半导体晶圆的制造方法技术

在第1工序中，在SiC基板(40)的表面形成凸部(42)并蚀刻该SiC基板(40)。在第2工序中，除去根据MSE法使SiC基板(40)的凸部(42)外延生长而在垂直(c轴)方向大幅地生长的包含螺旋位错的外延层(43a)的至少一部分。在第3工序中，通过在进行了第2工序的SiC基板(40)上再次进行MSE法，使得不包含螺旋位错的外延层(43)彼此在水平(a轴)方向生长而互相以分子层级连接，进而在SiC基板(40)的Si面或C面的全面生成1个大面积的单晶4H‑SiC的半导体晶圆(45)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体晶圆的制造方法
本专利技术涉及一种使用SiC基板的半导体元件的制造方法。
技术介绍
作为半导体材料，硅(Si)和砷化镓(GaAs)等早已为业界所熟知。近年来，随着半导体元件的利用领域迅速扩大，在高温环境等严酷的条件下使用的机会也随之增加。由此，实现能承受高温环境的半导体元件，对提高在广泛用途中的动作的可靠性及大量的信息处理·可控性来说，实属一项重要的课题。作为一种耐热性优异的制造半导体元件的材料，碳化硅(SiC)备受瞩目。SiC不仅机械强度高并且抗辐射能力亦强。另外，SiC具有以下的特征：通过杂质的添加还能容易地进行电子和空穴的价电子控制，并且具有宽的禁带宽度(在4H型的单晶SiC中为3.2eV)。根据这种理由，作为一种能实现在所述现有的半导体材料中不能实现的耐高温性、耐高频性、高耐电压性、和高耐环境性的下一代的动力元件的材料，SiC备受期待。专利文献公开一种制造使用SiC的半导体材料的方法。专利文献1公开一种通过将用于使晶种生长的生长炉内的温度均匀化，抑制SiC多晶的生成，进而制造优质的SiC半导体的方法。专利文献2公开一种通过在晶种上形成多个凹坑而制造缺陷少的优质SiC半导体的方法。非专利文献1公开一种本案申请人开发的技术即亚稳态溶剂外延法(MSE法)。MSE法是溶液生长法的一种，其使用晶种基板、自由能比晶种基板高的原料基板、和Si熔液。通过对置配置晶种基板与原料基板，且以使Si熔液夹在其间的状态在真空下进行加热，能使单晶SiC在晶种基板的表面外延生长。在MSE法中，加热时不需要在单晶SiC的生长方向带有温度梯度，外延生长是根据以自由能差决定的浓度梯度而行进。另外，在MSE法中，不需要在晶种基板上形成偏离角(Offangle)。专利文献3公开了一种使用此MSE法来制造SiC半导体的方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-193055号公报专利文献2：日本特开2012-176867号公报专利文献3：日本特开2008-230946号公报非专利文献非专利文献1：TadaakiKanekoetal,“MetastableSolventEpitaxyofSiC”JournalofCrystalGrowtH310(2008)1815-1818
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题顺便一提，使用SiC的半导体材料，是采用从由4H-SiC或6H-SiC的单晶SiC构成的晶锭切取的块体基板而被制造。此块体基板需要进行机械研磨等对表面进行平坦处理。然而，在机械研磨中，由于会产生次微米级的研磨损伤，因此以往在机械研磨之后通过进行化学机械研磨来除去该研磨损伤，以使基板更加平坦。然后，根据MSE法等在基板的表面形成4H-SiC单晶的外延层，且以分子层级平坦处理基板表面，再注入离子以高温进行加热而使离子活化。然而，在使外延层生长的工序等中，有时会造成外延层表面的一部分显著地粗化。其结果可能降低半导体晶圆的良率。尤其是，随着为了制作半导体元件而使用的半导体晶圆的尺寸变大，会使半导体晶圆的一部分含有表面粗化的可能性增高。即便是在一部分存在表面粗化，亦不能充分地发挥作为半导体晶圆的性能。因此，在制造大尺寸的半导体晶圆上存在困难。本案申请人经对此外延层的粗化进行分析的结果，查明了其中的原因正是由于产生在基板上的螺旋位错(screwdislocations)。在形成晶锭的工序中虽然通过设置温度梯度来进行加热而进行晶体生长,但因该晶体内的温度梯度的原因会在基板产生螺旋位错。若对存在螺旋位错的部分进行譬如MSE法，则螺旋位错会传播至外延层的表面，由此产生表面粗化。本专利技术是鉴于以上的情状而完成，其主要目的，在于提供一种在使用MSE法使外延层生长的半导体晶圆的制造方法中，制造几乎不包含晶体缺陷的大尺寸的半导体晶圆的方法。解决课题所采用的技术方案及效果本专利技术所要解决的问题，诚如以上的说明，下面对用以解决此问题的手段及其效果进行说明。根据本专利技术的观点，提供一种包含第1工序、第2工序、和第3工序的半导体晶圆的制造方法。在所述第1工序中，通过在SiC基板的表面形成凸部，并在Si蒸气压力下加热该SiC基板，对该SiC基板进行蚀刻。在所述第2工序中，一边在进行了所述第1工序的所述SiC基板的所述凸部侧配置碳供给部件，一边使Si熔液夹在其间且进行加热，根据亚稳态溶剂外延法使所述SiC基板的所述凸部外延生长而形成外延层，通过进行该外延生长，使包含螺旋位错的外延层在垂直(c轴)方向上比不包含螺旋位错的外延层大幅地生长，然后除去包含该螺旋位错的外延层的至少一部分。在所述第3工序中，通过在进行了所述第2工序的所述SiC基板上再次进行所述亚稳态溶剂外延法，使不包含螺旋位错的外延层彼此在水平(a轴)方向生长而互相以分子层级连接，进而在所述SiC基板的表面即Si面(0001面)或C面(000-1面)生成至少1个大面积的单晶4H-SiC的半导体晶圆。由此，包含成为表面粗化的原因的螺旋位错的凸部，通过在外延生长时在垂直方向上大幅地生长，从而能够与不包含螺旋位错的凸部进行区别。因此，能预先除去成为表面粗化的原因的螺旋位错。另外，因除去包含螺旋位错的外延层，虽有可能使凸部彼此的间隔空隔,但空隔的部分，由于其他的外延层在水平方向生长而连接，因此不会产生问题。根据以上说明，能制造几乎不包含晶体缺陷、且大面积的半导体晶圆。在所述半导体晶圆的制造方法中，所述SiC基板的偏离角为0°或接近0°，在所述第2工序及所述第3工序中使用的所述亚稳态溶剂外延法中，优选使用多晶的3C-SiC作为所述碳供给部件，并将加热温度设定在1600℃以上且2000℃以下，Si的压力为10-5Torr以上。由此，由于能以适宜的条件进行MSE法，因此能使凸部充分地外延生长。在所述半导体晶圆的制造方法中，优选在所述第2工序及所述第3工序中，根据所述亚稳态溶剂外延法，在所述SiC基板的C面(000-1面)或Si面(0001面)形成外延层。由此，在本专利技术的方法中，无论在Si面和C面的哪一面皆能使外延层生长，因此能根据需要在适宜的面形成外延层。在所述半导体晶圆的制造方法中，优选构成如下。即，在所述第1工序中，通过对所述SiC基板照射激光而形成互相交叉的多条沟，从而在该SiC基板上形成凸部。在所述第2工序中，对包含所述螺旋位错的外延层照射激光，除去该外延层。由此，在第1工序中，能以简单的处理形成多个凸部。另外，在第2工序中，能以简单的处理除去包含螺旋位错的外延层。尤其是，由于能以激光装置一同进行在第1工序和第2工序中需要的工作，因此而能提高工作效率。在所述半导体晶圆的制造方法中，优选形成以下构成的凸部。即，所述凸部的上面是矩形。所述凸部的垂直(c轴)方向的长度为20μm～40μm。所述凸部上面的水平(a轴)方向的一边的长度为50μm～100μm。邻接的所述凸部所形成的间隔为400μm～1000μm。由此，能以适宜的条件进行外延生长，或能连接外延层彼此。在所述半导体晶圆的制造方法中，优选在所述第2工序中，包含螺旋位错的外延层的垂直(c轴)方向的长度，是不包含螺旋位错的外延层的垂直(c轴)方向的长度的2倍以上。在所述半导体晶圆的制造方法中，优选构成如下。即，从包含螺旋位错的所述凸部生长的外延层的垂直(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体晶圆的制造方法，其特征在于包含：第1工序，在所述第1工序中，通过在SiC基板的表面形成凸部，并在Si蒸气压力下加热该SiC基板，对该SiC基板进行蚀刻；第2工序，在所述第2工序中，通过一边在进行了所述第1工序的所述SiC基板的所述凸部侧配置碳供给部件，一边使Si熔液夹在其间且进行加热，根据亚稳态溶剂外延法使所述SiC基板的所述凸部外延生长而形成外延层，通过进行该外延生长，使包含螺旋位错的外延层在垂直(c轴)方向上比不包含螺旋位错的外延层大幅地生长，然后除去包含该螺旋位错的外延层的至少一部分；和第3工序，在所述第3工序中，通过在进行了所述第2工序的所述SiC基板上再次进行所述亚稳态溶剂外延法，使得不包含螺旋位错的外延层彼此在水平(a轴)方向生长而互相以分子层级连接，进而在所述SiC基板的表面即Si面(0001面)或C面(000‑1面)生成至少1个大面积的单晶4H‑SiC的半导体晶圆。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.10 JP 2015-2200641.一种半导体晶圆的制造方法，其特征在于包含：第1工序，在所述第1工序中，通过在SiC基板的表面形成凸部，并在Si蒸气压力下加热该SiC基板，对该SiC基板进行蚀刻；第2工序，在所述第2工序中，通过一边在进行了所述第1工序的所述SiC基板的所述凸部侧配置碳供给部件，一边使Si熔液夹在其间且进行加热，根据亚稳态溶剂外延法使所述SiC基板的所述凸部外延生长而形成外延层，通过进行该外延生长，使包含螺旋位错的外延层在垂直(c轴)方向上比不包含螺旋位错的外延层大幅地生长，然后除去包含该螺旋位错的外延层的至少一部分；和第3工序，在所述第3工序中，通过在进行了所述第2工序的所述SiC基板上再次进行所述亚稳态溶剂外延法，使得不包含螺旋位错的外延层彼此在水平(a轴)方向生长而互相以分子层级连接，进而在所述SiC基板的表面即Si面(0001面)或C面(000-1面)生成至少1个大面积的单晶4H-SiC的半导体晶圆。2.根据权利要求1所述的半导体晶圆的制造方法，其特征在于，所述SiC基板的偏离角为0°或接近0°，在所述第2工序及所述第3工序中使用的所述亚稳态溶剂外延法中，使用多晶的3C-SiC作为所述碳供给部件，并将加热温度设定在1600℃以上且2000℃以下，Si的压力为10-5Torr以上。3.根据权利要求1所述的半导体晶圆的制造方法，其特征在于，在所述第2工序及所述第3工序中，根据所述亚稳态溶剂外延法，在所述SiC基板的C面(000-1面)形成外延层。4.根据权利要求1所述的半导体晶圆的制造方法，其特征在于，在所述第2工序及所述第3工序中，根据所述亚稳态溶剂外延法，在所述SiC基板的Si面(0001...

【专利技术属性】
技术研发人员：金子忠昭，久津间保德，芦田晃嗣，
申请(专利权)人：学校法人关西学院，
类型：发明
国别省市：日本,JP