外延碳化硅單晶基板及其制造方法技術

本發明專利技術提供一種在偏離角度為1°~6°的碳化硅單晶基板上具有摻雜密度的面內均勻性優良的碳化硅外延膜的外延碳化硅單晶基板。外延膜通過使0.5μm以下的摻雜層和0.1μm以下的無摻雜層重復而生長。通過將材料氣體中的碳原子數相對于硅原子數的比（C/Si比）規定為1.5~2.0而形成摻雜層，通過將C/Si比規定為0.5以上且低于1.5而形成無摻雜層。由此提供一種在偏離角度小的碳化硅單晶基板上具有高品質且摻雜密度的面內均勻性優良的碳化硅外延膜的外延碳化硅單晶基板。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及外延碳化硅(SiC)單晶基板及其制造方法。
技術介紹
碳化硅(SiC)由于耐熱性及機械強度優良，在物理化學方面穩定而作為耐環境性半導體材料引人注目。此外，近年來，作為高頻高耐壓電子器件等的基板對SiC單晶基板的需求高漲。 在采用SiC單晶基板制作電力器件、高頻器件等時，通常，一般采用稱為熱CVD法(熱化學蒸鍍法)的方法在基板上外延生長SiC薄膜，或通過離子注入法直接打入摻雜劑。為后者即離子注入法的情況時，需要在注入后進行高溫下的退火，因此多通過外延生長形成薄膜。在外延膜上形成器件時，為了穩定地制造如設計的器件，外延膜的膜厚及摻雜密度、特別是摻雜密度的晶片面內均勻性是重要的。近年來，隨著晶片的大口徑化的發展，器件的面積也增大。從如此的觀點出發，為了提高器件成品率，摻雜密度的均勻性更重要。在目前主流的3及4英寸晶片上的SiC外延膜中，摻雜密度面內均勻性如果用標準偏差/平均值(σ /mean)表示為5 10%，但在上述的大口徑晶片的情況下，需要使此值在5%以下。另一方面，在基板的口徑為3英寸以上時，從降低基底面位錯等缺陷密度，以及提高由SiC錠制得的基板的收率等觀點出發，作為基板的偏離角度，采用以往的從8°到大約4°乃至其以下。在具有如此小的偏離角度的基板上的外延生長時，生長時流動的材料氣體中的碳原子數相對于硅原子數的比(C/Si比)一般比以往低。這是因為隨著偏離角度減小，表面的臺階(step)數減少，難以產生臺階流動(step-flow)生長，有臺階積累(stepbunching)或外延缺陷容易增加的傾向，因而要抑制上述傾向。但是，如果降低上述C/Si比，則所謂位點競爭(site-competition)變得顯著,外延生長時,氮原子這樣的雜質從大氣的進入增大。進入的氮原子在SiC中成為給體，因供給電子，載流子密度上升。另一方面，在生長氣氛中，因殘留氮存在，即使是不添加雜質元素而形成的無摻雜層也產生位點競爭(site-competition)，因此通過降低C/Si比而生長的無摻雜層的殘留載流子密度比以往的C/Si比時更高。關于此點，以下采用圖I進行說明。在以往那樣的偏離角度(8° )的基板的情況下，使C/Si比在X附近進行生長，如果將此時的無摻雜層的殘留載流子密度設定為Nx，則以在大約4°乃至其以下的偏離角度的基板上生長時所需的低C/Si比Y (通常I. O左右)生長時的無摻雜層的殘留載流子密度為隊(通常為0.8 IX IO15CnT3左右)。另一方面，器件工作所需的載流子水平N。例如為I 5 X IO15Cm-3,這大致為Ny的范圍，因此在C/Si比為Y時，能在不進行摻雜的狀態下，得到已經具有接近器件工作所需的摻雜值的層。所以，為了通過有意導入摻雜氣體即氮，且將該層的載流子水平控制在器件工作所需的值，應控制的摻雜量小，而與8°偏離基板時相比，難以得到摻雜密度的均勻性。另外，嚴格地講，在晶片上的所有部分上C/Si比不固定，因此C/Si比比Y小的情況局部發生，在此種情況下，由圖I得知，殘留載流子密度變得大于Nc。圖2a中示出在C/Si比為Y的部分進行摻雜時的摻雜密度分布圖，圖2b中示出在相同晶片內在C/Si比小于Y的部分(O. 8 O. 9左右)進行摻雜時的摻雜密度分布圖。如果將Nbi和Nb2作為在各自的部分的殘留載流子密度，則通常Nbi為O. 8 I X IO15CnT3左右，Nb2為I 3X IO15CnT3左右，因此為Nbi < Nb2 ^ Nc。在晶片內的圖2a的部分中，在為了得到N。進行了摻雜時，N。- Nbi為摻雜量，因此在圖2b的部分，必然N。- Nbi + Nb2為摻雜值。所以，Nb2 - Nbi為在圖2a和圖2b的部分的摻雜偏差，這可成為比N。的10%左右更大的值。之所以產生如此的現象，是因為在4°乃至其以下的偏離角度的基板上的生長所需的C/Si比Y附近，圖I中的曲線的斜率增大，也就是說在Y附近即使是C/Si比的微小的偏差，Nb2—Nbi的值也增大,使摻雜密度的面內分布均勻性大大降低。所以，雖是今后可期待在器件中應用的SiC外延生長基板，但是如果將基板的偏離角度規定為以往的從8°到大約4°乃至其以下，則因必須降低C/Si比而進行生長，使摻雜密度的晶片面內均勻性劣化，在器件應用上存在問題。 可是，作為在偏離角度為4°以下的SiC單晶基板上形成高品質的外延膜的方法，本專利技術人等提出了通過將外延膜的材料氣體中所含的碳和硅的原子數比(C/Si)規定為O.5以上且低于I. O而生長的層(缺陷降低層)和和通過將C/Si規定為I. (Tl. 5而生長的層(活性層)的形成方法(參照專利文獻I)。可是，該方法的目的是得到三角形狀的外延缺陷或表面粗糙少的外延膜，關于晶片面內的外延膜的摻雜密度，沒有對確保均勻性的直接的手段進行教示的記載。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2009-256138號公報
技術實現思路
專利技術所要解決的問題本專利技術的目的在于，提供一種在采用偏離角度為1° 6°的基板的外延生長中，即使在降低碳和硅的原子數比(C/Si)時，通過抑制偏差，也具有摻雜密度的晶片面內均勻性優良的聞品質外延I旲的外延SiC單晶基板及其制造方法。用于解決問題的手段本專利技術人等發現在外延生長時，將不添加雜質元素而形成的無摻雜層和一邊添加雜質元素一邊形成的摻雜層分別層疊多層，而且使該無摻雜層及摻雜層生長時的C/Si比和它們的厚度變化，對于解決上述問題是非常有效的。本專利技術是基于上述見識而完成的。更詳細地講，本專利技術的外延碳化硅單晶基板是在偏離角度(off angle)為1° 6°的碳化硅單晶基板上具有通過化學氣相沉積法形成的碳化硅外延膜的外延碳化硅單晶基板，其特征在于，該外延膜通過將一邊添加雜質元素一邊形成的厚度為O. 5 μ m以下的摻雜層和不添加雜質元素而形成的厚度為O. I μ m以下的無摻雜層交替層疊，分別具有2層以上的摻雜層及無摻雜層。本專利技術例如包含以下方式。(I) 一種外延碳化硅單晶基板，其特征在于，其是在偏離角度為1° 6°的碳化硅單晶基板上具有通過化學氣相沉積法形成的碳化硅外延膜的外延碳化硅單晶基板，其中，該外延膜通過將一邊添加雜質元素一邊形成的厚度為O. 5μπι以下的摻雜層和不添加雜質元素而形成的厚度為O. I μ m以下的無摻雜層交替層疊，分別具有2層以上的摻雜層及無摻雜層。(2)根據上述(I)所述的外延碳化硅單晶基板，其特征在于，所述摻雜層通過將外延膜的材料氣體中所含的碳和硅的原子數比C/Si規定為I. 5^2. O而形成，而且，所述無摻雜層通過將外延膜的材料氣體中所含的碳和硅的原子數比C/Si規定為O. 5以上且低于I. 5而形成。(3)根據上述(I)或(2)所述的外延碳化硅單晶基板，其特征在于，所述摻雜層的厚度大于所述無摻雜層的厚度。 (4)根據上述(I) (3)中任一項所述的外延碳化硅單晶基板，其特征在于，所述摻雜層的摻雜原子數密度為I XlO15cnT3以上。(5) —種外延碳化硅單晶基板的制造方法，其特征在于，其是通過在偏離角度為1° 6°的碳化硅單晶基板上通過化學氣相沉積法形成碳化硅外延膜，從而制造外延碳化硅單晶基板的方法，其中，通過使一邊添加雜質元素一邊形成本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.11 JP 2010-1091051.一種外延碳化硅單晶基板，其特征在于，其是在偏離角度為1° 6°的碳化硅單晶基板上具有通過化學氣相沉積法形成的碳化硅外延膜的外延碳化硅單晶基板， 其中，該外延膜通過將一邊添加雜質元素一邊形成的厚度為O. 5 μ m以下的摻雜層和不添加雜質元素而形成的厚度為O. I μ m以下的無摻雜層交替層疊，分別具有2層以上的摻雜層及無慘雜層。2.根據權利要求I所述的外延碳化硅單晶基板，其特征在于，所述摻雜層通過將外延膜的材料氣體中所含的碳和硅的原子數比C/Si規定為I. 5^2. O而形成，而且，所述無摻雜層通過將外延膜的材料氣體中所含的碳和硅的原子數比C/Si規定為O. 5以上且低于I. 5而形成。3.根據權利要求I或2所述的外延碳化硅單晶基板，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：藍鄉崇，柘植弘志，星野泰三，藤本辰雄，勝野正和，中林正史，矢代弘克，
申請(專利權)人：新日本制鐵株式會社，
類型：
國別省市：