JP5014117B2 - 積層欠陥核生成部位を低減する逐次的リソグラフィ方法および積層欠陥核生成部位を低減した構造 - Google Patents
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Description
炭化ケイ素(SiC)は、最近の20年間において、シリコンおよびガリウム砒素の両方よりも多くの利点をもたらすことのできる適当な半導体材料の候補として登場した。炭化ケイ素は特に、広いバンドギャップ、高い破壊電界、高い熱伝導度、高い飽和電子ドリフト速度を有するとともに、物理的に極めて頑強(robust)である。炭化ケイ素は、融点が極めて高く、世界中で知られた最も硬い材料の1つである。
CVD反応器などの堆積システムを使用して、2H、4H、6H、15R、3Cなどの所定のポリタイプを有する単結晶炭化ケイ素基板上に、炭化ケイ素のエピタキシャル層を形成することができる。「ポリタイプ」という用語は、結晶構造中の原子の層の順序および配置を意味する。したがって、炭化ケイ素の異なるポリタイプは化学量論的には同一であるが、それらは異なる結晶構造を有し、その結果として、バンドギャップ、キャリヤ移動度および破壊電界強度などの材料特性において異なる可能性がある。文字H、RおよびCは、ポリタイプの一般的な結晶構造、すなわち、六方晶、菱面体および立方体をそれぞれ指す。ポリタイプ表記内の数字は、層配置の反復周期を意味する。したがって、4H結晶は、結晶内の原子の配置が、4つの二重層(bi−layer)毎に反復される六方晶構造を有する。
最も基本的なレベルにおいて、構造上の結晶学的欠陥は、4つのカテゴリーに分類することができる。これらのカテゴリーは、点欠陥、線欠陥、面欠陥および3次元欠陥である。点欠陥には空孔があり、線欠陥には転位があり、面欠陥には積層欠陥があり、また3次元欠陥にはポリタイプの包含(inclusion)がある。
炭化ケイ素パワーデバイスにおいては、そのような比較的低エネルギーの中間状態が利用可能なことは、転位の運動を駆動するのに必要となるであろう比較的少量のエネルギーがデバイスの動作により提供されるので、欠陥が成長し続けることを助長する。
所定の結晶学的方向は、
Claims (47)
- (0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた炭化ケイ素基板の表面内に複数の第1の形態を形成するステップであって、前記複数の第1の形態は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備えるステップと、
前記複数の第1の形態を備える前記炭化ケイ素基板の表面上に、前記少なくとも1つの第1の側壁の深さよりも大きい厚さまで第1のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させて、第1の平面外部表面を形成するステップと、
前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面内に複数の第2の形態を形成するステップであって、前記複数の第2の形態は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備えるステップと、
前記複数の第2の形態を備える前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面上に、前記少なくとも1つの第2の側壁の深さよりも大きい厚さまで第2のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させて、第2の平面外部表面を形成するステップと
を含むことを特徴とするエピタキシャル炭化ケイ素層の作製方法。 - 前記複数の第1の形態を形成するステップは、
前記(0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた前記炭化ケイ素基板の表面をマスキングするステップと、
前記マスキングによって露出される前記炭化ケイ素基板の表面をエッチングして、マスキングされた炭化ケイ素基板の表面内に前記複数の第1の形態を形成するエッチングステップと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記エッチングステップは、マスキングされた前記炭化ケイ素基板の表面を、NF3および/またはSF6を使用してドライエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記複数の第1の形態を形成するステップは、前記(0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた前記炭化ケイ素基板の表面内に、複数のトレンチを形成するステップであって、前記複数のトレンチは、前記所定の結晶学的方向に対して斜めおよび/または直角に延びるとともに、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備えるステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数の第1の形態を形成するステップは、前記(0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた前記炭化ケイ素基板の表面内に複数の凹部を形成するステップを含み、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数の凹部は、六角形ピットの周期的繰り返しパターンを備えることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記複数の第2の形態を形成するステップは、
前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面をマスキングするステップと、
前記マスキングによって露出される前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面をエッチングして、マスキングされた前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層内に前記複数の第2の形態を形成するエッチングステップと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記エッチングステップは、マスキングされた前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層を、NF3および/またはSF6を使用してドライエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記複数の第2の形態を形成するステップは、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の第1の平面外部表面内に複数のトレンチを形成するステップであって、前記複数のトレンチは、前記所定の結晶学的方向に対して斜めおよび/または直角に延びるとともに、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備えるステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数の第2の形態を形成するステップは、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面内に複数の凹部を形成するステップを含み、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数の凹部は、六角形ピットの周期的繰り返しパターンを備えることを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させるステップは、前記複数の第1の形態を備える前記炭化ケイ素基板の表面上に前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させて、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層が、前記炭化ケイ素基板よりも低い底面転位密度を有するようにするステップを含み、
前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させるステップは、前記複数の第2の形態を備える前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面上に前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させて、前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層が、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層よりも低い底面転位密度を有するようにするステップを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1および第2の形態は、互いに横方向に位置をずらされていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層内に半導体デバイスを形成するステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - (0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられ、複数の第1の形態を備える炭化ケイ素基板であって、前記複数の第1の形態は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備える炭化ケイ素基板と、
前記複数の第1の形態を備える前記炭化ケイ素基板の表面上の第1のエピタキシャル炭化ケイ素層であって、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層は、前記少なくとも1つの第1の側壁の深さよりも厚く、かつ前記炭化ケイ素基板に対して遠方側の表面内に複数の第2の形態を備え、前記複数の第2の形態は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備える第1の炭化ケイ素層と、
前記複数の第2の形態を備える前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の表面上にあり、前記少なくとも1つの第2の側壁の深さよりも厚い第2のエピタキシャル炭化ケイ素層と
を備えることを特徴とする炭化ケイ素半導体構造。 - 前記複数の第1の形態は、前記所定の結晶学的方向に対して斜めおよび/または直角に延びるとともに前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備える複数のトレンチを備えることを特徴とする請求項16に記載の構造。
- 前記複数の第1の形態は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備える、複数の凹部を備えることを特徴とする請求項16に記載の構造。
- 前記複数の凹部は、六角形ピットの周期的繰り返しパターンを備えることを特徴とする請求項19に記載の構造。
- 前記複数の第2の形態は、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の表面内の複数のトレンチを備え、前記複数のトレンチは、前記所定の結晶学的方向に対して斜めおよび/または直角に延びるとともに、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備えることを特徴とする請求項16に記載の構造。
- 前記複数の第2の形態は、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の表面内の複数の凹部を備え、前記複数の凹部は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備えることを特徴とする請求項16に記載の構造。
- 前記複数の凹部は、六角形ピットの周期的繰り返しパターンを備えることを特徴とする請求項22に記載の構造。
- 前記エピタキシャル炭化ケイ素層は、前記炭化ケイ素基板よりも低い底面転位密度を有することを特徴とする請求項16に記載の構造。
- 前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層は、前記炭化ケイ素基板よりも低い底面転位密度を有し、前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層は、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層よりも低い底面転位密度を有することを特徴とする請求項16に記載の構造。
- 前記第1および第2の形態は、互いに横方向に位置がずらされていることを特徴とする請求項16に記載の構造。
- 前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層の上の半導体デバイスをさらに備えることを特徴とする請求項16に記載の構造。
- (0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた単結晶炭化ケイ素基板の表面内に、複数の第1の形態を形成するステップであって、前記複数の第1の形態は少なくとも1つの第1の側壁を備えるステップと、
前記複数の形態を備える前記単結晶炭化ケイ素基板の表面上に、前記少なくとも1つの第1の側壁の深さよりも大きい厚さまで第1のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させて、第1の平面外部表面を形成するステップと、
前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面内に、複数の第2の形態を形成するステップであって、前記複数の第2の形態は少なくとも1つの第2の側壁を備えるステップと、
前記複数の第2の形態を備える前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面上に、前記少なくとも1つの第2の側壁の深さよりも大きい厚さまで第2のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させて、第2の平面外部表面を形成するステップと
を含むことを特徴とするエピタキシャル炭化ケイ素単結晶層を作製する方法。 - 前記複数の第1の形態を形成するステップは、
前記(0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた前記単結晶炭化ケイ素基板の表面をマスキングするステップと、
マスキングされた前記単結晶炭化ケイ素基板の表面をエッチングして、マスキングされた単結晶炭化ケイ素基板の表面内に前記複数の第1の形態を形成するエッチングステップと
を含むことを特徴とする請求項28に記載の方法。 - 前記複数の第2の形態を形成するステップは、
前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面をマスキングするステップと、
マスキングされた前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の前記第1の平面外部表面をエッチングして、マスキングされた第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の表面内に前記複数の第2の形態を形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項28に記載の方法。 - 前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させるステップは、前記複数の第1の形態を備える前記単結晶炭化ケイ素基板の表面上に、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させて、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層が、前記単結晶炭化ケイ素基板よりも低い底面転位密度を有するようにするステップを含み、
前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層を成長させるステップは、前記複数の第2の形態を備える前記第1の層の前記第1の平面外部表面上に、前記第2の炭化物層を成長させて、前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層が、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層よりも低い底面転位密度を有するようにするステップを含む
ことを特徴とする請求項28に記載の方法。 - 前記第1および第2の形態は、互いに横方向に位置をずらされていることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- (0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられ、表面内に複数の第1の形態を備える単結晶炭化ケイ素基板であって、前記複数の第1の形態は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備える単結晶炭化ケイ素基板と、
前記複数の第1の形態を備える前記単結晶炭化ケイ素基板の表面上の第1のエピタキシャル炭化ケイ素層であって、前記少なくとも1つの第1の側壁の深さよりも厚く、かつ前記単結晶炭化ケイ素基板に対して遠方側の表面内に複数の第2の形態を備え、前記複数の第2の形態は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備える第1のエピタキシャル炭化ケイ素層と、
前記複数の第2の形態を備える前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の表面上にあり、前記少なくとも1つの第2の側壁の深さよりも厚い第2のエピタキシャル炭化ケイ素層と
を備えることを特徴とする半導体構造。 - 前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層は、前記単結晶炭化ケイ素基板よりも低い底面転位密度を有することを特徴とする請求項33に記載の構造。
- 前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層は、前記単結晶炭化ケイ素基板よりも低い底面転位密度を有し、前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層は、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層よりも低い底面転位密度を有することを特徴とする請求項33に記載の構造。
- 前記第1および第2の形態は、互いに横方向に位置をずらされていることを特徴とする請求項33に記載の構造。
- (0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた炭化ケイ素基板の表面内の複数の第1の形態の少なくとも1つの第1の側壁から、前記少なくとも1つの第1の側壁の深さよりも大きい厚さまでエピタキシャル成長させて、第1のエピタキシャル炭化ケイ素層を形成するステップであって、前記少なくとも1つの第1の側壁は前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられているステップと、
前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の表面内の複数の第2の形態の少なくとも1つの第2の側壁から、前記少なくとも1つの第2の側壁の深さよりも大きい厚さまでエピタキシャル成長させて、第2のエピタキシャル炭化ケイ素層を形成するステップであって、前記少なくとも1つの第2の側壁は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられているステップと
を含むことを特徴とするエピタキシャル炭化ケイ素層を作製する方法。 - 前記複数の第1の形態は、前記(0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた前記炭化ケイ素基板の表面内の複数のトレンチを備え、前記複数のトレンチは、前記所定の結晶学的方向に対して直角に延びるとともに、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備えることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記複数の第1の形態は、前記(0001)面から所定の結晶学的方向に向かってオフアクシスに方向付けられた前記炭化ケイ素基板の表面内の複数の凹部を備え、前記複数の凹部は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第1の側壁を備えることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記複数の凹部は、六角形ピットの周期的繰り返しパターンを備えることを特徴とする請求項40に記載の方法。
- 前記複数の第2の形態は、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の表面内の複数のトレンチを含備え、前記複数のトレンチは、前記所定の結晶学的方向に対して直角に延びるとともに、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備えることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記複数の第2の形態は、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層の表面内の複数の凹部を備え、前記複数の凹部は、前記所定の結晶学的方向に対して非平行に方向付けられた少なくとも1つの第2の側壁を備えることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記複数の凹部は、六角形ピットの周期的繰り返しパターンを備えることを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記エピタキシャル炭化ケイ素層は、前記炭化ケイ素基板よりも低い底面転位密度を有することを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層は、前記炭化ケイ素基板よりも低い底面転位密度を有し、
前記第2のエピタキシャル炭化ケイ素層は、前記第1のエピタキシャル炭化ケイ素層よりも低い底面転位密度を有する
ことを特徴とする請求項37に記載の方法。 - 前記第1および第2の形態は、互いに横方向に位置をずらされていることを特徴とする請求項37に記載の方法。
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