DE112011102528T5

DE112011102528T5 - Siliziumkarbid-Substrat, Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE112011102528T5
Application number: DE112011102528T
Authority: DE
Inventors: Makoto Sasaki; Satomi Itoh; Kyoko Okita; Shin Harada
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-06-27
Also published as: WO2012014645A1; JPWO2012014645A1; US8969103B2; JP5928335B2; CN102959709A; US20130109110A1; TW201205803A; CN102959709B

Abstract

Ein Siliziumkarbid-Substrat (1) wird aus Siliziumkarbid hergestellt. Bei dem Siliziumkarbid-Substrat (1) bilden eine Normallinie einer Hauptfläche (1A) des Siliziumkarbid-Substrats (1) und eine Normallinie einer {03–38}-Ebene einen Winkel von 0,5° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene, die eine <01–10>-Richtung und eine <0001>-Richtung einschließt. Auf diese Weise kann das Siliziumkarbid-Substrat (1) geschaffen werden, das sowohl Verbesserung von Kanalbeweglichkeit einer Halbleitervorrichtung als auch stabile Eigenschaften derselben ermöglicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumkarbid-Substrat, eine Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben, insbesondere ein Siliziumkarbid-Substrat, eine Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben, mit denen stabile Eigenschaften einer Halbleitervorrichtung erzielt werden, die ein Siliziumkarbid-Substrat enthält.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren ist begonnen worden, Siliziumkarbid als ein Material für eine Halbleitervorrichtung einzusetzen, um hohe Durchschlagspannung, geringen Verlust sowie Einsatz von Halbleitervorrichtungen bei hohen Temperaturen zu erreichen. Siliziumkarbid ist ein Halbleiter mit großem Bandabstand, dessen Bandabstand größer ist als der von Silizium, das herkömmlicherweise verbreitet als ein Material für Halbleitervorrichtungen eingesetzt worden ist. Daher kann, wenn Siliziumkarbid als ein Material für eine Halbleitervorrichtung eingesetzt wird, die Halbleitervorrichtung eine hohe Durchschlagspannung, reduzierten Durchlasswiderstand und dergleichen aufweisen. Des Weiteren weist die Halbleitervorrichtung, für die Siliziumkarbid als Material eingesetzt wird, Eigenschaften auf, die vorteilhafterweise selbst bei hohen Temperaturen weniger beeinträchtigt werden als die einer Halbleitervorrichtung, für die Silizium als Material eingesetzt wird.
Angesichts dieser Umstände sind verschiedene Siliziumkarbid-Kristalle, die bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden, sowie Verfahren zum Herstellen von Siliziumkarbid-Substraten untersucht worden, und verschiedene Ideen sind unterbreitet worden (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-280531 (Patentdokument 1)).
Liste der Anführungen
Patentdokument

Patentdokument 1: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-280531

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es besteht jedoch Bedarf an Halbleitervorrichtungen, mit denen weitere Verbesserung ihrer Eigenschaften erzielt wird, so beispielsweise bessere Kanalbeweglichkeit. Zusätzlich zu dieser Verbesserung von Eigenschaften ist es wichtig, dass geringe Abweichung von Eigenschaften zwischen den Halbleitervorrichtungen erzielt wird.
Angesichts dessen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Siliziumkarbid-Substrat, eine Halbleitervorrichtung sowie Verfahren zum Herstellen derselben zu schaffen, um sowohl Verbesserung der Kanalbeweglichkeit der Halbleitervorrichtung als auch stabile Eigenschaften derselben zu erzielen.
Lösung des Problems
Ein Siliziumkarbid-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung wird aus Siliziumkarbid hergestellt, und eine Normallinie wenigstens einer Hauptfläche des Siliziumkarbid-Substrats sowie eine Normallinie einer {03–38}-Ebene bilden einen Winkel von 0,5° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene, die eine <01–10>-Richtung und eine <0001>-Richtung einschließt.
Die Erfinder haben detaillierte Untersuchungen angestellt, um sowohl Verbesserung der Kanalbeweglichkeit der Halbleitervorrichtung als auch stabile Eigenschaften derselben zu erzielen. Die Erfinder haben so die im Folgenden aufgeführten Erkenntnisse gewonnen und sind zu der vorliegenden Erfindung gelangt.
Die Einzelheiten werden im Folgenden beschrieben. Das heißt, wenn eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Substrats hergestellt wird, wird eine Epitaxieschicht auf dem Siliziumkarbid-Substrat ausgebildet. Dann wird auf der Epitaxieschicht eine Elektrode ausgebildet. Wenn ein MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) oder ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) hergestellt wird, wird ein isolierender Film, wie beispielsweise ein Oxid-Film, auf der Epitaxieschicht ausgebildet. Auf dem isolierenden Film wird eine Gate-Elektrode ausgebildet. In der Epitaxieschicht dient ein Bereich, der mit dem isolierenden Film in Kontakt ist, der unmittelbar unter der Gate-Elektrode angeordnet ist, als ein Kanalbereich.
Dabei wird, wenn die wenigstens eine Hauptfläche des Siliziumkarbid-Substrats so eingerichtet ist, dass sie einer Ebene nahe der {03–38}-Ebene von Siliziumkarbid entspricht, das das Siliziumkarbid-Substrat bildet, und die Epitaxieschicht auf der Hauptfläche so ausgebildet wird, dass eine Halbleitervorrichtung, wie beispielsweise der MOSFET oder der IGBT, hergestellt wird, der Kanalbereich so ausgebildet, dass er die Ebene nahe der {03–38}-Ebene einschließt. Auf diese Weise kann Kanalbeweglichkeit der Halbleitervorrichtung verbessert werden.
Des Weiteren sind die Erfinder zu der Erkenntnis gekommen, dass, wenn eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Substrats hergestellt wird, das eine Hauptfläche nahe der {03–38}-Ebene hat, Eigenschaften der Halbleitervorrichtung häufig stark variieren, und sind zu der Erkenntnis gekommen, dass die Variation aus Abweichung der Hauptfläche von der {03–38}-Ebene resultiert.
Das heißt, beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung wird ein Fremdstoff eingesetzt, um Träger in der Epitaxieschicht zu generieren. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass selbst wenn das Einsetzen des Fremdstoffs normal durchgeführt wird, die Dichte der erzeugten Träger nur dann stark variiert, wenn die Ebenen-Orientierung der Hauptfläche geringfügig von der {03–38}-Ebene in der spezifischen Ebene abweicht, d. h. in der Ebene, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass, wenn die Normallinie der Hauptfläche und die Normallinie der {03–38}-Ebene so eingerichtet sind, dass sie einen Winkel von 0,5° oder weniger in der Orthogonalprojektion auf die Ebene, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, Abweichung der Trägerkonzentration ausreichend verhindert werden kann und verhindert werden kann, dass Eigenschaften von Halbleitervorrichtungen variieren.
So bilden bei dem Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung die Normallinie der wenigstens einen Hauptfläche und die Normallinie der {03–38}-Ebene einen Winkel von 0,5° oder weniger in der Orthogonalprojektion auf die Ebene, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, so dass Kanalbeweglichkeit einer unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats hergestellten Halbleitervorrichtung verbessert wird und damit Abweichung der Trägerkonzentration verhindert wird. Dadurch kann mit dem Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung ein Siliziumkarbid-Substrat geschaffen werden, das sowohl Verbesserung der Kanalbeweglichkeit einer Halbleitervorrichtung als auch stabile Eigenschaften derselben ermöglicht.
Bei dem Siliziumkarbid-Substrat können die Normallinie der einen Hauptfläche und die Normallinie der {03–38}-Ebene einen Winkel von 10° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene bilden, die eine <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt.
Obwohl der Einfluss geringer ist als der der Abweichung in der Ebene, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, variiert eine Dichte erzeugter Träger aufgrund der Abweichung in der Ebene, die die <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt. Wenn die Abweichung in der Ebene, die die <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, so festgelegt wird, dass sie 10° oder weniger beträgt, kann die Abweichung der Trägerkonzentration weiter verhindert werden.
Das Siliziumkarbid-Substrat kann einen Durchmesser von 50,8 mm oder mehr haben. Dadurch wird die Effizienz beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats verbessert.
Das Siliziumkarbid-Substrat kann eine Trägerschicht sowie eine Einkristall-Siliziumkarbid-Schicht enthalten, die auf der Trägerschicht ausgebildet ist, wobei die eine Hauptfläche eine Fläche der Einkristall-Siliziumkarbid-Schicht ist, die der Trägerschicht gegenüberliegt.
Auf diese Weise wird ein kostengünstiges Träger-Substrat beispielsweise als die Trägerschicht hergestellt. Das heißt, es wird ein Substrat, das aus einem Einkristall-Siliziumkarbid oder einem Mehrkristall-Siliziumkarbid-Substrat besteht, die beide eine hohe Defektdichte haben, oder ein Träger-Substrat, das aus Metall besteht, gefertigt. Auf dieser Trägerschicht werden Substrate, die aus Siliziumkarbid-Einkristall hervorragender Qualität bestehen, angeordnet, um so das Sillziumkarbid-Substrat zu relativ günstigen Kosten herzustellen. Insbesondere stellt ein Siliziumkarbid-Substrat mit großem Durchmesser ein Problem dar. Daher werden beispielsweise die Vielzahl von Einkristall-Siliziumkarbid-Substraten, die ausgezeichnete Qualität aufweisen, jedoch klein sind, in Draufsicht gesehen, nebeneinander auf dem Träger-Substrat angeordnet. Auf diese Weise kann ein kostengünstiges Siliziumkarbid-Substrat mit einem großen Durchmesser gewonnen werden, indem das Siliziumkarbid-Substrat hergestellt wird, bei dem die Vielzahl von Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten nebeneinander auf der Trägerschicht entlang der Hauptfläche der Trägerschicht angeordnet sind.
Das Siliziumkarbid-Substrat kann des Weiteren eine auf der Hauptfläche ausgebildete Epitaxieschicht enthalten. Dies erleichtert die Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats. Es ist anzumerken, dass die oben beschriebene Epitaxieschicht als eine Pufferschicht, eine Durchschlagspannungs-Halteschicht (Drift-Schicht) und dergleichen in der Halbleitervorrichtung genutzt werden kann.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Siliziumkarbid-Substrat, das die oben beschriebene Epitaxieschicht enthält, und eine auf der Epitaxieschicht ausgebildete Elektrode. Mit der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleitervorrichtung geschaffen werden, mit der sowohl Verbesserung von Kanalbeweglichkeit als auch stabile Eigenschaften erzielt werden, da das Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung darin enthalten ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats mittels der vorliegenden Erfindung schließt die Schritte ein, in denen ein aus Siliziumkarbid bestehender Block, ein sogenannter Ingot, gefertigt wird, aus dem Ingot ein Substrat gewonnen wird und geprüft wird, ob eine Normallinie wenigstens einer Hauptfläche des gewonnenen Substrats und eine Normallinie einer {03–38}-Ebene einen Winkel von 0,5° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene, die eine <01–10>-Richtung und eine <0001>-Richtung einschließt, bilden oder nicht.
Auf diese Weise kann das oben beschriebene Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung sicher hergestellt werden. Es ist zu bemerken, dass das Substrat aus dem Ingot beispielsweise gewonnen werden kann, indem der Ingot so in Scheiben geschnitten wird, dass das Substrat wenigstens eine Hauptfläche aufweist, die einer Ebene nahe der {03–38}-Ebene entspricht. Des Weiteren kann der Winkel, der durch die Normallinie der wenigstens einen Hauptfläche des gewonnenen Substrats und die Normallinie der {03–38}-Ebene gebildet wird, beispielsweise unter Verwendung eines Röntgenbeugungsverfahrens geprüft werden.
Das Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats kann des Weiteren den Schritt einschließen, in dem geprüft wird, ob die Normallinie der einen Hauptfläche des gewonnenen Substrats und die Normallinie der {03–38}-Ebene einen Winkel von 10° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene bilden, die eine <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließen. Auf diese Weise kann das Siliziumkarbid-Substrat, das in der Lage ist, Abweichung von Trägerkonzentration in der Halbleitervorrichtung zu verhindern, sicherer hergestellt werden. Es ist zu bemerken, dass der Schritt, in dem geprüft wird, ob der Winkel, der durch die Normallinie der oben beschriebenen einen Hauptfläche und die Normallinie der {03–38}-Ebene gebildet wird, 0,5° oder weniger in der Orthogonalprojektion auf die Ebene, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, beträgt oder nicht, und der Schritt, in dem geprüft wird, ob der Winkel 10° oder weniger in der Orthogonalprojektion auf die Ebene, die die <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, beträgt oder nicht, separat oder gleichzeitig durchgeführt werden können.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats kann das Substrat einen Durchmesser von 50,8 mm oder mehr haben. Auf diese Weise kann ein Siliziumkarbid-Substrat hergestellt werden, mit dem die Effizienz beim Herstellen von Halbleitervorrichtungen unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats verbessert werden kann.
Das Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats kann des Weiteren die Schritte des Anordnens des gewonnenen Substrats auf einem separat gefertigten Träger-Substrat sowie des Verbindens des Träger-Substrats und des Substrats miteinander einschließen.
Dementsprechend kann das oben beschriebene Siliziumkarbid-Substrat hergestellt werden, das die Trägerschicht und die auf der Trägerschicht ausgebildete Einkristall-Siliziumkarbid-Schicht enthält, wobei die oben beschriebene eine Hauptfläche eine der Trägerschicht gegenüberliegende Fläche der Einkristall-Siliziumkarbid-Schicht ist.
Das Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats kann des Weiteren den Schritt des Ausbildens einer Epitaxieschicht auf der Hauptfläche einschließen. Auf diese Weise kann das Siliziumkarbid-Substrat hergestellt werden, das Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats ermöglicht.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Schritte ein, in denen ein Siliziumkarbid-Substrat unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats gefertigt wird, das den Schritt des Ausbildens der Epitaxieschicht einschließt, und in denen eine Elektrode auf der Epitaxieschicht ausgebildet wird. Auf diese Weise kann die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, die stabile Eigenschaften hat.
Es ist zu bemerken, dass ein Bereich im Abstand von 2 mm zu dem Außenumfang des Siliziumkarbid-Substrats normalerweise beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung nicht genutzt wird. Daher kann die oben beschriebene Bedingung für den Winkel, der durch die Normallinie der Hauptfläche und die Normallinie der {03–38}-Ebene gebildet wird, in einem Bereich hergestellt werden, der den Bereich im Abstand von 2 mm zu dem Außenumfang ausschließt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Wie aus der obenstehenden Beschreibung ersichtlich wird, können mit dem Siliziumkarbid-Substrat, der Halbleitervorrichtung und den Verfahren zum Herstellen derselben gemäß der vorliegenden Erfindung ein Siliziumkarbid-Substrat, eine Halbleitervorrichtung sowie Verfahren zum Herstellen derselben geschaffen werden, mit denen sowohl Verbesserung von Kanalbeweglichkeit der Halbleitervorrichtung als auch stabile Eigenschaften derselben erzielt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines Siliziumkarbid-Substrats zeigt.
2 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines Siliziumkarbid-Substrats zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats darstellt.
4 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Vertikal-MOSFET zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen des Vertikal-MOSFET darstellt.
6 ist eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Herstellen des Vertikal-MOSFET.
7 ist eine schematische Schnittansicht zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Herstellen des Vertikal-MOSFET.
8 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen des Verfahrens zum Herstellen des Vertikal-MOSFET.
9 ist eine schematische Schnittansicht zum Veranschaulichen des Verfahrens zum Herstellen des Vertikal-MOSFET.
10 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Aufbau eines Siliziumkarbid-Substrats in einer dritten Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats in der dritten Ausführungsform darstellt.
12 stellt eine Beziehung zwischen einem Abweichungswinkel gegenüber der {03–38}-Ebene und der Abweichung von Trägerkonzentration dar.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren beschrieben. Es ist zu bemerken, dass in den unten aufgeführten Figuren die gleichen oder entsprechende Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht wiederholt beschrieben werden. Des Weiteren wird in der vorliegenden Patentbeschreibung eine individuelle Orientierung mit [] dargestellt, eine Gruppen-Orientierung wird mit <> dargestellt, eine individuelle Ebene wird mit () dargestellt und eine Gruppen-Ebene wird mit {} dargestellt.
Des Weiteren sollte ein negativer Index kristallographisch angegeben werden, indem ”–” (Strich) über eine Zahl gesetzt wird, er wird jedoch in der vorliegenden Patentbeschreibung angezeigt, indem das negative Vorzeichen vor die Zahl gesetzt wird.
Erste Ausführung
Zunächst wird eine erste Ausführungsform beschrieben, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Ein Siliziumkarbid-Substrat 1 in der ersten Ausführungsform in 1 besteht aus Siliziumkarbid. Bei dem Siliziumkarbid-Substrat 1 bilden eine Normallinie einer Hauptfläche 1A von Siliziumkarbid-Substrat 1 und eine Normallinie einer {03–38}-Ebene einen Winkel von 0,5° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene, die eine <01–10>-Richtung und eine <0001>-Richtung einschließt.
So wird, wenn Hauptfläche 1A von Siliziumkarbid-Substrat 1 so eingerichtet ist, dass sie einer Ebene nahe der {03–38}-Ebene von Siliziumkarbid entspricht, das das Siliziumkarbid-Substrat bildet, und eine Epitaxieschicht auf einer Hauptfläche 1A so ausgebildet wird, dass eine Halbleitervorrichtung, wie beispielsweise ein MOSFET oder ein IGBT, hergestellt wird, ein Kanalbereich desselben so ausgebildet, dass er die Ebene nahe der {03–38}-Ebene einschließt. Dadurch kann Kanalbeweglichkeit der Halbleitervorrichtung verbessert werden.
Des Weiteren kann, wenn die Normallinie von Hauptfläche 1A und die Normallinie der {03–38}-Ebene einen Winkel von 0,5° oder weniger in der Orthogonalprojektion auf die Ebene bilden, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, Abweichung der Trägerkonzentration von Halbleitervorrichtungen, die unter Verwendung dieses Siliziumkarbid-Substrats hergestellt werden, ausreichend eingeschränkt werden. Dadurch ist Siliziumkarbid-Substrat 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Siliziumkarbid-Substrat, das sowohl Verbesserung von Kanalbeweglichkeit einer Halbleitervorrichtung als auch stabile Eigenschaften derselben ermöglicht.
Des Weiteren bilden bei Siliziumkarbid-Substrat 1 der vorliegenden Ausführungsform die Normallinie von Hauptfläche 1A und die Normallinie der {03–38}-Ebene vorzugsweise einen Winkel von 10° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene, die eine <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt.
Die Abweichung in der Ebene, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, hat, wie oben beschriebenen, einen starken Einfluss auf die Variation (Abweichung) von Trägerkonzentration. Obwohl der Einfluss kleiner ist als in dem oben beschriebenen Fall, variiert eine Dichte erzeugter Träger auch aufgrund von Abweichung in der Ebene, die senkrecht zu der oben erwähnten Ebene ist und die <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt. Wenn die Abweichung in der Ebene, die die <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, auf 10° oder weniger festgelegt wird, kann die Variation von Trägerkonzentration weiter eingeschränkt werden.
Des Weiteren hat Siliziumkarbid-Substrat 1 der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise einen Durchmesser von 50,8 mm oder mehr. Durch den Einsatz von Siliziumkarbid-Substrat 1 mit diesem großen Durchmesser kann die Effizienz beim Herstellen von Halbleitervorrichtungen verbessert werden.
Des Weiteren kann, wie unter Bezugnahme auf 2 zu sehen ist, in der vorliegenden Ausführungsform ein Siliziumkarbid-Substrat 2 eingesetzt werden, das eine an Hauptfläche 1A ausgebildete Epitaxieschicht 20 enthält. In diesem Fall bilden auch an Hauptfläche 2A von Epitaxieschicht 20 die Normallinie von Hauptfläche 2A und die Normallinie der {03–38}-Ebene in der Orthogonalprojektion auf die oben beschriebene vorgegebene Ebene einen Winkel, der in einen Bereich fällt, der die oben beschriebene Bedingung erfüllt. Dadurch kann, auch wenn eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung dieses Siliziumkarbid-Substrats 2 hergestellt wird, die Variation (Abweichung) von Trägerkonzentration in der Halbleitervorrichtung eingeschränkt werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Als ein Schritt (S10) wird zunächst, wie unter Bezugnahme auf 3 zu sehen ist, ein Schritt zum Fertigen eines Ingot durchgeführt. In diesem Schritt (S10) wird ein aus Siliziumkarbid bestehender Ingot gefertigt. Das heißt, es wird beispielsweise ein Keimsubstrat mit einer Hauptfläche gefertigt, die der (0001)-Ebene entspricht. Dann wird auf der Hauptfläche ein Siliziumkarbid-Einkristall in der [0001]-Richtung gezüchtet, um so den aus Siliziumkarbid bestehenden Ingot herzustellen.
Dann wird als ein Schritt (S20) ein Schritt zum Schneiden in Scheiben durchgeführt. In diesem Schritt (S20) wird der in Schritt (S10) gefertigte Ingot in Scheiben geschnitten, um ein Substrat herzustellen. Das heißt, wenn das Keimsubstrat, dessen Hauptfläche der (0001)-Ebene entspricht, gefertigt wird und in der [0001]-Richtung gezüchtet wird, um den Ingot zu fertigen, wie dies oben beschrieben ist, wird ein Substrat, dessen Hauptfläche sich nahe der {03–38}-Ebene befindet, gewonnen, indem der Ingot entlang einer Ebene in Scheiben geschnitten wird, die um einen vorgegebenen Winkel relativ zu der {0001}-Ebene des Ingot geneigt ist. Dadurch kann, wenn das gewonnene Substrat so eingerichtet ist, dass es einen Durchmesser von 50,8 mm oder mehr hat, die Effizienz beim Herstellen einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats verbessert werden, das mit dem Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats in der vorliegenden Ausführungsform gewonnen wird.
Dann wird als ein Schritt (S30) ein Polierschritt durchgeführt. In diesem Schritt (S30) wird die Hauptfläche des in Schritt (S20) gewonnenen Substrats poliert und geglättet.
Dann wird als ein Schritt (S40) ein Schritt zum Prüfen einer Ebenen-Orientierung durchgeführt. In diesem Schritt (S40) wird geprüft, ob die Normallinie wenigstens einer Hauptfläche des gewonnenen Substrats und die Normallinie der {03–38}-Ebene einen Winkel (Abweichungswinkel) von 0,5° oder weniger in der Orthogonalprojektion auf die Ebene, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, bilden oder nicht. Das heißt, da die {03–38}-Ebene des Siliziumkarbid-Einkristalls eine Ebene ist, deren Energieniveau in einem verbotenen Band liegt, kann die Ebenen-Orientierung der Hauptfläche des Substrats mittels eines Röntgenbeugungsverfahrens beispielsweise unter Verwendung der (1–102)-Ebene als eine Beugungsebene geprüft werden. Dabei bilden, wenn eine Röntgenbeugungsvorrichtung mit Cu (Kupfer) als Target eingesetzt wird, die (1–102)-Ebene und die {03–38}-Ebene einen Winkel von 7,4°. Basierend darauf kann der oben beschriebene Abweichungswinkel berechnet werden.
Des Weiteren wird in Schritt (S40) vorzugsweise geprüft, ob die Normallinie der Hauptfläche des gewonnenen Substrats und die Normallinie der {03–38}-Ebene einen Winkel von 10° oder weniger in der Orthogonalprojektion auf die Ebene bilden, die die <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt. Die Prüfungen des Winkels, der durch die Normallinie der Hauptfläche des Substrats und die Normallinie der {03–38}-Ebene gebildet wird, können einzeln oder gleichzeitig durchgeführt werden.
Wenn sich in Schritt (S40) ergibt, dass die Bedingung bezüglich des Winkels nicht erfüllt ist, wird das Substrat ausgesondert. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird das Substrat als ein Erzeugnis betrachtet. Mit dem oben beschriebenen Vorgang ist das Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats in der vorliegenden Ausführungsform abgeschlossen und damit Siliziumkarbid-Substrat 1 der vorliegenden Ausführungsform hergestellt.
Des Weiteren kann als ein Schritt (S50) ein Schritt des epitaxialen Aufwachsens durchgeführt werden. In diesem Schritt (S50) wird Epitaxieschicht 20 an einer Hauptfläche 1A des in Schritt (S40) gewonnenen Siliziumkarbid-Substrats 1 ausgebildet (siehe 1 und 2). Auf diese Weise wird Siliziumkarbid-Substrat 2, das Epitaxieschicht 20 enthält, in der vorliegenden Ausführungsform hergestellt.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird als eine zweite Ausführungsform eine beispielhafte Halbleitervorrichtung beschrieben, die unter Verwendung des oben beschriebenen Siliziumkarbid-Substrats der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Eine Halbleitervorrichtung 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wie unter Bezugnahme auf 4 zu sehen ist, ein DiMOSFET (Double Implanted MOSFET) vom Vertikal-Typ, der ein Substrat 102, eine Pufferschicht 121, eine Durchschlagspannungs-Halteschicht 122, p-Bereiche 123, n⁺-Bereiche 124, p⁺-Bereiche 125, einen Oxid-Film 126, Source-Elektroden 111, obere Source-Elektroden 127, eine Gate-Elektrode 110 sowie eine Drain-Elektrode 112 enthält, die an der Rückseite von Substrat 102 ausgebildet sind. Das heißt, Pufferschicht 121, die aus Siliziumkarbid besteht, ist an einer Fläche von Substrat 102 ausgebildet, das aus Siliziumkarbid mit n-Leitfähigkeit besteht. Als Substrat 102 wird ein Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung gefertigt, wobei dies das in der ersten Ausführungsform beschriebene Siliziumkarbid-Substrat 1 einschließt. Wenn Siliziumkarbid-Substrat 1 in der ersten Ausführungsform eingesetzt wird, wird Pufferschicht 121 auf Hauptfläche 1A von Siliziumkarbid-Substrat 1 ausgebildet. Pufferschicht 121 weist n-Leitfähigkeit auf und hat eine Dicke von beispielsweise 0,5 μm. Des Weiteren hat der Fremdstoff mit n-Leitfähigkeit in Pufferschicht 121 beispielsweise eine Konzentration von 5 × 10¹⁷ cm^–3. Auf Pufferschicht 121 ist Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 ausgebildet. Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 besteht aus Siliziumkarbid mit n-Leitfähigkeit und hat beispielsweise eine Dicke von 10 μm. Des Weiteren enthält Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 Fremdstoff mit n-Leitfähigkeit in einer Konzentration von beispielsweise 5 × 10¹⁵ cm^–3.
Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 hat eine Fläche, in der p-Bereiche 123 mit p-Leitfähigkeit mit einem Zwischenraum zwischen ihnen ausgebildet sind. In jedem der p-Bereiche 123 ist ein n⁺-Bereich 127 an der Oberflächenschicht von p-Bereich 123 ausgebildet. Des Weiteren ist an einer an n⁺-Bereich 124 angrenzenden Position ein p⁺-Bereich 125 ausgebildet. Ein Oxid-Film 126 ist so ausgebildet, dass er sich an n⁺-Bereich 124 in einem p-Bereich 123, p-Bereich 123, einem freiliegenden Abschnitt von Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 zwischen den zwei p-Bereichen 123, dem anderen p-Bereich 123 sowie n⁺-Bereich 124 in dem anderen p-Bereich 123 erstreckt. An Oxid-Film 126 ist Gate-Elektrode 110 ausgebildet. Des Weiteren sind Source-Elektroden 111 an n⁺-Bereichen 124 und p⁺-Bereichen 125 ausgebildet. An den Source-Elektroden 111 sind obere Source-Elektroden 127 ausgebildet. Weiterhin ist Drain-Elektrode 112 an der Rückseite von Substrat 102 ausgebildet, d. h. der Fläche, die seiner Fläche gegenüberliegt, an der Pufferschicht 121 ausgebildet ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird in Halbleitervorrichtung 101 als Substrat 102 das Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung eingesetzt, wobei dies das in der ersten Ausführungsform beschriebene Siliziumkarbid-Substrat 1 einschließt. Das heißt, Halbleitervorrichtung 101 enthält Substrat 102, das als das Siliziumkarbid-Substrat dient, Pufferschicht 121 sowie Durchschlagspannungs-Halteschicht 122, die beide als Epitaxieschichten dienen, die auf und oberhalb von Substrat 102 ausgebildet sind, und Source-Elektroden 111 sowie Gate-Elektrode 110, die auf Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 ausgebildet sind. Substrat 106 ist das Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung.
Dabei ist, wie oben beschrieben, das Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung ein Siliziumkarbid-Substrat, das sowohl Verbesserung von Kanalbeweglichkeit einer Halbleitervorrichtung als auch stabile Eigenschaften derselben ermöglicht. Daher ist Halbleitervorrichtung 101 eine Halbleitervorrichtung, die hohe Kanalbeweglichkeit und stabile Eigenschaften aufweist. Das heißt, da die Hauptfläche von Substrat 102 einer Ebene nahe der {03–38}-Ebene entspricht, entspricht Hauptfläche 122A von Durchschlagspannungs-Halteschicht 122, die eine Epitaxieschicht ist, der Ebene nahe der {03–38}-Ebene. Dadurch ist die Beweglichkeit im Kanalbereich (Bereich, der mit Oxid-Film 126 in Kontakt ist, der unmittelbar unterhalb von Gate-Elektrode 110 in jedem p-Bereich 123 angeordnet ist) hoch. Des Weiteren wird, da die Abweichung von der {03–38}-Ebene an der Hauptfläche von Substrat 102 entsprechend eingeschränkt wird, Variation (Abweichung) der Trägerkonzentration in Pufferschicht 121, Durchschlagspannungs-Halteschicht 122, p-Bereich 123, n⁺-Bereich 124, p⁺-Bereich 125 und dergleichen ausreichend eingeschränkt. Daher ist Halbleitervorrichtung 101 ein MOSFET mit stabilen Eigenschaften, wie beispielsweise Schwellenspannung und Durchschlagspannung.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen der in 4 gezeigten Halbleitervorrichtung 101 unter Bezugnahme auf 5 bis 9 beschrieben. Zunächst wird, wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, ein Schritt (S110) zum Fertigen eines Siliziumkarbid-Substrats durchgeführt. Dabei wird Substrat 102 (siehe 6) gefertigt, das aus Siliziumkarbid besteht. Als Substrat 102 wird ein Siliziumkarbid-Substrat der vorliegenden Erfindung gefertigt, wobei dies das in der ersten Ausführungsform beschriebene Siliziumkarbid-Substrat 1 einschließt.
Als Substrat 102 (siehe 4) kann ein Substrat eingesetzt werden, das beispielsweise n-Leitfähigkeit aufweist und einen Substrat-Widerstand von 0,02 Ωcm hat.
Dann wird, wie in 5 gezeigt, ein Schritt (S120) zum Ausbilden einer Epitaxieschicht durchgeführt. Das heißt, Pufferschicht 121 wird an der Oberfläche von Substrat 102 ausgebildet. Pufferschicht 121 wird auf Hauptfläche 1A (siehe 1) von Siliziumkarbid-Substrat 1 ausgebildet, das als Substrat 102 dient. Als Pufferschicht 121 wird eine Epitaxieschicht ausgebildet, die aus Siliziumkarbid mit n-Leitfähigkeit besteht und beispielsweise eine Dicke von 0,5 μm hat. Pufferschicht 121 enthält einen leitenden Fremdstoff in einer Dichte von beispielsweise 5 × 10¹⁷ cm^–3. Dann wird auf Pufferschicht 121 Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 ausgebildet, wie dies in 6 dargestellt ist. Als Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 wird eine aus Siliziumkarbid mit n-Leitfähigkeit bestehende Schicht unter Verwendung eines Verfahrens zum epitaktischen Aufwachsen ausgebildet. Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 kann eine Dicke von beispielsweise 10 μm haben. Des Weiteren enthält Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 einen Fremdstoff mit n-Leitfähigkeit in einer Dichte von beispielsweise 5 × 10¹⁵ cm^–3.
Dann wird, wie in 5 gezeigt, ein Implantationsschritt (S130) durchgeführt. Das heißt, ein Fremdstoff mit p-Leitfähigkeit wird unter Verwendung eines mittels Fotolithographie und Ätzen ausgebildeten Oxid-Films als Maske in Durchschlagspannungs-Halteschicht 122 implantiert. Des Weiteren wird nach Entfernen des so eingesetzten Oxid-Films ein Oxid-Film mit einer neuen Struktur über Fotolithographie und Ätzen ausgebildet. Unter Verwendung dieses Oxid-Films als eine Maske wird ein leitender Fremdstoff mit n-Leitfähigkeit in vorgegebene Bereiche implantiert, um n⁺-Bereiche 124 auszubilden. Auf ähnliche Weise wird ein leitender Fremdstoff mit p-Leitfähigkeit implantiert, um p⁺-Bereiche 125 auszubilden. So wird die in 7 gezeigte Struktur hergestellt.
Nach diesem Implantationsschritt wird ein Aktivierungs-Ausheilprozess durchgeführt. Dieser Aktivierungs-Ausheilprozess kann unter Bedingungen durchgeführt werden, bei denen beispielsweise Argon-Gas als atmosphärisches Gas eingesetzt wird, die Erwärmungstemperatur auf 1700°C eingestellt ist und die Erwärmungszeit auf 30 Minuten eingestellt ist. Dabei kann, da die Abweichung von der {03–38}-Ebene an der Hauptfläche von Substrat 102 entsprechend eingeschränkt wird, die Aktivierung in ausreichendem Maß erreicht werden, so dass eine Trägerkonzentration nahe an einem Sollwert erzielt wird.
Danach wird ein Schritt (S140) zum Ausbilden eines Gate-Isolierfilms durchgeführt, wie dies in 5 dargestellt ist. Das heißt, ein Oxid-Film 126 wird, wie in 8 dargestellt, so ausgebildet, dass Durchschlagspannungs-Halteschicht 122, p-Bereiche 123, n⁺-Bereiche 124 und p⁺-Bereiche 125 ausgebildet werden. Eine Bedingung zum Ausbilden von Oxid-Film 126 kann beispielsweise Durchführen von Trockenoxidation (thermische Oxidation) sein. Die Bedingungen zum Durchführen der Trockenoxidation können darin bestehen, dass die Erwärmungstemperatur auf 1200°C eingestellt ist und die Erwärmungszeit auf 30 Minuten eingestellt ist.
Anschließend wird, wie in 5 dargestellt, ein Stickstoff-Ausheilungsschritt (S150) durchgeführt. Das heißt, ein Ausheilungsprozess wird mit Stickstoffmonoxid (NO) als atmosphärischem Gas durchgeführt. Die Temperaturbedingungen für diesen Ausheilprozess bestehen darin, dass die Erwärmungstemperatur 1100°C beträgt und die Erwärmungszeit 120 Minuten beträgt. Dadurch werden Stickstoffatome nahe an der Grenzfläche zwischen Oxid-Film 126 und Durchschlagspannungs-Halteschicht 122, p-Bereichen 123, n⁺-Bereichen 124 und p⁺-Bereichen 125 eingebracht, die unterhalb von Oxid-Film 126 angeordnet sind. Des Weiteren kann nach dem Ausheilschritt unter Verwendung von Stickstoffmonoxid als atmosphärischem Gas zusätzliches Ausheilen unter Verwendung des Gases Argon (Ar) durchgeführt werden, das ein inertes Gas ist. Das heißt, unter Verwendung von Argon-Gas als atmosphärischem Gas kann das zusätzliche Ausheilen unter Bedingungen durchgeführt werden, bei denen die Erwärmungstemperatur auf 1100°C eingestellt ist und die Erwärmungszeit auf 60 Minuten eingestellt ist.
Dann wird, wie in 5 gezeigt, ein Elektroden-Ausbildungsschritt (S160) durchgeführt. Das heißt, ein Resist-Film mit einem Muster bzw. einer Struktur wird mittels des Fotolithografie-Verfahrens auf Oxid-Film 126 ausgebildet. Unter Verwendung des Resist-Films als eine Maske werden Teile des Oxid-Films oberhalb der n⁺-Bereiche 124 und der p⁺-Bereiche 125 mittels Ätzen entfernt. Anschließend wird ein leitender Film, beispielsweise aus Metall, auf dem Resist-Film ausgebildet und in Öffnungen von Oxid-Film 126 in Kontakt mit den n⁺-Bereichen 124 und den p⁺-Bereichen 125 ausgebildet. Danach wird der Resist-Film entfernt, so dass die Abschnitte des leitenden Films, die sich an dem Resist-Film befinden, entfernt (abgelöst) werden. Dabei kann als der Leiter beispielsweise Nickel (Ni) eingesetzt werden. So können, wie in 9 gezeigt, Source-Elektroden 111 hergestellt werden. Es ist zu bemerken, dass bei dieser Gelegenheit vorzugsweise Wärmebehandlung zum Legieren durchgeführt wird. Das heißt, die Wärmebehandlung (Legierungsbehandlung) wird unter Verwendung des Gases Argon (Ar) als atmosphärisches Gas, das ein inertes Gas ist, so durchgeführt, dass beispielsweise die Erwärmungstemperatur auf 950°C eingestellt wird und die Erwärmungszeit auf 2 Minuten eingestellt wird.
Anschließend werden an den Source-Elektroden 111 obere Source-Elektroden 127 (siehe 4) ausgebildet. Des Weiteren wird Gate-Elektrode 110 (siehe 4) an Oxid-Film 126 ausgebildet. Weiterhin wird Drain-Elektrode 112 (siehe 4) ausgebildet. Auf diese Weise kann die in 4 gezeigte Halbleitervorrichtung 101 hergestellt werden.
Es ist zu bemerken, dass in der zweiten Ausführungsform der Vertikal-MOSFET als eine beispielhafte Halbleitervorrichtung dargestellt worden ist, die unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann, jedoch ist die Halbleitervorrichtung, die hergestellt werden kann, nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine andere Halbleitervorrichtung, wie z. B. ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Es ist des Weiteren anzumerken, dass die {03–38}-Ebene vorzugsweise die (0–33–8)-Ebene ist. Dementsprechend kann Kanalbeweglichkeit weiter verbessert werden, wenn ein MOSFET oder dergleichen unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats hergestellt wird. Dabei ist die (0001)-Ebene des Einkristall-Siliziumkarbids aus hexagonalem Kristall als die Silizium-Ebene definiert, während die (000–1)-Ebene als die Kohlenstoff-Ebene definiert ist. Das heißt, die {03–38}-Ebene ist vorzugsweise eine Ebene der Seite der Kohlenstoff-Ebene.
Es ist anzumerken, dass angesichts des Einsatzes bei einer Leistungs- bzw. Stromvorrichtung Siliziumkarbid, das das Siliziumkarbid-Substrat bildet, vorzugsweise ein Polytyp-4H-Material ist.
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben, die eine weitere Ausführungsform des Siliziumkarbid-Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Das Siliziumkarbid-Substrat in der dritten Ausführungsform hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Siliziumkarbid-Substrat der ersten Ausführung und erbringt im Wesentlichen die gleichen Effekte. Das Siliziumkarbid-Substrat der dritten Ausführungsform unterscheidet sich jedoch, wie unter Bezugnahme auf 10 und 1 zu sehen ist, von dem der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Siliziumkarbid-Substrat der dritten Ausführungsform eine Trägerschicht 11 sowie Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten 12 enthält.
Das heißt, Siliziumkarbid-Substrat 1 in der dritten Ausführungsform enthält, wie unter Bezugnahme auf 10 zu sehen ist, Trägerschicht 11 sowie Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten 12, die auf Trägerschicht 11 ausgebildet sind. Jede der Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten 12 hat eine Hauptfläche 12A, die der Seite der Trägerschicht 11 gegenüberliegt und einer Hauptfläche 1A in der ersten Ausführungsform entspricht.
Bei dem Siliziumkarbid-Substrat 1 der vorliegenden Ausführungsform wird ein kostengünstiges Träger-Substrat als Trägerschicht 11 eingesetzt, so beispielsweise ein Substrat, das aus Einkristall-Siliziumkarbid besteht, oder ein Mehrkristall-Siliziumkarbid-Substrat, die beide eine hohe Defektdichte haben, oder ein Träger-Substrat, das aus einem Metall besteht. Auf dieser Trägerschicht 11 werden Substrate, die aus Siliziumkarbid-Einkristall hervorragender Qualität bestehen, so angeordnet, dass sie Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten 12 bilden. Dementsprechend ist Siliziumkarbid-Substrat 1 der vorliegenden Ausführungsform ein Siliziumkarbid-Substrat, das mit geringeren Herstellungskosten gewonnen wird. Des Weiteren ist Siliziumkarbid-Substrat 1 der vorliegenden Ausführungsform so aufgebaut, dass die Vielzahl von Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten 12 nebeneinander auf Trägerschicht 11 angeordnet sind, die, in Draufsicht gesehen, einen großen Durchmesser hat. So kann Siliziumkarbid-Substrat 1 in der vorliegenden Ausführungsform mit geringeren Herstellungskosten gewonnen werden und hat einen großen Durchmesser.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Bei dem Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats in der vorliegenden Ausführungsform werden, wie unter Bezugnahme auf 11 zu sehen ist, wie bei der ersten Ausführungsform zunächst die Schritte (S10) und (S20) durchgeführt. Anschließend wird als ein Schritt (S21) ein Schritt zum Formen des Einkristall-Substrats durchgeführt. In diesem Schritt (S21) wird das mit den Schritten (S10) und (S20) gewonnene Substrat in eine Form gebracht, die sich zum Ausbilden der in 10 gezeigten Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten 12 eignet. Das heißt, indem das mit den Schritten (S10) und (S20) gewonnene Substrat geformt wird, werden eine Vielzahl viereckiger Substrate gefertigt.
Dann wird als ein Schritt (S22) ein Klebeschritt durchgeführt. In diesem Schritt (S22) wird die Vielzahl in Schritt (S21) hergestellter Substrate nebeneinander, beispielsweise in Draufsicht gesehen, in Form einer Matrix, auf dem separat gefertigten Träger-Substrat angeordnet. Anschließend werden, indem Wärmebehandlung bei einer vorgegebenen Temperatur durchgeführt wird, die in Schritt (S21) hergestellten Substrate mit dem Träger-Substrat verbunden und kombiniert, so dass die Struktur entsteht, in der die Vielzahl von Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten 12, in Draufsicht gesehen, wie in 10 gezeigt, nebeneinander auf Trägerschicht 11 angeordnet sind.
Anschließend wird, indem die Schritte (S30) und (S40) auf die gleiche Weise wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform durchgeführt werden, das in 10 gezeigte Siliziumkarbid-Substrat in der dritten Ausführungsform fertiggestellt. Weiterhin kann wie bei der ersten Ausführungsform eine Epitaxieschicht auf Einkristall-Siliziumkarbid-Schicht 12 ausgebildet werden, indem Schritt (S50) durchgeführt wird.
In der dritten Ausführungsform ist direkte Verbindung der Trägerschicht 11 und der Einkristall-Siliziumkarbid-Schichten 12 miteinander mittels Erhitzen dargestellt, sie können jedoch über eine Zwischenschicht, wie beispielsweise einen Klebstoff, miteinander verbunden werden.
Beispiel 1
Es wurde ein Versuch durchgeführt, um eine Beziehung zwischen einem Abweichungswinkel einer Hauptfläche eines Siliziumkarbid-Substrats relativ zu der {03–38}-Ebene und einer Abweichung von Trägerkonzentration in einer auf dem Siliziumkarbid-Substrat ausgebildeten Epitaxieschicht zu prüfen.
Zunächst wurden eine Vielzahl von Siliziumkarbid-Substraten gefertigt, bei denen die Winkel, die durch die jeweiligen Normallinien der Hauptflächen derselben und die Normallinie der {03–38}-Ebene in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, gebildet werden, verschieden sind. Anschließend wurde an jeder der Hauptflächen eine Epitaxieschicht so ausgebildet, dass ein Fremdstoff mit einer Trägerkonzentration von 1 × 10¹⁶ cm^–3 darin eingebracht wurde, womit ein Muster hergestellt wurde. Danach wurde die Trägerkonzentration in der Epitaxieschicht jedes Musters gemessen, um Abweichung von dem beschriebenen Sollwert (1 × 10¹⁶ cm^–3) zu berechnen. Ein Ergebnis des Versuchs ist in 12 dargestellt. In 12 repräsentiert die horizontale Achse den Winkel (Abweichungswinkel), der durch die Normallinie der Hauptfläche und die Normallinie der {03–38}-Ebene in der Orthogonalprojektion auf die Ebene gebildet wird, die die <01–10>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt. Die vertikale Achse repräsentiert einen Grad der Abweichung von dem Sollwert (1 × 10¹⁶ cm^–3) der Trägerkonzentration (Abweichung von Trägerkonzentration).
Wenn der Abweichungswinkel kleiner wurde, verringerte sich, wie unter Bezugnahme auf 12 zu sehen ist, die Abweichung der Trägerkonzentration abrupt. Es wurde festgestellt, dass, indem der Abweichungswinkel auf 0,5° oder weniger eingestellt wurde, die Abweichung der Trägerkonzentration ausreichend verringert werden kann.
Die hier offenbarten Ausführungsformen und Beispiele sind veranschaulichend und in keiner Weise einschränkend. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch den Wortlaut der Patentansprüche und nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen definiert und soll jegliche Abwandlung innerhalb des Schutzumfangs und dem Wortlaut der Patentansprüche äquivalente Bedeutung einschließen.
Industrielle Einsetzbarkeit
Das Siliziumkarbid-Substrat, die Halbleitervorrichtung sowie die Verfahren zum Herstellen derselben gemäß der vorliegenden Erfindung können besonders vorteilhaft bei einem Siliziumkarbid-Substrat, einer Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben eingesetzt werden, mit denen jeweils stabile Eigenschaften der Halbleitervorrichtung erzielt werden sollen, die das Siliziumkarbid-Substrat enthält.
Bezugszeichenliste

1, 2: Siliziumkarbid-Substrat;
1A, 2A: Hauptfläche
11: Trägerschicht
12: Einkristall-Siliziumkarbid-Schicht
12A: Hauptfläche
20: Epitaxieschicht
101: Halbleitervorrichtung
102: Substrat
110: Gate-Elektrode
111: Source-Elektrode
112: Drain-Elektrode
221: Pufferschicht
122: Durchschlagspannungs-Halteschicht
123: p-Bereich
124: n⁺-Bereich
125: p⁺-Bereich
126: Oxid-Film
127: obere Source-Elektrode.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-280531 [0003, 0004]

Claims

Siliziumkarbid-Substrat (1), wobei das Siliziumkarbid-Substrat (1) aus Siliziumkarbid besteht und eine Normallinie wenigstens einer Hauptfläche (1A) des Siliziumkarbid-Substrats (1) und eine Normallinie einer {03–38}-Ebene einen Winkel von 0,5° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene bilden, die eine <01–10>-Richtung sowie eine <0001>-Richtung einschließt.
Siliziumkarbid-Substrat (1) nach Anspruch 1, wobei die Normallinie der einen Hauptfläche (1A) und die Normallinie der {03–38}-Ebene einen Winkel von 10° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene bilden, die eine <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt.
Siliziumkarbid-Substrat (1) nach Anspruch 1, wobei das Siliziumkarbid-Substrat (1) einen Durchmesser von 50,8 mm oder mehr hat.
Siliziumkarbid-Substrat (1) nach Anspruch 1, das umfasst: eine Trägerschicht (11); und eine Einkristall-Siliziumkarbid-Schicht (12), die auf der Trägerschicht (11) ausgebildet ist, wobei die eine Hauptfläche (1A) eine Fläche (12A) der Einkristall-Siliziumkarbid-Schicht (12) ist, die der Trägerschicht (11) gegenüberliegt.
Siliziumkarbid-Substrat (2) nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Epitaxieschicht (20) umfasst, die auf der einen Hauptfläche (1A) ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung (101), die umfasst: das Siliziumkarbid-Substrat (102, 121, 122) nach Anspruch 5; und eine Elektrode (111), die auf der Epitaxieschicht (121, 122) ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats (1), das die folgenden Schritte umfasst: Fertigen eines Ingot, der aus Siliziumkarbid besteht; Gewinnen eines Substrats (1) aus dem Ingot; und Prüfen, ob eine Normallinie wenigstens einer Hauptfläche (1A) des gewonnenen Substrats (1) und eine Normallinie einer {03–38}-Ebene einen Winkel von 0,5° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene, die eine <01–10>-Richtung und eine <0001>-Richtung einschließt, bilden oder nicht.
Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats (1) nach Anspruch 7, das des Weiteren den Schritt umfasst, in dem geprüft wird, ob die Normallinie der einen Hauptfläche (1A) des gewonnenen Substrats (1) und die Normallinie der {03–38}-Ebene einen Winkel von 10° oder weniger in einer Orthogonalprojektion auf eine Ebene, die eine <–2110>-Richtung und die <0001>-Richtung einschließt, bilden oder nicht.
Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats (1) nach Anspruch 7, wobei das Substrat (1) einen Durchmesser von 50,8 mm oder mehr hat.
Verfahren zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats (1) nach Anspruch 7, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Anordnen des gewonnenen Substrats (12) auf einem separat gefertigten Träger-Substrat (11); und Verbinden des Träger-Substrats (11) und des Substrats (12) miteinander.
Verfahren zum Herstellendes Siliziumkarbid-Substrats (2) nach Anspruch 7, das des Weiteren den Schritt des Ausbildens einer Epitaxieschicht (20) auf der einen Hauptfläche (1A) umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Fertigen eines Siliziumkarbid-Substrats (2) unter Verwendung des Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbid-Substrats (2) nach Anspruch 11; und Ausbilden einer Elektrode (125) auf der Epitaxieschicht (20).