WO2016075957A1 - 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板 - Google Patents

炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板 Download PDF

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和田　圭司
太郎 西口
潤 玄番
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate and a silicon carbide epitaxial substrate.
  • Patent Document 1 JP 2013-340007 A discloses a SiC epitaxial wafer in which a SiC epitaxial layer is grown on a silicon carbide (SiC) single crystal substrate inclined at an off angle of 0.4 ° to 5 °. A SiC epitaxial wafer is described which is characterized by no short step bunching.
  • An object of the present invention is to provide a silicon carbide epitaxial substrate with reduced defects whose planar shape is trapezoidal (hereinafter referred to as “trapezoidal defects”).
  • a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate includes a step of preparing a silicon carbide single crystal substrate, disposing the silicon carbide single crystal substrate in a chamber of a film forming apparatus, and reducing the pressure in the chamber.
  • a substrate reforming step of maintaining the second temperature for a predetermined time, and introducing a silane gas into the chamber while maintaining the second temperature allows epitaxial growth on the silicon carbide single crystal substrate. Engineer to grow layers And, equipped with a.
  • a silicon carbide epitaxial substrate includes a silicon carbide single crystal substrate having an off angle of 1 ° to 8 °, and an epitaxial layer formed over the silicon carbide single crystal substrate.
  • the defect density of trapezoidal defects which are trapezoidal depressions, is 1 piece / cm 2 or less.
  • the trapezoidal defect includes an upper base and a lower base that intersect the ⁇ 11-20> direction in plan view.
  • the width of the upper bottom is 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the width of the lower bottom part is 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the upper bottom portion includes a protrusion.
  • the lower bottom includes a plurality of step bunchings.
  • a silicon carbide epitaxial substrate in which the defect density of trapezoidal defects is reduced is provided.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. It is a flowchart which shows the outline of the manufacturing method of the silicon carbide epitaxial substrate which concerns on 1 aspect of this indication. It is a timing chart which shows an example of temperature control and gas flow rate control in a film-forming apparatus. It is a partial timing chart which shows the 1st modification of the timing chart of FIG.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view taken along line XX in FIG. 9.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 9. It is an enlarged view of the area
  • a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate includes a step of preparing a silicon carbide single crystal substrate, and disposing the silicon carbide single crystal substrate in a chamber of a film forming apparatus. Reducing the pressure in the chamber, raising the temperature in the chamber to the first temperature, introducing hydrogen gas into the chamber to adjust the pressure in the chamber, and Introducing the temperature into the chamber, maintaining the regulated pressure and flow rate of the hydrogen gas in the chamber, and introducing the hydrocarbon gas to the second temperature.
  • the silicon carbide single crystal substrate is formed by introducing a silane gas into the chamber while raising the temperature and maintaining the second temperature for a predetermined time, and maintaining the second temperature. Grown epitaxial layer on top Provided that the step.
  • trapezoidal defects may have a starting point in the vicinity of the growth interface between the silicon carbide single crystal substrate and the epitaxial layer, and the epitaxial layer grows from the starting point as the epitaxial layer grows. Extends to the surface.
  • etching with hydrogen gas is generally performed on the main surface of a silicon carbide single crystal substrate immediately before epitaxial growth. This is based on the idea that the main surface is cleaned to suppress generation of defects.
  • the present inventor believes that the above-described etching with hydrogen gas cannot sufficiently suppress the occurrence of the above-mentioned trapezoidal defect origin, and researches on alternative processing conditions are repeated to complete the above manufacturing method. It came to.
  • the above manufacturing method includes a substrate modification step before the step of growing the epitaxial layer on the silicon carbide single crystal substrate.
  • the silicon carbide single crystal substrate is brought into contact with a hydrocarbon gas under specific conditions. That is, in the substrate reforming process, hydrogen gas is introduced into the chamber of the film forming apparatus to adjust the pressure, hydrocarbon gas is introduced, and the growth temperature is maintained while maintaining the flow rate of hydrogen gas and the pressure in the chamber. By raising the temperature to (second temperature), the main surface of the silicon carbide single crystal substrate is modified. According to this manufacturing method, it is possible to control the defect density of trapezoidal defects on the surface of the epitaxial layer, for example, to 1 / cm 2 or less.
  • the hydrocarbon gas preferably contains at least one selected from the group consisting of methane gas, ethane gas, propane gas, butane gas, and acetylene gas. This is because a large reforming effect can be expected in the simple gas and mixed gas of these hydrocarbon gases.
  • the flow rate of the hydrocarbon gas in the introducing step is preferably 5 sccm or more and 30 sccm or less.
  • the unit of flow rate “sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute)” indicates “mL / min” in the standard state (0 ° C., 101.3 kPa).
  • the flow rate of hydrogen gas in the adjusting step is preferably 50 slm or more and 200 slm or less.
  • the unit of flow rate “slm (Standard Liter Minute)” indicates “L / min” in the standard state.
  • the first temperature is preferably 1300 ° C. or more and less than 1500 ° C.
  • the second temperature is preferably 1500 ° C. or more and 1700 ° C. or less.
  • the pressure in the chamber in the substrate modification step is preferably 5 kPa or more and 40 kPa or less (50 mbar or more and 400 mbar or less).
  • a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate includes a step of preparing a silicon carbide single crystal substrate, and disposing the silicon carbide single crystal substrate in a chamber of a film forming apparatus. Reducing the pressure in the chamber, raising the temperature in the chamber to a first temperature of 1300 ° C.
  • the temperature in the chamber is raised to a second temperature that is 1500 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower.
  • An epitaxial layer is formed on the silicon carbide single crystal substrate by introducing a silane gas into the chamber while maintaining the second temperature while maintaining the second temperature for a predetermined time at the second temperature. And a growing step.
  • a silicon carbide epitaxial substrate includes a silicon carbide single crystal substrate having an off angle of 1 ° to 8 °, and an epitaxial layer formed over the silicon carbide single crystal substrate.
  • the defect density of trapezoidal defects is 1 piece / cm 2 or less.
  • the trapezoidal defect includes an upper base and a lower base that intersect the ⁇ 11-20> direction in plan view.
  • the width of the upper base is 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and the width of the lower base is 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the reliability of the film can be increased.
  • the “defect density of trapezoidal defects” is the entire surface of the epitaxial layer at a magnification of 50 to 400 times using a Nomarski type optical microscope (for example, product name “MX-51”, manufactured by Olympus). It can be calculated by analyzing and dividing the number of trapezoidal defects detected by the area of the surface of the epitaxial layer.
  • the entire surface here does not normally include a region that is not used for a semiconductor device.
  • the region not used for the semiconductor device is, for example, a region 3 mm from the edge of the substrate.
  • the silicon carbide epitaxial substrate has the following configuration. That is, the silicon carbide epitaxial substrate includes a silicon carbide single crystal substrate having an off angle of 1 ° or more and 8 ° or less, and an epitaxial layer formed on the silicon carbide single crystal substrate. On the surface of the epitaxial layer, the defect density of trapezoidal defects, which are trapezoidal depressions, is 1 piece / cm 2 or less.
  • the trapezoidal defect includes an upper base and a lower base that intersect the ⁇ 11-20> direction in plan view.
  • the width of the upper bottom is 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the width of the lower bottom part is 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the upper bottom portion includes a protrusion.
  • the lower bottom includes a plurality of step bunchings.
  • the main surface of the silicon carbide single crystal substrate is preferably a surface inclined by an off angle from the ⁇ 0001 ⁇ plane. Since the main surface of the silicon carbide single crystal substrate is a surface inclined by 1 ° or more and 8 ° or less from the (0001) plane or the (000-1) plane, an epitaxial layer with few mixed polytypes can be obtained. .
  • the diameter of the silicon carbide single crystal substrate is preferably 100 mm or more. This is because there is a possibility that the manufacturing cost of the semiconductor device may be reduced.
  • the thickness of the epitaxial layer may be not less than 5 ⁇ m and not more than 30 ⁇ m.
  • a silicon carbide epitaxial substrate according to one embodiment of the present disclosure includes a silicon carbide single crystal substrate having a main surface inclined by 1 ° or more and 8 ° or less from a ⁇ 0001 ⁇ plane and having a diameter of 100 mm or more, and the silicon carbide single crystal substrate. And an epitaxial layer that is formed on the crystal substrate and has a thickness of 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the defect density of trapezoidal defects is 1 piece / cm 2 or less.
  • the trapezoidal defect includes an upper base and a lower base that intersect the ⁇ 11-20> direction in plan view.
  • the width of the upper base is 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and the width of the lower base is 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the silicon carbide epitaxial substrate has the following configuration. That is, the silicon carbide epitaxial substrate is formed on a silicon carbide single crystal substrate having a main surface inclined by 1 ° or more and 8 ° or less from the ⁇ 0001 ⁇ plane and having a diameter of 100 mm or more, and the silicon carbide single crystal substrate. And an epitaxial layer having a thickness of 5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. On the surface of the epitaxial layer, the defect density of trapezoidal defects, which are trapezoidal depressions, is 1 piece / cm 2 or less. The trapezoidal defect includes an upper base and a lower base that intersect the ⁇ 11-20> direction in plan view.
  • the width of the upper bottom is 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the width of the lower bottom part is 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the upper bottom portion includes a protrusion.
  • the lower bottom includes a plurality of step bunchings.
  • the present embodiment an embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail, but the present embodiment is not limited thereto.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an outline of the method for manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate of the present embodiment.
  • the manufacturing method includes a preparation step (S101), a pressure reduction step (S102), a temperature raising step (S103), a hydrogen gas introduction step (S104), a hydrocarbon gas introduction step (S105), a substrate.
  • a reforming step (S106) and an epitaxial growth step (S107) are provided.
  • a substrate modification step (S106) is performed before the epitaxial growth step (S107).
  • S106 a substrate modification step
  • S107 epitaxial growth step
  • silicon carbide single crystal substrate 10 shown in FIG. 1 is prepared.
  • Silicon carbide single crystal substrate 10 is prepared by slicing an ingot made of, for example, a silicon carbide single crystal. For the slice, for example, a wire saw is used.
  • the polytype of silicon carbide is desirably 4H. This is because it is superior to other polytypes in electron mobility, dielectric breakdown field strength, and the like.
  • Silicon carbide single crystal substrate 10 has a diameter of preferably 100 mm or more (for example, 4 inches or more), more preferably 150 mm or more (for example, 6 inches or more). There is a possibility that the larger the diameter, the more the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.
  • Silicon carbide single crystal substrate 10 has a main surface 10A on which epitaxial layer 11 will be grown later.
  • Silicon carbide single crystal substrate 10 has an off angle ⁇ of 1 ° or more and 8 ° or less. That is, the main surface 10A is a surface inclined by an off angle ⁇ of 1 ° or more and 8 ° or less from a predetermined crystal plane.
  • the predetermined crystal plane is preferably a (0001) plane or a (000-1) plane. That is, the predetermined crystal plane is preferably a ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the direction in which the off-angle is provided is preferably the ⁇ 11-20> direction.
  • the off-angle ⁇ is more preferably 2 ° to 7 °, particularly preferably 3 ° to 6 °, and most preferably 3 ° to 5 °. This is because by setting the off angle in such a range, the balance between the suppression of different polytypes and the growth rate is maintained.
  • FIG. 3 is a schematic side view showing an example of the configuration of the film forming apparatus.
  • 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the film forming apparatus 1 shown in FIGS. 3 and 4 is a horizontal hot wall CVD apparatus.
  • the film forming apparatus 1 includes a heating element 6, a heat insulating material 5, a quartz tube 4, and an induction heating coil 3.
  • the heating element 6 is made of, for example, carbon.
  • each heating element 6 has a semi-cylindrical hollow structure including a curved surface portion 6A and a flat portion 6B.
  • the two flat portions 6B are disposed so as to face each other, and a space surrounded by the two flat portions 6B is a chamber 1A in which the silicon carbide single crystal substrate 10 is disposed.
  • the chamber 1A is also referred to as a “gas flow channel”.
  • the heat insulating material 5 is arrange
  • the chamber 1A is thermally insulated from the outside of the film forming apparatus 1 by a heat insulating material 5.
  • the quartz tube 4 is disposed so as to surround the outer periphery of the heat insulating material 5.
  • the induction heating coil 3 is wound along the outer periphery of the quartz tube 4. In the film forming apparatus 1, by supplying an alternating current to the induction heating coil 3, the heating element 6 is induction heated and the temperature in the chamber 1 ⁇ / b> A can be controlled. At this time, the quartz tube 4 is hardly heated by the action of the heat insulating material 5.
  • decompression step (S102) In the decompression step (S102), as shown in FIGS. 3 and 4, silicon carbide single crystal substrate 10 is placed in chamber 1A of film forming apparatus 1, and the interior of chamber 1A is decompressed. Silicon carbide single crystal substrate 10 is placed on a susceptor (not shown) in chamber 1A. The susceptor may be provided with a SiC coating or the like.
  • FIG. 6 is a timing chart showing control of the temperature and gas flow rate in the chamber 1A after the decompression step (S102).
  • the depressurization step (S102) is performed after the time point t2 when the pressure reduction in the chamber 1A is started after the time point t1 when the silicon carbide single crystal substrate 10 is disposed in the chamber 1A, and the pressure in the chamber 1A reaches the target value ( This corresponds to the time point t3 when the pressure P1) is reached.
  • the pressure P1 is, for example, about 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa.
  • the temperature raising step (S103) the temperature in the chamber 1A of the film forming apparatus 1 is heated to the first temperature T1.
  • the temperature increase in the chamber 1A is started from the time point t3, and the temperature in the chamber 1A reaches the first temperature T1 at the time point t6.
  • the temperature rise to the first temperature T1 may be one step, for example, by providing a time for maintaining the predetermined temperature T0 during the temperature rise (between time t4 and time t5 in FIG. 6). The temperature may be increased.
  • the holding time at the temperature T0 is, for example, about 10 minutes.
  • the first temperature T1 is preferably 1300 ° C. or higher and lower than 1500 ° C.
  • the silicon carbide single crystal substrate 10 comes into contact with hydrogen gas and hydrocarbon gas at a temperature less than 1300 ° C. in the subsequent substrate reforming step (S106).
  • the generation of defects other than trapezoidal defects may be promoted.
  • the first temperature T1 is 1500 ° C. or higher, the temperature difference between the first temperature T1 and the second temperature T2 becomes small, and the reforming effect may be reduced.
  • the first temperature T1 is more preferably 1320 ° C. or higher and 1480 ° C. or lower, and particularly preferably 1350 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower.
  • the first temperature T1 is desirably lower by about 100 ° C. to 200 ° C. than the second temperature T2.
  • the temperature raising time (time from time t3 to time t6) is, for example, about 30 minutes to 2 hours.
  • Haldrogen gas introduction step (S104) As shown in FIG. 6, hydrogen (H 2 ) gas is introduced into the chamber 1A from time t6 when the temperature in the chamber 1A reaches the first temperature T1, and the pressure in the chamber 1A is adjusted to the pressure P2. Is done.
  • the pressure P2 in the chamber 1A is preferably adjusted to 5 kPa or more and 40 kPa or less. This is because a large reforming effect can be expected at a pressure in such a range.
  • the pressure P2 in the chamber 1A in the hydrogen gas introduction step (S104) is more preferably adjusted to 5 kPa to 15 kPa (50 mbar to 150 mbar), and particularly preferably 7.5 kPa to 12.5 kPa (75 mbar to 125 mbar). Adjusted to
  • the flow rate of hydrogen gas (F H in FIG. 6) is preferably 50 slm or more and 200 slm or less. If the flow rate of the hydrogen gas is less than 50 slm, the proportion of the flow rate of the hydrocarbon gas in the total gas flow rate becomes excessive, and the generation of defects other than trapezoidal defects may be promoted. On the other hand, when the flow rate of hydrogen gas exceeds 200 slm, the proportion of hydrocarbon gas in the total gas flow rate becomes too small, and the reforming effect may be reduced.
  • the flow rate of hydrogen gas is more preferably 75 slm or more and 175 slm or less, and particularly preferably 100 slm or more and 150 slm or less.
  • Hydrocarbon gas introduction step (S105) As shown in FIG. 6, at time t6, the hydrocarbon gas introduction step (S105) is started in parallel with the hydrogen gas introduction step (S104). However, the start timings of the hydrogen gas introduction step (S104) and the hydrocarbon gas introduction step (S105) are not necessarily simultaneous, and these start timings may be slightly different. For example, introduction of hydrocarbon gas may be started after pressure adjustment with hydrogen gas is completed.
  • hydrocarbon gas examples include methane (CH 4 ) gas, ethane (C 2 H 6 ) gas, propane (C 3 H 8 ) gas, butane (C 4 H 10 ) gas, acetylene (C 2 H 2 ) gas, and the like. Can be used. These hydrocarbon gas may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be mixed and used for it. That is, the hydrocarbon gas preferably contains one or more selected from the group consisting of methane gas, ethane gas, propane gas, butane gas, and acetylene gas.
  • the flow rate of the hydrocarbon gas in the hydrocarbon gas introducing step (S105) (F C in FIG.
  • the flow rate of the hydrocarbon gas is more preferably 10 sccm or more and 25 sccm or less, and particularly preferably 15 sccm or more and 20 sccm or less.
  • the ratio of the flow rate of hydrocarbon gas to the flow rate of hydrogen gas is preferably 2.5 ⁇ 10 ⁇ 5 or more and 6.0 ⁇ 10 ⁇ 4 or less, and more Preferably, it is 5.7 ⁇ 10 ⁇ 5 or more and 3.3 ⁇ 10 ⁇ 4 or less, and particularly preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 or more and 2.0 ⁇ 10 ⁇ 4 or less.
  • the substrate reforming step (S106) is started by increasing the temperature in the chamber 1A from time t6 when the pressure in the chamber 1A is adjusted to the pressure P2 by the introduction of hydrogen gas and the hydrocarbon gas is introduced.
  • the origin of trapezoidal defects can be reduced by bringing the silicon carbide single crystal substrate 10 into contact with the hydrocarbon gas from a temperature slightly lower than the second temperature T2, which is the growth temperature.
  • the temperature in the chamber 1A is increased from time t6, reaches the second temperature T2 at time t7, and further reaches time t8 (immediately before the main growth). Until the second temperature T2. At this time, the modification of the silicon carbide single crystal substrate 10 is considered to have started at the stage (time point t6) when the temperature increase started.
  • the time from time t6 to time t8 is more preferably 5 minutes or more, particularly preferably 10 minutes or more, and most preferably 15 minutes or more.
  • the time from the time point t6 to the time point t7 is preferably 10 seconds to 2 minutes, more preferably 20 seconds to 1 minute 30 seconds, and particularly preferably 30 seconds to 1 minute. It is as follows.
  • the time (holding time) from time t7 to time t8 is preferably 1 minute to 60 minutes, more preferably 5 minutes to 40 minutes, and particularly preferably 10 minutes to 30 minutes.
  • the second temperature T2 is preferably 1500 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower.
  • the second temperature T2 is lower than 1500 ° C., it may be difficult to grow the single crystal uniformly in the subsequent epitaxial growth step (S107), and the growth rate may be reduced.
  • the second temperature T2 exceeds 1700 ° C., the etching action by the hydrogen gas becomes strong, and the growth rate may decrease.
  • the second temperature T2 is more preferably 1520 ° C. or higher and 1680 ° C. or lower, and particularly preferably 1550 ° C. or higher and 1650 ° C. or lower.
  • the flow rate of hydrogen gas and the pressure in the chamber 1A are kept constant, but the rate of temperature increase from the first temperature T1 to the second temperature T2 is not constant. Good. Further, the flow rate of the hydrocarbon gas may not be constant.
  • FIG. 7 is a partial timing chart showing a first modification of the temperature raising method in the substrate reforming step (S106).
  • the temperature increase from the first temperature T1 to the second temperature T2 may be performed by gradually decreasing the temperature increase rate. For example, while increasing the temperature by 50 ° C. at each time point (time point t61 etc.) between time point t6 and time point t7 in FIG. At this time, the flow rate of the hydrocarbon gas may be gradually increased in accordance with the decrease in the heating rate.
  • the time between the time points (for example, the time between the time point t61 and the time point t62) is, for example, about 1 second to 30 seconds.
  • FIG. 8 is a partial timing chart showing a second modification of the temperature raising method in the substrate reforming step (S106).
  • the temperature increase from the first temperature T1 to the second temperature T2 may be performed in a stepped manner.
  • the temperature can be raised by 50 ° C. at each time point (time point t61, etc.) between time point t6 and time point t8 in FIG. 8, and the temperature can be kept constant for a predetermined time after the temperature rise.
  • each holding time may be gradually increased.
  • the flow rate of the hydrocarbon gas may be increased stepwise at each time point as the temperature rises.
  • the holding time at each step is, for example, about 1 second to 30 seconds.
  • epitaxial growth step (S107) In the epitaxial growth step (S107), silane (SiH 4 ) gas is introduced in addition to the hydrogen gas and hydrocarbon gas already introduced into the chamber 1A while maintaining the second temperature T2. Thereby, epitaxial layer 11 can be grown on main surface 10 ⁇ / b> A of silicon carbide single crystal substrate 10.
  • the flow rate of silane gas is not particularly limited, but the number of carbon (C) atoms contained in the hydrocarbon gas and the number of silicon (Si) atoms contained in the silane gas. It is desirable to adjust the flow rate of the silane gas so that the ratio (C / Si) is 0.5 or more and 2.0 or less. This is because SiC having an appropriate stoichiometric ratio is epitaxially grown.
  • nitrogen (N 2 ) or the like may be introduced as a dopant.
  • a region having a large amount of dopant uptake may be formed.
  • Such a region is also called a “buffer layer”.
  • the doping concentration in the buffer layer is, for example, about 1 ⁇ 10 ⁇ 18 cm ⁇ 3 .
  • the thickness of the buffer layer is, for example, about 0.1 to 1.0 ⁇ m.
  • the epitaxial growth is continued until time t10 according to the target thickness of the epitaxial layer 11.
  • the temperature in the chamber 1A is lowered until time t11. Further, after time t11, the inside of the chamber 1A is opened to the atmosphere, and the inside of the chamber 1A is returned to atmospheric pressure (time t12).
  • silicon carbide epitaxial substrate 100 is manufactured.
  • silicon carbide epitaxial substrate 100 obtained by the manufacturing method of the present embodiment will be described.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of silicon carbide epitaxial substrate 100.
  • silicon carbide epitaxial substrate 100 includes a silicon carbide single crystal substrate 10 having a main surface 10A inclined by an off angle ⁇ from a predetermined crystal plane, and main surface 10A of silicon carbide single crystal substrate 10. And an epitaxial layer 11 formed.
  • the predetermined crystal plane is preferably the (0001) plane or the (000-1) plane.
  • the defect density of trapezoidal defect 20 on surface 11A of epitaxial layer 11 is 1 piece / cm 2 or less.
  • the defect density of the trapezoidal defect 20 is preferably as low as possible, and ideally 0 (zero).
  • the defect density of the trapezoidal defect 20 is preferably 0.5 piece / cm 2 or less, more preferably 0.1 piece / cm 2 or less.
  • trapezoidal defect 20 has starting point 23 at the interface between silicon carbide single crystal substrate 10 and epitaxial layer 11, and extends to surface 11 ⁇ / b> A of epitaxial layer 11.
  • the trapezoidal defect 20 does not necessarily have the starting point 23. That is, as long as the trapezoidal defect of this embodiment includes the upper base and the lower base, those having no starting point are also included. This is because the present inventors have confirmed that a trapezoidal defect whose starting point cannot be confirmed has also been confirmed.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the planar shape of the trapezoidal defect.
  • the trapezoidal defect 20 includes an upper base 21 and a lower base 22 that intersect the ⁇ 11-20> direction.
  • the width W1 of the upper base 21 is 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less
  • the width W2 of the lower base 22 is 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • the thickness H of the epitaxial layer 11 is preferably 5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. Silicon carbide epitaxial substrate 100 including epitaxial layer 11 having such a thickness is particularly useful, for example, for a high voltage MOSFET.
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing another example of the trapezoidal defect.
  • the trapezoidal defect 120 is a depression formed on the surface of the epitaxial layer 11, and the planar shape is trapezoidal.
  • the trapezoidal defect 120 includes an upper base 121 and a lower base 122 that intersect the ⁇ 11-20> direction.
  • the width W1 of the upper bottom part 121 is 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and the width W2 of the lower bottom part 122 is 50 ⁇ m or more and 5000 ⁇ m or less.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
  • the upper bottom 121 includes a protrusion 121a.
  • the protrusion 121a may be located at the approximate center of the upper bottom 121.
  • the protrusion 121a protrudes about 5 to 20 nm from the portion other than the protrusion 121a.
  • the height of the protrusion 121a can be measured by a white interference microscope (for example, product name “BW-D507”, manufactured by Nikon Corporation).
  • a mercury lamp is used as the light source of the white interference microscope, and the visual field is 250 ⁇ m ⁇ 250 ⁇ m.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG.
  • the trapezoidal defect 120 that is, in the region between the upper bottom portion 121 and the lower bottom portion 122, the surface of the epitaxial layer 11 slightly recedes toward the silicon carbide single crystal substrate 10.
  • the trapezoidal defect 120 has a starting point 123 at the interface between the silicon carbide single crystal substrate 10 and the epitaxial layer 11.
  • the starting point 123 may be connected to the protrusion 121a.
  • the protrusion 121a is not connected to threading dislocations.
  • FIG. 12 is an enlarged view of region A in FIG. As shown in FIG. 12, the lower bottom portion 122 includes a plurality of step bunchings 122b.
  • “Step bunching” refers to a linear defect in which a plurality of atomic steps form a bundle and have a step of 1 nm or more.
  • the step size in step bunching may be, for example, about 1 to 5 nm.
  • the size of the step in step bunching can be measured by, for example, AFM (Atomic Force Microscope).
  • the number of step bunchings included in the lower bottom portion 122 may be about 2 to 100, for example, or about 2 to 50.
  • the number of step bunchings included in the lower bottom portion 122 can also be counted by observing the lower bottom portion 122 with an AFM.
  • “Dimension 300” manufactured by Veeco can be used for the AFM.
  • a model “NCHV-10V” manufactured by Bruker is suitable for the AFM cantilever (probe).
  • AFM measurement conditions are set as follows.
  • the measurement mode of the AFM is the tapping mode, the measurement area in the tapping mode is set to 20 ⁇ m square, and the measurement depth is set to 1.0 ⁇ m.
  • the scanning speed in the measurement region is 5 seconds per cycle, the number of data per scanning line is 512 points, and the number of scanning lines is 512.
  • the cantilever displacement control is set to 15.50 nm.
  • the silicon carbide epitaxial substrates according to Sample 1, Sample 2 and Sample 3 were manufactured as follows, and the defect density of trapezoidal defects was investigated.
  • Silicon carbide single crystal substrate 10 having main surface 10A inclined by 4 ° from the (0001) plane was prepared. Silicon carbide single crystal substrate 10 was placed in chamber 1A of film forming apparatus 1, and epitaxial layer 11 having a thickness of 15 ⁇ m was grown according to the timing chart of FIG.
  • Sample 1 from time t1 in FIG. 6 to the time point t8 is the zero flow rate of propane, the flow rate of propane at the time point t10 from the time t8 to the F c.
  • the temperature profile was as shown in FIG.
  • sample 1 the temperature is not raised to the growth temperature (second temperature T2) in a state where the hydrocarbon gas is introduced, and the substrate reforming step (S106) is not performed.
  • Sample 1 corresponds to an example in which only etching with hydrogen gas is performed as in the prior art.
  • propane gas was introduced from time t6 in FIG. 6 (that is, the temperature rising process to the growth temperature).
  • the time between the time t8 when the silane gas was introduced and the time t6 (the processing time of the substrate modification step) was 5 minutes.

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Abstract

　炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、炭化珪素単結晶基板を準備する工程（Ｓ１０１）と、該炭化珪素単結晶基板を成膜装置のチャンバ内に配置し、該チャンバ内を減圧する工程（Ｓ１０２）と、該チャンバ内の温度を第１の温度まで昇温する工程（Ｓ１０３）と、水素ガスを該チャンバ内に導入して、該チャンバ内の圧力を調整する工程（Ｓ１０４）と、炭化水素ガスを該チャンバ内に導入する工程（Ｓ１０５）と、調整された該チャンバ内の該圧力および該水素ガスの流量を維持し、かつ該炭化水素ガスを導入した状態で、該チャンバ内の該温度を第２の温度まで昇温して、該第２の温度で所定の時間保持する基板改質工程（Ｓ１０６）と、該第２の温度を維持した状態で、該チャンバ内にシランガスを導入することにより、該炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる工程（Ｓ１０７）と、を備える。

Description

炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板
　本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板に関する。
　特開２０１３－３４００７号公報（特許文献１）には、０．４°～５°のオフ角で傾斜させた炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶基板上にＳｉＣエピタキシャル層を成長させたＳｉＣエピタキシャルウエハであって、短いステップバンチングがないことを特徴とするＳｉＣエピタキシャルウエハが記載されている。
特開２０１３－３４００７号公報
　平面形状が台形状である欠陥（以下「台形状欠陥」と記す）が低減された炭化珪素エピタキシャル基板の提供を目的とする。
　本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、該炭化珪素単結晶基板を成膜装置のチャンバ内に配置し、該チャンバ内を減圧する工程と、該チャンバ内の温度を第１の温度まで昇温する工程と、水素ガスを該チャンバ内に導入して、該チャンバ内の圧力を調整する工程と、炭化水素ガスを該チャンバ内に導入する工程と、調整された該チャンバ内の該圧力および該水素ガスの流量を維持し、かつ該炭化水素ガスを導入した状態で、該チャンバ内の該温度を第２の温度まで昇温して、該第２の温度で所定の時間保持する基板改質工程と、該第２の温度を維持した状態で、該チャンバ内にシランガスを導入することにより、該炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる工程と、を備える。
　本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、１°以上８°以下のオフ角を有する炭化珪素単結晶基板と、該炭化珪素単結晶基板上に形成されたエピタキシャル層と、を備える。エピタキシャル層の表面において、台形状の窪みである、台形状欠陥の欠陥密度が１個／ｃｍ2以下である。台形状欠陥は、平面視において＜１１－２０＞方向と交差する上底部および下底部を含む。上底部の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下である。下底部の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下である。上底部は、突起部を含む。下底部は、複数のステップバンチングを含む。
　上記によれば、台形状欠陥の欠陥密度が低減された炭化珪素エピタキシャル基板が提供される。
本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成の一例を示す模式的な部分断面図である。 台形状欠陥の一例を示す模式的な平面図である。 成膜装置の構成の一例を示す模式的な側面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線における模式的な断面図である。 本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。 成膜装置内における温度制御とガス流量制御の一例を示すタイミングチャートである。 図６のタイミングチャートの第１の変形例を示す部分的なタイミングチャートである。 図６のタイミングチャートの第２の変形例を示す部分的なタイミングチャートである。 台形状欠陥の他の例を示す模式的な平面図である。 図９のＸ－Ｘ線における模式的な断面図である。 図９のＸＩ－ＸＩ線における模式的な断面図である。 図９の領域Ａの拡大図である。
　[本開示の実施形態の説明]
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。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。また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｛｝でそれぞれ示している。ここで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している。また「平面視」とは、エピタキシャル層の表面をその法線方向から見た視野を示すものとする。
　〔１〕本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、該炭化珪素単結晶基板を成膜装置のチャンバ内に配置し、該チャンバ内を減圧する工程と、該チャンバ内の温度を第１の温度まで昇温する工程と、水素ガスを該チャンバ内に導入して、該チャンバ内の圧力を調整する工程と、炭化水素ガスを該チャンバ内に導入する工程と、調整された該チャンバ内の該圧力および該水素ガスの流量を維持し、かつ該炭化水素ガスを導入した状態で、該チャンバ内の該温度を第２の温度まで昇温して、該第２の温度で所定の時間保持する基板改質工程と、該第２の温度を維持した状態で、該チャンバ内にシランガスを導入することにより、該炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる工程と、を備える。
　本発明者の研究によれば、台形状欠陥は、炭化珪素単結晶基板とエピタキシャル層との成長界面の近傍に起点を有する場合があり、エピタキシャル層の成長に伴って、当該起点からエピタキシャル層の表面まで延びていく。従来、エピタキシャル成長の直前には、炭化珪素単結晶基板の主面に対して、水素ガスによるエッチングを施すことが一般的となっている。これは、主面を清浄化して欠陥の生成を抑制するとの思想に基づくものである。しかし本発明者は、この水素ガスによるエッチングでは、前述した台形状欠陥の起点の発生を十分には抑制できていないと考え、これに代わる処理条件の研究を重ね、上記の製造方法を完成させるに至った。
　それゆえ上記の製造方法は、炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる工程の前に、基板改質工程を備えている。当該基板改質工程は、特定の条件下で炭化珪素単結晶基板を炭化水素ガスに接触させるものである。すなわち基板改質工程では、成膜装置のチャンバ内に水素ガスを導入して圧力を調整するとともに、炭化水素ガスを導入し、さらに水素ガスの流量ならびにチャンバ内の圧力を維持した状態で成長温度（第２の温度）まで昇温することにより、炭化珪素単結晶基板の主面が改質される。この製造方法によれば、エピタキシャル層の表面における台形状欠陥の欠陥密度を、たとえば１個／ｃｍ2以下に制御することが可能である。
　〔２〕炭化水素ガスは、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびアセチレンガスからなる群より選択される１種以上を含むことが好ましい。これらの炭化水素ガスの単体ガスおよび混合ガスにおいて、大きな改質効果が期待できるからである。
　〔３〕導入する工程における炭化水素ガスの流量は、５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下が好ましい。ここで流量の単位「ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｃｕｂｉｃ　Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ　ｐｅｒ　Ｍｉｎｕｔｅ）」は、標準状態（０℃、１０１．３ｋＰａ）における「ｍＬ／ｍｉｎ」を示している。
　〔４〕調整する工程における水素ガスの流量は、５０ｓｌｍ以上２００ｓｌｍ以下が好ましい。ここで流量の単位「ｓｌｍ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｌｉｔｅｒ　ｐｅｒ　Ｍｉｎｕｔｅ）」は、上記標準状態における「Ｌ／ｍｉｎ」を示している。
　〔５〕第１の温度は、１３００℃以上１５００℃未満であり、第２の温度は、１５００℃以上１７００℃以下であることが好ましい。
　〔６〕基板改質工程におけるチャンバ内の圧力は、５ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下（５０ｍｂａｒ以上４００ｍｂａｒ以下）が好ましい。
　〔７〕本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、該炭化珪素単結晶基板を成膜装置のチャンバ内に配置し、該チャンバ内を減圧する工程と、該チャンバ内の温度を１３００℃以上１５００℃未満である第１の温度まで昇温する工程と、５０ｓｌｍ以上２００ｓｌｍ以下の流量の水素ガスを該チャンバ内に導入して、該チャンバ内の圧力を５ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下に調整する工程と、５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下の流量のプロパンガスを該チャンバ内に導入する工程と、調整された該チャンバ内の該圧力および該水素ガスの該流量を維持し、かつ該プロパンガスを導入した状態で、該チャンバ内の該温度を１５００℃以上１７００℃以下である第２の温度まで昇温して、該第２の温度で所定の時間保持する基板改質工程と、該第２の温度を維持した状態で、該チャンバ内にシランガスを導入することにより、該炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる工程と、を備える。
　この製造方法によれば台形状欠陥を低減することができる。
　本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、１°以上８°以下のオフ角を有する炭化珪素単結晶基板と、該炭化珪素単結晶基板上に形成されたエピタキシャル層と、を備える。エピタキシャル層の表面において、台形状欠陥の欠陥密度が１個／ｃｍ2以下である。台形状欠陥は、平面視において＜１１－２０＞方向と交差する上底および下底を含む。上底の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、下底の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下である。
　たとえば上記〔１〕～〔７〕の製造方法を用いて、台形状欠陥の欠陥密度を１個／ｃｍ2以下に制御することにより、炭化珪素エピタキシャル基板を用いて製造された半導体装置において、酸化膜の信頼性を高めることができる。
　ここで「台形状欠陥の欠陥密度」は、ノマルスキータイプの光学顕微鏡（たとえば製品名「ＭＸ－５１」、オリンパス社製）を用いて、５０倍～４００倍の倍率で、エピタキシャル層の表面を全面分析し、検出された台形状欠陥の個数をエピタキシャル層の表面の面積で除することにより算出することができる。なおここでいう全面には、通常、半導体装置に利用されない領域は含まれないものとする。ここで半導体装置に利用されない領域とは、たとえば基板のエッジから３ｍｍの領域である。
　〔８〕また別の観点から見ると、上記の炭化珪素エピタキシャル基板は次の構成を備える。すなわち炭化珪素エピタキシャル基板は、１°以上８°以下のオフ角を有する炭化珪素単結晶基板と、該炭化珪素単結晶基板上に形成されたエピタキシャル層と、を備える。エピタキシャル層の表面において、台形状の窪みである、台形状欠陥の欠陥密度が１個／ｃｍ2以下である。台形状欠陥は、平面視において＜１１－２０＞方向と交差する上底部および下底部を含む。上底部の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下である。下底部の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下である。上底部は、突起部を含む。下底部は、複数のステップバンチングを含む。
　〔９〕炭化珪素単結晶基板の主面は、｛０００１｝面からオフ角だけ傾斜した面であることが好ましい。炭化珪素単結晶基板の主面が、（０００１）面または（０００－１）面から１°以上８°以下傾斜した面であることにより、異種ポリタイプの混在が少ないエピタキシャル層とすることができる。
　〔１０〕炭化珪素単結晶基板の口径は、１００ｍｍ以上が好ましい。半導体装置の製造コスト削減に資する可能性があるためである。
　〔１１〕エピタキシャル層の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。
　本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、｛０００１｝面から１°以上８°以下傾斜した主面を有し、かつ口径が１００ｍｍ以上である炭化珪素単結晶基板と、該炭化珪素単結晶基板上に形成され、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であるエピタキシャル層と、を備える。エピタキシャル層の表面において、台形状欠陥の欠陥密度が１個／ｃｍ2以下である。台形状欠陥は、平面視において＜１１－２０＞方向と交差する上底および下底を含む。上底の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、下底の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下である。
　〔１２〕また別の観点から見ると、上記の炭化珪素エピタキシャル基板は次の構成を備える。すなわち炭化珪素エピタキシャル基板は、｛０００１｝面から１°以上８°以下傾斜した主面を有し、かつ口径が１００ｍｍ以上である炭化珪素単結晶基板と、該炭化珪素単結晶基板上に形成され、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であるエピタキシャル層と、を備える。エピタキシャル層の表面において、台形状の窪みである、台形状欠陥の欠陥密度が１個／ｃｍ2以下である。台形状欠陥は、平面視において＜１１－２０＞方向と交差する上底部および下底部を含む。上底部の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下である。下底部の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下である。上底部は、突起部を含む。下底部は、複数のステップバンチングを含む。
　本開示の炭化珪素エピタキシャル基板を用いて製造された半導体装置では、酸化膜の信頼性が向上することが期待される。
　[本開示の実施形態の詳細]
　以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
　〔炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法〕
　図５は、本実施形態の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。図５に示されるように、当該製造方法は、準備工程（Ｓ１０１）、減圧工程（Ｓ１０２）、昇温工程（Ｓ１０３）、水素ガス導入工程（Ｓ１０４）、炭化水素ガス導入工程（Ｓ１０５）、基板改質工程（Ｓ１０６）およびエピタキシャル成長工程（Ｓ１０７）を備える。
　本実施形態では、エピタキシャル成長工程（Ｓ１０７）の前に、基板改質工程（Ｓ１０６）が行われる。これにより炭化珪素単結晶基板１０において台形状欠陥２０の起点２３が低減される。その結果、エピタキシャル層１１の表面１１Ａにおける台形状欠陥２０の欠陥密度が低減される。以下、各工程について説明する。
　〔準備工程（Ｓ１０１）〕
　準備工程（Ｓ１０１）では、図１に示される炭化珪素単結晶基板１０が準備される。炭化珪素単結晶基板１０は、たとえば炭化珪素単結晶からなるインゴットをスライスすることにより準備される。スライスには、たとえばワイヤーソーが使用される。炭化珪素のポリタイプは４Ｈが望ましい。電子移動度、絶縁破壊電界強度等において他のポリタイプよりも優れているからである。炭化珪素単結晶基板１０の口径は、好ましくは１００ｍｍ以上（たとえば４インチ以上）であり、より好ましくは１５０ｍｍ以上（たとえば６インチ以上）である。口径が大きい程、半導体装置の製造コスト削減に資する可能性がある。
　炭化珪素単結晶基板１０は、後にエピタキシャル層１１を成長させることとなる主面１０Ａを有する。炭化珪素単結晶基板１０は、１°以上８°以下のオフ角θを有する。すなわち主面１０Ａは、所定の結晶面から１°以上８°以下のオフ角θだけ傾斜した面である。炭化珪素単結晶基板１０にオフ角θを導入しておくことにより、ＣＶＤ法によってエピタキシャル層１１を成長させる際、主面１０Ａに表出した原子ステップからの横方向成長、いわゆる「ステップフロー成長」が誘起される。これにより炭化珪素単結晶基板１０のポリタイプを引き継いだ形で単結晶が成長し、異種ポリタイプの混入が抑制される。ここで所定の結晶面は、（０００１）面または（０００－１）面が好ましい。すなわち所定の結晶面は、｛０００１｝面が好ましい。オフ角を設ける方向は、＜１１－２０＞方向が望ましい。オフ角θは、より好ましくは２°以上７°以下であり、特に好ましくは３°以上６°以下であり、最も好ましくは３°以上５°以下である。こうした範囲にオフ角を設定することにより、異種ポリタイプの抑制と成長速度とのバランスが保たれるからである。
　〔成膜装置〕
　準備工程（Ｓ１０１）以降の工程は、成膜装置内で行われる。そこで先ず成膜装置の構成を説明する。図３は、成膜装置の構成の一例を示す模式的な側面図である。また図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線における模式的な断面図である。図３および図４に示される成膜装置１は、横型ホットウォールＣＶＤ装置である。図３に示されるように、成膜装置１は、発熱体６と、断熱材５と、石英管４と、誘導加熱コイル３とを備えている。発熱体６は、たとえばカーボン製である。図４に示されるように成膜装置１において、発熱体６は２つ設けられており、各発熱体６は、曲面部６Ａおよび平坦部６Ｂを含む半円筒状の中空構造を有している。２つの平坦部６Ｂは、互いに対向するように配置されており、２つの平坦部６Ｂに取り囲まれた空間が、炭化珪素単結晶基板１０が配置されるチャンバ１Ａとなっている。チャンバ１Ａは、「ガスフローチャネル」とも呼ばれる。
　断熱材５は、発熱体６の外周部を取り囲むように配置されている。チャンバ１Ａは、断熱材５によって成膜装置１の外部から断熱されている。石英管４は、断熱材５の外周部を取り囲むように配置されている。誘導加熱コイル３は、石英管４の外周部に沿って巻回されている。成膜装置１では、誘導加熱コイル３に交流電流を供給することにより、発熱体６が誘導加熱され、チャンバ１Ａ内の温度が制御できるようになっている。このとき断熱材５の作用により、石英管４は殆ど加熱されない。
　〔減圧工程（Ｓ１０２）〕
　減圧工程（Ｓ１０２）では、図３および図４に示されるように炭化珪素単結晶基板１０が成膜装置１のチャンバ１Ａ内に配置され、チャンバ１Ａ内が減圧される。炭化珪素単結晶基板１０は、チャンバ１Ａ内において図示しないサセプタ上に載せられる。サセプタにはＳｉＣコーティング等が施されていてもよい。
　図６は、減圧工程（Ｓ１０２）以降のチャンバ１Ａ内の温度およびガス流量の制御を示すタイミングチャートである。図６において減圧工程（Ｓ１０２）は、チャンバ１Ａ内に炭化珪素単結晶基板１０を配置した時点ｔ１から、チャンバ１Ａ内の減圧を開始する時点ｔ２を過ぎて、チャンバ１Ａ内の圧力が目標値（圧力Ｐ１）に達する時点ｔ３までに相当する。圧力Ｐ１は、たとえば１×１０-6Ｐａ程度である。
　〔昇温工程（Ｓ１０３）〕
　昇温工程（Ｓ１０３）では、成膜装置１のチャンバ１Ａ内の温度が第１の温度Ｔ１まで加熱される。図６に示されるように、時点ｔ３からチャンバ１Ａ内の昇温が開始され、時点ｔ６においてチャンバ１Ａ内の温度が第１の温度Ｔ１に達する。第１の温度Ｔ１までの昇温は一段階としてもよいし、たとえば昇温途中に所定の温度Ｔ０を保持する時間（図６中の時点ｔ４から時点ｔ５の間）を設ける等して、段階的に昇温してもよい。温度Ｔ０での保持時間は、たとえば１０分程度である。
　第１の温度Ｔ１は、好ましくは１３００℃以上１５００℃未満である。第１の温度Ｔ１が１３００℃未満であると、後の基板改質工程（Ｓ１０６）において、炭化珪素単結晶基板１０が１３００℃未満の温度で、水素ガスおよび炭化水素ガスと接触することとなり、台形状欠陥以外の欠陥の生成が促進される場合もあり得る。他方、第１の温度Ｔ１が１５００℃以上になると、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２との温度差が小さくなり、改質効果が低減する場合もある。第１の温度Ｔ１は、より好ましくは１３２０℃以上１４８０℃以下であり、特に好ましくは１３５０℃以上１４５０℃以下である。また後述する第２の温度Ｔ２との関係では、第１の温度Ｔ１は、第２の温度Ｔ２よりも１００℃～２００℃程度低い温度であることが望ましい。昇温時間（時点ｔ３から時点ｔ６までの時間）は、たとえば３０分～２時間程度である。
　〔水素ガス導入工程（Ｓ１０４）〕
　図６に示されるように、チャンバ１Ａ内の温度が第１の温度Ｔ１に達した時点ｔ６から、チャンバ１Ａ内に水素（Ｈ2）ガスが導入され、チャンバ１Ａ内の圧力が圧力Ｐ２に調整される。
　水素ガス導入工程（Ｓ１０４）において、チャンバ１Ａ内の圧力Ｐ２は、好ましくは５ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下に調整される。かかる範囲の圧力において、大きな改質効果が期待できるからである。水素ガス導入工程（Ｓ１０４）におけるチャンバ１Ａ内の圧力Ｐ２は、より好ましくは５ｋＰａ以上１５ｋＰａ以下（５０ｍｂａｒ以上１５０ｍｂａｒ以下）に調整され、特に好ましくは７．５ｋＰａ以上１２．５ｋＰａ以下（７５ｍｂａｒ以上１２５ｍｂａｒ以下）に調整される。
　水素ガスの流量（図６中のＦH）は、５０ｓｌｍ以上２００ｓｌｍ以下が好ましい。水素ガスの流量が５０ｓｌｍを下回ると、全ガス流量のうち炭化水素ガスの流量の占める割合が過多となり、台形状欠陥以外の欠陥の生成を促進する場合もあり得る。他方、水素ガスの流量が２００ｓｌｍを超えると、全ガス流量のうち炭化水素ガスの占める割合が過少となり、改質効果が低減することもあり得る。水素ガスの流量は、より好ましくは７５ｓｌｍ以上１７５ｓｌｍ以下であり、特に好ましくは１００ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ以下である。
　〔炭化水素ガス導入工程（Ｓ１０５）〕
　図６に示されるように時点ｔ６では、炭化水素ガス導入工程（Ｓ１０５）が水素ガス導入工程（Ｓ１０４）と並行して開始される。ただし、水素ガス導入工程（Ｓ１０４）と炭化水素ガス導入工程（Ｓ１０５）との開始タイミングは、必ずしも同時でなくてもよく、これらの開始タイミングは多少前後しても構わない。たとえば水素ガスによる圧力調整が完了した後に、炭化水素ガスの導入を開始してもよい。
　炭化水素ガスとしては、メタン（ＣＨ4）ガス、エタン（Ｃ2Ｈ6）ガス、プロパン（Ｃ3Ｈ8）ガス、ブタン（Ｃ4Ｈ10）ガスおよびアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガス等を用いることができる。これらの炭化水素ガスは１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。すなわち炭化水素ガスは、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびアセチレンガスからなる群より選択される１種以上を含むことが好ましい。炭化水素ガス導入工程（Ｓ１０５）における炭化水素ガスの流量（図６中のＦC）は、５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下が好ましい。この範囲において大きな改質効果が期待できるからである。炭化水素ガスの流量は、より好ましくは１０ｓｃｃｍ以上２５ｓｃｃｍ以下であり、特に好ましくは１５ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下である。
　また炭化水素ガスの流量と水素ガスの流量との比（炭化水素ガスの流量÷水素ガスの流量）は、好ましくは２．５×１０-5以上６．０×１０-4以下であり、より好ましくは５．７×１０-5以上３．３×１０-4以下であり、特に好ましくは１．０×１０-4以上２．０×１０-4以下である。
　〔基板改質工程（Ｓ１０６）〕
　基板改質工程（Ｓ１０６）は、水素ガスの導入によりチャンバ１Ａ内の圧力が圧力Ｐ２に調整され、炭化水素ガスが導入された時点ｔ６から、チャンバ１Ａ内の温度を昇温することにより開始される。本発明者の研究によれば、成長温度である第２の温度Ｔ２よりもやや低い温度から、炭化珪素単結晶基板１０を炭化水素ガスと接触させることより、台形状欠陥の起点を低減できる。
　図６に示されるように基板改質工程（Ｓ１０６）では、時点ｔ６から、チャンバ１Ａ内の温度が昇温され、時点ｔ７において第２の温度Ｔ２に達し、さらに時点ｔ８（本成長の直前）まで第２の温度Ｔ２で保持される。このとき炭化珪素単結晶基板１０の改質は、昇温が始まった段階（時点ｔ６）で始まっているものと考えられる。
　基板改質工程（Ｓ１０６）での処理時間、すなわち時点ｔ６から時点ｔ８までの時間は１分を超えることが好ましい。改質効果を大きくするためである。時点ｔ６から時点ｔ８までの時間は、より好ましくは５分以上であり、特に好ましくは１０分以上であり、最も好ましくは１５分以上である。このとき時点ｔ６から時点ｔ７までの時間（昇温時間）は、好ましくは１０秒以上２分以下であり、より好ましくは２０秒以上１分３０秒以下であり、特に好ましくは３０秒以上１分以下である。また時点ｔ７から時点ｔ８までの時間（保持時間）は、好ましくは１分以上６０分以下であり、より好ましくは５分以上４０分以下であり、特に好ましくは１０分以上３０分以下である。
　ここで第２の温度Ｔ２は、１５００℃以上１７００℃以下が好ましい。第２の温度Ｔ２が１５００℃を下回ると、後のエピタキシャル成長工程（Ｓ１０７）で単結晶を均一に成長させることが困難な場合があり、また成長速度が低下する場合もある。また第２の温度Ｔ２が１７００℃を超えると、水素ガスによるエッチング作用が強くなり、かえって成長速度が低下する場合もあり得る。第２の温度Ｔ２は、より好ましくは１５２０℃以上１６８０℃以下であり、特に好ましくは１５５０℃以上１６５０℃以下である。
　基板改質工程（Ｓ１０６）では、水素ガスの流量およびチャンバ１Ａ内の圧力は一定に保持されるが、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２までの昇温速度は、一定でなくてもよい。また炭化水素ガスの流量も一定でなくてもよい。
　〔第１の変形例〕
　図７は、基板改質工程（Ｓ１０６）における昇温方法の第１の変形例を示す部分的なタイミングチャートである。図７に示されるように、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２までの昇温は、徐々に昇温速度を下げるようにして行われてもよい。たとえば、図７中の時点ｔ６～時点ｔ７の間の各時点（時点ｔ６１等）で５０℃ずつ昇温しつつ、各時点の間隔は徐々に長くなるように昇温することができる。このとき炭化水素ガスの流量は、昇温速度の低下に合わせて、徐々に増大させてもよい。各時点間の時間（たとえば時点ｔ６１と時点ｔ６２との間の時間）は、たとえば１秒以上３０秒以下程度である。
　〔第２の変形例〕
　図８は、基板改質工程（Ｓ１０６）における昇温方法の第２の変形例を示す部分的なタイミングチャートである。図８に示されるように、第１の温度Ｔ１から第２の温度Ｔ２までの昇温は、ステップ状に行ってもよい。たとえば、図８中の時点ｔ６～時点ｔ８の間の各時点（時点ｔ６１等）で５０℃ずつ昇温し、かつ昇温後に温度を一定として所定の時間保持することができる。またこのとき、各保持時間は徐々に長くしてもよい。さらに温度の上昇に合わせて、炭化水素ガスの流量を各時点でステップ状に増大させてもよい。各ステップでの保持時間は、たとえば１秒以上３０秒以下程度である。
　〔エピタキシャル成長工程（Ｓ１０７）〕
　エピタキシャル成長工程（Ｓ１０７）では、第２の温度Ｔ２を維持した状態で、既にチャンバ１Ａ内に導入されている水素ガス、炭化水素ガスに加えて、シラン（ＳｉＨ4）ガスが導入される。これにより炭化珪素単結晶基板１０の主面１０Ａ上にエピタキシャル層１１を成長させることができる。
　エピタキシャル成長工程（Ｓ１０７）において、シランガスの流量（図６中のＦs）は特に限定されないが、炭化水素ガスに含まれる炭素（Ｃ）の原子数と、シランガスに含まれる珪素（Ｓｉ）の原子数との比（Ｃ／Ｓｉ）が０．５以上２．０以下となるように、シランガスの流量を調整することが望ましい。化学量論比の適切なＳｉＣをエピタキシャル成長させるためである。
　エピタキシャル成長工程（Ｓ１０７）では、ドーパントとして窒素（Ｎ2）等を導入してもよい。このとき成長の初期段階（時点ｔ８から時点ｔ９の間）において、ドーパントの取り込み量が多い領域を形成してもよい。こうした領域は「バッファ層」とも呼ばれる。バッファ層におけるドーピング濃度は、たとえば１×１０-18ｃｍ-3程度である。バッファ層の厚さは、たとえば０．１～１．０μｍ程度である。
　エピタキシャル成長は、目標とするエピタキシャル層１１の厚さに合わせて時点ｔ１０まで続行される。成長終了後、時点ｔ１１にかけてチャンバ１Ａ内の温度が降温される。さらに時点ｔ１１以降、チャンバ１Ａ内が大気開放され、チャンバ１Ａ内が大気圧に戻される（時点ｔ１２）。こうして炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される。
　〔炭化珪素エピタキシャル基板〕
　以下、本実施形態の製造方法によって得られる炭化珪素エピタキシャル基板１００について説明する。
　図１は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の構成の一例を示す模式的な断面図である。図１に示されるように炭化珪素エピタキシャル基板１００は、所定の結晶面からオフ角θだけ傾斜した主面１０Ａを有する炭化珪素単結晶基板１０と、炭化珪素単結晶基板１０の主面１０Ａ上に形成されたエピタキシャル層１１と、を備える。前述したように所定の結晶面は、（０００１）面または（０００－１）面が好ましい。
　〔台形状欠陥〕
　炭化珪素エピタキシャル基板１００では、エピタキシャル層１１の表面１１Ａにおける台形状欠陥２０の欠陥密度が１個／ｃｍ2以下である。半導体装置における酸化膜の信頼性を考慮すると、台形状欠陥２０の欠陥密度は低いほど望ましく、理想的には０（ゼロ）である。台形状欠陥２０の欠陥密度は、好ましくは０．５個／ｃｍ2以下であり、より好ましくは０．１個／ｃｍ2以下である。
　図１に示されるように、台形状欠陥２０は、炭化珪素単結晶基板１０とエピタキシャル層１１との界面に起点２３を有しており、エピタキシャル層１１の表面１１Ａまで延びている。ただし台形状欠陥２０は、必ずしも起点２３を有しているとは限らない。すなわち本実施形態の台形状欠陥には、上底と下底とを含む限り、起点を有していないものも包含される。本発明者の研究では、起点が確認できない台形状欠陥の存在も確認されているからである。
　図２は、台形状欠陥の平面形状を示す模式的な平面図である。図２に示されるように、台形状欠陥２０は、＜１１－２０＞方向と交差する上底２１および下底２２を含む。台形状欠陥２０において、上底２１の幅Ｗ１は０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、下底２２の幅Ｗ２は５０μｍ以上５０００μｍ以下である。
　エピタキシャル層１１の厚さＨは、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。こうした厚さのエピタキシャル層１１を備える炭化珪素エピタキシャル基板１００は、たとえば高耐圧ＭＯＳＦＥＴ用として特に有用である。
　図９は、台形状欠陥の他の例を示す模式的な平面図である。台形状欠陥１２０は、エピタキシャル層１１の表面に形成された窪みであり、平面形状が台形状である。台形状欠陥１２０は、＜１１－２０＞方向と交差する上底部１２１および下底部１２２を含む。上底部１２１の幅Ｗ１は０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、下底部１２２の幅Ｗ２は５０μｍ以上５０００μｍ以下である。
　図１０は、図９のＸ－Ｘ線における模式的な断面図である。図１０に示されるように、上底部１２１は、突起部１２１ａを含む。突起部１２１ａは、上底部１２１の略中央に位置していてもよい。上底部１２１において、突起部１２１ａは、突起部１２１ａ以外の部分に対して、５～２０ｎｍ程度突起している。突起部１２１ａの高さは、白色干渉顕微鏡（たとえば製品名「ＢＷ－Ｄ５０７」、ニコン社製）によって測定できる。白色干渉顕微鏡の光源には、水銀ランプを用い、視野は２５０μｍ×２５０μｍとする。
　図１１は、図９のＸＩ－ＸＩ線における模式的な断面図である。台形状欠陥１２０の内部、すなわち上底部１２１と下底部１２２との間の領域では、エピタキシャル層１１の表面が、炭化珪素単結晶基板１０に向かって僅かに後退している。
　台形状欠陥１２０は、炭化珪素単結晶基板１０とエピタキシャル層１１との界面に起点１２３を有している。起点１２３は、突起部１２１ａと連結していてもよい。ただし突起部１２１ａは、貫通転位とは連結していない。
　図１２は、図９の領域Ａの拡大図である。図１２に示されるように、下底部１２２は複数のステップバンチング１２２ｂを含む。「ステップバンチング」とは、複数の原子ステップが束をなし、１ｎｍ以上の段差となった線状欠陥を示す。ステップバンチングにおける段差の大きさは、たとえば１～５ｎｍ程度でもよい。ステップバンチングにおける段差の大きさは、たとえばＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｆｏｒｃｅ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって測定できる。
　下底部１２２に含まれるステップバンチングの個数は、たとえば２～１００個程度でもよいし、２～５０個程度でもよい。下底部１２２に含まれるステップバンチングの個数も、下底部１２２をＡＦＭで観察することにより、計数できる。
　ＡＦＭには、たとえばＶｅｅｃｏ社製の「Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ３００」等を用いることができる。ＡＦＭのカンチレバー（探針）には、Ｂｒｕｋｅｒ社製の型式「ＮＣＨＶ－１０Ｖ」等が好適である。ＡＦＭの測定条件は次のように設定する。
　ＡＦＭの測定モードはタッピングモードとし、タッピングモードでの測定領域は２０μｍ四方、測定深さは１．０μｍに設定する。タッピングモードでのサンプリングは、測定領域内での走査速度を１周期あたり５秒とし、１走査ラインあたりのデータ数は５１２ポイント、走査ライン数は５１２とする。カンチレバーの変位制御は、１５．５０ｎｍに設定する。
　以下、実施例を用いて本実施形態をさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
　以下のようにして試料１、試料２および試料３に係る炭化珪素エピタキシャル基板を製造し、台形状欠陥の欠陥密度を調査した。
　〔試料１～試料３の製造〕
　（０００１）面から４°傾斜した主面１０Ａを有する炭化珪素単結晶基板１０を準備した。炭化珪素単結晶基板１０を成膜装置１のチャンバ１Ａ内に配置し、図６のタイミングチャートに従って、厚さ１５μｍのエピタキシャル層１１を成長させた。
　試料１～試料３の製造にあたり、図６に示される各パラメータは次のように設定した
　チャンバ内の圧力Ｐ１：１×１０-6Ｐａ
　チャンバ内の圧力Ｐ２：１０ｋＰａ
　水素ガスの流量ＦH　　：１２０ｓｌｍ
　シランガスの流量ＦS　：４６ｓｃｃｍ
　炭化水素ガスの流量Ｆc：１７ｓｃｃｍ
　炭化水素ガスの種類　：プロパンガス
　温度Ｔ０　　　　　　：１１００℃
　第１の温度Ｔ１　　　：１４００℃
　第２の温度Ｔ２　　　：１５９０℃。
　試料１では、図６における時点ｔ１から時点ｔ８まではプロパンの流量を０とし、時点ｔ８から時点ｔ１０ではプロパンの流量をＦcとした。温度プロファイルについては図６のとおりとした。
　すなわち試料１では、炭化水素ガスを導入した状態で成長温度（第２の温度Ｔ２）への昇温が行われておらず、基板改質工程（Ｓ１０６）は行われていない。試料１は、従来技術の如く、水素ガスによるエッチングのみが行われた例に相当する。
　試料２では、図６中の時点ｔ６（すなわち成長温度への昇温過程）からプロパンガスを導入した。シランガスが導入される時点ｔ８と時点ｔ６との間の時間（基板改質工程の処理時間）は、５分間とした。
　試料３では、図６中の時点ｔ６からプロパンガスを導入した。シランガスが導入される時点ｔ８と時点ｔ６との間の時間は、１５分間とした。
　ノマルスキータイプの光学顕微鏡を用い、前述の方法に従って試料１～試料３のエピタキシャル層における台形状欠陥の欠陥密度を測定した。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より、基板改質工程を行った試料２および試料３では、基板改質工程を行っていない試料１に比し、台形状欠陥の欠陥密度が顕著に低減されていることが分かる。特に基板改質工程の処理時間を１５分間とした試料３では、台形状欠陥の存在が実質的に確認できない状態まで、その欠陥密度が低減されていた。
　今回開示された実施形態および実施例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および実施例ではなく、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。
　１　成膜装置、１Ａ　チャンバ、３　誘導加熱コイル、４　石英管、５　断熱材、６　発熱体、６Ａ　曲面部、６Ｂ　平坦部、１０　単結晶基板、１０Ａ　主面、１１　エピタキシャル層、１１Ａ　表面、２０，１２０　台形状欠陥、２１　上底、２２　下底、２３，１２３　起点、１００　炭化珪素エピタキシャル基板、１２１　上底部、１２１ａ　突起部、１２２　下底部、１２２ｂ　ステップバンチング、ｈ　高さ、Ａ　領域、ＦC，ＦH，ＦS　流量、Ｈ　厚さ、Ｌ　間隔、Ｐ１，Ｐ２　圧力、Ｔ０　温度、Ｔ１　第１の温度、Ｔ２　第２の温度、Ｗ１，Ｗ２　幅、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７，ｔ８，ｔ９，ｔ１０，ｔ１１，ｔ１２，ｔ６１，ｔ６２，ｔ６３，ｔ６４　時点。

Claims (12)

  1. 　炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、
    　前記炭化珪素単結晶基板を成膜装置のチャンバ内に配置し、前記チャンバ内を減圧する工程と、
    　前記チャンバ内の温度を第１の温度まで昇温する工程と、
    　水素ガスを前記チャンバ内に導入して、前記チャンバ内の圧力を調整する工程と、
    　炭化水素ガスを前記チャンバ内に導入する工程と、
    　調整された前記チャンバ内の前記圧力および前記水素ガスの流量を維持し、かつ前記炭化水素ガスを導入した状態で、前記チャンバ内の前記温度を第２の温度まで昇温して、前記第２の温度で所定の時間保持する基板改質工程と、
    　前記第２の温度を維持した状態で、前記チャンバ内にシランガスを導入することにより、前記炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる工程と、を備える、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  2. 　前記炭化水素ガスは、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガスおよびアセチレンガスからなる群より選択される１種以上を含む、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  3. 　前記導入する工程における前記炭化水素ガスの前記流量は、５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下である、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の製造方法。
  4. 　前記調整する工程における前記水素ガスの前記流量は、５０ｓｌｍ以上２００ｓｌｍ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の製造方法。
  5. 　前記第１の温度は、１３００℃以上１５００℃未満であり、
    　前記第２の温度は、１５００℃以上１７００℃以下である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  6. 　前記基板改質工程における前記チャンバ内の前記圧力は、５ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下である、請求項１～請求項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の製造方法。
  7. 　炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、
    　前記炭化珪素単結晶基板を成膜装置のチャンバ内に配置し、前記チャンバ内を減圧する工程と、
    　前記チャンバ内の温度を１３００℃以上１５００℃未満である第１の温度まで昇温する工程と、
    　５０ｓｌｍ以上２００ｓｌｍ以下の流量の水素ガスを前記チャンバ内に導入して、前記チャンバ内の圧力を５ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下に調整する工程と、
    　５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下の流量のプロパンガスを前記チャンバ内に導入する工程と、
    　調整された前記チャンバ内の前記圧力および前記水素ガスの前記流量を維持し、かつ前記プロパンガスを導入した状態で、前記チャンバ内の前記温度を１５００℃以上１７００℃以下である第２の温度まで昇温して、前記第２の温度で所定の時間保持する基板改質工程と、
    　前記第２の温度を維持した状態で、前記チャンバ内にシランガスを導入することにより、前記炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる工程と、を備える、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  8. 　１°以上８°以下のオフ角を有する炭化珪素単結晶基板と、
    　前記炭化珪素単結晶基板上に形成されたエピタキシャル層と、を備え、
    　前記エピタキシャル層の表面において、台形状の窪みである、台形状欠陥の欠陥密度が１個／ｃｍ2以下であり、
    　前記台形状欠陥は、平面視において＜１１－２０＞方向と交差する上底部および下底部を含み、
    　前記上底部の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、
    　前記下底部の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下であり、
    　前記上底部は、突起部を含み、
    　前記下底部は、複数のステップバンチングを含む、炭化珪素エピタキシャル基板。
  9. 　前記炭化珪素単結晶基板の主面は、｛０００１｝面から前記オフ角だけ傾斜した面である、請求項８に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
  10. 　前記炭化珪素単結晶基板の口径は、１００ｍｍ以上である、請求項８または請求項９に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
  11. 　前記エピタキシャル層の厚さは、５μｍ以上３０μｍ以下である、請求項８～請求項１０のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
  12. 　｛０００１｝面から１°以上８°以下傾斜した主面を有し、かつ口径が１００ｍｍ以上である炭化珪素単結晶基板と、
    　前記炭化珪素単結晶基板上に形成され、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下であるエピタキシャル層と、を備え、
    　前記エピタキシャル層の表面において、台形状の窪みである、台形状欠陥の欠陥密度が１個／ｃｍ2以下であり、
    　前記台形状欠陥は、平面視において＜１１－２０＞方向と交差する上底部および下底部を含み、
    　前記上底部の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、
    　前記下底部の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下であり、
    　前記上底部は、突起部を含み、
    　前記下底部は、複数のステップバンチングを含む、炭化珪素エピタキシャル基板。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109642343A (zh) * 2016-08-31 2019-04-16 昭和电工株式会社 SiC外延晶片及其制造方法、大凹坑缺陷检测方法、缺陷识别方法
US11293115B2 (en) 2016-08-31 2022-04-05 Showa Denko K.K. Method for producing a SiC epitaxial wafer containing a total density of large pit defects and triangular defects of 0.01 defects/cm2 or more and 0.6 defects/cm2 or less
US11320388B2 (en) 2016-08-31 2022-05-03 Showa Denko K.K. SiC epitaxial wafer containing large pit defects with a surface density of 0.5 defects/CM2 or less, and production method therefor

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9957641B2 (en) 2014-08-01 2018-05-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Epitaxial wafer and method for manufacturing same
US9728628B2 (en) * 2014-08-29 2017-08-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same
KR20160090698A (ko) * 2015-01-22 2016-08-01 주식회사 엘지실트론 에피택셜 웨이퍼의 성장을 위한 리액터의 재가동 준비 방법
KR102136000B1 (ko) * 2015-02-18 2020-07-20 쇼와 덴코 가부시키가이샤 에피택셜 탄화 규소 단결정 웨이퍼의 제조 방법 및 에피택셜 탄화 규소 단결정 웨이퍼
JP6708974B2 (ja) 2015-05-18 2020-06-10 住友電気工業株式会社 炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素半導体装置
CN112074928B (zh) * 2018-05-09 2023-12-22 住友电气工业株式会社 碳化硅外延衬底和制造碳化硅半导体器件的方法
JP7183358B1 (ja) 2021-08-04 2022-12-05 昭和電工株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法
JP7285890B2 (ja) * 2021-08-04 2023-06-02 株式会社レゾナック ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法
JP7311009B2 (ja) * 2021-08-04 2023-07-19 株式会社レゾナック ＳｉＣデバイス及びＳｉＣデバイスの製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005508086A (ja) * 2001-10-26 2005-03-24 クリー　インコーポレイテッド 劣化を最少に抑えたＳｉＣバイポーラ半導体デバイス
JP2009256138A (ja) * 2008-04-17 2009-11-05 Nippon Steel Corp エピタキシャル炭化珪素単結晶基板及びその製造方法
JP2010095431A (ja) * 2008-10-20 2010-04-30 Toyota Motor Corp ＳｉＣ薄膜形成装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5279701A (en) 1988-05-11 1994-01-18 Sharp Kabushiki Kaisha Method for the growth of silicon carbide single crystals
JPH0641400B2 (ja) * 1988-05-11 1994-06-01 シャープ株式会社 炭化珪素単結晶の製造方法
JP2003234301A (ja) * 2001-10-25 2003-08-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体基板、半導体素子及びその製造方法
JP4238357B2 (ja) * 2003-08-19 2009-03-18 独立行政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、同ウエハの製造方法及び同ウエハ上に作製された半導体装置
EP1752567B1 (en) * 2004-05-27 2011-09-14 Bridgestone Corporation Process for producing wafer of silicon carbide single-crystal
JP2006321707A (ja) * 2005-04-22 2006-11-30 Bridgestone Corp 炭化ケイ素単結晶ウェハ及びその製造方法
JP5458509B2 (ja) * 2008-06-04 2014-04-02 日立金属株式会社 炭化珪素半導体基板
JP4887418B2 (ja) * 2009-12-14 2012-02-29 昭和電工株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法
WO2012035880A1 (ja) * 2010-09-16 2012-03-22 住友電気工業株式会社 半導体装置の製造方法
JP2012171811A (ja) * 2011-02-17 2012-09-10 Bridgestone Corp 炭化珪素単結晶エピタキシャルウエハの製造方法
JP5384714B2 (ja) 2012-10-31 2014-01-08 昭和電工株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法
JP2014192163A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Mitsubishi Electric Corp ＳｉＣエピタキシャルウエハの製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005508086A (ja) * 2001-10-26 2005-03-24 クリー　インコーポレイテッド 劣化を最少に抑えたＳｉＣバイポーラ半導体デバイス
JP2009256138A (ja) * 2008-04-17 2009-11-05 Nippon Steel Corp エピタキシャル炭化珪素単結晶基板及びその製造方法
JP2010095431A (ja) * 2008-10-20 2010-04-30 Toyota Motor Corp ＳｉＣ薄膜形成装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109642343A (zh) * 2016-08-31 2019-04-16 昭和电工株式会社 SiC外延晶片及其制造方法、大凹坑缺陷检测方法、缺陷识别方法
CN109642343B (zh) * 2016-08-31 2021-10-26 昭和电工株式会社 SiC外延晶片及其制造方法、大凹坑缺陷检测方法、缺陷识别方法
US11293115B2 (en) 2016-08-31 2022-04-05 Showa Denko K.K. Method for producing a SiC epitaxial wafer containing a total density of large pit defects and triangular defects of 0.01 defects/cm2 or more and 0.6 defects/cm2 or less
US11320388B2 (en) 2016-08-31 2022-05-03 Showa Denko K.K. SiC epitaxial wafer containing large pit defects with a surface density of 0.5 defects/CM2 or less, and production method therefor
US11961736B2 (en) 2016-08-31 2024-04-16 Resonac Corporation SiC epitaxial wafer, production method therefor, and defect identification method

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