JP5545310B2 - 炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法、および、炭化珪素エピタキシャルウエハ、ならびに、炭化珪素半導体装置 - Google Patents
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Description
また、非特許文献1には、炭化珪素の結晶において不純物濃度に依存して結晶の格子定数が変動することが記載されている。さらに、非特許文献2には、炭化珪素結晶のn型不純物濃度と熱膨張率との間に相関があることが記載されている。
前記炭化珪素半導体基板上に低濃度の窒素が添加された厚さTの炭化珪素のエピタキシャル成長層を形成する工程とを備え、前記Dと前記Tが、D×T≦6×104μm2の関係を満たすものである。
また、本発明の炭化珪素エピタキシャルウエハおよび炭化珪素半導体装置は、高濃度の窒素が添加され、所定の方向に平行方向のみに間隔Dで溝が形成された(0001)面から傾斜した面を表面に有する4H型炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板上に形成された、低濃度の窒素が添加された厚さTの炭化珪素のエピタキシャル成長層とを備え、前記Dと前記Tが、D×T≦6×104μm2の関係を満たすものである。
図1は、この発明の実施の形態における炭化珪素エピタキシャルウエハを製造するために使用するエピタキシャル用炭化珪素半導体基板11を上面から見た平面図である。図1において、表面が(0001)面から<11−20>方向に4°傾斜した4H型炭化珪素のエピタキシャル用炭化珪素半導体基板11の表面に、<1−100>方向と平行な方向に複数の溝40が形成されている。エピタキシャル用炭化珪素半導体基板11には、<11−20>方向に平行に第1オリフラ41が、また、<1−100>方向と平行に第2オリフラ42が形成されている。
エピタキシャル用炭化珪素半導体基板11には、窒素が1×1019cm−3程度ドープされている。また、エピタキシャル成長層30には、窒素がおおよそ1×1015cm−3ドープされている。
図2において、Dは<1−100>方向に平行に形成された溝40の間隔、Lは溝40の深さ、Sは溝40の幅である。また、Tはエピタキシャル成長層30の厚さ、T2は溝40の側面に形成されたエピタキシャル成長層30の厚さである。全体としてエピタキシャル成長層30は、<0001>方向に成長する。
図3において、エピタキシャル成長層の窒素不純物濃度が低いほど、電流リーク欠陥密度が増加する傾向を示している。すなわち、炭化珪素基板の窒素濃度とエピタキシャル成長層の窒素濃度の差が増大するほど、電流リーク欠陥が高密度化する。なお、図3において、電流リーク欠陥密度は、基板端から3mm以内の領域を除いた領域を対象として求めた。
素子の製造歩留まりは、素子面積Aと電流リーク欠陥密度Bを用いてexp(−A×B)として求められるが、例えばチップサイズ1cm角の素子で90%以上の製造歩留まりを得るためには、電流リーク欠陥密度を0.1個/cm2以下とする必要がある。図4に、窒素不純物濃度を1×1019cm−3として溝の間隔を25mm、76mm、101mmとした3種類の炭化珪素バルク基板10に窒素不純物濃度を1×1015cm−3とした5μm厚のエピタキシャル成長層30を形成したときの電流リーク欠陥密度を測定した結果を示す。図4によれば、電流リーク欠陥密度は溝間隔Dに対して線形に減少している。この関係から、電流リーク欠陥密度を0.1個/cm2以下にするために必要な溝間隔Dは、12mmと見積もられる。また、電流リーク欠陥が発生しないようにするためには、溝間隔Dを9mmとすればよいことがわかる。
図5は、エピタキシャル用炭化珪素半導体基板11の製造方法を示す工程フロー図である。
つづいて、図5(c)に示すように、二酸化珪素膜20上に所定の間隔をおいて開口部51が設けられたフォトレジスト50を形成する。開口部51は、炭化珪素バルク基板10の<1−100>方向に平行な方向に設けられる。
このようにして、エピタキシャル用炭化珪素半導体基板11を得ることができる。
図7において、溝40が形成された炭化珪素エピタキシャルウエハは、炭化珪素基板1と炭化珪素エピタキシャル層2に対応する。炭化珪素エピタキシャル層2の表面側のある幅だけ離間した部位には、アルミニウム(Al)をp型不純物として含有するp型のイオン注入領域14が形成されている。
なお、ダイシング機による溝40形成の場合は、フォトリソグラフィーによる溝40形成の場合とは異なり溝40周辺に残留金属付着物が残るため、有機溶剤を用いた有機物除去洗浄後に、王水による洗浄工程を追加すればよい。
実施の形態1では、図1に示したように、炭化珪素バルク基板10の傾斜方向に垂直な方向に所定の値以下の間隔の溝40を形成したエピタキシャル用炭化珪素半導体基板11に炭化珪素のエピタキシャル成長層30を成長させる形態について説明したが、本実施の形態においては、実施の形態1で説明した溝40に加えて、炭化珪素半導体装置チップの境界に沿って、<1−100>方向に沿った小さな溝44を多数配置する。その他の内容は実施の形態1と同様であるので、詳細に記載しない。
また、歪の発生を抑制できるので、デバイス作製工程、例えば、マスクのパターニング工程の位置ずれ量が減少し、高精度の炭化珪素半導体装置を作製することができる。
なお、溝44と炭化珪素半導体装置チップ部60との位置関係を合わせるために、実施の形態1の図5で説明したエピタキシャル用炭化珪素半導体基板11の製造工程において、デバイス作製工程で使用できるアライメントマークを溝44形成と同時に行なっておくとよい。
Claims (10)
- 高濃度の窒素が添加され、(0001)面から所定の方向に傾斜した面を表面に有し、前記所定の方向から垂直な方向にのみに間隔Dで溝が形成された4H型の炭化珪素半導体基板を用意する工程と、
前記炭化珪素半導体基板上に低濃度の窒素が添加された厚さTの炭化珪素のエピタキシャル成長層を形成する工程と
を備え、
前記Dと前記Tが、D×T≦6×104μm2の関係を満たすことを特徴とする
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。 - 所定の方向が<11−20>方向であり、前記所定の方向から垂直な方向が<1−100>方向であることを特徴とする
請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。 - 高濃度は、1×1019cm-3であり、低濃度は、1×1015cm-3であることを特徴とする
請求項1または2に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。 - 溝の幅Sは、溝の側面に形成されるエピタキシャル成長層の厚さをT2として、T2<S<3×T2の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
- 溝の深さLは、T≦L≦200μmの関係を満たすことを特徴とする
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。 - <1−100>方向に平行方向に形成された短い溝が<11−20>方向に多数並んだ、炭化珪素半導体基板上を用意する工程を備えたことを特徴とする
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。 - 高濃度の窒素が添加され、所定の方向に平行方向のみに間隔Dで溝が形成された(0001)面から傾斜した面を表面に有する4H型炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板上に形成された、低濃度の窒素が添加された厚さTの炭化珪素のエピタキシャル成長層とを備え、
前記Dと前記Tが、D×T≦6×104μm2の関係を満たすことを特徴とする
炭化珪素エピタキシャルウエハ。 - 所定の方向が<11−20>方向であり、前記所定の方向から垂直な方向が<1−100>方向であることを特徴とする
請求項7に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。 - 高濃度は、1×1019cm-3であり、低濃度は、1×1015cm-3であることを特徴とする
請求項7または8に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。 - 請求項7乃至9のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ上に形成された炭化珪素半導体装置。
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