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公開番号2024055914
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-19
出願番号2024024223,2019061968
出願日2024-02-21,2019-03-27
発明の名称炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法
出願人富士電機株式会社
代理人個人
主分類H01L 21/20 20060101AFI20240412BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】BPDが貫通BPDに変換されることを低減する炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素エピタキシャル基板100は、第1導電型の炭化珪素半導体基板1と、炭化珪素半導体基板1のおもて面に設けられた、炭化珪素半導体基板1より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層2と、炭化珪素半導体基板1のおもて面から所定の深さに設けられた、炭化珪素半導体基板1より炭素、珪素以外の異種元素密度が高い異種元素高密度領域24と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１導電型の炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板のおもて面に設けられた、前記炭化珪素半導体基板より低不純物濃度の第１導電型の第１半導体層と、
前記炭化珪素半導体基板のおもて面から所定の深さに設けられた、前記炭化珪素半導体基板より炭素、珪素以外の異種元素の密度が高い異種元素高密度領域と、
を備えることを特徴とする炭化珪素エピタキシャル基板。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記異種元素高密度領域の厚さは、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項３】
前記異種元素高密度領域内の異種元素密度は、１×１０
14
／ｃｍ
3
以上、１×１０
18
／ｃｍ
3
以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項４】
第１導電型の炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板のおもて面から所定の深さに設けられた、前記炭化珪素半導体基板より炭素、珪素以外の異種元素の密度が高い異種元素高密度領域と、
前記炭化珪素半導体基板のおもて面に設けられた、前記炭化珪素半導体基板より低不純物濃度の第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層の、前記炭化珪素半導体基板側に対して反対側の表面に設けられた第２導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層の表面に設けられた第１電極と、
前記炭化珪素半導体基板の裏面に設けられた第２電極と、
を備えることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
第１導電型の炭化珪素半導体基板のおもて面に、炭素、珪素以外の異種元素を０．１μｍ以上の深さでイオン注入する第１工程と、
前記炭化珪素半導体基板のおもて面に、前記炭化珪素半導体基板より低不純物濃度の第１導電型の第１半導体層をエピタキシャル成長により形成する第２工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項６】
前記異種元素は、水素、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガンまたは鉄であることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項７】
第１導電型の炭化珪素半導体基板のおもて面に、炭素、珪素以外の異種元素を０．１μｍ以上の深さで照射する第１工程と、
前記炭化珪素半導体基板のおもて面に、前記炭化珪素半導体基板より低不純物濃度の第１導電型の第１半導体層をエピタキシャル成長により形成する第２工程と、
前記第１半導体層の、前記炭化珪素半導体基板側に対して反対側の表面に第１導電型の第２半導体層を形成する第３工程と、
前記第２半導体層の、前記炭化珪素半導体基板側に対して反対側の表面に第２導電型の第３半導体層を形成する第４工程と、
前記第３半導体層の表面に第１電極を形成する第５工程と、
前記炭化珪素半導体基板の裏面に第２電極を形成する第６工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
高耐圧、大電流を制御するパワー半導体素子の材料としては、従来シリコン（Ｓｉ）単結晶が用いられている。シリコンパワー半導体素子にはいくつかの種類があり、用途に合わせてそれらが使い分けられているのが現状である。例えば、ＰｉＮダイオード（Ｐ－ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ－Ｎｄｉｏｄｅ）やバイポーラトランジスタ、さらに、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）は、いわゆるバイポーラ型デバイスである。これら素子は、電流密度は多く取れるものの高速でのスイッチングができず、バイポーラトランジスタは数ｋＨｚが、ＩＧＢＴでは２０ｋＨｚ程度の周波数がその使用限界である。一方、パワーＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電解効果トランジスタ）は、大電流は取れないものの、数ＭＨｚまでの高速で使用できる。しかしながら、市場では大電流と高速性を兼ね備えたパワーデバイスへの要求は強く、シリコンＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどの改良に力が注がれ、現在ではほぼシリコン材料物性限界に近いところまで開発が進んできた。
【０００３】
また、パワー半導体素子の観点からの材料検討も行われ、炭化珪素（ＳｉＣ）が次世代のパワー半導体素子として、低オン電圧、高速・高温特性に優れた素子であることから、最近特に注目を集めている。というのも、ＳｉＣは化学的に非常に安定な材料であり、バンドギャップが３ｅＶと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用でき、また、最大電界強度もシリコンより１桁以上大きいからである。ＳｉＣはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることから、パワー半導体用途で今後の伸長が大きく期待される。
【０００４】
図１４は、従来の炭化珪素エピタキシャル基板の構造を示す断面図である。従来の炭化珪素半導体装置では、単結晶４Ｈ－ＳｉＣ（四層周期六方晶の炭化珪素）からなるｎ
+
型炭化珪素基板１０１のおもて面上にエピタキシャル成長により、ｎ型炭化珪素エピタキシャル層１０２が設けられた炭化珪素エピタキシャル基板２００が用いられる。ｎ型炭化珪素エピタキシャル層１０２は、エピタキシャル成長により形成されるため高純度で、ドーパント濃度、膜厚を所望の値に制御することが可能である。このｎ型炭化珪素エピタキシャル層１０２内にＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴやＰｉＮダイオードなどのデバイス構造が作成される。炭化珪素エピタキシャル基板の内部には、基底面転位（ＢＰＤ：ＢａｓａｌＰｌａｎｅＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）１２０、１２２、貫通刃状転位（ＴＥＤ：ＴｈｒｅａｄｉｎｇＥｄｇｅＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）１２１等の結晶欠陥が存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１５は、従来の炭化珪素基板の構造を示す断面図である。図１５に示すように、ｎ
+
型炭化珪素基板１０１の内部には基底面転位１２０と呼ばれる欠陥が１０
2
～１０
3
／ｃｍ
2
のオーダーの密度で含まれている。基底面転位１２０の大部分は、ｎ型炭化珪素エピタキシャル層１０２をエピタキシャル成長させる際に、貫通刃状転位１２１に変換されるが、一部はｎ型炭化珪素エピタキシャル層１０２を貫通する貫通ＢＰＤ１２２となる（図１４参照）。
【０００６】
貫通ＢＰＤ１２２がｎ型炭化珪素エピタキシャル層１０２に存在すると、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴやＰｉＮダイオードなどのデバイスをバイポーラ動作させると、ｎ型炭化珪素エピタキシャル層１０２内の貫通ＢＰＤ１２２から三角形状の積層欠陥（ＳＦ：ＳｔａｃｋｉｎｇＦａｕｌｔ）が拡大する。積層欠陥は抵抗成分になるため、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴやＰｉＮダイオードなどのデバイスで順方向オン電圧が増加してしまう。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ＢＰＤが貫通ＢＰＤに変換されることを低減する炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板は、次の特徴を有する。第１導電型の炭化珪素半導体基板のおもて面に、前記炭化珪素半導体基板より低不純物濃度の第１導電型の第１半導体層が設けられる。前記炭化珪素半導体基板のおもて面から所定の深さに、前記炭化珪素半導体基板より炭素、珪素以外の異種元素の密度が高い異種元素高密度領域が設けられる。
【０００９】
また、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板は、上述した発明において、前記異種元素高密度領域の厚さは、０．１μｍ以上、１．０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板は、上述した発明において、前記異種元素高密度領域内の異種元素の密度は、１×１０
14
／ｃｍ
3
以上、１×１０
18
／ｃｍ
3
以下であることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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