太阳城集团

  • / 19
  • 下载费用:30 金币  

外延碳化硅单晶基板的制造方法.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201180055581.3

申请日:

2011.11.15

公开号:

太阳城集团CN103228827B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):H01L 21/205登记生效日:20180518变更事项:专利权人变更前权利人:新日铁住金株式会社变更后权利人:昭和电工株式会社变更事项:地址变更前权利人:日本东京变更后权利人:日本东京|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C30B 29/36申请日:20111115|||公开
IPC分类号: H01L21/205; C30B29/36; C23C16/42; C30B25/20 主分类号: H01L21/205
申请人: 新日铁住金株式会社
发明人: 蓝乡崇; 柘植弘志; 胜野正和; 藤本辰雄; 矢代弘克
地址: 日本东京
优先权: 2010.11.17 JP 2010-256495
专利代理机构: 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人: 刘凤岭;陈建全
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201180055581.3

授权太阳城集团号:

太阳城集团|||103228827B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2018.06.08|||2015.01.21|||2013.08.28|||2013.07.31

法律状态类型:

专利申请权、专利权的转移|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明的课题在于提供一种在偏离角度较小的碳化硅单晶基板上具有表面缺陷等较少的、高品质的碳化硅单晶薄膜的外延碳化硅单晶基板的制造方法。根据本发明,在偏离角度为4°以下的碳化硅单晶基板上具有表面缺陷等较少的、高品质的碳化硅单晶薄膜的外延碳化硅单晶基板的制造方法中,在进行上述外延生长之前,使含有硅和氯的气体与氢气一同流动,使硅原子相对于氢气中的氢原子的浓度达到0.0001%~0.01%,在1550℃~1650℃的温度下进行0.1μm~1μm的预处理刻蚀,然后形成外延层。

权利要求书

权利要求书
1.   一种外延碳化硅单晶基板的制造方法,其通过在碳化硅单晶基板上外延生长碳化硅而制造外延碳化硅单晶基板,所述制造方法的特征在于:在进行外延生长之前,使含有硅和氯的气体与氢气一同流动而进行预处理刻蚀,然后形成外延层。

2.   根据权利要求1所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其特征在于:在所述预处理刻蚀中,含有硅和氯的气体中的硅原子相对于氢气中的氢原子的浓度为0.0001%~0.01%。

3.   根据权利要求1所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其特征在于:在所述预处理刻蚀中,含有硅和氯的气体中的氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度为0.0001%~0.1%。

4.   根据权利要求1所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其特征在于:所述预处理刻蚀中所用的含有硅和氯的气体为SiHnCl4‑n,式中n为0~3的整数。

5.   根据权利要求1所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其特征在于:在1550℃~1650℃的温度下实施所述预处理刻蚀。

6.   根据权利要求1所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其特征在于:在所述预处理刻蚀中,刻蚀量为0.1μm~1μm。

7.   根据权利要求1所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其特征在于:所述外延生长为热化学气相沉积法即CVD法。

8.   根据权利要求1所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其特征在于:所述碳化硅单晶基板的偏离角度为4°以下。

说明书

说明书外延碳化硅单晶基板的制造方法
技术领域
本发明涉及外延碳化硅(SiC)单晶基板的制造方法。
背景技术
碳化硅(SiC)因耐热性及机械强度优良、物理化学上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,SiC单晶基板的需求高涨。
在采用SiC单晶基板制作电力器件、高频器件等的情况下,通常,一般采用称为热CVD法(热化学气相沉积法)的方法而在基板上外延生长SiC薄膜,或采用离子注入法直接注入掺杂剂,但在后者的情况下,在注入后需要高温退火,因此多通过外延生长形成薄膜。
现在,SiC基板的主流口径为3英寸及4英寸(76mm及100mm),因此也可在这样的基板上进行外延生长,但从降低基底面位错等缺陷密度、而且提高源于SiC锭的基板收率等观点出发,基板的偏离角度从以往的8°采用大约4°或者在其以下。在具有这样小的偏离角度的基板上进行外延生长时,一般生长时流动的材料气体中的碳原子数与硅原子数之比(C/Si比)比以往低。这是为了抑制如下的现象:随着偏离角度减小,表面的台阶数减少,台阶流动生长难以发生,从而台阶聚集(step bunching)或外延缺陷容易增加。另外,还对不在以往的氢气中而在含有硅和碳的氢气中进行生长预处理,从而进一步改善低偏离角度基板上的外延膜的表面状态进行了研究(非专利文献1)。在非专利文献1中,示出了如下内容:对于4°偏离的SiC基板,在氢、氢+丙烷、氢+硅烷的气氛中进行预处理的刻蚀,然后进行外延生长,通过进行氢+硅烷的预处理刻蚀,比以往改善了外延膜的表面状态。这说明通过在Si‑rich(富硅)状态下进行刻蚀,表面变性层被除去,同时表面能下降并稳定,因此在开始生长时,抑制了为缓和表面能的台阶聚集或缺陷的发生。可是,一般认为在硅烷分解时,生成多种具有SixHy形态的化合物,由它们之比例决定刻蚀状态,因而难以重现性良好地控制刻蚀后的表面状态。此外,在硅烷的浓度局部上升的情况下,硅烷相互键合,形成Si微滴(droplet)而残留在基板上,成为表面缺陷的原因,因此表面状态恶化。
因此,虽是今后期待着在器件中应用的SiC外延生长基板,但为了使基板的偏离角度从以往的8°变为大约4°或者在其以下,同时得到比以往更为优良的表面状态,需要在降低C/Si比而进行生长的同时,在氢+硅烷气氛中进行预处理刻蚀。可是,在该预处理刻蚀中,有难于控制硅烷的分解,难于确保稳定的刻蚀状态,以及硅烷的浓度局部上升时产生Si微滴的问题,所以很难稳定地形成表面状态良好的外延膜。再有,在专利文献1中,记载着在外延生长中,在反应气体的载气中含有氯化氢(HCl),或在硅(Si)原料气体中含有氯(Cl)。这是为了用含有的氯刻蚀外延膜,或通过氯促进Si原料气体的分解,从而提高外延膜的膜厚或掺杂密度的均匀性。也就是说,专利文献1并没有涉及外延生长的预处理。
专利文献2涉及SiC单晶晶片的制造方法,记载了在CVD生长前,进行基板表面的表面处理(例如化学机械研磨、氢刻蚀等),及在升温或降温的途中进行基板表面的刻蚀。但是,没有公开有关刻蚀的具体的条件。
专利文献3涉及用原位沉积工艺刻蚀基板表面。专利文献3的课题是,刻蚀化学物质(HCl、Cl2、HF、HBr等)和含有硅和氢的沉积工艺气体除了因安全问题而在限定的条件下以外,它们不能一起使用,或具有不相容性(incompatible)。为了解决该课题,记载了使含氢气体和刻蚀化学物质反应,从而与晶片表面邻接而形成亚稳态化学物种。记载着亚稳态化学物种生成多种,它们因生长和刻蚀的反应路径的不同而发生显著的变动,各自的寿命比较短。但是,没有公开能够实现高品质的外延生长这样的具体条件。此外,亚稳态化学物种由于可生成多种,所以有对基板表面施加不良影响的可能性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010‑37157号公报
专利文献2:日本特开2006‑321707号公报
专利文献3:日本特表2009‑531872号公报
非专利文献
非专利文献1:K.Kojima,S.Kuroda,H.Okumura and K.Arai:Mater.Sci.Forum Vol.556‑557(2007)pp85‑88.
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述,为了使SiC单晶基板的偏离角度从以往的8°变为大约4°或者在其以下,同时得到比以往更为优良的表面状态,需要在氢+硅烷气氛中进行预处理刻蚀。可是,在该预处理刻蚀中,因有难以控制硅烷的分解,从而难以确保稳定的刻蚀状态,进而在硅烷的浓度局部提高时产生Si微滴的问题,因而很难稳定地形成表面状态良好的外延膜。而且,尚未发现可解决此问题的具体的刻蚀条件。本发明的课题是,鉴于此种状况,提供一种具有表面状态优良的高品质外延膜的外延SiC单晶基板的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明发现,在进行外延生长之前,使含有硅和氯的气体与氢气一同流动而进行预处理刻蚀,然后形成外延层,由此能够解决上述课题,从而完成了本发明。也就是说,本发明如下:
(1)一种外延碳化硅单晶基板的制造方法,其通过在碳化硅单晶基板上外延生长碳化硅而制造外延碳化硅单晶基板,所述制造方法的特征在于:在进行外延生长之前,使含有硅和氯的气体与氢气一同流动而进行预处理刻蚀,然后形成外延层。
(2)根据上述(1)所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其中,在所述预处理刻蚀中,含有硅和氯的气体中的硅原子相对于氢气中的氢原子的浓度为0.0001%~0.01%。
(3)根据上述(1)所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其中,在所述预处理刻蚀中,含有硅和氯的气体中的氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度为0.0001%~0.1%。
(4)根据上述(1)所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其中,所述预处理刻蚀中所用的含有硅和氯的气体为SiHnCl4‑n(式中n为0~3的整数)。
(5)根据上述(1)所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其中,在1550℃~1650℃的温度下实施所述预处理刻蚀。
(6)根据上述(1)所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其中,在所述预处理刻蚀中,刻蚀量为0.1μm~1μm。
(7)根据上述(1)所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其中,所述外延生长为热化学气相沉积法(CVD法)。
(8)根据上述(1)所述的外延碳化硅单晶基板的制造方法,其中,所述碳化硅单晶基板的偏离角度为4°以下。
发明效果
根据本发明,可提供一种对于偏离角度大约4°或者在其以下的基板上的外延膜,具有表面状态优良的高品质外延膜的SiC单晶基板。
此外,在本发明的制造方法中,如果采用CVD法,则装置构成简单,且控制性也优良,可得到均匀性、重现性高的外延膜。
另外,采用本发明的外延SiC单晶基板的器件由于形成在表面状态优良的高品质外延膜上,所以其特性及成品率得以提高。
附图说明
图1是表示以往的进行外延生长时的典型的生长顺序的图示。
图2是表示利用本发明的一方法进行外延生长时的生长顺序的图示。
图3是表示利用本发明的一方法进行外延生长所得到的膜的表面状态的光学显微镜照片。
图4是表示利用以往方法进行外延生长所得到的膜的表面状态的光学显微镜照片。
具体实施方式
以下对本发明的具体内容进行叙述。
首先,对SiC单晶基板上的外延生长进行叙述。
本发明中适合在外延生长中使用的装置也可以是卧式CVD装置。CVD法由于装置构成简单,能够通过气体的ON(开)/OFF(关)控制生长,因此是外延膜的控制性、重现性优良的生长方法。此外,除CVD法以外,也能够采用分子束外延法(MBE法)、液相外延法(LPE法)等进行外延生长。
图1中与气体的导入时机一同示出了进行以往的外延膜生长时的典型的生长顺序。首先,将基板放置在生长炉中,在对生长炉内进行真空排气后,导入氢气,将压力调整到1×104~3×104Pa。然后,一边使压力保持恒定一边提高生长炉的温度,在达到生长温度即1550~1650℃后,导入材料气体即SiH4和C2H4及掺杂气体即N2而开始生长。SiH4流量为每分钟40~50cm3,C2H4流量为每分钟20~40cm3,生长速度为每小时6~7μm。由于通常所利用的外延层的膜厚为10μm左右,所以该生长速度是考虑到生产率而决定的。在生长一定太阳城集团而得到所希望的膜厚的时刻,停止SiH4、C2H4及N2的导入,以只流通氢气的状态使温度降低。在温度降到常温后,停止氢气的导入,对生长室内进行真空排气,向生长室内导入不活泼气体,在使生长室返回到大气压后,取出基板。在以该以往方式进行生长的情况下,没有特别引入预处理刻蚀的工序,但在直到在氢气中达到生长温度的期间,必然进行氢气中的刻蚀处理。
接着,按图2的生长顺序例子对本发明的内容进行说明。在该例子中,放置SiC单晶基板,在对生长炉内进行真空排气后,导入氢气,将压力调整到1×104~3×104Pa。然后,一边使压力保持恒定一边提高生长炉的温度,在达到生长温度即1550~1650℃时,导入SiHnCl4‑n气体(式中n为0~3的整数)。此时,SiHnCl4‑n气体的导入量从得到良好的生长前的表面状态的观点出发,可以为0.3cm3/分钟~30cm3/分钟,优选为3cm3/分钟~30cm3/分钟。此外,氢气的导入量可以为100L/分钟~200L/分钟,优选为140L/分钟~160L/分钟。在以此状态进行了10~30分钟左右的预处理刻蚀后,停止SiHnCl4‑n气体的导入,导入材料气体即SiH4和C2H4及掺杂气体即N2而开始生长。其后的顺序与图1的情况相同。这里,作为SiHnCl4‑n气体,具体可列举出四氯化硅(SiCl4)、三氯硅烷(SiHCl3)、二氯硅烷(SiH2Cl2)及氯硅烷(SiH3Cl),可以单独采用它们中的1种,也可以混合使用2种以上。此外,对于材料气体的种类没有特别的限制,除上述的单硅烷和乙烯以外,作为硅源气体,也可以采用乙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷等,作为碳源气体,也可以采用丙烷、甲烷、乙烷、乙炔等。另外,对于载气或掺杂气体等的种类也没有特别的限制。再有,在上述图2中,示出了预处理刻蚀中采用的含有硅和氯的气体为SiHnCl4‑n的情况,但也可以将混合有单硅烷或乙硅烷和氯或氯化氢的气体适用于预处理刻蚀。太阳城集团此时的这些混合气体的导入量或氢气的导入量等,与上述的SiHnCl4‑n气体的情况相同。
这样一来,通过使SiHnCl4‑n气体等含有硅和氯的气体与氢气一同流动而进行预处理刻蚀,此后的外延生长膜的表面状态与采用硅烷的生长前刻蚀的情况相比更为改善。这可以考虑如下。在硅烷的情况下,可认为如果发生分解,则生成多种具有SixHy形态的化合物,它们之比例决定刻蚀状态,因此可以认为难以重现性良好地控制刻蚀速度及刻蚀后的表面状态。可是,在SiHnCl4‑n气体等的情况下,可以认为如果发生分解,则成为在气相中稳定的SiCl2形态,能够根据SiHnCl4‑n气体等的流量控制向基板表面的SiCl2的供给量,因此可重现性良好地得到稳定的刻蚀速度和Si‑rich的刻蚀状态,可改善外延膜的表面状态。另外,也不会发生SiCl2相互结合形成Si微滴,由此也不会使表面缺陷增加。再有,如上所述,在专利文献1中,公开了在外延生长所用的载气中含有氯化氢(HCl),或在硅(Si)原料气体中含有氯(Cl),介绍了用所含的氯刻蚀外延膜,或者利用氯促进Si原料气体的分解。可是,其目的是提高外延膜的膜厚及掺杂密度的均匀性,与本发明中的SiHnCl4‑n气体等的目的即通过以SiCl2的形态供给,达成稳定的刻蚀速度和Si‑rich的刻蚀状态,由此实现最佳的外延生长前状态及其效果是根本不同的。
根据本发明,对于具有大约4°或者在其以下的偏离角的基板上的外延膜,可得到表面状态良好的外延膜,但如果SiHnCl4‑n气体等的量较少,则刻蚀不能充分地进行,因此其流量存在下限。此外,如果过度地增加SiHnCl4‑n气体的量,则有可能形成生长开始而不需要的外延膜。考虑到以上状况,本发明人进行了研究,结果表明,SiHnCl4‑n气体等含有硅和氯的气体中的硅原子相对于氢气中的氢原子的浓度(硅原子数/氢原子数)优选为0.0001%~0.01%,更优选为0.001%~0.01%。此外,SiHnCl4‑n气体等含有硅和氯的气体中的氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度(氯原子数/氢原子数)优选为0.0001%~0.1%,更优选为0.001%~0.1%。
此外,如果预处理刻蚀时的温度过低,则不能充分进行刻蚀,如果过高,则有刻蚀后表面粗糙的可能性,因此优选为1550℃~1650℃。另外,通过刻蚀而被除去的量如果过少,则表面状态的改善效果并不充分,如果过多,则有表面凸凹增加的可能性,因此优选在厚度方向以0.1μm~1μm的范围刻蚀SiC单晶基板的表面,更优选为0.3μm~0.6μm。再有,本发明在具有4°以下的偏离角的SiC基板上形成外延膜时可以特别地发挥其效果,但对于偏离角超过4°的基板,当然也具有其效果。此外,偏离角的下限为0°。
适合形成在这样生长的外延SiC单晶基板上的器件为肖特基势垒二极管、PIN二极管、MOS二极管、MOS晶体管等专用于电力控制的器件。
实施例
(实施例1)
从3英寸(76mm)晶片用SiC单晶锭上以大约400μm的厚度切片,实施粗切削和利用金刚石磨粒的通常研磨,对这样得到的具有4H晶型的多型结构(polytype)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。作为生长的顺序,将基板放置在生长炉中,在对生长炉内进行真空排气后,一边以每分钟150L导入氢气一边将压力调整到1.0×104Pa。然后,一边使压力保持恒定一边将生长炉的温度升高到1600℃,以每分钟3cm3(三氯硅烷中的硅原子和氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度分别为0.001%和0.003%)导入三氯硅烷(SiHCl3),进行大约0.5μm的预处理刻蚀。然后,停止三氯硅烷的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟22cm3(C/Si比为1.1),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。再有,预处理刻蚀形成的SiC单晶基板的刻蚀量,是通过事前实施只进行外延膜的预处理刻蚀的实验,用FT‑IR法(例如Nanometrics公司的FTIR装置)等测定刻蚀前后的膜厚而算出的值。
图3中示出了这样进行外延生长所得到的膜的光学显微镜照片(例如采用Olympus公司的MX61显微镜的微分干渉照片)。由图3得知,得到了表面粗糙或缺陷较少的良好的膜。通过AFM(例如プルカ-公司生产的AFM装置)评价了该外延膜表面,结果表面粗糙度的Ra值(算术平均表面粗糙度:JIS B0601‑1994)为0.20nm,其平坦性优良。
(实施例2)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1同样,在达到1600℃后,以每分钟6cm3(二氯硅烷中的硅原子和氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度分别为0.002%和0.004%)导入二氯硅烷(SiH2Cl2),进行大约0.5μm的预处理刻蚀。然后,停止二氯硅烷的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟20cm3(C/Si比为1.0),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。这样进行外延生长所得到的膜为表面粗糙或缺陷较少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值为0.22nm,其平坦性优良。
(实施例3)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1同样,在达到1600℃后,以每分钟20cm3(氯硅烷中的硅原子和氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度分别为0.007%)导入氯硅烷(SiH3Cl),进行大约0.6μm的预处理刻蚀。然后,停止氯硅烷的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟16cm3(C/Si比为0.8),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。这样进行外延生长所得到的膜为表面粗糙或缺陷较少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值为0.25nm,其平坦性优良。
(实施例4)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1同样,在达到1550℃后,以每分钟6cm3(二氯硅烷中的硅原子和氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度分别为0.002%和0.004%)导入二氯硅烷(SiH2Cl2),进行大约0.5μm的预处理刻蚀。然后,停止二氯硅烷的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟20cm3(C/Si比为1.0),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。这样进行外延生长所得到的膜为表面粗糙或缺陷较少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值为0.23nm,其平坦性优良。
(实施例5)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1相同,在达到1650℃后,以每分钟3cm3(三氯硅烷中的硅原子和氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度分别为0.001%和0.003%)导入三氯硅烷(SiHCl3),进行大约0.6μm的预处理刻蚀。然后,停止三氯硅烷的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟22cm3(C/Si比为1.1),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。这样进行外延生长所得到的膜为表面粗糙或缺陷较少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值为0.21nm,其平坦性优良。
(实施例6)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1同样,在达到1600℃后,以每分钟20cm3(硅烷中的硅原子相对于氢气中的氢原子的浓度为0.007%)导入硅烷(SiH4),以每分钟60cm3(氯化氢中的氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度为0.02%)导入氯化氢(HCl),进行大约0.5μm的预处理刻蚀。然后,停止硅烷和氯化氢的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟16cm3(C/Si比为0.8),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。这样进行外延生长所得到的膜为表面粗糙或缺陷较少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值为0.55nm,其平坦性优良。
(实施例7)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1同样,在达到1500℃后,以每分钟3cm3(三氯硅烷中的硅原子和氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度分别为0.001%和0.003%)导入三氯硅烷(SiHCl3),进行大约1.0μm的预处理刻蚀。然后,停止三氯硅烷的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟22cm3(C/Si比为1.1),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。这样进行外延生长所得到的膜为表面粗糙或缺陷较少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值为0.48nm,其平坦性优良。
(实施例8)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为6°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1同样,在达到1600℃后,以每分钟3cm3(三氯硅烷中的硅原子和氯原子相对于氢气中的氢原子的浓度分别为0.001%和0.003%)导入三氯硅烷(SiHCl3),进行大约0.5μm的预处理刻蚀。然后,停止三氯硅烷的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟20cm3(C/Si比为1.0),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。这样进行外延生长所得到的膜为表面粗糙或缺陷较少的良好的膜,表面粗糙度的Ra值为0.21nm,其平坦性优良。
(实施例9~175)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1同样,但如表1~表6所示那样变更基板的偏离角、预处理刻蚀量、SiHnCl4‑n气体的气体种类和浓度。在预处理刻蚀后,停止SiHnCl4‑n气体的导入,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟22cm3(C/Si比为1.1),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。这样进行外延生长所得到的膜为表面粗糙或缺陷较少的良好的膜,如表1~表6所示,表面粗糙度的Ra值也示出较小的值。再有,表中的浓度(%)表示相对于氢气中的氢原子的SiHnCl4‑n气体中的硅原子的浓度(Si浓度)和氯原子的浓度(Cl浓度)。
表1

表2

表3

表4

表5

表6

(比较例1)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1相同,但不进行使含有硅和氯的气体流动的预处理刻蚀,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟22cm3(C/Si比为1.1),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。图4中示出了这样进行外延生长所得到的膜的光学显微镜照片。由图4得知,为三角形缺陷较多、表面粗糙度较大的膜,表面粗糙度的Ra值为1.5nm,表现出较大的值。
(比较例2)
与实施例1同样地,对进行了切片、粗切削、通常研磨的,并具有4H晶型的多型结构的3英寸(76mm)的SiC单晶基板的Si面实施外延生长。基板的偏离角为4°。直到生长预处理开始的顺序、温度、氢气的导入等与实施例1相同,但在达到1600℃后,以每分钟3cm3(硅烷中的硅原子相对于氢气中的氢原子的浓度为0.001%)导入硅烷(SiH4),进行大约0.5μm的预处理刻蚀。然后,将SiH4流量调整为每分钟40cm3,将C2H4流量调整为每分钟22cm3(C/Si比为1.1),进而将掺杂气体即N2流量调整为每分钟1cm3,使外延层生长大约10μm。在这样进行外延生长所得到的膜上,与图4同样地观察到较多被认为起因于预处理刻蚀的不稳定性或Si微滴的缺陷或凹坑,表面粗糙度的Ra值为1.1nm,表现出较大的值。
产业上的可利用性
根据本发明,在SiC单晶基板上进行外延生长时,可稳定地制作具有表面状态良好的高品质外延膜的外延SiC单晶基板。因此,如果在这样的基板上形成电子器件,则能够期待提高器件的特性及成品率。

关 键 词:
外延 碳化硅 单晶基板 制造 方法
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
太阳城集团本文
本文标题:外延碳化硅单晶基板的制造方法.pdf
链接地址:http://zh228.com/p-6420540.html
太阳城集团我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
葡京赌场|welcome document.write ('');