WO2024057845A1 - 炭化珪素基板、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 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a method for manufacturing a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, and a silicon carbide semiconductor device.
- This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-145475, which is a Japanese patent application filed on September 13, 2022. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
- Patent Document 1 describes a single crystal silicon carbide substrate having a surface roughness Ra of 1 nm or less.
- a silicon carbide substrate according to the present disclosure includes a first main surface, a second main surface, and basal plane dislocations.
- the second main surface is located on the opposite side of the first main surface.
- the basal plane dislocation includes a linear dislocation that extends linearly and has a length of 1 mm or more when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface.
- the first region is a rectangular region that is 15 ⁇ m away from the first main surface toward the second main surface and opposite the first main surface, and the rectangular region that is 15 ⁇ m away from the second main surface toward the first main surface and opposite the first region.
- the rectangular area is defined as the second area, the length of the long side of each of the first area and the second area is 16.7 mm, and the length of the short side of each of the first area and the second area is 6.7 mm.
- the number of linear dislocations is 30 or less in any rectangular region located between the first region and the second region and parallel to the first main surface.
- FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide substrate according to this embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
- FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of the second principal surface.
- FIG. 4 is an enlarged plan view of region IV in FIG.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4.
- FIG. 6 is a schematic diagram of an X-ray section topographic image of the third region.
- FIG. 7 is a schematic diagram of an X-ray section topographic image of the first region.
- FIG. 8 is a schematic diagram of an X-ray section topographic image of the second region.
- FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide substrate according to this embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
- FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of the second principal surface.
- FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing a method for measuring an X-ray section topographic image.
- FIG. 10 is a schematic diagram showing a process of performing double-sided mechanical polishing.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the descending speed of the upper surface plate is measured.
- FIG. 12 is a schematic plan view showing the arrangement of load cells.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the air cylinder is pressurized.
- FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the air cylinder is depressurized.
- FIG. 15 is a diagram showing the relationship between load cell values and set air pressure.
- FIG. 16 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
- FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment.
- FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming the body region.
- FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a source region.
- FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a trench on the third main surface of the silicon carbide epitaxial layer.
- FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate insulating film.
- FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
- FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
- An object of the present disclosure is to suppress an increase in the amount of warpage of a silicon carbide epitaxial substrate.
- Silicon carbide substrate 100 includes first main surface 1, second main surface 2, and basal plane dislocations 4.
- the second main surface 2 is located on the opposite side of the first main surface 1.
- the basal plane dislocation 4 has a linear dislocation 9 that extends linearly when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1 and has a length of 1 mm or more.
- a rectangular area 15 ⁇ m away from the first main surface 1 toward the second main surface 2 and facing the first main surface 1 is defined as a first region 31, and a rectangular region 15 ⁇ m away from the second main surface 2 toward the first main surface 1.
- a rectangular area facing the first area 31 is a second area 32, the length of each long side of the first area 31 and the second area 32 is 16.7 mm, and the first area 31 and the second area 32, the length of each short side of The number of 9's is 30 or less.
- the number of linear dislocations 9 may be determined using X-ray section topography.
- the number of linear dislocations 9 in each of first region 31 and second region 32 may be five or less.
- the number of linear dislocations 9 in the first region 31 is divided by the number of linear dislocations 9 in the second region 32.
- the value may be greater than 0.5 and less than 2.
- the areal density of basal plane dislocations 4 on the first main surface 1 is 10 dislocations/cm 2 or more and 500 dislocations/cm 2 . It may be the following.
- the arithmetic mean height defined as Sa in the first square region 61 of the first main surface 1 is 0.3 nm.
- the arithmetic mean height defined as Sa is 0.3 nm or less, and the one side of each of the first square region 61 and the second square region 62 is The length may be 50 ⁇ m.
- the maximum diameter of the first main surface 1 may be 100 mm or more.
- the first main surface 1 may be inclined at an off angle of 8° or less with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane. good.
- silicon carbide substrate 100 may have a thickness of 200 ⁇ m or more and 900 ⁇ m or less.
- Silicon carbide epitaxial substrate 200 includes silicon carbide substrate 100 according to any one of (1) to (9) above, and silicon carbide epitaxial layer 20 provided on silicon carbide substrate 100. You may be prepared.
- a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device includes the following steps. Silicon carbide epitaxial substrate 200 described in (10) above is prepared. Silicon carbide epitaxial substrate 200 is processed. [Details of embodiments of the present disclosure] Embodiments of the present disclosure will be described below based on the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the crystallographic descriptions in this specification, individual orientations are indicated by [], collective orientations are indicated by ⁇ >, individual planes are indicated by (), and collective planes are indicated by ⁇ , respectively. Regarding negative indexes, a "-" (bar) is supposed to be placed above the number in terms of crystallography, but in this specification, a negative sign is placed in front of the number.
- FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of silicon carbide substrate 100 according to this embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
- silicon carbide substrate 100 mainly has first main surface 1, second main surface 2, and outer peripheral side surface 5.
- the second main surface 2 is on the opposite side to the first main surface 1.
- the outer peripheral side surface 5 is continuous with each of the first main surface 1 and the second main surface 2.
- the first main surface 1 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1, the first main surface 1 extends along each of a first direction 101 and a second direction 102.
- the second direction 102 is a direction perpendicular to the first direction 101.
- the outer peripheral side surface 5 has, for example, an orientation flat 7 and an arcuate portion 8.
- the orientation flat 7 is linear when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1.
- the orientation flat 7 extends along a first direction 101.
- the arcuate portion 8 is continuous with the orientation flat 7.
- the arcuate portion 8 has an arcuate shape when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1 .
- the first direction 101 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
- the first direction 101 may be, for example, the [11-20] direction.
- the first direction 101 may be a direction in which the ⁇ 11-20> direction is projected onto the first principal surface 1. From another perspective, the first direction 101 may be a direction including a ⁇ 11-20> direction component, for example.
- the second direction 102 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
- the second direction 102 may be, for example, the [1-100] direction.
- the second direction 102 may be, for example, a direction in which the ⁇ 1-100> direction is projected onto the first principal surface 1. From another perspective, the second direction 102 may be a direction including a ⁇ 1-100> direction component, for example.
- the first main surface 1 is a surface inclined with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
- the inclination angle (off angle ⁇ 1) with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane is, for example, 8° or less.
- the inclination direction (off direction) of the first main surface 1 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
- the off-angle ⁇ 1 is not particularly limited, but may be, for example, 1° or more, or 2° or more.
- the off-angle ⁇ 1 is not particularly limited, but may be, for example, 7° or less, or 6° or less.
- the maximum diameter W1 of the first principal surface 1 is, for example, 100 mm (4 inches) or more.
- the maximum diameter W1 of the first main surface 1 may be 150 mm (6 inches) or more, or 200 mm (8 inches) or more.
- the maximum diameter W1 of the first main surface 1 is not particularly limited.
- the maximum diameter W1 of the first main surface 1 may be, for example, 400 mm (16 inches) or less.
- the maximum diameter W1 of the first main surface 1 is the longest linear distance between two different points on the outer peripheral side surface 5.
- 4 inches refers to 100 mm or 101.6 mm (4 inches x 25.4 mm/inch). 6 inches means 150 mm or 152.4 mm (6 inches x 25.4 mm/inch). 8 inches means 200 mm or 203.2 mm (8 inches x 25.4 mm/inch). 16 inches means 400 mm or 406.4 mm (16 inches x 25.4 mm/inch).
- silicon carbide substrate 100 has a plurality of basal plane dislocations 4. A portion of the plurality of basal plane dislocations 4 may be exposed on the first main surface 1. Some of the plurality of basal plane dislocations 4 may be exposed on the second main surface 2. A portion of the plurality of basal plane dislocations 4 may be exposed on the outer peripheral side surface 5.
- the areal density of the basal plane dislocations 4 on the first main surface 1 is, for example, 10 to 500/cm 2 .
- the areal density of basal plane dislocations 4 on the first principal surface 1 is not particularly limited.
- the areal density of basal plane dislocations 4 on the first main surface 1 may be, for example, 30 dislocations/cm 2 or more, or 50 dislocations/cm 2 or more.
- the areal density of basal plane dislocations 4 on the first main surface 1 may be, for example, 400 dislocations/cm 2 or less, or 300 dislocations/cm 2 or less.
- the areal density of basal plane dislocations 4 on the first principal surface 1 can be specified, for example, by a melt etching method.
- a melt etching method for example, a potassium hydroxide (KOH) melt is used.
- the temperature of the KOH melt is approximately 500°C or higher and 550°C or lower.
- Etching time is about 5 minutes or more and 10 minutes or less.
- the thickness of silicon carbide substrate 100 is, for example, 200 ⁇ m or more and 900 ⁇ m or less.
- the first thickness T1 is not particularly limited.
- the first thickness T1 may be, for example, 300 ⁇ m or more, or 400 ⁇ m or more.
- the first thickness T1 may be, for example, 800 ⁇ m or less, 700 ⁇ m or less, or 600 ⁇ m or less.
- the thickness direction of silicon carbide substrate 100 is third direction 103 .
- the third direction 103 is perpendicular to each of the first direction and the second direction.
- the first main surface 1 has a first square region 61.
- the first square region 61 When viewed in the direction perpendicular to the first principal surface 1, the first square region 61 is square.
- the length of one side of the first square region 61 is 50 ⁇ m when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the first square area 61 has a first side parallel to the first direction 101 and a second side parallel to the second direction 102.
- the arithmetic mean height defined as Sa is 0.3 nm or less.
- the arithmetic mean height defined as Sa is not particularly limited.
- the arithmetic mean height defined as Sa may be, for example, 0.01 nm or more, or 0.05 nm or more.
- the arithmetic mean height defined as Sa may be, for example, 0.25 nm or less, or 0.2 nm or less.
- FIG. 3 is a schematic plan view showing the configuration of the second main surface 2.
- the second main surface 2 has a second square area 62.
- the second square area 62 is square when viewed in a direction perpendicular to the second main surface 2.
- the length of one side of the second square region 62 is 50 ⁇ m when viewed in a direction perpendicular to the second main surface 2 .
- the second square area 62 has a third side parallel to the first direction 101 and a fourth side parallel to the second direction 102.
- the arithmetic mean height defined as Sa is 0.3 nm or less.
- the arithmetic mean height defined as Sa is not particularly limited.
- the arithmetic mean height defined as Sa may be, for example, 0.01 nm or more, or 0.05 nm or more.
- the arithmetic mean height defined as Sa may be, for example, 0.25 nm or less, or 0.2 nm or less.
- the arithmetic mean height defined as Sa is a parameter obtained by extending Ra, which is the two-dimensional arithmetic mean roughness, to three dimensions.
- the arithmetic mean height defined as Sa is a three-dimensional surface texture parameter defined in the international standard ISO25178.
- the arithmetic mean height, defined as Sa can be measured using a white interference microscope, for example. As a white interference microscope, for example, BW-D507 manufactured by Nikon Corporation can be used. The magnification of the objective lens is, for example, 20 times.
- the arithmetic mean height defined as Sa is measured in each region of the first main surface 1 and the second main surface 2 excluding the region within 5 mm from the outer peripheral side surface 5 (edge exclusion).
- FIG. 4 is an enlarged plan view of region IV in FIG. 1.
- silicon carbide substrate 100 has a rectangular region 30.
- Rectangular region 30 has short sides and long sides. When viewed in a direction perpendicular to first main surface 1, the short sides extend along first direction 101. When viewed in a direction perpendicular to first main surface 1, the length of the short sides (first length A1) is 6.3 mm. When viewed in a direction perpendicular to first main surface 1, the long sides extend along second direction 102. When viewed in a direction perpendicular to first main surface 1, the length of the long sides (second length A2) is 16.7 mm.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4.
- the cross section shown in FIG. 5 is perpendicular to the first main surface 1. From another perspective, the cross section shown in FIG. 5 is parallel to each of the first direction 101 and the third direction 103.
- silicon carbide substrate 100 has a first region 31, a second region 32, a third region 33, a fourth region 34, and a fifth region 35.
- the first region 31 is a rectangular region 15 ⁇ m apart from the first main surface 1 toward the second main surface 2. In the third direction 103, the distance from the first main surface 1 to the first region 31 (first distance D1) is 15 ⁇ m. The first region 31 faces the first main surface 1 .
- the second region 32 is a rectangular region 15 ⁇ m apart from the second main surface 2 toward the first main surface 1. In the third direction 103, the distance from the second main surface 2 to the second region 32 (second distance D2) is 15 ⁇ m. The second region 32 faces the first region 31. From another perspective, the shape of the first region 31 matches the shape of the second region 32 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the third region 33 is a rectangular region located between the first main surface 1 and the second main surface 2.
- the distance between the first main surface 1 and the third region 33 is the same as the distance between the second main surface 2 and the third region 33.
- the fourth region 34 is a rectangular region 85 ⁇ m apart from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
- the fifth region 35 is a rectangular region 240 ⁇ m apart from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
- FIG. 6 is a schematic diagram of an X-ray section topographic image of the third region 33.
- the short side of the third region 33 extends along the first direction 101 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the length of the short side of the third region 33 is the first length A1.
- the long side of the third region 33 extends along the second direction 102 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the length of the long side of the third region 33 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 is the second length A2.
- linear dislocations 9 exist in the third region 33. When viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1, the linear dislocations 9 extend linearly.
- the length of the linear dislocation 9 (third length A3) when viewed in the direction perpendicular to the first principal surface 1 is 1 mm or more.
- Linear dislocation 9 is one type of basal plane dislocation 4.
- a basal plane dislocation 4 that extends linearly and has a length of 1 mm or more when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1 is defined as a linear dislocation 9. That is, the basal plane dislocations 4 are classified into linear dislocations 9 and nonlinear dislocations 6.
- the nonlinear dislocation 6 is defined as a basal plane dislocation 4 that extends linearly but has a length of less than 1 mm, or does not extend linearly (for example, is curved).
- the linear dislocations 9 may extend along the first direction 101, or may extend in the first direction 101 and the second direction. 102 may extend in a direction oblique to each other.
- the linear dislocations 9 may extend in a direction inclined at 60 degrees with respect to the first direction 101.
- the linear dislocation 9 is divided into a first linear dislocation portion 91 extending along the first direction 101 and a direction inclined at 60 degrees with respect to the first direction 101. It has an extending second linear dislocation portion 92.
- FIG. 7 is a schematic diagram of an X-ray section topographic image of the first region 31.
- the short side of the first region 31 extends along the first direction 101 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the length of the short side of the first region 31 is a first length A1.
- the long side of the first region 31 extends along the second direction 102 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the length of the long side of the first region 31 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 is the second length A2.
- linear dislocations 9 exist in the first region 31.
- the linear dislocations 9 may extend in directions oblique to each of the first direction 101 and the second direction 102.
- the linear dislocations 9 may extend in a direction inclined at 60 degrees with respect to the first direction 101.
- Threading dislocations 19 may exist in the first region 31 .
- the threading dislocations 19 are, for example, point-like.
- FIG. 8 is a schematic diagram of an X-ray section topographic image of the second region 32.
- the short side of the second region 32 extends along the first direction 101 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the length of the short side of the second region 32 is the first length A1.
- the long side of the second region 32 extends along the second direction 102 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the length of the long side of the second region 32 when viewed in the direction perpendicular to the first principal surface 1 is the second length A2.
- linear dislocations 9 exist in the second region 32.
- the linear dislocations 9 may extend in the second direction 102 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 .
- the linear dislocation 9 may have a third linear dislocation portion 93 extending, for example, along the second direction 102.
- the number of linear dislocations 9 is , 30 or less. Specifically, in each of the first region 31, second region 32, third region 33, fourth region 34, and fifth region 35, the number of linear dislocations 9 is 30 or less.
- the upper limit of the number of linear dislocations 9 in any rectangular region located between the first region 31 and the second region 32 is not particularly limited, but may be, for example, 25 or less, or 20 or less. The number may be 15 or less.
- the number of linear dislocations 9 in each of the first region 31 and the second region 32 may be smaller than the number of linear dislocations 9 in the third region 33. Specifically, the number of linear dislocations 9 in each of the first region 31 and the second region 32 may be five or less. The number of linear dislocations 9 in each of the first region 31 and the second region 32 is not particularly limited. The number of linear dislocations 9 in each of the first region 31 and the second region 32 may be, for example, four or less, or three or less. The number of linear dislocations 9 in the third region 33 may be, for example, six or more, or eight or more.
- the number of linear dislocations 9 in the first region 31 is approximately the same as the number of linear dislocations 9 in the second region 32. Specifically, the value obtained by dividing the number of linear dislocations 9 in the first region 31 by the number of linear dislocations 9 in the second region 32 may be greater than 0.5 and smaller than 2. The value obtained by dividing the number of linear dislocations 9 in the first region 31 by the number of linear dislocations 9 in the second region 32 may be larger than 0.6 and smaller than 5/3, or may be larger than 0.8 and smaller than 5/3. may also be larger than 1.25.
- the number of linear dislocations 9 is determined using, for example, X-ray section topography.
- X-ray section topography device XRTmicron manufactured by Rigaku Corporation can be used.
- the incident X-ray source is molybdenum (Mo).
- the exposure time is 40 seconds per pixel.
- the diffraction vector g is ⁇ 22-40>.
- the image binning is 1 ⁇ 1 (5.4 ⁇ m ⁇ 5.4 ⁇ m).
- the slit width of the incident X-ray is 0.02 mm.
- the measurement method shall be the transmission method.
- FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing a method for measuring an X-ray section topographic image.
- incident X-rays 104 are irradiated onto silicon carbide substrate 100 from the second main surface 2 side.
- Diffraction X-rays from silicon carbide substrate 100 are detected by a detector (not shown) disposed on the first main surface 1 side.
- the incident angle ⁇ 2 is 31.32°.
- the diffraction angle ⁇ 3 is 54.99°.
- the first region 31, X-ray section topographic images of each of the second region 32, third region 33, fourth region 34, and fifth region 35 are acquired.
- the width of the measurement depth is 4.6 ⁇ m.
- the length of the linear dislocation 9 (third length A3) is 1 mm or more when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1.
- the third length A3 may be 2 mm or more, or 3 mm or more.
- the third length A3 may be 20 mm or less, or may be 10 mm or less.
- the width A4 of the linear dislocation 9 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 may be 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
- a crystal growth process is performed. Specifically, a silicon carbide single crystal is formed using a sublimation method. Next, the silicon carbide single crystal is cut into a plurality of silicon carbide substrates 100 using a saw wire.
- FIG. 10 is a schematic diagram showing a process of performing double-sided mechanical polishing.
- the double-sided mechanical polishing apparatus 300 includes an upper surface plate 301, a lower surface plate 302, an upper polishing cloth 303, a lower polishing cloth 304, a pressure head 305, an air cylinder 306, and an inner It mainly includes a sun gear 307, a sun gear 308, and a carrier 309.
- the upper polishing cloth 303 is attached to the lower surface of the upper surface plate 301.
- the lower polishing cloth 304 is attached to the upper surface of the lower surface plate 302.
- the pressure head 305 is provided on the upper surface plate 301.
- Air cylinder 306 can apply pressure to pressure head 305 .
- each of the plurality of silicon carbide substrates 100 is attached to a carrier 309.
- a plurality of silicon carbide substrates 100 are arranged between upper polishing cloth 303 and lower polishing cloth 304.
- slurry is introduced between silicon carbide substrate 100 and upper polishing cloth 303 and between silicon carbide substrate 100 and lower polishing cloth 304.
- the slurry includes, for example, diamond abrasive grains and water.
- the diameter of the diamond abrasive grains is, for example, 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
- mechanical polishing is performed on both sides of silicon carbide substrate 100.
- the upper surface plate 301 vibrates in the vertical direction.
- the polishing pressure applied to silicon carbide substrate 100 instantaneously changes from a predetermined pressure.
- the followability of air cylinder 306 is not sufficiently good, the time from when upper surface plate 301 moves upward until it comes down to silicon carbide substrate 100 side becomes longer. In this case, since the gap between the upper polishing cloth 303 and the lower polishing cloth 304 becomes larger, the vibration width of the upper surface plate 301 in the vertical direction becomes larger. In particular, when mechanically polishing silicon carbide substrate 100, the load applied to upper surface plate 301 is greater than when mechanically polishing silicon substrate. When the amplitude of vibration in the vertical direction of upper surface plate 301 increases, a large load is instantaneously applied to silicon carbide substrate 100 when upper surface plate 301 descends onto silicon carbide substrate 100 . As a result, a damaged layer is formed inside silicon carbide substrate 100.
- the upper surface plate 301 is lowered within a specific speed range. Specifically, when the upper surface plate 301 is lowered from a position where the distance between the upper surface plate 301 and the lower surface plate 302 is 15 cm, the time required for the pressure applied to the load cell to reach 0.5N is 10 cm. The lowering speed of the upper surface plate 301 is controlled so that the lowering speed is within 40 seconds.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the lowering speed of the upper surface plate 301 is measured.
- FIG. 12 is a schematic plan view showing the arrangement of load cells. As shown in FIG. 11, the load cell 310 is placed on the lower surface plate 302. As shown in FIG. 12, the internal gear 307 is arranged on the outer periphery of the lower surface plate 302. Sun gear 308 is surrounded by internal gear 307. The three load cells 310 are arranged so that the angle of the line segment connecting each of the two load cells 310 and the center of the lower surface plate 302 is 120°. Three load cells 310 are placed at 0°, 120° and 240° positions.
- FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the air cylinder 306 is pressurized.
- the upper surface plate 301 is further pressurized by the air cylinder 306.
- the pressure applied to the load cell 310 from the upper surface plate 301 is measured.
- the pressure measurement ends when the total pressure measured by the three load cells 310 reaches 0.5N.
- the lowering speed of the upper surface plate 301 is controlled, for example, by controlling the movement of the air cylinder 306.
- FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the air cylinder 306 is depressurized. As shown in FIG. 14, when the air cylinder 306 is depressurized, the pressure applied to the upper surface plate 301 is reduced. The upper surface plate 301 moves in the direction away from the lower surface plate 302. The pressure applied to load cell 310 gradually decreases.
- FIG. 15 is a diagram showing the relationship between load cell values and set air pressure.
- the set air pressure of the air cylinder 306 when the set air pressure of the air cylinder 306 is 0, the pressure measured by the load cell 310 (load cell value) is 0. As the set air pressure increases, the load cell value increases. When the air cylinder 306 is pressurized and the set air pressure reaches the first pressure C1, the load cell value is the first value B11. The first pressure C1 is 200 g/cm 2 .
- the load cell value is the second value B21.
- the second pressure C2 is 1000 g/cm 2 .
- the load cell value is the third value B3.
- the third pressure C3 is, for example, 1200 g/cm 2 .
- the air cylinder 306 is depressurized.
- the load cell value is the fourth value B22.
- the fourth value B22 is larger than the second value B21.
- the value obtained by dividing the absolute value of the difference between the fourth value B22 and the second value B21 by the second pressure C2 is within 5%. In other words, the absolute value of the difference between the fourth value B22 and the second value B21 is within 50 g/cm 2 .
- the load cell value is the fifth value B12.
- the fifth value B12 is larger than the first value B11.
- the value obtained by dividing the absolute value of the difference between the fifth value B12 and the first value B11 by the first pressure C1 is within 5%.
- the absolute value of the difference between the fifth value B12 and the first value B11 is within 10 g/cm 2 .
- the hysteresis of pressurization and depressurization is reduced.
- the set pressure of the air cylinder 306 is in the range of 200 g/cm 2 or more and 1000 g/cm 2 or less
- the pressure applied to the upper surface plate 301 during depressurization and the pressurization applied to the upper surface plate 301 The air cylinder 306 is controlled so that the difference between the pressure and the set pressure of the air cylinder 306 is within 5% of the set pressure of the air cylinder 306.
- the polishing liquid includes, for example, abrasive grains and an oxidizing agent.
- the abrasive grains are, for example, colloidal silica.
- the oxidizing agent is, for example, hydrogen peroxide, permanganate, nitrate or hypochlorite.
- the polishing liquid is, for example, DSC-0902 manufactured by Fujimi Incorporated.
- the polishing cloth is, for example, a nonwoven fabric (SUBA800) manufactured by Nitta Haas.
- Silicon carbide substrate 100 is attached to a polishing head (not shown). Silicon carbide substrate 100 is arranged to face a polishing cloth (not shown). A polishing liquid containing abrasive grains is supplied between silicon carbide substrate 100 and the polishing cloth.
- the rotation speed of the polishing head is, for example, 60 rpm.
- the rotation speed of the surface plate provided with the polishing cloth is, for example, 60 rpm.
- the average processing surface pressure is, for example, 450 g/cm 2 .
- the flow rate of the polishing liquid is, for example, 2 liters per minute.
- FIG. 16 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment.
- the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 400 according to the present embodiment includes a step of preparing silicon carbide epitaxial substrate 200 (S1), and a step of processing silicon carbide epitaxial substrate 200 (S2). It mainly has
- a step (S1) of preparing silicon carbide epitaxial substrate 200 is performed.
- silicon carbide substrate 100 according to this embodiment is prepared (see FIG. 1).
- silicon carbide epitaxial layer 20 is formed on silicon carbide substrate 100.
- silicon carbide epitaxial layer 20 is formed on first main surface 1 of silicon carbide substrate 100 by epitaxial growth.
- silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as source gases, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas.
- the temperature for epitaxial growth is, for example, about 1400° C. or more and 1700° C. or less.
- an n-type impurity, such as nitrogen, is introduced into silicon carbide epitaxial layer 20.
- FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of silicon carbide epitaxial substrate 200 according to this embodiment.
- silicon carbide epitaxial substrate 200 according to this embodiment includes silicon carbide substrate 100 and silicon carbide epitaxial layer 20. Silicon carbide epitaxial layer 20 is provided on silicon carbide substrate 100.
- Silicon carbide epitaxial layer 20 may include a buffer layer 41 and a drift layer 42.
- Buffer layer 41 is in contact with silicon carbide substrate 100 .
- Drift layer 42 is provided on buffer layer 41.
- the nitrogen concentration contained in the drift layer 42 may be lower than the nitrogen concentration contained in the buffer layer 41.
- the drift layer 42 has a third main surface 3. Third main surface 3 constitutes the surface of silicon carbide epitaxial substrate 200 .
- a step (S2) of processing silicon carbide epitaxial substrate 200 is performed. Specifically, the following processing is performed on silicon carbide epitaxial substrate 200. First, ion implantation is performed into silicon carbide epitaxial substrate 200.
- FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming the body region.
- a p-type impurity such as aluminum is ion-implanted into third main surface 3 of silicon carbide epitaxial layer 20 .
- body region 113 having p-type conductivity is formed.
- the portion where body region 113 is not formed becomes drift layer 42 and buffer layer 41.
- the thickness of the body region 113 is, for example, 0.9 ⁇ m.
- Silicon carbide epitaxial layer 20 includes a buffer layer 41 , a drift layer 42 , and a body region 113 .
- FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a source region.
- an n-type impurity such as phosphorus is ion-implanted into body region 113, for example.
- a source region 114 having an n-type conductivity type is formed.
- the thickness of the source region 114 is, for example, 0.4 ⁇ m.
- the concentration of n-type impurities contained in source region 114 is higher than the concentration of p-type impurities contained in body region 113.
- a contact region 118 is formed by ion-implanting a p-type impurity such as aluminum into the source region 114.
- Contact region 118 is formed to penetrate source region 114 and body region 113 and be in contact with drift layer 42 .
- the concentration of p-type impurities contained in contact region 118 is higher than the concentration of n-type impurities contained in source region 114.
- activation annealing is performed to activate the ion-implanted impurities.
- the activation annealing temperature is, for example, 1500° C. or more and 1900° C. or less.
- the activation annealing time is, for example, about 30 minutes.
- the activation annealing atmosphere is, for example, an argon atmosphere.
- FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a trench in third main surface 3 of silicon carbide epitaxial layer 20.
- a mask 117 having an opening is formed on the third main surface 3 composed of the source region 114 and the contact region 118. Using mask 117, source region 114, body region 113, and a portion of drift layer 42 are removed by etching.
- the etching method for example, inductively coupled plasma reactive ion etching can be used. Specifically, for example, inductively coupled plasma reactive ion etching using SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 as a reactive gas is used. A recess is formed in the third main surface 3 by etching.
- thermal etching is performed in the recesses.
- Thermal etching can be performed, for example, by heating in an atmosphere containing a reactive gas containing at least one type of halogen atom, with the mask 117 formed on the third main surface 3.
- At least one type of halogen atom includes at least one of a chlorine (Cl) atom and a fluorine (F) atom.
- the atmosphere includes, for example, Cl2 , BCl3 , SF6 or CF4 .
- thermal etching is performed using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas as a reaction gas, and at a heat treatment temperature of, for example, 700° C. or higher and 1000° C. or lower.
- the reaction gas may contain a carrier gas in addition to the above-mentioned chlorine gas and oxygen gas.
- the carrier gas for example, nitrogen gas, argon gas, or helium gas can be used.
- trenches 56 are formed in the third main surface 3 by thermal etching.
- Trench 56 is defined by side wall surface 53 and bottom wall surface 54 .
- Sidewall surface 53 is composed of source region 114, body region 113, and drift layer 42.
- the bottom wall surface 54 is composed of the drift layer 42.
- the mask 117 is removed from the third main surface 3.
- FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate insulating film.
- silicon carbide epitaxial substrate 200 in which trenches 56 are formed in third main surface 3 is heated at a temperature of, for example, 1300° C. or more and 1400° C. or less in an atmosphere containing oxygen.
- the bottom wall surface 54 is in contact with the drift layer 42
- the side wall surface 53 is in contact with each of the drift layer 42 , the body region 113 , and the source region 114
- the third main surface 3 is in contact with each of the source region 114 and the contact region 118 .
- a contacting gate insulating film 115 is formed.
- FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
- Gate electrode 127 is formed inside trench 56 so as to be in contact with gate insulating film 115 .
- Gate electrode 127 is disposed inside trench 56 and formed on gate insulating film 115 so as to face each of side wall surface 53 and bottom wall surface 54 of trench 56 .
- the gate electrode 127 is formed, for example, by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method.
- Interlayer insulating film 126 is formed. Interlayer insulating film 126 is formed to cover gate electrode 127 and to be in contact with gate insulating film 115 .
- the interlayer insulating film 126 is formed, for example, by chemical vapor deposition.
- the interlayer insulating film 126 is made of, for example, a material containing silicon dioxide.
- interlayer insulating film 126 and a portion of gate insulating film 115 are etched so that openings are formed over source region 114 and contact region 118. As a result, contact region 118 and source region 114 are exposed from gate insulating film 115.
- Source electrode 116 is formed so as to be in contact with each of source region 114 and contact region 118.
- Source electrode 116 is formed by, for example, a sputtering method.
- the source electrode 116 is made of a material containing, for example, Ti (titanium), Al (aluminum), and Si (silicon).
- alloying annealing is performed. Specifically, the source electrode 116 in contact with each of the source region 114 and the contact region 118 is maintained at a temperature of, for example, 900° C. or more and 1100° C. or less for about 5 minutes. As a result, at least a portion of the source electrode 116 is silicided. As a result, a source electrode 116 that is in ohmic contact with the source region 114 is formed. Source electrode 116 may be in ohmic contact with contact region 118.
- Source wiring 119 is formed.
- Source wiring 119 is electrically connected to source electrode 116.
- Source wiring 119 is formed to cover source electrode 116 and interlayer insulating film 126 .
- a step of forming a drain electrode is performed. First, silicon carbide substrate 100 is polished on second main surface 2 . This reduces the thickness of silicon carbide substrate 100. Next, drain electrode 123 is formed. Drain electrode 123 is formed so as to be in contact with second main surface 2 . Through the above steps, silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment is manufactured.
- FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
- Silicon carbide semiconductor device 400 is, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
- Silicon carbide semiconductor device 400 mainly includes silicon carbide epitaxial substrate 200, gate electrode 127, gate insulating film 115, source electrode 116, drain electrode 123, source wiring 119, and interlayer insulating film 126. ing.
- Silicon carbide epitaxial substrate 200 has buffer layer 41 , drift layer 42 , body region 113 , source region 114 , and contact region 118 .
- Silicon carbide semiconductor device 400 may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
- a processing damage layer is generated on each of first main surface 1 and second main surface 2 of silicon carbide substrate 100.
- the processing damage layer extends to the vicinity of the center of the silicon carbide substrate 100 in the thickness direction due to the vibration of the surface plate. Since the thickness of the process damage layer is large, the process damage layer cannot be completely removed even when final polishing is performed on silicon carbide substrate 100.
- an epitaxial layer is formed on silicon carbide substrate 100 in which a processing damage layer remains, the amount of warpage of silicon carbide epitaxial substrate 200 increases.
- the inventor conducted extensive research on measures to suppress the expansion of the processing damage layer inside silicon carbide substrate 100, and as a result, obtained the following knowledge.
- the inventor focused on the descending speed of the polishing head (upper surface plate 301). Specifically, in the double-sided mechanical polishing process, the upper surface plate 301 vibrates in the vertical direction. When upper surface plate 301 vibrates in the vertical direction, the polishing pressure applied to silicon carbide substrate 100 instantaneously changes from a predetermined pressure. In order to restore the polishing pressure to a predetermined pressure, it is necessary to improve the followability of the air cylinder 306 that controls the pressure of the upper surface plate 301.
- the followability of air cylinder 306 is not sufficiently good, the time from when upper surface plate 301 moves upward until it comes down to silicon carbide substrate 100 side becomes longer. In this case, since the gap between the upper polishing cloth 303 and the lower polishing cloth 304 becomes larger, the vibration width of the upper surface plate 301 in the vertical direction becomes larger. In particular, when mechanically polishing silicon carbide substrate 100, the load applied to upper surface plate 301 is larger than when mechanically polishing silicon substrate. When the amplitude of vibration in the vertical direction of upper surface plate 301 increases, a large load is instantaneously applied to silicon carbide substrate 100 when upper surface plate 301 descends onto silicon carbide substrate 100 . This causes a processing damage layer to extend inside silicon carbide substrate 100 .
- the pressure applied to the load cell 310 is 0.
- the lowering speed of the upper surface plate 301 is controlled so that the time required to reach 5N is from 10 seconds to 40 seconds. Thereby, it is possible to suppress the processing damage layer from extending into the interior of silicon carbide substrate 100.
- the inventor focused on the difference in actual pressurization values during pressurization and depressurization. In a region where the processing pressure is high, if the hysteresis between pressurization and depressurization is large, a processing damage layer tends to extend inside silicon carbide substrate 100.
- the set pressure of the air cylinder 306 is in the range of 200 g/cm 2 or more and 1000 g/cm 2 or less, the pressure applied to the upper surface plate 301 during depressurization and the pressurization applied to the upper surface plate 301
- the air cylinder 306 is controlled so that the difference between the pressure and the set pressure of the air cylinder 306 is within 5% of the set pressure of the air cylinder 306.
- the degree of processing damage inside silicon carbide substrate 100 can be evaluated based on the number of linear dislocations 9.
- the linear dislocation 9 is a basal plane dislocation 4 that extends linearly and has a length of 1 mm or more. When the strain near the basal plane dislocation 4 increases due to the process damage layer, it is observed as a linear dislocation 9 with a length of 1 mm or more.
- Silicon carbide substrate 100 includes first main surface 1, second main surface 2, and basal plane dislocations 4.
- the second main surface 2 is located on the opposite side of the first main surface 1.
- the basal plane dislocation 4 has a linear dislocation 9 that extends linearly when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1 and has a length of 1 mm or more.
- a rectangular region 30 that is 15 ⁇ m apart from the first major surface 1 toward the second major surface 2 and opposite to the first major surface 1 is defined as a first region 31, and 15 ⁇ m apart from the second major surface 2 toward the first major surface 1.
- a rectangular area 30 that is separate and opposite to the first area 31 is defined as a second area 32, and the length of each long side of the first area 31 and the second area 32 is 16.7 mm, and the first area 31 and the second area 32 are When the length of each short side of the two regions 32 is 6.3 mm, in any rectangular region 30 located between the first region 31 and the second region 32 and parallel to the first main surface 1, The number of linear dislocations 9 is 30 or less.
- silicon carbide substrate 100 According to silicon carbide substrate 100 according to the present disclosure, the degree of processing damage inside silicon carbide substrate 100 is reduced. As a result, when an epitaxial layer is formed on silicon carbide substrate 100, it is possible to suppress an increase in the amount of warpage of silicon carbide epitaxial substrate 200.
- the number of linear dislocations 9 may be determined using X-ray section topography.
- X-ray section topography parts with large distortions are displayed darker than parts with small distortions because the diffraction X-ray intensity is large. Therefore, the number of linear dislocations 9 can be measured with high accuracy.
- Silicon carbide epitaxial substrate 200 may include silicon carbide substrate 100 according to the above and silicon carbide epitaxial layer 20 provided on silicon carbide substrate 100. Thereby, when silicon carbide epitaxial layer 20 is formed on silicon carbide substrate 100, it is possible to suppress an increase in the amount of warpage of silicon carbide epitaxial substrate 200.
- a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device includes the following steps. Silicon carbide epitaxial substrate 200 described above is prepared. Silicon carbide epitaxial substrate 200 is processed. As a result, when the temperature of silicon carbide substrate 100 is increased or decreased in the manufacturing process of a silicon carbide semiconductor device, the warpage of silicon carbide epitaxial substrate 200 changes due to processing damage remaining inside silicon carbide substrate 100. It is possible to suppress the amount from increasing.
- silicon carbide substrates 100 according to samples 1 to 3 were prepared. Silicon carbide substrate 100 according to Sample 1 was used as a comparative example. Silicon carbide substrates 100 according to samples 2 and 3 were used as examples.
- the load cell 310 The lowering speed of the upper surface plate 301 was controlled so that the times until the applied pressure reached 0.5N were 55 seconds, 30 seconds, and 15 seconds, respectively.
- the reduced pressure applied to the upper surface plate 301 is applied when the set pressure of the air cylinder 306 is in the range of 200 g/cm 2 or more and 1000 g/cm 2 or less. and the pressure applied to the upper surface plate 301 during pressurization are 7.1%, 4.8%, and 2.3% of the set pressure of the air cylinder 306, respectively. Air cylinder 306 was controlled.
- the first measurement area is located at a position of 15 ⁇ m from the surface (first principal surface 1)
- the second measurement area is located at a position of 85 ⁇ m from the surface
- the third measurement area is located at a position of 175 ⁇ m from the surface
- the position is located at a position of 240 ⁇ m from the surface.
- X-ray section topography images were acquired in each of the fourth measurement area and the fifth measurement area located 15 ⁇ m from the back surface (second principal surface 2).
- the length of the long side of each of the first measurement area, second measurement area, third measurement area, fourth measurement area, and fifth measurement area was 16.7 mm, and the length of the short side was 6.3 mm. .
- the X-ray section topography image was acquired using an XRTmicron manufactured by Rigaku Corporation.
- the incident X-ray source was molybdenum (Mo).
- the exposure time was 40 seconds per pixel.
- the diffraction vector g was set to ⁇ 22-40>.
- the binning of the image was 1 ⁇ 1 (5.4 ⁇ m ⁇ 5.4 ⁇ m).
- the slit width of the incident X-ray was 0.02 mm.
- the measurement method was a transmission method.
- the incident angle ⁇ 2 is 31.32°.
- the diffraction angle ⁇ 3 is 54.99°.
- the width of the measured depth in the third direction 103 is 4.6 ⁇ m.
- the number of linear dislocations 9 was measured in each of the first measurement area, second measurement area, third measurement area, fourth measurement area, and fifth measurement area.
- silicon carbide epitaxial layer 20 was formed on silicon carbide substrate 100 by epitaxial growth.
- WARP of silicon carbide epitaxial substrate 200 in which silicon carbide epitaxial layer 20 was formed on silicon carbide substrate 100 was measured.
- WARP is a parameter that quantifies the degree of warpage of silicon carbide epitaxial substrate 200. As the degree of warpage of silicon carbide epitaxial substrate 200 increases, WARP increases. (Evaluation results)
- the number of linear dislocations 9 is 18 or more in each of the first measurement area, second measurement area, third measurement area, fourth measurement area, and fifth measurement area. There were no more than 44 pieces.
- the value obtained by dividing the number of linear dislocations 9 in the first measurement area by the number of linear dislocations 9 in the fifth measurement area was 0.45.
- WARP of silicon carbide epitaxial substrate 200 after epitaxial growth was 48 ⁇ m.
- the number of linear dislocations 9 is 2 or more in each of the first measurement region, second measurement region, third measurement region, fourth measurement region, and fifth measurement region. There were no more than 29 pieces.
- the value obtained by dividing the number of linear dislocations 9 in the first measurement area by the number of linear dislocations 9 in the fifth measurement area was 0.67.
- WARP of silicon carbide epitaxial substrate 200 after epitaxial growth was 10 ⁇ m.
- the number of linear dislocations 9 is one or more in each of the first measurement region, second measurement region, third measurement region, fourth measurement region, and fifth measurement region. There were no more than 19 pieces.
- the value obtained by dividing the number of linear dislocations 9 in the first measurement area by the number of linear dislocations 9 in the fifth measurement area was 1.00.
- WARP of silicon carbide epitaxial substrate 200 after epitaxial growth was 4 ⁇ m.
- a first main surface a second main surface located on the opposite side of the first main surface; comprising a basal plane dislocation
- the basal plane dislocation has a linear dislocation that extends linearly and has a length of 1 mm or more when viewed in a direction perpendicular to the first main surface,
- a first region is a rectangular region that is 15 ⁇ m away from the first main surface toward the second main surface and opposite to the first main surface, and a rectangular region that is 15 ⁇ m away from the second main surface toward the first main surface and opposite to the first main surface.
- a rectangular area facing the first area is a second area, the length of each long side of the first area and the second area is 16.7 mm, and the first area and the second area have a length of 16.7 mm.
- a silicon carbide substrate wherein the number of linear dislocations is 30 or less in any rectangular region located between the first region and the second region and parallel to the first main surface.
- the silicon carbide substrate according to supplementary note 1 wherein the number of linear dislocations is determined using X-ray section topography.
- the silicon carbide substrate according to appendix 1 or 2 wherein the number of linear dislocations in each of the first region and the second region is five or less.
- (Appendix 9) The silicon carbide substrate according to appendix 1 or 2, wherein the silicon carbide substrate has a thickness of 200 ⁇ m or more and 900 ⁇ m or less.
- (Appendix 10) A silicon carbide substrate according to Supplementary Note 1 or 2, A silicon carbide epitaxial substrate, comprising: a silicon carbide epitaxial layer provided on the silicon carbide substrate.
- (Appendix 11) a step of preparing a silicon carbide epitaxial substrate according to Appendix 10; A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising the step of processing the silicon carbide epitaxial substrate.
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Abstract
炭化珪素基板は、第1主面と、第2主面と、基底面転位と、を有している。第2主面は、第1主面の反対側に位置している。基底面転位は、第1主面に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である線状転位、を有している。第1主面から第2主面に向かって15μm離れかつ第1主面に対向する長方形領域を第1領域とし、第2主面から第1主面に向かって15μm離れかつ第1領域に対向する長方形領域を第2領域とし、第1領域および第2領域の各々の長辺の長さを16.7mmとし、かつ、第1領域および第2領域の各々の短辺の長さを6.3mmとした場合、第1領域と第2領域との間に位置しかつ第1主面に平行な任意の長方形領域において、線状転位の数は、30本以下である。
Description
本開示は、炭化珪素基板、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に関する。本出願は、2022年9月13日に出願した日本特許出願である特願2022-145475号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
特開2016-139685号公報(特許文献1)には、表面粗さRaが1nm以下である単結晶炭化珪素基板が記載されている。
本開示に係る炭化珪素基板は、第1主面と、第2主面と、基底面転位と、を備えている。第2主面は、第1主面の反対側に位置している。基底面転位は、第1主面に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である線状転位、を有している。第1主面から第2主面に向かって15μm離れかつ第1主面に対向する長方形領域を第1領域とし、第2主面から第1主面に向かって15μm離れかつ第1領域に対向する長方形領域を第2領域とし、第1領域および第2領域の各々の長辺の長さを16.7mmとし、かつ、第1領域および第2領域の各々の短辺の長さを6.3mmとした場合、第1領域と第2領域との間に位置しかつ第1主面に平行な任意の長方形領域において、線状転位の数は、30本以下である。
[本開示が解決しようとする課題]
本開示の目的は、炭化珪素エピタキシャル基板の反り量が大きくなることを抑制することである。
本開示の目的は、炭化珪素エピタキシャル基板の反り量が大きくなることを抑制することである。
[本開示の効果]
本開示によれば、炭化珪素エピタキシャル基板の反り量が大きくなることを抑制することができる。
本開示によれば、炭化珪素エピタキシャル基板の反り量が大きくなることを抑制することができる。
[本開示の実施形態の説明]
(1)本開示に係る炭化珪素基板100は、第1主面1と、第2主面2と、基底面転位4と、を備えている。第2主面2は、第1主面1の反対側に位置している。基底面転位4は、第1主面1に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である線状転位9、を有している。第1主面1から第2主面2に向かって15μm離れかつ第1主面1に対向する長方形領域を第1領域31とし、第2主面2から第1主面1に向かって15μm離れかつ第1領域31に対向する長方形領域を第2領域32とし、第1領域31および第2領域32の各々の長辺の長さを16.7mmとし、かつ、第1領域31および第2領域32の各々の短辺の長さを6.3mmとした場合、第1領域31と第2領域32との間に位置しかつ第1主面1に平行な任意の長方形領域において、線状転位9の数は、30本以下である。
(1)本開示に係る炭化珪素基板100は、第1主面1と、第2主面2と、基底面転位4と、を備えている。第2主面2は、第1主面1の反対側に位置している。基底面転位4は、第1主面1に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である線状転位9、を有している。第1主面1から第2主面2に向かって15μm離れかつ第1主面1に対向する長方形領域を第1領域31とし、第2主面2から第1主面1に向かって15μm離れかつ第1領域31に対向する長方形領域を第2領域32とし、第1領域31および第2領域32の各々の長辺の長さを16.7mmとし、かつ、第1領域31および第2領域32の各々の短辺の長さを6.3mmとした場合、第1領域31と第2領域32との間に位置しかつ第1主面1に平行な任意の長方形領域において、線状転位9の数は、30本以下である。
(2)上記(1)に係る炭化珪素基板100によれば、線状転位9の数は、X線セクショントポグラフィーを用いて決定されてもよい。
(3)上記(1)または(2)に係る炭化珪素基板100によれば、第1領域31および第2領域32の各々における線状転位9の数は、5本以下であってもよい。
(4)上記(1)から(3)のいずれかに係る炭化珪素基板100によれば、第1領域31の線状転位9の数を第2領域32における線状転位9の数で割った値は、0.5よりも大きく2よりも小さくてもよい。
(5)上記(1)から(4)のいずれかに係る炭化珪素基板100によれば、第1主面1における基底面転位4の面密度は、10個/cm2以上500個/cm2以下であってもよい。
(6)上記(1)から(5)のいずれかに係る炭化珪素基板100によれば、第1主面1の第1正方領域61において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下であり、第2主面2の第2正方領域62において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下であり、第1正方領域61および第2正方領域62の各々の一辺の長さは、50μmであってもよい。
(7)上記(1)から(6)のいずれかに係る炭化珪素基板100によれば、第1主面1の最大径は、100mm以上であってもよい。
(8)上記(1)から(7)のいずれかに係る炭化珪素基板100によれば、第1主面1は、{0001}面に対して8°以下のオフ角度で傾斜していてもよい。
(9)上記(1)から(8)のいずれかに係る炭化珪素基板100によれば、炭化珪素基板100の厚みは、200μm以上900μm以下であってもよい。
(10)本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板200は、上記(1)から(9)のいずれかに係る炭化珪素基板100と、炭化珪素基板100上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層20と、を備えていてもよい。
(11)本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。上記(10)に記載の炭化珪素エピタキシャル基板200が準備される。炭化珪素エピタキシャル基板200が加工される。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本開示の実施形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。本明細書中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{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”-”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本開示の実施形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。本明細書中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{}でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”-”(バー)を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
<炭化珪素基板>
まず、本実施形態に係る炭化珪素基板100の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る炭化珪素基板100の構成を示す平面模式図である。図2は、図1のII-II線に沿った断面模式図である。
まず、本実施形態に係る炭化珪素基板100の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る炭化珪素基板100の構成を示す平面模式図である。図2は、図1のII-II線に沿った断面模式図である。
図1および図2に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板100は、第1主面1と、第2主面2と、外周側面5とを主に有している。第2主面2は、第1主面1と反対側にある。外周側面5は、第1主面1および第2主面2の各々に連なっている。
図1に示されるように、第1主面1に対して垂直な方向に見て、第1主面1は、第1方向101および第2方向102の各々に沿って拡がっている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第2方向102は、第1方向101に対して垂直な方向である。外周側面5は、たとえばオリエンテーションフラット7と、円弧状部8とを有している。
図1に示されるように、オリエンテーションフラット7は、第1主面1に対して垂直な方向に見て、直線状である。オリエンテーションフラット7は、第1方向101に沿って延在している。円弧状部8は、オリエンテーションフラット7に連なっている。円弧状部8は、第1主面1に対して垂直な方向に見て、円弧状である。
第1方向101は、たとえば<11-20>方向である。第1方向101は、たとえば[11-20]方向であってもよい。第1方向101は、<11-20>方向を第1主面1に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第1方向101は、たとえば<11-20>方向成分を含む方向であってもよい。
第2方向102は、たとえば<1-100>方向である。第2方向102は、たとえば[1-100]方向であってもよい。第2方向102は、たとえば<1-100>方向を第1主面1に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第2方向102は、たとえば<1-100>方向成分を含む方向であってもよい。
第1主面1は、{0001}面に対して傾斜した面である。{0001}面に対する傾斜角(オフ角度θ1)は、たとえば8°以下である。第1主面1の傾斜方向(オフ方向)は、たとえば<11-20>方向である。オフ角度θ1は、特に限定されないが、たとえば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角度θ1は、特に限定されないが、たとえば7°以下であってもよいし、6°以下であってもよい。
第1主面1の最大径W1は、たとえば100mm(4インチ)以上である。第1主面1の最大径W1は、150mm(6インチ)以上でもあってもよいし、200mm(8インチ)以上でもよい。第1主面1の最大径W1は、特に限定されない。第1主面1の最大径W1は、たとえば400mm(16インチ)以下であってもよい。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第1主面1の最大径W1は、外周側面5上の異なる2点間の最長直線距離である。
なお本明細書において、4インチは、100mm又は101.6mm(4インチ×25.4mm/インチ)のことである。6インチは、150mm又は152.4mm(6インチ×25.4mm/インチ)のことである。8インチは、200mm又は203.2mm(8インチ×25.4mm/インチ)のことである。16インチは、400mm又は406.4mm(16インチ×25.4mm/インチ)のことである。
図2に示されるように、炭化珪素基板100は、複数の基底面転位4を有している。複数の基底面転位4の一部は、第1主面1に露出していてもよい。複数の基底面転位4の一部は、第2主面2に露出していてもよい。複数の基底面転位4の一部は、外周側面5に露出していてもよい。
第1主面1における基底面転位4の面密度は、たとえば10個/cm2以上500個/cm2以下である。第1主面1における基底面転位4の面密度は、特に限定されない。第1主面1における基底面転位4の面密度は、たとえば30個/cm2以上であってもよいし、50個/cm2以上であってもよい。第1主面1における基底面転位4の面密度は、たとえば400個/cm2以下であってもよいし、300個/cm2以下であってもよい。
第1主面1における基底面転位4の面密度は、たとえば溶融エッチング法によって特定することができる。溶融エッチング法においては、たとえば水酸化カリウム(KOH)融液が用いられる。KOH融液の温度は、500℃以上550℃以下程度とする。エッチング時間は、5分以上10分以下程度とする。炭化珪素基板100をKOH融液に浸漬させることにより、炭化珪素基板100の第1主面1において、基底面転位4に起因して形成される特定形状を有するエッチピットが形成される。当該エッチピットの数を測定領域の面積で割った値は、基底面転位4の面密度とされる。
炭化珪素基板100の厚み(第1厚みT1)は、たとえば200μm以上900μm以下である。第1厚みT1は、特に限定されない。第1厚みT1は、たとえば300μm以上であってもよいし、400μm以上であってもよい。第1厚みT1は、たとえば800μm以下であってもよいし、700μm以下であってもよいし、600μm以下であってもよい。炭化珪素基板100の厚み方向は、第3方向103である。第3方向103は、第1方向および第2方向の各々に対して垂直である。
図1に示されるように、第1主面1は、第1正方領域61を有している。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第1正方領域61は、正方形である。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第1正方領域61の一辺の長さは、50μmである。第1正方領域61は、第1方向101に平行な第1辺と、第2方向102な第2辺とを有している。
第1主面1の第1正方領域61において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下である。Saとして規定される算術平均高さは、特に限定されない。Saとして規定される算術平均高さは、たとえば0.01nm以上であってもよいし、0.05nm以上であってもよい。Saとして規定される算術平均高さは、たとえば0.25nm以下であってもよいし、0.2nm以下であってもよい。
図3は、第2主面2の構成を示す平面模式図である。図3に示されるように、第2主面2は、第2正方領域62を有している。第2主面2に対して垂直な方向に見て、第2正方領域62は、正方形である。第2主面2に対して垂直な方向に見て、第2正方領域62の一辺の長さは、50μmである。第2正方領域62は、第1方向101に平行な第3辺と、第2方向102な第4辺とを有している。
第2主面2の第2正方領域62において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下である。Saとして規定される算術平均高さは、特に限定されない。Saとして規定される算術平均高さは、たとえば0.01nm以上であってもよいし、0.05nm以上であってもよい。Saとして規定される算術平均高さは、たとえば0.25nm以下であってもよいし、0.2nm以下であってもよい。
次に、Saとして規定される算術平均高さの測定方法について説明する。
Saとして規定される算術平均高さは、二次元の算術平均粗さであるRaを三次元に拡張したパラメータである。Saとして規定される算術平均高さは、国際規格ISO25178に規定されている三次元表面性状パラメータである。Saとして規定される算術平均高さは、たとえば白色干渉顕微鏡により測定することができる。白色干渉顕微鏡として、たとえばニコン社製のBW-D507を用いることができる。対物レンズの倍率は、たとえば20倍である。Saとして規定される算術平均高さは、外周側面5から5mm以内の領域を除いた第1主面1および第2主面2の各々の領域において測定される(エッジエクスクルージョン)。
図4は、図1の領域IVの拡大平面図である。図4に示されるように、炭化珪素基板100は、長方形領域30を有している。長方形領域30は、短辺と、長辺とを有している。第1主面1に垂直な方向に見て、短辺は、第1方向101に沿って延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、短辺の長さ(第1長さA1)は、6.3mmである。第1主面1に垂直な方向に見て、長辺は、第2方向102に沿って延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、長辺の長さ(第2長さA2)は、16.7mmである。
図5は、図4のV-V線に沿った断面模式図である。図5に示される断面は、第1主面1に対して垂直である。別の観点から言えば、図5に示される断面は、第1方向101および第3方向103の各々に対して平行である。
図5に示されるように、炭化珪素基板100は、第1領域31と、第2領域32と、第3領域33と、第4領域34と、第5領域35とを有している。第1領域31は、第1主面1から第2主面2に向かって15μm離れた長方形領域である。第3方向103において、第1主面1から第1領域31までの距離(第1距離D1)は、15μmである。第1領域31は、第1主面1に対向している。
第2領域32は、第2主面2から第1主面1に向かって15μm離れた長方形領域である。第3方向103において、第2主面2から第2領域32までの距離(第2距離D2)は、15μmである。第2領域32は、第1領域31に対向している。別の観点から言えば、第1主面1に対して垂直な方向に見て、第1領域31の形状は、第2領域32の形状と一致する。
第3領域33は、第1主面1と第2主面2との中間に位置する長方形領域である。第1主面1と第3領域33との距離は、第2主面2と第3領域33との距離と同じである。第4領域34は、第1主面1から第2主面2に向かって85μm離れた長方形領域である。第5領域35は、第1主面1から第2主面2に向かって240μm離れた長方形領域である。
図6は、第3領域33のX線セクショントポグラフ画像の模式図である。第1主面1に垂直な方向に見て、第3領域33の短辺は、第1方向101に沿って延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第3領域33の短辺の長さは、第1長さA1である。第1主面1に垂直な方向に見て、第3領域33の長辺は、第2方向102に沿って延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第3領域33の長辺の長さは、第2長さA2である。
図6に示されるように、第3領域33には、線状転位9が存在している。第1主面1に対して垂直な方向に見て、線状転位9は、線状に延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、線状転位9の長さ(第3長さA3)は、1mm以上である。線状転位9は、基底面転位4の1種である。言い換えれば、第1主面1に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ長さが1mm以上である基底面転位4は、線状転位9とされる。つまり、基底面転位4は、線状転位9と、非線状転位6とに分類される。非線状転位6は、線状に延びているが長さが1mm未満、または、線状に延びていない(たとえば湾曲している)基底面転位4とされる。
図6に示されるように、第1主面1に垂直な方向に見て、線状転位9は、たとえば第1方向101に沿って延びていてもよいし、第1方向101および第2方向102の各々に対して傾斜する方向に延びていてもよい。第1主面1に垂直な方向に見て、線状転位9は、第1方向101に対して60°傾斜した方向に延びていてもよい。第1主面1に垂直な方向に見て、線状転位9は、たとえば第1方向101に沿って延びる第1線状転位部91と、第1方向101に対して60°傾斜した方向に延びる第2線状転位部92とを有している。
図7は、第1領域31のX線セクショントポグラフ画像の模式図である。第1主面1に垂直な方向に見て、第1領域31の短辺は、第1方向101に沿って延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第1領域31の短辺の長さは、第1長さA1である。第1主面1に垂直な方向に見て、第1領域31の長辺は、第2方向102に沿って延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第1領域31の長辺の長さは、第2長さA2である。
図7に示されるように、第1領域31には、線状転位9が存在している。第1主面1に垂直な方向に見て、線状転位9は、第1方向101および第2方向102の各々に対して傾斜する方向に延びていてもよい。第1主面1に垂直な方向に見て、線状転位9は、第1方向101に対して60°傾斜した方向に延びていてもよい。第1領域31には、貫通転位19が存在していてもよい。第1主面1に垂直な方向に見て、貫通転位19は、たとえば点状である。
図8は、第2領域32のX線セクショントポグラフ画像の模式図である。第1主面1に垂直な方向に見て、第2領域32の短辺は、第1方向101に沿って延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第2領域32の短辺の長さは、第1長さA1である。第1主面1に垂直な方向に見て、第2領域32の長辺は、第2方向102に沿って延びている。第1主面1に対して垂直な方向に見て、第2領域32の長辺の長さは、第2長さA2である。
図8に示されるように、第2領域32には、線状転位9が存在している。第1主面1に垂直な方向に見て、線状転位9は、第2方向102に延びていてもよい。別の観点から言えば、第1主面1に垂直な方向に見て、線状転位9は、たとえば第2方向102に沿って延びる第3線状転位部93を有していてもよい。
本実施形態に係る炭化珪素基板100によれば、第1領域31と第2領域32との間に位置しかつ第1主面1に平行な任意の長方形領域において、線状転位9の数は、30本以下である。具体的には、第1領域31、第2領域32、第3領域33、第4領域34および第5領域35の各々において、線状転位9の数は、30本以下である。第1領域31と第2領域32との間に位置する任意の長方形領域における線状転位9の数の上限は、特に限定されないが、たとえば25本以下であってもよいし、20本以下であってもよいし、15本以下であってもよい。
第1領域31および第2領域32の各々における線状転位9の数は、第3領域33における線状転位9の数よりも少なくてもよい。具体的には、第1領域31および第2領域32の各々における線状転位9の数は、5本以下であってもよい。第1領域31および第2領域32の各々における線状転位9の数は、特に限定されない。第1領域31および第2領域32の各々における線状転位9の数は、たとえば4本以下であってもよいし、3本以下であってもよい。第3領域33における線状転位9の数は、たとえば6本以上であってもよいし、8本以上であってもよい。
第1領域31の線状転位9の数は、第2領域32における線状転位9の数と同程度である。具体的には、第1領域31の線状転位9の数を第2領域32における線状転位9の数で割った値は、0.5よりも大きく2よりも小さくてもよい。第1領域31の線状転位9の数を第2領域32における線状転位9の数で割った値は、0.6よりも大きく5/3よりも小さくてもよいし、0.8よりも大きく1.25よりも小さくてもよい。
次に、線状転位9の測定方法について説明する。
線状転位9の数は、たとえばX線セクショントポグラフィーを用いて決定される。X線セクショントポグラフ装置として、リガク社製のXRTmicronを用いることができる。入射X線源は、モリブデン(Mo)とする。露光時間は、1画素あたり40秒とする。回折ベクトルgは、<22-40>とする。画像のビニングは、1×1(5.4μm×5.4μm)とする。入射X線のスリット幅は、0.02mmとする。測定方法は、透過法とする。
図9は、X線セクショントポグラフ画像の測定方法を概略的に示す模式図である。図9に示されるように、入射X線104は、第2主面2側から炭化珪素基板100に対して照射される。炭化珪素基板100からの回折X線は、第1主面1側に配置されている検出器(図示せず)により検出される。入射角θ2は、31.32°とする。回折角θ3は、54.99°とする。X線セクショントポグラフ画像において、第1領域31、第2領域32、第3領域33、第4領域34および第5領域35の各々からの回線X線105を検出することにより、第1領域31、第2領域32、第3領域33、第4領域34および第5領域35の各々のX線セクショントポグラフ画像が取得される。第3方向103において、測定深さの幅は、4.6μmである。言い換えれば、X線セクショントポグラフ画像においては、各領域から±2.3μmの範囲にある線状転位9が観測される。
X線セクショントポグラフ画像において、検出された回折X線の強度が高い部分は濃く(黒色)表示される。反対に、検出された回折X線の強度が低い部分は薄く(白色)表示される。炭化珪素基板100の内部に歪み部分があると、回折X線の強度が高くなる。そのため、X線セクショントポグラフ画像において、加工ダメージを受けている部分は、濃く(黒く)表示される。線状転位9は、基底面転位4に対して両面研磨時における加工ダメージが加えられて形成されている。線状転位9は、X線セクショントポグラフ画像において、濃く太い直線として表示される。
図6に示されるように、第1主面1に対して垂直な方向に見て、線状転位9の長さ(第3長さA3)は、1mm以上である。第3長さA3は、2mm以上であってもよいし、3mm以上であってもよい。第3長さA3は、20mm以下であってもよいし、10mm以下であってもよい。図6に示されるように、第1主面1に対して垂直な方向に見て、線状転位9の幅A4は、50μm以上200μm以下であってもよい。
<炭化珪素基板の製造方法>
次に、本実施形態に係る炭化珪素基板100の製造方法について説明する。
次に、本実施形態に係る炭化珪素基板100の製造方法について説明する。
まず、結晶成長工程が実施される。具体的には、昇華法を用いて炭化珪素単結晶が形成される。次に、炭化珪素単結晶がソーワイヤーによって複数の炭化珪素基板100に切り出される。
次に、両面機械研磨工程が実施される。図10は、両面機械研磨を行う工程を示す模式図である。図10に示されるように、両面機械研磨装置300は、上定盤301と、下定盤302と、上研磨布303と、下研磨布304と、加圧ヘッド305と、エアシリンダ306と、インターナルギア307と、サンギア308と、キャリヤ309と、を主に有している。上研磨布303は、上定盤301の下面に取り付けられている。下研磨布304は、下定盤302の上面に取り付けられている。加圧ヘッド305は、上定盤301上に設けられている。エアシリンダ306は、加圧ヘッド305に対して圧力を印加することができる。
図10に示されるように、複数の炭化珪素基板100の各々は、キャリヤ309に取り付けられる。複数の炭化珪素基板100は、上研磨布303と、下研磨布304との間に配置される。次に、炭化珪素基板100と上研磨布303との間および炭化珪素基板100と下研磨布304との間にスラリーが導入される。スラリーは、たとえばダイヤモンド砥粒と水とを含む。ダイヤモンド砥粒の径は、たとえば1μm以上3μm以下である。以上により、炭化珪素基板100の両面に対して機械研磨が行われる。
両面機械研磨工程においては、上定盤301が上下方向に振動する。上定盤301が上下方向に振動すると、炭化珪素基板100に印加される研磨圧力は、所定の圧力から瞬間的に変動する。研磨圧力を所定の圧力へ回復させるためには、上定盤301の圧力を制御するエアシリンダ306の追従性の向上が必要となる。
エアシリンダ306の追従性が十分良好でない場合には、上定盤301が上側に移動した後、炭化珪素基板100側に降りてくるまでの時間が長くなる。この場合、上研磨布303と下研磨布304との隙間が大きくなるため、上定盤301の上下方向の振動幅が大きくなる。特に、炭化珪素基板100を機械研磨する場合には、シリコン基板を機械研磨する場合と比較して、上定盤301に印加される荷重が大きい。上定盤301の上下方向の振動幅が大きくなると、上定盤301が炭化珪素基板100上に降下する際、炭化珪素基板100に対して瞬間的に大きな荷重が印加される。これにより、炭化珪素基板100の内部にダメージ層が形成される。
本実施形態に係る両面機械研磨工程においては、上定盤301を特定の速度範囲で降下させる。具体的には、上定盤301と下定盤302との距離が15cmである位置から上定盤301を降下させた際に、ロードセルに印加される圧力が0.5Nになるまでの時間が10秒以上40秒以内となるように、上定盤301の下降速度が制御される。
図11は、上定盤301の下降速度を測定する状態を示す断面模式図である。図12は、ロードセルの配置状態を示す平面模式図である。図11に示されるように、ロードセル310は、下定盤302上に配置される。図12に示されるように、インターナルギア307は、下定盤302の外周に配置されている。サンギア308は、インターナルギア307に取り囲まれている。2つのロードセル310の各々と下定盤302の中心とを繋ぐ線分の角度が120°となるように、3つのロードセル310が配置される。3つのロードセル310は、0°、120°および240°の位置に配置される。
図11に示されるように、上定盤301と下定盤302との距離が15cmとなるように、上定盤301と下定盤302とが配置される。次に、上定盤301を降下させる。図13は、エアシリンダ306を加圧している状態を示す断面模式図である。図13に示されるように、上定盤301はロードセル310に接触した後、エアシリンダ306により上定盤301はさらに加圧される。ロードセル310を用いて、上定盤301からロードセル310に印加される圧力が測定される。3つのロードセル310で測定される圧力の合計が0.5Nになった時点で、圧力の測定が終了する。上定盤301の降下速度は、たとえばエアシリンダ306の動きを制御することにより制御される。
図14は、エアシリンダ306を減圧している状態を示す断面模式図である。図14に示されるように、エアシリンダ306を減圧すると、上定盤301に印加される圧力が低減する。上定盤301は、下定盤302から離れる方向に移動する。ロードセル310に印加される圧力は徐々に減少する。
図15は、ロードセル値と、設定エア圧との関係を示す図である。図15に示されるように、エアシリンダ306の設定エア圧が0の場合、ロードセル310によって測定される圧力(ロードセル値)は、0である。設定エア圧を増加させるにつれて、ロードセル値は増加する。エアシリンダ306を加圧している状態において、設定エア圧が第1圧力C1になった場合におけるロードセル値は第1値B11である。第1圧力C1は、200g/cm2である。
エアシリンダ306をさらに加圧し、設定エア圧が第2圧力C2になった場合におけるロードセル値は第2値B21である。第2圧力C2は、1000g/cm2である。エアシリンダ306をさらに加圧し、設定エア圧が第3圧力C3になった場合におけるロードセル値は第3値B3である。第3圧力C3は、たとえば1200g/cm2である。
次に、エアシリンダ306を減圧する。エアシリンダ306を減圧している状態において、設定エア圧が第2圧力C2になった場合におけるロードセル値は第4値B22である。第4値B22は、第2値B21よりも大きい。第4値B22と第2値B21との差の絶対値を第2圧力C2で割った値は、5%以内である。言い換えれば、第4値B22と第2値B21との差の絶対値は、50g/cm2以内である。
エアシリンダ306をさらに減圧し、設定エア圧が第1圧力C1になった場合におけるロードセル値は第5値B12である。第5値B12は、第1値B11よりも大きい。第5値B12と第1値B11との差の絶対値を第1圧力C1で割った値は、5%以内である。言い換えれば、第5値B12と第1値B11との差の絶対値は、10g/cm2以内である。
以上のように、本実施形態に係る両面機械研磨工程においては、加圧および減圧のヒステリシスが低減されている。具体的には、エアシリンダ306の設定圧力が200g/cm2以上1000g/cm2以下の範囲において、上定盤301に印加される減圧時の圧力と、上定盤301に印加される加圧時の圧力との差が、エアシリンダ306の設定圧力の5%以内となるように、エアシリンダ306が制御される。
次に、仕上げ化学機械研磨工程が実施される。化学機械研磨工程においては、研磨液を用いて炭化珪素基板100に対して化学機械研磨が行われる。研磨液は、たとえば砥粒と、酸化剤とを有している。砥粒は、たとえばコロイダルシリカである。酸化剤は、たとえば過酸化水素水、過マンガン酸塩、硝酸塩または次亜塩素酸塩などである。研磨液は、たとえばフジミインコーポレーテッド製のDSC-0902である。研磨布は、たとえばニッタ・ハース製の不織布(SUBA800)である。
炭化珪素基板100は、研磨ヘッド(図示せず)に取り付けられる。炭化珪素基板100は、研磨布(図示せず)に対向するように配置される。炭化珪素基板100と研磨布との間に、砥粒を含む研磨液が供給される。研磨ヘッドの回転数は、たとえば60rpmである。研磨布が設けられた定盤の回転数は、たとえば60rpmである。平均加工面圧は、たとえば450g/cm2である。研磨液の流量は、たとえば毎分2リットルである。以上により、本実施形態に係る炭化珪素基板100(図1)が得られる。
<炭化珪素半導体装置の製造方法>
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法について説明する。図16は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図16に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法は、炭化珪素エピタキシャル基板200を準備する工程(S1)と、炭化珪素エピタキシャル基板200を加工する工程(S2)とを主に有している。
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法について説明する。図16は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図16に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400の製造方法は、炭化珪素エピタキシャル基板200を準備する工程(S1)と、炭化珪素エピタキシャル基板200を加工する工程(S2)とを主に有している。
まず、炭化珪素エピタキシャル基板200を準備する工程(S1)が実施される。炭化珪素エピタキシャル基板200を準備する工程(S1)においては、まず、本実施形態に係る炭化珪素基板100が準備される(図1参照)。
次に、炭化珪素基板100上に炭化珪素エピタキシャル層20が形成される。具体的には、炭化珪素基板100の第1主面1上に炭化珪素エピタキシャル層20がエピタキシャル成長により形成される。エピタキシャル成長においては、原料ガスとしてたとえばシラン(SiH4)およびプロパン(C3H8)が用いられ、キャリアガスとして水素(H2)が用いられる。エピタキシャル成長の温度は、たとえば1400℃以上1700℃以下程度である。エピタキシャル成長において、たとえば窒素などのn型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層20に導入される。以上により、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板200が準備される。
図17は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板200の構成を示す断面模式図である。図17に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板200は、炭化珪素基板100と、炭化珪素エピタキシャル層20とを有している。炭化珪素エピタキシャル層20は、炭化珪素基板100上に設けられている。
炭化珪素エピタキシャル層20は、バッファ層41と、ドリフト層42とを有していてもよい。バッファ層41は、炭化珪素基板100に接している。ドリフト層42は、バッファ層41上に設けられている。ドリフト層42が含む窒素濃度は、バッファ層41が含む窒素濃度よりも低くてもよい。ドリフト層42は、第3主面3を有している。第3主面3は、炭化珪素エピタキシャル基板200の表面を構成する。
次に、炭化珪素エピタキシャル基板200を加工する工程(S2)が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板200に対して以下のような加工が行われる。まず、炭化珪素エピタキシャル基板200に対してイオン注入が行われる。
図18は、ボディ領域を形成する工程を示す断面模式図である。ボディ領域を形成する工程において、炭化珪素エピタキシャル層20の第3主面3に対して、たとえばアルミニウムなどのp型不純物がイオン注入される。これにより、p型の導電型を有するボディ領域113が形成される。ボディ領域113が形成されなかった部分は、ドリフト層42およびバッファ層41となる。ボディ領域113の厚みは、たとえば0.9μmである。炭化珪素エピタキシャル層20は、バッファ層41と、ドリフト層42と、ボディ領域113とを含む。
次に、ソース領域を形成する工程が実施される。図19は、ソース領域を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、ボディ領域113に対して、たとえばリンなどのn型不純物がイオン注入される。これにより、n型の導電型を有するソース領域114が形成される。ソース領域114の厚みは、たとえば0.4μmである。ソース領域114が含むn型不純物の濃度は、ボディ領域113が含むp型不純物の濃度よりも高い。
次に、ソース領域114に対して、たとえばアルミニウムなどのp型不純物がイオン注入されることにより、コンタクト領域118が形成される。コンタクト領域118は、ソース領域114およびボディ領域113を貫通し、ドリフト層42に接するように形成される。コンタクト領域118が含むp型不純物の濃度は、ソース領域114が含むn型不純物の濃度よりも高い。
次に、イオン注入された不純物を活性化するため活性化アニールが実施される。活性化アニールの温度は、たとえば1500℃以上1900℃以下である。活性化アニールの時間は、たとえば30分程度である。活性化アニールの雰囲気は、たとえばアルゴン雰囲気である。
次に、炭化珪素エピタキシャル層20の第3主面3にトレンチを形成する工程が実施される。図20は、炭化珪素エピタキシャル層20の第3主面3にトレンチを形成する工程を示す断面模式図である。ソース領域114およびコンタクト領域118から構成される第3主面3上に、開口を有するマスク117が形成される。マスク117を用いて、ソース領域114と、ボディ領域113と、ドリフト層42の一部とがエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてSF6またはSF6とO2との混合ガスを用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングが用いられる。エッチングにより、第3主面3に凹部が形成される。
次に、凹部において熱エッチングが行われる。熱エッチングは、第3主面3上にマスク117が形成された状態で、たとえば、少なくとも1種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも1種類以上のハロゲン原子は、塩素(Cl)原子およびフッ素(F)原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、たとえば、Cl2、BCl3、SF6またはCF4を含む。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば700℃以上1000℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガスなどを用いることができる。
図20に示されるように、熱エッチングにより、第3主面3にトレンチ56が形成される。トレンチ56は、側壁面53と、底壁面54とにより規定される。側壁面53は、ソース領域114と、ボディ領域113と、ドリフト層42とにより構成される。底壁面54は、ドリフト層42により構成される。次に、マスク117が第3主面3から除去される。
次に、ゲート絶縁膜を形成する工程が実施される。図21は、ゲート絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、第3主面3にトレンチ56が形成された炭化珪素エピタキシャル基板200が、酸素を含む雰囲気中において、たとえば1300℃以上1400℃以下の温度で加熱される。これにより、底壁面54においてドリフト層42と接し、側壁面53においてドリフト層42、ボディ領域113およびソース領域114の各々に接し、かつ第3主面3においてソース領域114およびコンタクト領域118の各々と接するゲート絶縁膜115が形成される。
次に、ゲート電極を形成する工程が実施される。図22は、ゲート電極および層間絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。ゲート電極127は、トレンチ56の内部においてゲート絶縁膜115に接するように形成される。ゲート電極127は、トレンチ56の内部に配置され、ゲート絶縁膜115上においてトレンチ56の側壁面53および底壁面54の各々と対面するように形成される。ゲート電極127は、たとえばLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により形成される。
次に、層間絶縁膜126が形成される。層間絶縁膜126は、ゲート電極127を覆い、かつゲート絶縁膜115と接するように形成される。層間絶縁膜126は、たとえば化学気相成長法により形成される。層間絶縁膜126は、たとえば二酸化珪素を含む材料により構成される。次に、ソース領域114およびコンタクト領域118上に開口部が形成されるように、層間絶縁膜126およびゲート絶縁膜115の一部がエッチングされる。これにより、コンタクト領域118およびソース領域114がゲート絶縁膜115から露出する。
次に、ソース電極を形成する工程が実施される。ソース電極116は、ソース領域114およびコンタクト領域118の各々に接するように形成される。ソース電極116は、たとえばスパッタリング法により形成される。ソース電極116は、たとえばTi(チタン)、Al(アルミニウム)およびSi(シリコン)を含む材料から構成されている。
次に、合金化アニールが実施される。具体的には、ソース領域114およびコンタクト領域118の各々と接するソース電極116が、たとえば900℃以上1100℃以下の温度で5分程度保持される。これにより、ソース電極116の少なくとも一部がシリサイド化する。これにより、ソース領域114とオーミック接合するソース電極116が形成される。ソース電極116は、コンタクト領域118とオーミック接合してもよい。
次に、ソース配線119が形成される。ソース配線119は、ソース電極116と電気的に接続される。ソース配線119は、ソース電極116および層間絶縁膜126を覆うように形成される。
次に、ドレイン電極を形成する工程が実施される。まず、第2主面2において、炭化珪素基板100が研磨される。これにより、炭化珪素基板100の厚みが薄くなる。次に、ドレイン電極123が形成される。ドレイン電極123は、第2主面2と接するように形成される。以上により、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置400が製造される。
図23は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。炭化珪素半導体装置400は、たとえばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。炭化珪素半導体装置400は、炭化珪素エピタキシャル基板200と、ゲート電極127と、ゲート絶縁膜115と、ソース電極116と、ドレイン電極123と、ソース配線119と、層間絶縁膜126とを主に有している。炭化珪素エピタキシャル基板200は、バッファ層41と、ドリフト層42と、ボディ領域113と、ソース領域114と、コンタクト領域118とを有している。炭化珪素半導体装置400は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等であってもよい。
次に、本実施形態の炭化珪素基板100、炭化珪素エピタキシャル基板200および炭化珪素半導体装置400の製造方法の作用効果について説明する。
炭化珪素インゴットをスライスする際、炭化珪素基板100の第1主面1および第2主面2の各々において加工ダメージ層が生じる。当該炭化珪素基板100に対して両面機械研磨を行うと、定盤の振動により加工ダメージ層が炭化珪素基板100の厚み方向の中央付近にまで伸展する。加工ダメージ層の厚みが大きいため、炭化珪素基板100に対して仕上げ研磨を行った場合であっても、加工ダメージ層を完全に除去することはできない。内部に加工ダメージ層が残存している炭化珪素基板100上にエピタキシャル層を形成すると、炭化珪素エピタキシャル基板200の反り量が大きくなる。
発明者は、炭化珪素基板100の内部に加工ダメージ層が伸展することを抑制する方策について鋭意検討を行った結果、以下の知見を得た。
第1に、発明者は、研磨ヘッド(上定盤301)の下降速度に着目した。具体的には、両面機械研磨工程においては、上定盤301が上下方向に振動する。上定盤301が上下方向に振動すると、炭化珪素基板100に印加される研磨圧力は、所定の圧力から瞬間的に変動する。研磨圧力を所定の圧力へ回復させるためには、上定盤301の圧力を制御するエアシリンダ306の追従性の向上が必要となる。
エアシリンダ306の追従性が十分良好でない場合には、上定盤301が上側に移動した後、炭化珪素基板100側に降りてくるまでの時間が長くなる。この場合、上研磨布303と下研磨布304との隙間が大きくなるため、上定盤301の上下方向の振動幅が大きくなる。特に、炭化珪素基板100を機械研磨する場合には、シリコン基板を機械研磨する場合と比較して、上定盤301に印加される荷重が大きい。上定盤301の上下方向の振動幅が大きくなると、上定盤301が炭化珪素基板100上に降下する際、炭化珪素基板100に対して瞬間的に大きな荷重が印加される。これにより、炭化珪素基板100の内部に加工ダメージ層が伸展する。
上定盤301の下降速度が速すぎる場合、炭化珪素基板100に対する衝撃が大きくなるため、炭化珪素基板100の内部に加工ダメージ層が伸展しやすくなる。一方、上定盤301の下降速度が遅いすぎる場合、上定盤301が上昇した場合に再度下降するまでの時間が長くなるため、炭化珪素基板100の振動の振幅が大きくなり、炭化珪素基板100の内部に加工ダメージ層が伸展しやすくなる。つまり、上定盤301の下降速度は、特定の範囲に制御することが望ましい。
本実施形態に係る両面機械研磨工程においては、上定盤301と下定盤302との距離が15cmである位置から上定盤301を降下させた際に、ロードセル310に印加される圧力が0.5Nになるまでの時間が10秒以上40秒以内となるように、上定盤301の下降速度が制御される。これにより、炭化珪素基板100の内部に加工ダメージ層が伸展することを抑制することができる。
第2に、発明者は、加圧および減圧の際における実加圧値の差に着目した。加工圧力が大きい領域において、加圧および減圧のヒステリシスが大きい場合には、炭化珪素基板100の内部に加工ダメージ層が伸展しやすくなる。
本実施形態に係る両面機械研磨工程においては、加圧および減圧のヒステリシスが低減されている。具体的には、エアシリンダ306の設定圧力が200g/cm2以上1000g/cm2以下の範囲において、上定盤301に印加される減圧時の圧力と、上定盤301に印加される加圧時の圧力との差が、エアシリンダ306の設定圧力の5%以内となるように、エアシリンダ306が制御される。これにより、炭化珪素基板100の内部に加工ダメージ層が伸展することを抑制することができる。
炭化珪素基板100の内部における加工ダメージの程度は、線状転位9の数に基づいて評価することができる。線状転位9は、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である基底面転位4である。加工ダメージ層に起因して基底面転位4の付近の歪みが大きくなると、長さが1mm以上の線状転位9として観察される。
本開示に係る炭化珪素基板100は、第1主面1と、第2主面2と、基底面転位4と、を備えている。第2主面2は、第1主面1の反対側に位置している。基底面転位4は、第1主面1に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である線状転位9と、を有している。第1主面1から第2主面2に向かって15μm離れかつ第1主面1に対向する長方形領域30を第1領域31とし、第2主面2から第1主面1に向かって15μm離れかつ第1領域31に対向する長方形領域30を第2領域32とし、第1領域31および第2領域32の各々の長辺の長さを16.7mmとし、かつ、第1領域31および第2領域32の各々の短辺の長さを6.3mmとした場合、第1領域31と第2領域32との間に位置しかつ第1主面1に平行な任意の長方形領域30において、線状転位9の数は、30本以下である。
本開示に係る炭化珪素基板100によれば、炭化珪素基板100の内部において加工ダメージの程度が低減されている。結果として、炭化珪素基板100上にエピタキシャル層を形成した場合、炭化珪素エピタキシャル基板200の反り量が大きくなることを抑制することができる。
本開示に係る炭化珪素基板100によれば、線状転位9の数は、X線セクショントポグラフィーを用いて決定されてもよい。X線セクショントポグラフィーを用いて観察する場合、歪みが大きい部分は、回折X線強度が大ききなるため歪みが小さい部分と比較して濃く表示される。そのため、線状転位9の数を精度よく測定することができる。
本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板200は、上記に係る炭化珪素基板100と、炭化珪素基板100上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層20と、を有していてもよい。これにより、炭化珪素基板100上に炭化珪素エピタキシャル層20を形成した場合、炭化珪素エピタキシャル基板200の反り量が大きくなることを抑制することができる。
本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。上記に記載の炭化珪素エピタキシャル基板200が準備される。炭化珪素エピタキシャル基板200が加工される。これにより、炭化珪素半導体装置の製造プロセスにおいて、炭化珪素基板100の温度を上下させた場合において、炭化珪素基板100の内部に残存した加工ダメージに起因して、炭化珪素エピタキシャル基板200の反りの変化量が大きくなることを抑制することができる。
(サンプル準備)
まず、サンプル1~3に係る炭化珪素基板100を準備した。サンプル1に係る炭化珪素基板100を比較例とした。サンプル2および3に係る炭化珪素基板100を実施例とした。サンプル1から3に係る炭化珪素基板100を両面機械研磨する工程においては、上定盤301と下定盤302との距離が15cmである位置から上定盤301を降下させた際に、ロードセル310に印加される圧力が0.5Nになるまでの時間が、それぞれ55秒、30秒および15秒となるように、上定盤301の下降速度が制御された。
まず、サンプル1~3に係る炭化珪素基板100を準備した。サンプル1に係る炭化珪素基板100を比較例とした。サンプル2および3に係る炭化珪素基板100を実施例とした。サンプル1から3に係る炭化珪素基板100を両面機械研磨する工程においては、上定盤301と下定盤302との距離が15cmである位置から上定盤301を降下させた際に、ロードセル310に印加される圧力が0.5Nになるまでの時間が、それぞれ55秒、30秒および15秒となるように、上定盤301の下降速度が制御された。
またサンプル1から3に係る炭化珪素基板100を両面機械研磨する工程においては、エアシリンダ306の設定圧力が200g/cm2以上1000g/cm2以下の範囲において、上定盤301に印加される減圧時の圧力と、上定盤301に印加される加圧時の圧力との差が、それぞれエアシリンダ306の設定圧力の7.1%、4.8%および2.3%となるように、エアシリンダ306が制御された。
(評価方法)
表面(第1主面1)から15μmの位置にある第1測定領域、表面から85μmの位置にある第2測定領域、表面から175μmの位置にある第3測定領域、表面から240μmの位置にある第4測定領域および裏面(第2主面2)から15μmの位置にある第5測定領域の各々において、X線セクショントポグラフ画像が取得された。第1測定領域、第2測定領域、第3測定領域、第4測定領域および第5測定領域の各々の長辺の長さは16.7mmとし、かつ短辺の長さは6.3mmとした。
(評価方法)
表面(第1主面1)から15μmの位置にある第1測定領域、表面から85μmの位置にある第2測定領域、表面から175μmの位置にある第3測定領域、表面から240μmの位置にある第4測定領域および裏面(第2主面2)から15μmの位置にある第5測定領域の各々において、X線セクショントポグラフ画像が取得された。第1測定領域、第2測定領域、第3測定領域、第4測定領域および第5測定領域の各々の長辺の長さは16.7mmとし、かつ短辺の長さは6.3mmとした。
X線セクショントポグラフ画像は、リガク社製のXRTmicronを用いて取得された。入射X線源は、モリブデン(Mo)とした。露光時間は、1画素あたり40秒とした。回折ベクトルgは、<22-40>とした。画像のビニングは、1×1(5.4μm×5.4μm)とした。入射X線のスリット幅は、0.02mmとした。測定方法は、透過法とした。入射角θ2は、31.32°とする。回折角θ3は、54.99°とする。X線セクショントポグラフ画像において、第3方向103における測定深さの幅は、4.6μmである。第1測定領域、第2測定領域、第3測定領域、第4測定領域および第5測定領域の各々において、線状転位9の数が測定された。
次に、炭化珪素基板100上にエピタキシャル成長により炭化珪素エピタキシャル層20が形成された。炭化珪素基板100上に炭化珪素エピタキシャル層20が形成された炭化珪素エピタキシャル基板200のWARPが測定された。WARPは、炭化珪素エピタキシャル基板200の反りの程度を定量化するパラメータである。炭化珪素エピタキシャル基板200の反りの程度が大きくなると、WARPは大きくなる。
(評価結果)
(評価結果)
サンプル1に係る炭化珪素基板100においては、第1測定領域、第2測定領域、第3測定領域、第4測定領域および第5測定領域の各々において、線状転位9の数は、18本以上44本以下であった。第1測定領域における線状転位9の数を第5測定領域における線状転位9の数で割った値は、0.45であった。エピタキシャル成長後の炭化珪素エピタキシャル基板200のWARPは、48μmであった。
サンプル2に係る炭化珪素基板100においては、第1測定領域、第2測定領域、第3測定領域、第4測定領域および第5測定領域の各々において、線状転位9の数は、2本以上29本以下であった。第1測定領域における線状転位9の数を第5測定領域における線状転位9の数で割った値は、0.67であった。エピタキシャル成長後の炭化珪素エピタキシャル基板200のWARPは、10μmであった。
サンプル3に係る炭化珪素基板100においては、第1測定領域、第2測定領域、第3測定領域、第4測定領域および第5測定領域の各々において、線状転位9の数は、1本以上19本以下であった。第1測定領域における線状転位9の数を第5測定領域における線状転位9の数で割った値は、1.00であった。エピタキシャル成長後の炭化珪素エピタキシャル基板200のWARPは、4μmであった。
以上の結果より、第1測定領域、第2測定領域、第3測定領域、第4測定領域および第5測定領域の各々における線状転位9の数を30本以下とすることにより、エピタキシャル成長後のエピタキシャル基板のWARPを大幅に低減可能であることが確かめられた。
本開示は以下に示す実施形態を含む。
(付記1)
第1主面と、
前記第1主面の反対側に位置する第2主面と、
基底面転位と、を備え、
前記基底面転位は、前記第1主面に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である線状転位と、を有し、
前記第1主面から前記第2主面に向かって15μm離れかつ前記第1主面に対向する長方形領域を第1領域とし、前記第2主面から前記第1主面に向かって15μm離れかつ前記第1領域に対向する長方形領域を第2領域とし、前記第1領域および前記第2領域の各々の長辺の長さを16.7mmとし、かつ、前記第1領域および前記第2領域の各々の短辺の長さを6.3mmとした場合、
前記第1領域と前記第2領域との間に位置しかつ前記第1主面に平行な任意の長方形領域において、線状転位の数は、30本以下である、炭化珪素基板。
(付記2)
前記線状転位の数は、X線セクショントポグラフィーを用いて決定される、付記1に記載の炭化珪素基板。
(付記3)
前記第1領域および前記第2領域の各々における線状転位の数は、5本以下である、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記4)
前記第1領域の線状転位の数を前記第2領域における線状転位の数で割った値は、0.5よりも大きく2よりも小さい、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記5)
前記第1主面における基底面転位の面密度は、10個/cm2以上500個/cm2以下である、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記6)
前記第1主面の第1正方領域において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下であり、
前記第2主面の第2正方領域において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下であり、
前記第1正方領域および前記第2正方領域の各々の一辺の長さは、50μmである、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記7)
前記第1主面の最大径は、100mm以上である、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記8)
前記第1主面は、{0001}面に対して8°以下のオフ角度で傾斜している、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記9)
前記炭化珪素基板の厚みは、200μm以上900μm以下である、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記10)
付記1または付記2に記載の炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層と、を備えた、炭化珪素エピタキシャル基板。
(付記11)
付記10に記載の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、を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
(付記1)
第1主面と、
前記第1主面の反対側に位置する第2主面と、
基底面転位と、を備え、
前記基底面転位は、前記第1主面に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である線状転位と、を有し、
前記第1主面から前記第2主面に向かって15μm離れかつ前記第1主面に対向する長方形領域を第1領域とし、前記第2主面から前記第1主面に向かって15μm離れかつ前記第1領域に対向する長方形領域を第2領域とし、前記第1領域および前記第2領域の各々の長辺の長さを16.7mmとし、かつ、前記第1領域および前記第2領域の各々の短辺の長さを6.3mmとした場合、
前記第1領域と前記第2領域との間に位置しかつ前記第1主面に平行な任意の長方形領域において、線状転位の数は、30本以下である、炭化珪素基板。
(付記2)
前記線状転位の数は、X線セクショントポグラフィーを用いて決定される、付記1に記載の炭化珪素基板。
(付記3)
前記第1領域および前記第2領域の各々における線状転位の数は、5本以下である、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記4)
前記第1領域の線状転位の数を前記第2領域における線状転位の数で割った値は、0.5よりも大きく2よりも小さい、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記5)
前記第1主面における基底面転位の面密度は、10個/cm2以上500個/cm2以下である、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記6)
前記第1主面の第1正方領域において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下であり、
前記第2主面の第2正方領域において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下であり、
前記第1正方領域および前記第2正方領域の各々の一辺の長さは、50μmである、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記7)
前記第1主面の最大径は、100mm以上である、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記8)
前記第1主面は、{0001}面に対して8°以下のオフ角度で傾斜している、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記9)
前記炭化珪素基板の厚みは、200μm以上900μm以下である、付記1または付記2に記載の炭化珪素基板。
(付記10)
付記1または付記2に記載の炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層と、を備えた、炭化珪素エピタキシャル基板。
(付記11)
付記10に記載の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、を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 第1主面、2 第2主面、3 第3主面、4 基底面転位、5 外周側面、6 非線状転位、7 オリエンテーションフラット、8 円弧状部、9 線状転位、19 貫通転位、20 炭化珪素エピタキシャル層、30 長方形領域、31 第1領域、32 第2領域、33 第3領域、34 第4領域、35 第5領域、41 バッファ層、42 ドリフト層、53 側壁面、54 底壁面、56 トレンチ、61 第1正方領域、62 第2正方領域、91 第1線状転位部、92 第2線状転位部、93 第3線状転位部、100 炭化珪素基板、101 第1方向、102 第2方向、103 第3方向、104 入射X線、105 回線X線、113 ボディ領域、114 ソース領域、115 ゲート絶縁膜、116 ソース電極、117 マスク、118 コンタクト領域、119 ソース配線、123 ドレイン電極、126 層間絶縁膜、127 ゲート電極、200 炭化珪素エピタキシャル基板、300 両面機械研磨装置、301 上定盤、302 定盤、303 上研磨布、304 研磨布、305 加圧ヘッド、306 エアシリンダ、307 インターナルギア、308 サンギア、309 キャリヤ、310 ロードセル、400 炭化珪素半導体装置、A1 第1長さ、A2 第2長さ、A3 第3長さ、A4 幅、B3 第3値、B11 第1値、B12 第5値、B21 第2値、B22 第4値、C1 第1圧力、C2 第2圧力、C3 第3圧力、D1 第1距離、D2 第2距離、T1 第1厚み、W1 最大径。
Claims (11)
- 第1主面と、
前記第1主面の反対側に位置する第2主面と、
基底面転位と、を備え、
前記基底面転位は、前記第1主面に対して垂直な方向に見て、線状に延び、かつ、長さが1mm以上である線状転位、を有し、
前記第1主面から前記第2主面に向かって15μm離れかつ前記第1主面に対向する長方形領域を第1領域とし、前記第2主面から前記第1主面に向かって15μm離れかつ前記第1領域に対向する長方形領域を第2領域とし、前記第1領域および前記第2領域の各々の長辺の長さを16.7mmとし、かつ、前記第1領域および前記第2領域の各々の短辺の長さを6.3mmとした場合、
前記第1領域と前記第2領域との間に位置しかつ前記第1主面に平行な任意の長方形領域において、線状転位の数は、30本以下である、炭化珪素基板。 - 前記線状転位の数は、X線セクショントポグラフィーを用いて決定される、請求項1に記載の炭化珪素基板。
- 前記第1領域および前記第2領域の各々における線状転位の数は、5本以下である、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素基板。
- 前記第1領域の線状転位の数を前記第2領域における線状転位の数で割った値は、0.5よりも大きく2よりも小さい、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記第1主面における基底面転位の面密度は、10個/cm2以上500個/cm2以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記第1主面の第1正方領域において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下であり、
前記第2主面の第2正方領域において、Saとして規定される算術平均高さは0.3nm以下であり、
前記第1正方領域および前記第2正方領域の各々の一辺の長さは、50μmである、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基板。 - 前記第1主面の最大径は、100mm以上である、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記第1主面は、{0001}面に対して8°以下のオフ角度で傾斜している、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 前記炭化珪素基板の厚みは、200μm以上900μm以下である、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素基板。
- 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層と、を備えた、炭化珪素エピタキシャル基板。 - 請求項10に記載の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、を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
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