制造碳化硅半导体衬底的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制造碳化硅半导体衬底的方法，尤其涉及一种制造表面特性非常好的碳化硅半导体衬底的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，为了实现半导体器件的高击穿电压、低损耗等，已经开始采用碳化硅(SiC)作为半导体器件的材料。与常规的广泛用于半导体器件材料的硅相比，碳化硅是一种具有更宽带隙的宽带隙半导体。因此，通过采用碳化硅作为半导体器件的材料，半导体器件可以具有高击穿电压、减小的导通电阻等。而且，甚至在高温环境的情况下，与采用碳作为其材料的半导体器件相比，采用碳化硅作为其材料的半导体器件有利地具有更少恶化的特性。
[0003]由于碳化硅具有非常低的杂质扩散因子，这使得通过热扩散处理难以掺杂杂质。在碳化硅材料中形成有源区的方法的实例包括:执行将离子注入到外延生长层中的方法；和涉及以掺杂气体的方式添加杂质的外延生长方法。
[0004]碳化硅在充当籽晶衬底的碳化硅单晶衬底上外延生长。在这种情况下，使碳化硅单晶衬底受到表面处理，诸如机械抛光或化学抛光，然后在该表面上生长外延膜。因此，表面处理会在碳化硅单晶衬底表面上产生抛光痕迹或粗糙度。
[0005]而且，即使在碳化硅单晶衬底的表面平坦的情况下，当在其表面上外延生长碳化硅时，生长在或粘附到气相外延设备的反应室中的每个部件的碳化物、硅化物、碳化硅等的异物或颗粒会粘附到或沉积在碳化硅单晶衬底的表面上。在这种情况下，在碳化硅单晶衬底的表面上均匀执行外延生长被抑制，由此使得到的碳化硅半导体衬底的表面变粗糙并减少平坦度。
[0006]通常，通过作为外延生长的预处理提供使用氢对碳化硅单晶衬底的表面的气相蚀亥Ij，来解决上述问题。
[0007]氢与构成碳化硅单晶衬底的主表面的碳和硅反应，并产生气相的碳氢化合物和硅烷。因此，通过耗尽碳氢化合物和硅烷，能够去除粘附到或沉积在碳化硅单晶衬底的主表面上的碳或硅的异物，并去除形成在碳化硅单晶衬底的主表面上的缺陷。
[0008]然而，此时，碳化硅单晶衬底表面上的干净区域也会被蚀刻。而且，此时，碳原子和硅原子在与氢原子的反应速率方面是不相同的，因此，在气相蚀刻之后，可能使碳化硅单晶衬底的主表面变粗糙。
[0009]因此，当已经通过使用氢的气相蚀刻在碳化硅单晶衬底的主表面上外延生长碳化硅以去除如上所述的表面上的异物或缺陷时，得到的碳化硅半导体衬底的表面变粗糙，因此使得难以得到平坦表面。
[0010]作为产生具有高度平坦表面的碳化硅单晶衬底的方法，日本专利特开N0.2005-64383公开了使用氢气和丙烷气体的混合气体在1400°C至1600°C的温度下清洗衬底表面的方法。
[0011]引用列表
[0012]专利文献
[0013]PTD:日本专利特开N0.2005-64383
【发明内容】
[0014]技术问题
[0015]然而，当在将由碳化硅制成的籽晶衬底的衬底温度设定为不小于1400°C时，通过使用氢和丙烷的混合气体对表面执行气相蚀刻来去除表面上的异物或缺陷时，可降低取决于异物或缺陷的类型的气相蚀刻所提供的去除效果。
[0016]这是由于以下原因。如上所述，气相蚀刻中的氢与构成碳化硅的碳原子和硅原子反应，并产生气相的碳氢化合物和硅烷。此时，当将供应碳原子的丙烷供应到蚀刻气氛时，认为是降低了对包括碳原子的异物等的去除效果。
[0017]而且，增加丙烷使用量会导致碳化硅半导体衬底的高制造成本。
[0018]为了解决上述问题，制造了本发明。本发明的主要目的是提供制造碳化硅半导体衬底的方法，以便以低成本提供具有高平坦表面的碳化硅衬底。
[0019]问题的解决方案
[0020]为解决上述问题勤奋研究的结果，本发明人已经发现，以下面的方式会得到具有高度平坦表面的碳化硅半导体衬底:仅使用氢对籽晶衬底的表面执行气相蚀刻，从气相蚀刻的时间点开始额外供应包含碳原子的气体，然后在这种表面上外延生长碳化硅。
[0021]根据本发明的制造碳化硅半导体衬底的方法包括以下步骤:制备籽晶衬底;在籽晶衬底的表面上执行气相蚀刻；以及在表面上外延生长碳化硅，从执行气相蚀刻的步骤的时间点，将包含碳原子的气体供应到籽晶衬底。在执行气相蚀刻的步骤中，优选使用包括氢原子的气体。
[0022]因此，通过气相蚀刻步骤，能够确保去除粘附到或沉积在碳化硅衬底I的主表面上的异物等，并且从气相蚀刻步骤的时间点开始能够将包含碳原子的气体供应到碳化硅衬底I的主表面。
[0023]此时，由于使用包括氢原子的气体进行气相蚀刻，构成主表面的碳原子以比硅原子与氢原子反应的速率更高的速率与氢原子反应，并作为碳氢化合物被去除。因此，认为在主表面中碳原子是不足的，因此碳原子和硅原子之间的成分比偏离籽晶衬底的最优值。实际上，本发明人已证实，以这种状态在主表面上通过外延生长得到的碳化硅半导体衬底的主表面会变得粗糙且变得较不平坦。
[0024]为了解决这种问题，通过执行充分的气相蚀刻，然后执行将碳原子供应到主表面的气相蚀刻，在包括碳原子的气氛中执行气相蚀刻。这样，在主表面的附近增加了碳原子的分压，从而抑制气相蚀刻提供去除构成主表面的碳化硅的碳原子的效果。结果，主表面中的碳原子与硅原子之间的成分比和表面性能适合于外延生长。因此，通过在主表面上外延生长碳化硅，能够得到具有小表面粗糙度的平坦主表面的碳化硅半导体衬底。
[0025]发明的有利效果
[0026]根据本发明，能够以低成本生产具有平坦表面的碳化硅半导体衬底。
【附图说明】
[0027]图1是根据本实施例的碳化硅半导体衬底的侧视图。
[0028]图2是示出根据本实施例的制造碳化硅半导体衬底的方法的流程图。
[0029]图3是用于根据本实施例的制造碳化硅半导体衬底的方法的气相外延设备的示意图。
[0030]图4是示出根据本实施例的制造碳化硅半导体衬底的方法的图。
【具体实施方式】
[0031]下面描述了根据本发明实施例的制造碳化硅半导体衬底的方法。首先，参考图1，将描述根据本实施例的碳化娃半导体衬底10。根据本实施例的碳化娃半导体衬底10包括:充当籽晶衬底的碳化硅衬底I;和由在碳化硅衬底I上外延生长的碳化硅制成的外延层2。
[0032]例如，碳化硅衬底I由单晶碳化硅制成。单晶碳化硅具有例如六方晶体结构。碳化硅衬底I包括主表面1A。使得碳化硅衬底I的主表面IA是平坦的，且具有使用原子力显微镜(AFM)测量的不大于0.2nm的均方根粗糙度(RMS值)。
[0033]外延层2形成在碳化娃衬底I的主表面IA上。外延层2具有例如η型导电性。外延层2具有约不小于I X 118Cnf3且不大于3 X 118Cnf3的η型杂质浓度。外延层2包括主表面2Α。
[0034]接下来，参考图1和图2，下面描述在本实施例中制造碳化硅半导体衬底的方法，通过该方法制造碳化娃半导体衬底10。根据本实施例的制造碳化娃半导体衬底的方法包括:制备作为籽晶衬底的碳化硅衬底I的步骤(SlO);对碳化硅衬底I的主表面IA执行气相蚀刻的步骤(S20);以及在主表面IA上外延生长碳化硅的步骤(S30)。
[0035]首先，在步骤(S10)中，制备作为籽晶衬底的碳化硅衬底Iο碳化硅衬底I由单晶碳化硅制成。碳化硅衬底I具有外部直径为4英寸的磁盘形状。应该注意的是，碳化硅衬底I的外部直径可以为例如不小于4英寸，不小于5英寸或不小于6英寸。
[0036]接下来，在步骤(Sll)中，将碳化硅衬底I放在气相外延设备中。在本实施例中，作为实例，使用CVD(化学气相沉积)设备100。
[0037]参考图3，将CVD(化学气相沉积)设备100用作为本实施例的气相外延设备。在CVD设备100中，衬底支架11被感应加热线圈12、石英管13、绝热体14和加热元件15包围。具体来说，加热元件15具有中空结构，且具有形成在其中的反应室。衬底支架11设置在加热元件15中，并形成为使得例如当放入碳化硅衬底I时，碳化硅衬底I的主表面1Α(参照图1)与反应室的内圆周表面齐平。衬底支架11例如放在形成在加热元件15的内圆周表面中的凹槽中。绝热体14被布置为包围加热元件15的外圆周。石英管13被布置为包围绝热体14的外圆周。感应加热线圈12包括多个线圈部件，并被设置为例如绕石英管13的外圆周侧缠绕。当高频电流在充当高频线圈的感应加热线圈12中流动时，由于电磁感应作用，电感加热加热元件15。因此，可将碳化硅衬底I和供应到碳化硅衬底I的源材料气体等加热到预定温度。
[0038]在这种情况下，CVD设备100的反应室(或加热元件15)由包含作为杂质的少量N2的高纯度碳部件构成，且可不涂布TaC或SiC涂层。
[0039]接下来，参考图4，下面描述在CVD设备中执行的步骤(S12)至(S30)。图4(a)至图4
(d)示出了其中横轴表示时间且纵轴被定义如下的图。图4(a)的纵轴表示反应室的温度，图4(b)的纵轴表示引入到反应室中的氢的流量，图4(c)的纵轴表示引入到反应室中的丙烷的流量，以及图4(d)的纵轴表示引入到反应室中的硅烷和掺杂剂气体的流量。
[0040]在步骤(SI2)中，在其中放有碳化硅衬底I的反应室中执行真空烘焙(图4的时段I)。具体地，参