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公開番号2025011298
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-23
出願番号2024184554,2023208355
出願日2024-10-21,2020-07-08
発明の名称炭化ケイ素半導体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H01L 21/205 20060101AFI20250116BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】基底面転位のより少ない炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板は、オフセット角が8°以下であり、二乗平均粗さが0.1nm以下である表面を有する炭化ケイ素単結晶基板1と、複数の炭化ケイ素単結晶エピタキシャル層とを有し、炭化ケイ素単結晶基板1に接する第1エピタキシャル層2は、C/Siが1.0以上1.4以下を満たすガス供給条件で形成され、第1エピタキシャル層2のドナー濃度は、5×10¹⁸cm^-3以上、2×10¹⁹cm^-3以下であり、第1エピタキシャル層2上に形成された第2エピタキシャル層3中の基底面転位密度の、炭化ケイ素単結晶基板1の基底面転位密度に対する割合は、0.1%以下である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
オフセット角が０°以上８°以下であり、二乗平均粗さが０．１ｎｍ以下である表面を有する炭化ケイ素単結晶基板と、
前記炭化ケイ素単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面の表面に順次成長させた、複数の炭化ケイ素単結晶エピタキシャル層と、を有し、
前記複数の炭化ケイ素単結晶エピタキシャル層のうち、前記炭化ケイ素単結晶基板に接する第１エピタキシャル層は、Ｃ／Ｓｉが１．０以上１．４以下を満たすガス供給条件で形成されることにより、
前記第１エピタキシャル層のドナー濃度は、５×１０
１８
ｃｍ
－３
以上、２×１０
１９
ｃｍ
－３
以下であり、
前記複数の炭化ケイ素単結晶エピタキシャル層のうち、前記第１エピタキシャル層上に形成された第２エピタキシャル層中の基底面転位密度は、前記炭化ケイ素単結晶基板の基底面転位密度に対する割合が０．１％以下であり、
前記複数の炭化ケイ素単結晶エピタキシャル層の最表面の二乗平均粗さＲｑ（ｎｍ）は、Ｒｑ（ｎｍ）＜０．３２６の関係を満足する、
炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
請求項１記載の炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板において、前記炭化ケイ素単結晶基板に接する第１エピタキシャル層は、Ｎ／Ｃが４．０以上１１０以下を満たすガス供給条件で形成される、
炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板。
【請求項３】
請求項１記載の炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板において、前記Ｒｑ（ｎｍ）は、０．２８８～０．３２６である、
炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板。
【請求項４】
請求項１記載の炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板において、前記第１エピタキシャル層のドナー濃度は、８×１０
１８
ｃｍ
－３
以上、２×１０
１９
ｃｍ
－３
以下である、
炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板。
【請求項５】
請求項１記載の炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板において、前記炭化ケイ素単結晶基板に接する第１エピタキシャル層のドナー濃度は、１×１０
１９
ｃｍ
－３
以上、２×１０
１９
ｃｍ
－３
以下である、
炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板。
【請求項６】
請求項１記載の炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板において、前記炭化ケイ素単結晶基板に接する第１エピタキシャル層の厚さは、３μｍ以上、１０μｍ以下である、
炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化ケイ素半導体エピタキシャル基板の製造方法に利用できるものである。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、高周波、大電力の制御を目的として、シリコン（Ｓｉ）を用いた電力用半導体素子（パワーデバイス）の開発が進められ、様々な改良により大幅な素子特性の向上が図られてきた。しかし、現在、こうした電力用半導体素子の素子性能は、ほぼシリコンの物性値から計算される理論上の限界値に近づいている。このため、素子特性をさらに向上させる目的で、新たな半導体材料を用いた電力用半導体素子が検討されている。
【０００３】
そのような電力用半導体素子用の半導体材料として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が注目されている。炭化ケイ素はシリコンより一桁以上高い絶縁破壊電界を持つため、高耐圧デバイスへの適用が可能と見られるほか、耐熱性に優れるなどシリコンと比較してはるかに優れた半導体特性をもつと期待されている。
【０００４】
炭化ケイ素を用いて電力用半導体素子を作製する場合、炭化ケイ素単結晶基板上に炭化ケイ素単結晶薄膜を化学気相堆積法と呼ばれる方法を用いてエピタキシャル成長させ、このエピタキシャル層中に半導体素子を作り込むことが考えられる。このエピタキシャル層は、例えば、炭化ケイ素単結晶基板を加熱した状態で、ケイ素（Ｓｉ）原子を供給するためのモノシラン（ＳｉＨ
４
）ガスおよび炭素（Ｃ）原子を供給するためのプロパン（Ｃ
３
Ｈ
８
）ガスを導入することにより、炭化ケイ素単結晶基板上に成長させる。
【０００５】
特許文献１（米国特許第４９１２０６４号明細書）は、エピタキシャル成長の際、異相の発生を防ぐために、炭化ケイ素単結晶の（０００１）結晶面を表面に対して３～１２°傾けた基板を用いる方法を開示している。現在、炭化ケイ素単結晶基板上エピタキシャル層を形成する場合にはこの方法が広く採用されている。（０００１）結晶面の、表面に対する傾斜角を以下ではオフセット角と称する。
【０００６】
また、特許文献２（特開２００５－３１１３４８号公報）および非特許文献１は、炭化ケイ素単結晶基板に存在する基底面転位が、エピタキシャル層に伝播し、それにより、バイポーラ素子またはバイポーラ型の寄生ダイオードを内蔵するユニポーラ素子の信頼性が低下することを開示している。
【０００７】
特許文献３（特開２００８－４８８８号公報）は、エピタキシャル成長前の炭化ケイ素単結晶基板の表面を水素エッチングまたは化学的機械研磨などにより所定の粗度値以下に平滑にし、さらに原料ガスの流量を所定の条件を満たすように設定することで、エピタキシャル層に伝播する基底面転位が減少することを開示している。
【０００８】
特許文献４（特開平９－３２１３２３号公報）および非特許文献２は、炭化ケイ素半導体素子の電気特性の安定性を高めるために、半導体素子を作り込むエピタキシャル層と炭化ケイ素単結晶基板との間に不純物濃度の高いエピタキシャル層を設けることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
米国特許第４９１２０６４号明細書
特開２００５－３１１３４８号公報
特開２００８－４８８８号公報
特開平９－３２１３２３号公報
【非特許文献】
【００１０】
マテリアルズサイエンスフォーラム（Materials Science Forum）２００７年、第６００－６０３巻、ｐ．１１２７－１１３０
エピワールド社の製品資料２０１８年１０月版、［令和２年３月１３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.epiworld-cn.com＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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