JP4329211B2

JP4329211B2 - Silicon carbide semiconductor device using silicon carbide single crystal and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP4329211B2
Application number: JP2000060441A
Authority: JP
Inventors: 尚宏杉山; 篤人岡本; 俊彦谷; 与志木妹尾; 正美内藤; 宏行近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: JP2001247397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの作製に好適な炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶を用いて製造した逆方向リーク電流の少ない炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（０００１）面を成長面として昇華法により作製されるＳｉＣ結晶には、図５（ａ）に示すように、マイクロパイプ欠陥１０２やらせん転位１０３が多数存在する。これらの欠陥は、このＳｉＣ結晶で構成した基板１０１上にダイオードを作製したときに、逆方向リーク電流の原因となる。
【０００３】
図５（ｂ）に示すように、ｎ型不純物をドーピングした４Ｈ−ＳｉＣ結晶からなる基板１０１上にｎ^-型エピタキシャル層１０４を成膜したのち、マイクロパイプ欠陥１０２やらせん転位１０３が形成された領域にｐ⁺型領域１０５を形成すると共に、ｐ⁺型領域１０５に接続される電極１０６と基板１０１に接続される電極１０７とを形成することによってＰＮダイオード１０８を作製し、基板１０１に存在するマイクロパイプ欠陥１０２やらせん転位１０３がデバイス特性に及ぼす影響を調査した。その結果、▲１▼マイクロパイプ欠陥１０２はデバイス特性に致命的な影響を与えること、▲２▼らせん転位１０３はＩ−Ｖの降伏特性をソフトにすると共に、耐圧を５〜３５％低下させることが明らかになった。（Ｐ．Ｇ．Ｎｅｕｄｅｃｋ他（ＮＡＳＡＬｅｗｉｓＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ他）Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．Ｖｏｌ．５１２（１９９８）１０７〜１１２参照）
一方、特開平５−２６２５９９号公報では、（０００１）面に垂直な面、例えば（１−１００）面や（１１−２０）面を成長面として用いることにより、マイクロパイプ欠陥やらせん転位のないＳｉＣ単結晶を成長させることが提案されている。
【０００４】
しかしながら、このように成長させたＳｉＣ単結晶には全領域に渡って積層欠陥が広く形成され、この積層欠陥を電流が横切る時、大きな抵抗となるため、積層欠陥を横切る方向と積層欠陥と平行な方向とで大きな電気的な異方性を生じ、デバイス作製時に大きな問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記点に鑑みて、逆方向リーク電流が少なくでき、積層欠陥による電気的な異方性が少なくできる炭化珪素単結晶を用いた炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、らせん転位の集合体（２）と積層欠陥（３）および刃状転位（４）が含まれており、らせん転位の集合体（２）が積層欠陥（３）もしくは刃状転位（４）によって該らせん転位の伸長方向に分断されている炭化珪素単結晶（１）と、該らせん転位の集合体（２）を含む炭化珪素単結晶（１）の表面上に形成されたエピタキシャル層（６）を含む半導体デバイスと、を含むことを特徴としている。好適ならせん転位の集合体としては、最近接した転位線との距離が１μｍ以下の複数のらせん転位の束である。
【０００７】
このように、マイクロパイプ欠陥やらせん転位が単独で存在するのではなく、らせん転位の集合体となった炭化珪素単結晶ではらせん転位が相互作用を及ぼすことによって、逆方向リーク電流が少なくでき、積層欠陥による電気的な異方性が少なくなるようにできる。その相互作用を及ぼす間隔が約１μｍである。このような炭化珪素単結晶を用いて半導体デバイスを作製することにより、逆方向リーク電流を少なくすることが可能である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、マイクロパイプ欠陥およびらせん転位を含む炭化珪素単結晶の基板の表面を被覆材で被覆したのち、熱処理を施すことにより、らせん転位の集合体（２）を積層欠陥（３）もしくは刃状転位（４）によって該らせん転位の伸長方向に分断する工程と、らせん転位の集合体（２）が積層欠陥（３）もしくは刃状転位（４）によって該らせん転位の伸長方向に分断された炭化珪素単結晶からデバイス形成用の基板を切り出し、該基板の表面上にエピタキシャル層（６）の形成工程を含む半導体デバイスの形成工程と、を行うことを特徴としている。
【０００９】
このような製造方法により、請求項１に記載の炭化珪素単結晶を製造できると共に、該炭化珪素単結晶を用いた炭化珪素半導体装置を製造できる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態における炭化珪素単結晶の断面図を示す。
【００１６】
図１に示す炭化珪素単結晶１は、４Ｈ、６Ｈ、３Ｃ若しくは１５Ｒ−ＳｉＣの単結晶基板で構成されている。この炭化珪素単結晶１にはらせん転位の集合体２、積層欠陥３、及び刃状転位４が含まれており、らせん転位の集合体２が積層欠陥３若しくは刃状転位４によって、らせん転位の軸（転位線の伸長する）方向に分断されている。
【００１７】
このような構造の炭化珪素単結晶１には積層欠陥３が形成されているが、積層欠陥３が局所的に形成されているだけであり、炭化珪素単結晶１の全領域に渡って形成されているものではないため、ほとんど積層欠陥による電気的な異方性を生じない。
【００１８】
このような構造の炭化珪素単結晶１は、マイクロパイプ欠陥やらせん転位が含まれた単結晶基板の表面を被覆材で被覆したのち、熱処理を施すことによって作製される。つまり、単結晶基板を被覆材で被覆した状態で熱処理を施すことによりマイクロパイプ欠陥が修復されるが、この修復部に上記らせん転位の集合体２、積層欠陥３、及び刃状欠陥４が存在するため、図１に示す構造の炭化珪素単結晶１となる。
【００１９】
このような構成の炭化珪素単結晶１を基板として用いて、図２に示すようにＰＮダイオード５を作製した。まず、ｎ型不純物をドーピングした炭化珪素単結晶１の主表面にｎ^-型エピタキシャル層６を成長させ、その後、ｎ^-型エピタキシャル層６のうちマイクロパイプ欠陥が修復された部分上に配置された領域にイオン注入を行なうことでｐ⁺型領域７を形成する。続いて、ｐ⁺型領域７と電気的に接続される電極８と、炭化珪素単結晶１の裏面側に電気的に接続される電極９とを形成する。これにより、ＰＮダイオード５が作製される。
【００２０】
そして、このＰＮダイオード５の逆方向におけるＩ−Ｖ特性を評価したところ、逆方向のリーク電流が極めて少なく、良好なデバイス特性（降伏特性）を示した。
【００２１】
このような結果が得られたのは以下の理由によると推察される。
【００２２】
▲１▼らせん転位、若しくはマイクロパイプ欠陥が単独で存在した場合には、その歪によって禁制帯が狭くなりリーク電流が増加するか、あるいはその歪によってドーピングした不純物が異常拡散し、ＰＮ接合不良やリーク電流の増加を起こす。一方、らせん転位の集合体２のようにらせん転位が密集した状態では、それぞれの歪が干渉し合い、禁制帯が元に戻るか、あるいはドーピングした不純物が異常拡散しなくなるため。
【００２３】
▲２▼らせん転位が積層欠陥３と共存した場合、ＴＥＭ解析結果からも確認されているように、らせん転位が積層欠陥３を横切る箇所においてスリップし、らせん転位の転位線が折れ曲がり不連続となることから、らせん転位の転位芯を伝って流れる可能性がある逆方向リーク電流が積層欠陥３によって阻止されたため。なお、らせん転位と刃状転位４が交差した場合にも、これと同様の効果が生じていると考えられる。
【００２４】
▲３▼積層欠陥を含む結晶のｏｆｆ面を利用してエピタキシャル成長を実施した場合、つまり、炭化珪素単結晶１のｏｆｆ面を基板としてｎ^-型エピタキシャル層６を成長させた場合、基板から継承されたらせん転位がエピタキシャル成長中に積層欠陥３と交差する際に積層欠陥３によって遮られ、Ｃ面内の刃状転位に変換されて、それより上に継承されなくなったため。
【００２５】
これらに示すように、理由については明らかではないが、上記構造の炭化珪素単結晶１を用いることにより、逆リーク電流を少なくすることができた。
【００２６】
このように、マイクロパイプ欠陥を修復し、らせん転位の集合体２、積層欠陥３、及び刃状転位４が形成された炭化珪素単結晶１とすることにより、逆方向リーク電流が少なく、積層欠陥による電気的な異方性が少ない単結晶とすることができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、らせん転位の集合体２、積層欠陥３、及び刃状転位４のすべてが形成された炭化珪素単結晶１について説明したが、上記した方法によってマイクロパイプ欠陥を閉塞した場合、図３に示すようならせん転位の集合体２が含まれた炭化珪素単結晶１１や、図４に示すようならせん転位の集合体２と積層欠陥３とが含まれ、らせん転位の集合体２が積層欠陥３によって軸方向に分断されている炭化珪素単結晶２１が形成される場合がある。これらの場合についても上記実施形態と同様に、ＰＮダイオード５を形成してＩ−Ｖ特性を評価したところ、上記と同様の効果を得ることができた。
【００２８】
このことから、少なくともマイクロパイプ欠陥が修復され、らせん転位の集合体２となった炭化珪素単結晶においては、逆方向リーク電流を少なくでき、積層欠陥による電気的な異方性を少なくすることができると言える。
【００２９】
なお、上記実施形態では、マイクロパイプ欠陥が修復されたことによって、らせん転位の集合体２、積層欠陥３、及び刃状転位４が形成された場合を示したが、このような方法以外の方法によってもらせん転位の集合体２、積層欠陥３や刃状転位４が形成されたものであれば、逆方向リーク電流が少なく、デバイスの特性が良好な炭化珪素単結晶１とすることができる。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
マイクロパイプ欠陥を有する炭化珪素単結晶１の試料として、ｎ型不純物がドーピングされた６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板を用意した。この６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板は、厚さが１ｍｍ程度、マイクロパイプ欠陥密度が１００／ｃｍ²程度であった。
【００３１】
この６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の（０００１）及び（０００−１）表面にＣＶＤ法によって厚さ約２０μｍの３Ｃ−ＳｉＣを成膜した。この時の成膜条件は、基板温度を１５００℃、ＳｉＨ₄流量を２〜８ＳＣＣＭ、Ｃ₃Ｈ₈流量を１〜５ｓｃｃｍ、Ｈ₂流量を１１ＳＬＭとし、成膜時間を５時間とした。
【００３２】
ただし、ＳＣＣＭは「ＳｐｅｃｉｆｉｃＣｕｂｉｃｃｍ／ｍｉｎ」を意味し、ＳＬＭは「Ｓｐｅｃｉｆｉｃｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ」を意味する。
【００３３】
この後、試料を図示しない黒鉛製るつぼ内に炭化珪素粉末中に埋め込んだ状態で収容し、熱処理を施した。この時の熱処理条件は、熱処理温度を２３００℃とし、Ａｒ雰囲気で圧力を７９．８ｋＰａ（６００Ｔｏｒｒ）、加熱時間を２４時間とした。
【００３４】
熱処理後、黒鉛製るつぼ内から試料を取り出し、試料の表面から約５０μｍの厚さ研磨し、試料の表面を観察した。その結果、熱処理前には、６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の表面に開口していたマイクロパイプ欠陥が閉塞しており、上記工程によってマイクロパイプ欠陥が修復されたことが明らかになった。
【００３５】
また、ｃ軸と平行に試料を切り出し、マイクロパイプ欠陥が存在していた箇所をＴＥＭによって詳細に解析した。
【００３６】
その結果、マイクロパイプ欠陥が存在していた領域（若しくはその周辺）には、複数のらせん転位の集合体２（幅約１μｍ×厚み約０．０５μｍの薄片中に７本程度）が存在していた。
【００３７】
さらに、らせん転位の集合体２を軸方向に約０．０１〜１μｍの間隔で分断するようにＣ面内に生成された積層欠陥３が多数存在していた。ただし、この積層欠陥は、修復部及びその周辺にのみ広がって生成されており、らせん転位の集合体２を中心に半径が約１０μｍ以下の範囲で広がっていた。
【００３８】
また、らせん転位の集合体２と積層欠陥３の交差箇所のいくつかでは、らせん転位の集合体２が積層欠陥３によってスリップし、不連続となっていることが確認された。
【００３９】
さらに、Ｃ面に平行な刃状転位４も観察され、積層欠陥３の場合と同様に、らせん転位の集合体２と刃状転位４との交差箇所でらせん転位の集合体２が不連続となっていることが確認された。
【００４０】
続いて、このようにマイクロパイプ欠陥が閉塞された試料から３．５°ｏｆｆ−ａｘｉｓ基板を作製し、図２に示すようなＰＮダイオード５を作製した。
【００４１】
すなわち、基板上にｎ型不純物濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ³程度の６Ｈ−ＳｉＣで構成されたｎ^-型エピタキシャル層６を約３μｍの厚さ成長させたのち、ｎ^-型エピタキシャル層６にｐ型不純物濃度が１×１０¹⁹／ｃｍ³程度となるようにボロン及び炭素を連続的にイオン注入してｐ⁺型領域７を形成し、さらに、ｐ⁺型領域７と電気的に接続される電極８及び炭化珪素単結晶１の裏面側に電気的に接続される電極９を形成することにより、φ１３０μｍ程度のＰＮダイオード５を作製した。そして、このＰＮダイオード５の逆方向のＩ−Ｖ特性を評価した。
【００４２】
その結果、逆方向のリーク電流が１μＡにおける耐圧が４５０Ｖ程度となり、逆方向リーク電流が極めて低く、耐圧が高いという良好な降伏特性を示した。なお、このときの耐圧は、結晶欠陥が形成されていない部分にＰＮダイオード５を作製して逆方向のＩ−Ｖ特性を評価した場合と同等であった。
【００４３】
一方、比較のため、図５（ａ）に示すように，マイクロパイプ欠陥やらせん転位が単独で残存する結晶を基板として用い、上記と同様にＰＮダイオードを作製してＩ−Ｖ特性を評価したが、逆方向のリーク電流が大きく、リーク電流１μＡにおける耐圧が１５０Ｖ程度と低く、整流特性は良好でなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における炭化珪素単結晶１の断面を示す図である。
【図２】図１に示す炭化珪素単結晶１を用いて作製したＰＮダイオードの断面を示す図である。
【図３】第１実施形態の他の例における炭化珪素単結晶１の断面を示す図である。
【図４】第１実施形態の他の例における炭化珪素単結晶１の断面を示す図である。
【図５】（ａ）はマイクロパイプ欠陥やらせん転位が形成された基板１０１を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の基板１０１を用いて形成したＰＮダイオードの断面を示す図である。
【符号の説明】
１…炭化珪素単結晶、２…らせん転位の集合体、３…積層欠陥、４…刃状転位、５…ＰＮダイオード、６…ｎ^-型エピタキシャル層、７…ｐ⁺型領域、８…電極、９…電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device with a small reverse leakage current manufactured using a silicon carbide (SiC) single crystal suitable for manufacturing a semiconductor device and a method for manufacturing the same .
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 5A, the SiC crystal produced by the sublimation method using the (0001) plane as the growth plane has a large number of micropipe defects 102 and screw dislocations 103. These defects cause reverse leakage current when a diode is fabricated on the substrate 101 made of this SiC crystal.
[0003]
As shown in FIG. 5B, after forming an n ⁻ type epitaxial layer 104 on a substrate 101 made of 4H—SiC crystal doped with an n type impurity, micropipe defects 102 and screw dislocations 103 were formed. The p ⁺ type region 105 is formed in the region, and the PN diode 108 is formed by forming the electrode 106 connected to the p ⁺ type region 105 and the electrode 107 connected to the substrate 101. The influence of the micropipe defect 102 and the screw dislocation 103 on the device characteristics was investigated. As a result, (1) the micropipe defect 102 has a fatal effect on the device characteristics, and (2) the screw dislocation 103 softens the IV breakdown characteristics and reduces the breakdown voltage by 5 to 35%. Became clear. (See PG Neudec et al. (NASA Lewis Research Center et al.) Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 512 (1998) 107-112)
On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-262599, there is no micropipe defect or screw dislocation by using a plane perpendicular to the (0001) plane, for example, a (1-100) plane or a (11-20) plane as a growth plane. It has been proposed to grow SiC single crystals.
[0004]
However, in the SiC single crystal grown in this way, stacking faults are widely formed over the entire region, and when the current crosses these stacking faults, a large resistance is generated. Therefore, the direction crossing the stacking fault is parallel to the stacking faults. This causes a large electrical anisotropy in various directions, which becomes a big problem during device fabrication.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, the present invention has an object to provide a silicon carbide semiconductor device using a silicon carbide single crystal that can reduce reverse leakage current and electrical anisotropy due to stacking faults, and a method for manufacturing the same. And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a screw dislocation aggregate (2), a stacking fault (3), and an edge dislocation (4 ). A silicon carbide single crystal (1) in which a stacking fault (3) or an edge dislocation (4) is divided in the extension direction of the screw dislocations, and an aggregate (2) of the screw dislocations And a semiconductor device including an epitaxial layer (6) formed on the surface of (1). A preferred assembly of screw dislocations is a bundle of a plurality of screw dislocations whose distance from the nearest dislocation line is 1 μm or less.
[0007]
In this way, micropipe defects and screw dislocations do not exist alone, but in silicon carbide single crystals that are aggregates of screw dislocations, screw dislocations interact to reduce reverse leakage current, Electrical anisotropy due to stacking faults can be reduced. The distance exerting the interaction is about 1 μm. By manufacturing a semiconductor device using such a silicon carbide single crystal, reverse leakage current can be reduced.
[0008]
According to the second aspect of the present invention, the surface of the silicon carbide single crystal substrate containing micropipe defects and screw dislocations is coated with a coating material, and then heat treatment is performed, whereby the assembly of screw dislocations (2) is formed into stacking faults. (3) or the step of dividing the screw dislocations in the direction of extension of the screw dislocations (4), and the assembly of the screw dislocations (2) is extended by the stacking fault (3) or the edge dislocations (4). A device forming substrate is cut out from the silicon carbide single crystal divided in the direction, and a semiconductor device forming step including a step of forming an epitaxial layer (6) on the surface of the substrate is performed .
[0009]
With such a manufacturing method, the silicon carbide single crystal according to claim 1 can be manufactured, and a silicon carbide semiconductor device using the silicon carbide single crystal can be manufactured.
[0014]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
In FIG. 1, sectional drawing of the silicon carbide single crystal in 1st Embodiment of this invention is shown.
[0016]
A silicon carbide single crystal 1 shown in FIG. 1 is composed of a single crystal substrate of 4H, 6H, 3C, or 15R—SiC. The silicon carbide single crystal 1 includes a screw dislocation aggregate 2, a stacking fault 3, and an edge dislocation 4, and the screw dislocation aggregate 2 is formed by the stacking fault 3 or the edge dislocation 4. It is divided in the direction of the axis (extension of dislocation lines).
[0017]
Although the stacking fault 3 is formed in the silicon carbide single crystal 1 having such a structure, the stacking fault 3 is only formed locally and is formed over the entire region of the silicon carbide single crystal 1. Therefore, there is almost no electrical anisotropy due to stacking faults.
[0018]
Silicon carbide single crystal 1 having such a structure is manufactured by coating the surface of a single crystal substrate including micropipe defects and screw dislocations with a coating material, and then performing a heat treatment. In other words, micropipe defects are repaired by heat treatment in a state in which the single crystal substrate is covered with a coating material, but the above-described screw dislocation aggregate 2, stacking fault 3, and edge defect 4 are present in the repaired portion. Therefore, the silicon carbide single crystal 1 having the structure shown in FIG. 1 is obtained.
[0019]
Using silicon carbide single crystal 1 having such a structure as a substrate, PN diode 5 was fabricated as shown in FIG. First, the n-type impurity into the main surface of the doped silicon carbide single crystal 1 n ^- -type epitaxial layer 6 is grown, then, n ^- micropipe defects of the type epitaxial layer 6 is disposed on the repaired portion The p ⁺ type region 7 is formed by performing ion implantation in the region. Subsequently, an electrode 8 electrically connected to p ⁺ -type region 7 and an electrode 9 electrically connected to the back side of silicon carbide single crystal 1 are formed. Thereby, the PN diode 5 is produced.
[0020]
Then, when the IV characteristic in the reverse direction of the PN diode 5 was evaluated, the reverse leakage current was extremely small, and a good device characteristic (yield characteristic) was shown.
[0021]
It is assumed that such a result was obtained for the following reason.
[0022]
(1) When screw dislocations or micropipe defects exist alone, the forbidden band is narrowed due to the strain and the leakage current increases, or the impurity doped due to the strain is abnormally diffused, resulting in PN junction failure or Increases leakage current. On the other hand, in the state where the screw dislocations are dense like the aggregate 2 of screw dislocations, the respective strains interfere with each other and the forbidden band returns to the original state or the doped impurities are not diffused abnormally.
[0023]
(2) When the screw dislocation coexists with the stacking fault 3, as confirmed from the TEM analysis result, the screw dislocation slips at the position crossing the stacking fault 3, and the screw dislocation line bends and becomes discontinuous. This indicates that the stacking fault 3 prevents the reverse leakage current that may flow along the dislocation core of the screw dislocation. In addition, it is thought that the same effect is produced also when the screw dislocation and the edge dislocation 4 intersect.
[0024]
(3) When epitaxial growth is performed using the off-plane of the crystal containing stacking faults, that is, when the n ⁻ -type epitaxial layer 6 is grown using the off-plane of the silicon carbide single crystal 1 as the substrate, it is inherited from the substrate. When screw dislocations cross the stacking fault 3 during epitaxial growth, they are interrupted by the stacking fault 3 and converted into edge dislocations in the C plane, and are not inherited above it.
[0025]
As shown in these figures, although the reason is not clear, the reverse leakage current can be reduced by using the silicon carbide single crystal 1 having the above structure.
[0026]
In this way, by repairing the micropipe defect and forming the silicon carbide single crystal 1 in which the screw dislocation aggregate 2, the stacking fault 3, and the edge dislocation 4 are formed, the reverse leakage current is small, and the stacking fault A single crystal with little electrical anisotropy can be obtained.
[0027]
In the present embodiment, the silicon carbide single crystal 1 in which all of the screw dislocation aggregates 2, the stacking faults 3 and the edge dislocations 4 are formed has been described. However, when the micropipe defects are blocked by the above-described method. 3 includes the silicon carbide single crystal 11 including the screw dislocation aggregate 2 as shown in FIG. 3 and the screw dislocation aggregate 2 and the stacking fault 3 as shown in FIG. Silicon carbide single crystal 21 in which 2 is divided in the axial direction by stacking fault 3 may be formed. In these cases, as in the above embodiment, when the PN diode 5 was formed and the IV characteristics were evaluated, the same effects as described above could be obtained.
[0028]
From this, at least the micropipe defects are repaired, and in the silicon carbide single crystal that has become the aggregate 2 of screw dislocations, the reverse leakage current can be reduced and the electrical anisotropy due to stacking faults can be reduced. I can say that.
[0029]
In the above embodiment, the case where the screw dislocation aggregate 2, the stacking fault 3, and the edge dislocation 4 are formed by repairing the micropipe defect has been described. If the aggregate 2 of the screw dislocations, the stacking faults 3 and the edge dislocations 4 are formed, the silicon carbide single crystal 1 with less reverse leakage current and good device characteristics can be obtained.
[0030]
【Example】
Example 1
A 6H—SiC single crystal substrate doped with n-type impurities was prepared as a sample of silicon carbide single crystal 1 having micropipe defects. This 6H—SiC single crystal substrate had a thickness of about 1 mm and a micropipe defect density of about 100 / cm ² .
[0031]
A 3C—SiC film having a thickness of about 20 μm was formed on the (0001) and (000-1) surfaces of the 6H—SiC single crystal substrate by a CVD method. Film formation conditions at this time were a substrate temperature of 1500 ° C., a SiH ₄ flow rate of 2-8 SCCM, a C ₃ H ₈ flow rate of 1-5 sccm, a H ₂ flow rate of 11 SLM, and a film formation time of 5 hours.
[0032]
However, SCCM means “Specific Cubic cm / min” and SLM means “Specific liter / min”.
[0033]
Thereafter, the sample was housed in a graphite crucible (not shown) in a state of being embedded in silicon carbide powder and subjected to heat treatment. The heat treatment conditions at this time were a heat treatment temperature of 2300 ° C., an Ar atmosphere pressure of 79.8 kPa (600 Torr), and a heating time of 24 hours.
[0034]
After the heat treatment, the sample was taken out from the graphite crucible, polished to a thickness of about 50 μm from the surface of the sample, and the surface of the sample was observed. As a result, it was revealed that the micropipe defects that had been opened on the surface of the 6H—SiC single crystal substrate were closed before the heat treatment, and the micropipe defects were repaired by the above process.
[0035]
Further, a sample was cut out in parallel with the c-axis, and a portion where a micropipe defect was present was analyzed in detail by TEM.
[0036]
As a result, a plurality of screw dislocation aggregates 2 (about 7 pieces in a thin piece having a width of about 1 μm and a thickness of about 0.05 μm) exist in the region (or the periphery thereof) where the micropipe defect was present. It was.
[0037]
Furthermore, there were many stacking faults 3 generated in the C plane so that the aggregate 2 of screw dislocations was divided in the axial direction at intervals of about 0.01 to 1 μm. However, this stacking fault is generated only in the repaired portion and its periphery, and spreads in a range of about 10 μm or less around the screw dislocation aggregate 2.
[0038]
It was also confirmed that at some of the intersections between the screw dislocation assemblies 2 and the stacking faults 3, the screw dislocation assemblies 2 slip due to the stacking faults 3 and are discontinuous.
[0039]
Further, edge dislocations 4 parallel to the C-plane are also observed, and as in the case of the stacking fault 3, the screw dislocation aggregates 2 are discontinuous at the intersections between the screw dislocation aggregates 2 and the edge dislocations 4. It was confirmed that
[0040]
Subsequently, a 3.5 ° off-axis substrate was produced from the sample in which the micropipe defects were blocked as described above, and a PN diode 5 as shown in FIG. 2 was produced.
[0041]
That is, after growing an n ⁻ type epitaxial layer 6 made of 6H—SiC having an n type impurity concentration of about 5 × 10 ¹⁶ / cm ³ on the substrate to a thickness of about 3 μm, the n ⁻ type epitaxial layer 6 is formed. p-type impurity concentration is continuously ion-implanted boron and carbon so that about 1 × 10 ¹⁹ / cm ³ to form a p ⁺ -type region 7, is further electrically connected to the p ⁺ -type region 7 PN diode 5 having a diameter of about 130 μm was manufactured by forming electrode 8 and electrode 9 electrically connected to the back side of silicon carbide single crystal 1. And the IV characteristic of the reverse direction of this PN diode 5 was evaluated.
[0042]
As a result, the breakdown voltage when the reverse leakage current was 1 μA was about 450V, and the reverse leakage current was extremely low and the breakdown voltage was high. Note that the withstand voltage at this time was equivalent to the case where the PN diode 5 was formed in a portion where no crystal defects were formed and the IV characteristics in the reverse direction were evaluated.
[0043]
On the other hand, for comparison, as shown in FIG. 5A, a PN diode was fabricated in the same manner as described above, and IV characteristics were evaluated using a crystal in which micropipe defects and screw dislocations alone remained as a substrate. However, the leakage current in the reverse direction was large, the breakdown voltage at a leakage current of 1 μA was as low as about 150 V, and the rectification characteristics were not good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a silicon carbide single crystal 1 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a cross section of a PN diode manufactured using silicon carbide single crystal 1 shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a cross section of silicon carbide single crystal 1 in another example of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of silicon carbide single crystal 1 in another example of the first embodiment.
5A is a diagram showing a substrate 101 on which micropipe defects and screw dislocations are formed, and FIG. 5B is a diagram showing a cross section of a PN diode formed using the substrate 101 in FIG. 5A. .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon carbide single crystal, 2 ... Aggregation of screw dislocation, 3 ... Stacking fault, 4 ... Edge dislocation, 5 ... PN diode, 6 ... n < ^- > type epitaxial layer, 7 ... p ^<+> type ^| mold area | region, 8 ... Electrode, 9: Electrode.

Claims

An assembly of screw dislocations (2), stacking faults (3), and edge dislocations (4 ) are included, and the assembly of screw dislocations (2) is the stacking faults (3) or the edge dislocations (4). Silicon carbide single crystal (1) divided in the extension direction of the screw dislocations by
A semiconductor device including an epitaxial layer (6) formed on the surface of the silicon carbide single crystal (1) including the aggregate of screw dislocations (2). A silicon carbide semiconductor device.

The surface of the silicon carbide single crystal substrate containing micropipe defects and screw dislocations is coated with a coating material, and then heat treatment is performed, whereby the screw dislocation aggregate (2) is formed into stacking faults (3) or edge dislocations (4 ) In the extending direction of the screw dislocation,
A device-forming substrate is cut out from the silicon carbide single crystal in which the aggregate of screw dislocations (2) is divided in the extension direction of the screw dislocations by the stacking fault (3) or the edge dislocations (4), A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: a step of forming a semiconductor device including a step of forming an epitaxial layer (6) on a surface of a substrate.