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公開番号
2024103565
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2024-08-01
出願番号
2024085940,2022009513
出願日
2024-05-28,2022-01-25
発明の名称
炭化ケイ素エピタキシャル基板
出願人
株式会社プロテリアル
代理人
主分類
C30B
29/36 20060101AFI20240725BHJP(結晶成長)
要約
【課題】高品質な炭化ケイ素単結晶を高速成長させることが可能な炭化ケイ素単結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】 炭化ケイ素エピタキシャル基板10は、第1面を有する炭化ケイ素基板20と、第1面に位置する炭化ケイ素エピタキシャル層30とを備え、第1面20aは、(000-1)C面であり、炭化ケイ素エピタキシャル層の上面30aにおいて、線状表面欠陥密度が1.0cm
-2
未満であり、前記炭化ケイ素基板の前記第1面における基底面転位密度に対する前記線状表面欠陥密度の割合が0.04%未満であり、前記炭化ケイ素基板の直径が100mm以上である。
【選択図】図1
特許請求の範囲
【請求項1】
第1面を有する炭化ケイ素基板と、
前記第1面に位置する炭化ケイ素エピタキシャル層と、
を備え、
前記第1面は、(000-1)C面であり、
前記炭化ケイ素エピタキシャル層の上面において、線状表面欠陥密度が1.0cm
-2
未満であり、
前記炭化ケイ素基板の前記第1面における基底面転位密度に対する前記線状表面欠陥密度の割合が0.04%未満であり、
前記炭化ケイ素基板の直径が100mm以上である、炭化ケイ素エピタキシャル基板。
続きを表示(約 480 文字)
【請求項2】
前記線状表面欠陥密度が0.5cm
-2
未満である、請求項1に記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板。
【請求項3】
前記線状表面欠陥密度が0.35cm
-2
未満である、請求項1に記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板。
【請求項4】
前記炭化ケイ素基板の前記第1面における、基底面転位密度が3000cm
-2
未満である、請求項1から3のいずれか1項に記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板。
【請求項5】
前記炭化ケイ素基板の前記第1面における、基底面転位密度が2000cm
-2
未満である、請求項1から3のいずれか1項に記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板。
【請求項6】
前記第1面は、4°以下のオフ角を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板。
【請求項7】
前記第1面の表面粗さRaは1nm以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の炭化ケイ素エピタキシャル基板。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本願は、炭化ケイ素エピタキシャル基板およびその製造方法に関する。
続きを表示(約 1,900 文字)
【背景技術】
【0002】
炭化ケイ素(SiC)半導体は、シリコン半導体よりも大きな絶縁破壊電界強度、電子の飽和ドリフト速度および熱伝導率を備える。このため、炭化ケイ素半導体は、従来のシリコンデバイスよりも高温、高速で大電流動作が可能なパワーデバイスを実現することが可能であり、電気自動車やハイブリッドカー等に使用されるモータを高効率で駆動するスイッチング素子を実現する半導体として注目されている。
【0003】
炭化ケイ素半導体は、同じ化学組成であっても、積層方向(<0001>方向)における炭素原子とケイ素原子の配置が異なる複数のポリタイプが存在する。さらに、これらポリタイプ間の内部エネルギー差が小さいことから、単結晶中に異種ポリタイプが生成され易く、生じた異種のポリタイプは、転位や積層欠陥(SF、Stacking Fault)となる。一般に炭化ケイ素基板には、シリコン基板などに比べて、こうした転位や積層欠陥が多く含まれる。このため、炭化ケイ素半導体を用いてスイッチング素子などの半導体デバイスを製造する場合、炭化ケイ素基板上にこうした欠陥の少ない炭化ケイ素エピタキシャル層を形成し、炭化ケイ素エピタキシャル層に半導体デバイスの主な構造が形成される。
【0004】
しかし、転位や積層欠陥は拡張欠陥であり、炭化ケイ素基板の表面近傍に生じた転位や積層欠陥は、エピタキシャル成長の際、炭化ケイ素エピタキシャル層に伝播し、炭化ケイ素エピタキシャル層の結晶品質を低下させやすい。このため、炭化ケイ素基板自体の結晶品質を向上させる技術、および、高品質な炭化ケイ素エピタキシャル層を形成する技術の開発が炭化ケイ素半導体デバイスの普及には重要である。
【0005】
積層欠陥は、面状の欠陥であり、炭化ケイ素エピタキシャル層に生成する代表的な欠陥である。また、炭化ケイ素半導体を用いたバイポーラデバイスが、基底面転位(Basal Plane Dislocation、BPDと略される)を含む場合、バイポーラデバイスが順方向にバイアスされることによって、基底面転位が拡張し、積層欠陥が形成される。積層欠陥は高抵抗であるため、積層欠陥が増大すると、デバイスの内部抵抗も増大し、デバイスにおける電力損失による発熱が大きくなる結果、デバイスが破壊する可能性がある。このようなデバイスの特性の変化は、バイポーラ劣化現象として知られている(非特許文献1)。このため、電子デバイスの長期信頼性の観点から、炭化珪素エピタキシャル成長膜中の基底面転位の発生を抑えるとともに、高抵抗層となる積層欠陥の発生も抑える必要がある。
【0006】
線状表面欠陥は炭化珪素エピタキシャル層の表面に現れる。表面線状欠陥は積層欠陥を伴う場合がありエピタキシャル成長膜における線状表面欠陥の発生も抑制することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特許第6295969号明細書
特許第4539140号明細書
【非特許文献】
【0008】
大谷昇、「パワーデバイス用低抵抗率SiC単結晶開発の現状」、日本結晶成長学会誌、Vol.45,No.3(2018)45-3-01
石田夕起、「化学気相法によるSiC高速エピタキシャル成長技術の現状」、J.Vac.Soc.Jpn.,Vol.54,No.6,2011
中村俊一、他2名、「4H-SiC{0001}近傍面へのホモエピタキシャル成長」、「材料」、J.Soc.Mat.Sci.,Japan,Vol.53,No.12,pp.1323-1327,Dec.2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本願は、欠陥の少ない炭化ケイ素エピタキシャル層を備えた炭化ケイ素エピタキシャル基板およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示の一実施形態による炭化ケイ素エピタキシャル基板は、第1面を有する炭化ケイ素基板と、前記第1面に位置する炭化ケイ素エピタキシャル層と、を備え、前記第1面は、(000-1)C面であり、前記炭化ケイ素エピタキシャル層の上面において、線状表面欠陥密度が1.0cm
-2
未満であり、かつ、積層欠陥密度が1.2cm
-2
未満である。
(【0011】以降は省略されています)
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