[发明专利]外延碳化硅单晶基板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及外延碳化硅(SiC)单晶基板及其制造方法。

背景技术

碳化硅(SiC)由于耐热性和机械强度优异，物理、化学上稳定而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器件等的基板，SiC单晶基板的需求不断提高。

在使用SiC单晶基板制作电力器件、高频器件等的情况下，通常，一般在基板上使用被称为热CVD法(热化学蒸镀法)的方法使SiC薄膜外延生长，或者采用离子注入法直接注入掺杂物，在后者的情况下，在注入后需要在高温下进行退火，因此通过外延生长进行的薄膜形成多被采用。

近年来，随着SiC器件技术的发展，对于SiC外延基板也开始需求更加高品质且大口径的基板。外延生长所使用的SiC基板，从外延生长的稳定性、再现性方面出发使用了带有偏离角度(偏斜角度、倾斜角度；off angle)的基板，通常为8°。这样的SiC基板，通过从表面为(0001)面的SiC锭带有所希望的角度进行切取而制成，偏离角度越大，从1个锭得到的基板的数量越少，另外，随着锭的大口径化，长尺寸化变得困难。因此，为了效率良好地制造大口径SiC基板，必须减小偏离角度，现在关于具有3英寸(75mm)以上的口径的SiC基板，具有6°或其以下的偏离角度的基板是主流，正在进行使用了该基板的外延生长的研究。

但是，随着偏离角度变小，存在于基板上的台阶的数量减少，因此在外延生长时难以引起阶流(step-flow)生长，其结果，台阶(step)彼此集合，产生所谓的台阶束(step-bunching)。

因此，作为抑制台阶束的产生的方法，在非专利文献1中，曾报告了在进行外延生长时降低材料气体(原料气体)中所含有的碳和硅的原子数比(C/Si比)的方法。另外，在专利文献1中，通过将生长初期的C/Si比降低到0.5～1.0，可以抑制以螺位错为起点的螺旋生长的发生，提高被周围的大量的阶流覆盖的概率，减少外延缺陷。

但是，如果降低C/Si比，则残留氮容易被纳入外延膜中，其作为施主起作用，因此提高膜的纯度变得困难，不适合于实用。

另外，在专利文献2中曾公开了：为了得到晶体缺陷密度低、结晶性好的外延薄膜，在添加了氯化氢气体的气氛中使外延层生长。这是通过由添加了的氯化氢引起的蚀刻作用(基板表面的清洁化)，简单地使外延薄膜降低晶体缺陷密度而使结晶性良好的方案。具体地讲，在偏离角度为8°的SiC基板上，在含有3～30毫升/分的HCl、0.3毫升/分的SiH₄的气体的条件(如果按Cl/Si比计，则为10～100)下，即，在生长中使Cl/Si比增多到100这样的氯化氢的比例，促进蚀刻作用的条件下，进行外延生长。另外，在专利文献3中曾公开了：在采用热CVD法进行的外延生长的情况下，有部分地形成立方晶(3C结构)的SiC这样的问题，为了解决上述问题，与硅的氢化气体、烃气体和载气一起同时地供给HCl气体，可以使用以比以往小的倾斜角度倾斜(偏离角度小)的倾斜基板，使SiC外延层生长。

另外，专利文献4曾公开了外延生长前的SiC基板，使用Cl₂气和/或HCl气体蚀刻SiC基板的表面以达到平滑。

另外，专利文献5中曾公开了：在采用1200℃左右的低温度的CVD法的情况下，发生在气相中形成硅粒子这样的问题，为了解决上述问题，通过添加HCl气体来发挥作用以使反应稳定，在气相中不形成硅粒子。另外，在专利文献6中，为了促进低温CVD法中的原料气体的反应，在900℃以下的低温区域也形成SiC晶膜，而在原料气体中混合了HCl气体。另外，由于是低温CVD法，所以能够在基板温度为1400℃以下的温度下进行镜面生长。此外，在专利文献7中，为了使碳化硅单晶膜的表面平坦，对原料气体添加了HCl气体，制作了表面粗糙度约为5nm的膜。该表面粗糙度通过采用基板温度为1350℃的CVD法，且相对于硅烷(SiH₄)0.2CCM的流量，HCl气体为3CCM的流量(Cl/Si比为15)而得到。

因此，今后在器件上的应用受到期待的SiC外延生长基板，如果随着基板的大口径化，变为使用偏离角度小的基板，则在现有技术中，变成在残留了台阶束的外延膜上制作器件。本发明者们在偏离角度小的基板上制作器件并进行了详细的研究，结果弄清了以下那样的情况。在这样的外延膜的表面产生多个凹凸，容易引起在器件电极下的电解集中。特别是考虑到向肖特基势垒二极管、MOS晶体管等的应用的情况下，该电解集中作为栅漏电流变得显著，使器件特性劣化。

现有技术文献