CN109937468A - p型SiC外延晶片及其制造方法 - Google Patents

p型SiC外延晶片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种p型SiC外延晶片的制造方法，具有设定原料气体中的C元素与Si元素的比率即投入原料C/Si比的工序；以及在上述原料气体、分子内包含Cl的Cl系气体以及分子内包含Al和C的掺杂剂气体存在的成膜气氛下在基板上形成p型SiC外延膜而得到Al掺杂剂浓度为1×1018cm‑3以上的p型SiC外延晶片的工序，上述投入原料C/Si比基于包含上述掺杂剂气体所含的C元素的成膜气氛中的C元素与Si元素的比率即总气体C/Si比来设定，上述投入原料C/Si比与上述总气体C/Si比不同，上述投入原料C/Si比为0.8以下。

Description

p型SiC外延晶片及其制造方法
技术领域
本发明涉及p型SiC外延晶片及其制造方法。
本申请基于2016年12月28日在日本提出的专利申请2016-255541号要求优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
碳化硅(SiC)的绝缘击穿电场比硅(Si)大1个数量级，带隙比硅(Si)大3倍。另外，碳化硅(SiC)的导热率比硅(Si)高3倍左右。因此，碳化硅(SiC)被期待应用于功率器件、高频器件、高温运作器件等中。
为了使用SiC来制作器件，需要添加控制电特性的掺杂剂。已知有作为n型掺杂剂的氮和磷、作为p型掺杂剂的铝和硼等。进行了将这些掺杂剂高浓度地掺杂于外延膜中来降低外延膜电阻的尝试。
对于掺杂有n型掺杂剂的n型SiC外延膜，进行了大量研究。与此相对，对于掺杂有p型掺杂剂的p型SiC外延膜并未进行充分的研究而仅为作出在实验室水平上的报告的程度。
例如，在非专利文献1和非专利文献2中记载了能够使用作为原料气体的硅烷和丙烷、作为掺杂剂气体的三甲基铝(TMA)来制作p型SiC外延膜。
难以使用铝进行高浓度地掺杂。因此，为了使用铝进行高浓度地掺杂，在专利文献1中采用同时掺杂氮的共掺杂的做法。
另一方面，在SiC外延生长中，因微小颗粒而引起的三角缺陷的产生构成问题。因此，要求降低缺陷的产生。在SiC外延生长中，若为了增大生长速度而提升Si原料气体的供给量，则容易产生因Si凝聚引起的缺陷。为了防止该缺陷的产生，一般进行的是利用包含Cl的气体。
在非专利文献3中记载了为了得到高品质外延膜而使用分子中包含Cl的Cl系气体的方法。作为包含Cl的气体，除如HCl那样的不包含Si的气体以外，还使用如氯硅烷那样的包含Si的气体。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-187113号公报
非专利文献
非专利文献1：Marcin Zielinski et al.,Mat.Sci.Forum Vol.858,pp 137-142.
非专利文献2：N.Nordell and A.Schoner.Journal of Electronic Materials,Vol26,No.3,1997,p187-192.
非专利文献3：Henrik Pedersen et al.,Chem.Rev.2012,112,2434-2453.
发明内容
在近年来的SiC器件的开发中，为了得到低电阻的外延膜，要求被高浓度地掺杂的p型外延晶片。然而，在如专利文献1那样的共掺杂的方法中，导致高浓度地包含对迁移率造成影响的n型杂质，这并非典型。
另外，在高浓度地掺杂Al的情况下，需要增加包含Al的掺杂气体的流量。在该情况下，若将为了制作高品质的外延膜而使用的Cl系气体与包含Al的p型的掺杂剂气体一起使用，则生成挥发性高的氯化铝而导致Al和Cl被消耗。其结果存在以下问题：在外延膜中取入Al的取入效率降低，若供给大量掺杂剂气体，则缺陷增加，导致外延膜非镜面化。因此，难以在浓度为1×1018cm-3以上的高掺杂p型SiC外延晶片的制造中使用Cl系气体。
另外，非专利文献1和非专利文献2为在实验室水平上的研究，为了应用于实际生产现场，需要进一步提高掺杂剂浓度的面内均匀性。即，要求高浓度且掺杂剂浓度的面内均匀性高的p型SiC外延晶片的制造方法。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于得到缺陷少、高品质、1×1018cm-3以上的高浓度且掺杂剂浓度的面内均匀性高的p型SiC外延晶片及其制造方法。
本发明人等进行了深入研究，结果发现导致外延膜非镜面化的原因在于：因投入大量的掺杂剂气体而变得不能忽略掺杂剂气体中所含的C元素，使实效性地有助于成膜的实效性C/Si比变高。为了解决上述课题，本发明提供以下的第1方式的制造方法。
(1)第1方式涉及的p型SiC外延晶片的制造方法，是Al掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上的p型SiC外延晶片的制造方法，
该制造方法具有：
设定原料气体中的C元素与Si元素的比率即投入原料C/Si比的工序；以及
在上述原料气体、分子内包含Cl的Cl系气体以及分子内包含Al和C的掺杂剂气体存在的成膜气氛下，在基板上形成p型SiC外延膜，得到Al掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上的p型SiC外延晶片的工序，
该制造方法还具有子工序，上述子工序中，基于包含上述掺杂剂气体所含的C元素的成膜气氛中的C元素与Si元素的比率即总气体C/Si比，来设定上述投入原料C/Si比，
上述投入原料C/Si比与上述总气体C/Si比不同，
上述投入原料C/Si比为0.8以下。
本发明第1方式的方法优选包含以下的(2)～(9)的特征。再者，这些特征还优选根据需要进行相互组合。
(2)上述总气体C/Si比优选为1.0以上。
(3)上述总气体C/Si比更优选为1.0以上且2.1以下。
(4)上述分子内包含Cl的Cl系气体优选包含HCl。
(5)在上述原料气体中，Si系原料气体的分子内优选包含Cl。
(6)上述分子内包含Al和C的掺杂剂气体优选为三甲基铝。
(7)优选为上述成膜气氛中的C元素的10％以上来自于上述掺杂剂气体的构成。
(8)还优选为上述原料气体不包含C元素的构成。
本发明第2方式为以下的p型SiC外延晶片。
(9)一种p型SiC外延晶片，掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上，掺杂剂浓度的面内均匀性为25％以下。
本发明第2方式的晶片优选包含以下的(10)～(12)的特征。再者，这些特征还优选根据需要进行相互组合。
(10)上述p型SiC外延晶片的直径优选为6英寸以上。
(11)优选的是上述方式涉及的p型SiC外延晶片的直径小于6英寸、掺杂剂浓度的面内均匀性为10％以下。
(12)还优选在上述p型SiC外延晶片中，三角缺陷密度为0.1cm-2以下。
根据第1方式的SiC外延晶片的制造方法，能够得到浓度高且掺杂剂浓度的面内均匀性高的p型SiC外延晶片。
另外，第2方式的SiC外延晶片的电阻低、且面内均匀性高，因此能够均质地大量制作各种器件。
附图说明
图1示出使用二次离子质谱分析法(SIMS)从层叠面朝向厚度方向测定实施例1～3中制作的p型SiC外延晶片的作为掺杂剂的铝的掺杂剂浓度的结果。
图2为表示外延膜中的铝浓度相对于掺杂剂气体的投入量的变化的坐标图。
图3为表示实施例1和实施例4中制作的p型SiC外延晶片的掺杂剂浓度的面内均匀性的坐标图。
图4示出实施例1中制作的6英寸p型SiC外延晶片的三角缺陷的分布。
具体实施方式
以下，对本发明的优选例进行说明。在以下说明中所例示的条件、物质等为本发明的一例，本发明并不受它们的限定，能够在不变更其主旨的范围适当变更后再实施。
(p型SiC外延晶片的制造方法)
本实施方式涉及的p型SiC外延晶片的制造方法是Al掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上的p型SiC外延晶片的制造方法。该p型SiC外延晶片的制造方法具有：设定原料气体中的C元素与Si元素的比率即投入原料C/Si比的工序；以及在原料气体、分子内包含Cl的Cl系气体以及分子内包含Al和C的掺杂剂气体存在的气氛下，在基板上形成p型SiC外延膜的工序。
若进行更具体地说明，则本实施方式的制造方法是使用原料气体、分子内包含Cl的Cl系气体以及分子内包含Al和C的掺杂剂气体，在供给这些气体的成膜气氛下，制造Al掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上的p型SiC外延晶片的制造方法，
投入原料C/Si比与成膜气氛中的C元素与Si元素的比率即总气体C/Si比不同，基于总气体C/Si比来设定上述投入原料C/Si比，并且原料气体中的C元素与Si元素的比率即投入原料C/Si比为0.8以下。
首先，对本说明书中的术语的定义进行说明。
(原料气体)
“原料气体”是指成为形成SiC外延膜时的原料的气体。可以仅由1种构成或者由2种以上构成。优选为2种，但是并不限定于此。原料气体一般被分成由分子内包含Si的化合物形成的Si系原料气体和由分子内包含C的化合物形成的C系原料气体。在本实施方式中，原料气体只要至少包含Si系原料气体即可，有时也可以根据需要不包含C系原料气体。在本发明中，能够优选使用仅Si系原料气体或Si系原料气体与C系原料气体的组合作为原料气体。在进行通常的掺杂的外延生长中，作为掺杂剂使用的元素量与Si或C的量相比显著少。因此，在通常的方法中，想到使原料气体中不包含想要掺杂至外延膜而供给的气体即掺杂剂气体。在本发明中，原料气体也不包含想要掺杂Al而供给的掺杂剂，其与掺杂剂气体相区分。即C系原料气体和/或Si系原料气体的分子不包含作为掺杂剂的Al。
Si系原料气体能够使用公知的气体(化合物)。可优选列举例如硅烷(SiH4)。此外，也能使用包含具有蚀刻作用的Cl的二氯硅烷(SiH2Cl2)、三氯硅烷(SiHCl3)和四氯硅烷(SiCl4)等含有氯系Si原料的气体(含氯化物系原料的气体)。可以仅使用1种，也可以组合使用2种以上。Si系原料气体可以根据需要包含碳，但优选不包含碳。
作为C系原料气体，能够选择使用公知的C系原料气体，能够使用例如丙烷(C3H8)等。可以仅使用1种，也可以组合使用2种以上。C系原料气体可以根据需要包含Si，但优选不包含Si。
(Cl系气体)
接着，对“Cl系气体”进行说明。“Cl系气体”为包含Cl作为构成气体的化合物的分子的构成元素的气体。例如氯化氢(HCl)、SiH2Cl2、SiHCl3和SiCl4等化合物属于Cl系气体。可以仅使用1种，也可以组合使用2种以上。再者，在此，包含Cl和Si两者的气体、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4也为上述的Si系原料气体。如这些气体那样，有时也可以使用既作为“Cl系气体”又作为“Si系原料气体”的气体。
再者，在使用同时作为“Cl系气体”和“Si系原料气体”的气体的情况下，可以根据需要使用不包含Si的“Cl系气体”和/或不包含Cl的“Si系原料气体”或者与上述气体组合使用。
(掺杂剂气体)
“掺杂剂气体”为包含Al和C作为构成气体的化合物的分子的构成元素的气体。可列举例如以三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)为代表的烷基铝、环铝等。由于难以将Al以单质进行掺杂，因此使用具有Al作为构成元素的化合物的气体作为掺杂剂气体。掺杂剂气体是原则上想要在外延膜中掺杂Al而供给的气体。另外，掺杂剂气体优选使用不包含Si的气体。掺杂剂气体可以仅使用1种，也可以组合使用2种以上。
(其他气体)
作为除此以外能够使用的气体，有用于将这些气体运送至反应炉内的载气。载气优选使用非活性的氢。气氛或成膜气氛以生长炉内的气体的状态这一含义来使用。因此，上述气氛是指包含氢气的状态，但是氢对外延生长的反应不构成直接影响。因此，虽然存在于反应炉内，但是上下文并未对其特别提及。
(成膜气氛中的各气体的组合)
如上所述，在本发明中，有时一种气体兼备多种气体的用途。因此，“原料气体、分子内包含Cl的Cl系气体和分子内包含Al和C的掺杂剂气体存在的气氛”可以想到例如以下所示的组合。
作为一个例子，可列举以下情况：使各个气体具有相区分的功能，即具有各自的功能，并且各个气体存在于成膜气氛中。可列举例如以下情况：在成膜气氛中包含SiH4(Si系原料气体)和C3H8(C系原料气体)作为原料气体，包含HCl作为Cl系气体，并且存在TMA作为掺杂剂气体。在该情况下，气体不兼备相互的特征，使用上述4种气体。
另外，作为别的例子，还有Si系原料气体同时为Cl系气体的情况。例如有以下情况：包含SiHCl3(Si系原料气体、Cl系气体)作为原料气体和Cl系气体，包含C3H8(C系原料气体)作为原料气体，并且使用TMA作为掺杂剂气体。在该情况下，SiHCl3作为Si系原料气体和Cl系气体发挥功能。在本例中使用上述3种气体。再者，在Si系原料气体同时为Cl系气体的情况下，可以根据需要使用或者不使用不包含Si的Cl系气体。
例如还有同时使用兼备Si系原料气体作为Cl系气体的气体和不包含Si的Cl系气体的情况。如果列举具体例，则有以下情况：包含SiHCl3(Si系原料气体、Cl系气体)作为原料气体和Cl系气体，包含C3H8(C系原料气体)作为原料气体，包含HCl作为其他Cl系气体，并且使用TMA作为掺杂剂气体。在此，使用4种气体。SiHCl3作为Si系原料气体和Cl系气体发挥功能。
另外，作为别的例子，还有原料气体不包含C系原料气体、即不使用C系原料气体作为原料气体的情况。可列举例如以下情况：包含SiH4(Si系原料气体)作为原料气体，包含HCl作为Cl系气体、并且使成膜气氛中存在TMA作为掺杂剂气体。在此，使用3种气体。
进而，作为别的例子，还有原料气体不包含C系原料气体、并且Si系原料气体同时为Cl系气体的情况。例如有使用作为原料气体的SiHCl3(Si系原料气体、Cl系气体)和作为掺杂剂气体的TMA的情况。在此，使用2种气体。
这样的气氛能够通过向内部载置有基板的反应炉内的反应空间(生长腔室)内根据需要选择供给如前述那样的原料气体、Cl系气体和掺杂剂气体而得到。所引入的各气体的流量能够以满足本发明的方式进行任意地设定。这些气体也能够分别从不同的配管向反应炉内供给，或者也能从一个配管统一地供给。为了避免在配管内的反应，优选各自分开供给。另外，能够根据需要从生长腔室中排出气体。
(投入原料C/Si比和总气体C/Si比)
各个气体的供给比率对SiC外延膜的成膜状态和物性等带来重大影响。因此，事前设定各个气体的供给量，而控制成膜气氛。
SiC外延膜通过在基板上使C元素和Si元素反应而得到。因此，C元素与Si元素之比即C/Si比是特别重要的参数。
在此，在本说明书中“C/Si比”具有两个含义。将各自明确地分开使用来加以表现。
一个比率为在成膜SiC外延膜的成膜气氛中的C元素与Si元素的比率。由于是在成膜气氛中所使用的、全部气体中所含的C元素与Si元素之比，因此将其称作“总气体C/Si比”。
另一个比率为所供给的原料气体中的C元素与Si元素的比率。由于是所供给(投入)的原料气体中所含的C元素与Si元素之比，因此将其称作“投入原料C/Si比”。
在一般的制造方法中，投入原料C/Si比和总气体C/Si比的值大致一致。另外，这样的情况下的总气体C/Si被用来表示实效性的、即实际反应的C/Si比。因此，在SiC领域中，大多将Si系原料气体与C系原料气体的供给比、即投入原料C/Si比作为制造中的C/Si比来处理。
例如，以下对掺杂低浓度的掺杂剂的情况进行叙述。
例如，在外延膜中掺杂小于1×1018cm-3的低浓度铝的情况下，量非常少的掺杂剂气体并非在成膜气氛中存在的气体的主要要素之一。即，掺杂剂气体仅以与原料气体相比能够充分忽略的程度的、微小量进行供给。因此，即使是掺杂剂气体包含C元素的情况，若在掺杂剂气体中存在的C元素的量与在C系原料气体等中存在的C元素的量进行比较，则能够想到为非常小的误差范围。即，在这样的情况下，可以说投入原料C/Si比与总气体C/Si比大致一致。
接着，对如本发明那样的掺杂高浓度掺杂剂的情况的例子进行说明。与上述的低浓度掺杂的情况不同，在本实施方式涉及的p型SiC外延晶片的制造方法中，以1×1018cm-3以上的高浓度掺杂铝。进而，在成膜气氛中Cl元素和Al元素共存。再者，若使用分子中包含Cl的Cl系气体，则得到高品质的外延膜，但若Cl元素与Al元素发生反应，则存在生成氯化铝的倾向。氯化铝的挥发性高，若生成氯化铝，则在外延膜中取入铝的取入效率降低。
出于上述理由，为了得到高浓度地掺杂有铝的外延膜，需要增多掺杂剂气体的供给量，即需要供给大幅地超出一般设想量的量的掺杂剂气体。例如，掺杂剂气体需要以达到占据全部C系原料气体的10％以上的程度的方式进行供给。
再者，若掺杂剂气体的供给量变多、即进行高浓度掺杂，则在低浓度掺杂中能够忽略的掺杂剂气体中的C元素变得不能忽略。即，在低浓度掺杂中大致一致的投入原料C/Si比和总气体C/Si比变得不一致。即，即使控制投入原料C/Si比、例如以使其为1的方式进行控制，总气体C/Si比也会比上述值高，其结果，因C与Si的比率偏移而使外延膜产生大量缺陷。若外延膜产生大量缺陷，则外延膜发生非镜面化。这是在Cl元素和Al元素共存的气氛下掺杂高浓度的铝时才会面临的课题。
因此，在本实施方式涉及的p型SiC外延晶片的制造方法中，基于总气体C/Si比而预先设定投入原料C/Si比。此时，计算出总气体C/Si比所时使用的C元素将掺杂剂气体中的C元素也包含在计算值内。因此，投入原料C/Si比和总气体C/Si比为互不相同的值。
SiC是硅和碳以1比1结合而得到的。因此，优选的是通常将总气体C/Si比设定为1.0附近。然而，来自于掺杂剂气体的C元素与来自于C系原料气体的C元素相比难以取入。因此，还优选考虑这一点来进行设定。
在本发明的制造方法中，能够优选包含选自以下的子工序中的一个以上的工序。
确定使用哪种气体作为在成膜气氛下使用的原料气体(C系原料气体、Si系原料气体)、Cl系气体和掺杂剂气体的子工序。
使用上述气体的组合进行实验来确定掺杂剂气体的C元素的相对取入效率α的子工序。
使用所得的上述掺杂剂气体的C元素的相对取入效率α来确定在实际的制造中所使用的原料气体(C系原料气体、Si系原料气体)的C/Si比或原料气体(C系原料气体、Si系原料气体)与Cl系气体的组合中的C/Si比的子工序。
在最后叙述的子工序中，还优选考虑掺杂剂的C元素的相对取入效率α和掺杂剂气体的使用比例来确定C/Si比。还优选在成膜气氛下以使有助于实际反应的C元素与Si元素的比率为1附近的方式进行调整。
(掺杂剂的C元素的相对取入效率α)
来自于掺杂剂气体的C元素的相对取入效率(相对于来自于原料气体的C元素的取入效率的比率)α能够考虑总气体C/Si比、投入原料C/Si比和SiC外延膜的成膜反应过程来进行计算。具体而言，α由以下通式(1)来表示。
{(来自于掺杂剂气体的C)×α}/Si＝(总气体C/Si比)-(投入原料C/Si比)···(1)
通式(1)为将来自于掺杂剂气体的C元素的取入效率相对于来自于原料气体的C元素的取入效率的实效性比率表示为α的式子。
再者，SiC的化学组成为Si元素和C元素以1比1结合。因此，一般而言，希望将气氛气体(成膜气氛气体)中的C/Si比也控制在1附近的一定范围内。
在超出前述的1附近的一定范围的情况下，生长表面的C与Si的比率向一方偏移，因此不发生正常的外延生长，而发生白浊等表面异常，还容易产生与之相伴的缺陷。
实验的结果可知：来自于掺杂剂气体的C元素的相对取入效率α小于1.0且为0.7左右。因此，在设定总气体C/Si比时优选考虑该相对取入效率。而且，优选基于所求得的实效C/Si比来设定投入原料C/Si比。
若如通常的生长那样将投入原料C/Si比视为实效性C/Si比来设定条件，则附加来自于TMA的C元素量，导致C/Si大于适当的值。
另外，在考虑来自于TMA的C元素量来设定条件的情况下，若假定使来自于TMA的C元素的取入效率的实效性比率α与C系原料同样为1.0，则导致C/Si比大于适当的值。
即，若以α为1来设定投入原料C/Si比，则导致过于降低投入原料C/Si比，导致实效性C/Si比低于适当的C/Si比。若C/Si比降低，则在外延膜中取入Al的取入效率降低，变得难以形成高浓度p层。为此，进行如下述那样的实验，将实效C/Si比相近的条件彼此进行比较，由此求得真的α值。
(用于得到相对取入效率α的实验)
在SiC的外延生长中，已知为了得到平坦镜面，优选使实际有助于反应的C/Si比、即实效性C/Si比处于一定范围内。尤其在实效性C/Si比高于适当范围的值的情况下，表面整体发生白浊。而在实效性C/Si比处于适当范围的上限值的附近的情况下，局部发生白浊。
本发明人利用上述现象进行了实验，对得到镜面的实效性C/Si比的上限值的附近进行调查(比较实验1～3)。而且，推定了在使用作为C系原料气体的丙烷为基准时的、掺杂剂的C元素的相对取入效率α。由在下述条件下进行的实验的结果可知：在以丙烷为基准时，在全部C系原料气体之中、起因于掺杂剂气体的C成分的约7成以SiC的C成分的形式被取入即可。
(比较实验1)
准备了4英寸SiC单晶基板。所准备的SiC单晶基板为4H型多型，主面为(0001)Si面且具有4°的偏离角。接着，将SiC单晶基板导入生长炉内。在被生长炉包围的成膜气氛中投入原料气体、Cl系气体和掺杂剂气体，在1600℃的生长温度下进行生长。
气体使用作为Si系原料气体的TCS(三氯硅烷)、作为C系原料气体的丙烷、作为掺杂剂气体的TMA、作为Cl系气体的氯化氢。
投入原料C/Si比设为0.6，HCl/TCS比设为6。投入全部C系气体的50％以上的TMA，使高浓度p型SiC外延生长。结果，在4英寸晶片外周部2cm的区域发生一部分白浊。此时，将以丙烷为基准时的掺杂剂的C的相对取入效率α假定为1的总气体C/Si比为2.25。
(比较实验2)
变更了C/Si比。仅将投入原料C/Si比设为0.5。除此以外，与比较实验1同样地进行操作。结果，在4英寸晶片整个面得到镜面。此时，总气体C/Si比为2.16。
(比较实验3)
进一步变更了C/Si比。将投入原料C/Si比设为0.8。除此以外与比较实验1同样地进行操作。此时，以使总气体C/Si比为1.96的方式改变了TMA投入量。结果，4英寸晶片的最外周部数mm的区域发生了非镜面化。
在这些实验中，可以想到基于表面状态的比较的实效性C/Si比大致相同。这些晶片大致为镜面，比较实验1和3的只有极少一部分开始非镜面化。在与它们相比增大实效性C/Si比的情况下，在晶片整个面逐渐发生非镜面化。因此，可以想到它们为得到镜面的上限。在与此次实验同样的条件下得到镜面的实效性C/Si为1.7左右。由该结果可知：若求出相对取入效率α，则变为0.7左右。综上可以想到：在以丙烷为基准时，在全部C系原料气体之中、起因于掺杂剂气体的C成分的约7成以SiC的C成分的形式被取入。
投入原料C/Si比优选为0.8以下，更优选为0.5以下，进一步优选为0.4以下。尤其在6英寸以上的大型晶片上形成外延膜的情况下，需要供给更多的掺杂剂气体，因此优选将投入原料C/Si比设为0.4以下。
(制造方法的效果和优选条件)
如上所述，本实施方式涉及的p型外延晶片的制造方法在原料气体、分子内包含Cl的Cl系气体和分子内包含Al和C的掺杂剂气体存在的成膜气氛下进行。因此，能够将作为掺杂剂的铝高浓度且均匀地掺杂于基板的面内方向。
另外，总气体C/Si比并非忽略来自于掺杂剂气体的C元素而将其考虑在内来设定。进而，总气体C/Si比考虑了在实际中来自于掺杂剂气体的C元素取入至外延膜中的取入效率。因此，避免使成膜气氛中的C元素变得过剩，得到高品质的p型SiC外延晶片。
另外，由于考虑来自于掺杂剂气体的C元素，因此投入原料C/Si比被设定为低于1.0的0.8以下。在该情况下，总气体C/Si比能够根据需要进行选择，但希望设为1～2.1。通过设为1～2.1，能够得到镜面的外延表面。
在考虑该相对取入效率α来设定总气体C/Si比时，在成膜气氛中的C元素之中、来自于掺杂剂气体的C元素的比例变大。该比例能够根据例如求出的掺杂剂浓度和/或求出的晶片的表面状态等来设定。
例如，在要求1×1018cm-3的掺杂剂浓度的情况下，在成膜气氛中的C元素之中、来自于掺杂剂气体的C元素的比例为例如10％左右即可。在5×1018cm-3的情况下，在成膜气氛中的C元素之中、来自于掺杂剂气体的C元素的比例为例如50％左右即可。在1×1019cm-3的情况下，在成膜气氛中的C元素之中、来自于掺杂剂气体的C元素的比例为例如80％左右即可。
另外，能够根据条件而使投入原料C/Si比为0、即不使用C系原料气体来制作p型SiC外延晶片。
相对于原料气体的Cl流量能够斟酌求出的掺杂剂浓度和/或表面状态来确定。例如能够将Cl/Si比设为3以上、5以上或7以上。若Cl浓度高，则抑制缺陷的产生，得到良好的SiC外延表面。
(p型SiC外延晶片)
本实施方式涉及的p型SiC外延晶片通过上述的p型SiC外延晶片的制造方法来得到。
本实施方式涉及的p型SiC外延晶片的掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上，优选为1×1019cm-3以上。高浓度地掺杂有p型掺杂剂的SiC外延晶片为低电阻，在各种器件中的通用性高。
另外，本实施方式涉及的p型SiC外延晶片的掺杂剂浓度的面内均匀性优选为25％以下，更优选为18％以下，进一步优选为10％以下。在此，掺杂剂浓度的面内均匀性为掺杂剂浓度的最大值与掺杂剂浓度的最小值的差值除以面内方向的掺杂剂浓度的平均值、再乘以100而得到的值。
关于掺杂剂浓度的优异的面内均匀性，可以想到由在成膜气氛下混合Cl系气体所带来的效果大。
p型SiC外延晶片的Al的取入效率受到外延表面的C/Si比影响。这是因为：由于Al进入Si位点，因此富集C而容易产生Si的空穴，容易取入Al。在实际中C/Si比为用于Al掺杂的面内分布调整的重要参数。在本实施方式中，在高Al掺杂的区域中，将C/Si比调整为对于面内分布的均匀化而言最佳的状态。尤其通过使Cl系气体包含HCl，更优选使Cl系气体为HCl，从而能够将对掺杂剂气体例如TMA在生长炉内的反应造成影响的Cl的浓度与C/Si比独立地进行变更。这一点对提高调整的自由度、均匀化有利地发挥作用。
由1片p型SiC外延晶片制作多个器件。因此，如果p型SiC外延晶片的掺杂剂浓度的面内均匀性变高，则满足规定范围内的条件的器件的成品率变高。
另外，p型SiC外延晶片的直径优选为4英寸以上，更优选为6英寸以上。
使其为6英寸以上是至关重要的。能增多能够由1片SiC外延晶片制作的、因低电阻而具有功率损失小等特性的iC器件的获取数量，并且能够实现SiC器件的低价格化。SiC器件的性能非常好，另一方面，与Si器件相比成本高这一点成为课题。大型且掺杂剂浓度的面内均匀性高的p型SiC晶片实现了SiC器件的制造成本的大幅降低。
另一方面，晶片的直径越大，越难使在晶片的外周部分和中央部分的成膜条件恒定。更大型且掺杂剂浓度的面内均匀性高的p型外延晶片通过上述的制造方法才能得到。如果晶片的直径小于6英寸，则掺杂剂浓度的面内均匀性能够提高至10％以下。
另外，本实施方式涉及的p型SiC外延晶片的三角缺陷密度优选为0.1cm-2以下。
三角缺陷是指利用光学显微镜观察为三角形的缺陷。三角缺陷是沿着阶流生长方向(＜11-20＞方向)从上游到下游朝向三角形的顶点和其对边(底边)并列的方向而形成的缺陷。三角缺陷成为多形的原因，由于与正常的外延层的电特性的不同，而对器件带来不良影响。
三角缺陷通过在成膜气氛下混合Cl系气体而得到抑制。Cl系气体抑制成为三角缺陷的起点的Si小滴(droplet)等缺陷的产生。在本实施方式中，将分子内包含Cl的Cl系气体与掺杂剂气体同时使用。由此即使掺杂Al也能得到高品质的外延膜。换言之，在成膜气氛下供给Cl系气体，才能得到三角缺陷少的p型SiC外延晶片。
如上所述，根据本实施方式涉及的p型SiC外延晶片，由于掺杂剂浓度的面内均匀性高，因此能够提高SiC器件的成品率。另外，由于为低电阻，因此能够利用于各种SiC器件。
另外，在本发明中，为了得到优异的效果，在制造时未必需要同时掺杂氮。
以上，对本发明的优选实施方式进行了详细叙述，但是本发明并不受特定实施方式的限定，能够在权利要求的范围内记载的本发明的主旨的范围内进行各种的变形、变更。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明。再者，本发明并不仅限定为以下实施例。
(实施例1)
准备了6英寸SiC单晶基板。所准备的SiC单晶基板为4H型多型，主面具有4°的偏离角。
接着，将SiC单晶基板导入生长炉内，在被生长炉包围的成膜气氛中投入气体。气体使用作为Si系原料气体的三氯硅烷(TCS)、作为C系原料气体的丙烷、作为掺杂剂气体的三甲基铝(TMA)、作为Cl系气体的氯化氢(HCl)。
投入原料C/Si比设为0.4，HCl/TCS比(Cl系气体/Si系原料气体)设为6。另外，一边变更掺杂剂气体的供给量，一边使SiC外延生长，得到p型SiC外延晶片。此时，通过变更掺杂剂气体的供给量，使总气体C/Si比变化为1.51(实验开始时的总气体C/Si比)、1.79和2.06。来自于掺杂剂气体的C元素在成膜气氛气体中的C元素中所占的比例最终为80％。
(实施例2)
在实施例2中变更了HCl的供给量，这一点与实施例1不同。其他的条件与实施例1相同。
在实施例2中，使用了作为Si系原料气体的TCS、作为C系原料气体的丙烷、作为掺杂剂气体的TMA、作为Cl系气体的氯化氢。HCl/TCS比设为4。
另外，一边变更掺杂剂气体的供给量，一边使SiC外延生长，得到p型SiC外延晶片。此时，通过变更掺杂剂气体的供给量，使总气体C/Si比变化为1.51、1.79、2.06。来自于掺杂剂气体的C元素在成膜气氛气体中的C元素中所占的比例最终为80％。
(实施例3)
在实施例3中不使用C系原料气体，这一点与实施例1不同。其他的条件与实施例1相同。
在实施例3中，使用了作为Si系原料气体的TCS、作为掺杂剂气体的TMA、作为Cl系气体的氯化氢。投入原料C/Si比设为0，另外，HCl气体的投入量以HCl/TCS比计设为6。
而且，一边变更掺杂剂气体的供给量，一边使SiC外延生长，得到p型SiC外延晶片。此时，通过变更掺杂剂气体的供给量，使总气体C/Si比变化为1.41、1.76、2.12。来自于掺杂剂气体的C元素在成膜气氛气体中的C元素中所占的比例为100％。
使用二次离子质谱分析法(SIMS)，从层叠面朝向厚度方向测定了实施例1～3中制作的p型SiC外延晶片的作为掺杂剂的Al的浓度。将其结果示于图1中。纵轴为单位面积的掺杂剂浓度，横轴表示从外延膜的表面起沿厚度方向的深度。可知制造了作为掺杂剂的Al的浓度(Al掺杂剂浓度)为1×1018cm-3以上的p型SiC外延晶片。
如图1所示，随着变更掺杂剂气体的供给量，铝的掺杂剂浓度发生了变化。即，可以说适当地将铝取入外延膜中。另外，在外延膜的最表面，能够以1×1019cm-3的高浓度掺杂铝。
另外，图2为表示外延膜中的铝浓度相对于掺杂剂气体的投入量的变化的坐标图。图2还包含实施例1～3的结果和其他的评价结果。Al浓度为1×1018cm-3以上是在本实施方式的条件下得到的，小于1×1018cm-3是在低浓度掺杂的通常条件的条件下得到的。如图2所示，可知：若增加掺杂剂气体的投入量，则铝浓度变高。纵轴为单位面积的掺杂剂浓度，横轴表示掺杂剂气体的投入量。
另外，还测定了实施例1中制作的p型SiC外延晶片的表面的掺杂剂浓度的面内均匀性。将实施例1的测定结果示于图3中。图3的纵轴表示铝浓度，横轴表示距离SiC外延晶片的中心的距离。
(实施例4)
另外，在实施例4中，将SiC单晶基板的大小变更为4英寸。其他的条件与实施例1同样。还测定了实施例4中制作的p型SiC外延晶片的掺杂剂浓度的面内均匀性。将实施例4的测定结果示于图3中。
如图3所示，实施例1的p型SiC外延晶片的掺杂剂浓度的面内均匀性为20.5％。另外，实施例4的p型SiC外延晶片的掺杂剂浓度的面内均匀性为7.7％。即，得到了掺杂剂浓度的面内均匀性高的p型SiC外延晶片。面内均匀性通过掺杂剂浓度的最大值与掺杂剂浓度的最小值的差值除以面内方向的掺杂剂浓度的平均值、再乘以100而得到。
进而，如图4所示，测定了实施例1中所得的6英寸p型SiC外延晶片的三角缺陷密度。实施例1所示的6英寸p型SiC外延晶片的三角缺陷密度为0.06cm-2。三角缺陷密度对器件制作时的成品率造成重大影响。根据本实施方式涉及的p型SiC外延晶片的制造方法，得到低缺陷的p型外延晶片，能够提高器件收率。因此，能够对于削减器件制作时的成本作出巨大贡献。
产业上的可利用性
本发明能够提供浓度高且掺杂剂浓度的面内均匀性高的p型SiC外延晶片及其制造方法。
根据本发明的p型SiC外延晶片的制造方法，得到低缺陷的p型外延晶片，能够提高器件收率。因此，能够对于削减器件制作时的成本作出巨大贡献。

Claims (12)

1.一种p型SiC外延晶片的制造方法，是Al掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上的p型SiC外延晶片的制造方法，
该制造方法具有：
设定原料气体中的C元素与Si元素的比率即投入原料C/Si比的工序；以及
在所述原料气体、分子内包含Cl的Cl系气体以及分子内包含Al和C的掺杂剂气体存在的成膜气氛下，在基板上形成p型SiC外延膜，得到Al掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上的p型SiC外延晶片的工序，
该制造方法还具有子工序，所述子工序中，基于包含所述掺杂剂气体所含的C元素的所述成膜气氛中的C元素与Si元素的比率即总气体C/Si比，来设定所述投入原料C/Si比，
所述投入原料C/Si比与所述总气体C/Si比不同，
所述投入原料C/Si比为0.8以下。
2.根据权利要求1所述的p型SiC外延晶片的制造方法，所述总气体C/Si比为1.0以上。
3.根据权利要求1所述的p型SiC外延晶片的制造方法，所述总气体C/Si比为1.0以上且2.1以下。
4.根据权利要求1所述的p型SiC外延晶片的制造方法，所述分子内包含Cl的Cl系气体包含HCl。
5.根据权利要求1所述的p型SiC外延晶片的制造方法，在所述原料气体中，Si系原料气体的分子内包含Cl。
6.根据权利要求1所述的p型SiC外延晶片的制造方法，所述分子内包含Al和C的掺杂剂气体为三甲基铝。
7.根据权利要求1所述的p型SiC外延晶片的制造方法，所述成膜气氛中的C元素的10％以上来自于所述掺杂剂气体。
8.根据权利要求7所述的p型SiC外延晶片的制造方法，所述原料气体不包含C元素。
9.一种p型SiC外延晶片，掺杂剂浓度为1×1018cm-3以上，并且掺杂剂浓度的面内均匀性为25％以下。
10.根据权利要求9所述的p型SiC外延晶片，直径为6英寸以上。
11.根据权利要求9所述的p型SiC外延晶片，直径小于6英寸，掺杂剂浓度的面内均匀性为10％以下。
12.根据权利要求9所述的p型SiC外延晶片，三角缺陷密度为0.1cm-2以下。
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