JP5786759B2 - エピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法 - Google Patents
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Description
(1) 炭化珪素単結晶基板上にCVD法で炭化珪素をエピタキシャル成長させて、デバイス動作層を備えたエピタキシャル炭化珪素ウエハを製造する方法において、CVD成長装置の成長炉内に材料ガスを導入して、前記炭化珪素単結晶基板上に一旦炭化珪素をエピタキシャル成長させて初期エピタキシャル成長層を形成した後、該材料ガスの導入を止めてエピタキシャル成長を中断し、前記成長炉内にエッチングガスを導入して、少なくとも該初期エピタキシャル成長層をエッチングにより除去すると共に、厚さ0.05μm以上0.2μm以下の範囲で前記炭化珪素単結晶基板の表面を併せてエッチングし、再び前記成長炉内に前記材料ガスを導入して、炭化珪素をエピタキシャル成長させてデバイス動作層を形成することを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法、
(2) 前記初期エピタキシャル成長層をエッチングにより除去する際に、厚さ0.05μm以上0.1μm以下の範囲で前記炭化珪素単結晶基板の表面を併せてエッチングすることを特徴とする(1)に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法、
(3) 前記初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.05μm以上0.3μm以下である(1)又は(2)に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法、
(4) 前記エッチングガスが、水素ガス、又は水素と塩化水素との混合ガスである(1)〜(3)のいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法、
(5) 前記炭化珪素単結晶基板のオフ角度が4°以下である(1)〜(4)のいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法、
である。
先ず、SiC基板上へのエピタキシャル成長について述べる。
本発明で好適に利用するエピタキシャル成長の装置は、横型のCVD装置である。CVD法は装置構成が簡単であり、ガスのon/offでエピタキシャル成長の膜厚を制御できるため、エピタキシャル膜の制御性、再現性等に優れた成長方法である。
3インチ(76mm)ウエハ用SiC単結晶インゴットから、約400μmの厚さでスライスし、粗削りとダイヤモンド砥粒による通常研磨及びCMP(化学機械研磨)による仕上げ研磨を実施した、4H型のポリタイプを有するSiC単結晶基板のSi面に対して、以下のようにしてエピタキシャル成長を実施した。SiC単結晶基板のオフ角は4°である。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例2では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.1μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素のみ毎分150L流した状態で20分間エッチングを行った。この時のエッチング量は0.2μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.1μmであった。その後、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)は、エピタキシャル欠陥密度が0.8ヶ/cm2であり、Ra値も0.20nmであって、表面荒れや欠陥の少ない良好な膜であった。なお、ここで述べた内容以外の成長条件や評価方法等については、実施例1と同様にして行なった(以下の実施例及び比較例についても同じである)。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例3では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.05μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素のみ毎分150L流した状態で10分間エッチングを行った。この時のエッチング量は0.1μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.05μmであった。その後、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)は、エピタキシャル欠陥密度が1.2ヶ/cm2であり、Ra値も0.25nmであって、表面荒れや欠陥の少ない良好な膜であった。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例4では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.2μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素と塩化水素の混合ガスを流した状態で10分間エッチングを行った。この時の水素の流量は毎分150L、塩化水素の流量は毎分1Lとした。その結果、エッチング量は0.3μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.1μmであった。その後、塩化水素の導入を止め、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)は、エピタキシャル欠陥密度が0.7ヶ/cm2であり、Ra値も0.24nmであって、表面荒れや欠陥の少ない良好な膜であった。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例5では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.1μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素と塩化水素の混合ガスを流した状態で5分間エッチングを行った。この時の水素の流量は毎分150L、塩化水素の流量は毎分1Lとした。その結果、エッチング量は0.15μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.05μmであった。その後、塩化水素の導入を止め、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)膜は、エピタキシャル欠陥密度が1.1ヶ/cm2であり、Ra値も0.26nmであって、表面荒れや欠陥の少ない良好な膜であった。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は2°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例6では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.2μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素のみ毎分150L流した状態で30分間エッチングを行った。この時のエッチング量は0.3μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.1μmであった。その後、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)膜は、エピタキシャル欠陥密度が1.5ヶ/cm2であり、Ra値も0.28nmであって、表面荒れや欠陥の少ない良好な膜であった。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は0.5°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例7では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.2μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素と塩化水素の混合ガスを流した状態で10分間エッチングを行った。この時の水素の流量は毎分150L、塩化水素の流量は毎分1Lとした。その結果、エッチング量は0.3μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.1μmであった。その後、塩化水素の導入を止め、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)膜は、エピタキシャル欠陥密度が3.0ヶ/cm2であり、Ra値も0.32nmであって、表面荒れや欠陥の少ない良好な膜であった。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例8では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.3μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素のみ毎分150L流した状態で40分間エッチングを行った。この時のエッチング量は0.4μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.1μmであった。その後、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)膜は、エピタキシャル欠陥密度が5ヶ/cm2であり、Ra値は0.75nmであり、全体のエッチング量が多いことにより僅かに表面荒れの影響が見受けられた。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例9では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.2μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素のみ毎分150L流した状態で40分間エッチングを行った。この時のエッチング量は0.4μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.2μmであった。その後、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)膜は、エピタキシャル欠陥密度が6ヶ/cm2であり、Ra値は0.80nmであり、全体のエッチング量が多いことにより僅かに基板表面凹凸の増大が見受けられた。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等と共に、初期エピタキシャル成長層の成長条件は実施例1と同様であるが、この実施例10では初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.1μmとした。次に、SiH4とC2H4を止めエピタキシャル成長を一時中断し、水素のみ毎分150L流した状態で30分間エッチングを行った。この時のエッチング量は0.3μmであり、初期エピタキシャル成長層が除去される共に、SiC単結晶基板の表面のエッチング量は0.2μmであった。その後、再びSiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてエピタキシャル成長を再開し、デバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行って得たエピタキシャル膜(デバイス動作層)膜は、エピタキシャル欠陥密度が7ヶ/cm2であり、Ra値は0.90nmであり、全体のエッチング量が多いことにより僅かに基板表面凹凸の増大が見受けられた。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等は、実施例1と同様であるが、この比較例1では初期エピタキシャル成長層の成長とそのエッチングは行わずに、SiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてSiC単結晶基板にデバイス動作層を直接10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の光学顕微鏡写真を図4に示す。図4より、三角形欠陥等の欠陥を多く含み、また、その表面粗さの大きい膜であることが分かり、エピタキシャル欠陥密度は15ヶ/cm2、表面粗さのRa値も1.2nmと大きい値を示していた。
実施例1と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、4H型のポリタイプを有する3インチ(76mm)のSiC単結晶基板のSi面に対して、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は4°である。初期エピタキシャル成長層の成長を開始するまでの手順、温度等は、実施例1と同様であるが、この比較例2では初期エピタキシャル成長層の成長は行わず、先ず、水素のみ毎分150L流した状態で10分間エッチングを行った。この時はSiC単結晶基板の表面がエッチングされることになり、そのエッチング量は0.1μmであった。その後、SiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分16cm3にしてデバイス動作層を10μm成長させた。このようにしてエピタキシャル成長を行った膜は、エピタキシャル欠陥密度が10ヶ/cm2、表面粗さのRa値も1.0nmと大きい値を示していた。
Claims (5)
- 炭化珪素単結晶基板上にCVD法で炭化珪素をエピタキシャル成長させて、デバイス動作層を備えたエピタキシャル炭化珪素ウエハを製造する方法において、CVD成長装置の成長炉内に材料ガスを導入して、前記炭化珪素単結晶基板上に一旦炭化珪素をエピタキシャル成長させて初期エピタキシャル成長層を形成した後、該材料ガスの導入を止めてエピタキシャル成長を中断し、前記成長炉内にエッチングガスを導入して、少なくとも該初期エピタキシャル成長層をエッチングにより除去すると共に、厚さ0.05μm以上0.2μm以下の範囲で前記炭化珪素単結晶基板の表面を併せてエッチングし、再び前記成長炉内に前記材料ガスを導入して、炭化珪素をエピタキシャル成長させてデバイス動作層を形成することを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
- 前記初期エピタキシャル成長層をエッチングにより除去する際に、厚さ0.05μm以上0.1μm以下の範囲で前記炭化珪素単結晶基板の表面を併せてエッチングすることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
- 前記初期エピタキシャル成長層の膜厚は0.05μm以上0.3μm以下である請求項1又は2に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
- 前記エッチングガスが、水素ガス、又は水素と塩化水素との混合ガスである請求項1〜3のいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
- 前記炭化珪素単結晶基板のオフ角度が4°以下である請求項1〜4のいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
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