JP6824088B2 - 炭化珪素のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
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Description
(1)炭化水素原料ガス、珪素原料ガス、及びドーピングガスを供給して、熱CVD法により、反応容器内の炭化珪素単結晶基板のシリコン面上にドーピングされた炭化珪素単結晶薄膜を形成する炭化珪素のエピタキシャル成長方法であって、前記炭化珪素単結晶薄膜を形成する際に、炭化水素原料ガスに含まれるCと珪素原料ガスに含まれるSiとの比であるC/Si比を成長条件として少なくとも3回変更し、変更毎にC/Si比を段階的に大きくなるようにして、炭化珪素単結晶薄膜の表面での積層欠陥の密度を10個/cm2以下とすると共に、ダブルショックレー積層欠陥を5個/cm2以下とすることを特徴とする炭化珪素のエピタキシャル成長方法。
(2)前記炭化珪素単結晶薄膜を形成する際の成長条件として、前記C/Si比が0.5以上0.8以下の範囲である第一の成長条件と、前記C/Si比が0.8以上1.2以下の範囲である第二の成長条件と、前記C/Si比が1.2以上1.5以下の範囲である第三の成長条件とを少なくとも備えて、エピタキシャル成長中に第一、第二、及び第三の成長条件の順で切り替えてC/Si比を少なくとも3回変更し、段階的に大きくなるようにすることを特徴とする(1)に記載の炭化珪素のエピタキシャル成長方法。
図2は、従来の技術で炭化珪素のエピタキシャル成長を行って、得られたエピタキシャルSiCウェハをフォトルミネッセンス測定した画像である。この画像は、C/Si比を成長途中で変えて段階的に大きくするようなことはせずに、炭化珪素のエピタキシャル成長を行った場合のものであり、波長750nm以上の発光のみを検出できるフィルターを使用しており、画像領域は、縦2.6mm、横2.6mmの9つの領域を並べたもの(タイル9個分)を示している。この画像の中に、横棒状の発光領域が認められるが(画像中で白く点在している複数の短い横棒)、これはSiC基板からエピタキシャル膜中に延伸した基底面転位に由来した部分転位である。この部分転位は、電流が流れることでシングルショックレー型積層欠陥に変換するため、積層欠陥としてカウントするのが妥当である。一方、黒色の三角形状が多く認められる。これは、波長750nm未満のある波長域で発光した積層欠陥の存在を示しており、実際にどこの波長で発光したかを調べることによって、その積層欠陥の構造が分かる。
420nm・・SSF
460nm・・4SSF
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500nm・・2SSF
具体的には、SiC基板(炭化珪素単結晶基板)のシリコン面上に、この基板に近い層から、成長条件の重要パラメータであるC/Si比(炭化水素原料ガスに含まれるカーボンと珪素原料ガスに含まれるシリコンの比)を少なくとも3回、段階的に大きくなるように変更してエピタキシャル膜を成長させることで、積層欠陥の生成を最も有効に抑制でき、最終的に得られる炭化珪素単結晶薄膜の表面での積層欠陥の密度を10個/cm2以下、ダブルショックレー積層欠陥を5個/cm2以下とできることを突き止めた。
4インチSiC基板をホルダーに搭載し、(0001)面(=Si面)上にSiC単結晶薄膜のエピタキシャル成長を行った。用いた基板は、<11−20>方向に4度傾斜させものである。SiC基板はホルダーごと反応容器の内部(成長室)に配置され、1650℃に加熱した。そして、先ず、第一のエピタキシャル層(第一層)を形成する第一の成長条件としては、プロパンの供給量を20cc/分、シランの供給量を100cc/分、ドーピングガスとしての窒素の供給量を5cc/分、キャリアガスとして水素の供給量を100リットル/分として、30分間エピタキシャル成長させた。プロパンは1分子の中に炭素が3個入っているため、ここでのC/Si比は、20×3/100=0.6となる。
実施例1と同じ成長温度で、エピタキシャル層の構造と各層のC/Si比を種々変えた以外は実施例1と同様にして、それぞれエピタキシャルSiCウェハを得た。そして、実施例1と同様にして、最終的に得られたエピタキシャル層(最表層)の積層欠陥合計とダブルショックレーの密度を評価した。結果を表1にまとめて示す。なお、実施例4及び6では、第三の成長条件によるエピタキシャル成長を1時間行った後、第四のエピタキシャル層(第四層)を形成する第四の成長を1時間行った。この第四の成長では、成長条件としてプロパンの供給量を変えて表1に示した成長条件のC/Si比となるようにし、4層構造のエピタキシャル層を有するエピタキシャルSiCウェハとした。
Claims (1)
- 炭化水素原料ガス、珪素原料ガス、及びドーピングガスを供給して、熱CVD法により、反応容器内の炭化珪素単結晶基板のシリコン面上にドーピングされた炭化珪素単結晶薄膜を形成する炭化珪素のエピタキシャル成長方法であって、前記炭化珪素単結晶薄膜を形成する際に、炭化水素原料ガスに含まれるCと珪素原料ガスに含まれるSiとの比であるC/Si比を成長条件として少なくとも3回変更し、変更毎にC/Si比を段階的に大きくなるようにして、炭化珪素単結晶薄膜の表面での積層欠陥の密度を10個/cm2以下とすると共に、ダブルショックレー積層欠陥を5個/cm2以下とし、
前記炭化珪素単結晶薄膜を形成する際の成長条件として、前記C/Si比が0.5以上0.8以下の範囲である第一の成長条件と、前記C/Si比が0.8以上1.2以下の範囲である第二の成長条件と、前記C/Si比が1.2以上1.5以下の範囲である第三の成長条件とを少なくとも備えて、エピタキシャル成長中に第一、第二、及び第三の成長条件の順で切り替えてC/Si比を少なくとも3回変更し、段階的に大きくなるようにすることを特徴とする炭化珪素のエピタキシャル成長方法。
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