JP4459723B2 - 炭化珪素単結晶、炭化珪素基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
そのため、第mサイクルにおいて形成された溝の側面を第2成長面として、この第2成長面には、前工程の成長結晶中に存在する転位はほとんど露出されない。これは、前工程の成長結晶中の転位の多くは、上記傾斜方向から<0001>を回転軸として45°〜135°回転したところを第2傾斜方向として、該第2傾斜方向から45°〜135°回転した方向に平行に存在しており,該転位が第2成長面に露出する確率は小さくなるからである。それ故、第2成長結晶中には第2成長面から転位が継承されることはほとんどなく、転位及び欠陥はほとんど発生しない。また、連続成長工程は、1回(N=2のとき)、又は複数回繰り返して行うことができる。そして,連続成長工程の回数を増やす毎に,得られる成長結晶のいわゆる転位密度を指数関数的に減少させることができる。
本発明の炭化珪素基板の製造方法は、図1〜図3に示すごとく、炭化珪素単結晶からなる炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成長させて高品質な炭化珪素エピタキシャル膜を形成することで実現される。以下、図1〜図3に基づき炭化珪素基板の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素(000−1)C面のN型基板1を用意する。この表面に溝エッチング用マスクとなるLTO膜(酸化膜)を成膜した後、フォトリソグラフィによりパターニングする。パターンとしては、その開口部分の長手方向が基板1のオフ方向と平行になるストライプパターンとし、開口部分の幅(溝幅)が例えば2μmとなるように設定する。基板1のオフ方向が、<11−20>方向であれば、ストライプパターンも<11−20>方向に平行に形成する。
次に、ダメージ除去を行った装置と同一装置内でエピタキシャル膜5を連続して形成する。このように、ダメージ除去とエピタキシャル膜形成とを同一装置で行うことで、半導体基板を大気中に曝させないようにでき、基板表面への汚染物の付着を低減できる。しかも、基板加熱における昇降温時間を省略することが可能となるため、半導体結晶製造のスループットを向上させることが可能となる。
、N型不純物濃度の制御にはN2ガスを適宜使用する。この際、エピタキシャル膜のN型不純物濃度を基板とほぼ同じ程度に制御することが好ましい。このようにすることにより、品質の良いエピタキシャル膜が形成できる。
〔図1(c)に示す工程〕
次に、非溝部6の上に形成されたエピタキシャル膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)等によりエッチバックするとともに、平坦な表面を形成する。そして、この表面に溝エッチング用マスクとなるLTO膜を成膜した後、フォトリソグラフィによりパターニングする。パターンとしては、前工程と同様に、その開口部分の長手方向が基板のオフ方向と平行になるストライプパターンとし、開口部分が非溝部6を含む領域になるように設定する。
〔図2(a)に示す工程〕
次に、ダメージ除去を行った装置と同一装置内でエピタキシャル膜10を連続して形成する。このエピタキシャル成長工程では、1625℃以上の高温水素雰囲気中に原料ガスとなるSiH4ガスとC3H8ガスを導入することによってエピタキシャル成長を行う。そして、N型不純物濃度の制御にはN2ガスを適宜使用する。この際、エピタキシャル膜10のN型不純物濃度を前工程で行ったエピタキシャル成長工程とほぼ同じ程度に制御することが好ましい。このようにすることにより、品質の良いエピタキシャル膜が形成できる。
〔図2(b)に示す工程〕
次に、非溝部9の上に形成されたエピタキシャル膜をCMP等によりエッチバックするとともに、平坦な表面を形成する。
〔図2(c)に示す工程〕
次に、ダメージ除去を行った装置と同一装置内でエピタキシャル膜13を連続して形成する。このエピタキシャル成長工程では、1625℃以上の高温水素雰囲気中に原料ガスとなるSiH4ガスとC3H8ガスを導入することによってエピタキシャル成長を行う。そして、N型不純物濃度の制御にはN2ガスを適宜使用する。この際、エピタキシャル膜13のN型不純物濃度を前工程で行ったエピタキシャル成長工程とほぼ同じ程度に制御することが好ましい。このようにすることにより、品質の良いエピタキシャル膜が形成できる。
〔図3(a)に示す工程〕
次に、非溝部14の上に形成されたエピタキシャル膜をCMP等によりエッチバックするとともに、平坦な表面を形成する。
〔図3(b)に示す工程〕
次に、ダメージ除去を行った装置と同一装置内でエピタキシャル膜17を連続して形成する。このエピタキシャル成長工程では、1625℃以上の高温水素雰囲気中に原料ガスとなるSiH4ガスとC3H8ガスを導入することによってエピタキシャル成長を行う。そして、N型不純物濃度の制御にはN2ガスを適宜使用する。この際、エピタキシャル膜17のN型不純物濃度を前工程で行ったエピタキシャル成長工程とほぼ同じ程度に制御することが好ましい。このようにすることにより、品質の良いエピタキシャル膜が形成できる。
〔図3(c)に示す工程〕
次に、非溝部18の上に形成されたエピタキシャル膜をCMP等によりエッチバックするとともに、平坦なエピタキシャル膜表面を形成する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態とほぼ同様であるため、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態とほぼ同様であるため、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、まず、炭化珪素のN型基板30を複数枚用意し、図7(a)に示すように、(1−100)面を側面31として対向させて、エピタキシャル成長装置内に並べる。次に、1625℃以上の高温水素雰囲気中に原料ガスとなるSiH4ガスとC3H8ガスを、それぞれの側面31と側面31の間へ導入することによってエピタキシャル成長を行う。エピタキシャル膜32は、それぞれの側面31の上に形成され、最終的には、図7(b)に示すように、側面31と側面31との間がエピタキシャル膜32で埋め尽くされる。このエピタキシャル膜32は、(1−100)面上に成長したエピタキシャル膜であるため、<000−1>方向の転位と<11−20>方向の転位は存在しない。
上記第1実施形態では、溝の側壁が(000−1)C面に対して90°傾いた面、第2実施形態では、90°とは異なる角度傾いた面となるようにしている。しかしながら、これらは単なる一例であり、具体的には、{0001}面から1〜90°傾いた物となっていれば、上記各実施形態に示した効果を得ることができる。
Claims (7)
- 炭化珪素単結晶からなる基板の表面に炭化珪素単結晶を成長させ炭化珪素基板を製造する炭化珪素基板の製造方法において、
{0001}面から傾斜角度1°〜90°傾いた面を側面とする溝を複数同一方向に一定間隔をおいて並べて前記基板に形成する工程と、
前記溝の側壁からエピタキシャル成長を行うことで前記溝を炭化珪素単結晶にて構成される炭化珪素エピタキシャル膜で満たす工程とを含む工程を1サイクルとして、Nサイクル(NはN≧2の自然数)行い、
第(m+1) サイクル(mはm≦N−1の任意の自然数)の前記{0001}面から傾斜角度1°〜90°傾いた面を側面とする溝を複数同一方向に一定間隔をおいて並べて前記基板に形成する工程において、第mサイクルで形成した溝と同一方向で、かつ、第mサイクルにおいて溝を形成しなかった領域を含むように溝を形成することを1サイクル以上含み、
第nサイクル(nはn≦N−1の任意の自然数、かつ、mとは異なる数)における成長面の法線ベクトルを{0001}面に投影したベクトルの方向と、第(n+1)サイクルにおける成長面の法線ベクトルを{0001}面に投影したベクトルの方向とのなす角度が45°から135°の範囲となるように成長面の方位の変更を含むことを特徴とする炭化珪素エピタキシャル膜付きの炭化珪素基板の製造方法。 - 前記溝を前記炭化珪素単結晶の表面に形成する工程では、前記溝の断面形状を矩形とし、そのアスペクト比を1以上とすることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャル膜付きの炭化珪素基板の製造方法。
- 前記溝を前記炭化珪素単結晶の表面に形成する工程では、前記溝が断面形状が三角形となるようにすることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素エピタキシャル膜付きの炭化珪基板の製造方法。
- 前記基板における前記溝を形成する表面が(000−1)C面のものを用いることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の炭化珪素エピタキシャル膜付きの炭化珪素基板の製造方法。
- 請求項1から4のいずれか1つに記載の炭化珪素エピタキシャル膜つきの炭化珪素基板の製造方法により得られた炭化珪素基板を用い、該炭化珪素基板の表面に、さらに炭化珪素単結晶をエピタキシャル成長することを特徴とする炭化珪素エピタキシャル膜付きの炭化珪素基板の製造方法。
- 請求項1ないし5のいずれか1つに記載の炭化珪素エピタキシャル膜つきの炭化珪素基板の製造方法により得られた炭化珪素基板を種結晶にして、炭化珪素単結晶をエピタキシャル成長させることで、炭化珪素単結晶のインゴットを製造することを特徴とする炭化珪素エピタキシャル膜付きの炭化珪素単結晶の製造方法。
- 請求項6に記載の炭化珪素単結晶の製造方法により得られた炭化珪素単結晶のインゴットを切り出すことにより、炭化珪素基板を製造することを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
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