[發(fā)明專利]用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310295979.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103681259A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 河田泰之;米澤喜幸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/205
• 分類號(hào): H01L21/205
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 張?chǎng)?/td>

發(fā)明背景

1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法。

2.背景技術(shù)

已存在已知的合成物半導(dǎo)體，例如，使用四層六邊形碳化硅(4H-SiC)作為半導(dǎo)體材料。當(dāng)使用4H-SiC作為半導(dǎo)體材料來(lái)制造功率半導(dǎo)體器件時(shí)，在由4H-SiC制成的半導(dǎo)體襯底(下文中稱為“4H-SiC襯底”)上外延生長(zhǎng)4H-SiC單晶膜(下文中稱為“SiC外延膜”)以便制造SiC單晶襯底。在背景技術(shù)中，CVD(化學(xué)氣體相沉積)方法被已知為外延生長(zhǎng)方法。

具體地，在使用CVD方法的外延生長(zhǎng)中，流入反應(yīng)容器(腔)的原始材料氣體在運(yùn)載氣體(carrier?gas)中熱分解，并且硅(Si)原子隨后被連續(xù)沉積在4H-SiC襯底的晶格上，以便在4H-SiC襯底上生長(zhǎng)SiC外延膜。一般而言，甲硅烷(mono-silane：SiH₄)氣體和二甲基甲烷(C₃H₈)氣體被用作原始材料氣體，而氫(H₂)氣被用作運(yùn)載氣體。另外，氮(N₂)氣或三甲基鋁(TMA)氣體被適當(dāng)?shù)靥砑幼鳛閾诫s氣體。

作為用于在4H-SiC襯底上外延生長(zhǎng)SiC外延膜的方法，已提供出一種方法，其中在通過(guò)熱化學(xué)沉積方法在碳化硅單晶襯底——其斜角不大于4°——上外延生長(zhǎng)碳化硅單晶薄膜的工藝中，在引入包含碳和硅的原始材料氣體的同時(shí)引入氯化氫氣體，同時(shí)原始材料氣體中包含的碳-硅的原子比(C/Si比)被制成不高于1.5且原始材料氣體中的氯化氫氣體中氯的原子比(Cl/Si比)被制成高于1.0且低于20.0(例如，參見(jiàn)日本專利No.4719314)。

作為另一種方法，已提出一種方法，其為一種用于使用CVD方法制造碳化硅單晶的方法，其中硅的氫化氣體和烴氣體連同運(yùn)載氣體被提供到已加熱的SiC襯底上以便因熱分解反應(yīng)而生長(zhǎng)單晶。在制造方法中以小的傾角從其(0001)平面傾斜的SiC單晶襯底被用作SiC襯底，并且HCl氣體與硅的氫化氣體、烴氣體和運(yùn)載氣體被同時(shí)提供到SiC單晶襯底(例如，參見(jiàn)JP-A-2006-321696)。

然而，在背景技術(shù)的外延生長(zhǎng)方法中，生長(zhǎng)速率低至大約幾μm/h。為了生長(zhǎng)制造高電壓器件所需的具有幾十或更大μm厚度(膜厚度)的外延膜，在工業(yè)生產(chǎn)上產(chǎn)生了這樣的大問(wèn)題：需要花相當(dāng)多的時(shí)間來(lái)生長(zhǎng)SiC外延膜。例如，為了制造具有10kV或更高的擊穿電壓的高電壓SiC半導(dǎo)體器件，必須在4H-SiC襯底上生長(zhǎng)至少大約100μm厚的4H-SiC單晶膜。因此，需要增大工業(yè)生產(chǎn)上的外延生長(zhǎng)速率。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決前述背景技術(shù)中固有的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，藉由該方法可以高速率生長(zhǎng)碳化硅半導(dǎo)體膜。

為了解決前述問(wèn)題并達(dá)成前述目的，本發(fā)明人因勤勉研究而發(fā)現(xiàn)：當(dāng)用與原始材料氣同時(shí)引入的包含氯(Cl)的氣體生長(zhǎng)SiC外延膜時(shí)，SiC外延膜的生長(zhǎng)速率可極大地增加(高達(dá)背景技術(shù)中的10或更多倍)。另外，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)包含氯的氣體的流速隨著其中生長(zhǎng)SiC外延膜的時(shí)間(在下文中稱為“膜形成時(shí)間”)的過(guò)去而逐漸減小時(shí)，SiC外延膜隨著膜形成時(shí)間的過(guò)去的生長(zhǎng)速率的下降可被抑制。因此，基于所獲得的知識(shí)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。

為了解決前述問(wèn)題并達(dá)成本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的用于制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法具有以下特征。執(zhí)行第一步驟：將碳化硅半導(dǎo)體襯底暴露于氣體氣氛以便在碳化硅半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)碳化硅半導(dǎo)體膜，其中在該氣體氣氛中的包含氯的氣體被添加到包含硅的氣體和包含碳的氣體。另外，執(zhí)行第二步驟：在碳化硅半導(dǎo)體膜的生長(zhǎng)期間，在所述氣體氣氛中逐漸減少包含氯的氣體相對(duì)于包含硅的氣體的引入量。

另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種以前述配置制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中：在第二步驟中，所述氣體氣氛中的包含氯的氣體中氯原子的數(shù)目相對(duì)于包含硅的氣體中硅原子的數(shù)目以0.5％/分鐘至1.0％/分鐘的速率減小。

另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種以前述配置制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中：第二步驟在第一步驟開(kāi)始時(shí)執(zhí)行。

另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種以前述配置制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中：在第一步驟開(kāi)始時(shí)，氣體氣氛的混合物中的包含氯的氣體中氯原子的數(shù)目是包含硅的氣體中硅原子的數(shù)目的三倍。

另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種以前述配置制造碳化硅半導(dǎo)體器件的方法，其中：包含氯的氣體是氯化氫氣或氯氣。