JP6244826B2 - 炭化珪素基板、炭化珪素基板製造方法、半導体素子 - Google Patents
炭化珪素基板、炭化珪素基板製造方法、半導体素子 Download PDFInfo
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Description
炭化珪素内の構造欠陥を低減させる方法としては、たとえば、特開2012-072034に述べられているように、貫通転位を含む基板において、その表面の(0001)面の法線方向を偏向させるとともに、その基板端部に積層欠陥を発生させ、その積層欠陥構造を(0001)面内に拡張させて貫通転位を阻む方法が知られている。本方法では、所定の位置に積層欠陥を設ける工程が必要であり、その積層欠陥を基板表面に拡張するための付加的な結晶成長工程が必要となる。また、意図的に設けられた積層欠陥が基板表面に露出して残留してしまうという問題も生ずる。さらに、基板表面の法線方向を[0001]方位から偏向させなければならないので、基板加工時に偏向角に依存した切断破片が生じるなどの無駄が発生する。
(構成1)炭素と珪素の共有結合からなる結晶格子によって形成される板状の立方晶炭化珪素基板であり、その主表面は原子の最密面の一つに平行であり、その基板内部には最密面と平行な複数の積層欠陥を含んでおり、かつ、表面と平行な積層欠陥(SFP)と表面と平行ではない積層欠陥(SFN)を含んでおり、SFNの端辺をなす転位は不動転位であることを特長とする炭化珪素基板。(構成2)構成1記載の炭化珪素基板であり、SFNの端辺をなす不動転位はSFPに接していることを特長とする炭化珪素基板。(構成3)構成1、ならびに構成2記載の炭化珪素基板であり、基板の表面はSi極性の最密面からなることを特長とする炭化珪素基板。(構成4)一つ以上のpn接合と2つ以上の電極を有する半導体素子であり、その素子が構成1から3記載の炭化珪素基板上に形成されており、かつ、そのpn接合の主接合が基板の主表面に略平行であることを特長とする半導体素子。(手段1)構成1から3記載の炭化珪素基板を製造する手段であり、その炭化珪素基板は下地となる基板の主表面に露出した原子の配置を受け継ぐエピタキシャル成長により形成され、特定の最密面に平行な面(P面)を形成する工程と、いずれの最密面とも平行ではない面(N面)を形成する工程を含む。(手段2)手段4記載の炭化珪素基板の製造方法であり、N面を形成する工程においては、N面の面積がP面の面積を上回ることを特長とする。
形態1:
本発明による立方晶炭化珪素基板を形成するには、特定の最密面に平行な積層欠陥(SFP)を優先的に拡大し、その他の最密面に平行な積層欠陥(SFN)の端面をSFPで終端しなければならない。SFPを優先的に拡大する手段として、微傾斜を有する基板上でのエピタキシャル成長を採用することができる。
図4に示すように、傾斜を有さないSi(111)基板(41)の表面に、3角錐状のピットを形成する。ただし、ピットの側壁(42,43)は(−1−11)面(44)、(1−1−1)面(45)、(−11−1)面(図中には示されていない)のそれぞれから表面方向に偏向角φを有する。
傾斜を有さないSi(111)基板の表面に形態1と同様な方法で立方晶炭化珪素をエピタキシャル成長させる。この際、立方晶炭化珪素の(111)表面はSi極性面に相当するので、エピタキシャル成長中にシリコンが十分に供給されていれば、平滑な表面が得られる。しかし、その表面は最密面である(111)面(P面)に平行であるため、(111)面に平行な積層欠陥(SFP)の密度は、(111)面に非平行な積層欠陥(SFN)の密度を下回り、SFNの拡大を阻止することができなくなる。そこで、シリコンの供給量を炭素の供給量に比べて減らすこと(あるいは炭素の供給量をシリコンの供給量に比べて増やすこと)でSi極性面の成長速度を高め、(111)面から等価な3方位([2−1−1]方位、[−1−12]方位、[−12−1]方位)に偏向した側面を有する三角錐状の突起を有する立方晶炭化珪素表面を得る。この際、シリコンと炭素の供給量を適宜調整すれば、(−111)、(1−11)、(11−1)面に対する側壁の偏向角γを調整することができる。側壁は形態2のピット側壁に相当し、γは形態2のφに相当する。したがって、この側壁においては(111)面に平行な積層欠陥(SFP)を容易に導入することが可能となり、たとえば、底辺75マイクロメートルの三角錐状の突起を想定し、炭化珪素中には単位長さあたり400万個の積層欠陥が含まれていたと仮定し、γを15度とした場合、図6に示されるように、膜厚73マイクロメートルの立方晶炭化珪素をさらに成長することにより、SFP密度は290000/cm、SFN密度は35/cmの立方晶炭化珪素基板を得ることができる。
12:立方晶炭化珪素(111)基板の表面(P面)
13:P面に平行な積層欠陥(SFP)
14:P面に平行ではない積層欠陥(SFN)
15:SFPの端辺を終端する転位
16:SFNの端辺を終端する不動転位
21:Si(111)微傾斜基板の断面
22:Si(111)微傾斜基板上にエピタキシャル成長した立方晶炭化珪素の断面
23:Si(111)微傾斜基板上にエピタキシャル成長した立方晶炭化珪素の表面(N面)
24:Si(111)微傾斜基板上にエピタキシャル成長した立方晶炭化珪素の表面の包絡線
25:(111)面に平行な面
26:P面に平行な積層欠陥(SFP)
27:P面に平行ではない積層欠陥(SFN)
28:SFNの短辺を終端する不動転位
29:P面に平行な最密面
θ:Si基板表面と(111)面のなす角
φ:Si基板表面の包絡線がP面となす角
41:Si(111)基板の断面
42、43:Si(111)基板表面に形成されたピット側壁
44:(−1−11)面
45:(1−1−1)面
46:立方晶炭化珪素断面
47:(111)面に平行な積層欠陥(SFP)
48:(111)面と平行ではない積層欠陥(SFN)
φ:Si(111)基板表面に形成されたピット側壁が最密面となす角
Claims (5)
- 炭素と珪素の共有結合からなる結晶格子によって形成される板状の立方晶炭化珪素基板であり、その主表面は原子の最密面の一つに平行であり、その基板内部には最密面と平行な複数の積層欠陥を含んでおり、かつ、表面と平行な積層欠陥(SFP)と表面と平行ではない積層欠陥(SFN)を含んでおり、SFNの端辺をなす転位は不動転位であり、SFPに接していることを特長とする炭化珪素基板。
- 請求項1記載の炭化珪素基板であり、基板の表面はSi極性の最密面からなることを特長とする炭化珪素基板。
- 請求項1または2記載の炭化珪素基板を製造する方法であり、その炭化珪素基板は下地となる基板の主表面に露出した原子の配置を受け継ぐエピタキシャル成長により形成され、特定の最密面に平行な面(P面)を形成する工程と、いずれの最密面とも平行ではない面(N面)を形成する工程を含むことを特長とする炭化珪素基板製造方法。
- 炭素と珪素の共有結合からなる結晶格子によって形成される板状の立方晶炭化珪素基板であり、その主表面は原子の最密面の一つに平行であり、その基板内部には最密面と平行な複数の積層欠陥を含んでおり、かつ、表面と平行な積層欠陥(SFP)と表面と平行ではない積層欠陥(SFN)を含んでおり、SFNの端辺をなす転位は不動転位であることを特長とする炭化珪素基板を製造する方法であり、
その炭化珪素基板は下地となる基板の主表面に露出した原子の配置を受け継ぐエピタキシャル成長により形成され、特定の最密面に平行な面(P面)を形成する工程と、いずれの最密面とも平行ではない面(N面)を形成する工程を含み、N面を形成する工程においては、N面の面積がP面の面積を上回ることを特長とする炭化珪素基板製造方法。 - 一つ以上のpn接合と2つ以上の電極を有する半導体素子であり、その素子が請求項1または2記載の炭化珪素基板上に形成されており、かつ、そのpn接合の主接合が基板の主表面に略平行であることを特長とする半導体素子。
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