[go: up one dir, main page]

JP2014232799A - Method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate - Google Patents

Method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate Download PDF

Info

Publication number
JP2014232799A
JP2014232799A JP2013113054A JP2013113054A JP2014232799A JP 2014232799 A JP2014232799 A JP 2014232799A JP 2013113054 A JP2013113054 A JP 2013113054A JP 2013113054 A JP2013113054 A JP 2013113054A JP 2014232799 A JP2014232799 A JP 2014232799A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
carbide semiconductor
substrate
ratio
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013113054A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
秀憲 北井
Hidenori Kitai
秀憲 北井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2013113054A priority Critical patent/JP2014232799A/en
Publication of JP2014232799A publication Critical patent/JP2014232799A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

【課題】表面性状が良好な炭化珪素半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素基板1を準備する工程(S10)と、炭化珪素基板1上に、原料ガスを用いて炭化珪素半導体層2を形成する工程(S20)とを備える。炭化珪素半導体層2を形成する工程(S20)では、原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.0以上1.2以下であり、成長温度は1500℃以上1700℃以下である。
【選択図】図1
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate having good surface properties is provided.
A step (S10) of preparing a silicon carbide substrate 1 and a step (S20) of forming a silicon carbide semiconductor layer 2 using a source gas on the silicon carbide substrate 1 are provided. In the step of forming silicon carbide semiconductor layer 2 (S20), the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.0 or more and 1.2 or less, and the growth temperature is 1500 ° C. or more and 1700 ° C. It is as follows.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、炭化珪素半導体基板の製造方法に関し、特に表面の平坦性が良く、欠陥の少ない炭化珪素半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate, and more particularly to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate having good surface flatness and few defects.

近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素(SiC)の採用が進められている。炭化珪素は、従来より半導体装置を構成する材料として広く用いられている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。   In recent years, the use of silicon carbide (SiC) as a material constituting a semiconductor device has been promoted in order to enable a semiconductor device to have a high breakdown voltage and low loss. Silicon carbide is a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon that has been widely used as a material constituting a semiconductor device. Therefore, by adopting silicon carbide as a material constituting the semiconductor device, it is possible to achieve a high breakdown voltage and a low on-resistance of the semiconductor device. In addition, a semiconductor device that employs silicon carbide as a material has an advantage that a decrease in characteristics when used in a high temperature environment is small as compared with a semiconductor device that employs silicon as a material.

炭化珪素は、不純物の拡散係数がきわめて低いため、熱拡散処理によって不純物のドーピングを行うことは困難である。炭化珪素材料に活性領域を形成する方法として、エピタキシャル成長層にイオン注入する方法や、ドーパントガスによる不純物添加を伴ったエピタキシャル成長方法が存在する(たとえば、特許文献1参照)。   Since silicon carbide has a very low impurity diffusion coefficient, it is difficult to dope impurities by a thermal diffusion process. As a method for forming an active region in a silicon carbide material, there are a method in which ions are implanted into an epitaxial growth layer and an epitaxial growth method in which an impurity is added by a dopant gas (see, for example, Patent Document 1).

一般に、炭化珪素基板上において、n型のエピタキシャル層を成長させる場合には、ドーパントガスとして窒素(N2)ガスが用いられる。このときの成長温度は、一般に1400℃以上1700℃以下程度である。 Generally, when growing an n-type epitaxial layer on a silicon carbide substrate, nitrogen (N 2 ) gas is used as a dopant gas. The growth temperature at this time is generally about 1400 ° C. or higher and 1700 ° C. or lower.

このとき、エピタキシャル成長時に使用する原料ガスの珪素(Si)原子の原子数に対する炭素(C)原子の原子数の比(C/Si比)と、得られるエピタキシャル基板の表面粗さとには、相関関係があることが知られている。   At this time, there is a correlation between the ratio of the number of carbon (C) atoms to the number of silicon (Si) atoms in the source gas used during epitaxial growth (C / Si ratio) and the surface roughness of the resulting epitaxial substrate. It is known that there is.

特開2002−280573号公報JP 2002-280573 A

具体的には、C/Si比が高い場合にはエピタキシャル基板の表面が粗くなり、たとえば、C/Si比が1.9の場合には、表面粗さRmsは2.4nm程度と大きくなる。   Specifically, when the C / Si ratio is high, the surface of the epitaxial substrate becomes rough. For example, when the C / Si ratio is 1.9, the surface roughness Rms is as large as about 2.4 nm.

一方で、C/Si比が低い場合には、エピタキシャル基板の表面にSiのドロップレットが発生してしまうことが知られている。   On the other hand, it is known that when the C / Si ratio is low, Si droplets are generated on the surface of the epitaxial substrate.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、表面性状が良好な炭化珪素半導体基板の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems. A main object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate having good surface properties.

本発明の炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程と、炭化珪素基板上に、原料ガスを用いて炭化珪素半導体層を形成する工程とを備え、炭化珪素半導体層を形成する工程では、原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.05以上1.25以下であり、成長温度は1500℃以上1700℃以下である。   A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate of the present invention includes a step of preparing a silicon carbide substrate and a step of forming a silicon carbide semiconductor layer on a silicon carbide substrate using a source gas, thereby forming a silicon carbide semiconductor layer In the step, the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.05 or more and 1.25 or less, and the growth temperature is 1500 ° C. or more and 1700 ° C. or less.

本発明によれば、表面性状が良好な炭化珪素半導体基板を得ることができる。   According to the present invention, a silicon carbide semiconductor substrate having a good surface property can be obtained.

本実施の形態の炭化珪素半導体基板の断面図である。It is sectional drawing of the silicon carbide semiconductor substrate of this Embodiment. 本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor substrate of this Embodiment. 本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造法に用いる気相エピタキシャル成長装置の概略図である。It is the schematic of the vapor phase epitaxial growth apparatus used for the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor substrate of this Embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について、説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板上に、不純物濃度の異なる複数の炭化珪素エピタキシャル層を積層させ、炭化珪素半導体基板を製造する方法である。まず、図1を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板10について、説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板10は、炭化珪素基板1と、炭化珪素基板1上に形成された炭化珪素半導体層2とを備える。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate according to the present embodiment is a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate by stacking a plurality of silicon carbide epitaxial layers having different impurity concentrations on a silicon carbide substrate. First, silicon carbide semiconductor substrate 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Silicon carbide semiconductor substrate 10 according to the present embodiment includes a silicon carbide substrate 1 and a silicon carbide semiconductor layer 2 formed on silicon carbide substrate 1.

炭化珪素基板1は、たとえば単結晶炭化珪素からなる。単結晶炭化珪素は、たとえば六方晶の結晶構造を有している。炭化珪素基板1は主表面1Aを含んでいる。   Silicon carbide substrate 1 is made of, for example, single crystal silicon carbide. Single crystal silicon carbide has, for example, a hexagonal crystal structure. Silicon carbide substrate 1 includes a main surface 1A.

炭化珪素半導体層2は、炭化珪素基板1の主表面1A上に形成されている。炭化珪素半導体層2は導電型が、たとえばn型である。炭化珪素半導体層2の厚みは、たとえば、12μmである。炭化珪素半導体層2におけるn型の不純物濃度は、たとえば、7.0×1015cm−3程度である。炭化珪素半導体層2は主表面2Aを含み、当該主表面2Aが、炭化珪素半導体基板10の主表面となる。 Silicon carbide semiconductor layer 2 is formed on main surface 1 </ b> A of silicon carbide substrate 1. Silicon carbide semiconductor layer 2 has an n conductivity type, for example. Silicon carbide semiconductor layer 2 has a thickness of, for example, 12 μm. The n-type impurity concentration in silicon carbide semiconductor layer 2 is, for example, about 7.0 × 10 15 cm −3 . Silicon carbide semiconductor layer 2 includes main surface 2 </ b> A, and main surface 2 </ b> A serves as the main surface of silicon carbide semiconductor substrate 10.

次に、図1および2を参照して、上記の炭化珪素半導体基板を製造するための、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法を説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程(S10)と、炭化珪素基板上に、原料ガスを用いて炭化珪素半導体層を形成する工程(S20)とを備える。   Next, with reference to FIGS. 1 and 2, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor substrate of the present embodiment for manufacturing the silicon carbide semiconductor substrate will be described. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate according to the present embodiment includes a step of preparing a silicon carbide substrate (S10), a step of forming a silicon carbide semiconductor layer on the silicon carbide substrate using a source gas (S20), Is provided.

まず、工程(S10)では、炭化珪素基板1を準備する。炭化珪素基板1は、単結晶炭化珪素からなる。炭化珪素基板1は、たとえば、厚みが350μmの円板形状である。   First, in step (S10), silicon carbide substrate 1 is prepared. Silicon carbide substrate 1 is made of single crystal silicon carbide. Silicon carbide substrate 1 has, for example, a disk shape with a thickness of 350 μm.

次に、工程(S20)では、先の工程(S10)で準備した炭化珪素基板1上に、気相エピタキシャル成長装置を用いて炭化珪素半導体層2を形成する。図3を参照して、本実施の形態では、気相エピタキシャル成長装置として、CVD(Chemical Vapor Deposition)装置100を用いる。CVD装置100において、基板ホルダ11は、その周囲を誘導加熱用コイル12と、石英管13と、断熱材14と、発熱体15とによって囲まれている。具体的には、発熱体15は中空構造であって、内部に反応室を形成している。基板ホルダ11は、発熱体15の内部に設けられ、たとえば、炭化珪素基板1を載置したときにその主表面1Aが反応室表面と同一平面となるように形成されている。断熱材14は、発熱体15の外周囲を囲うように配置されている。石英管13は、断熱材14の外周側を囲うように配置されている。誘導加熱用コイル12は、複数のコイル部材を含み、たとえば、石英管13の外周側を巻回するように設けられている。誘導加熱用コイル12を高周波コイルとしてこれに高周波電流を流すと、電磁誘導作用により、発熱体15は誘導加熱される。これにより、炭化珪素基板1および炭化珪素基板1に供給される原料ガス等を所定の温度に加熱することができる。   Next, in step (S20), silicon carbide semiconductor layer 2 is formed on silicon carbide substrate 1 prepared in the previous step (S10) using a vapor phase epitaxial growth apparatus. With reference to FIG. 3, in this Embodiment, CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus 100 is used as a vapor phase epitaxial growth apparatus. In the CVD apparatus 100, the substrate holder 11 is surrounded by an induction heating coil 12, a quartz tube 13, a heat insulating material 14, and a heating element 15. Specifically, the heating element 15 has a hollow structure and forms a reaction chamber therein. Substrate holder 11 is provided inside heating element 15 and is formed, for example, such that main surface 1A thereof is flush with the reaction chamber surface when silicon carbide substrate 1 is placed. The heat insulating material 14 is disposed so as to surround the outer periphery of the heating element 15. The quartz tube 13 is disposed so as to surround the outer peripheral side of the heat insulating material 14. The induction heating coil 12 includes a plurality of coil members and is provided, for example, so as to wind the outer peripheral side of the quartz tube 13. When a high frequency current is passed through the induction heating coil 12 as a high frequency coil, the heating element 15 is induction heated by electromagnetic induction. Thereby, silicon carbide substrate 1 and the raw material gas supplied to silicon carbide substrate 1 can be heated to a predetermined temperature.

まず、CVD装置100内に設けられた基板ホルダ11に、炭化珪素基板1を配置する。次に、CVD装置100内に配管16を介して、水素(H)を含むキャリアガスと、モノシラン(SiH)、プロパン(C)およびアンモニア(NH3)などを含む原料ガスとを導入する。このとき、いずれのガスも、炭化珪素基板1の主表面1A上に供給される時点で十分に熱分解されているように反応室内に導入される。また、各ガスは、CVD装置100の反応室内に導入する前に混合されていてもよいし、CVD装置100の反応室内で混合されてもよい。 First, silicon carbide substrate 1 is arranged on substrate holder 11 provided in CVD apparatus 100. Next, a carrier gas containing hydrogen (H 2 ) and a raw material gas containing monosilane (SiH 4 ), propane (C 3 H 8 ), ammonia (NH 3 ), and the like, through the pipe 16 in the CVD apparatus 100 Is introduced. At this time, any gas is introduced into the reaction chamber so as to be sufficiently thermally decomposed when supplied onto main surface 1A of silicon carbide substrate 1. Each gas may be mixed before being introduced into the reaction chamber of the CVD apparatus 100 or may be mixed in the reaction chamber of the CVD apparatus 100.

基板ホルダ11上に配置された炭化珪素基板1が、加熱されながら、上記キャリアガスおよび原料ガスの供給を受けることにより、主表面1A上に窒素(N)原子がドープされたエピタキシャル成長膜である炭化珪素半導体層2が形成される。具体的には、成長温度1500℃以上1700℃以下、圧力8×10Pa以上12×103Pa以下の条件下で炭化珪素半導体層2を形成する。このとき、NH3ガスの流量を調整することにより、炭化珪素半導体層2におけるn型の不純物濃度を1×1018cm−3程度とする。また、炭化珪素半導体層2の厚みは10μm程度とする。 The silicon carbide substrate 1 disposed on the substrate holder 11 is an epitaxially grown film in which nitrogen (N) atoms are doped on the main surface 1A by receiving the supply of the carrier gas and the source gas while being heated. Silicon semiconductor layer 2 is formed. Specifically, silicon carbide semiconductor layer 2 is formed under conditions of a growth temperature of 1500 ° C. to 1700 ° C. and a pressure of 8 × 10 3 Pa to 12 × 10 3 Pa. At this time, the n-type impurity concentration in the silicon carbide semiconductor layer 2 is set to about 1 × 10 18 cm −3 by adjusting the flow rate of the NH 3 gas. Silicon carbide semiconductor layer 2 has a thickness of about 10 μm.

本工程(S20)において、原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siは1.0以上1.2以下であり、成長温度は1500℃以上1700℃以下である。これは、C/Si比が1.0より低い場合には、Nを活性種としてエピタキシャル層中に十分に添加することができる一方で、炭化珪素半導体層2の主表面2A上の三角欠陥数が増加するためである。   In this step (S20), the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.0 or more and 1.2 or less, and the growth temperature is 1500 ° C. or more and 1700 ° C. or less. This is because when the C / Si ratio is lower than 1.0, N can be sufficiently added to the epitaxial layer as an active species, while the number of triangular defects on the main surface 2A of the silicon carbide semiconductor layer 2 This is because of the increase.

また、C/Si比が1.3以上の原料ガスを用いた場合には、形成される炭化珪素半導体層2の主表面2Aの表面の粗さが大きくなるためである。また、H原子の原子数に対するSi原子の原子数の比(Si/H比)は、0.0002以上0.0006以下である。水素分子の分子数に対するアンモニア分子の分子数の比(NH3/H2比)は2.0×10−8以上1.0×10−6以下である。 Further, when a source gas having a C / Si ratio of 1.3 or more is used, the surface roughness of main surface 2A of silicon carbide semiconductor layer 2 to be formed increases. The ratio of the number of Si atoms to the number of H atoms (Si / H ratio) is 0.0002 or more and 0.0006 or less. The ratio of the number of molecules of ammonia to the number of molecules of hydrogen (NH 3 / H 2 ratio) is 2.0 × 10 −8 or more and 1.0 × 10 −6 or less.

本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法において、特に重要であるのは、工程(S20)で用いる原料ガスのC/Si比である。本発明者らは、C/Si比が1.0以上1.9以下の範囲内において、三角欠陥密度および表面粗さについてC/Si比との相関関係を求めた。その結果、得られる炭化珪素半導体層上の三角欠陥密度と表面粗さとは、C/Si比に対して異なる傾向を有していることが分かった。具体的には、三角欠陥密度は、C/Si比が高い原料ガスを用いることにより低減できることが分かった。一方で、表面粗さは、C/Si比が高い原料ガスを用いた場合よりもC/Si比が低い原料ガスを用いた場合の方がよりで低減できることが分かった。さらに、C/Si比が1.05以上1.25以下程度の原料ガスを用いることにより、三角欠陥密度および表面粗さのそれぞれを実用上問題の無いレベルにできることが分かった。すなわち、表面モフォロジが良好であって、かつ三角欠陥が少ない炭化珪素半導体層2を作製することができることが分かった。   In the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor substrate of the present embodiment, what is particularly important is the C / Si ratio of the source gas used in the step (S20). The inventors of the present invention determined the correlation between the triangular defect density and the surface roughness with the C / Si ratio within the range of 1.0 to 1.9. As a result, it was found that the triangular defect density and the surface roughness on the obtained silicon carbide semiconductor layer have different tendencies with respect to the C / Si ratio. Specifically, it was found that the triangular defect density can be reduced by using a source gas having a high C / Si ratio. On the other hand, it was found that the surface roughness can be reduced more when the raw material gas having a low C / Si ratio is used than when the raw material gas having a high C / Si ratio is used. Furthermore, it has been found that by using a source gas having a C / Si ratio of about 1.05 or more and 1.25 or less, each of the triangular defect density and the surface roughness can be brought to a level having no practical problem. That is, it was found that the silicon carbide semiconductor layer 2 having good surface morphology and few triangular defects can be produced.

以上のように、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、工程(S20)においてC/Si比が1.05以上の原料ガスを用いることにより、主表面の平坦性が高く、三角欠陥が少ない炭化珪素半導体基板を得ることができる。また、三角欠陥密度を低減することができることにより、欠陥全体の総数が少ない炭化珪素半導体基板を得ることができる。   As described above, according to the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment, the flatness of the main surface is improved by using the source gas having a C / Si ratio of 1.05 or more in the step (S20). A silicon carbide semiconductor substrate that is high and has few triangular defects can be obtained. Further, since the triangular defect density can be reduced, a silicon carbide semiconductor substrate having a small total number of defects can be obtained.

次に、本発明の実施例について説明する。
1.評価試料
(i)実施例試料1
まず、外径が3インチで厚みが350μmの炭化珪素基板を準備した。
Next, examples of the present invention will be described.
1. Evaluation sample (i) Example sample 1
First, a silicon carbide substrate having an outer diameter of 3 inches and a thickness of 350 μm was prepared.

次に、CVD装置を用いて、当該炭化珪素基板の主表面上に炭化珪素エピタキシャル層を成長させ、不純物濃度が7.0×1015cm−3の炭化珪素半導体層を厚さ13μm形成した。このとき、CVD装置の反応室には、Hを含むキャリアガスと、SiH、CおよびNH3を含む原料ガスを、C/Si比が1.1となる条件で導入した。H2の流量を120slm、SiHの流量は46sccm、Cの流量は29sccm、NH3の流量は5sccmとした。成長室内の圧力は1×104Paとし、成長温度は1580℃とした。 Next, a silicon carbide epitaxial layer was grown on the main surface of the silicon carbide substrate using a CVD apparatus, and a silicon carbide semiconductor layer having an impurity concentration of 7.0 × 10 15 cm −3 was formed to a thickness of 13 μm. At this time, a carrier gas containing H 2 and a source gas containing SiH 4 , C 3 H 8 and NH 3 were introduced into the reaction chamber of the CVD apparatus under the condition that the C / Si ratio was 1.1. The flow rate of H 2 was 120 slm, the flow rate of SiH 4 was 46 sccm, the flow rate of C 3 H 8 was 29 sccm, and the flow rate of NH 3 was 5 sccm. The pressure in the growth chamber was 1 × 10 4 Pa and the growth temperature was 1580 ° C.

(ii)実施例試料2
まず、外径が4インチで厚みが350μmの炭化珪素基板を準備した。上記実施例試料1と基本的には同様の構成を有し、同様の条件で作製した。ただし、炭化珪素半導体層の形成に用いた原料ガスについてC/Si比が1.0となる条件を用いた点で上記実施例試料1と異なる。
(Ii) Example sample 2
First, a silicon carbide substrate having an outer diameter of 4 inches and a thickness of 350 μm was prepared. The sample basically had the same configuration as that of Example Sample 1 and was manufactured under the same conditions. However, it differs from Example Sample 1 in that the source gas used to form the silicon carbide semiconductor layer was used under the condition that the C / Si ratio was 1.0.

(iii)実施例試料3
まず、外径が6インチで厚みが350μmの炭化珪素基板を準備した。上記実施例試料1と基本的には同様の構成を有し、同様の条件で作製した。ただし、炭化珪素半導体層の形成に用いた原料ガスについてC/Si比が1.2となる条件を用いた点で上記実施例試料1と異なる。
(Iii) Example Sample 3
First, a silicon carbide substrate having an outer diameter of 6 inches and a thickness of 350 μm was prepared. The sample basically had the same configuration as that of Example Sample 1 and was manufactured under the same conditions. However, it differs from Example Sample 1 in that the source gas used for forming the silicon carbide semiconductor layer is under the condition that the C / Si ratio is 1.2.

(iv)比較例試料1
外径が3インチで厚みが350μmの炭化珪素基板を準備した。上記実施例試料1と基本的には同様の構成を有し、同様の条件で炭化珪素半導体層を形成した。ただし、炭化珪素半導体層の形成に用いた原料ガスについてC/Si比が0.8となる条件を用いた点で上記実施例試料1と異なる。
(Iv) Comparative sample 1
A silicon carbide substrate having an outer diameter of 3 inches and a thickness of 350 μm was prepared. The silicon carbide semiconductor layer was basically formed under the same conditions as in Example Sample 1 described above. However, it differs from the said Example sample 1 by the point which used the conditions from which C / Si ratio becomes 0.8 about the source gas used for formation of a silicon carbide semiconductor layer.

(v)比較例試料2
外径が3インチで厚みが350μmの炭化珪素基板を準備した。上記実施例試料1と基本的には同様の構成を有し、同様の条件で炭化珪素半導体層を形成した。ただし、炭化珪素半導体層の形成に用いた原料ガスについてC/Si比が1.3となる条件を用いた点で上記実施例試料1と異なる。
(V) Comparative sample 2
A silicon carbide substrate having an outer diameter of 3 inches and a thickness of 350 μm was prepared. The silicon carbide semiconductor layer was basically formed under the same conditions as in Example Sample 1 described above. However, it differs from the said Example sample 1 by the point which used the conditions from which C / Si ratio becomes 1.3 about the source gas used for formation of a silicon carbide semiconductor layer.

(vi)比較例試料3
外径が4インチで厚みが350μmの炭化珪素基板を準備した。上記実施例試料1と基本的には同様の構成を有し、同様の条件で炭化珪素半導体層を形成した。ただし、炭化珪素半導体層の形成に用いた原料ガスについてC/Si比が1.5となる条件を用いた点で上記実施例試料と異なる。
(Vi) Comparative sample 3
A silicon carbide substrate having an outer diameter of 4 inches and a thickness of 350 μm was prepared. The silicon carbide semiconductor layer was basically formed under the same conditions as in Example Sample 1 described above. However, the source gas used for forming the silicon carbide semiconductor layer is different from the above-described example sample in that the condition that the C / Si ratio is 1.5 is used.

(vii)比較例試料4
外径が3インチで厚みが350μmの炭化珪素基板を準備した。上記実施例試料1と基本的には同様の構成を有し、同様の条件で作製した。ただし、炭化珪素半導体層の形成に用いた原料ガスについてC/Si比が1.9となる条件を用いた点で上記実施例試料1と異なる。
(Vii) Comparative sample 4
A silicon carbide substrate having an outer diameter of 3 inches and a thickness of 350 μm was prepared. The sample basically had the same configuration as that of Example Sample 1 and was manufactured under the same conditions. However, it differs from Example Sample 1 in that the source gas used for forming the silicon carbide semiconductor layer is under the condition that the C / Si ratio is 1.9.

このようにして、それぞれC/Si比の異なる原料ガスを用いて作製した5種類の炭化珪素半導体基板を作製した。   In this manner, five types of silicon carbide semiconductor substrates manufactured using source gases having different C / Si ratios were manufactured.

2.実験
上記のようにして得られた5種類の炭化珪素半導体基板について、原子間力顕微鏡(AFM、Digital Instruments製NanoscopeIIIa)を用いて、10μm平方の測定領域に対して中心部の表面粗さRqを測定した。さらに、光学顕微鏡(オリンパス製MX51)を用いて、それぞれの主表面上(外周端から2mmの領域を除く)の三角欠陥の数を測定した。三角欠陥の密度は、測定した三角欠陥の数を炭化珪素半導体基板の主表面の面積で割ることにより算出した。
2. Experiment Using the atomic force microscope (AFM, Nanoscope IIIa manufactured by Digital Instruments) for the five types of silicon carbide semiconductor substrates obtained as described above, the surface roughness Rq at the center of the measurement area of 10 μm square was determined. It was measured. Furthermore, the number of triangular defects on each main surface (excluding a region 2 mm from the outer peripheral edge) was measured using an optical microscope (Olympus MX51). The density of triangular defects was calculated by dividing the number of measured triangular defects by the area of the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate.

3.結果
測定結果を表1に示す。
3. Results The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2014232799
Figure 2014232799

表1に示すように、C/Si比を1.1として作製された実施例試料1の炭化珪素半導体基板の主表面の表面粗さは0.30nmと小さく、また、三角欠陥の密度は1.9個/cmと低く、良好であった。また、C/Si比を1.2として作製された実施例試料3の炭化珪素半導体基板の主表面の表面粗さは0.45nmと小さく、三角欠陥密度は0.3個/cmと極めて低く、良好であった。C/Si比を1.0として作製された実施例試料2の炭化珪素半導体基板の主表面の表面粗さは0.24nmと小さいものの、実施例試料1と比べて三角欠陥密度は3.0個/cmと高かったが、許容される範囲内であった。一方、C/Si比を0.8として作製された比較例試料1の炭化珪素半導体基板の主表面上の三角欠陥密度は25.3個/cmと高かった。なお、表面粗さは[※測定結果は記載不要でしたら削除します]。C/Si比を1.3として作製された比較例試料2の炭化珪素半導体基板の主表面上の三角欠陥密度は1.8個/cmと低いものの、表面粗さは2.69nmと大きかった。C/Si比を1.5として作製された比較例試料3の炭化珪素半導体基板の主表面上の三角欠陥密度は1.5個/cmと低いものの、表面粗さは2.55nmと大きかった。C/Si比を1.9として作製された比較例試料4の炭化珪素半導体基板の主表面上の三角欠陥密度は0.3個/cmと低いが、表面粗さは1.92nmと大きかった。 As shown in Table 1, the surface roughness of the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate of Example Sample 1 manufactured with a C / Si ratio of 1.1 was as small as 0.30 nm, and the density of triangular defects was 1 It was as low as .9 pieces / cm 2 and was good. Further, the surface roughness of the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate of Example Sample 3 manufactured with a C / Si ratio of 1.2 was as small as 0.45 nm, and the triangular defect density was as extremely high as 0.3 pieces / cm 2. Low and good. Although the surface roughness of the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate of Example Sample 2 produced with a C / Si ratio of 1.0 is as small as 0.24 nm, the triangular defect density is 3.0 compared to Example Sample 1. Although it was as high as pieces / cm 2 , it was within the allowable range. On the other hand, the triangular defect density on the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate of Comparative Example Sample 1 manufactured with a C / Si ratio of 0.8 was as high as 25.3 / cm. The surface roughness is [* Delete measurement results if not required]. Although the triangular defect density on the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate of Comparative Example Sample 2 produced with a C / Si ratio of 1.3 was as low as 1.8 / cm, the surface roughness was as large as 2.69 nm. . Although the triangular defect density on the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate of Comparative Example Sample 3 produced with a C / Si ratio of 1.5 was as low as 1.5 pieces / cm, the surface roughness was as large as 2.55 nm. . The triangular defect density on the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate of Comparative Example Sample 4 produced with a C / Si ratio of 1.9 was as low as 0.3 / cm, but the surface roughness was as large as 1.92 nm. .

つまり、炭化珪素半導体基板の表面粗さは、C/Si比を1.9程度とした場合には1.3以上1.5以下程度とした場合と比べて表面粗さが低減されていたが、C/Si比を1.2以下程度とした場合には1.9程度とした場合と比べてさらに低減することができることが確認された。一方で、炭化珪素半導体基板の主表面における三角欠陥密度は、C/Si比が大きくなるほど低下する傾向が確認された。   In other words, the surface roughness of the silicon carbide semiconductor substrate was reduced when the C / Si ratio was about 1.9, compared to when the surface roughness was about 1.3 or more and 1.5 or less. It was confirmed that when the C / Si ratio is about 1.2 or less, the C / Si ratio can be further reduced as compared with the case where the C / Si ratio is about 1.9. On the other hand, it was confirmed that the triangular defect density on the main surface of the silicon carbide semiconductor substrate tends to decrease as the C / Si ratio increases.

ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。   Here, although there is a part which overlaps with embodiment mentioned above, the characteristic structure of this invention is enumerated.

本発明に従った炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板1を準備する工程(S10)と、炭化珪素基板1上に、原料ガスを用いて炭化珪素半導体層2を形成する工程(S20)とを備える。炭化珪素半導体層2を形成する工程(S20)では、原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.0以上1.2以下であり、成長温度は1500℃以上1700℃以下である。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate according to the present invention includes a step of preparing silicon carbide substrate 1 (S10) and a step of forming silicon carbide semiconductor layer 2 on silicon carbide substrate 1 using a source gas (S20). ). In the step of forming silicon carbide semiconductor layer 2 (S20), the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.0 or more and 1.2 or less, and the growth temperature is 1500 ° C. or more and 1700 ° C. It is as follows.

このようにすれば、炭化珪素半導体基板10の主表面2Aの表面粗さを低減することができ、かつ、炭化珪素半導体基板10の主表面2A上の三角欠陥密度低減することができる。また、三角欠陥密度を低減することができることにより、欠陥全体の総数が少ない炭化珪素半導体基板を得ることができる。   Thus, the surface roughness of main surface 2A of silicon carbide semiconductor substrate 10 can be reduced, and the density of triangular defects on main surface 2A of silicon carbide semiconductor substrate 10 can be reduced. Further, since the triangular defect density can be reduced, a silicon carbide semiconductor substrate having a small total number of defects can be obtained.

上記炭化珪素半導体層を形成する工程では、原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.1以上1.2以下であり、成長温度は1500℃以上1700℃以下としてもよい。   In the step of forming the silicon carbide semiconductor layer, the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.1 or more and 1.2 or less, and the growth temperature is 1500 ° C. or more and 1700 ° C. or less. Good.

これにより、炭化珪素半導体基板10の主表面2Aの表面粗さを低減することができ、かつ、炭化珪素半導体基板10の主表面2A上の三角欠陥密度低減することができる。   Thereby, the surface roughness of main surface 2A of silicon carbide semiconductor substrate 10 can be reduced, and the density of triangular defects on main surface 2A of silicon carbide semiconductor substrate 10 can be reduced.

上記原料ガスは、プロパンと、モノシラン、ジクロロシラン、およびトリクロロシランからなる群から選択される1種とを含んでもよい。   The source gas may include propane and one selected from the group consisting of monosilane, dichlorosilane, and trichlorosilane.

このようにしても、原料ガスのC/Si比を1.0以上1.2以下とすることにより、炭化珪素半導体基板10の主表面2Aの表面粗さを低減することができ、かつ、炭化珪素半導体基板10の主表面2A上の三角欠陥密度低減することができる。   Even in this case, the surface roughness of the main surface 2A of the silicon carbide semiconductor substrate 10 can be reduced by setting the C / Si ratio of the source gas to 1.0 or more and 1.2 or less, and the carbonization is performed. Triangular defect density on main surface 2A of silicon semiconductor substrate 10 can be reduced.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および実施例を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許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を含むことが意図される。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, various modifications can be made to the above-described embodiments and examples. Further, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の炭化珪素半導体基板の製造方法は、良好な表面モフォロジを有し、かつ欠陥の少ない炭化珪素半導体基板が要求される炭化珪素半導体基板の製造方法に、特に有利に適用される。   The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate of the present invention is particularly advantageously applied to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate that requires a silicon carbide semiconductor substrate having good surface morphology and few defects.

1 炭化珪素基板、1A,2A 主表面、2 炭化珪素半導体層、10 炭化珪素半導体基板、11 基板ホルダ、12 誘導加熱用コイル、13 石英管、14 断熱材、15 発熱体、16 配管、100 CVD装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon carbide substrate, 1A, 2A main surface, 2 Silicon carbide semiconductor layer, 10 Silicon carbide semiconductor substrate, 11 Substrate holder, 12 Induction heating coil, 13 Quartz tube, 14 Thermal insulation, 15 Heat generating body, 16 Piping, 100 CVD apparatus.

Claims (3)

炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素基板上に、原料ガスを用いて炭化珪素半導体層を形成する工程とを備え、
前記炭化珪素半導体層を形成する工程では、前記原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.0以上1.2以下であり、成長温度は1500℃以上1700℃以下である、炭化珪素半導体基板の製造方法。
Preparing a silicon carbide substrate;
Forming a silicon carbide semiconductor layer on the silicon carbide substrate using a source gas,
In the step of forming the silicon carbide semiconductor layer, the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.0 or more and 1.2 or less, and the growth temperature is 1500 ° C. or more and 1700 ° C. or less. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate.
前記炭化珪素半導体層を形成する工程では、前記原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比C/Siが1.10以上1.20以下であり、成長温度は1550℃以上1700℃以下である、請求項1に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。   In the step of forming the silicon carbide semiconductor layer, the ratio C / Si of the number of carbon atoms to the number of silicon atoms in the source gas is 1.10 to 1.20, and the growth temperature is 1550 ° C. to 1700 ° C. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate according to claim 1. 前記原料ガスは、モノシラン、ジクロロシラン、およびトリクロロシランからなる群から選択される1種と、プロパンとを含む、請求項1または2に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。   3. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor substrate according to claim 1, wherein the source gas includes one selected from the group consisting of monosilane, dichlorosilane, and trichlorosilane, and propane.
JP2013113054A 2013-05-29 2013-05-29 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate Pending JP2014232799A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013113054A JP2014232799A (en) 2013-05-29 2013-05-29 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013113054A JP2014232799A (en) 2013-05-29 2013-05-29 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014232799A true JP2014232799A (en) 2014-12-11

Family

ID=52126017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013113054A Pending JP2014232799A (en) 2013-05-29 2013-05-29 Method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014232799A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016127201A (en) * 2015-01-07 2016-07-11 三菱電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP6090552B1 (en) * 2015-09-29 2017-03-08 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate, method for manufacturing silicon carbide semiconductor device, and device for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate
WO2017056691A1 (en) * 2015-09-29 2017-04-06 住友電気工業株式会社 Method of manufacturing silicon carbide epitaxial substrate, method of manufacturing silicon carbide semiconductor device, and silicon carbide epitaxial substrate manufacturing device
CN110663099A (en) * 2017-05-17 2020-01-07 三菱电机株式会社 SiC epitaxial wafer and method for producing same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016127201A (en) * 2015-01-07 2016-07-11 三菱電機株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP6090552B1 (en) * 2015-09-29 2017-03-08 住友電気工業株式会社 Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate, method for manufacturing silicon carbide semiconductor device, and device for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate
WO2017056691A1 (en) * 2015-09-29 2017-04-06 住友電気工業株式会社 Method of manufacturing silicon carbide epitaxial substrate, method of manufacturing silicon carbide semiconductor device, and silicon carbide epitaxial substrate manufacturing device
CN110663099A (en) * 2017-05-17 2020-01-07 三菱电机株式会社 SiC epitaxial wafer and method for producing same
CN110663099B (en) * 2017-05-17 2023-06-02 三菱电机株式会社 SiC epitaxial wafer and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9368345B2 (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate and method of manufacturing silicon carbide semiconductor device
US20180233562A1 (en) Silicon carbide epitaxial substrate
CN103715069B (en) A kind of reduce the method for defect in silicon carbide epitaxial film
WO2015114961A1 (en) Silicon carbide epitaxial substrate, and method for producing silicon carbide epitaxial substrate
JP6915627B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate
JP6677328B2 (en) Epitaxial wafer
JP4139306B2 (en) Vertical hot wall CVD epitaxial apparatus and SiC epitaxial growth method
JP4839646B2 (en) Silicon carbide semiconductor manufacturing method and silicon carbide semiconductor manufacturing apparatus
JP5943509B2 (en) Method for forming film on silicon carbide substrate
JP2014166957A5 (en)
JP2014232799A (en) Method of manufacturing silicon carbide semiconductor substrate
JP2014166957A (en) Silicon carbide semiconductor, and method and device for manufacturing the same
JP2015042602A (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP6019938B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP5896346B2 (en) Silicon carbide semiconductor
JP2014103363A (en) Silicon carbide semiconductor substrate manufacturing method
US9269572B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide semiconductor substrate
JP2015122540A5 (en)
JP2017069239A (en) Epitaxial growth method for silicon carbide
JP5648442B2 (en) Silicon carbide semiconductor
JP2009274899A (en) Method for manufacturing substrate for epitaxy of silicon carbide
JP2014154587A (en) Silicon carbide semiconductor substrate manufacturing method and silicon carbide semiconductor device manufacturing method
JP2015078094A (en) Sic layer forming method, 3c-sic epitaxial substrate manufacturing method, and 3c-sic epitaxial substrate
KR102339608B1 (en) Epitaxial wafer and method for fabricating the same
WO2017047244A1 (en) Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and apparatus for silicon carbide epitaxial growth