制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法以及制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法以及制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，且更特別地涉及一種能容易地制造具有高雜質(zhì)濃度的碳化硅半導(dǎo)體襯底的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法以及采用這種碳化硅半導(dǎo)體襯底制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，碳化硅(SiC)已經(jīng)日益用作用于半導(dǎo)體器件的材料，以便獲得半導(dǎo)體器件的更高的擊穿電壓、更低的損耗等。碳化硅是一種寬帶隙半導(dǎo)體，其具有比已經(jīng)常規(guī)并廣泛用作用于半導(dǎo)體器件的材料的硅的帶隙寬的帶隙。因此，通過(guò)采用碳化硅作為用于半導(dǎo)體器件的材料，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的更高的擊穿電壓、更低的導(dǎo)通電阻等等。與由硅制成的半導(dǎo)體器件相比，當(dāng)在高溫環(huán)境下使用時(shí)，由碳化硅制成的半導(dǎo)體器件也具有性能劣化較小的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]因?yàn)樘蓟杈哂蟹浅５偷碾s質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，因此難以通過(guò)熱擴(kuò)散工藝以雜質(zhì)摻雜碳化硅。在碳化硅材料中形成有源區(qū)的方法包括將離子注入外延生長(zhǎng)層的方法，以及包括采用摻雜劑氣體添加雜質(zhì)的外延生長(zhǎng)方法(例如參見(jiàn)日本專利公布N0.2002-280573 (PTDI))。
[0004]通常，當(dāng)在碳化硅襯底上形成η型外延層時(shí)，氮?dú)?N2)用作摻雜劑氣體。這種工藝過(guò)程中的生長(zhǎng)溫度通常約不小于1400°C且不大于1700°C。
[0005]但是，氮分子包括氮原子之間的三重鍵。因此難以熱分解氮分子并將作為活性種的氮原子引入碳化硅外延層中。
[0006]引證文獻(xiàn)列表
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]PTD 1:日本專利公布 N0.2002-280573

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問(wèn)題
[0010]提高引入碳化硅外延層的氮原子數(shù)量以由此提高碳化硅外延層中的雜質(zhì)濃度的可能的方法是降低外延生長(zhǎng)過(guò)程中采用的源材料氣體中的碳(C)原子數(shù)量與硅(Si)原子數(shù)量比(C/Si比)。
[0011]通常，在使得源材料氣體中的碳(C)與硅(Si)的C/Si比不小于1.0且不大于1.5的情況下執(zhí)行采用N2氣作為摻雜劑氣體的η型碳化硅膜的外延生長(zhǎng)。這是因?yàn)楫?dāng)N2氣用作摻雜劑氣體且C/Si比高于1.5時(shí)，難以將作為雜質(zhì)的N加入外延層達(dá)到充足的程度。這還因?yàn)楫?dāng)N2氣用作摻雜劑氣體且C/Si比低于1.0時(shí)，雖然可將N作為活性種加入外延層達(dá)到充足的程度，但是認(rèn)為生長(zhǎng)的外延層具有較差的表面形貌。
[0012]因此，如果采用具有比上述常規(guī)值低的C/Si比的源材料氣體執(zhí)行外延生長(zhǎng)以便提高碳化硅外延層中的雜質(zhì)濃度，則認(rèn)為將要獲得的碳化硅外延層具有更差的表面形貌。
[0013]已經(jīng)提出本發(fā)明以解決上述問(wèn)題。本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供一種制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法，其能容易地制造包括具有高雜質(zhì)濃度的η型碳化硅外延膜并具有優(yōu)良表面形貌的碳化硅半導(dǎo)體襯底，以及一種制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法。
[0014]問(wèn)題的解決手段
[0015]本發(fā)明人進(jìn)行了詳盡的研宄以便解決上述問(wèn)題，并發(fā)現(xiàn)可通過(guò)采用氨氣(NH3)作為摻雜劑氣體，并采用具有C原子數(shù)量與Si原子數(shù)量的C/Si比不小于1.6且不大于2.2的源材料氣體生長(zhǎng)η型碳化硅外延層，來(lái)制造包括具有高雜質(zhì)濃度的η型碳化硅外延膜并具有優(yōu)良表面形貌的碳化硅半導(dǎo)體襯底。
[0016]本發(fā)明的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法包括以下步驟:制備碳化硅襯底，采用第一源材料氣體在碳化硅襯底上形成第一碳化硅半導(dǎo)體層，以及采用第二源材料氣體在第一碳化硅半導(dǎo)體層上形成第二碳化硅半導(dǎo)體層，其中在形成第一碳化硅半導(dǎo)體層的步驟以及形成第二碳化硅半導(dǎo)體層的步驟中，氨氣用作摻雜劑氣體，且第一源材料氣體具有不小于1.6且不大于2.2的C/Si比，C/Si比是碳原子數(shù)量與硅原子數(shù)量的比。
[0017]因此，本發(fā)明的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法可容易地制造包括具有高雜質(zhì)濃度的η型碳化硅外延膜且具有優(yōu)良表面形貌的碳化硅半導(dǎo)體襯底。
[0018]第一碳化娃半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)濃度高于第二碳化娃半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)濃度。第一碳化硅半導(dǎo)體層的厚度小于第二碳化硅半導(dǎo)體層的厚度。
[0019]本發(fā)明的制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟:制備碳化硅半導(dǎo)體襯底，以及加工碳化硅半導(dǎo)體襯底。在制備碳化硅半導(dǎo)體襯底的步驟中，借助上述根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法制造碳化硅半導(dǎo)體襯底。
[0020]因此，可抑制由于包括具有高雜質(zhì)濃度的η型外延膜的碳化硅半導(dǎo)體襯底的缺陷和較差表面形貌而造成的碳化硅半導(dǎo)體器件的性能劣化，由此能實(shí)現(xiàn)碳化硅半導(dǎo)體器件的尚良率制造。
[0021]本發(fā)明的有益效果
[0022]根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法，可容易地制造包括具有高雜質(zhì)濃度的η型碳化硅外延膜并具有優(yōu)良表面形貌的碳化硅半導(dǎo)體襯底。而且，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化娃半導(dǎo)體器件的方法，可抑制由于碳化娃半導(dǎo)體襯底的缺陷和較差表面形貌而造成的碳化硅半導(dǎo)體器件的性能劣化。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底的截面圖。
[0024]圖2是制造本實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法的流程圖。
[0025]圖3是制造本實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法中采用的氣相外延設(shè)備的示意圖。
[0026]圖4是制造本實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
[0027]圖5示出借助微分干涉顯微鏡觀察的本實(shí)例的實(shí)例樣品的圖像。
[0028]圖6示出借助微分干涉顯微鏡觀察的本實(shí)例的比較實(shí)例樣品I的圖像。
[0029]圖7示出借助微分干涉顯微鏡觀察的本實(shí)例的比較實(shí)例樣品2的圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下將說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法。根據(jù)本實(shí)施例的制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法是在碳化硅襯底上堆疊具有不同雜質(zhì)濃度的多個(gè)碳化硅外延層而制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法。首先參考圖1，說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底10。根據(jù)本實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底10包括碳化硅襯底1、由碳化硅制成并形成在碳化硅襯底I上的緩沖層2，以及由碳化硅制成并形成在緩沖層2上的漂移層3。
[0031]碳化硅襯底I例如由單晶碳化硅制成。單晶碳化硅例如具有六方晶體結(jié)構(gòu)。碳化硅襯底I具有主表面IA。
[0032]緩沖層2形成在碳化硅襯底I的主表面IA上。緩沖層2具有η型導(dǎo)電性以及0.5 ym的厚度。緩沖層2中的η型雜質(zhì)濃度約為lX1018cm_3。緩沖層2具有主表面2A。
[0033]漂移層3形成在緩沖層2上。漂移層3具有η型雜質(zhì)以及10 μ m的厚度。漂移層3中的η型雜質(zhì)濃度約為7Χ 1015cm_3。漂移層3具有主表面3A，其作為碳化硅半導(dǎo)體襯底10的主表面。
[0034]現(xiàn)在參考圖1和2，說(shuō)明用于制造上述碳化硅半導(dǎo)體襯底的制造本實(shí)施例的碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法。制造碳化硅半導(dǎo)體襯底的方法包括制備碳化硅襯底的步驟(Sll)、利用第一源材料氣體在碳化硅襯底上形成緩沖層的步驟(S12)，以及利用第二源材料氣體在緩沖層上形成漂移層的步驟(S13)。
[0035]首先，在步驟(Sll)中，制備碳化硅襯底I。碳化硅襯底I由單晶碳化硅制成。碳化硅襯底I是盤(pán)形并具有350 μm的厚度。
[0036]隨后，在步驟(S12)中，利用氣相外延設(shè)備在前一步驟(Sll)中制備的碳化硅襯底I上形成緩沖層2。參考圖3，CVD (化學(xué)氣相沉積)設(shè)備100用作本實(shí)施例中的氣相外延設(shè)備。在CVD設(shè)備100中，襯底基座11由感應(yīng)加熱線圈12、石英管13、熱絕緣材料14以及加熱元件15圍繞。具體地，加熱元件15具有中空結(jié)構(gòu)并在其中形成反應(yīng)腔。襯底基座11提供在加熱元件15中，且例如形成為使得碳化硅襯底I的主表面IA在碳化硅襯底I置于其中時(shí)與反應(yīng)腔的表面齊平。熱絕緣膜材料14布置為圍繞加熱元件15的外周。石英管13布置為圍繞熱絕緣膜材料14的外周。感應(yīng)加熱線圈12包括多個(gè)線圈構(gòu)件，且例如提供為卷繞石英管13的外周。當(dāng)高頻電流穿過(guò)作為高頻線圈的感應(yīng)加熱線圈12時(shí)，加熱元件15通過(guò)電磁