JP5921089B2 - Epitaxial wafer manufacturing method and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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この発明は、炭化珪素を用いた半導体装置において、エピタキシャル層の品質を向上する技術に関する。   The present invention relates to a technique for improving the quality of an epitaxial layer in a semiconductor device using silicon carbide.

SiC(炭化珪素)を用いた半導体装置は、温度特性および耐圧特性に優れたデバイスとして知られている。しかし、SiCを使用した半導体装置の製造技術には、多くの解決すべき課題が残されており、特に高電圧用の装置に関しては課題が多い。   A semiconductor device using SiC (silicon carbide) is known as a device having excellent temperature characteristics and breakdown voltage characteristics. However, many problems to be solved remain in the manufacturing technology of a semiconductor device using SiC, and there are many problems especially for a high-voltage device.

素子構造としては、低抵抗基板上に成長させたエピタキシャル層を動作層として用いる場合が多い。パワーデバイスではエピタキシャル層が耐圧層として動作し、通常は単層からなるエピタキシャル層が用いられる(例えば特許文献1)。   As an element structure, an epitaxial layer grown on a low resistance substrate is often used as an operation layer. In a power device, an epitaxial layer operates as a breakdown voltage layer, and an epitaxial layer composed of a single layer is usually used (for example, Patent Document 1).

エピタキシャル層からなる耐圧層は、動作電圧によっては3ないし100μm、あるいはそれ以上の厚さであり、そのドーピング濃度は高くても1016/cm3台で、むしろ1015/cm3台ないしは1014/cm3台の場合が多い。特に数kVを超える耐圧の素子を実現するには、100μm前後あるいは200μmに近い層厚とした上で、1014/cm3台のドーピング濃度を再現性良く得ることが要求される。 The breakdown voltage layer made of an epitaxial layer has a thickness of 3 to 100 μm or more depending on the operating voltage, and its doping concentration is at most 10 16 / cm 3 , rather 10 15 / cm 3 or 10 14. / Cm 3 is often the case. In particular, in order to realize a device having a withstand voltage exceeding several kV, it is required to obtain a doping concentration of about 10 14 / cm 3 with good reproducibility after setting the layer thickness to around 100 μm or close to 200 μm.

それに対して、基板となる低抵抗結晶には1019/cm3前後のドーピングがされている場合が多い。したがって、エピタキシャル層からなる耐圧層と基板とでドーピング濃度が大きく異なるために、格子定数が異なることになる。そのため、エピタキシャル層の厚さが大きい場合には、格子定数差(格子不整合)に伴う結晶欠陥導入によりエピタキシャル層の結晶品質が劣化し、キャリアの移動度の低下やキャリア時定数の低下を引き起こして、素子抵抗が増大するという問題が生じる。 On the other hand, the low resistance crystal serving as the substrate is often doped with about 10 19 / cm 3 . Therefore, since the doping concentration is greatly different between the breakdown voltage layer made of the epitaxial layer and the substrate, the lattice constant is different. Therefore, when the thickness of the epitaxial layer is large, the crystal quality of the epitaxial layer deteriorates due to the introduction of crystal defects due to the difference in lattice constant (lattice mismatch), leading to a decrease in carrier mobility and a decrease in carrier time constant. As a result, there arises a problem that the element resistance increases.

また、基板となる低抵抗結晶には、抵抗率を下げるために窒素が高濃度にドーピングされているが、高濃度に窒素をドーピングした領域において基底面転位が高密度に発生することが知られている(例えば非特許文献1)。発生した転位は基板上にエピタキシャル成長したドリフト層中にも伝播する。数kVを超える耐圧を有する素子の場合、ドリフト層の電気伝導は電子と正孔との両方のキャリアが寄与するバイポーラ動作となる場合が多く、転位などの結晶欠陥が多く含まれた結晶では電子と正孔の再結合の際に結晶欠陥が増殖する可能性がある。そのため、電子のみが寄与するユニポーラ動作でドリフト層の電気伝導が行われる比較的低耐圧の素子と比べて、結晶欠陥の素子特性への影響がより厳しくなるという問題がある。   In addition, the low resistance crystal used as the substrate is doped with nitrogen at a high concentration in order to lower the resistivity. However, it is known that basal plane dislocations occur at a high density in a region doped with nitrogen at a high concentration. (For example, Non-Patent Document 1). The generated dislocations also propagate in the drift layer epitaxially grown on the substrate. In the case of a device having a breakdown voltage exceeding several kV, the electric conduction in the drift layer is often a bipolar operation in which both carriers of electrons and holes contribute, and in a crystal containing many crystal defects such as dislocations, Crystal defects may grow during recombination of holes with holes. Therefore, there is a problem that the influence of crystal defects on device characteristics becomes more severe as compared to a relatively low breakdown voltage device in which electric conduction of the drift layer is performed in a unipolar operation in which only electrons contribute.

一方、素子の耐圧が数kVを超える場合、ドリフト層厚は100μm前後あるいは200μmに近い値となるため、バルク結晶そのものをドリフト層として使用することがある。バルク結晶の製法としては、昇華法によるもの(例えば特許文献2,3)、昇華法と中性子変換ドーピングを用いるもの(例えば特許文献4)、1900℃での高温化学気相成長およびその後のアニールを用いるもの(例えば特許文献5)が示されている。   On the other hand, when the breakdown voltage of the device exceeds several kV, the drift layer thickness is about 100 μm or close to 200 μm, so the bulk crystal itself may be used as the drift layer. The bulk crystal is manufactured by a sublimation method (for example, Patent Documents 2 and 3), a method using a sublimation method and neutron conversion doping (for example, Patent Document 4), high temperature chemical vapor deposition at 1900 ° C., and subsequent annealing. What is used (for example, patent document 5) is shown.

特開2003−197921号公報JP 2003-197921 A 国際特開第2008/111269号International Patent Publication No. 2008/111269 特表2008−541480号公報Special table 2008-541480 gazette 特表2007−535800号公報Special table 2007-535800 gazette 特表2005−537657号公報JP 2005-537657 Gazette

加藤智久ら、「高濃度窒素ドープによって発生するSiCバルク単結晶中の結晶欠陥」、応用物理学会、第67回応用物理学会学術講演会・講演予稿集、30a−ZG−4(2006)Tomohisa Kato et al., “Crystal Defects in SiC Bulk Single Crystals Generated by Highly Concentrated Nitrogen Doping”, Japan Society of Applied Physics, The 67th Japan Society of Applied Physics, Proceedings, 30a-ZG-4 (2006)

しかしながら、特許文献2〜5に示されている製法では、数kVを超える耐圧を有する素子に対して要求される100μm〜200μm厚のドリフト層のドーピング濃度を1014/cm3台で再現性良く実現することが出来ず、十分な長さのキャリア時定数を実現することが困難であった。 However, in the manufacturing methods shown in Patent Documents 2 to 5, the doping concentration of the drift layer having a thickness of 100 μm to 200 μm required for a device having a breakdown voltage exceeding several kV is 10 14 / cm 3 with good reproducibility. It could not be realized, and it was difficult to realize a sufficiently long carrier time constant.

本発明は上述の問題点に鑑み、結晶欠陥が少ない高品質なエピタキシャルウエハの製造方法、及び当該エピタキシャルウエハを用いた半導体素子の製造方法の提供を目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a high-quality epitaxial wafer with few crystal defects and a method for producing a semiconductor element using the epitaxial wafer.

本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)3×1018cm-3以下の不純物濃度の窒素がドーピングされたSiC基板、又は、意図的に不純物を添加しない前記SiC基板上に、1×1014cm-3以上10 16 cm -3 以下の不純物濃度の窒素がドーピングされたエピタキシャル層を100〜200μmの層厚でエピタキシャル成長により形成する工程と、(b)前記工程(a)により得られた構造の前記SiC基板の側から、前記エピタキシャル層のうち所定の厚みを残して、前記SiC基板の全部と前記エピタキシャル層の一部とを連続的に除去する工程とを備える。 The method for producing an epitaxial wafer of the present invention includes (a) a SiC substrate doped with nitrogen having an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or less , or 1 × on the SiC substrate to which no impurity is intentionally added. Forming an epitaxial layer doped with nitrogen having an impurity concentration of 10 14 cm −3 or more and 10 16 cm −3 or less by epitaxial growth with a layer thickness of 100 to 200 μm ; and (b) obtained by the step (a). A step of continuously removing all of the SiC substrate and a part of the epitaxial layer while leaving a predetermined thickness of the epitaxial layer from the SiC substrate side of the structure.

本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)3×1018cm-3以下の不純物濃度の窒素がドーピングされたSiC基板、又は、意図的に不純物を添加しない前記SiC基板上に、1×1014cm-3以上10 16 cm -3 以下の不純物濃度の窒素がドーピングされたエピタキシャル層を100〜200μmの層厚でエピタキシャル成長により形成する工程と、(b)前記工程(a)により得られた構造の前記SiC基板の側から、前記エピタキシャル層のうち所定の厚みを残して、前記SiC基板の全部と前記エピタキシャル層の一部とを連続的に除去する工程とを備えるので、SiC基板との格子定数差に起因する結晶欠陥が抑制されたエピタキシャルウエハが形成される。さらに、このエピタキシャルウエハを用いて100μm弱〜200μmの厚みのドレイン層を形成すれば、耐圧を確保すると共に、キャリア時定数が十分小さく素子抵抗の小さい半導体装置が得られる。
The method for producing an epitaxial wafer of the present invention includes (a) a SiC substrate doped with nitrogen having an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or less , or 1 × on the SiC substrate to which no impurity is intentionally added. Forming an epitaxial layer doped with nitrogen having an impurity concentration of 10 14 cm −3 or more and 10 16 cm −3 or less by epitaxial growth with a layer thickness of 100 to 200 μm ; and (b) obtained by the step (a). A step of continuously removing all of the SiC substrate and a part of the epitaxial layer while leaving a predetermined thickness of the epitaxial layer from the SiC substrate side of the structure. Thus, an epitaxial wafer in which crystal defects due to the difference in lattice constant are suppressed is formed. Further, if a drain layer having a thickness of a little less than 100 μm to 200 μm is formed using this epitaxial wafer, a semiconductor device having a sufficiently low carrier time constant and a small element resistance can be obtained.

実施の形態1に係る半導体装置であるIGBTの製造工程を示す図である。5 is a diagram showing a manufacturing process of the IGBT which is the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置であるIGBTの製造工程を示す図である。10 is a diagram showing a manufacturing process of an IGBT which is a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. FIG. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置であるMOSFETの構造を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a structure of a MOSFET which is a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. FIG. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置であるpinダイオードの構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a pin diode that is a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置であるMPSダイオードの構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of an MPS diode that is a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. FIG.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る半導体装置である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)の製造工程を示す図である。以下、図1に沿ってIGBTの製造工程を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a manufacturing process of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) which is a semiconductor device according to the first embodiment. Hereafter, the manufacturing process of IGBT is demonstrated along FIG.

まず、(0001)面からオフ角を有したSiC基板12上に、SiCのエピタキシャル層13をエピタキシャル成長により形成する(図1(a))。エピタキシャル層13は、IGBTにおいて耐圧を保持するためのドリフト層となり、そのドーピング濃度は求められる耐圧に応じて1014〜1016/cm3台である。エピタキシャル成長には、シリコンの原料としてシラン(SiH4)もしくは塩素を含むシラン、炭素の原料としてプロパン(C38)などを用いる。あるいは、有機シリコンを併用しても良いし、有機シリコンのみを用いても良い。 First, an SiC epitaxial layer 13 is formed by epitaxial growth on an SiC substrate 12 having an off-angle from the (0001) plane (FIG. 1A). The epitaxial layer 13 becomes a drift layer for maintaining a withstand voltage in the IGBT, and the doping concentration thereof is 10 14 to 10 16 / cm 3 depending on the required withstand voltage. For epitaxial growth, silane (SiH 4 ) or silane containing chlorine is used as a raw material for silicon, and propane (C 3 H 8 ) is used as a raw material for carbon. Alternatively, organic silicon may be used in combination, or only organic silicon may be used.

原料にシランとプロパンを用いる場合、成長温度は1400℃から1700℃である。他の原料を用いる場合でも成長温度はこれと同等か、より低い温度とする。1700℃以下でエピタキシャル成長することによって、成長中の不純物の混入や構成元素の脱離による結晶欠陥の発生を抑制することができる。   When silane and propane are used as raw materials, the growth temperature is 1400 ° C. to 1700 ° C. Even when other raw materials are used, the growth temperature is the same or lower. By performing epitaxial growth at 1700 ° C. or lower, generation of crystal defects due to contamination of impurities during growth or desorption of constituent elements can be suppressed.

SiC基板12は、予期しない不純物の混入を避けるためにはノンドープであることが望ましいが、化合物半導体のバルク成長においては、ある程度のドーピングを行ったほうが結晶欠陥を低減できる場合がある。一方で、例えば、ドーパントとしてよく用いられる窒素がSiC基板12にドーピングされる場合、ドーピング濃度を大きくするにつれて格子定数が小さくなるため、エピタキシャル層13との間で格子定数差が大きくなってしまう。   The SiC substrate 12 is preferably non-doped in order to avoid unexpected impurities, but in the bulk growth of compound semiconductors, crystal defects may be reduced by performing a certain amount of doping. On the other hand, for example, when the SiC substrate 12 is doped with nitrogen, which is often used as a dopant, the lattice constant decreases with increasing doping concentration, so that the lattice constant difference with the epitaxial layer 13 increases.

エピタキシャル層13のドーピング濃度を1016cm-3台以下とする場合を想定する。例えば、1016cm-3や、1015cm-3や、1014cm-3のドーピング濃度のエピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差は、SiC基板12の窒素濃度を3×1018cm-3としたときに約0.01%、SiC基板12の窒素濃度を1.5×1018cm-3としたときに約0.005%、SiC基板12の窒素濃度を6×1017cm-3としたときに約0.002%に抑えることができる。 A case is assumed where the doping concentration of the epitaxial layer 13 is 10 16 cm −3 or less. For example, the lattice constant difference between the epitaxial layer 13 having a doping concentration of 10 16 cm −3 , 10 15 cm −3, or 10 14 cm −3 and the SiC substrate 12 is 3 × 10 18 cm. -3 is about 0.01%, and the SiC substrate 12 has a nitrogen concentration of 1.5 × 10 18 cm -3 and is about 0.005%, and the SiC substrate 12 has a nitrogen concentration of 6 × 10 17 cm. -3 , it can be suppressed to about 0.002%.

発明者は実験やシミュレーション等による試行錯誤の結果、格子定数差が0.01%程度、0.005%程度、0.002%程度であれば結晶欠陥の導入を十分に抑制できることを確認した。   As a result of trial and error through experiments and simulations, the inventor has confirmed that the introduction of crystal defects can be sufficiently suppressed when the lattice constant difference is about 0.01%, about 0.005%, and about 0.002%.

よって、本実施の形態ではSiC基板12のドーピング濃度を3×1018cm-3以下、さらには1.5×1018cm-3以下、より望ましくは6×1017cm-3とすることにより、ドーピング濃度が1014〜1016cm-3台のエピタキシャル層13を100〜200μmの層厚で成長させても、結晶欠陥の導入を十分に抑制することができ、ドリフト層におけるキャリア時定数を大きくすることができる。なお、SiC基板12はノンドープ(意図的に不純物を添加しない場合を含む)であっても良い。 Therefore, in the present embodiment, the doping concentration of SiC substrate 12 is set to 3 × 10 18 cm −3 or less, further 1.5 × 10 18 cm −3 or less, more preferably 6 × 10 17 cm −3. Even when the epitaxial layer 13 having a doping concentration of 10 14 to 10 16 cm −3 is grown to a thickness of 100 to 200 μm, the introduction of crystal defects can be sufficiently suppressed, and the carrier time constant in the drift layer can be reduced. Can be bigger. SiC substrate 12 may be non-doped (including a case where impurities are not intentionally added).

素子作製プロセスに入る前に、SiC基板12の側から、SiC基板12の全部とエピタキシャル層13の一部を研磨や研削、エッチングなどのプロセスにより除去する。エピタキシャル層13は、想定する耐圧の保持に必要な厚さを残して連続的に除去し、こうして図1(b)に示すSiCのエピタキシャルウエハ23を形成する。   Prior to the element fabrication process, the entire SiC substrate 12 and a part of the epitaxial layer 13 are removed from the SiC substrate 12 side by a process such as polishing, grinding, or etching. The epitaxial layer 13 is continuously removed leaving a thickness necessary for maintaining the assumed breakdown voltage, and thus an SiC epitaxial wafer 23 shown in FIG. 1B is formed.

次に、イオン注入とその後の活性化熱処理により、エピタキシャルウエハ23の表面に選択的にpボディ領域4を形成する。さらに同様の工程により、pボディ領域4の表面に選択的にnエミッタ領域5を形成する。pボディ領域4は、厚さを約0.5〜2μm、ドーピング濃度を約3〜20×1017cm-3程度とする。素子動作時にチャネルが形成される、あるいはチャネルと近接するpボディ領域4の最表面では、pボディ領域4の他の部分と比べてドーピング濃度を下げても良い。最表面のドーピング濃度を下げることで不純物による散乱が低減され、チャネルにおけるキャリアの移動度が増加して素子抵抗を下げることができる。 Next, p body region 4 is selectively formed on the surface of epitaxial wafer 23 by ion implantation and subsequent activation heat treatment. Further, n emitter region 5 is selectively formed on the surface of p body region 4 by the same process. The p body region 4 has a thickness of about 0.5 to 2 μm and a doping concentration of about 3 to 20 × 10 17 cm −3 . The channel may be formed during device operation, or the doping concentration may be lowered on the outermost surface of the p body region 4 close to the channel as compared with other portions of the p body region 4. By reducing the doping concentration on the outermost surface, scattering due to impurities can be reduced, carrier mobility in the channel can be increased, and device resistance can be lowered.

また、pボディ領域4のうち、nエミッタ領域5を挟んでチャネルが形成される領域と反対側の領域をコンタクト領域6とし、コンタクト領域6の最表面領域のドーピング濃度は5〜50×1018cm-3程度と、pボディ領域4より高濃度のドーピングとなるように別途選択的にイオン注入を行ってもよい。nエミッタ領域5は、厚さを約0.3〜1μm、ドーピング濃度を約5〜50×1018cm-3とする。 Further, in the p body region 4, a region opposite to the region where the channel is formed across the n emitter region 5 is defined as a contact region 6, and the doping concentration of the outermost surface region of the contact region 6 is 5 to 50 × 10 18. Alternatively, ion implantation may be selectively performed so that the doping is higher than that of the p body region 4 by about cm −3 . The n emitter region 5 has a thickness of about 0.3 to 1 μm and a doping concentration of about 5 to 50 × 10 18 cm −3 .

次に、エピタキシャルウエハ23の、pボディ領域4とnエミッタ領域5が形成される表面と反対側の表面に、高濃度のpコレクタ領域2をイオン注入と活性化熱処理によって形成する。エピタキシャルウエハ23のうち、pコレクタ領域2とpボディ領域4とnエミッタ領域5以外の部分がnドリフト層3として動作し、nドリフト層3のドーピング濃度と厚さによって素子の耐圧が決まる。   Next, a high concentration p collector region 2 is formed on the surface of the epitaxial wafer 23 opposite to the surface where the p body region 4 and the n emitter region 5 are formed by ion implantation and activation heat treatment. A portion of the epitaxial wafer 23 other than the p collector region 2, the p body region 4, and the n emitter region 5 operates as the n drift layer 3, and the breakdown voltage of the element is determined by the doping concentration and thickness of the n drift layer 3.

したがって、素子作製プロセスを経た後に所定の厚さ、所定のドーピング濃度のnドリフト層3を得られるように、エピタキシャル層13及びエピタキシャルウエハ23の厚さやドーピング濃度を設定する。   Therefore, the thickness and doping concentration of the epitaxial layer 13 and the epitaxial wafer 23 are set so that the n drift layer 3 having a predetermined thickness and a predetermined doping concentration can be obtained after the element manufacturing process.

なお、pコレクタ領域2はエピタキシャル成長によって形成してもよい。   The p collector region 2 may be formed by epitaxial growth.

こうして形成した層構造の上に、チャネル層、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8を順に形成してゲート部を作製する。図1(c)にはチャネル層を図示しておらず、チャネル層は必ずしも設ける必要はないが、設ける場合その導電型はn型でもp型でも良い。また、イオン注入種の活性化熱処理によってpボディ層4やnエミッタ層5に生じた表面荒れを改善するためには、例えばエピタキシャル成長によってチャネル層を形成することが望ましい。しかし、表面荒れが少なければ選択的なイオン注入によって形成してもよい。   On the layer structure thus formed, a channel layer, a gate insulating film 7, and a gate electrode 8 are formed in this order to produce a gate portion. In FIG. 1C, the channel layer is not shown, and the channel layer is not necessarily provided. However, when provided, the conductivity type may be n-type or p-type. Further, in order to improve the surface roughness generated in the p body layer 4 and the n emitter layer 5 by the activation heat treatment of the ion implantation species, it is desirable to form a channel layer by, for example, epitaxial growth. However, if the surface roughness is small, it may be formed by selective ion implantation.

なお、ここまでに述べたイオン注入種の活性化熱処理工程は、一括して行ってもよいし、それぞれの注入工程ごとに活性化熱処理を行ってもよい。   In addition, the activation heat treatment process of the ion implantation species described so far may be performed at once, or the activation heat treatment may be performed for each implantation process.

ゲート絶縁膜7は、シリコン酸化膜もしくはシリコン酸化窒化膜等を、pボディ領域4のうちチャネルとなる領域と対向する領域に厚さ10〜100nm程度で形成する。形成方法は、炭化珪素半導体の熱酸化や窒化、あるいは絶縁膜の堆積成膜、又はこれらの併用による。   As the gate insulating film 7, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like is formed at a thickness of about 10 to 100 nm in a region facing the channel region in the p body region 4. The formation method is based on thermal oxidation or nitridation of a silicon carbide semiconductor, deposition of an insulating film, or a combination thereof.

ゲート電極8は、ゲート絶縁膜7上でpボディ領域4のうちチャネルとなる領域と対向する領域に、多結晶シリコン膜や金属膜の成膜によって形成する。   The gate electrode 8 is formed on the gate insulating film 7 in a region facing the channel region in the p body region 4 by forming a polycrystalline silicon film or a metal film.

その後、不必要な場所に形成されたチャネル層、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8を除去する。なお、pボディ領域4のうちチャネルとなる領域を含む所定の領域以外のチャネル層を除去してから、ゲート絶縁膜7を形成しても良い。   Thereafter, the channel layer, the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 formed in unnecessary places are removed. Alternatively, the gate insulating film 7 may be formed after removing the channel layer other than the predetermined region including the channel region in the p body region 4.

次いで、ゲート電極8及び半導体層上に層間絶縁膜9を形成し、nエミッタ層5の一部とpコンタクト層6上から層間絶縁膜9を除去する。そして、層間絶縁膜9を除去した領域にエミッタ電極10を形成する。   Next, an interlayer insulating film 9 is formed on the gate electrode 8 and the semiconductor layer, and the interlayer insulating film 9 is removed from a part of the n emitter layer 5 and the p contact layer 6. Then, an emitter electrode 10 is formed in the region where the interlayer insulating film 9 has been removed.

さらに、コレクタ電極1をpコレクタ領域2の表面に形成し、エミッタ電極10及び層間絶縁膜9上にエミッタ配線11を形成する。   Further, the collector electrode 1 is formed on the surface of the p collector region 2, and the emitter wiring 11 is formed on the emitter electrode 10 and the interlayer insulating film 9.

図示しないが、ゲート電極パッドが形成される素子外周部の一部領域では、層間絶縁膜9上のエミッタ配線11は除去される。   Although not shown, the emitter wiring 11 on the interlayer insulating film 9 is removed in a partial region of the outer periphery of the element where the gate electrode pad is formed.

以上で、図1(c)に示す本実施の形態の半導体素子であるSiCよりなるIGBTが形成される。本実施の形態の半導体素子の製造工程によれば、エピタキシャルウエハ23のドーピング濃度が再現性良く1014cm-3〜1016cm-3台で形成されるので、ドリフト層3の結晶欠陥が少なく、キャリア時定数を十分小さくすることが出来る。よって、素子抵抗の小さいIGBTが得られる。また、ドリフト層3の厚みを100μm弱〜200μmで形成することにより、耐圧を確保することも可能である。 Thus, an IGBT made of SiC, which is the semiconductor element of the present embodiment shown in FIG. 1C, is formed. According to the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, since the doping concentration of the epitaxial wafer 23 is formed on the order of 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 with good reproducibility, there are few crystal defects in the drift layer 3. The carrier time constant can be made sufficiently small. Therefore, an IGBT having a small element resistance can be obtained. Further, by forming the drift layer 3 with a thickness of slightly less than 100 μm to 200 μm, it is possible to ensure a withstand voltage.

なお、ドリフト層3をn型として説明したが、p型であっても良い。その場合、コレクタ領域2とボディ領域4、ボディコンタクト領域6はn型に、エミッタ領域5はp型となる。   Although the drift layer 3 has been described as n-type, it may be p-type. In that case, the collector region 2, the body region 4, and the body contact region 6 are n-type, and the emitter region 5 is p-type.

<変形例1>
図1では、エピタキシャル層13の一部とSiC基板12を除去してエピタキシャルウエハ23を形成した後に、エピタキシャルウエハ23の表面側の素子プロセス、すなわちpボディ領域4及びnエミッタ領域5の形成、ゲート部の形成等を行った。しかし、エピタキシャル層13の一部とSiC基板12の除去は、pボディ領域4、nエミッタ領域5、pコンタクト領域6を形成した後、ゲート部分を形成する前に行っても良い。あるいは、ゲート絶縁膜7の形成後やゲート電極8の形成後、層間絶縁膜9の形成後など、ゲートプロセスの途中で行っても良い。
<Modification 1>
In FIG. 1, after a part of the epitaxial layer 13 and the SiC substrate 12 are removed to form the epitaxial wafer 23, the element process on the surface side of the epitaxial wafer 23, that is, formation of the p body region 4 and n emitter region 5, gate The part was formed. However, part of the epitaxial layer 13 and the SiC substrate 12 may be removed after the p body region 4, the n emitter region 5 and the p contact region 6 are formed and before the gate portion is formed. Alternatively, it may be performed during the gate process, such as after the formation of the gate insulating film 7, after the formation of the gate electrode 8, or after the formation of the interlayer insulating film 9.

図2では、ゲートプロセスの後に、エピタキシャル層13の一部とSiC基板12を除去する例を示す。まず、図2(a)に示すようにSiC基板12上にエピタキシャル層13を形成した後、エピタキシャル層13の表面側の素子プロセスを行う(図2(b))。表面側の素子プロセスでエミッタ配線11を形成した後、基板12とエピタキシャル層13の一部を除去して想定する耐圧の確保に必要なエピタキシャル層13を残し、その後、pコレクタ領域2やコレクタ電極1の形成を行う。pコレクタ領域2を形成した段階で、pコレクタ領域2、pボディ領域4以外のエピタキシャル層13がドリフト層3として規定される(図2(c))。   FIG. 2 shows an example in which a part of the epitaxial layer 13 and the SiC substrate 12 are removed after the gate process. First, as shown in FIG. 2A, after forming the epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12, an element process on the surface side of the epitaxial layer 13 is performed (FIG. 2B). After the emitter wiring 11 is formed by the element process on the surface side, the substrate 12 and the epitaxial layer 13 are partially removed to leave the epitaxial layer 13 necessary for ensuring the assumed breakdown voltage, and then the p collector region 2 and the collector electrode 1 is formed. At the stage where the p collector region 2 is formed, an epitaxial layer 13 other than the p collector region 2 and the p body region 4 is defined as the drift layer 3 (FIG. 2C).

pコレクタ領域2はイオン注入と活性化熱処理工程で形成される。既に形成されているゲート絶縁膜7、ゲート電極8、層間絶縁膜9、ソース電極10、ソース配線11からなるゲート部分に影響を与えないよう、活性化熱処理はレーザーアニールなどを用いて、pコレクタ領域2の近傍のみが加熱される状況で行う。コレクタ電極1の熱処理についても同様である。   The p collector region 2 is formed by ion implantation and an activation heat treatment process. In order not to affect the gate portion formed of the gate insulating film 7, gate electrode 8, interlayer insulating film 9, source electrode 10, and source wiring 11 that has already been formed, the activation heat treatment is performed using laser annealing or the like, This is performed in a situation where only the vicinity of region 2 is heated. The same applies to the heat treatment of the collector electrode 1.

なお、pコレクタ領域2は、不飽和炭化水素を炭素原料として使うなどしてエピタキシャル成長を十分低温で行えるならば、エピタキシャル成長で形成しても良い。   The p collector region 2 may be formed by epitaxial growth as long as epitaxial growth can be performed at a sufficiently low temperature by using unsaturated hydrocarbon as a carbon raw material.

<変形例2>
図1、図2では、本発明のエピタキシャルウエハをIGBTに適用する例を示したが、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に適用することも出来る。
<Modification 2>
1 and 2 show an example in which the epitaxial wafer of the present invention is applied to an IGBT, but it can also be applied to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

図3に、本発明のエピタキシャルウエハ23を用いて形成されるMOSFETの断面図を示す。図3のMOSFETは、図1(c)のIGBTにおいて、pコレクタ領域2の代わりにnドレイン領域22が、コレクタ電極1の代わりにドレイン電極21が形成された構成であり、nエミッタ領域5はnソース領域25、エミッタ電極10はソース電極30と呼ばれる。それ以外は図1(c)のIGBTと同様の構成である。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of a MOSFET formed using the epitaxial wafer 23 of the present invention. The MOSFET of FIG. 3 has a configuration in which an n drain region 22 is formed instead of the p collector region 2 and a drain electrode 21 is formed instead of the collector electrode 1 in the IGBT of FIG. The n source region 25 and the emitter electrode 10 are called a source electrode 30. Other than that, the configuration is the same as that of the IGBT of FIG.

このような構成のMOSFETにおいても、エピタキシャルウエハ23からnドリフト層3を形成することにより、nドリフト層3の結晶欠陥が少なく、キャリア時定数を十分小さくすることが出来る。よって、素子抵抗の小さいMOSFETが得られる。また、ドリフト層3の厚みを100μm弱〜200μmで形成することにより、耐圧を確保することも可能である。   Also in the MOSFET having such a configuration, by forming the n drift layer 3 from the epitaxial wafer 23, the crystal drift of the n drift layer 3 is small, and the carrier time constant can be sufficiently reduced. Therefore, a MOSFET having a low element resistance can be obtained. Further, by forming the drift layer 3 with a thickness of slightly less than 100 μm to 200 μm, it is possible to ensure a withstand voltage.

<変形例3>
また、本発明のエピタキシャルウエハ23はトランジスタに適用する他、図4に示すpinダイオードや、図5に示すMPS(Merged pin and Schottky)ダイオードといったダイオード素子に適用することも可能である。
<Modification 3>
The epitaxial wafer 23 of the present invention can be applied not only to a transistor but also to a diode element such as a pin diode shown in FIG. 4 or an MPS (Merged pin and Schottky) diode shown in FIG.

イオン注入と活性化熱処理により、エピタキシャルウエハ23の第1主面側にアノード領域44、アノードコンタクト領域54を順に形成し、第2主面側にはカソード領域42を形成する。そして、アノード領域44、アノードコンタクト領域54、カソード領域42が形成されていないエピタキシャルウエハ23の領域がドレイン層3と規定される。   By ion implantation and activation heat treatment, an anode region 44 and an anode contact region 54 are sequentially formed on the first main surface side of the epitaxial wafer 23, and a cathode region 42 is formed on the second main surface side. A region of the epitaxial wafer 23 in which the anode region 44, the anode contact region 54, and the cathode region 42 are not formed is defined as the drain layer 3.

さらに、アノードコンタクト領域54上にアノード電極60を、カソード領域42上にカソード電極41を形成する。   Further, the anode electrode 60 is formed on the anode contact region 54, and the cathode electrode 41 is formed on the cathode region 42.

このような構成のダイオードにおいても、nドリフト層3の結晶欠陥が少なく、キャリア時定数を十分小さくすることが出来る。よって、素子抵抗の小さいダイオードが得られる。また、ドリフト層3の厚みを100μm弱〜200μmで形成することにより、耐圧を確保することも可能である。   Even in the diode having such a configuration, there are few crystal defects in the n drift layer 3 and the carrier time constant can be sufficiently reduced. Therefore, a diode having a low element resistance can be obtained. Further, by forming the drift layer 3 with a thickness of slightly less than 100 μm to 200 μm, it is possible to ensure a withstand voltage.

以上の実施例では、SiC基板12の面方位を(0001)面からオフ角を有した面としているが、(0001)面や(000−1)面、(11−20)面、(03−38)面など、いずれの結晶面方位においても、結晶欠陥の影響が少なく素子抵抗が小さい素子を得ることが出来る。   In the above embodiments, the plane orientation of the SiC substrate 12 is a plane having an off-angle from the (0001) plane, but the (0001) plane, (000-1) plane, (11-20) plane, (03- 38) In any crystal plane orientation such as a plane, an element having a small element resistance with little influence of crystal defects can be obtained.

<効果>
本発明のエピタキシャルウエハの製造方法によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)3×1018cm-3以下の不純物濃度を有するSiC基板12上に、1×1014cm-3以上1016cm-3台以下の不純物濃度を有するエピタキシャル層13をエピタキシャル成長により形成する工程を備えるので、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制する。
<Effect>
The epitaxial wafer manufacturing method of the present invention has the following effects. That is, the method for producing an epitaxial wafer according to the present invention includes (a) 1 × 10 14 cm −3 or more and 10 16 cm −3 or less on SiC substrate 12 having an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or less. Since the epitaxial layer 13 having an impurity concentration is formed by epitaxial growth, crystal defects generated in the epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between the epitaxial layer 13 and the SiC substrate 12 are suppressed.

また、本発明のエピタキシャルウエハの製造方法は、(a)3×1018cm-3以下の不純物濃度を有するSiC基板12上に、1×1014cm-3以上1016cm-3台以下の不純物濃度を有するエピタキシャル層13をエピタキシャル成長により形成する工程と、(b)前記工程(a)により得られた構造のSiC基板12の側から、エピタキシャル層13のうち所定の厚みを残して、SiC基板12の全部とエピタキシャル層13の一部とを連続的に除去する工程とを備えるので、エピタキシャル層13のドーピング濃度を再現性良く1014cm-3〜1016cm-3で形成することができる。そのため、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制する。 The epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes (a) 1 × 10 14 cm −3 or more and 10 16 cm −3 or less on SiC substrate 12 having an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or less. A step of forming an epitaxial layer 13 having an impurity concentration by epitaxial growth; and (b) a SiC substrate leaving a predetermined thickness of the epitaxial layer 13 from the side of the SiC substrate 12 having the structure obtained by the step (a). 12 and a part of the epitaxial layer 13 are continuously removed, so that the doping concentration of the epitaxial layer 13 can be formed at 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 with good reproducibility. . Therefore, crystal defects that occur in epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between epitaxial layer 13 and SiC substrate 12 are suppressed.

また、本発明のエピタキシャルウエハの製造方法において、前記工程(a)は、1.5×1018cm-3以下の不純物濃度を有するSiC基板12上に、エピタキシャル層13を形成する工程であるので、エピタキシャル層13のドーピング濃度を再現性良く1014cm-3〜1016cm-3で形成することができる。そのため、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制する。 Further, in the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, the step (a) is a step of forming the epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12 having an impurity concentration of 1.5 × 10 18 cm −3 or less. The doping concentration of the epitaxial layer 13 can be formed with a reproducibility of 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 . Therefore, crystal defects that occur in epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between epitaxial layer 13 and SiC substrate 12 are suppressed.

また、本発明のエピタキシャルウエハの製造方法において、前記工程(a)は、6×1017cm-3以下の不純物濃度を有するSiC基板12上に、エピタキシャル層13を形成する工程であるので、エピタキシャル層13のドーピング濃度を再現性良く1014cm-3〜1016cm-3で形成することができる。そのため、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制する。 In the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, the step (a) is a step of forming the epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12 having an impurity concentration of 6 × 10 17 cm −3 or less. The layer 13 can be formed with a doping concentration of 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 with good reproducibility. Therefore, crystal defects that occur in epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between epitaxial layer 13 and SiC substrate 12 are suppressed.

また、本発明のエピタキシャルウエハの製造方法において、前記工程(a)は、意図的に不純物を添加しないSiC基板12上に、エピタキシャル層13を形成する工程であるので、エピタキシャル層13のドーピング濃度を再現性良く1014cm-3〜1016cm-3で形成することができる。そのため、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制する。 In the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, the step (a) is a step of forming the epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12 to which impurities are not intentionally added. It can be formed at 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 with good reproducibility. Therefore, crystal defects that occur in epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between epitaxial layer 13 and SiC substrate 12 are suppressed.

また、本発明のエピタキシャルウエハの製造方法において、前記工程(a)は、1700℃以下でエピタキシャル成長を行う工程であるので、エピタキシャル成長中の不純物の混入や構成元素の脱離による結晶欠陥の発生を抑制することができる。   In the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, since the step (a) is a step of performing epitaxial growth at 1700 ° C. or lower, generation of crystal defects due to contamination of impurities and desorption of constituent elements during the epitaxial growth is suppressed. can do.

また、本発明のエピタキシャルウエハの製造方法において、前記工程(a)は、窒素が前記不純物濃度でドーピングされたSiC基板12上に、エピタキシャル層13を形成する工程であるので、エピタキシャル層13のドーピング濃度を再現性良く1014cm-3〜1016cm-3で形成することができる。そのため、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制する。 In the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, since the step (a) is a step of forming the epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12 doped with nitrogen at the impurity concentration, the doping of the epitaxial layer 13 is performed. It can be formed at a density of 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 with good reproducibility. Therefore, crystal defects that occur in epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between epitaxial layer 13 and SiC substrate 12 are suppressed.

本発明のエピタキシャルウエハは、上述の本発明のエピタキシャルウエハの製造方法により製造されるので、結晶欠陥が抑制され、ドーピング濃度は再現性良く1014cm-3〜1016cm-3となる。 Since the epitaxial wafer of the present invention is manufactured by the above-described method for manufacturing an epitaxial wafer of the present invention, crystal defects are suppressed, and the doping concentration is 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 with good reproducibility.

本発明の半導体装置は、上述の本発明のエピタキシャルウエハをドリフト層3として用いるので、そのドーピング濃度は1014cm-3〜1016cm-3であり、結晶欠陥が抑制されていることから素子抵抗が小さくなる。また、所定の膜厚のドリフト層3により耐圧を確保することも可能である。 Since the semiconductor device of the present invention uses the above-described epitaxial wafer of the present invention as the drift layer 3, the doping concentration is 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 , and the crystal defects are suppressed. Resistance becomes smaller. It is also possible to secure a withstand voltage by the drift layer 3 having a predetermined thickness.

本発明の第1の半導体装置の製造方法は、上述のエピタキシャルウエハの製造方法により製造したエピタキシャルウエハを半導体装置のドリフト層3として用い、上述のエピタキシャルウエハの製造方法における工程(b)は、前記半導体装置の耐圧保持に必要な所定の厚みのエピタキシャル層13をドリフト層3として残す工程であるので、ドリフト層3のドーピング濃度が再現性良く1014cm-3〜1016cm-3で形成され、SiC基板12との格子定数差に起因する結晶欠陥を抑制することにより素子抵抗が小さくなる。また、ドリフト層3の膜厚を所定の膜厚で形成することにより、耐圧を確保することも可能である。 The first semiconductor device manufacturing method of the present invention uses the epitaxial wafer manufactured by the above-described epitaxial wafer manufacturing method as the drift layer 3 of the semiconductor device, and the step (b) in the above-described epitaxial wafer manufacturing method includes the step Since this step is to leave the epitaxial layer 13 having a predetermined thickness necessary for maintaining the breakdown voltage of the semiconductor device as the drift layer 3, the doping concentration of the drift layer 3 is 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 with good reproducibility. By suppressing crystal defects caused by the difference in lattice constant from the SiC substrate 12, the element resistance is reduced. In addition, by forming the drift layer 3 with a predetermined thickness, it is possible to ensure a breakdown voltage.

本発明の第2の半導体装置の製造方法は、(a)3×1018cm-3以下の不純物濃度を有するSiC基板12上に、1×1014cm-3以上1016cm-3台以下の不純物濃度を有するエピタキシャル層13をエピタキシャル成長により形成する工程と、(b)SiC基板12の側と反対側のエピタキシャル層13の第1主面に選択的にイオン注入を行い、素子の活性層を形成する工程と、(c)前記工程(b)の後、エピタキシャル層13の前記第1主面に電極構造を形成する工程と、(d)前記工程(b)の後に、エピタキシャル層13のうち耐圧の保持に必要な厚みを残して、SiC基板12の側からSiC基板12の全部とエピタキシャル層13の一部とを連続的に除去する工程とを備え、前記工程(d)は、前記工程(b)と前記工程(c)の間、もしくは前記工程(c)の後に行われる。SiC基板12及びエピタキシャル層13の一部の除去と、素子プロセスをいずれの順序で行う場合でも、ドリフト層3がドーピング濃度を再現性良く1014cm-3〜1016cm-3で形成され、SiC基板12との格子定数差に起因する結晶欠陥を抑制することにより素子抵抗を小さくすることが出来る。また、ドリフト層3の膜厚を所定の膜厚で形成することにより、耐圧を確保することも可能である。 The second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes: (a) 1 × 10 14 cm −3 or more and 10 16 cm −3 or less on an SiC substrate 12 having an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or less. And (b) selectively implanting ions into the first main surface of the epitaxial layer 13 on the opposite side of the SiC substrate 12 to form an active layer of the device. A step of forming, (c) a step of forming an electrode structure on the first main surface of the epitaxial layer 13 after the step (b), and (d) after the step (b), of the epitaxial layer 13 A step of continuously removing all of the SiC substrate 12 and a part of the epitaxial layer 13 from the side of the SiC substrate 12 while leaving a thickness necessary for maintaining the withstand voltage, and the step (d) includes the step (B) and said process It is performed during (c) or after the step (c). Regardless of the removal of part of the SiC substrate 12 and the epitaxial layer 13 and the element process, the drift layer 3 is formed with a doping concentration of 10 14 cm −3 to 10 16 cm −3 with good reproducibility, The element resistance can be reduced by suppressing crystal defects caused by the difference in lattice constant from the SiC substrate 12. In addition, by forming the drift layer 3 with a predetermined thickness, it is possible to ensure a breakdown voltage.

また、本発明の第2の半導体装置の製造方法において、前記工程(a)は、1.5×1018cm-3以下の不純物濃度を有するSiC基板12上に、エピタキシャル層13を形成する工程であるので、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制することができ、エピタキシャル層13をドリフト層として用いる半導体装置の素子抵抗を小さくすることが出来る。 In the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the step (a) includes a step of forming the epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12 having an impurity concentration of 1.5 × 10 18 cm −3 or less. Therefore, crystal defects generated in the epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between the epitaxial layer 13 and the SiC substrate 12 can be suppressed, and the element resistance of the semiconductor device using the epitaxial layer 13 as a drift layer can be reduced.

また、本発明の第2の半導体装置の製造方法において、前記工程(a)は、6×1017cm-3以下の不純物濃度を有するSiC基板12上に、エピタキシャル層13を形成する工程であるので、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制することができ、エピタキシャル層13をドリフト層として用いる半導体装置の素子抵抗を小さくすることが出来る。 Moreover, in the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the step (a) is a step of forming the epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12 having an impurity concentration of 6 × 10 17 cm −3 or less. Therefore, crystal defects generated in the epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between the epitaxial layer 13 and the SiC substrate 12 can be suppressed, and the element resistance of the semiconductor device using the epitaxial layer 13 as a drift layer can be reduced.

また、本発明の第2の半導体装置の製造方法において、前記工程(a)は、意図的に不純物を添加しないSiC基板12上に、エピタキシャル層13を形成する工程であるので、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制することができ、エピタキシャル層13をドリフト層として用いる半導体装置の素子抵抗を小さくすることが出来る。   Further, in the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the step (a) is a step of forming the epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12 to which impurities are not intentionally added. Crystal defects generated in the epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference of the SiC substrate 12 can be suppressed, and the element resistance of a semiconductor device using the epitaxial layer 13 as a drift layer can be reduced.

また、本発明の第2の半導体装置の製造方法において、前記工程(a)は、1700℃以下でエピタキシャル成長を行う工程であるので、エピタキシャル成長中の不純物の混入や構成元素の脱離による結晶欠陥の発生を抑制することができる。   Further, in the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the step (a) is a step of performing epitaxial growth at 1700 ° C. or lower, crystal defects caused by contamination of impurities or desorption of constituent elements during the epitaxial growth are obtained. Occurrence can be suppressed.

また、本発明の第2の半導体装置の製造方法において、前記工程(a)は、窒素が前記不純物濃度でドーピングされたSiC基板12上に、エピタキシャル層13を形成する工程であるので、エピタキシャル層13とSiC基板12の格子定数差によりエピタキシャル層13に生じる結晶欠陥を抑制することができ、エピタキシャル層13をドリフト層として用いる半導体装置の素子抵抗を小さくすることが出来る。   In the second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the step (a) is a step of forming an epitaxial layer 13 on the SiC substrate 12 doped with nitrogen at the impurity concentration. The crystal defects generated in the epitaxial layer 13 due to the lattice constant difference between the silicon substrate 13 and the SiC substrate 12 can be suppressed, and the element resistance of the semiconductor device using the epitaxial layer 13 as a drift layer can be reduced.

1 コレクタ電極、2 コレクタ領域、3 ドリフト層、4 pボディ領域、5 nエミッタ領域、6 pコンタクト領域、7 ゲート絶縁膜、8 ゲート電極、9 層間絶縁膜、10 エミッタ電極、11 エミッタ配線、22 nドレイン領域、23 エピタキシャルウエハ、25 nソース領域、42 カソード領域、44 アノード領域。   1 collector electrode, 2 collector region, 3 drift layer, 4 p body region, 5 n emitter region, 6 p contact region, 7 gate insulating film, 8 gate electrode, 9 interlayer insulating film, 10 emitter electrode, 11 emitter wiring, 22 n drain region, 23 epitaxial wafer, 25 n source region, 42 cathode region, 44 anode region.

Claims (9)

(a)3×1018cm-3以下の不純物濃度の窒素がドーピングされたSiC基板、又は、意図的に不純物を添加しない前記SiC基板上に、1×1014cm-3以上1016cm-3台以下の不純物濃度の窒素がドーピングされたエピタキシャル層を100〜200μmの層厚でエピタキシャル成長により形成する工程と、
(b)前記工程(a)により得られた構造の前記SiC基板の側から、前記エピタキシャル層のうち所定の厚みを残して、前記SiC基板の全部と前記エピタキシャル層の一部とを連続的に除去する工程とを備える、
エピタキシャルウエハの製造方法。
(A) 1 × 10 14 cm −3 or more and 10 16 cm on a SiC substrate doped with nitrogen having an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or less, or on the SiC substrate to which no impurity is intentionally added. Forming an epitaxial layer doped with nitrogen having an impurity concentration of 3 or less by epitaxial growth with a layer thickness of 100 to 200 μm;
(B) From the side of the SiC substrate having the structure obtained in the step (a), the entire SiC substrate and a part of the epitaxial layer are continuously formed while leaving a predetermined thickness of the epitaxial layer. A step of removing,
Epitaxial wafer manufacturing method.
前記工程(a)は、1.5×1018cm-3以下の不純物濃度の窒素がドーピングされた前記SiC基板上に、前記エピタキシャル層を形成する工程である、
請求項1に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
The step (a) is a step of forming the epitaxial layer on the SiC substrate doped with nitrogen having an impurity concentration of 1.5 × 10 18 cm −3 or less.
The method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 1.
前記工程(a)は、6×1017cm-3以下の不純物濃度の窒素がドーピングされた前記SiC基板上に、前記エピタキシャル層を形成する工程である、
請求項2に記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
The step (a) is a step of forming the epitaxial layer on the SiC substrate doped with nitrogen having an impurity concentration of 6 × 10 17 cm −3 or less.
The manufacturing method of the epitaxial wafer of Claim 2.
前記工程(a)は、1700℃以下でエピタキシャル成長を行う工程である、
請求項1〜3のいずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法。
The step (a) is a step of performing epitaxial growth at 1700 ° C. or lower.
The manufacturing method of the epitaxial wafer in any one of Claims 1-3.
請求項1〜4のいずれかに記載のエピタキシャルウエハの製造方法を含む半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 1. (a)3×10  (A) 3 × 10 1818 cmcm -3-3 以下の不純物濃度の窒素がドーピングされたSiC基板上、又は意図的に不純物を添加しない前記SiC基板上に、1×10On a SiC substrate doped with nitrogen of the following impurity concentration or on the SiC substrate to which no impurity is intentionally added: 1414 cmcm -3-3 以上1010 or more 1616 cmcm -3-3 台以下の不純物濃度の窒素がドーピングされたエピタキシャル層を100〜200μmの層厚でエピタキシャル成長により形成する工程と、Forming an epitaxial layer doped with nitrogen having an impurity concentration of not more than a stand by epitaxial growth with a layer thickness of 100 to 200 μm;
(b)前記SiC基板の側と反対側の前記エピタキシャル層の第1主面に選択的にイオン注入を行い、素子の活性層を形成する工程と、  (B) selectively implanting ions into the first main surface of the epitaxial layer on the side opposite to the SiC substrate to form an active layer of the device;
(c)前記工程(b)の後、前記エピタキシャル層の前記第1主面に電極構造を形成する工程と、  (C) after the step (b), forming an electrode structure on the first main surface of the epitaxial layer;
(d)前記工程(b)の後に、前記エピタキシャル層のうち耐圧の保持に必要な厚みを残して、前記SiC基板の側から前記SiC基板の全部と前記エピタキシャル層の一部とを連続的に除去する工程とを備え、  (D) After the step (b), the entire SiC substrate and a part of the epitaxial layer are continuously formed from the side of the SiC substrate, leaving a thickness necessary for maintaining the breakdown voltage in the epitaxial layer. A step of removing,
前記工程(d)は、前記工程(b)と前記工程(c)の間、もしくは前記工程(c)の後に行われる、  The step (d) is performed between the step (b) and the step (c) or after the step (c).
半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(a)は、1.5×10  In the step (a), 1.5 × 10 1818 cmcm -3-3 以下の不純物濃度の窒素がドーピングされた前記SiC基板上に、前記エピタキシャル層を形成する工程である、The step of forming the epitaxial layer on the SiC substrate doped with nitrogen of the following impurity concentration:
請求項6に記載の半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6.
前記工程(a)は、6×10  The step (a) is 6 × 10 1717 cmcm -3-3 以下の不純物濃度の窒素がドーピングされた前記SiC基板上に、前記エピタキシャル層を形成する工程である、The step of forming the epitaxial layer on the SiC substrate doped with nitrogen of the following impurity concentration:
請求項7に記載の半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
前記工程(a)は、1700℃以下でエピタキシャル成長を行う工程である、  The step (a) is a step of performing epitaxial growth at 1700 ° C. or lower.
請求項6〜8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。The manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 6-8.
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