DE102020102857A1 - SiC-EPITAXIEWAFER UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG - Google Patents

SiC-EPITAXIEWAFER UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG Download PDF

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Keisuke Fukada
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Abstract

Ein SiC-Epitaxiewafer enthält eine SiC-Epitaxieschicht, die auf einem SiC-Einkristall-Substrat gebildet ist, wobei die Gesamtdichte der durch Mikroröhren in dem Substrat verursachten Großgrubendefekte und der durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursachten Großgrubendefekte, die beide in der SiC-Epitaxieschicht enthalten sind, 1 Defekt/cmoder weniger beträgt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen SiC-Epitaxiewafer und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • Es wird die Priorität für die am 6. Februar 2019 eingereichte japanische Patentanmeldung Nr. 2019-020075 beansprucht, deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
  • Stand der Technik
  • Siliziumkarbid (SiC) hat Eigenschaften wie ein um eine Größenordnung größeres dielektrisches Durchbruchsfeld, eine dreimal größere Bandlücke und eine etwa dreimal höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium (Si). Da Siliziumkarbid diese Eigenschaften aufweist, wird erwartet, dass das Siliziumkarbid in Stromgeräten, Hochfrequenzgeräten, Hochtemperatur-Betriebsgeräten und dergleichen eingesetzt wird. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahren für die oben beschriebenen Halbleiterbauelemente SiC-Epitaxiewafer verwendet.
  • Um die praktische Anwendung von SiC-Bauelementen zu fördern, ist es unerlässlich, eine hochwertige Kristallzuchttechnik und eine hochwertige Epitaxietechnik zu etablieren.
  • SiC- Vorrichtungen werden im Allgemeinen unter Verwendung eines SiC-Epitaxiewafers hergestellt, der durch Aufwachsen einer SiC-Epitaxieschicht (Film), die als aktivierter Bereich einer Vorrichtung dient, auf einem SiC-Einkristallsubstrat (kann auch einfach als SiC-Substrat bezeichnet werden) erhalten wird, das durch Verarbeitung eines durch Sublimationsrekristallisationsverfahren oder ähnliches gezüchteten SiC-Einkristalls in Masse durch chemische Dampfabscheidung (CVD) oder ähnliches erhalten wird.
  • Genauer gesagt werden SiC-Epitaxiewafer im Allgemeinen durch die Durchführung von Stufenkantenwachstum (laterales Wachstum aus Atomstufen) auf einem SiC-Einkristallsubstrat mit einer Oberfläche mit einem Abweichungswinkel in einer <11-20> Richtung von einer (0001)-Ebene als Wachstumsoberfläche erhalten, um eine 4H-SiC-Epitaxieschicht zu züchten.
  • Als Defekte in der Epitaxieschicht des SiC-Epitaxiewafers sind Defekte bekannt, die Defekte im SiC-Einkristallsubstrat und neu gebildete Defekte in der Epitaxieschicht vererben. Erstere sind beispielsweise Schraubenversetzungen, Versetzungen in der Basisebene, Karottendefekte und Ähnliches, letztere sind beispielsweise Dreiecksfehler und Ähnliches.
  • Obwohl beispielsweise ein Karottendefekt ein stabförmiger Defekt ist, der von der Seite der Epitaxieoberfläche aus gesehen in der Wachstumsrichtung der Stufenkante lang ist, wird gesagt, dass er durch die Verwendung von Versetzungen des Substrats (Schraubenversetzungen (TSD) oder Versetzungen der Basisebene (BPD)) oder Kratzern auf dem Substrat als Ausgangspunkt gebildet wird (siehe Nichtpatentdokument 1).
  • Weiterhin wird ein dreieckiger Defekt in eine Richtung so gebildet, dass die Spitze des Dreiecks und die gegenüberliegende Seite (Basis) des Dreiecks in der Reihenfolge von der stromaufwärts nach stromabwärts gerichteten Seite entlang der Stufenkantenwachstumsrichtung (<11-20> Richtung) ausgerichtet sind. Der dreieckige Defekt wird als ein Defekt bezeichnet, der durch die auf dem SiC-Einkristallsubstrat vor dem epitaktischen Wachstum zum Zeitpunkt der Herstellung des SiC-Epitaxiewafers oder innerhalb der Epitaxieschicht während des epitaktischen Wachstums als Ausgangspunkt vorhanden ist, und der auf der Epitaxieoberfläche durch Ausdehnung einer polymorphen 3C-Schicht entlang des Ausfallswinkels des Substrats freigelegt wird (siehe Nichtpatentdokument 2).
  • Kürzlich wurden Großgrubendefekte gefunden, die durch Kohlenstoffeinschlüsse in einem SiC-Einkristallsubstrat (im Folgenden manchmal als „Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse“ bezeichnet) verursacht wurden (siehe Patentdokument 1). Die durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursachten Großgrubendefekte werden als neue Defekte in der Epitaxieschicht aus den Substrat-Kohlenstoffeinschlüssen im SiC-Einkristallsubstrat als Ausgangspunkt umgewandelt.
  • ZITATLISTE
  • Patentdokumente
  • [Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2018-039714
  • Nicht-Patentdokumente
  • Nichtpatentdokument 1] J. Hassan et al., Journal of Crystal Growth 312 (2010) 1828-1837
    [Nichtpatentdokument 2] C. Hallin et al., Diamond and Related Materials 6 (1997) 1297-1300
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist bekannt, dass die VF-Degradation (bipolare Degradation) auftritt, wenn Strom in Vorwärtsrichtung an ein Element angelegt wird, das für einen bipolaren Betrieb konfiguriert ist, wie z.B. eine pn-Diode oder eine parasitäre Diode (Körperdiode) eines MOSFET, der unter Verwendung eines SiC-Epitaxiewafers hergestellt wird. Die VF-Degradation ist ein Phänomen, bei dem sich bei Stromfluss in Vorwärtsrichtung die Versetzung der Basisebene zu einem Stapelfehler (SF), der ein Ebenendefekt ist, ausdehnt und der Stapelfehler als Widerstand wirkt und dadurch einen Anstieg der Vorwärtsspannung (VF) verursacht.
  • Als Ergebnis intensiver Studien hat der jetzige Erfinder zum ersten Mal festgestellt, dass sich Großgrubendefekte durch Vorwärtsleitung zu Stapelfehlern ausweiten und eine Verschlechterung der VF verursachen. Es ist bekannt, dass nach dem Anlegen eines Vorwärtsstroms ein Stapelfehler durch Ausdehnung von einer Versetzung in der Basisebene als Ausgangspunkt gebildet wird. Es ist jedoch bisher nicht bekannt, dass nach dem Anlegen eines Durchlassstroms ein Stapelfehler durch die Ausdehnung von einem Großgrubendefekt als Ausgangspunkt gebildet wird. Man geht davon aus, dass der Mechanismus der Bildung von Stapelfehlern, die von den Großgrubendefekten herrühren, Versetzungen umfasst, die sich in Richtung der Basisebene erstrecken und die die Großgrubendefekte begleiten.
  • Sowohl Großgrubendefekte, die durch Kohlenstoffeinschlüsse im Substrat verursacht werden, als auch Großgrubendefekte, die durch Mikroröhren im Substrat verursacht werden, können nach Anlegen der Vorwärtsleitung von Großgrubendefekten als Ausgangspunkt aus expandiert und in Stapelfehler umgewandelt werden.
  • Daher ist es erforderlich, als SiC-Epitaxiewafer für das SiC-Bauelement einen SiC-Epitaxiewafer mit einer reduzierten Dichte an Großgrubendefekten zu verwenden, und es ist wünschenswert, einen SiC-Epitaxiewafer ohne Großgrubendefekte zu verwenden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben beschriebene Problem gemacht und hat zum Ziel, einen SiC-Epitaxiewafer, in dem die VF-Verschlechterung unterdrückt wird, und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt folgende Mittel zur Lösung des oben beschriebenen Problems zur Verfügung.
  • (1) Ein SiC-Epitaxiewafer, umfassend eine SiC-Epitaxieschicht, die auf einem SiC-Einkristallsubstrat gebildet ist, wobei die Gesamtdichte von Großgrubendefekten, die durch Mikroröhren in dem Substrat verursacht werden, und Großgrubendefekten, die durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursacht werden, die beide in der SiC-Epitaxieschicht enthalten sind, 1 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
  • (2) Ein SiC-Epitaxiewafer gemäß (1), wobei die Dichte der durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekt 0,5 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
  • (3) Ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Epitaxiewafers, bei dem eine SiC-Epitaxieschicht auf einem Einkristallsubstrat gebildet wird, wobei das Verfahren einen Schritt umfasst, bei dem ein SiC-Einkristallsubstrat ausgewählt wird, worin die Gesamtdichte der Mikroröhren und der Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse im SiC-Einkristallsubstrat 1 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
  • Die vorliegende Erfindung kann einen SiC-Epitaxiewafer liefern, bei dem die VF-Verschlechterung unterdrückt wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines SiC-Substratwafers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2A ist ein SICA-Bild eines SiC-Substrat-Wafers der vorliegenden Erfindung.
    • 2B ist ein PL-Bild, das 2A entspricht.
    • 3 ist ein STEM-Bild eines Querschnitts in der Nähe eines Großgrubendefekts, der durch Mikroröhren im Substrat verursacht wurde.
    • 4 ist ein Diagramm, das die elektrischen Eigenschaften einer pn-Diode zeigt, die unter Verwendung des in 2 gezeigten SiC-Epitaxiewafers vor und nach einem Durchleitungstest hergestellt wurde.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden ein SiC-Epitaxiewafer und ein Verfahren zu seiner Herstellung nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben. In den in der folgenden Beschreibung verwendeten Figuren können charakteristische Teile in einem vergrößerten Maßstab dargestellt werden, um die Merkmale leicht verständlich zu machen, und die Größenverhältnisse und Ähnliches der jeweiligen Komponenten sind nicht unbedingt die gleichen wie die tatsächlichen. Ferner sind in der folgenden Beschreibung Materialien, Abmessungen und dergleichen lediglich beispielhaft, schränken die vorliegende Erfindung nicht ein und können innerhalb eines Bereichs, in dem die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zum Tragen kommen, entsprechend modifiziert werden.
  • (SiC-Epitaxiewafer)
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines SiC-Epitaxiewafers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Der in 1 gezeigte SiC-Epitaxiewafer 10 ist ein SiC-Epitaxiewafer, der eine SiC-Epitaxieschicht 2 umfasst, die auf einem SiC-Einkristall-Substrat 1 gebildet ist, wobei die Gesamtdichte der durch Mikroröhren in dem Substrat verursachten Großgrubendefekte und der durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursachten Großgrubendefekte, die beide in der SiC-Epitaxieschicht 2 enthalten sind, 1 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
  • Das im SiC-Epitaxiewafer der vorliegenden Erfindung verwendete SiC-Einkristallsubstrat ist vorzugsweise ein 4H-SiC-Einkristallsubstrat.
    Das im SiC-Epitaxiewafer der vorliegenden Erfindung verwendete SiC-Einkristallsubstrat hat vorzugsweise einen Versatzwinkel. So ist es beispielsweise vorzuziehen, ein SiC-Einkristallsubstrat mit einem Versatzwinkel von 0,4° oder mehr und 8° oder weniger zu verwenden. Typischerweise kann ein SiC-Einkristallsubstrat mit einem Versatzwinkel von 4° verwendet werden.
  • Obwohl die Dicke des SiC-Einkristallsubstrats nicht besonders begrenzt ist, kann beispielsweise ein SiC-Einkristallsubstrat mit einer Dicke von 150 µm oder mehr und 550 µm oder weniger verwendet werden. Vorzugsweise kann ein SiC-Einkristallsubstrat mit einer Dicke von 300 µm oder mehr und 400 µm oder weniger verwendet werden. Obwohl die Größe des SiC-Einkristallsubstrats nicht besonders begrenzt ist, kann beispielsweise ein SiC-Einkristallsubstrat mit einer Größe von 3 bis 6 Zoll (7,62 bis 15,24 cm) verwendet werden.
  • In der vorliegenden Spezifikation bezieht sich der Begriff „Großgrubendefekt“ auf einen Defekt mit den folgenden Merkmalen, wenn ein Inspektionsgerät (hergestellt von der Lasertec Corporation, SICA88) verwendet wird, das sowohl ein konfokales Differentialinterferenzmikroskop als auch eine Photolumineszenz (PL)-Betrachtungsfunktion besitzt. In einem erhaltenen Mikroskopbild (im Folgenden manchmal als „SICA-Bild“ bezeichnet) erscheint der Defekt als eine Delle oder ein Loch mit einer Größe (maximaler Abstand, wenn zwei Punkte auf dem äußeren Umfang des Bildes mit einer geraden Linie verbunden werden) von 5 µm oder mehr. Darüber hinaus erscheint in einem PL-Bild, das mit einem Langpassfilter (≧ 660 nm) aufgenommen wurde, der Defekt hell mit einer Größe, die gleich oder größer als die Größe im Mikroskopbild ist.
  • Bei kleineren Defekten, bei denen es sich um Gruben oder Löcher mit einer Größe von 5 µm oder mehr und weniger als 10 µm im SICA-Bild handelt und die im PL-Bild bei gleicher Größer wie oder größerer Größe als im Mikroskopbild hell erscheinen, sind empirisch gesehen etwa 50% der kleineren Defekte nicht auf Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse oder auf Mikroröhren im Substrat zurückzuführen. Mit anderen Worten: Etwa 50 % dieser Defekte werden durch Kohlenstoffeinschlüsse oder Mikroröhren im Substrat verursacht.
  • Bei Defekten, bei denen es sich im SICA-Bild um Gruben oder Löcher mit einer Größe von 10 µm oder mehr und weniger als 15 µm handelt und die im PL-Bild bei der gleichen Größe wie oder größerer Größe als im Mikroskopbild hell erscheinen, werden empirisch etwa 90% der Defekte durch Kohlenstoffeinschlüsse oder Mikroröhren im Substrat verursacht.
  • Bei Defekten, bei denen es sich im SICA-Bild um Gruben oder Löcher mit einer Größe von 15 µm oder mehr handelt und die im PL-Bild bei gleicher Größe wie oder größerer Größe als im Mikroskopbild hell erscheinen, sind empirisch gesehen etwa 100% der Defekte durch Kohlenstoffeinschlüsse oder Mikroröhren im Substrat verursacht.
  • Wie oben beschrieben kann auf der Grundlage der Größe der Delle oder des Lochs des SICA-Bildes des SiC-Epitaxiewafers und der Größe und des Erscheinungsbildes des PL-Bildes der Delle oder des Lochs die Wahrscheinlichkeit, dass die Delle oder das Loch ein Großgrubendefekt ist, der unter dem durch Substrat-Kohlenstoffeinschluss verursachten Großgrubendefekt und dem durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekt ausgewählt ist, mit der oben genannten Wahrscheinlichkeit ermittelt werden.
  • Durch die Kombination des SICA-Bildes und des PL-Bildes des SiC-Epitaxiewafers mit dem SICA-Bild und dem PL-Bild des SiC-Einkristallsubstrats können mit hoher Wahrscheinlichkeit Großgrubendefekte, die durch Kohlenstoffeinschlüsse im Substrat verursacht werden, und Großgrubendefekte, die durch Mikroröhren im Substrat verursacht werden, unterschieden werden. Im Folgenden wird eine Methode zur Durchführung des oben genannten beschrieben.
  • < Verfahren zur Unterscheidung von Großgrubendefekten, die durch Mikroröhren im Substrat verursacht werden, und Großgrubendefekten, die durch Kohlenstoffeinschlüsse im Substrat verursacht werden >
  • Die Ursache des Großgrubendefektes in der SiC-Epitaxieschicht des SiC-Epitaxiewafers kann mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, indem das SICA-Bild und das PL-Bild der Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse und Mikroröhren im SiC-Einkristallsubstrat mit dem SICA-Bild und dem PL-Bild des SiC-Epitaxiewafers verglichen werden.
  • In dem Fall, dass ein dunkler Fleck im PL-Bild des SiC-Einkristallsubstrats vorhanden ist, kann, wenn ein dunkler Fleck fast an der gleichen Position in einem PL-Bild eines benachbarten SiC-Einkristallsubstrats im gleichen Block wie das SiC-Einkristallsubstrat vorhanden ist, der dunkle Fleck als Mikroröhre im Substrat identifiziert werden. Als Ergebnis kann ein Großgrubendefekt, der nach der Bildung einer Epitaxieschicht an einer Position gebildet wurde, die dem dunklen Fleck auf dem SiC-Epitaxiewafer entspricht, als ein Großgrubendefekt identifiziert werden, der durch eine Mikroröhre im Substrat verursacht wurde. Der Großgrubendefekte wird im SICA-Bild als Grube und im PL-Bild oft als heller Kreis (einschließlich ovaler Form, abgeflachter Form usw.) oder als Spinnennetz (ein Kern in der Mitte und darum herum ein Faden, eine Ansammlung von Fäden usw.) beobachtet.
  • In einem Fall, in dem eine Grube im SICA-Bild des SiC-Einkristallsubstrats und ein dunkler Fleck im PL-Bild des SiC-Einkristallsubstrats vorhanden ist, kann der dunkle Fleck als ein Substrat-Kohlenstoffeinschluss identifiziert werden, wenn ein dunkler Fleck nicht an fast derselben Position in einem PL-Bild eines benachbarten SiC-Einkristallsubstrats im gleichen Block wie das SiC-Einkristallsubstrat vorhanden ist. Als Ergebnis kann ein Großgrubendefekt, der an einer Position gebildet wurde, die dem dunklen Fleck auf dem SiC-Epitaxiewafer nach der Bildung einer Epitaxieschicht entspricht, als ein Großgrubendefekt identifiziert werden, der durch einen Substrat-Kohlenstoffeinschluss verursacht wurde. Der Großgrubendefekte wird zu diesem Zeitpunkt als Grube im SICA-Bild und oft als heller Kreis (einschließlich ovaler Form, abgeflachter Form usw.) im PL-Bild beobachtet.
  • Es ist zu beachten, dass die Beobachtung des Querschnitts des SiC-Epitaxiewafers mit einem Elektronenmikroskop oder dergleichen auch eine genaue Unterscheidung zwischen Großgrubendefekten, die durch Mikroröhren im Substrat verursacht werden, und Großgrubendefekten, die durch Kohlenstoffeinschlüsse im Substrat verursacht werden, ermöglicht.
  • Wenn in einem SiC-Epitaxiewafer die Gesamtdichte der durch Mikroröhren im Substrat und der durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursachten Großgrubendefekte 1 Defekt/cm2 oder weniger beträgt, erfüllt der SiC-Epitaxiewafer die Spezifikationen eines normalen SiC-Bauteils.
  • Hier entsprechen die „Großgrubendefekte, die durch Mikroröhren im Substrat verursacht werden, und Großgrubendefekte, die durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursacht werden“ in „der Gesamtdichte der Großgrubendefekte, die durch Mikroröhren im Substrat verursacht werden, und Großgrubendefekte, die durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursacht werden“ in SiC-Epitaxiewafern Defekten, die für jede Größe die folgenden Merkmale aufweisen. Bei Defekten, die Gruben oder Löcher mit einer Größe von 5 µm oder mehr und weniger als 10 µm im SICA-Bild sind und im PL-Bild bei gleicher Größe wie oder größerer Größe als im SICA-Bild hell erscheinen, wird angenommen, dass 50% der gezählten Anzahl von Defekten den oben beschriebenen Defekten entsprechen. Bei Defekten, die Gruben oder Löcher mit einer Größe von 10 µm oder mehr und weniger als 15 µm im SICA-Bild sind und im PL-Bild bei gleicher Größe wie oder größerer Größe als im SICA-Bild hell erscheinen, wird angenommen, dass 90% der gezählten Anzahl von Defekten den oben beschriebenen Defekten entsprechen. Bei Defekten, die Gruben oder Löcher mit einer Größe von 15 µm oder mehr im SICA-Bild sind und im PL-Bild bei gleicher Größe wie oder größerer Größe als im SICA-Bild hell erscheinen, wird angenommen, dass die gesamte gezählte Anzahl von Defekten den oben beschriebenen Defekten entspricht. Die Summe dieser Mängel ist definiert als die Gesamtzahl der oben beschriebenen Mängel. „Die Gesamtdichte von Großgrubendefekten, die durch Mikroröhren im Substrat verursacht werden, und Großgrubendefekten, die durch Kohlenstoffeinschlüsse im Substrat verursacht werden“ bedeutet eine Flächendichte, die durch Dividieren der Gesamtzahl der oben genannten Defekte durch die Flächeneinheit erhalten wird.
  • In einem SiC-Epitaxiewafer beträgt die Gesamtdichte der durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekte und der durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursachten Großgrubendefekte vorzugsweise 0,1 Defekt/cm2 oder weniger, bevorzugter 0,01 Defekt/cm2 oder weniger und noch bevorzugter 0 Defekt/cm2 oder weniger.
  • 2A und 2B sind ein SICA-Bild und ein PL-Bild eines SiC-Substrat-Wafers der vorliegenden Erfindung. 2A ist ein SICA-Bild und 2B ist ein PL-Bild.
  • Der SiC-Epitaxiewafer wurde wie folgt hergestellt.
  • Als SiC-Einkristallsubstrat wurde ein 4-Zoll-4H-SiC-Einkristallsubstrat verwendet, das in der <11-20>-Richtung einen Versatzwinkel von 4° in Bezug auf die (0001)-Si-Ebene aufweist.
  • Ein bekannter Polierschritt wurde auf dem 4H-SiC-Einkristallsubstrat durchgeführt. Danach wurde das Einkristallsubstrat in eine CVD-Apparatur gesetzt und ein Reinigungsschritt zur (Ätzen) der Einkristallsubstratoberfläche mit Wasserstoffgas durchgeführt. Als nächstes wurde ein epitaktischer SiC-Wachstumsschritt unter den Bedingungen einer Wachstumstemperatur von 1500 ° C oder mehr und einem C/Si-Verhältnis von 1,25 oder weniger unter Verwendung von Silan und Propan als Ausgangsgase und unter Zufuhr von Wasserstoff als Trägergas durchgeführt. So wurde eine 10 µm dicke SiC-Epitaxieschicht auf dem SiC-Einkristallsubstrat gebildet, um einen SiC-Epitaxiewafer zu erhalten.
  • Der in 2 gezeigte Großgrubendefekt im SiC-Epitaxiewafer hat eine kreisförmige Form mit einem Durchmesser von etwa 15 µm im SICA-Bild und eine kreisförmige Form mit einem Durchmesser von etwa 20 bis 30 µm im PL-Bild. Vor der Bildung der SiC-Epitaxieschicht wurde ein SICA-Bild auf der Oberfläche des 4H-SiC-Einkristallsubstrats erhalten. Durch eine Querschnittsanalyse wurde bestätigt, dass es sich bei diesem Großgrubendefekt um einen Großgrubendefekt handelt, der durch eine Mikroröhre im Substrat verursacht wurde.
  • 3 ist ein Bild, das durch die Beobachtung des Querschnitts des Großgrubendefekts mit einem Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) erhalten wurde. Der Maßstab zeigt 0,6 µm auf jeder Skala an.
  • Das in 3 gezeigte STEM-Bild ist ein Beispiel. Im STEM-Bild ist im darunter liegenden Substrat ein Mikroröhrchen sichtbar. Außerdem sind Versätze vorhanden, die sich von der Mikroröhre im Substrat aus erstrecken, und es sind Großgrubendefekte (2) auf der Oberfläche sichtbar, die sich an der Spitze der Versätze befinden. So zeigt das in 3 gezeigte STEM-Bild deutlich, dass es sich bei dem Großgrubendefekt auf der Oberfläche der Epitaxieschicht um einen Großgrubendefekt handelt, der durch die Mikroröhre im Substrat verursacht wird. Es gibt Versätze zwischen der Mikroröhre im Substrat und den Großgrubendefekten auf der Oberfläche, wie in 3 gezeigt. Einige dieser Versätze erstrecken sich zusätzlich zu den Versetzungen, die sich zur Oberfläche hin erstrecken, entlang der Basalebene. Die Versätze, die sich entlang der Basisebene erstrecken, dehnen sich bei Anlegen eines Vorwärtsstroms zu Stapelfehlern hin aus, was eine VF-Degradation verursacht.
  • Eine pn-Diode wurde nach einem bekannten Verfahren unter Verwendung des in 2 gezeigten SiC-Epitaxiewafers hergestellt. 4 zeigt die Ergebnisse der Messung der elektrischen Eigenschaften in Durchlassrichtung vor und nach dem Durchgang des Stroms durch die pn-Diode bei 960 A/cm2 für 1 Stunde. Es wurde bestätigt, dass dieser Stromtest zu einer Verschlechterung der Vorwärtsspannung (VF) um 3,4% führte. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein SiC-Epitaxiewafer ohne BPD in der SiC-Epitaxieschicht und mit einer BPD-Dichte des SiC-Einkristallsubstrats von 400/cm2 oder weniger verwendet. Dadurch wurde der Beitrag der Verschlechterung aufgrund eines anderen Defektausdehnungsfaktors als des Großgrubendefekts reduziert.
  • Die Dichte der durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekte in einem SiC-Epitaxiewafer der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise 0,5 Defekt/cm2 oder weniger.
  • Hier bedeutet „eine Dichte der durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekte“ in einem SiC-Epitaxiewafer eine Flächendichte, die man erhält, indem man die gezählte Anzahl der Großgrubendefekte, die als durch Mikroröhren im Substrat verursachte Großgrubendefekte identifiziert wurden, durch die Einheitsfläche dividiert. Die Identifizierung der durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekte wurde oben beschrieben. Das heißt, der durch eine Mikroröhre im Substrat verursachte Großgrubendefekt wird im SICA-Bild eines SiC-Epitaxiewafers unter Verwendung eines angrenzenden SiC-Einkristallsubstrats im gleichen Block als eine Grube beobachtet und wird im PL-Bild oft als ein heller Kreis (einschließlich ovaler Form, abgeflachter Form usw.) oder ein Spinnennetz (ein Kern in der Mitte und darum herum ein Faden, eine Ansammlung von Fäden usw.) beobachtet.
  • Der Erfinder hat herausgefunden, dass die Mikroröhren des Substrats, insbesondere am Randbereich des Substrats, während des Wachstums der SiC-Epitaxieschicht zu Rissen neigen.
  • Es wird angenommen, dass selbst diejenigen, die während des Wachstums der SiC-Epitaxieschicht nicht rissig wurden, bei der späteren Bauelementherstellung rissgefährdet waren. Wenn jedoch die Dichte der durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekte 10 Defekte/cm2 oder weniger beträgt, besteht diese Gefahr nicht mehr.
  • (Verfahren zur Herstellung eines SiC-Epitaxiewafers)
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Epitaxiewafers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Epitaxiewafers, bei dem eine SiC-Epitaxieschicht auf einem Einkristallsubstrat gebildet wird, das einen Schritt der Auswahl eines SiC-Einkristallsubstrats umfasst, bei dem die Gesamtdichte der Mikroröhren und Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse im SiC-Einkristallsubstrat 1 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
  • Hier bedeutet „eine Gesamtdichte von Mikroröhren und Substrat-Kohlenstoffeinschlüssen in dem SiC-Einkristallsubstrat“ in dem Verfahren zur Herstellung eines SiC-Epitaxiewafers eine Flächendichte, die durch Dividieren der gezählten Gesamtzahl der Mikroröhren und Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse in dem SiC-Einkristallsubstrat durch die Einheitsfläche erhalten wird. Die Mikroröhre und der Substrat-Kohlenstoffeinschluss im SiC-Einkristallsubstrat werden im SICA-Bild des SiC-Einkristallsubstrats als Grube und im PL-Bild des SiC-Einkristallsubstrats als dunkler Fleck beobachtet.
  • Andere Schritte, wie z.B. ein Schritt zum Polieren des Substrats und ein Schritt zur Bildung einer SiC-Epitaxieschicht, können unter bekannten Bedingungen durchgeführt werden.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines SiC-Epitaxiewafers mit einem Auswahlschritt kann ein SiC-Epitaxiewafer hergestellt werden, bei dem die Gesamtdichte der durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekte und der durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursachten Großgrubendefekte, die beide in der SiC-Epitaxieschicht enthalten sind, 1 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2019020075 [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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    • C. Hallin et al., Diamond and Related Materials 6 (1997) 1297-1300 [0012]

Claims (3)

  1. SiC-Epitaxiewafer mit einer auf einem SiC-Einkristallsubstrat ausgebildeten SiC-Epitaxieschicht, wobei die Gesamtdichte der durch Mikroröhren in dem Substrat verursachten Großgrubendefekte und der durch Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse verursachten Großgrubendefekte, die beide in der SiC-Epitaxieschicht enthalten sind, 1 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
  2. SiC-Epitaxiewafer nach Anspruch 1, wobei eine Dichte der durch Mikroröhren im Substrat verursachten Großgrubendefekte 0,5 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
  3. Verfahren zur Herstellung eines SiC-Epitaxiewafers, bei dem eine SiC-Epitaxieschicht auf einem Einkristallsubstrat gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt der Auswahl eines SiC-Einkristallsubstrats, bei dem die Gesamtdichte der Mikroröhren und der Substrat-Kohlenstoffeinschlüsse im SiC-Einkristallsubstrat 1 Defekt/cm2 oder weniger beträgt.
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