特開 2024-94811 ＳｉＣエピタキシャルウェハ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094811

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】ＳｉＣエピタキシャルウェハ

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240703BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20240703BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20240703BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20240703BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B25/20

C23C16/42

H01L21/20

H01L21/205

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211619

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】株式会社レゾナック

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100137017

【弁理士】

【氏名又は名称】眞島 竜一郎

(72)【発明者】

【氏名】西原 禎孝

(72)【発明者】

【氏名】塩野 翼

【テーマコード（参考）】

4G077

4K030

5F045

5F152

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077AB01

4G077AB09

4G077BE08

4G077DB01

4G077EF02

4G077HA12

4G077TA04

4G077TK01

4G077TK08

4K030AA06

4K030AA09

4K030BA37

4K030BB02

4K030BB13

4K030CA04

4K030CA12

4K030JA01

4K030JA06

4K030JA10

5F045AA03

5F045AB06

5F045AD18

5F045CB02

5F045DA52

5F152LL03

5F152LM08

5F152LN03

5F152NN05

5F152NQ02

(57)【要約】

【課題】ＳｉＣエピタキシャル層内における基底面転位の数が少ないＳｉＣエピタキシャルウェハを提供することを目的とする。
【解決手段】本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面にあるＳｉＣエピタキシャル層と、を備える。前記ＳｉＣエピタキシャル層は、バッファ層とドリフト層とを有する。前記バッファ層は、前記ドリフト層と前記ＳｉＣ基板との間にあり、不純物濃度が前記ドリフト層より高い。基底面転位のうち前記ＳｉＣ基板と前記ＳｉＣエピタキシャル層との界面から前記バッファ層内に向かって延びる長さが１μｍ以下である第１基底面転位の数は、２０個以下である。ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径は１４９ｍｍ以上である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面にあるＳｉＣエピタキシャル層と、を備え、
前記ＳｉＣエピタキシャル層は、バッファ層とドリフト層とを有し、
前記バッファ層は、前記ドリフト層と前記ＳｉＣ基板との間にあり、不純物濃度が前記ドリフト層より高く、
基底面転位のうち前記ＳｉＣ基板と前記ＳｉＣエピタキシャル層との界面から厚み方向の高さが１μｍ以下である第１基底面転位の数が２０個以下であり、
直径が１４９ｍｍ以上である、ＳｉＣエピタキシャルウェハ。

【請求項2】

ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面にあるＳｉＣエピタキシャル層と、を備え、
前記ＳｉＣエピタキシャル層は、バッファ層とドリフト層とを有し、
前記バッファ層は、前記ドリフト層と前記ＳｉＣ基板との間にあり、不純物濃度が前記ドリフト層より高く、
基底面転位のうち前記ＳｉＣ基板と前記ＳｉＣエピタキシャル層との界面から厚み方向の高さが１μｍ以下である第１基底面転位の数が３５個以下であり、
直径が１９９ｍｍ以上である、ＳｉＣエピタキシャルウェハ。

【請求項3】

前記ＳｉＣエピタキシャル層の外周から５ｍｍ以内の除外領域を除く測定領域を５ｍｍ角に区分した全区域のうち９８％以上の区域は、前記第１基底面転位の数が３個未満である、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハ。

【請求項4】

前記バッファ層は、不純物濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^－３以上である、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャルウェハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣエピタキシャルウェハに関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。

【0003】

ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＣエピタキシャル層を積層することで得られる。以下、ＳｉＣエピタキシャル層を積層前の基板をＳｉＣ基板と称し、ＳｉＣエピタキシャル層を積層後の基板をＳｉＣエピタキシャルウェハと称する。ＳｉＣ基板は、ＳｉＣインゴットから切り出される。

【0004】

ＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、ＳｉＣデバイスに致命的な欠陥を引き起こすデバイスキラー欠陥の一つとして、基底面転位（Ｂａｓａｌ ｐｌａｎｅ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＢＰＤ）が知られている。たとえば、バイポーラデバイスに順方向に電流を流した際に、流れるキャリアの再結合エネルギーによって、ＳｉＣ基板からＳｉＣエピタキシャル層に引き継がれた基底面転位の部分転位が移動、拡張し、高抵抗な積層欠陥が形成される。このデバイス内に生じた高抵抗部は、デバイスの信頼性低下を引き起こす（順方向劣化）原因となる。

【0005】

ＳｉＣエピタキシャル層に引き継がれる基底面転位を低減する検討が行われている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、基底面転位がＳｉＣエピタキシャル層に含まれないようにするＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法が記載されている。

【0006】

また基底面転位の評価方法にも注目が集まっている。特許文献３～特許文献５には、基底面転位を測定する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１８－１９９５９５号公報

【特許文献2】特開２０１８－１１３３０３号公報

【特許文献3】特開２０２１－８８４６９号公報

【特許文献4】特許第６９８６９４４号公報

【特許文献5】特許第６０３７６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

バッファ層の途中で基底面転位が貫通刃状転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＴＥＤ）に変換されることで、バッファ層内に長さの短い基底面転位が存在する場合がある。この基底面転位は、ドリフト層に高電圧が印加された際に、積層欠陥の原因となりうる。しかしながら、バッファ層内における長さの短い基底面転位は、特許文献１～５に記載の方法では検査することができなかった。そのため、特許文献１～５において、基底面転位密度が０と記載されていたとしても、上記のような長さの短い基底面転位を見落としている可能性が高い。このように、長さの短い基底面転位は十分検出できなかったため、これを低減する試みも十分検討が進んでいない。

【0009】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣエピタキシャル層内における基底面転位の数が少ないＳｉＣエピタキシャルウェハを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0011】

（１）第１の態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面にあるＳｉＣエピタキシャル層と、を備える。前記ＳｉＣエピタキシャル層は、バッファ層とドリフト層とを有する。前記バッファ層は、前記ドリフト層と前記ＳｉＣ基板との間にあり、不純物濃度が前記ドリフト層より高い。基底面転位のうち前記ＳｉＣ基板と前記ＳｉＣエピタキシャル層との界面から厚み方向の高さが１μｍ以下である第１基底面転位の数は、２０個以下である。ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径は、１４９ｍｍ以上である。

【0012】

（２）第２の態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の一面にあるＳｉＣエピタキシャル層と、を備える。前記ＳｉＣエピタキシャル層は、バッファ層とドリフト層とを有する。前記バッファ層は、前記ドリフト層と前記ＳｉＣ基板との間にあり、不純物濃度が前記ドリフト層より高い。基底面転位のうち前記ＳｉＣ基板と前記ＳｉＣエピタキシャル層との界面から厚み方向の高さが１μｍ以下である第１基底面転位の数は、３５個以下である。ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径は、１９９ｍｍ以上である。

【0013】

（３）上記態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、前記ＳｉＣエピタキシャル層の外周から５ｍｍ以内の除外領域を除く測定領域を５ｍｍ角に区分した全区域のうち９８％以上の区域は、前記第１基底面転位の数が３個未満であってもよい。

【0014】

（４）上記態様に係るＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、前記バッファ層は、不純物濃度が５．０×１０^１７ｃｍ^－３以上であってもよい。

【発明の効果】

【0015】

上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣエピタキシャル層内における基底面転位の数が少ない。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの断面図である。

【図2】ＳｉＣ基板とＳｉＣエピタキシャル層との界面における基底面転位の状態を示す図である。

【図3】近紫外（ＮＵＶ）フィルターを用いて、バッファ層に相当する不純物濃度を有するＳｉＣ層を測定した結果である。

【図4】高倍率ＰＬを用いて、バッファ層に相当する不純物濃度を有するＳｉＣ層を測定した結果である。

【図5】基底面転位の高さと基底面転位の長さの関係を説明するための図である。

【図6】本実施形態に係る基底面転位又は第１基底面転位の数の測定方法を説明するための図である。

【図7】参考例１の基底面転位の測定結果である。

【図8】比較例２のＳｉＣエピタキシャルウェハの基底面転位の分布を示す図である。

【図9】参考例１のＳｉＣエピタキシャルウェハの基底面転位の分布を示す図である。

【図10】ＮＩＲフィルターを用いたフォトルミネッセンス法で測定されたＳｉＣエピタキシャルウェハの基底面転位の分布を示す図である。

【図11】ＮＵＶフィルターを用いたフォトルミネッセンス法で測定されたＳｉＣエピタキシャルウェハの基底面転位の分布を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本実施形態の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0018】

まず方向について規定する。ＳｉＣ基板の広がる面内の一方向をｘ方向とし、同じ面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｘ方向は、例えば、＜１１－２０＞方向である。ｙ方向は、例えば、＜１－１００＞方向である。ｚ方向は、ＳｉＣ基板に対して垂直な方向であり、ｘ方向及びｙ方向と直交する。ｚ方向は、ＳｉＣ基板の厚み方向と一致する。

【0019】

図１は、第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１００の断面図である。ＳｉＣエピタキシャルウェハ１００は、ＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層２０とを有する。

【0020】

ＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣからなる。ＳｉＣの結晶構造は、４Ｈ、６Ｈ、３Ｃ、１５Ｒのうちから選択されるいずれでもよい。ＳｉＣ基板１０は、ｎ型でも、ｐ型でも、半絶縁性基板でもよい。ＳｉＣ基板１０は、例えば、不純物として窒素がドーピングされたｎ型－ＳｉＣ基板である。ＳｉＣ基板１０の窒素濃度は、例えば、１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上２．０×１０^１９ｃｍ^－３以下である。

【0021】

またＳｉＣ基板１０は、オフセット基板でもよい。オフセット基板は、ＳｉＣ基板１０の表面に対して結晶面が傾いた基板である。結晶面と表面とがなす角は、オフセット角と言われる。オフセット角θは、例えば、０．５°以上１０°以下である。

【0022】

ＳｉＣ基板１０の平面視形状は略円形である。ＳｉＣ基板１０は、結晶軸の方向を把握するためのオリエンテーションフラットＯＦもしくはノッチを有してもよい。

【0023】

ＳｉＣ基板１０の直径は、特に問わない。ＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、１４０ｍｍ以上である。ＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、１４９ｍｍ以上１５１ｍｍ以下でもよい。またＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、１９０ｍｍ以上でもよく、１９９ｍｍ以上２０１ｍｍ以下でもよい。ＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、２４０ｍｍ以上でもよく、２４９ｍｍ以上２５１ｍｍ以下でもよいし、２９０ｍｍ以上でもよく、２９９ｍｍ以上３０１ｍｍ以下でもよい。

【0024】

ＳｉＣエピタキシャル層２０は、ＳｉＣ基板１０の一面に接する。ＳｉＣエピタキシャル層２０は、ＳｉＣ基板１０の一面に、全面に亘って積層されている。

【0025】

ＳｉＣエピタキシャル層２０は、バッファ層２１とドリフト層２２とを有する。バッファ層２１は、ドリフト層２２とＳｉＣ基板１０との間にある。バッファ層２１は、ＳｉＣ基板１０上に成膜され、ドリフト層２２はバッファ層２１上に成膜されている。

【0026】

バッファ層２１の不純物濃度は、ドリフト層２２の不純物濃度より高い。不純物濃度は、中心を通る線に沿って１０ｃｍ間隔に配置されたそれぞれの測定点での測定結果の平均値である。不純物濃度の測定は、水銀プローブ（Ｈｇ－ＣＶ）法や二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって行うことができる。

【0027】

バッファ層２１の不純物濃度は、例えば５×１０^１７／ｃｍ^３以上であり、好ましくは１×１０^１８／ｃｍ^３以上である。バッファ層２１の不純物濃度は、例えば、２×１０^１９／ｃｍ^３以下である。

【0028】

バッファ層２１は、ＳｉＣ基板に存在する基底面転位を貫通刃状転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＴＥＤ）に変換することを目的とした層である。またバッファ層２１は、基底面転位を有するバイポーラデバイスの順方向に電流を流した場合に、その少数キャリアがＳｉＣ基板１０に存在する基底面転位まで到達することを防ぐ機能も有する。バッファ層２１は、ＳｉＣエピタキシャル層２０内にショックレイ型の積層欠陥が形成され、その欠陥が拡大することを防ぐ。

【0029】

バッファ層２１の厚みは、例えば、０．１μｍ以上であり、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは３μｍ以上である。バッファ層２１の厚みは、例えば、１０μｍ以下である。

【0030】

ドリフト層２２は、ドリフト電流が流れ、デバイスとして機能する層である。ドリフト電流とは、半導体に電圧が印加された際に、キャリアの流れにより生じる電流である。

【0031】

ドリフト層２２の不純物濃度は、例えば１×１０^１４ｃｍ^－３以上である。ドリフト層２２の不純物濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^－３以下である。ドリフト層２２の不純物濃度は、好ましくは、１×１０^１５ｃｍ^－３以上１×１０^１７ｃｍ^－３以下である。ドリフト層２２の厚みは、例えば、５μｍ以上である。

【0032】

ＳｉＣエピタキシャルウェハ１００は、基底面転位を有する。ＳｉＣエピタキシャルウェハ１００内において起こりえる基底面転位の伸展のパターンには、いくつかのパターンがある。図２は、ＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層２０との界面における基底面転位の状態を示す図である。

【0033】

第１パターンは、ＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜する際に、ＳｉＣ基板１０内の基底面転位１Ａが、ＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層２０との界面で、貫通刃状転位２Ａに変換されるパターンである。

【0034】

第２パターンは、ＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜する際に、ＳｉＣ基板１０からバッファ層２１内に引き継がれた基底面転位１Ｂが、バッファ層２１の途中で、貫通刃状転位２Ｂに変換されるパターンである。

【0035】

第３パターンは、ＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜する際に、ＳｉＣ基板１０からバッファ層２１内に引き継がれた基底面転位１Ｃが、バッファ層２１とドリフト層２２との界面で、貫通刃状転位２Ｃに変換されるパターンである。

【0036】

第４パターンは、ＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜する際に、ＳｉＣ基板１０内からエピタキシャル層２０内に基底面転位１Ｄがそのまま引き継がれるパターンである。

【0037】

ＳｉＣ基板１０には、基底面転位が（０００１）面（ｃ面）に沿って存在する。ＳｉＣ基板１０の成長面に露出している基底面転位の個数は、少ない方が好ましいが、特に限定するものではない。例えば、６インチのＳｉＣ基板の表面（成長面）に存在する基底面転位の個数は、１ｃｍ^２あたり１個以上５０００個以下である。

【0038】

ＳｉＣ基板１０内の基底面転位の９５％以上は、第１パターンで貫通刃状転位に変換可能である。またＳｉＣエピタキシャル層２０の成長条件を調整することで、第４パターンとなる基底面転位の比率を０．０１％以下とすることが可能である。一方で、一定の割合で、第２パターン、第３パターンとなる基底面転位もある。

【0039】

第２パターンの基底面転位１Ｂ及び第３パターンの基底面転位１Ｃを同定するためには、バッファ層２１内における基底面転位を評価する必要がある。ＳｉＣエピタキシャル層２０内の基底面転位を観測する方法の一つとして、フォトルミネッセンス法（ＰＬ法）が知られている。

【0040】

しかしながら、ＰＬ法を用いて不純物濃度が高いバッファ層２１内の基底面転位を観測しようとすると、周囲の発光が基底面転位の発光よりも強くなり、バッファ層２１内の基底面転位を特定することが難しい。

【0041】

例えば、フィルターを近赤外（ＮＩＲ）フィルターから近紫外（ＮＵＶ）フィルターに変えることで、ＰＬ法を用いても、バッファ層２１内の基底面転位の一部を観測することはできる。図３は、近紫外（ＮＵＶ）フィルターを用いて、バッファ層に相当する不純物濃度を有するＳｉＣ層を測定した結果である。図３において四角に囲まれた領域内に基底面転位が観測される。図３に示すように、この方法では、短い基底面転位を評価するのに十分な解像度が得られていない。つまり、ＮＵＶフィルターを用いた場合でも、基底面転位の長さが短い場合（例えば第２パターンの基底面転位１Ｂ、バッファ層２１の厚みが薄い場合の第３パターンの基底面転位）は、他の欠陥、転位との区別が難しい。

【0042】

また図４は、通常より対物レンズの倍率をさらに約２倍高くした高倍率ＰＬを用いて、バッファ層に相当する不純物濃度を有するＳｉＣ層を測定した結果である。高倍率ＰＬを用いて観察される基底面転位は、近紫外（ＮＵＶ）フィルターを用いて撮像された基底面転位より鮮明に観察される。図４で撮像された基底面転位の長さは９０μｍ以上１００μｍ以下が多い。この長さをもつ基底面転位は、厚み方向の高さが６．３μｍ以上７μｍ以下となる。基底面転位の長さと基底面転位の厚み方向の高さとの関係は後述する。

【0043】

もし厚み方向の高さが０．３μｍ相当の基底面転位を測定しようとすると、基底面転位の長さは短くなり、基底面転位は黒点として観察される。そのため、基底面転位を他の欠陥等と区別することが難しく、基底面転位か否かの判別が難しい。上記のような事情から、ＰＬ法を用いた評価では、バッファ層２１内の短い基底面転位を観察することは難しく、十分な評価はされていなかった。すなわち、これまで第２パターンの基底面転位１Ｂ及び第３パターンの基底面転位１Ｃは見落とされている可能性がある。

【0044】

本実施形態では、反射式電子投影顕微鏡を用いて、ＳｉＣエピタキシャル層２０を評価する。反射式電子投影顕微鏡は、例えば、日立ハイテク社製のミラー電子検査装置（Mirelis VM1000）である。反射式電子投影顕微鏡は、その光学系により入射電子線を試料にあてずに、試料直上の電位面で跳ね返った電子線から電位ポテンシャル変化を捕らえ、欠陥、転位を観測する。

【0045】

反射式電子投影顕微鏡を用いると、バッファ層２１内の基底面転位であっても観測できる。また反射式電子投影顕微鏡は、基底面転位の長さが短い場合であっても観測できる。

【0046】

例えば、反射式電子投影顕微鏡を用いると、ＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層２０との界面から厚み方向の高さが１μｍ以下である基底面転位も観測できる。以下、ＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層２０との界面から厚み方向の高さが１μｍ以下である基底面転位を第１基底面転位と称する。

【0047】

基底面転位の厚み方向の高さは、オフセット角と反射式電子投影顕微鏡で測定した基底面転位の長さから求められる。図５は、基底面転位の高さと基底面転位の長さの関係を説明するための図である。図５の上図は、反射式電子投影顕微鏡で測定される基底面転位の平面図であり、図５の下図は基底面転位の断面図である。

【0048】

図５に示すように、反射式電子投影顕微鏡で測定される基底面転位１Ｂの長さＬは、基底面転位１Ｂをｘｙ平面に投影した際の長さである。基底面転位は、結晶面に沿って伸展する。基底面転位は、基板の一面に対してオフセット角θの角度で伸展する。そのため、基底面転位１Ｂの厚み方向の高さｈは、基底面転位１Ｂの長さＬとオフセット角θからｈ＝Ｌｔａｎθで求めることができる。第１基底面転位は、反射式電子投影顕微鏡を用いることで分類でき、上述のようにＰＬ法では検出することは難しい。例えば、オフセット角θが４°の時、基底面転位１Ｂの厚み方向の高さｈは１μｍ、基底面転位１Ｂの長さＬは約１４μｍとなる。

【0049】

本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル層２０は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径が１４９ｍｍ以上の場合は、反射式電子投影顕微鏡で測定した際に測定される基底面転位の数が２０個以下である。また本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル層２０は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径が１９９ｍｍ以上の場合は、反射式電子投影顕微鏡で測定した際に測定される基底面転位の数が３５個以下である。

【0050】

また本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル層２０は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径が１４９ｍｍ以上の場合は、基底面転位のうちＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層２０との界面から厚み方向の高さが１μｍ以下である第１基底面転位の数が２０個以下である。また本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル層２０は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの直径が１９９ｍｍ以上の場合は、基底面転位のうちＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層２０との界面から厚み方向の高さが１μｍ以下である第１基底面転位の数が３５個以下である。

【0051】

本実施形態では、基底面転位又は第１基底面転位の数は、以下の手順で求める。図６は、本実施形態に係る基底面転位又は第１基底面転位の数の測定方法を説明するための図である。まず図６に示すように、まずＳｉＣエピタキシャルウェハ１００を測定領域Ａ１と除外領域Ａ２とに区分する。除外領域Ａ２は、ＳｉＣエピタキシャル層２０の外周から５ｍｍ以内の領域である。そして、測定領域Ａ１を所定のサイズに区分する。区分されたそれぞれの領域を、以下、疑似チップＡ３と称する。疑似チップＡ３は、測定領域Ａ１にまんべんなく敷き詰められる。

【0052】

基底面転位又は第１基底面転位の数は、疑似チップＡ３の１６カ所を測定して求める。疑似チップＡ３のサイズが小さい程、ＳｉＣエピタキシャル層２０のうちサンプリングされる領域が大きくなる。一方で、疑似チップＡ３のサイズが小さくなる程、基底面転位の数の測定に時間が悪化するため、スループットが悪化する。一例として疑似チップＡ３のサイズを５ｍｍ角とする。サンプリング領域を増やすのであれば、疑似チップＡ３の一辺の長さを２ｍｍとしてもよいし、スループットを改善したいのであれば、疑似チップＡ３の一辺の長さを１０ｍｍとしてもよい。疑似チップＡ３のサイズを５ｍｍ角とすると、ＳｉＣエピタキシャルウェハ全体の０．３３％の面積を検査範囲としてカバーする。ＳｉＣエピタキシャルウェハ全体の０．１５％～０．８５％の範囲内の面積を検査すれば、ＳｉＣエピタキシャルウェハ全体の傾向は十分確認できる。またＳｉＣエピタキシャル層２０の全面を検査するのではなく、本手順で行うことで、ウェハマッピングを現実的な時間範囲内で行うことができる。

【0053】

またＳｉＣエピタキシャル層２０のうちのドリフト層２２の厚みが厚く、バッファ層２１を評価しにくい場合は、ドリフト層２２を研削して薄くしてから上記測定を行ってもよい。

【0054】

ＳｉＣエピタキシャルウェハ２０は、第１基底面転位の数が３個未満である区域（疑似チップＡ３）が全ての区域（疑似チップＡ３）のうち９８％以上であることが好ましい。

【0055】

次いで、本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ２０の製造方法について説明する。

【0056】

まずＳｉＣ基板１０を準備する。ＳｉＣ基板１０は、昇華法によって作製されたＳｉＣインゴットを切り出して作製できる。

【0057】

次いで、ＳｉＣ基板１０の一面に、化学気相成長（ＣＶＤ）法でＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜する。成膜条件は、事前検討で設定される。

【0058】

成膜条件の事前検討は、以下の手順で行う。第１手順では、成膜初期の温度を決定する。成長初期とは、成長開始からＳｉＣエピタキシャル層２０が０．５μｍの厚さ積層されるまでの間の期間である。まず成長初期の区間内における５秒ごとの温度変化幅が±５０℃以内となる条件で、ＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜する。そして、ＳｉＣエピタキシャル層２０における第１基底面転位の分布を評価する。第１基底面転位の分布が多い箇所は設定温度を上げ、第１基底面転位の分布が少ない箇所は設定温度を維持する又はさげる。設定温度は、５℃ずつ調整する。このような、設定温度の変更と、第１基底面転位の分布測定とを繰り返し、その結果をフィードバックすることで、最適な成膜初期の温度条件を決定する。成膜初期の温度範囲は、１５００℃以上１８００℃以下である。ここでは、温度変化幅が±５０℃以内となる条件を５秒で設定したが、ＳｉＣエピタキシャル層２０の成長速度が速い場合は、より短い時間で設定してもよい。

【0059】

次いで、第２手順では、成膜初期のＣ／Ｓｉ比を決定する。Ｃ／Ｓｉ比は、成膜される膜の近傍におけるカーボンガスとシリコンガスとの比率である。成長初期の区間内における５秒ごとのＣ／Ｓｉ比が±０．５以内となる条件で、ＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜する。そして、ＳｉＣエピタキシャル層２０における第１基底面転位の分布を評価する。第１基底面転位の分布が多い箇所はＣ／Ｓｉ比を変更する。各箇所のＣ／Ｓｉ比は、成長条件をもとにシミュレーションで求めることができる。たとえば、Ansys Fluentというソフトウェアを用いて、Ｃ／Ｓｉ比をシミュレーションすることができる。Ｃ／Ｓｉ比は、高くしてもよいし、低くしてよい。Ｃ／Ｓｉ比は、０．０１ずつ調整する。このような、Ｃ／Ｓｉ比の変更と、第１基底面転位の分布測定とを繰り返し、その結果をフィードバックすることで、最適な成膜初期のＣ／Ｓｉ比を決定する。成膜初期のＣ／Ｓｉ比の範囲は、０．５以上２．５以下である。

【0060】

次いで、第３手順では、成膜初期のＳｉＣエピタキシャル層２０の成長速度を決定する。成長初期の区間内における５秒ごとの成長速度の変化幅が±２０μｍ／ｈ以内となる条件で、ＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜する。そして、ＳｉＣエピタキシャル層２０における第１基底面転位の分布を評価する。第１基底面転位の分布が多い箇所は成長速度を速める。成長速度は、ガス流量を増やすことで早くすることができる。このような、成長速度の変更と、第１基底面転位の分布測定とを繰り返し、その結果をフィードバックすることで、最適な成膜初期の成長速度を決定する。成膜初期の成長速度の範囲は、５μｍ／ｈ以上８０μｍ／ｈ以下である。

【0061】

この第１手順から第３手順を繰り返しながら、最適な成膜条件を事前検討で求める。そして、事前検討で求められた最適な成膜条件で、ＳｉＣエピタキシャル層２０を成膜することで、第１基底面転位の少ないＳｉＣエピタキシャルウェハ１００を作製することができる。

【0062】

本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ１００は、第１基底面転位の数が少ない。第１基底面転位は、高電圧をデバイスに印加した際に、積層欠陥を生み出す原因の一つとなりえる。そのため、第１基底面転位が少ないＳｉＣエピタキシャルウェハ１００は高品質であり、当該ＳｉＣエピタキシャルウェハ１００を用いたデバイスは、不良が発生しにくい。

【0063】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【実施例0064】

「実施例１」
直径が１５０ｍｍ（６インチ）でオフセット角が４°のＳｉＣ基板を準備し、事前に最適化した成膜条件で、ＳｉＣ基板１０上に、厚さ０．５μｍのバッファ層２１を成膜した。バッファ層２１の不純物濃度は、１．０×１０^１８ｃｍ^－３とした。そして、ミラー電子式検査装置を用いて、上述の手順で作製したバッファ層２１を測定した。実施例１のバッファ層２１の基底面転位の数は、０個であった。

【0065】

「実施例２」
実施例２は、バッファ層２１の厚みを１．０μｍとした点を除き、実施例１と同様の条件でバッファ層２１を成膜した。実施例２のバッファ層２１の基底面転位の数は、０個であった。

【0066】

「実施例３」
実施例３は、バッファ層２１の厚みを１．５μｍとした点を除き、実施例１と同様の条件でバッファ層２１を成膜した。実施例３のバッファ層２１の基底面転位の数は、３個であった。

【0067】

「比較例１」
比較例１は、バッファ層２１の成膜条件を最適化せずに、バッファ層２１を成膜した点が実施例１と異なる。比較例１のバッファ層２１の基底面転位の数は、７５個であった。

【0068】

「比較例２」
比較例２は、バッファ層２１の成膜条件を最適化せずに、バッファ層２１を成膜した点が実施例２と異なる。比較例２のバッファ層２１の基底面転位の数は、４９個であった。

【0069】

「比較例３」
比較例３は、バッファ層２１の成膜条件を最適化せずに、バッファ層２１を成膜した点が実施例３と異なる。比較例３のバッファ層２１の基底面転位の数は、２２個であった。

【0070】

実施例１～３及び比較例１～３の結果を表１にまとめた。

【0071】

【表1】

【0072】

実施例１～３と比較例１～３を比較すると、ＳｉＣエピタキシャル層の成膜条件を事前検討で最適化することで、確認される基底面転位の数が大幅に少なくなることが確認された。またこの測定方法で確認された基底面転位の数が２０個以下のウェハを用いてデバイスを作製し、デバイスに対して通電を行ったところ、デバイスの劣化は確認されなかった。

【0073】

（参考例１）
比較例２と異なるＳｉＣ基板を用いて、比較例２と同条件で、バッファ層２１を成膜した。バッファ層２１の基底面転位の数は、６１個であった。そして、それぞれの基底面転位の長さを測定し、基底面転位の高さを求めた。図７は、参考例１の基底面転位の測定結果である。図７に示すように、基底面転位の多くは高さが１μｍ以下であり、ミラー電子式検査装置を用いることで、このような長さの短い基底面転位も検出できている。

【0074】

（参考例２）
参考例２では、比較例２の条件で成膜されたバッファ層２１上に、厚さ５μｍのドリフト層２２を成膜した。図８は、比較例２のＳｉＣエピタキシャルウェハの基底面転位の分布を示す図である。図９は、参考例１のＳｉＣエピタキシャルウェハの基底面転位の分布を示す図である。

【0075】

図８及び図９に示すように、バッファ層２１で確認されていた基底面転位の多くは、ドリフト層２２を成膜することで確認できなくなった。これは、バッファ層２１とドリフト層２２との界面で、基底面転位が貫通刃状転位に変換されたためと考えられる。

【0076】

（参考例３）
参考例３では、比較例２のＳｉＣエピタキシャルウェハをＰＬ法で検査した。図１０は、ＮＩＲフィルターを用いたフォトルミネッセンス法で測定されたＳｉＣエピタキシャルウェハの基底面転位の分布を示す図である。図１１は、ＮＵＶフィルターを用いたフォトルミネッセンス法で測定されたＳｉＣエピタキシャルウェハの基底面転位の分布を示す図である。

【0077】

図１０に示すように、ＮＩＲフィルターを用いたＰＬ法では、基底面転位を十分に検出できていない。これは、不純物濃度が高いバッファ層２１では、周囲の発光が基底面転位の発光よりも強くなり、バッファ層２１内の基底面転位を特定できなかったためと考えらえる。他方、図１１に示すように、ＮＵＶフィルターを用いたＰＬ法では、基底面転位以外の欠陥又は転位も検出された。これは、長さの短い基底面転位は、ＰＬ法では、基底面転位以外の欠陥又は転位との区別が難しく、基底面転位以外の欠陥又は転位が長さの短い基底面転位と誤認されたためと考えられる。

【0078】

（参考例４）
参考例４では、参考例２と同構造のＳｉＣエピタキシャルウェハを、ＮＩＲフィルターを用いたＰＬ法でドリフト層表面のウェハ全面の基底面転位密度を測定したところ、４．４ｃｍ^－２であった。そのウェハをＳｉＣエピタキシャルウェハ全体の０．１５％～０．８５％の範囲内の面積を検査範囲としてミラー電子式検査装置で測定すると基底面転位密度は４．０ｃｍ－２であり、値がほぼ一致することを確認した。

【符号の説明】

【0079】

１０…ＳｉＣ基板、２０…ＳｉＣエピタキシャル層、２１…バッファ層、２２…ドリフト層、１００…ＳｉＣエピタキシャルウェハ、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…基底面転位、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…貫通刃状転位、Ａ１…測定領域、Ａ２…除外領域、Ａ３，Ａ４…区域、Ｐ１…撮像点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】