JPWO2016010126A1 - エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法 - Google Patents

エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2016010126A1
JPWO2016010126A1 JP2016534495A JP2016534495A JPWO2016010126A1 JP WO2016010126 A1 JPWO2016010126 A1 JP WO2016010126A1 JP 2016534495 A JP2016534495 A JP 2016534495A JP 2016534495 A JP2016534495 A JP 2016534495A JP WO2016010126 A1 JPWO2016010126 A1 JP WO2016010126A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
epitaxial growth
gas
epitaxial
silicon carbide
etching process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016534495A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6304699B2 (ja
Inventor
崇 藍郷
崇 藍郷
伊藤　渉
伊藤　　渉
藤本　辰雄
辰雄 藤本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp filed Critical Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Publication of JPWO2016010126A1 publication Critical patent/JPWO2016010126A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6304699B2 publication Critical patent/JP6304699B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02378—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/16—Controlling or regulating
    • C30B25/165—Controlling or regulating the flow of the reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/186—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being specially pre-treated by, e.g. chemical or physical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/02433—Crystal orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02529—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02658—Pretreatments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02658—Pretreatments
    • H01L21/02661—In-situ cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

ステップバンチングが少なく高品質な炭化珪素単結晶薄膜を有するエピタキシャル炭化珪素ウエハを、再現性のよく製造することを課題とする。上記課題を解決するために、エピタキシャル成長炉内での炭化珪素単結晶基板のエッチング処理に水素キャリアガスと珪素系の材料ガスとを用いて、エッチング処理終了後もこれらのガスを流した状態でエピタキシャル成長条件の変更を行い、条件が安定したのちに炭素系の材料ガスを導入して、エピタキシャル成長を行う。

Description

本発明は、エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法に関するものである。
炭化珪素(以下、SiCと表記する)は、耐熱性及び機械的強度に優れ、物理的、化学的に安定なことから、耐環境性半導体材料として注目されている。また、近年、高周波高耐圧電子デバイス等の基板としてエピタキシャルＳｉＣウエハの需要が高まっている。
ＳｉＣ単結晶基板（以下、SiC基板という場合がある）を用いて、電力デバイス、高周波デバイス等を作製する場合には、通常、ＳｉＣ基板上に熱ＣＶＤ法(熱化学蒸着法)でＳｉＣ薄膜をエピタキシャル成長させたり、イオン注入法により直接ドーパントを打ち込んだりするのが一般的である。後者の場合には、注入後に高温でのアニールが必要となるため、エピタキシャル成長による薄膜形成が多用されている。
ＳｉＣのエピタキシャル膜上には、三角形欠陥、キャロット欠陥、コメット欠陥等のエピタキシャル欠陥の他、表面の微細な凹凸、いわゆるステップバンチングが存在する。このステップバンチングは、ステップフローによってエピタキシャル成長が進行する際、各ステップの進行速度が同一でないために、遅いステップの上に速いステップが追いつくことでステップの高さが大きくなった結果として発生するものである。ステップバンチングが存在すると、例えば、その上にＭＯＳデバイスを作成した時、酸化膜とＳｉＣとの界面の凹凸により電子の移動度が低下し、デバイス特性が劣化する。そのため、デバイスの特性及び歩留まりを向上するためには、エピタキシャル欠陥同様、このステップバンチングも低減する必要がある。
上記ステップバンチングは、一般に成長前に行うＳｉＣ基板のエッチング処理の時点で既に発生していることが明らかになっており、ステップバンチングを発生させないエッチング処理条件の検討が進んでいる。一例として、水素とシランの混合ガスをエッチング処理ガスとして用いることで、エッチング処理後のステップバンチングが、水素のみを用いたエッチング処理の場合に比べ大幅に低減できることが示されている（非特許文献１参照）。
図１に、従来のエピタキシャル膜成長を行なう際の典型的な熱ＣＶＤ法による成長シーケンスを、ガスの導入タイミングと併せて示す。先ず、エピタキシャル成長炉にＳｉＣ基板をセットし、エピタキシャル成長炉内を真空排気した後、水素のキャリアガスを導入して圧力を２×１０3〜２×１０4Ｐａに調整する。その後、圧力を一定に保ちながらエピタキシャル成長炉の温度を上げ、１５５０〜１６００℃程度に達した後、ＳｉＨ4を導入してエッチング処理を開始する（水素のキャリアガスは流した状態である）。この時のＳｉＨ4流量は毎分１〜２ｃｍ3、水素のキャリアガス流量は毎分１００〜２００Ｌである。エッチング処理終了後、エピタキシャル成長炉の温度をエピタキシャル成長温度である１６００〜１６５０℃程度まで変化させるが、その間、ＳｉＨ4の導入を止め、エピタキシャル成長炉の温度が安定した後、珪素系の材料ガスであるＳｉＨ4を再導入すると同時に、炭素系の材料ガスであるＣ3Ｈ8、及びドーピングガスであるＮ2を導入してエピタキシャル成長を開始する。この時のＳｉＨ4流量は毎分１００〜１５０ｃｍ3、Ｃ3Ｈ8流量は毎分５０〜７０ｃｍ3であり(C/Si比は1.0〜2.0程度)、エピタキシャル成長速度は毎時１０μｍ程度である。このエピタキシャル成長速度は、通常利用されるエピタキシャル層の膜厚が１０μｍ程度であるため、生産性を考慮して決定されたものである。所望膜厚が得られた時点でＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8及びＮ2の導入を止め、水素ガスのみ流した状態で温度を下げる。温度が常温まで下がった後、水素ガスの導入を止め、エピタキシャル成長室内を真空排気し、不活性ガスをエピタキシャル成長室に導入して、エピタキシャル成長室を大気圧に戻してから、ＳｉＣ基板を取り出す。
しかしながら、上記水素とシランの混合ガスを用いても、従来法では、エピタキシャル成長後にステップバンチングが発生することがかなりの頻度で観察されており、エッチング処理後の表面状態の不安定さが示唆されている。そこで、さらにステップバンチングを抑制するための試みが開示されている。
特許文献１には、水素とシランの混合ガス中に、トリクロロシランなどの珪素−塩素系ガスを導入することが提案されている。これは、シランが分解すると多種類化合物が生成されるが、珪素−塩素系ガスの場合は、分解してもＳｉＣｌ２になり、安定したエッチング速度が得られることが開示されている。
特許文献２には、成膜中のＳｉ／Ｃ比を制御して原子ステップを抑制する技術が開示されている。この時エッチングから成膜初期において、Ｓｉ／Ｃ比率を一定にすることが提案されている。
特許文献３には、水素エッチングによるエッチング深さを一定値（１ｎｍ）以下にすることにより、基底面転位（ＢＰＤ）に起因するジャイアント・ステップバンチング（ＧＳＢ）を抑制する技術が開示されている。この時、エッチング工程とエピタキシャル成長層形成工程への移行を瞬時に行うことが提案されている。具体的には、エッチングガスの導入停止と略同時にエピタキシャル成長用の原料ガスを導入するか、又は、エッチングガスの導入を継続した状態で、エピタキシャル成長層の形成に必要なガスを原料ガスとして追加導入することが提案されている。
従って今後デバイスへの応用が期待されるエピタキシャルＳｉＣウエハであるが、エッチング処理後の表面状態を安定させ、エピタキシャル成長後のステップバンチングを安定して低減しないと、特性の優れた電子デバイスを高歩留まりで作成することは困難であった。
国際公開公報ＷＯ２０１２／６７１１２号 特開２００７−３２６７４３号公報 特開２０１４−１８９４３６号公報
K. Kojima et al. : Materials Science Forum Vols. 556-557 (2007) pp 85-88.
ステップバンチングを抑制する技術として、例えば特許文献１〜３に開示された技術があり、一定の効果を奏することが報告されている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、エッチングガスにトリクロロシランなどの珪素−塩素系ガスが導入され、エッチングの安定化には寄与しているものの、ステップバンチングの安定的減少には結びついていない。
また、特許文献２に記載の技術は、エピタキシャル成長条件が変動している最中にエピタキシャル成長が開始されるため、ステップバンチングの減少効果に、バッチ間のバラツキが生じ、再現性が得られない。
特許文献３では、エッチング工程とエピタキシャル成長工程を瞬時に切り替えることが提唱されているが、現実的には難しい。切り替え時に、エッチングガスの導入を継続した状態で、エピタキシャル成長層の形成に必要なガスを原料ガスとして追加導入することが開示されているが、特許文献２と同様に、エピタキシャル成長条件が変動している最中にエピタキシャル成長が開始されるため、ステップバンチングの減少効果に、バッチ間のバラツキが生じ、再現性が得られない。
以上のように、これら技術をしてもステップバンチングが安定的に減少するわけではなく、また、バッチ間のバラツキが生じ、再現性が得られないという問題があった。一方で、デバイス技術はさらに高度化されており、ステップバンチングのいっそうの安定的な低減が求められている。
本発明は、設備の大幅な改造を伴わず、ステップバンチングを抑制し、再現性よく高品質のエピタキシャル膜（SiC単結晶薄膜）を有するエピタキシャルＳｉＣウエハを製造することを課題とする。なお、本発明においては、ステップバンチングの指標として表面粗さＲａを用い、表面粗さＲａが１．０ｎｍ以下にすることを目標とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、以下の知見を得た。
（ａ）
従来は、エッチング終了後、キャリアガスとしての水素ガス（以下、水素キャリアガスとよぶ。）を流したままであるが、材料ガスは停止して、炉内温度や圧力などのエピタキシャル成長のための条件（以下、エピタキシャル成長条件とよぶ。）を変更していた。エピタキシャル成長条件が安定してからエピタキシャル成長用の材料ガスを導入し、エピタキシャル成長を開始していた。エッチング終了からエピタキシャル成長の開始までの間は、通常５〜１０分間を要している。その間、せっかくエッチングにより形成された清浄なＳｉＣ基板の表面状態が乱れてしまい、これがステップバンチングの再現性を悪化させる原因の一つであることを見出した。
（ｂ）
そこで、エピタキシャル成長前に、水素キャリアガスと共に珪素系の材料ガスを流してＳｉＣ基板のエッチング処理を行い、このエッチング処理プロセスから成長プロセスへガス流量、温度、圧力等のエピタキシャル成長条件を変更する際に、各条件の安定化が完了するまで珪素系の材料ガスと水素キャリアガスを流し続け、条件が安定した後に炭素系の材料ガスを導入して成長を開始することによって、ステップバンチングの低減されたエピタキシャル膜を安定して成長させることが可能であることを見出した。これにより、表面エネルギーが低く安定したＳｉＣ基板表面を保ちながら、エピタキシャル成長を開始することができるため、ステップバンチングが抑制されるだけでなく、バッチ間のバラツキも低減し、安定して高品質のエピタキシャルＳｉＣウェハを得ることができることを見出した。
なお、エピタキシャル成長条件は、主にエピタキシャル成長温度、エピタキシャル成長圧力、水素キャリアガスの流量、珪素系の材料ガスの流量、または炭素系の各材料ガスの流量の少なくともいずれか１つを意味する。また、エピタキシャル成長条件の変更とは、エッチング処理の際の条件からエピタキシャル成長の際の条件に変更（変化）させることを意味する。
（ｃ）
さらに、上記知見は、エッチングガスにトリクロロシランなどの珪素−塩素系ガスを導入した場合にも同様の効果が得られることを確認した。
本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
即ち、本発明は、
［１］
エピタキシャル成長炉内の炭化珪素単結晶基板上に熱ＣＶＤ法により炭化珪素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法において、エピタキシャル成長炉内に、キャリアガスとしての水素ガスと、前記キャリアガスに対して１０-4vol%以上１０-2vol%以下の珪素系の材料ガスとを導入して、炭化珪素単結晶基板の表面を０．０５μｍ超０．５μｍ以下エッチング処理した後、前記キャリアガスと前記珪素系の材料ガスとを供給したまま前記エピタキシャル成長炉内のエピタキシャル成長条件を変更し、前記エピタキシャル成長条件が安定した後に、前記キャリアガスと前記珪素系の材料ガスとを供給したまま、さらに炭素系の材料ガスを供給して、炭化珪素のエピタキシャル成長を開始することを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
［２］
前記エピタキシャル成長条件が、エピタキシャル成長温度、エピタキシャル成長圧力、キャリアガスの流量、珪素系の材料ガスの流量、または炭素系の材料ガスの流量のいずれか１つ以上であることを特徴とする［１］に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
［３］
前記珪素系の材料ガスは、シラン系ガス、クロロシラン系ガス、および四塩化珪素ガスの１種または２種以上の混合ガスであることを特徴とする［１］又は［２］に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
［４］
前記炭素系材料ガスは、Ｃ3Ｈ8ガス、Ｃ2Ｈ4ガスおよびＣＨ4ガスの１種または２種以上の混合ガスであることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
［５］
得られたエピタキシャル炭化珪素ウエハ表面の表面粗さＲａが１．０nm以下であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
［６］
前記炭化珪素単結晶基板が、(0001)面に対して＜11-20＞方向へ傾けたオフ角度が４°以下であることを特徴とする［１］〜［５］のいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
本発明によれば、ステップバンチングを従来よりも更に低減した高品質エピタキシャル膜を有するエピタキシャルＳｉＣウエハを安定して提供することが可能である。
また、本発明の製造方法は、熱ＣＶＤ法を用いるため、装置構成が容易で制御性にも優れ、均一性、再現性の高いエピタキシャル膜を得ることができる。さらに、既存のエピタキシャル成長炉を大幅に改造することなく活用することができる。
更に、本発明のエピタキシャルＳｉＣウエハを用いれば、ステップバンチングを低減した高品質エピタキシャル膜上にデバイスを形成することができるため、その特性及び歩留りが向上する。
図１は、従来のエピタキシャル成長を行なう際の典型的な成長シーケンスを示す図である。 図２は、本発明の一方法によりエピタキシャル成長を行なう際の成長シーケンスを示す図である。 図３は、本発明の一方法によりエピタキシャル成長を行った膜の表面状態を示す光学顕微鏡写真である。 図４は、本発明の他の一方法によりエピタキシャル成長を行なう際の成長シーケンスを示す図である。 図５は、本発明の他の一方法によりエピタキシャル成長を行なう際の成長シーケンスを示す図である。
以下、本発明について詳しく説明する。
図１で説明したように、従来はキャリアガスとしての水素ガスと珪素系の材料ガスを導入して１５５０〜１６００℃で炭化珪素単結晶基板の表面をエッチング処理した後に、水素ガスは流したままで珪素系の材料ガスの導入を止め、水素キャリアガスは流したままで炉内の温度・圧力をエピタキシャル成長温度・圧力に変更していた。そして、温度・圧力が安定してから、珪素系及び炭素系の各材料ガスを導入してエピタキシャル成長を開始していた。そのため、エッチング処理の終了からエピタキシャル成長開始までの間（一般的には5〜10分間程度。）、炭化結晶単結晶基板が約１６００℃雰囲気にあるため、エッチング処理によって形成された、清浄度の高いＳｉＣ基板の表面状態が乱れてしまい、ステップバンチングを再現性良く低減できなかったと考えられる。
そこで、本発明は、エッチング処理終了からエピタキシャル成長開始までの間、水素キャリアガスと珪素系の材料ガスの導入を維持して、表面エネルギーが低く安定したＳｉＣ基板表面を保ちながら、エピタキシャル成長条件が安定してからエピタキシャル成長を開始することを特徴としており、この方法によりステップバンチングを再現性良く低減することができる。
本発明の具体的な内容について、先ず、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル成長について述べる。エピタキシャル成長に用いる装置（エピタキシャル成長炉）は、熱ＣＶＤ装置である。ＣＶＤ法は、装置構成が簡単であり、ガスのon/offでエピタキシャル成長の膜厚を制御できるため、エピタキシャル膜の制御性、再現性に優れた成長方法である。
本発明において、エピタキシャル膜成長を行なう際のシーケンスの一例を図２に示す。このシーケンスは、エピタキシャル成長を開始するにあたって、エッチング処理の条件からエピタキシャル成長温度を変えた場合について示している。先ず、図１に示したような従来例と同様にエピタキシャル成長炉内にＳｉＣ基板をセットし、エピタキシャル成長炉内を真空排気した後、水素キャリアガスを導入して圧力を２×１０3〜２×１０4Ｐａに調整する。その後、圧力を一定に保ちながらエピタキシャル成長炉の温度を上げ、１５５０〜１６００℃程度に達した後、ＳｉＨ4を導入してエッチング処理を開始する（水素キャリアガスは流した状態である）。この時のＳｉＨ4流量は毎分１〜２ｃｍ3、水素のキャリアガス流量は毎分１００〜２００Ｌである。エッチング処理終了後、温度をエピタキシャル成長温度である１６００〜１６５０℃程度まで変化させるが、その間（時間ｔ）ＳｉＨ4は流したままで、温度が安定するのを待つ（このシーケンス例では5〜10分間程度）。温度が安定した後、ＳｉＨ4は既に流れているが必要があれば流量を調整し、Ｃ3Ｈ8及びドーピングガスであるＮ2を導入してエピタキシャル成長を開始する。その後のプロセスは、図１に示したような従来法と同様である。このように、ＳｉＣ基板のエッチング処理後、温度等のエピタキシャル成長炉内の条件をエピタキシャル成長条件に調整（変更）する。この際に、ＳｉＨ4のような珪素系の材料ガスを流したままにすることで、ＳｉＨ4を用いたエッチング処理の特長である、安定した表面状態が保持される。そのため、ＳｉＣ基板の清浄な表面状態のままエピタキシャル成長を施すことができる。その結果、エピタキシャル成長が完了したエピタキシャル膜表面におけるステップバンチングを安定して低減することができる。
ＳｉＨ4を用いたエッチング処理は、一般にＳｉＣ基板の表面エネルギーが下がるため、エッチング処理後のステップバンチングが低減できる。更には、エピタキシャル成長を開始した時にステップフローが促進されやすくなるため、両者の効果でエピタキシャル成長後のステップバンチングの抑制に効果があると考えられる。しかし、エッチング処理条件とエピタキシャル成長条件とでは、温度、圧力、各種ガス流量等のプロセス条件が異なることが多く、エッチング処理からエピタキシャル成長へ条件を変える時に、条件変更及び安定化に要する時間（図２に示す時間ｔに相当する。）が必要である。従来技術においては、上記条件変更及び安定化の時間中は、水素キャリアガスは流した状態でＳｉＨ4を止めることが、エッチング処理で形成した表面状態を保持するために行われていた。しかし、本発明者らは、その間もＳｉＨ4を流し続けた方が、ＳｉＣの表面状態の安定的な保持に効果的であり、再現性の良いステップバンチングの抑制に結び付くことを見出した。
前述の例では、エピタキシャル成長条件として温度を例にして説明したが、エピタキシャル成長条件として、ＳｉＣのエピタキシャル成長を開始するにあたって、エピタキシャル成長温度、エピタキシャル成長圧力、水素キャリアガスの流量、又は、珪素系及び炭素系の各材料ガスの流量のいずれか１つ以上をエッチング処理の際の条件から変化させればよい場合もある。エッチング処理からエピタキシャル成長開始までの条件変更及び安定化に要する時間ｔについては、キャリアガスや各材料の流量を変化させる場合はおよそ１〜２分間程度である。また、エピタキシャル成長温度を変化させる場合はおよそ５〜１０分間程度であり、エピタキシャル成長圧力を変化させる場合はおよそ３〜５分間程度である。
なお、ここでエピタキシャル成長条件が安定するとは、各条件（温度、圧力、流量等）が所定の目標値に収束したことをいう。例えば、１分間の変動が目標値を中心に±３％以内であればよく、望ましくは±１％以内であれば、安定したと判断してよい。
エッチング処理における珪素系の材料ガスは、キャリアガスに対して１０-4vol%以上１０-2vol%以下（1E-4vol%以上1E-2vol%以下）となるように、エピタキシャル成長炉内にキャリアガスと珪素系の材料ガスとを導入するとよい。珪素系の材料ガスがキャリアガスに対して１０-4vol%より少ないとエッチング処理によるＳｉＣ基板の表面エネルギーの低減効果が少なくなる。一方、１０-2vol%より多いと、珪素系の材料ガスの濃度が高いことによるＳｉドロップレットの発生が問題となる。
なお、上記説明において珪素系の材料ガスにＳｉＨ４を用い、炭素系の材料ガスにＣ３Ｈ８を用いたが、特にこれらに限定される必要はない。
珪素系の材料ガスとしては、シラン（ＳｉＨ４、モノシランともいう。）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）などのシラン系ガス、および、トリクロロシラン、テトラクロロシラン等のクロロシラン系ガス、四塩化珪素ガスを用いることができる。もちろん、シラン系ガス、クロロシラン系ガス、および四塩化珪素ガスの１種または２種以上の混合ガスでもよい。
炭素系の材料ガスとしては、Ｃ3Ｈ8、Ｃ2Ｈ4またはＣＨ4等の炭化水素化合物のガスを用いることができる。
なお、図２のシーケンス例ではＮ2をｎ型ドーピングガスとしているが、ｐ型ドーピングとしてＢやＡｌを含むガス等を用いることもできる。或いは、ドーピングガスを導入しないでエピタキシャル成長させるようにしてもよい。
更には、エッチング処理によってＳｉＣ基板の表面を０．０５μｍ超０．５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下の量でエッチングするようにする。これは、エッチング量が０．０５μｍ以下となると、ＳｉＣ基板表面の研磨損傷層の除去が不十分のため、ステップバンチング及びエピタキシャル欠陥を誘発しやすくなってしまい、反対に０．５μｍより大きいと、エッチング過剰になり、表面粗さが増大するためである。
ところで、ステップバンチングの評価には、一般的に表面粗さのＲａが用いられる。ステップバンチングが無い場合Ｒａは０．３〜０．５ｎｍであり、この値の２倍程度を超えるとステップバンチングが顕著になる。従って、好適には、エピタキシャルＳｉＣウエハ表面の表面粗さＲａが１．０ｎｍ以下に抑えられているのがよい。なお、表面粗さＲａはJIS B0601:2001に準拠する算術平均粗さである。好ましくは０．８ｎｍ以下であり、更に好ましくは０．６ｎｍ以下であるとよい。
エピタキシャルＳｉＣウエハを製造するにあたり、ＳｉＣ基板のオフ角については、値が小さいほどインゴットからの収率が大きくなり有利である。オフ角が、小さすぎると表面のステップ密度が減り、テラス幅が大きくなるためステップフロー成長が阻害され、ステップバンチングやエピタキシャル欠陥が増加する。これらを勘案して、現在は４度のオフ角が主流となっている。本発明の効果を十分に得るためには、(0001)面に対して＜11-20＞方向へ傾けたオフ角が４度以下であるのがよく、より好適にはオフ角が０．５〜４度であるのが望ましい。すなわち、本発明によれば、４°以下のオフ角を持ったＳｉＣ基板上のエピタキシャル膜において、ステップバンチングの少ない高品質なものを安定して得られるようになる。
このようにしてエピタキシャル成長されたエピタキシャルＳｉＣウエハ上に好適に形成されるデバイスとしては、特に制限はないが、例えばショットキーバリアダイオード、ＰＩＮダイオード、ＭＯＳダイオード、ＭＯＳトランジスタ等のような、特に電力制御用に用いられるデバイスである。
以下、実施例及び比較例に基づいて、ＳｉＣ単結晶基板にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させて、エピタキシャルＳｉＣウエハを製造する方法について説明する。なお、本発明は以下の内容に制限されるものではない。
（実施例１） ４インチ(100mm)ウエハ用ＳｉＣ単結晶インゴットから、約４００μｍの厚さでスライスし、粗削りとダイヤモンド砥粒による通常研磨、及びＣＭＰ(化学機械研磨)による仕上げ研磨を実施してＳｉＣ単結晶基板を得た。このＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面にエピタキシャル成長を実施した。ここで、ＳｉＣ単結晶基板のポリタイプは４Ｈであり、また、(0001)面に対して＜11-20＞方向へ傾けたＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（以降の実施例、比較例においてオフ角のオフ方向はこれと同じである）。
エピタキシャル成長の手順としては、熱ＣＶＤのエピタキシャル成長炉にＳｉＣ単結晶基板をセットし、エピタキシャル成長炉内を真空排気した後、水素キャリアガスを毎分１５０Ｌ導入しながら圧力を３×１０3Ｐａに調整した。その後、圧力を一定に保ちながらエピタキシャル成長炉の温度を１６３０℃まで上げ、温度が安定した時点でＳｉＨ4（珪素系材料ガス）を毎分１５ｃｍ3で導入し、エッチング処理を開始した。このとき、水素キャリアガスは流した状態にして、ＳｉＨ4の水素キャリアガスに対する割合は１０-2vol%にした。また、エッチング時間を６０分とし、このエッチング処理によるＳｉＣ単結晶基板の表面のエッチング量は０．２μｍであった。なお、エッチング量の調整は、エッチング時間で行うことができ、事前にＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）法を用いた厚さ測定よりエッチング速度を求めている。
エッチング処理後、水素キャリアガス及びＳｉＨ4ガスの流量を変化させずに流しながら、エピタキシャル成長炉の温度を１６５０℃に上げた。温度が安定した時点でＳｉＨ4ガスの流量を毎分１２５ｃｍ3に変えると同時にＣ3Ｈ8（炭素系材料ガス）の流量を毎分５４ｃｍ3、Ｎ2（ドーピングガス）の流量を毎分３０ｃｍ3にしてエピタキシャル成長炉に導入し、ＳｉＣ単結晶基板上へのエピタキシャル成長を開始した。このとき、エッチング終了後からエピタキシャル成長を開始するまでの時間はおよそ３分であった。そして、エピタキシャル層を１０μｍ成長させた後、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8及びＮ2の導入を止めて、水素ガスのみ流した状態で温度を下げた。常温まで下がった後、水素ガスの導入を止め、エピタキシャル成長室内を真空排気し、不活性ガスをエピタキシャル成長室に導入して、エピタキシャル成長室を大気圧に戻してから、ＳｉＣ単結晶基板を取り出した。
このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の光学顕微鏡写真を図３に示す。図３より、ステップバンチングの少ない良好な膜が得られていることが分かる。また、表面粗さＲａは０．４ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長条件を安定化させ、エピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始されたため、ステップバンチングが低減されたと考えられる。
（実施例２） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であるが、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１．５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-3vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間40分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．５ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例３） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては実施例１と同様であるが、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分０．１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-4vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間30分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．７ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例４） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であるが、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．１μｍ（エッチング時間30分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．６ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例５） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であるが、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．５μｍ（エッチング時間150分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．５ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例６） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は２°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であり、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例1と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．８ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例７） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は０．５°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であり、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．９ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例８） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であるが、ＳｉＨ4の代わりにＳｉＨＣｌ3を用い、エッチング処理時のＳｉＨＣｌ3流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiHCl3の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．５ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨＣｌ3を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例９） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であるが、ＳｉＨ4の代わりにＳｉＣｌ4を用い、エッチング処理時のＳｉＣｌ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiCl4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．４５ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＣｌ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例１０） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である。実施例１〜９まではエピタキシャル成長が開始する条件としてエピタキシャル温度を変更したが、この実施例ではエピタキシャル圧力を変更しており、その場合のエピタキシャル成長シーケンスを図４に示す。
エピタキシャル成長の手順としては、エピタキシャル成長炉にＳｉＣ単結晶基板をセットし、エピタキシャル成長炉内を真空排気した後、水素キャリアガスを毎分１５０Ｌ導入しながら圧力を３×１０3Ｐａに調整した。その後、圧力を一定に保ちながらエピタキシャル成長炉の温度を１６３０℃まで上げ、温度が安定した時点でＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し、エッチング処理を開始した。ＳｉＨ4の水素キャリアガスに対する割合は１０-2vol%であり、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）とした。
エッチング処理後、温度は変えず、かつＳｉＨ4流量も変化させずに流しながら圧力を７×１０3Ｐａに上げ、圧力が安定した時点でＳｉＨ4流量を毎分１２５ｃｍ3に変えると同時にＣ3Ｈ8流量を毎分５４ｃｍ3、Ｎ2流量を毎分３０ｃｍ3にしてエピタキシャル成長炉に導入し、エピタキシャル成長を開始した。このとき、エッチング終了後からエピタキシャル成長を開始するまでの時間はおよそ３分であった。その後の手順、エピタキシャル成長膜厚は実施例１と同様である。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．５５ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例１１） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である。この実施例ではエピタキシャル成長が開始する条件としてキャリアガス流量を変更しており、その場合のエピタキシャル成長シーケンスを図５に示す。
エピタキシャル成長の手順としては、エピタキシャル成長炉に基板をセットし、エピタキシャル成長炉内を真空排気した後、水素キャリアガスを毎分１５０Ｌ導入しながら圧力を3×１０3Ｐａに調整した。その後、圧力を一定に保ちながらエピタキシャル成長炉の温度を１６３０℃まで上げ、温度が安定した時点でＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し、エッチング処理を開始した。ＳｉＨ4の水素キャリアガスに対する割合は１０-2vol%であり、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）とした。
エッチング処理後、温度は変えず、かつＳｉＨ4流量も変化させずに流しながら水素キャリアガスの流量を毎分１００Ｌに下げ、キャリアガスの流量が安定した時点でＳｉＨ4流量を毎分１２５ｃｍ3に変えると同時にＣ3Ｈ8流量を毎分５４ｃｍ3、Ｎ2流量を毎分３０ｃｍ3にしてエピタキシャル成長炉に導入し、エピタキシャル成長を開始した。このとき、エッチング終了後からエピタキシャル成長を開始するまでの時間はおよそ４分であった。その後の手順、エピタキシャル成長膜厚は実施例１と同様である。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．６ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（実施例１２） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は０°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であり、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは０．９８ｎｍと小さかった。これは、エッチング処理終了後もＳｉＨ4を流し続けながらエピタキシャル成長プロセスに移行したことで、ＳｉＣ基板表面が、表面エネルギーの低い安定した状態が保たれたままエピタキシャル成長が開始され、ステップバンチングが低減された結果である。
（比較例１） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であり、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）としたが、エッチング処理後、ＳｉＨ4の導入を止め、水素キャリアガスのみ流した状態でエピタキシャル成長炉の温度を１６５０℃に上げ、温度が安定した時点でＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8、及びＮ2を流してエピタキシャル成長を開始した。エピタキシャル成長時のガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは２．５ｎｍと大きく、エッチング処理終了からエピタキシャル成長開始までＳｉＨ4の導入を止めたことで表面状態が不安定になり、それに起因したステップバンチング増大の影響を受けたと考えられる。
（比較例２） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であるが、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分３０ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は2×10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．２μｍ（エッチング時間60分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは２．８ｎｍと大きく、ＳｉＨ4の流量が多いことによるＳｉドロップレット発生の影響を受けたと考えられる。
（比較例３） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては実施例１と同様であるが、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分０．１ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は6.7×10-5vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．１μｍ（エッチング時間15分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは１．８ｎｍと大きく、エッチング処理中のＳｉＨ4流量が少ないことによりステップバンチング抑制の効果が見られなかった。
（比較例４） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例1と同様であるが、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は０．０５μｍ（エッチング時間15分）とした。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは２．１ｎｍと大きく、エッチング量が少ないことでエピタキシャル成長前表面の研磨損傷層の除去が不十分になりステップバンチング抑制の効果が見られなかった。
（比較例５） 実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨、及び仕上げ研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ(100mm)のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は４°である。エッチング処理の手順としては、実施例１と同様であるが、エッチング処理時のＳｉＨ4流量を毎分１５ｃｍ3にして導入し（SiH4の水素キャリアガスに対する割合は10-2vol%）、エッチング処理によるエッチング量は１．０μｍ（エッチング時間300分）であった。その後のエピタキシャル成長手順、ガス流量、温度等は実施例１と同様であり、エピタキシャル成長膜厚は１０μｍであった。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面粗さＲａは２．３ｎｍと大きく、エッチング量が多過ぎることによりエピタキシャル成長前表面の粗さが大きくなり過ぎて、ステップバンチング抑制の効果が見られなかった。
以上の実施例においては、エピタキシャル温度、エピタキシャル圧力、ガス流量等のエピタキシャル成長条件を個々に変えているが、水素キャリアガスと珪素系材料ガスを流しながら、これらの条件を同時に変えてエピタキシャル成長を開始させることもできる。また、各材料ガスはＳｉＨ4ガスとＣ3Ｈ8ガスを用いているが、珪素系の材料ガスとして、例えばＳｉ2Ｈ6やクロロシランガス等を使用したり、炭素系の材料ガスとしてＣ2Ｈ4等を使用することもできる。更には、ドーピングガスを流さない状態でエピタキシャル成長することもできる。
この発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板上へのエピタキシャル成長において、特にステップバンチングを低減した高品質エピタキシャル膜を有するエピタキシャルＳｉＣウエハを安定して作製することが可能である。そのため、このようなウエハ上に電子デバイスを形成すれば、デバイスの特性及び歩留まりが向上することが期待できる。

Claims (6)

  1. エピタキシャル成長炉内の炭化珪素単結晶基板上に熱ＣＶＤ法により炭化珪素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法において、エピタキシャル成長炉内に、キャリアガスとしての水素ガスと、前記キャリアガスに対して１０-4vol%以上１０-2vol%以下の珪素系の材料ガスとを導入して、炭化珪素単結晶基板の表面を０．０５μｍ超０．５μｍ以下エッチング処理した後、前記キャリアガスと前記珪素系の材料ガスとを供給したまま前記エピタキシャル成長炉内のエピタキシャル成長条件を変更し、前記エピタキシャル成長条件が安定した後に、前記キャリアガスと前記珪素系の材料ガスとを供給したまま、さらに炭素系の材料ガスを供給して、炭化珪素のエピタキシャル成長を開始することを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
  2. 前記エピタキシャル成長条件が、エピタキシャル成長温度、エピタキシャル成長圧力、キャリアガスの流量、珪素系の材料ガスの流量、または炭素系の材料ガスの流量のいずれか１つ以上であることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
  3. 前記珪素系の材料ガスが、シラン又はクロロシラン系の材料ガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
  4. 前記炭素系材料ガスは、Ｃ3Ｈ8ガス、Ｃ2Ｈ4ガスおよびＣＨ4ガスの１種または２種以上の混合ガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
  5. 得られたエピタキシャル炭化珪素ウエハ表面の表面粗さＲａが１．０nm以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
  6. 前記炭化珪素単結晶基板が、(0001)面に対して＜11-20＞方向へ傾けたオフ角度が４°以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
JP2016534495A 2014-07-16 2015-07-16 エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法 Active JP6304699B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014146304 2014-07-16
JP2014146304 2014-07-16
PCT/JP2015/070456 WO2016010126A1 (ja) 2014-07-16 2015-07-16 エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016010126A1 true JPWO2016010126A1 (ja) 2017-04-27
JP6304699B2 JP6304699B2 (ja) 2018-04-04

Family

ID=55078612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016534495A Active JP6304699B2 (ja) 2014-07-16 2015-07-16 エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10450672B2 (ja)
EP (1) EP3171392A4 (ja)
JP (1) JP6304699B2 (ja)
KR (1) KR101947926B1 (ja)
CN (1) CN106463364A (ja)
WO (1) WO2016010126A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3330415A4 (en) * 2015-07-29 2019-03-20 Showa Denko K.K. PROCESS FOR PREPARING AN EPITACTIC SILICON CARBIDE CRYSTAL WAFERS
JP6628673B2 (ja) * 2016-04-05 2020-01-15 昭和電工株式会社 エピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法
CN106910673B (zh) * 2017-03-02 2019-05-21 东莞市天域半导体科技有限公司 一种降低SiC外延晶片表面三角形缺陷的外延方法
WO2018211737A1 (ja) * 2017-05-17 2018-11-22 三菱電機株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウエハおよびその製造方法
WO2018211842A1 (ja) * 2017-05-19 2018-11-22 住友電気工業株式会社 炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル基板
KR102434780B1 (ko) * 2021-06-17 2022-08-22 주식회사 쎄닉 탄화규소 웨이퍼 및 반도체 소자
US11827997B2 (en) 2021-11-15 2023-11-28 Zju-hangzhou Global Scientific And Technological Innovation Center Stripping method and stripping device for silicon carbide single crystal wafers

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005277229A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化珪素平滑化基板の作製方法、炭化珪素平滑化基板、炭化珪素エピタキシャルウエハ、窒化ガリウムウエハ、及び半導体製造装置
JP2006111510A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Denso Corp 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2007326743A (ja) * 2006-06-08 2007-12-20 Denso Corp 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2011049496A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Showa Denko Kk ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法
JP2011219299A (ja) * 2010-04-07 2011-11-04 Nippon Steel Corp エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法
WO2012067112A1 (ja) * 2010-11-17 2012-05-24 新日本製鐵株式会社 エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法
JP2013170104A (ja) * 2012-02-21 2013-09-02 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006351744A (ja) 2005-06-15 2006-12-28 Fuji Electric Holdings Co Ltd 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP4719314B2 (ja) * 2009-01-30 2011-07-06 新日本製鐵株式会社 エピタキシャル炭化珪素単結晶基板及びその製造方法
JP5802632B2 (ja) * 2012-09-07 2015-10-28 富士電機株式会社 炭化珪素半導体装置の製造方法
US8940614B2 (en) * 2013-03-15 2015-01-27 Dow Corning Corporation SiC substrate with SiC epitaxial film
JP6112712B2 (ja) 2013-03-27 2017-04-12 国立研究開発法人産業技術総合研究所 炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005277229A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 炭化珪素平滑化基板の作製方法、炭化珪素平滑化基板、炭化珪素エピタキシャルウエハ、窒化ガリウムウエハ、及び半導体製造装置
JP2006111510A (ja) * 2004-10-18 2006-04-27 Denso Corp 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2007326743A (ja) * 2006-06-08 2007-12-20 Denso Corp 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2011049496A (ja) * 2009-08-28 2011-03-10 Showa Denko Kk ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法
JP2011219299A (ja) * 2010-04-07 2011-11-04 Nippon Steel Corp エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法
WO2012067112A1 (ja) * 2010-11-17 2012-05-24 新日本製鐵株式会社 エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法
JP2013170104A (ja) * 2012-02-21 2013-09-02 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3171392A1 (en) 2017-05-24
US10450672B2 (en) 2019-10-22
EP3171392A4 (en) 2018-01-10
KR101947926B1 (ko) 2019-02-13
JP6304699B2 (ja) 2018-04-04
KR20170015497A (ko) 2017-02-08
WO2016010126A1 (ja) 2016-01-21
US20170159208A1 (en) 2017-06-08
CN106463364A (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5152435B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法
JP6304699B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法
JP6524233B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法
JP4954654B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶基板及びその製造方法
JP5445694B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法
JP4842094B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法
JP6742477B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶ウエハの製造方法及びエピタキシャル炭化珪素単結晶ウエハ
JP2015185653A (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP5786759B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法
JP5996406B2 (ja) 炭化珪素エピタキシャルウェハの製造方法
US9957639B2 (en) Method for producing epitaxial silicon carbide wafer
WO2012090268A1 (ja) 単結晶炭化珪素エピタキシャル基板とその製造方法および単結晶ＳｉＣデバイス
JP6628673B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法
JP6628581B2 (ja) エピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161115

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180130

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20180222

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180227

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20180222

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6304699

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350