JP2015230998A - SiCエピタキシャルウェハ、SiCエピタキシャルウェハの製造装置、SiCエピタキシャルウェハの製造方法、および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
比較例に係るSiのエピタキシャル成長において、成長速度の温度依存性は、図2に示すように表わされる。図2において、破線SLは、Siのエピタキシャル成長において、供給律速(Diffusion Control)領域DCと、反応律速(Kinetic Control)領域KCとの境界線を表す。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハのSiCエピタキシャル成長において、成長速度の温度依存性は、図4に示すように表わされる。図4において、破線CLは、SiCのエピタキシャル成長において、物質輸送律速(供給律速、Diffusion Control)領域DCと、表面反応律速(Kinetic Control)領域KCとの境界線を表す。また、図4において、矢印TRで示される領域が、SiCのエピタキシャル成長に適用可能な温度範囲であり、例えば、約1600℃以上である。上限は、例えば、融点に近い約2700℃である。望ましくは、SiCのエピタキシャル成長に適用可能な温度範囲は、1600℃以上2200℃以下である。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハの模式的鳥瞰構成は、図5に示すように表わされる。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハ1に適用可能な4H−SiC結晶のユニットセルの模式的鳥瞰構成は、図6(a)に示すように表わされ、4H−SiC結晶の2層部分の模式的構成は、図6(b)に示すように表され、4H−SiC結晶の4層部分の模式的構成は、図6(c)に示すように表される。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハの製造方法は、SiCインゴットを準備し、オフ角を付けて切り出し、研磨してSiCベアウェハを形成する工程と、SiCベアウェハの切り出し面を除去し、SiC基板を形成する工程と、SiC基板の主面上に酸化膜を形成する工程と、酸化膜を除去する工程と、SiC基板上に、SiCエピタキシャル成長層を結晶成長させる工程とを有する。ここで、供給される原料ガスは、Siの供給源となるSi化合物およびCの供給源となるC化合物を備える。また、Si化合物とC化合物の両方、またはいずれか一方は、Fを含む化合物を備える。
を用いた。
成長温度範囲の下限値は、約1400℃である。装置の温度の下限値は厳密には、反応炉内の水素の流量及び流速に依存する。水素の流量及び流速が大きければ、水素がSiCエピタキシャルウェハから熱を奪うため下限値は上昇する。逆に、水素の流量及び流速が小さければ、水素がSiCエピタキシャルウェハから奪う熱が小さくなり、SiCエピタキシャルウェハの表面の温度は、水素流量及び流速が大きい時よりも上昇し、下限値は低下する。
成長温度が低いと、SiCエピタキシャル成長中に積層欠陥が発生し易くなり、SiCエピタキシャルウェハ面内の積層欠陥密度が上がる。積層欠陥密度は、例えば、フォトルミネッセンス(PL:Photoluminescence)イメージングで評価可能である。
―プロファイル例1―
実施の形態に係るSiCエピタキシャル成長において、成長温度TG(℃)と時間tとの関係を示すCVD温度プロファイル例1は、図11に示すように表わされる。
実施の形態に係るSiCエピタキシャル成長において、成長温度TG(℃)と時間tとの関係を示すCVD温度プロファイル例2は、図12に示すように表わされる。
実施の形態に係るSiCエピタキシャル成長において、成長温度TG(℃)と時間tとの関係を示すCVD温度プロファイル例3は、図13に示すように表わされる。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハの製造装置は、ガス注入口と、ガス排気口と、加熱部と、反応炉とを備える。ここで、供給される原料ガスは、Siの供給源となるSi化合物およびCの供給源となるC化合物を備える。また、Si化合物とC化合物の両方、またはいずれか一方は、Fを含む化合物を備える。
(第1のCVD装置)
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハの製造装置であって、SiCエピタキシャル成長に適用可能な第1のCVD装置の模式的構成例は、図14に示すように、
ガス注入口140と、ガス排気口160と、加熱部100と、縦型反応炉120とを備える。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハの製造装置であって、SiCエピタキシャル成長に適用可能な第2のCVD装置の模式的構成例は、図15に示すように、
ガス注入口140と、ガス排気口160と、加熱部100と、縦型反応炉120とを備える。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハの製造装置200であって、SiCエピタキシャル成長に適用可能な第3のCVD装置の模式的構成例は、図16に示すように、ガス注入口140と、ガス排気口160と、加熱部100と、横型反応炉130とを備える。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハの製造装置200であって、SiCエピタキシャル成長に適用可能な第4のCVD装置の模式的構成例は、図17に示すように、ガス注入口140と、ガス排気口160と、加熱部100と、横型反応炉130とを備える。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハを用いて作製したSiC−SBD21の模式的断面構造は、図18に示すように表わされる。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハを用いて作製したSiC−TMOSFET31の模式的断面構造は、図19に示すように表わされる。
実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハを用いて作製したプレーナゲート型のSiC−MOSFETの模式的断面構造は、図20に示すように表わされる。
上記のように、実施の形態に係るSiCエピタキシャルウェハ、SiCエピタキシャルウェハの製造装置、SiCエピタキシャルウェハの製造方法、および半導体装置について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
2…基板
3…SiCエピタキシャル成長層
4…主面
10…SiCエピタキシャル成長層の表面
13…六方晶SiCインゴット
14…SiCベアウェハ
15…切り出し面
16…酸化膜
21…SiC−SBD
22…カソード電極
23…活性領域
24…コンタクトホール
25…フィールド領域
26…フィールド絶縁膜
27…アノード電極
28…JTE構造
31…SiC−TMOSFET
32、52…ドレイン電極
33、53…ボディ領域
34…ドレイン領域
35…ゲートトレンチ
36、57…ゲート絶縁膜
37、58…ゲート電極
38、55…ソース領域
39、56…ボディコンタクト領域
40、59…層間絶縁膜
41、60…コンタクトホール
42、61…ソース電極
51…SiC−MOSFET
100…加熱部
120…縦型反応炉
130…横型反応炉
140…ガス注入口
160…ガス排気口
200…SiCエピタキシャルウェハの製造装置
t1…SiC基板の厚さ
t2…SiCエピタキシャル成長層3の厚さ
θ…オフ角
S…ソース端子
D…ドレイン端子
G…ゲート端子
A…アノード端子
K…カソード端子
Claims (27)
- 基板と、
前記基板上に配置されたSiCエピタキシャル成長層と
を備え、前記SiCエピタキシャル成長層は、Si化合物をSiの供給源とし、C化合物をCの供給源とし、
前記Si化合物と前記C化合物の両方、またはいずれか一方は、フッ素を含む化合物を備えることを特徴とするSiCエピタキシャルウェハ。 - 前記Si化合物は、SiF4、SiH3F、SiH2F2、若しくはSiHF3のいずれかを備えることを特徴とする請求項1に記載のSiCエピタキシャルウェハ。
- 前記Si化合物は、SinHxClyFz(n>=1,x>=0、y>=0、z>=1、x+y+z=2n+2)で表わされることを特徴とする請求項1に記載のSiCエピタキシャルウェハ。
- 前記C化合物は、CF4、C2F6、C3F8、C4F6、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、若しくはC2HF5のいずれかを備えることを特徴とする請求項1に記載のSiCエピタキシャルウェハ。
- 前記C化合物は、CmHqClrFs(m>=1、q>=0、r>=0、s>=1、q+r+s=2m+2)で表わされることを特徴とする請求項1に記載のSiCエピタキシャルウェハ。
- 前記SiCエピタキシャル成長層は、4H−SiC、6H−SiC、2H−SiC、若しくは3C−SiCのいずれかを備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハ。
- 前記基板は、4H−SiC、6H−SiC、BN、AlN、Al2O3、Ga2O3、ダイヤモンド、カーボン、若しくはグラファイトのいずれかを備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハ。
- SiCインゴットを準備し、オフ角を付けて切り出し、研磨してSiCベアウェハを形成する工程と、
前記SiCベアウェハの切り出し面を除去し、SiC基板を形成する工程と、
前記SiC基板の主面上に酸化膜を形成する工程と、
前記酸化膜を除去する工程と、
前記SiC基板上に、SiCエピタキシャル成長層を結晶成長させる工程と
を有し、供給される原料ガスは、Siの供給源となるSi化合物およびCの供給源となるC化合物を備え、
前記Si化合物と前記C化合物の両方、またはいずれか一方は、フッ素を含む化合物を備えることを特徴とするSiCエピタキシャルウェハの製造方法。 - 前記Si化合物は、SiF4、SiH3F、SiH2F2、若しくはSiHF3のいずれかを備えることを特徴とする請求項8に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記Si化合物は、SinHxClyFz(n>=1,x>=0、y>=0、z>=1、x+y+z=2n+2)で表わされることを特徴とする請求項8に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記C化合物は、CF4、C2F6、C3F8、C4F6、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2、CH3F、若しくはC2HF5のいずれかを備えることを特徴とする請求項8に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記C化合物は、CmHqClrFs(m>=1、q>=0、r>=0、s>=1、q+r+s=2m+2)で表わされることを特徴とする請求項8に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記SiCエピタキシャル成長層は、4H−SiC、6H−SiC、2H−SiC、若しくは3C−SiCのいずれかを備えることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記SiCエピタキシャル成長層を結晶成長させる温度プロファイルは、前記SiCエピタキシャル成長層を堆積する直前の水素エッチングの設定温度が、前記SiCエピタキシャル成長層を堆積する設定温度よりも低いことを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記SiCエピタキシャル成長層を結晶成長させる温度プロファイルは、前記SiCエピタキシャル成長層を堆積する直前の水素エッチングの設定温度が、前記SiCエピタキシャル成長層を堆積する設定温度に等しいことを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- 前記SiCエピタキシャル成長層を結晶成長させる温度プロファイルは、前記SiCエピタキシャル成長層を堆積する直前の水素エッチングの設定温度が、前記SiCエピタキシャル成長層を堆積する設定温度よりも高いことを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
- ガス注入口と、
ガス排気口と、
加熱部と、
反応炉と
を備え、供給される原料ガスは、Siの供給源となるSi化合物およびCの供給源となるC化合物を備え、
前記Si化合物と前記C化合物の両方、またはいずれか一方は、フッ素を含む化合物を備えることを特徴とするSiCエピタキシャルウェハの製造装置。 - 前記Si化合物は、SinHxClyFz(n>=1、x>=0、y>=0、z>=1、x+y+z=2n+2)で表され、
前記C化合物は、CmHqClrFs(m>=1、q>=0、r>=0、s>=1、q+r+s=2m+2)で表されることを特徴とする請求項17に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造装置。 - 前記反応炉は、縦型反応炉を備え、前記縦型反応炉内には、複数枚のSiCエピタキシャルウェハがフェースアップまたはフェースダウンに配置可能であることを特徴とする請求項17または18に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造装置。
- 前記反応炉は、縦型反応炉を備え、前記縦型反応炉内には、複数枚のSiCエピタキシャルウェハがガスの流れに対して平行になるように配置可能であることを特徴とする請求項17または18に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造装置。
- 前記反応炉は、横型反応炉を備え、前記横型反応炉内には、複数枚のSiCエピタキシャルウェハが横型反応炉内には、複数枚のSiCエピタキシャルウェハがガスの流れに対して対向するように立てて配置可能であることを特徴とする請求項17または18に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造装置。
- 前記反応炉は、横型反応炉を備え、前記横型反応炉内には、複数枚のSiCエピタキシャルウェハがフェースアップまたはフェースダウンに配置可能であることを特徴とする請求項17または18に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造装置。
- 前記加熱部の加熱方式としては、抵抗加熱、コイルを用いた誘導加熱、若しくはランプ加熱を用いることを特徴とする請求項17〜22のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造装置。
- キャリアガスは、H2、Ar、HCl、F2のいずれか1つ以上を適用可能であることを特徴とする請求項17〜23のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造装置。
- ドーパントの原料としては、N2またはトリメチルアルミニウムを適用可能であることを特徴とする請求項17〜24のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のSiCエピタキシャルウェハを備える半導体装置。
- 前記半導体装置は、SiCショットキーバリアダイオード、SiC−MOSFET、SiCバイポーラトランジスタ、SiCダイオード、SiCサイリスタ、若しくはSiC絶縁ゲートバイポーラトランジスタのいずれかであることを特徴とする請求項26に記載の半導体装置。
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