TW201104861A - Insulating gate type bipolar transistor - Google Patents

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TW201104861A
TW201104861A TW099113382A TW99113382A TW201104861A TW 201104861 A TW201104861 A TW 201104861A TW 099113382 A TW099113382 A TW 099113382A TW 99113382 A TW99113382 A TW 99113382A TW 201104861 A TW201104861 A TW 201104861A
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Taiwan
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sic
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tantalum carbide
base substrate
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TW099113382A
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Taro Nishiguchi
Makoto Sasaki
Shin Harada
Shinsuke Fujiwara
Yasuo Namikawa
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries
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Description

201104861 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種碳化矽基板、半導體裝置及碳化矽基 板之製造方法，更特定而言’係關於一種能夠實現使用碳 化石夕基板之半導體裝置之製造成本的降低之碳化珍基板及 其製造方法、以及降低製造成本之半導體裝置。 【先前技術】 近年來’為了半導體裝置之高耐壓化、低損失化、能夠 於高溫環境下使用等，而一直推進採用碳化矽來作為構成 半導體裝置之材料。碳化矽係帶隙大於先前作為構成半導 體裝置之材料而廣泛使用之矽之寬帶隙半導體。因此，藉 由採用碳化石夕作為構成半導體裝置之材料，可實現半導體 裝置之高财壓化、導通電阻之降低等。又，採用碳化石夕作 為材料之半導體裝置與採用石夕作為材料之半導體裝置相 比，亦具有於高溫環境下使用之情形之特性之下降較小之 優點。 於此情況下，關於用於半導體裝置之製造之碳化矽結晶 及碳化矽基板之製造方法’進行各種研究，提出有各種方 案（例如’參照M. Nakabayashi，et al·、Gr〇wth 〇f Crack_ free 100 mm-diameter 4H-SiC Crystals with Low Micropipe Densities、Mater. Sci. Forum, v〇is. 600_603、2〇〇9年、p 3-6.(非專利文獻1))。 先前技術文獻 非專利文獻 [S] 147930.doc 201104861 非專利文獻1 : M. Nakabayashi，et al.、Growth of Crack-free 100 mm-diameter 4H-SiC Crystals with Low Micropipe Densities ' Mater. Sci. Forum, vols. 600-603、2009年、p. 3-6. 【發明内容】 發明所欲解決之問題 然而，碳化矽於常壓下不具有液相。又，晶體成長溫度 非常高為2000°C以上，難以控制成長條件或將其穩定化。 因此，碳化矽單晶難以維持高品質並大口徑化，不易獲得 大口徑之高品質之碳化矽基板。並且，由於大口徑之碳化 矽基板之製作困難，因此存在以下問題：不僅碳化矽基板 之製造成本提高，而且於使用該碳化矽基板來製造半導體 裝置時，每1批次之生產個數變少，半導體裝置之製造成 本提高。又，認為藉由有效地利用製造成本較高之碳化矽 單晶作為基板，可降低半導體裝置之製造成本。 因此，本發明之目的在於提供一種能夠實現使用碳化矽 基板之半導體裝置之製造成本的降低之碳化矽基板及其製 造方法、以及降低製造成本之半導體裝置。 解決問題之技術手段 基於本發明之碳化矽基板包括：包含碳化矽之基底基 板；及包含與基底基板不同之單晶碳化矽，且接觸並配置 於基底基板上之SiC層。 如上所述，高品質之碳化矽單晶難以大口徑化。另一方 面，為了於使用碳化矽基板之半導體裝置之製造製程中高 147930.doc 201104861 效率地進行製造，而需要统一 而文、，元為特定之形狀及大小之基 板。因此，即便於獲得高品暂 負之奴化矽單晶（例如缺陷密 度較小之碳化矽單晶）之情形時， ^ yH 亦有可能無法有效地利 用藉由切斷等無法加工為特定之形狀等之區域。 相對於此’於本發明之碳切基板中，於基底基板上配 置有與包含該基底基板不同之單晶碳切之训層。因 此，例如可將包含缺陷密度較大、低品質之碳化石夕結晶之 基底基板加工為上述特定之形狀及大小，於該基底基板上 配置雖為高品質但未實現所需形狀等之碳化矽單晶作為 sic層◎因此種碳化矽基板統一為特定之形狀及大小，故 可使半導體裝置之製造效率化。χ，因可使用此種礙化石夕 基板之高品質之SiC層而製造半導體裝置’故可有效地利 用石反化矽單晶。其結果，根據本發明之碳化矽基板，而提 供能夠實現使用碳化矽基板之半導體裝置之製造成本的降 低之碳化矽基板。此處，所謂上述Sic層包含與基底基板 不同之單晶碳化矽之狀態，係包括基底基板包含碳化矽之 多晶、非晶質等單晶以外之碳化矽之情形；並且包括於基 底基板包含早晶碳化破之情形時，由與sic層不同之结晶 形成之情形。所謂基底基板與Sic層由不同之結晶形成之 狀態’係表示於基底基板與Sic層之間存在邊界、例如該 邊界之一側與另一側之缺陷密度不同之狀態。此時，缺陷 密度可於該邊界不連續。 於上述碳化矽基板中，較好的是基底基板由單晶碳化石夕 形成。並且，SiC層之微管密度小於基底基板之微管密 S 1 147930.doc 201104861 度。 又，於上述碳化矽基板中，較好的是基底基板由單晶碳 化矽形成。並且，較好的是SiC層之差排密度小於基底基 板之差排密度。更具體而言，於上述碳化矽基板中，較好 的是基底基板由單晶碳化石夕形成。並且，Sic層之貫穿螺 旋差排密度小於基底基板之貫穿螺旋差排密度。 又，於上述碳化矽基板中，較好的是基底基板由單晶碳 化矽形成。並且，SiC層之貫穿刃狀差排密度小於基底基 板之貫穿刃狀差排密度。 又，於上述碳化矽基板中，較好的是基底基板由單晶碳 化矽形成。並且，SiC層之基底面差排密度小於基底基板 之基底面差排密度。 又，於上述碳化矽基板中，較好的是基底基板由單晶碳 化矽形成。並且，SiC層之混合差排密度小於基底基板之 混合差排密度。 又’於上述碳化矽基板中’較好的是基底基板由單晶碳 化矽形成。並且，SiC層之積層缺陷密度小於基底基板之 積層缺陷密度。 又，於上述碳化矽基板中，較好的是基底基板由單晶碳 化矽形成。並且，SiC層之點缺陷密度小於基底基板之點 缺陷密度。 如上所述’藉由配置使微管密度、差排密度（貫穿螺旋 差排密度、貫穿刃狀差排密度、基底面差排密度、混合差 排密度、積層缺陷密度、點缺陷密度）等缺陷密度低於基 147930.doc 201104861 底基板之SiC層，可獲得能夠製造高品質之半導體裝置之 石炭化矽基板。 於上述碳化矽基板中，較好的是基底基板由單晶碳化矽 形成。並且，SiC層之X射線搖擺曲線之半高寬小於基底基 板之X射線搖擺曲線之半高寬。如此，藉由配置X射線搖 擺曲線之半高寬小於基底基板、即結晶性較高之SiC層， 可獲得能夠製造高品質之半導體裝置之碳化矽基板。 於上述碳化矽基板中，基底基板可以包含與SiC層對向 之側之主面之方式含有包含單晶碳化矽之單晶層。藉此， 可於使用碳化矽基板而製造半導體裝置時，於製造製程之 初期維持厚度較大之操作容易之狀態，於製造製程之中途 除去單晶層以外之基底基板之區域，僅使基底基板中之單 晶層殘存於半導體裝置之内部。藉此，容易進行製造製程 中之碳化矽基板之操作，並且可製造高品質之半導體裝 置。 於上述碳化矽基板中，較好的是SiC層之微管密度小於 上述單晶層之微管密度。 又，於上述碳化矽基板中，較好的是SiC層之差排密度 小於上述單晶層之差排密度。更具體而言，於上述碳化矽 基板中，較好的是SiC層之貫穿螺旋差排密度小於上述單 晶層之貫穿螺旋差排密度。 又，於上述碳化矽基板中，較好的是SiC層之貫穿刃狀 差排密度小於上述單晶層之貫穿刃狀差排密度。 又，於上述峻化石夕基板中，較好的是SiC層之基底面差
[S 147930.doc -7- 201104861 排密度小於上述單晶層之基底面差排密度。 又’於上述碳化矽基板中’較好的是siC層之混合差排 密度小於上述單晶層之混合差排密度。 又，於上述碳化矽基板中，較好的是SiC層之積層缺陷 密度小於上述單晶層之積層缺陷密度。 又’於上述碳化矽基板中，較好的是sic層之點缺陷密 度小於上述單晶層之點缺陷密度。 如此，藉由配置使微管密度、差排密度（貫穿螺旋差排 抱度、貫穿刃狀差排密度、基底面差排密度、混合差排密 度、積層缺陷密度、點缺陷密度）等之缺陷密度低於基底 基板之單晶層之SiC層，可獲得能夠製造高品質之半導體 裝置之碳化石夕基板。 於上述碳化矽基板中，較好的是Sic層之x射線搖擺曲線 之半高寬小於上述單晶層之X射線搖擺曲線之半高寬。如 此，藉由配置X射線搖擺曲線之半高寬小於基底基板之單 晶層、即結晶性較高之Sic層，可獲得能夠製造高‘品質之 半導體裝置之碳化矽基板。 於上述碳化矽基板中，可使基底基板之雜質密度為 5xl018 cm·3以上。藉此，可獲得適於製造如下立式半導體 裝置之碳化矽基板：基底基板之載體密度上升，例如於與 形成有SiC層之側相反之側之基底基板之主面上形成電 極’電流之路徑於厚度方向上橫穿基底基板。 於上述碳化矽基板中，可使基底基板之電阻率為ΐχΐ〇5 Ω· cm以上。藉此，可獲得適於製造如下半導體裝置之碳 147930.doc 201104861 化矽基板：其係基底基板之電阻值上升，例如電流於沿著 基底基板之主面之方向上流動之橫置式半導體裝置，並且 要求高頻化。 於上述碳化石夕基板中’上述sic層可積層複數層。藉 此’可獲得具備對應於目標半導體裝置之結構之sic層之 碳化矽基板。 於上述碳化矽基板中，較好的是Sic層自平面觀察排列 配置有複數個。若就其他觀點加以說明，則較好的是Sic 層沿著基底基板之主面而排列配置有複數個。如上所述， 向品質之碳化矽單晶難以大口徑化。相對於此，藉由於大 口徑之基底基板上於平面上排列配置複數個自高品質之碳 化矽單晶取得之Sic層，可獲得能夠作為具有高品質之Sic 層之大口徑基板而進行操作之碳化矽基板。並且，藉由使 用碳化矽基板，可使半導體裝置之製造製程效率化。再 者，為使半導體裝置之製造製程效率化，較好的是上述複 數之Sic層之中相互鄰接之sic層相互接觸而配置。更具體 而言，較好的是例如上述複數之Sic層自平面觀察以矩陣 狀鋪滿。又，較好的是鄰接之Sic層之端面相對於該Sic層 之主面實質上垂直。藉此，可容易地製造碳化矽基板。此 處，右例如上述端面與主面所成之角為85。以上95。以下， 則可判斷上述端面與主面實質上垂直。 於上述碳化矽基板中，Sic層之與基底基板相反之側之 主面，其相對於面方位{0001}之偏離角可為50。以上65。以 下。 [S] 147930.doc 201104861 藉由使六方晶之碳化矽單晶於<〇〇〇1>方向上成長，可言 效率地製作高品質之單晶。並且，可自於,心方向^ 長之碳化石夕單晶高效率地取得以{_1}面為主面之碳化石夕 基板。另一方面，有時藉由使用具有相對於面方位{〇〇〇” 之偏離角為50。以上65。以下之主面、例如面方位{Ο””之 主面的礙化石夕基板，可製造高性能之半導體裝置。然而， 當自於<GGG1>方向上成長之碳切單晶取得具有相對於面 方位{刪1}之偏離角為5〇。以上65。以下的主面之碳化石夕基 Γ，於破切單晶+會產生較多無法有效地利用之部 相對於此，於上述本發明之碳化矽基板中，可使用不定 形之碳化矽單晶作為Sic層，因此即便於使Sic層之主面為 相對於面方位{0001}具有5〇。以上65。以下之偏離角者之情 形時’亦可有效地制碳切單晶。進而，藉由自平面觀 察排列配置複數個該SiC層，可容易地獲得具有難以大口 徑化之相對於面方位{0001}之偏離角為5〇。以上65。以下之 主面、例如面方位{03-38}之主面的大口徑之碳化矽基 板0 於上述碳化梦基板中，上述主面之偏離方位與 方向所成之角可為5。以下。<^00〉方向為碳化矽基板中 之代表性之偏離方位。並且，藉由使由基板之製造步驟中 之切片加工之不均等所引起之偏離方位之不均為5。以下， 可使碳化石夕基板上之磊晶成長層之形成等變得容易。 於上述碳化矽基板中，可使上述主面相對於<11〇〇>方 147930.doc 201104861 向之{03-38}面之偏離角為·3。以上5。以下。藉此，可進一 步提向使用碳化矽基板來製作M〇SFET等時之通道移動 率。此處，使相對於面方位{03-38}之偏離角為_3。以上+5。 以下係基於以下原因：調查通道移動率與該偏離角之關係 之結果，於此範圍内可獲得特別高之通道移動率。 又’所謂「相對於— 方向之{〇3_38}面之偏離 角」，係指<1-1〇〇>方向及<0001>方向之伸展之平面上之上 述主面之法線之正射影與{〇3_3 8 }面之法線所成之角度， 其符號於上述正射影相對於<1-1〇〇>方向接近平行之情形 為正，上述正射影相對於<0001>方向接近平行之情形為 負。 再者，較好的是上述主面之面方位實質上為{03 38}， 更好的是上述主面之面方位為{03_38卜此處，所謂主面 之面方位實質上為{03-38}，係表示考慮到基板之加工精 度等而於實質上將面方位視為{03_38}之偏離角之範圍中 包含基板之主面之面方位，作為此情形之偏離角之範圍， 例如偏離角相對於{03_38}為士2。之範圍。藉此，可進一步 向上述通道移動率。 於上述碳化矽基板中，上述主面之偏離方位與〈丨卜別〉 方向所成之角可為5。以下。<u_20>方向與上述<11〇〇>方 向同樣地為碳化矽基板中之代表性之偏離方位。並且，藉 由使由基板之製造步驟令之切片加工之不均等所引起之偏日 離方位之不均為士5。，可使碳化碎基板上之蟲晶成長層之 形成等變得容易。
147930.doc 201104861 於上述碳化矽基板中’較好的是Sic層之與基底基板相 反之侧之主面受到研磨。藉此，可於Sic層之與基底基板 相反之側之主面上形成高品質之磊晶成長層。其結果，可 製造包含咼品質之該磊晶成長層作為例如活性層之半導體 裝置。即，藉由採用此種結構，可獲得能夠製造包含形成 於SiC層上之磊晶層的高品質之半導體裝置之碳化矽基 板。 基於本發明之半導體裝置具備：碳化矽基板、形成於碳 化石夕基板上之磊晶成長層、及形成於磊晶成長層上之電 極。並且，該碳化矽基板為上述本發明之碳化石夕基板。根 據本發明之半導體裝置，藉由具備上述本發明之碳化矽基 板，可提供降低製造成本之半導體裝置。 基於本發明之碳化矽基板之製造方法包括如下步驟：準 備包含碳化石夕之基底基板及包含單晶碳化矽之Sic基板之 步驟；以接觸基底基板之主面上之方式載置sic基板，而 製作積層基板之步驟；及藉由加熱積層基板，而接合基底 基板於SiC基板之步驟。藉此，可容易地製造上述本發明 之石反化碎基板。 於上述碳化矽基板之製造方法中，較好的是上述積層基 板中’基底基板與Sic基板之間所形成的間隙為10〇 μπΐΗ 下。 於基底基板及SiC基板中’即便於其平坦性較高之情形 時’亦存在稍許翹曲、起伏等。因此，積層基板中，於基 底基板與SiC基板之間形成有間隙。並且，若該間隙超過 147930.doc -12· 201104861 ㈣貝】藉由本發明者之研究而明確基底基板與sic基 板之接σ狀‘％不均勻。因此’藉由使基底基板與基板 之間所形成之間隙為100 μιη以下，可實現基底基板與⑽ 基板之均句之接合。 於上述碳化梦基板之製造方法中，較好的是於接合基底 基板與sic基板之步”於碳切之料溫度以上之溫度 範圍中加熱積層基板。藉此，可更確實地接合基底基板與
Sic基板此處’所謂「碳化石夕之昇華溫度以上之溫度範 圍」，並非必須為碳化矽之昇華點溫度以上之溫度範圍， 產生奴化矽之昇華現象之溫度範圍、例如丨800。〇以上之溫 度範圍即可。 於上述杈化矽基板之製造方法中，較好的是於製作積層 基板之步驟之前’進而具有使於製作積層基板之步驟中應 相互接觸之基底基板及sic基板之主面平坦化之步驟。藉 由預先使應成為基底基板與Sic基板之接合面的面平坦 化，可更確實地接合基底基板與SiC基板。 於上述蛟化矽基板之製造方法中，可於製作積層基板之 步驟之前，並不研磨於製作積層基板之步驟中應相互接觸 之基底基板及Sic基板之主面而實施製作積層基板之步 驟。藉此，可降低碳化矽基板之製造成本。尤其是於接合 基底基板與Sic基板之步驟中，藉由於碳化矽之昇華溫度 以上之溫度範圍中加熱積層基板，則即便省略基底基板及 Sic基板之研磨，亦可容易地接合基底基板與Sic基板。此 處，於製作積層基板之步驟中應相互接觸之基底基板及 147930.doc 13 201104861
SiC基板之主面可如上所述不進行研磨H就除去由 基板製作時之切片等所形成之表面附近之損傷層之觀點而 言’較好的是例如於實施藉由蝕刻而除去該損傷層之步驟 之後實施製作上述積層基板之步驟。 上述碳化矽基板之製造方法中，於製作積層基板之步驟 中，亦可於基底基板上積層有複數片Sic基板。藉此，可 製造積層有複數之Sic層之碳化矽基板。 上述碳化矽基板之製造方法中，於製作積層基板之步驟 中，SiC基板可自平面觀察排列配置複數個。若就其他觀 點加以說明，則Sic基板可沿著基底基板之主面而排列配 置複數個。藉此，可製造能夠作為具有高品質之sic層之 大口徑基板而操作之碳化石夕基板。 上述碳化矽基板之製造方法中，於接合基底基板與Sic 基板之步驟之後，亦可進而具有如下步驟：藉由於Sic基 板上積層Sic基板而製作第2積層基板之步驟；藉由加熱第 2積層基板而將積層基板與上述其他Sic基板接合之步驟。 藉由反覆實施如此載置SiC基板之步驟與接合該Sic基板之 步驟，可容易地製造積層有複數層Sic層之碳化矽基板。 上述碳化矽基板之製造方法中，於製作第2積層基板之 步驟中，上述其他Sic基板可自平面觀察排列配置複數 個。若就其他觀點加以說明，則上述其他Sic基板可沿著 基底基板之主面而排列配置複數個。藉此，可製造能夠作 為具有複數個高品質之Sic之大口徑基板而進行操作之碳 化石夕基板。 147930.doc 201104861 上述碳化矽基板之製造方法t ’亦可於製作第2積層基 板之步驟之前’並不研磨於製作第2積層基板之步驟中應 相互接觸之SiC基板及其他Sic基板之主面而實施製作上述 第2積層基板之步驟。藉此，可降低碳化石夕基板之製造成 本。 上述碳化矽基板之製造方法t，於製作積層基板之步驟 中，SiC基板之與基底基板相反之側之主面相對於㈧” 面之偏離角可為50。以上65。以下。藉此，可容易地製造與 基底基板相反之侧之SiC層之主面相對於{〇〇〇1}面之偏離 角為50。以上65。以下之碳化矽基板。 上述碳化矽基板之製造方法中，於製作積層基板之步驟 中SiC基板之與基底基板相反之側之主面之偏離方位與 <1-100>方向所成之角可為5。以下。藉此，可使所製作之 石厌化石夕基板上之蟲晶成長層之形成等變得容易。 上述碳化矽基板之製造方法中，於製作積層基板之步驟 中’ SiC基板之與基底基板相反之侧之主面相對於 方向之{03-38}面之偏離角可為_3。以上5。以下。藉此，可 進一步提南使用所製造之碳化矽基板而製作M〇sfET等之 情形時之通道移動率。 上述碳化石夕基板之製造方法中，於製作積層基板之步驟 中’ SiC基板之與基底基板相反之側之主面之偏離方位與 <11_20>方向所成之角可為5。以下。藉此，可使所製作之 石厌化秒基板上之磊晶成長層之形成等變得容易。 上述碳化石夕基板之製造方法中，於接合基底基板與Sic [S] 147930.doc 201104861 基板之步驟中，可於藉由將大氣環境減壓而獲得之環境中 加熱積層基板。藉此，可降低碳化矽基板之製造成本。 上述碳化矽基板之製造方法中，於接合基底基板與SiC 基板之步驟中，可於高於10·1 Pa而低於1〇4 Pa之壓力下加 熱上述積層基板。藉此，可利用簡便之裝置而實施上述接 合’並且可獲得用以於相對較短之時間内實施接合之環 境，可降低碳化矽基板之製造成本。 上述碳化矽基板之製造方法中，可進而具有對積層基板 中之SiC基板之對應於與基底基板相反之側之主面的Sic基 板之主面進行研磨之步驟。藉此，可於sic層（Sic基板）之 與基底基板相反之側之主面上形成高品質之磊晶成長層。 其結果，可製造包含高品質之該磊晶成長層作為例如活性 層之半導體裝置。即，藉由採用上述步驟，可獲得能夠製 造包含形成於上述SiC層上之磊晶層的高品質之半導體裝 置。此處，该SiC基板之主面之研磨既可於基底基板與sic 基板之接合後實施，亦可於如下步驟之前實施：藉由預先 對上述積層基板中應成為與基底基板相反之側之主面的 SiC基板之主面進行研磨，而製作積層基板。 發明之效果 由以上說明可明確，根據本發明之碳化矽基板及其製造 方法，可提供能夠實現使用碳化矽基板之半導體裝置之製 造成本的降低之碳化矽基板及其製造方法。又，根據本發 明之半導體裝置，可提供降低製造成本之半導體裝置。 【實施方式】 147930.doc •16- 201104861 以下’基於圖式說明本發明之實施形態。再者，於以下 _式中對於相同或相當之部分標記相同之參照編號， 不重複其說明。 (實施形態1) 首先’就作為本發明之一實施形態的實施形態1中之碳 化矽基板之結構加以說明。參照圖丨，本實施形態中之碳 化矽基板1具備：包含碳化矽之基底基板1〇;及包含與基 底基板10不同之單晶碳化，接觸並配置於基底基板1〇上之 SiC層 20。 藉由具有此種結構，碳化矽基板丨可將例如包含缺陷密 度較大、低品質之碳化矽結晶之基底基板1〇加工為特定之 开乂狀及大小，於基底基板丨〇上配置雖為高品質但未實現所 需形狀等之碳化矽單晶作為SiC層20。因該碳化矽基板^统 一為特定之形狀及大小，故可使半導體裝置之製造效率 化。又，因可使用碳化矽基板1之高品質之SiC層20而製造 半導體裝置，故可有效地利用碳化矽單晶。其結果，本實 施形態中之碳化矽基板丨成為能夠實現半導體裝置之製造 成本之降低之碳化矽基板。 此處，於碳化矽基板1中，較好的是基底基板1〇由單晶 碳化矽形成。藉此，與包含單晶碳化矽之以匚層2〇之各種 物性值之差變小，於各種環境下，尤其是於半導體裝置之 製造製程中成為穩定之碳化矽基板。 並且，於碳化矽基板1中，較好的是SiC層20之微管密度 小於基底基板10之微管密度。又，於碳化矽基板丨中，較 147930.doc 17 201104861 好的是SiC層20之貫穿螺旋差排密度小於基底基板1〇之貫 穿螺旋差排密度。進而，於碳化石夕基板1中，較好的是S i c 層20之貫穿刃狀差排密度小於基底基板1〇之貫穿刃狀差排 密度。又，於碳化矽基板1中，較好的是Sic層20之基底面 差排密度小於基底基板10之基底面差排密度。進而，於碳 化矽基板1中’較好的是SiC層20之混合差排密度小於基底 基板10之咸合差排密度。又，於碳化梦基板1中，較好的 是SiC層20之積層缺陷密度小於基底基板1〇之積層缺陷密 度。進而’於碳化矽基板1中，較好的是Sic層2〇之點缺陷 密度小於基底基板10之點缺陷密度。如此，藉由配置使缺 陷密度低於基底基板10之SiC層20，可獲得能夠製造高品 質之半導體裝置之碳化石夕基板1。又，於碳化石夕基板1中， 較好的是SiC層20之X射線搖擺曲線之半高寬小於基底基板 1 0之X射線搖擺曲線之半高寬。如此，藉由配置X射線搖 擺曲線之半高寬小於基底基板1 〇、即結晶性較高之SiC詹 20，可獲得能夠製造高品質之半導體裝置之碳化矽基板 1 ° 又’參照圖1 ’於碳化石夕基板1中，基底基板1 0可以包含 與Sic層20對向之侧之主面10A之方式含有包含單晶碳化矽 之早aa層10B。措此’於使用碳化碎基板1而製造半導體裝 置時’可於製造製程之初期維持厚度較大之操作容易之狀 態’於製造製程之中途除去單晶層10B以外之基底基板之 區域10C，僅使基底基板10中之單晶層1〇B殘存於半導體 裝置之内部。藉此，容易進行製造製程中之碳化矽基板之 147930.doc •18 201104861 操作，並且可製造高品質之半導體裝置。 又，於碳化矽基板1中，較好的是810：層20之微管密度小 於單晶層10B之微管密度。進而，於碳化矽基板丨中，較好 的是SiC層20之貫穿螺旋差排密度小於單晶層i〇b之貫穿螺 旋差排密度。又，於碳化矽基板丨中’較好的是Sic層2〇之 貫穿刃狀差排密度小於單晶層10B之貫穿刃狀差排密度。 進而，於碳化矽基板1中，較好的是31(：層2〇之基底面差排 密度小於上述單晶層10B之基底面差排密度。又，於上述 石厌化石夕基板1中，較好的是Sic層20之混合差排密度小於單 晶層10B之混合差排密度。進而，於碳化矽基板丨中，較好 的是SiC層20之積層缺陷密度小於單晶層1〇]3之積層缺陷密 度。又，於碳化矽基板1中，較好的是sic層2〇之點缺陷密 度小於單晶層10B之點缺陷密度。如此，藉由配置使缺陷 密度低於基底基板1〇之單晶層10B之SiC層20，可獲得能夠 製造尚品質之半導體裝置之碳化石夕基板1。 又’於碳化矽基板1中，較好的是SiC層20之X射線搖擺 曲線之半高寬小於單晶層1 〇B之X射線搖擺曲線之半高 寬。如此’藉由配置X射線搖擺曲線之半高寬小於基底基 板10之單晶層10B、即結晶性較高之81(：層20，可獲得能夠 製造高品質之半導體裝置之碳化矽基板1。 又’本實施形態中之於碳化矽基板1中，可使基底基板 10之雜質密度為5xl〇18 cm·3以上。藉此，可獲得基底基板 10之載體密度上升、適於立式半導體裝置之製造之碳化矽 基板1。進而’可使基底基板10之雜質濃度大於2xl〇19 cm·3。
[S 147930.doc -19- 201104861 並且，可使SiC層20之雜質濃度大於5xl〇i8 cm·3而小於 2x10 9 cm 3。藉此，可抑制由熱處理所引起之積層缺陷之 產生’並且可降低厚度方向之電阻率。 又’本實施形態中之於碳化矽基板1中，可使基底基板 10之電阻率為1x1 〇5 Ω · cm以上。藉此，可獲得基底基板 10之電阻值上升、適於要求高頻化之橫置式半導體裝置之 製造的碳化石夕基板1。 又’本貫施形態中之於碳化矽基板1中，SiC層2〇之與基 底基板10相反之側之主面2〇A相對於面方位{〇〇〇丨}之偏離 角可為50。以上65。以下。藉此，可獲得有效地利用碳化矽 單晶、並且能夠製造高性能之半導體裝置之碳化矽基板 1 ° 並且，於碳化矽基板1中，主面20A之偏離方位與 100>方向所成之角可為5。以下。〈卜100>方向為碳化矽基 板中之代表性之偏離方位。並且，藉由使由碳化矽基板1 之製造步驟中之切片加工之不均等引起之偏離方位之不均 為5。以下，可使碳化矽基板1上（主面20A上）之磊晶成長層 之形成等變得容易。進而，於碳化矽基板丨中，可使主面 20A之相對於^-⑺卟方向之{〇3_38}面的偏離角為。以上 5。以下。藉此，可進一步提高使用碳化矽基板丨而製作 MOSFET等之情形時之通道移動率。 另一方面，於碳化矽基板1中，主面2〇A之偏離方位與 <11-20>方向所成之角可為5。以下。<112〇>方向與上述 100>方向同樣為碳化矽基板中之代表性之偏離方位。並 147930.doc •20· 201104861 且，藉由使由碳化石夕基板1之製造步驟中之切片加工之不 均等所引起之偏離方位之不均為±5。，可使SiC層20上之磊 晶成長層之形成等變得容易。 又，於本實施形態中之碳化矽基板1中，較好的是SiC層 20之與基底基板10相反之側之主面20A受到研磨。藉此， 能夠於主面20A上形成高品質之磊晶成長層。其結果，可 製造包含高品質之該磊晶成長層作為例如活性層之半導體 裝置。即，藉由採用此種結構，可獲得能夠製造包含形成 於SiC層20上之磊晶層的高品質之半導體裝置之碳化矽基 板1。 其次，就上述碳化矽基板1之製造方法加以說明。參照 圖2，於本實施形態中之碳化矽基板之製造方法中，首 先，作為步驟（S10)而實施基板準備步驟。於此步驟（S10) 中，準備包含碳化矽之基底基板10及包含單晶碳化矽之 SiC基板20。 其次，作為步驟（S20)而實施基板平坦化步驟。於此步 驟（S20)中，藉由例如研磨而使於後述步驟（S30)中應相互 接觸之基底基板10及SiC基板20之主面（接合面）平坦化。再 者，該步驟（S20)並非必需步驟，但藉由實施該步驟，相 互對向之基底基板10與SiC基板20之間之間隙之大小會變 得均勻，因此於後述步驟（S40)中接合面内之反應（接合）之 均勻性會提高。其結果，可更確實地接合基底基板10與 SiC基板20。又，為更確實地接合基底基板10與SiC基板， 上述接合面之面粗糙度Ra較好的是未滿100 nm，更好的是
[S 147930.doc -21 - 201104861 未滿50 nm。進而，藉由使接合面之面粗糙度Ra未滿i〇 nm，可實現更確實之接合。 另一方面’亦可省略步驟（S20) ’並不研磨應相互接觸 之基底基板10及SiC基板20之主面而實施步驟（s^o)。藉 此’可降低碳化石夕基板1之製造成本。又，就除去由基底 基板10及SiC基板20之製作時之切片等所形成之表面附近 之損傷層之觀點而言，亦可代替上述步驟（S2〇)、或者於 上述步驟（S20)之後實施藉由例如蝕刻而除去該損傷層之 步驟，其後實施後述步驟（S30)。 其次，作為步驟（S30)而實施積層步驟。於此步驟（S3〇) 中，以接觸基底基板10之主面上之方式載置Sic基板2〇, 而製作積層基板。此處，於此步驟（S3〇)中，Sic基板2〇之 與基底基板10相反之側之主面2〇A相對於{〇〇〇1 }面之偏離 角亦可為50。以上65。以下。藉此，可容易地製造81(：層2〇 之主面20A相對於{〇〇〇”面之偏離角為5〇。以上65。以下之 碳化矽基板1。又，於步驟（S30)中，上述主面2〇A之偏離 方位與<1-100>方向所成之角可為5。以下。藉此，可使所 製作之奴化矽基板1上（主面2〇A上）之磊晶成長層之形成等 變得容易。進而，於步驟（S3〇)中，主面2〇a相對於〈卜 方向之{03-3 8}面之偏離角可為_3。以上5。以下。藉 此’可進一步提高使用所製造之碳化矽基板1而製作 MOSFET等之情形之通道移動率。 另方面，於步驟（S30)中，主面2〇a之偏離方位與<11_ 向所成之角可為5。以下。藉此，可使所製作之碳化 147930.doc •22· 201104861 石夕基板1上之磊晶成長層之形成等變得容易。 其次，作為步驟（S40)，實施接合步驟。於此步驟（S4〇) 中藉由加熱上述積層基板而接合基底基板1〇與§jC基板 20。藉由以上製程，可容易地製造具備將所接合之8丨〔基 板20作為SiC層20之實施形態i中之碳化矽基板1。於此步 驟（S40)中，亦可於藉由將大氣環境減壓所獲得之環境中 加熱上述積層基板。藉此，可降低碳化矽基板1之製造成 本。 此處，於步驟（S30)中所製作之積層基板中，較好的是 基底基板10與Sic基板20之間所形成之間隙為1〇〇 μιη以 下。藉此，於步驟（S40)中，可達成基底基板1〇與31<：：基板 20之均勻之接合。 又，於上述步驟（S40)中，較好的是於碳化矽之昇華溫 度以上之溫度範圍中加熱上述積層基板。藉此，可更確實 地接合基底基板10與8丨(：基板2〇。尤其是藉由使積層基板 中之基底基板ίο與Sic基板20之間所形成之間隙為1〇〇 μιη 以下，可藉由Sic之昇華而達成均質之接合。 步驟（S40)中之積層基板之加熱溫度較好的是18〇〇。〇以上 2500°C以下。於加熱溫度低於以㈧它之情形時，基底基板 10與SiC基板20之接合需要長時間，碳化矽基板R製造效 率下降。另一方面，若加熱溫度超過25〇〇<t，則有基底基 板1〇及SiC基板20之表面粗糙、所製作之碳化矽基板丨中之 。日曰缺陷之產生變多之虞。為進一步抑制碳化矽基板工中 之缺陷之產生，同時提高製造效率，步驟（S4〇)中之積層 147930.doc -23- 201104861 土板之加熱，皿度較好的是州代以上2⑽。◦以下。又藉 由:吏v驟⑼。)中之加熱時之環境之壓力設為5 pa以上 1〇6 &以下’可藉由簡便之裝置而實施上述接合。又，於 此步驟(S40)中’亦可於高於1〇·,〜而低於1〇4 ^之壓力下 加熱上述積層基板。藉此，可藉由簡便之裝置來實施上述 接合，並且可獲得用以於相對較短之時間内實施接合之環 土兄可降低碳化矽基板1之製造成本。又，步驟（S4〇)中之 加熱時之環i兄亦可為惰性環境。並且，於該環境採用惰性 環境之情料’較好的是包含選自由氬、氦及氮所組成之 群中之至少1種之惰性環境。 又’於本實施形態中之碳化矽基板1之製造方法中，亦 可進而具有對積層基板中之SiC基板20之對應於與基底基 板10相反之側之主面20A的SiC基板20之主面進行研磨之步 驟。藉此’可製造SiC層2〇之與基底基板10相反之側之主 面20A受到研磨之碳化矽基板！。此處，若於步驟（sl〇)之 後’則進行該研磨之步驟既可於基底基板1〇與SiC基板2〇 之接合之前實施，亦可於接合後實施。 (實施形態2) 其次，就作為本發明之其他實施形態之實施形態2加以 說明。參照圖3，實施形態2中之碳化矽基板1基本上具有 與實施形態1中之碳化矽基板1同樣之構成，可發揮同樣之 效果，並且可同樣地製造。然而，實施形態2中之碳化矽 基板1於積層有複數層SiC層20之方面與實施形態1不同。 即，參照圖3，於實施形態2中之於碳化矽基板1中，於 147930.doc -24· 201104861 基底基板10上具備複數層（於本實施形態中為2層）之SiC層 2〇 °藉此’本實施形態中之碳化矽基板1成為具備與目標 半導體裝置之結構相對應之Sic層2〇之碳化矽基板。更具 體而言’例如於將碳化矽基板1用於立式功率裝置（立式 MOSFET; Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor等）之製造之情形時，為儘可能地降低碳化矽基 板1之積層方向（厚度方向）中之電阻率，較好的是提高基底 基板10之雜質密度。另一方面’隨著增大基底基板1〇之雜 質雄、度’構成基底基板1〇之Sic之晶格常數會發生變化。 因此’若於雜質密度較高之基底基板10上直接接合雜質密 度大幅度小於基底基板1〇之Sic基板20，則有由基底基板 10與SiC基板20之晶格常數不同所引起之所獲得之碳化矽 基板1之應變或翹曲變大之虞，又，有結晶缺陷之密度變 大之虞。相對於此，藉由於雜質密度較大之基底基板1〇與 雜質密度較小之SiC基板20之間夾持雜質密度為兩者中間 之其他SiC基板20而使晶格常數於碳化矽基板1之厚度方向 緩慢變化’可抑制上述問題之產生。 其次’就實施形態2中之碳化矽基板丨之製造方法加以說 明。貫施形態2中之碳化石夕基板1藉由於上述實施形態1中 之碳化矽基板1之製造方法之步驟（S3〇)中於基底基板1〇上 積層複數片（2片）之SiC基板20 ’而能夠與實施形態1同樣地 實施。另一方面，藉由採用如下製造製程，可製造具有更 牢固地接合之複數層SiC基板20之碳化矽基板1。 即’參照圖4 ’首先，與實施形態丨之情形同樣地實施步
[S 147930.doc -25- 201104861 驟（S10)〜(S4〇)。其後，作為步驟（S5〇)而實施第2積層步 驟。於此步驟（S50)中，藉由在於步驟（S30)中積層於基底 基板10上、於步驟（S40)中於接合於基底基板10之SiC基板 20上進而積層其他siC基板20，而製作第2積層基板。 其次’作為步驟（S60)而實施第2接合步驟。於此步驟 (S60)中’藉由與上述步驟（s4〇)同樣地加熱上述第2積層基 板’而接合積層基板與其他SiC基板20。如此，藉由反覆 實施載置SiC基板20蚤載置（積層）之步驟、與接合該SiC基 板20之步驟’可容易地製造積層有複數層siC層20之碳化 矽基板1。 再者’於上述製造方法中，亦可使於步驟（s 5 〇)中應相 互接觸之SiC基板20之主面（接合面）平坦化。此時，為更確 實地接合SiC基板20彼此’上述接合面之面粗糙度！^較好 的是未滿1 00 nm ’更好的是未滿5〇 nrn。進而，藉由使接 合面之面粗糙度Ra未滿10 nm，可實現更確實之接合。另 一方面’亦可省略進行上述平坦化之研磨，並不研磨應相 互接觸之SiC基板20之主面而實施步驟（S5〇)。藉此，可降 低碳化矽基板1之製造成本。又，就除去由SiC基板20之製 作時之切片等所形成之表面附近之損傷層之觀點而言，亦 可代替上述平坦化、或者於實施上述平坦化後實施藉由例 如蝕刻而除去該損傷層之步驟，其後實施步驟（S50)。 (實施形態3) 其次’就作為本發明之進而其他實施形態之實施形態3 加以說明。參照圖5及圖6，實施形態3中之碳化矽基板！基 147930.doc •26· 201104861 本上具有與實施形態1中之碳化矽基板1同樣之構成，可發 揮同樣之效果’並且同樣地製造。然而，實施形態3中之 石反化石夕基板1於自平面觀察排列配置有複數個SiC層20之方 面’與實施形態1之情形不同。 即’參照圖5及圖6 ’於實施形態3之於碳化矽基板1中， SiC層20自平面觀察排列配置有複數個（於本實施形態中為 9個）°即’ SiC層20沿著基底基板10之主面1〇A排列配置有 複數個。更具體而言，9個81(：層2〇以於基底基板1〇上鄰接 之SiC層20彼此相互接觸之方式配置為矩陣狀。藉此，本 貫施形‘癌中之碳化矽基板1成為能夠作為具有高品質之Sic 層20之大口徑基板進行操作之碳化矽基板1。並且，藉由 使用該碳化矽基板1，可使半導體裝置之製造製程效率 化。又，參照圖5，鄰接之81(：層2〇之端面2〇B相對於該siC 層20之主面20 A實質上垂直。藉此，可容易地製造本實施 形嘘之碳化矽基板1。再者，實施形態3中之碳化矽基板1 可藉由於平面上排列配置於步驟（s3〇)中端面2〇B相對於主 面20A貫質上垂直之複數個Sic基板2〇，而與實施形態1之 情形同樣地製造。 又’上述實施形態2及3中之碳化矽基板之結構亦可組 合。具體而言’例如可於基底基板1〇上配置Sic層2〇，於 該SiC層20上自平面觀察排列配置複數個SiC層2〇0此種碳 化矽基板1可藉由於上述實施形態2中基於圖4所說明之製 造方法之步驟（S50)中自平面觀察排列配置複數個端面2〇B 相對於主面20A實質上垂直之SiC基板20而製造。 147930.doc -27- 201104861 再者’於上述實施形態之於碳化矽基板1中，構成Sic層 2〇之碳化矽之結晶結構較好的是六方晶系，更好的是4H_ SlC°又’基底基板1〇與Sic層20(於具有複數之Sic層20之 情形時’亦關於鄰接之SiC層20彼此）較好的是由具有相同 之結晶結構之碳化石夕單晶形成。如此，藉由採用相同之結 晶結構之碳化矽單晶作為基底基板1〇及sic層2〇，而使熱 膨服係數等物理性質統一，於碳化矽基板及使用該碳化矽 基板之半導體裝置之製造製程中，可抑制碳化矽基板1之 赵曲、或基底基板10與SiC層20之分離、或者SiC層20彼此 產生分離》 進而’ SiC層20與基底基板1〇(於具有複數之sic層20之 情形時，亦關於鄰接之SiC層20彼此）較好的是構成各SiC 層20與基底基板1 〇之礙化石夕單晶之c軸所成之角未滿丨〇， 更好的是未滿0.1。。進而，較好的是該碳化矽單晶之c面於 面内不旋轉。 又’基底基板10之口徑較好的是2英吋以上，更好的是6 英吋以上。進而，碳化矽基板1之厚度較好的是2〇〇 μιη以 上1000 μιη以下，更好的是300 μιη以上700 μπι以下。又， SiC層20之電阻率較好的是5〇 mQcm以下，更好的是20 ηιΩίϊΐη以下。 (實施形態4) 其次’將使用上述本發明之碳化矽基板所製作之半導體 裝置之一例作為實施形態4加以說明。參照圖7，本發明之 半導體裝置 101 為立式 DiMOSFET(Double Implanted 147930.doc -28- 201104861 MOSFET)，包括基板i〇2、緩衝層12ι、耐壓保持層122、p 區域123、n+區域124、p+區域125、氧化膜126、源極電極 111及上部源極電極127、閘極電極110及形成於基板1〇2之 背面側之汲極電極112。具體而言，於包含導電型為n型之 碳化矽之基板102之表面上形成有包含碳化矽之緩衝層 121。作為基板1 〇2，係採用包含上述實施形態j〜3中說明 之碳化矽基板1的本發明之碳化矽基板。並且，於採用上 述實施形態1〜3之碳化矽基板！之情形時，緩衝層ι21係形 成於碳化矽基板1之SiC層20上。緩衝層121之導電型為η 型，其厚度例如為0.5 μιη。又，可使緩衝層121中之η型之 導電性雜質之密度例如為5x10^ cm·3。於該緩衝層121上 形成有耐壓保持層I22。該耐壓保持層包含導電型為n 型之礙化石夕’例如其厚度為10 。又，作為耐壓保持層 122中之η型之導電性雜質之密度，例如可使用5 χ i 〇丨5 cm·3 之值。 於該耐壓保持層122之表面，導電型為p型之p區域123相 互隔開間隔而形成。於卩區域123之内部中，於p區域123之 表面層形成有n+區域124。又，於與該^區域124鄰接之位 置形成有P+區域125❶以如下方式形成氧化膜126 :自一個 p區域123中之Π+區域124上，延伸至p區域123、於區 域123之間露出之耐壓保持層122、另一ρ區域123及該另一 ρ區域123中之η區域124上。於氧化膜126上形成有閘極電 極110。又，於區域124及ρ+區域125上形成有源極電極 111。於該源極電極111上形成有上部源極電極127。並 147930.doc -29· 201104861 且，於基板102中，於形成有緩衝層121之側之表面之相反 側之面即背面形成有汲極電極丨12。 於本實施形態中之半導體裝置101中，採用上述實施形 態1〜3中說明之碳化矽基板丨等本發明之碳化矽基板作為基 板102«即，半導體裝置1〇1包括：作為碳化矽基板之基板 102 作為形成於基板10 2上之蟲晶成長之缓衝層121及而才 壓保持層122、與形成於耐壓保持層122上之源極電極 111。並且’該基板102為碳化石夕基板1等本發明之碳化石夕 基板。此處，如上所述，本發明之碳化梦基板為可實現半 導體裝置之製造成本之降低之碳化石夕基板。因此，半導體 裝置101成為降低製造成本之半導體裝置。 其次’參照圖8〜圖12，說明圖7所示之半導體裝置ιοί之 製造方法。參照圖8，首先，實施基板準備步驟（s丨丨〇)。此 處’準備例如（03-38)面成為主面之包含碳化矽之基板 1〇2(圖9參照）。作為該基板1〇2 ’係準備包含藉由上述實施 形態1〜3中說明之製造方法所製造之碳化矽基板1的上述本 發明之碳化矽基板。 又’作為該基板102(圖9參照），例如導電型為η型、基 板電阻為0.02 Qcm之基板。 其次，如圖8所示，實施磊晶層形成步驟（sl2〇)。具體 而言，於基板102之表面上形成緩衝層121。該緩衝層121 形成於用作基板102之碳化矽基板1之Sic層2〇上（參照圖 1、圖3、圖5)。作為緩衝層121，而形成包含導電型 之碳化矽、例如其厚度為〇 · 5 之磊晶層。緩衝層】2 j中 147930.doc 201104861 之導電型雜質之密度可使用例如5xl〇17 cm·3之值。並且， 如圖9所示，於該緩衝層121上形&耐壓保持層122。作為 該耐£保持層122 ’藉由磊晶成長法形成包含導電型為口型 之碳切之層。作為該耐壓保持層122之厚度，可使用例 如10 μιη之值.。又，作為該耐壓保持層122中之η型之導電 性雜質之密度，可使用例如5xl〇15cm_3之值。 其次，如圖8所示實施注入步驟_〇)。具體而言，使 用利用光微影法及㈣所形成之氧化膜作為遮罩將導電 型為P型之雜質注入至耐壓保持層122中，藉此如圖ι〇所示 形成P區域123。X ’除去所使用之氧化膜後再次利用光 微影法及蝕刻形成具有新圖案之氧化膜。並且，藉由將該 氧化膜作為遮罩、將n型之導電性雜質注入至特定之區 域，而形成區域124。又，藉由利用同樣之手法注入導 電型為P型之導電性雜質，而形成〆區域125。其結果，獲 得如圖10所示之結構。 於上述注入步驟之後，進行活性化退火處理。作為該活 性化退火處理，例如可使用氬氣作為環境氣體，且使用加 熱溫度1700°c、加熱時間3〇分鐘之條件。 其次，如圖8所示實施閘極絕緣膜形成步驟（S140)。具 體而言，如圖11所示，以覆蓋耐壓保持層122、p區域 123、η區域124、p +區域125上之方式形成氧化膜⑶。作 為用以形成該氧化膜126之條件，例如可進行乾式氧化（熱 氧化）。作為該乾式氧化之條件，可使用將加熱溫度設為 1200°C、將加熱時間設為3〇分鐘之條件。 147930.doc -31 · 201104861 其後，如圖8所示實施氮氣退火步驟（315〇)。呈體而 言’將環境氣㈣為-氧化氮⑽），進行退火處理。作為 退火處理之溫度條件，例如將加熱溫度設為11〇〇艺，將加 熱時間設為120分鐘。其結果，於氧化膜m與下層之耐壓 保持層122、p區域123、n+區域124、p+區域125之間之界 面附近導人氮原子。又，㈣該—氧化㈣為環境氣體之 退火步驟之後’進而亦可使用惰性氣體之氬㈤氣進行退 火。具體而言，可使用如下條件：使用氣氣作為環境氣 體、將加熱溫度設為11 〇(TC、將加熱時間設為6〇分鐘。 其次，如圖8所示實施電極形成步驟（sl6〇)。具體而 言，於氧化膜126上利用光微影法形成具有圖案之抗蝕 膜。使用該抗蝕膜作為遮罩，藉由蝕刻除去位於n+區域 124及〆區域125上之氧化膜之部分。其後，以於抗钱膜上 及該氧化膜126上所形成之開口部内部使n+區域124及^區 域125接觸之方式，形成金屬等導電體膜。其後，藉由除 去抗蝕膜，而除去（剝離）位於該抗蝕膜上之導電體膜。此 處，作為導電體，可使用例如鎳（Ni)。其結果，如圖12所 不，可獲得源極電極1 Π及汲極電極】12。再者，此處較好 的是進行用以合金化之熱處理。具體而言，例如使用作為 惰性氣體之氬（Ar)氣作為環境氣體，進行加熱溫度設為 950°C、加熱時間設為2分鐘之熱處理（合金化處理）。 其後，於源極電極U1上形成上部源極電極127(參照圖 7)。又，於氧化膜126上形成閘極電極11 〇(參照圖7)。如此 可獲得圖7所示之半導體裝置1(U。 147930.doc -32- 201104861 再者，於上述實施形態4中，作為使用本發明之碳化矽 基板肖b夠製作之半導體裝置之一例，就立式M〇SFET加以 說明，但能夠製作之半導體裝置並不限定於此。使用本發 明之碳化矽基板能夠製作例如JFET(Juncti〇n Field Effect Transistor ;連接場效電晶體）、IGBT(I_lated
Bipolar Transistor ;絕緣閘雙極電晶體）、肖特基勢壘二極 體等各種半導體裝置。又，於上述實施形態4中，就於以 (03-38)面為主面之碳化矽基板上形成作為動作層而發揮功 旎之磊晶層而製作半導體裝置之情形加以說明，可用作上 述主面之結晶面並不限定於此，可採用包含（〇〇〇1)面且對 應用途之任意結晶面作為上述主面。 實施例 (實施例1) 以下，就本發明之實施例丨加以說明。主板包含碳化矽 單晶之各種基板，進行調查改變加熱溫度時基板彼此能否 接合之實驗。實驗之順序如下所述。 首先，就實驗方法加以說明。準備具有如以下之表丄所 不之特性之基板，於使進行研磨之面彼此接觸之狀態下， 於加熱爐内、於溫度1950。(3、壓力1 Pa之惰性環境中保持3 小h。其後’將試樣自加熱爐取出，確認是否接合，並且 測疋構成鄰接之基板之碳化矽單晶之c軸彼此所成之角。 於試樣A中，嘗試微管密度、貫穿螺旋差排密度、貫穿刃 狀差排密度、基底面差排密度、混合差排密度及積層缺陷 密度相互不同之導電性基板彼此（基板丨及2)之接合。又， [S] 147930.doc -33- 201104861 於試樣B中，嘗試多型體相互不同之導電性基板（基板1}與 半絕緣性基板（基板2)之接合。又，於試樣中，嘗試3片 基板（基板1〜3)之接合。再者，於表1中，表面粗糙度尺3表 示相互接觸之接合面之粗链度。此處，面粗縫度|^係测定 一邊10 μηι之正方形區域内之面粗糙度。又，偏離角表示 相對於面方位（0001)之<U_2〇>方向上之主面之偏離角。 又’「-」表示未進行測定。 進而’為進行比較，對於上述試樣A〜c亦進行如下實 驗：於加熱爐内於溫度18〇(TC、壓力133 Pa之惰性環境中 保持3小時’確認能否接合。 147930.doc -34- 201104861 1 1 0.020 Λ I 1 1 isri X lxio19 1 1 9χ1018 3χ1019 lxlO20 積層 缺陷 密度 (cm'1) lxlO5 X 1 r I 1 1 混合 差排 密度 ㈣-2) 6χ103 2xl03 1 1 1 1 1 基底面 差排 密度 (cm'2) 3χ104 lx 104 1 1 1 1 1 执_锑3 X 1"Η 5xl03 1 1 1 1 1 貫穿螺旋= 差排密度| (cm-2) 3丨 2χ103 ί 1 lx 102 1 1 1 1 1 微管密度 (ctn-2) 1χ103 lxlO1 1 1 1 1 1 輾e 擊 οο ΟΟ ΟΟ ο ΟΟ ΟΟ 00 多型體 κ X ffi 寸 Ε V〇 X 寸 X 对 X 寸 表面粗链度 Ra(nm) 沄 Ο 厚度 (μιη) ο ο 寸 〇 Ο m ο 寸 〇 寸 〇 尺寸： 直徑Φ (英忖） 寸 cs CN (Ν CN <Ν CN 基板1 基板2 基板1 基板2 基板1 基板2 基板3 試樣A 試樣B 試樣c 147930.doc -35- 201104861 其人就貫驗之結果加以說明。關於以於溫度19 5 0 °C、 壓力1 Pa之惰性環境中保持3小時之條件進行接合之試樣 A〜C，均實現牢固之接合。又，構成試樣A中之基板之碳 化矽單晶之c軸彼此所成之角為〇1。，試樣B中之c軸彼此 所成之角為8〇。又，試樣c之基板丨與2中之c軸彼此所成之 角為〇.3。，基板2與3中之c軸彼此所成之角為〇1〇。由此確 認，能夠將缺陷密度、導電性（雜質密度）、多型體不同之 基板彼此接合而製造碳化矽基板；及可於積層3片基板之 狀態下’將該等接合而製造碳化石夕基板。 另一方面，關於以於溫度l80(rc、壓力133以之惰性環 境中保持3小時之條件進行接合之試樣A〜c，均無法接 合。由此確認，於包含碳化矽單晶之基板彼此之接合中， 加熱溫度較為重要，為實現高效率地接合，而希望將加熱 /皿度5又為SiC昇華之溫度以上的1950 以上。 又，依序接合η型雜質之雜質密度分別為9xl〇18 cm·3、 3XW9 cm-3、lxl〇2〇 cm-3之基板卜2及3的試樣c之麵曲為 1〇 pm。相對於此，亦製作直接接合基板丨與基板3之試樣 時，翹曲達到50 μιη。由此確認，於雜質密度較大之基板 與雜質密度較小之基板之間夹持接合雜質密度為兩者中間 之其他基板，使晶格常數於所獲得之接合基板之厚度方向 上緩慢變化，藉此可減少接合基板之翹曲。 (實施例2) 以下’就本發明之實施例2加以說明。進行就主面自 (0001)面大幅度傾斜之基板（具有相對於面方位（〇〇〇1)之偏 147930.doc • 36 - 201104861 離角為50。以上65。以下之主面之基板）彼此能否接合、及主 面自（0001)面大幅度傾斜之基板與主面為（〇〇〇1)面之基板 食b夠接a進行研究之實驗。實驗之順序如下所述。 首先，就實驗方法加以說明。準備具有如以下之表2所 不之特性之基板，於使主面彼此接觸之狀態下，於加熱爐 内於/皿度1950 C、壓力i pa之惰性環境中保持3小時。其 後，將試樣自加熱爐取出，確認是否接合。
I47930.doc •37- 201104861
<N n型雜質密度 ____ lxio20 lxlO19 lxio20 1Χ1019 積層缺陷密度 _(cm-1)_ lxio5 ί-Η lx 105 V 微管密度 ___ Ο X 〇 面方位 (03-38) (03-38) (0001) (03-38) 多型體 K 寸 X 寸 PC 寸 X 寸 表面粗縫度Ra ： _μ_ ΓΛ 00 厚度 _Μ_ 300 400 〇 尺寸 φ4英4 縱 3 0mm 橫 62mm φ4英°十 縱 3 0mm 橫 62mm 基板1 基板2 基板1 基板2 試樣D 試樣Ε -38 - 147930.doc 201104861 其-人’就貫驗之結果加以說明。以於溫度1950〇c、壓力 1 Pa之惰性環境中保持3小時之條件進行接合之試樣D及E 中，均貫現牢固之接合。由此確認，主面自（〇〇〇1)面大幅 度傾斜之基板與同樣地主面自（〇〇〇1)面大幅度傾斜之基 板、及主面為（0001)面之基板可容易地接合。 (實施例3) 進行確認藉由本發明之碳化矽基板之製造方法所獲得之 碳化矽基板中之基底基板與Sic層的結晶方位之關係之實 驗。實驗之順序如下所述。 首先，準備包含SiC、主面為（03_38)面之2片基板（基底 基板10及Sic基板20)。其次，以該主面彼此接觸之方式將 2片基板積層而製作積層基板，加熱至以匚之昇華溫度以上 之2100。(：，以於壓力】Pa之氮環境尹保持3〇分鐘之條件將2 片基板接合，藉此製作碳化矽基板。此時，將基底基板1 〇 之溫度維持於比SiC基板20稍高之溫度β並且，藉由電子 背散射繞射（Electron Back Scatter Diffraction ; EBSD)法調 查所獲得之碳化石夕基板之垂直於接合面的剖面之結晶方 位。 其次，就實驗結果加以說明。參照圖13，將夾持邊界3〇 而配置之SiC層20之位置A之EBSD圖案（圖14)與基底基板 1〇之位置B之EBSD圖案（圖15)加以比較’可知兩者一致。 因此，構成基底基板10之SiC結晶與構成Sic層2〇之81(：：結 晶之c軸之方向一致，可知無（；面内之旋轉。認為其原因在 於，基底基板10與SiC基板20之接合係藉由保持於比sic基 [S } 147930.doc •39- 201104861 板2 0賴高之溫度之基底基板1 〇昇華而實現，結果構成基底 基板10之SiC結晶與構成SiC層20之SiC結晶之結晶方位一 致。 (實施例4) 進行如下實驗：於積層基板之接合中，調查基底基板與 SiC基板之間所形成之間隙之大小、與積層基板之接合肤 癌之關係。首先，與上述貫施例3之情形同樣準備2片基板 (基底基板10及SiC基板20)，以其生面彼此接觸之方式將2 片基板積層而製作積層基板。此時，將2片基板之間所形 成之間隙之大小調整為0.5〜1〇〇〇 μπι。並且，與上述實施 例3同樣地將上述積層基板加熱至2丨〇〇°c，於壓力i 之氣 環境中保持30分鐘。並且，確認該處理後之積層基板之接 合狀悲。將貫驗結果示於表3。 [表3] 間隙(μπι) 0.5 1 10 50 100 200 1000 接合狀態 A A A A A B c A :均勻地接合 B :部分接合 C :未接合 於表3中，將2片基板整個面均勻地接合者表示為A，將 止於部分接合者表示為B，將2片基板未接合者表示為c。 如表3所不而確認，為實現均句之接合，基底基板與基 板之間所形成之間隙較好的是設為丨〇〇 以下。 如上述實施形態4中所說明，使用本發明之碳化矽基板 147930.doc 201104861 可製作半導體裝置。即’本發明之半導體裝置係於藉由上 述本發明之碳化石夕基板之製造方法所製造之碳化石夕基板上 形成有作為動作層之磊晶成長層。若就其他觀點加以說 明，則本發明之半導體裝置係於上述本發明之碳化石夕基板 上形成有作為動作層之磊晶成長層。更具體而言，本發明 之半導體裝置包括··上述本發明之碳㈣基板、形成於該 石厌化矽基板上之磊晶成長層、及形成於該磊晶成長層上之 電極。即，本發明之半導體裝置包括：包含碳化矽之基底 基板，包含單晶碳化矽，接觸並配置於基底基板上之以匸 層，形成於SiC層上之蟲晶成長層；及形成於該蟲晶成長 層上之電極。 應認為此次所揭示之實施形態及實施例於所有方面均為 例示，並非制限性者。本發明之範圍並不由上述說明表 不，而由申請專利範圍所表示，欲包含與申請專利範圍均 等之含義、及範圍内之所有變更。 產業上之可利用性 本發明之碳化矽基板及其製造方法可特別有利地應用於 要求降低製造成本之半導體裝置之製造中所使用之碳化石夕 基板及其製造方法。又，本發明之半導體裝置可特別有利 地應用於要求降低製造成本之半導體裳置。 【圖式簡單說明】 圖1係表示碳化矽基板之結構之概略剖面圖； 圖2係表示碳化矽基板之製造方法之概略之流程表； 圖3係表示碳化石夕基板之結構之概略剖面圖； 147930.doc 41· 201104861 圖4係表示碳化矽基板之製造方法之概略之流程表； 圖5係表示碳化矽基板之結構之概略剖面圖； 圖6係表不碳_化石夕基板之結構之概略平面圖； 圖7係表示立式MOSFET之結構之概略剖面圖； 圖8係表示立式MOSFET之製造方法之概略之流程表； 圖9係用以說明立式MOSFET之製造方法之概略剖面 圖； 圖10係用以說明立式MOSFET之製造方法之概略剖面 圖； 圖11係用以說明立式MOSFET之製造方法之概略剖面 圖； 圖12係用以說明立式MOSFET之製造方法之概略剖面 圖； 圖1 3係表示EB SD之分析位置之概略剖面圖； 圖14係圖13之位置A之EBSD圖案；及 圖15係圖13之位置B之EBSD圖案。 【主要元件符號說明】 1 碳化矽基板 10 基底基板 10A 主面 20 SiC層（SiC基板） 20A 主面 20B 端面 30 邊界 147930.doc -42- 201104861 101 半導體裝置 102 基板 110 閘極電極 111 源極電極 112 汲極電極 121 缓衝層 122 耐壓保持層 123 p區域 124 Π區域 125 P+區域 126 氧化膜 127 上部源極電極 147930.doc -43-

Claims (1)

  1. 201104861 七、申請專利範圍： 1. 一種碳化矽基板（1)，其具備： 包含碳化矽之基底基板（10);及 包含與上述基底基板（10)不同之單晶碳化矽，且接觸 並配置於上述基底基板（1〇)上之Sic層（20)。 2·如請求項1之碳化矽基板（1)，其中 上述基底基板（1 0)包含單晶碳化石夕， 上述SiC層（20)之微管密度小於上述基底基板（1〇)之微 管密度。 3·如請求項1之碳化矽基板〇)，其中 上述基底基板（1 0)包含單晶碳化石夕， 上述SiC層（20)之差排密度小於上述基底基板（1〇)之差 排密度。 4.如請求項1之碳化矽基板（i)，其中 上述基底基板（1 0)包含單晶碳化石夕， 上述SiC層（20)之X射線搖擺曲線之半高寬小於上述基 底基板（10)之X射線搖擺曲線之半高寬。 5·如請求項1之碳化矽基板，其中上述基底基板（1〇)以 包含與上述SiC層（20)對向之侧之主面（i〇A)之方式含有 包含單晶碳化矽之單晶層（10B)。 6. 如請求項5之碳化矽基板（1)，其令上述sic層（2〇)之微管 密度小於上述單晶層（10B)之微管密度。 7. 如請求項5之碳化矽基板（1)，其中上述31(：層（2〇)之差排 密度小於上述單晶層（10B)之差排密度。 i S] 147930.doc 201104861 8·如凊求項5之碳化矽基板（i)，其中上述Sic層（2〇)之χ射 線搖擺曲線之半高寬小於上述單晶層（丨〇8)之乂射線搖擺 曲線之半高寬。 9·如请求項1之碳化矽基板（丨），其中上述Sic層（2〇)自平面 觀察排列配置有複數個。 10. 如請求項5之碳化矽基板（1)，其中上述Sic層（2〇)自平面 觀察排列配置有複數個。 11. 如請求項1之碳化矽基板（1)，其中上述Sic層（2〇)之與上 述基底基板（10)相反之側之主面（20A)，其相對於面方位 {0001}之偏離角為50。以上65。以下。 12. 如請求項11之碳化石夕基板（1)，其中上述主面（2〇A)之偏 離方位與<1-100>方向所成之角為5。以下。 13. 如請求項12之碳化石夕基板（1 )，其中上述主面（20A)相對 於<1-100>方向之{03-38}面之偏離角為-3。以上5。以下。 14. 如請求項11之碳化矽基板（1)，其中上述主面（2〇A)之偏 離方位與<11-20>方向所成之角為5。以下。 15. 如請求項1之碳化矽基板（1)，其中上述Sic層（2〇)之與上 述基底基板（10)相反之側之主面（20A)經過研磨。 16. —種半導體裝置（1〇1)，其包括： 碳化矽基板（102)、 形成於上述碳化石夕基板（102)上之蠢晶成長層（122)、及 形成於上述磊晶成長層（122)上之電極（in);且 上述碳化>5夕基板（102)係如請求項1之破化叾夕基板（丨）。 17. —種碳化矽基板（1)之製造方法，其包括如下步驟： 147930.doc 201104861 準備包含碳化矽之基底基板（1 〇)及包含單晶碳化矽之 SiC 基板（20); 以接觸上述基底基板（10)之主面（10A)上之方式載置上 述SiC基板（20)而製作積層基板；及 藉由加熱上述積層基板而接合上述基底基板（10)與上 述SiC基板（20)。 18.如請求項17之碳化>5夕基板（1)之製造方法，其中於上述積 層基板中，上述基底基板（10)與上述SiC基板（20)之間所 形成之間隙為100 μιη以下。 19·如請求項17之碳化矽基板（1)之製造方法，其中於接合上 述基底基板（10)與上述SiC基板（20)之步驟中，係於碳化 矽之昇華溫度以上之溫度範圍中加熱上述積層基板。 20. 如請求項17之碳化矽基板（1)之製造方法，其中於製作上 述積層基板之步驟之前，進而具備將於製作上述積層基 板之步驟中應相互接觸之上述基底基板（10)及上述Sic基 板（20)之主面平坦化之步驟。 21. 如睛求項17之碳化梦基板（1)之製造方法，其中於製作上 述積層基板之步驟之前’不對於製作上述積層基板之步 驟中應相互接觸之上述基底基板（10)及上述SiC基板（20) 之主面進行研磨，而實施製作上述積層基板之步驟。 22. 如凊求項17之碳化碎基板（1)之製造方法，其中於製作上 述積層基板之步驟中，上述SiC基板（20)自平面觀察排列 配置複數個。 23. 如請求項17之碳化矽基板（1)之製造方法，其中於製作上 Γ ς 1 147930.doc 201104861 述積層基板之步驟中，上述SiC基板（20)之與上球基底基 板（10)相反之側之主面（20A) ’其相對於{〇〇〇1}面之偏離 角為50°以上65。以下。 24. 如請求項23之碳化矽基板（1)之製造方法，其中於製作上 述積層基板之步驟中，上述SiC基板（20)之與上述基底基 板（10)相反之側之主面（20A)之偏離方位與<〖_〖〇〇>方向 所成之角為5°以下。 25. 如請求項24之碳化矽基板（1)之製造方法，其中於製作上 述積層基板之步驟中，上述SiC基板（20)之與上述基底基 板（10)相反之側之主面（20A)相對於<1-1〇〇>方向之{03_ 38}面之偏離角為-3。以上5。以下。 26‘如請求項23之碳化矽基板（1)之製造方法，其中於製作上 述積層基板之步驟中，上述SiC基板（20)之與上述基底基 板（10)相反之側之主面（20A)之偏離方位與<n_20>方向 所成之角為5 °以下。 27. 如請求項17之碳化矽基板（1)之製造方法，其中於接合上 述基底基板（10)與上述SiC基板（20)之步驟中，於藉由將 大氣環境減壓而獲得之環境中加熱上述積層基板。 28. 如请求項17之碳化碎基板（1)之製造方法，其中於接合上 述基底基板（10)與上述SiC基板（20)之步驟中，於高於10-1 Pa而低於1〇4 pa之壓力下加熱上述積層基板。 29. 如請求項17之碳化矽基板（1)之製造方法，其中進而具備 將上述積層基板中之上述SiC基板（20)之對應於與上述基 底基板（10)相反之側之主面（20A)的上述SiC基板（20)之主 面進行研磨之步驟。 147930.doc
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