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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024089353
(43)【公開日】2024-07-03
(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20240626BHJP
H01L 29/78 20060101ALI20240626BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20240626BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240626BHJP
C30B 29/36 20060101ALI20240626BHJP
C30B 25/20 20060101ALI20240626BHJP
C23C 16/42 20060101ALI20240626BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 658E
H01L29/78 653A
H01L29/78 652F
H01L29/78 652S
H01L29/78 652H
H01L29/78 652T
H01L21/205
C30B29/36 A
C30B25/20
C23C16/42
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022204662
(22)【出願日】2022-12-21
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000110
【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 克己
(72)【発明者】
【氏名】荒内 琢士
【テーマコード（参考）】
4G077
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4G077AA03
4G077BE08
4G077DB01
4G077EB01
4G077HA06
4K030AA06
4K030AA09
4K030AA20
4K030BA37
4K030BB02
4K030CA04
4K030CA12
4K030CA17
4K030FA10
4K030JA05
4K030LA12
5F045AA03
5F045AB06
5F045AC01
5F045AC13
5F045AC15
5F045BB02
5F045DP03
5F045EE17
(57)【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
【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。
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。
【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。
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。
【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】
【特許文献1】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】
【図1】実施例１の半導体装置の断面図の模式的な図である。
【図2】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。
【図3】エピタキシャル成長のための装置の概略図である。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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。
【図7】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。
【図8】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。
【図9】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。
【図10】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。
【図11】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。
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】
半導体基板１２の上面１２ａには、複数のトレンチ３４が形成されている。図１に示されるように、複数のトレンチ３４は、紙面左右方向に間隔をあけて配置されている。各トレンチ３４内には、ゲート絶縁膜３８とゲート電極４０とが形成されている。ゲート絶縁膜３８は、例えば酸化シリコンにより構成されており、トレンチ３４の内面を覆っている。ゲート電極４０は、ゲート絶縁膜３８によって半導体基板１２から絶縁されている。ゲート電極４０の上面は、層間絶縁層３６によって覆われている。ゲート電極４０は、層間絶縁層３６によってソース電極８０から絶縁されている。
【0012】
半導体基板１２は、ソース領域２２、コンタクト領域２４、ボディ領域２６、ドリフト領域２８、及びドレイン領域３０を有している。各領域２２，２４，２６，２８，３０は、ＳｉＣによって構成されている。
【0013】
ソース領域２２は、半導体基板１２中に複数個形成されている。各ソース領域２２は、ｎ型領域である。各ソース領域２２は、半導体基板１２の上面１２ａに露出している。各ソース領域２２は、ソース電極８０に対してオーミック接触している。各ソース領域２２は、トレンチ３４の上端部でゲート絶縁膜３８に接している。
【0014】
コンタクト領域２４は、半導体基板１２中に複数個形成されている。各コンタクト領域２４は、ｐ型領域である。各コンタクト領域２４は、ソース領域２２に隣接する位置で半導体基板１２の上面１２ａに露出している。各コンタクト領域２４は、ソース電極８０にオーミック接触している。
【0015】
ボディ領域２６は、ｐ型領域である。ボディ領域２６は、各コンタクト領域２４よりも低いｐ型ドーパント濃度を有している。ボディ領域２６は、ソース領域２２及びコンタクト領域２４に対して下側から接している。ボディ領域２６は、ソース領域２２の下側でゲート絶縁膜３８に接している。
【0016】
ドリフト領域２８は、ｎ型領域である。ドリフト領域２８は、ボディ領域２６に対して下側から接している。ドリフト領域２８は、ボディ領域２６によってソース領域２２から分離されている。ドリフト領域２８は、ボディ領域２６の下側でゲート絶縁膜３８に接している。ドリフト領域２８は、第１ドリフト領域２８ａと第２ドリフト領域２８ｂとを有している。第１ドリフト領域２８ａのｎ型ドーパント濃度は、第２ドリフト領域２８ｂのｎ型ドーパント濃度よりも高い。
【0017】
第１ドリフト領域２８ａは、ボディ領域２６に対して下側から接している。第２ドリフト領域２８ｂは、第１ドリフト領域２８ａに対して下側から接している。
【0018】
ドレイン領域３０は、ｎ型領域である。ドレイン領域３０のｎ型ドーパント濃度は、第１ドリフト領域２８ａのｎ型ドーパント濃度よりも高い。ドレイン領域３０は、第２ドリフト領域２８ｂに対して下側から接している。ドレイン領域３０は、半導体基板１２の下面１２ｂに露出している。ドレイン領域３０は、ドレイン電極８４に対してオーミック接触している。
【0019】
次に、半導体装置１０の動作について説明する。ドレイン電極８４には、ソース電極８０よりも高い電位が印加される。ゲート電極４０にゲート閾値以上の電位を印加すると、ゲート絶縁膜３８近傍のボディ領域２６にチャネルが形成される。すると、ソース電極８０から、ソース領域２２、ボディ領域２６内のチャネル、ドリフト領域２８及びドレイン領域３０を経由して、ドレイン電極８４に向かって電子が流れる。すなわち、半導体装置１０がターンオンする。また、ゲート電極４０の電位をゲート閾値よりも低い電位まで低下させると、チャネルが消失し、電子の流れが停止して、半導体装置１０がターンオフする。
【0020】
続いて、図２～図４を参照して、半導体装置１０の製造方法を説明する。なお、図２及び図４は、図１に対応する断面を示している。半導体装置１０は、ドレイン領域３０によって構成された半導体基板１２（すなわち加工前の半導体基板１２）から製造される。まず、ドレイン領域３０の上に、第２ドリフト領域２８ｂをエピタキシャル成長させる。
【0021】
具体的には、図３に示されるように、ドレイン領域３０によって構成された半導体基板１２をチャンバ９０内に配置する。半導体基板１２は、チャンバ９０内で加熱される。そして、チャンバ９０内に、シランガス（ＳｉＨ４）とプロパンガス（Ｃ３Ｈ８）とドーピングガス（Ｎ２）と塩素ガス（ＨＣｌ）とを供給する。図３に示されるように、シランガスと塩素ガスは、流路９２ａを通ってキャリアガス（Ｈ２）とともにチャンバ９０内へ供給される。プロパンガスは、流路９２ｂを通ってキャリアガスとともにチャンバ９０内へ供給される。ドーピングガスは、流路９２ｃを通ってキャリアガスとともにチャンバ９０内へ供給される。チャンバ９０内におけるシランガスの流量は、シランガス供給源と流路９２ａの間に設けられた流量調整弁９４ａによって制御される。チャンバ９０内における塩素ガスの流量は、塩素ガス供給源と流路９２ａの間に設けられた流量調整弁９２ｄによって制御される。チャンバ９０内におけるプロパンガスの流量は、プロパンガス供給源と流路９２ｂの間に設けられた流量調整弁９４ｂによって制御される。チャンバ９０内におけるドーピングガスの流量は、ドーピングガス供給源と流路９２ｃの間に設けられた流量調整弁９４ｃによって制御される。
【0022】
ここでは、シランガス、プロパンガス、ドーピングガス、塩素ガスをチャンバ９０内へ供給することで、図２に示されるように、ドレイン領域３０の上に第２ドリフト領域２８ｂをエピタキシャル成長させる。塩素ガスは、第２ドリフト領域２８ｂを高速でエピタキシャル成長させるためにチャンバ内に供給される。
【0023】
第２ドリフト領域２８ｂが形成された後に、第２ドリフト領域２８ｂの上に、第１ドリフト領域２８ａをエピタキシャル成長させる。第２ドリフト領域２８ｂの上に第１ドリフト領域２８ａをエピタキシャル成長させる工程における各ガスの供給タイミング及び供給量については後述する。
【0024】
その後、半導体基板１２内に、ボディ領域２６、ソース領域２２、及びコンタクト領域２４を形成する。ボディ領域２６、ソース領域２２、及びコンタクト領域２４は、例えば、エピタキシャル成長、イオン注入によって形成することができる。
【0025】
次に、図４に示されるように、半導体基板１２の上面１２ａを選択的にエッチングすることによって、複数のトレンチ３４を形成する。ここでは、トレンチ３４が、ソース領域２２及びボディ領域２６を貫通して、ドリフト領域２８（特に第１ドリフト領域２８ａ）に達するように、各トレンチ３４を形成する。
【0026】
次に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング等の技術を用いて、層間絶縁層３６、ゲート絶縁膜３８、ゲート電極４０、ソース電極８０、及びドレイン電極８４が形成されて、図１に示される半導体装置１０が完成する。
【0027】
【0028】
まず、比較例の製造方法について説明する。図５のグラフは、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している。図６のグラフは、比較例の製造方法で形成した第１ドリフト領域２８ａ中の窒素濃度（すなわち、ｎ型ドーパント濃度）の分布を示している。図６のグラフは、第１ドリフト領域２８ａの厚さ方向における窒素濃度の分布を示している。図６において、位置Ａは成長開始時の位置であり、位置Ｂは成長終了時の位置である。
【0029】
図５に示されるように、比較例の製造方法では、まず、時刻ｔ１において、プロパンガス、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスをチャンバ９０内に供給する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、各ガスの流量を連続的に増加させながら、チャンバ９０内に各ガスを供給する。すなわち、ドリフト領域２８ａをエピタキシャル成長させる際に、初めは低速でエピタキシャル成長させ、徐々に成長速度を上昇させている。成長条件が安定しない成長初期においては、低速でエピタキシャル成長を行うことで、欠陥が少ない第１ドリフト領域２８ａ（すなわち、ＳｉＣ）を形成できる。ここでは、プロパンガス、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスを同じ比率で増加させる。すなわち、ここでは、プロパンガス、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの比率を変化させないで、これらのガスの流量を増加させる。時刻ｔ２以降は、各ガスの流量を高い値で一定に制御する。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２以降にかけて、炭素供給比（すなわち、プロパンガスの流量をシランガスの流量で除算した値）が変化しない。時刻ｔ２以降は、各ガスの流量が高いので、高い成長速度でドリフト領域２８ａをエピタキシャル成長させることができる。エピタキシャル成長を開始してから一定時間が経過した後は、成長条件が安定するので、高い成長速度でドリフト領域２８ａをエピタキシャル成長させても結晶欠陥が少ないドリフト領域２８ａを形成できる。このように、成長初期においては低速でエピタキシャル成長を行い、一定時間経過後は高速でエピタキシャル成長を行うことで、結晶欠陥が少ないドリフト領域２８ａを効率的に形成することができる。
【0030】
チャンバ９０内に供給されたプロパンガスとシランガスとは、チャンバ９０内で分解される。プロパンガスが分解されることにより、反応性の炭素材料（すなわち分解済みのＣ原子）がチャンバ９０内に生成される。シランガスが分解されることにより、反応性のシリコン材料（すなわち分解済みのＳｉ原子）がチャンバ９０内に生成される。以下では、チャンバ内に存在する反応性の炭素材料と反応性のシリコン材料の比を、Ｃ／Ｓｉ比という。すなわち、Ｃ／Ｓｉ比は、反応性の炭素材料のモル数を反応性のシリコン材料のモル数で除算した値である。シランガスの結合エネルギーは、プロパンガスの結合エネルギーよりも低い。すなわち、シランガスは、プロパンガスと比較して分解しやすい。このため、プロパンガスとシランガスとを一定の供給比でチャンバ９０内に供給すると、エピタキシャル成長の初期においてＣ／Ｓｉ比が低く、その後、時間が経過するとＣ／Ｓｉ比は上昇する。
【0031】
また、エピタキシャル成長によって形成されるＳｉＣ層（例えば第１ドリフト領域２８ａ）のドーパント濃度は、チャンバ内のＣ／Ｓｉ比に依存する。具体的には、ｎ型ドーパントの窒素（Ｎ）は、Ｃと配位する形でＳｉＣ中に取り込まれる。このため、チャンバ内のＣ／Ｓｉ比が低いほど（すなわちガス中の反応性の炭素材料の量が少ないほど）、ｎ型ドーパントはＳｉＣ中に取り込まれ易くなる。すなわち、Ｃ／Ｓｉ比が低いほど、エピタキシャル成長で形成されるＳｉＣ中におけるｎ型ドーパント濃度が高くなる。
【0032】
したがって、図６のグラフに示されるように、第１ドリフト領域２８ａのうちでエピタキシャル成長の初期（すなわちＣ／Ｓｉ比が低い期間）に形成される部分では、ｎ型ドーパント濃度が高くなる。第１ドリフト領域２８ａのうちでエピタキシャル成長の後期（すなわちＣ／Ｓｉ比が高い値で安定している期間）に形成される部分では、ｎ型ドーパント濃度が低い値で安定する。
【0033】
このように、比較例では、エピタキシャル成長の初期において、第１ドリフト領域２８ａ中にｎ型ドーパント濃度が高い部分が形成される。すなわち、第１ドリフト領域２８ａの、第２ドリフト領域２８ｂの上面の近傍において、ｎ型ドーパント濃度が高い部分が形成される。このように第１ドリフト領域２８ａ中におけるｎ型ドーパント濃度が高い部分が存在すると、半導体装置１０の耐圧低下、半導体装置１０におけるリーク電流の増加などが生じ得る。
【0034】
次に、実施例１の製造方法について説明する。図７のグラフに示されるように、実施例１でも、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、プロパンガス、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量を連続的に増加させ、時刻ｔ２以降は各ガスの流量を高い値で一定に制御する。このため、時刻ｔ２以降は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間よりも、プロパンガスとシランガスの総流量が高い。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では低速でドリフト領域２８ａが成長し、時刻ｔ２以降は高速でドリフト領域２８ａが成長する（すなわち、ドリフト領域２８ａの厚みが増加する）。したがって、結晶欠陥が少ないドリフト領域２８ａを効率的に形成することができる。また、実施例１の製造方法では、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間において、プロパンガスの流量の増加率が、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量の増加率よりも低い。したがって、時刻ｔ１において炭素供給比が最も高く、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて炭素供給比が低下する。時刻ｔ２以降は、炭素供給比が低い値に維持される。なお、実施例１では、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量の比率は一定である。
【0035】
以上に説明したように、実施例１の製造方法では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は炭素供給比が高く、時刻ｔ２以降は炭素供給比が低い。したがって、シランガスが分解し易い成長初期においてＣ／Ｓｉ比の低下を抑制することができる。このため、エピタキシャル成長中において、Ｃ／Ｓｉ比の変動を抑制することができる。例えば、Ｃ／Ｓｉ比を略一定にすることができる。この結果、図８のグラフに示されるように、第１ドリフト領域２８ａ中におけるｎ型ドーパント濃度を均一化することができる。この結果、耐圧が高く、リーク電流が生じ難い半導体装置１０を製造できる。
【0036】
なお、本実施例のプロパンガス、シランガスが、それぞれ、「第１原料ガス」、「第２原料ガス」の一例である。
【0037】
時刻ｔ１から時刻ｔ２の間のエピタキシャル成長は、第１工程の一例である。時刻ｔ２以降のエピタキシャル成長は、第２工程の一例である。なお、上述した各実施例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に各ガスの流量が徐々に増加したが、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に各ガスの流量が一定であってもよい。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い、及び、第２工程では第１工程よりも炭素供給比が低い、という条件が満たされていれば、第１工程及び第２工程における各ガスの流量はどのような値であってもよい。
【0038】
（実施例２）
続いて、図９を参照して、実施例２を説明する。図９に示されるように、実施例２では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、プロパンガス、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量を各ガスの流量を段階的に増加させ、時刻ｔ２以降は各ガスの流量を高い値で一定に制御する。このため、時刻ｔ２以降は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間よりも、プロパンガスとシランガスの総流量が高い。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では低速でドリフト領域２８ａが成長し、時刻ｔ２以降は高速でドリフト領域２８ａが成長する（すなわち、ドリフト領域２８ａの厚みが増加する）。したがって、結晶欠陥が少ないドリフト領域２８ａを効率的に形成することができる。また、実施例２の製造方法では、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間において、プロパンガスの流量の増加率が、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量の増加率よりも低い。したがって、時刻ｔ１において炭素供給比が最も高く、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて炭素供給比が低下する。時刻ｔ２以降は、炭素供給比が低い値に維持される。なお、実施例２では、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量の比率は一定である。実施例２の構成でも、実施例１と同様に、第１ドリフト領域２８ａ中におけるｎ型ドーパント濃度を均一化することができる。この結果、耐圧が高く、リーク電流が生じ難い半導体装置１０を製造できる。
（実施例３）
続いて、図１０を参照して、実施例３を説明する。図１０に示されるように、実施例３でも、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、プロパンガス、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量を連続的に増加させ、時刻ｔ２以降は各ガスの流量を高い値で一定に制御する。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では低速でドリフト領域２８ａが成長し、時刻ｔ２以降は高速でドリフト領域２８ａが成長する（すなわち、ドリフト領域２８ａの厚みが増加する）。したがって、結晶欠陥が少ないドリフト領域２８ａを効率的に形成することができる。また、実施例３の製造方法では、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間において、塩素ガスの流量の増加率が、シランガス、プロパンガス、及びドーピングガスの流量の増加率よりも高い。したがって、時刻ｔ１において塩素供給比（すなわち、塩素ガスの流量をシランガスの流量で除算した値）が最も低く、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて塩素供給比が増加する。時刻ｔ２以降は、塩素供給比が高い値に維持される。なお、実施例３では、シランガス、プロパンガス、及びドーピングガスの流量の比率は一定である。
続いて、図９を参照して、実施例２を説明する。図９に示されるように、実施例２では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、プロパンガス、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量を各ガスの流量を段階的に増加させ、時刻ｔ２以降は各ガスの流量を高い値で一定に制御する。このため、時刻ｔ２以降は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間よりも、プロパンガスとシランガスの総流量が高い。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では低速でドリフト領域２８ａが成長し、時刻ｔ２以降は高速でドリフト領域２８ａが成長する（すなわち、ドリフト領域２８ａの厚みが増加する）。したがって、結晶欠陥が少ないドリフト領域２８ａを効率的に形成することができる。また、実施例２の製造方法では、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間において、プロパンガスの流量の増加率が、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量の増加率よりも低い。したがって、時刻ｔ１において炭素供給比が最も高く、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて炭素供給比が低下する。時刻ｔ２以降は、炭素供給比が低い値に維持される。なお、実施例２では、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量の比率は一定である。実施例２の構成でも、実施例１と同様に、第１ドリフト領域２８ａ中におけるｎ型ドーパント濃度を均一化することができる。この結果、耐圧が高く、リーク電流が生じ難い半導体装置１０を製造できる。
（実施例３）
続いて、図１０を参照して、実施例３を説明する。図１０に示されるように、実施例３でも、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、プロパンガス、シランガス、ドーピングガス、及び塩素ガスの流量を連続的に増加させ、時刻ｔ２以降は各ガスの流量を高い値で一定に制御する。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では低速でドリフト領域２８ａが成長し、時刻ｔ２以降は高速でドリフト領域２８ａが成長する（すなわち、ドリフト領域２８ａの厚みが増加する）。したがって、結晶欠陥が少ないドリフト領域２８ａを効率的に形成することができる。また、実施例３の製造方法では、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間において、塩素ガスの流量の増加率が、シランガス、プロパンガス、及びドーピングガスの流量の増加率よりも高い。したがって、時刻ｔ１において塩素供給比（すなわち、塩素ガスの流量をシランガスの流量で除算した値）が最も低く、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて塩素供給比が増加する。時刻ｔ２以降は、塩素供給比が高い値に維持される。なお、実施例３では、シランガス、プロパンガス、及びドーピングガスの流量の比率は一定である。
【0039】
塩素ガスをチャンバ９０内に供給すると、チャンバ９０内でシリコンの液滴が生成され難くなる。このため、チャンバ９０内に供給される塩素ガスの流量が増えると、チャンバ９０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。したがって、塩素供給比が高いとＣ／Ｓｉ比が低くなり易く、塩素供給比が低いとＣ／Ｓｉ比が高くなり易い。上述したように、実施例３の製造方法では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は塩素供給比が低く、時刻ｔ２以降は塩素供給比が高い。したがって、シランガスが分解し易い成長初期においてＣ／Ｓｉ比の低下を抑制することができる。このため、エピタキシャル成長中において、Ｃ／Ｓｉ比の変動を抑制することができる。例えば、Ｃ／Ｓｉ比を略一定にすることができる。この結果、第１ドリフト領域２８ａ中におけるｎ型ドーパント濃度を均一化することができる。この結果、耐圧が高く、リーク電流が生じ難い半導体装置１０を製造できる。
【0040】
なお、塩素ガスが、「Ｃｌ系ガス」の一例である。
【0041】
時刻ｔ１から時刻ｔ２の間のエピタキシャル成長は、第１工程の一例である。時刻ｔ２以降のエピタキシャル成長は、第２工程の一例である。なお、上述した各実施例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に各ガスの流量が徐々に増加したが、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に各ガスの流量が一定であってもよい。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い、及び、第２工程では第１工程よりも塩素供給比が高い、という条件が満たされていれば、第１工程及び第２工程における各ガスの流量はどのような値であってもよい。
【0042】
（実施例４）
続いて、図１１を参照して、実施例４を説明する。実施例４の半導体装置１００では、第１ドリフト領域２８ａと第２ドリフト領域２８ｂが、スーパージャンクション構造を備える。実施例４の半導体装置１００の他の構成は実施例１の半導体装置１０と同様である。第１ドリフト領域２８ａ内では、複数のｎ型カラム１５０と複数のｐ型カラム１５２が横方向に交互に繰り返し設けられている。第２ドリフト領域２８ｂ内では、複数のｎ型カラム１６０と複数のｐ型カラム１６２が横方向に交互に繰り返し設けられている。ｐ型カラム１５２が伸びる方向とｐ型カラム１６２が伸びる方向は交差している。ｐ型カラム１６２はｐ型カラム１５２を介してボディ領域１２６に接続されている。
続いて、図１１を参照して、実施例４を説明する。実施例４の半導体装置１００では、第１ドリフト領域２８ａと第２ドリフト領域２８ｂが、スーパージャンクション構造を備える。実施例４の半導体装置１００の他の構成は実施例１の半導体装置１０と同様である。第１ドリフト領域２８ａ内では、複数のｎ型カラム１５０と複数のｐ型カラム１５２が横方向に交互に繰り返し設けられている。第２ドリフト領域２８ｂ内では、複数のｎ型カラム１６０と複数のｐ型カラム１６２が横方向に交互に繰り返し設けられている。ｐ型カラム１５２が伸びる方向とｐ型カラム１６２が伸びる方向は交差している。ｐ型カラム１６２はｐ型カラム１５２を介してボディ領域１２６に接続されている。
【0043】
実施例４の半導体装置１００の製造方法では、まず、実施例１と同様にして、ｎ型の第２ドリフト領域２８ｂをエピタキシャル成長により形成する。次に、第２ドリフト領域２８ｂにｐ型ドーパントを選択的に注入することにより、ｐ型カラム１６２を形成する。第２ドリフト領域２８ｂのうちｐ型カラム１６２が形成されなかった領域が、ｎ型カラム１６０となる。次に、実施例１（又は実施例２又は実施例３）と同様にして、第２ドリフト領域２８ｂ上に第１ドリフト領域２８ａを成長させる。したがって、ｎ型ドーパント濃度が均一な第１ドリフト領域２８ａが形成される。次に、第１ドリフト領域２８ａにｐ型ドーパントを選択的に注入することにより、ｐ型カラム１５２を形成する。第１ドリフト領域２８ａのうちｐ型カラム１５２が形成されなかった領域が、ｎ型カラム１５０となる。
【0044】
第１ドリフト領域２８ａは、ｐ型カラム１５２内のｐ型ドーパント量とｎ型カラム１５０内のｎ型ドーパント量とがバランスするように形成されている。仮に、第１ドリフト領域２８ａのエピタキシャル成長時に図６のようにｎ型ドーパントの濃度が高い部分が形成されてしまうと、ｎ型カラム１５０とｐ型カラム１５２との間でドーパントのバランスさせることが困難となる。この場合、半導体装置１００の耐圧が低くなる。一方、実施例４の製造方法では、第１ドリフト領域２８ａのｎ型ドーパントの濃度を均一化することができる。したがって、ｎ型カラム１５０とｐ型カラム１５２との間でドーパントのバランスさせることが可能であり、高い耐圧を有する半導体装置１００を製造できる。
【0045】
以下に、本明細書に開示の製造方法の構成を列記する。
（構成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。
（構成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。
（構成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。
（構成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。
【0046】
以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【0047】
１０：半導体装置、１２：半導体基板、２２：ソース領域、２４：コンタクト領域、２６：ボディ領域、２８：ドリフト領域、２８ａ：第１ドリフト領域、２８ｂ：第２ドリフト領域、３０：ドレイン領域、３４：トレンチ、３６：層間絶縁層、３８：ゲート絶縁膜、４０：ゲート電極、８０：ソース電極、８４：ドレイン電極
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】