碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法以及碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法以及碳化硅半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為半導(dǎo)體材料，已知有碳化硅的四層周期六方晶體(4H_SiC)等的化合物半導(dǎo)體。作為半導(dǎo)體材料，在使用4H_SiC制作功率半導(dǎo)體裝置時(shí)，通過(guò)在由4H_SiC構(gòu)成的半導(dǎo)體基板(以下稱為4H-SiC基板)上使4H-SiC單結(jié)晶膜(以下稱為SiC外延膜)外延生長(zhǎng)來(lái)制作SiC單結(jié)晶基板。到目前為止，作為外延生長(zhǎng)方法，已知有化學(xué)氣相沉積(CVD:Chemical Vapor Deposit1n)法。
[0003]具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法而層積了 SiC外延膜的SiC單結(jié)晶基板，是通過(guò)在載氣中熱分解流入到反應(yīng)爐(燃燒室)內(nèi)的原料氣體，模仿4H-SiC基板的晶格而使硅(Si)原子連續(xù)地堆積而制作的。一般來(lái)說(shuō)，使用硅烷(SiH4)氣體以及二甲基甲烷(C3H8)氣體作為原料氣體，使用氫(H2)氣作為載氣。并且，適當(dāng)添加了氮(N2)氣和/或三甲基鋁(TMA)氣體作為摻雜氣體。
[0004]—般來(lái)說(shuō)，外延膜的生長(zhǎng)速度為數(shù)μm/h左右，不能使其進(jìn)行高速生長(zhǎng)。因此，要生長(zhǎng)制作高耐壓設(shè)備所需要的厚度為100 μπι以上的外延膜，需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，在工業(yè)生產(chǎn)中要求對(duì)外延生長(zhǎng)速度進(jìn)行高速化。作為使外延膜高速生長(zhǎng)的方法，已知有使用鹵素化合物的鹵化物CVD法。該鹵化物CVD法通過(guò)向反應(yīng)爐內(nèi)同時(shí)導(dǎo)入作為原料氣體的硅烷氣體和二甲基甲烷氣體，以及作為添加氣體的氯化氫(HCl)等的含氯(Cl)氣體來(lái)使SiC外延膜生長(zhǎng)，從而能夠進(jìn)行100 μπι/h左右的高速生長(zhǎng)(例如參考下述非專利文獻(xiàn)I)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]非專利文獻(xiàn)
[0007]非專利文獻(xiàn)1:S.Leone 及其他 5 位，Growth of smooth 4H_SiC epilayerson4° off-axis substrates with chloride-based CVD at very high growth rate，Materials Research Bulletin，(荷蘭)，Elsevier Ltd.，2011 年，第 46 卷，第 8 號(hào)，P.1272-1275。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問(wèn)題
[0009]然而，發(fā)明人通過(guò)反復(fù)的專心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)鹵化物CVD法生長(zhǎng)的SiC外延膜的結(jié)晶性比通過(guò)未使用鹵素化合物的通常的CVD法生長(zhǎng)的SiC外延膜的結(jié)晶性還差。
[0010]本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)，其目的在于提供一種在含有鹵素化合物的氣體環(huán)境中，能夠提高生長(zhǎng)的碳化硅半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法以及碳化硅半導(dǎo)體裝置。
[0011]技術(shù)方案
[0012]為了解決上述課題，達(dá)成本發(fā)明的目的，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法是通過(guò)使用由包含硅的氣體、包含碳的氣體以及包含氯的氣體構(gòu)成的混合氣體環(huán)境而進(jìn)行的化學(xué)氣相沉積法，在碳化硅半導(dǎo)體基板上生長(zhǎng)碳化硅外延膜的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，具有以下特征。首先，到上述碳化硅外延膜的厚度成為第一預(yù)定厚度為止，進(jìn)行使第一生長(zhǎng)速度以固定的比例增加的同時(shí)使上述碳化硅外延膜生長(zhǎng)的第一生長(zhǎng)工序。接下來(lái)，在上述第一生長(zhǎng)工序之后，到上述碳化硅外延膜的厚度變?yōu)楸壬鲜龅谝活A(yù)定厚度厚的第二預(yù)定厚度為止，進(jìn)行使上述碳化硅外延膜以上述第一生長(zhǎng)工序結(jié)束時(shí)刻的上述第一生長(zhǎng)速度以上的第二生長(zhǎng)速度生長(zhǎng)的第二生長(zhǎng)工序。
[0013]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中具有以下特征，將上述第一預(yù)定厚度設(shè)置為2 μ m以上7.2 μ m以下，將上述第二生長(zhǎng)速度設(shè)置為75 μ m/時(shí)以上。
[0014]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中具有以下特征，在上述第一生長(zhǎng)工序中，使上述第一生長(zhǎng)速度以12 μ m/時(shí)以下的幅度增加。
[0015]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中具有以下特征，上述第二生長(zhǎng)工序后的上述碳化硅外延膜的通過(guò)X線衍射法所測(cè)量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值為上述碳化硅半導(dǎo)體基板的通過(guò)X線衍射法所測(cè)量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值以下。
[0016]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中具有以下特征，上述第二生長(zhǎng)工序后的上述碳化硅外延膜的通過(guò)X線衍射法所測(cè)量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值為0.008°以下。
[0017]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法在上述發(fā)明中具有以下特征，上述碳化硅半導(dǎo)體基板是(0001)晶面相對(duì)于結(jié)晶軸傾斜約4°的四層周期六方晶體基板。
[0018]另外，為了解決上述課題，達(dá)成本發(fā)明的目的，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置具有以下特征。在碳化硅半導(dǎo)體基板上設(shè)置有碳化硅外延膜，該碳化硅外延膜通過(guò)使用由包含硅的氣體、包含碳的氣體以及包含氯的氣體構(gòu)成的混合氣體環(huán)境進(jìn)行的化學(xué)氣相沉積法而生長(zhǎng)。上述碳化硅外延膜的通過(guò)X線衍射法所測(cè)量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值為上述碳化硅半導(dǎo)體基板的通過(guò)X線衍射法所測(cè)量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值以下。
[0019]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，上述碳化硅外延膜通過(guò)X線衍射法所測(cè)量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值為0.008°以下。
[0020]另外，本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置在上述發(fā)明中具有以下特征，上述碳化硅半導(dǎo)體基板是(0001)晶面相對(duì)于結(jié)晶軸傾斜約4°的四層周期六方晶體基板。
[0021]發(fā)明效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法以及碳化硅半導(dǎo)體裝置，通過(guò)使用含有鹵素化合物的氣體環(huán)境的化學(xué)氣相沉積法，能夠起到快速生長(zhǎng)碳化硅半導(dǎo)體膜，且使碳化硅半導(dǎo)體膜具有與碳化硅基板的結(jié)晶性幾乎相同程度的高結(jié)晶性的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1A是表示實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法的概要的流程圖。
[0024]圖1B是表示實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過(guò)程中的狀態(tài)的剖面圖。
[0025]圖2是表示SiC外延膜的生長(zhǎng)速度和X射線搖擺曲線半幅值之間的關(guān)系的特性圖。
[0026]圖3是表示SiC外延膜的初期生長(zhǎng)速度的增加比例和X射線搖擺曲線半幅值之間的關(guān)系的特性圖。
[0027]圖4是表示4°傾斜基板的X射線搖擺曲線特性圖。
[0028]圖5是表示在實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中的SiC外延膜的X射線搖擺曲線的特性圖。
[0029]符號(hào)的說(shuō)明
[0030]I 4H-SiC 基板
[0031]2 SiC 外延膜
[0032]3 導(dǎo)入至反應(yīng)爐內(nèi)的氣體
[0033]10 SiC單結(jié)晶基板
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下參考附圖，對(duì)本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法以及碳化硅半導(dǎo)體裝置優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在本說(shuō)明書以及附圖中，前綴有η或P的層和區(qū)域，分別表示電子或空穴為多數(shù)載流子。并且，標(biāo)記于η或P的+和-分別表示雜質(zhì)濃度比未標(biāo)記+和-的層和區(qū)域的雜質(zhì)濃度高和低。應(yīng)予說(shuō)明，在以下的實(shí)施方式的說(shuō)明以及附圖中，對(duì)同樣的結(jié)構(gòu)標(biāo)記相同的符號(hào)，并省略重復(fù)說(shuō)明。
[0035](實(shí)施方式)
[0036]對(duì)于實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法，以使用碳化硅的四層周期六方晶體(4H_SiC)作為半導(dǎo)體材料而制作(制造)碳化硅半導(dǎo)體裝置的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。圖1A是表示實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法的概要的流程圖。圖1B是表示實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置在制造過(guò)程中的狀態(tài)的剖面圖。首先，準(zhǔn)備由4H_SiC構(gòu)成的基板(4H-SiC基板)1，通過(guò)一般的有機(jī)洗凈法和/或RCA洗凈法進(jìn)行洗凈(步驟SI)。4H_SiC基板I例如可以使用以(0001)晶面(即Si面)相對(duì)于結(jié)晶軸傾斜例如約4°的(有傾斜角)面為主面的碳化娃體基板(bulk substrate)。
[0037]接下來(lái)，在用于通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)法生長(zhǎng)4H_SiC單結(jié)晶膜(以下稱為SiC外延膜(碳化硅半導(dǎo)體膜))2的反應(yīng)爐(燃燒室，未圖示)內(nèi)，插入4H-SiC基板1(步驟S2)。接下來(lái)，進(jìn)行真空排氣直到反應(yīng)爐內(nèi)的真空度變?yōu)槔鏘XlO3Pa以下。接下來(lái)，向反應(yīng)爐內(nèi)以例如20L/分鐘的流量導(dǎo)入用一般