[发明专利]碳化硅外延晶片及其制造方法、外延生长用碳化硅块状衬底及其制造方法以及热处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅功率器件等所使用的碳化硅外延晶片及其制造方法、外延生长用碳化硅块状衬底及其制造方法以及用于将碳化硅块状衬底进行热处理的热处理装置。

背景技术

与硅(下面称为“Si”)相比，碳化硅(下面称为“SiC”)的能带隙较大，另外，绝缘破坏电场强度、饱和电子速度及导热率等物理参数优异，作为半导体功率器件材料，具有优异的性质。特别是，在使用了该SiC的功率器件中，可以形成大幅度降低功率损失及小型化等，可实现电源功率变换时的节省能源化，因此，在电动车的高性能化、太阳能电池系统等高功能化等、实现低碳社会的基础上，具有成为关键器件的可能性。

当制造SiC功率器件的时候，必须通过预热CVD法(热化学气相沉积法)等在SiC块状衬底上外延生长半导体器件的活性区域。在此，活性区域是指包含精密地控制晶体中的掺杂密度及膜厚而制作的生长方向轴的截面区域。在块状衬底上必须形成这种外延生长层的理由是因为，掺杂浓度及膜厚大体上由器件的设计规格所规定，另外，通常要求比块状衬底的掺杂浓度更高精度的控制性。

下面，将在SiC块状衬底上形成有外延生长层的晶片称为外延晶片。SiC器件通过对外延晶片施加各种各样的加工而制作，因此，利用一个外延晶片制作具有希望特性的器件的个数比例，即，所谓的元件成品率强烈地依赖于外延生长层的电特性的均匀性。即，如果在外延晶片面内存在与其它区域相比，绝缘破坏电场较小，或在施加一定电压时，流过相对较大的电流那样的局部区域，则包含该区域的器件特性，例如耐电压特性差，即使在相对较小的施加电压下，也会产生流过所谓的泄漏电流的不良情况。换句话说，主要规定元件成品率的要素是外延晶片的晶体学的均匀性。作为阻碍上述的均匀性的主要原因，已知有引起外延生长时的不良情况的、所谓的各种漏电缺陷的存在。

上述的晶体缺陷所共同的特征是，晶体的原子排列的周期性沿晶体生长方向局部不完全。作为由于SiC的外延生长而产生的缺陷，从其表面形状的特征来看，已知有称为胡萝卜缺陷、三角缺陷等的漏电缺陷。

作为抑制这些缺陷的产生的方法，例如，专利文献1中列举有，将用于制止缺陷产生的外延生长层在块状衬底和活性层之间以不足1500℃作为典型的生长温度进行生长的方法。

另外，例如专利文献2中列举有如下实施例，即，在温度1400℃、压力30Torr(4.0kPa)的条件下，进行40分钟的氢腐蚀，在将温度提高150℃且相对于地提高压力为42Torr(5.6kPa)，进行外延生长，得到基底面位错密度以平均值计成为20/cm²的外延晶片。

如众所周知，SiC晶体中存在称为多晶型物的特有的周期性。即，即使化学计量比的组成的Si和C一对一，且，晶格为密排六方结构，沿着本构造的c轴，在原子排列中还存在另一种周期性。根据按照该原子尺度的周期及晶格的对称性，规定SiC的物性。从现在器件应用的观点来看，最吸引关注的是称为4H-SiC的类型。在使用了4H-SiC的功率器件中，从主要降低原材料费用的观点来看，使用将从<0001>面向<11-20>方向以比5度程度更小的角度倾斜，且与C原子相比，可以更稳定地配置Si原子的面设为表面的外延晶片是主流。

通常在这种外延晶片中，具有几纳米高低差的凹凸以沿着<1-100>方向平行的形式出现在其表面。上述的表面形状的凹凸称为步进聚束。在步进聚束存在的情况下，由于电场等在外延生长层的表面附近诱导的电载流子在与表面平行的面内向相对于步进聚束不平行的方向移动的情况下，成为直接的势垒。即，电导率随着移动程度降低，且器件特性恶化。因此，在步进聚束存在的情况下，产生电导度的晶片面内均匀性降低的不良情况。因此，在步进聚束存在的情况下，在外延生长层表面附近诱导载流子的MOS型等器件中，其具体的构造的设计阶段及制造阶段中的自由度被显著限制。

专利文献1：日本特开2007-284298

专利文献2：日本特开2005-311348

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的方法中，需要以与活性层不同的生长条件额外形成本质上与器件特性无关且与活性层明显不同的缺陷抑制层。从原料气体的利用效率、外延晶片的制作时间等观点来看，这是显著不利的，且产生降低生产性的不良情况。另外，器件的电气特性本质上由外延生长层的电气特性所决定，因此，由于上述的缺陷抑制层的导入，增加器件构造上的制约条件，结果，器件设计中的自由度降低的问题。