JP7392526B2 - Method for manufacturing silicon carbide single crystal substrate - Google Patents
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Description
本発明は、炭化ケイ素単結晶基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate.
炭化ケイ素は、ケイ素と炭素で構成される、化合物半導体材料である。炭化ケイ素は、絶縁破壊電界強度がケイ素の10倍で、バンドギャップがケイ素の3倍であり、半導体材料として優れている。さらに、デバイスの作製に必要なp型、n型の制御が広い範囲で可能であることなどから、ケイ素の限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。 Silicon carbide is a compound semiconductor material composed of silicon and carbon. Silicon carbide has a dielectric breakdown field strength ten times that of silicon and a band gap three times that of silicon, making it excellent as a semiconductor material. Furthermore, since it is possible to control p-type and n-type over a wide range, which is necessary for device fabrication, it is expected to be a material for power devices that exceeds the limits of silicon.
しかしながら、炭化ケイ素半導体は、従来広く普及しているケイ素半導体と比較して、大面積の炭化ケイ素単結晶基板を得ることが難しく、製造工程も複雑である。これらの理由から、炭化ケイ素半導体は、ケイ素半導体と比較して大量生産が難しく、高価であった。炭化ケイ素半導体のコストが高額であることが、炭化ケイ素半導体の普及を妨げる一因となっていた。 However, compared with silicon carbide semiconductors, which have been widely used in the past, it is difficult to obtain a silicon carbide single crystal substrate with a large area, and the manufacturing process is also complicated. For these reasons, silicon carbide semiconductors are difficult to mass produce and are expensive compared to silicon semiconductors. The high cost of silicon carbide semiconductors has been one of the factors preventing the spread of silicon carbide semiconductors.
これまでにも、炭化ケイ素半導体のコストを下げるために、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献1には、炭化ケイ素基板の製造方法であって、少なくとも、マイクロパイプの密度が30個/cm2以下の炭化ケイ素単結晶基板と炭化ケイ素多結晶基板を準備し、前記炭化ケイ素単結晶基板と前記炭化ケイ素多結晶基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、単結晶基板を薄膜化する工程を行い、多結晶基板上に単結晶層を形成した基板を製造することが記載されている。 Various efforts have been made to reduce the cost of silicon carbide semiconductors. For example, Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a silicon carbide substrate, in which at least a silicon carbide single crystal substrate and a silicon carbide polycrystalline substrate having a density of micropipes of 30 pieces/cm 2 or less are prepared, and the silicon carbide It is described that a step of bonding a single crystal substrate and the silicon carbide polycrystalline substrate is performed, and then a step of thinning the single crystal substrate is performed to manufacture a substrate in which a single crystal layer is formed on the polycrystalline substrate. ing.
更に、特許文献1には、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、単結晶基板に水素イオン注入を行って水素イオン注入層を形成する工程を行い、単結晶基板と多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、単結晶基板を薄膜化する工程の前に、350℃以下の温度で熱処理を行い、単結晶基板を薄膜化する工程を、水素イオン注入層にて機械的に剥離する工程とする炭化ケイ素基板の製造方法が記載されている。 Furthermore, Patent Document 1 discloses that before the step of bonding the single crystal substrate and the polycrystalline substrate, a step of implanting hydrogen ions into the single crystal substrate to form a hydrogen ion implantation layer is performed, and the single crystal substrate and the polycrystalline substrate are bonded together. After the process of bonding with the crystal substrate and before the process of thinning the single crystal substrate, heat treatment is performed at a temperature of 350°C or less, and the process of thinning the single crystal substrate is mechanically performed using a hydrogen ion implantation layer. A method for manufacturing a silicon carbide substrate is described, which includes a step of peeling off the substrate.
このような方法により、1つの炭化ケイ素単結晶インゴットからより多くの炭化ケイ素貼り合わせ基板が得られるようになった。 With this method, more silicon carbide bonded substrates can be obtained from one silicon carbide single crystal ingot.
特許文献1の方法で製造される炭化ケイ素貼り合わせ基板には、炭化ケイ素単結晶と炭化ケイ素多結晶が使用される。炭化ケイ素貼り合わせ基板用の炭化ケイ素単結晶は、昇華法や、昇華法により得られた炭化ケイ素単結晶基板の上に化学的気相蒸着法(CVD法)により炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させることにより製造することができる。 The silicon carbide bonded substrate manufactured by the method of Patent Document 1 uses silicon carbide single crystal and silicon carbide polycrystal. Silicon carbide single crystals for silicon carbide bonded substrates are produced by epitaxial growth of silicon carbide single crystals by sublimation method or chemical vapor deposition method (CVD method) on silicon carbide single crystal substrates obtained by sublimation method. It can be manufactured by
また、昇華法により製造された炭化ケイ素単結晶基板よりも、エピタキシャル成長により製造された炭化ケイ素単結晶基板の方が、炭化ケイ素デバイスを作製した場合にデバイスにおけるキラー欠陥となる基底面転移(BPD: Basal Plane Dislocation)が少ないことから、品質的に優れていると考えられている。 In addition, silicon carbide single crystal substrates manufactured by epitaxial growth are more sensitive to basal plane dislocations (BPD), which are killer defects in devices when silicon carbide devices are manufactured, than silicon carbide single crystal substrates manufactured by sublimation. It is considered to be superior in quality because it has less basal plane displacement.
しかしながら、コスト面を考慮すると、昇華法で製造した炭化ケイ素単結晶の成膜用基板に炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させて厚く成膜することが好ましいが、厚く成膜すると得られた炭化ケイ素単結晶基板が反ってしまうことがある。炭化ケイ素単結晶基板に反りが発生することで、例えば、炭化ケイ素多結晶基板と貼り合わせるために搬送する場合において、炭化ケイ素単結晶基板を、吸盤等を用いて吸引して真空吸着することができずに、炭化ケイ素単結晶基板を搬送できない等の不具合が発生して、製造歩留まりを低下させる要因となっていた。 However, in terms of cost, it is preferable to epitaxially grow a silicon carbide single crystal on a silicon carbide single crystal film-forming substrate manufactured by the sublimation method to form a thick film. The crystal substrate may warp. Warpage occurs in the silicon carbide single crystal substrate, so that, for example, when the silicon carbide single crystal substrate is transported to be bonded to a silicon carbide polycrystalline substrate, the silicon carbide single crystal substrate may be vacuum-adsorbed using a suction cup or the like. This has caused problems such as the inability to transport silicon carbide single crystal substrates, which has been a factor in lowering manufacturing yields.
よって、本発明は、炭化ケイ素単結晶成膜用基板に炭化ケイ素単結晶膜をエピタキシャル成長させて得られる炭化ケイ素単結晶基板において、炭化ケイ素単結晶基板の反りの発生を抑制することができる、炭化ケイ素単結晶基板の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a silicon carbide single crystal substrate obtained by epitaxially growing a silicon carbide single crystal film on a silicon carbide single crystal film forming substrate, which can suppress the occurrence of warping of the silicon carbide single crystal substrate. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon single crystal substrate.
本発明の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法は、化学的気相蒸着法によって、ドーパントを有する炭化ケイ素単結晶成膜用基板の表面に炭化ケイ素単結晶膜をエピタキシャル成長させて炭化ケイ素単結晶基板を得る、炭化ケイ素単結晶基板の製造方法において、前記炭化ケイ素単結晶成膜用基板を設置した成膜室内に、原料ガスおよびドーパントガスを含む混合ガスを供給して、前記炭化ケイ素単結晶膜を成膜する、成膜工程を含み、前記成膜工程において、前記混合ガスの供給比率を調整することにより、前記炭化ケイ素単結晶成膜用基板が有するドーパントの含有量の-50%~+50%のドーパントの含有量を有する前記炭化ケイ素単結晶膜を成膜するものである。 The method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention involves epitaxially growing a silicon carbide single crystal film on the surface of a silicon carbide single crystal film forming substrate having a dopant by chemical vapor deposition. In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate, a mixed gas containing a raw material gas and a dopant gas is supplied into a film forming chamber in which the silicon carbide single crystal film forming substrate is installed to form the silicon carbide single crystal film. The content of the dopant contained in the silicon carbide single crystal film forming substrate is -50% to +50% by adjusting the supply ratio of the mixed gas in the film forming step. The silicon carbide single crystal film having a dopant content of .
本発明の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法において、前記成膜工程において、さらに、前記混合ガスの供給量、前記成膜室内の圧力、成膜温度のうちの少なくとも一つを調整することにより、前記炭化ケイ素単結晶膜のドーパントの含有量を調整してもよい。 In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention, in the film forming step, by further adjusting at least one of the supply amount of the mixed gas, the pressure in the film forming chamber, and the film forming temperature, The dopant content of the silicon carbide single crystal film may be adjusted.
本発明の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法において、前記成膜工程が、前記炭化ケイ素単結晶成膜用基板を回転させながら前記炭化ケイ素単結晶膜の成膜を行うものであり、さらに、前記炭化ケイ素単結晶成膜用基板の回転数を調整することにより、前記炭化ケイ素単結晶膜のドーパントの含有量を調整してもよい。 In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention, the film forming step is performed by forming the silicon carbide single crystal film while rotating the silicon carbide single crystal film forming substrate, and further comprising: The dopant content of the silicon carbide single crystal film may be adjusted by adjusting the rotation speed of the silicon carbide single crystal film forming substrate.
本発明の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法において、前記ドーパントガスが、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、窒素、リン、バナジウムからなる群から選ばれる1つ以上を含んでいてもよい。 In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention, the dopant gas may contain one or more selected from the group consisting of boron, aluminum, gallium, nitrogen, phosphorus, and vanadium.
本発明の炭化ケイ素単結晶基板の製造法補において、前記ドーパントガスが窒素ガスであり、前記混合ガスが、ケイ素系ガス、炭素系ガス、水素ガス、塩素系ガス、および、前記窒素ガスを含み、前記ケイ素系ガスのケイ素原子、前記炭素系ガスの炭素原子、前記水素ガスの水素原子、前記塩素系ガスの塩素原子、前記窒素ガスの窒素原子の原子数の比率がSi:C:H:Cl:N=0.23:0.33:194.72:2.10:1.0~2.96の範囲内であってもよい。 In the supplementary method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention, the dopant gas is nitrogen gas, and the mixed gas includes a silicon-based gas, a carbon-based gas, a hydrogen gas, a chlorine-based gas, and the nitrogen gas. , the ratio of the number of atoms of silicon atoms in the silicon-based gas, carbon atoms in the carbon-based gas, hydrogen atoms in the hydrogen gas, chlorine atoms in the chlorine-based gas, and nitrogen atoms in the nitrogen gas is Si:C:H: Cl:N may be within the range of 0.23:0.33:194.72:2.10:1.0 to 2.96.
本発明の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法において、前記成膜工程における、成膜温度が1000℃~1800℃であってもよい。 In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention, the film forming temperature in the film forming step may be 1000°C to 1800°C.
本発明の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法であれば、炭化ケイ素単結晶成膜用基板に炭化ケイ素単結晶膜をエピタキシャル成長させて得られる炭化ケイ素単結晶基板において、エピタキシャル成長させた炭化ケイ素単結晶膜のドーパント含有量を成膜用基板のドーパント含有量の-50%~+50%とすることにより、炭化ケイ素単結晶基板の反りの発生を抑制することができる。 In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention, a silicon carbide single crystal film is epitaxially grown on a silicon carbide single crystal substrate obtained by epitaxially growing a silicon carbide single crystal film on a silicon carbide single crystal film forming substrate. By setting the dopant content of -50% to +50% of the dopant content of the film-forming substrate, it is possible to suppress the occurrence of warping of the silicon carbide single crystal substrate.
本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素単結晶基板の製造方法について、図1、図2を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 A method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
本実施形態の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法は、化学的気相蒸着法によって、ドーパントを有する炭化ケイ素単結晶成膜用基板の表面に炭化ケイ素単結晶膜をエピタキシャル成長させて炭化ケイ素単結晶基板を得る、炭化ケイ素単結晶基板の製造方法に適用することができる。 The method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present embodiment includes epitaxially growing a silicon carbide single crystal film on the surface of a silicon carbide single crystal film forming substrate having a dopant by chemical vapor deposition. The present invention can be applied to a method of manufacturing a silicon carbide single crystal substrate.
本実施形態の炭化ケイ素単結晶基板500の製造方法は、炭化ケイ素単結晶成膜用基板を設置した成膜室内に、原料ガスおよびドーパントガスを含む混合ガスを供給して、炭化ケイ素単結晶膜を成膜する、成膜工程を含むものである。
The method for manufacturing silicon carbide
図1は、本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素単結晶基板500の製造方法において、化学的気相成長法により炭化ケイ素多結晶膜を成膜する成膜装置の一例である成膜装置1000を模式的に示す断面図である。図2は、本発明の一実施形態にかかる炭化ケイ素単結晶基板500の製造方法において、各工程における炭化ケイ素単結晶成膜用基板100、炭化ケイ素単結晶膜200、炭化ケイ素単結晶基板500を模式的に示す、側面断面図である。図2(A)は炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を示す図であり、図2(B)は成膜工程により得られた炭化ケイ素単結晶基板500を示す図である。
FIG. 1 shows a
[成膜工程]
次に、本実施形態の炭化ケイ素単結晶基板500の製造方法における、成膜工程について説明する。
[Film forming process]
Next, a film forming process in the method for manufacturing silicon carbide
成膜工程は、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の成膜対象面100aに、エピタキシャル成長により、炭化ケイ素単結晶膜200を成膜する工程である。この工程により、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100に、炭化ケイ素単結晶膜200を成膜することができる。
The film forming process is a process of forming a silicon carbide
また、成膜工程において、後述するように、混合ガスの供給比率を調整することにより、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100が有するドーパントの含有量の-50%~+50%のドーパントの含有量を有する炭化ケイ素単結晶膜200が成膜される。
In addition, in the film forming process, as will be described later, by adjusting the supply ratio of the mixed gas, the dopant content can be reduced to -50% to +50% of the dopant content of the silicon carbide single crystal
また、成膜工程において、さらに、混合ガスの供給量、成膜室1020(後述)内の圧力、成膜温度のうちの少なくとも一つを調整することにより、炭化ケイ素単結晶膜200のドーパントの含有量を調整してもよい。
In addition, in the film forming process, the dopant in the silicon carbide
また、本実施形態の炭化ケイ素単結晶基板500の製造方法においては、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を回転させながら炭化ケイ素単結晶膜200の成膜を行ってもよい。また、炭化ケイ素単結晶膜200のドーパント含有量を調整するために、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の回転数を調整してもよい。
Furthermore, in the method for manufacturing silicon carbide
ここで、ドーパントの含有量を制御するためのパラメータである、混合ガスの供給比率について、ドーパントを供給するためのドーパントガスの比率が高くなるほど、成膜した炭化ケイ素単結晶膜200におけるドーパント含有量が高くなる傾向にある。また、混合ガスの供給量、成膜室1020内の圧力、成膜温度、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の回転数は、炭化ケイ素単結晶膜200の成膜速度に影響する。
Here, regarding the supply ratio of the mixed gas, which is a parameter for controlling the dopant content, the higher the ratio of the dopant gas for supplying the dopant, the higher the dopant content in the deposited silicon carbide
炭化ケイ素単結晶成膜用基板100(図2(A))としては、例えば、昇華法等により作成した炭化ケイ素のバルク単結晶から加工して得た、4H-SiC単結晶ウエハを用いることができる。また、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の形状としては、例えば円形の平行平板状とすることができる。また、厚さ5μm~100μm程度の炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させる場合、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の厚さは、250μm~750μm程度とすることができる。
As the silicon carbide single crystal film forming substrate 100 (FIG. 2(A)), it is possible to use, for example, a 4H-SiC single crystal wafer obtained by processing a bulk single crystal of silicon carbide created by a sublimation method or the like. can. Further, the shape of the silicon carbide single crystal
また、本実施形態において、サセプタ1090(後述)上に炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を設置して、サセプタ1090を回転させながら、炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させる場合には、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の成膜対象面は片面(成膜対象面100a)とする。
In addition, in this embodiment, when the silicon carbide
図1は、本実施形態の炭化ケイ素単結晶基板500の製造方法において用いることができる成膜装置の一例である、成膜装置1000を示す図である。なお、以下の説明は成膜手順の一例であり、問題のない範囲で、成膜装置の構成や、温度、圧力、ガス雰囲気等の各条件や、手順等を変更してもよい。
FIG. 1 is a diagram showing a
成膜装置1000は、化学的気相成長法により、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100に炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させることができる。図1に示すように、成膜装置1000は、成膜装置1000の外装となる筐体1010と、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100に炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させる成膜室1020と、成膜室1020より排出された原料ガスやキャリアガスを後述のガス排出口1040へ導入する排出ガス導入室1050と、排出ガス導入室1050を覆うボックス1060と、ボックス1060の外部より成膜室1020内を加温する、カーボン製のヒーター1070と、成膜室1020の上部に設けられ、成膜室1020に原料ガスやキャリアガスを導入するガス導入口1030と、原料ガス等を成膜装置外に排出するガス排出口1040と、サセプタ1090を回転可能に支持する支柱1080と、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を載置するサセプタ1090を有する。
The
支柱1080は、サセプタ1090を保持する不図示の保持機構と、成膜のときにサセプタ1090を回転させる不図示の回転機構と、を有する。また、サセプタ1090は、平板上に形成された、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の載置部1091と、載置部1091の外周縁から立設した壁部1092と、を有する。サセプタ1090が壁部1092を有することにより、サセプタ1090が回転したときに炭化ケイ素単結晶成膜用基板100が遠心力により外部へ飛び出ようとしても、抑制することができる。
The
まず、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を、サセプタ1090の載置部1091に載置する(図1)。次に、減圧状態にして、Ar等の不活性ガス雰囲気下で、成膜の反応温度まで、ヒーター1070により炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を加熱する。あらかじめ設定した成膜の反応温度(1000℃~1800℃程度)まで達したら、不活性ガスの供給を止めて、成膜室1020内を数kPa~数百kPa程度として、成膜室1020内に炭化ケイ素単結晶膜200の成分を含む原料ガスやキャリアガス等の混合ガスを供給する。このとき、サセプタ1090を図1の矢印A方向に回転させながら、炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させる。
First, silicon carbide single crystal
なお、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の回転数は、4インチφサイズや6インチφサイズの炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を用いる場合、0rpm~1000rpm程度とすることができる。
Note that the rotation speed of silicon carbide single crystal
また、成膜工程において成膜される炭化ケイ素単結晶膜200のドーパント含有量を調節するために、成膜室1020内の圧力は、数kPa~数百kPa程度とすることができ、また、成膜室1020内の温度は、1000℃~1800℃とすることができる。
Further, in order to adjust the dopant content of the silicon carbide
原料ガスとしては、炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させることができれば、特に限定されず、一般的に炭化ケイ素単結晶膜200の成膜に使用されるSi系原料ガス、C系原料ガスを用いることができる。
The source gas is not particularly limited as long as it can form the silicon carbide
例えば、ケイ素(Si)系原料ガスとしては、シラン(SiH4)を用いることができるほか、モノクロロシラン(SiH3Cl)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、トリクロロシラン(SiHCl3)、テトラクロロシラン(SiCl4)等のエッチング作用があるClを含む塩素系Si原料含有ガス(クロライド系原料)を用いることができる。また、例えば、上記のシランガスを用いる場合、HClを併せて供給してもよい。 For example, as the silicon (Si)-based source gas, silane (SiH 4 ) can be used, as well as monochlorosilane (SiH 3 Cl), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), and tetrachlorosilane. A chlorine-based Si raw material-containing gas (chloride-based raw material) containing Cl that has an etching effect, such as (SiCl 4 ), can be used. Furthermore, for example, when using the above-mentioned silane gas, HCl may also be supplied together.
炭素(C)系原料ガスとしては、例えば、メタン(CH4)、プロパン(C3H8)、アセチレン(C2H2)等の炭化水素を用いることができる。上記のほか、トリクロロメチルシラン(CH3Cl3Si)、トリクロロフェニルシラン(C6H5Cl3Si)、ジクロロメチルシラン(CH4Cl2Si)、ジクロロジメチルシラン((CH3)2SiCl2)、クロロトリメチルシラン((CH3)3SiCl)等のSiとCとを両方含むガスも、原料ガスとして用いることができる。 As the carbon (C)-based raw material gas, for example, hydrocarbons such as methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), acetylene (C 2 H 2 ), etc. can be used. In addition to the above, trichloromethylsilane (CH 3 Cl 3 Si), trichlorophenylsilane (C 6 H 5 Cl 3 Si), dichloromethylsilane (CH 4 Cl 2 Si), dichlorodimethylsilane ((CH 3 ) 2 SiCl 2 ), chlorotrimethylsilane ((CH 3 ) 3 SiCl), and other gases containing both Si and C can also be used as the raw material gas.
キャリアガスとしては、成膜を阻害することなく、原料ガスを基板へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、熱伝導率に優れ、炭化ケイ素に対してエッチング作用がある水素(H2)を用いることができる。 As the carrier gas, a commonly used carrier gas can be used as long as it can spread the source gas onto the substrate without inhibiting film formation. For example, hydrogen (H 2 ), which has excellent thermal conductivity and has an etching effect on silicon carbide, can be used.
また、炭化ケイ素単結晶膜200の導電型を制御するために、不純物ドーピングガスを同時に供給する。例えば、導電型をn型とする場合にはN2、p型とする場合にはTMA(トリメチルアルミニウム)を用いることができる。
Further, in order to control the conductivity type of the silicon carbide
ドーパントガスとしては、窒素、アルミニウムに限定されず、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、窒素、リン、バナジウムからなる群から選ばれる1つ以上を含むガスとすることができる。 The dopant gas is not limited to nitrogen and aluminum, but may be a gas containing one or more selected from the group consisting of boron, aluminum, gallium, nitrogen, phosphorus, and vanadium, for example.
また、ドーパントガスとしては、ドーパントがホウ素の場合には三塩化ホウ素(BCl3)、ジボラン(B2H6)、ドーパントがガリウムの場合にはトリメチルガリウム(TMAL)、トリエチルガリウム(TEGa)、ドーパントがリンの場合にはホスフィン(PH3)、ドーパントがバナジウムの場合にはバナジウムテトラクロライド(VCl4)を用いることができる。ドーパントが窒素の場合には、ドーパントガスとして、窒素ガスの他にアンモニア(NH3)を用いることができる。 In addition, dopant gases include boron trichloride (BCl3) and diborane (B 2 H 6 ) when the dopant is boron, and trimethylgallium (TMAL) and triethylgallium (TEGa) when the dopant is gallium. In the case of phosphorus, phosphine (PH 3 ) can be used, and in the case of vanadium, vanadium tetrachloride (VCl 4 ) can be used. When the dopant is nitrogen, ammonia (NH 3 ) can be used in addition to nitrogen gas as the dopant gas.
また、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100におけるドーパント含有量は特に限定されず、ドーパント含有量は所望の電気抵抗値等から適宜設定することができる。ドーパントとして窒素を用いる場合には、例えば、ドーパント含有量が6×1018cm-3~10×1018cm-3程度の炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を用いることができる。
Further, the dopant content in the silicon carbide single crystal
なお、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100が有するドーパントと、炭化ケイ素単結晶膜200が有するドーパントは、同じでもよいし、異なっていてもよい。
Note that the dopant that silicon carbide single crystal
炭化ケイ素単結晶成膜用基板100のドーパントと炭化ケイ素単結晶膜200のドーパントとが異なる場合、両者のドーパントが、置換する原子が同じである、すなわち、ケイ素(Si)または炭素(C)のどちらか同じ原子と置き換わるドーパントであることが好ましい。
When the dopant of silicon carbide single crystal
さらに、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100と炭化ケイ素単結晶膜200とにおいて別のドーパントを用いると、炭化ケイ素単結晶基板500における反りの挙動が異なる可能性があることから、安定した製造管理の観点から、反りの挙動を予測しやすい、同じドーパントを用いることがより好ましい。
Furthermore, if different dopants are used in the silicon carbide single crystal
炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させる際には、上記のガスを適宜混合して供給する。また、所望の炭化ケイ素単結晶膜200の性状に応じて、成膜の途中でガスの混合割合、供給量等の条件を変更してもよい。また、炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させる場合には、成膜対象である炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の結晶と同一方位の単結晶を成長させるために、1回の成膜で所望の膜厚になるまで膜を形成させるのではなく、複数回の成膜を行って、所望の膜厚を得てもよい。
When forming the silicon carbide
上記の混合ガスの供給比率は、ドーパントの含有量を調節するために、例えば、ドーパントガスが窒素ガスであり、混合ガスとして、ケイ素系ガス、炭素系ガス、水素ガス、塩素系ガス、窒素ガスを供給する場合には、ケイ素系ガスのケイ素原子、炭素系ガスの炭素原子、水素ガスの水素原子、塩素系ガスの塩素原子、窒素ガスの窒素原子の原子数の比率がSi:C:H:Cl:N=0.23:0.33:194.72:2.10:1.0~0.23:0.33:194.72:2.10:2.96の範囲内とすることができる。 The supply ratio of the above mixed gas is determined in order to adjust the dopant content. For example, the dopant gas is nitrogen gas, and the mixed gases include silicon gas, carbon gas, hydrogen gas, chlorine gas, nitrogen gas. When supplying, the ratio of the number of silicon atoms in the silicon-based gas, carbon atoms in the carbon-based gas, hydrogen atoms in the hydrogen gas, chlorine atoms in the chlorine-based gas, and nitrogen atoms in the nitrogen gas is Si:C:H. :Cl:N=0.23:0.33:194.72:2.10:1.0 to 0.23:0.33:194.72:2.10:2.96 I can do it.
すなわち、ケイ素系ガスとしてシラン(SiH4)ガス、炭素系ガスとしてプロパン(C3H8)ガス、水素(H2)ガス、塩素系ガスとして塩化水素(HCl)ガス、ドーパントガスとして窒素(N2)ガスを含む混合ガスを供給する場合には、SiH4:C3H8:H2:HCl:N2=0.23:0.11:97.36:2.10:0.50~0.23:0.11:97.36:2.10:1.48とすることができる。 That is, silane (SiH 4 ) gas is used as the silicon-based gas, propane (C 3 H 8 ) gas and hydrogen (H 2 ) gas are used as the carbon-based gas, hydrogen chloride (HCl) gas is used as the chlorine-based gas, and nitrogen (N) is used as the dopant gas. 2 ) When supplying a mixed gas containing gas, SiH 4 :C 3 H 8 :H 2 :HCl:N 2 =0.23:0.11:97.36:2.10:0.50~ 0.23:0.11:97.36:2.10:1.48.
また、混合ガスの供給量は、成膜室1020内に供給するガスの合計で1slm~500slm程度とすることができる。なお、ガス流量の単位「slm」は、standard liter/min、すなわち、標準状態(0℃、1気圧)に換算した1分間当たりの流量(L)を示す。
Further, the amount of mixed gas supplied can be set to about 1 slm to 500 slm in total of the gases supplied into the
炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の表面や気相での化学反応により、加熱した炭化ケイ素単結晶成膜用基板100に炭化ケイ素単結晶膜200を成膜させることができる。以上の成膜工程により、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100に炭化ケイ素単結晶膜200が成膜した炭化ケイ素単結晶基板500(図2(B))が得られる。
The silicon carbide
[その他の工程]
本実施形態の炭化ケイ素単結晶基板500の製造方法は、前述したように、以下の工程を含むことができる。例えば、設置した炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を加熱する工程、化学蒸着前の炭化ケイ素単結晶成膜用基板100に、成膜を阻害するような何らかの反応が生じないよう、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を設置した成膜室1020内を不活性雰囲気下とするべく、アルゴン等の不活性ガスを流通させる工程等が挙げられる。
[Other processes]
As described above, the method for manufacturing silicon carbide
また、炭化ケイ素単結晶膜200を成膜して得られた炭化ケイ素単結晶基板500には、図2(B)に示すように、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の成膜対象面100aだけではなく、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100の側面に沿って、炭化ケイ素膜が成膜していることがある。よって、成膜工程後に、外周部分を研削加工や研磨加工して炭化ケイ素単結晶基板500の直径寸法を調整してもよい。また、炭化ケイ素単結晶基板500の反りをなくしたり、所望の厚さにしたりするために、必要に応じて、研削加工や研磨加工を行ってもよい。
In addition, as shown in FIG. 2(B), a silicon carbide
[従来の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法との比較]
従来の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法においては、得られた炭化ケイ素単結晶基板が反ってしまうことがあり、炭化ケイ素多結晶基板との貼り合わせ基板を製造する場合に、真空吸着することができずに、炭化ケイ素単結晶基板を搬送することができない等の不具合が発生して、製造歩留まりを低下させる要因となっていた。
[Comparison with conventional silicon carbide single crystal substrate manufacturing method]
In conventional methods for manufacturing silicon carbide single crystal substrates, the resulting silicon carbide single crystal substrates may warp, and when manufacturing a bonded substrate with a silicon carbide polycrystalline substrate, vacuum suction may not be possible. This has caused problems such as the inability to transport the silicon carbide single crystal substrate, which has been a factor in lowering manufacturing yield.
そこで、上記課題を解決すべく、本発明者等が鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、炭化ケイ素単結晶成膜用基板に、化学的気相蒸着法によって炭化ケイ素単結晶膜をエピタキシャル成長させる成膜工程において、炭化ケイ素単結晶成膜用基板におけるドーパントの含有量の-50%~+50%のドーパントの含有量を有する炭化ケイ素単結晶膜を得ることにより、得られた炭化ケイ素単結晶基板において反りの発生が抑制されることを見出すに至った。また、混合ガスの供給比率を調整することにより、成膜される炭化ケイ素単結晶膜におけるドーパント含有量を調節することができることを見出した。 Therefore, in order to solve the above problems, the inventors of the present invention conducted extensive research and through trial and error, and as a result, a silicon carbide single crystal film was epitaxially grown on a silicon carbide single crystal film forming substrate by chemical vapor deposition. In the film forming process, a silicon carbide single crystal substrate obtained by obtaining a silicon carbide single crystal film having a dopant content of -50% to +50% of the dopant content in the silicon carbide single crystal film forming substrate. It has been found that the occurrence of warpage can be suppressed. Furthermore, it has been found that the dopant content in the silicon carbide single crystal film to be formed can be adjusted by adjusting the supply ratio of the mixed gas.
また、混合ガスの供給量、成膜室内の圧力、成膜室内の温度、炭化ケイ素単結晶成膜用基板の回転数が炭化ケイ素単結晶膜の成長速度に影響することから、炭化池素単結晶膜におけるドーパント含有量に影響することを見出した。 In addition, since the amount of mixed gas supplied, the pressure inside the deposition chamber, the temperature inside the deposition chamber, and the rotation speed of the silicon carbide single crystal deposition substrate affect the growth rate of the silicon carbide single crystal film, It was found that the dopant content in the crystal film is affected.
すなわち、炭化ケイ素単結晶成膜用基板と成膜した炭化ケイ素単結晶膜との間に応力差がある場合、反りが発生する。この応力差は、大部分が炭化ケイ素単結晶成膜用基板と炭化ケイ素単結晶膜におけるドーパント含有量の差が一因であると考えられる。 That is, if there is a stress difference between the silicon carbide single crystal film forming substrate and the silicon carbide single crystal film formed, warping occurs. This stress difference is thought to be largely due to the difference in dopant content between the silicon carbide single crystal film forming substrate and the silicon carbide single crystal film.
ここで、炭化ケイ素の結晶構造において、ドーパントはC(炭素)サイトに置換して固溶する。ドーパントが窒素の場合、炭素よりも共有結合半径が小さいため、ドープ量(ドーパントの含有量)が多くなるほど格子定数が大きくなる。そのため、炭化ケイ素単結晶成膜用基板に比べて、炭化ケイ素単結晶膜の方が、ドープ量が大きい場合、炭化ケイ素単結晶膜の方が縮むことになるので、炭化ケイ素単結晶膜から凹状の反りが生じる。一方、炭化ケイ素単結晶成膜用基板に比べて、炭化ケイ素単結晶膜の方が、ドープ量が少ない場合、炭化ケイ素単結晶膜の方が広がることになるので、炭化ケイ素単結晶膜側に凸状の反りが生じる。 Here, in the crystal structure of silicon carbide, the dopant substitutes at the C (carbon) site and forms a solid solution. When the dopant is nitrogen, the covalent bond radius is smaller than that of carbon, so the lattice constant increases as the dopant amount (dopant content) increases. Therefore, compared to the substrate for silicon carbide single crystal film formation, if the silicon carbide single crystal film is doped with a larger amount, the silicon carbide single crystal film will shrink, so the silicon carbide single crystal film will have a concave shape. Warping occurs. On the other hand, compared to the substrate for silicon carbide single crystal film formation, if the silicon carbide single crystal film has a smaller doping amount, the silicon carbide single crystal film will spread more. A convex warpage occurs.
本実施形態の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法であれば、炭化ケイ素単結晶成膜用基板に炭化ケイ素単結晶膜をエピタキシャル成長させて得られる炭化ケイ素単結晶基板において、炭化ケイ素単結晶基板の反りの発生を抑制することができる。 In the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present embodiment, in the silicon carbide single crystal substrate obtained by epitaxially growing a silicon carbide single crystal film on a silicon carbide single crystal film formation substrate, warping of the silicon carbide single crystal substrate The occurrence of can be suppressed.
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の工程等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。なお、以下の変形例において、前述した実施形態と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, but includes other steps that can achieve the object of the present invention, and the present invention also includes the following modifications. In addition, in the following modified example, the same code|symbol is attached|subjected to the same structure as the embodiment mentioned above, and description is abbreviate|omitted.
前述した実施形態においては、図1に示すように、成膜装置1000にサセプタ1090を1つ設けたものについて例示したが、成膜装置1000にサセプタを複数設けてもよい。サセプタを複数設ける場合、例えば、図3に示すように、複数個のサセプタ1090を設置(図3では4つ)できるステージ1100を用いてもよい。
In the embodiment described above, as shown in FIG. 1, the
図3に示すステージ1100は、4つのサセプタ設置部1110と、サセプタ設置部1110に設置したサセプタ1090を矢印D方向に回転させる不図示のサセプタ回転機構と、を有する。サセプタ1090には、炭化ケイ素単結晶成膜用基板100を載置する。また、ステージ1100は、成膜装置1000の支柱1080により支持されて、ステージ1100が矢印E方向に回転するように構成されている。
The
すなわち、サセプタ1090とステージ1100は逆の方向に回転して自転公転することにより、炭化ケイ素膜の膜厚がより均一になる。また、ステージ1100に複数のサセプタ1090を設置できることにより、一度に複数の炭化ケイ素単結晶基板500を得ることができる。なお、図3の矢印D、矢印Eで示したサセプタ1090とステージ1100の回転の方向や、サセプタ1090とステージ1100の回転数は適宜設定することができる。
That is, the
また、前述した実施形態においては、サセプタ1090を回転させて炭化ケイ素単結晶膜200を成長させる方法について例示したが、炭化ケイ素単結晶膜200の成長時にサセプタ1090を回転させてもよいし、回転させなくてもよい。サセプタ1090を回転させることにより、炭化ケイ素単結晶膜200の膜厚が均一性、ドーパント含有量の均一性の観点から、炭化ケイ素単結晶膜200の成長時にサセプタ1090を回転させることが好ましい。
Further, in the embodiment described above, a method of growing the silicon carbide
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質等を限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質等の限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。 In addition, the best configuration, method, etc. for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited thereto. That is, although the present invention has been specifically described mainly with respect to specific embodiments, there may be changes in shape, material, quantity, Various modifications can be made by those skilled in the art in other detailed configurations. Therefore, the descriptions in which the shapes, materials, etc. disclosed above are limited are provided as examples to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. Descriptions of names of members that exclude some or all of the limitations such as these are included in the present invention.
以下、本発明の実施例および比較例によって、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されることはない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples in any way.
本実施例においては、前述した実施形態の成膜装置1000を用いて炭化ケイ素単結晶基板を製造した。また、本実施例においては、ドーパントとして窒素を用いた。
In this example, a silicon carbide single crystal substrate was manufactured using the
[実施例1]
(炭化ケイ素単結晶基板の製造)
本実施例においては、ドーパントとして窒素を用いた。炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させるための、炭化ケイ素単結晶成膜用基板として、昇華法で作製した6インチφサイズ、350μm厚の、ドーパントである窒素の単位体積当たりの含有量が6×1018cm-3の4H-SiC単結晶ウエハ型を用いた。
[Example 1]
(Manufacture of silicon carbide single crystal substrate)
In this example, nitrogen was used as a dopant. A silicon carbide single crystal film forming substrate for epitaxial growth of a silicon carbide single crystal was prepared by a sublimation method and had a diameter of 6 inches and a thickness of 350 μm, and had a nitrogen dopant content of 6×10 18 per unit volume. A cm -3 4H-SiC single crystal wafer type was used.
次に、成膜室内を排気ポンプにより真空引きを行った後、Arガスを供給しながら成膜室内の温度を1650℃まで昇温させて炭化ケイ素単結晶成膜用基板を加熱した。 Next, the inside of the film forming chamber was evacuated using an exhaust pump, and then the temperature inside the film forming chamber was raised to 1650° C. while supplying Ar gas to heat the silicon carbide single crystal film forming substrate.
1650℃まで昇温後、Arガスの供給を停止して、原料ガス等のガスを供給した。原料ガスとしてケイ素系ガスのシランガス(SiH4)、炭素系ガスのプロパンガス(C3H8)、パージガスとして水素ガス(H2)、塩化水素ガス(HCl)、不純物ドーピングガスとして窒素ガス(N2)を用いた。 After the temperature was raised to 1650° C., the supply of Ar gas was stopped, and gas such as raw material gas was supplied. Silane gas (SiH 4 ), which is a silicon-based gas, propane gas (C 3 H 8 ), which is a carbon-based gas, as a raw material gas, hydrogen gas (H 2 ), hydrogen chloride gas (HCl) as a purge gas, and nitrogen gas (N 2 ) was used.
混合ガスの供給比率は、SiH4:C3H8:H2:HCl:N2=0.23:0.11:97.36:2.10:1.02とした。混合ガスの供給量は、合計で180slm、60分間供給し、基板を600rpmで回転させながら、炭化ケイ素単結晶成膜用基板の成膜対象面に炭化ケイ素単結晶膜をエピタキシャル成長させた。成膜工程における成膜室内の圧力は25kPaであった。以上により、炭化ケイ素単結晶基板を得た。 The supply ratio of the mixed gas was SiH 4 :C 3 H 8 :H 2 :HCl:N 2 =0.23:0.11:97.36:2.10:1.02. The mixed gas was supplied at a total amount of 180 slm for 60 minutes, and while the substrate was rotated at 600 rpm, a silicon carbide single crystal film was epitaxially grown on the target surface of the silicon carbide single crystal film forming substrate. The pressure inside the film forming chamber during the film forming process was 25 kPa. Through the above steps, a silicon carbide single crystal substrate was obtained.
(炭化ケイ素単結晶基板の評価)
製造した炭化ケイ素単結晶基板について、炭化ケイ素単結晶膜のドーパント含有量、炭化ケイ素単結晶膜の膜厚、および、炭化ケイ素単結晶基板の反り量を評価した。
(Evaluation of silicon carbide single crystal substrate)
Regarding the manufactured silicon carbide single crystal substrate, the dopant content of the silicon carbide single crystal film, the film thickness of the silicon carbide single crystal film, and the amount of warpage of the silicon carbide single crystal substrate were evaluated.
エピタキシャル成長させた炭化ケイ素単結晶膜のドーパント含有量(窒素含有量)を二次イオン質量分析装置(以下、D-SIMSと記載することがある。)を用いて測定した。炭化ケイ素単結晶膜中の窒素含有量を測定した結果、6×1018cm-3であり、炭化ケイ素単結晶成膜用基板のドーパント含有量と同等であった。 The dopant content (nitrogen content) of the epitaxially grown silicon carbide single crystal film was measured using a secondary ion mass spectrometer (hereinafter sometimes referred to as D-SIMS). The nitrogen content in the silicon carbide single crystal film was measured to be 6×10 18 cm −3 , which was equivalent to the dopant content of the silicon carbide single crystal film forming substrate.
また、炭化ケイ素単結晶膜の膜厚を測定したところ、エピタキシャル成長させた炭化ケイ素単結晶膜の平均膜厚は50μmで、面内ばらつきは3%以下であり、均質かつ低欠陥、高品質で、半導体材料として問題のない炭化ケイ素単結晶膜を得ることができた。 In addition, when the film thickness of the silicon carbide single crystal film was measured, the average film thickness of the epitaxially grown silicon carbide single crystal film was 50 μm, and the in-plane variation was 3% or less, and it was homogeneous, with low defects, and of high quality. We were able to obtain a silicon carbide single crystal film that has no problems as a semiconductor material.
また、炭化ケイ素単結晶膜を成膜して得られた炭化ケイ素単結晶基板を、平坦度測定器を用いて基板の中央面の基準面からのズレの最大値と最小値の差を反り量として評価した。反り量が±100μm以内であれば、炭化ケイ素多結晶基板との貼り合わせ工程において、搬送エラーや基準面の取得不能等の問題が生じる可能性がなく、反り量の基準を満たすと判断した。なお、ここで反り量がプラスの値の場合は、炭化ケイ素単結晶膜側が凹んだ凹状の反りがあることを示し、反り量がマイナスの値の場合は、炭化ケイ素単結晶膜側が突出した凸状の反りがあることを示すものとする。 In addition, the silicon carbide single crystal substrate obtained by forming a silicon carbide single crystal film was measured using a flatness measuring device to measure the difference between the maximum and minimum deviation of the central plane of the substrate from the reference plane. It was evaluated as If the amount of warpage is within ±100 μm, there is no possibility of problems such as conveyance errors or inability to obtain a reference plane in the bonding process with the silicon carbide polycrystalline substrate, and it was determined that the standard for the amount of warp is met. In addition, if the amount of warpage is a positive value here, it means that there is a concave warp with a depression on the silicon carbide single crystal film side, and if the amount of warpage is a negative value, it means that there is a convex warp that is concave on the silicon carbide single crystal film side. This shall indicate that there is a warpage in the form of a shape.
反り量を評価した結果、実施例1の炭化ケイ素単結晶基板の反り量は50μmであり、貼り合わせ工程の時に問題のない程度の反り量であった。 As a result of evaluating the amount of warpage, the amount of warpage of the silicon carbide single crystal substrate of Example 1 was 50 μm, which was an amount that would not cause any problem during the bonding process.
[実施例2~実施例4、比較例1~比較例3]
実施例2~実施例4、比較例1~比較例3として、表1に示すように、混合ガスの供給比率を種々変更したこと以外は実施例1と同様にして炭化ケイ素単結晶基板を製造した。
[Example 2 to Example 4, Comparative Example 1 to Comparative Example 3]
As Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, silicon carbide single crystal substrates were manufactured in the same manner as in Example 1, except that the supply ratio of the mixed gas was variously changed as shown in Table 1. did.
実施例1~実施例4、比較例1~比較例3の炭化ケイ素単結晶基板について、成膜工程における混合ガスの供給比率、供給した混合ガスにおける原子比を表1に示した。なお、原子比は、シランガスのケイ素原子、プロパンガスの炭素原子、水素ガスの水素原子、塩素系ガスの塩素原子、窒素ガスの窒素原子の原子数の比率を示した。 Regarding the silicon carbide single crystal substrates of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, the supply ratio of the mixed gas in the film forming process and the atomic ratio of the supplied mixed gas are shown in Table 1. The atomic ratio indicates the ratio of the number of silicon atoms in silane gas, carbon atoms in propane gas, hydrogen atoms in hydrogen gas, chlorine atoms in chlorine-based gas, and nitrogen atoms in nitrogen gas.
また、製造した炭化ケイ素単結晶基板について、実施例1と同様に、炭化ケイ素単結晶膜のドーパント含有量、炭化ケイ素単結晶膜の膜厚、および、炭化ケイ素単結晶基板の反り量を評価した。 In addition, regarding the manufactured silicon carbide single crystal substrate, the dopant content of the silicon carbide single crystal film, the film thickness of the silicon carbide single crystal film, and the amount of warpage of the silicon carbide single crystal substrate were evaluated in the same manner as in Example 1. .
表2には、炭化ケイ素単結晶基板の評価結果について、窒素含有量、炭化ケイ素単結晶成膜用基板を基準(0)とした炭化ケイ素単結晶膜の窒素含有率、炭化ケイ素単結晶基板の反り量示した。炭化ケイ素単結晶成膜用基板を基準(0)とした炭化ケイ素単結晶膜の窒素含有率は、炭化ケイ素単結晶膜のドーパント含有量が炭化ケイ素単結晶成膜用基板のドーパント含有量に比べてどの程度多いかまたは少ないかを算出した値を示した。すなわち、炭化ケイ素単結晶成膜用基板の窒素含有量を基準(0)としたときの炭化ケイ素単結晶膜における窒素含有率((炭化ケイ素単結晶膜の窒素含有量-炭化ケイ素単結晶成膜用基板の窒素含有量)/炭化ケイ素単結晶成膜用基板の窒素含有量×100(%))を算出した。 Table 2 shows the evaluation results of silicon carbide single crystal substrates, including the nitrogen content, the nitrogen content of the silicon carbide single crystal film based on the silicon carbide single crystal film forming substrate (0), and the nitrogen content of the silicon carbide single crystal substrate. The amount of warpage is shown. The nitrogen content of the silicon carbide single crystal film is based on the silicon carbide single crystal film formation substrate (0), and the dopant content of the silicon carbide single crystal film is compared to the dopant content of the silicon carbide single crystal film formation substrate. It shows the calculated value of how much more or less it is. In other words, the nitrogen content in the silicon carbide single crystal film ((nitrogen content of the silicon carbide single crystal film - silicon carbide single crystal film formation Nitrogen content of silicon carbide single crystal film forming substrate)/Nitrogen content of silicon carbide single crystal film forming substrate x 100 (%)) was calculated.
(評価結果)
得られた炭化ケイ素単結晶基板において、実施例、比較例の炭化ケイ素単結晶基板はともに、炭化ケイ素単結晶膜の平均膜厚は50μmであり、面内ばらつきは3%以下であった。
(Evaluation results)
In the obtained silicon carbide single crystal substrates, the average film thickness of the silicon carbide single crystal film in both the example and the comparative example was 50 μm, and the in-plane variation was 3% or less.
炭化ケイ素単結晶成膜用基板の窒素含有量を基準(0)としたときの炭化ケイ素単結晶膜における窒素含有率について、実施例1~4においては、-50%~+50%であり、比較例1~3においては-60%~+83%であった。 Regarding the nitrogen content in the silicon carbide single crystal film when the nitrogen content of the silicon carbide single crystal film forming substrate is taken as the standard (0), in Examples 1 to 4, it is -50% to +50%, and the comparison In Examples 1 to 3, it was -60% to +83%.
また、炭化ケイ素単結晶基板の反り量について、実施例1~4においては、反り量が-90μm~+93μmであり、反り量が小さかった。また、実施例1~実施例4においては、炭化ケイ素単結晶基板を搬送するための真空吸着や加工のための基準面の取得等の工程に不具合は生じなかった。一方、比較例1~比較例3により得られた炭化ケイ素単結晶基板においては、反り量が-101μm~+120μmであり、反り量が大きかった。また、比較例1~比較例3においては、炭化ケイ素単結晶基板を搬送するための真空吸着や加工のための基準面の取得等の工程に不具合が生じた。 Further, regarding the amount of warpage of the silicon carbide single crystal substrate, in Examples 1 to 4, the amount of warpage was −90 μm to +93 μm, and the amount of warpage was small. Further, in Examples 1 to 4, no problems occurred in the steps such as vacuum suction for transporting the silicon carbide single crystal substrate and acquisition of a reference surface for processing. On the other hand, in the silicon carbide single crystal substrates obtained in Comparative Examples 1 to 3, the amount of warpage was −101 μm to +120 μm, and the amount of warpage was large. Furthermore, in Comparative Examples 1 to 3, problems occurred in steps such as vacuum suction for transporting the silicon carbide single crystal substrate and acquisition of a reference surface for processing.
本発明の例示的態様である実施例1~実施例4において、成膜工程における混合ガスの供給比率を調整することにより、炭化ケイ素単結晶膜のドーパント濃度を制御することができること、また、炭化ケイ素単結晶膜において、ドーパントの含有量を炭化ケイ素単結晶成膜用基板のドーパント含有量の-50%~+50%とすることにより、反り量の小さい炭化ケイ素単結晶基板が得られることが示された。 In Examples 1 to 4, which are exemplary embodiments of the present invention, it is possible to control the dopant concentration of the silicon carbide single crystal film by adjusting the supply ratio of the mixed gas in the film forming process. It has been shown that a silicon carbide single crystal substrate with a small amount of warpage can be obtained by setting the dopant content in the silicon single crystal film to -50% to +50% of the dopant content of the silicon carbide single crystal film forming substrate. It was done.
また、このようにして得られた炭化ケイ素単結晶基板は、搬送するための真空吸着や加工のための基準面の取得の際等の不具合を抑制して生産性を向上させることにより、生産コストを抑えることができる。なお、本実施例においては、ドーパントを窒素としたが、他のドーパントを用いることにより、得られる炭化ケイ素単結晶基板における反り量の発生を抑制することができる。 In addition, the silicon carbide single crystal substrate obtained in this way improves productivity by suppressing problems such as vacuum suction for transportation and obtaining a reference surface for processing, thereby reducing production costs. can be suppressed. In this example, nitrogen was used as the dopant, but by using other dopants, it is possible to suppress the amount of warpage in the resulting silicon carbide single crystal substrate.
100 炭化ケイ素単結晶成膜用基板
200 炭化ケイ素単結晶膜
500 炭化ケイ素単結晶基板
100 Silicon carbide single crystal
Claims (4)
前記炭化ケイ素単結晶成膜用基板は、厚さが250μm~750μmであり、4インチφサイズまたは6インチφサイズの4H-SiC単結晶ウエハであり、
前記炭化ケイ素単結晶成膜用基板を設置した成膜室内に、原料ガスおよびドーパントガスを含む混合ガスを供給して、前記炭化ケイ素単結晶膜を成膜する、成膜工程を含み、
前記ドーパントガスが窒素ガスであり、
前記混合ガスが、ケイ素系ガス、炭素系ガス、水素ガス、塩素系ガス、および、前記窒素ガスを含み、
前記ケイ素系ガスのケイ素原子、前記炭素系ガスの炭素原子、前記水素ガスの水素原子、前記塩素系ガスの塩素原子、前記窒素ガスの窒素原子の原子数の比率がSi:C:H:Cl:N=0.23:0.33:194.72:2.10:1.0~2.96の範囲内であり、
前記成膜工程において、前記混合ガスの供給比率を調整することにより、前記炭化ケイ素単結晶成膜用基板が有するドーパントの含有量の-50%~+50%のドーパントの含有量を有する前記炭化ケイ素単結晶膜を成膜して、反り量が±100μm以内の炭化ケイ素単結晶基板を得る、炭化ケイ素単結晶基板の製造方法。 In a method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate, the silicon carbide single crystal substrate is obtained by epitaxially growing a silicon carbide single crystal film on the surface of a silicon carbide single crystal film forming substrate having a dopant by a chemical vapor deposition method,
The silicon carbide single crystal film forming substrate is a 4H-SiC single crystal wafer with a thickness of 250 μm to 750 μm and a 4 inch φ size or a 6 inch φ size,
A film forming step of supplying a mixed gas containing a source gas and a dopant gas into a film forming chamber in which the silicon carbide single crystal film forming substrate is installed to form the silicon carbide single crystal film,
the dopant gas is nitrogen gas,
The mixed gas includes a silicon-based gas, a carbon-based gas, a hydrogen gas, a chlorine-based gas, and the nitrogen gas,
The ratio of the number of atoms of silicon atoms in the silicon-based gas, carbon atoms in the carbon-based gas, hydrogen atoms in the hydrogen gas, chlorine atoms in the chlorine-based gas, and nitrogen atoms in the nitrogen gas is Si:C:H:Cl. :N=0.23:0.33:194.72:2.10: within the range of 1.0 to 2.96,
In the film forming step, by adjusting the supply ratio of the mixed gas, the silicon carbide having a dopant content of -50% to +50% of the dopant content of the silicon carbide single crystal film forming substrate is formed. A method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate , which comprises forming a single crystal film to obtain a silicon carbide single crystal substrate with a warpage within ±100 μm .
さらに、前記炭化ケイ素単結晶成膜用基板の回転数を調整することにより、前記炭化ケイ素単結晶膜のドーパントの含有量を調整する、請求項1または2に記載の炭化ケイ素単結晶基板の製造方法。 The film forming step is to form the silicon carbide single crystal film while rotating the silicon carbide single crystal film forming substrate,
The production of the silicon carbide single crystal substrate according to claim 1 or 2, wherein the dopant content of the silicon carbide single crystal film is further adjusted by adjusting the rotation speed of the silicon carbide single crystal film forming substrate. Method.
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