JP5967281B2 - Semiconductor substrate - Google Patents

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Description

この発明は、半導体基板に関し、より特定的には、単結晶炭化珪素からなる半導体基板に関する。   The present invention relates to a semiconductor substrate, and more particularly to a semiconductor substrate made of single crystal silicon carbide.

近年、半導体装置の製造用に炭化珪素基板が用いられ始めている。炭化珪素は、珪素などの一般的な材料に比べて、より大きなバンドギャップを有する。そのため、炭化珪素基板を用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の劣化が小さいといった利点を有する。   In recent years, silicon carbide substrates have begun to be used for manufacturing semiconductor devices. Silicon carbide has a larger band gap than a general material such as silicon. Therefore, a semiconductor device using a silicon carbide substrate has advantages such as high breakdown voltage, low on-resistance, and small deterioration in characteristics under a high temperature environment.

一方、上記のような優れた特性の半導体装置を実現するため、結晶欠陥の密度を低減した炭化珪素基板を用いることが提案されている。たとえば、米国特許第7314520号明細書(特許文献1)において、螺旋転位の密度が2500cm-2以下とされた炭化珪素基板が開示されている。 On the other hand, in order to realize a semiconductor device having excellent characteristics as described above, it has been proposed to use a silicon carbide substrate with a reduced density of crystal defects. For example, US Pat. No. 7,314,520 (Patent Document 1) discloses a silicon carbide substrate in which the density of screw dislocations is 2500 cm −2 or less.

米国特許第7314520号明細書US Pat. No. 7,314,520

しかしながら、上述した先行技術文献において開示された欠陥のみを抑制しても、炭化珪素基板上に形成された半導体デバイスの歩留まりを向上させることが困難であった。   However, even if only the defects disclosed in the above-described prior art documents are suppressed, it is difficult to improve the yield of the semiconductor device formed on the silicon carbide substrate.

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる炭化珪素半導体基板を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is to provide a silicon carbide semiconductor substrate capable of improving the yield of semiconductor devices.

本願発明者は鋭意研究の結果、炭化珪素半導体デバイスの歩留まりを向上させるためには、炭化珪素半導体基板の平均的な転位密度に注目するのではなくて、局所的な転位密度に注目し、半導体装置の製造に使用するすべての領域において転位密度を低減することが重要であることを見出した。   As a result of diligent research, the inventor of the present application pays attention to the local dislocation density, not the average dislocation density of the silicon carbide semiconductor substrate, in order to improve the yield of the silicon carbide semiconductor device. It has been found that it is important to reduce the dislocation density in all regions used for manufacturing the device.

そこで、本発明に係る半導体基板は、主表面を有し、単結晶炭化珪素からなる半導体基板である。主表面は外周から5mm以内の領域を除いた領域である中央領域を含んでいる。中央領域を一辺が1mm2である正方形領域に分割した場合に、いずれの正方形領域においても、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な成分と<11−20>方向に平行な成分とを含む転位の密度が1×105cm-2以下である。 Therefore, the semiconductor substrate according to the present invention is a semiconductor substrate having a main surface and made of single crystal silicon carbide. The main surface includes a central region which is a region excluding a region within 5 mm from the outer periphery. When the central area is divided into square areas each having a side of 1 mm 2 , in any square area, the Burgers vector includes a component parallel to the <0001> direction and a component parallel to the <11-20> direction. Is 1 × 10 5 cm −2 or less.

これにより、上記半導体基板を用いて作製された半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。   Thereby, the yield of the semiconductor device manufactured using the said semiconductor substrate can be improved.

上記の半導体基板において好ましくは、中央領域において、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な転位の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位の密度よりも低い。   Preferably, in the semiconductor substrate, the density of dislocations in which the Burgers vector is parallel to the <0001> direction in the central region is such that the Burgers vector includes dislocations including a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. Lower than density.

これにより、上記半導体基板を用いて作製された半導体デバイスの歩留まりをさらに向上させることができる。   Thereby, the yield of the semiconductor device manufactured using the said semiconductor substrate can further be improved.

上記の半導体基板において好ましくは、中央領域において、バーガースベクトルが<11−20>方向に平行な転位の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位の密度よりも低い。   In the above semiconductor substrate, preferably, in the central region, the density of dislocations in which the Burgers vector is parallel to the <11-20> direction includes a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. Lower than dislocation density.

これにより、上記半導体基板を用いて作製された半導体デバイスの歩留まりをさらに向上させることができる。   Thereby, the yield of the semiconductor device manufactured using the said semiconductor substrate can further be improved.

上記の半導体基板においては、半導体基板の内部において複数の転位線に分岐しており、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを有する転位を含んでいてもよい。   In the semiconductor substrate, the semiconductor substrate may be branched into a plurality of dislocation lines, and the Burgers vector may include a dislocation having a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. .

上記の半導体基板において好ましくは、口径が4インチ以上である。これにより、大口径の半導体基板が得られるので、半導体デバイスを効率良く製造することができる。   In the above semiconductor substrate, the diameter is preferably 4 inches or more. Thereby, since a large-diameter semiconductor substrate is obtained, a semiconductor device can be manufactured efficiently.

上記の半導体基板において好ましくは、半導体基板を構成する単結晶炭化珪素のポリタイプが4Hである。   In the semiconductor substrate described above, the polytype of single crystal silicon carbide constituting the semiconductor substrate is preferably 4H.

ポリタイプが4Hの炭化珪素基板を用いた半導体デバイスは、移動度が大きいためパワーデバイスに好適に用いることができる。   A semiconductor device using a silicon carbide substrate having a polytype of 4H can be suitably used for a power device because of its high mobility.

本発明の半導体基板によれば、半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。   According to the semiconductor substrate of the present invention, the yield of semiconductor devices can be improved.

本発明の実施の形態1における半導体基板を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the semiconductor substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体基板の一部を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly a part of semiconductor substrate in Embodiment 1 of this invention. オフ角0のときの基底面転位と貫通転位とを概略的に説明する図である。It is a figure which illustrates roughly the basal plane dislocation and threading dislocation when the off angle is 0. オフ角θのときの基底面転位と貫通転位とを概略的に説明する図である。It is a figure which illustrates roughly the basal plane dislocation and threading dislocation at the off angle θ. 本発明の実施の形態1における半導体基板を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the semiconductor substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体基板を製造するための装置を概略的に説明する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates roughly the apparatus for manufacturing the semiconductor substrate in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体デバイスの構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体デバイスの製造方法を概略的に示すフロー図である。It is a flowchart which shows schematically the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体デバイスの製造方法の第1の工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体デバイスの製造方法の第2の工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the 2nd process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体デバイスの製造方法の第3の工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体デバイスの製造方法の第4の工程を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the 4th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。また角度の記載には、全方位角を360度とする系を用いている。   In the crystallographic description in this specification, the individual orientation is indicated by [], the collective orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the collective plane is indicated by {}. As for the negative index, “−” (bar) is attached on the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is attached before the number. The angle is described using a system in which the omnidirectional angle is 360 degrees.

(実施の形態1)
図1を参照して、本実施の形態の半導体基板10は単結晶炭化珪素から作られており、主表面1と、中央領域3とを主に有する。単結晶炭化珪素は六方晶の結晶構造を有している。半導体基板10を構成する単結晶炭化珪素のポリタイプは、好ましくは4Hである。主表面1の法線は、たとえば<0001>方向からオフ角θだけ傾斜している。具体的な一例としては、主表面1は、(0001)面を<11−20>方向に4度オフさせた面であることが好ましい。また、半導体基板10の口径は、好ましくは4インチ以上である。
(Embodiment 1)
Referring to FIG. 1, semiconductor substrate 10 of the present embodiment is made of single crystal silicon carbide, and has a main surface 1 and a central region 3. Single crystal silicon carbide has a hexagonal crystal structure. The polytype of single crystal silicon carbide constituting semiconductor substrate 10 is preferably 4H. The normal line of the main surface 1 is inclined, for example, from the <0001> direction by an off angle θ. As a specific example, the main surface 1 is preferably a plane obtained by turning off the (0001) plane by 4 degrees in the <11-20> direction. The aperture of the semiconductor substrate 10 is preferably 4 inches or more.

中央領域3は、半導体基板10の外周2から半導体基板の中心に向かって、たとえば5mm(図1においてaで示す距離)の領域を除いた領域である。図1に示すように、中央領域3を、1辺が1mmである多数の正方形領域4に分割した場合を想定する。   The central region 3 is a region excluding a region of, for example, 5 mm (distance indicated by a in FIG. 1) from the outer periphery 2 of the semiconductor substrate 10 toward the center of the semiconductor substrate. As shown in FIG. 1, the case where the center area | region 3 is divided | segmented into many square area | regions 4 whose 1 side is 1 mm is assumed.

図2は、半導体基板10の正方形領域4を拡大した図である。図2を参照して、正方形領域4は通常様々な種類の転位を含んでいる。正方形領域4は、たとえばバーガースベクトルが<11−20>方向の成分と<0001>方向の成分とを含む転位23を有している。   FIG. 2 is an enlarged view of the square region 4 of the semiconductor substrate 10. Referring to FIG. 2, the square region 4 usually contains various types of dislocations. Square region 4 has dislocations 23 in which, for example, the Burgers vector includes a component in the <11-20> direction and a component in the <0001> direction.

また、正方形領域4は、たとえばバーガースベクトルが<11−20>方向に平行な転位22を有していてもよい。この転位22は、バーガースベクトルが<11−20>方向に平行であって、転位線が基底面内にあり、転位線は半導体基板の主表面に露出している転位24と、その他の転位25とを含んでいてもよい。なお、基底面とは、(0001)面(言い換えればc軸を法線とする面)のことである。さらに、正方形領域4は、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な転位21を有していてもよい。   In addition, the square region 4 may have dislocations 22 in which, for example, the Burgers vector is parallel to the <11-20> direction. In this dislocation 22, the Burgers vector is parallel to the <11-20> direction, the dislocation line is in the basal plane, the dislocation line is exposed on the main surface of the semiconductor substrate, and the other dislocation 25. And may be included. The basal plane is the (0001) plane (in other words, the plane having the c-axis as a normal line). Furthermore, the square region 4 may have dislocations 21 whose Burgers vector is parallel to the <0001> direction.

本実施の形態の半導体基板10が有する、バーガースベクトルが<11−20>方向の成分と<0001>方向の成分とを含む転位23の密度は、いずれの正方形領域4においても、1×105cm-2以下である。より好ましくは、バーガースベクトルが<11−20>方向の成分と<0001>方向の成分とを含む転位23の密度は、いずれの正方形領域4においても、1×104cm-2以下であり、さらに好ましくは1×103cm-2以下である。 The density of dislocations 23 in which the Burgers vector includes a component in the <11-20> direction and a component in the <0001> direction, which the semiconductor substrate 10 of the present embodiment has, is 1 × 10 5 in any square region 4. cm -2 or less. More preferably, the density of dislocations 23 in which the Burgers vector includes a component in the <11-20> direction and a component in the <0001> direction is 1 × 10 4 cm −2 or less in any square region 4, More preferably, it is 1 × 10 3 cm −2 or less.

好ましくは、いずれの正方形領域4においても、バーガースベクトルが<11−20>方向に平行な転位22の密度は、1×105cm-2以下であり、より好ましくは1×104cm-2以下であり、さらに好ましくは1×103cm-2以下である。 Preferably, in any square region 4, the density of dislocations 22 whose Burgers vector is parallel to the <11-20> direction is 1 × 10 5 cm −2 or less, more preferably 1 × 10 4 cm −2. Or less, more preferably 1 × 10 3 cm −2 or less.

好ましくは、いずれの正方形領域4においても、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な転位21の密度は、1×105cm-2以下であり、より好ましくは1×104cm-2以下であり、さらに好ましくは1×103cm-2以下である。 Preferably, in any square region 4, the density of dislocations 21 whose Burgers vector is parallel to the <0001> direction is 1 × 10 5 cm −2 or less, more preferably 1 × 10 4 cm −2 or less. More preferably 1 × 10 3 cm −2 or less.

また好ましくは、中央領域3において、バーガースベクトルが<11−20>方向に平行な転位22の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位23の密度よりも低い。さらに好ましくは、いずれの正方形領域4においても、バーガースベクトルが<11−20>方向に平行な転位22の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位23の密度よりも低い。   Preferably, in the central region 3, the density of dislocations 22 whose Burgers vector is parallel to the <11-20> direction is such that the Burgers vector includes a dislocation 23 including a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. Is less than the density. More preferably, in any square region 4, the density of dislocations 22 in which the Burgers vector is parallel to the <11-20> direction includes the components in the <0001> direction and the components in the <11-20> direction. It is lower than the density of dislocations 23 included.

また好ましくは、中央領域3において、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な転位21の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位23の密度よりも低い。さらに好ましくは、いずれの正方形領域4においても、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な転位21の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位23の密度よりも低い。   Also preferably, in the central region 3, the density of dislocations 21 whose Burgers vector is parallel to the <0001> direction, and the density of dislocations 23 whose Burgers vector includes a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. Lower than. More preferably, in any square region 4, the density of dislocations 21 whose Burgers vector is parallel to the <0001> direction is such that the Burgers vector includes a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. The density is lower than 23.

ここで、転位の密度の測定方法について説明する。
転位の密度は、半導体基板10の表面にエッチング処理を行なった後、半導体基板10の表面のエッチピットの数を、たとえばノマルスキー微分干渉顕微鏡を用いてカウントすることにより求められる。なお、エッチング処理は、半導体基板10を、たとえば500℃のKOH(水酸化カリウム)融液に10分間浸漬させることにより行われる。また、1000℃の塩素と酸素の混合ガスにより、半導体基板10の表面を1時間ガスエッチングすることによってエッチング処理が行われてもよい。
Here, a method for measuring the density of dislocations will be described.
The density of dislocations is obtained by performing etching on the surface of the semiconductor substrate 10 and then counting the number of etch pits on the surface of the semiconductor substrate 10 using, for example, a Nomarski differential interference microscope. The etching process is performed by immersing the semiconductor substrate 10 in a KOH (potassium hydroxide) melt at 500 ° C. for 10 minutes, for example. Further, the etching process may be performed by gas-etching the surface of the semiconductor substrate 10 with a mixed gas of chlorine and oxygen at 1000 ° C. for 1 hour.

次に、図3および図4を参照して、上述した用語について説明する。
図3は、オフ角が0である単結晶炭化珪素からなる半導体基板10に発生した転位を示す図である。転位は主に貫通転位6と基底面転位5とに分類される。貫通転位6とは、半導体基板10の一方の主表面1から他方の主表面1にかけて延在するように伸展する転位である。図3においては、半導体基板10の一方の主表面1から他方の主表面1にかけて<0001>方向に延在している。また、オフ角が0の場合、貫通転位6の転位線は<0001>方向に延在する。基底面転位5とは、結晶の基底面内に転位線が存在する転位のことである。基底面転位5の転位線は基底面に平行に延在する。
Next, the above-described terms will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram showing dislocations generated in semiconductor substrate 10 made of single-crystal silicon carbide having an off angle of zero. Dislocations are mainly classified into threading dislocations 6 and basal plane dislocations 5. The threading dislocation 6 is a dislocation that extends so as to extend from one main surface 1 of the semiconductor substrate 10 to the other main surface 1. In FIG. 3, the semiconductor substrate 10 extends in the <0001> direction from one main surface 1 to the other main surface 1. When the off angle is 0, the dislocation line of threading dislocation 6 extends in the <0001> direction. The basal plane dislocation 5 is a dislocation having dislocation lines in the basal plane of the crystal. The dislocation line of the basal plane dislocation 5 extends parallel to the basal plane.

図4は、オフ角がθである単結晶炭化珪素からなる半導体基板10に発生した転位を示す図である。上述したように、基底面転位5の転位線は基底面(c面)と平行に延在する。したがって、半導体基板10を構成する単結晶炭化珪素のオフ角が有限の値θを有する場合、基底面転位5は主表面1に露出する可能性がある。また、基底面転位5の転位線が<11−20>方向に伸展する場合、基底面転位5は半導体基板10の側面に露出する可能性がある。転位7は、転位線が基底面内にあり、転位線が半導体基板10の主表面に露出している転位の一例である。   FIG. 4 is a diagram showing dislocations generated in semiconductor substrate 10 made of single crystal silicon carbide having an off angle of θ. As described above, the dislocation line of the basal plane dislocation 5 extends in parallel with the basal plane (c-plane). Therefore, basal plane dislocations 5 may be exposed to main surface 1 when the off-angle of single crystal silicon carbide constituting semiconductor substrate 10 has a finite value θ. Further, when the dislocation line of the basal plane dislocation 5 extends in the <11-20> direction, the basal plane dislocation 5 may be exposed on the side surface of the semiconductor substrate 10. The dislocation 7 is an example of a dislocation in which the dislocation line is in the basal plane and the dislocation line is exposed on the main surface of the semiconductor substrate 10.

図5を参照して、半導体基板10は、半導体基板10の内部において複数の転位線8に分岐しており、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位を有していてもよい。また、分岐した転位線8が、半導体基板10の内部で集まってバーガースベクトルが1c+1/3<11−20>である転位になっていてもよい。   Referring to FIG. 5, semiconductor substrate 10 branches into a plurality of dislocation lines 8 inside semiconductor substrate 10, and the Burgers vector includes a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. You may have a dislocation. Further, the branched dislocation lines 8 may be gathered inside the semiconductor substrate 10 to form a dislocation whose Burgers vector is 1c + 1/3 <11-20>.

また、半導体基板10は、半導体基板10の内部において複数の転位線8に分岐しており、バーガースベクトルが<11−20>方向に平行な転位を有していてもよい。たとえば、半導体基板10を形成する炭化珪素のポリタイプが4Hの場合、バーガースベクトルが1/3<11−20>である転位が、半導体基板10の内部でバーガースベクトルが1/3<10−10>と1/3<01−10>である2つの転位線8に分かれている。また、上記2つの転位線8が、半導体基板10の内部で集まってバーガースベクトルが1/3<11−20>である転位になっていてもよい。   Further, the semiconductor substrate 10 may be branched into a plurality of dislocation lines 8 inside the semiconductor substrate 10, and the Burgers vector may have dislocations parallel to the <11-20> direction. For example, when the polytype of silicon carbide forming the semiconductor substrate 10 is 4H, dislocations with a Burgers vector of 1/3 <11-20> are generated, and a Burgers vector within a semiconductor substrate 10 has a 1/3 <10-10. > And 1/3 <01-10>, which is divided into two dislocation lines 8. The two dislocation lines 8 may be gathered inside the semiconductor substrate 10 to form a dislocation whose Burgers vector is 1/3 <11-20>.

さらに、半導体基板10は、半導体基板10の内部において複数の転位線8に分岐しており、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な転位を有していてもよい。たとえば、半導体基板10を形成する炭化珪素のポリタイプが4Hの場合、バーガースベクトルが1c(ここで、1c=<0001>である。以下同様。)である転位が、半導体基板10の内部でバーガースベクトルが0.25cである4つの転位線8に分かれている。また、上記4つの転位線8が、半導体基板10の内部で集まってバーガースベクトルが1cである転位になっていてもよい。   Further, the semiconductor substrate 10 may be branched into a plurality of dislocation lines 8 inside the semiconductor substrate 10, and the Burgers vector may have dislocations parallel to the <0001> direction. For example, when the polytype of silicon carbide forming the semiconductor substrate 10 is 4H, a dislocation whose Burgers vector is 1c (where 1c = <0001>, the same applies hereinafter) is formed inside the semiconductor substrate 10 by Burgers. It is divided into four dislocation lines 8 having a vector of 0.25c. The four dislocation lines 8 may be gathered inside the semiconductor substrate 10 to form a dislocation whose Burgers vector is 1c.

次に、本実施の形態の半導体基板10の製造方法について説明する。
図6を参照して、半導体基板10の製造装置は、ルツボ11と、加熱部(図示せず)とを主に有している。ルツボ11の内部には、原料12が収容されている。原料12は、炭化珪素結晶14を成長させるための原料であり、SiC2ガスやSi2Cガスなどの原料ガスを発生するものであれば特に制限されない。たとえば、取り扱いの容易性および原料の準備の容易性から、原料12として炭化珪素パウダーを用いることが好ましい。炭化珪素パウダーは、たとえば、炭化珪素多結晶を粉砕することによって得ることができる。加熱部は、ルツボ11の外部を囲うように配置され原料12を加熱するためのものである。加熱部としては、たとえば、高周波加熱コイルが使用される。
Next, a method for manufacturing the semiconductor substrate 10 of the present embodiment will be described.
Referring to FIG. 6, the semiconductor substrate 10 manufacturing apparatus mainly includes a crucible 11 and a heating unit (not shown). A raw material 12 is accommodated inside the crucible 11. The raw material 12 is a raw material for growing the silicon carbide crystal 14 and is not particularly limited as long as it generates a raw material gas such as SiC 2 gas or Si 2 C gas. For example, it is preferable to use silicon carbide powder as the raw material 12 because of easy handling and easy preparation of the raw material. Silicon carbide powder can be obtained, for example, by pulverizing silicon carbide polycrystal. The heating unit is arranged to surround the outside of the crucible 11 and heats the raw material 12. For example, a high-frequency heating coil is used as the heating unit.

ルツボ11の内部には種結晶13が配置されている。種結晶13上には、原料12を昇華させることにより炭化珪素結晶14が成長する。種結晶13は、炭化珪素からなる結晶であり、その結晶構造は六方晶系であることが好ましい。種結晶基板の表面の面方位は、たとえば六方晶系である場合、{0001}面や{03−38}面などが挙げられる。また、これらの結晶面からオフ角がついていることが好ましく、具体的な一例としては、(0001)面を<11−20>方向に10度以下だけ傾けた面であることが好ましい。オフ角は、2度以上8度以下がより好ましく、4度以上6度以下がさらに好ましい。   A seed crystal 13 is arranged inside the crucible 11. A silicon carbide crystal 14 is grown on the seed crystal 13 by sublimating the raw material 12. The seed crystal 13 is a crystal made of silicon carbide, and its crystal structure is preferably a hexagonal system. As for the plane orientation of the surface of the seed crystal substrate, for example, in the case of hexagonal system, {0001} plane, {03-38} plane and the like can be mentioned. Further, it is preferable that an off-angle is formed from these crystal planes. As a specific example, a plane in which the (0001) plane is inclined by 10 degrees or less in the <11-20> direction is preferable. The off angle is more preferably 2 degrees or more and 8 degrees or less, and further preferably 4 degrees or more and 6 degrees or less.

また、種結晶13の表面は、たとえばCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理が成されることが好ましい。種結晶13の表面の粗さは、たとえば、2乗平均平方根粗さ(RMS)が1nmよりも小さいことが好ましい。   The surface of seed crystal 13 is preferably subjected to, for example, CMP (Chemical Mechanical Polishing) treatment. As for the roughness of the surface of the seed crystal 13, for example, the root mean square roughness (RMS) is preferably smaller than 1 nm.

図6の矢印に示すように、原料12を昇華させ、かつ種結晶13上で再結晶させることで、種結晶13上に炭化珪素結晶14が成長する。炭化珪素を昇華および再結晶させる温度は、たとえば2100℃以上2500℃以下である。また原料12側から種結晶13側にかけて温度が低下するように温度勾配が設けられている。   As shown by the arrow in FIG. 6, silicon carbide crystal 14 grows on seed crystal 13 by sublimating raw material 12 and recrystallizing on seed crystal 13. The temperature at which silicon carbide is sublimated and recrystallized is, for example, 2100 ° C. or higher and 2500 ° C. or lower. A temperature gradient is provided so that the temperature decreases from the raw material 12 side to the seed crystal 13 side.

ルツボ11の内部は、たとえばアルゴンと窒素との混合ガスにより満たされている。ルツボ11内部の雰囲気の温度がたとえば2000℃以上2500℃以下の所定の温度になり、ルツボ11内部の雰囲気の圧力がたとえば5kPa以下の所定の圧力となって、炭化珪素粉末の昇華によって原料12から原料ガスが発生する環境になった時点で、昇華法による炭化珪素結晶14の気相成長が開始する。このときの炭化珪素の成長の速度は、たとえば毎時0.01mmよりも遅いことが好ましい。炭化珪素結晶の成長時の成長圧力は、たとえば4kPa程度(30torr)である。   The inside of the crucible 11 is filled with, for example, a mixed gas of argon and nitrogen. The temperature of the atmosphere inside the crucible 11 becomes a predetermined temperature of, for example, 2000 ° C. or more and 2500 ° C. or less, and the pressure of the atmosphere inside the crucible 11 becomes a predetermined pressure of, for example, 5 kPa or less. When the environment in which the source gas is generated is reached, vapor phase growth of the silicon carbide crystal 14 by the sublimation method starts. The growth rate of silicon carbide at this time is preferably slower than 0.01 mm per hour, for example. The growth pressure during the growth of the silicon carbide crystal is, for example, about 4 kPa (30 torr).

種結晶13には、たとえば4度のオフ角が設けられている。種結晶13の表面に転位があれば、その上に成長される炭化珪素結晶14もその転位を引き継いでしまう。種結晶13にオフ角を設けた状態で、二次元核を発生させないステップフロー成長モードで種結晶13の表面に炭化珪素結晶14を成長させる。これにより、種結晶13の表面に露出していた転位の一部を主表面に向かって伸展させることなく図中横方向に抜けさせることができる。また、炭化珪素結晶14成長中に新たな転位が発生することを抑制することができる。   The seed crystal 13 is provided with an off angle of, for example, 4 degrees. If there is a dislocation on the surface of the seed crystal 13, the silicon carbide crystal 14 grown thereon will also take over the dislocation. Silicon carbide crystal 14 is grown on the surface of seed crystal 13 in a step flow growth mode in which two-dimensional nuclei are not generated with off-angle provided in seed crystal 13. Thereby, some of the dislocations exposed on the surface of the seed crystal 13 can be removed in the lateral direction in the figure without extending toward the main surface. Moreover, generation of new dislocations during the growth of silicon carbide crystal 14 can be suppressed.

上記のようにして炭化珪素結晶14を所定の厚みまで成長させた後、炭化珪素結晶14をスライスすることで炭化珪素からなる半導体基板10が完成する。   After growing silicon carbide crystal 14 to a predetermined thickness as described above, semiconductor substrate 10 made of silicon carbide is completed by slicing silicon carbide crystal 14.

次に、本実施の形態の半導体基板10の作用効果について説明する。
本実施の形態の半導体基板10は、たとえば上述のように種結晶13表面の転位を横方向に抜けさせるとともに、炭化珪素結晶14成長中の新たな転位の発生を抑制可能な方向により作製された炭化珪素結晶14をスライスして作られている。その結果、中央領域3を一辺が1mmである正方形領域4に分割したいずれの正方形領域4においても、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な成分と<11−20>方向に平行な成分とを含む転位の密度が1×105cm-2以下であるという特徴を有している。
Next, the effect of the semiconductor substrate 10 of this Embodiment is demonstrated.
Semiconductor substrate 10 according to the present embodiment is fabricated in a direction that allows the dislocations on the surface of seed crystal 13 to escape laterally as described above and suppresses the occurrence of new dislocations during the growth of silicon carbide crystal 14. It is made by slicing silicon carbide crystal 14. As a result, in any square region 4 obtained by dividing the central region 3 into square regions 4 each having a side of 1 mm, the Burgers vector has a component parallel to the <0001> direction and a component parallel to the <11-20> direction. The density of dislocations included is 1 × 10 5 cm −2 or less.

これにより、上記半導体基板10を用いて作製された半導体デバイスの歩留まりを向上させることができる。   Thereby, the yield of the semiconductor device manufactured using the said semiconductor substrate 10 can be improved.

また、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な転位の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位の密度よりも低い場合、上記半導体基板10を用いて作製された半導体デバイスの歩留まりをさらに向上させることができる。   Further, when the Burgers vector has a density of dislocations parallel to the <0001> direction and the Burgers vector is lower than the density of dislocations including a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction, the semiconductor substrate 10 The yield of semiconductor devices manufactured using can be further improved.

さらに、バーガースベクトルが<11−20>方向に平行な転位の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位の密度よりも低い場合、上記半導体基板10を用いて作製された半導体デバイスの歩留まりをさらに向上させることができる。   Furthermore, when the density of dislocations whose Burgers vector is parallel to the <11-20> direction is lower than the density of dislocations where the Burgers vector includes a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction, the semiconductor The yield of semiconductor devices manufactured using the substrate 10 can be further improved.

さらに、半導体基板10の口径が4インチ以上である場合、大口径の半導体基板が得られ、効率良く半導体デバイスを製造することができる。   Furthermore, when the diameter of the semiconductor substrate 10 is 4 inches or more, a large-diameter semiconductor substrate can be obtained, and a semiconductor device can be manufactured efficiently.

さらに、半導体基板10を構成する単結晶炭化珪素のポリタイプが4Hである場合、ポリタイプが4Hの炭化珪素基板を用いた半導体デバイスは移動度が大きいためパワーデバイスに好適に用いることができる。   Furthermore, when the polytype of the single crystal silicon carbide composing the semiconductor substrate 10 is 4H, a semiconductor device using a silicon carbide substrate having a polytype of 4H has high mobility and can be suitably used for a power device.

(実施の形態2)
図7を参照して、本実施の形態の半導体デバイス100は、縦型DiMOSFET(Double Implanted Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であって、半導体基板10、バッファ層121、耐圧保持層122、p領域123、n+領域124、p+領域125、酸化膜126、ソース電極111、上部ソース電極127、ゲート電極110、およびドレイン電極112を有する。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 7, the semiconductor device 100 of the present embodiment is a vertical DiMOSFET (Double Implanted Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and includes a semiconductor substrate 10, a buffer layer 121, a breakdown voltage holding layer 122, and a p region 123. N + region 124, p + region 125, oxide film 126, source electrode 111, upper source electrode 127, gate electrode 110, and drain electrode 112.

半導体基板10は、本実施の形態においてはn型の導電型を有し、また実施の形態1で説明したように、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な成分と<11−20>方向に平行な成分とを含む転位の密度が、いずれの正方形領域4においても、1×105cm-2以下である。 The semiconductor substrate 10 has n-type conductivity in the present embodiment, and, as described in the first embodiment, the Burgers vector is in the <11-20> direction and the component parallel to the <0001> direction. The density of dislocations including parallel components is 1 × 10 5 cm −2 or less in any square region 4.

バッファ層121は、導電型がn型であり、その厚さはたとえば0.5μmである。またバッファ層121におけるn型の導電性不純物の濃度は、たとえば5×1017cm-3である。 Buffer layer 121 has n-type conductivity and has a thickness of 0.5 μm, for example. The concentration of the n-type conductive impurity in the buffer layer 121 is, for example, 5 × 10 17 cm −3 .

耐圧保持層122は、バッファ層121上に形成されており、また導電型がn型の炭化珪素からなる。たとえば、耐圧保持層122の厚さは10μmであり、そのn型の導電性不純物の濃度は5×1015cm-3である。 The breakdown voltage holding layer 122 is formed on the buffer layer 121 and is made of silicon carbide having an n-type conductivity. For example, the thickness of the breakdown voltage holding layer 122 is 10 μm, and the concentration of the n-type conductive impurity is 5 × 10 15 cm −3 .

この耐圧保持層122の表面を含む領域には、導電型がp型である複数のp領域123が互いに間隔を隔てて形成されている。p領域123の内部において、p領域123の表面層にn+領域124が形成されている。また、このn+領域124に隣接する位置には、p+領域125が形成されている。一方のp領域123におけるn+領域124上から、p領域123、2つのp領域123の間において露出する耐圧保持層122、他方のp領域123および当該他方のp領域123におけるn+領域124上にまで延在するように、酸化膜126が形成されている。酸化膜126上にはゲート電極110が形成されている。また、n+領域124およびp+領域125上にはソース電極111が形成されている。このソース電極111上には上部ソース電極127が形成されている。   In the region including the surface of the breakdown voltage holding layer 122, a plurality of p regions 123 having a p-type conductivity are formed at intervals. An n + region 124 is formed in the surface layer of the p region 123 inside the p region 123. A p + region 125 is formed at a position adjacent to the n + region 124. On the n + region 124 in one p region 123, from the p region 123, the breakdown voltage holding layer 122 exposed between the two p regions 123, the other p region 123, and the n + region 124 in the other p region 123 An oxide film 126 is formed so as to extend to. A gate electrode 110 is formed on the oxide film 126. A source electrode 111 is formed on the n + region 124 and the p + region 125. An upper source electrode 127 is formed on the source electrode 111.

酸化膜126と、半導体層としてのn+領域124、p+領域125、p領域123および耐圧保持層122との界面から10nm以内の領域における窒素原子濃度の最大値は1×1021cm-3以上となっている。これにより、特に酸化膜126下のチャネル領域(酸化膜126に接する部分であって、n+領域124と耐圧保持層122との間のp領域123の部分)の移動度を向上させることができる。 The maximum value of the nitrogen atom concentration in the region within 10 nm from the interface between the oxide film 126 and the n + region 124, p + region 125, p region 123 and the breakdown voltage holding layer 122 as the semiconductor layer is 1 × 10 21 cm −3. That's it. As a result, the mobility of the channel region under the oxide film 126 (the portion in contact with the oxide film 126 and the p region 123 between the n + region 124 and the breakdown voltage holding layer 122) can be improved. .

次に半導体デバイス100の製造方法について説明する。
まず基板準備工程(ステップS110:図8)にて、実施の形態1で説明した方法によって、半導体基板10が準備される。半導体基板10の導電型は、たとえばn型とされる。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 will be described.
First, in the substrate preparation step (step S110: FIG. 8), the semiconductor substrate 10 is prepared by the method described in the first embodiment. The conductivity type of the semiconductor substrate 10 is, for example, n type.

図9を参照して、エピタキシャル層形成工程(ステップS120:図8)により、バッファ層121および耐圧保持層122が、以下のように形成される。   Referring to FIG. 9, buffer layer 121 and breakdown voltage holding layer 122 are formed as follows by the epitaxial layer forming step (step S120: FIG. 8).

まず半導体基板10の表面上にバッファ層121が形成される。バッファ層121は、導電型がn型の炭化珪素からなり、たとえば厚さ0.5μmのエピタキシャル層である。またバッファ層121における導電型不純物の濃度は、たとえば5×1017cm-3とされる。 First, the buffer layer 121 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10. Buffer layer 121 is made of silicon carbide of n-type conductivity, and is an epitaxial layer having a thickness of 0.5 μm, for example. Further, the concentration of the conductive impurity in the buffer layer 121 is set to 5 × 10 17 cm −3 , for example.

次にバッファ層121上に耐圧保持層122が形成される。具体的には、導電型がn型の炭化珪素からなる層が、エピタキシャル成長法によって形成される。耐圧保持層122の厚さは、たとえば10μmとされる。また耐圧保持層122におけるn型の導電性不純物の濃度は、たとえば5×1015cm-3である。 Next, the breakdown voltage holding layer 122 is formed on the buffer layer 121. Specifically, a layer made of silicon carbide of n-type conductivity is formed by an epitaxial growth method. The thickness of the breakdown voltage holding layer 122 is, for example, 10 μm. The concentration of the n-type conductive impurity in the breakdown voltage holding layer 122 is, for example, 5 × 10 15 cm −3 .

図10を参照して、注入工程(ステップS130:図8)により、p領域123と、n+領域124と、p+領域125とが、以下のように形成される。   Referring to FIG. 10, p region 123, n + region 124, and p + region 125 are formed as follows by the implantation step (step S130: FIG. 8).

まず導電型がp型の不純物が耐圧保持層122の一部に選択的に注入されることで、p領域123が形成される。次に、n型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってn+領域124が形成され、また導電型がp型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってp+領域125が形成される。なお不純物の選択的な注入は、たとえば酸化膜からなるマスクを用いて行われる。   First, an impurity having a p-type conductivity is selectively implanted into a part of the breakdown voltage holding layer 122, whereby the p region 123 is formed. Next, n + region 124 is formed by selectively injecting n-type conductive impurities into a predetermined region, and p-type conductive impurities are selectively injected into the predetermined region. As a result, ap + region 125 is formed. The impurity is selectively implanted using a mask made of an oxide film, for example.

このような注入工程の後、活性化アニール処理が行われる。たとえば、アルゴン雰囲気中、加熱温度1700℃で30分間のアニールが行われる。   After such an implantation step, an activation annealing process is performed. For example, annealing is performed in an argon atmosphere at a heating temperature of 1700 ° C. for 30 minutes.

図11を参照して、ゲート絶縁膜形成工程(ステップS140:図8)が行われる。具体的には、耐圧保持層122と、p領域123と、n+領域124と、p+領域125との上を覆うように、酸化膜126が形成される。この形成はドライ酸化(熱酸化)により行われてもよい。ドライ酸化の条件は、たとえば、加熱温度が1200℃であり、また加熱時間が30分である。   Referring to FIG. 11, a gate insulating film forming step (step S140: FIG. 8) is performed. Specifically, oxide film 126 is formed so as to cover the breakdown voltage holding layer 122, p region 123, n + region 124, and p + region 125. This formation may be performed by dry oxidation (thermal oxidation). The dry oxidation conditions are, for example, a heating temperature of 1200 ° C. and a heating time of 30 minutes.

その後、窒素アニール工程(ステップS150:図8)が行われる。具体的には、一酸化窒素(NO)雰囲気中でのアニール処理が行われる。この処理の条件は、たとえば加熱温度が1100℃であり、加熱時間が120分である。この結果、耐圧保持層122、p領域123、n+領域124、およびp+領域125の各々と、酸化膜126との界面近傍に、窒素原子が導入される。   Thereafter, a nitrogen annealing step (step S150: FIG. 8) is performed. Specifically, an annealing process is performed in a nitrogen monoxide (NO) atmosphere. For example, the heating temperature is 1100 ° C. and the heating time is 120 minutes. As a result, nitrogen atoms are introduced near the interface between oxide film 126 and each of breakdown voltage holding layer 122, p region 123, n + region 124, and p + region 125.

なおこの一酸化窒素を用いたアニール工程の後、さらに不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスを用いたアニール処理が行われてもよい。この処理の条件は、たとえば、加熱温度が1100℃であり、加熱時間が60分である。   Note that an annealing process using an argon (Ar) gas that is an inert gas may be performed after the annealing process using nitrogen monoxide. The conditions for this treatment are, for example, a heating temperature of 1100 ° C. and a heating time of 60 minutes.

図12を参照して、電極形成工程(ステップS160:図8)により、ソース電極111およびドレイン電極112が、以下のように形成される。   Referring to FIG. 12, source electrode 111 and drain electrode 112 are formed as follows by the electrode formation step (step S160: FIG. 8).

まず酸化膜126上に、フォトリソグラフィ法を用いて、パターンを有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いて、酸化膜126のうちn+領域124およびp+領域125上に位置する部分がエッチングにより除去される。これにより酸化膜126に開口部が形成される。次に、この開口部においてn+領域124およびp+領域125の各々と接触するように導電体膜が形成される。次にレジスト膜を除去することにより、上記導体膜のうちレジスト膜上に位置していた部分の除去(リフトオフ)が行われる。この導体膜は、金属膜であってもよく、たとえばニッケル(Ni)からなる。このリフトオフの結果、ソース電極111が形成される。   First, a resist film having a pattern is formed on the oxide film 126 by photolithography. Using this resist film as a mask, portions of oxide film 126 located on n + region 124 and p + region 125 are removed by etching. As a result, an opening is formed in the oxide film 126. Next, a conductor film is formed in contact with each of n + region 124 and p + region 125 in this opening. Next, by removing the resist film, the portion of the conductor film located on the resist film is removed (lifted off). The conductor film may be a metal film, and is made of nickel (Ni), for example. As a result of this lift-off, the source electrode 111 is formed.

なお、ここでアロイ化のための熱処理が行なわれることが好ましい。たとえば、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスの雰囲気中、加熱温度950℃で2分の熱処理が行なわれる。   In addition, it is preferable that the heat processing for alloying is performed here. For example, heat treatment is performed for 2 minutes at a heating temperature of 950 ° C. in an atmosphere of argon (Ar) gas that is an inert gas.

再び図7を参照して、ソース電極111上に上部ソース電極127が形成される。また、半導体基板10の裏面上にドレイン電極112が形成される。以上により、半導体デバイス100が得られる。   Referring to FIG. 7 again, upper source electrode 127 is formed on source electrode 111. A drain electrode 112 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10. Thus, the semiconductor device 100 is obtained.

上述のように、本実施の形態の半導体デバイス100には、実施の形態1の基板など、本発明の炭化珪素基板が用いられる。その結果、半導体デバイス100の歩留まりを向上することができる。   As described above, the silicon carbide substrate of the present invention such as the substrate of the first embodiment is used for the semiconductor device 100 of the present embodiment. As a result, the yield of the semiconductor device 100 can be improved.

なお本実施の形態における導電型が入れ替えられた構成、すなわちp型とn型とが入れ替えられた構成を用いることもできる。また、本実施の形態では、半導体デバイス100の例としてDiMOSFETについて説明したが、たとえば半導体デバイス100はトレンチ型MOSFETであってもよい。また、上記製造方法は、MOSFET以外のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードなど種々の半導体デバイスの作製に用いることができる。   Note that a structure in which the conductivity types in this embodiment are switched, that is, a structure in which the p-type and the n-type are replaced can also be used. In the present embodiment, the DiMOSFET has been described as an example of the semiconductor device 100. However, for example, the semiconductor device 100 may be a trench MOSFET. The above manufacturing method can be used for manufacturing various semiconductor devices such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and diodes other than MOSFETs.

次に、実施例について説明する。
本実施例では、平均的な転位密度は同程度であり、局所的な転位密度の違う半導体基板10を用いて、縦型DiMOSFETデバイスを作製し、ドレインリーク電流密度を測定することにより、MOSFETデバイスの歩留まりについて調べた。
Next, examples will be described.
In this embodiment, the average dislocation density is similar, and a vertical DiMOSFET device is fabricated using a semiconductor substrate 10 having a different local dislocation density, and the drain leakage current density is measured. I investigated the yield of.

(本発明例1〜5)
本発明例1〜5のMOSFETデバイスに用いられた半導体基板10は、上述した実施の形態1に記載された製造方法に従って製造された。具体的には、種結晶13としてポリタイプが4Hの炭化珪素を使用した。次に、成長温度が2300℃で、かつ成長圧力が約4kPa(30Torr)の条件で、種結晶13の表面に炭化珪素結晶を昇華法(高周波加熱法)により成長させた。炭化珪素結晶の昇華に用いられる装置のルツボ11はグラファイト製とした。ルツボ11の外径をφ140mmとし、ルツボ11の内径をφ120mmとし、ルツボ11の高さを100mmとした。種結晶13のサイズを口径インチとした。種結晶13の(0001)面に対するオフ角を4度とした。また、種結晶13の表面をCMP処理することにより、種結晶13の表面の2乗平均平方根粗さ(RMS)を1nm未満とした。原料12として、炭化珪素パウダーを使用した。炭化珪素結晶14の成長速度を毎時0.01mm未満とした。上記の方法で製造した半導体基板10の転位密度を実施の形態1で説明した方法により測定することで、本発明例1〜5に用いられる基板を得た。本発明例1〜5のデバイスに用いられる半導体基板10は、1辺1mmのいずれの正方形領域4においても、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な成分と<11−20>方向に平行な成分とを含む転位の密度が1×105cm-2以下である基板である。
(Invention Examples 1 to 5)
The semiconductor substrate 10 used in the MOSFET devices of Examples 1 to 5 of the present invention was manufactured according to the manufacturing method described in the first embodiment. Specifically, silicon carbide having a polytype of 4H was used as the seed crystal 13. Next, a silicon carbide crystal was grown on the surface of the seed crystal 13 by a sublimation method (high-frequency heating method) under the conditions of a growth temperature of 2300 ° C. and a growth pressure of about 4 kPa (30 Torr). The crucible 11 of the apparatus used for sublimation of silicon carbide crystals was made of graphite. The outer diameter of the crucible 11 and φ140 mm, the inner diameter of the crucible 11 and φ120 mm, a height of the crucible 11 was 100 mm. The size of the seed crystal 13 was 4 inches. The off angle with respect to the (0001) plane of the seed crystal 13 was set to 4 degrees. Further, the surface of the seed crystal 13 was subjected to CMP treatment, so that the root mean square roughness (RMS) of the surface of the seed crystal 13 was less than 1 nm. Silicon carbide powder was used as the raw material 12. The growth rate of the silicon carbide crystal 14 was less than 0.01 mm per hour. By measuring the dislocation density of the semiconductor substrate 10 manufactured by the above-described method by the method described in the first embodiment, substrates used in Invention Examples 1 to 5 were obtained. The semiconductor substrate 10 used in the devices of Examples 1 to 5 of the present invention has a Burgers vector component parallel to the <0001> direction and a component parallel to the <11-20> direction in any square region 4 having a side of 1 mm. Is a substrate having a dislocation density of 1 × 10 5 cm −2 or less.

上記の半導体基板10を使用し、実施の形態2で説明した方法によって、本発明例1〜5の縦型DiMOSFETデバイスを作製した。   Using the semiconductor substrate 10 described above, vertical DiMOSFET devices of Examples 1 to 5 of the present invention were manufactured by the method described in the second embodiment.

(比較例)
比較例に用いられる半導体基板10を本発明例1〜5と主に以下の点を除いて同様に作製した。比較例に用いられる半導体基板10を、種基板のオフ角が12度の条件で作製した。一方、本発明例1〜5の半導体基板10を、種基板のオフ角が4度の条件で作製した。
(Comparative example)
The semiconductor substrate 10 used for the comparative example was produced in the same manner as the inventive examples 1 to 5 except for the following points. The semiconductor substrate 10 used in the comparative example was manufactured under the condition that the off-angle of the seed substrate was 12 degrees. On the other hand, the semiconductor substrates 10 of Invention Examples 1 to 5 were produced under the condition that the off-angle of the seed substrate was 4 degrees.

上記の半導体基板10を使用し、実施の形態2で説明した方法によって、比較例の縦型DiMOSFETデバイスを作製した。   A vertical DiMOSFET device of a comparative example was manufactured by using the semiconductor substrate 10 and the method described in the second embodiment.

(歩留まり測定方法)
本発明例1〜5と比較例の縦型DiMOSFETデバイスの歩留まりを以下の様に測定した。縦型DiMOSFETデバイスのドレインリーク電流密度(ID)を、ドレイン電圧(VD)=1100Vであり、ゲート電圧(VG=0V)の条件で測定した。ドレインリーク電流密度が1μA/mm2以上のデバイスを不良品と判定し、ドレインリーク電流密度が1μA/mm2未満のデバイスを良品と判定した。歩留まりは、測定した全てのデバイスの内、良品のデバイスの割合を表したものである。
(Yield measurement method)
The yields of the vertical DiMOSFET devices of Invention Examples 1 to 5 and Comparative Example were measured as follows. The drain leakage current density (I D ) of the vertical DiMOSFET device was measured under the conditions of the drain voltage (V D ) = 1100V and the gate voltage (V G = 0V). A device having a drain leakage current density of 1 μA / mm 2 or more was determined as a defective product, and a device having a drain leakage current density of less than 1 μA / mm 2 was determined as a non-defective product. Yield represents the proportion of non-defective devices among all measured devices.

(結果)   (result)

Figure 0005967281
Figure 0005967281

表1は、1辺1mmのいずれの正方形領域4においても、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な成分と<11−20>方向に平行な成分とを含む転位の密度が1×105cm-2以下である基板である半導体基板10を用いて製造された縦型DiMOSFETデバイスの歩留まりと、半導体基板10の平均転位密度および局所転位密度との関係を表している。ここで局所転位密度とは、半導体基板10の中央領域3の正方形領域4の中で、最も転位密度が高い領域の転位密度のことである。 Table 1 shows that, in any square region 4 having a side of 1 mm, the density of dislocations including a component whose Burgers vector is parallel to the <0001> direction and a component parallel to the <11-20> direction is 1 × 10 5 cm. The relationship between the yield of the vertical DiMOSFET device manufactured using the semiconductor substrate 10 which is a substrate of −2 or less and the average dislocation density and local dislocation density of the semiconductor substrate 10 is shown. Here, the local dislocation density is a dislocation density in a region having the highest dislocation density in the square region 4 of the central region 3 of the semiconductor substrate 10.

表1に示すように、局所転位密度が1×106cm-2程度を超えるデバイス(比較例)の歩留まりは51%と低かった。一方、局所転位密度が1×105cm-2未満程度であるデバイス(本発明例1)の歩留まりは75%であり、比較例の歩留まりよりも高かった。また、局所転位密度とデバイスの歩留まりとは比較的強い相関があり、局所転位密度が低くなるとデバイスの歩留まりは向上した。さらに、たとえば比較例と本発明例3とを比較すると、平均転位密度は共に3×104cm-2程度と同程度であるが、歩留まりは大きく異なっている。つまり、デバイスの歩留まりを向上させるためには、半導体基板10の平均転位密度だけに注目するのではなく、局所転位密度を減少させることが有効であることが本実験により示された。 As shown in Table 1, the yield of the device (comparative example) having a local dislocation density exceeding about 1 × 10 6 cm −2 was as low as 51%. On the other hand, the yield of the device having the local dislocation density of less than 1 × 10 5 cm −2 (Invention Example 1) was 75%, which was higher than the yield of the comparative example. In addition, the local dislocation density and the device yield had a relatively strong correlation, and the device yield improved as the local dislocation density decreased. Further, for example, when the comparative example and the inventive example 3 are compared, the average dislocation density is both about 3 × 10 4 cm −2 , but the yield is greatly different. That is, in order to improve the device yield, this experiment shows that it is effective to reduce the local dislocation density, not just the average dislocation density of the semiconductor substrate 10.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 主表面、2 外周、3 中央領域、4 正方形領域、5 基底面転位、6 貫通転位、7 転位、8 転位線、10 半導体基板、11 ルツボ、12 原料、13 種結晶、14 炭化珪素結晶、100 半導体デバイス。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main surface, 2 outer periphery, 3 center area | region, 4 square area | region, 6 basal plane dislocation, 6 threading dislocation, 7 dislocation, 8 dislocation line, 10 semiconductor substrate, 11 crucible, 12 raw material, 13 seed crystal, 14 silicon carbide crystal, 100 Semiconductor device.

Claims (6)

主表面を有し、単結晶炭化珪素からなる半導体基板であって、
前記主表面は外周から5mm以内の領域を除いた領域である中央領域を含み、
前記中央領域を一辺が1mm2である正方形領域に分割した場合に、いずれの前記正方形領域においても、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な成分と<11−20>方向に平行な成分とを含む転位の密度が1×104cm-2以下である、半導体基板。
A semiconductor substrate having a main surface and made of single crystal silicon carbide,
The main surface includes a central region that is a region excluding a region within 5 mm from the outer periphery,
When the central region is divided into square regions each having a side of 1 mm 2 , the Burgers vector has a component parallel to the <0001> direction and a component parallel to the <11-20> direction in any of the square regions. A semiconductor substrate having a dislocation density of 1 × 10 4 cm −2 or less.
前記中央領域において、バーガースベクトルが<0001>方向に平行な転位の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位の密度よりも低い、請求項1に記載の半導体基板。   The density of dislocations in which the Burgers vector is parallel to the <0001> direction in the central region is lower than the density of dislocations in which the Burgers vector includes a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. 2. The semiconductor substrate according to 1. 前記中央領域において、バーガースベクトルが<11−20>方向に平行な転位の密度が、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを含む転位の密度よりも低い、請求項1または2に記載の半導体基板。   In the central region, the density of dislocations in which the Burgers vector is parallel to the <11-20> direction is lower than the density of dislocations in which the Burgers vector includes a component in the <0001> direction and a component in the <11-20> direction. The semiconductor substrate according to claim 1 or 2. 前記半導体基板の内部において複数の転位線に分岐しており、バーガースベクトルが<0001>方向の成分と<11−20>方向の成分とを有する転位を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体基板。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate branches into a plurality of dislocation lines, and the Burgers vector includes a dislocation having a component in a <0001> direction and a component in a <11-20> direction. The semiconductor substrate according to item. 口径が4インチ以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体基板。   The semiconductor substrate of any one of Claims 1-4 whose aperture is 4 inches or more. 前記半導体基板を構成する単結晶炭化珪素のポリタイプが4Hである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体基板。   The semiconductor substrate according to claim 1, wherein a polytype of single crystal silicon carbide constituting the semiconductor substrate is 4H.
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