碳化硅襯底的制造方法技術

在碳化硅襯底的制造方法中，制備由碳化硅制成的含缺陷的襯底(2)。含缺陷的襯底(2)具有前表面、與前表面相對的后表面、和接近于前表面的表面部分(2a)。含缺陷的襯底(2)在表面部分(2a)包括螺型位錯。對含缺陷的襯底(2)的前表面施加外力從而減少表面部分(2a)的結晶性。施加外力后，熱處理含缺陷的襯底(2)從而恢復表面部分(2a)的結晶性。

Method for manufacturing silicon carbide substrate

In a method for producing a silicon carbide substrate, a defective substrate (2) made of silicon carbide is prepared. The defective substrate (2) has a front surface, a rear surface opposed to the front surface, and a surface portion (2a) that is close to the front surface. The defective substrate (2) in the surface portion (2a) includes a screw dislocation. An external force is applied to the front surface of the defective substrate (2) so as to reduce the crystallinity of the surface portion (2a). After applying an external force, the substrate (2) is treated with heat to recover the crystallinity of the surface portion (2a).

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及碳化硅(SiC)襯底的制造方法。
技術介紹
通常，SiC襯底可用于高壓器件。然而，SiC襯底中的晶體缺陷會影響器件性質。 尤其，晶體缺陷中的螺型位錯(screw dislocation)會引起大的變形。因此，用其表面部分包括螺旋變形的SiC襯底制造諸如PN 二極管和MOSFET的器件時，螺旋變形會引起漏電流， 如例如 Takashi Tsuji 在 Proceedings of the 4th Individual Discussion of the SiC and Related Wide Bandgap Semiconductors of the Japan Society of Applied Physics 中的"Study and Analysis of Reverse Characteristic of Al-ion Doped C-plane PN Diode” (2009 年 7 月 31 日，74 頁)和 Takuma Suzuki 在 Proceedings of the 4th Individual Discussion of the SiC and Related Wide Bandgap Semiconductors of the Japan Society of Applied Physics 中的"Relationship among Forming Method, Channel Mobility,and Reliability of C-plane 4H_SiC MOS Gate Insulating Film” (2009 年 7 月31日，50頁)所述。JP-A-2003-119097(和US 2003/0070611A1相應)公開了減少表面部分中的螺型位錯的SiC襯底制造方法。在該方法中，制備由SiC單晶制成的第一晶種。然后，在第一晶種的主表面(1-100)平面上沿著<1-100>方向生長SiC單晶。然后，切割已生長成的SiC 單晶以形成主表面為(11-20)平面的第二晶種。沿著第二晶種的<11-20>方向生長SiC單晶后，切割已生長成的SiC單晶以形成主表面為(0001)平面的第三晶種。沿著第三晶種的 <0001>方向生長SiC單晶以形成SiC單晶錠。通過切割SiC單晶錠可以形成SiC襯底。在這樣的制造方法中，當SiC單晶沿著<0001〉方向生長時易于產生螺型位錯，且當SiC單晶沿著<1-100>方向或<11-20>方向生長時堆垛層錯比螺型位錯更易產生。因此， 當SiC單晶沿著<1-100>方向或<11-20>方向生長時，可以限制SiC單晶中的螺型位錯的產生。因此，在第三晶種的主表面上限制了螺型位錯。當SiC單晶生長后，SiC單晶繼承了晶種的主表面上存在的缺陷(變形)。由于第三晶種的主表面上限制了螺型位錯，當第三晶種上生長SiC單晶以形成 SiC單晶錠時，可以限制SiC單晶錠中的螺型位錯的產生。因此，切割SiC單晶錠以形成SiC 襯底，可以減少SiC襯底中包括的螺型位錯，且可以限制SiC襯底的表面部分中的螺型位講然而，在上述方法中，當SiC單晶沿著<1-100>方向或<11-20>方向生長時產生的堆垛層錯的端部會到達第三晶種的主表面。在上述情況下，當第三晶種的主表面上生長SiC 單晶以形成SiC單晶錠時，盡管第三晶種的主表面上限制了螺型位錯，但通過繼承<0004〉 方向的變形會從堆垛層錯的端部產生螺型位錯。當SiC單晶錠中產生螺型位錯并切割SiC 單晶錠以形成SiC襯底時，SiC襯底中會包括螺型位錯，且SiC襯底的表面部分會包括螺型位錯。另外，在上述方法中，在SiC單晶生長的同時需要改變生長方向。因此，制造過程復雜。
技術實現思路
考慮到上述問題，本專利技術的目的在于提供了制造可以限制SiC襯底的表面部分中的螺旋變形的SiC襯底方法。在根據本專利技術一方面的SiC襯底制造方法中，制備由SiC制成的含缺陷的襯底。含缺陷的襯底具有前表面、與前表面相對的后表面、和接近于前表面的表面部分。含缺陷的襯底在表面部分中包括螺型位錯。對含缺陷的襯底的前表面施加外力從而減少表面部分的結晶性。施加外力后，熱處理含缺陷的襯底從而恢復表面部分的結晶性。通過上述方法，SiC襯底的表面部分中的螺旋變形可以消失。因此，可以制造表面部分中螺型位錯受到限制的SiC襯底。在根據本專利技術另一方面的SiC襯底制造方法中，制備由SiC制成的含缺陷的襯底。 含缺陷的襯底具有前表面、與前表面相對的后表面、和接近于前表面的表面部分。含缺陷的襯底包括塊狀襯底(bulk substrate)、在塊狀襯底上形成的第一導電型外延層、和在第一導電型外延層上形成的第二導電型外延層。第二導電型外延層具有和含缺陷的襯底的前表面對應的表面。含缺陷的襯底在表面部分中包括螺型位錯。對含缺陷的襯底的前表面施加外力從而減少表面部分的結晶性。施加外力后，熱處理含缺陷的襯底從而恢復表面部分的結晶性。在表面部分中，形成雜質濃度等于或大于IXlO21cnT3的第一導電型雜質層或第二導電型雜質層。通過上述制造方法，含缺陷的襯底的表面部分中的螺旋變形可以消失。因此，即使在表面部分中形成雜質濃度等于或大于IX IO21CnT3的第一導電型雜質層或第二導電型雜質層時，也可以限制含缺陷的襯底中的雜質擴散。附圖說明本專利技術的其它目的和優勢將從下列優選實施方案的詳細描述結合附圖而更易于顯而易見。附圖中圖IA和圖IB是顯示根據本專利技術的第一實施方案的SiC襯底制造方法的圖形；圖2A和圖2B是通過根據第一實施方案的方法制造的SiC襯底的截面TEM圖像， 且圖2C和圖2D是圖2A和圖2B顯示的截面TEM圖像的說明性視圖；圖3A到圖3C是顯示根據本專利技術的第二實施方案的SiC襯底制造方法的圖形；圖4A到圖4D是顯示根據本專利技術的第三實施方案的SiC襯底制造方法的圖形；圖5A到圖5D是顯示根據本專利技術的第四實施方案的SiC襯底制造方法的圖形；圖6A到圖6C是顯示根據本專利技術的第五實施方案的SiC襯底制造方法的圖形；且圖7A和圖7B是顯示根據本專利技術的第六實施方案的SiC襯底制造方法的圖形。具體實施例方式(第一實施方案)下面將參考圖IA和圖IB描述根據本專利技術的第一實施方案的SiC襯底10的制造方法。首先，制備由SiC制成的含缺陷的襯底2。含缺陷的襯底2具有前表面、與前表面相對的后表面、和接近于前表面的表面部分加。含缺陷的襯底2包括延伸至前表面的螺紋混合位錯1。換言之，制備在表面部分加中包括螺型位錯的含缺陷的襯底2。含缺陷的襯底2具有4度到8度的斜角。含缺陷的襯底2由具有(0001)平面的前表面的4H-SiC單晶制成。含缺陷的襯底2可通過例如切割由常規制造方法形成的SiC 單晶錠而制備。在本實施方案中，螺紋混合位錯1包括螺型位錯。然后，如圖2B所示，從(0001)平面的前表面將雜質元素注入含缺陷的襯底2。雜質元素包括例如選自N、P、As和Sb中的N型雜質、選自B、Al、fei和h中的P型雜質、或選自Si、C、F、He、Ne、Ar、Kr和Xe中的惰性雜本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．碳化硅襯底的制造方法，包括：制備由碳化硅制成的含缺陷的襯底（２），含缺陷的襯底（２）具有前表面、與所述前表面相對的后表面、和接近于所述前表面的表面部分（２ａ），含缺陷的襯底（２）在表面部分（２ａ）包括螺型位錯；對含缺陷的襯底（２）的所述前表面施加外力以減少表面部分（２ａ）的結晶性；和施加外力后熱處理含缺陷的襯底（２）以恢復表面部分（２ａ）的結晶性。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：渡邊弘紀，木藤泰男，山本建策，高谷秀史，杉本雅裕，森本淳，渡邊行彥，副島成雅，石川剛，
申請(專利權)人：株式會社電裝，豐田自動車株式會社，
類型：發明
國別省市：JP