DE112011105073T5 - Siliziumkarbidsubstrat - Google Patents

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Tsutomu Hori
Shin Harada
Taro Nishiguchi
Makoto Sasaki
Hiroki Inoue
Shinsuke Fujiwara
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

Ein Siliziumkarbidsubstrat (1) beinhaltet ein Basissubstrat (10), das einen Durchmesser von 70 mm oder größer aufweist, und eine Mehrzahl von SiC-Substraten (20), die aus Einkristallsiliziumkarbid bestehen und bei einer Betrachtung in einer Planaransicht Seite an Seite auf dem Basissubstrat (10) angeordnet sind. Mit anderen Worten, die Mehrzahl von SiC-Substraten (20) ist Seite an Seite auf und entlang der Hauptoberfläche des Basissubstrates (10) angeordnet. Des Weiteren weist jedes der SiC-Substrate (20) eine Hauptoberfläche (20A) entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat (10) auf und weist einen Off-Winkel von 20° oder kleiner relativ zu einer {0001}-Ebene auf.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Siliziumkarbidsubstrat und insbesondere ein Siliziumkarbidsubstrat, das verringerte Kosten bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates ermöglicht.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In den vergangenen Jahren hat man, um eine hohe Durchschlagspannung, einen geringen Verlust und die Verwendung von Halbleitervorrichtungen in einer Hochtemperaturumgebung zu ermöglichen, damit begonnen, Siliziumkarbid (SiC) als Material für Halbleitervorrichtungen einzusetzen. Siliziumkarbid ist ein Halbleiter mit breiter Bandlücke, wobei die Bandlücke größer als diejenige von Silizium ist, das üblicherweise landläufig als Material für Halbleitervorrichtungen verwendet wird. Durch Einsetzen von Siliziumkarbid als Material für eine Halbleitervorrichtung kann die Halbleitervorrichtung daher eine hohe Durchschlagspannung, einen verringerten On-Widerstand und dergleichen aufweisen. Des Weiteren weist die Halbleitervorrichtung, bei der Siliziumkarbid als Material zum Einsatz kommt, Eigenschaften auf, die im Vergleich zu denjenigen einer Halbleitervorrichtung, bei der Silizium als Material zum Einsatz kommt, sogar in einer Hochtemperaturumgebung weniger verschlechtert sind.
  • Eingedenk dessen sind verschiedene durchgeführt worden, und es sind verschiedene Ideen hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung eines Siliziumkarbidkristalls und einer Siliziumkarbidsubstrates jeweils zur Verwendung bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise die Veröffentlichung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2006/0073707 (Patentliteratur 1), die Veröffentlichung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2007/0209577 (Patentliteratur 2) und die Veröffentlichung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2006/0075958 (Patentliteratur 3)).
  • Zitierstellenliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Veröffentlichung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2006/0073707
    • PTL 2: Veröffentlichung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2007/0209577
    • PTL 3: Veröffentlichung der US-Patentanmeldung mit der Nummer 2006/0075958
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Siliziumkarbid weist jedoch bei Atmosphärendruck keine flüssige Phase auf. Darüber hinaus liegt dessen Kristallwachstumstemperatur bei 2000°C oder größer, was sehr hoch ist. Hierdurch wird es schwierig, die Wachstumsbedingungen zu steuern und zu stabilisieren. Entsprechend ist es für einen Siliziumkarbideinkristall schwierig, einen großen Durchmesser und gleichzeitig eine hohe Qualität aufzuweisen. Entsprechend ist es nicht einfach, ein qualitativ hochwertiges Siliziumkarbidsubstrat mit großem Durchmesser zu erhalten. Diese Schwierigkeit bei der Herstellung eines Siliziumkarbidsubstrates mit großem Durchmesser führt nicht nur zu größeren Herstellungskosten des Siliziumkarbidsubstrates, sondern auch zu weniger Halbleitervorrichtungen, die für eine Charge unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates hergestellt werden. Entsprechend sind die Herstellungskosten der Halbleitervorrichtungen nachteiligerweise größer.
  • Eingedenk dessen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Siliziumkarbidsubstrat bereitzustellen, das verringerte Kosten bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates ermöglicht.
  • Lösung des Problems
  • Ein Siliziumkarbidsubstrat entsprechend der vorliegenden Erfindung beinhaltet: ein Basissubstrat, das einen Durchmesser von 70 mm oder größer aufweist, und eine Mehrzahl von SiC-Substraten, die jeweils aus Einkristallsiliziumkarbid bestehen und bei einer Betrachtung in einer Planaransicht Seite an Seite auf dem Basissubstrat angeordnet sind. Jedes der SiC-Substrate weist eine Hauptoberfläche entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat auf und weist einen Off-Winkel von 20° oder weniger relativ zu einer {0001}-Ebene auf.
  • Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist es für einen qualitativ hochwertigen Siliziumkarbideinkristall schwierig, einen großen Durchmesser aufzuweisen. Um dem zu begegnen, ist bei dem Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung auf dem Basissubstrat, das einen großen Durchmesser, das heißt einen Durchmesser von 70 mm oder größer, aufweist, die Mehrzahl von SiC-Substraten, die jeweils aus Einkristallsiliziumkarbid bestehen, bei einer Betrachtung in einer Planaransicht Seite an Seite angeordnet. Oder anders erklärt, die SiC-Substrate sind auf und entlang der Hauptoberfläche des Basissubstrates angeordnet.
  • Damit kann beispielsweise die Mehrzahl von SiC-Substraten, die jeweils aus qualitativ hochwertigem Siliziumkarbideinkristall mit unzureichender Größe bestehen, Seite an Seite auf einem Basissubstrat, das einen großen Durchmesser aufweist und das aus einem qualitativ minderwertigen Siliziumkarbidkristall mit großer Defektdichte, oder einem Basissubstrat, das einen großen Durchmesser aufweist und aus einem geeigneten Material, das nicht Siliziumkarbid ist, angeordnet werden. Ein derartiges Siliziumkarbidsubstrat kann als Substrat mit einer qualitativ hochwertigen SiC-Schicht gehandhabt werden und einen großen Durchmesser aufweisen. Durch Verwenden eines derartigen Siliziumkarbidsubstrates kann die Effizienz des Prozesses der Herstellung einer Halbleitervorrichtung verbessert werden. Des Weiteren weist bei dem Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung die Hauptoberfläche eines jeden der SiC-Substrate entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat einen Off-Winkel von 20° oder kleiner relativ zu der {0001}-Ebene auf. Entsprechend kann bei dem Prozess der Herstellung der Halbleitervorrichtung eine Epitaxialwachstumsschicht leicht auf der Hauptoberfläche des SiC-Substrats bei gleichzeitiger Verhinderung der Entstehung von Oberflächendefekten gebildet werden.
  • Als solches kann entsprechend dem Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung ein Siliziumkarbidsubstrat bereitgestellt werden, das verringerte Kosten bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates ermöglicht.
  • Man beachte, dass zur Verbesserung der Effizienz des Prozesses der Herstellung einer Halbleitervorrichtung vorgezogen wird, dass benachbarte aus der Mehrzahl von SiC-Substraten in Kontakt miteinander angeordnet sind. Insbesondere ist die Mehrzahl von SiC-Substraten daher vorzugsweise beispielsweise in Form einer Matrix in Kontakt miteinander angeordnet. Des Weiteren weist jedes der benachbarten SiC-Substrate vorzugsweise eine Endoberfläche auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptoberfläche des SiC-Substrates ist. Auf diese Weise kann das Siliziumkarbidsubstrat ohne Weiteres hergestellt werden. Wenn hierbei beispielsweise die Endoberfläche und die Hauptoberfläche einen Winkel von nicht weniger als 85° und nicht mehr als 95° bilden, kann bestimmt werden, dass die Endoberfläche und die Hauptoberfläche im Wesentlichen senkrecht zueinander sind.
  • Bei dem Siliziumkarbidsubstrat können das Basissubstrat und jedes der SiC-Substrate in Kontakt miteinander sein. Sogar dann, wenn beispielsweise eine Halbleitervorrichtung vom Vertikaltyp, bei der Strom in der Dickenrichtung des Siliziumkarbidsubstrates fließt, unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates hergestellt wird, kann der Strom direkt zwischen dem SiC-Substrat und dem Basissubstrat entsprechend fließen.
  • Bei dem Siliziumkarbidsubstrat kann das Basissubstrat aus Siliziumkarbid bestehen. Hierdurch erreicht man einen verringerten Unterschied hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften, so beispielsweise hinsichtlich des Linearexpansionskoeffizienten zwischen dem SiC-Substrat und dem Basissubstrat. Im Ergebnis kann man ein Siliziumkarbidsubstrat erhalten, das beim Prozess der Herstellung der Halbleitervorrichtung stabil ist. Man beachte, dass das Basissubstrat aus einem Einkristallsiliziumkarbid oder aus einem Polykristallsiliziumkarbid bestehen kann (einschließlich eines Sinterpresslings aus Siliziumkarbid).
  • Bei dem Siliziumkarbidsubstrat kann der Kristall zwischen dem Basissubstrat und jedem der SiC-Substrate diskontinuierlich sein. Auf diese Weise kann die Kombination aus dem Kristall zur Bildung des SiC-Substrats und dem Kristall zur Bildung des Basissubstrates frei ausgewählt werden. Man beachte, dass derjenige Zustand, in dem der Kristall diskontinuierlich ist, einen Zustand betrifft, in dem das Basissubstrat aus Einkristalsiliziumkarbid besteht und die Ebenenorientierung eines jeden der SiC-Substrate und die Ebenenorientierung des Basissubstrates voneinander in einer Oberfläche verschieden sind, in der die Mehrzahl von SiC-Substraten und das Basissubstrat in Kontakt miteinander sind, oder auch einen Zustand, in dem das Basissubstrat aus Polykristallsiliziumkarbid besteht.
  • Bei dem Siliziumkarbidsubstrat können Defekte zwischen dem Basissubstrat und jedem der SiC-Substrate diskontinuierlich sein. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich Defekte in dem Basissubstrat in das SiC-Substrat hinein ausbreiten, wodurch die hohe Qualität des SiC-Substrates (das heißt mit weniger Defekten) auch dann beibehalten werden kann, wenn das Basissubstrat eine vergleichsweise geringe Qualität (das heißt mit vergleichsweise mehr Defekten) eingesetzt wird.
  • Bei dem Siliziumkarbidsubstrat kann das Basissubstrat einen Durchmesser von 4 Inch oder größer aufweisen. Auf diese Weise kann der Prozess der Herstellung der Halbleitervorrichtung effizienter werden.
  • Bei dem Siliziumkarbidsubstrat kann die Hauptoberfläche eines jeden der SiC-Substrate entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat einen Off-Winkel von 5° oder größer relativ zu einer {0001}-Ebene aufweisen. Dies erleichtert das Step-Flow-Wachstum während der Bildung einer Epitaxialwachstumsschicht auf dem SiC-Substrat bei dem Prozess der Herstellung der Halbleitervorrichtung, wodurch das Auftreten eines Step-Bunching verhindert wird.
  • Des Weiteren kann jedes der SiC-Substrate eine Mikrorohrdichte (micro pipe density) von 1 cm–2 oder kleiner aufweisen. Des Weiteren kann das SiC-Substrat eine Versetzungsdichte (dislocation density) von 1 × 104 cm–2 oder kleiner aufweisen. Des Weiteren kann das SiC-Substrat eine Stapelfehlerdichte (stacking fault density) von 0,1 cm–1 oder kleiner aufweisen. Wird ein derartiges qualitativ hochwertiges SiC-Substrat eingesetzt, so kann eine qualitativ hochwertige Epitaxialwachstumsschicht ohne Weiteres auf dem SiC-Substrat ausgebildet werden. Des Weiteren kann das SiC-Substrat eine Verunreinigungskonzentration von 5 × 1018 cm–3 oder kleiner aufweisen. Auf diese Weise kann man ein qualitativ hochwertiges SiC-Substrat mit weniger Defekten ohne Weiteres erhalten.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, kann entsprechend dem Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung ein Siliziumkarbidsubstrat bereitgestellt werden, das verringerte Kosten bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates ermöglicht.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer Struktur eines Siliziumkarbidsubstrates.
  • 2 ist ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates.
  • 3 ist ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer weiteren Struktur des Siliziumkarbidsubstrates.
  • 8 ist ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates von 7.
  • 9 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer weiteren Struktur des Siliziumkarbidsubstrates.
  • 10 ist ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates von 9.
  • 11 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer Struktur eines MOSFETs vom Vertikaltyp.
  • 12 ist ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des MOSFETs vom Vertikaltyp.
  • 13 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des MOSFETs vom Vertikaltyp.
  • 14 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des MOSFETs vom Vertikaltyp.
  • 15 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des MOSFETs vom Vertikaltyp.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es sollte einsichtig sein, dass in den nachstehend beschriebenen Figuren dieselben oder entsprechenden Abschnitte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und nicht erneut beschrieben werden. Des Weiteren ist in der vorliegenden Beschreibung eine einzelne Orientierung durch [] dargestellt, eine Gruppenorientierung ist durch <> dargestellt, eine einzelne Ebene ist durch () dargestellt, und eine Gruppenebene ist durch {} dargestellt. Darüber hinaus sollte ein negativer Index kristallografisch eigentlich durch Setzen von ”–” (Strich) über einer Zahl angegeben werden, wird jedoch in der vorliegenden Druckschrift durch Setzen des negativen Vorzeigens vor der Zahl angegeben.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Im Folgenden wird zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet ein Siliziumkarbidsubstrat 1 bei der vorliegenden Erfindung: ein Basissubstrat 10, das aus Siliziumkarbid (beispielsweise Einkristallsiliziumkarbid) gebildet ist, das einen Durchmesser von 70 mm oder größer aufweist, und eine Mehrzahl von SiC-Substraten 20, von denen jedes aus Einkristallsiliziumkarbid besteht und bei einer Betrachtung in einer Planaransicht Seite an Seite auf einem Basissubstrat 10 angeordnet ist. Jedes der SiC-Substrate 20 weist eine Hauptoberfläche 20A entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat 10 und einen Off-Winkel von 20° oder kleiner relativ zu einer {0001}-Ebene auf.
  • Bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist die Mehrzahl von SiC-Substraten 20, die jeweils aus Einkristallsiliziumkarbid bestehen, bei einer Betrachtung in einer Planaransicht, Seite an Seite auf dem Basissubstrat 10 angeordnet, das einen vergleichsweise großen Durchmesser, das heißt einen Durchmesser von 70 mm oder größer, aufweist. Daher kann beispielsweise die Mehrzahl von qualitativ hochwertigen SiC-Substraten, von denen jedes der Größe nach unzureichend ist, Seite an Seite auf dem Basissubstrat 10 angeordnet werden, das den großen Durchmesser aufweist und aus einem qualitativ minderwertigen Siliziumkarbidkristall mit hoher Defektdichte besteht. Entsprechend kann das Siliziumkarbidsubstrat 1 als Substrat mit einem großen Durchmesser und einer qualitativ hochwertigen SiC-Schicht gehandhabt werden. Der Einsatz eines derartigen Siliziumkarbidsubstrates 1 erlaubt einen effizienten Herstellungsprozess von Halbleitervorrichtungen.
  • Des Weiteren weist eine Hauptoberfläche 20A eines jeden der SiC-Substrate 20 entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat 10 einen Off-Winkel von 20° oder kleiner relativ zu der {0001}-Ebene auf. Entsprechend kann bei dem Prozess der Herstellung der Halbleitervorrichtung eine Epitaxialwachstumsschicht ohne Weiteres auf der Hauptoberfläche 20A des SiC-Substrates 20 ausgebildet werden, während die Entstehung von Oberflächendefekten verhindert wird.
  • Daher ist das Siliziumkarbidsubstrat 1 bei der vorliegenden Erfindung ein Siliziumkarbidsubstrat, das verringerte Kosten bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates ermöglicht.
  • Des Weiteren sind bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 der vorliegenden Erfindung das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20, wie in 1 gezeigt ist, miteinander verbunden. Entsprechend kann sogar dann, wenn eine Halbleitervorrichtung vom Vertikaltyp unter Verwendung eines Siliziumkarbidsubstrates 1 hergestellt wird, Strom direkt zwischen dem SiC-Substrat 20 und dem Basissubstrat 10 fließen.
  • Des Weiteren besteht bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 der vorliegenden Erfindung das Basissubstrat 10 aus Siliziumkarbid. Dies führt zu einem verringerten Unterschied hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften, so beispielsweise hinsichtlich des Linearexpansionskoeffizienten zwischen dem SiC-Substrat 20 und dem Basissubstrat 10. Im Ergebnis ist das Siliziumkarbidsubstrat 1 bei einem Halbleitervorrichtungsherstellungsprozess, der einen Schritt des Erwärmens auf eine hohe Temperatur beinhaltet, stabil.
  • Hierbei kann bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 der Kristall zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 diskontinuierlich sein. Auf diese Weise kann die Kombination aus dem Kristall zur Bildung des SiC-Substrates 20 und dem Kristall zur Bildung des Basissubstrates 10 frei ausgewählt werden.
  • Des Weiteren können bei dem Siliziumkarbid 1 Defekte zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 diskontinuierlich sein. Auf diese Weise wird verhindert, dass Defekte in dem Basissubstrat 10 sich in das SiC-Substrat 20 hinein ausbreiten, wodurch die qualitative Hochwertigkeit des SiC-Substrates 20 auch dann beibehalten werden kann, wenn ein Substrat 10 mit vergleichsweise geringer Qualität eingesetzt wird.
  • Des Weiteren weist bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 das Basissubstrat 10 vorzugsweise einen Durchmesser von 4 Inch oder größer, besonders bevorzugt von 6 Inch oder größer auf. Auf diese Weise kann der Prozess der Herstellung der Halbleitervorrichtung noch effizienter werden.
  • Des Weiteren kann bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 die Hauptoberfläche 20A des SiC-Substrates 20 einen Off-Winkel von 5° oder größer relativ zu der {0001}-Ebene aufweisen. Dies erleichtert das Step-Flow-Wachstum während der Bildung einer Epitaxialwachstumsschicht auf dem SiC-Substrat 20 beim Prozess der Herstellung der Halbleitervorrichtung, wodurch das Auftreten von Step-Bunching verhindert wird. Die Hauptoberfläche 20A des SiC-Substrates 20 kann indes einen Off-Winkel aufweisen, der kleiner als 10° relativ zu der {0001}-Ebene ist. Dies erleichtert die Bildung der Epitaxialwachstumsschicht auf der Hauptoberfläche 20A des SiC-Substrates 20 beim Prozess der Herstellung der Halbleitervorrichtung weiter, wohingegen die Entstehung von Oberflächendefekten verhindert wird.
  • Im Folgenden wird ein exemplarisches Verfahren zur Herstellung des vorbeschriebenen Siliziumkarbidsubstrates 1 beschrieben. Wie in 2 dargestellt ist, wird bei dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates des vorliegenden Ausführungsbeispieles zunächst in einem Schritt (S10) ein Substratpräparierschritt durchgeführt. Bei diesem Schritt (S10) wird ein Basissubstrat 10, das aus Siliziumkarbid und einer Mehrzahl von SiC-Substraten 20 gebildet ist, die jeweils aus Einkristallsiliziumkarbid gebildet sind, präpariert. Jedes der SiC-Substrate 20 weist eine Hauptoberfläche auf, die die Hauptoberfläche 20A des Siliziumkarbidsubstrates 1 ist, das man durch dieses Herstellungsverfahren (siehe 1) erhält. Daher wird in diesem Falle die Ebenenorientierung der Hauptoberfläche des SiC-Substrates 20 entsprechend der gewünschten Ebenenorientierung der Hauptoberfläche 20A ausgewählt. Hierbei werden beispielsweise SiC-Substrate 20 präpariert, die jeweils eine Hauptoberfläche aufweisen, die einen Off-Winkel von annähernd 8° relativ zu der {0001}-Ebene aufweist. Indes wird ein Substrat, das eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die größer als beispielsweise 2 × 1019 cm–3 ist, als Basissubstrat 10 eingesetzt. Indes wird für jedes SiC-Substrat 20 ein Substrat eingesetzt, das eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die beispielsweise größer als 5 × 10–8 cm–3 und kleiner als 2 × 1019 cm–3 ist.
  • Als Nächstes wird ein Substratglättungsschritt als ein Schritt (S20) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S20) werden die jeweiligen Hauptoberflächen (Verbindungsoberfläche) des Basissubstrates 10 und des SiC-Substrates 20 beispielsweise durch Polieren geglättet. Die Hauptoberflächen sollen in dem nachstehend beschriebenen Schritt (S30) in Kontakt miteinander gebracht werden. Man beachte, dass dieser Schritt (S20) kein wesentlicher Schritt ist, jedoch bei Durchführung die Lücke zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20, Fläche an Fläche zueinanderweisend, verringert und entsprechend einen gleichförmigen Raum dazwischen bereitstellt. Entsprechend wird bei einem nachstehend beschriebenen Schritt (S40) die Gleichmäßigkeit in Reaktion (Verbindung) innerhalb der Verbindungsoberfläche verbessert. Dies ermöglicht, dass das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 sicherer miteinander verbunden werden. Um das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 noch sicherer miteinander zu verbinden, weist die vorbeschriebene Verbindungsoberfläche vorzugsweise eine Oberflächenrauheit Ra von weniger als 100 nm, besonders bevorzugt von weniger als 50 nm auf. Des Weiteren kann durch Einstellen der Oberflächenrauheit Ra der Verbindungsoberfläche auf weniger als 10 nm eine noch sicherere Verbindung erreicht werden.
  • Als Nächstes wird ein Stapelschritt als Schritt (S30) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S30) wird die Mehrzahl von SiC-Substraten 20 auf der Hauptoberfläche 10A des Basissubstrates 10 und in Kontakt damit platziert, wodurch ein gestapeltes Substrat hergestellt wird.
  • Als Nächstes wird als Schritt (S40) ein Verbindungsschritt durchgeführt. Bei dem Schritt (S40) werden das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 miteinander durch Erwärmen des gestapelten Substrates verbunden. Mit dem vorbeschriebenen Prozess kann das Siliziumkarbidsubstrat 1 des ersten Ausführungsbeispieles einfach hergestellt werden.
  • Hierbei ist in dem gestapelten Substrat, das in Schritt (S30) hergestellt wird, die Lücke, die zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 ausgebildet ist, vorzugsweise 100 μm oder kleiner. Auch dann, wenn jedes von dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 eine große Oberflächenglätte aufweist, weist jedes von dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 einen leichten Verzug bzw. eine leichte Durchbiegung (warpage), eine Wellung (undulation) oder dergleichen auf. Dies führt zur Bildung einer Lücke zwischen dem Basissubstrat 10 und jedem der SiC-Substrate 20 in dem gestapelten Substrat. Überschreitet diese Lücke 100 μm, so kann der Verbindungszustand zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 ungleichmäßig sein. Eingedenk dessen können durch Einstellen der Lücke zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 auf nicht mehr als 100 μm, das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 sicherer gleichmäßig miteinander verbunden werden.
  • Des Weiteren wird bei dem vorbeschriebenen Schritt (S40) vorgezogen, wenn das gestapelte Substrat derart erwärmt wird, dass es in einen Temperaturbereich fällt, der gleich der Sublimationstemperatur von Siliziumkarbid oder höher als diese ist. Dies ermöglicht, dass das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 sicherer miteinander verbunden werden. Insbesondere kann durch Einstellen der Lücke zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 in dem gestapelten Substrat auf 100 μm oder kleiner eine gleichmäßige Verbindung zwischen beiden mittels der Sublimierung von SiC erreicht werden.
  • Des Weiteren ist die Erwärmungstemperatur für das gestapelte Substrat bei Schritt (S40) vorzugsweise nicht weniger als 1800°C und nicht mehr als 2500°C. Ist die Erwärmungstemperatur niedriger als 1800°C, so dauert es lange, um das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 zu verbinden, was zu einer verringerten Effizienz bei der Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates 1 führt. Wenn demgegenüber die Erwärmungstemperatur 2500°C überschreitet, so werden die Oberflächen des Basissubstrates 10 und des SiC-Substrates 20 rau, was zur Erzeugung einer Vielzahl von Kristalldefekten in dem herzustellenden Siliziumkarbidsubstrat 1 führen kann. Um die Effizienz bei der Herstellung zu verbessern und gleichzeitig die Entstehung von Defekten in dem Siliziumkarbidsubstrat 1 zu verhindern, wird die Erwärmungstemperatur für das gestapelte Substrat in Schritt (S40) vorzugsweise auf nicht weniger als 1900°C nicht und nicht mehr als 2100°C eingestellt. Des Weiteren ist die Atmosphäre bei der Erwärmung in Schritt (S40) vorzugsweise eine Edelgasatmosphäre. Die Edelgasatmosphäre enthält vorzugsweise wenigstens eines, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Argon, Helium und Stickstoff besteht.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nämlich ein zweites Ausführungsbeispiel, beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Siliziumkarbidsubstrat 1 beim zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dieselbe Struktur auf und bietet im Wesentlichen dieselben Effekte wie diejenigen bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 des ersten Ausführungsbeispieles. Das Siliziumkarbidsubstrat 1 beim zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich jedoch von demjenigen beim ersten Ausführungsbeispiel durch das Herstellungsverfahren.
  • Wie in 3 gezeigt ist, wird bei dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates 1 beim zweiten Ausführungsbeispiel zunächst als ein Schritt (S10) ein Substratpräparierschritt durchgeführt. Bei dem Schritt (S10) wird eine Mehrzahl von SiC-Substraten wie beim ersten Ausführungsbeispiel präpariert, und es wird ein Materialsubstrat, das aus Siliziumkarbid besteht, präpariert.
  • Als Nächstes wird, wie in 3 gezeigt ist, ein Nahanordnungsschritt als ein Schritt (S50) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S50) werden, wie in 4 gezeigt ist, jedes SiC-Substrat 20 und Materialsubstrat 11 jeweils von einem ersten Erwärmer 81 und einem zweiten Erwärmer 82 mit einer zueinander weisenden Anordnung gehalten. Hierdurch werden das SiC-Substrat 20 und das Materialsubstrat 11 derart nahe aneinander gehalten, dass ihre Hauptoberflächen mit einem Zwischenraum von nicht weniger als 1 μm und nicht mehr als 1 cm, so beispielsweise mit einem Zwischenraum von annähernd 1 mm, zueinander weisen.
  • Als Nächstes wird als Schritt (S60) ein Sublimierschritt durchgeführt. Bei diesem Schritt (S60) wird das SiC-Substrat 20 von dem ersten Erwärmer 81 auf eine vorbestimmte Substrattemperatur erwärmt. Des Weiteren wird das Materialsubstrat 11 auf eine vorbestimmte Materialtemperatur durch den zweiten Erwärmer 82 erwärmt. In diesem Fall wird das Materialsubstrat 11 derart erwärmt, dass es die Materialtemperatur erreicht, wodurch das SiC von der Oberfläche des Materialsubstrates sublimiert. Demgegenüber wird die Substrattemperatur niedriger als die Materialtemperatur eingestellt. Insbesondere wird die Substrattemperatur beispielsweise um nicht weniger als 1°C und nicht mehr als 100°C niedriger als die Materialtemperatur eingestellt. Die Substrattemperatur ist beispielsweise nicht kleiner als 1800°C und nicht größer als 2500°C. Entsprechend erreicht, wie in 5 gezeigt ist, SiC, das von dem Materialsubstrat 11 in Form von Gas sublimiet, die Oberfläche des SiC-Substrates 20 und verfestigt sich daran entsprechend, wodurch das Basissubstrat (Basisschicht) 10 gebildet wird. Wird dieser Zustand, wie in 6 gezeigt ist, beibehalten, so wird das SiC-bildende Materialsubstrat 11 insgesamt sublimiert und auf die Oberfläche des SiC-Substrates 20 übertragen. Entsprechend wird Schritt (S60) beendet, wodurch das Siliziumkarbidsubstrat, das in 1 gezeigt ist, fertiggestellt ist.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nämlich ein drittes Ausführungsbeispiel, beschrieben. Wie in 7 gezeigt ist, weist ein Siliziumkarbidsubstrat 1 beim dritten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dieselbe Ausgestaltung auf und bietet im Wesentlichen dieselben Effekte wie diejenigen des Siliziumkarbidsubstrates 1 beim ersten Ausführungsbeispiel. Das Siliziumkarbidsubstrat 1 beim dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich jedoch dahingehend von demjenigen beim ersten Ausführungsbeispiel, dass eine SiC-Verbindungsschicht 40, die als Zwischenschicht dient, zwischen dem Basissubstrat 10 und jedem SiC-Substrat 20 vorgesehen ist.
  • Insbesondere ist bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 des dritten Ausführungsbeispieles die SiC-Verbindungsschicht 40 zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 als Zwischenschicht, die aus Siliziumkarbid besteht, angeordnet. Sodann werden das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 miteinander durch diese SiC-Verbindungsschicht 40 verbunden. Die auf diese Weise entstehende SiC-Verbindungsschicht 40 erleichtert die Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates 1, bei dem das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 aufeinander gestapelt sind.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates 1 des dritten Ausführungsbeispieles beschrieben. Wie in 8 gezeigt ist, wird bei dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates 1 beim dritten Ausführungsbeispiel der Substratpräparierschritt als Schritt (S10) auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt, um so das Basissubstrat 10 und die Mehrzahl von SiC-Substraten 20 zu präparieren.
  • Als Nächstes wird ein Si-Schichtbildungsschritt als ein Schritt (S11) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S11) wird beispielsweise eine Si-Schicht mit einer Dicke von annähernd 100 nm auf einer Hauptoberfläche des Basissubstrates 10, das in dem Schritt (S10) präpariert worden ist, ausgebildet. Diese Si-Schicht kann beispielsweise unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens ausgebildet werden.
  • Als Nächstes wird ein Stapelschritt als Schritt (S30) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S30) wird die Mehrzahl von SiC-Substraten 20, die in dem Schritt (S10) präpariert worden ist, bei einer Betrachtung in einer Planaransicht Seite an Seite auf der Si-Schicht, die in dem Schritt (S11) gebildet worden ist, platziert. Auf diese Weise erhält man ein gestapeltes Substrat, bei dem das SiC-Substrat 20 über dem Basissubstrat 10 mit einer dazwischen angeordneten Si-Schicht vorgesehen ist.
  • Als Nächstes wird als ein Schritt (S70) ein Erwärmungsschritt durchgeführt. Bei diesem Schritt (S70) wird das gestapelte Substrat, das in dem Schritt (S30) hergestellt worden ist, beispielsweise in einer Mischgasatmosphäre aus Wasserstoffgas und Propangas bei einem Druck von 1 × 103 Pa bei annähernd 1500°C für annähernd drei Stunden erwärmt. Entsprechend wird die Si-Schicht mit Kohlenstoff als Ergebnis der Diffusion hauptsächlich aus dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 versorgt, wodurch, wie in 9 gezeigt ist, die SiC-Verbindungsschicht 40 gebildet wird. Entsprechend kann das Siliziumkarbidsubstrat 1 des dritten Ausführungsbeispieles, bei dem das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 miteinander durch die SiC-Verbindungsschicht 40 verbunden sind, leicht hergestellt werden.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nämlich ein viertes Ausführungsbeispiel, beschrieben. Wie in 9 gezeigt ist, weist ein Siliziumkarbidsubstrat 1 beim vierten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dieselbe Ausgestaltung auf und bietet im Wesentlichen dieselben Effekte wie diejenigen bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 des ersten Ausführungsbeispieles. Das Siliziumkarbidsubstrat 1 beim vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich jedoch dahingehend vom ersten Ausführungsbeispiel, dass eine Ohm'sche Kontaktschicht 50, die als Zwischenschicht dient, zwischen dem Basissubstrat 10 und jedem SiC-Substrat 20 vorgesehen ist.
  • Insbesondere ist bei dem Siliziumkarbidsubstrat 1 des vierten Ausführungsbeispieles zwischen dem Basissubstrat 10 und dem SiC-Substrat 20 eine Ohm'sche Kontaktschicht 50 als Zwischenschicht, die durch Silizidieren wenigstens eines Teiles einer Metallschicht gebildet wird, angeordnet. Sodann werden das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 miteinander durch diese Ohm'sche Kontaktschicht 50 verbunden. Die auf diese Weise entstehende Ohm'sche Kontaktschicht 50 erleichtert die Erstellung des Siliziumkarbidsubstrates 1, bei dem das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 aufeinander gestapelt sind.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates 1 des vierten Ausführungsbeispieles beschrieben. Wie in 10 gezeigt ist, wird bei dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbidsubstrates 1 des vierten Ausführungsbeispieles der Substratpräparierschritt (S10) auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt, um so das Basissubstrat 10 und die Mehrzahl von SiC-Substraten 20 zu präparieren.
  • Als Nächstes wird ein Metallschichtbildungsschritt als ein Schritt (S12) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S12) wird eine Metallschicht beispielsweise durch Aufbringen des Metalls auf eine Hauptoberfläche des Basissubstrates 10, das in dem Schritt (S10) präpariert worden ist, aufgebracht. Diese Metallschicht beinhaltet ein metallbildendes Silizid bei Erwärmung, so beispielsweise wenigstens eines oder mehrere aus einer Auswahl unter Nickel, Molybdän, Titan, Aluminium und Wolfram.
  • Als Nächstes wird ein Stapelschritt als Schritt (S30) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S30) wird die Mehrzahl von SiC-Substraten 20, die in dem Schritt (S10) präpariert worden ist, auf der Metallschicht, die in dem Schritt (S12) gebildet worden ist, platziert. Auf diese Weise erhält man ein gestapeltes Substrat, bei dem das SiC-Substrat 20 über dem Basissubstrat 10 mit der dazwischen angeordneten Metallschicht vorgesehen ist.
  • Als Nächstes wird als Schritt (S17) ein Erwärmungsschritt durchgeführt. Bei diesem Schritt (S70) wird das gestapelte Substrat, das in dem Schritt (S30) hergestellt worden ist, auf annähernd 1000°C in einer Edelgasatmosphäre, so beispielsweise Argon, erwärmt. Auf diese Weise werden wenigstens Abschnitte der Metallschicht (Bereich, der einen Kontakt mit der Basisschicht 10 herstellt, und Bereich, der einen Kontakt mit dem SiC-Substrat herstellt) silizidiert, um eine Ohm'sche Kontaktschicht 50 zu bilden. Entsprechend kann das Siliziumkarbidsubstrat 1 des fünften Ausführungsbeispieles leicht hergestellt werden, bei dem das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 miteinander durch die Ohm'sche Kontaktschicht 50 verbunden sind.
  • Man beachte, dass dargestellt worden ist, dass die SiC-Verbindungsschicht 40 oder die Ohm'sche Kontaktschicht 50 für die Zwischenschicht bei jedem von den vierten und fünften Ausführungsbeispielen eingesetzt wird. Man ist bei der vorbeschriebenen Zwischenschicht jedoch nicht hierauf beschränkt. So kann beispielsweise anstatt dieser ein Kohlenstoffanhaftmittel oder ein SiC-spezifisches Anhaftmittel eingesetzt werden, das aus einer organischen Verbindung besteht, die Siliziumatome und Kohlenstoffatome in ihren Strukturen enthält und durch die Wärmebehandlung zu Siliziumkarbid gebildet wird. Des Weiteren können das Basissubstrat 10 und das SiC-Substrat 20 mittels Erwärmen und Pressen verbunden werden.
  • Man beachte, dass das bei jedem der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele eingesetzte Basissubstrat 10 aus verschiedenen Materialien bestehen kann. So kann beispielsweise in demjenigen Fall, in dem das Basissubstrat 10 aus Siliziumkarbid besteht, das Basissubstrat 10 ein beliebiges von sinterverdichtet, amorph, polykristallin und monokristallin sein. In einem Fall, in dem das Basissubstrat 10 aus einem Einkristall gebildet ist, kann die Hauptoberfläche 10A hiervon, die zu dem SiC-Substrat 20 weist, der {0001}-Ebene entsprechen oder einen Off-Winkels relativ zu der {0001}-Ebene aufweisen. In diesem Fall kann der Off-Winkel geeignet und beispielsweise auf 2° oder kleiner und insbesondere auf 1° oder 2° eingestellt werden. Des Weiteren kann die Hauptoberfläche 10A einer Ebene der Si-Ebenenseite oder einer Ebene der C-Ebenenseite entsprechen. Hierbei bezeichnet der Ausdruck „Ebene der Si-Ebenenseite” eine Ebene, die einen Winkel von weniger als 90° relativ zu der Si-Ebene, das heißt der (0001)-Ebene bildet. Demgegenüber bezeichnet der Begriff „Ebene der C-Ebenenseite” eine Ebene, die einen Winkel von weniger als 90° relativ zu der C-Ebene, das heißt zu der (000-1)-Ebene, bildet.
  • Des Weiteren besteht jedes der SiC-Substrate 20 bei jedem der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele aus Einkristallsiliziumkarbid. Des Weiteren kann die Hauptoberfläche 20A entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat 10 der {0001}-Ebene entsprechen oder kann einen Off-Winkel relativ zu der {0001}-Ebene aufweisen. In diesem Fall kann der Off-Winkel geeignet und beispielsweise auf 8° oder kleiner und insbesondere auf 8° oder 4° eingestellt werden. Alternativ kann der Off-Winkel auf 4° oder weniger, so beispielweise auf 3° oder 2° eingestellt werden. Des Weiteren kann die Hauptoberfläche 20A einer Ebene der Si-Ebenenseite oder einer Ebene der C-Ebenenseite entsprechen.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Als fünftes Ausführungsbeispiel wird im Folgenden eine exemplarische Halbleitervorrichtung beschrieben, die unter Verwendung des vorbeschriebenen Siliziumkarbidsubstrates der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Wie in 11 gezeigt ist, ist eine Halbleitervorrichtung 101 entsprechend der vorliegenden Erfindung ein DiMOSFET (Double Implanted MOSFET) vom Vertikaltyp und weist ein Substrat 102, eine Pufferschicht 121, eine Durchschlagspannungshalteschicht 122, p-Bereiche 123, n+-Bereiche 124, p+-Bereiche 125, einen Oxidfilm 126, Source-Elektroden 111, obere Source-Elektroden 127, eine Gate-Elektrode 110 und eine Drain-Elektrode 120 mit Ausbildung auf der Rückseitenoberfläche des Substrates 102 auf. Insbesondere ist die aus Siliziumkarbid bestehende Pufferschicht 121 auf der Vorderseitenoberfläche des Substrates 102, das aus Siliziumkarbid mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ besteht, gebildet. Als Substrat 102 wird ein Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung einschließlich des Siliziumkarbidsubstrates 1, das bei jedem der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, verwendet. In demjenigen Fall, in dem das Siliziumkarbidsubstrat 1 bei jedem der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele verwendet wird, ist die Pufferschicht 121 auf dem SiC-Substrat 20 des Siliziumkarbidsubstrates 1 ausgebildet. Die Pufferschicht 121 weist eine Leitfähigkeit vom n-Typ und eine Dicke von beispielsweise 0,5 μm auf. Des Weiteren weist eine Verunreinigung mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ in der Pufferschicht 121 eine Konzentration von beispielsweise 5 × 1017 cm–3 auf. Ausgebildet auf der Pufferschicht 121 ist eine Durchschlagspannungshalteschicht 122. Die Durchschlagspannungshalteschicht 122 besteht aus Siliziumkarbid mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ und weist eine Dicke von beispielsweise 10 μm auf. Des Weiteren beinhaltet die Durchschlagspannungshalteschicht 122 eine Verunreinigung mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ bei einer Konzentration von beispielsweise 5 × 1015 cm–3.
  • Die Durchschlagspannungshalteschicht 122 weist eine Oberfläche auf, in der p-Bereiche 123 mit einer Leitfähigkeit vom p-Typ mit einem Raum dazwischen ausgebildet sind. In jedem der p-Bereiche 123 ist ein n+-Bereich 124 an der Oberflächenschicht des p-Bereiches 123 ausgebildet. Des Weiteren ist an einer Stelle benachbart zu dem n+-Bereich 124 ein p+-Bereich 125 ausgebildet. Ein Oxidfilm 126 ist derart ausgebildet, dass er sich auf dem n+-Bereich 124 in einem p-Bereich 123, dem p-Bereich 123, einem freigelegten Abschnitt der Durchschlagspannungshalteschicht 122 zwischen den beiden p-Bereichen 123, dem anderen p-Bereich 123 und dem n+-Bereich 124 in dem anderen p-Bereich 123 erstreckt. Auf dem Oxidfilm 126 ist eine Gate-Elektrode 110 ausgebildet. Des Weiteren sind Source-Elektroden 111 auf n+-Bereichen 124 und p+-Bereichen 125 ausgebildet. Auf Source-Elektroden 111 sind obere Source-Elektroden 127 ausgebildet. Des Weiteren ist eine Drain-Elektrode 112 auf der Seitenoberfläche des Substrates 102, das heißt der Oberfläche entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu der Vorderseiteoberfläche, auf der die Pufferschicht 121 ausgebildet ist, ausgebildet.
  • Bei der Halbleitervorrichtung 101 des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird das Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung, so beispielsweise das Siliziumkarbidsubstrat 1, das bei jedem der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, als Substrat 102 eingesetzt. Insbesondere beinhaltet die Halbleitervorrichtung 101 ein Substrat 102, das als Siliziumkarbidsubstrat dient, eine Pufferschicht 121 und eine Durchschlagspannungshalteschicht 122, die beide als Epitaxialwachstumsschichten dienen, die auf und über dem Substrat 102 angeordnet sind, und Source-Elektroden 111, die auf der Durchschlagspannungshalteschicht 122 ausgebildet sind. Des Weiteren ist das Substrat 102 das Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung, so beispielsweise das Siliziumkarbidsubstrat 1. Hierbei ermöglicht, wie vorstehend beschrieben worden ist, das Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung verringerte Kosten bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates. Daher wird die Halbleitervorrichtung 101 mit verringerten Herstellungskosten hergestellt.
  • Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung 101, wie sie in 11 gezeigt ist, anhand 12 bis 15 beschrieben. Wie in 12 gezeigt ist, wird zunächst ein Substratpräparierschritt (S110) durchgeführt. Präpariert wird hierbei beispielsweise ein Substrat 102 (siehe 13), das aus Siliziumkarbid besteht und eine Hauptoberfläche aufweist, die einen Off-Winkel von annähernd 8° relativ zu der (0001)-Ebene aufweist. Als Substrat 102 wird das Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung einschließlich des Siliziumkarbidsubstrates 1 aus der Beschreibung bei jedem der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele präpariert.
  • Als Substrat 102 (siehe 13) kann ein Substrat eingesetzt werden, das eine Leitfähigkeit vom n-Typ und eine Substratresistanz von 0,02 Ωcm aufweist.
  • Als Nächstes wird, wie in 12 gezeigt ist, ein Epitaxialschichtbildungsschritt (S120) durchgeführt. Insbesondere wird die Pufferschicht 121 auf der Vorderseitenoberfläche des Substrates 102 gebildet. Die Pufferschicht 121 wird auf dem SiC-Substrat 20 des Siliziumkarbidsubstrates 1 gebildet, das als Substrat 102 eingesetzt wird (siehe 1, 7 und 9). Als Pufferschicht 121 wird eine Epitaxialwachtumsschicht gebildet, die aus Siliziumkarbid mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ besteht und eine Dicke von beispielsweise 0,5 μm aufweist. Die Pufferschicht 121 weist eine Leitfähigkeitsverunreinigung bei einer Konzentration von beispielsweise 5 × 1017 cm–3 auf. Sodann wird auf der Pufferschicht 121 eine Durchschlagspannungshalteschicht 122, wie 13 gezeigt ist, gebildet. Als Durchschlagspannungshalteschicht 122 wird eine Schicht, die aus Siliziumkarbid mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ besteht, durch Epitaxialwachstum gebildet. Die Durchschlagspannungshalteschicht 122 kann eine Dicke von beispielsweise 10 μm aufweisen. Des Weiteren beinhaltet eine Durchschlagspannungshalteschicht 122 eine Verunreinigung mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ bei einer Konzentration von beispielsweise 5 × 1015 cm–3.
  • Als Nächstes wird, wie in 12 gezeigt ist, ein Implantierschritt (S130) durchgeführt. Insbesondere wird eine Verunreinigung mit einer Leitfähigkeit vom p-Typ in die Durchschlagspannungshalteschicht 122 unter Verwendung eines durch Fotolithographie und Ätzen gebildeten Oxidfilmes als Maske implantiert, wodurch p-Bereiche 123, wie in 14 gezeigt ist, gebildet werden. Des Weiteren wird nach dem Entfernen des verwendeten Oxidfilmes ein Oxidfilm mit neuem Muster durch Fotolithographie und Ätzen gebildet. Unter Verwendung dieses Oxidfilmes als Maske wird eine leitfähige Verunreinigung mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ in vorbestimmte Bereiche hinein implantiert, um n+-Bereiche 124 zu bilden. Auf ähnliche Weise wird eine leitfähigkeite Verunreinigung mit einer Leitfähigkeit vom p-Typ implantiert, um p+-Bereiche 125 zu bilden. Im Ergebnis erhält man die Struktur, die in 14 gezeigt ist.
  • Nach einem derartigen Implantierschritt wird ein Aktivierungsaushärtprozess durchgeführt. Der Aktivierungsaushärtprozess kann unter der Bedingung durchgeführt werden, dass beispielsweise Argongas als atmosphärisches Gas eingesetzt wird, dass die Erwärmungstemperatur auf 1700°C eingestellt ist und dass die Erwärmungszeit bei 30 min liegt.
  • Als Nächstes wird ein Gate-Isolationsfilmbildungsschritt (S140) durchgeführt, wie in 12 gezeigt ist. Insbesondere wird, wie in 15 gezeigt ist, ein Oxidfilm 126 ausgebildet, der die Durchschlagspannungshalteschicht 122, die p-Bereiche 123, die n+-Bereiche 124 und die p+-Bereiche 125 bedeckt. Als Bedingung zur Bildung des Oxidfilmes 126 kann beispielsweise eine Trockenoxidation (thermische Oxidation) durchgeführt werden. Die Trockenoxidation kann unter der Bedingung durchgeführt werden, dass die Erwärmungstemperatur auf 1200°C und die Erwärmungszeit auf 30 min eingestellt ist.
  • Anschließend wird ein Stickstoffaushärtschritt (S150), wie in 12 gezeigt ist, durchgeführt. Insbesondere wird ein Aushärtprozess in einem atmosphärischen Gas aus Stickstoffmonoxid (NO) durchgeführt. Die Temperaturbedingungen für diesen Aushärtprozess lauten beispielsweise derart, dass die Erwärmungstemperatur 1100°C ist und die Erwärmungszeit 120 min ist. Im Ergebnis werden Stickstoffatome in eine Umgebung der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 126 und einer jeden von der Durchschlagspannungshalteschicht 122, den p-Bereichen 123, den n+-Bereichen 124 und den p+-Bereichen 125, die unter dem Oxidfilm 126 angeordnet sind, eingeführt. Des Weiteren kann nach dem Aushärtschritt unter Verwendung des atmosphärischen Gases aus Stickstoffmonoxid ein zusätzliches Aushärten unter Verwendung von Argongas (Ar), das ein Edelgas ist, durchgeführt werden. Insbesondere unter Verwendung des Atmosphärengases aus Argongas kann das zusätzliche Aushärten unter der Bedingung durchgeführt werden, dass die Erwärmungstemperatur auf 1100°C und die Erwärmungszeit auf 60 min eingestellt wird.
  • Als Nächstes wird, wie in 12 gezeigt ist, ein Elektrodenbildungsschritt (S160) durchgeführt. Insbesondere werden, wie in 11 dargestellt ist, eine Gate-Elektrode 110, Source-Elektroden 111, eine Drain-Elektrode 112 sowie obere Source-Elektroden 127 ausgebildet, sodass die Halbleitervorrichtung 101 fertiggestellt ist.
  • Man beachte, dass beim fünften Ausführungsbeispiel der MOSFET vom Vertikaltyp als exemplarische Halbleitervorrichtung dargestellt ist, die unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann. Man ist bei der herstellbaren Halbleitervorrichtung jedoch nicht hierauf beschränkt. So können beispielsweise verschiedene Arten von Halbleitervorrichtungen unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrates der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, so beispielsweise ein JFET (Junction Field Effect Transistor), ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und eine Schottky-Barrieren-Diode.
  • Des Weiteren kann das Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine Halbleitervorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung beim fünften Ausführungsbeispiel herzustellen. Mit anderen Worten, bei der Halbleitervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird eine Epitaxialwachstumsschicht auf dem Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung als aktive Schicht ausgebildet. Insbesondere beinhaltet die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung das Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung, die Epitaxialwachstumsschicht, die auf dem Siliziumkarbidsubstrat ausgebildet ist, und die Elektrode, die auf der Epitaxialwachstumsschicht ausgebildet ist. Insbesondere beinhaltet die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung das Basissubstrat, das SiC-Substrat, das aus Einkristallsiliziumkarbid besteht und auf dem Basissubstrat angeordnet ist, die Epitaxialwachstumsschicht, die auf dem SiC-Substrat ausgebildet ist, und die Elektrode, die auf der Epitaxialschicht ausgebildet ist. Des Weiteren weist die Hauptoberfläche des SiC-Substrates entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat einen Off-Winkel von 20° oder kleiner relativ zu der {0001}-Ebene auf.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele sind illustrativ und daher keinesfalls beschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die Begriffe in den Ansprüchen und nicht durch die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele definiert und soll beliebige Abwandlungen innerhalb des Umfanges und des Wesens beinhalten, die zu den Begriffen der Ansprüche äquivalent sind.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung ist vorteilhafterweise insbesondere bei einem Siliziumkarbidsubstrat einsetzbar, das zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei der die Herstellung zu verringerten Herstellungskosten erreicht werden soll, verwendet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Siliziumkarbidsubstrat
    10
    Basissubstrat
    10A
    Hauptoberfläche
    11
    Materialsubstrat
    20
    SiC-Substrat
    20A
    Hauptoberfläche
    40
    SiC-Verbindungsschicht
    50
    Ohm'sche Kontaktschicht
    81
    erster Erwärmer
    82
    zweiter Erwärmer
    101
    Halbleitervorrichtung
    102
    Substrat
    110
    Gate-Elektrode
    111
    Source-Elektrode
    112
    Drain-Elektrode
    121
    Pufferschicht
    122
    Durchschlagspannungshalteschicht
    123
    p-Bereich
    124
    n+-Bereich
    125
    p+-Bereich
    126
    Oxidfilm
    127
    obere Source-Elektrode

Claims (7)

  1. Siliziumkarbidsubstrat (1), umfassend: ein Basissubstrat (10), das einen Durchmesser von 70 mm oder größer aufweist; und eine Mehrzahl von SiC-Substraten (20), von denen jedes aus Einkristallsiliziumkarbid besteht und bei einer Betrachtung in einer Planaransicht Seite an Seite auf dem Basissubstrat angeordnet ist, wobei jedes der SiC-Substrate (20) eine Hauptoberfläche (20A) aufweist, die entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat (10) ist die und einen Off-Winkel von 20° oder kleiner relativ zu einer {0001}-Ebene aufweist.
  2. Siliziumkarbidsubstrat (1) nach Anspruch 1, wobei das Basissubstrat (10) und jedes der SiC-Substrate (20) in Kontakt miteinander sind.
  3. Siliziumkarbidsubstrat (1) nach Anspruch 1, wobei das Basissubstrat (10) aus Siliziumkarbid besteht.
  4. Siliziumkarbidsubstrat (1) nach Anspruch 3, wobei der Kristall zwischen dem Basissubstrat (10) und jedem der SiC-Substrate (20) diskontinuierlich ist.
  5. Siliziumkarbidsubstrat (1) nach Anspruch 4, wobei Defekte zwischen dem Basissubstrat (10) und jedem der SiC-Substrate (20) diskontinuierlich sind.
  6. Siliziumkarbidsubstrat (1) nach Anspruch 1, wobei das Basissubstrat (10) einen Durchmesser von 4 Inch oder größer aufweist.
  7. Siliziumkarbidsubstrat (1) nach Anspruch 1, wobei die Hauptoberfläche eines jeden der SiC-Substrate (20) entgegengesetzt bzw. gegenüberliegend zu dem Basissubstrat (10) einen Off-Winkel von 5° oder größer relativ zu einer {0001}-Ebene aufweist.
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