碳化硅外延基板制造技术

碳化硅外延基板(100)包含：碳化硅单晶基板(10)；和在碳化硅单晶基板(10)上的外延层(20)。碳化硅单晶基板(10)具有100mm以上的直径。外延层(20)具有10μm以上的厚度。外延层(20)具有1×10

SiC epitaxial substrate

The silicon carbide epitaxial substrate (100) includes a silicon carbide single crystal substrate (10); and an epitaxial layer (20) on a silicon carbide single crystal substrate (10). The silicon carbide single crystal substrate (10) has a diameter of more than 100mm. The epitaxial layer (20) has a thickness of more than 10 mu m. The epitaxial layer (20) has 1 * 10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅外延基板
本公开涉及碳化硅外延基板。
技术介绍
日本特开2014-17439号公报(专利文献1)公开了可以用于碳化硅的外延生长的CVD(化学气相沉积)装置。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-17439号公报
技术实现思路
本公开的碳化硅外延基板包含：碳化硅单晶基板；和在所述碳化硅单晶基板上的外延层。所述碳化硅单晶基板具有100mm以上的直径。所述外延层具有10μm以上的厚度。所述外延层具有1×1014cm-3以上且1×1016cm-3以下的载流子浓度。所述外延层的面内的载流子浓度的标准偏差对所述面内的载流子浓度的平均值的比率为10％以下。所述外延层具有主表面。所述主表面在三维表面粗糙度测量中具有0.3nm以下的算术平均粗糙度Sa。在所述主表面中，源于贯通螺旋位错的凹坑的面密度为1000个cm-2以下。所述凹坑各自具有自所述主表面起算8nm以上的最大深度。附图说明图1为显示载流子浓度的测量点的示意图。图2为显示本公开中的碳化硅外延基板的构造的示意剖视图。图3为显示凹坑的平面形状的第一例的概略示意图。图4为显示凹坑的平面形状的第二例的概略示意图。图5为显示凹坑的平面形状的第三例的概略示意图。图6为示意性显示本公开中的碳化硅外延基板的制造方法的流程图。图7为CVD设备的示意侧面透视图。图8为沿图7的VIII-VIII线的示意剖视图。图9为显示基座周围的构造的示意平面图。图10为显示外延层的直径方向上的氮浓度分布的第一例的图。图11为显示基座周围的构造的示意剖视图。图12为显示外延层的直径方向上的氮浓度分布的第二例的图。具体实施方式[本公开的实施方式的说明][第一实施方式]首先，列出并说明本公开的第一实施方式。[1]本公开的碳化硅外延基板包含：碳化硅单晶基板；和在所述碳化硅单晶基板上的外延层。所述碳化硅单晶基板具有100mm以上的直径。所述外延层具有10μm以上的厚度。所述外延层具有1×1014cm-3以上且1×1016cm-3以下的载流子浓度。所述外延层的面内的载流子浓度的标准偏差对所述面内的载流子浓度的平均值的比率为10％以下。所述外延层具有主表面。所述主表面在三维表面粗糙度测量中具有0.3nm以下的算术平均粗糙度Sa。在所述主表面中，源于贯通螺旋位错的凹坑的面密度为1000个cm-2以下。所述凹坑各自具有自所述主表面起算8nm以上的最大深度。本公开的碳化硅外延基板为同时具有外延层中的载流子浓度的面内均匀性和外延层的表面性质的基板。换句话说，在本公开的外延基板中，载流子浓度的面内均匀性高，外延层的表面粗糙度小，并且外延层的表面中的深凹坑的量减少。在[1]中，面内的载流子浓度的标准偏差(σ)对面内的载流子浓度的平均值(ave)的比率(σ/ave)表示载流子浓度的面内均匀性。该比率越低，可以评价为载流子浓度的面内均匀性越高。载流子浓度表示通过汞探针型C-V测量装置测量的有效载流子浓度。假设探针的面积为0.01cm2。假设载流子浓度的平均值和标准偏差是基于面内的9个点处的测量结果来确定的。所述9个点在面内以十字状进行设定。图1为显示载流子浓度的测量位置的示意图。如图1所示，在碳化硅外延基板100中，十字交叉点是碳化硅外延基板100的中心附近的测量点5中的一个。测量点5以基本上相等的间隔设置。在上述[1]中，算术平均粗糙度Sa为国际标准ISO25178中定义的三维表面性质参数。算术平均粗糙度Sa为通过将算术平均粗糙度Ra扩展到平面而获得的粗糙度。例如，可以使用白光干涉显微镜等来测量算术平均粗糙度Sa。在测量时，假设要测量的面积为255μm见方。在上述[1]中，各个凹坑为以沟槽状在外延层的表面中形成的微小缺陷。据认为凹坑源于外延层中的贯通螺旋位错、贯通刃型位错和贯通混合位错。在本说明书中，包含螺型位错分量的贯通混合位错也被认为是贯通螺旋位错。源于贯通螺旋位错的凹坑容易变深。这大概是因为位错周围的应变相对大。本专利技术人发现了如下制造方法：通过该方法，源于贯通螺旋位错的凹坑的深度可以是浅的。具体地，根据本公开的制造方法，可以将源于贯通螺旋位错且具有自外延层的主表面起算8nm以上的最大深度的凹坑的面密度抑制为1000个cm-2。此外，根据本公开的制造方法，在外延层的表面中的算术平均粗糙度Sa也可以为0.3nm以下。后面将对本公开的制造方法的详情进行说明。通过蚀坑法或X射线形貌法确认凹坑是否源于贯通螺旋位错。当外延层形成在碳化硅单晶基板的(0001)面侧时，使用蚀坑法。在蚀坑法的情况下，例如可以如下确定源于贯通螺旋位错的凹坑。需要说明的是，在此的蚀刻条件仅仅是示例性的，并且可以根据例如外延层的厚度、掺杂浓度等而改变。以下条件假设的是外延层的厚度为约10μm至约50μm的情况。在蚀刻中，使用熔融氢氧化钾(KOH)。熔融KOH的温度设定为约500℃至约550℃。蚀刻时间设定为约5分钟至约10分钟。蚀刻后，使用Nomarski微分干涉显微镜观察外延层的表面。源于贯通螺旋位错的凹坑形成比源于贯通刃型位错的凹坑所形成的蚀坑大的蚀坑。例如，源于贯通螺旋位错的蚀坑具有六边形平面形状，并且六边形的对角线长度通常为约30μm至约50μm。例如，源于贯通刃型位错的蚀坑具有六边形平面形状并且比源于贯通螺旋位错的蚀坑小。在源于贯通刃型位错的蚀坑中，六边形的对角线长度通常为约15μm至约20μm。当外延层形成在碳化硅单晶基板的(000-1)面侧时，使用X射线形貌法。当外延层的厚度为约10μm至约50μm时，衍射矢量g可以设定为g＝11-28，并且穿透长度可以设定为约20μm。在比贯通刃型位错的对比度强的对比度下观察贯通螺旋位错。使用AFM(原子力显微镜)测量凹坑自主表面起算的最大深度。在此使用的AFM可以例如为由Veeco提供的“Dimension300”等。对于AFM的悬臂，由Bruker提供的“NCHV-10V”等是合适的。在测量时，AFM的各条件设定如下。测量模式设定为轻敲模式。轻敲模式中的测量区域设定为5μm见方。对于在轻敲模式中的采样，将测量区域中的扫描速度设定为每周期5秒，将扫描行数(走査ライン数)设定为512，并且对于一个扫描行设定512个测量点。此外，悬臂的受控位移设定为15.50nm。使用上述AFM测量和包含共焦微分干涉显微镜的缺陷检查装置两者，测量各自具有自主表面起算8nm以上的最大深度的凹坑的面密度。作为包含共焦微分干涉显微镜的缺陷检查装置，可以使用由Lasertec提供的WASAVI系列“SICA6X”等。物镜的放大倍率设定为10倍。通过将AFM测量中的深度数据与共焦显微镜测量中的凹坑图像相结合，定义具有8nm以上的最大深度的凹坑的形状。通过分析外延层的整个表面，检测出满足定义的凹坑。通过将检测出的凹坑的数目除以外延层的表面的面积，可以计算出凹坑的面密度。假设该测量中的整个表面通常不包括不用于半导体装置的区域。不用于半导体装置的区域例如为自基板的边缘起算3mm的区域。[2]凹坑的面密度可以为100个cm-2以下。[3]凹坑的面密度可以为10个cm-2以下。[4]凹坑的面密度可以为1个cm-2以下。[5]碳化硅单晶基板可以具有150mm以上的直径。[6]碳化硅单晶基板可以具有200mm以上的直径。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅外延基板，其包含：碳化硅单晶基板、和在所述碳化硅单晶基板上的外延层；所述碳化硅单晶基板具有100mm以上的直径，所述外延层具有10μm以上的厚度，所述外延层具有1×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.01 JP 2014-203159;2014.11.06 JP 2014-226071.一种碳化硅外延基板，其包含：碳化硅单晶基板、和在所述碳化硅单晶基板上的外延层；所述碳化硅单晶基板具有100mm以上的直径，所述外延层具有10μm以上的厚度，所述外延层具有1×1014cm-3以上且1×1016cm-3以下的载流子浓度，所述外延层的面内的所述载流子浓度的标准偏差对所述面内的所述载流子浓度的平均值的比率为10％以下，所述外延层具有主表面，所述主表面在三维表面粗糙度测量中具有0.3nm以下的算术平均粗糙度Sa，在所述主表面中，源于贯通螺旋位错的凹坑的面密度为1000个cm-2以下，所述凹坑各自具有自所述主表面起算8nm以上的最大深度。2.根据权利要求1所述的碳化硅外延基板，其中，所述面密度为100个cm-2以下。3.根据权利要求1所述的碳化硅外延基板，其中，所述面密度为10个cm-2以下。4.根据权利要求1所述的碳化硅外延基板，其中，所述面密度为1个cm-2以下。5.根据权利要求1所述的碳化硅外延基板，其中，所述直径为150mm以上。6.根据权利要求1所述的碳化硅外延基板，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：西口太郎，和田圭司，玄番润，伊东洋典，土井秀之，平塚健二，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP