專利名稱：外延碳化硅單晶基板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及外延碳化硅(SiC)單晶基板及其制造方法。
背景技術：
碳化硅(SiC)由于耐熱性和機械強度優(yōu)異，物理、化學上穩(wěn)定而作為耐環(huán)境性半導體材料受到關注。另外，近年來，作為高頻高耐壓電子器件等的基板，SiC單晶基板的需求不斷提高。在使用SiC單晶基板制作電力器件、高頻器件等的情況下，通常，一般在基板上使用被稱為熱CVD法(熱化學蒸鍍法)的方法使SiC薄膜外延生長，或者采用離子注入法直接注入摻雜物，在后者的情況下，在注入后需要在高溫下進行退火，因此通過外延生長進行的薄膜形成多被采用。近年來，隨著SiC器件技術的發(fā)展，對于SiC外延基板也開始需求更加高品質(zhì)且大口徑的基板。外延生長所使用的SiC基板，從外延生長的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性方面出發(fā)使用了帶有偏離角度(偏斜角度、傾斜角度；Off angle)的基板，通常為8°。這樣的SiC基板，通過從表面為(0001)面的SiC錠帶有所希望的角度進行切取而制成，偏離角度越大，從1個錠得到的基板的數(shù)量越少，另外，隨著錠的大口徑化，長尺寸化變得困難。因此，為了效率良好地制造大口徑SiC基板，必須減小偏離角度，現(xiàn)在關于具有3英寸(75mm)以上的口徑的SiC 基板，具有6°或其以下的偏離角度的基板是主流，正在進行使用了該基板的外延生長的研但是，隨著偏離角度變小，存在于基板上的臺階的數(shù)量減少，因此在外延生長時難以引起階流(step-flow)生長，其結(jié)果，臺階(st印)彼此集合，產(chǎn)生所謂的臺階束 (step-bunching)0因此，作為抑制臺階束的產(chǎn)生的方法，在非專利文獻1中，曾報告了在進行外延生長時降低材料氣體(原料氣體)中所含有的碳和硅的原子數(shù)比(C/Si比)的方法。另外， 在專利文獻1中，通過將生長初期的C/Si比降低到0. 5 1. 0，可以抑制以螺位錯為起點的螺旋生長的發(fā)生，提高被周圍的大量的階流覆蓋的概率，減少外延缺陷。但是，如果降低C/Si比，則殘留氮容易被納入外延膜中，其作為施主起作用，因此提高膜的純度變得困難，不適合于實用。另外，在專利文獻2中曾公開了 為了得到晶體缺陷密度低、結(jié)晶性好的外延薄膜，在添加了氯化氫氣體的氣氛中使外延層生長。這是通過由添加了的氯化氫引起的蝕刻作用(基板表面的清潔化)，簡單地使外延薄膜降低晶體缺陷密度而使結(jié)晶性良好的方案。 具體地講，在偏離角度為8°的SiC基板上，在含有3 30毫升/分的HC1、0. 3毫升/分的SiH4的氣體的條件(如果按Cl/Si比計，則為10 100)下，即，在生長中使Cl/Si比增多到100這樣的氯化氫的比例，促進蝕刻作用的條件下，進行外延生長。另外，在專利文獻3 中曾公開了 在采用熱CVD法進行的外延生長的情況下，有部分地形成立方晶(3C結(jié)構(gòu))的 SiC這樣的問題，為了解決上述問題，與硅的氫化氣體、烴氣體和載氣一起同時地供給HCl氣體，可以使用以比以往小的傾斜角度傾斜(偏離角度小)的傾斜基板，使SiC外延層生長。另外，專利文獻4曾公開了外延生長前的SiC基板，使用Cl2氣和/或HCl氣體蝕刻SiC基板的表面以達到平滑。另外，專利文獻5中曾公開了 在采用1200°C左右的低溫度的CVD法的情況下，發(fā)生在氣相中形成硅粒子這樣的問題，為了解決上述問題，通過添加HCl氣體來發(fā)揮作用以使反應穩(wěn)定，在氣相中不形成硅粒子。另外，在專利文獻6中，為了促進低溫CVD法中的原料氣體的反應，在900°C以下的低溫區(qū)域也形成SiC晶膜，而在原料氣體中混合了 HCl氣體。 另外，由于是低溫CVD法，所以能夠在基板溫度為1400°C以下的溫度下進行鏡面生長。此外，在專利文獻7中，為了使碳化硅單晶膜的表面平坦，對原料氣體添加了 HCl氣體，制作了表面粗糙度約為5nm的膜。該表面粗糙度通過采用基板溫度為1350°C的CVD法，且相對于硅烷(SiH4)O. 2CCM的流量，HCl氣體為3CCM的流量(Cl/Si比為15)而得到。因此，今后在器件上的應用受到期待的SiC外延生長基板，如果隨著基板的大口徑化，變?yōu)槭褂闷x角度小的基板，則在現(xiàn)有技術中，變成在殘留了臺階束的外延膜上制作器件。本發(fā)明者們在偏離角度小的基板上制作器件并進行了詳細的研究，結(jié)果弄清了以下那樣的情況。在這樣的外延膜的表面產(chǎn)生多個凹凸，容易引起在器件電極下的電解集中。特別是考慮到向肖特基勢壘二極管、MOS晶體管等的應用的情況下，該電解集中作為柵漏電流變得顯著，使器件特性劣化。現(xiàn)有技術文獻專利文獻1 日本特開2008-74664號公報專利文獻2 日本特開2000-001398號公報專利文獻3 日本特開2006-321696號公報專利文獻4 日本特開2006-261563號公報專利文獻5 日本特開昭49-37040號公報專利文獻6 日本特開平2-157196號公報專利文獻7 日本特開平4-214099號公報非專利文獻 1 :S. Nakamura et al.，Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 42，p. L846 (2003)

發(fā)明內(nèi)容
如上述那樣，在現(xiàn)有技術中得到的偏離角度小的SiC基板、即6°以下的偏離角度的SiC基板中，得不到抑制了臺階束的發(fā)生的高品質(zhì)外延膜，存在器件特性和器件成品率不充分這樣的問題已變得明顯。另外，關于在SiC基板上使外延膜生長的方法，已知如上述的專利文獻所記載的方法。但是，專利文獻2和3并沒有公開在6°以下的偏離角度的SiC基板上進行外延生長的情況下，抑制臺階束的發(fā)生的內(nèi)容。實際上，本發(fā)明者們研究了這些文獻所公開的條件后，在6°以下的偏離角度的SiC基板中，得不到抑制了臺階束的發(fā)生的高品質(zhì)外延膜， 器件特性和器件成品率不充分。另外，同樣地研究了與專利文獻5 7同樣的條件，但在基板溫度低、6°以下的偏離角度的SiC基板中，得不到抑制了臺階束的發(fā)生的高品質(zhì)外延膜、即得不到具有變?yōu)閬喖{米水平以下的表面粗糙度那樣的平坦的表面的外延膜，器件特性和器件成品率不充分。本發(fā)明的目的是提供具有在使用了上述偏離角度為6°及其以下的基板的外延生長中抑制了臺階束的發(fā)生的高品質(zhì)外延膜的外延單晶基板及其制造方法。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)通過在外延生長時在流通的材料氣體(原料氣體)中在特定的條件下添加氯化氫氣體可以解決上述課題，從而完成了本發(fā)明。此外，采用上述方法抑制了臺階束的發(fā)生的結(jié)果，變得可以制作使用了偏離角度為6°以下的SiC基板的外延SiC單晶基板， 使用該外延SiC單晶基板詳細地研究了器件特性和器件成品率。在使用了偏離角度為6° 以下的SiC基板的外延SiC單晶基板中，得不到碳化硅單晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值) 為0. 5nm以下的薄膜，所以在該表面粗糙度水平下的器件特性和器件成品率未知，但是本發(fā)明者們使用由上述方法制作的外延SiC單晶基板進行了研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了 如果碳化硅單晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值)為0. 5nm以下，則器件特性和器件成品率顯著地提高。S卩，本發(fā)明的要旨如下。(1) 一種外延碳化硅單晶基板，是在偏離角度為6°以下的碳化硅單晶基板上形成了碳化硅單晶薄膜的外延碳化硅單晶基板，其特征在于，上述碳化硅單晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值)為0. 5nm以下。(2) 一種外延碳化硅單晶基板的制造方法，其特征在于，在偏離角度為6°以下的碳化硅單晶基板上，采用熱化學蒸鍍法使碳化硅單晶薄膜外延生長時，在流通含有碳和硅的原料氣體的同時，流通氯化氫氣體，氯化氫氣體中的氯原子數(shù)相對于原料氣體中的硅原子數(shù)的比(Cl/Si比)大于1. 0且小于20. 0。(3)根據(jù)上述(2)所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法，其特征在于，上述碳化硅單晶薄膜外延生長時的原料氣體中所含有的碳和硅的原子數(shù)比(C/Si比)為1.5以下。根據(jù)本發(fā)明，即使基板的偏離角度為6°及其以下，也能夠抑制臺階束的發(fā)生，可以提供具有表面粗糙度Ra值小的高品質(zhì)外延膜的SiC單晶基板。另外，本發(fā)明的制造方法是熱CVD法，因此裝置構(gòu)成容易且控制性也優(yōu)異，可得到均勻性、再現(xiàn)性高的外延膜。此外，使用了本發(fā)明的外延SiC單晶基板的器件，形成于表面粗糙度Ra值小的平坦性優(yōu)異的高品質(zhì)外延膜上，因此其特性和成品率提高。


圖1表示本發(fā)明的一例的SiC外延膜的生長順序。圖2表示根據(jù)本發(fā)明的一例生長的SiC外延膜的表面狀態(tài)的光學顯微鏡像。圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一例生長的SiC外延膜的表面AFM像。圖4表示形成于根據(jù)本發(fā)明的一例生長的SiC外延膜上的肖特基勢壘二極管的正向特性。圖5表示根據(jù)本發(fā)明的另一例生長的SiC外延膜的表面狀態(tài)的光學顯微鏡像。圖6表示基于現(xiàn)有技術的SiC外延膜的生長順序。圖7表示根據(jù)現(xiàn)有技術生長的SiC外延膜的表面狀態(tài)的光學顯微鏡像。圖8表示根據(jù)現(xiàn)有技術生長的SiC外延膜的表面AFM像。
具體實施例方式對于本發(fā)明的具體內(nèi)容進行敘述。首先，對于在SiC單晶基板上的外延生長進行敘述。本發(fā)明中優(yōu)選地用于外延生長的裝置是臥式的熱CVD裝置。熱CVD法由于裝置構(gòu)成簡單，可以通過氣體的開關(on/off)來控制生長，因此是外延膜的控制性、再現(xiàn)性優(yōu)異的生長方法。圖6將以往的進行外延膜生長時的典型的生長順序和氣體的導入定時一并表示。 首先，在生長爐中安置基板，將生長爐內(nèi)進行真空排氣后，導入氫氣將壓力調(diào)整到1XIO4 3X IO4Pa0其后，一邊將壓力保持為一定一邊提高生長爐的溫度，在1400°C左右進行10 30分鐘的、在氫氣中或者導入氯化氫而在氯化氫中的基板的蝕刻。這是用于除去伴隨研磨等的基板表面的變質(zhì)層、露出清潔的表面的工序。上述基板的蝕刻工序為了在碳化硅單晶膜的生長前使基板表面清潔而優(yōu)選，但是即使沒有該工序也可獲得本發(fā)明的效果。例如，若為已經(jīng)具有清潔的表面的基板，則也可以沒有基板的蝕刻工序。其后，將溫度提高到作為生長溫度的1500 1600°C或1500 1650°C，導入作為材料氣體(原料氣體)的SiH4和C2H4 以開始生長(即，為在1500°C以上生長這樣的熱CVD法)。SiH4流量是每分鐘40 50cm3、 C2H4流量是每分鐘20 40cm3或30 40cm3，生長速度是每小時6 7 μ m。因為通常所利用的外延層的膜厚為IOym左右，所以該生長速度是考慮生產(chǎn)率來決定的。在生長一定時間、得到了所希望的膜厚的時刻停止SiH4和C2H4的導入，在僅流通氫氣的狀態(tài)下降低溫度。溫度降低到常溫后，停止氫氣的導入，將生長室內(nèi)進行真空排氣，并將惰性氣體導入生長室，使生長室回復到大氣壓，其后取出基板。接著，利用圖6的生長順序說明本發(fā)明的內(nèi)容。安置SiC單晶基板，直到在氫或氯化氫中的蝕刻為止與圖6相同。其后，上升到1500 1600°C或者1500 1650°C的生長溫度，流通作為材料氣體的SiH4和C2H4來開始生長，但此時同時地也導入HCl氣體。優(yōu)選SiH4 流量是每分鐘40 50cm3，C2H4流量是每分鐘20 40cm3或者30 40cm3，HCl的流量是每分鐘40 IOOOcm3左右，以使得氣體中的Si和Cl的原子數(shù)之比(Cl/Si比)成為1. 0 20.0。生長速度與不流通HCl氣體的情況大致相同，在得到了所希望的膜厚的時刻停止SiH4 和C2H4以及HCl的導入。其后的步驟與不流通HCl氣體的情況相同。這樣通過同時地流通原料氣體和HCl氣體，即使是在具有6°及其以下這樣的小的偏離角的基板上也可得到抑制了表面的臺階束的發(fā)生的良好外延膜。這可如以下那樣地考慮。作為阻礙在生長表面的臺階流的一個原因，認為因SiH4 的分解而產(chǎn)生的Si原子在氣相中結(jié)合，其成為核而形成Si微滴(droplet)，附著到基板上。 或者，過量的Si原子在生長表面凝聚的可能性也不能否定。特別是認為隨著基板的偏離角度變小，臺階平臺(terrace)的寬度變大，上述的現(xiàn)象變得顯著起來。認為這是因為通過導入HCl氣體，HCl分解而產(chǎn)生的Cl在氣相中取得Si-Cl的形式，由此獲得抑制Si彼此的結(jié)合、或者使在生長表面的過量Si以SiHxCly的形式再蒸發(fā)等的效果，其結(jié)果，階流生長即使在具有小的偏離角的基板上也持續(xù)。另一方面，作為在偏離角度小的SiC基板上進行外延生長時，使用HCl的方法，有如上述那樣在專利文獻2和3中提出的方法。但是，專利文獻2的方法的情況下，目的是通過基板表面的清潔化來提高外延膜的品質(zhì)(減少蝕坑密度)。在其實施例中，是使用了 8°的偏離角度的基板的情況，并不是關于在具有6°及其以下的偏離角度的基板上進行外延生長時的防止臺階束發(fā)生的情況。另外，專利文獻3的方法的情況下，雖然也包含在具有 6°以下的偏離角的基板上外延生長的情況，但是作為添加HCl的效果，舉出了通過HCl的蝕刻來強制性地在基板表面形成臺階，通過增加臺階來防止在表面的3C-SiC的產(chǎn)生。因此，與利用HCl分解而產(chǎn)生的Cl和Si的反應使表面粗糙度Ra為0. 5nm以下的本發(fā)明基本上不同。S卩，在本發(fā)明中，在外延生長中與其原料氣體一起導入HCl氣體，如上述那樣，在本發(fā)明中并不是利用HCl的蝕刻作用，而是利用在氣相中取得Si-Cl的形式，抑制Si彼此的結(jié)合這樣的作用，所以外延膜的生長速度與不導入HCl的情況大致同樣地足夠大。具體地講，是幾乎不引起蝕刻作用那樣的HCl導入量少的條件(Cl/Si比為1. 0 20. 0的范圍)。 在專利文獻2中，如上述那樣，是偏離角度為8°的SiC基板，如果以Cl/Si比計則是以10 100的范圍在生長中導入HC1。但是，由于包含在生長中大量地導入Cl/Si比超過20這樣的HCl的條件，所以得不到本發(fā)明的上述效果。為了得到本發(fā)明的效果，重要的是使生長中導入的HCl的量以Cl/Si比計不超過20. 0。根據(jù)本發(fā)明，即使在具有6°及其以下這樣的小偏離角度(即，0° 6°的偏離角度)的基板上，也變得可得到抑制了表面的臺階束的發(fā)生的良好的外延膜，對于生長的外延層的厚度，考慮到通常所形成的器件的耐電壓、外延膜的生產(chǎn)率等的情況下，優(yōu)選為 5μπι 50μπι。另外，從外延膜的易生長度方面來看，優(yōu)選具有偏離角度超過0°的偏離角度的基板。此外，對于基板的偏離角度，如果為1°以下，則存在于表面的臺階的數(shù)量變少， 難以體現(xiàn)本發(fā)明的效果，因此優(yōu)選是大于1°且為6°以下。另外，生長時的氣體中所含有的Cl/Si比，如果小于1. 0則不體現(xiàn)添加了 HCl氣體的效果，如果大于20. 0則會進行由HCl 氣體引起的蝕刻，因此優(yōu)選為1. 0 20. 0的范圍，更加優(yōu)選為4. 0 10. 0的范圍。進一步優(yōu)選的Cl/Si比為4. 0以上且低于10. 0。此外，材料氣體中的C/Si比，為了促進階流生長而優(yōu)選為1. 5以下，但是如果小于 1.0則因所謂的位競爭(Site competition)效應，殘留氮的混入變大，外延膜的純度降低， 因此更加優(yōu)選為1. 0 1. 5的范圍。另外，在本發(fā)明中，偏離角度為6°以下的SiC基板，是直徑為2英寸以上(直徑 50mm以上)的尺寸的基板時，可更加顯著地得到本發(fā)明的效果。SiC基板小的情況下(例如直徑低于2英寸(直徑低于50mm)時)，熱CVD法中的基板的加熱容易在整個基板表面均勻地進行，其結(jié)果，難以引起臺階束的發(fā)生。因而，即使以本發(fā)明的條件導入HC1，有時也不能發(fā)揮抑制臺階束發(fā)生的效果。但是，即使是小的SiC基板，如果加熱法為不均勻，則變得容易引起臺階束的發(fā)生，所以顯著地得到本發(fā)明的效果。另一方面，如果SiC基板變大，達到直徑2英寸(直徑50mm)以上， 則難以均勻地加熱基板表面整體(難以保持為均勻的溫度)，所以晶體生長的速度會因位置而不同，其結(jié)果，變得容易發(fā)生臺階束。因此，對于這樣的容易發(fā)生臺階束的大的SiC基板而言，通過以本發(fā)明的條件導入HCl可以充分發(fā)揮抑制臺階束的發(fā)生這樣的效果。然后，根據(jù)本發(fā)明，通過在SiC單晶基板使外延膜生長時存在規(guī)定的流量的HCl氣體，可以得到表面粗糙度(Ra值)為0.5nm以下這樣的高品質(zhì)的SiC單晶薄膜。另外，表面粗糙度Ra是基于JIS B0601 :2001標準的算術平均粗糙度。在本發(fā)明的制造方法中若設為更加合適的條件，則可以容易地得到表面粗糙度(Ra值)為0.4nm以下的進一步高品質(zhì)的 SiC單晶薄膜。此外，根據(jù)本發(fā)明，制作具有包含表面粗糙度(Ra值)為0. 5nm以下在內(nèi)的表面粗糙度不同的各種的外延膜的SiC單晶基板，并調(diào)查了各自的器件特性和器件成品率。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下述的實施例所示，如果SiC單晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值)為0. 5nm以下，優(yōu)選為0. 4nm以下，則器件特性和器件成品率顯著地提高。在這樣地生長了的外延基板上合適地形成的器件是肖特基勢壘二極管、PIN 二極管、MOS 二極管、MOS晶體管等的特別是在電力控制用途中使用的器件。實施例(實施例1)在從2英寸(50mm)晶片用SiC單晶錠以約400 μ m的厚度切片，并實施了粗削和利用金剛石磨粒進行的通常研磨的具有4H型的多型的SiC單晶基板的Si面上，實施了外延生長?；宓钠x角為4°。作為生長的步驟，在生長爐中安置基板，并將生長爐內(nèi)進行真空排氣后，一邊導入150L/分鐘的氫氣一邊將壓力調(diào)整到1.0X104Pa。其后，一邊將壓力保持為一定一邊提高生長爐的溫度，到達1550°C后，流入IOOOcm3/分鐘的氯化氫，進行20 分鐘的基板的蝕刻。蝕刻后，將溫度升高到1600°C，使SiH4流量為40cm3/分鐘、C2H4流量為 22cm3/ 分鐘(C/Si = 1.1)、HCl 流量為 200cm3/ 分鐘(Cl/Si = 5. 0)來生長出 10 μ m 的外延層。此時的生長速度為7 μ m/小時左右。將這樣進行了外延生長的膜的表面的光學顯微鏡照片示于圖3，并且將表面AFM 像示于圖3。從圖2可知，表面變?yōu)殓R面，沒有產(chǎn)生臺階束。另外，從圖3可知，表面粗糙度 Ra值為0.21nm，這與8°傾斜基板上的外延生長膜的值大致等同。將使用這樣的外延膜形成了肖特基勢壘二極管(直徑200 μ m)時的二極管的正向特性示于圖4。從圖4可知，電流的上升時的線性良好，表示二極管的性能的η值為1.01，得到大體上理想的特性。另外，與上述同樣地，在相同的基板上進一步制作100個肖特基勢壘二極管，并進行了相同的評價后，全部沒有不良而顯示出同樣的特性。(實施例2)在與實施例1同樣地進行了切片、粗削、通常研磨的具有4Η型的多型的2英寸 (50mm)的SiC單晶基板的Si面上，實施了外延生長。基板的偏離角為4°。生長步驟、溫度等與實施例1相同，氣體流量是=SiH4流量設為40cm3/分鐘，C2H4流量設為22cm3/分鐘 (C/Si = 1. 1)，HC1流量設為400cm3/分鐘(Cl/Si = 10. 0)，生長出IOym的外延層。將生長后的外延膜的光學顯微鏡照片示于圖5。從圖5可知，該條件的情況下也為不產(chǎn)生臺階束的良好的膜。另外，從AFM評價來看，表面粗糙度Ra值為0. 16nm。生長后，與實施例1同樣地形成肖特基勢壘二極管，與在生長中不添加HCl的采用以往的方法的4°傾斜基板上的外延膜上形成的肖特基勢壘二極管一起評價了反向的耐電壓。將各自的二極管評價了 100 個的結(jié)果是，本發(fā)明的外延膜上的二極管的耐電壓(中央值)為340V，基于現(xiàn)有方法的外延膜(表面粗糙度Ra值為2. 5nm)上的二極管的耐電壓(中央值)為320V，本發(fā)明的外延膜上的二極管顯示出優(yōu)異的特性。在本發(fā)明的外延膜上制作了的100個二極管全部沒有不良。在基于現(xiàn)有方法的外延膜上制作了的100個二極管之中產(chǎn)生了 5個不良品。
(實施例3)在與實施例1同樣地進行了切片、粗削、通常研磨的具有4H型的多型的2英寸 (50mm)的SiC單晶基板的Si面上，實施了外延生長。基板的偏離角為4°。生長步驟、溫度等與實施例1相同，但氣體流量是SH4流量設為40cm3/分鐘、C2H4流量設為^cm3/分鐘 (C/Si = 1.4), HCl流量設為200cm3/分鐘(Cl/Si = 5. 0)，生長出IOym的外延層。生長后的外延膜是沒有產(chǎn)生臺階束的良好的膜，表面粗糙度Ra值為0. 23nm。與實施例1同樣地形成肖特基勢壘二極管，求取η值為1.01，可知該情況也得到了大體上理想的特性。另外， 與上述同樣地，在相同基板上進一步制作100個肖特基勢壘二極管，進行了相同的評價后， 全部沒有不良而顯示出同樣的特性。(實施例4)在與實施例1同樣地進行了切片、粗削、通常研磨的具有4Η型的多型的2英寸 (50mm)的SiC單晶基板的Si面上，實施了外延生長?；宓钠x角為2°。生長步驟、溫度等與實施例1相同，氣體流量是SH4流量設為40cm3/分鐘、C2H4流量設為20cm3/分鐘(C/ Si = 1.0), HCl流量設為400cm3/分鐘(Cl/Si = 10. 0)，生長出IOym的外延層。生長后的外延膜是沒有產(chǎn)生臺階束的良好的膜，表面粗糙度Ra值為0. 26nm0與實施例1同樣地形成了的肖特基勢壘二極管的η值為1. 02，可知該情況也得到了大體上理想的特性。另外，與上述同樣地，在相同基板上進一步制作100個肖特基勢壘二極管，進行了相同的評價后，全部沒有不良而顯示出同樣的特性。(實施例5)在與實施例1同樣地進行了切片、粗削、通常研磨的具有4Η型的多型的2英寸 (50mm)的SiC單晶基板的Si面上，實施了外延生長?；宓钠x角為6°。生長步驟、溫度等與實施例1相同，氣體流量是SiH4流量設為40cm3/分鐘，C2H4流量設為22cm3/分鐘(C/ Si = 1. 1)，HCl流量設為200cm3/分鐘(Cl/Si = 5.0)，生長出10 μ m的外延層。生長后的外延膜是沒有產(chǎn)生臺階束的良好的膜，表面粗糙度Ra值為0. 19nm。使用該外延膜和采用現(xiàn)有的方法形成了的6 °傾斜基板上的外延膜，與實施例2同樣地評價了 50個肖特基勢壘二極管的反向耐電壓。結(jié)果，本發(fā)明的外延膜上的二極管的耐電壓(中央值)為350V，基于現(xiàn)有方法的外延膜(表面粗糙度Ra值為2nm)上的二極管的耐電壓(中央值)為330V，使用了本發(fā)明的外延膜上的二極管顯示出優(yōu)異的特性。在采用本發(fā)明的外延膜上制作了的100 個的二極管全部沒有不良。在采用現(xiàn)有方法的外延膜上制作了的100個的二極管之中產(chǎn)生了 5個不良品。(實施例6 17)在與實施例1同樣地進行了切片、粗削、通常研磨的具有4H型的多型的2英寸 (50mm)的SiC單晶基板的Si面上，實施了外延生長。生長步驟、溫度等與實施例1相同， 如表1那樣地改變基板的偏離角度、C/Si比、Cl/Si比，生長出10 μ m的外延層。生長后的外延膜是沒有產(chǎn)生臺階束的良好的膜，表1示出了生長后的外延膜表面粗糙度Ra值和與實施例1同樣地形成了的肖特基勢壘二極管的η值?？芍猂a值全部為0.4nm以下，得到了平坦性優(yōu)異的膜，另外，η值也在1.03以下，得到了大體上理想的二極管特性。另外，在實施例1 17中，生長前采用氯化氫進行了基板的蝕刻，但即使省略該過程，生長后的Ra值也沒有看到變化。另外，實施例6是Ra值為0.4nm，η值為1. 03，但基板不帶有偏離角度，所以晶體生長速度慢，與使用了帶有偏離角度的基板的情況下相比，成膜為ΙΟμπι的厚度花費了較長時間。
表 權(quán)利要求
1.一種外延碳化硅單晶基板，是在偏離角度為6°以下的碳化硅單晶基板上形成了碳化硅單晶薄膜的外延碳化硅單晶基板，其特征在于，所述碳化硅單晶薄膜表面的表面粗糙度即Ra值為0. 5nm以下。
2.—種外延碳化硅單晶基板的制造方法，其特征在于，在偏離角度為6°以下的碳化硅單晶基板上，采用熱化學蒸鍍法使碳化硅單晶薄膜外延生長時，在流通含有碳和硅的材料氣體的同時，流通氯化氫氣體，氯化氫氣體中的氯原子數(shù)相對于材料氣體中的硅原子數(shù)之比即Cl/Si比大于1. 0且小于20. 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外延碳化硅單晶基板的制造方法，其特征在于，外延生長所述碳化硅單晶薄膜時的材料氣體中所含有的碳和硅的原子數(shù)比即C/Si比為1. 5以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有在使用了偏離角度為6°及其以下的基板的外延生長中抑制了臺階束的發(fā)生的高品質(zhì)外延膜的外延SiC單晶基板及其制造方法。本發(fā)明的外延碳化硅單晶基板，是在偏離角度為6°以下的碳化硅單晶基板上形成了碳化硅單晶薄膜的外延碳化硅單晶基板，其特征在于，所述碳化硅單晶薄膜表面的表面粗糙度(Ra值)為0.5nm以下。
文檔編號C30B25/20GK102301043SQ201080005900
公開日2011年12月28日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者中林正史, 星野泰三, 柘植弘志, 矢代弘克, 勝野正和, 藍鄉(xiāng)崇, 藤本辰雄 申請人:新日本制鐵株式會社