DE102016212534B4 - Herstellungsverfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers - Google Patents

Herstellungsverfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers Download PDF

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Abstract

Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers, umfassend:Einleiten eines Reinigungsgases in einen Wachstumsofen (1) zum Entfernen von dendritartigem polykristallinem Siliziumkarbid, das auf einer Innenwand des Wachstumsofens (1) anhaftet, ohne Siliziumkarbid zu ätzen;Einbringen eines Siliziumkarbidsubstrats (2) in den Wachstumsofen (1) nach dem Einleiten des Reinigungsgases; undWachsen lassen einer Siliziumkarbid-Epitaxialschicht (9) auf dem Siliziumkarbidsubstrat (2) durch Einleiten eines Prozessgases in den Wachstumsofen (1) zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers (10),wobei das Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder höher und gleichhoch oder geringer als 1,0E-1 J in den Wachstumsofen (1) eingeleitet wird undwobei das Reinigungsgas ein Inertgas oder Wasserstoffgas ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers.
  • Stand der Technik
  • In den vergangenen Jahren hat ein Siliziumkarbid- (im Folgenden als SiC bezeichnet) Halbleiter hauptsächlich als Material für Leistungsvorrichtungen zur Leistungssteuerung Beachtung gefunden, da sein Bandabstand, seine dielektrische Feldstärken-Durchschlagsfestigkeit, gesättigte Driftgeschwindigkeit und thermische Leitfähigkeit höher als jene von Siliziumhalbleitern sind. Eine Leistungsvorrichtung, die den SiC-Halbleiter verwendet, ist tatsächlich in der Lage, einen Leistungsverlust weitgehend zu reduzieren, wobei deren Größe reduziert und eine Energieersparnis zum Zeitpunkt einer Energiezufuhr-Energieumwandlung realisiert wird, und kann somit eine entscheidende Vorrichtung, z. B. zum Verbessern der Leistungsfähigkeit von Elektrofahrzeugen und zum Verbessern der Funktionen von Solarbatteriesystemen oder dergleichen, bei der Realisierung einer Gesellschaft mit geringem CO2-Ausstoß darstellen.
  • Bei der Herstellung einer SiC-Leistungsvorrichtung wird eine als aktive Region der Halbleitervorrichtung vorzusehende Schicht im Allgemeinen auf einem SiC-Einkristall-Grundsubstrat (-Bulksubstrat) durch eine thermische chemische Gasphasenabscheidung (thermische CVD) oder dergleichen gezüchtet bzw. wachsen gelassen. Der Ausdruck „aktive Region“ bezieht sich hierbei auf eine Region, die durch präzises Steuern einer Dotierungskonzentration in einem Kristall und deren Schichtdicke aufgebaut ist, und die einen Abschnitt aufweist, der eine Wachstumsrichtungsachse enthält. Der Grund, warum eine solche epitaxial gewachsene Schicht sowie ein Einkristall-Grundsubstrat erforderlich ist, besteht darin, dass eine Dotierungskonzentration und eine Schichtdicke im Allgemeinen gemäß den Spezifikationen einer Vorrichtung vorgeschrieben sind, und dass eine Anforderung zum Erreichen der Dotierungskonzentration und der Schichtdicke mit Genauigkeiten besteht, die höher als jene sind, die im Regelfall für Einkristall-Massensubstrate erreicht werden
  • Ein Wafer mit einer epitaxial gewachsenen Schicht, die auf einem SiC-Einkristall-Grundsubstrat ausgebildet ist, wird im Folgenden als „Epitaxialwafer“ bezeichnet. Eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung wird durch Ausführen verschiedenster Bearbeitungen auf einem Siliziumkarbid-Epitaxialwafer gefertigt. Wenn der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer Defekte aufweist, ist die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nicht in der Lage, eine hohe Spannung lokal zu halten, was zu einer Erzeugung eines Leckstroms führt. Wenn sich die Dichte solcher Defekte erhöht, reduziert sich der nicht-defekte Anteil bei der Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung.
  • Wenn der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer hergestellt wird, haftet Siliziumkarbid nicht nur am Wafer, sondern auch an Innenwänden eines Wachstumsofens und auf Oberflächen einer Waferhalterung an, an welcher der Wafer befestigt ist. Das anhaftende Siliziumkarbid ist strukturell spröde und kann daher auf einfache Weise Siliziumkarbidpartikel bilden. Wenn die Siliziumkarbidpartikel an der Waferoberfläche anhaften, werden Kristalldefekte, wie zum Beispiel Zusammenbrüche und Dreiecksdefekte ausgehend von den Befestigungspunkten erzeugt.
  • Als Verfahren zum Reduzieren von Siliziumkarbidpartikeln, die eine Ursache derartiger Kristalldefekte sein können, wurde ein Verfahren zum Reinigen der Waferhalterung durch Ätzen der an der Waferhalterung anhaftenden Siliziumkarbidpartikel mit Chlortrifluorid vorgeschlagen (siehe z. B. die japanische Patentschrift JP 5 542 560 B2 Ein Verfahren zum Entfernen von Siliziumkarbidpartikeln unter Verwendung eines Reinigungsgases, das Jodheptafluorid enthält, ohne Ätzen und schädliches Graphit, welches das Basismaterial eines bestimmten Elements ist, wurde ebenfalls vorgeschlagen (siehe z. B. das offengelegte japanische Patent JP 2014-154865 A .
  • Im Fall des im japanischen Patent JP 5 542 560 B2 offenbarten Verfahrens wird nicht nur das anhaftende Siliziumkarbid, sondern auch die Siliziumkarbidschicht, die als Schutzschicht auf Innenelementen des Wachstumsofens und die Waferhalterung ausgebildet ist, geätzt, und es ist daher schwierig, eine Reinigungsbehandlung auszuführen. Darüber hinaus ist eine spezielle Ausstoßvorrichtung erforderlich, um die Verwendung z. B. von Chlortrifluorid zu ermöglichen, weil dieses die Vorrichtung und Rohrleitungen korrodiert. Das Verfahren verursacht daher Probleme hinsichtlich des Betriebs und der Kosten. Da die Geschwindigkeit des Ätzens von Siliziumkarbid geringer als die des Ätzens von Silizium ist, ist ferner eine lange Zeit zum Abschließen des Reinigens erforderlich, und es ist schwierig, das Siliziumkarbid vollständig zu entfernen.
  • Im Fall des Verfahrens, das im offengelegten japanischen Patent JP 2014-154865 A offenbart ist, wird Jodheptafluorid verwendet, das Graphit nicht ätzt, jedoch werden die Siliziumkarbidschicht, die als Schutzschicht auf die Waferhalterung und die Innenelemente des Wachstumsofens aufgebracht ist, somit wie im Fall des im japanischen Patent JP 5 542 560 B2 offenbarten Verfahrens geätzt, und es ist schwierig, eine Reinigungsbehandlung durchzuführen. Daher verursacht die Verwendung eines auf Fluor basierenden Gases als Reinigungsgas das Problem, dass Elemente ohne aufgebrachtes Siliziumkarbid geätzt werden.
  • US 2009 / 0 299 652 A1 offenbart ein Verfahren zum Vermuten der Innensituation einer Prozesskammer, das ermöglicht, die Innensituation einer Prozesskammer unter Verwendung der Anzahl von Partikeln, die aus dem Inneren der Prozesskammer ausgestoßen werden, genau zu vermuten. Charakteristische Werte, die jeweiligen Partikelentfernungsmodi einer Partikelentfernungssequenz zugeordnet sind, werden aus Zeitreihendaten über die Anzahl von Partikeln extrahiert, die aus dem Inneren der Prozesskammer ausgestoßen werden, in der ein Substrat aufgenommen und einer vorbestimmten Verarbeitung unterzogen wird, und denen eine Partikelentfernungs-Sequenz angewendet und ein Zusammenhang zwischen den extrahierten Kennwerten und der Innensituation der Prozesskammer wird berechnet. Die Innensituation der Prozesskammer wird anhand des berechneten Zusammenhangs und der Kennwerte in neuen Zeitreihendaten zur Partikelanzahl vermutet.
  • US 2009 / 0 288 684 A1 stellt eine Vakuumbearbeitungsvorrichtung mit einer Funktion zum Entfernen von Partikeln auf der Oberfläche des Probentisches bereit, um die Ausbeute der bearbeiteten Probe zu verbessern. Die Vakuumbearbeitungsvorrichtung umfasst eine Bearbeitungskammer, die in einem Vakuumreaktor angeordnet ist und in deren Inneren Plasma gebildet ist, einen Probentisch, der unter der Bearbeitungskammer platziert ist und auf dessen oberer Ebene eine zu bearbeitende Probe zur Bearbeitung platziert ist, und einen Gaseinleitungsmechanismus, der an einem oberen Abschnitt der Bearbeitungskammer angeordnet ist und Einführungslöcher zum Einführen von Bearbeitungsgas in die Bearbeitungskammer aufweist, wobei der Probentisch Nuten und eine Gaszufuhröffnung zum Einführen von Wärmeleitgas zwischen den Probentisch und der zu bearbeitenden Probe und einem Mechanismus zum Einführen von Staubentfernungsgas durch die Gaszufuhröffnung zwischen dem Probentisch und der zu bearbeitenden Probe oder einer Dummy-Probe mit im Wesentlichen der gleichen Form wie die Probe auf dem Probentisch innerhalb des Vakuumreaktors platziert werden, wodurch Partikel an dem Probentisch angelagert und über eine hydrodynamische Kraft durch das Entstaubungsgas entfernt werden.
  • US 2009/0 142 475 A1 offenbart eine Filmabscheidungsvorrichtung, die eine Kammer enthält, in der ein Substrat angeordnet ist; einen Gaseinleitungsabschnitt zum Einführen eines reaktiven Gases in die Kammer; einen Gasablassabschnitt zum Ablassen des reaktiven Gases aus der Kammer; und einen Steuerabschnitt zum Steuern der Partikelabsaugverarbeitung zum Abführen von Partikeln innerhalb der Kammer aus dem Gasabsaugabschnitt entweder in der Mitte des Abscheidens eines Films auf dem innerhalb der Kammer angeordneten Substrat gemäß einer Reaktion basierend auf dem reaktiven Gas, oder in einer Stufe des Abschlusses der Filmabscheidung. Der Steuerabschnitt führt die Steuerung auf eine Weise durch, dass, wenn die Partikelabsaugverarbeitung in einer Phase der Filmabscheidung durchgeführt wird, das reaktive Gas mit einer höheren Durchflussrate als der in der Phase der Filmabscheidung in die Kammer eingeführt und abgelassen wird aus dem Gasauslassabschnitt.
  • JP 2008 - 159 740 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Einkristalls unter Verwendung eines CVD-Verfahrens (chemische Gasphasenabscheidung), das einen Prozess zum Erhöhen der Temperatur einer Stufe zum Anordnen eines SiC-Substrats und eine dem SiC-Substrat zugewandte Deckplatte, einen Erwärmungsprozess für Halten der Temperatur der oberen Platte höher als die Temperatur während eines Epitaxie-Wachstumsprozesses für eine vorbestimmte Zeit vor einem Prozess zum Bilden des epitaktischen SiC-Films, einem Reinigungsprozess innerhalb einer Hochtemperatur-Haltezeit während des Erwärmungsprozesses und einen Prozess zum Bilden des SiC epitaxialer Film auf dem SiC-Substrat durch Einleiten von Wasserstoffgas und Filmbildungsmaterialgas in einen Raum zwischen der Stufe, auf der das SiC-Substrat platziert ist, und der oberen Platte aufweist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Im Hinblick auf das oben beschriebene Problem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers mit reduzierten Kristalldefekten bereitzustellen, wobei eine Beschädigung von Innenelementen des Wachstumsofens und der Waferhalterung vermieden wird. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 bzw. des Anspruchs 4. Die Unteransprüche offenbaren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers: Einleiten eines Reinigungsgases in einen Wachstumsofen zum Entfernen von Siliziumkarbid in polykristalliner Form mit einer dendritartigen Struktur, das an einer Innenwand des Wachstumsofens anhaftet; Einbringen eines Siliziumkarbidsubstrats in den Wachstumsofen nach dem Einleiten des Reinigungsgases; und Wachsen lassen einer Siliziumkarbid-Epitaxialschicht auf dem Siliziumkarbidsubstrat durch Einleiten eines Prozessgases in den Wachstumsofen zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers, wobei das Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder höher und gleichhoch oder geringer als 1,0E-1 J in den Wachstumsofen (1) eingeleitet wird.
  • In der vorliegenden Erfindung wird ein Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder höher und gleichhoch oder geringer als 1,0E-1 J in den Wachstumsofen eingeleitet. Daher kann der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer mit reduzierten Kristalldefekten hergestellt werden, ohne die Innenelemente des Wachstumsofens und die Waferhalterung zu beschädigen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Herstellungsprozess des Siliziumkarbid-Epitaxialwafers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 3 zeigt eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Fluidenergie des Reinigungsgases im Wachstumsofen und einem relativen Wert der Anzahl von Partikeln veranschaulicht, die im Wachstumsofen verbleiben.
    • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Herstellungsprozess eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 5 zeigt eine Schnittansicht eines modifizierten Beispiels der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer-Herstellungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
  • Ein Herstellungsverfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Bauteile werden mit den gleichen Symbolen gekennzeichnet und deren wiederholte Beschreibung entfällt.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 1 zeigt eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Waferhalterung 3, an der ein Siliziumkarbidsubstrat 2 montiert ist, ist in einem Wachstumsofen 1 (einem epitaxialen Wachstumsofen) vorgesehen, in dem ein epitaxiales Wachstum durchgeführt wird. Ein Prozessgas-Einlassanschluss 4 leitet ein Prozessgas, das ein Trägergas und ein Rohmaterialgas umfasst, in einem epitaxialen Wachstumsschritt in den Wachstumsofen 1 ein. Ein Prozessgas-Auslassanschluss 5 stößt das durch den Prozessgas-Einlassanschluss 4 eingeleitete Prozessgas aus dem Wachstumsofen 1 aus.
  • Ein Reinigungsgas-Einlassanschluss 6 leitet in den Wachstumsofen 1 in einem Reinigungsschritt ein Reinigungsgas zum Entfernen von Siliziumkarbid in dendritartiger polykristalliner Form ein, das auf eine Innenwand des Wachstumsofens 1 aufgebracht ist. Gas-Auslassanschlüsse 7 stoßen aus dem Wachstumsofen 1 das durch den Reinigungsgas-Einlassanschluss 6 eingeleitete Reinigungsgas aus. Eine Gaseinleitungszustand-Steuerungseinheit 8 steuert einen Gasdurchsatzregler und einen Druckregler, die mit dem Prozessgas-Einlassanschluss 4 und dem Reinigungsgas-Einlassanschluss 6 verbunden sind, wodurch Bedingungen zum Einleiten des Prozessgases und des Reinigungsgases (der Gasdurchsatz und Druck) im Reinigungsschritt oder im Epitaxialschritt gesteuert werden. Der Reinigungsgas-Einlassanschluss 6 ist mit einer Reinigungsgasbombe (nicht dargestellt) durch die Gaseinleitungszustand-Steuerungseinheit 8 verbunden.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Herstellungsprozess des Siliziumkarbid-Epitaxialwafers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer-Herstellungsprozess wird nachfolgend mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
  • Zuerst wird in einem Zustand, bei dem die Waferhalterung 3 in den Wachstumsofen 1 eingesetzt ist, das Reinigungsgas in den Wachstumsofen 1 eingeleitet, wodurch Siliziumkarbid in polykristalliner Form mit einer dendritartigen Struktur entfernt wird, das an der Innenwand des Wachstumsofens 1 und der Waferhalterung 3 anhaftet (Schritt S1). Dieser Schritt wird Reinigungsschritt bezeichnet. In einem Fall, bei dem die Reinigung der Waferhalterung 3 nicht erforderlich ist, kann die Waferhalterung 3 in diesem Zustand außerhalb des Wachstumsofens 1 platziert werden. Bedingungen zum Einleiten des Reinigungsgases im Reinigungsschritt werden nachstehend beschrieben.
  • Als nächstes wird das Siliziumkarbidsubstrat 2 in den Wachstumsofen 1 eingebracht, indem es an der Waferhalterung 3 montiert wird (Schritt S2). Anschließend wird eine Siliziumkarbid-Epitaxialschicht 9 auf dem Siliziumkarbidsubstrat 2 durch Einleiten eines Prozessgases in den Wachstumsofen 1 wachsen gelassen, um dadurch einen Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 herzustellen (Schritt S3). Der fertiggestellte Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 wird anschließend aus dem Wachstumsofen 1 herausgenommen (Schritt S4). Der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 wird durch die oben beschriebenen Schritte hergestellt.
  • Die Bedeutung des Reinigungsschritts wird nun beschrieben. Während die Siliziumkarbid-Epitaxialschicht 9 auf dem Siliziumkarbidsubstrat 2 im epitaxialen Wachstumsschritt wachsen gelassen wird, haftet Siliziumkarbid gleichzeitig an den Innenwandflächen des Wachstumsofens 1 und der Waferhalterung 3 an und wächst in polykristalliner Form mit einer dendritartigen Struktur. Strukturschwache dünne Bereiche des Siliziumkarbids in polykristalliner Form werden aufgrund einer Fluktuation der Gasströmung zum Zeitpunkt des Einleitens des Prozessgases abgeschnitten und getrennt, wodurch Siliziumkarbidpartikel erzeugt werden. Wenn die Siliziumkarbidpartikel (durch Reinigen) nicht entfernt werden, werden die Siliziumkarbidpartikel im Wachstumsofen 1 zerstreut, um an der epitaxialen Wachstumsoberfläche des Siliziumkarbid-Epitaxialwafers 10 im nachfolgenden epitaxialen Wachstumsschritt aufgrund der Fluktuation der Strömung des eingeleiteten Gases anzuhaften. Das Anhaften der Siliziumkarbidpartikel bewirkt die Erzeugung von Kristalldefekten. Der Reinigungsschritt (Schritt S1) ist ein Schritt zum Vermeiden eines solchen Ereignisses.
  • Bedingungen zum Einleiten des Reinigungsgases im Reinigungsschritt werden nachstehend beschrieben. Zuerst wird eine Fluidenergie des Gases beschrieben. Die Fluidenergie stellt die gesamte Energiemenge des Gases im Reinigungsschritt dar. Wenn die Gesamtmasse des Gases, dessen Strömung im Reinigungsschritt bewirkt wird, gleich m in kg ist, und die Geschwindigkeit der Strömung des Gases in dieser Situation gleich v in m/s ist, wird die Fluidenergie E in J durch die nachfolgende Gleichung 1 definiert. E = 1 2 m v 2  in J
    Figure DE102016212534B4_0001
  • Die Gesamtmasse m des Gases wird durch die Art des Gases und die gesamte Durchflussmenge des Gases bestimmt, und die Strömungsgeschwindigkeit v wird aus den Gasdurchsatz, der Querschnittsfläche des Wachstumsofens 1 und des Drucks im Wachstumsofen 1 bestimmt.
  • 3 zeigt eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Fluidenergie des Reinigungsgases im Wachstumsofen und einem relativen Wert der Anzahl von Partikeln veranschaulicht, die im Wachstumsofen verbleiben. Nachdem das auf ein bestimmtes Fluidenergieniveau geregelte Reinigungsgas in den Wachstumsofen 1 eingeleitet ist, wird z. B. ein Siliziumwafer in den Wachstumsofen 1 eingebracht und z. B. Argongas eingeleitet. Der Siliziumwafer wird anschließend herausgenommen. Die auf dem herausgenommenen Siliziumwafer abgeschiedenen Partikel werden mit einem Partikelzähler gezählt, um die „Anzahl der verbleibenden Partikel“ zu erhalten. Die Ordinate von 3 stellt eine relative Anzahl verbleibender Partikel unter der Annahme dar, dass die Anzahl der Partikel verbleibt, wenn die Fluidenergie gleich 8,0E-5 J ist. Mit Bezug auf 3 wird der relative Wert der Anzahl von Partikeln abrupt auf 0,08 oder darunter reduziert, wenn die Fluidenergie gleich 1,6E-4 J beträgt. Dies zeigt, dass Siliziumkarbid, das an den Innenwandflächen des Wachstumsofens 1 und der Waferhalterung 3 anhaftet, durch eine Fluidenergie von 1,6E-4 J oder darüber entfernt werden kann. Wenn die Fluidenergie 8,1E-4 J beträgt, kann der relative Wert der Anzahl von Partikeln weiter auf 0,015 oder darunter reduziert werden. Wenn die Fluidenergie 2,0E-2 J beträgt, kann der relative Wert der Anzahl von Partikeln ferner auf 0,005 oder darunter reduziert werden. Hierbei ist kein besonderer oberer Grenzwert für die Fluidenergie angegeben. Wenn die Fluidenergie im Fall eines gewöhnlichen Wachstumsofens höher als 1,0E-1 J ist, ist die Zeit für den Reinigungsschritt jedoch beträchtlich lang und es besteht eine Möglichkeit einer Produktivitätsreduzierung. Es ist daher von Vorteil, dass die Fluidenergie gleichhoch oder geringer als 1,0E-1 J ist.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird daher ein Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder höher in Bezug auf die Gesamtmenge des Gases im Reinigungsschritt (Schritt S1) in den Wachstumsofen 1 im Reinigungsschritt eingeleitet. Hierbei steuert die Gaseinleitungszustand-Steuerungseinheit 8 die Fluidenergie des Reinigungsgases auf 1,6E-4 J oder darüber. Durch Ausführen dieses Reinigungsschritts kann Siliziumkarbid in polykristalliner Form mit einer dendritartigen Struktur, das an den Innenwandflächen des Wachstumsofens 1 und der Waferhalterung 3 anhaftet, vor dem epitaxialen Schrittentfernt werden. Somit werden im Wesentlichen keine Siliziumkarbidpartikel zum Zeitpunkt des Einleitens des Prozessgases im epitaxialen Wachstumsschritt erzeugt. Der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10, bei dem Kristalldefekte aufgrund der Siliziumkarbidpartikel weitestgehend reduziert werden, kann somit ausgebildet werden.
  • Das Reinigungsgas ist ein Inertgas wie z. B. Argongas oder Stickstoffgas oder Wasserstoffgas. Da das Reinigungsgas kein ätzendes Gas ist, das Siliziumkarbid ätzt, besteht keine Befürchtung eines Ätzens der Siliziumkarbidschicht, die als Schutzschicht auf den Innenelementen des Wachstumsofens 1 und der Waferhalterung 3 im Reinigungsschritt ausgebildet wird, und die Leichtigkeit verbessert sich, mit der der Prozess ausgeführt wird. Das vorliegende Ausführungsbeispiel demonstriert somit, dass der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 mit reduzierten Kristalldefekten hergestellt werden kann, ohne die Innenelemente des Wachstumsofens 1 und die Waferhalterung 3 zu beschädigen. Darüber hinaus kann eine Siliziumkarbidvorrichtung mit reduzierten Kristalldefekten kostengünstig und mit hoher Rendite unter Verwendung des Siliziumkarbid-Epitaxialwafers 10 hergestellt werden.
  • Die Montagefläche der Waferhalterung 3 liegt der Deckenfläche des Wachstumsofens 1 gegenüber. Das Siliziumkarbid, das an der Deckenfläche (Oberseite) des Wachstumsofens 1 an einer der epitaxialen Wachstumsfläche des Siliziumkarbid-Epitaxialwafers 10 gegenüberliegenden Position anhaftet, kann leicht zur Ursache der Kristalldefekte im Vergleich mit Siliziumkarbid werden, das an anderen Bereichen des Wachstumsofens 1 anhaftet. Darüber hinaus ist die Menge des an der Deckenfläche des Wachstumsofens 1 anhaftenden Siliziumkarbids größer als die Menge an Siliziumkarbid, das an den anderen Bereichen des Wachstumsofens 1 anhaftet. Es ist daher erforderlich, eine besonders effektive Reinigung auf der Deckenfläche durchzuführen. Der Reinigungsgas-Auslassanschluss 6 ist daher auf der Seite des Wachstumsofens 1 an einer höheren Position vorgesehen, die höher als die der Waferhalterung 3 ist, sodass das Reinigungsgas entlang der Deckenfläche des Wachstumsofens 1 strömt. Demzufolge kann das an der Deckenfläche gegenüber der epitaxialen Wachstumsfläche des Siliziumkarbid-Epitaxialwafers 10 anhaftende Siliziumkarbid in kurzer Zeit effektiv entfernt werden.
  • Die Reinigungsgas-Auslassanschlüsse 7 sind nur Gas-Auslassanschlüsse für das Reinigungsgas, die zum Zweck des Sammelns von Siliziumkarbidpartikeln im Reinigungsschritt vorgesehen sind. Das Prozessgas für das epitaxiale Wachstum strömt in horizontaler Richtung (einer Links-Rechts-Richtung entlang der Ebene von 1) in den Wachstumsofen 1 hinein. Der Prozessgas-Auslassanschluss 5 ist daher gegenüber des Prozessgas-Einlassanschlusses 4 vorgesehen. In diesem Fall verbleiben Siliziumkarbidpartikel, die den Prozess Gas-Auslassanschluss 5 nicht erreicht haben, auf der Bodenfläche des Wachstumsofens 1, anstatt gesammelt zu werden. Die auf der Bodenfläche des Wachstumsofens 1 verbleibenden Siliziumkarbidpartikel werden zum Zeitpunkt des Einleiten des Prozessgases für das epitaxiale Wachstum hochgeschleudert und haften an der epitaxialen Wachstumsfläche des Siliziumkarbid-Epitaxialwafers 10 an, um somit zur Ursache von Kristalldefekten zu werden. Die Reinigungsgas-Auslassanschlüsse 7 sind daher in der Bodenfläche des Wachstumsofens 1 vorgesehen. Mit dieser Anordnung können Siliziumkarbidpartikel, die den Prozessgas-Auslassanschluss 5 nicht erreicht haben und auf der Bodenfläche des Wachstumsofens 1 verbleiben, effektiv gesammelt werden. Folglich werden Siliziumkarbidpartikel zum Zeitpunkt des Einleitens des Prozessgases für das epitaxiale Wachstum nicht hochgeschleudert, wodurch eine Reduzierung von Kristalldefekten ermöglicht wird. Die Reinigungsgas-Auslassanschlüsse 7 können mit dem Prozessgas-Auslassanschluss 5 gleichzeitig verwendet werden, und Bauteile, einschließlich einer Vakuumpumpe und eines Druckregelventils, können ebenfalls zum Zeitpunkt des Ausstoßens durch die Reinigungsgas-Auslassanschlüsse 7 verwendet werden.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Herstellungsprozess eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die gleiche Herstellungsvorrichtung wie jene im ersten Ausführungsbeispiel wird für den Herstellungsprozess im zweiten Ausführungsbeispiel verwendet.
  • Zuerst werden ein Reinigungsschritt (Schritt S1), ein Transportschritt (Schritt S2) eines Siliziumkarbidsubstrats 2 und ein epitaxialer Wachstumsschritt (Schritt S3) wie jene im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt, um dadurch den Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 auszubilden. Diese Schritte sind die gleichen wie jene im ersten Ausführungsbeispiel und deren detaillierte Beschreibungen werden nicht wiederholt. Nachdem das Siliziumkarbid in polykristalliner Form mit dendritartiger Struktur, das an den Innenwandflächen des Wachstumsofens 1 und der Waferhalterung 3 anhaftet, im Reinigungsschritt (Schritt S1) entfernt wurde, wird der epitaxiale Wachstumsschritt (Schritt S3) ausgeführt. Daher werden im Wesentlichen keine Siliziumkarbidpartikel im epitaxialen Wachstumsschritt erzeugt. Der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10, bei dem Kristalldefekte aufgrund der Siliziumkarbidpartikel weitestgehend reduziert werden, kann somit ausgebildet werden.
  • Anschließend wird der Reinigungsschritt ausgeführt, ohne den fertiggestellten Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 herauszunehmen (Schritt S5). Der fertiggestellte Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 wird anschließend aus dem Wachstumsofen 1 herausgenommen (Schritt S4). Im Reinigungsschritt (Schritt S5) wird kein ätzendes Gas, das Siliziumkarbid ätzt, sondern ein Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder darüber in den Wachstumsofen 1 wie im Reinigungsschritt (Schritt S1) im ersten Ausführungsbeispiel eingeleitet.
  • Im ersten Ausführungsbeispiel wird der Reinigungsschritt ausgeführt, nachdem der fertig gestellte Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 aus dem Wachstumsofen 1 herausgenommen wurde. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Reinigungsschritt ausgeführt, während der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 in dem im Wachstumsofen 1 angeordneten Zustand belassen wird. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass Siliziumkarbidpartikel am Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 anhaften. Da dieses Anhaften der Partikel nach dem Abschluss des epitaxialen Wachstums auftritt, kann das Anhaften von Siliziumkarbidpartikeln keine Ursache für Kristalldefekte sein. Folglich kann der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 mit reduzierten Kristalldefekten hergestellt werden, ohne die Innenelemente des Wachstumsofens 1 und der Waferhalterung 3 zu beschädigen.
  • 5 zeigt eine Schnittansicht eines modifizierten Beispiels der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer-Herstellungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem Fall, bei dem der Reinigungsschritt ausgeführt wird, während der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 in dem im Wachstumsofen 1 angeordneten Zustand belassen wird, kann eine Herstellungsvorrichtung mit einer Abdeckung 11 am Siliziumkarbidsubstrat 2, in 5 dargestellt, verwendet werden. Die Abdeckung 11 deckt das Siliziumkarbidsubstrat 2 im epitaxialen Schritt (Schritt 3) nicht ab. Die Abdeckung 11 ist auf dem Siliziumkarbit-Epitaxialwafer 10 nur im Reinigungsschritt (Schritt S5) angeordnet, bei dem das Reinigungsgas in den Wachstumsofen 1 eingeleitet wird, um somit eine Verhinderung des Anhaftens von Siliziumkarbidpartikeln auf dem Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10 zu ermöglichen.
  • Ein zyklisches Spülen zum Ersetzen des Wachstumsgases im Wachstumsofen 1 mit einem Inertgas wird in der Regel durchgeführt, bevor der Siliziumkarbid-Epitaxialwafer 10, der dem epitaxialen Prozess unterzogen wurde, herausgenommen wird. Der Reinigungsschritt (Schritt S5) und ein zyklisches Spülen können daher kombiniert werden. Der Einfluss des Reinigungsschritts auf den Fertigungstakt kann dadurch reduziert werden.
  • In den Beschreibungen der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele sind anwendbare Formen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Formen beschränkt. Modifikationen und Auslassungen können an den Ausführungsbeispielen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wie gewünscht erfolgen, und die Ausführungsbeispiele können beliebig kombiniert werden. Beispielsweise kann der Prozess, wie durch einen gestrichelten Pfeil in 4 gekennzeichnet, verändert werden.
  • Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehre möglich. Es ist daher selbstverständlich, dass die Erfindung im Rahmen des Schutzumfangs der anliegenden Ansprüche anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.
  • Zusammenfassend ist festzustellen: Ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers umfasst: Einleiten eines Reinigungsgases in einen Wachstumsofen zum Entfernen von dendritartigem, polykristallinem Siliziumkarbid, das an einer Innenwand des Wachstumsofens anhaftet; Einbringen eines Siliziumkarbidsubstrats in den Wachstumsofen nach dem Einleiten des Reinigungsgases; und Züchten einer Siliziumkarbid-Epitaxialschicht auf dem Siliziumkarbidsubstrat durch Einleiten eines Prozessgases in den Wachstumsofen zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers, wobei das Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder höher und gleichhoch oder geringer als 1,0E-1 J in den Wachstumsofen eingeleitet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wachstumsofen
    2
    Siliziumkarbidsubstrat
    3
    Waferhalterung
    4
    Prozessgas-Einlassanschluss
    5
    Prozessgas-Auslassanschluss
    6
    Reinigungsgas-Einlassanschluss
    7
    Gas-Auslassanschlüsse
    8
    Gaseinleitungszustand-Steuerungseinheit
    9
    Siliziumkarbid-Epitaxialschicht
    10
    Siliziumkarbid-Epitaxialwafer

Claims (6)

  1. Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers, umfassend: Einleiten eines Reinigungsgases in einen Wachstumsofen (1) zum Entfernen von dendritartigem polykristallinem Siliziumkarbid, das auf einer Innenwand des Wachstumsofens (1) anhaftet, ohne Siliziumkarbid zu ätzen; Einbringen eines Siliziumkarbidsubstrats (2) in den Wachstumsofen (1) nach dem Einleiten des Reinigungsgases; und Wachsen lassen einer Siliziumkarbid-Epitaxialschicht (9) auf dem Siliziumkarbidsubstrat (2) durch Einleiten eines Prozessgases in den Wachstumsofen (1) zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers (10), wobei das Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder höher und gleichhoch oder geringer als 1,0E-1 J in den Wachstumsofen (1) eingeleitet wird und wobei das Reinigungsgas ein Inertgas oder Wasserstoffgas ist.
  2. Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers, umfassend: Einbringen eines Siliziumkarbidsubstrats (2) in den Wachstumsofen (1); Wachsen lassen einer Siliziumkarbid-Epitaxialschicht (9) auf dem Siliziumkarbidsubstrat (2) durch Einleiten eines Prozessgases in den Wachstumsofen (1) zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers (10), und Einleiten eines Reinigungsgases in den Wachstumsofen (1) zum Entfernen von dendritartigem, polykristallinem Siliziumkarbid, das auf einer Innenwand des Wachstumsofens (1) anhaftet, ohne Siliziumkarbid zu ätzen, wobei das Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder höher und gleichhoch oder geringer als 1,0E-1 J in den Wachstumsofen (1) eingeleitet wird und wobei das Reinigungsgas ein Inertgas oder Wasserstoffgas ist.
  3. Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers nach Anspruch 2, wobei eine Abdeckung (11) am Siliziumkarbid-Epitaxialwafer (10) angeordnet ist, wenn das Reinigungsgas in den Wachstumsofen (1) eingeleitet wird.
  4. Herstellungsvorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers, umfassend: einen Wachstumsofen (1), in dem das Epitaxialwachstum ausgeführt wird; eine Waferhalterung (3), die im Wachstumsofen (1) vorgesehen ist und auf der ein Siliziumkarbidsubstrat (2) befestigt ist, wobei eine Montagefläche der Waferhalterung (3) einer Deckenfläche des Wachstumsofens (1) gegenüberliegt; einen Prozessgas-Einlassanschluss (4), der ein Prozessgas in den Wachstumsofen (1) einleitet; einen Prozessgas-Auslassanschluss (5), der das Prozessgas aus dem Wachstumsofen (1) abführt; einen Reinigungsgas-Einlassanschluss (6), der in den Wachstumsofen (1) ein Reinigungsgas zum Entfernen von dendritartigem polykristallinem Siliziumkarbid einleitet, das an einer Innenwand des Wachstumsofens (1) anhaftet; und einen Reinigungsgas-Auslassanschluss (7), der das Reinigungsgas aus dem Wachstumsofen (1) abführt, wobei der Reinigungsgas-Auslassanschluss (7) auf einer Seite des Wachstumsofens (1) an einer Position vorgesehen ist, die höher als die der Waferhalterung (3) ist, sodass das Reinigungsgas entlang der Deckenfläche des Wachstumsofens (1) strömt, wobei das Reinigungsgas mit einer Fluidenergie von 1,6E-4 J oder höher und gleichhoch oder geringer als 1,0E-1 J in den Wachstumsofen (1) durch den Reinigungsgas-Einlassanschluss (6) eingeleitet ist.
  5. Herstellungsvorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers nach Anspruch 4, wobei der Reinigungsgas-Auslassanschluss (7) in einer Bodenfläche des Wachstumsofens (1) vorgesehen ist.
  6. Herstellungsvorrichtung zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxialwafers nach einem der Ansprüche 4 oder 5, ferner umfassend einen Verschluss (11), der am Siliziumkarbid-Epitaxialwafer (10) angeordnet ist, wenn das Reinigungsgas in den Wachstumsofen (1) eingeleitet ist.
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