JP7163587B2 - 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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本発明の実施形態に係る半導体装置は、図1に示すように、第1導電型(n+型)の排出層1、排出層1から排出されるキャリアがドリフト電界で走行するn-型の走行層3、及び走行層にキャリアを注入する第2導電型(p+型)の注入領域5を備える。p+型の注入領域5がn型の走行層3の上部に選択的に埋め込まれることにより、キャリア注入を制御する電位障壁を構成するp+n-接合が形成されている。図1に示す構造において半導体基板からなら排出層1は「カソード領域」として機能し、排出層1の上にエピタキシャル成長された走行層3は、主電流となるキャリアがドリフト走行する「ドリフト領域」として機能する。そして、注入領域5は「アノード領域」として機能している。このため、排出層1の下面にはカソード電極9が設けられ、排出層1に供給されたキャリアをカソード電極9を介して外部回路に供給する。注入領域5の上面にはアノード電極7がオーミック電極として設けられ、外部回路からアノード電極7を介して注入領域5を供給する。走行層3の不純物密度は真性半導体に近い低不純物密度であるので「i層」と見なすことが可能であり、p+型の注入領域5、i型の走行層3及びn+型の排出層1で「pinダイオード」を構成している。排出層1、排出層1の上にエピタキシャル成長された走行層3及び注入領域5は、SiC結晶からなる。排出層1の表面は、(0001)Si面であり、<0001>(c軸)方向に対して<11-20>方向に0°~8°程度のオフ角を有する。排出層1の上にエピタキシャル成長された走行層3及び注入領域5も排出層1と同じオフ角を有する。走行層3のn型不純物は、例えば窒素(N)であり、不純物密度は1×1015cm-3~1×1018cm-3程度の範囲である。走行層3の厚さは、1μm~数100μm程度の範囲であり、pinダイオードの耐圧仕様に応じて最適な厚さと不純物密度が選ばれる。注入領域5は、走行層3の上部に、走行層3の不純物とは反対導電型の不純物を選択的に添加してp+n-接合を形成している。アノード電極7は、コンタクト層、バリアメタル層及び表面電極層等を含んでよい。例えば、コンタクト層がニッケルシリサイド(NiSix)膜、バリアメタル層が窒化チタン(TiN)膜、表面電極層がアルミニウム(Al)膜で構成できる。カソード電極9は、例えば金(Au)からなる単層膜や、Al、ニッケル(Ni)、Auの順で積層された金属膜が使用可能である。
(1/3)[11-20]=(1/3)[10-10]+(1/3)[01-10]
となる。内側及び外側の6角形の部分転位のバーガーズベクトルがそれぞれ、b1及びb2に対応する。ここで、部分転位ループの破線部分はSi芯であり、30°‐Si(g)は、部分転位のバーガーズベクトルと転位線の向きが30°である。(g)はグライド面が転位のすべり面であることを表している。部分転位ループの実線部分はC芯である。完全転位bに平行な転位は2つの30°の部分転位に分解され、完全転位bに平行でない転位は30°及び90°の部分転位に分解される。Si芯はSi‐Si結合であり、C 芯はC‐C結合である。Si‐Si結合のエネルギがC‐C結合のエネルギより小さいため、通電によりSi芯を有する部分転位は可動であるが、C芯を有する部分転位は可動ではない。
次に、図19に示すフローチャートに沿って、図20~図23に示す工程図を用いて、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を、pinダイオードの場合を一例に説明する。なお、以下に述べるpinダイオードの製造方法は一例であり、特許請求の範囲に記載した趣旨の範囲であれば、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
I(1-e-at)/(hc/λ) > 1×1015×t
・・・(1)
ここで、Iは単位時間当たりの光強度(W/cm2)、αは4H‐SiC結晶の吸収係数(cm-1)、tはエピ層の厚さ(cm)である。hはプランク定数(Js)、cは光速(cm/s)、λは照射光の波長(cm)である。照射エネルギ密度が高いパルスレーザ等を用いるとSiC結晶のアブレーションが起こる。アブレーションは、例えば波長が246nmで、パルス幅が10nsのエキシマレーザを用いた場合、約4×107Wcm-2の光強度で起こる。したがって、特にパルレーザ等を使用する場合は、アブレーションが起こらない光強度で照射を行うのが好ましい。また、連続波発振(CW)レーザは、照射エネルギがSiCのアブレーションが生じるほど高くないので、照射光にCWレーザを用いることが好ましい。実施形態では、波長が365nm(Ar+レーザ)、光強度が1W/cm2のUV光を用いている。
本発明の実施形態に用いる半導体装置は、図25に示すように、n+型の排出層1、n+型のバッファ層2、n型の走行層3、p+型の注入領域5、アノード電極7、及びカソード電極9を備える。バッファ層2は、排出層1と走行層3との間に設けられ、基底面転位を貫通転位に変換する欠陥変換層2a、及び走行層3側から排出層1側に注入される少数キャリアを減少させる再結合促進層2bを備える。図25では、欠陥変換層2aと再結合促進層2bとの多層構造(複合構造)を有するバッファ層2を例示しているが、限定されない。例えば、バッファ層2として欠陥変換層だけの単層構造としてもよく、あるいは再結合促進層だけの単層構造としてもよい。実施形態の変形例は、バッファ層2が排出層1と走行層3との間に設けられる点が、実施形態とは異なる。他の構成は実施形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
1s…基板
(1s,3e)…エピタキシャル基板
2…バッファ層
2a…欠陥変換層
2b…再結合促進層
3…ドリフト領域(エピタキシャル層)
3e…エピタキシャル層
5…アノード領域(注入領域)
7…アノード電極(表面電極)
9…カソード電極(裏面電極)
10…基底面
12,12a…基底面転位
14…貫通転位
20…積層欠陥
22a,22b,22c,22d…炭素芯
23、23a,23b,23c,23d…シリコン芯
24…表面端
24a,25,25a,25b…境界
26…結晶領域
Claims (14)
- 炭化珪素の基板の上に第1導電型の走行層をエピタキシャル成長するステップと、
400℃未満の温度で、前記走行層に炭化珪素の吸収端波長以下の波長を有する第1光を照射して、前記基板から前記走行層へ伝播した基底面転移を起点とする積層欠陥を前記走行層内に拡大するステップと、
前記積層欠陥が拡大した前記走行層を400℃以上、1000℃以下の縮小処理温度で加熱して、前記積層欠陥を縮小するステップと、
前記走行層の上部に、前記走行層にキャリアを注入する第2導電型の注入領域を形成するステップと
を含み、
前記積層欠陥を縮小するステップは、前記走行層に炭化珪素の吸収端波長以下の波長を有する第2光を照射しながら前記走行層を加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 炭化珪素の基板の上に第1導電型の走行層をエピタキシャル成長するステップと、
400℃未満の温度で、前記走行層に炭化珪素の吸収端波長以下の波長を有する第1光を照射して、前記基板から前記走行層へ伝播した基底面転移を起点とする積層欠陥を前記走行層内に拡大するステップと、
前記積層欠陥が拡大した前記走行層を400℃以上、1000℃以下の縮小処理温度で加熱して、前記積層欠陥を縮小するステップと、
前記走行層の上部に、前記走行層にキャリアを注入する第2導電型の注入領域を形成するステップと
を含み、
前記積層欠陥を縮小するステップの後、前記積層欠陥が拡大する特定積層欠陥を検知するステップと、
前記走行層を前記縮小処理温度で加熱しながら、前記特定積層欠陥に前記吸収端波長以下の波長を有する第3光を照射するステップと、
前記第3光の照射により前記特定積層欠陥内に生成された結晶領域を、前記縮小処理温度で加熱して拡大するステップと
を更に含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記積層欠陥を縮小するステップは、大気中で、前記縮小処理温度が400℃以上、800℃以下の範囲で前記走行層を加熱することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1光および前記第2光が、前記走行層の表面全体に照射されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1光および前記第2光が、前記走行層の表面積よりも小さな照射面積で前記走行層の全表面を走査しながら照射されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1光および前記第2光が、レーザ光であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3光が、レーザ光であり、前記特定積層欠陥に照射されることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3光が、前記特定積層欠陥を含む前記走行層の表面全体に照射されることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1光および前記第2光は、1W/cm2以上で、且つ、前記走行層の表面がアブレーションしない紫外光強度であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1光および前記第3光は、1W/cm 2 以上で、且つ、前記走行層の表面がアブレーションしない紫外光強度であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1光の照射による前記積層欠陥の拡大中に、前記積層欠陥のフォトルミネッセンス像を取得して前記積層欠陥の拡大を検知することを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板が、4H、6H、及び3Cのいずれかの多形結晶であることを特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 炭化珪素の基板の上にエピタキシャル層を成長させるステップと、
400℃未満の温度で、前記エピタキシャル層に炭化珪素の吸収端波長以下の波長を有する第1光を照射して、前記基板から前記エピタキシャル層へ伝播した基底面転移を起点とする積層欠陥を前記エピタキシャル層内に拡大するステップと、
前記積層欠陥が拡大したエピタキシャル層を400℃以上、1000℃以下の縮小処理温度で加熱して、前記積層欠陥を縮小するステップと
を含み、
前記積層欠陥を縮小するステップは、前記エピタキシャル層に炭化珪素の吸収端波長以下の波長を有する第2光を照射しながら前記エピタキシャル層を加熱することを特徴とする炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。 - 炭化珪素の基板の上にエピタキシャル層を成長させるステップと、
400℃未満の温度で、前記エピタキシャル層に炭化珪素の吸収端波長以下の波長を有する第1光を照射して、前記基板から前記エピタキシャル層へ伝播した基底面転移を起点とする積層欠陥を前記エピタキシャル層内に拡大するステップと、
前記積層欠陥が拡大したエピタキシャル層を400℃以上、1000℃以下の縮小処理温度で加熱して、前記積層欠陥を縮小するステップと
を含み、
前記積層欠陥を縮小するステップの後、前記積層欠陥が拡大する特定積層欠陥を検知するステップと、
前記エピタキシャル層を前記縮小処理温度で加熱しながら、前記特定積層欠陥に前記吸収端波長以下の波長を有する第3光を照射するステップと、
前記第3光の照射により前記特定積層欠陥内に生成された結晶領域を、前記縮小処理温度で加熱して拡大するステップと
を更に含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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