WO2025063054A1 - Silicon carbide substrate, silicon carbide epitaxial substrate, method for producing silicon carbide semiconductor device, and method for producing silicon carbide crystal - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, and a method for manufacturing a silicon carbide crystal.
- Patent Document 1 describes a method for producing silicon carbide crystals.
- the method for producing silicon carbide crystals includes a step of preparing an apparatus in which a buffer layer is placed between the inner wall of a crucible and the raw material.
- the silicon carbide substrate according to the present disclosure includes a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface.
- First voids are present in the first main surface.
- the surface density of the first voids is less than 0.04 voids/ cm2 .
- the width of the first voids is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the width of the first voids increases from the first main surface toward the second main surface.
- the depth of the first voids is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate.
- the first main surface is a carbon surface or a surface inclined at an off angle of 8° or less with respect to the carbon surface.
- FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide substrate according to this embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
- FIG. 3 is an enlarged plan view of region III in FIG.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
- FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view of a region V in FIG.
- FIG. 6 is a perspective plan view showing the configuration of the rectangular parallelepiped region.
- FIG. 7 is an enlarged schematic plan view of the second main surface.
- FIG. 8 is an enlarged schematic cross-sectional view of region VIII in FIG.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a Raman spectroscopic device.
- FIG. 10 is a cross-sectional schematic diagram showing the configuration of a silicon carbide crystal growth apparatus according to this embodiment.
- FIG. 11 is a flow diagram that generally illustrates the method for manufacturing silicon carbide crystal according to the present embodiment.
- FIG. 12 is a schematic diagram showing the relationship between temperature and time in the process of firing the crucible and the graphite member placed in the crucible.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a step of preparing a growth apparatus.
- FIG. 14 is a schematic diagram showing the relationship between pressure and time in the step of preheating a silicon carbide raw material.
- FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a step of placing a seed substrate inside the crucible.
- FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a step of growing silicon carbide crystal on a seed substrate.
- FIG. 17 is an enlarged schematic diagram showing region XVII in FIG.
- FIG. 18 is a flow diagram illustrating a schematic method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
- FIG. 19 is a cross-sectional schematic diagram showing the configuration of a silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment.
- FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a body region.
- FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a source region.
- FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a trench in the third main surface of the silicon carbide epitaxial layer.
- FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a trench in the third main surface of the silicon carbide epitaxial layer.
- FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a gate insulating film.
- FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
- FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
- An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that are capable of improving the yield of silicon carbide semiconductor devices.
- Advantageous Effects of Invention The present disclosure can provide a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, and a method for manufacturing a silicon carbide crystal, which are capable of improving the yield of silicon carbide semiconductor devices.
- a silicon carbide substrate includes a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface.
- First voids are present in the first main surface.
- the surface density of the first voids is less than 0.04 voids/ cm2 .
- the width of the first voids is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the width of the first voids increases from the first main surface to the second main surface.
- the depth of the first voids is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate.
- the first main surface is a carbon surface or a surface inclined at an off angle of 8° or less with respect to the carbon surface.
- the silicon carbide substrate according to the present disclosure includes a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface.
- a first void is present in the first main surface
- a second void is present in the second main surface.
- the surface density of the second void is less than 0.04 voids/ cm2 .
- the width of each of the first voids and the second voids is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the width of each of the first voids and the second voids increases from the first main surface to the second main surface.
- One or more carbon inclusions may be present in the rectangular parallelepiped region of the silicon carbide substrate according to (1) or (2).
- the distance from the first main surface to the upper end face of the rectangular parallelepiped region may be 50 ⁇ m, and the distance from the first main surface to the lower end face of the rectangular parallelepiped region may be 200 ⁇ m.
- the length of the long side of the rectangular parallelepiped region may be 0.82 mm, and the length of the short side of the rectangular parallelepiped region may be 0.7 mm.
- the first void may overlap the rectangular parallelepiped region.
- the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device includes the following steps: The silicon carbide epitaxial substrate according to (4) above is prepared. An electrode is formed on the silicon carbide epitaxial layer.
- the method for producing silicon carbide crystals according to the present disclosure includes the following steps: A growth apparatus is prepared in which a buffer layer is disposed between a crucible and a silicon carbide raw material. After the step of preparing a growth apparatus in which a buffer layer is disposed between a crucible and a silicon carbide raw material, the silicon carbide raw material is preheated. After the step of preheating the silicon carbide raw material, a seed substrate is disposed in the crucible. A silicon carbide crystal is grown on the seed substrate by sublimating the silicon carbide raw material. In the step of preparing a growth apparatus in which a buffer layer is disposed between a crucible and a silicon carbide raw material, the silicon carbide raw material covers the buffer layer so that the buffer layer is not exposed from the surface of the silicon carbide raw material.
- the crucible may have a bottom and a sidewall.
- the sidewall may be continuous with the bottom.
- the buffer layer may have a first portion and a second portion.
- the first portion may be disposed between the bottom and the silicon carbide raw material.
- the second portion may be continuous with the first portion.
- the second portion may be disposed between the sidewall and the silicon carbide raw material.
- the value obtained by dividing the height of the second portion by the height of the silicon carbide raw material in the direction in which the second portion extends may be 0.5 or more and 0.85 or less.
- the crucible may have a raw material storage section and a lid section.
- a buffer layer and silicon carbide raw material are placed in the raw material storage section.
- the lid section is placed on the raw material storage section.
- the growth of silicon carbide crystals may be repeated seven or more times using the raw material storage section.
- the buffer layer may be made of a carbon sheet.
- the pressure inside the crucible may be equal to or greater than 0.08 kPa and equal to or less than 0.12 kPa during the period from 3 hours before the end of the preheating to the end of the preheating.
- an individual orientation is indicated by [ ], a collective orientation by ⁇ >, an individual plane by ( ), and a collective plane by ⁇ ⁇ .
- a "-" (bar) is placed above the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is placed before the number.
- Fig. 1 is a plan schematic view showing the configuration of a silicon carbide substrate 100 according to this embodiment.
- the silicon carbide substrate 100 has a first main surface 1 and an outer peripheral side surface 9.
- the first main surface 1 extends along each of a first direction 101 and a second direction 102.
- the first direction 101 is not particularly limited, but is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
- the second direction 102 is not particularly limited, but is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
- the silicon carbide substrate 100 is made of, for example, hexagonal silicon carbide.
- the polytype of the hexagonal silicon carbide is, for example, 4H.
- the silicon carbide substrate 100 contains an n-type impurity such as nitrogen.
- the outer peripheral side surface 9 has an orientation flat portion 7 and an arc-shaped portion 8.
- the arc-shaped portion 8 is connected to the orientation flat portion 7.
- the orientation flat portion 7 extends along the first direction 101.
- the diameter W1 of the first main surface 1 is, for example, 150 mm.
- the diameter W1 is not particularly limited, but may be 150 mm or more, or 200 mm or more.
- the diameter W1 is not particularly limited, but may be, for example, 300 mm or less. When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface 1, the diameter W1 is the longest straight line distance between two different points on the outer peripheral side surface 9.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1.
- the cross section shown in FIG. 2 is perpendicular to the first main surface 1 and parallel to the first direction 101.
- the silicon carbide substrate 100 according to this embodiment has a second main surface 2.
- the second main surface 2 is opposite to the first main surface 1.
- the thickness E1 of the silicon carbide substrate 100 is, for example, 300 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less.
- the direction from the first main surface 1 toward the second main surface 2 is the third direction 103.
- the third direction 103 is perpendicular to each of the first direction 101 and the second direction 102.
- the thickness direction of the silicon carbide substrate 100 is the same as the third direction 103.
- the first main surface 1 is a carbon surface or a surface tilted in the off direction with respect to the carbon surface.
- the first main surface 1 is a (000-1) surface or a surface tilted in the off direction with respect to the (000-1) surface.
- the second main surface 2 is a silicon surface or a surface tilted in the off direction with respect to the silicon surface.
- the second main surface 2 is a (0001) surface or a surface tilted in the off direction with respect to the (0001) surface.
- the off angle ⁇ is 8° or less.
- the off angle ⁇ may be, for example, 6° or less, or 4° or less.
- the off angle ⁇ may be, for example, 1° or more, or 2° or more.
- the off direction of the first main surface 1 is not particularly limited, but is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
- FIG. 3 is an enlarged plan view of region III in FIG. 1.
- one or more first voids 10 are present in the first main surface 1.
- the shape of the opening of the first void 10 is, for example, a hexagon.
- the shape of the opening of the first void 10 is not particularly limited, but may be, for example, a circle, an ellipse, or a polygon other than a hexagon.
- the width of the first void 10 (first width A1) is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the width of the first void 10 is the maximum width between any two points at the opening of the first void 10.
- the width of the first void 10 may be, for example, the width along the off direction.
- the first width A1 may be, for example, 20 ⁇ m or more, or 30 ⁇ m or more.
- the first width A1 may be, for example, 80 ⁇ m or less, or 60 ⁇ m or less.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
- the cross section shown in FIG. 4 is perpendicular to the first main surface 1 and parallel to the first direction 101.
- the width of the first void 10 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
- FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view of region V in FIG. 4.
- the first void 10 has a first opening 11, a first side portion 12, and a first bottom portion 13.
- the first opening 11 is located on the first main surface 1.
- the first bottom portion 13 is located between the first main surface 1 and the second main surface 2.
- the first side portion 12 is located between the first opening 11 and the first bottom portion 13.
- the first side portion 12 is continuous with each of the first opening 11 and the first bottom portion 13.
- the first side portion 12 may be linear.
- the shape of the first void 10 is, for example, a trapezoid.
- the upper base of the trapezoid is located at the first opening 11.
- the lower base of the trapezoid is located at the first bottom 13.
- the width of the first bottom 13 is greater than the width of the first opening 11.
- the depth of the first void 10 (first depth B1) is smaller than the thickness E1 (see FIG. 4) of the silicon carbide substrate 100.
- the first void 10 does not penetrate the silicon carbide substrate 100.
- the first void 10 is exposed only to the first main surface 1 and is not exposed to the second main surface 2.
- the first depth B1 may be equal to or greater than the width (first width A1) of the first void 10 on the first main surface 1.
- the first depth B1 may be the same as the first width A1, or may be greater than the first width A1.
- the first depth B1 may be, for example, 5 times or less, or 3 times or less, the width of the first bottom 13 of the first void 10.
- the distance (first distance D1) from the first main surface 1 to the upper end surface of the rectangular parallelepiped region 60 is 50 ⁇ m.
- the distance (second distance D2) from the first main surface 1 to the lower end surface of the rectangular parallelepiped region 60 is 200 ⁇ m.
- the distance (third distance D3) from the lower end surface to the upper end surface of the rectangular parallelepiped region 60 is 150 ⁇ m.
- FIG. 6 is a perspective plan view showing the configuration of the rectangular parallelepiped region 60.
- first length L1 The length of the long side of the rectangular parallelepiped region 60 is 0.82 mm.
- second length L2 The length of the short side of the rectangular parallelepiped region 60 is parallel to the second direction 102.
- the first void 10 When viewed along a straight line perpendicular to the first principal surface 1, the first void 10 (see FIG. 5) overlaps with the rectangular parallelepiped region 60. When viewed along a straight line perpendicular to the first principal surface 1, the rectangular parallelepiped region 60 is determined so that the center of the first void 10 coincides with the center of the rectangular parallelepiped region 60. When viewed along a straight line perpendicular to the first principal surface 1, the maximum length F1 of the carbon inclusion 70 is 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
- carbon inclusions 70 present in a rectangular parallelepiped region 60 are shown. As shown in FIG. 6, one or more carbon inclusions 70 are present in the rectangular parallelepiped region 60.
- the number of carbon inclusions 70 present in the rectangular parallelepiped region 60 may be, for example, five or more, or ten or more.
- the number of carbon inclusions 70 present in the rectangular parallelepiped region 60 may be, for example, fifteen or less, or twelve or less.
- the one or more carbon inclusions 70 may include a first carbon inclusion 71. Of the one or more carbon inclusions 70, at least one is a second carbon inclusion 72.
- the Raman spectrum of the second carbon inclusion 72 is different from the Raman spectrum of the first carbon inclusion 71. The details of the Raman spectrum will be described later.
- the number of first carbon inclusions 71 contained in the silicon carbide substrate 100 is smaller than the number of second carbon inclusions 72 contained in the silicon carbide substrate 100.
- FIG. 7 is an enlarged schematic plan view of the second main surface 2.
- one or more second voids 20 are present in the second main surface 2.
- the shape of the opening of the second void 20 is, for example, a hexagon.
- the shape of the opening of the second void 20 is not particularly limited, but may be, for example, a circle, an ellipse, or a polygon other than a hexagon.
- the width of the second void 20 (second width A2) is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the width of the second void 20 is the maximum width between any two points at the opening of the second void 20.
- the width of the second void 20 may be, for example, the width along the off direction.
- the second width A2 may be, for example, 20 ⁇ m or more, or 30 ⁇ m or more.
- the second width A2 may be, for example, 80 ⁇ m or less, or 60 ⁇ m or less.
- the shape of the second void 20 is, for example, a triangle.
- the base of the triangle is located at the second opening 21.
- the apex of the triangle is located at the second bottom 23.
- the depth of the second void 20 (second depth B2) is smaller than the thickness E1 of the silicon carbide substrate 100. In other words, the second void 20 does not penetrate the silicon carbide substrate 100. The second void 20 is exposed only to the second main surface 2, and is not exposed to the first main surface 1.
- the second depth B2 may be equal to or greater than the width (second width A2) of the second void 20 on the second main surface 2.
- the second depth B2 may be the same as the second width A2, or may be greater than the second width A2.
- the second depth B2 may be, for example, 5 times or less, or 3 times or less, the width of the second opening 21 of the second void 20.
- a third void 14 is formed in the silicon carbide substrate 100.
- the third void 14 is located inside the silicon carbide substrate 100.
- the third void 14 is closed inside the silicon carbide substrate 100. From another perspective, the third void 14 is not exposed to either the first main surface 1 or the second main surface 2.
- the width of the third void 14 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
- the shape of the third void 14 is, for example, a triangle.
- the first voids 10 and the second voids 20 are each identified using an optical microscope.
- a bottomed hole that opens into the first main surface 1, has a width of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less when viewed along a straight line perpendicular to the first main surface 1, and whose width increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2 is identified as a first void 10.
- the number of first voids 10 in the measurement region of the first main surface 1 divided by the area of the measurement region of the first main surface 1 is the surface density of the first voids 10. Note that the region of the first main surface 1 within 5 mm of the outer peripheral side surface 9 is outside the measurement region (edge exclusion).
- a bottomed hole that opens into the second principal surface 2 has a width of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less when viewed along a straight line perpendicular to the second principal surface 2, and whose width increases from the first principal surface 1 toward the second principal surface 2, is identified as a second void 20.
- the number of second voids 20 in the measurement region of the second principal surface 2 divided by the area of the measurement region of the second principal surface 2 is the surface density of the second voids 20. Note that the region of the second principal surface 2 within 5 mm of the outer peripheral side surface 9 is outside the measurement region.
- Fig. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the Raman spectroscopic device.
- the Raman spectroscopy device 30 mainly includes, for example, a light source 32, an objective lens 31, a spectroscope 33, a stage 34, a beam splitter 35, and a detector 38.
- a LabRAM HR-800 manufactured by HORIBA JOBIN YVON can be used as the Raman spectroscopy device 30 .
- the light source 32 is a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser.
- the excitation wavelength of the light source 32 is 532 nm.
- the laser irradiation intensity is 0.5 mW.
- the measurement method is backscattering measurement.
- the magnification of the objective lens 31 is 100 times.
- the diameter of the measurement area is 1 ⁇ m.
- the laser irradiation time is 20 to 180 seconds.
- the number of integrations is 2.
- the filter is D1.
- the grating is 300 gr/mm.
- the hole is 100.
- incident light 36 is emitted from the YAG laser of light source 32. As shown by a first arrow G1 in Fig. 9, incident light 36 is reflected by beam splitter 35 and directed toward first main surface 1 of silicon carbide substrate 100.
- Raman spectroscopic device 30 employs, for example, a confocal optical system. In the confocal optical system, a confocal aperture (not shown) having a circular opening is disposed at a position conjugate with the focus of objective lens 31. This makes it possible to detect light only at the focused position.
- the Raman scattered light scattered by the silicon carbide substrate 100 passes through the beam splitter 35 and is introduced into the spectrometer 33.
- the Raman scattered light is resolved into wave numbers.
- the Raman scattered light resolved into wave numbers is detected by the detector 38.
- the stage 34 can move in a direction parallel to the first main surface 1 of the silicon carbide substrate 100 (the direction of the third arrow G3).
- the Raman spectrum of the carbon inclusions 70 see FIGS. 5 and 6) present inside the silicon carbide substrate 100 is measured.
- the Raman spectrum of the first carbon inclusion 71 (see FIGS. 5 and 6) is measured, the half width of the peak in the Raman spectrum having a Raman shift closest to 2700 cm ⁇ 1 (first half width) is 60 cm ⁇ 1 or more. From another point of view, when the Raman spectrum of the carbon inclusion 70 is measured, the carbon inclusion 70 may include one having a half width of the peak in the Raman spectrum having a Raman shift closest to 2700 cm ⁇ 1 of 60 cm ⁇ 1 or more.
- the first half-width may be, for example, 63 cm ⁇ 1 or more, or 66 cm ⁇ 1 or more.
- the first half-width may be, for example, 90 cm ⁇ 1 or less, or 85 cm ⁇ 1 or less.
- the Raman spectrum of the second carbon inclusion 72 (see FIGS. 5 and 6) is measured, the half-width (second half-width) of the peak in the Raman spectrum having a Raman shift closest to 2700 cm -1 is less than 60 cm -1 .
- the Raman spectrum of the carbon inclusion 70 is measured, in at least one of the carbon inclusions 70, the half-width of the peak in the Raman spectrum having a Raman shift closest to 2700 cm -1 is less than 60 cm -1 .
- the second half-width may be, for example, 30 cm ⁇ 1 or more, or 40 cm ⁇ 1 or more.
- the second half-width may be, for example, 55 cm ⁇ 1 or less, or 50 cm ⁇ 1 or less.
- Silicon carbide crystal growth apparatus Next, the configuration of a silicon carbide crystal growth apparatus according to this embodiment will be described.
- silicon carbide crystal growth apparatus 300 mainly includes crucible 130, protrusion 133, first resistive heater 141, second resistive heater 142, and third resistive heater 143.
- Crucible 130 is made of graphite.
- Crucible 130 is made of, for example, "G330", an isotropic graphite material manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.
- the Raman spectrum of the material constituting crucible 130 is measured, the half-width (third half-width) of the peak of the Raman spectrum having the Raman shift closest to 2700 cm -1 is, for example, 40 cm -1 or more and 50 cm -1 or less.
- the crucible 130 has a raw material storage section 132 and a lid section 131.
- the raw material storage section 132 has a bottom section 134 and a sidewall section 135.
- the bottom section 134 is, for example, disk-shaped.
- the bottom section 134 extends along a plane perpendicular to the growth direction 104.
- the growth direction 104 will be described in detail below.
- the sidewall section 135 is continuous with the bottom section 134.
- the sidewall section 135 extends along the growth direction 104.
- the sidewall section 135 is annular in shape.
- the lid 131 is placed on the raw material storage section 132.
- the direction from the lid 131 toward the bottom 134 is the growth direction 104.
- a graphite member (not shown) is placed inside the crucible 130.
- the protrusion 133 is disposed inside the crucible 130.
- the protrusion 133 is attached to the bottom 134.
- the protrusion 133 is configured to be removable from the bottom 134.
- the protrusion 133 is surrounded by the side wall 135.
- the protrusion 133 is spaced apart from the side wall 135.
- the shape of the protrusion 133 is, for example, cylindrical.
- the protrusion 133 extends along the growth direction 104.
- the first resistive heater 141 is disposed above the lid portion 131.
- the second resistive heater 142 is disposed so as to surround the sidewall portion 135.
- the third resistive heater 143 is disposed below the bottom portion 134.
- the crucible 130 is heated by applying power to the first resistive heater 141, the second resistive heater 142, and the third resistive heater 143.
- Fig. 11 is a flow diagram that shows a schematic diagram of the method for producing a silicon carbide crystal according to this embodiment.
- the method for producing a silicon carbide crystal according to this embodiment includes a step of preparing a growth apparatus (S10), a step of preheating a silicon carbide raw material (S20), a step of placing a seed substrate inside a crucible (S30), and a step of growing a silicon carbide crystal on the seed substrate (S40).
- a step (S10) of preparing a growth apparatus is performed.
- a step of firing the crucible 130 and the graphite member placed inside the crucible 130 is performed. Specifically, in an argon gas atmosphere, the crucible 130 and the graphite member placed inside the crucible 130 are heated to a temperature of 3000°C.
- the heating time of the crucible 130 is, for example, 10 hours.
- the pressure of the argon gas is, for example, 10 kPa.
- FIG. 12 is a schematic diagram showing the relationship between temperature and time in the process of firing the crucible 130 and the graphite member placed in the crucible 130.
- the vertical axis represents temperature and the horizontal axis represents time.
- the temperature of the crucible 130 rises from a first temperature C1 to a second temperature C2 from a first time point T1 to a second time point T2.
- the first temperature C1 is, for example, 1100°C.
- the second temperature C2 is, for example, 2200°C.
- the temperature of the crucible 130 rises from the second temperature C2 to the third temperature C3 from the second time point T2 to the third time point T3.
- the third temperature C3 is the highest temperature reached.
- the third temperature C3 is, for example, 3000°C.
- the heating rate in the first heating step is, for example, 100°C/hour.
- the heating rate in the second heating step is 20°C/hour or less.
- the heating rate in the second heating step is lower than the heating rate in the first heating step.
- a firing process is carried out. From the third time T3 to the fourth time T4, the temperature of the crucible 130 is maintained at the third temperature C3. The time from the third time T3 to the fourth time T4 is the firing time.
- a cooling process is carried out. From the fourth time T4, the crucible 130 is cooled. To prevent cracking of the components, the crucible 130 is cooled slowly until the temperature of the crucible 130 reaches the first temperature C1. The cooling rate of the crucible 130 is 20°C/hour or less.
- the pressure of the atmospheric gas in the crucible 130 is maintained at, for example, about 10 kPa.
- the atmospheric gas contains an inert gas such as argon gas or helium gas.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the step (S10) of preparing a growth apparatus.
- a buffer layer 170 and silicon carbide raw material 153 are disposed inside the raw material storage section 132.
- the buffer layer 170 is disposed on the bottom 134.
- the buffer layer 170 is separate from the crucible 130.
- the buffer layer 170 contains carbon.
- the buffer layer 170 is flexible.
- the bulk density of the material constituting the buffer layer 170 is lower than the bulk density of the material constituting the crucible 130, for example.
- the buffer layer 170 is made of, for example, a carbon sheet.
- the buffer layer 170 is made of, for example, graphite.
- the buffer layer 170 is made of, for example, GRAFOIL (registered trademark), a graphite sheet manufactured by NeoGraf.
- the half width (fourth half width) of the peak of the Raman spectrum having the Raman shift closest to 2700 cm ⁇ 1 is, for example, 60 cm ⁇ 1 or more and 90 cm ⁇ 1 or less.
- the fourth half width is larger than the third half width.
- the buffer layer 170 has a first portion 171 and a second portion 172.
- the first portion 171 is disposed on the bottom portion 134.
- the first portion 171 is in contact with the bottom portion 134.
- the first portion 171 covers the bottom portion 134.
- the first portion 171 may be in contact with the protrusion portion 133.
- the first portion 171 surrounds the protrusion portion 133.
- the shape of the first portion 171 is, for example, a disk shape.
- the first portion 171 extends along a plane perpendicular to the growth direction 104.
- the second portion 172 is connected to the first portion 171.
- the second portion 172 is in contact with the side wall portion 135.
- the second portion 172 covers a portion of the side wall portion 135.
- the shape of the second portion 172 is annular.
- the extension direction of the second portion 172 is the same as the growth direction 104.
- the height of the second portion 172 in the extension direction of the second portion 172 is the first height H1.
- the silicon carbide raw material 153 is disposed on the buffer layer 170.
- the silicon carbide raw material 153 is, for example, a polycrystalline silicon carbide powder.
- the silicon carbide raw material 153 covers the buffer layer 170 so that the buffer layer 170 is not exposed from the surface of the silicon carbide raw material 153.
- the buffer layer 170 is disposed between the crucible 130 and the silicon carbide raw material 153.
- the first portion 171 is disposed between the bottom portion 134 and the silicon carbide raw material 153.
- the second portion 172 is disposed between the sidewall portion 135 and the silicon carbide raw material 153.
- Figure 14 is a schematic diagram showing the relationship between pressure and time in the step (S20) of preheating the silicon carbide raw material.
- the vertical axis shows the pressure inside the crucible 130, and the horizontal axis shows time.
- the crucible 130 is heated by applying power to the first resistive heater 141, the second resistive heater 142, and the third resistive heater 143. This heats the silicon carbide raw material 153 and the buffer layer 170.
- the temperature of the crucible 130 (preheating temperature) is, for example, about 2200°C or higher and 2400°C or lower.
- the point at which the temperature of the crucible 130 reaches the preheating temperature is the fifth point in time T5.
- the pressure inside the crucible 130 at the fifth point in time T5 (first pressure P1) is approximately 0.1 kPa or more and 3 kPa or less.
- the time when the pressure inside the crucible 130 reaches the second pressure P2 is defined as the sixth time T6.
- the time when the preheating ends is defined as the seventh time T7.
- the time between the sixth time T6 and the seventh time T7 is, for example, 3 hours or more. From another perspective, the pressure inside the crucible 130 is the second pressure P2 from the time 3 hours before the end of the preheating to the time when the preheating ends.
- the time between the sixth time T6 and the seventh time T7 may be 4 hours or more, or 5 hours or more.
- the time between the sixth time T6 and the seventh time T7 may be 7 hours or less, or 6 hours or less.
- the time from the fifth point T5 to the seventh point T7 is, for example, 5 hours or more and 20 hours or less.
- the crucible 130 is cooled. In this way, the silicon carbide raw material 153 is preheated.
- the remainder of the silicon carbide raw material 153 is solidified.
- the solidified silicon carbide raw material 153 is adhered to the protrusion 133.
- the solidified silicon carbide raw material 153 may be adhered to the buffer layer 170.
- silicon carbide raw material 153 and buffer layer 170 are removed from crucible 130.
- silicon carbide raw material 153, protrusion 133, and buffer layer 170 are removed as a unit from crucible 130.
- buffer layer 170 to prevent solidified silicon carbide raw material 153 from adhering to bottom 134 and sidewall 135 of crucible 130, silicon carbide raw material 153 can be easily removed from crucible 130.
- the buffer layer 170 may be made of, for example, tantalum carbide.
- the pressure inside the crucible 130 may be maintained at the second pressure P2 from the fifth time point T5 to the seventh time point T7.
- the silicon carbide substrate 100 may not include the first carbon inclusion 71.
- the silicon carbide substrate 100 may include only the second carbon inclusion 72.
- silicon carbide epitaxial layer 40 is formed on silicon carbide substrate 100.
- silicon carbide epitaxial layer 40 is formed by epitaxial growth on first main surface 1 of silicon carbide substrate 100.
- silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as source gases, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas.
- the temperature of the epitaxial growth is, for example, about 1400° C. or higher and 1700° C. or lower.
- an n-type impurity such as nitrogen is introduced into silicon carbide epitaxial layer 40.
- silicon carbide epitaxial substrate 200 is prepared.
- a p-type impurity such as aluminum is ion-implanted into the source region 114 to form a contact region 118.
- the contact region 118 is formed so as to penetrate the source region 114 and the body region 113 and contact the drift layer 42.
- the concentration of the p-type impurity contained in the contact region 118 is higher than the concentration of the n-type impurity contained in the source region 114.
- the source wiring 119 is formed.
- the source wiring 119 is electrically connected to the source electrode 116.
- the source wiring 119 is formed so as to cover the source electrode 116 and the interlayer insulating film 126.
- FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment.
- the silicon carbide semiconductor device 400 is, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
- the silicon carbide semiconductor device 400 mainly includes a silicon carbide epitaxial substrate 200, a gate electrode 127, a gate insulating film 115, a source electrode 116, a drain electrode 123, a source wiring 119, and an interlayer insulating film 126.
- the silicon carbide epitaxial substrate 200 includes a buffer layer 41, a drift layer 42, a body region 113, a source region 114, and a contact region 118.
- the silicon carbide semiconductor device 400 may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
- the contact area between the silicon carbide raw material 153 and the crucible 130 becomes excessively large. Therefore, the portion of the silicon carbide raw material 153 that adheres to the crucible 130 after the silicon carbide crystal 110 is grown becomes excessively large. As a result, it becomes difficult to remove the silicon carbide raw material 153 from the crucible 130 after the silicon carbide crystal 110 is grown.
- the value obtained by dividing the height (first height H1) of the second portion 172 in the direction in which the second portion 172 extends by the height (second height H2) of the silicon carbide raw material 153 in the direction in which the second portion 172 extends is 0.5 or more. This prevents the contact area between the silicon carbide raw material 153 and the crucible 130 from becoming excessively large. This makes it easier to remove the silicon carbide raw material 153 from the crucible 130 after the silicon carbide crystal 110 has grown.
- the value obtained by dividing first height H1 by second height H2 may be 0.85 or less. This allows the shortest distance I1 between the surface of silicon carbide raw material 153 and buffer layer 170 in the extension direction of second portion 172 to be sufficiently long. From another perspective, buffer layer 170 can be sufficiently covered using silicon carbide raw material 153. As a result, it is possible to effectively prevent carbon lumps generated from buffer layer 170 from being mixed into silicon carbide crystal 110.
- buffer layer 170 may be arranged so that buffer layer 170 is not located in an area within 5 mm of the surface of silicon carbide raw material 153 in the extension direction of second portion 172. This allows the shortest distance I1 between buffer layer 170 and the surface of silicon carbide raw material 153 in the extension direction of second portion 172 to be sufficiently long. From another perspective, buffer layer 170 can be sufficiently covered with silicon carbide raw material 153. As a result, it is possible to effectively prevent carbon lumps generated from buffer layer 170 from being mixed into silicon carbide crystal 110.
- the buffer layer 170 is not disposed inside the crucible 130, an excessive amount of silicon carbide raw material 153 will adhere to the raw material storage section 132 after the silicon carbide crystal 110 has grown. This makes it difficult to remove the silicon carbide raw material 153 from the raw material storage section 132 after the silicon carbide crystal 110 has grown. This makes it difficult to repeatedly grow the silicon carbide crystal 110 using the raw material storage section 132. According to the method for manufacturing the silicon carbide crystal 110 of this embodiment, the growth of the silicon carbide crystal 110 may be repeated seven or more times using the raw material storage section 132. This reduces the cost required for manufacturing the silicon carbide crystal 110.
- the pressure inside crucible 130 is 0.08 kPa or more and 0.12 kPa or less from 3 hours before the end of preheating to the end of preheating.
- This can promote sublimation of silicon in silicon carbide raw material 153 in the step (S30) of preheating the silicon carbide raw material.
- This can promote carbonization of the portion of silicon carbide raw material 153 close to the surface of silicon carbide raw material 153.
- Carbonized silicon carbide raw material 153 is less likely to stick to crucible 130. As a result, silicon carbide raw material 153 can be easily removed from crucible 130.
- the first voids 10 are present in the first main surface 1.
- the surface density of the first voids 10 is less than 0.04 pieces/ cm2 .
- the width of the first voids 10 is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the width of the first voids 10 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
- the depth of the first voids 10 is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate 100.
- the first main surface 1 is a carbon surface or a surface inclined at an off angle ⁇ of 8° or less with respect to the carbon surface.
- the surface density of the first voids 10 is reduced in the silicon carbide substrate 100 according to this embodiment. Therefore, when the silicon carbide semiconductor device 400 is manufactured using the silicon carbide substrate 100 according to this embodiment, the yield of the silicon carbide semiconductor device 400 can be improved.
- the silicon carbide substrate 100 includes a first main surface 1 and a second main surface 2 opposite to the first main surface 1.
- the first voids 10 are present in the first main surface 1
- the second voids 20 are present in the second main surface 2.
- the surface density of the second voids 20 is less than 0.04 voids/ cm2 .
- the width of the first voids 10 is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the width of the second voids 20 is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- Second main surface 2 is a silicon surface or a surface inclined at an off angle ⁇ of 8° or less with respect to the silicon surface.
- the surface density of the second voids 20 is reduced in the silicon carbide substrate 100 according to this embodiment. Therefore, when the silicon carbide semiconductor device 400 is manufactured using the silicon carbide substrate 100 according to this embodiment, the yield of the silicon carbide semiconductor device 400 can be improved.
- silicon carbide crystal 110 according to Samples 1 to 4 were prepared. Samples 1 to 3 are comparative examples. Sample 4 is an example.
- buffer layer 170 was exposed from the surface of silicon carbide crystal 110.
- buffer layer 170 was not disposed inside crucible 130.
- silicon carbide raw material 153 covered buffer layer 170 such that buffer layer 170 was not exposed from the surface of silicon carbide raw material 153.
- Table 1 shows the test results for samples 1 to 4.
- A indicates that it was possible to repeatedly grow silicon carbide crystal 110 using raw material storage section 132.
- B indicates that it was not possible to repeatedly grow silicon carbide crystal 110 using raw material storage section 132.
- A indicates that it was possible to remove silicon carbide raw material 153 from crucible 130 after silicon carbide crystal 110 was grown.
- B indicates that it was sometimes difficult to remove silicon carbide raw material 153 from crucible 130 after silicon carbide crystal 110 was grown.
- C indicates that it was not possible to remove silicon carbide raw material 153 from crucible 130 after silicon carbide crystal 110 was grown.
- the surface density of the first voids 10 was 0.04 pieces/ cm2 or more in Samples 1 and 2. In Samples 3 and 4, the surface density of the first voids 10 was less than 0.04 pieces/ cm2 .
- Test Method 2 A plurality of silicon carbide crystals 110 were manufactured using the manufacturing method of silicon carbide crystal 110 according to the present embodiment described above. Specifically, growth of silicon carbide crystal 110 was repeated 15 times using the same raw material accommodation unit 132. After growth of silicon carbide substrate 100 was performed once, lid unit 131 was replaced with another lid unit 131. The surface density of first voids 10 in each of the manufactured plurality of silicon carbide crystals 110 was measured. Specifically, the surface density of first voids 10 in a plurality of silicon carbide substrates 100 obtained by slicing silicon carbide crystal 110 was measured. The average surface density of first voids 10 in a plurality of silicon carbide substrates 100 obtained from one silicon carbide crystal 110 was determined as the surface density of first voids 10 in the silicon carbide crystal 110.
- Table 2 shows the surface density of the first voids 10 in each of the manufactured silicon carbide crystals 110.
- the surface density of the first voids 10 is shown when the number of uses of the raw material accommodation part 132 is 1, 5, 10, and 15. As shown in Table 2, when the number of uses of the raw material accommodation part 132 is 10 or less, the surface density of the first voids 10 is 0.09 pieces/cm 2 or less. When the number of uses of the raw material accommodation part 132 is 15 times, the surface density of the first voids 10 is 0.27 pieces/cm 2. When the number of uses of the raw material accommodation part 132 is 15 times, it is considered that the carbon lumps generated from the raw material accommodation part 132 increased due to wear of the inner wall of the raw material accommodation part 132. As a result, it is considered that the surface density of the first voids 10 increased due to the increase in the carbon inclusions 70 taken into the silicon carbide crystal 110.
- Raman spectroscopy device 31. Objective lens, 32. Light source, 33. Spectrometer, 34. Stage, 35. Beam splitter, 36. Incident light, 38. Detector, 40. Silicon carbide epitaxial layer, 41.
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Abstract
Description
本開示は、炭化珪素基板、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、および炭化珪素結晶の製造方法に関する。本出願は、2023年9月21日に出願した日本特許出願である特願2023-155591号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。 This disclosure relates to a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, and a method for manufacturing a silicon carbide crystal. This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2023-155591, filed on September 21, 2023. All contents of the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
特開2010-126375号公報(特許文献1)には、炭化珪素結晶の製造方法が記載されている。当該炭化珪素結晶の製造方法は、坩堝内壁と原料との間に緩衝層を配置した装置を準備する工程を有している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-126375 (Patent Document 1) describes a method for producing silicon carbide crystals. The method for producing silicon carbide crystals includes a step of preparing an apparatus in which a buffer layer is placed between the inner wall of a crucible and the raw material.
本開示に係る炭化珪素基板は、第1主面と、第1主面の反対にある第2主面とを備えている。第1主面には、第1ボイドが存在している。第1ボイドの面密度は、0.04個/cm2未満である。第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、第1ボイドの幅は、10μm以上100μm以下である。第1主面に平行な直線に沿って見た場合、第1ボイドの幅は、第1主面から第2主面に向かうにつれて大きくなる。第1主面に平行な直線に沿って見た場合、第1ボイドの深さは、炭化珪素基板の厚みよりも小さい。第1主面は、カーボン面またはカーボン面に対して8°以下のオフ角度で傾斜した面である。 The silicon carbide substrate according to the present disclosure includes a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. First voids are present in the first main surface. The surface density of the first voids is less than 0.04 voids/ cm2 . When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the width of the first voids is 10 μm or more and 100 μm or less. When viewed along a straight line parallel to the first main surface, the width of the first voids increases from the first main surface toward the second main surface. When viewed along a straight line parallel to the first main surface, the depth of the first voids is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate. The first main surface is a carbon surface or a surface inclined at an off angle of 8° or less with respect to the carbon surface.
[本開示が解決しようとする課題]
本開示の目的は、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上可能な炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板、および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。
[本開示の効果]
本開示によれば、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上可能な炭化珪素基板、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、および炭化珪素結晶の製造方法を提供することができる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
[Problem that this disclosure aims to solve]
An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that are capable of improving the yield of silicon carbide semiconductor devices.
[Advantages of this disclosure]
Advantageous Effects of Invention The present disclosure can provide a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, and a method for manufacturing a silicon carbide crystal, which are capable of improving the yield of silicon carbide semiconductor devices.
[Description of the embodiments of the present disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
(1)本開示に係る炭化珪素基板は、第1主面と、第1主面の反対にある第2主面とを備えている。第1主面には、第1ボイドが存在している。第1ボイドの面密度は、0.04個/cm2未満である。第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、第1ボイドの幅は、10μm以上100μm以下である。第1主面に平行な直線に沿って見た場合、第1ボイドの幅は、第1主面から第2主面に向かうにつれて大きくなる。第1主面に平行な直線に沿って見た場合、第1ボイドの深さは、炭化珪素基板の厚みよりも小さい。第1主面は、カーボン面またはカーボン面に対して8°以下のオフ角度で傾斜した面である。 (1) A silicon carbide substrate according to the present disclosure includes a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. First voids are present in the first main surface. The surface density of the first voids is less than 0.04 voids/ cm2 . When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the width of the first voids is 10 μm or more and 100 μm or less. When viewed along a straight line parallel to the first main surface, the width of the first voids increases from the first main surface to the second main surface. When viewed along a straight line parallel to the first main surface, the depth of the first voids is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate. The first main surface is a carbon surface or a surface inclined at an off angle of 8° or less with respect to the carbon surface.
(2)本開示に係る炭化珪素基板は、第1主面と、第1主面の反対にある第2主面とを備えている。第1主面には第1ボイドが存在し、かつ第2主面には第2ボイドが存在している。第2ボイドの面密度は、0.04個/cm2未満である。第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、第1ボイドおよび第2ボイドの各々の幅は、10μm以上100μm以下である。第1主面に平行な直線に沿って見た場合、第1ボイドおよび第2ボイドの各々の幅は、第1主面から第2主面に向かうにつれて大きくなる。第1主面に平行な直線に沿って見た場合、第1ボイドおよび第2ボイドの各々の深さは、炭化珪素基板の厚みよりも小さい。第2主面は、シリコン面またはシリコン面に対して8°以下のオフ角度で傾斜した面である。 (2) The silicon carbide substrate according to the present disclosure includes a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. A first void is present in the first main surface, and a second void is present in the second main surface. The surface density of the second void is less than 0.04 voids/ cm2 . When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the width of each of the first voids and the second voids is 10 μm or more and 100 μm or less. When viewed along a straight line parallel to the first main surface, the width of each of the first voids and the second voids increases from the first main surface to the second main surface. When viewed along a straight line parallel to the first main surface, the depth of each of the first voids and the second voids is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate. The second main surface is a silicon surface or a surface inclined at an off angle of 8° or less with respect to the silicon surface.
(3)上記(1)または(2)に係る炭化珪素基板の直方体領域には、1個以上のカーボンインクルージョンが存在してもよい。第1主面から第2主面に向かう方向において、第1主面から直方体領域の上端面までの距離は50μmであり、且つ、第1主面から直方体領域の下端面までの距離は200μmであってもよい。第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、直方体領域の長辺の長さは0.82mmであり、且つ、直方体領域の短辺の長さは0.7mmであってもよい。第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、第1ボイドは、直方体領域と重なっていてもよい。1個以上のカーボンインクルージョンのラマンスペクトルを測定した場合、1個以上のカーボンインクルージョンの少なくとも1個において、ラマンシフトが2700cm-1に最も近いラマンスペクトルのピークの半値幅は、60cm-1未満であってもよい。 (3) One or more carbon inclusions may be present in the rectangular parallelepiped region of the silicon carbide substrate according to (1) or (2). In the direction from the first main surface to the second main surface, the distance from the first main surface to the upper end face of the rectangular parallelepiped region may be 50 μm, and the distance from the first main surface to the lower end face of the rectangular parallelepiped region may be 200 μm. When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the length of the long side of the rectangular parallelepiped region may be 0.82 mm, and the length of the short side of the rectangular parallelepiped region may be 0.7 mm. When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the first void may overlap the rectangular parallelepiped region. When the Raman spectrum of one or more carbon inclusions is measured, the half-width of the peak of the Raman spectrum having the Raman shift closest to 2700 cm −1 may be less than 60 cm −1 in at least one of the one or more carbon inclusions.
(4)本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、上記(1)から(3)のいずれかに係る炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル層とを有している。炭化珪素エピタキシャル層は、炭化珪素基板上に設けられている。 (4) The silicon carbide epitaxial substrate according to the present disclosure has a silicon carbide substrate according to any one of (1) to (3) above and a silicon carbide epitaxial layer. The silicon carbide epitaxial layer is provided on the silicon carbide substrate.
(5)本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、以下の工程を有している。上記(4)に係る炭化珪素エピタキシャル基板が準備される。炭化珪素エピタキシャル層上に電極が形成される。 (5) The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present disclosure includes the following steps: The silicon carbide epitaxial substrate according to (4) above is prepared. An electrode is formed on the silicon carbide epitaxial layer.
(6)本開示に係る炭化珪素結晶の製造方法は、以下の工程を有している。坩堝と炭化珪素原料との間に緩衝層を配置した成長装置が準備される。坩堝と炭化珪素原料との間に緩衝層を配置した成長装置を準備する工程の後に、炭化珪素原料が予備加熱される。炭化珪素原料を予備加熱する工程の後に、坩堝内に種基板が配置される。炭化珪素原料を昇華させることにより種基板上に炭化珪素結晶を成長させる。坩堝と炭化珪素原料との間に緩衝層を配置した成長装置を準備する工程において、炭化珪素原料は、緩衝層が炭化珪素原料の表面から露出しないように緩衝層を覆っている。 (6) The method for producing silicon carbide crystals according to the present disclosure includes the following steps: A growth apparatus is prepared in which a buffer layer is disposed between a crucible and a silicon carbide raw material. After the step of preparing a growth apparatus in which a buffer layer is disposed between a crucible and a silicon carbide raw material, the silicon carbide raw material is preheated. After the step of preheating the silicon carbide raw material, a seed substrate is disposed in the crucible. A silicon carbide crystal is grown on the seed substrate by sublimating the silicon carbide raw material. In the step of preparing a growth apparatus in which a buffer layer is disposed between a crucible and a silicon carbide raw material, the silicon carbide raw material covers the buffer layer so that the buffer layer is not exposed from the surface of the silicon carbide raw material.
(7)上記(6)に係る炭化珪素結晶の製造方法によれば、坩堝は、底部と、側壁部とを有していてもよい。側壁部は、底部に連なっていてもよい。緩衝層は、第1部分と、第2部分とを有していてもよい。第1部分は、底部と炭化珪素原料との間に配置されてもよい。第2部分は、第1部分に連なっていてもよい。第2部分は、側壁部と炭化珪素原料との間に配置されてもよい。坩堝と炭化珪素原料との間に緩衝層を配置した成長装置を準備する工程において、第2部分の延びる方向において、第2部分の高さを炭化珪素原料の高さで割った値は、0.5以上0.85以下であってもよい。 (7) According to the method for producing silicon carbide crystals according to (6) above, the crucible may have a bottom and a sidewall. The sidewall may be continuous with the bottom. The buffer layer may have a first portion and a second portion. The first portion may be disposed between the bottom and the silicon carbide raw material. The second portion may be continuous with the first portion. The second portion may be disposed between the sidewall and the silicon carbide raw material. In the step of preparing a growth apparatus in which a buffer layer is disposed between the crucible and the silicon carbide raw material, the value obtained by dividing the height of the second portion by the height of the silicon carbide raw material in the direction in which the second portion extends may be 0.5 or more and 0.85 or less.
(8)上記(6)に係る炭化珪素結晶の製造方法によれば、坩堝は、底部と、側壁部とを有していてもよい。側壁部は、底部に連なっていてもよい。緩衝層は、第1部分と、第2部分とを有していてもよい。第1部分は、底部と炭化珪素原料との間に配置されてもよい。第2部分は、第1部分に連なっていてもよい。第2部分は、側壁部と炭化珪素原料との間に配置されてもよい。坩堝と炭化珪素原料との間に緩衝層を配置した成長装置を準備する工程において、第2部分の延びる方向における炭化珪素原料の表面からの距離が5mm以内の領域に緩衝層が位置しないように緩衝層が配置されてもよい。 (8) According to the method for producing silicon carbide crystals according to (6) above, the crucible may have a bottom and a sidewall. The sidewall may be connected to the bottom. The buffer layer may have a first portion and a second portion. The first portion may be disposed between the bottom and the silicon carbide raw material. The second portion may be connected to the first portion. The second portion may be disposed between the sidewall and the silicon carbide raw material. In the step of preparing a growth apparatus in which a buffer layer is disposed between the crucible and the silicon carbide raw material, the buffer layer may be disposed such that the buffer layer is not located in an area within 5 mm of the surface of the silicon carbide raw material in the direction in which the second portion extends.
(9)上記(6)から(8)のいずれかに係る炭化珪素結晶の製造方法によれば、坩堝は、原料収容部と、蓋部とを有していてもよい。原料収容部には、緩衝層および炭化珪素原料が配置される。蓋部は、原料収容部上に配置される。原料収容部を用いて、炭化珪素結晶の成長が7回以上繰り返し実施されてもよい。 (9) According to any one of the methods for producing silicon carbide crystals according to (6) to (8) above, the crucible may have a raw material storage section and a lid section. A buffer layer and silicon carbide raw material are placed in the raw material storage section. The lid section is placed on the raw material storage section. The growth of silicon carbide crystals may be repeated seven or more times using the raw material storage section.
(10)上記(6)から(9)のいずれかに係る炭化珪素結晶の製造方法によれば、緩衝層は、炭素を含んでいてもよい。 (10) According to any one of the methods for producing silicon carbide crystals described above in (6) to (9), the buffer layer may contain carbon.
(11)上記(10)に係る炭化珪素結晶の製造方法によれば、緩衝層は、カーボンシートによって構成されていてもよい。 (11) According to the method for producing a silicon carbide crystal according to (10) above, the buffer layer may be made of a carbon sheet.
(12)上記(6)から(11)のいずれかに係る炭化珪素結晶の製造方法によれば、炭化珪素原料を予備加熱する工程において、予備加熱が終了する3時間前の時点から予備加熱が終了する時点までの間、坩堝の内部の圧力は、0.08kPa以上0.12kPa以下であってもよい。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて、本開示の実施形態の詳細について説明する。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、その説明は繰返さない。本明細書中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。また、負の指数については、結晶学上、”-”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
(12) According to the method for producing a silicon carbide crystal according to any one of (6) to (11) above, in the step of preheating a silicon carbide raw material, the pressure inside the crucible may be equal to or greater than 0.08 kPa and equal to or less than 0.12 kPa during the period from 3 hours before the end of the preheating to the end of the preheating.
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Hereinafter, the details of the embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the crystallographic description in this specification, an individual orientation is indicated by [ ], a collective orientation by <>, an individual plane by ( ), and a collective plane by { }. In addition, for negative indices, a "-" (bar) is placed above the number in crystallography, but in this specification, a negative sign is placed before the number.
(炭化珪素基板)
まず、本実施形態に係る炭化珪素基板100の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る炭化珪素基板100の構成を示す平面模式図である。
(Silicon carbide substrate)
First, a configuration of a
図1に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板100は、第1主面1と、外周側面9とを有している。第1主面1は、第1方向101および第2方向102の各々に沿って拡がっている。第1方向101は、特に限定されないが、たとえば<11-20>方向である。第2方向102は、特に限定されないが、たとえば<1-100>方向である。炭化珪素基板100は、たとえば六方晶炭化珪素により構成されている。六方晶炭化珪素のポリタイプは、たとえば4Hである。炭化珪素基板100は、たとえば窒素などのn型不純物を含んでいる。
As shown in FIG. 1, the
図1に示されるように、外周側面9は、オリエンテーションフラット部7と、円弧状部8とを有している。円弧状部8は、オリエンテーションフラット部7に連なっている。図1に示されるように、第1主面1に垂直な直線に沿って見て、オリエンテーションフラット部7は、第1方向101に沿って延在している。
As shown in FIG. 1, the outer
第1主面1の直径W1は、たとえば150mmである。直径W1は、特に限定されないが、150mm以上でもよいし、200mm以上でもよい。直径W1は、特に限定されないが、たとえば300mm以下であってもよい。第1主面1に垂直な直線に沿って見て、直径W1は、外周側面9上の異なる2点間の最長直線距離である。
The diameter W1 of the first
図2は、図1のII-II線に沿った断面模式図である。図2に示される断面は、第1主面1に垂直であり、かつ第1方向101に平行である。図2に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板100は、第2主面2を有している。第2主面2は、第1主面1の反対にある。炭化珪素基板100の厚みE1は、たとえば300μm以上700μm以下である。第1主面1から第2主面2に向かう方向は、第3方向103とされる。第3方向103は、第1方向101および第2方向102の各々に垂直な方向である。炭化珪素基板100の厚み方向は、第3方向103と同じである。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1. The cross section shown in FIG. 2 is perpendicular to the first
第1主面1は、カーボン面またはカーボン面に対してオフ方向に傾斜した面である。言い換えれば、第1主面1は、(000-1)面または(000-1)面に対してオフ方向に傾斜した面である。同様に、第2主面2は、シリコン面またはシリコン面に対してオフ方向に傾斜した面である。言い換えれば、第2主面2は、(0001)面または(0001)面に対してオフ方向に傾斜した面である。
The first
図2に示されるように、第1主面1がカーボン面に対してオフ方向に傾斜している場合、(0001)面に対する第1主面1の傾斜角は、オフ角度θとされる。オフ角度θは、8°以下である。オフ角度θは、たとえば6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。オフ角度θは、たとえば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。第1主面1のオフ方向は、特に限定されないが、たとえば<11-20>方向である。
As shown in FIG. 2, when the first
図3は、図1の領域IIIの拡大平面図である。図3に示されるように、第1主面1には、1個以上の第1ボイド10が存在している。第1主面1に垂直な直線に沿って見て、第1ボイド10の開口部の形状は、たとえば六角形である。第1ボイド10の開口部の形状は、特に限定されないが、たとえば、円形であってもよいし、楕円形であってもよいし、六角形以外の多角形であってもよい。
FIG. 3 is an enlarged plan view of region III in FIG. 1. As shown in FIG. 3, one or more
第1主面1に垂直な直線に沿って見て、第1ボイド10の幅(第1幅A1)は、10μm以上100μm以下である。第1ボイド10の幅は、第1ボイド10の開口部における任意の2点間における幅の最大値である。第1ボイド10の幅は、たとえばオフ方向に沿った幅であってもよい。第1幅A1は、たとえば20μm以上であってもよいし、30μm以上であってもよい。第1幅A1は、たとえば80μm以下であってもよいし、60μm以下であってもよい。
When viewed along a straight line perpendicular to the first
第1主面1において、第1ボイド10の面密度は、0.04個/cm2未満である。第1ボイド10の面密度は、たとえば0.03個/cm2以下であってもよいし、0.02個/cm2以下であってもよい。第1ボイド10の面密度は、たとえば0.005個/cm2以上であってもよいし、0.01個/cm2以上であってもよい。
In the first
図4は、図3のIV-IV線に沿った断面模式図である。図4に示される断面は、第1主面1に垂直であり、かつ第1方向101に平行である。図4に示されるように、第1主面1に平行な直線に沿って見て、第1ボイド10の幅は、第1主面1から第2主面2に向かうにつれて大きくなる。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. The cross section shown in FIG. 4 is perpendicular to the first
図5は、図4の領域Vの拡大断面模式図である。図5に示されるように、第1ボイド10は、第1開口部11と、第1側面部12と、第1底部13とを有している。第1開口部11は、第1主面1に位置している。第1底部13は、第1主面1と第2主面2との間に位置している。第1側面部12は、第1開口部11と第1底部13との間に位置している。第1側面部12は、第1開口部11および第1底部13の各々に連なっている。第1主面1に平行な直線に沿って見て、第1側面部12は、直線状であってもよい。
FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view of region V in FIG. 4. As shown in FIG. 5, the
図4および図5に示されるように、第1主面1に平行な直線に沿って見て、第1ボイド10の形状は、たとえば台形である。台形の上底は、第1開口部11に位置している。台形の下底は、第1底部13に位置している。第1主面1に平行な直線に沿って見て、第1底部13の幅は、第1開口部11の幅よりも大きい。
As shown in Figures 4 and 5, when viewed along a straight line parallel to the first
第1主面1に平行な直線に沿って見て、第1ボイド10の深さ(第1深さB1)は、炭化珪素基板100の厚みE1(図4参照)よりも小さい。言い換えれば、第1ボイド10は、炭化珪素基板100を貫通していない。第1ボイド10は、第1主面1にのみ露出し、かつ第2主面2には露出していない。
When viewed along a straight line parallel to the first
第1深さB1は、第1主面1における第1ボイド10の幅(第1幅A1)以上であってもよい。言い換えれば、第1深さB1は、第1幅A1と同じであってもよいし、第1幅A1よりも大きくてもよい。第1深さB1は、たとえば第1ボイド10の第1底部13の幅の5倍以下であってもよいし、3倍以下であってもよい。
The first depth B1 may be equal to or greater than the width (first width A1) of the
図5に示されるように、第1ボイド10の下方には、カーボンインクルージョン70が存在している。カーボンインクルージョン70は、第1ボイド10の第1底部13に対向していてもよい。カーボンインクルージョン70は、炭化珪素基板100の炭化珪素領域15に埋め込まれている。炭化珪素基板100の厚み方向において、第1主面1とカーボンインクルージョン70との距離は、たとえば50μm以上200μm以下である。別の観点から言えば、第3方向103において、第1主面1から50μm以上200μm以下離れた直方体領域60には、カーボンインクルージョン70が存在している。
As shown in FIG. 5,
第3方向103において、第1主面1から直方体領域60の上端面までの距離(第1距離D1)は、50μmである。第3方向103において、第1主面1から直方体領域60の下端面までの距離(第2距離D2)は、200μmである。第3方向103において、直方体領域60の下端面から上端面までの距離(第3距離D3)は、150μmである。
In the
図6は、直方体領域60の構成を示す透視平面図である。図6に示されるように、第1主面1に垂直な直線に沿って見て、直方体領域60の形状は、長方形である。直方体領域60の長辺の長さ(第1長さL1)は0.82mmである。直方体領域60の長辺は、第1方向101と平行である。直方体領域60の短辺の長さ(第2長さL2)は0.7mmである。直方体領域60の短辺は、第2方向102と平行である。
FIG. 6 is a perspective plan view showing the configuration of the
第1主面1に垂直な直線に沿って見て、第1ボイド10(図5参照)は、直方体領域60と重なっている。第1主面1に垂直な直線に沿って見て、第1ボイド10の中心が、直方体領域60の中心と一致するように、直方体領域60が決定される。第1主面1に垂直な直線に沿って見た場合、カーボンインクルージョン70の最大長さF1は、5μm以上50μm以下である。
When viewed along a straight line perpendicular to the first
図6においては、直方体領域60に存在するカーボンインクルージョン70が示されている。図6に示されるように、直方体領域60には、1個以上のカーボンインクルージョン70が存在している。直方体領域60に存在しているカーボンインクルージョン70の数は、たとえば5個以上であってもよいし、10個以上であってもよい。直方体領域60に存在しているカーボンインクルージョン70の数は、たとえば15個以下であってもよいし、12個以下であってもよい。
In FIG. 6,
図5および図6に示されるように1個以上のカーボンインクルージョン70には、第1カーボンインクルージョン71が含まれていてもよい。1個以上のカーボンインクルージョン70の内、少なくとも1個は、第2カーボンインクルージョン72である。第2カーボンインクルージョン72のラマンスペクトルは、第1カーボンインクルージョン71のラマンスペクトルと異なっている。ラマンスペクトルの詳細は後述する。炭化珪素基板100に含まれる第1カーボンインクルージョン71の数は、炭化珪素基板100に含まれる第2カーボンインクルージョン72の数よりも少ない。
As shown in Figures 5 and 6, the one or
図7は、第2主面2の拡大平面模式図である。図7に示されるように、第2主面2には、1個以上の第2ボイド20が存在している。第2主面2に垂直な直線に沿って見て、第2ボイド20の開口部の形状は、たとえば六角形である。第2ボイド20の開口部の形状は、特に限定されないが、たとえば、円形であってもよいし、楕円形であってもよいし、六角形以外の多角形であってもよい。
FIG. 7 is an enlarged schematic plan view of the second
第2主面2に垂直な直線に沿って見て、第2ボイド20の幅(第2幅A2)は、10μm以上100μm以下である。第2ボイド20の幅は、第2ボイド20の開口部における任意の2点間における幅の最大値である。第2ボイド20の幅は、たとえばオフ方向に沿った幅であってもよい。第2幅A2は、たとえば20μm以上であってもよいし、30μm以上であってもよい。第2幅A2は、たとえば80μm以下であってもよいし、60μm以下であってもよい。
When viewed along a straight line perpendicular to the second
第2主面2において、第2ボイド20の面密度は、0.04個/cm2未満である。第2ボイド20の面密度は、たとえば0.03個/cm2以下であってもよいし、0.02個/cm2以下であってもよい。第2ボイド20の面密度は、たとえば0.005個/cm2以上であってもよいし、0.01個/cm2以上であってもよい。
On the second
図8は、図4の領域VIIIの拡大断面模式図である。図8に示されるように、第1主面1に平行な直線に沿って見て、第2ボイド20の幅は、第1主面1から第2主面2に向かうにつれて大きくなる。第2ボイド20は、第2開口部21と、第2側面部22と、第2底部23とを有している。第2開口部21は、第2主面2に位置している。第2底部23は、第1主面1と第2主面2との間に位置している。第2側面部22は、第2開口部21と第2底部23との間に位置している。第2側面部22は、第2開口部21および第2底部23の各々に連なっている。第1主面1に平行な直線に沿って見て、第2側面部22は、直線状であってもよい。
8 is an enlarged schematic cross-sectional view of region VIII in FIG. 4. As shown in FIG. 8, the width of the
図4および図8に示されるように、第1主面1に平行な直線に沿って見て、第2ボイド20の形状は、たとえば三角形である。三角形の底辺は、第2開口部21に位置している。三角形の頂点は、第2底部23に位置している。
As shown in Figures 4 and 8, when viewed along a straight line parallel to the first
第1主面1に平行な直線に沿って見て、第2ボイド20の深さ(第2深さB2)は、炭化珪素基板100の厚みE1よりも小さい。言い換えれば、第2ボイド20は、炭化珪素基板100を貫通していない。第2ボイド20は、第2主面2にのみ露出し、かつ第1主面1には露出していない。
When viewed along a straight line parallel to the first
第2深さB2は、第2主面2における第2ボイド20の幅(第2幅A2)以上であってもよい。言い換えれば、第2深さB2は、第2幅A2と同じであってもよいし、第2幅A2よりも大きくてもよい。第2深さB2は、たとえば第2ボイド20の第2開口部21の幅の5倍以下であってもよいし、3倍以下であってもよい。
The second depth B2 may be equal to or greater than the width (second width A2) of the
図4に示されるように、炭化珪素基板100には、第3ボイド14が形成されている。第3ボイド14は、炭化珪素基板100の内部に位置している。第3ボイド14は、炭化珪素基板100の内部において閉塞されている。別の観点から言えば、第3ボイド14は、第1主面1および第2主面2のいずれにも露出していない。第1主面1に平行な直線に沿って見て、第3ボイド14の幅は、第1主面1から第2主面2に向かうにつれて大きくなる。第1主面1に平行な直線に沿って見て、第3ボイド14の形状は、たとえば三角形である。
As shown in FIG. 4, a
(第1ボイドおよび第2ボイドの面密度)
次に、第1ボイド10および第2ボイド20の各々の面密度の測定方法について説明する。
(Area Density of First Voids and Second Voids)
Next, a method for measuring the surface density of each of the
第1ボイド10および第2ボイド20の各々の特定は、光学顕微鏡を用いて行われる。第1主面1に開口し、第1主面1に垂直な直線に沿って見た場合の幅が10μm以上100μm以下であり、かつ第1主面1から第2主面2に向かうにつれて幅が大きくなる有底穴は、第1ボイド10として特定される。第1主面1の測定領域における第1ボイド10の数を第1主面1の測定領域の面積で除した値は、第1ボイド10の面密度とする。なお、第1主面1において外周側面9から5mm以内の領域は、測定領域外とする(エッジエクスクルージョン)。
The
同様に、第2主面2に開口し、第2主面2に垂直な直線に沿って見た場合の幅が10μm以上100μm以下であり、かつ第1主面1から第2主面2に向かうにつれて幅が大きくなる有底穴は、第2ボイド20として特定される。第2主面2の測定領域における第2ボイド20の数を第2主面2の測定領域の面積で除した値は、第2ボイド20の面密度とする。なお、第2主面2において外周側面9から5mm以内の領域は、測定領域外とする。
Similarly, a bottomed hole that opens into the second
(ラマンスペクトル)
次に、ラマンスペクトルを測定するためのラマン分光装置の構成について説明する。図9は、ラマン分光装置の構成を示す模式図である。
(Raman spectrum)
Next, the configuration of a Raman spectroscopic device for measuring Raman spectra will be described with reference to Fig. 9, which is a schematic diagram showing the configuration of the Raman spectroscopic device.
図9に示されるように、ラマン分光装置30は、たとえば光源32と、対物レンズ31と、分光器33と、ステージ34と、ビームスプリッター35と、検出器38とを主に有している。ラマン分光装置30としては、HORIBA JOBIN YVON社製のLabRAM HR-800を使用することができる。光源32は、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)レーザーである。光源32の励起波長は、532nmである。レーザー照射強度は、0.5mWである。測定方法は、後方散乱測定である。対物レンズ31の倍率は、100倍である。測定領域の直径は、1μmである。レーザーの照射時間は、20秒から180秒である。積算回数は、2回である。フィルターは、D1である。グレーティングは、300gr/mmである。ホールは、100である。
As shown in FIG. 9, the
次に、ラマンスペクトルを測定する方法について説明する。
まず、光源32のYAGレーザーから入射光36が放射される。図9の第1矢印G1に示されるように、入射光36は、ビームスプリッター35により反射され、炭化珪素基板100の第1主面1に向かって入射される。ラマン分光装置30は、たとえば共焦点光学系を採用している。共焦点光学系においては、対物レンズ31の焦点と共役な位置に円形の開口を有する共焦点アパーチャ(図示せず)が配置されている。これにより、焦点の合った位置のみの光を検出することができる。
Next, a method for measuring the Raman spectrum will be described.
First,
図9の第2矢印G2に示されるように、炭化珪素基板100によって散乱されたラマン散乱光は、ビームスプリッター35を通り、分光器33に導入される。分光器33において、ラマン散乱光が波数毎に分解される。波数毎に分解されたラマン散乱光が検出器38によって検出される。これにより、横軸をラマンシフト(波数)とし、かつ縦軸をラマン散乱光の強度としたラマンスペクトルが得られる。ステージ34は、炭化珪素基板100の第1主面1に平行な方向(第3矢印G3の方向)に移動することができる。炭化珪素基板100の内部に存在するカーボンインクルージョン70(図5および図6参照)のラマンスペクトルが測定される。
As shown by the second arrow G2 in FIG. 9, the Raman scattered light scattered by the
第1カーボンインクルージョン71(図5および図6参照)のラマンスペクトルを測定した場合、ラマンシフトが2700cm-1に最も近いラマンスペクトルのピークの半値幅(第1半値幅)は、60cm-1以上である。別の観点から言えば、カーボンインクルージョン70のラマンスペクトルを測定した場合、ラマンシフトが2700cm-1に最も近いラマンスペクトルのピークの半値幅が60cm-1以上のものが含まれていてもよい。
When the Raman spectrum of the first carbon inclusion 71 (see FIGS. 5 and 6) is measured, the half width of the peak in the Raman spectrum having a Raman shift closest to 2700 cm −1 (first half width) is 60 cm −1 or more. From another point of view, when the Raman spectrum of the
第1半値幅は、たとえば63cm-1以上であってもよいし、66cm-1以上であってもよい。第1半値幅は、たとえば90cm-1以下であってもよいし、85cm-1以下であってもよい。 The first half-width may be, for example, 63 cm −1 or more, or 66 cm −1 or more. The first half-width may be, for example, 90 cm −1 or less, or 85 cm −1 or less.
第2カーボンインクルージョン72(図5および図6参照)のラマンスペクトルを測定した場合、ラマンシフトが2700cm-1に最も近いラマンスペクトルのピークの半値幅(第2半値幅)は、60cm-1未満である。別の観点から言えば、カーボンインクルージョン70のラマンスペクトルを測定した場合、カーボンインクルージョン70の少なくとも1個において、ラマンシフトが2700cm-1に最も近いラマンスペクトルのピークの半値幅は、60cm-1未満である。
When the Raman spectrum of the second carbon inclusion 72 (see FIGS. 5 and 6) is measured, the half-width (second half-width) of the peak in the Raman spectrum having a Raman shift closest to 2700 cm -1 is less than 60 cm -1 . From another perspective, when the Raman spectrum of the
第2半値幅は、たとえば30cm-1以上であってもよいし、40cm-1以上であってもよい。第2半値幅は、たとえば55cm-1以下であってもよいし、50cm-1以下であってもよい。 The second half-width may be, for example, 30 cm −1 or more, or 40 cm −1 or more. The second half-width may be, for example, 55 cm −1 or less, or 50 cm −1 or less.
(炭化珪素結晶の成長装置)
次に、本実施形態に係る炭化珪素結晶の成長装置の構成について説明する。
(Silicon carbide crystal growth apparatus)
Next, the configuration of a silicon carbide crystal growth apparatus according to this embodiment will be described.
図10は、本実施形態に係る炭化珪素結晶の成長装置の構成を示す断面模式図である。図10に示されるように、炭化珪素結晶の成長装置300は、坩堝130と、突起部133と、第1抵抗ヒータ141と、第2抵抗ヒータ142と、第3抵抗ヒータ143とを主に有している。坩堝130は、黒鉛製である。坩堝130は、たとえば東海カーボン社製の等方性黒鉛材である「G330」によって構成されている。坩堝130を構成している材料のラマンスペクトルを測定した場合、ラマンシフトが2700cm-1に最も近いラマンスペクトルのピークの半値幅(第3半値幅)は、たとえば40cm-1以上50cm-1以下である。
10 is a cross-sectional schematic diagram showing the configuration of a silicon carbide crystal growth apparatus according to this embodiment. As shown in FIG. 10, silicon carbide
坩堝130は、原料収容部132と、蓋部131とを有している。原料収容部132は、底部134と、側壁部135とを有している。底部134は、たとえば円板形状である。底部134は、成長方向104に垂直な面に沿って拡がっている。成長方向104の詳細は後述する。側壁部135は、底部134に連なっている。側壁部135は、成長方向104に沿って延びている。側壁部135の形状は環状である。
The
蓋部131は、原料収容部132上に配置される。蓋部131から底部134に向かう方向は、成長方向104である。坩堝130の内部には、黒鉛部材(図示せず)が配置される。
The
突起部133は、坩堝130の内部に配置されている。突起部133は、底部134に取り付けられている。突起部133は、底部134から取り外し可能に構成されている。突起部133は、側壁部135に取り囲まれている。突起部133は、側壁部135から離間している。突起部133の形状は、たとえば円柱状である。突起部133は、成長方向104に沿って延びている。
The
第1抵抗ヒータ141は、蓋部131の上方に配置されている。第2抵抗ヒータ142は、側壁部135を取り囲むように配置されている。第3抵抗ヒータ143は、底部134の下方に配置されている。第1抵抗ヒータ141と、第2抵抗ヒータ142と、第3抵抗ヒータ143とに電力が印加されることにより、坩堝130が加熱される。
The first
(炭化珪素結晶の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化珪素結晶の製造方法について説明する。図11は、本実施形態に係る炭化珪素結晶の製造方法を概略的に示すフロー図である。図11に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素結晶の製造方法は、成長装置を準備する工程(S10)と、炭化珪素原料を予備加熱する工程(S20)と、坩堝の内部に種基板を配置する工程(S30)と、種基板上に炭化珪素結晶を成長させる工程(S40)とを有している。
(Method for producing silicon carbide crystal)
Next, a method for producing a silicon carbide crystal according to this embodiment will be described. Fig. 11 is a flow diagram that shows a schematic diagram of the method for producing a silicon carbide crystal according to this embodiment. As shown in Fig. 11, the method for producing a silicon carbide crystal according to this embodiment includes a step of preparing a growth apparatus (S10), a step of preheating a silicon carbide raw material (S20), a step of placing a seed substrate inside a crucible (S30), and a step of growing a silicon carbide crystal on the seed substrate (S40).
まず、成長装置を準備する工程(S10)が実施される。成長装置を準備する工程(S10)において、坩堝130および坩堝130の内部に配置している黒鉛部材を焼成する工程が実施される。具体的には、アルゴンガス雰囲気中において、坩堝130および坩堝130の内部に配置している黒鉛部材が3000℃の温度で加熱される。坩堝130の加熱時間は、たとえば10時間とする。アルゴンガスの圧力は、たとえば10kPaとする。
First, a step (S10) of preparing a growth apparatus is performed. In the step (S10) of preparing a growth apparatus, a step of firing the
図12は、坩堝130および坩堝130内に配置している黒鉛部材を焼成する工程における温度と時間との関係を示す模式図である。図12において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。図12に示されるように、昇温第一工程において、第1時点T1から第2時点T2にかけて、坩堝130の温度が第1温度C1から第2温度C2まで上昇する。第1温度C1は、たとえば1100℃である。第2温度C2は、たとえば2200℃である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing the relationship between temperature and time in the process of firing the
次に、昇温第二工程において、第2時点T2から第3時点T3にかけて、坩堝130の温度が第2温度C2から第3温度C3まで上昇する。第3温度C3は、最高到達温度である。第3温度C3は、たとえば3000℃である。昇温第一工程の昇温速度は、たとえば100℃/時間である。昇温第二工程の昇温速度は、20℃/時間以下である。昇温第二工程の昇温速度は、昇温第一工程の昇温速度よりも低い。
Next, in the second heating step, the temperature of the
次に、焼成工程が実施される。第3時点T3から第4時点T4にかけて、坩堝130の温度が第3温度C3で保持される。第3時点T3から第4時点T4までの時間は、焼成時間である。次に、冷却工程が実施される。第4時点T4から坩堝130が冷却される。部材の割れを防ぐため、坩堝130の温度が第1温度C1になるまで、坩堝130はゆっくりと冷却される。坩堝130の冷却速度は、20℃/時間以下である。
Next, a firing process is carried out. From the third time T3 to the fourth time T4, the temperature of the
昇温第一工程、昇温第二工程、焼成工程および冷却工程において、坩堝130内の雰囲気ガスの圧力は、たとえば10kPa程度に維持される。雰囲気ガスは、たとえばアルゴンガスあるいはヘリウムガスなどの不活性ガスを含んでいる。
In the first heating step, the second heating step, the firing step, and the cooling step, the pressure of the atmospheric gas in the
坩堝130および坩堝130の内部に配置している黒鉛部材を焼成する工程が実施されることによって、坩堝130および坩堝130の内部に配置している黒鉛部材から発生した炭素の塊が炭化珪素結晶110に取り込まれることを抑制できる。このため、第2カーボンインクルージョン72(図5および図6参照)が炭化珪素結晶110に取り込まれることを抑制できる。
By carrying out the process of firing the
図13は、成長装置を準備する工程(S10)を示す断面模式図である。図13に示されるように、原料収容部132の内部に緩衝層170と、炭化珪素原料153とが配置される。緩衝層170は、底部134の上に配置される。緩衝層170は、坩堝130とは別体である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the step (S10) of preparing a growth apparatus. As shown in FIG. 13, a
緩衝層170は、炭素を含んでいる。緩衝層170は、可撓性を有している。緩衝層170を構成している材料のかさ密度は、たとえば坩堝130を構成している材料のかさ密度よりも低い。緩衝層170は、たとえばカーボンシートによって構成されている。緩衝層170は、たとえば黒鉛によって構成されている。具体的には、緩衝層170は、たとえばNeoGraf社製の黒鉛シートであるGRAFOIL(登録商標)によって構成されている。
The
緩衝層170を構成している材料のラマンスペクトルを測定した場合、ラマンシフトが2700cm-1に最も近いラマンスペクトルのピークの半値幅(第4半値幅)は、たとえば60cm-1以上90cm-1以下である。第4半値幅は、第3半値幅よりも大きい。
When the Raman spectrum of the material constituting the
緩衝層170は、第1部分171と、第2部分172とを有している。第1部分171は、底部134上に配置される。第1部分171は、底部134に接している。第1部分171は、底部134を覆っている。第1部分171は、突起部133に接していてもよい。第1部分171は、突起部133を取り囲んでいる。第1部分171の形状は、たとえば円板形状である。第1部分171は、成長方向104に垂直な面に沿って拡がっている。
The
第2部分172は、第1部分171に連なっている。第2部分172は、側壁部135に接している。第2部分172は、側壁部135の一部を覆っている。第2部分172の形状は環状である。第2部分172の延びる方向は、成長方向104と同じである。第2部分172の延びる方向における第2部分172の高さは、第1高さH1とされる。
The
炭化珪素原料153は、緩衝層170の上に配置される。炭化珪素原料153は、たとえば多結晶炭化珪素の粉末である。炭化珪素原料153は、緩衝層170が炭化珪素原料153の表面から露出しないように緩衝層170を覆っている。別の観点から言えば、緩衝層170は、坩堝130と炭化珪素原料153との間に配置される。具体的には、第1部分171は、底部134と炭化珪素原料153との間に配置される。第2部分172は、側壁部135と炭化珪素原料153との間に配置される。
The silicon carbide
緩衝層170は、炭化珪素原料153の表面と底部134との間に配置される。別の観点から言えば、緩衝層170は、炭化珪素原料153の表面よりも成長方向104に配置されている。なお、本明細書において、炭化珪素原料153の表面は、坩堝130の内部の空間に露出している炭化珪素原料153の粉末の表面が集合して構成されている面である。
The
炭化珪素原料153は、突起部133に接している。炭化珪素原料153は、突起部133を取り囲んでいる。炭化珪素原料153は、側壁部135に接している。炭化珪素原料153の一部は、第2部分172によって側壁部135から隔てられている。炭化珪素原料153は、底部134から離間している。炭化珪素原料153は、第1部分171によって底部134から隔てられている。
The silicon carbide
第2部分172の延びる方向における炭化珪素原料153の高さは、第2高さH2とされる。第2高さH2は、第1高さH1よりも高い。第1高さH1を第2高さH2で割った値は、たとえば0.5以上0.85以下である。第1高さH1を第2高さH2で割った値は、たとえば0.55以上であってもよいし、0.6以上であってもよい。第1高さH1を第2高さH2で割った値は、たとえば0.8以下であってもよいし、0.75以下であってもよい。
The height of the silicon carbide
第2部分172の延びる方向における炭化珪素原料153の表面からの距離が5mm以内の領域に緩衝層170が位置しないように、緩衝層170は配置される。別の観点から言えば、成長方向104における炭化珪素原料153の表面と緩衝層170との間の最短距離I1は5mm以上である。最短距離I1は、たとえば8mm以上であってもよいし、10mm以上であってもよい。最短距離I1は、たとえば20mm以下であってもよいし、15mm以下であってもよい。以上によって、坩堝130と炭化珪素原料153との間に緩衝層170を配置した成長装置300が準備される。
The
次に、炭化珪素原料を予備加熱する工程(S20)が実施される。図14は、炭化珪素原料を予備加熱する工程(S20)における圧力と時間との関係を示す模式図である。図14において、縦軸は坩堝130の内部の圧力を示し、横軸は時間を示している。
Next, the step (S20) of preheating the silicon carbide raw material is carried out. Figure 14 is a schematic diagram showing the relationship between pressure and time in the step (S20) of preheating the silicon carbide raw material. In Figure 14, the vertical axis shows the pressure inside the
第1抵抗ヒータ141と、第2抵抗ヒータ142と、第3抵抗ヒータ143とに電力が印加されることにより、坩堝130が加熱される。これによって、炭化珪素原料153および緩衝層170が加熱される。炭化珪素原料を予備加熱する工程(S20)において、坩堝130の温度(予備加熱温度)は、たとえば2200℃以上2400℃以下程度である。
The
図14に示されるように、坩堝130の温度が予備加熱温度に到達した時点は、第5時点T5とされる。第5時点T5における坩堝130の内部の圧力(第1圧力P1)は0.1kPa以上3kPa以下程度である。
As shown in FIG. 14, the point at which the temperature of the
図14に示されるように、予備加熱において、たとえば坩堝130の内部の圧力が第1圧力P1から第2圧力P2に低減される。第2圧力P2は、たとえば0.08kPa以上0.12kPa以下である。第2圧力P2は、たとえば0.085kPa以上であってもよいし、0.09kPa以上であってもよい。第2圧力P2は、0.115kPa以下であってもよいし、0.11kPa以下であってもよい。
As shown in FIG. 14, in preheating, for example, the pressure inside the
坩堝130の内部の圧力が第2圧力P2に到達した時点は、第6時点T6とされる。予備加熱が終了する時点は、第7時点T7とされる。第6時点T6から第7時点T7までの間の時間は、たとえば3時間以上とされる。別の観点から言えば、予備加熱が終了する3時間前の時点から予備加熱が終了する時点までの間、坩堝130の内部の圧力は、第2圧力P2である。第6時点T6から第7時点T7までの間の時間は、4時間以上であってもよいし、5時間以上であってもよい。第6時点T6から第7時点T7までの間の時間は、7時間以下であってもよいし、6時間以下であってもよい。
The time when the pressure inside the
第5時点T5から第7時点T7までの間の時間は、たとえば5時間以上20時間以下である。第7時点T7から坩堝130が冷却される。以上によって、炭化珪素原料153が予備加熱される。
The time from the fifth point T5 to the seventh point T7 is, for example, 5 hours or more and 20 hours or less. From the seventh point T7, the
次に、坩堝の内部に種基板を配置する工程(S30)が実施される。図15は、坩堝の内部に種基板を配置する工程(S30)を示す断面模式図である。図15に示されるように、種基板150は、たとえば接着剤(図示せず)を用いて蓋部131に固定される。種基板150は、成長面151と、取付面152とを有している。取付面152は、成長面151の反対にある。成長面151は、炭化珪素原料153に対向する。取付面152は、蓋部131に対向する。種基板150の成長面151は、炭化珪素原料153の表面に対向するように配置される。
Next, the step (S30) of placing the seed substrate inside the crucible is carried out. FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the step (S30) of placing the seed substrate inside the crucible. As shown in FIG. 15, the
種基板150は、たとえばポリタイプが4Hである炭化珪素単結晶基板である。成長面151の直径は、たとえば150mmである。成長面151の直径は、150mm以上であってもよい。成長面151は、たとえばカーボン面またはカーボン面に対して8°以下程度のオフ角だけ傾斜した面である。以上によって、坩堝130の内部に種基板150が配置される。
The
次に、種基板上に炭化珪素結晶を成長させる工程(S40)が実施される。図16は、種基板上に炭化珪素結晶を成長させる工程(S40)を示す断面模式図である。まず、種基板150の成長面151の温度が炭化珪素原料153の温度よりも低い状態で、坩堝130の内部の圧力が低減される。坩堝130の内部の雰囲気ガスの圧力が、たとえば1.0kPaまで減圧される。これにより、炭化珪素原料153が昇華を開始し、昇華した炭化珪素ガスが種基板150の成長面151において再結晶化する。種基板150の成長面151上において、炭化珪素結晶110が単結晶成長し始める。炭化珪素結晶110の成長方向は、成長方向104である。炭化珪素結晶110が成長している間、坩堝130内の圧力は、たとえば0.1kPa以上3kPa以下程度に維持される。
Next, a step (S40) of growing a silicon carbide crystal on a seed substrate is carried out. FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the step (S40) of growing a silicon carbide crystal on a seed substrate. First, the pressure inside
炭化珪素結晶110が成長する過程において、緩衝層170から発生した炭素の塊が炭化珪素結晶110に取り込まれることによって、第1カーボンインクルージョン71(図5および図6参照)が炭化珪素結晶110に取り込まれてもよい。炭化珪素結晶110が成長する過程において、坩堝130および黒鉛部材(図示せず)から発生した炭素の塊が炭化珪素結晶110に取り込まれることによって、第2カーボンインクルージョン72(図5および図6参照)が炭化珪素結晶110に取り込まれる。炭化珪素結晶110に取り込まれる第1カーボンインクルージョン71の数は、炭化珪素結晶110に取り込まれる第2カーボンインクルージョン72の数よりも少ない。
During the process of growing the
以上によって、炭化珪素原料153を昇華することにより種基板150上に炭化珪素結晶110を成長させる。種基板上に炭化珪素結晶を成長させる工程(S40)において、炭化珪素結晶110の温度は、たとえば2100℃以上2300℃以下である。炭化珪素結晶110の温度は、特に限定されないが、たとえば2125℃以上であってもよいし、2150℃以上であってもよい。炭化珪素結晶110の温度は、特に限定されないが、たとえば2250℃以下であってもよいし、2275℃以下であってもよい。
In this manner,
図17は、図16の領域XVIIを示す拡大模式図である。図17に示されるように、炭化珪素結晶110の内部において複数の第3ボイド14が形成されている。成長方向104に平行な断面において、複数の第3ボイド14の各々の形状は、たとえば三角形である。炭化珪素結晶110の成長方向に垂直な方向における第3ボイド14の幅は、炭化珪素結晶110の成長方向に沿って小さくなっている。別の観点から言えば、種基板150から炭化珪素原料153に向かうにつれて、成長方向104に垂直な方向における第3ボイド14の幅は小さくなっている。以上によって、炭化珪素結晶110が製造される。
FIG. 17 is an enlarged schematic diagram showing region XVII in FIG. 16. As shown in FIG. 17, a plurality of
種基板上に炭化珪素結晶を成長させる工程(S40)後において、炭化珪素原料153の一部は、炭化している。具体的には、たとえば炭化珪素原料153の表面に近く且つ側壁部135に近い炭化珪素原料153の部分が炭化している。炭化した炭化珪素原料153は、珪素が昇華し且つ炭素が残っている炭化珪素原料153の部分である。炭化した炭化珪素原料153は、粉末状である。
After the step (S40) of growing silicon carbide crystals on the seed substrate, a portion of the silicon carbide
炭化珪素原料153の残部は、固化している。固化した炭化珪素原料153は、突起部133に固着している。固化した炭化珪素原料153は、緩衝層170に固着していてもよい。坩堝130と炭化珪素原料153との間に緩衝層170が配置されていることによって、固化した炭化珪素原料153が坩堝130の底部134および側壁部135に固着することを抑制できる。
The remainder of the silicon carbide
種基板上に炭化珪素結晶を成長させる工程(S40)後において、炭化珪素原料153および緩衝層170が坩堝130から取り出される。具体的には、たとえば炭化珪素原料153、突起部133、および緩衝層170が一体として坩堝130から取り出される。緩衝層170を用いて固化した炭化珪素原料153が坩堝130の底部134および側壁部135に固着することが抑制されていることによって、炭化珪素原料153を坩堝130から取り出しやすくできる。
After the step (S40) of growing silicon carbide crystals on the seed substrate, silicon carbide
原料収容部132を用いて、炭化珪素結晶110の成長が7回以上繰り返し実施されてもよい。具体的には、炭化珪素結晶110の製造が実施された後に、同じ原料収容部132を用いて上述の成長装置を準備する工程(S10)、炭化珪素原料を予備加熱する工程(S20)、坩堝の内部に種基板を配置する工程(S30)、および種基板上に炭化珪素結晶を成長させる工程(S40)が実施されることによって、炭化珪素結晶110の成長が繰り返されてもよい。蓋部131は、たとえば炭化珪素結晶110の成長が1回行われた後に、別の蓋部131と交換される。
The growth of
原料収容部132を用いて炭化珪素結晶110の成長を繰り返す回数は、たとえば8回以上であってもよい。原料収容部132を用いて炭化珪素結晶110の成長を繰り返す回数は、たとえば10回以下であってもよいし、9回以下であってもよい。
The number of times that the growth of
炭化珪素結晶110を用いて炭化珪素基板100が製造されてもよい。具体的には、たとえばソーワイヤーを用いて、炭化珪素結晶110の中心軸に垂直な平面に沿って、炭化珪素結晶110がスライスされる。これにより、複数の炭化珪素基板100が得られる(図4参照)。図4に示されるように、炭化珪素基板100は、第1主面1と、第2主面2とを有している。複数の第3ボイド14の内、第1主面1に露出したボイドは、第1ボイド10である。複数の第3ボイド14の内、第2主面2に露出したボイドは、第2ボイド20である。
The
上記において、緩衝層170が黒鉛によって構成されている実施形態について説明したが、緩衝層170は、たとえば炭化タンタルによって構成されていてもよい。炭化珪素原料を予備加熱する工程(S20)において、第5時点T5から第7時点T7までの間、坩堝130の内部の圧力が第2圧力P2に維持されてもよい。炭化珪素基板100には、第1カーボンインクルージョン71が含まれていなくてもよい。炭化珪素基板100には、第2カーボンインクルージョン72のみが含まれていてもよい。
Although the embodiment in which the
(炭化珪素半導体装置の製造方法)
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法について説明する。図18は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法を概略的に示すフロー図である。図18に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法は、炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程(S1)と、炭化珪素エピタキシャル層上に電極を形成する工程(S2)とを主に有している。
(Method of Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device)
Next, a method for manufacturing the silicon
まず、炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程(S1)が実施される。炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程(S1)においては、まず、本実施形態に係る炭化珪素基板100が準備される(図4参照)。
First, the step (S1) of preparing a silicon carbide epitaxial substrate is carried out. In the step (S1) of preparing a silicon carbide epitaxial substrate, first, the
次に、炭化珪素基板100上に炭化珪素エピタキシャル層40が形成される。具体的には、炭化珪素基板100の第1主面1上に炭化珪素エピタキシャル層40がエピタキシャル成長により形成される。エピタキシャル成長においては、原料ガスとしてたとえばシラン(SiH4)およびプロパン(C3H8)が用いられ、キャリアガスとして水素(H2)が用いられる。エピタキシャル成長の温度は、たとえば1400℃以上1700℃以下程度である。エピタキシャル成長において、たとえば窒素などのn型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層40に導入される。以上により、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板200が準備される。
Next, silicon
図19は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板200の構成を示す断面模式図である。説明の便宜のため、図19以降の図面においては、第1ボイド10、第2ボイド20、第3ボイド14、およびカーボンインクルージョン70の各々は、省略されている。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon
図19に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板200は、炭化珪素基板100と、炭化珪素エピタキシャル層40とを有している。炭化珪素エピタキシャル層40は、炭化珪素基板100上に設けられている。炭化珪素エピタキシャル層40は、第3主面3を有している。第3主面3は、炭化珪素エピタキシャル基板200の表面を構成している。第2主面2は、炭化珪素エピタキシャル基板200の裏面を構成している。
As shown in FIG. 19, the silicon
炭化珪素エピタキシャル層40は、バッファ層41と、ドリフト層42とを有していてもよい。バッファ層41は、第1主面1において、炭化珪素基板100に接している。ドリフト層42は、バッファ層41上に設けられている。バッファ層41およびドリフト層42の各々は、たとえば窒素などのn型不純物を含んでいる。バッファ層41が含むn型不純物の濃度は、ドリフト層42が含むn型不純物の濃度よりも高くてもよい。
The silicon
次に、炭化珪素エピタキシャル層上に電極を形成する工程(S2)が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板200に対して以下のような加工が行われる。まず、炭化珪素エピタキシャル基板200に対してイオン注入が行われる。
Next, a process (S2) of forming an electrode on the silicon carbide epitaxial layer is carried out. Specifically, the silicon
図20は、ボディ領域を形成する工程を示す断面模式図である。ボディ領域を形成する工程において、炭化珪素エピタキシャル層40の第3主面3に対して、たとえばアルミニウムなどのp型不純物がイオン注入される。これにより、p型の導電型を有するボディ領域113が形成される。ボディ領域113が形成されなかった部分は、ドリフト層42およびバッファ層41となる。ボディ領域113の厚みは、たとえば0.9μmである。炭化珪素エピタキシャル層40は、バッファ層41と、ドリフト層42と、ボディ領域113とを含む。
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a body region. In the process of forming the body region, p-type impurities such as aluminum are ion-implanted into the third
次に、ソース領域を形成する工程が実施される。図21は、ソース領域を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、ボディ領域113に対して、たとえばリンなどのn型不純物がイオン注入される。これにより、n型の導電型を有するソース領域114が形成される。ソース領域114の厚みは、たとえば0.4μmである。ソース領域114が含むn型不純物の濃度は、ボディ領域113が含むp型不純物の濃度よりも高い。
Next, a step of forming a source region is carried out. FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the step of forming a source region. Specifically, n-type impurities such as phosphorus are ion-implanted into the
次に、ソース領域114に対して、たとえばアルミニウムなどのp型不純物がイオン注入されることにより、コンタクト領域118が形成される。コンタクト領域118は、ソース領域114およびボディ領域113を貫通し、ドリフト層42に接するように形成される。コンタクト領域118が含むp型不純物の濃度は、ソース領域114が含むn型不純物の濃度よりも高い。
Next, a p-type impurity such as aluminum is ion-implanted into the
次に、イオン注入された不純物を活性化するため活性化アニールが実施される。活性化アニールの温度は、たとえば1500℃以上1900℃以下である。活性化アニールの時間は、たとえば30分程度である。活性化アニールの雰囲気は、たとえばアルゴン雰囲気である。 Next, activation annealing is performed to activate the ion-implanted impurities. The temperature of the activation annealing is, for example, 1500°C or higher and 1900°C or lower. The activation annealing time is, for example, about 30 minutes. The atmosphere of the activation annealing is, for example, an argon atmosphere.
次に、炭化珪素エピタキシャル層40の第3主面3にトレンチを形成する工程が実施される。図22は、炭化珪素エピタキシャル層40の第3主面3にトレンチを形成する工程を示す断面模式図である。ソース領域114およびコンタクト領域118から構成される第3主面3上に、開口を有するマスク117が形成される。マスク117を用いて、ソース領域114と、ボディ領域113と、ドリフト層42の一部とがエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてSF6またはSF6とO2との混合ガスを用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングが用いられる。エッチングにより、第3主面3に凹部が形成される。
Next, a step of forming a trench in the third
次に、凹部において熱エッチングが行われる。熱エッチングは、第3主面3上にマスク117が形成された状態で、たとえば、少なくとも1種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも1種類以上のハロゲン原子は、塩素(Cl)原子およびフッ素(F)原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、たとえば、Cl2、BCl3、SF6またはCF4を含む。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば700℃以上1000℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガスなどを用いることができる。
Next, thermal etching is performed in the recess. The thermal etching can be performed, for example, by heating in an atmosphere containing a reactive gas having at least one or more types of halogen atoms, with the
図22に示されるように、熱エッチングにより、第3主面3にトレンチ56が形成される。トレンチ56は、側壁面53と、底壁面54とにより規定される。側壁面53は、ソース領域114と、ボディ領域113と、ドリフト層42とにより構成される。底壁面54は、ドリフト層42により構成される。次に、マスク117が第3主面3から除去される。
As shown in FIG. 22, a
次に、ゲート絶縁膜を形成する工程が実施される。図23は、ゲート絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、第3主面3にトレンチ56が形成された炭化珪素エピタキシャル基板200が、酸素を含む雰囲気中において、たとえば1300℃以上1400℃以下の温度で加熱される。これにより、底壁面54においてドリフト層42と接し、側壁面53においてドリフト層42、ボディ領域113およびソース領域114の各々に接し、かつ第3主面3においてソース領域114およびコンタクト領域118の各々と接するゲート絶縁膜115が形成される。
Next, a step of forming a gate insulating film is carried out. FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the step of forming a gate insulating film. Specifically, silicon
次に、ゲート電極を形成する工程が実施される。図24は、ゲート電極および層間絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。ゲート電極127は、トレンチ56の内部においてゲート絶縁膜115に接するように形成される。ゲート電極127は、トレンチ56の内部に配置され、ゲート絶縁膜115上においてトレンチ56の側壁面53および底壁面54の各々と対面するように形成される。ゲート電極127は、たとえばLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により形成される。
Next, a step of forming a gate electrode is carried out. FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing the step of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
次に、層間絶縁膜126が形成される。層間絶縁膜126は、ゲート電極127を覆い、かつゲート絶縁膜115と接するように形成される。層間絶縁膜126は、たとえば化学気相成長法により形成される。層間絶縁膜126は、たとえば二酸化珪素を含む材料により構成される。次に、ソース領域114およびコンタクト領域118上に開口部が形成されるように、層間絶縁膜126およびゲート絶縁膜115の一部がエッチングされる。これにより、コンタクト領域118およびソース領域114がゲート絶縁膜115から露出する。
Next, the
次に、ソース電極を形成する工程が実施される。ソース電極116は、ソース領域114およびコンタクト領域118の各々に接するように形成される。ソース電極116は、たとえばスパッタリング法により形成される。ソース電極116は、たとえばTi(チタン)、Al(アルミニウム)およびSi(シリコン)を含む材料から構成されている。
Next, a process for forming a source electrode is carried out. The
次に、合金化アニールが実施される。具体的には、ソース領域114およびコンタクト領域118の各々と接するソース電極116が、たとえば900℃以上1100℃以下の温度で5分程度保持される。これにより、ソース電極116の少なくとも一部がシリサイド化する。これにより、ソース領域114とオーミック接合するソース電極116が形成される。ソース電極116は、コンタクト領域118とオーミック接合してもよい。
Next, alloying annealing is performed. Specifically, the
次に、ソース配線119が形成される。ソース配線119は、ソース電極116と電気的に接続される。ソース配線119は、ソース電極116および層間絶縁膜126を覆うように形成される。
Next, the
次に、ドレイン電極を形成する工程が実施される。まず、第2主面2において、炭化珪素基板100が研磨される。これにより、炭化珪素基板100の厚みが薄くなる。次に、ドレイン電極123が形成される。ドレイン電極123は、第2主面2と接するように形成される。以上により、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400が製造される。
Next, a process for forming a drain electrode is carried out. First, the
図25は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の構成を示す断面模式図である。炭化珪素半導体装置400は、たとえばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。炭化珪素半導体装置400は、炭化珪素エピタキシャル基板200と、ゲート電極127と、ゲート絶縁膜115と、ソース電極116と、ドレイン電極123と、ソース配線119と、層間絶縁膜126とを主に有している。炭化珪素エピタキシャル基板200は、バッファ層41と、ドリフト層42と、ボディ領域113と、ソース領域114と、コンタクト領域118とを有している。炭化珪素半導体装置400は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等であってもよい。
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon
次に、本実施形態に係る炭化珪素基板、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、および炭化珪素結晶の製造方法の作用効果について説明する。 Next, the effects of the silicon carbide substrate, silicon carbide epitaxial substrate, method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, and method for manufacturing a silicon carbide crystal according to this embodiment will be described.
近年、炭化珪素結晶中に存在する新たな欠陥(以降はボイドと呼称)が見つかっている。ボイドは、マイクロパイプとは異なり、炭化珪素結晶内を貫通しない。またボイドの幅は、通常マイクロパイプの幅よりも大きい。さらにボイドの幅は、成長方向へ向かうにつれて小さくなる特徴がある。主面に露出するボイドを有する炭化珪素基板100を用いて炭化珪素半導体装置400を製造すると、炭化珪素半導体装置400の信頼性が低下することがある。その結果、炭化珪素半導体装置400の歩留まりが低下するおそれがある。
In recent years, new defects (hereafter referred to as voids) have been found in silicon carbide crystals. Unlike micropipes, voids do not penetrate the silicon carbide crystal. Furthermore, the width of a void is usually larger than the width of a micropipe. Furthermore, the width of a void is characterized by becoming smaller in the growth direction. When a silicon
発明者は、炭化珪素基板100においてボイドが発生する要因について鋭意検討を行った結果、ボイドの発生は、炭化珪素結晶110中に取り込まれたカーボンインクルージョン70に起因していることが明らかとなった。発明者は、炭化珪素結晶110においてカーボンインクルージョン70が取り込まれる原因についてさらに鋭意検討を行った結果、坩堝130の内部に配置されている緩衝層170から発生する炭素の塊が炭化珪素結晶110に取り込まれることが判明した。
The inventors conducted extensive research into the causes of void formation in
発明者は、上記の知見に基づき、緩衝層170を覆うように炭化珪素原料153を配置することによって、緩衝層170から発生する炭素の塊が炭化珪素結晶110に取り込まれることを抑制することに着想した。
Based on the above findings, the inventors came up with the idea of arranging silicon carbide
本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法によれば、成長装置300を準備する工程(S10)において、炭化珪素原料153は、緩衝層170が炭化珪素原料153の表面から露出しないように緩衝層170を覆っている。このため、緩衝層170から発生する炭素の塊が炭化珪素結晶110に混入することを抑制できる。これによって、炭化珪素基板100におけるボイドの面密度を低減できる。結果として、本実施形態に係る炭化珪素基板100を用いて炭化珪素半導体装置400を製造する場合において、炭化珪素半導体装置400の歩留まりを向上することができる。
According to the method for manufacturing
炭化珪素原料153の高さと比較して、緩衝層170の高さが過度に低い場合、炭化珪素原料153と坩堝130との接触面積が過度に大きくなる。従って、炭化珪素結晶110の成長後に坩堝130に固着する炭化珪素原料153の部分が過度に大きくなる。結果として、炭化珪素結晶110の成長後に炭化珪素原料153を坩堝130から取り出すことが難しくなる。本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法によれば、成長装置300を準備する工程(S10)において、第2部分172の延びる方向における第2部分172の高さ(第1高さH1)を、第2部分172の延びる方向における炭化珪素原料153の高さ(第2高さH2)で割った値は、0.5以上である。このため、炭化珪素原料153と坩堝130との接触面積が過度に大きくなることを抑制できる。これによって、炭化珪素結晶110の成長後に炭化珪素原料153を坩堝130から取り出しやすくできる。
If the height of the
本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法によれば、成長装置300を準備する工程(S10)において、第1高さH1を第2高さH2で割った値は、0.85以下であってもよい。これによって、第2部分172の延びる方向における炭化珪素原料153の表面と緩衝層170との間の最短距離I1を十分に長くすることができる。別の観点から言えば、炭化珪素原料153を用いて緩衝層170を十分に覆うことができる。結果として、緩衝層170から発生する炭素の塊が炭化珪素結晶110に混入することを効果的に抑制できる。
According to the method for manufacturing
本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法によれば、成長装置を準備する工程(S10)において、第2部分172の延びる方向における炭化珪素原料153の表面からの距離が5mm以内の領域に緩衝層170が位置しないように緩衝層170が配置されてもよい。このため、第2部分172の延びる方向における炭化珪素原料153の表面と緩衝層170との間の最短距離I1を十分に長くすることができる。別の観点から言えば、炭化珪素原料153を用いて緩衝層170を十分に覆うことができる。結果として、緩衝層170から発生する炭素の塊が炭化珪素結晶110に混入することを効果的に抑制できる。
According to the method for manufacturing
坩堝130の内部に緩衝層170が配置されない場合、炭化珪素結晶110の成長後に原料収容部132に固着する炭化珪素原料153が過度に多くなる。従って、炭化珪素結晶110の成長後に、原料収容部132から炭化珪素原料153を取り出すことが困難になる。このため、原料収容部132を用いて炭化珪素結晶110の成長を繰り返し実施することが困難になる。本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法によれば、原料収容部132を用いて、炭化珪素結晶110の成長が7回以上繰り返し実施されてもよい。このため、炭化珪素結晶110の製造に必要なコストを低減できる。
If the
本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法によれば、予備加熱が終了する3時間前の時点から予備加熱が終了する時点までの間、坩堝130の内部の圧力は、0.08kPa以上0.12kPa以下である。これによって、炭化珪素原料を予備加熱する工程(S30)において、炭化珪素原料153における珪素の昇華を促進できる。このため、炭化珪素原料153の表面に近い炭化珪素原料153の部分の炭化を促進できる。炭化した炭化珪素原料153は、坩堝130に固着しにくい。結果として、坩堝130から炭化珪素原料153を取り出しやすくできる。
According to the method for producing
本実施形態に係る炭化珪素基板100によれば、第1主面1には、第1ボイド10が存在している。第1ボイド10の面密度は、0.04個/cm2未満である。第1主面1に垂直な直線に沿って見た場合、第1ボイド10の幅は、10μm以上100μm以下である。第1主面1に平行な直線に沿ってみた場合、第1ボイド10の幅は、第1主面1から第2主面2に向かうにつれて大きくなる。第1主面1に平行な直線に沿ってみた場合、第1ボイド10の深さは、炭化珪素基板100の厚みよりも小さい。第1主面1は、カーボン面またはカーボン面に対して8°以下のオフ角度θで傾斜した面である。
According to the
このように、本実施形態に係る炭化珪素基板100において、第1ボイド10の面密度が低減されている。このため、本実施形態に係る炭化珪素基板100を用いて炭化珪素半導体装置400を製造する場合において、炭化珪素半導体装置400の歩留まりを向上することができる。
In this way, the surface density of the
本実施形態に係る炭化珪素基板100によれば、第1主面1と、第1主面1の反対側にある第2主面2とを備えている。第1主面1には第1ボイド10が存在し、かつ第2主面2には第2ボイド20が存在している。第2ボイド20の面密度は、0.04個/cm2未満である。第1主面1に垂直な直線に沿って見た場合、第1ボイド10の幅は、10μm以上100μm以下である。第2主面2に垂直な直線に沿って見た場合、第2ボイド20の幅は、10μm以上100μm以下である。第1主面1に平行な直線に沿って見た場合、第1ボイド10および第2ボイド20の各々の幅は、第1主面1から第2主面2に向かうにつれて大きくなる。第1主面1に平行な直線に沿って見た場合、第1ボイド10および第2ボイド20の各々の深さは、炭化珪素基板100の厚みよりも小さい。第2主面2は、シリコン面またはシリコン面に対して8°以下のオフ角度θで傾斜した面である。
The
このように、本実施形態に係る炭化珪素基板100において、第2ボイド20の面密度が低減されている。このため、本実施形態に係る炭化珪素基板100を用いて炭化珪素半導体装置400を製造する場合において、炭化珪素半導体装置400の歩留まりを向上することができる。
In this way, the surface density of the
(サンプル準備)
まず、サンプル1から4に係る炭化珪素結晶110が準備された。サンプル1から3は比較例である。サンプル4は実施例である。サンプル1に係る炭化珪素結晶110の製造において、緩衝層170は炭化珪素結晶110の表面から露出していた。サンプル2に係る炭化珪素結晶110の製造において、緩衝層170は、坩堝130の内部に配置されなかった。サンプル3および4に係る炭化珪素結晶110の製造において、炭化珪素原料153は、緩衝層170が炭化珪素原料153の表面から露出しないように緩衝層170を覆っていた。
(Sample preparation)
First,
サンプル1から3に係る炭化珪素結晶110の製造方法において、炭化珪素原料153を予備加熱する際に、坩堝130の内部の圧力は、第1圧力P1で維持された。別の観点から言えば、サンプル1から3に係る炭化珪素結晶110の製造方法において、炭化珪素原料153を予備加熱する際に、坩堝130の内部の圧力は、第1圧力P1から第2圧力P2に低減されなかった。サンプル4に係る炭化珪素結晶110は、上述の炭化珪素原料を予備加熱する工程(S20)が実施された。言い換えれば、サンプル4に係る炭化珪素結晶110は、上述の炭化珪素結晶110の製造方法に従って製造された。
In the method for producing
(試験方法1)
サンプル1から4に係る炭化珪素結晶110の製造後、坩堝130を再使用可能であるか否かが確認された。サンプル1から4に係る炭化珪素結晶110の製造後、坩堝130から炭化珪素原料153を取り出すことが可能であるか否かが確認された。上述の第1ボイド10の測定方法を用いて、サンプル1から4に係る炭化珪素結晶110をスライスすることによって得られた複数の炭化珪素基板100の各々の第1ボイド10の面密度が測定された。サンプル1に係る炭化珪素結晶110から得られた複数の炭化珪素基板100における第1ボイド10の面密度の平均値が、サンプル1における第1ボイド10の面密度とされた。同様に、サンプル2から4に係る炭化珪素結晶110の第1ボイド10の面密度が測定された。
(Test Method 1)
After the
(試験結果1) (Test result 1)
表1は、サンプル1から4における試験結果を示している。表1中の「坩堝の再使用」の欄において、Aは、原料収容部132を用いて炭化珪素結晶110の成長を繰り返し実施可能であったことを示している。Bは、原料収容部132を用いて炭化珪素結晶110の成長を繰り返し実施不可能であったことを示している。表1中の「炭化珪素原料の取り出し」の欄において、Aは、炭化珪素結晶110の成長後、坩堝130からの炭化珪素原料153の取り出しができたことを示している。Bは、炭化珪素結晶110の成長後、坩堝130からの炭化珪素原料153の取り出しが難しいことがあったことを示している。Cは、炭化珪素結晶110の成長後、坩堝130からの炭化珪素原料153の取り出しができなかったことを示している。
Table 1 shows the test results for
表1に示されるように、サンプル1、3および4において、原料収容部132を用いて炭化珪素結晶110の成長が繰り返し実施可能であることが確認された。サンプル2において、原料収容部132を用いて炭化珪素結晶110の成長が繰り返し実施不可能であった。具体的には、サンプル2において、炭化珪素結晶110の成長後、炭化珪素原料153が原料収容部132に固着していたため、坩堝130から炭化珪素原料153を取り出すことができなかった。
As shown in Table 1, it was confirmed that in
表1に示されるように、サンプル1およびサンプル4において、炭化珪素結晶110の成長後、坩堝130から炭化珪素原料153を容易に取り出すことができた。サンプル2において、炭化珪素結晶110の成長後、坩堝130から炭化珪素原料153を取り出すことができなかった。サンプル3において、坩堝130から炭化珪素原料153を取り出すことが難しいことがあった。
As shown in Table 1, in
表1に示されるように、サンプル1および2において、第1ボイド10の面密度は、0.04個/cm2以上であった。サンプル3および4において、第1ボイド10の面密度は、0.04個/cm2未満であった。
As shown in Table 1, the surface density of the
以上の結果より、本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法によれば、坩堝130から炭化珪素原料153を容易に取り出すことが可能であり、且つ第1ボイド10の面密度を低減可能であることが確認された。
The above results confirm that the method for producing
(試験方法2)
上述の本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法を用いて、複数の炭化珪素結晶110が製造された。具体的には、同じ原料収容部132を用いて、炭化珪素結晶110の成長が15回繰り返された。炭化珪素基板100の成長が1回行われた後に、蓋部131は、別の蓋部131と交換された。製造された複数の炭化珪素結晶110の各々の第1ボイド10の面密度が測定された。具体的には、炭化珪素結晶110をスライスすることによって得られた複数の炭化珪素基板100における第1ボイド10の面密度が測定された。1個の炭化珪素結晶110から得られた複数の炭化珪素基板100における第1ボイド10の面密度の平均値が、当該炭化珪素結晶110における第1ボイド10の面密度とされた。
(Test Method 2)
A plurality of
(試験結果2) (Test result 2)
表2は、製造された複数の炭化珪素結晶110の各々の第1ボイド10の面密度を示している。表2において、原料収容部132の使用回数が1回、5回、10回、15回の各々の場合における第1ボイド10の面密度が示されている。表2に示されるように、原料収容部132の使用回数が10回以下である場合において、第1ボイド10の面密度は、0.09個/cm2以下であった。原料収容部132の使用回数が15回である場合において、第1ボイド10の面密度は、0.27個/cm2であった。原料収容部132の使用回数が15回である場合においては、原料収容部132の内壁の損耗に起因して、原料収容部132から発生した炭素の塊が増大したと考えられる。結果として、炭化珪素結晶110に取り込まれるカーボンインクルージョン70が増加したことによって、第1ボイド10の面密度が増大したと考えられる。
Table 2 shows the surface density of the
以上の結果より、本実施形態に係る炭化珪素結晶110の製造方法によれば、原料収容部132を用いて炭化珪素結晶110の成長を繰り返し実施した場合においても、第1ボイド10の面密度を低減可能であることが確認された。
The above results confirm that the method for manufacturing
今回開示された実施の形態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の形態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。 The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the embodiments described above, and it is intended to include the meaning equivalent to the claims and all modifications within the scope.
1 第1主面、2 第2主面、3 第3主面、7 オリエンテーションフラット部、8 円弧状部、9 外周側面、10 第1ボイド、11 第1開口部、12 第1側面部、13 第1底部、14 第3ボイド、15 炭化珪素領域、20 第2ボイド、21 第2開口部、22 第2側面部、23 第2底部、30 ラマン分光装置、31 対物レンズ、32 光源、33 分光器、34 ステージ、35 ビームスプリッター、36 入射光、38 検出器、40 炭化珪素エピタキシャル層、41 バッファ層、42 ドリフト層、53 側壁面、54 底壁面、56 トレンチ、60 直方体領域、70 カーボンインクルージョン、71 第1カーボンインクルージョン、72 第2カーボンインクルージョン、100 炭化珪素基板、101 第1方向、102 第2方向、103 第3方向、104 成長方向、110 炭化珪素結晶、113 ボディ領域、114 ソース領域、115 ゲート絶縁膜、116 ソース電極、117 マスク、118 コンタクト領域、119 ソース配線、123 ドレイン電極、126 層間絶縁膜、127 ゲート電極(電極)、130 坩堝、131 蓋部、132 原料収容部、133 突起部、134 底部、135 側壁部、141 第1抵抗ヒータ、142 第2抵抗ヒータ、143 第3抵抗ヒータ、150 種基板、151 成長面、152 取付面、153 炭化珪素原料、170 緩衝層、171 第1部分、172 第2部分、200 炭化珪素エピタキシャル基板、300 成長装置、400 炭化珪素半導体装置、A1 第1幅、A2 第2幅、B1 第1深さ、B2 第2深さ、C1 第1温度、C2 第2温度、C3 第3温度、D1 第1距離、D2 第2距離、D3 第3距離、E1 厚み、F1 最大長さ、G1 第1矢印、G2 第2矢印、G3 第3矢印、H1 第1高さ、H2 第2高さ、I1 最短距離、L1 第1長さ、L2 第2長さ、P1 第1圧力、P2 第2圧力、T1 第1時点、T2 第2時点、T3 第3時点、T4 第4時点、T5 第5時点、T6 第6時点、T7 第7時点、W1 直径、θ オフ角度。 1. First main surface, 2. Second main surface, 3. Third main surface, 7. Orientation flat portion, 8. Arc-shaped portion, 9. Outer peripheral side surface, 10. First void, 11. First opening, 12. First side portion, 13. First bottom portion, 14. Third void, 15. Silicon carbide region, 20. Second void, 21. Second opening, 22. Second side portion, 23. Second bottom portion, 30. Raman spectroscopy device, 31. Objective lens, 32. Light source, 33. Spectrometer, 34. Stage, 35. Beam splitter, 36. Incident light, 38. Detector, 40. Silicon carbide epitaxial layer, 41. buffer layer, 42 drift layer, 53 side wall surface, 54 bottom wall surface, 56 trench, 60 rectangular parallelepiped region, 70 carbon inclusion, 71 first carbon inclusion, 72 second carbon inclusion, 100 silicon carbide substrate, 101 first direction, 102 second direction, 103 third direction, 104 growth direction, 110 silicon carbide crystal, 113 body region, 114 source region, 115 gate insulating film, 116 source electrode, 117 mask, 118 contact region, 119 source wiring, 123 drain electrode, 126 interlayer insulating film, 127 gate electrode (electrode), 130 crucible, 131 lid, 132 raw material storage section, 133 protrusion, 134 bottom, 135 side wall, 141 first resistive heater, 142 second resistive heater, 143 third resistive heater, 150 seed substrate, 151 growth surface, 152 mounting surface, 153 silicon carbide raw material, 170 buffer layer, 171 first portion, 172 second portion, 200 silicon carbide epitaxial substrate, 300 growth apparatus, 400 silicon carbide semiconductor device, A1 first width, A2 second width Width, B1 first depth, B2 second depth, C1 first temperature, C2 second temperature, C3 third temperature, D1 first distance, D2 second distance, D3 third distance, E1 thickness, F1 maximum length, G1 first arrow, G2 second arrow, G3 third arrow, H1 first height, H2 second height, I1 shortest distance, L1 first length, L2 second length, P1 first pressure, P2 second pressure, T1 first time point, T2 second time point, T3 third time point, T4 fourth time point, T5 fifth time point, T6 sixth time point, T7 seventh time point, W1 diameter, θ off angle.
Claims (12)
前記第1主面には、第1ボイドが存在しており、
前記第1ボイドの面密度は、0.04個/cm2未満であり、
前記第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、前記第1ボイドの幅は、10μm以上100μm以下であり、
前記第1主面に平行な直線に沿って見た場合、前記第1ボイドの幅は、前記第1主面から前記第2主面に向かうにつれて大きくなり、
前記第1主面に平行な直線に沿って見た場合、前記第1ボイドの深さは、前記炭化珪素基板の厚みよりも小さく、
前記第1主面は、カーボン面または前記カーボン面に対して8°以下のオフ角度で傾斜した面である、炭化珪素基板。 A silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite the first main surface,
a first void is present in the first major surface;
The surface density of the first voids is less than 0.04 voids/cm 2 ;
When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the width of the first void is 10 μm or more and 100 μm or less;
When viewed along a straight line parallel to the first main surface, a width of the first void increases from the first main surface toward the second main surface,
When viewed along a straight line parallel to the first main surface, a depth of the first void is smaller than a thickness of the silicon carbide substrate;
The silicon carbide substrate, wherein the first main surface is a carbon surface or a surface inclined at an off angle of 8° or less with respect to the carbon surface.
前記第1主面には第1ボイドが存在し、かつ前記第2主面には第2ボイドが存在しており、
前記第2ボイドの面密度は、0.04個/cm2未満であり、
前記第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、前記第1ボイドの幅は、10μm以上100μm以下であり、
前記第2主面に垂直な直線に沿って見た場合、前記第2ボイドの幅は、10μm以上100μm以下であり、
前記第1主面に平行な直線に沿って見た場合、前記第1ボイドおよび前記第2ボイドの各々の幅は、前記第1主面から前記第2主面に向かうにつれて大きくなり、
前記第1主面に平行な直線に沿って見た場合、前記第1ボイドおよび前記第2ボイドの各々の深さは、前記炭化珪素基板の厚みよりも小さく、
前記第2主面は、シリコン面または前記シリコン面に対して8°以下のオフ角度で傾斜した面である、炭化珪素基板。 A silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite the first main surface,
a first void is present in the first major surface and a second void is present in the second major surface;
The surface density of the second voids is less than 0.04 voids/cm 2 ;
When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the width of the first void is 10 μm or more and 100 μm or less;
When viewed along a straight line perpendicular to the second main surface, the width of the second void is 10 μm or more and 100 μm or less;
When viewed along a straight line parallel to the first main surface, a width of each of the first voids and the second voids increases from the first main surface toward the second main surface,
When viewed along a straight line parallel to the first main surface, a depth of each of the first voids and the second voids is smaller than a thickness of the silicon carbide substrate;
The second main surface is a silicon surface or a surface inclined at an off angle of 8° or less with respect to the silicon surface.
前記第1主面から前記第2主面に向かう方向において、前記第1主面から前記直方体領域の上端面までの距離は50μmであり、かつ、前記第1主面から前記直方体領域の下端面までの距離は200μmであり、
前記第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、前記直方体領域の長辺の長さは0.82mmであり、かつ、前記直方体領域の短辺の長さは0.7mmであり、
前記第1主面に垂直な直線に沿って見た場合、前記第1ボイドは、前記直方体領域と重なっており、
前記1個以上のカーボンインクルージョンのラマンスペクトルを測定した場合、前記1個以上のカーボンインクルージョンの少なくとも1個において、ラマンシフトが2700cm-1に最も近いラマンスペクトルのピークの半値幅は、60cm-1未満である、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素基板。 one or more carbon inclusions are present in the rectangular parallelepiped region of the silicon carbide substrate,
In a direction from the first main surface to the second main surface, a distance from the first main surface to an upper end surface of the rectangular parallelepiped region is 50 μm, and a distance from the first main surface to a lower end surface of the rectangular parallelepiped region is 200 μm;
When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the length of a long side of the rectangular parallelepiped region is 0.82 mm, and the length of a short side of the rectangular parallelepiped region is 0.7 mm;
When viewed along a straight line perpendicular to the first main surface, the first void overlaps with the rectangular parallelepiped region,
3. The silicon carbide substrate according to claim 1, wherein, when a Raman spectrum of the one or more carbon inclusions is measured, a half-width of a peak in a Raman spectrum having a Raman shift closest to 2700 cm −1 in at least one of the one or more carbon inclusions is less than 60 cm −1 .
前記炭化珪素基板上に設けられている炭化珪素エピタキシャル層とを備えている、炭化珪素エピタキシャル基板。 A silicon carbide substrate according to any one of claims 1 to 3;
a silicon carbide epitaxial layer provided on the silicon carbide substrate.
前記炭化珪素エピタキシャル層上に電極を形成する工程とを備えている、炭化珪素半導体装置の製造方法。 A step of preparing a silicon carbide epitaxial substrate according to claim 4;
and forming an electrode on the silicon carbide epitaxial layer.
前記坩堝と前記炭化珪素原料との間に前記緩衝層を配置した前記成長装置を準備する工程の後に、前記炭化珪素原料を予備加熱する工程と、
前記炭化珪素原料を予備加熱する工程の後に、前記坩堝内に種基板を配置する工程と、
前記炭化珪素原料を昇華させることにより前記種基板上に炭化珪素結晶を成長させる工程とを備え、
前記坩堝と前記炭化珪素原料との間に前記緩衝層を配置した前記成長装置を準備する工程において、前記炭化珪素原料は、前記緩衝層が前記炭化珪素原料の表面から露出しないように前記緩衝層を覆っている、炭化珪素結晶の製造方法。 preparing a growth apparatus having a buffer layer disposed between a crucible and a silicon carbide source;
After the step of preparing the growth apparatus in which the buffer layer is disposed between the crucible and the silicon carbide source material, a step of preheating the silicon carbide source material;
After the step of preheating the silicon carbide raw material, placing a seed substrate in the crucible;
and growing a silicon carbide crystal on the seed substrate by sublimating the silicon carbide raw material.
a growth apparatus having a buffer layer disposed between the crucible and the silicon carbide raw material, the silicon carbide raw material covering the buffer layer such that the buffer layer is not exposed from a surface of the silicon carbide raw material.
前記緩衝層は、
前記底部と前記炭化珪素原料との間に配置される第1部分と、
前記第1部分に連なり、且つ前記側壁部と前記炭化珪素原料との間に配置される第2部分とを含み、
前記坩堝と前記炭化珪素原料との間に前記緩衝層を配置した前記成長装置を準備する工程において、前記第2部分の延びる方向において、前記第2部分の高さを前記炭化珪素原料の高さで割った値は、0.5以上0.85以下である、請求項6に記載の炭化珪素結晶の製造方法。 The crucible includes a bottom and a sidewall portion connected to the bottom,
The buffer layer is
a first portion disposed between the bottom and the silicon carbide source material;
a second portion connected to the first portion and disposed between the sidewall portion and the silicon carbide source material,
7. The method for producing a silicon carbide crystal according to claim 6, wherein, in the step of preparing the growth apparatus in which the buffer layer is disposed between the crucible and the silicon carbide raw material, a value obtained by dividing a height of the second portion by a height of the silicon carbide raw material in a direction in which the second portion extends is equal to or greater than 0.5 and equal to or less than 0.85.
前記緩衝層は、
前記底部と前記炭化珪素原料との間に配置される第1部分と、
前記第1部分に連なり、且つ前記側壁部と前記炭化珪素原料との間に配置される第2部分とを含み、
前記坩堝と前記炭化珪素原料との間に前記緩衝層を配置した前記成長装置を準備する工程において、前記第2部分の延びる方向における前記炭化珪素原料の表面からの距離が5mm以内の領域に前記緩衝層が位置しないように前記緩衝層が配置される、請求項6に記載の炭化珪素結晶の製造方法。 The crucible includes a bottom and a sidewall portion connected to the bottom,
The buffer layer is
a first portion disposed between the bottom and the silicon carbide source material;
a second portion connected to the first portion and disposed between the sidewall portion and the silicon carbide source material,
7. The method for producing a silicon carbide crystal according to claim 6, wherein, in the step of preparing the growth apparatus in which the buffer layer is disposed between the crucible and the silicon carbide raw material, the buffer layer is disposed such that the buffer layer is not located in a region that is a distance within 5 mm from a surface of the silicon carbide raw material in the direction in which the second portion extends.
前記原料収容部を用いて、前記炭化珪素結晶の成長が7回以上繰り返し実施される、請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素結晶の製造方法。 The crucible includes a source container in which the buffer layer and the silicon carbide source material are disposed, and a lid disposed on the source container;
9. The method for producing silicon carbide crystal according to claim 6, wherein the silicon carbide crystal is repeatedly grown seven or more times using the source material accommodation portion.
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