JP2014192163A - METHOD FOR MANUFACTURING SiC EPITAXIAL WAFER - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURING SiC EPITAXIAL WAFER Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014192163A JP2014192163A JP2013063171A JP2013063171A JP2014192163A JP 2014192163 A JP2014192163 A JP 2014192163A JP 2013063171 A JP2013063171 A JP 2013063171A JP 2013063171 A JP2013063171 A JP 2013063171A JP 2014192163 A JP2014192163 A JP 2014192163A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sic
- impurity concentration
- sic substrate
- substrate
- epitaxial wafer
- 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.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 120
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 119
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 184
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 181
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
この発明は、SiCエピタキシャルウエハの製造方法に関し、特に、エピタキシャル層中の積層欠陥を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a SiC epitaxial wafer, and particularly to a technique for suppressing stacking faults in an epitaxial layer.
炭化珪素(SiC)は、珪素(Si)に比べてバンドギャップが大きく、また絶縁破壊電界強度、飽和電子速度および熱伝導度などの物性値が優れており、半導体パワーデバイス材料として優れた性質を有する。特に、このSiCを用いたパワーデバイスでは電力損失の大幅な低減・小型化等が可能となり、電源電力変換時の省エネルギー化が実現できるため、電気自動車の高性能化、太陽電池システム等の高機能化等、低炭素社会実現の上で、キーデバイスとなる可能性を有している。 Silicon carbide (SiC) has a larger band gap than silicon (Si), and has excellent physical properties such as dielectric breakdown field strength, saturation electron velocity and thermal conductivity, and has excellent properties as a semiconductor power device material. Have. In particular, power devices using this SiC can significantly reduce power loss and reduce size and achieve energy savings during power supply power conversion, resulting in higher performance of electric vehicles and higher functions such as solar cell systems. It has the potential to become a key device in realizing a low-carbon society such as
SiCパワーデバイスを製造するにあたって、予めCVD法(熱化学気相堆積法)等によりSiC基板上に半導体デバイスの活性領域をエピタキシャル成長により形成することが必須である。ここで活性領域とは、結晶中におけるキャリア密度及び膜厚が精密に制御された上で作りこまれている成長方向軸を含む断面領域を指す。基板に加えてこのようなエピタキシャル成長層が必要とされる理由は、デバイスの設計仕様によりキャリア濃度及び膜厚がほぼ規定されるためであり、また、通常、基板のキャリア濃度より一層高精度の制御性が求められるためである。 In manufacturing a SiC power device, it is essential to previously form an active region of a semiconductor device by epitaxial growth on a SiC substrate by a CVD method (thermal chemical vapor deposition method) or the like. Here, the active region refers to a cross-sectional region including a growth direction axis which is formed after the carrier density and film thickness in the crystal are precisely controlled. The reason why such an epitaxially grown layer is required in addition to the substrate is that the carrier concentration and the film thickness are almost specified by the design specifications of the device, and usually control with higher accuracy than the carrier concentration of the substrate. This is because sex is required.
SiC基板上にエピタキシャル成長層を形成したウエハを、以下、エピタキシャルウエハと称する。SiCデバイスはエピタキシャルウエハに対して様々な加工を施して作製されるため、一枚のウエハから所望の特性を有するデバイスが作製される個数の割合、つまり、いわゆる素子歩留りは、エピタキシャル成長層の電気的特性の均一性に強く依存している。すなわち、エピタキシャルウエハ面内において、他の領域よりも絶縁破壊電界が小さかったり、一定の電圧を印加した際に相対的に大きな電流が流れたりする局所的な領域が存在すれば、当該領域を含むデバイスの電気的特性は劣ったものとなる。例えば耐電圧特性が悪く、相対的に小さな印加電圧においても、いわゆるリーク電流が流れる不具合が生じる。言い換えれば、素子歩留りを第一義的に規定する要素はエピタキシャルウエハの結晶学的な均一性である。かかる均一性を阻害する要因として、エピタキシャル成長時の不具合により発生する積層欠陥の存在が知られている。 A wafer in which an epitaxially grown layer is formed on a SiC substrate is hereinafter referred to as an epitaxial wafer. Since SiC devices are manufactured by performing various processes on an epitaxial wafer, the ratio of the number of devices having desired characteristics manufactured from a single wafer, that is, the so-called element yield, is an electrical property of the epitaxial growth layer. It strongly depends on the uniformity of characteristics. That is, if there is a local region in the epitaxial wafer surface where the breakdown electric field is smaller than other regions or a relatively large current flows when a certain voltage is applied, the region is included. The electrical characteristics of the device will be inferior. For example, the withstand voltage characteristics are poor, and so-called leakage current flows even at a relatively small applied voltage. In other words, the factor that primarily defines the device yield is the crystallographic uniformity of the epitaxial wafer. As a factor that hinders the uniformity, the existence of stacking faults caused by defects during epitaxial growth is known.
上述の積層欠陥と呼ばれる結晶欠陥の特徴は、結晶における原子配列の周期性が結晶成長方向に沿って局所的に不完全となっている点である。SiCのエピタキシャル成長によって生じる積層欠陥はエピタキシャル成長層内部に存在しており、デバイスに致命的な不具合を生じさせるデバイスキラー欠陥として知られている。 A feature of the crystal defects called stacking faults described above is that the periodicity of atomic arrangement in the crystal is locally incomplete along the crystal growth direction. The stacking fault caused by the epitaxial growth of SiC exists inside the epitaxial growth layer, and is known as a device killer defect that causes a fatal fault in the device.
SiC結晶には、ポリタイプと呼ばれる特有の周期性が存在する。すなわち、化学量論的組成がSiとCとで一対一であり、かつ、結晶格子が六方最密充填構造であっても、本構造におけるc軸に沿って原子配列に別種の周期性が存在する。この原子スケールでの周期及び結晶格子の対称性によって、SiCの物性は規定される。現在デバイス応用の観点から最も注目を集めているSiC結晶は、4H−SiCと呼ばれるタイプである。同じ結晶型をエピタキシャル成長させるために、炭化珪素バルク基板の表面は、結晶のある面方位から傾斜させた面に設定され、一般的には(0001)面から例えば<11−20>方向に8°または4°傾斜させた表面を持つように加工される。 The SiC crystal has a specific periodicity called a polytype. That is, even when the stoichiometric composition is one-to-one between Si and C and the crystal lattice is a hexagonal close-packed structure, there is another kind of periodicity in the atomic arrangement along the c-axis in this structure. To do. The physical properties of SiC are defined by the periodicity on the atomic scale and the symmetry of the crystal lattice. The SiC crystal currently attracting the most attention from the viewpoint of device application is a type called 4H-SiC. In order to epitaxially grow the same crystal type, the surface of the silicon carbide bulk substrate is set to a plane inclined from a certain plane orientation of the crystal, and is generally 8 ° in the <11-20> direction, for example, from the (0001) plane. Alternatively, it is processed to have a surface inclined by 4 °.
このような炭化珪素バルク基板や炭化エピタキシャル成長層の結晶性を改善させる方法が、従来幾つか提案されている。特許文献1では、SiC基板とその上のn型SiC活性層(エピタキシャル層)の間に、両者の中間の不純物濃度を有するn型バッファ層(エピタキシャル層)を形成することにより、SiC基板とエピタキシャル層の界面において不純物濃度の差に起因する歪みを抑制し、エピタキシャル成長層表面の平坦性の改善を図っている。
Several methods for improving the crystallinity of such a silicon carbide bulk substrate and a carbonized epitaxial growth layer have been proposed. In
また、特許文献2では、下地基板と下地基板よりも不純物濃度の低いドリフト層を有するSiC基板において、両者の間にドリフト層よりも不純物濃度の低いバッファ層を形成することにより、基底面転位密度の低減を図っている。
Further, in
また、特許文献3では、エピタキシャル成長層の結晶品質を向上させるため、濃度Cでドーピングしたn型SiC基板と、基板よりも小さい濃度でドーピングしたn型SiCエピタキシャル成長層との間に多層構造のバッファ層を形成することを提案している。バッファ層は同じ厚さの層を2層以上積層した多層構造で形成され、多層構造の層数をNとすると、エピタキシャル層側からK番目の層のドーピング濃度はC・K/(N+1)で規定される。
Further, in
また、非特許文献1には、炭化珪素の結晶において不純物濃度に依存して結晶の格子定数が変動することが記載されている。
Non-Patent
しかしながら、特許文献1,3に記載された発明によれば、SiC基板の不純物濃度の面内分布を考慮していないため、格子不整合を起因とする歪みを効果的に緩和し、積層欠陥を低減させることが困難であった。
However, according to the inventions described in
また、特許文献2に記載された発明によれば、ドリフト層とSiC下地基板の格子不整合が顕著になってしまい、積層欠陥を低減させることが困難であった。
In addition, according to the invention described in
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、SiCエピタキシャル層における積層欠陥を低減するSiCエピタキシャルウエハの製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a SiC epitaxial wafer that reduces stacking faults in a SiC epitaxial layer.
本発明のSiCエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)第1導電型のSiC基板を準備する工程と、(b)SiC基板の表面の複数個所の不純物濃度を測定する工程と、(c)工程(b)の測定結果から、所定の演算処理によりSiC基板の不純物濃度の代表値を代表不純物濃度として求める工程と、(d)SiC基板上に、SiC基板との界面の不純物濃度が代表不純物濃度以下で、かつ代表不純物濃度との差異が所定値未満であるSiCバッファ層をエピタキシャル成長により形成する工程と、(e)SiCバッファ層上にSiCドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、を備える。 The SiC epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes (a) a step of preparing a first conductivity type SiC substrate, (b) a step of measuring impurity concentrations at a plurality of locations on the surface of the SiC substrate, and (c) step. A step of obtaining a representative value of the impurity concentration of the SiC substrate as a representative impurity concentration by a predetermined calculation process from the measurement result of (b); and (d) the impurity concentration at the interface with the SiC substrate on the SiC substrate is the representative impurity concentration. And a step of forming an SiC buffer layer having a difference from the representative impurity concentration less than a predetermined value by epitaxial growth, and (e) a step of forming an SiC drift layer on the SiC buffer layer by epitaxial growth.
本発明のSiCエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)第1導電型のSiC基板を準備する工程と、(b)SiC基板の表面の複数個所の不純物濃度を測定する工程と、(c)工程(b)の測定結果から、所定の演算処理によりSiC基板の不純物濃度の代表値を代表不純物濃度として求める工程と、(d)SiC基板上に、SiC基板との界面の不純物濃度が代表不純物濃度以下で、かつ代表不純物濃度との差異が所定値未満であるSiCバッファ層をエピタキシャル成長により形成する工程と、(e)バッファ層上にSiCドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、を備える。SiC基板の不純物濃度の面内分布を考慮することにより、SiCバッファ層の不純物濃度を適切に設定することができるので、SiCバッファ層及びSiCドリフト層における積層欠陥が抑制され、SiCエピタキシャルウエハの歩留まりが向上する。 The SiC epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes (a) a step of preparing a first conductivity type SiC substrate, (b) a step of measuring impurity concentrations at a plurality of locations on the surface of the SiC substrate, and (c) step. A step of obtaining a representative value of the impurity concentration of the SiC substrate as a representative impurity concentration by a predetermined calculation process from the measurement result of (b); and (d) the impurity concentration at the interface with the SiC substrate on the SiC substrate is the representative impurity concentration. And a step of forming an SiC buffer layer having a difference from the representative impurity concentration less than a predetermined value by epitaxial growth, and (e) a step of forming an SiC drift layer on the buffer layer by epitaxial growth. By considering the in-plane distribution of the impurity concentration of the SiC substrate, the impurity concentration of the SiC buffer layer can be set appropriately, so that stacking faults in the SiC buffer layer and the SiC drift layer are suppressed, and the yield of the SiC epitaxial wafer is reduced. Will improve.
本願発明者が、デバイスに悪影響を与える積層欠陥の発生原因に関して鋭意研究を行った結果、SiC基板とSiCエピタキシャル成長層の不純物濃度の差が大きくなるほど、積層欠陥密度が高密度化することを明らかにした。ここで積層欠陥密度とは、積層欠陥の個数を有効基板面積(基板全体から端3mmを除いた領域の面積)で割ったものをいう。
As a result of intensive studies on the cause of stacking faults that adversely affect the device, the inventors of the present application clearly show that the stacking fault density increases as the difference in impurity concentration between the SiC substrate and the SiC epitaxial growth layer increases. did. Here, the stacking fault density means the number of stacking faults divided by the effective substrate area (the area of the region excluding the
さらに、非特許文献1では、SiC結晶の不純物濃度と格子定数には依存性があり、不純物濃度が低くなるほど格子定数は大きくなると報告されている。したがって、積層欠陥の本質的な発生原因は、SiC基板とSiCエピタキシャル成長層との格子不整合によって発生する歪みを起因とする応力であると考えられる。そのため、今後、SiC基板が6インチ、8インチと大口径化していくに従って、基板面内の応力に起因する電流リーク欠陥の高密度化は重大な問題となっていく恐れがある。
Further,
<A.実施の形態1>
図1は、実施の形態1のSiCエピタキシャルウエハの構造を示す断面図である。SiCエピタキシャルウエハは、SiC基板1と、SiC基板1のSi面またはC面上にエピタキシャル成長で形成されたSiCバッファ層2と、SiCバッファ層2上にエピタキシャル成長で形成されたSiCドリフト層3を備えている。
<
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the SiC epitaxial wafer of the first embodiment. The SiC epitaxial wafer includes a
SiC基板1は、例えば、昇華法によって成長したインゴットをスライスし、鏡面研磨することによって作製されるが、インゴットを成長する際に不純物濃度を制御することが困難であるため、基板面内で不純物濃度が大きな分布を持ってしまうことが、一般的な問題として知られている。図2は、Hgプローブを用いた容量―電圧特性から求めたSiC基板1の不純物濃度のX軸に沿った分布の典型的な例を示している。ここから、SiC基板1の高濃度領域と低濃度領域で不純物濃度が明らかに異なっていることが分かる。また、数多くのSiC基板1の不純物濃度の面内分布を調査した結果、基板ごとに高濃度領域の位置や範囲が様々に変化することも分かった。
The
そのため、SiC基板1の不純物濃度分布に対応し、効率的にSiC基板との界面の格子不整合を緩和できるSiCバッファ層2の不純物濃度を決定することは非常に困難であった。そこで、本発明者らの更なる鋭意研究の結果、SiC基板1の不純物濃度高濃度領域の変化に対応したSiCバッファ層2の不純物濃度の決定方法を編み出した。
For this reason, it is very difficult to determine the impurity concentration of
<A−1.バッファ層の不純物濃度の決定方法>
本実施の形態のSiCエピタキシャルウエハの製造方法では、SiC基板1の面内不純物濃度分布を考慮するため、SiC基板1の代表不純物濃度Nrepを求め、代表不純物濃度NrepからSiCバッファ層2の不純物濃度Nbufを決定する。
<A-1. Method for Determining Impurity Concentration of Buffer Layer>
In the SiC epitaxial wafer manufacturing method of the present embodiment, in order to consider the in-plane impurity concentration distribution of
SiC基板1の代表不純物濃度Nrepの算出方法について説明する。まず、図3に示すSiC基板1の表面の格子状の点を測定箇所1pとし、各測定箇所1pに対して容量−電圧測定を実施する。隣接する測定箇所1pの間隔は、例えば縦横1cmとする。そして、SiC基板1面内の不純物濃度の最高値Nmax、最低値Nminを明らかにし、最高値Nmaxの90%以上の不純物濃度を高濃度領域と規定する。高濃度領域の面積をA、SiC基板1の面積をBとすると、SiC基板1の代表不純物濃度Nrepは、Nrep=(A/B)×Nmax+(1−A/B)×Nminと求められる。なお、ここでは最高値Nmaxの90%以上の不純物濃度を高濃度領域と規定したが、高濃度領域を規定する閾値は、最高値Nmaxの80%〜95%としても良い。
A method for calculating the representative impurity concentration N rep of
なお、SiC基板の特徴として、基板の光学特性と不純物濃度に相関があることが分かっている。したがって、容量−電圧測定に代えて、不純物濃度との相関が既知のSiC基板1の光学特性を測定することにより、各測定箇所1pにおける不純物濃度を求めてもよい。光学特性と不純物濃度の相関を写真解析等によりデータ化しておけば、基板光学特性の測定結果から、SiC基板1面内の不純物濃度を容易に求めることができる。
As a characteristic of the SiC substrate, it is known that there is a correlation between the optical characteristics of the substrate and the impurity concentration. Therefore, instead of the capacitance-voltage measurement, the impurity concentration at each
図4は、エピタキシャル層に発生する積層欠陥とSiCバッファ層2の不純物濃度Nbufとの関係を示している。横軸はSiC基板1の代表不純物濃度NrepとSiCバッファ層2の不純物濃度Nbufの差であり、縦軸はエピタキシャル層の積層欠陥密度を示している。図4より、積層欠陥密度を0.2個/cm2未満とするには、(Nrep−Nbuf)≦4.6×1018/cm3とする必要がある。ただし、(Nrep−Nbuf)=0とすると、SiC基板1とSiCバッファ層2の間の格子不整合を緩和することができないため、少なくとも(Nrep>Nbuf)とする必要がある。したがって、(Nrep−4.6×1018)≦Nbuf<Nrepを満たすようにSiCバッファ層2の不純物濃度Nbufを設定すれば、積層欠陥密度が極めて低いエピタキシャル成長ウエハが得られる。積層欠陥密度=0.2個/cm2であれば、1cm2の大面積デバイス作製時に80%と極めて高い歩留まりが得られる。
FIG. 4 shows the relationship between stacking faults occurring in the epitaxial layer and the impurity concentration N buf of the
<A−2.製造方法>
上記に説明したバッファ層の不純物濃度Nbufを用いたSiCエピタキシャルウエハの製造方法を、図5に示すフローチャートに沿って説明する。
<A-2. Manufacturing method>
A SiC epitaxial wafer manufacturing method using the buffer layer impurity concentration N buf described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
まず、SiC基板1を準備する(ステップS1)。SiC基板1は、不純物濃度が平均で1×1018cm−3以上、1×1020cm−3以下で窒素がドーピングされた4H−SiCのn型基板である。基板厚みは300μm以上400μm未満であり、(0001)面からの傾斜角を有している。
First, the
次に、機械研磨、及び酸性又はアルカリ性を示す薬液を用いた化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)によりSiC基板1に平坦化処理を行う(ステップS2)。
Next, a planarization process is performed on the
その後、SiC基板1表面の複数の測定箇所1pにおいて容量−電圧測定を行う。SiC基板1面内の不純物濃度の最高値Nmax、最低値Nminを明らかにし、不純物濃度が最高値Nmaxの90%以上である領域を高濃度領域と規定する。高濃度領域の面積AとSiC基板全体の面積Bから、SiC基板1の代表不純物濃度Nrep=(A/B)×Nmax+(1−A/B)×Nminを求める。なお、基板平坦化処理(ステップS1)は、代表不純物濃度Nrepの算出工程(ステップS3)の後に行ってもよい。また、各測定箇所1pの不純物濃度の測定(ステップS2)は、SiC基板1のSi面、C面のどちらに対して実施してもよい。
Thereafter, capacitance-voltage measurement is performed at a plurality of
SiC基板1の代表不純物濃度を求めたら、次に王水洗浄を行う(ステップS4)。硝酸と塩酸の混合溶液(1:3)中に30分間程度浸すことにより、SiC基板1の表面に付着した水銀等の金属を除去する。
Once the representative impurity concentration of the
さらに、SiC基板1に対してRCA洗浄、すなわち、フッ酸と純水の混合液による洗浄を実施する(ステップS5)。 Further, RCA cleaning, that is, cleaning with a mixed solution of hydrofluoric acid and pure water is performed on SiC substrate 1 (step S5).
洗浄を行った後、SiC基板1をCVD装置の反応炉内に設置し、所望の加熱温度まで昇温した後、キャリアガス及びSiC基板表面のクリーニングガスとして水素を、材料ガスとしてモノシラン及びプロパンを、ドーパントガスとして窒素をそれぞれ導入し、SiCエピタキシャル層(SiCバッファ層2、SiCドリフト層3)を形成する(ステップS6)。
After cleaning, the
以上の工程により形成されたSiCエピタキシャルウエハの構造と不純物濃度は、図6に示す通りである。SiCドリフト層3の膜厚と濃度は、作製するデバイスの種類により決定される。SiCバッファ層2の不純物濃度Nbufは、SiC基板1とSiCドリフト層3の中間の値を有しており、(Nrep−4.6×1018≦Nbuf<Nrep)の関係にある。
The structure and impurity concentration of the SiC epitaxial wafer formed by the above steps are as shown in FIG. The film thickness and concentration of
以上の工程により、デバイスキラー欠陥である積層欠陥が極めて低密度なSiCエピタキシャル成長ウエハが作製される。 Through the above steps, a SiC epitaxial growth wafer with extremely low density of stacking faults, which are device killer defects, is produced.
<A−3.変形例>
図6では、SiCバッファ層2の不純物濃度が厚さ方向に一定であることを示している。しかし、図7に示すように、SiC基板1との界面における不純物濃度からSiCドリフト層3の不純物濃度まで、SiCドリフト層3に近づくにつれて徐々に、あるいは階段状に小さくしても良い。これにより、更なる積層欠陥密度の低減が可能である。
<A-3. Modification>
FIG. 6 shows that the impurity concentration of the
なお、ステップS6におけるエピタキシャル成長の条件を適宜設定することにより、不純物濃度の所望のプロフィールが得ることが可能である。 Note that a desired profile of the impurity concentration can be obtained by appropriately setting the epitaxial growth conditions in step S6.
また、図7では1層のSiCバッファ層2を示しているが、図8に示すように多層構造のSiCバッファ層であってもよい。SiC基板1の代表不純物濃度Nrepが、例えば9.2×1018/cm3以上と高濃度である場合、一層のSiCバッファ層2では、SiCバッファ層2とSiCドリフト層3の不純物濃度の差が大きくなってしまうため、SiCバッファ層2とSiCドリフト層3の界面における格子不整合を緩和しきれない。そのため、SiCバッファ層2a、2bの2層構造とし、2回に分けて不純物濃度を減らすことにより、SiCバッファ層2bとSiCドリフト層3の不純物濃度の差を小さくし、SiCドリフト層3における積層欠陥密度を低減することが可能である。この場合、上層のSiCバッファ層2bは、下層のSiCバッファ層2aと同一の導電型であり、SiCバッファ層2aより低キャリア濃度である。
Further, although FIG. 7 shows one
また、上層のSiCバッファ層2bの不純物濃度分布は、図7のSiCバッファ層2のように、SiCドリフト層3側に連れて徐々に小さくなるようにしたり、あるいは階段状に小さくしても良い(図9)。
Further, the impurity concentration distribution of the upper
また、SiCバッファ層も2層構造に限らず、任意の層数の多層構造で形成しても良い。図10には、SiCバッファ層をSiC基板1側から順に、SiCバッファ層2a、2b、2cの3層構造で構成する例を示している。図10に示すように、最上層のSiCバッファ層2cの不純物濃度分布は、SiCドリフト層3側に連れて徐々に小さくなるようにしたり、あるいは階段状に小さくしても良い。
Further, the SiC buffer layer is not limited to the two-layer structure, and may be formed in a multilayer structure having an arbitrary number of layers. FIG. 10 shows an example in which the SiC buffer layer has a three-layer structure of
<A−4.効果>
実施の形態1のSiCエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)第1導電型のSiC基板1を準備する工程と、(b)SiC基板1の表面の複数個所の不純物濃度を測定する工程と、(c)工程(b)の測定結果から、SiC基板1の不純物濃度の代表値を代表不純物濃度として求める工程と、(d)SiC基板1上に、SiC基板1との界面の不純物濃度が代表不純物濃度以下で、かつ代表不純物濃度との差異が所定値未満であるSiCバッファ層2(2a,2b,2c)をエピタキシャル成長(例えばCVD)により形成する工程と、(e)SiCバッファ層2(2b、2c)上にSiCドリフト層3をエピタキシャル成長により形成する工程と、を備える。SiCバッファ層2は第1導電型である。以上のようにSiC基板1の不純物濃度の面内分布を考慮することにより、SiCバッファ層2(2a)の不純物濃度を適切に設定することができるので、SiCバッファ層2(2a,2b,2c)及びSiCドリフト層3における積層欠陥が抑制され、SiCエピタキシャルウエハの歩留まりが向上する。
<A-4. Effect>
The SiC epitaxial wafer manufacturing method of the first embodiment includes (a) a step of preparing a first conductivity
また、前記工程(c)は、(c1)SiC基板1の表面の複数個所のうち、不純物濃度が最大値の90%以上の領域を高濃度領域とし、当該高濃度領域の面積を測定する工程と、(c2)高濃度領域のSiC基板1に対する面積比を不純物濃度の最大値に乗算した値と、高濃度領域以外の領域のSiC基板1に対する面積比を不純物濃度の最小値に乗算した値とを加算して得られた値を代表不純物濃度とする工程と、を備える。以上のようにSiC基板1の不純物濃度の面内分布を考慮することにより、SiCバッファ層2(2a)の不純物濃度を適切に設定することができるので、SiCバッファ層2(2a,2b,2c)及びSiCドリフト層3における積層欠陥が抑制され、SiCエピタキシャルウエハの歩留まりが向上する。
The step (c) is a step (c1) of measuring the area of the high concentration region by setting a region having an impurity concentration of 90% or more of the maximum value among a plurality of locations on the surface of the
また、工程(b)では、SiC基板1の表面の複数個所の容量−電圧特性から不純物濃度を測定することが可能である。
In the step (b), the impurity concentration can be measured from the capacitance-voltage characteristics at a plurality of locations on the surface of the
あるいは、工程(b)では、SiC基板1の不純物濃度との対応関係が既知であるSiC基板1の光学特性を測定し、前記対応関係に基づき、SiC基板1の光学特性の測定結果から不純物濃度を算出しても良い。
Alternatively, in the step (b), the optical characteristics of the
また、工程(d)では、SiCバッファ層2(2a,2b,2c)の不純物濃度が、SiC基板1との界面から離れるにつれて徐々に若しくは階段状に、又はこれらの組み合わせで小さくなるように、SiCバッファ層2(2a,2b,2c)を形成する。これにより、更なる積層欠陥密度の低減が可能である。
Further, in the step (d), the impurity concentration of the SiC buffer layer 2 (2a, 2b, 2c) is gradually decreased in a stepped or stepped manner as it goes away from the interface with the
また、工程(a)で準備するSiC基板1は、工程(c)で求める代表不純物濃度は、1×1018cm−3以上1×1020cm−3以下となるものである。また、4H−SiCのSiC基板1を用いる。このようなSiC基板1に対して、SiCバッファ層2(2a)の不純物濃度を適切に設定することにより、SiCバッファ層2(2a,2b,2c)及びSiCドリフト層3における積層欠陥が抑制され、SiCエピタキシャルウエハの歩留まりが向上する。
The
また、本実施の形態のSiCエピタキシャルウエハの製造方法は、(f)工程(a)と(b)の間、又は工程(b)と(c)の間に、SiC基板1の表面を化学機械研磨により平坦化処理する工程を備えるので、平坦化処理した表面からエピタキシャル成長することで、精度良くエピタキシャル成長させることが可能である。
In addition, in the method of manufacturing an SiC epitaxial wafer according to the present embodiment, the surface of
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.
1 SiC基板、1p 測定箇所、2,2a,2b,2c バッファ層、3 ドリフト層。 1 SiC substrate, 1p measurement location, 2, 2a, 2b, 2c buffer layer, 3 drift layer.
Claims (10)
(b)前記SiC基板の表面の複数個所の不純物濃度を測定する工程と、
(c)前記工程(b)の測定結果から、前記SiC基板の不純物濃度の代表値を代表不純物濃度として求める工程と、
(d)前記SiC基板上に、前記SiC基板との界面の不純物濃度が前記代表不純物濃度以下で、かつ前記代表不純物濃度との差異が所定値未満であるSiCバッファ層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
(e)前記SiCバッファ層上にSiCドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、を備える、
SiCエピタキシャルウエハの製造方法。 (A) preparing a first conductivity type SiC substrate;
(B) measuring impurity concentrations at a plurality of locations on the surface of the SiC substrate;
(C) obtaining a representative value of the impurity concentration of the SiC substrate from the measurement result of the step (b) as a representative impurity concentration;
(D) forming an SiC buffer layer on the SiC substrate by epitaxial growth having an impurity concentration at the interface with the SiC substrate equal to or lower than the representative impurity concentration and a difference from the representative impurity concentration being less than a predetermined value; ,
(E) forming a SiC drift layer on the SiC buffer layer by epitaxial growth.
Manufacturing method of SiC epitaxial wafer.
(c1)前記SiC基板の表面の複数個所のうち、不純物濃度が最大値の90%以上の領域を高濃度領域とし、当該高濃度領域の面積を測定する工程と、
(c2)前記高濃度領域の前記SiC基板に対する面積比を前記不純物濃度の最大値に乗算した値と、前記高濃度領域以外の領域の前記SiC基板に対する面積比を前記不純物濃度の最小値に乗算した値とを加算して得られた値を前記代表不純物濃度とする工程と、を備える、
請求項1に記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 The step (c)
(C1) A step of setting a region having an impurity concentration of 90% or more of the maximum value among a plurality of locations on the surface of the SiC substrate as a high concentration region, and measuring an area of the high concentration region;
(C2) The value obtained by multiplying the area ratio of the high concentration region with respect to the SiC substrate by the maximum value of the impurity concentration and the area ratio of the region other than the high concentration region with respect to the SiC substrate are multiplied by the minimum value of the impurity concentration. And adding the value obtained by adding the obtained value to the representative impurity concentration,
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of Claim 1.
請求項1又は2に記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 The step (b) is a step of measuring the impurity concentration from capacitance-voltage characteristics at a plurality of locations on the surface of the SiC substrate.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of Claim 1 or 2.
(b1)前記SiC基板の不純物濃度との対応関係が既知である前記SiC基板の光学特性を測定する工程と、
(b2)前記対応関係に基づき、前記SiC基板の光学特性の測定結果から前記不純物濃度を算出する工程と、を備える、
請求項1又は2に記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 The step (b)
(B1) measuring optical characteristics of the SiC substrate whose correspondence with the impurity concentration of the SiC substrate is known;
(B2) calculating the impurity concentration from the measurement result of the optical characteristics of the SiC substrate based on the correspondence relationship,
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of Claim 1 or 2.
請求項1〜4のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 The step (d) is a step of forming the SiC buffer layer so that the impurity concentration of the SiC buffer layer decreases gradually, stepwise, or a combination thereof as the distance from the interface with the SiC substrate increases. Is,
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer in any one of Claims 1-4.
請求項1〜5のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 The step (a) is a step of preparing the SiC substrate in which the representative impurity concentration obtained in the step (c) is 1 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer in any one of Claims 1-5.
請求項1〜6のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 The step (d) is a step of forming the SiC buffer layer of the first conductivity type.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer in any one of Claims 1-6.
請求項1〜7のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 The step (d) is a step of forming the SiC buffer layer by a CVD method.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer in any one of Claims 1-7.
請求項1〜8のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 The step (a) is a step of preparing the SiC substrate of 4H—SiC.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer in any one of Claims 1-8.
請求項1〜9のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。 (F) The method further includes a step of planarizing the surface of the SiC substrate by chemical mechanical polishing between the steps (a) and (b) or between the steps (b) and (c).
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer in any one of Claims 1-9.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013063171A JP2014192163A (en) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | METHOD FOR MANUFACTURING SiC EPITAXIAL WAFER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013063171A JP2014192163A (en) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | METHOD FOR MANUFACTURING SiC EPITAXIAL WAFER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014192163A true JP2014192163A (en) | 2014-10-06 |
Family
ID=51838200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013063171A Pending JP2014192163A (en) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | METHOD FOR MANUFACTURING SiC EPITAXIAL WAFER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014192163A (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016171348A (en) * | 2014-11-12 | 2016-09-23 | 住友電気工業株式会社 | Silicon carbide epitaxial substrate manufacturing method and silicon carbide epitaxial substrate |
US9966375B2 (en) | 2015-04-24 | 2018-05-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
WO2018096684A1 (en) * | 2016-11-28 | 2018-05-31 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor wafer, semiconductor chip, and method for producing semiconductor device |
JP2019021694A (en) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | 日立金属株式会社 | Silicon carbide laminate board and method for manufacturing the same |
CN109887853A (en) * | 2017-12-06 | 2019-06-14 | 昭和电工株式会社 | The evaluation method and manufacturing method of SiC epitaxial wafer |
JP2019208077A (en) * | 2019-09-03 | 2019-12-05 | ローム株式会社 | SiC epitaxial wafer and semiconductor device |
WO2020003669A1 (en) * | 2018-06-27 | 2020-01-02 | 株式会社アドマップ | Sic coat |
JP2020040853A (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | 昭和電工株式会社 | Method for evaluating SiC substrate, method for manufacturing SiC epitaxial wafer, and SiC epitaxial wafer |
US10876220B2 (en) | 2015-09-16 | 2020-12-29 | Rohm Co., Ltd. | SiC epitaxial wafer, manufacturing apparatus of SiC epitaxial wafer, fabrication method of SiC epitaxial wafer, and semiconductor device |
JP2023095359A (en) * | 2021-12-24 | 2023-07-06 | 株式会社デンソー | Silicon carbide wafer and manufacturing method of the same |
-
2013
- 2013-03-26 JP JP2013063171A patent/JP2014192163A/en active Pending
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016171348A (en) * | 2014-11-12 | 2016-09-23 | 住友電気工業株式会社 | Silicon carbide epitaxial substrate manufacturing method and silicon carbide epitaxial substrate |
US9966375B2 (en) | 2015-04-24 | 2018-05-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device |
US10876220B2 (en) | 2015-09-16 | 2020-12-29 | Rohm Co., Ltd. | SiC epitaxial wafer, manufacturing apparatus of SiC epitaxial wafer, fabrication method of SiC epitaxial wafer, and semiconductor device |
WO2018096684A1 (en) * | 2016-11-28 | 2018-05-31 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor wafer, semiconductor chip, and method for producing semiconductor device |
JPWO2018096684A1 (en) * | 2016-11-28 | 2019-06-24 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor wafer, semiconductor chip, and method of manufacturing semiconductor device |
CN109996908A (en) * | 2016-11-28 | 2019-07-09 | 三菱电机株式会社 | The manufacturing method of semiconductor wafer, semiconductor chip and semiconductor device |
DE112016007482B4 (en) | 2016-11-28 | 2022-03-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device, method of manufacturing a semiconductor device and semiconductor wafer |
CN109996908B (en) * | 2016-11-28 | 2021-06-11 | 三菱电机株式会社 | Silicon carbide semiconductor wafer, silicon carbide semiconductor chip, and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
JP2019021694A (en) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | 日立金属株式会社 | Silicon carbide laminate board and method for manufacturing the same |
CN109887853A (en) * | 2017-12-06 | 2019-06-14 | 昭和电工株式会社 | The evaluation method and manufacturing method of SiC epitaxial wafer |
CN109887853B (en) * | 2017-12-06 | 2023-06-13 | 株式会社力森诺科 | Evaluation method and manufacturing method for SiC epitaxial wafer |
JP2020002415A (en) * | 2018-06-27 | 2020-01-09 | 株式会社アドマップ | SiC coat |
WO2020003669A1 (en) * | 2018-06-27 | 2020-01-02 | 株式会社アドマップ | Sic coat |
US11453620B2 (en) | 2018-06-27 | 2022-09-27 | Admap Inc. | SiC coat |
JP2020040853A (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | 昭和電工株式会社 | Method for evaluating SiC substrate, method for manufacturing SiC epitaxial wafer, and SiC epitaxial wafer |
JP7447392B2 (en) | 2018-09-10 | 2024-03-12 | 株式会社レゾナック | Evaluation method of SiC substrate and manufacturing method of SiC epitaxial wafer |
JP2019208077A (en) * | 2019-09-03 | 2019-12-05 | ローム株式会社 | SiC epitaxial wafer and semiconductor device |
JP2023095359A (en) * | 2021-12-24 | 2023-07-06 | 株式会社デンソー | Silicon carbide wafer and manufacturing method of the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2014192163A (en) | METHOD FOR MANUFACTURING SiC EPITAXIAL WAFER | |
US10774441B2 (en) | Silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device | |
JP5818853B2 (en) | Vertical nitride semiconductor device using n-type aluminum nitride single crystal substrate | |
US8324631B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the same | |
US10522667B2 (en) | Silicon carbide epitaxial wafer, silicon carbide insulated gate bipolar transistor, and method of manufacturing the same | |
CN102341893B (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
KR20120023710A (en) | Semiconductor device | |
JP6239097B2 (en) | SiC epitaxial wafer | |
US9988738B2 (en) | Method for manufacturing SiC epitaxial wafer | |
JP2016063190A (en) | Silicon carbide epitaxial substrate manufacturing method, silicon carbide epitaxial substrate, and silicon carbide semiconductor device | |
JP6758491B2 (en) | SiC epitaxial wafer and its manufacturing method | |
JP2013018659A (en) | Epitaxial wafer and semiconductor element | |
JPWO2017199792A1 (en) | Silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device | |
JP2015044727A (en) | MANUFACTURING METHOD FOR SiC EPITAXIAL WAFER | |
JP5545310B2 (en) | Silicon carbide epitaxial wafer manufacturing method, silicon carbide epitaxial wafer, and silicon carbide semiconductor device | |
JP2017084852A (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
JP6338490B2 (en) | Silicon carbide epitaxial wafer, silicon carbide semiconductor device, and method for manufacturing silicon carbide epitaxial wafer | |
JP2012253115A (en) | Epitaxial wafer, method of manufacturing the wafer, semiconductor device, and method of manufacturing the device | |
KR20150000317A (en) | Epitaxial wafer |