碳化硅基板、碳化硅基板的制造方法及碳化硅半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供不污染加工装置的低缺陷密度的碳化硅基板、和使用有该碳化硅基板的碳化硅半导体装置。本发明专利技术涉及的碳化硅基板(10)是具备基板内侧部(11)、和包围基板内侧部(11)的基板外侧部(12)的碳化硅基板(10)，基板内侧部(11)的非掺杂剂金属杂质浓度为1×10

Manufacturing methods of silicon carbide substrate, silicon carbide substrate and silicon carbide semiconductor device

The invention aims to provide a low defect density silicon carbide substrate without polluting the processing device and a silicon carbide semiconductor device using the silicon carbide substrate. The silicon carbide substrate (10) is a silicon carbide substrate (10) having a substrate inner side (11) and a substrate outer side (12) surrounding the substrate inner side (11). The concentration of non dopant metal impurities in the substrate inner side (11) is 1 \u00d7 10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅基板、碳化硅基板的制造方法及碳化硅半导体装置的制造方法
本专利技术涉及碳化硅基板及碳化硅半导体装置。
技术介绍
就碳化硅(SiC)而言，在热方面及化学方面具有优异的特性，已知禁带宽度比硅(Si)大，因此作为在电气上具有优异的特性的半导体材料。特别是就4H-SiC而言，由于电子迁移率及饱和电子速度大，因此作为用于功率器件的半导体材料已开始实用化。现在，作为制造SiC单晶的方法，广泛使用改良Lely法(升华法)。现在，就SiC基板的尺寸而言，在市售的产品中为直径150mm以下，在开发阶段为直径200mm。但是，在SiC基板中，依然存在结晶缺陷密度大到从数千至一万cm-2的课题，为了作为半导体器件用途，需要进一步降低结晶缺陷密度。作为制造低缺陷密度SiC单晶的方法，研究如Si锭的单晶生长从液体来进行结晶生长的方法。具体地，在Si熔液中溶解碳(C)、在种晶SiC上将SiC结晶化，由此使SiC生长。就该方法而言，由于从液体来进行结晶生长，因此与升华法相比，可进行低过饱和度下的结晶生长，因此作为低缺陷密度SiC单晶的制造方法而已知。但是，对于该方法而言，由于C在Si熔液中的溶解度低，因此，如果不是超高温且100个大气压左右的超高压下，不能获得产业上充分的C溶解度即SiC单晶的生长速度，是不实用的。最近查明：通过使用以铬(Cr)或铁(Fe)等金属作为溶质的Si溶剂，在Si中的C溶解度大幅地提高。其结果，即使生长时的气氛压力为大气压附近，也得到实用的生长速度，如专利文献1，报道有大量以实用的生长速度制作将穿透位错密度减小到10cm-2以下的以往的采用升华法的基板的10～100分之一左右的低缺陷密度SiC单晶的方法。现在，说到SiC的溶液生长法，一般是指该方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015-54815号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题对于溶液生长法而言，为了提高在Si中的C溶解度而在Si溶剂中所添加的Cr等金属溶质，作为不是掺杂剂的金属杂质(以下称为“非掺杂剂金属杂质”)而被收进到生长的SiC单晶中。如果在包含非掺杂剂金属杂质的SiC单晶基板制作半导体器件，由于工艺中的基板的蚀刻、升华、或与夹具的接触等，非掺杂剂金属杂质被释放到加工装置的内部。其结果，加工装置的内部被非掺杂剂金属杂质污染，诱发器件特性的劣化。本专利技术为了解决上述的课题而完成，目的在于提供：不污染加工装置的低缺陷密度的碳化硅基板、和使用有该碳化硅基板的碳化硅半导体装置。用于解决课题的手段就本专利技术涉及的碳化硅基板而言，是具备基板内侧部、和包围基板内侧部的基板外侧部的碳化硅基板，基板内侧部的非掺杂剂金属杂质浓度为1×1016cm-3以上，基板外侧部中至少表面侧的区域是非掺杂剂金属杂质浓度不到1×1016cm-3的基板表面区域。专利技术的效果就根据本专利技术的碳化硅基板而言，是具备基板内侧部、和包围基板内侧部的基板外侧部的碳化硅基板，基板内侧部的非掺杂剂金属杂质浓度为1×1016cm-3以上，基板外侧部中至少表面侧的区域是非掺杂剂金属杂质浓度不到1×1016cm-3的基板表面区域。通过这样降低基板表面区域的非掺杂剂金属杂质浓度，抑制器件加工装置的污染，且能够降低碳化硅基板的穿透螺旋位错密度。就本专利技术的目的、特征、方案及优点而言，通过以下的详细的说明和附图将变得更为清楚。附图说明图1为本专利技术的实施方式1涉及的碳化硅基板的截面图。图2为表示本专利技术的实施方式1涉及的碳化硅基板的非掺杂剂金属杂质浓度的图。图3为表示本专利技术的实施方式1涉及的碳化硅基板的非掺杂剂金属杂质浓度的图。图4为表示本专利技术的实施方式1涉及的碳化硅基板的非掺杂剂金属杂质浓度的图。图5为表示在本专利技术的实施方式1涉及的碳化硅基板形成有漂移层的状态的截面图。图6为表示本专利技术的实施方式1涉及的碳化硅基板的制造方法的图。图7为使用本专利技术的实施方式1涉及的碳化硅基板而制造的碳化硅半导体装置的截面图。具体实施方式＜A.实施方式1＞＜A-1.碳化硅基板＞图1为本专利技术的实施方式1涉及的碳化硅基板10的截面图。碳化硅基板10具备基板内侧部11、和覆盖基板内侧部11的全体的基板外侧部12。基板内侧部11为通过溶液生长法而制作的单晶基板，所述溶液生长法使用添加有作为非掺杂剂金属的Cr的Si溶液。基板外侧部12为覆盖基板内侧部11的全体的单晶基板。就碳化硅基板10的上表面而言，为例如在[11-20]方向上倾斜的Si面(0001)。就基板内侧部11和基板外侧部12而言，都由4H型的碳化硅构成，但非掺杂剂金属杂质的浓度不同。就碳化硅基板10中的非掺杂剂金属杂质的浓度而言，在从碳化硅基板10的中心向表面的方向上变化。在本说明书中，所谓碳化硅基板10的表面，是指碳化硅基板10的上表面、下表面及侧面的各个表面，也简称为“基板表面”。例如，所谓从碳化硅基板10的中心向上表面的方向，为例如图1的A-A′方向。就碳化硅基板10的中心处的非掺杂剂金属杂质的浓度而言，比碳化硅基板10的表面处的非掺杂剂金属杂质的浓度大。就碳化硅基板10而言，在其表面侧具有非掺杂剂金属杂质的浓度不到1×1016cm-3的基板表面区域13。在此，将基板表面区域13的与基板表面相对的侧的端部定义为基板表面区域13的开始点S(以下简称为“开始点S”)。即，所谓开始点S，对于碳化硅基板10从其中心向表面追踪(辿る)时，为非掺杂剂金属杂质的浓度从1×1016cm-3以上转变为不到1×1016cm-3的点。开始点S存在于基板外侧部12或基板外侧部12与基板内侧部11的边界。即，基板外侧部中至少表面侧的区域为基板表面区域13。图2表示沿着图1的A-A′方向的截面处的非掺杂剂金属杂质浓度。图2中，非掺杂剂金属杂质的浓度曲线在基板内侧部11与基板外侧部12的边界具有拐点。就非掺杂剂金属杂质的浓度曲线的拐点而言，如图2中所示可以为1个，也可如图3中所示为多个。如图3中所示，对于碳化硅基板10从其中心向表面追踪时，在使非掺杂剂金属杂质的浓度成为1×1016cm-3以上或者成为不到1×1016cm-3反复的情况下，在非掺杂剂金属杂质的浓度成为不到1×1016cm-3的基板外侧部12的多个区域中，将最基板表面侧设为基板表面区域13。图4表示开始点S存在于基板外侧部12与基板内侧部11的边界时的非掺杂剂金属杂质的浓度曲线。在图4中，非掺杂剂金属杂质的浓度以开始点S为分界急剧地变化，开始点S成为浓度曲线的特异点。就非掺杂剂金属杂质的浓度曲线的特异点而言，可以如图4中所示为一个，也可为多个。就基板内侧部11、基板外侧部12及基板表面区域13的各自中的非掺杂剂金属杂质的浓度而言，可如图3或图4中所示固定，也可如图2中所示不固定。如上所述，就基板表面区域13中的非掺杂剂金属杂质的浓度而言，设为不到1×1016cm-3，更优选设为不到5×1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅基板(10)，是具备基板内侧部(11)、和包围所述基板内侧部(11)的基板外侧部(12)的碳化硅基板(10)，/n所述基板内侧部(11)的非掺杂剂金属杂质浓度为1×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170328 JP 2017-0624471.一种碳化硅基板(10)，是具备基板内侧部(11)、和包围所述基板内侧部(11)的基板外侧部(12)的碳化硅基板(10)，
所述基板内侧部(11)的非掺杂剂金属杂质浓度为1×1016cm-3以上，
所述基板外侧部(12)中至少表面侧的区域是非掺杂剂金属杂质浓度不到1×1016cm-3的基板表面区域。


2.根据权利要求1所述的碳化硅基板(10)，其中，所述基板表面区域(13)中的平均穿透螺旋位错密度为100cm-2以下。


3.根据权利要求1或2所述的碳化硅基板(10)，其中，在所述基板内侧部(11)的厚度方向、或者与所述厚度方向垂直的方向上，非掺杂剂金属杂质浓度具有分布。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的碳化硅基板(10)，其中，在所述基板表面区域(13)的厚度方向、或者与所述厚度方向垂直的方向上，非掺杂剂金属杂质浓度具有分布。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的碳化硅基板(10)，其中，设定所述基板内侧部(11)的杂质浓度以使得所述基板内侧部(11)的体积电阻率成为25mΩcm以下。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的碳化硅基板(10)，其中，设定所述基板外侧部(12)的杂质浓度以使所述基板外侧部(12)的体积电阻率成为25mΩcm以下。


7.根据权利要求1-6中任一项所述的碳化硅基板(10)，其中，在所述基板表面区域(13)中，局部的穿透螺旋位错密度具有分布。


8.一种碳化硅基板(10)的制造方法，为权利要求1-7中任一项所述的碳化硅基板(10)的制造方法，具备：
(a)通过使用添加有非掺杂剂金属的Si溶液的溶液生长法来形成非掺杂剂金属杂质浓度为1×1016cm-3以上的由碳化硅构成的基板内侧部(11)的工序；和
(b)将所述基板内侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：古庄智明，田中贵规，黑岩丈晴，宇治原徹，原田俊太，村山健太，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，国立大学法人名古屋大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP