制造碳化硅外延基板的方法、制造碳化硅半导体装置的方法以及制造碳化硅外延基板的设备制造方法及图纸

在形成碳化硅层的步骤中，当X轴代表以百分比表示通过将硅烷的流量除以氢气的流量而获得的值的第一值且Y轴代表以sccm表示氨气的流量的第二值时，所述第一值和所述第二值落在由XY平面坐标中的第一坐标、第二坐标、第三坐标和第四坐标包围的四边形区域内。所述第一坐标为(0.05，6.5×10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造碳化硅外延基板的方法、制造碳化硅半导体装置的方法以及制造碳化硅外延基板的设备
本公开涉及制造碳化硅外延基板的方法、制造碳化硅半导体装置的方法以及制造所述碳化硅外延基板的设备。本申请要求基于2015年9月29日提交的日本专利申请2015-191489号的优先权，并通过引用将其全部内容并入本文中。
技术介绍
日本特开2014-170891号公报(专利文献1)公开了在碳化硅单晶基板上外延生长碳化硅层的方法。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-170891号公报
技术实现思路
本公开的制造碳化硅外延基板的方法包括如下步骤。将碳化硅单晶基板放置在反应室中的步骤。通过向反应室供应包含硅烷、氨气和氢气的混合气体而在碳化硅单晶基板上形成碳化硅层的步骤。碳化硅单晶基板具有100mm以上的最大直径。在形成碳化硅层的步骤中，当X轴代表以百分比表示通过将硅烷的流量除以氢气的流量而获得的值的第一值且Y轴代表以sccm表示氨气的流量的第二值时，第一值和第二值落在由XY平面坐标中的第一坐标、第二坐标、第三坐标和第四坐标包围的四边形区域内。第一坐标为(0.05，6.5×10-4)。第二坐标为(0.05，4.5×10-3)。第三坐标为(0.22，1.2×10-2)。第四坐标为(0.22，1.3×10-1)。在形成碳化硅层20之后，碳化硅层20的载流子浓度的平均值为1×1015cm-3以上且2×1016cm-3以下。本公开的制造碳化硅外延基板的设备包括反应室、气体供应部和控制部。反应室构造为能够加热碳化硅单晶基板。气体供应部构造为能够向反应室供应包含硅烷、氨气和氢气的混合气体。控制部构造为能够控制从气体供应部供应到反应室的混合气体的流量。控制部构造为能够控制硅烷的流量、氨气的流量和氢气的流量，使得当X轴代表以百分比表示通过将硅烷的流量除以氢气的流量而获得的值的第一值且Y轴代表以sccm表示氨气的流量的第二值时，第一值和第二值落在由XY平面坐标中的第一坐标、第二坐标、第三坐标和第四坐标包围的四边形区域内。第一坐标为(0.05，6.5×10-4)。第二坐标为(0.05，4.5×10-3)。第三坐标为(0.22，1.2×10-2)。第四坐标为(0.22，1.3×10-1)。附图说明图1为示出本实施方案的制造碳化硅外延基板的设备的构造的局部示意剖视图。图2显示了在本实施方案的制造碳化硅外延基板的方法中SiH4流量/H2流量(％)与NH3流量(sccm)之间的关系。图3为示意性显示本实施方案的制造碳化硅外延基板的方法的流程图。图4为显示本实施方案的制造碳化硅外延基板的方法的第一步骤的示意剖视图。图5为显示本实施方案的制造碳化硅外延基板的方法的第二步骤的示意剖视图。图6为示意性显示本实施方案的制造碳化硅半导体装置的方法的流程图。图7为显示本实施方案的制造碳化硅半导体装置的方法的第一步骤的示意剖视图。图8为显示本实施方案的制造碳化硅半导体装置的方法的第二步骤的示意剖视图。图9为显示本实施方案的制造碳化硅半导体装置的方法的第三步骤的示意剖视图。图10显示了各个评价样品在制造碳化硅外延基板的方法中的SiH4流量/H2流量(％)与NH3流量(sccm)之间的关系。具体实施方式[本公开实施方案的概述]首先将对本公开的实施方案进行说明。在下面的说明中，相同或相应的元件被赋予相同的附图标记，并且不重复进行说明。关于本说明书中的晶体学指标，个别取向用[]表示，集合取向用<>表示，并且个别面用()表示，且集合面用{}表示。晶体学负指数通常通过将“-”(横杠)置于数字之上来表示；然而，在本说明书中，通过在数字之前加负号表示晶体学负指数。(1)本公开的制造碳化硅外延基板100的方法包含如下步骤。将碳化硅单晶基板10放置在反应室201中的步骤。通过向反应室201供应包含硅烷、氨气和氢气的混合气体而在碳化硅单晶基板10上形成碳化硅层20的步骤。碳化硅单晶基板10具有100mm以上的最大直径。在形成碳化硅层的步骤中，当X轴代表以百分比表示通过将硅烷的流量除以氢气的流量而获得的值的第一值且Y轴代表以sccm表示氨气的流量的第二值时，第一值和第二值落在由XY平面坐标中的第一坐标、第二坐标、第三坐标和第四坐标包围的四边形区域内。第一坐标为(0.05，6.5×10-4)。第二坐标为(0.05，4.5×10-3)。第三坐标为(0.22，1.2×10-2)。第四坐标为(0.22，1.3×10-1)。在形成碳化硅层20的步骤之后，碳化硅层20的载流子浓度的平均值为1×1015cm-3以上且2×1016cm-3以下。需要说明的是，流量的单位“sccm(标准cc/分钟)”表示标准条件(0℃，101.3kPa)下的流量“cc/分钟”。用于制造碳化硅半导体装置的碳化硅外延基板需要在保持平均载流子浓度落在碳化硅半导体装置所需的特定范围内的同时，实现载流子浓度的优异的面内均匀性和碳化硅层表面的优异的平坦性。近年来，除了实现上述特性之外，还要求在高速下生长碳化硅层。然而，如果简单地增加碳化硅层的生长速率，则碳化硅层表面的平坦性可能劣化。而且，为了保持碳化硅层表面的优异的平坦性，碳化硅层的平均载流子浓度可能落在功率器件所要求的范围之外。换而言之，在保持碳化硅层的平均载流子浓度落在碳化硅半导体装置所需的特定范围内的同时，实现碳化硅层的高速生长、碳化硅层表面的优异的平坦性以及载流子浓度的优异的面内均匀性是非常困难的。本专利技术人对于制造满足上述要求的碳化硅外延基板的方法进行了勤奋研究，结果获得了如下知识，并且发现了本公开的一个实施方案。具体地，已经发现，满足上述要求的碳化硅外延基板能够通过如下而实现：使用硅烷作为原料气体，使用氢气作为载气，并使用氨气作为掺杂剂气体；以及控制硅烷流量/氢气流量和氨气流量落在一定范围内。具体地，当X轴代表以百分比表示通过将硅烷的流量除以氢气的流量而获得的值的第一值，且Y轴代表以sccm表示氨气的流量的第二值时，控制硅烷的流量、氢气的流量和氨气的流量，使得第一值和第二值落在由XY平面坐标中的第一坐标、第二坐标、第三坐标和第四坐标包围的四边形区域内。因此，能够在提高碳化硅层表面的平坦性和载流子浓度的面内均匀性的同时，实现碳化硅层的高速生长。(2)在根据(1)所述的制造碳化硅外延基板100的方法中，反应室201可以包括在碳化硅单晶基板10上方的第一加热区域213和位于第一加热区域213上游的第二加热区域214。在形成碳化硅层20的步骤中，第二加热区域214可以具有氨气的分解温度以上的温度。由此，能够在碳化硅单晶基板的上游将氨气热分解，由此能够提高载流子浓度的面内均匀性。(3)在根据(2)所述的制造碳化硅外延基板100的方法中，第二加热区域214在混合气体的流动方向上具有60mm以上的长度。由此，氨气能够在宽的区域内热分解，因此能够提高载流子浓度的面内均匀性。(4)根据本公开的制造碳化硅半导体装置300的方法包含如下步骤。准备通过(1)～(3)中任一项所述的方法制造的碳化硅外延基板的步骤。对所述碳化硅外延基板进行加工的步骤。(5)根据本公开的制造碳化硅外延基板100的设备200包括反应室201、气体供应部235和控制部245。反应室20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造碳化硅外延基板的方法，所述方法包含：将碳化硅单晶基板放置在反应室中的步骤；以及通过向所述反应室供应包含硅烷、氨气和氢气的混合气体而在所述碳化硅单晶基板上形成碳化硅层的步骤，所述碳化硅单晶基板具有100mm以上的最大直径，在所述形成碳化硅层的步骤中，当X轴代表以百分比表示通过将所述硅烷的流量除以所述氢气的流量而获得的值的第一值且Y轴代表以sccm表示所述氨气的流量的第二值时，所述第一值和所述第二值落在由XY平面坐标中的第一坐标、第二坐标、第三坐标和第四坐标包围的四边形区域内，所述第一坐标为(0.05，6.5×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.29 JP 2015-1914891.一种制造碳化硅外延基板的方法，所述方法包含：将碳化硅单晶基板放置在反应室中的步骤；以及通过向所述反应室供应包含硅烷、氨气和氢气的混合气体而在所述碳化硅单晶基板上形成碳化硅层的步骤，所述碳化硅单晶基板具有100mm以上的最大直径，在所述形成碳化硅层的步骤中，当X轴代表以百分比表示通过将所述硅烷的流量除以所述氢气的流量而获得的值的第一值且Y轴代表以sccm表示所述氨气的流量的第二值时，所述第一值和所述第二值落在由XY平面坐标中的第一坐标、第二坐标、第三坐标和第四坐标包围的四边形区域内，所述第一坐标为(0.05，6.5×10-4)，所述第二坐标为(0.05，4.5×10-3)，所述第三坐标为(0.22，1.2×10-2)，所述第四坐标为(0.22，1.3×10-1)，在所述形成碳化硅层的步骤之后，所述碳化硅层的载流子浓度的平均值为1×1015cm-3以上且2×1016cm-3以下。2.根据权利要求1所述的制造碳化硅外延基板的方法，其中，所述反应室包括在所述碳化硅单晶基板上方的第一加热区域和位于所述第一加热区域上游的第二加热区域，且在所述形成碳化硅层的步骤中，所述第二加热区域具有所述氨气的分解温度以上的温度。3.根据权利要求2所述的制造碳化硅外延基板的方法，其中，所述第二加热区域在所述混合气体的流动方向上具有60mm以上的长度。4.一种制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：和田圭司，土井秀之，伊东洋典，
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