JP2017011183A

JP2017011183A - Silicon carbide semiconductor epitaxial growth apparatus

Info

Publication number: JP2017011183A
Application number: JP2015126930A
Authority: JP
Inventors: 内藤　正美; Masami Naito; 正美内藤; 裕明藤林; Hiroaki Fujibayashi; 一都原; Kazuto Hara; 秀一土田; Shuichi Tsuchida; 功穂鎌田; Isao Kamata; 伊藤　雅彦; Masahiko Ito; 雅彦伊藤; 啓介深田; Keisuke Fukada; 秀幸上東; Hideyuki Kamihigashi
Original assignee: Showa Denko KK; Central Research Institute of Electric Power Industry; Denso Corp
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Denso Corp; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-06-24
Also published as: JP6540270B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a SiC semiconductor epitaxial growth apparatus which can stabilize an Al doping concentration.SOLUTION: In a SiC semiconductor epitaxial growth apparatus, by separating a first gas introduction pipe 4 and a second gas introduction pipe 5 and installing a cooling part 13 on the side of the second gas introduction pipe 5 for introducing a dopant gas of an Al-containing p-type impurity, the second gas introduction pipe 5 can be cooled. This enables lowering of temperature of the dopant gas introduced from the second gas introduction pipe 5 to 450°C lower than 500°C which is a lower limit of an adhesion temperature of Al to inhibit adhesion of Al. Accordingly, re-evaporation or detachment of the adhering Al can be inhibited and excess Al is prevented from being introduced into an epitaxially grown SiC semiconductor layer 10. This enables stabilization of the Al doping concentration in the SiC semiconductor layer 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、Ａｌをドーパントとする炭化珪素（以下、ＳｉＣという）半導体をエピタキシャル成長させることができるエピタキシャル成長装置に関するものである。 The present invention relates to an epitaxial growth apparatus capable of epitaxially growing a silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) semiconductor using Al as a dopant.

従来、特許文献１において、ｐ型不純物やｎ型不純物を共にドープできるＳｉＣ半導体のエピタキシャル成長装置が開示されている。このエピタキシャル成長装置では、反応室と、反応室内にＳｉ（シリコン）を含むＳｉ原料ガスを供給する第１の供給路およびＣ（炭素）を含むＣ原料ガスを供給する第２の供給路と、ｎ型不純物のドーパントガスを供給する第３の供給路と、ｐ型不純物のドーパントガスを供給する第４の供給路とを有している。これら第１〜第４の供給路が反応室のガス導入管の手前でまとめられ、１つのガス導入管を通じて反応室内に各種ガスが供給される。これにより、反応室内に配置されたＳｉＣ半導体基板の上にｎ型不純物やｐ型不純物がドープされたＳｉＣ半導体がエピタキシャル成長させられるようになっている。 Conventionally, Patent Document 1 discloses an SiC semiconductor epitaxial growth apparatus that can be doped with both a p-type impurity and an n-type impurity. In this epitaxial growth apparatus, a reaction chamber, a first supply path for supplying Si source gas containing Si (silicon) into the reaction chamber, a second supply path for supplying C source gas containing C (carbon), and n A third supply path for supplying a dopant gas of a p-type impurity, and a fourth supply path for supplying a dopant gas of a p-type impurity. These first to fourth supply paths are gathered before the gas introduction pipe of the reaction chamber, and various gases are supplied into the reaction chamber through one gas introduction pipe. Thereby, a SiC semiconductor doped with n-type impurities or p-type impurities can be epitaxially grown on a SiC semiconductor substrate disposed in the reaction chamber.

特開２０１４−１８７１１３号公報JP 2014-187113 A

しかしながら、ｐ型不純物のドーパントガスとして、ＴＭＡ（Trimethylaluminium：トリメチルアルミニウム）ガスを用いる場合、ＴＭＡに含まれるＡｌをドーピングする際に、加熱された反応室やＳｉＣ半導体基板の輻射熱によってガス導入管が加熱され、ガス導入管の内壁にＴＭＡが熱分解されたＡｌが付着する。この付着したＡｌが再蒸発や剥がれによってエピタキシャル成長層中に取り込まれ、エピタキシャル成長層内におけるＡｌのドーピング濃度を安定させることが困難になるという問題がある。 However, when TMA (Trimethylaluminum) gas is used as the dopant gas for the p-type impurity, the gas introduction tube is heated by the radiant heat of the heated reaction chamber or SiC semiconductor substrate when doping Al contained in TMA. Then, Al, which is obtained by thermally decomposing TMA, adheres to the inner wall of the gas introduction pipe. There is a problem that the adhered Al is taken into the epitaxial growth layer by re-evaporation or peeling, and it becomes difficult to stabilize the doping concentration of Al in the epitaxial growth layer.

なお、Ｓｉ原料やＣ原料を含む原料ガスと共にドーパントガスを導入する導入管を冷却することで導入ガスを冷却し、それらのガスをＳｉＣ基板表面に供給することでＳｉＣ半導体層を形成する装置もある。しかしながら、この装置では、すべてのガスを冷却しているので、冷却部自身と冷却された大量のガスにより反応室内や基板上での温度分布にバラツキが生じ、エピタキシャル成長膜の品質を基板全面で均一にすることが難しい。 In addition, an apparatus for forming a SiC semiconductor layer by cooling an introduction gas by cooling an introduction pipe for introducing a dopant gas together with a raw material gas containing a Si raw material or a C raw material, and supplying those gases to the surface of the SiC substrate. is there. However, since all gases are cooled in this apparatus, the temperature distribution in the reaction chamber and on the substrate varies due to the cooling unit itself and a large amount of the cooled gas, and the quality of the epitaxially grown film is uniform over the entire surface of the substrate. Difficult to make.

本発明は上記点に鑑みて、Ａｌのドーピング濃度を安定化させられるＳｉＣ半導体のエピタキシャル成長装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an epitaxial growth apparatus for a SiC semiconductor capable of stabilizing the Al doping concentration.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部空間を有するチャンバー（１）と、チャンバー内に配置され、ＳｉＣ半導体基板（９）の載置面を構成するサセプタ（２）と、サセプタの周囲を囲むと共にＳｉＣ半導体基板の上にＳｉＣ半導体層（１０）をエピタキシャル成長させる成長空間を構成する反応室（３）と、反応室内にＳｉＣの原料ガスを導入する第１ガス導入管（４）と、反応室内にＡｌを含むｐ型不純物のドーパントガスを導入する第２ガス導入管（５）と、成長空間から流出したガスをチャンバーから排出させるガス排出管（６）と、反応室を加熱する加熱装置（７）と、第２ガス導入管から導入されるドーパントガスを冷却する冷却部（１３）と、を備えていることを特徴としている。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a chamber (1) having an internal space, and a susceptor (2) disposed in the chamber and constituting a mounting surface of the SiC semiconductor substrate (9). A reaction chamber (3) that surrounds the periphery of the susceptor and that constitutes a growth space for epitaxially growing the SiC semiconductor layer (10) on the SiC semiconductor substrate, and a first gas introduction pipe (introducing SiC source gas into the reaction chamber) 4), a second gas introduction pipe (5) for introducing a dopant gas of p-type impurities containing Al into the reaction chamber, a gas exhaust pipe (6) for exhausting the gas flowing out of the growth space from the chamber, and a reaction chamber And a cooling unit (13) for cooling the dopant gas introduced from the second gas introduction pipe.

このように、第１ガス導入管と第２ガス導入管を分け、Ａｌが含まれるｐ型不純物のドーパントガスが導入される第２ガス導入管側に冷却部を設けることで、第２ガス導入管を冷却できるようにする。このため、第２ガス導入管から導入されるドーパントガスの温度をＡｌが付着する温度の下限値である５００℃よりも低い４５０℃以下に低下させられ、Ａｌの付着を抑制することが可能となる。したがって、付着したＡｌの再蒸発や剥がれを抑制でき、エピタキシャル成長させられるＳｉＣ半導体層中に余分なＡｌが取り込まれることを抑制できる。これにより、ＳｉＣ半導体層内におけるＡｌのドーピング濃度を安定化させることが可能となる。 As described above, the first gas introduction pipe and the second gas introduction pipe are separated, and the second gas introduction pipe is provided by providing the cooling part on the second gas introduction pipe side where the dopant gas of the p-type impurity containing Al is introduced. Allow the tube to cool. For this reason, the temperature of the dopant gas introduced from the second gas introduction pipe can be lowered to 450 ° C. or lower, which is lower than 500 ° C., which is the lower limit value of the temperature at which Al adheres, and Al adhesion can be suppressed. Become. Therefore, re-evaporation and peeling of the deposited Al can be suppressed, and excess Al can be prevented from being taken into the epitaxially grown SiC semiconductor layer. As a result, the Al doping concentration in the SiC semiconductor layer can be stabilized.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第１実施形態にかかるＳｉＣ半導体のエピタキシャル成長装置の断面構成を示す図である。It is a figure showing the section composition of the epitaxial growth device of the SiC semiconductor concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態にかかるＳｉＣ半導体のエピタキシャル成長装置の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the epitaxial growth apparatus of the SiC semiconductor concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態にかかるＳｉＣ半導体のエピタキシャル成長装置の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the epitaxial growth apparatus of the SiC semiconductor concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態にかかるＳｉＣ半導体のエピタキシャル成長装置の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the epitaxial growth apparatus of the SiC semiconductor concerning 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態にかかるＳｉＣ半導体のエピタキシャル成長装置の断面構成を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure of the epitaxial growth apparatus of the SiC semiconductor concerning 5th Embodiment of this invention. 反応室３の上壁面３ａを下方から見た図である。It is the figure which looked at the upper wall surface 3a of the reaction chamber 3 from the downward direction.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかるＳｉＣ半導体におけるエピタキシャル成長装置について、図１を参照して説明する。 (First embodiment)
An epitaxial growth apparatus for an SiC semiconductor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図１に示すように、エピタキシャル成長装置は、チャンバー１、サセプタ２、反応室３、第１、第２ガス導入管４、５、ガス排出管６、第１加熱装置７、断熱材８などを備えた構成とされ、ＳｉＣ半導体基板９の表面にＳｉＣ半導体層１０をエピタキシャル成長させる。 As shown in FIG. 1, the epitaxial growth apparatus includes a chamber 1, a susceptor 2, a reaction chamber 3, first and second gas introduction pipes 4 and 5, a gas discharge pipe 6, a first heating apparatus 7, a heat insulating material 8 and the like. The SiC semiconductor layer 10 is epitaxially grown on the surface of the SiC semiconductor substrate 9.

チャンバー１は、上面１ａや底面１ｂおよび側面１ｃを有した中空形状とされ、内部空間にサセプタ２や反応室３などが配置されるものである。チャンバー１は、例えばＳＵＳ等によって構成されている。 The chamber 1 has a hollow shape having an upper surface 1a, a bottom surface 1b, and a side surface 1c, and a susceptor 2, a reaction chamber 3, and the like are disposed in the internal space. The chamber 1 is made of, for example, SUS.

サセプタ２は、エピタキシャル成長が行われるＳｉＣ半導体基板９を搭載する載置面を構成する。本実施形態の場合、サセプタ２は、チャンバー１の底面の中央位置に配置されており、サセプタ２の上面を載置面としてＳｉＣ半導体基板９が搭載されている。サセプタ２は、図示しない回転機構によってエピタキシャル成長中にＳｉＣ半導体基板９の表面に対する法線方向を中心軸方向として回転させられるようになっている。例えば、サセプタ２は、黒鉛製もしくは表面をＴａＣ（炭化タンタル）やＮｂＣ（炭化ニオブ）などの高融点金属炭化物にてコートした黒鉛もしくは全体が高融点金属炭化物によって構成されている。なお、ここでいう高融点金属炭化物とは、ＳｉＣ半導体層１０の成長に用いられる温度（例えば１６００℃程度）でも溶融しない金属炭化物のことを意味している。 The susceptor 2 constitutes a mounting surface on which the SiC semiconductor substrate 9 on which epitaxial growth is performed is mounted. In the case of the present embodiment, the susceptor 2 is disposed at the center position of the bottom surface of the chamber 1, and the SiC semiconductor substrate 9 is mounted with the upper surface of the susceptor 2 as a mounting surface. The susceptor 2 is rotated by a rotation mechanism (not shown) with the normal direction with respect to the surface of the SiC semiconductor substrate 9 as the central axis direction during epitaxial growth. For example, the susceptor 2 is made of graphite or graphite whose surface is coated with a refractory metal carbide such as TaC (tantalum carbide) or NbC (niobium carbide) or entirely made of refractory metal carbide. Here, the refractory metal carbide means a metal carbide that does not melt even at a temperature (for example, about 1600 ° C.) used for the growth of the SiC semiconductor layer 10.

反応室３は、チャンバー１の内部空間を仕切ってガス導入が行われる部屋を構成する壁部材であり、サセプタ２の周囲を囲むように配置され、エピタキシャル成長が行われる成長空間１１を構成する。反応室３は、黒鉛製もしくは表面をＴａＣやＮｂＣなどの高融点金属炭化物やＳｉＣにてコートした黒鉛もしくは全体が高融点金属炭化物によって構成されている。本実施形態では、反応室３は、上壁面３ａと側壁面３ｂおよびフランジ面３ｃを有した形状によって構成されている。 The reaction chamber 3 is a wall member that constitutes a chamber in which gas is introduced by partitioning the internal space of the chamber 1, and is disposed so as to surround the periphery of the susceptor 2, and constitutes a growth space 11 in which epitaxial growth is performed. The reaction chamber 3 is made of graphite, or has a surface coated with refractory metal carbide such as TaC or NbC, or graphite coated with SiC, or entirely made of refractory metal carbide. In this embodiment, the reaction chamber 3 is configured by a shape having an upper wall surface 3a, a side wall surface 3b, and a flange surface 3c.

上壁面３ａは、サセプタ２およびＳｉＣ半導体基板９の上面に対して対向するように配置されている。上壁面３ａには複数個のガス導入孔が設けられており、ＳｉＣ半導体基板９の上面に対する法線方向から各種ガスを供給できるようにしてある。 Upper wall surface 3 a is arranged to face the upper surfaces of susceptor 2 and SiC semiconductor substrate 9. The upper wall surface 3 a is provided with a plurality of gas introduction holes so that various gases can be supplied from the normal direction to the upper surface of the SiC semiconductor substrate 9.

側壁面３ｂは、例えば円筒形状のような枠体形状をなしており、サセプタ２の周囲を囲むように配置され、上方端側に上壁面３ａが配置されている。側壁面３ｂと上壁面３ａとは一体化されているが、別体とされていても良い。側壁面３ｂの寸法、例えば円筒形状で構成されている場合の内径寸法は、サセプタ２の寸法よりも大きくされており、側壁面３ｂとサセプタ２との間に隙間が設けられている。 The side wall surface 3b has a frame shape such as a cylindrical shape, for example, is disposed so as to surround the susceptor 2, and the upper wall surface 3a is disposed on the upper end side. The side wall surface 3b and the upper wall surface 3a are integrated, but may be separate. The dimension of the side wall surface 3 b, for example, the inner diameter dimension when configured in a cylindrical shape, is larger than the dimension of the susceptor 2, and a gap is provided between the side wall surface 3 b and the susceptor 2.

フランジ面３ｃは、側壁面３ｂの下方端側の外周面から径方向外方に向かって延設されている。このフランジ面３ｃがチャンバー１の内周壁に固定されることで、反応室３がチャンバー１内の所望位置に設置されている。 The flange surface 3c extends radially outward from the outer peripheral surface on the lower end side of the side wall surface 3b. The reaction chamber 3 is installed at a desired position in the chamber 1 by fixing the flange surface 3 c to the inner peripheral wall of the chamber 1.

このように構成された反応室３により、チャンバー１の内部空間が２部屋に区画される。そして、反応室３の室内が含まれる部屋、つまりＳｉＣ半導体基板９が配置される部屋がガス導入が行われてＳｉＣ半導体層１０をエピタキシャル成長させる成長空間１１となり、その周囲が不活性ガスが導入される空間１２となる。側壁面３ｂとサセプタ２との間に設けられた隙間があることから、成長空間１１は後述するガス排出管６に繋がっている。 By the reaction chamber 3 configured as described above, the internal space of the chamber 1 is divided into two rooms. A chamber including the chamber of the reaction chamber 3, that is, a chamber where the SiC semiconductor substrate 9 is disposed becomes a growth space 11 where the SiC semiconductor layer 10 is epitaxially grown by introducing gas, and an inert gas is introduced around the growth space 11. Space 12 becomes. Since there is a gap provided between the side wall surface 3b and the susceptor 2, the growth space 11 is connected to a gas discharge pipe 6 described later.

第１ガス導入管４は、チャンバー１の上面に形成された複数の開口部のうちの１つを通じて反応室３の上壁面３ａに形成されたガス導入孔の１つに繋げられた管状部材であり、例えばＳＵＳや黒鉛等によって構成されている。第１ガス導入管４は、Ｓｉ原料ガス（例えばＳｉＨ₄などのシラン系ガス）、Ｃ原料ガス（Ｃ₃Ｈ₈などのプロパン系ガス）を導入する。ここでは、第１ガス導入管４を通じて、Ｓｉ原料ガスやＣ原料ガスと共にキャリアガス（例えばＨ₂（水素）など）を導入している。 The first gas introduction pipe 4 is a tubular member connected to one of the gas introduction holes formed in the upper wall surface 3 a of the reaction chamber 3 through one of a plurality of openings formed on the upper surface of the chamber 1. For example, it is made of SUS, graphite or the like. The first gas introduction pipe 4 introduces Si source gas (for example, silane-based gas such as SiH ₄ ) and C source gas (propane-based gas such as C ₃ H ₈ ). Here, a carrier gas (for example, H ₂ (hydrogen)) is introduced through the first gas introduction pipe 4 together with the Si source gas and the C source gas.

第２ガス導入管５も、チャンバー１の上面に形成された複数の開口部のうちの１つを通じて反応室３の上壁面３ａに形成されたガス導入孔の１つに繋げられた管状部材であり、例えばＳＵＳ等によって構成されている。第２ガス導入管５は、ｐ型不純物を含むドーパントガス（例えばＴＭＡなど）を導入する。ここでは、第２ガス導入管５を通じて、ｐ型不純物のドーパントガスに加えて、キャリアガス（例えばＨ₂（水素）など）を導入している。 The second gas introduction pipe 5 is also a tubular member connected to one of the gas introduction holes formed in the upper wall surface 3 a of the reaction chamber 3 through one of a plurality of openings formed on the upper surface of the chamber 1. For example, it is configured by SUS or the like. The second gas introduction pipe 5 introduces a dopant gas (for example, TMA) containing a p-type impurity. Here, in addition to the dopant gas of the p-type impurity, a carrier gas (for example, H ₂ (hydrogen)) is introduced through the second gas introduction pipe 5.

ガス排出管６は、チャンバー１内から不要ガスを排出させるものである。本実施形態の場合、ガス排出管６は、チャンバー１の底面に設けられており、成長空間１１から流出してきたＳｉ原料ガスやＣ原料ガスの未反応ガス、キャリアガスなどが排出されるようになっている。 The gas discharge pipe 6 discharges unnecessary gas from the chamber 1. In the case of the present embodiment, the gas discharge pipe 6 is provided on the bottom surface of the chamber 1 so that the Si source gas, the unreacted C source gas, the carrier gas, etc. flowing out from the growth space 11 are discharged. It has become.

加熱装置７は、直接加熱方式もしくは誘導加熱方式いずれの加熱方式による加熱を行うものであっても良いが、本実施形態の場合、加熱装置７として、高周波誘導（ＲＦ）加熱による加熱を行うものが適用されている。この加熱装置７によって側壁面３ｂが加熱され、成長空間１１内に導入されるＳｉ原料ガスやＣ原料ガスを加熱分解し、エピタキシャル成長が行われる雰囲気を形成している。 The heating device 7 may be one that performs heating by either a direct heating method or an induction heating method, but in the case of this embodiment, the heating device 7 performs heating by high frequency induction (RF) heating. Has been applied. The side wall surface 3b is heated by the heating device 7, and the Si source gas and C source gas introduced into the growth space 11 are thermally decomposed to form an atmosphere in which epitaxial growth is performed.

断熱材８は、反応室３を覆うように配置され、成長空間１１内の温度がエピタキシャル成長に適した温度を維持できるようにしている。 The heat insulating material 8 is disposed so as to cover the reaction chamber 3 so that the temperature in the growth space 11 can be maintained at a temperature suitable for epitaxial growth.

さらに、エピタキシャル成長装置には、第２ガス導入管５を冷却する冷却部１３を備えている。本実施形態の場合、冷却部１３は、第２ガス導入管５の外周に冷却水１３ａが流通させられる流水経路を設けることによって構成されている。冷却部１３は、第２ガス同入管５の外周を囲むように配置されている。冷却部１３は、第２ガス導入管５と別体で構成されていてもよいが、本実施形態の場合はガス導入管５を二重管状構造とし、その内部に冷却水１３ａを配置することで冷却部１３を第２ガス導入管５と一体構造としている。 Furthermore, the epitaxial growth apparatus includes a cooling unit 13 that cools the second gas introduction pipe 5. In the case of this embodiment, the cooling unit 13 is configured by providing a flowing water path through which the cooling water 13 a is circulated on the outer periphery of the second gas introduction pipe 5. The cooling unit 13 is disposed so as to surround the outer periphery of the second gas inlet pipe 5. The cooling unit 13 may be configured separately from the second gas introduction pipe 5, but in the case of the present embodiment, the gas introduction pipe 5 has a double tubular structure, and the cooling water 13a is disposed therein. Thus, the cooling unit 13 is integrated with the second gas introduction pipe 5.

このようにして、本実施形態にかかるＳｉＣ半導体におけるエピタキシャル成長装置が構成されている。なお、ここでは図示していないが、チャンバー１内のうち成長空間１１と異なる空間１２内にＡｒ（アルゴン）などの不活性ガスを導入している。そして、例えばフランジ面３ｃに開口部を形成し、不活性ガスもガス排出管６を通じて排出させられるように構成している。 Thus, the epitaxial growth apparatus in the SiC semiconductor concerning this embodiment is comprised. Although not shown here, an inert gas such as Ar (argon) is introduced into a space 12 different from the growth space 11 in the chamber 1. For example, an opening is formed in the flange surface 3 c so that the inert gas can be discharged through the gas discharge pipe 6.

このように構成されたエピタキシャル成長装置では、ＳｉＣエピタキシャル成長する際、加熱装置７の加熱によって反応室３を加熱しＳｉＣ基板を例えば１６００℃前後に加熱すると、反応室３やＳｉＣ半導体基板９などの輻射熱によって第１ガス導入管や第２ガス導入管５が、例えば５００〜１２００℃の範囲というＡｌが付着する温度に加熱され得る。 In the epitaxial growth apparatus configured in this way, when SiC epitaxial growth is performed, when the reaction chamber 3 is heated by the heating device 7 and the SiC substrate is heated to, for example, about 1600 ° C., the radiant heat of the reaction chamber 3 or the SiC semiconductor substrate 9 causes The first gas introduction pipe and the second gas introduction pipe 5 can be heated to a temperature at which Al adheres, for example, in the range of 500 to 1200 ° C.

このため、第１ガス導入管４と第２ガス導入管５を分け、Ａｌが含まれるｐ型不純物のドーパントガスが導入される第２ガス導入管５側に冷却部１３を設けることで、第２ガス導入管５を冷却できるようにしている。これにより、第２ガス導入管５から導入されるドーパントガスの温度をＡｌが付着する温度の下限値である５００℃よりも低い４５０℃以下に低下させられ、Ａｌの付着を抑制することが可能となる。 Therefore, the first gas introduction pipe 4 and the second gas introduction pipe 5 are separated, and the cooling unit 13 is provided on the second gas introduction pipe 5 side where the dopant gas of the p-type impurity containing Al is introduced. The two gas introduction pipes 5 can be cooled. Thereby, the temperature of the dopant gas introduced from the second gas introduction pipe 5 can be lowered to 450 ° C. or lower, which is lower than 500 ° C. which is the lower limit value of the temperature at which Al adheres, and the adhesion of Al can be suppressed. It becomes.

したがって、付着したＡｌの再蒸発や剥がれを抑制でき、エピタキシャル成長させられるＳｉＣ半導体層１０中に余分なＡｌが取り込まれることを抑制できる。これにより、ＳｉＣ半導体層１０内におけるＡｌのドーピング濃度を安定化させることが可能となる。 Therefore, re-evaporation and peeling of the deposited Al can be suppressed, and excess Al can be suppressed from being taken into the epitaxially grown SiC semiconductor layer 10. As a result, the Al doping concentration in the SiC semiconductor layer 10 can be stabilized.

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第２ガス導入管５の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the configuration of the second gas introduction pipe 5 is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. To do.

図２に示すように、本実施形態では、第２ガス導入管５を内側導入管５ａとその外側に設けた外側導入管５ｂとを備えた２重構造としている。そして、内側導入管５ａからＡｌを含むｐ型不純物のドーパントガス（例えばＴＭＡ）やキャリアガス（例えばＨ₂）を導入し、外側導入管５ｂからキャリアガス（例えばＨ₂）を導入する。 As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the second gas introduction pipe 5 has a double structure including an inner introduction pipe 5a and an outer introduction pipe 5b provided outside thereof. Then, by introducing the dopant gas of p-type impurities (e.g., TMA) and a carrier gas (e.g., H ₂₎ containing Al from the inner inlet pipe 5a, introducing a carrier gas (e.g., H ₂₎ from the outer inlet pipe 5b.

そして、冷却部１３をチャンバー１の外側に配置し、チャンバー１の外側において、第２ガス導入管５を冷却している。 The cooling unit 13 is disposed outside the chamber 1, and the second gas introduction pipe 5 is cooled outside the chamber 1.

このように、Ａｌを含むドーパントガスの周囲にキャリアガスを導入し、そのキャリアガスを冷却することで、第２ガス導入管５から導入されるドーパントガスを冷却し、第２ガス導入管５にＡｌが付着することを抑制することもできる。なお、本実施形態の場合、内側導入管５ａの先端が外側導入管５ｂの先端よりも内側、つまり突き出ないようにしている。このため、内側導入管５ａの先端に的確にキャリアガスが供給さるようにでき、より確実に第１ガス導入管５へのＡｌの付着を抑制することができる。 Thus, by introducing a carrier gas around the dopant gas containing Al and cooling the carrier gas, the dopant gas introduced from the second gas introduction pipe 5 is cooled, and the second gas introduction pipe 5 is cooled. It can also suppress that Al adheres. In the case of this embodiment, the tip of the inner introduction tube 5a is made to be inside the tip of the outer introduction tube 5b, that is, not to protrude. For this reason, carrier gas can be appropriately supplied to the tip of the inner introduction pipe 5a, and adhesion of Al to the first gas introduction pipe 5 can be suppressed more reliably.

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第２ガス導入管５の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the configuration of the second gas introduction pipe 5 is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. To do.

図３に示すように、本実施形態では、チャンバー１の上方位置を仕切板１４、１５で仕切ることによってガス導入経路を構成している。両仕切板１４、１５の間には、Ｓｉ原料ガスおよびＣ原料ガスを導入する原料ガス経路が構成され、第１ガス導入管４がこの原料ガス経路に接続されて、原料ガス経路を通じて導入された各原料ガスが第１ガス導入管４に供給されるようになっている。また、仕切板１４とチャンバー１の上面との間には、ドーパントガスが導入されるドーパントガス経路が構成され、第２ガス導入管５がこのドーパントガス経路に接続されて、ドーパントガス経路を通じて導入されたドーパントガスが第２ガス導入管５に供給されるようになっている。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, the gas introduction path is configured by partitioning the upper position of the chamber 1 with partition plates 14 and 15. A raw material gas path for introducing Si raw material gas and C raw material gas is formed between both partition plates 14 and 15, and the first gas introduction pipe 4 is connected to this raw material gas path and introduced through the raw material gas path. Each source gas is supplied to the first gas introduction pipe 4. Further, a dopant gas path into which dopant gas is introduced is formed between the partition plate 14 and the upper surface of the chamber 1, and the second gas introduction pipe 5 is connected to this dopant gas path and introduced through the dopant gas path. The doped dopant gas is supplied to the second gas introduction pipe 5.

そして、チャンバー１の上面の上方に、冷却部１３が備えられている。冷却部１３は、空冷式もしくは水冷式のいずれであっても良く、空冷式であればファンなどが配置されることでチャンバー１の上面を冷却し、水冷式であればチャンバー１の上面に冷却管などを配置することでチャンバー１の上面を冷却する。 A cooling unit 13 is provided above the upper surface of the chamber 1. The cooling unit 13 may be either air-cooled or water-cooled. If air-cooled, the cooling unit 13 cools the upper surface of the chamber 1 by disposing a fan, and if water-cooled, the cooling is performed on the upper surface of the chamber 1. The upper surface of the chamber 1 is cooled by arranging a tube or the like.

このような構成によれば、チャンバー１の上面を冷却することで、ドーパントガス経路を冷却することが可能となる。このため、第１実施形態と同様、第２ガス導入管５から導入されるドーパントガスを冷却でき、第２ガス導入管５にＡｌが付着することを抑制することができる。 According to such a configuration, the dopant gas path can be cooled by cooling the upper surface of the chamber 1. For this reason, as in the first embodiment, the dopant gas introduced from the second gas introduction pipe 5 can be cooled, and adhesion of Al to the second gas introduction pipe 5 can be suppressed.

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対してＡｌの付着抑制の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is also a modification of the structure for suppressing the adhesion of Al to the first embodiment, and the rest is the same as in the first embodiment, so only the parts different from the first embodiment will be described.

図４に示すように、本実施形態では、第２ガス導入管５に冷却ガス導入管１６を連結し、冷却ガス導入管１６の周囲に配置した冷却部１３による冷却に基づいて冷却ガス導入管１６から冷却ガスが導入されるようにしている。冷却部１３は、空冷式もしくは水冷式のいずれであってもよい。冷却ガスは、第２ガス導入管５の内径をＡｌの付着温度となる５００℃以下となる４５０℃以下の温度に冷却できるガスである。冷却ガスとしては、例えばＨ₂、Ｈｅ（ヘリウム）などの不活性ガス、ＨＣｌなどのエッチングガスを用いることができる。ＴＭＡガスのようなＡｌを含むｐ型不純物ガスについては、ドーパントガスとして用いるのに適した温度があることから、例えば約１５℃以下の低温にするのが好ましくない場合がある。したがって、ドーパントガスではないガスを冷却ガスとして用いている。 As shown in FIG. 4, in this embodiment, a cooling gas introduction pipe 16 is connected to the second gas introduction pipe 5, and the cooling gas introduction pipe is based on cooling by the cooling unit 13 disposed around the cooling gas introduction pipe 16. The cooling gas is introduced from 16. The cooling unit 13 may be either air-cooled or water-cooled. The cooling gas is a gas that can cool the inner diameter of the second gas introduction pipe 5 to a temperature of 450 ° C. or lower, which is 500 ° C. or lower, which is an Al deposition temperature. As the cooling gas, for example, an inert gas such as H ₂ or He (helium) or an etching gas such as HCl can be used. A p-type impurity gas containing Al such as TMA gas has a temperature suitable for use as a dopant gas, and therefore it may not be preferable to set the temperature to about 15 ° C. or lower. Therefore, a gas that is not a dopant gas is used as the cooling gas.

このように、冷却ガス導入管１６を第２ガス導入管５に連結し、第２ガス導入管５に冷却ガスが導入されるようにしている。これにより、第２ガス導入管５を冷却でき、第２ガス導入管５から導入されるドーパントガスを冷却できるため、Ａｌの付着する温度以下である４５０℃以下にできる。したがって、第２ガス導入管５にＡｌが付着することを抑制することができる。 Thus, the cooling gas introduction pipe 16 is connected to the second gas introduction pipe 5 so that the cooling gas is introduced into the second gas introduction pipe 5. Thereby, since the 2nd gas introduction pipe 5 can be cooled and the dopant gas introduced from the 2nd gas introduction pipe 5 can be cooled, it can be 450 degrees C or less which is below the temperature which Al adheres. Therefore, it is possible to suppress the adhesion of Al to the second gas introduction pipe 5.

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して第１ガス導入管４の構成などを変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 (Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the configuration of the first gas introduction pipe 4 is changed with respect to the third embodiment, and the others are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the portions different from the first embodiment are described. explain.

図５に示すように、本実施形態でも、チャンバー１の上方位置を仕切板１４、１５で仕切ることによってガス導入経路を構成している。そして、両仕切板１５を反応室３の上面としても用い、図５および図６に示すように、仕切板１５のうちの成長空間１１と対応する位置に複数の穴を形成し、これを第１ガス導入管４として機能させることで、シャワー状に原料ガスが供給されるようにしている。 As shown in FIG. 5, also in the present embodiment, the gas introduction path is configured by partitioning the upper position of the chamber 1 with partition plates 14 and 15. Then, using both partition plates 15 as the upper surface of the reaction chamber 3, as shown in FIGS. 5 and 6, a plurality of holes are formed at positions corresponding to the growth spaces 11 in the partition plates 15, By functioning as one gas introduction pipe 4, the source gas is supplied in a shower form.

また、図６に示すように、第２ガス導入管５は、チャンバー１の中心から径方向に沿って延設されている。このように形成されることで、エピタキシャル成長中にサセプタ２を回転させたときに、ＳｉＣ半導体基板１の表面に均一にガスが吹き付けられるようになっている。そして、第２ガス導入管５の周囲を囲むように冷却部１３が設けられている。 Further, as shown in FIG. 6, the second gas introduction pipe 5 extends from the center of the chamber 1 along the radial direction. By being formed in this way, when the susceptor 2 is rotated during epitaxial growth, gas is uniformly blown onto the surface of the SiC semiconductor substrate 1. And the cooling part 13 is provided so that the circumference | surroundings of the 2nd gas introduction pipe | tube 5 may be enclosed.

このような構成によれば、シャワー状に原料ガスを流す際に、第２ガス導入管５より導入されるドーパントガスを冷却することができ、第１実施形態と同様、第２ガス導入管５にＡｌが付着することを抑制することができる。 According to such a configuration, the dopant gas introduced from the second gas introduction pipe 5 can be cooled when the raw material gas is flowed in a shower shape, and the second gas introduction pipe 5 is the same as in the first embodiment. Al can be prevented from adhering to the surface.

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、第１〜第４実施形態で説明したチャンバー１、サセプタ２および反応室３などの形状、さらにはガス種などは一例を示したに過ぎず、他の形状やガス種を用いても構わない。また、上記実施形態では、Ａｌを含むｐ型不純物のドーパントガスを導入するエピタキシャル成長装置を例に挙げたが、これに加えて熱分解温度が低いＳｉＨ₄やＢ₂Ｈ₆などのガスやＮ₂などのｎ型不純物のドーパントガスも導入できる構造であっても良い。 For example, the shapes of the chamber 1, the susceptor 2, the reaction chamber 3, and the like described in the first to fourth embodiments, as well as the gas types, are merely examples, and other shapes and gas types may be used. Absent. Further, in the embodiment, is cited an epitaxial growth apparatus for introducing the dopant gas of p-type impurities including Al as an example, this addition the thermal decomposition temperature or lower SiH ₄ and B ₂ H ₆ gas and N _2, such as The structure which can introduce | transduce the dopant gas of n-type impurities, such as, may be sufficient.

また、上記各実施形態では、チャンバー１内に反応室３を設けた構造とし、これらを別々のものとして構成した場合について説明したが、チャンバー１自体が反応室３を構成する構造であっても良い。すなわち、反応室３がサセプタ２の周囲を囲むようにして成長空間１１を構成されるものであれば、反応室３がチャンバー１自体によって構成されていても、チャンバー１と別体のものであっても、いずれであっても構わない。 Further, in each of the above embodiments, the case where the reaction chamber 3 is provided in the chamber 1 and these are configured as separate ones has been described, but the chamber 1 itself may be a structure that constitutes the reaction chamber 3. good. That is, as long as the reaction chamber 3 is configured to surround the periphery of the susceptor 2 and the growth space 11 is configured, the reaction chamber 3 may be configured by the chamber 1 itself or may be separate from the chamber 1. Any of them may be used.

さらに、上記各実施形態において、Ａｌを含むｐ型不純物のドーパントガスと共にキャリアガスを導入しているが、それに加えてもしくはそれに代えて、第４実施形態で説明したようなＨＣｌなどのエッチングガスを導入することもできる。勿論、第４実施形態に関しても、キャリアガスの代わりにエッチングガスのみを導入することもできる。このようなエッチングガスを導入すれば、より第２ガス導入管５にＡｌが付着することを抑制することができる。 Further, in each of the above embodiments, a carrier gas is introduced together with a dopant gas of p-type impurity containing Al, but in addition to or instead of this, an etching gas such as HCl described in the fourth embodiment is used. It can also be introduced. Of course, also in the fourth embodiment, only the etching gas can be introduced instead of the carrier gas. If such an etching gas is introduced, the adhesion of Al to the second gas introduction pipe 5 can be further suppressed.

また、本発明では、ガス導入管をＳｉＣ半導体基板の上方の位置に設置した装置構成であったが、ガス導入管を基板に対して横方向に設置し、Ａｌを含むｐ型不純物のドーパントガスと共にキャリアガスを基板に対して横方向に流す横型装置構成であっても構わない。 In the present invention, the gas introduction pipe is installed at a position above the SiC semiconductor substrate. However, the gas introduction pipe is installed laterally with respect to the substrate, and a p-type impurity dopant gas containing Al is used. In addition, a horizontal apparatus configuration in which a carrier gas is allowed to flow laterally with respect to the substrate may be used.

１チャンバー
２サセプタ
３反応室
４、５第１、第２ガス導入管
５ａ、５ｂ内側、外側導入管
７加熱装置
９ＳｉＣ半導体基板
１０ＳｉＣ半導体層
１１成長空間
１３冷却部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chamber 2 Susceptor 3 Reaction chamber 4, 5 1st, 2nd gas introduction pipe 5a, 5b Inner and outer introduction pipe 7 Heating device 9 SiC semiconductor substrate 10 SiC semiconductor layer 11 Growth space 13 Cooling part

Claims

A chamber (1) having an internal space;
A susceptor (2) disposed in the chamber and constituting a mounting surface of the silicon carbide semiconductor substrate (9);
A reaction chamber (3) surrounding the susceptor and forming a growth space for epitaxially growing a silicon carbide semiconductor layer (10) on the silicon carbide semiconductor substrate;
A first gas introduction pipe (4) for introducing a silicon carbide source gas into the reaction chamber;
A second gas introduction pipe (5) for introducing a dopant gas of a p-type impurity containing Al into the reaction chamber;
A gas exhaust pipe (6) for exhausting the gas flowing out of the growth space from the chamber;
A heating device (7) for heating the reaction chamber;
An epitaxial growth apparatus for a silicon carbide semiconductor, comprising: a cooling unit (13) for cooling the dopant gas introduced from the second gas introduction pipe.

2. The epitaxial growth apparatus for a silicon carbide semiconductor according to claim 1, wherein the cooling unit cools the second gas introduction pipe to 450 ° C. or less.

3. The epitaxial growth apparatus for a silicon carbide semiconductor according to claim 1, wherein the cooling section constitutes a flowing water path through which cooling water (13 a) is circulated around the second gas introduction pipe. 4. .

The second gas introduction pipe includes an inner introduction pipe (5a) for introducing a dopant gas of p-type impurities containing Al into the reaction chamber, and an etching provided outside the inner introduction pipe to remove carrier gas and Al. 4. The epitaxial growth in a silicon carbide semiconductor according to claim 1, wherein the silicon carbide semiconductor has a double structure having an outer introduction pipe (5 b) for introducing at least one of gases into the reaction chamber. 5. apparatus.

4. A cooling gas introduction pipe (16) connected to the second gas introduction pipe and for introducing a cooling gas of 450 ° C. or lower into the second gas introduction pipe. The epitaxial growth apparatus in the silicon carbide semiconductor as described in any one.

The cooling gas introduction pipe is characterized in that either an etching gas or an inert gas for removing H ₂ and Al is cooled and introduced into the second gas introduction pipe as the cooling gas. 5. An epitaxial growth apparatus for a silicon carbide semiconductor according to 5.

The silicon carbide semiconductor according to claim 1, wherein the second gas introduction pipe introduces an etching gas for removing Al in the reaction chamber in addition to the dopant gas. Epitaxial growth equipment.