碳化硅衬底、半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及碳化硅衬底、半导体器件及其制造方法。该碳化硅衬底(1)具有第一主面(1A)和面对第一主面(1A)的第二主面(1B)。包含第一主面(1A)和第二主面(1B)中的至少一个的区域包括单晶碳化硅。在该主面中的一个上，硫原子以60×1010原子/cm2到2000×1010原子/cm2的范围存在，作为杂质的碳原子以3at％到25at％的范围存在。由此，可以提供具有稳定表面的碳化硅衬底、使用该碳化硅衬底的半导体器件及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
本申请是国家申请号为201380009719.5(国际申请号PCT/JP2013/053516，国际申请日2013年2月14日，专利技术名称“碳化硅衬底、半导体器件及其制造方法”)之申请的分案申请。
本专利技术涉及碳化硅衬底、半导体器件及其制造方法。更具体地讲，本专利技术涉及能够提高半导体器件特性的良率的碳化硅衬底、使用该衬底的半导体器件及其制造方法。
技术介绍
近年来，为了实现半导体器件的更高击穿电压和更低损耗、在高温环境下使用半导体器件等，已越来越多地采用碳化硅作为形成半导体器件的材料。由于碳化硅相比于由诸如氮化镓的氮化物制成的半导体时具有优异的导热性，因此对于高压和大电流下的高功率应用而言，碳化硅作为半导体器件的衬底是极佳的。为了在衬底上形成高质量的外延层，衬底可以在形成外延层之前经受表面处理。例如，日本专利特开No.2010-163307(专利文献1)描述了一种氮化硅衬底，该氮化硅衬底具有包含3at％至25at％的碳和5×1010原子/cm2至200×1010原子/cm2的p型金属元素的表面层。由此，得到具有稳定化表面的氮化硅衬底。引用列表专利文献PTL1：日本专利特开No.2010-163307
技术实现思路
技术问题然而，表面的状态取决于衬底材料而不同，从而导致表面氧化和杂质吸附或粘附于表面的容易度存在差异。因此，即使日本专利特开No.2010-163307中描述的方法应用于碳化硅衬底，也难以得到具有稳定化表面的碳化硅衬底。本专利技术致力于解决此问题，本专利技术的一个目的在于提供具有稳定化表面的碳化硅衬底、使用碳化硅衬底的半导体器件及其制造方法。问题的解决方法本专利技术的专利技术人已研究碳化硅衬底的表面的状态与使用碳化硅衬底的半导体器件的特性之间的关系。结果，专利技术人已发现，半导体器件的特性因其上将形成外延生长层的碳化硅衬底主表面中存在杂质元素而受到影响。专利技术人还获得的发现是，半导体器件的性质取决于杂质元素的类型而不同。具体地讲，当碳化硅衬底表面中存在许多杂质时，因为与衬底的晶格匹配受阻，所以外延生长被禁止。另外，当用气氛中的氧在碳化硅衬底的表面上形成原生氧化物膜时，通过与衬底晶格匹配而生长的外延层的质量劣化。另外，来自气氛的作为杂质的硅(Si)有可能粘附到碳化硅衬底的表面上。当硅增加时，在碳化硅衬底和外延层之间的界面处形成堆积层(piled-uplayer)，从而界面处的电阻减小。当界面处的电阻减小时，电流向着衬底泄漏，从而造成半导体器件的特性劣化。具体地讲，在横向半导体器件中，由于漏电流而导致的半导体器件的特性劣化更明显。作为认真研究的结果，专利技术人已得到以下的发现。由于在碳化硅衬底表面中存在一定量的硫原子和作为杂质的碳原子，导致表面的氧化和杂质的增加被抑制，由此，可以抑制在表面上形成的外延层的质量劣化。另外，由于在碳化硅衬底表面中存在一定量的硫原子和作为杂质的碳原子，导致抑制了作为杂质的硅粘附于碳化硅衬底的表面。因此，可以抑制碳化硅衬底和外延层之间的界面处的电阻减小。结果，可以提高使用碳化硅衬底制造的半导体器件的良率。如上所述，已发现，由于在碳化硅衬底表面中存在一定量的硫原子和作为杂质的碳原子，导致碳化硅衬底的表面变稳定，使用该衬底形成的半导体器件的良率可以提高。根据本专利技术的一种碳化硅衬底具有第一主表面和与所述第一主表面相反的第二主表面。包括第一和第二主表面中的至少一个主表面的区域由单晶碳化硅制成。硫原子在一个主表面中以不小于60×1010原子/cm2且不大于2000×1010原子/cm2存在，作为杂质的碳原子在一个主表面中以不小于3at％且不大于25at％存在。根据按照本专利技术的碳化硅衬底，在一个表面中的硫原子的存在比率不小于60×1010原子/cm2且不大于2000×1010原子/cm2，在一个表面中的作为杂质的碳原子的存在比率不小于3at％且不大于25at％。由于硫原子的存在比率不小于60×1010原子/cm2并且作为杂质的碳原子的存在比率不小于3at％，因此碳化硅衬底具有稳定的表面。另外，由于硫原子的存在比率不大于2000×1010原子/cm2并且作为杂质的碳原子的存在比率不大于25at％，因此由于与衬底的晶格匹配受阻而导致的外延生长被禁止可以得到抑制。结果，可以提供能够提高半导体器件良率的碳化硅衬底。注意的是，可以例如通过TXRF(全反射X射线荧光分析)等测量碳化硅衬底主表面中的硫原子的存在比率。另外，可以通过AES(俄歇电子能谱)、XPS(X射线光电子能谱)等测量碳化硅衬底主表面中的碳原子的存在比率。在通过这些分析方法进行测量时，基于从主表面至约5nm深度的区域中的信息，测量杂质元素的存在比率。也就是说，在本应用中，碳化硅衬底主表面中的元素的存在比率意味着从主表面到约5nm深度的区域中的元素的存在比率。注意的是，由于XPS评价结合能，因此可以分别地评价构成碳化硅的碳和粘附于表面的有机物质等中包含的碳，也就是说，作为杂质的碳。具体地讲，通过观察XPS谱线中的峰偏移(化学偏移)，在约281eV至283eV检测到的碳被确定是Si-C的碳，在约284eV至293eV检测到的碳被确定是作为粘附于衬底表面的杂质的碳。作为杂质的碳原子是指例如作为杂质粘附于碳化硅衬底的碳原子。换句话讲，作为杂质的碳原子是指没有碳化硅结合的碳原子。作为杂质的碳原子的示例包括处于诸如C-C、C-H、C＝C、C-OH或O＝C-OH的结合状态的碳原子。优选地，在该一个主表面中存在的氯原子不大于3000×1010原子/cm2。由此，可以抑制外延生长层的质量降低。另外，碳化硅衬底具有稳定的表面。结果，可以提供能够提高半导体器件良率的碳化硅衬底。注意的是，可以例如通过TXRF等测量碳化硅衬底主表面中的氯原子的存在比率。优选地，在碳化硅衬底中，在该一个主表面中存在的氧原子不小于3at％且不大于30at％。由于氧原子的存在比率不小于3at％，因此碳化硅衬底具有稳定的表面。另外，由于氧原子的存在比率不大于30at％，因此可以抑制外延生长层的质量降低。结果，可以提供能够提高半导体器件良率的碳化硅衬底。注意的是，可以通过AES、XPS等测量碳化硅衬底的主表面中的氧原子的存在比率。优选地，在碳化硅衬底中，在该一个主表面中存在的金属杂质不大于4000×1010原子/cm2。由此，可以抑制外延生长层的质量降低。另外，碳化硅衬底具有稳定的表面。结果，可以提供能够提高半导体器件良率的碳化硅衬底。注意的是，可以通过TXRF等测量碳化硅衬底的主表面中的金属杂质的存在比率。优选地，在碳化硅衬底中，当用均方根粗糙度Rq(参见日本工业标准：JIS)评价时，该一个主表面具有不大于0.5nm的粗糙度。这允许在一个主表面上容易地形成高质量的外延生长层。结果，可以提供能够提高半导体器件良率的碳化硅衬底。注意的是，可以例如用AFM(原子力显微镜)、光学干涉型粗糙度测量仪、触针型粗糙度测量仪等测量主表面的表面粗糙度。优选地，碳化硅衬底具有不小于110mm的直径。在使用这种大直径衬底制造半导体器件的过程中，可以提高半导体器件的制造效率，可以抑制其制造成本。优选地，碳化硅具有不小于125mm且不大于300mm的直径。从提高产率的观点来看，期望的是具有大致125m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅衬底，包括：第一主表面；以及第二主表面，所述第二主表面与所述第一主表面相反，包括所述第一主表面和所述第二主表面中的至少一个主表面的区域由单晶碳化硅制成，硫原子以不小于60×1010原子/cm2且不大于2000×1010原子/cm2存在于所述一个主表面中，并且作为杂质的碳原子以不小于3at％且不大于25at％存在于所述一个主表面中。

【技术特征摘要】
2012.04.02 JP 2012-0836101.一种碳化硅衬底，包括：第一主表面；以及第二主表面，所述第二主表面与所述第一主表面相反，包括所述第一主表面和所述第二主表面中的至少一个主表面的区域由单晶碳化硅制成，硫原子以不小于60×1010原子/cm2且不大于2000×1010原子/cm2存在于所述一个主表面中，并且作为杂质的碳原子以不小于3at％且不大于25at％存在于所述一个主表面中。2.根据权利要求1所述的碳化硅衬底，其中，氯原子以不大于3000×1010原子/cm2存在于所述一个主表面中。3.根据权利要求1或2所述的碳化硅衬底，其中，氧原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：石桥惠二，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP