外延碳化硅晶片的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及外延碳化硅晶片的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化硅（以下，標記為SiC)的耐熱性以及機械強度優(yōu)良，物理、化學(xué)上穩(wěn)定，因此作 為耐環(huán)境性半導(dǎo)體材料受到矚目。而且，近年來，作為高頻高耐壓電子器件等的基板，對外 延SiC晶片的需求增高。
[0003] 在使用SiC單晶基板（以下，稱為SiC基板)制作電力器件、高頻器件等的情況下，一 般是:通常在SiC基板上利用被稱為熱CVD法(熱化學(xué)蒸鍍法)的方法使SiC薄膜外延生長;或 者，通過離子注入法直接注入摻雜物;但是在后者的情況下，由于在注入后需要進行高溫下 的退火，因此多采用利用外延生長來進行薄膜形成。
[0004] 在使上述SiC的外延膜生長時，如果在SiC基板表面上存在晶體的紊亂，則會在外 延膜中形成由其引起的層疊缺陷，因此在外延膜中存在該層疊缺陷和所謂的通常的外延缺 陷。通過兼顧上述層疊缺陷與上述外延缺陷，由此確定外延碳化硅晶片對于在其上形成的 電子器件的影響、即外延碳化硅晶片的性能。
[0005] 作為上述外延缺陷，已知有三角形缺陷、胡蘿卜型缺陷、彗星型缺陷等作為代表性 的缺陷。如果在器件內(nèi)部存在這些缺陷，則會作為使器件特性和可靠性劣化的所謂的殺傷 缺陷發(fā)揮作用，因此強烈要求降低這些缺陷?，F(xiàn)狀是:上述外延缺陷每lcm 2為約數(shù)個~約10 個的水平，但是器件中所包含的外延缺陷數(shù)必須實質(zhì)上為零，因此目前處于具有大于約5mm 見方的面積的器件的成品率極端降低、難以制作的狀況。
[0006] 近年來，關(guān)于三角形缺陷和胡蘿卜型缺陷，結(jié)構(gòu)分析得以進行，其形成原因正在慢 慢弄清楚(參考非專利文獻1)，雖然判斷彗星型缺陷由3C-SiC形成，但成因還有很多不明確 的地方(參考非專利文獻2)。另外，外延缺陷的大約一半為彗星型缺陷，具有與其他缺陷相 比占據(jù)更大面積的傾向，因此需要盡早確定降低該彗星型缺陷的對策。被期待今后應(yīng)用于 器件的外延SiC晶片如果不能降低特別是彗星型缺陷，則雖然能夠制作較小面積的器件，但 難以應(yīng)對具有約5_見方以上的面積的大型器件。
[0007] 專利文獻1的特征在于，在抑制了碳的供給的反應(yīng)室內(nèi)條件下使SiC基板在氬氣氛 下升溫至外延生長溫度，對基板表面進行氬處理，由此抑制Si微滴。
[0008] 專利文獻2的特征在于，在不活潑氣體氣氛或真空中，在1700°C~2200°C下對碳化 硅基板進行加熱處理，由此通過將該碳化硅基板的基底面位錯的頂端部轉(zhuǎn)換成貫穿刃狀位 錯，從而更加確實地將基底面位錯轉(zhuǎn)換成貫穿刃狀位錯。
[0009] 專利文獻3的特征在于，對以0.4°~5°的偏斜角傾斜的4H_SiC單晶基板進行研磨， 在氫氣氛下使上述研磨后的基板達到1400~1600°C來對其表面進行潔凈化，由此抑制臺階 聚并(step bunching)的發(fā)生。
[0010] 專利文獻4的特征在于，將與〈0001〉面的傾斜角小于5°的碳化硅塊狀基板在還原 性氣體氣氛中、在規(guī)定的溫度以及規(guī)定的處理時間的條件下進行退火，在上述還原性氣體 氣氛中降低基板溫度，由此降低胡蘿卜型缺陷以及三角缺陷密度。
[0011] 如上所述，通過兼顧上述層疊缺陷與上述外延缺陷，由此確定外延碳化硅晶片的 性能。但是，專利文獻1~4中公開的發(fā)明僅僅著眼于抑制三角形缺陷、胡蘿卜型缺陷等外延 缺陷或者Sic外延膜的平坦性，降低層疊缺陷的效果不充分。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)文獻 [0013]專利文獻
[0014] 專利文獻1:日本特開2009-274899號公報
[0015] 專利文獻2:日本特開2012-246168號公報
[0016] 專利文獻3:日本特開2011-49496號公報
[0017] 專利文獻4 :W02011/142074號公報
[0018]非專利文獻
[0019] 非專利文獻l:H.Tsuchida et al. :Phys.Status Solidi B246，No7,1553(2009).
[0020] 非專利文獻2:T·Okada et al ·〖Materials Science and Engineering A361 67 (2003).

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 發(fā)明所要解決的問題
[0022] 本發(fā)明提供在SiC基板上使SiC外延生長來制造外延SiC晶片時，能夠得到具有與 以往相比進一步降低了層疊缺陷以及彗星型缺陷的高品質(zhì)外延膜的外延SiC晶片的方法。 [0023]用于解決問題的手段
[0024] 本發(fā)明者們查明，外延SiC晶片中的外延膜中的彗星型缺陷的形成原因之一是以 在外延生長前飛到SiC基板上的石墨的粒子作為核而產(chǎn)生的3C_SiC。即認為:在使SiC的外 延膜生長時，通常在生長前使作為載氣的氫氣流入來形成生長時的壓力氣氛，但例如生長 爐如果為石墨制，則通過該氫氣使石墨被蝕刻，石墨粒子飛到SiC基板上從而成為形成彗星 型缺陷的主要原因。
[0025] 另一方面，通過在生長前使作為載氣的氫氣流入來蝕刻SiC基板，由此除去上述 SiC基板表面的晶體的紊亂。認為由于該氫氣的作用，能夠降低層疊缺陷。
[0026] 因此，發(fā)現(xiàn):在如果外延生長前使像氫氣這樣的具有蝕刻作用的氣體微量流入，形 成外延生長前的氣氛，從而在抑制石墨粒子產(chǎn)生的同時蝕刻SiC基板表面，則能夠降低彗星 型缺陷以及層疊缺陷，由此完成了本發(fā)明。
[0027] 即，本發(fā)明的目的通過以下構(gòu)成實現(xiàn)。
[0028] (1)-種外延碳化硅晶片的制造方法，其是在生長爐內(nèi)的碳化硅單晶基板上通過 熱CVD法使碳化硅外延生長，其特征在于，
[0029] 在外延生長的開始前流入到生長爐中的生長前氣氛氣體含有氫氣，余量為不活潑 氣體和不可避免的雜質(zhì)，
[0030] 其中，氫氣的含量相對于不活潑氣體為0.1~10.0體積％。
[0031] (2)根據(jù)（1)所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，生長前氣氛氣體還 含有相對于上述不活潑氣體合計為0.1~1.0體積％的硅烷系氣體或烴系氣體中的至少任 意一種。
[0032] (3)根據(jù)（1)或(2)所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，生長前氣氛氣 體還含有相對于不活潑氣體合計為0.1~1.0體積％的氯化硅系氣體、氯化烴氣體以及四氯 化碳氣體中的至少一種。
[0033] (4)根據(jù)（1)所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，不活潑氣體為氬氣 或氦氣。
[0034] (5)根據(jù)(2)所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，硅烷系氣體的成分 由SixHy(其中，x、y為1以上的整數(shù))表示的化合物構(gòu)成。
[0035] (6)根據(jù)(2)所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，烴系氣體的成分由 CxHy(x、y為1以上的整數(shù))表示的化合物構(gòu)成。
[0036] (7)根據(jù)(3)所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，氯化硅系氣體的成 分由SixHyClz(其中，x、z為1以上的整數(shù);y為0以上的整數(shù))表示的化合物構(gòu)成。
[0037] (8)根據(jù)(3)所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，氯化烴氣體的成分 由CxHyClz(其中，x、y、z為1以上的整數(shù))表示的化合物構(gòu)成。
[0038] (9)根據(jù)（1)~(8)中任一項所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，碳化 硅單晶基板具有相對于(0001)面向〈11-20〉方向傾斜的角度為4°以下的偏斜角度。
[0039] (10)根據(jù)（1)~(9)中任一項所述的外延碳化硅晶片的制造方法，其特征在于，通 過使用了石墨制的生長爐的感應(yīng)加熱方式的熱CVD法使碳化硅外延生長。
[0040] 發(fā)明效果
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的外延SiC晶片的制造方法，能夠提供與以往相比進一步降低外延膜 中的彗星型缺陷等外延缺陷以及層置缺陷、從而具有尚品質(zhì)外延I旲的外延SiC晶片。
[0042] 另外，本發(fā)明的制造方法中，通過熱CVD法形成外延膜，因此能夠得到裝置構(gòu)成容 易、控制性也優(yōu)良、均勾性、重現(xiàn)性尚的外延SiC晶片。
[0043] 此外，使用了通過本發(fā)明得到的外延SiC晶片的器件是在降低了彗星型缺陷的高 品質(zhì)外延膜上形成的，因此其特性以及成品率提高。
【附圖說明】
[0044] 圖1是表示通過本發(fā)明的第1實施方式進行外延生長時的生長次序的圖。
[0045] 圖2是表示通過本發(fā)明的第2實施方式進行外延生長時的生長次序的圖。
[0046] 圖3是表