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外延碳化硅單晶基板的制造方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201180055581.3

申請日:

2011.11.15

公開號:

CN103228827B

公開日:

2015.01.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):H01L 21/205登記生效日:20180518變更事項:專利權人變更前權利人:新日鐵住金株式會社變更后權利人:昭和電工株式會社變更事項:地址變更前權利人:日本東京變更后權利人:日本東京|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):C30B 29/36申請日:20111115|||公開
IPC分類號: H01L21/205; C30B29/36; C23C16/42; C30B25/20 主分類號: H01L21/205
申請人: 新日鐵住金株式會社
發明人: 藍鄉崇; 柘植弘志; 勝野正和; 藤本辰雄; 矢代弘克
地址: 日本東京
優先權: 2010.11.17 JP 2010-256495
專利代理機構: 永新專利商標代理有限公司 72002 代理人: 劉鳳嶺;陳建全
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201180055581.3

授權公告號:

|||103228827B||||||

法律狀態公告日:

2018.06.08|||2015.01.21|||2013.08.28|||2013.07.31

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明的課題在于提供一種在偏離角度較小的碳化硅單晶基板上具有表面缺陷等較少的、高品質的碳化硅單晶薄膜的外延碳化硅單晶基板的制造方法。根據本發明,在偏離角度為4°以下的碳化硅單晶基板上具有表面缺陷等較少的、高品質的碳化硅單晶薄膜的外延碳化硅單晶基板的制造方法中,在進行上述外延生長之前,使含有硅和氯的氣體與氫氣一同流動,使硅原子相對于氫氣中的氫原子的濃度達到0.0001%~0.01%,在1550℃~1650℃的溫度下進行0.1μm~1μm的預處理刻蝕,然后形成外延層。

權利要求書

權利要求書
1.   一種外延碳化硅單晶基板的制造方法,其通過在碳化硅單晶基板上外延生長碳化硅而制造外延碳化硅單晶基板,所述制造方法的特征在于:在進行外延生長之前,使含有硅和氯的氣體與氫氣一同流動而進行預處理刻蝕,然后形成外延層。

2.   根據權利要求1所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其特征在于:在所述預處理刻蝕中,含有硅和氯的氣體中的硅原子相對于氫氣中的氫原子的濃度為0.0001%~0.01%。

3.   根據權利要求1所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其特征在于:在所述預處理刻蝕中,含有硅和氯的氣體中的氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度為0.0001%~0.1%。

4.   根據權利要求1所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其特征在于:所述預處理刻蝕中所用的含有硅和氯的氣體為SiHnCl4?n,式中n為0~3的整數。

5.   根據權利要求1所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其特征在于:在1550℃~1650℃的溫度下實施所述預處理刻蝕。

6.   根據權利要求1所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其特征在于:在所述預處理刻蝕中,刻蝕量為0.1μm~1μm。

7.   根據權利要求1所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其特征在于:所述外延生長為熱化學氣相沉積法即CVD法。

8.   根據權利要求1所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其特征在于:所述碳化硅單晶基板的偏離角度為4°以下。

說明書

說明書外延碳化硅單晶基板的制造方法
技術領域
本發明涉及外延碳化硅(SiC)單晶基板的制造方法。
背景技術
碳化硅(SiC)因耐熱性及機械強度優良、物理化學上穩定而作為耐環境性半導體材料引人注目。此外,近年來,作為高頻高耐壓電子器件等的基板,SiC單晶基板的需求高漲。
在采用SiC單晶基板制作電力器件、高頻器件等的情況下,通常,一般采用稱為熱CVD法(熱化學氣相沉積法)的方法而在基板上外延生長SiC薄膜,或采用離子注入法直接注入摻雜劑,但在后者的情況下,在注入后需要高溫退火,因此多通過外延生長形成薄膜。
現在,SiC基板的主流口徑為3英寸及4英寸(76mm及100mm),因此也可在這樣的基板上進行外延生長,但從降低基底面位錯等缺陷密度、而且提高源于SiC錠的基板收率等觀點出發,基板的偏離角度從以往的8°采用大約4°或者在其以下。在具有這樣小的偏離角度的基板上進行外延生長時,一般生長時流動的材料氣體中的碳原子數與硅原子數之比(C/Si比)比以往低。這是為了抑制如下的現象:隨著偏離角度減小,表面的臺階數減少,臺階流動生長難以發生,從而臺階聚集(step bunching)或外延缺陷容易增加。另外,還對不在以往的氫氣中而在含有硅和碳的氫氣中進行生長預處理,從而進一步改善低偏離角度基板上的外延膜的表面狀態進行了研究(非專利文獻1)。在非專利文獻1中,示出了如下內容:對于4°偏離的SiC基板,在氫、氫+丙烷、氫+硅烷的氣氛中進行預處理的刻蝕,然后進行外延生長,通過進行氫+硅烷的預處理刻蝕,比以往改善了外延膜的表面狀態。這說明通過在Si?rich(富硅)狀態下進行刻蝕,表面變性層被除去,同時表面能下降并穩定,因此在開始生長時,抑制了為緩和表面能的臺階聚集或缺陷的發生。可是,一般認為在硅烷分解時,生成多種具有SixHy形態的化合物,由它們之比例決定刻蝕狀態,因而難以重現性良好地控制刻蝕后的表面狀態。此外,在硅烷的濃度局部上升的情況下,硅烷相互鍵合,形成Si微滴(droplet)而殘留在基板上,成為表面缺陷的原因,因此表面狀態惡化。
因此,雖是今后期待著在器件中應用的SiC外延生長基板,但為了使基板的偏離角度從以往的8°變為大約4°或者在其以下,同時得到比以往更為優良的表面狀態,需要在降低C/Si比而進行生長的同時,在氫+硅烷氣氛中進行預處理刻蝕。可是,在該預處理刻蝕中,有難于控制硅烷的分解,難于確保穩定的刻蝕狀態,以及硅烷的濃度局部上升時產生Si微滴的問題,所以很難穩定地形成表面狀態良好的外延膜。再有,在專利文獻1中,記載著在外延生長中,在反應氣體的載氣中含有氯化氫(HCl),或在硅(Si)原料氣體中含有氯(Cl)。這是為了用含有的氯刻蝕外延膜,或通過氯促進Si原料氣體的分解,從而提高外延膜的膜厚或摻雜密度的均勻性。也就是說,專利文獻1并沒有涉及外延生長的預處理。
專利文獻2涉及SiC單晶晶片的制造方法,記載了在CVD生長前,進行基板表面的表面處理(例如化學機械研磨、氫刻蝕等),及在升溫或降溫的途中進行基板表面的刻蝕。但是,沒有公開有關刻蝕的具體的條件。
專利文獻3涉及用原位沉積工藝刻蝕基板表面。專利文獻3的課題是,刻蝕化學物質(HCl、Cl2、HF、HBr等)和含有硅和氫的沉積工藝氣體除了因安全問題而在限定的條件下以外,它們不能一起使用,或具有不相容性(incompatible)。為了解決該課題,記載了使含氫氣體和刻蝕化學物質反應,從而與晶片表面鄰接而形成亞穩態化學物種。記載著亞穩態化學物種生成多種,它們因生長和刻蝕的反應路徑的不同而發生顯著的變動,各自的壽命比較短。但是,沒有公開能夠實現高品質的外延生長這樣的具體條件。此外,亞穩態化學物種由于可生成多種,所以有對基板表面施加不良影響的可能性。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2010?37157號公報
專利文獻2:日本特開2006?321707號公報
專利文獻3:日本特表2009?531872號公報
非專利文獻
非專利文獻1:K.Kojima,S.Kuroda,H.Okumura and K.Arai:Mater.Sci.Forum Vol.556?557(2007)pp85?88.
發明內容
發明所要解決的課題
如上所述,為了使SiC單晶基板的偏離角度從以往的8°變為大約4°或者在其以下,同時得到比以往更為優良的表面狀態,需要在氫+硅烷氣氛中進行預處理刻蝕。可是,在該預處理刻蝕中,因有難以控制硅烷的分解,從而難以確保穩定的刻蝕狀態,進而在硅烷的濃度局部提高時產生Si微滴的問題,因而很難穩定地形成表面狀態良好的外延膜。而且,尚未發現可解決此問題的具體的刻蝕條件。本發明的課題是,鑒于此種狀況,提供一種具有表面狀態優良的高品質外延膜的外延SiC單晶基板的制造方法。
用于解決課題的手段
本發明發現,在進行外延生長之前,使含有硅和氯的氣體與氫氣一同流動而進行預處理刻蝕,然后形成外延層,由此能夠解決上述課題,從而完成了本發明。也就是說,本發明如下:
(1)一種外延碳化硅單晶基板的制造方法,其通過在碳化硅單晶基板上外延生長碳化硅而制造外延碳化硅單晶基板,所述制造方法的特征在于:在進行外延生長之前,使含有硅和氯的氣體與氫氣一同流動而進行預處理刻蝕,然后形成外延層。
(2)根據上述(1)所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其中,在所述預處理刻蝕中,含有硅和氯的氣體中的硅原子相對于氫氣中的氫原子的濃度為0.0001%~0.01%。
(3)根據上述(1)所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其中,在所述預處理刻蝕中,含有硅和氯的氣體中的氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度為0.0001%~0.1%。
(4)根據上述(1)所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其中,所述預處理刻蝕中所用的含有硅和氯的氣體為SiHnCl4?n(式中n為0~3的整數)。
(5)根據上述(1)所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其中,在1550℃~1650℃的溫度下實施所述預處理刻蝕。
(6)根據上述(1)所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其中,在所述預處理刻蝕中,刻蝕量為0.1μm~1μm。
(7)根據上述(1)所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其中,所述外延生長為熱化學氣相沉積法(CVD法)。
(8)根據上述(1)所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法,其中,所述碳化硅單晶基板的偏離角度為4°以下。
發明效果
根據本發明,可提供一種對于偏離角度大約4°或者在其以下的基板上的外延膜,具有表面狀態優良的高品質外延膜的SiC單晶基板。
此外,在本發明的制造方法中,如果采用CVD法,則裝置構成簡單,且控制性也優良,可得到均勻性、重現性高的外延膜。
另外,采用本發明的外延SiC單晶基板的器件由于形成在表面狀態優良的高品質外延膜上,所以其特性及成品率得以提高。
附圖說明
圖1是表示以往的進行外延生長時的典型的生長順序的圖示。
圖2是表示利用本發明的一方法進行外延生長時的生長順序的圖示。
圖3是表示利用本發明的一方法進行外延生長所得到的膜的表面狀態的光學顯微鏡照片。
圖4是表示利用以往方法進行外延生長所得到的膜的表面狀態的光學顯微鏡照片。
具體實施方式
以下對本發明的具體內容進行敘述。
首先,對SiC單晶基板上的外延生長進行敘述。
本發明中適合在外延生長中使用的裝置也可以是臥式CVD裝置。CVD法由于裝置構成簡單,能夠通過氣體的ON(開)/OFF(關)控制生長,因此是外延膜的控制性、重現性優良的生長方法。此外,除CVD法以外,也能夠采用分子束外延法(MBE法)、液相外延法(LPE法)等進行外延生長。
圖1中與氣體的導入時機一同示出了進行以往的外延膜生長時的典型的生長順序。首先,將基板放置在生長爐中,在對生長爐內進行真空排氣后,導入氫氣,將壓力調整到1×104~3×104Pa。然后,一邊使壓力保持恒定一邊提高生長爐的溫度,在達到生長溫度即1550~1650℃后,導入材料氣體即SiH4和C2H4及摻雜氣體即N2而開始生長。SiH4流量為每分鐘40~50cm3,C2H4流量為每分鐘20~40cm3,生長速度為每小時6~7μm。由于通常所利用的外延層的膜厚為10μm左右,所以該生長速度是考慮到生產率而決定的。在生長一定時間而得到所希望的膜厚的時刻,停止SiH4、C2H4及N2的導入,以只流通氫氣的狀態使溫度降低。在溫度降到常溫后,停止氫氣的導入,對生長室內進行真空排氣,向生長室內導入不活潑氣體,在使生長室返回到大氣壓后,取出基板。在以該以往方式進行生長的情況下,沒有特別引入預處理刻蝕的工序,但在直到在氫氣中達到生長溫度的期間,必然進行氫氣中的刻蝕處理。
接著,按圖2的生長順序例子對本發明的內容進行說明。在該例子中,放置SiC單晶基板,在對生長爐內進行真空排氣后,導入氫氣,將壓力調整到1×104~3×104Pa。然后,一邊使壓力保持恒定一邊提高生長爐的溫度,在達到生長溫度即1550~1650℃時,導入SiHnCl4?n氣體(式中n為0~3的整數)。此時,SiHnCl4?n氣體的導入量從得到良好的生長前的表面狀態的觀點出發,可以為0.3cm3/分鐘~30cm3/分鐘,優選為3cm3/分鐘~30cm3/分鐘。此外,氫氣的導入量可以為100L/分鐘~200L/分鐘,優選為140L/分鐘~160L/分鐘。在以此狀態進行了10~30分鐘左右的預處理刻蝕后,停止SiHnCl4?n氣體的導入,導入材料氣體即SiH4和C2H4及摻雜氣體即N2而開始生長。其后的順序與圖1的情況相同。這里,作為SiHnCl4?n氣體,具體可列舉出四氯化硅(SiCl4)、三氯硅烷(SiHCl3)、二氯硅烷(SiH2Cl2)及氯硅烷(SiH3Cl),可以單獨采用它們中的1種,也可以混合使用2種以上。此外,對于材料氣體的種類沒有特別的限制,除上述的單硅烷和乙烯以外,作為硅源氣體,也可以采用乙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷等,作為碳源氣體,也可以采用丙烷、甲烷、乙烷、乙炔等。另外,對于載氣或摻雜氣體等的種類也沒有特別的限制。再有,在上述圖2中,示出了預處理刻蝕中采用的含有硅和氯的氣體為SiHnCl4?n的情況,但也可以將混合有單硅烷或乙硅烷和氯或氯化氫的氣體適用于預處理刻蝕。關于此時的這些混合氣體的導入量或氫氣的導入量等,與上述的SiHnCl4?n氣體的情況相同。
這樣一來,通過使SiHnCl4?n氣體等含有硅和氯的氣體與氫氣一同流動而進行預處理刻蝕,此后的外延生長膜的表面狀態與采用硅烷的生長前刻蝕的情況相比更為改善。這可以考慮如下。在硅烷的情況下,可認為如果發生分解,則生成多種具有SixHy形態的化合物,它們之比例決定刻蝕狀態,因此可以認為難以重現性良好地控制刻蝕速度及刻蝕后的表面狀態。可是,在SiHnCl4?n氣體等的情況下,可以認為如果發生分解,則成為在氣相中穩定的SiCl2形態,能夠根據SiHnCl4?n氣體等的流量控制向基板表面的SiCl2的供給量,因此可重現性良好地得到穩定的刻蝕速度和Si?rich的刻蝕狀態,可改善外延膜的表面狀態。另外,也不會發生SiCl2相互結合形成Si微滴,由此也不會使表面缺陷增加。再有,如上所述,在專利文獻1中,公開了在外延生長所用的載氣中含有氯化氫(HCl),或在硅(Si)原料氣體中含有氯(Cl),介紹了用所含的氯刻蝕外延膜,或者利用氯促進Si原料氣體的分解。可是,其目的是提高外延膜的膜厚及摻雜密度的均勻性,與本發明中的SiHnCl4?n氣體等的目的即通過以SiCl2的形態供給,達成穩定的刻蝕速度和Si?rich的刻蝕狀態,由此實現最佳的外延生長前狀態及其效果是根本不同的。
根據本發明,對于具有大約4°或者在其以下的偏離角的基板上的外延膜,可得到表面狀態良好的外延膜,但如果SiHnCl4?n氣體等的量較少,則刻蝕不能充分地進行,因此其流量存在下限。此外,如果過度地增加SiHnCl4?n氣體的量,則有可能形成生長開始而不需要的外延膜。考慮到以上狀況,本發明人進行了研究,結果表明,SiHnCl4?n氣體等含有硅和氯的氣體中的硅原子相對于氫氣中的氫原子的濃度(硅原子數/氫原子數)優選為0.0001%~0.01%,更優選為0.001%~0.01%。此外,SiHnCl4?n氣體等含有硅和氯的氣體中的氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度(氯原子數/氫原子數)優選為0.0001%~0.1%,更優選為0.001%~0.1%。
此外,如果預處理刻蝕時的溫度過低,則不能充分進行刻蝕,如果過高,則有刻蝕后表面粗糙的可能性,因此優選為1550℃~1650℃。另外,通過刻蝕而被除去的量如果過少,則表面狀態的改善效果并不充分,如果過多,則有表面凸凹增加的可能性,因此優選在厚度方向以0.1μm~1μm的范圍刻蝕SiC單晶基板的表面,更優選為0.3μm~0.6μm。再有,本發明在具有4°以下的偏離角的SiC基板上形成外延膜時可以特別地發揮其效果,但對于偏離角超過4°的基板,當然也具有其效果。此外,偏離角的下限為0°。
適合形成在這樣生長的外延SiC單晶基板上的器件為肖特基勢壘二極管、PIN二極管、MOS二極管、MOS晶體管等專用于電力控制的器件。
實施例
(實施例1)
從3英寸(76mm)晶片用SiC單晶錠上以大約400μm的厚度切片,實施粗切削和利用金剛石磨粒的通常研磨,對這樣得到的具有4H晶型的多型結構(polytype)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。作為生長的順序,將基板放置在生長爐中,在對生長爐內進行真空排氣后,一邊以每分鐘150L導入氫氣一邊將壓力調整到1.0×104Pa。然后,一邊使壓力保持恒定一邊將生長爐的溫度升高到1600℃,以每分鐘3cm3(三氯硅烷中的硅原子和氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度分別為0.001%和0.003%)導入三氯硅烷(SiHCl3),進行大約0.5μm的預處理刻蝕。然后,停止三氯硅烷的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘22cm3(C/Si比為1.1),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。再有,預處理刻蝕形成的SiC單晶基板的刻蝕量,是通過事前實施只進行外延膜的預處理刻蝕的實驗,用FT?IR法(例如Nanometrics公司的FTIR裝置)等測定刻蝕前后的膜厚而算出的值。
圖3中示出了這樣進行外延生長所得到的膜的光學顯微鏡照片(例如采用Olympus公司的MX61顯微鏡的微分干渉照片)。由圖3得知,得到了表面粗糙或缺陷較少的良好的膜。通過AFM(例如プルカ-公司生產的AFM裝置)評價了該外延膜表面,結果表面粗糙度的Ra值(算術平均表面粗糙度:JIS B0601?1994)為0.20nm,其平坦性優良。
(實施例2)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1同樣,在達到1600℃后,以每分鐘6cm3(二氯硅烷中的硅原子和氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度分別為0.002%和0.004%)導入二氯硅烷(SiH2Cl2),進行大約0.5μm的預處理刻蝕。然后,停止二氯硅烷的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘20cm3(C/Si比為1.0),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。這樣進行外延生長所得到的膜為表面粗糙或缺陷較少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值為0.22nm,其平坦性優良。
(實施例3)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1同樣,在達到1600℃后,以每分鐘20cm3(氯硅烷中的硅原子和氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度分別為0.007%)導入氯硅烷(SiH3Cl),進行大約0.6μm的預處理刻蝕。然后,停止氯硅烷的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘16cm3(C/Si比為0.8),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。這樣進行外延生長所得到的膜為表面粗糙或缺陷較少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值為0.25nm,其平坦性優良。
(實施例4)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1同樣,在達到1550℃后,以每分鐘6cm3(二氯硅烷中的硅原子和氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度分別為0.002%和0.004%)導入二氯硅烷(SiH2Cl2),進行大約0.5μm的預處理刻蝕。然后,停止二氯硅烷的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘20cm3(C/Si比為1.0),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。這樣進行外延生長所得到的膜為表面粗糙或缺陷較少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值為0.23nm,其平坦性優良。
(實施例5)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1相同,在達到1650℃后,以每分鐘3cm3(三氯硅烷中的硅原子和氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度分別為0.001%和0.003%)導入三氯硅烷(SiHCl3),進行大約0.6μm的預處理刻蝕。然后,停止三氯硅烷的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘22cm3(C/Si比為1.1),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。這樣進行外延生長所得到的膜為表面粗糙或缺陷較少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值為0.21nm,其平坦性優良。
(實施例6)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1同樣,在達到1600℃后,以每分鐘20cm3(硅烷中的硅原子相對于氫氣中的氫原子的濃度為0.007%)導入硅烷(SiH4),以每分鐘60cm3(氯化氫中的氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度為0.02%)導入氯化氫(HCl),進行大約0.5μm的預處理刻蝕。然后,停止硅烷和氯化氫的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘16cm3(C/Si比為0.8),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。這樣進行外延生長所得到的膜為表面粗糙或缺陷較少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值為0.55nm,其平坦性優良。
(實施例7)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1同樣,在達到1500℃后,以每分鐘3cm3(三氯硅烷中的硅原子和氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度分別為0.001%和0.003%)導入三氯硅烷(SiHCl3),進行大約1.0μm的預處理刻蝕。然后,停止三氯硅烷的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘22cm3(C/Si比為1.1),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。這樣進行外延生長所得到的膜為表面粗糙或缺陷較少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值為0.48nm,其平坦性優良。
(實施例8)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為6°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1同樣,在達到1600℃后,以每分鐘3cm3(三氯硅烷中的硅原子和氯原子相對于氫氣中的氫原子的濃度分別為0.001%和0.003%)導入三氯硅烷(SiHCl3),進行大約0.5μm的預處理刻蝕。然后,停止三氯硅烷的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘20cm3(C/Si比為1.0),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。這樣進行外延生長所得到的膜為表面粗糙或缺陷較少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值為0.21nm,其平坦性優良。
(實施例9~175)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1同樣,但如表1~表6所示那樣變更基板的偏離角、預處理刻蝕量、SiHnCl4?n氣體的氣體種類和濃度。在預處理刻蝕后,停止SiHnCl4?n氣體的導入,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘22cm3(C/Si比為1.1),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。這樣進行外延生長所得到的膜為表面粗糙或缺陷較少的良好的膜,如表1~表6所示,表面粗糙度的Ra值也示出較小的值。再有,表中的濃度(%)表示相對于氫氣中的氫原子的SiHnCl4?n氣體中的硅原子的濃度(Si濃度)和氯原子的濃度(Cl濃度)。
表1

表2

表3

表4

表5

表6

(比較例1)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1相同,但不進行使含有硅和氯的氣體流動的預處理刻蝕,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘22cm3(C/Si比為1.1),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。圖4中示出了這樣進行外延生長所得到的膜的光學顯微鏡照片。由圖4得知,為三角形缺陷較多、表面粗糙度較大的膜,表面粗糙度的Ra值為1.5nm,表現出較大的值。
(比較例2)
與實施例1同樣地,對進行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型結構的3英寸(76mm)的SiC單晶基板的Si面實施外延生長。基板的偏離角為4°。直到生長預處理開始的順序、溫度、氫氣的導入等與實施例1相同,但在達到1600℃后,以每分鐘3cm3(硅烷中的硅原子相對于氫氣中的氫原子的濃度為0.001%)導入硅烷(SiH4),進行大約0.5μm的預處理刻蝕。然后,將SiH4流量調整為每分鐘40cm3,將C2H4流量調整為每分鐘22cm3(C/Si比為1.1),進而將摻雜氣體即N2流量調整為每分鐘1cm3,使外延層生長大約10μm。在這樣進行外延生長所得到的膜上,與圖4同樣地觀察到較多被認為起因于預處理刻蝕的不穩定性或Si微滴的缺陷或凹坑,表面粗糙度的Ra值為1.1nm,表現出較大的值。
產業上的可利用性
根據本發明,在SiC單晶基板上進行外延生長時,可穩定地制作具有表面狀態良好的高品質外延膜的外延SiC單晶基板。因此,如果在這樣的基板上形成電子器件,則能夠期待提高器件的特性及成品率。

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外延 碳化硅 單晶基板 制造 方法
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