碳化硅外延衬底、制造碳化硅外延衬底的方法、制造碳化硅半导体器件的方法、碳化硅生 ...的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及碳化娃外延衬底、制造所述碳化娃外延衬底的方法、制造碳化娃半导体器件的方法、碳化硅生长装置和碳化硅生长装置部件。具体来说，本发明涉及用于需要具有高击穿电压的碳化娃半导体器件的碳化娃外延衬底、制造所述碳化娃外延衬底的方法、制造所述碳化硅半导体器件的方法、碳化硅生长装置和碳化硅生长装置部件。
【背景技术】
[0002]化合物半导体例如碳化硅在衬底上的外延生长，需要通过将处理气体(源材料气体等)在高温下反应来进行。
[0003]按照惯例，在用于碳化硅外延生长的外延生长装置中，将能够被感应加热并具有高耐热性的材料用于形成生长室的部件例如热发生器和衬托器。这种材料的实例是碳材料。
[0004]日本专利公开N0.2006-028625 (专利文献I)描述了一种CVD装置，其中将对运载气体具有高耐蚀性的薄膜部件形成在由碳材料制成的衬托器上。其中还描述了一种CVD装置，其中将覆盖衬托器的薄膜部件中的氮浓度制造得非常低。
[0005]引用名单
[0006]专利文献
[0007]PTD 1:日本专利公开N0.2006-028625
【发明内容】
[0008]技术难题
[0009]然而，本申请的发明人发现，尽管如专利文献I中所描述将覆盖衬托器的薄膜部件中的氮浓度制造得低，但充分降低通过外延生长获得并具有良好表面质量的碳化硅外延层中氮的背景浓度，可能是困难的。应该指出，在本说明书中术语“背景浓度”是指通过在不使用掺杂剂气体的情况下进行外延生长而获得的外延层中的氮浓度。
[0010]具体来说，本申请的发明人发现，为了在碳化硅外延衬底的主表面中获得良好的表面质量，必需在预定生长条件下进行外延生长。此外，本申请的发明人发现，在上述生长条件下，氮可能被捕获在碳化硅外延衬底中，并且使用专利文献I的技术难以充分降低获得的碳化硅外延层中氮的背景浓度。此外，本申请的发明人发现，在常规碳化硅外延衬底的主表面中氮的背景浓度的平面内分布大。已证实，碳化硅外延层背景浓度的大的平面内分布将引起碳化硅外延层中杂质浓度(氮浓度)的大的平面内分布，即使是在外延生长期间使用氮作为杂质进行掺杂时。
[0011]本发明被做出以解决上述难题。本发明的主要目的是提供:具有良好的表面质量并具有充分降低的氮背景浓度的碳化娃外延衬底;制造这种碳化娃外延衬底的方法;制造碳化硅半导体器件的方法；以及碳化硅生长装置和碳化硅生长装置部件，其各自允许制造具有良好的表面质量、具有充分降低的氮背景浓度并具有均匀的氮浓度平面内分布的碳化硅外延衬底。
[0012]难题的解决方法
[0013]本发明的碳化硅外延衬底是具有主表面的碳化硅外延衬底，其包括:衬底；以及形成在所述衬底上并包括所述主表面的碳化硅外延层，所述主表面具有0.6nm或更低的表面粗糙度(Ra;算术平均粗糙度)，在包括所述主表面的表面层处的所述碳化硅外延层中的氮浓度的所述碳化硅外延衬底平面内标准偏差与在所述表面层处所述碳化硅外延层中氮浓度的所述碳化硅外延衬底平面内的平均值之比为15%或更低。本发明的有利效果
[0014]根据本发明，可以提供具有良好的表面质量、具有充分降低的背景浓度并具有均匀的氮浓度平面内分布的碳化硅外延衬底。
【附图说明】
[0015]图1是用于说明根据第一实施方式的碳化硅外延衬底的横截面图。
[0016]图2是制造根据所述第一实施方式的碳化硅外延衬底的方法的流程图。
[0017]图3是用于说明根据所述第一实施方式的碳化硅生长装置的横截面图。
[0018]图4是沿着图3中的直线IV-1V获得的横截面图。
[0019]图5是示出了在根据所述第一实施方式的碳化硅生长装置中围绕衬底架的配置的平面图。
[0020]图6是示出了图5中示出的根据所述第一实施方式的碳化硅生长装置中围绕衬底架的配置的横截面图。
[0021 ]图7是用于说明根据第二实施方式的碳化硅半导体器件的横截面图。
[0022]图8是制造根据所述第二实施方式的碳化硅半导体器件的方法的流程图。
[0023]图9说明了在具有高的氮背景浓度并具有低的氮平面内均匀性的碳化硅外延衬底中的氮浓度分布。
[0024]图10说明了在具有低的氮背景浓度并具有高的氮平面内均匀性的碳化硅外延衬底中的氮浓度分布。
[0025]图11是示出了根据所述第一实施方式的碳化硅生长装置的改良的横截面图。
【具体实施方式】
[0026][本申请的发明实施方式的描述]
[0027]下面参考附图描述本发明的实施方式。应该指出，在下面提到的图中，相同或对应的部分被给予相同的指称符号并且不进行重复描述。
[0028]首先，列出了本发明的实施方式的概述。
[0029](I)根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10是具有主表面(第二主表面2A)的碳化硅外延衬底10，其包含:基础衬底I，以及形成在基础衬底I上并包括所述主表面(第二主表面2A)的碳化硅外延层2，第二主表面2A具有0.6nm或更低的表面粗糙度，在包括所述主表面(第二主表面2A)的表面层处碳化硅外延层2中氮浓度的碳化硅外延衬底10平面内的标准偏差与在包括所述主表面(第二主表面2A)的所述表面层处碳化硅外延层2中的氮浓度的所述碳化硅外延衬底10平面内的平均值之比，在碳化硅外延衬底10的所述主表面(第二主表面2A)中为15%或更低。
[0030]因此，根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10具有主表面(第二主表面2A)，所述主表面具有良好的表面质量，其中晶体缺陷例如三角形缺陷和台阶聚并被抑制。此外，在根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10中，在第二主表面2A处碳化硅外延层2中氮浓度的平面内均匀性高(在后文中，在本说明书中，表述“氮浓度的平面内均匀性高”被定义为指示在包括第二主表面2A的表面层处的碳化硅外延层2中的氮浓度的碳化硅外延衬底10平面内的标准偏差与在所述包括第二主表面2A的表面层处的碳化硅外延层2中的氮浓度的所述碳化硅外延衬底10平面内的平均值之比为15%或更低)。因此，当使用根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10制造碳化硅半导体器件时，可以获得具有高的平面内性能均匀性的碳化硅半导体器件。
[0031](2)在根据本发明实施方式的碳化娃外延衬底10中，碳化娃外延层2中氮的背景浓度可以为I X 115Cnf3或更低。
[0032]因此，例如，当根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10包括在不使用掺杂剂气体的情况下外延生长的碳化娃外延层2时，碳化娃外延层2中的氮浓度基本上对应于氮的背景浓度，因此所述氮浓度可以为I X 115Cnf3或更低。此外，在这种情况下，第二主表面2A具有0.6nm或更低的表面粗糙度，并且在包括所述主表面(第二主表面2A)的表面层处碳化硅外延层2中氮浓度的碳化硅外延衬底10平面内的标准偏差与在包括所述主表面(第二主表面2A)的所述表面层处碳化硅外延层2中氮浓度的所述碳化硅外延衬底10平面内的平均值之比，在碳化硅外延衬底10的所述主表面(第二主表面2A)中为15%或更低。换句话说，根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10可以包括具有良好的表面质量、具有非常低的氮背景浓度并具有高的氮浓度平面内均匀性的碳化硅外延层2。
[0033](3)在根据本发明实施方式的碳化娃外延衬底10中，碳化娃外延层2被故意掺杂的氮的浓度可以为2 X 116Cnf3或更低。
[0034]因此，例如，当根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10包括使用掺杂剂气体外延生长的碳化娃外延层2时，碳化娃外延层2可以含有浓度为2 X 1016cm—3或更低的氮。此外，在这种情况下，第二主表面2A具有0.6nm或更低的表面粗糙度，并且在包括所述主表面(第二主表面2A)的表面层处碳化硅外延层2中氮浓度的碳化硅外延衬底10平面内的标准偏差与在包括所述主表面(第二主表面2A)的所述表面层处碳化硅外延层2中氮浓度的所述碳化硅外延衬底10平面内的平均值之比，在碳化硅外延衬底10的所述主表面(第二主表面2A)中为15%或更低。换句话说，在根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10中，碳化硅外延层2具有良好的表面质量，被控制成具有低的氮背景浓度，并具有高的平面内氮均匀性。因此，通过使用根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10制造碳化硅半导体器件，可以抑制性能波动，并且可以获得特别适用于需要具有高击穿电压的装置的碳化硅半导体器件。
[0035](4)根据本发明实施方式的碳化娃外延衬底10可能具有10mm或更大的外径。
[0036]具体来说，即使在根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10具有这种10mm或更大的外径时，碳化硅外延衬底10也具有良好的表面质量，被控制成具有低的氮背景浓度，并具有高的平面内氮均匀性。因此，通过使用根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底10制造碳化硅半导体器件(按照制造根据本发明实施方式的碳化硅半导体器件的方法)，性能波动得以抑制，并且可以用高效率获得特别适用于需要具有高击穿电压的装置的碳化硅半导体器件30。
[0037](5)—种制造根据本发明实施方式的碳化硅外延衬底的方法，所述方法包括:制备基础衬底I的步骤(Sll);将基础衬底I置于碳化硅生长装置100中的步骤(S12);以及通过向基础衬底I供应用于形成碳化硅外延层2的源材料气体并将基础衬底I加热到外延生长温度，在基础衬底I上形成碳化硅外延层2的步骤(S13)，碳化硅生长装置100包括部件11、12，其各自暴露