JP2013107788A - Method for manufacturing silicon carbide wafer, silicon carbide wafer, silicon carbide semiconductor element, and power converting device - Google Patents

Method for manufacturing silicon carbide wafer, silicon carbide wafer, silicon carbide semiconductor element, and power converting device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a silicon carbide wafer which prevents complication of a manufacture process, does not restrict a silicon carbide substrate, and is capable of more surely converting a basal plane dislocation (BPD) to a threading edge dislocation (TED).SOLUTION: This method includes the first step in which Si ion is injected into one direction of a silicon carbide substrate 1 or the substrate 1 is irradiated with an electron beam, the second step in which the silicon carbide substrate 1 is subjected to annealing, and the third step in which one direction side of the silicon carbide substrate 1 is epitaxially grown to form an epitaxial film 3. The ion to be injected into the silicon carbide substrate is at least one kind selected from a group comprising Si ion, C ion, H ion, He ion, P ion, Al ion B ion and N ion.

Description

本発明は、炭化珪素ウェハの製造方法、炭化珪素ウェハ及び炭化珪素半導体素子並びに電力変換装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide wafer, a silicon carbide wafer, a silicon carbide semiconductor element, and a power converter.

炭化珪素(SiC)は、シリコンと比べてバンドギャップが約3倍、飽和ドリフト速度が約2倍、絶縁破壊電界強度が約10倍と優れた物性値を有し、大きな熱伝導率を有する半導体であることから、現在用いられているシリコン単結晶半導体の性能を大きく凌駕する次世代の高電圧・低損失半導体素子を実現する材料として期待されている。炭化珪素の単結晶を製造する方法としては、昇華法やCVD法が用いられている。   Silicon carbide (SiC) is a semiconductor that has excellent physical properties such as a band gap of about 3 times, a saturation drift velocity of about 2 times, and a breakdown electric field strength of about 10 times that of silicon, and a large thermal conductivity. Therefore, it is expected as a material for realizing a next-generation high-voltage / low-loss semiconductor device that greatly surpasses the performance of currently used silicon single crystal semiconductors. As a method for producing a single crystal of silicon carbide, a sublimation method or a CVD method is used.

炭化珪素は、通常の圧力では液相を持たず、また、昇華温度が極めて高いこと等から、従来の昇華法やCVD法により、転位や積層欠陥等の結晶欠陥を含まないような高品質の結晶成長を行うことが困難である。   Silicon carbide does not have a liquid phase at normal pressure and has a very high sublimation temperature. Therefore, silicon carbide does not contain crystal defects such as dislocations and stacking faults by conventional sublimation methods and CVD methods. It is difficult to perform crystal growth.

現在市販されている炭化珪素基板には、10cm−2〜10cm−2程度のc軸方向に伝播する貫通らせん転位、10cm−2〜10cm−2程度のc軸方向に伝播する貫通刃状転位、10cm−2〜10cm−2程度のc軸と垂直方向に伝播する転位(基底面転位)が存在している。これらの転位密度は、その基板の品質によって大きく異なる。 Currently available silicon carbide substrates include threading screw dislocations propagating in the c-axis direction of about 10 2 cm −2 to 10 3 cm −2 and c-axis direction of about 10 2 cm −2 to 10 4 cm −2. There exist dislocations (basal plane dislocations) propagating in the direction perpendicular to the c-axis of about 10 2 cm −2 to 10 4 cm −2 . These dislocation densities vary greatly depending on the quality of the substrate.

炭化珪素基板に内在しているこれらの転位は、基板上にエピタキシャル膜を成長させる際に、このエピタキシャル膜中に伝播する。このとき、一部の転位は、エピタキシャル膜中に伝播する際にその伸張方向(伝播方向)を変える場合もあることが知られている(例えば、非特許文献1参照)。   These dislocations inherent in the silicon carbide substrate propagate into the epitaxial film when the epitaxial film is grown on the substrate. At this time, it is known that some dislocations may change the extension direction (propagation direction) when propagating into the epitaxial film (for example, see Non-Patent Document 1).

例えば、基底面転位(以下、BPD)は、基板の表面にその一端若しくは両端が現れている。その基板にエピタキシャル膜を結晶成長させると、基板内のBPDの多くは基板とエピタキシャル膜との界面近傍で貫通刃状転位(以下、TED)に転換され、BPDの一部はBPDのままエピタキシャル膜中に伝播する。   For example, one or both ends of basal plane dislocation (hereinafter referred to as BPD) appear on the surface of the substrate. When an epitaxial film is grown on the substrate, most of the BPD in the substrate is converted to threading edge dislocation (hereinafter referred to as TED) in the vicinity of the interface between the substrate and the epitaxial film, and a part of the BPD remains as the BPD. Propagate inside.

したがって、エピタキシャル膜中には、基板よりそのまま伝播したBPDに加えて、エピタキシャル成長時に導入されたTEDが含まれていることになる。これらの転位は、そのエピタキシャル膜を用いて形成した半導体素子の耐電圧や信頼性を低下させる。特に、エピタキシャル膜に含まれるBPDは、半導体素子の信頼性や性能を低下させる。一方、エピタキシャル膜に含まれるTEDは、半導体素子の信頼性や性能に与える悪影響は小さいとされている(例えば、非特許文献2参照)。   Therefore, in the epitaxial film, TED introduced at the time of epitaxial growth is included in addition to BPD propagated as it is from the substrate. These dislocations lower the withstand voltage and reliability of a semiconductor element formed using the epitaxial film. In particular, the BPD contained in the epitaxial film reduces the reliability and performance of the semiconductor element. On the other hand, TED contained in an epitaxial film is said to have a small adverse effect on the reliability and performance of a semiconductor element (see, for example, Non-Patent Document 2).

そこで、炭化珪素基板に含まれるBPDをTEDに転換し、TEDの割合を高める方法が検討されている。   Therefore, a method for converting BPD contained in a silicon carbide substrate into TED and increasing the ratio of TED has been studied.

(1)溶融KOHを用いて基板表面をエッチングする。このエッチングにより、基板表面におけるBPDの先端部が選択的に深くエッチングされ、エッチピットが生じる。その後、基板にエピタキシャル成長を行う。基板表面におけるBPDの先端部のエッチピットの存在により、基板内のBPDがTEDに転換される割合が高まる(例えば、特許文献1、非特許文献3及び非特許文献4参照)。   (1) The substrate surface is etched using molten KOH. By this etching, the front end portion of the BPD on the substrate surface is selectively deeply etched to generate an etch pit. Thereafter, epitaxial growth is performed on the substrate. The presence of etch pits at the tip of the BPD on the substrate surface increases the rate at which BPD in the substrate is converted to TED (see, for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 3, and Non-Patent Document 4).

(2)リアクティブイオンエッチング(RIE)を用いて基板表面に六角形若しくはストライプ状の溝を形成し、その後、基板にエピタキシャル成長を行う。基板表面における角形若しくはストライプ状の溝の存在により、基板内のBPDがTEDに転換される割合が高まる(例えば、特許文献2、特許文献3及び非特許文献3参照)。   (2) Reactive ion etching (RIE) is used to form hexagonal or striped grooves on the substrate surface, and then epitaxial growth is performed on the substrate. Due to the presence of square or stripe-shaped grooves on the substrate surface, the ratio of BPD in the substrate converted to TED increases (see, for example, Patent Document 2, Patent Document 3, and Non-Patent Document 3).

(3)基板表面に、化学機械研磨(CMP)と水素エッチングを行う。これにより基板表面におけるダメージ層が除去され、基板表面が平坦化される。その後に、基板表面に対してエピタキシャル成長を行う。これにより、基板内のBPDがTEDに転換される割合が高まる(例えば、特許文献4及び非特許文献5参照)。   (3) Chemical mechanical polishing (CMP) and hydrogen etching are performed on the substrate surface. Thereby, the damaged layer on the substrate surface is removed, and the substrate surface is flattened. Thereafter, epitaxial growth is performed on the substrate surface. Thereby, the ratio by which BPD in a board | substrate is converted into TED increases (for example, refer patent document 4 and nonpatent literature 5).

(4)エピタキシャル成長を行う基板の主面を(000−1)C面とする。これにより、基板内のBPDがTEDに転換される割合が高まる(例えば、特許文献5及び非特許文献5参照)。   (4) The main surface of the substrate to be epitaxially grown is a (000-1) C plane. Thereby, the ratio in which BPD in a board | substrate is converted into TED increases (for example, refer patent document 5 and nonpatent literature 5).

(5)エピタキシャル成長を行う基板の{0001}面からのオフ角度を8°から4°に低減する。これにより、基板内のBPDがTEDに転換される割合が高まる(例えば、非特許文献5及び非特許文献6参照)。   (5) The off angle from the {0001} plane of the substrate to be epitaxially grown is reduced from 8 ° to 4 °. Thereby, the ratio in which BPD in a board | substrate is converted into TED increases (for example, refer nonpatent literature 5 and nonpatent literature 6).

(6)基板表面にエピタキシャル成長を行う途中で、SiHやC等の原料ガスの供給を停止し、水素気流中でその温度を維持した状態にすることで、エピタキシャル成長を停止させる。一定時間経過後、二回目のエピタキシャル成長を行う。このとき、一回目のエピタキシャル成長時にエピタキシャル膜中に伝播したBPDの一部が、二回目のエピタキシャル成長時にTEDに転換される。このようなエピタキシャル成長の途中中断、再開を行うこと、又は途中中断と再開とを繰り返すことで、BPD密度の小さいエピタキシャル膜が得られる(例えば、非特許文献7参照)。 (6) During the epitaxial growth on the substrate surface, the supply of the source gas such as SiH 4 or C 3 H 8 is stopped, and the temperature is maintained in the hydrogen stream to stop the epitaxial growth. After a certain period of time, a second epitaxial growth is performed. At this time, a part of BPD propagated in the epitaxial film during the first epitaxial growth is converted to TED during the second epitaxial growth. An epitaxial film having a low BPD density can be obtained by interrupting and restarting such epitaxial growth in the middle or by repeating the interruption and restart in the middle (for example, see Non-Patent Document 7).

上述した(1)〜(3)の方法は、エピタキシャル成長を行う前に、基板表面にエッチングを必要とするものであり、製造工程が煩雑となる。(6)の方法は、エピタキシャル成長の途中中断と再開という工程を要するため、同様に、製造工程が煩雑となる。   The methods (1) to (3) described above require etching on the substrate surface before epitaxial growth, and the manufacturing process becomes complicated. Since the method (6) requires steps of interrupting and resuming the epitaxial growth, the manufacturing process is similarly complicated.

(4)の方法では、(0001)Si面を利用することができない。(5)の方法は、8°のオフ角の基板を用いることができず、エピタキシャル成長の速度が制限されてしまう。   In the method (4), the (0001) Si surface cannot be used. In the method (5), a substrate with an off angle of 8 ° cannot be used, and the epitaxial growth rate is limited.

このように、従来技術では、製造工程が煩雑となるのでBPDが低減した炭化珪素単結晶の形成に時間や手間が掛かってしまう。また、エピタキシャル成長を行う基板表面やオフ角が制約されてしまう。   As described above, in the conventional technique, the manufacturing process becomes complicated, and it takes time and labor to form a silicon carbide single crystal with reduced BPD. In addition, the substrate surface and the off-angle for epitaxial growth are restricted.

米国特許第7279115号明細書US Pat. No. 7,279,115 米国特許第7226805号明細書US Pat. No. 7,226,805 米国特許第7109521号明細書US Pat. No. 7,109,521 特開2005−311348号公報JP 2005-311348 A 特開2005−167035号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-167035

S. Ha, P. Mieszkowski, M. Skowronski, and L. B. Rowland: J.Cryst. Growth 244(2002)257.S. Ha, P. Mieszkowski, M. Skowronski, and L. B. Rowland: J. Cryst. Growth 244 (2002) 257. H.Lendenmann, F. Dahlquist, N. Johansson, R. Soderholm, P. A. Nilsson, J. P. Bergman, and P. Skytt: Mater. Sci. Forum 353-356(2001)727.H. Lendenmann, F. Dahlquist, N. Johansson, R. Soderholm, P. A. Nilsson, J. P. Bergman, and P. Skytt: Mater. Sci. Forum 353-356 (2001) 727. J. J. Sumakeris, J. P. Bergman, M. K. Das, C. Hallin, B. A. Hull, E. Janzen, H. Lendenmann, M.J. O’Loughlin, M.J. Paisley, S. Ha, M. Skowronski, J.W. Palmour, and C.H. Carter, Jr.: Mater. Sci. Forum 527-529(2006)141.JJ Sumakeris, JP Bergman, MK Das, C. Hallin, BA Hull, E. Janzen, H. Lendenmann, MJ O'Loughlin, MJ Paisley, S. Ha, M. Skowronski, JW Palmour, and CH Carter, Jr .: Mater. Sci. Forum 527-529 (2006) 141. Z. Zhang and T.S. Sudarshan: Appl. Phys. Lett. 87(2005)151913.Z. Zhang and T.S.Sudarshan: Appl. Phys. Lett. 87 (2005) 151913. H. Tsuchida, T. Miyanagi, I. Kamata, T. Nakamura, K. Izumi, K. Nakayama, R. Ishii, K. Asano, and Y. Sugawara: Mater. Sci. Forum 483-485(2005)97.H. Tsuchida, T. Miyanagi, I. Kamata, T. Nakamura, K. Izumi, K. Nakayama, R. Ishii, K. Asano, and Y. Sugawara: Mater. Sci. Forum 483-485 (2005) 97. H. Tsuchida, M. Ito, I. Kamata, and M. Nagano: Phys. Status Solidi B 246(2009)1553H. Tsuchida, M. Ito, I. Kamata, and M. Nagano: Phys. Status Solidi B 246 (2009) 1553 R. E. Stahlbush, B. L. VanMil, R. L. Myers-Ward, K-K. Lew, D. K. Gaskill, and C. R. Eddy, Jr.: Appl. Phys. Lett. 94(2009)041916.R. E. Stahlbush, B. L. VanMil, R. L. Myers-Ward, K-K. Lew, D. K. Gaskill, and C. R. Eddy, Jr .: Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 041916.

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、製造工程の複雑化を防止し、炭化珪素基板の制約がなく、かつBPDをより確実にTEDに転換できる炭化珪素ウェハの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and provides a method for manufacturing a silicon carbide wafer that prevents the manufacturing process from becoming complicated, that there is no restriction on the silicon carbide substrate, and that BPD can be more reliably converted to TED. With the goal.

また、本発明は、製造工程の複雑化を防止し、炭化珪素基板の制約がなく、かつBPDがTEDに転換された炭化珪素単結晶ウェハ及びこれを用いた炭化珪素半導体素子を提供することを目的とする。   The present invention also provides a silicon carbide single crystal wafer in which the manufacturing process is prevented from being complicated, the silicon carbide substrate is not restricted, and the BPD is converted to TED, and a silicon carbide semiconductor device using the same. Objective.

さらに、本発明は、炭化珪素基板の制約がなく、かつBPDがTEDに転換された炭化珪素単結晶ウェハを用いた炭化珪素半導体素子から製造された電力変換装置を提供することを目的とする。   Furthermore, an object of the present invention is to provide a power conversion device manufactured from a silicon carbide semiconductor element using a silicon carbide single crystal wafer in which a silicon carbide substrate is not restricted and BPD is converted into TED.

上記課題を解決する本発明の第1の態様は、炭化珪素基板の一方面にイオンを注入し、又は電子線照射する第1工程と、当該炭化珪素基板をアニール処理する第2工程と、当該炭化珪素基板の一方面側をエピタキシャル成長させる第3工程とを備えることを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法にある。   A first aspect of the present invention that solves the above problems includes a first step of implanting ions or irradiating an electron beam to one surface of a silicon carbide substrate, a second step of annealing the silicon carbide substrate, And a third step of epitaxially growing one surface side of the silicon carbide substrate.

かかる第1の態様では、基底面転位が低減された炭化珪素ウェハを得ることができる。   In the first aspect, a silicon carbide wafer with reduced basal plane dislocations can be obtained.

本発明の第2の態様は、第1の態様に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、前記炭化珪素基板に注入されるイオンは、Siイオン、Cイオン、Hイオン、Heイオン、Pイオン、Alイオン、Bイオン及びNイオンからなる群から選択される少なくとも一種であることを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法にある。   According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide wafer according to the first aspect, ions implanted into the silicon carbide substrate are Si ions, C ions, H ions, He ions, P ions, The silicon carbide wafer manufacturing method is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of Al ions, B ions and N ions.

かかる第2の態様では、炭化珪素基板にこれらのイオンが注入されることで該基板の表面付近にダメージを与え、その後のアニール処理で結晶品質が回復する際に、基底面転位が貫通刃状転位に転換される。   In such a second aspect, when these ions are implanted into the silicon carbide substrate, damage is caused near the surface of the substrate, and when the crystal quality is recovered by the subsequent annealing treatment, the basal plane dislocation is formed as a through-blade shape. Converted to dislocation.

本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、前記炭化珪素基板に注入されるイオンの注入量は、1.0×1018(/cm)以上1.0×1021(/cm)以下であり、イオン注入後の熱処理の温度が1500〜2200℃であり、当該熱処理の時間が1〜120分であることを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法にある。 According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide wafer described in the first or second aspect, the amount of ions implanted into the silicon carbide substrate is 1.0 × 10 18 (/ cm 2 ) or more and 1.0 × 10 21 (/ cm 2 ) or less, the temperature of the heat treatment after ion implantation is 1500 to 2200 ° C., and the heat treatment time is 1 to 120 minutes. It exists in the manufacturing method of a silicon wafer.

かかる第3の態様では、炭化珪素ウェハに欠陥が生じることを抑制し、BPDがTEDに転換された炭化珪素ウェハが得られる。   In the third aspect, it is possible to obtain a silicon carbide wafer in which the occurrence of defects in the silicon carbide wafer is suppressed and BPD is converted to TED.

本発明の第4の態様は、第1又は第2の態様に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、前記炭化珪素基板に照射される電子線のエネルギーが100keV以上で、電子線照射後の熱処理の温度が1500〜2200℃であり、当該熱処理の時間が1〜120分であることを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法にある。   According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide wafer according to the first or second aspect, the energy of the electron beam irradiated to the silicon carbide substrate is 100 keV or more, and the heat treatment after the electron beam irradiation. The temperature is 1500 to 2200 ° C., and the time for the heat treatment is 1 to 120 minutes.

かかる第4の態様では、炭化珪素ウェハに欠陥が生じることを抑制し、BPDがTEDに転換された炭化珪素ウェハが得られる。   In the fourth aspect, it is possible to obtain a silicon carbide wafer in which the occurrence of defects in the silicon carbide wafer is suppressed and BPD is converted to TED.

本発明の第5の態様は、第1〜第4の態様の何れか一つに記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、前記第1工程〜前記第3工程を複数回繰り返すことを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法にある。   According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide wafer according to any one of the first to fourth aspects, the first step to the third step are repeated a plurality of times. It exists in the manufacturing method of a silicon carbide wafer.

かかる第5の態様では、より確実に、基底面転位が低減された炭化珪素ウェハを得ることができる。   In the fifth aspect, a silicon carbide wafer with reduced basal plane dislocations can be obtained more reliably.

本発明の第6の態様は、第1〜第5の態様の何れか一つに記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、前記第3工程を複数回繰り返すことを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法にある。   A sixth aspect of the present invention is the method for manufacturing a silicon carbide wafer according to any one of the first to fifth aspects, wherein the third step is repeated a plurality of times. Is in the way.

かかる第6の態様では、所望の厚みと積層を有する炭化珪素ウェハを形成することができる。   In the sixth aspect, a silicon carbide wafer having a desired thickness and lamination can be formed.

本発明の第7の態様は、第1〜第6の態様の何れか一つに記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、前記エピタキシャル膜を残し、前記炭化珪素基板を除去することを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法にある。   According to a seventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide wafer according to any one of the first to sixth aspects, the epitaxial film is left and the silicon carbide substrate is removed. It exists in the manufacturing method of a silicon carbide wafer.

かかる第7の態様では、基底面転位密度が高い基板を除去するので、基底面転位が低減された結晶のみで構成される炭化珪素ウェハを提供することができる。   In the seventh aspect, since the substrate having a high basal plane dislocation density is removed, it is possible to provide a silicon carbide wafer composed of only crystals with reduced basal plane dislocations.

本発明の第8の態様は、第7の態様に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、前記炭化珪素基板を除去することで現れたエピタキシャル膜を、さらにエピタキシャル成長させることを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法にある。   According to an eighth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide wafer according to the seventh aspect, the epitaxial film that appears when the silicon carbide substrate is removed is further epitaxially grown. It is in the manufacturing method.

かかる第8の態様では、基底面転位密度が高い基板を除去した後にエピタキシャル成長するので、基底面転位が低減された結晶のみで構成され、かつ所望の厚みと積層を有する炭化珪素ウェハを提供することができる。   In the eighth aspect, since the epitaxial growth is performed after removing the substrate having a high basal plane dislocation density, a silicon carbide wafer which is composed only of crystals with reduced basal plane dislocations and has a desired thickness and lamination is provided. Can do.

本発明の第9の態様は、バルク状の炭化珪素基板に、イオンが注入されたイオン注入層又は電子線が照射された電子線照射層が形成され、さらに該イオン注入層又は該電子線照射層上にエピタキシャル膜が形成され、前記炭化珪素基板の表面から0.1μm以上、20μm以内の領域で、基底面転位のうちの20%以上が貫通刃状転位に転換されていることを特徴とする炭化珪素ウェハにある。   According to a ninth aspect of the present invention, an ion implanted layer into which ions are implanted or an electron beam irradiated layer irradiated with an electron beam is formed on a bulk silicon carbide substrate, and the ion implanted layer or the electron beam irradiated further. An epitaxial film is formed on the layer, and 20% or more of the basal plane dislocations are converted to threading edge dislocations in a region of 0.1 μm or more and 20 μm or less from the surface of the silicon carbide substrate. In a silicon carbide wafer.

かかる第9の態様では、上述の領域で集中的に基底面転位が貫通刃状転位に転換した炭化珪素ウェハが得られる。   In the ninth aspect, a silicon carbide wafer is obtained in which basal plane dislocations are intensively converted into threading edge dislocations in the above-described region.

本発明の第10の態様は、バルク状の炭化珪素基板上に複数のエピタキシャル膜が形成され、当該複数のエピタキシャル膜のうちの隣接する2つのエピタキシャル膜であって、炭化珪素基板に近い側の第1のエピタキシャル膜及び遠い側の第2のエピタキシャル膜を有する炭化珪素ウェハであって、前記第1のエピタキシャル膜には、イオンが注入されたイオン注入層又は電子線が照射された電子線照射層が形成され、前記第1のエピタキシャル膜内で20%以上の基底面転位が貫通刃状転位に転換され、前記第1のエピタキシャル膜の厚さ方向2μm以内の領域で、基底面転位から貫通刃状転位への転換の60%以上が行われていることを特徴とする炭化珪素ウェハにある。   According to a tenth aspect of the present invention, a plurality of epitaxial films are formed on a bulk silicon carbide substrate, and two adjacent epitaxial films among the plurality of epitaxial films, which are closer to the silicon carbide substrate. A silicon carbide wafer having a first epitaxial film and a second epitaxial film on the far side, wherein the first epitaxial film is irradiated with an ion-implanted layer into which ions are implanted or electron beam irradiation. 20% or more of the basal plane dislocations are converted into threading edge dislocations in the first epitaxial film, and penetrates from the basal plane dislocations in a region within 2 μm in the thickness direction of the first epitaxial film. The silicon carbide wafer is characterized in that 60% or more of the conversion to edge dislocations is performed.

かかる第10の態様では、上述の領域で集中的に基底面転位が貫通刃状転位に転換した炭化珪素ウェハが得られる。   In the tenth aspect, a silicon carbide wafer is obtained in which basal plane dislocations are intensively converted into threading edge dislocations in the above-described region.

本発明の第11の態様は、第10の態様に記載する炭化珪素ウェハにおいて、前記第1のエピタキシャル膜において、前記第2のエピタキシャル膜との界面から0.1μm以上、20μm以内の領域で、基底面転位から貫通刃状転位への転換の80%以上が行われていることを特徴とする炭化珪素ウェハにある。   According to an eleventh aspect of the present invention, in the silicon carbide wafer described in the tenth aspect, in the first epitaxial film, a region within a range of 0.1 μm or more and 20 μm or less from the interface with the second epitaxial film, 80% or more of conversion from basal plane dislocation to threading edge dislocation is performed in the silicon carbide wafer.

かかる第11の態様では、上述の領域で集中的に基底面転位が貫通刃状転位に転換した炭化珪素ウェハが得られる。   In the eleventh aspect, a silicon carbide wafer is obtained in which basal plane dislocations are intensively converted into threading edge dislocations in the above-described region.

本発明の第12の態様は、炭化珪素基板上に複数のエピタキシャル膜が形成され、当該複数のエピタキシャル膜のうちの隣接する2つのエピタキシャル膜であって、炭化珪素基板に近い側の第1のエピタキシャル膜及び遠い側の第2のエピタキシャル膜を有する炭化珪素ウェハであって、前記第1のエピタキシャル膜には、イオンが注入されたイオン注入層又は電子線が照射された電子線照射層が形成され、前記第1のエピタキシャル膜内で基底面転位が貫通刃状転位に転換され、第2のエピタキシャル膜に含まれる基底面転位の密度が、第1のエピタキシャル膜に含まれる基底面転位の密度の80%以下であることを特徴とする炭化珪素ウェハにある。   According to a twelfth aspect of the present invention, a plurality of epitaxial films are formed on a silicon carbide substrate, two adjacent epitaxial films among the plurality of epitaxial films, wherein the first epitaxial film is closer to the silicon carbide substrate. A silicon carbide wafer having an epitaxial film and a second epitaxial film on the far side, wherein an ion implanted layer into which ions are implanted or an electron beam irradiated layer to which electron beams are irradiated is formed on the first epitaxial film The basal plane dislocations are converted into threading edge dislocations in the first epitaxial film, and the density of the basal plane dislocations included in the second epitaxial film is the density of the basal plane dislocations included in the first epitaxial film. It is in the silicon carbide wafer characterized by being 80% or less.

かかる第12の態様では、より基底面転位の密度が低減した第2のエピタキシャル膜を有する炭化珪素ウェハが得られる。   In the twelfth aspect, a silicon carbide wafer having a second epitaxial film with a further reduced basal plane dislocation density can be obtained.

本発明の第13の態様は、第9〜第12の態様の何れか一つに記載する炭化珪素ウェハにおいて、前記炭化珪素基板が除去されていることを特徴とする炭化珪素ウェハにある。   According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided the silicon carbide wafer according to any one of the ninth to twelfth aspects, wherein the silicon carbide substrate is removed.

かかる第13の態様では、基底面転位密度が高い基板が除去され、基底面転位が低減された結晶のみで構成される炭化珪素ウェハが得られる。   In such a thirteenth aspect, a substrate having a high basal plane dislocation density is removed, and a silicon carbide wafer composed only of crystals with reduced basal plane dislocations is obtained.

本発明の第14の態様は、第13の態様に記載する炭化珪素ウェハにおいて、前記炭化珪素基板が除去された側の表面にエピタキシャル膜が形成されていることを特徴とする炭化珪素ウェハにある。   According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided the silicon carbide wafer according to the thirteenth aspect, wherein an epitaxial film is formed on the surface on the side where the silicon carbide substrate is removed. .

かかる第14の態様では、基底面転位密度が高い基板を除去した後にエピタキシャル成長するので、基底面転位が低減された結晶のみで構成され、かつ所望の厚みと積層を有する炭化珪素ウェハが得られる。   In the fourteenth aspect, since the epitaxial growth is performed after removing the substrate having a high basal plane dislocation density, a silicon carbide wafer having only a crystal with reduced basal plane dislocations and having a desired thickness and lamination can be obtained.

本発明の第15の態様は、第9〜第14の態様の何れか一つに記載する炭化珪素ウェハを用いて作製された炭化珪素半導体素子にある。   According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a silicon carbide semiconductor element manufactured using the silicon carbide wafer described in any one of the ninth to fourteenth aspects.

かかる第15の態様では、基底面転位が低減した炭化珪素ウェハより作製されているので、信頼性や性能の低下が防止され、炭化珪素の優れた特性を活かした高性能な半導体素子が提供される。   In the fifteenth aspect, since it is manufactured from a silicon carbide wafer having reduced basal plane dislocations, a reduction in reliability and performance is prevented, and a high-performance semiconductor element utilizing the excellent characteristics of silicon carbide is provided. The

本発明の第16の態様は、第15の態様に記載する炭化珪素半導体素子を用いて作製された電力変換装置にある。   A sixteenth aspect of the present invention is a power conversion device manufactured using the silicon carbide semiconductor element described in the fifteenth aspect.

かかる第16の態様では、電力変換装置は、炭化珪素の優れた特性により、高電圧に適用でき、低損失で電力変換を行うことができる。   In the sixteenth aspect, the power conversion device can be applied to a high voltage due to the excellent characteristics of silicon carbide, and can perform power conversion with low loss.

本発明によれば、製造工程の複雑化を防止し、炭化珪素基板の制約がなく、かつBPDをより確実にTEDに転換できる炭化珪素ウェハの製造方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the silicon carbide wafer which can prevent complication of a manufacturing process, has no restrictions of a silicon carbide substrate, and can convert BPD to TED more reliably is provided.

また、本発明によれば、製造工程の複雑化を防止し、炭化珪素基板の制約がなく、かつBPDがTEDに転換された炭化珪素単結晶ウェハ及びこれを用いた炭化珪素半導体素子が提供される。   Further, according to the present invention, there is provided a silicon carbide single crystal wafer in which the manufacturing process is prevented from being complicated, the silicon carbide substrate is not restricted, and the BPD is converted to TED, and a silicon carbide semiconductor device using the same. The

さらに、本発明によれば、炭化珪素基板の制約がなく、かつBPDがTEDに転換された炭化珪素単結晶ウェハを用いた炭化珪素半導体素子から製造された電力変換装置が提供される。   Furthermore, according to the present invention, there is provided a power conversion device manufactured from a silicon carbide semiconductor element using a silicon carbide single crystal wafer in which a silicon carbide substrate is not restricted and BPD is converted to TED.

実施形態1に係る炭化珪素ウェハを説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the silicon carbide wafer which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る炭化珪素ウェハの製造方法を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the manufacturing method of the silicon carbide wafer which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る炭化珪素ウェハを説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the silicon carbide wafer which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態1に係る炭化珪素ウェハを説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the silicon carbide wafer which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態2に係る炭化珪素ウェハを説明する概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view illustrating a silicon carbide wafer according to Embodiment 2. FIG. 実施形態2に係る炭化珪素ウェハの製造方法を説明する概略断面図である。10 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a silicon carbide wafer according to Embodiment 2. FIG. 実施形態3に係る炭化珪素ウェハ及びその製造方法を説明する概略図である。It is the schematic explaining the silicon carbide wafer which concerns on Embodiment 3, and its manufacturing method. 比較例及び実施例に係る炭化珪素ウェハのトポグラフィー像である。It is a topography image of the silicon carbide wafer which concerns on a comparative example and an Example.

〈実施形態1〉
以下、本実施形態に係る炭化珪素ウェハ及びその製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、炭化珪素ウェハの概略断面図であり、図2は、炭化珪素ウェハの製造方法を説明する概略断面図である。
<Embodiment 1>
Hereinafter, a silicon carbide wafer and a manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a silicon carbide wafer, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a silicon carbide wafer.

図1に示すように、炭化珪素ウェハ(以下、ウェハ)10は、炭化珪素基板(以下、基板)1に、イオン注入層2を形成し、このイオン注入層2上にエピタキシャル膜3を形成することで構成されている。   As shown in FIG. 1, in a silicon carbide wafer (hereinafter referred to as a wafer) 10, an ion implantation layer 2 is formed on a silicon carbide substrate (hereinafter referred to as a substrate) 1, and an epitaxial film 3 is formed on the ion implantation layer 2. It is composed of that.

請求項に記載した炭化珪素基板とは、炭化珪素からなるバルク状の単結晶をスライスして得られた基板又は該基板をエピタキシャル成長させたものをいう。   The silicon carbide substrate described in the claims refers to a substrate obtained by slicing a bulk single crystal made of silicon carbide, or a substrate obtained by epitaxial growth of the substrate.

本実施形態では、基板1(炭化珪素基板)は、炭化珪素からなる円柱形のバルク状の炭化珪素単結晶を300μm〜400μm程度の厚さにスライスして得られたものである。バルク状の炭化珪素単結晶は、昇華法やHTCVD法などにより作製されたものである。   In the present embodiment, the substrate 1 (silicon carbide substrate) is obtained by slicing a cylindrical bulk silicon carbide single crystal made of silicon carbide to a thickness of about 300 μm to 400 μm. The bulk silicon carbide single crystal is produced by a sublimation method, an HTCVD method, or the like.

基板1は、主表面が(0001)面に略平行であり、結晶多形(ポリタイプ)が4H−SiCである。しかし、本発明においては、このような主表面、ポリタイプに限定されない。例えば、(0001)面、(11−20)面、(1−100)面、(03−38)面に略平行な面を有する基板を用いてもよい。また、基板1のポリタイプは、任意の種類を用いることができる。ポリタイプが比較的安定であり、大面積の基板を作製可能であるという観点から、4H−SiC、6H−SiC、15R−SiC、3C−SiCの何れかを用いることが好ましい。また、基板1は、基底面(0001)より0°〜10°の傾斜角(オフ角)を有する結晶成長面を有する。   The substrate 1 has a main surface substantially parallel to the (0001) plane and a crystal polymorph (polytype) of 4H—SiC. However, the present invention is not limited to such a main surface and polytype. For example, a substrate having a plane substantially parallel to the (0001) plane, the (11-20) plane, the (1-100) plane, and the (03-38) plane may be used. Also, any type of polytype of the substrate 1 can be used. From the viewpoint that the polytype is relatively stable and a large-area substrate can be manufactured, it is preferable to use any of 4H—SiC, 6H—SiC, 15R—SiC, and 3C—SiC. The substrate 1 has a crystal growth surface having an inclination angle (off angle) of 0 ° to 10 ° with respect to the basal plane (0001).

基板1には、複数の基底面転位(以下、BPD)20が存在する。同図には5つのBPD20が例示されている。基底面転位とは、c軸と垂直な結晶面(基底面)を伝播する転位であり、バーガーズベクトルがa/3<11−20>であるものをいう。なお、基板1には、貫通刃状転位や貫通らせん転位などc軸とほぼ平行に伝播する転位も存在するが、同図には表示を省略してある。   The substrate 1 has a plurality of basal plane dislocations (hereinafter referred to as BPD) 20. In the figure, five BPDs 20 are illustrated. The basal plane dislocation is a dislocation that propagates through a crystal plane (basal plane) perpendicular to the c-axis and has a Burgers vector of a / 3 <11-20>. The substrate 1 also has dislocations that propagate substantially parallel to the c-axis, such as threading edge dislocations and threading screw dislocations, but this is not shown in the figure.

イオン注入層2は、基板1にイオンが注入されて形成された層である。イオン注入層2は、詳細は後述するが、基板1にイオンが注入されて結晶にダメージが与えられ、さらに、アニール処理により、結晶性が回復することで形成されている。   The ion implantation layer 2 is a layer formed by implanting ions into the substrate 1. Although details will be described later, the ion-implanted layer 2 is formed by implanting ions into the substrate 1 to damage the crystal and further recovering crystallinity by annealing.

イオンは、特に限定されないが、例えば、Siイオン、Cイオン、Hイオン、Heイオン、Pイオン、Alイオン、Bイオン、Nイオンである。基板1が炭化珪素からなるものであれば、イオンとしては炭化珪素内で中性に働くSiイオンやCイオン、Hイオン、Heイオンであることが好ましい。基板1がn型半導体であるならば、n型半導体を形成するPイオンやNイオンを用い、基板1がp型半導体であるならば、p型半導体を形成するAlイオンやBイオンを用いることが好ましい。すなわち、炭化珪素内で中性に働くイオン、もしくはイオンが注入される基板1の極性に合わせてイオンを選ぶことが好ましい。   Although ion is not specifically limited, For example, they are Si ion, C ion, H ion, He ion, P ion, Al ion, B ion, and N ion. If the substrate 1 is made of silicon carbide, the ions are preferably Si ions, C ions, H ions, and He ions that are neutral in the silicon carbide. If the substrate 1 is an n-type semiconductor, P ions and N ions that form an n-type semiconductor are used. If the substrate 1 is a p-type semiconductor, Al ions and B ions that form a p-type semiconductor are used. Is preferred. That is, it is preferable to select ions that are neutral in silicon carbide or ions that match the polarity of the substrate 1 into which the ions are implanted.

エピタキシャル膜3は、イオン注入層2が形成された基板1に炭化珪素のエピタキシャル成長を行うことで形成された炭化珪素からなる薄膜である。   Epitaxial film 3 is a thin film made of silicon carbide formed by performing epitaxial growth of silicon carbide on substrate 1 on which ion implantation layer 2 is formed.

図1には、例として5つのBPD20が基板1に存在している。基板1に存在する5つのBPD20のうち2つは、そのままイオン注入層2及びエピタキシャル膜3に伝播しているが、残り3つは、基板1内(イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方の基板1内)で、TED30に転換されている。   In FIG. 1, five BPDs 20 are present on the substrate 1 as an example. Two of the five BPDs 20 existing on the substrate 1 are directly propagated to the ion implantation layer 2 and the epitaxial film 3, but the remaining three are in the substrate 1 (from the ion implantation layer 2 or the ion implantation layer 2). Is also converted to TED 30 in the lower substrate 1).

基板1のうち、エピタキシャル膜3との界面から0.1ミクロン以上、20ミクロン以内の部分を領域Rとする。基板1に含まれるBPD20のうち20%以上が、領域RでTED30に転換されている。図示した例では、5つのBPD20のうち3つがTEDに転換されているので、全BPD20のうち60%がTED30に転換されている。   A region R of the substrate 1 that is 0.1 μm or more and within 20 μm from the interface with the epitaxial film 3 is defined as a region R. 20% or more of the BPD 20 included in the substrate 1 is converted into the TED 30 in the region R. In the illustrated example, three of the five BPDs 20 have been converted to TED, and therefore 60% of all BPDs 20 have been converted to TED30.

上述したように、ウェハ10では、基板1内(イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方の基板1内)でBPD20がTED30に転換されている。   As described above, in the wafer 10, the BPD 20 is converted into the TED 30 in the substrate 1 (in the ion implantation layer 2 or in the substrate 1 below the ion implantation layer 2).

非特許文献1や非特許文献7などの従来技術では、BPD20からTED30への転換は、基板1上に設けたエピタキシャル膜が成長する際に行われる。   In conventional techniques such as Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 7, the conversion from BPD 20 to TED 30 is performed when an epitaxial film provided on the substrate 1 grows.

一方、本実施形態に係るウェハ10でも、エピタキシャル膜3の成長の際にBPD20がTED30に転換される。さらに、それに加えて、基板1の領域Rで、全BPD20のうち20%以上がTED30に転換される。したがって、本実施形態に係るウェハ10は、BPD20がより一層低減したものとなる。   On the other hand, also in the wafer 10 according to the present embodiment, the BPD 20 is converted into the TED 30 when the epitaxial film 3 is grown. In addition, in the region R of the substrate 1, 20% or more of all the BPDs 20 are converted to the TED 30. Therefore, the wafer 10 according to the present embodiment has a further reduced BPD 20.

このように、BPD20が低減されているので、本実施形態に係るウェハ10は、高い耐電圧性が求められる半導体素子や、高い信頼性が求められる半導体素子の材料として好適なものとなる。さらに、BPD20からTED30への転換が、半導体素子の不活性領域となる基板1の内部(イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方の基板1内)で行われるため、高い信頼性の半導体素子を得るための材料として一層好適である。   Thus, since the BPD 20 is reduced, the wafer 10 according to the present embodiment is suitable as a material for a semiconductor element that requires high voltage resistance and a semiconductor element that requires high reliability. Further, since the conversion from the BPD 20 to the TED 30 is performed inside the substrate 1 (in the ion implantation layer 2 or in the substrate 1 below the ion implantation layer 2) which is an inactive region of the semiconductor element, high reliability is achieved. It is more suitable as a material for obtaining a semiconductor element.

また、ウェハ10は、基板1のオフ角度や結晶面(Si面、C面)に限定はない。したがって、半導体素子の製造に適したオフ角度や結晶面を有するウェハ10を提供することができる。   The wafer 10 is not limited to the off-angle of the substrate 1 or the crystal plane (Si plane, C plane). Therefore, it is possible to provide the wafer 10 having an off angle and a crystal plane suitable for manufacturing a semiconductor element.

図2を用いてウェハ10の製造方法について説明する。まず、図2(a)に示すように、基板1を用意する。基板1には、複数のBPD20が存在している。   A method for manufacturing the wafer 10 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 2A, a substrate 1 is prepared. A plurality of BPDs 20 are present on the substrate 1.

次に、図2(b)に示すように、基板1にイオンを注入する(第1工程)。このイオンは、特に限定されないが、例えば、Siイオン、Cイオン、Hイオン、Heイオン、Pイオン、Alイオン、Bイオン、Nイオンを用いることができる。本実施形態では、炭化珪素基板1にSiイオンを注入した。   Next, as shown in FIG. 2B, ions are implanted into the substrate 1 (first step). Although this ion is not specifically limited, For example, Si ion, C ion, H ion, He ion, P ion, Al ion, B ion, and N ion can be used. In this embodiment, Si ions are implanted into the silicon carbide substrate 1.

炭化珪素基板1にイオンを注入する方法としては、公知のイオン注入装置を用いる方法が挙げられる。イオン注入装置は、注入する元素をイオン化し、イオンビームとして引き出し、高電圧の電場で加速し、この加速されたイオンを試料(炭化珪素基板1)に衝突させる装置である。この装置により、イオンが炭化珪素基板1に注入される。   As a method for implanting ions into silicon carbide substrate 1, a method using a known ion implantation apparatus may be mentioned. The ion implantation apparatus is an apparatus that ionizes an element to be implanted, draws it out as an ion beam, accelerates it with a high-voltage electric field, and collides the accelerated ions with a sample (silicon carbide substrate 1). With this apparatus, ions are implanted into the silicon carbide substrate 1.

炭化珪素基板1に注入させるイオンの量は、1.0×1018(/cm)以上1.0×1021(/cm)以下であることが好ましい。このような注入量であれば、後述するように、炭化珪素基板1のBPD20をTEDに転換し、BPD20が低減した炭化珪素単結晶を製造することができる。なお、上述のイオン注入量よりも多くのイオンを注入すると、炭化珪素基板1に欠陥が大量に生じてしまう。 The amount of ions implanted into silicon carbide substrate 1 is preferably 1.0 × 10 18 (/ cm 2 ) or more and 1.0 × 10 21 (/ cm 2 ) or less. With such an implantation amount, as will be described later, BPD 20 of silicon carbide substrate 1 can be converted to TED, and a silicon carbide single crystal with reduced BPD 20 can be manufactured. If a larger amount of ions than the above-described ion implantation amount is implanted, a large amount of defects are generated in silicon carbide substrate 1.

Siイオンを注入することで、炭化珪素基板1の表面近傍では、注入されたSiイオンで結晶欠陥が生じたダメージ層2aが形成される。ダメージ層2aは、結晶欠陥が導入された炭化珪素の層である。これにより、ダメージ層2aに、BPD20の先端部周辺が存在することになる。   By implanting Si ions, in the vicinity of the surface of the silicon carbide substrate 1, a damaged layer 2a in which crystal defects are generated by the implanted Si ions is formed. Damage layer 2a is a layer of silicon carbide into which crystal defects are introduced. Thereby, the periphery of the front-end | tip part of BPD20 exists in the damage layer 2a.

次に、図2(c)に示すように、イオンを注入した炭化珪素基板1をアニール処理する(第2工程)。加熱温度は特に限定されないが1500〜2200℃、より好ましくは1600〜2000℃で1〜120分程度行うことが好ましい。また、加熱は不活性ガス雰囲気または真空下で行うことが好ましい。加熱後、常温下で放置して冷却する。   Next, as shown in FIG. 2C, the silicon carbide substrate 1 implanted with ions is annealed (second step). The heating temperature is not particularly limited, but is preferably 1500 to 2200 ° C., more preferably 1600 to 2000 ° C. for about 1 to 120 minutes. The heating is preferably performed in an inert gas atmosphere or in a vacuum. After heating, let it cool at room temperature.

このアニール処理によって、ダメージ層2aの結晶性が回復しイオン注入層2となる。このイオン注入層2が形成されるときに、BPD20がTED30に転換される。最終的な転換の位置は、アニール処理の温度や時間にもよるが、イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方の基板1内(領域R(図1参照))となる。この転換の理論的なメカニズムはまだ明らかにされていないが、アニール処理により、ダメージ層2aの結晶性が回復する際にBPD20がTED30に転換したと推測される。   By this annealing treatment, the crystallinity of the damaged layer 2a is recovered and the ion-implanted layer 2 is obtained. When the ion implantation layer 2 is formed, the BPD 20 is converted into the TED 30. Although the final conversion position depends on the temperature and time of the annealing treatment, it is in the ion implantation layer 2 or in the substrate 1 below the ion implantation layer 2 (region R (see FIG. 1)). Although the theoretical mechanism of this conversion has not yet been clarified, it is presumed that the BPD 20 was converted to TED 30 when the crystallinity of the damaged layer 2a was recovered by the annealing treatment.

そして、図2(d)に示すように、アニール処理により結晶性が回復したイオン注入層2の表面をエピタキシャル成長させる(第3工程)。これにより、エピタキシャル膜3が形成される。エピタキシャル膜3の結晶成長方法は、特に限定はないが、例えば、CVD法により行うことが好ましい。以後、所定の膜厚と積層を有するウェハ10を製造することができる。   Then, as shown in FIG. 2D, the surface of the ion-implanted layer 2 whose crystallinity has been recovered by annealing is epitaxially grown (third step). Thereby, the epitaxial film 3 is formed. The crystal growth method of the epitaxial film 3 is not particularly limited, but is preferably performed by, for example, a CVD method. Thereafter, the wafer 10 having a predetermined film thickness and lamination can be manufactured.

エピタキシャル膜3の結晶成長の際、エピタキシャル膜3には、BPD20から転換されたTED30が基板1及びイオン注入層2からそのまま伝播する。なお、特に図示しないが、基板1内に存在しているTED30は、エピタキシャル膜3にそのままTED30として伝播している。   During crystal growth of the epitaxial film 3, the TED 30 converted from the BPD 20 propagates as it is from the substrate 1 and the ion implantation layer 2 to the epitaxial film 3. Although not particularly shown, the TED 30 existing in the substrate 1 propagates as it is to the epitaxial film 3 as the TED 30.

上述したように、イオンを注入して、ダメージ層2aを形成し、アニール処理を行うことにより、基板1のBPD20がTED30に転換される。したがって、エピタキシャル膜3には、基板1に存在していたBPD20が伝播せず、TED30に転換されて伝播している。すなわち、本発明に係る製造方法によれば、BPD20が低減されたウェハ10を得ることができる。   As described above, by implanting ions to form the damaged layer 2a and performing an annealing process, the BPD 20 of the substrate 1 is converted into the TED 30. Therefore, the BPD 20 existing on the substrate 1 does not propagate to the epitaxial film 3 but is converted to the TED 30 and propagates. That is, according to the manufacturing method according to the present invention, the wafer 10 in which the BPD 20 is reduced can be obtained.

特に、本実施形態では、イオンとしてSiイオン、すなわち、製造目的であるエピタキシャル膜3を構成する元素と同じものを用いた。このSiイオンを用いることで、基板1中の不純物若しくはドーパントに影響されないエピタキシャル膜3を製造することができる。この効果は、CイオンやHイオン、Heイオンを用いる場合についても同様である。   In particular, in this embodiment, Si ions as ions, that is, the same elements as those constituting the epitaxial film 3 that is the manufacturing purpose are used. By using this Si ion, the epitaxial film 3 that is not affected by impurities or dopants in the substrate 1 can be manufactured. This effect is the same when using C ions, H ions, or He ions.

なお、イオン注入を行ってダメージ層2aを形成する代わりに、電子線を照射してダメージ層2aを形成しても同様な効果が得られる。この場合、基板1の表面層に十分な欠陥を形成するために、100keV以上のエネルギーを有する電子線を照射する必要がある。100keV以下のエネルギーでは、SiC単結晶中のSi原子とC原子の両方を電子線で格子間位置から外すことができないが、約100keV以上のエネルギーではC原子、約200keV以上のエネルギーではSi原子を電子線で格子間位置から外すことが可能となり、イオン注入の場合と同様なダメージ層2aを形成することができる。   The same effect can be obtained by forming the damaged layer 2a by irradiating an electron beam instead of forming the damaged layer 2a by ion implantation. In this case, in order to form a sufficient defect in the surface layer of the substrate 1, it is necessary to irradiate an electron beam having energy of 100 keV or more. At an energy of 100 keV or less, both Si atoms and C atoms in the SiC single crystal cannot be removed from the interstitial position by an electron beam. However, at an energy of about 100 keV or more, a C atom, and at an energy of about 200 keV or more, an Si atom is removed. It can be removed from the interstitial position with an electron beam, and the damage layer 2a similar to the case of ion implantation can be formed.

以降、ダメージ層2aは、イオン注入によるものに限らず、電子線照射によるものも含む。また、以降の説明では、イオン注入層2について言及するが、電子線照射層と読み替えても同様の効果を得ることができる。電子線照射層とは、電子線を照射して形成したダメージ層2aをアニール処理することにより得られるものである。   Thereafter, the damage layer 2a is not limited to that by ion implantation, but includes that by electron beam irradiation. In the following description, the ion-implanted layer 2 will be referred to, but the same effect can be obtained even if it is read as an electron beam irradiation layer. An electron beam irradiation layer is obtained by annealing the damage layer 2a formed by irradiating an electron beam.

また、従来技術では、BPDをTEDに変換するために、基板に溶融KOH、RIEなどのエッチング処理を行っていた。通常、エッチング処理を行うと、半導体素子を作製する際に表面を研磨して平坦化する処理が必要となる。しかしながら、本製造方法は、このようなエッチング処理が不要であるので、基板1の表面を平坦に保つことができる。なお、イオン注入や電子線照射は、エッチング処理ほど基板1の表面を粗くすることがなく、平坦化処理が不要である。このように、エッチング処理及びこれに伴う平坦化処理が不要となり、製造工程を簡略化できる。   Further, in the prior art, in order to convert BPD into TED, an etching process such as molten KOH or RIE is performed on the substrate. In general, when an etching process is performed, a process for polishing and flattening the surface is required when a semiconductor element is manufactured. However, since this manufacturing method does not require such an etching process, the surface of the substrate 1 can be kept flat. Note that ion implantation and electron beam irradiation do not make the surface of the substrate 1 as rough as the etching process, and planarization is not necessary. Thus, the etching process and the flattening process associated therewith are not required, and the manufacturing process can be simplified.

なお、図3に示すように、上述したイオン注入〜アニール処理〜エピタキシャル成長を任意の回数行ってもよい。すなわち、基板1上に、イオン注入層2とエピタキシャル膜3との組を複数形成してウェハ10を形成してもよい。例えば、一度のイオン注入〜アニール処理ではBPD20がTED30に転換されなかったとする。この場合、同図に示すように、基板1側に近い方の一層目のエピタキシャル膜3に基板1のBPD20がそのまま伝播することになる。しかし、イオン注入〜アニール処理を複数回繰り返すことで、BPD20はTED30に転換される確率が高くなる。例えば、2層目のイオン注入層2を形成することでBPD20はTED30に転換され、2層目のエピタキシャル膜3には、TED30が伝播する。結局、複数のウェハ10全体では、BPD20のほとんどをTED30に転換することができる。   As shown in FIG. 3, the above-described ion implantation, annealing, and epitaxial growth may be performed any number of times. That is, the wafer 10 may be formed by forming a plurality of pairs of the ion implantation layer 2 and the epitaxial film 3 on the substrate 1. For example, it is assumed that the BPD 20 is not converted to the TED 30 by one ion implantation to annealing treatment. In this case, as shown in the figure, the BPD 20 of the substrate 1 propagates as it is to the first-layer epitaxial film 3 closer to the substrate 1 side. However, by repeating the ion implantation to annealing treatment a plurality of times, the probability that the BPD 20 is converted to the TED 30 increases. For example, by forming the second ion implantation layer 2, the BPD 20 is converted into the TED 30, and the TED 30 propagates to the second epitaxial film 3. Eventually, almost all of the BPD 20 can be converted into the TED 30 in the plurality of wafers 10 as a whole.

さらに、図4に示すように、エピタキシャル膜3は、一層に限らず、複数層形成してもよい。これにより、所望の厚みと積層を有するウェハ10を形成することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 4, the epitaxial film 3 is not limited to one layer, and a plurality of layers may be formed. Thereby, the wafer 10 having a desired thickness and lamination can be formed.

また、エピタキシャル膜3の膜厚は、特に限定されない。所望するエピタキシャル膜3の膜厚や該エピタキシャル膜3を用いて製造する半導体素子構造に応じて適宜設定すればよい。   Further, the thickness of the epitaxial film 3 is not particularly limited. What is necessary is just to set suitably according to the film thickness of the desired epitaxial film 3, and the semiconductor element structure manufactured using this epitaxial film 3. FIG.

上述した炭化珪素ウェハ10を用いて、種々の炭化珪素半導体素子を製造することができる。例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、JFET(Junction Field Effect Transistor)、BJT(Bipolar junction transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、GTO(Gate Turn-Off thyristor)、GCTサイリスタ(Gate Commutated Turn-off Thyristor)、サイリスタ、ショットキーダイオード、JBS(Junction Barrier Schottky)ダイオード、MPD(Merged pn ダイオード)、pnダイオードなどである。   Various silicon carbide semiconductor elements can be manufactured using silicon carbide wafer 10 described above. For example, MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), JFET (Junction Field Effect Transistor), BJT (Bipolar junction transistor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), GTO (Gate Turn-Off thyristor), GCT thyristor ( Gate Commutated Turn-off Thyristor), thyristor, Schottky diode, JBS (Junction Barrier Schottky) diode, MPD (Merged pn diode), pn diode, and the like.

本発明に係る製造方法により得られた炭化珪素単結晶又はこれを用いたウェハは、BPD20が低減しているので、当該ウェハを用いて製造された半導体素子の信頼性や性能の低下が防止され、炭化珪素の優れた特性を活かした高性能な半導体素子が得られる。   Since the silicon carbide single crystal obtained by the manufacturing method according to the present invention or a wafer using the same has a reduced BPD 20, a decrease in reliability and performance of a semiconductor element manufactured using the wafer is prevented. A high-performance semiconductor element utilizing the excellent characteristics of silicon carbide can be obtained.

また、該炭化珪素半導体素子から、インバータやコンバータなどの電力変換装置を製造することができる。この電力変換装置は、炭化珪素の優れた特性により、高電圧に適用でき、低損失で電力変換を行うことができる。   Moreover, power converters, such as an inverter and a converter, can be manufactured from this silicon carbide semiconductor element. This power conversion device can be applied to a high voltage due to the excellent characteristics of silicon carbide, and can perform power conversion with low loss.

〈実施形態2〉
実施形態1では、基板1は、炭化珪素からなる円柱形のバルク状の単結晶をスライスして得られたウェハを用いたが、本発明は、炭化珪素からなる基板にエピタキシャル膜が形成されたものを基板として用いることもできる。本実施形態では、エピタキシャル膜が形成された基板1を用いて作製されたウェハ10及びその製造方法について説明する。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, a wafer obtained by slicing a cylindrical bulk single crystal made of silicon carbide is used as the substrate 1, but in the present invention, an epitaxial film is formed on a substrate made of silicon carbide. A thing can also be used as a substrate. In the present embodiment, a wafer 10 manufactured using a substrate 1 on which an epitaxial film is formed and a manufacturing method thereof will be described.

図5は、炭化珪素ウェハの概略断面図であり、図6は、炭化珪素ウェハの製造方法を説明する概略断面図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the silicon carbide wafer, and FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for manufacturing the silicon carbide wafer. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as Embodiment 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図5(a)に示すように、炭化珪素からなるバルク状の単結晶をスライスして得られた基板5上に、エピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル膜3Aが設けられている。このエピタキシャル膜3Aが形成された基板5全体を基板1とする。   As shown in FIG. 5A, an epitaxial film 3A formed by epitaxial growth is provided on a substrate 5 obtained by slicing a bulk single crystal made of silicon carbide. The entire substrate 5 on which the epitaxial film 3A is formed is referred to as a substrate 1.

本実施形態に係るウェハ10は、基板1と、基板1のエピタキシャル膜3Aに設けられたイオン注入層2と、イオン注入層2上に設けられたエピタキシャル膜3Bとから構成されている。エピタキシャル膜3A、3Bは何れも、CVD法などで作製された炭化珪素からなる薄膜である。なお、エピタキシャル膜3Aは、請求項10の第1のエピタキシャル膜に対応し、エピタキシャル膜3Bは請求項10の第2のエピタキシャル膜に対応する。   The wafer 10 according to the present embodiment includes a substrate 1, an ion implantation layer 2 provided on the epitaxial film 3 </ b> A of the substrate 1, and an epitaxial film 3 </ b> B provided on the ion implantation layer 2. Epitaxial films 3A and 3B are all thin films made of silicon carbide produced by a CVD method or the like. The epitaxial film 3A corresponds to the first epitaxial film of claim 10, and the epitaxial film 3B corresponds to the second epitaxial film of claim 10.

イオン注入層2は、基板1のエピタキシャル膜3Aにイオンが注入されて形成された層である。イオン注入層2は、詳細は後述するが、基板1のエピタキシャル膜3Aにイオンが注入されてダメージが加わり、さらに、アニール処理により、結晶性が回復することで形成されている。   The ion implantation layer 2 is a layer formed by implanting ions into the epitaxial film 3 </ b> A of the substrate 1. Although details will be described later, the ion-implanted layer 2 is formed by implanting ions into the epitaxial film 3A of the substrate 1 to cause damage, and further recovering crystallinity by annealing.

基板1には、複数のBPD20が存在する。同図には5つのBPD20が例示されている。エピタキシャル膜3Aには、基板5から4つのBPD20がそのまま伝播している。また、1つのBPD20は、基板1とエピタキシャル膜3Aの界面付近でTED30に転換されている。   A plurality of BPDs 20 are present on the substrate 1. In the figure, five BPDs 20 are illustrated. Four BPDs 20 are directly propagated from the substrate 5 to the epitaxial film 3A. One BPD 20 is converted to a TED 30 in the vicinity of the interface between the substrate 1 and the epitaxial film 3A.

そして、エピタキシャル膜3A(イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方のエピタキシャル膜3A内)においては、そのうち3つのBPD20がTED30に転換されている。BPD20からTED30への転換は、詳細は後述するが、基板1にイオン注入し、アニール処理を行うことにより行われている。   In the epitaxial film 3A (in the ion implantation layer 2 or in the epitaxial film 3A below the ion implantation layer 2), three of the BPDs 20 are converted into TEDs 30. The conversion from the BPD 20 to the TED 30 is performed by implanting ions into the substrate 1 and performing an annealing process, as will be described in detail later.

エピタキシャル膜3Bには、エピタキシャル膜3A(イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方のエピタキシャル膜3A内)で転換した3つのTED30がそのまま伝播し、イオン注入層2で転換されなかった1つのBPD20がそのまま伝播している。   Three TEDs 30 converted in the epitaxial film 3A (in the ion implantation layer 2 or in the epitaxial film 3A below the ion implantation layer 2) are propagated as they are to the epitaxial film 3B, and are not converted in the ion implantation layer 2. Two BPDs 20 are propagated as they are.

エピタキシャル膜3Aで行われるBPD20からTED30への転換の位置や割合は次の通りである。   The position and ratio of conversion from BPD 20 to TED 30 performed in the epitaxial film 3A are as follows.

エピタキシャル膜3Aでは、基板1から伝播したBPDの20%以上がTEDに転換されている。図示した例では、イオン注入層2で4つのBPD20のうち3つのBPD20がTED30に転換されているので、イオン注入層2中の全BPD20のうち75%がTED30に転換されている。   In the epitaxial film 3A, 20% or more of the BPD propagated from the substrate 1 is converted to TED. In the illustrated example, three BPDs 20 of the four BPDs 20 are converted to TEDs 30 in the ion implantation layer 2, so that 75% of all the BPDs 20 in the ion implantation layer 2 are converted to the TEDs 30.

エピタキシャル膜3A(イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方のエピタキシャル膜3A内)のうち、厚さ方向に2μmの厚さを持つ部分を領域Rとする。エピタキシャル膜3Aで行われたBPD20からTED30への転換のうち60%以上が領域Rで行われている。図示した例では、エピタキシャル膜3A中の3つのBPD20がTED30に転換されているが、そのうち、領域Rで2つのBPD20がTED30に転換されている。すなわち、エピタキシャル膜3A中で行われるBPD20からTED30への転換のうち67%(2/3=0.666・・・)が領域Rで行われている。   Of the epitaxial film 3A (in the ion-implanted layer 2 or in the epitaxial film 3A below the ion-implanted layer 2), a portion having a thickness of 2 μm in the thickness direction is defined as a region R. More than 60% of the conversion from BPD 20 to TED 30 performed in the epitaxial film 3A is performed in the region R. In the illustrated example, three BPDs 20 in the epitaxial film 3 </ b> A are converted into TEDs 30, but two BPDs 20 in the region R are converted into TEDs 30. That is, 67% (2/3 = 0.666...) Of the conversion from BPD 20 to TED 30 performed in the epitaxial film 3A is performed in the region R.

厚さ2μm以内の領域Rで集中的にBPD20がTED30に転換されるのは、エピタキシャル膜3Aに、後述するような一連の処理によりイオン注入層2を形成してアニール処理を行ったからである。すなわち、実施形態1で述べたように、エピタキシャル膜3Aに対して注入するイオンの量(密度)とアニール処理の温度や時間を適宜調整することで、BPD20からTED30に転換される位置の深さを調整できるからである。   The reason why the BPD 20 is intensively converted to the TED 30 in the region R having a thickness of 2 μm or less is that the ion implantation layer 2 is formed on the epitaxial film 3A by a series of processes as will be described later, and the annealing process is performed. That is, as described in the first embodiment, by appropriately adjusting the amount (density) of ions implanted into the epitaxial film 3A and the annealing temperature and time, the depth of the position where the BPD 20 is converted to the TED 30 is changed. It is because it can adjust.

また、領域Rの位置は、イオン注入層2とエピタキシャル膜3Bとの界面から深さDに位置する。深さDは特に限定はないが、例えば、界面から0.1μm〜20μmである。この深さDは、エピタキシャル膜3Aに注入するイオンの量(密度)とアニール処理の温度や時間により制御できる。注入するイオンの量(照射する電子線の量)が多いほど、またアニール時間が長いほど、さらにアニール温度が高いほど、深さDが大きくなる傾向がある。   Further, the region R is located at a depth D from the interface between the ion implantation layer 2 and the epitaxial film 3B. The depth D is not particularly limited, but is, for example, 0.1 μm to 20 μm from the interface. This depth D can be controlled by the amount (density) of ions implanted into the epitaxial film 3A and the annealing temperature and time. The depth D tends to increase as the amount of ions to be implanted (the amount of electron beam to be irradiated) increases, as the annealing time increases, and as the annealing temperature increases.

ここで、図5(b)に、エピタキシャル膜3Aにイオン注入層2を形成したウェハ10の別態様を例示する。   Here, FIG. 5B illustrates another mode of the wafer 10 in which the ion implantation layer 2 is formed in the epitaxial film 3A.

図示するように、エピタキシャル膜3が設けられた基板5を基板1とし、その上に任意の数(同図では1層)のエピタキシャル膜3を形成し、その上に、エピタキシャル膜3Aを形成し、当該エピタキシャル膜3Aにイオン注入層2を形成し、さらにエピタキシャル膜3Bを形成してウェハ10としてもよい。   As shown in the figure, a substrate 5 provided with an epitaxial film 3 is a substrate 1, an arbitrary number (one layer in the figure) of epitaxial films 3 is formed thereon, and an epitaxial film 3A is formed thereon. The wafer 10 may be formed by forming the ion implantation layer 2 in the epitaxial film 3A and further forming the epitaxial film 3B.

この場合、請求項10の第1のエピタキシャル膜はエピタキシャル膜3Aであり、請求項10の第2のエピタキシャル膜は最上面のエピタキシャル膜3Bである。すなわち、第1のエピタキシャル膜3Aと基板1との間に、他のエピタキシャル膜が介在していてもよい。   In this case, the first epitaxial film of claim 10 is the epitaxial film 3A, and the second epitaxial film of claim 10 is the uppermost epitaxial film 3B. That is, another epitaxial film may be interposed between the first epitaxial film 3 </ b> A and the substrate 1.

このようなウェハ10であっても、エピタキシャル膜3A(第1のエピタキシャル膜)に伝播したBPDの20%以上が、イオン注入層2においてTEDに転換され、かつ領域RでBPDからTEDへの転換の60%以上が行われている。また、領域Rの位置は、イオン注入層2とエピタキシャル膜3Bとの界面から深さDに位置する。   Even in such a wafer 10, 20% or more of the BPD propagated to the epitaxial film 3 </ b> A (first epitaxial film) is converted into TED in the ion implantation layer 2, and conversion from BPD to TED is performed in the region R. 60% or more of the Further, the region R is located at a depth D from the interface between the ion implantation layer 2 and the epitaxial film 3B.

さらに、ウェハ10のエピタキシャル膜3A及びエピタキシャル膜3Bに存在するBPD20には、次のような関係がある。   Further, the BPD 20 existing in the epitaxial film 3A and the epitaxial film 3B of the wafer 10 has the following relationship.

すなわち、エピタキシャル膜3Bに含まれるBPD20の密度は、エピタキシャル膜3Aに含まれるBPD20の密度の80%以下である。エピタキシャル膜3AのBPD20の密度とは、エピタキシャル膜3Aに含まれるBPDの単位面積あたりの数である。エピタキシャル膜3BのBPD20の密度についても同様である。   That is, the density of the BPD 20 included in the epitaxial film 3B is 80% or less of the density of the BPD 20 included in the epitaxial film 3A. The density of BPD 20 in epitaxial film 3A is the number per unit area of BPD contained in epitaxial film 3A. The same applies to the density of the BPD 20 of the epitaxial film 3B.

図5(a)に示す例では、エピタキシャル膜3Aには4つのBPD20(うち3つはTED30に転換されている)が含まれ、エピタキシャル膜3Bには1つのBPD20が含まれている。したがって、エピタキシャル膜3AのBPD20の密度(1個/単位面積)は、エピタキシャル膜3BのBPD20の密度(4個/単位面積)の80%以下である。   In the example shown in FIG. 5A, the epitaxial film 3A includes four BPDs 20 (three of which are converted to TEDs 30), and the epitaxial film 3B includes one BPD20. Therefore, the density (1 piece / unit area) of the BPD 20 in the epitaxial film 3A is 80% or less of the density (4 pieces / unit area) of the BPD 20 in the epitaxial film 3B.

以上に説明したように、ウェハ10は、エピタキシャル膜3A(イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方のエピタキシャル膜3A内)でBPD20がTED30に転換されている。従来技術では、エピタキシャル膜内では、成長に伴いごく一部のBPD20がTED30に転換される。このようなBPD20からTED30への転換は、エピタキシャル膜の深さ方向において不特定の場所で生じる。   As described above, the wafer 10 has the BPD 20 converted into the TED 30 in the epitaxial film 3A (in the ion implantation layer 2 or in the epitaxial film 3A below the ion implantation layer 2). In the prior art, a very small portion of the BPD 20 is converted to TED 30 in the epitaxial film as it grows. Such conversion from the BPD 20 to the TED 30 occurs at an unspecified place in the depth direction of the epitaxial film.

一方、本実施形態に係るウェハ10では、従来技術同様に、エピタキシャル膜3Aでごく一部のBPD20がTEDに転換される。さらに、それに加えて、ウェハ10では、エピタキシャル膜3A(イオン注入層2内もしくはイオン注入層2よりも下方のエピタキシャル膜3A内)の深さDに位置する領域Rで集中的にBPD20の20%以上がTED30に転換されている。したがって、本実施形態に係るウェハ10は、BPD20がより一層低減したものとなる。   On the other hand, in the wafer 10 according to the present embodiment, a part of the BPD 20 is converted into TED by the epitaxial film 3A, as in the conventional technique. In addition to that, in the wafer 10, 20% of the BPD 20 is concentrated in the region R located at the depth D of the epitaxial film 3A (in the ion implantation layer 2 or in the epitaxial film 3A below the ion implantation layer 2). The above has been converted to TED30. Therefore, the wafer 10 according to the present embodiment has a further reduced BPD 20.

このように、BPD20が低減されているので、本実施形態に係るウェハ10は、高い耐電圧性が求められる半導体素子や、高い信頼性が求められる半導体素子の材料として好適なものとなる。また、ウェハ10は、基板1のオフ角度や結晶面(Si面、C面)に限定はない。したがって、半導体素子の製造に適したオフ角度や結晶面を有するウェハ10が提供される。   Thus, since the BPD 20 is reduced, the wafer 10 according to the present embodiment is suitable as a material for a semiconductor element that requires high voltage resistance and a semiconductor element that requires high reliability. The wafer 10 is not limited to the off-angle of the substrate 1 or the crystal plane (Si plane, C plane). Therefore, a wafer 10 having an off angle and a crystal plane suitable for manufacturing a semiconductor element is provided.

図6を用いてウェハ10の製造方法について説明する。まず、図6(a)に示すように、炭化珪素からなるバルク状の単結晶をスライスして得られた基板5上をエピタキシャル成長させてエピタキシャル膜3Aを形成する。このエピタキシャル膜3Aが形成された基板5全体を基板1とする。   A method for manufacturing the wafer 10 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 6A, an epitaxial film 3A is formed by epitaxially growing a substrate 5 obtained by slicing a bulk single crystal made of silicon carbide. The entire substrate 5 on which the epitaxial film 3A is formed is referred to as a substrate 1.

基板5には、複数のBPD20が存在する。同図には3つのBPD20が例示されている。この基板5をエピタキシャル成長させると、いくつかのBPD20(図では2つのBPD20)は、基板5及びエピタキシャル膜3Aの界面でTED30に転換し、TED30としてエピタキシャル膜3Aに伝播する。一方、基板5中のBPD20がそのままエピタキシャル膜3Aに伝播するものもある(図では一つのBPD20がそのまま伝播している)。   A plurality of BPDs 20 exist on the substrate 5. In the figure, three BPDs 20 are illustrated. When this substrate 5 is epitaxially grown, some BPDs 20 (two BPDs 20 in the figure) are converted to TED 30 at the interface between the substrate 5 and the epitaxial film 3A, and propagate as TED 30 to the epitaxial film 3A. On the other hand, in some cases, the BPD 20 in the substrate 5 propagates as it is to the epitaxial film 3A (in the figure, one BPD 20 propagates as it is).

次に、図6(b)に示すように、このような基板1にイオンを注入する。本実施形態では、炭化珪素基板1にSiイオンを注入した。イオンの種別や注入量、注入方法は実施形態1と同様である。   Next, as shown in FIG. 6B, ions are implanted into such a substrate 1. In this embodiment, Si ions are implanted into the silicon carbide substrate 1. The ion type, implantation amount, and implantation method are the same as in the first embodiment.

Siイオンを注入することで、エピタキシャル膜3A(炭化珪素基板1)の表面近傍では、注入されたSiイオンで結晶欠陥が生じたダメージ層2aが形成される。実施形態1と同様に、ダメージ層2aに、BPD20の先端部周辺が存在することになる。   By implanting Si ions, a damaged layer 2a in which crystal defects are generated by the implanted Si ions is formed in the vicinity of the surface of the epitaxial film 3A (silicon carbide substrate 1). Similar to the first embodiment, the periphery of the tip of the BPD 20 exists in the damage layer 2a.

次に、図6(c)に示すように、イオンを注入した基板1をアニール処理する。このアニール処理によって、ダメージ層2aの結晶性が回復してイオン注入層2となる。このイオン注入層2が形成されるときに、BPD20がTED30に転換される。なお、加熱条件は、実施形態1と同様である。加熱後、常温下で放置して冷却する。   Next, as shown in FIG. 6C, the substrate 1 implanted with ions is annealed. By this annealing treatment, the crystallinity of the damaged layer 2a is recovered and becomes the ion implantation layer 2. When the ion implantation layer 2 is formed, the BPD 20 is converted into the TED 30. The heating conditions are the same as in the first embodiment. After heating, let it cool at room temperature.

そして、図6(d)に示すように、アニール処理により結晶性が回復したイオン注入層2の表面をエピタキシャル成長させる。これにより、エピタキシャル膜3Bが形成される。エピタキシャル膜3Bの結晶成長方法は、特に限定はないが、例えば、CVD法により行うことが好ましい。   Then, as shown in FIG. 6D, the surface of the ion-implanted layer 2 whose crystallinity has been recovered by annealing is epitaxially grown. Thereby, the epitaxial film 3B is formed. The crystal growth method of the epitaxial film 3B is not particularly limited, but is preferably performed by, for example, a CVD method.

エピタキシャル膜3Bの結晶成長の際、エピタキシャル膜3Bには、BPD20から転換されたTED30がイオン注入層2からそのまま伝播する。   During crystal growth of the epitaxial film 3B, the TED 30 converted from the BPD 20 propagates as it is from the ion implantation layer 2 to the epitaxial film 3B.

以上に説明したように、基板5にエピタキシャル膜3Aを形成する際にTED30に転換されなかったBPD20を、イオン注入〜アニール処理〜エピタキシャル成長を行うことで、TED30に転換することができる。このときのBPD20からTED30への転換率、転換位置は図5に示したものと同様である。このように、本発明に係る製造方法は、BPD20が低減されたウェハ10を製造することができる。   As described above, the BPD 20 that has not been converted into the TED 30 when the epitaxial film 3A is formed on the substrate 5 can be converted into the TED 30 by performing ion implantation, annealing, and epitaxial growth. The conversion rate and conversion position from BPD 20 to TED 30 at this time are the same as those shown in FIG. As described above, the manufacturing method according to the present invention can manufacture the wafer 10 in which the BPD 20 is reduced.

もちろん、特に図示しないが、基板1に任意の数のエピタキシャル膜3を形成したのち、イオン注入層2を形成し、さらにエピタキシャル膜3を形成することで、図5(b)に示したようなウェハ10を製造することができる。また、エピタキシャル膜3を形成した後に、エピタキシャル膜3の上に任意の膜厚や層構造を有するエピタキシャル膜を形成してもよい。   Of course, although not shown in particular, after forming an arbitrary number of epitaxial films 3 on the substrate 1, the ion implantation layer 2 is formed, and further the epitaxial film 3 is formed, as shown in FIG. The wafer 10 can be manufactured. Further, after the epitaxial film 3 is formed, an epitaxial film having an arbitrary film thickness or layer structure may be formed on the epitaxial film 3.

〈実施形態3〉
実施形態1及び実施形態2で説明したウェハ10には、基板1が含まれていたが、基板1を除去してもよい。
<Embodiment 3>
Although the substrate 10 is included in the wafer 10 described in the first and second embodiments, the substrate 1 may be removed.

図7は、本実施形態に係る炭化珪素ウェハ及びその製造方法を説明する概略図である。なお、実施形態1及び実施形態2と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   FIG. 7 is a schematic view for explaining the silicon carbide wafer and the manufacturing method thereof according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as Embodiment 1 and Embodiment 2, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図7(a)に記載したウェハ10は、図1に示したウェハ10と同じものである。図7(b)に示すように、ウェハ10の基板1を全て除去する。除去方法は、例えば、イオン注入層2が無くなるまで、機械研磨や化学処理、イオンエッチングなど適切な方法で行えばよい。   The wafer 10 shown in FIG. 7A is the same as the wafer 10 shown in FIG. As shown in FIG. 7B, the entire substrate 1 of the wafer 10 is removed. The removal method may be performed by an appropriate method such as mechanical polishing, chemical treatment, or ion etching until the ion-implanted layer 2 is eliminated.

基板1には、BPD20が高密度で存在していたが、その基板1が除去されるので、BPD密度が小さいウェハ11が得られる。   Although the BPD 20 exists in the substrate 1 at a high density, the substrate 1 is removed, so that a wafer 11 having a low BPD density is obtained.

さらに、図7(c)に示すように、上述したウェハ11を得た上で、基板1が存在していた側の表面上に、さらに炭化珪素のエピタキシャル成長を1回又は複数回行い、エピタキシャル膜3を形成してもよい。エピタキシャル膜3の膜厚やエピタキシャル成長を行う回数は特に限定されない。所望するウェハの全体膜厚や素子構造に応じて適宜設定すればよい。これにより、BPD密度が小さく、基板1が存在していた側にもエピタキシャル膜3を有するウェハ12を得ることができる。   Further, as shown in FIG. 7C, after obtaining the wafer 11 described above, the epitaxial growth of silicon carbide is further performed once or a plurality of times on the surface on the side where the substrate 1 was present. 3 may be formed. The thickness of the epitaxial film 3 and the number of times of epitaxial growth are not particularly limited. What is necessary is just to set suitably according to the whole film thickness and element structure of a desired wafer. Thereby, a wafer 12 having a low BPD density and having the epitaxial film 3 on the side where the substrate 1 was present can be obtained.

なお、特に図示しないが、基板1を除去する際にイオン注入層2を残してもよい。この場合においても、BPD密度が小さいウェハを得ることができる。さらに、実施形態2に示したウェハについて、基板1を除去してもよいし、基板1を除去した後、エピタキシャル膜を形成してウェハとしてもよい。   Although not particularly shown, the ion implantation layer 2 may be left when the substrate 1 is removed. Even in this case, a wafer having a low BPD density can be obtained. Further, with respect to the wafer shown in the second embodiment, the substrate 1 may be removed, or after removing the substrate 1, an epitaxial film may be formed to form a wafer.

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

[比較例]
〈11−20〉方向に8°のオフ角を有する4H−SiC基板上に、CVD法により結晶成長を行い、膜厚が約20μmの第1のエピタキシャル膜を形成することで、比較例に係わる基板を製作した。
[Comparative example]
A crystal growth is performed by a CVD method on a 4H—SiC substrate having an off angle of 8 ° in the <11-20> direction to form a first epitaxial film having a thickness of about 20 μm. A board was produced.

[実施例]
比較例に係る基板について、後述の試験例に示す測定を行った後、Siイオンをエピタキシャル膜表面から深さ250nmの領域で1×1019cm-3の平均濃度となるようにイオン注入を行った。イオン注入時の基板温度は600℃とした。イオン注入に引き続いて、加熱処理を行った。この加熱処理は、基板をグラファイト製の坩堝の中に入れ、高周波誘導加熱が行われるグラファイト円筒(ホットウォール)内に坩堝を配置した。坩堝内にアルゴンガスを供給し、1670℃で3分間加熱した。昇温速度は40℃/minとした。加熱処理後に、CVD法により結晶成長を行い、膜厚が約20μmの第2のエピタキシャル膜を形成して実施例に係わる基板を得た。その後に、後述の試験例に示す測定を再度行った。
[Example]
For the substrate according to the comparative example, after performing the measurement shown in the following test example, ion implantation was performed so that Si ions had an average concentration of 1 × 10 19 cm −3 in the region of a depth of 250 nm from the surface of the epitaxial film. It was. The substrate temperature during ion implantation was 600 ° C. Subsequent to the ion implantation, heat treatment was performed. In this heat treatment, the substrate was placed in a graphite crucible, and the crucible was placed in a graphite cylinder (hot wall) where high frequency induction heating was performed. Argon gas was supplied into the crucible and heated at 1670 ° C. for 3 minutes. The heating rate was 40 ° C./min. After the heat treatment, crystal growth was performed by a CVD method to form a second epitaxial film having a thickness of about 20 μm to obtain a substrate according to the example. Then, the measurement shown in the below-mentioned test example was performed again.

[試験例1]
比較例、実施例に係る基板のそれぞれについて、放射光反射トポグラフィー測定(SPring-8放射光施設)を行い、トポグラフィー像を得ることで、エピタキシャル膜内の各種転位の分布を測定した。
[Test Example 1]
With respect to each of the substrates according to the comparative example and the example, synchrotron radiation reflection topography measurement (SPring-8 synchrotron radiation facility) was performed to obtain a topography image, thereby measuring the distribution of various dislocations in the epitaxial film.

具体的には、比較例、実施例に係る基板のそれぞれに対して、放射光を単色化したX線(波長1.54Å)を約20°の入射角度で照射し、回折ベクトルg=11−28の条件を満たす反射光を原子核乾板に結像させてトポグラフィー像を得た。   Specifically, each of the substrates according to the comparative example and the example is irradiated with X-rays (wavelength of 1.54 mm) obtained by monochromatic radiation at an incident angle of about 20 °, and the diffraction vector g = 11−. Reflected light satisfying the condition of 28 was imaged on the nuclear plate to obtain a topography image.

図8(a)は、比較例のトポグラフィー像であり、図8(b)は、イオン注入、加熱処理ならびに第2のエピタキシャル膜の形成後に得られた実施例のトポグラフィー像である。比較例に係る基板上に現れた線状の暗いコントラストはBPDであり、比較的小さな断片状(ドット状)のコントラストはTEDであり、比較的大きな円形のコントラストはTSD(貫通らせん転位)である。これらのトポグラフィー像は基板の同一領域を示しており、イオン注入→加熱処理→第2のエピタキシャル膜形成によって、転位がどのように変化したかを確認した。   FIG. 8A is a topographic image of a comparative example, and FIG. 8B is a topographic image of an example obtained after ion implantation, heat treatment, and formation of the second epitaxial film. The linear dark contrast appearing on the substrate according to the comparative example is BPD, the comparatively small fragment (dot) contrast is TED, and the comparatively large circular contrast is TSD (through screw dislocation). . These topographic images show the same region of the substrate, and it was confirmed how dislocations were changed by ion implantation → heating treatment → second epitaxial film formation.

図8(a)中の○印に示すように、比較例に係る基板には、基板からエピタキシャル膜に伝播したBPDが18個現れていることが確認された。   As indicated by the circles in FIG. 8A, it was confirmed that 18 BPDs propagated from the substrate to the epitaxial film appeared on the substrate according to the comparative example.

一方、図8(b)では、比較例ではBPDが観察されていた位置と、ほぼ同じ配置で(白い矢印で示す位置)に、TEDが観察されている。つまり、比較例ではBPDとしてエピタキシャル膜の表面に現れていたものが、イオン注入→加熱処理→第2のエピタキシャル膜形成後には、TEDとしてエピタキシャル膜に現れていることを示している。このことは、比較例では、線状のコントラストで現れていたものが、イオン注入→加熱処理→第2のエピタキシャル膜形成後には、小さな断片上(ドット状)のコントラストに変化していることから判断される。   On the other hand, in FIG.8 (b), TED is observed by the substantially same arrangement | positioning (position shown with a white arrow) as the position where BPD was observed in the comparative example. That is, in the comparative example, what appeared on the surface of the epitaxial film as BPD appeared on the epitaxial film as TED after ion implantation → heating treatment → second epitaxial film formation. This is because, in the comparative example, what appeared with a linear contrast changed to a contrast on a small fragment (dot-like) after ion implantation → heating treatment → second epitaxial film formation. To be judged.

トポグラフィー像の観察結果より、比較例に示した基板の一領域には、合計18個のBPDがエピタキシャル膜表面に現れていたが、このうちの17個のBPD(図8(b)中で、白い矢印で示すBPD)がイオン注入→加熱処理→第2のエピタキシャル膜形成によってTEDに転換され、残りの1個のBPD(図8(b)中で、黒い矢印で示すBPD)は転換されずにBPDとして残存していたことが分かる。   From the observation result of the topography image, a total of 18 BPDs appeared on the surface of the epitaxial film in one region of the substrate shown in the comparative example. Of these, 17 BPDs (in FIG. 8B) , BPD indicated by a white arrow) is converted to TED by ion implantation → heat treatment → second epitaxial film formation, and the remaining one BPD (BPD indicated by a black arrow in FIG. 8B) is converted. It turns out that it remained as BPD.

[試験例2]
比較例、実施例に関して、より広い領域で転位の分布を測定した。
[Test Example 2]
Regarding the comparative example and the example, the distribution of dislocations was measured in a wider region.

より広い領域で比較例のBPDを計測したところ、エピタキシャル膜表面には56個のBPDが現れていた。一方、同一領域について実施例のBPDを計測したところ、56個のBPDのうち約91%に相当する51個がTEDに転換していた。   When the BPD of the comparative example was measured in a wider area, 56 BPDs appeared on the epitaxial film surface. On the other hand, when the BPD of the example was measured for the same region, 51 out of 56 BPDs, corresponding to about 91%, were converted to TED.

[試験例3]
実施例に関して、イオン注入→加熱処理→第2のエピタキシャル膜形成により生じたBPDからTEDへの転換が、エピタキシャル膜内において膜表面からどの深さ方向で行われたものかを調べた。
[Test Example 3]
Regarding the examples, it was investigated in which depth direction the conversion from BPD to TED caused by ion implantation → heating treatment → second epitaxial film formation was performed from the film surface in the epitaxial film.

測定は、比較例と実施例において取得した放射光反射トポグラフィーを比較検査することで、イオン注入→加熱処理→第2のエピタキシャル膜形成によってBPDからTEDへ転換したものの放射光トポグラフィー像において、基板のオフ傾斜と平行な方向におけるエピタキシャル膜内でのBPDの長さを調べることで、転換が起きたエピタキシャル膜表面からの距離を求めた。これにより、BPDからTEDへの転換について、エピタキシャル膜表面からの距離に対する度数を明らかにした。その結果、第1のエピタキシャル膜と第2のエピタキシャル膜の界面から、第1のエピタキシャル膜側に5.5μm±1μmの領域(5.5μmが図5(a)のDに相当し、±1μm(2μm)が図5(a)のRに相当する)でBPDからTEDへの転換の65%以上が起きていることが確認された。   In the synchrotron radiation topography image of the one converted from BPD to TED by ion implantation → heat treatment → second epitaxial film formation by comparing and examining the synchrotron radiation reflection topography acquired in the comparative example and the example, By examining the length of the BPD in the epitaxial film in the direction parallel to the off-tilt of the substrate, the distance from the surface of the epitaxial film where the conversion occurred was obtained. As a result, the frequency with respect to the distance from the surface of the epitaxial film was clarified for the conversion from BPD to TED. As a result, a region of 5.5 μm ± 1 μm from the interface between the first epitaxial film and the second epitaxial film to the first epitaxial film side (5.5 μm corresponds to D in FIG. (2 μm corresponds to R in FIG. 5A), and it was confirmed that 65% or more of the conversion from BPD to TED occurred.

[試験例4]
イオン注入後の高温熱処理温度として1500〜2200℃、熱処理時間として5〜240分の範囲で変化させて、同様な実験、分析を行った結果、1500℃ではBPDからTEDへの転換がほとんど確認されなかったが、1600℃以上においてはBPDからTEDへの転換が確認された。このBPDからTEDへの転換の確率は温度が高くなるにつれて増大したが、2000℃を超える温度領域ではSiC単結晶表面の昇華が加速され初め、2200℃以上では熱処理温度としては不適切であった。また熱処理時間が長くなるにつれて、BPDからTEDへの転換の確率が増大するものの、120分以上ではほぼ飽和した。なお、熱処理によるBPDからTEDへの転換が起きた位置は、高温熱処理の温度、もしくは時間の増加につれて、エピタキシャル膜表面付近(表面から0.1μm程度)から深い方向(表面から最大20μm程度)に移動したが、いずれの場合においても、ある深さより±1μmの範囲内でBPDからTEDへの転換の60%以上が行われていた。
[Test Example 4]
As a result of performing the same experiment and analysis by changing the high-temperature heat treatment temperature after the ion implantation in the range of 1500 to 2200 ° C. and the heat treatment time in the range of 5 to 240 minutes, the conversion from BPD to TED was almost confirmed at 1500 ° C. However, conversion from BPD to TED was confirmed at 1600 ° C. or higher. The probability of conversion from BPD to TED increased as the temperature increased. However, sublimation of the SiC single crystal surface started to accelerate in the temperature range exceeding 2000 ° C., and the heat treatment temperature was inappropriate at 2200 ° C. or higher. . In addition, as the heat treatment time increased, the probability of conversion from BPD to TED increased, but it was almost saturated after 120 minutes. In addition, the position where the conversion from BPD to TED occurs by the heat treatment is from the vicinity of the epitaxial film surface (about 0.1 μm from the surface) to the deep direction (about 20 μm at the maximum from the surface) as the temperature or time of the high temperature heat treatment increases. In all cases, over 60% of the conversion from BPD to TED was performed within a range of ± 1 μm from a certain depth.

本発明は、炭化珪素半導体素子を利用する産業分野で利用することができる。   The present invention can be used in an industrial field using a silicon carbide semiconductor element.

1 炭化珪素基板
2 イオン注入層
2a ダメージ層
3、3A、3B エピタキシャル膜
5 基板
20 BPD(基底面転位)
30 TED(貫通刃状転位)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon carbide substrate 2 Ion implantation layer 2a Damaged layer 3, 3A, 3B Epitaxial film 5 Substrate 20 BPD (basal plane dislocation)
30 TED (penetrating edge dislocation)

Claims (16)

炭化珪素基板の一方面にイオンを注入し、又は電子線照射する第1工程と、
当該炭化珪素基板をアニール処理する第2工程と、
当該炭化珪素基板の一方面側にエピタキシャル膜を形成する第3工程とを備える
ことを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法。
A first step of implanting ions into one surface of the silicon carbide substrate or irradiating with an electron beam;
A second step of annealing the silicon carbide substrate;
And a third step of forming an epitaxial film on one side of the silicon carbide substrate. A method for manufacturing a silicon carbide wafer, comprising:
請求項1に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、
前記炭化珪素基板に注入されるイオンは、Siイオン、Cイオン、Hイオン、Heイオン、Pイオン、Alイオン、Bイオン及びNイオンからなる群から選択される少なくとも一種である
ことを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法。
In the manufacturing method of the silicon carbide wafer of Claim 1,
The ions implanted into the silicon carbide substrate are at least one selected from the group consisting of Si ions, C ions, H ions, He ions, P ions, Al ions, B ions, and N ions. A method for manufacturing a silicon carbide wafer.
請求項1又は請求項2に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、
前記炭化珪素基板に注入されるイオンの注入量は、1.0×1018(/cm)以上1.0×1021(/cm)以下であり、イオン注入後の熱処理の温度が1500〜2200℃であり、当該熱処理の時間が1〜120分であることを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法。
In the manufacturing method of the silicon carbide wafer of Claim 1 or Claim 2,
The amount of ions implanted into the silicon carbide substrate is 1.0 × 10 18 (/ cm 2 ) or more and 1.0 × 10 21 (/ cm 2 ) or less, and the temperature of the heat treatment after ion implantation is 1500. A method for producing a silicon carbide wafer, wherein the temperature is ˜2200 ° C. and the heat treatment time is 1 to 120 minutes.
請求項1又は請求項2に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、
前記炭化珪素基板に照射される電子線のエネルギーが100keV以上で、電子線照射後の熱処理の温度が1500〜2200℃であり、当該熱処理の時間が1〜120分であることを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法。
In the manufacturing method of the silicon carbide wafer of Claim 1 or Claim 2,
The energy of the electron beam irradiated to the silicon carbide substrate is 100 keV or more, the temperature of the heat treatment after the electron beam irradiation is 1500 to 2200 ° C., and the heat treatment time is 1 to 120 minutes. A method for producing a silicon wafer.
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、
前記第1工程〜前記第3工程を複数回繰り返す
ことを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法。
In the manufacturing method of the silicon carbide wafer as described in any one of Claims 1-4,
The method of manufacturing a silicon carbide wafer, wherein the first step to the third step are repeated a plurality of times.
請求項1〜請求項5の何れか一項に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、
前記第3工程を複数回繰り返す
ことを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法。
In the manufacturing method of the silicon carbide wafer as described in any one of Claims 1-5,
The method of manufacturing a silicon carbide wafer, wherein the third step is repeated a plurality of times.
請求項1〜請求項6の何れか一項に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、
前記エピタキシャル膜を残し、前記炭化珪素基板を除去する
ことを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法。
In the manufacturing method of the silicon carbide wafer as described in any one of Claims 1-6,
The method of manufacturing a silicon carbide wafer, wherein the epitaxial film is left and the silicon carbide substrate is removed.
請求項7に記載する炭化珪素ウェハの製造方法において、
前記炭化珪素基板を除去することで現れたエピタキシャル膜を、さらにエピタキシャル成長させる
ことを特徴とする炭化珪素ウェハの製造方法。
In the manufacturing method of the silicon carbide wafer of Claim 7,
A method of manufacturing a silicon carbide wafer, further comprising epitaxially growing an epitaxial film that has appeared by removing the silicon carbide substrate.
バルク状の炭化珪素基板に、イオンが注入されたイオン注入層又は電子線が照射された電子線照射層が形成され、さらに該イオン注入層又は該電子線照射層上にエピタキシャル膜が形成され、
前記炭化珪素基板の表面から0.1μm以上、20μm以内の領域で、基底面転位のうちの20%以上が貫通刃状転位に転換されている
ことを特徴とする炭化珪素ウェハ。
An ion implanted layer into which ions are implanted or an electron beam irradiated layer irradiated with an electron beam is formed on a bulk silicon carbide substrate, and an epitaxial film is further formed on the ion implanted layer or the electron beam irradiated layer,
A silicon carbide wafer, wherein 20% or more of basal plane dislocations are converted to threading edge dislocations in a region of 0.1 μm or more and 20 μm or less from the surface of the silicon carbide substrate.
バルク状の炭化珪素基板上に複数のエピタキシャル膜が形成され、
当該複数のエピタキシャル膜のうちの隣接する2つのエピタキシャル膜であって、炭化珪素基板に近い側の第1のエピタキシャル膜及び遠い側の第2のエピタキシャル膜を有する炭化珪素ウェハであって、
前記第1のエピタキシャル膜には、イオンが注入されたイオン注入層又は電子線が照射された電子線照射層が形成され、
前記第1のエピタキシャル膜内で20%以上の基底面転位が貫通刃状転位に転換され、
前記第1のエピタキシャル膜の厚さ方向2μm以内の領域で、基底面転位から貫通刃状転位への転換の60%以上が行われている
ことを特徴とする炭化珪素ウェハ。
A plurality of epitaxial films are formed on a bulk silicon carbide substrate,
Two adjacent epitaxial films of the plurality of epitaxial films, a silicon carbide wafer having a first epitaxial film on the side close to the silicon carbide substrate and a second epitaxial film on the far side,
In the first epitaxial film, an ion implanted layer into which ions are implanted or an electron beam irradiated layer irradiated with an electron beam is formed,
In the first epitaxial film, 20% or more of basal plane dislocations are converted into threading edge dislocations,
60% or more of conversion from basal plane dislocations to threading edge dislocations is performed in a region within 2 μm in the thickness direction of the first epitaxial film.
請求項10に記載する炭化珪素ウェハにおいて、
前記第1のエピタキシャル膜において、前記第2のエピタキシャル膜との界面から0.1μm以上、20μm以内の領域で、基底面転位から貫通刃状転位への転換の80%以上が行われている
ことを特徴とする炭化珪素ウェハ。
In the silicon carbide wafer according to claim 10,
In the first epitaxial film, 80% or more of conversion from basal plane dislocations to threading edge dislocations is performed in a region within 0.1 μm or more and 20 μm or less from the interface with the second epitaxial film. A silicon carbide wafer characterized by the above.
炭化珪素基板上に複数のエピタキシャル膜が形成され、
当該複数のエピタキシャル膜のうちの隣接する2つのエピタキシャル膜であって、炭化珪素基板に近い側の第1のエピタキシャル膜及び遠い側の第2のエピタキシャル膜を有する炭化珪素ウェハであって、
前記第1のエピタキシャル膜には、イオンが注入されたイオン注入層又は電子線が照射された電子線照射層が形成され、
前記第1のエピタキシャル膜で基底面転位が貫通刃状転位に転換され、
第2のエピタキシャル膜に含まれる基底面転位の密度が、第1のエピタキシャル膜に含まれる基底面転位の密度の80%以下である
ことを特徴とする炭化珪素ウェハ。
A plurality of epitaxial films are formed on the silicon carbide substrate,
Two adjacent epitaxial films of the plurality of epitaxial films, a silicon carbide wafer having a first epitaxial film on the side close to the silicon carbide substrate and a second epitaxial film on the far side,
In the first epitaxial film, an ion implanted layer into which ions are implanted or an electron beam irradiated layer irradiated with an electron beam is formed,
In the first epitaxial film, basal plane dislocations are converted to threading edge dislocations,
A silicon carbide wafer, wherein the density of basal plane dislocations contained in the second epitaxial film is 80% or less of the density of basal plane dislocations contained in the first epitaxial film.
請求項9〜請求項12の何れか一項に記載する炭化珪素ウェハにおいて、
前記炭化珪素基板が除去されている
ことを特徴とする炭化珪素ウェハ。
In the silicon carbide wafer according to any one of claims 9 to 12,
The silicon carbide wafer, wherein the silicon carbide substrate is removed.
請求項13に記載する炭化珪素ウェハにおいて、
前記炭化珪素基板が除去された側の表面にエピタキシャル膜が形成されている
ことを特徴とする炭化珪素ウェハ。
The silicon carbide wafer according to claim 13,
An epitaxial film is formed on the surface of the side from which the silicon carbide substrate has been removed.
請求項9〜請求項14の何れか一項に記載する炭化珪素ウェハを用いて作製された炭化珪素半導体素子。   The silicon carbide semiconductor element produced using the silicon carbide wafer as described in any one of Claims 9-14. 請求項15に記載する炭化珪素半導体素子を用いて作製された電力変換装置。   The power converter device produced using the silicon carbide semiconductor element of Claim 15.
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