(57)【要約】【課題】  ＳｉＣエピタキシャルウエハ中の結晶欠陥を低減しながら表面の平坦性の高いエピタキシャルウエハを作製する方法、これによって得られたＳｉＣエピタキシャルウエハ、及び同ウエハ上に作製された半導体装置を提供する。【解決手段】  α型の結晶構造を持つ炭化珪素の｛０００１｝面から０°以上１°未満オフした基板上に形成したことを特徴とする炭化珪素エピタキシャルウエハ。炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法において、α型の結晶構造を持つ炭化珪素の｛０００１｝面から０°以上１°未満オフした基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。【選択図】    図１
2005064383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
α型の結晶構造を持つ炭化珪素の｛０００１｝面から０°以上１°未満オフした基板上に形成したことを特徴とする炭化珪素エピタキシャルウエハ。
【請求項２】
数１面の基板上に形成したことを特徴とする請求項１記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。
【数１】
2005064383.tif 000013
【請求項３】
４Ｈの結晶構造を持つ炭化珪素基板を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。
【請求項４】
平坦な表面を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ上に作製されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法において、α型の結晶構造を持つ炭化珪素の｛０００１｝面から０°以上１°未満オフした基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項７】
数２面の基板上に、炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項６記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【数２】
2005064383.tif 000014
【請求項８】
４Ｈの結晶構造を持つ炭化珪素基板上に、炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項６又は７記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項９】
基板表面を１４００°Ｃ〜１６００°Ｃの水素ガスとプロパンガスの混合ガスにより清浄化することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１０】
基板表面のステップの高さが１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１１】
炭化珪素をエピタキシャル成長させるに際して、シランとプロパンの原料ガスを用いることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１２】
炭化珪素をエピタキシャル成長させるに際して、成長圧力を２５０ｍｂａｒ以下で成長させることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１３】
炭化珪素をエピタキシャル成長させるに際して、ＣとＳｉの組成比が１以下である原料ガスを用いることを特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項１４】
請求項６〜１３のいずれかに記載のエピタキシャル成長によって製造された炭化珪素エピタキシャルウエハ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ上に作製されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素の結晶成長によりに得られた高品質な炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャルウエハ、同ウエハの製造方法及び同ウエハ上に作製された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣは多種の結晶構造を持つために、ＳｉＣ｛０００１｝面のエピタキシャル成長では異なる結晶構造を持つＳｉＣがエピタキシャル成長させた部分に容易に混入する。
また、ステップバンチングや２次元核形成により成長表面の平坦性が失われてしまう。そのため、平坦且つ単一の結晶構造を持つエピタキシャルウエハを作製するためには、従来のエピタキシャルウエハ作製技術では、｛０００１｝面を数３方向に３°〜８°傾けたＳｉＣ基板（オフ基板）を用いて、その基板上に気相化学成長法（ＣＶＤ法）を用いてエピタキシャルウエハが作製される（特許文献１参照）。
【特許文献１】米国特許第４，９１２，０６４号
【０００３】
【数３】
2005064383.tif 000003
【０００４】
ＳｉＣは、｛０００１｝方向に伸びる結晶欠陥と｛０００１｝方向とは垂直な方向に伸びる結晶欠陥が存在している。そのため、上記特許文献１に記載されている技術に基いてエピタキシャルウエハを作製すると、基板中に存在する両方の結晶欠陥がエピタキシャル成長させた部分にまで伝播するために、ウエハ中の欠陥を低減することが困難である。この様子を図１ａに示す。
【０００５】
また、ＳｉＣのエピタキシャルウエハ作製においては（０００１）Ｓｉ面がエピタキシャル成長に用いられる。しかしながら、（０００１）Ｓｉ面はオフ基板の角度が小さくなるに従い、エピタキシャル成長時にステップバンチングや２次元核形成が生じ、エピタキシャル成長表面の平坦性が失われてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の問題に鑑み、本発明の目的は、ＳｉＣエピタキシャルウエハ中の結晶欠陥を低減しながら表面の平坦性の高いエピタキシャルウエハを作製する方法、これによって得られたＳｉＣエピタキシャルウエハ、及び同ウエハ上に作製された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、ＳｉＣ基板の｛０００１｝面からのオフ角を調整し、また成長圧力及び原料ガスの組成比を制御することによって上記の欠陥を低減できることを見いだし、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は、以下の発明を提供する。
１）α型の結晶構造を持つ炭化珪素の｛０００１｝面から０°以上１°未満オフした基板上に形成したことを特徴とする炭化珪素エピタキシャルウエハ。２）数４面の基板上に形成したことを特徴とする上記１記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。３）４Ｈの結晶構造を持つ炭化珪素基板を用いることを特徴とする上記１又は２記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。４）平坦な表面を備えていることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。５）上記１〜４のいずれかに記載のエピタキシャルウエハ上に作製されたことを特徴とする半導体装置。６）炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法において、α型の結晶構造を持つ炭化珪素の｛０００１｝面から０°以上１°未満オフした基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。７）数５面の基板上に、炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする上記６記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。８）４Ｈの結晶構造を持つ炭化珪素基板上に、炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする上記６又は７記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
９）基板表面を１４００°Ｃ〜１６００°Ｃの水素ガスとプロパンガスの混合ガスにより清浄化することを特徴とする上記６〜８のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。１０）基板表面のステップの高さが１ｎｍ以下であることを特徴とする上記６〜９のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。１１）炭化珪素をエピタキシャル成長させるに際して、シランとプロパンの原料ガスを用いることを特徴とする上記６〜１０のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。１２）炭化珪素をエピタキシャル成長させるに際して、成長圧力を２５０ｍｂａｒ以下で成長させることを特徴とする上記６〜１１のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。１３）炭化珪素をエピタキシャル成長させるに際して、ＣとＳｉの組成比が１以下である原料ガスを用いることを特徴とする上記６〜１２のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。１４）上記６〜１３のいずれかに記載のエピタキシャル成長によって製造された炭化珪素エピタキシャルウエハ。１５）上記１４に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ上に作製されたことを特徴とする半導体装置。
【０００９】
【数４】
2005064383.tif 000004
【００１０】
【数５】
2005064383.tif 000005
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、ＳｉＣエピタキシャルウエハ中の結晶欠陥を低減しながら表面の平坦性の高いエピタキシャルウエハを作製できるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明では、上記のように｛０００１｝面からのオフ角が０°以上１°未満のＳｉＣ基板すなわち、傾きが１°未満のＳｉＣ基板を用いてエピタキシャルウエハを作製することによって、図１ｂに示すように、基板中に存在する｛０００１｝方向とは垂直な方向に伸びる欠陥がエピタキシャル成長させた部分に伝播することを抑制し、エピタキシャルウエハ中の結晶欠陥を低減させることができる。
【００１３】
特に、エピタキシャルウエハ表面の平坦性を高めるために、上記エピタキシャル成長を数６面に対して行うことが望ましい。
また、成長圧力を２５０ｍｂａｒ以下に制御し、且つ原料ガスのＣとＳｉの組成比を１以下になるように原料ガスの流量を制御すること、すなわち、数７面を用いながら成長圧力を２５０ｍｂａｒ以下、原料ガスのＣとＳｉの組成比を１以下に制御することによりステップバンチングや２次元核形成による成長表面の平坦性の劣化を抑制し、エピタキシャルウエハ表面の平坦性が高く、且つ結晶欠陥を低減させたウエハを作製することができる。
【００１４】
【数６】
2005064383.tif 000006
【００１５】
【数７】
2005064383.tif 000007
【００１６】
図４（下記実施例の写真を援用）に、５時間の成長を行ったエピタキシャルウエハの表面を示すが、数８面を用いることによりステップバンチングや２次元核形成による表面の荒れはなく、平坦な表面が形成される。
図５ａに、比較のために従来法によるＳｉＣ基板とエピタキシャルウエハにおける欠陥を示すが、ＳｉＣ基板中には白点で見える｛０００１｝方向に伸びる結晶欠陥の他に、線状に見える｛０００１｝方向とは垂直な方向に伸びる結晶欠陥が存在する。
また、エピタキシャルウエハ中の白点で見える欠陥は、ＳｉＣ基板中に存在していた｛０００１｝方向に伸びる結晶欠陥がそのまま引き継がれたものである。
【００１７】
【数８】
2005064383.tif 000008
【００１８】
しかし、本発明では、図５ｂ（下記実施例の写真を援用）に示すように、ＳｉＣ基板中に存在していた線状の欠陥がエピタキシャルウエハ中では、ほとんど見えなくなり、欠陥が低減する。このように、本発明を用いることによりＳｉＣエピタキシャルウエハ中の結晶欠陥を低減しながら表面の平坦性の高いエピタキシャルウエハを作製することが可能である。
【００１９】
また、本発明はＳｉＣ基板の歩留まりの向上が可能である。一般に、ＳｉＣのインゴットは｛０００１｝方向に成長して作製される。このインゴットにから８°オフのＳｉＣ基板を切り出す場合、直径７５ｍｍ（３インチ）のインゴットであれば、図６ａに示すような切代が出ることになる。
一方、本発明によりＳｉＣ基板のオフ角が１°未満でエピタキシャル成長が可能になると図６ｂのようにＳｉＣ基板を切り出す際の切代がほとんど出なくなり、歩留まりが向上する。
【００２０】
さらに、本発明により作製したエピタキシャルウエハ上にｐｉｎダイオードを作製することにより、本半導体装置の順方向電圧印加時の長期信頼性を改善することができる。
オフ基板上に作製したＳｉＣのＰｉｎダイオードではエピタキシャルウエハ中に｛０００１｝方向とは垂直な方向に伸びる結晶欠陥の存在により、長時間にわたって順方向に電圧を印加すると順方向の電流が減少してしまう。
しかし、本発明により作製したエピタキシャルウエハでは、上記の通りエピタキシャルウエハにおける｛０００１｝方向とは垂直な方向に伸びる結晶欠陥が低減しているために、長時間にわたって順方向に電圧を印加しても順方向の電流が減少せず、高い信頼性を得ることができるという著しい効果がある。
【００２１】
また、本発明により作製したエピタキシャルウエハ上にＭＯＳＦＥＴを作製することにより、本半導体装置のチャンネル抵抗を低減することができる。
すなわち、従来の３°〜８°のオフ角を持ったエピタキシャルウエハ上に作製したＭＯＳＦＥＴに比較して、本発明により作製したエピタキシャルウエハ上に作製したＭＯＳＦＥＴでは酸化膜/半導体界面の乱れを小さくすることが可能である。
その結果、チャンネル移動度が大きくなり本半導体装置のチャンネル抵抗を低減することができる。
以下、実施例により、本発明を更に詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
本実施例の、一連の成長プロセスの概念図を図２に示す。結晶成長用基板として数９面から数１０方向に０．５°傾いた４Ｈ−ＳｉＣ基板を使用した。
この基板を横型の気相化学成長装置（ＣＶＤ装置）の反応管内に設置したのち、反応管内に水素ガスを４０ｓｌｍ流しながらその反応管内の圧力を２５０ｍｂａｒに制御した。
この状態で高周波加熱によりＳｉＣ基板を加熱し、１５００°Ｃからプロパンガスを３．３３ｓｃｃｍ流しながら、１６００°Ｃまで加熱した。１６００°Ｃまで加熱後、その状態を３分間維持し、ＳｉＣ基板表面を清浄化した。
【００２３】
【数９】
2005064383.tif 000009
【００２４】
【数１０】
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【００２５】
図３に、清浄化したＳｉＣ基板表面の原子間力顕微鏡像を示す。図３ａは平面像で、ステップが規則正しく並んでいる。その高さは図３ｂの断面像から０．７ｎｍである。
このような清浄表面作製後、シランガスを６．６７ｓｃｃｍ、プロパンガスを１．３３４ｓｃｃｍ導入することにより原料ガスのＣとＳｉの組成比を０．６に制御して、本ＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長を行い、エピタキシャルウエハを作製した。
【００２６】
図４に、５時間の成長を行ったエピタキシャルウエハの表面を示す。数１１面を用いることによりステップバンチングや２次元核形成による表面の荒れはなく、平坦な表面が形成された。
また、本実施例により得られたエピタキシャルウエハは、図５ｂに示すように、ＳｉＣ基板中に存在していた線状の欠陥がエピタキシャルウエハ中では、ほとんど見えなくなっており、欠陥が低減していた。
【００２７】
【数１１】
2005064383.tif 000011
【００２８】
上記から明らかなように、本発明を用いることによりＳｉＣエピタキシャルウエハ中の結晶欠陥を低減しながら表面の平坦性の高いエピタキシャルウエハを作製することが可能であることが確認できた。
本実施例では４Ｈ−ＳｉＣを用いたが、６Ｈ−ＳｉＣでも同様に可能である。また、本実施例では数１２方向にオフした基板を用いたが、オフの方向には依存せずに、実施することが可能である。
【００２９】
【数１２】
2005064383.tif 000012
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によると、ＳｉＣエピタキシャルウエハ中の結晶欠陥を低減しながら表面の平坦性の高いエピタキシャルウエハを作製することが可能であり、ＳｉＣ基板を切り出す際の切代がほとんど出なくなり、歩留まりが向上する。また、長時間にわたって順方向に電圧を印加しても順方向の電流が減少せず、高い信頼性を得ることができるという著しい効果があり、さらにエピタキシャルウエハ上に作製したＭＯＳＦＥＴでは酸化膜/半導体界面の乱れを小さくすることが可能であり、チャンネル移動度が大きくなるので半導体装置のチャンネル抵抗を低減することができるという優れた効果があるので、半導体装置等の材料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ウエハ中の欠陥の発生と低減化の様子を説明する図であり、１ａ：オフウエハを、１ｂ：ゼロオフウエハを示す図である。
【図２】本発明の成長プロセスの概略説明図である。
【図３】ＳｉＣ基板の清浄化面の原子間力顕微鏡像を示す図であり、３ａ：平面像、３ｂ：断面像を示す。
【図４】本発明を用いて作製したエピタキシャルウエハの表面図である。
【図５】本発明を用いて作製したエピタキシャルウエハ中の結晶欠陥低減の例を示すＸ線回折写真であり、５ａ：ＳｉＣ基板を、５ｂ：エピタキシャルウエハをそれぞれ示す。
【図６】本発明のＳｉＣ基板の歩留まり向上の説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
(１)｛０００１｝方向に伸びる結晶欠陥
(２)｛０００１｝方向とは垂直な方向に伸びる結晶欠陥
(３)  切り代
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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