JP4581081B2 - エピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法、炭化珪素基板表面の平滑化及びＳｉＣエピタキシャル成長に用いる装置 - Google Patents
エピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法、炭化珪素基板表面の平滑化及びＳｉＣエピタキシャル成長に用いる装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、炭化珪素の結晶成長に関与し、エピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法、炭化珪素基板表面の平滑化及びＳｉＣエピタキシャル成長に用いる装置に関する。
良好な表面状態を有するエピタキシャルウエハを得るために、エピタキシャル成長前に炭化珪素（ＳｉＣ）基板の表面の研磨傷等によるダメージを取り除くことが重要である。基板平滑化の方法の一つとして水素による表面のエッチングが行われている。一般に水素エッチングはプロパンガスを添加しながら行われるが、水素エッチングを行った後の基板の表面には研磨傷等によるダメージが残留しており、このＳｉＣ基板を用いて作製したＳｉＣエピタキシャルウエハの表面では三角形状欠陥による荒れが生じる（図１（ａ））。このため、水素エッチングの時間を延長することによりエッチング量を増加させ、基板を更に平滑化することが必要であるが、エッチング量の増加によってステップバンチングの発生による基板表面の荒れの問題が生じる（図１（ｂ））。
本発明は上記の問題を改善するため、水素エッチング中のエッチング量を減らしながら良好な表面を有し、かつ表面粗さの少ないＳｉＣ平滑化基板を作製する方法、この方法によって得られたＳｉＣ平滑化基板、同基板上に作製されたＳｉＣエピタキシャルウエハ、及び同ウエハ上に作製された半導体基板を提供することを目的とする。
本発明は、上記に鑑み提案されたもので、水素雰囲気で行う化学気相成長装置において、表面の研磨ダメージを取り除くためのＳｉＣ基板の平滑化における水素エッチング時にエピタキシャル成長用原料ガスとして用いるシランを添加することを特徴とするエピタキシャルウエハ作製時に用いるＳｉＣ平滑化基板の作製方法を提供するものである。
また、前記ＳｉＣ平滑化基板の作製方法、及びそれにより作製されたＳｉＣ平滑化基板において、α型の結晶構造を持つＳｉＣ基板を用いること（＝請求項２）、４Ｈの結晶構造を持つＳｉＣ基板を用いること（＝請求項３）、６Ｈの結晶構造を持つＳｉＣ基板を用いること（＝請求項４）、（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°以上８°以下傾けたＳｉＣ基板を用いること（＝請求項５）、（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°以上８°以下傾けたＳｉＣ基板を用いること（＝請求項６）、（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°以上３.５°以下傾けたＳｉＣ基板を用いること（＝請求項７）が望ましい。
また、本発明は、前記ＳｉＣ平滑化基板を用いて作製したＳｉＣエピタキシャルウエハ（＝請求項９）、窒化ガリウム（ＧａＮ）ウエハ（＝請求項１０）をも提案する。
また、前記作製方法により作製された炭化珪素平滑化基板表面の平滑化及びＳｉＣエピタキシャル成長に用いる装置であって、エピタキシャル成長用原料ガスとして用いるシランガス供給ラインを２系統有することを特徴とする炭化珪素基板表面の平滑化及びＳｉＣエピタキシャル成長に用いる装置をも提案する。
本発明のＳｉＣ平滑化基板の製造方法は、水素エッチングの際にエピタキシャル成長用原料ガス（シラン）を微量添加することにより、ステップバンチングによる基板表面の荒れを抑え、かつエッチング量を減少させることができる。
そして、本発明により得られたＳｉＣ平滑化基板は、従来の方法で得られる平滑化基板と比較して表面粗さが低減しているだけではなく、ステップバンチングによる荒れの無い良好な表面を有するものである。
そして、本発明により得られたＳｉＣ平滑化基板は、従来の方法で得られる平滑化基板と比較して表面粗さが低減しているだけではなく、ステップバンチングによる荒れの無い良好な表面を有するものである。
また、エッチング量が従来の水素エッチング条件の約半分まで低減されていることから、エッチング量の増加による基板表面の荒れが生じる危険性が大幅に減り、エピタキシャルウエハ作製前における基板平滑化条件の自由度が大きく広がる。
さらに、本発明により得られたＳｉＣ平滑化基板を用いてエピタキシャルウエハを作製することにより、エピタキシャル成長時に問題となっていた三角形状の欠陥の発生によるエピタキシャルウエハの表面の荒れを抑えられる。
埋めこみ型ショットキーダイオードをはじめとする素子作製プロセスの途中にエピタキシャル成長のプロセスを行う場合、本発明を用いてエピタキシャル成長前の水素エッチング量を減少させることにより、エピタキシャル成長前に作製されていた素子のサイズを変化させることなくエピタキシャル成長プロセスを行うことが可能となる。その結果、設計通りの素子特性を出すことができる。
また、本発明により得られた表面平坦性の優れたＳｉＣ基板上にＧａＮのＨＥＭＴ構造を作製することにより、ＨＥＭＴ界面が平坦になり、移動度が向上する。
さらに、本発明のエピタキシャル成長用原料ガスとして用いるシランガス供給ラインを２系統有する半導体製造装置は、基板平滑化からエピタキシャル成長の工程へ移る際にエピタキシャル成長用原料ガスとして用いるシランの流量を変化させずにガス系の切換えのみとなるので、流量調整時における原料ガス流の乱れが発生しない。
４Ｈ又は６Ｈの結晶構造を持ち（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°以上３.５°以下傾けた炭化珪素基板を用い、その平滑化における水素エッチング時に原料ガス（シラン）を添加する。
水素エッチングは横型の気相化学成長装置（ＣＶＤ装置）を用いて行った。水素を４０slm流した状態で反応管内を２５０mbarの圧力に保持し、高周波誘導加熱を用いてＳｉＣ基板を１６００℃まで加熱した。その後、エピタキシャル成長用原料ガスであるシランを微量添加してエッチングを行った。
また、この実施例１ではα型の結晶構造の代表的な一つである４Ｈの結晶構造を持つ（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ８°傾けたＳｉＣ基板を用いた。水素エッチングはシラン：０.７sccmを添加する条件で３０分間行った。
本実施例で得られた平滑化基板においてステップバンチング等の基板表面の荒れは生じておらず、良好であった（図２）。原子間力顕微鏡を用いて平滑化基板の表面粗さの評価を行った結果、水素エッチング前における基板のＲａ：０.８２５nmに対し、Ｒａ：０.２５９nmと大幅に減少していた（図３）。一方、エッチング量は水素のみの条件の約半分まで減少していることが判った。
また、前記基板に代えて（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°、４°、８°傾けたＳｉＣ基板、（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°、４°、８°傾けたＳｉＣ基板、そして、同じくα型の結晶構造の一つである６Ｈの結晶構造を持ち（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°傾けたＳｉＣ基板、及び（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°傾けたＳｉＣ基板についても同様の結果を示した。
また、この実施例１ではα型の結晶構造の代表的な一つである４Ｈの結晶構造を持つ（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ８°傾けたＳｉＣ基板を用いた。水素エッチングはシラン：０.７sccmを添加する条件で３０分間行った。
本実施例で得られた平滑化基板においてステップバンチング等の基板表面の荒れは生じておらず、良好であった（図２）。原子間力顕微鏡を用いて平滑化基板の表面粗さの評価を行った結果、水素エッチング前における基板のＲａ：０.８２５nmに対し、Ｒａ：０.２５９nmと大幅に減少していた（図３）。一方、エッチング量は水素のみの条件の約半分まで減少していることが判った。
また、前記基板に代えて（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°、４°、８°傾けたＳｉＣ基板、（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°、４°、８°傾けたＳｉＣ基板、そして、同じくα型の結晶構造の一つである６Ｈの結晶構造を持ち（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°傾けたＳｉＣ基板、及び（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°傾けたＳｉＣ基板についても同様の結果を示した。
前記実施例１で得られた４Ｈの結晶構造を持ち（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ８°傾けたＳｉＣ基板の平滑化基板を用いてＣとＳｉの組成比が３、厚さ３μmのエピタキシャルウエハを作製した。エピタキシャル成長は、水素エッチングが終了した時点で原料ガスを平滑化基板作製用からエピタキシャルウエハ作製用のラインに切換えることで開始する（図４及び図５）。原料ガスの流量はシラン：６.６７sccm、プロパン：６.６７sccmである。
作製されたエピタキシャルウエハの表面は、平滑化基板と同様に三角形状の欠陥やステップバンチング等の発生は無く良好であった（図６）。
また、前記基板に代えて（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°、４°、８°傾けた基板、（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°、４°、８°傾けたＳｉＣ基板、６Ｈの結晶構造を持ち（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°傾けたＳｉＣ基板、及び（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°傾けたＳｉＣ基板を用いたエピタキシャルウエハの表面も良好であった。さらに、本実施例で得られた平滑化基板を用いて作製したＧａＮのヘテロエピタキシャルウエハの表面も同様であった。
さらに、水素エッチングを行う際に用いた気相化学成長装置（ＣＶＤ装置）の原料ガスの配管をエピタキシャル成長用と基板の平滑化用の２系統とすることにより、基板平滑化からエピタキシャル成長の工程へ移る際に原料ガスの流量を変化させずにガス系の切換えのみとなるので、流量調整時における原料ガス流の乱れが発生しなかった（図５）。
作製されたエピタキシャルウエハの表面は、平滑化基板と同様に三角形状の欠陥やステップバンチング等の発生は無く良好であった（図６）。
また、前記基板に代えて（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°、４°、８°傾けた基板、（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°、４°、８°傾けたＳｉＣ基板、６Ｈの結晶構造を持ち（０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°傾けたＳｉＣ基板、及び（０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°、３.５°傾けたＳｉＣ基板を用いたエピタキシャルウエハの表面も良好であった。さらに、本実施例で得られた平滑化基板を用いて作製したＧａＮのヘテロエピタキシャルウエハの表面も同様であった。
さらに、水素エッチングを行う際に用いた気相化学成長装置（ＣＶＤ装置）の原料ガスの配管をエピタキシャル成長用と基板の平滑化用の２系統とすることにより、基板平滑化からエピタキシャル成長の工程へ移る際に原料ガスの流量を変化させずにガス系の切換えのみとなるので、流量調整時における原料ガス流の乱れが発生しなかった（図５）。
ＳｉＣの結晶成長に関与し、エピタキシャルウエハ作製時に用いる。
Claims (8)
- 水素雰囲気で行う化学気相成長装置において、表面の研磨ダメージを取り除くための炭化珪素基板の平滑化における水素エッチング時にエピタキシャル成長用原料ガスとして用いるシランを添加することを特徴とするエピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法。
- α型の結晶構造を持つ炭化珪素基板を用いることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法。
- ４Ｈの結晶構造を持つ炭化珪素基板を用いることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法。
- ６Ｈの結晶構造を持つ炭化珪素基板を用いることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法。
- （０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°以上８°以下傾けた炭化珪素基板を用いることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法。
- （０００−１）Ｃ面を〈１１−２０〉方向へ０°以上８°以下傾けた炭化珪素基板を用いることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法。
- （０００１）Ｓｉ面を〈１１−２０〉方向へ０°以上３.５°以下傾けた炭化珪素基板を用いることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウエハ作製時に用いる炭化珪素平滑化基板の作製方法。
- 請求項１〜７の何れか一項に記載の作製方法により作製された炭化珪素平滑化基板表面の平滑化及びＳｉＣエピタキシャル成長に用いる装置であって、エピタキシャル成長用原料ガスとして用いるシランガス供給ラインを２系統有することを特徴とする炭化珪素基板表面の平滑化及びＳｉＣエピタキシャル成長に用いる装置。
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