JP2022188125A - SiC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＳｉＣデバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a SiC device and its manufacturing method.
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きく、熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。炭化珪素はこれらの特性を有することから、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。 Silicon carbide (SiC) has properties such as a dielectric breakdown field that is one order of magnitude larger than silicon (Si), a bandgap that is three times larger, and a thermal conductivity that is approximately three times higher. Since silicon carbide has these characteristics, it is expected to be applied to power devices, high-frequency devices, high-temperature operation devices, and the like. Therefore, in recent years, SiC epitaxial wafers have come to be used for such semiconductor devices.
ＳｉＣデバイスの実用化の促進には、高品質の結晶成長技術、高品質のエピタキシャル成長技術の確立が不可欠である。 Establishment of high-quality crystal growth technology and high-quality epitaxial growth technology is indispensable for promoting the practical use of SiC devices.
ＳｉＣデバイスは、昇華再結晶法等で成長させたＳｉＣのバルク単結晶から加工して得られたＳｉＣ単結晶基板（単に、ＳｉＣ基板ということもある）上に、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）等によってデバイスの活性領域となるＳｉＣエピタキシャル層（膜）を成長させたＳｉＣエピタキシャルウェハを用いて作製されるのが一般的である。 SiC devices are manufactured by chemical vapor deposition (Chemical It is generally manufactured using a SiC epitaxial wafer on which a SiC epitaxial layer (film), which will be the active region of the device, is grown by Vapor Deposition (CVD) or the like.
ＳｉＣエピタキシャルウェハはより具体的には、（０００１）面から＜１１－２０＞方向にオフ角を有する面を成長面とする４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板上にステップフロー成長（原子ステップからの横方向成長）させて４ＨのＳｉＣエピタキシャル層を成長させるのが一般的である。 More specifically, the SiC epitaxial wafer is step-flow grown on a 4H—SiC single crystal substrate whose growth surface is a plane having an off-angle in the <11-20> direction from the (0001) plane (lateral direction from the atomic step). growth) to grow a 4H SiC epitaxial layer.
ＳｉＣエピタキシャルウェハのエピタキシャル層の欠陥としては、ＳｉＣ単結晶基板の欠陥を引き継ぐ欠陥と、エピタキシャル層中に新たに形成される欠陥が知られている。前者としては、貫通転位、基底面転位やキャロット欠陥などが知られており、後者としては、三角欠陥などが知られている。
例えば、キャロット欠陥はエピ表面側から見るとステップフロー成長方向に長い棒状の欠陥であるが、基板の転位（貫通螺旋転位（ＴＳＤ）あるいは基底面転位（ＢＰＤ））や基板上の傷が起点として形成されると言われている（非特許文献１参照）。
また、三角欠陥はステップフロー成長方向（＜１１－２０＞方向）に沿って上流から下流側に三角形の頂点とその対辺（底辺）が順に並ぶような方向を向いて形成されるが、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造時のエピタキシャル成長前のＳｉＣ単結晶基板上あるいはエピタキシャル成長中のエピタキシャル層内に存在した異物（ダウンフォール）を起点として、そこから基板のオフ角に沿って３Ｃの多形の層が延びてエピ表面に露出しているものと言われている（非特許文献２参照）。
Known defects in the epitaxial layer of the SiC epitaxial wafer include defects inheriting defects in the SiC single crystal substrate and defects newly formed in the epitaxial layer. Threading dislocations, basal plane dislocations and carrot defects are known as the former, and triangular defects are known as the latter.
For example, a carrot defect is a long rod-shaped defect in the step-flow growth direction when viewed from the epitaxial surface side. is said to be formed (see Non-Patent Document 1).
Also, triangular defects are formed in a direction in which the vertex and the opposite side (base) of the triangle are arranged in order from upstream to downstream along the step flow growth direction (<11-20> direction), but SiC epitaxial Starting from foreign matter (downfall) present on the SiC single crystal substrate before epitaxial growth during wafer manufacture or in the epitaxial layer during epitaxial growth, the 3C polymorphic layer extends from there along the off-angle of the substrate. It is said to be exposed on the epitaxial surface (see Non-Patent Document 2).
最近、ＳｉＣ単結晶基板中のカーボンインクルージョン（以下、「基板カーボンインクルージョン」ということがある）に起因するラージピット欠陥が見出された（特許文献１参照）。この基板カーボンインクルージョン起因のラージピット（Large-pit）欠陥は、ＳｉＣ単結晶基板中のカーボンインクルージョンが起点としてエピタキシャル層で新たな欠陥として変換（転換）されたものである。 Recently, large pit defects caused by carbon inclusions (hereinafter sometimes referred to as "substrate carbon inclusions") in SiC single crystal substrates have been found (see Patent Document 1). The large-pit defect caused by the substrate carbon inclusion is converted (converted) as a new defect in the epitaxial layer starting from the carbon inclusion in the SiC single crystal substrate.
ＳｉＣエピタキシャルウェハを用いて作製されたｐｎダイオードや、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード（ボディダイオード）などのバイポーラ動作を含む素子に順方向に通電すると、ＶＦ劣化（バイポーラ劣化）が生じることが知られている。ＶＦ劣化とは、順方向通電時に、基底面転位が面欠陥である積層欠陥（ＳＦ：Stacking Fault）に拡張し、この積層欠陥は抵抗として作用するため、順方向電圧（ＶＦ）の上昇を招く現象である。 It is known that VF deterioration (bipolar deterioration) occurs when forward current is applied to elements including bipolar operation, such as pn diodes fabricated using SiC epitaxial wafers and parasitic diodes (body diodes) of MOSFETs. . VF degradation means that basal plane dislocations expand into stacking faults (SFs), which are planar defects, during forward current flow, and these stacking faults act as resistance, resulting in an increase in forward voltage ( VF ). It is a phenomenon that invites
本発明者は鋭意研究の結果、ラージピット欠陥が順方向通電により積層欠陥に拡張して、ＶＦ劣化を招くことを初めて見出した。すなわち、順方向電流印加後に基底面転位を起点として拡張し、積層欠陥が形成されることは知られていたが、順方向電流印加後にラージピット欠陥を起点として拡張し、積層欠陥が形成されることは従来知られていなかった。このラージピット欠陥を起点とした積層欠陥の形成のメカニズムには、ラージピット欠陥に付随した基底面方向に延びる転位が関連していると考えられる。
基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥も、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥も、順方向通電後にそれを起点として拡張して積層欠陥に変換し得る。
As a result of intensive research, the inventors of the present invention have found for the first time that large pit defects expand into stacking faults due to forward energization, leading to deterioration of VF . That is, it has been known that stacking faults are formed by extending from basal plane dislocations after applying a forward current. was not known in the past. The mechanism of formation of stacking faults originating from large pit defects is thought to be related to dislocations extending in the direction of the basal plane accompanying the large pit defects.
Both the large pit defect caused by the substrate carbon inclusion and the large pit defect caused by the micropipe of the substrate can be extended from the starting point and converted into a stacking fault after the forward current is passed.
そのため、ＳｉＣデバイス用のＳｉＣエピタキシャルウェハとしては、ラージピット欠陥の密度が低減され、望ましくはラージピット欠陥がないものを用いることが求められる。 Therefore, SiC epitaxial wafers for SiC devices are required to have a reduced density of large pit defects, preferably free from large pit defects.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ＶＦ劣化が抑制されたＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a SiC epitaxial wafer in which VF deterioration is suppressed and a method for manufacturing the same.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides the following means.
（１）本発明の第１の態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣエピタキシャル層が形成されたＳｉＣエピタキシャルウェハであって、前記ＳｉＣエピタキシャル層に含まれる、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計密度が１個／ｃｍ２以下である。 (1) A SiC epitaxial wafer according to a first aspect of the present invention is a SiC epitaxial wafer in which a SiC epitaxial layer is formed on a SiC single crystal substrate, and the SiC epitaxial layer includes micropipes of the substrate. The total density of large pit defects and large pit defects caused by substrate carbon inclusion is 1/cm 2 or less.
（２）上記（１）に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハは、前記基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥の密度が０．５個／ｃｍ２以下であってもよい。 (2) In the SiC epitaxial wafer described in (1) above, the density of large pit defects caused by the micropipes of the substrate may be 0.5/cm 2 or less.
（３）本発明の第２の態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣエピタキシャル層が形成されたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、前記ＳｉＣ単結晶基板中のマイクロパイプ及び基板カーボンインクルージョンの合計密度が１個／ｃｍ２以下であるＳｉＣ単結晶基板を選別する工程を有する。 (3) A method for manufacturing a SiC epitaxial wafer according to a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a SiC epitaxial wafer in which a SiC epitaxial layer is formed on a SiC single crystal substrate, wherein There is a step of selecting SiC single crystal substrates having a total density of micropipes and substrate carbon inclusions of 1/cm 2 or less.
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハによれば、ＶＦ劣化が抑制されたＳｉＣエピタキシャルウェハを提供できる。 According to the SiC epitaxial wafer of the present invention, it is possible to provide a SiC epitaxial wafer in which VF deterioration is suppressed.
以下、本発明を適用した実施形態であるＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 A SiC epitaxial wafer and a method for manufacturing the same, which are embodiments to which the present invention is applied, will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following explanation, there are cases where characteristic parts are enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratio of each component is not necessarily the same as the actual one. . In addition, the materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be implemented with appropriate changes within the scope of the present invention. .
（ＳｉＣエピタキシャルウェハ）
図１は、本発明の一実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの断面模式図である。
図１に示すＳｉＣエピタキシャルウェハ１０は、ＳｉＣ単結晶基板１上にＳｉＣエピタキシャル層２が形成されたＳｉＣエピタキシャルウェハであって、ＳｉＣエピタキシャル層２に含まれる、マイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計密度が１個／ｃｍ２以下である。
(SiC epitaxial wafer)
FIG. 1 is a cross-sectional schematic diagram of a SiC epitaxial wafer according to one embodiment of the present invention.
A SiC
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハに用いるＳｉＣ単結晶基板は、４ＨのＳｉＣ単結晶基板であることが好ましい。
また、本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハに用いるＳｉＣ単結晶基板はオフ角を有し、例えば、０．４°以上、８°以下のものであることが好ましい。典型的には、オフ角４°のものを用いることができる。
ＳｉＣ単結晶基板の厚さとしては特に限定するものではないが、例えば、１５０μｍ以上５５０μｍ以下のものを用いることができる。好ましくは３００μｍ以上４００μｍ以下のものを用いることができる。
ＳｉＣ単結晶基板のサイズとしては特に限定するものではないが、例えば、３インチ～６インチのものを用いることができる。
The SiC single crystal substrate used for the SiC epitaxial wafer of the present invention is preferably a 4H SiC single crystal substrate.
Moreover, the SiC single crystal substrate used for the SiC epitaxial wafer of the present invention preferably has an off angle, for example, 0.4° or more and 8° or less. Typically, one with an off angle of 4° can be used.
Although the thickness of the SiC single crystal substrate is not particularly limited, for example, a thickness of 150 μm or more and 550 μm or less can be used. Preferably, one having a thickness of 300 μm or more and 400 μm or less can be used.
Although the size of the SiC single crystal substrate is not particularly limited, for example, a size of 3 inches to 6 inches can be used.
本明細書において「ラージピット欠陥」とは、共焦点微分干渉顕微鏡とフォトルミネッセンス（ＰＬ）観察機能を併設した検査装置（レーザーテック株式会社製、ＳＩＣＡ８８）を用いた場合に、得られた顕微鏡像（以下、ＳＩＣＡ像ということがある）において、サイズ（像における外周の２点間を直線で結んだときの最大距離）が５μｍ以上の凹み又は穴（ピット）であり、かつ、ロングパスフィルター（≧６６０ｎｍ）を使用して得られたＰＬ像において、顕微鏡像におけるサイズと同じかそれ以上のサイズで白く見えるものである。
また、ＳＩＣＡ像において、サイズが５μｍ以上の凹みあるいは穴（ピット）であり、かつ、ＰＬ像において、顕微鏡像におけるサイズと同じかそれ以上のサイズで白く見える欠陥であっても、サイズが小さめのものについては、経験的には５０％程度は基板カーボンインクルージョン起因のものでも、基板のマイクロパイプ起因のものでもない。換言すると、この場合、５０％程度は、基板カーボンインクルージョン起因のものか、基板のマイクロパイプ起因のものか、いずれかである。
一方、ＳＩＣＡ像において、サイズが１０μｍ以上の凹みあるいは穴（ピット）であり、かつ、ＰＬ像において、顕微鏡像におけるサイズと同じかそれ以上のサイズで白く見える欠陥は経験的には、９０％程度は、基板カーボンインクルージョン起因のものか、基板のマイクロパイプ起因のものか、いずれかである。
また、ＳＩＣＡ像において、サイズが１５μｍ以上の凹みあるいは穴（ピット）であり、かつ、ＰＬ像において、顕微鏡像におけるサイズと同じかそれ以上のサイズで白く見える欠陥は経験的には、ほぼ１００％が、基板カーボンインクルージョン起因のものか、基板のマイクロパイプ起因のものか、いずれかである。
以上のように、ＳｉＣエピタキシャルウェハのＳＩＣＡ像の凹みあるいは穴（ピット）のサイズ、及び、その凹みあるいは穴（ピット）のＰＬ像のサイズ及び見え方に基づき、凹みあるいは穴（ピット）が、基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥、及び、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥のいずれかであるかを、上記確率で予測できる。すなわち、ＳＩＣＡ像においてサイズが１０μｍ以上の凹みあるいは穴（ピット）であれば、ＳｉＣエピタキシャルウェハのＳＩＣＡ像及びＰＬ像だけから、９０％程度以上の高い確率で、基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥、及び、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥のいずれかであるかを同定できる。
以下では、ＳｉＣエピタキシャルウェハのＳＩＣＡ像及びＰＬ像に、さらにＳｉＣ単結晶基板のＳＩＣＡ像及びＰＬ像を組み合わせることで高い確率で、基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥と基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥とを識別する方法について説明する。
As used herein, the term "large pit defect" refers to a microscopic image ( Hereafter, it may be referred to as a SICA image), the size (maximum distance when connecting two points on the outer periphery in the image with a straight line) is a dent or hole (pit) of 5 μm or more, and a long-pass filter (≥ 660 nm) ) in the PL image obtained using ), the size is the same or larger than the size in the microscope image and appears white.
In addition, even if the SICA image is a dent or hole (pit) with a size of 5 μm or more, and the PL image is a defect that is the same size or larger than the microscope image and looks white, the size is smaller. About 50% of the defects are empirically neither due to substrate carbon inclusions nor due to substrate micropipes. In other words, in this case, about 50% is either due to substrate carbon inclusions or due to substrate micropipes.
On the other hand, in the SICA image, it is a recess or hole (pit) with a size of 10 μm or more, and in the PL image, the defect that is the same size or larger than the size in the microscope image and looks white is empirically about 90%. is either due to substrate carbon inclusions or due to substrate micropipes.
In addition, in the SICA image, the defect that is a dent or hole (pit) with a size of 15 μm or more, and in the PL image, the defect that looks white with a size equal to or larger than the size in the microscope image is empirically almost 100%. is either due to substrate carbon inclusions or due to substrate micropipes.
As described above, based on the size of the recesses or holes (pits) in the SICA image of the SiC epitaxial wafer, and the size and appearance of the PL image of the recesses or holes (pits), the recesses or holes (pits) are located on the substrate. Either a large pit defect caused by carbon inclusion or a large pit defect caused by micropipes of the substrate can be predicted with the above probability. That is, if there is a recess or hole (pit) with a size of 10 μm or more in the SICA image, only from the SICA image and PL image of the SiC epitaxial wafer, with a high probability of about 90% or more, a large pit defect caused by substrate carbon inclusion, And it can be identified whether it is a large pit defect caused by the micropipe of the substrate.
In the following, by combining the SICA image and the PL image of the SiC epitaxial wafer with the SICA image and the PL image of the SiC single crystal substrate, a large pit defect caused by the substrate carbon inclusion and a large pit caused by the micropipe of the substrate with a high probability A method for identifying defects will be described.
＜基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥と基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の識別方法＞
ＳｉＣエピタキシャルウェハのＳｉＣエピタキシャル層におけるラージピット欠陥の起因は、ＳｉＣ単結晶基板における基板カーボンインクルージョン及び基板のマイクロパイプのＳＩＣＡ像及びＰＬ像を、ＳｉＣエピタキシャルウェハのＳＩＣＡ像及びＰＬ像と対比することにより、高い精度で同定することができる。
ＳｉＣ単結晶基板のＰＬ像において黒点が存在する場合、そのＳｉＣ単結晶基板と同じインゴット中で隣接するＳｉＣ単結晶基板のＰＬ像においてもほぼ同じ位置に黒点が存在するときは、その黒点は基板のマイクロパイプであると同定できる。これにより、その後、エピタキシャル層を形成してＳｉＣエピタキシャルウェハにおいてその黒点に対応する箇所に形成されたラージピット欠陥は基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥であると同定できる。このときのラージピット欠陥は、ＳＩＣＡ像ではピットとして観察され、ＰＬ像では白い円状（楕円状、扁平円状などを含む）や蜘蛛の巣状（中心に核があってその周りに紐状のものがあるものや、紐状のものが集まったものなど）として観察されることが多い。
一方、ＳｉＣ単結晶基板のＳＩＣＡ像においてピットとして観察され、かつ、ＰＬ像において黒点が存在する場合、そのＳｉＣ単結晶基板と同じインゴット中で隣接するＳｉＣ単結晶基板のＰＬ像においてほぼ同じ位置には黒点が存在しないときは、ＰＬ像における黒点は基板のカーボンインクルージョンであると同定できる。これにより、その後、エピタキシャル層を形成してＳｉＣエピタキシャルウェハにおいてその黒点に対応する箇所に形成されたラージピット欠陥は基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥であると同定できる。このときのラージピット欠陥は、ＳＩＣＡ像ではピットとして観察され、ＰＬ像では白い円状（楕円状、扁平円状などを含む）として観察されることが多い。
なお、ＳｉＣエピタキシャルウェハの断面を電子顕微鏡等で観察することによっても、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥と基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥との精確な識別は可能である。
<Distinguishing Method between Large Pit Defect Caused by Substrate Micropipe and Large Pit Defect Caused by Substrate Carbon Inclusion>
The cause of the large pit defect in the SiC epitaxial layer of the SiC epitaxial wafer is compared with the SICA image and PL image of the substrate carbon inclusion and the substrate micropipe in the SiC single crystal substrate with the SICA image and PL image of the SiC epitaxial wafer. , can be identified with high accuracy.
When a black point exists in the PL image of the SiC single crystal substrate, and the black point exists in substantially the same position in the PL image of the SiC single crystal substrate adjacent in the same ingot as the SiC single crystal substrate, the black point is located on the substrate. can be identified as the micropipe of As a result, the large pit defect formed in the SiC epitaxial wafer at the location corresponding to the black spot after forming the epitaxial layer can be identified as the large pit defect caused by the micropipe of the substrate. The large pit defects at this time are observed as pits in the SICA image, and in the PL image they are white circular (including elliptical and flattened circular) or spider web-like (a nucleus in the center and string-like defects around it). It is often observed as a thing with a thing or a thing with a string-like thing gathered).
On the other hand, when pits are observed in the SICA image of the SiC single crystal substrate and black spots are present in the PL image, the SiC single crystal substrate and the SiC single crystal substrate are located at approximately the same position in the PL image of the adjacent SiC single crystal substrate in the same ingot. When there are no black spots, the black spots in the PL image can be identified as carbon inclusions in the substrate. As a result, the large pit defect formed in the SiC epitaxial wafer at the location corresponding to the black spot after forming the epitaxial layer can be identified as the large pit defect caused by the substrate carbon inclusion. The large pit defect at this time is observed as a pit in the SICA image, and is often observed as a white circular shape (including an elliptical shape, a flat circular shape, etc.) in the PL image.
By observing the cross section of the SiC epitaxial wafer with an electron microscope or the like, it is possible to accurately distinguish between large pit defects caused by micropipes in the substrate and large pit defects caused by carbon inclusions in the substrate.
ＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計密度が１個／ｃｍ２以下であると、通常のＳｉＣデバイスの仕様を満たす。
ここで、ＳｉＣエピタキシャルウェハについて“基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計密度”とは、ＳＩＣＡ像において、サイズが５μｍ以上１０μｍ未満の凹みあるいは穴（ピット）であり、かつ、ＰＬ像において、顕微鏡像におけるサイズと同じかそれ以上のサイズで白く見える欠陥については、カウントされた数の５０％を当該欠陥に該当するものとし、ＳＩＣＡ像において、サイズが１０μｍ以上１５μｍ未満の凹みあるいは穴（ピット）であり、かつ、ＰＬ像において、顕微鏡像におけるサイズと同じかそれ以上のサイズで白く見える欠陥については、カウントされた数の９０％を当該欠陥に該当するものとし、ＳＩＣＡ像において、サイズが１５μｍ以上の凹みあるいは穴（ピット）であり、かつ、ＰＬ像において、顕微鏡像におけるサイズと同じかそれ以上のサイズで白く見える欠陥については、カウントされた数のすべてを当該欠陥に該当するものとし、これらの合計を当該欠陥の数とし、その面積密度を意味する。
ＳｉＣエピタキシャルウェハは、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計密度が、０．１個／ｃｍ２以下であることが好ましく、０．０１個／ｃｍ２以下であることがより好ましく、０個／ｃｍ２であることがさらに好ましい。
In a SiC epitaxial wafer, if the total density of large pit defects caused by micropipes in the substrate and large pit defects caused by carbon inclusions in the substrate is 1/cm 2 or less, the specifications of ordinary SiC devices are satisfied.
Here, for SiC epitaxial wafers, the "total density of large pit defects caused by micropipes in the substrate and large pit defects caused by carbon inclusions in the substrate" means depressions or holes (pits) having a size of 5 μm or more and less than 10 μm in the SICA image. And in the PL image, for defects that are the same size or larger than the size in the microscope image and appear white, 50% of the counted number corresponds to the defect, and in the SICA image, the size is 10 μm For defects that are dents or holes (pits) of less than 15 μm and appear white in the PL image with the same size or larger than the size in the microscope image, 90% of the counted number corresponds to the defect. For defects that are dents or holes (pits) with a size of 15 μm or more in the SICA image and that appear white in the PL image with a size equal to or larger than the size in the microscope image, the counted number All of them correspond to the defects, and the sum of these is the number of defects, and the areal density thereof.
In the SiC epitaxial wafer, the total density of large pit defects caused by substrate micropipes and large pit defects caused by substrate carbon inclusions is preferably 0.1/cm 2 or less, more preferably 0.01/cm 2 or less. more preferably 0/cm 2 .
図２に、本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハのＳＩＣＡ像及びＰＬ像を示す。図２（ａ）はＳＩＣＡ像であり、図２（ｂ）はＰＬ像である。
ＳｉＣエピタキシャルウェハは、以下のように作製した。
ＳｉＣ単結晶基板としては、（０００１）Ｓｉ面に対して＜１１－２０＞方向に４°のオフ角を有する、４インチの４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用いた。
４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板について公知の研磨工程を行った。その後、その単結晶基板をＣＶＤ装置に設置し、水素ガスによる基板表面の清浄化（エッチング）工程を行った。次に、原料ガスとしてシラン及びプロパンを用い、キャリアガスとして水素を供給しながら、成長温度１５００℃以上、Ｃ／Ｓｉ比１．２５以下の条件の下、ＳｉＣエピタキシャル成長工程を行い、膜厚１０μｍのＳｉＣエピタキシャル層をＳｉＣ単結晶基板上に形成して、ＳｉＣエピタキシャルウェハを得た。
FIG. 2 shows a SICA image and a PL image of the SiC epitaxial wafer of the present invention. FIG. 2(a) is a SICA image, and FIG. 2(b) is a PL image.
SiC epitaxial wafers were produced as follows.
A 4-inch 4H—SiC single crystal substrate having an off angle of 4° in the <11-20> direction with respect to the (0001) Si plane was used as the SiC single crystal substrate.
A known polishing process was performed on the 4H—SiC single crystal substrate. After that, the single crystal substrate was placed in a CVD apparatus, and the surface of the substrate was cleaned (etched) by hydrogen gas. Next, using silane and propane as raw material gases and supplying hydrogen as a carrier gas, a SiC epitaxial growth step is performed under conditions of a growth temperature of 1500° C. or higher and a C/Si ratio of 1.25 or lower to obtain a film thickness of 10 μm. A SiC epitaxial layer was formed on the SiC single crystal substrate to obtain a SiC epitaxial wafer.
図２に示したＳｉＣエピタキシャルウェハにおけるラージピットは、ＳＩＣＡ像においては直径１５μｍ程度の円状であり、ＰＬ像においては直径２０～３０μｍ程度の円状である。ＳｉＣエピタキシャル層形成前の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板の表面についてＳＩＣＡ像を得ており、このラージピットが基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥であることを、断面分析により確認を行った。
図３は、そのラージピットについて、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）によりその断面を観察した画像である。スケールは各目盛りが０．６μｍを示す。
図３に示すＳＴＥＭ像は一例であるが、ＳＴＥＭ像において、下方の基板の位置にマイクロパイプが見えている。また、この基板のマイクロパイプから伸びた転位が存在し、その転位の先の表面側にラージピット欠陥（図２）が見えている。このように、図３に示すＳＴＥＭ像においては、エピ表面のラージピット欠陥が基板のマイクロパイプに起因することが明確に示されている。そして、この基板のマイクロパイプと表面のラージピットとの間には、図２に示されているように転位が入っている。この転位には、表面に向かって伸びるもののほかに、基底面に沿って伸びるものも見られる。この基底面に延びる転位が、順方向通電した際に積層欠陥に拡張し、ＶＦ劣化を引き起こす。
The large pits in the SiC epitaxial wafer shown in FIG. 2 are circular with a diameter of about 15 μm in the SICA image, and circular with a diameter of about 20 to 30 μm in the PL image. A SICA image was obtained for the surface of the 4H—SiC single crystal substrate before the formation of the SiC epitaxial layer, and it was confirmed by cross-sectional analysis that the large pits were large pit defects caused by the micropipes of the substrate.
FIG. 3 is an image obtained by observing the cross section of the large pit with a scanning transmission electron microscope (STEM). The scale indicates 0.6 μm on each division.
Although the STEM image shown in FIG. 3 is an example, in the STEM image, micropipes are visible at the position of the substrate below. In addition, there are dislocations extending from the micropipes of this substrate, and large pit defects (FIG. 2) are visible on the surface side ahead of the dislocations. Thus, the STEM image shown in FIG. 3 clearly shows that the large pit defects on the epitaxial surface are caused by the micropipes of the substrate. Dislocations are present between the micropipes of the substrate and the large pits on the surface, as shown in FIG. In addition to dislocations extending toward the surface, dislocations extending along the basal plane are also observed. These dislocations extending to the basal plane expand into stacking faults when current is passed in the forward direction, causing VF degradation.
図４に、図２に示したＳｉＣエピタキシャルウェハを用いて、公知の方法にてｐｎダイオードを作製し、順方向に９６０Ａ／ｃｍ－２で１時間の通電を行った前後で、順方向の電気特性を測定した結果を示す。この通電試験により、３．４％の順方向電圧（ＶＦ）の悪化を確認した。このとき、ＳｉＣエピタキシャル層にはＢＰＤは存在せず、また、ＳｉＣ単結晶基板のＢＰＤ密度は４００／ｃｍ２以下のものを用いることにより、ラージピット以外の欠陥拡張要因による劣化の寄与を低減させている。 In FIG. 4, a pn diode was produced by a known method using the SiC epitaxial wafer shown in FIG. The results of measuring the characteristics are shown. This energization test confirmed a deterioration of the forward voltage (V F ) of 3.4%. At this time, no BPD exists in the SiC epitaxial layer, and the BPD density of the SiC single crystal substrate is 400/cm 2 or less, thereby reducing the contribution of deterioration due to defect expansion factors other than large pits. ing.
本発明のＳｉＣエピタキシャルウェハは、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥の密度が０．５個／ｃｍ２以下であることが好ましい。
ここで、ＳｉＣエピタキシャルウェハについて“基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥の密度”とは、同じインゴット中で隣接するＳｉＣ単結晶基板を用いたＳｉＣエピタキシャルウェハのＳＩＣＡ像において、ほぼ同じ位置にピットとして観察され、かつ、ＰＬ像では白い円状（楕円状、扁平円状などを含む）や蜘蛛の巣状（中心に核があってその周りに紐状のものがあるものや、紐状のものが集まったものなど）として観察される欠陥の数をカウントし、その密度を意味する。
本発明者は、基板のマイクロパイプが特に基板の周端部にあるときに、ＳｉＣエピタキシャル層の成長中に割れやすいことを見出しており、ＳｉＣエピタキシャル層の成長中に割れなかったものでもその後のデバイス作製において割れやすいことが懸念されるが、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥の密度が１０個／ｃｍ２以下である場合にはその懸念が払拭される。
The SiC epitaxial wafer of the present invention preferably has a density of large pit defects caused by micropipes in the substrate of 0.5/cm 2 or less.
Here, with respect to SiC epitaxial wafers, the “density of large pit defects caused by micropipes in the substrate” refers to the SICA images of SiC epitaxial wafers using adjacent SiC single crystal substrates in the same ingot as pits at approximately the same positions. Observed, and in the PL image, white circular (including elliptical, flattened circular, etc.) or spider web-shaped (nucleus in the center with string-like things around it, or string-like things) counts the number of defects observed as a collection of defects, and means its density.
The inventors have found that the micropipes of the substrate are susceptible to cracking during the growth of the SiC epitaxial layer, especially when the micropipes are located at the peripheral edge of the substrate, and even those that do not crack during the growth of the SiC epitaxial layer are not susceptible to subsequent cracking. Although there is concern that the substrate may be easily cracked in device fabrication, this concern is dispelled when the density of large pit defects caused by micropipes in the substrate is 10/cm 2 or less.
（ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法）
本発明の一実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣエピタキシャル層が形成されたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、ＳｉＣ単結晶基板中のマイクロパイプ及び基板カーボンインクルージョンの合計密度が１個／ｃｍ２以下であるＳｉＣ単結晶基板を選別する工程を有する。
ここで、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法において“ＳｉＣ単結晶基板中のマイクロパイプ及び基板カーボンインクルージョンの合計密度”とは、ＳｉＣ単結晶基板のＳＩＣＡ像においてピットが観察され、かつ、そのＰＬ像が黒点として観察される欠陥の数をカウントし、その合計密度を意味する。
その他の工程、例えば、基板の研磨工程、ＳｉＣエピタキシャル層の形成工程としては、公知の条件で行うことができる。
(Manufacturing method of SiC epitaxial wafer)
A method for manufacturing a SiC epitaxial wafer according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a SiC epitaxial wafer in which a SiC epitaxial layer is formed on a SiC single crystal substrate, wherein micropipes and substrate carbon in the SiC single crystal substrate are A step of selecting SiC single crystal substrates having a total density of inclusions of 1/cm 2 or less is provided.
Here, in the SiC epitaxial wafer manufacturing method, the “total density of micropipes and substrate carbon inclusions in the SiC single crystal substrate” means that pits are observed in the SICA image of the SiC single crystal substrate, and the PL image is black dots. Count the number of defects observed as , and mean their total density.
Other processes, such as the substrate polishing process and the SiC epitaxial layer forming process, can be performed under known conditions.
かかる選別工程を有するＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法によれば、ＳｉＣエピタキシャル層に含まれる、マイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計密度が１個／ｃｍ２以下であるＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。 According to the SiC epitaxial wafer manufacturing method having such a selection step, the total density of large pit defects caused by micropipes and large pit defects caused by substrate carbon inclusion contained in the SiC epitaxial layer is 1/cm 2 or less. SiC epitaxial wafers can be produced.
１ ＳｉＣ単結晶基板
２ ＳｉＣエピタキシャル層
１０ ＳｉＣエピタキシャルウェハ
REFERENCE SIGNS LIST 1 SiC
Claims (7)
前記ＳｉＣエピタキシャルウェハは、３インチ～６インチのＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣエピタキシャル層が形成され、
前記ＳｉＣエピタキシャル層に含まれる、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計数が同定され、かつ、前記ＳｉＣエピタキシャル層に含まれる、前記基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び前記基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計密度が１個／ｃｍ２以下である、ＳｉＣデバイス。 comprising a SiC epitaxial wafer;
The SiC epitaxial wafer has a SiC epitaxial layer formed on a 3-inch to 6-inch SiC single crystal substrate,
A total number of substrate micropipe-induced large pit defects and substrate carbon inclusion-induced large pit defects contained in the SiC epitaxial layer is identified; A SiC device, wherein the total density of large pit defects and large pit defects caused by carbon inclusions in the substrate is 1/cm 2 or less.
前記ＳｉＣデバイスの製造方法は、
３インチ～６インチのＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣエピタキシャル層が形成されたＳｉＣエピタキシャルウェハを使用し、
前記ＳｉＣエピタキシャル層に含まれる、基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計数が同定され、かつ、前記ＳｉＣエピタキシャル層に含まれる、前記基板のマイクロパイプ起因のラージピット欠陥及び前記基板カーボンインクルージョン起因のラージピット欠陥の合計密度が１個／ｃｍ２以下である、ＳｉＣデバイスの製造方法。 A method for manufacturing a SiC device using a SiC epitaxial wafer,
The method for manufacturing the SiC device comprises:
Using a SiC epitaxial wafer in which a SiC epitaxial layer is formed on a 3-inch to 6-inch SiC single crystal substrate,
A total number of substrate micropipe-induced large pit defects and substrate carbon inclusion-induced large pit defects contained in the SiC epitaxial layer is identified; A method for manufacturing a SiC device, wherein the total density of large pit defects and large pit defects caused by carbon inclusion in the substrate is 1/cm 2 or less.
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