JP2016183087A - Manufacturing method for silicon carbide epitaxial substrate - Google Patents

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千秋 工藤
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千秋 工藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce surface defect density of a silicon carbide epitaxial film in a silicon carbide epitaxial substrate, and to improve in-plane uniformity of impurity concentration.SOLUTION: A manufacturing method for a silicon carbide epitaxial substrate has: a step of depositing a first silicon carbide epitaxial layer by a first growth pressure by supplying a first raw material gas and a first carrier gas to a principal surface of a semiconductor substrate installed in a CVD device; and a step of depositing a second silicon carbide epitaxial layer by a second growth pressure by supplying a second raw material gas and a second carrier gas to the surface of the first silicon carbide epitaxial layer. The C/Si ratio of the second raw material gas is smaller than the C/Si ratio of the first raw material gas, the second growth pressure is lower than the first growth pressure, or the flow rate of the second carrier gas is larger than the flow rate of the first carrier gas, and a deposit step of the silicon carbide epitaxial layer is not included after the deposit step of the second silicon carbide epitaxial layer.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本願は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法に関する。   The present application relates to a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate.

ワイドバンドギャップ半導体は、パワー素子(パワーデバイスともいう)、耐環境素子、高温動作素子、高周波素子等の種々の半導体装置に応用されている。なかでも、スイッチング素子または整流素子などのパワーデバイスへの応用が注目されている。   Wide band gap semiconductors are applied to various semiconductor devices such as power elements (also referred to as power devices), environment-resistant elements, high-temperature operating elements, and high-frequency elements. Among these, application to power devices such as switching elements or rectifying elements has attracted attention.

ワイドバンドギャップ半導体のなかでも炭化珪素(シリコンカーバイド:SiC)は、基板の製造が比較的容易であり、また、良質のゲート絶縁膜である酸化珪素(SiO2)膜を熱酸化により形成することが可能な半導体材料である。このことから、SiCを用いたパワーデバイスの開発が盛んに行われている(例えば、特許文献1参照)。 Among wide band gap semiconductors, silicon carbide (silicon carbide: SiC) is relatively easy to manufacture, and a silicon oxide (SiO 2 ) film, which is a high-quality gate insulating film, is formed by thermal oxidation. It is a semiconductor material that can be used. For this reason, development of power devices using SiC has been actively conducted (for example, see Patent Document 1).

SiCを用いたパワーデバイスの代表的なスイッチング素子として、ショットキーバリアダイオード(SBD)および金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタ(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor、以下「MISFET」)などがある。   Typical switching elements of power devices using SiC include Schottky barrier diodes (SBD) and metal-insulator semiconductor field effect transistors (hereinafter “MISFETs”).

SiCは、Siよりも高い絶縁破壊電界および熱伝導度を有するので、SiCを用いたパワーデバイス(SiCパワーデバイス)では、Siパワーデバイスよりも高耐圧化、低損失化が容易である。このため、Siパワーデバイスと同一性能を実現させる場合、Siパワーデバイスよりも面積および厚さを大幅に縮小することが可能となる。   Since SiC has a higher dielectric breakdown electric field and thermal conductivity than Si, a power device using SiC (SiC power device) can easily achieve higher breakdown voltage and lower loss than a Si power device. For this reason, when realizing the same performance as the Si power device, the area and thickness can be greatly reduced as compared with the Si power device.

SiCパワーデバイスは、一般に、炭化珪素エピタキシャル基板(以下、「SiCエピタキシャル基板」)を用いて形成される。SiCエピタキシャル基板は、半導体基板の表面にSiCエピタキシャル膜を有する基板である。SiCエピタキシャル膜は、半導体基板表面に、例えば化学気相堆積法(CVD)でSiCを結晶成長(エピタキシャル成長)させることによって形成される。   SiC power devices are generally formed using a silicon carbide epitaxial substrate (hereinafter, “SiC epitaxial substrate”). The SiC epitaxial substrate is a substrate having a SiC epitaxial film on the surface of a semiconductor substrate. The SiC epitaxial film is formed by crystal growth (epitaxial growth) of SiC on the surface of the semiconductor substrate, for example, by chemical vapor deposition (CVD).

特開2001−151400号公報JP 2001-151400 A 特許第4954654号公報Japanese Patent No. 4956544 特開2009−256138号公報JP 2009-256138 A 特開2013−121898号公報JP2013-121898A 特開2013−102106号公報JP 2013-102106 A

IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.46, No.3, (1999) pp.471-477IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.46, No.3, (1999) pp.471-477 Appl. Phys. Lett. 100 (2012), 242102Appl. Phys. Lett. 100 (2012), 242102

SiCエピタキシャル膜の表面に形成される種々の表面欠陥が、デバイスの特性を劣化させる要因となり得ることが知られている。例えば、非特許文献2には、SiCエピタキシャル膜表面に形成されたピットと呼ばれる表面欠陥によって、SBDのリーク電流が増加することが記載されている。このため、SiCエピタキシャル膜における表面欠陥の密度を低減することが求められている。   It is known that various surface defects formed on the surface of the SiC epitaxial film can cause deterioration of device characteristics. For example, Non-Patent Document 2 describes that the SBD leakage current increases due to surface defects called pits formed on the surface of the SiC epitaxial film. For this reason, it is required to reduce the density of surface defects in the SiC epitaxial film.

一方、SiCエピタキシャル膜において、基板面内で、不純物のドーピング密度(以下、「不純物濃度」)の均一性をさらに高めることが求められている。なお、本明細書では、基板の表面にSiCエピタキシャル膜を形成する際に、SiCエピタキシャル膜が基板の表面に平行な面内で均一性を有することを「基板面内で均一」または単に「面内で均一」であるという。   On the other hand, in the SiC epitaxial film, it is required to further improve the uniformity of the impurity doping density (hereinafter referred to as “impurity concentration”) within the substrate surface. In this specification, when forming an SiC epitaxial film on the surface of a substrate, the fact that the SiC epitaxial film has uniformity in a plane parallel to the surface of the substrate is referred to as “uniform in the substrate surface” or simply “surface”. It is said to be “uniform within”.

本開示の一態様は、炭化珪素エピタキシャル層の表面欠陥密度を低減し、かつ、不純物濃度の面内均一性を向上し得る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を提供する。   One aspect of the present disclosure provides a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate that can reduce the surface defect density of the silicon carbide epitaxial layer and improve the in-plane uniformity of the impurity concentration.

本開示の一態様は、半導体基板の主面を表面として、CVD装置内に前記半導体基板を設置する工程と、前記半導体基板の主面に、炭素原子および珪素原子を含む第1の原料ガスと第1のキャリアガスとを供給することにより、第1の成長圧力において、不純物を含む第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程と、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の表面に、炭素原子および珪素原子を含む第2の原料ガスと第2のキャリアガスとを供給することにより、第2の成長圧力において、不純物を含む第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程とを有し、前記第2の原料ガスに含まれる珪素原子数に対する炭素原子数の比であるC/Si比は、前記第1の原料ガスに含まれる珪素原子数に対する炭素原子数の比であるC/Si比よりも小さい、前記第2の成長圧力は、前記第1の成長圧力よりも低い、または前記第2のキャリアガスの流量は、前記第1のキャリアガスの流量よりも大きく、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程と前記第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程との間に、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層に対してイオン注入を行う工程、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の表面を酸化する工程、及び前記第1の炭化珪素エピタキシャル層を有する前記半導体基板を900℃以上の温度で熱処理する工程をいずれも含まず、前記第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程より後には炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程を含まない、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を含む。   One aspect of the present disclosure includes a step of placing the semiconductor substrate in a CVD apparatus with the main surface of the semiconductor substrate as a surface, and a first source gas containing carbon atoms and silicon atoms on the main surface of the semiconductor substrate; Supplying a first carrier gas and depositing a first silicon carbide epitaxial layer containing impurities at a first growth pressure; and on the surface of the first silicon carbide epitaxial layer, carbon atoms and Depositing a second silicon carbide epitaxial layer containing impurities at a second growth pressure by supplying a second source gas containing silicon atoms and a second carrier gas, The C / Si ratio, which is the ratio of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms contained in the two source gases, is greater than the C / Si ratio, which is the ratio of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms contained in the first source gas. The second growth pressure is smaller than the first growth pressure, or the flow rate of the second carrier gas is greater than the flow rate of the first carrier gas, and the first silicon carbide epitaxial layer is smaller. A step of ion-implanting the first silicon carbide epitaxial layer between the step of depositing a layer and the step of depositing the second silicon carbide epitaxial layer; a surface of the first silicon carbide epitaxial layer; And the step of heat-treating the semiconductor substrate having the first silicon carbide epitaxial layer at a temperature of 900 ° C. or higher, and after the step of depositing the second silicon carbide epitaxial layer. A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate is included, which does not include a step of depositing a silicon carbide epitaxial layer.

本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層の表面欠陥密度を低減でき、かつ、不純物濃度の面内均一性を向上させることができる。   According to the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to one embodiment of the present disclosure, the surface defect density of the silicon carbide epitaxial layer can be reduced, and the in-plane uniformity of the impurity concentration can be improved.

従来の光学式表面検査装置を用いたウェハ表面検査結果の一例である。It is an example of the wafer surface inspection result using the conventional optical surface inspection apparatus. 共焦点微分干渉式表面検査を用いたウェハ表面検査結果の一例である。It is an example of a wafer surface inspection result using confocal differential interference type surface inspection. 実施形態で使用した横型CVD装置の概略図である。It is the schematic of the horizontal type | mold CVD apparatus used in embodiment. 横型CVD装置におけるウェハの配置を例示する概略図である。It is the schematic which illustrates arrangement | positioning of the wafer in a horizontal type | mold CVD apparatus. サンプル基板におけるSiCエピタキシャル膜の不純物濃度分布を示す図ある。It is a figure which shows the impurity concentration distribution of the SiC epitaxial film in a sample board | substrate. SiCエピタキシャル膜のピット密度および不純物濃度ばらつきのC/Si比依存性を示す図である。It is a figure which shows the C / Si ratio dependence of the pit density of a SiC epitaxial film, and impurity concentration dispersion | variation. SiCエピタキシャル膜のピット密度および不純物濃度ばらつきの成長圧力依存性を示す図である。It is a figure which shows the growth pressure dependence of the pit density of a SiC epitaxial film, and impurity concentration dispersion | variation. SiCエピタキシャル膜のピット密度および不純物濃度ばらつきの水素流量依存性を示す図である。It is a figure which shows the hydrogen flow rate dependence of the pit density of a SiC epitaxial film, and impurity concentration dispersion | variation. 実施例および比較例の試料の作成方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the preparation method of the sample of an Example and a comparative example. SiCエピタキシャル膜のピット密度の成長条件依存性を示す図である。It is a figure which shows the growth condition dependence of the pit density of a SiC epitaxial film. SiCエピタキシャル膜のピット密度の表面層の厚さ依存性を示す図である。It is a figure which shows the thickness dependence of the surface layer of the pit density of a SiC epitaxial film. MISFET構造の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a MISFET structure. 一実施形態の炭化珪素エピタキシャル方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the silicon carbide epitaxial method of one Embodiment. 一実施形態の炭化珪素エピタキシャル基板を例示する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which illustrates the silicon carbide epitaxial substrate of one embodiment.

本開示の基礎となった知見は以下の通りである。   The knowledge underlying this disclosure is as follows.

従来、SiCエピタキシャル膜の表面には種々の表面欠陥が形成されることが知られている。表面欠陥としては、例えば、マイクロパイプ、キャロット欠陥および三角欠陥等がある。マイクロパイプは、半導体基板のマイクロパイプを受けついだ欠陥である。マイクロパイプによる問題は、結晶技術の進歩によりマイクロパイプレス基板が供給されるようになった結果、低減されつつある。キャロット欠陥および三角欠陥は、デバイスの耐圧劣化等の特性劣化を起こすことが知られており(非特許文献1)、これらの欠陥を低減するための取り組みが行われている(特許文献2)。   Conventionally, it is known that various surface defects are formed on the surface of the SiC epitaxial film. Examples of surface defects include micropipes, carrot defects, and triangular defects. A micropipe is a defect that accepts a micropipe of a semiconductor substrate. The problems with micropipes are being reduced as a result of the progress in crystal technology that has led to the provision of micropipeless substrates. Carrot defects and triangular defects are known to cause characteristic deterioration such as breakdown voltage degradation of devices (Non-Patent Document 1), and efforts are being made to reduce these defects (Patent Document 2).

さらに、SiCエピタキシャル膜の表面には、ピットと呼ばれる小さく浅い凹みが形成されることが知られている。ピットの深さは例えば10nm〜100nm程度、ピット径は例えば7μm〜10μm程度である。非特許文献2には、ピットがSBDのリーク電流増加の原因になり得ることが報告されている。しかしながら、従来の検査装置では、ピットの数を正確に求めることが困難である。このため、ピットの形成を抑制する取り組みは十分なされていなかった。   Furthermore, it is known that a small shallow recess called a pit is formed on the surface of the SiC epitaxial film. The pit depth is, for example, about 10 nm to 100 nm, and the pit diameter is, for example, about 7 μm to 10 μm. Non-Patent Document 2 reports that pits can cause an increase in leakage current of SBD. However, it is difficult for the conventional inspection apparatus to accurately determine the number of pits. For this reason, efforts to suppress the formation of pits have not been sufficient.

一方、SiCエピタキシャル膜を用いてデバイスを形成する場合、設計通りの特性を有するデバイスを安定して製造するためには、SiCエピタキシャル膜の不純物濃度を面内でより均一にすることが求められている。特に、近年、ウェハの大口径化が進むとともに、デバイスの面積も大きくなっており、デバイス歩留まり向上のためには、不純物濃度の面内均一性をさらに向上することが求められている。   On the other hand, when forming a device using an SiC epitaxial film, in order to stably manufacture a device having the designed characteristics, it is required to make the impurity concentration of the SiC epitaxial film more uniform in the plane. Yes. In particular, in recent years, as the diameter of wafers has increased and the area of devices has increased, in order to improve device yield, it is required to further improve the in-plane uniformity of impurity concentration.

したがって、良好な特性のデバイスを歩留まり良く生産するためには、SiCエピタキシャル膜の表面欠陥密度を小さくし、かつ、SiCエピタキシャル膜の不純物濃度の面内ばらつきを小さくすることが求められている。しかしながら、本発明者が検討したところ、表面欠陥密度および不純物濃度の面内ばらつきのSiCエピタキシャル成長条件に対する感度は互いに異なっている。このため、SiCエピタキシャル膜の表面欠陥密度の低減と、不純物濃度の面内均一性の向上との両立は困難である。   Therefore, in order to produce a device having good characteristics with a high yield, it is required to reduce the surface defect density of the SiC epitaxial film and to reduce the in-plane variation in the impurity concentration of the SiC epitaxial film. However, as a result of studies by the present inventors, the sensitivity of the surface defect density and the in-plane variation of the impurity concentration to the SiC epitaxial growth conditions are different from each other. For this reason, it is difficult to achieve both reduction in the surface defect density of the SiC epitaxial film and improvement in the in-plane uniformity of the impurity concentration.

そこで、本発明者は、表面欠陥密度および不純物濃度均一性とエピタキシャル成長条件との関係について鋭意検討した。検討方法および結果を以下に説明する。   Therefore, the present inventor diligently studied the relationship between the surface defect density and impurity concentration uniformity and the epitaxial growth conditions. The examination method and results are described below.

<SiCエピタキシャル膜の表面欠陥の測定方法の検討>
本発明者は、SiCエピタキシャル膜の表面欠陥、特にピットを低減し得る方法を検討するため、まず、ピット密度の測定方法を検討した。
<Examination of surface defect measurement method of SiC epitaxial film>
The present inventor first examined a method for measuring the pit density in order to examine a method capable of reducing surface defects, particularly pits, of the SiC epitaxial film.

従来、表面欠陥の測定には、例えば光学式表面検査装置が用いられる。しかしながら、光学式表面検査装置を用いて、SiCエピタキシャル膜の表面を検査すると、SiCエピタキシャル基板が半透明基板のため、検査に用いる光がSiCエピタキシャル基板表面と裏面との両方で反射する。基板裏面の情報も感知する結果、SiCエピタキシャル膜表面の検査感度を十分にあげることができず、深さの浅いピットを感度良く検出することは困難である。   Conventionally, for example, an optical surface inspection apparatus is used for measuring surface defects. However, when the surface of the SiC epitaxial film is inspected using an optical surface inspection apparatus, the SiC epitaxial substrate is a semi-transparent substrate, so that light used for inspection is reflected on both the front and back surfaces of the SiC epitaxial substrate. As a result of sensing information on the back surface of the substrate, the inspection sensitivity of the surface of the SiC epitaxial film cannot be sufficiently increased, and it is difficult to detect pits having a shallow depth with high sensitivity.

そこで、本発明者は、共焦点微分干渉計を用いた光学式顕微鏡を用いて、SiCエピタキシャル膜の表面の検査を実施した。光学式顕微鏡として、レーザーテック社製のSICAを用いた。また、同じサンプルを光学式表面検査装置を用いて検査し、光学式顕微鏡を用いた検査結果と比較した。光学式表面検査装置として、KLA−Tencor社製のCandelaを用いた。なお、ここでは、表面検査の対象とするサンプルとして、後述する方法で形成された「サンプル基板A」を用いた。   Therefore, the present inventor conducted an inspection of the surface of the SiC epitaxial film using an optical microscope using a confocal differential interferometer. SICA manufactured by Lasertec Corporation was used as an optical microscope. In addition, the same sample was inspected using an optical surface inspection apparatus, and compared with the inspection result using an optical microscope. As an optical surface inspection apparatus, Candela manufactured by KLA-Tencor was used. Here, “sample substrate A” formed by a method described later was used as a sample to be subjected to surface inspection.

図1Aは、Candelaを用いてサンプル基板の表面を検査した結果、図1BはSICAを用いて同じサンプル基板の表面を検査した結果を示す図である。Candelaでは、82個のピットが検出されたのに対し、SICAを用いると2523個のピットが検出された。このことから、SICAは、Candelaの約30倍の感度を有しており、SICAを用いることにより、より詳細にピットの数を検出することができることが確認された。   FIG. 1A is a diagram showing a result of inspecting the surface of a sample substrate using Candela, and FIG. 1B is a diagram showing a result of inspecting the surface of the same sample substrate using SICA. In Candela, 82 pits were detected, whereas when SICA was used, 2523 pits were detected. From this, it was confirmed that SICA has a sensitivity about 30 times that of Candela, and that the number of pits can be detected in more detail by using SICA.

<不純物濃度分布の測定>
次いで、SiCエピタキシャル膜の不純物濃度の面内ばらつきを調べた。
<Measurement of impurity concentration distribution>
Next, in-plane variation of the impurity concentration of the SiC epitaxial film was examined.

まず、本検討に用いたサンプル基板の作製方法を説明する。   First, a method for manufacturing the sample substrate used in this study will be described.

サンプル基板の作製には、CVD装置1として、横型CVD装置である東京エレクトロン社製Probus−SiCを用いた。図2AはCVD装置1の反応室の断面概略図であり、図2Bは、CVD装置1におけるホルダー上のウェハ(半導体基板)の配置例を示す平面図である。   For the production of the sample substrate, Probus-SiC manufactured by Tokyo Electron Co., Ltd., which is a horizontal CVD apparatus, was used as the CVD apparatus 1. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the reaction chamber of the CVD apparatus 1, and FIG. 2B is a plan view illustrating an arrangement example of a wafer (semiconductor substrate) on a holder in the CVD apparatus 1.

CVD装置1では、加熱コイル7に高周波電力を印加することにより、グラファイトで作成された固定サセプタ2を誘導加熱し、ホルダー5を1650℃程度に加熱する。固定サセプタ2は断熱材3で覆われている。ウェハ6はホルダー5の上に配置され、ホルダー5は回転サセプタ4の上に配置される。回転サセプタ4を60rpmで回転することにより、ホルダー5を回転させる。これにより、ホルダー5の上部に配置されたウェハ6の表面の温度の均一性を向上させる。原料ガスは、図2Aに示す断面図の左側から、図2Aに示す矢印の方向に沿ってホルダー5上に導入され、右側から排出される。   In the CVD apparatus 1, by applying high frequency power to the heating coil 7, the fixed susceptor 2 made of graphite is induction-heated, and the holder 5 is heated to about 1650 ° C. The fixed susceptor 2 is covered with a heat insulating material 3. The wafer 6 is disposed on the holder 5, and the holder 5 is disposed on the rotating susceptor 4. The holder 5 is rotated by rotating the rotating susceptor 4 at 60 rpm. Thereby, the temperature uniformity of the surface of the wafer 6 disposed on the upper part of the holder 5 is improved. The source gas is introduced onto the holder 5 along the direction of the arrow shown in FIG. 2A from the left side of the cross-sectional view shown in FIG. 2A and discharged from the right side.

本検討では150mm径のSiCウェハを用いた。図2Bに示すように、ホルダー5の中心と周縁との間に3枚のウェハ6を均等に配置した。これにより、150mm径の3枚のウェハ6上に同時にエピタキシャル層を形成できる。このようにして、ウェハ6上にSiCエピタキシャル膜を形成し、サンプル基板Aを作製した。   In this examination, a 150 mm diameter SiC wafer was used. As shown in FIG. 2B, three wafers 6 were evenly arranged between the center and the periphery of the holder 5. Thereby, an epitaxial layer can be simultaneously formed on three wafers 6 having a diameter of 150 mm. In this way, a SiC epitaxial film was formed on the wafer 6 to prepare a sample substrate A.

サンプル基板Aのエピタキシャル条件は以下の通りである。
成長温度:1700℃
成長圧力:7kPa
キャリアガスである水素の流量:156リットル/分
原料ガスであるシランおよびプロパンの流量:それぞれ75cc/分および25cc/分
CVD装置1に供給される原料ガスの流量から計算されるC/Si比:1.0
C/Si比は、原料ガスに含まれる珪素原子数に対する炭素原子数の比である。
The epitaxial conditions of the sample substrate A are as follows.
Growth temperature: 1700 ° C
Growth pressure: 7kPa
Flow rate of hydrogen as a carrier gas: 156 liters / min Flow rates of silane and propane as source gases: 75 cc / min and 25 cc / min respectively C / Si ratio calculated from the flow rate of source gas supplied to the CVD apparatus 1: 1.0
The C / Si ratio is the ratio of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms contained in the source gas.

また、原料ガスにおけるC/Si比を異ならせて、サンプル基板B、Cを作製した。サンプル基板Bでは、原料ガスであるシランおよびプロパンの流量を、それぞれ50cc/分および13cc/分とし、C/Si比を0.8とした。サンプル基板Cでは、原料ガスであるシランおよびプロパンの流量を、それぞれ50cc/分および20cc/分とし、C/Si比を1.2とした。その他のエピタキシャル条件は、サンプル基板Aの条件と同じとした。   In addition, sample substrates B and C were manufactured by changing the C / Si ratio in the source gas. In sample substrate B, the flow rates of silane and propane, which are raw material gases, were 50 cc / min and 13 cc / min, respectively, and the C / Si ratio was 0.8. In the sample substrate C, the flow rates of silane and propane, which are raw material gases, were 50 cc / min and 20 cc / min, respectively, and the C / Si ratio was 1.2. Other epitaxial conditions were the same as those of the sample substrate A.

続いて、サンプル基板A〜CのSiCエピタキシャル膜の不純物濃度の面内分布を調べた。   Subsequently, the in-plane distribution of the impurity concentration of the SiC epitaxial film of the sample substrates A to C was examined.

図3は、各サンプル基板における、ホルダー5の中心からの距離に対する不純物濃度の分布を示す図である。縦軸の不純物濃度は、SiCエピタキシャル膜の、ホルダー5の中心に最も近接した端部の不純物濃度を1として規格化した値である。   FIG. 3 is a diagram showing the distribution of impurity concentration with respect to the distance from the center of the holder 5 in each sample substrate. The impurity concentration on the vertical axis is a value normalized with the impurity concentration at the end of the SiC epitaxial film closest to the center of the holder 5 as 1.

図3に示す結果から、SiCエピタキシャル膜の不純物濃度は、ホルダー5の中心から周縁に向かって高くなる場合と、低くなる場合とがあることが分かる。   From the results shown in FIG. 3, it can be seen that the impurity concentration of the SiC epitaxial film increases or decreases from the center of the holder 5 toward the periphery.

不純物濃度の面内均一性の指標として、例えば、平均値に対する標準偏差の割合σ/meanの形式で表現され、不純物濃度の面内ばらつきの大きさを示す値が用いられる。σ/meanの値は、一般的に正の値のみを持つ。しかしながら、本検討において、不純物濃度の面内ばらつき(以下、「不純物濃度ばらつき」)を正の値のみで表現すると、上述した不純物濃度の傾向を表現することができない。このため、本明細書では、ホルダー5の中心側よりも周縁側の不純物濃度が高い場合の不純物濃度ばらつきを「正」の値、逆に低い場合の不純物濃度ばらつきを「負」の値で示す。なお、正負にかかわらず、不純物濃度ばらつきの絶対値が小さいほど、不純物濃度の面内均一性が高いことを意味する。   As an index of the in-plane uniformity of the impurity concentration, for example, a value that is expressed in the form of a standard deviation ratio σ / mean with respect to the average value and indicates the magnitude of the in-plane variation of the impurity concentration is used. The value of σ / mean generally has only a positive value. However, in this study, if the in-plane variation of the impurity concentration (hereinafter referred to as “impurity concentration variation”) is expressed only by a positive value, the above-described tendency of the impurity concentration cannot be expressed. Therefore, in this specification, the impurity concentration variation when the impurity concentration on the peripheral side is higher than the center side of the holder 5 is indicated by a “positive” value, and conversely, the impurity concentration variation when the impurity concentration is low is indicated by a “negative” value. . Regardless of whether it is positive or negative, the smaller the absolute value of the impurity concentration variation, the higher the in-plane uniformity of the impurity concentration.

<ピット密度と不純物濃度均一性との関係>
次いで、本発明者は、SiCエピタキシャル膜のピット密度と不純物濃度均一性との関係を検討した。「ピット密度」は、ピット数/ウェハ面積である。ここでは、サンプルをSICAで測定し、得られたピット数に基づいて、ピット密度を算出した。
<Relationship between pit density and impurity concentration uniformity>
Next, the present inventor examined the relationship between the pit density of the SiC epitaxial film and the impurity concentration uniformity. “Pit density” is the number of pits / wafer area. Here, the sample was measured by SICA, and the pit density was calculated based on the obtained number of pits.

まず、C/Si比を異ならせてSiCエピタキシャル基板を作製し、ピット密度および不純物濃度均一性のC/Si比依存性を調べた。C/Si比以外の成長条件は、サンプル基板Aと同様とした。   First, SiC epitaxial substrates were produced with different C / Si ratios, and the C / Si ratio dependence of pit density and impurity concentration uniformity was examined. The growth conditions other than the C / Si ratio were the same as those for the sample substrate A.

図4は、ピット密度および不純物濃度ばらつきと、CVD装置1に投入されたガスから計算されるC/Si比との関係を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the pit density and the impurity concentration variation and the C / Si ratio calculated from the gas introduced into the CVD apparatus 1.

図4から分かるように、ピット密度は、C/Si比が1.0近傍で大きく変化している。具体的には、C/Si比が1.0未満で小さく、1.0を超えると大きくなる。一方、不純物濃度ばらつきは、直線的に変化している。ピット密度を小さく抑えるためにはC/Si比を1.0より小さくすればよい。これに対し、不純物濃度ばらつきの絶対値が最も小さくなるC/Si比は1.06程度である。この結果から、不純物濃度均一性の向上を優先した場合にはピット密度が大きくなり、ピット密度の低減を優先した場合には不純物濃度ばらつきが大きくなってしまうことが分かる。   As can be seen from FIG. 4, the pit density changes greatly when the C / Si ratio is around 1.0. Specifically, the C / Si ratio is small at less than 1.0 and increases when it exceeds 1.0. On the other hand, the impurity concentration variation changes linearly. In order to keep the pit density small, the C / Si ratio may be made smaller than 1.0. On the other hand, the C / Si ratio that minimizes the absolute value of the impurity concentration variation is about 1.06. From this result, it can be seen that the pit density increases when priority is given to improving the uniformity of the impurity concentration, and the impurity concentration variation increases when priority is given to reduction of the pit density.

続いて、成長圧力を異ならせてSiCエピタキシャル基板を作製し、ピット密度および不純物濃度均一性の成長圧力依存性を調べた。「成長圧力」は、例えばCVD装置のチャンバー内でSiCのエピタキシャル成長を行う場合、エピタキシャル成長中のチャンバー内の圧力をいう。成長圧力以外のエピタキシャル成長条件は、上述したサンプル基板Aと同様とした。   Subsequently, SiC epitaxial substrates were produced with different growth pressures, and the growth pressure dependence of pit density and impurity concentration uniformity was investigated. “Growth pressure” refers to the pressure in the chamber during epitaxial growth when, for example, epitaxial growth of SiC is performed in the chamber of the CVD apparatus. The epitaxial growth conditions other than the growth pressure were the same as those of the sample substrate A described above.

さらに、キャリアガスである水素の流量を異ならせてSiCエピタキシャル基板を作製し、ピット密度および不純物濃度均一性の水素流量依存性を調べた。水素流量以外のエピタキシャル成長条件は、上述したサンプル基板Aと同様とした。   Furthermore, SiC epitaxial substrates were produced by changing the flow rate of hydrogen as a carrier gas, and the dependency of pit density and impurity concentration uniformity on the hydrogen flow rate was investigated. The epitaxial growth conditions other than the hydrogen flow rate were the same as those of the sample substrate A described above.

図5は、ピット密度および不純物濃度ばらつきと、エピタキシャル成長時の成長圧力との関係を示す図である。図6は、ピット密度および不純物濃度ばらつきと、エピタキシャル成長時の水素流量との関係を示す図である。図6の横軸では、右側に向かって水素流量が減少している。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between pit density and impurity concentration variation and the growth pressure during epitaxial growth. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between pit density and impurity concentration variation and the hydrogen flow rate during epitaxial growth. On the horizontal axis of FIG. 6, the hydrogen flow rate decreases toward the right side.

図5に示す結果から、成長圧力が所定の値を超えると、ピット密度が増加すること、および、不純物濃度ばらつきは、成長圧力の増加に伴って略直線的に変化すること等が分かる。図6に示す結果から、水素流量が所定の値をより小さくなると、ピット密度が増加すること、および、不純物濃度ばらつきは、水素流量の減少に伴って略直線的に変化すること等が分かる。このように、ピット密度および不純物濃度均一性は、C/Si比だけでなく、成長圧力およびキャリアガス流量にも大きく依存することが分かる。また、いずれの結果でも、ピット密度を低減する条件と、不純物濃度ばらつきの絶対値を小さくする条件とは一致しないことが確認される。   From the results shown in FIG. 5, it can be seen that when the growth pressure exceeds a predetermined value, the pit density increases, and the impurity concentration variation changes substantially linearly as the growth pressure increases. From the results shown in FIG. 6, it can be seen that as the hydrogen flow rate becomes smaller than a predetermined value, the pit density increases, and the impurity concentration variation changes substantially linearly as the hydrogen flow rate decreases. Thus, it can be seen that the pit density and the impurity concentration uniformity greatly depend not only on the C / Si ratio but also on the growth pressure and the carrier gas flow rate. Further, it is confirmed that any result does not match the condition for reducing the pit density with the condition for reducing the absolute value of the impurity concentration variation.

図4〜図6に示す検討結果から、ピット密度を小さくすることと不純物濃度均一性を高めることとを、1回のエピタキシャル成長工程で実現することが困難であることが分かる。なお、ここでいう「1回のエピタキシャル成長工程」とは、同一の成長条件に設定して行われる工程を意味し、例えば、同じ成長条件で、間隔をあけて2度のエピタキシャル成長を行った場合も含む。   From the examination results shown in FIGS. 4 to 6, it can be seen that it is difficult to reduce the pit density and improve the impurity concentration uniformity in one epitaxial growth step. The term “one epitaxial growth step” as used herein means a step that is performed under the same growth conditions. For example, a case where two epitaxial growths are performed with the same growth conditions at intervals. Including.

本発明者は、上記結果を踏まえてさらに検討を重ね、成長条件の異なる複数回のエピタキシャル成長工程を行うことにより、ピット密度の低減と不純物濃度均一性の向上とを両立し得ることを見出し、本明細書に開示される技術を実現させるに至った。   The inventor has further studied based on the above results, and found that by performing a plurality of epitaxial growth steps with different growth conditions, it is possible to achieve both reduction in pit density and improvement in impurity concentration uniformity. The technology disclosed in the specification has been realized.

本開示の一態様の概要は以下のとおりである。   The outline | summary of 1 aspect of this indication is as follows.

本開示の一態様である炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、半導体基板の主面を表面として、CVD装置内に前記半導体基板を設置する工程と、前記半導体基板の主面に、炭素原子および珪素原子を含む第1の原料ガスと第1のキャリアガスとを供給することにより、第1の成長圧力において、不純物を含む第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程と、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の表面に、炭素原子および珪素原子を含む第2の原料ガスと第2のキャリアガスとを供給することにより、第2の成長圧力において、不純物を含む第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程とを有し、前記第2の原料ガスに含まれる珪素原子数に対する炭素原子数の比であるC/Si比は、前記第1の原料ガスに含まれる珪素原子数に対する炭素原子数の比であるC/Si比よりも小さい、前記第2の成長圧力は、前記第1の成長圧力よりも低い、または前記第2のキャリアガスの流量は、前記第1のキャリアガスの流量よりも大きく、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程と前記第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程との間に、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層に対してイオン注入を行う工程、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の表面を酸化する工程、及び前記第1の炭化珪素エピタキシャル層を有する前記半導体基板を900℃以上の温度で熱処理する工程をいずれも含まず、前記第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程より後には炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程を含まない。   A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to one aspect of the present disclosure includes a step of placing the semiconductor substrate in a CVD apparatus with the main surface of the semiconductor substrate as a surface, and carbon atoms and silicon on the main surface of the semiconductor substrate. Depositing a first silicon carbide epitaxial layer containing impurities at a first growth pressure by supplying a first source gas containing atoms and a first carrier gas; and the first silicon carbide A second silicon carbide epitaxial layer containing impurities is deposited at a second growth pressure by supplying a second source gas containing carbon atoms and silicon atoms and a second carrier gas to the surface of the epitaxial layer. The C / Si ratio, which is the ratio of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms contained in the second source gas, is the number of silicon atoms contained in the first source gas The second growth pressure is lower than the first growth pressure or the flow rate of the second carrier gas is smaller than the C / Si ratio, which is the ratio of the number of carbon atoms to the first carrier. Ion implantation is performed on the first silicon carbide epitaxial layer between the step of depositing the first silicon carbide epitaxial layer and the step of depositing the second silicon carbide epitaxial layer, which is greater than the flow rate of the gas. And the step of oxidizing the surface of the first silicon carbide epitaxial layer, and the step of heat-treating the semiconductor substrate having the first silicon carbide epitaxial layer at a temperature of 900 ° C. or higher, The step of depositing the silicon carbide epitaxial layer is not included after the step of depositing the second silicon carbide epitaxial layer.

前記第2の炭化珪素エピタキシャル層では、例えば、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層よりも、前記半導体基板の前記主面に平行な面内における不純物濃度のばらつきが大きくてもよく、前記第2の炭化珪素エピタキシャル層の表面のピット密度は、例えば1.0cm-2以下であってもよい。 In the second silicon carbide epitaxial layer, for example, the variation in impurity concentration in a plane parallel to the main surface of the semiconductor substrate may be larger than that in the first silicon carbide epitaxial layer. The pit density on the surface of the silicon carbide epitaxial layer may be, for example, 1.0 cm −2 or less.

前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の前記面内における不純物濃度の平均値に対する標準偏差の割合は、例えば、5%以下であり、前記第2の炭化珪素エピタキシャル層の前記面内における不純物濃度の平均値に対する標準偏差の割合は、例えば、10%以上であってもよい。   The ratio of the standard deviation with respect to the average value of the impurity concentration in the plane of the first silicon carbide epitaxial layer is, for example, 5% or less, and the average impurity concentration in the plane of the second silicon carbide epitaxial layer is, for example, The ratio of the standard deviation to the value may be 10% or more, for example.

前記第2の炭化珪素エピタキシャル層の不純物濃度の平均値は、例えば、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の不純物濃度の平均値以下であってもよい。   For example, the average value of the impurity concentration of the second silicon carbide epitaxial layer may be equal to or less than the average value of the impurity concentration of the first silicon carbide epitaxial layer.

前記第2の炭化珪素エピタキシャル層の厚さは、例えば、0.5μm以上であってもよい。   The thickness of the second silicon carbide epitaxial layer may be, for example, 0.5 μm or more.

本開示の一態様である炭化珪素半導体装置は、上記方法により製造された炭化珪素エピタキシャル基板と、前記炭化珪素エピタキシャル基板上に配置された電極とを備える。   A silicon carbide semiconductor device which is one embodiment of the present disclosure includes a silicon carbide epitaxial substrate manufactured by the above method and an electrode disposed on the silicon carbide epitaxial substrate.

(実施形態)
本実施形態では、成長条件の異なる複数回のエピタキシャル成長工程を行う。これにより、成長条件の異なる複数のエピタキシャル層を積み重ねた構造を有するSiCエピタキシャル膜を得る。このとき、例えば、SiCエピタキシャル膜の最上層(表面層)となるエピタキシャル層を、他のエピタキシャル層よりも、ピット密度を低減し得る条件で成長させる。具体的には、表面層を、他のエピタキシャル層よりも、C/Si比が小さい、成長圧力が低い、または水素ガスなどのキャリアガスの流量が大きい条件で形成する。表面層の成長条件が、これらの条件のうち、少なくとも1つを満たすように設定されればよい。これにより、SiCエピタキシャル膜の不純物濃度の面内均一性を確保しつつ、ピット密度を低減させることが可能になる。
(Embodiment)
In the present embodiment, a plurality of epitaxial growth steps with different growth conditions are performed. Thereby, an SiC epitaxial film having a structure in which a plurality of epitaxial layers having different growth conditions are stacked is obtained. At this time, for example, the epitaxial layer that is the uppermost layer (surface layer) of the SiC epitaxial film is grown under conditions that can reduce the pit density as compared with other epitaxial layers. Specifically, the surface layer is formed under the condition that the C / Si ratio is lower, the growth pressure is lower, or the flow rate of the carrier gas such as hydrogen gas is higher than that of the other epitaxial layers. The growth condition of the surface layer may be set so as to satisfy at least one of these conditions. This makes it possible to reduce the pit density while ensuring in-plane uniformity of the impurity concentration of the SiC epitaxial film.

例えば、半導体基板上に、まず、第1の条件で形成した第1の炭化珪素エピタキシャル層を形成した後、第2の条件で形成した第2の炭化珪素エピタキシャル層と積層することにより、SiCエピタキシャル膜を形成してもよい。ここでは、半導体基板の主面に、炭素原子および珪素原子を含む第1の原料ガスと第1のキャリアガスとを供給することにより、第1の成長圧力で第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積した後、第1の炭化珪素エピタキシャル層の表面に、炭素原子および珪素原子を含む第2の原料ガスと第2のキャリアガスとを供給することにより、第2の成長圧力で第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する。第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程の後には、他の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程を含まない。従って、第2の炭化珪素エピタキシャル層がSiCエピタキシャル膜の表面層となる。この場合、第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する条件は、第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する条件よりも、不純物濃度ばらつきの絶対値を低減し得る条件であり、第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する条件は、第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する条件よりもピット密度を低減し得る条件であってもよい。例えば、第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する際の第2の原料ガスにおけるC/Si比は、第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する際の第1の原料ガスにおけるC/Si比よりも小さくなるように設定されてもよい。なお、第2の炭化珪素エピタキシャル層を形成する際に用いる第2の原料ガスおよび第2のキャリアガスの種類は、第1の炭化珪素エピタキシャル層を形成する際に用いる第1の原料ガスおよび第1のキャリアガスの種類と同じであってもよいし、異なっていてもよい。   For example, a first silicon carbide epitaxial layer formed under a first condition is first formed on a semiconductor substrate, and then laminated with a second silicon carbide epitaxial layer formed under a second condition, thereby forming an SiC epitaxial layer. A film may be formed. Here, the first silicon carbide epitaxial layer is deposited at the first growth pressure by supplying the first source gas containing carbon atoms and silicon atoms and the first carrier gas to the main surface of the semiconductor substrate. Then, by supplying a second source gas containing a carbon atom and a silicon atom and a second carrier gas to the surface of the first silicon carbide epitaxial layer, the second silicon carbide is grown at the second growth pressure. Deposit an epitaxial layer. The step of depositing the second silicon carbide epitaxial layer does not include a step of depositing another silicon carbide epitaxial layer. Therefore, the second silicon carbide epitaxial layer becomes the surface layer of the SiC epitaxial film. In this case, the condition for depositing the first silicon carbide epitaxial layer is a condition that can reduce the absolute value of the impurity concentration variation more than the condition for depositing the second silicon carbide epitaxial layer. The condition for depositing the layer may be a condition capable of reducing the pit density as compared with the condition for depositing the first silicon carbide epitaxial layer. For example, the C / Si ratio in the second source gas when depositing the second silicon carbide epitaxial layer is higher than the C / Si ratio in the first source gas when depositing the first silicon carbide epitaxial layer. You may set so that it may become small. Note that the types of the second source gas and the second carrier gas used when forming the second silicon carbide epitaxial layer are the same as the first source gas and the second carrier gas used when forming the first silicon carbide epitaxial layer. It may be the same as or different from the type of one carrier gas.

<効果の検討>
本発明者は、本実施形態の効果を確認するために、SiCエピタキシャル基板の試料1〜4を作製し、その表面特性を比較した。試料3は実施例、他の試料は比較例である。
<Examination of effect>
In order to confirm the effect of the present embodiment, the inventor produced SiC epitaxial substrate samples 1 to 4 and compared the surface characteristics thereof. Sample 3 is an example, and the other samples are comparative examples.

図7は、試料1〜4の製造方法を説明するための図である。条件aでは、不純物濃度ばらつきの絶対値を小さくするためにC/Si比を1.06とし、条件bでは、ピット密度を小さくするためにC/Si比を0.8とした。   FIG. 7 is a diagram for explaining a method of manufacturing samples 1 to 4. Under condition a, the C / Si ratio was set to 1.06 in order to reduce the absolute value of the impurity concentration variation, and under condition b, the C / Si ratio was set to 0.8 to reduce the pit density.

図7に示すように、試料1および2を作製する際には、一定の条件でエピタキシャル成長を行った。具体的には、条件aのエピタキシャル成長のみを行うことによって、ウェハ上に、試料1のSiCエピタキシャル膜を形成した。同様に、条件bのエピタキシャル成長のみを行うことによって、ウェハ上に、試料2のSiCエピタキシャル膜を形成した。試料1および2のSiCエピタキシャル膜の厚さは5μmとした。   As shown in FIG. 7, when samples 1 and 2 were produced, epitaxial growth was performed under certain conditions. Specifically, the SiC epitaxial film of Sample 1 was formed on the wafer by performing only epitaxial growth under the condition a. Similarly, the SiC epitaxial film of Sample 2 was formed on the wafer by performing only the epitaxial growth under the condition b. The thicknesses of the SiC epitaxial films of Samples 1 and 2 were 5 μm.

また、試料3および4を作製する際には、成長条件の異なる複数回のエピタキシャル成長を行い、成長条件の異なる複数のエピタキシャル層を含むSiCエピタキシャルを形成した。試料3のSiCエピタキシャル膜は、ウェハ上に、条件aでSiCをエピタキシャル成長させた後、条件bでさらにエピタキシャル成長させることによって形成した。試料4のSiCエピタキシャル膜は、ウェハ上に、条件bでSiCをエピタキシャル成長させた後、条件aでエピタキシャル成長させることによって形成した。試料3のSiCエピタキシャル膜の表面は、条件bで形成したエピタキシャル層の表面であり、試料4のSiCエピタキシャル膜の表面は、条件aで形成したエピタキシャル層の表面である。いずれの試料でも、条件aおよび条件bで形成したエピタキシャル層の厚さを、それぞれ5μmとした。また、試料3の製造工程では、条件aのエピタキシャル成長と、条件bのエピタキシャル成長とを連続して行った。同様に、試料4の製造工程では、条件bのエピタキシャル成長と、条件aのエピタキシャル成長とを連続して行った。   Further, when preparing Samples 3 and 4, epitaxial growth was performed a plurality of times with different growth conditions, and a SiC epitaxial including a plurality of epitaxial layers with different growth conditions was formed. The SiC epitaxial film of Sample 3 was formed by epitaxially growing SiC on the wafer under the condition a and then further epitaxially growing it on the condition b. The SiC epitaxial film of Sample 4 was formed by epitaxially growing SiC on the wafer under condition b and then epitaxially growing it on condition a. The surface of the SiC epitaxial film of sample 3 is the surface of the epitaxial layer formed under condition b, and the surface of the SiC epitaxial film of sample 4 is the surface of the epitaxial layer formed under condition a. In any sample, the thickness of the epitaxial layer formed under conditions a and b was 5 μm. Moreover, in the manufacturing process of the sample 3, the epitaxial growth under the condition a and the epitaxial growth under the condition b were continuously performed. Similarly, in the manufacturing process of the sample 4, the epitaxial growth under the condition b and the epitaxial growth under the condition a were continuously performed.

図8は、試料1〜4のSiCエピタキシャル膜表面のピット密度を示す図である。図4を参照して前述した検討結果と同様に、C/Si比が1.06となる条件aで形成した試料1は、C/Si比が0.8となる条件bで形成した試料2よりもピット密度が大きくなった。一方、試料3のピット密度が試料2のピット密度と略一致し、試料4のピット密度は試料1のピット密度と略一致した。このことから、本発明者は、SiCエピタキシャル膜表面のピット密度は、SiCエピタキシャル成長層の形成途中の成長条件には依存せず、SiCエピタキシャル膜表面近傍を堆積するときの成長条件で決まることを見出した。従って、SiCエピタキシャル膜の表面層がピット密度を低減し得る条件で形成されていれば、SiCエピタキシャル膜のピット密度を低減できることが分かった。なお、本明細書では、試料3、4のように、SiCエピタキシャル膜が異なる条件で形成された複数のエピタキシャル層を含む積層構造を有する場合、SiCエピタキシャル膜の表面を含むエピタキシャル層を「表面層」、表面層よりも基板側に位置するエピタキシャル層を「下層」と呼ぶ。下層は、複数のエピタキシャル層を含んでいてもよい。   FIG. 8 is a diagram showing the pit density on the surface of the SiC epitaxial film of Samples 1 to 4. Similar to the examination results described above with reference to FIG. 4, the sample 1 formed under the condition a where the C / Si ratio is 1.06 is the sample 2 formed under the condition b where the C / Si ratio is 0.8. More pit density. On the other hand, the pit density of sample 3 substantially coincided with the pit density of sample 2, and the pit density of sample 4 substantially coincided with the pit density of sample 1. From this, the present inventors have found that the pit density on the surface of the SiC epitaxial film does not depend on the growth conditions during the formation of the SiC epitaxial growth layer, but is determined by the growth conditions when depositing the vicinity of the surface of the SiC epitaxial film. It was. Therefore, it has been found that if the surface layer of the SiC epitaxial film is formed under conditions that can reduce the pit density, the pit density of the SiC epitaxial film can be reduced. In this specification, as in samples 3 and 4, when the SiC epitaxial film has a laminated structure including a plurality of epitaxial layers formed under different conditions, the epitaxial layer including the surface of the SiC epitaxial film is referred to as “surface layer”. The epitaxial layer located on the substrate side with respect to the surface layer is referred to as a “lower layer”. The lower layer may include a plurality of epitaxial layers.

本発明者は、さらに実験を繰り返した結果、条件aのエピタキシャル成長と条件bのエピタキシャル成長とを連続的に行わなくても、例えば、一旦原料ガスの供給を停止したり、条件aでエピタキシャル成長させた基板を一旦装置の外に搬出した後、他の工程を行う前に、条件bでエピタキシャル成長した場合でも、同様の効果が得られることも分かった。   As a result of further repeating the experiment, the present inventor has, for example, temporarily stopped the supply of the source gas or epitaxially grown under the condition a without performing the epitaxial growth under the condition a and the epitaxial growth under the condition b continuously. It has also been found that the same effect can be obtained even when epitaxial growth is performed under the condition b after unloading from the apparatus and before performing other processes.

次に、ウェハ上に、下層となる条件aで形成したエピタキシャル層と、表面層となる条件bで形成したエピタキシャル層とを有するSiCエピタキシャル膜において、表面層の厚さとSiCエピタキシャル膜のピット密度との関係を調べた。   Next, in the SiC epitaxial film having the epitaxial layer formed under the condition a serving as the lower layer and the epitaxial layer formed under the condition b serving as the surface layer on the wafer, the thickness of the surface layer and the pit density of the SiC epitaxial film I investigated the relationship.

図9は、表面層である条件bで形成したエピタキシャル層の厚さとピット密度の関係を示す図である。ここでは、下層である条件aで形成したエピタキシャル層の厚さを5μmとした。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the thickness of the epitaxial layer formed under condition b, which is a surface layer, and the pit density. Here, the thickness of the epitaxial layer formed under the condition a which is the lower layer was set to 5 μm.

図9に示す結果から、表面層の厚さが例えば0.5μm以上であれば、ピット密度をより効果的に低減できることがわかる。また、表面層の厚さが1.5μm以上であれば、ピット密度をさらに低減できることが分かる。ここでは、下層の厚さを一定として検討したが、下層の厚さにかかわらず、表面層の厚さが上記範囲であれば、同様のピット密度低減効果が得られる。   From the results shown in FIG. 9, it can be seen that the pit density can be more effectively reduced if the thickness of the surface layer is 0.5 μm or more, for example. It can also be seen that the pit density can be further reduced if the thickness of the surface layer is 1.5 μm or more. Here, the thickness of the lower layer is considered to be constant, but the same pit density reduction effect can be obtained if the thickness of the surface layer is in the above range regardless of the thickness of the lower layer.

一方、本発明者が検討したところ、SiCデバイスの特性は、表面層よりも下層の不純物濃度の面内ばらつきの影響を大きく受ける。   On the other hand, when the present inventor examined, the characteristics of the SiC device are greatly affected by the in-plane variation of the impurity concentration in the lower layer than the surface layer.

上記試料3では、条件bで形成された表面層の不純物濃度ばらつきは、条件aで形成された条件aの不純物濃度ばらつきよりも大きい。しかしながら、SiCデバイスを形成する場合、SiCエピタキシャル膜のうち、その不純物濃度がデバイス特性に影響を与える領域は限られている。例えば、SiCエピタキシャル膜の表面近傍には、イオン注入法によって、高い不純物濃度を有する領域が形成される。この領域は、CVDドーピング法で形成されたSiCエピタキシャル膜よりも十分高い不純物濃度を有する。この領域の不純物濃度およびその分布は、イオン注入法およびその後の不純物活性化によって決定されるので、SiCエピタキシャル膜堆積時の不純物濃度分布にほとんど影響されない。以下、図面を参照しながら説明する。   In the sample 3, the variation in the impurity concentration of the surface layer formed under the condition b is larger than the variation in the impurity concentration of the condition a formed under the condition a. However, when forming a SiC device, the region of the SiC epitaxial film in which the impurity concentration affects the device characteristics is limited. For example, a region having a high impurity concentration is formed near the surface of the SiC epitaxial film by ion implantation. This region has a sufficiently higher impurity concentration than the SiC epitaxial film formed by the CVD doping method. Since the impurity concentration in this region and its distribution are determined by the ion implantation method and subsequent impurity activation, it is hardly affected by the impurity concentration distribution during the deposition of the SiC epitaxial film. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings.

図10は、MISFET10の一般的な構成を例示する断面図である。MISFET10は、基板11と、基板11の主面に配置された、深さDの複数のボディ領域12と、ボディ領域12上に配置されたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁膜14上に配置されたゲート電極15と、基板11の主面と反対側の表面に配置されたドレイン電極17とを有する。各ボディ領域12の内部には、ソース領域13が形成されている。複数のボディ領域12は離間して配置されており、離間したボディ領域12の間の領域はJFET領域16として機能する。ゲート絶縁膜14は、離間したボディ領域12とソース領域13とを跨ぐように配置されている。   FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a general configuration of the MISFET 10. The MISFET 10 is disposed on the substrate 11, a plurality of body regions 12 having a depth D disposed on the main surface of the substrate 11, a gate insulating film 14 disposed on the body region 12, and the gate insulating film 14. Gate electrode 15 and drain electrode 17 disposed on the surface opposite to the main surface of substrate 11. A source region 13 is formed inside each body region 12. The plurality of body regions 12 are spaced apart, and the region between the separated body regions 12 functions as a JFET region 16. The gate insulating film 14 is disposed so as to straddle the separated body region 12 and source region 13.

MISFET10は、SiCエピタキシャル基板を用いて形成される。一般に、SiCエピタキシャル基板のSiCエピタキシャル膜に、イオン注入法と活性化アニールにより、ボディ領域12およびソース領域13が形成される。JFET領域16においても、高い耐圧と低いオン抵抗とを両立させるために、イオン注入法および活性化アニールにより不純物濃度が調整される。MISFET10は、オン時には、ソース領域13とドレイン電極17との間に電圧を印加し、ゲート電極15に電圧を印加することにより、矢印で示されるように、ソース領域13からドレイン電極17へ電流が流れる。   The MISFET 10 is formed using a SiC epitaxial substrate. In general, body region 12 and source region 13 are formed in a SiC epitaxial film of a SiC epitaxial substrate by ion implantation and activation annealing. Also in the JFET region 16, the impurity concentration is adjusted by ion implantation and activation annealing in order to achieve both high breakdown voltage and low on-resistance. When the MISFET 10 is turned on, a voltage is applied between the source region 13 and the drain electrode 17, and a voltage is applied to the gate electrode 15, whereby a current flows from the source region 13 to the drain electrode 17 as indicated by an arrow. Flowing.

図10に示すようなMISFET10では、基板11の表面に形成されるボディ領域12、ソース領域13、およびJFET領域16の不純物濃度は、イオン注入法によって決まる。また、製造工程途中の酸化等により、SiCエピタキシャル膜の表面部分が消失する。したがって、ボディ領域12の底面よりも浅い部分におけるエピタキシャル層の不純物濃度は、デバイス特性にほとんど影響しないと考えられる。   In the MISFET 10 as shown in FIG. 10, the impurity concentrations of the body region 12, the source region 13, and the JFET region 16 formed on the surface of the substrate 11 are determined by an ion implantation method. Further, the surface portion of the SiC epitaxial film disappears due to oxidation or the like during the manufacturing process. Therefore, it is considered that the impurity concentration of the epitaxial layer in a portion shallower than the bottom surface of the body region 12 hardly affects the device characteristics.

一般的なMISFETの製造プロセスでは、ボディ領域12等を形成する前に、SiCエピタキシャル膜の表面の酸化等により、SiCエピタキシャル膜の表面部分は、0.1μm程度減少する。また、一般的には、ソース領域13の厚さは例えば1.5μm程度である。したがって、SiCエピタキシャル基板において、例えば、SiCエピタキシャル膜の表面からの深さが、少なくとも2.0μm、あるいは1.5μm以内である領域では、不純物濃度均一性が低くてもデバイス特性に大きく影響しないと考えられる。一方、SiCエピタキシャル膜の下層が高い不純物濃度均一性を有していると、不純物濃度均一性の低下によるデバイス特性の劣化を抑制できる。従って、表面層となるエピタキシャル層の厚さを、イオン注入領域の深さ以下、例えば2.0μm以下に抑えれば、表面層における不純物濃度不均一性に起因するデバイス特性の低下を抑制しつつ、ピット密度をさらに低減できる。   In a general MISFET manufacturing process, the surface portion of the SiC epitaxial film is reduced by about 0.1 μm due to oxidation of the surface of the SiC epitaxial film before the body region 12 and the like are formed. In general, the thickness of the source region 13 is, for example, about 1.5 μm. Therefore, in the SiC epitaxial substrate, for example, in a region where the depth from the surface of the SiC epitaxial film is at least 2.0 μm or 1.5 μm or less, even if the impurity concentration uniformity is low, the device characteristics are not greatly affected. Conceivable. On the other hand, when the lower layer of the SiC epitaxial film has high impurity concentration uniformity, it is possible to suppress deterioration of device characteristics due to a decrease in impurity concentration uniformity. Therefore, if the thickness of the epitaxial layer serving as the surface layer is suppressed to a depth equal to or less than the depth of the ion implantation region, for example, 2.0 μm or less, it is possible to suppress deterioration in device characteristics due to impurity concentration nonuniformity in the surface layer. The pit density can be further reduced.

現在の主流である3インチウェハおよび4インチウェハ上に形成されたSiCエピタキシャル膜の不純物濃度の面内均一性は、標準偏差/平均値(σ/mean)で表すと、5〜10%程度である。デバイスの歩留まりを向上するためには、不純物濃度の面内ばらつきをさらに抑えることが求められる。本実施形態によると、SiCエピタキシャル膜におけるイオン注入されなかった部分の不純物濃度の面内均一性を、例えば5%未満に抑えることができるので、デバイスの歩留まりをさらに向上できる。   The in-plane uniformity of the impurity concentration of SiC epitaxial films formed on 3 inch wafers and 4 inch wafers, which are the current mainstream, is about 5 to 10% in terms of standard deviation / mean value (σ / mean). is there. In order to improve device yield, it is required to further suppress in-plane variations in impurity concentration. According to the present embodiment, the in-plane uniformity of the impurity concentration in the portion where the ions are not implanted in the SiC epitaxial film can be suppressed to, for example, less than 5%, so that the device yield can be further improved.

なお、特許文献3及び4には、C/Si比の大きさを変えて、SiCのエピタキシャル成長を繰り返し行うことが開示されている。しかし、いずれの文献においても、最も上にあるエピタキシャル層は、下層よりもC/Si比が大きい条件で形成されている点で本開示の技術と異なる。   Patent Documents 3 and 4 disclose that the epitaxial growth of SiC is repeated by changing the size of the C / Si ratio. However, in any document, the uppermost epitaxial layer is different from the technique of the present disclosure in that it is formed under a condition that the C / Si ratio is larger than that of the lower layer.

特許文献5には、C/Si比1.3でn-型エピタキシャル層を形成後、C/Si比0.6でチャネル領域としてp-型エピタキシャル層を形成することが開示されている。しかし、特許文献5では、n-型エピタキシャル層を形成後、p-型エピタキシャル層を形成する前に、Alをイオン注入する工程を含んでいるので、ピット密度を低減することはできないと考えられる。例えば、下層となるエピタキシャル層が形成された基板に対してイオン注入工程を行うと、下層表面にあるピットの形状が大きくなるので、所定の条件で表面層を形成してもピット密度を十分に低減できない。同様に、下層となるエピタキシャル層が形成された後、下層表面を酸化する工程を行うと、エピタキシャル層の表面状態が変化する。また、下層となるエピタキシャル層が形成された基板に対して900℃以上の熱処理工程を行うと、エピタキシャル層表面のSiの脱離が起こる。このため、下層となるエピタキシャル層が形成された基板に対してイオン注入工程、酸化工程または900℃以上の熱処理工程を行うと、その後にさらにエピタキシャル成長を行っても、界面転位を低減することができず、ピット密度の低いSiCエピタキシャル膜が得られない。 Patent Document 5 discloses that after forming an n -type epitaxial layer with a C / Si ratio of 1.3, a p -type epitaxial layer is formed as a channel region with a C / Si ratio of 0.6. However, since Patent Document 5 includes a step of ion-implanting Al after forming an n type epitaxial layer and before forming a p type epitaxial layer, it is considered that the pit density cannot be reduced. . For example, if the ion implantation process is performed on the substrate on which the lower epitaxial layer is formed, the shape of the pits on the lower layer surface increases, so that the pit density can be sufficiently increased even if the surface layer is formed under predetermined conditions. It cannot be reduced. Similarly, when the lower layer surface is oxidized after the lower epitaxial layer is formed, the surface state of the epitaxial layer changes. Further, when a heat treatment step of 900 ° C. or higher is performed on the substrate on which the lower epitaxial layer is formed, Si is detached from the surface of the epitaxial layer. For this reason, if an ion implantation process, an oxidation process, or a heat treatment process at 900 ° C. or higher is performed on the substrate on which the lower epitaxial layer is formed, interface dislocations can be reduced even if epitaxial growth is further performed thereafter. Therefore, a SiC epitaxial film having a low pit density cannot be obtained.

以下、図11および図12を参照しながら、本開示の一実施形態の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を、より具体的に説明する。なお、本開示の実施形態は、以下に説明する方法およびこの方法で製造されるSiCエピタキシャル基板に限定されない。以下の実施形態は、本開示の技術を容易に理解するために、使用可能な一例を挙げたにすぎないことに留意されたい。   Hereinafter, the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate according to the embodiment of the present disclosure will be described more specifically with reference to FIGS. 11 and 12. The embodiment of the present disclosure is not limited to the method described below and a SiC epitaxial substrate manufactured by this method. It should be noted that the following embodiments are merely examples that can be used to easily understand the technology of the present disclosure.

図11は、本開示のSiCエピタキシャル基板の製造方法の一例を示すフロー図である。図12は、図11に示す方法で製造されたSiCエピタキシャル基板100を例示する模式的な断面図である。   FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing a SiC epitaxial substrate according to the present disclosure. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating the SiC epitaxial substrate 100 manufactured by the method shown in FIG.

この例では、半導体基板として、例えばSiCウェハを用いる。まず、工程1において、CVD装置に、ウェハ6を配置する。この後、工程2において、第1の条件でエピタキシャル成長を行い、第1の炭化珪素エピタキシャル層31を形成する。次いで、工程3において、第1の炭化珪素エピタキシャル層31上に、第2の条件でエピタキシャル成長を行い、第2の炭化珪素エピタキシャル層32を形成する。このようにして、第1および第2の炭化珪素エピタキシャル層31、32を含むSiCエピタキシャル膜30を得る。第2の炭化珪素エピタキシャル層32は、SiCエピタキシャル膜30の表面層となる。その後、工程4として、CVD装置からSiCエピタキシャル膜30が形成されたウェハ6を取り出す。   In this example, for example, a SiC wafer is used as the semiconductor substrate. First, in step 1, a wafer 6 is placed in a CVD apparatus. Thereafter, in step 2, epitaxial growth is performed under the first condition to form first silicon carbide epitaxial layer 31. Next, in step 3, epitaxial growth is performed on first silicon carbide epitaxial layer 31 under the second condition to form second silicon carbide epitaxial layer 32. In this way, SiC epitaxial film 30 including first and second silicon carbide epitaxial layers 31 and 32 is obtained. Second silicon carbide epitaxial layer 32 is a surface layer of SiC epitaxial film 30. Thereafter, as step 4, the wafer 6 on which the SiC epitaxial film 30 is formed is taken out from the CVD apparatus.

工程2と工程3との間には、第1の炭化珪素エピタキシャル層に対してイオン注入を行う工程、第1の炭化珪素エピタキシャル層の表面を酸化する工程、及び第1の炭化珪素エピタキシャル層を有する炭化珪素基板を900℃以上の温度で熱処理する工程のいずれも行わない。また、第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程より後には、炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程を行わない。   Between the step 2 and the step 3, the step of ion-implanting the first silicon carbide epitaxial layer, the step of oxidizing the surface of the first silicon carbide epitaxial layer, and the first silicon carbide epitaxial layer None of the steps of heat-treating the silicon carbide substrate having the temperature of 900 ° C. or higher is performed. Further, the step of depositing the silicon carbide epitaxial layer is not performed after the step of depositing the second silicon carbide epitaxial layer.

ここで、第1および第2の条件をより具体的に説明する。これらの条件では、(a)C/Si比、(b)成長圧力および(c)水素流量の少なくとも1つを変化させる。例えば、第2の条件のC/Si比を、第1の条件より小さくなるように設定してもよい。また、第2の条件の成長圧力を第1の条件よりも低くなるように選択してもよい。さらに、第2の条件のキャリアガスの流量を、第1の条件よりも大きくなるように設定してもよい。第1の条件で形成される第1の炭化珪素エピタキシャル層31の不純物濃度および厚さは、目的とするデバイスの耐圧、オン抵抗等に応じて決定される。   Here, the first and second conditions will be described more specifically. Under these conditions, at least one of (a) C / Si ratio, (b) growth pressure, and (c) hydrogen flow rate is varied. For example, the C / Si ratio of the second condition may be set to be smaller than the first condition. Moreover, you may select so that the growth pressure of 2nd conditions may become lower than 1st conditions. Furthermore, the flow rate of the carrier gas under the second condition may be set to be larger than the first condition. The impurity concentration and thickness of first silicon carbide epitaxial layer 31 formed under the first condition are determined according to the breakdown voltage, on-resistance, etc. of the target device.

第2の条件で形成される第2の炭化珪素エピタキシャル層32の厚さは、第1の炭化珪素エピタキシャル層31の厚さよりも小さくてもよい。第1の炭化珪素エピタキシャル層31および第2の炭化珪素エピタキシャル層32は、同一の導電型を有していてもよい。また、第1の炭化珪素エピタキシャル層31および第2の炭化珪素エピタキシャル層32は、同一の不純物を含み得る。第2の炭化珪素エピタキシャル層32の不純物濃度の平均値は、第1の炭化珪素エピタキシャル層31の不純物濃度の平均値と略一致していてもよい。または、デバイスを作成する工程においてイオン注入法により形成する不純物層への影響が小さくなるように、第2の炭化珪素エピタキシャル層32の不純物濃度は、第1の炭化珪素エピタキシャル層31の不純物濃度よりも小さくてもよい。また、工程2の第1の炭化珪素エピタキシャル層形成工程と、工程3の第2の炭化珪素エピタキシャル層形成工程とは、CVD装置内で連続して行ってもよい。これにより、処理時間を短縮できる。なお、工程2と工程3との間に、ウェハを一旦CVD装置から取り出してもよい。   The thickness of second silicon carbide epitaxial layer 32 formed under the second condition may be smaller than the thickness of first silicon carbide epitaxial layer 31. First silicon carbide epitaxial layer 31 and second silicon carbide epitaxial layer 32 may have the same conductivity type. First silicon carbide epitaxial layer 31 and second silicon carbide epitaxial layer 32 may contain the same impurity. The average value of the impurity concentration of second silicon carbide epitaxial layer 32 may substantially match the average value of the impurity concentration of first silicon carbide epitaxial layer 31. Alternatively, the impurity concentration of second silicon carbide epitaxial layer 32 is less than the impurity concentration of first silicon carbide epitaxial layer 31 so that the influence on the impurity layer formed by the ion implantation method in the device manufacturing process is reduced. May be small. Further, the first silicon carbide epitaxial layer forming step in step 2 and the second silicon carbide epitaxial layer forming step in step 3 may be performed continuously in the CVD apparatus. Thereby, processing time can be shortened. Note that the wafer may be temporarily removed from the CVD apparatus between the step 2 and the step 3.

第1の炭化珪素エピタキシャル層31の不純物濃度ばらつきは、例えば、σ/meanで5%以下であってもよい。一方、第2の炭化珪素エピタキシャル層32の不純物濃度ばらつきは、第1の炭化珪素エピタキシャル層31の不純物濃度ばらつきよりも大きくてもよい。第2の炭化珪素エピタキシャル層32の不純物濃度ばらつきは、例えば、σ/meanで10%以上であってもよい。さらに、第2の炭化珪素エピタキシャル層32の不純物濃度の平均値は、第1の炭化珪素エピタキシャル層31の不純物濃度の平均値と略同一またはそれよりも小さな値であってもよい。第2の炭化珪素エピタキシャル層32の表面を共焦点微分干渉計で検査したときに検出されるピット密度は、例えば1cm-2以下であってもよい。第2の炭化珪素エピタキシャル層32の厚さは、0.5μm以上であってもよい。これにより、ピット密度の低減効果が得られる。第2の炭化珪素エピタキシャル層32の厚さは、1.5μm以上であってもよい。一方、第2の炭化珪素エピタキシャル層32の厚さは、例えば3μm以下であってもよい。これにより、デバイスにおける不純物濃度の面内均一性を十分に確保することができる。 The impurity concentration variation of first silicon carbide epitaxial layer 31 may be, for example, 5% or less in σ / mean. On the other hand, the impurity concentration variation of second silicon carbide epitaxial layer 32 may be larger than the impurity concentration variation of first silicon carbide epitaxial layer 31. The impurity concentration variation of second silicon carbide epitaxial layer 32 may be, for example, 10% or more in terms of σ / mean. Furthermore, the average value of the impurity concentration of second silicon carbide epitaxial layer 32 may be substantially the same as or smaller than the average value of the impurity concentration of first silicon carbide epitaxial layer 31. The pit density detected when the surface of the second silicon carbide epitaxial layer 32 is inspected with a confocal differential interferometer may be, for example, 1 cm −2 or less. The thickness of second silicon carbide epitaxial layer 32 may be 0.5 μm or more. Thereby, the effect of reducing the pit density is obtained. The thickness of second silicon carbide epitaxial layer 32 may be 1.5 μm or more. On the other hand, the thickness of second silicon carbide epitaxial layer 32 may be, for example, 3 μm or less. Thereby, the in-plane uniformity of the impurity concentration in the device can be sufficiently ensured.

ここでは、2層構造を有するSiCエピタキシャル膜30の例を示したが、SiCエピタキシャル膜30は、成長条件の異なる3以上のエピタキシャル層の積層構造を有していてもよい。この場合には、表面層となるエピタキシャル層が第2の条件で形成され、他の層のうち少なくとも1つが第1の条件で形成されていればよい。   Here, an example of the SiC epitaxial film 30 having a two-layer structure is shown, but the SiC epitaxial film 30 may have a laminated structure of three or more epitaxial layers having different growth conditions. In this case, the epitaxial layer to be the surface layer may be formed under the second condition, and at least one of the other layers may be formed under the first condition.

本願で開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed in the present application should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present disclosure is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板、およびこれを用いたMISFETなどの炭化珪素半導体装置、種々の制御装置および駆動装置などに広く用いられ得る。   The present disclosure can be widely used for a silicon carbide epitaxial substrate, a silicon carbide semiconductor device such as a MISFET using the silicon carbide epitaxial substrate, various control devices and driving devices.

1 CVD装置
2 固定サセプタ
3 断熱材
4 回転サセプタ
5 ホルダー
6 ウェハ
7 加熱コイル
10 MISFET
11 基板
12 ボディ領域
13 ソース領域
14 ゲート絶縁膜
15 ゲート電極
16 JEFT領域
17 ドレイン電極
30 SiCエピタキシャル膜
31 第1の炭化珪素エピタキシャル層
32 第2の炭化珪素エピタキシャル層
100 SiCエピタキシャル基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CVD apparatus 2 Fixed susceptor 3 Heat insulating material 4 Rotation susceptor 5 Holder 6 Wafer 7 Heating coil 10 MISFET
11 substrate 12 body region 13 source region 14 gate insulating film 15 gate electrode 16 JEFT region 17 drain electrode 30 SiC epitaxial film 31 first silicon carbide epitaxial layer 32 second silicon carbide epitaxial layer 100 SiC epitaxial substrate

Claims (6)

半導体基板の主面を表面として、CVD装置内に前記半導体基板を設置する工程と、
前記半導体基板の主面に、炭素原子および珪素原子を含む第1の原料ガスと第1のキャリアガスとを供給することにより、第1の成長圧力において、不純物を含む第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程と、
前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の表面に、炭素原子および珪素原子を含む第2の原料ガスと第2のキャリアガスとを供給することにより、第2の成長圧力において、不純物を含む第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程と
を有し、
前記第2の原料ガスに含まれる珪素原子数に対する炭素原子数の比であるC/Si比は、前記第1の原料ガスに含まれる珪素原子数に対する炭素原子数の比であるC/Si比よりも小さい、前記第2の成長圧力は、前記第1の成長圧力よりも低い、または前記第2のキャリアガスの流量は、前記第1のキャリアガスの流量よりも大きく、
前記第1の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程と前記第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程との間に、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層に対してイオン注入を行う工程、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の表面を酸化する工程、及び前記第1の炭化珪素エピタキシャル層を有する前記半導体基板を900℃以上の温度で熱処理する工程をいずれも含まず、
前記第2の炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程より後には炭化珪素エピタキシャル層を堆積する工程を含まない、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
A step of setting the semiconductor substrate in a CVD apparatus with the main surface of the semiconductor substrate as a surface;
A first silicon carbide epitaxial layer containing impurities at a first growth pressure by supplying a first source gas containing carbon atoms and silicon atoms and a first carrier gas to the main surface of the semiconductor substrate. Depositing
By supplying a second source gas containing a carbon atom and a silicon atom and a second carrier gas to the surface of the first silicon carbide epitaxial layer, a second containing an impurity at a second growth pressure is provided. Depositing a silicon carbide epitaxial layer;
The C / Si ratio that is the ratio of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms contained in the second source gas is the C / Si ratio that is the ratio of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms contained in the first source gas. The second growth pressure is lower than the first growth pressure, or the flow rate of the second carrier gas is greater than the flow rate of the first carrier gas,
Performing ion implantation on the first silicon carbide epitaxial layer between the step of depositing the first silicon carbide epitaxial layer and the step of depositing the second silicon carbide epitaxial layer; And neither of the step of oxidizing the surface of the silicon carbide epitaxial layer and the step of heat-treating the semiconductor substrate having the first silicon carbide epitaxial layer at a temperature of 900 ° C. or higher,
A method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate, which does not include a step of depositing a silicon carbide epitaxial layer after the step of depositing the second silicon carbide epitaxial layer.
前記第2の炭化珪素エピタキシャル層では、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層よりも、前記半導体基板の前記主面に平行な面内における不純物濃度のばらつきが大きく、
前記第2の炭化珪素エピタキシャル層の表面のピット密度は1.0cm-2以下である、請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
The second silicon carbide epitaxial layer has a larger variation in impurity concentration in a plane parallel to the main surface of the semiconductor substrate than the first silicon carbide epitaxial layer,
2. The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1, wherein a pit density on a surface of the second silicon carbide epitaxial layer is 1.0 cm −2 or less.
前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の前記面内における不純物濃度の平均値に対する標準偏差の割合は5%以下であり、前記第2の炭化珪素エピタキシャル層の前記面内における不純物濃度の平均値に対する標準偏差の割合は10%以上である、請求項1または2に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。   The ratio of the standard deviation with respect to the average value of the impurity concentration in the plane of the first silicon carbide epitaxial layer is 5% or less, and the standard with respect to the average value of the impurity concentration in the plane of the second silicon carbide epitaxial layer. The method of manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1 or 2, wherein the deviation ratio is 10% or more. 前記第2の炭化珪素エピタキシャル層の不純物濃度の平均値は、前記第1の炭化珪素エピタキシャル層の不純物濃度の平均値以下である、請求項1から3のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。   4. The silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1, wherein an average value of impurity concentration of said second silicon carbide epitaxial layer is equal to or less than an average value of impurity concentration of said first silicon carbide epitaxial layer. 5. Production method. 前記第2の炭化珪素エピタキシャル層の厚さは0.5μm以上である、請求項1から4のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。   The method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein a thickness of the second silicon carbide epitaxial layer is 0.5 µm or more. 請求項1から5のいずれかに記載の方法により製造された炭化珪素エピタキシャル基板と、
前記炭化珪素エピタキシャル基板上に配置された電極と
を備える、炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide epitaxial substrate manufactured by the method according to claim 1;
A silicon carbide semiconductor device comprising: an electrode disposed on the silicon carbide epitaxial substrate.
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