JP7415558B2 - Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device - Google Patents

Silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device Download PDF

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Description

本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。本出願は、2017年9月1日に出願した日本特許出願である特願2017-168252号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。 The present disclosure relates to a method of manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate and a silicon carbide semiconductor device. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2017-168252, which is a Japanese patent application filed on September 1, 2017. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.

特開2014-170891号公報(特許文献1)には、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長させる方法が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-170891 (Patent Document 1) discloses a method of epitaxially growing a silicon carbide layer on a silicon carbide single crystal substrate.

特開2014-170891号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-170891

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル膜とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板上にある。炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、4Hである。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板に接する第1層と、第1層上にありかつ炭化珪素エピタキシャル膜の主表面を構成する第2層とを含んでいる。炭化珪素基板と、第1層と、第2層とは、n型不純物を含んでいる。第1層が含むn型不純物の濃度は、炭化珪素基板が含むn型不純物の濃度より低く、かつ第2層が含むn型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板の主表面には、第1面密度を有する基底面転位がある。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面には、第1面密度よりも低い第2面密度を有する基底面転位がある。第2面密度を、第1面密度で除した値は、1/1000以下である。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面である。 A silicon carbide epitaxial substrate according to the present disclosure includes a silicon carbide substrate and a silicon carbide epitaxial film. A silicon carbide epitaxial film is on a silicon carbide substrate. The polytype of the silicon carbide substrate and silicon carbide epitaxial film is 4H. The silicon carbide epitaxial film includes a first layer that is in contact with the silicon carbide substrate, and a second layer that is on the first layer and constitutes the main surface of the silicon carbide epitaxial film. The silicon carbide substrate, the first layer, and the second layer contain n-type impurities. The concentration of n-type impurities contained in the first layer is lower than the concentration of n-type impurities contained in the silicon carbide substrate, and higher than the concentration of n-type impurities contained in the second layer. The main surface of the silicon carbide substrate has basal plane dislocations having a first surface density. The main surface of the silicon carbide epitaxial film has basal plane dislocations having a second surface density lower than the first surface density. The value obtained by dividing the second areal density by the first areal density is 1/1000 or less. The main surface of the silicon carbide epitaxial film is a (000-1) plane or a plane inclined at an off-angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane.

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル膜とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板上にある。炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、4Hである。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板に接する第1層と、第1層上にありかつ炭化珪素エピタキシャル膜の主表面を構成する第2層とを含んでいる。炭化珪素基板と、第1層と、第2層とは、n型不純物を含んでいる。第1層が含むn型不純物の濃度は、炭化珪素基板が含むn型不純物の濃度より低く、かつ第2層が含むn型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板の主表面には、第1面密度を有する基底面転位がある。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面には、第1面密度よりも低い第2面密度を有する基底面転位がある。第2面密度を、第1面密度で除した値は、1/1000以下である。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面の最大径は、150mm以上である。第1層の厚みは、0.5μm以上2μm以下である。第2層の厚みは、5μm以上30μm以下である。第1層が含むn型不純物の濃度は、1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下である。第2層が含むn型不純物の濃度は、1×1015cm-3以上1×1016cm-3以下である。A silicon carbide epitaxial substrate according to the present disclosure includes a silicon carbide substrate and a silicon carbide epitaxial film. A silicon carbide epitaxial film is on a silicon carbide substrate. The polytype of the silicon carbide substrate and silicon carbide epitaxial film is 4H. The silicon carbide epitaxial film includes a first layer that is in contact with the silicon carbide substrate, and a second layer that is on the first layer and constitutes the main surface of the silicon carbide epitaxial film. The silicon carbide substrate, the first layer, and the second layer contain n-type impurities. The concentration of n-type impurities contained in the first layer is lower than the concentration of n-type impurities contained in the silicon carbide substrate, and higher than the concentration of n-type impurities contained in the second layer. The main surface of the silicon carbide substrate has basal plane dislocations having a first surface density. The main surface of the silicon carbide epitaxial film has basal plane dislocations having a second surface density lower than the first surface density. The value obtained by dividing the second areal density by the first areal density is 1/1000 or less. The main surface of the silicon carbide epitaxial film is a (000-1) plane or a plane inclined at an off-angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane. The maximum diameter of the main surface of the silicon carbide epitaxial film is 150 mm or more. The thickness of the first layer is 0.5 μm or more and 2 μm or less. The thickness of the second layer is 5 μm or more and 30 μm or less. The concentration of n-type impurities contained in the first layer is 1×10 17 cm −3 or more and 1×10 19 cm −3 or less. The concentration of n-type impurities contained in the second layer is 1×10 15 cm −3 or more and 1×10 16 cm −3 or less.

図1は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す平面模式図である。FIG. 1 is a schematic plan view showing the structure of a silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment. 図2は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment. 図3は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide epitaxial substrate manufacturing apparatus according to the present embodiment. 図4は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment. 図5は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第1工程を示す断面模式図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment. 図6は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第2工程を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the second step of the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment. 図7は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing manufacturing conditions for the silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment. 図8は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment. 図9は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第1工程を示す断面模式図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment. 図10は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第2工程を示す断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the second step of the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment. 図11は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment. 図12は、サンプル2に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing manufacturing conditions for a silicon carbide epitaxial substrate according to Sample 2.

[本開示の実施形態の概要]
まず本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書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{}でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”-”(バー)を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
[Summary of embodiments of the present disclosure]
First, an overview of an embodiment of the present disclosure will be described. In the crystallographic description of this specification, individual orientations are indicated by [], collective orientations are indicated by <>, individual planes are indicated by (), and collective planes are indicated by {}, respectively. A negative crystallographic index is usually expressed by placing a "-" (bar) above the number, but in this specification, a negative sign is placed in front of the number. Express the negative exponent above.

(1)本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板100は、炭化珪素基板10と、炭化珪素エピタキシャル膜20とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜20は、炭化珪素基板10上にある。炭化珪素基板10および炭化珪素エピタキシャル膜20のポリタイプは、4Hである。炭化珪素エピタキシャル膜20は、炭化珪素基板10に接する第1層21と、第1層21上にありかつ炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14を構成する第2層22とを含んでいる。炭化珪素基板10と、第1層21と、第2層22とは、n型不純物を含んでいる。第1層21が含むn型不純物の濃度は、炭化珪素基板10が含むn型不純物の濃度より低く、かつ第2層22が含むn型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板10の主表面12には、第1面密度を有する基底面転位1がある。炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14には、第1面密度よりも低い第2面密度を有する基底面転位1がある。第2面密度を、第1面密度で除した値は、1/1000以下である。炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面である。 (1) Silicon carbide epitaxial substrate 100 according to the present disclosure includes silicon carbide substrate 10 and silicon carbide epitaxial film 20. Silicon carbide epitaxial film 20 is on silicon carbide substrate 10 . The polytype of silicon carbide substrate 10 and silicon carbide epitaxial film 20 is 4H. Silicon carbide epitaxial film 20 includes a first layer 21 in contact with silicon carbide substrate 10 and a second layer 22 that is on first layer 21 and constitutes main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 . Silicon carbide substrate 10, first layer 21, and second layer 22 contain n-type impurities. The concentration of n-type impurities contained in first layer 21 is lower than the concentration of n-type impurities contained in silicon carbide substrate 10 and higher than the concentration of n-type impurities contained in second layer 22. Main surface 12 of silicon carbide substrate 10 has basal plane dislocations 1 having a first surface density. Main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 has basal plane dislocations 1 having a second surface density lower than the first surface density. The value obtained by dividing the second areal density by the first areal density is 1/1000 or less. Main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 is a (000-1) plane or a plane inclined at an off-angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane.

(2)上記(1)に係る炭化珪素エピタキシャル基板100において、第2面密度を、第1面密度で除した値は、1/2000以下であってもよい。 (2) In silicon carbide epitaxial substrate 100 according to (1) above, the value obtained by dividing the second areal density by the first areal density may be 1/2000 or less.

(3)上記(1)または(2)に係る炭化珪素エピタキシャル基板100において、炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14の最大径111は、100mm以上であってもよい。 (3) In silicon carbide epitaxial substrate 100 according to (1) or (2) above, maximum diameter 111 of main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 may be 100 mm or more.

(4)上記(3)に係る炭化珪素エピタキシャル基板において、炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14の最大径111は、150mm以上であってもよい。 (4) In the silicon carbide epitaxial substrate according to (3) above, maximum diameter 111 of main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 may be 150 mm or more.

(5)本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板100は、炭化珪素基板10と、炭化珪素エピタキシャル膜20とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜20は、炭化珪素基板10上にある。炭化珪素基板10および炭化珪素エピタキシャル膜20のポリタイプは、4Hである。炭化珪素エピタキシャル膜20は、炭化珪素基板10に接する第1層21と、第1層21上にありかつ炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14を構成する第2層22とを含んでいる。炭化珪素基板10と、第1層21と、第2層22とは、n型不純物を含んでいる。第1層21が含むn型不純物の濃度は、炭化珪素基板10が含むn型不純物の濃度より低く、かつ第2層22が含むn型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板10の主表面12には、第1面密度を有する基底面転位1がある。炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14には、第1面密度よりも低い第2面密度を有する基底面転位1がある。第2面密度を、第1面密度で除した値は、1/1000以下である。炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル膜20の主表面14の最大径111は、150mm以上である。第1層21の厚みは、0.5μm以上2μm以下である。第2層22の厚みは、5μm以上30μm以下である。第1層21が含むn型不純物の濃度は、1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下である。第2層22が含むn型不純物の濃度は、1×1015cm-3以上1×1016cm-3以下である。(5) Silicon carbide epitaxial substrate 100 according to the present disclosure includes silicon carbide substrate 10 and silicon carbide epitaxial film 20. Silicon carbide epitaxial film 20 is on silicon carbide substrate 10 . The polytype of silicon carbide substrate 10 and silicon carbide epitaxial film 20 is 4H. Silicon carbide epitaxial film 20 includes a first layer 21 in contact with silicon carbide substrate 10 and a second layer 22 that is on first layer 21 and constitutes main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 . Silicon carbide substrate 10, first layer 21, and second layer 22 contain n-type impurities. The concentration of n-type impurities contained in first layer 21 is lower than the concentration of n-type impurities contained in silicon carbide substrate 10 and higher than the concentration of n-type impurities contained in second layer 22. Main surface 12 of silicon carbide substrate 10 has basal plane dislocations 1 having a first surface density. Main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 has basal plane dislocations 1 having a second surface density lower than the first surface density. The value obtained by dividing the second areal density by the first areal density is 1/1000 or less. Main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 is a (000-1) plane or a plane inclined at an off-angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane. Main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 is a (000-1) plane or a plane inclined at an off-angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane. Maximum diameter 111 of main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 is 150 mm or more. The thickness of the first layer 21 is 0.5 μm or more and 2 μm or less. The thickness of the second layer 22 is 5 μm or more and 30 μm or less. The concentration of n-type impurities contained in the first layer 21 is 1×10 17 cm −3 or more and 1×10 19 cm −3 or less. The concentration of n-type impurities contained in the second layer 22 is 1×10 15 cm −3 or more and 1×10 16 cm −3 or less.

(6)本開示に係る炭化珪素半導体装置300の製造方法は以下の工程を備えている。上記(1)~(5)のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板100が準備される。炭化珪素エピタキシャル基板100が加工される。 (6) A method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 300 according to the present disclosure includes the following steps. Silicon carbide epitaxial substrate 100 according to any one of (1) to (5) above is prepared. Silicon carbide epitaxial substrate 100 is processed.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態の詳細について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
[Details of embodiments of the present disclosure]
Hereinafter, details of embodiments of the present disclosure will be described. In the following description, the same or corresponding elements are given the same reference numerals, and the same description will not be repeated.

(炭化珪素エピタキシャル基板)
図1および図2に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100は、炭化珪素基板10と、炭化珪素エピタキシャル膜20とを有している。炭化珪素エピタキシャル膜20は、炭化珪素基板10上にある。炭化珪素基板10は、第1主面11と、第1主面11と反対側の第1主表面12とを有する。炭化珪素エピタキシャル膜20は、第1主面11と接する。炭化珪素エピタキシャル膜20は、第1主面11と接する第3主面13と、第3主面13と反対側の第2主表面14とを有する。炭化珪素基板10および炭化珪素エピタキシャル膜20のポリタイプは、4Hである。図1に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板100には、第1方向101に延在する第1フラット16が設けられて入れてもよい。炭化珪素エピタキシャル基板100には、第2方向102に延在する第2フラット(図示せず)が設けられていてもよい。
(Silicon carbide epitaxial substrate)
As shown in FIGS. 1 and 2, silicon carbide epitaxial substrate 100 according to this embodiment includes silicon carbide substrate 10 and silicon carbide epitaxial film 20. Silicon carbide epitaxial film 20 is on silicon carbide substrate 10 . Silicon carbide substrate 10 has a first main surface 11 and a first main surface 12 opposite to first main surface 11 . Silicon carbide epitaxial film 20 is in contact with first main surface 11 . Silicon carbide epitaxial film 20 has a third main surface 13 in contact with first main surface 11 and a second main surface 14 opposite to third main surface 13 . The polytype of silicon carbide substrate 10 and silicon carbide epitaxial film 20 is 4H. As shown in FIG. 1 , silicon carbide epitaxial substrate 100 may be provided with a first flat 16 extending in a first direction 101 . Silicon carbide epitaxial substrate 100 may be provided with a second flat (not shown) extending in second direction 102 .

第2方向102は、たとえば<1-100>方向である。第1方向101は、第2主表面14に対して平行であり、かつ第2方向102に対して垂直な方向である。第1方向101は、たとえば<11-20>方向成分を含む方向である。図1に示されるように、第2主表面14の最大径111(直径)は、たとえば100mm以上である。最大径111は150mm以上でもよいし、200mm以上でもよいし、250mm以上でもよい。最大径111の上限は特に限定されない。最大径111は、たとえば300mm以下であってもよい。 The second direction 102 is, for example, the <1-100> direction. The first direction 101 is parallel to the second main surface 14 and perpendicular to the second direction 102. The first direction 101 is, for example, a direction including a <11-20> direction component. As shown in FIG. 1, the maximum diameter 111 (diameter) of the second main surface 14 is, for example, 100 mm or more. The maximum diameter 111 may be 150 mm or more, 200 mm or more, or 250 mm or more. The upper limit of the maximum diameter 111 is not particularly limited. The maximum diameter 111 may be, for example, 300 mm or less.

炭化珪素基板10は、たとえば炭化珪素単結晶から構成される。炭化珪素基板10は、たとえば窒素(N)などのn型不純物を含んでいる。炭化珪素基板10の導電型は、たとえばn型である。第1主面11は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面である。第1主面11が(000-1)面に対して傾斜している場合、第1主面11の傾斜方向は、たとえば<11-20>方向である。炭化珪素基板10の厚みは、たとえば350μm以上500μm以下である。 Silicon carbide substrate 10 is made of, for example, silicon carbide single crystal. Silicon carbide substrate 10 contains, for example, n-type impurities such as nitrogen (N). The conductivity type of silicon carbide substrate 10 is, for example, n-type. The first principal surface 11 is a (000-1) plane or a plane inclined at an off angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane. When the first main surface 11 is inclined with respect to the (000-1) plane, the direction of inclination of the first main surface 11 is, for example, the <11-20> direction. The thickness of silicon carbide substrate 10 is, for example, 350 μm or more and 500 μm or less.

図2に示されるように、炭化珪素エピタキシャル膜20は、炭化珪素基板10の第1主面11上にある。炭化珪素エピタキシャル膜20は、エピタキシャル層である。炭化珪素エピタキシャル膜20は、第1主面11に接している。炭化珪素エピタキシャル膜20は、たとえば窒素などのn型不純物を含んでいる。炭化珪素エピタキシャル膜20の導電型は、たとえばn型である。第2主表面14は、カーボン面またはカーボン面に対して8°以下のオフ角θで傾斜した面である。言い換えれば、第2主表面14は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下のオフ角θで傾斜した面である。オフ方向は、たとえば<11-20>方向である。なお、オフ方向は、<11-20>方向に限定されない。オフ方向は、たとえば<1-100>方向であってもよいし、<1-100>方向成分と<11-20>方向成分とを有する方向であってもよい。 As shown in FIG. 2 , silicon carbide epitaxial film 20 is on first main surface 11 of silicon carbide substrate 10 . Silicon carbide epitaxial film 20 is an epitaxial layer. Silicon carbide epitaxial film 20 is in contact with first main surface 11 . Silicon carbide epitaxial film 20 contains n-type impurities such as nitrogen. The conductivity type of silicon carbide epitaxial film 20 is, for example, n-type. The second main surface 14 is a carbon surface or a surface inclined at an off angle θ of 8° or less with respect to the carbon surface. In other words, the second main surface 14 is a (000-1) plane or a plane inclined with respect to the (000-1) plane at an off angle θ of 8° or less. The off direction is, for example, the <11-20> direction. Note that the off direction is not limited to the <11-20> direction. The off direction may be, for example, the <1-100> direction or a direction having a <1-100> direction component and a <11-20> direction component.

オフ角θは、第2主表面14が(000-1)面に対して傾斜している角度である。オフ角θは、たとえば0°より大きく8°以下である。オフ角θは、1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、7°以下であってもよいし、6°以下であってもよい。 The off-angle θ is the angle at which the second main surface 14 is inclined with respect to the (000-1) plane. The off-angle θ is, for example, greater than 0° and less than or equal to 8°. The off-angle θ may be 1° or more, or 2° or more. The off angle may be 7° or less, or 6° or less.

図2において破線で記載された面は、たとえば{0001}面である。第3方向103は、{0001}面に対して垂直な方向である。第3方向103は、たとえば[000-1]方向である。第4方向104は、第3方向103に対して垂直な方向である。第4方向104は、たとえば<11-20>方向である。第4方向104は、たとえばオフ方向である。第2主表面14の法線方向は、第5方向105である。第5方向は、たとえば[000-1]方向に対してオフ方向にオフ角θだけ傾斜した方向である。 The plane indicated by a broken line in FIG. 2 is, for example, a {0001} plane. The third direction 103 is a direction perpendicular to the {0001} plane. The third direction 103 is, for example, the [000-1] direction. The fourth direction 104 is a direction perpendicular to the third direction 103. The fourth direction 104 is, for example, the <11-20> direction. The fourth direction 104 is, for example, an off direction. The normal direction of the second main surface 14 is the fifth direction 105. The fifth direction is, for example, a direction inclined in the off direction by an off angle θ with respect to the [000-1] direction.

図2に示されるように、炭化珪素エピタキシャル膜20は、第1層21と、第2層22とを含む。第1層は、たとえばバッファ層である。第2層22は、たとえばドリフト層である。第1層21は、第1主面11に接している。第1層21は、炭化珪素基板10と接している。第1層21は、第3主面13を構成する。第2層22は、第1層21上にある。第2層22は、第2主表面14を構成する。第1層21の厚みは、たとえば0.5μm以上2μm以下である。第1層21の厚みは、0.7μm以上であってもよいし、1.0μm以上であってもよい。第1層21の厚みは、1.8μm以下であってもよいし、1.5μm以下であってもよい。第2層22の厚みは、たとえば5μm以上30μm以下である。第2層22の厚みは、7μm以上であってもよいし、10μm以上であってもよい。第2層22の厚みは、25μm以下であってもよいし、20μm以下であってもよい。 As shown in FIG. 2, silicon carbide epitaxial film 20 includes a first layer 21 and a second layer 22. The first layer is, for example, a buffer layer. The second layer 22 is, for example, a drift layer. The first layer 21 is in contact with the first main surface 11 . First layer 21 is in contact with silicon carbide substrate 10 . The first layer 21 constitutes the third main surface 13. The second layer 22 is on the first layer 21. Second layer 22 constitutes second major surface 14 . The thickness of the first layer 21 is, for example, 0.5 μm or more and 2 μm or less. The thickness of the first layer 21 may be 0.7 μm or more, or 1.0 μm or more. The thickness of the first layer 21 may be 1.8 μm or less, or 1.5 μm or less. The thickness of the second layer 22 is, for example, 5 μm or more and 30 μm or less. The thickness of the second layer 22 may be 7 μm or more, or 10 μm or more. The thickness of the second layer 22 may be 25 μm or less, or 20 μm or less.

第1層21および第2層22の各々は、たとえば窒素などのn型不純物を含んでいる。第1層21が含むn型不純物の濃度は、たとえば1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下である。第1層21が含むn型不純物の濃度は、3×1017cm-3以上であってもよいし、5×1017cm-3以上であってもよい。第1層21が含むn型不純物の濃度は、7×1018cm-3以下であってもよいし、5×1018cm-3以下であってもよい。第2層22が含むn型不純物の濃度は、たとえば1×1015cm-3以上1×1016cm-3以下である。第2層22が含むn型不純物の濃度は、2×10 15cm-3以上であってもよいし、3×1015cm-3以上であってもよい。第2層22が含むn型不純物の濃度は、9×1015cm-3以下であってもよいし、8×10 15cm-3以下であってもよい。 Each of the first layer 21 and the second layer 22 contains an n-type impurity such as nitrogen. The concentration of n-type impurities contained in the first layer 21 is, for example, 1×1017cm-3More than 1×1019cm-3It is as follows. The concentration of n-type impurities contained in the first layer 21 is 3×1017cm-3It may be more than 5×1017cm-3It may be more than that. The concentration of n-type impurities contained in the first layer 21 is 7×1018cm-3It may be less than 5×1018cm-3It may be the following. The concentration of n-type impurities contained in the second layer 22 is, for example, 1×1015cm-3More than 1×1016cm-3It is as follows. The concentration of n-type impurities contained in the second layer 22 is 2×10 15cm-3It may be more than 3×1015cm-3It may be more than that. The concentration of n-type impurities contained in the second layer 22 is 9×1015cm-3It may be less than 8×10 15cm-3It may be the following.

第1層21が含むn型不純物の濃度は、炭化珪素基板10が含むn型不純物の濃度より低く、かつ第2層22が含むn型不純物の濃度より高い。n型不純物の濃度は、たとえば水銀プローブ方式のC-V測定装置により測定される。プローブの面積は、たとえば0.005cm2である。The concentration of n-type impurities contained in first layer 21 is lower than the concentration of n-type impurities contained in silicon carbide substrate 10 and higher than the concentration of n-type impurities contained in second layer 22. The concentration of n-type impurities is measured by, for example, a mercury probe type CV measuring device. The area of the probe is, for example, 0.005 cm 2 .

図2に示されるように、炭化珪素基板10および炭化珪素エピタキシャル膜20は、基底面転位1を有している。基底面転位1は、たとえば第1主面11および第1主表面12の双方に露出している。基底面転位1は、{0001}面と平行な方向に延在している。基底面転位1は、たとえば第1基底面転位25と、第2基底面転位26と、第3基底面転位27とを有する。炭化珪素エピタキシャル膜20は、たとえば第2基底面転位26と、第3基底面転位27と、貫通刃状転位2とを有する。第3基底面転位27と、貫通刃状転位2とは、第2主表面14に露出している。貫通刃状転位2は、たとえば第1貫通刃状転位35と、第2貫通刃状転位36とを有する。第1貫通刃状転位35は、第1基底面転位25が転換して形成された転位である。同様に、第2貫通刃状転位36は、第2基底面転位26が転換して形成された転位である。貫通刃状転位2は、{0001}に対してほぼ垂直な第3方向103に沿って延在している。 As shown in FIG. 2, silicon carbide substrate 10 and silicon carbide epitaxial film 20 have basal plane dislocations 1. The basal plane dislocation 1 is exposed, for example, on both the first main surface 11 and the first main surface 12. The basal plane dislocation 1 extends in a direction parallel to the {0001} plane. The basal plane dislocation 1 includes, for example, a first basal plane dislocation 25, a second basal plane dislocation 26, and a third basal plane dislocation 27. Silicon carbide epitaxial film 20 has, for example, second basal plane dislocations 26, third basal plane dislocations 27, and threading edge dislocations 2. The third basal plane dislocation 27 and the threading edge dislocation 2 are exposed on the second main surface 14. The threading edge dislocation 2 includes, for example, a first threading edge dislocation 35 and a second threading edge dislocation 36. The first threading edge dislocation 35 is a dislocation formed by converting the first basal plane dislocation 25. Similarly, the second threading edge dislocation 36 is a dislocation formed by converting the second basal plane dislocation 26. The threading edge dislocation 2 extends along a third direction 103 that is substantially perpendicular to {0001}.

基底面転位1が炭化珪素エピタキシャル基板100に存在すると、たとえば炭化珪素エピタキシャル基板100上に形成されるゲート絶縁膜の信頼性が劣化する。一方、貫通刃状転位2は、炭化珪素エピタキシャル基板に存在していても、炭化珪素エピタキシャル基板上に形成されるゲート絶縁膜の信頼性にはほとんど影響を与えない。そのため、炭化珪素基板10に存在する基底面転位1を貫通刃状転位2に転換し、炭化珪素エピタキシャル膜20における基底面転位1の数を低減することが望ましい。 If basal plane dislocations 1 exist in silicon carbide epitaxial substrate 100, the reliability of a gate insulating film formed on silicon carbide epitaxial substrate 100, for example, deteriorates. On the other hand, even if the threading edge dislocations 2 exist in the silicon carbide epitaxial substrate, they hardly affect the reliability of the gate insulating film formed on the silicon carbide epitaxial substrate. Therefore, it is desirable to reduce the number of basal plane dislocations 1 in silicon carbide epitaxial film 20 by converting basal plane dislocations 1 existing in silicon carbide substrate 10 into threading edge dislocations 2.

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100において、炭化珪素基板10の第1主表面12には、第1面密度を有する基底面転位1がある。炭化珪素エピタキシャル膜20の第2主表面14には、第1面密度よりも低い第2面密度を有する基底面転位1がある。第2面密度を、第1面密度で除した値は、1/1000以下である。言い換えれば、基底面転位1から貫通刃状転位2に転換した割合(転換率)は、99.9%以上である。第2面密度を、第1面密度で除した値は、たとえば1/2000以下であってもよい。言い換えれば、基底面転位1から貫通刃状転位2に転換した割合(転換率)は、99.95%以上である。 In silicon carbide epitaxial substrate 100 according to this embodiment, first main surface 12 of silicon carbide substrate 10 has basal plane dislocations 1 having a first areal density. The second main surface 14 of the silicon carbide epitaxial film 20 has basal plane dislocations 1 having a second surface density lower than the first surface density. The value obtained by dividing the second areal density by the first areal density is 1/1000 or less. In other words, the conversion ratio (conversion rate) from basal plane dislocation 1 to threading edge dislocation 2 is 99.9% or more. The value obtained by dividing the second areal density by the first areal density may be, for example, 1/2000 or less. In other words, the conversion ratio (conversion rate) from basal plane dislocation 1 to threading edge dislocation 2 is 99.95% or more.

第2面密度は、たとえば10cm-2以下である。第2面密度は、たとえば6cm-2以下であってもよいし、2cm-2以下であってもよい。炭化珪素エピタキシャル膜20においては、基底面転位の面密度は低くなっているが、貫通刃状転位の面密度は高くなっている。炭化珪素エピタキシャル膜20の第2主表面14における貫通刃状転位の面密度は、たとえば3990cm-2より高くてもよい。第1面密度の下限は特に限定されないが、第1面密度はたとえば2000cm-2以上であってもよいし、2500cm-2以上であってもよい。第1面密度の上限は特に限定されないが、第1面密度はたとえば6000cm-2以下であってもよいし、5500cm-2以下であってもよい。The second surface density is, for example, 10 cm −2 or less. The second areal density may be, for example, 6 cm -2 or less, or 2 cm -2 or less. In silicon carbide epitaxial film 20, the areal density of basal plane dislocations is low, but the areal density of threading edge dislocations is high. The areal density of threading edge dislocations on second main surface 14 of silicon carbide epitaxial film 20 may be higher than, for example, 3990 cm −2 . Although the lower limit of the first areal density is not particularly limited, the first areal density may be, for example, 2000 cm -2 or more, or 2500 cm -2 or more. Although the upper limit of the first areal density is not particularly limited, the first areal density may be, for example, 6000 cm -2 or less, or 5500 cm -2 or less.

(基底面転位の面密度の測定方法)
次に、基底面転位の面密度の測定方法について説明する。基底面転位の観察には、たとえば株式会社フォトンデザイン社製のフォトルミネッセンスイメージング装置(型番:PLIS-100)が用いられる。炭化珪素エピタキシャル基板の被測定領域に対して励起光が照射されると、被測定領域からフォトルミネッセンス光が観測される。励起光源としては、たとえば水銀キセノンランプが使用される。光源からの励起光は、313nmのバンドパスフィルターを通過した後、被測定領域に照射される。フォトルミネッセンス光は、たとえば750nmのローパスフィルタを通過した後、カメラ等の受光素子に到達する。以上のように、被測定領域のフォトルミネッセンス画像が撮影される。測定温度は、室温である。
(Method for measuring surface density of basal plane dislocations)
Next, a method for measuring the areal density of basal plane dislocations will be explained. For observation of basal plane dislocations, for example, a photoluminescence imaging device (model number: PLIS-100) manufactured by Photon Design Co., Ltd. is used. When a region to be measured of a silicon carbide epitaxial substrate is irradiated with excitation light, photoluminescence light is observed from the region to be measured. For example, a mercury-xenon lamp is used as the excitation light source. The excitation light from the light source passes through a 313 nm bandpass filter and is then irradiated onto the region to be measured. The photoluminescence light passes through a low-pass filter of, for example, 750 nm, and then reaches a light receiving element such as a camera. As described above, a photoluminescence image of the measurement area is taken. The measurement temperature is room temperature.

たとえば炭化珪素エピタキシャル基板の主面(具体的には、第2主表面14または第1主表面12)と平行な方向に炭化珪素エピタキシャル基板を移動させながら、主面のフォトルミネッセンス画像が撮影される。これにより、主面の全領域におけるフォトルミネッセンス画像がマッピングされる。取得されたフォトルミネッセンス画像において基底面転位が特定され、当該基底面転位の合計数が計算される。基底面転位の合計数を全測定面積で除することにより、基底面転位の面密度が算出される。 For example, while moving the silicon carbide epitaxial substrate in a direction parallel to the main surface (specifically, second main surface 14 or first main surface 12) of the silicon carbide epitaxial substrate, a photoluminescence image of the main surface is taken. . Thereby, the photoluminescence image in the entire area of the main surface is mapped. Basal plane dislocations are identified in the acquired photoluminescence image, and the total number of the basal plane dislocations is calculated. The areal density of basal plane dislocations is calculated by dividing the total number of basal plane dislocations by the total measured area.

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100においては、第1主表面12は、(0001)面または(0001)面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面である。第1主表面12における基底面転位の面密度の算出は、たとえば水酸化カリウム(KOH)融液を用いて発生させたピットを数えることにより行われてもよい。具体的には、第1主表面12がKOH融液を用いてエッチングされる。KOH融液の温度は、たとえば500℃以上550℃以下程度とする。エッチング時間は、たとえば5以上10分以下程度とする。エッチング後、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡によって第1主表面12が観察される。基底面転位はKOH融液によりエッチングされてピットを形成する。ピットの合計数を全測定面積で除することにより、基底面転位の面密度が算出される。なお、貫通刃状転位も基底面転位と同様にピットを形成する。貫通刃状転位に由来するピットと、基底面転位に由来するピットとは、以下のように区別する。丸みを帯びた六角形状のピットが貫通刃状転位に由来するものであり、楕円形状のピットが基底面転位に由来するものである。 In silicon carbide epitaxial substrate 100 according to this embodiment, first main surface 12 is a (0001) plane or a plane inclined at an off angle of 8° or less with respect to the (0001) plane. The areal density of basal plane dislocations on the first main surface 12 may be calculated by, for example, counting pits generated using a potassium hydroxide (KOH) melt. Specifically, the first main surface 12 is etched using a KOH melt. The temperature of the KOH melt is, for example, approximately 500°C or higher and 550°C or lower. The etching time is, for example, approximately 5 minutes or more and 10 minutes or less. After etching, the first main surface 12 is observed using a Normalski differential interference microscope. Basal plane dislocations are etched by the KOH melt to form pits. The areal density of basal plane dislocations is calculated by dividing the total number of pits by the total measured area. Note that threading edge dislocations also form pits in the same way as basal plane dislocations. Pits originating from threading edge dislocations and pits originating from basal plane dislocations are distinguished as follows. The rounded hexagonal pits originate from threading edge dislocations, and the elliptical pits originate from basal plane dislocations.

(炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置)
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200の構成について説明する。
(Silicon carbide epitaxial substrate manufacturing equipment)
Next, the configuration of manufacturing apparatus 200 for silicon carbide epitaxial substrate 100 according to this embodiment will be described.

図3に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200は、たとえばホットウォール方式の横型CVD(Chemical Vapor Deposition)装置である。製造装置200は、反応室201と、発熱体203、石英管204、断熱材205、誘導加熱コイル206とを主に有している。 As shown in FIG. 3, a manufacturing apparatus 200 for silicon carbide epitaxial substrate 100 is, for example, a hot-wall horizontal CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus. The manufacturing apparatus 200 mainly includes a reaction chamber 201, a heating element 203, a quartz tube 204, a heat insulator 205, and an induction heating coil 206.

発熱体203は、たとえば筒状の形状を有しており、内部に反応室201を形成している。発熱体203は、たとえば黒鉛製である。断熱材205は、発熱体203の外周を取り囲んでいる。断熱材205は、石英管204の内周面に接するように石英管204の内部に設けられている。誘導加熱コイル206は、たとえば石英管204の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイル206は、外部電源(図示せず)により、交流電流が供給可能に構成されている。これにより、発熱体203が誘導加熱される。結果として、反応室201が発熱体203により加熱される。 The heating element 203 has a cylindrical shape, for example, and has a reaction chamber 201 formed therein. The heating element 203 is made of graphite, for example. The heat insulating material 205 surrounds the outer periphery of the heating element 203. The heat insulating material 205 is provided inside the quartz tube 204 so as to be in contact with the inner peripheral surface of the quartz tube 204 . The induction heating coil 206 is wound, for example, along the outer peripheral surface of the quartz tube 204. The induction heating coil 206 is configured to be able to be supplied with alternating current from an external power source (not shown). Thereby, the heating element 203 is heated by induction. As a result, reaction chamber 201 is heated by heating element 203 .

反応室201は、発熱体203に取り囲まれて形成された空間である。反応室201内には、炭化珪素基板10が配置される。反応室201は、炭化珪素基板10を加熱可能に構成されている。反応室201には、炭化珪素基板10を保持するサセプタ210が設けられている。サセプタ210は、回転軸212の周りを自転可能に構成されている。 The reaction chamber 201 is a space surrounded by a heating element 203. Silicon carbide substrate 10 is arranged within reaction chamber 201 . Reaction chamber 201 is configured to be able to heat silicon carbide substrate 10 . Reaction chamber 201 is provided with susceptor 210 that holds silicon carbide substrate 10 . The susceptor 210 is configured to be rotatable around a rotation axis 212.

製造装置200は、ガス導入口207およびガス排気口208を有している。ガス排気口208は、排気ポンプ(図示せず)に接続されている。図6中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、ガス導入口207から反応室201に導入され、ガス排気口208から排気される。反応室201内の圧力は、ガスの供給量と、ガスの排気量とのバランスによって調整される。 The manufacturing apparatus 200 has a gas inlet 207 and a gas exhaust port 208. Gas exhaust port 208 is connected to an exhaust pump (not shown). Arrows in FIG. 6 indicate gas flows. Gas is introduced into the reaction chamber 201 through the gas inlet 207 and exhausted through the gas exhaust port 208 . The pressure within the reaction chamber 201 is adjusted by balancing the amount of gas supplied and the amount of gas exhausted.

製造装置200は、たとえば、シランと、アンモニアと、水素と、プロパンとを含む混合ガスを、反応室201に供給可能に構成されたガス供給部(図示せず)を有している。具体的には、ガス供給部は、プロパンガスを供給可能なガスボンベと、水素ガスを供給可能なガスボンベと、シランガスを供給可能なガスボンベと、アンモニアガスを供給可能なガスボンベとを有していてもよい。 The manufacturing apparatus 200 includes a gas supply section (not shown) configured to be able to supply a mixed gas containing, for example, silane, ammonia, hydrogen, and propane to the reaction chamber 201. Specifically, the gas supply unit may include a gas cylinder capable of supplying propane gas, a gas cylinder capable of supplying hydrogen gas, a gas cylinder capable of supplying silane gas, and a gas cylinder capable of supplying ammonia gas. good.

反応室201の軸方向において、誘導加熱コイル206の巻き密度を変化させてもよい。巻き密度[回/m]とは、装置の軸方向の単位長さあたりのコイルの周回数である。たとえば、上流側でアンモニアを効果的に熱分解させるために、上流側の誘導加熱コイル206の巻き密度は、下流側の誘導加熱コイル206の巻き密度よりも高くてもよい。 The winding density of the induction heating coil 206 may be changed in the axial direction of the reaction chamber 201. The winding density [turns/m] is the number of turns of the coil per unit length in the axial direction of the device. For example, the winding density of the upstream induction heating coil 206 may be higher than the winding density of the downstream induction heating coil 206 to effectively pyrolyze ammonia upstream.

(炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。
(Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate)
Next, a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment will be described.

まず、炭化珪素単結晶基板準備工程(S11:図4)が実施される。たとえば昇華法により、ポリタイプ4Hの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素基板10が準備される。炭化珪素基板10は、たとえば窒素などのn型不純物を含んでいる。炭化珪素基板10の導電型は、たとえばn型である。 First, a silicon carbide single crystal substrate preparation step (S11: FIG. 4) is performed. For example, a silicon carbide single crystal of polytype 4H is produced by a sublimation method. Next, silicon carbide substrate 10 is prepared by slicing the silicon carbide single crystal using, for example, a wire saw. Silicon carbide substrate 10 contains, for example, n-type impurities such as nitrogen. The conductivity type of silicon carbide substrate 10 is, for example, n-type.

図5に示されるように、炭化珪素基板10は、第1主面11と、第1主面11の反対側にある第1主表面12とを有する。第1主面11は、たとえば(000-1)面に対してオフ角θだけオフ方向に傾斜した面である。オフ方向は、たとえば<11-20>方向である。炭化珪素基板10の第1主面11の最大径は、たとえば100mm以上である。炭化珪素基板10には、たとえば複数の基底面転位1が存在する。基底面転位1は、{0001}面と平行な方向に延在している。基底面転位1は、たとえば第1基底面転位25と、第2基底面転位26と、第3基底面転位27とを有する。 As shown in FIG. 5 , silicon carbide substrate 10 has a first main surface 11 and a first main surface 12 on the opposite side of first main surface 11 . The first principal surface 11 is, for example, a surface inclined in the off direction by an off angle θ with respect to the (000-1) plane. The off direction is, for example, the <11-20> direction. The maximum diameter of first main surface 11 of silicon carbide substrate 10 is, for example, 100 mm or more. For example, a plurality of basal plane dislocations 1 exist in silicon carbide substrate 10 . The basal plane dislocation 1 extends in a direction parallel to the {0001} plane. The basal plane dislocation 1 includes, for example, a first basal plane dislocation 25, a second basal plane dislocation 26, and a third basal plane dislocation 27.

次に、炭化珪素基板10が反応室201内においてサセプタ210上に配置される(図3参照)。炭化珪素基板10は、大気圧の状態で反応室201内に配置される(時点T0)。次に、反応室201内が減圧される。図7に示されるように、時点T1から時点T2にかけて、反応室201内の圧力が大気圧から1×10-4Pa程度に低減される。Next, silicon carbide substrate 10 is placed on susceptor 210 in reaction chamber 201 (see FIG. 3). Silicon carbide substrate 10 is placed in reaction chamber 201 under atmospheric pressure (time T0). Next, the pressure inside the reaction chamber 201 is reduced. As shown in FIG. 7, from time T1 to time T2, the pressure inside reaction chamber 201 is reduced from atmospheric pressure to about 1×10 −4 Pa.

次に、昇温工程が実施される。時点T2から時点T3にかけて、反応室201内の圧力が1×10-4Pa程度の状態で、炭化珪素基板10の温度が室温から1100℃程度まで上昇する。次に、時点T3から時点T4にかけて、炭化珪素基板10の温度が1100℃で一定時間維持される。時点T4から時点T5にかけて、炭化珪素基板10の温度が1100℃から1630℃まで上昇する。時点T4において、反応室201内に水素(H)ガスが導入される。水素ガスの流量は、たとえば100slmである。反応室201内の圧力は、たとえば10kPa程度である。これにより、水素エッチング工程が実施される。時点T5から時点T6にかけて、炭化珪素基板10の温度が1630℃に維持された状態で、炭化珪素基板10の表面が水素ガスによってエッチングされる。Next, a temperature raising step is performed. From time T2 to time T3, the temperature of silicon carbide substrate 10 rises from room temperature to about 1100° C. while the pressure inside reaction chamber 201 is about 1×10 −4 Pa. Next, from time T3 to time T4, the temperature of silicon carbide substrate 10 is maintained at 1100° C. for a certain period of time. From time T4 to time T5, the temperature of silicon carbide substrate 10 increases from 1100°C to 1630°C. At time T4, hydrogen (H 2 ) gas is introduced into the reaction chamber 201. The flow rate of hydrogen gas is, for example, 100 slm. The pressure inside the reaction chamber 201 is, for example, about 10 kPa. As a result, a hydrogen etching process is performed. From time T5 to time T6, the surface of silicon carbide substrate 10 is etched with hydrogen gas while the temperature of silicon carbide substrate 10 is maintained at 1630°C.

次に、バッファ層形成工程(S12:図4)が実施される。具体的には、反応室201に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。たとえば、反応室201に、シラン(SiH)とプロパン(C)とアンモニア(NH)と水素とを含む混合ガスが供給される。図7に示されるように、時点T6から時点T7までの間、炭化珪素基板10は1630℃程度で維持される。反応室201において、それぞれのガスが熱分解されることで、炭化珪素基板10上にバッファ層21が形成される(図6参照)。バッファ層21を形成する工程において、サセプタ210は回転軸212の周りを自転していてもよい。炭化珪素基板10は回転軸212の周りを公転していてもよい(図3参照)。Next, a buffer layer forming step (S12: FIG. 4) is performed. Specifically, a raw material gas, a dopant gas, and a carrier gas are supplied to the reaction chamber 201. For example, a mixed gas containing silane (SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ), ammonia (NH 3 ), and hydrogen is supplied to the reaction chamber 201 . As shown in FIG. 7, silicon carbide substrate 10 is maintained at about 1630° C. from time T6 to time T7. In reaction chamber 201, each gas is thermally decomposed to form buffer layer 21 on silicon carbide substrate 10 (see FIG. 6). In the process of forming the buffer layer 21, the susceptor 210 may be rotating around the rotation axis 212. Silicon carbide substrate 10 may revolve around rotation axis 212 (see FIG. 3).

バッファ層を形成する工程においては、成長速度がたとえば5μm/hとなるように、シランおよびプロパンの流量が調整される。具体的には、シランガスの流量がたとえば46sccmとなるように調整される。プロパンガスの流量がたとえば29sccmとなるように調整される。アンモニアガスの流量がたとえば1.5sccmとなるように調整される。水素ガスの流量が100slmとなるように調整される。バッファ層21の厚みは、たとえば1μmである。反応室201の圧力は、たとえば10kPaである。C/Si比は、たとえば1.9である。 In the step of forming the buffer layer, the flow rates of silane and propane are adjusted so that the growth rate is, for example, 5 μm/h. Specifically, the flow rate of silane gas is adjusted to, for example, 46 sccm. The flow rate of propane gas is adjusted to, for example, 29 sccm. The flow rate of ammonia gas is adjusted to, for example, 1.5 sccm. The flow rate of hydrogen gas is adjusted to 100 slm. The thickness of the buffer layer 21 is, for example, 1 μm. The pressure in the reaction chamber 201 is, for example, 10 kPa. The C/Si ratio is, for example, 1.9.

図6に示されるように、炭化珪素基板10に存在していた複数の基底面転位1の一部が貫通刃状転位に転換される。たとえば、第1基底面転位25は、第1貫通刃状転位35に転換される。たとえば、第2基底面転位26および第3基底面転位27は、貫通刃状転位に転換されず、基底面転位としてバッファ層21内を伝搬する。 As shown in FIG. 6, some of the plurality of basal plane dislocations 1 existing in silicon carbide substrate 10 are converted to threading edge dislocations. For example, the first basal plane dislocation 25 is converted to the first threading edge dislocation 35. For example, the second basal plane dislocation 26 and the third basal plane dislocation 27 are not converted into threading edge dislocations, but propagate within the buffer layer 21 as basal plane dislocations.

次に、ドリフト層形成工程(S13:図4)が実施される。具体的には、反応室201に、シランとプロパンとアンモニアと水素とを含む混合ガスが供給される。時点T6から時点T7までの間、炭化珪素基板10は1630℃で維持される。反応室201において、それぞれのガスが熱分解され、バッファ層21上にドリフト層22が形成される(図2参照)。ドリフト層22を形成する工程において、サセプタ210は回転軸212の周りを自転していてもよい。炭化珪素基板10は回転軸212の周りを公転していてもよい(図3参照)。 Next, a drift layer forming step (S13: FIG. 4) is performed. Specifically, a mixed gas containing silane, propane, ammonia, and hydrogen is supplied to the reaction chamber 201. Silicon carbide substrate 10 is maintained at 1630° C. from time point T6 to time point T7. In the reaction chamber 201, each gas is thermally decomposed, and a drift layer 22 is formed on the buffer layer 21 (see FIG. 2). In the process of forming the drift layer 22, the susceptor 210 may be rotating around the rotation axis 212. Silicon carbide substrate 10 may revolve around rotation axis 212 (see FIG. 3).

ドリフト層を形成する工程においては、成長速度がたとえば25μm/hとなるように、シランおよびプロパンの流量が調整される。具体的には、シランガスの流量がたとえば115sccmとなるように調整される。プロパンガスの流量がたとえば57.6sccmとなるように調整される。アンモニアガスの流量がたとえば2.5×10-2sccmとなるように調整される。水素ガスの流量が100slmとなるように調整される。ドリフト層22の厚みは、たとえば10μmである。反応室201の圧力は、たとえば10kPaである。C/Si比は、たとえば1.5である。以上のように、炭化珪素エピタキシャル膜のドリフト層22の成長速度を25μm/h程度に高くすることにより、基底面転位が貫通刃状転位に転換する割合(転換率)を向上することができる。In the step of forming the drift layer, the flow rates of silane and propane are adjusted so that the growth rate is, for example, 25 μm/h. Specifically, the flow rate of silane gas is adjusted to, for example, 115 sccm. The flow rate of propane gas is adjusted to, for example, 57.6 sccm. The flow rate of ammonia gas is adjusted to, for example, 2.5×10 −2 sccm. The flow rate of hydrogen gas is adjusted to 100 slm. The thickness of the drift layer 22 is, for example, 10 μm. The pressure in the reaction chamber 201 is, for example, 10 kPa. The C/Si ratio is, for example, 1.5. As described above, by increasing the growth rate of the drift layer 22 of the silicon carbide epitaxial film to about 25 μm/h, the conversion ratio (conversion rate) of basal plane dislocations to threading edge dislocations can be improved.

次に、冷却工程が行われる。図7に示されるように、時点T8から時点T9にかけて、炭化珪素基板10の温度が1630℃から室温まで低減される。時点T9において、反応室201に導入される水素の供給が停止され、反応室201の圧力は大気圧に戻る。以上のように、炭化珪素エピタキシャル基板100が製造される。 Next, a cooling step is performed. As shown in FIG. 7, the temperature of silicon carbide substrate 10 is reduced from 1630° C. to room temperature from time T8 to time T9. At time T9, the supply of hydrogen introduced into the reaction chamber 201 is stopped, and the pressure in the reaction chamber 201 returns to atmospheric pressure. As described above, silicon carbide epitaxial substrate 100 is manufactured.

(炭化珪素半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置300の製造方法について説明する。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device)
Next, a method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 300 according to this embodiment will be described.

本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、エピタキシャル基板準備工程(S10:図8)と、基板加工工程(S20:図8)とを主に有する。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment mainly includes an epitaxial substrate preparation step (S10: FIG. 8) and a substrate processing step (S20: FIG. 8).

まず、エピタキシャル基板準備工程(S10:図8)が実施される。具体的には、前述した炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によって、炭化珪素エピタキシャル基板100が準備される(図2参照)。 First, an epitaxial substrate preparation step (S10: FIG. 8) is performed. Specifically, silicon carbide epitaxial substrate 100 is prepared by the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate described above (see FIG. 2).

次に、基板加工工程(S20:図8)が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板を加工することにより、炭化珪素半導体装置が製造される。「加工」には、たとえば、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成、ダイシング等の各種加工が含まれる。すなわち基板加工ステップは、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成およびダイシングのうち、少なくともいずれかの加工を含むものであってもよい。 Next, a substrate processing step (S20: FIG. 8) is performed. Specifically, a silicon carbide semiconductor device is manufactured by processing a silicon carbide epitaxial substrate. "Processing" includes various processing such as ion implantation, heat treatment, etching, oxide film formation, electrode formation, and dicing. That is, the substrate processing step may include at least one of ion implantation, heat treatment, etching, oxide film formation, electrode formation, and dicing.

以下では、炭化珪素半導体装置の一例としてのMOSFETの製造方法を説明する。基板加工工程(S20:図8)は、たとえばイオン注入工程(S21:図8)、酸化膜形成工程(S22:図8)、電極形成工程(S23:図8)およびダイシング工程(S24:図8)を含む。 Below, a method for manufacturing a MOSFET as an example of a silicon carbide semiconductor device will be described. The substrate processing step (S20: FIG. 8) includes, for example, an ion implantation step (S21: FIG. 8), an oxide film formation step (S22: FIG. 8), an electrode formation step (S23: FIG. 8), and a dicing step (S24: FIG. 8). )including.

まず、イオン注入工程(S21:図8)が実施される。開口部を有するマスク(図示せず)が形成された第2主表面14に対して、たとえばアルミニウム(Al)等のp型不純物が注入される。これにより、p型の導電型を有するボディ領域132が形成される。次に、ボディ領域132内の所定位置に、たとえばリン(P)等のn型不純物が注入される。これにより、n型の導電型を有するソース領域133が形成される。次に、アルミニウム等のp型不純物がソース領域133内の所定位置に注入される。これにより、p型の導電型を有するコンタクト領域134が形成される(図9参照)。 First, an ion implantation step (S21: FIG. 8) is performed. A p-type impurity such as aluminum (Al) is implanted into the second main surface 14 on which a mask (not shown) having an opening is formed. As a result, body region 132 having p-type conductivity is formed. Next, an n-type impurity such as phosphorus (P) is implanted into a predetermined position within body region 132. As a result, a source region 133 having an n-type conductivity type is formed. Next, a p-type impurity such as aluminum is implanted into a predetermined position within the source region 133. As a result, a contact region 134 having a p-type conductivity type is formed (see FIG. 9).

炭化珪素エピタキシャル膜20の第2層22において、ボディ領域132、ソース領域133およびコンタクト領域134以外の部分は、ドリフト領域131となる。ソース領域133は、ボディ領域132によってドリフト領域131から隔てられている。イオン注入は、炭化珪素エピタキシャル基板100を300℃以上600℃以下程度に加熱して行われてもよい。イオン注入の後、炭化珪素エピタキシャル基板100に対して活性化アニールが行われる。活性化アニールにより、炭化珪素エピタキシャル膜20に注入された不純物が活性化し、各領域においてキャリアが生成される。活性化アニールの雰囲気は、たとえばアルゴン(Ar)雰囲気である。活性化アニールの温度は、たとえば1800℃程度である。活性化アニールの時間は、たとえば30分程度である。 In second layer 22 of silicon carbide epitaxial film 20 , a portion other than body region 132 , source region 133 , and contact region 134 becomes drift region 131 . Source region 133 is separated from drift region 131 by body region 132 . Ion implantation may be performed by heating silicon carbide epitaxial substrate 100 to about 300° C. or higher and 600° C. or lower. After the ion implantation, activation annealing is performed on silicon carbide epitaxial substrate 100. The activation annealing activates the impurity implanted into the silicon carbide epitaxial film 20 and generates carriers in each region. The activation annealing atmosphere is, for example, an argon (Ar) atmosphere. The activation annealing temperature is, for example, about 1800°C. The activation annealing time is, for example, about 30 minutes.

次に、酸化膜形成工程(S22:図8)が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板100が酸素を含む雰囲気中において加熱されることにより、第2主表面14上に酸化膜136が形成される(図10参照)。酸化膜136は、たとえば二酸化珪素等から構成される。酸化膜136は、ゲート絶縁膜として機能する。熱酸化処理の温度は、たとえば1300℃程度である。熱酸化処理の時間は、たとえば30分程度である。 Next, an oxide film forming step (S22: FIG. 8) is performed. For example, by heating silicon carbide epitaxial substrate 100 in an atmosphere containing oxygen, oxide film 136 is formed on second main surface 14 (see FIG. 10). The oxide film 136 is made of, for example, silicon dioxide. The oxide film 136 functions as a gate insulating film. The temperature of the thermal oxidation treatment is, for example, about 1300°C. The time for the thermal oxidation treatment is, for example, about 30 minutes.

酸化膜136が形成された後、さらに窒素雰囲気中で熱処理が行なわれてもよい。たとえば、一酸化窒素の雰囲気中、1100℃程度で1時間程度、熱処理が実施される。さらにその後、アルゴン雰囲気中で熱処理が行なわれる。たとえば、アルゴン雰囲気中、1100℃以上1500℃以下程度で、1時間程度、熱処理が行われる。 After the oxide film 136 is formed, heat treatment may be further performed in a nitrogen atmosphere. For example, heat treatment is performed at about 1100° C. for about 1 hour in an atmosphere of nitrogen monoxide. Further thereafter, heat treatment is performed in an argon atmosphere. For example, heat treatment is performed in an argon atmosphere at about 1100° C. or more and 1500° C. or less for about 1 hour.

次に、電極形成工程(S23:図8)が実施される。具体的には、ゲート電極141は、酸化膜136上に形成される。ゲート電極141は、たとえばCVD法により形成される。ゲート電極141は、たとえば導電性を有するポリシリコン等から構成される。ゲート電極141は、ソース領域133およびボディ領域132に対面する位置に形成される。 Next, an electrode forming step (S23: FIG. 8) is performed. Specifically, gate electrode 141 is formed on oxide film 136. Gate electrode 141 is formed, for example, by a CVD method. The gate electrode 141 is made of, for example, polysilicon or the like having conductivity. Gate electrode 141 is formed at a position facing source region 133 and body region 132.

次に、ゲート電極141を覆う層間絶縁膜137が形成される。層間絶縁膜137は、たとえばCVD法により形成される。層間絶縁膜137は、たとえば二酸化珪素等から構成される。層間絶縁膜137は、ゲート電極141と酸化膜136とに接するように形成される。次に、酸化膜136および層間絶縁膜137の一部がエッチングによって除去される。これにより、ソース領域133およびコンタクト領域134が、酸化膜136から露出する。 Next, an interlayer insulating film 137 covering the gate electrode 141 is formed. Interlayer insulating film 137 is formed, for example, by a CVD method. The interlayer insulating film 137 is made of, for example, silicon dioxide. Interlayer insulating film 137 is formed so as to be in contact with gate electrode 141 and oxide film 136 . Next, a portion of the oxide film 136 and the interlayer insulating film 137 are removed by etching. As a result, source region 133 and contact region 134 are exposed from oxide film 136.

次に、たとえばスパッタリング法により当該露出部にソース電極142が形成される。ソース電極142は、たとえばチタン、アルミニウムおよびシリコン等から構成される。ソース電極142が形成された後、ソース電極142と炭化珪素エピタキシャル基板100が、たとえば900℃以上1100℃以下程度の温度で加熱される。これにより、ソース電極142と炭化珪素エピタキシャル基板100とがオーミック接触するようになる。次に、ソース電極142に接するように、配線層138が形成される。配線層138は、たとえばアルミニウムを含む材料から構成される。次に、第3主面13にドレイン電極143が形成される。ドレイン電極143は、たとえばニッケルおよびシリコンを含む合金(たとえばNiSi等)から構成される。 Next, the source electrode 142 is formed on the exposed portion by, for example, sputtering. The source electrode 142 is made of, for example, titanium, aluminum, silicon, or the like. After source electrode 142 is formed, source electrode 142 and silicon carbide epitaxial substrate 100 are heated, for example, at a temperature of approximately 900° C. or higher and 1100° C. or lower. Thereby, source electrode 142 and silicon carbide epitaxial substrate 100 come into ohmic contact. Next, a wiring layer 138 is formed so as to be in contact with the source electrode 142. The wiring layer 138 is made of a material containing aluminum, for example. Next, a drain electrode 143 is formed on the third main surface 13. Drain electrode 143 is made of, for example, an alloy containing nickel and silicon (eg, NiSi, etc.).

次に、ダイシング工程(S24:図8)が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板100がダイシングラインに沿ってダイシングされることにより、炭化珪素エピタキシャル基板100が複数の半導体チップに分割される。以上より、炭化珪素半導体装置300が製造される(図11参照)。 Next, a dicing step (S24: FIG. 8) is performed. For example, by dicing silicon carbide epitaxial substrate 100 along dicing lines, silicon carbide epitaxial substrate 100 is divided into a plurality of semiconductor chips. Through the above steps, silicon carbide semiconductor device 300 is manufactured (see FIG. 11).

なお上記において、MOSFETを例示して、本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明したが、本開示に係る製造方法はこれに限定されない。本開示に係る製造方法は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、SBD(Schottky Barrier Diode)、サイリスタ、GTO(Gate Turn Off thyristor)、PiNダイオード等の炭化珪素半導体装置に適用可能である。 Note that although the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present disclosure has been described above by exemplifying a MOSFET, the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present disclosure is not limited thereto. The manufacturing method according to the present disclosure is applicable to silicon carbide such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), SBD (Schottky Barrier Diode), thyristor, GTO (Gate Turn Off thyristor), PiN diode, etc. It is applicable to elementary semiconductor devices.

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。 Next, the effects of the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate and a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment will be described.

基底面転位1が炭化珪素エピタキシャル基板100に存在すると、通電時に基底面転位1が拡張して積層欠陥になる場合がある。その場合、たとえば炭化珪素エピタキシャル基板100上に形成されるゲート絶縁膜がダメージを受け、炭化珪素半導体装置300の耐圧の低下を引き起こすおそれがある。結果として、炭化珪素半導体装置300の信頼性が低下する場合がある。一方、貫通刃状転位2は、炭化珪素エピタキシャル基板100に存在していても、炭化珪素半導体装置300の信頼性にはほとんど影響を与えない。そのため、炭化珪素半導体装置300の信頼性を高めるためには、基底面転位1を貫通刃状転位2に転換して、基底面転位1の数を低減することが望ましい。またシリコン面と比較して、カーボン面上の基底面転位1を低減することは困難であった。 If basal plane dislocations 1 exist in silicon carbide epitaxial substrate 100, basal plane dislocations 1 may expand and become stacking faults when electricity is applied. In that case, for example, the gate insulating film formed on silicon carbide epitaxial substrate 100 may be damaged, causing a decrease in the withstand voltage of silicon carbide semiconductor device 300. As a result, the reliability of silicon carbide semiconductor device 300 may decrease. On the other hand, even if threading edge dislocations 2 exist in silicon carbide epitaxial substrate 100, they hardly affect the reliability of silicon carbide semiconductor device 300. Therefore, in order to improve the reliability of silicon carbide semiconductor device 300, it is desirable to reduce the number of basal plane dislocations 1 by converting basal plane dislocations 1 to threading edge dislocations 2. Furthermore, it has been difficult to reduce basal plane dislocations 1 on the carbon surface compared to the silicon surface.

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100によれば、第2主表面14における基底面転位1の面密度(第2面密度)を、第1主表面12における基底面転位1の面密度(第1面密度)で除した値は、1/1000以下である。また第2主表面14は、カーボン面またはカーボン面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面である。つまり本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100によれば、炭化珪素基板10における基底面転位1の大部分を貫通転位に転換することにより、炭化珪素エピタキシャル膜20の第2主表面14における基底面転位1を低減することができる。そのため、カーボン面またはカーボン面に対して8°以下のオフ角で傾斜した第2主表面14を有する炭化珪素エピタキシャル基板100を含む炭化珪素半導体装置300の信頼性を向上することができる。 According to silicon carbide epitaxial substrate 100 according to the present embodiment, the areal density of basal plane dislocations 1 on second main surface 14 (second areal density) is changed from the areal density of basal plane dislocations 1 on first main surface 12 (second areal density) to The value divided by 1 area density) is 1/1000 or less. Further, the second main surface 14 is a carbon surface or a surface inclined at an off angle of 8° or less with respect to the carbon surface. That is, according to the silicon carbide epitaxial substrate 100 according to the present embodiment, by converting most of the basal plane dislocations 1 in the silicon carbide substrate 10 to threading dislocations, the basal plane on the second main surface 14 of the silicon carbide epitaxial film 20 Dislocation 1 can be reduced. Therefore, the reliability of silicon carbide semiconductor device 300 including silicon carbide epitaxial substrate 100 having second main surface 14 inclined at an off angle of 8° or less with respect to the carbon surface or the carbon surface can be improved.

次に、実施例について説明する。まず、サンプル1および2に係る炭化珪素基板が準備された。サンプル1および2に係る炭化珪素基板の主面における基底面転位(BPD)は、4000cm-2であった。サンプル1および2に係る炭化珪素基板の主面の最大径は、150mmであった。次に、サンプル1および2に係る炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた。Next, examples will be described. First, silicon carbide substrates according to Samples 1 and 2 were prepared. The basal plane dislocation (BPD) on the main surface of the silicon carbide substrates of Samples 1 and 2 was 4000 cm −2 . The maximum diameter of the main surface of the silicon carbide substrates of Samples 1 and 2 was 150 mm. Next, silicon carbide epitaxial films were grown on the silicon carbide substrates of Samples 1 and 2.

サンプル1に係る炭化珪素基板に対しては、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を用いて、炭化珪素エピタキシャル膜を形成した。つまり、サンプル1に係る炭化珪素基板に対しては、図7で示した温度プロファイルを用いて、炭化珪素エピタキシャル膜を形成した。具体的には、バッファ層の成長速度を5μm/hとした。ドリフト層の成長速度を25μm/hとした。バッファ層の厚みを1μmとした。バッファ層のキャリア濃度を1×1018cm-3とした。ドリフト層の厚みを10μmとした。ドリフト層のキャリア濃度を7×1015cm-3とした。A silicon carbide epitaxial film was formed on the silicon carbide substrate according to Sample 1 using the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate according to the present embodiment. That is, a silicon carbide epitaxial film was formed on the silicon carbide substrate according to Sample 1 using the temperature profile shown in FIG. Specifically, the growth rate of the buffer layer was set to 5 μm/h. The growth rate of the drift layer was 25 μm/h. The thickness of the buffer layer was 1 μm. The carrier concentration of the buffer layer was set to 1×10 18 cm −3 . The thickness of the drift layer was 10 μm. The carrier concentration of the drift layer was set to 7×10 15 cm −3 .

サンプル2に係る炭化珪素基板に対しては、図12で示した温度プロファイルを用いて、炭化珪素エピタキシャル膜を形成した。具体的には、バッファ層の成長速度を5μm/hとした。ドリフト層の成長速度を10μm/hとした。バッファ層の厚みを1μmとした。バッファ層のキャリア濃度を1×1018cm-3とした。ドリフト層の厚みを10μmとした。ドリフト層のキャリア濃度を7×1015cm-3とした。A silicon carbide epitaxial film was formed on the silicon carbide substrate of Sample 2 using the temperature profile shown in FIG. Specifically, the growth rate of the buffer layer was set to 5 μm/h. The growth rate of the drift layer was 10 μm/h. The thickness of the buffer layer was 1 μm. The carrier concentration of the buffer layer was set to 1×10 18 cm −3 . The thickness of the drift layer was 10 μm. The carrier concentration of the drift layer was set to 7×10 15 cm −3 .

サンプル2に係る炭化珪素基板の製造方法は、ドリフト層形成工程においてサンプル1に係る炭化珪素基板の製造方法と異なっており、その他の工程においてはサンプル1に係る炭化珪素基板の製造方法と同様である。サンプル2に係る炭化珪素基板のドリフト層形成工程においては、シランガスの流量がたとえば69sccmとなるように調整された。プロパンガスの流量がたとえば43.5sccmとなるように調整された。アンモニアガスの流量がたとえば1.0×10-2sccmとなるように調整された。C/Si比は、1.9であった。The method for manufacturing the silicon carbide substrate according to Sample 2 differs from the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to Sample 1 in the drift layer forming step, and is the same as the method for manufacturing the silicon carbide substrate according to Sample 1 in other steps. be. In the step of forming a drift layer on a silicon carbide substrate according to Sample 2, the flow rate of silane gas was adjusted to, for example, 69 sccm. The flow rate of propane gas was adjusted to, for example, 43.5 sccm. The flow rate of ammonia gas was adjusted to, for example, 1.0×10 −2 sccm. The C/Si ratio was 1.9.

以上のように、サンプル1および2に係る炭化珪素エピタキシャル基板が製造された。次に、サンプル1および2に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第1主表面12および第2主表面14における基底面転位の面密度が測定された。基底面転位の面密度は、前述の測定方法を用いて測定された。 As described above, silicon carbide epitaxial substrates according to Samples 1 and 2 were manufactured. Next, the areal densities of basal plane dislocations on the first main surface 12 and the second main surface 14 of the silicon carbide epitaxial substrates of Samples 1 and 2 were measured. The areal density of basal plane dislocations was measured using the measurement method described above.

Figure 0007415558000001
Figure 0007415558000001

表1は、炭化珪素基板の第1主表面12の基底面転位(BPD)の面密度(第1面密度)と、炭化珪素エピタキシャル膜の第2主表面14の基底面転位(BPD)の面密度(第2面密度)と、第2面密度を第1面密度で除した値と、基底面転位から貫通刃状転位への転換率とを示している。表1に示されるように、サンプル1および2に係る炭化珪素基板エピタキシャル基板の第2主表面14における基底面転位の面密度を、第1主表面12における基底面転位の面密度で除した値は、それぞれ0.0005および0.01045であった。またサンプル1および2に係る炭化珪素基板エピタキシャル基板において、第1面密度から第2面密度を引いた値を第1面密度で除した値として求められる転換率は、それぞれ99.95%および98.955%であった。 Table 1 shows the surface density of basal plane dislocations (BPD) on the first main surface 12 of the silicon carbide substrate (first surface density) and the surface density of basal plane dislocations (BPD) on the second main surface 14 of the silicon carbide epitaxial film. It shows the density (second surface density), the value obtained by dividing the second surface density by the first surface density, and the conversion rate from basal plane dislocations to threading edge dislocations. As shown in Table 1, the value obtained by dividing the areal density of basal plane dislocations on the second main surface 14 of the silicon carbide substrate epitaxial substrates according to Samples 1 and 2 by the areal density of basal plane dislocations on the first main surface 12. were 0.0005 and 0.01045, respectively. Further, in the silicon carbide epitaxial substrates of Samples 1 and 2, the conversion rates obtained by subtracting the second areal density from the first areal density divided by the first areal density are 99.95% and 98%, respectively. It was .955%.

以上の結果より、図7の製造条件を用いて炭化珪素エピタキシャル基板を製造する場合は、図12の製造条件を用いて炭化珪素エピタキシャル基板を製造する場合よりも、基底面転位を貫通刃状転位に転換する割合を高め、結果として、炭化珪素エピタキシャル膜における基底面転位の面密度を低減可能であることが確認された。 From the above results, when manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate using the manufacturing conditions shown in FIG. It was confirmed that it is possible to increase the rate of conversion to , and as a result, reduce the areal density of basal plane dislocations in the silicon carbide epitaxial film.

今回開示された実施形態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実施形態ではなく請求の範囲によって示され、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 disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the embodiments described above, and it is intended that equivalent meanings to the claims and all changes within the scope are included.

1 基底面転位、2 貫通刃状転位、10 炭化珪素基板、11 第1主面、12 第1主表面、13 第3主面、14 第2主表面、16 第1フラット、20 炭化珪素エピタキシャル膜、21 第1層(バッファ層)、22 第2層(ドリフト層)、25 第1基底面転位、26 第2基底面転位、27 第3基底面転位、35 第1貫通刃状転位、36 第2貫通刃状転位、100 炭化珪素エピタキシャル基板、101 第1方向、102 第2方向、103 第3方向、104 第4方向、105 第5方向、111 最大径、131 ドリフト領域、132 ボディ領域、133 ソース領域、134 コンタクト領域、136 酸化膜、137 層間絶縁膜、138 配線層、141 ゲート電極、142 ソース電極、143 ドレイン電極、200 製造装置、201 反応室、203 発熱体、204 石英管、205 断熱材、206 誘導加熱コイル、207 ガス導入口、208 ガス排気口、210 サセプタ、212 回転軸、300 炭化珪素半導体装置。1 basal plane dislocation, 2 threading edge dislocation, 10 silicon carbide substrate, 11 first main surface, 12 first main surface, 13 third main surface, 14 second main surface, 16 first flat, 20 silicon carbide epitaxial film , 21 first layer (buffer layer), 22 second layer (drift layer), 25 first basal plane dislocation, 26 second basal plane dislocation, 27 third basal plane dislocation, 35 first threading edge dislocation, 36th 2 threading edge dislocation, 100 silicon carbide epitaxial substrate, 101 first direction, 102 second direction, 103 third direction, 104 fourth direction, 105 fifth direction, 111 maximum diameter, 131 drift region, 132 body region, 133 source region, 134 contact region, 136 oxide film, 137 interlayer insulating film, 138 wiring layer, 141 gate electrode, 142 source electrode, 143 drain electrode, 200 manufacturing equipment, 201 reaction chamber, 203 heating element, 204 quartz tube, 205 heat insulation material, 206 induction heating coil, 207 gas inlet, 208 gas exhaust port, 210 susceptor, 212 rotating shaft, 300 silicon carbide semiconductor device.

Claims (4)

炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上にある炭化珪素エピタキシャル膜とを備え、
前記炭化珪素基板および前記炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、4Hであり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜は、前記炭化珪素基板と接する第1層と、前記第1層上にありかつ前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面を構成する第2層とを含み、
前記炭化珪素基板と、前記第1層と、前記第2層とは、n型不純物を含み、
前記第1層には、p型不純物がイオン注入されておらず、
前記第1層が含むn型不純物の濃度は、前記炭化珪素基板が含むn型不純物の濃度より低く、かつ前記第2層が含むn型不純物の濃度より高く、
前記炭化珪素基板の主表面には、第1面密度を有する基底面転位があり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面には、前記第1面密度よりも低い第2面密度を有する基底面転位があり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜は、基底面転位が転換して形成された貫通刃状転位を含み、
前記第2面密度を、前記第1面密度で除した値は、1/1000以下であり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下のオフ角で傾斜した面であり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面の最大径は、150mm以上であり、
前記第1層の厚みは、0.5μm以上2μm以下であり、
前記第2層の厚みは、5μm以上30μm以下であり、
前記第1層が含むn型不純物の濃度は、1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下であり、
前記第2層が含むn型不純物の濃度は、1×1015cm-3以上1×1016cm-3以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。
a silicon carbide substrate;
a silicon carbide epitaxial film on the silicon carbide substrate,
The polytype of the silicon carbide substrate and the silicon carbide epitaxial film is 4H,
The silicon carbide epitaxial film includes a first layer in contact with the silicon carbide substrate, and a second layer on the first layer and forming a main surface of the silicon carbide epitaxial film,
The silicon carbide substrate, the first layer, and the second layer contain n-type impurities,
No p-type impurity is ion-implanted into the first layer,
The concentration of n-type impurities contained in the first layer is lower than the concentration of n-type impurities contained in the silicon carbide substrate, and higher than the concentration of n-type impurities contained in the second layer,
The main surface of the silicon carbide substrate has basal plane dislocations having a first surface density,
The main surface of the silicon carbide epitaxial film has basal plane dislocations having a second surface density lower than the first surface density,
The silicon carbide epitaxial film includes threading edge dislocations formed by conversion of basal plane dislocations,
The value obtained by dividing the second areal density by the first areal density is 1/1000 or less,
The main surface of the silicon carbide epitaxial film is a (000-1) plane or a plane inclined at an off angle of 8° or less with respect to the (000-1) plane,
The maximum diameter of the main surface of the silicon carbide epitaxial film is 150 mm or more,
The thickness of the first layer is 0.5 μm or more and 2 μm or less,
The thickness of the second layer is 5 μm or more and 30 μm or less,
The concentration of n-type impurities contained in the first layer is 1×10 17 cm −3 or more and 1×10 19 cm −3 or less,
A silicon carbide epitaxial substrate, wherein the second layer has an n-type impurity concentration of 1×10 15 cm −3 or more and 1×10 16 cm −3 or less.
前記第2面密度を、前記第1面密度で除した値は、1/2000以下である、請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。 The silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1, wherein a value obtained by dividing the second areal density by the first areal density is 1/2000 or less. 前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面における前記貫通刃状転位の面密度は、3990cm-2より高い、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。 The silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1 or 2 , wherein the surface density of the threading edge dislocations on the main surface of the silicon carbide epitaxial film is higher than 3990 cm -2 . 請求項1から請求項のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記炭化珪素エピタキシャル基板を加工する工程と、を備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。
A step of preparing a silicon carbide epitaxial substrate according to any one of claims 1 to 3;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising the step of processing the silicon carbide epitaxial substrate.
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