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公開番号2025066386
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-23
出願番号2023175927
出願日2023-10-11
発明の名称炭化珪素基板の製造方法、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の製造方法、および炭化珪素基板
出願人住友電気工業株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類C30B 29/36 20060101AFI20250416BHJP(結晶成長)
要約【課題】炉の内壁面からパーティクルが飛散することを抑制しつつ、温度条件を決定可能な炭化珪素基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本開示に係る炭化珪素基板の製造方法は、炉内に配置された第1サセプタに基板を配置した状態で炉内に水素ガスを流すことによって炉の内壁面に付着しているパーティクルを除去する第1工程と、第1工程の後に、炉内に水素ガスと原料ガスとドーパントガスとを流すことによって内壁面上に第1炭化珪素層を形成する第2工程と、第2工程の後に、炉内に配置された第2サセプタに第1炭化珪素単結晶基板を配置する第3工程と、炉内に配置された第2サセプタに第1炭化珪素単結晶基板を配置した状態で炉内に水素ガスと原料ガスとドーパントガスとを流すことによって、第1炭化珪素単結晶基板上に第2炭化珪素層を形成する第4工程と、第2炭化珪素層を用いて温度条件を決定する第5工程とを有している。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
炉内に配置された第１サセプタに基板を配置した状態で前記炉内に水素ガスを流すことによって前記炉の内壁面に付着しているパーティクルを除去する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記炉内に前記水素ガスと原料ガスとドーパントガスとを流すことによって前記内壁面上に第１炭化珪素層を形成する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記炉内に配置された第２サセプタに第１炭化珪素単結晶基板を配置する第３工程と、
前記炉内に配置された前記第２サセプタに前記第１炭化珪素単結晶基板を配置した状態で前記炉内に前記水素ガスと前記原料ガスと前記ドーパントガスとを流すことによって、前記第１炭化珪素単結晶基板上に第２炭化珪素層を形成する第４工程と、
前記第２炭化珪素層を用いて温度条件を決定する第５工程とを備え、
前記第４工程におけるサセプタ温度は、前記第２工程における前記炉の内部の温度以下であり、
前記第４工程における前記ドーパントガスの流量は、前記第２工程における前記ドーパントガスの流量以下である、炭化珪素基板の製造方法。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１炭化珪素層は、前記内壁面に接する第１層と、前記第１層上に設けられている第２層とを含み、
前記第１層の窒素濃度は、前記第２層の窒素濃度よりも高く、
前記第２層を形成する際における前記炉の内部の温度は、前記第１層を形成する際における前記炉の内部の温度よりも高い、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
炉内に配置された第１サセプタに基板を配置した状態で前記炉内に水素ガスを流すことによって前記炉の内壁面に付着しているパーティクルを除去する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記炉内に配置された第２サセプタに第１炭化珪素単結晶基板を配置する第２工程と、
前記炉内に配置された前記第２サセプタに前記第１炭化珪素単結晶基板を配置した状態で前記炉内に前記水素ガスと原料ガスとドーパントガスとを流すことによって、前記内壁面上に第１炭化珪素層を形成しつつ前記第１炭化珪素単結晶基板上に第３炭化珪素層を形成する第３工程と、
前記第３工程の後に、前記炉内に前記水素ガスと前記原料ガスと前記ドーパントガスとを流すことによって前記第３炭化珪素層上に第２炭化珪素層を形成する第４工程と、
前記第２炭化珪素層を用いて温度条件を決定する第５工程とを備え、
前記第４工程におけるサセプタ温度は、前記第３工程におけるサセプタ温度以下であり、
前記第４工程における前記ドーパントガスの流量は、前記第３工程における前記ドーパントガスの流量以下である、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１炭化珪素層は、前記内壁面に接する第１層と、前記第１層上に設けられている第２層とを含み、
前記第１層の窒素濃度は、前記第２層の窒素濃度よりも高く、
前記第２層を形成する際におけるサセプタ温度は、前記第１層を形成する際におけるサセプタ温度よりも高い、請求項３に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１サセプタと前記第２サセプタとは、異なっている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１サセプタと前記第２サセプタとは、同じである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項７】
前記第１工程の後に、前記基板のエッチング量に基づいて、前記第１工程におけるサセプタ温度を算出する工程をさらに備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項８】
前記第１工程は、前記炉のメンテナンス後に実施される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法を用いてエピタキシャル成長における温度条件を決定する工程と、
決定した温度条件を用いて第２炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程とを備えた、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法を用いてエピタキシャル成長における温度条件を決定する工程と、
決定した温度条件を用いて第２炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程と、
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た、炭化珪素半導体装置の製造方法。
（【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、炭化珪素基板の製造方法、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の製造方法、および炭化珪素基板に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０２０／１１５９５０号（特許文献１）には、第１アンモニアガスをドーパントガスとして用いて第１炭化珪素基板上に第１炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する工程と、前記第１炭化珪素層の厚みおよび前記第１炭化珪素層のキャリア濃度を測定する工程と、第２炭化珪素層の形成条件を算出する工程とを有する炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／１１５９５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の目的は、炉の内壁面からパーティクルが飛散することを抑制しつつ、温度条件を決定可能な炭化珪素基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る炭化珪素基板の製造方法は、炉内に配置された第１サセプタに基板を配置した状態で炉内に水素ガスを流すことによって炉の内壁面に付着しているパーティクルを除去する第１工程と、第１工程の後に、炉内に水素ガスと原料ガスとドーパントガスとを流すことによって内壁面上に第１炭化珪素層を形成する第２工程と、第２工程の後に、炉内に配置された第２サセプタに第１炭化珪素単結晶基板を配置する第３工程と、炉内に配置された第２サセプタに第１炭化珪素単結晶基板を配置した状態で炉内に水素ガスと原料ガスとドーパントガスとを流すことによって、第１炭化珪素単結晶基板上に第２炭化珪素層を形成する第４工程と、第２炭化珪素層を用いて温度条件を決定する第５工程とを備えている。第４工程におけるサセプタ温度は、第２工程における炉の内部の温度以下である。第４工程におけるドーパントガスの流量は、第２工程におけるドーパントガスの流量以下である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、炉の内壁面からパーティクルが飛散することを抑制しつつ、温度条件を決定可能なパーティクルの付着を抑制可能な炭化珪素基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、第１実施形態に係る炭化珪素基板の構成を示す平面模式図である。
図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。
図３は、炭化珪素基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。
図４は、第１実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を概略的に示すフロー図である。
図５は、炉内に配置された第１サセプタに基板を配置した状態を示す断面模式図である。
図６は、炉内に配置された第１サセプタに基板を配置した状態で内壁面に付着しているパーティクルを除去する工程における炉の内部の温度および水素ガスの流量の各々の時間変化を示す模式図である。
図７は、炉内に配置された第１サセプタに基板を配置した状態で内壁面に付着しているパーティクルを除去する工程を示す断面模式図である。
図８は、第１成長工程における炉の内部の温度、水素ガスの流量、およびアンモニアガスの流量の各々の時間変化を示す模式図である。
図９は、内壁面上に第１炭化珪素層を形成する工程を示す断面模式図である。
図１０は、炉の内部に第１炭化珪素単結晶基板を配置する工程を示す断面模式図である。
図１１は、第２成長工程におけるサセプタ温度、水素ガスの流量、およびアンモニアガスの流量の各々の時間変化を示す模式図である。
図１２は、第１炭化珪素単結晶基板上に第２炭化珪素層を形成する工程を示す断面模式図である。
図１３は、第２実施形態に係る炭化珪素基板の構成を示す断面模式図である。
図１４は、第２実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を概略的に示すフロー図である。
図１５は、第２実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法における第１炭化珪素単結晶基板を配置する工程を示す断面模式図である。
図１６は、第２実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法における第１成長工程におけるサセプタ温度、水素ガスの流量、およびアンモニアガスの流量の各々の時間変化を示す模式図である。
図１７は、第３炭化珪素層上に第２炭化珪素層を形成する工程を示す断面模式図である。
図１８は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
図１９は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す断面模式図である。
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。
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。
図２２は、第２炭化珪素エピタキシャル層の第６主面にトレンチを形成する工程を示す断面模式図である。
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。
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。
図２５は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【０００９】
（１）本開示に係る炭化珪素基板１００の製造方法は、炉２２０内に配置された第１サセプタ２１１に基板９９を配置した状態で炉２２０内に水素ガスを流すことによって炉２２０の内壁面２０５に付着しているパーティクル９０を除去する第１工程と、第１工程の後に、炉２２０内に水素ガスと原料ガスとドーパントガスとを流すことによって内壁面２０５上に第１炭化珪素層１０を形成する第２工程と、第２工程の後に、炉２２０内に配置された第２サセプタ２１２に第１炭化珪素単結晶基板７１を配置する第３工程と、炉２２０内に配置された第２サセプタ２１２に第１炭化珪素単結晶基板７１を配置した状態で炉２２０内に水素ガスと原料ガスとドーパントガスとを流すことによって、第１炭化珪素単結晶基板７１上に第２炭化珪素層２０を形成する第４工程と、第２炭化珪素層２０を用いて温度条件を決定する第５工程とを有している。第４工程におけるサセプタ温度は、第２工程におけるサセプタ温度以下である。第４工程におけるドーパントガスの流量は、第２工程におけるドーパントガスの流量以下である。
【００１０】
（２）上記（１）に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、第１炭化珪素層１０は、第１層１１と、第２層１２とを有していてもよい。第１層１１は、内壁面２０５に接していてもよい。第２層１２は、第１層１１上に設けられていてもよい。第１層１１の窒素濃度は、第２層１２の窒素濃度よりも高くてもよい。第２層１２を形成する際における炉２２０の内部の温度は、第１層１１を形成する際における炉２２０の内部の温度よりも高くてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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