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公開番号2024089353
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-03
出願番号2022204662
出願日2022-12-21
発明の名称半導体装置の製造方法
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H01L 21/336 20060101AFI20240626BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ドーパント濃度が均一なSiC層を形成し得る技術を提供すること。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、チャンバ(90)内に、Cを含む第1原料ガス、Siを含む第2原料ガス、及び、ドーパントガスを供給することによって、チャンバ内に配置された半導体基板(28b)上にエピタキシャル成長によってn型のSiC層(28a)を形成する第1工程と、チャンバ内に、第1原料ガス、第2原料ガス、及び、ドーパントガスを供給することによって、エピタキシャル成長によってSiC層の厚みを増加させる第2工程と、を備える。第2工程では第1工程よりも、第1原料ガスと第2原料ガスの総流量が高く、第2工程では第1工程よりも、第1原料ガスの流量を第2原料ガスの流量で除算した値である炭素供給比が低い。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
チャンバ（９０）内に、Ｃを含む第１原料ガス、Ｓｉを含む第２原料ガス、及び、ドーパントガスを供給することによって、前記チャンバ内に配置された半導体基板（２８ｂ）上にエピタキシャル成長によってｎ型のＳｉＣ層（２８ａ）を形成する第１工程と、
前記チャンバ内に、前記第１原料ガス、前記第２原料ガス、及び、前記ドーパントガスを供給することによって、エピタキシャル成長によって前記ＳｉＣ層の厚みを増加させる第２工程と、
を備え、
前記第２工程では前記第１工程よりも、前記第１原料ガスと前記第２原料ガスの総流量が高く、
前記第２工程では前記第１工程よりも、前記第１原料ガスの流量を前記第２原料ガスの流量で除算した値である炭素供給比が低い、製造方法。
続きを表示（約 380 文字）【請求項２】
半導体装置の製造方法であって、
チャンバ（９０）内に、Ｃを含む第１原料ガス、Ｓｉを含む第２原料ガス、ドーパントガス、及び、Ｃｌを含むＣｌ系ガスを供給することによって、前記チャンバ内に配置された半導体基板（２８ｂ）上にエピタキシャル成長によってｎ型のＳｉＣ層（２８ａ）を形成する第１工程と、
前記チャンバ内に、前記第１原料ガス、前記第２原料ガス、前記ドーパントガス、及び、前記Ｃｌ系ガスを供給することによって、エピタキシャル成長によって前記ＳｉＣ層の厚みを増加させる第２工程と、
を備え、
前記第２工程では前記第１工程よりも、前記第１原料ガスと前記第２原料ガスの総流量が高く、
前記第２工程では前記第１工程よりも、前記Ｃｌ系ガスの流量を前記第２原料ガスの流量で除算した値である塩素供給比が高い、製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させる技術に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＳｉＣ層をエピタキシャル成長させる技術が開示されている。この技術では、まず、ＳｉＣ基板上に、第１成長速度でＳｉＣ層をエピタキシャル成長させる。次に、エピタキシャル成長により、第１成長速度よりも高い第２成長速度でＳｉＣ層の厚みを増加させる。工程条件が安定しない成長の初期では、低速の第１成長速度でＳｉＣ層を成長させることで、欠陥の発生を抑制する。また、工程条件が安定した後は、高速の第２成長速度でＳｉＣ層を成長させることで、効率的にＳｉＣ層を成長させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－２３９６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｓｉを含む原料ガスはＣを含む原料ガスよりも分解しやすい。このため、エピタキシャル成長中に、Ｓｉを含む原料ガスの分解がＣを含む原料ガスの分解よりも早く進行する。したがって、チャンバ内に存在する分解済みのＣ原子と分解済みのＳｉ原子の数の比率であるＣ／Ｓｉ比（より詳細には、分解済みのＣ原子数を分解済みのＳｉ原子数で除算した値）は、エピタキシャル成長の初期において低く、エピタキシャル成長中に上昇する。Ｃ／Ｓｉ比が低いと成長するＳｉＣ層中にドーパントが取り込まれ易く、Ｃ／Ｓｉ比が高いと成長するＳｉＣ層中にドーパントが取り込まれ難い。したがって、特許文献１の技術では、エピタキシャル成長の初期ではドーパント濃度が高いＳｉＣ層が成長し、その後、ドーパント濃度が低いＳｉＣ層が成長する。このように、特許文献１の技術では、ＳｉＣ層中におけるドーパント濃度を均一化することが困難であった。本明細書では、ドーパント濃度が均一なＳｉＣ層を形成し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する第１の製造方法は、第１工程と第２工程を有する。前記第１工程では、チャンバ（９０）内に、Ｃを含む第１原料ガス、Ｓｉを含む第２原料ガス、及び、ドーパントガスを供給することによって、前記チャンバ内に配置された半導体基板（２８ｂ）上にエピタキシャル成長によってｎ型のＳｉＣ層（２８ａ）を形成する。前記第２工程では、前記チャンバ内に、前記第１原料ガス、前記第２原料ガス、及び、前記ドーパントガスを供給することによって、エピタキシャル成長によって前記ＳｉＣ層の厚みを増加させる。前記第２工程では前記第１工程よりも、前記第１原料ガスと前記第２原料ガスの総流量が高く、前記第２工程では前記第１工程よりも、前記第１原料ガスの流量を前記第２原料ガスの流量で除算した値である炭素供給比が低い。
【０００６】
上記の構成によると、第２工程では第１工程よりも炭素供給比が低い。すなわち、エピタキシャル成長の初期である第１工程（すなわち、第１原料ガスが分解し難い第１工程）では炭素供給比が高い。また、その後の第２工程（すなわち、第１原料ガスが分解し易い第２工程）では炭素供給比が低い。このため、ＳｉＣ層の成長中にＣ／Ｓｉ比の上昇を抑制できる。したがって、ドーパント濃度が均一なＳｉＣ層を形成することができる。
【０００７】
本明細書が開示する第２の製造方法は、第１工程と第２工程を有する。前記第１工程では、チャンバ（９０）内に、Ｃを含む第１原料ガス、Ｓｉを含む第２原料ガス、ドーパントガス、及び、Ｃｌを含むＣｌ系ガスを供給することによって、前記チャンバ内に配置された半導体基板（２８ｂ）上にエピタキシャル成長によってｎ型のＳｉＣ層（２８ａ）を形成する。前記第２工程では、前記チャンバ内に、前記第１原料ガス、前記第２原料ガス、前記ドーパントガス、及び、前記Ｃｌ系ガスを供給することによって、エピタキシャル成長によって前記ＳｉＣ層の厚みを増加させる。前記第２工程では前記第１工程よりも、前記第１原料ガスと前記第２原料ガスの総流量が高い。前記第２工程では前記第１工程よりも、前記Ｃｌ系ガスの流量を前記第２原料ガスの流量で除算した値である塩素供給比が高い。
【０００８】
塩素（Ｃｌ）を含むＣｌ系ガスをチャンバ内に供給すると、チャンバ内でシリコンの液滴が生成され難くなる。したがって、チャンバ内に供給されるＣｌ系ガスの流量が増えると、チャンバ内に存在する分解済みのＳｉ原子（すなわち、反応性のシリコン材料）が増加する。上記の構成によると、第２工程では第１工程よりも塩素供給比が高い。すなわち、エピタキシャル成長の初期である第１工程では塩素供給比が低い。また、その後の第２工程では塩素供給比が高い。したがって、塩素供給比が低い第１工程（すなわち、第１原料ガスが分解し難い第１工程）では、チャンバ内でシリコンの液滴が生成され易くなり、チャンバ内の反応性のシリコン材料が減少する。その後の塩素供給比が高い第２工程（すなわち、第１原料ガスが分解し易い第２工程）では、チャンバ内でのシリコンの液滴が生成され難くなり、チャンバ内の反応性のシリコン材料が増加する。このため、ＳｉＣ層の成長中にＣ／Ｓｉ比の上昇を抑制できる。したがって、ドーパント濃度が均一なＳｉＣ層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例１の半導体装置の断面図の模式的な図である。
実施例１の半導体装置の製造工程を説明するための図である。
エピタキシャル成長のための装置の概略図である。
実施例１の半導体装置の製造工程を説明するための図である。
比較例の製造方法における各ガスの供給タイミング及び供給量を示すグラフである。
比較例の製造方法で形成した第１ドリフト領域中の窒素濃度の分布を示すグラフである。
実施例１の製造方法における各ガスの供給タイミング及び供給量を示すグラフである。
実施例１の製造方法で形成した第１ドリフト領域中の窒素濃度の分布を示すグラフである。
実施例２の製造方法における各ガスの供給タイミング及び供給量を示すグラフである。
実施例３の製造方法における各ガスの供給タイミング及び供給量を示すグラフである。
実施例４の半導体装置の断面斜視図の模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施例１）
図１に示される本実施例の半導体装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。すなわち、半導体装置１０はスイッチング素子である。半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。半導体基板１２は、炭化シリコン（ＳｉＣ）によって構成されている。半導体基板１２の上面１２ａには、ソース電極８０が配置されている。半導体基板１２の下面１２ｂには、ドレイン電極８４が配置されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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