外延碳化硅单晶基板及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种在偏离角度为1°~6°的碳化硅单晶基板上具有掺杂密度的面内均匀性优良的碳化硅外延膜的外延碳化硅单晶基板。外延膜通过使0.5μm以下的掺杂层和0.1μm以下的无掺杂层重复而生长。通过将材料气体中的碳原子数相对于硅原子数的比（C/Si比）规定为1.5~2.0而形成掺杂层，通过将C/Si比规定为0.5以上且低于1.5而形成无掺杂层。由此提供一种在偏离角度小的碳化硅单晶基板上具有高品质且掺杂密度的面内均匀性优良的碳化硅外延膜的外延碳化硅单晶基板。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及外延碳化硅(SiC)单晶基板及其制造方法。
技术介绍
碳化硅(SiC)由于耐热性及机械强度优良，在物理化学方面稳定而作为耐环境性半导体材料引人注目。此外，近年来，作为高频高耐压电子器件等的基板对SiC单晶基板的需求高涨。 在采用SiC单晶基板制作电力器件、高频器件等时，通常，一般采用称为热CVD法(热化学蒸镀法)的方法在基板上外延生长SiC薄膜，或通过离子注入法直接打入掺杂剂。为后者即离子注入法的情况时，需要在注入后进行高温下的退火，因此多通过外延生长形成薄膜。在外延膜上形成器件时，为了稳定地制造如设计的器件，外延膜的膜厚及掺杂密度、特别是掺杂密度的晶片面内均匀性是重要的。近年来，随着晶片的大口径化的发展，器件的面积也增大。从如此的观点出发，为了提高器件成品率，掺杂密度的均匀性更重要。在目前主流的3及4英寸晶片上的SiC外延膜中，掺杂密度面内均匀性如果用标准偏差/平均值(σ /mean)表示为5 10%，但在上述的大口径晶片的情况下，需要使此值在5%以下。另一方面，在基板的口径为3英寸以上时，从降低基底面位错等缺陷密度，以及提高由SiC锭制得的基板的收率等观点出发，作为基板的偏离角度，采用以往的从8°到大约4°乃至其以下。在具有如此小的偏离角度的基板上的外延生长时，生长时流动的材料气体中的碳原子数相对于硅原子数的比(C/Si比)一般比以往低。这是因为随着偏离角度减小，表面的台阶(step)数减少，难以产生台阶流动(step-flow)生长，有台阶积累(stepbunching)或外延缺陷容易增加的倾向，因而要抑制上述倾向。但是，如果降低上述C/Si比，则所谓位点竞争(site-competition)变得显著,外延生长时,氮原子这样的杂质从大气的进入增大。进入的氮原子在SiC中成为给体，因供给电子，载流子密度上升。另一方面，在生长气氛中，因残留氮存在，即使是不添加杂质元素而形成的无掺杂层也产生位点竞争(site-competition)，因此通过降低C/Si比而生长的无掺杂层的残留载流子密度比以往的C/Si比时更高。关于此点，以下采用图I进行说明。在以往那样的偏离角度(8° )的基板的情况下，使C/Si比在X附近进行生长，如果将此时的无掺杂层的残留载流子密度设定为Nx，则以在大约4°乃至其以下的偏离角度的基板上生长时所需的低C/Si比Y (通常I. O左右)生长时的无掺杂层的残留载流子密度为队(通常为0.8 IX IO15CnT3左右)。另一方面，器件工作所需的载流子水平N。例如为I 5 X IO15Cm-3,这大致为Ny的范围，因此在C/Si比为Y时，能在不进行掺杂的状态下，得到已经具有接近器件工作所需的掺杂值的层。所以，为了通过有意导入掺杂气体即氮，且将该层的载流子水平控制在器件工作所需的值，应控制的掺杂量小，而与8°偏离基板时相比，难以得到掺杂密度的均匀性。另外，严格地讲，在晶片上的所有部分上C/Si比不固定，因此C/Si比比Y小的情况局部发生，在此种情况下，由图I得知，残留载流子密度变得大于Nc。图2a中示出在C/Si比为Y的部分进行掺杂时的掺杂密度分布图，图2b中示出在相同晶片内在C/Si比小于Y的部分(O. 8 O. 9左右)进行掺杂时的掺杂密度分布图。如果将Nbi和Nb2作为在各自的部分的残留载流子密度，则通常Nbi为O. 8 I X IO15CnT3左右，Nb2为I 3X IO15CnT3左右，因此为Nbi < Nb2 ^ Nc。在晶片内的图2a的部分中，在为了得到N。进行了掺杂时，N。- Nbi为掺杂量，因此在图2b的部分，必然N。- Nbi + Nb2为掺杂值。所以，Nb2 - Nbi为在图2a和图2b的部分的掺杂偏差，这可成为比N。的10%左右更大的值。之所以产生如此的现象，是因为在4°乃至其以下的偏离角度的基板上的生长所需的C/Si比Y附近，图I中的曲线的斜率增大，也就是说在Y附近即使是C/Si比的微小的偏差，Nb2—Nbi的值也增大,使掺杂密度的面内分布均匀性大大降低。所以，虽是今后可期待在器件中应用的SiC外延生长基板，但是如果将基板的偏离角度规定为以往的从8°到大约4°乃至其以下，则因必须降低C/Si比而进行生长，使掺杂密度的晶片面内均匀性劣化，在器件应用上存在问题。 可是，作为在偏离角度为4°以下的SiC单晶基板上形成高品质的外延膜的方法，本专利技术人等提出了通过将外延膜的材料气体中所含的碳和硅的原子数比(C/Si)规定为O.5以上且低于I. O而生长的层(缺陷降低层)和和通过将C/Si规定为I. (Tl. 5而生长的层(活性层)的形成方法(参照专利文献I)。可是，该方法的目的是得到三角形状的外延缺陷或表面粗糙少的外延膜，关于晶片面内的外延膜的掺杂密度，没有对确保均匀性的直接的手段进行教示的记载。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2009-256138号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的目的在于，提供一种在采用偏离角度为1° 6°的基板的外延生长中，即使在降低碳和硅的原子数比(C/Si)时，通过抑制偏差，也具有掺杂密度的晶片面内均匀性优良的闻品质外延I旲的外延SiC单晶基板及其制造方法。用于解决问题的手段本专利技术人等发现在外延生长时，将不添加杂质元素而形成的无掺杂层和一边添加杂质元素一边形成的掺杂层分别层叠多层，而且使该无掺杂层及掺杂层生长时的C/Si比和它们的厚度变化，对于解决上述问题是非常有效的。本专利技术是基于上述见识而完成的。更详细地讲，本专利技术的外延碳化硅单晶基板是在偏离角度(off angle)为1° 6°的碳化硅单晶基板上具有通过化学气相沉积法形成的碳化硅外延膜的外延碳化硅单晶基板，其特征在于，该外延膜通过将一边添加杂质元素一边形成的厚度为O. 5 μ m以下的掺杂层和不添加杂质元素而形成的厚度为O. I μ m以下的无掺杂层交替层叠，分别具有2层以上的掺杂层及无掺杂层。本专利技术例如包含以下方式。(I) 一种外延碳化硅单晶基板，其特征在于，其是在偏离角度为1° 6°的碳化硅单晶基板上具有通过化学气相沉积法形成的碳化硅外延膜的外延碳化硅单晶基板，其中，该外延膜通过将一边添加杂质元素一边形成的厚度为O. 5μπι以下的掺杂层和不添加杂质元素而形成的厚度为O. I μ m以下的无掺杂层交替层叠，分别具有2层以上的掺杂层及无掺杂层。(2)根据上述(I)所述的外延碳化硅单晶基板，其特征在于，所述掺杂层通过将外延膜的材料气体中所含的碳和硅的原子数比C/Si规定为I. 5^2. O而形成，而且，所述无掺杂层通过将外延膜的材料气体中所含的碳和硅的原子数比C/Si规定为O. 5以上且低于I. 5而形成。(3)根据上述(I)或(2)所述的外延碳化硅单晶基板，其特征在于，所述掺杂层的厚度大于所述无掺杂层的厚度。 (4)根据上述(I) (3)中任一项所述的外延碳化硅单晶基板，其特征在于，所述掺杂层的掺杂原子数密度为I XlO15cnT3以上。(5) —种外延碳化硅单晶基板的制造方法，其特征在于，其是通过在偏离角度为1° 6°的碳化硅单晶基板上通过化学气相沉积法形成碳化硅外延膜，从而制造外延碳化硅单晶基板的方法，其中，通过使一边添加杂质元素一边形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.11 JP 2010-1091051.一种外延碳化硅单晶基板，其特征在于，其是在偏离角度为1° 6°的碳化硅单晶基板上具有通过化学气相沉积法形成的碳化硅外延膜的外延碳化硅单晶基板， 其中，该外延膜通过将一边添加杂质元素一边形成的厚度为O. 5 μ m以下的掺杂层和不添加杂质元素而形成的厚度为O. I μ m以下的无掺杂层交替层叠，分别具有2层以上的掺杂层及无惨杂层。2.根据权利要求I所述的外延碳化硅单晶基板，其特征在于，所述掺杂层通过将外延膜的材料气体中所含的碳和硅的原子数比C/Si规定为I. 5^2. O而形成，而且，所述无掺杂层通过将外延膜的材料气体中所含的碳和硅的原子数比C/Si规定为O. 5以上且低于I. 5而形成。3.根据权利要求I或2所述的外延碳化硅单晶基板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝乡崇，柘植弘志，星野泰三，藤本辰雄，胜野正和，中林正史，矢代弘克，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：
国别省市：