SiC外延晶片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供層積缺陷的面密度被減小的SiC外延晶片及其制造方法。那樣的SiC外延晶片的制造方法，其特征在于，具有：確定具有偏離角的SiC單晶基板的存在于生長面的基底面位錯（BPD）之中，在SiC單晶基板上形成的規(guī)定膜厚的SiC外延膜中成為層積缺陷的比率的工序；基于比率，確定使用的SiC單晶基板的生長面中BPD的面密度的上限的工序；以及使用上限以下的SiC單晶基板，以與在確定比率的工序中使用的外延膜的生長條件相同的條件，在SiC單晶基板上形成SiC外延膜的工序。
【專利說明】SiC外延晶片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及SiC外延晶片及其制造方法。
[0002]本申請基于2011年9月9日在日本提出的專利申請2011-197626號要求優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于本申請中。
【背景技術(shù)】
[0003]碳化娃(SiC)具有與娃(Si)相比絕緣破壞電場約大10倍、帶隙也約大3倍等優(yōu)異的特性，所以向功率器件、高溫工作器件等的應(yīng)用受到期待。
[0004]該SiC器件一般使用SiC外延晶片制作，該SiC外延晶片是在由采用升華再結(jié)晶法等生長的SiC的塊狀單晶加工而得到的SiC單晶基板上，通過化學(xué)氣相生長法(ChemicalVapor Deposition:CVD)等生長成為器件的活性區(qū)域的SiC外延膜而成的。
[0005]已知在SiC單晶基板中存在很多晶體缺陷，該晶體缺陷向外延膜傳播。由此，考慮了該傳播的用于提高外延膜的品質(zhì)的技術(shù)開發(fā)正在推進(jìn)。
[0006]作為非破壞地檢測SiC單晶基板和/或在其上形成了外延膜的SiC外延晶片內(nèi)所包含的位錯、層積缺陷等晶體缺陷的方法，已知X射線形貌法(非專利文獻(xiàn)1、2)和光致發(fā)光法(專利文獻(xiàn)I)。
[0007]已知在SiC單晶中，作為線狀的晶體缺陷存在3種位錯(貫通螺旋位錯、貫通刃狀位錯、基底面位錯)。貫通螺旋位錯(Threading Screw Dislocation:TSD)是沿c軸方向傳播的伯格斯矢量為〈0001〉或者其2倍的位錯。另外，貫通刃狀位錯(Threading EdgeDislocation:TED)是沿c軸方向傳播的伯格斯矢量為1/3〈11_20>的位錯。此外，基底面位錯(Basal Plane Dislocation:BPD)是存在于c面的伯格斯矢量為1/3〈11_20>的位錯。
[0008]SiC外延膜一般是使SiC單晶基板從(0001)面(c面)向〈11-20〉方向以10°以內(nèi)的偏離角傾斜而有意地提高了臺階密度的面為生長面，通過向臺階的橫向的晶體生長(階流生長)來形成的。
[0009]這樣，因?yàn)閷⑾鄬τ赾面具有偏離角的面設(shè)為生長面，所以存在于c面的基底面位錯(BH))也會在生長面露出。另外，沿c軸方向延伸的貫通螺旋位錯(TSD)以及貫通刃狀位錯(TED)也在生長面露出。
[0010]傳播到外延膜的基底面位錯(BPD)在外延膜中不穩(wěn)定，容易分解為能量上有利的兩個肖克利不全位錯，在這兩個肖克利不全位錯之間產(chǎn)生層積缺陷。因?yàn)閷臃e缺陷作為載流子的壽命抑制因數(shù)發(fā)揮作用，所以電流集中于層積缺陷不存在的區(qū)域從而電流流動的面積變小，其結(jié)果，使導(dǎo)通電阻增大。進(jìn)而，在pn 二極管等雙極性器件中，上述兩個不全位錯的一方具有Si作為晶核，另一方具有C作為晶核，只有具有Si晶核的不全位錯因電子與空穴的再結(jié)合能量而移動，從而層積缺陷的面積擴(kuò)大(非專利文獻(xiàn)3)。
[0011]另外，已知外延膜中的胡蘿卜缺陷(carrot defects)通過SiC單晶基板的基底面位錯(BPD)與貫通螺旋位錯(TSD)的相互作用而形成。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-289023號公報(bào)
[0015]非專利文獻(xiàn)
[0016]非專利文獻(xiàn)I J.Crystal Growth, 271 (2004) I
[0017]非專利文獻(xiàn)2:Mat.Sc1.Forum527_529 (2006) 23
[0018]非專利文獻(xiàn)3:Η.Jacobson et al., J.Appl.Phys.95 (2004) 1485

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]如上所述，已知存在于SiC單晶基板的生長面的基底面位錯(BH))的一部分在SiC外延膜中成為層積缺陷。另外，已知胡蘿卜缺陷通過SiC單晶基板的基底面位錯(BPD)與貫通螺旋位錯(TSD)的相互作用而形成。
[0020]但是，雖然在存在于SiC單晶基板的生長面的基底面位錯之中，在SiC單晶基板上形成的SiC外延膜中成為層積缺陷的比率依賴于種種因素已為本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員所知，但是并不明確地知道該因素是什么樣的因素、主要的因素是什么等。由此，實(shí)際上，使用何種程度的基底面位錯(BH))的面密度的SiC單晶基板，在SiC外延膜形成何種程度的面密度的基底面位錯(BPD)所引起的層積缺陷，即使是本領(lǐng)域技術(shù)人員也不能推測。對于胡蘿卜缺陷也是同樣的狀況。
[0021]本
【發(fā)明者】們，發(fā)現(xiàn)了具有如下規(guī)則性:在以規(guī)定的外延膜的生長條件在規(guī)定的偏離角的SiC單晶基板上形成了規(guī)定膜厚的SiC外延膜的情況下，在該SiC外延膜中形成的基板的基底面位錯(BPD)所引起的層積缺陷的面密度，與SiC單晶基板中的基底面位錯(BPD)的面密度大致成比例。由此，在以規(guī)定的外延膜的生長條件使用規(guī)定的偏離角的SiC單晶基板形成規(guī)定膜厚的SiC外延膜的情況下，若在該SiC單晶基板的生長面的基底面位錯(BPD)的面密度是已知的，則能夠預(yù)測所形成的SiC外延膜中的基底面位錯(BPD)所引起的層積缺陷的面密度，從而想到了本發(fā)明。
[0022]另外，對于胡蘿卜缺陷，也發(fā)現(xiàn)了在基底面位錯(BH))以及貫通螺旋位錯(TSD)的密度高的情況下，SiC外延膜中的胡蘿卜缺陷的面密度與SiC單晶基板中的基底面位錯(BPD)的面密度相關(guān)。由此，在以規(guī)定的外延膜的生長條件使用規(guī)定的偏離角的SiC單晶基板形成規(guī)定膜厚的SiC外延膜的情況下，若在該SiC單晶基板的生長面的基底面位錯(BH))以及貫通螺旋位錯(TSD)的面密度是已知的，則能夠預(yù)測所形成的SiC外延膜中的胡蘿卜缺陷的面密度，從而想到了本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明的目的，在于提供SiC外延膜中以SiC單晶基板的生長面的基底面位錯為起源的層積缺陷的面密度被降低了的SiC外延晶片及其制造方法。
[0024]另外，本發(fā)明的目的在于提供SiC外延膜中胡蘿卜缺陷的面密度被降低了的SiC外延晶片及其制造方法。
[0025]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用了以下的結(jié)構(gòu)。
[0026](I) 一種SiC外延晶片的制造方法，所述SiC外延晶片在具有偏離角的SiC單晶基板上具備SiC外延層，所述制造方法的特征在于，具有:確定所述具有偏離角的SiC單晶基板的存在于生長面的基底面位錯(BPD)之中，在所述SiC單晶基板上形成的規(guī)定I旲厚的SiC外延膜中成為層積缺陷的比例的工序；基于所述比率，確定使用的SiC單晶基板的生長面中BH)的面密度的上限的工序；以及使用所述上限以下的SiC單晶基板，以與在確定所述比例的工序中使用的外延膜的生長條件相同的條件，在所述SiC單晶基板上形成SiC外延膜的工序。
[0027](2)根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC外延晶片的制造方法，其特征在于，在確定所述比率時，通過X射線形貌或者光致發(fā)光中的任一種方法測定所述生長面的BH)的面密度、以及所述生長面的BH)所引起的所述SiC外延膜中的層積缺陷的面密度。
[0028](3)根據(jù)權(quán)利要求1或者2中的任一項(xiàng)所述的SiC外延晶片的制造方法，其特征在于，所述上限為1.0X IO3個/cm2以下。
[0029](4) 一種SiC外延晶片的制造方法，所述SiC外延晶片在具有偏離角的SiC單晶基板上具備SiC外延層，所述制造方法的特征在于，具有:確定所述具有偏離角的SiC單晶基板的存在于生長面的基底面位錯(BPD)之中，在所述SiC單晶基板上形成的規(guī)定I旲厚的SiC外延膜中成為胡蘿卜缺陷的比率的工序；基于所述比率，確定使用的SiC單晶基板的生長面中BH)和TSD的面密度的上限的工序；以及使用所述上限以下的SiC單晶基板，以與在確定所述比率的工序中使用的外延膜的生長條件相同的條件，在所述SiC單晶基板上形成SiC外延膜的工序。
[0030](5) —種SiC外延晶片，所述SiC外延晶片在具有偏離角的SiC單晶基板上具備SiC外延層，其特征在于，SiC外延膜中SiC單晶基板的BH)所引起的層積缺陷的面密度為
0.1個/cm2以下。
[0031]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠提供層積缺陷的面密度被降低了的SiC外延晶片。另外，能夠提供胡蘿卜缺陷的面密度被降低了的SiC外延晶片。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是SiC單晶基板的形貌圖像，(a)是基底面位錯(BPD)密度為6.5X IO4個/cm2的像，(b)是基底面位錯(BPD)密度為5.5X IO3個/cm2的像。
[0033]圖2是使用了圖1所示的SiC單晶基板的SiC外延晶片的PL(Photoluminescence)像，Ca)是層積缺陷(SF)密度為2.5X IO2個/cm2的像，(b)是9.2個/cm2的像。
[0034]圖3是對于表I所示的數(shù)據(jù)，示出SiC單晶基板的基底面位錯(BPD)密度與外延膜中的層積缺陷(SF)密度的相關(guān)性的圖。
[0035]圖4是SiC單晶基板的形貌圖像，Ca)是基底面位錯(BPD)密度為5.0X IO4個/cm2且貫通螺旋位錯(TSD)密度為2.8 X IO4個/cm2的像，(b)是基底面位錯(BPD)密度為
2.0XlO4個/cm2且貫通螺旋位錯(TSD)密度為5.4 X IO3個/cm2的像。
[0036]圖5是使用了圖4所示的SiC單晶基板的SiC外延晶片的坎德拉像，Ca)是使用了圖4 (a)所示的SiC單晶基板的像，(b)是使用了圖4 (b)所示的SiC單晶基板的像。
[0037]圖6是通過使用激光的光學(xué)式表面檢查裝置測定了 4°偏離角的SiC外延晶片的Si面的像，(a)是示出本發(fā)明的SiC外延晶片的像，(b)是示出以往的SiC外延晶片的像。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下，對應(yīng)用了本發(fā)明的SiC外延晶片及其制造方法，使用附圖詳細(xì)地說明。
[0039][SiC外延晶片][0040]圖1 (a)以及(b)示出通過X射線形貌法得到的SiC單晶基板的形貌圖像。圖1(a)以及(b)分別是基底面位錯(BPD)的面密度為6.5X IO4個/cm2、5.5 X IO3個/cm2的像。
[0041]像中的箭頭示出基底面位錯(BH))的一部分。
[0042]〈X射線形貌測定〉
[0043]在本發(fā)明中，通過使用反射X射線形貌對來自碳化硅單晶晶片的X射線衍射光進(jìn)行測定，能夠檢測晶片面內(nèi)的晶體缺陷。通過使用反射X射線形貌，存在能夠不并用蝕刻等破壞性手法而非破壞性地進(jìn)行晶體缺陷的位置的檢測這一優(yōu)點(diǎn)。
[0044]作為本發(fā)明中所使用的X射線源，為了對晶體中的基底面位錯、貫通刃狀位錯、貫通螺旋位錯分離進(jìn)行檢測，使用了同步加速器放射光。本說明書所示的數(shù)據(jù)是使用了Spring-8的同步加速器放射光而得到的數(shù)據(jù)。
[0045]使用單色器將波長為1.54Λ的X射線作為入射光進(jìn)行了反射X射線形貌的測定。
作為使X射線衍射時的衍射矢量(g-vector)，只要能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的就不特別地限制，但通常對于4H-SiC晶體使用11-28或者1-108。 在本說明書中，示出使用了 11_28的形貌圖像。
[0046]通過將X射線照射到樣本上，并對從該樣本反射而來的衍射光進(jìn)行檢測，能夠得到形貌圖像。對于該形貌圖像的取得，為了獲得為了判定缺陷種類足夠的分辨率，使用高分辨率的X射線片、原子核照相板等記錄介質(zhì)。本次使用了原子核照相板。從該圖像中，計(jì)數(shù)了基底面位錯、貫通刃狀位錯以及貫通螺旋位錯的數(shù)量。
[0047]圖2 (a)以及(b)示出對于在圖1 (a)以及(b)所示的SiC單晶基板形成了厚度IOym的SiC外延膜的SiC外延晶片，通過光致發(fā)光(PL)圖像法得到的PL像。此外，圖2Ca)以及(b)的SiC外延晶片是在相同制造批次中同時進(jìn)行了成膜的外延晶片。
[0048]圖2 (a)以及(b)分別是外延膜中的層積缺陷(SF)的面密度為2.5X IO2個/cm2、
9.2個/cm2的圖。
[0049]圖像中的箭頭示出基底面位錯(BH))的一部分或者層積缺陷(SF)的一部分。
[0050]在表1中，對于SiC單晶基板示出4個基底面位錯(BH))的面密度、和在該BH)面密度的SiC單晶基板形成了厚度10 μ m的SiC外延膜的SiC外延晶片中外延膜中的層積缺陷的面密度。4個基底面位錯(BH))的面密度，除了圖1所示的SiC單晶基板的樣本的情況之外，還是3.2 X IO4個/cm2以及3.0XlO2個/cm2的情況。
[0051][表 I]
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種SiC外延晶片的制造方法，所述SiC外延晶片在具有偏尚角的SiC單晶基板上具備SiC外延層，所述制造方法的特征在于，具有: 確定所述具有偏離角的SiC單晶基板的存在于生長面的基底面位錯即BH)之中，在所述SiC單晶基板上形成的規(guī)定膜厚的SiC外延膜中成為層積缺陷的比率的工序； 基于所述比率，確定使用的SiC單晶基板的生長面中BH)的面密度的上限的工序；以及 使用所述上限以下的SiC單晶基板，以與在確定所述比率的工序中使用的外延膜的生長條件相同的條件，在所述SiC單晶基板上形成SiC外延膜的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC外延晶片的制造方法，其特征在于，在確定所述比率時，通過X射線形貌或者光致發(fā)光中的任一種方法測定所述生長面中BH)的面密度、以及所述生長面的BH)所引起的所述SiC外延膜中的層積缺陷的面密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2中的任一項(xiàng)所述的SiC外延晶片的制造方法，其特征在于，所述上限為1.0X IO3個/cm2以下。
4.一種SiC外延晶片的制造方法，所述SiC外延晶片在具有偏尚角的SiC單晶基板上具備SiC外延層，所述制造方法的特征在于，具有: 確定所述具有偏離角的SiC單晶基板的存在于生長面的基底面位錯即BH)以及貫通螺旋位錯即TSD之中，在所述SiC單晶基板上形成的規(guī)定膜厚的SiC外延膜中成為胡蘿卜缺陷的比率的工序； 基于所述比率，確定使用的SiC單晶基板的生長面中BH)和TSD的面密度的上限的工序；以及 使用所述上限以下的SiC單晶基板，以與在確定所述比率的工序中使用的外延膜的生長條件相同的條件，在所述SiC單晶基板上形成SiC外延膜的工序。
5.一種SiC外延晶片，所述SiC外延晶片在具有偏離角的SiC單晶基板上具備SiC外延層，其特征在于，SiC外延膜中SiC單晶基板的BH)所引起的層積缺陷的面密度為0.1個/cm2以下。
【文檔編號】C23C16/42GK103765559SQ201280042735
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月9日
【發(fā)明者】百瀨賢治, 小田原道哉, 武藤大祐, 影島慶明 申請人:昭和電工株式會社