JP7371632B2 - 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents
炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7371632B2 JP7371632B2 JP2020538210A JP2020538210A JP7371632B2 JP 7371632 B2 JP7371632 B2 JP 7371632B2 JP 2020538210 A JP2020538210 A JP 2020538210A JP 2020538210 A JP2020538210 A JP 2020538210A JP 7371632 B2 JP7371632 B2 JP 7371632B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon carbide
- coordinate
- substrate
- reaction chamber
- main surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 255
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 253
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 244
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 104
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 59
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 135
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 94
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 65
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 54
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 41
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 41
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 65
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 38
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 16
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 13
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 12
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 9
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 9
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 6
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005883 NiSi Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
- H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02378—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/32—Carbides
- C23C16/325—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
- C23C16/45508—Radial flow
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
- C30B25/20—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate the substrate being of the same materials as the epitaxial layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/02433—Crystal orientation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02529—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
- H01L29/045—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
まず本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”-”(バー)を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
以下、本開示の一実施形態(以下「本実施形態」とも記す)について説明する。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではない。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
まず、第1実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200の構成について説明する。
まず、炭化珪素単結晶基板10を準備する工程(S1:図5)が実施される。たとえば昇華法により、ポリタイプ4Hの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素単結晶基板10が準備される(図5参照)。炭化珪素単結晶基板10は、第1主面41と、第1主面41と、第2主面42とを有している。第2主面42は、第1主面41の反対側の面である。当該炭化珪素単結晶のポリタイプは、たとえば4H-SiCである。4H-SiCは、電子移動度、絶縁破壊電界強度等において他のポリタイプより優れている。炭化珪素単結晶基板10は、たとえば窒素などのn型不純物を含んでいる。炭化珪素単結晶基板10の導電型は、たとえばn型である。
図10に示されるように、サセプタ210は、4枚の炭化珪素単結晶基板10を配置可能であってもよい。別の観点から言えば、サセプタ210の基板載置面211は、4つの基板載置部213と、頂面214と、中心216とを有している。4つの基板載置部213の各々は、中心216に対して回転対称の位置に配置されている。具体的には、基板載置部213は、中心216から見た場合に、0°、90°、180°および270°の位置に配置されている。
図11に示されるように、サセプタ210は、8枚の炭化珪素単結晶基板10を配置可能であってもよい。別の観点から言えば、サセプタ210の基板載置面211は、8つの基板載置部213と、頂面214と、中心216とを有している。8つの基板載置部213の各々は、中心216に対して回転対称の位置に配置されている。具体的には、基板載置部213は、中心216から見た場合に、0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°および315°の位置に配置されている。150mmの直径を有する炭化珪素単結晶基板10を基板載置面211に8枚載置する場合、基板載置面211の直径250は、たとえば650mmである。この場合、基板載置面211の面積は、3318cm2である。
次に、第2実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200の構成について説明する。第2実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200は、主にガス導入口207およびガス排気口208の位置が、第1実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200と異なっており、他の構成については、第1実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200と同様である。以下、第1実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200と異なっている構成を中心に説明する。
次に、第3実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200の構成について説明する。第3実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200は、主に縦型CVD装置である構成において、第1実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200と異なっており、他の構成については、第1実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200と同様である。以下、第1実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造装置200と異なっている構成を中心に説明する。
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置300の製造方法について説明する。
(サンプル準備)
図1~図4に示されるバッチ方式の製造装置200を用いて、サンプル1~10に係る炭化珪素エピタキシャル基板100が3枚同時に製造された。サセプタ210の基板載置面211の面積は、929cm2とした。反応室201の断面積は、176cm2とした。サンプル1~7に係る炭化珪素エピタキシャル基板100は、実施例のサンプルである。サンプル8~10に係る炭化珪素エピタキシャル基板100は、比較例のサンプルである。
サンプル1~10に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の炭化珪素層20のキャリア濃度が水銀プローブ方式のC-V測定装置により測定された。第3主面43の中心から半径60mm以内の領域において、キャリア濃度が測定された。キャリア濃度の測定箇所は、第3主面43の中心を通り径方向に平行な直線と、当該直線に対して垂直な直線上において、ほぼ等間隔に配置された複数の位置である。具体的には、キャリア濃度の測定位置は、第3主面43の中心と、当該中心から径方向に10mm、20mm、30mm、40mm、50mmおよび60mm離れた位置である。キャリア濃度の測定箇所は、計25箇所である。キャリア濃度の面内均一性は、キャリア濃度の標準偏差をキャリア濃度の平均値で除した値の百分率表記である。なお水銀側のプローブの面積は、0.01cm2である。
図20および図21には、サンプル1~10に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造条件が示されている。座標101~110は、それぞれサンプル1~10に係る炭化珪素エピタキシャル基板100の製造条件に対応している。
Claims (10)
- 第1主面と前記第1主面の反対側の第2主面とを有する炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、
基板載置面を有する反応室に、前記第2主面が前記基板載置面に対向するように前記炭化珪素単結晶基板を載置する工程と、
前記反応室に、シランとアンモニアと水素とを含む混合ガスを供給することにより、前記第1主面上に炭化珪素層を形成する工程とを備え、
前記第1主面は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下の角度で傾斜した面であり、
前記混合ガスの進行方向に対して垂直な平面における前記反応室の断面積は、132cm2以上220cm2以下であり、
前記炭化珪素層を形成する工程において、前記シランの流量を前記水素の流量で除した値を百分率表記した第1値をX軸とし、前記アンモニアの流量をsccmを単位として表記した第2値をY軸としたとき、前記第1値および前記第2値は、XY平面座標における、第1座標、第2座標、第3座標、第4座標、第5座標および第6座標に囲まれた六角形の領域(ただし、第7座標、第8座標、第9座標および第10座標に囲まれた四角形の領域を除く。)内に属し、
前記第1座標は、(0.038,0.0019)であり、
前記第2座標は、(0.069,0.0028)であり、
前記第3座標は、(0.177,0.0032)であり、
前記第4座標は、(0.038,0.0573)であり、
前記第5座標は、(0.069,0.0849)であり、
前記第6座標は、(0.177,0.0964)であり、
前記第7座標は、(0.05,6.5×10 -4 )であり、
前記第8座標は、(0.05,4.5×10 -3 )であり、
前記第9座標は、(0.22,1.2×10 -2 )であり、
前記第10座標は、(0.22,1.3×10 -1 )であり、
前記炭化珪素層を形成する工程後において、前記炭化珪素層のキャリア濃度の平均値は、1×1015cm-3以上3×1016cm-3以下である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。 - 第1主面と前記第1主面の反対側の第2主面とを有する炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、
基板載置面を有する反応室に、前記第2主面が前記基板載置面に対向するように前記炭化珪素単結晶基板を載置する工程と、
前記反応室に、シランとアンモニアと水素とを含む混合ガスを供給することにより、前記第1主面上に炭化珪素層を形成する工程とを備え、
前記第1主面は、(000-1)面または(000-1)面に対して8°以下の角度で傾斜した面であり、
前記混合ガスの進行方向に対して垂直な平面における前記反応室の断面積は、132cm2以上220cm2以下であり、
前記炭化珪素層を形成する工程において、前記シランの流量を前記水素の流量で除した値を前記断面積で除した値をcm-2を単位として表記した第1値をX軸とし、前記アンモニアの流量をsccmを単位として表記した第2値をY軸としたとき、前記第1値および前記第2値は、XY平面座標における、第1座標、第2座標、第3座標、第4座標、第5座標および第6座標に囲まれた六角形の領域(ただし、第7座標、第8座標、第9座標および第10座標に囲まれた四角形の領域を除く。)内に属し、
前記第1座標は、(0.216×10-5,0.0019)であり、
前記第2座標は、(0.393×10-5,0.0028)であり、
前記第3座標は、(1.01×10-5,0.0032)であり、
前記第4座標は、(0.216×10-5,0.0573)であり、
前記第5座標は、(0.393×10-5,0.0849)であり、
前記第6座標は、(1.01×10-5,0.0964)であり、
前記第7座標は、(0.284×10 -5 ,6.5×10 -4 )であり、
前記第8座標は、(0.284×10 -5 ,4.5×10 -3 )であり、
前記第9座標は、(1.25×10 -5 ,1.2×10 -2 )であり、
前記第10座標は、(1.25×10 -5 ,1.3×10 -1 )であり、
前記炭化珪素層を形成する工程後において、前記炭化珪素層のキャリア濃度の平均値は、1×1015cm-3以上3×1016cm-3以下である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。 - 前記混合ガスは、前記第1主面に平行な方向に沿って前記反応室に供給され、かつ前記第1主面に平行な方向に沿って前記反応室から排出される、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記混合ガスは、前記第1主面に垂直な方向に沿って前記反応室に供給され、かつ前記第1主面に平行な方向に沿って前記反応室から排出される、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記混合ガスは、前記第1主面に垂直な方向に沿って前記反応室に供給され、かつ前記第1主面に垂直な方向に沿って前記反応室から排出される、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記基板載置面は、4つの基板載置部を有している、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記4つの基板載置部の各々は、前記基板載置面の中心に対して回転対称の位置に配置されている、請求項6に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記基板載置面は、8つの基板載置部を有している、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
- 前記8つの基板載置部の各々は、前記基板載置面の中心に対して回転対称の位置に配置されている、請求項8に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
- 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の方法で製造された炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記炭化珪素エピタキシャル基板を加工する工程とを備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018154413 | 2018-08-21 | ||
JP2018154413 | 2018-08-21 | ||
PCT/JP2019/025829 WO2020039745A1 (ja) | 2018-08-21 | 2019-06-28 | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2020039745A1 JPWO2020039745A1 (ja) | 2021-08-26 |
JP7371632B2 true JP7371632B2 (ja) | 2023-10-31 |
Family
ID=69592006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020538210A Active JP7371632B2 (ja) | 2018-08-21 | 2019-06-28 | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11735415B2 (ja) |
JP (1) | JP7371632B2 (ja) |
WO (1) | WO2020039745A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12020927B2 (en) * | 2018-08-21 | 2024-06-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011165948A (ja) | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Fuji Electric Co Ltd | 気相成長方法 |
JP2017017084A (ja) | 2015-06-29 | 2017-01-19 | 三菱電機株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法およびエピタキシャル成長装置 |
JP2017085169A (ja) | 2015-09-29 | 2017-05-18 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置 |
JP2017145150A (ja) | 2016-02-15 | 2017-08-24 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8940614B2 (en) * | 2013-03-15 | 2015-01-27 | Dow Corning Corporation | SiC substrate with SiC epitaxial film |
JP6026333B2 (ja) * | 2013-03-25 | 2016-11-16 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 成膜装置および成膜方法 |
JP6090552B1 (ja) * | 2015-09-29 | 2017-03-08 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置 |
US12020927B2 (en) * | 2018-08-21 | 2024-06-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for manufacturing silicon carbide epitaxial substrate and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device |
-
2019
- 2019-06-28 WO PCT/JP2019/025829 patent/WO2020039745A1/ja active Application Filing
- 2019-06-28 JP JP2020538210A patent/JP7371632B2/ja active Active
- 2019-06-28 US US17/267,768 patent/US11735415B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011165948A (ja) | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Fuji Electric Co Ltd | 気相成長方法 |
JP2017017084A (ja) | 2015-06-29 | 2017-01-19 | 三菱電機株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法およびエピタキシャル成長装置 |
JP2017085169A (ja) | 2015-09-29 | 2017-05-18 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置 |
JP2017145150A (ja) | 2016-02-15 | 2017-08-24 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020039745A1 (ja) | 2020-02-27 |
JPWO2020039745A1 (ja) | 2021-08-26 |
US20210313175A1 (en) | 2021-10-07 |
US11735415B2 (en) | 2023-08-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2017056691A1 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置 | |
JP7052851B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP6835192B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置 | |
WO2017138247A1 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP6856156B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP7310822B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP7371632B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP6090552B1 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置 | |
JP7415558B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP6468291B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP7115084B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP7131146B2 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
WO2017051611A1 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置 | |
JP6061060B1 (ja) | 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220321 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230418 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230602 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230731 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230919 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231002 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7371632 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |