JP7133910B2 - SiCエピタキシャルウェハ - Google Patents
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Description
図8は、SiC単結晶基板上にSiCエピタキシャル膜が形成されたSiCエピタキシャルウェハを模式的に示した斜視図である。
X線トポグラフィー像において、貫通刃状転位列の像は右側へ行くほど表面から浅い位置に存在するため、コントラストが弱くなる。
X線トポグラフィー像では、AB部(界面転位)、BC部(基底面転位)及び貫通刃状転位列は全て観察されることが多い。
そのため、PL像において、ドットのアレイとBC部(基底面転位)に対応する線状模様を観察することにより、界面転位の存在を知ることができる。
なお、貫通刃状転位列のアレイはステップフロー方向に直交して延在し、1本の貫通刃状転位列のアレイとその発生に起因する1本の界面転位とは互いに平行に延在するので、1本のドットのアレイを見つけることにより、ステップフロー方向に直交して延在する1本の界面転位の存在を確認できる。また、BC部(基底面転位)はステップフロー方向に平行に延在し、1本のBC部(基底面転位)とその発生に起因する1本の界面転位とは互いに直行して延在するので、1本のBC部(基底面転位)に対応する線状模様を見つけることにより、ステップフロー方向に直交して延在する1本の界面転位の存在を確認できる。
これまで、外端界面転位が見つからなかったのは、SiCエピタキシャル膜の厚さが、外端界面転位が発生するほど厚い膜を用いることが少なかったことによるものと考えられる。
本発明の一実施形態に係るSiCエピタキシャルウェハは、c面に対してオフ角を有する面を主面とし、周縁部にベベル部を有する4H-SiC単結晶基板と、前記4H-SiC単結晶基板上に形成された、20μm以上の膜厚のSiCエピタキシャル層と、を備え、前記SiCエピタキシャル層の外周端から延在する界面転位の密度が10本/cm以下である。
「外周端から延在する界面転位」は、「外端界面転位」ということがある。
c面とは{0001}面を示す。c面の内(0001)面を(0001)Si面と記載している。
また、本発明のSiCエピタキシャルウェハには、SiCエピタキシャル層が22μm以上の膜厚であって、外端界面転位の界面転位の密度をゼロ本/cmのものが含まれる。
また、本発明のSiCエピタキシャルウェハには、SiCエピタキシャル層が24μm以上の膜厚であって、外端界面転位の界面転位の密度をゼロ本/cmのものが含まれる。
また、本発明のSiCエピタキシャルウェハには、SiCエピタキシャル層が27μm以上の膜厚であって、外端界面転位の界面転位の密度をゼロ本/cmのものが含まれる。
また、本発明のSiCエピタキシャルウェハには、SiCエピタキシャル層が29μm以上の膜厚であって、外端界面転位の界面転位の密度をゼロ本/cmのものが含まれる。
図1を用いて、本明細書でいう「ベベル部」の形状について説明する。なお、本明細書において「ベベル部」とは、基板の周縁部において、基板の欠けやパーティクルの発生などを防止するために角取りされた部分であり、基板の厚みよりも薄い部分をいう。
「斜面部」は、SiC単結晶基板の平坦部1aから連続する部分であって、平坦部に対して、60°以下の所定の角度(主面を含む平面に対する角度)で外周に向かって傾斜している傾斜面を有する部分である。ただし、傾斜面は、一つの角度の傾斜面だけでなる場合に限らず、複数の角度の傾斜面を有していたり、曲率(「外周端部」の曲率よりも小さい)を有する曲面の傾斜面であってもよい。曲率を有する傾斜面の場合、傾斜面の角度とは接平面の角度を意味する。「斜面部」が有する傾斜面の角度(主面を含む平面に対する角度)として、50°以下、40°以下、30°以下、20°以下のSiC単結晶基板を用いてもよい。後述する図5に示したデータでは、30°以下のSiC単結晶基板を用いた場合であった。
また、「外周端部」は、SiC単結晶基板のうち、径方向で最も外側に配置する部分であり、所定の曲率を有する曲面を含む部分である。ただし、曲面は、一つの曲率の曲面だけでなる場合に限らず、複数の曲率の曲面を有していたり、「外周端部」を構成する部分のうち、「斜面部」に連続しない部分は平面(例えば、垂直面)であってもよい。なお、後述する、推定される外端界面転位の発生のメカニズムに基づくと、「外周端部」がなく、「斜面部」から外側は垂直に切り立った構造であると、ランダムな成長の元になる核が形成される箇所がなくてよいとも思われるが、このような構造の場合には、角張った部分の欠けが発生しやすいことから、欠け防止の観点で角取りがされ、「外周端部」を有するのが通常である。
SiCエピタキシャルウェハ10において、SiCエピタキシャル層2の外周端2aとは、SiC単結晶基板1の主面(平坦部)1a上に形成されたSiCエピタキシャル層2のうち、径方向で最も外側を指すものとする。
図3(a)は、オリフラの位置におけるPL像であり、図3(b)は、オリフラの反対側の位置におけるPL像である。
図3(a)及び(b)のいずれにおいては、ドットのアレイとBC部(基底面転位)に対応する線状模様とが観察できる。図3(a)においては、ドットのアレイ及びBC部(基底面転位)に対応する線状模様がそれぞれ1本観察することができるので、1本の外端界面転位の存在を知ることができる。また、図3(b)においては、ドットのアレイ及びBC部(基底面転位)に対応する線状模様がそれぞれ2本ずつ観察することができるので、2本の外端界面転位の存在を知ることができる。
ここで、「斜面部の幅」とは、主面に直交する方向から、斜面部を平面視したときの径方向の長さをいう。
図4(a)及び(b)はそれぞれ、SiC基板とその上に成長するSiCエピタキシャル膜の成長の2段階を示す断面模式図であり(上の図が成長初期、下の図が成長完了時)、(a)は斜面部の幅が大きい場合であり、(b)は斜面部の幅が小さい場合である。
エピタキシャル成長の初期において、外周端部1Abにランダムな成長の元になる核が形成されると考えられる。この理由は以下の通りである。
平坦部1aではステップフロー成長によりエピタキシャル膜が形成され、また、斜面部1Aaにおいても、c面が支配的であればステップフロー成長が維持される。実際にオフ角を付けたSiC基板を用いるのが一般的であるから、ステップフロー成長が維持され、ランダムな成長の元になる核が形成される確率は低いものと考えられる。それに対して、外周端部1Abではc面以外の面(r面やm面)が支配的になる。従って、外周端部1Abではステップフロー成長は起きにくく、ランダムな成長になってしまうと考えることができる。
エピタキシャル成長を行い、エピタキシャル膜の膜厚が厚くなって所望の膜厚になるまでに、外周端部に形成されたランダム成長の元になる核から多形エピ膜が伸びても、界面転位が平坦部に達しなかった場合には、本発明者が見出した外端界面転位は発生していない。従来、所望のエピタキシャル膜の膜厚が薄かったために、このような状況であったものと考えられる。
これに対して、高品質の厚膜のエピタキシャル膜が求められるトレンドの中で、本発明者は、厚膜のエピタキシャル膜において外端界面転位を見出したのである。
データを取得したサンプルは、以下のように得た。(0001)Si面に対して<11-20>方向に4°のオフ角を有する4もしくは6インチの4H-SiC単結晶基板を用い、公知の研磨工程および基板表面の清浄化(エッチング)工程を行った後、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、SiCエピタキシャル成長工程(成長温度は1600℃、C/Si比は1.22)を行い、所定の膜厚の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。
「斜面部0μm」のSiC単結晶基板を用いた場合、SiCエピタキシャル膜の膜厚が6μm、9μm、及び、18μmのときには外端界面転位がなかったが、24μm、33μmのときは外端界面転位が発生していた。24μm、33μmのそれぞれにおいて、外端界面転位の転位密度は50本/cm以上であった。
、
Y=20X―400 ・・・(1)
と表記することができる。
式(1)に基づくと、不等式Y>20X―400、を満たすように、傾斜部の幅を加工し、かつ、SiCエピタキシャル膜の膜厚を選択することにより、外端界面転位なし、あるいは、外端界面転位密度が低いSiCエピタキシャルウェハを得ることができる。
傾斜部の幅の加工は公知の方法を用いて行うことができる。例えば、コンタリング加工などを用いることができる(特許文献1参照)。
図7(a)のPL像中には、図8において模式的に示したL字状の転位の数から7本の界面転位の存在を確認できる。
図7(b)のPL像中には、図8において模式的に示したL字状の転位の数から50本以上の界面転位の存在を確認できる。
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、周縁部にベベル部を有する4H-SiC単結晶基板であって、前記ベベル部が、前記主面から連続する斜面部と外周端部とからなり、前記斜面部の幅が150μm以上である4H-SiC単結晶基板を用いる。
1a 主面
1A ベベル部
2 SiCエピタキシャル層
2a 外周端
10 SiCエピタキシャルウェハ
Claims (2)
- c面に対してオフ角を有する面を主面とし、周縁部にベベル部を有する4H-SiC単結晶基板と、
前記4H-SiC単結晶基板上に形成された、20μm以上の膜厚のSiCエピタキシャル層と、を備え、
前記SiCエピタキシャル層は、前記主面上と前記ベベル部上とに形成され、
前記SiCエピタキシャル層の外周端から延在する界面転位密度が10本/cm以下であるSiCエピタキシャルウェハ。 - <11-20>方向の中心線を中心にして25°~155°、及び、205°~335°の中心角の範囲の界面転位密度が10本/cm以下である請求項1に記載のSiCエピタキシャルウェハ。
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