WO2018123534A1 - ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法 - Google Patents

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WO2018123534A1
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ratio
dopant
sic epitaxial
epitaxial wafer
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直人 石橋
啓介 深田
章 坂東
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昭和電工株式会社
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    • H01L29/1608—Silicon carbide

Definitions

  • the present invention relates to a p-type SiC epitaxial wafer and a method for manufacturing the same.
  • Silicon carbide (SiC) has a dielectric breakdown electric field one order of magnitude larger than silicon (Si) and a band gap three times larger. Silicon carbide (SiC) has a thermal conductivity about three times higher than that of silicon (Si). Therefore, silicon carbide (SiC) is expected to be applied to power devices, high frequency devices, high temperature operation devices, and the like.
  • Nitrogen and phosphorus are known as n-type dopants, and aluminum and boron are known as p-type dopants. Attempts to lower the resistance of the epitaxial film by doping these dopants at a high concentration in the epitaxial film are underway.
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 describe that a p-type SiC epitaxial film can be produced using silane and propane as source gases and trimethylaluminum (TMA) as a dopant gas.
  • TMA trimethylaluminum
  • Patent Document 1 uses a co-doping technique in which nitrogen is simultaneously doped in order to dope aluminum with high concentration.
  • SiC epitaxial growth the occurrence of triangular defects due to minute particles becomes a problem. For this reason, reduction of the occurrence of defects is demanded.
  • SiC epitaxial growth if the supply amount of Si source gas is increased in order to increase the growth rate, defects due to Si aggregation tend to occur. In order to prevent the occurrence of this defect, a gas containing Cl is generally used.
  • Non-Patent Document 3 describes a method of using a Cl-based gas containing Cl in the molecule in order to obtain a high-quality epitaxial film.
  • a gas containing Si such as chlorosilane is used in addition to a gas not containing Si such as HCl.
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 are examinations at the laboratory level, and it is necessary to further increase the in-plane uniformity of the dopant concentration in order to apply to an actual production site. That is, a method for manufacturing a p-type SiC epitaxial wafer having a high concentration and a high in-plane uniformity of the dopant concentration is required.
  • the present invention has been made in view of the above problems, has a high quality with few defects, a p-type SiC epitaxial wafer having a high concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and a high in-plane uniformity of the dopant concentration. And it aims at obtaining the manufacturing method.
  • the present invention provides a manufacturing method according to the following first aspect.
  • the method for producing a p-type SiC epitaxial wafer according to the first aspect is a method for producing a p-type SiC epitaxial wafer in which the dopant concentration of Al is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more, A step of setting an input raw material C / Si ratio that is a ratio of C element and Si element in the raw material gas; A p-type SiC epitaxial film is formed on the substrate in a film formation atmosphere in which the source gas, a Cl-based gas containing Cl in the molecule, and a dopant gas containing Al and C in the molecule are present.
  • the sub-process has a sub-process in which the input raw material C / Si ratio is set based on a total gas C / Si ratio that is a ratio of a C element and a Si element in a film formation atmosphere containing a C element contained in the dopant gas. And The input material C / Si ratio is different from the total gas C / Si ratio, The input raw material C / Si ratio is 0.8 or less.
  • the method of the first aspect of the present invention preferably includes the following features (2) to (9). These features are preferably combined with each other as necessary.
  • the total gas C / Si ratio is preferably 1.0 or more.
  • the total gas C / Si ratio is more preferably 1.0 or more and 2.1 or less.
  • the Cl-based gas containing Cl in the molecule preferably contains HCl.
  • the Si-based source gas preferably contains Cl in the molecule.
  • the dopant gas containing Al and C in the molecule is preferably trimethylaluminum.
  • the source gas does not contain a C element.
  • the second aspect of the present invention is the following p-type SiC epitaxial wafer.
  • the wafer according to the second aspect of the present invention preferably includes the following features (10) to (12). These features are preferably combined with each other as necessary.
  • the p-type SiC epitaxial wafer preferably has a diameter of 6 inches or more.
  • the diameter of the p-type SiC epitaxial wafer according to the above aspect is less than 6 inches, and the in-plane uniformity of the dopant concentration is 10% or less.
  • the triangular defect density is preferably 0.1 cm ⁇ 2 or less.
  • a p-type SiC epitaxial wafer having a high concentration and a high in-plane uniformity of the dopant concentration can be obtained.
  • the SiC epitaxial wafer of the second aspect has low resistance and high in-plane uniformity, a large number of various devices can be produced uniformly.
  • concentration of the aluminum which is a dopant of the p-type SiC epitaxial wafer produced in Examples 1-3 using the secondary ion mass spectrometry (SIMS) toward the thickness direction from the lamination surface is shown. It is a graph which shows the change of the aluminum concentration in an epitaxial film with respect to the injection amount of dopant gas. It is a graph which shows the in-plane uniformity of the dopant concentration of the p-type SiC epitaxial wafer produced in Example 1 and Example 4. The distribution of triangular defects of the 6-inch p-type SiC epitaxial wafer produced in Example 1 is shown.
  • the method for manufacturing a p-type SiC epitaxial wafer according to the present embodiment is a method for manufacturing a p-type SiC epitaxial wafer in which the dopant concentration of Al is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more.
  • This method for manufacturing a p-type SiC epitaxial wafer includes a step of setting an input raw material C / Si ratio, which is a ratio of a C element and a Si element in a raw material gas, a raw material gas, and a Cl-based gas containing Cl in the molecule; And a step of forming a p-type SiC epitaxial film on the substrate in an atmosphere in which a dopant gas containing Al and C is present in the molecule. More specifically, the manufacturing method of the present embodiment supplies a source gas, a Cl-based gas containing Cl in the molecule, and a dopant gas containing Al and C in the molecule.
  • the input raw material C / Si ratio is different from the total gas C / Si ratio, which is the ratio of the C element and the Si element in the film formation atmosphere, and the input raw material C / Si ratio is based on the total gas C / Si ratio. Is set, and the input material C / Si ratio, which is the ratio of the C element to the Si element in the source gas, is 0.8 or less.
  • the “source gas” is a gas that is a source material when forming the SiC epitaxial film. It may be composed of only one type or may be composed of two or more types. Although it is preferable that they are two types, it is not limited to this.
  • the source gas is generally divided into a Si-based source gas composed of a compound containing Si in the molecule and a C-based source gas composed of a compound containing C in the molecule.
  • the source gas may include at least a Si-based source gas, and may not include a C-based source gas as necessary.
  • the source gas does not include a dopant gas that is a gas supplied with the intention of doping the epitaxial film.
  • the source gas does not include a dopant supplied for the purpose of doping Al, and is distinguished from the dopant gas. That is, the C-based source gas and the Si-based source gas do not contain Al as a dopant in the molecule.
  • a known gas can be used as the Si-based source gas.
  • silane (SiH 4 ) is preferable.
  • a gas containing chlorine-based Si raw materials such as dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), and tetrachlorosilane (SiCl 4 ) containing Cl having an etching action. Gas) can also be used. Only one type may be used, or two or more types may be used in combination.
  • the Si-based source gas may contain carbon as necessary, but preferably does not contain carbon.
  • the C-based source gas a known one can be selected and used, for example, propane (C 3 H 8 ) or the like can be used. Only one type may be used, or two or more types may be used in combination.
  • the C-based source gas may contain Si as necessary, but preferably does not contain Si.
  • the “Cl-based gas” is a gas containing Cl as a constituent element of a molecule of a compound constituting the gas.
  • Cl hydrogen chloride
  • SiH 2 Cl 2 SiHCl 3
  • SiCl 4 are applicable. Only one type may be used, or two or more types may be used in combination.
  • the gas containing both Cl and Si, SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , and SiCl 4 are also the Si-based source gases. Like these gases, it is possible to use gases that are both “Cl-based gases” and “Si-based source gases”.
  • Cl-based gas which does not contain Si and / or “Si-based source gas” which does not contain Cl are used as necessary. May not be used, or may be used in combination with the gas.
  • the “dopant gas” is a gas containing Al and C as constituent elements of molecules of a compound constituting the gas.
  • alkylaluminum typified by trimethylaluminum (TMA) and triethylaluminum (TEA), cycloaluminum, and the like can be given. Since it is difficult to dope Al alone, a compound gas containing Al as a constituent element is used as a dopant gas.
  • the dopant gas is a gas supplied with the intention of doping the epitaxial film with Al.
  • the dopant gas is preferably a gas containing no Si. Only one type of dopant gas may be used, or two or more types may be used in combination.
  • gases Other gases that can be used include a carrier gas for transporting these gases into the reaction furnace.
  • Inert hydrogen is preferably used as the carrier gas.
  • the atmosphere or the film formation atmosphere is used to mean a gas state in the growth furnace. For this reason, the atmosphere indicates a state containing hydrogen gas, but hydrogen does not directly affect the reaction of epitaxial growth. Therefore, it is present in the reactor, but will not be mentioned in the future.
  • the atmosphere in which the source gas, the Cl-based gas containing Cl in the molecule, and the dopant gas containing Al and C in the molecule may be, for example, the following combinations: .
  • each gas has a different function, that is, has a different function, and each gas exists in the film formation atmosphere.
  • SiH 4 (Si-based source gas) and C 3 H 8 (C-based source gas) are included as source gases
  • HCl is included as Cl-based gas
  • TMA is present as a dopant gas. If you want to. In this case, the gases do not have characteristics of each other, and the above four types of gases are used.
  • the Si-based source gas may also be a Cl-based gas.
  • SiHCl 3 Si-based source gas, Cl-based gas
  • C 3 H 8 C-based source gas
  • TMA is used as the dopant gas.
  • SiHCl 3 functions as a Si-based source gas and a Cl-based gas.
  • the above three types of gases are used.
  • the Si-based source gas also serves as a Cl-based gas
  • the Cl-based gas not containing Si may be used as necessary or may not be used.
  • a gas that also serves as a Si-based source gas as a Cl-based gas and a Cl-based gas that does not contain Si may be used at the same time.
  • SiHCl 3 Si-based source gas, Cl-based gas
  • C 3 H 8 C-based source gas
  • other Cl-based gases are included.
  • HCl may be included as a gas
  • TMA may be used as a dopant gas.
  • four types of gases are used.
  • SiHCl 3 functions as a Si-based source gas and a Cl-based gas.
  • the source gas does not include the C-type source gas, that is, the C-type source gas is not used as the source gas.
  • the C-type source gas is not used as the source gas.
  • SiH 4 Si-based source gas
  • HCl is included as the Cl-based gas
  • TMA is present in the film formation atmosphere as the dopant gas.
  • three types of gases are used.
  • the source gas may not include a C-based source gas, and the Si-based source gas may also have a Cl-based gas.
  • SiHCl 3 Si-based source gas, Cl-based gas
  • TMA may be used as the dopant gas.
  • two types of gases are used.
  • the source gas, the Cl-based gas, and the dopant gas as described above are selected and supplied to the reaction space (growth chamber) in the reaction furnace in which the substrate is placed, as necessary. Can be obtained.
  • the flow rate of each gas to be introduced can be arbitrarily set so as to satisfy the present invention. These gases can be supplied into the reactor from different pipes, or can be supplied together from one pipe. In order to avoid reaction in the piping, it is preferable to supply them separately. Further, the gas can be discharged from the growth chamber as necessary.
  • the supply ratio of each gas greatly affects the film formation state and physical properties of the SiC epitaxial film. Therefore, the supply amount of each gas is set in advance, and the film formation atmosphere is controlled.
  • the SiC epitaxial film is obtained by reacting C element and Si element on the substrate. Therefore, the C / Si ratio, which is the ratio of C element to Si element, is a particularly important parameter.
  • C / Si ratio has two meanings. Each is clearly expressed and used properly.
  • One ratio is the ratio of the C element to the Si element in the film formation atmosphere in which the SiC epitaxial film is formed. Since it is the ratio of C element and Si element contained in all the gases used in the film forming atmosphere, this is called “total gas C / Si ratio”.
  • Another ratio is a ratio of C element and Si element in the supplied raw material gas. Since this is the ratio of the C element and Si element contained in the supplied (input) raw material gas, this is referred to as “input raw material C / Si ratio”.
  • the input raw material C / Si ratio and the total gas C / Si ratio almost coincide with each other. Further, the total gas C / Si in such a case is used as an effective, ie, C / Si ratio that actually reacts. Therefore, in the field of SiC, the supply ratio of Si-based source gas and C-based source gas, that is, the input source C / Si ratio is often handled as the C / Si ratio in production.
  • a low concentration dopant is doped
  • a very small amount of dopant gas is not one of the main elements of the gas present in the deposition atmosphere. . That is, the dopant gas is supplied in a small amount that is sufficiently negligible compared to the source gas. Therefore, even if the dopant gas contains C element, the amount of C element present in the dopant gas is very small compared to the amount of C element present in the C-based source gas, etc. Can be considered a range. That is, in such a case, it can be said that the input raw material C / Si ratio and the total gas C / Si ratio substantially coincide.
  • the C element in the dopant gas that cannot be ignored in the low concentration doping cannot be ignored.
  • the input material C / Si ratio and the total gas C / Si ratio which are almost the same in the case of low concentration doping, do not match.
  • the total gas C / Si ratio becomes higher than the above value, and as a result, a large number of C / Si ratios are biased. Defects occur in the epitaxial film. When many defects occur in the epitaxial film, the epitaxial film becomes non-mirror surface. This is a problem encountered for the first time when doping a high concentration of aluminum in an atmosphere in which Cl and Al elements coexist.
  • the input raw material C / Si ratio is set in advance based on the total gas C / Si ratio.
  • the C element used to calculate the total gas C / Si ratio includes the C element in the dopant gas in the calculated value. For this reason, the input raw material C / Si ratio and the total gas C / Si ratio are different from each other.
  • SiC is obtained by one-to-one bonding of silicon and carbon. For this reason, it is common and preferable to set the total gas C / Si ratio in the vicinity of 1.0. However, the C element derived from the dopant gas is less likely to be taken in than the C element derived from the C-based source gas. Therefore, it is also preferable to perform the setting in consideration of this point.
  • one or more steps selected from the following sub-steps can be preferably included.
  • the C / Si ratio of the raw material gas (C raw material gas, Si raw material gas) used in actual production, or the raw material A sub-process for determining a C / Si ratio in a combination of gas (C-based source gas, Si-based source gas) and Cl-based gas.
  • an effective ratio of the C element incorporation efficiency derived from the dopant gas to the incorporation efficiency of the C element derived from the source gas is expressed as ⁇ .
  • the Si element and the C element are bonded one-to-one. Therefore, it is generally desirable to control the C / Si ratio in the atmospheric gas (film forming atmospheric gas) within a certain range near 1.
  • the ratio of C and Si on the growth surface is biased to one side, so normal epitaxial growth does not occur, surface abnormality such as white turbidity occurs, and defects associated therewith easily occur.
  • the relative uptake efficiency ⁇ of the C element derived from the dopant gas was smaller than 1.0 and about 0.7. Therefore, it is preferable to consider this relative uptake efficiency when setting the total gas C / Si ratio. Then, it is preferable to set the input raw material C / Si ratio based on the obtained effective C / Si ratio.
  • the C / Si ratio that actually contributes to the reaction that is, the effective C / Si ratio is preferably within a certain range. .
  • the effective C / Si ratio is higher than a suitable range of values, the surface becomes cloudy as a whole.
  • the effective C / Si ratio is in the vicinity of the upper limit value of the appropriate range, white turbidity occurs locally.
  • the present inventor conducted an experiment for examining the vicinity of the upper limit of the effective C / Si ratio at which a mirror surface can be obtained using the above phenomenon (Comparative Experiments 1 to 3).
  • a 4-inch SiC single crystal substrate was prepared.
  • the prepared SiC single crystal substrate is a 4H polytype, and the main surface is a (0001) Si surface and has an off angle of 4 °.
  • the SiC single crystal substrate was introduced into the growth furnace.
  • a source gas, a Cl-based gas, and a dopant gas were introduced into a film formation atmosphere surrounded by a growth furnace, and growth was performed at a growth temperature of 1600 ° C.
  • the gas used was TCS (trichlorosilane) as the Si-based source gas, propane as the C-based source gas, TMA as the dopant gas, and hydrogen chloride as the Cl-based gas.
  • the input raw material C / Si ratio was 0.6, and the HCl / TCS ratio was 6.
  • TMA was introduced in an amount of 50% or more of the total C-based gas, and high-concentration p-type SiC was epitaxially grown. As a result, a part of the 4 inch wafer outer peripheral part 2 cm became cloudy.
  • the total gas C / Si ratio was 2.25 assuming that the relative uptake efficiency ⁇ of C by the dopant when propane was used as a reference was 1.
  • the effective C / Si ratio from the comparison of the surface states is considered to be approximately the same.
  • These wafers are generally specular, and only a small portion of Comparative Experiments 1 and 3 are beginning to become non-specular. If the effective C / Si ratio is made larger than these, the entire surface of the wafer is made non-specular. Therefore, these are considered to be the upper limit for obtaining a mirror surface.
  • the effective C / Si with which a mirror surface can be obtained under the same conditions as in this experiment is about 1.7. From this result, it was found that the relative uptake efficiency ⁇ was about 0.7. From the above, when propane is used as a reference, it is considered that about 70% of the C component derived from the dopant gas out of all C-based source gases is taken in as the C component of SiC.
  • the input raw material C / Si ratio is preferably 0.8 or less, more preferably 0.5 or less, and further preferably 0.4 or less.
  • the p-type epitaxial wafer manufacturing method includes the source gas, the Cl-based gas containing Cl in the molecule, and the dopant gas containing Al and C in the molecule. It is performed in a film forming atmosphere. Therefore, the dopant aluminum can be uniformly doped in a high concentration and in the in-plane direction of the substrate.
  • the total gas C / Si ratio is set in consideration of the C element derived from the dopant gas without ignoring it. Further, the total gas C / Si ratio actually takes into account the efficiency of incorporation of the C element derived from the dopant gas into the epitaxial film. Therefore, an excess of C element in the film formation atmosphere is avoided, and a high-quality p-type SiC epitaxial wafer can be obtained.
  • the input raw material C / Si ratio is set to 0.8 or less lower than 1.0.
  • the total gas C / Si ratio can be selected as necessary, but is preferably 1 to 2.1. By setting it to 1 to 2.1, a mirror-like epitaxial surface can be obtained.
  • the ratio of the C element derived from the dopant gas among the C elements in the film formation atmosphere increases.
  • This ratio can be set according to, for example, the desired dopant concentration, the desired surface state of the wafer, and the like.
  • the ratio of the C element derived from the dopant gas out of the C element in the film formation atmosphere may be about 10%, for example.
  • the proportion of the C element derived from the dopant gas out of the C element in the film formation atmosphere may be about 50%, for example.
  • the proportion of the C element derived from the dopant gas out of the C element in the film formation atmosphere may be about 80%, for example.
  • a p-type SiC epitaxial wafer can be manufactured without using a raw material C / Si ratio of 0, that is, without using a C-based raw material gas.
  • the Cl flow rate with respect to the source gas can be determined in consideration of the desired dopant concentration and surface state.
  • the Cl / Si ratio can be 3 or more, 5 or more, or 7 or more.
  • the p-type SiC epitaxial wafer according to this embodiment is obtained by the above-described method for manufacturing a p-type SiC epitaxial wafer.
  • the p-type SiC epitaxial wafer according to the present embodiment has a dopant concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more, and more preferably 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more.
  • An SiC epitaxial wafer doped with a high concentration of p-type dopant has a low resistance and is highly versatile for various devices.
  • the in-plane uniformity of the dopant concentration is preferably 25% or less, more preferably 18% or less, and further preferably 10% or less.
  • the in-plane uniformity of the dopant concentration is obtained by dividing the difference between the maximum value of the dopant concentration and the minimum value of the dopant concentration by the average value of the dopant concentration in the in-plane direction and multiplying by 100.
  • the in-plane uniformity with excellent dopant concentration has a great effect by mixing the Cl-based gas in the film forming atmosphere.
  • the Al incorporation efficiency of the p-type SiC epitaxial wafer is affected by the C / Si ratio of the epitaxial surface. This is because since Al enters the Si site, it is easier for Al to be taken in when the C-rich and Si vacancies are more likely to occur.
  • the C / Si ratio is an important parameter for adjusting the in-plane distribution of Al doping. In the present embodiment, the C / Si ratio is adjusted to an optimum state for uniforming the in-plane distribution in the high Al doping region.
  • the Cl-based gas contains HCl, and more preferably, the Cl-based gas is HCl
  • the concentration of Cl, which affects the reaction of the dopant gas, for example, TMA, in the growth furnace is changed to C / Si. It can be changed independently of the ratio. In this respect, the degree of freedom of adjustment is increased, which is advantageous for uniformization.
  • a plurality of devices are produced from one p-type SiC epitaxial wafer. Therefore, if the in-plane uniformity of the dopant concentration of the p-type SiC epitaxial wafer is high, the device yield that satisfies the condition within the predetermined range increases.
  • the diameter of the p-type SiC epitaxial wafer is preferably 4 inches or more, and more preferably 6 inches or more.
  • SiC devices It is important that it is 6 inches or more. It is possible to increase the number of iC devices that can be manufactured from one SiC epitaxial wafer and have characteristics such as low power loss due to low resistance, and it is possible to reduce the cost of SiC devices. . While SiC devices have very good performance, the problem is that they are more expensive than Si devices. A large p-type SiC wafer with high in-plane dopant concentration uniformity leads to a significant reduction in the manufacturing cost of SiC devices.
  • a p-type epitaxial wafer having a larger size and higher in-plane uniformity of dopant concentration can be obtained for the first time by the above-described manufacturing method. If the wafer diameter is less than 6 inches, the in-plane uniformity of the dopant concentration can be increased to 10% or less.
  • the p-type SiC epitaxial wafer according to this embodiment preferably has a triangular defect density of 0.1 cm ⁇ 2 or less.
  • a triangular defect means a defect that looks like a triangle by an optical microscope.
  • a triangular defect is a defect formed along the step flow growth direction ( ⁇ 11-20> direction) from the upstream side to the downstream side so that the triangle apex and its opposite side (bottom side) are aligned.
  • Triangular defects cause polymorphism and adversely affect the device due to differences in electrical properties from normal epitaxial layers.
  • Triangular defects are suppressed by mixing a Cl-based gas in a film formation atmosphere.
  • the Cl-based gas suppresses the generation of defects such as Si droplets that are the starting points of triangular defects.
  • a Cl-based gas containing Cl in the molecule is used simultaneously with the dopant gas. Thereby, even if Al is doped, a high quality epitaxial film can be obtained. In other words, a p-type SiC epitaxial wafer with few triangular defects can be obtained only when a Cl-based gas is supplied to the film forming atmosphere.
  • the yield of the SiC device can be increased. Moreover, since it has low resistance, it can be used for various SiC devices. In the present invention, since an excellent effect can be obtained, it is not always necessary to dope nitrogen simultaneously during production.
  • Example 1 A 6-inch SiC single crystal substrate was prepared.
  • the prepared SiC single crystal substrate is a 4H type polytype, and the main surface has an off angle of 4 °.
  • the SiC single crystal substrate was introduced into the growth furnace, and gas was introduced into the film formation atmosphere surrounded by the growth furnace.
  • the gases used were trichlorosilane (TCS) as the Si-based source gas, propane as the C-based source gas, trimethylaluminum (TMA) as the dopant gas, and hydrogen chloride (HCl) as the Cl-based gas.
  • the input material C / Si ratio was 0.4, and the HCl / TCS ratio (Cl-based gas / Si-based material gas) was 6.
  • SiC was epitaxially grown while changing the supply amount of the dopant gas to obtain a p-type SiC epitaxial wafer.
  • the total gas C / Si ratio was changed to 1.51 (total gas C / Si ratio at the start of the experiment), 1.79, and 2.06. .
  • the ratio of the C element derived from the dopant gas to the C element in the film forming atmosphere gas was finally 80%.
  • Example 2 The second embodiment is different from the first embodiment in that the supply amount of HCl is changed. Other conditions were the same as in Example 1.
  • Example 2 TCS was used as the Si-based source gas, propane was used as the C-based source gas, TMA was used as the dopant gas, and hydrogen chloride was used as the Cl-based gas.
  • the HCl / TCS ratio was 4.
  • SiC was epitaxially grown while changing the supply amount of the dopant gas to obtain a p-type SiC epitaxial wafer.
  • the total gas C / Si ratio was changed to 1.51, 1.79, and 2.06 by changing the supply amount of the dopant gas.
  • the ratio of the C element derived from the dopant gas to the C element in the film forming atmosphere gas was finally 80%.
  • Example 3 differs from Example 1 in that no C-based source gas was used. Other conditions were the same as in Example 1.
  • Example 3 TCS was used as the Si-based source gas, TMA was used as the dopant gas, and hydrogen chloride was used as the Cl-based gas.
  • the input raw material C / Si ratio was 0, and the input amount of HCl gas was 6 in terms of HCl / TCS ratio.
  • SiC was epitaxially grown while changing the supply amount of the dopant gas to obtain a p-type SiC epitaxial wafer.
  • the total gas C / Si ratio was changed to 1.41, 1.76, and 2.12 by changing the supply amount of the dopant gas.
  • the ratio of the C element derived from the dopant gas to the C element in the film forming atmosphere gas was 100%.
  • the concentration of Al, which is a dopant, of the p-type SiC epitaxial wafer produced in Examples 1 to 3 was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) from the stacking surface in the thickness direction. The result is shown in FIG.
  • the vertical axis represents the dopant concentration per unit area, and the horizontal axis represents the depth in the thickness direction from the surface of the epitaxial film. It can be seen that a p-type SiC epitaxial wafer having a dopant Al concentration (Al dopant concentration) of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more is manufactured.
  • the dopant concentration of aluminum changed as the supply amount of the dopant gas was changed. That is, it can be said that aluminum is appropriately taken into the epitaxial film.
  • the outermost surface of the epitaxial film could be doped with aluminum at a high concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • FIG. 2 is a graph showing a change in the aluminum concentration in the epitaxial film with respect to the input amount of the dopant gas.
  • FIG. 2 also includes the results of Examples 1 to 3 and other evaluation results.
  • An Al concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more is obtained under the conditions of this embodiment, and an Al concentration of less than 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 is obtained under the conditions of normal conditions for low concentration doping. .
  • FIG. 2 it can be seen that the aluminum concentration increases as the amount of dopant gas introduced is increased.
  • the vertical axis represents the dopant concentration per unit area, and the horizontal axis represents the input amount of the dopant gas.
  • Example 1 The in-plane uniformity of the dopant concentration on the surface of the p-type SiC epitaxial wafer produced in Example 1 was also measured.
  • the measurement result of Example 1 is shown in FIG.
  • the vertical axis in FIG. 3 indicates the aluminum concentration, and the horizontal axis indicates the distance from the center of the SiC epitaxial wafer.
  • Example 4 In Example 4, the size of the SiC single crystal substrate was changed to 4 inches. Other conditions were the same as in Example 1. The in-plane uniformity of the dopant concentration of the p-type SiC epitaxial wafer produced in Example 4 was also measured. The measurement result of Example 4 is shown in FIG.
  • the in-plane uniformity of the dopant concentration of the p-type SiC epitaxial wafer of Example 1 was 20.5%.
  • the in-plane uniformity of the dopant concentration of the p-type SiC epitaxial wafer of Example 4 was 7.7%. That is, a p-type SiC epitaxial wafer having high in-plane uniformity of dopant concentration was obtained.
  • In-plane uniformity was obtained by dividing the difference between the maximum value of the dopant concentration and the minimum value of the dopant concentration by the average value of the dopant concentration in the in-plane direction and multiplying by 100.
  • the triangular defect density of the 6-inch p-type SiC epitaxial wafer obtained in Example 1 was measured.
  • the triangular defect density of the 6-inch p-type SiC epitaxial wafer shown in Example 1 was 0.06 cm ⁇ 2 .
  • Triangular defect density greatly affects the yield during device fabrication. According to the method for manufacturing a p-type SiC epitaxial wafer according to the present embodiment, a p-type epitaxial wafer having a low defect can be obtained, and the device yield can be increased. Therefore, it can greatly contribute to cost reduction at the time of device fabrication.
  • the present invention can provide a p-type SiC epitaxial wafer having high concentration and high in-plane uniformity of dopant concentration, and a method for manufacturing the same. According to the method for producing a p-type SiC epitaxial wafer of the present invention, a low-defect p-type epitaxial wafer can be obtained, and the device yield can be increased. Therefore, it can greatly contribute to cost reduction at the time of device fabrication.

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Abstract

原料ガスにおけるＣ元素とＳｉ元素との比率である投入原料Ｃ／Ｓｉ比を設定する工程と、前記原料ガスと、分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスと、分子内にＡｌとＣとを含むドーパントガスと、が存在する成膜雰囲気下で基板上にｐ型のＳｉＣエピタキシャル膜を成膜して、Ａｌのドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハを得る工程を有し、前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比は、前記ドーパントガスに含まれるＣ元素を含む成膜雰囲気におけるＣ元素とＳｉ元素の比率である全ガスＣ／Ｓｉ比を基に設定し、前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比と前記全ガスＣ／Ｓｉ比が異なり、前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比が０．８以下である、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法を提供する。

Description

ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法
本発明は、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法に関する。
本願は、２０１６年１２月２８日に、日本に出願された特願２０１６－２５５５４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い。そのため炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。
ＳｉＣを用いてデバイスを作製するためには、電気的特性を制御するドーパントを加える必要がある。ｎ型ドーパントとして窒素やリン、ｐ型ドーパントとしてアルミニウムやボロン等が知られている。これらのドーパントをエピタキシャル膜中に高濃度にドープし、エピタキシャル膜を低抵抗化する試みが進められている。
ｎ型ドーパントがドープされたｎ型ＳｉＣエピタキシャル膜については、多くの検討が進められている。これに対し、ｐ型ドーパントがドープされたｐ型ＳｉＣエピタキシャル膜については十分な検討が進められておらず、実験室レベルでの報告がされている程度である。
例えば、非特許文献１及び非特許文献２には、原料ガスとしてシランとプロパン、ドーパントガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いて、ｐ型ＳｉＣエピタキシャル膜を作製できることが記載されている。
アルミニウムを用いて高濃度にドープすることは難しい。この為、特許文献１には、アルミニウムを用いて高濃度にドープするために、窒素を同時にドープする共ドーピングの手法が用いられている。
また一方、ＳｉＣエピタキシャル成長では、微小なパーティクルに起因した三角欠陥の発生が問題になる。この為、欠陥の発生の低減が求められている。ＳｉＣエピタキシャル成長では、成長速度を大きくするためにＳｉ原料ガスの供給量を上げると、Ｓｉ凝集に起因した欠陥が発生しやすい。この欠陥の発生を防ぐために、Ｃｌを含むガスが利用することが一般的に行われている。
非特許文献３には、高品質なエピタキシャル膜を得るために、分子中にＣｌを含むＣｌ系ガスを用いる方法が記載されている。Ｃｌを含むガスとしては、ＨＣｌの様なＳｉを含まないガスの他、クロロシランの様なＳｉを含むガスも使用される。
特開２０１４－１８７１１３号公報
Marcin Zielinski et al., Mat. Sci. Forum Vol.858, pp 137-142. N. Nordell and A. Schoner. Journal of Electronic Materials,Vol26, No.3, 1997, p187-192. Henrik Pedersen et al., Chem. Rev. 2012, 112, 2434-2453.
　近年のＳｉＣデバイスの開発において低抵抗のエピタキシャル膜を得るために、高濃度にドーピングされたｐ型エピタキシャルウェハが求められている。しかしながら、特許文献１の様な共ドーピングの方法では、移動度に影響を与えるｎ型不純物が高濃度に含まれてしまい、一般的ではない。
　また、Ａｌを高濃度にドーピングする場合、Ａｌを含むドーピングガスの流量を増加させる必要がある。その場合に、高品質なエピタキシャル膜を作製するために用いられるＣｌ系ガスを、Ａｌを含むｐ型のドーパントガスと共に使用すると、揮発性の高い塩化アルミニウムが生成してＡｌとＣｌが消費されてしまう。その結果エピタキシャル膜へのＡｌの取込効率が低下し、大量のドーパントガスを供給すると、欠陥が増加し、エピタキシャル膜が非鏡面化してしまうという問題がある。その為、濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上である高ドーピングｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造にＣｌ系ガスを用いることは困難であった。
　また、非特許文献１及び非特許文献２は実験室レベルでの検討であり、実際の生産現場に適用するためにはよりドーパント濃度の面内均一性を高める必要がある。つまり、高濃度で、ドーパント濃度の面内均一性の高いｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法が求められている。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、欠陥が少なく高品質であり、１×１０１８ｃｍ－３以上の高濃度で、ドーパント濃度の面内均一性が高い、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法を得ることを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討の結果、エピタキシャル膜が非鏡面化してしまうのは、大量のドーパントガスを投入することで、ドーパントガス中に含まれるＣ元素を無視できなくなり、成膜に実効的に寄与する実効的なＣ／Ｓｉ比が高くなっていることを見出した。本発明は、上記課題を解決するため、以下の第一の態様の製造方法を提供する。
（１）第１の態様にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、Ａｌのドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、
　原料ガスにおけるＣ元素とＳｉ元素との比率である投入原料Ｃ／Ｓｉ比を設定する工程と、
　前記原料ガスと、分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスと、分子内にＡｌとＣとを含むドーパントガスとが存在する成膜雰囲気下で、基板上にｐ型のＳｉＣエピタキシャル膜を成膜して、Ａｌのドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハを得る工程と、を有し、
　前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比が、前記ドーパントガスに含まれるＣ元素を含む成膜雰囲気におけるＣ元素とＳｉ元素の比率である全ガスＣ／Ｓｉ比を基に、設定される、サブ工程を有し、
　前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比と前記全ガスＣ／Ｓｉ比とが異なり、
　前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比が０．８以下である。
本発明の第一の態様の方法は、以下の（２）～（９）の特徴を好ましく含む。なおこれらの特徴は、必要に応じて互いに組み合わせることも好ましい。
（２）前記全ガスＣ／Ｓｉ比は、１．０以上であることが好ましい。
（３）前記全ガスＣ／Ｓｉ比は、１．０以上２．１以下であることがより好ましい。
（４）前記分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスは、ＨＣｌを含むことが好ましい。
（５）前記原料ガスの内、Ｓｉ系原料ガスは、分子内にＣｌを含むことが好ましい。
（６）前記分子内にＡｌとＣを含むドーパントガスは、トリメチルアルミニウムであることが好ましい。
（７）前記成膜雰囲気におけるＣ元素の１０％以上が前記ドーパントガスに由来する構成であることが好ましい。
（８）前記原料ガスがＣ元素を含まない構成であることも好ましい。
本発明の第二の態様は、以下のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハである。
（９）ドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であり、ドーパント濃度の面内均一性が２５％以下であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ。
　本発明の第二の態様のウェハは、以下の（１０）～（１２）の特徴を好ましく含む。なおこれらの特徴は、必要に応じて互いに組み合わせることも好ましい。
（１０）上記ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径が６インチ以上であることが好ましい。　
（１１）上記態様にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径が６インチ未満であり、ドーパント濃度の面内均一性が１０％以下であることが好ましい。
（１２）上記ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、三角欠陥密度が０．１ｃｍ－２以下であることも好ましい。
第一の態様のＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、高濃度でドーパント濃度の面内均一性が高いｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハを得ることができる。
また第二の態様のＳｉＣエピタキシャルウェハは低抵抗であり、面内均一性が高いため、様々なデバイスを均質に多数作製できる。
実施例１～３で作製したｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハのドーパントであるアルミニウムのドーパント濃度を、積層面から厚み方向に向かって二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて測定した結果を示す。 ドーパントガスの投入量に対するエピタキシャル膜中のアルミニウム濃度の変化を示すグラフである。 実施例１及び実施例４で作製したｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハのドーパント濃度の面内均一性を示すグラフである。 実施例１で作製した６インチのｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの三角欠陥の分布をしめす。
以下に、本発明の好ましい例を説明する。以下の説明において例示される条件、物質等は本発明の一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で、適宜変更して実施することが可能である。
（ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法）
本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、Ａｌのドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法である。このｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、原料ガスにおけるＣ元素とＳｉ元素との比率である投入原料Ｃ／Ｓｉ比を設定する工程と、原料ガスと、分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスと、分子内にＡｌとＣとを含むドーパントガスと、が存在する雰囲気下で基板上にｐ型のＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する工程を有する。
さらに具体的に説明すると、本実施形態の製造方法は、原料ガスと、分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスと、分子内にＡｌとＣとを含むドーパントガスとを用いて、これらガスが供給される成膜雰囲気下で、Ａｌのドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であり、
投入原料Ｃ／Ｓｉ比と、成膜雰囲気におけるＣ元素とＳｉ元素の比率である全ガスＣ／Ｓｉ比とが異なっており、全ガスＣ／Ｓｉ比を基に、前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比が設定され、かつ、原料ガスにおける、Ｃ元素とＳｉ元素との比率である、投入原料Ｃ／Ｓｉ比が０．８以下である。
まず本明細書における用語の定義について説明する。
（原料ガス）
「原料ガス」とは、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する際の原料となるガスである。１種類のみから構成されても、あるいは２種類以上から構成されても良い。２種類であることが好ましいが、これに限定されない。原料ガスは、一般に、分子内にＳｉを含む化合物からなるＳｉ系原料ガスと、分子内にＣを含む化合物からなるＣ系原料ガスとに分けられる。本実施形態では、原料ガスは少なくともＳｉ系原料ガスを含めばよく、必要に応じて、Ｃ系原料ガスを含まない場合もありえる。本発明では、Ｓｉ系原料ガスのみを、又はＳｉ系原料ガスとＣ系原料ガスの組み合わせを、原料ガスとして好ましく使用できる。通常のドーピングを行うエピタキシャル成長では、ドーパントとして用いる元素の量は、ＳｉやＣの量よりも著しく少ない。この為、通常の方法では、原料ガスには、エピタキシャル膜へのドープを意図して供給されるガスであるドーパントガスは含まれないものとして、考えられている。本発明でも、原料ガスは、Ａｌのドープを意図して供給されるドーパントは含まないものとし、ドーパントガスとは区別される。すなわちＣ系原料ガスやＳｉ系原料ガスには、分子にドーパントであるＡｌを含まない。
Ｓｉ系原料ガスは、公知のガス（化合物）を用いることができる。例えばシラン（ＳｉＨ４）が好ましく挙げられる。この他、エッチング作用があるＣｌを含む、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、及びテトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）などの、塩素系Ｓｉ原料を含有するガス（クロライド系原料含有ガス）を用いることもできる。１種類のみを用いても良く、２種以上を組み合わせて用いても良い。Ｓｉ系原料ガスは、必要に応じて炭素を含んでも良いが、含まないことが好ましい。
Ｃ系原料ガスとしては、公知のものを選択して用いることができ、例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）等を用いることができる。１種類のみを用いても良く、２種以上を組み合わせて用いても良い。Ｃ系原料ガスは、必要に応じてＳｉを含んでも良いが、含まないことが好ましい。
（Ｃｌ系ガス）
次いで「Ｃｌ系ガス」を説明する。「Ｃｌ系ガス」とは、ガスを構成する化合物の分子の構成元素として、Ｃｌが含まれるガスである。例えば、塩化水素（ＨＣｌ）、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、及びＳｉＣｌ４等の化合物が、該当する。１種類のみを用いても良く、２種以上を組み合わせて用いても良い。なお、ここで、ＣｌとＳｉの両方を含むガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４は、上記のＳｉ系原料ガスでもある。これらのガスのように、「Ｃｌ系ガス」でもあり、「Ｓｉ系原料ガス」でもあるという、ガスを使用する場合もありえる。
なお「Ｃｌ系ガス」と「Ｓｉ系原料ガス」であることを兼ねるガスを用いる場合、必要に応じて、Ｓｉを含まない「Ｃｌ系ガス」及び／又はＣｌを含まない「Ｓｉ系原料ガス」を使用しなくても良いし、あるいは、前記ガスと合わせて使用しても良い。
（ドーパントガス）
「ドーパントガス」とは、ガスを構成する化合物の分子の構成元素として、ＡｌとＣとを含むガスである。例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）に代表されるアルキルアルミニウムや、シクロアルミニウム等が挙げられる。Ａｌを単体でドープすることが難しいため、Ａｌを構成元素として有する化合物のガスが、ドーパントガスとして用いられる。ドーパントガスは、原則としてエピタキシャル膜へのＡｌのドープを意図して供給されたガスである。またドーパントガスはＳｉを含まないガスが好ましく使用される。ドーパントガスは、１種類のみを用いても良く、２種以上を組み合わせて用いても良い。
（その他のガス）
この他に使用することが出来るガスとして、これらのガスを反応炉内に搬送するためのキャリアガスがある。キャリアガスには、不活性な水素が好ましく用いられる。雰囲気あるいは成膜雰囲気は、成長炉内の気体の状態という意味で用いる。この為、前記雰囲気は水素ガスを含む状態を指すが、水素はエピタキシャル成長の反応には直接影響を与えない。従って、反応炉内に存在するが、今後特には言及しない。
（成膜雰囲気における各ガスの組み合わせ）
上述したように、本発明においては、一つのガスが複数のガスの用途を兼ね備える場合がある。この為、「原料ガスと、分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスと、分子内にＡｌとＣとを含むドーパントガスと、が存在する雰囲気」とは、例えば、以下のような組合せが考えられる。
一つの例としては、それぞれのガスが機能を区別して有するようにして、すなわち別々の機能を有して、それぞれのガスが、成膜雰囲気中に存在する場合が挙げられる。例えば、成膜雰囲気中に、原料ガスとしてＳｉＨ４（Ｓｉ系原料ガス）、及びＣ３Ｈ８（Ｃ系原料ガス）が含まれ、Ｃｌ系ガスとしてＨＣｌが含まれ、ドーパントガスとしてＴＭＡが存在する場合が挙げられる。この場合、ガスは互いの特徴を兼ねることはなく、上記４種類のガスが使用される。
また別の例として、Ｓｉ系原料ガスがＣｌ系ガスであることを兼ねる場合もある。例えば、原料ガス及びＣｌ系ガスとしてＳｉＨＣｌ３（Ｓｉ系原料ガス、Ｃｌ系ガス）が含まれ、及び原料ガスとしてＣ３Ｈ８（Ｃ系原料ガス）が含まれ、ドーパントガスとしてＴＭＡが用いられる場合がある。この場合、ＳｉＨＣｌ３が、Ｓｉ系原料ガス、及びＣｌ系ガスとして、機能している。本例では、上記３種類のガスが使用されている。なおＳｉ系原料ガスがＣｌ系ガスであることを兼ねる場合、Ｓｉを含まないＣｌ系ガスは、必要に応じて使用しても良いし、或いは使用しなくても良い。
例えば、Ｃｌ系ガスとしてＳｉ系原料ガスを兼ねるガスと、Ｓｉを含まないＣｌ系ガスを、同時に用いる場合もある。具体例を挙げれば、原料ガス及びＣｌ系ガスとしてＳｉＨＣｌ３（Ｓｉ系原料ガス、Ｃｌ系ガス）が含まれ、原料ガスとしてＣ３Ｈ８（Ｃ系原料ガス）が含まれ、その他のＣｌ系ガスとしてＨＣｌが含まれ、ドーパントガスとしてＴＭＡを用いる場合がある。ここでは、４種類のガスが使用される。ＳｉＨＣｌ３は、Ｓｉ系原料ガス及びＣｌ系ガスとして機能している。
また別の例として、原料ガスがＣ系原料ガスを含まない、すなわち、原料ガスとしてＣ系原料ガスを使用しない場合もある。例えば、原料ガスとしてＳｉＨ４（Ｓｉ系原料ガス）が含まれ、Ｃｌ系ガスとしてＨＣｌが含まれ、ドーパントガスとしてＴＭＡが成膜雰囲気中に存在させる場合が挙げられる。ここでは、３種類のガスが使用される。
さらに別の例として、原料ガスがＣ系原料ガスを含まず、Ｓｉ系原料ガスがＣｌ系ガスを兼ね備える場合もある。例えば、原料ガスとしてＳｉＨＣｌ３（Ｓｉ系原料ガス、Ｃｌ系ガス）、及びドーパントガスとしてＴＭＡを用いる場合がある。ここでは、２種類のガスが使用される。
このような雰囲気は、基板が内部に載置された反応炉内の反応空間（成長チャンバー）に、前述のような原料ガス、Ｃｌ系ガス、及びドーパントガスを、必要に応じて選択、及び供給して得ることができる。導入する各ガスの流量は、本発明を満足するように任意に設定できる。これらのガスは、それぞれ別の配管から反応炉内に供給することもできるし、或いは一つの配管からまとめて供給することもできる。配管内での反応を避けるためには、それぞれ別々に供給することが好ましい。また、必要に応じて、ガスを成長チャンバーから排出することができる。
（投入原料Ｃ／Ｓｉ比、及び全ガスＣ／Ｓｉ比）
それぞれのガスの供給比率は、ＳｉＣエピタキシャル膜の成膜状態、及び物性等に大きな影響を及ぼす。そのため、事前にそれぞれのガスの供給量を設定し、成膜雰囲気を制御する。
ＳｉＣエピタキシャル膜は、基板上でＣ元素とＳｉ元素とが反応して得られる。そのため、Ｃ元素とＳｉ元素との比であるＣ／Ｓｉ比は、特に重要なパラメータである。
ここで本明細書においては「Ｃ／Ｓｉ比」は二つの意味がある。それぞれを明確に使い分けて表現されている。
一つの比率は、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する成膜雰囲気中における、Ｃ元素とＳｉ元素の比率である。成膜雰囲気中で使用されている、全てのガス中に含まれるＣ元素とＳｉ元素の比であるので、これを「全ガスＣ／Ｓｉ比」という。
もう一つの比率は、供給する原料ガス中におけるＣ元素とＳｉ元素の比率である。供給（投入）される原料ガス中に含まれるＣ元素とＳｉ元素の比であるので、これを「投入原料Ｃ／Ｓｉ比」という。
一般的な製造方法では、投入原料Ｃ／Ｓｉ比と、全ガスＣ／Ｓｉ比とは、値がほぼ一致する。また、このような場合の全ガスＣ／Ｓｉが実効的な、すなわち実際に反応をするＣ／Ｓｉ比を示すものとして用いられている。そのため、ＳｉＣの分野においては、Ｓｉ系原料ガスとＣ系原料ガスの供給比、すなわち投入原料Ｃ／Ｓｉ比を、製造におけるＣ／Ｓｉ比として扱っていることが多い。
例えば、低濃度のドーパントをドープする場合を以下に述べる。
例えば、エピタキシャル膜に１×１０１８ｃｍ－３未満の低濃度のアルミニウムをドープする場合は、量が非常に少ないドーパントガスは、成膜雰囲気中に存在するガスの主な要素の一つではない。すなわち、ドーパントガスは、原料ガスと比較して十分無視できる程度の、僅かな量しか供給されていない。そのため、ドーパントガスがＣ元素を含む場合であっても、ドーパントガス中に存在するＣ元素の量は、Ｃ系原料ガス等中に存在するＣ元素の量と比較すると、非常に小さく、誤差の範囲と考えることができる。つまり、このような場合、投入原料Ｃ／Ｓｉ比と全ガスＣ／Ｓｉ比とは、ほぼ一致していると言える。
次に、本発明のような高濃度のドーパントをドープする場合の例を説明する。上記の低濃度ドープの場合と異なり、本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法では、アルミニウムを１×１０１８ｃｍ－３以上の高濃度にドープする。さらに、成膜雰囲気中には、Ｃｌ元素とＡｌ元素が共存する。なお分子中にＣｌを含むＣｌ系ガスを用いると高品質なエピタキシャル膜が得られるが、Ｃｌ元素とＡｌ元素とが反応すると、塩化アルミニウムが生成される傾向がある。塩化アルミニウムは揮発性が高く、塩化アルミニウムが生成すると、エピタキシャル膜中へのアルミニウムの取込効率が低下する。
上記理由のため、アルミニウムが高濃度にドープされたエピタキシャル膜を得るためには、ドーパントガスの供給量を多くする、すなわち、一般に想定されている量を大幅に超える量のドーパントガスを供給する必要がある。例えば、ドーパントガスが、全Ｃ系原料ガスの１０％以上を占める程度になるように、供給する必要がある。
なお、ドーパントガスの供給量が多くなると、すなわち高濃度ドープを行うと、低濃度ドープでは無視できていたドーパントガス中のＣ元素が、無視できなくなる。すなわち、低濃度ドープではほぼ一致していた投入原料Ｃ／Ｓｉ比と全ガスＣ／Ｓｉ比とが、一致しなくなる。つまり、投入原料Ｃ／Ｓｉ比を制御、例えば１になるように制御しても、全ガスＣ／Ｓｉ比が前記値より高くなり、その結果、ＣとＳｉの比率の偏りのために、多数の欠陥がエピタキシャル膜に発生する。エピタキシャル膜に多数の欠陥が発生すると、エピタキシャル膜が非鏡面化する。このことは、Ｃｌ元素とＡｌ元素が共存する雰囲気下で、高濃度のアルミニウムをドープする際に初めて直面する課題である。
そのため本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法においては、投入原料Ｃ／Ｓｉ比は、全ガスＣ／Ｓｉ比を基に、予め設定される。このとき全ガスＣ／Ｓｉ比を算出するのに用いられるＣ元素は、ドーパントガス中のＣ元素も計算値に含む。この為、投入原料Ｃ／Ｓｉ比と全ガスＣ／Ｓｉ比とは、互いに異なる値である。
ＳｉＣはシリコンと炭素が１対１で結合して得られる。この為、全ガスＣ／Ｓｉ比を１．０近傍に設定することが一般的であり、好ましい。しかしながら、ドーパントガス由来のＣ元素は、Ｃ系原料ガス由来のＣ元素より取り込まれ難い。よって、この点を考慮して、設定を行うことも好ましい。
本発明の製造方法では、以下のサブ工程から選択される一つ以上の工程を、好ましく含むことができる。
成膜雰囲気下で使用する、原料ガス（Ｃ系原料ガス、Ｓｉ系原料ガス）、Ｃｌ系ガス、及びドーパントガスとして、どのような種類を使用するかを決定するサブ工程。
前記ガスの組み合わせを用いて実験を行い、ドーパントガスのＣ元素の相対取込効率αを決めるサブ工程。
得られた前記ドーパントガスのＣ元素の相対取込効率αを用いて、実際の製造で使用される、原料ガス（Ｃ系原料ガス、Ｓｉ系原料ガス）のＣ／Ｓｉ比を、又は、原料ガス（Ｃ系原料ガス、Ｓｉ系原料ガス）とＣｌ系ガスの組み合わせにおけるＣ／Ｓｉ比を決めるサブ工程。
最後に述べたサブ工程では、ドーパントのＣ元素の相対取込効率αと、ドーパントガスの使用割合とを考慮して、Ｃ／Ｓｉ比を決めることも好ましい。成膜雰囲気下で、実際に反応に寄与するＣ元素とＳｉ元素との比率が１近傍になるように、調整されることも好ましい。
（ドーパントのＣ元素の相対取込効率α）
ドーパントガス由来のＣ元素の相対取り込み効率（原料ガス由来のＣ元素の取り込み効率に対する比率）αは、全ガスＣ／Ｓｉ比、投入原料Ｃ／Ｓｉ比、及びＳｉＣエピタキシャル膜の成膜反応過程を考慮して算出できる。αは、具体的には、以下の一般式（１）で表される。
　｛（ドーパントガス由来のＣ）×α｝／Ｓｉ＝（全ガスＣ／Ｓｉ比）－（投入原料Ｃ／Ｓｉ比）・・・（１）
一般式（１）は、原料ガス由来のＣ元素の取り込み効率に対する、ドーパントガス由来のＣ元素の取り込み効率の、実効的な比率を、αとして表したものである。
なおＳｉＣの化学組成はＳｉ元素とＣ元素は１対１で結合する。そのため、一般に、雰囲気ガス（成膜雰囲気ガス）中のＣ／Ｓｉ比も、１近傍の一定範囲内に制御することが望ましい。
前述の１近傍の一定範囲を超えた場合、成長表面のＣとＳｉの比率が一方に偏るため、正常なエピタキシャル成長とはならず、白濁などの表面異常を生じ、それに伴う欠陥も発生しやすい。
実験の結果、ドーパントガス由来のＣ元素の相対取り込み効率αは、１．０よりも小さく、０．７程度であることがわかった。そのため、全ガスＣ／Ｓｉ比を設定する際にはこの相対取り込み効率を考慮することが好ましい。そして求められた実効Ｃ／Ｓｉ比を基に、投入原料Ｃ／Ｓｉ比を設定することが好ましい。
通常の成長の様に投入原料Ｃ／Ｓｉ比を実効的なＣ／Ｓｉ比とみなして条件を設定すると、ＴＭＡ由来のＣ元素の分が加わり、Ｃ／Ｓｉ比が適切な値より大きくなってしまう。
また、ＴＭＡ由来のＣ元素の分を考慮して条件をする場合、ＴＭＡ由来のＣ元素の取り込み効率の実効的な比率αを、Ｃ系原料と同じ１．０として仮定してしまうとＣ／Ｓｉ比が適切な値より大きくなる。
すなわち、αを１として投入原料Ｃ／Ｓｉ比を設定すると、投入原料Ｃ／Ｓｉ比を下げ過ぎてしまい、実効的なＣ／Ｓｉ比が適切なＣ／Ｓｉ比よりも下がってしまう。Ｃ／Ｓｉ比が下がるとエピタキシャル膜中へのＡｌの取込効率は低下し、高濃度p層を成膜するのは困難になる。そこで、下記のような実験を行い、実効Ｃ／Ｓｉ比が近い条件同士を比較することで、真のαの値を求めた。
（相対取込効率αを得るための実験）
ＳｉＣのエピタキシャル成長において、平坦な鏡面を得るためには、実際に反応に寄与するＣ／Ｓｉ比、すなわち実効的なＣ／Ｓｉ比が、一定の範囲内にあることが好ましいことが知られている。特に、実効的なＣ／Ｓｉ比が適切な範囲の値よりも高い場合には、表面が全体的に白濁する。ただし、実効的なＣ／Ｓｉ比が、適切な範囲の上限値の近傍にある場合は、局所的に白濁が生じる。
本発明者は、上記現象を利用して、鏡面が得られる実効的なＣ／Ｓｉ比の上限値の近傍を調べる実験を行った（比較実験１～３）。そして、Ｃ系原料ガスとしてプロパンを基準として用いたときの、ドーパントによるＣ元素の相対取込効率αを推定した。下記条件で行われた実験の結果からは、プロパンを基準とした時、全Ｃ系原料ガスのうち、ドーパントガス起因のＣ成分の約７割がＳｉＣのＣ成分として取り込まれるとすればよいことが分かった。
（比較実験１）
４インチのＳｉＣ単結晶基板を準備した。準備したＳｉＣ単結晶基板は、４Ｈ型のポリタイプであり、主面は（０００１）Ｓｉ面で４°のオフ角を有する。次いで、ＳｉＣ単結晶基板を成長炉内に導入した。成長炉によって囲まれる成膜雰囲気中に、原料ガスとＣｌ系ガスとドーパントガスとを投入し、成長温度１６００℃で成長を行った。
　ガスは、Ｓｉ系原料ガスとしてＴＣＳ（トリクロロシラン）、Ｃ系原料ガスとしてプロパン、ドーパントガスとしてＴＭＡ、Ｃｌ系ガスとして塩化水素を用いた。
投入原料Ｃ／Ｓｉ比は０．６とし、ＨＣｌ／ＴＣＳ比は６とした。ＴＭＡを全Ｃ系ガスの５０％以上投入し、高濃度p型ＳｉＣをエピタキシャル成長させた。結果、４インチのウェハ外周部２ｃｍの領域で一部白濁した。この時、プロパンを基準としたときのドーパントによるＣの相対取込効率αを1と仮定する全ガスＣ／Ｓｉ比は２．２５であった。
（比較実験２）
Ｃ／Ｓｉ比を変更した。投入原料Ｃ／Ｓｉ比のみを０．５とした。それ以外は比較実験１と同様に行った。結果、４インチのウェハ全面で鏡面が得られた。この時、全ガスＣ／Ｓｉ比は２．１６であった。
（比較実験３）
さらに、Ｃ／Ｓｉ比を変更した。投入原料Ｃ／Ｓｉ比を０．８とした。それ以外は比較実験１と同様に行った。この時、全ガスＣ／Ｓｉ比が１．９６となるようにＴＭＡ投入量を変えた。結果、４インチのウェハの最外周部数ｍｍの領域が非鏡面化した。
これらの実験では、表面状態の比較からの実効的なＣ／Ｓｉ比はほぼ同じであると考えられる。これらのウェハは概ね鏡面であり、比較実験１と３のごく一部だけが非鏡面化し始めている。これらよりも実効的なＣ／Ｓｉ比を大きくした場合は、ウェハ全面で非鏡面化してゆく。したがって、これらは鏡面が得られる上限と考えられる。今回の実験と同様の条件で鏡面がえられる実効的なＣ／Ｓｉは１．７程度である。この結果から、相対取込効率αを求めると、０．７程度になることが分かった。以上より、プロパンを基準とした時、全Ｃ系原料ガスのうち、ドーパントガス起因のＣ成分の約７割が、ＳｉＣのＣ成分として取り込まれると考えられる。
投入原料Ｃ／Ｓｉ比は０．８以下であることが好ましく、０．５以下であることがより好ましく、０．４以下であることがさらに好ましい。特に６インチ以上の大型ウェハ上にエピタキシャル膜を成膜する場合は、より多くのドーパントガスを供給する必要があるため、投入原料Ｃ／Ｓｉ比を０．４以下とすることが好ましい。
（製造方法の効果及び好ましい条件）
上述のように、本実施形態にかかるｐ型エピタキシャルウェハの製造方法は、原料ガスと、分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスと、分子内にＡｌとＣとを含むドーパントガスと、が存在する成膜雰囲気下で行われている。そのため、ドーパントであるアルミニウムを高濃度に、かつ基板の面内方向に均一にドープすることができる。
また全ガスＣ／Ｓｉ比は、ドーパントガス由来のＣ元素を無視せず、考慮して設定している。さらに全ガスＣ／Ｓｉ比は、実際にドーパントガス由来のＣ元素のエピタキシャル膜への取り込み効率を考慮している。そのため、成膜雰囲気中におけるＣ元素が過剰になることが避けられ、高品質なｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハが得られる。
またドーパントガス由来のＣ元素を考慮するため、投入原料Ｃ／Ｓｉ比は１．０より低い０．８以下に設定される。その場合、全ガスＣ／Ｓｉ比は必要に応じて選択できるが、１～２．１とすることが望ましい。１～２．１とすることで、鏡面のエピタキシャル表面を得ることができる。
この相対取り込み効率αを考慮して全ガスＣ／Ｓｉ比を設定する際、成膜雰囲気におけるＣ元素のうち、ドーパントガスに由来するＣ元素の割合が大きくなる。この割合は、例えば求めるドーパント濃度や求めるウェハの表面状態などに応じて、設定できる。
例えば、１×１０１８ｃｍ－３のドーパント濃度を要求される場合は、成膜雰囲気におけるＣ元素のうち、ドーパントガスに由来するＣ元素の割合を、例えば１０％程度にすればよい。５×１０１８ｃｍ－３の場合は、成膜雰囲気におけるＣ元素のうち、ドーパントガスに由来するＣ元素の割合を、例えば５０％程度にすればよい。１×１０１９ｃｍ－３の場合は、成膜雰囲気におけるＣ元素のうち、ドーパントガスに由来するＣ元素の割合を、例えば８０％程度にすればよい。
また、条件によっては、投入原料Ｃ／Ｓｉ比を０、すなわちＣ系原料ガスを用いずに、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハを作製することができる。
原料ガスに対するＣｌ流量は、求めるドーパント濃度や表面状態を勘案して、決めることができる。たとえばＣｌ／Ｓｉ比を、３以上や、５以上や、７以上とすることができる。Ｃｌ濃度が高いと、欠陥の発生を抑制し良好なＳｉＣエピタキシャル表面が得られる。
（ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ）
本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハは、上述のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法により得られる。
本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であり、１×１０１９ｃｍ－３以上であることがより好ましい。ｐ型ドーパントが高濃度にドープされたＳｉＣエピタキシャルウェハは低抵抗であり、種々のデバイスへの汎用性が高い。
また本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ドーパント濃度の面内均一性が２５％以下であることが好ましく、１８％以下であることがより好ましく、１０％以下であることが更に好ましい。ここで、ドーパント濃度の面内均一性とは、ドーパント濃度の最大値とドーパント濃度の最小値との差分を面内方向のドーパント濃度の平均値で割り、１００を乗じたものである。
ドーパント濃度の優れた面内均一性は、Ｃｌ系ガスを成膜雰囲気下に混合したことによる効果が大きいと考えられる。
ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハのＡｌの取り込み効率は、エピタキシャル表面のＣ／Ｓｉ比に影響を受ける。これは、ＡｌがＳｉサイトに入るため、ＣリッチでＳｉの空孔が生じやすい方が、Ａｌが取り込まれやすいためである。実際にＣ／Ｓｉ比は、Ａｌドーピングの面内分布調整のための重要パラメータである。本実施形態では、高Ａｌドーピングの領域で、Ｃ／Ｓｉ比を面内分布の均一化に最適な状態に調整する。特にＣｌ系ガスがＨＣｌを含むことにより、より好ましくはＣｌ系ガスがＨＣｌであることにより、ドーパントガス、例えばＴＭＡの、成長炉内での反応に影響を与える、Ｃｌの濃度を、Ｃ／Ｓｉ比とは独立に、変えることができる。この点は、調整の自由度が高まり、均一化のために有利に働く。
１枚のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハからは、複数のデバイスが作製される。そのため、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハのドーパント濃度の面内均一性が高ければ、所定の範囲内の条件を満たすデバイスの歩留りが高まる。
またｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径は、４インチ以上であることが好ましく、６インチ以上であることがより好ましい。
６インチ以上であるということは重要である。１枚のＳｉＣエピタキシャルウェハから作製することができる、低抵抗によって電力損失が小さいなどの特性を持ったｉＣデバイスの取れ数を多くすることができ、ＳｉＣデバイスの低価格化を実現することができる。ＳｉＣデバイスは非常に性能が良い一方で、Ｓｉデバイスと比較してコストが高い点が課題である。大型でドーパント濃度の面内均一性の高いｐ型ＳｉＣウェハは、ＳｉＣデバイスの製造コストの大幅な低減につながる。
一方で、ウェハの直径が大きくなれば大きくなるほど、ウェハの外周部分と中央部分とでの成膜条件を一定にすることが難しくなる。より大型でドーパント濃度の面内均一性の高いｐ型エピタキシャルウェハは、上述の製造方法で初めて得ることができる。ウェハの直径が６インチ未満であれば、ドーパント濃度の面内均一性は、１０％以下まで高めることができる。
また本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハは、三角欠陥密度が０．１ｃｍ－２以下であることが好ましい。
三角欠陥は、光学顕微鏡により三角形状に見える欠陥を意味する。三角欠陥は、ステップフロー成長方向（＜１１－２０＞方向）に沿って、上流から下流に、三角形の頂点とその対辺（底辺）が並ぶような方向を向いて形成される欠陥である。三角欠陥は、多形の原因となり、正常なエピタキシャル層との電気特性の違いにより、デバイスに悪影響を及ぼす。
三角欠陥は、Ｃｌ系ガスを成膜雰囲気下に混合することで抑制される。Ｃｌ系ガスは、三角欠陥の起点となるＳｉドロップレット等の欠陥の発生を抑制する。本実施形態では、分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスを、ドーパントガスと同時に使用する。これによりＡｌをドープしても高品質なエピタキシャル膜を得ることができる。換言すると、Ｃｌ系ガスを成膜雰囲気下に供給して初めて三角欠陥の少ないｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハが得られる。
上述のように、本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハによれば、ドーパント濃度の面内均一性が高いため、ＳｉＣデバイスの歩留りを高めることができる。また低抵抗であるため、様々なＳｉＣデバイスに利用できる。
また本発明では、優れた効果が得られる為、製造時において、窒素を必ずしも同時にドープする必要がない。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
６インチのＳｉＣ単結晶基板を準備した。準備したＳｉＣ単結晶基板は、４Ｈ型のポリタイプであり、主面は４°のオフ角を有する。
次いで、ＳｉＣ単結晶基板を成長炉内に導入し、成長炉によって囲まれる成膜雰囲気中にガスを投入した。ガスは、Ｓｉ系原料ガスとしてトリクロロシラン（ＴＣＳ）、Ｃ系原料ガスとしてプロパン、ドーパントガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｃｌ系ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）を用いた。
投入原料Ｃ／Ｓｉ比は０．４とし、ＨＣｌ／ＴＣＳ比（Ｃｌ系ガス／Ｓｉ系原料ガス）は６とした。また、ドーパントガスの供給量を変更しながら、ＳｉＣをエピタキシャル成長させ、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハを得た。この時、ドーパントガスの供給量を変更することで、全ガスＣ／Ｓｉ比は、１．５１（実験スタート時の全ガスＣ／Ｓｉ比）、１．７９、及び２．０６と変化させた。成膜雰囲気ガスにおけるＣ元素に対する、ドーパントガス由来のＣ元素の占める割合は、最終的に８０％であった。
（実施例２）
実施例２では、ＨＣｌの供給量を変更した点が、実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同一とした。
実施例２では、Ｓｉ系原料ガスとしてＴＣＳ、Ｃ系原料ガスとしてプロパン、ドーパントガスとしてＴＭＡ、Ｃｌ系ガスとして塩化水素を用いた。ＨＣｌ／ＴＣＳ比は４とした。
また、ドーパントガスの供給量を変更しながらＳｉＣをエピタキシャル成長させ、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハを得た。この時、ドーパントガスの供給量を変更することで、全ガスＣ／Ｓｉ比は１．５１、１．７９、２．０６と変化させた。成膜雰囲気ガスにおけるＣ元素に対するドーパントガス由来のＣ元素の占める割合は、最終的に８０％であった。
（実施例３）
実施例３では、Ｃ系原料ガスを用いなかった点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同一とした。
実施例３では、Ｓｉ系原料ガスとしてＴＣＳ、ドーパントガスとしてＴＭＡ、Ｃｌ系ガスとして塩化水素を用いた。投入原料Ｃ／Ｓｉ比は０とし、またＨＣｌガスの投入量はＨＣｌ／ＴＣＳ比で６とした。
そしてドーパントガスの供給量を変更しながらＳｉＣをエピタキシャル成長させ、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハを得た。この時、ドーパントガスの供給量を変更することで、全ガスＣ／Ｓｉ比は１．４１、１．７６、２．１２と変化させた。成膜雰囲気ガスにおけるＣ元素に対するドーパントガス由来のＣ元素の占める割合は、１００％であった。
実施例１～３で作製したｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハのドーパントであるＡｌの濃度を、積層面から厚み方向に向かって二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて測定した。その結果を図１に示す。縦軸は単位面積当たりのドーパント濃度であり、横軸はエピタキシャル膜の表面から厚み方向への深さを示す。ドーパントであるＡｌの濃度（Ａｌのドーパント濃度）が１×１０１８ｃｍ－３以上であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハが製造されていることが分かる。
図１に示すように、ドーパントガスの供給量を変更するにつれて、アルミニウムのドーパント濃度が変化した。すなわち、適切にアルミニウムがエピタキシャル膜中に取り込まれていると言える。またエピタキシャル膜の最表面においては、１×１０１９ｃｍ－３の高濃度にアルミニウムをドープできた。
また図２は、ドーパントガスの投入量に対する、エピタキシャル膜中のアルミニウム濃度の変化を示すグラフである。図２は、実施例１～３の結果、及びその他の評価結果も含む。Ａｌ濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上は本実施形態の条件で得られたものであり、１×１０１８ｃｍ－３未満は低濃度ドープの通常の条件の条件で得られたものである。図２に示すようにドーパントガスの投入量を増やすと、アルミニウム濃度が高くなることが分かる。縦軸は単位面積当たりのドーパント濃度であり、横軸はドーパントガスの投入量を示す。
また実施例１で作製したｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの表面のドーパント濃度の面内均一性も測定した。実施例１の測定結果を図３に示す。図３の縦軸はアルミニウム濃度を示し、横軸はＳｉＣエピタキシャルウェハの中心からの距離を示す。
（実施例４）
また実施例４では、ＳｉＣ単結晶基板の大きさを４インチに変更した。その他の条件は実施例１と同様とした。実施例４で作製したｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハのドーパント濃度の面内均一性も測定した。実施例４の測定結果を、図３に示す。
図３に示すように、実施例１のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハのドーパント濃度の面内均一性が２０．５％であった。また実施例４のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハのドーパント濃度の面内均一性が７．７％であった。すなわち、ドーパント濃度の面内均一性の高いｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハが得られた。面内均一性は、ドーパント濃度の最大値とドーパント濃度の最小値との差分を面内方向のドーパント濃度の平均値で割り、１００を乗じて得た。
さらに、図４に示すように、実施例１で得られた６インチのｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの三角欠陥密度を測定した。実施例１に示す６インチのｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの三角欠陥密度は０．０６ｃｍ－２であった。三角欠陥密度はデバイス作製時の歩留りに大きく影響する。本実施形態にかかるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、低欠陥なｐ型エピタキシャルウェハが得られ、デバイス収率を高くすることができる。そのため、デバイス製作時のコスト削減に大きく貢献できる。
　本発明は、高濃度でドーパント濃度の面内均一性が高いｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供できる。
本発明のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、低欠陥なｐ型エピタキシャルウェハが得られ、デバイス収率を高くすることができる。そのため、デバイス製作時のコスト削減に大きく貢献できる。

Claims (12)

  1. Ａｌのドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、
    原料ガスにおける、Ｃ元素とＳｉ元素との比率である、投入原料Ｃ／Ｓｉ比を設定する工程と、
    前記原料ガスと、分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスと、分子内にＡｌとＣとを含むドーパントガスと、が存在する成膜雰囲気下で、基板上にｐ型のＳｉＣエピタキシャル膜を成膜して、Ａｌのドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であるｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハを得る工程と、を有し、
    前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比が、前記ドーパントガスに含まれるＣ元素を含む前記成膜雰囲気におけるＣ元素とＳｉ元素の比率である全ガスＣ／Ｓｉ比を基に、設定される、サブ工程を有し、
    前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比と前記全ガスＣ／Ｓｉ比とが異なり、
    前記投入原料Ｃ／Ｓｉ比が０．８以下である、
    ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
  2. 前記全ガスＣ／Ｓｉ比が１．０以上である、請求項１に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
  3. 前記全ガスＣ／Ｓｉ比が１．０以上２．１以下である、請求項１に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
  4. 前記分子内にＣｌを含むＣｌ系ガスがＨＣｌを含む、請求項１に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
  5. 前記原料ガスの内、Ｓｉ系原料ガスが分子内にＣｌを含む、請求項１に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
  6. 前記分子内にＡｌとＣを含むドーパントガスがトリメチルアルミニウムである、請求項１に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
  7. 前記成膜雰囲気におけるＣ元素の１０％以上が前記ドーパントガスに由来する、請求項１に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
  8. 前記原料ガスがＣ元素を含まない、請求項７に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
  9. ドーパント濃度が１×１０１８ｃｍ－３以上であり、ドーパント濃度の面内均一性が２５％以下である、ｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ。
  10. 直径が６インチ以上である、請求項９に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ。
  11. 直径が６インチ未満であり、ドーパント濃度の面内均一性が１０％以下である、請求項９に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ。
  12. 三角欠陥密度が０．１ｃｍ－２以下である、請求項９に記載のｐ型ＳｉＣエピタキシャルウェハ。
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