碳化硅外延基板、碳化硅半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及碳化硅外延基板、碳化硅半导体装置及其制造方法。所述碳化硅外延基板包含：碳化硅外延基板，其包含：碳化硅单晶基板；和在所述碳化硅单晶基板上形成的外延层；所述碳化硅单晶基板具有4H‑SiC的多型，所述外延层的表面中的算术平均粗糙度为0.1nm以下，在所述表面中，胡萝卜状缺陷的缺陷密度为0.1个/cm

【技术实现步骤摘要】
碳化硅外延基板、碳化硅半导体装置及其制造方法本专利技术专利申请是基于申请日为2016年4月6日，专利技术名称为“碳化硅外延基板的制造方法、碳化硅外延基板、碳化硅半导体装置的制造方法和碳化硅半导体装置”，申请号为201680021301.X的中国专利申请的分案申请。
本公开涉及碳化硅外延基板的制造方法、碳化硅外延基板、碳化硅半导体装置的制造方法和碳化硅半导体装置。
技术介绍
日本特开2013-34007号公报(专利文献1)公开了以没有短台阶聚并为特征的碳化硅外延基板。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-34007号公报
技术实现思路
技术问题本公开的目的是通过化学机械研磨(CMP)缩短研磨碳化硅外延基板的表面的步骤中的生产节拍时间。技术方案本公开的一个方面的碳化硅外延基板的制造方法包括在碳化硅单晶基板上外延生长第一层的步骤，和在所述第一层的最外表面形成第二层的步骤，所述第二层具有不同于所述第一层的化学组成或密度。所述第二层的厚度对所述第一层的厚度的比率大于0％且小于等于10％。本公开的一个方面的碳化硅外延基板包含碳化硅单晶基板、在所述碳化硅单晶基板上形成的作为外延层的第一层、和在所述第一层的最外表面形成的第二层。所述第二层具有不同于所述第一层的化学组成或密度。所述第二层的厚度对所述第一层的厚度的比率大于0％且小于等于10％。本公开的一个方面的碳化硅外延基板包含碳化硅单晶基板、和在所述碳化硅单晶基板上形成的外延层。所述外延层的表面中的算术平均粗糙度为0.1nm以下。在所述外延层的表面中，胡萝卜状缺陷(キャロット欠陥)的缺陷密度为0.1个/cm2以下，并且作为梯形凹陷的梯形缺陷的缺陷密度为0.1个/cm2以下。当在俯视图中观察时，所述梯形缺陷各自包含与<11-20>方向相交的上底部和下底部。所述上底部的宽度为0.1μm以上且100μm以下。所述下底部的宽度为50μm以上且5000μm以下。所述上底部包含突起部。所述下底部包含多个台阶聚并。本公开一个方面的碳化硅半导体装置包含：碳化硅外延基板，所述碳化硅外延基板包含碳化硅单晶基板和外延层，所述碳化硅单晶基板具有第一主面和位于所述第一主面相反侧的第二主面，所述外延层在所述第一主面上形成并且在所述碳化硅单晶基板所在侧的相反侧具有第三主面。所述碳化硅半导体装置还包含在所述第三主面上形成的氧化硅膜、与第三主面侧连接的第一电极、和与第二主面侧连接的第二电极。所述氧化硅膜的厚度为10nm以上且100nm以下。在25℃的环境下和20mA/cm2的恒定电流密度下进行的经时绝缘击穿测定中的击穿电荷量为60C/cm2以上。有益效果根据上述说明，通过CMP可以缩短在研磨所述碳化硅外延基板的表面的步骤中的生产节拍时间。附图说明图1是示意性显示本公开一个方面的碳化硅外延基板的制造方法的流程图。图2是说明第一层形成步骤和第二层形成步骤的示意剖视图。图3是显示成膜装置的例子的示意侧视图。图4是沿着图3中的IV-IV线取的示意剖视图。图5是显示本公开一个方面的碳化硅外延基板的构造的例子的示意剖视图。图6是说明梯形缺陷的示意俯视图。图7是沿着图6中的VII-VII线取的示意剖视图。图8是沿着图6中的VIII-VIII线取的示意剖视图。图9是图6中IX区域的放大图。图10是示意性显示本公开一个方面的碳化硅半导体装置的制造方法的流程图。图11是说明杂质区域形成步骤的示意剖视图。图12是说明氧化硅膜形成步骤的示意剖视图。图13是显示本公开一个方面的碳化硅半导体装置的构造的例子的示意剖视图。图14是显示恒定电流TDDB的测定结果的Weibull图。附图标记1：成膜装置；2：腔室；3：感应加热线圈；4：石英管；5：绝热材料；6：加热元件；7：曲面部；8：平坦部；10：碳化硅单晶基板；11：第一层；12：第二层；13：外延层；20：梯形缺陷；21：上底部；22：下底部；23：起点；24：突起部；25：台阶聚并；30：漂移区；31：体区；311：第一体区；312：第二体区；32：源区；33：接触区；34：JFET区；35：氧化硅膜；36：层间绝缘膜；37：互连层；41：第一电极；42：第二电极；43：第三电极；91：第一主面；92：第二主面；93：第三主面；100：第一碳化硅外延基板；101：第二碳化硅外延基板；1000：碳化硅半导体装置。具体实施方式[本公开实施方式的说明]首先，将以列举的形式说明本公开的实施方式。在以下说明中，相同或对应的要素将以相同的参考符号标明，并且将不重复对其的相同说明。此外，关于本说明书中的结晶学表示，个别取向由[]表示，集合取向由<>表示，个别面由()表示，且集合面由{}表示。通常，负指数应该通过将“-”(棒)放在数字上方来进行结晶学表示，但在本说明书中通过将负号放在数字之前来表示。另外，“俯视图”是指当从外延层的表面的法线方向对其进行观察时的视野。[1]本公开的一个方面的碳化硅外延基板的制造方法包括在碳化硅单晶基板上外延生长第一层的步骤，和在所述第一层的最外表面形成第二层的步骤，所述第二层具有不同于所述第一层的化学组成或密度。所述第二层的厚度对所述第一层的厚度的比率大于0％且小于等于10％。据认为，在碳化硅半导体装置中，氧化硅膜的寿命和可靠性受氧化硅膜下面的碳化硅外延基板的表面性质的影响。例如，当在包含大台阶聚并的表面上形成氧化硅膜时，所述氧化硅膜的厚度有可能产生变动。此外，当在表面缺陷例如胡萝卜状缺陷上形成氧化硅膜时，所述氧化硅膜的膜品质可能改变。当所述氧化硅膜的厚度和膜品质有变动时，易于出现局部电场集中，并可以降低所述氧化硅膜的寿命和可靠性。因此，已经尝试在形成氧化硅膜前，通过CMP改善表面性质。然而，因为碳化硅(SiC)硬度高并且难以进行研磨，所以通过CMP研磨碳化硅外延基板要花很长时间。此外，即使进行CMP之后，在碳化硅外延基板表面中仍可能残留微小的凹凸、表面缺陷等。因此，在上述[1]的制造方法中，在第一层的最外表面形成能通过CMP容易进行研磨的第二层。所述第二层具有不同于所述第一层的化学组成或密度。所述第一层是在碳化硅单晶基板上生长的同质外延层。在第一层中碳和硅的组成比可以认为基本上为1:1。例如，将第二层设定为具有偏离该化学计量比的组成。因而，认为第二层的硬度低于第一层即碳化硅，并且容易通过CMP进行研磨。或者，第二层可以是密度不同于第一层的层。即，通过形成在与第一层比较时晶体结构松散或致密的第二层，认为第二层容易通过CMP进行研磨。第二层的厚度对第一层的厚度的比率设定为大于0％且小于等于10％。当该比率大于10％时，可能降低缩短生产节拍时间的效果。在上述[1]中，第二层可以在第一层上生长，或可以通过改变第一层的一部分而形成。...

【技术保护点】
1.一种碳化硅外延基板，其包含：/n碳化硅单晶基板；和/n在所述碳化硅单晶基板上形成的外延层；/n所述碳化硅单晶基板具有4H-SiC的多型，/n所述外延层的表面中的算术平均粗糙度为0.1nm以下，/n在所述表面中，/n胡萝卜状缺陷的缺陷密度为0.1个/cm

【技术特征摘要】
20150518 JP 2015-1010181.一种碳化硅外延基板，其包含：
碳化硅单晶基板；和
在所述碳化硅单晶基板上形成的外延层；
所述碳化硅单晶基板具有4H-SiC的多型，
所述外延层的表面中的算术平均粗糙度为0.1nm以下，
在所述表面中，
胡萝卜状缺陷的缺陷密度为0.1个/cm2以下，
作为梯形凹陷的梯形缺陷的缺陷密度为0.1个/cm2以下，
当在俯视图中观察时，所述梯形缺陷各自包含与<11-20>方向相交的上底部和下底部，
所述上底部的宽度为0.1μm以上且100μm以下，并且所述下底部的宽度为50μm以上且5000μm以下，
所述上底部包含突起部，并且所述下底部包含多个台阶聚并。


2.根据权利要求1所述的碳化硅外延基板，其中，
所述碳化硅单晶基板的直径为150mm以上且300mm以下。


3.根据权利要求1所述的碳化硅外延基板，其中，
相对于(0001)面或(000-1)面，所述碳化硅单晶基板的偏角为1°以上且8°以下。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：和田圭司，西口太郎，日吉透，
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