特表 2024-517321 炭化ケイ素基板を生成するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-19

(54)【発明の名称】炭化ケイ素基板を生成するための方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240412BHJP

   C30B 31/20 20060101ALI20240412BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B31/20

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023569945

(86)(22)【出願日】2022-03-10

(85)【翻訳文提出日】2024-01-04

(86)【国際出願番号】 EP2022056171

(87)【国際公開番号】W WO2022238029

(87)【国際公開日】2022-11-17

(31)【優先権主張番号】21173341.5

(32)【優先日】2021-05-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523380173

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アルフィエリ，ジョバンニ

(72)【発明者】

【氏名】ミハイラ，アンドレイ

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AB06

4G077BE08

4G077FD02

4G077FD05

4G077FG11

4G077FH07

4G077HA12

(57)【要約】

炭化ケイ素基板（１１）を生成するための方法は、炭化ケイ素基板（１１）を提供することと、電子、水素原子、ヘリウム原子、リチウム原子、ベリリウム原子、ホウ素原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子およびアルミニウム原子を含む群からの粒子（１４）を炭化ケイ素基板（１１）に照射することとを含む。照射のための粒子（１４）のエネルギーは、照射により炭化ケイ素基板（１１）の少なくとも一部において抵抗率（ρ）が増大し、かつ炭化ケイ素基板（１１）が照射後に半導体状態となるように選択される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化ケイ素基板（１１）を生成するための方法であって、
前記炭化ケイ素基板（１１）を提供することと、
電子、水素原子、ヘリウム原子、リチウム原子、ベリリウム原子、ホウ素原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子およびアルミニウム原子を含む群からの粒子（１４）を前記炭化ケイ素基板（１１）に照射することと
を含み、
前記照射により前記炭化ケイ素基板（１１）の少なくとも一部において抵抗率（ρ）が増大し、かつ、照射後に前記炭化ケイ素基板（１１）が半導体状態となるように、照射のための前記粒子（１４）のエネルギーが選択される、方法。

【請求項2】

前記抵抗率（ρ）が、前記炭化ケイ素基板（１１）全体における前記照射によって増大する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記抵抗率（ρ）が、前記照射によって１０^２Ω・ｃｍ～１０^５Ω・ｃｍの範囲まで増大する、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記炭化ケイ素基板（１１）を照射する前に、前記炭化ケイ素基板（１１）は、抵抗率が１０^－２Ω・ｃｍ以下の導電性炭化ケイ素基板である、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記炭化ケイ素基板（１１）全体が、照射前後にｎ型導電性を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記炭化ケイ素基板（１１）を炭化ケイ素ブール（１２）として提供し、前記炭化ケイ素ブール（１２）を照射した後に前記炭化ケイ素ブール（１２）をウェハにソーイングする、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記炭化ケイ素ブール（１２）の横側面から前記炭化ケイ素ブール（１２）を照射する、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記炭化ケイ素基板（１１）を、第１の主面（２１）および第２の主面（２２）を有する炭化ケイ素ウェハ（２０）として提供し、
前記炭化ケイ素基板（１１）の照射中に、前記粒子（１４）が前記炭化ケイ素ウェハ（２０）の前記第１の主面（２１）に入る、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

０．５・１０^１７ｃｍ^－２～２・１０^１９ｃｍ^－２の範囲内の線量、および／または
１４０ｋｅＶ～１８０ｋｅＶの範囲内のエネルギー
のうちの少なくとも一方を有する前記粒子としての電子を照射する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

照射のための前記粒子（１４）は、４５０ｋｅＶ～５５０ｋｅＶの範囲内のエネルギーを有する電子であり、前記炭化ケイ素ウェハ（２０）の厚さは、３１５μｍ～３８５μｍの範囲内である、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

０．５・１０^１０ｃｍ^－２～２・１０^１９ｃｍ^－２の線量を有する前記粒子としての電子を照射する、請求項８または１０に記載の方法。

【請求項12】

９ＭｅＶ～１１ＭｅＶの範囲内のエネルギーを有する前記粒子としての水素原子を照射し、および／または、前記炭化ケイ素ウェハ（２０）の厚さは、３１５μｍ～３８５μｍの範囲内である、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項13】

０．５・１０^２ｃｍ^－２～２・１０^１０ｃｍ^－２の線量を有する前記粒子としての水素原子を照射する、請求項８または１２に記載の方法。

【請求項14】

１３．５ＭｅＶ～１６．５ＭｅＶの範囲内のエネルギーおよび４５μｍ～５５μｍの範囲内の前記炭化ケイ素ウェハ（２０）の厚さ、ならびに／または
０．５・１０^２ｃｍ^－２～２・１０^１０ｃｍ^－２の線量
のうちの少なくとも１つを有する前記粒子としてのヘリウム原子を照射する、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項15】

前記炭化ケイ素基板（１１）が、照射前後のその体積にわたって均質な正味ドーピング濃度を有する、請求項１～１４のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、炭化ケイ素基板を生成するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体デバイスは、通常、厚い低濃度ドープ層を必要とする高電圧デバイスとして実現されることが多い。厚い低濃度ドープ層は、炭化ケイ素層、略してＳｉＣ層として作製することができる。炭化ケイ素（ＳｉＣと略す）は、ワイドバンドギャップ半導体である。この層は、エピタキシャル層、略してエピ層として実現することができる。たとえば、厚さ１００μｍの低濃度ドープＳｉＣエピ層（約１０^１４ｃｍ^－３）が利用可能である。１０ｋＶを超える電圧を遮断するパワー半導体デバイスは、ドーピング濃度ｎ≦１０^１４ｃｍ^－３（１０^５Ω・ｃｍの抵抗率をもたらす）で１００μｍを超える厚さを有するエピ層を必要とする。しかしながら、厚いＳｉＣエピ層は高価である。

【0003】

あるいは、厚い低濃度ドープ層は、半絶縁性炭化ケイ素層または基板、略してＳＩ－ＳｉＣ層または基板として実現することができる。しかしながら、ＳＩ－ＳｉＣは、ＳｉＣエピ層の一例（抵抗率約０．１～１０Ω・ｃｍ）と比較して高い抵抗率（抵抗率＝１０^９Ω・ｃｍ）を有する。ＳＩ－ＳｉＣドリフト層を有するバイポーラダイオードは、μＡ範囲内の低い順方向電流を示した。

【0004】

米国特許第４２０１５９８号明細書は、改善された逆方向特性のためのガラス不動態化半導体デバイスの電子照射プロセスについて言及している。

【0005】

米国特許第６９７４７２０号明細書は、ブール成長炭化ケイ素ドリフト層を使用してパワー半導体デバイスを形成する方法に関する。

【0006】

ＫＡＮＥＫＯ ＨＩＲＯＭＩらによる文献、ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．９８，ｎｏ．２６，ｐａｇｅｓ ２６２１０６；２９ Ｊｕｎｅ ２０１１は、電子照射によるｎ型４Ｈ－ＳｉＣ中の半絶縁層の形成に関する。

【0007】

ＮＡＤＥＬＬＡ Ｒ Ｋらによる文献、１９９８ ＨＩＧＨ－ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＤＥＶＩＣＥＳ ＡＮＤ ＳＥＮＳＯＲＳ ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ，ＦＥＢＲＵＡＲＹ ２２－２７，１９９８，ＢＡＨＩＡ ＨＯＴＥＬ，ＳＡＮ ＤＩＥＧＯ，ＣＡＬＩＦＯＲＮＩＡ，ＵＳＡ；ＩＥＥＥ ＳＥＲＶＩＣＥ ＣＥＮＴＥＲ；ｐａｇｅｓ １４－１７；２２ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９８は、Ｎ型４Ｈ炭化ケイ素中に高抵抗層を得るための水素およびヘリウムインプラントに関する。

【0008】

ＮＡＤＥＬＬＡ Ｒ Ｋらによる文献、ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．７０，ｎｏ．７，ｐａｇｅ ８８６；１７ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９７は、水素イオン注入によるｎ型４Ｈ炭化ケイ素中の高抵抗層に関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

適切な抵抗率を有する炭化ケイ素基板を生成するための方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

一実施形態によれば、炭化ケイ素基板を生成するための方法は、炭化ケイ素基板を提供することと、炭化ケイ素基板に粒子を照射することとを含む。粒子は、電子、水素原子、ヘリウム原子、リチウム原子、ベリリウム原子、ホウ素原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子およびアルミニウム原子を含む群からのものである。照射のための粒子のエネルギーは、照射により炭化ケイ素基板の少なくとも一部において抵抗率が増大し、かつ炭化ケイ素基板が照射後に半導体状態となるように選択される。

【0011】

ここで、および以下では、抵抗率に関する定性的または定量的に開示される特徴は、特に室温での抵抗率を指す。

【0012】

例示的には、粒子による照射は、たとえば、炭化ケイ素基板（略してＳｉＣ基板）中のケイ素空孔および炭素空孔の濃度の増大を誘発する。これらの空孔は点欠陥である。シリコン空孔は、たとえば、ｎドーピングと組み合わせることができる。ｎドーピングは、典型的には窒素に起因する。窒素は炭化物部位に存在する。炭素空孔は窒素ドーピングに結合しない。これらの理由から、シリコン空孔はドーピング不動態化を引き起こし、炭素空孔はキャリア補償を引き起こす。そのため、照射によりＳｉＣ基板中の自由電子の濃度が低下する。したがって、照射は、現在のドーパントの不動態化をもたらし、カウンタードープをもたらさない。本文では、照射するプロセスを照射と呼ぶ。照射とは、炭化ケイ素基板に粒子を照射することを意味する。このため、照射によりＳｉＣ基板の少なくとも一部において抵抗率が増大する。ＳｉＣ基板の少なくともこの部分は、照射後に半導体状態となる。

【0013】

さらなる実施形態によれば、ＳｉＣ基板全体への照射により、抵抗率が増大する。ＳｉＣ基板全体が、全ＳｉＣ基板または完全ＳｉＣ基板とも呼ばれ得る。

【0014】

さらなる実施形態によれば、抵抗率は、照射によって１０^２Ω・ｃｍ～１０^５Ω・ｃｍまたは１０^２Ω・ｃｍ～１０^４Ω・ｃｍの範囲まで増大する。１０^２Ω・ｃｍ～１０^５Ω・ｃｍまたは１０^２Ω・ｃｍ～１０^４Ω・ｃｍの範囲内の抵抗率を有するＳｉＣ基板は、半導体状態と呼ばれ得る。ドーピング濃度は、１０^１４ｃｍ^－３～１０^１６ｃｍ^－３の範囲内であり得る。

【0015】

さらなる実施形態によれば、ＳｉＣ基板を照射する前、ＳｉＣ基板は導電性ＳｉＣ基板である。例示的には、導電性ＳｉＣ基板は、１０^－２Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する。導電性ＳｉＣ基板のドーピング濃度は、１０^１８ｃｍ^－３以上であってもよい。例示的には、ドーピング原子は、窒素または蛍光体のうちの１つである。

【0016】

さらなる実施形態によれば、ＳｉＣ基板全体は、照射前後にｎ型導電性を有する。
さらなる実施形態によれば、炭化ケイ素基板は、照射前および照射中にキャリアウェハに取り付けられない。

【0017】

代替的な実施形態によれば、炭化ケイ素基板は、照射前および照射中に、シリコンウェハおよびガラスウェハの少なくとも一方などのキャリアウェハに取り付けられる。

【0018】

さらなる実施形態によれば、炭化ケイ素基板は、炭化ケイ素エピタキシャル層を含まない。

【0019】

さらなる実施形態によれば、方法は、照射後に炭化ケイ素基板をアニーリングすることを含む。

【0020】

ＳｉＣ基板を生成するための方法は、例示的に、半導体ＳｉＣ基板の製造に使用することができる。粒子照射の結果としてＳｉＣ基板の抵抗率が増大する。半導体ＳｉＣ基板は、半絶縁ＳｉＣ基板および厚い低濃度ドープ半導体ＳｉＣエピ層の両方の代替物である。

【0021】

さらなる実施形態によれば、ＳｉＣ基板は、厚く（たとえば３５０μｍ）することができ、必要に応じて、たとえば１００μｍまで機械的に薄くすることができる。このようなＳｉＣ基板の抵抗率は、高電圧用途のために中程度の抵抗のＳｉＣを有するように、１０^－２Ω・ｃｍから１０^２～１０^５Ω・ｃｍの範囲まで増大させることができる。

【0022】

さらなる実施形態によれば、照射のための粒子のエネルギーは、粒子の少なくとも一部がＳｉＣ基板を通過するように選択される。粒子がＳｉＣ基板を通過するため、ＳｉＣ基板のたとえば正味ドーピング濃度、キャリア寿命、抵抗率および他のパラメータの高い均質性を達成することができる。

【0023】

さらなる実施形態によれば、炭化ケイ素基板は、照射の前後で均質である。これは、たとえば、正味ドーピング濃度が照射前後に炭化ケイ素基板の体積にわたって均質であることを意味する。

【0024】

さらなる実施形態によれば、パワー半導体デバイスは、ＳｉＣ基板から作成することができる。パワー半導体デバイスは、たとえば、サイリスタ、ダイオード、ゲートターンオフサイリスタ（略してＧＴＯ）、パワー金属－絶縁体－半導体電界効果トランジスタ（略してパワーＭＩＳＦＥＴ）、パワー金属－酸化物－半導体電界効果トランジスタ（略してパワーＭＯＳＦＥＴ）、接合電界効果トランジスタ（略してＪＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（略してＢＪＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（略してＩＧＢＴ）、および集積化ゲート転流型サイリスタ（略してＩＧＣＴ）のうちの１つとして実装することができる。したがって、ＳｉＣ基板は、バイポーラおよび／またはＭＯＳチップまたはデバイスの生成に使用することができる。粒子照射は、導電性ＳｉＣ基板の抵抗率を調整するために使用される。導電性ＳｉＣ基板は厚くすることができ、安価である。それらは、たとえば３５０μｍの厚さを有する。したがって、提案されているＳｉＣ基板は、高電圧用途のための費用効果の高い材料である。照射は、ブールレベルで行うことができ、これは、次に、ブールを軸上に切り出すことができることを意味し、したがって、材料廃棄物が低減される。

【0025】

導電性ＳｉＣ基板の抵抗率を高め、すなわち半導体ＳｉＣ基板を作成するために、粒子照射が使用される。このようにして、照射誘起欠陥（ケイ素関連）は窒素ドーピングを不動態化することができる。実際、照射誘起欠陥（炭素関連）は電荷キャリアをトラップし得る。しかしながら、ドーピングレベルが高い場合、たとえば１０^１６ｃｍ^－３より高い場合、後者の効果は主なものではない。

【0026】

本開示は、ＳｉＣ基板を生成するための方法のいくつかの態様を含む。それぞれの特徴が特定の態様の文脈で明示的に言及されていない場合であっても、態様の１つに関して説明されたすべての特徴は、他の態様に関しても本明細書に開示される。

【0027】

添付の図面が、さらなる理解を提供するために含まれる。図面では、同じ構造および／または機能の要素は、同じ参照符号によって参照され得る。図面に示される実施形態は例示的な表現であり、必ずしも原寸に比例して描かれていないことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】異なる実施形態による炭化ケイ素基板および照射装置の図である。

【図2A】異なる実施形態による炭化ケイ素基板および照射装置の図である。

【図2B】異なる実施形態による炭化ケイ素基板および照射装置の図である。

【図3A】異なる実施形態による炭化ケイ素基板を生成するための方法の概略図である。

【図3B】異なる実施形態による炭化ケイ素基板を生成するための方法の概略図である。

【図4A】異なる実施形態による炭化ケイ素基板を生成するための方法の値を示す図である。

【図4B】異なる実施形態による炭化ケイ素基板を生成するための方法の値を示す図である。

【図5】一実施形態による炭化ケイ素基板の特性を示す図である。

【図6】一実施形態による炭化ケイ素基板の特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図１は、一実施形態による炭化ケイ素基板１１および照射装置１０の図である。炭化ケイ素基板１１は、炭化ケイ素ブール１２、略してＳｉＣブールとして実現される。ＳｉＣブール１２を照射した後、ＳｉＣブール１２はウェハにソーイングされる。ＳｉＣブール１２は、典型的には、円筒形状を有する。ＳｉＣブール１２は、たとえば、昇華再結晶成長技法、高温化学気相成長技法（略して高温ＣＶＤ技法）または別の技法を使用して作製される。４Ｈ－ＳｉＣポリタイプ基板は、昇華再結晶成長を使用して得ることができる。炭化ケイ素ブールの照射は、横側面、すなわちＳｉＣブール１２の長手方向軸または主延在方向に沿ったまたは平行な側面、例示的にはソーイング方向に垂直な側面から実施することができる。ブールは、細長い形状を有する。ブールは、円筒および／または円錐台の形状を有してもよい。横側面は、それぞれ長さ軸または主延在軸の周りに延在する円筒または円錐台の外側面であってもよい。

【0030】

照射装置１０は、ＳｉＣ基板１１と、照射源１３とを備える。照射源１３は、たとえば電子銃および／または加速器として実現される。運動エネルギーの高い粒子１４が、照射源によって炭化ケイ素基板１１に与えられる。この例では、粒子１４は電子であり、図１ではｅ^－として示されている。照射のための粒子１４のエネルギーは、粒子１４の少なくとも一部がＳｉＣ基板１１を通過する程度に十分に高い。照射のための粒子１４は電子である。一例では、粒子１４の５０％がＳｉＣ基板１１を通過する。あるいは、粒子１４の７５％または９０％がＳｉＣ基板１１を通過する。任意選択的に、電子の大部分がＳｉＣ基板１１を通り抜ける。

【0031】

図２Ａは、図１に示す実施形態のさらなる発展形態であるさらなる実施形態によるＳｉＣ基板１１および照射装置１０の図である。ＳｉＣ基板１１は、第１の主面２１および第２の主面２２を有する炭化ケイ素ウェハ２０（ＳｉＣウェハと略す）として実現されている。ＳｉＣ基板１１の照射中、粒子１４はＳｉＣウェハ２０の第１の主面２１に進入する。任意選択的に、粒子１４の少なくとも一部は、第２の主面２２においてＳｉＣウェハ２０を離れる。

【0032】

照射のための粒子１４は電子であり、図２Ａではｅ^－として示されている。電子は、たとえば、１４０ｋｅＶ～１８０ｋｅＶの範囲内のエネルギーを有する。電子である照射のための粒子１４は、たとえば０．５・１０^１７ｃｍ^－２～２・１０^１９ｃｍ^－２の範囲内の線量を有する。あるいは、電子である照射のための粒子１４は、たとえば１０^１７ｃｍ^－２～１０^１９ｃｍ^－２の範囲内の線量を有する。一例では、ＳｉＣ基板１１は、照射前および照射中にシリコンウェハまたはガラスウェハなどのキャリアウェハに取り付けられない。ＳｉＣ基板１１は、ＳｉＣエピタキシャル層を含まない。ＳｉＣウェハ２０は、たとえば、４Ｈ－ＳｉＣウェハである。

【0033】

図２Ｂは、図１および図２Ａに示す実施形態のさらなる発展形態であるさらなる実施形態による炭化ケイ素基板１１および照射装置１０の図である。照射のための粒子１４は原子であり、図２ＢではＡとして示されている。原子はイオン化される。原子の例は、水素原子、ヘリウム原子、リチウム原子、ベリリウム原子、ホウ素原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子およびアルミニウム原子である。線量およびエネルギーを図４Ａおよび図４Ｂのリストにおいて後述する。照射源１３は、たとえば加速器として実装される。加速器の一例は、イオン注入装置である。注入装置は、たとえば、高エネルギーイオン注入装置として実現される。照射のための粒子１４のエネルギーは、粒子１４の少なくとも一部がＳｉＣ基板１１を通過する程度に十分に高くてもよい。照射のための粒子１４は原子またはイオンである。一例では、粒子１４の５０％がＳｉＣ基板１１を通過する。あるいは、たとえば、粒子１４の７５％または９０％がＳｉＣ基板１１を通過する。

【0034】

電子照射および／またはイオン照射の使用は、ＳｉＣ導電性基板（約１０^－２オームｃｍの抵抗率を有する）の抵抗率を増大させるために実施される。

【0035】

粒子、たとえば電子のエネルギーに応じて、抵抗率は、炭化ケイ素基板１１の層が半導体状態となり、炭化ケイ素基板１１の別の層が導電性のままであるように、炭化ケイ素基板１１の一部においてのみ増大され得る。これらの層は、照射方向に対して垂直に配置されている。粒子の種類、例示的にはより重い粒子はまた、導電層および半導体層を有する炭化ケイ素基板１１の作成の効果をより顕著にすることができる。

【0036】

図３Ａは、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態による炭化ケイ素基板１１を生成するための方法の概略図である。この方法は、提供プロセス１０１においてＳｉＣ基板１１を提供することと、照射プロセス１０２において電子、水素原子、ヘリウム原子、リチウム原子、ベリリウム原子、ホウ素原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子およびアルミニウム原子を含む群からの粒子１４をＳｉＣ基板１１に照射することとを含む。ＳｉＣ基板１１内の電子の正味ドーピング濃度は、照射前後で均質である。正味ドナー濃度プロファイルは、照射後に均質である。一例では、照射プロセス１０２は、典型的なイオン注入プロファイルをもたらさないか、または正味ドナー濃度の平坦な分布のみをもたらす。

【0037】

したがって、この方法は、ＳｉＣブール１２としてＳｉＣ基板１１を提供することと、ＳｉＣブール１２を照射した後にＳｉＣブール１２をウェハにソーイングすることとを含む。一例では、ＳｉＣブール１２を照射することは、ＳｉＣブール１２の横側面からＳｉＣブール１２を照射することとして実現される。

【0038】

図１で説明したように、一例では、ＳｉＣ基板１１はＳｉＣブール１２として実装される。任意選択的に、本方法は、アニーリングプロセス１０３において照射後にＳｉＣ基板１１をアニーリングすることを含む。この方法は、ソーイングプロセス１０４においてＳｉＣブール１２をウェハにソーイングすることを含む。

【0039】

ＳｉＣ基板１１を使用したパワー半導体デバイスの作製中、イオン注入ステップ後の酸化またはアニーリングのための高温プロセスが行われる。これにより、パワー半導体装置の作製中に、アニーリングプロセス１０３以降でアニーリングを実施することができる。ＳｉＣ基板１１は、たとえば高電圧絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（略して高電圧ＩＧＢＴ）であるパワー半導体デバイスを作製するために構成される。ＩＧＢＴの阻止電圧は、たとえば５ｋＶより大きく、または１０ｋＶより大きく、または２０ｋＶより大きい。

【0040】

アニーリングプロセス１０３およびソーイングプロセス１０４の時系列は、逆であってもよい。

【0041】

一例では、ＳｉＣブール１２は、９ｃｍ～１１ｃｍの範囲内の直径を有する。ＳｉＣブール１２は、たとえば、４インチの直径（約１０ｃｍ）を有する。たとえば、ＳｉＣブール１２の照射のための粒子１４は、１．５ＭｅＶ以上のエネルギーを有する電子である。電子である照射のための粒子１４は、１０^１５ｃｍ^－２～１０^１９ｃｍ^－２の範囲内の線量を有する。

【0042】

図３Ｂは、図１、図２Ａ、図２Ｂおよび図３Ａに示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態による炭化ケイ素基板１１を生成するための方法の概略図である。この方法は、提供プロセス１０１においてＳｉＣ基板１１をＳｉＣウェハ２０として提供することと、照射プロセス１０２において電子、水素原子、ヘリウム原子、リチウム原子、ベリリウム原子、ホウ素原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子およびアルミニウム原子を含む群からの粒子１４をＳｉＣ基板１１に照射することとを含む。

【0043】

図２Ａおよび図２Ｂで説明したように、一例では、ＳｉＣ基板１１はＳｉＣウェハ２０として実装される。任意選択的に、本方法は、図示されていないアニーリングプロセスにおいて照射後にＳｉＣ基板１１をアニーリングすることを含む。これにより、パワー半導体装置の作製中に、アニーリングプロセス以降でアニーリングを実施することができる。

【0044】

したがって、照射は、ＳｉＣブールをウェハにソーイングした後に実施される。任意選択的に、本方法は、照射前または照射後にＳｉＣウェハ２０を研削または裏面研削することを含む。

【0045】

照射のための粒子１４は、たとえば、１４０ｋｅＶ以上１８０ｋｅＶの範囲内のエネルギーを有する電子である。電子である照射のための粒子１４は、０．５・１０^１７ｃｍ^－２～２・１０^１９ｃｍ^－２の範囲内の線量、あるいは１０^１７ｃｍ^－２～１０^１９ｃｍ^－２の範囲内の線量を有する。この照射により、たとえば１０^１１～１０^１３ｃｍ^－３の電子濃度を達成することができる。一例では、ＳｉＣウェハ２０は、８０μｍ～１２０μｍの範囲内、または９０μｍ～１１０μｍの厚さを有する。

【0046】

低厚さのＳｉＣウェハの安定化のために、一例では、ＳｉＣウェハ２０は、任意選択的に、照射中にキャリアウェハに取り付けられる。あるいは、その後、所望の厚さに薄くされる厚いＳｉＣウェハ２０を使用して照射が実施される。

【0047】

図４Ａは、上記に示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態によるＳｉＣ基板１１を生成するための方法の値である。ＳｉＣ基板１１は、ＳｉＣウェハ２０である。図４Ａでは、ＳｉＣウェハ２０の厚さの異なる値についての例示的な値が示されている。

【0048】

図４Ｂは、上記に示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態によるＳｉＣ基板１１を生成するための方法の値である。ＳｉＣ基板１１は、ＳｉＣウェハ２０である。図４Ａでは、ＳｉＣウェハ２０の厚さの異なる値について値の範囲が示されている。値はＭｏｎｔｅｃａｒｌｏシミュレーションによって得た。

【0049】

一例では、照射のための粒子１４は、３１５μｍ～３８５μｍの範囲内のＳｉＣウェハ２０の厚さにおいて４５０ｋｅＶ～５５０ｋｅＶの範囲内のエネルギーを有する電子である。電子である照射のための粒子１４は、０．５・１０^１０ｃｍ^－２～２・１０^１９ｃｍ^－２、あるいは１０^１０ｃｍ^－２～１０^１９ｃｍ^－２の線量を有する。

【0050】

さらなる例では、照射のための粒子１４は、３１５μｍ～３８５μｍの範囲のＳｉＣウェハ２０の厚さにおいて９ＭｅＶ～１１ＭｅＶの範囲内のエネルギーを有する水素原子である。水素原子である照射のための粒子１４は、０．５・１０^２ｃｍ^－２～２・１０^１０ｃｍ^－２の線量を有する。

【0051】

一例では、照射のための粒子１４は、４５μｍ～５５μｍの範囲内の炭化ケイ素ウェハ２０の厚さにおいて１３．５ＭｅＶ～１６．５ＭｅＶの範囲内のエネルギーを有するヘリウム原子である。ヘリウム原子である照射のための粒子１４は、０．５・１０^２ｃｍ^－２～２・１０^１０ｃｍ^－２の線量を有する。

【0052】

異なる原子のエネルギーおよび線量のさらなる値ならびにＳｉＣウェハ２０の厚さの値が、図４Ｂに開示されている。線量およびエネルギーは、ＳｉＣウェハ２０を基板として使用して生成されるパワー半導体デバイスに応じて選択される。

【0053】

図４Ａおよび図４Ｂには、粒子、エネルギーおよび線量範囲のリストが開示されている。各粒子について、厚さ５０μｍ、１００μｍ、および３５０μｍのＳｉＣ基板１１に対する照射エネルギーが記載されている。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、ＳｉＣ基板はＳｉＣウェハ２０である。粒子１４は、電子および／または原子である。原子はイオン化されているため、原子はイオンである。したがって、粒子１４は、電子およびイオンであると言うことができる。水素イオンは、プロトンと命名することができる。ヘリウムイオンは、アルファ粒子と命名することができる。表に示すように、厚さ３８５μｍ以下のＳｉＣウェハ２０には、電子、水素およびヘリウムなどの粒子１４が適している。より厚いＳｉＣウェハ２０の照射を実施することもできる。ＳｉＣウェハ２０がたとえば５μｍ～１０μｍの範囲内の厚さを有する場合、電子、水素原子、ヘリウム原子、リチウム原子、ベリリウム原子、ホウ素原子、ナトリウム原子、マグネシウム原子およびアルミニウム原子を含む群の粒子１４の各々を使用することができる。一例では、ＳｉＣ基板１１を約５μｍ～１０μｍまで薄化する。

【0054】

図５は、もみ革に示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態による炭化ケイ素基板１１の特性である。図５では、低エネルギー電子照射ＳｉＣ薄膜の抵抗率ρが線量Ｄｏの関数として示されている。円の記号は、半導体ＳｉＣ基板１１の値を示す。導電性ＳｉＣ基板１１の抵抗率ρも示す（三角記号）。

【0055】

本開示では、ＳｉＣ導電性基板の抵抗率を増大させるために（約１０^－２オームｃｍ）、電子照射／イオン注入が使用される。図５に示すデータは、４つの異なる線量（１０^１４、１０^１５、１０^１６および１０^１７ｃｍ^－２）で１６０ｋｅＶ電子（侵入深さ約１２０μｍ）によって照射されたｎ型４Ｈ－ＳｉＣエピ層（厚さ１００μｍ、３～５・１０^１４ｃｍ^－３）の電気的特性評価（Ｉ－Ｖ）を行うことによって達成された。図５が示すように、電子線量を増大させることによって、抵抗率ρはほぼ５桁まで増大する。たとえば、１０^１４ｃｍ^－２の線量は、約１０^１２ｃｍ^－３の電子濃度に対応する。導電性ＳｉＣ基板上に成長させた厚さ１００μｍの半導体エピ層で実験を実施した。エピ層の最上部５μｍ部分を分析した。

【0056】

４Ｈ－ＳｉＣ基板は、１０^１８ｃｍ^－３（ρは約１０^－２Ω・ｃｍ）のドーピングレベルを有する。図５の結果に従って、１０^１１～１０^１３ｃｍ^－３の電子濃度を達成するために、１６０ｋｅＶのエネルギーに対して、１０^１７～１０^１９ｃｍ^－２の範囲の線量を選択することができる。より高い電子エネルギー（＞３００ｋｅＶ）またはより重い粒子１４（水素、ヘリウム）が使用される場合、より低い線量（＜１０^１４～１０^１６ｃｍ^－２）を利用することができる。

【0057】

抵抗率ρの増大は、窒素の電気的不動態化に起因する自由キャリアの減少（補償）と相関し得る。照射／注入後に補償は窒素ドーピングと共に増大するが、これは、放射線誘起点欠陥が窒素を移動させて不動態化し得るためである。炭化ケイ素基板１１には、例示的に、蛍光体のような他のｎ型ドーパントがドープされている。

【0058】

図６は、上記に示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態による炭化ケイ素基板１１の特性である。図６には、ＳｉＣ基板１１の深さｄの関数としての正味ドナー濃度ＮＤＣが示されている。これらの値は、照射した４Ｈ－ＳｉＣ基板１１の容量電圧測定により求めた。照射は、ＳｉＣ基板１１の均一な正味ドナー濃度プロファイルをもたらす。

【0059】

有利には、厚いエピ層を成長させるよりもＳｉＣ基板を購入する方が費用効果が高い。半絶縁性ＳｉＣ基板（ＳＩ－ＳｉＣ基板と略す）は抵抗が高すぎる（約１０^９Ω・ｃｍ）。有利には、ＳｉＣ半導体基板１１またはウェハ２０は、機械的に薄くすることができる（約１００μｍ）。

【0060】

ＳｉＣ基板１１は、ＳｉＣブール１２またはＳｉＣウェハ２０の形態を有することができる。ＳｉＣ基板１１を生成するための方法が使用されるか否かは、照射後のＳｉＣ基板１１をチェックおよび／または評価することによって決定することができ、パワー半導体デバイスのカソードが注入によって形成されたか否かをチェックすることができる（カソードが注入によって形成された場合、ＳｉＣ基板１１は、記載された方法を使用して生成されている可能性がある）。窒素含有量は、二次イオン質量分析法（略称ＳＩＭＳ）によりチェックすることができる（窒素濃度が高く抵抗率が低い場合、ＳｉＣ基板は、記載された方法によって生成されている可能性がある）。ドリフト層の炭素空孔Ｖ_Ｃの濃度［Ｖ_Ｃ］を測定することができる）（ドリフト層の炭素空孔Ｖ_Ｃの濃度が高い場合、ＳｉＣ基板１１は、記載された方法によって生成されている可能性がある）。

【0061】

照射により、キャリアをトラップする炭素空孔Ｖｃが形成される。これは、少数キャリア寿命が短縮されることを意味する。しかしながら、１０^１６ｃｍ^－３を超えるドーピング濃度の場合、キャリア寿命は、１０^１６ｃｍ^－３未満のドーピング濃度の場合よりも少なくとも３０％長い。

【0062】

照射は、パワー半導体デバイスを作製するためのさらなる作製プロセスの前に、抵抗率を増大させることによってより良好な阻止能力のためにドーピング濃度を変化させる。したがって、照射は、高温動作を含むパワー半導体デバイスを作製するためのさらなる作製プロセスの前に実行される。これらの高温動作は、たとえば、照射によって引き起こされる損傷のアニーリングを実施する。

【0063】

本開示は様々な修正および代替形態を受け入れるが、その詳細は、例として図面に示され、詳細に記載されている。しかしながら、その意図は、本開示を記載された特定の実施形態に限定することではないことを理解されたい。逆に、その意図は、添付の特許請求の範囲によって規定される本開示の範囲内に入るすべての修正、同等物、および代替物を網羅することである。

【0064】

上述の図１～図６に示す実施形態は、ＳｉＣ基板を生成するための改善された方法の例示的な実施形態を表す。したがって、それらは、改善された方法によるすべての実施形態の完全なリストを構成するものではない。実際の方法は、たとえば、プロセス、線量、エネルギー、配置およびデバイスに関して示された実施形態とは異なり得る。

【符号の説明】

【0065】

参照符号
１０ 装置
１１ 炭化ケイ素基板
１２ 炭化ケイ素ブール
１３ 照射源
１４ 粒子
２０ 炭化ケイ素ウェハ
２１ 第１の主面
２２ 第２の主面
１０１ 提供プロセス
１０２ 照射プロセス
１０３ アニーリングプロセス
１０４ ソーイングプロセス
ｄ 深さ
Ｄｏ 線量
ＮＤＣ 正味ドナー濃度
ρ 抵抗率

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】