[发明专利]碳化硅的外延生长方法

说明书

本发明提供一种在采用热CVD法进行的SiC薄膜的外延生长中能够提高掺杂密度的面内均匀性、并且使SiC薄膜以均匀的膜厚生长的方法。所述方法为碳化硅的外延生长方法，是将烃气体和硅原料气体以C/Si比成为0.5以上且1.5以下的范围的方式向碳化硅单晶基板上供给，采用热CVD法在1500℃以上且低于1800℃的温度下使其反应，从而在碳化硅单晶基板上形成碳化硅薄膜，其特征在于，使烃气体接触加热到1000℃以上且1200℃以下的烃分解催化剂，将烃气体的至少一部分分解为碳和氢后，向所述碳化硅单晶基板上供给。

技术领域

本发明涉及在碳化硅单晶基板上使碳化硅薄膜生长的碳化硅的外延生长方法。

背景技术

碳化硅(以下称为SiC)的耐热性和机械强度优异，物理性和化学性稳定，因此作为耐环境性半导体材料受到关注。另外，近年来作为高频高耐压电子装置等的基板，外延SiC晶片的需求不断提高。

在使用SiC单晶基板(以下称为SiC基板)来制作电力装置、高频装置等的情况下，通常可制造在SiC基板上采用热CVD法(热化学蒸镀法)使SiC单晶薄膜外延生长而成的外延SiC晶片。在SiC基板上进一步形成SiC外延生长膜的原因是为了使用掺杂密度得到控制的层来制作装置。因此，如果掺杂密度控制不充分，则会引起装置特性不稳定的问题。作为SiC的掺杂气体通常使用氮气，但已知由于氮会进入SiC的C的位置，因此混合原料气体中的C/Si比越小，氮越容易进入到晶体结构中。这样的效应被称为“位点竞争(sitecompetition)”。

在利用热CVD法的情况下，一般采用下述方法：在生长室内的保持器(holder)上载置SiC基板，一边使保持器旋转，一边将原料气体(以下称为混合原料)与氢气等的载气一起向SiC基板的正上方供给，来使SiC单晶薄膜外延生长，所述原料气体是将例如硅烷气体、氯硅烷气体等的硅原料气体和丙烷、甲烷等的烃气体混合而成的(例如，参照非专利文献1)。此时，一般为了将SiC基板载置于保持器，预先在保持器表面形成与SiC基板的厚度相当的槽，在其中配置SiC基板从而将SiC基板固定搭载，以与SiC基板大致水平的方式从侧面流通如上所述的原料气体。

在以这样的结构来使SiC单晶薄膜外延生长的情况下，一般在生长室内的气流的上游侧和下游侧，气体的C/Si比不同。其原因是，在为了氮容易进入到晶体结构而使混合原料气体中的C/Si比小于1来进行供给的情况下，由于碳和硅以1:1被消耗，作为SiC在SiC基板上析出，因此随着趋向下游，混合原料气体中的碳的相对量下降，C/Si比越往下游就越小。由于碳和硅以1:1被消耗，因此在使混合原料气体中的C/Si比大于1来进行供给的情况下，混合原料气体中的C/Si越往下游就越大。

根据该原理，如果将混合原料气体中的C/Si比设为1而进行外延生长，则生长室内的气流的上游和下游的C/Si比不发生变化。但是，混合原料气体中的C/Si比是外延生长条件的重要参数，为了降低缺陷密度、减少群聚(bunching)、改善面内均匀性等，改善对外延SiC晶片所要求的品质，考虑到压力、生长温度等，一般会选择1以外的数值。

例如，专利文献1公开了一种碳化硅单晶晶片的制造方法，该方法具备使硅源气体和碳源气体反应，从而在晶片上使α型碳化硅单晶外延生长的工序。专利文献1公开了从良好的外延生长的观点和防止产生宏观的三角坑缺陷的观点出发，优选碳源气体中的碳(C)与硅源气体中的硅(Si)的供给比(C/Si)为0.5～1.4。

为了应对如上所述的C/Si比变得不均匀的问题，在原理上可以通过使采用热CVD法的外延装置的保持器自身旋转来抵消气流的上游侧和下游侧的环境变化。但是，众所周知，当实际地进行外延生长时，保持器的面内的掺杂密度的平均化并不充分(例如参照非专利文献2)。这给出以下启示：除了混合原料气体中的C/Si比的变化以外，还会发生在气流的上游和下游有所不同的状况。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：WO2005/116307号