DE102020117128B4 - Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid und Verfahren zum Herstellen eines epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers - Google Patents

Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid und Verfahren zum Herstellen eines epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers Download PDF

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Abstract

Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid, aufweisend:- einen Wafer-Halter (2), auf dem ein Siliziumcarbid-Substrat (1) montiert ist;- einen Drehtisch (5), auf dem der Wafer-Halter (2) montiert ist;- einen Suszeptor (6), der das Siliziumcarbid-Substrat und den Wafer-Halter abdeckt und in den ein Wachstumsgas, ein Dotierungsgas und ein Trägergas zugeführt werden kann;- Induktionsheizspulen (7), die um den Suszeptor (6) herum ausgebildet sind; und- ein Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9), das auf einem peripheren Randteilbereich in einem oberen Teilbereich des Wafer-Halters (2) montiert ist, wobei das Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9) in einer Draufsicht auf den oberen Teilbereich des Wafer-Halters (2) ausschließlich außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats (1) positioniert ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid und ein Verfahren zum Herstellen eines epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers.
  • Beschreibung der Hintergrundtechnik
  • Eine Siliziumcarbid nutzende Halbleitervorrichtung reduziert einen Leistungsverlust signifikant, reduziert die Größe der Halbleitervorrichtung und erreicht eine Energieeinsparung während einer Leistungsumwandlung. Daher wurde einer Halbleitervorrichtung Aufmerksamkeit geschenkt, die im Hinblick auf eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Eisenbahnen und Elektrofahrzeugen oder Verbesserung der Funktionen von Solarzellensystemen und dergleichen zur Verwirklichung einer kohlenstoffarmen Gesellschaft nützlich ist.
  • Um einen Siliziumcarbid nutzenden Halbleiter herzustellen, wird ein Film, dessen Trägerdichte sehr genau gesteuert wird, mittels des thermischen Verfahrens einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren) oder dergleichen unter Verwendung einer Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid auf einem Siliziumcarbid-Substrat abgeschieden. Zu dieser Zeit wird das Siliziumcarbid-Substrat auf eine hohe Temperatur von etwa 1500°C oder höher geheizt. Die epitaktische Wachstumsschicht soll zu einem n-Typ ausgebildet werden, indem zusätzlich zum zugeführten Wachstumsgas beispielsweise Stickstoff als Dotierung verwendet wird.
  • Herkömmlicherweise wird, wenn epitaktisches Wachstum auf einem Siliziumcarbid-Substrat gefördert wird, dessen Herstellung unter Verwendung eines Suszeptors zum Anordnen eines Wafers, der ein Siliziumcarbid-Substrat ist, durchgeführt. Der Suszeptor ist aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet, und die Oberflächenschicht des Suszeptors ist eine Siliziumcarbid-Schicht, und eine Tantalcarbid-Schicht ist im konkaven Teilbereich, wo der Wafer platziert wird, ausgebildet (offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2016- 008 319 A ).
  • Wenn epitaktisches Wachstum auf einem Siliziumcarbid-Substrat unter Verwendung eines Suszeptors, auf welchem solch ein Siliziumcarbid-Substrat montiert ist, gefördert wird, nimmt in einer Ebene einer epitaktischen Filmabscheidung auf dem Siliziumcarbid-Substrat, statt einer gleichmäßigen Teilchendichte, eine Trägerdichte der epitaktischen Wachstumsschicht in der Nähe eines peripheren Randteilbereichs des Suszeptors oder auf der äußeren peripheren Seite des Siliziumcarbid-Substrats tendenziell zu. Das heißt, wenn keine gleichmäßige Trägerdichte erhalten werden kann, können keine einwandfreien Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden, und dies hat die Ausbeute beeinflusst.
  • Die US 6,740,167 B1 offenbart eine Substrathalterung, die eine Kontaminierung des Substrats bei der Bearbeitung, z. B. bei einer Erzeugung einer Epitaxieschicht auf dem Wafer, ausschließt, sowie ein Herstellungsverfahren dafür angegeben. Die Vorrichtung zum Haltern eines Substrats weist einen Suszeptor als Unterlage für das zu beschichtende Substrat auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor einen Einsatz aufweist, dessen Oberfläche wenigstens teilweise mit einer Metallcarbid-Schicht vorgegebener Dicke bedeckt ist. Zum Herstellen eines Suszeptors mit einer Oberflächenschicht aus Metallcarbid werden die Schritte Erzeugen einer metallischen Vorform, Einbetten der metallischen Vorform in ein kohlenstoffhaltiges Pulver, Aufheizen der metallischen Vorform und des kohlenstoffhaltigen Pulvers auf eine erhöhte Temperatur, Hartbearbeiten der getemperten Vorform, Anordnen der hartbearbeiteten Vorform an dem Suszeptor als Einsatz durchgeführt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf das obige Problem gemacht, und um eine Technik bereitzustellen, die imstande ist, epitaktisches Wachstum so zu fördern, dass auf einem Siliziumcarbid-Substrat eine gleichmäßige Trägerdichte erhalten wird.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren zum Herstellen eines epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Die Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Wafer-Halter, auf dem ein Siliziumcarbid-Substrat montiert ist, einen Drehtisch, auf dem der Wafer-Halter montiert ist, einen Suszeptor, der das Siliziumcarbid-Substrat und den Wafer-Halter abdeckt und in den ein Wachstumsgas, ein Dotierungsgas und ein Trägergas zugeführt werden kann, Induktionsheizspulen, die um den Suszeptor herum ausgebildet sind, und ein Tantalcarbid-Bauteil, das auf einem peripheren Randteilbereich in einem oberen Teilbereich des Wafer-Halters und außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats montiert ist, wobei das Tantalcarbid-Bauteil in einer Draufsicht auf den oberen Teilbereich des Wafer-Halters ausschließlich und außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats positioniert ist.
  • Epitaktisches Wachstum wird so gefördert, dass auf einem Siliziumcarbid-Substrat eine gleichmäßige Trägerdichte erhalten wird.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil einer Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß Ausführungsformen 1 und 2 veranschaulicht;
    • 2 ist eine Draufsicht eines Wafer-Halters in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 1;
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht;
    • 4 ist eine Draufsicht eines Wafer-Halters in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 2;
    • 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil einer Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht; und
    • 6 ist eine Draufsicht eines Wafer-Halters in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 3.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsform 1
  • Eine Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß einer Ausführungsform 1 wird beschrieben. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil einer Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht. 2 ist eine Draufsicht eines Wafer-Halters 2 in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 1. Hinsichtlich der Beziehung zwischen 1 und 2 entspricht ein Querschnitt, der entlang der Linie B-B entsprechend dem Durchmesser in der in 2 veranschaulichten Draufsicht genommen ist, 1, und der Wafer-Halter 2 ist im Suszeptor 6 der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid montiert.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält die Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid den Wafer-Halter 2, auf dem ein Siliziumcarbid-Substrat 1 montiert ist, einen Drehtisch 5, auf dem der Wafer-Halter 2 montiert ist, einen Suszeptor 6, der den Wafer-Halter 2 und den Drehtisch 5 wie eine Kammer abdeckt, und Induktionsheizspulen 7. Der scheibenförmige Wafer-Halter 2 ist auf dem Drehtisch 5 montiert und dreht sich mit einer konstanten Geschwindigkeit zusammen mit dem Drehtisch 5. Wie in 1 und 2 veranschaulicht ist, ist auf der vorderen Oberfläche des Wafer-Halters 2 mittels einer Senkbearbeitung eine Vielzahl von Wafer-Taschen 3 ausgebildet, und die Siliziumcarbid-Substrate 1 sind in den Wafer-Taschen 3 montiert. Der Drehtisch 5 und der Wafer-Halter 2 sind im Suszeptor 6 angeordnet und werden zusammen mit dem Suszeptor 6, dem Drehtisch 5 und dem Wafer-Halter 2 durch die um den Suszeptor 6 herum platzierten Induktionsheizspulen 7 mittels Induktion geheizt, um die Siliziumcarbid-Substrate 1 auf eine vorbestimmte Temperatur zu heizen.
  • Der Suszeptor 6 wird mit dem Wachstumsgas versorgt bzw. beschickt. Ein in 1 veranschaulichter Pfeil A gibt Ströme des Wachstumsgases, des Dotierungsgases und des Trägergases an. Als das Wachstumsgas können das Siliziumatome enthaltende SiH4-Gas (Silangas) und das Kohlenstoffatome enthaltende C3H8-Gas (Propangas) übernommen werden. Das Wasserstoff enthaltende Trägergas kann genutzt werden. Die Temperatur des Siliziumcarbid-Substrats 1 ist zum Beispiel 1500°C oder höher und 1700°C oder niedriger, und der Druck im Suszeptor 6 ist beispielsweise 5 × 103 Pa oder höher und 1 × 104 Pa oder niedriger. Nötigenfalls wird das Stickstoffgas für eine Störstellendotierung vom n-Typ gleichzeitig mit dem Wachstumsgas zugeführt. Ein organometallisches Material, das Al, B oder Be für eine Störstellendotierung vom p-Typ enthält, kann ebenfalls zugeführt werden. Ferner kann zusätzlich zum SiH4-Gas HCl verwendet werden, oder SiH2Cl2 (Dichlorsilan) kann als Alternative des SiH4-Gases verwendet werden, um die Wachstumsrate zu erhöhen. Dementsprechend kann das Siliziumcarbid-Substrat 1 mittels eines thermischen Verfahrens einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren) oder dergleichen epitaktisch aufgewachsen werden.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat 1 hat eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 mm und hat eine Größe von 4, 6 oder 8 Zoll (Inches). Nachdem die epitaktische Wachstumsschicht ausgebildet ist, wird ferner ein Elementbereich ausgebildet, und schließlich wird ein Leistungs-Halbleiterelement wie etwa ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder eine Diode erhalten.
  • Der Wafer-Halter 2 hat eine Dicke von etwa 3 mm, der Drehtisch 5, auf dem der Wafer-Halter 2 montiert ist, hat eine Dicke von etwa 6 mm, und der Suszeptor 6 hat eine Dicke von etwa 10 mm.
  • Der Wafer-Halter 2, der Drehtisch 5 und der Suszeptor 6 sind aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet, und die Oberflächenschicht des Wafer-Halters 2 ist eine (etwa 0,1 mm dicke) Siliziumcarbid-Schicht. Ein Tantalcarbid-Bauteil 4 ist auf dem peripheren Randteilbereich des Wafer-Halters 2 außerhalb jeder Wafer-Tasche 3 montiert. Das Tantalcarbid-Bauteil 4 hat eine vertikale Breite von etwa 5 bis 15 mm, eine horizontale Breite von etwa 10 bis 40 mm, eine Dicke von etwa 0,2 bis 2 mm und ist aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet, und dessen Oberflächenschicht ist eine (etwa 0,02 bis 0,06 mm dicke) Tantalcarbid-Schicht.
  • Der Grund, warum das Material des Wafer-Halters 2, des Drehtisches 5 und des Suszeptors 6 Kohlenstoff ist und deren Oberflächenschichten aus einer Siliziumcarbid-Schicht gebildet sind, besteht darin, dass, wenn eine epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 gebildet wird, das Siliziumcarbid-Substrat 1 auf etwa 1500°C oder höher geheizt werden muss und sie der Hitze notwendigerweise standhalten müssen. Falls die Oberflächenschichten des Wafer-Halters 2, des Drehtisches 5 und des Suszeptors 6 keine Siliziumcarbid-Schicht, das heißt, nur das Kohlenstoffmaterial, aufweisen, kann das Kohlenstoffmaterial während der Ausbildung der epitaktischen Wachstumsschicht Staub erzeugen. Wenn die Teilchen des Kohlenstoffmaterials, die zerstäubt wurden, am Siliziumcarbid-Substrat 1 anhaften und die epitaktische Wachstumsschicht mit den anhaftenden Teilchen gebildet wird, wächst der Kristall, beginnend von der Stelle aus, wo die Teilchen des Kohlenstoffmaterials anhafteten, anormal, und man findet Kristalldefekte in der epitaktischen Wachstumsschicht. Daher ist es notwendig, mit Siliziumcarbid abzudecken.
  • Wenn eine epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 gebildet wird, ist es wünschenswert, dass die Trägerdichte der epitaktischen Wachstumsschicht in einer Ebene der epitaktischen Wachstumsschicht gleichmäßig ist, um einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken zu erhalten. Falls die Trägerdichte der epitaktischen Wachstumsschicht übermäßig höher als die gewünschte Trägerdichte ist, nimmt die Durchbruchspannung ab, da der Widerstandswert abnimmt, was eine Abnahme der Ausbeute zur Folge hat. Falls umgekehrt die Trägerdichte übermäßig niedriger als die gewünschte Trägerdichte ist, nimmt der Widerstandswert zu, was eine Abnahme der Ausbeute zur Folge hat.
  • Wenn die epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 gebildet wird, ist jedoch die Umgebungstemperatur des Wafer-Halters 2 niedriger als die Temperatur des zentralen Teilbereichs des Halbleiter-Wafers 2, so dass die Menge an Stickstoff, die in die Abscheidungen eingebaut wird, die mit dem Wachstumsgas reagieren und haften, im peripheren Randteilbereich des Wafer-Halters 2 zunimmt, der mit Siliziumcarbid bedeckt ist. Infolgedessen wird Stickstoff aus den Abscheidungen auf dem peripheren Randteilbereich des Wafer-Halters 2 gelöst, und die gelöste Menge nimmt zu, so dass die Trägerdichte auf der äußeren peripheren Seite des Siliziumcarbid-Substrats 1 in dessen Nähe zunimmt.
  • Indes enthält das Tantalcarbid-Bauteil 4 nicht viel Stickstoff, da die Reaktion mit dem Wachstumsgas gering ist und die Anhaftung der Abscheidung unterdrückt wird. Indem man das Tantalcarbid-Bauteil 4 beim peripheren Randteilbereich des Wafer-Halters 2 auf der Außenseite der Siliziumcarbid-Substrate 1 montiert, wird der Einfluss von Stickstoff auf die äußere periphere Seite des Siliziumcarbid-Substrats 1 unterdrückt, so dass die gleichmäßige Trägerdichte in einer Ebene einer epitaktischen Filmabscheidung auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 erhalten wird. Auch können gewünschte einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden.
  • Wie in 1 und 2 veranschaulicht ist, gibt es vier konkave Teilbereiche auf dem Wafer-Halter 2, und auf jedem konkaven Teilbereich ist ein Tantalcarbid-Bauteil 4 montiert. Jeder konkave Teilbereich ist beim peripheren Randteilbereich des Wafer-Halters 2 und außerhalb jedes Siliziumcarbid-Substrats 1 gelegen. Wie in 2 veranschaulicht ist, gibt es vier Wafer-Taschen 3 auf dem Wafer-Halter 2; daher ist das Siliziumcarbid-Substrat 1 an jeder der vier Stellen zu montieren, und dementsprechend ist das Tantalcarbid-Bauteil 4 ebenfalls an jeder der vier Stellen zu montieren. Wie oben beschrieben wurde, entspricht die Anzahl montierbarer Tantalcarbid-Bauteile 4 der Anzahl an auf dem Wafer-Halter 2 zu montierenden Siliziumcarbid-Substraten 1.
  • Indem man die Tantalcarbid-Bauteile 4 an den konkaven Teilbereichen auf dem Wafer-Halter 2 montiert, sind die freigelegte obere Oberfläche des Wafer-Halters 2, die oberen Oberflächen der Siliziumcarbid-Substrate 1 und die oberen Oberflächen der Tantalcarbid-Bauteile 4 miteinander bündig, wie in 1 veranschaulicht ist.
  • Das Tantalcarbid-Bauteil 4 ist austauschbar. Das Tantalcarbid-Bauteil 4 reagiert verglichen mit einem mit Siliziumcarbid beschichteten Bauteil (zum Beispiel dem Wafer-Halter 2) kaum mit dem Wachstumsgas, so dass die Menge der Abscheidungen sehr gering ist.
  • Um eine epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 auszubilden, ist jedoch eine Prozessdauer von etwa 1 bis 8 Stunden erforderlich, und, wenn das Tantalcarbid-Bauteil 4 viele Male verwendet wird, um die epitaktische Wachstumsschicht auszubilden, können Abscheidungen am Tantalcarbid-Bauteil 4 haften. In diesem Fall wird eine epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 ausgebildet, indem gegen ein neues Tantalcarbid-Bauteil 4 getauscht wird, an dem keine Abscheidung haftet, und das Tantalcarbid-Bauteil 4 auf dem Wafer-Halter 2 montiert wird. Das benutzte Tantalcarbid-Bauteil 4, das ausgetauscht wurde, kann wiederverwendet werden, indem anhaftende Abscheidungen durch Polieren oder Ätzen entfernt werden. Wie oben beschrieben wurde, kann in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid epitaktisches Wachstum stets gefördert werden, so dass man eine gleichmäßige Trägerdichte auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 hat, und infolgedessen können einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden. Weiter wird die Produktivität stabilisiert, und die Ausbeute kann signifikant verbessert werden.
  • Das Tantalcarbid-Bauteil 4 ist nicht auf die in 2 veranschaulichte Form beschränkt. Ähnlich kann auch eine austauschbare Fächerform, Dreieckform oder viereckige Form übernommen werden. Im Hinblick auf ein Polieren oder Ätzen kann jede beliebige Form mit Ausnahme komplizierter Formen übernommen werden.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der vorliegenden Erfindung die Menge an Stickstoff, die auf der äußeren peripheren Seite des Siliziumcarbid-Substrats 1 in der Nähe der peripheren Randteilbereichs des Wafer-Halters 2 zugeführt wird, durch das Tantalcarbid-Bauteil 4 reduziert, indem das Tantalcarbid-Bauteil 4 beim peripheren Randteilbereich in einem oberen Teilbereich des auf dem Drehtisch 5 montierten Wafer-Halters 2 und auf der äußeren peripheren Seite der Siliziumcarbid-Substrate 1 montiert wird, die durch die um den Suszeptor 6 herum platzierten Induktionsheizspulen 7 geheizt werden, und das Wachstumsgas oder dergleichen in den Suszeptor 6 zugeführt wird, wodurch eine Zunahme der Trägerdichte in der epitaktischen Wachstumsschicht auf der äußeren peripheren Seite des Siliziumcarbid-Substrats 1 unterdrückt wird. Dementsprechend ist die Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid der vorliegenden Erfindung imstande, epitaktisches Wachstum so zu fördern, dass man eine gleichmäßige Trägerdichte auf einem Siliziumcarbid-Substrat 1 erhält.
  • Außerdem wird die Trägerdichte der epitaktischen Wachstumsschicht gleichmäßig; daher können stabile und einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden. Ferner kann die obige Konfiguration als Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid die Ausbeute signifikant verbessern.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf ein in 3 veranschaulichtes Flussdiagramm ein Verfahren zum Herstellen eines epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Um eine epitaktische Wachstumsschicht auf einem Siliziumcarbid-Substrat 1 unter Verwendung der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid auszubilden, wird das Tantalcarbid-Bauteil 4 auf dem Wafer-Halter 2 montiert (dieser damit bestückt), und das Siliziumcarbid-Substrat 1 wird auf der Wafer-Tasche 3 montiert. Danach platziert ein (nicht veranschaulichter) Transfermechanismus den Wafer-Halter 2, auf dem das Tantalcarbid-Bauteil 4 und das Siliziumcarbid-Substrat 1 montiert sind, auf dem im Suszeptor 6 vorgesehenen Drehtisch 5 (S101).
  • Als Nächstes wird das Innere des Suszeptors 6 auf einen reduzierten Druck evakuiert. Danach wird den um den Suszeptor 6 herum platzierten Induktionsheizspulen 7 Energie zugeführt. Indem den Induktionsheizspulen 7 Energie zugeführt wird, werden der Suszeptor 6, der Drehtisch 5 und der Wafer-Halter 2 induktiv geheizt. Wenn der Suszeptor 6, der Drehtisch 5 und der Wafer-Halter 2 induktiv geheizt werden, wird das Siliziumcarbid-Substrat 1 durch Strahlungswärme von der Innenwand und dergleichen des Suszeptors 6 und Wärmeleitung von dem Drehtisch 5 und dem Wafer-Halter 2 geheizt (S102). Wenn die Temperatur des Siliziumcarbid-Substrats 1 eine gewünschte Temperatur erreicht, werden das Wachstumsgas, das Dotierungsgas und das Trägergas in den Suszeptor 6 zugeführt (S103). Um die epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 auszubilden, muss das in den Suszeptor 6 zugeführte Trägergas oder dergleichen auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 zersetzt werden; daher wird das Siliziumcarbid-Substrat 1 in der Ausführungsform 1 auf etwa 1500°C bis 1700°C geheizt.
  • Als das Wachstumsgas werden das SiH4-Gas, das C3H8-Gas, das Stickstoffgas als Störstellendotierung vom n-Typ und Wasserstoff als Trägergas zugeführt. Wie durch den Pfeil A in 1 angegeben ist, hat der Suszeptor 6 eine Struktur, in der das Wachstumsgas zur gleichen Zeit zugeführt und abgeführt wird, so dass der Suszeptor 6 immer mit frischem Gas gefüllt ist. Man beachte, dass eine Struktur, in der Gas vom oberen Teil zum unteren Teil des in 1 veranschaulichten Suszeptors 6 strömt, ebenfalls übernommen werden kann.
  • In der Ausführungsform 1 wird das Siliziumcarbid-Substrat 1 auf etwa 1500°C bis 1700°C geheizt; daher wird das in den Suszeptor 6 zugeführte Wachstumsgas auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 zersetzt. Die epitaktische Wachstumsschicht kann dann auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 ausgebildet werden. Wenn die epitaktische Wachstumsschicht bis zu einer gewünschten Dicke ausgebildet ist, wird die Zufuhr des Wachstumsgases in den Suszeptor 6 gestoppt, und die Energiezufuhr zu den Induktionsheizspulen 7 wird ebenfalls gestoppt (S104). Danach wird der Wafer-Halter 2 vom Drehtisch 5 aus dem Suszeptor 6 befördert und das Siliziumcarbid-Substrat 1, auf dem epitaktische Wachstumsschicht ausgebildet ist, wird aus der Wafertasche 3 entladen (S105).
  • Auf das Siliziumcarbid-Substrat 1, auf dem die epitaktische Wachstumsschicht ausgebildet ist, wird als epitaktischer Siliziumcarbid-Wafer in der Ausführungsform 1 verwiesen. Das Verfahren zum Ausbilden der epitaktischen Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 unter Verwendung der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben wurde, ist ein Verfahren zum Herstellen eines epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers.
  • Wie oben beschrieben wurde, umfasst das Verfahren zum Herstellen des epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung einen Einführungsschritt (S101), in welchem ein (nicht dargestellter) Transfermechanismus den mit dem Siliziumcarbid-Substrat 1 und dem Tantalcarbid-Bauteil 4 bestückten Wafer-Halter 2 zum Drehtisch 5 im Suszeptor 6 befördert; einen Heizschritt (S102), in welchen die Induktionsheizspulen 7 das Siliziumcarbid-Substrat 1, den Wafer-Halter 2, den Drehtisch 5 und den Suszeptor 6 heizen; einen Gaszufuhrschritt (S103), um ein Wachstumsgas, ein Dotierungsgas und ein Trägergas in den Suszeptor 6 zuzuführen; einen Kühlschritt (S104), um eine Heizung und eine Gaszufuhr zu stoppen; und einen Entnahmeschritt (S105), in welchem der (nicht dargestellte) Transfermechanismus den mit dem Siliziumcarbid-Substrat 1 und dem Tantalcarbid-Bauteil 4 bestückten Wafer-Halter 2 aus dem Suszeptor 6 vom Drehtisch 5 entnimmt und das Siliziumcarbid-Substrat 1, auf dem die epitaktische Wachstumsschicht ausgebildet ist, aus der Wafer-Tasche 3 entlädt.
  • Gemäß dem obigen Herstellungsverfahren kann epitaktisches Wachstum auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 so gefördert werden, dass man eine gleichmäßige Trägerdichte hat; daher können stabile und einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden. Ferner wird die Fertigungsausbeute des epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers signifikant verbessert.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 1 die Menge an Stickstoff, die auf der äußeren peripheren Seite des Siliziumcarbid-Substrats 1 in der Nähe des peripheren Randteilbereichs im oberen Teilbereich des Wafer-Halters 2 zugeführt wird, durch das Tantalcarbid-Bauteil 4 reduziert, indem der Drehtisch 5, nachdem das Tantalcarbid-Bauteil 4 auf der äußeren peripheren Seite des Siliziumcarbid-Substrats 1, die beim peripheren Randteilbereich des Wafer-Halters 2 liegt, montiert wird, wobei durch die um den Suszeptor 6 herum platzierten Induktionsheizspulen 7 geheizt wird, und das Wachstumsgas, das Dotierungsgas und das Trägergas in den Suszeptor 6 zugeführt werden, wodurch eine Zunahme der Trägerdichte in der epitaktischen Wachstumsschicht auf der äußeren peripheren Seite des Siliziumcarbid-Substrats 1 unterdrückt wird. Mit der obigen Konfiguration wird, wenn eine epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 gebildet wird, die Trägerdichte auf dem epitaktischen Siliziumcarbid-Wafer gleichmäßig; daher können stabile und einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden. Ferner wird die Ausbeute im Prozess zur Herstellung einer epitaktischen Wachstumsschicht signifikant verbessert.
  • Man beachte, dass das Tantalcarbid-Bauteil 4 nicht auf dem Wafer-Halter 2, sondern auf der äußeren Peripherie des Siliziumcarbid-Substrats 1 in der Wafer-Tasche 3 mit einer größeren Fläche als das Siliziumcarbid-Substrat 1 montiert werden kann. Die epitaktische Wachstumsschicht des Siliziumcarbid-Substrats 1 weist ähnlich eine gleichmäßige Trägerdichte auf; daher können stabile und einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden.
  • Wenngleich es auch im Tantalcarbid-Bauteil 4 vorzuziehen ist, dass die Oberflächenschichtdicke von Tantalcarbid so gering wie möglich ist, da der Verzug zunimmt, wenn die Oberflächenschichtdicke von Tantalcarbid groß ist, kann die Oberflächendicke des Tantalcarbid-Bauteils 4 basierend auf dem Ergebnis bestimmt werden, das aus der Nutzungsdauer unter Berücksichtigung des Effekts eines Verzugs aufgrund der Größe des Tantalcarbid-Bauteils 4 und der Verschleißeigenschaft aufgrund der Nutzungshäufigkeit erhalten wird.
  • Andere Materialien können substituiert werden, solange die Reaktivität mit dem Wachstumsgas so gering wie diejenige des Tantalcarbid-Bauteils 4 ist, und der gleiche Effekt kann erhalten werden. Beispielsweise kann ein aus Siliziumcarbid oder Kohlenstoff mit hoher Kristallinität geschaffenes Bauteil, das durch das CVD-Verfahren hergestellt wurde und eine polierte Oberfläche aufweist, verwendet werden. Alternativ dazu kann auch ein Bauteil verwendet werden, das erhalten wird, indem eine Siliziumcarbid-Schicht auf Kohlenstoff mit einer polierten Oberfläche gebildet wird.
  • Das Siliziumcarbid-Substrat 1 ist nicht auf das Siliziumcarbid-Substrat 1 beschränkt; ein Verbundsubstrat wie etwa GaN kann ebenfalls übernommen werden, wodurch der gleiche Effekt erhalten werden kann.
  • Ausführungsform 2
  • 4 ist eine Draufsicht eines Wafer-Halters in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß einer Ausführungsform 2. In der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 2 stimmen viele Konfigurationen mit jenen der Ausführungsform 1 überein. Deshalb werden Punkte beschrieben, die sich von der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid in der Ausführungsform 1 unterscheiden, und die gleichen oder entsprechenden Komponenten werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Die Ausführungsform 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 in der Konfiguration, in der ein Tantalcarbid-Bauteil 8 auf dem peripheren Randteilbereich des Wafer-Halters 2 und außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats 1 vorgesehen ist.
  • Das Tantalcarbid-Bauteil 8 hat eine Ringform, wie in 4 veranschaulicht ist, und hat eine Breite von etwa 5 bis 20 mm und eine Dicke von etwa 0,2 bis 2 mm. Das Tantalcarbid-Bauteil 8 ist aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet, und dessen Oberflächenschicht ist eine (etwa 0,02 bis 0,06 mm dicke) Tantalcarbid-Schicht.
  • Das Tantalcarbid-Bauteil 8 ist an einer Position auf der Außenseite des Siliziumcarbid-Substrats 1 und dem peripheren Randteilbereich im oberen Teilbereich des Wafer-Halters 2 montiert. Beispielsweise weist, wie in 4 veranschaulicht ist, der Wafer-Halter 2 vier Wafer-Taschen 3 auf, so dass die Siliziumcarbid-Substrate 1 an vier Stellen montiert werden, während das Tantalcarbid-Bauteil 8 nur an einer Stelle vorgesehen ist.
  • Die Querschnittsansicht, die den Hauptteil der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht, ist die Gleiche wie diejenige, die in 1 veranschaulicht ist. Der Unterschied gegenüber der Ausführungsform 1 besteht darin, dass das Tantalcarbid-Bauteil 4 durch das Tantalcarbid-Bauteil 8 ersetzt ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird, wenn die epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 gebildet wird, ungeachtet der Größe des Siliziumcarbid-Substrats 1 und der Anzahl der auf dem Wafer-Halter 2 montierten Siliziumcarbid-Substrate 1 nur das eine Tantalcarbid-Bauteil 8 entlang der Außenform des Wafer-Halters 2 montiert. Die Anzahl an montierten Tantalcarbid-Bauteilen 8 kann bezüglich der Anzahl an auf dem Wafer-Halter 2 montierten Carbid-Substraten 1 signifikant reduziert werden.
  • In der Ausführungsform 2 ist das Tantalcarbid-Bauteil 8 ungeachtet der Anzahl montierter Siliziumcarbid-Substrate 1 auf dem Wafer-Halter 2 an nur einer Position montiert, so dass eine Bearbeitbarkeit und Produktivität ausgezeichnet sind. Wenn die Anzahl der auf dem Wafer-Halter 2 montierten Siliziumcarbid-Substrate 1 groß ist und wenn der Auslastungsgrad der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid hoch ist, ist der zu erzielende Effekt besonders bemerkenswert. Außerdem ist die Anzahl an zu montierenden Tantalcarbid-Bauteilen 8 gering und die Form des Tantalcarbid-Bauteils 8 ist entlang der äußeren Form des Wafer-Halters 2 groß; daher kann verhindert werden, dass die Tantalcarbid-Bauteile 8 zur Zeit einer Herstellung nicht montiert werden. Ferner ist das Tantalcarbid-Bauteil 8 ähnlich demjenigen der Ausführungsform 1 austauschbar, so dass das Tantalcarbid-Bauteil 8 gegen ein Tantalcarbid-Bauteil 8 getauscht werden kann, an dem keine Abscheidung haftet. Dementsprechend kann epitaktisches Wachstum auf einem Siliziumcarbid-Substrat 1 so gefördert werden, dass man eine gleichmäßige Trägerdichte hat; daher können stabile und einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden.
  • Das Tantalcarbid-Bauteil 8 muss nur auf dem peripheren Randteilbereich des Wafer-Halters 2 und außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats 1 vorgesehen sein, und dessen Form ist nicht auf eine Ringform beschränkt.
  • Obgleich sie von der Bearbeitbarkeit und Produktivität abhängt, muss die Anzahl an Tantalcarbid-Bauteilen 8 für den Wafer-Halter 2 nicht auf Eins beschränkt sein, und eine Vielzahl von Tantalcarbid-Bauteilen 8, zum Beispiel zwei, können übernommen werden.
  • Das Verfahren zum Herstellen des epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers, worin die epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 unter Verwendung der obigen Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gebildet wird, ist das Gleiche wie dasjenige der Ausführungsform 1, und mit dem Verfahren kann epitaktisches Wachstum auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 so gefördert werden, dass man eine gleichmäßige Trägerdichte hat.
  • Ausführungsform 3
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die einen Hauptteil einer Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht. 6 ist eine Draufsicht eines Wafer-Halters 2 in der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 3. In einer Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid gemäß der Ausführungsform 3 stimmen viele Konfigurationen davon mit jenen der Ausführungsform 1 überein. Daher werden Punkte beschrieben, die sich von der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid in der Ausführungsform 1 unterscheiden, und die gleichen oder entsprechenden Komponenten werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Die Ausführungsform 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 in der Konfiguration, in der der äußere periphere Rand des Wafer-Halters 2 konkav ist und eine Stufenform aufweist und ein Tantalcarbid-Bauteil 9 bei einer Stufe auf dem äußeren peripheren Rand des Wafer-Halters 2 außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats 1 vorgesehen ist.
  • Wie in 5 und 6 veranschaulicht ist, hat der Wafer-Halter 2 eine Stufenform, die eine entlang dessen äußerer Peripherie verlaufende Vertiefung ist. Die Stufe beträgt etwa 0,2 bis 2 mm. Das Tantalcarbid-Bauteil 9 mit einer Ringform ist an der Stufe montiert.
  • Das Tantalcarbid-Bauteil 9 hat eine Ringform wie in 6 veranschaulicht, hat eine Breite von etwa 5 bis 20 mm und eine Dicke von etwa 0,2 bis 2 mm und ist mit den Wafer-Taschen 3 in Kontakt. Das Tantalcarbid-Bauteil 9 ist aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet, und dessen Oberflächenschicht ist eine (etwa 0,02 bis 0,06 mm dicke) Tantalcarbid-Schicht.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, wird durch Montage des Tantalcarbid-Bauteils 9 bei der Stufe im äußeren peripheren Rand des Wafer-Halters 2 die Höhe des Tantalcarbid-Bauteils 9 gleich den oberen Oberflächen der Siliziumcarbid-Substrate 1 und des Wafer-Halters 2.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird, wenn die epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 gebildet wird, ungeachtet der Größe des Siliziumcarbid-Substrats 1 und der Anzahl der auf dem Wafer-Halter 2 montierten Siliziumcarbid-Substrate 1 nur das eine Tantalcarbid-Bauteil 9 bei der Stufe im äußeren peripheren Rand des Wafer-Halters 2 montiert. Die Anzahl an montierten Tantalcarbid-Bauteilen 9 kann in Bezug auf die Anzahl von auf dem Wafer-Halter 2 montierten Carbid-Substraten 1 signifikant reduziert werden.
  • In der Ausführungsform 3 wird das Tantalcarbid-Bauteil 9 auf dem Wafer-Halter 2 ungeachtet der Anzahl montierter Siliziumcarbid-Substrate 1 nur an einer Position montiert, so dass eine Bearbeitbarkeit und Produktivität ausgezeichnet sind. Wenn die Anzahl der auf dem Wafer-Halter 2 montierten Siliziumcarbid-Substrate 1 groß ist und wenn der Auslastungsgrad der Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid hoch ist, ist der zu erzielende Effekt besonders bemerkenswert. Außerdem ist die Anzahl an zu montierenden Tantalcarbid-Bauteilen 9 gering und die Form des Tantalcarbid-Bauteils 9 ist entlang dem äußeren peripheren Rand des Halbleiter-Wafers 2 groß; daher kann verhindert werden, dass die Tantalcarbid-Bauteile 9 zur Zeit einer Herstellung nicht montiert werden. Ferner ist das Tantalcarbid-Bauteil 9 ähnlich demjenigen der Ausführungsform 1 austauschbar, so dass das Tantalcarbid-Bauteil 9 gegen ein Tantalcarbid-Bauteil 9 getauscht werden kann, an dem keine Abscheidung anhaftet. Außerdem ist die Bearbeitbarkeit, insbesondere die Montierbarkeit auf und Abnehmbarkeit von dem Halbleiter-Wafer 2, äußerst hervorragend. Dementsprechend kann epitaktisches Wachstum auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 so gefördert werden, dass man eine gleichmäßige Trägerdichte hat, und daher können stabile und einwandfreie Vorrichtungscharakteristiken erhalten werden.
  • Das Tantalcarbid-Bauteil 9 muss nur bei der Stufe auf dem äußeren peripheren Rand des Wafer-Halters 2 und außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats 1 montiert werden, und dessen Form ist nicht auf eine Ringform beschränkt.
  • Obwohl sie von der Bearbeitbarkeit und Produktivität abhängt, muss die Anzahl an Tantalcarbid-Bauteilen 9 für den Wafer-Halter 2 nicht auf Eins beschränkt sein, eine Vielzahl von Tantalcarbid-Bauteilen 9, zum Beispiel zwei, können übernommen werden.
  • Das Verfahren zum Herstellen des epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers, worin die epitaktische Wachstumsschicht auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 unter Verwendung der obigen Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid ausgebildet wird, ist das Gleiche wie dasjenige der Ausführungsform 1, und mit dem Verfahren kann epitaktisches Wachstum auf dem Siliziumcarbid-Substrat 1 so gefördert werden, dass man eine gleichmäßige Trägerdichte hat.

Claims (5)

  1. Vorrichtung für epitaktisches Wachstum von Siliziumcarbid, aufweisend: - einen Wafer-Halter (2), auf dem ein Siliziumcarbid-Substrat (1) montiert ist; - einen Drehtisch (5), auf dem der Wafer-Halter (2) montiert ist; - einen Suszeptor (6), der das Siliziumcarbid-Substrat und den Wafer-Halter abdeckt und in den ein Wachstumsgas, ein Dotierungsgas und ein Trägergas zugeführt werden kann; - Induktionsheizspulen (7), die um den Suszeptor (6) herum ausgebildet sind; und - ein Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9), das auf einem peripheren Randteilbereich in einem oberen Teilbereich des Wafer-Halters (2) montiert ist, wobei das Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9) in einer Draufsicht auf den oberen Teilbereich des Wafer-Halters (2) ausschließlich außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats (1) positioniert ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: - das Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9), das aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet ist, eine Tantalcarbid-Schicht als dessen Oberflächenschicht aufweist, und - das Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9) austauschbar ist.
  3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9), das in Draufsicht auf den oberen Teilbereich des Wafer-Halters (2) ausschließlich außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats (1) liegt, eine sich entlang einer äußeren Peripherie des Wafer-Halters (2) erstreckende Form aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: - der Wafer-Halter (2) eine Stufenform an seinem peripheren Randteilbereich aufweist und - das Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9) bei einer Stufe des peripheren Randteilbereichs des Wafer-Halters (2) montiert ist.
  5. Verfahren zum Herstellen eines epitaktischen Siliziumcarbid-Wafers, aufweisend: - ein Einführen eines Wafer-Halters (2), der mit einem Siliziumcarbid-Substrat (1) und einem Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9) bestückt ist, zu einem Drehtisch (5) in einem Suszeptor (6) mittels eines Transfermechanismus; - ein Heizen des Siliziumcarbid-Substrats (1), des Wafer-Halters (2) und des Drehtisches (5) durch um den Suszeptor (6) herum ausgebildete Induktionsheizspulen (7); - ein Zuführen eines Wachstumsgases, eines Dotierungsgases und eines Trägergases in den Suszeptor (6); - ein Kühlen durch Stoppen des Heizens und der Gaszufuhr; und - ein Entnehmen des Wafer-Halters (2) aus dem Drehtisch (5) mittels des Transfermechanismus und ein Entladen des Siliziumcarbid-Substrats (1), wobei das Tantalcarbid-Bauteil (4, 8, 9) in einer Draufsicht auf einen oberen Teilbereich des Wafer-Halters (2) ausschließlich außerhalb des Siliziumcarbid-Substrats (1) positioniert ist.
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