JP4894780B2

JP4894780B2 - Manufacturing method of semiconductor substrate

Info

Publication number: JP4894780B2
Application number: JP2008036291A
Authority: JP
Inventors: 裕也久野; 雅夫永久保
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: JP2009190953A

Description

本発明は、炭化珪素からなる半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide.

炭化珪素（ＳｉＣ）基板および該ＳｉＣ基板上に形成された炭化珪素エピタキシャル層（以下、ＳｉＣエピ層と略記）には、転位欠陥を含めた微細欠陥が多数あり、これらの結晶欠陥が、該ＳｉＣ基板および該ＳｉＣエピ層の結晶品質を低下させている。このため、ＳｉＣ基板やＳｉＣエピ層上にデバイスを形成しても、ＳｉＣ半導体が本来持っている物性を活かしきれず、良好なデバイス特性が得られていない状況にある。 A silicon carbide (SiC) substrate and a silicon carbide epitaxial layer (hereinafter abbreviated as SiC epilayer) formed on the SiC substrate have many fine defects including dislocation defects, and these crystal defects are caused by the SiC. The crystal quality of the substrate and the SiC epilayer is lowered. For this reason, even if a device is formed on a SiC substrate or a SiC epilayer, the physical properties inherent to the SiC semiconductor cannot be fully utilized, and good device characteristics cannot be obtained.

そこで、ＳｉＣ基板の結晶品質を向上させる研究が種々なされており、該結晶品質向上手段が、例えば、特開２００５−２９４６１１号公報（特許文献１）と特開２００５−１８９９号公報（特許文献２）に開示されている。 Therefore, various studies have been made to improve the crystal quality of the SiC substrate, and the means for improving the crystal quality is disclosed in, for example, JP-A-2005-294611 (Patent Document 1) and JP-A-2005-1899 (Patent Document 2). ).

図１０は、特許文献１により製造されるＳｉＣ基板の一例で、ＳｉＣ基板９０の模式的な断面を示す図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic cross section of an SiC substrate 90 as an example of an SiC substrate manufactured according to Patent Document 1. In FIG.

図１０に示すＳｉＣ基板９０は、以下のようにして製造する。最初に、ＳｉＣ基板１０を準備する。次に、ＣＶＤ法により、Ｇｅドープバッファ層３をＳｉＣ基板１０上に設ける。バッファ層３のゲルマニウム量は、１０ａｔｍ％以下が好ましく、バッファ層３の膜厚は１ｎｍ〜１０μｍが好ましい。バッファ層３は、ＳｉＣ基板１０からの太線で示した欠陥５を消滅するための層で、ＳｉＣ単結晶基板１０に存在する欠陥５がバッファ層へ伝播した際に、不純物であるＧｅが終端化することで、デバイスとなる後に形成するＳｉＣエピタキシャル層４への欠陥伝播を抑制する。ＧｅをドープしたＳｉＣは、基板ＳｉＣに比べ格子定数が大きく、界面に欠陥を形成する。この欠陥と基板から伸びる欠陥５がぶつかり、欠陥５の進展方向が面内方向に曲げられたりループ化したりすることによって、エピタキシャル層４へ伝播する欠陥５の数を抑制できる。この界面領域にて多くの欠陥５が消滅する為、その領域を欠陥終端領域２と記述している。次に、バッファ層３の上にエピタキシャル成長層４をＣＶＤ法で設ける。かようにして、図１０に示すＳｉＣ基板９０が得られる。 The SiC substrate 90 shown in FIG. 10 is manufactured as follows. First, the SiC substrate 10 is prepared. Next, the Ge-doped buffer layer 3 is provided on the SiC substrate 10 by the CVD method. The amount of germanium in the buffer layer 3 is preferably 10 atm% or less, and the thickness of the buffer layer 3 is preferably 1 nm to 10 μm. The buffer layer 3 is a layer for eliminating the defect 5 indicated by a thick line from the SiC substrate 10. When the defect 5 existing in the SiC single crystal substrate 10 propagates to the buffer layer, the impurity Ge is terminated. This suppresses the propagation of defects to the SiC epitaxial layer 4 formed after the device is formed. Ge-doped SiC has a larger lattice constant than substrate SiC, and forms defects at the interface. The number of the defects 5 propagating to the epitaxial layer 4 can be suppressed by colliding the defect and the defect 5 extending from the substrate and bending the progress direction of the defect 5 in the in-plane direction or forming a loop. Since many defects 5 disappear in this interface region, the region is described as a defect termination region 2. Next, the epitaxial growth layer 4 is provided on the buffer layer 3 by the CVD method. In this way, SiC substrate 90 shown in FIG. 10 is obtained.

図１１は、特許文献２に開示されたＳｉＣ基板の製造方法の一例を示す、工程別の模式的な断面図である。尚、図１１における原炭化珪素基板の炭化珪素（ＳｉＣ）種結晶基板１０は、図１０における原炭化珪素基板のＳｉＣ基板１０と同じ符号となっている。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for each process showing an example of a method of manufacturing a SiC substrate disclosed in Patent Document 2. Note that silicon carbide (SiC) seed crystal substrate 10 of the original silicon carbide substrate in FIG. 11 has the same reference numeral as SiC substrate 10 of the original silicon carbide substrate in FIG.

最初に、図１１（イ）に示すように、炭化珪素（ＳｉＣ）種結晶基板１０にシリコン（Ｓｉ）１２を積層した積層体１４を形成する。種結晶基板１０は、不純物やマイクロパイプ欠陥が多く、そのままでは半導体デバイスとして要求される高品質を満たさない。この種結晶基板１０に積層されるシリコン１２として、板状で表面が平滑なシリコン基板を用い、このシリコン１２と種結晶基板１０との間に隙間が生じないように密着させる。次に、図１１（ロ）に示すように、積層体１４を炭化珪素（ＳｉＣ）被覆層１６で全面被覆した複合体１８を形成する。この炭化珪素被覆層１６は、例えばＣＶＤ法によって成膜された炭化珪素多結晶の被覆層である。この炭化珪素被覆層１６によって、種結晶基板１０とシリコン１２とからなる積層体１４は、閉鎖空間内に封じ込められる。次に、複合体１８を図示しない加熱炉内に挿入し、加熱温度をシリコンの融点よりも十分に高い２０００℃以上、好ましくは２１００〜２３００℃程度で一定時間、保持して熱処理する。すると、図１１（ロ）に示したシリコン１２が溶融してシリコン融液の液相となる。その結果、図１１（ハ）に示すように、炭化珪素被覆層１６を構成する炭素原子がシリコン融液を介して種結晶基板１０の側に運ばれ、種結晶基板１０上にマイクロパイプ欠陥の発生を低減したエピタキシャル層２０が形成される。また、シリコン融液の液相が炭化珪素被覆層１６に覆われているので、上記したようにシリコンの融点よりも十分に高い温度２１００〜２３００℃程度の高温下でシリコン融液における炭素の溶解度を増加させ、結晶成長速度を向上させた効率のよいエピタキシャル層２０の液相成長を実現することができる。次に、図１１（ハ）の複合体１８Ａに薄くなって残存した炭化珪素被覆層１６をダイヤモンドカッター等によって研削・研磨した後、残存したシリコン１２の層をフッ酸や硝酸等の薬液で処理することによって、複合体１８Ａから炭化珪素被覆層１６とシリコン１２とを除去する。その結果、図１１（ニ）に示すように、種結晶基板１０の表裏に高品位なエピタキシャル層２０を成長形成した半導体デバイス製造用の材料２２が得られる。
特開２００５−２９４６１１号公報特開２００５−１８９９号公報 First, as shown in FIG. 11A, a laminated body 14 is formed by laminating silicon (Si) 12 on a silicon carbide (SiC) seed crystal substrate 10. The seed crystal substrate 10 has many impurities and micropipe defects and does not satisfy the high quality required as a semiconductor device as it is. As the silicon 12 stacked on the seed crystal substrate 10, a silicon substrate having a flat shape and a smooth surface is used, and the silicon 12 and the seed crystal substrate 10 are closely attached so that no gap is generated. Next, as shown in FIG. 11 (b), a composite 18 is formed in which the laminate 14 is entirely covered with a silicon carbide (SiC) coating layer 16. The silicon carbide coating layer 16 is a silicon carbide polycrystalline coating layer formed by, for example, a CVD method. With this silicon carbide coating layer 16, laminate 14 made of seed crystal substrate 10 and silicon 12 is enclosed in a closed space. Next, the composite 18 is inserted into a heating furnace (not shown), and heat treatment is performed while maintaining the heating temperature at 2000 ° C. or higher, preferably about 2100 to 2300 ° C., sufficiently higher than the melting point of silicon for a certain time. Then, the silicon 12 shown in FIG. 11 (b) is melted to become a liquid phase of the silicon melt. As a result, as shown in FIG. 11C, the carbon atoms constituting the silicon carbide coating layer 16 are carried to the seed crystal substrate 10 side through the silicon melt, and micropipe defects are formed on the seed crystal substrate 10. An epitaxial layer 20 with reduced generation is formed. Further, since the liquid phase of the silicon melt is covered with the silicon carbide coating layer 16, the solubility of carbon in the silicon melt at a temperature of about 2100 to 2300 ° C. sufficiently higher than the melting point of silicon as described above. Thus, efficient liquid phase growth of the epitaxial layer 20 with improved crystal growth rate can be realized. Next, after thinning and polishing the silicon carbide coating layer 16 remaining thin in the composite 18A of FIG. 11C, the remaining silicon 12 layer is treated with a chemical such as hydrofluoric acid or nitric acid. By doing so, the silicon carbide coating layer 16 and the silicon 12 are removed from the composite 18A. As a result, as shown in FIG. 11D, a semiconductor device manufacturing material 22 is obtained in which a high-quality epitaxial layer 20 is grown on the front and back surfaces of the seed crystal substrate 10.
JP 2005-294611 A JP 2005-1899 A

図１０に示したＳｉＣ基板９０の製造方法では、ＳｉＣ基板１０上にバッファ層３を形成する場合、該バッファ層３には、基板の構成元素であるシリコン（Ｓｉ）原子と炭素（Ｃ）原子以外のゲルマニウム（Ｇｅ）原子を導入する必要がある。しかしながら、
ゲルマニウム原子の導入は、新たに転位欠陥を生み出す起源となりうるものであり、ＳｉＣ基板１０の結晶品質が極めて悪い場合には有効であるが、ＳｉＣ基板１０の品質がある程度高品質な場合には、基板１の転位欠陥５の一部は欠陥終端層２で終端できるものの、新たにバッファ層３中から転位欠陥が発生し、上層のＳｉＣエピタキシャル層４に転位欠陥が到達してしまう欠点がある。 In the method of manufacturing SiC substrate 90 shown in FIG. 10, when buffer layer 3 is formed on SiC substrate 10, silicon (Si) atoms and carbon (C) atoms, which are constituent elements of the substrate, are formed on buffer layer 3. It is necessary to introduce other germanium (Ge) atoms. However,
The introduction of germanium atoms can be a source of new generation of dislocation defects, and is effective when the crystal quality of the SiC substrate 10 is extremely poor, but when the quality of the SiC substrate 10 is high to some extent, Although a part of the dislocation defects 5 of the substrate 1 can be terminated by the defect termination layer 2, there is a defect that a dislocation defect is newly generated from the buffer layer 3 and the dislocation defect reaches the upper SiC epitaxial layer 4.

また、図１１に示したＳｉＣ基板２２の製造方法では、マイクロパイプ欠陥の密度は低減されるものの、マイクロパイプ以外の微細な転位欠陥に対しては、ほとんど低減効果がない。この原因を推定すると、図１１（ロ）と図１１（ハ）に示した工程において周囲を炭化珪素（ＳｉＣ）被覆層１６で全面被覆していることから、熱処理時に炭化珪素（ＳｉＣ）種結晶基板１０の表面部分に大きな熱応力が発生するためであると考えられる。該熱応力のため、マイクロパイプ欠陥のような極めて大きな欠陥に対しては効果があったものの、微小な応力で発生するような転位欠陥に対しては逆に悪影響を与えているものと推測される。 Further, in the method of manufacturing SiC substrate 22 shown in FIG. 11, the density of micropipe defects is reduced, but there is almost no reduction effect for fine dislocation defects other than micropipes. When this cause is estimated, the silicon carbide (SiC) seed crystal is formed during the heat treatment because the entire periphery is covered with the silicon carbide (SiC) coating layer 16 in the steps shown in FIGS. 11 (b) and 11 (c). This is probably because a large thermal stress is generated on the surface portion of the substrate 10. Although it was effective against extremely large defects such as micropipe defects due to the thermal stress, it was presumed that it had an adverse effect on dislocation defects that occurred with minute stress. The

そこで、本発明は、炭化珪素からなる半導体基板の製造方法であって、原炭化珪素基板に内在する微細な転移欠陥等を十分に終端すると共に、新たな微細欠陥の発生を抑制することのできる半導体基板の製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide , which can sufficiently terminate fine transition defects and the like inherent in the original silicon carbide substrate and suppress the generation of new fine defects. It aims at providing the manufacturing method of a semiconductor substrate.

請求項１に記載の発明は、炭化珪素からなる半導体基板の製造方法であって、単結晶の原炭化珪素基板上に、９０ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子からなるシリコン供給部を形成する、シリコン供給部形成工程と、前記原炭化珪素基板上に、シリコン（Ｓｉ）原子を１０ａｔｍ％以下とし、熱分解して炭素（Ｃ）原子を供給可能な、炭素供給部を形成する、炭素供給部形成工程と、前記シリコン供給部および炭素供給部が形成された原炭化珪素基板を、１８００℃以上で熱処理する、熱処理工程と、前記熱処理後において、前記原炭化珪素基板に当接して形成される低転移欠陥炭化珪素層を残して、前記低転移欠陥炭化珪素層上の熱処理生成物を除去する、熱処理生成物除去工程とを有してなり、前記炭素供給部が、膜状の有機レジスト層または無機炭素粒子を含有する有機材層からなる炭素含有層であり、前記炭素供給部形成工程において、前記炭素含有層を、前記シリコン供給部を覆うようにして形成することを特徴としている。 The invention according to claim 1 is a method for manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide, wherein a silicon supply portion made of silicon (Si) atoms of 90 atm% or more is formed on a single crystal raw silicon carbide substrate. A silicon supply unit forming step and a carbon supply unit for forming a carbon supply unit capable of supplying carbon (C) atoms by pyrolysis by setting silicon (Si) atoms to 10 atm% or less on the raw silicon carbide substrate. Forming a raw silicon carbide substrate on which the silicon supply part and the carbon supply part are formed, heat treatment at 1800 ° C. or higher, and after the heat treatment, formed in contact with the raw silicon carbide substrate leaving low metastatic defect silicon carbide layer, wherein the removal of the heat treatment product of the low metastatic defect silicon carbide layer, Ri Na and a heat treatment product removing step, the carbon supply unit, membranous organic resist Or a carbon-containing layer made of an organic material layer containing an inorganic carbon particles, in the carbon supply portion forming step, the carbon-containing layer is characterized that you formed so as to cover the silicon supply unit.

上記半導体基板の製造方法における低転移欠陥炭化珪素層の成長は、以下のようにして進むと考えられる。すなわち、シリコン供給部は、１８００℃以上の熱処理で、Ｓｉ原子の液相や気相となる。一方、炭素供給部は、１８００℃以上の熱処理で熱分解して、Ｃ原子の固相や気相となり、一部が上記Ｓｉ原子の液相や気相中に拡散する。このようにして供給されるＳｉ原子とＣ原子が原炭化珪素基板上で反応（Ｓｉ＋Ｃ→ＳｉＣ）してＳｉＣとなるが、この時生成するＳｉＣは、表面エネルギーの大きい微細欠陥部に優先的に付着して、転移欠陥等の微細欠陥部を終端することとなる。これによって、上記半導体基板の製造方法では、原炭化珪素基板にある表面の微細欠陥密度を、低転移欠陥炭化珪素層において低減することが可能になる。 It is considered that the growth of the low transition defect silicon carbide layer in the semiconductor substrate manufacturing method proceeds as follows. That is, the silicon supply part becomes a liquid phase or a gas phase of Si atoms by heat treatment at 1800 ° C. or higher. On the other hand, the carbon supply part is thermally decomposed by heat treatment at 1800 ° C. or higher to become a solid phase or vapor phase of C atoms, and part of it diffuses into the liquid phase or vapor phase of Si atoms. The Si atoms and C atoms supplied in this way react on the raw silicon carbide substrate (Si + C → SiC) to become SiC, but the SiC generated at this time is preferentially applied to fine defect portions having a large surface energy. It adheres and terminates fine defects such as transition defects. Thus, in the method for manufacturing a semiconductor substrate, the fine defect density on the surface of the original silicon carbide substrate can be reduced in the low transition defect silicon carbide layer.

上記半導体基板の製造方法では、シリコン供給部形成工程で形成した９０ａｔｍ％以上のＳｉ原子からなるシリコン供給部と、炭素供給部形成工程で形成したＳｉ原子を１０ａｔｍ％以下とし、熱分解してＣ原子を供給可能な炭素供給部とを、熱処理工程において単結晶の原炭化珪素基板上で反応させて、原炭化珪素基板に当接する低転移欠陥炭化珪素層を形成する。従って、上記製造方法によれば、従来の製造方法のようにゲルマニウム等の重い第３元素を含有させたバッファ層を原炭化珪素基板上に設けることなく、熱処理後において原炭化珪素基板上に低転移欠陥炭化珪素層を形成することができる。このため、該低転移欠陥炭化珪素層においては、従来の製造方法のバッファ層において見られるような、ゲルマニウム等の重い第３元素を要因とする新たな転位欠陥の発生は見られない。 In the semiconductor substrate manufacturing method, the silicon supply part formed of 90 atm% or more of Si atoms formed in the silicon supply part forming process and the Si atoms formed in the carbon supply part forming process of 10 atm% or less are thermally decomposed and C A carbon supply portion capable of supplying atoms is reacted on the single crystal raw silicon carbide substrate in the heat treatment step to form a low transition defect silicon carbide layer in contact with the raw silicon carbide substrate. Therefore, according to the manufacturing method described above, the buffer layer containing the heavy third element such as germanium is not provided on the raw silicon carbide substrate as in the conventional manufacturing method, and the low temperature is reduced on the raw silicon carbide substrate after the heat treatment. A transition defect silicon carbide layer can be formed. For this reason, in the low transition defect silicon carbide layer, generation of new dislocation defects caused by a heavy third element such as germanium as seen in the buffer layer of the conventional manufacturing method is not observed.

また、上記製造方法においては、シリコン供給部と反応させる炭素供給部を、Ｓｉ原子を１０ａｔｍ％以下として、熱分解してＣ原子を供給可能な材料としている。該炭素供給部は、有機材料であってもよいし無機の炭素材であってもよいが、無機のＳｉＣ粒子として存在する量を最大１０ａｔｍ％として、無機のＳｉＣ粒子の含有量をできるだけ低くすることが好ましい。このように、上記製造方法においては、別の従来の製造方法のように、シリコン基板（シリコン供給部）と反応させる炭素供給部を、ＳｉＣ被覆層としていない。従って、上記製造方法では、該従来の製造方法のように炭素供給部であるＳｉＣ被覆層が反応後にも残って、種結晶基板上に形成されたエピタキシャル層に不要な熱応力を発生することがない。また、該従来の製造方法においては、熱処理によって形成される種結晶基板上のエピタキシャル層に、Ｃ原子だけでなく、ＳｉＣ被覆層から未反応のＳｉＣ粒子も供給されると考えられる。しかしながら、上記製造方法によれば、熱処理によって形成される原炭化珪素基板上の低転移欠陥炭化珪素層に、未反応のＳｉＣ粒子が供給されることがほとんどなく、低転移欠陥炭化珪素層をシリコン供給部からのＳｉ原子と炭素供給部からの熱分解したＣ原子のみで成長させることができると考えられる。従って、上記製造方法により製造された半導体基板の低転移欠陥炭化珪素層においては、マイクロパイプ欠陥のような極めて大きな欠陥だけでなく、微小な応力で発生するような転位欠陥についても低減することができる。 Moreover, in the said manufacturing method, the carbon supply part made to react with a silicon supply part is made into the material which can supply C atom by thermally decomposing, making Si atom 10atm% or less. The carbon supply unit may be an organic material or an inorganic carbon material, but the amount of inorganic SiC particles is made as low as possible by setting the amount present as inorganic SiC particles to a maximum of 10 atm%. It is preferable. Thus, in the said manufacturing method, the carbon supply part made to react with a silicon substrate (silicon supply part) is not made into the SiC coating layer like another conventional manufacturing method. Therefore, in the above manufacturing method, the SiC coating layer that is the carbon supply portion remains after the reaction as in the conventional manufacturing method, and unnecessary thermal stress is generated in the epitaxial layer formed on the seed crystal substrate. Absent. In the conventional manufacturing method, it is considered that not only C atoms but also unreacted SiC particles are supplied from the SiC coating layer to the epitaxial layer on the seed crystal substrate formed by the heat treatment. However, according to the above manufacturing method, the unreacted SiC particles are hardly supplied to the low transition defect silicon carbide layer on the raw silicon carbide substrate formed by the heat treatment, and the low transition defect silicon carbide layer is made of silicon. It is thought that it can be grown only with Si atoms from the supply section and pyrolyzed C atoms from the carbon supply section. Therefore, in the low transition defect silicon carbide layer of the semiconductor substrate manufactured by the above manufacturing method, not only extremely large defects such as micropipe defects but also dislocation defects generated by minute stress can be reduced. it can.

さらに、上記製造方法における前記炭素供給部は、膜状の有機レジスト層または無機炭素粒子を含有する有機材層からなる炭素含有層であり、前記炭素供給部形成工程において、前記炭素含有層を、前記シリコン供給部を覆うようにして形成する。
これによれば、炭素供給部を膜状の炭素含有層にすることで、原炭化珪素基板上へのＣ供給量を該炭素含有層の厚さで適宜管理することができる。また、シリコン供給部を覆うようにして該炭素含有層を形成することで、１８００℃以上での熱処理時において、該炭素含有層が熱分解して生成する固相のＣ原子からなる層が液相または気相状態にあるシリコン供給部を覆うこととなり、シリコン供給部からの気相状態にあるＳｉ原子の無駄な蒸散を抑制することができる。
また、上記炭素含有層は、前述したように有機材料であってもよいし無機の炭素材であってもよいが、上記製造方法においては、有機レジスト層または無機炭素粒子を含有する有機材層としている。炭素含有層として有機レジスト層を用いる場合には、簡単に精度よく所定量をシリコン供給部上に形成することができる。また、炭素含有接着材や炭素含有表面コート材のような無機炭素粒子を含有する有機材からなる層の場合には、有機レジスト層を用いる場合に較べて、単位体積あたりのＣ原子供給量を大きくすることができる。
以上のようにして、上記半導体基板の製造方法は、炭化珪素からなる半導体基板の製造方法であって、原炭化珪素基板に内在する微細な転移欠陥等を十分に終端すると共に、新たな微細欠陥の発生を抑制することのできる半導体基板の製造方法とすることができる。
請求項２に記載のように、炭素含有層として有機材料を用いる場合には、例えば真空蒸着、ＣＶＤまたは塗布等を利用して形成することができ、炭素含有層として無機の炭素材を用いる場合には、例えばスパッタまたはイオンビームスパッタを利用して形成することができる。
詳細な試験によれば、１８００℃以上の熱処理において原炭化珪素基板上での十分なＣ原子供給量を確保するため、請求項３に記載のように、前記炭素含有層の厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。 Furthermore, the carbon supply part in the manufacturing method is a carbon-containing layer made of a film-like organic resist layer or an organic material layer containing inorganic carbon particles, and in the carbon supply part forming step, the carbon-containing layer is It is formed so as to cover the silicon supply part.
According to this, by making the carbon supply part into a film-like carbon-containing layer, the amount of C supply onto the raw silicon carbide substrate can be appropriately managed by the thickness of the carbon-containing layer. In addition, by forming the carbon-containing layer so as to cover the silicon supply portion, a layer composed of solid-state C atoms generated by thermal decomposition of the carbon-containing layer during the heat treatment at 1800 ° C. or higher is a liquid. The silicon supply part in the phase or gas phase state is covered, and wasteful evaporation of Si atoms in the gas phase state from the silicon supply part can be suppressed.
Further, as described above, the carbon-containing layer may be an organic material or an inorganic carbon material. However, in the manufacturing method, an organic resist layer or an organic material layer containing inorganic carbon particles is used. It is said. When an organic resist layer is used as the carbon-containing layer, a predetermined amount can be easily and accurately formed on the silicon supply unit. In addition, in the case of a layer made of an organic material containing inorganic carbon particles such as a carbon-containing adhesive or a carbon-containing surface coating material, the amount of C atoms supplied per unit volume is smaller than when an organic resist layer is used. Can be bigger.
As described above, the method for manufacturing a semiconductor substrate is a method for manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide, which sufficiently terminates fine transition defects and the like inherent in the original silicon carbide substrate, and provides new fine defects. It can be set as the manufacturing method of the semiconductor substrate which can suppress generation | occurrence | production of this.
When an organic material is used as the carbon-containing layer as described in claim 2, it can be formed using, for example, vacuum deposition, CVD or coating, and an inorganic carbon material is used as the carbon-containing layer. For example, sputtering or ion beam sputtering can be used.
According to a detailed test, in order to secure a sufficient supply amount of C atoms on the raw silicon carbide substrate in heat treatment at 1800 ° C. or higher, the thickness of the carbon-containing layer is 1 μm as described in claim 3. The above is preferable.

上記製造方法における前記シリコン供給部は、請求項４に記載のように、９９ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子を含有する、膜状のシリコン層とすることが好ましい。Ｓｉ原子の含有量を多くするほど高純度のＳｉ供給源とすることができると共に、膜状にすることで、原炭化珪素基板上へのＳｉ供給量を該シリコン層の厚さで適宜管理することができる。 The silicon supply unit in the above manufacturing method, as claimed in claim 4, containing 99atm% or more silicon (Si) atom, they are preferable that the film-shaped silicon layer. The higher the Si atom content, the higher the purity of the Si supply source. In addition, by forming a film, the Si supply amount on the original silicon carbide substrate is appropriately controlled by the thickness of the silicon layer. be able to.

この場合、例えば請求項５に記載のように、前記シリコン層は、単結晶シリコン層、多結晶シリコン層またはアモルファスシリコン層のいずれであってもよい。また、前記シリコン層は、例えば請求項６に記載のように、真空蒸着、スパッタ、イオンビームスパッタ、ＣＶＤまたは塗布により形成することができる。詳細な試験によれば、１８００℃以上の熱処理において原炭化珪素基板上での十分なＳｉ原子供給量を確保するため、請求項７に記載のように、前記シリコン層の厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。 In this case, for example, as described in claim 5 , the silicon layer may be any of a single crystal silicon layer, a polycrystalline silicon layer, and an amorphous silicon layer. The silicon layer can be formed by, for example, vacuum deposition, sputtering, ion beam sputtering, CVD, or coating as described in claim 6 . According to a detailed test, in order to ensure a sufficient supply amount of Si atoms on the raw silicon carbide substrate in a heat treatment at 1800 ° C. or higher, the thickness of the silicon layer is 1 μm or more as described in claim 7. It is preferable that

上記製造方法における前記シリコン供給部は、膜状のシリコン層に限らず、請求項８に記載のように、９９ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子を含有する、シリコン基板であってもよい。これによれば、上記膜状のシリコン層と較べて、簡単に高純度のＳｉ供給源とすることができる。 The silicon supply part in the manufacturing method is not limited to a film-like silicon layer, and may be a silicon substrate containing 99 atm% or more of silicon (Si) atoms as described in claim 8 . According to this, compared with the said film-like silicon layer, it can be set as a highly purified Si supply source easily.

この場合、例えば請求項９に記載のように、前記シリコン基板は、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板のいずれであってもよい。請求項１０に記載のように、前記シリコン基板の厚さは、取り扱いが容易であることから、２０μｍ以上であることが好ましい。 In this case, for example, as described in claim 9 , the silicon substrate may be either a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate. As described in claim 10 , the thickness of the silicon substrate is preferably 20 μm or more because it is easy to handle.

請求項１１に記載の発明は、炭化珪素からなる半導体基板の製造方法であって、単結晶の原炭化珪素基板上に、９０ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子からなるシリコン供給部を形成する、シリコン供給部形成工程と、前記原炭化珪素基板上に、シリコン（Ｓｉ）原子を１０ａｔｍ％以下とし、熱分解して炭素（Ｃ）原子を供給可能な、炭素供給部を形成する、炭素供給部形成工程と、前記シリコン供給部および炭素供給部が形成された原炭化珪素基板を、１８００℃以上で熱処理する、熱処理工程と、前記熱処理後において、前記原炭化珪素基板に当接して形成される低転移欠陥炭化珪素層を残して、前記低転移欠陥炭化珪素層上の熱処理生成物を除去する、熱処理生成物除去工程とを有してなり、前記シリコン供給部が、９９ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子を含有する、膜状のシリコン層であり、前記炭素供給部が、膜状の炭素含有層であり、前記シリコン供給部形成工程および前記炭素供給部形成工程により、前記シリコン層と前記炭素含有層を、交互に繰り返し積層した状態で、前記原炭化珪素基板上に形成することを特徴としている。
上記半導体基板の製造方法は、前記シリコン供給部を、９９ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子を含有する、膜状のシリコン層とし、前記炭素供給部を、膜状の炭素含有層とする場合において、前記シリコン供給部形成工程および前記炭素供給部形成工程により、前記シリコン層と前記炭素含有層を、交互に繰り返し積層した状態で、前記原炭化珪素基板上に形成する。これによれば、膜状のシリコン層と炭素含有層を用いる場合であっても、比較的均一な状態で、十分な量のＳｉ原子とＣ原子を原炭化珪素基板上に供給することができる。 The invention according to claim 11 is a method for manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide, wherein a silicon supply portion made of silicon (Si) atoms of 90 atm% or more is formed on a single crystal raw silicon carbide substrate. A silicon supply unit forming step and a carbon supply unit for forming a carbon supply unit capable of supplying carbon (C) atoms by pyrolysis by setting silicon (Si) atoms to 10 atm% or less on the raw silicon carbide substrate. Forming a raw silicon carbide substrate on which the silicon supply part and the carbon supply part are formed, heat treatment at 1800 ° C. or higher, and after the heat treatment, formed in contact with the raw silicon carbide substrate A heat treatment product removing step of removing a heat treatment product on the low transition defect silicon carbide layer, leaving a low transition defect silicon carbide layer, wherein the silicon supply portion is 99 atm% It is a film-like silicon layer containing silicon (Si) atoms above, and the carbon supply part is a film-like carbon-containing layer, and the silicon supply part formation step and the carbon supply part formation step A silicon layer and the carbon-containing layer are alternately and repeatedly stacked on the raw silicon carbide substrate.
In the semiconductor substrate manufacturing method, the silicon supply part is a film-like silicon layer containing 99 atomic% or more silicon (Si) atoms, and the carbon supply part is a film-like carbon-containing layer. Then , the silicon layer and the carbon-containing layer are alternately and repeatedly stacked on the raw silicon carbide substrate by the silicon supply part formation step and the carbon supply part formation step . According to this, even when a film-like silicon layer and a carbon-containing layer are used, a sufficient amount of Si atoms and C atoms can be supplied onto the original silicon carbide substrate in a relatively uniform state. .

上述した半導体基板の製造方法のいずれにおいても、請求項１２に記載のように、前記熱処理工程において、前記シリコン供給部および炭素供給部が形成された原炭化珪素基板を、２５００℃以下で熱処理することが好ましい。詳細な試験によれば、２５００℃より高い温度で熱処理を行うと、上記低転移欠陥炭化珪素層において発生する微細欠陥の密度が再び増大する。その理由は明らかでないが、２５００℃より高温の場合には、気相状態にあるＳｉ原子が多くなって、シリコン供給部からの気相状態にあるＳｉ原子の無駄な蒸散が多くなって、原炭化珪素基板上で十分なＳｉ原子供給量が確保されていない可能性がある。 In any of the manufacturing method of the semiconductor substrates described above also, as described in claim 1 2 heat treatment, in the heat treatment step, the original silicon carbide substrate having the silicon supply and carbon supply portion is formed, at 2500 ° C. or less It is preferable to do. According to a detailed test, when heat treatment is performed at a temperature higher than 2500 ° C., the density of fine defects generated in the low transition defect silicon carbide layer increases again. The reason is not clear, but when the temperature is higher than 2500 ° C., the number of Si atoms in the gas phase increases, and the unnecessary evaporation of Si atoms in the gas phase from the silicon supply unit increases. There is a possibility that a sufficient supply amount of Si atoms is not ensured on the silicon carbide substrate.

上述した半導体基板の製造方法は、いずれも、請求項１３に記載のように、前記熱処理生成物除去工程後の半導体基板を前記原炭化珪素基板として、前記シリコン供給部形成工程、前記炭素供給部形成工程、前記熱処理工程および前記熱処理生成物除去工程を、繰り返し実施することができる。これによれば、繰り返し実施によって形成される低転移欠陥炭化珪素層において、繰り返し実施前の低転移欠陥炭化珪素層に残っている微細欠陥の密度を、さらに低減することができる。 The method of manufacturing a semiconductor substrate as described above are all as described in claim 1 3, the semiconductor substrate after the heat treatment product removing step as the raw silicon carbide substrate, the silicon supply portion forming step, the carbon supply The part forming step, the heat treatment step, and the heat treatment product removal step can be repeatedly performed. According to this, in the low transition defect silicon carbide layer formed by repeated execution, the density of fine defects remaining in the low transition defect silicon carbide layer before repeated execution can be further reduced.

本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる半導体基板の製造方法に関するものである。以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide (SiC). The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体基板の製造方法の一例を示す図で、半導体基板１００の製造工程別の模式的な断面図である。尚、図１における原炭化珪素基板１０は、図１０および図１１における原炭化珪素基板と同じ符号となっている。また、図１では、原炭化珪素基板１０中に当初から存在している微細欠陥部５を、図１０と同様に太線で示してある。 FIGS. 1A to 1D are diagrams showing an example of a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, and are schematic cross-sectional views for each manufacturing process of the semiconductor substrate 100. Note that raw silicon carbide substrate 10 in FIG. 1 has the same reference numerals as the original silicon carbide substrate in FIGS. 10 and 11. Further, in FIG. 1, fine defect portion 5 existing from the beginning in raw silicon carbide substrate 10 is indicated by a thick line as in FIG. 10.

図１の製造方法では、最初に、図１（ａ）に示すように、単結晶の原炭化珪素基板（以下、ＳｉＣ基板と記載）１０上に、９０ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子からなるシリコン供給部３０を形成する。 In the manufacturing method of FIG. 1, first, as shown in FIG. 1A, a silicon (Si) atom of 90 atm% or more is formed on a single crystal raw silicon carbide substrate (hereinafter referred to as an SiC substrate) 10. A silicon supply unit 30 is formed.

図１（ａ）の例に示すシリコン供給部３０は、９９ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子を含有する膜状のシリコン層（以下、Ｓｉ層と略記）である。シリコン供給部３０は、後述するように別の形態であってもよいが、Ｓｉ原子の含有量を多くするほど高純度のＳｉ供給源とすることができると共に、膜状にすることで、後の熱処理時におけるＳｉＣ基板１０上へのＳｉ供給量を該Ｓｉ層３０の厚さで適宜管理することができる。Ｓｉ層３０は、単結晶シリコン層、多結晶シリコン層またはアモルファスシリコン層のいずれであってもよい。ここで、Ｓｉ層３０は、代表的なスパッタで形成した。これに限らず、例えば真空蒸着、イオンビームスパッタ等を用いてもよい。また、例えば有機シリコン層を塗布により形成後、１２０℃から２５０℃で焼成して形成したＳｉ層３０であってもよいし、ＣＶＤ等を用いてシランＳｉＨ_４の熱分解によって成長したＳｉ層３０であってもよい。 The silicon supply unit 30 shown in the example of FIG. 1A is a film-like silicon layer (hereinafter abbreviated as Si layer) containing 99 atomic% or more silicon (Si) atoms. As will be described later, the silicon supply unit 30 may have another form, but as the Si atom content is increased, the silicon supply unit 30 can be a high-purity Si supply source, The amount of Si supplied onto the SiC substrate 10 during the heat treatment can be appropriately controlled by the thickness of the Si layer 30. The Si layer 30 may be a single crystal silicon layer, a polycrystalline silicon layer, or an amorphous silicon layer. Here, the Si layer 30 was formed by typical sputtering. For example, vacuum deposition, ion beam sputtering, or the like may be used. Further, for example, the Si layer 30 may be formed by coating an organic silicon layer and then baking at 120 ° C. to 250 ° C., or the Si layer 30 grown by thermal decomposition of silane SiH ₄ using CVD or the like. It may be.

次に、図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ層３０が形成されたＳｉＣ基板１０上に、シリコン（Ｓｉ）原子を１０ａｔｍ％以下とし、熱分解して炭素（Ｃ）原子を供給可能な、炭素（Ｃ）原子を主体とする炭素供給部４０を形成する。 Next, as shown in FIG. 1B, carbon (C) atoms can be supplied by thermally decomposing silicon (Si) atoms to 10 atm% or less on the SiC substrate 10 on which the Si layer 30 is formed. The carbon supply part 40 mainly composed of carbon (C) atoms is formed.

図１（ｂ）の例に示す炭素供給部４０は、膜状の炭素含有層（以下、Ｃ層と略記）である。このように、炭素供給部４０を膜状にすることで、Ｓｉ層３０の場合と同様に、後の熱処理時におけるＳｉＣ基板１０上へのＣ供給量をＣ層４０の厚さで適宜管理することができる。また、Ｃ層４０は、Ｓｉ層３０を覆うようにして形成することが好ましい。これによって、次の１８００℃以上での熱処理時において、Ｃ層４０が熱分解して生成する固相のＣ原子からなる層が液相または気相状態にあるＳｉ層３０を覆うこととなり、Ｓｉ層３０からの気相状態にあるＳｉ原子の無駄な蒸散を抑制することができる。 The carbon supply unit 40 shown in the example of FIG. 1B is a film-like carbon-containing layer (hereinafter abbreviated as C layer). Thus, by forming the carbon supply unit 40 into a film shape, the amount of C supplied onto the SiC substrate 10 during the subsequent heat treatment is appropriately managed by the thickness of the C layer 40 as in the case of the Si layer 30. be able to. The C layer 40 is preferably formed so as to cover the Si layer 30. As a result, during the next heat treatment at 1800 ° C. or higher, the layer made of solid-state C atoms generated by thermal decomposition of the C layer 40 covers the Si layer 30 in the liquid phase or gas phase state. Wasteful evaporation of Si atoms in the gas phase from the layer 30 can be suppressed.

図１（ｂ）に示すＣ層４０は、有機材料であってもよいし、無機の炭素材であってもよい。Ｃ層４０は、例えば、光感光性の有機レジスト層または無機炭素粒子を含有する有機材層とすることができる。Ｃ層４０として光感光性の有機レジスト層を用いる場合には、簡単に精度よく所定量をＳｉ層３０上に形成することができる。また、炭素含有接着材や炭素含有表面コート材のような無機炭素粒子を含有する有機材からなる層の場合には、有機レジスト層を用いる場合に較べて、単位体積あたりのＣ原子供給量を大きくすることができる。Ｃ層４０として有機材料を用いる場合には、例えば真空蒸着、ＣＶＤまたは塗布等を利用して形成することができ、Ｃ層４０として無機の炭素材を用いる場合には、例えばスパッタまたはイオンビームスパッタを利用して形成することができる。 The C layer 40 shown in FIG. 1B may be an organic material or an inorganic carbon material. The C layer 40 can be, for example, a photosensitive organic resist layer or an organic material layer containing inorganic carbon particles. When a photo-sensitive organic resist layer is used as the C layer 40, a predetermined amount can be easily and accurately formed on the Si layer 30. In addition, in the case of a layer made of an organic material containing inorganic carbon particles such as a carbon-containing adhesive or a carbon-containing surface coating material, the amount of C atoms supplied per unit volume is smaller than when an organic resist layer is used. Can be bigger. When an organic material is used as the C layer 40, it can be formed using, for example, vacuum deposition, CVD, or coating. When an inorganic carbon material is used as the C layer 40, for example, sputtering or ion beam sputtering is used. Can be formed.

次に、Ｓｉ層３０およびＣ層４０が形成されたＳｉＣ基板１０を、１８００℃以上で熱処理する。熱処理雰囲気は、アルゴン、ヘリウム、水素、水素＋窒素混合ガス等の非酸化性雰囲気とする。また、真空であってもかまわない。熱処理温度範囲は、液相化したＳｉ層３０中にＣ層４０からＣ原子が一部拡散する１８００℃以上とし、好適条件は、後述するように、２０００〜２４００℃である。 Next, the SiC substrate 10 on which the Si layer 30 and the C layer 40 are formed is heat-treated at 1800 ° C. or higher. The heat treatment atmosphere is a non-oxidizing atmosphere such as argon, helium, hydrogen, hydrogen + nitrogen mixed gas or the like. A vacuum may also be used. The heat treatment temperature range is 1800 ° C. or higher at which C atoms partially diffuse from the C layer 40 in the liquid phase Si layer 30, and the preferable condition is 2000 to 2400 ° C. as will be described later.

この熱処理により、図１（ｃ）に示すように、ＳｉＣ基板１０に当接して低転移欠陥炭化珪素層（以下、ＳｉＣ層と記載）５０が形成されると共に、該ＳｉＣ層５０上に熱処理生成物６０が堆積する。ＳｉＣ層５０は、主として、Ｃ層４０からＳｉ層３０中に拡散したＣ原子がＳｉ＋Ｃ→ＳｉＣ反応を引き起こし、ＳｉＣ基板１０上で成長したと考えられる。また、熱処理条件によっては、Ｓｉ層３０中にＳｉＣ基板１０からＣ原子が一部拡散してＳｉ層３０中でＳｉ＋Ｃ→ＳｉＣ反応を引き起こし、ＳｉＣ基板１０の別位置に析出形成されたりする場合もあると考えられる。いずれも、熱処理後においては、単結晶のＳｉＣ基板１０に当接して、エピタキシャル成長した単結晶のＳｉＣ層５０が形成されている。また、ＳｉＣ層５０上に残る熱処理生成物６０は、Ｓｉ層３０とＣ層４０の残りやＣ原子が固溶したＳｉ層３０等、非炭化珪素（ＳｉＣ）からなる残渣膜である。 By this heat treatment, as shown in FIG. 1C, a low transition defect silicon carbide layer (hereinafter referred to as SiC layer) 50 is formed in contact with SiC substrate 10, and heat treatment is generated on SiC layer 50. Object 60 is deposited. It is considered that the SiC layer 50 is grown on the SiC substrate 10 mainly because C atoms diffused from the C layer 40 into the Si layer 30 cause a Si + C → SiC reaction. Further, depending on the heat treatment conditions, some C atoms may diffuse from the SiC substrate 10 into the Si layer 30 to cause a Si + C → SiC reaction in the Si layer 30, and may be deposited at another position on the SiC substrate 10. It is believed that there is. In either case, after the heat treatment, an epitaxially grown single crystal SiC layer 50 is formed in contact with the single crystal SiC substrate 10. The heat treatment product 60 remaining on the SiC layer 50 is a residue film made of non-silicon carbide (SiC) such as the remainder of the Si layer 30 and the C layer 40 and the Si layer 30 in which C atoms are dissolved.

最後に、図１（ｄ）に示すように、ＳｉＣ基板１０に当接して形成されたＳｉＣ層５０を残して、図１（ｃ）の熱処理生成物６０を除去する。これによって、単結晶ＳｉＣ基板１０とその上に形成された単結晶のＳｉＣ層５０からなる、半導体基板１００が完成する。 Finally, as shown in FIG. 1D, the heat treatment product 60 of FIG. 1C is removed leaving the SiC layer 50 formed in contact with the SiC substrate 10. As a result, the semiconductor substrate 100 including the single crystal SiC substrate 10 and the single crystal SiC layer 50 formed thereon is completed.

図１（ａ）〜（ｄ）で例示した半導体基板１００の製造方法におけるＳｉＣ層５０の成長は、以下のようにして進むと考えられる。すなわち、Ｓｉ層３０からなるシリコン供給部は、１８００℃以上の熱処理で、Ｓｉ原子の液相や気相となる。一方、Ｃ層４０からなる炭素供給部は、１８００℃以上の熱処理で熱分解して、Ｃ原子の固相や気相となり、一部が上記Ｓｉ原子の液相や気相中に拡散する。このようにして供給されるＳｉ原子とＣ原子がＳｉＣ基板１０上で反応（Ｓｉ＋Ｃ→ＳｉＣ）してＳｉＣとなるが、この時生成するＳｉＣは、表面エネルギーの大きい微細欠陥部５に優先的に付着して析出し、転移欠陥等の微細欠陥部５が終端されたり、欠陥の種類が変換されたりすることとなる。これによって、ＳｉＣ基板１０に存在する微細欠陥部５が、ＳｉＣ層５０の表面に表出することがなくなる。以上のようにして、図１に示す半導体基板１００の製造方法では、ＳｉＣ基板１０にある表面の微細欠陥密度を、ＳｉＣ層５０において低減することが可能になる。 The growth of the SiC layer 50 in the method for manufacturing the semiconductor substrate 100 illustrated in FIGS. 1A to 1D is considered to proceed as follows. In other words, the silicon supply unit composed of the Si layer 30 becomes a liquid phase or vapor phase of Si atoms by heat treatment at 1800 ° C. or higher. On the other hand, the carbon supply part composed of the C layer 40 is thermally decomposed by heat treatment at 1800 ° C. or higher to become a solid phase or gas phase of C atoms, and part of it diffuses into the liquid phase or gas phase of Si atoms. The Si atoms and C atoms thus supplied react on the SiC substrate 10 (Si + C → SiC) to become SiC, but the SiC generated at this time is preferentially given to the fine defect portion 5 having a large surface energy. The fine defect portion 5 such as a transition defect is terminated or deposited, and the type of defect is converted. As a result, the fine defect portion 5 present in the SiC substrate 10 does not appear on the surface of the SiC layer 50. As described above, in the method for manufacturing semiconductor substrate 100 shown in FIG. 1, the fine defect density on the surface of SiC substrate 10 can be reduced in SiC layer 50.

図１（ａ）〜（ｄ）で例示した半導体基板１００の製造方法では、図１（ａ）のシリコン供給部形成工程で形成した９０ａｔｍ％以上のＳｉ原子からなるシリコン供給部３０と、図１（ｂ）の炭素供給部形成工程で形成したＳｉ原子を１０ａｔｍ％以下とし、熱分解してＣ原子を供給可能な炭素供給部４０とを、図１（ｃ）の熱処理工程において単結晶のＳｉＣ基板１０上で反応させて、ＳｉＣ基板１０に当接するＳｉＣ層５０を形成する。従って、図１の製造方法によれば、図１０に示した従来の製造方法のようにゲルマニウム等の重い第３元素を含有させたバッファ層３をＳｉＣ基板１０上に設けることなく、熱処理後においてＳｉＣ基板１０上にＳｉＣ層５０を形成することができる。このため、図１（ｄ）のＳｉＣ層５０においては、図１０に示した従来の製造方法のバッファ層３において見られるような、ゲルマニウム等の重い第３元素を要因とする新たな転位欠陥の発生は見られない。 In the method of manufacturing the semiconductor substrate 100 illustrated in FIGS. 1A to 1D, the silicon supply unit 30 made of 90 atm% or more of Si atoms formed in the silicon supply unit formation step of FIG. The carbon supply part 40 capable of supplying C atoms by thermally decomposing Si atoms formed in the carbon supply part forming step (b) at 10 atm% or less is converted into a single crystal SiC in the heat treatment process of FIG. By reacting on the substrate 10, the SiC layer 50 in contact with the SiC substrate 10 is formed. Therefore, according to the manufacturing method of FIG. 1, the buffer layer 3 containing a heavy third element such as germanium is not provided on the SiC substrate 10 as in the conventional manufacturing method shown in FIG. SiC layer 50 can be formed on SiC substrate 10. Therefore, in the SiC layer 50 of FIG. 1D, new dislocation defects caused by a heavy third element such as germanium as seen in the buffer layer 3 of the conventional manufacturing method shown in FIG. Occurrence is not seen.

また、図１（ａ）〜（ｄ）で例示した半導体基板１００の製造方法においては、シリコン供給部３０と反応させる炭素供給部４０を、Ｓｉ原子を１０ａｔｍ％以下として、熱分解してＣ原子を供給可能な材料としている。該炭素供給部４０は、有機材料であってもよいし無機の炭素材であってもよいが、無機のＳｉＣ粒子として存在する量を最大１０ａｔｍ％として、無機のＳｉＣ粒子の含有量をできるだけ低くすることが好ましい。このように、図１の製造方法においては、図１１に示した従来の製造方法のようにシリコン基板（シリコン供給部）１２と反応させる炭素供給部をＳｉＣ被覆層１６としていない。従って、図１の製造方法では、図１１に示した従来の製造方法のように炭素供給部であるＳｉＣ被覆層１６が反応後にも残って、種結晶基板１０上に形成されたエピタキシャル層２０に不要な熱応力を発生することがない。また、図１１に示した従来の製造方法においては、熱処理によって形成される種結晶基板１０上のエピタキシャル層２０に、Ｃ原子だけでなく、ＳｉＣ被覆層１６から未反応のＳｉＣ粒子も供給されると考えられる。しかしながら、図１の製造方法によれば、熱処理によって形成されるＳｉＣ基板１０上のＳｉＣ層５０に、未反応のＳｉＣ粒子が供給されることがほとんどなく、ＳｉＣ層５０をシリコン供給部３０からのＳｉ原子と炭素供給部４０からの熱分解したＣ原子のみで成長させることができると考えられる。従って、上記製造方法により製造された半導体基板１００のＳｉＣ層５０においては、マイクロパイプ欠陥のような極めて大きな欠陥だけでなく、微小な応力で発生するような転位欠陥についても低減することができる。 Further, in the method for manufacturing the semiconductor substrate 100 illustrated in FIGS. 1A to 1D, the carbon supply unit 40 to be reacted with the silicon supply unit 30 is thermally decomposed with Si atoms of 10 atm% or less to C atoms. Is a material that can be supplied. The carbon supply unit 40 may be an organic material or an inorganic carbon material, but the amount of inorganic SiC particles is set to 10 atm% at the maximum, and the content of inorganic SiC particles is as low as possible. It is preferable to do. As described above, in the manufacturing method of FIG. 1, the SiC coating layer 16 is not used as the carbon supply portion that reacts with the silicon substrate (silicon supply portion) 12 as in the conventional manufacturing method shown in FIG. 11. Therefore, in the manufacturing method of FIG. 1, the SiC coating layer 16 that is the carbon supply portion remains after the reaction as in the conventional manufacturing method shown in FIG. 11, and the epitaxial layer 20 formed on the seed crystal substrate 10 remains on the epitaxial layer 20. Unnecessary thermal stress is not generated. In the conventional manufacturing method shown in FIG. 11, not only C atoms but also unreacted SiC particles are supplied from the SiC coating layer 16 to the epitaxial layer 20 on the seed crystal substrate 10 formed by heat treatment. it is conceivable that. However, according to the manufacturing method of FIG. 1, unreacted SiC particles are hardly supplied to the SiC layer 50 on the SiC substrate 10 formed by the heat treatment, and the SiC layer 50 is removed from the silicon supply unit 30. It is considered that the growth can be performed only with Si atoms and pyrolyzed C atoms from the carbon supply unit 40. Therefore, in the SiC layer 50 of the semiconductor substrate 100 manufactured by the above manufacturing method, not only extremely large defects such as micropipe defects but also dislocation defects generated by a minute stress can be reduced.

以上のようにして、図１（ａ）〜（ｄ）で例示した半導体基板１００の製造方法は、炭化珪素からなる半導体基板１００の製造方法であって、ＳｉＣ基板１０に内在する微細な転移欠陥５等を十分に終端すると共に、新たな微細欠陥の発生を抑制することのできる半導体基板の製造方法となっている。 As described above, the method for manufacturing the semiconductor substrate 100 illustrated in FIGS. 1A to 1D is a method for manufacturing the semiconductor substrate 100 made of silicon carbide, and includes fine transition defects inherent in the SiC substrate 10. This is a method for manufacturing a semiconductor substrate capable of sufficiently terminating 5 and the like and suppressing the occurrence of new fine defects.

次に、図１に示した半導体基板１００の製造方法に関する詳細について説明する。 Next, the details regarding the manufacturing method of the semiconductor substrate 100 shown in FIG.

図２は、熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＳｉ層３０の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５０表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。図２の試験では、Ｃ層４０の厚さを１μｍとして、Ｓｉ層３０の厚さが、それぞれ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、１０μｍの場合について調べた。尚、比較のために、ＳｉＣ基板１０のエッチピット密度１００００個／ｃｍ^２を、同時に一点鎖線で図示してある。 FIG. 2 is a table summarizing the relationship between the thickness of the Si layer 30 before the heat treatment and the density of etch pits found on the surface of the SiC layer 50 in the inspection after the heat treatment using the heat treatment temperature as a parameter. In the test of FIG. 2, the thickness of the C layer 40 was set to 1 μm, and the thickness of the Si layer 30 was examined to be 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, and 10 μm, respectively. For comparison, the etch pit density of 10,000 pcs / cm ² of the SiC substrate 10 is simultaneously shown by a one-dot chain line.

図２の試験結果によれば、１８００℃以上の熱処理においてＳｉＣ基板１０上での十分なＳｉ原子供給量を確保するために、Ｓｉ層３０の厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。この場合には、ＳｉＣ基板１０のエッチピット密度が１００００個／ｃｍ^２であるのに対して、好適な２０００〜２４００℃の温度の熱処理によって得られたＳｉＣ層５０では、エッチピット密度を１０００個／ｃｍ^２以下まで低減できた。 According to the test results of FIG. 2, the thickness of the Si layer 30 is preferably 1 μm or more in order to ensure a sufficient supply amount of Si atoms on the SiC substrate 10 in the heat treatment at 1800 ° C. or higher. In this case, the etch pit density of the SiC substrate 10 is 10,000 pieces / cm ² , whereas the SiC layer 50 obtained by the heat treatment at a preferable temperature of 2000 to 2400 ° C. has an etch pit density of 1000 pieces. / Cm ² or less.

図３は、熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＣ層４０の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５０表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。図３の試験では、Ｓｉ層３０の厚さを１０μｍとして、Ｃ層４０の厚さが、それぞれ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、２０μｍの場合について調べた。 FIG. 3 is a table summarizing the relationship between the thickness of the C layer 40 before the heat treatment and the density of etch pits found on the surface of the SiC layer 50 in the inspection after the heat treatment, using the heat treatment temperature as a parameter. In the test of FIG. 3, the case where the thickness of the Si layer 30 was 10 μm and the thickness of the C layer 40 was 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, and 20 μm was examined.

図３の試験結果によれば、１８００℃以上の熱処理においてＳｉＣ基板１０上での十分なＣ原子供給量を確保するために、Ｃ層４０の厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。熱処理後の状態観察によれば、Ｃ層４０の厚さを０．５μｍとした場合には、熱処理時にはＣ層４０に亀裂が発生していると考えられる。このため、下地のＳｉ層３０を十分に被覆することができず、Ｓｉ層３０からＳｉ原子の蒸発が起こるため、エッチピットの低減効果が得られなかったと考えられる。 According to the test results of FIG. 3, the thickness of the C layer 40 is preferably 1 μm or more in order to ensure a sufficient supply amount of C atoms on the SiC substrate 10 in the heat treatment at 1800 ° C. or higher. According to the state observation after the heat treatment, when the thickness of the C layer 40 is 0.5 μm, it is considered that the C layer 40 is cracked during the heat treatment. For this reason, the underlying Si layer 30 cannot be sufficiently covered, and Si atoms evaporate from the Si layer 30. Therefore, it is considered that the effect of reducing etch pits could not be obtained.

また、図２と図３の試験結果によれば、熱処理工程では、Ｓｉ層３０とＣ層４０が形成されたＳｉＣ基板１０を、１８００℃以上、２５００℃以下で熱処理することが好ましい。１８００℃より低い温度の熱処理ではＳｉＣ層５０が十分に成長することができず、２５００℃より高い温度で熱処理を行うと、ＳｉＣ層５０において発生する微細欠陥の密度が再び増大する。その理由は明らかでないが、２５００℃より高温の場合には、気相状態にあるＳｉ原子が多くなって、Ｓｉ層３０からの気相状態にあるＳｉ原子の無駄な蒸散が多くなって、ＳｉＣ基板１０上で十分なＳｉ原子供給量が確保されていない可能性がある。好適な熱処理温度範囲である２０００〜２４００℃で得られた半導体基板１００では、ＳｉＣ層５０における転移欠陥密度を、ＳｉＣ基板１０における転移欠陥密度の１／１０以下とすることが可能である。 Further, according to the test results of FIGS. 2 and 3, in the heat treatment step, it is preferable to heat-treat the SiC substrate 10 on which the Si layer 30 and the C layer 40 are formed at 1800 ° C. or more and 2500 ° C. or less. The SiC layer 50 cannot be sufficiently grown by the heat treatment at a temperature lower than 1800 ° C., and if the heat treatment is performed at a temperature higher than 2500 ° C., the density of fine defects generated in the SiC layer 50 increases again. The reason is not clear, but when the temperature is higher than 2500 ° C., the number of Si atoms in the gas phase increases, and the unnecessary evaporation of Si atoms in the gas phase from the Si layer 30 increases. There is a possibility that a sufficient supply amount of Si atoms is not ensured on the substrate 10. In the semiconductor substrate 100 obtained at 2000 to 2400 ° C. which is a preferable heat treatment temperature range, the transition defect density in the SiC layer 50 can be 1/10 or less of the transition defect density in the SiC substrate 10.

図４は、本発明に係る製造方法の別の例を示す図で、製造途中にある半導体基板の模式的な断面図である。尚、以下に示す製造方法の各例において、図１に示した各部と同様の部分については、同じ符号を付した。 FIG. 4 is a diagram showing another example of the manufacturing method according to the present invention, and is a schematic cross-sectional view of a semiconductor substrate being manufactured. In addition, in each example of the manufacturing method shown below, the same code | symbol was attached | subjected about the part similar to each part shown in FIG.

図４は、図１（ａ）に示したシリコン供給部形成工程と図１（ｂ）に示した炭素供給部形成工程を、交互に繰り返し実施した後の状態を示す図である。すなわち、図４に示すように、シリコン供給部を膜状のＳｉ層３０とし、炭素供給部を膜状のＣ層４０とする場合には、図１（ａ）に示したシリコン供給部形成工程と図１（ｂ）に示した炭素供給部形成工程により、Ｓｉ層３０とＣ層４０を、交互に繰り返し積層した状態で、ＳｉＣ基板１０上に形成することができる。これによれば、膜状のＳｉ層３０とＣ層４０を用いる場合であっても、比較的均一な状態で、十分な量のＳｉ原子とＣ原子をＳｉＣ基板１０上に供給することができる。図４に示す複数のＳｉ層３０とＣ層４０が交互に繰り返し積層されたＳｉＣ基板１０についても、１８００℃以上の温度で熱処理することにより、図１（ｃ）に示したように、低欠陥密度のＳｉＣ層５０がＳｉＣ基板１０に当接して形成されることは言うまでもない。 FIG. 4 is a diagram showing a state after the silicon supply portion forming step shown in FIG. 1A and the carbon supply portion forming step shown in FIG. 1B are alternately repeated. That is, as shown in FIG. 4, when the silicon supply part is a film-like Si layer 30 and the carbon supply part is a film-like C layer 40, the silicon supply part forming step shown in FIG. 1B, the Si layer 30 and the C layer 40 can be formed on the SiC substrate 10 in a state where they are alternately and repeatedly stacked. According to this, even when the film-like Si layer 30 and C layer 40 are used, a sufficient amount of Si atoms and C atoms can be supplied onto the SiC substrate 10 in a relatively uniform state. . As shown in FIG. 1C, the SiC substrate 10 in which the plurality of Si layers 30 and C layers 40 shown in FIG. Needless to say, the SiC layer 50 having a high density is formed in contact with the SiC substrate 10.

図５は、別の製造方法の例を示す図で、図５（ａ）〜（ｄ）は、半導体基板１０１の製造工程別の模式的な断面図である。図１に示した製造方法では、シリコン供給部として、９９ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子を含有する膜状のＳｉ層３０を形成していた。これに対して、図５に示す製造方法では、シリコン供給部として、９９ａｔｍ％以上のシリコン（Ｓｉ）原子を含有する、シリコン基板（以下、Ｓｉ基板と略記）３１としている。その後は、図１のＳｉ層３０を用いる場合と同様にして、半導体基板１０１を製造することができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the manufacturing method, and FIGS. 5A to 5D are schematic cross-sectional views for each manufacturing process of the semiconductor substrate 101. In the manufacturing method shown in FIG. 1, a film-like Si layer 30 containing 99 atm% or more of silicon (Si) atoms is formed as a silicon supply portion. On the other hand, in the manufacturing method shown in FIG. 5, a silicon substrate (hereinafter abbreviated as Si substrate) 31 containing 99 atm% or more of silicon (Si) atoms is used as the silicon supply section. Thereafter, the semiconductor substrate 101 can be manufactured in the same manner as in the case of using the Si layer 30 of FIG.

すなわち、最初に、図５（ａ）に示すように、単結晶のＳｉＣ基板１０上に、Ｓｉ基板３１を配置する。Ｓｉ基板３１は、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板のいずれであってもよい。請求項８に記載のように、Ｓｉ基板３１の厚さは、取り扱いが容易であることから、２０μｍ以上であることが好ましい。次に、図５（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板３１が配置されたＳｉＣ基板１０上に、Ｃ層４１を形成する。この場合も、Ｓｉ基板３１を覆うようにして、Ｃ層４１を形成することが好ましい。次に、Ｓｉ基板３１上にＣ層４１が形成されたＳｉＣ基板１０を、１８００℃以上で熱処理する。この熱処理により、図５（ｃ）に示すように、ＳｉＣ基板１０に当接して低欠陥密度のＳｉＣ層５１が形成されると共に、該ＳｉＣ層５１上に熱処理生成物６１が堆積する。最後に、図５（ｄ）に示すように、ＳｉＣ基板１０に当接して形成されたＳｉＣ層５１を残して、図５（ｃ）の熱処理生成物６１や残っているＣ層４１を除去する。これによって、単結晶ＳｉＣ基板１０とその上に形成された単結晶のＳｉＣ層５１からなる、半導体基板１０１が完成する。図５の製造方法で使用されているＳｉ基板３１は、高純度の基板が容易に入手でき、図１の製造方法で使用されているＳｉ層３０と較べて、簡単に高純度のＳｉ供給源とすることができる。 That is, first, as shown in FIG. 5A, the Si substrate 31 is arranged on the single crystal SiC substrate 10. The Si substrate 31 may be either a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate. As described in claim 8, the thickness of the Si substrate 31 is preferably 20 μm or more because it is easy to handle. Next, as shown in FIG. 5B, a C layer 41 is formed on the SiC substrate 10 on which the Si substrate 31 is disposed. Also in this case, it is preferable to form the C layer 41 so as to cover the Si substrate 31. Next, the SiC substrate 10 having the C layer 41 formed on the Si substrate 31 is heat-treated at 1800 ° C. or higher. By this heat treatment, as shown in FIG. 5C, the SiC layer 51 having a low defect density is formed in contact with the SiC substrate 10, and a heat treatment product 61 is deposited on the SiC layer 51. Finally, as shown in FIG. 5D, the heat treatment product 61 and the remaining C layer 41 in FIG. 5C are removed, leaving the SiC layer 51 formed in contact with the SiC substrate 10. . As a result, the semiconductor substrate 101 including the single crystal SiC substrate 10 and the single crystal SiC layer 51 formed thereon is completed. As the Si substrate 31 used in the manufacturing method of FIG. 5, a high-purity substrate can be easily obtained, and compared with the Si layer 30 used in the manufacturing method of FIG. It can be.

図６は、熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＳｉ基板３１の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５１表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。図６の試験では、Ｃ層４１の厚さを１μｍとして、Ｓｉ基板３１の厚さが、それぞれ、２０μｍ、１００μｍ、５００μｍの場合について調べた。 FIG. 6 is a table summarizing the relationship between the thickness of the Si substrate 31 before the heat treatment and the density of etch pits found on the surface of the SiC layer 51 in the inspection after the heat treatment using the heat treatment temperature as a parameter. In the test of FIG. 6, the thickness of the C layer 41 was set to 1 μm, and the thickness of the Si substrate 31 was examined to be 20 μm, 100 μm, and 500 μm, respectively.

また、図７は、熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＣ層４１の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５１表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。図７の試験では、Ｓｉ基板３１の厚さを５０μｍとして、Ｃ層４１の厚さが、それぞれ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、２０μｍの場合について調べた。 FIG. 7 is a table summarizing the relationship between the thickness of the C layer 41 before the heat treatment and the density of etch pits found on the surface of the SiC layer 51 in the inspection after the heat treatment using the heat treatment temperature as a parameter. In the test of FIG. 7, the thickness of the Si substrate 31 was set to 50 μm, and the thickness of the C layer 41 was examined to be 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, and 20 μm, respectively.

図６と図７の試験結果からわかるように、シリコン供給部としてＳｉ基板３１を用いる場合にも、図２に示したシリコン供給部としてＳｉ層３０を用いた場合と同様に、好適な２０００〜２４００℃の温度の熱処理によって得られたＳｉＣ層５１では、エッチピット密度を１０００個／ｃｍ^２以下まで低減できた。 As can be seen from the test results of FIG. 6 and FIG. 7, when the Si substrate 31 is used as the silicon supply unit, a suitable 2000 to 2000 is used as in the case where the Si layer 30 is used as the silicon supply unit shown in FIG. In the SiC layer 51 obtained by the heat treatment at a temperature of 2400 ° C., the etch pit density could be reduced to 1000 pieces / cm ² or less.

図８も、別の製造方法の例を示す図で、図８（ａ）〜（ｃ）は、半導体基板１０２の製造工程別の模式的な断面図である。図１と図５に示した製造方法では、シリコン供給部と炭素供給部を、それぞれ分離した状態で、ＳｉＣ基板１０上に配置していた。これに対して、図８に示す製造方法では、シリコン粉末混合物（以下、Ｓｉ混合物と略記）３２と炭素粉末混合物（以下、Ｃ混合物と略記）４２を混合した状態で、ＳｉＣ基板１０上に配置している。その後は、図１のＳｉ層３０を用いる場合と同様にして、半導体基板１０２を製造することができる。 FIG. 8 is also a diagram illustrating an example of another manufacturing method, and FIGS. 8A to 8C are schematic cross-sectional views for each manufacturing process of the semiconductor substrate 102. In the manufacturing method shown in FIGS. 1 and 5, the silicon supply unit and the carbon supply unit are arranged on the SiC substrate 10 in a state where they are separated from each other. On the other hand, in the manufacturing method shown in FIG. 8, the silicon powder mixture (hereinafter abbreviated as Si mixture) 32 and the carbon powder mixture (hereinafter abbreviated as C mixture) 42 are mixed and arranged on the SiC substrate 10. is doing. Thereafter, the semiconductor substrate 102 can be manufactured in the same manner as in the case of using the Si layer 30 of FIG.

すなわち、最初に、図８（ａ）に示すように、単結晶のＳｉＣ基板１０上に、Ｓｉ混合物３２とＣ混合物４２を混合した状態で配置する。Ｓｉ混合物３２は、シリコン粉末またはシリコン化合物粉末の混合物で、シリコン供給部として機能する。例えば、Ｓｉ混合物３２として、Ｓｉ微粉末や有機レジスト、水、でんぷんのり、エタノール、メタノール、キシレン、アセトン、イソプロピルアルコールとの混合物等を利用することができる。あるいは、これに限らず、Ｓｉ樹脂接着剤や室温硬化型シリコーンゴム等であってもよい。また、Ｃ混合物４２は、炭素粉末または炭素化合物粉の混合物で、炭素供給部として機能する。例えば、Ｃ混合物４２として、Ｃ微粉末、カーボン接着剤、Ｃ微粉末と有機溶剤やシアノアクリル酸アルキル、エポキシ樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリクロロプレン、酢酸ビニル等との混合物を利用することができる。これらＳｉ混合物３２とＣ混合物４２を混合し、印刷、スピンナ、はけ塗り等により塗布して、ＳｉＣ基板１０上に配置する。 That is, first, as shown in FIG. 8A, the Si mixture 32 and the C mixture 42 are arranged in a mixed state on the single crystal SiC substrate 10. The Si mixture 32 is a mixture of silicon powder or silicon compound powder and functions as a silicon supply unit. For example, as the Si mixture 32, Si fine powder, organic resist, water, starch paste, a mixture of ethanol, methanol, xylene, acetone, isopropyl alcohol, or the like can be used. Or not only this but Si resin adhesive, room temperature curable silicone rubber, etc. may be sufficient. The C mixture 42 is a mixture of carbon powder or carbon compound powder and functions as a carbon supply unit. For example, as C mixture 42, mixture of C fine powder, carbon adhesive, C fine powder and organic solvent, alkyl cyanoacrylate, epoxy resin, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyamide resin, polychloroprene, vinyl acetate, etc. Can be used. The Si mixture 32 and the C mixture 42 are mixed, applied by printing, spinner, brushing, or the like, and placed on the SiC substrate 10.

次に、Ｓｉ混合物３２とＣ混合物４２からなる混合物層が配置されたＳｉＣ基板１０を、１８００℃以上で熱処理する。この熱処理により、図８（ｂ）に示すように、ＳｉＣ基板１０に当接して低欠陥密度のＳｉＣ層５２が形成されると共に、該ＳｉＣ層５２上に熱処理生成物６２が堆積する。 Next, the SiC substrate 10 on which the mixture layer composed of the Si mixture 32 and the C mixture 42 is disposed is heat-treated at 1800 ° C. or higher. By this heat treatment, as shown in FIG. 8B, a SiC layer 52 having a low defect density is formed in contact with the SiC substrate 10, and a heat treatment product 62 is deposited on the SiC layer 52.

最後に、図８（ｃ）に示すように、ＳｉＣ基板１０に当接して形成されたＳｉＣ層５２を残して、図８（ｃ）の熱処理生成物６２や残っているＣ混合物４２を除去する。これによって、単結晶ＳｉＣ基板１０とその上に形成された単結晶のＳｉＣ層５２からなる、半導体基板１０２が完成する。 Finally, as shown in FIG. 8C, the heat treatment product 62 and the remaining C mixture 42 in FIG. 8C are removed, leaving the SiC layer 52 formed in contact with the SiC substrate 10. . Thereby, the semiconductor substrate 102 including the single crystal SiC substrate 10 and the single crystal SiC layer 52 formed thereon is completed.

図９は、熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＳｉ混合物３２とＣ混合物４２からなる混合物層の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５２表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。図６の試験では、Ｓｉ混合物３２とＣ混合物４２からなる混合物層の厚さが、それぞれ、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、１０μｍの場合について調べた。 FIG. 9 is a diagram summarizing the relationship between the thickness of the mixture layer composed of the Si mixture 32 and the C mixture 42 before the heat treatment and the density of etch pits found on the surface of the SiC layer 52 in the inspection after the heat treatment using the heat treatment temperature as a parameter. is there. In the test of FIG. 6, the case where the thickness of the mixture layer composed of the Si mixture 32 and the C mixture 42 was 0.5 μm, 1 μm, 2 μm, and 10 μm, respectively, was examined.

図９の試験結果によれば、１８００℃以上の熱処理においてＳｉＣ基板１０上での十分なＳｉ原子とＣ原子の供給量を確保するためには、Ｓｉ混合物３２とＣ混合物４２からなる混合物層の厚さが、１μｍ以上であることが好ましい。この場合にも、好適な２０００〜２４００℃の温度の熱処理によって得られたＳｉＣ層５２では、ＳｉＣ基板１０のエッチピット密度が２００００個／ｃｍ^２であるのに対して、エッチピット密度を２０００個／ｃｍ^２以下まで低減できた。尚、Ｓｉ混合物３２とＣ混合物４２からなる混合物層の厚さをさらに厚くして、５０μｍや２００μｍとしても、同じ２０００個／ｃｍ^２程度のエッチピット密度が得られた。 According to the test results of FIG. 9, in order to ensure a sufficient supply amount of Si atoms and C atoms on the SiC substrate 10 in the heat treatment at 1800 ° C. or higher, the mixture layer composed of the Si mixture 32 and the C mixture 42 The thickness is preferably 1 μm or more. Also in this case, in the SiC layer 52 obtained by the heat treatment at a preferable temperature of 2000 to 2400 ° C., the etch pit density of the SiC substrate 10 is 20000 pieces / cm ² , whereas the etch pit density is 2000 pieces. / Cm ² or less. Even when the thickness of the mixture layer made of the Si mixture 32 and the C mixture 42 was further increased to 50 μm or 200 μm, the same etch pit density of about 2000 pieces / cm ² was obtained.

図１，図５および図８に示した半導体基板１００〜１０２のいずれの製造方法においても、熱処理工程において、シリコン供給部３０〜３２および炭素供給部４０〜４２が形成されたＳｉＣ基板１０を、２５００℃以下で熱処理することが好ましい。２５００℃より高い温度で熱処理を行うと、図２，３，５，６，９に示したように、ＳｉＣ層５０〜５２において発生する微細欠陥の密度が再び増大する。好適な熱処理温度範囲である２０００〜２４００℃で得られた半導体基板１００〜１０２では、ＳｉＣ層５０〜５２における転移欠陥密度を、ＳｉＣ基板１０における転移欠陥密度の略１／１０とすることが可能である。 In any of the manufacturing methods of the semiconductor substrates 100 to 102 shown in FIGS. 1, 5, and 8, the SiC substrate 10 on which the silicon supply units 30 to 32 and the carbon supply units 40 to 42 are formed in the heat treatment step is used. Heat treatment is preferably performed at 2500 ° C. or lower. When heat treatment is performed at a temperature higher than 2500 ° C., the density of fine defects generated in the SiC layers 50 to 52 increases again as shown in FIGS. In the semiconductor substrates 100 to 102 obtained at 2000 to 2400 ° C. which is a preferable heat treatment temperature range, the transition defect density in the SiC layers 50 to 52 can be approximately 1/10 of the transition defect density in the SiC substrate 10. It is.

また、図１，図５および図８に示した半導体基板１００〜１０２のいずれの製造方法についても、熱処理生成物除去工程後の半導体基板１００〜１０２をＳｉＣ基板１０に代わる原炭化珪素基板として、シリコン供給部形成工程、炭素供給部形成工程、熱処理工程および熱処理生成物除去工程を、繰り返し実施することができる。これによれば、繰り返し実施によって形成される低転移欠陥炭化珪素層において、繰り返し実施前の低転移欠陥炭化珪素層に残っている微細欠陥の密度を、さらに低減することができる。 In addition, in any of the manufacturing methods of semiconductor substrates 100 to 102 shown in FIGS. 1, 5, and 8, semiconductor substrate 100 to 102 after the heat treatment product removal step is used as a raw silicon carbide substrate that replaces SiC substrate 10. A silicon supply part formation process, a carbon supply part formation process, a heat treatment process, and a heat treatment product removal process can be repeatedly performed. According to this, in the low transition defect silicon carbide layer formed by repeated execution, the density of fine defects remaining in the low transition defect silicon carbide layer before repeated execution can be further reduced.

例えば、図１に示した製造方法により得られた半導体基板１００をＳｉＣ基板１０に代わる原炭化珪素基板として、再び図１の製造工程を繰り返すと、エッチピット密度が１００個／ｃｍ^２程度まで低減された低転移欠陥炭化珪素層を作製することができた。図５に示した製造工程を繰り返しても、同様にエッチピット密度が１００個／ｃｍ^２程度まで低減された低転移欠陥炭化珪素層を作製することができた。また、図８に示した製造工程を繰り返したところ、エッチピット密度が２００個／ｃｍ^２程度まで低減された低転移欠陥炭化珪素層を作製することができた。 For example, when the semiconductor substrate 100 obtained by the manufacturing method shown in FIG. 1 is used as a raw silicon carbide substrate instead of the SiC substrate 10, the manufacturing process of FIG. 1 is repeated again, and the etch pit density is reduced to about 100 pieces / cm ^2. Thus, a low transition defect silicon carbide layer was produced. Even when the manufacturing process shown in FIG. 5 was repeated, a low transition defect silicon carbide layer having an etch pit density reduced to about 100 / cm ² could be produced. Further, when the manufacturing process shown in FIG. 8 was repeated, a low transition defect silicon carbide layer having an etch pit density reduced to about 200 pieces / cm ² could be produced.

上記のようにして製造された半導体基板を利用する場合には、所定の不純物濃度と所定の厚さを確保するために、低転移欠陥炭化珪素層上に、さらに炭化珪素エピタキシャル層が形成されてなることが好ましい。これにより、該炭化珪素エピタキシャル層を、所定の不純物濃度と所定の厚さが確保されると共に微細欠陥密度が十分に低減されたデバイス形成層とすることができ、良好なデバイス特性を得ることが可能になる。例えば、上記繰り返しプロセスで得られた半導体基板の低転移欠陥炭化珪素層上にＣＶＤ法で炭化珪素エピタキシャル層を成長させたところ、低転移欠陥炭化珪素層とほぼ同じエッチピット密度３００個／ｃｍ^２の炭化珪素エピタキシャル層を得ることができた。 When using the semiconductor substrate manufactured as described above, a silicon carbide epitaxial layer is further formed on the low transition defect silicon carbide layer to ensure a predetermined impurity concentration and a predetermined thickness. It is preferable to become. As a result, the silicon carbide epitaxial layer can be a device forming layer in which a predetermined impurity concentration and a predetermined thickness are ensured and the fine defect density is sufficiently reduced, and good device characteristics can be obtained. It becomes possible. For example, when a silicon carbide epitaxial layer is grown on the low transition defect silicon carbide layer of the semiconductor substrate obtained by the above repeating process by the CVD method, an etch pit density of 300 / cm ^{2 which} is substantially the same as that of the low transition defect silicon carbide layer. The silicon carbide epitaxial layer was obtained.

また、上記のようにして製造された半導体基板は、新たな単結晶炭化珪素基板を製造するための種結晶基板として用いることも可能である。これによって、従来にない低欠陥密度のＳｉＣウエハを製造することができる。例えば、上記繰り返しプロセスで得られた低転移欠陥炭化珪素層のエッチピット密度が２００個／ｃｍ^２の半導体基板を種結晶基板として単結晶炭化珪素基板を作製したところ、エッチピット密度３００〜１０００個／ｃｍ２の新たな単結晶炭化珪素基板を作製することができた。 Further, the semiconductor substrate manufactured as described above can also be used as a seed crystal substrate for manufacturing a new single crystal silicon carbide substrate. As a result, an SiC wafer having a low defect density, which is not conventional, can be manufactured. For example, when a single crystal silicon carbide substrate is produced using a semiconductor substrate having a low transition defect silicon carbide layer obtained by the above repeating process and having an etch pit density of 200 / cm ² as a seed crystal substrate, an etch pit density of 300 to 1000 is obtained. A new single crystal silicon carbide substrate of / cm 2 could be produced.

以上示したように、上記した半導体基板の製造方法は、炭化珪素からなる半導体基板の製造方法であって、原炭化珪素基板に内在する微細な転移欠陥等を十分に終端すると共に、新たな微細欠陥の発生を抑制することのできる半導体基板の製造方法となっている。 As indicated above, the method of manufacturing a semiconductor substrate as described above is a method for manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide, as well as sufficiently terminate the fine transition defects inherent in the original silicon carbide substrate, a new fine It has become a method of manufacturing a semiconductor substrate which can suppress the occurrence of defects.

（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る半導体基板の製造方法の一例を示す図で、半導体基板１００の製造工程別の模式的な断面図である。(A)-(d) is a figure which shows an example of the manufacturing method of the semiconductor substrate which concerns on this invention, and is typical sectional drawing according to the manufacturing process of the semiconductor substrate 100. FIG. 熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＳｉ層３０の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５０表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。It is the figure which put together the relationship between the thickness of the Si layer 30 before heat processing, and the density of the etch pit seen on the surface of the SiC layer 50 by the test | inspection after heat processing using heat processing temperature as a parameter. 熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＣ層４０の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５０表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。It is the figure which put together the relationship between the thickness of the C layer 40 before heat processing, and the density of the etch pit seen on the surface of the SiC layer 50 by the test | inspection after heat processing by using heat processing temperature as a parameter. 本発明に係る製造方法の別の例を示す図で、製造途中にある半導体基板の模式的な断面図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing method which concerns on this invention, and is typical sectional drawing of the semiconductor substrate in the middle of manufacture. 別の製造方法の例を示す図で、（ａ）〜（ｄ）は、半導体基板１０１の製造工程別の模式的な断面図である。It is a figure which shows the example of another manufacturing method, (a)-(d) is typical sectional drawing according to the manufacturing process of the semiconductor substrate 101. FIG. 熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＳｉ基板３１の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５１表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。It is the figure which put together the relationship between the thickness of the Si substrate 31 before heat processing, and the density of the etch pit seen on the surface of the SiC layer 51 by the test | inspection after heat processing by using heat processing temperature as a parameter. 熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＣ層４１の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５１表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。It is the figure which put together the relationship between the thickness of the C layer 41 before heat processing, and the density of the etch pit seen on the surface of the SiC layer 51 by the test | inspection after heat processing by using heat processing temperature as a parameter. 別の製造方法の例を示す図で、（ａ）〜（ｃ）は、半導体基板１０２の製造工程別の模式的な断面図である。It is a figure which shows the example of another manufacturing method, (a)-(c) is typical sectional drawing according to the manufacturing process of the semiconductor substrate 102. FIG. 熱処理温度をパラメータとして、熱処理前のＳｉ混合物３２とＣ混合物４２からなる混合物層の厚さと熱処理後の検査でＳｉＣ層５２表面に見られるエッチピットの密度の関係をまとめた図である。It is the figure which put together the relationship between the thickness of the mixture layer which consists of Si mixture 32 and C mixture 42 before heat processing, and the density of the etch pit seen on the surface of the SiC layer 52 by the inspection after heat processing using heat processing temperature as a parameter. 特許文献１により製造されるＳｉＣ基板の一例で、ＳｉＣ基板９０の模式的な断面を示す図である。5 is a diagram illustrating a schematic cross section of a SiC substrate 90 as an example of a SiC substrate manufactured according to Patent Document 1. FIG. 特許文献２に開示されたＳｉＣ基板の製造方法の一例を示す、工程別の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing according to process which shows an example of the manufacturing method of the SiC substrate disclosed by patent document 2. FIG.

Explanation of symbols

１００〜１０２半導体基板
１０ＳｉＣ基板（原炭化珪素基板）
５微細欠陥部
３０Ｓｉ層（シリコン層、シリコン供給部）
３１Ｓｉ基板（シリコン基板、シリコン供給部）
３２Ｓｉ混合物（シリコン粉末混合物、シリコン供給部）
４０，４１Ｃ層（炭素含有層、炭素供給部）
４２Ｃ混合物（炭素粉末混合物、炭素供給部）
５０ＳｉＣ層（低転移欠陥炭化珪素層）
６０〜６２熱処理生成物 100 to 102 Semiconductor substrate 10 SiC substrate (raw silicon carbide substrate)
5 Fine defect part 30 Si layer (silicon layer, silicon supply part)
31 Si substrate (silicon substrate, silicon supply part)
32 Si mixture (silicon powder mixture, silicon supply part)
40,41 C layer (carbon-containing layer, carbon supply part)
42 C mixture (carbon powder mixture, carbon supply unit)
50 SiC layer (low transition defect silicon carbide layer)
60-62 Heat treatment product

Claims

A method for manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide,
Forming a silicon supply part composed of silicon (Si) atoms of 90 atm% or more on a single crystal raw silicon carbide substrate;
On the raw silicon carbide substrate, a carbon supply part forming step of forming a carbon supply part capable of supplying carbon (C) atoms by thermally decomposing silicon (Si) atoms to 10 atm% or less;
A heat treatment step of heat-treating the raw silicon carbide substrate on which the silicon supply portion and the carbon supply portion are formed at 1800 ° C. or higher;
A heat treatment product removing step of removing a heat treatment product on the low transition defect silicon carbide layer, leaving a low transition defect silicon carbide layer formed in contact with the raw silicon carbide substrate after the heat treatment; Ri name has,
The carbon supply part is a carbon-containing layer comprising an organic material layer containing a film-like organic resist layer or inorganic carbon particles,
In the carbon supply part forming step,
It said carbon-containing layer, a method of manufacturing a semiconductor substrate, characterized that you formed so as to cover the silicon supply unit.

2. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the carbon-containing layer is formed by vacuum deposition, sputtering, ion beam sputtering, CVD, or coating .

The thickness of the carbon-containing layer, a semiconductor substrate manufacturing method according to claim 1 or 2, characterized in that at 1μm or more.

The silicon supply unit contains 99Atm% or more silicon (Si) atom, a semiconductor substrate manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a film-shaped silicon layer.

5. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4 , wherein the silicon layer is a single crystal silicon layer, a polycrystalline silicon layer, or an amorphous silicon layer .

6. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4 , wherein the silicon layer is formed by vacuum deposition, sputtering, ion beam sputtering, CVD, or coating .

The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4 , wherein the silicon layer has a thickness of 1 μm or more .

The silicon supply unit contains 99Atm% or more silicon (Si) atom, a semiconductor substrate manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a silicon substrate.

9. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 8 , wherein the silicon substrate is a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate .

10. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 8 , wherein the thickness of the silicon substrate is 20 [mu] m or more .

A method for manufacturing a semiconductor substrate made of silicon carbide,
Forming a silicon supply part composed of silicon (Si) atoms of 90 atm% or more on a single crystal raw silicon carbide substrate;
On the raw silicon carbide substrate, a carbon supply part forming step of forming a carbon supply part capable of supplying carbon (C) atoms by thermally decomposing silicon (Si) atoms to 10 atm% or less;
A heat treatment step of heat-treating the raw silicon carbide substrate on which the silicon supply portion and the carbon supply portion are formed at 1800 ° C. or higher;
A heat treatment product removing step of removing a heat treatment product on the low transition defect silicon carbide layer, leaving a low transition defect silicon carbide layer formed in contact with the raw silicon carbide substrate after the heat treatment; Have
The silicon supply part is a film-like silicon layer containing 99 atm% or more of silicon (Si) atoms,
The carbon supply part is a film-like carbon-containing layer,
By the silicon supply part forming step and the carbon supply part forming step,
Said carbon-containing layer and the silicon layer, while repeatedly stacked with alternating method of semi-conductor substrate, which comprises forming on the original silicon carbide substrate.

In the heat treatment step,
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the original silicon carbide substrate having the silicon supply and carbon supply portion is formed, a heat treatment at 2500 ° C. or less.

The semiconductor substrate after the heat treatment product removal step as the raw silicon carbide substrate,
The silicon supplying portion forming step, the carbon supply portion forming step, the heat treatment step and the heat treatment product removing step, the semiconductor substrate according to any one of claims 1 to 12, characterized in that repeated Production method.