用于制造碳化硅半导体器件的方法技术

包含Si的气体、包含C的气体和包含Cl的气体被引入反应燃烧炉(步骤S5)。接着，在步骤S5引入的包含原始材料气体、添加剂气体、掺杂气体和运载气体的气体气氛中，通过CVD方法在4H-SiC衬底的表面上生长SiC外延膜(步骤S6：第一步骤)。在此场合中，包含Cl的气体相对于含Si的气体的引入量被逐渐减少(第二步骤)。在生长开始时气体气氛的合成物中，包含Cl的气体中Cl原子的数目大至包含Si的气体中Si原子的数目的三倍。在第二步骤中，气体气氛中包含氯的气体中氯原子的数目相对于包含硅的气体中硅原子的数目以0.5％/分钟至1.0％/分钟的速率减小。因而，可能提供用于制造碳化硅半导体器件的方法，藉由该方法碳化硅半导体膜可以高速率生长。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】包含Si的气体、包含C的气体和包含Cl的气体被引入反应燃烧炉(步骤S5)。接着，在步骤S5引入的包含原始材料气体、添加剂气体、掺杂气体和运载气体的气体气氛中，通过CVD方法在4H-SiC衬底的表面上生长SiC外延膜(步骤S6：第一步骤)。在此场合中，包含Cl的气体相对于含Si的气体的引入量被逐渐减少(第二步骤)。在生长开始时气体气氛的合成物中，包含Cl的气体中Cl原子的数目大至包含Si的气体中Si原子的数目的三倍。在第二步骤中，气体气氛中包含氯的气体中氯原子的数目相对于包含硅的气体中硅原子的数目以0.5％/分钟至1.0％/分钟的速率减小。因而，可能提供，藉由该方法碳化硅半导体膜可以高速率生长。【专利说明】专利技术背景1.
本专利技术涉及。2.
技术介绍
已存在已知的合成物半导体，例如，使用四层六边形碳化硅(4H_SiC)作为半导体材料。当使用4H-SiC作为半导体材料来制造功率半导体器件时，在由4H-SiC制成的半导体衬底(下文中称为“4H-SiC衬底”)上外延生长4H-SiC单晶膜(下文中称为“SiC外延膜”)以便制造SiC单晶衬底。在
技术介绍
中，CVD(化学气体相沉积)方法被已知为外延生长方法。具体地，在使用CVD方法的外延生长中，流入反应容器(腔)的原始材料气体在运载气体(carrier gas)中热分解,并且娃(Si)原子随后被连续沉积在4H_SiC衬底的晶格上，以便在4H-SiC衬底上生长SiC外延膜。一般而言，甲硅烷(mono-silane =SiH4)气体和二甲基甲烷(C3H8)气体被用作原始材料气体，而氢(H2)气被用作运载气体。另外，氮(N2)气或三甲基铝(TMA)气体被适当地添加作为掺杂气体。作为用于在4H_SiC衬底上外延生长SiC外延膜的方法，已提供出一种方法，其中在通过热化学沉积方法在碳化硅单晶衬底——其斜角不大于4°——上外延生长碳化硅单晶薄膜的工艺中，在引入包含碳和硅的原始材料气体的同时引入氯化氢气体，同时原始材料气体中包含的碳-硅的原子比(C/Si比)被制成不高于1.5且原始材料气体中的氯化氢气体中氯的原子比(Cl/Si比)被制成高于1.0且低于20.0(例如，参见日本专利N0.4719314)。作为另一种方法，已提出一种方法，其为一种用于使用CVD方法制造碳化硅单晶的方法，其中硅的氢化气体和烃气体连同运载气体被提供到已加热的SiC衬底上以便因热分解反应而生长单晶。在制造方法中以小的倾角从其(0001)平面倾斜的SiC单晶衬底被用作SiC衬底，并且HCl气体与硅的氢化气体、烃气体和运载气体被同时提供到SiC单晶衬底(例如，参见 JP-A-2006-321696)。然而，在
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的外延生长方法中，生长速率低至大约几μπι/h。为了生长制造高电压器件所需的具有几十或更大ym厚度(膜厚度)的外延膜，在工业生产上产生了这样的大问题:需要花相当多的时间来生长SiC外延膜。例如，为了制造具有IOkV或更高的击穿电压的高电压SiC半导体器件，必须在4H-SiC衬底上生长至少大约100 μ m厚的4H_SiC单晶膜。因此，需要增大工业生产上的外延生长速率。
技术实现思路
为了解决前述
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中固有的问题，本专利技术的目的在于提供，藉由该方法可以高速率生长碳化硅半导体膜。为了解决前述问题并达成前述目的，本专利技术人因勤勉研究而发现:当用与原始材料气同时引入的包含氯(Cl)的气体生长SiC外延膜时，SiC外延膜的生长速率可极大地增加(高达
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中的10或更多倍)。另外，本专利技术人已发现，当包含氯的气体的流速随着其中生长SiC外延膜的时间(在下文中称为“膜形成时间”)的过去而逐渐减小时，SiC外延膜随着膜形成时间的过去的生长速率的下降可被抑制。因此，基于所获得的知识实现了本专利技术。为了解决前述问题并达成本专利技术的目的，根据本专利技术的具有以下特征。执行第一步骤:将碳化硅半导体衬底暴露于气体气氛以便在碳化硅半导体衬底上生长碳化硅半导体膜，其中在该气体气氛中的包含氯的气体被添加到包含硅的气体和包含碳的气体。另外，执行第二步骤:在碳化硅半导体膜的生长期间，在所述气体气氛中逐渐减少包含氯的气体相对于包含硅的气体的引入量。另外，根据本专利技术，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中:在第二步骤中，所述气体气氛中的包含氯的气体中氯原子的数目相对于包含硅的气体中硅原子的数目以0.5% /分钟至1.0% /分钟的速率减小。另外，根据本专利技术，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中:第二步骤在第一步骤开始时执行。另外，根据本专利技术，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中:在第一步骤开始时，气体气氛的混合物中的包含氯的气体中氯原子的数目是包含硅的气体中硅原子的数目的三倍。另外，根据本专利技术，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中:包含氯的气体是氯化氢气或氯气。另外，根据本专利技术，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中:在第一步骤中，由单晶制成的碳化硅半导体膜通过化学气相沉积来生长。根据前述配置，以这样的方式形成气体气氛:适当量的包含氯的气体被添加到原始材料气体——该原始材料气体包括包含硅的气体以及包含碳的气体——以使得对碳化硅半导体膜的生长有贡献的原始材料气体的引入量可被增加。另外，根据前述配置，包含氯的气体中的氯原子的数目随着碳化硅半导体膜的膜形成时间的过去而逐渐减小，以使得气体气氛中的增大的未反应氯原子的数目可随着碳化硅半导体膜的膜形成时间的过去而减小。因此，正在生长的碳化硅半导体膜被未反应的氯原子蚀刻的情形可被抑制。因此，碳化硅半导体膜的生长速率的降低可被抑制。依照根据本专利技术的，获得可以高速率生长碳化硅半导体膜的效果。【专利附图】【附图说明】图1A是示出根据实施例的制造碳化硅半导体器件的方法的概要的流程图；图1B是示出其中根据实施例制造碳化硅半导体器件的状态的截面图；图2是示出第一比较示例中SiC外延膜的膜形成与膜厚度之间的关系的特征图；图3A-3D是示出第一比较示例中SiC外延膜的每个膜形成时间中反应燃烧炉里的气体气氛合成物的特征图；图4是示出示例中SiC外延膜的膜形成与膜厚度之间的关系的特征图；以及图5是示出示例中气体气氛里的SiC外延膜的膜形成时间与Cl/Si比之间的关系的特征图。【具体实施方式】将在以下参照附图详细描述根据本专利技术的用于制造碳化硅半导体器件的优选实施例。类似的元素在以下实施例的描述以及附图中相应地由类似附图标记来指代，并且将省去其重复描述。(实施例)作为示例，将在其中使用四层六边形碳化硅(4H_SiC)生产(制造)半导体器件作为半导体材料的情形中描述用于根据实施例制造碳化硅半导体器件的方法。图1A是示出根据实施例的制造碳化硅半导体器件的方法的概要的流程图。图1B是示出其中根据实施例制造碳化硅半导体器件的状态的截面图。首先，制备由4H-SiC制成的衬底(4H-SiC衬底)1，并且通过常规有机清洗方法或常规RCA清洗方法来对其洗涤(步骤SI)。接着，4H_SiC衬底I被插入反应燃烧炉(腔，未示出)中以便通过化学气体相沉积(CVD)方法生长4H-SiC单晶膜(下文中称为“SiC外延膜(碳化硅半导体膜)”)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造碳化硅半导体器件的方法，包括：第一步骤，将碳化硅半导体衬底暴露于气体气氛，以便在所述碳化硅半导体衬底上生长碳化硅半导体膜，在所述气体气氛中包含氯的气体被添加到包含硅的气体和包含碳的气体；以及第二步骤，在所述碳化硅半导体膜的所述生长期间，在所述气体气氛中逐渐减少所述包含氯的气体相对于所述包含硅的气体的引入量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：河田泰之，米泽喜幸，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP