DE102014205466B4

DE102014205466B4 - Einkristall-4H-SiC-Substrat und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102014205466B4
Application number: DE102014205466.4A
Authority: DE
Inventors: Akihito Ohno; Zempei Kawazu; Nobuyuki Tomita; Takanori Tanaka; Yoichiro Mitani; Kenichi Hamano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: US9422640B2; JP6123408B2; US20160298264A1; CN104078331B; US9752254B2; US9903048B2; US20160298262A1; KR101607907B1; US20140295136A1; CN104078331A; DE102014205466A1; JP2014189422A; KR20140117277A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats, das Folgendes umfasst: – Vorbereiten eines 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats (1) mit einem Fehlorientierungswinkel in einem Bereich von 2 bis 10° durch mechanisches Polieren und chemisch-mechanisches Polieren unter Verwendung einer sauren oder alkalischen Lösung; – Ausbilden einer ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht (3) mit Aussparungen (2) auf einer Hauptoberfläche in der (0001)-Ebene des 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats unter Verwendung eines Epitaxieverfahrens, und – Ausbilden einer zweiten Einkristall-4H-SiC-Schicht (4) auf der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht (3) unter Verwendung eines Epitaxieverfahrens, um die Aussparungen (2) zu vergraben, wobei eine Dicke der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht X [μm] ist, ein Durchmesser Y [μm] der Aussparungen nicht kleiner als 0,2 × X [μm] und nicht größer als 2 × X [μm] ist, und eine Tiefe Z [nm] der Aussparungen nicht kleiner als (0,95 × X [μm] + 0,5 [nm]) und nicht größer als 10 × X [μm] ist, wobei eine Dichte der in der Oberfläche der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht ausgebildeten Aussparungen 10/cm2 oder mehr ist und wobei eine durchschnittliche Oberflächenrauheit der zweiten Einkristall-4H-SiC-Schicht (4) nicht mehr als 0,3 nm beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Einkristall-4H-SiC-Substrat und ein Verfahren zur Herstellung desselben mit verringerter Kristalldefektdichte.
In letzter Zeit wurde der Verwendung von Siliziumcarbid (oder SiC) als Material hauptsächlich für Leistungssteuervorrichtungen viel Aufmerksamkeit geschenkt, da SiC gegenüber Silizium hinsichtlich der Durchbruchfeldstärke, der gesättigten Driftgeschwindigkeit und der Wärmeleitfähigkeit überlegen ist. Leistungsvorrichtungen, die aus SiC ausgebildet sind, können so konfiguriert sein, dass sie einen im Wesentlichen verringerten Leistungsverlust und eine verringerte Größe aufweisen, was eine Leistungseinsparung bei der Leistungsumsetzung ermöglicht. Daher können diese Leistungsvorrichtungen verwendet werden, um die Leistungsfähigkeit von Elektrofahrzeugen und die Funktionalität von Solarzellensystemen usw. zu verbessern, und sind daher ein Schlüsselelement beim Erzeugen einer kohlenstoffarmen Gesellschaft.
Die Dotierungsdichte und die Dicke eines Substrats, auf dem eine SiC-Leistungsvorrichtung ausgebildet werden soll, sind im Wesentlichen durch die Spezifikationen der Vorrichtung bestimmt und müssen daher typischerweise genauer gesteuert werden als die Dotierungsdichte und die Dicke eines Einkristall-Massesubstrats. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird ein aktiver Bereich für die Halbleitervorrichtung auf einem 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat im Voraus durch thermische chemische Gasphasenabscheidung (thermische CVD) usw. epitaxial gezüchtet. Es sollte beachtet werden, dass sich der Begriff ”aktiver Bereich”, wie hier verwendet, auf einen Bereich mit einer genau gesteuerten Dicke und einer genau gesteuerten Dotierungsdichte in seiner Kristallstruktur bezieht.
4H-SiC-Einkristall-Massesubstrate enthalten von Natur aus Schraubenversetzungen, die sich in der c-Achsen-Richtung ausbreiten, Kantenversetzungen und Basisflächenversetzungen, die sich senkrecht zur c-Achse ausbreiten. Diese Versetzungen breiten sich in den Epitaxiefilm aus, der auf dem Substrat gezüchtet wird. Ferner werden neue Versetzungsschleifen und Stapelfehler in das Substrat während des Epitaxiewachstumsprozesses eingeführt. Diese Kristalldefekte können die Durchbruchspannungscharakteristiken, die Zuverlässigkeit und die Ausbeute der unter Verwendung des SiC-Substrats ausgebildeten Vorrichtung verschlechtern und dadurch die praktische Verwendung der Vorrichtung verhindern.
Es sollte beachtet werden, dass Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-3C-SiC-Substrats vorgeschlagen wurden, bei denen eine Einkristall-3C-SiC-Schicht so ausgebildet wird, dass sie eine ebene Oberfläche aufweist, die mit Oberflächenvertiefungen durchsetzt ist, was zum Verringern von Kristalldefekten dient (siehe z. B. JP 2011-225421-A ).
Da 3C-SiC ein kubischer Kristall ist und 4H-SiC ein hexagonaler Kristall ist, weisen sie verschiedene Kristallstrukturen, d. h. verschiedene Atomanordnungen, auf und weisen daher im Wesentlichen verschiedene optimale Wachstumsbedingungen auf. Während beispielsweise 3C-SiC einen optimalen Wachstumstemperaturbereich von 1000–1100°C aufweist, weist 4H-SiC einen sehr hohen optimalen Wachstumstemperaturbereich von 1600–1800°C auf. Folglich können die derzeit verfügbaren Verfahren zum Verringern von Kristalldefekten in einem Einkristall-3C-SiC-Substrat nicht auf Einkristall-4H-SiC-Substrate angewendet werden. Bisher war kein Verfahren zum Verringern von Kristalldefekten in einem Einkristall-4H-SiC-Substrat bekannt.
Verfahren zur Herstellung von SiC-Substraten sind auch aus den Schriften JP H09-52796 A und US 2012/0280254 A1 bekannt. Auch die Schrift ”Surface Morphology of Silicon Carbide Epitaxial Films”, J. A. Powell et al, J. Electronic Materials, Vol. 24(4), 1995, S. 295–301 beschäftigt sich mit entsprechenden Fragestellungen.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Einkristall-4H-SiC-Substrat und ein Verfahren zur Herstellung desselben mit einer verringerten Kristalldefektdichte zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Substrat nach Anspruch 3 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats Folgendes: Vorbereiten eines 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats mit einem Fehlorientierungswinkel in einem Bereich von 2 bis 10° durch mechanisches Polieren und chemisch-mechanisches Polieren unter Verwendung einer sauren oder alkalischen Lösung, Ausbilden einer ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht mit Aussparungen auf einer Hauptoberfläche in der (0001)-Ebene des 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats unter Verwendung eines Epitaxieverfahrens und Ausbilden einer zweiten Einkristall-4H-SiC-Schicht auf der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht unter Verwendung eines Epitaxieverfahrens, um die Aussparungen zu vergraben, wobei eine Dicke der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht X [μm] ist, ein Durchmesser Y [μm] der Aussparungen nicht kleiner als 0,2 × X [μm] und nicht größer als 2 × X [μm] ist, und eine Tiefe Z [nm] der Aussparungen nicht kleiner als (0,95 × X [μm] + 0,5 [nm]) und nicht größer als 10 × X [μm] ist, wobei eine Dichte der in der Oberfläche der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht ausgebildeten Aussparungen 10/cm² oder mehr ist und wobei eine durchschnittliche Oberflächenrauheit der zweiten Einkristall-4H-SiC-Schicht nicht mehr als 0,3 mm beträgt.
Die vorliegende Erfindung macht es möglich, eine Kristalldefektdichte eines Einkristall-4H-SiC-Substrats zu verringern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 und 2 Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats zeigen das nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
3 ein optisches Mikrophotographiebild von Aussparungen, die in der Wachstumsoberfläche der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 ausgebildet sind.
4 ein Diagramm, das den Durchmesser der Aussparungen als Funktion der Dicke des Epitaxiefilms zeigt.
5 ein Diagramm, das die Tiefe der Aussparungen als Funktion der Dicke des Epitaxiefilms zeigt.
6 ein Diagramm, das die Defektdichte der Einkristall-4H-SiC-Schicht als Funktion der Aussparungsdichte der Oberfläche der Schicht zeigt.
7 eine Querschnittsansicht, die das Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
Ein Einkristall-4H-SiC-Substrat und ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dieselben Komponenten werden mit denselben Zeichen bezeichnet und auf deren wiederholte Beschreibung kann verzichtet werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats das nicht unter die vorliegende Erfindung fällt wird beschrieben. 1 und 2 sind Querschnittsansichten, die das Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats zeigen.
Das Verfahren beginnt mit dem Vorbereiten eines 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats 1, das um 4 Grad von der (0001)-Ebene (oder C-Ebene) in Richtung einer <11-20>-Richtung fehlorientiert ist, wie in 1 gezeigt. (Das fertige Einkristall-4H-SiC-Substrat weist eine Hauptoberfläche in der (0001)-Ebene auf.) Es sollte beachtet werden, dass der Fehlorientierungswinkel nicht notwendigerweise 4 Grad sein muss, sondern im Bereich von 2–10 Grad liegen kann und für das erfindungsgemäße Verfahren in einem Bereich von 2–10 Grad liegt.
Das 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat 1 wird durch mechanisches Polieren und chemisch-mechanisches Polieren unter Verwendung einer sauren oder alkalischen Lösung planarisiert.
Ferner wird das Substrat 1 unter Verwendung von Aceton durch Ultraschall gereinigt, um organisches Material zu entfernen. Das 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat 1 wird dann einer sogenannten RCA-Reinigung unterzogen. Insbesondere wird das 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat 1 in ein Gemisch (1:9) von wässerigem Ammoniak und Wasserstoffperoxidlösung für 10 Minuten eingetaucht, nachdem das Gemisch auf 75°C (±5°C) erhitzt wurde. Das Substrat 1 wird dann in ein Gemisch (1:9) von Salzsäure und Wasserstoffperoxidlösung eingetaucht, nachdem das Gemisch auf 75°C (±5°C) erhitzt wurde. Ferner wird das 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat 1 in eine wässerige Lösung eingetaucht, die ungefähr 5 Volumenprozent Flusssäure enthält, und wird dann einer Substitutionsbehandlung unter Verwendung von gereinigtem Wasser unterzogen, wobei somit die Oberfläche des 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats 1 gereinigt wird.
Als nächstes wird das 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat 1 in eine CVD-Vorrichtung eingeführt, die dann auf ungefähr 1 × 10^–7 kPa ausgepumpt wird. Das Substrat 1 wird dann auf ungefähr 1400–1700°C erhitzt und in einer reduzierenden Gasatmosphäre ausgeheilt. Dann, wie in 2 gezeigt, werden Materialgase zum Wachstumsofen zugeführt, so dass eine Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 epitaxial auf dem 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat 1 gezüchtet wird und Aussparungen 2 mit einem Durchmesser von 2–20 μm und einer maximalen Tiefe von 10–100 nm aufweist. Diese Materialgase umfassen z. B. Silangas (SiH₄), das als Si-Atom-Quelle verwendet wird, Propangas (C₃H₈), das als C-Atom-Quelle verwendet wird, und Stickstoffgas, das als Dotierungsmaterial vom N-Typ dient. In diesem Beispiel wird die Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 mit einer Dicke von 10 μm durch Zuführen von SiH₄-Gas mit einer Durchflussrate von 500 sccm und C₃H₈-Gas mit einer Durchflussrate von 200 sccm ausgebildet. Ferner wird Stickstoffgas, das als Dotierungsmaterial vom N-Typ dient, zugeführt, so dass die Substratgrenzfläche eine Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁷/cm³ aufweist und der aktive Bereich eine Ladungsträgerkonzentration von 8 × 10¹⁵/cm³ aufweist. Die Zufuhr des Materialgases wird dann gestoppt und die Temperatur des Substrats 1 wird auf Raumtemperatur verringert.
Der vorliegende Erfinder hat festgestellt, dass winzige Aussparungen 2 in der Wachstumsoberfläche der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 ausgebildet werden, wenn die Temperatur und der Druck im Wachstumsofen während des Wachstums der Schicht 3 geeignet eingestellt werden. 3 ist ein optisches Mikrophotographiebild der in der Wachstumsoberfläche der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 ausgebildeten Aussparungen. Es wurde unter Verwendung eines optischen Mikroskops festgestellt, dass die Dichte der Aussparungen 2 ungefähr 600/cm² ist. Die Form der Aussparungen 2 wurde unter einem Atomkraftmikroskop beobachtet und es wurde festgestellt, dass sie ein unsymmetrischer elliptischer Kegel mit einem Durchmesser von 2–20 μm und einer maximalen Tiefe von 10–100 nm ist. Genauere Experimente wurden wiederholt durchgeführt und offenbarten, dass die Größe der Aussparungen mit der Dicke des ausgebildeten Epitaxiefilms variiert, und dass je größer die Dicke des Films ist, desto größer der Durchmesser und die Tiefe der Aussparungen sind. 4 ist ein Diagramm, das den Durchmesser der Aussparungen als Funktion der Dicke des Epitaxiefilms zeigt. 5 ist ein Diagramm, das die Tiefe der Aussparungen als Funktion der Dicke des Epitaxiefilms zeigt. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass, wenn die Dicke des Epitaxiefilms X [μm] ist, der Durchmesser Y [μm] der Aussparungen nicht kleiner als 0,2 × X [μm] und nicht größer als 2 × X [μm] ist, und die Tiefe Z [nm] der Aussparungen nicht kleiner als (0,95 × X [μm] + 0,5 [nm]) und nicht größer als 10 × X [μm] ist.
6 ist ein Diagramm, das die Defektdichte der Einkristall-4H-SiC-Schicht als Funktion der Aussparungsdichte der Oberfläche der Schicht zeigt. Die Defektdichte wurde durch Photolumineszenztopographie (PL-TOPO) erhalten. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff ”Defekt”, wie hier verwendet, einem anomal leuchtenden Bereich, der durch PL-TOPO beobachtet wird, entspricht oder als solcher definiert ist. Im Fall eines Substrats mit einer Einkristall-4H-SiC-Schicht, die unter typischen Wachstumsbedingungen ausgebildet wird, war die Dichte der Aussparungen in der Oberfläche der Einkristall-4H-SiC-Schicht geringer als 10/cm²; im Wesentlichen keine Aussparungen wurden unter einem optischen 2Mikroskop gefunden. In diesem Fall war die Defektdichte 60/cm oder mehr. Es sollte beachtet werden, dass die Elektroden einiger Vorrichtungen eine große Oberfläche (z. B. 1–2 mm²) aufweisen, in welchem Fall, wenn diese Vorrichtungen auf einem üblichen Einkristall-4H-SiC-Substrat ausgebildet werden, dann mehr als ein Defekt unter den Elektroden angeordnet ist, was zu verschlechterten Durchbruchspannungscharakteristiken der Vorrichtung führt.
Im Fall des beschriebenen Einkristall-4H-SiC-Substrats ist andererseits die Defektdichte im Vergleich zu Substraten des Standes der Technik desselben Typs beträchtlich niedrig (nämlich 2/cm²), da die Dichte der Aussparungen 2, die in der Oberfläche der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 ausgebildet sind, 10/cm² oder mehr ist. Wenn die Dichte der Aussparungen 2 1500/cm² war, wurde festgestellt, dass die Defektdichte äußerst niedrig (nämlich 1/cm²) ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 so gezüchtet, dass sie Aussparungen mit einem Durchmesser Y [μm] von nicht weniger als 0,2 × X [μm] und nicht mehr als 2 × X [μm] und einer Tiefe Z [nm] von nicht weniger als (0,95 × X [μm] + 0,5 [nm]) und nicht mehr als 10 × X [μm] aufweist, wobei X die Dicke der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 in μm ist. Dies führt zu einer verringerten Kristalldefektdichte des Einkristall-4H-SiC-Substrats. Ferner macht es die Verwendung dieses Einkristall-4H-SiC-Substrats mit hoher Qualität möglich, die Durchbruchspannungscharakteristiken, die Zuverlässigkeit und die Ausbeute der darauf ausgebildeten Vorrichtung zu verbessern.
Es sollte beachtet werden, dass ein organisches Metallmaterial, das Al, B oder Be enthält und als Dotierungsmaterial vom P-Typ dient, nach Bedarf während der Ausbildung der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 zugeführt werden kann. Ferner kann ein Chlor enthaltendes Gas zusätzlich zugeführt werden, um die Wachstumsrate der Schicht zu erhöhen. Es wurde festgestellt, dass die Wachstumsrate der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 durch Verändern der Durchflussrate des Materialgases verändert werden kann und dass die obigen Vorteile ungeachtet dessen erreicht werden können, ob die Wachstumsrate 1 μm/h oder 10 μm/h ist.
Es wurde auch festgestellt, dass die Dichte der Aussparungen 2 durch geeignetes Festlegen der Temperatur und des Drucks im Wachstumsofen eingestellt werden kann. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine solche Festlegung oder solche Bedingungen stark von der Struktur und internen Konfiguration des Ofens der CVD-Vorrichtung abhängen können; das heißt, die geeigneten Bedingungen variieren mit der verwendeten CVD-Vorrichtung.
Erste Ausführungsform
Ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. 7 ist eine Querschnittsansicht, die das Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Wie vorstehend beschrieben wird zuerst eine Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 mit einer Dicke von 300 nm epitaxial gezüchtet, so dass ihre Wachstumsoberfläche Aussparungen 2 aufweist. Es sollte beachtet werden, dass die Dicke der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 nicht notwendigerweise 300 nm sein muss, sondern im Bereich von 50 nm bis 10 μm liegen kann. Wie in 7 gezeigt, wird dann eine Einkristall-4H-SiC-Schicht 4 mit einer Dicke von 10 μm epitaxial auf der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 gezüchtet, um die Aussparungen 2 zu vergraben.
Insbesondere wird die Einkristall-4H-SiC-Schicht 4 durch Zuführen von SiH₄-Gas mit einer Durchflussrate von 900 sccm und C₃H₈-Gas mit einer Durchflussrate von 360 sccm und ferner Zuführen von Stickstoffgas, das als Dotierungsmaterial vom N-Typ dient, ausgebildet, so dass die Schicht 4 eine Ladungsträgerkonzentration von 8 × 10¹⁵/cm³ aufweist. Die Zufuhr von Materialgas wird dann gestoppt und die Temperatur des Substrats wird auf Raumtemperatur verringert. Abgesehen von diesem Merkmal ist das Einkristall-4H-SiC-Substrat der zweiten Ausführungsform in der Konfiguration und Herstellung ähnlich zum vorstehend beschriebenen Einkristall-4H-SiC-Substrat.
Es sollte beachtet werden, dass die Aussparungen 2 der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 unter der Einkristall-4H-SiC-Schicht 4 durch geeignetes Festlegen der Wachstumstemperatur und anderer Wachstumsbedingungen vergraben werden können, um die Einkristall-4H-SiC-Schicht 4 hauptsächlich in einem Stufenablaufwachstumsmodus zu züchten.
Die Dichte der Aussparungen in der Oberfläche des Einkristall-4H-SiC-Substrats der vorliegenden Ausführungsform wurde unter Verwendung eines optischen Mikroskops als sehr niedrig (nämlich ungefähr 1/cm²) festgestellt. Ferner wurde eine quadratische Fläche von 10 μm mal 10 μm der Oberfläche unter einem Atomkraftmikroskop beobachtet und festgestellt, dass sie eine mittlere Rauheit (Ra) von 0,3 nm oder weniger ohne anomales Wachstum aufweist, das Stufenbündelung genannt wird, was darauf hinweist, dass die
Oberfläche in einem sehr guten Zustand war. Ferner wurde die Defektdichte des Einkristall-4H-SiC-Substrats unter Verwendung von PL-TOPO als sehr niedrig (nämlich 2/cm²) festgestellt. Die niedrige Defektdichte des fertigen Einkristall-4H-SiC-Substrats ergab sich aus der Ausbildung der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 auf dem 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat 1, was zum Verringern der Defektdichte diente.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Einkristall-4H-SiC-Schicht 4 ausgebildet, um die Aussparungen 2 der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 zu vergraben. Dies verringert Kristalldefekte und verbessert die Ebenheit der Oberfläche des Einkristall-4H-SiC-Substrats.
Folglich weist das Einkristall-4H-SiC-Substrat der ersten Ausführungsform zwei Einkristall-4H-SiC-Schichten aufeinander auf und die untere Einkristall-4H-SiC-Schicht weist Aussparungen in ihrer Oberfläche auf. In solchen Einkristall-4H-SiC-Substraten stehen auch die Dichte der Aussparungen und die Defektdichte miteinander in der in 6 gezeigten Weise in Beziehung, die in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Einkristall-4H-SiC-Substrat beschrieben wurde, das nur eine Einkristall-4H-SiC-Schicht aufweist. Im Einkristall-4H-SiC-Substrat der ersten Ausführungsform muss ferner die Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 nicht notwendigerweise in Kontakt mit dem 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat 1 ausgebildet werden; die Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 kann beispielsweise in die Einkristall-4H-SiC-Schicht 4 eingelegt werden. Dies dient auch zum Verringern von Kristalldefekten. Folglich kann die Position der Einkristall-4H-SiC-Schicht 3 relativ zur Oberfläche des 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats 1 gemäß den Spezifikationen der ausgebildeten Vorrichtung ausgewählt werden. Folglich ist es möglich, die Defektdichte des Einkristall-4H-SiC-Substrats der ersten Ausführungsform zu steuern, während die Ladungsträgerkonzentration und die Dicke des aktiven Bereichs genau gesteuert werden.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung angesichts der obigen Lehren möglich. Daher kann die Erfindung selbstverständlich innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats, das Folgendes umfasst: – Vorbereiten eines 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats (1) mit einem Fehlorientierungswinkel in einem Bereich von 2 bis 10° durch mechanisches Polieren und chemisch-mechanisches Polieren unter Verwendung einer sauren oder alkalischen Lösung; – Ausbilden einer ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht (3) mit Aussparungen (2) auf einer Hauptoberfläche in der (0001)-Ebene des 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats unter Verwendung eines Epitaxieverfahrens, und – Ausbilden einer zweiten Einkristall-4H-SiC-Schicht (4) auf der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht (3) unter Verwendung eines Epitaxieverfahrens, um die Aussparungen (2) zu vergraben, wobei eine Dicke der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht X [μm] ist, ein Durchmesser Y [μm] der Aussparungen nicht kleiner als 0,2 × X [μm] und nicht größer als 2 × X [μm] ist, und eine Tiefe Z [nm] der Aussparungen nicht kleiner als (0,95 × X [μm] + 0,5 [nm]) und nicht größer als 10 × X [μm] ist, wobei eine Dichte der in der Oberfläche der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht ausgebildeten Aussparungen 10/cm² oder mehr ist und wobei eine durchschnittliche Oberflächenrauheit der zweiten Einkristall-4H-SiC-Schicht (4) nicht mehr als 0,3 nm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-4H-SiC-Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und der Druck in einem Wachstumsofen während des Wachstums der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht (3) so festgelegt werden, dass die Aussparungen (2) in einer Wachstumsoberfläche der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht ausgebildet werden.
Einkristall-4H-SiC-Substrat, das Folgendes umfasst: – ein 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat (1) mit einem Fehlorientierungswinkel in einem Bereich von 2 bis 10°, das durch mechanisches Polieren und chemisch-mechanisches Polieren unter Verwendung einer sauren oder alkalischen Lösung planarisiert wurde; – eine erste Einkristall-4H-SiC-Schicht (3), die auf einer Hauptoberfläche in der (0001)-Ebene des 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrats epitaxial gezüchtet ist und Aussparungen (2) aufweist, und – eine zweite Einkristall-4H-SiC-Schicht (4), die auf dem 4H-SiC-Einkristall-Massesubstrat epitaxial gezüchtet ist und die Aussparungen (2) vergräbt, wobei eine Dicke der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht X [μm] ist, ein Durchmesser Y [μm] der Aussparungen nicht kleiner als 0,2 × X [μm] und nicht größer als 2 × X [μm] ist, und eine Tiefe Z [nm] der Aussparungen nicht kleiner als (0,95 × X [μm] + 0,5 [nm]) und nicht größer als 10 × X [μm] ist, wobei eine Dichte der in der Oberfläche der ersten Einkristall-4H-SiC-Schicht ausgebildeten Aussparungen 10/cm² oder mehr ist und wobei eine durchschnittliche Oberflächenrauheit der zweiten Einkristall-4H-SiC-Schicht (4) nicht mehr als 0,3 nm beträgt.
Einkristall-4H-SiC-Substrat nach Anspruch 3, wobei die erste epitaxial gezüchtete Einkristall-4H-SiC-Schicht (3) eine Dicke X von nicht weniger als 0,3 µm und nicht mehr als 10 µm aufweist.
Einkristall-4H-SiC-Substrat nach Anspruch 3, wobei die Aussparungen (2) einen Durchmesser Y [µm] von nicht kleiner als 2 µm und nicht größer als 20 µm, und die Aussparungen (2) eine Tiefe Z [µm] von nicht kleiner als 0,01 µm und nicht größer als 0,1 µm aufweisen.
Einkristall-4H-SiC-Substrat nach Anspruch 3, wobei die erste epitaxial gezüchtete Einkristall-4H-SiC-Schicht (3) N-Typ dotiert ist.
Einkristall-4H-SiC-Substrat nach Anspruch 3, wobei die zweite epitaxial gezüchtete Einkristall-4H-SiC-Schicht (4) N-Typ dotiert ist.