JP7119521B2 - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、炭化珪素(SiC)半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide (SiC) semiconductor device and its manufacturing method.
市販のSiC単結晶基板は、昇華法により製造されるものが主流である。昇華法による基板には、基底面転位(BPD)をはじめとする多数の転位が含まれる。このような転位は、基板上にSiC単結晶をエピタキシャル成長させたエピタキシャル基板に引き継がれる。そのため、エピタキシャル基板に形成された半導体装置の特性に悪影響を与えることが知られている。 Commercially available SiC single crystal substrates are mainly manufactured by a sublimation method. Sublimation substrates contain a large number of dislocations including basal plane dislocations (BPDs). Such dislocations are taken over by an epitaxial substrate obtained by epitaxially growing a SiC single crystal on the substrate. Therefore, it is known that the characteristics of the semiconductor device formed on the epitaxial substrate are adversely affected.
特に、基底面転位は、バイポーラデバイス、あるいは内蔵ダイオードによりターンオフ時にバイポーラ動作が含まれるMOS電界効果トランジスタ(FET)等のSiC半導体装置の特性の劣化、特に順方向特性の劣化の原因となる。MOS電界効果トランジスタ(FET)等のSiC半導体装置においても、ターンオフ時にバイポーラ動作を行う内蔵ダイオードの順方向特性の劣化の原因となる。例えば、バイポーラ動作時に順方向通電により発生する少数キャリア(n型半導体では正孔、p型半導体では電子)は、エピタキシャル基板の中を拡散する。少数キャリアが基底面転位を中心に再結合して一定以上の再結合エネルギを基底面転位に与えると、基底面転位を起点としてエピタキシャル基板中に積層欠陥が拡張する。積層欠陥が拡張すると、順方向電流を流したときに、オン電圧が上昇して順方向抵抗が増大する。このような素子特性が劣化した不良品を選別検査する方法が必要となる。 In particular, basal plane dislocations cause deterioration of characteristics, particularly forward characteristics, of SiC semiconductor devices such as bipolar devices or MOS field effect transistors (FETs) in which bipolar operation is included at turn-off due to built-in diodes. In a SiC semiconductor device such as a MOS field effect transistor (FET) as well, it causes deterioration of the forward characteristics of the built-in diode that performs bipolar operation when turned off. For example, minority carriers (holes in n-type semiconductors, electrons in p-type semiconductors) generated by forward conduction during bipolar operation diffuse in the epitaxial substrate. When the minority carriers recombine around the basal plane dislocation and give recombination energy above a certain level to the basal plane dislocation, stacking faults extend in the epitaxial substrate starting from the basal plane dislocation. When the stacking fault expands, the on-voltage rises and the forward resistance increases when a forward current is applied. A method for sorting and inspecting defective products with deteriorated device characteristics is required.
特許文献1には、バイポーラ素子の温度を150℃以上、230℃以下に設定して、電流密度を120A/cm2以上、400A/cm2以下の順方向電流を流すことにより、素子特性の劣化を検査する方法が提案されている。しかし、選別検査条件が実使用条件よりも過酷であっても、実使用中に新たな素子特性劣化が発生することがあり、半導体装置の信頼性の低下を招いている。
In
本発明は、上記課題を鑑み、順方向特性の劣化による半導体装置の信頼性の低下を防止することが可能なSiC半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a SiC semiconductor device and a method of manufacturing the same that can prevent deterioration in reliability of the semiconductor device due to degradation of forward characteristics.
上記目的を達成するために、本発明の一態様は、(a)炭化珪素のエピタキシャル基板を基体としてバイポーラ素子を含む半導体装置を作製するステップと、(b)半導体装置の表面温度を50℃以上175℃以下の第1検査温度にし、バイポーラ素子に20A/cm2以上400A/cm2以下の第1電流密度で順方向電流を流して、順方向特性の値が基準値以上に増加した不良品を除去する第1選別検査と、(c)不良品が除去された残りの良品のバイポーラ素子に対して、50℃以上175℃以下の第2検査温度にし、65A/cm2以上110A/cm2以下の第2電流密度で順方向電流を流して、順方向特性の値が基準値以上に増加した新たな不良品を除去する第2選別検査とを含み、第1検査温度及び第1電流密度の積で規定される第1ストレス強度が、第2検査温度及び第2電流密度の積で規定される第2ストレス強度よりも大きいSiC半導体装置の製造方法であることを要旨とする。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there are provided the following steps: (a) fabricating a semiconductor device including a bipolar element using a silicon carbide epitaxial substrate as a base; A first test temperature of 175°C or less is applied, and a forward current is passed through the bipolar element at a first current density of 20 A/cm2 or more and 400 A/cm2 or less, and defective products whose forward characteristics have increased above the reference value are removed. (c) the remaining non-defective bipolar devices from which defective products have been removed are subjected to a second inspection temperature of 50° C. or more and 175° C. or less, and a second inspection temperature of 65 A/cm or more and 110 A/cm or less; A second screening inspection for removing new defective products whose forward characteristic value has increased above the reference value by applying a forward current at a current density, the product of the first inspection temperature and the first current density The gist of the present invention is a method for manufacturing a SiC semiconductor device, wherein a defined first stress intensity is greater than a second stress intensity defined by a product of a second inspection temperature and a second current density .
本発明の他の態様は、(a) バイポーラ素子を含み、バイポーラ素子に流す順方向電流の第1電流密度と第1表面温度の積により規定される第1ストレス強度で順方向特性の値が基準値以上に増加した不良品を除去する第1選別検査、バイポーラ素子に流す順方向電流の第2電流密度と第2表面温度の積により規定される第2ストレス強度で順方向特性の値が基準値以上に増加した不良品を除去する第2選別検査により選別された、炭化珪素のエピタキシャル基板を基体とする半導体装置であって、(b)第1ストレス強度が、第2ストレス強度よりも大きく、エピタキシャル基板のエピタキシャル層に発生した積層欠陥をエピタキシャル層の上面に投影した投影面積の上面の面積に対する比率が3.4%以下である炭化珪素半導体装置であることを要旨とする。 According to another aspect of the present invention, (a) a bipolar element is included, and the value of the forward characteristic at a first stress intensity defined by the product of a first current density of a forward current flowing through the bipolar element and a first surface temperature is A first sorting inspection for removing defective products that have increased beyond the reference value, a second stress strength defined by the product of the second current density of the forward current flowing through the bipolar element and the second surface temperature, and the value of the forward characteristic A semiconductor device based on a silicon carbide epitaxial substrate selected by a second screening inspection for removing defective products having increased to a reference value or more, wherein (b) the first stress intensity is higher than the second stress intensity. The main gist of the invention is a silicon carbide semiconductor device in which a ratio of a projected area of a stacking fault generated in an epitaxial layer of an epitaxial substrate onto the upper surface of the epitaxial layer to the area of the upper surface is 3.4% or less.
本発明によれば、順方向特性の劣化による半導体装置の信頼性の低下を防止することが可能なSiC半導体装置及びその製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the SiC semiconductor device which can prevent the deterioration of the reliability of a semiconductor device by deterioration of a forward characteristic, and its manufacturing method can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は実際のものとは異なる場合がある。また、図面相互間においても寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like may differ from the actual ones. In addition, portions having different dimensional relationships and ratios may also be included between drawings. Further, the embodiments shown below are examples of devices and methods for embodying the technical idea of the present invention. etc. are not specified below.
また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を90°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、180°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。また以下の説明では、第1導電型がn型、第2導電型がp型の場合について例示的に説明する。しかし、導電型を逆の関係に選択して、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても構わない。またnやpに付す+や-は、+及び-が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物密度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。ただし同じnとnとが付された半導体領域であっても、それぞれの半導体領域の不純物密度が厳密に同じであることを意味するものではない。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、“-”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“-”を付けることで負の指数をあらわしている。 Further, the definitions of directions such as up and down in the following description are merely definitions for convenience of description, and do not limit the technical idea of the present invention. For example, if an object is observed after being rotated by 90°, it will be read with its top and bottom converted to left and right, and if it is observed after being rotated by 180°, it will of course be read with its top and bottom reversed. Further, in the following description, a case where the first conductivity type is the n-type and the second conductivity type is the p-type will be exemplified. However, the conductivity types may be selected in an inverse relationship, with the first conductivity type being p-type and the second conductivity type being n-type. Moreover, + and - attached to n and p mean semiconductor regions having relatively high or low impurity densities, respectively, compared to semiconductor regions not marked with + and -. However, even if the semiconductor regions are given the same n and n, it does not mean that the impurity density of each semiconductor region is exactly the same. Also, in this specification, in the notation of the Miller index, "-" means a bar attached to the index immediately after it, and adding "-" before the index indicates a negative index.
また、以下の説明において、半導体装置の代表例としてボディダイオードが寄生する構造のトレンチゲート構造のMOSトランジスタを用いて説明するが、本発明の半導体装置はトレンチゲート構造MOSトランジスタに限定されない。例えば、プレーナゲート構造のMOSトランジスタ、MISFETや静電誘導トランジスタ(SIT)等であってもよい。また、pn接合を有するpinダイオード等であってもよい。更に、pn接合に順方向の電流が通電される絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)、静電誘導サイリスタ(SIサイリスタ)やゲートターンオフサイリスタ(GTO)等のバイポーラデバイスであってもよい。 In the following description, a MOS transistor having a trench gate structure having a parasitic body diode is used as a representative example of a semiconductor device, but the semiconductor device of the present invention is not limited to a trench gate structure MOS transistor. For example, a MOS transistor with a planar gate structure, a MISFET, a static induction transistor (SIT), or the like may be used. Alternatively, a pin diode or the like having a pn junction may be used. Furthermore, a bipolar device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a static induction thyristor (SI thyristor), or a gate turn-off thyristor (GTO), in which a forward current is passed through a pn junction, may be used.
(半導体装置の主要部の構成)
本発明の実施形態に係る半導体装置は、図1に示すように、第1導電型(n+型)の基板1上にエピタキシャル層(2,3,4)が連続成長されたエピタキシャル基板を「基体」としている。この基体は、n+型のバッファ層2、n-型のドリフト領域3及び第2導電型(p型)のベース領域4の3層のSiCエピタキシャル層(2,3,4)を含んでいる。そして、3層のエピタキシャル層(2,3,4)がn+型のドレイン領域1をなすSiC基板の上に順に成長されて基体を構成している。基体の上部を構成しているベース領域4の上部には、p+型のベースコンタクト領域5とn+型のソース領域6が選択的に設けられている。ソース領域6は、ドリフト層3よりも高不純物密度であり、ベースコンタクト領域5はベース領域4よりも高不純物密度である。ドリフト領域3はドレイン領域1よりも低不純物密度である。
(Structure of main part of semiconductor device)
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. It is called a base. The substrate includes three SiC epitaxial layers (2, 3, 4) of an n + -
SiC結晶には結晶多形が存在し、主なものは立方晶の3C、及び六方晶の4H、6Hである。室温における禁制帯幅は3C-SiCでは2.23eV、4H-SiCでは3.26eV、6H-SiCでは3.02eVの値が報告されている。本発明の実施形態では、4H-SiCを用いて説明する。 SiC crystals have crystal polymorphism, the main ones being cubic 3C and hexagonal 4H and 6H. The forbidden band width at room temperature is reported to be 2.23 eV for 3C-SiC, 3.26 eV for 4H-SiC, and 3.02 eV for 6H-SiC. The embodiments of the present invention will be described using 4H—SiC.
ソース領域6の上面から、ソース領域6及びベース領域4を貫通してドリフト領域3に達するようにゲートトレンチ7が設けられている。ゲートトレンチ7の底面及び側面にはゲート絶縁膜8が設けられている。ゲートトレンチ7内にはゲート絶縁膜8を介してゲート電極9が埋め込まれ、絶縁ゲート型電極構造(8,9)を構成している。なお、図1では、ゲート電極9がゲートトレンチ7内にのみ埋め込まれている場合を例示するが、ゲート電極9はゲート絶縁膜8を介してソース領域6の上面まで延在していてもよい。
A
ゲート電極9の材料としては、例えば燐(P)等の不純物を高濃度に添加したポリシリコン層(ドープドポリシリコン層)が使用可能である。ゲート電極9上には層間絶縁膜10を介してソース電極(表面電極)(11,12,13)が設けられる。ソース電極(11,12,13)は、ソース領域6及びベースコンタクト領域5に電気的に接続される。
As a material of the
ソース電極(11,12,13)は、下地金属となるソースコンタクト層11、下部バリアメタル層12及び上部バリアメタル層13を備える。ソースコンタクト層11はオーミック電極として、ソース領域6及びベースコンタクト領域5にそれぞれに金属学的に接するように配置されている。下部バリアメタル層12は、ソース領域6に金属学的に接し、層間絶縁膜10を覆うように配置されている。上部バリアメタル層13は、ソースコンタクト層11及び下部バリアメタル層12を覆うように配置される。例えば、ソースコンタクト層11としてニッケル(Ni)膜、下部バリアメタル層12として窒化チタン(TiN)膜、上部バリアメタル層13としてチタン(Ti)/TiN/Tiの積層構造が使用可能である。
The source electrodes (11, 12, 13) comprise a
ドレイン領域1の下面側には、ドレイン領域1に接するようにドレイン電極(裏面電極)14が配置されている。ドレイン電極14としては、例えば金(Au)からなる単層膜や、Al、ニッケル(Ni)、Auの順で積層された金属膜が使用可能であり、更にその最下層にモリブデン(Mo)、タングステン(W)等の金属板を積層してもよい。
A drain electrode (back surface electrode) 14 is arranged on the lower surface side of the
図1に示す構造において、p型のベース領域4がn型のドリフト領域3の上部に形成されることにより、キャリア注入を制御する電位障壁を構成するpn接合の内蔵ダイオードが形成されている。即ち、ベースコンタクト領域5、ベース領域4、ドリフト領域3、バッファ層2及びドレイン領域1で内蔵ダイオード(ボディダイオード)(5,4,3,2,1)が構成される。半導体基板からならドレイン領域1はボディダイオードの「カソード領域」として機能し、バッファ層2上のドリフト領域3は、キャリアがドリフト走行する「走行領域」として機能する。また、ベースコンタクト領域5及びベース領域4は、ボディダイオードの「アノード領域」として機能する。このため、ドレイン領域1の下面に設けられたドレイン電極14は「カソード電極」として機能し、ドレイン領域1に供給されたキャリアを、ドレイン電極14を介して外部回路に供給する。ベースコンタクト領域5の上面に設けられたソース電極(11,12,13)はボディダイオードの「アノード電極」として機能し、外部回路からソース電極(11,12,13)を介してベースコンタクト領域5及びベース領域4にキャリアを供給する。ドレイン領域1から供給されるキャリア(電子)がドリフト領域3をドリフト電界で走行する。ベースコンタクト領域からベース領域4を通ってドリフト領域3にキャリア(正孔)が注入される。
In the structure shown in FIG. 1, the p-
ドレイン領域1、及びドレイン領域1の上にエピタキシャル成長されたドリフト領域3、及びドリフト領域3の上部に形成されたベース領域4及びベースコンタクト領域5は、SiC結晶からなる。ドレイン領域1の表面は、(0001)Si面であり、<0001>(c軸)方向に対して<11-20>方向に0°~8°程度のオフ角を有する。ドレイン領域1の上にエピタキシャル成長されたドリフト領域3、ベース領域4及びベースコンタクト領域5もドレイン領域1と同じオフ角を有する。ドリフト領域3のn型不純物は、例えば窒素(N)であり、不純物密度は1×1015cm-3~1×1018cm-3程度の範囲である。ドリフト領域3の厚さは、1μm~数100μm程度の範囲であり、ボディダイオード(5,4,3,2,1)の耐圧仕様に応じて最適な厚さと不純物密度が選ばれる。
The
通常のSiC基板中には、基底面転位が1000個/cm2台で存在している。図2に示すように、基板1a上にエピタキシャル層3aをエピタキシャル成長すると、基底面転位20の大部分はエピタキシャル層3a内でSiC結晶のc軸に平行な貫通転位に転換される。一方、基底面転位20の一部は、基板1aからエピタキシャル層3aに伝播する。このようなエピタキシャル基板(1a,3a)を用いてpnダイオードを形成すると、通電により、基板1aとエピタキシャル層3aの界面近傍の基底面転位20が積層欠陥の拡張の起点となり得る。即ち、エピタキシャル層3aの上部に形成したp型アノード領域から、正孔がエピタキシャル層3aに注入されることにより、基底面転位20が積層欠陥の拡張の起点となる。なお、基底面転位20から転換された貫通転位は、積層欠陥に拡張しない。
A normal SiC substrate has basal plane dislocations on the order of 1000/cm 2 . As shown in FIG. 2, when the
n型エピタキシャル層3aに「少数キャリア」として正孔がボディダイオードのアノード領域から注入される。この積層欠陥の電子準位は、4H-SiC結晶の伝導帯の下端から0.2eV~0.3eV低い位置にあることが知られている。順方向通電又は光励起により生成された伝導帯の電子が積層欠陥の電子準位で正孔と再結合することにより、積層欠陥の拡張が起こる。この再結合エネルギは小さいため、積層欠陥に到達する正孔密度が閾値以上とならないと積層欠陥の拡張は起こらない。閾値の正孔密度は、1×1015cm-3程度といわれている。エピタキシャル層3aは低不純物密度であり、エピタキシャル層3aに注入された正孔の拡散深さは10μm程度である。したがって、ボディダイオードの走行領域として厚さが10μm程度のエピタキシャル層3aを用いる場合、アノード領域から注入された正孔は、閾値以上の密度で基板1a内に到達し得る。エピタキシャル層3aと基板1aとの界面近傍に局在する基底面転位20を起点として、積層欠陥がエピタキシャル層3a内で基底面に沿って拡張することになる。基底面は(0001)Si面であり、ボディダイオードの通電方向は基底面とほぼ直角となる。積層欠陥は高抵抗領域となるため、電流は積層欠陥のない領域を流れることになる。その結果、オン電圧(順方向電圧)の増加やオン抵抗の増加等の順方向特性の劣化を招いてしまう。
Holes are injected from the anode region of the body diode as "minority carriers" into n-
図2に示したエピタキシャル基板(1a,3a)を用いてボディダイオードを構成するpn接合を作製して、順方向通電による選別検査を行った。通常の選別検査では、ボディダイオードの実使用条件よりも順方向電流密度及び表面温度を高く設定した選別条件で実施される。例えば、実使用条件の2倍以上の選別条件、順方向の電流密度が370A/cm2、及びボディダイオードの表面温度が150℃で選別検査を実施した。図3に示すように、選別条件で正孔密度が閾値以上となる拡散深さDth以内に存在する基底面転位21を起点として積層欠陥が発生する。拡散深さDthは、実使用条件で正孔密度が閾値以上となる拡散深さDpよりも深い。したがって、この選別条件で選別検査を行って不良品を除去すれば、実使用時に順方向特性劣化による不良は発生しないものと想定される。
Using the epitaxial substrates (1a, 3a) shown in FIG. 2, a pn junction forming a body diode was fabricated, and sorting inspection was performed by forward conduction. A normal sorting inspection is carried out under sorting conditions in which the forward current density and the surface temperature are set higher than the actual usage conditions of the body diode. For example, the screening test was performed under screening conditions that are more than twice the actual usage conditions, a forward current density of 370 A/cm 2 , and a body diode surface temperature of 150°C. As shown in FIG. 3, stacking faults occur starting from
しかし、実際には、エピタキシャル層3aと基板1aとの界面近傍に遅れて発生した積層欠陥、あるいは拡張途中の積層欠陥が残留している可能性がある。図4は、選別検査後に実使用条件に近い条件、順方向の電流密度が160A/cm2、及びボディダイオードとなるpn接合ダイオードの表面温度が150℃で通電試験を実施した結果である。図4に示すように、大部分のダイオードは、オン電圧の電圧変化率(順方向電圧変化率)が約1%以内である。しかし、一部のダイオードでは、順方向電圧変化率が2~5%と増加している。このように、通常実施されている一段階の選別検査では、良品を十分に選別することができず、実使用時に不良が発生する可能性がある。
Actually, however, there is a possibility that stacking faults that are generated with delay or stacking faults that are in the process of expansion remain in the vicinity of the interface between the
上述のように、エピタキシャル基板(1a,3a)の上部にp型アノード領域を形成して作製したpn接合ダイオードの順方向通電による積層欠陥の発生を評価した。図5は、ダイオードに流す順方向電流の電流密度を増加させながら、各電流密度で拡張した積層欠陥の発生数を示している。ダイオードの温度が50℃の場合、エピタキシャル層3a内から拡張した積層欠陥は、電流密度が20A/cm2~75A/cm2の範囲で発生している。電流密度が110A/cm2~400A/cm2の範囲では、基板1aから拡張した積層欠陥が発生している。ダイオードの温度が175℃の場合、エピタキシャル層3a内から拡張した積層欠陥は、電流密度が10A/cm2~50A/cm2の範囲で発生している。電流密度が75A/cm2~400A/cm2の範囲では、基板1aから拡張した積層欠陥が発生している。このように、積層欠陥の発生は、順方向電流だけでなく表面温度にも影響されている。
As described above, generation of stacking faults due to forward conduction in the pn junction diodes fabricated by forming the p-type anode regions on the epitaxial substrates (1a, 3a) was evaluated. FIG. 5 shows the number of occurrences of stacking faults expanded at each current density while increasing the current density of the forward current flowing through the diode. When the temperature of the diode is 50° C., stacking faults extending from the
図6は、積層欠陥を拡張させて、エピタキシャル層3aの表面側から観察したフォトルミネセンス(PL)像を示す。PLは蛍光と燐光の両プロセスで構成され、物質内の異なる電子エネルギーレベル間の吸収・発光プロセスに由来する。PL測定は、エピタキシャル層3aの表面から紫外(UV)光を照射して実施している。PL像22a、22bはエピタキシャル層3aの表面への拡張した積層欠陥の投影像となる。積層欠陥は、その拡張のモードに対応して直角三角形及び帯型の形状を有する。PL像22aは直角三角形の積層欠陥の投影像であり、直角を成す短辺の幅Lが約143μmで、長辺の幅Wが約248μmである。PL像22bは帯型の積層欠陥の投影像であり、幅Lが約143μmで、長手方向の長さは約2.5mmである。基板1aは4°のオフ角を有し、エピタキシャル層3aの厚さは約10μmである。積層欠陥は、基板1aとエピタキシャル層3aとの界面近傍の基底面転位を起点として、基底面に沿って表面まで拡張している。PL像22a、22bは、鋭角の一方が略30°で、他方が略60°である。
FIG. 6 shows a photoluminescence (PL) image observed from the surface side of the
図7は、積層欠陥を拡張させて測定したpn接合ダイオードの順方向電圧の変化率と、pn接合ダイオードの表面積に対する積層欠陥の投影面積の比率(積層欠陥投影面積率)との関係を示す。図7に示すように、積層欠陥投影面積率に対する順方向電圧変化率の関係を示す回帰直線の決定係数は0.97程度と強い相関関係を示す。例えば、順方向電圧変化が約3%以下であれば、積層欠陥投影面積率は約3.4%以下となる。 FIG. 7 shows the relationship between the rate of change in the forward voltage of a pn junction diode measured with expanded stacking faults and the ratio of the projected area of the stacking faults to the surface area of the pn junction diode (stacking fault projected area ratio). As shown in FIG. 7, the coefficient of determination of the regression line showing the relationship between the stacking fault projected area ratio and the forward voltage change ratio is about 0.97, indicating a strong correlation. For example, if the forward voltage change is about 3% or less, the stacking fault projected area ratio is about 3.4% or less.
上述のように、通常の一段階の選別検査では、実使用時に積層欠陥が拡張してバイポーラ素子構造の順方向特性が劣化する可能性がある。実施形態では、複数の段階の選別検査を実施して、実使用時でも積層欠陥の拡張を抑制し、順方向特性の劣化を防止する。選別検査における検査温度と順方向の電流密度との積をストレス強度と規定し、各選別検査のストレス強度を適切に設定する。例えば、2段階の選別検査では、1回目の選別検査でバイポーラ素子構造に加えるストレス強度に対し、2回目の選別検査のストレス強度を弱くすることで、残留した積層欠陥を拡張させる。このため、過度のストレスを与えることを回避することができ、良品の歩留まりの低下を防止することができる。順方向特性は、発生した積層欠陥のエピタキシャル層表面への積層欠陥投影面積率に依存する。したがって、実施形態では、選別検査において順方向電圧変化率が3%以下の半導体素子を良品として選別する。選別された半導体装置では、積層欠陥投影面積率が約3.4%以下となる。 As described above, normal one-step sorting inspection may expand the stacking faults during actual use, degrading the forward characteristics of the bipolar device structure. In the embodiment, multiple stages of sorting inspection are performed to suppress expansion of stacking faults and prevent deterioration of forward characteristics even during actual use. The stress intensity is defined as the product of the inspection temperature and the forward current density in the sorting inspection, and the stress intensity for each sorting inspection is set appropriately. For example, in the two-stage sorting inspection, the residual stacking fault is expanded by weakening the stress intensity in the second sorting inspection with respect to the stress intensity applied to the bipolar element structure in the first sorting inspection. Therefore, application of excessive stress can be avoided, and a decrease in the yield of non-defective products can be prevented. The forward characteristics depend on the projected area ratio of the generated stacking faults to the surface of the epitaxial layer. Therefore, in the embodiment, semiconductor devices having a forward voltage change rate of 3% or less are selected as non-defective products in the sorting inspection. The sorted semiconductor device has a stacking fault projected area ratio of about 3.4% or less.
(半導体装置の製造方法)
以下に、図8のフローチャートに沿って図9~図11の工程断面図を用いて、実施形態に係る半導体装置の製造方法を、トレンチゲート型MOSトランジスタの場合を一例に説明する。図9~図11では、説明の便宜上、ドレイン領域1、バッファ層2、及びドリフト領域3からなるn型半導体領域のみ図示する。なお、以下に述べる半導体装置の製造方法は一例であり、特許請求の範囲に記載した趣旨の範囲であれば、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
(Method for manufacturing semiconductor device)
The method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment will be described below with reference to the flow chart of FIG. 8 and the process cross-sectional views of FIGS. 9 to 11 show only the n-type semiconductor region consisting of the
図8に示すフローチャートのステップS50で、通常の方法により図1に示したトレンチゲート型MOSトランジスタを製造する。図9に示すように、エピタキシャル成長技術等により、ドレイン領域1となるSiC結晶のn+型基板上に、n+型バッファ層2及びドリフト領域3となるn型エピタキシャル層、及びベース領域4となるp型エピタキシャル層を連続してエピタキシャル成長させる。基板は、主面が<11-20>方向に4°オフした(0001)Si面である。バッファ層2は、例えば窒素(N)等のn型不純物が1×1018cm-3~1×1019cm-3程度の不純物密度で添加されている。ドリフト領域3となるエピタキシャル層は、n型不純物がバッファ層2よりも低不純物密度で添加されている。バッファ層2及びエピタキシャル層の厚さは、例えば、それぞれ1μm程度及び10μm程度である。この段階でのベース領域4の厚さは、例えば、0.3~1μm程度である。
At step S50 of the flow chart shown in FIG. 8, the trench gate type MOS transistor shown in FIG. 1 is manufactured by a conventional method. As shown in FIG. 9, an n +
更に、フォトリソグラフィ技術によりp+型のベースコンタクト領域5の領域を選択的に窓が開孔したp型用イオン注入マスクを形成し、p型を呈する不純物イオンをベース領域4の上部に多段注入する。p型用イオン注入マスクを除去後、同様に、フォトリソグラフィ技術によりn+型のソース領域6の領域を選択的に窓が開孔したn型用イオン注入マスクを形成し、n型を呈する不純物イオンをベース領域4の上部に多段注入する。n型用イオン注入マスクを除去後、熱処理をすることにより、ベース領域4の上部にベースコンタクト領域5及びソース領域6を図1に示したように選択的に形成する。その後、フォトリソグラフィ技術によりトレンチの位置に選択的に窓が開孔したエッチングマスクを形成し、反応性イオンエッチング(RIE)等により、ソース領域6及びベース領域4を貫通しドリフト領域3の上部に到達する垂直側壁を有したゲートトレンチ7を形成する。そして、熱酸化等の手法によりゲートトレンチ7の底面及び側面にゲート絶縁膜8を形成する。
Further, a p-type ion implantation mask having windows selectively opened in the region of the p + -type
更に、ゲート絶縁膜8を介してゲートトレンチ7内に化学的気相堆積(CVD)法等の手法によりゲート電極9を埋め込み、図1に示したように絶縁ゲート型電極構造(8,9)を形成する。更にこの所定の成膜工程を行えば、エピタキシャル層(2,3,4)を基礎とした基体の構造の上部にトレンチ型MOSトランジスタ構造が形成される。ドレイン領域1中には多数の基底面転位20などの結晶欠陥が含まれる。ドレイン領域1上に成長したバッファ層2において、ドレイン領域1から伝播する基底面転位20の大部分が貫通転位に変換される。基底面転位から転換された貫通転位は、積層欠陥に拡張しない。
Further, a
まず、複数のMOSトランジスタに内蔵されるボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向特性の初期値を測定する。順方向特性として、順方向電圧変化を用いる。例えば、50℃以下の常温で、順方向電流密度を10A/cm2以下として、順方向電圧の初期値を測定する。なお、順方向特性としてオン抵抗等を用いてもよい。 First, the initial values of the forward characteristics of body diodes (5, 4, 3, 2, 1) built in a plurality of MOS transistors are measured. A forward voltage change is used as the forward characteristic. For example, the initial value of the forward voltage is measured at a normal temperature of 50° C. or less and a forward current density of 10 A/cm 2 or less. On-resistance or the like may be used as the forward characteristic.
ステップS51で、複数のMOSトランジスタに内蔵されるボディダイオード(5,4,3,2,1)に、第1選別条件で順方向に通電する。通電は、MOSトランジスタを大気中でホットプレート等により加熱して実施する。第1選別条件は、MOSトランジスタの表面温度(検査温度)が50℃以上、175℃以下で、ボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向電流密度が20A/cm2以上、400A/cm2以下で、通電時間が10分程度である。順方向通電により、図9に示すように、第1選別条件で正孔密度が閾値以上となる拡散深さDth以内に存在する基底面転位20に正孔が供給され、積層欠陥22c、22d、22e、22fが発生する。積層欠陥22c、22d、22e、22fの拡張開始までの時間にばらつきがあるため、拡張の大きさにばらつきが生じる。積層欠陥22c、22dは、ドリフト領域3あるいはバッファ層2の中まで大きく拡張している。したがって、積層欠陥22c、22dを含むボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向電圧変化率が基準値を越えて不良となる可能性が高い。一方、積層欠陥22e、22fは拡張途中であり、順方向特性に大きな影響は与えない。また、基板において貫通転位等に転換して積層欠陥に拡張をしない基底面転位20もある。なお、MOSトランジスタの加熱を、窒素(N2)ガス等の不活性ガス中で恒温槽等により行ってもよい。
In step S51, body diodes (5, 4, 3, 2, 1) built in a plurality of MOS transistors are energized in the forward direction under the first selection condition. The energization is carried out by heating the MOS transistor with a hot plate or the like in the atmosphere. The first selection condition is that the surface temperature (inspection temperature) of the MOS transistor is 50° C. or more and 175° C. or less, the forward current density of the body diode (5, 4, 3, 2, 1) is 20 A/cm 2 or more, It is 400 A/cm 2 or less, and the energization time is about 10 minutes. As shown in FIG. 9, the forward energization supplies holes to the
ステップS52で、ボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向特性を測定して第1選別検査を実施する。順方向特性として、順方向電圧変化を用いる。例えば、50℃以下の常温で、順方向電流密度を10A/cm2以下として、順方向電圧の検査値を測定する。順方向電圧の検査値と初期値より求めた順方向電圧変化率が、基準値、例えば3%を越えていれば不良品として、除去する。 In step S52, the forward characteristics of the body diodes (5, 4, 3, 2, 1) are measured to perform the first sorting inspection. A forward voltage change is used as the forward characteristic. For example, the test value of the forward voltage is measured at a normal temperature of 50° C. or less and a forward current density of 10 A/cm 2 or less. If the forward voltage change rate obtained from the forward voltage inspection value and the initial value exceeds a reference value, for example, 3%, the product is rejected as a defective product.
ステップS53で、ボディダイオード(5,4,3,2,1)に、第2選別条件で順方向に通電する。通電は、MOSトランジスタを大気中でホットプレート等により加熱して実施する。第2選別条件は、検査温度が50℃以上、175℃以下で、ボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向電流密度が65A/cm2以上、110A/cm2以下で、通電時間が10分程度である。順方向通電により、図10に示すように、第2選別条件で正孔密度が閾値以上となる拡散深さDe以内に拡張した積層欠陥22eに正孔が供給される。積層欠陥22eは、再拡張してドリフト領域3にまで拡張する。その結果、積層欠陥22eを含むボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向電圧変化率が基準値を越えて不良となる可能性が高い。一方、積層欠陥22fには正孔の供給が不十分で、拡張途中のままであり、順方向特性に大きな影響は与えない。第1選別条件で既に積層欠陥に拡張した基底面転位21を含むボディダイオード(5,4,3,2,1)は、順方向電圧変化率が基準値を越えていれば除去されるが、基準値以内であれば良品となり得る。
In step S53, the body diodes (5, 4, 3, 2, 1) are energized in the forward direction under the second selection condition. The energization is carried out by heating the MOS transistor with a hot plate or the like in the atmosphere. The second selection condition is that the inspection temperature is 50° C. or more and 175° C. or less, the forward current density of the body diode (5, 4, 3, 2, 1) is 65 A/cm 2 or more and 110 A/cm 2 or less, The energization time is about 10 minutes. As shown in FIG. 10, the forward energization supplies holes to the stacking
ステップS54で、ボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向特性を測定して第2選別検査を実施する。順方向特性として、順方向電圧変化を用いる。例えば、50℃以下の常温で、順方向電流密度を10A/cm2以下として、順方向電圧の検査値を測定する。順方向電圧の検査値と初期値より求めた順方向電圧変化率が、基準値、例えば3%を越えていれば不良品として、除去する。 In step S54, the forward characteristics of the body diodes (5, 4, 3, 2, 1) are measured to perform a second screening test. A forward voltage change is used as the forward characteristic. For example, the test value of the forward voltage is measured at a normal temperature of 50° C. or less and a forward current density of 10 A/cm 2 or less. If the forward voltage change rate obtained from the forward voltage inspection value and the initial value exceeds a reference value, for example, 3%, the product is rejected as a defective product.
ステップS55で、ボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向電圧変化率が基準値以下の良品が選別される。図11に示すように、拡張途中の積層欠陥22fがボディダイオード(5,4,3,2,1)の中に残留する場合もある。積層欠陥22fは、実使用条件で正孔密度が閾値以上となる拡散深さDpよりも深い位置にあるため、実使用時には再拡張しない。なお、実使用条件での拡散深さDpはドレイン領域1とバッファ層2との界面に位置しているが、拡散深さDpがバッファ層2内にあってもよい。第1及び第2選別条件で既に積層欠陥に拡張した基底面転位21を含むボディダイオード(5,4,3,2,1)は、順方向電圧変化率が基準値を越えていれば除去されるが、基準値以内であれば良品となる。
In step S55, non-defective products whose forward voltage change rates of the body diodes (5, 4, 3, 2, 1) are equal to or less than a reference value are sorted out. As shown in FIG. 11, the stacking
上述のように、実施形態では、2段階の選別検査を実施して、積層欠陥の拡張のばらつきによる実使用中の順方向特性劣化の発生を抑制することができる。前段の第1選別条件による正孔の拡散深さDthに対して、後段の第2選別条件による拡散深さDpを浅くしている。したがって、ボディダイオード(5,4,3,2,1)に加わる選別検査によるストレスは、第1選別条件より第2選別条件が弱い。ストレスを第2選別条件のほうが第1選別条件よりも強くすると、実使用の観点からは不要な積層欠陥まで拡張させてしまうことになる。その結果、過剰に不良品が選定され、歩留まりが低下する。なお、実施の形態では、2段階の選別検査を実施しているが、3段階以上の複数の選別検査を実施してもよい。この場合、後段になるほどストレスを徐々に弱くして実施することが望ましい。 As described above, in the embodiment, the two-step sorting inspection can be performed to suppress the deterioration of the forward characteristics during actual use due to variations in stacking fault expansion. The diffusion depth Dp under the second selection condition in the latter stage is shallower than the diffusion depth Dth of holes under the first selection condition in the former stage. Therefore, the stress applied to the body diodes (5, 4, 3, 2, 1) by the sorting inspection is weaker under the second sorting condition than under the first sorting condition. If the stress is made stronger under the second sorting condition than under the first sorting condition, it will extend to unnecessary stacking faults from the viewpoint of actual use. As a result, an excessive number of defective products are selected, resulting in a decrease in yield. In addition, in the embodiment, a two-step sorting inspection is performed, but a plurality of three or more steps of sorting inspection may be performed. In this case, it is desirable to gradually weaken the stress toward the later stages.
なお、第1選別条件として、検査温度を50℃以上、175℃以下、ボディダイオード(5,4,3,2,1)の順方向電流密度を20A/cm2以上、400A/cm2以下としている。検査温度が50℃未満で、電流密度が20A/cm2未満のときには、ドレイン領域1への正孔の拡散が不十分で積層欠陥を拡張することができない。電流密度が400A/cm2を越えると、ドレイン領域1の過度に深い位置から積層欠陥の拡張が発生し、歩留まりを低下させる。シリコンの半導体素子と共通材料のパッケージとした場合、検査温度が175℃を超えると、半導体素子のパッケージがダメージを受け損傷してしまう可能性がある。但し、SiCの半導体素子専用の高温用パッケージとした場合は定格温度を200℃として、検査温度を200℃、順方向電流密度を90A/cm2以上、400A/cm2以下としてもよい。また、第1選別条件の順方向電流密度としては、110A/cm2以上が望ましい。拡散深さDthをドレイン領域1の内部まで深くして、積層欠陥の拡張を十分に行うことができる。
As the first selection conditions, the test temperature is 50° C. or higher and 175° C. or lower, and the forward current density of the body diode (5, 4, 3, 2, 1) is 20 A/cm 2 or higher and 400 A/cm 2 or lower. there is When the inspection temperature is less than 50° C. and the current density is less than 20 A/cm 2 , diffusion of holes into the
図5に示したように、積層欠陥の拡張は順方向電流密度だけでなく、検査温度にも依存する。実施形態では、選別検査におけるストレス強度として、検査温度及び電流密度の積で規定する。また、実使用条件として、最大の使用条件となる半導体装置の定格を用いることが望ましい。例えば、図5に示したMOSトランジスタでは、定格電流密度が75A/cm2で、定格温度が175℃である。積層欠陥の拡張現象がボディダイオードの動作している時に発生するキャリア密度に依存する(温度と電流の両方に依存する)ため、定格電流密度と定格温度の積を定格ストレス強度として規定する。 As shown in FIG. 5, the expansion of stacking faults depends not only on the forward current density but also on the inspection temperature. In the embodiment, the stress intensity in sorting inspection is defined by the product of inspection temperature and current density. Moreover, it is desirable to use the rating of the semiconductor device, which is the maximum use condition, as the actual use condition. For example, the MOS transistor shown in FIG. 5 has a rated current density of 75 A/cm 2 and a rated temperature of 175°C. Since the stacking fault expansion phenomenon depends on the carrier density generated when the body diode is operating (it depends on both temperature and current), the product of the rated current density and the rated temperature is defined as the rated stress strength.
第1選別条件のストレス強度が第2選別条件のストレス強度よりも大きく、且つ、第2選別条件のストレス強度が定格ストレス強度よりも大きいことが望ましい。また、第1選別条件のストレス強度を定格ストレス強度の1.2倍以上とし、且つ、第1選別条件のストレス強度の0.9倍を第2選別条件のストレス強度以上とすることが望ましい。この場合、定格以内の実使用条件において新たな積層欠陥の拡張を防止することができる。 It is desirable that the stress intensity of the first sorting condition is higher than the stress intensity of the second sorting condition, and that the stress intensity of the second sorting condition is higher than the rated stress intensity. Moreover, it is desirable that the stress intensity of the first sorting condition is 1.2 times or more the rated stress intensity, and that 0.9 times the stress intensity of the first sorting condition is the stress intensity of the second sorting condition or more. In this case, new expansion of stacking faults can be prevented under actual use conditions within the rating.
第1選別条件のストレス強度が定格ストレス強度よりも大きく、且つ、定格ストレス強度が第2選別条件のストレス強度よりも大きいことが望ましい。また、第1選別条件のストレス強度を定格ストレス強度の1.2倍以上とし、且つ、定格ストレス強度の0.93倍を第2選別条件のストレス強度以上とし、更に、第2選別条件のストレス強度を100℃A/cm2以上とすることが望ましい。この場合、第2選別条件のストレス強度を定格ストレス強度より弱くしているが、第1選別条件で拡張途中であるが、バッファ層2あるいはドリフト領域3内に積層欠陥が拡張しているため、第2選別条件で再拡張させることは可能である。 It is desirable that the stress intensity of the first sorting condition is higher than the rated stress intensity and that the rated stress intensity is higher than the stress intensity of the second sorting condition. Further, the stress intensity of the first sorting condition is 1.2 times or more the rated stress intensity, and 0.93 times the rated stress intensity is set to be 0.93 times or more of the stress intensity of the second sorting condition, and the stress of the second sorting condition It is desirable to set the strength to 100° C.A/cm 2 or more. In this case, the stress intensity under the second selection condition is set to be weaker than the rated stress intensity. It is possible to re-expand with the second selection condition.
(その他の実施形態)
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
While embodiments of the present invention have been described above, the discussion and drawings forming part of this disclosure should not be construed as limiting the invention. Various alternative embodiments, implementations and operational techniques will become apparent to those skilled in the art from this disclosure.
上述のように、実施形態では4H‐SiC結晶を用いて説明したが、立方晶系の3C‐SiC、六方晶系の6H‐SiC等の結晶多形を用いてもよい。 As described above, 4H-SiC crystals are used in the embodiments, but crystal polymorphs such as cubic 3C-SiC and hexagonal 6H-SiC may also be used.
上記においてMOSトランジスタをバイポーラ素子が含まれる主デバイスとして例示した。しかし、バイポーラ素子が含まれる主デバイスとしての半導体装置はMOSFETに限定されるものではなく、静電誘導トランジスタ(SIT)であっても良い。更にバイポーラトランジスタ(BJT)や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等のように、主デバイスがバイポーラ素子自身である半導体装置であってもよい。静電誘導サイリスタ(SIサイリスタ)やゲート・ターン・オフ(GTO)サイリスタ等もバイポーラ動作するので、本発明の「バイポーラ素子が含まれる半導体装置」に該当する。その他種々の複合デバイスも、本発明の「バイポーラ素子が含まれる半導体装置」に該当しうることは勿論である。 In the above, the MOS transistor was exemplified as the main device including the bipolar element. However, the semiconductor device as the main device including the bipolar element is not limited to the MOSFET, and may be a static induction transistor (SIT). Furthermore, a semiconductor device in which the main device is a bipolar element itself, such as a bipolar transistor (BJT) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT), may be used. A static induction thyristor (SI thyristor), a gate turn-off (GTO) thyristor, etc. also operate in a bipolar manner, and therefore correspond to the "semiconductor device including a bipolar element" of the present invention. Of course, various other composite devices can also correspond to the "semiconductor device including a bipolar element" of the present invention.
このように、上記の実施形態及び各変形例において説明される各構成を任意に応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments and the like not described here, such as configurations in which the configurations described in the above embodiments and modifications are arbitrarily applied. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention according to the valid scope of claims based on the above description.
1…ドレイン領域
1a…基板
(1a,3a)…エピタキシャル基板
2…バッファ層
3…ドリフト領域
3a…エピタキシャル層
4…ベース領域
5…ベースコンタクト領域
(5,4,3,2,1)…ボディダイオード
6…ソース領域
7…ゲートトレンチ
8…ゲート絶縁膜
9…ゲート電極
10…層間絶縁膜
11…ソースコンタクト層
12…下部バリアメタル層
13…上部バリアメタル層
14…ドレイン電極(裏面電極)
20,21…基底面転位
22a,22b…PL像
22c,22d,22e,22f…積層欠陥
DESCRIPTION OF
20, 21...
Claims (8)
前記半導体装置の表面温度を50℃以上175℃以下の第1検査温度にし、前記バイポーラ素子に20A/cm2以上400A/cm2以下の第1電流密度で順方向電流を流して、順方向特性の値が基準値以上に増加した不良品を除去する第1選別検査と、
前記不良品が除去された残りの良品のバイポーラ素子に対して、50℃以上175℃以下の第2検査温度にし、65A/cm2以上110A/cm2以下の第2電流密度で順方向電流を流して、前記順方向特性の値が前記基準値以上に増加した新たな不良品を除去する第2選別検査と
を含み、
前記第1検査温度及び前記第1電流密度の積で規定される第1ストレス強度が、前記第2検査温度及び前記第2電流密度の積で規定される第2ストレス強度よりも大きいことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 fabricating a semiconductor device including a bipolar element using a silicon carbide epitaxial substrate as a base;
The surface temperature of the semiconductor device is set to a first test temperature of 50° C. or higher and 175° C. or lower, a forward current is passed through the bipolar element at a first current density of 20 A/cm 2 or higher and 400 A/cm 2 or lower, and the forward characteristics are measured. A first sorting inspection that removes defective products whose value has increased to a reference value or more;
The remaining non-defective bipolar devices from which the defective devices have been removed are subjected to forward current at a second inspection temperature of 50° C. or higher and 175° C. or lower at a second current density of 65 A/cm 2 or higher and 110 A/cm 2 or lower. a second sorting inspection to remove new defective products whose forward characteristic value has increased above the reference value ;
A first stress intensity defined by the product of the first inspection temperature and the first current density is greater than a second stress intensity defined by the product of the second inspection temperature and the second current density. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
前記第1ストレス強度が、前記第2ストレス強度よりも大きく、
前記エピタキシャル基板のエピタキシャル層に発生した積層欠陥を前記エピタキシャル層の上面に投影した投影面積の前記上面の面積に対する比率が3.4%以下であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 Eliminate defective products that include a bipolar element and have a forward characteristic value increased to a reference value or more at a first stress intensity defined by the product of a first current density of a forward current flowing through the bipolar element and a first surface temperature. a first sorting inspection, a defect in which the value of the forward characteristic increased to the reference value or more at a second stress intensity defined by the product of the second current density of the forward current flowing through the bipolar element and the second surface temperature; A semiconductor device based on a silicon carbide epitaxial substrate selected by a second screening inspection that removes non-defective products,
The first stress intensity is greater than the second stress intensity,
A silicon carbide semiconductor device, wherein a ratio of a projected area obtained by projecting stacking faults generated in an epitaxial layer of the epitaxial layer onto an upper surface of the epitaxial layer to an area of the upper surface is 3.4% or less.
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