碳化硅半導體裝置的制造方法以及碳化硅半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種碳化硅半導體裝置的制造方法以及碳化硅半導體裝置。
【背景技術】
[0002]作為半導體材料，已知有碳化硅的四層周期六方晶體(4H_SiC)等的化合物半導體。作為半導體材料，在使用4H_SiC制作功率半導體裝置時，通過在由4H_SiC構成的半導體基板(以下稱為4H-SiC基板)上使4H-SiC單結晶膜(以下稱為SiC外延膜)外延生長來制作SiC單結晶基板。到目前為止，作為外延生長方法，已知有化學氣相沉積(CVD:Chemical Vapor Deposit1n)法。
[0003]具體來說，通過化學氣相沉積法而層積了 SiC外延膜的SiC單結晶基板，是通過在載氣中熱分解流入到反應爐(燃燒室)內的原料氣體，模仿4H-SiC基板的晶格而使硅(Si)原子連續地堆積而制作的。一般來說，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，適當添加了氮(N2)氣和/或三甲基鋁(TMA)氣體作為摻雜氣體。
[0004]—般來說，外延膜的生長速度為數μm/h左右，不能使其進行高速生長。因此，要生長制作高耐壓設備所需要的厚度為100 μπι以上的外延膜，需要花費很長時間，在工業生產中要求對外延生長速度進行高速化。作為使外延膜高速生長的方法，已知有使用鹵素化合物的鹵化物CVD法。該鹵化物CVD法通過向反應爐內同時導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)氣體來使SiC外延膜生長，從而能夠進行100 μπι/h左右的高速生長(例如參考下述非專利文獻I)。
[0005]現有技術文獻
[0006]非專利文獻
[0007]非專利文獻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，P.1272-1275。
【發明內容】
[0008]技術問題
[0009]然而，發明人通過反復的專心研究的結果發現通過鹵化物CVD法生長的SiC外延膜的結晶性比通過未使用鹵素化合物的通常的CVD法生長的SiC外延膜的結晶性還差。
[0010]本發明為了解決上述現有技術的問題點，其目的在于提供一種在含有鹵素化合物的氣體環境中，能夠提高生長的碳化硅半導體膜的結晶性的碳化硅半導體裝置的制造方法以及碳化硅半導體裝置。
[0011]技術方案
[0012]為了解決上述課題，達成本發明的目的，本發明的碳化硅半導體裝置的制造方法是通過使用由包含硅的氣體、包含碳的氣體以及包含氯的氣體構成的混合氣體環境而進行的化學氣相沉積法，在碳化硅半導體基板上生長碳化硅外延膜的碳化硅半導體裝置的制造方法，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定厚度為止，進行使第一生長速度以固定的比例增加的同時使上述碳化硅外延膜生長的第一生長工序。接下來，在上述第一生長工序之后，到上述碳化硅外延膜的厚度變為比上述第一預定厚度厚的第二預定厚度為止，進行使上述碳化硅外延膜以上述第一生長工序結束時刻的上述第一生長速度以上的第二生長速度生長的第二生長工序。
[0013]另外，本發明的碳化硅半導體裝置的制造方法在上述發明中具有以下特征，將上述第一預定厚度設置為2 μ m以上7.2 μ m以下，將上述第二生長速度設置為75 μ m/時以上。
[0014]另外，本發明的碳化硅半導體裝置的制造方法在上述發明中具有以下特征，在上述第一生長工序中，使上述第一生長速度以12 μ m/時以下的幅度增加。
[0015]另外，本發明的碳化硅半導體裝置的制造方法在上述發明中具有以下特征，上述第二生長工序后的上述碳化硅外延膜的通過X線衍射法所測量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值為上述碳化硅半導體基板的通過X線衍射法所測量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值以下。
[0016]另外，本發明的碳化硅半導體裝置的制造方法在上述發明中具有以下特征，上述第二生長工序后的上述碳化硅外延膜的通過X線衍射法所測量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值為0.008°以下。
[0017]另外，本發明的碳化硅半導體裝置的制造方法在上述發明中具有以下特征，上述碳化硅半導體基板是(0001)晶面相對于結晶軸傾斜約4°的四層周期六方晶體基板。
[0018]另外，為了解決上述課題，達成本發明的目的，本發明的碳化硅半導體裝置具有以下特征。在碳化硅半導體基板上設置有碳化硅外延膜，該碳化硅外延膜通過使用由包含硅的氣體、包含碳的氣體以及包含氯的氣體構成的混合氣體環境進行的化學氣相沉積法而生長。上述碳化硅外延膜的通過X線衍射法所測量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值為上述碳化硅半導體基板的通過X線衍射法所測量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值以下。
[0019]另外，本發明的碳化硅半導體裝置在上述發明中具有以下特征，上述碳化硅外延膜通過X線衍射法所測量的(0002)晶面的X射線搖擺曲線的半幅值為0.008°以下。
[0020]另外，本發明的碳化硅半導體裝置在上述發明中具有以下特征，上述碳化硅半導體基板是(0001)晶面相對于結晶軸傾斜約4°的四層周期六方晶體基板。
[0021]發明效果
[0022]根據本發明的碳化硅半導體裝置的制造方法以及碳化硅半導體裝置，通過使用含有鹵素化合物的氣體環境的化學氣相沉積法，能夠起到快速生長碳化硅半導體膜，且使碳化硅半導體膜具有與碳化硅基板的結晶性幾乎相同程度的高結晶性的效果。
【附圖說明】
[0023]圖1A是表示實施方式的碳化硅半導體裝置的制造方法的概要的流程圖。
[0024]圖1B是表示實施方式的碳化硅半導體裝置在制造過程中的狀態的剖面圖。
[0025]圖2是表示SiC外延膜的生長速度和X射線搖擺曲線半幅值之間的關系的特性圖。
[0026]圖3是表示SiC外延膜的初期生長速度的增加比例和X射線搖擺曲線半幅值之間的關系的特性圖。
[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是表示在實施例的半導體裝置中的SiC外延膜的X射線搖擺曲線的特性圖。
[0029]符號的說明
[0030]I 4H-SiC 基板
[0031]2 SiC 外延膜
[0032]3 導入至反應爐內的氣體
[0033]10 SiC單結晶基板
【具體實施方式】
[0034]以下參考附圖，對本發明的碳化硅半導體裝置的制造方法以及碳化硅半導體裝置優選的實施方式進行詳細說明。在本說明書以及附圖中，前綴有η或P的層和區域，分別表示電子或空穴為多數載流子。并且，標記于η或P的+和-分別表示雜質濃度比未標記+和-的層和區域的雜質濃度高和低。應予說明，在以下的實施方式的說明以及附圖中，對同樣的結構標記相同的符號，并省略重復說明。
[0035](實施方式)
[0036]對于實施方式的碳化硅半導體裝置的制造方法，以使用碳化硅的四層周期六方晶體(4H_SiC)作為半導體材料而制作(制造)碳化硅半導體裝置的情況為例進行說明。圖1A是表示實施方式的碳化硅半導體裝置的制造方法的概要的流程圖。圖1B是表示實施方式的碳化硅半導體裝置在制造過程中的狀態的剖面圖。首先，準備由4H_SiC構成的基板(4H-SiC基板)1，通過一般的有機洗凈法和/或RCA洗凈法進行洗凈(步驟SI)。4H_SiC基板I例如可以使用以(0001)晶面(即Si面)相對于結晶軸傾斜例如約4°的(有傾斜角)面為主面的碳化娃體基板(bulk substrate)。
[0037]接下來，在用于通過化學氣相沉積(CVD)法生長4H_SiC單結晶膜(以下稱為SiC外延膜(碳化硅半導體膜))2的反應爐(燃燒室，未圖示)內，插入4H-SiC基板1(步驟S2)。接下來，進行真空排氣直到反應爐內的真空度變為例如IXlO3Pa以下。接下來，向反應爐內以例如20L/分鐘的流量導入用一般