SiC外延晶片及其制造方法、以及SiC外延晶片的制造裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的SiC外延晶片的制造方法，包括：使用SiC外延晶片的制造裝置，一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊制造在SiC單晶晶片的面上具有SiC外延層的SiC外延晶片的工序；和對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層，測定了以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下一個SiC外延晶片的工序。
【專利說明】SiC外延晶片及其制造方法、以及SiC外延晶片的制造裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及SiC外延晶片及其制造方法、以及SiC外延晶片的制造裝置。
[0002]本申請基于2011年7月19日在日本提出的專利申請2011-157918號要求優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容援引于本申請中。
【背景技術(shù)】
[0003]碳化硅(SiC),具有與硅(Si )相比絕緣擊穿電場強(qiáng)度大一位數(shù)，帶隙大3倍，熱傳導(dǎo)率高3倍左右等的特性。據(jù)此，被期待著碳化硅(SiC)向功率器件、高頻器件、高溫工作器件等的應(yīng)用。SiC外延晶片，是通過在由采用升華法等制作的SiC的塊狀單晶加工而成的SiC單晶晶片之上,采用化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition:CVD)使成為SiC半導(dǎo)體器件活性區(qū)域的SiC外延層生長來制造的。上述SiC單晶晶片，作為形成SiC外延層的基板被使用。
[0004]作為使SiC外延層的品質(zhì)劣化的原因，已知三角形的缺陷(以下，稱為「三角缺陷」)。該三角缺陷，沿著階流(stepflow)生長方向朝向三角形的頂點與其對邊(底邊)順序排列的方向形成(非專利文獻(xiàn)3)。即，三角缺陷的對邊(底邊)被配置在與〈11-20〉方向正交的方向上。作為該三角缺陷的發(fā)生原因考慮有多個原因，例如，可舉出在基板(晶片)表面殘留的研磨痕等的損傷(專利文獻(xiàn)1)，階流生長中形成于臺階平臺(terrace)的二維核(專利文獻(xiàn)2)，生長初期的過飽和狀態(tài)時形成于基板和外延層的界面的不同種多型的晶核(非專利文獻(xiàn)1)，下述的SiC膜的微小碎片。三角缺陷與SiC外延層的生長一起生長下去。即，與階流生長一起，將上述起點作為三角形的頂點，一邊維持大致三角形的相似形一邊擴(kuò)大其面積地生長下去(參照圖2的模式圖)。因此，通常，起點的尺寸像在SiC外延層的生長初期產(chǎn)生了的三角缺陷那樣大，能夠由三角缺陷的尺寸推測膜中起點的深度。
[0005]為了在SiC外延晶片的量產(chǎn)上提高成品率，該三角缺陷的降低是不可欠缺的，專利文獻(xiàn)I和2中對于其降低提出了與原因相應(yīng)的方案。
[0006]除了上述三角缺陷以外，作為使SiC外延層的品質(zhì)劣化的原因，有在SiC單晶晶片上或SiC外延層上落下了的SiC膜的微小碎片(以下稱為「墜落(downfall)」)。該墜落，是與具有晶片載置部的基座的上表面相對被配置在裝置上方的頂板(天花板)上堆積了的SiC膜剝落而成的。該墜落也可成為三角缺陷的起點。
[0007]在此，SiC外延層的生長時，有必要將作為基板的SiC單晶晶片加熱至高溫并保持該溫度。作為該加熱、保持的方法，主要采用利用在基座的下表面一側(cè)和/或頂板的上表面一側(cè)配置了的加熱單元進(jìn)行加熱的方法(專利文獻(xiàn)3，非專利文獻(xiàn)2、3)。加熱頂板的情況，一般是通過采用感應(yīng)線圈進(jìn)行的高頻感應(yīng)加熱進(jìn)行加熱的加熱方法，通常采用適合于高頻感應(yīng)加熱的碳制的加熱單元。
[0008]SiC外延層的成膜中，SiC的堆積不只在SiC單晶晶片上，在頂板上也會產(chǎn)生。如果反復(fù)成膜則由于在頂板上形成的SiC的堆積量也增多，尤其在量產(chǎn)中墜落的問題也顯著化。[0009]為了在SiC外延晶片的量產(chǎn)上提高成品率，墜落的降低也是不可欠缺的。專利文獻(xiàn)4中公開了為了該墜落的降低，在SiC單晶晶片之上配置覆蓋晶片的遮蔽板，阻止墜落在SiC單晶晶片或SiC外延層落下的結(jié)構(gòu)。
[0010]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本專利4581081號公報
[0013]專利文獻(xiàn)2:日本特開2009-256138號公報
[0014]專利文獻(xiàn)3:日本特表2004-507897號公報
[0015]專利文獻(xiàn)4:日本特開2009-164162號公報
[0016]專利文獻(xiàn)5:日本特開2011-49496號公報
[0017]非專利文獻(xiàn)
[0018]非專利文獻(xiàn)I:Journal of Applied Physicsl05 (2009) 074513
[0019]非專利文獻(xiàn)2 !Materials Science Forum Vols.483-485 (2005) ppl41_146
[0020]非專利文獻(xiàn)3 !Ma terials Science Forum Vols.556-557 (2007) pp57_60

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]但是，現(xiàn)狀是即使采取專利文獻(xiàn)I和2中公開的方法，三角缺陷密度也不能充分地降低。作為其理由之一可舉出原因不太清楚的三角缺陷的存在。
[0022]另外，根據(jù)專利文獻(xiàn)4中公開的方法，能夠阻止從頂板落下在SiC單晶晶片上或在其上生長的SiC外延層上的墜落，但不能抑制成為墜落的原因的頂板上的SiC的堆積(或SiC膜的生長)本身。因此，頂板的清潔變得必要。該情況下，存在裝置的運轉(zhuǎn)效率下降的問題。另外，SiC也在遮蔽板的下表面堆積，因此如果反復(fù)成膜，則存在產(chǎn)生來自遮蔽板的墜落的問題。
[0023]本發(fā)明是鑒于上述狀況而完成的，其目的是提供一種以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低的SiC外延晶片及其制造方法、以及SiC外延晶片的制造裝置。
[0024]本
【發(fā)明者】們首先，發(fā)現(xiàn)了以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷。即，發(fā)現(xiàn)了腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片出于某種原因在SiC單晶晶片上或生長途中的SiC外延層上落下，將其作為起點生長三角缺陷的新類型的三角缺陷。以往，作為三角缺陷的起點如上所述，已知在基板(晶片)表面殘留的研磨痕和/或在臺階上生成的不同種多型的晶核等，但這次發(fā)現(xiàn)的三角缺陷是以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片作為起點的缺陷。本
【發(fā)明者】們發(fā)現(xiàn)此新類型的三角缺陷，為了降低此三角缺陷進(jìn)行了認(rèn)真研討后，最終完成了本發(fā)明。
[0025]圖1A中，表示以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的典型的光學(xué)顯微鏡圖像。光學(xué)顯微鏡使用了才'J > ^ ^株式會社制MX51。
[0026]采用作為量產(chǎn)型的多個基座(自公轉(zhuǎn))型外延晶片的制造裝置的7 ^ ^ 7卜口 >公司制Hot Wall SiC CVD (VP2400HW)，不用遮蔽板，作為頂板使用了石墨制的頂板。在偏離角4°的4H-SiC單晶基板上形成IOym的SiC外延層。對第80個制造批次(即在腔室內(nèi)進(jìn)行了相當(dāng)于SiC外延層800 μ m的成膜后)的SiC外延晶片，使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行了觀察。
[0027]使用光學(xué)顯微鏡觀察SiC外延晶片的情況，通常，聚焦于外延層的表面觀察存在于表面的缺陷。圖1B是如通常一樣聚焦于外延層的表面觀察了相同的三角缺陷的光學(xué)顯微鏡圖像。
[0028]相對于此，本
【發(fā)明者】們通過將通常集中于表面的焦點偏移，聚焦于SiC單晶基板和外延層的界面上，由此在三角缺陷的頂點前端(與對邊遠(yuǎn)離的方向)發(fā)現(xiàn)了看上去黑色的異物(圓標(biāo)記的中央可見的黑點(「三角缺陷的起點」)。通過對其詳細(xì)分析，鑒定該異物的由來(腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片)，查明了以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的前所未知的新類型的
三角缺陷。
[0029]圖2是關(guān)于相同的SiC外延晶片得到了的透射型電子顯微鏡(TEM)圖像。透射型電子顯微鏡采用了(株式會社日立^'7'—文制HF-2200)。
[0030]在圖2的TEM圖像的右側(cè)所示的圖，是模式地表示了該三角缺陷的起點和從那里生長了的三角缺陷的圖。用方形圍起來的部分表示TEM圖像表示的范圍，TEM圖像是三角缺陷的起點附近的觀察圖像。另外，圖2的下方所示的圖是模式地表示了三角缺陷附近的截面的圖。
[0031 ] 成為該三角缺陷的起點的異物，存在于從三角形的頂點向水平方向離開7 μ m左右的位置，從該起點到三角形的對邊的水平距離為143 μ m左右。
[0032]圖3表示除了進(jìn)一步在頂板的下表面，使用將石墨基材利用碳化鉭(TaC)被覆了的遮蔽板以外在與上述SiC外延晶片的制造相同條件下制造出的、SiC外延晶片的三角缺陷起點(異物即foreign material)附近的透射型電子顯微鏡(TEM)圖像。
[0033]以異物為起點的三角缺陷的部分包含3C_SiC單晶，該三角缺陷周邊的正常地外延生長了的部分包含4H-SiC單晶。
[0034]圖4A是表示對于圖3所示的作為三角缺陷的起點的異物采用能量色散X射線分析法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)進(jìn)行了組成分析的結(jié)果的圖。
[0035]圖4A中的1.711keV和8.150keV的峰表示鉭(Ta)，由含有鉭(Ta)的材料構(gòu)成的構(gòu)件除遮蔽板以外不存在于腔室內(nèi)，因此能夠斷定該峰源自于作為遮蔽板被覆材料的碳化鉭(TaC)的鉭(Ta)。
[0036]再者，圖4B是表示EDX的樣品支架的EDX分析結(jié)果的圖?？芍獔D4A中出現(xiàn)的Zn、Cu等的峰來源于EDX支架的材料。
[0037]如以上，本
【發(fā)明者】們在三角缺陷頂點的前端(與對邊遠(yuǎn)離的方向)發(fā)現(xiàn)了以由腔室內(nèi)構(gòu)件(圖3的情況，為遮蔽板)的材料構(gòu)成的異物(材料片)為起點的新類型的三角缺陷。
[0038]使用光學(xué)顯微鏡和/或利用激光的光學(xué)式表面檢查裝置(例如KLA-Tencor公司制Candela)觀察三角缺陷，觀察到三角缺陷的起點為明確的起點和不明確的起點。以往，關(guān)于起點不明確的三角缺陷的原因多被解釋為由于生長條件不合適(例如生長溫度過低)因此無法進(jìn)行正常的階流生長從而不同種多型的晶核成為起點。對此，
【發(fā)明者】們在起點不明確的三角缺陷之中，發(fā)現(xiàn)了有起因于腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片的三角缺陷。在當(dāng)前，不能斷定起點不明確的三角缺陷全部是起因于腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片。但是，如下所述，本發(fā)明中通過降低起因于腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片的三角缺陷，成功將起點不明確的三角缺陷基本消除。據(jù)此，可認(rèn)為起點不明確的三角缺陷的大半是起因于腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片。
[0039]起點不明確的三角缺陷是否是以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷，如上所述，例如能夠使用光學(xué)顯微鏡采用將焦點從表面沿深度方向偏移的方法進(jìn)行識別，能夠得到以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度。
[0040]另外，越是反復(fù)成膜(制造批次數(shù)增加)腔室內(nèi)構(gòu)件的劣化越推進(jìn)，該材料片的落下量增加，因此以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度增大。在此，作為腔室內(nèi)構(gòu)件的劣化的具體例，可舉出石墨基材利用碳化鉭(TaC)膜被覆了的頂板的情況，碳化鉭膜和石墨基材的熱膨脹率不同，因此由于反復(fù)成膜所引起的溫度的上下在碳化鉭膜上施加應(yīng)力從而膜剝離。另外，可舉出碳化鉭膜中產(chǎn)生裂縫從其間石墨基材揚灰、由于腔室內(nèi)的氣體與頂板表面的相互作用使頂板材料升華等。此外，在該頂板上堆積SiC生長了 SiC膜的情況下，該SiC膜和碳化鉭膜的熱膨脹率差成為碳化鉭膜劣化的原因。這樣，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度對于成膜次數(shù)(或制造批次數(shù))的依存性高。另外，成膜次數(shù)如果超過規(guī)定次數(shù)(依存于制造條件)，則腔室內(nèi)構(gòu)件的劣化一下子推進(jìn)，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度劇增。
[0041]對此，以基板(晶片)表面的研磨痕等的損傷為起點的三角缺陷和起因于生長條件不合適而形成的以不同種多型的晶核為起點的三角缺陷不依存于成膜次數(shù)。即，起因于基板的三角缺陷和起因于生長條件的三角缺陷不依存于成膜次數(shù)。
[0042]另一方面，以墜落為起點的三角缺陷也依存于成膜次數(shù)。墜落，在不使用遮蔽板的情況從頂板落下，在使用遮蔽板的情況從遮蔽板落下。如果反復(fù)成膜則在頂板或遮蔽板形成的SiC膜變厚，容易剝離。以后會敘述，但在使用遮蔽板的情況下，優(yōu)選利用與頂板相比SiC膜的附著性更高的材料形成遮蔽板的下表面。據(jù)此，能夠與不使用遮蔽板的情況相比降低墜落。
[0043]因此，通過反復(fù)成膜而增加的三角缺陷中，除了以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的情況以外，也包含以墜落為起點的情況。以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷，具有在光學(xué)顯微鏡圖像和/或由利用激光的光學(xué)表面檢查裝置所得到的圖像(以下稱為「坎德拉像」)中起點不明確的特征，相對于此以墜落為起點的三角缺陷的起點大多明確。據(jù)此，各三角缺陷，通常能夠由光學(xué)顯微鏡圖像或坎德拉像等進(jìn)行識別。假設(shè)，即使起點不明確的三角缺陷之中包含墜落等引起的三角缺陷，也能夠認(rèn)為起點不明確的三角缺陷的面密度是以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度的上限。據(jù)此，通過管理該面密度，能夠管理該以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度的上限。通過管理反復(fù)成膜所引起的起點不明確的三角缺陷的面密度的增加，變得能夠制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低的SiC外延晶片。
[0044]在想要對以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的密度更嚴(yán)密地進(jìn)行計量并管理的情況下，能夠通過采用能量色散型X射線分析法等對三角缺陷的前端的異物進(jìn)行組成分析來進(jìn)行嚴(yán)密的計量。
[0045]在SiC外延晶片的制造裝置中，可認(rèn)為由于反復(fù)成膜使腔室內(nèi)的構(gòu)件劣化而從表面等剝離由此生成微小的塊，通過該微小的塊在晶片上或生長途中的SiC外延層上落下，產(chǎn)生成為三角缺陷起點的腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片。產(chǎn)生成為三角缺陷起點的材料片的腔室內(nèi)的構(gòu)件，主要是配置在晶片上方的構(gòu)件，除此以外從腔室的壁面和/或腔室內(nèi)的其他構(gòu)件落下到晶片上的材料片推測為可以忽視程度的量。
[0046]在此，
【發(fā)明者】們想到了為了降低以腔室內(nèi)部件的材料片為起點的三角缺陷，將晶片的上方與晶片相對配置的構(gòu)件，利用揚灰和/或升華少的材料被覆，定期地(隔各一制造批次、隔多個制造批次等)、或不定期地測定以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度并管理該值，面密度超過規(guī)定值的情況下，將該部件交換后進(jìn)行下一個SiC外延晶片的制造。據(jù)此，發(fā)現(xiàn)了能夠制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低的SiC外延晶片。
[0047]如以上，
【發(fā)明者】們發(fā)現(xiàn)以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的新類型的三角缺陷的存在，對該三角缺陷的降低這一課題進(jìn)行了認(rèn)真研究后，想到了具有以下手段的本發(fā)明。
[0048]本發(fā)明為解決上述課題，提供以下的手段。
[0049](1)一種SiC外延晶片，是在具有偏離角的SiC單晶基板上具有SiC外延層的SiC外延晶片，在上述SiC外延層存在的、以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為0.5個/cm2以下。
[0050]再者，本發(fā)明中，SiC單晶基板，意味著SiC單晶晶片。
[0051](2)根據(jù)(I)所述的SiC外延晶片，上述成為起點的材料片由碳或碳化硅形成(formed of)。
[0052](3) 一種SiC外延晶片的制造方法，包括:
[0053]使用SiC外延晶片的制造裝置，一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊制造在SiC單晶晶片的面上具有SiC外延層的SiC外延晶片的工序；和
[0054]對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層，測定以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下一個SiC外延晶片的工序，
[0055]上述SiC外延晶片的制造裝置，具備:基座，其具有載置晶片的晶片載置部；頂板，其與上述基座的上表面相對配置以在與上述基座之間形成反應(yīng)空間；和遮蔽板，其以阻止堆積物附著在上述頂板的下表面的程度，與上述頂板的下表面接近配置，
[0056]上述遮蔽板由碳化硅形成、或者上述遮蔽板的與上述基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆。
[0057](4)根據(jù)(3)所述的SiC外延晶片的制造方法，上述測定的結(jié)果，在以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度超過規(guī)定密度的情況下，交換上述遮蔽板后制造下一個SiC外延晶片。
[0058](5) 一種SiC外延晶片的制造方法，包括:
[0059]使用SiC外延晶片的制造裝置，一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊制造在SiC單晶晶片的面上具有SiC外延層的SiC外延晶片的工序；和
[0060]對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層，測定以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下一個SiC外延晶片的工序，
[0061]上述SiC外延晶片的制造裝置，具備:基座，其具有載置晶片的晶片載置部；和頂板，其與上述基座的上表面相對配置以在與上述基座之間形成反應(yīng)空間，
[0062]上述頂板由碳化硅形成、或者上述頂板的與上述基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆。
[0063](6)根據(jù)(5)所述的SiC外延晶片的制造方法，上述測定的結(jié)果，在以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度超過規(guī)定密度的情況下，交換上述頂板后制造下一個SiC外延晶片。
[0064](7 ) —種SiC外延晶片，是采用(3 )~(6 )的任一項所述的SiC外延晶片的制造方法制造的。
[0065](8) 一種外延晶片的制造裝直，具備:
[0066]基座，其具有載置晶片的晶片載置部；頂板，其與上述基座的上表面相對配置以在與上述基座之間形成反應(yīng)空間；和遮蔽板，其以防止堆積物附著在上述頂板的下表面的程度，與上述頂板的下表面接近配置，
[0067]上述遮蔽板由碳化硅形成、或者上述遮蔽板的與上述基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆，
[0068]上述制造裝置一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊在晶片的面上形成外延層。
[0069](9) 一種外延晶片的制造裝置，具備:
[0070]基座，其具有載置上述晶片的晶片載置部；和頂板，其與上述基座的上表面相對配置以在與上述基座之間形成反應(yīng)空間，
[0071]上述頂板由碳化硅形成、或者上述頂板的與上述基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆，
[0072]上述制造裝置一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊在晶片的面上形成外延層。
[0073](10)根據(jù)(8)或(9)的任一項所述的外延晶片的制造裝置，上述碳化硅膜或熱分解碳膜的膜厚為20~100 μ m。
[0074](11)根據(jù)(8)~(10)的任一項所述的外延晶片的制造裝置，具有在上述基座的下表面一側(cè)和/或上述頂板的上表面一側(cè)配置的加熱單元。
[0075]根據(jù)本發(fā)明的SiC外延晶片，至今原因不明而無法降低的、以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低至0.5個/cm2以下，因此由一片SiC外延晶片得到比以往更多的裝置(device)變得可能。
[0076]根據(jù)本發(fā)明的SiC外延晶片的制造方法，采用了包括下述工序的結(jié)構(gòu):使用具備有遮蔽板的SiC外延晶片的制造裝置，對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層測定以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下一個SiC外延晶片，因此變得能夠制造SiC外延層中以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷少的SiC外延晶片。另外，采用了遮蔽板由碳化硅形成、或者遮蔽板的與基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆的結(jié)構(gòu)，因此遮蔽板的劣化難以推進(jìn)，從遮蔽板落下至晶片上的材料片降低的同時，能夠更長久地使用遮蔽板。在使用了用碳化硅膜被覆或由碳化硅形成的遮蔽板的情況下，在遮蔽板上堆積的SiC膜與該被覆膜或該材料為相同材料，因此熱膨脹率無差異所以劣化難以推進(jìn)。另外，在使用了用熱分解碳膜被覆的遮蔽板的情況下，使用由碳材料基材形成的遮蔽板。碳材料基材與熱分解碳膜的熱膨脹率差異小，因此遮蔽板的劣化難以推進(jìn)。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的SiC外延晶片的制造方法，上述測定的結(jié)果，在以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度超過規(guī)定密度的情況下，通過采用交換遮蔽板后制造下一個SiC外延晶片的結(jié)構(gòu)，能夠制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷在規(guī)定面密度以下的SiC外延晶片。
[0078]根據(jù)本發(fā)明的SiC外延晶片的制造方法，采用了包括下述工序的結(jié)構(gòu):對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層測定以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下Iv SiC外延晶片，因此能夠制造SiC外延層中以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷少的SiC外延晶片。另外，采用了頂板由碳化硅形成、或者頂板的與基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆的結(jié)構(gòu)，因此頂板的劣化難以推進(jìn)，在從頂板落下至晶片上的材料片降低的同時，能夠更長久地使用頂板。在使用了用碳化硅膜被覆或由碳化硅形成的頂板的情況下，在頂板上堆積的SiC膜與頂板的被覆膜或其材料為相同材料，因此熱膨脹率無差異所以劣化難以推進(jìn)。另外，使用了用熱分解碳膜被覆的頂板的情況下，使用碳材料基材的頂板。碳材料基材與熱分解碳膜的熱膨脹率差異小，因此頂板的劣化難以推進(jìn)。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的SiC外延晶片的制造方法，上述測定的結(jié)果，通過在以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度超過規(guī)定密度的情況下，采用交換頂板后制造下一個SiC外延晶片的結(jié)構(gòu)，能夠制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷在規(guī)定面密度以下的SiC外延晶片。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的SiC外延晶片的制造裝置，具備與頂板的下表面接近配置的遮蔽板，以阻止堆積物附著在頂板的下表面，并且接受來自頂板的下表面的揚塵物，遮蔽板由碳化硅形成、或者遮蔽板的與基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆，由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，從遮蔽板落下至晶片上的材料片降低。據(jù)此，能夠制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低的SiC外延晶片。
[0081]根據(jù)本發(fā)明的SiC外延晶片的制造裝置，采用了頂板由碳化硅形成、或者頂板的與基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆的結(jié)構(gòu)，因此從頂板落下至晶片上的材料片降低。據(jù)此，能夠制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低的SiC外延晶片。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0082]圖1A是典型的以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的光學(xué)顯微鏡圖像，是聚焦于異物的圖。
[0083]圖1B是典型的以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的光學(xué)顯微鏡圖像，是聚焦于外延層的表面的圖。
[0084]圖2是與圖1A和圖1B相同的SiC外延晶片的透射型電子顯微鏡(TEM)圖像。
[0085]圖3是使用包含用碳化鉭膜被覆了的石墨的遮蔽板制造出的SiC外延晶片的透射型電子顯微鏡(TEM)圖像。
[0086]圖4A是與圖3相同的SiC外延晶片的能量色散X射線分析法所得到的測定結(jié)果，是測定了異物的結(jié)果。
[0087]圖4B是與圖3相同的SiC外延晶片的能量色散X射線分析法所得到的測定結(jié)果，是測定了樣品支架的結(jié)果。
[0088]圖5是表示在本發(fā)明的實施方式中所使用的外延晶片的制造裝置的截面模式圖。
[0089]圖6是表示沿著圖5的A-A’線的外延晶片的制造裝置的下部側(cè)的立體圖。
[0090]圖7是圖5中表示的遮蔽板的周邊的放大模式圖。
[0091 ] 圖8A是實施例的坎德拉像。
[0092]圖8B是實施例的坎德拉像。
[0093]圖8C是實施例的坎德拉像。
[0094]圖9A是比較例I的坎德拉像。[0095]圖9B是比較例2的坎德拉像。
【具體實施方式】
[0096]以下，對于適用了本發(fā)明的SiC外延晶片、SiC外延晶片的制造方法及外延晶片的制造裝置，參照附圖詳細(xì)地說明。
[0097]再者，以下的說明中使用的附圖，有時為了容易理解其特征方便起見將成為特征的部分放大表示，各構(gòu)成要素的尺寸比率等會與實際不同。另外，在以下的說明中例示的材料、尺寸等為一例，本發(fā)明并不限定于此，在不變更其要旨的范圍可以適當(dāng)?shù)刈兏鼇韺嵤?br> [0098]〔 SiC外延晶片〕
[0099]適用了本發(fā)明的SiC外延晶片，是在具有偏離角(偏斜角度、傾斜角度；offangle)的SiC單晶基板上具有SiC外延層的SiC外延晶片，其特征在于，在SiC外延層存在的、以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為0.5個/cm2以下。
[0100]以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷，不是起因于基板的三角缺陷，因此SiC單晶基板沒有特別限定。
[0101]作為SiC單晶基板能夠使用任一多型的基板，可以使用為制作實用的SiC裝置而主要被使用的4H-Sic。作為SiC裝置的基板使用由通過升華法等制作出的塊狀單晶加工而成的SiC單晶基板，通常，采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在其上形成成為SiC裝置的活性區(qū)域的SiC外延層。
[0102]另外，雖然作為SiC單晶基板的偏離角可以是任意偏離角，沒有限定，但從削減成本的觀點來看優(yōu)選小的偏離角例如0.4°~5。。0.4°是能夠進(jìn)行階流生長的偏離角的下限。
[0103]在SiC單晶基板到達(dá)2英寸左右的尺寸的情況下，作為SiC單晶基板的偏離角主要使用8°。該偏離角中晶片表面的臺階平臺寬度小，可容易地獲得階流生長，但偏離角越大，從SiC晶錠得到的晶片枚數(shù)越少，因此在3英寸以上的SiC基板中，主要使用4°左右的偏離角。
[0104]變?yōu)樵降偷钠x角，SiC單晶基板的表面的臺階平臺寬度越變大，因此進(jìn)入臺階端的遷移原子的進(jìn)入速度、即臺階端的生長速度容易產(chǎn)生偏差(不一致)。其結(jié)果，快的生長速度的臺階追趕慢的生長速度的臺階從而合體，容易產(chǎn)生臺階束。另外，例如0.4°的偏離角的基板與4°的偏離角的基板相比臺階平臺寬度變?yōu)?0倍，使階流生長的長度增長一位數(shù)。據(jù)此，在需要調(diào)整4°的偏離角的基板中所使用的臺階生長的條件方面有必要留意。
[0105]可以使用SiC外延層的生長面被加工為凸?fàn)畹腟iC單晶基板。
[0106]SiC外延晶片的制造(SiC外延層的形成(生長))時，SiC單晶基板的背面由被加熱的基座直接加熱，但表面(SiC外延層的形成面)處于暴露在真空空間的狀態(tài)，沒有直接加熱。并且，作為載氣的氫在表面上流動，因此熱量被帶走。由于這些狀況，外延生長時的表面相對于背面成為較低的溫度。起因于該溫度差，表面的熱膨脹的大小比背面小，外延生長時SiC單晶基板變形為表面凹陷。因此，通過使用SiC外延層的生長面被加工為凸?fàn)畹腟iC單晶基板，能夠以消除了外延生長時的基板的凹陷(翹曲)的狀態(tài)進(jìn)行外延生長。 [0107]SiC外延層的厚度沒有特別限定，例如，以典型的生長速度4 i! m/小時進(jìn)行2.5小時成膜則變?yōu)镮Oiim厚。[0108][SiC外延晶片的制造裝置(第I實施方式)]
[0109]圖5是表示適用了本發(fā)明的外延晶片的制造裝置的一部分的截面模式圖，圖6是表示沿著圖5的A-A’線的外延晶片的制造裝置的下部側(cè)的立體圖，圖7是圖5中表示的遮蔽板的周邊的放大模式圖。
[0110]本實施方式的外延晶片的制造裝置100，例如為圖5所示那樣的CVD裝置100。具體地，為下述外延晶片的制造裝置100，具備:基座2，其具有載置晶片的多個載置部2b，這多個載置部2b在圓周方向上排列配置；頂板(天花板)3，其與基座2的上表面相對配置以在與基座2之間形成反應(yīng)空間4 ;和遮蔽板10，其以阻止來自氣相中的堆積物附著于頂板3的下表面的程度，與頂板的下表面接近配置，遮蔽板10由碳化硅形成、或者遮蔽板10的與基座2相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆，制造裝置100 —邊向腔室I內(nèi)供給原料氣體，一邊在晶片的面上形成外延層。 [0111]再者，原料氣體中，例如可以使用含有Si源為硅烷(SiH4)、C源為丙烷(C3H8)的氣體。并且作為載氣可以使用含有氫(H2)的氣體。
[0112]本實施方式的外延晶片的制造裝置100，還具備:加熱單元6、7，其配置在基座2的下表面一側(cè)和頂板的上表面一側(cè)，對載置部2b所載置的晶片進(jìn)行加熱；和氣體導(dǎo)入管5，其具有從頂板3的上表面中央部向反應(yīng)空間4內(nèi)導(dǎo)入原料氣體的氣體導(dǎo)入口，將該氣體導(dǎo)入口放出的原料氣體從反應(yīng)空間4的內(nèi)側(cè)向外側(cè)供給。
[0113]加熱單元6、7為感應(yīng)線圈，能夠通過感應(yīng)線圈所產(chǎn)生的高頻感應(yīng)加熱對頂板3進(jìn)行加熱，通過來自被加熱了的頂板3的輻射熱對遮蔽板10進(jìn)行加熱，通過來自遮蔽板10的輻射熱對晶片進(jìn)行加熱。
[0114]本實施方式中，晶片為米用配置于基座2的下表面一側(cè)和頂板的上表面一側(cè)的加熱單元進(jìn)行加熱的結(jié)構(gòu)，但也可以為只在基座2的下表面一側(cè)具有加熱單元的結(jié)構(gòu)。
[0115]另外，作為SiC單晶基板的加熱單元，不限于上述的高頻感應(yīng)加熱所得到的加熱單元，可以使用電阻加熱的加熱單元等。
[0116]頂板3，在其下表面中央部具有以位于遮蔽板10的開口部IOb的內(nèi)側(cè)的方式而突出設(shè)置的突起部12。通過該突起部12，頂板3被固定于氣體導(dǎo)入管5的支持構(gòu)件13所支持。通過該突起部12，氣體從遮蔽板10的內(nèi)周部一側(cè)向遮蔽板10與頂板3之間流動變得困難。
[0117]作為頂板3，可以使用由石墨等的碳材料或碳化硅形成的頂板、在碳材料的基材上被覆SiC、熱解碳、TaC等的膜的頂板。頂板3，優(yōu)選由難以產(chǎn)生與高溫下的揚灰和/或腔室內(nèi)的氣體間的相互作用所導(dǎo)致的升華的材料形成。
[0118]遮蔽板10，為可拆卸自由地安裝在腔室內(nèi)的結(jié)構(gòu)，本實施方式中其外周部IOa被設(shè)置在腔室內(nèi)壁面的支持部11所載置。
[0119]通過僅支持遮蔽板10的外周部，與通過加熱單元被加熱變?yōu)楦邷氐恼诒伟?0相t匕，原料氣體在未分解的狀態(tài)下導(dǎo)入因此能夠避免低溫的氣體導(dǎo)入管5與該遮蔽板10的內(nèi)周部(形成有開口部的中央部)的接觸，并且將遮蔽板10可拆卸自由地安裝在腔室內(nèi)。
[0120]遮蔽板10優(yōu)選分割為多個。本實施方式中的遮蔽板10，如圖6所示，包含利用中央線一分為二的一對構(gòu)件IOA和10B。該情況下，能夠?qū)⒁粚?gòu)件IOA和IOB逐個載置于支持部11。另外，交換時可以從支持部11逐個卸下。據(jù)此，作業(yè)性高，載置和交換、維護(hù)時破損的風(fēng)險降低。
[0121]另外，如果遮蔽板10被分割為多個，則熱應(yīng)力緩和，可抑制翹曲和變形的發(fā)生。
[0122]遮蔽板10，通常能夠阻止揚塵物(石墨)從石墨制的頂板3的下表面落下至晶片上，降低以頂板的材料片為起點的三角缺陷的面密度。但是，如果遮蔽板10的材料片落下至晶片上，則形成以遮蔽板10的材料片為起點的三角缺陷。為了抑制該情況，遮蔽板10需要由與頂板3的材料相比難以產(chǎn)生與高溫下的揚塵和/或腔室內(nèi)的氣體間的相互作用所導(dǎo)致的升華的材料構(gòu)成。因此，作為遮蔽板10使用由碳化硅形成的遮蔽板、或者在石墨的基材上被覆了碳化硅膜或熱解碳膜的遮蔽板。
[0123]碳化硅膜或熱解碳膜的膜厚，從抑制劣化的觀點來看優(yōu)選為20 y m以上。另外，從基于與石墨基材的熱膨脹率差的應(yīng)力降低的觀點來看優(yōu)選為lOOym以下。
[0124]另外，為了降低從氣相中堆積SiC膜使其剝離，在SiC單晶晶片上或SiC外延層上落下的墜落的量，優(yōu)選至少遮蔽板10的下表面使用SiC膜的附著性高的材料形成。作為那樣的材料例如，可舉出碳化硅。另外，遮蔽板10的下表面也可以用碳化硅膜被覆。
[0125]另外，本實施方式中，遮蔽板10有必要受到來自頂板3的輻射熱而被加熱，放出輻射熱而加熱晶片，因此遮蔽板10的材料優(yōu)選為高熱傳導(dǎo)性。
[0126]遮蔽板10由碳化硅形成的情況，可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法或燒結(jié)等進(jìn)行制作，采用CVD法制作時能夠制作材料純度高的遮蔽板。碳化硅堆積的遮蔽板10的表面，為了提高碳化硅的附著性，優(yōu)選通過研磨等進(jìn)行粗糙化。
[0127]從防止遮蔽板10開裂的觀點來看,厚度優(yōu)選為2~6mm。因為遮蔽板10容易開裂，如果比2mm更薄則過于彎曲而開裂，即使比6mm更厚也會開裂。
[0128]頂板由碳化硅形成的情況下，通過使遮蔽板10的厚度比頂板更薄，即使是相同材質(zhì)也能夠承受熱變形，從而難以開裂。
[0129]多個載置部2b，在圓盤狀的基座2上以圍繞其中央部的方式在圓周方向上排列配置。公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)軸2a被安裝在基座2的下表面中央部。公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)軸2a配置于氣體導(dǎo)入管5的正下方。自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)軸(沒有圖示)被安裝在各載置部2b上。
[0130]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，將氣體導(dǎo)入管5作為中心軸通過基座2使SiC單結(jié)晶片公轉(zhuǎn)，同時將SiC單晶晶片的中心作為軸使SiC單晶晶片本身與載置部2b —起自轉(zhuǎn)。
[0131]在該SiC外延晶片的制造裝置中，從配置于中心部的氣體導(dǎo)入管5導(dǎo)入冷的氣體、在基座2的中心部難以施加感應(yīng)加熱，因此一般地，隨著接近中心部基座2的溫度變低。受此影響，進(jìn)行自轉(zhuǎn)的載置部2b的外周部、即設(shè)置于載置部2b上的SiC單晶晶片的外周部的溫度降低。因此，在一般的基座型外延生長裝置中，被設(shè)置的SiC單晶晶片，具有晶片中央部溫度最高，隨著去向晶片外周部溫度降低的溫度梯度。該SiC單晶晶片的溫度梯度，會在外延生長過程中使SiC單晶晶片的中央部產(chǎn)生壓縮性的應(yīng)力。
[0132]另外，在氣體導(dǎo)入管5的前端部(下端部)，設(shè)有向擴(kuò)徑方向突出的凸緣部5a。該凸緣部5a,用于將從氣體導(dǎo)入管5的下端部垂直向下放出的原料氣體G,在與其相對的基座2之間沿水平方向放射狀地流動。
[0133]并且，該CVD裝置100中，通過將從氣體導(dǎo)入管5放出的原料氣體G從反應(yīng)空間4的內(nèi)側(cè)向外側(cè)放射狀地流動，可以相對于SiC單晶基板的面內(nèi)平行地供給原料氣體G。另外，在腔室內(nèi)不需要的氣體，可以從設(shè)置在腔室的壁上的排氣口(沒有圖示)向腔室之外排出。
[0134]在此，頂板3，盡管通過上述感應(yīng)線圈7在高溫下被加熱，但其內(nèi)周部(形成有開口部IOb的中央部)，與由于導(dǎo)入原料氣體G而成為低溫的氣體導(dǎo)入管5沒有接觸。另外，頂板3，通過在安裝于氣體導(dǎo)入管5的外周部的支持構(gòu)件13上，載置其內(nèi)周部，被垂直向上地支持。并且，該頂板3，能夠在上下方向上移動。
[0135]該SiC單晶晶片的溫度梯度，根據(jù)導(dǎo)入的氣體的流量、感應(yīng)加熱線圈的位置變更等而 變化。本實施方式中，期望調(diào)整導(dǎo)入的氣體流量、感應(yīng)加熱線圈的位置，以具有在晶片中央部溫度最低、隨著去向晶片外周部溫度增高的溫度梯度。
[0136]遮蔽板10的上表面與頂板3的下表面的間隔Cl1，優(yōu)選設(shè)定為0.5~Imm的范圍。這是為了阻止由于遮蔽板10使SiC的堆積物在頂板3的下表面堆積。
[0137]另外，遮蔽板10從腔室I的內(nèi)壁Ia離間配置，遮蔽板10的外周側(cè)面IOc與腔室I的內(nèi)壁Ia的水平方向的離間距離d2優(yōu)選為1.0~3.0mm。這是為了防止由于加熱時的熱膨脹使遮蔽板10接觸到壁面la。
[0138]例如，遮蔽板由碳化硅形成的情況下，優(yōu)選為1.0~2.0mm。
[0139]另外，從遮蔽板10的開口部IOb的內(nèi)壁IOd到突起部12的外壁的距離d3，優(yōu)選設(shè)定為0.5~1_的范圍。這是為了防止由于加熱時的熱膨脹使遮蔽板10接觸到突起部12，同時使氣體難以從遮蔽板10的內(nèi)周部側(cè)向遮蔽板10與頂板3之間流入。
[0140]另外,頂板3的內(nèi)周面與氣體導(dǎo)入管5的外周面的間隔d4,優(yōu)選設(shè)定為0.5mm以下的范圍。這是為了使由于導(dǎo)入原料氣體G而成為低溫的氣體導(dǎo)入管5，盡量不受到來自通過上述感應(yīng)線圈7被加熱而成為高溫的頂板3的輻射熱的影響。
[0141]本實施方式中，如圖7所示，頂板3，從其下表面3c的內(nèi)周部3d，在遮蔽板10的開口部IOb的內(nèi)壁IOd與氣體導(dǎo)入管5的外壁5b之間具備突起部12。突起部12可以與頂板
3一體形成，也可以是與頂板3獨立的構(gòu)件。突起部12優(yōu)選沿著遮蔽板10的開口部IOb的內(nèi)壁IOd配置。再者，圖5和圖7只圖示其一部分的截面。
[0142]突起部12能夠防止氣相中的膜材料的氣體從遮蔽板10的開口部IOb的內(nèi)壁IOd與氣體導(dǎo)入管5的外壁5b之間的間隙進(jìn)入并堆積在頂板3上。
[0143]再者，本實施方式具備突起部12，但為不具備的結(jié)構(gòu)也無妨。
[0144]本實施方式的外延晶片的制造裝置100具備遮蔽板10，因此即使頂板3的材料片落下也能夠利用遮蔽板10接受而阻止落下至晶片上或外延層上。據(jù)此，能夠降低外延層上的以頂板3的材料片為起點的三角缺陷的面密度。另外，遮蔽板10的下表面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆著、或者遮蔽板10由碳化硅形成，因此該材料片從遮蔽板10落下的量比頂板少。
[0145]因此，使用外延晶片的制造裝置，則能夠制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度比使用以往的外延晶片的制造裝置的情況低的SiC外延晶片。
[0146][SiC外延晶片的制造裝置(第2實施方式)]
[0147]本實施方式的外延晶片的制造裝置，其特征在于，具備:具有載置晶片的晶片載置部的基座；和與基座的上表面相對配置以在與基座之間形成反應(yīng)空間的頂板(天花板)，頂板由碳化硅形成、或者頂板的與基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆，一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊在晶片的面上形成外延層。與第I實施方式涉及的外延晶片的制造裝置不同的點在于沒有遮蔽板。
[0148]根據(jù)該外延晶片的制造裝置，從頂板落下至晶片上的材料片降低，因此能夠制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低的SiC外延晶片。
[0149]本發(fā)明的外延晶片的制造裝置，作為在晶片的上方配置的構(gòu)件(具有遮蔽板的情況為遮蔽板，不具有的情況為頂板)，與基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆、或者由碳化硅形成，能夠謀求以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的降低，關(guān)于腔室內(nèi)的其他構(gòu)件也優(yōu)選由該材料構(gòu)成。
[0150][SiC外延晶片的制造方法(第I實施方式)]
[0151]本實施方式的外延晶片制造方法，其特征在于，包括:使用第I實施方式的外延晶片的制造裝置制造SiC外延晶片的工序；和對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層測定以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下一個SiC外延晶片的工序。
[0152]通過具有測定三角缺陷的面密度的工序，變得能夠管理SiC外延層中的以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度。
[0153]〈研磨工序〉
[0154]研磨工序中，在切片(slice)工序中將殘留于晶片表面的4H_SiC單晶基板，研磨至其表面的晶格無序?qū)幼優(yōu)?nm以下。
[0155]「晶格無序?qū)印?，是指在TEM的晶格圖像(能夠確認(rèn)晶格的圖像沖，與SiC單晶基板的原子層(晶格)對應(yīng)的條紋狀結(jié)構(gòu)或其條紋的一部分變得不明了的層(參照專利文獻(xiàn)5)。
[0156]研磨工序，包括通常被稱為磨光的粗研磨、被稱為拋光的精密研磨、以及作為超精密研磨的化學(xué)機(jī)械研磨(以下稱為CMP)等多個研磨工序。優(yōu)選通過在CMP前的機(jī)械研磨中將加工壓力設(shè)為350g/cm2以下，使用直徑為5iim以下的磨粒(sharpening particle)進(jìn)行研磨，由此將損傷層(不只是TEM中作為「晶格無序?qū)印箍梢詸z測出的損傷，還有采用TEM不能檢測出的晶格畸變等直到更深地存在的部分)抑制為50nm。并且，在CMP中，使用含有平均粒徑為IOnm~150nm的研磨材料粒子和無機(jī)酸的研磨衆(zhòng)。優(yōu)選該研磨衆(zhòng)在20°C的pH值低于2，進(jìn)一步優(yōu)選研磨材料粒子為二氧化硅，含有I質(zhì)量％~30質(zhì)量％，更優(yōu)選無機(jī)酸為鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸之中的至少I種。
[0157]〈清潔化(氣體蝕刻)工序〉
[0158]在清潔化工序中，在氫氣氛下，將上述研磨和凸?fàn)罴庸ず蟮幕寮訜嶂?400~1800°C對其表面進(jìn)行清潔化(氣體蝕刻)。
[0159]氣體蝕刻，是將SiC單晶基板保持在1400~1800°C，將氫氣的流量設(shè)為40~120slm，將壓力設(shè)為100~250mbar，進(jìn)行5~30分鐘。
[0160]將研磨后的SiC單晶基板洗凈后，將基板安置在外延生長裝置、例如量產(chǎn)型的多枚行星型CVD裝置內(nèi)。向裝置內(nèi)導(dǎo)入氫氣后，將壓力調(diào)整為100~250mbar。其后，提高裝置的溫度，將基板溫度設(shè)為1400~1600°C，優(yōu)選為1480°C~1600°C，通過氫氣進(jìn)行I~30分鐘的基板表面的氣體蝕刻。在該條件下進(jìn)行采用氫氣的氣體蝕刻的情況下，蝕刻量為
0.05 ~0.4 u m 左右。
[0161]也可以向氫氣中添加SiH4氣體和/或C3H8氣體。有時在起因于螺旋位錯的淺坑(shallow pit),短的臺階束(step bunching)伴隨產(chǎn)生。通過向氫氣中添加低于0.009摩爾％濃度的SiH4氣體進(jìn)行氣體蝕刻，反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境成為Si富集，可以將淺坑的深度變淺，能夠抑制伴隨淺坑的短的臺階束的產(chǎn)生。
[0162]在向氫氣中添加SiH4氣體和/或C3H8氣體的情況,優(yōu)選在成膜(外延生長)工序前，進(jìn)行暫時排氣形成氫氣氛。
[0163]〈成膜(外延生長)工序〉
[0164]在成膜(外延生長)工序中，向上述清潔化后的基板的表面，以規(guī)定的濃度比供給碳化娃的外延生長所需要量的含碳?xì)怏w和含娃氣體，使SiC膜外延生長。
[0165]再者，外延層的生長溫度比清潔化(氣體蝕刻)的溫度高的情況下，從清潔化工序升溫后，進(jìn)行成膜工序。另外，作為規(guī)定濃度比的含碳?xì)怏w與含硅氣體的組合，例如，可舉出濃度比C/Si為0.7~1.2的C3H8氣體與SiH4氣體的組合。
[0166]該含碳?xì)怏w和含硅氣體優(yōu)選同時地供給。因為臺階束會明顯降低。
[0167]在此，所謂「同時地供給」，意指不需要完全達(dá)到同一時刻，各氣體的供給時機(jī)在數(shù)秒以內(nèi)。
[0168]SiH4氣體和C3H8氣體的各流量、壓力、基板溫度、生長溫度分別為15~150SCCm、3.5~60sccm、80~250mbar、高于1600°C且為1800°C以下。SiC膜的生長速度為每小時I~20iim的范圍內(nèi)。偏離角、膜厚和載子濃度的均勻性，一邊控制生長速度一邊決定。通過與成膜開始同時地導(dǎo)入氮氣作為摻雜氣體，能夠控制外延層中的載子濃度。作為抑制生長中的臺階束的方法，已知通過降低供給的原料氣體的濃度比C/Si來增加生長表面上的Si原子的遷移。但是，本發(fā)明中濃度比C/Si為0.7~1.2。另外，生長的外延層通常對于膜厚為5~20 iim左右，對于載子濃度為(2~15) X IO15CnT3左右。
[0169]生長溫度為1400~1800°C，為了降低積層缺陷生長溫度的下限值優(yōu)選為1600°C。另外，生長溫度越高，優(yōu)選越提高生長速度。另外，如果是相同的生長溫度，則SiC單晶基板的偏離角越大，優(yōu)選越提高生長速度。
[0170]例如，
[0171](I)使用偏離角為0.4°~2°的4H_SiC單晶基板的情況，優(yōu)選將生長溫度和生長速度如以下那樣進(jìn)行調(diào)整。
[0172]將使碳化硅膜外延生長的生長溫度設(shè)為1600~1640°C時，將生長速度設(shè)為I~
3u m/小時。
[0173]將生長溫度設(shè)為1640~1700°C時，將生長速度設(shè)為3~4 ii m/小時。
[0174]將生長溫度設(shè)為1700~1800°C時，將生長速度設(shè)為4~IOiim/小時。
[0175](2)使用偏離角為2°~5°的4H_SiC單晶基板的情況，優(yōu)選將生長溫度和生長速度如以下那樣進(jìn)行調(diào)整。
[0176]將使碳化硅膜外延生長的生長溫度設(shè)為1600~1640°C時，將生長速度設(shè)為2~
4u m/小時。
[0177]將生長溫度設(shè)為1640~1700°C時，將生長速度設(shè)為4~10 ii m/小時。
[0178]將生長溫度設(shè)為1700~1800°C時，將生長速度設(shè)為10~20 ii m/小時。
[0179]〈降溫工序〉
[0180]降溫工序中,優(yōu)選同時地停止含碳?xì)怏w和含娃氣體(例如SiH4氣體和C3H8氣體)的供給。因為這對抑制形態(tài)學(xué)的惡化有效。停止后，保持基板溫度直到排出含碳?xì)怏w和含硅氣體，其后進(jìn)行降溫。
[0181]〈三角缺陷的面密度的測定和構(gòu)件交換工序〉
[0182]定期地(隔各一制造批次、隔多個制造批次等)、或不定期地對于SiC外延晶片的SiC外延層測定以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度。測定后，制造下一個SiC外延晶片。
[0183]以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度，例如可以通過使用光學(xué)顯微鏡將焦點的位置從SiC外延晶片的外延層的表面向外延層與SiC單晶基板的界面(膜的深度方向)偏移，來發(fā)現(xiàn)以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷，通過對其進(jìn)行計測來得到。另外，本實施方式中，隨著反復(fù)成膜而增加的三角缺陷的種類(類型)，可以認(rèn)為只有以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷、和以墜落為起點的三角缺陷。通常，相對于以墜落為起點的三角缺陷的起點明確，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的起點不明確。通過基于該特征對以墜落為起點的三角缺陷進(jìn)行識別并管理其面密度的增加，可以制造以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低的SiC外延晶片。在想要對以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的密度更嚴(yán)密地進(jìn)行計測并管理的情況下，使用能量色散型X射線分析法等對存在于三角缺陷前端的異物進(jìn)行組成分析。
[0184]上述測定的結(jié)果，在以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度超過規(guī)定密度的情況下，優(yōu)選交換遮蔽板10后制造下一個SiC外延晶片。例如，之前制造出的SiC外延晶片中的三角缺陷的面密度成為0.25個/cm2左右的情況下，通過交換遮蔽板10制造后下一個SiC外延晶片，可以切實地制造三角缺陷的面密度為0.5個/cm2以下的SiC外延
[0185][SiC外延晶片的制造方法(第2實施方式)]
[0186]本實施方式的外延晶片制造方法，其特征在于，包括:使用第2實施方式的外延晶片的制造裝置制造SiC外延晶片的工序；和對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層測定以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下一個SiC外延晶片的工序。
[0187]通過具有測定三角缺陷的面密度的工序，可以管理SiC外延層中的以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度。
[0188]本實施方式的SiC外延晶片的制造方法中，與第I實施方式同樣地，可以進(jìn)行各SiC外延晶片的制造。
[0189]另外，三角缺陷的面密度的測定工序也可以與第I實施方式同樣地進(jìn)行。
[0190]上述測定的結(jié)果，在以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度超過規(guī)定密度的情況下，優(yōu)選交換頂板3后制造下一個SiC外延晶片。例如，之前制造出的SiC外延晶片中的三角缺陷的面密度成為0.25個/cm2左右的情況下，通過交換頂板3后制造下一個SiC外延晶片，可以切實地制造三角缺陷的面密度為0.5個/cm2以下的SiC外延晶片。
[0191]實施例
[0192]以下，對本發(fā)明的效果，采用實施例具體地說明。再者，本發(fā)明并不限定于這些實施例。
[0193](實施例)
[0194]本實施例中，實施了第I實施方式涉及的SiC外延晶片的制造裝置和SiC外延晶片的制造方法。
[0195]圖5所示的SiC外延晶片的制造裝置中，使用了石墨制的頂板、和圖6所示的作為一分為二的、在石墨基材上被覆有碳化硅膜的遮蔽板(直徑:371mm，厚度:4mm)。遮蔽板與頂板離間(離開)0.5mm的距離(d1)而配置。
[0196]作為4H_SiC單晶晶片，使用了將c面((0001)面)向〈11-20〉方向傾斜了 4°的Si面作為主面，直徑為3英寸(76.2mm),厚度為350 u m的SiC單晶晶片。
[0197]接著，對SiC單晶晶片，作為預(yù)處理進(jìn)行了有機(jī)溶劑洗滌、酸堿洗滌和充分的水洗。
[0198]將SiC單晶晶片配置于晶片載置部，進(jìn)行了真空排氣后導(dǎo)入氫氣調(diào)整為200mbar的減壓氣氛。其后，升溫至1570°C，以5iim/小時的生長速度進(jìn)行1小時生長，將厚度5um的SiC外延層成膜制作了 SiC外延晶片。
[0199]作為載氣使用了氫，作為原料氣體使用了 SiH4與C3H8的混合氣體，作為摻雜劑供
給了 N2。[0200]在以上的條件下不進(jìn)行腔室內(nèi)構(gòu)件的交換而反復(fù)進(jìn)行了 SiC外延晶片的制造。圖8A和圖SB，分別為第2次制造批次的坎德拉像、第80次制造批次的坎德拉像?？梢姙楹谏唿c狀的地方為三角缺陷。
[0201]由坎德拉像計算全部種類三角缺陷的數(shù)量，得到了全部種類三角缺陷的面密度。另外，通過使用光學(xué)顯微鏡偏移焦點進(jìn)行觀察的方法，計算以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的數(shù)量，得到了該三角缺陷的面密度。
[0202]第2次制造批次的SiC外延晶片的三角缺陷的面密度為0.5個/cm2，其中，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為0個/cm2。
[0203]另外，第80次制造批次的SiC外延晶片的三角缺陷的面密度為2個/cm2，其中，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為0.5個/cm2。
[0204]再者，第20次制造批次的SiC外延晶片的三角缺陷的面密度為1個/cm2，其中，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為0個/cm2。
[0205]圖8C是第80次SiC外延晶片的制造后，將遮蔽板交換成了新的后，剛制造出的制造批次的坎德拉像。三角缺陷的面密度為0.5個/cm2，其中，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為0個/cm2。
[0206]根據(jù)該結(jié)果，可以確認(rèn)出通過將遮蔽板交換為新的，能夠降低以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度。
[0207](比較例1)
[0208]比較例1，在實施例中使用了的SiC外延晶片的制造裝置中，使用了在石墨基材上被覆有碳化鉭膜的遮蔽板這點不同，其他制造條件是同樣的。
[0209]在該條件下不進(jìn)行腔室內(nèi)構(gòu)件的交換而反復(fù)進(jìn)行了 SiC外延晶片的制造。圖9A是第20次制造批次的坎德拉像。
[0210]該SiC外延晶片的全部種類三角缺陷的面密度為2個/cm2，其中，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為1個/cm2。
[0211]SiC外延晶片的制造的反復(fù)次數(shù)即使與實施例的情況為相同次數(shù)，全部種類三角缺陷的面密度和以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度也都比實施例高。[0212]根據(jù)該結(jié)果，可知作為遮蔽板，相比于在石墨基材上被覆碳化鉭膜的遮蔽板，使用在石墨基材上被覆碳化硅膜的遮蔽板，能夠降低全部種類三角缺陷的面密度和以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度。
[0213] (比較例2)
[0214]比較例2，在實施例中使用了的SiC外延層的制造裝置中不使用遮蔽板這點不同，其他制造條件是同樣的。
[0215]在該條件下不進(jìn)行腔室內(nèi)構(gòu)件的交換而反復(fù)進(jìn)行了 SiC外延晶片的制造。圖9B是第20次制造批次的坎德拉像。
[0216]該SiC外延晶片的全部種類三角缺陷的面密度為100個/cm2，其中，以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為90個/cm2。
[0217]SiC外延晶片的制造的反復(fù)次數(shù)即使與實施例的情況為相同次數(shù)，全部種類三角缺陷的面密度和以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度也都比實施例明顯地高。
[0218]根據(jù)該結(jié)果，可知通過使用遮蔽板，能夠大幅地降低全部種類的三角缺陷的面密度和以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度。
[0219]本發(fā)明的SiC外延晶片及其制造方法、以及SiC外延晶片的制造裝置，可以利用于以腔室內(nèi)構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度低的SiC外延晶片的制造。
[0220]附圖標(biāo)記說明
[0221]I 腔室(chamber)
[0222]Ia 內(nèi)壁
[0223]2 基座(susceptor)
[0224]2b載置部
[0225]3頂板(天花板)
[0226]4 反應(yīng)空間
[0227]6、7感應(yīng)線圈(加熱單元)
[0228]10遮蔽板
[0229]IOa外周部
[0230]10AU0B 遮蔽板
[0231]11 支持部
[0232]100 CVD裝置(外延晶片的制造裝置)
【權(quán)利要求】
1.一種SiC外延晶片，是在具有偏離角的SiC單晶基板上具有SiC外延層的SiC外延晶片，在所述SiC外延層存在的、以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度為0.5個/cm2以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiC外延晶片，所述成為起點的材料片由碳或碳化硅形成。
3.—種SiC外延晶片的制造方法，包括: 使用SiC外延晶片的制造裝置，一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊制造在SiC單晶晶片的面上具有SiC外延層的SiC外延晶片的工序；和 對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層，測定以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下一個SiC外延晶片的工序， 所述SiC外延晶片的制造裝置，具備:基座，其具有載置晶片的晶片載置部；頂板，其與所述基座的上表面相對配置以在與所述基座之間形成反應(yīng)空間；和遮蔽板，其以阻止堆積物附著在所述頂板的下表面的程度，與所述頂板的下表面接近配置， 所述遮蔽板由碳化硅形成、或者所述遮蔽板的與所述基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SiC外延晶片的制造方法，所述測定的結(jié)果，在以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度超過規(guī)定密度的情況下，交換所述遮蔽板后制造下一個SiC外延晶片。
5.一種SiC外延晶片的制造方法，包括: 使用SiC外延晶片的制造裝置，一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊制造在SiC單晶晶片的面上具有SiC外延層的SiC外延晶片的工序；和 對于之前制造出的SiC外延晶片的SiC外延層，測定以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度后，制造下一個SiC外延晶片的工序， 所述SiC外延晶片的制造裝置，具備:基座，其具有載置晶片的晶片載置部；和頂板，其與所述基座的上表面相對配置以在與所述基座之間形成反應(yīng)空間， 所述頂板由碳化硅形成、或者所述頂板的與所述基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的SiC外延晶片的制造方法，所述測定的結(jié)果，在以腔室內(nèi)的構(gòu)件的材料片為起點的三角缺陷的面密度超過規(guī)定密度的情況下，交換所述頂板后制造下一個SiC外延晶片。
7.—種SiC外延晶片，是采用權(quán)利要求3~6的任一項所述的SiC外延晶片的制造方法制造的。
8.—種外延晶片 的制造裝置，具備: 基座，其具有載置晶片的晶片載置部； 頂板，其與所述基座的上表面相對配置以在與所述基座之間形成反應(yīng)空間；和遮蔽板，其以防止堆積物附著在所述頂板的下表面的程度，與所述頂板的下表面接近配置， 所述遮蔽板由碳化硅形成、或者所述遮蔽板的與所述基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆， 所述制造裝置一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊在晶片的面上形成外延層。
9.一種外延晶片的制造裝置，具備: 基座，其具有載置所述晶片的晶片載置部；和 頂板，其與所述基座的上表面相對配置以在與所述基座之間形成反應(yīng)空間， 所述頂板由碳化硅形成、或者所述頂板的與所述基座相對的面利用碳化硅膜或熱分解碳膜被覆， 所述制造裝置一邊向腔室內(nèi)供給原料氣體，一邊在晶片的面上形成外延層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的任一項所述的外延晶片的制造裝置，所述碳化硅膜或熱分解碳膜的膜厚為20~100 μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9的任一項所述的外延晶片的制造裝置，具有在所述基座的下表面一側(cè)和/或所述頂板的上表面一側(cè)配置的加熱單元。
【文檔編號】C30B29/36GK103649385SQ201280035315
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月19日
【發(fā)明者】影島慶明, 武藤大祐, 百瀨賢治, 宮坂佳彥 申請人:昭和電工株式會社