘導加熱コイル
45 反応室
46 基板ホルダ
50 炭化珪素エピタキシャル基板
51 第1ガスボンベ
52 第2ガスボンベ
53 第3ガスボンベ
54 第4ガスボンベ
60 配管
a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7 位置
B1,B2 基底面転位
B3,B4 貫通刃状転位
D1,D2,D3,D4 濃度
G 混合ガス
S1 表面
S2 裏面
S3 基底面
T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8 厚み
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記炭化珪素単結晶基板上の第1炭化珪素層と、
前記第1炭化珪素層上の第2炭化珪素層とを備え、
前記第1炭化珪素層は、第1不純物層と第2不純物層とが交互に積層されることにより構成されており、
前記第1不純物層および前記第2不純物層を1周期とした場合、前記第1不純物層および前記第2不純物層の積層周期は、2周期以上であり、
前記炭化珪素単結晶基板と、前記第1不純物層と、前記第2不純物層と、前記第2炭化珪素層とは、n型不純物を有し、
前記第1不純物層が含むn型不純物の濃度は、前記第2不純物層が含むn型不純物の濃度よりも高く、
前記第1不純物層は、前記炭化珪素単結晶基板と接している、炭化珪素エピタキシャル基板。 A silicon carbide single crystal substrate;
A first silicon carbide layer on the silicon carbide single crystal substrate;
A second silicon carbide layer on the first silicon carbide layer,
The first silicon carbide layer is configured by alternately laminating first impurity layers and second impurity layers,
When the first impurity layer and the second impurity layer have one cycle, the stacking cycle of the first impurity layer and the second impurity layer is two cycles or more,
The silicon carbide single crystal substrate, the first impurity layer, the second impurity layer, and the second silicon carbide layer have n-type impurities,
The n-type impurity concentration included in the first impurity layer is higher than the n-type impurity concentration included in the second impurity layer.
The first impurity layer is a silicon carbide epitaxial substrate in contact with the silicon carbide single crystal substrate.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018150861A1 (en) * | 2017-02-20 | 2018-08-23 | 日立金属株式会社 | Silicon carbide laminated substrate and production method therefor |
JP2019091798A (en) * | 2017-11-14 | 2019-06-13 | 昭和電工株式会社 | SiC epitaxial wafer |
WO2020115951A1 (en) * | 2018-12-04 | 2020-06-11 | 住友電気工業株式会社 | Silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device |
JP2020141109A (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-03 | 三菱電機株式会社 | SiC EPITAXIAL WAFER, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND POWER CONVERSION DEVICE |
EP4152407A1 (en) * | 2021-09-16 | 2023-03-22 | Hitachi Metals, Ltd. | Silicon carbide substrate and method of manufacturing the same |
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018150861A1 (en) * | 2017-02-20 | 2018-08-23 | 日立金属株式会社 | Silicon carbide laminated substrate and production method therefor |
CN110301034A (en) * | 2017-02-20 | 2019-10-01 | 日立金属株式会社 | Silicon carbide layer laminated substrate and its manufacturing method |
JPWO2018150861A1 (en) * | 2017-02-20 | 2019-11-14 | 日立金属株式会社 | Silicon carbide laminated substrate and manufacturing method thereof |
EP3584822A4 (en) * | 2017-02-20 | 2020-12-02 | Hitachi Metals, Ltd. | Silicon carbide laminated substrate and production method therefor |
US11031238B2 (en) | 2017-02-20 | 2021-06-08 | Hitachi Metals, Ltd. | Silicon carbide stacked substrate and manufacturing method thereof |
JP2019091798A (en) * | 2017-11-14 | 2019-06-13 | 昭和電工株式会社 | SiC epitaxial wafer |
WO2020115951A1 (en) * | 2018-12-04 | 2020-06-11 | 住友電気工業株式会社 | Silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device |
US12125881B2 (en) | 2018-12-04 | 2024-10-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device |
JP2020141109A (en) * | 2019-03-01 | 2020-09-03 | 三菱電機株式会社 | SiC EPITAXIAL WAFER, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND POWER CONVERSION DEVICE |
JP7046026B2 (en) | 2019-03-01 | 2022-04-01 | 三菱電機株式会社 | SiC epitaxial wafer, semiconductor device, power conversion device |
EP4152407A1 (en) * | 2021-09-16 | 2023-03-22 | Hitachi Metals, Ltd. | Silicon carbide substrate and method of manufacturing the same |
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