碳化硅外延基板及用于制造碳化硅半导体装置的方法制造方法及图纸

一种碳化硅外延基板，其包含碳化硅单晶基板和碳化硅层。所述碳化硅层包含与所述碳化硅单晶基板接触的表面的相反侧的第二主表面。所述第二主表面对应于相对于{0001}面在偏离方向上倾斜的面。所述第二主表面具有100mm以上的最大直径。所述第二主表面具有外周区域和中心区域，所述外周区域距所述第二主表面的外缘在3mm以内，所述中心区域被所述外周区域包围。所述中心区域具有沿与所述偏离方向垂直的直线排列的第一半环的第一位错阵列。所述第一半环各自包含在所述第二主表面露出的一对贯通刃型位错。所述中心区域中所述第一位错阵列的面密度为10/cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅外延基板及用于制造碳化硅半导体装置的方法
本公开涉及碳化硅外延基板和用于制造碳化硅半导体装置的方法。本申请要求于2015年10月7日提交的日本专利申请第2015-199565号的优先权，并通过引用的方式将其全部内容并入本文中。
技术介绍
WO2009/035095(专利文献1)公开了具有在外延生长期间产生的位错阵列的外延基板。现有技术文献专利文献专利文献1：WO2009/035095
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碳化硅层。碳化硅单晶基板具有第一主表面。所述碳化硅层在所述第一主表面上。所述碳化硅层包含与所述碳化硅单晶基板接触的表面的相反侧的第二主表面。第二主表面对应于相对于{0001}面在偏离方向上倾斜的面。第二主表面具有100mm以上的最大直径。第二主表面具有外周区域和中心区域，外周区域距第二主表面的外缘在3mm以内，中心区域被外周区域包围。中心区域具有沿与偏离方向垂直的直线排列的第一半环的第一位错阵列。第一半环各自包含在第二主表面露出的一对贯通刃型位错。中心区域中第一位错阵列的面密度为10/cm2以下。本公开的碳化硅外延基板包含碳化硅单晶基板和碳化硅层。碳化硅单晶基板具有第一主表面。所述碳化硅层在所述第一主表面上。所述碳化硅层包含与所述碳化硅单晶基板接触的表面的相反侧的第二主表面。第二主表面对应于相对于(0001)面在<11-20>方向上倾斜4°以下的面。第二主表面的最大直径为150mm以上。第二主表面具有外周区域和中心区域，外周区域距第二主表面的外缘在3mm以内，中心区域被外周区域包围。中心区域具有沿与<11-20>方向垂直的直线排列的半环的位错阵列。半环各自包含在第二主表面露出的一对贯通刃型位错。中心区域中位错阵列的面密度为10/cm2以下。附图说明图1为示出本专利技术实施方式的碳化硅外延基板的构造的示意性平面图。图2为沿图1的II-II线取的示意性剖视图。图3为图1的区域III的示意性透视图。图4为图1的区域III的示意性平面图。图5为图1的区域III的示意性剖视图。图6为图1的区域VI的示意性透视图。图7为图1的区域VI的示意性平面图。图8为图1的区域VI的示意性剖视图。图9为示出本专利技术实施方式的碳化硅外延基板的制造装置的构造的局部示意性剖视图。图10为示出用于制造本专利技术实施方式的碳化硅外延基板的方法的第一步骤的示意性平面图。图11为沿图10的XI-XI线取的示意性剖视图。图12示出了用于制造本专利技术实施方式的碳化硅外延基板的方法中的温度与时间之间的关系。图13为示出在生长步骤中第零时间处的图10的区域XIII上的基面位错的构造的示意性透视图。图14为示出在生长步骤中第一时间处的图10的区域XIII上的基面位错的构造的示意性透视图。图15为示出在生长步骤中第三时间处的图10的区域XIII上的基面位错的构造的示意性透视图。图16为示出在冷却步骤中图10的区域XIII上的基面位错和第一半环的构造的示意性透视图。图17为示出在生长步骤中第零时间处的图10的区域XVII上的基面位错的构造的示意性透视图。图18为示出在生长步骤中第一时间处的图10的区域XVII上的基面位错和第二半环的构造的示意性透视图。图19为示出在生长步骤中第二时间处的图10的区域XVII上的基面位错和第二半环的构造的示意性透视图。图20示出了用于制造本专利技术实施方式的碳化硅外延基板的方法中的压力与时间之间的关系。图21为示出用于制造本专利技术实施方式的碳化硅半导体装置的方法的流程图。图22为示出用于制造本专利技术实施方式的碳化硅半导体装置的方法的第一步骤的示意性剖视图。图23为示出用于制造本专利技术实施方式的碳化硅半导体装置的方法的第二步骤的示意性剖视图。图24为示出用于制造本专利技术实施方式的碳化硅半导体装置的方法的第三步骤的示意性剖视图。具体实施方式[技术问题]本公开的一个目的为提供碳化硅外延基板以及用于制造碳化硅半导体装置的方法，通过各者可以减少沿与偏离方向垂直的直线排列的半环的位错阵列。[本公开的有益效果]根据本公开，可以提供碳化硅外延基板和用于制造碳化硅半导体装置的方法，通过各者可以减少沿与偏离方向垂直的直线排列的半环的位错阵列。[本公开的实施方式的概述](1)本公开的碳化硅外延基板100包含碳化硅单晶基板10和碳化硅层20。碳化硅单晶基板10具有第一主表面11。碳化硅层20在第一主表面11上。碳化硅层20包含与碳化硅单晶基板10接触的表面14的相反侧的第二主表面30。第二主表面30对应于相对于{0001}面在偏离方向上倾斜的面。第二主表面30具有100mm以上的最大直径111。第二主表面30具有外周区域52和中心区域53，外周区域52距第二主表面30的外缘54在3mm以内，中心区域53被外周区域52包围。中心区域53具有沿与偏离方向垂直的直线排列的第一半环1的第一位错阵列2。第一半环1各自包含在第二主表面30露出的一对贯通刃型位错。中心区域53中第一位错阵列2的面密度为10/cm2以下。通常，在碳化硅外延基板中存在贯通刃型位错的位错阵列。这样的位错阵列导致半导体装置的击穿电压降低、漏电流增加、半导体装置的可靠性降低等。因此，需要减少位错阵列。作为努力研究减少贯通刃型位错的位错阵列的方法的结果，专利技术人已经获得以下知识并且实现了本公开的一个实施方式。据认为贯通刃型位错的位错阵列主要分为以下三种类型。第一类位错阵列为从碳化硅单晶基板转移到通过外延生长形成的碳化硅层的位错阵列。第二类位错阵列为在碳化硅层的外延生长期间产生的位错阵列。位错阵列中所包含的多个半环的各自的深度由在产生半环时的碳化硅层的厚度决定。因此，位错阵列中所包含的多个半环具有不同的深度。此外，多个半环各自排列的方向(即，位错阵列的纵向)具有台阶流动生长方向(偏离方向)上的分量。也就是说，位错阵列的纵向不与偏离方向垂直。第三类位错阵列为在碳化硅层的外延生长结束之后产生的位错阵列。据认为这种位错阵列是由于在外延生长结束后碳化硅层中的基面位错在与偏离方向垂直的方向上滑动而形成的。因此，位错阵列的纵向与偏离方向垂直。此外，所述位错阵列中所包含的多个半环的各自的深度基本相同。特别地，专利技术人关注的是抑制第三类位错阵列的产生。据认为基面位错在与偏离方向垂直的方向上滑动而松弛碳化硅层中的应力，从而在碳化硅层中形成半环。此外，据认为主要在冷却碳化硅外延基板的步骤中在碳化硅层中产生应力。基于上述知识，专利技术人已经发现，通过在冷却碳化硅外延基板的步骤中以下述方式控制碳化硅外延基板的冷却速率，可以松弛碳化硅外延基板中的应力从而抑制第三类位错阵列的产生。由此，可以减小沿与偏离方向垂直的直线排列的第一半环的第一位错阵列的面密度。(2)在(1)所述的碳化硅外延基板100中，最大直径111可以为150mm以上。(3)在(1)或(2)所述的碳化硅外延基板100中，偏离方向可以为<11-20>方向。(4)在(1)至(3)所述的碳化硅外延基板100中，中心区域53可以具有沿相对于偏离方向倾斜的直线排列的第二半环4的第二位错阵列5。第二半环4各自可包含在第二主表面30露出的一对贯通刃型位错。在中心区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅外延基板，其包含：具有第一主表面的碳化硅单晶基板；和在所述第一主表面上的碳化硅层，所述碳化硅层包含与所述碳化硅单晶基板接触的表面的相反侧的第二主表面，所述第二主表面对应于相对于{0001}面在偏离方向上倾斜的面，所述第二主表面具有100mm以上的最大直径，所述第二主表面具有外周区域和中心区域，所述外周区域距所述第二主表面的外缘在3mm以内，所述中心区域被所述外周区域包围，所述中心区域具有沿与所述偏离方向垂直的直线排列的第一半环的第一位错阵列，所述第一半环各自包含在所述第二主表面露出的一对贯通刃型位错，所述中心区域中所述第一位错阵列的面密度为10/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.07 JP 2015-1995651.一种碳化硅外延基板，其包含：具有第一主表面的碳化硅单晶基板；和在所述第一主表面上的碳化硅层，所述碳化硅层包含与所述碳化硅单晶基板接触的表面的相反侧的第二主表面，所述第二主表面对应于相对于{0001}面在偏离方向上倾斜的面，所述第二主表面具有100mm以上的最大直径，所述第二主表面具有外周区域和中心区域，所述外周区域距所述第二主表面的外缘在3mm以内，所述中心区域被所述外周区域包围，所述中心区域具有沿与所述偏离方向垂直的直线排列的第一半环的第一位错阵列，所述第一半环各自包含在所述第二主表面露出的一对贯通刃型位错，所述中心区域中所述第一位错阵列的面密度为10/cm2以下。2.根据权利要求1所述的碳化硅外延基板，其中，所述最大直径为150mm以上。3.根据权利要求1或2所述的碳化硅外延基板，其中，所述偏离方向为<11-20>方向。4.根据权利要求1至3中任一项所述的碳化硅外延基板，其中，所述中心区域具有沿相对于所述偏离方向倾斜的直线排列的第二半环的第二位错阵列，所述第二半环各自包含在第二主表面露出的一对贯通刃型位错，所述中心区域中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：西口太郎，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