一种ＳｉＣ单晶膜的制造方法，该方法通过使用了以熔体为溶剂的ＳｉＣ溶液的ＬＰＥ法来使低掺杂浓度的ＳｉＣ外延膜在直径２英寸以上的基板上稳定生长，该方法包括在将熔体材料引入到晶体生长炉之前一边加热炉内一边真空排气，直至晶体生长温度下的真空度达到５×１０－３Ｐａ以下的工序。此后，将填充有熔体材料的坩埚引入到炉内，形成ＳｉＣ溶液，使ＳｉＣ外延膜在浸渍于该溶液中的基板上生长。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用外延生长的碳化硅单晶的薄膜(SiC单晶膜)的制造方法和装置。 更具体而言，本专利技术尤其涉及能够使氮供体掺杂浓度降低了的高纯度SiC单晶外延膜在直径2英寸以上的单晶基板(例如SiC晶片)上稳定生长的、SiC单晶膜的制造方法和制造直O通过活用本专利技术的方法，可以实现晶体缺陷少的碳化硅单晶外延生长晶片、以及高可靠性 高生产率的碳化硅(SiC)半导体器件这样的SiC半导体制品。本专利技术也涉及这种制品。
技术介绍
碳化硅(SiC)是热稳定和化学稳定的化合物半导体中的一种。与硅(Si)相比， SiC具有带隙高达约3倍、绝缘破坏电压高达约10倍、电子饱和速度高达约2倍、热传导率高达约3倍这样的有利的物性上的特征。由于这种优异的特性，SiC作为下一代的低损耗功率器件材料而受到注目。在这种器件的制造中，需要通过外延生长而在SiC单晶基板上形成作为器件活性层的SiC膜而得到的、带SiC外延膜的SiC单晶晶片。为了实用化，要求晶片直径为2英寸以上。SiC作为呈现多晶型(polytype)的物质而知名。多晶型是指如下现象在化学计量上为相同组成，但能采取原子的层叠方式仅在c轴方向上不同的多种晶体结构。作为SiC 的代表性多晶型，有OT型(以6个分子为1个周期的六方晶系)、4H型(以4个分子为1 个周期的六方晶系)、3C型(以3个分子为个1周期的立方晶系)等。对于适合于功率器件而言，4H-SiC被认为是特别优选的。在基板和外延膜的任意一者中，2种以上的晶形的混合存在会对器件的性能产生不良影响，因此需要晶形单一(无多晶型混合存在)且晶体缺陷少的优质的SiC单晶。迄今已知的用于制造SiC单晶基板的SiC块状单晶的制造方法有升华再结晶法和溶液生长法。另外，作为SiC外延膜的成膜方法，已知有化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition :CVD)法和液相外延(Liquid Phase Epitaxy :LPE)法。目前市售的带有外延膜的SiC单晶晶片基本全部都是基板部通过升华再结晶法制作、外延膜部通过CVD法(更具体而言有后述的台阶控制外延法(st印-controlled epitaxy))制作的单晶晶片。S卩，对任一部分均采用气相中的结晶生长方法。在作为块状单晶的制造方法的升华再结晶法中，使原料的SiC粉末在2200 2500°C的高温下升华，在配置于低温部的由SiC单晶构成的晶种上再结晶SiC的单晶。该方法的生长速度快。然而，所生长的单晶中含有许多由晶种继承下来的位错、微管缺陷 (micropipe defect)，并且存在许多被认为是在晶体生长中产生的位错。在升华再结晶法中，极难得到品质大幅高于晶种的SiC单晶。在利用溶液生长法的SiC块状单晶生长中，使碳溶解在作为溶剂的Si或Si合金的熔体中来制备SiC溶解在该熔体中的溶液。将SiC晶种浸渍在该SiC溶液中，至少使晶4种附近的溶液处于过冷状态，由此形成SiC的过饱和状态，使SiC单晶在晶种上生长。为了形成过饱和状态，一般采用所谓的温差法，即设置温度梯度以使晶种附近的熔体温度低于其他部分的熔体温度。与升华再结晶法相比，属于液相生长的溶液生长法可以将生长温度降低 5001000°C左右。在作为外延膜的气相成膜方法的CVD法中，使作为原料气体的硅烷系气体与烃系气体的混合气体热分解，使SiC的薄膜沉积在基板上。该方法存在如下缺点在SiC单晶膜的成膜过程中两种以上的多晶型会混合存在。为了解决该问题，提出了一种台阶控制外延法，其使用表面从C轴(112-0)方向倾斜了几度的基板(偏角度基板，Off-angle substrate)，以台阶流模式(横向生长)得到与基板为相同多晶型的外延膜。然而，在使用偏角度基板的台阶控制外延法中，基板的位错会传播至成膜的SiC 外延膜，因此难以得到低位错的外延膜。另外，一般用CVD法形成的SiC外延膜有时会含有空位、间隙原子(interstitial atom)等晶格缺陷。在使用这种膜制作半导体器件时，无法制作耐压、泄漏电流等特性良好的器件。在液相中形成外延膜的液相外延生长(LPE)法根据与使块状单晶在液相中生长的溶液生长法基本相同的原理在基板上形成SiC单晶膜。S卩，使用以Si或Si合金的熔体为溶剂的SiC溶液，使SiC为过饱和状态来使外延膜在基板上生长。与CVD法不同，LPE法是在接近热力学平衡的状态下的晶体生长，因此可以得到晶体缺陷密度小的SiC外延膜。下述非专利文献1中报告了如果在用升华再结晶法制作的同轴(OOOl)SiC单晶基板上用LPE法使SiC单晶生长，则可以边减小微管缺陷和位错边进行晶体生长。可推测，通过该方法，可以形成晶体品质提高了的SiC外延膜。然而，迄今为止所提出的LPE法虽然可以减少SiC外延膜的晶体缺陷，但难以得到适合于功率器件的低掺杂浓度(具体而言，氮供体掺杂浓度为IXlO16Cnr3以下)的SiC外延膜。在下述非专利文献2中记载的利用LPE法的SiC外延生长中，在生长气氛是氦气、 氩气或真空(5X10_4Pa)时，作为所得SiC外延膜中背景杂质的氮供体掺杂浓度分别为约 3X1018cm_3、约IXlO17cnT3或2Χ1(Α3πΓ3。该氮浓度被认为是由于残留在气氛中的杂质气体成分中的氮气溶解在SiC溶液中、氮原子作为η型供体杂质被引入到晶体中而导致的。上述背景杂质浓度对于功率器件用途的外延膜而言是高的。另外，上述文献中也记载了在实现了最低氮供体掺杂浓度的真空下的晶体生长中，熔体的蒸发剧烈而无法进行稳定的晶体生长。下述非专利文献3中记载了通过基于在5Χ 10_5torr、即约6. 67 X KT4Pa左右的真空下的使用Si溶剂的LPE法的SiC晶体生长，可以得到掺杂浓度为8 X IO15CnT3的SiC晶体。 这里所使用的LPE法不将Si熔体容纳在坩埚中而是用由水冷感应线圈产生的电磁力来使其隆起。在将C溶解在该熔体中之后，使SiC晶体在0. 5 1. 5cm2的极小的SiC基板片上生长。由于是真空下的晶体生长，因此如以上关于非专利文献2所述的，有可能发生熔体蒸发。另外，该方法具有难以实现在大面积SiC基板上进行晶体生长的实用化的问题。为了实现大面积化，需要增加隆起的熔体量，为此需要电源输出极大的高频振荡器。现有技术文献非专利文献非专利文献1 Journal of Electronic Materials，27 (1998)，第 292 页非专利文献2 =Materials Science Forum, 338 (2000)，第 2 页非专利文献3 Journal of Crystal Growth, 1 (1993)，第 343 页
技术实现思路
本专利技术提供能够通过液相外延(LPE)法在工业上实用的直径2英寸以上的SiC基板上稳定地形成适合于功率器件的氮供体掺杂浓度低的SiC外延膜的、SiC单晶膜的制造方法和制造装置。在一个方面，本专利技术涉及一种SiC单晶膜的制造方法，该方法在晶体生长炉内使 SiC单晶在下述基板上外延生长，所述晶体生长炉包括坩埚，其用于容纳以选自Si金属和 Si-M合金(M为除Si以外的一种以上的金属)中的材料的熔体为溶剂的SiC溶液；晶体保持件，其保持SiC单晶基板且可升本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种ＳｉＣ单晶膜的制造方法，其特征在于，该方法在晶体生长炉内使ＳｉＣ单晶在下述基板上外延生长，所述晶体生长炉包括：坩埚，其用于容纳以选自Ｓｉ金属和Ｓｉ－Ｍ合金中的材料的熔体为溶剂的ＳｉＣ溶液，其中Ｍ为除Ｓｉ以外的一种以上金属；晶体保持件，其保持ＳｉＣ单晶基板且可升降；主室，其能容纳所述坩埚和所述晶体保持件，能进行内部的真空排气和气氛调节；以及加热装置，其用于加热所述主室内的至少配置所述坩埚的区域，该方法包括下述工序：·排气工序，在不存在所述熔体的材料的状态下，一边对所述主室内进行排气，一边将所述主室内的至少配置所述坩埚的区域加热至ＳｉＣ晶体生长温度以上的温度，使ＳｉＣ晶体生长温度下的所述主室内的真空度为５×１０－３Ｐａ以下；·ＳｉＣ溶液形成工序，将内部容纳有所述熔体的材料的所述坩埚配置在所述主室内的规定位置，将该坩埚加热至所述熔体的材料的熔点以上来使所述熔体的材料熔解，并且使碳溶解在该熔体中，从而在所述坩埚内形成ＳｉＣ溶液；以及·晶体生长工序，使用所述晶体保持件来将所述ＳｉＣ单晶基板浸渍在所述ＳｉＣ溶液中，使所述ＳｉＣ溶液中的至少所述基板的附近通过过冷而处于过饱和状态，使ＳｉＣ单晶在所述基板上外延生长；并且在从所述排气工序到所述晶体生长工序为止的期间不使主室的内部暴露于大气。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：楠一彦，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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