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MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR WAFER foreign

Patent code P170014624
File No. KG0146-JP01
Posted date Oct 18, 2017
Application number P2015-220064
Publication number P2017-088444A
Date of filing Nov 10, 2015
Date of publication of application May 25, 2017
Inventor
  • (In Japanese)金子 忠昭
  • (In Japanese)久津間 保徳
  • (In Japanese)芦田 晃嗣
Applicant
  • (In Japanese)学校法人関西学院
Title MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR WAFER foreign
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a large-size semiconductor wafer almost free of crystal defects, wherein the manufacturing method develops an epitaxial layer using the MSE process.
SOLUTION: In a first step, protrusions 42 are formed on the surface of an SiC substrate 40, which is then subjected to etching. In a second step, the protrusions 42 of the SiC substrate 40 is subjected to epitaxial growth by the MSE method and at least part of epitaxial layers 43a containing screw dislocation well grown in the vertical (c-axis) direction is removed. In a third step, the MSE method is again applied to the SiC substrate 40 after the second step and the epitaxial layers 43 not containing the screw dislocation grow in the horizontal (a-axis) direction, connecting with each other at a molecular level, and thus a semiconductor wafer 45 of a large-area single crystal 4H-SiC is formed on a whole area of an Si-face or a C-face of the SiC substrate 40.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

半導体材料としては、シリコン(Si)やガリウム砒素(GaAs)等が従来から知られるところである。半導体素子の利用分野は近年急速に拡大しており、それに伴って、高温環境等の苛酷な条件で使用される機会も増加している。従って、高温環境に耐えられる半導体素子の実現は、幅広い用途における動作の信頼性と大量の情報処理・制御性の向上にとって重要な課題の1つである。

耐熱性に優れる半導体素子を製造する材料の1つとして、炭化ケイ素(SiC)が注目されている。SiCは、機械的強度に優れるとともに、放射線にも強い。また、SiCは、不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御も容易にできるとともに、広い禁制帯幅(4H型の単結晶SiCで3.2eV)を有するという特徴を備えている。このような理由から、SiCは、上述した既存の半導体材料では実現できない高温、高周波、耐電圧、及び耐環境性を実現できる次世代のパワーデバイスの材料として期待されている。特許文献1から3は、SiCを用いた半導体材料を製造する方法を開示する。

特許文献1は、種結晶を成長させる成長炉内の温度を均一にすることで、SiC多結晶の生成を抑制して良質なSiC半導体を製造する方法を開示する。特許文献2は、種結晶に複数の窪みを形成することで、欠陥の少ない良質なSiC半導体を製造する方法を開示する。

非特許文献1は、本願出願人らが開発した技術である準安定溶媒エピタキシー法(MSE法)について開示する。MSE法は溶液成長法の一種であり、シード基板と、シード基板より自由エネルギーの高いフィード基板と、Si融液と、を用いる。シード基板とフィード基板を対向するように配置し、その間にSi融液を介在させた状態で真空下で加熱することにより、シード基板の表面に単結晶SiCを成長させることができる。MSE法では、温度勾配を付ける必要がなく、自由エネルギー差で決まる濃度勾配によってエピタキシャル成長が進行する。また、MSE法では、シード基板にオフ角を形成する必要がない。特許文献3は、このMSE法を用いてSiC半導体を製造する方法を開示している。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、SiC基板を用いた半導体素子の製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
SiC基板の表面に凸部を形成するとともに、当該SiC基板をSi蒸気圧下で加熱することで当該SiC基板をエッチングする第1工程と、
前記第1工程を行った前記SiC基板の前記凸部側に炭素供給部材を配置しつつ、その間にSi融液を介在させて加熱することで準安定溶媒エピタキシー法により前記SiC基板の前記凸部をエピタキシャル成長させ、当該エピタキシャル成長を行うことで、螺旋転位を含むエピタキシャル層が螺旋転位を含まないエピタキシャル層よりも垂直(c軸)方向に大きく成長し、当該螺旋転位を含むエピタキシャル層の少なくとも一部を除去する第2工程と、
前記第2工程を行った前記SiC基板に再び前記準安定溶媒エピタキシー法を行うことで、螺旋転位を含まないエピタキシャル層同士が水平(a軸)方向に成長することで互いに分子レベルで接続し、前記SiC基板のSi面(0001面)又はC面(000-1面)の全面に1つの大面積の単結晶4H-SiCの半導体ウエハが生成される第3工程と、
を含むことを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項2】
 
請求項1に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記SiC基板はオフ角が0°又は0°近傍であり、前記炭素供給部材として多結晶の3C-SiCを用いるとともに、加熱温度を1600℃以上2000℃以下とし、Siの圧力が10-5Torr以上であることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項3】
 
請求項1又は2に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記第2工程及び前記第3工程において、前記準安定溶媒エピタキシー法により、前記SiC基板のC面(000-1面)にエピタキシャル層を形成することを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項4】
 
請求項1又は2に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記第2工程及び前記第3工程において、前記準安定溶媒エピタキシー法により、前記SiC基板のSi面(0001面)にエピタキシャル層を形成することを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項5】
 
請求項1から4までの何れか一項に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記第1工程では、前記SiC基板にレーザを照射して互いに交差する複数の溝を形成することで、当該SiC基板に凸部を形成し、
前記第2工程では、前記螺旋転位を含むエピタキシャル層にレーザを照射して当該エピタキシャル層を除去することを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項6】
 
請求項5に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記凸部は、上面が矩形状であり、
前記凸部の垂直(c軸)方向の長さが20μm~40μmであり、
前記凸部の上面の水平(a軸)方向の一辺の長さが50μm~100μmであり、
隣り合う前記凸部が形成される間隔が400μm~1000μmであることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項7】
 
請求項5又は6に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記第2工程では、螺旋転位を含むエピタキシャル層の垂直(c軸)方向の長さが、螺旋転位を含まないエピタキシャル層の垂直(c軸)方向の長さの2倍以上であることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項8】
 
請求項7に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記第2工程では、
螺旋転位を含む前記凸部から成長したエピタキシャル層の垂直(c軸)方向の長さが約250μmであり、水平(a軸)方向の長さが約400μmであり、
螺旋転位を含まない前記凸部から成長したエピタキシャル層の垂直(c軸)方向の長さが約100μmであり、水平(a軸)方向の長さが約400μmであることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項9】
 
請求項1から8までの何れか一項に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記第3工程では、螺旋転位を含まないエピタキシャル層が水平(a軸)方向に4mm成長できる条件で前記準安定溶媒エピタキシー法を行うことを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項10】
 
請求項1から9までの何れか一項に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記SiC基板を<1-100>方向及び<11-20>方向に垂直な方向で見たときに、隣接する前記凸部の中央同士を接続する仮想線が正三角形となるように前記凸部が形成されていることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。

【請求項11】
 
請求項1から9までの何れか一項に記載の半導体ウエハの製造方法であって、
前記第2工程及び前記第3工程では、エピタキシャル層の六角形状の頂点同士が接触するように前記準安定溶媒エピタキシー法が行われることを特徴とする半導体ウエハの製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015220064thum.jpg
State of application right Published
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