JP7534579B2 - SiCエピタキシャル基板の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
SiCエピタキシャル基板の製造方法及びその製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7534579B2 JP7534579B2 JP2021504118A JP2021504118A JP7534579B2 JP 7534579 B2 JP7534579 B2 JP 7534579B2 JP 2021504118 A JP2021504118 A JP 2021504118A JP 2021504118 A JP2021504118 A JP 2021504118A JP 7534579 B2 JP7534579 B2 JP 7534579B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sic
- substrate
- sic epitaxial
- epitaxial layer
- heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 316
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 133
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 122
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 48
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 36
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 30
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 24
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 501
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 496
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 32
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 12
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 11
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 10
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 9
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 6
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 Ta9C8 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 3
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007666 vacuum forming Methods 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003862 HfB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004448 Ta2C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004479 Ta2N Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004533 TaB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007948 ZrB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N boron;zirconium Chemical compound B#[Zr]#B VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/16—Controlling or regulating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0635—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/58—After-treatment
- C23C14/5873—Removal of material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
- C30B23/06—Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/08—Reaction chambers; Selection of materials therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/08—Etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02378—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/02433—Crystal orientation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02529—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
- H01L21/0455—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
- H01L21/046—Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/167—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table further characterised by the doping material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
このようなドーピング濃度のSiC材料を用いることにより、耐圧層に適したドーピング濃度のSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このように、SiC基板とSiC材料との間に温度勾配を設けることにより、容易に原料を輸送することができる。
このようにSiC基板を原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置して、加熱することにより、基底面転位密度が低減されたSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このようにSiC基板を原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置して、加熱することにより、マクロステップバンチングが分解された表面を有するSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このように原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置して加熱した後、原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置して、加熱することにより、基底面転位密度が低減されたSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このような温度領域で加熱することにより、高速にSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このように、本体容器自体をSiC材料で構成することにより、本体容器を用いることで、準閉鎖空間を形成しつつ、原料の供給源となることができる。
このように、SiC材料を設置するSiC材料設置部を設けることにより、本体容器を任意の材料で構成することができる。
また、本発明の好ましい形態では、前記SiC材料のドーピング濃度は、1×1017cm-3以下である。
このようなドーピング濃度のSiC材料を用いることにより、耐圧層に適したドーピング濃度のSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このような温度領域で加熱することにより、高速にSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このように、30μm以上SiCエピタキシャル層を成長させることにより、高耐圧半導体デバイスに適した耐圧層を形成することができる。
このように、SiC基板とSiC材料との間に温度勾配を設けることにより、容易に原料を輸送することができる。
このようにSiC基板を原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱することにより、基底面転位密度が低減されたSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このようにSiC基板を原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置し加熱することにより、マクロステップバンチングが分解された表面を有するSiCエピタキシャル層を形成することができる。
このように原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱した後、原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置し加熱することにより、基底面転位(BPD)密度が低減されたSiCエピタキシャル層を形成することができる。
本発明は、SiC基板10とSiC基板10よりもドーピング濃度が低いSiC材料20とを相対させて加熱し、SiC材料20からSiC基板10に原料を輸送してSiCエピタキシャル層11を形成する、SiCエピタキシャル基板の製造方法として把握できる。
本発明に係る配置工程は、SiC基板10と、このSiC基板10のSiCエピタキシャル層11の原料となるSiC材料20と、を相対(対峙)させて配置する工程である。このSiC基板10とSiC材料20との間には、SiC材料20からSiC基板10の表面へ原料を輸送する原料輸送空間S1が形成されている。
なお、本明細書における「準閉鎖空間」とは、容器内の真空引きは可能であるが、容器内に発生した蒸気の少なくとも一部を閉じ込め可能な空間のことをいう。
SiC基板10は、昇華法等で作製したインゴットから円盤状にスライスしたSiCウェハや、単結晶SiCを薄板状に加工したSiC基板を含む。なお、単結晶SiCの結晶多形としては、何れのポリタイプのものも採用することができる。
SiC材料20は、SiC基板10と相対させて加熱することで、SiC基板10にSi元素と、C元素と、ドーパントと、を供給可能なSiCで構成される。例えば、SiC製の容器(本体容器30)やSiC製の基板(SiC部材36)を含む。なお、SiC材料の結晶多形としては、何れのポリタイプのものも採用することができ、多結晶SiCを採用しても良い。
準閉鎖空間は、原子数比Si/Cが1以下となるよう構成しても良い。例えば、化学量論比1:1を満たすSiC製の本体容器30内に、化学量論比1:1を満たすSiC基板10と、化学量論比1:1を満たすSiC材料20と、を配置した場合には、本体容器30内の原子数比Si/Cは1となる(図4参照)。また、C蒸気供給源(Cペレット等)を配置して原子数比Si/Cを1以下としても良い。
本発明に係る加熱工程は、SiC基板10とSiC材料20を加熱することで、原料輸送空間S1を介して、SiC材料20の原料(Si元素、C元素及びドーパント)をSiC基板10表面へ輸送する工程である。
2) 2C(s)+Si(v)→SiC2(v)
3) C(s)+2Si(v)→Si2C(v)
4) Si(v)+SiC2(v)→2SiC(s)
5) Si2C(v)→Si(v)+SiC(s)
2)及び3)の説明:Si原子(Si(v))が脱離することでSiC基板10表面に残存したC(C(s))は、原料輸送空間S1のSi蒸気(Si(v))と反応することで、Si2C又はSiC2等となって原料輸送空間S1に昇華する。
4)及び5)の説明:昇華したSi2C又はSiC2等が、温度勾配や化学ポテンシャル差によってSiC基板10のテラスに到達・拡散し、ステップに到達することでSiC基板10の結晶多形を引き継いでSiCエピタキシャル層11が成長する(ステップフロー成長)。
また、加熱工程における加熱温度は、好ましくは1400~2300℃の範囲であり、より好ましくは1900℃以上であり、より好ましくは1950℃以上であり、より好ましくは2000℃以上であり、更に好ましくは2050℃以上である。
加熱工程におけるSiCエピタキシャル層11の成長速度は、上記温度領域によって制御することができ、0.001~2μm/minの範囲で選択することが可能である。
また、加熱工程におけるSiCエピタキシャル層11の成長速度は、上記温度領域によって制御することができ、好ましくは、1.0μm/min以上であり、より好ましくは1.5μm/min以上であり、より好ましくは1.8μm/min以上であり、更に好ましくは2.0μm/min以上である。
加熱工程における加熱時間は、所望の成長量となるよう任意の時間に設定することができる。例えば、成長速度が1μm/minの時に、成長量を1μmとしたい場合には、加熱時間は1分間となる。
加熱工程におけるSiCエピタキシャル層11の成長量は、成長温度と成長時間により、所望の成長量となるよう設定することができる。例えば、SiCエピタキシャル層11を30μm以上成長させることが好ましい。また、SiCエピタキシャル層11を100μm以上成長させることが好ましい。
加熱工程における原料輸送空間S1の温度勾配は、0.1~5℃/mmの範囲に設定される。
また、所望のドーピング濃度に応じて、ドーパントガスを供給してもよい。
このように、平坦化工程にてMSBが分解された表面を有するSiC基板10を、原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱することにより、BPDが低減・除去された表面のSiCエピタキシャル層11を形成し得る。
また、本発明に係るSiCエピタキシャル基板の製造方法の一つの形態として、ドーピング濃度が3×1018cm-3であるSiC基板10の片面に対して、ドーピング濃度が1×1017cm-3以下のSiCエピタキシャル層11を成長させつつ、SiC基板10の他の片面をエッチングする形態を含まない形態が挙げられる。
〈実施形態1〉
以下、本発明の実施形態1に係るSiCエピタキシャル基板の製造装置について詳細に説明する。なお、この実施形態において、先の製造方法に示した構成と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
本体容器30は、SiC基板10を設置する基板設置部31と、互いに嵌合可能な上容器32及び下容器33と、を備える嵌合容器である。上容器32と下容器33の嵌合部には、微小な間隙34が形成されており、この間隙34から本体容器30内の排気(真空引き)が可能なよう構成されている。
上容器32は、多結晶SiCで構成されている。そのため、SiC基板10に原料を供給するSiC材料20となる。なお、この上容器32は、SiC基板10よりも低いドーピング濃度に設定されている。
下容器33は、上容器32と同様に多結晶SiCで構成されている。また、高熱に耐えられる高融点材料で構成されていればよく、後述する高融点容器50と同様の材料を採用することができる。
具体的には、化学量論比1:1を満たす多結晶SiCの本体容器30内に、化学量論比1:1を満たすSiC基板10と、Si蒸気供給源35(Siペレット等)と、を配置した場合には、本体容器30内の原子数比Si/Cは1を超えることとなる(図5参照)。
具体的には、化学量論比1:1を満たす多結晶SiCの本体容器30内に、化学量論比1:1を満たすSiC基板10と、を配置した場合には、本体容器30内の原子数比Si/Cは1となる(図4参照)。
SiC-Si平衡蒸気圧環境は、例えば、原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間が熱処理されることで形成される。
SiC-C平衡蒸気圧環境は、例えば、原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間が熱処理されることで形成される。
加熱炉40は、図3に示すように、被処理物(SiC基板10等)を1000℃以上2300℃以下の温度に加熱することが可能な本加熱室41と、被処理物を500℃以上の温度に予備加熱可能な予備加熱室42と、本体容器30を収容可能な高融点容器50と、この高融点容器50を予備加熱室42から本加熱室41へ移動可能な移動手段43(移動台)と、を備えている。
本加熱室41の内部には、加熱ヒータ44(メッシュヒーター)が備えられている。また、本加熱室41の側壁や天井には多層熱反射金属板が固定されている(図示せず。)。この多層熱反射金属板は、加熱ヒータ44の熱を本加熱室41の略中央部に向けて反射させるように構成されている。
なお、加熱ヒータ44としては、例えば、抵抗加熱式のヒータや高周波誘導加熱式のヒータを用いることができる。
このように急速昇温及び急速降温が行えるため、従来の装置では困難であった、昇温中及び降温中の低温成長履歴を持たない表面形状を観察することが可能である。
また、図3においては、本加熱室41の下方に予備加熱室42を配置しているが、これに限られず、何れの方向に配置しても良い。
すなわち、本実施形態の加熱炉40は、高融点容器50の底部が移動台と接触しているため、高融点容器50の上容器51から下容器52に向かって温度が下がるように温度勾配が設けられる。この温度勾配は、SiC基板10の表裏方向に沿って形成されていることが望ましい。
また、上述したように、加熱ヒータ44の構成により、温度勾配を形成してもよい。
加熱炉40は、Si元素を含む雰囲気を形成し、この雰囲気内で本体容器30を加熱可能であることが好ましい。本実施形態に係る加熱炉40内のSi元素を含む雰囲気は、高融点容器50及びSi蒸気供給源54を用いて形成している。
なお、本体容器30の周囲にSi元素を含む雰囲気を形成可能な方法であれば、当然に採用することができる。
この他にも、加熱処理時に高融点容器50内にSi元素を含む気相種の蒸気圧が形成される構成であれば採用することができる。
図6は、実施形態2に係るSiCエピタキシャル基板の製造装置の説明図である。この実施形態2に係る本体容器30は、SiC部材36からSiC基板10へ原料を供給可能に構成されている。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
実施形態2に係る本体容器30は、SiC基板10を設置する基板設置部31と、この基板設置部31に相対する位置にSiC部材36(SiC材料20)を設置するSiC材料設置部37と、SiC部材36からSiC基板10へ原料を輸送するための原料輸送空間S1と、SiC基板10とSiC部材36の間に設けられる支持具38と、を有する。
そして、SiC部材36のドーピング濃度は、SiC基板10のドーピング濃度よりも低く設定されている。
図7は、実施形態3に係るSiCエピタキシャル基板の製造装置の説明図である。この実施形態3に係る本体容器30は、先の実施形態とは異なる温度勾配で成長可能なよう構成されている。なお、同実施形態において、先の実施形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
実施形態3に係る本体容器30は、SiC基板10を設置する基板設置部31と、SiC基板10とSiC材料20の間に設けられる支持具38と、SiC材料20からSiC基板10へ原料を輸送するための原料輸送空間S1と、を有する。
本実施形態の加熱炉40は、高融点容器50の下容器52から上容器51に向かって温度が下がるように温度勾配が形成される。
この温度勾配は、例えば、移動台との接触部を高融点容器50の天井に設け、上方向に熱が逃げるように構成することで形成される。
また、例えば、加熱ヒータ44は、上側に多くのヒータが配置されるよう構成しても良い。また、加熱ヒータ44は、上側に向かうにつれて幅が大きくなるように構成しても良い。あるいは、加熱ヒータ44は、上側に向かうにつれて供給される電力を大きくすることが可能なよう構成しても良い。
《実施例1》
〈配置工程〉
以下の条件で、SiC基板10を本体容器30に収容し、さらに本体容器30を高融点容器50に収容した。
多型:4H-SiC
基板サイズ:横幅10mm×縦幅10mm×厚み0.3mm
オフ方向及びオフ角:<11-20>方向4°オフ
成長面:(0001)面
ドーパント:N
ドーピング濃度:3×1018cm-3
マクロステップバンチングの有無:無し
材料:多結晶SiC
容器サイズ:直径60mm×高さ4mm
SiC基板10とSiC材料20との距離:2mm
ドーパント:N
ドーピング濃度:1×1017cm-3以下(ラマン分光法検出限界以下)
容器内の原子数比Si/C:1以下
材料:TaC
容器サイズ:直径160mm×高さ60mm
Si蒸気供給源54(Si化合物):TaSi2
上記条件で配置したSiC基板10を、以下の条件で加熱処理した。
加熱温度:1700℃
加熱時間:300min
温度勾配:1℃/mm
成長速度:5nm/min
本加熱室41真空度:10-5Pa
図9は、SiCエピタキシャル層11において、BPDから他の欠陥・転位(TED等)に変換した変換率を求める手法の説明図である。
図9(a)は、加熱工程によりSiCエピタキシャル層11を成長させた様子を示している。この加熱工程では、SiC基板10に存在していたBPDが、ある確率でTEDに変換される。そのため、SiCエピタキシャル層11の表面には、100%変換されない限り、TEDとBPDが混在していることとなる。
図9(b)は、KOH溶解エッチング法を用いてSiCエピタキシャル層11中の欠陥を確認した様子を示している。このKOH溶解エッチング法は、約500℃に加熱した溶解塩(KOH等)にSiC基板を浸し、転位や欠陥部分にエッチピットを形成し、そのエッチピットの大きさ・形状により転位の種類を判別する手法である。この手法により、SiCエピタキシャル層11表面に存在しているBPD数を得る。
図9(c)は、KOH溶解エッチング後にSiCエピタキシャル層11を除去する様子を示している。本手法では、エッチピット深さまで機械研磨やCMP等により平坦化した後、熱エッチングによりSiCエピタキシャル層11を除去して、SiC基板10の表面を表出させている。
図9(d)は、SiCエピタキシャル層11を除去したSiC基板10に対し、KOH溶解エッチング法を用いてSiC基板10中の欠陥を確認した様子を示している。この手法により、SiC基板10表面に存在しているBPD数を得る。
すなわち、表面にMSBが存在しないSiC基板10を、原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱することにより、BPDが低減・除去されることが把握できる。
〈配置工程〉
以下の条件で、SiC基板10を本体容器30に収容し、さらに本体容器30を高融点容器50に収容した。
多型:4H-SiC
基板サイズ:横幅10mm×縦幅10mm×厚み0.3mm
オフ方向及びオフ角:<11-20>方向4°オフ
成長面:(0001)面
ドーパント:N
ドーピング濃度:3×1018cm-3
マクロステップバンチングの有無:有り
材料:多結晶SiC
容器サイズ:直径60mm×高さ4mm
SiC基板10とSiC材料20との距離:2mm
ドーパント:N
ドーピング濃度:1×1017cm-3以下(ラマン分光法検出限界以下)
Si蒸気供給源35:Si片
容器内の原子数比Si/C:1を超える
材料:TaC
容器サイズ:直径160mm×高さ60mm
Si蒸気供給源54(Si化合物):TaSi2
上記条件で配置したSiC基板10を、以下の条件で加熱処理した。
加熱温度:1800℃
加熱時間:60min
温度勾配:1℃/mm
成長速度:68nm/min
本加熱室41真空度:10-5Pa
このSiCエピタキシャル層11成長前のSiC基板10表面には、MSBが形成されており、高さ3nm以上のステップが、平均42nmのテラス幅で配列していることが把握できる。なお、ステップ高さは、AFMにより測定した。
この実施例2のSiCエピタキシャル層11表面には、MSBは形成されておらず、1.0nm(フルユニットセル)のステップが、14nmのテラス幅で規則正しく配列していることが把握できる。なお、ステップ高さは、AFMにより測定した。
図12は、本発明に係るSiCエピタキシャル基板の製造方法にて成長させた加熱温度と成長速度の関係を示すグラフである。このグラフの横軸は温度の逆数であり、このグラフの縦軸は成長速度を対数表示している。SiC基板10を原子数比Si/Cが1を超える空間(本体容器30内)に配置して、SiC基板10にSiCエピタキシャル層11を成長させた結果を〇印で示す。また、SiC基板10を原子数比Si/Cが1以下である空間(本体容器30内)に配置して、SiC基板10にSiCエピタキシャル層11を成長させた結果を×印で示している。
また、P原料-P基板は、原料ガスが過飽和な状態となって、SiCとして析出した成長量であり、原料ガスとしてはSiC,Si2C,SiC2が想定される。
具体的には、数1を用いて、以下の条件(i)~(iv)で熱力学計算を行った。(i)体積一定のSiC-Si平衡蒸気圧環境であること,(ii)成長駆動力は、本体容器30内の温度勾配と、多結晶SiCと単結晶SiCの蒸気圧差(化学ポテンシャル差)であること,(iii)原料ガスは、SiC,Si2C,SiC2であること,(iv)原料がSiC基板10のステップに吸着する吸着係数は0.001であること。
具体的には、数1を用いて、以下の条件(i)~(iv)で熱力学計算を行った。(i)体積一定のSiC-C平衡蒸気圧環境であること,(ii)成長駆動力は、本体容器30内の温度勾配と、多結晶SiCと単結晶SiCの蒸気圧差(化学ポテンシャル差)であること,(iii)原料ガスはSiC,Si2C,SiC2であること,(iv)原料がSiC基板10のステップに吸着する吸着係数は0.001であること。
なお、熱力学計算に用いた各化学種のデータはJANAF熱化学表の値を採用した。
また、SiC基板10を原子数比Si/Cが1以下である空間(本体容器30内)に配置して、SiC基板10にSiCエピタキシャル層11を成長させた結果(×印)は、SiC-C平衡蒸気圧環境におけるSiC基板成長の熱力学計算の結果と傾向が一致していることがわかる。
一方、SiC-C平衡蒸気圧環境下においては、2000℃の加熱温度で1.0μm/min以上の成長速度を達成することが推定される。また、2030℃以上の加熱温度で2.0μm/min以上の成長速度を達成することが推定される。
11 SiCエピタキシャル層
20 SiC材料
30 本体容器
31 基板設置部
40 加熱炉
50 高融点容器
54 Si蒸気供給源
S1 原料輸送空間
Claims (28)
- SiC基板と前記SiC基板よりもドーピング濃度が低いSiC材料とを相対させて加熱し、前記SiC材料から前記SiC基板に原料を輸送してSiCエピタキシャル層を形成する工程を含む、SiCエピタキシャル基板の製造方法であって、
前記SiCエピタキシャル層を形成する工程は、
前記SiC基板を原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱した後、前記SiC基板を原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置し加熱することで、基底面転位密度を低減させたSiCエピタキシャル層を形成する、SiCエピタキシャル基板の製造方法。 - SiC基板と前記SiC基板よりもドーピング濃度が低いSiC材料とを相対させて加熱し、前記SiC材料から前記SiC基板に原料を輸送してSiCエピタキシャル層を形成する工程を含み、
前記SiC材料は、本体容器であり、
前記SiC基板は前記本体容器内に収容された状態で加熱される、
SiCエピタキシャル基板の製造方法。 - 前記SiC材料のドーピング濃度は、1×1017cm-3以下である、請求項1又は2に記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板と前記SiC材料の間に温度勾配を有する原料輸送空間を形成するよう加熱し、前記SiC材料を高温側に、前記SiC基板を低温側に配置することで原料を輸送する、請求項1~3の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板を原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱することで、前記SiCエピタキシャル層中の基底面転位密度を低減する、請求項2~4の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板を原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置し加熱することで、前記SiCエピタキシャル層の表面を平坦化する、請求項1~4の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板を1600℃以上の温度領域で加熱する、請求項1~6の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 表面の基底面転位密度が1.0個cm-2以下であるSiCエピタキシャル層を形成する、請求項1~7の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- SiC基板を収容可能な本体容器を備え、
前記本体容器は、前記SiC基板を設置する基板設置部と、
この基板設置部に相対するSiC材料と、を有し、
前記SiC材料は、ドーパントを含み、ドーピング濃度が1×10 17 cm -3 以下であり、
前記SiC材料は前記本体容器である、
SiCエピタキシャル基板の製造装置。 - 前記SiC材料のドーピング濃度は、1×1017cm-3以下である、請求項9に記載のSiCエピタキシャル基板の製造装置。
- 前記本体容器は、前記SiC基板と前記SiC材料の間に設けられる支持具を有する、請求項9又は10に記載のSiCエピタキシャル基板の製造装置。
- 前記SiC基板と前記SiC材料の間に温度勾配が形成されるように加熱する加熱炉を、さらに備える、請求項9~11の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造装置。
- 前記加熱炉は、前記本体容器を収容可能な高融点容器と、
この高融点容器内にSi蒸気を供給可能なSi蒸気供給源と、を有する、請求項12に記載のSiCエピタキシャル基板の製造装置。 - 前記本体容器は、容器内にSi蒸気を供給可能なSi蒸気供給源を有し、
前記Si蒸気供給源は、前記本体容器内の原子数比Si/Cが1を超えるよう配置される、請求項9~13の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造装置。 - SiC基板とSiC材料とを相対させて加熱することで、前記SiC材料から前記SiC基板に原料を輸送し、1.0μm/min以上の成長速度でSiCエピタキシャル層を形成する工程を含む、SiCエピタキシャル基板の製造方法であって、
前記SiCエピタキシャル層を形成する工程は、
前記SiC基板を原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱した後、前記SiC基板を原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置し加熱することで、基底面転位密度を低減させたSiCエピタキシャル層を形成することを含む、SiCエピタキシャル基板の製造方法。 - SiC基板とSiC材料とを相対させて、SiC-Si平衡蒸気圧環境下で1960℃以上に加熱することで、又は
SiC基板とSiC材料とを相対させて、SiC-C平衡蒸気圧環境下で2000℃以上に加熱することで、
前記SiC材料から前記SiC基板に原料を輸送し、1.0μm/min以上の成長速度でSiCエピタキシャル層を形成する、SiCエピタキシャル基板の製造方法。 - 前記成長速度は、2.0μm/min以上である、請求項15又は16に記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC材料は、SiC基板よりもドーピング濃度が低い、請求項15~17の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC材料のドーピング濃度は、1×1017cm-3以下である、請求項18に記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板を1900℃以上の温度領域で加熱する、請求項15~19の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiCエピタキシャル層を30μm以上成長させる、請求項15~20の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiCエピタキシャル層を100μm以上成長させる、請求項15~21の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板と前記SiC材料の間に温度勾配を有する原料輸送空間を形成するよう加熱し、前記SiC材料を高温側に、前記SiC基板を低温側に配置することで原料を輸送する、請求項15~22の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板と前記SiC材料を準閉鎖空間に配置し加熱する、請求項15~23の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板を原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱することで、前記SiCエピタキシャル層中の基底面転位密度を低減する、請求項15~24の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板を原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置し加熱することで、前記SiCエピタキシャル層の表面を平坦化する、請求項15~25の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 前記SiC基板を原子数比Si/Cが1以下である準閉鎖空間に配置し加熱した後、前記SiC基板を原子数比Si/Cが1を超える準閉鎖空間に配置し加熱することで、前記SiCエピタキシャル層中の基底面転位密度を低減する、請求項15~26の何れかに記載のSiCエピタキシャル基板の製造方法。
- 請求項1~8の何れかに記載の製造方法により製造されたSiC基板。
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019040072 | 2019-03-05 | ||
JP2019040072 | 2019-03-05 | ||
JP2019069280 | 2019-03-29 | ||
JP2019069281 | 2019-03-29 | ||
JP2019069280 | 2019-03-29 | ||
JP2019069281 | 2019-03-29 | ||
PCT/JP2020/008967 WO2020179796A1 (ja) | 2019-03-05 | 2020-03-03 | SiCエピタキシャル基板の製造方法及びその製造装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2020179796A1 JPWO2020179796A1 (ja) | 2020-09-10 |
JP7534579B2 true JP7534579B2 (ja) | 2024-08-15 |
Family
ID=72337464
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021504118A Active JP7534579B2 (ja) | 2019-03-05 | 2020-03-03 | SiCエピタキシャル基板の製造方法及びその製造装置 |
JP2021504117A Active JP7518325B2 (ja) | 2019-03-05 | 2020-03-03 | SiC基板の製造方法及びその製造装置 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021504117A Active JP7518325B2 (ja) | 2019-03-05 | 2020-03-03 | SiC基板の製造方法及びその製造装置 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US12065758B2 (ja) |
EP (3) | EP3936644A4 (ja) |
JP (2) | JP7534579B2 (ja) |
CN (3) | CN114174567B (ja) |
TW (2) | TWI824118B (ja) |
WO (2) | WO2020179796A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2022153951A1 (ja) | 2021-01-14 | 2022-07-21 | ||
EP4415026A1 (en) * | 2021-10-05 | 2024-08-14 | Kwansei Gakuin Educational Foundation | Method for achieving uniform carrier concentration in epitaxial layer, and structure created by means of said method |
JPWO2023058492A1 (ja) * | 2021-10-05 | 2023-04-13 | ||
CN117637463A (zh) * | 2024-01-26 | 2024-03-01 | 希科半导体科技(苏州)有限公司 | 碳化硅衬底的位错缺陷的处理方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003104799A (ja) | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Nippon Steel Corp | 炭化珪素単結晶インゴットおよびその製造方法 |
JP2008074664A (ja) | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Nippon Steel Corp | エピタキシャル炭化珪素単結晶基板及びその製造方法 |
JP2014047090A (ja) | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Fuji Electric Co Ltd | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
JP2017065996A (ja) | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 新日鐵住金株式会社 | 炭化珪素単結晶インゴット |
Family Cites Families (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6214108B1 (en) * | 1998-05-19 | 2001-04-10 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Method of manufacturing silicon carbide single crystal and silicon carbide single crystal manufactured by the same |
JP3758528B2 (ja) | 2001-06-25 | 2006-03-22 | 豊田合成株式会社 | Iii族窒化物系化合物半導体の製造装置及びそれを用いたiii族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
US6897138B2 (en) * | 2001-06-25 | 2005-05-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method and apparatus for producing group III nitride compound semiconductor |
JP4505202B2 (ja) * | 2002-09-19 | 2010-07-21 | 昭和電工株式会社 | 炭化珪素単結晶の製造方法および製造装置 |
US7052546B1 (en) * | 2003-08-28 | 2006-05-30 | Cape Simulations, Inc. | High-purity crystal growth |
JP4513446B2 (ja) * | 2004-07-23 | 2010-07-28 | 豊田合成株式会社 | 半導体結晶の結晶成長方法 |
US8188538B2 (en) * | 2008-12-25 | 2012-05-29 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
JP5839315B2 (ja) * | 2010-07-30 | 2016-01-06 | 株式会社デンソー | 炭化珪素単結晶およびその製造方法 |
US9018639B2 (en) | 2012-10-26 | 2015-04-28 | Dow Corning Corporation | Flat SiC semiconductor substrate |
US9017804B2 (en) * | 2013-02-05 | 2015-04-28 | Dow Corning Corporation | Method to reduce dislocations in SiC crystal growth |
PL2881498T3 (pl) * | 2013-12-06 | 2020-06-15 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Sposób hodowli kryształu węgliku krzemu |
JP6097681B2 (ja) * | 2013-12-24 | 2017-03-15 | 昭和電工株式会社 | SiCエピタキシャルウェハの製造装置およびSiCエピタキシャルウェハの製造方法 |
CN103820768A (zh) | 2014-03-11 | 2014-05-28 | 中国科学院半导体研究所 | 4H-SiC衬底上同质快速外延生长4H-SiC外延层的方法 |
CN103943510B (zh) | 2014-04-18 | 2016-09-14 | 江苏大学 | 一种氮掺杂SiC基底的外延石墨烯背栅晶体管的制备方法 |
CN104018217A (zh) | 2014-06-12 | 2014-09-03 | 西安电子科技大学 | 4H-SiC同质外延生长方法 |
KR101640313B1 (ko) * | 2014-11-14 | 2016-07-18 | 오씨아이 주식회사 | 잉곳 제조 장치 |
CN107004592B (zh) * | 2014-11-18 | 2020-12-08 | 东洋炭素株式会社 | 碳化硅基板的蚀刻方法及收容容器 |
JP2017105697A (ja) | 2015-11-26 | 2017-06-15 | 東洋炭素株式会社 | 薄型のSiCウエハの製造方法及び薄型のSiCウエハ |
US9805935B2 (en) * | 2015-12-31 | 2017-10-31 | International Business Machines Corporation | Bottom source/drain silicidation for vertical field-effect transistor (FET) |
CN114351248B (zh) | 2016-04-28 | 2024-08-16 | 学校法人关西学院 | SiC基板的制造装置 |
US20170321345A1 (en) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | Ii-Vi Incorporated | Large Diameter Silicon Carbide Single Crystals and Apparatus and Method of Manufacture Thereof |
JP6762484B2 (ja) * | 2017-01-10 | 2020-09-30 | 昭和電工株式会社 | SiCエピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
CN106894091B (zh) * | 2017-03-28 | 2020-03-20 | 山东大学 | 用于物理气相传输法生长碳化硅晶体的坩埚 |
EP3382067B1 (en) * | 2017-03-29 | 2021-08-18 | SiCrystal GmbH | Silicon carbide substrate and method of growing sic single crystal boules |
JP6869077B2 (ja) * | 2017-03-30 | 2021-05-12 | 昭和電工株式会社 | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 |
CN113227465B (zh) * | 2018-11-05 | 2024-03-29 | 学校法人关西学院 | SiC半导体衬底及其制造方法和制造装置 |
EP4012078A4 (en) * | 2019-08-06 | 2023-11-15 | Kwansei Gakuin Educational Foundation | SEED CRYSTAL SEED OF SIC AND PRODUCTION METHOD THEREFOR, SIC INGOT PRODUCED BY GROWING SAID SEED CRYSTAL SEED OF SIC AND PRODUCTION METHOD THEREFOR, AND SIC WAFER PRODUCED FROM SAID SIC INGOT AND EPITAXIAL FILM SIC WAFER AND METHODS RESPECTIVE PRODUCTION RESPECTS OF SAID SIC WAFER AND SAID EPITAXIAL FILM SIC WAFER |
-
2020
- 2020-03-03 US US17/436,304 patent/US12065758B2/en active Active
- 2020-03-03 JP JP2021504118A patent/JP7534579B2/ja active Active
- 2020-03-03 EP EP20765997.0A patent/EP3936644A4/en active Pending
- 2020-03-03 US US17/436,302 patent/US20220181156A1/en active Pending
- 2020-03-03 JP JP2021504117A patent/JP7518325B2/ja active Active
- 2020-03-03 EP EP20765860.0A patent/EP3936643A4/en active Pending
- 2020-03-03 EP EP23153067.6A patent/EP4209626A1/en active Pending
- 2020-03-03 CN CN202080018853.1A patent/CN114174567B/zh active Active
- 2020-03-03 WO PCT/JP2020/008967 patent/WO2020179796A1/ja unknown
- 2020-03-03 CN CN202410197054.5A patent/CN118087035A/zh active Pending
- 2020-03-03 WO PCT/JP2020/008966 patent/WO2020179795A1/ja unknown
- 2020-03-03 CN CN202080018795.2A patent/CN114174565A/zh active Pending
- 2020-03-05 TW TW109107167A patent/TWI824118B/zh active
- 2020-03-05 TW TW109107169A patent/TWI850344B/zh active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003104799A (ja) | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Nippon Steel Corp | 炭化珪素単結晶インゴットおよびその製造方法 |
JP2008074664A (ja) | 2006-09-21 | 2008-04-03 | Nippon Steel Corp | エピタキシャル炭化珪素単結晶基板及びその製造方法 |
JP2014047090A (ja) | 2012-08-30 | 2014-03-17 | Fuji Electric Co Ltd | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
JP2017065996A (ja) | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 新日鐵住金株式会社 | 炭化珪素単結晶インゴット |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN118087035A (zh) | 2024-05-28 |
TWI850344B (zh) | 2024-08-01 |
TW202044351A (zh) | 2020-12-01 |
EP3936644A4 (en) | 2023-03-22 |
JPWO2020179796A1 (ja) | 2020-09-10 |
CN114174567B (zh) | 2023-12-15 |
US12065758B2 (en) | 2024-08-20 |
US20220178048A1 (en) | 2022-06-09 |
EP3936643A1 (en) | 2022-01-12 |
EP4209626A1 (en) | 2023-07-12 |
JP7518325B2 (ja) | 2024-07-18 |
US20220181156A1 (en) | 2022-06-09 |
CN114174567A (zh) | 2022-03-11 |
TWI824118B (zh) | 2023-12-01 |
WO2020179796A1 (ja) | 2020-09-10 |
EP3936643A4 (en) | 2022-11-09 |
EP3936644A1 (en) | 2022-01-12 |
WO2020179795A1 (ja) | 2020-09-10 |
CN114174565A (zh) | 2022-03-11 |
JPWO2020179795A1 (ja) | 2020-09-10 |
TW202039944A (zh) | 2020-11-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7534579B2 (ja) | SiCエピタキシャル基板の製造方法及びその製造装置 | |
JP7278550B2 (ja) | SiC半導体基板及びその製造方法及びその製造装置 | |
JP7578870B2 (ja) | SiC基板、SiCエピタキシャル基板、SiCインゴット及びこれらの製造方法 | |
JP7464806B2 (ja) | SiC半導体基板及びその製造方法及びその製造装置 | |
WO2020218483A1 (ja) | 半導体基板の製造方法、その製造装置、及び、エピタキシャル成長方法 | |
US20220333270A1 (en) | SiC SEED CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME, SiC INGOT PRODUCED BY GROWING SAID SiC SEED CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME, AND SiC WAFER PRODUCED FROM SAID SiC INGOT AND SiC WAFER WITH EPITAXIAL FILM AND METHODS RESPECTIVELY FOR PRODUCING SAID SiC WAFER AND SAID SiC WAFER WITH EPITAXIAL FILM | |
JP7557701B2 (ja) | SiC基板の製造方法、その製造装置、及び、エピタキシャル成長方法 | |
US11932967B2 (en) | SiC single crystal manufacturing method, SiC single crystal manufacturing device, and SiC single crystal wafer | |
JP7464807B2 (ja) | SiC基板の製造方法及びその製造装置及びSiC基板のマクロステップバンチングを低減する方法 | |
WO2021060365A1 (ja) | 半導体基板の製造方法及び半導体基板の製造装置 | |
US12098476B2 (en) | Method for producing a SiC substrate via an etching step, growth step, and peeling step |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240130 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240315 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240625 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240703 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7534579 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |