JP2015044727A - MANUFACTURING METHOD FOR SiC EPITAXIAL WAFER - Google Patents

MANUFACTURING METHOD FOR SiC EPITAXIAL WAFER Download PDF

Info

Publication number
JP2015044727A
JP2015044727A JP2014001156A JP2014001156A JP2015044727A JP 2015044727 A JP2015044727 A JP 2015044727A JP 2014001156 A JP2014001156 A JP 2014001156A JP 2014001156 A JP2014001156 A JP 2014001156A JP 2015044727 A JP2015044727 A JP 2015044727A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sic substrate
sic
epitaxial layer
epitaxial
growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014001156A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
直之 川畑
Naoyuki Kawabata
直之 川畑
貴規 田中
Takanori Tanaka
貴規 田中
陽一郎 三谷
Yoichiro Mitani
陽一郎 三谷
信之 冨田
Nobuyuki Tomita
信之 冨田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2014001156A priority Critical patent/JP2015044727A/en
Publication of JP2015044727A publication Critical patent/JP2015044727A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for an SiC epitaxial wafer that reduces short carrot defects generated in an epitaxial layer.SOLUTION: A manufacturing method for an SiC epitaxial wafer includes a step S4 of supplying a first gas containing a silicon atom and a second gas containing a carbon atom to an SiC substrate to form a silicon carbide semiconductor layer by epitaxial growth on the SiC substrate, a step S5 of stopping supply of at least one of the first gas and the second gas to the SiC substrate for 20 seconds or longer and annealing the SiC substrate under a reducing gas atmosphere, and a step S6 of supplying the first gas containing a silicon atom and the second gas containing a carbon atom to the SiC substrate to form a silicon carbide semiconductor layer by epitaxial growth on the SiC substrate.

Description

本発明は、SiCパワーデバイス等に用いられるエピタキシャルウエハの製造方法に関する。   The present invention relates to an epitaxial wafer manufacturing method used for SiC power devices and the like.

SiC(炭化珪素)は、Si(シリコン)に比べてバンドギャップ、絶縁破壊電界強度、飽和ドリフト速度、熱伝導度がいずれも大きいため、近年、電力制御用パワーデバイス材料として注目されている。SiCパワーデバイスでは、電力損失の大幅な低減や小型化などが可能で、電源電力変換時の省エネルギー化を実現できる。そのため、SiCパワーデバイスは、電気自動車の高性能化や太陽電池システムの高性能化等、低炭素社会を実現する上でのキーデバイスになると考えられている。   SiC (silicon carbide) has attracted attention as a power device material for power control in recent years because of its large band gap, dielectric breakdown field strength, saturation drift velocity, and thermal conductivity compared to Si (silicon). In SiC power devices, power loss can be significantly reduced and miniaturization can be achieved, and energy saving can be realized during power supply power conversion. For this reason, the SiC power device is considered to be a key device for realizing a low-carbon society, such as a high-performance electric vehicle and a high-performance solar cell system.

SiCパワーデバイスを製造するにあたり、予めCVD法(Chemical Vapor Deposition:化学気相堆積法)等によりSiCバルク基板上に半導体デバイスの活性領域をエピタキシャル成長する必要がある。ここで活性領域とは、結晶中におけるドーピング密度及び膜厚が精密に制御された上で作り込まれている成長方向軸を含む断面領域のことである。バルク基板に加えてエピタキシャル層が必要とされるのは、デバイスの仕様によりドーピング密度と膜厚がほぼ規定され、また、通常その精度としてバルク基板よりも高いものが求められるためである。   In manufacturing a SiC power device, it is necessary to epitaxially grow an active region of a semiconductor device on a SiC bulk substrate in advance by a CVD method (Chemical Vapor Deposition) or the like. Here, the active region is a cross-sectional region including a growth direction axis which is formed after the doping density and film thickness in the crystal are precisely controlled. The reason why the epitaxial layer is required in addition to the bulk substrate is that the doping density and the film thickness are almost prescribed by the specifications of the device, and usually the accuracy is higher than that of the bulk substrate.

本明細書では、(バルク)基板上にエピタキシャル成長を行ったものをエピタキシャルウエハと呼ぶ。デバイスはエピタキシャルウエハに対して様々な加工を施すことにより作製される。そのため、エピタキシャルウエハ面内の一部の領域が、他の領域に比べて絶縁破壊電界が小さかったり、一定の電界を印加した際に流れる電流が他の領域に比べて大きかったりすると、デバイスの電気的特性に悪影響を及ぼす。すなわち、例えば耐電圧特性が劣ったり、相対的に小さな印加電圧によりリーク電流が流れたりする。従って、一枚のウエハから所望の特性を有するデバイスが作製される個数(デバイス歩留まり)は、第一義的にはエピタキシャル層における電気的特性の均一性により規定されるといえる。   In this specification, an epitaxially grown wafer on a (bulk) substrate is called an epitaxial wafer. The device is manufactured by performing various processes on the epitaxial wafer. For this reason, if some regions in the epitaxial wafer surface have a smaller dielectric breakdown electric field than other regions, or if a current flowing when a certain electric field is applied is larger than other regions, the electrical Adversely affects the physical properties. That is, for example, the withstand voltage characteristic is inferior, or a leak current flows due to a relatively small applied voltage. Therefore, it can be said that the number (device yield) in which devices having desired characteristics are manufactured from a single wafer is primarily defined by the uniformity of electrical characteristics in the epitaxial layer.

エピタキシャル層における電気的特性の均一性を阻害する原因として、エピタキシャル成長により生じる種々の電流リーク欠陥が知られている。電流リーク欠陥に共通する特徴は、結晶における原子配列の周期性が結晶成長方向に沿って局所的に不完全となっていることである。積層欠陥に起因する電流リーク欠陥の一つとして、SiCエピタキシャル成長により発生するキャロット欠陥が知られている。キャロット欠陥は、エピタキシャル層の表面形状に特徴を示すものである。   Various current leak defects caused by epitaxial growth are known as a cause of hindering the uniformity of electrical characteristics in the epitaxial layer. A feature common to current leak defects is that the periodicity of atomic arrangement in the crystal is locally incomplete along the crystal growth direction. As one of current leak defects caused by stacking faults, carrot defects generated by SiC epitaxial growth are known. The carrot defect is characterized by the surface shape of the epitaxial layer.

キャロット欠陥の発生を抑制する方法として、例えば特許文献1には、エピタキシャル成長プロセス中に、ソースガスに代えてエッチングガスを導入してエピタキシャル成長を中断し、高ドープ欠陥緩衝層を形成する方法が開示されている。高ドープ欠陥緩衝層によりキャロット欠陥を終止させ、その後再びエピタキシャル成長を行う。   As a method for suppressing the occurrence of carrot defects, for example, Patent Document 1 discloses a method of interrupting epitaxial growth by introducing an etching gas instead of a source gas during an epitaxial growth process to form a highly doped defect buffer layer. ing. Carrot defects are terminated by the highly doped defect buffer layer, and then epitaxial growth is performed again.

特表2007−525402号公報Special table 2007-525402 gazette

近年、高耐圧なSiCデバイスの開発が盛んに行われており、デバイス活性層となるエピタキシャル層の厚膜化が進んでいる。これまで、キャロット欠陥の発生起点はSiC基板との界面近傍に多かったが、エピタキシャル層の厚膜化に伴い、SiC基板との界面から離れたエピタキシャル層の内部に発生起点をもつキャロット欠陥が増加していることが、発明者の研究により明らかになった。   In recent years, SiC devices having a high breakdown voltage have been actively developed, and an epitaxial layer serving as a device active layer has been made thicker. Up to now, the origin of carrot defects has been mostly near the interface with the SiC substrate. However, as the thickness of the epitaxial layer increases, the number of carrot defects with the origin in the epitaxial layer away from the interface with the SiC substrate increases. This has been clarified by the inventors' research.

エピタキシャル層の内部に発生起点を持つキャロット欠陥は、SiC基板との界面近傍から発生するキャロット欠陥よりその長さが短いため、本明細書では短キャロット欠陥と呼ぶ。短キャロット欠陥は、エピタキシャル層の厚膜化によってその内部応力が大きくなるために発生する。したがって、今後SiCデバイスの更なる高耐圧化によりエピタキシャル層の厚膜化が進めば、高品質なエピタキシャルウエハを得るために短キャロット欠陥の低減が重要である。   A carrot defect having an origin in the epitaxial layer is referred to as a short carrot defect in this specification because its length is shorter than that of a carrot defect generated near the interface with the SiC substrate. The short carrot defect occurs because the internal stress increases due to the thickening of the epitaxial layer. Therefore, if the epitaxial layer is made thicker by further increasing the breakdown voltage of the SiC device in the future, it is important to reduce short carrot defects in order to obtain a high-quality epitaxial wafer.

しかし、特許文献1の方法によれば、SiC基板との界面から発生するキャロット欠陥の伝搬を阻止するべく、当該界面近傍に高ドープ欠陥緩衝層を形成するため、エピタキシャル層の内部から発生する短キャロット欠陥の低減は困難であった。また、エピタキシャル成長を行った後、エッチングガスを導入しエピタキシャル層を数μmエッチングする必要があるため、材料ガスの利用効率、エッチングガスのコスト、プロセス時間の観点から生産性に劣るという問題もあった。   However, according to the method of Patent Document 1, in order to prevent the propagation of carrot defects generated from the interface with the SiC substrate, a highly doped defect buffer layer is formed in the vicinity of the interface. Reduction of carrot defects has been difficult. In addition, since it is necessary to introduce an etching gas and etch the epitaxial layer by several μm after epitaxial growth, there is also a problem that productivity is inferior from the viewpoints of material gas utilization efficiency, etching gas cost, and process time. .

本発明は上述の問題に鑑み、短キャロット欠陥を低減するSiCエピタキシャルウエハの製造方法の提供を目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an SiC epitaxial wafer that reduces short carrot defects.

本発明のSiCエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)5度未満のオフ角を有しポリタイプが4HであるSiC基板を準備する工程と、(b)SiC基板上に、炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、を備え、工程(b)は、(b1)SiC基板にシリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、SiC基板上に炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、(b2)工程(b1)の後、SiC基板に対する第1,第2ガスの少なくとも一方の供給を20秒以上停止し、SiC基板を還元性ガス雰囲気中でアニールする工程と、(b3)工程(b2)の後、SiC基板にシリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、SiC基板上に炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、を備える。   The SiC epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes (a) a step of preparing an SiC substrate having an off angle of less than 5 degrees and a polytype of 4H, and (b) a silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate. And (b1) supplying a first gas containing silicon atoms and a second gas containing carbon atoms to the SiC substrate to epitaxially grow a silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate. (B2) After step (b1), the supply of at least one of the first and second gases to the SiC substrate is stopped for 20 seconds or more, and the SiC substrate is annealed in a reducing gas atmosphere; b3) After the step (b2), the first gas containing silicon atoms and the second gas containing carbon atoms are supplied to the SiC substrate to epitaxially form the silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate. Comprising the steps of, a.

本発明のSiCエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)5度未満のオフ角を有しポリタイプが4HであるSiC基板を準備する工程と、(b)SiC基板上に、炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、を備え、工程(b)は、(b1)SiC基板にシリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、SiC基板上に炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、(b2)工程(b1)の後、SiC基板に対する第1,第2ガスの少なくとも一方の供給を20秒以上停止し、SiC基板を還元性ガス雰囲気中でアニールする工程と、(b3)工程(b2)の後、SiC基板にシリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、SiC基板上に炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、を備える。工程(b2)のアニールにより、エピタキシャル層中に生じる内部応力が低減するため、短キャロット欠陥を抑制することができる。   The SiC epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes (a) a step of preparing an SiC substrate having an off angle of less than 5 degrees and a polytype of 4H, and (b) a silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate. And (b1) supplying a first gas containing silicon atoms and a second gas containing carbon atoms to the SiC substrate to epitaxially grow a silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate. (B2) After step (b1), the supply of at least one of the first and second gases to the SiC substrate is stopped for 20 seconds or more, and the SiC substrate is annealed in a reducing gas atmosphere; b3) After the step (b2), the first gas containing silicon atoms and the second gas containing carbon atoms are supplied to the SiC substrate to epitaxially form the silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate. Comprising the steps of, a. Since the internal stress generated in the epitaxial layer is reduced by annealing in the step (b2), short carrot defects can be suppressed.

実施の形態1に係るSiCエピタキシャルウエハの構造を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a structure of a SiC epitaxial wafer according to a first embodiment. 実施の形態1に係るSiCエピタキシャルウエハの製造工程を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a manufacturing process of the SiC epitaxial wafer according to the first embodiment. 実施の形態1に係るSiCエピタキシャルウエハの製造工程における反応炉内の温度プロファイルとガスシーケンスを示す図である。It is a figure which shows the temperature profile and gas sequence in a reaction furnace in the manufacturing process of the SiC epitaxial wafer which concerns on Embodiment 1. FIG. エピタキシャル層の連続成長膜厚による短キャロット欠陥低減率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the short carrot defect reduction rate by the continuous growth film thickness of an epitaxial layer. ソースガスの供給停止時間による短キャロット欠陥低減率の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the short carrot defect reduction rate by the supply stop time of source gas. キャロット欠陥のノマルスキー微分干渉光学顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the Nomarski differential interference optical microscope image of a Carrot defect. 短キャロット欠陥のノマルスキー微分干渉光学顕微鏡像を示す図である。It is a figure which shows the Nomarski differential interference optical microscope image of a short carrot defect. 実施の形態2に係るSiCエピタキシャルウエハの構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of a SiC epitaxial wafer according to a second embodiment. FIG.

<A.前提技術>
図6は、明視野条件で観察されるキャロット欠陥のノマルスキー微分干渉光学顕微鏡像を示している。4°オフの4H−SiC基板にエピタキシャル層を30μm成長させた場合に、エピタキシャル層中にキャロット欠陥が生じた。エピタキシャル成長はステップフローモードで進行するため、キャロット欠陥は一般に<11−20>方向に伸張する。キャロット欠陥の発生要因の一つは、SiC基板とエピタキシャル層の不純物濃度差に起因する格子歪である。そのため、キャロット欠陥は、格子歪が最大となるSiC基板との界面近傍を発生起点とする傾向が見られる。
<A. Prerequisite technology>
FIG. 6 shows a Nomarski differential interference optical microscope image of a carrot defect observed in a bright field condition. When an epitaxial layer was grown on a 4H-SiC substrate of 4 ° off by 30 μm, carrot defects were generated in the epitaxial layer. Since epitaxial growth proceeds in step flow mode, carrot defects generally extend in the <11-20> direction. One of the causes of carrot defects is lattice strain caused by the difference in impurity concentration between the SiC substrate and the epitaxial layer. For this reason, carrot defects tend to be generated from the vicinity of the interface with the SiC substrate where the lattice strain is maximized.

エピタキシャル層最表面からキャロット欠陥の発生起点までの深さ方向の距離をd、<11−20>方向の長さ(キャロット欠陥長)をL、基板オフ角をθとすると、以下の式が成り立つ。   When the distance in the depth direction from the outermost surface of the epitaxial layer to the origin of occurrence of carrot defects is d, the length in the <11-20> direction (carrot defect length) is L, and the substrate off angle is θ, the following equation is established. .

図6の例では、L=420μmであり、(1)式よりd≒30μmとなる。したがって、図6のキャロット欠陥はSiC基板との界面近傍から発生しており、格子歪に起因するものであることが分かる。   In the example of FIG. 6, L = 420 μm, and d≈30 μm from the equation (1). Therefore, it can be seen that the carrot defect in FIG. 6 occurs near the interface with the SiC substrate and is caused by lattice distortion.

しかし、エピタキシャル層の膜厚を30μm程と厚くすると、膜厚より明らかに小さなdを持つキャロット欠陥が生じる。図7は、図6と同一試料の別の領域について、明視野条件で観察されるキャロット欠陥のノマルスキー微分干渉光学顕微鏡像を示している。図7のキャロット欠陥長は約200μmであり、図7のキャロット欠陥長に比べて明らかに短い。また、(1)式よりd=16μmである。すなわち、このキャロット欠陥の発生起点は、SiC基板との界面近傍ではなくエピタキシャル層の内部にあることが分かる。   However, when the film thickness of the epitaxial layer is increased to about 30 μm, a carrot defect having d that is clearly smaller than the film thickness occurs. FIG. 7 shows a Nomarski differential interference optical microscope image of carrot defects observed under bright field conditions for another region of the same sample as FIG. The carrot defect length of FIG. 7 is about 200 μm, which is clearly shorter than the carrot defect length of FIG. Further, from the formula (1), d = 16 μm. That is, it can be seen that the starting point of the occurrence of the carrot defect is not in the vicinity of the interface with the SiC substrate but in the epitaxial layer.

そこで、本明細書では、図7のキャロット欠陥を図6のキャロット欠陥と区別して短キャロット欠陥と称する。より正確には、エピタキシャル層の膜厚をt(μm)としたとき、t−d≦5(μm)が成り立つものを通常のキャロット欠陥、t−d>5(μm)が成り立つものを短キャロット欠陥と定義する。   Therefore, in this specification, the carrot defect of FIG. 7 is distinguished from the carrot defect of FIG. 6 and is referred to as a short carrot defect. More precisely, when the film thickness of the epitaxial layer is t (μm), a case where td ≦ 5 (μm) is satisfied is a normal carrot defect, and a case where td> 5 (μm) is satisfied is a short carrot. It is defined as a defect.

発明者が調査したところによると、現時点で短キャロット欠陥に関する学術的な報告は行われていない。なぜなら、従来開発されている耐圧が2kV以下級のデバイス用エピタキシャルウエハでは、短キャロット欠陥が存在しないためである。近年のSiCデバイスの高耐圧化によりエピタキシャル層が厚膜化した上、欠陥観察能力やコスト低減のための高速成長技術が向上した結果、初めて短キャロット欠陥の存在が見出された。成長膜厚が30μmのエピタキシャルウエハを作製した場合、キャロット欠陥と短キャロット欠陥の発生比率は、ほぼ1となる。したがって、高品質なエピタキシャルウエハを作製するためには、短キャロット欠陥の低減が重要である。   According to an investigation by the inventor, there are no academic reports on short carrot defects at this time. This is because a short-carrot defect does not exist in a device-developed epitaxial wafer having a breakdown voltage of 2 kV or less. As a result of increasing the epitaxial layer thickness by increasing the breakdown voltage of SiC devices in recent years and improving high-speed growth technology for defect observation capability and cost reduction, the existence of short carrot defects was found for the first time. When an epitaxial wafer having a growth film thickness of 30 μm is manufactured, the generation ratio of carrot defects and short carrot defects is approximately 1. Therefore, in order to produce a high-quality epitaxial wafer, it is important to reduce short carrot defects.

<B.実施の形態1>
<B−1.構成>
図1は、実施の形態1に係るSiCエピタキシャルウエハ10の構造を示す断面図である。SiCエピタキシャルウエハ10は、オフ角が4度、口径が3インチ、ポリタイプが4HのSiC基板1上と、SiC基板1上に形成されたエピタキシャル層Eとを備えている。エピタキシャル層Eは、エピタキシャル成長とアニール処理を交互に繰り返して形成する後述の多段成長法により形成され、複数回のエピタキシャル成長工程によって順に形成された、第1エピタキシャル層E1、第2エピタキシャル層E2、第3エピタキシャル層E3からなる多層構造である。エピタキシャル層Eの厚みは、例えば30μmとし、各エピタキシャル層E1〜E3の厚みは、それぞれ例えば10μmとする。なお、エピタキシャル層Eは図1に示す3層に限らない。
<B. Embodiment 1>
<B-1. Configuration>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of SiC epitaxial wafer 10 according to the first embodiment. The SiC epitaxial wafer 10 includes an SiC substrate 1 having an off angle of 4 degrees, a diameter of 3 inches, and a polytype of 4H, and an epitaxial layer E formed on the SiC substrate 1. The epitaxial layer E is formed by a multi-stage growth method, which will be described later, which is formed by alternately repeating epitaxial growth and annealing treatment. The epitaxial layer E is formed in order by a plurality of epitaxial growth steps, and is sequentially formed. It has a multilayer structure composed of the epitaxial layer E3. The thickness of the epitaxial layer E is, for example, 30 μm, and the thickness of each of the epitaxial layers E1 to E3 is, for example, 10 μm. The epitaxial layer E is not limited to the three layers shown in FIG.

<B−2.製造工程>
図2は、SiCエピタキシャルウエハ10の製造工程を示すフローチャートである。以下、図2に沿って、SiCエピタキシャルウエハ10の製造工程を説明する。
<B-2. Manufacturing process>
FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing process of SiC epitaxial wafer 10. Hereinafter, the manufacturing process of the SiC epitaxial wafer 10 will be described with reference to FIG.

まず、SiC基板1に対し、機械研磨及び酸性又はアルカリ性を呈する薬液を用いて、化学機械研磨により平坦化処理を行う。さらに、アセトンを用いて超音波洗浄を施し、SiC基板1の表面から有機物を除去する。加えて、硫酸過水による洗浄処理、アンモニア過水による洗浄処理、塩酸過水による洗浄処理をSiC基板1に行う。以上が、エピタキシャル成長の前工程(ステップS1)である。   First, a planarization process is performed on the SiC substrate 1 by chemical mechanical polishing using mechanical polishing and a chemical solution exhibiting acidity or alkalinity. Furthermore, ultrasonic cleaning is performed using acetone to remove organic substances from the surface of the SiC substrate 1. In addition, a cleaning process using sulfuric acid / hydrogen peroxide, a cleaning process using ammonia / hydrogen peroxide, and a cleaning process using hydrochloric acid / water are performed on the SiC substrate 1. The preceding is the pre-epitaxial process (step S1).

次に、SiC基板1をエピタキシャル成長装置に導入する。例えば、SiCによってコーティングされたグラファイト製の基板ホルダ上にSiC基板1を乗せ、CVD装置における反応炉中に配置する。そして、反応炉内に残存する意図しない分子や原子状の不純物がエピタキシャル層へ混入することを抑制する為、反応炉内を高真空状態にまで真空引きする。   Next, the SiC substrate 1 is introduced into an epitaxial growth apparatus. For example, the SiC substrate 1 is placed on a graphite substrate holder coated with SiC and placed in a reaction furnace in a CVD apparatus. In order to prevent unintended molecules and atomic impurities remaining in the reaction furnace from entering the epitaxial layer, the reaction furnace is evacuated to a high vacuum state.

その後、還元性ガスを反応炉内に導入する。還元性ガスとして、例えばソースガスを運ぶ役割のキャリアガスとしても利用できる水素ガスを用いる。還元性ガスが反応炉内に導入され、SiC基板1の表面が還元性ガス種に接する状態で、真空度が例えば5〜25kPa程度に保たれるように反応炉の圧力を制御する。なお、本実施の形態では上記圧力下での例を詳述するが、一般的に好適な圧力はCVD装置によって変化し得るものであり、具体的には1kPaから70kPaの減圧雰囲気とするのが好適である。   Thereafter, reducing gas is introduced into the reaction furnace. As the reducing gas, for example, hydrogen gas that can also be used as a carrier gas for carrying the source gas is used. The pressure of the reaction furnace is controlled so that the degree of vacuum is maintained at, for example, about 5 to 25 kPa in a state where the reducing gas is introduced into the reaction furnace and the surface of the SiC substrate 1 is in contact with the reducing gas species. In this embodiment, an example under the above pressure will be described in detail. Generally, a suitable pressure can be changed by a CVD apparatus. Specifically, a reduced pressure atmosphere of 1 kPa to 70 kPa is used. Is preferred.

次に、高周波誘導電流により基板ホルダ、SiC基板1を加熱する。そして、還元性ガス雰囲気中でエピタキシャル成長温度より高い温度、例えば1550℃までSiC基板1を昇温し、一定時間保持する(ステップS2)。この還元性ガス中のアニール処理によって、SiC基板1に付着しているSiC塵を、SiC基板1にダメージを与えることなく選択的に除去する。その結果、SiC塵が要因となるキャロット欠陥の発生が抑制され、また、エピタキシャルウエハの平坦性を高めることができる。   Next, the substrate holder and the SiC substrate 1 are heated by a high frequency induction current. Then, the temperature of SiC substrate 1 is raised to a temperature higher than the epitaxial growth temperature, for example, 1550 ° C. in a reducing gas atmosphere, and held for a certain time (step S2). By this annealing treatment in the reducing gas, SiC dust adhering to the SiC substrate 1 is selectively removed without damaging the SiC substrate 1. As a result, the occurrence of carrot defects caused by SiC dust can be suppressed, and the flatness of the epitaxial wafer can be improved.

次に、炉内温度をエピタキシャル成長温度(例えば1500℃以上1600℃以下)まで下げる(ステップS3)。炉内温度は、高周波誘導電流によって制御されるのが一般的である。   Next, the furnace temperature is lowered to an epitaxial growth temperature (for example, 1500 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower) (step S3). Generally, the furnace temperature is controlled by a high frequency induction current.

炉内温度が安定した後、反応炉内に原料ガスを供給し1回目のエピタキシャル成長を行う(ステップS4)。これにより、SiC基板1上に第1エピタキシャル層E1が形成される。ここで、原料ガス(以下、ソースガス)は、炭素原子を含むガスとシリコン原子を含むガスである。   After the furnace temperature is stabilized, the source gas is supplied into the reaction furnace and the first epitaxial growth is performed (step S4). Thereby, the first epitaxial layer E1 is formed on the SiC substrate 1. Here, the source gas (hereinafter referred to as source gas) is a gas containing carbon atoms and a gas containing silicon atoms.

第1エピタキシャル層E1を一定以上の膜厚だけ成長させたら、ソースガスの供給を短時間停止しアニールを行う(ステップS5)。その後、再びソースガスを供給し2回目のエピタキシャル成長を行う(ステップS6)。これにより、第1エピタキシャル層E1上に第2エピタキシャル層E2が形成される。   When the first epitaxial layer E1 is grown by a certain thickness or more, the supply of the source gas is stopped for a short time and annealing is performed (step S5). Thereafter, the source gas is supplied again to perform the second epitaxial growth (step S6). Thereby, the second epitaxial layer E2 is formed on the first epitaxial layer E1.

次に、エピタキシャル層Eが所定の膜厚に達したか否かを判断する(ステップS7)。今、第1エピタキシャル層E1と第2エピタキシャル層E2をそれぞれ10μmとし、エピタキシャル層Eを30μmまで成長させるものとすると、再び還元ガス雰囲気中でアニール工程(ステップS5)を行い、3回目のエピタキシャル成長を行う(ステップS6)。これにより、第2エピタキシャル層E2上に第3エピタキシャル層E3が形成される。エピタキシャル層Eが所定の膜厚になるまでステップS5,6を繰り返す。エピタキシャル層Eが所定の膜厚に達したら、還元性ガスを供給しつつ反応炉内を降温する(ステップS8)。   Next, it is determined whether or not the epitaxial layer E has reached a predetermined film thickness (step S7). Now, assuming that the first epitaxial layer E1 and the second epitaxial layer E2 are each 10 μm and the epitaxial layer E is grown to 30 μm, the annealing process (step S5) is performed again in a reducing gas atmosphere, and the third epitaxial growth is performed. It performs (step S6). Thereby, the third epitaxial layer E3 is formed on the second epitaxial layer E2. Steps S5 and S6 are repeated until the epitaxial layer E has a predetermined thickness. When the epitaxial layer E reaches a predetermined film thickness, the temperature in the reaction furnace is lowered while supplying the reducing gas (step S8).

以上に説明した実施の形態1に係るSiCエピタキシャルウエハの製造工程によれば、エピタキシャル層の成長工程と還元性ガス雰囲気中でのアニール工程を交互に繰り返し行うことにより、所望の膜厚のエピタキシャル層を得る。このようなエピタキシャル層の成長方法を、多段成長法と呼称する。   According to the SiC epitaxial wafer manufacturing process according to the first embodiment described above, an epitaxial layer having a desired film thickness is obtained by alternately repeating the epitaxial layer growth process and the annealing process in a reducing gas atmosphere. Get. Such an epitaxial layer growth method is referred to as a multi-stage growth method.

図3は、SiCエピタキシャルウエハ10の製造工程における反応炉内の温度プロファイルとガスシーケンスを示している。なお、図の上部の矢印に付した符号は、図2の各工程のステップ番号と対応している。以下、図3に沿って図2のステップS2〜S8を詳細に説明する。   FIG. 3 shows a temperature profile and a gas sequence in the reaction furnace in the manufacturing process of the SiC epitaxial wafer 10. In addition, the code | symbol attached | subjected to the arrow of the upper part of a figure respond | corresponds with the step number of each process of FIG. Hereinafter, steps S2 to S8 in FIG. 2 will be described in detail with reference to FIG.

まず、還元性ガス雰囲気中において反応炉内を温度Tpまで昇温し、一定時間保持する(ステップS2)。   First, the temperature in the reaction furnace is raised to a temperature Tp in a reducing gas atmosphere and held for a certain time (step S2).

その後、成長温度Tgまで炉内温度を下げて(ステップS3)から原料ガスの供給を開始し、第1エピタキシャル層E1(第1層)を成長させる(ステップS4)。なお、原料ガスを供給するのに成長温度Tgまで降温するのを待つ必要はなく、温度Tpから成長温度Tgへの降温途中に原料ガスの供給を開始することで、時間短縮を図ってもよい。   Thereafter, the temperature in the furnace is lowered to the growth temperature Tg (step S3), and then the supply of the source gas is started to grow the first epitaxial layer E1 (first layer) (step S4). Note that it is not necessary to wait for the temperature to drop to the growth temperature Tg to supply the source gas, and time may be shortened by starting the supply of the source gas in the middle of the temperature drop from the temperature Tp to the growth temperature Tg. .

原料ガスの好適な流量は反応炉の構造、炉内の圧力、成長速度によって定まるため、一概に既定する事はできない。本実施の形態のCVD装置では、シリコン原子を含むソースガスとして水素により20%希釈されたシランを、炭素原子を含むソースガスとしてプロパンを用い、これらの供給をほぼ同時に開始する事によって第1エピタキシャル層の成長を行った。成長温度Tgは、例えば1450℃以上1600℃以下である。なお、必要に応じてN型ドーピング用の窒素ガスをソースガスと同時に供給してもよい。その流量は、N型ドープ濃度が1×1015/cm3以上1×1016/cm3以下となるように制御する。また、p型ドーピング用にAl、B、Beを含む有機金属材料を供給しても良い。さらに、成長の高速化を図るためHClガスを併用しても良い。また、シリコン原子を含むソースガスとしてジクロロシランを用いても良い。   Since a suitable flow rate of the raw material gas is determined by the structure of the reaction furnace, the pressure in the furnace, and the growth rate, it cannot be generally determined. In the CVD apparatus of the present embodiment, silane diluted 20% with hydrogen as a source gas containing silicon atoms and propane as a source gas containing carbon atoms are used, and the supply thereof is started almost simultaneously. Layer growth was performed. The growth temperature Tg is, for example, 1450 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower. Note that N-type doping nitrogen gas may be supplied simultaneously with the source gas as necessary. The flow rate is controlled so that the N-type dope concentration is 1 × 10 15 / cm 3 or more and 1 × 10 16 / cm 3 or less. Further, an organometallic material containing Al, B, or Be may be supplied for p-type doping. Further, HCl gas may be used in combination in order to increase the growth speed. Further, dichlorosilane may be used as a source gas containing silicon atoms.

第1エピタキシャル層E1が一定の厚みに達した段階で、還元性ガスを除くソースガスの供給を停止し、アニールを行う(ステップS5)。このときの第1エピタキシャル層E1の膜厚は10μm以下であることが好ましい。ソースガスの供給を停止している間、第1エピタキシャル層E1は還元性ガス雰囲気中で高温保持される。この時間は20秒より長いことが好ましい。なぜなら、20秒より短時間ではガス流量の制御が困難であり、さらに、アニールの効果が十分に発現しないためである。一方、120秒以上の長時間では、還元性ガスの影響によるエピタキシャル層の表面荒れが顕著となり、デバイスへの悪影響が考えられる。また、還元性ガス雰囲気中で長時間アニールを行うと、エピタキシャル成長工程のスループットが低下し作製コストが増加するため、アニール時間は可能な限り短縮されるべきである。以上の理由から、ソースガスの供給を停止する時間は20秒以上120秒未満とすることが望ましい。   When the first epitaxial layer E1 reaches a certain thickness, the supply of the source gas excluding the reducing gas is stopped and annealing is performed (step S5). At this time, the thickness of the first epitaxial layer E1 is preferably 10 μm or less. While the supply of the source gas is stopped, the first epitaxial layer E1 is maintained at a high temperature in a reducing gas atmosphere. This time is preferably longer than 20 seconds. This is because it is difficult to control the gas flow rate in a time shorter than 20 seconds, and furthermore, the effect of annealing is not sufficiently exhibited. On the other hand, for a long time of 120 seconds or more, the surface roughness of the epitaxial layer due to the influence of the reducing gas becomes remarkable, and an adverse effect on the device can be considered. Further, if annealing is performed for a long time in a reducing gas atmosphere, the throughput of the epitaxial growth process is reduced and the manufacturing cost is increased. Therefore, the annealing time should be shortened as much as possible. For the above reasons, it is desirable that the time for stopping the supply of the source gas be 20 seconds or more and less than 120 seconds.

なお、アニール処理においてガス種は還元性を有するものでなければならない。これは、エピタキシャル層が極めて高温であるため、炉内に酸素原子が存在すると、輻射エネルギーと高温性によりエピタキシャル層の表面で酸化反応が急激に進行し、理想的なエピタキシャル層が得られなくなるためである。   In the annealing process, the gas species must be reducible. This is because the epitaxial layer is extremely hot, and if oxygen atoms are present in the furnace, the oxidation reaction proceeds rapidly on the surface of the epitaxial layer due to radiation energy and high temperature properties, making it impossible to obtain an ideal epitaxial layer. It is.

アニール工程(ステップS5)の後、再びソースガス、さらに必要に応じてドーピングガスを供給し、第1エピタキシャル層E1上に第2エピタキシャル層E2(第2層)を10μm以下の一定の厚みだけ形成する(ステップS6)。このとき、第2エピタキシャル層E2の不純物濃度は第1エピタキシャル層E1の不純物濃度と同一であっても良いし、デバイス特性に応じて変化しても良い。また、第2エピタキシャル層E2の成長速度は必要に応じて第1エピタキシャル層E1の成長速度から変更しても良い。第2エピタキシャル層E2を形成してもなお、エピタキシャル層Eが所定の膜厚に達していなければ、上述のアニール工程(ステップS5)とエピタキシャル層の成長工程(ステップS6)を繰り返す。図3では、ステップS4とステップS5を交互に(N−1)回繰り返してエピタキシャル層を多段成長させ、第Nエピタキシャル層EN(第N層)の成長をもって所定の膜厚のエピタキシャル層Eを形成している。   After the annealing process (step S5), the source gas and, if necessary, the doping gas are supplied again, and the second epitaxial layer E2 (second layer) is formed on the first epitaxial layer E1 with a constant thickness of 10 μm or less. (Step S6). At this time, the impurity concentration of the second epitaxial layer E2 may be the same as the impurity concentration of the first epitaxial layer E1, or may vary according to device characteristics. Further, the growth rate of the second epitaxial layer E2 may be changed from the growth rate of the first epitaxial layer E1 as necessary. Even if the second epitaxial layer E2 is formed, if the epitaxial layer E does not reach the predetermined film thickness, the above-described annealing step (step S5) and the epitaxial layer growth step (step S6) are repeated. In FIG. 3, step S4 and step S5 are alternately repeated (N-1) times to grow the epitaxial layer in multiple stages, and the epitaxial layer E having a predetermined thickness is formed by growing the Nth epitaxial layer EN (Nth layer). doing.

<B−3.キャロット欠陥の低減率>
図4,5は、多段成長法により膜厚30μmのエピタキシャル層を形成したときの、短キャロット欠陥の減少率を示すグラフである。図4は、短キャロット欠陥の減少率の多段成長回数依存性を示しており、縦軸は短キャロット欠陥の低減率、横軸(下部)は一度に連続成長したエピタキシャル層の膜厚を示している。また、横軸(上部)にはソースガスの供給停止回数を示している。ソースガスの供給停止時間は全て120秒である。グラフより、1回あたりの連続成長膜厚が少なくソースガスの供給停止回数が多いほど、すなわちアニール工程の回数が増加するほど、短キャロット欠陥の低減率が高くなる事がわかる。連続成長膜厚が10μmまたは15μmの場合、短キャロット欠陥低減率は20%程度であるが、連続成長膜厚を5μm以下とすると、短キャロット欠陥低減率を50%以上とする事ができる。
<B-3. Reduction rate of carrot defects>
4 and 5 are graphs showing the reduction rate of short carrot defects when an epitaxial layer having a thickness of 30 μm is formed by the multistage growth method. FIG. 4 shows the dependence of the reduction rate of short carrot defects on the number of multi-stage growths. The vertical axis shows the reduction rate of short carrot defects, and the horizontal axis (bottom) shows the thickness of the epitaxial layer grown continuously at a time. Yes. Further, the horizontal axis (upper part) shows the number of times of stopping the supply of source gas. The source gas supply stop time is all 120 seconds. From the graph, it can be seen that the shorter the number of continuous growth film thickness per time and the larger the number of times of stopping supply of the source gas, that is, the higher the number of annealing steps, the higher the reduction rate of short carrot defects. When the continuous growth film thickness is 10 μm or 15 μm, the short carrot defect reduction rate is about 20%. However, when the continuous growth film thickness is 5 μm or less, the short carrot defect reduction rate can be 50% or more.

図5は、短キャロット欠陥の減少率のソースガス供給停止時間依存性を示し、縦軸は短キャロット欠陥の低減率、横軸はソースガスの供給停止時間を示している。エピタキシャル層の1回あたりの連続成長膜厚は5μmとした。この図から、ソースガスの供給停止時間が20秒と極めて短時間であっても、短キャロット欠陥の低減率は30%となる事がわかる。また、ソースガス供給停止時間が30秒以上の場合、短キャロット欠陥の低減率はさらに増加し、50%以上となる。また、アニール工程をさらに長時間化し120秒としても、短キャロット欠陥の低減率は60%であり、低減効果は飽和する。以上のことから、短キャロット欠陥の低減に要するアニール工程の所要時間は20秒以上である事が明らかとなった。   FIG. 5 shows the dependence of the reduction rate of short carrot defects on the source gas supply stop time, the vertical axis shows the reduction rate of short carrot defects, and the horizontal axis shows the source gas supply stop time. The continuous growth film thickness per time of the epitaxial layer was 5 μm. From this figure, it can be seen that even when the source gas supply stoppage time is as short as 20 seconds, the reduction rate of short carrot defects is 30%. In addition, when the source gas supply stop time is 30 seconds or more, the reduction rate of short carrot defects further increases to 50% or more. Further, even if the annealing process is further extended to 120 seconds, the reduction rate of short carrot defects is 60%, and the reduction effect is saturated. From the above, it has been clarified that the time required for the annealing process required to reduce short carrot defects is 20 seconds or more.

アニール工程において、還元性ガスによるエピタキシャル層へのエッチング量は数十nm程度と推定される。エッチングとエピタキシャル層の品質は、微視的にも巨視的にも原理的に無関係である。従って、この様な短キャロット欠陥の低密度化は、還元性ガス雰囲気中でのアニールによると考えるのが合理的である。すなわち、還元性ガス雰囲気中でSiCエピタキシャルウエハを高温状態に保持することにより、エピタキシャル層Eにおけるシリコン原子及び炭素原子の配列、及び、種々の転位を含む結晶欠陥の構造は、ギブスの自由エネルギーが最も小さくなる様に再構成されるものと考えられる。短キャロット欠陥は、エピタキシャル成長を長時間連続して行う結果、結晶内部に形成される内部応力を低減するために発生するものと考えられる。上述のアニールにより、SiC基板1とエピタキシャル層Eとから構成される系の内部応力、格子歪が低減する。従って、エピタキシャル層内部に起点を有する短キャロット欠陥が減少するものと考えられる。   In the annealing process, the etching amount of the reducing gas to the epitaxial layer is estimated to be about several tens of nm. The quality of the etching and the epitaxial layer are irrelevant in principle, both microscopically and macroscopically. Therefore, it is reasonable to think that such a reduction in the density of short carrot defects is due to annealing in a reducing gas atmosphere. That is, by maintaining the SiC epitaxial wafer at a high temperature in a reducing gas atmosphere, the arrangement of silicon atoms and carbon atoms in the epitaxial layer E, and the structure of crystal defects including various dislocations, the Gibbs free energy is It is thought that it is reconfigured to become the smallest. Short carrot defects are considered to occur in order to reduce the internal stress formed in the crystal as a result of continuous epitaxial growth for a long time. By the above-described annealing, the internal stress and lattice strain of the system composed of the SiC substrate 1 and the epitaxial layer E are reduced. Therefore, it is considered that short carrot defects having an origin in the epitaxial layer are reduced.

本実施例では、エピタキシャル層Eの成長膜厚を30μmとしたが、多段成長法の効果は、エピタキシャル層の成長膜厚が大きい場合に特に有効であり、例えば膜厚16μm以上であれば良い。   In this embodiment, the growth film thickness of the epitaxial layer E is set to 30 μm, but the effect of the multistage growth method is particularly effective when the growth film thickness of the epitaxial layer is large. For example, the film thickness may be 16 μm or more.

<B−4.効果>
実施の形態1に係るSiCエピタキシャルウエハ10の製造方法では、(b1)シリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、SiC基板1上に炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、(b2)工程(b1)の後、SiC基板1に対する第1,第2ガスの少なくとも一方の供給を20秒以上停止し、SiC基板1を還元性ガス雰囲気中でアニールする工程と、(b3)工程(b2)の後、SiC基板1にシリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、SiC基板1上に炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、を備える。アニールを挟んでエピタキシャル成長を繰り返す多段成長法を用いることにより、短キャロット欠陥の発生を抑制することができるので、こうして製造されたSiCエピタキシャルウエハ10は、歩留まりが高くなる。また、工程(b2)でガスの停止時間を20秒以上とすることにより、ガス流量の制御を容易に調整でき、アニールの効果を十分に発現させて短キャロット欠陥の発生を抑制することができる。
<B-4. Effect>
In the method for manufacturing SiC epitaxial wafer 10 according to the first embodiment, (b1) a first gas containing silicon atoms and a second gas containing carbon atoms are supplied to epitaxially grow a silicon carbide semiconductor layer on SiC substrate 1. And (b2) after step (b1), the supply of at least one of the first and second gases to the SiC substrate 1 is stopped for 20 seconds or more, and the SiC substrate 1 is annealed in a reducing gas atmosphere; (B3) After the step (b2), supplying a first gas containing silicon atoms and a second gas containing carbon atoms to the SiC substrate 1, and epitaxially growing a silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate 1. Prepare. By using a multi-stage growth method that repeats epitaxial growth with annealing interposed therebetween, it is possible to suppress the occurrence of short carrot defects, and thus the SiC epitaxial wafer 10 manufactured in this way has a high yield. Further, by setting the gas stop time to 20 seconds or longer in the step (b2), the control of the gas flow rate can be easily adjusted, the effect of annealing can be sufficiently exhibited, and the occurrence of short carrot defects can be suppressed. .

また、実施の形態1に係るSiCエピタキシャルウエハの製造方法は、(b4)工程(b3)の後、SiC基板1に対する第1,第2ガスの少なくとも一方の供給を20秒以上停止してSiC基板1を還元性ガス雰囲気中でアニールする工程を備え、炭化珪素半導体層の膜厚が予め定めた膜厚になるまで工程(b3)と(b4)を交互に1回以上繰り返す。アニールを挟んでエピタキシャル成長を複数回繰り返す多段成長法を用いることにより、短キャロット欠陥の発生を抑制することができる。   In addition, in the method for manufacturing the SiC epitaxial wafer according to the first embodiment, after the step (b4), at least one of the first and second gases to the SiC substrate 1 is stopped for 20 seconds or longer after the step (b3). 1 is annealed in a reducing gas atmosphere, and steps (b3) and (b4) are alternately repeated one or more times until the silicon carbide semiconductor layer has a predetermined thickness. The occurrence of short carrot defects can be suppressed by using a multi-stage growth method in which epitaxial growth is repeated a plurality of times with annealing interposed.

また、工程(b2)、(b4)におけるガスの停止時間を120秒未満とすれば、還元性ガスの影響によるエピタキシャル層の表面荒れを防ぐことができる。   Further, if the gas stop time in steps (b2) and (b4) is less than 120 seconds, the surface roughness of the epitaxial layer due to the influence of the reducing gas can be prevented.

また、一度にエピタキシャル成長させる炭化珪素半導体層の膜厚を10μm以下とすることにより、良好な短キャロット欠陥の抑制率を得られる。   Moreover, the favorable suppression rate of a short carrot defect can be acquired by making the film thickness of the silicon carbide semiconductor layer epitaxially grown at once into 10 micrometers or less.

また、一度にエピタキシャル成長させる炭化珪素半導体層の膜厚を5μm以下とすることにより、さらに良好な短キャロット欠陥の抑制率を得られる。   Further, by setting the film thickness of the silicon carbide semiconductor layer to be epitaxially grown at a time to 5 μm or less, a further better suppression rate of short carrot defects can be obtained.

<C.実施の形態2>
<C−1.構成>
図8は、実施の形態2に係るSiCエピタキシャルウエハ20の構造を示す断面図である。SiCエピタキシャルウエハ20は、オフ角が4度、口径が3インチ、ポリタイプが4HのSiC基板2上と、SiC基板2上に形成されたエピタキシャル層Eとを備えている。エピタキシャル層Eは、エピタキシャル成長とアニール処理を交互に繰り返して形成する多段成長法により形成され、複数回のエピタキシャル成長工程によって順に形成された、第1エピタキシャル層E1、第2エピタキシャル層E2、第3エピタキシャル層E3、第4エピタキシャル層E4、第5エピタキシャル層E5からなる多層構造である。エピタキシャル層Eの厚みは、例えば40μmとし、各エピタキシャル層E1〜E3の厚みは、例えば10μm、エピタキシャル層E4、E5の厚みはそれぞれ6μm、4μmとする。なお、エピタキシャル層Eは図8に示す5層に限らない。
<C. Second Embodiment>
<C-1. Configuration>
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of SiC epitaxial wafer 20 according to the second embodiment. The SiC epitaxial wafer 20 includes an SiC substrate 2 having an off angle of 4 degrees, a diameter of 3 inches, and a polytype of 4H, and an epitaxial layer E * formed on the SiC substrate 2. Epitaxial layer E * is formed by a multi-stage growth method of forming repeatedly epitaxial growth and annealing are alternately formed in this order by a plurality of epitaxial growth, the first epitaxial layer E * 1, the second epitaxial layer E * 2 , A third epitaxial layer E * 3, a fourth epitaxial layer E * 4, and a fifth epitaxial layer E * 5. The thickness of the epitaxial layer E, for example a 40 [mu] m, the thickness of each epitaxial layer E * 1 through E * 3 is for example 10 [mu] m, epitaxial layer E * 4, E * 5 each thickness 6μm of a 4 [mu] m. The epitaxial layer E * is not limited to the five layers shown in FIG.

最終成長膜厚が厚い場合、短キャロット欠陥の中でもエピタキシャル成長膜の表面付近に起点を持つ短キャロット欠陥の割合が、比較的高いことがわかった。この原因として、成長が進むにつれて成長膜の応力が蓄積し、ある一定以上の応力がかかると短キャロット欠陥が発生するためと考えられる。これは、多段成長法を適用したエピタキシャルウエハでも見られており、多段成長法のアニール工程においても緩和し切れなかった応力が膜の成長に伴い蓄積され、成長終盤に短キャロット欠陥として出現しているものと考えられる。今後、高耐圧デバイスの開発が進むにつれて、エピタキシャル膜の厚膜化も一層進むものと予想され、短キャロット欠陥の更なる低減が必要となる。これら、エピタキシャル成長膜の表面付近に起点を持つ短キャロット欠陥を更に効率よく低減する製造工程を説明する。   When the final growth film thickness was large, it was found that the proportion of short carrot defects having a starting point near the surface of the epitaxial growth film among the short carrot defects was relatively high. This is probably because the stress of the growth film accumulates as the growth progresses, and a short carrot defect occurs when a stress above a certain level is applied. This is also seen in epitaxial wafers using the multi-step growth method, where stress that could not be alleviated in the annealing step of the multi-step growth method was accumulated as the film grew and appeared as short carrot defects at the end of growth. It is thought that there is. In the future, as the development of high breakdown voltage devices progresses, it is expected that the thickness of the epitaxial film will increase further, and further reduction of short carrot defects is required. A manufacturing process for more efficiently reducing short carrot defects having a starting point near the surface of the epitaxially grown film will be described.

<C−2.製造工程>
SiCエピタキシャルウエハ20の製造工程を、図2のフローチャートに沿って実施の形態1と異なる点について説明する。ステップS4でエピタキシャル層E1をある一定の膜厚まで成長した後、ソースガスの供給を短時間停止し、アニール処理を行う(ステップS5)。その後、再びソースガスの供給を開始しエピタキシャル層E2の成長を行う(ステップS6)。このときの成長膜厚は、1つ前のエピタキシャル成長工程における成長膜厚と同じか、それ未満の厚さとなるようにする。すなわち、ここでは、エピタキシャル層E2の膜厚はエピタキシャル層E1の膜厚以下となる。エピタキシャル層Eが所定の膜厚に達するまで(ステップS7でYes)、ステップS5,6を繰り返す。つまり、エピタキシャル成長を繰り返すにつれて、アニール工程の間隔が狭くなる。このように、成長工程の終盤になるほどアニール工程回数を増やし、エピタキシャル成長膜の応力を緩和することによって、短キャロット欠陥をより効率よく低減することが可能となる。1回のアニール工程の時間は、エピタキシャル成長工程を繰り返すにつれて長くしても良いし、一定であっても良い。
<C-2. Manufacturing process>
The manufacturing process of SiC epitaxial wafer 20 will be described with respect to differences from the first embodiment along the flowchart of FIG. After growing the epitaxial layer E * 1 to a certain film thickness in step S4, the supply of the source gas is stopped for a short time, and an annealing process is performed (step S5). Thereafter, the supply of the source gas is started again to grow the epitaxial layer E * 2 (step S6). The growth film thickness at this time is set to be equal to or less than the growth film thickness in the previous epitaxial growth process. In other words, in this case, the epitaxial layer E * 2 of the film thickness is equal to or less than the thickness of the epitaxial layer E * 1. Steps S5 and 6 are repeated until the epitaxial layer E * reaches a predetermined film thickness (Yes in step S7). That is, as the epitaxial growth is repeated, the interval between the annealing steps becomes narrower. As described above, by increasing the number of annealing steps toward the end of the growth step and relaxing the stress of the epitaxial growth film, it is possible to more efficiently reduce short carrot defects. The time for one annealing step may be increased as the epitaxial growth step is repeated, or may be constant.

<C−3.効果>
実施の形態2に係るSiCエピタキシャルウエハ20の製造方法は、(b1)シリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、SiC基板1上に炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、(b2)工程(b1)の後、SiC基板1に対する第1,第2ガスの少なくとも一方の供給を20秒以上停止し、SiC基板1を還元性ガス雰囲気中でアニールする工程と、(b3)工程(b2)の後、SiC基板1にシリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、SiC基板1上に炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、を備える。そして、工程(b3)における炭化珪素半導体層の成長膜厚は、工程(b1)における炭化珪素半導体層の成長膜厚以下とする。エピタキシャル成長が進むほど、一度に成長させるエピタキシャル成長膜厚を小さくし、アニール処理を行う間隔を短くすることによって、エピタキシャル成長膜の応力が緩和される。したがって、短キャロット欠陥をより効率よく低減することが可能となる。
<C-3. Effect>
The manufacturing method of SiC epitaxial wafer 20 according to the second embodiment includes (b1) supplying a first gas containing silicon atoms and a second gas containing carbon atoms to epitaxially grow a silicon carbide semiconductor layer on SiC substrate 1. And (b2) after step (b1), the supply of at least one of the first and second gases to the SiC substrate 1 is stopped for 20 seconds or more, and the SiC substrate 1 is annealed in a reducing gas atmosphere; (B3) After the step (b2), supplying a first gas containing silicon atoms and a second gas containing carbon atoms to the SiC substrate 1, and epitaxially growing a silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate 1. Prepare. And the growth film thickness of the silicon carbide semiconductor layer in a process (b3) shall be below the growth film thickness of the silicon carbide semiconductor layer in a process (b1). As the epitaxial growth proceeds, the stress of the epitaxially grown film is relieved by reducing the thickness of the epitaxially grown film to be grown at one time and shortening the interval for annealing. Therefore, it is possible to more efficiently reduce short carrot defects.

また、前記工程(b3)を繰り返すにつれて、前記工程(b3)における前記炭化珪素半導体層の成長膜厚を小さくする。エピタキシャル成長が進むほど、一度に成長させるエピタキシャル成長膜厚を小さくし、アニール処理を行う間隔を短くすることによって、エピタキシャル成長膜の応力が緩和される。したがって、短キャロット欠陥をより効率よく低減することが可能となる。   Further, as the step (b3) is repeated, the growth thickness of the silicon carbide semiconductor layer in the step (b3) is reduced. As the epitaxial growth proceeds, the stress of the epitaxially grown film is relieved by reducing the thickness of the epitaxially grown film to be grown at one time and shortening the interval for annealing. Therefore, it is possible to more efficiently reduce short carrot defects.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   In the present invention, the embodiments can be appropriately modified and omitted within the scope of the invention.

1 SiC基板、10,20 SiCエピタキシャルウエハ、E,E エピタキシャル層、E1,E1 第1エピタキシャル層、E2,E2 第2エピタキシャル層、E3,E3 第3エピタキシャル層、E4 第4エピタキシャル層、E5 第5エピタキシャル層、EN 第Nエピタキシャル層。 1 SiC substrate, 10, 20 SiC epitaxial wafer, E, E * epitaxial layer, E1, E1 * first epitaxial layer, E2, E2 * second epitaxial layer, E3, E3 * third epitaxial layer, E4 * fourth epitaxial Layer, E5 * 5th epitaxial layer, EN Nth epitaxial layer.

Claims (8)

(a)5度未満のオフ角を有しポリタイプが4HであるSiC基板を準備する工程と、
(b)前記SiC基板上に、炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、を備え、
前記工程(b)は、
(b1)前記SiC基板にシリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、前記SiC基板上に前記炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
(b2)前記工程(b1)の後、前記SiC基板に対する前記第1,第2ガスの少なくとも一方の供給を20秒以上停止し、前記SiC基板を還元性ガス雰囲気中でアニールする工程と、
(b3)前記工程(b2)の後、前記SiC基板にシリコン原子を含む第1ガス及び炭素原子を含む第2ガスを供給して、前記SiC基板上に前記炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程と、を備える、
SiCエピタキシャルウエハの製造方法。
(A) preparing an SiC substrate having an off angle of less than 5 degrees and a polytype of 4H;
(B) a step of epitaxially growing a silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate,
The step (b)
(B1) supplying a first gas containing silicon atoms and a second gas containing carbon atoms to the SiC substrate to epitaxially grow the silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate;
(B2) After the step (b1), stopping the supply of at least one of the first and second gases to the SiC substrate for 20 seconds or more, and annealing the SiC substrate in a reducing gas atmosphere;
(B3) after the step (b2), supplying a first gas containing silicon atoms and a second gas containing carbon atoms to the SiC substrate, and epitaxially growing the silicon carbide semiconductor layer on the SiC substrate; Comprising
Manufacturing method of SiC epitaxial wafer.
前記工程(b)は、
(b4)前記工程(b3)の後、前記SiC基板に対する前記第1,第2ガスの少なくとも一方の供給を20秒以上停止し、前記SiC基板を還元性ガス雰囲気中でアニールする工程をさらに備え、
前記炭化珪素半導体層の膜厚が予め定めた膜厚になるまで前記工程(b3)と(b4)を交互に1回以上繰り返す工程である、
請求項1に記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。
The step (b)
(B4) After the step (b3), further comprising the step of stopping the supply of at least one of the first and second gases to the SiC substrate for 20 seconds or more and annealing the SiC substrate in a reducing gas atmosphere. ,
The steps (b3) and (b4) are alternately repeated one or more times until the thickness of the silicon carbide semiconductor layer reaches a predetermined thickness.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of Claim 1.
前記工程(b2)における停止時間は120秒未満である、
請求項1に記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。
The stop time in the step (b2) is less than 120 seconds.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of Claim 1.
前記工程(b2)、(b4)における停止時間は120秒未満である、
請求項2に記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。
The stop time in the steps (b2) and (b4) is less than 120 seconds.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of Claim 2.
前記工程(b1)、(b3)は、それぞれ10μm以下の膜厚の前記炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程である、
請求項1から4のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。
The steps (b1) and (b3) are steps of epitaxially growing the silicon carbide semiconductor layer having a thickness of 10 μm or less.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer in any one of Claim 1 to 4.
前記工程(b1)、(b3)は、それぞれ5μm以下の膜厚の前記炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長する工程である、
請求項5に記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。
The steps (b1) and (b3) are steps of epitaxially growing the silicon carbide semiconductor layer having a thickness of 5 μm or less.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of Claim 5.
前記工程(b3)における前記炭化珪素半導体層の成長膜厚は、前記工程(b1)における前記炭化珪素半導体層の成長膜厚以下である、
請求項1から6のいずれかに記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。
The growth thickness of the silicon carbide semiconductor layer in the step (b3) is equal to or less than the growth thickness of the silicon carbide semiconductor layer in the step (b1).
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer in any one of Claim 1 to 6.
前記工程(b3)における前記炭化珪素半導体層の成長膜厚は、前記工程(b1)における前記炭化珪素半導体層の成長膜厚以下であり、
前記工程(b3)を繰り返すにつれて、前記工程(b3)における前記炭化珪素半導体層の成長膜厚を小さくする、
請求項2又は4に記載のSiCエピタキシャルウエハの製造方法。
The growth thickness of the silicon carbide semiconductor layer in the step (b3) is equal to or less than the growth thickness of the silicon carbide semiconductor layer in the step (b1).
As the step (b3) is repeated, the growth thickness of the silicon carbide semiconductor layer in the step (b3) is reduced.
The manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of Claim 2 or 4.
JP2014001156A 2013-07-29 2014-01-07 MANUFACTURING METHOD FOR SiC EPITAXIAL WAFER Pending JP2015044727A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014001156A JP2015044727A (en) 2013-07-29 2014-01-07 MANUFACTURING METHOD FOR SiC EPITAXIAL WAFER

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013156323 2013-07-29
JP2013156323 2013-07-29
JP2014001156A JP2015044727A (en) 2013-07-29 2014-01-07 MANUFACTURING METHOD FOR SiC EPITAXIAL WAFER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015044727A true JP2015044727A (en) 2015-03-12

Family

ID=52670606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014001156A Pending JP2015044727A (en) 2013-07-29 2014-01-07 MANUFACTURING METHOD FOR SiC EPITAXIAL WAFER

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015044727A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015170500A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 三菱電機株式会社 Sic epitaxial wafer and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
WO2017090285A1 (en) * 2015-11-24 2017-06-01 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
JP2018006384A (en) * 2016-06-27 2018-01-11 昭和電工株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial wafer
CN112270868A (en) * 2020-11-16 2021-01-26 山东交通学院 Adjustable convenient dismantlement formula teaching aid of mechanical drawing
US10998401B2 (en) 2018-10-22 2021-05-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having a base body of silicon carbide

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000109393A (en) * 1998-10-08 2000-04-18 Nippon Pillar Packing Co Ltd Single crystal silicon carbide
JP2009218575A (en) * 2008-02-12 2009-09-24 Toyota Motor Corp Method of manufacturing semiconductor substrate
WO2011142074A1 (en) * 2010-05-10 2011-11-17 三菱電機株式会社 Silicon carbide epitaxial wafer and process for production thereof, silicon carbide bulk substrate for epitaxial growth purposes and process for production thereof, and heat treatment apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000109393A (en) * 1998-10-08 2000-04-18 Nippon Pillar Packing Co Ltd Single crystal silicon carbide
JP2009218575A (en) * 2008-02-12 2009-09-24 Toyota Motor Corp Method of manufacturing semiconductor substrate
WO2011142074A1 (en) * 2010-05-10 2011-11-17 三菱電機株式会社 Silicon carbide epitaxial wafer and process for production thereof, silicon carbide bulk substrate for epitaxial growth purposes and process for production thereof, and heat treatment apparatus

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015170500A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 三菱電機株式会社 Sic epitaxial wafer and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JPWO2015170500A1 (en) * 2014-05-08 2017-04-20 三菱電機株式会社 SiC epitaxial wafer and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
WO2017090285A1 (en) * 2015-11-24 2017-06-01 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
JPWO2017090285A1 (en) * 2015-11-24 2018-10-04 住友電気工業株式会社 Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2020142985A (en) * 2015-11-24 2020-09-10 住友電気工業株式会社 Silicon carbide epitaxial substrate and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2018006384A (en) * 2016-06-27 2018-01-11 昭和電工株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial wafer
US10998401B2 (en) 2018-10-22 2021-05-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having a base body of silicon carbide
CN112270868A (en) * 2020-11-16 2021-01-26 山东交通学院 Adjustable convenient dismantlement formula teaching aid of mechanical drawing
CN112270868B (en) * 2020-11-16 2022-01-28 山东交通学院 Adjustable convenient dismantlement formula teaching aid of mechanical drawing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6351874B2 (en) Silicon carbide epitaxial substrate and silicon carbide semiconductor device
JP6311384B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
US9691607B2 (en) Process for producing epitaxial silicon carbide single crystal substrate and epitaxial silicon carbide single crystal substrate obtained by the same
JP4844330B2 (en) Silicon carbide semiconductor device manufacturing method and silicon carbide semiconductor device
JP6012841B2 (en) Method for manufacturing SiC epitaxial wafer
JP5637086B2 (en) Epitaxial wafer and semiconductor device
JP2009295728A (en) Silicon carbide semiconductor substrate and method of manufacturing the same
JP6239097B2 (en) SiC epitaxial wafer
JP2015044727A (en) MANUFACTURING METHOD FOR SiC EPITAXIAL WAFER
JP2014192163A (en) METHOD FOR MANUFACTURING SiC EPITAXIAL WAFER
JP6758491B2 (en) SiC epitaxial wafer and its manufacturing method
JP2015078093A (en) 3C-SiC EPITAXIAL LAYER MANUFACTURING METHOD, 3C-SiC EPITAXIAL SUBSTRATE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE
JP2010034330A (en) Epitaxial wafer and method of manufacturing the same
JP5545310B2 (en) Silicon carbide epitaxial wafer manufacturing method, silicon carbide epitaxial wafer, and silicon carbide semiconductor device
JP2014027028A (en) SiC EPITAXIAL SUBSTRATE MANUFACTURING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING SiC EPITAXIAL SUBSTRATE, AND SiC EPITAXIAL SUBSTRATE
US11107677B2 (en) Method for manufacturing SiC epitaxial substrate
JP2018067736A (en) Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same
JP6796407B2 (en) Manufacturing method of SiC epitaxial wafer
JP2016044115A (en) Silicon carbide epitaxial wafer, silicon carbide semiconductor device, and production method of silicon carbide epitaxial wafer
KR102128495B1 (en) Epitaxial wafer
KR20150025648A (en) Epitaxial wafer
KR102165615B1 (en) Epitaxial wafer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151111

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160615

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160621

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20161220