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公開番号2025017232
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-05
出願番号2023120242
出願日2023-07-24
発明の名称炭化珪素半導体ウェハ、炭化珪素半導体装置および炭化珪素単結晶の製造方法
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250129BHJP()
要約【課題】BPDがSSFに拡張することを抑制する。
【解決手段】n型不純物がドープされたn型SiCで構成されるSiC基板11を構成するSiCウェハにおいて、SiC基板11にBを含めるようにし、SiC基板11内のB濃度が9.0×10¹⁶/cm³以上となるようにする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ｎ型不純物がドープされたｎ型炭化珪素で構成される炭化珪素基板（１１）を構成する炭化珪素ウェハであって、
前記炭化珪素基板にホウ素が含まれており、前記炭化珪素基板内のホウ素濃度が９．０×１０
１６
／ｃｍ
３
以上とされている、炭化珪素ウェハ。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記ホウ素濃度が１．５×１０
１７
／ｃｍ
３
以上とされている、請求項１に記載の炭化珪素ウェハ。
【請求項３】
厚みが３２５～３７５μｍの６インチウェハもしくは８インチウェハで構成され、前記ホウ素濃度が１．７５×１０
１７
／ｃｍ
３
以下とされている、請求項１または２に記載の炭化珪素ウェハ。
【請求項４】
厚みが４７５～５２５μｍの８インチウェハで構成され、前記ホウ素濃度が７．２×１０
１７
／ｃｍ
３
以下とされている、請求項１または２に記載の炭化珪素ウェハ。
【請求項５】
ｎ型不純物がドープされたｎ型炭化珪素で構成される炭化珪素基板（１１）と、
前記炭化珪素基板上に形成され、前記炭化珪素基板よりもｎ型不純物濃度が低くされたｎ型の低濃度層（１３）と、
前記低濃度層上に形成され、前記基板の面方向における一方向を長手方向とする複数の線状部分を有するｐ型のディープ層（１５）と、
前記低濃度層上に配置され、前記ディープ層に挟まれた線状部分を有するｎ型のＪＦＥＴ部（１４）と、
前記ＪＦＥＴ部および前記ディープ層の上に配置されたｐ型のベース領域（１７）と、
前記ベース領域の表層部に形成されたｎ型のソース領域（１８）と、
前記ソース領域および前記ベース領域を貫通するゲートトレンチ（２１）の壁面に形成されたゲート絶縁膜（２２）と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極（２３）とを有する前記トレンチゲート構造と、
前記ソース領域および前記ベース領域と電気的に接続されるソース電極（２５）と、
前記基板と電気的に接続されるドレイン電極（２６）と、を備え、
前記ディープ層と前記ＪＦＥＴ部および前記低濃度層によって内蔵ダイオード（４０）が構成されていると共に、前記内蔵ダイオードが還流動作する際に流れる電流の電流密度が１１．６Ａ／ｍｍ
２
以上とされ、
前記炭化珪素基板にホウ素が含まれており、前記炭化珪素基板内のホウ素濃度が９．０×１０
１６
／ｃｍ
３
以上とされている、炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
前記内蔵ダイオードが還流動作する際に流れる電流の電流密度が１４．６Ａ／ｍｍ
２
以上とされ、
前記ホウ素濃度が１．５×１０
１７
／ｃｍ
３
以上とされている、請求項５に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項７】
前記炭化珪素基板は、厚みが３２５～３７５μｍとされ、前記ホウ素濃度が１．７５×１０
１７
／ｃｍ
３
以下とされている、請求項５または６に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項８】
前記炭化珪素基板は、厚みが４７５～５２５μｍとされ、前記ホウ素濃度が７．２×１０
１７
／ｃｍ
３
以下とされている、請求項５または６に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項９】
前記ディープ層は、厚みが１μｍ以下とされている、請求項５または６に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項１０】
前記ＪＦＥＴ部および前記ディープ層の上に形成され、前記ゲートトレンチの深さ方向先端側に接して形成されたｎ型の電流分散層（１６）と、
前記ベース領域と前記ディープ層とを連結させるｐ型の連結層（２０）と、を有し、
前記電流分散層および前記連結層の上に前記ベース領域が形成されており、
前記ディープ層はイオン注入層によって構成されており、前記ソース領域の表面から前記ディープ層の底部までの深さが１μｍ以上とされている、請求項５または６に記載の炭化珪素半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）半導体ウェハ、ＳｉＣ半導体装置およびＳｉＣ単結晶の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
優れた半導体特性を有することから、車両用パワーデバイスなどの各種半導体装置の材料としてＳｉＣが実用化されつつある。しかしながら、ＳｉＣ単結晶基板中には、基底面転位（以下、ＢＰＤという）と呼ばれる（０００１）面上に転位線を有する波状転位が含まれている。
【０００３】
このようなＳｉＣ単結晶基板上にエピタキシャル膜を成長させてＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略）等のスイッチング素子を備えたＳｉＣ半導体装置を構成した場合、内蔵ダイオードが構成される。このＳｉＣ半導体装置がインバータ回路などに適用され、スイッチング時の還流動作によって内蔵ダイオードがバイポーラ動作すると、ＢＰＤがショックレー型積層欠陥（以下、ＳＳＦという）へ拡張する可能性がある。すなわち、ＢＰＤの近傍を通過するホールがｎ型層中の電子と再結合し、大きな再結合エネルギーが生じるため、ＢＰＤがＳＳＦに拡張する。ＳＳＦはＢＰＤよりも占有面積が大きく、ＳｉＣ半導体装置の電気特性を低下させ易い欠陥であるため、ＢＰＤがＳＳＦへ拡張することを抑制することが望まれる。
【０００４】
一方、ＢＰＤがＳＳＦへ拡張することを抑制する技術が特許文献１に提案されている。ここでは、ＳｉＣ単結晶基板の一面上にエピタキシャル膜を配置するＳｉＣ半導体装置を製造するに際し、ｎ型のＳｉＣ単結晶基板の形成に用いるインゴットの製造時に、ｐ型不純物を混入させるようにしている。これにより、ＳｉＣ単結晶基板内の結晶性が向上し、ＢＰＤがＳＳＦへ拡張するのに必要なエネルギーが大きくなるため、ＢＰＤがＳＳＦに拡張することが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２１－５７３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＳｉＣ単結晶基板へのｐ型不純物の混入により、ＢＰＤがＳＳＦに拡張することを抑制する効果が得られるものの、ＳｉＣ半導体装置に備えられる内蔵ダイオードに流れる電流によってはその効果が十分に得られなかった。
【０００７】
本開示は、ＢＰＤがＳＳＦに拡張することを抑制できる炭化珪素半導体ウェハ、炭化珪素半導体装置および炭化珪素単結晶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】
本開示の１つの観点は、
ｎ型不純物がドープされたｎ型ＳｉＣで構成されるＳｉＣ基板（１１）を構成するＳｉＣウェハであって、
前記ＳｉＣ基板にＢ（ホウ素）が含まれており、前記ＳｉＣ基板内のＢ濃度が９．０×１０
１６
／ｃｍ
３
以上とされている。
【０００９】
このように、ｎ型のＳｉＣ基板内にＢを導入しつつ、Ｂ濃度を限定し、Ｂ濃度が９．０×１０
１６
／ｃｍ
３
以上となるようにしている。これにより、ＢＰＤがＳＳＦに拡張することを抑制することが可能となる。
【００１０】
本開示のもう１つの観点は、
ｎ型不純物がドープされたｎ型ＳｉＣで構成されるＳｉＣ基板（１１）と、
前記ＳｉＣ基板上に形成され、前記ＳｉＣ基板よりもｎ型不純物濃度が低くされたｎ型の低濃度層（１３）と、
前記低濃度層上に形成され、前記基板の面方向における一方向を長手方向とする複数の線状部分を有するｐ型のディープ層（１５）と、
前記低濃度層上に配置され、前記ディープ層に挟まれた線状部分を有するｎ型のＪＦＥＴ部（１４）と、
前記ＪＦＥＴ部および前記ディープ層の上に配置されたｐ型のベース領域（１７）と、
前記ベース領域の表層部に形成されたｎ型のソース領域（１８）と、
前記ソース領域および前記ベース領域を貫通するゲートトレンチ（２１）の壁面に形成されたゲート絶縁膜（２２）と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極（２３）とを有する前記トレンチゲート構造と、
前記ソース領域および前記ベース領域と電気的に接続されるソース電極（２５）と、
前記基板と電気的に接続されるドレイン電極（２６）と、を備え、
前記ディープ層と前記ＪＦＥＴ部および前記低濃度層を含むｐｎ接合によって内蔵ダイオード（４０）が構成されていると共に、前記内蔵ダイオードが還流動作する際に流れる電流の電流密度が１１．６Ａ／ｍｍ
２
以上とされ、
前記ＳｉＣ基板にＢが含まれており、前記ＳｉＣ基板内のＢ濃度が９．０×１０
１６
／ｃｍ
３
以上とされている。
（【００１１】以降は省略されています）

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