TW201529914A - 碳化矽磊晶基板及碳化矽磊晶基板之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種表面性狀較為良好，且氮原子之背景濃度充分降低之碳化矽磊晶基板及其製造方法。碳化矽磊晶基板(10)包括：基底基板(1)，其具有C面作為主表面；及碳化矽磊晶層(2)，其配置於基底基板(1)之C面上。碳化矽磊晶層(2)包含氮原子之背景濃度為3×1015cm-3以下之層。製造方法包括於碳化矽基底基板(1)之C面上形成碳化矽磊晶層(2)之步驟。於形成碳化矽磊晶層(2)之步驟中，原料氣體中碳原子數相對於矽原子數之比C/Si為1.7以上且2.1以下，磊晶成長溫度為1600℃以上、1800℃以下之範圍。

Description

碳化矽磊晶基板及碳化矽磊晶基板之製造方法
本發明係關於一種碳化矽磊晶基板及碳化矽磊晶基板之製造方法、碳化矽半導體裝置之製造方法。
先前以來，廣泛使用矽(Si)作為構成半導體裝置之材料。近年來，為使半導體裝置之高耐壓化、低損耗化等成為可能，作為構成半導體裝置之材料而推進採用碳化矽(SiC)。
碳化矽為與矽相比帶隙較大之寬帶隙半導體。藉由構成半導體裝置之材料採用碳化矽，可達成半導體裝置之高耐壓化、導通電阻之降低等。進而，採用碳化矽作為材料之半導體裝置與採用矽作為材料之半導體裝置相比，亦具有於高溫環境下使用之情形時特性降低較小之優點。
因碳化矽之結晶結構，而碳化矽晶圓一般具有稱為Si面及C面之2種主表面。先前，於碳化矽晶圓之Si面上藉由磊晶成長而形成有碳化矽層(例如參照非專利文獻1)。
[先前技術文獻] [非專利文獻]
[非專利文獻1]Kazutoshi Kojima, Satoshi Kuroda, Hajime Okumura, and Kazuo Arai, 「Nitrogen incorporation characteristics on a 4H-SiC epitaxial layer」, APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 88,pp. 21907-1-021907-3
近年來，研究藉由使用碳化矽基板之C面而提昇裝置之特性。因此，於C面上之均勻之磊晶成長技術之重要性增加。
本案發明者發現：為控制碳化矽磊晶層之雜質濃度，不僅必須考慮藉由摻雜劑氣體而被導入至碳化矽磊晶層中之雜質之濃度，亦必須考慮碳化矽磊晶層之背景濃度。於本說明書中，所謂「背景濃度」，係指不使用摻雜劑氣體而進行磊晶成長，結果磊晶層中所包含之雜質之濃度。典型地，氮可成為碳化矽磊晶層中所包含之雜質。
進而，於磊晶層之主表面獲得良好之表面性狀亦於磊晶成長中較為重要。然而，非專利文獻1並未提及用以獲得表面性狀較為良好、且氮原子之背景濃度充分降低之碳化矽磊晶基板的製造方法。
本發明係為解決如上所述之問題而完成者。本發明之主要目的在於提供一種表面性狀較為良好、且氮原子之背景濃度充分降低之碳化矽磊晶基板及其製造方法。
本發明之某一態樣之碳化矽磊晶基板包括：碳化矽基底基板，其具有C面作為主表面；及碳化矽磊晶層，其配置於碳化矽基底基板之上述C面上；且碳化矽磊晶層包含氮原子之背景濃度為3×1015cm-3以下之層。
本發明之另一態樣之碳化矽磊晶基板之製造方法包括如下步驟：準備具有C面作為主表面之碳化矽基底基板；及對碳化矽基底基板供給用於形成碳化矽磊晶層之原料氣體，且將碳化矽基底基板加熱至磊晶成長溫度，藉此於碳化矽基底基板之C面上形成碳化矽磊晶層。於形成碳化矽磊晶層之步驟中，原料氣體中之碳原子數相對於矽原子數之比C/Si為1.7以上且2.1以下，磊晶成長溫度為1600℃以上 1800℃以下之範圍。
根據本發明，可提供一種表面性狀較為良好、且氮原子之背景濃度充分降低之碳化矽磊晶基板。
1‧‧‧基底基板
1A‧‧‧第1主面
2‧‧‧碳化矽磊晶層
2A‧‧‧第2主面
10‧‧‧碳化矽磊晶基板
11‧‧‧基板托架
11a‧‧‧基板托架母材
11b‧‧‧托架包覆部
12‧‧‧發熱體
12a‧‧‧發熱體母材
12b‧‧‧發熱體包覆部
13‧‧‧隔熱材料
14‧‧‧石英管
15‧‧‧感應加熱用線圈
16‧‧‧配管
17‧‧‧預加熱機構
21‧‧‧碳化矽磊晶層
22‧‧‧碳化矽磊晶層
100‧‧‧碳化矽成長裝置
G1‧‧‧流通方向
G2‧‧‧氮氣
G2a‧‧‧氮氣
G2b‧‧‧氮氣
G3‧‧‧氮氣
G3a‧‧‧氮氣
G3b‧‧‧氮氣
IV-IV‧‧‧線
R‧‧‧箭頭
S11‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S13‧‧‧步驟
圖1係用以說明本發明之實施形態之碳化矽磊晶基板之剖視圖。
圖2係表示本發明之實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法的流程圖。
圖3係用以說明本發明之實施形態之碳化矽成長裝置之剖視圖。
圖4係沿圖3中之IV-IV線之剖視圖。
圖5係表示於本發明之實施形態之碳化矽成長裝置中基板托架周邊之構成之剖視圖。
圖6係表示於本發明之實施形態之碳化矽成長裝置中基板托架周邊之構成之俯視圖。
圖7係對於具有形成於C面上之磊晶層之碳化矽磊晶基板(本發明之實施形態)與具有形成於Si面上之磊晶層之碳化矽磊晶基板(比較例)表示背景濃度與載子濃度面內均勻性之關係之圖。
圖8係用以說明於本發明之實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法中基板托架11及發熱體12之材質與背景濃度之關係之圖。
圖9係用以說明本發明之另一實施形態之碳化矽磊晶基板之剖視圖。
[本案發明之實施形態之說明]
以下，參照圖式對本發明之實施形態進行說明。再者，於以下之圖式中，對相同或相當之部分標附相同之參照編號，不重複其說明。
首先，列舉本案發明之實施形態之概要。
(1)本發明之實施形態之碳化矽磊晶基板(10)包括：碳化矽基底基板(1)，其具有C面作為主表面(1A)；及碳化矽磊晶層(2)，其配置於碳化矽基底基板(1)之C面上。碳化矽磊晶層(2)包含氮原子之背景濃度為3×1015cm-3以下之層。
根據上述構成，可提供一種表面性狀較為良好，且氮原子之背景濃度充分降低之碳化矽磊晶基板。
(2)較佳為碳化矽磊晶基板(10)之外徑為100mm以上。
根據上述構成，可提供一種表面性狀較為良好，且氮原子之背景濃度充分降低之大口徑之碳化矽磊晶基板。
(3)較佳為若將包括碳化矽磊晶層(2)之主表面在內之碳化矽磊晶層(2)之表面層中之氮濃度之標準偏差相對於表面層中之氮濃度之平均值的比率定義為面內均勻性，則氮濃度之面內均勻性為15%以下。
根據上述構成，碳化矽磊晶層2中所包含之氮濃度之面內均勻性較高。因此，若於本實施形態之碳化矽磊晶基板上製造複數個碳化矽半導體裝置，則能夠以較高之良率獲得具有相同特性之複數個碳化矽半導體裝置。
(4)較佳為碳化矽磊晶層(2)中之氮濃度為2×1016cm-3以下。
根據上述構成，若使用本實施形態之碳化矽磊晶基板而製造碳化矽半導體裝置，則可抑制特性之偏差，並且可獲得適於要求高耐壓之裝置之碳化矽半導體裝置。
(5)本發明之另一實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法包括如下步驟：準備具有C面作為主表面(1A)之碳化矽基底基板(1)；及對碳化矽基底基板(1)供給用於形成碳化矽磊晶層(2)之原料氣體，且將碳化矽基底基板(1)加熱至磊晶成長溫度，藉此於碳化矽基底基板(1)之C面上形成碳化矽磊晶層(2)。於形成碳化矽磊晶層(2)之步驟中，原料 氣體中之碳原子數相對於矽原子數之比C/Si為1.7以上且2.1以下，磊晶成長溫度為1600℃以上1800℃以下之範圍。
根據上述構成，可製造一種表面性狀較為良好，且氮原子之背景濃度充分降低之碳化矽磊晶基板。
(6)較佳為磊晶成長溫度為1600℃以上1700℃以下之範圍。
根據上述構成，可令用以形成碳化矽磊晶層之原料氣體充分地熱分解，並且抑制碳化矽成長裝置用構件之劣化、及Si原子自碳化矽基底基板之脫離。
(7)上述製造方法係於形成碳化矽磊晶層(2)之步驟之前，進而包括於碳化矽成長裝置(100)內配置碳化矽基底基板(1)之步驟。碳化矽成長裝置(100)包含與原料氣體接觸、並且被加熱至磊晶成長溫度之構件(11)。構件(11)之氮濃度為10ppm以下。
根據上述構成，可充分地降低碳化矽磊晶基板之氮原子之背景濃度。
(8)碳化矽基底基板(1)之外徑為100mm以上。
根據上述構成，於在所謂大口徑之碳化矽基底基板上藉由磊晶成長而形成碳化矽之層之情形時，可製造表面性狀較為良好、且氮原子之背景濃度充分降低之碳化矽磊晶基板。
[本案發明之實施形態之詳細內容]
其次，對本發明之實施形態之詳細內容進行說明。於本說明書中之結晶學記載中，分別以[]表示個別方位，以< >表示集合方位，以()表示個別面，以{}表示集合面。又，結晶學上之指數為負通常藉由在數字之上標附「-」(橫槓)而表現，但於本說明書中於數字前標附負之符號。
參照圖1對本發明之實施形態之碳化矽磊晶基板10進行說明。本實施形態之碳化矽磊晶基板10包括基底基板1及碳化矽磊晶層2。
基底基板1包含單晶碳化矽。基底基板之外徑例如為100mm以上。因此，碳化矽磊晶基板10之外徑亦為100mm以上。基底基板1具有第1主面1A。
構成基底基板1之碳化矽例如具有六方晶之結晶結構，較佳為多晶型(polytype)為4H-SiC。基底基板1例如以高濃度包含氮(N)等n型雜質，其導電型為n型。基底基板1之雜質濃度例如為1.0×1018cm-3以上、1.0×1019cm-3以下左右。
基底基板1之第1主面1A為C面。「C面」係最表面原子為碳(C)原子之面，可表示為(000-1)面。再者，於本說明書中，「C面」可包括(000-1)面、以及相對於(000-1)面之偏離角為特定角度(例如10°)以下之面兩者。
碳化矽磊晶層2包含碳化矽。碳化矽磊晶層2係藉由磊晶成長而形成於基底基板1之第1主面1A上。
碳化矽磊晶層2具有第2主面2A。第2主面2A之表面粗糙度(Ra)為0.6nm以下，較佳為0.4nm以下，更佳為0.2nm以下。此處，第2主面2A之表面粗糙度(Ra)例如可利用原子力顯微鏡(AFM)而測定。於第2主面2A為了抑制階褶及三角缺陷之形成，而調整C/Si比或成長溫度等成長條件。藉由調整C/Si比，可使碳化矽磊晶層2之成長為階流成長。其結果為，可抑制表面平坦性及表面缺陷之產生。
碳化矽磊晶層2例如包含氮(N)等n型雜質。因此，碳化矽磊晶層2之導電型為n型。碳化矽磊晶層2之雜質濃度亦可低於基底基板1之雜質濃度。碳化矽磊晶層2之雜質濃度(氮濃度)例如於非刻意地摻雜雜質(氮)之情形時，為3.0×1015cm-3以下，較佳為1.0×1015cm-3以下。另一方面，碳化矽磊晶層2之雜質濃度(氮濃度)於刻意地摻雜雜質之情形時，為2.0×1016cm-3以下。即，於碳化矽磊晶層2中，雜質(氮)之背景濃度為3.0×1015cm-3以下。較佳為碳化矽磊晶層2中之氮原子之背景 濃度為1.0×1015cm-3以下。氮濃度例如可利用次級離子質譜分析(SIMS)裝置而測定。
碳化矽磊晶層2中之氮濃度於包括第2主面2A在內之表面層中之面內均勻性(σ/Ave.)為15%以下，較佳為10%以下，更佳為5%以下。此處，面內均勻性係藉由於徑向以特定間隔(例如9點測定點)所測定之氮濃度之標準偏差(σ)及該所測定之氮濃度之平均值(Ave.)而表示。即，於碳化矽磊晶層2中，氮濃度極低，且氮濃度之面內均勻性較高。藉此，若於碳化矽磊晶基板10上製造複數個碳化矽半導體裝置，則能夠以較高之良率獲得具有相同特性之複數個碳化矽半導體裝置。碳化矽磊晶層2之膜厚例如為5μm以上40μm以下左右。
其次，參照圖2對本實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法進行說明。本實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法包括：步驟(S11)，準備基底基板1；步驟(S12)，於碳化矽成長裝置100(參照圖3)內配置基底基板1；及步驟(S13)，對基底基板1供給用於形成碳化矽磊晶層2之原料氣體，且將基底基板1加熱至磊晶成長溫度，藉此於基底基板1上形成碳化矽磊晶層2。
首先，準備外徑例如為100mm之具有第1主面1A、且包含單晶碳化矽之基底基板1(步驟(S11))。外徑為100mm之基底基板1利用任意之方法準備即可。再者，基底基板1之外徑亦可為5英吋以上(例如6英吋等)(1英吋約為25.4mm)。
其次，於碳化矽成長裝置100內配置基底基板1(步驟(S12))。本實施形態之碳化矽成長裝置100之一例為CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)裝置。
參照圖3及圖4，於碳化矽成長裝置100中，基底基板1載置於基板托架11。基板托架11之周圍被發熱體12、隔熱材料13、石英管14、感應加熱用線圈15包圍。具體而言，基板托架11例如配置於形成於發 熱體12之凹部內。基板托架11可以在配置於發熱體12之狀態下能夠自轉之狀態設置。發熱體12為半圓筒狀之中空結構，具有沿圓弧之曲面及平坦面。
於碳化矽成長裝置100中，2個發熱體12係以使平坦面對向之方式配置。藉此，形成由發熱體12之平坦面包圍而成之反應室。上述凹部設置於形成反應室之發熱體12之一平坦面上。
隔熱材料13係以包圍發熱體12之外周之方式配置。石英管14係以包圍隔熱材料13之外周側之方式配置。感應加熱用線圈15包含複數個線圈構件，且例如以捲繞石英管14之外周側之方式設置。若將感應加熱用線圈15設為高頻線圈並對其流通高頻電流，則發熱體12藉由電磁感應作用而被感應加熱。藉此，可將基底基板1及供給至基底基板1之原料氣體等加熱至特定溫度。
基板托架11及發熱體12係具有較高之耐熱性之導電性構件，包含氮濃度極低之構件。如圖5所示，基板托架11包括基板托架母材11a、及覆蓋基板托架母材11a之托架包覆部11b。又，發熱體12包括發熱體母材12a、及覆蓋發熱體母材12a之發熱體包覆部12b。
基板托架母材11a及發熱體母材12a例如包含碳材料。構成基板托架母材11a及發熱體母材12a之碳材料之氮濃度為10ppm以下，較佳為5ppm以下。
托架包覆部11b及發熱體包覆部12b包含SiC。構成托架包覆部11b及發熱體包覆部12b之SiC之氮濃度為10ppm以下，較佳為5ppm以下。
繼而，於基底基板1之第1主面1A(根據上述定義之「C面」)上形成碳化矽磊晶層2(步驟(S13))。於碳化矽成長裝置100中，對基底基板1供給用於形成碳化矽磊晶層2之原料氣體，且將基底基板1加熱至磊晶成長溫度，藉此於基底基板1之第1主面1A上形成碳化矽磊晶層2。
如圖4所示，原料氣體經由配管16被導入至CVD裝置100內。原料氣體包含甲矽烷(SiH4)、丙烷(C3H8)及氨氣(NH3)等。進而，除原料氣體以外，導入包含氫氣(H2)之載氣。此時，任一原料氣體均以於供給至基底基板1之第1主面1A上之時間點充分地熱分解之方式被導入至反應室內。
於原料氣體中，尤其是關於作為摻雜劑氣體而使用之氨氣，較佳為於供給至基底基板1上之前，藉由對氨氣進行預加熱而使之預先熱分解。藉由預加熱，氨氣係於確實地熱分解之狀態下被供給至基底基板1。藉此，於形成碳化矽磊晶層2之步驟中，可於進行磊晶成長之基底基板1之第1主面1A上或碳化矽磊晶層2之磊晶成長面上形成接近線性分佈之氮濃度分佈。其結果為，可提高碳化矽磊晶層2中所摻雜之氮之濃度分佈之均勻性。
對於氨氣之預加熱例如藉由附設於配管16之預加熱機構17而實施。預加熱機構17例如具有被加熱至1300℃以上之腔室。於使氨氣流通至預加熱機構17中後，供給至碳化矽成長裝置100。藉此，可不使氣流產生較大之紊亂等而使氨氣充分地熱分解。
設置於預加熱機構17之「腔室」意為用以對流進之氣體進行加熱之空間，亦包括自外部進行加熱之細長管、於內部設置有傳熱線圈之腔室、於內壁面形成有散熱片等之較為廣闊之空間等。再者，為了即便腔室之長度稍微較短亦進行確實之熱分解，上述腔室之壁面之溫度之上限較佳為1350℃以上，又，就熱效率方面而言較佳為1600℃以下。
預加熱機構17只要於氨氣到達進行磊晶成長之基底基板1上之前使氨氣充分地且不擾亂氣流而熱分解即可。因此，預加熱機構17可與反應容器分開，亦可與反應容器為一體。進而，可對包含氨氣之原料氣體一體地進行預加熱，亦可於僅對氨氣進行預加熱後混合其他原料 氣體。
又，各氣體可於導入至碳化矽成長裝置100之反應室內之前進行混合，亦可於碳化矽成長裝置100之反應室內進行混合。
配置於基板托架11上之基底基板1係一面被加熱一面接受上述載氣及原料氣體之供給。藉此，於第1主面1A上形成摻雜有氮(N)原子之碳化矽磊晶層2。具體而言，於成長溫度1600℃以上1800℃以下、壓力1×103Pa以上3×104Pa以下之條件下形成碳化矽磊晶層2。此時，藉由調整NH3氣體之流量，使碳化矽磊晶層2中之n型雜質濃度成為所需之濃度。例如，使碳化矽磊晶層2中之n型雜質濃度成為2×1016cm-3以下之程度。藉此，例如可製作具有所需之耐壓之碳化矽半導體裝置。
於成長溫度未達1600℃之情形時，難以使原料氣體充分地熱分解。另一方面，若成長溫度超過1800℃，則促進碳化矽成長裝置用構件(基板托架11等)之劣化，並且矽(Si)原子容易自基底基板1脫離。為使原料氣體充分地熱分解，並且抑制碳化矽成長裝置用構件之劣化及Si原子自基底基板1之脫離，碳化矽磊晶層2之成長溫度較佳為1600℃以上1800℃以下，更佳為1600℃以上1700℃以下。
碳化矽磊晶層2中之n型雜質濃度可根據利用碳化矽磊晶基板10所製作之裝置之特性而決定。但是，碳化矽磊晶層2中藉由原料氣體而摻雜之氮原子之濃度高於背景濃度。
碳化矽磊晶層2之厚度設為15μm左右。再者，於本步驟(S13)中，基板托架11及配置於基板托架11之基底基板1自轉。
於本步驟(S13)中，用於形成碳化矽磊晶層2之原料氣體中，C原子之原子數相對於Si原子之原子數的比(C/Si比)為1.7以上2.1以下。
於使用C/Si比超過2.2之原料氣體之情形時，容易於所形成之碳化矽磊晶層2產生三角缺陷或階褶等結晶缺陷。另一方面，於C/Si比未達1.7之情形時，於碳化矽層之磊晶成長時，氮原子容易被引入至 碳化矽結晶中之碳原子之位置(C位)。因此，於使用C/Si比未達1.7之原料氣體之情形時，背景之氮原子亦容易被引入至碳化矽磊晶層2中。因此，較佳為將C/Si比設為1.7以上2.1以下。
本實施形態之碳化矽磊晶基板10包括：碳化矽基底基板，其具有C面作為主表面；及碳化矽磊晶層，其形成於碳化矽基底基板之C面上，且包含主表面。利用C面所製作之碳化矽半導體裝置就特性之觀點而言引人注目。因此，本實施形態之碳化矽磊晶基板10可帶來碳化矽半導體裝置之特性之提昇。另一方面，若於C面上使碳化矽磊晶層成長，則氮原子容易被引入至碳化矽磊晶層中。因此，氮原子之背景濃度容易變高。
本實施形態之碳化矽磊晶基板10即便為外徑為100mm以上之大口徑，亦表面性狀較為良好，並且氮原子之背景濃度被控制為較低之濃度，且具有較高之面內均勻性。因此，藉由使用本實施形態之碳化矽磊晶基板10製造碳化矽半導體裝置，可抑制特性之偏差，而以較高之良率獲得尤其適用於要求高耐壓之裝置之碳化矽半導體裝置。
參照圖5及圖6，更詳細地說明本實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法。
於在基底基板1之第1主面1A上形成碳化矽磊晶層2之步驟(S13)中，基底基板1係於碳化矽成長裝置100中載置於基板托架11上並自轉(向圖6中之箭頭R之方向自轉)。因此，於實施步驟(S13)期間，於基底基板1，外周側區域與內側區域相比與基板托架11或發熱體12等構件鄰接並且位於原料氣體之流通方向G1之上游側。即，自構成碳化矽成長裝置100之構件釋出之氮氣經過基底基板1之外周側區域被供給至內側區域。
如上所述，碳化矽磊晶層2容易引入氮。因此，於使用先前之碳化矽成長裝置，於可形成具有良好之表面性狀之碳化矽磊晶層2之磊 晶成長條件下實施步驟(S13)的情形時，於基底基板1(或碳化矽磊晶基板10)之外周側區域中會引入更多氮。
因此，於外周側區域與內側區域之間產生氮濃度之差，而碳化矽磊晶基板10之氮濃度之面內均勻性惡化。該傾向於降低摻雜劑氣體之流量之情形時尤其明顯。又，基板直徑越大則氮濃度之碳化矽磊晶基板10之面內均勻性越會惡化。
對此，本實施形態之作為碳化矽成長裝置用構件之基板托架11及發熱體12係基板托架母材11a、托架包覆部11b、及發熱體母材12a、發熱體包覆部12b各者之氮濃度為10ppm以下。其結果為，自基板托架11釋出之氮氣G2及自發熱體12釋出之氮氣G3之量充分地降低至在碳化矽磊晶基板10中不會成為問題之程度。即，自基板托架母材11a釋出之氮氣G2a、自托架包覆部11b釋出之氮氣G2b、自發熱體母材12a釋出之氮氣G3a及自發熱體包覆部12b釋出之氮氣G3b之量均得以充分地降低。
因此，根據本實施形態，可於氮原子之背景濃度降低之條件下實施形成碳化矽磊晶層2之步驟(S13)。其結果為，於可使碳化矽磊晶層2之表面性狀較為良好之磊晶成長條件下，亦可形成氮濃度之面內均勻性較高之碳化矽磊晶層2。即，根據本發明之實施形態，可製造具有良好之表面性狀、且包括氮濃度之面內均勻性較高之碳化矽磊晶層2之碳化矽磊晶基板10。
再者，於本實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法中，於形成碳化矽磊晶層2之步驟(S13)中，使用氨氣作為摻雜劑氣體，但並不限於此。例如亦可使用氮(N2)氣。於此情形時，藉由適當地控制N2氣體之流量等，可發揮與本實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法相同之作用效果。
於將摻雜劑氣體設為N2氣體之情形時，亦較佳為於使N2氣體流 通至預加熱機構17(參照圖5)後供給至碳化矽成長裝置100。藉此，可於將N2氣體供給至基底基板1上之前使該N2氣體充分地熱分解。預加熱機構17中之加熱溫度只要為可使氮氣充分地熱分解之溫度即可，例如設為1600℃左右即可。
以下，對依據本發明之實施形態之製造方法、及藉由該製造方法所製造之碳化矽磊晶基板之一例進行說明。
圖7係針對具有形成於C面上之磊晶層之碳化矽磊晶基板(本發明之實施形態)及具有形成於Si面上之磊晶層之碳化矽磊晶基板(比較例)表示背景濃度與載子濃度面內均勻性之關係之圖。
參照圖7，圖表中之數值表示C/Si比。圖表之縱軸表示載子濃度(氮原子之濃度)之面內均勻性之值。面內均勻性之值為根據上述σ/Ave.所求出之值。因此，載子濃度之面內均勻性之值越小，載子濃度之面內均勻性越高。圖表之橫軸表示碳化矽磊晶層中之氮原子之背景濃度。
於形成具有形成於C面上之磊晶層之碳化矽磊晶基板(於圖7中表示為「C面」)時，C/Si比選擇為1.5及1.9。磊晶成長溫度例如設為1620℃。
於選擇1.5作為C/Si比之情形時，背景濃度為8.0×1014/cm3，載子濃度之面內均勻性為10%。相對於此，於選擇1.9作為C/Si比之情形時，背景濃度為5.0×1014/cm3，載子濃度之面內均勻性為4%。
另一方面，於形成具有形成於Si面上之磊晶層之碳化矽磊晶基板(於圖7中表示為「Si面」)時，C/Si比選擇為1.0及1.2。磊晶成長溫度例如設為1620℃。
於選擇1.0作為C/Si比之情形時，碳化矽磊晶層中之氮原子之背景濃度約為8.5×1014/cm3，載子濃度之面內均勻性為11%。於選擇1.2作為C/Si比之情形時，氮原子之背景濃度為6.0×1014/cm3，載子濃度 之面內均勻性為5%。
如圖7所示，於本實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法中，於藉由磊晶成長在基底基板之C面形成碳化矽層時，原料氣體中之C/Si比於1.7以上且2.1以下之範圍內選擇，並且磊晶成長溫度於1600℃以上1800℃以下之範圍內選擇。藉此，不僅可降低氮原子之背景濃度，亦可使載子濃度之面內均勻性較為良好。
構成圖5所示之基板托架11及發熱體12之構件中所包含之氮會對碳化矽磊晶基板之背景濃度造成影響。圖8係用以說明於本發明之實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法中基板托架11及發熱體12之材質與背景濃度之關係之圖。
參照圖8，於形成具有形成於C面碳化矽基底基板上之磊晶層之碳化矽磊晶基板時，基板托架11及發熱體12使用先前構件。具體而言，托架包覆部11b及發熱體包覆部12b係包含碳化鉭(TaC)之膜。基板托架母材之氮濃度為10ppm，托架包覆部之氮濃度為900ppm。發熱體母材之氮濃度為30ppm，發熱體包覆部之氮濃度為2%。
於C/Si比為1.5及1.9之2個條件下製作碳化矽磊晶基板。磊晶成長溫度為1620℃。於C/Si比為1.5之情形時，碳化矽磊晶層中之氮原子之背景濃度約為2.0×1015/cm-3。相對於此，於C/Si比為1.9之情形時，氮原子之背景濃度約為1.3×1015/cm-3。
再者，根據該結果亦可知，原料氣體中之C/Si比於1.7以上且2.1以下之範圍內選擇，並且磊晶成長溫度於1600℃以上1800℃以下之範圍內選擇，藉此可降低氮原子之背景濃度。
另一方面，使用托架包覆部11b及發熱體包覆部12b為SiC膜之構件(高純度構件)，形成本實施形態之碳化矽磊晶基板。基板托架使用包括氮濃度為2ppm之基板托架母材及氮濃度為0.4ppm之托架包覆部者。發熱體使用包括氮濃度為2ppm之發熱體母材及氮濃度為0.4ppm 之發熱體包覆部者。C/Si比設為1.9。磊晶成長溫度為1620℃。
使用高純度構件於基底基板之C面上形成碳化矽磊晶層，結果碳化矽磊晶層中之氮原子之背景濃度為5×1014/cm-3。因此，可知，藉由於碳化矽成長裝置中使用由SiC包覆之構件，與由TaC包覆之構件相比，可降低碳化矽磊晶基板之背景濃度。
又，根據基板托架11及發熱體12使用先前構件之情形時的C/Si比與背景濃度之間之關係可估計，於使用高純度構件之情形時，藉由將C/Si比設為1.7~2.1之範圍，可使背景濃度成為1.0×1015/cm-3以下。
再者，於上述實施形態中，碳化矽磊晶層2係氮原子之背景濃度成為3×1015cm-3以下之單層。然而，如圖9所示，例如碳化矽磊晶層2亦可包含碳化矽磊晶層21、22。於碳化矽磊晶層21、22之至少一者中，氮原子之背景濃度可為3×1015cm-3以下。進而，碳化矽磊晶層2包含多於2層之碳化矽磊晶層，於該等碳化矽磊晶層中之至少1層中，氮原子之背景濃度可為3×1015cm-3以下。
於上述碳化矽磊晶基板之製造方法中，於形成碳化矽磊晶層2之步驟(S13)之前或之後，變更原料氣體之流量或分壓，藉此與步驟(S13)連續地進一步形成雜質濃度等與碳化矽磊晶層2不同之碳化矽磊晶層。如此般，亦可發揮與本實施形態之碳化矽磊晶基板之製造方法相同之作用效果。即，可將複數層碳化矽磊晶層中之至少1層中之氮原子之背景濃度設為3×1015cm-3以下。換言之，若將複數層碳化矽磊晶層之整體視為1層碳化矽磊晶層，則該碳化矽磊晶層包含氮原子之背景濃度為3×1015cm-3以下之層。
應認為本次所揭示之實施形態全部內容均為例示，而非對本發明之限制。本發明之範圍並非由上述說明表示而是由申請專利範圍表示，且意欲包括與申請專利範圍均等之含義及範圍內之全部變更。
[產業上之可利用性]
本發明尤其有利地適用於要求高耐壓之碳化矽半導體裝置。
1‧‧‧基底基板
1A‧‧‧第1主面
2‧‧‧碳化矽磊晶層
2A‧‧‧第2主面
10‧‧‧碳化矽磊晶基板

Claims (8)

  1. 一種碳化矽磊晶基板，其包括：碳化矽基底基板，其具有C面作為主表面；及碳化矽磊晶層，其配置於上述碳化矽基底基板之上述C面上；且上述碳化矽磊晶層包含氮原子之背景濃度為3×1015cm-3以下之層。
  2. 如請求項1之碳化矽磊晶基板，其中上述碳化矽磊晶基板之外徑為100mm以上。
  3. 如請求項1之碳化矽磊晶基板，其中若將包括上述碳化矽磊晶層之主表面在內之上述碳化矽磊晶層之表面層中之上述氮濃度之標準偏差相對於上述表面層中之上述氮濃度之平均值的比率定義為面內均勻性，則上述氮濃度之上述面內均勻性為15%以下。
  4. 如請求項1至3中任一項之碳化矽磊晶基板，其中上述碳化矽磊晶層中之上述氮濃度為2×1016cm-3以下。
  5. 一種碳化矽磊晶基板之製造方法，其包括如下步驟：準備具有C面作為主表面之碳化矽基底基板；及對上述碳化矽基底基板供給用於形成碳化矽磊晶層之原料氣體，且將上述碳化矽基底基板加熱至磊晶成長溫度，藉此於上述碳化矽基底基板之上述C面上形成上述碳化矽磊晶層；且於上述形成碳化矽磊晶層之步驟中，上述原料氣體中之碳原子數相對於矽原子數之比C/Si為1.7以上且2.1以下，上述磊晶成長溫度為1600℃以上、1800℃以下之範圍。
  6. 如請求項5之碳化矽磊晶基板之製造方法，其中上述磊晶成長溫 度為1600℃以上、1700℃以下之範圍。
  7. 如請求項5之碳化矽磊晶基板之製造方法，其係於上述形成碳化矽磊晶層之步驟之前，進而包括於碳化矽成長裝置內配置上述碳化矽基底基板之步驟，且上述碳化矽成長裝置包括與上述原料氣體接觸、並且被加熱至上述磊晶成長溫度之構件，上述構件之氮濃度為10ppm以下。
  8. 如請求項5至7中任一項之碳化矽磊晶基板之製造方法，其中上述碳化矽基底基板之外徑為100mm以上。
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