碳化硅半导体装置的制造方法以及碳化硅半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳化硅半导体装置的制造方法以及碳化硅半导体装置。
【背景技术】
[0002]作为半导体材料，已知有碳化硅的四层周期六方晶体(4H_SiC)等的化合物半导体。作为半导体材料，在使用4H_SiC制作功率半导体装置时，通过在由4H_SiC构成的半导体基板(以下称为4H-SiC基板)上使4H-SiC单结晶膜(以下称为SiC外延膜)外延生长来制作SiC单结晶基板。到目前为止，作为外延生长方法，已知有化学气相沉积(CVD:Chemical Vapor Deposit1n)法。
[0003]具体来说，通过化学气相沉积法而层积了 SiC外延膜的SiC单结晶基板，是通过在载气中热分解流入到反应炉(燃烧室)内的原料气体，模仿4H-SiC基板的晶格而使硅(Si)原子连续地堆积而制作的。一般来说，使用硅烷(SiH4)气体以及二甲基甲烷(C3H8)气体作为原料气体，使用氢(H2)气作为载气。并且，适当添加了氮(N2)气和/或三甲基铝(TMA)气体作为掺杂气体。
[0004]—般来说，外延膜的生长速度为数μm/h左右，不能使其进行高速生长。因此，要生长制作高耐压设备所需要的厚度为100 μπι以上的外延膜，需要花费很长时间，在工业生产中要求对外延生长速度进行高速化。作为使外延膜高速生长的方法，已知有使用卤素化合物的卤化物CVD法。该卤化物CVD法通过向反应炉内同时导入作为原料气体的硅烷气体和二甲基甲烷气体，以及作为添加气体的氯化氢(HCl)等的含氯(Cl)气体来使SiC外延膜生长，从而能够进行100 μπι/h左右的高速生长(例如参考下述非专利文献I)。
[0005]现有技术文献
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献1:S.Leone 及其他 5 位，Growth of smooth 4H_SiC epilayerson4° off-axis substrates with chloride-based CVD at very high growth rate，Materials Research Bulletin，(荷兰)，Elsevier Ltd.，2011 年，第 46 卷，第 8 号，P.1272-1275。
【发明内容】
[0008]技术问题
[0009]然而，发明人通过反复的专心研究的结果发现通过卤化物CVD法生长的SiC外延膜的结晶性比通过未使用卤素化合物的通常的CVD法生长的SiC外延膜的结晶性还差。
[0010]本发明为了解决上述现有技术的问题点，其目的在于提供一种在含有卤素化合物的气体环境中，能够提高生长的碳化硅半导体膜的结晶性的碳化硅半导体装置的制造方法以及碳化硅半导体装置。
[0011]技术方案
[0012]为了解决上述课题，达成本发明的目的，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法是通过使用由包含硅的气体、包含碳的气体以及包含氯的气体构成的混合气体环境而进行的化学气相沉积法，在碳化硅半导体基板上生长碳化硅外延膜的碳化硅半导体装置的制造方法，具有以下特征。首先，到上述碳化硅外延膜的厚度成为第一预定厚度为止，进行使第一生长速度以固定的比例增加的同时使上述碳化硅外延膜生长的第一生长工序。接下来，在上述第一生长工序之后，到上述碳化硅外延膜的厚度变为比上述第一预定厚度厚的第二预定厚度为止，进行使上述碳化硅外延膜以上述第一生长工序结束时刻的上述第一生长速度以上的第二生长速度生长的第二生长工序。
[0013]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中具有以下特征，将上述第一预定厚度设置为2 μ m以上7.2 μ m以下，将上述第二生长速度设置为75 μ m/时以上。
[0014]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中具有以下特征，在上述第一生长工序中，使上述第一生长速度以12 μ m/时以下的幅度增加。
[0015]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中具有以下特征，上述第二生长工序后的上述碳化硅外延膜的通过X线衍射法所测量的(0002)晶面的X射线摇摆曲线的半幅值为上述碳化硅半导体基板的通过X线衍射法所测量的(0002)晶面的X射线摇摆曲线的半幅值以下。
[0016]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中具有以下特征，上述第二生长工序后的上述碳化硅外延膜的通过X线衍射法所测量的(0002)晶面的X射线摇摆曲线的半幅值为0.008°以下。
[0017]另外，本发明的碳化硅半导体装置的制造方法在上述发明中具有以下特征，上述碳化硅半导体基板是(0001)晶面相对于结晶轴倾斜约4°的四层周期六方晶体基板。
[0018]另外，为了解决上述课题，达成本发明的目的，本发明的碳化硅半导体装置具有以下特征。在碳化硅半导体基板上设置有碳化硅外延膜，该碳化硅外延膜通过使用由包含硅的气体、包含碳的气体以及包含氯的气体构成的混合气体环境进行的化学气相沉积法而生长。上述碳化硅外延膜的通过X线衍射法所测量的(0002)晶面的X射线摇摆曲线的半幅值为上述碳化硅半导体基板的通过X线衍射法所测量的(0002)晶面的X射线摇摆曲线的半幅值以下。
[0019]另外，本发明的碳化硅半导体装置在上述发明中具有以下特征，上述碳化硅外延膜通过X线衍射法所测量的(0002)晶面的X射线摇摆曲线的半幅值为0.008°以下。
[0020]另外，本发明的碳化硅半导体装置在上述发明中具有以下特征，上述碳化硅半导体基板是(0001)晶面相对于结晶轴倾斜约4°的四层周期六方晶体基板。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明的碳化硅半导体装置的制造方法以及碳化硅半导体装置，通过使用含有卤素化合物的气体环境的化学气相沉积法，能够起到快速生长碳化硅半导体膜，且使碳化硅半导体膜具有与碳化硅基板的结晶性几乎相同程度的高结晶性的效果。
【附图说明】
[0023]图1A是表示实施方式的碳化硅半导体装置的制造方法的概要的流程图。
[0024]图1B是表示实施方式的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的剖面图。
[0025]图2是表示SiC外延膜的生长速度和X射线摇摆曲线半幅值之间的关系的特性图。
[0026]图3是表示SiC外延膜的初期生长速度的增加比例和X射线摇摆曲线半幅值之间的关系的特性图。
[0027]图4是表示4°倾斜基板的X射线摇摆曲线特性图。
[0028]图5是表示在实施例的半导体装置中的SiC外延膜的X射线摇摆曲线的特性图。
[0029]符号的说明
[0030]I 4H-SiC 基板
[0031]2 SiC 外延膜
[0032]3 导入至反应炉内的气体
[0033]10 SiC单结晶基板
【具体实施方式】
[0034]以下参考附图，对本发明的碳化硅半导体装置的制造方法以及碳化硅半导体装置优选的实施方式进行详细说明。在本说明书以及附图中，前缀有η或P的层和区域，分别表示电子或空穴为多数载流子。并且，标记于η或P的+和-分别表示杂质浓度比未标记+和-的层和区域的杂质浓度高和低。应予说明，在以下的实施方式的说明以及附图中，对同样的结构标记相同的符号，并省略重复说明。
[0035](实施方式)
[0036]对于实施方式的碳化硅半导体装置的制造方法，以使用碳化硅的四层周期六方晶体(4H_SiC)作为半导体材料而制作(制造)碳化硅半导体装置的情况为例进行说明。图1A是表示实施方式的碳化硅半导体装置的制造方法的概要的流程图。图1B是表示实施方式的碳化硅半导体装置在制造过程中的状态的剖面图。首先，准备由4H_SiC构成的基板(4H-SiC基板)1，通过一般的有机洗净法和/或RCA洗净法进行洗净(步骤SI)。4H_SiC基板I例如可以使用以(0001)晶面(即Si面)相对于结晶轴倾斜例如约4°的(有倾斜角)面为主面的碳化娃体基板(bulk substrate)。
[0037]接下来，在用于通过化学气相沉积(CVD)法生长4H_SiC单结晶膜(以下称为SiC外延膜(碳化硅半导体膜))2的反应炉(燃烧室，未图示)内，插入4H-SiC基板1(步骤S2)。接下来，进行真空排气直到反应炉内的真空度变为例如IXlO3Pa以下。接下来，向反应炉内以例如20L/分钟的流量导入用一般