JP2013049609A - SiC EPITAXIAL WAFER AND SiC SEMICONDUCTOR ELEMENT USING THE SAME - Google Patents

SiC EPITAXIAL WAFER AND SiC SEMICONDUCTOR ELEMENT USING THE SAME Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an SiC epitaxial wafer which allows the production of a high quality and high reliability element, and to provide an SiC semiconductor element obtained by using the SiC epitaxial wafer.SOLUTION: An SiC epitaxial wafer 1 includes: an SiC substrate 2 in which the Si surface inclined at an off angle θof 4° or less to the (0001) plane is a main surface 4; and an SiC epitaxial layer 3 which is formed on the main surface 4 of the SiC substrate 2; wherein the off direction D of the main surface 4 of the SiC substrate 2 is set to a direction inclined at an angle θof 15°+/-10° to the [11-20] axis direction and [01-10] axis direction.

Description

本発明は、所定のオフ角を有するSiCエピタキシャルウエハおよびそれを用いたSiC半導体素子に関する。   The present invention relates to a SiC epitaxial wafer having a predetermined off angle and a SiC semiconductor device using the same.

近年、Si半導体に比べて高耐圧化、大電流化、低オン抵抗化、高効率化、低消費電力化、高速スイッチングなどを実現できるSiC(シリコンカーバイド:炭化ケイ素)半導体が注目されている。
SiC半導体は、通常、SiCインゴットから切り出す際に、(0001)面から所定のオフ角を付ける。切り出されたウエハは研磨などの加工が施され、加工面上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウエハの状態で使用される。SiCエピタキシャル層の成長過程では、オフ角により生じる原子ステップとテラスとよぶ原子平坦面からなる表面に成長の結晶核が生成する。結晶核は熱力学的エネルギーによりテラス上を拡散し、ステップ端で安定化する。このような成長メカニズムはステップフローと呼ばれる。理想的には、成長初期のテラス幅を保ったまま成長するため、SiCの分子1層分の高さのステップも同様に保たれるが、実際には、ウエハ表面の欠陥の有無や、成長温度や成長中の雰囲気などの熱力学的な要因が影響して、結晶核の拡散速度に不均一性が生じて、テラス幅も不均一になる。テラス幅が狭くなるところでは、ステップが集まって束になり(以降、ステップバンチングと呼ぶ)、SiCの分子2層分以上の高さになる。
In recent years, SiC (silicon carbide: silicon carbide) semiconductors that can achieve higher breakdown voltage, higher current, lower on-resistance, higher efficiency, lower power consumption, higher speed switching, and the like than Si semiconductors have attracted attention.
A SiC semiconductor usually has a predetermined off angle from the (0001) plane when it is cut out from a SiC ingot. The cut wafer is subjected to processing such as polishing, and is used in the state of an epitaxial wafer in which an epitaxial layer is formed on the processed surface. In the growth process of the SiC epitaxial layer, crystal nuclei for growth are generated on the surface composed of an atomic step caused by an off angle and an atomic flat surface called a terrace. Crystal nuclei diffuse on the terrace by thermodynamic energy and stabilize at the step edge. Such a growth mechanism is called a step flow. Ideally, since the growth is performed while maintaining the terrace width at the initial stage of growth, the step of the height of one SiC molecule layer is similarly maintained. Thermodynamic factors such as the temperature and the atmosphere during growth affect the crystal nuclei so that the diffusion rate of the crystal nuclei becomes nonuniform and the terrace width becomes nonuniform. Where the terrace width is narrowed, the steps gather together to form a bundle (hereinafter referred to as step bunching), which is at least as high as two SiC molecules.

そこで、非特許文献1では、SiCエピタキシャルウエハの表面のステップバンチングの線密度は、SiCエピタキシャル層形成時の温度およびC/Si比(C(炭素)とSi(シリコン)との供給比)に依存しており、C/Si比=0.5以下にすれば、ステップバンチングの発生を防止できると報告されている。   Therefore, in Non-Patent Document 1, the linear density of step bunching on the surface of the SiC epitaxial wafer depends on the temperature at the time of forming the SiC epitaxial layer and the C / Si ratio (the supply ratio of C (carbon) to Si (silicon)). It has been reported that step bunching can be prevented if the C / Si ratio is 0.5 or less.

Keiji Wada, et al. Journal of Crystal Growth 291 (2006) pp.370-374Keiji Wada, et al. Journal of Crystal Growth 291 (2006) pp.370-374 J. J. Sumakeris, et al. Material Science Forum Vol.457-460 (2004) p.1113-1116J. J. Sumakeris, et al. Material Science Forum Vol.457-460 (2004) p.1113-1116

しかしながら、SiC基板のSi面(0001)面にSiCをエピタキシャル成長させる場合、高信頼性のデバイスを作製する観点から、SiCエピタキシャル層の残留電子濃度は可能な限り小さくさせる方がよい。残留電子濃度を小さくさせるには、エピタキシャル成長時のC/Si比を高くすることが好ましいが、そうすると、SiCエピタキシャル層の表面に発生するステップバンチングの線密度が大きくなるという不具合がある。たとえば、C/Si比=0.5の場合ではステップバンチングの線密度は500cm−1であるのに対し、C/Si比=1.5の場合では、ステップバンチングの線密度が6000cm−1となり、C/Si比の増加に伴ってステップバンチングの線密度は増加してしまう。 However, when SiC is epitaxially grown on the Si surface (0001) surface of the SiC substrate, the residual electron concentration of the SiC epitaxial layer is preferably as low as possible from the viewpoint of manufacturing a highly reliable device. In order to reduce the residual electron concentration, it is preferable to increase the C / Si ratio during epitaxial growth, but there is a problem that the linear density of step bunching generated on the surface of the SiC epitaxial layer increases. For example, when the C / Si ratio = 0.5, the step bunching linear density is 500 cm −1 , whereas when the C / Si ratio = 1.5, the step bunching linear density is 6000 cm −1 . As the C / Si ratio increases, the linear density of step bunching increases.

本発明の目的は、高品質かつ高信頼性の素子を作製できるSiCエピタキシャルウエハ、およびそれを用いて得られるSiC半導体素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a SiC epitaxial wafer capable of producing a high-quality and high-reliability element, and a SiC semiconductor element obtained using the SiC epitaxial wafer.

上記目的を達成するための本発明のSiC発明のエピタキシャルウエハは、(0001)面に対して4°以下のオフ角θで傾斜したSi面が主面とされたSiC基板と、前記SiC基板の主面に形成されたSiCエピタキシャル層とを含み、前記SiC基板の前記主面のオフ方向Dが、[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度θで傾斜した方向である。 In order to achieve the above object, an SiC wafer according to the present invention comprises an SiC substrate having a Si surface inclined at an off-angle θ 1 of 4 ° or less with respect to the (0001) plane, and the SiC substrate. SiC off-axis direction D of the main surface of the SiC substrate is 15 ° +/− with respect to the [11-20] axial direction and the [01-10] axial direction. is a direction inclined by at 10 ° angle theta 2.

オフ方向とは、[0001]軸に対するSiC基板の法線nの傾斜する方向を指し、[0001]軸から法線nを(0001)面に投影(射影)したベクトルの向きで示されるものである。すなわち、本発明では、法線nの投影ベクトルの向きが、[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度で傾斜した方向と一致している。また「15°+/−10°」とは、たとえば、[11−20]軸方向に対して、θ=5°〜25°の範囲に収まる方向のことであり、[01−10]軸方向に関しても同様である。 The off direction refers to the direction in which the normal line n of the SiC substrate is inclined with respect to the [0001] axis, and is indicated by the direction of a vector obtained by projecting (projecting) the normal line n from the [0001] axis onto the (0001) plane. is there. That is, in the present invention, the direction of the projection vector of the normal line n coincides with the direction inclined at an angle of 15 ° +/− 10 ° with respect to the [11-20] axis direction and the [01-10] axis direction. ing. Further, “15 ° +/− 10 °” is, for example, a direction that falls within the range of θ 2 = 5 ° to 25 ° with respect to the [11-20] axis direction, and the [01-10] axis. The same applies to the direction.

そして、本発明のSiCエピタキシャルウエハによれば、SiC基板の主面のオフ方向Dが、[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度θで傾斜した方向であるため、SiCエピタキシャル層を成長させる際に、SiC基板の基底面転位(BPD:Basal Plane Dislocation)がSiCエピタキシャル層に伝播することを抑制することができる。そのため、SiCエピタキシャル層の基底面転位密度(BPD密度)を小さくすることができる。その結果、SiCエピタキシャル層におけるステップバンチングの発生箇所を減らすことができるので、ステップバンチングの線密度を小さくすることができる。 According to the SiC epitaxial wafer of the present invention, the off direction D of the main surface of the SiC substrate is an angle of 15 ° +/− 10 ° with respect to the [11-20] axial direction and the [01-10] axial direction. Since the direction is inclined by θ 2 , propagation of basal plane dislocation (BPD) of the SiC substrate to the SiC epitaxial layer can be suppressed when the SiC epitaxial layer is grown. Therefore, the basal plane dislocation density (BPD density) of the SiC epitaxial layer can be reduced. As a result, the number of occurrences of step bunching in the SiC epitaxial layer can be reduced, so that the linear density of step bunching can be reduced.

そのため、高いC/Si比でSiCエピタキシャル層を成長させても、ステップバンチングの線密度を従来に比べて小さくすることができるので、ステップバンチングの線密度を適当な大きさに抑えながら、SiCエピタキシャル層の残留電子濃度を小さくすることができる。たとえば、SiCエピタキシャル層の残留電子濃度を1×1016cm−3以下にすることができる。 Therefore, even if the SiC epitaxial layer is grown with a high C / Si ratio, the step bunching linear density can be reduced as compared with the conventional case. The residual electron concentration of the layer can be reduced. For example, the residual electron concentration of the SiC epitaxial layer can be set to 1 × 10 16 cm −3 or less.

したがって、このSiCエピタキシャルウエハを用いて作製された、ショットキーバリアダイオード、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、BJT(バイポーラトランジスタ)、pnダイオード、サイリスタ、IGBT(Insulated gate bipolar transistor)などの各種SiC半導体素子を動作させた場合でも、ステップバンチングの線密度が比較的小さいため、SiCエピタキシャル層の表面または界面の欠陥領域を減らすことができる。その結果、素子のリーク電流、酸化膜厚の不均一性、界面準位、表面再結合などの低減や、電界効果移動度の向上に効果があるので、高品質かつ高信頼性のSiC半導体素子を提供することができる。   Accordingly, various SiCs such as Schottky barrier diodes, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), BJTs (bipolar transistors), pn diodes, thyristors, IGBTs (Insulated gate bipolar transistors) manufactured using this SiC epitaxial wafer. Even when the semiconductor element is operated, the defect density on the surface or interface of the SiC epitaxial layer can be reduced because the linear density of step bunching is relatively small. As a result, it is effective in reducing element leakage current, non-uniformity of oxide film thickness, interface state, surface recombination, etc., and improving field effect mobility, so high quality and high reliability SiC semiconductor element Can be provided.

このような効果は、オフ方向Dを角度θで傾けたことにより、面方位が(11−20)面である第1面および面方位が(01−10)面である第2面が交互に連続してなるステップ面を有するSiCエピタキシャル層がステップフロー成長(横方向成長)するためである。
また、本発明のSiCエピタキシャルウエハによれば、前記SiCエピタキシャル層の前記ステップ面のステップラインに沿って0.5nm以上の高さのステップバンチングが形成される場合に、そのステップバンチングの線密度を40cm−1以下にすることができる。また、前記SiCエピタキシャル層の基底面転位密度を10cm−2以下にすることができる。ステップバンチングの線密度およびSiCエピタキシャル層の基底面転位密度を上記範囲にできれば、素子のリーク電流を一層低減することができる。
Such an effect is obtained by inclining the off direction D by the angle θ 2 , whereby the first surface whose plane orientation is the (11-20) plane and the second plane whose plane orientation is the (01-10) plane are alternated. This is because a SiC epitaxial layer having a step surface that is continuous with the step growth (step growth).
Further, according to the SiC epitaxial wafer of the present invention, when a step bunching having a height of 0.5 nm or more is formed along the step line of the step surface of the SiC epitaxial layer, the step bunching linear density is reduced. It can be 40 cm −1 or less. Moreover, the basal plane dislocation density of the SiC epitaxial layer can be 10 cm −2 or less. If the step bunching linear density and the basal plane dislocation density of the SiC epitaxial layer can be in the above ranges, the leakage current of the device can be further reduced.

また、前記SiCエピタキシャル層の厚さが3μm以上であることが好ましく、4μm〜100μmであることがさらに好ましい。一般的に半導体素子の耐圧は、耐圧を保持する層の厚さに比例し、SiC半導体素子の場合、SiCエピタキシャル層の厚さをこの範囲にすることにより、300Vから10kVの耐圧を確保することができる。また、SiCエピタキシャル層および/またはSiC基板は、4H−SiCからなることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the thickness of the said SiC epitaxial layer is 3 micrometers or more, and it is further more preferable that they are 4 micrometers-100 micrometers. In general, the breakdown voltage of a semiconductor element is proportional to the thickness of the layer that holds the breakdown voltage. In the case of a SiC semiconductor element, the breakdown voltage of 300 V to 10 kV is ensured by setting the thickness of the SiC epitaxial layer within this range. Can do. Moreover, it is preferable that a SiC epitaxial layer and / or a SiC substrate consist of 4H-SiC.

そして、本発明のSiC半導体素子は、上記した本発明のSiCエピタキシャルウエハを用いて形成されている。そのため、SiCエピタキシャル層の表面における欠陥密度減少に因る、リーク電流低減、電界効果移動度向上、電流増幅率増加などの効果があり、非常に高品質かつ高信頼性のある素子である。   The SiC semiconductor element of the present invention is formed using the above-described SiC epitaxial wafer of the present invention. For this reason, there are effects such as reduction in leakage current, improvement in field-effect mobility, and increase in current amplification factor due to a decrease in defect density on the surface of the SiC epitaxial layer, and the device is extremely high quality and highly reliable.

図1は、本発明の一実施形態に係るSiCエピタキシャルウエハの概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a SiC epitaxial wafer according to an embodiment of the present invention. 図2は、4H−SiCの結晶構造のユニットセルを表した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a unit cell having a crystal structure of 4H—SiC. 図3は、図2のユニットセルを(0001)面の真上から見た図である。FIG. 3 is a view of the unit cell of FIG. 2 as viewed from directly above the (0001) plane. 図4は、図1のSiCエピタキシャルウエハの要部拡大図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は断面図であって、図4(a)の切断線A−Aでの断面を示している。4 is an enlarged view of a main part of the SiC epitaxial wafer of FIG. 1, FIG. 4 (a) is a plan view, FIG. 4 (b) is a sectional view, and a cutting line AA in FIG. 4 (a). The cross section in is shown. 図5は、ステップバンチングの線密度を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the linear density of step bunching. 図6は、ステップバンチングと基底面転位との対応関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a correspondence relationship between step bunching and basal plane dislocations. 図7は、図1のSiCエピタキシャルウエハの製造工程を工程順に示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the SiC epitaxial wafer of FIG. 1 in the order of steps. 図8は、SiCエピタキシャル成長前の酸化処理の有無により、エピ表面のBPDがどの程度変化するかを説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining how much the BPD on the epi surface changes depending on the presence or absence of oxidation treatment before SiC epitaxial growth. 図9は、従来技術および本発明における、C/Si比とステップバンチングの線密度との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the C / Si ratio and the linear density of step bunching in the prior art and the present invention. 図10は、Si面およびC面それぞれに形成されたSiCエピタキシャル層における、C/Si比と残留電子濃度との関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the C / Si ratio and the residual electron concentration in the SiC epitaxial layer formed on each of the Si plane and the C plane. 図11は、図1のSiCエピタキシャルウエハを用いて作製したショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a Schottky barrier diode fabricated using the SiC epitaxial wafer of FIG. 図12は、図1のSiCエピタキシャルウエハを用いて作製したトレンチゲート型MOSFETの模式的な断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a trench gate type MOSFET manufactured using the SiC epitaxial wafer of FIG. 図13は、図1のSiCエピタキシャルウエハを用いて作製したプレーナゲート型MOSFETの模式的な断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a planar gate type MOSFET fabricated using the SiC epitaxial wafer of FIG.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るSiCエピタキシャルウエハの概略図である。
SiCエピタキシャルウエハ1は、4H−SiCからなり、SiC基板2と、SiC基板2に積層されたSiCエピタキシャル層3とを含む。SiC基板2の厚さtは、たとえば、200μm〜500μmであり、SiCエピタキシャル層3の厚さtは、SiC基板2よりも薄く、たとえば、100μm以上、好ましくは、4μm〜100μmである。また、SiCエピタキシャル層3の窒素濃度は、たとえば、5×1016cm−3以下である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a SiC epitaxial wafer according to an embodiment of the present invention.
The SiC epitaxial wafer 1 is made of 4H—SiC, and includes a SiC substrate 2 and a SiC epitaxial layer 3 stacked on the SiC substrate 2. The thickness t 1 of the SiC substrate 2 is, for example, 200 μm to 500 μm, and the thickness t 2 of the SiC epitaxial layer 3 is thinner than the SiC substrate 2, for example, 100 μm or more, preferably 4 μm to 100 μm. Moreover, the nitrogen concentration of SiC epitaxial layer 3 is, for example, 5 × 10 16 cm −3 or less.

なお、SiCは、同一の組成で様々な積層構造をとる結晶多形(ポリタイプ)を示す材料であり、数100種類以上のポリタイプが存在する。この実施形態では、SiCエピタキシャルウエハ1は、4H−SiCに限らず、たとえば、3C−SiC、6H−SiC、15R−SiCなどであってもよい。これらの中では、6H−SiCなどの六方晶SiCが好ましい。   Note that SiC is a material exhibiting crystal polymorphism (polytype) having the same composition and various laminated structures, and there are several hundred or more polytypes. In this embodiment, the SiC epitaxial wafer 1 is not limited to 4H—SiC, and may be 3C—SiC, 6H—SiC, 15R—SiC, or the like. Among these, hexagonal SiC such as 6H—SiC is preferable.

そして、この実施形態では、SiC基板2は4°以下のオフ角θを有している。具体的には、SiC基板2の主面4(基板表面)が、(0001)面に対して4°以下のオフ角で傾斜した面となっている。
(0001)などの表現は、いわゆるミラー指数であり、SiC結晶の格子面および格子方向を記述する際に用いられる。ミラー指数については、図2および図3を参照して説明することができる。
In this embodiment, the SiC substrate 2 has an off angle θ 1 of 4 ° or less. Specifically, main surface 4 (substrate surface) of SiC substrate 2 is a surface inclined at an off angle of 4 ° or less with respect to the (0001) plane.
Expressions such as (0001) are so-called Miller indices, and are used to describe the lattice plane and lattice direction of an SiC crystal. The Miller index can be described with reference to FIGS.

図2は、4H−SiCの結晶構造のユニットセルを表した模式図である。図3は、図2のユニットセルを(0001)面の真上から見た図である。なお、図2の下部に示したSiC結晶構造の斜視図については、その横に示したSiC積層構造の4層のうち2層のみを抜き出して示している。
図2に示すように、4H−SiCの結晶構造は、六方晶系で近似することができ、1つのシリコン原子に対して4つの炭素原子が結合している。4つの炭素原子は、シリコン原子を中央に配置した正四面体の4つの頂点に位置している。これらの4つの炭素原子は、1つのシリコン原子が炭素原子に対して[0001]軸方向に位置し、他の3つの炭素原子がシリコン原子に対して[000−1]軸側に位置している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a unit cell having a crystal structure of 4H—SiC. FIG. 3 is a view of the unit cell of FIG. 2 as viewed from directly above the (0001) plane. In the perspective view of the SiC crystal structure shown in the lower part of FIG. 2, only two layers are extracted from the four layers of the SiC laminated structure shown on the side.
As shown in FIG. 2, the crystal structure of 4H—SiC can be approximated by a hexagonal system, and four carbon atoms are bonded to one silicon atom. Four carbon atoms are located at four vertices of a regular tetrahedron having a silicon atom arranged at the center. Of these four carbon atoms, one silicon atom is located in the [0001] axis direction with respect to the carbon atom, and the other three carbon atoms are located on the [000-1] axis side with respect to the silicon atom. Yes.

[0001]軸および[000−1]軸は六角柱の軸方向に沿い、この[0001]軸を法線とする面(六角柱の頂面)が(0001)面(Si面)である。一方、[000−1]軸を法線とする面(六角柱の下面)が(000−1)面(C面)である。
また、[0001]軸に垂直であり、かつ(0001)面の真上から見た場合において六角注の互いに隣り合わない頂点を通る方向がそれぞれ、a軸[2−1−10]、a軸[−12−10]およびa軸[−1−120]である。
The [0001] axis and the [000-1] axis are along the axial direction of the hexagonal column, and the plane (the top surface of the hexagonal column) having the [0001] axis as a normal line is the (0001) plane (Si plane). On the other hand, the surface (the lower surface of the hexagonal column) whose normal is the [000-1] axis is the (000-1) surface (C surface).
Further, the directions passing through the apexes that are not adjacent to each other of the hexagonal note when viewed from directly above the (0001) plane and the [0001] axis are respectively a 1 axis [2-1-10], a Two axes [-12-10] and a three axes [-1-120].

図3に示すように、a軸とa軸との間の頂点を通る方向が[11−20]軸であり、a軸とa軸との間の頂点を通る方向が[−2110]軸であり、a軸とa軸との間の頂点を通る方向が[1−210]軸である。
六角注の各頂点を通る上記6本の軸の各間において、その両側の各軸に対して30°の角度で傾斜していて、六角注の各側面の法線となる軸がそれぞれ、a軸と[11−20]軸との間から時計回りに順に、[10−10]軸、[1−100]軸、[0−110]軸、[−1010]軸、[−1100]軸および[01−10]軸である。これらの軸を法線とする各面(六角柱の側面)は、(0001)面および(000−1)面に対して直角な結晶面である。
As shown in FIG. 3, the direction passing through the apex between the a 1 axis and the a 2 axis is the [11-20] axis, and the direction passing through the apex between the a 2 axis and the a 3 axis is [- 2110] an axial direction passing through the vertex between a 3 axis and a 1-axis is [1-210] axis.
Between each of the six axes passing through the vertices of the hexagonal note, the axis that is inclined at an angle of 30 ° with respect to the respective axes on both sides thereof, and the axis that is the normal line on each side of the hexagonal note is a [10-10] axis, [1-100] axis, [0-110] axis, [-1010] axis, [-1100] axis in order clockwise from between the 1 axis and the [11-20] axis. And the [01-10] axis. Each plane (side surface of the hexagonal column) having these axes as normals is a crystal plane perpendicular to the (0001) plane and the (000-1) plane.

そして、SiC基板2の主面4は、図4(a)(b)に示すように、(0001)面に対して4°以下のオフ角θで傾斜した面となっている。
図4は、図1のSiCエピタキシャルウエハの要部拡大図であり、図4(a)は平面図、図4(b)は断面図であって、図4(a)の切断線A−Aでの断面を示している。
図4(a)(b)に示すように、SiC基板2の主面4は、その法線nの方向が[0001]軸方向と一致しておらず、(0001)面に対して[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度θで傾斜したオフ方向Dに、4°以下のオフ角θで傾斜している。オフ方向とは、図2に示すように、[0001]軸に対するSiC基板2の法線nの傾斜する方向を指し、[0001]軸から法線nを(0001)面に投影(射影)したベクトルの向きで示されるものである。すなわち、この実施形態では、法線nの投影ベクトルの向きが、[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度θで傾斜した方向と一致している。また「15°+/−10°」とは、たとえば、[11−20]軸方向に対して、θ=5°〜25°の範囲に収まる方向のことであり、[01−10]軸方向に関しても同様である。角度θは、好ましくは、15°+/−5°であり、さらに好ましくは、ジャスト15°である。つまり、[11−20]軸方向と[01−10]軸方向との間に形成される挟角(30°)を2等分するように、いずれの軸方向からも15°で傾斜した方向であることが好ましいが、当該ジャスト15°の方向から多少ずれた+/−10°の範囲は許容範囲である。
Then, as shown in FIGS. 4A and 4B, main surface 4 of SiC substrate 2 is a surface inclined at an off angle θ 1 of 4 ° or less with respect to the (0001) plane.
4 is an enlarged view of a main part of the SiC epitaxial wafer of FIG. 1, FIG. 4 (a) is a plan view, FIG. 4 (b) is a sectional view, and a cutting line AA in FIG. 4 (a). The cross section in is shown.
As shown in FIGS. 4A and 4B, the main surface 4 of the SiC substrate 2 has a normal n direction that does not coincide with the [0001] axis direction, and [11] with respect to the (0001) plane. It is inclined at an off angle θ 1 of 4 ° or less in an off direction D inclined at an angle θ 2 of 15 ° +/− 10 ° relative to the −20] axial direction and the [01-10] axial direction. As shown in FIG. 2, the off direction refers to the direction in which the normal n of the SiC substrate 2 is inclined with respect to the [0001] axis, and the normal n is projected (projected) from the [0001] axis onto the (0001) plane. It is indicated by the direction of the vector. In other words, in this embodiment, the direction of the projection vector of the normal line n is inclined at an angle θ 2 of 15 ° +/− 10 ° with respect to the [11-20] axis direction and the [01-10] axis direction. Is consistent with Further, “15 ° +/− 10 °” is, for example, a direction that falls within the range of θ 2 = 5 ° to 25 ° with respect to the [11-20] axis direction, and the [01-10] axis. The same applies to the direction. The angle θ 2 is preferably 15 ° +/− 5 °, and more preferably just 15 °. That is, a direction inclined at 15 ° from any axial direction so as to divide the included angle (30 °) formed between the [11-20] axial direction and the [01-10] axial direction into two equal parts. However, a range of +/− 10 ° slightly deviated from the direction of just 15 ° is an allowable range.

これにより、SiC基板2は、規則的に配列された、面方位が(0001)面である平坦なテラス面5と、主面4が(0001)面に対して傾斜することにより生じるテラス面5の段差部分に形成され、面方位が(11−20)面である第1面6aおよび面方位が(01−10)面である第2面6bが交互に連続してなるステップ面6とを有する複数のレイヤ7(bi-layer)により構成されており、テラス面5およびステップ面6が主面4を形成している。なお、(11−20)面は[11−20]軸を法線とする面であり、(01−10)面は[01−10]軸を法線とする面である。   Thereby, the SiC substrate 2 has a flat terrace surface 5 that is regularly arranged and whose plane orientation is the (0001) plane, and a terrace surface 5 that is generated when the main surface 4 is inclined with respect to the (0001) plane. And a step surface 6 in which a first surface 6a having a plane orientation of (11-20) and a second surface 6b having a plane orientation of (01-10) are alternately and continuously formed. The terrace surface 5 and the step surface 6 form the main surface 4. The (11-20) plane is a plane having the [11-20] axis as a normal line, and the (01-10) plane is a plane having the [01-10] axis as a normal line.

各レイヤ7は、1つのシリコン原子に対して4つの炭素原子が結合して形成された正四面体からなる原子層1層分で構成されており、その高さ(ステップ高さh)は、0.25nmである。
図4に示すように、各レイヤ7のステップ面6は、オフ方向Dにテラス面5の幅を保ちながら規則的に並ぶことになる。また、ステップ面6のステップエッジとなるステップライン8は、[11−20]軸方向および[01−10]軸それぞれと垂直の関係を保ちながら(言い換えれば、[1−100]軸方向および[−2110]軸方向それぞれと平行の関係を保ちながら)、テラス面5の幅を取りながら各面6a,6bが平行に交互に並ぶようになる。
Each layer 7 is composed of one atomic layer composed of a tetrahedron formed by bonding four carbon atoms to one silicon atom, and its height (step height h) is: 0.25 nm.
As shown in FIG. 4, the step surfaces 6 of each layer 7 are regularly arranged in the off direction D while maintaining the width of the terrace surface 5. Further, the step line 8 serving as the step edge of the step surface 6 maintains a vertical relationship with each of the [11-20] axis direction and the [01-10] axis (in other words, [1-100] axis direction and [ -2110] While maintaining the parallel relationship with each axial direction), the surfaces 6a and 6b are alternately arranged in parallel while taking the width of the terrace surface 5.

そして、SiCエピタキシャル層3は、SiC基板2のテラス面5およびステップ面6を保ちながら、各レイヤ7が[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に沿って交互にステップフロー成長(横方向成長)することにより形成されている。具体的には、まず各レイヤ7が[11−20]軸方向に所定の第1テラス幅W分の第1成長をし、次に[01−10]軸方向に所定の第2テラス幅W分の第2成長し、この第1成長および第2成長が繰り返し行われることにより、SiCエピタキシャル層3が形成されている。第1テラス幅Wおよび第2テラス幅Wは同じであることが好ましく、この条件を満たすことにより、各レイヤ7のステップ面6は、オフ方向Dに沿って一定のテラス面5の幅を保ちながら規則的に並ぶことになる。 The SiC epitaxial layer 3 is formed by step flow growth of each layer 7 alternately along the [11-20] axial direction and the [01-10] axial direction while maintaining the terrace surface 5 and the step surface 6 of the SiC substrate 2. It is formed by (lateral growth). Specifically, each layer 7 first grows for a predetermined first terrace width W 1 in the [11-20] axial direction, and then has a predetermined second terrace width in the [01-10] axial direction. The SiC epitaxial layer 3 is formed by performing the second growth of W 2 and repeating the first growth and the second growth. The first terrace width W 1 and the second terrace width W 2 are preferably the same. By satisfying this condition, the step surface 6 of each layer 7 has a constant width of the terrace surface 5 along the off direction D. Will be lined up regularly while maintaining.

また、各レイヤ7の成長方向の幅(ステップ成長幅s)は、SiCエピタキシャル層3の厚さtを用いて、t/sinθで表すことができる。また、SiCエピタキシャル層3の表面10(エピ表面)での、各レイヤ7の成長方向の幅(ステップ進行幅L)は、t/tanθで表すことができる。
一方、SiCエピタキシャル層3の成長過程では、各レイヤ7(原子層)が横方向に結晶成長していくため、ステップバンチング9が発生する場合がある。ステップバンチング9とは、図4に示すように、SiCエピタキシャル層3の表面10において、レイヤ7(原子層)が2層以上統合されて形成されるものであり、0.5nm以上のステップ高さhを有するステップ面6が形成された状態のことをいう。この実施形態では、ステップバンチング9は、たとえば、[11−20]軸方向と垂直な方向に平行なステップライン8に沿って形成されている。
The width in the growth direction of each layer 7 (step growth width s) can be expressed by t 2 / sin θ using the thickness t 2 of the SiC epitaxial layer 3. Further, the width (step advance width L) in the growth direction of each layer 7 on the surface 10 (epi surface) of the SiC epitaxial layer 3 can be expressed by t 2 / tan θ.
On the other hand, in the growth process of the SiC epitaxial layer 3, step bunching 9 may occur because each layer 7 (atomic layer) is crystal-grown in the lateral direction. As shown in FIG. 4, the step bunching 9 is formed by integrating two or more layers 7 (atomic layers) on the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3 and has a step height of 0.5 nm or more. This means that the step surface 6 having h is formed. In this embodiment, the step bunching 9 is formed along, for example, a step line 8 parallel to a direction perpendicular to the [11-20] axial direction.

この実施形態においても、SiCエピタキシャル層3の表面10にステップバンチング9が形成されているが、その線密度が40cm−1以下であり、従来に比べて非常に小さい。ステップバンチング9の線密度は、たとえば、図5に示すように測定することができる。
図5は、ステップバンチングの線密度を説明するための図である。
Also in this embodiment, the step bunching 9 is formed on the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3, but its linear density is 40 cm −1 or less, which is much smaller than the conventional one. The linear density of the step bunching 9 can be measured as shown in FIG. 5, for example.
FIG. 5 is a diagram for explaining the linear density of step bunching.

ステップバンチング9の線密度は、たとえば、AFM(Atomic Force Microscope:原子間力顕微鏡)を用いて測定することができる。具体的には、AMFを用いて、SiCエピタキシャル層3の表面10の複数箇所をそれぞれ撮影し、撮影された各像に存在するステップバンチング9を数え、複数の像から得られたステップバンチング9の数の平均値を求める。   The linear density of the step bunching 9 can be measured using, for example, an AFM (Atomic Force Microscope). Specifically, the AMF is used to photograph a plurality of locations on the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3, the step bunching 9 existing in each photographed image is counted, and the step bunching 9 obtained from the plurality of images is counted. Find the average number.

このようなステップバンチング9は、図4に示すように、結晶成長の際にSiC基板2からSiCエピタキシャル層3に伝播した基底面転位11(BPD:Basal Plane Dislocation)の位置に対応して存在している。すなわち、基底面転位11が存在するところにはステップバンチング9が発生し易いので、ステップバンチング9を減らすには、SiC基板2の主面4が大きな凹凸が形成されていない平滑な面であることは必要だが、さらに、SiCエピタキシャル層3の基底面転位11の密度(BPD密度)が小さいことも重要である。SiCエピタキシャル層3のBPD密度を小さくできれば、ステップバンチング9の発生箇所を少なくできて線密度を小さくできるとともに、基底面転位11自体が少なくなるので、素子のリーク電流を一層低減することができる。   As shown in FIG. 4, such step bunching 9 exists corresponding to the position of basal plane dislocation (BPD: Basal Plane Dislocation) 11 propagated from SiC substrate 2 to SiC epitaxial layer 3 during crystal growth. ing. That is, since step bunching 9 is likely to occur where basal plane dislocations 11 are present, in order to reduce step bunching 9, main surface 4 of SiC substrate 2 must be a smooth surface on which no large irregularities are formed. However, it is also important that the density (BPD density) of the basal plane dislocations 11 in the SiC epitaxial layer 3 is small. If the BPD density of the SiC epitaxial layer 3 can be reduced, the generation location of the step bunching 9 can be reduced, the linear density can be reduced, and the basal plane dislocation 11 itself can be reduced, so that the leakage current of the element can be further reduced.

なお、基底面転位11とは、SiC基板2およびSiCエピタキシャル層3の基底面(0001)面内に平行な転位のことを示している。
ステップバンチング9と基底面転位11との対応関係は、たとえば、図6に示すように、SiCエピタキシャル層3の表面10を、溶融KOH(水酸化カリウム)でウエットエッチングしてエッチピット12を形成し、当該エッチピット12がステップバンチング9の線上に形成されることを確認することにより証明できる。
The basal plane dislocation 11 indicates a dislocation parallel to the basal plane (0001) plane of the SiC substrate 2 and the SiC epitaxial layer 3.
The correspondence relationship between the step bunching 9 and the basal plane dislocation 11 is, for example, as shown in FIG. 6, in which the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3 is wet-etched with molten KOH (potassium hydroxide) to form etch pits 12. It can be proved by confirming that the etch pit 12 is formed on the line of the step bunching 9.

そして、このようなエッチピットを、SiCのエピタキシャル成長前に、SiC基板2の主面4を500℃以上の溶融KOHを用いてエッチングすることにより形成すれば、SiC基板2からSiCエピタキシャル層3に伝播するBPD密度を減少させることができると、非特許文献2には開示されている。
しかしながら、SiC基板2にエッチピットを形成するプロセスを制御することは難しく、たとえば、溶融KOHの温度が10℃異なれば、エッチピットのサイズが大きく変化してしまう。また、溶融KOHを用いたエッチングにより、基底面転位以外の転位、たとえば、貫通螺旋転位(TSD:Threading Screw Dislocation)や貫通刃状転位(TED:Threading Edge Dislocation)のエッチピットも出現するので、SiC基板2の主面4の凹凸が数μm以上の大きさになる。その結果、SiCエピタキシャル層3の形成後の表面凹凸も大きくなる。そのため、SiCエピタキシャル層3にデバイスを形成する前に、SiCエピタキシャル層3の表面10を平坦化するための加工が必要であるが、平坦化加工の際に、SiCエピタキシャル層3の表面10にダメージを与えてしまう。
If such etch pits are formed by etching the main surface 4 of the SiC substrate 2 using molten KOH at 500 ° C. or higher before the SiC epitaxial growth, the SiC pit 2 propagates from the SiC substrate 2 to the SiC epitaxial layer 3. Non-Patent Document 2 discloses that the BPD density to be reduced can be reduced.
However, it is difficult to control the process of forming the etch pits on the SiC substrate 2. For example, if the temperature of the molten KOH differs by 10 ° C., the size of the etch pits will change greatly. Further, by etching using molten KOH, dislocations other than basal plane dislocations, for example, etch pits of threading screw dislocation (TSD) and threading edge dislocation (TED) appear, so SiC. The unevenness of the main surface 4 of the substrate 2 becomes a size of several μm or more. As a result, the surface unevenness after the formation of the SiC epitaxial layer 3 also increases. Therefore, processing for planarizing the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3 is necessary before forming a device in the SiC epitaxial layer 3, but the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3 is damaged during the planarization processing. Will be given.

そこで、この実施形態では、前述したように、SiC基板2の主面4を、(0001)面に対して[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度θで傾斜したオフ方向Dに、4°以下のオフ角θで傾斜させている。これにより、SiC基板2からSiCエピタキシャル層3への基底面転位11の伝播を抑制することができ、SiCエピタキシャル層3のBPD密度を小さくすることができる。 Therefore, in this embodiment, as described above, the main surface 4 of the SiC substrate 2 is set to 15 ° +/- with respect to the [11-20] axial direction and the [01-10] axial direction with respect to the (0001) plane. It is inclined at an off angle θ 1 of 4 ° or less in an off direction D inclined at an angle θ 2 of −10 °. Thereby, propagation of basal plane dislocations 11 from SiC substrate 2 to SiC epitaxial layer 3 can be suppressed, and the BPD density of SiC epitaxial layer 3 can be reduced.

次に、図7を参照して、SiCエピタキシャルウエハの製造方法を具体的に説明する。
図7は、図1のSiCエピタキシャルウエハの製造工程を工程順に示す図である。
まず、図7(a)に示すように、六方晶SiCインゴット13を用意する。次に、当該SiCインゴット13を、(0001)面に対して[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度θで傾斜したオフ方向Dに、4°以下のオフ角θを付けて切り出すことにより、複数枚のSiCベアウエハ14を得る。次に、SiCベアウエハ14の切り出し面15((0001)面)を、ラップ加工などの機械加工により研磨する。
Next, with reference to FIG. 7, the manufacturing method of a SiC epitaxial wafer is demonstrated concretely.
FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing process of the SiC epitaxial wafer of FIG. 1 in the order of steps.
First, as shown in FIG. 7A, a hexagonal SiC ingot 13 is prepared. Next, the SiC ingot 13 is tilted at an angle θ 2 of 15 ° +/− 10 ° with respect to the [11-20] axial direction and the [01-10] axial direction with respect to the (0001) plane. A plurality of SiC bare wafers 14 are obtained by cutting D with an off angle θ 1 of 4 ° or less. Next, the cut surface 15 ((0001) surface) of the SiC bare wafer 14 is polished by mechanical processing such as lapping.

機械加工後、図7(b)に示すように、SiCベアウエハ14の切り出し面15((0001)面)を100nm以上研削する。研削は、たとえば、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)、プラズマエッチングにより行なうことができるが、好ましくは、プラズマエッチングで行う。それぞれの処理の条件は、次の通りである。
<CMP条件>
・研磨速度:0.01nm/h〜0.5nm/h、好ましくは、0.1nm/h
<エッチング条件 ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)>
・圧力:200Pa〜400Pa、好ましくは、400Pa
・原料ガス(流量):ArもしくはOを30sccmおよびCF4を60sccm、またはCl単独で100sccm
・RFパワー:100W〜1000W、好ましくは、500W
・基板バイアス:10W〜100W、好ましくは、50W
・エッチングレート:10nm/min〜200nm/min、好ましくは、50nm/min
プラズマエッチングが好ましい理由は、SiCは非常に硬い材料であるため、ダメージの少ないCMPで100nm以上研削するには数時間必要であるが、プラズマエッチングでは10分程度の短時間で済むためである。一方、SiCベアウエハ14の切り出し面15が受けるダメージについては、SiなどのSiCよりも柔らかい材料では大きなダメージを受けるおそれがあるが、SiCは非常に硬いため、プラズマエッチングによるダメージを少なくできるので、特に問題とならない。
After machining, the cut surface 15 ((0001) surface) of the SiC bare wafer 14 is ground by 100 nm or more as shown in FIG. The grinding can be performed, for example, by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or plasma etching, but is preferably performed by plasma etching. The conditions of each process are as follows.
<CMP conditions>
Polishing rate: 0.01 nm / h to 0.5 nm / h, preferably 0.1 nm / h
<Etching Conditions ICP (Inductively Coupled Plasma)>
-Pressure: 200 Pa to 400 Pa, preferably 400 Pa
Source gas (flow rate): Ar or O 2 at 30 sccm and CF 4 at 60 sccm, or Cl 2 alone at 100 sccm
RF power: 100W to 1000W, preferably 500W
-Substrate bias: 10 W to 100 W, preferably 50 W
Etching rate: 10 nm / min to 200 nm / min, preferably 50 nm / min
The reason why plasma etching is preferable is that SiC is a very hard material, so that it takes several hours to grind 100 nm or more by CMP with little damage, but plasma etching requires a short time of about 10 minutes. On the other hand, the damage received by the cut surface 15 of the SiC bare wafer 14 may be greatly damaged by a material softer than SiC such as Si. However, since SiC is very hard, damage caused by plasma etching can be reduced. It doesn't matter.

この100nm以上の研削により、切り出し後の機械加工により発生したSiCベアウエハ14の切り出し面15のダメージ層が十分に除去され、厚さtが200μm〜500μmのSiC基板2が得られる。なお、この研削工程は、たとえば、SiCベアウエハ14の切り出し直後に機械加工を行わず、代わりにCMPにより研磨をした場合には省略してもよい。 By this grinding of 100 nm or more, the damaged layer of the cut surface 15 of the SiC bare wafer 14 generated by the machining after cutting is sufficiently removed, and the SiC substrate 2 having a thickness t 1 of 200 μm to 500 μm is obtained. Note that this grinding step may be omitted if, for example, the machining is not performed immediately after the SiC bare wafer 14 is cut out and polishing is performed by CMP instead.

たとえばCMPにより研磨もしくは研削を行った場合には、研磨・研削後、SiCエピタキシャル層3の形成前に、CMPにより発生するパーティクルを除去するための表面洗浄工程と、表面洗浄工程で用いられた洗浄液の乾燥させる乾燥工程とを実行することが好ましい。CMPにより発生するパーティクルは、SiCエピタキシャル層3の表面10でステップをバンチングさせる原因となるためである。   For example, when polishing or grinding is performed by CMP, after the polishing / grinding and before the formation of the SiC epitaxial layer 3, a surface cleaning process for removing particles generated by CMP and a cleaning liquid used in the surface cleaning process It is preferable to perform the drying process of drying. This is because particles generated by CMP cause bunching of steps on the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3.

表面洗浄工程では、メガソニック洗浄を利用することができ、好ましくは、機能水(オゾン水、水素水など)を用いてSiC基板2の主面4をメガソニック洗浄する。なお、メガソニック洗浄に限らず、ジェット洗浄、スクラバー洗浄によりパーティクルを除去してもよい。
乾燥工程では、SiC基板2が乾燥するにつれて、その主面4にパーティクルが再付着するおそれがあるので、イオナイザもしくはイオナイズドエアを使用することが好ましい。これにより、SiCエピタキシャル層3でのステップバンチング9の発生を確実に抑えることができる。
In the surface cleaning process, megasonic cleaning can be used. Preferably, the main surface 4 of the SiC substrate 2 is megasonic cleaned using functional water (ozone water, hydrogen water, etc.). The particles may be removed not only by megasonic cleaning but also by jet cleaning or scrubber cleaning.
In the drying step, as the SiC substrate 2 dries, particles may adhere again to the main surface 4, so that it is preferable to use an ionizer or ionized air. Thereby, generation | occurrence | production of the step bunching 9 in the SiC epitaxial layer 3 can be suppressed reliably.

次に、図7(c)に示すように、SiC基板2の主面4(0001)面を酸化処理することにより、SiC基板2の主面4に酸化膜16を形成する。酸化処理は、ドライ酸化法、ウエット酸化法のどちらで行なってもよい。酸化処理の条件は、たとえば、次の通りである。なお、図示は省略するが、当該酸化膜16は、SiC基板2の裏面および周面にも形成される。
<酸化条件>
・酸化温度:1000℃〜1400℃、好ましくは、1100℃〜1300℃
・雰囲気:O、NO、NO、NO、AirおよびHO、好ましくは、O、NO、NO、NO
・酸化時間:2h〜48h、好ましくは、8h
・酸化膜厚:10nm〜2000nm、好ましくは、20nm〜80nm、具体的に好ましくは、ドライ酸化法で40nm
その後、フッ酸(HF)を用いて、酸化膜16を除去する。
Next, as shown in FIG. 7C, an oxide film 16 is formed on the main surface 4 of the SiC substrate 2 by oxidizing the main surface 4 (0001) surface of the SiC substrate 2. The oxidation treatment may be performed by either a dry oxidation method or a wet oxidation method. The conditions for the oxidation treatment are, for example, as follows. Although not shown, the oxide film 16 is also formed on the back surface and the peripheral surface of the SiC substrate 2.
<Oxidation conditions>
Oxidation temperature: 1000 ° C to 1400 ° C, preferably 1100 ° C to 1300 ° C
Atmosphere: O 2 , NO, N 2 O, NO 2 , Air and H 2 O, preferably O 2 , NO, N 2 O, NO 2
Oxidation time: 2h to 48h, preferably 8h
Oxide film thickness: 10 nm to 2000 nm, preferably 20 nm to 80 nm, more preferably 40 nm by dry oxidation method
Thereafter, the oxide film 16 is removed using hydrofluoric acid (HF).

この酸化膜16の形成工程および除去工程を行うことにより、CMPやプラズマエッチングで除去しきれなかったSiCベアウエハ14の切り出し面15のダメージ層、CMPやプラズマエッチングの際に発生した変質層(ダメージ層)を確実に除去することができる。
なお、酸化膜16の形成工程および除去工程は、500nm以上の研削処理後だけでなく、研削処理前でのみ行ってもよいし、研削処理の前後両方で行ってもよい。
By performing the formation process and the removal process of the oxide film 16, a damaged layer on the cut surface 15 of the SiC bare wafer 14 that could not be removed by CMP or plasma etching, or an altered layer (damage layer) generated during CMP or plasma etching. ) Can be reliably removed.
The formation process and the removal process of the oxide film 16 may be performed not only after the grinding process of 500 nm or more, but also before the grinding process, or may be performed both before and after the grinding process.

次に、図7(d)に示すように、SiC基板2上に、SiCエピタキシャル層3を結晶成長させる。結晶成長の条件は、たとえば、次の通りである。
<SiCエピタキシャル層の形成条件>
・成長温度:1600℃〜1700℃
・圧力:10kPa〜15kPa
・H流量:100slm〜200slm
・原料ガス:SiH、C、N
・成長速度:1μm/h〜20μm/h
・C/Si供給比:1.0〜10.0、好ましくは、1.3〜2.0
SiCエピタキシャル層3を成長させることにより、図1のSiCエピタキシャルウエハ1を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 7D, the SiC epitaxial layer 3 is crystal-grown on the SiC substrate 2. The conditions for crystal growth are, for example, as follows.
<Formation conditions of SiC epitaxial layer>
Growth temperature: 1600 ° C to 1700 ° C
・ Pressure: 10 kPa to 15 kPa
・ H 2 flow rate: 100 slm to 200 slm
Source gas: SiH 4 , C 3 H 8 , N 2
Growth rate: 1 μm / h to 20 μm / h
C / Si supply ratio: 1.0 to 10.0, preferably 1.3 to 2.0
By growing the SiC epitaxial layer 3, the SiC epitaxial wafer 1 of FIG. 1 can be obtained.

このようにして得られたSiCエピタキシャルウエハ1では、ステップバンチング9(図4(a)(b)参照)の線密度を40cm−1以下にすることができる。これは、SiC基板2の主面4のオフ方向Dが、[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度θで傾斜した方向であるため、SiCエピタキシャル層3を成長させる際に、SiC基板2の基底面転位11がSiCエピタキシャル層3に伝播することを抑制することができるためである。そのため、SiCエピタキシャル層3の基底面転位密度(BPD密度)を小さくすることができる。その結果、SiCエピタキシャル層3におけるステップバンチング9の発生箇所を減らすことができるので、ステップバンチングの線密度を40cm−1以下、好ましくは、無くすことができる。 In the SiC epitaxial wafer 1 thus obtained, the linear density of the step bunching 9 (see FIGS. 4A and 4B) can be made 40 cm −1 or less. This is a direction in which the off direction D of the main surface 4 of the SiC substrate 2 is inclined at an angle θ 2 of 15 ° +/− 10 ° with respect to the [11-20] axial direction and the [01-10] axial direction. Therefore, when the SiC epitaxial layer 3 is grown, the basal plane dislocation 11 of the SiC substrate 2 can be prevented from propagating to the SiC epitaxial layer 3. Therefore, the basal plane dislocation density (BPD density) of SiC epitaxial layer 3 can be reduced. As a result, the number of occurrences of step bunching 9 in the SiC epitaxial layer 3 can be reduced, so that the linear density of step bunching can be reduced to 40 cm −1 or less, preferably.

しかも、この実施形態では、CMPもしくはプラズマエッチングによる100nm以上の研削後に酸化膜16の形成工程および除去工程を行うので、CMPやプラズマエッチングで除去しきれなかったSiCベアウエハ14の切り出し面15のダメージ層、CMPやプラズマエッチングの際に発生した変質層(ダメージ層)を確実に除去することができる。また、酸化膜16の形成工程および除去工程を行うことにより、SiC基板2の主面4に基底面転位11のピットを適切なサイズで形成できるので、これらの工程を行うことによっても、SiCエピタキシャル層3のBPD密度を小さくすることができる。   In addition, in this embodiment, since the oxide film 16 is formed and removed after grinding by 100 nm or more by CMP or plasma etching, the damaged layer on the cut surface 15 of the SiC bare wafer 14 that could not be removed by CMP or plasma etching. The altered layer (damaged layer) generated during CMP or plasma etching can be reliably removed. Further, by performing the formation process and the removal process of the oxide film 16, the pits of the basal plane dislocations 11 can be formed in an appropriate size on the main surface 4 of the SiC substrate 2, so that the SiC epitaxial layer can be formed by performing these processes. The BPD density of the layer 3 can be reduced.

具体的には、図8に示すように、SiC基板2の主面4に1000cm−2前後の基底面転位11が存在する場合において、SiCエピタキシャル層3の成長前に酸化膜16を形成しないと、SiCエピタキシャル層3のBPD密度は80cm−2前後であった。これに対し、酸化膜16を形成した場合には、BPD密度を10cm−2以下にまで減らすことができる。 Specifically, as shown in FIG. 8, when basal plane dislocations 11 of about 1000 cm −2 exist on the main surface 4 of the SiC substrate 2, the oxide film 16 must be formed before the growth of the SiC epitaxial layer 3. The BPD density of the SiC epitaxial layer 3 was around 80 cm −2 . On the other hand, when the oxide film 16 is formed, the BPD density can be reduced to 10 cm −2 or less.

また、非特許文献1で報告されているように、SiCエピタキシャルウエハ1の表面のステップバンチング9の線密度は、SiCエピタキシャル層3形成時の温度およびC/Si比に依存しており、C/Si比=0.5以下にすれば、ステップバンチング9の発生を防止できる
しかしながら、SiC基板2のSi面(0001)面にSiCをエピタキシャル成長させる場合、高信頼性のデバイスを作製する観点から、SiCエピタキシャル層3の残留電子濃度は可能な限り小さくさせる方がよい。残留電子濃度を小さくさせるには、エピタキシャル成長時のC/Si比を高くすることが好ましいが、そうすると、SiCエピタキシャル層3の表面10に発生するステップバンチング9の線密度が大きくなるという不具合がある。
Further, as reported in Non-Patent Document 1, the linear density of the step bunching 9 on the surface of the SiC epitaxial wafer 1 depends on the temperature and the C / Si ratio when the SiC epitaxial layer 3 is formed. If the Si ratio is 0.5 or less, the generation of step bunching 9 can be prevented. However, when SiC is epitaxially grown on the Si surface (0001) surface of the SiC substrate 2, from the viewpoint of manufacturing a highly reliable device, SiC The residual electron concentration in the epitaxial layer 3 should be as small as possible. In order to reduce the residual electron concentration, it is preferable to increase the C / Si ratio at the time of epitaxial growth, but this causes a problem that the linear density of the step bunching 9 generated on the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3 increases.

これに対し、この実施形態では、C/Si比を高くしても、ステップバンチング9の線密度を従来に比べて小さくすることができる。具体的には、図9に示すように、C/Si比が1.3のときでもステップバンチング9の線密度を40cm−1以下にすることができ、同時に、BPD密度も10cm−2にすることができた。
すなわち、非特許文献1にあるように、高いC/S比でエピタキシャル成長することで、残留電子濃度の低減が可能になるが、従来技術では、ステップバンチング9の線密度が1000cm−1以上と非常に高くなるため、デバイス用途には不適切であった。
On the other hand, in this embodiment, even if the C / Si ratio is increased, the linear density of the step bunching 9 can be reduced as compared with the conventional case. Specifically, as shown in FIG. 9, even when the C / Si ratio is 1.3, the linear density of the step bunching 9 can be made 40 cm −1 or less, and at the same time, the BPD density is also made 10 cm −2 . I was able to.
That is, as described in Non-Patent Document 1, it is possible to reduce the residual electron concentration by epitaxial growth at a high C / S ratio. However, in the conventional technique, the linear density of the step bunching 9 is 1000 cm −1 or more. Therefore, it was inappropriate for device use.

そこで、この実施形態の手法を用いれば、高いC/Si比でSiCエピタキシャル層3を成長させても、ステップバンチング9の線密度が40cm−1以下となる。そのため、図10に示すように、SiC基板2のSi面およびC面のどちらにSiCエピタキシャル層3を成長させた場合でも、残留電子濃度が1×1016cm−3以下となる条件で高品質なエピタキシャル成長が可能になる。その結果、高品質かつ高信頼性のある半導体素子を製造することができる。このSiCエピタキシャルウエハ1は、とりわけ、10kV以上の高耐圧素子用途に非常に適している。 Therefore, if the technique of this embodiment is used, even if the SiC epitaxial layer 3 is grown at a high C / Si ratio, the linear density of the step bunching 9 is 40 cm −1 or less. Therefore, as shown in FIG. 10, regardless of whether the SiC epitaxial layer 3 is grown on the Si surface or the C surface of the SiC substrate 2, the high quality is obtained under the condition that the residual electron concentration is 1 × 10 16 cm −3 or less. Epitaxial growth is possible. As a result, a high-quality and highly reliable semiconductor element can be manufactured. This SiC epitaxial wafer 1 is particularly suitable for high breakdown voltage device applications of 10 kV or higher.

しかも、この実施形態では、SiCエピタキシャル層3をSiC基板2のSi面に形成しているので、C面に形成する場合に比べて、SiCエピタキシャル層3の残留電子濃度を一層小さくすることができる。
以上のSiCエピタキシャルウエハ1は、たとえば、各種SiC半導体素子の製造に利用することができる。以下では、それらの一例として、ショットキーバリアダイオード、トレンチゲート型MOSFET、およびプレーナゲート型MOSFETの例を示す。
In addition, in this embodiment, since the SiC epitaxial layer 3 is formed on the Si surface of the SiC substrate 2, the residual electron concentration of the SiC epitaxial layer 3 can be further reduced as compared with the case where it is formed on the C surface. .
The SiC epitaxial wafer 1 described above can be used, for example, for manufacturing various SiC semiconductor elements. Below, the example of a Schottky barrier diode, a trench gate type MOSFET, and a planar gate type MOSFET is shown as those examples.

図11は、図1のSiCエピタキシャルウエハを用いて作製したショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
SiC半導体素子としてのショットキーバリアダイオード21は、n型(たとえば、濃度が1×1018cm−3〜1×1021cm−3)のSiC基板2と、n型(たとえば、濃度が5×1014〜5×1016cm−3)のSiCエピタキシャル層3とを含むSiCエピタキシャルウエハ1を備えている。これらにドーピングされたn型不純物としては、たとえば、N(窒素)、P(リン)、As(ひ素)などを使用できる。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a Schottky barrier diode fabricated using the SiC epitaxial wafer of FIG.
The Schottky barrier diode 21 as the SiC semiconductor element includes an n + type (for example, a concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 ) of an SiC substrate 2 and an n type (for example, a concentration of The SiC epitaxial wafer 1 including the SiC epitaxial layer 3 of 5 × 10 14 to 5 × 10 16 cm −3 ) is provided. For example, N (nitrogen), P (phosphorus), As (arsenic) or the like can be used as the n-type impurity doped therein.

SiC基板2の裏面((000−1)C面)には、その全域を覆うようにカソード電極22が形成されている。
また、SiCエピタキシャル層3の表面10((0001)Si面)には、SiCエピタキシャル層3の一部を活性領域23として露出させるコンタクトホール24を有し、当該活性領域23を取り囲むフィールド領域25を覆うフィールド絶縁膜26が形成されている。フィールド絶縁膜26は、SiO(酸化シリコン)からなるが、窒化シリコン(SiN)など、他の絶縁物からなっていてもよい。このフィールド絶縁膜26上には、アノード電極27が形成されている。
A cathode electrode 22 is formed on the back surface ((000-1) C surface) of SiC substrate 2 so as to cover the entire region.
Further, the surface 10 ((0001) Si surface) of the SiC epitaxial layer 3 has a contact hole 24 exposing a part of the SiC epitaxial layer 3 as an active region 23, and a field region 25 surrounding the active region 23. A covering field insulating film 26 is formed. The field insulating film 26 is made of SiO 2 (silicon oxide), but may be made of other insulators such as silicon nitride (SiN). An anode electrode 27 is formed on the field insulating film 26.

SiCエピタキシャル層3の表面10近傍(表層部)には、アノード電極27に接するようにp型のJTE(Junction Termination Extension)構造28が形成されている。JTE構造28は、フィールド絶縁膜26のコンタクトホール24の内外に跨るように、当該コンタクトホール24の輪郭に沿って形成されている。
このショットキーバリアダイオード21によれば、従来に比べて、リーク電流が1桁以上低減できることが確認できた。
A p-type JTE (Junction Termination Extension) structure 28 is formed near the surface 10 (surface layer portion) of the SiC epitaxial layer 3 so as to be in contact with the anode electrode 27. The JTE structure 28 is formed along the outline of the contact hole 24 so as to straddle the inside and outside of the contact hole 24 of the field insulating film 26.
According to the Schottky barrier diode 21, it has been confirmed that the leakage current can be reduced by one digit or more as compared with the prior art.

図12は、図1のSiCエピタキシャルウエハを用いて作製したトレンチゲート型MOSFETの模式的な断面図である。
SiC半導体素子としてのトレンチゲート型MOSFET31は、n型(たとえば、濃度が1×1018cm−3〜1×1021cm−3)のSiC基板2と、n型(たとえば、濃度が5×1014〜5×1016cm−3)のSiCエピタキシャル層3とを含むSiCエピタキシャルウエハ1を備えている。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a trench gate type MOSFET manufactured using the SiC epitaxial wafer of FIG.
The trench gate type MOSFET 31 as the SiC semiconductor element includes an n + type SiC substrate 2 (for example, a concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 ) and an n type (for example, a concentration of 5). The SiC epitaxial wafer 1 including the SiC epitaxial layer 3 of × 10 14 to 5 × 10 16 cm −3 ) is provided.

SiC基板2の裏面((000−1)C面)には、その全域を覆うようにドレイン電極32が形成されている。
SiCエピタキシャル層3の表面10((0001)Si面)近傍(表層部)には、p型(たとえば、濃度がたとえば、1×1016cm−3〜1×1019cm−3)のボディ領域33が形成されている。SiCエピタキシャル層3において、ボディ領域33に対してSiC基板2側の部分は、エピタキシャル成長後のままの状態が維持された、n型のドレイン領域34である。
A drain electrode 32 is formed on the back surface ((000-1) C surface) of SiC substrate 2 so as to cover the entire area.
Near the surface 10 ((0001) Si surface) (surface layer portion) of SiC epitaxial layer 3 is a p-type (for example, concentration is 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) body region. 33 is formed. In the SiC epitaxial layer 3, the portion on the SiC substrate 2 side with respect to the body region 33 is an n type drain region 34 that is maintained as it is after the epitaxial growth.

SiCエピタキシャル層3には、ゲートトレンチ35が形成されている。ゲートトレンチ35は、SiCエピタキシャル層3の表面10からボディ領域33を貫通し、その最深部がドレイン領域34に達している。
ゲートトレンチ35の内面およびSiCエピタキシャル層3の表面10には、ゲートトレンチ35の内面全域を覆うようにゲート絶縁膜36が形成されている。そして、ゲート絶縁膜36の内側を、たとえばポリシリコンで埋め尽くすことにより、ゲートトレンチ35内にゲート電極37が埋設されている。
A gate trench 35 is formed in the SiC epitaxial layer 3. Gate trench 35 penetrates body region 33 from surface 10 of SiC epitaxial layer 3, and the deepest portion reaches drain region 34.
A gate insulating film 36 is formed on the inner surface of the gate trench 35 and the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3 so as to cover the entire inner surface of the gate trench 35. A gate electrode 37 is buried in the gate trench 35 by filling the inside of the gate insulating film 36 with, for example, polysilicon.

ボディ領域33の表層部には、ゲートトレンチ35の側面の一部を形成するn型のソース領域38が形成されている。
また、SiCエピタキシャル層3には、その表面10からソース領域38を貫通し、ボディ領域33に接続されるp型(たとえば、濃度が1×1018cm−3〜1×1021cm−3)のボディコンタクト領域39が形成されている。
An n + -type source region 38 that forms a part of the side surface of the gate trench 35 is formed in the surface layer portion of the body region 33.
The SiC epitaxial layer 3 has ap + type (for example, a concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3) that penetrates the source region 38 from the surface 10 and is connected to the body region 33. ) Body contact region 39 is formed.

SiCエピタキシャル層3上には、SiOからなる層間絶縁膜40が形成されている。層間絶縁膜40に形成されたコンタクトホール41を介して、ソース電極42がソース領域38およびボディコンタクト領域39に接続されている。
ソース電極42とドレイン電極32との間(ソース−ドレイン間)に所定の電位差を発生させた状態で、ゲート電極37に所定の電圧(ゲート閾値電圧以上の電圧)を印加することにより、ゲート電極37からの電界によりボディ領域33におけるゲート絶縁膜36との界面近傍にチャネルを形成することができる。これにより、ソース電極42とドレイン電極32との間に電流を流すことができ、トレンチゲート型MOSFET31をオン状態にさせることができる。
On the SiC epitaxial layer 3, an interlayer insulating film 40 made of SiO 2 is formed. A source electrode 42 is connected to the source region 38 and the body contact region 39 through a contact hole 41 formed in the interlayer insulating film 40.
By applying a predetermined voltage (voltage higher than the gate threshold voltage) to the gate electrode 37 in a state where a predetermined potential difference is generated between the source electrode 42 and the drain electrode 32 (between the source and drain), the gate electrode A channel can be formed in the vicinity of the interface with the gate insulating film 36 in the body region 33 by the electric field from 37. As a result, a current can flow between the source electrode 42 and the drain electrode 32, and the trench gate type MOSFET 31 can be turned on.

このトレンチゲート型MOSFET31の製造工程では、イオン注入領域(たとえば、ボディ領域33、ソース領域38など)を活性化させるために高温アニール(たとえば、1500℃以上)を行う。高温アニール工程では、通常、カーボンキャップなどを用いてSiCエピタキシャル層3の表面10を保護しなければ、ステップバンチング9が増加し易い。   In the manufacturing process of the trench gate type MOSFET 31, high temperature annealing (for example, 1500 ° C. or more) is performed in order to activate the ion implantation region (for example, the body region 33, the source region 38, etc.). In the high temperature annealing process, the step bunching 9 tends to increase unless the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3 is usually protected using a carbon cap or the like.

そこで、この実施形態で得られたSiCエピタキシャルウエハ1を用いれば、高温アニールの際に表面10保護を施さなくても、ステップバンチング9の増加を防止することができる。
また、SiCエピタキシャル層3のステップバンチング9は、MOSFET31の酸化膜16界面においてキャリアの散乱要因になるため、ステップバンチング9の線密度が大きいと、キャリア移動度が低下する。この実施形態では、ステップバンチング9の線密度を従来に比べて1/50に小さくすることができるので、キャリア移動度を向上させることができる。
Therefore, if the SiC epitaxial wafer 1 obtained in this embodiment is used, it is possible to prevent an increase in the step bunching 9 even if the surface 10 is not protected during the high temperature annealing.
Further, the step bunching 9 of the SiC epitaxial layer 3 becomes a carrier scattering factor at the interface of the oxide film 16 of the MOSFET 31. Therefore, when the linear density of the step bunching 9 is large, the carrier mobility is lowered. In this embodiment, since the linear density of the step bunching 9 can be reduced to 1/50 compared with the conventional case, the carrier mobility can be improved.

図13は、図1のSiCエピタキシャルウエハを用いて作製したプレーナゲート型MOSFETの模式的な断面図である。
SiC半導体素子としてのプレーナゲート型MOSFET51は、n型(たとえば、濃度が1×1018cm−3〜1×1021cm−3)のSiC基板2と、n型(たとえば、濃度が5×1014〜5×1016cm−3)のSiCエピタキシャル層3とを含むSiCエピタキシャルウエハ1を備えている。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a planar gate type MOSFET fabricated using the SiC epitaxial wafer of FIG.
The planar gate type MOSFET 51 as the SiC semiconductor element includes an n + type SiC substrate 2 (for example, a concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 ) and an n type (for example, a concentration of 5). The SiC epitaxial wafer 1 including the SiC epitaxial layer 3 of × 10 14 to 5 × 10 16 cm −3 ) is provided.

SiC基板2の裏面((000−1)C面)には、その全域を覆うようにドレイン電極52が形成されている。
SiCエピタキシャル層3の表面10((0001)Si面)近傍(表層部)には、p型(たとえば、濃度がたとえば、1×1016cm−3〜1×1019cm−3)のボディ領域53がウェル状に形成されている。SiCエピタキシャル層3において、ボディ領域53に対してSiC基板2側の部分は、エピタキシャル成長後のままの状態が維持された、n型のドレイン領域54である。
A drain electrode 52 is formed on the back surface ((000-1) C surface) of SiC substrate 2 so as to cover the entire region.
Near the surface 10 ((0001) Si surface) (surface layer portion) of SiC epitaxial layer 3 is a p-type (for example, concentration is 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) body region. 53 is formed in a well shape. In the SiC epitaxial layer 3, the portion on the SiC substrate 2 side with respect to the body region 53 is an n type drain region 54 that is maintained as it is after epitaxial growth.

ボディ領域53の表層部には、n型のソース領域55がボディ領域53の周縁と間隔を空けて形成されている。
ソース領域55の内側には、p型(たとえば、濃度が1×1018cm−3〜1×1021cm−3)のボディコンタクト領域56が形成されている。ボディコンタクト領域56は、ソース領域55を深さ方向に貫通し、ボディ領域53に接続されている。
In the surface layer portion of the body region 53, an n + -type source region 55 is formed at a distance from the periphery of the body region 53.
Inside the source region 55, a p + -type body contact region 56 (for example, a concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 ) is formed. The body contact region 56 penetrates the source region 55 in the depth direction and is connected to the body region 53.

SiCエピタキシャル層3の表面10には、ゲート絶縁膜57が形成されている。ゲート絶縁膜57は、ボディ領域53におけるソース領域55を取り囲む部分(ボディ領域53の周縁部)およびソース領域55の外周縁を覆っている。
ゲート絶縁膜57上には、たとえばポリシリコンからなるゲート電極58が形成されている。ゲート電極58は、ゲート絶縁膜57を挟んでボディ領域53の周縁部に対向している。
A gate insulating film 57 is formed on the surface 10 of the SiC epitaxial layer 3. The gate insulating film 57 covers a portion surrounding the source region 55 in the body region 53 (peripheral portion of the body region 53) and the outer peripheral edge of the source region 55.
On the gate insulating film 57, a gate electrode 58 made of, for example, polysilicon is formed. The gate electrode 58 faces the peripheral edge of the body region 53 with the gate insulating film 57 interposed therebetween.

SiCエピタキシャル層3上には、SiOからなる層間絶縁膜59が形成されている。層間絶縁膜59に形成されたコンタクトホール60を介して、ソース電極61がソース領域55およびボディコンタクト領域56に接続されている。
ソース電極61とドレイン電極52との間(ソース−ドレイン間)に所定の電位差を発生させた状態で、ゲート電極58に所定の電圧(ゲート閾値電圧以上の電圧)を印加することにより、ゲート電極58からの電界によりボディ領域53におけるゲート絶縁膜57との界面近傍にチャネルを形成することができる。これにより、ソース電極61とドレイン電極52との間に電流を流すことができ、プレーナゲート型MOSFET51をオン状態にさせることができる。
On the SiC epitaxial layer 3, an interlayer insulating film 59 made of SiO 2 is formed. A source electrode 61 is connected to the source region 55 and the body contact region 56 through a contact hole 60 formed in the interlayer insulating film 59.
By applying a predetermined voltage (a voltage equal to or higher than the gate threshold voltage) to the gate electrode 58 in a state where a predetermined potential difference is generated between the source electrode 61 and the drain electrode 52 (between the source and drain), the gate electrode A channel can be formed in the body region 53 in the vicinity of the interface with the gate insulating film 57 by the electric field from 58. As a result, a current can flow between the source electrode 61 and the drain electrode 52, and the planar gate MOSFET 51 can be turned on.

このプレーナゲート型MOSFET51においても、図12のトレンチゲート型MOSFET31と同様に、高温アニールの際に表面保護を施さなくてもステップバンチング9の増加を防止でき、キャリア移動度を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、図示は省略するが、この実施形態のSiCエピタキシャルウエハ1を用いてMOSキャパシタを製造することもできる。そのMOSキャパシタでは、歩留まりおよび信頼性を向上させることができ、とりわけ歩留まりに関しては、20%以上向上させることができる。また、信頼性については初期不良を減少させることができる。
In this planar gate type MOSFET 51, as in the case of the trench gate type MOSFET 31 of FIG. 12, an increase in the step bunching 9 can be prevented without carrying out surface protection during the high temperature annealing, and the carrier mobility can be improved.
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, although illustration is omitted, a MOS capacitor can be manufactured using the SiC epitaxial wafer 1 of this embodiment. In the MOS capacitor, the yield and reliability can be improved, and in particular, the yield can be improved by 20% or more. In addition, initial failures can be reduced in terms of reliability.

また、図示は省略するが、この実施形態のSiCエピタキシャルウエハ1を用いてバイポーラトランジスタを製造することもできる。バイポーラトランジスタは、増幅率が高い方が好ましいが、ステップバンチング9の線密度が高いと、表面10再結合の影響により高い増幅率が得ることが困難である。そこで、この実施形態のSiCエピタキシャルウエハ1を用いれば、SiCエピタキシャル層3のステップバンチング9の線密度および残留電子濃度が低い上に、高いC/Si比でエピ成長したものであるので、バイポーラトランジスタの増幅率を、従来に比べて一層向上させることができる。   Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, a bipolar transistor can also be manufactured using the SiC epitaxial wafer 1 of this embodiment. The bipolar transistor preferably has a high amplification factor, but if the linear density of the step bunching 9 is high, it is difficult to obtain a high amplification factor due to the influence of the surface 10 recombination. Therefore, if the SiC epitaxial wafer 1 of this embodiment is used, the step density of the step bunching 9 and the residual electron concentration of the SiC epitaxial layer 3 are low and the epitaxial growth is performed at a high C / Si ratio. The gain can be further improved as compared with the prior art.

その他、この実施形態のSiCエピタキシャルウエハ1は、pnダイオード、IGBT(Insulated Gate Bipolar Semiconductor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、CMOSなどの製造に用いることもできる。
また、前述のショットキーバリアダイオード21、トレンチゲート型MOSFET31およびプレーナゲート型MOSFET51に関して、各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、ショットキーバリアダイオード21において、p型の部分がn型であり、n型の部分がp型であってもよい。
In addition, the SiC epitaxial wafer 1 of this embodiment can also be used for manufacturing pn diodes, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Semiconductors), CMOSs, and the like.
Further, with respect to the Schottky barrier diode 21, the trench gate type MOSFET 31, and the planar gate type MOSFET 51 described above, a configuration in which the conductivity type of each semiconductor portion is inverted may be employed. For example, in the Schottky barrier diode 21, the p-type portion may be n-type and the n-type portion may be p-type.

本発明の半導体素子は、たとえば、電気自動車(ハイブリッド車を含む)、電車、産業用ロボットなどの動力源として利用される電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられるパワーモジュールに組み込むことができる。また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置(とくに自家発電装置)が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路に用いられるパワーモジュールにも組み込むことができる。   The semiconductor element of the present invention is used in, for example, a power module used in an inverter circuit that constitutes a drive circuit for driving an electric motor used as a power source for electric vehicles (including hybrid vehicles), trains, industrial robots, and the like. Can be incorporated into. It can also be incorporated into a power module used in an inverter circuit that converts electric power generated by a solar cell, wind power generator, or other power generation device (especially an in-house power generation device) to match the power of a commercial power source.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

1 SiCエピタキシャルウエハ
2 SiC基板
3 SiCエピタキシャル層
4 (SiC基板の)主面
5 テラス面
6 ステップ面
7 レイヤ
8 ステップライン
9 ステップバンチング
10 (SiCエピタキシャル層の)表面
11 基底面転位
12 エッチピット
13 SiCインゴット
14 SiCベアウエハ
15 切り出し面
16 酸化膜
21 ショットキーバリアダイオード
22 カソード電極
23 活性領域
24 コンタクトホール
25 フィールド領域
26 フィールド絶縁膜
27 アノード電極
28 JTE構造
31 トレンチゲート型MOSFET
32 ドレイン電極
33 ボディ領域
34 ドレイン領域
35 ゲートトレンチ
36 ゲート絶縁膜
37 ゲート電極
38 ソース領域
39 ボディコンタクト領域
40 層間絶縁膜
41 コンタクトホール
42 ソース電極
51 プレーナゲート型MOSFET
52 ドレイン電極
53 ボディ領域
54 ドレイン領域
55 ソース領域
56 ボディコンタクト領域
57 ゲート絶縁膜
58 ゲート電極
59 層間絶縁膜
60 コンタクトホール
61 ソース電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SiC epitaxial wafer 2 SiC substrate 3 SiC epitaxial layer 4 Main surface (SiC substrate) 5 Terrace surface 6 Step surface 7 Layer 8 Step line 9 Step bunching 10 Surface (of SiC epitaxial layer) 11 Base surface dislocation 12 Etch pit 13 SiC Ingot 14 SiC bare wafer 15 Cut-out surface 16 Oxide film 21 Schottky barrier diode 22 Cathode electrode 23 Active region 24 Contact hole 25 Field region 26 Field insulating film 27 Anode electrode 28 JTE structure 31 Trench gate type MOSFET
32 drain electrode 33 body region 34 drain region 35 gate trench 36 gate insulating film 37 gate electrode 38 source region 39 body contact region 40 interlayer insulating film 41 contact hole 42 source electrode 51 planar gate type MOSFET
52 drain electrode 53 body region 54 drain region 55 source region 56 body contact region 57 gate insulating film 58 gate electrode 59 interlayer insulating film 60 contact hole 61 source electrode

Claims (9)

(0001)面に対して4°以下のオフ角θで傾斜したSi面が主面とされたSiC基板と、
前記SiC基板の主面に形成されたSiCエピタキシャル層とを含み、
前記SiC基板の前記主面のオフ方向Dが、[11−20]軸方向および[01−10]軸方向に対して15°+/−10°の角度θで傾斜した方向である、SiCエピタキシャルウエハ。
A SiC substrate whose main surface is a Si surface inclined at an off angle θ 1 of 4 ° or less with respect to the (0001) plane;
SiC epitaxial layer formed on the main surface of the SiC substrate,
The off direction D of the main surface of the SiC substrate is a direction inclined at an angle θ 2 of 15 ° +/− 10 ° with respect to the [11-20] axial direction and the [01-10] axial direction. Epitaxial wafer.
前記SiCエピタキシャル層は、面方位が(0001)面であるテラス面と、前記SiC基板の前記主面が(0001)面に対して傾斜することにより生じる前記テラス面の段差部分に形成され、面方位が(11−20)面である第1面および面方位が(01−10)面である第2面が交互に連続してなるステップ面とを有する、請求項1に記載のSiCエピタキシャルウエハ。   The SiC epitaxial layer is formed on a terrace surface having a plane orientation of (0001) plane and a step portion of the terrace surface that is generated when the main surface of the SiC substrate is inclined with respect to the (0001) plane. 2. The SiC epitaxial wafer according to claim 1, comprising: a step surface in which a first surface whose orientation is a (11-20) plane and a second surface whose plane orientation is a (01-10) plane are alternately continuous. . 前記SiCエピタキシャル層の表面には、前記ステップ面のステップラインに沿って0.5nm以上の高さのステップバンチングが形成されており、そのステップバンチングの線密度が40cm−1以下である、請求項2に記載のSiCエピタキシャルウエハ。 The step bunching having a height of 0.5 nm or more is formed along the step line of the step surface on the surface of the SiC epitaxial layer, and the linear density of the step bunching is 40 cm -1 or less. 2. The SiC epitaxial wafer according to 2. 前記SiCエピタキシャル層の基底面転位密度が、10cm−2以下である、請求項2または3に記載のSiCエピタキシャルウエハ。 The SiC epitaxial wafer according to claim 2 or 3, wherein the basal plane dislocation density of the SiC epitaxial layer is 10 cm -2 or less. 前記SiCエピタキシャル層の残留電子濃度が、1×1016cm−3以下である、請求項2〜4のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウエハ。 The SiC epitaxial wafer as described in any one of Claims 2-4 whose residual electron density | concentration of the said SiC epitaxial layer is 1 * 10 < 16 > cm < -3 > or less. 前記SiCエピタキシャル層の厚さが100μm以上である、請求項2〜5のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウエハ。   The SiC epitaxial wafer as described in any one of Claims 2-5 whose thickness of the said SiC epitaxial layer is 100 micrometers or more. 前記SiCエピタキシャル層は4H−SiCからなる、請求項2〜6のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウエハ。   The SiC epitaxial wafer according to any one of claims 2 to 6, wherein the SiC epitaxial layer is made of 4H-SiC. 前記SiC基板は4H−SiCからなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウエハ。   The SiC epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 7, wherein the SiC substrate is made of 4H-SiC. 請求項1〜8のいずれか一項に記載のSiCエピタキシャルウエハを用いて形成されている、SiC半導体素子。   The SiC semiconductor element formed using the SiC epitaxial wafer as described in any one of Claims 1-8.
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