JPWO2017043165A1 - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
まず本開示の実施形態について説明する。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。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。
以下、本開示の一実施形態(以下「本実施形態」とも記す)について説明する。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではない。
図1〜図4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、炭化珪素単結晶基板10と、炭化珪素層20とを有している。炭化珪素単結晶基板10は、第1主面11と、第1主面11と反対側の第3主面13とを含む。炭化珪素層20は、炭化珪素単結晶基板10と接する第4主面14と、第4主面14と反対側の第2主面30を含む。図1に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板100は、第1方向101に延在するオリエンテーションフラット5を有していてもよい。炭化珪素エピタキシャル基板100は、第2方向102に延在する第2フラット(図示せず)を有していてもよい。第1方向101は、たとえば<11−20>方向である。第2方向102は、たとえば<1−100>方向である。
炭化珪素層20は、ドーパントとしてたとえば窒素を含有する。本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板100によれば、第1端部領域31のドーパント密度と中央領域33のドーパント密度との平均値に対する、第1端部領域31のドーパント密度と中央領域33のドーパント密度との差の絶対値の比率(第1比率)は、40%以下である。第2端部領域32のドーパント密度と中央領域33のドーパント密度との平均値に対する、第2端部領域32のドーパント密度と中央領域33のドーパント密度との差の絶対値の比率(第2比率)は、40%以下である。第1比率は、35%以下であってもよいし、30%以下であってもよいし、25%以下であってもよいし、20%以下であってもよい。第2比率は、35%以下であってもよいし、30%以下であってもよいし、25%以下であってもよいし、20%以下であってもよい。
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造方法で使用される製造装置200の構成について説明する。
図6に示されるように、製造装置200は、MFC(Mass Flow Controller)53と、ガス供給源54とをさらに有していてもよい。発熱体203には、凹部68が設けられている。凹部68は、底面62と側面67とにより構成されている。底面62には、ガス噴出孔63が設けられている。ガス噴出孔63は、発熱体203に設けられた流路64と連通している。ガス供給源54は、流路64に対して、水素などのガスを供給可能に構成されている。ガス供給源54と流路64との間には、MFC53が設けられている。MFC53は、ガス供給源54から流路64に対して供給されるガスの流量を制御可能に構成されている。ガス供給源54は、たとえば水素またはアルゴンなどの不活性ガスを供給可能なガスボンベである。サセプタプレート210には、凹部73が設けられている。凹部73は、底面71と側面66とにより構成されている。凹部73内に、炭化珪素単結晶基板10が配置可能である。
図6および図8に示されるように、サセプタプレート210に設けられた凹部73の側面66は、平面視において直線状の第1部分69と、平面視において曲線状の第2部分70とにより構成されている。第1部分69は、炭化珪素単結晶基板10のオリエンテーションフラット5に対面する部分である。第2部分70は、炭化珪素単結晶基板10の円弧部7に対面する部分である。サセプタプレート210の底面61に平行な方向において、第1部分69と、オリエンテーションフラット5との距離112は、1mm以下である。同様に、底面61に平行な方向において、第2部分70と、円弧部7との距離116は、1mm以下である。好ましくは、炭化珪素単結晶基板10の外縁34の全周囲において、外縁34と、側面66との距離は、1mm以下である。外縁34と側面66との距離を1mm以下程度に短くすることにより、原料ガスが外縁34と側面66との間に入りこみ、原料ガスの流れが乱されることを抑制することができる。結果として、炭化珪素単結晶基板10の中央領域よりも外周領域に多くの窒素がドーピングされることを抑制することができる。
発熱体203およびサセプタプレート210は、誘導加熱コイル206を用いて加熱される。サセプタプレート210の外周角部74の温度は、外周角部74以外のサセプタプレート210の部分の温度よりも高くなる。図6に示されるように、サセプタプレート210の外周角部74は、外側面65と平坦部72との接点である。サセプタプレート210において、外周角部74の温度が最も高い。そのため、外周角部74と炭化珪素単結晶基板10との距離が短いと、炭化珪素単結晶基板10の外周領域の温度が中央領域の温度よりも高くなる。結果として、炭化珪素単結晶基板10の中央領域よりも外周領域に多くの窒素がドーピングされる。そのため、炭化珪素単結晶基板10と、サセプタプレート210の外周角部74との距離は長い方が望ましい。
炭化珪素単結晶基板10の厚みが、サセプタプレート210に設けられた凹部73の深さ115よりも小さいと、炭化珪素単結晶基板10上における原料ガスの流れが乱される。そのため、炭化珪素単結晶基板10の厚みは、凹部73の深さ115よりも大きいことが望ましい。つまり、第1主面11に対して垂直な方向において、平坦部72は、第1主面11と第3主面13との間に位置する。具体的には、第1主面11に対して垂直な方向において、第1主面11と平坦部72との間の距離114は、たとえば100μm以下である。たとえば、凹部73の深さ115が300μmであり、かつ炭化珪素単結晶基板10の厚みが350μmである場合、距離114は50μmである。これにより、炭化珪素単結晶基板上において原料ガスの流れが乱されることを効果的に抑制することができる。
ドーパントガスであるアンモニアガスは、反応室201に供給される前に、十分に加熱し、予め熱分解させておくことが望ましい。これにより炭化珪素層20において、窒素(ドーパント)密度の面内均一性が向上することが期待できる。図5に示されるように、反応室201の上流側に予備加熱機構211が設けられている。予備加熱機構211において、アンモニアガスを事前に加熱することができる。予備加熱機構211は、たとえば1300℃以上に加熱された部屋を備えている。アンモニアガスは、予備加熱機構211の内部を通過する際、十分に熱分解され、その後反応室201へと供給される。こうした構成により、ガスの流れに大きな乱れを生じさせることなく、アンモニアガスの熱分解を行うことができる。
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。
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。
Claims (7)
- 第1主面を含む炭化珪素単結晶基板と、
前記第1主面上の炭化珪素層とを備え、
前記炭化珪素層は、前記炭化珪素単結晶基板と接する面と反対側の第2主面を含み、
前記第2主面の最大径は、100mm以上であり、
前記炭化珪素単結晶基板および前記炭化珪素層には、直線状のオリエンテーションフラットが設けられており、
前記炭化珪素層は、中央領域と、第1端部領域と、第2端部領域とを有し、
前記中央領域は、前記第2主面に対して垂直な方向において、前記第2主面の中央から前記第1主面に向かって2μm離れた位置にあり、
前記第1端部領域は、前記第2主面に対して垂直な方向から見て、前記オリエンテーションフラットを垂直に2等分する平面上に位置し、かつ前記オリエンテーションフラットから前記中央領域に向かって1mm離れた位置にあり、
前記第2端部領域は、前記中央領域から見て、前記第1端部領域から反時計回りに90°周方向に回転した方向であって、かつ前記炭化珪素層の外縁から前記中央領域に向かって1mm離れた位置にあり、
前記炭化珪素層の厚みは、5μm以上であり、
前記第1端部領域のドーパント密度と前記中央領域のドーパント密度との平均値に対する、前記第1端部領域のドーパント密度と前記中央領域のドーパント密度との差の絶対値の第1比率は、40%以下であり、かつ
前記第2端部領域のドーパント密度と前記中央領域のドーパント密度との平均値に対する、前記第2端部領域のドーパント密度と前記中央領域のドーパント密度との差の絶対値の第2比率は、40%以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。 - 前記第1比率は、30%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。
- 前記第1比率は、20%以下である、請求項2に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
- 前記第2比率は、30%以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
- 前記第2比率は、20%以下である、請求項4に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
- 前記最大径は、150mm以上である、請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
- 請求項1〜請求項6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。
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