本發(fā)明涉及碳化硅外延晶片的制造方法及制造裝置。

背景技術(shù)：

近年來，由于與硅半導(dǎo)體相比，帶隙、絕緣破壞電場強度、飽和漂移速度、導(dǎo)熱度均相對較大，因此碳化硅(以下記為SiC)半導(dǎo)體主要作為電力控制用功率器件材料而受到矚目。事實上，作為使用了該SiC半導(dǎo)體的功率器件，由于能夠?qū)崿F(xiàn)電力損耗的大幅度降低、小型化等，能夠?qū)崿F(xiàn)電源電力變換時的節(jié)能化，因此在電動車輛的高性能化、太陽能電池系統(tǒng)等的高功能化等低碳社會的實現(xiàn)方面成為關(guān)鍵器件。

在制作SiC功率器件時，大多在SiC塊狀單晶襯底之上預(yù)先通過熱CVD法(熱化學(xué)氣相沉積法)等而使成為半導(dǎo)體器件有源區(qū)域的層進行外延生長。在這里，所謂有源區(qū)域，是指在對晶體中的摻雜密度及膜厚精密地進行控制的基礎(chǔ)上制作出的包含生長方向軸的截面區(qū)域。除塊狀單晶襯底以外還需要上述外延生長層的理由在于，根據(jù)器件的規(guī)格，摻雜密度及膜厚已大致確定，通常，要求比塊狀單晶襯底的摻雜密度及膜厚更高的精度。

以下將在SiC塊狀單晶襯底之上形成了外延生長層的晶片稱為外延晶片。碳化硅半導(dǎo)體裝置是對碳化硅外延晶片實施各種加工而制作的。如果在碳化硅外延晶片存在缺陷，則在碳化硅半導(dǎo)體裝置局部地產(chǎn)生不能保持高電壓的部位，產(chǎn)生泄漏電流。如果上述缺陷的密度增加，則制造碳化硅半導(dǎo)體裝置時的合格率下降。

在制造碳化硅外延晶片時，碳化硅不僅附著于晶片，還附著于生長爐的內(nèi)壁、對晶片進行載置的晶片托架的表面。由于該附著的碳化硅在構(gòu)造上較脆弱，因此容易成為碳化硅顆粒。如果碳化硅顆粒附著于晶片的表面，則以該部位為起點而產(chǎn)生掉落物缺陷(downfall)、三角缺陷等晶體缺陷。

作為使成為上述晶體缺陷的原因的碳化硅顆粒減少的方法，提出了下述方法，即，通過由三氟化氯進行的蝕刻而對附著于晶片托架的碳化硅進行清除(例如參照專利文獻1)。另外，還提出了下述方法，即，通過使用含有七氟化碘的清除氣體，從而對碳化硅進行清除，而不會對部件的基材、即石墨進行蝕刻而造成損傷(例如參照專利文獻2)。

專利文獻1：日本專利第5542560號公報

專利文獻2：日本特開2014－154865號公報

在專利文獻1的方法中，由于不僅附著的碳化硅被蝕刻，就連生長爐內(nèi)的部件、晶片托架的保護膜即碳化硅覆膜也被蝕刻，因此清除難以進行管理。另外，對于三氟化氯，除了會腐蝕裝置、配管以外，還需要專用的去除設(shè)備，因此在運用方面、成本方面伴有困難。另外，由于碳化硅與硅相比蝕刻速度較慢，因此清除需要長時間，同時，難以徹底地去除碳化硅。

另外，在專利文獻2的方法中，使用不對石墨進行蝕刻的七氟化碘，但與專利文獻1同樣地，由于生長爐內(nèi)的部件、晶片托架的保護膜即碳化硅覆膜被蝕刻，因此清除難以進行管理。如上所述，在將氟化類氣體作為清除氣體使用的情況下，存在對除附著的碳化硅以外的部件進行蝕刻的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于得到一種制造方法及制造裝置，該制造方法及制造裝置能夠制造晶體缺陷少的碳化硅外延晶片，而不會損傷生長爐內(nèi)的部件、晶片托架。

本發(fā)明所涉及的碳化硅外延晶片的制造方法的特征在于，具有下述工序，即：將清除氣體導(dǎo)入至生長爐內(nèi)而將附著于所述生長爐的內(nèi)壁面的樹枝狀碳化硅去除；在導(dǎo)入所述清除氣體后，將碳化硅襯底搬入至所述生長爐內(nèi)；以及將工藝氣體導(dǎo)入至所述生長爐內(nèi)，在所述碳化硅襯底之上使碳化硅外延層生長而制造碳化硅外延晶片，將具有大于或等于1.6E－4[J]的流體能量的所述清除氣體導(dǎo)入至所述生長爐內(nèi)。

發(fā)明的效果

在本發(fā)明中，將具有大于或等于1.6E－4[J]的流體能量的清除氣體導(dǎo)入至生長爐內(nèi)。由此，能夠制造晶體缺陷少的碳化硅外延晶片，而不會損傷生長爐內(nèi)的部件、晶片托架。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的碳化硅外延晶片的制造裝置的剖視圖。

圖2是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的碳化硅外延晶片的制造工序的流程圖。

圖3是表示生長爐內(nèi)的清除氣體的流體能量、和此時在生長爐內(nèi)殘留的顆粒數(shù)的相對值之間的關(guān)系的圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的碳化硅外延晶片的制造工序的流程圖。

圖5是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的碳化硅外延晶片的制造裝置的變形例的剖視圖。

標(biāo)號的說明

1生長爐、2碳化硅襯底、3晶片托架、4工藝氣體導(dǎo)入口、5工藝氣體排氣口、6清除氣體導(dǎo)入口、7清除氣體排氣口、9碳化硅外延層、10碳化硅外延晶片、11擋板

具體實施方式

參照附圖，對本發(fā)明的實施方式所涉及的碳化硅外延晶片的制造方法及制造裝置進行說明。對相同或者相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號，有時省略重復(fù)的說明。

實施方式1

圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的碳化硅外延晶片的制造裝置的剖視圖。在進行外延生長的生長爐1(外延生長爐)內(nèi)，設(shè)置有對碳化硅襯底2進行載置的晶片托架3。工藝氣體(process gas)導(dǎo)入口4在外延生長工序時將包含載氣和原料氣體的工藝氣體導(dǎo)入至生長爐1內(nèi)。工藝氣體排氣口5將從工藝氣體導(dǎo)入口4導(dǎo)入的工藝氣體從生長爐1排出。

清除氣體導(dǎo)入口6在清除工序時將清除氣體導(dǎo)入至生長爐1內(nèi)，該清除氣體用于將附著于生長爐1的內(nèi)壁面的樹枝狀碳化硅去除。氣體排氣口7將從清除氣體導(dǎo)入口6導(dǎo)入的清除氣體從生長爐1排出。氣體導(dǎo)入條件控制部8對與工藝氣體導(dǎo)入口4及清除氣體導(dǎo)入口6連接的氣體流量控制裝置、壓力控制裝置進行控制，對清除工序或者外延工序中的工藝氣體及清除氣體的導(dǎo)入條件(氣體流量和壓力)進行控制。清除氣體導(dǎo)入口6經(jīng)由氣體導(dǎo)入條件控制部8與清除氣體的儲氣瓶(未圖示)連接。

圖2是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的碳化硅外延晶片的制造工序的流程圖。下面，使用圖1、2對碳化硅外延晶片的制造工序進行說明。

首先，在將晶片托架3搬入至生長爐1內(nèi)的狀態(tài)下將清除氣體導(dǎo)入至生長爐1而將附著于生長爐1的內(nèi)壁及晶片托架3的樹枝狀碳化硅去除(步驟S1)。將該工序稱為清除工序。但是，在不需要針對晶片托架3的清除的情況下，也可以預(yù)先將晶片托架3從生長爐1搬出。關(guān)于清除工序中的清除氣體的導(dǎo)入條件在后面記述。

然后，將碳化硅襯底2載置于晶片托架3之上，并搬入至生長爐1內(nèi)(步驟S2)。然后，將工藝氣體導(dǎo)入至生長爐1內(nèi)，在碳化硅襯底2之上使碳化硅外延層9進行生長而制造碳化硅外延晶片10(步驟S3)。然后，將所完成的碳化硅外延晶片10從生長爐1搬出(步驟S4)。通過以上的工序，制造出碳化硅外延晶片10。

在這里，對清除工序的意義進行說明。在外延生長工序中，碳化硅外延層9在碳化硅襯底2之上生長，但是同時，碳化硅還附著于生長爐1的內(nèi)壁面、晶片托架3而樹枝狀地生長。并且，由于工藝氣體導(dǎo)入時的氣流的變動，構(gòu)造上較脆弱的樹枝狀的纖細(xì)部位被切斷及剝離而產(chǎn)生碳化硅顆粒。如果不對該碳化硅顆粒進行去除(清除)，則在隨后的外延生長工序中，由于所導(dǎo)入的氣體的氣流變動導(dǎo)致該碳化硅顆粒在生長爐1內(nèi)飛散而附著于碳化硅外延晶片10的外延生長面，產(chǎn)生與之相伴的晶體缺陷。清除工序(步驟S1)是為了避免上述狀況的工序。

下面，對清除工序中的清除氣體的導(dǎo)入條件進行說明。首先，對氣體的流體能量進行說明。流體能量表示清除工序中的氣體的總能量，如果將在清除工序中流動的氣體的合計質(zhì)量設(shè)為m[kg]，將此時的氣體的流速設(shè)為v[m/s]，則流體能量由以下算式1定義。

【算式1】

在這里，氣體的合計質(zhì)量m由氣體的種類和氣體的總流量決定，流速v根據(jù)氣體流量和生長爐1的截面積、生長爐1內(nèi)的壓力進行計算。

圖3是表示生長爐內(nèi)的清除氣體的流體能量、和此時在生長爐內(nèi)殘留的顆粒數(shù)的相對值之間的關(guān)系的圖。在這里，在將控制為某個流體能量的清除氣體導(dǎo)入至生長爐1后，將例如硅晶片向生長爐1內(nèi)輸送，將例如氬氣導(dǎo)入。然后，將硅晶片搬出。通過利用顆粒計數(shù)器對在所搬出的硅晶片之上沉積的顆粒進行計數(shù)，從而得到“殘留的顆粒數(shù)”。圖3的縱軸示出將流體能量為8.0E－5[J]的情況下所殘留的顆粒數(shù)設(shè)為1的相對值。根據(jù)圖3，在流體能量大于或等于1.6E－4[J]的情況下，顆粒數(shù)的相對值急劇地降低至小于或等于0.08。這表示，通過大于或等于1.6E－4[J]的流體能量，從而能夠去除附著于生長爐1的內(nèi)壁面及晶片托架3的碳化硅。另外，在流體能量為8.1E－4[J]的情況下，能夠進一步使顆粒數(shù)的相對值降低至小于或等于0.015。并且，在流體能量為2.0E－2[J]的情況下，能夠使顆粒數(shù)的相對值降低至小于或等于0.005。在這里，不特別地設(shè)定流體能量的上限值，但在通常的生長爐的情況下，由于如果流體能量比1.0E－1[J]大，則清除工序時間變得非常長，可能導(dǎo)致生產(chǎn)率下降，因此優(yōu)選流體能量小于或等于1.0E－1[J]。

因此，在本實施方式中，在清除工序(步驟S1)中，將相對于該工序的氣體總量具有大于或等于1.6E－4[J]的流體能量的清除氣體導(dǎo)入至生長爐1內(nèi)。此時，氣體導(dǎo)入條件控制部8將清除氣體的流體能量控制為大于或等于1.6E－4[J]。通過該清除工序，從而能夠在外延工序之前將附著于生長爐1的內(nèi)壁面及晶片托架3的樹枝狀碳化硅去除。因此，在外延生長工序中的工藝氣體導(dǎo)入時幾乎不產(chǎn)生碳化硅顆粒。因此，能夠形成由碳化硅顆粒引起的晶體缺陷大幅度降低的碳化硅外延晶片10。

另外，清除氣體是氬氣、氮氣等非活性氣體或者氫氣。因此，由于清除氣體不是對碳化硅進行蝕刻的蝕刻氣體，因此不擔(dān)心在清除工序中生長爐1內(nèi)的部件、晶片托架3的保護膜即碳化硅覆膜被蝕刻，易于管理。其結(jié)果，根據(jù)本實施方式，能夠制造晶體缺陷少的碳化硅外延晶片10，而不會損傷生長爐1內(nèi)的部件、晶片托架3。并且，通過使用該碳化硅外延晶片10，從而能夠制作晶體缺陷少、廉價且成品率高的碳化硅器件。

另外，晶片托架3的載置面與生長爐1的頂面相對。附著于生長爐1的頂面(上表面)的碳化硅與附著于生長爐1的其他部位的碳化硅相比，更容易成為晶體缺陷的原因，其中，該生長爐1的頂面位于與碳化硅外延晶片10的外延生長面相對的位置。另外，對于生長爐1的頂面，由于附著的碳化硅的量比生長爐1的其他部位多，因此需要重點地進行清除。因此，清除氣體導(dǎo)入口6以使清除氣體沿生長爐1的頂面流動的方式與晶片托架3相比在上方設(shè)置于生長爐1的側(cè)面。由此，能夠以短時間、并且高效地將附著于與碳化硅外延晶片10的外延生長面相對的頂面的碳化硅去除。

另外，清除氣體排氣口7是用于在清除工序中對碳化硅顆粒進行回收的、清除專用的氣體排氣口。在生長爐1中，由于用于外延生長的工藝氣體在水平方向(圖1的紙面的左右方向)上流動，因此工藝氣體排氣口5設(shè)置于工藝氣體導(dǎo)入口4的相反側(cè)。在該情況下，未到達工藝氣體排氣口5的碳化硅顆粒沒有得到回收，而積存于生長爐1的底面。并且，在生長爐1的底面積存的碳化硅顆粒在外延生長時的工藝氣體導(dǎo)入時揚起，附著于碳化硅外延晶片10的外延生長面，成為晶體缺陷的原因。因此，清除氣體排氣口7設(shè)置于生長爐1的底面。由此，能夠高效地對未到達工藝氣體排氣口5而在生長爐1的底面積存的碳化硅顆粒進行回收。因此，由于在外延生長時的氣體導(dǎo)入時碳化硅顆粒不會揚起，因此能夠降低晶體缺陷。此外，清除氣體排氣口7能夠與工藝氣體排氣口5同時使用，能夠共用用于工藝氣體的真空泵、壓力調(diào)整閥等。

實施方式2

圖4是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的碳化硅外延晶片的造工序的流程圖。在本實施方式的制造工序中使用的制造裝置與實施方式1相同。

首先，與實施方式1同樣地實施清除工序(步驟S1)、碳化硅襯底2的輸送工序(步驟S2)以及外延生長工序(步驟S3)，形成碳化硅外延晶片10。由于這些步驟與實施方式1相同，因此省略詳細(xì)的說明。由于在清除工序(步驟S1)中將附著于生長爐1的內(nèi)壁面及晶片托架3的樹枝狀碳化硅去除后實施外延生長工序(步驟S3)，因此在外延生長工序中幾乎不產(chǎn)生碳化硅顆粒。因此，能夠形成由碳化硅顆粒引起的晶體缺陷大幅度降低的碳化硅外延晶片10。

然后，不將所完成的碳化硅外延晶片10從生長爐1搬出，而是就此實施清除工序(步驟S5)。然后，將所完成的碳化硅外延晶片10從生長爐1搬出(步驟S4)。在清除工序(步驟S5)中，與實施方式1的清除工序(步驟S1)同樣地，將具有大于或等于1.6E－4[J]的流體能量的清除氣體導(dǎo)入至生長爐1內(nèi)，而并非是導(dǎo)入對碳化硅進行蝕刻的蝕刻氣體。

在實施方式1中，在將所完成的碳化硅外延晶片10從生長爐1搬出后實施清除工序，但本實施方式中則是以將碳化硅外延晶片10載置于生長爐1內(nèi)的狀態(tài)實施清除工序。由此，有時碳化硅顆粒會附著于碳化硅外延晶片10，但由于已經(jīng)是在外延生長之后，因此附著的碳化硅顆粒不會成為晶體缺陷的原因。其結(jié)果，能夠制造晶體缺陷少的碳化硅外延晶片10，而不會損傷生長爐1內(nèi)的部件、晶片托架3。

圖5是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的碳化硅外延晶片的制造裝置的變形例的剖視圖。在以將碳化硅外延晶片10載置于生長爐1內(nèi)的狀態(tài)實施清除工序的情況下，也可以使用如圖5所示那樣在碳化硅襯底2之上具有擋板(shutter)11的制造裝置。該擋板11在外延工序(步驟S3)中沒有覆蓋在碳化硅襯底2之上，僅在將清除氣體導(dǎo)入至生長爐1內(nèi)的清除工序(步驟S5)中配置于碳化硅外延晶片10之上。由此，能夠防止碳化硅顆粒附著于碳化硅外延晶片10之上。

通常，在將結(jié)束了外延工序的碳化硅外延晶片10從生長爐1搬出前，進行利用非活性氣體而對生長爐1內(nèi)的生長氣體進行置換的循環(huán)凈化(cycle purge)。因此，也可以將清除工序(步驟S5)和循環(huán)凈化相結(jié)合。由此，能夠使清除工序?qū)χ圃旃?jié)拍產(chǎn)生的影響減小。

以上的實施方式1、2的記述是對能夠應(yīng)用本發(fā)明的方式進行例示的內(nèi)容，本發(fā)明不限于此。關(guān)于本發(fā)明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠?qū)Ω鲗嵤┓绞竭m當(dāng)?shù)剡M行變形、省略，能夠?qū)Ω鲗嵤┓绞阶杂傻剡M行組合。例如能夠如圖4的虛線箭頭所示那樣對工序進行變更。