DE102017203976A1

DE102017203976A1 - Substratbefestigungsteil, Wafer-Platte und SiC-Epitaxialsubstrat-Fertigungsverfahren

Info

Publication number: DE102017203976A1
Application number: DE102017203976.0A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Hamano; Hiroaki Sumitani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2017-10-05
Also published as: JP2017178670A; JP6532424B2; US10508362B2; US20170283984A1

Abstract

Ein Substratbefestigungsteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Teil zum Befestigen eines SiC-Substrats (100) für ein epitaxiales Wachstum, welches eine Wafer-Platte (300), die ein SiC-Polykristall aufweist, und eine Tragplatte (200) aufweist, die ausgelegt ist, auf der Wafer-Platte (300) angeordnet zu werden, kein SiC-Polykristall aufzuweisen und eine Oberfläche aufzuweisen, die als eine Anordnungsoberfläche für ein SiC-Substrat (100) dient, wobei sich die Oberfläche auf der Seite gegenüber einer Oberfläche befindet, die Kontakt mit der Wafer-Platte (300) hat, und in welcher eine Dicke h [mm] der Tragplatte (200) einen Ausdruck h4 ≤ 3pa4(1 – ν2){(5 + ν)/(1 + ν)}/16E erfüllt, wenn eine Kraft, die durch ein Eigengewicht der Tragplatte (200) und durch das SiC-Substrat (100) auf eine Einheitsfläche der Tragplatte ausgeübt wird, als p [N/mm2], ein Radius der Tragplatte (200) als a [mm], ein Poisson-Verhältnis als ν und ein Youngscher Modul als E [MPa] repräsentiert werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fertigung eines SiC-Epitaxialsubstrats.
Beschreibung des Stands der Technik
Im Allgemeinen wird für ein epitaxiales Wachstum auf einem SiC-Substrat eine SiC-beschichtete Wafer-Platte, die aus Karbon besteht, als ein SiC-Substratbefestigungsteil in einem SiC-beschichteten Suszeptor, der aus Karbon besteht, befestigt, und ein SiC-Substrat wird auf der Wafer-Platte angeordnet. Dann wird der aus Karbon bestehende Suszeptor durch Induktionserwärmung auf eine Temperatur zum epitaxialen Wachstum erhitzt. Bei dieser Gelegenheit sublimiert das SiC bei der Temperatur zum epitaxialen Wachstum, da das den Wafer bedeckende SiC ein Polykristall ist. Dann haftet, da eine rückseitige Oberfläche des SiC-Substrats Kontakt mit der Wafer-Platte hat, ein SiC-Sublimat an der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats, dessen Temperatur geringer ist als diejenige der Wafer-Platte, sodass es dreidimensional wächst, was zu einem Ausbilden eines Überstands führt. Da der Überstand eine Flachheit des SiC-Substrats verschlechtert, tritt eine Unregelmäßigkeit während eines Wafer-Prozesses auf, sodass sie Verschlechterungen von Eigenschaften und einer Ausbeute einer Halbleitervorrichtung verursacht.
Außerdem ist der Überstand wegen einer Verbindung des SiCs fest. Deshalb verlängert, obwohl ein Schleifen einer rückseitigen Oberfläche unter den Überstandentfernungsverfahren ist, das Schleifen der rückseitigen Oberfläche eine Arbeitsdauer wegen eines Hinzufügens eines Schritts zum Ausbilden einer Schutzschicht auf einer oberen Oberfläche des Substrats und eines Schritts zum Entfernen der Schutzschicht. Zusätzlich weist SiC eine hohe Festigkeit auf und verbraucht eine große Menge eines Schleifsteins zu der Zeit eines Schleifens, was zu einer Erhöhung von Kosten führt.
Bezüglich dieses Problems offenbart die offengelegte, japanische Patentanmeldung Nr. 2015-146416 eine Anordnung, in welcher eine Tragplatte, die nicht mit SiC beschichtet ist, zwischen einem SiC-Substrat und einer Wafer-Platte befestigt ist. Gemäß dieser Anordnung ist, da ein SiC-Sublimat, welches von der Wafer-Platte sublimiert wird, nicht an einer rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats sondern an der Tragplatte haftet, eine Flachheit der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats erhöht.
In der Anordnung, die in der offengelegten, japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-146416 zitiert wird, verursacht ein SiC-Sublimat, das an einer rückseitigen Oberfläche eines Substrattragteils haftet, jedoch eine Wölbung des Substrattragteils, sodass Kontaktoberflächen zwischen der Wafer-Platte und der Tragplatte sowie zwischen der Tragplatte und dem SiC-Substrat variieren. Entsprechend variiert während eines epitaxialen Wachstums und in jedem epitaxialen Wachstum eine Temperaturverteilung in einer Ebene des SiC-Substrats, sodass es schwierig ist, stabile Eigenschaften eines epitaxialen Wachstums zu erhalten.
Außerdem ist es gängige Praxis, zu dem Zweck eines Verhinderns eines wirbelnden Flusses von Gas während des epitaxialen Wachstums einen Höhenunterschied zwischen einer oberen Oberfläche eines SiC-Substrats und einer oberen Oberfläche einer Wafer-Platte zu reduzieren. Dann bewirkt in einem Fall einer Vorrichtung, in welcher ein SiC-Substrat rotiert oder rotiert/umläuft, eine in einer Tragplatte erzeugte Wölbung, dass das SiC-Substrat während eines Wachstums aus einem abgesenkten Abschnitt der Wafer-Platte heraustritt und ein normales Wachstum desselben verhindert wird, was dazu führt, dass eine Reduzierung einer Ausbeute eines epitaxialen Wachstums bewirkt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Haften von SiC an einer rückseitigen Oberfläche eines SiC-Substrats zu der Zeit eines epitaxialen Wachstums auf dem SiC-Substrat zu unterbinden und eine gleichmäßige Temperaturverteilung in einer Ebene des SiC-Substrats aufrechtzuerhalten.
Ein erstes Substratbefestigungsteil der vorliegenden Erfindung ist ein SiC-Substratbefestigungsteil für ein epitaxiales Wachstum und weist eine Wafer-Platte und eine Tragplatte auf. Die Wafer-Platte weist ein SiC-Polykristall auf. Die Tragplatte ist auf der Wafer-Platte angeordnet, weist kein SiC-Polykristall auf und weist eine Oberfläche auf, die als eine SiC-Substratanordnungsoberfläche dient, wobei sich die Oberfläche auf der Seite gegenüber einer Oberfläche befindet, die Kontakt mit der Wafer-Platte hat. Eine Dicke h [mm] der Tragplatte erfüllt einen Ausdruck h⁴ ≤ 3pa⁴(1 – ν²){(5 + ν)/(1 + ν)}/16E, wenn eine Kraft, die durch ein Eigengewicht der Tragplatte und durch das SiC-Substrat auf eine Einheitsfläche der Tragplatte ausgeübt wird, als p [N/mm²], ein Radius der Tragplatte als a [mm], ein Poisson-Verhältnis als ν und ein Youngscher Modul als E [MPa] repräsentiert werden.
Das erste Substratbefestigungsteil der vorliegenden Erfindung kann eine Generierung eines SiC-Überstands auf einer rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats unterbinden, weil ein SiC-Sublimat, welches von der Wafer-Platte sublimiert wird, an der Tragplatte haftet. Zusätzlich kann gemäß dem ersten Substratbefestigungsteil der vorliegenden Erfindung, da eine obere Grenze einer Dicke der Tragplatte festgelegt ist, eine Wölbung der Tragplatte unterbunden werden, wenn das SiC-Substrat auf der Tragplatte platziert wird. Entsprechend kann eine Variation von Kontaktflächen zwischen der Tragplatte und der Wafer-Platte sowie zwischen der Tragplatte und dem SiC-Substrat unterbunden werden, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung in einer Ebene des SiC-Substrats aufrechtzuerhalten.
Ein zweites Substratbefestigungsteil der vorliegenden Erfindung ist ein SiC-Substratbefestigungsteil für ein epitaxiales Wachstum und weist eine Wafer-Platte und eine Tragplatte auf. Die Wafer-Platte weist ein SiC-Polykristall auf. Die Tragplatte ist auf der Wafer-Platte angeordnet und weist kein SiC-Polykristall auf. Das SiC-Substrat ist in einem Zustand, in dem es befestigt ist, über der Tragplatte angeordnet, sodass es in einem Abstand davon angeordnet ist.
Das zweite Substratbefestigungsteil der vorliegenden Erfindung kann eine Generierung eines SiC-Überstands auf einer rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats unterbinden, weil ein SiC-Sublimat, welches von der Wafer-Platte sublimiert wird, an der Tragplatte haftet. Zusätzlich verbleibt gemäß dem zweiten Substratbefestigungsteil der vorliegenden Erfindung, selbst wenn die Tragplatte aufgrund eines Haftens eines SiC-Sublimats gewölbt ist, ein Kontakt-/Nicht-Kontakt-Verhältnis mit dem SiC-Substrat in einem Nicht-Kontakt-Zustand, weil die Tragplatte und das SiC-Substrat mit einem Abstand voneinander angeordnet sind. Entsprechend kann eine gleichmäßige Temperatur in einer Ebene des SiC-Substrats aufrechterhalten werden.
Die Wafer-Platte der vorliegenden Erfindung weist einen Befestigungsabschnitt auf, auf welchem das SiC-Substrat befestigt wird. Mit dem auf dem Befestigungsabschnitt befestigten SiC-Substrat weist die Wafer-Platte der vorliegenden Erfindung kein SiC-Polykristall unmittelbar unter dem SiC-Substrat auf und weist SiC-Polykristalle in den übrigen Bereichen auf.
Die Wafer-Platte der vorliegenden Erfindung kann ein Bilden eines SiC-Überstands auf der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats unterbinden, weil ein SiC-Sublimat kaum unmittelbar unter dem SiC-Substrat gebildet wird. Zusätzlich kann, da die Wafer-Platte der vorliegenden Erfindung nicht mit einer Tragplatte versehen ist, eine Temperaturverteilung in einer Ebene des SiC-Substrats nicht variieren, was durch eine Wölbung der Tragplatte verursacht wird.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines Substratbefestigungsteils gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
2 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem das Substratbefestigungsteil in einem Ofen zum epitaxialen Wachstum angeordnet ist;
3 ist eine Ansicht, die eine rückseitige Oberfläche eines SiC-Epitaxialsubstrats gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
4 ist eine Ansicht, die eine rückseitige Oberfläche eines SiC-Epitaxialsubstrats zeigt, das so hergestellt ist, dass es gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform auf dem Substratbefestigungsteil befestigt ist;
5 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines MOSFETs (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) zeigt, der unter Verwendung des SiC-Epitaxialsubstrats hergestellt ist;
6 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung einer SBD zeigt, die unter Verwendung des SiC-Epitaxialsubstrats hergestellt ist;
7 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines Substratbefestigungsteils gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
8 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines Substratbefestigungsteils gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
9 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines Substratbefestigungsteils gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
<A. Erste bevorzugte Ausführungsform>
<A-1. SiC-Epitaxialsubstrat>
1 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines Substratbefestigungsteils gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Das Substratbefestigungsteil ist ein Teil, auf welchem ein SiC-Substrat befestigt wird, wenn ein SiC-Substrat epitaxial gezüchtet wird. Das Substratbefestigungsteil gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform ist ausgelegt, eine Wafer-Platte 300 und eine Tragplatte 200 aufzuweisen.
Die Wafer-Platte 300 ist ausgelegt, ein Karbonteil 310 und eine SiC-Beschichtung 320, welche das Karbonteil 310 bedeckt, aufzuweisen. Das Karbonteil 310 weist einen abgesenkten Abschnitt auf, der eine untere Oberfläche aufweist, auf welcher die Tragplatte 200 angeordnet ist. Die Tragplatte 200 ist ebenfalls ein Karbonteil aber nicht mit SiC beschichtet. In dem abgesenkten Abschnitt auf der Tragplatte 200 ist ein SiC-Substrat 100 angeordnet.
Mit dem auf der Tragplatte 200 angeordneten SiC-Substrat 100 sind eine obere Oberfläche des SiC-Substrats 100 und eine obere Oberfläche der Wafer-Platte 300 gewünscht auf gleicher Höhe miteinander, unter Berücksichtigung wessen eine Tiefe 330 des abgesenkten Abschnitts der Wafer-Platte 300 ausgelegt ist. Als ein Beispiel wird angenommen, dass eine Dicke des Karbonteils 310 in der Größenordnung von 3mm liegt, und es wird angenommen, dass eine Dicke der SiC-Beschichtung 320 in der Größenordnung von 100µm liegt. Außerdem wird angenommen, dass die Tiefe 330 der Absenkung, in welcher das SiC-Substrat 100 angeordnet ist, in der Größenordnung von 0,5mm liegt, es wird angenommen, dass eine Dicke der Tragplatte 200 in der Größenordnung von 0,08mm liegt, und es wird angenommen, dass eine Dicke des SiC-Substrats 100 in der Größenordnung von 0,35mm liegt.
Wenn eine Kraft, die durch ein Eigengewicht der Tragplatte 200 und ein Gewicht des SiC-Substrats 100 auf eine Einheitsfläche der Tragplatte 200 ausgeübt wird, als p [N/mm²], ein Radius der Tragplatte 200 als a [mm], ein Poisson-Verhältnis der Tragplatte 200 als ν, ein Youngscher Modul der Tragplatte 200 als E [MPa] und die Dicke der Tragplatte 200 als h repräsentiert werden, tritt in der Tragplatte 200 eine Wölbung in einem Umfang auf, der durch 3pa⁴(1 – ν²){(5 + ν)/(1 + ν)}/16Eh³ ausgedrückt wird. Von dem Wölbungsumfang kann geschlossen werden, dass mit einer kleinen Dicke h der Tragplatte 200 die Tragplatte 200 flach ist und eine Kontaktfläche zwischen der Tragplatte 200 und dem SiC-Substrat 100 stabil ist. Entsprechend wird die Kontaktfläche zwischen der Tragplatte 200 und dem SiC-Substrat 100 durch Auslegen der Dicke h der Tragplatte 200, sodass sie einen Ausdruck h⁴ ≤ 3pa⁴(1 – ν²){(5 + ν)/(1 + ν)}/16E erfüllt, stabilisiert.
2 zeigt einen Zustand, in welchem das Substratbefestigungsteil mit dem darauf angeordneten SiC-Substrat 100 in einem Ofen zum epitaxialen Wachstum angeordnet ist. In dem in 2 dargestellten Zustand ist das SiC-Substrat 100 durch einen aus Karbon bestehenden Suszeptor 500 umgeben, der auf allen Seiten mit SiC beschichtet ist, und weiter ist um einen äußeren Umfang des Suszeptors 500 ein wärmeisolierendes Material 600 angeordnet.
Als Nächstes wird eine Beschreibung eines Verfahrens eines epitaxialen Aufwachsens des SiC-Substrats 100 unter Verwendung des Ofens zum epitaxialen Wachstum, wie in 2 dargestellt, gegeben. Zuerst wird ein Trägergas (H2) in den Ofen zum epitaxialen Wachstum geleitet, um zu beginnen, die Temperatur zu erhöhen. Das Trägergas fließt in einer Richtung, die nicht mit dem Suszeptor 500 bedeckt ist. Im Allgemeinen kann, obwohl eine Induktionserwärmung zum Erhöhen der Temperatur verwendet wird, eine Widerstandserwärmung verwendet werden. Wenn das Innere des Wachstumsofens eine vorbestimmte Temperatur erreicht, z.B. 1500°C, werden Mono-Silan, Propan und Stickstoff als ein Materialgas eingeleitet, um das epitaxiale Wachstum zu starten. Als ein Materialgas kann HCl hinzugefügt werden. Außerdem kann anstelle von Mono-Silan Di-Silan, Di-Chlorsilan oder Tri-Chlorsilan verwendet werden, oder anstelle von Propan kann ein anderes Kohlenwasserstoffgas verwendet werden.
Vor dem epitaxialen Wachstum kann ein Gas-Ätzen unter Verwendung von H₂, HCl oder einem gemischten Gas davon durchgeführt werden, um eine beschädigte Schicht auf der oberen Oberfläche des SiC-Substrats 100 zu entfernen. Zu dieser Zeit kann eine kleine Menge an Mono-Silan oder Propan in dem Ätz-Gas enthalten sein.
Nach dem Durchführen des epitaxialen Wachstums für eine vorbestimmte Zeit wird die einzuführende Menge an Mono-Silan, Propan und Stickstoff angepasst, um das Wachstum durchzuführen, bis eine gewünschte Epitaxialschichtdicke erzielt ist. Nach einem Ablaufen der vorbestimmten Zeit wird die Temperatur abgesenkt. Dies erzielt ein SiC-Epitaxialsubstrat 110, in welchem eine Epitaxialschicht mit einer vorbestimmten Schichtdicke auf dem SiC-Substrat 100 ausgebildet ist.
Eine rückseitige Oberfläche des somit erhaltenen SiC-Epitaxialsubstrats 110 ist in 4 dargestellt. Als ein Vergleichsbeispiel ist eine rückseitige Oberfläche eines SiC-Epitaxialsubstrats in 3 dargestellt, wobei das SiC-Epitaxialsubstrat erhalten wird, wenn das SiC-Substrat 100 auf einem herkömmlichen Substratbefestigungsteil angeordnet wird, das die Tragplatte 200 nicht aufweist, und epitaxial gezüchtet wird.
Wenn das epitaxiale Wachstum durch Induktionserhitzen durchgeführt wird, wird zuerst der Suszeptor 500 durch Induktion erhitzt, sodass die Temperatur der Wafer-Platte 300 aufgrund einer Abstrahlung von dem Suszeptor 500 erhöht wird. Das in der Wafer-Platte 300 angeordnete SiC-Substrat 100 wird ebenfalls durch Strahlungswärme und Wärmeleitung von der Wafer-Platte 300 erhitzt. Entsprechend weisen der Suszeptor 500, die Wafer-Platte 300 und das SiC-Substrat 100 in dieser Reihenfolge höhere Temperaturen auf. In einem Fall herkömmlicher Technik wird, obwohl SiC-Polykristalle (beschichtet oder lose) der Wafer-Platte 300 unmittelbar unter dem SiC-Substrat 100 angeordnet sind, da das SiC-Polykristall bei 1400°C als einer epitaxialen Wachstumstemperatur oder höher sublimiert, SiC als ein Sublimat an einer rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 haften, dessen Temperatur geringer ist als diejenige der Wafer-Platte 300, und wird wachsen, sodass es Überstände ausbildet, wie in 3 dargestellt. Höhen der Überstände liegen in der Größenordnung von µm und ändern sich abhängig von der Wachstumszeit.
Gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist jedoch auf der mit SiC beschichteten Wafer-Platte 300 die Tragplatte 200 befestigt, die nicht mit SiC beschichtet ist, und auf der Tragplatte 200 wird das SiC-Substrat 100 angeordnet und epitaxial gezüchtet. Dann haftet ein Sublimat der SiC-Beschichtung an der Tragplatte 200 und erreicht kaum die rückseitige Oberfläche des SiC-Substrats 100. Entsprechend wird ein Wachstum von SiC auf der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 unterbunden, sodass ein Ausbilden von SiC-Überständen auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats, wie in 4 dargestellt, unterbunden wird.
Zusätzlich wird in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform durch Festlegen der Dicke h der Tragplatte 200, sodass sie den Ausdruck h⁴ ≤ 3pa⁴(1 – ν²){(5 + ν)/(1 + ν)}/16E erfüllt, eine Wölbung der Tragplatte 200 unterbunden, welche verursacht wird, wenn das SiC-Substrat 100 auf der Tragplatte 200 angeordnet wird, sodass die Kontaktfläche zwischen der Tragplatte 200 und dem SiC-Substrat 100 stabilisiert wird. Entsprechend kann im Verlauf des epitaxialen Wachstums eine lokale Unregelmäßigkeit einer Temperaturverteilung in der Ebene des SiC-Substrats 100 unterbunden werden. Dies verbessert eine epitaxiale Wachstumsrate, d.h. eine Gleichmäßigkeit einer Dicke der Epitaxialschicht in der Ebene, und verbessert außerdem eine Gleichmäßigkeit einer Störstellenkonzentration in der Epitaxialschicht. Zusätzlich kann, wenn eine Mehrzahl von SiC-Epitaxialsubstraten nacheinander in einem Wachstumsofen produziert werden, eine Variation von Eigenschaften unter den jeweiligen SiC-Epitaxialsubstraten unterbunden werden.
Obwohl eine untere Grenze der Dicke der Tragplatte 200 nicht besonders spezifiziert ist, hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung verifiziert, dass die vorstehend beschriebene Wirkung mit der Dicke von 0,05mm erhalten werden kann. Je kleiner die Dicke der Tragplatte 200 wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass mehr SiC2, Si2C oder dergleichen als ein Sublimat von der SiC-Beschichtung durch die Tragplatte 200 tritt und auf der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 haftet, was zu einer Reduzierung der Wirkung der vorliegenden Erfindung führt.
Insbesondere ist das Substratbefestigungsteil der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ein Teil zum Befestigen eines SiC-Substrats für ein epitaxiales Wachstum, welches die Wafer-Platte 300, die SiC-Polykristalle aufweist, und die Tragplatte 200 aufweist, die auf der Wafer-Platte 300 angeordnet ist, keine SiC-Polykristalle aufweist und eine als Anordnungsoberfläche des SiC-Substrats 100 dienende Oberfläche aufweist, wobei sich die Oberfläche gegenüber der Seite einer Oberfläche befindet, die Kontakt mit der Wafer-Platte 300 hat. Entsprechend kann ein Haften eines SiC-Sublimats an der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 durch die Tragplatte 200 verhindert werden. Zusätzlich erfüllt die Dicke h der Tragplatte 200 den Ausdruck h⁴ ≤ 3pa⁴(1 – ν²){(5 + ν)/(1 + ν)}/16E, wenn der Radius der Tragplatte 200 als a [mm], ein Poisson-Verhältnis als ν und ein Youngscher Modul als E [MPa] repräsentiert werden. Deshalb kann eine Wölbung der Tragplatte 200 unterbunden werden, sodass eine stabile Temperaturverteilung in einer Ebene des SiC-Substrats 100 erhalten wird. Entsprechend kann das SiC-Epitaxialsubstrat 110 so produziert werden, dass es eine ausgezeichnete Ausbeute aufweist.
Zusätzlich ist das SiC-Epitaxialsubstrat-Fertigungsverfahren der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass das SiC-Substrat 100 auf dem vorstehend beschriebenen Substratbefestigungsteil befestigt ist, sodass es ein epitaxiales Wachstum auf dem SiC-Substrat 100 aufweist. Entsprechend kann das SiC-Epitaxialsubstrat 110 erhalten werden, sodass es die reduzierte Anzahl von SiC-Überständen auf der rückseitigen Oberfläche davon aufweist und eine ausgezeichnete Ausbeute aufweist.
<A-2. SiC-Vorrichtung>
Als Nächstes wird eine SiC-Vorrichtung beschrieben, die das SiC-Epitaxialsubstrat 110 verwendet. 5 zeigt eine Schnittansicht eines MOSFETs (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) als ein Beispiel einer solchen SiC-Vorrichtung. Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Fertigung eines MOSFETs unter Verwendung des SiC-Epitaxialsubstrats 110 gegeben.
Das SiC-Epitaxialsubstrat 110 weist das SiC-Substrat 100, eine n-Typ-(erster Leitfähigkeitstyp)Epitaxialschicht 2, die auf dem SiC-Substrat 100 ausgebildet ist, und eine Epitaxialschicht 3, die auf der Epitaxialschicht 2 ausgebildet ist und die eine geringere n-Typ-Störstellenkonzentration als diejenige der Epitaxialschicht 2 aufweist, auf.
An einigen Stellen auf der Epitaxialschicht 3, die in einem vorbestimmten Abstand auseinander liegen, wird eine Maske wie ein Abdeckmittel ausgebildet und Ionenstörstellen werden implantiert, sodass sie ein Paar von Basis-Bereichen 4 eines p-Typs (zweiter Leitfähigkeitstyp) bilden. Unter den Störstellen, die der p-Typ in der Epitaxialschicht 3 sein sollen, sind zum Beispiel Bor (B) und Aluminium (Al).
Weiter wird in jedem Basis-Bereich 4 eine Maske unter Verwendung eines Abdeckmittels oder dergleichen ausgebildet, und n-Typ-Störstellen werden ionenimplantiert, sodass sie einen Source-Bereich 5 von einem n-Typ (zweiter Leitfähigkeitstyp) auf einer vorderen Schicht jedes Basis-Bereichs 4 bilden, und danach wird die Maske entfernt. Unter den n-Typ-Störstellen sind zum Beispiel Phosphor (P) und Stickstoff (N). Anschließend werden, wenn der Wafer einer Hitzebehandlung bei einer hohen Temperatur durch eine Hitzebehandlungsvorrichtung unterzogen wird, die implantierten Ionen des n-Typs und des p-Typs elektrisch aktiviert.
Als Nächstes wird über eine obere Oberfläche des Basisbereichs 4 und eine obere Oberfläche der Epitaxialschicht 3 eine Gate-Isolierungsschicht 6 gebildet. Die Gate-Isolierungsschicht 6 wird durch thermische Oxidation oder Abscheidung gebildet. Danach wird auf der Gate-Isolierungsschicht 6 eine Gate-Elektrode 7 als Schicht gebildet und gestaltet. Die Gate-Elektrode 7 wird in einer Form gestaltet, in welcher der gepaarte Basis-Bereich 4 und der Source-Bereich 5 an beiden Endabschnitten angeordnet sind und sich eine exponierte Epitaxialschicht 3 an dem Zentrum zwischen den Basis-Bereichen 4 befindet.
Weiter wird ein übriger Teil der Gate-Isolierungsschicht 6 auf jedem Source-Bereich 5 durch Lithographie und Ätzen entfernt, und nach dem Entfernen wird eine Source-Elektrode 8 in einem Teil, in welchem der Source-Bereich 5 exponiert ist, als Schicht gebildet und gestaltet. Dann vervollständigt ein Ausbilden einer Drain-Elektrode 9 auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats 100 die Hauptteile einer Elementstruktur des MOSFETs, wie in 5 dargestellt.
6 zeigt eine Schnittansicht einer Schottky-Diode als ein Beispiel einer anderen SiC-Vorrichtung, die das SiC-Epitaxialsubstrat 110 verwendet. Im Folgenden wird eine Beschreibung eines Verfahrens zur Fertigung einer Schottky-Diode unter Verwendung des SiC-Epitaxialsubstrats 110 gegeben.
Zuerst wird die obere Oberfläche der Epitaxialschicht 3 in dem SiC-Epitaxialsubstrat 110 einer opfernden Oxidation unterzogen. Als Nächstes wird zum Erzeugen einer Terminierungsstruktur 10, die darauf zielt, eine Durchbruchspannung zu erhöhen, eine Photolack-Gestaltungsmaske mit einem gewünschten Muster auf der oberen Oberfläche der Epitaxialschicht 3 ausgebildet. Dann werden von oberhalb der Maske Störstellenionen implantiert, um eine ionenimplantierte Schicht in der Epitaxialschicht 3 zu bilden, und dann werden die Maske und die opfernd oxidierte Schicht entfernt.
Danach wird durch Durchführen eines Aktivierungsausglühens zum Aktivieren der implantierten Störstellenatome die Terminierungsstruktur 10 eines p-Typs (zweiter Leitfähigkeitstyp) ausgebildet. Zuletzt wird eine ohmsche Elektrode 11 auf der rückseitigen Oberfläche des SiC-Epitaxialsubstrats 110 ausgebildet, um eine Schottky-Elektrode 12 auf einer oberen Oberfläche davon auszubilden. Somit ist eine SiC-SBD fertiggestellt.
Obwohl die vorstehende Beschreibung für einen MOSFET und eine SBD gegeben worden ist, kann eine andere SiC-Vorrichtung hergestellt werden, die das SiC-Epitaxialsubstrat 110 verwendet. Da das SiC-Epitaxialsubstrat 110 die reduzierte Anzahl von SiC-Überständen auf der rückseitigen Oberfläche davon aufweist, sodass es eine geringere Variation von epitaxialen Wachstumseigenschaften aufweist, ermöglicht eine Verwendung dieses Substrats, dass eine SiC-Vorrichtung mit einer ausgezeichneten Ausbeute wird.
<B. Zweite bevorzugte Ausführungsform>
Während in der ersten bevorzugten Ausführungsform eine obere Grenze der Dicke der Tragplatte 200 definiert wird, kann in der zweiten bevorzugten Ausführungsform eine Dicke einer Tragplatte 200 die obere Grenze überschreiten. In diesem Fall ist jedoch, da die Tragplatte 200 nicht nur durch ein Eigengewicht der Tragplatte 200 und ein Gewicht eines SiC-Substrats 100 flach gehalten werden kann, die Tragplatte 200 so ausgelegt, dass eine Kontaktbedingung mit dem SiC-Substrat 100 nicht beeinträchtigt, selbst wenn die Platte gewölbt ist.
7 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines Substratbefestigungsteils gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Insbesondere ist in der zweiten bevorzugten Ausführungsform das SiC-Substrat 100 mit einer Lücke 400 dazwischen vorgesehen auf der Tragplatte 200 angeordnet. Zum Beispiel ist, wie in 7 dargestellt, eine Stufe auf einer Seitenoberfläche eines abgesenkten Abschnitts in einer Wafer-Platte 300 vorgesehen, und das SiC-Substrat 100 ist in dem Stufenabschnitt angeordnet, während die Tragplatte 200 auf einer unteren Oberfläche des abgesenkten Abschnitts angeordnet ist, wodurch die Lücke 400 zwischen der Tragplatte 200 und dem SiC-Substrat 100 vorgesehen ist.
Somit eliminiert, selbst wenn die Tragplatte 200 und das SiC-Substrat 100 mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, ein Anordnen der Tragplatte 200 unter einer rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 die Gegenwart einer SiC-Beschichtung unmittelbar unter der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100. Mit anderen Worten haftet ein Sublimat von der SiC-Beschichtung, die auf der unteren Oberfläche des abgesenkten Abschnitts ausgebildet ist, an der Tragplatte 200 und erreicht kaum die rückseitige Oberfläche des SiC-Substrats 100, sodass ein Ausbilden von Überständen auf der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 unterbunden werden kann.
Da, selbst wenn die Tragplatte 200 gewölbt ist, die Platte nicht mit dem SiC-Substrat 100 in Kontakt kommen wird, wird zusätzlich eine Temperaturverteilung auf der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 nicht variieren, sodass stabile epitaxiale Wachstumseigenschaften bei jedem epitaxialen Wachstum erhalten werden können.
Eine Größe der Lücke 400 wird unter der Berücksichtigung bestimmt, dass, selbst wenn die Tragplatte 200 gewölbt ist, die Platte nicht in Kontakt mit dem SiC-Substrat 100 kommt. Gemäß dem durch den Anmelder durchgeführten Experiment wurde herausgefunden, dass unter der Annahme, dass die Dicke der Tragplatte 200 1mm ist, ein epitaxiales Wachstum eine Generierung einer konvex geformten Wölbung in der Größenordnung von 100µm verursacht. Berücksichtigend, dass ein gewöhnliches 4-Inch SiC-Substrat von einem n-Typ eine konvexe Wölbung in der Größenordnung von 40µm auf der rückseitigen Oberfläche aufweisen kann, ist die Lücke 400 bevorzugt 200µm oder größer. In dieser Anordnung ist die Dicke der Tragplatte 200 nicht begrenzt, und die Gesamtheit oder ein Teil einer oberen Oberfläche der Tragplatte 200 kann beschichtet sein. In einem solchen Fall wird als ein Beschichtungsmaterial ein anderes Material als SiC verwendet, zum Beispiel TaC.
Insbesondere ist das Substratbefestigungsteil gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform ein Teil zum Befestigen des SiC-Substrats 100 für ein epitaxiales Wachstum, welches die Wafer-Platte 300, die SiC-Polykristalle aufweist, und die Tragplatte 200 aufweist, die auf der Wafer-Platte 300 angeordnet ist und keine SiC-Polykristalle aufweist, in welchem das SiC-Substrat 100, wenn es befestigt ist, so über der Tragplatte 200 angeordnet ist, dass es in einem Abstand davon angeordnet ist. Entsprechend kann ein Haften eines SiC-Sublimats an der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 durch die Tragplatte 200 verhindert werden. Zusätzlich wird, da die Tragplatte 200 und das SiC-Substrat mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, selbst wenn die Tragplatte 200 gewölbt ist, die Tragplatte 200 nicht in Kontakt mit dem SiC-Substrat 100 kommen, sodass eine Temperaturverteilung auf der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 nicht variieren wird, wodurch stabile epitaxiale Wachstumseigenschaften in jedem epitaxialen Wachstum erhalten werden.
<C. Dritte bevorzugte Ausführungsform>
8 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung einer Wafer-Platte gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. In der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform, in denen die Tragplatte 200 vorgesehen ist, unterbindet ein Haften eines Sublimats von einer SiC-Beschichtung an der Tragplatte 200 anstatt an dem SiC-Substrat 100 ein Ausbilden von SiC-Überständen auf der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100. Im Gegensatz dazu ist in der dritten bevorzugten Ausführungsform, wie in 8 dargestellt, das Vorsehen einer Tragplatte 200 weggelassen, und ein SiC-Substrat 100 ist direkt auf einer unteren Oberfläche eines abgesenkten Abschnitts angeordnet. Mit anderen Worten dient ein abgesenkter Abschnitt einer Wafer-Platte 300 als ein SiC-Substratbefestigungsteil.
Mit dem auf der unteren Oberfläche des abgesenkten Abschnitts angeordneten SiC-Substrat 100 befinden sich eine obere Oberfläche des SiC-Substrats 100 und eine obere Oberfläche der Wafer-Platte 300 erwünscht auf gleicher Höhe miteinander, unter Berücksichtigung wessen der abgesenkte Abschnitt einer Tiefe 330 der Wafer-Platte 300 ausgelegt ist.
Außerdem ist keine SiC-Beschichtung auf der unteren Oberfläche des abgesenkten Abschnitts ausgebildet. Als eine Folge kann, da keine SiC-Beschichtung unmittelbar unter einer rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 vorhanden ist, ein Haften eines SiC-Sublimats an der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 unterbunden werden.
Insbesondere weist die Wafer-Platte 300 gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform einen Befestigungsabschnitt auf, auf welchem das SiC-Substrat befestigt wird. Mit dem auf dem Befestigungsabschnitt befestigten SiC-Substrat 100 befinden sich keine SiC-Polykristalle unmittelbar unter dem SiC-Substrat 100, und SiC-Polykristalle befinden sich in den übrigen Bereichen. Entsprechend kann ein Haften eines SiC-Sublimats an der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 unterbunden werden, und außerdem verhindert, dass die Tragplatte 200 nicht vorgesehen ist, eine Variation einer Temperaturverteilung in einer Ebene des SiC-Substrats 100, wobei die Variation durch eine Veränderung einer Kontaktfläche zwischen dem SiC-Substrat 100 und der Tragplatte 200 verursacht wird.
Außerdem ist ein Verfahren zur Fertigung eines SiC-Epitaxialsubstrats gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform durch ein Befestigen des SiC-Substrats 100 auf der vorstehend beschriebenen Wafer-Platte 300 gekennzeichnet, um ein epitaxiales Wachstum auf dem SiC-Substrat 100 zu erhalten. Entsprechend kann das SiC-Epitaxialsubstrat 110 so erhalten werden, dass es eine reduzierte Anzahl von SiC-Überständen auf der rückseitigen Oberfläche davon aufweist und eine ausgezeichnete Ausbeute aufweist.
<D. Vierte bevorzugte Ausführungsform>
9 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung einer Wafer-Platte gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Eine Wafer-Platte 300 gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform ist so eingerichtet, dass, wenn ein SiC-Substrat 100 in einem abgesenkten Abschnitt der Wafer-Platte 300 befestigt ist, eine Lücke 400 zwischen einer rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 und einer unteren Oberfläche des abgesenkten Bereichs gebildet wird. Der restliche Teil ist der gleiche wie derjenige der dritten bevorzugten Ausführungsform.
Zum Beispiel ermöglicht, wie in 9 dargestellt, ein Vorsehen einer Stufe auf einer Seitenoberfläche des abgesenkten Abschnitts und ein Anordnen des SiC-Substrats 100 in dem Stufenabschnitt das Bilden der Lücke 400. Somit kann, selbst wenn die Lücke 400 gebildet ist, da keine SiC-Beschichtung auf der unteren Oberfläche des abgesenkten Abschnitts, d.h. unmittelbar unter der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 ausgebildet ist, ein Haften eines Sublimats von einer SiC-Beschichtung an der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 während des epitaxialen Wachstums unterbunden werden.
In der Wafer-Platte gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform ist ein Befestigungsabschnitt, auf welchem das SiC-Substrat 100 befestigt wird, der abgesenkte Abschnitt, und mit dem SiC-Substrat 100 auf dem abgesenkten Abschnitt befestigt ist eine Lücke zwischen dem SiC-Substrat 100 und der unteren Oberfläche des abgesenkten Abschnitts vorhanden. Außerdem kann mit einer solchen Anordnung ein Haften eines SiC-Sublimats an der rückseitigen Oberfläche des SiC-Substrats 100 unterbunden werden, und dass die Tragplatte 200 nicht vorgesehen ist, verhindert eine Variation einer Temperaturverteilung in einer Ebene des SiC-Substrats 100, wobei die Variation durch eine Veränderung einer Kontaktfläche zwischen dem SiC-Substrat 100 und der Tragplatte 200 verursacht wird.
<E. Modifikationsbeispiel>
In der vorstehenden Beschreibung ist die Wafer-Platte 300 eingerichtet, das Karbonteil 310 und die SiC-Beschichtung 320 aufzuweisen. Selbst wenn die Wafer-Platte 300 ein SiC-Polykristall ist, kann jedoch die Wirkung der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Die Wafer-Platte 300 braucht nur eingerichtet zu sein, die SiC-Polykristalle und ein SiC-Sublimat während des epitaxialen Wachstums aufzuweisen.
Außerdem kann, obwohl beschrieben worden ist, dass die Tragplatte 200 ein Karbonteil ist, die Platte eine Schichtstruktur einer Mehrzahl von Karbonplatten aufweisen. Außerdem kann die Platte eine Karbonplatte mit einer auf Karbon basierenden Beschichtung wie einer TaC-Beschichtung sein. Außerdem kann die Platte jedes Substrat sein, das aus einem anderen Material als Karbon besteht, das bei einer Temperatur zum SiC-Epitaxialwachstum nicht schmelzen wird.
Innerhalb des Gültigkeitsumfangs der vorliegenden Erfindung erlaubt die Erfindung, dass die jeweiligen bevorzugten Ausführungsformen frei kombiniert, geeignet modifiziert oder weggelassen werden.
Obwohl die Erfindung detailliert gezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten darstellend und nicht einschränkend. Es ist deshalb zu verstehen, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen entwickelt werden können, ohne den Gültigkeitsumfang der Erfindung zu verlassen.
Zusammengefasst ist ein Substratbefestigungsteil gemäß der vorliegenden Erfindung ein Teil zum Befestigen eines SiC-Substrats 100 für ein epitaxiales Wachstum, welches eine Wafer-Platte 300, die ein SiC-Polykristall aufweist, und eine Tragplatte 200 aufweist, die ausgelegt ist, auf der Wafer-Platte 300 angeordnet zu werden, kein SiC-Polykristall aufzuweisen und eine Oberfläche aufzuweisen, die als eine Anordnungsoberfläche für ein SiC-Substrat 100 dient, wobei sich die Oberfläche auf der Seite gegenüber einer Oberfläche befindet, die Kontakt mit der Wafer-Platte 300 hat, und in welcher eine Dicke h [mm] der Tragplatte 200 einen Ausdruck h⁴ ≤ 3pa⁴(1 – ν²){(5 + ν)/(1 + ν)}/16E erfüllt, wenn eine Kraft, die durch ein Eigengewicht der Tragplatte 200 und durch das SiC-Substrat 100 auf eine Einheitsfläche der Tragplatte ausgeübt wird, als p [N/mm²], ein Radius der Tragplatte 200 als a [mm], ein Poisson-Verhältnis als ν und ein Youngscher Modul als E [MPa] repräsentiert werden.
Bezugszeichenliste

2: Epitaxialschicht
3: Epitaxialschicht
4: Basis-Bereich
5: Source-Bereich
6: Gate-Isolierungsschicht
7: Gate-Elektrode
8: Source-Elektrode
9: Drain-Elektrode
10: Terminierungsstruktur
11: ohmsche Elektrode
12: Schottky-Elektrode
100: SiC-Substrat
110: SiC-Epitaxialsubstrat
200: Tragplatte
300: Wafer-Platte
310: Karbonteil
320: SiC-Beschichtung
330: Tiefe
400: Lücke
500: Suszeptor
600: wärmeisolierendes Material

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015-146416 [0004, 0005]

Claims

Substratbefestigungsteil als ein Teil zum Befestigen eines SiC-Substrats für ein epitaxiales Wachstum, aufweisend: eine Wafer-Platte (300), die ein SiC-Polykristall aufweist; und eine Tragplatte (200), die ausgelegt ist, auf der Wafer-Platte (300) angeordnet zu werden, kein SiC-Polykristall aufzuweisen und eine Oberfläche aufzuweisen, die als eine Anordnungsoberfläche eines SiC-Substrats (100) dient, wobei sich die Oberfläche auf der Seite gegenüber einer Oberfläche befindet, die Kontakt mit der Wafer-Platte (300) hat, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke h [mm] der Tragplatte (200) einen Ausdruck h⁴ ≤ 3pa⁴(1 – ν²){(5 + ν)/(1 + ν)}/16E erfüllt, wenn eine Kraft, die durch ein Eigengewicht der Tragplatte (200) und durch das SiC-Substrat (100) auf eine Einheitsfläche der Tragplatte (200) ausgeübt wird, als p [N/mm²], ein Radius der Tragplatte (200) als a [mm], ein Poisson-Verhältnis als ν und ein Youngscher Modul als E [MPa] repräsentiert werden.
Substratbefestigungsteil als ein Teil zum Befestigen eines SiC-Substrats (100) für ein epitaxiales Wachstum, aufweisend: eine Wafer-Platte (300), die ein SiC-Polykristall aufweist; und eine Tragplatte (200), die ausgelegt ist, auf der Wafer-Platte (300) angeordnet zu werden und kein SiC-Polykristall aufzuweisen, dadurch gekennzeichnet, dass sich das SiC-Substrat (100) in einem Zustand, in dem es befestigt ist, über der Tragplatte (200) befindet, sodass es in einem Abstand davon angeordnet ist.
Wafer-Platte (300), die einen Befestigungsabschnitt aufweist, der eingerichtet ist, ein SiC-Substrat (100) darauf befestigt zu haben, wobei sich mit dem SiC-Substrat (100), das auf dem Befestigungsabschnitt befestigt ist, kein SiC-Polykristall unmittelbar unter dem SiC-Substrat (100) befindet und sich SiC-Polykristalle in den übrigen Bereichen befinden.
Wafer-Platte gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt ein abgesenkter Abschnitt ist, und mit dem SiC-Substrat (100), das auf dem abgesenkten Abschnitt befestigt ist, eine Lücke (400) zwischen dem SiC-Substrat (100) und einer unteren Oberfläche des abgesenkten Abschnitts vorhanden ist.
Verfahren zur Fertigung eines SiC-Epitaxialsubstrats, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: Befestigen eines SiC-Substrats (100) auf dem Substratbefestigungsteil gemäß Anspruch 1 oder 2; und Durchführen eines epitaxialen Wachstums auf dem SiC-Substrat (100).
Verfahren zur Fertigung eines SiC-Epitaxialsubstrats, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: Befestigen eines SiC-Substrats (100) auf der Wafer-Platte (300) gemäß Anspruch 3 oder 4; und Durchführen eines epitaxialen Wachstums auf dem SiC-Substrat (100).