[发明专利]用于制造碳化硅半导体器件的方法

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及用于制造碳化硅半导体器件的方法。

2.背景技术

已存在已知的合成物半导体，例如，使用四层六边形碳化硅(4H-SiC)作为半导体材料。当使用4H-SiC作为半导体材料来制造功率半导体器件时，在由4H-SiC制成的半导体衬底(下文中称为“4H-SiC衬底”)上外延生长4H-SiC单晶膜(下文中称为“SiC外延膜”)以便制造SiC单晶衬底。在背景技术中，CVD(化学气体相沉积)方法被已知为外延生长方法。

具体地，在使用CVD方法的外延生长中，流入反应容器(腔)的原始材料气体在运载气体(carrier gas)中热分解，并且硅(Si)原子随后被连续沉积在4H-SiC衬底的晶格上，以便在4H-SiC衬底上生长SiC外延膜。一般而言，甲硅烷(mono-silane：SiH₄)气体和二甲基甲烷(C₃H₈)气体被用作原始材料气体，而氢(H₂)气被用作运载气体。另外，氮(N₂)气或三甲基铝(TMA)气体被适当地添加作为掺杂气体。

作为用于在4H-SiC衬底上外延生长SiC外延膜的方法，已提供出一种方法，其中在通过热化学沉积方法在碳化硅单晶衬底——其斜角不大于4°——上外延生长碳化硅单晶薄膜的工艺中，在引入包含碳和硅的原始材料气体的同时引入氯化氢气体，同时原始材料气体中包含的碳-硅的原子比(C/Si比)被制成不高于1.5且原始材料气体中的氯化氢气体中氯的原子比(Cl/Si比)被制成高于1.0且低于20.0(例如，参见日本专利No.4719314)。

作为另一种方法，已提出一种方法，其为一种用于使用CVD方法制造碳化硅单晶的方法，其中硅的氢化气体和烃气体连同运载气体被提供到已加热的SiC衬底上以便因热分解反应而生长单晶。在制造方法中以小的倾角从其(0001)平面倾斜的SiC单晶衬底被用作SiC衬底，并且HCl气体与硅的氢化气体、烃气体和运载气体被同时提供到SiC单晶衬底(例如，参见JP-A-2006-321696)。

然而，在背景技术的外延生长方法中，生长速率低至大约几μm/h。为了生长制造高电压器件所需的具有几十或更大μm厚度(膜厚度)的外延膜，在工业生产上产生了这样的大问题：需要花相当多的时间来生长SiC外延膜。例如，为了制造具有10kV或更高的击穿电压的高电压SiC半导体器件，必须在4H-SiC衬底上生长至少大约100μm厚的4H-SiC单晶膜。因此，需要增大工业生产上的外延生长速率。

发明内容

为了解决前述背景技术中固有的问题，本发明的目的在于提供用于制造碳化硅半导体器件的方法，藉由该方法可以高速率生长碳化硅半导体膜。

为了解决前述问题并达成前述目的，本发明人因勤勉研究而发现：当用与原始材料气同时引入的包含氯(Cl)的气体生长SiC外延膜时，SiC外延膜的生长速率可极大地增加(高达背景技术中的10或更多倍)。另外，本发明人已发现，当包含氯的气体的流速随着其中生长SiC外延膜的时间(在下文中称为“膜形成时间”)的过去而逐渐减小时，SiC外延膜随着膜形成时间的过去的生长速率的下降可被抑制。因此，基于所获得的知识实现了本发明。

为了解决前述问题并达成本发明的目的，根据本发明的用于制造碳化硅半导体器件的方法具有以下特征。执行第一步骤：将碳化硅半导体衬底暴露于气体气氛以便在碳化硅半导体衬底上生长碳化硅半导体膜，其中在该气体气氛中的包含氯的气体被添加到包含硅的气体和包含碳的气体。另外，执行第二步骤：在碳化硅半导体膜的生长期间，在所述气体气氛中逐渐减少包含氯的气体相对于包含硅的气体的引入量。

另外，根据本发明，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中：在第二步骤中，所述气体气氛中的包含氯的气体中氯原子的数目相对于包含硅的气体中硅原子的数目以0.5％/分钟至1.0％/分钟的速率减小。

另外，根据本发明，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中：第二步骤在第一步骤开始时执行。

另外，根据本发明，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中：在第一步骤开始时，气体气氛的混合物中的包含氯的气体中氯原子的数目是包含硅的气体中硅原子的数目的三倍。

另外，根据本发明，提供了一种以前述配置制造碳化硅半导体器件的方法，其中：包含氯的气体是氯化氢气或氯气。