半导体晶片、半导体芯片及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

半导体晶片具备：碳化硅衬底，其在厚度方向具有均匀的第一载流子浓度；载流子浓度过渡层，其设置于所述碳化硅衬底之上；以及外延层，其设置于所述载流子浓度过渡层之上，在厚度方向具有均匀的第二载流子浓度，所述第二载流子浓度比所述第一载流子浓度低。所述载流子浓度过渡层的载流子浓度在厚度方向具有浓度梯度。所述浓度梯度为如下梯度，即，从所述载流子浓度过渡层的正下方的层与所述载流子浓度过渡层的界面起，膜厚度越增加，载流子浓度越降低，并且所述载流子浓度过渡层的所述膜厚度越增加，载流子浓度越以小的降低率降低。所述载流子浓度过渡层的所述载流子浓度具有落在由第一浓度梯度条件及第二浓度梯度条件夹着的预先确定的浓度范围内的所述浓度梯度。

Manufacturing Methods of Semiconductor Wafers, Semiconductor Chips and Semiconductor Devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体晶片、半导体芯片及半导体装置的制造方法
本专利技术涉及半导体晶片、半导体芯片、及半导体装置的制造方法。
技术介绍
碳化硅作为新一代的功率半导体材料而受到期待。具体而言，在碳化硅衬底之上生长的外延层包含成为功率器件的耐压保持层的漂移层。功率器件用碳化硅衬底在N型的情况下，通常为1018～1019cm-3等级的载流子浓度。相对于此，漂移层的载流子浓度为1015～1016cm-3等级。因此，在功率器件用途中，通常碳化硅衬底的载流子浓度比漂移层的载流子浓度高，为后者的10倍～1000倍左右。碳化硅的晶格常数依赖于载流子浓度。具体而言，载流子浓度越高，晶格常数越小。根据载流子浓度的差异，在漂移层等外延层与碳化硅衬底的界面处，压缩应力作用于外延层。由于该应力，会在外延层产生位错或晶体缺陷。晶体品质降低会妨碍载流子的移动，存在引起器件特性的劣化的风险。作为针对上述问题点的对策已知存在如下技术，即，在使缓冲层外延生长于碳化硅衬底之上后，使漂移层外延生长于该缓冲层之上。由此，能够将具有中间的载流子浓度的缓冲层设置于碳化硅衬底和漂移层之间。例如，日本特开2000-319099号公报的第0050段公开了如下技术，即，使缓冲层的载流子浓度阶梯状地变化、或者使缓冲层的载流子浓度具有连续且线性的梯度。专利文献1：日本特开2000-319099号公报
技术实现思路
为了制造所期望的半导体装置，优选在用作漂移层的外延层的制造时对膜厚度进行高精度管理。在外延层的膜厚度管理中，常使用FT-IR法。FT-IR法是使用了傅立叶变换红外分光光度计的反射干涉解析的简称。FT-IR法的原理为，利用在物质间存在大于或等于一定的折射率差的情况下，在这2个物质的界面处得到红外反射的现象，对膜厚度进行测量。为了通过FT-IR法对外延层的厚度进行测量，在外延层的正下方的层与外延层的界面处需要某种程度的折射率差。从得到充分的折射率差的观点出发，不优选使用日本特开2000-319099号公报所记载的具有线性载流子浓度梯度的缓冲层。其理由为，在具有线性载流子浓度梯度的情况下，难以得到在缓冲层的正下方的层与缓冲层的界面处获得得到红外反射光所需要的折射率差。另一方面，也不优选使用日本特开2000-319099号公报所记载的具有阶梯状载流子浓度梯度的缓冲层。由于在阶梯状载流子浓度梯度的情况下，载流子浓度不连续地变化，因此存在不能够充分地进行缓冲层与碳化硅衬底的界面处的位错及晶体缺陷的抑制的风险。另外，从制造上的观点出发，为了制造具有阶梯状载流子浓度梯度的缓冲层而需要中断晶体生长、或需要急剧的气体切换。其结果，存在由于与气体切换相伴的絮流的产生等使缓冲层的晶体缺陷增加的问题。本专利技术就是为了解决上述那样的课题而提出的，其目的在于，提供以能够兼顾准确的膜厚度管理和良好的结晶性的方式得到了改善的半导体晶片、半导体芯片及半导体装置的制造方法。本专利技术涉及的半导体晶片具备：碳化硅衬底，其在厚度方向具有均匀的第一载流子浓度；载流子浓度过渡层，其设置于所述碳化硅衬底之上；以及外延层，其设置于所述载流子浓度过渡层之上，在厚度方向具有均匀的第二载流子浓度，所述第二载流子浓度比所述第一载流子浓度低。所述载流子浓度过渡层的载流子浓度在厚度方向具有浓度梯度。所述浓度梯度为如下梯度，即，从处于所述载流子浓度过渡层的正下方的层与所述载流子浓度过渡层的界面起，随着膜厚度增加，载流子浓度连续地降低，并且所述载流子浓度过渡层的所述膜厚度越增加，载流子浓度越以小的降低率降低。将X设为所述载流子浓度过渡层内的膜厚度比率。所述膜厚度比率为将所述载流子浓度过渡层的厚度方向位置除以所述载流子浓度过渡层的膜厚度而得到的值，X为具有0≤X≤1的定义域的变量。将Y设为所述载流子浓度过渡层内的载流子浓度比率。所述载流子浓度比率为将0<X≤1的范围的所述载流子浓度过渡层的载流子浓度除以X＝0的所述载流子浓度过渡层的载流子浓度而得到的值。在预先确定了由下述的式(a1)和式(a2)夹着的浓度范围的情况下，所述载流子浓度过渡层的所述载流子浓度具有落在所述浓度范围内的所述浓度梯度。[数学式1][数学式2]本专利技术涉及的半导体芯片具备：碳化硅衬底，其在厚度方向具有均匀的第一载流子浓度；载流子浓度过渡层，其设置于所述碳化硅衬底之上；以及外延层，其设置于所述载流子浓度过渡层之上，在厚度方向具有均匀的第二载流子浓度，所述第二载流子浓度比所述第一载流子浓度低。本专利技术涉及的半导体芯片的所述载流子浓度过渡层的所述载流子浓度与上述本专利技术涉及的半导体晶片相同，具有落在由所述式(a1)和所述式(a2)夹着的所述浓度范围内的所述浓度梯度。本专利技术涉及的半导体装置的制造方法具备：第1工序，准备在厚度方向具有均匀的第一载流子浓度的碳化硅衬底；第2工序，通过供给生长气体及掺杂剂气体，从而在所述碳化硅衬底之上设置载流子浓度过渡层；以及第3工序，在所述载流子浓度过渡层之上设置外延层，该外延层在厚度方向具有均匀的第二载流子浓度，所述第二载流子浓度比所述第一载流子浓度低。所述第2工序为，对所述生长气体及所述掺杂剂气体的流量进行控制，以使得所述载流子浓度过渡层的载流子浓度在厚度方向具有浓度梯度。所述浓度梯度为如下梯度，即，从所述载流子浓度过渡层的正下方的层与所述载流子浓度过渡层的界面起，随着膜厚度增加，载流子浓度连续地降低，并且所述载流子浓度过渡层的所述膜厚度越增加，载流子浓度越以小的降低率降低。将X设为所述载流子浓度过渡层内的膜厚度比率。所述膜厚度比率为将所述载流子浓度过渡层的生长开始以后的所述载流子浓度过渡层的生长中途的厚度除以所述载流子浓度过渡层的膜厚度设计值而得到的值，X为具有0≤X≤1的定义域的变量。将Y设为所述载流子浓度过渡层内的载流子浓度比率。所述载流子浓度比率为将0<X≤1的范围的所述载流子浓度过渡层的载流子浓度除以X＝0的所述载流子浓度过渡层的载流子浓度而得到的值。在预先确定了由下述的式(c1)和式(c2)夹着的浓度范围的情况下，所述第2工序为，对所述生长气体及所述掺杂剂气体的流量进行控制，以使得所述载流子浓度过渡层的所述载流子浓度具有落在所述浓度范围内的浓度梯度。[数学式3][数学式4]专利技术的效果根据本专利技术，由于通过与处于载流子浓度过渡层的正下方的层的关系使载流子浓度过渡层的载流子浓度落在适当范围内，因此能够兼顾准确的膜厚度管理和良好的结晶性。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式涉及的碳化硅晶片的斜视图。图2是本专利技术的实施方式涉及的碳化硅晶片的剖视图。图3是本专利技术的实施方式涉及的碳化硅晶片的局部放大图及表示载流子浓度分布的曲线图。图4是用于说明本专利技术的实施方式涉及的载流子浓度过渡层的规定浓度范围的曲线图。图5是本专利技术的实施方式的变形例涉及的碳化硅晶片的局部放大图及表示载流子浓度分布的曲线图。图6是本专利技术的实施方式的变形例涉及的碳化硅晶片的局部放大图及表示载流子浓度分布的曲线图。图7是本专利技术的实施方式的变形例涉及的碳化硅晶片的局部放大图及表示载流子浓度分布的曲线图。图8是本专利技术的实施方式的变形例涉及的碳化硅晶片的局部放大图及表示载流子浓度分布的曲线图。图9是表示本专利技术的实施方式涉及的半导体装置的图。图10是表示本专利技术的实施方式涉及的其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体晶片，其具备：碳化硅衬底，其在厚度方向具有均匀的第一载流子浓度；载流子浓度过渡层，其设置于所述碳化硅衬底之上；以及外延层，其设置于所述载流子浓度过渡层之上，在厚度方向具有均匀的第二载流子浓度，所述第二载流子浓度比所述第一载流子浓度低，所述载流子浓度过渡层的载流子浓度在厚度方向具有浓度梯度，所述浓度梯度为如下梯度，即，从处于所述载流子浓度过渡层的正下方的层与所述载流子浓度过渡层的界面起，随着膜厚度增加，载流子浓度连续地降低，并且所述载流子浓度过渡层的所述膜厚度越增加，载流子浓度越以小的降低率降低，将X设为所述载流子浓度过渡层内的膜厚度比率，所述膜厚度比率为将所述载流子浓度过渡层的厚度方向位置除以所述载流子浓度过渡层的膜厚度而得到的值，X为具有0≤X≤1的定义域的变量，将Y设为所述载流子浓度过渡层内的载流子浓度比率，所述载流子浓度比率为将0<X≤1的范围的所述载流子浓度过渡层的载流子浓度除以X＝0的所述载流子浓度过渡层的载流子浓度而得到的值，在预先确定了由下述的式(a1)和式(a2)夹着的浓度范围的情况下，[数学式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体晶片，其具备：碳化硅衬底，其在厚度方向具有均匀的第一载流子浓度；载流子浓度过渡层，其设置于所述碳化硅衬底之上；以及外延层，其设置于所述载流子浓度过渡层之上，在厚度方向具有均匀的第二载流子浓度，所述第二载流子浓度比所述第一载流子浓度低，所述载流子浓度过渡层的载流子浓度在厚度方向具有浓度梯度，所述浓度梯度为如下梯度，即，从处于所述载流子浓度过渡层的正下方的层与所述载流子浓度过渡层的界面起，随着膜厚度增加，载流子浓度连续地降低，并且所述载流子浓度过渡层的所述膜厚度越增加，载流子浓度越以小的降低率降低，将X设为所述载流子浓度过渡层内的膜厚度比率，所述膜厚度比率为将所述载流子浓度过渡层的厚度方向位置除以所述载流子浓度过渡层的膜厚度而得到的值，X为具有0≤X≤1的定义域的变量，将Y设为所述载流子浓度过渡层内的载流子浓度比率，所述载流子浓度比率为将0<X≤1的范围的所述载流子浓度过渡层的载流子浓度除以X＝0的所述载流子浓度过渡层的载流子浓度而得到的值，在预先确定了由下述的式(a1)和式(a2)夹着的浓度范围的情况下，[数学式1][数学式2]所述载流子浓度过渡层的所述载流子浓度具有落在所述浓度范围内的所述浓度梯度。2.根据权利要求1所述的半导体晶片，其中，在预先确定了由下述的式(a3)和式(a4)夹着的浓度范围的情况下，[数学式3][数学式4]所述载流子浓度过渡层的所述载流子浓度具有落在由所述式(a3)和所述式(a4)夹着的浓度范围内的浓度梯度。3.根据权利要求1或2所述的半导体晶片，其中，所述载流子浓度过渡层的厚度落在0.3μm～10.0μm的范围内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体晶片，其中，处于所述载流子浓度过渡层的正上方的层为所述外延层，处于所述载流子浓度过渡层的所述正下方的层为所述碳化硅衬底，所述第一载流子浓度比所述第二载流子浓度高，为所述第二载流子浓度的10～1000倍。5.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体晶片，其中，处于所述载流子浓度过渡层的正上方的层为所述外延层，在所述碳化硅衬底与所述载流子浓度过渡层之间设置其它外延层，该其它外延层在厚度方向具有均匀的第三载流子浓度，处于所述载流子浓度过渡层的所述正下方的层为所述其它外延层，所述第三载流子浓度比所述第二载流子浓度高，为所述第二载流子浓度的10～1000倍。6.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体晶片，其中，在所述载流子浓度过渡层与所述外延层之间设置其它外延层，该其它外延层在厚度方向具有均匀的第三载流子浓度，处于所述载流子浓度过渡层的正上方的层为所述其它外延层，处于所述载流子浓度过渡层的所述正下方的层为所述碳化硅衬底，所述第一载流子浓度比所述第三载流子浓度高，为所述第三载流子浓度的10～1000倍。7.根据权利要求1或2所述的半导体晶片，其中，所述载流子浓度过渡层为第一载流子浓度过渡层，在所述碳化硅衬底与所述第一载流子浓度过渡层之间及所述第一载流子浓度过渡层与所述外延层之间中的至少一处设置第二载流子浓度过渡层，所述第二载流子浓度过渡层的载流子浓度在厚度方向具有浓度梯度，所述浓度梯度为如下梯度，即，从处于所述第二载流子浓度过渡层的正下方的层与所述第二载流子浓度过渡层的界面起，随着膜厚度增加，载流子浓度连续地降低，并且所述第二载流子浓度过渡层的所述膜厚度越增加，载流子浓度越以小的降低率降低。8.一种半导体芯片，其具备：碳化硅衬底，其在厚度方向具有均匀的第一载流子浓度；载流子浓度过渡...

【专利技术属性】
技术研发人员：滨野健一，大野彰仁，沟部卓真，酒井雅，木村泰广，三谷阳一郎，金泽孝，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP