DE102005014722B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, welches die folgenden Schritte umfasst:
Ausbildend eines Grabens (4, 31, 61) in einem Halbleitersubstrat (1, 30, 60); und
Ausbilden einer Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) auf dem Substrat (1, 30, 60) einschließlich einer Seitenwand und eines Bodens des Grabens (4, 31, 61), so dass die Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) in den Graben (4, 31, 61) gefüllt wird, wobei
der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) einen letzten Schritt umfasst bevor der Graben (4, 31, 61) mit der Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) gefüllt wird,
der letzte Schritt eine Bildungsbedingung für die Epitaxieschicht (5, 32, 63, 68, 71, 74, 77) aufweist, derart, dass die an der Seitenwand des Grabens (4, 31, 61) auszubildende Epitaxieschicht (5, 32, 63, 68, 71, 74, 77) eine Wachstumsrate an einer Öffnung des Grabens (4, 31, 61) aufweist, die geringer ist als eine Wachstumsrate...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bzw. eines Halbleiterbauelements.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat, durch das eine Epitaxieschicht in Gräben gefüllt wird, um eine dotierte Schicht mit einem großen Seitenverhältnis auszubilden, wird in JP 3485081 B2 offengelegt. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats, durch das eine Epitaxieschicht in Gräben gefüllt wird, um eine dotierte Schicht auszubilden, wenn ein Super-Junction Aufbau (P/N Säulenaufbau bzw. P/N column structure) in einem Driftgebiet eines vertikalen MOS Transistors bzw. VMOS Transistors ausgebildet wird, in der JP 2003124464 A offengelegt.
  • In obiger Vorrichtung wurde eine P-Siliziumschicht als eine Epitaxieschicht in Gräben eines N-Typ Siliziumsubstrats gefüllt, um eine Diodenstruktur auszubilden. Für diesen Fall tritt, wenn ein Defekt (d. h. eine Hohlraum) in der in die Gräben gefüllten Epitaxieschicht vorkommt, ein Versagen bzw. Durchbruch an einem Abschnitt oberhalb des Hohlraums auf, was zu einer verringerten Durchbruchsspannung führt.
  • Auf diese Weise verringert das Auftreten des Defekts in der eingefüllten Epitaxieschicht die Leistung einer Vorrichtung bzw. eines Bauelements. Genauer gesagt verringert der Einfluss des Defekts die Durchbruchsspannung des zuvor beschriebenen Super-Junction Aufbaus (P/N Säulenaufbaus) und erzeugt Kristallbaufehler, die durch die beim Einfüllen entstandenen Defekte (Hohlräume) verursacht werden, was eine Durchbruch/Sperrschicht Ableitstromausbeute verringert, und lässt Resist in den Abschnitten mit den Defekten in den Gräben zurück, was eine Verunreinigung in dem Prozess verursacht.
  • Die US 6 495 294 B1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei dem ein Graben in einem Siliciumsubstrat und eine Epitaxialschicht auf dem Substrat und in dem Graben gebildet werden. Bei diesem Verfahren wird ein Teil der um einen Öffnungsabschnitt des Grabens herum angeordneten Epitaxialschicht geätzt und eine weitere Epitaxialschicht auf dem Substrat und in dem Graben gebildet. Auf diese Weise kann der Graben vollständig mit den Epitaxialschichten gefüllt werden.
  • Es ist Aufgabe der vorliegende Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat bereitzustellen, wobei das Substrat eine Epitaxieschicht aufweist, die in einen Graben gefüllt ist, der einen hohlraumfreien Aufbau aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst.
  • Bei obigem Verfahren ist die Wachstumsrate der Epitaxieschicht an der Öffnung des Grabens niedriger als an einer Position des Grabens, die tiefer liegt als die Öffnung des Grabens. Daher wird verhindert, dass die Epitaxieschicht die Öffnung des Grabens verschließt, so dass die Epitaxieschicht ohne jeglichen Hohlraum in den Graben gefüllt wird. Somit sieht obiges Verfahren das Substrat mit der in den Graben gefüllten Epitaxieschicht in hohlraumfreier Struktur vor.
  • Bei obigem Verfahren dient das Halogenidgas als Ätzgas und die Ätzrate des Halogenidgases wird durch die Zufuhr des Gases geregelt. Daher ist die Ätzrate der Epitaxieschicht an der Öffnung des Grabens höher als an einer Position des Grabens, die tiefer als die Öffnung des Grabens liegt. Somit ist die Wachstumsrate der Epitaxieschicht an der Öffnung des Grabens niedriger als an einer Position des Grabens, die tiefer als die Öffnung des Grabens liegt. Daher wird verhindert, dass die Epitaxieschicht die Öffnung des Grabens verschließt, so dass die Epitaxieschicht ohne jeglichen Hohlraum in den Graben gefüllt wird. Somit sieht obiges Verfahren das Substrat mit der Epitaxieschicht vor, die in hohlraumfreier Struktur in den Graben gefüllt ist.
  • Vorzugsweise umfasst der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht ferner einen ersten Schritt und einen Ätzschritt. Der erste Schritt beinhaltet, dass die Epitaxieschicht auf dem Boden und der Seitenwand des Grabens ausgebildet wird, um eine vorbestimmte Dicke aufzuweisen. Der Ätzschritt ist derart, dass ein Teil der Epitaxieschicht an einer Öffnung des Grabens von dem Halogenidgas geätzt wird, so dass die Öffnung des Grabens vergrößert ist. Am besten weist der abschließende Schritt eine zweite Ausbildungsbedingung der Epitaxieschicht derart auf, dass die Epitaxieschicht unter Steuerung einer chemischen Reaktion ausgebildet wird. Am besten wird der erste Schritt mit einem vorbestimmten Vakuumdruck ausgeführt, der niedriger ist als der des abschließenden Schritts. Darüber hinaus vorzuziehen ist, dass der vorbestimmte Vakuumdruck des ersten Schritts in einem Bereich zwischen 1000 Pa und 1 × 10–3 Pa liegt.
  • Vorzugsweise enthält der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht ferner einen ersten Schritt. Der erste Schritt ist, dass die Epitaxieschicht mit in die Epitaxieschicht dotierten Störstellen auf dem Boden und der Seitenwand des Grabens ausgebildet wird, um eine vorbestimmte Dicke aufzuweisen. Der abschließender Schritt ist, dass eine Epitaxieschicht ohne dotierten Störstellen oder mit geringer Störstellendichte der in die Epitaxieschicht dotierten Störstellen ausgebildet ist, um ein Inneres des Grabens zu füllen. Die niedrige Störstellendichte der Epitaxieschicht in dem abschließenden Schritt ist eine Störstellendichte, die niedriger ist als die in dem ersten Schritt. In diesem Fall wird die Epitaxieschicht in hohlraumfreier Struktur in den Graben gefüllt und ferner können die Störstellen in der Epitaxieschicht gleichmäßig ausgebildet werden.
  • Vorzugsweise umfasst der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht ferner einen ersten Schritt und einen Dampfphasendiffusionsschritt. Der erste Schritt ist, dass die Epitaxieschicht mit in die Epitaxieschicht dotierten Fremdatomen auf dem Boden und der Seitenwand des Grabens ausgebildet wird, so dass eine vorbestimmte Dicke erreicht wird. Der Dampfphasendiffusionsschritt ist derart, dass Fremdatome von einer Fläche der Epitaxieschicht aus mittels eines Dampfphasendiffusionsverfahrens dotiert wird, um einen mit Fremdatomen dotierten Bereich in der Epitaxieschicht auszubilden. Der abschließende Schritt ist, dass die Epitaxieschicht ohne dotierte Störstellen oder mit einer niedrigen Störstellendichte in der Epitaxieschicht ausgebildet wird, um ein Inneres des Grabens zu füllen. Die niedrige Störstellendichte der Epitaxieschicht in dem abschließender Schritt ist eine Störstellendichte, die niedriger ist als die in dem ersten Schritt. In diesem Fall wird die Epitaxieschicht in hohlraumfreier Struktur in den Graben gefüllt, und ferner werden die Störstellen in der Epitaxieschicht gleichmäßig ausgebildet.
  • Vorzugsweise umfasst der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht ferner einen Dampfphasendiffusionsschritt. Der Dampfphasendiffusionsschritt ist, dass Fremdatome von dem Boden und der Seitenwand des Grabens her mittels eines Dampfphasendiffusionsverfahrens dotiert werden, um einen mit Fremdatomen dotierten Bereich in dem Boden und der Seitenwand des Grabens auszubilden. Der abschließende Schritt ist, dass die Epitaxieschicht ohne dotierte Störstellen oder mit einer niedrigen Störstellendichte ausgebildet wird, um ein Inneres des Grabens zu füllen. Die niedrige Störstellendichte der Epitaxieschicht in dem abschließenden Schritt weist eine Störstellendichte auf, die niedriger ist als die in dem mit Fremdatomen dotierten Bereich des Bodens und der Seitenwand des Grabens. In diesem Fall wird die Epitaxieschicht in hohlraumfreier Struktur in den Graben gefüllt, und ferner werden die Störstellen in der Epitaxieschicht gleichmäßig ausgebildet.
  • Vorzugsweise umfasst der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht ferner einen ersten Schritt. Der erste Schritt ist, dass die Epitaxieschicht ohne dotierte Störstellen oder mit dotierten Störstellen auf dem Boden und der Seitenwand des Grabens ausgebildet wird, um eine vorbestimmte Dicke aufzuweisen. Der abschließender Schritt ist, dass die Epitaxieschicht mit hoher in die Epitaxieschicht dotierter Störstellendichte ausgebildet wird, um ein Inneres des Grabens zu füllen. Die hohe Störstellendichte der Epitaxieschicht in dem abschließenden Schritt, weist eine Störstellendichte auf, die höher ist als die in dem ersten Schritt. Der abschließende Schritt wird mit einem vorbestimmten Vakuumdruck durchgeführt, der niedriger ist als der des ersten Schritts. In diesem Fall wird die Epitaxieschicht in hohlraumfreier Struktur in den Graben gefüllt, und ferner werden die Störstellen in der Epitaxieschicht gleichmäßig ausgebildet.
  • Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein MOSFET mit vertikalem Grabengste gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Bauelementabschnitt des MOSFETs gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 3A bis 3D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des MOSFET gemäß der ersten Ausführungsform erläutern;
  • 4A bis 4D sind Querschnittsansichten, die das Verfahren zur Herstellung des MOSFET gemäß der ersten Ausführungsform erläutern;
  • 5A bis 5C sind teilvergrößerte Querschnittsansichten, die das Verfahren zur Herstellung des MOSFET gemäß der ersten Ausführungsform erläutern;
  • 6 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Wachstumsratenverhältnis und einer Prozesstemperatur mit und ohne HCl Gas gemäß der ersten Ausführungsform erläutert;
  • 7 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Wachstumsrate und einer Prozesstemperatur unter Verwendung unterschiedlicher Gase gemäß der ersten Ausführungsform erläutert;
  • 8 ist eine graphische Darstellung, die einen normalisierten Durchlasswiderstand und eine Durchbruchsspannung in verschiedenen Bauteilen gemäß der ersten Ausführungsform zeit;
  • 9A ist eine photographische Darstellung eines REM Bildes im Querschnitt, das einen Graben in einem Siliziumsubstrat als einen Vergleich der ersten Ausführungsform zeigt, und 9B ist eine veranschaulichende Ansicht der photographischen Darstellung in 9A;
  • 10A ist eine photographische Darstellung des REM Querschnittbildes, das ein Siliziumsubstrat nach einer 3 μm Abscheidung unter Verwendung eines Dichlorsilangases bei einer Temperatur höher als 1100°C zeigt, und 10B ist eine veranschaulichende Ansicht der photographischen Darstellung in 10A;
  • 11A ist eine photographische Darstellung eines REM Querschnittbildes, das ein Siliziumsubstrat nach einer 3 μm Abscheidung unter Verwendung eines Mischgases bei einer Temperatur von größer 1100°C zeigt, und 11B ist eine veranschaulichende Ansicht der photographische Darstellung in 11A;
  • 12A ist eine photographische Darstellung des REM Querschnittbildes, das ein Siliziumsubstrat nach einer 3 μm Abscheidung unter Verwendung eines Dichlorsilangases bei einer Temperatur kleiner gleich 1100°C zeigt, und 12B ist eine veranschaulichende Ansicht der photographischen Darstellung in 12A;
  • 13A ist eine photographische Darstellung des REM Querschnittbildes, das ein Siliziumsubstrat nach einer 3 μm Abscheidung unter Verwendung eines Mischgases bei einer Temperatur kleiner gleich 1100°C zeigt, und 13B ist eine veranschau lichende Ansicht einer photographischen Darstellung in 13A;
  • 14A ist eine photographische Darstellung des REM Querschnittbildes, das ein Siliziumsubstrat nach einer 10 μm Abscheidung unter Verwendung eines Mischgases bei einer Temperatur kleiner gleich 1100°C zeigt, und 14B ist eine veranschaulichende Ansicht der photographische Darstellung in 14A;
  • 15A bis 15D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 16A bis 16D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 17A bis 17D sind Zeitdiagramme, die Prozesszustände des Herstellungsverfahrens in jedem Prozess gemäß der dritten Ausführungsform zeigen;
  • 18A bis 18E sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 19A bis 19D sind Zeitdiagramme, die Prozesszustände des Herstellungsverfahrens in jedem Prozess gemäß der vierten Ausführungsform zeigen;
  • 20A bis 20D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern;
  • 21A bis 21D sind Zeitdiagramme, die Prozesszustände des Herstellungsverfahrens in jedem Prozess gemäß der fünften Ausführungsform zeigen;
  • 22A bis 22D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern;
  • 23A bis 23E sind Zeitdiagramme, die Prozesszustände des Herstellungsverfahrens in jedem Prozess gemäß der sechsten Ausführungsform zeigen;
  • 24 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Vakuumdruck und einer Abweichung der Störstellendichte in einer Epitaxieschicht gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt;
  • 25A bis 25D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitersubstrats gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern;
  • 26A bis 26E sind Zeitdiagramme, die Prozesszustände des Herstellungsverfahrens in jedem Prozess gemäß der siebten Ausführungsform zeigen; und
  • 27A und 27B sind Querschnittsansichten, die eine Verteilung des elektrischen Potentials und eine Verteilung der Stoßionisationsverhältnisse in einem Bauelement mit hohlraumfreier Struktur zeigen, und 27C und 27D sind Querschnittsansichten, die eine elektrische Potentialverteilung und eine Verteilung des Stoßionisationsverhältnisses in einem Bauelement mit Hohlraum gemäß einem Vergleich der ersten Ausführungsform zeigen.
  • Erste Ausführungsform
  • Die Erfinder führten eine Simulation in Bezug auf eine Durchbruchsspannung durch, wenn P-Typ Silizium in die Gräben eines N-Typ Siliziumsubstrats gefüllt wurde, um eine Diodenstruktur auszubilden. Die Ergebnisse der Simulation sind in 27A bis 27D gezeigt. 27A und 27B zeigen das Substrat ohne Hohlraumstruktur, und 27C und 27D zeigen das Substrat mit Hohlraumstruktur. 27A und 27C zeigen die Verteilungen des elektrischen Potentials, und 27B und 27D zeigen eine Verteilung des Stoßionisationsverhältnisses. Wenn ein Defekt (d. h. ein Hohlraum) nicht in einer in die Gräben gefüllten Epitaxieschicht auftritt, werden eine Potentialverteilung und ein Stoßionisationsverhältnis erhalten, wie sie in 27A und 27B gezeigt sind, und eine Durchbruchsspannung von 248 V kann sichergestellt werden. Wenn allerdings ein Defekt (d. h. ein Hohlraum) 101 in der Epitaxieschicht, die in die Gräben 102 gefüllt ist, wie in 27C und 27D gezeigt, auftritt, findet ein Durchbruch an einem oberen Abschnitt 103 des Hohlraums 101 statt, was zu einer Verringerung der Durchbruchsspannung auf 201 V führt.
  • Auf diese Weise verringert der Einfluss der Defekte in der eingefüllten Epitaxieschicht die Leistung eines Bauelements. Genauer gesagt verringert der Einfluss der Defekte die Durchbruchsspannung des zuvor beschriebenen Super-Junction Aufbaus (P/N Säulenaufbaus) und erzeugt Kristallbaufehler, die durch die beim Einfüllen erzeugten Defekte (Hohlräume) verursacht werden, so dass eine Durchbruch/Sperrschicht Ableitstromausbeute verringert und Resist in den Abschnitten mit Defekt in den Gräben zurückbleibt, und Kontamination in dem Prozess verursacht.
  • Angesichts obigen Problems wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat bereitgestellt, durch das ein neuer Aufbau verhindern kann, dass Grabenöffnungen durch eine Epitaxieschicht verschlossen werden, um das Füllen der Gräben zu verbessern.
  • Zum Beispiel wird ein MOSFET mit vertikalem Grabengate durch ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt. 1 und 2 zeigen das MOSFET Bauelement und einen Hauptabschnitt des Bauelements.
  • In 2 wird eine Epitaxieschicht 2 über einem n+ Siliziumsubstrat 1 ausgebildet, um als Drainbereich zu dienen und eine Epitaxieschicht 3 wird über der Epitaxieschicht 2 ausgebildet. Die Gräben 4 werden parallel in der unteren Epitaxieschicht 2 ausgebildet. Die Gräben 4 durchdringen die Epitaxieschicht 2 und reichen bis zum n+ Siliziumsubstrat 1. Eine Epitaxieschicht 5 ist in die Gräben 4 eingefüllt. Der Leitfähigkeitstyp der in den Graben 4 gefüllten Epitaxieschicht 5 ist der p-Typ und der Leitfähigkeitstyp eines Bereichs 6, angrenzend an den Graben 4, ist der n-Typ. Auf diese Weise sind p-Typ Bereiche 5 und n-Typ Bereiche 6 abwechselnd angeordnet, um den sogenannten Super-Junction Aufbau auszubilden, bei dem die Driftschicht des MOSFETs einen p/n Säulenaufbau ausbildet.
  • In der oberen Epitaxieschicht 3 ist eine p Wannenschicht 7 in der Oberflächenschicht ausgebildet. Die Gräben 8 für die Gates sind parallel in der Epitaxieschicht 3 ausgebildet und die Gräben 8 sind tiefer als die p Wannenschicht 7 ausgebildet. Eine Gateoxidschicht 9 ist auf der Innenfläche jedes Grabens 8 ausgebildet und eine Polysiliziumgateelektrode 10 ist in der Gateoxidschicht 9 angeordnet. Ein n+ Sourcebereich 11 ist in einer Oberflächenschicht an einem Abschnitt in Kontakt mit jedem der Gräben 8 auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 3 ausgebildet. Ferner ist ein p+ Sourcekontaktbereich 12 in der Oberflächenschicht auf der Oberfläche der p-Typ Epitaxieschicht 3 ausgebildet. Des weiteren ist eine n– Pufferbereich 13 in jedem der Gräben 8 zwischen der p Wannenschicht 7 der Epitaxieschicht 3 und der Epitaxieschicht 2 (Driftschicht) ausgebildet. Der n– Pufferbereich 13 enthält den Bodenabschnitt des Grabens 8 und ist in Kontakt mit dem n-Typ Bereich 6 in der Driftschicht und der p Wannenschicht 7. Ein p– Bereich 14 ist zwischen den n– Pufferbereichen 13 der jeweiligen Gräben 8 ausgebildet.
  • Eine Drainelektrode (nicht dargestellt) ist auf der Bodenfläche des n+ Siliziumsubstrats 1 ausgebildet und mit dem n+ Siliziumsubstrat 1 elektrisch verbunden. Ferner ist eine Sourceelektrode (nicht dargestellt) auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 3 ausgebildet und mit dem n+ Sourcebereich 11 und dem p+ Sourcekontaktbereich 12 elektrisch verbunden.
  • Wenn eine vorbestimmte positive Spannung als ein elektrisches Potential des Gates zwischen der Source und der Drain mit einer geerdeter Sourcespannung und einer positiven Drainspannung, wird ein Transistor in den Durchlasszustand versetzt. Wenn der Transistor in den Durchlasszustand versetzt wurde, wird eine Umwandlungsschicht in einem Abschnitt in Kontakt mit der Gateoxidschicht 9 der p Wannenschicht 7 ausgebildet und Elektronen fließen zwischen der Source und der Drain durch diese Umwandlungsschicht (d. h. die Elektronen fließen durch den n+ Sourcebereich 11, die p Wannenschicht 7, den n– Pufferbereich 13, den n-Typ Bereich 6, und das n+ Siliziumsubstrat 1). Wenn ferner eine Sperrvorspannung angelegt wird (Sourcespannung auf Erde und die Drainspannung hat eine positive Spannung), verlaufen Sperrschichten von einem pn Übergang zwischen dem p-Typ Bereich 5 und dem n-Typ Bereich 6, einem pn Übergang zwischen dem n– Pufferbereich 13 und dem p– Pufferbereich 14, einem pn Übergang zwischen dem n– Pufferbereich 13 und der p Wannenschicht 7, wobei der p-Typ Bereich 5 und der n-Typ Bereich 6 verarmt sind, um die Durchbruchsspannung zu erhöhen.
  • Andererseits sind in 1 der n-Typ Bereiche 6 und die p-Typ Bereiche 5 in seitliche Richtung auch in dem Endabschnitt um einen Bauelementabschnitt abwechselnd angeordnet. Ferner ist eine LOCOS (d. h. local Oxidation of silicon) Oxidschicht 15 auf der äußeren peripheren Seite des Bauelementabschnitts auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 3 ausgebildet.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines MOSFETs mit vertikalem Grabengate in dieser Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird, wie in 3A gezeigt, ein n+ Siliziumsubstrat 1 vorbereitet und eine n-Typ Epitaxieschicht 2 wird über dem n+ Siliziumsubstrat 1 ausgebildet. Eine Mehrzahl von Gräben 20 werden in der Epitaxieschicht 2 in dem äußeren Randabschnitt eines Chips ausgebildet und eine Siliziumoxidschicht 21 wird in die Gräben 20 gefüllt. Dann wird die Oberfläche der Epitaxieschicht 2 geebnet.
  • Dann wird, wie in 3B gezeigt, eine Siliziumoxidschicht 22 über der n-Typ Epitaxieschicht 2 ausgebildet und in eine vorbestimmte Form strukturiert, um vorbestimmte Gräben auszubilden. Dann wird die Epitaxieschicht 2 unter Verwendung der Siliziumoxidschicht 22 als Maske anisotropisch geätzt (RIE), oder wird mittels alkalischer anisotroper Ätzflüssigkeit (wie z. B. KOH, TMAH) nassgeätzt, um Gräben 4 auszubilden, die bis zum Siliziumsubstrat 1 reichen. Auf diese Weise werden die Gräben 4 in dem Siliziumsubstrat ausgebildet, das aus dem n+ Siliziumsubstrat 1 und der Epitaxieschicht 2 gebildet ist.
  • Ferner wird, wie in 3C gezeigt, die Siliziumoxidschicht 22, die als Maske verwendet wurde, entfernt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Seitenverhältnis (= d1/W1) des Grabens 4 2 oder größer. Ferner wird ein Siliziumsubstrat mit einer (110)-Flächenorientierung verwendet und die Oberfläche der Epitaxieschicht 2 wird so ausgebildet, dass sie eine (110)-Flächenorientierung aufweist und die Seitenfläche des Grabens 4 wird so ausgebildet, dass sie eine (111)-Flächenorientierung aufweist. Alternativ wird ein Siliziumsubstrat mit einer (100)-Flächenorientierung verwendet und die Oberfläche der Epitaxieschicht 2 wird so ausgebildet, dass sie eine (100)-Flächenorientierung aufweist und die Seitenfläche des Grabens 4 wird mit (100)-Flächenorientierung ausgebildet.
  • Dann wird, wie in 3D gezeigt, eine Epitaxieschicht 23 über der Epitaxieschicht 2 inklusive der Innenflächen der Gräben 4 ausgebildet, wobei die Gräben 4 durch die Epitaxieschicht 23 gefüllt werden. Bei dem Schritt des Einfüllens der Epitaxieschicht 23 in die Gräben 4, wird ein Mischgas aus Siliziumquellengas und Halogenidgas als das Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um die Epitaxieschicht 23 auszubilden. Genauer gesagt wird Monosilan (SiH4), Disilan (Si2H6), Dichlorsilan (SiH2Cl2), Trichlorsilan (SiHCl3) oder Siliciumtetrachlorid (SiCl4) als ein Siliziumquellengas verwendet. Insbesondere ist es empfehlenswert Dichlorsilan (SiH2Cl2), Trichlorsilan (SiHCl3) oder Siliciumtetrachlorid (SiCl4) als ein Siliziumquellengas zu verwenden. Chlorwasserstoff (HCl), Chlor (Cl2), Fluor (F2), Chlortrifluorid (ClF3), Fluorwasserstoff (HF) oder Bromwasserstoff (HBr) werden als Halogenidgas verwendet.
  • Ferner wird die Epitaxieschicht 23 unter Regelung der chemischen Reaktionsbedingungen ausgebildet. Insbesondere wird, wenn Monosilan oder Disilan als das Siliziumquellengas verwendet wird, die obere Grenze einer Schichtausbildungstemperatur auf 950°C eingestellt. Wenn Dichlorsilan als Siliziumquellengas verwendet wird, wird die obere Grenze einer Schichtausbildungstemperatur auf 1100°C festgelegt. Wenn Trichlorsilan als Siliziumquellengas verwendet wird, wird die obere Grenze der Schichtausbildungstemperatur auf 1150°C festgelegt. Wenn Siliciumtetrachlorid als das Siliziumquellengas verwendet wird, wird die obere Grenze der Schichtausbildungstemperatur auf 1200°C eingestellt. Ferner wird, wenn der Vakuumdruck zum Ausbilden einer Schicht innerhalb eines Bereiches von atmosphärischem Druck bis 100 Pa ist, die Untergrenze einer Schichtausbildungstemperatur auf 800°C festgelegt. Wenn der Vakuumdruck zum Ausbilden einer Schicht innerhalb eines Bereichs von 100 Pa bis 1 × 10–5 Pa ist, wird die Untergrenze der Schichtausbildungstemperatur auf 600°C festgelegt. Es wurde experimentell untersucht, dass unter diesen Bedingungen die Epitaxieschicht ohne Kristallbaufehler aufwachsen kann.
  • Danach wird die Oberfläche der Epitaxieschicht 23 geebnet, um die Epitaxieschicht (n-Typ Siliziumschicht) 2 freizulegen, wie in 4A gezeigt. Dadurch werden die p-Typ Bereiche 5 und die n-Typ Bereiche 6 in die seitliche Richtung abwechselnd angeordnet. Ferner wird die Siliziumoxidschicht 21 in den Gräben 20 an dem äußeren Randabschnitt des Chips (siehe 3D) entfernt.
  • Dann wird, wie in 4B gezeigt, eine p– Typ Epitaxieschicht 24 über der Epitaxieschicht 2 ausgebildet. Ferner werden, wie in 4C gezeigt, die n– Pufferbereiche 13 mittels Ionenimplantation in Abschnitten in der p– Typ Epitaxieschicht 24 ausgebildet, die in Kontakt mit den n-Typ Bereichen 6 stehen. Zu diesem Zeitpunkt werden Konkavitäten 25 auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 24 in dem Graben 20 in dem äußeren Randabschnitt des Chips ausgebildet und eine Photoresistmaske wird unter Verwendung der Konkavitäten 25 als Ausrichtungsmarkierungen ausgerichtet.
  • Dann wird, wie in 4D gezeigt, eine p– Typ Epitaxieschicht 26 über der p-Typ Epitaxieschicht 24 ausgebildet.
  • Dann wird, wie in 1 gezeigt, die LOCOS Oxidschicht 15 ausgebildet. Ferner werden die p Wannenschicht 7, der Graben 8, die Gateoxidschicht 9, die Polysiliziumgateelektrode 10, der n+ Sourcebereich 11, und der p+ Sourcekontaktbereich 12 ausgebildet. Ferner werden Elektroden und Verdrahtungen in dem Bauelementabschnitt ausgebildet. Wenn der n+ Sourcebereich 11 und der p+ Sourcekontaktbereich 12 mittels Ionenimplantation beim Ausbilden des Bauelementabschnitt ausgebildet werden, werden Konkavitäten 27 auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 26 in dem Graben 20 in dem äußeren Randabschnitt des Chips ausgebildet und eine Photoresistmaske wird mittels der Konkavitäten 27 als Ausrichtungsmarkierungen ausgerichtet.
  • Hier wird Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als das Gas, das dem Siliziumsubstrat (1, 2) zugeführt wird, um die Epitaxieschicht 23 auszubilden, nachdem die Gräben 4 in dem Siliziumsubstrat (1, 2) ausgebildet sind, von Beginn des Ausbildens der Epitaxieschicht 23 an bis zum Einfüllen der Epitaxieschicht 23 in den Gräben 4 verwendet. Allerdings ist es allgemein gesprochen lediglich wesentlich, dass das Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgas verwendet wird als das Gas, das dem Siliziumsubstrat (1, 2) zugeführt wird, um die Epitaxieschicht 23 auszubilden, zumindest beim abschließenden Schritt des Füllens in dem Prozess des Einfüllens der Epitaxieschicht 23 in die Gräben 4.
  • Bei diesem Herstellungsprozess wird ein Schritt des Einfüllens einer Epitaxieschicht, wie in 3C und 3D gezeigt, detailliert unter Verwendung der 5A, 5B, und 5C beschrieben.
  • Wie in 5A gezeigt, werden Gräben 31 in dem Siliziumsubstrat 30 ausgebildet und dann wird, wie in 5C gezeigt, eine Epitaxieschicht 32 in die Gräben 31 eingefüllt. Zu diesem Zeitpunkt wird, wie in 5B gezeigt, als eine Bedingung zum Ausbilden der Epitaxieschicht 32, die Wachstumsrate der Epitaxieschicht 32, die auf der Seitenfläche des Grabens aufwächst, an einer Grabenöffnung langsamer gemacht als ein Abschnitt der tiefer liegt als die Grabenöffnung. Anders ausgedrückt, wenn angenommen wird, dass die Wachstumsrate an der Grabenöffnung als R0 definiert ist und die Wachstumsrate an einem Abschnitt tiefer als die Grabenöffnung als Rb definiert ist, haben die Wachstumsraten R0, Rb die Beziehung R0 < Rb.
  • Auf diese Weise wird die Epitaxieschicht in den Gräben auf eine Weise ausgebildet, dass eine Schichtdicke dünner an der Grabenöffnung als an dem Grabenboden ist. Dadurch wird die Schichtdicke der Epitaxieschicht auf der Seitenfläche des Grabens dünner an der Grabenöffnung als am Grabenboden ge macht, wodurch die Epitaxieschicht ohne Hohlräume ausgebildet werden kann. Kurz gesagt ist es möglich, da die Epitaxieschicht ohne Hohlräume ausgebildet werden kann, wenn eine Sperrvorspannung an den Super-Junction Aufbau (p/n Säulenaufbau) angelegt wird (die Source ist geerdet und die Drain weist eine positive Spannung auf), eine Durchbruchsspannung sicherzustellen und einen Sperrschicht-Ableitstrom zu verhindern. Ferner ist es möglich, Hohlräume zu verhindern (die Größe der Hohlräume zu verringern), eine Durchbruchspannungausbeute zu verbessern und einen Sperrschicht-Ableitstromausbeute zu verbessern.
  • Aus diesem Grund werden, wie oben beschrieben, die folgenden Bedingungen [A] bis [E] aufgestellt.
    • [A] Ein Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas wird als das Gas, das zu dem Siliziumsubstrat geleitet wird, um die Epitaxieschicht 23 auszubilden, verwendet.
    • [B] Die Epitaxieschicht 23 wird unter der Bedingung der Steuerung der chemischen Reaktion ausgebildet.
    • [C] Die Epitaxieschicht wird in die Gräben gefüllt, nachdem die Oxidschicht entfernt wurde, die als Maske verwendet wird, wenn die Gräben mittels Ätzen ausgebildet werden.
    • [D] Die Bodenfläche des Grabens weist eine (110)-Flächenorientierung auf und die Seitenfläche des Grabens weist eine (111)-Flächenorientierung auf. Alternativ weist die Bodenfläche des Grabens eine (100)-Flächenorientierung auf und die Seitenfläche des Grabens die (100)-Flächenorientierung.
    • [E] Das Seitenverhältnis des Grabens ist 2 oder größer. Nachstehend wird der Grund erläutert, warum diese Bedingungen [A] bis [E] aufgestellt wurden.
  • Zunächst wird der Grund für Bedingung [A] beschrieben, das heißt der Grund, warum die Epitaxieschicht unter Verwendung des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas ausgebildet wird.
  • Es wird ausgegangen von einem epitaxialen Wachstum an der Grabenöffnung und an einem Abschnitt (Abschnitt in dem Graben), der tiefer liegt als die Grabenöffnung.
  • Defekte (Hohlräume) werden beim Einfüllen der Epitaxieschicht durch die Tatsache verursacht, dass die Menge der Epitaxieschicht, die in der Nähe der Grabenöffnung ausgebildet wird, relativ groß im Vergleich zu der Menge an Epitaxieschicht ist, die im Graben ausgebildet wird, wodurch die Grabenöffnung früher geschlossen wird und Hohlräume in dem Graben zurückbleiben. Die Hauptursache für die erhöhte Menge an Epitaxieschicht an der Grabenöffnung ist, dass die Menge an zugeführtem Siliziumquellengas an der Grabenöffnung groß ist im Vergleich zu der Menge an zugeführtem Siliziumquellengas in dem Graben. Ein Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas wird als Maßnahme gegen diese Erscheinung verwendet.
  • Das Halogenidgas wirkt als Ätzgas und die Ätzrate wird durch die Zufuhr abgestimmt, dabei ist die Ätzrate an der Grabenöffnung höher als in dem Graben. Anders ausgedrückt ist die Ätzreaktion mittels Halogenid an der Grabenöffnung nachhaltiger als in dem Graben, so dass der Graben in abgeschrägter Form ausgebildet wird. Als nächstes wird die Ätzreaktion unter Verwendung der 6 beschrieben. Wie aus der Zeichnung ersehen werden kann, wird die Wachstumsrate durch Verwendung eines Mischgases aus Dichlorsilan (SiH2Cl2) und Chlorwasserstoff (HCl) im Vergleich zu der Wachstumsrate, wenn Dichlorsilan (SiH2Cl2) verwendet wird, verringert. Ferner steht, was die Wirkungsweise eines Halogenidgases betrifft, das Halogenidgas mit der Abbaureaktion eines Siliziumquellengas in Verbindung, um den Reaktionsmechanismus komplex zu gestalten, um die Steuerbarkeit der Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen. Dies wird unter Verwendung der 6 beschrieben. Wenn eine maximale Temperatur bei der Steuerung der chemischen Reaktion mittels Dichlorsilan (SiH2Cl2) mit der maximalen Temperatur bei der Steuerung der Reaktion mittels eines Mischgases aus Dichlorsilan und Chlorwasserstoffgas verglichen wird, kann man sehen, dass ein Steuerungsbereich für die chemische Reaktion in Richtung einer höheren Temperatur verschoben werden kann durch Ausbilden der Epitaxieschicht unter Verwendung des Mischgases aus Dichlorsilan und Chlorwasserstoffgas (Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas).
  • Diesbezüglich kann eine Epitaxieschicht im Zustand einer Zufuhrsteuerung in die Gräben gefüllt werden. In diesem Fall wird, wie oben beschrieben, die Menge des zugeführten Siliziumquellengases an einem Abschnitt erhöht, der näher an der Grabenöffnung liegt, um eine Schichtdickenverteilung zu bewerkstelligen, aber eine Ätzwirkung des gemischten Halogenidgases kann die Schichtdickenverteilung in der Form einer verschließenden Struktur auf dem Öffnungsabschnitt verhindern.
  • Nachstehend wird das Ausbilden der Epitaxieschicht beschrieben, die bei gleichzeitiger Steuerung der chemischen Reaktionsbedingungen in die Gräben gefüllt wird, wie bereits in [B] angesprochen.
  • Durch Ausbilden der Epitaxieschicht unter den Bedingungen, unter denen das Ausbilden einer Schicht durch die Reaktion bestimmt wird, ist eine Schichtdickenverteilung beständig gegen die Wirkungen der Gaszufuhrverteilung. Daher ist es möglich zu verhindern, dass die Menge des zugeführten Siliziumquellengases größer ist als die Menge des zugeführten Siliziumquellengases in dem Graben und daher zu verhindern, dass Hohlräume in dem Graben zurückbleiben, wenn die Epitaxieschicht ausgebildet wird.
  • Um den Zustand herzustellen, in dem die Ausbildung einer Schicht durch die Reaktion bestimmt wird, wie in 7 gezeigt, wird die Epitaxieschicht bei niedrigeren Temperaturen ausgebildet. Monosilan (SiH4), Disilan (Si2H6), Dichlorsilan (SiH2Cl2), Trichlorsilan (SiHCl3) oder Siliciumtetrachlorid (SiCl4) kann als ein Siliziumquellengas verwendet werden. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Epitaxieschicht bei einer niedrigeren Temperatur ausgebildet wird, besteht die Besorgnis, dass die Kristallinität schlechter wird. Aus diesem Grund kann mittels Verwendung von Dichlorsilan (SiH2Cl2), Trichlorsilan (SiHCl3) oder Siliciumtetrachlorid (SiCl4) als ein Siliziumquellengas eine Aufwachstemperatur in Richtung einer höheren Temperatur verschoben werden. Dadurch kann eine Maximaltemperatur in dem Zustand, in dem die Ausbildung einer Schicht durch die Reaktion bestimmt wird, in Richtung einer höheren Temperatur verschoben werden, verglichen mit einem Fall, in dem Monosilan (SiH4) oder Disilan (Si2H6) verwendet wird. Anders ausgedrückt kann der Temperaturbereich einer Steuerung der chemischen Reaktion in Richtung einer höheren Temperatur durch Verwendung von Dichlorsilan (SiH2Cl2) mit einer Bildungsenthalpie von 578 kJ/mol, Trichlorsilan (SiHCl3) mit einer Bildungsenthalpie von 670 kJ/mol oder Siliciumtetrachlorid (SiCl4) mit einer Bildungsenthalpie von 763 kJ/mol ausgeweitet werden, verglichen mit Monosilan (SiH4) mit einer Bildungsenthalpie von 417 kJ/mol. Aus diesem Grund kann die Epitaxieschicht in dem Zustand der Steuerung einer chemischen Reaktion bei höheren Temperaturen ausgebildet werden. Demzufolge kann eine Verschlechterung der Kristallinität vermieden werden.
  • Ferner wird, wenn Monosilan oder Disilan als ein Siliziumquellengas verwendet wird, die obere Grenze einer Schichtausbildungstemperatur auf 950°C eingestellt. Wenn Dichlorsilan als ein Siliziumquellengas verwendet wird, wird die obere Grenze einer Schichtausbildungstemperatur auf 1100°C festgesetzt. Wenn Trichlorsilan als Siliziumquellengas verwendet wird, wird die obere Grenze der Schichtausbildungstemperatur auf 1150°C festgelegt. Wenn Siliciumtetrachlorid als ein Siliziumquellengas verwendet wird, wird die obere Grenze der Schichtausbildungstemperatur auf 1200°C festgelegt. Es wurde experimentell untersucht, dass, wenn diese Bedingungen erfüllt sind, die Epitaxieschicht ohne Kristallbaufehler aufgewachsen werden kann.
  • Spezifische Beispiele werden unter Verwendung der 9A bis 14B beschrieben. 9A bis 14B zeigen Schnittansichtsbilder eines Substrats, die mit einem REM (Rasterelektronenmikroskop) aufgenommen wurden, um die Epitaxieschicht zu bewerten, die in die Gräben gefüllt ist. Wie in 9A und 9B gezeigt, wurde eine Epitaxieschicht auf ein Substrat mit durch Ätzen ausgebildete Gräben aufgewachsen. Zu diesem Zeitpunkt waren die Breiten der in dem Substrat ausgebildeten Gräben 3 μm, 2 μm, 1 μm, 0.8 μm, und 0.5 μm und die Tiefe des Grabens war 13 μm bei allen Gräben. Dichlorsilan wurde dem Substrat in einer Atmosphäre mit einer Temperatur größer als 1100°C zugeführt, um eine Epitaxieschicht mit 3 μm dicke auszubilden und es wurde das in 10A und 10B gezeigte Ergebnis erzielt. In 10A und 10B wird kein Halogenidgas verwendet. Andererseits wurde dem Substrat ein Mischgas aus Dichlorsilan und Chlorwasserstoff in der Atmosphäre der gleichen Temperatur zugeführt (Atmosphäre mit einer Temperatur höher als 1100°C), um eine Epitaxieschicht mit 3 μm Dicke auszubilden und das in 11A und 11B gezeigte Ergebnis wurde erzielt. In 11A und 11B wird ein Halogenidgas verwendet.
  • Dichlorsilan wurde dem Substrat, in dem die in 9A und 9B gezeigte Gräben ausgebildet wurden, in Atmosphäre mit einer Temperatur kleiner gleich 1100°C zugeführt, um eine Epitaxieschicht von 3 μm Dicke auszubilden und das in 12A und 12B gezeigte Ergebnis wurde erzielt. In 12A und 12B wird kein Halogenidgas verwendet. Andererseits wurde ein Mischgas aus Dichlorsilan und Chlorwasserstoff dem Sub strat in der Atmosphäre mit gleicher Temperatur (Atmosphäre mit einer Temperatur von kleiner gleich 1100°C) zugeführt, um eine Epitaxieschicht von 3 μm Dicke auszubilden, und es wurde das in 13A und 13B gezeigte Ergebnis erzielt. In 13A und 13B wird ein Halogenidgas verwendet. Ferner wurde eine Epitaxieschicht von 10 μm Dicke unter gleichen Bedingungen ausgebildet und das in 14A und 14B gezeigte Ergebnis wurde erzielt. In 14A und 14B wird ein Halogenidgas verwendet.
  • Hohlräume in den Gräben sind in den 11A und 11B kleiner als in den 10A und 10B. Ferner existieren Hohlräume in den Gräben in 12A und 12B wohingegen, wie aus 13A und 13B ersichtlich, die Grabenöffnungen vor dem Verschließen bewahrt werden. Diese Ergebnisse zeigen die Wirkung, die durch Mischen eines Halogenidgases und die Wirkung, die durch Ausbilden der Epitaxieschicht bei 1100°C oder weniger unter Verwendung des Mischgases aus einem Dichlorsilan und einem Halogenidgas erzielt wird. Demzufolge kann die Epitaxieschicht ohne Hohlraum ausgebildet werden, wie in 14A und 14B gezeigt.
  • Ferner wurde die Untergrenze der Schichtausbildungstemperatur auf 800°C innerhalb eines Vakuumdruckbereichs zum Ausbilden einer Schicht von atmosphärischem Druck bis 100 Pa. Die Untergrenze der Schichtausbildungstemperatur wurde auf 600°C festgelegt innerhalb eines Vakuumdruckbereichs zum Ausbilden einer Schicht von 100 Pa to 1 × 10–5 Pa. Es wurde experimentell untersucht, dass, wenn diese Bedingungen erfüllte waren, eine Epitaxieschicht ohne Hohlraum aufgewachsen werden konnte. Der Vakuumdruck und die Schichtausbildungstemperatur sind Elemente, um die Kristallinität zu bestimmen. Was den Vakuumdruck betrifft, werden Sauerstoff und H2O, die in der Kammer verbleiben, in der Atmosphäre mit hohem Vakuumdruck verringert, um die Oxidation der Oberfläche des Siliziums zu verhindern, wobei ein Oberflächenwanderungsphänomen, das zur Sicherung der Kristallinität der Epitaxie schicht notwendig ist, vor Beeinträchtigungen bewahrt werden kann. Andererseits verstärkt die niedrige Schichtausbildungstemperatur die Befürchtung, dass die Kristallinität verschlechtert wird. Mit diesen Ergebnissen kann, selbst wenn die Epitaxieschicht bei niedriger Temperaturen mit hohem Vakuumdruck ausgebildet wird, die Verschlechterung der Kristallinität vermieden werden. Demzufolge ist es möglich das epitaxiale Aufwachsen selbst bei niedrigen Temperaturen mit exzellenter Kristallinität zu verwirklichen, und daher ist es möglich die Epitaxieschicht bei niedrigeren Temperaturen unter der Bedingung des Steuerns der chemischen Reaktion auszubilden.
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung der zuvor erwähnten Bedingung [C] erfolgen, nämlich dass die Epitaxieschicht in die Gräben gefüllt wird, nachdem die Oxidschicht, die als eine Maske verwendet wird, wenn die Gräben durch Ätzen ausgebildet werden, entfernt wurde.
  • Wenn die Epitaxieschicht aufgewachsen wird und in die Gräben in einem Zustand eingefüllt wird, in dem die Oxidschicht, die als eine Maske zum Ätzen verwendet wird, verbleibt, besteht die Möglichkeit, dass Kristallbaufehler durch Spannungen verursacht werden, die durch ein polykristalline Siliziumschicht, die auf der Oxidschicht, die als eine Maske verwendet wurde, und der Epitaxieschicht, die in den Gräben aufgewachsen wurde, entstehen. Aus diesem Grund wird die Epitaxieschicht ausgebildet und in die Gräben gefüllt, nachdem die Oxidschicht, die als Maske verwendet wird, entfernt ist. Das kann das Auftreten von Kristallbaufehlern verhindern.
  • Nachstehend wird die Flächenorientierung (Seiten- und Bodenfläche des Grabens) des Siliziumsubstrats der zuvor beschriebenen Bedingung [D] beschrieben.
  • Wenn die Epitaxieschicht unter Verwendung des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas aus gebildet wird, werden die Flächenorientierung des Substrats und die Seitenfläche des Grabens wie folgt bestimmt.
  • Unter Verwendung eines Si Substrats mit (110)-Flächenorientierung, wird die Orientierung der Bodenfläche des Grabens auf eine (110)-Flächenorientierung festgelegt und die Orientierung der Seitenfläche des Grabens wird auf (111)-Flächenorientierung festgelegt. Alternativ wird unter Verwendung eines Si Substrats mit (100)-Flächenorientierung, die Orientierung der Bodenfläche des Grabens auf (100)-Flächenorientierung festgelegt und die Orientierung der Seitenfläche des Grabens wird auf (100)-Flächenorientierung festgelegt. Das kann verhindern, dass die Grabenöffnung durch die wachsende Epitaxieschicht verschlossen wird, so dass die Epitaxieschicht einfach in die Gräben gefüllt werden kann.
  • Genauer gesagt bekommt, wenn die Gräben auf der Si (100)-Fläche auf eine Weise angeordnet sind, dass sie vertikal oder parallel zu einer flachen Orientierung der (100)-Flächenorientierung stehen, die Bodenfläche des Grabens eine Si (100)-Flächenorientierung und die Seitenfläche des Grabens bekommt eine Si (110)-Flächenorientierung. In diesem Fall nimmt eine Schichtdicke auf der Seitenfläche mit der Orientierung (110)-Fläche zu, wenn die Menge an gemischtem Halogenidgas (HCl) zunimmt. Aus diesem Grund schreitet das epitaxiale Aufwachsen auf der Seitenfläche in einem Zustand fort, in dem eine Schichtdicke auf der Bodenfläche mit der Orientierung (100)-Fläche nicht ausreichend wächst. Das stellt einen Nachteil beim Einfüllen der Epitaxieschicht ohne Hohlraum in die Gräben dar.
  • Im Gegensatz dazu nimmt, wenn Gräben mit einer Si Seitenfläche mit (111)-Flächenorientierung in einem Si Substrat mit (110)-Fläche Orientierung ausgebildet sind, die Dicke der Epitaxieschicht auf der Bodenfläche des Grabens im Vergleich zu der Seitenfläche zu, wenn die Menge an gemischtem Halogenidgas (HCl) zunimmt. Das bewerkstelligt, dass die Epitaxieschicht einfach in die Gräben gefüllt werden kann. Ferner kann, zum Zeitpunkt des Ausbildens der Gräben dieser Flächenorientierung, das Ausbilden der Gräben durch anisotropes Nassätzen (genauer gesagt, Ätzen mit TMAH oder KOH) die Ätzschäden verringern und daher den Durchsatz beim Ätzprozess erhöhen.
  • Ferner ist, selbst wenn die Si Substrat (100)-Flächenorientierung verwendet wird, wenn die Gräben mit Si (100)-Flächenorientierung Seitenflächen ausgebildet sind, eine Schichtdicke auf der Bodenfläche gleich der Schichtdicke auf der Seitenfläche und daher wird ein relativer Unterschied der Schichtdicke nicht durch die Flächenorientierung verursacht. Daher kann, zusätzlich zu der Wirkung des Ausbildens des Grabens in abgeschrägter Form, was durch das gemischte Halogenid verursacht wird, die Wirkung des Ausbildens der Gräben mit Si (100)-Flächenorientierung Seitenflächen bewirken, dass die Epitaxieschicht verglichen mit dem Fall, dass eine Seitenfläche mit Si (110)-Flächenorientierung verwendet wird, einfach in die Gräben gefüllt wird.
  • Als nächstes wird die zuvor beschriebenen Bedingung [E], dass das Seitenverhältnis des Grabens 2 oder größer ist beschrieben.
  • Ein MOS mit Super-Junction (p/n Säule) Struktur kann eine Zielkonfliktbeziehung zwischen normalisiertem Durchlasswiderstand, der ein Leistungsindikator eines Leistungsbauelements ist, und einer Durchbruchsspannung aufbrechen.
  • Genauer gesagt kann, wie in 8 gezeigt, der Durchlasswiderstand über eine Grenze (Siliziumgrenze) in einem herkömmlichen DMOS verringert werden.
  • Allerdings muss, um den Durchlasswiderstand zu verringern, das Seitenverhältnis eines p/n Säulenaufbaus erhöht werden. Wie in 8 gezeigt, wird der Durchlasswiderstand durch Verringern der Breite einer Säulenbreite (Breite eines Grabens) verringert. Ferner ist bezüglich der Tiefe eines Grabens bekannt, dass eine Durchbruchsspannung von ungefähr 10 V pro Tiefe von 2 μm erreicht werden kann. Daher muss, um eine hohe Durchbruchsspannung zu erreichen, die Tiefe eines Grabens erhöht werden und daher muss das Seitenverhältnis weiter erhöht werden. In 8 stellt eine Linie, die mit 5 μm beschriftet ist, den Graben mit einer Breite von 5 μm, so dass das Seitenverhältnis des Grabens 10/5 = 2 ist. Eine Linie, die mit 3 μm beschriftet ist, stellt den Graben mit einer Breite von 3 μm dar, so dass das Seitenverhältnis des Grabens 10/3 ist. Eine Linie, die mit 1 μm beschriftet ist, stellt den Graben mit einer Breite von 1 μm dar, so dass das Seitenverhältnis des Grabens 10/1 ist. Eine Linie, die mit 0.5 μm beschriftet ist, stellt den Graben mit einer Breite von 0.5 μm dar, so dass das Seitenverhältnis des Grabens 10/0.5 ist. Eine Linie, die mit 0.05 μm bezeichnet ist, stellt den Graben mit einer Breite von 0.05 μm dar, so dass das Seitenverhältnis des Grabens 10/0.05 ist. Hier ist die Tiefe des Grabens 10 μm. Eine gestrichelte Linie stellt eine Siliziumgrenze dar, welche eine herkömmliche DMOS Grenze ist. Eine linke Seite der gestrichelten Linie stellt einen Bereich dar, in dem der herkömmliche DMOS geeignet funktioniert. Eine rechte Seite der gestrichelten Linie stellt einen Bereich dar, in dem der herkömmliche DMOS nicht geeignet funktionieren kann.
  • Genauer gesagt muss die Tiefe eines Grabens ungefähr 10 μm sein, um eine Durchbruchsspannung von 200 V zu erreichen und ein Punkt auf dem Ausdruck muss auf der rechten Seite eines Punkts auf dem Ausdruck P1 in 8 sein, um die Siliziumgrenze zu überschreiten. Das Ausdrucken eines Punktes auf der rechten Seite eines Punkts auf dem Ausdruck P1 bedeutet, dass die Breite einer Säule (Breite eines Grabens) 5 μm oder weniger in 8 ist, was bedeutet, dass das Seitenverhältnis eines Grabens "2" oder größer wird. Eine hohe Durchbruchsspannung von 200 V oder mehr erfordert ein höheres Seitenverhältnis. Ferner kann, da der Beitrag des Driftwiderstands, im Bereich einer Durchbruchsspannung von 200 V oder weniger, kleiner wird, der Durchlasswiderstand nicht nur durch Verringern des Driftresists durch den Super-Junction (p/n Säule) Aufbau verringert werden. Daher muss ein Graben einen Aufbau Aufweisen, der ein Seitenverhältnis von 2 oder größer hat, um einen Super-Junction (p/n Säule)-MOS auszubilden, der über die Grenze einer gewöhnlichen DMOS Vorrichtung geht.
  • Wie oben beschrieben weist die Ausführungsform die folgenden Merkmale auf.
    • (1) Wie in 3C und 3D gezeigt, wurden die Gräben 4 in dem Siliziumsubstrat (1, 2) des n+ Siliziumsubstrats 1 und der Epitaxieschicht 2 ausgebildet und dann wurde die Epitaxieschicht 23 auf dem Siliziumsubstrat (1, 2) inklusive der Bodenflächen und der Seitenflächen der Gräben 4 ausgebildet, und dadurch in die Gräben 4 gefüllt. Hier wurde zumindest als abschließender Schritt des Einfüllens beim Einfüllprozess der Epitaxieschicht 23 in die Gräben 4, als eine Bedingung des Ausbildens der Epitaxieschicht 23 die Wachstumsrate an der Grabenöffnung der Epitaxieschicht 23, die auf die Seitenfläche des Grabens aufgewachsen wird, kleiner als die Wachstumsrate an einem Abschnitt tiefer als die Grabenöffnung gemacht. Daher wird in der Epitaxieschicht 23, die auf der Seitenfläche des Grabens aufwächst, die Wachstumsrate an der Grabenöffnung kleiner gemacht als die Wachstumsrate an einem Abschnitt tiefer als die Grabenöffnung, was verhindern kann, dass die Grabenöffnungen durch die Epitaxieschicht 23 verschlossen wird und daher kann die Epitaxieschicht einfach in die Gräben 4 eingefüllt werden.
    • (2) Die Gräben 4 wurden in dem Siliziumsubstrat (1, 2) ausgebildet, das aus dem n+ Siliziumsubstrat 1 und der Epitaxieschicht 2 besteht und dann wurde die Epitaxieschicht 23 auf dem Siliziumsubstrat (1, 2) inklusiver des Bodens und der Seitenflächen der Gräben 4 ausgebildet, wodurch sie in die Gräben 4 eingefüllt wurde. Hier wurde zumindest in einem abschließenden Schritt des Einfüllens des Prozesses zum Einfüllen der Epitaxieschicht 23 in die Gräben 4, das Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat (1, 2) zugeführt wird. Daher wirkt durch Verwendung des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als das Gas, das dem Siliziumsubstrat (1, 2) zugeführt wird, um die Epitaxieschicht 23 auszubilden, das Halogenidgas als ein Ätzgas und die Ätzrate wird durch die Zufuhr bestimmt und daher wird die Ätzrate an der Grabenöffnung größer als in dem Graben. Daher ist es möglich, die Wachstumsrate der Epitaxieschicht 23, die auf der Seitenfläche des Grabens aufwächst, an der Grabenöffnung zu verringern verglichen mit der Wachstumsrate an einem Abschnitt, der tiefer liegt als die Grabenöffnung. Das kann verhindern, dass die Grabenöffnungen durch die Epitaxieschicht 23 verschlossen werden und kann bewerkstelligen, dass die Epitaxieschicht 23 einfach in die Gräben 4 eingefüllt werden kann.
    • (3) Zumindest beim abschließenden Schritt des Einfüllens, wird das Mischgas aus einem Siliziumquellengases und einem Halogenidgas als Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat (1, 2) zugeführt wird und die Epitaxieschicht 23 wurde im Zustand des Steuerns einer chemischen Reaktion ausgebildet. Daher ist es möglich, durch Ausbilden der Epitaxieschicht 23 in einem Zustand des Steuern der chemischen Reaktion, ferner zu verhindern, dass die Grabenöffnung durch die Epitaxieschicht 23 verschlossen wird und zu bewerkstelligen, dass die Epitaxieschicht 23 einfach in die Gräben 4 eingefüllt werden kann.
    • (4) Chlorwasserstoff, Chlor, Fluor, Chlortrifluorid, Fluorwasserstoff oder Bromwasserstoff wurde als ein Halogenidgas verwendet. Daher ist es möglich, durch Verwendung von Chlorwasserstoff, Chlor, Fluor, Chlortrifluorid, Fluorwasserstoff oder Bromwasserstoff von den Gasen die für eine gewöhnliche CVD Vorrichtung verwendet werden, die Wirkung eines Ätzvorgangs an der Grabenöffnung zu erzielen und die Wachstumsrate zu verringern.
    • (5) Monosilan, Disilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan, oder Siliciumtetrachlorid wurde als ein Siliziumquellengas verwendet. Das heißt Monosilan, Disilan, Dichlorsilan, Trichlorsilan oder Siliciumtetrachlorid kann von den Gasen, die in einer gewöhnlichen CVD Vorrichtung verwendet werden, verwendet werden. Insbesondere wenn Dichlorsilan, Trichlorsilan oder Siliciumtetrachlorid als ein Siliziumquellengas verwendet wird, ist es möglich die Epitaxieschicht 23 durch Steuerung einer chemischen Reaktion mit einer hohen Temperatur und besseren Kristallinitätsbedingungen auszubilden. Anders ausgedrückt ist es möglich den Temperaturbereich, in dem die Epitaxieschicht ausgebildet wird, durch Steuerung einer chemischen Reaktion auf einen höheren Temperaturbereich auszuweiten und die Verschlechterung der Kristallinität zu verhindern.
    • (6) Monosilan oder Disilan wurde als ein Siliziumquellengas verwendet und die obere Grenze einer Schichtausbildungstemperatur wurde auf 950°C festgelegt. Alternativ wurde Dichlorsilan als ein Siliziumquellengas verwendet und die obere Grenze einer Schichtausbildungstemperatur wurde auf 1100°C eingestellt. Alternativ wurde Trichlorsilan als ein Siliziumquellengas verwendet und die obere Grenze einer Schichtausbildungstemperatur wurde auf 1150°C eingestellt. Alternativ wurde Siliciumtetrachlorid als ein Siliziumquellengas verwendet und die obere Grenze einer Schichtausbildungstemperatur wurde auf 1200°C eingestellt. Auf diese Weise wurde die obere Grenze der Schichtausbildungstemperatur auf eine Temperatur festgelegt, bei der die Epitaxieschicht in einem Zustand des Steuerns der chemischen Reaktion ausgebildet werden konnte. Ferner wurde, wenn der Vakuumdruck zum Ausbilden einer Schicht innerhalb eines Bereiches von einem atmosphärischem Druck bis 100 Pa war, die Untergrenze einer Schichtausbildungstemperatur auf 800°C eingestellt. Alternativ war der Vakuumdruck zum Ausbilden einer Schicht innerhalb eines Bereiches von 100 Pa bis 1 × 10–5 Pa und die Untergrenze einer Schichtausbildungstemperatur wurde auf 600°C eingestellt. Auf diese Weise muss die Untergrenze der Temperatur eingestellt werden, um den Einfluss von Kristallbaufehlern zu vermeiden und die Kristallbaufehler werden für die Wirkung des Vakuumdrucks der Atmosphäre mit verringertem Druck anfällig, so die Epitaxieschicht ausgebildet wird. Genauer gesagt werden in der Atmosphäre mit hohem Vakuumdruck, Sauerstoff und Wasser, das in der Kammer zurückbleibt verringert, um die Oxidation der Oberfläche des Siliziums zu verhindern, wobei ein Oberflächenwanderungsphänomen, das zur Sicherstellung der Kristallinität der Epitaxieschicht notwendig ist, vor Verschlechterung bewahrt bleiben kann. Daher kann, selbst wenn die Epitaxieschicht bei niedrigen Temperaturen ausgebildet wird, die Verschlechterung der Kristallinität verhindert werden. Unter Berücksichtigung dessen, ist es empfehlenswert die Untergrenze der Schichtausbildungstemperatur bei dem zuvor beschriebenen Vakuumdruck einzustellen.
    • (7) Eine Oxidschicht 22, die über dem Siliziumsubstrat (1, 2) ausgebildet wurde, wird als Maske verwendet, wenn die Gräben 4 über dem Siliziumsubstrat (1, 2) ausgebildet werden. Dann wurde die Oxidschicht 22, die als Maske verwendet wurde, entfernt, bevor die Epitaxieschicht 23 ausgebildet wurde, und nach Ausbildung der Gräben. Wenn die Oxidschicht 22, die als Maske verwendet wird, nicht entfernt wird, bevor die Epitaxieschicht 23, nach der Ausbildung der Gräben ausgebildet wird, besteht die Möglichkeit, dass Kristallbaufehler durch Spannungen verursacht werden, die entstehen durch die polykristalline Siliziumschicht, die auf der Oxidschicht 22 aufwächst, die als Maske verwendet wird, und die Epitaxieschicht 23, die in den Gräben 4 aufgewachsen wird. Allerdings kann in dieser Ausführungsform diese Möglichkeit vermieden werden.
    • (8) Bei dem Siliziumsubstrat (1, 2) weist die Bodenfläche des Grabens 4 die (110)-Flächenorientierung auf und die Seitenfläche des Grabens 4 weist die (111)-Flächenorientierung auf. Alternativ weist in dem Siliziumsubstrat (1, 2) die Bodenfläche des Grabens 4 die (100)-Flächenorientierung auf und die Seitenfläche des Grabens weist die (100)-Flächenorientierung auf. In dieser Ausführungsform ist es Möglich ferner zu verhindern, dass die Grabenöffnung verschlossen wird, wenn die Epitaxieschicht 23 ausgebildet wird, verglichen mit einem Fall in dem in dem Siliziumsubstrat die Bodenfläche des Grabens die (100)-Flächenorientierung aufweist und in dem die Seitenfläche des Grabens die (100)-Flächenorientierung aufweist.
    • (9) Das Seitenverhältnis des Grabens 4 ist 2 oder größer. Daher können, wenn das Seitenverhältnis des Grabens 2 oder größer ist, die in (1) bis (9) beschrieben Wirkungen weiter erzeugt werden.
  • Diesbezüglich wird empfohlen, wenn die Epitaxieschicht in die Gräben eingefüllt wird, nachdem die Gräben ausgebildet sind, in dem Fall, in dem nur ein Siliziumquellengas bis zur Mitte verwendet wird, wenn das Gas, das dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um die Epitaxieschicht auszubilden und in dem ein Mischgas aus Siliziumquellengas und einem Halogenidgas von der Mitte an verwendet wird (zumindest in einem abschließenden Schritt des Einfüllens), dass die Menge des zugeführten Halogenidgases mit der Zeit erhöht wird (die Menge des zugeführten Siliziumquellengases bleibt konstant). Ferner kann in diesem Fall die Menge des zugeführten Halogenidgases linear oder exponentiell erhöht werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als nächstes wird die zweite Ausführungsform mit besonderer Betonung des Unterschieds zwischen der zweiten Ausführungsform und der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 15A gezeigt, werden die Gräben 51 in dem Siliziumsubstrat 50 ausgebildet. Dann wird, wie in 15B gezeigt, eine Epitaxieschicht 52 gebildet. Ferner wird, wie in 15C gezeigt, die Epitaxieschicht 52 mittels eines Halogenidgases geätzt, wodurch die Epitaxieschicht 52, die die Grabenöffnungen verschließt, entfernt wird. Chlorwasserstoff (HCl) wird als Halogenidgas verwendet.
  • Danach wird, wie in 15D gezeigt, erneut eine Epitaxieschicht 53 gebildet, wodurch diese in die Gräben 51 gefüllt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Epitaxieschicht 53 durch epitaxiales Aufwachsen unter Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas gebildet (Die Bedingung [A] in der ersten Ausführungsform). Ferner kann die Epitaxieschicht 53 unter den zusätzlichen Bedingungen [B] bis [E] in der ersten Ausführungsform aufgewachsen werden.
  • Das zusätzliche Ätzen der Epitaxieschicht 52 mit Chlorwasserstoff (HCl) kann die Epitaxieschicht, die in den Gräben ausgebildet ist, abschrägen, um den Vorteil des erleichterten Einfüllens der Epitaxieschicht 53 in die Gräben zu erzielen. Demzufolge ist es als die Bedingung des epitaxialen Aufwachsens möglich, die Menge des zu mischenden Halogenidgases zu verringern und eine hohe Temperaturbedingung verglichen mit der ersten Ausführungsform zu verwenden. Daher ist es möglich die Epitaxieschicht mit einer hohen Wachstumsrate aufzuwachsen.
  • Wie oben beschrieben werden Gräben 51 in dem Siliziumsubstrat 50 ausgebildet und wird dann die Epitaxieschicht 52 auf dem Siliziumsubstrat 50 einschließlich dem Boden und der Seitenflächen der Gräben 51 ausgebildet. Dann wird die Epitaxieschicht 52 durch ein Halogenidgas geätzt, um die Öffnungen der Gräben 51, auf denen die Epitaxieschicht 52 ausgebildet ist, zu verbreitern. Dann wird zumindest im abschließender Schritt des Füllens ein Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als das Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat 50 zugeführt wird, um so die Epitaxieschicht 53 auszubilden. Daher wird, nachdem die Gräben 51 in dem Siliziumsubstrat 50 ausgebildet sind, die Epitaxieschicht 53 über dem Siliziumsubstrat 50 einschließlich dem Boden und Seitenflächen der Gräben 51 ausgebildet und dann durch ein Halogenidgas geätzt, wodurch die Öffnungen der Gräben 51, auf denen die Epitaxieschicht 52 ausgebildet ist, erweitert werden kann. Damit ist es möglich zu verhindern, dass die Grabenöffnungen durch die Epitaxieschicht 53 verschlossen werden und daher das Füllen der Epitaxieschicht 53 in die Gräben 51 erleichtert.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als nächstes wird die dritte Ausführungsform unter besonderer Berücksichtigung des Unterschieds zwischen der dritten Ausführungsform und der ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben.
  • Die 16A bis 16D zeigen einen Prozess zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat dieser Ausführungsform. Die 17A bis 17D zeigen die Beziehung zwischen Parametern (Prozesstemperatur, der Durchflussmenge eines Siliziumquellengases, der Durchflussmenge eines Halogenidgases, der Durchflussmenge eines Dotierungsgases) wenn ein Prozess zur Herstellung (Verarbeitung) eines Halbleitersubstrats dieser Ausführungsform in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht kontinuierlich durchgeführt wird. Hierbei steht XVIB in den 17A bis 17D für einen Prozess als einen Epitaxialdotierungsprozess ohne Halogenidgas, wie in 16B gezeigt, steht XVIC in den 17A bis 17D für einen Prozess als einen Epitaxialprozess bei geringer Konzentration mit dem Halogenidgas, wie in 16C gezeigt, und steht XVID in den 17A bis 17D für einen Prozess als einen Thermodiffusionsprozess, wie in 16D gezeigt.
  • In dieser Ausführungsform wurde folgendes in Betracht gezogen.
  • Im verwandten Stand der Technik ist es notwendig, dass zur Ausbildung eines Super-Junction-Aufbaus die entsprechenden p/n-Säulen dieselbe Menge an Ladungsträgern aufweisen. In der Praxis bedeutet dies, dass es notwendig ist, die Menge der Ladungsträger innerhalb eines Bereichs von ungefähr 10% oder weniger, bezogen auf die Zielkonzentrationen der entsprechenden p- und n-Säulen gesteuert wird. Ferner ist es auch absolut notwendig, den Durchsatz eines Prozesses des Füllens der Epitaxieschicht in die Gräben zu verbessern. Auch zur Vermeidung eines fehlerhaften Füllens der Epitaxieschicht in die Gräben ist es unerlässlich, die Steuerbarkeit der Konzentration zu verbessern und den Durchsatz eines Prozesses zum Füllen der Epitaxieschicht in die Gräben zu verbessern.
  • Wie insbesondere in der ersten Ausführungsform beschrieben, wird, wenn die Mischung eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgases als das dem Siliziumsubstrat zugeführte Gas verwendet wird, um so die Epitaxieschicht auszubilden, die Zugabe des Halogenids wahrscheinlich die Gleichförmigkeit der Störstellendichte in einer Waferoberfläche verschlechtern, wenn Fremdatome zum Zeitpunkt des epitaxialen Aufwachsens zugegeben werden, um die Epitaxieschicht mit Fremdatomen zu dotieren. Ferner besteht die Befürchtung, dass die Halogenidzugabe die Wachstumsrate verringert.
  • Nachfolgend wird ein Prozess zur Herstellung eines Halbleitersubstrats dieser Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 16A gezeigt, werden in der Oberfläche eines n-Typ Siliziumsubstrats 60 als einem Halbleitersubstrat Gräben 61 ausgebildet. Dann wird, wie in 16B gezeigt, eine Epitaxieschicht, die mit Fremdatomen als Dotanten vermischt ist, genauer gesagt eine p+-Epitaxieschicht 62, die mit einer hohen Konzentration an p+-Typ Fremdatomen dotiert ist, über dem Siliziumsubstrat 60, einschließlich den Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61, ausgebildet (aufgewachsen). Wenn ein kontinuierlicher Prozess, der in den 17A bis 17D gezeigt ist, angewendet wird, wird die Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur erhöht und lässt man eine große Durchflussmenge eines Siliziumquellengases fließen und lässt man kein Halogenidgas fließen und lässt man eine große Durchflussmenge eines Dotierungsgases (bei einer hohen Konzentration an Dotant) fließen.
  • Eine Aufgabe dieses Prozesses (der Ausbildung der p+-Epitaxieschicht 62) ist die Ausbildung der p+-Epitaxieschicht 62 über den Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61, und daher ist es nicht notwendig, die p+-Epitaxieschicht 62 vollständig in die Gräben 61 zu füllen. Im Gegensatz zu dem wie in der ersten Ausführungsform gezeigten epitaxialen Aufwachsen durch das Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgas, wird aus diesem Grund die Epitaxieschicht nur durch ein Siliziumquellengas gebildet. Daher gibt es im Fall eines epitaxialen Aufwachsens durch das Mischgas in der ersten Ausführungsform die Befürchtung, dass durch das Zugeben eines Halogenidgases die Wachstumsrate verringert wird, da aber in dieser Ausführungsform die Epitaxieschicht nur durch ein Siliziumquellengas gebildet wird, kann die Epitaxieschicht ohne der Befürchtung eines verringerten Durchsatzes gebildet werden. Wenn ferner beabsichtigt ist, dass die Epitaxieschicht durch das Mischgas wirksam in die Gräben ge füllt wird, muss die Epitaxieschicht bei einer niedrigen Temperatur gebildet werden. Wenn die p+-Epitaxieschicht 62 in dieser Ausführungsform gebildet wird, kann jedoch die p+-Epitaxieschicht 62 bei einer hohen Temperatur bei einer hohen Wachstumsrate gebildet werden. Ferner hat im Fall des Mischens eines Halogenidgases die Verteilung von Halogenidgas in der Waferoberfläche, eine große Wirkung auf die Mischungsmenge der Dotierungsfremdatome, was zu einer Verschlechterung der Gleichförmigkeit der Konzentrationsverteilung in der Waferoberfläche führt. Darüber hinaus schreitet das epitaxiale Aufwachsen mit einer Rate fort, die durch die Umsetzung unter der Bedingung einer niedrigeren Temperatur bestimmt wird, und es ist daher nicht wirksam, die Konzentrationsverteilung durch Steuern einer Verteilung des Gasflusses zu korrigieren. Wenn man das Halogenidgas nicht fließen lässt und die Schichtbildungstemperatur auf eine hohe Temperatur einstellt, kann daher die Gleichförmigkeit der Konzentration an Dotierungsfremdatomen in der in den Gräben 61 gebildeten p+-Epitaxieschicht 62 verbessert werden.
  • In diesem Prozess (des Ausbildens der p+-Epitaxieschicht 62) lässt man Halogenidgas nicht fließen, man kann es jedoch in einer geeigneten (kleinen) Menge zum Zweck der Steuerung der Formen der in den Gräben 61 gebildeten p+-Epitaxieschichten 62 fließen lassen.
  • Wie in 16C gezeigt wird eine Epitaxieschicht 63, die mit einer kleineren Mischungsmenge an Dotant als eine Mischungsmenge an Dotant beim Aufwachsen der p+-Epitaxieschicht 62 dotiert ist oder nicht mit Dotanten dotiert ist, in der p+-Epitaxieschicht (dotierte Epitaxieschicht) 62 aufgewachsen, die in den Gräben 61 ausgebildet ist, wobei die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 63 gefüllt werden. Das heißt, indem man ein Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat 60 zugeführt wird, um so die Epitaxieschicht auszu bilden, wird eine p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 63 gebildet, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 63 gefüllt werden. Wenn der in den 17A bis 17D gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine niedrige Temperatur eingestellt und lässt man ein Siliziumquellengas in einer großen Durchflussmenge und lässt man ein Halogenidgas in Durchflussmenge fließen und lässt man ein Dotierungsgas in einer Durchflussmenge fließen (bei einer niedrigen Konzentration an Dotant) oder lässt man es überhaupt nicht fließen.
  • Auf diese Weise wird die Epitaxieschicht 63 durch das Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgas in einem Zustand gebildet, bei dem das Mischgas mit einer niedrigen Konzentration an Dotierungsfremdatomen vermischt ist oder nicht mit Dotierungsgas vermischt ist, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 63 gefüllt werden. Da diese Epitaxieschicht mit einer niedrigen Konzentration an Fremdatomen dotiert ist oder nicht dotiert ist, widersteht die Epitaxieschicht dem Effekt, dass die Gleichförmigkeit der Störstellendichte durch das Mischen eines Halogenidgases verschlechtert wird. Dadurch kann eine Epitaxieschicht, die eine sehr gleichmäßige Konzentration an Dotant aufweist, in den Gräben 61 aufgewachsen werden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der keinen Hohlraum aufweisenden Epitaxieschicht gefüllt werden.
  • Danach wird, wie in 16D gezeigt, nachfolgend dem Epitaxialprozess eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Fremdatome in die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 63 einzudiffundieren, um die Epitaxieschichten 62, 63 zu einer p-Epitaxieschicht 64 zu machen. Wenn der in den 17A bis 17D gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur eingestellt und lässt man ein Siliziumquellengas nicht fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und ein lässt man ein Dotierungsgas nicht fließen. Damit kann ein p/n-Säulenaufbau, der eine sehr gleichmäßige Konzentration und einen Aufbau ohne Hohlraum aufweist, gebildet werden.
  • In dieser Hinsicht kann die Wärmebehandlung in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht kontinuierlich durchgeführt werden, indem das schichtbildende Gas und das Dotierungsgas gestoppt werden und indem eine Prozesstemperatur gesteuert wird. Alternativ können die Fremdatome durch einen thermischen Oxidationsprozess oder ein Wärmebehandlungsverfahren, welches ein Downstream-Prozess ist, eindiffundiert werden nachdem das Siliziumsubstrat aus der Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht genommen wurde. Um eine Super-Junction-Vorrichtung zu bilden, müssen die jeweiligen p/n-Säulen ferner die gleiche Menge an Ladungsträger aufweisen. Wie in 16C gezeigt, kann sogar in einem Zustand wo die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 63 übrig bleibt, wenn die Menge an Ladungsträgern in dem n-Bereich des Siliziumsubstrats 60 gleich der Menge an Ladungsträgern in der p+-Epitaxieschicht (gefüllter p-Epitaxiebereich) 62 ist, ein Super-Junction-Betrieb realisiert werden. Sogar wenn ein p/n-Säulenaufbau keiner Wärmebehandlung unterworfen wird, kann die Struktur deshalb einen gewünschten Betrieb ausführen.
  • Wie oben beschrieben werden in dieser Ausführungsform die Gräben 61 im Siliziumsubstrat 60 ausgebildet und wird dann die mit Fremdatomen dotierte Epitaxieschicht 62 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 gebildet. Ferner wird zumindest im letzten Schritt des Füllens die Epitaxieschicht 63, die mit einer niedrigeren Konzentration an Fremdatomen als die mit Fremdatomen dotierte Epitaxieschicht 62 dotiert ist oder die nicht mit Fremdatomen dotiert ist, gebildet, indem man das Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als das Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat 60 zugeführt wird, um so die Epitaxieschicht zu bilden, wodurch die Gräben 61 vollkommen gefüllt werden.
  • Wenn die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 63 gefüllt werden, die gebildet wird durch die Verwendung des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas, ist somit die Epitaxieschicht 63 eine mit einer niedrigeren Konzentration an Fremdatomen dotierte Epitaxieschicht oder ist nicht mit Fremdatomen dotiert, so dass die Epitaxieschicht 63 dem Effekt widerstehen kann, dass die Gleichförmigkeit der Störstellendichte verschlechtert wird. Ferner kann eine Verringerung beim Durchsatz verhindert werden indem man die Epitaxieschicht ausbildet indem man nur ein Siliziumquellengas verwendet, ohne einem Verwenden des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas (in 16A bis 16D, wenn die p+-Epitaxieschicht 62 gebildet wird, wird ein Halogenidgas nicht vermischt, um die Gleichförmigkeit in der Störstellendichte zu verbessern und eine Verringerung beim Durchsatz zu verhindern).
  • Auf diese Weise ist es möglich, zu Verhindern, dass die Grabenöffnungen durch der Epitaxieschicht verschlossen werden, um das Füllen der Gräben durch die Epitaxieschicht zu verbessern und ferner die Steuerbarkeit der Konzentration und des Durchsatzes zu verbessern.
  • Ferner wird die mit Fremdatomen dotierte Epitaxieschicht 62 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 ausgebildet, und dann wird die Epitaxieschicht 63, die vollkommen in die Gräben 61 gefüllt werden soll und mit einer niedrigen Konzentration an Fremdatomen dotiert ist oder nicht dotiert ist, ausgebildet und die Wärmebehandlung durchgeführt, um die Störstellendichte gleichmäßig zu machen. Insbesondere wenn die Schritte des Ausbildens der Epitaxieschicht 62, die mit Fremdatomen dotierten ist, über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61, zur Bildung der Epitaxieschicht 63, die vollkommen in die Gräben 61 gefüllt werden soll und die mit einer niedrigen Konzentration an Fremdatomen dotiert ist oder die nicht dotiert ist, und der Wärmebehandlung in einer kontinuierlichen Weise in der gleichen Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht durchgeführt werden, kann ein kontinuierlicher Prozess realisiert werden und können daher die Kosten reduziert werden.
  • In den Schritten des Ausbildens der Schicht und dem Wärmebehandlungsschritt wird die Steuerung eines Siliziumquellengases, eines Halogenidgases und eines Dotierungsgases mit den Zeichnungen gezeigt, jedoch wird zusätzlich zu diesen Gasen ein nichtoxidierendes oder nichtnitrierendes Gas wie Wasserstoff oder Edelgas als ein Trägergas in einer Atmosphäre unter einem reduzierten Druck in die Vorrichtung eingeleitet.
  • Vierte Ausführungsform
  • Nachfolgend wird die vierte Ausführungsform mit einer besonderen Betonung des Unterschieds zwischen der vierten Ausführungsform und der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben.
  • Die 18A bis 18D zeigen einen Prozess zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat dieser Ausführungsform. Die 19A bis 19D zeigen die Beziehung zwischen Parametern (Prozesstemperatur, der Durchflussmenge eines Siliziumquellengases, der Durchflussmenge eines Halogenidgas, der Durchflussmenge eines Dotierungsgases) wenn ein Prozess zur Herstellung (Verarbeitung) eines Halbleitersubstrats dieser Ausführungsform in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht kontinuierlich durchgeführt wird. Hierbei steht XVIIIB in den 19A bis 19D für einen Prozess als einen Epitaxialprozess bei geringer Konzentration ohne Halogenidgas, wie in 18B gezeigt, steht XVIIIC in den 19A bis 19D für einen Prozess als einen Dampfphasendiffusionsprozess ohne Halogenidgas, in 18C gezeigt, steht XVIIID in den 19A bis 19D für einen Prozess als einen Epitaxialprozess bei geringer Konzentration mit dem Halogenidgas, wie in 18D gezeigt, und steht XVIIIE in den 19A bis 19D für einen Prozess als einen Thermodiffusionsprozess, wie in 18E gezeigt.
  • Auch in dieser Ausführungsform ist es, wie im Fall der dritten Ausführungsform, beabsichtigt, die Störstellendichte gleichförmig zu machen und den Durchsatz zu verbessern.
  • Wie in 18A gezeigt, werden in der oberen Fläche eines n-Typ Siliziumsubstrats 60 als einem Halbleitersubstrat Gräben 61 ausgebildet. Wie in 18B gezeigt, wird dann eine Epitaxieschicht 66, die mit einer niedrigen Konzentration an p-Typ Fremdatomen dotiert ist oder nicht dotiert ist, über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 gebildet (aufgewachsen). Wenn ein wie in 19A bis 19D gezeigter kontinuierlicher Prozess angewendet wird, wird die Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur erhöht und lässt man ein Siliziumquellengas bei einer hohen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer kleinen Durchflussmenge (bei einer niedrigen Konzentration an Dotant) oder überhaupt nicht fließen.
  • Eine Aufgabe beim Ausbilden der Epitaxieschicht 66 ist das Ausbilden einer Epitaxieschicht über den Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61, die mit einer niedrigen Konzentration an Dotant dotiert ist oder nicht dotiert ist, und es ist daher nicht notwendig, die Epitaxieschicht 66 vollkommen in die Gräben 61 zu füllen. Aus diesem Grund wird die Epitaxieschicht, im Gegensatz zu dem Ausbilden einer Epitaxieschicht durch das Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgases wie in der ersten Ausführungsform gezeigt, nur durch ein Siliziumquellengas gebildet.
  • Daher gibt es, wie in der dritten Ausführungsform beschrieben, im Fall des Ausbildens der Epitaxieschicht durch das Mischgas Bedenken hinsichtlich einer Verringerung der Wachstumsrate durch das Zugeben des Halogenidgases, da aber die Epitaxieschicht in dieser Ausführungsform nur durch das Siliziumquellengas gebildet wird, kann die Epitaxieschicht ohne die Bedenken, dass die Wachstumsrate verringert wird, gebildet werden. Wenn beabsichtigt ist, die Epitaxieschicht durch das Mischgas wirksam in die Gräben zu füllen, muss die Epitaxieschicht bei einer niedrigen Temperatur gebildet werden, wenn jedoch diese Epitaxieschicht 66 gebildet wird, kann die Epitaxieschicht 66 bei einer hohen Temperatur bei einer hohen Wachstumsrate gebildet werden. Ferner wird die Verwendung der Epitaxieschicht 66, die mit einer niedrigen Konzentration an Dotant dotiert ist oder nicht dotiert ist, ein Problem betreffend das Verursachen einer Verteilung der Dotantkonzentration beseitigen.
  • Hier in diesem Prozess (des Ausbildens der Epitaxieschicht 66) lässt man das Halogenidgas nicht fließen, man kann es jedoch bei einer geeigneten (geringen) Durchflussmenge fließen lassen zum Zweck der Steuerung der Formen der Epitaxieschichten 66 in den Gräben 61.
  • Wie in 18C gezeigt werden Fremdatome (Dotanten) dann durch eine Dampfphasendiffusion von der Oberfläche in die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 66 eindiffundiert (gemischt), um einen Diffusionsbereich 67 mit ein gleichmäßigen Konzentration zu bilden. Wenn ein wie in 19A bis 19D gezeigter kontinuierlicher Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur erhöht und lässt man ein Siliziumquellengas nicht fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer hohen Durchflussmenge fließen (bei einer hohen Konzentration an Dotant). Auf diese Weise wird bei dieser Dampfphasendiffusion das Dotierungsgas in einem Zustand vermischt, wo das Siliziumsubstrat 60 erwärmt ist, das heißt, das Dotierungsgas wird mit einer hohen Temperatur in die Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht eingeleitet, in einem Zustand, wo das Siliziumquellengas gestoppt ist, um den Dotant in die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 66 von deren Oberfläche einzudiffundieren. Das heißt, indem man das Dotierungsgas dem beheizten Siliziumsubstrat 60 zuführt, können die Fremdatome in die Epitaxieschicht 66 von deren Oberfläche eingebracht werden.
  • Danach wird, wie in 18D gezeigt, eine Epitaxieschicht 68, die mit einer kleineren Menge an Dotant dotiert ist als der Menge an Dotant beim Aufwachsen der Epitaxieschicht 66 und der Dampfphasendiffusion oder die nicht dotiert ist, vollständig in den in den Gräben 61 ausgebildeten Dampfphasendiffusionsbereich 67 gefüllt. Das heißt, die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 68 wird durch die Verwendung eines Mischgases eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgases als dem Gas gebildet, das dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um so die Epitaxieschicht auszubilden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 68 gefüllt werden. Wenn der in 19A bis 19D gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur erhöht und lässt man ein Siliziumquellengas bei einer hohen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Halogenidgas bei einer hohen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer geringen Durchflussmenge (bei einer niedrigen Konzentration an Dotant) oder überhaupt nicht fließen.
  • Auf diese Weise wird die Epitaxieschicht durch das Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgases in einem Zustand gebildet, wo das Mischgas mit einer niedrigen Konzentration an Dotierungsfremdatomen vermischt ist oder nicht mit Dotierungsgas vermischt ist, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht gefüllt werden. Da die durch das Mischgas gebildete Epitaxieschicht mit einer niedrigen Konzentration an Dotant dotiert ist oder nicht dotiert ist, widersteht die Epitaxieschicht dem Ef fekt, dass die Gleichförmigkeit der Störstellendichte durch das Vermischen eines Halogenidgases verschlechtert wird. Dadurch kann ein Diffusionsbereich 67 mit einer sehr gleichmäßigen Konzentration an Dotant in den Gräben 61 aufgewachsen werden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der keinen Hohlraum aufweisenden Epitaxieschicht gefüllt werden.
  • Danach wird, wie in 18E gezeigt, nachfolgend dem Epitaxialprozess eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Fremdatome in die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 68 einzudiffundieren, um den Diffusionsbereich 67 und die Epitaxieschichten 68 zu einer p-Epitaxieschicht 69 zu machen. Wenn der in 19A bis 19D gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur eingestellt und lässt man ein Siliziumquellengas nicht fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und lässt man ein Dotierungsgas nicht fließen. Damit kann ein p/n-Säulenaufbau, der eine sehr gleichmäßige Konzentration und einen Hohlraum-freien Aufbau aufweist, gebildet werden.
  • Diesbezüglich kann in dieser Ausführungsform die Wärmebehandlung in der Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht auch kontinuierlich durchgeführt werden, indem das schichtbildende Gas und das Dotierungsgas gestoppt werden und indem die Prozesstemperatur gesteuert wird. Alternativ können die Fremdatome durch einen thermischen Oxidationsprozess oder ein Wärmebehandlungsverfahren eindiffundiert werden nachdem das Siliziumsubstrat aus der Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht entnommen wurde. Ferner benötigt eine Super-Junction-Vorrichtung für den p/n-Säulenaufbau die gleiche Menge an Ladungsträgern. Wie in 18D gezeigt, kann die Vorrichtung sogar in einem Zustand wo die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 68 übrig bleibt, wenn die Menge an Ladungsträgern in dem n-Bereich des Siliziumsubstrats 60 gleich der Menge an Ladungsträgern im p-Typ Diffusionsbereich (gefüllter p-Bereich) 67 ist, einen Super- Junction-Betrieb durchführen. Sogar wenn die Vorrichtung ein Aufbau aufweist, der keiner Wärmebehandlung unterworfen wird, kann die Vorrichtung deshalb einen gewünschten Betrieb durchführen.
  • Wie oben in dieser Ausführungsform beschrieben, werden die Gräben 61 im Siliziumsubstrat 60 gebildet und wird dann die Epitaxieschicht 66 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 ausgebildet. Ferner werden durch die Dampfphasendiffusion Fremdatome in die Epitaxieschicht 66 von der Oberfläche davon eingebracht, um den mit den Fremdatomen dotierten Bereich 67 zu bilden. Ferner wird zumindest im letzten Schritt des Füllens die Epitaxieschicht 68, die mit einer niedrigeren Konzentration an Fremdatomen dotiert ist als der mit Fremdatomen dotierte Bereich 67 oder die nicht mit Fremdatomen dotiert ist, gebildet indem man das Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als das Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat 60 zugeführt wird, um so die Epitaxieschicht zu bilden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 68 gefüllt werden. Daher ist es möglich, eine Störstellendichte gleichförmig zu machen durch Einbringen der Fremdatome mittels der Dampfphasendiffusion. Wenn die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 68 gefüllt werden durch die Verwendung des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas, ist die Epitaxieschicht 68 ferner mit einer niedrigen Konzentration an Fremdatomen dotiert oder ist nicht mit den Fremdatomen dotiert und kann somit dem Effekt einer Verschlechterung der Gleichförmigkeit der Störstellendichte widerstehen. Ferner kann eine Verringerung beim Durchsatz verhindert werden, indem man die Epitaxieschicht nur durch das Siliziumquellengas bildet, ohne einer Verwendung des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas (in 18A bis 18E wird, wenn die Epitaxieschicht 66 gebildet wird, ein Halogenidgas nicht vermischt, was eine Verringerung beim Durchsatz verhindern kann).
  • In der Dampfphasendiffusion werden ferner Fremdatome in die Epitaxieschicht 66 von der Oberfläche davon eingebracht, indem man dem beheizten Siliziumsubstrat 60 ein Dotierungsgas zuführt. Daher kann die Dampfphasendiffusion durch diese Technik entsprechend ausgeführt werden (zum Beispiel werden Fremdatome von der Oberfläche der nichtdotierten Epitaxieschicht eindiffundiert).
  • Des weiteren kann die Störstellendichte gleichförmig gemacht werden durch Ausbilden der Epitaxieschicht 66 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 mittels der Dampfphasendiffusion, durch Ausbilden der Epitaxieschicht 68, die vollkommen in den Gräben 61 gefüllt werden soll und die mit einer niedrigen Konzentration an Dotant dotiert ist oder nicht dotiert ist, und dann durch Ausführen der Wärmebehandlung. Insbesondere werden das Ausbilden der Epitaxieschicht 66 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61, die Dampfphasendiffusion, das Ausbilden der Epitaxieschicht 68, die vollkommen in die Gräben 61 zu füllen ist und die mit einer niedrigen Konzentration an Fremdatomen dotiert ist oder nicht dotiert ist, und dann die Wärmebehandlung in einer kontinuierlichen Weise in derselben Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht durchgeführt. Durch Anwenden eines kontinuierlichen Verfahrens in dieser Weise können Kosten reduziert werden.
  • In den Schritten des Ausbildens einer Schicht, der Dampfphasendiffusion und der Wärmebehandlung wird die Steuerung eines Siliziumquellengases, eines Halogenidgases und eines Dotierungsgases mit den Zeichnungen gezeigt, jedoch wird zusätzlich zu diesen Gasen ein nichtoxidierendes oder nichtnitrierendes Gas wie Wasserstoff oder Edelgas als ein Trägergas in der Atmosphäre eines reduzierten Drucks in die Vorrichtung eingeleitet.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Nachfolgend wird die fünfte Ausführungsform mit einer besonderen Betonung des Unterschieds zwischen der fünften Ausführungsform und der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben.
  • Die 20A bis 20D zeigen einen Prozess zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat dieser Ausführungsform. Die 21A bis 21D zeigen die Beziehung zwischen Parametern (Prozesstemperatur, der Durchflussmenge eines Siliziumquellengases, der Durchflussmenge eines Halogenidgas, der Durchflussmenge eines Dotierungsgases) wenn ein Prozess zur Herstellung (Verarbeitung) eines Halbleitersubstrats dieser Ausführungsform in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht kontinuierlich durchgeführt wird. Hierbei steht XXB in den 21A bis 21D für einen Prozess als einen Dampfphasendiffusionsprozess ohne Halogenidgas, wie in 20B gezeigt, steht XXC in den 21A bis 21D für einen Prozess als einen Epitaxialprozess bei geringer Konzentration mit dem Halogenidgas, in 20C gezeigt, steht XXD in den 21A bis 21D für einen Prozess als einen Thermodiffusionsprozess, wie in 20D gezeigt.
  • In dieser Ausführungsform ist es beabsichtigt, die Verschlechterung der Gleichförmigkeit der Störstellendichte zu beseitigen, die in der dritten Ausführungsform beschrieben worden ist.
  • Wie in 20A gezeigt, werden in der oberen Fläche eines n-Typ Siliziumsubstrats 60 als einem Halbleitersubstrat Gräben 61 ausgebildet. Wie in 20B gezeigt, werden dann durch Dampfphasendiffusion Fremdatomdotanten in die Innenwände der Gräben 61 (Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61) gemischt, um einen Dotierungsbereich 70 mit einer ausgezeichnet gleichmäßigen Konzentration an Dotant auszu bilden. Wenn ein wie in 21A bis 21D gezeigter kontinuierlicher Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur erhöht und lässt man ein Siliziumquellengas nicht fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer hohen Durchflussmenge fließen (bei einer hohen Konzentration an Dotant). Auf diese Weise wird diese Dampfphasendiffusion durchgeführt, indem man ein Dotierungsgas in die Apparatur in einem Zustand einleitet, wo das Siliziumsubstrat 60 erwärmt ist, das heißt, indem man das Dotierungsgas bei einer hohen Temperatur in einem Zustand in die Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht einleitet, wo ein Siliziumquellengas gestoppt ist, kann der Dotant in das Siliziumsubstrat 60 von der Oberfläche davon eindiffundiert werden. Das heißt, indem man das Dotierungsgas dem beheizten Siliziumsubstrat 60 zuführt, kann der Dotant in die Gräben 61 von den Bodenflächen und Seitenflächen davon eindiffundiert werden.
  • Danach wird, wie in 20C gezeigt, eine nichtdotierte oder p–-Epitaxieschicht 71, welche mit einer kleineren Menge an Dotant als der Menge an Dotant in einem Dampfphasendiffusionsprozess dotiert ist, in den Gräben 61 (im Dampfphasendotierungsbereich 70) ausgebildet, indem man ein Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als das Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um so eine Epitaxieschicht zu bilden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 71 gefüllt werden. Wenn der in den 21A bis 21D gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur erhöht und lässt man ein Siliziumquellengas bei einer hohen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Halogenidgas bei einer hohen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer geringen Durchflussmenge (bei einer geringen Konzentration an Dotant) oder überhaupt nicht fließen.
  • Auf diese Weise wird die Epitaxieschicht durch das Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als einem Gas gebildet, das dem Siliziumsubstrat 60 zugeführt wird, um so eine Epitaxieschicht in einem Zustand zu bilden, wo das Mischgas mit einer niedrigen Konzentration an Dotierungsfremdatomen vermischt ist oder nicht mit Dotierungsgas vermischt ist, wodurch die Gräben vollkommen mit der Epitaxieschicht gefüllt werden. Da die in dieser Weise gebildete Epitaxieschicht mit einer niedrigen Konzentration an Dotant dotiert ist oder nicht dotiert ist, widersteht die Epitaxieschicht dem Effekt, dass die Gleichförmigkeit der Störstellendichte durch das Vermischen eines Halogenidgases verschlechtert wird. Dadurch kann der Dotierungsbereich 70 mit einer sehr gleichmäßige Konzentration an Dotant in den Gräben 61 ausgebildet werden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der keinen Hohlraum aufweisenden Epitaxieschicht gefüllt werden.
  • Danach wird, wie in 20D gezeigt, nachfolgend dem Epitaxialprozess eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Fremdatome in die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 71 einzudiffundieren, um den Dotierungsbereich 70 und die Epitaxieschicht 71 zu einer p-Epitaxieschicht 72 zu machen. Wenn der in 21A bis 21D gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur eingestellt und lässt man ein Siliziumquellengas nicht fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und lässt man ein Dotierungsgas nicht fließen. Damit kann ein p/n-Säulenaufbau, der eine sehr gleichmäßige Konzentration und einen Hohlraumfreien Aufbau aufweist, gebildet werden.
  • Diesbezüglich kann in dieser Ausführungsform die Wärmebehandlung in der Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht auch kontinuierlich durchgeführt werden, indem das schichtbildende Gas und das Dotierungsgas gestoppt werden und indem die Prozesstemperatur gesteuert wird. Alternativ können die Fremdatome durch einen thermischen Oxidationsprozess oder ein Wärmebehandlungsverfahren eindiffundiert werden nachdem das Siliziumsubstrat aus der Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht entnommen wurde.
  • Ferner benötigt eine Super-Junction-Vorrichtung für den p/n-Säulenaufbau die gleiche Menge an Ladungsträgern. Wie in 20D gezeigt, kann die Vorrichtung sogar in einem Zustand wo die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 68 übrig bleibt, wenn die Menge an Ladungsträgern in dem n-Bereich des Siliziumsubstrats 60 gleich der Menge an Ladungsträgern im p-Typ Dotierungsbereich (gefüllter p-Bereich) 70 ist, einen Super-Junction-Betrieb durchführen. Sogar wenn die Vorrichtung ein Aufbau aufweist, der keiner Wärmebehandlung unterworfen wird, kann die Vorrichtung deshalb einen gewünschten Betrieb durchführen.
  • Wie oben in dieser Ausführungsform beschrieben, werden die Gräben 61 im Siliziumsubstrat 60 ausgebildet und werden dann Fremdatome durch Dampfphasendiffusion von den Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 eingebracht, um den Bereich 70 auszubilden, in den die Fremdatome über die Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 eingebracht sind. Ferner wird zumindest im letzten Schritt des Füllens die Epitaxieschicht 71, die mit einer niedrigeren Konzentration an Fremdatomen dotiert ist als der mit Fremdatomen dotierte Bereich 70 oder die nicht mit Fremdatomen dotiert ist, gebildet, indem man das Mischgas aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als das Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat 60 zugeführt wird, um so die Epitaxieschicht zu bilden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 71 gefüllt werden. Damit ist es möglich, eine Störstellendichte gleichförmig zu machen durch Einbringen der Fremdatome mittels der Dampfphasendiffusion. Wenn die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 71 gefüllt werden durch die Verwendung des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas, ist die Epitaxieschicht 71 ferner mit einer niedrigen Konzentration an Fremdatomen dotiert oder ist nicht mit den Fremdatomen dotiert und kann somit dem Effekt einer Verschlechterung der Gleichförmigkeit der Störstellendichte widerstehen.
  • Ferner werden bei der Dampfphasendiffusion Fremdatome in die Gräben 61 von den Bodenflächen und Seitenflächen davon eingebracht, indem man ein Dotierungsgas dem beheizten Siliziumsubstrat 60 zuführt. Somit kann die Dampfphasendiffusion mittels dieses Prozesses geeignet durchgeführt werden.
  • Des weiteren kann die Störstellendichte mittels der Dampfphasendiffusion gleichförmig gemacht werden durch Ausbilden der Epitaxieschicht 71, die vollständig in die Gräben 61 gefüllt werden soll und die mit einer niedrigen Konzentration an Dotant dotiert ist oder nicht dotiert ist, und dann durch Ausführen der Wärmebehandlung. Insbesondere werden bei der Dampfphasendiffusion das Ausbilden der Epitaxieschicht 71, die vollkommen in die Gräben 61 zu füllen ist und die mit einer niedrigen Konzentration an Fremdatomen dotiert ist oder nicht dotiert ist, und dann die Wärmebehandlung der Epitaxieschicht 71 in einer kontinuierlichen Weise in derselben Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht durchgeführt. Durch Anwenden eines kontinuierlichen Verfahrens in dieser Weise können Kosten reduziert werden.
  • In den Schritten des Ausbildens einer Schicht, der Dampfphasendiffusion und der Wärmebehandlung wird die Steuerung eines Siliziumquellengases, eines Halogenidgases und eines Dotierungsgases anhand der Zeichnungen beschrieben, jedoch wird zusätzlich zu diesen Gasen ein nichtoxidierendes oder nichtnitrierendes Gas wie Wasserstoff oder Edelgas als ein Trägergas in der Atmosphäre eines reduzierten Drucks in die Vorrichtung eingeleitet.
  • Sechste Ausführungsform
  • Nachfolgend wird die sechste Ausführungsform mit einer besonderen Betonung des Unterschieds zwischen der sechsten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform beschrieben.
  • Die 22A bis 22D zeigen ein Prozess der Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat dieser Ausführungsform. Die 23A bis 23E zeigen die Beziehung zwischen Parametern (dem Vakuumdruck, der Prozesstemperatur, der Durchflussmenge eines Siliziumquellengases, der Durchflussmenge eines Halogenidgases, der Durchflussmenge eines Dotierungsgases) wenn ein Prozess der Herstellung (Verarbeitung) eines Halbleitersubstrats dieser Ausführungsform kontinuierlich in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht durchgeführt wird. Hierbei steht XXIIB in den 23A bis 23E für einen Prozess als einen Hochvakuum-Epitaxialdotierungsprozess ohne Halogenidgas, wie in 22B gezeigt, steht XXIIC in den 23A bis 23E für einen Prozess als einen Epitaxialprozess bei geringer Konzentration mit dem Halogenidgas, wie in 22C gezeigt, und steht XXIID in den 23A bis 23E für einen Prozess als einen Thermodiffusionsprozess, wie in 22D gezeigt.
  • In dieser Ausführungsform ist es beabsichtigt, die Störstellendichte im Vergleich zu der dritten Ausführungsform gleichförmiger zu machen durch Steuern des Vakuumdrucks.
  • Wie in 22A gezeigt, werden in der oberen Fläche des n-Typ Siliziumsubstrats 60 als einem Halbleitersubstrat Gräben 61 ausgebildet. Wie in 22B gezeigt wird dann ein p+-Epitaxieschicht 73 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 ausgebildet (aufgewachsen). Wenn der in den 23A bis 23E gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird der Vakuumdruck verringert und wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur eingestellt und lässt man ein Siliziumquellengas bei einer hohen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer hohen Durchflussmenge fließen (bei einer hohen Konzentration an Dotant).
  • In diesem Prozess (des Ausbildens der p+-Epitaxieschicht 73), wird eine dotierte Epitaxieschicht in der Atmosphäre eines geringen Vakuumdrucks aufgewachsen, um den Effekt einer Gasdurchflussverteilung zu verhindern, um eine Schicht im Zustand eines molekularen Flusses zu bilden, wodurch die Gleichförmigkeit der Dotantkonzentration verbessert wird.
  • In 24 wird der Bereich der Variation der Konzentration in der Oberfläche eines Wafers in Bezug auf den Vakuumdruck gezeigt. In 24 ist ein Vakuumdruck von 1000 Pa oder weniger notwendig, um die Steuerbarkeit der Konzentration innerhalb eines Bereichs der Variation von 10% oder weniger bei der Konzentration in der Oberfläche sicherzustellen, was üblicherweise als für eine Super-Junction notwendig angesehen wird. Unter Berücksichtigung einer Verringerung der Wachstumsrate, die durch den verringerten Vakuumdruck bewirkt wird, wird ein Bereich von 1 × 10–3 Pa oder mehr als angemessen angesehen. Daher wird das oben beschriebene dotierte epitaxiale Aufwachsen in der Atmosphäre eines geringen Vakuumdrucks innerhalb eines Bereiches von 1000 Pa bis 1 × 10–3 Pa durchgeführt.
  • Dann wird, wie in 22C gezeigt, eine p–- oder nicht-dotierte Epitaxieschicht 74 in der p+-Epitaxieschicht (dotierte Epitaxieschicht) 72 gebildet, die in den Gräben 61 ausgebildet ist, durch Verwenden eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als einem Gas, das dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um so eine Epitaxieschicht bei einer kleineren Mischungsmenge an Dotant als eine Mischungsmenge an Dotant in der Epitaxieschicht 73 in der Atmosphäre eines höheren Vakuumdrucks als bei der Aufwachsbedingung der Epitaxieschicht 73 auszubilden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 74 gefüllt werden. Wenn der in den 23A bis 23E aufgezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird der Vakuumdruck hoch gemacht und wird eine Prozesstemperatur auf eine niedrige Temperatur gebracht und lässt man ein Siliziumquellengas bei einer großen Durchfluss menge fließen und lässt man ein Halogenidgas bei einer großen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer kleinen Durchflussmenge (bei einer niedrigen Konzentration an Dotant) oder überhaupt nicht fließen.
  • Auf diese Weise wird die Epitaxieschicht durch das Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgases in einem Zustand gebildet, wo das Mischgas mit einer niedrigen Konzentration an Dotierungsfremdatomen vermischt ist oder nicht mit Dotierungsgas vermischt ist, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht gefüllt werden. Dadurch kann eine Epitaxieschicht, die eine sehr gleichmäßige Konzentration an Dotant aufweist, in den Gräben 61 aufgewachsen werden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der keinen Hohlraum aufweisenden Epitaxieschicht gefüllt werden.
  • Danach wird, wie in 22D gezeigt, nachfolgend dem Epitaxialprozess eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Fremdatome in die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 74 einzudiffundieren, um die Epitaxieschichten 73, 74 zu einer p-Epitaxieschicht 75 zu machen. Wenn der in den 23A bis 23E gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur erhöht, in dem Zustand, wo der Vakuumdruck hoch gemacht wird, und man lässt ein Siliziumquellengas nicht fließen und lässt ein Halogenidgas nicht fließen und ein lässt ein Dotierungsgas nicht fließen. Damit kann ein p/n-Säulenaufbau, der eine sehr gleichmäßige Konzentration und einen Aufbau ohne Hohlraum aufweist, gebildet werden.
  • In dieser Hinsicht kann die Wärmebehandlung in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht kontinuierlich durchgeführt werden, indem das schichtbildende Gas und das Dotierungsgas gestoppt werden und indem eine Prozesstemperatur gesteuert wird. Alternativ können die Fremdatome durch einen thermischen Oxidationsprozess oder ein Wärmebehandlungsverfahren, welches ein Downstream- Prozess ist, eindiffundiert werden nachdem das Siliziumsubstrat aus der Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht genommen wurde. Eine Super-Junction-Vorrichtung erfordert ferner, dass die jeweiligen p/n-Säulen dieselbe Menge an Ladungsträgern aufweisen. Wie in 22C gezeigt, kann sogar in einem Zustand wo die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 74 übrig bleibt, wenn die Menge an Ladungsträgern in dem n-Bereich des Siliziumsubstrats 60 gleich der Menge an Ladungsträgern in der p+-Epitaxieschicht (gefüllter p-Epitaxiebereich) 73 ist, die Vorrichtung einen Super-Junction-Betrieb durchführen. Sogar wenn die Vorrichtung einen Aufbau aufweist, der keiner Wärmebehandlung unterworfen wird, kann die Vorrichtung deshalb einen gewünschten Betrieb durchführen.
  • Wie oben beschrieben wird in dieser Ausführungsform in dem Prozess zur Herstellung eines Halbleitersubstrates in der dritten Ausführungsform der Vakuumdruck beim Aufwachsen, wenn die mit Fremdatomen dotierte Epitaxieschicht 73 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 ausgebildet wird, höher gemacht als der Vakuumdruck beim Aufwachsen, wenn die Epitaxieschicht 74, die mit einer niedrigeren Konzentration an Fremdatomen dotiert ist oder die nicht mit Fremdatomen dotiert ist, gebildet wird, wodurch sie vollständig in die Gräben 61 gefüllt wird. Dies verhindert somit den Effekt einer Gasdurchflussverteilung, um die Schicht im Zustand eines molekularen Stroms zu bilden, wodurch die Gleichförmigkeit der Störstellendichte verbessert wird.
  • Ferner wird der Vakuumdruck beim Aufwachsen, wenn die mit Fremdatomen dotierte Epitaxieschicht 73 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 gebildet wird, von 1000 Pa bis 1 × 10–3 Pa reichen. Dies ist somit bevorzugt, ausgehend vom Standpunkt des Verhinderns von Variationen in der Störstellendichte und des Vermeidens, dass eine Wachstumsrate durch eine Verringerung des Vakuumdrucks reduziert wird.
  • In den Schritten des Ausbildens einer Schicht und der Wärmebehandlung wird die Steuerung eines Siliziumquellengases, eines Halogenidgases und eines Dotierungsgases anhand der Zeichnungen beschrieben, jedoch wird zusätzlich zu diesen Gasen ein nichtoxidierendes oder nichtnitrierendes Gas wie Wasserstoff oder Edelgas als ein Trägergas in der Atmosphäre eines reduzierten Drucks in die Vorrichtung eingeleitet. Ferner kann das Steuern des Vakuumdrucks auch erreicht werden, indem die Durchflussmenge des Trägergases geeignet verändert wird oder die Absaugkapazität einer Absaugpumpe kontrolliert wird.
  • Siebte Ausführungsform
  • Nachfolgend wird die siebte Ausführungsform mit einer besonderen Betonung des Unterschieds zwischen der siebten Ausführungsform und der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben.
  • Die 25A bis 25D zeigen einen Prozess zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat dieser Ausführungsform. Die 26A bis 26E zeigen die Beziehung zwischen Parametern (Vakuumdruck, Prozesstemperatur, der Durchflussmenge eines Siliziumquellengases, der Durchflussmenge eines Halogenidgases, der Durchflussmenge eines Dotierungsgases), wenn ein Prozess zur Herstellung (Verarbeitung) eines Halbleitersubstrats dieser Ausführungsform kontinuierlich in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht ausgeführt wird. Hierbei steht XXVB in den 26A bis 26E für einen Prozess als einen Epitaxialprozess bei geringer Konzentration ohne Halogenidgas, wie in 25B gezeigt, steht XXVC in den 26A bis 26E für einen Prozess als einen Hochvakuum-Epitaxialdotierungsprozess mit dem Halogenidgas, wie in 25C gezeigt, und steht XXVD in den 26A bis 26E für einen Prozess als einen Thermodiffusionsprozess, wie in 25D gezeigt.
  • Auch in dieser Ausführungsform, wie im Fall der dritten Ausführungsform, ist es beabsichtigt, die Störstellendichte gleichförmig zu machen und den Durchsatz zu verbessern.
  • Wie in 25A gezeigt, werden in der oberen Fläche eines n-Typ Siliziumsubstrats 60 als einem Halbleitersubstrat Gräben 61 ausgebildet. Wie in 25B gezeigt, wird dann eine Epitaxieschicht 76, die mit einer niedrigen Konzentration an Fremdatomen dotiert ist oder nicht dotiert ist, über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 ausgebildet (aufgewachsen). Wenn der in den 26A bis 26E gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird der Vakuumdruck erhöht und wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur eingestellt und lässt man ein Siliziumquellengas bei einer hohen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer geringen Durchflussmenge oder überhaupt nicht fließen.
  • Diesbezüglich ist es eine Aufgabe dieses Prozesses, eine Epitaxieschicht 76, die mit einer niedrigen Konzentration an Dotant dotiert ist oder nicht dotiert ist, über den Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 auszubilden, und es ist daher nicht notwendig, die Epitaxieschicht 76 vollkommen in die Gräben 61 zu füllen. Im Gegensatz zu dem Bilden einer Epitaxieschicht durch ein Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgases, wie in der ersten Ausführungsform gezeigt, wird aus diesem Grund die Epitaxieschicht nur durch ein Siliziumquellengas gebildet. Deswegen gibt es im Fall der Ausbildung einer Epitaxieschicht durch ein Mischgas die Besorgnis einer Verringerung der Wachstumsrate durch das Zugeben eines Haloge nidgases, da aber die Epitaxieschicht in dieser Ausführungsform nur aus Siliziumquellengas gebildet wird, kann die Epitaxieschicht ohne die Besorgnis einer Verringerung der Wachstumsrate ausgebildet werden. Wenn ferner beabsichtigt ist, die Epitaxieschicht durch das Mischgas effektiver in die Gräben zu füllen, muss die Epitaxieschicht bei einer niedrigen Temperatur ausgebildet werden, jedoch wenn diese Epitaxieschicht 76 ausgebildet wird, kann die Epitaxieschicht 76 bei einer hohen Temperatur mit einer hohen Wachstumsrate gebildet werden.
  • Hier in diesem Prozess (der Ausbildung der Epitaxieschicht 76) lässt man das Halogenidgas nicht fließen, man kann es aber bei einer geeigneten (geringen) Durchflussmenge fließen lassen, um die Form der Epitaxieschicht 76 in den Gräben 61 zu steuern.
  • Dann wird, wie in 25C gezeigt, eine p+-Epitaxieschicht 77, die eine größere Mischungsmenge an Dotant aufweist als die Mischungsmenge an Dotant in der Epitaxieschicht 76, das heißt, ein p+-Epitaxieschicht 77, die mit einer hohen Konzentration an p-Typ Fremdatomen dotierte ist, in der p–- oder nicht dotierten Epitaxieschicht 76 in den Gräben 61 ausgebildet, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der p+-Epitaxieschicht 77 gefüllt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die p+-Epitaxieschicht 77 in der Atmosphäre eines hohen Vakuumdrucks aufgewachsen, indem man das Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgases als Gas verwendet, das dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um so die Epitaxieschicht auszubilden. Wenn ein in den 26A bis 26E gezeigter kontinuierlicher Prozess angewendet wird, wird der Vakuumdruck zu einem niedrigen Druck gemacht, wird eine Prozesstemperatur zu einer niedrigen Temperatur gemacht, lässt man ein Siliziumquellengas bei einer hohen Durchflussmenge fließen, lässt man ein Halogenidgas bei einer hohen Durchflussmenge fließen und lässt man ein Dotierungsgas bei einer hohen Durchflussmenge fließen (bei einer hohen Konzentration an Dotant).
  • Auf diese Weise wird das dotierte epitaxiale Aufwachsen ausgeführt, indem man das Mischgas eines Siliziumquellengases und eines Halogenidgases in der Atmosphäre eines niedrigen Vakuumdrucks verwendet, um die p+-Epitaxieschicht 77 auszubilden. Das Durchführen des dotierte epitaxialen Aufwachsens in der Atmosphäre eines niedrigen Vakuumdrucks verhindert den Effekt einer Gasdurchflussverteilung, um die Epitaxieschicht in dem molekularen Strom zu bilden, was zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit der Dotantkonzentration führt.
  • Wie durch die Verwendung der 24 beschrieben, wird ein epitaxiales Aufwachsen in der Atmosphäre eines niedrigen Vakuumdrucks innerhalb eines Druckbereichs von 1000 Pa bis 1 × 10–3 Pa ausgeführt. Dadurch kann ein Diffusionsbereich, der eine sehr gleichmäßige Konzentration an Dotant aufweist, in den Gräben 61 aufgewachsen werden, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der keinen Hohlraum aufweisenden Epitaxieschicht gefüllt werden.
  • Danach wird, wie in 25D gezeigt, nachfolgend dem Epitaxialprozess eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Fremdatome in die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 76 einzudiffundieren, um die Epitaxieschichten 76, 77 zu einer p-Epitaxieschicht 78 zu machen. Wenn der in den 26A bis 26E gezeigte kontinuierliche Prozess angewendet wird, wird ein hoher Vakuumdruck eingestellt und wird eine Prozesstemperatur auf eine hohe Temperatur erhöht und lässt man ein Siliziumquellengas nicht fließen und lässt man ein Halogenidgas nicht fließen und lässt man ein Dotierungsgas nicht fließen. Damit kann ein p/n-Säulenaufbau, der eine sehr gleichmäßige Konzentration und einen Aufbau ohne Hohlraum aufweist, gebildet werden.
  • In dieser Hinsicht kann die Wärmebehandlung in einer Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht kontinuierlich durchgeführt werden, indem das schichtbilden de Gas und das Dotierungsgas gestoppt werden und indem eine Prozesstemperatur gesteuert wird. Alternativ können die Fremdatome durch einen thermischen Oxidationsprozess oder ein Wärmebehandlungsverfahren, welches ein Downstream-Prozess ist, eindiffundiert werden nachdem das Siliziumsubstrat aus der Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht genommen wurde. Eine Super-Junction-Vorrichtung erfordert ferner, dass der p/n-Säulenaufbau dieselbe Menge an Ladungsträgern aufweist. Wie in 25C gezeigt, kann sogar in einem Zustand wo die p–- oder nichtdotierte Epitaxieschicht 76 übrig bleibt, wenn die Menge an Ladungsträgern in dem n-Bereich des Siliziumsubstrats 60 gleich der Menge an Ladungsträgern in der p+-Epitaxieschicht (gefüllter p-Epitaxiebereich) 77 ist, die Vorrichtung einen Super-Junction-Betrieb durchführen. Sogar wenn die Vorrichtung einen Aufbau aufweist, der keiner Wärmebehandlung unterworfen wird, kann die Vorrichtung deshalb einen gewünschten Betrieb durchführen.
  • Wie oben beschrieben werden in dieser Ausführungsform die Gräben 61 im Siliziumsubstrat 60 gebildet und wird dann die Epitaxieschicht 76 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 gebildet. Ferner wird in zumindest dem letzten Schritt des Füllens durch Verwenden des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas als dem Gas, das dem Siliziumsubstrat zugeführt wird, um die Epitaxieschicht bei einem niedrigeren Vakuumdruck für ein Aufwachsen zu bilden als dem Vakuumdruck für ein Aufwachsen, wenn die Epitaxieschicht 76 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61 gebildet wird, die Epitaxieschicht 77, die mit einer höheren Konzentration an Fremdatomen dotiert ist als die Konzentration an Fremdatomen der Epitaxieschicht 76, über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seite Oberflächen der Gräben 61 ausgebildet, wodurch die Gräben 61 vollkommen mit der Epitaxieschicht 77 gefüllt werden. Indem man den Vakuumdruck auf einem geringen Druck reduziert, werden somit die Gräben 61 vollkommen mit der mit Fremdatomen dotierten Epitaxieschicht 77 gefüllt durch die Verwendung des Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas, wobei die Störstellendichte gleichförmig gemacht werden kann (die Gleichförmigkeit der Störstellendichte kann verbessert werden). Genauer gesagt verhindert eine Verringerung des Vakuumdrucks auf einen niedrigen Druck den Effekt einer Gasdurchflussverteilung, um zu ermögliche, dass die Epitaxieschicht im Zustand eines molekularen Stroms wächst, was zu einer Verbesserung der Gleichförmigkeit der Konzentration an Fremdatomen führt. Indem man die Epitaxieschicht nur durch ein Siliziumquellengas bildet, ohne der Verwendung eines Mischgases aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas, kann ferner eine Verringerung des Durchsatzes verhindert werden (in 25, wenn die Epitaxieschicht 76 ausgebildet wird, wird ein Halogenidgas nicht vermischt, was eine Verringerung des Durchsatzes verhindern kann).
  • Ferner reicht der Vakuumdruck für ein Aufwachsen, wenn die Epitaxieschicht 77, mit der die Gräben 61 vollkommen gefüllt sind, gebildet wird, von 1000 Pa bis 1 × 10–3 Pa. Dies ist somit vom Standpunkt einer Verhinderung von Variationen bei der Störstellendichte und der Vermeidung einer Verringerung der Wachstumsrate durch das Reduzieren des Vakuumdrucks bevorzugt.
  • Des weitern kann die Störstellendichte gleichförmig gemacht werden durch das Ausbilden der Epitaxieschicht 76 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61, durch das Ausbilden der Epitaxieschicht 77, mit der die Gräben 61 vollkommen gefüllt sind, und dann durch das Durchführen der Wärmebehandlung. Insbesondere durch das Durchführen der Schritte des Ausbildens der Epitaxieschicht 76 über dem Siliziumsubstrat 60 einschließlich der Bodenflächen und Seitenflächen der Gräben 61, das Ausbilden der Epitaxieschicht 77, mit der die Gräben 61 vollkommen gefüllt sind, und dann mit der Wärmebehandlung auf eine kontinu ierliche Weise in derselben Vorrichtung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht, das heißt, durch Anwenden eines kontinuierlichen Verfahrens, können die Kosten verringert werden.
  • In den Schritten des Ausbildens einer Schicht und der Wärmebehandlung wird die Steuerung eines Siliziumquellengases, eines Halogenidgases und eines Dotierungsgases anhand der Zeichnungen beschrieben, jedoch wird zusätzlich zu diesen Gasen ein nichtoxidierendes oder nichtnitrierendes Gas wie Wasserstoff oder Edelgas als ein Trägergas in der Atmosphäre eines reduzierten Drucks in die Vorrichtung eingeleitet. Ferner kann das Steuern des Vakuumdrucks auch erreicht werden, indem die Durchflussmenge des Trägergases geeignet verändert wird oder die Absaugkapazität einer Absaugpumpe kontrolliert wird.
  • Derartige Änderungen und Modifikationen sollen so verstanden werden, als dass sie innerhalb des Umfanges der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die beiliegenden Ansprüchen definiert ist, liegen.
  • Der Prozess der vorliegenden Erfindung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung schließt somit die folgenden Schritte ein: Ausbildend eines Grabens (4, 31, 61) in einem Halbleitersubstrat (1, 30, 60); und Ausbilden einer Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) auf dem Substrat (1, 30, 60) einschließlich einer Seitenwand und eines Bodens des Grabens (4, 31, 61) so dass die Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) vollständig in den Graben (4, 31, 61) gefüllt ist. Der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) umfasst einen letzten Schritt bevor der Graben (4, 31, 61) mit der Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) gefüllt wird. Der letzte Schritt hat eine derartige Bildungsbedingung für die Epitaxieschicht (5, 32, 63, 68, 71, 74, 77), dass die an der Seitenwand des Grabens (4, 31, 61) auszubildende Epitaxieschicht (5, 32, 63, 68, 71, 74, 77) eine Wachstumsrate an einer Öffnung des Grabens (4, 31, 61) besitzt, die geringer ist als eine Wachstumsrate an einer Stelle des Grabens (4, 31, 61), die tiefer liegt als die Öffnung des Grabens (4, 31, 61).

Claims (38)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, welches die folgenden Schritte umfasst: Ausbildend eines Grabens (4, 31, 61) in einem Halbleitersubstrat (1, 30, 60); und Ausbilden einer Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) auf dem Substrat (1, 30, 60) einschließlich einer Seitenwand und eines Bodens des Grabens (4, 31, 61), so dass die Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) in den Graben (4, 31, 61) gefüllt wird, wobei der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) einen letzten Schritt umfasst bevor der Graben (4, 31, 61) mit der Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78) gefüllt wird, der letzte Schritt eine Bildungsbedingung für die Epitaxieschicht (5, 32, 63, 68, 71, 74, 77) aufweist, derart, dass die an der Seitenwand des Grabens (4, 31, 61) auszubildende Epitaxieschicht (5, 32, 63, 68, 71, 74, 77) eine Wachstumsrate an einer Öffnung des Grabens (4, 31, 61) aufweist, die geringer ist als eine Wachstumsrate an einer Stelle des Grabens (4, 31, 61), die tiefer liegt als die Öffnung des Grabens (4, 31, 61), und der letzte Schritt ferner die Bildungsbedingung vollständig für die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) aufweist, derart, dass eine Mischung aus einem Siliziumquellengas und einem Halogenidgas zur Ausbildung der Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Ausbildens des Grabens (4, 31, 61) die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden eines Oxidfilms (22) auf dem Substrat (1, 30, 60) als eine Maske für das Ausbilden des Grabens (4, 31, 61); und Entfernend des Oxidfilms (22) nachdem der Graben (4, 31, 61) gebildet wurde und vor dem Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (5, 32, 62–64, 66–78).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halbleitersubstrat (1, 30, 60) ein Siliziumsubstrat (1, 30, 60) ist, der Boden des Grabens (4, 31, 61) eine (110)-Oberflächenorientierung des Siliziumkristalls aufweist, und die Seitenwand des Grabens (4, 31, 61) eine (111)-Oberflächenorientierung des Siliziumkristalls aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halbleitersubstrat (1, 30, 60) ein Siliziumsubstrat (1, 30, 60) ist, der Boden des Grabens (4, 31, 61) eine (100)-Oberflächenorientierung des Siliziumkristalls aufweist, und die Seitenwand des Grabens (4, 31, 61) eine (100)-Oberflächenorientierung des Siliziumkristalls aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der Graben (4, 31, 61) ein Aspektverhältnis von gleich oder größer als zwei aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Ausbildung der Epitaxieschicht (5, 32) vollständig bei einer Bildungsbedingung der Epitaxieschicht (5, 32) ausgeführt wird, bei der die Mischung aus dem Siliziumquellengas und dem Halogenidgas für das Ausbilden der Epitaxieschicht (5, 32) verwendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (52, 53) ferner einen ersten Schritt und einen Ätzungsschritt umfasst, der erste Schritt derart ist, dass die Epitaxieschicht (52) auf dem Boden und der Seitenwand des Grabens (51) ausgebildet wird, um eine vorbestimmte Dicke aufzuweisen, und der Ätzungsschritt derart ist, dass ein Teil der Epitaxieschicht (52) an einer Öffnung des Grabens (51) durch das Halogenidgas geätzt wird, so dass die Öffnung des Grabens (51) vergrößert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der letzte Schritt eine zweite Bildungsbedingung für die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) aufweist, derart, dass die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) unter einer Bedingung der Steuerung der chemischen Reaktion ausgebildet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Halogenidgas mindestens eines von einem Chlorwasserstoffgas, Chlorgas, Fluorgas, Chlortrifluoridgas, Fluorwasserstoffgas und Bromwasserstoffgas umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Siliziumquellengas mindestens eines von einem Monosilangas, Disilangas, Dichlorsilangas, Trichlorsilangas und Siliziumtetrachloridgas umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Siliziumquellengas Monosilangas oder Disilangas ist, und die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) bei einer Temperatur von gleich oder geringer als 950°C ausgebildet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Siliziumquellengas Dichlorsilangas ist, und die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) bei einer Temperatur von gleich oder geringer als 1100°C ausgebildet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Siliziumquellengas Trichlorsilangas ist, und die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) bei einer Temperatur von gleich oder geringer als 1150°C ausgebildet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Siliziumquellengas Siliziumtetrachloridgas ist, und die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) bei einer Temperatur von gleich oder geringer als 1200°C ausgebildet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) bei einer Temperatur von gleich oder höher als 800°C unter einem Druck in einem Bereich zwischen Atmosphärendruck und 100 Pa ausgebildet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Epitaxieschicht (5, 32, 53, 63, 68, 71, 74, 77) bei einer Temperatur von gleich oder höher als 600°C unter einem Druck in einem Bereich zwischen 100 Pa und 1 × 10–5 Pa ausgebildet wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–16, wobei der Schritt des Ausbildens des Grabens (4, 31, 51, 61) die folgenden Schritte umfasst: Ausbildend eines Oxidfilms (22) auf dem Substrat (1, 30, 50, 60) als eine Maske für das Ausbilden des Grabens (4, 31, 51, 61); und Entfernen des Oxidfilms (22) nachdem der Graben (4, 31, 51, 61) gebildet wurde und vor dem Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (5, 32, 52, 53, 62–64, 66–78).
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–17, wobei das Halbleitersubstrat (1, 30, 50, 60) ein Siliziumsubstrat (1, 30, 50, 60) ist, der Boden des Grabens (4, 31, 51, 61) eine (110)-Oberflächenorientierung des Siliziumkristalls aufweist und die Seitenwand des Grabens (4, 31, 51, 61) eine (111)-Oberflächenorientierung des Siliziumkristalls aufweist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–17, wobei das Halbleitersubstrat (1, 30, 50, 60) ein Siliziumsubstrat (1, 30, 50, 60) ist, der Boden des Grabens (4, 31, 51, 61) eine (100)-Oberflächenorientierung des Siliziumkristalls aufweist, und die Seitenwand des Grabens (4, 31, 51, 61) eine (100)-Oberflächenorientierung des Siliziumkristalls aufweist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–19, wobei der Graben (4, 31, 51, 61) ein Aspektverhältnis von gleich oder größer als zwei aufweist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 8–20, wobei der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (62–64) ferner einen ersten Schritt einschließt, der erste Schritt derart ist, dass die Epitaxieschicht (62), die eine in die Epitaxieschicht (62) dotierte Störstelle aufweist, auf dem Boden und der Seitenwand des Grabens (61) gebildet wird, so dass sie eine vorbestimmte Dicke aufweist, der letzte Schritt derart ist, dass die Epitaxieschicht (63), die keine Störstelle oder eine geringe Konzentration an Störstellen in die Epitaxieschicht (62) dotierte aufweist, ausgebildet wird, um das Innere des Grabens (61) zu füllen, und die geringe Konzentration an Störstellen in der Epitaxieschicht (63) im letzten Schritt eine Störstellendichte aufweist, die geringer ist als die im ersten Schritt.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, welches ferner den Schritt des Temperns des Substrate (60) nach dem Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (62–64) umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der erste und der letzte Schritt im Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (62–64) und der Schritt des Temperns des Substrats (60) nacheinander in einer Ausrüstung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht durchgeführt werden.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 8–20, wobei der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (66–68) ferner ein ersten Schritt und einen Dampfphasendiffusionsschritt umfasst, der erste Schritt derart ist, dass die Epitaxieschicht (66), die eine in die Epitaxieschicht (66) dotierte Störstelle aufweist, auf dem Boden und der Seitenwand des Grabens (61) ausgebildet ist, so dass sie eine vorbestimmt Dicke aufweist, der Dampfphasendiffusionsschritt derart ist, dass durch ein Dampfphasendiffusiosnverfahren eine Störstelle von einer Oberfläche der Epitaxieschicht (66) dotiert wird, um einen mit einer Störstelle dotierten Bereich in der Epitaxieschicht (66) auszubilden, der letzte Schritt derart ist, dass die Epitaxieschicht (68), die keine Störstelle oder eine geringe Konzentration an Störstellen in die Epitaxieschicht (68) dotierte aufweist, ausgebildet wird, um das Innere des Grabens (61) zu füllen, und die geringe Konzentration an Störstellen in der Epitaxieschicht (68) im letzten Schritt eine Störstellendichte aufweist, die geringer ist als die im ersten Schritt.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Dampfphasendiffusionsverfahren in solch einer Weise durchgeführt wird, dass ein Dotierungsgas dem Substrat (60) zugeführt wird, das auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, welches ferner den Schritt des Tempern des Substrats (60) nach dem Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (66–68) umfasst.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der erste Schritt, der Dampfphasendiffusionsschritt und der letzte Schritte im Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (66–68) und der Schritt des Temperns des Substrats (60) nacheinander in einer Ausrüstung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht durchgeführt werden.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 8–20, wobei der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (70–72) ferner einen Dampfphasendiffusionsschritt umfasst, der Dampfphasendiffusionsschritt derart ist, dass durch ein Dampfphasendiffusionvserfahren eine Störstelle von dem Boden und der Seitenwand des Grabens (61) dotiert wird, um einen mit einer Störstelle dotierten Bereich im Boden und der Seitenwand des Grabens (61) auszubilden, der letzte Schritt derart ist, dass die Epitaxieschicht (71), die keine Störstelle oder eine geringe Konzentration an Störstellen in die Epitaxieschicht (71) dotierte aufweist, ausgebildet wird, um das Innere des Grabens (61) zu füllen, und die geringe Konzentration an Störstellen in der Epitaxieschicht (71) im letzten Schritt eine Störstellendichte aufweist, die geringer ist als die im mit einer Störstelle dotierten Bereich des Bodens und der Seitenwand des Grabens (61).
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Dampfphasendiffusionsverfahren in solch einer Weise durchgeführt wird, dass ein Dotierungsgas dem Substrat (60) zugeführt wird, das auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, welches ferner den Schritt des Tempern des Substrats (60) nach dem Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (70–72) umfasst.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Dampfphasendiffusion und der letzte Schritte im Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (70–72) und der Schritt des Temperns des Substrats (60) nacheinander in einer Ausrüstung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht durchgeführt werden.
  32. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der erste Schritt unter einem vorbestimmten Vakuumdruck, der geringer ist als der des letzten Schrittes, durchgeführt wird.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der vorbestimmt Vakuumdruck des ersten Schrittes in einem Bereich zwischen 1000 Pa und 1 × 10–3 Pa liegt.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 8–20, wobei der Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (76–78) ferner einen ersten Schritt einschließt, der erste Schritt derart ist, dass die Epitaxieschicht (76), die keine Störstelle oder eine Störstelle in die Epitaxieschicht (76) dotiert aufweist, auf dem Boden und der Seitenwand des Grabens (61) ausgebildet wird, so dass sie eine vorbestimmt Dicke aufweist, der letzte Schritt derart ist, dass die Epitaxieschicht (77), die eine hohe Konzentration an Störstellen in die Epitaxieschicht (77) dotierte aufweist, ausgebildet wird, um das Innere des Grabens (61) zu füllen, die hohe Konzentration an Störstellen der Epitaxieschicht (77) im letzten Schritt eine Störstellendichte aufweist, die höher ist als die im ersten Schritt, und der letzte Schritt unter einem vorbestimmten Vakuumdruck durchgeführt wird, der geringer ist als der des ersten Schrittes.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die im ersten Schritt gebildete Epitaxieschicht (76) eine nichtdotierte Epitaxieschicht (76) ist.
  36. Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, wobei der vorbestimmt Vakuumdruck des letzten Schrittes in einem Bereich zwischen 1000 Pa und 1 × 10–3 Pa liegt.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 34–36, welches ferner den Schritt des Temperns des Substrate 60) nach dem Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (76–78) umfasst.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei der erste Schritt und der letzte Schritt im Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht (76–78) und der Schritt des Temperns des Substrats (60) nacheinander in einer Ausrüstung zur Ausbildung einer Epitaxieschicht durchgeführt werden.
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