JP4410531B2 - Silicon carbide semiconductor substrate and method for manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、炭化珪素(SiC)基板及びその製造方法に関し、特に、結晶欠陥である転位を半導体素子層(エピタキシャル層)に伝搬しない製造方法に関する。   The present invention relates to a silicon carbide (SiC) substrate and a manufacturing method thereof, and more particularly to a manufacturing method in which dislocations that are crystal defects are not propagated to a semiconductor element layer (epitaxial layer).

SiC単結晶は、一般的には昇華法によって製造されるが、このように製造されたものは、転位(刃状転位、螺旋転位(マイクロパイプも含む))を含む。即ち、SiC基板の生成は、昇華したSiCが堆積して進行するが、SiCの堆積は、壁面に沿って進行するため、両壁面から堆積したSiCが合体した部位には、結晶の不連続部が発生する。これが転位となる。   A SiC single crystal is generally manufactured by a sublimation method, and the manufactured single crystal includes dislocations (edge dislocations, spiral dislocations (including micropipes)). That is, the generation of the SiC substrate proceeds by deposition of sublimated SiC, but the deposition of SiC proceeds along the wall surface. Will occur. This is a dislocation.

パワーデバイスや高周波デバイスを作製する場合、このSiC単結晶を基板として、デバイスを形成する領域であるエピタキシャル層(半導体素子層)をデバイスに適した構造になるように成長させるが、転位が基板中に存在すると、その上に成長させたエピタキシャル層にもその転位が継承され、エピタキシャル層にも転位がほぼ同数形成される。そして、この転位があるエピタキシャル層にデバイス(素子)を作製すると、デバイスの漏れ電流を増加させ、逆方向耐圧を低下させることが報告されている(図1参照)。   When manufacturing a power device or a high-frequency device, this SiC single crystal is used as a substrate, and an epitaxial layer (semiconductor element layer), which is a region for forming the device, is grown so as to have a structure suitable for the device. If present, the dislocation is inherited by the epitaxial layer grown thereon, and almost the same number of dislocations are formed in the epitaxial layer. It has been reported that when a device (element) is produced in an epitaxial layer having this dislocation, the leakage current of the device is increased and the reverse breakdown voltage is lowered (see FIG. 1).

このため、デバイスを作製するにはこの転位を低減させることが極めて重要である。   For this reason, it is extremely important to reduce this dislocation in order to produce a device.

デバイスを作製する領域であるエピタキシャル層のマイクロパイプを低減させる方法として、基板となるSiC単結晶を高温処理することで、SiCが昇華し、マイクロパイプに析出、閉塞させることが提案された(特許文献1参照)。また、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、SiCを成長させ、熱処理によりマイクロパイプの端部を閉塞し、熱エッチングにより閉塞された表面を露出し、これを種結晶としてSiC単結晶を成長させる方法もある(特許文献2参照)。   As a method for reducing the micropipe of the epitaxial layer, which is the device fabrication region, it was proposed that SiC single crystal as a substrate is treated at high temperature, so that SiC sublimes and precipitates and closes in the micropipe (patent) Reference 1). Also, a method of growing SiC by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, closing an end of a micropipe by heat treatment, exposing a surface blocked by thermal etching, and growing a SiC single crystal using this as a seed crystal There is also (refer patent document 2).

しかし、これらの方法では、部分的にマイクロパイプは閉塞されるが、多数の転位に変換され、上記問題点は、解決されない。
特開2002−179498号公報 特開2000−53498号公報
However, in these methods, although the micropipe is partially blocked, it is converted into a large number of dislocations, and the above problem cannot be solved.
JP 2002-179498 A JP 2000-53498 A

従って、本発明の目的は、デバイスを作製する領域であるエピタキシャル層の転位が少ない炭化珪素半導体基板を得、上記欠陥のない半導体を得ることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to obtain a silicon carbide semiconductor substrate having few dislocations in an epitaxial layer which is a region for producing a device, and to obtain a semiconductor having no defect.

斯かる実状に鑑み本発明者は鋭意研究を行ったところ、炭化珪素基板上に、バッファー層を設け、転位を曲げ、この転位をスリット(溝)により開放すれば、エピタキシャル層への転位が抑制されることを見出し本発明を完成した。   In view of such a situation, the present inventor has conducted extensive research and found that dislocation to the epitaxial layer is suppressed by providing a buffer layer on the silicon carbide substrate, bending the dislocation, and opening the dislocation by a slit (groove). As a result, the present invention has been completed.

即ち、本発明は、次の方法等を提供するものである。   That is, the present invention provides the following method and the like.

<1> 炭化珪素基板上に、該炭化珪素基板に溝を掘り、該溝中に成長抑止層を設けた後に該炭化珪素基板にSiC層を形成することにより、スリットが入ったSiC層をバッファー層として設け、該バッファー層上に半導体素子層としてSiC層を設けることを特徴とする炭化珪素半導体基板の製造方法。基板からの転位をバッファー層により曲げ、該バッファー層側面のスリット又は/及び半導体素子層側面のスリットにより開放する。 <1> A SiC layer having slits is buffered by forming a SiC layer on the silicon carbide substrate after digging a groove in the silicon carbide substrate on the silicon carbide substrate and providing a growth inhibiting layer in the groove. A method for producing a silicon carbide semiconductor substrate, comprising: providing a SiC layer as a semiconductor element layer on the buffer layer. Dislocations from the substrate are bent by the buffer layer and opened by a slit on the side of the buffer layer or / and a slit on the side of the semiconductor element layer.

> 3C−SiC層を成長させる工程と4H−SiC層を成長させる工程とをそれぞれ1回以上設け、少なくとも1層の3C−SiC層と少なくとも1層の4H−SiC層とを重ねて前記バッファー層を設ける<1>に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
> キャリア濃度が3×1018cm−3以上となるドーピング量のNガスが導入されたSiC層を成長させる工程と、キャリア濃度が1×1018cm−3以下となるドーピング量のNガスが導入されたSiC層を成長させる工程とをそれぞれ1回以上設け、ドーピング量の異なる少なくとも2種のSiC不純物ドープ層を重ねて前記バッファー層を設ける<1>に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
< 2 > A step of growing a 3C-SiC layer and a step of growing a 4H-SiC layer are each provided at least once, and at least one 3C-SiC layer and at least one 4H-SiC layer are stacked to The method for producing a silicon carbide semiconductor substrate according to <1 >, wherein the buffer layer is provided.
< 3 > a step of growing a SiC layer into which a doping amount of N 2 gas having a carrier concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more is grown, and a doping amount of a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or less. <1 >, wherein the step of growing the SiC layer into which N 2 gas is introduced is provided at least once, and the buffer layer is provided by superposing at least two types of SiC impurity doped layers having different doping amounts. A method for manufacturing a substrate.

> 炭化珪素基板と、該炭化珪素基板上に設けられ、少なくとも1層の3C−SiC層及び少なくとも1層の4H−SiC層、又はキャリア濃度の閾値を3×1018cm−3として異なるドーピング量のNガスが導入された少なくとも2層のSiC不純物ドープ層、を有するスリットが入ったバッファー層と、該バッファー層上に設けられた半導体素子層であるSiC層とを有することを特徴とする炭化珪素半導体基板。
> 前記半導体素子層は、前記バッファー層であるSiC層のスリットと連続するスリットを有するSiC層である<>記載の炭化珪素半導体基板。
< 4 > Different from silicon carbide substrate, at least one 3C-SiC layer and at least one 4H-SiC layer provided on the silicon carbide substrate, or a carrier concentration threshold of 3 × 10 18 cm −3 A buffer layer having a slit having at least two SiC impurity doped layers into which a doping amount of N 2 gas is introduced, and a SiC layer which is a semiconductor element layer provided on the buffer layer A silicon carbide semiconductor substrate.
< 5 > The silicon carbide semiconductor substrate according to < 4 >, wherein the semiconductor element layer is a SiC layer having a slit continuous with a slit of the SiC layer that is the buffer layer.

> <>又は<>に記載の炭化珪素半導体基板と電極とが設けられたことを特徴とする炭化珪素半導体。 < 6 > A silicon carbide semiconductor comprising the silicon carbide semiconductor substrate according to < 4 > or < 5 > and an electrode.

本発明により得られた半導体は、エピタキシャル層の転位が少なくデバイスの漏れ電流が少なく、逆方向耐圧を低下させることが少ない。   The semiconductor obtained by the present invention has few dislocations in the epitaxial layer, little device leakage current, and little reduction in reverse breakdown voltage.

以下、本発明を適用した実施形態を図面を用いて具体的に説明する。本実施形態は、例えば昇華法などにより形成された炭化珪素単結晶基板(SiC単結晶基板)に、電界効果トランジスタ(MOSFETなど)や接合型電界効果トランジスタ(JFET)、あるいはショットキーバリアダイオードなどのデバイスを形成するためのエピタキシャル成長基板を製造する方法に適用したものである。   Embodiments to which the present invention is applied will be specifically described below with reference to the drawings. In the present embodiment, for example, a silicon carbide single crystal substrate (SiC single crystal substrate) formed by a sublimation method or the like is applied to a field effect transistor (MOSFET or the like), a junction field effect transistor (JFET), or a Schottky barrier diode. This is applied to a method of manufacturing an epitaxial growth substrate for forming a device.

(第1実施形態)
図2に、本発明方法により得られた炭化珪素半導体基板の一態様を示す。
(First embodiment)
FIG. 2 shows one embodiment of a silicon carbide semiconductor substrate obtained by the method of the present invention.

製造工程を次に示す。
まず、SiC基板1を取得する。SiC基板としては、4H−SiC ウエーハ表面結晶面方位(0001)8°オフ[−1−120]等が挙げられる。
The manufacturing process is as follows.
First, the SiC substrate 1 is obtained. Examples of the SiC substrate include 4H-SiC wafer surface crystal plane orientation (0001) 8 ° off [-1-120].

(1) 本形態では、SiC基板1上にまず溝を形成する。
(2) 次いで、この溝に成長抑止層5を設ける。成長抑止層5は、この後形成するバッファー層とエピタキシャル層の成長を抑止し、スリット4を形成させるための層であり、アモルファスSiNが好適である。
(1) In this embodiment, grooves are first formed on the SiC substrate 1.
(2) Next, the growth inhibiting layer 5 is provided in this groove. The growth inhibiting layer 5 is a layer for inhibiting the growth of the buffer layer and the epitaxial layer to be formed later and forming the slit 4, and amorphous SiN is preferable.

(3) CVD法により、バッファー層2をSiC基板1上に設ける。
バッファー層2は、SiC基板1からの転位を曲げるための層である。転位を曲げるためには、熱応力、格子不整による歪み、不純物ドープによる欠陥等があり、具体的には、次の方法が挙げられる。
(3) The buffer layer 2 is provided on the SiC substrate 1 by the CVD method.
The buffer layer 2 is a layer for bending dislocations from the SiC substrate 1. In order to bend dislocations, there are thermal stress, distortion due to lattice irregularity, defects due to impurity doping, and the like. Specifically, the following methods can be mentioned.

ア)熱サイクルアニ−ル
SiC層を形成し、これをC38とH2雰囲気中で、1000℃と1600℃の温度を数回繰り返す方法である。
A) Thermal cycle annealing This is a method in which an SiC layer is formed and this is repeated several times at 1000 ° C. and 1600 ° C. in a C 3 H 8 and H 2 atmosphere.

イ)熱サイクル成長
バッファー層形成の際、一定温度で一定膜厚成長させた後、異なる温度で一定膜厚成長させ、これを繰り返す方法である。
B) Thermal cycle growth In the formation of the buffer layer, after a constant film thickness is grown at a constant temperature, a constant film thickness is grown at a different temperature, and this is repeated.

ウ)3C−SiC
CVD法にて、ウエーハ温度1200℃にて数10nm層厚成長させる。これにより3C−SiC層が形成される。
次に、ウエーハ温度1600℃にて、数10nm層厚成長させる。これにより4H−SiCが形成される。
これらを数回繰り返すことで、バッファ層を形成しつつ、転位を曲げる方法である。
C) 3C-SiC
A layer thickness of several tens of nanometers is grown at a wafer temperature of 1200 ° C. by CVD. Thereby, a 3C-SiC layer is formed.
Next, a layer thickness of several tens of nm is grown at a wafer temperature of 1600 ° C. Thereby, 4H-SiC is formed.
By repeating these several times, the dislocation is bent while forming the buffer layer.

エ)4H−SiC不純物ドープ
1)CVD法にて、ウエーハ温度1500℃にてキャリア濃度が3×1018cm-3以上となるドーピング量のN2ガスを導入したSiC層を数10nm層厚成長する。
D) 4H-SiC impurity doping 1) Growing a thickness of several tens of nanometers of SiC by introducing a doping amount of N 2 gas with a carrier concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more at a wafer temperature of 1500 ° C. by CVD To do.

これにより不純物ドーピング層Iが形成される。
2)CVD法にて、ウエーハ温度1500℃にてキャリア濃度が1×1018cm-3以下となるドーピング量のN2ガスを導入したSiC層を数10nm層厚成長する。
これにより不純物ドーピング層IIが形成される。
3)1)と2)を数回繰り返すことで、バッファ層を形成しつつ、転位を曲げる或いは終端する方法である。
Thereby, the impurity doping layer I is formed.
2) A CVD layer is used to grow a SiC layer having a thickness of several tens of nanometers into which a doping amount of N 2 gas having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or less is introduced at a wafer temperature of 1500 ° C.
Thereby, the impurity doping layer II is formed.
3) A method of bending or terminating dislocations while forming a buffer layer by repeating 1) and 2) several times.

このようにして得られるバッファー層2には、成長抑止層5により、スリット4が形成されている。このようにすることで、バッファー層により曲げられた転位がスリット4により開放され、エピタキシャル層(半導体素子層)3に伝播する転位は少なくなる。   In the buffer layer 2 obtained in this way, a slit 4 is formed by the growth inhibiting layer 5. By doing so, dislocations bent by the buffer layer are released by the slits 4, and dislocations propagating to the epitaxial layer (semiconductor element layer) 3 are reduced.

(4)バッファー層2の上にエピタキシャル成長層3をCVD法で設ける。これは、従来法で行えばよい。この層も成長抑止層5により、スリット4が形成されている。
かようにして、図2に示す炭化珪素半導体基板が得られる。
(4) The epitaxial growth layer 3 is provided on the buffer layer 2 by the CVD method. This may be done by conventional methods. This layer also has a slit 4 formed by the growth inhibiting layer 5.
Thus, the silicon carbide semiconductor substrate shown in FIG. 2 is obtained.

参考形態1
参考形態1は、図3に示すような形態である。第1実施形態と異なるところは、SiC基板の溝を広くし、成長抑止層を設けないという点である。このようにすると転位は、エピタキシャル層3に達することがあるが、表面に達しなければ実用に供することができる。成長抑止層を設けないため、この工程が無くなり、コストダウンすることができる。
( Reference form 1 )
Reference form 1 is a form as shown in FIG. The difference from the first embodiment is that the groove of the SiC substrate is widened and no growth inhibiting layer is provided. In this way, the dislocation may reach the epitaxial layer 3, but if it does not reach the surface, it can be put to practical use. Since no growth inhibiting layer is provided, this step is eliminated and the cost can be reduced.

参考形態2
参考形態2は、図4に示すごとく、SiC基板1上に最初に形成する溝を設けずに、SiC基板上に成長抑止層5を設け、その後は、第1実施形態と同様にした態様である。この方法によれば、SiC基板上に最初に形成する溝の工程を省略でき、コストダウンすることができる。
( Reference form 2 )
As shown in FIG. 4, the reference form 2 is provided with the growth inhibiting layer 5 on the SiC substrate without providing the first groove formed on the SiC substrate 1, and thereafter in the same manner as in the first embodiment. is there. According to this method, the step of forming a groove on the SiC substrate first can be omitted, and the cost can be reduced.

上記、第1実施形態及び参考形態1,2で得られた炭化珪素半導体基板に、図7の如く、電極を配置すれば、半導体素子が完成する。すなわち、スリット4中にゲート電極12、エピタキシャル層3上にソース電極11、SiC基板1下にドレイン電極10を設ければ半導体素子が完成する。なお、参考形態1では、ゲート電極が転位部分に接触しないように、転位部分には、SiO2等の絶縁層を設け、その上部にゲート電極を設けることが好ましい。 Above, the silicon carbide semiconductor substrate obtained by the first implementation embodiment and Reference Embodiments 1 and 2, as shown in FIG. 7, by arranging the electrodes, the semiconductor element is completed. That is, if the gate electrode 12 is provided in the slit 4, the source electrode 11 is provided on the epitaxial layer 3, and the drain electrode 10 is provided below the SiC substrate 1, a semiconductor element is completed. In Reference Mode 1 , it is preferable to provide an insulating layer such as SiO 2 at the dislocation portion and provide the gate electrode on the dislocation portion so that the gate electrode does not contact the dislocation portion.

実施例1(第1実施形態の炭化珪素半導体基板の製造、図5参照)
(1)SiC基板のメサ(スリット用の溝)の形成
基板としては、4H−SiC基板:ウエーハ表面結晶面方位(0001)8°オフ[−1−120]を用いた。
Example 1 (Manufacture of the silicon carbide semiconductor substrate of the first embodiment, see FIG. 5)
(1) Formation of mesa (groove for slit) of SiC substrate As a substrate, 4H-SiC substrate: wafer surface crystal plane orientation (0001) 8 ° off [-1-120] was used.

スリット形成方法
1)4H−SiC基板表面にプラズマCVD法によりSiO2(膜厚300nm)を形成する(図5A)。
2)フォトリソ工程により、スリット部を形成したいところを開口するように、フォトレジストを形成する(図5B)。
3)フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法により、開口部のSiO2層をエッチングし、除去する。
4)SiO2加工用マスクのフォトレジストをアッシング工程(02プラズマなど)により、除去する。
Slit Forming Method 1) SiO 2 (film thickness 300 nm) is formed on the surface of the 4H—SiC substrate by plasma CVD (FIG. 5A).
2) A photoresist is formed by a photolithography process so as to open a portion where the slit portion is to be formed (FIG. 5B).
3) Using the photoresist as a mask, the SiO 2 layer at the opening is etched and removed by dry etching.
4) The photoresist of the SiO 2 processing mask is removed by an ashing process (such as 0 2 plasma).

5)SiO2をエッチング用マスクととて、ドライエッチング法を用いて、SiO2開口部のSiCをエッチングする(図5C)。
6)ドライエッチング又はウエットエッチング(HF溶液)により、マスク用SiO2のみを選択的に除去する(図5D)。
5) Using the SiO 2 as an etching mask, the SiC in the SiO 2 opening is etched by dry etching (FIG. 5C).
6) Only mask SiO 2 is selectively removed by dry etching or wet etching (HF solution) (FIG. 5D).

(2)スリット(溝部)のアモルファスSiNのプラズマCVD法による形成(図5E)。
1)4H−SiC基板表面にアモルファスSiNをプラズマCVD法により、形成する。
2)フォトリソ工程により、スリット部にアモルファスSiNを残すように、フォトレジストを形成する。
3)フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法により、開口部のアモルファスSiN層をエッチングし、除去する。
4)フォトレジストをアッシング工程(02プラズマなど)により、除去する。
(3)バッファ層(SiC層)のCVD法による形成(図5F)。
(2) Formation of slits (grooves) of amorphous SiN by plasma CVD (FIG. 5E).
1) Amorphous SiN is formed on the surface of the 4H-SiC substrate by plasma CVD.
2) A photoresist is formed by the photolithography process so as to leave amorphous SiN in the slit portion.
3) The amorphous SiN layer in the opening is etched and removed by dry etching using the photoresist as a mask.
4) The photoresist ashing process (such as 0 2 plasma), is removed.
(3) Formation of the buffer layer (SiC layer) by the CVD method (FIG. 5F).

CVD条件は次の通りである。
原料ガス:SiH4を10cc/min、C38を10cc/min、キャリアガス:H2を10L/min、導電率制御用ガス:N2(H2ガスで5%N2に希釈)を100cc/min、ウエーハ温度:1400〜1600℃。
次いで、熱サイクルアニールを行う。アニール条件は、C38+H2雰囲気中で、ウエーハ温度1000℃⇔1600℃を数回繰り返す。
(4)半導体素子層(SiCエピタキシャル層)をCVD法で形成する(図5G)。CVD条件はN2100ccを1cc/minとした以外は(3)と同様にした。
The CVD conditions are as follows.
Source gas: SiH 4 10 cc / min, C 3 H 8 10 cc / min, carrier gas: H 2 10 L / min, conductivity control gas: N 2 (diluted to 5% N 2 with H 2 gas) 100 cc / min, wafer temperature: 1400-1600 ° C.
Next, thermal cycle annealing is performed. As annealing conditions, a wafer temperature of 1000 ° C. to 1600 ° C. is repeated several times in a C 3 H 8 + H 2 atmosphere.
(4) A semiconductor element layer (SiC epitaxial layer) is formed by a CVD method (FIG. 5G). The CVD conditions were the same as (3) except that N 2 100 cc was changed to 1 cc / min.

参考例2(参考形態1の炭化珪素半導体基板の製造、図3参照)
アモルファスSiNの形成の工程を除いた以外は実施例1と同様に行い、参考形態1の炭化珪素半導体基板を得た。
Reference Example 2 (Manufacture of silicon carbide semiconductor substrate of Reference Form 1 , see FIG. 3)
A silicon carbide semiconductor substrate of Reference Mode 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the step of forming amorphous SiN was omitted.

実施例3(半導体素子構造:SIT(静電誘導トランジスタ)への製造、図6)
(1)実施例1で得られた炭化珪素半導体基板のスリット(溝)部にバッファ層に直接、接しないように絶縁膜(SiO2やSiN)をプラズマCVD法などで形成する(図6A)。
(2)バッファ層部を絶縁膜(SiO2やSiNなど)で覆いつつ、ソース電極を形成したい部分を開口するようにフォトリソ工程により、レジストを形成する(図6B)。
(3)ドライエッチング又はウエットエッチングにより、ソース電極を形成したい部分の絶縁膜(SiO2やSiNなど)を開口する。
(4)オーミック特性が得られる電極材として、Niをスパッタ蒸着法或いは電子ビーム蒸着法により、ウエーハ表面(ソース電極形成面)に蒸着する。
(5)ソース電極形成領域以外のNiの蒸着膜をアセトンなどの有機溶剤でレジストを溶解させることで除去する。(リフトオフプロセス)(図6C)
(6)オーミック特性が得られる電極材として、Niをスパッタ蒸着法或いは電子ビーム蒸着法により、ウエーハ裏面(ドレイン電極形成面)に蒸着する(図6D)。
(7)ArまたはH2雰囲気で、1000℃に数分間加熱することで、ソース、ドレインの各電極のオーミック特性を確保する。
(8)ウエーハ表面側(ソース及びゲート電極側)に、ゲー卜電極(Ti/AlやNiなど)をスパッタ蒸着法或いは電子ビーム蒸着法により形成する。
(9)フォトリソ工程により、ゲー卜電極と共に、引き出し配線を形成するようなパターン形状にフォトレジストを形成し、ドライエッチング又はウエットエッチングにより、(8)で形成したゲー卜電極(Ti/AlやNiなど)膜を加工し、フォトレジストをアッシング工程により、除去する(図6E)。
Example 3 (Semiconductor element structure: manufacturing to SIT (electrostatic induction transistor), FIG. 6)
(1) An insulating film (SiO 2 or SiN) is formed by a plasma CVD method or the like so as not to directly contact the buffer layer in the slit (groove) portion of the silicon carbide semiconductor substrate obtained in Example 1 (FIG. 6A). .
(2) A resist is formed by a photolithography process so as to open a portion where a source electrode is to be formed while covering the buffer layer portion with an insulating film (SiO 2 , SiN, etc.) (FIG. 6B).
(3) Open an insulating film (SiO 2 , SiN, etc.) where a source electrode is to be formed by dry etching or wet etching.
(4) Ni is vapor-deposited on the wafer surface (source electrode formation surface) by sputtering vapor deposition or electron beam vapor deposition as an electrode material capable of obtaining ohmic characteristics.
(5) The Ni vapor deposition film other than the source electrode formation region is removed by dissolving the resist with an organic solvent such as acetone. (Lift-off process) (FIG. 6C)
(6) Ni is vapor-deposited on the wafer back surface (drain electrode formation surface) by sputtering vapor deposition or electron beam vapor deposition as an electrode material that can achieve ohmic characteristics (FIG. 6D).
(7) The ohmic characteristics of the source and drain electrodes are ensured by heating to 1000 ° C. for several minutes in an Ar or H 2 atmosphere.
(8) A gate electrode (Ti / Al, Ni, or the like) is formed on the wafer surface side (source and gate electrode side) by a sputtering deposition method or an electron beam deposition method.
(9) A photoresist is formed in a pattern shape that forms a lead wiring together with the gate electrode by a photolithography process, and the gate electrode (Ti / Al or Ni) formed in (8) is formed by dry etching or wet etching. The film is processed, and the photoresist is removed by an ashing process (FIG. 6E).

以上、工程により、素子構造が形成される、通常は、電極抵抗を下げる為に、更に、電極膜を形成し、加工したり、保護膜(絶縁性被膜)など、形成する。   As described above, the element structure is formed by the process. Usually, in order to lower the electrode resistance, an electrode film is further formed and processed, or a protective film (insulating film) is formed.

実施例4 (転位を曲げる方法:イ)熱サイクル成長)
上記実施例1及び2の(3)を以下の工程に変更した以外は実施例1と同様にして炭化珪素半導体基板を得た。
1)CVD法にて、ウエーハ温度1400℃にて数10nm層厚成長する。
2)ウエーハ温度1600℃にて、数10nm層厚成長する。
3)1)−2)を数回繰り返すことで、バッファ層を形成しつつ、転位を曲げた。
Example 4 (Method of bending dislocation: a) Thermal cycle growth)
A silicon carbide semiconductor substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that (3) in Examples 1 and 2 was changed to the following steps.
1) A layer thickness of several tens of nm is grown by a CVD method at a wafer temperature of 1400 ° C.
2) A layer thickness of several tens of nm is grown at a wafer temperature of 1600 ° C.
3) By repeating steps 1) and 2) several times, dislocations were bent while forming a buffer layer.

実施例5 (転位を曲げる方法: ウ)3C−SiC層)
上記実施例1及び2の(3)を以下の工程に変更した以外は実施例1と同様にして炭化珪素半導体基板を得た。
l)CVD法にて、ウエーハ温度1200℃にて数10nm層厚成長する。これにより3C−SiC層が形成される。
2)ウエーハ温度1600℃にて、数10nm層厚成長する。これにより4H−SiCが形成される。
3)1)−2)を数回繰り返すことで、バッファ層を形成しつつ、転位を曲げた。
Example 5 (Method of bending dislocation: c) 3C-SiC layer)
A silicon carbide semiconductor substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that (3) in Examples 1 and 2 was changed to the following steps.
l) A layer thickness of several tens of nm is grown at a wafer temperature of 1200 ° C. by CVD. Thereby, a 3C-SiC layer is formed.
2) A layer thickness of several tens of nm is grown at a wafer temperature of 1600 ° C. Thereby, 4H-SiC is formed.
3) By repeating steps 1) and 2) several times, dislocations were bent while forming a buffer layer.

実施例6 (転位を曲げる方法: エ)4H−SiC不純物ドープ層)
上記実施例1及び2の(3)を以下の工程に変更した以外は実施例1と同様にして炭化珪素半導体基板を得た。
Example 6 (Method of bending dislocation: d) 4H-SiC impurity doped layer)
A silicon carbide semiconductor substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that (3) in Examples 1 and 2 was changed to the following steps.

1)CVD法にて、ウエーハ温度1500℃にてキャリア濃度が3×1018cm-3以上となるドーピング量のN2ガスを導入したSiC層を数10nm層厚成長する。これにより不純物ドーピング層Iが形成される。
2)CVD法にて、ウエーハ温度1500℃にてキャリア濃度が1×1018cm-3以下となるドーピング量のN2ガスを導入したSiC層を数10nm層厚成長する。これにより不純物ドーピング層IIが形成される。
3)1)−2)を数回繰り返すことで、バッファ層を形成しつつ、転位を曲げる或いは終端した。
1) A SiC layer having a carrier thickness of 3 × 10 18 cm −3 or more introduced with a doping amount of N 2 gas at a wafer temperature of 1500 ° C. is grown by a thickness of several tens of nanometers by CVD. Thereby, the impurity doping layer I is formed.
2) A CVD layer is used to grow a SiC layer having a thickness of several tens of nanometers into which a doping amount of N 2 gas having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or less is introduced at a wafer temperature of 1500 ° C. Thereby, the impurity doping layer II is formed.
3) By repeating steps 1) and 2) several times, dislocations were bent or terminated while forming a buffer layer.

結果
バッファー層を設けずに成長させた従来の基板の[3エピタキシャル層]の欠陥密度
は1000cm-2以上であったが、本発明(実施例1,2,4,5)によって[3エピタキシャル層]の欠陥密度は100cm-2以下に低減できた。
Results The defect density of the [3 epitaxial layer] of the conventional substrate grown without providing the buffer layer was 1000 cm −2 or more, but according to the present invention (Examples 1, 2, 4, and 5), the [3 epitaxial layer] The defect density was reduced to 100 cm-2 or less.

本発明は、上記実施例以外に、ショットキーバリアダイオード(図8)やMOSFET、JFETなど他の素子構造への適用が可能である。   The present invention can be applied to other element structures such as Schottky barrier diodes (FIG. 8), MOSFETs, JFETs, etc. in addition to the above embodiments.

本発明によれば、デバイスの漏れ電流を増加させ、逆方向耐圧を低下させる半導体素子層中の転位が少ない基板が得られる。   According to the present invention, a substrate with less dislocations in the semiconductor element layer that increases the leakage current of the device and decreases the reverse breakdown voltage can be obtained.

従来の半導体素子の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the conventional semiconductor element. 本発明の炭化珪素半導体基板の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the silicon carbide semiconductor substrate of this invention. 本発明の炭化珪素半導体基板の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the silicon carbide semiconductor substrate of this invention. 本発明の炭化珪素半導体基板の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the silicon carbide semiconductor substrate of this invention. 本発明の炭化珪素半導体基板の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor substrate of this invention. 本発明の炭化珪素半導体の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor of this invention. 本発明の炭化珪素半導体の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the silicon carbide semiconductor of this invention. 本発明の炭化珪素半導体の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the silicon carbide semiconductor of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 SiC基板
2 バッファー層
3 エピタキシャル層
4 スリット
5 成長抑止層
6 転位
7 SiO2
8 フォトレジスト
10 ドレイン電極
11 ソース電極
12 ゲート電極
13 絶縁層
14 アノード電極
15 カソード電極
1 SiC substrate 2 Buffer layer 3 Epitaxial layer 4 Slit 5 Growth inhibiting layer 6 Dislocation 7 SiO 2
8 Photoresist 10 Drain electrode 11 Source electrode 12 Gate electrode 13 Insulating layer 14 Anode electrode 15 Cathode electrode

Claims (6)

炭化珪素基板上に、該炭化珪素基板に溝を掘り、該溝中に成長抑止層を設けた後に該炭化珪素基板にSiC層を形成することにより、スリットが入ったSiC層をバッファー層として設けた後、該バッファー層上に半導体素子層としてSiC層を設けることを特徴とする炭化珪素半導体基板の製造方法。 A SiC layer with slits is provided as a buffer layer by digging a groove in the silicon carbide substrate on the silicon carbide substrate and forming a SiC layer on the silicon carbide substrate after providing a growth inhibiting layer in the groove. And then providing a SiC layer as a semiconductor element layer on the buffer layer. 3C−SiC層を成長させる工程と4H−SiC層を成長させる工程とをそれぞれ1回以上設け、少なくとも1層の3C−SiC層と少なくとも1層の4H−SiC層とを重ねて前記バッファー層を設ける請求項1に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。 A step of growing a 3C-SiC layer and a step of growing a 4H-SiC layer are each provided at least once, and at least one 3C-SiC layer and at least one 4H-SiC layer are stacked to form the buffer layer. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate according to claim 1 . キャリア濃度が3×1018cm−3以上となるドーピング量のNガスが導入されたSiC層を成長させる工程と、キャリア濃度が1×1018cm−3以下となるドーピング量のNガスが導入されたSiC層を成長させる工程とをそれぞれ1回以上設け、ドーピング量の異なる少なくとも2種のSiC不純物ドープ層を重ねて前記バッファー層を設ける請求項1に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。 A step of doping amount of N 2 gas carrier concentration of 3 × 10 18 cm -3 or more is grown a SiC layer introduced, doping amount of N 2 gas carrier concentration of 1 × 10 18 cm -3 or less 2. The production of the silicon carbide semiconductor substrate according to claim 1, wherein the step of growing the SiC layer into which silicon is introduced is provided at least once, and the buffer layer is provided by superposing at least two kinds of SiC impurity doped layers having different doping amounts. Method. 炭化珪素基板と、該炭化珪素基板上に設けられ、少なくとも1層の3C−SiC層及び少なくとも1層の4H−SiC層、又はキャリア濃度の閾値を3×1018cm−3として異なるドーピング量のNガスが導入された少なくとも2層のSiC不純物ドープ層を有するスリットが入ったバッファー層と、該バッファー層上に設けられた半導体素子層であるSiC層とを有することを特徴とする炭化珪素半導体基板。 A silicon carbide substrate and at least one 3C-SiC layer and at least one 4H-SiC layer provided on the silicon carbide substrate, or different doping amounts with a carrier concentration threshold of 3 × 10 18 cm −3 A silicon carbide comprising: a buffer layer having a slit having at least two SiC impurity doped layers into which N 2 gas has been introduced; and a SiC layer which is a semiconductor element layer provided on the buffer layer Semiconductor substrate. 前記半導体素子層は、前記バッファー層であるSiC層のスリットと連続するスリットを有するSiC層である請求項記載の炭化珪素半導体基板。 The silicon carbide semiconductor substrate according to claim 4 , wherein the semiconductor element layer is a SiC layer having a slit continuous with a slit of the SiC layer that is the buffer layer. 請求項又は請求項に記載の炭化珪素半導体基板と電極とが設けられたことを特徴とする炭化珪素半導体。 A silicon carbide semiconductor comprising the silicon carbide semiconductor substrate according to claim 4 or 5 and an electrode.
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