SiC外延晶片、半导体装置、电力转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及SiC外延晶片、半导体装置、电力转换装置。本发明专利技术的目的在于提供器件的成品率充分高的SiC外延晶片。SiC外延晶片(11)具有SiC衬底(1)、以及形成于SiC衬底(1)之上的SiC外延层(2)，SiC外延层(2)具有：高载流子浓度层(2B1)；以及两层低载流子浓度层(2A)，它们与高载流子浓度层(2B1)相比载流子浓度低，与高载流子浓度层(2B1)的上表面和底面接触而夹着高载流子浓度层(2B1)，高载流子浓度层(2B1)的载流子浓度与两层低载流子浓度层(2A)的载流子浓度之差大于或等于5×10

【技术实现步骤摘要】
SiC外延晶片、半导体装置、电力转换装置
本专利技术涉及SiC外延晶片。
技术介绍
碳化硅(SiC)与硅(Si)相比带隙大，除此之外，绝缘击穿场强、饱和电子速度及导热系数等物性值优异，作为半导体功率器件材料具有优异的性质。特别地，在使用了SiC的功率器件(以下，称为“SiC功率器件”)的情况下，能够实现电力损耗的大幅降低及小型化等，能够实现电源电力转换时的节能化。因此，SiC功率器件对电动汽车的高性能化或太阳能电池系统的高功能化等作出贡献，从实现低碳社会的观点出发，存在成为关键器件的可能性。在制造SiC功率器件时，必须预先在SiC衬底之上形成半导体器件的有源区域。有源区域是通过使用了热化学气相沉积(CVD：chemicalvapordeposition)法等的外延生长而进行的。这里，有源区域是指晶体中的载流子密度及该区域的膜厚度被精确控制而制成的区域，是包含生长方向轴的剖面区域。在衬底的基础上还需要上述的外延生长层的理由是，载流子浓度及膜厚度大致是由器件的设计规格规定的，另外，通常，对于有源区域，与衬底的载流子浓度相比要求更高精度的控制性。以下，将在SiC衬底之上形成了外延生长层的晶片称为外延晶片。SiC器件是通过对外延晶片实施各种加工而制作的。因此，从一片外延晶片制作具有所期望的特性的器件的个数的比例，即所谓的器件成品率强烈地依赖于外延生长层的电气特性的均匀性。即，在外延晶片的形成器件的区域内，如果存在与其他区域相比绝缘击穿电场小、或在施加了一定电压时流过相对大的电流的局部区域，则包含该区域的器件的电气特性劣化。例如，由于耐电压特性变差，从而产生即使是相对小的施加电压也流过泄漏电流的不良情况。换言之，规定出器件成品率的最重要的要素是外延晶片的晶体学上的均匀性。作为妨碍该均匀性的原因，已知由于外延生长时的不良情况，存在在外延晶片表面观察到的胡萝卜(Carrot)缺陷。通常，由于外延层生长时的内部应力而产生胡萝卜缺陷，引起器件不良。但是，根据现有的方法，不能得到充分降低了胡萝卜缺陷的SiC外延晶片。在SiC晶体中存在称为多型的特有的周期性。即，即使Si和C的化学计量组成是一对一的，并且晶格为六方密排构造，本构造中的沿c轴的原子排列也存在不同种类的周期性。SiC的物性由该原子尺度上的周期及晶格的对称性规定。当前从器件应用的观点出发最受关注的SiC晶体为被称为4H-SiC的类型。为了对相同的晶型进行外延生长，SiC块体衬底的表面被设定为从晶体的某个面方位倾斜的面，通常加工为具有从(0001)面向例如<11-20>方向倾斜8°或4°的表面。为了提高器件成品率，提出了改善SiC体衬底及SiC外延层的晶体性的方法。例如，在专利文献1及专利文献2中，公开了在SiC外延层中形成载流子浓度高的层。专利文献1：日本特开2011-114252号公报专利文献2：国际公开第2016/092887号根据专利文献1及专利文献2所记载的专利技术，通过在SiC外延层中形成高载流子浓度层，从而实现器件成品率的改善。但是，在这些专利技术中，高载流子浓度层与其之外的SiC外延层的载流子浓度差极大。例如，在专利文献1中，与高载流子浓度层相当的第二SiC层的杂质浓度大于或等于5×1017cm-3而小于或等于5×1018cm-3，与高载流子浓度层之外的SiC外延层相当的第一SiC层和第三SiC层的杂质浓度大于或等于1×1015cm-3而小于或等于1×1016cm-3，因此两者的载流子浓度差大于或等于4.9×1017cm-3而小于或等于4.999×1018cm-3。另外，在专利文献2中，与高载流子浓度层相当的第二外延层的杂质浓度小于或等于1×1017cm-3，与高载流子浓度层之外的SiC外延层相当的第一外延层和第三外延层的杂质浓度小于或等于1×1016cm-3，因此两者的载流子浓度差大于或等于0.9×1017cm-3。因此，不仅不能够有效地缓和SiC外延层中的内部应力，而且由于高载流子浓度层的载流子浓度高，因此对SiC器件芯片的耐压造成影响。因此，对于器件成品率的提高得不到充分的效果。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供器件的成品率充分高的SiC外延晶片。本专利技术的SiC外延晶片具有：SiC衬底；以及SiC外延层，其形成于SiC衬底之上，SiC外延层具有：高载流子浓度层；以及两层低载流子浓度层，它们与高载流子浓度层相比载流子浓度低，与高载流子浓度层的上表面和底面接触而夹着高载流子浓度层，低载流子浓度层的与高载流子浓度层接触的区域的载流子浓度和高载流子浓度层的载流子浓度的最大值之差大于或等于5×1014/cm3而小于或等于2×1016/cm3。专利技术的效果根据本专利技术的SiC外延晶片，在SiC外延层，低载流子浓度层的与高载流子浓度层接触的区域的载流子浓度和高载流子浓度层的载流子浓度的最大值之差大于或等于5×1014/cm3而小于或等于2×1016/cm3。由此，SiC外延层处的胡萝卜缺陷降低，器件成品率提高。附图说明图1是表示胡萝卜缺陷降低率与SiC外延层的低载流子浓度层及高载流子浓度层的载流子浓度差之间的相关性的图。图2是表示实施方式1的SiC外延晶片的剖面和各部分的载流子浓度的图。图3是表示实施方式1的第一变形例的SiC外延晶片的剖面和各部分的载流子浓度的图。图4是表示实施方式1的第二变形例的SiC外延晶片的剖面和各部分的载流子浓度的图。图5是表示实施方式1的第三变形例的SiC外延晶片的剖面和各部分的载流子浓度的图。图6是表示实施方式2的SiC外延晶片的剖面和各部分的载流子浓度的图。图7是表示电力转换系统的结构的框图，该电力转换系统应用了实施方式3的电力转换装置。标号的说明1SiC衬底，2SiC外延层，2A低载流子浓度层，2B1、2B2高载流子浓度层，3SiC缓冲层、11～15SiC外延晶片，41、42浓度梯度层，100电源，200电力转换装置，201主转换电路，202驱动电路，203控制电路，300负载。具体实施方式＜A.实施方式1＞＜A-1.结构＞胡萝卜缺陷是由于SiC外延层的内部应力而产生的器件致命缺陷，具有线状形状。已知该缺陷特别是在MOSFET(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)或IGBT(insulatedgatebipolartransistor)等器件产生耐压不良等致命性的不良情况。通常，胡萝卜缺陷以1.0[个/cm2]左右的密度产生于外延生长层表面，对器件造成不良影响。但是，通过现有的方法不能得到充分降低了胡萝卜缺陷的SiC外延晶片。本专利技术人关于对器件造成不良影响的胡萝卜缺陷进行了深入研究，明确了通过在SiC外延层内设置高载流子浓度层，在SiC外延层的厚度方向上使高载流子浓度层与其他SiC外延层(以下，称为“低载流子浓度层”)的载流子浓度差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC外延晶片，其具有：/nSiC衬底；以及/nSiC外延层，其形成于所述SiC衬底之上，/n所述SiC外延层具有：/n高载流子浓度层；以及/n两层低载流子浓度层，它们与所述高载流子浓度层相比载流子浓度低，与所述高载流子浓度层的上表面和底面接触而夹着所述高载流子浓度层，/n所述低载流子浓度层的与所述高载流子浓度层接触的区域的载流子浓度和所述高载流子浓度层的载流子浓度的最大值之差大于或等于5×10

【技术特征摘要】
20190301 JP 2019-0378911.一种SiC外延晶片，其具有：
SiC衬底；以及
SiC外延层，其形成于所述SiC衬底之上，
所述SiC外延层具有：
高载流子浓度层；以及
两层低载流子浓度层，它们与所述高载流子浓度层相比载流子浓度低，与所述高载流子浓度层的上表面和底面接触而夹着所述高载流子浓度层，
所述低载流子浓度层的与所述高载流子浓度层接触的区域的载流子浓度和所述高载流子浓度层的载流子浓度的最大值之差大于或等于5×1014/cm3而小于或等于2×1016/cm3。


2.根据权利要求1所述的SiC外延晶片，其中，
所述高载流子浓度层的载流子浓度在所述SiC外延层的厚度方向上是恒定的。


3.根据权利要求1所述的SiC外延晶片，其中，
所述高载流子浓度层在其内部具有载流子浓度成为最大值的最大点，

【专利技术属性】
技术研发人员：酒井雅，三谷阳一郎，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP