[发明专利]碳化硅衬底的制造方法、半导体器件的制造方法、碳化硅衬底和半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及制造碳化硅衬底的方法、制造半导体器件的方法、碳化硅衬底和半导体器件。更具体地讲，本发明涉及能够使采用碳化硅衬底的半导体器件的制造成本降低的制造碳化硅衬底的方法、制造半导体器件的方法、碳化硅衬底和半导体器件。

背景技术

近年来，为了实现高击穿电压、低损耗并且在高温度环境下使用半导体器件，正采用碳化硅作为用于形成半导体器件的材料。碳化硅是一种具有的带隙比硅的带隙大的宽带隙半导体，传统上广泛使用硅作为构成半导体器件的材料。通过采用碳化硅作为构成半导体器件的材料，可以实现用于半导体器件的高击穿电压、减小的导通电阻。采用碳化硅作为材料的半导体器件的优点还在于，与采用硅作为材料的半导体器件相比，其在高温环境下使用时特性降低小。

在这种情形下，已对制造半导体器件中采用的碳化硅晶体以及制造碳化硅衬底的方法进行了各种研究，从而导致了各种提议(例如，参见日本专利特开No.2002-280531(专利文献1))。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利特开No.2002-280531

发明内容

技术问题

碳化硅在普通压力下不能实现液相。另外，晶体生长温度至少为2000℃，这是非常高的温度，并且难以控制和稳定生长条件。因此，碳化硅单晶难以在保持高质量的同时使尺寸增大。不容易得到具有大直径和高质量的碳化硅衬底。由于在制造大直径的碳化硅衬底的过程中存在困难，导致碳化硅衬底的制造成本将变高。另外，在使用这种碳化硅衬底制造半导体器件的过程中，每一批次的产品数目减少，从而导致半导体器件的制造成本提高的问题。考虑到的是，通过有效利用制造成本高的碳化硅单晶作为衬底，可以降低半导体器件的制造成本。

据此，本发明的目的在于，提供允许降低采用碳化硅衬底的半导体器件的制造成本的制造碳化硅衬底的方法、制造半导体器件的方法、碳化硅衬底和半导体器件。

问题的解决方法

根据本发明的制造碳化硅衬底的方法包括如下步骤：准备由单晶碳化硅制成的SiC衬底；将碳化硅源布置在容器中，以便面对所述SiC衬底的一个主面；以及通过将所述容器中的所述碳化硅源加热至大于或等于构成所述碳化硅源的碳化硅的升华温度的温度范围，形成由碳化硅制成的基底层，以便接触所述SiC衬底的一个主面。在形成基底层的步骤中，除了所述SiC衬底和所述碳化硅源之外，将由含有硅的物质制成的硅产生源布置在所述容器中。

如上所述，难以增大具有高质量的碳化硅单晶的直径。为了在采用碳化硅衬底制造半导体器件的过程中有效率地执行制造过程，需要在预定形状和尺寸上标准化的衬底。即使得到高质量的碳化硅单晶(例如，具有低缺陷密度的碳化硅单晶)，也有可能存在没有有效利用的区域，因为不能通过切割将所述区域加工成预定形状等。

根据本发明的制造碳化硅衬底的方法，形成基底层，以便接触由单晶碳化硅制成的SiC衬底的一个主面。因此，由低质量碳化硅晶体制成的基底层可以形成为预定形状和尺寸，而可以将高质量的、但是没有实现为所期望的形状等的碳化硅单晶用于SiC衬底。通过这种过程制造的碳化硅衬底可以有助于改善制造半导体器件的效率，因为衬底作为整体上在预定形状和尺寸上被标准化。通过经由这种过程制造的碳化硅衬底，可以利用由高质量的碳化硅单晶制成的SiC衬底来制造半导体器件，所述高质量的碳化硅单晶传统上因不能被加工成所期望的形状而没有加以使用。因此，可以有效使用碳化硅晶体。

根据本发明的制造碳化硅衬底的方法，可以提供允许降低采用碳化硅衬底的半导体器件的制造成本的制造碳化硅衬底的方法。

在上述的制造碳化硅衬底的方法中，出现没有充分进行的形成基底层的事件。通过发明者进行的研究，如下所述地认识其缘由。通过将碳化硅源加热至大于或等于碳化硅升华温度的温度范围，来实现基底层的形成。在形成基底层中，构成碳化硅源的碳化硅升华，以转换成升华气体，所述升华气体然后在SiC衬底上再结晶。通过升华固体碳化硅得到这种升华气体，包括，例如Si、Si₂C、SiC₂等。然而，在其中执行形成基底层的容器中的升华气体的蒸汽压力低于饱和蒸汽压力的情况下，具有比碳的蒸汽压力高的蒸汽压力的硅将选择性(优先地)脱离碳化硅。因此，碳化硅源的表面附近的区域将被碳化(变成石墨)。结果，阻止碳化硅的升华以衰减基底层形成的进程。