外延晶片及其制造方法技术

一种外延晶片(100)，包括具有第一主表面(101)的碳化硅膜(120)。凹槽部(20)形成在第一主表面(101)中。凹槽部(20)沿第一主表面(101)在一个方向上延伸。而且，凹槽部(20)在该一个方向上的宽度是凹槽部(20)在垂直于该一个方向的方向上的宽度的两倍或更大。而且，凹槽部(20)距第一主表面(101)的最大深度不大于10nm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种外延晶片以及制造该外延晶片的方法。
技术介绍
日本专利公布No.2014-17439(专利文献1)公开了一种用于制造外延晶片的半导体制造装置。引用列表专利文献PTD1：日本专利公布No.2014-17439
技术实现思路
根据本公开的外延晶片包括具有第一主表面的碳化硅膜。在碳化硅膜的第一主表面中形成凹槽部。凹槽部沿第一主表面在一个方向上延伸。而且，凹槽部在该一个方向上的宽度是凹槽部在垂直于该一个方向的方向上的宽度的两倍或更大。而且，凹槽部距第一主表面的最大深度不大于10nm。根据本公开的制造外延晶片的方法包括如下步骤：制备具有第二主表面的碳化硅衬底；以及在第二主表面上外延生长碳化硅膜。外延生长碳化硅膜的步骤包括如下步骤：采用具有C/Si比小于1的源材料气体在第二主表面上外延生长第一膜；使用包括(i)具有C/Si比小于1的源材料气体以及(ii)氢气的混合气体重新构建第一膜的表面；以及使用具有C/Si比小于1的源材料气体在第一膜的重新构建的表面上外延生长第二膜。附图说明图1是示出本公开的外延晶片的一部分的横截面视图。图2是示出本公开的外延晶片的一部分的平面视图。图3是示出本公开的外延晶片的一部分的平面视图。图4是示意性示出用于制造本公开的外延晶片的方法的流程图。图5是示出外延生长装置的构造的示意图。图6是示出沿图5中的线段VI-VI截取的截面的示意图。具体实施方式[本公开的实施例的描述]首先列出并描述本公开的实施例。[1]根据本公开的外延晶片100包括具有第一主表面101的碳化硅膜120。凹槽部20形成在第一主表面101中，凹槽部20沿第一主表面101在一个方向上延伸，在该一个方向上的凹槽部20的宽度是在垂直于该一个方向的方向上的凹槽部20的宽度的两倍或更大，凹槽部20距第一主表面101的最大深度不大于10nm。以下，将凹槽部20在该一个方向上的宽度称为“第二宽度82”，将凹槽部20在垂直于该一个方向的方向上的宽度称为“第三宽度83”，且将凹槽部20距第一主表面101的最大深度称为“第二深度72”。当在碳化硅衬底上外延生长碳化硅膜时，会在碳化硅膜的表面中形成微小的凹坑部。这些凹坑部的每一个都是由于从碳化硅衬底传递至碳化硅膜的穿透位错形成的，且它们是具有约几十纳米深度的凹陷。本专利技术人已经发现这些凹坑部致使形成在碳化硅膜表面的氧化膜的厚度的变化增加，且膜厚度的变化是降低碳化硅半导体装置长期可靠性的一个因素。本专利技术人已经发现可以在特定外延生长条件下抑制凹坑部的形成。根据该生长条件，凹坑部减少，但是会形成比凹坑部浅且在一个方向上延伸的多个凹槽部。但是，这些凹槽部比凹坑部浅且因此与凹坑部的影响相比具有对氧化膜的膜厚度较小的影响。在上述外延晶片100中，在碳化硅膜120的第一主表面101中将凹槽部20形成为在一个方向上延伸使得第二宽度82与第三宽度83的比不小于2，且具有不大于10nm的第二深度72。即，通过控制碳化硅膜120的外延生长的条件等，外延晶片100具备比各具有几十纳米深度的上述凹坑部更多数量的凹槽部20。因此，根据外延晶片100，与其中形成大量凹坑部的常规外延晶片相比，可减小氧化膜的膜厚度的变化。可通过使用预定缺陷检查装置观察第一主表面101而指定“凹槽部”的形状。因此，可测量凹槽部20的第二宽度82以及第三宽度83。对于缺陷检查装置来说，例如可采用Lasertec公司提供的WASAVI系列“SICA6X”(物镜：x10)。而且，可使用AFM(原子力显微镜)测量“凹槽部”的深度。[2]在上述外延晶片100中，凹槽部20可包括第一凹槽部21以及连接至第一凹槽部21的第二凹槽部22。第一凹槽部21在该一个方向上形成在凹槽部20的一端部中。第二凹槽部22可在该一个方向上从第一凹槽部21延伸至与该一个端部相反的另一个端部，且作为第二凹槽部22的距第一主表面101的深度的第一深度71可小于作为第一凹槽部21的最大深度的第二深度72。在其中形成具有上述结构的凹槽部20的外延晶片100中，抑制了否则将致使氧化膜的膜厚度变化增大的凹坑部的形成。因此，根据外延晶片100，可减少氧化膜的膜厚度变化。[3]外延晶片100可进一步包括具有相对于(0001)面具有不大于±4°的偏离角的第二主表面102的碳化硅衬底110。碳化硅膜120可以是形成在第二主表面102上的碳化硅单晶膜，且凹槽部20可形成为在台阶流动生长方向上从碳化硅膜120中的穿透位错40延伸，所述台阶流动生长方向为沿着偏离角的偏离方向如上所述，凹槽部20可形成为在台阶流动生长方向上延伸。在其中形成了这样的凹槽部20的外延晶片100中，抑制了否则将致使碳化硅半导体装置的长期可靠性降低的微小凹坑的形成。因此，根据外延晶片100，可减小氧化膜的膜厚度的变化。[4]在外延晶片100中，偏离方向可以处于相对于<11-20>方向不大于±5°的范围。因此，第二主表面102可在预定偏离方向上相对于(0001)面倾斜。[5]在外延晶片100中，偏离方向可以处于相对于<01-10>方向不大于±5°的范围。因此，第二主表面102可在预定偏离方向上相对于(0001)面倾斜。[6]一种根据本公开的制造外延晶片的方法，包括如下步骤：制备具有第二主表面102的碳化硅衬底110(S10)；以及在第二主表面上外延生长碳化硅膜(S20)。外延生长碳化硅膜的步骤包括如下步骤：使用具有C/Si比小于1的源材料气体在第二主表面102上外延生长第一膜121；使用包括(i)具有C/Si比小于1的源材料气体以及(ii)氢气的混合气体重新构建第一膜121的表面；以及使用具有C/Si比不小于1的源材料气体在第一膜121的重新构建的表面上外延生长第二膜122。在上述[6]中，“C/Si比”代表源材料气体中的碳(C)原子数与硅(Si)原子数的比。“重新构建表面”的表达指示通过由氢气蚀刻以及通过源材料气体的外延生长改变第一膜的表面性质。通过重新构建的步骤，可减小、增加或基本上不改变第一膜的厚度。在重新构建表面的步骤中，与一般外延生长相比可减小源材料气体的流率与氢气流率的比，使得由氢气蚀刻与由源材料气体的外延生长具可比性。例如，考虑调整氢气的流率以及源材料气体的流率以获得约0±0.5μm/h的膜形成速率。上述穿透位错包括穿透螺旋位错、穿透边缘位错、以及其中混合了这些位错的复合位错。这些位错以下述方式由伯格斯(Burgers)矢量b表达：穿透螺旋位错(b＝<0001>)；穿透边缘位错(b＝1/3<11-20>)；以及复合位错(b＝<0001>+1/3<11-20>)。考虑对氧化膜的膜厚度变化存在影响的凹坑部是由于穿透螺旋位错、穿透边缘位错以及复合位错形成的。由于穿透螺旋位错以及复合位错而形成的凹坑部在具有较深深度的位错周围都涉及相对较大的应力。在上述[6]中，重新构建第一膜的表面，借此可预期获得实现由于穿透螺旋位错以及复合位错而形成浅凹坑部的效果。除此之外，源材料气体的C/Si比从小于1的值改变至不小于1的值且随后生长第二膜。因此，考虑增强实现由穿透螺旋位错和复合位错导致的浅凹坑部的效果。[本公开的实施例的细节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外延晶片，包括具有第一主表面的碳化硅膜，在所述第一主表面中形成有凹槽部，所述凹槽部沿所述第一主表面在一个方向上延伸，所述凹槽部在所述一个方向上的宽度是所述凹槽部在垂直于所述一个方向的方向上的宽度的两倍或更大，所述凹槽部距所述第一主表面的最大深度不大于10nm。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.01 JP 2014-1577171.一种外延晶片，包括具有第一主表面的碳化硅膜，在所述第一主表面中形成有凹槽部，所述凹槽部沿所述第一主表面在一个方向上延伸，所述凹槽部在所述一个方向上的宽度是所述凹槽部在垂直于所述一个方向的方向上的宽度的两倍或更大，所述凹槽部距所述第一主表面的最大深度不大于10nm。2.根据权利要求1所述的外延晶片，其中所述凹槽部包括第一凹槽部以及连接至所述第一凹槽部的第二凹槽部，所述第一凹槽部在所述一个方向上形成在所述凹槽部的一个端部中，以及所述第二凹槽部在所述一个方向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：西口太郎，玄番润，伊东洋典，畑山智亮，土井秀之，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP