DE112012004966B4 - Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung (100), umfassend die Schritte:Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats (80) mit einer ersten Hauptoberfläche (1) und einer gegenüber der ersten Hauptoberfläche angeordneten zweiten Hauptoberfläche (2); undwobei die erste Hauptoberfläche (1) eine solche Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht (LE), das eine Energie gleich einer oder größer als eine Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, Leuchtbereiche (3) in einem Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr mit einer Dichte von 1x104cm-2oder weniger auf der ersten Hauptoberfläche (1) erzeugt werden,wobei die zweite Hauptoberfläche (2) eine Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht (LE), das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, Leuchtbereiche (3) im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr mit einer Dichte von 1x104cm-2oder weniger auf der zweiten Hauptoberfläche (2) erzeugt werden,Bilden einer Elektrode (112) auf der ersten Hauptoberfläche,wobei das Siliziumkarbid-Substrat eine hexagonale Kristallstruktur aufweist,wobei die erste Hauptoberfläche (1) einen Abweichungswinkel (OA) von ± 8° oder weniger relativ zu einer {0001}-Ebene aufweist,wobei der Schritt zur Herstellung des Siliziumkarbid-Substrats (80) einen Schritt zum Messen der Dichte der Leuchtbereiche (3) bei einer Wellenlänge von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche (1) umfasst, während die erste Hauptoberfläche (1) mit dem Anregungslicht (LE), das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird, undwobei der Schritt des Herstellens eines Siliziumkarbid-Substrats (80) den Schritt des Messens der Dichte der Leuchtbereiche (3) im Wellenlängenbereich 750mm oder mehr auf der zweiten Hauptoberfläche (2) umfasst, während die zweite Hauptoberfläche (2) mit Anregungslicht (LE), das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, die ein Siliziumkarbid-Substrat mit einer hexagonalen Kristallstruktur verwendet.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren wurde ein Siliziumkarbid-Substrat eingesetzt, das zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet wurde. Siliziumkarbid weist eine größere Bandlücke als Silizium auf. Dementsprechend weist eine ein Siliziumkarbid-Substrat verwendende Halbleitervorrichtung vorteilhafterweise eine hohe Durchbruchspannung, einen niedrigen Einschaltwiderstand und eine sich in einer Hochtemperaturumgebung nur gering verschlechternde Eigenschaft auf.
  • Um die Halbleitervorrichtungsproduktion unter Verwendung des oben beschriebenen Siliziumkarbid-Substrats zu verbessern, ist es erforderlich, Versetzungen in dem Siliziumkarbid-Substrat zu steuern. Beispielsweise offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2010- 184 833 A (Patentdokument 1), dass eine Verschlechterung der Eigenschaft eines Geräts (Halbleitervorrichtung) und eine Abnahme dessen Produktion durch Bilden eines Winkels von 22,5° oder weniger zwischen der [0001]-Achse und einer Richtung der Versetzungslinie von Schraubenversetzungen, die die (0001)-Ebene durchdringt, unterdrückt werden können.
  • Das Dokument „Whole-Wafer Mapping of Dislocations in 4H-SiC Epitaxy", R. E. Stahlbush et al., Materials Science Forum, Vol. 556-557, Seite 295-298 beschreibt ein zerstörungsfreies Verfahren zur Abbildung von Versetzungen und anderen Defekten in SiC-Epitaxieschichten. Es werden Basalebenenversetzungen (BPDs) und Durchstoßungsversetzungen (TDs) abgebildet. Die Fotolumineszenz der Versetzungen wird mit den 364- und/oder 351-nm-Linien eines Argon-Ionen-Lasers angeregt und Nahinfrarotlicht gesammelt. Eine computergesteuerte Prüfstation nimmt mehrere Bilder auf, und die mm-großen Bilder werden kartiert und zu einem Bild des gesamten Wafers zusammengefügt. Die Konzentration der TDs liegt in der Größenordnung von 104/cm2 und die lokale Konzentration variiert um mehr als eine Größenordnung.
  • Dokument JP 2006- 147 848 A betrifft ein Verfahren zur Bewertung der zweidimensionalen Verteilung von Kristallstrukturdefekten einer Halbleiterprobe, das einen Prozess, bei dem die Halbleiterprobe mit Licht bestrahlt wird, um Photolumineszenzlicht freizusetzen, einen Prozess, bei dem das freigesetzte Photolumineszenzlicht einer Spektroskopie unterzogen wird, um Wellenlängeninformationen und Intensitätsinformationen des Photolumineszenzlichts zu erhalten, und einen Prozess, um eine zweidimensionale Verteilung von Kristallstrukturdefekten der Halbleiterprobe aus den Wellenlängeninformationen und Intensitätsinformationen des Photolumineszenzlichts zu erhalten, umfasst.
  • Das Dokument JP 2011- 220 744 A betrifft ein Verfahren zur Defektsteuerung in monokristallinen SiC-Bulk-Substraten, wobei ein Photolumineszenzbild auf einer Seite mit längerer Wellenlänge erhalten wird, indem die Oberfläche eines Substrats mit ultravioletten Strahlen mit einer Wellenlänge von nicht weniger als 200 nm und nicht mehr als 390 nm bestrahlt und mindestens Lichtstrahlen von weniger als 600 nm aus dem Photolumineszenzlicht, das vom Substrat abgestrahlt und erhalten wird, aufgefangen werden, wobei jeder Bereich, der heller ist als die benachbarten Bereiche, der anhand von Unterschieden in der relativen Leuchtdichte zwischen benachbarten Bereichen identifiziert wird, als ein fehlerhafter Bereich bestimmt wird, der einen Laminierungsfehler vom Typ 6H enthält.
  • Das Dokument JP 2011- 121 847 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Epitaxiewafers, das den Schritt des Bildens einer SiC-Epitaxieschicht auf einem 4H-SiC-Einkristallsubstrat, das um einen Versatzwinkel von 0,4-5° geneigt ist, und den Schritt des Zuführens von siliziumhaltigem Gas und kohlenstoffhaltigem Gas in einer Menge, die für das epitaktische Wachstum von Siliziumkarbid auf dem Substrat benötigt wird, dessen Oberfläche durch Gasätzen gereinigt wurde, so dass das Atomverhältnis C/Si von Kohlenstoff zu Silizium 0,7-1,2 beträgt, und epitaktisches Aufwachsen eines Siliziumkarbidfilms bei einer Temperatur von mindestens 1600°C und höchstens 1800°C.
  • Zitationsliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2010- 184 833 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2010- 184 833 A (Patentliteratur 1) beschriebenen Verfahren wird die Versetzungsdichte durch Steuern der Richtung der Versetzungslinie in einer Epitaxieschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat gebildet wird, verringert. Indem nur die Versetzungsdichte in der Epitaxieschicht verringert wird, ist es jedoch schwierig, die Halbleitervorrichtungsausbeute ausreichend zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des vorstehenden Problems konzipiert und stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zur Verbesserung einer Halbleitervorrichtungsausbeute bereit.
  • Lösung des Problems
  • Als Ergebnis der sorgfältige Untersuchungen der Erfinder über eine Beziehung zwischen der Halbleitervorrichtungsproduktion und der Versetzungsdichte, haben die Erfinder heraus gefunden, dass lediglich die Verringerung der Versetzungsdichte auf der Substratoberfläche, auf der die Epitaxieschicht gebildet wird (d.h., die Vorderseitenoberfläche des Substrats), nicht ausreicht, um die Halbleitervorrichtungsausbeute zu verbessern, und sie haben festgestellt, dass es zur Verbesserung der Halbleitervorrichtungsausbeute wichtig ist, die Versetzungsdichte auf der Oberfläche des Substrats zu verringern, auf der eine Elektrode ausgebildet wird (d.h., der Rückseitenoberfläche des Substrats). Im Folgenden wird ein Grund dafür beschrieben.
  • Es gibt zwei Arten von Kristalldefekten in einem Siliziumkarbid-Substrat, das eine der {0001}-Ebene entsprechende Hauptoberfläche aufweist. Eine Art Kristalldefekt wird als „Schraubenversetzung“ bezeichnet. Diese Schraubenversetzung ist ein Kristalldefekt, der in einer Richtung (<0001 > Richtung) senkrecht zu der Wachstumsebene des Kristalls wächst. Die andere Art Kristalldefekt wird als „Stapelfehler“ oder „Basisflächenversetzung“ bezeichnet, von denen jeder einen Kristalldefekt darstellt, der in einer Richtung (<11-20> Richtung) parallel zu der {0001}-Ebene wächst. In dem Fall, bei dem ein Substrat, das eine der {0001}-Ebene entsprechende Hauptoberfläche aufweist, durch Schneiden eines Ingots erhalten wird, gibt es im Wesentlichen keinen Unterschied zwischen der Versetzungsdichte auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats und der Schraubenversetzungsdichte auf dessen Rückseitenoberfläche, da die Schraubenversetzungen in der senkrechten Richtung zu der Hauptoberfläche davon wachsen. Im Gegensatz dazu kann sich die Dichte der Versetzungen, wie die Stapelfehler und die Basisflächenversetzungen, die in paralleler Richtung zu der (0001)-Ebene auftreten, auf der Vorderseitenoberfläche und jener auf der Rückseitenoberfläche des Substrats, im Gegensatz zu den Schraubenversetzungen, voneinander unterscheiden.
  • Wird die Versetzungsdichte auf der Rückseitenoberfläche erhöht, verändert sich die Form des Substrats. Insbesondere wird jedes Mal, wenn das Substrat einem Verfahren, wie einem thermischen Verfahren oder einem Filmbildungsverfahren unterworfen wird, ein SORI-Wert, der einen Betrag der Welligkeit des Substrats angibt, verändert. Die Änderung des SORI-Wertes des Substrats aufgrund des thermischen Prozesses oder dergleichen, erschwert die Positionsausrichtung in einem nachfolgenden Schritt, wie beispielsweise einem Lithographieschritt. Dies führt zu einer verringerten Ausbeute an Halbleitervorrichtungen, die unter Verwendung des Substrats hergestellt wurden. In dem Fall, bei dem das Verfahren zur Bildung der Vorrichtung unter Verwendung des Substrats durchgeführt wird, dessen Vorderseitenoberfläche eine geringe Versetzungsdichte, aber dessen Rückseitenoberfläche eine hohe Versetzungsdichte aufweist, ändert sich der SORI-Wert von dem SORI-Wert vor dem Verfahren zur Bildung der Vorrichtung auf den SORI-Wert nach dem Verfahren zur Bildung der Vorrichtung. Ist der Änderungsbetrag des SORI-Wertes hoch, wird das Verhältnis der Häufigkeit eines Positionsfehlausrichtungsereignisses (Strukturfehlausrichtung) in dem Lithographieschritt groß sein, wodurch eine verringerte Halbleitervorrichtungsausbeute erzielt wird. Mit anderen Worten ist es für die Verbesserung der Halbleitervorrichtungsausbeute erforderlich, den Änderungsbetrag des SORI-Wertes durch Verringern der Versetzungsdichte auf der Rückseitenoberfläche des Substrats zu verringern.
  • Um dies zu erreichen, umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte: Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats mit einer ersten Hauptoberfläche und einer gegenüber der ersten Hauptoberfläche angeordneten zweiten Hauptoberfläche; und wobei die erste Hauptoberfläche eine solche Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht, das eine Energie gleich einer oder größer als eine Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, Leuchtbereiche in einem Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr mit einer Dichte von 1×104cm-2 oder weniger auf der ersten Hauptoberfläche erzeugt werden, wobei die zweite Hauptoberfläche eine Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht, das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, Leuchtbereiche im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr mit einer Dichte von 1x104 cm-2 oder weniger auf der zweiten Hauptoberfläche erzeugt werden, Bilden einer Elektrode auf der ersten Hauptoberfläche, wobei das Siliziumkarbid-Substrat eine hexagonale Kristallstruktur aufweist, wobei die erste Hauptoberfläche einen Abweichungswinkel von ± 8° oder weniger relativ zu einer {0001}-Ebene aufweist, wobei der Schritt zur Herstellung des Siliziumkarbid-Substrats einen Schritt zum Messen der Dichte der Leuchtbereiche bei einer Wellenlänge von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche umfasst, während die erste Hauptoberfläche mit dem Anregungslicht, das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird, und wobei der Schritt des Herstellens eines Siliziumkarbid-Substrats den Schritt des Messens der Dichte der Leuchtbereiche im Wellenlängenbereich 750mm oder mehr auf der zweiten Hauptoberfläche umfasst, während die zweite Hauptoberfläche mit Anregungslicht, das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird.
  • Die Dichte der Leuchtbereiche im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr ist eng mit der Versetzungsdichte verbunden. Wenn die Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats mit der Eigenschaft, dass die Dichte der Leuchtbereiche 1x104cm-2 oder weniger auf der ersten Hauptoberfläche (Rückseitenoberfläche) beträgt, hergestellt wird, kann das Ausmaß der Veränderung in der Welligkeit (Wölbung) des Substrats, die durch ein thermisches Verfahren oder dergleichen verursacht wird, verringert werden. Folglich kommt es weniger häufig zu Positionsfehlausrichtungen in dem Lithographieschritt, wodurch die Halbleitervorrichtungsausbeute verbessert wird. Der Schritt des Herstellens des Siliziumkarbid-Substrats umfasst den Schritt des Messens der Dichte der Leuchtbereiche bei einer Wellenlänge von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche, während die erste Hauptoberfläche mit dem Anregungslicht, das eine Energie gleich der oder größer als eine Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird. Durch Messen der Dichte der Leuchtbereiche im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche kann die Versetzungsdichte auf der Rückseitenoberfläche des Substrats gesteuert werden.
  • Vorzugsweise weist das Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung ferner den Schritt des Bildens einer Epitaxieschicht auf der zweiten Hauptoberfläche auf. Auf diese Weise wird die Epitaxieschicht auf der Vorderseitenoberfläche des Substrats gebildet. Vorzugsweise weist in dem Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung die erste Hauptoberfläche eine Eigenschaft auf, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht, das eine Energie gleich der oder größer als eine Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, nicht leuchtende Bereiche bei einer Wellenlänge von 390 nm mit einer Dichte von 1x104cm-2 oder weniger auf der ersten Hauptoberfläche erzeugt werden. Somit wird die Halbleitervorrichtungsausbeute durch Verwenden des Siliziumkarbid-Substrats mit einer niedrigen Versetzungsdichte, die den nicht leuchtenden Bereichen im Wellenlängenbereich von 390 nm zuzuordnen ist, verbessert. Vorzugsweise umfasst in dem Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung der Schritt des Herstellens des Siliziumkarbid-Substrats den Schritt des Messens der Dichte der nicht leuchtenden Bereiche bei einer Wellenlänge von 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche, während die erste Hauptoberfläche mit dem Anregungslicht, das eine Energie gleich der oder größer als eine Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird. Hierin ist die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche eng mit der Versetzungsdichte verbunden.
  • Dementsprechend kann durch Messen der Dichte der nicht leuchtenden Bereiche im Wellenlängenbereich von 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche die den nicht leuchtenden Bereichen zugeordnete Versetzungsdichte in einer detaillierteren Art und Weise untersucht werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Halbleitervorrichtungsausbeute verbessert werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Aufbau eines Siliziumkarbid-Substrats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abweichungswinkel einer Kristallstruktur des Siliziumkarbid-Substrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 3 ist ein Blockdiagramm, das schematisch einen Aufbau einer Messvorrichtung zur Messung der Photolumineszenz des Siliziumkarbid-Substrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 4 ist eine Teildraufsicht, die schematisch beispielhafte Leuchtbereiche des Siliziumkarbid-Substrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 5 ist eine Teildraufsicht, die schematisch beispielhafte nicht leuchtende Bereiche des Siliziumkarbid-Substrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 6 ist eine Querschnittansicht, die schematisch einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 7 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 ist eine Teilquerschnittansicht, die schematisch einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 9 ist eine Teilquerschnittansicht, die schematisch einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 10 ist eine Teilquerschnittansicht, die schematisch einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 11 ist eine Teilquerschnittansicht, die schematisch einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 12 zeigt eine Beziehung zwischen einem SORI-Wert und einer Basisflächen-Versetzungsdichte bei jeder Halbleitervorrichtung im Beispiel der vorliegenden Erfindung Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass in den unten genannten Figuren gleiche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind und nicht wiederholt beschrieben werden.
  • Hinsichtlich kristallographischer Angaben in der vorliegenden Beschreibung wird eine einzelne Richtung durch [] dargestellt, eine Gruppe von Richtungen durch <> dargestellt, und eine einzelne Ebene wird durch () dargestellt, und eine Gruppe von Ebenen wird durch {} dargestellt. Zudem sollte ein negativer Index kristallographisch durch Setzen eines „-“ (Strich) über eine Ziffer angegeben werden, wird jedoch durch Setzen des negativen Vorzeichens vor der Ziffer in der vorliegenden Beschreibung angegeben. Zur Beschreibung eines Winkels wird ein System mit einem omnidirektionalen Winkel von 360° verwendet.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Wie in 1 gezeigt, ist ein Siliziumkarbid-Substrat 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Siliziumkarbid-Substrat 80 mit einer hexagonalen Kristallstruktur. Das Siliziumkarbid-Substrat 80 weist eine Seitenfläche auf und umfasst eine erste Hauptoberfläche 1 und eine zweite Hauptoberfläche 2, die beide von der Seitenfläche umgeben sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass die erste Hauptoberfläche 1 eine Rückseitenoberfläche und die zweite Hauptoberfläche 2 eine Vorderseitenoberfläche ist. Der hexagonale Kristall weist vorzugsweise einen Polytyp 4H auf.
  • Ferner ist, wie in 2 gezeigt, die erste Hauptoberfläche 1 (1) um einen Abweichungswinkel OA relativ zu einer {0001}-Ebene des hexagonalen Kristalls HX geneigt. Mit anderen Worten weist die erste Hauptoberfläche 1 eine Normale-Richtung DZ auf, die um einen Abweichungswinkel OA relativ zu einer <0001 >-Richtung geneigt ist. Der Abweichungswinkel OA der ersten Hauptoberfläche 1 relativ zu der {0001}-Ebene ist ± 8° oder kleiner. Diese Neigung ist beispielsweise in einer Abweichungsrichtung DX vorgesehen. In der Figur ist eine Richtung DY eine Richtung senkrecht zur Richtung DX auf der ersten Hauptoberfläche 1. Die Abweichungsrichtung DX ist beispielsweise eine <11-20>-Richtung in der {0001}-Ebene.
  • Die erste Hauptoberfläche 1 des Siliziumkarbid-Substrats 80 weist, wie nachfolgend beschrieben, eine bestimmte Photolumineszenz-Eigenschaft auf. Im Nachfolgenden werden die Messung dieser Photolumineszenz-Eigenschaft und eine für die Messung verwendete Vorrichtung beschrieben.
  • Wie in 3 gezeigt, weist eine Photolumineszenz-Messvorrichtung 400 eine Anregungslichterzeugungseinheit 420 und eine Mikroskop-Einheit 430 auf.
  • Die Anregungslichterzeugungseinheit 420 weist eine Lichtquellen-Einheit 421, eine Lichtleiter-Einheit 422 und einen Filter 423 auf. Die Lichtquellen-Einheit 421 ist eine Lichtquelle mit einer Energiekomponente, die höher als die Bandlücke des hexagonalen Siliziumkarbids ist. Die Lichtquellen-Einheit 421 ist beispielsweise eine Quecksilberlampe. Die Lichtleiter-Einheit 422 leitet von der Lichtquellen-Einheit 421 emittiertes Licht und umfasst beispielsweise eine optische Faser. Der Filter 423 ermöglicht den selektiven Durchlass von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge, die einer Energie entspricht, die höher ist als die Bandlücke des hexagonalen Siliziumkarbids. Typischerweise beträgt die Wellenlänge, die der Bandlücke des hexagonalen Siliziumkarbids entspricht, in etwa 313 nm. Somit kann beispielsweise ein Bandpassfilter, der insbesondere den Durchlass von Licht mit einer Wellenlänge von in etwa 390 nm erlaubt, als Filter 423 verwendet werden. Mit diesem Aufbau kann die Anregungslichterzeugungseinheit 420 angeregtes Licht LE emittieren, das eine Energie aufweist, die höher als die Bandlücke des hexagonalen Siliziumkarbids ist.
  • Die Mikroskop-Einheit 430 weist eine Steuereinheit 431, einen Verfahrtisch 432, ein optisches System 433, einen Filter 434 und eine Kamera 435 auf. Die Steuereinheit 431 steuert die Verschiebebewegung des Verfahrtisches 432 und steuert einen von der Kamera 435 durchgeführten Bildaufnahmevorgang.
  • Die Steuereinheit 431 ist beispielsweise ein Personal Computer. Der Verfahrtisch 432 hält das Siliziumkarbid-Substrat 8, so dass die erste Hauptoberfläche 1 freiliegt, und verschiebt die Position der ersten Hauptoberfläche 1. Der Verfahrtisch 432 ist beispielsweise ein XY-Verfahrtisch. Das optische System 433 empfängt das Photolumineszenzlicht LL, das von der ersten Hauptoberfläche 1 als Folge der Anregung durch das Anregungslicht LE emittiert wurde. Von dem durch das optische System 433 empfangene Licht, erlaubt der Filter 434 den selektiven Durchlass von Licht mit einer Wellenlänge von 750 nm oder mehr. Der Filter 434 umfasst einen Tiefpassfilter oder einen Bandpassfilter. Die Kamera 435 nimmt ein Bild auf, das auf das durch den Filter 434 hindurchgegangene Übertragungslicht LH zurückzuführen ist, und sendet Daten davon an die Steuereinheit 431. Die Kamera 435 ist beispielsweise eine CCD-Kamera.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zum Messen der Photolumineszenz beschrieben.
  • Zunächst trifft das Anregungslicht LE auf die erste Hauptoberfläche 1 des Siliziumkarbid-Substrats 80 auf. Das Anregungslicht weist eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid auf. Folglich werden Photolumineszenzlicht LL emittierende Leuchtbereiche auf der ersten Hauptoberfläche 1 erzeugt. Von dem Photolumineszenzlicht LL, wird das durch den Filter 434 hindurchgegangene Übertragungslicht LH als ein Bild von der Kamera 435 aufgezeichnet. In dem Fall, bei dem der Filter 434 ein Filter ist, der insbesondere den Durchlass von Licht mit einer Wellenlänge von beispielsweise 750 nm oder mehr ermöglicht, werden Leuchtbereiche, die Photolumineszenzlicht LL mit einer Wellenlänge von 750 nm oder mehr emittieren, auf der ersten Hauptoberfläche 1 beobachtet. In diesem Fall ist eine Dichte der Leuchtbereiche eng mit einer Versetzungsdichte verbunden. Ist indes der Filter 434 ein Filter, der insbesondere den Durchlass von Licht in einem Wellenlängenbereich von beispielsweise etwa 390 nm ermöglicht, werden Leuchtbereiche, die Photolumineszenzlicht LL mit einer Wellenlänge von etwa 390 nm emittieren, auf der ersten Hauptoberfläche 1 beobachtet.
  • Im Nachfolgenden wird eine Eigenschaft des Siliziumkarbid-Substrats 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Die erste Hauptoberfläche 1 des Siliziumkarbid-Substrats 80 der vorliegenden Ausführungsform hat die Eigenschaft, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche 1 mit einer Dichte von 1×104 cm-2 oder kleiner erzeugt werden. Noch bevorzugter werden die Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche 1 mit einer Dichte von 1×103 cm-2 oder weniger erzeugt.
  • Bezugnehmend auf 4 werden im Folgenden schematisch die Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche 1 beschrieben. Bei der Durchführung der oben beschriebenen Photolumineszenz-Messung werden die Leuchtbereiche 3 als helle Flecken in dem von der Kamera 435 aufgenommenen Bild beobachtet. Die Dichte der Leuchtbereiche 3 wird als die Anzahl von hellen Flecken pro Flächeneinheit berechnet. Die Dichte der Leuchtbereiche 3 ist eng mit der Versetzungsdichte verbunden. Wenn die Dichte der Leuchtbereiche 3 gering ist, ist auch die Dichte der Versetzungen gering.
  • Die erste Hauptoberfläche 1 des Siliziumkarbid-Substrats 80 der vorliegenden Ausführungsform hat vorzugsweise die Eigenschaft, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid, nicht leuchtende Bereiche 4 im Wellenlängenbereich von 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche 1 mit einer Dichte von 1×104 cm-2 oder kleiner erzeugt werden. Noch bevorzugter werden die nicht leuchtenden Bereiche 4 im Wellenlängenbereich von 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche 1 mit einer Dichte von 1×103 cm-2 oder weniger erzeugt.
  • Bezugnehmend auf 5 werden im Folgenden schematisch die nicht leuchtenden Bereiche 4 im Wellenlängenbereich von etwa 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche 1 beschrieben. Bei der Durchführung der oben beschriebenen Photolumineszenz-Messung werden die nicht leuchtenden Bereiche 4 als dunkle Flecken in dem durch die Kamera 435 aufgenommenen Bild beobachtet. Die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 wird durch Zählen der Anzahl von dunklen Flecken pro Flächeneinheit berechnet. Die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 ist eng mit der Versetzungsdichte verbunden. Wenn die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 niedrig ist, ist auch die Dichte der Versetzungen niedrig.
  • Die obige Beschreibung veranschaulichte die Dichte der Leuchtbereiche 3 und die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 auf der ersten Hauptoberfläche (Rückseitenoberfläche) des Siliziumkarbid-Substrats 80, aber die Dichte der Leuchtbereiche 3 und die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 in jeder der ersten Hauptoberfläche 1 und der zweiten Hauptoberfläche 2 kann niedrig sein. Insbesondere kann die erste Hauptoberfläche 1 (Rückseitenoberfläche) des Siliziumkarbid-Substrats 80 die Eigenschaft aufweisen, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid, Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche 1 mit einer Dichte von 1x104 cm-2 oder weniger erzeugt werden, und die zweite Hauptoberfläche 2 (Vorderseitenoberfläche) des Siliziumkarbid-Substrats 80 kann eine Eigenschaft aufweisen, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid, Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der zweiten Hauptoberfläche 2 mit einer Dichte von 1×104 cm-2 oder weniger erzeugt werden. Ebenso kann die erste Hauptoberfläche 1 (Rückseitenoberfläche) des Siliziumkarbid-Substrats 80 die Eigenschaft aufweisen, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid, nicht leuchtende Bereiche 4 im Wellenlängenbereich von 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche 1 mit einer Dichte von 1×104 cm-2 oder kleiner erzeugt werden, und die zweite Hauptoberfläche 2 (Vorderseitenoberfläche) des Siliziumkarbid-Substrats 80 kann die Eigenschaft aufweisen, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid, nicht leuchtende Bereiche 4 im Wellenlängenbereich von 390 nm auf der zweiten Hauptoberfläche 2 mit einer Dichte von 1×104 cm-2 oder kleiner erzeugt werden.
  • Ist ein Unterschied zwischen der Versetzungsdichte auf der ersten Hauptoberfläche 1 und der Versetzungsdichte auf der zweiten Hauptoberfläche 2 des Siliziumkarbid-Substrats 80 groß, ändert sich ein SORI-Wert zwischen einem SORI-Wert vor einem thermischen Prozess oder ein Filmbildungsprozess und einem SORI-Wert nach dem thermischen Prozess oder dem Filmbildungsprozess wahrscheinlich stark. Sind, wie zuvor beschrieben, die Versetzungsdichte auf der ersten Hauptoberfläche 1 und die Versetzungsdichte auf der zweiten Hauptoberfläche 2 des Siliziumkarbid-Substrats 80 ähnlich gering, wird die Änderung des SORI-Wertes klein sein.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Wie in 6 gezeigt, umfasst eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen MOSFET, insbesondere einen DiMOSFET des vertikalen Typs (doppelt implantierter MOSFET). Der MOSFET weist ein Epitaxiesubstrat 90, eine Oxidschicht 126, Source-Elektroden 111, obere Source-Elektroden 127, eine Gate-Elektrode 110 und eine Drain-Elektrode auf. Das Epitaxiesubstrat 90 weist ein Siliziumkarbid-Substrat 80, eine Pufferschicht 121, eine Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122, p-Gebiete 123, n+-Gebiete 124 und p+-Gebiete 125 auf.
  • Das Siliziumkarbid-Substrat 80 ist ein Substrat mit der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Eigenschaft. Sowohl das Siliziumkarbid-Substrat 80 als auch die Pufferschicht 121 weisen eine n-Leitfähigkeit auf. Die Pufferschicht 121 umfasst eine Verunreinigung mit einer n-Leitfähigkeit und einer Konzentration von beispielsweise 5×1017 cm-3. Ferner weist die Pufferschicht 121 eine Dicke von beispielsweise 0,5 µm auf.
  • Die Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122 wird auf der Pufferschicht 121 ausgebildet und ist aus Siliziumkarbid mit n-Leitfähigkeit hergestellt. Beispielsweise weist die Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122 eine Dicke von 10 µm und eine Verunreinigung mit einer n-Leitfähigkeit und einer Konzentration von 5×1015 cm-3 auf.
  • Die Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122 weist eine Oberfläche auf, in der die Vielzahl von p-Gebieten 123 mit p-Leitfähigkeit mit einem Abstand dazwischen vorgesehen sind. In jedem der p-Gebiete 123 wird ein n+-Gebiet 124 an der Oberflächenschicht des p-Gebiets 123 ausgebildet. Ferner ist an einer Stelle benachbart zu dem n+-Gebiet 124, ein p+-Gebiet 125 ausgebildet. Eine Oxidschicht 126 ist auf einem freiliegenden Abschnitt der Durchbruchspannung-Aufnahmeschicht 122 zwischen der Vielzahl von p-Gebieten 123 gebildet. Insbesondere ist die Oxidschicht 126 ausgebildet, um sich auf dem n+-Gebiet 124 in einem p-Gebiet 123, dem p-Gebiet 123, dem freiliegenden Abschnitt der Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122 zwischen den zwei p-Gebieten 123, dem anderen p-Gebiet 123 und dem n+-Gebiet 124 in dem anderen p-Gebiet 123 zu erstrecken. Auf der Oxidschicht 126 wird die Gate-Elektrode 110 gebildet. Ferner sind die Source-Elektroden 111 auf den n+-Gebieten 124 und den p+-Gebieten 125 gebildet. Auf den Source-Elektroden 111 werden die oberen Source-Elektroden 127 gebildet.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des MOSFET, der als Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 dient, beschrieben.
  • Bezugnehmend auf 1 wird ein Schritt des Bildens eines Siliziumkarbid-Substrats (7: S110) durchgeführt. In dem Schritt des Bildens eines Siliziumkarbid-Substrats wird ein Siliziumkarbid-Substrat 80 hergestellt, das eine erste Hauptoberfläche 1 und eine der ersten Hauptoberfläche 1 gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 2 aufweist. Das Siliziumkarbid-Substrat 80 weist die in der ersten Ausführungsform beschriebene Eigenschaft auf.
  • Bezugnehmend auf 3 wird ein Photolumineszenz-Messschritt (7: S120) durchgeführt. In dem Photolumineszenz-Messschritt wird während der Bestrahlung der ersten Hauptoberfläche 1 mit Anregungslicht mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid, die Dichte der Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder größer auf der ersten Hauptoberfläche gemessen. Darüber hinaus wird in dem Photolumineszenz-Messschritt während der Bestrahlung der ersten Hauptoberfläche 1 mit dem Anregungslicht mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid, die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 im Wellenlängenbereich von 390 nm der ersten Hauptoberfläche gemessen. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Dichte der Leuchtbereiche 3 und die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 auf der ersten Hauptoberfläche 1 gemessen. Jedoch kann beispielsweise die Dichte der Leuchtbereiche 3 und die Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 auf sowohl der ersten Hauptoberfläche 1 als auch der zweiten Hauptoberfläche 2 gemessen werden.
  • Als nächstes wird das Siliziumkarbid-Substrat 80 einer Auswahlprüfung auf der Grundlage der gemessenen Dichte der Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche 1 unterworfen. Insbesondere wird, wenn die Dichte der Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr mit 1x104 cm-2 oder kleiner auf der ersten Hauptoberfläche 1 gemessen wird, das Siliziumkarbid-Substrat 80 als ein nicht defektes Produkt erfasst. Andererseits wird, wenn die Dichte der Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche 1 größer als 1x104 cm-2 ist, das Siliziumkarbid-Substrat 80 als ein fehlerhaftes Produkt erfasst. Auf diese Weise werden die Siliziumkarbid-Substrate 80 in nicht-defekte Produkte und defekte Produkte eingeteilt. Unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Substrats 80, das als ein nicht defektes Produkt erfasst wird, wird die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 hergestellt.
  • Bezugnehmend auf 8, wird durch epitaktisches Wachstum auf der zweiten Hauptoberfläche 2 des Siliziumkarbid-Substrats 80 eine Epitaxieschicht 81 aus Siliziumkarbid gebildet. Insbesondere wird die Pufferschicht 121 auf der Hauptoberfläche des Siliziumkarbid-Substrats 80 ausgebildet, und dann wird die Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122 auf der Pufferschicht 121 ausgebildet. Auf diese Weise wird das Epitaxiesubstrat 90 gebildet (7: Schritt S110). Die Pufferschicht 121 ist aus Siliziumkarbid mit n-Leitfähigkeit gebildet und weist eine Dicke von beispielsweise 0,5 µm auf. Ferner umfasst die Pufferschicht 121 eine leitende Verunreinigung mit einer Konzentration von zum Beispiel 5×1017cm-3. Die Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122 weist eine Dicke von beispielsweise 10 µm auf. Ferner umfasst die Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122 eine Verunreinigung mit n-Leitfähigkeit mit einer Konzentration von beispielsweise 5×1015cm-3.
  • Wie in 9 gezeigt, wird ein Implantationsschritt (7: Schritt S130) durchgeführt, um die p-Gebiete 123, die n+-Gebiete 124 und die p+-Gebiete 125, wie folgt, zu bilden.
  • Zunächst wird eine Verunreinigung mit p-Leitfähigkeit selektiv in Gebiete der Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122 zur Bildung der p-Gebiete 123 implantiert. Dann wird eine Verunreinigung mit n-Leitfähigkeit selektiv in vorbestimmte Gebiete zur Bildung der n+-Gebiete 124 implantiert, und eine Verunreinigung mit p-Leitfähigkeit wird selektiv in vorbestimmte Gebiete zur Bildung der p+-Gebiete 125 implantiert. Es sei darauf hingewiesen, dass eine derartige selektive Implantation der Verunreinigungen unter Verwendung einer beispielsweise aus einer Oxidschicht gebildeten Maske durchgeführt wird.
  • Nach einem solchen Implantationsschritt wird ein Aktivierungsglühprozess durchgeführt. Beispielsweise wird das Tempern unter einer Argon-Atmosphäre bei einer Heiztemperatur von 1700°C für 30 Minuten durchgeführt.
  • Wie in 10 gezeigt, wird ein Schritt des Bildens einer Gate-Isolierschicht (7: Schritt S140) durchgeführt. Insbesondere wird die Oxidschicht 126 gebildet, um die Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122, die p-Gebiete 123 die n+-Gebiete 124 und die p+-Gebiete 125 abzudecken. Die Oxidschicht 126 kann durch Trockenoxidation (thermische Oxidation) gebildet werden. Die Bedingungen für die Trockenoxidation sind beispielsweise wie folgt: Die Erwärmungstemperatur beträgt 1200°C und die Erwärmungszeit beträgt 30 Minuten.
  • Danach wird ein Nitrierungsglühschritt (7: Schritt S150) durchgeführt. Insbesondere wird ein Glühprozess unter einer Stickstoffmonoxid (NO)-Atmosphäre durchgeführt. Die Bedingungen für dieses Verfahren sind beispielsweise wie folgt: Die Erwärmungstemperatur beträgt 1100°C und die Erwärmungszeit beträgt 120 Minuten. Als Ergebnis werden Stickstoffatome in die Nähe der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht 126 und jeweils der Durchschlagspannung-Aufnahmeschicht 122, der p-Gebiete 123 der n+-Gebiete 124 und der p+-Gebiete 125 eingeführt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass nach dem Glühschritt unter Stickstoffmonoxid ein zusätzlicher Glühprozess unter Verwendung von Argon-(Ar)-Gas, das ein inertes Gas ist, durchgeführt werden kann. Die Bedingungen für dieses Verfahren sind beispielsweise wie folgt: Die Erwärmungstemperatur beträgt 1100°C und die Erwärmungszeit beträgt 60 Minuten.
  • Wie in 11 gezeigt, wird ein Schritt des Bildens einer Elektrode (7: Schritt S160) durchgeführt, um die Source-Elektrode 111 und die Elektrode 112 in der folgenden Weise zu bilden. Es sei darauf hingewiesen, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Elektrode 112 eine Drain-Elektrode ist.
  • Auf der Oxidschicht 126 wird eine Fotolackschicht mit einem Muster unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens ausgebildet. Unter Verwendung der Fotolackschicht als Maske werden Teile über den n+-Gebieten 124 und den p+-Gebieten 125 in der Oxidschicht 126 durch Ätzen entfernt. Auf diese Weise werden Öffnungen in der Oxidschicht 126 gebildet. Als nächstes wird in jeder der Öffnungen eine leitfähige Schicht in Kontakt mit jedem der n+-Gebiete und der p+-Gebiete 125 gebildet. Dann wird die Fotolackschicht entfernt, wodurch die Gebiete der leitfähigen Schicht, die auf der Fotolackschicht angeordnet sind, entfernt (abgehoben) werden. Diese leitfähige Schicht kann eine Metallfolie umfassen und zum Beispiel aus Nickel (Ni) gebildet sein. Aufgrund des Abhebens werden die Source-Elektroden 111 gebildet. Weiterhin ist die Elektrode 112 (Drain-Elektrode) auf der ersten Hauptoberfläche 1 (Rückseitenoberfläche) des Siliziumkarbid-Substrats 80 ausgebildet.
  • Es sollte beachtet werden, dass bei dieser Gelegenheit vorzugsweise eine Wärmebehandlung zum Legieren durchgeführt wird. Beispielsweise wird die Wärmebehandlung unter einer Argon-(Ar)-Gas Atmosphäre, das ein inertes Gas ist, bei einer Heiztemperatur von 950°C für zwei Minuten durchgeführt.
  • Wiederum auf 6 Bezug nehmend, werden die oberen Source-Elektroden 127 auf der Source-Elektrode 111 gebildet. Ferner wird die Gate-Elektrode 110 auf der Oxidschicht 126 ausgebildet. Als nächstes wird ein Vereinzelungsschritt (7: Schritt S170) durchgeführt. Auf diese Weise wird eine Vielzahl von Chips durch Schneiden erhalten. Auf diese Weise wird ein MOSFET ( 6), der als Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 dient, erhalten.
  • Es sollte beachtet werden, dass ein Aufbau mit entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen verglichen mit denen im oben beschriebenen Aufbau verwendet werden kann. Und zwar kann ein Aufbau verwendet werden, bei dem der p-Typ und n-Typ miteinander vertauscht sind. Ferner wurde der DiMOSFET des vertikalen Typs erläutert, aber es kann eine andere Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 mit dem kombinierten Substrat der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein RESURF-JFET (Reduced Surface Field-Junction Field Effect Transistor bzw. ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor mit reduziertem Oberflächenfeld) hergestellt werden.
  • Im Folgenden werden die Funktion und die Wirkung des Verfahrens zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wird das Siliziumkarbid-Substrat 80 verwendet, wobei die erste Hauptoberfläche 1 des Siliziumkarbid-Substrats 80 eine solche Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid, Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche 1 mit einer Dichte von 1x104 cm-2 oder weniger erzeugt werden.
  • Die Dichte der Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr ist eng mit der Versetzungsdichte verbunden. Wird die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 unter Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats 80 hergestellt, das eine solche Eigenschaft aufweist, dass die Dichte der Leuchtbereiche 3 auf der ersten Hauptoberfläche 1 1x104 cm-2 oder weniger beträgt, kann das Ausmaß einer Änderung der Welligkeit des Substrats, das durch ein thermisches Verfahren oder dergleichen verursacht wird, verringert werden. Infolge kommt es in einem Lithographieschritt weniger häufig zu einer Positionsfehlausrichtung, wodurch eine Ausbeute an Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen 100 verbessert wird.
  • Ferner umfasst in dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Schritt des Bildens eines Siliziumkarbid-Substrats 80 den Schritt des Messens der Dichte der Leuchtbereiche 3 im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche 1, indem die erste Hauptoberfläche 1 mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid bestrahlt wird. Durch die Messung der Dichte der Leuchtbereiche 3 kann die Dichte der Versetzungen auf der Rückseitenoberfläche des Substrats überprüft werden. Auf diese Weise ist ein nicht defektes Siliziumkarbid-Substrat 80 für die Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 100 auswählbar, wodurch eine Ausbeute an Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen 100 verbessert werden kann.
  • Ferner verbessert sich in dem Fall, bei dem die erste Hauptoberfläche 1 eine solche Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid die nicht leuchtenden Bereiche 4 in einem Wellenlängenbereich von 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche 1 mit einer Dichte von 1x104 cm-2 oder weniger erzeugt werden, die Ausbeute an Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen 100 durch Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats 80, das eine geringe Dichte von Versetzungen bezogen auf die nicht leuchtenden Bereiche 4 im Wellenlängenbereich von 390 nm aufweist, noch weiter.
  • Ferner kann in dem Fall, bei dem der Schritt des Messens der Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 im Wellenlängenbereich von 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche 1 unter Bestrahlung der ersten Hauptoberfläche 1 mit Anregungslicht LE mit einer Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid verwendet wird, die Dichte der Versetzungen bezogen auf die nicht leuchtenden Bereiche 4 auf ausführlichere Art und Weise durch Messen der Dichte der nicht leuchtenden Bereiche 4 überprüft werden.
  • [Beispiel]
  • Beispielsweise wurde eine Überprüfung einer Dichte auf der Rückseitenoberfläche eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats, sowie einer Höhe der Änderung des SORI-Wertes und eines Verhältnisses der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses bei der Durchführung eines Geräteprozesses unter Verwendung des Substrats durchgeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass sich der SORI-Wert auf einen Index zur Quantifizierung eines Ausmaßes der Welligkeit des Substrats bezieht. Der SORI-Wert ist ein Wert, der durch einen Gesamtbetrag eines Abstandes von der Ebene des kleinsten Quadrats der Hauptoberfläche des Substrats zu dem höchsten Punkt der Hauptoberfläche des Substrats und eines Abstandes zum tiefsten Punkt davon definiert ist. Das heißt, dass bei einem großen SORI-Wert das Substrat eine große Welligkeit aufweist. Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 der vorliegenden Erfindung zeigen Versuchswafer zur Messung des Verhältnisses der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses. Für die Beispiele 1 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 der vorliegenden Erfindung wurden sieben Siliziumkarbid-Substrate 80 mit unterschiedlichen Dichten der hellen Flecken auf den ersten Hauptoberflächen (Rückseitenoberfläche) verwendet. Die Dichte der hellen Flecken auf jeder der Rückseitenoberflächen ist in Tabelle 1 gezeigt. In jedem der Beispiele 1 bis 5 der vorliegenden Erfindung wurde ein Siliziumkarbid-Substrat 80 mit einer hellen-Flecken-Dichte von 10000 oder weniger verwendet. In jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde ein Siliziumkarbid-Substrat 80 mit einer hellen-Flecken-Dichte von mehr als 10000 verwendet. Jedes der Siliziumkarbid-Substrate 80, das in dem vorliegenden Experiment verwendet wurde, weist eine zweite Hauptoberfläche 2 (Vorderseitenoberfläche) mit einer niedrigen Versetzungsdichte auf. Die Vorderseitenoberflächen der sieben Siliziumkarbid-Substrate 80 weisen ähnliche Versetzungsdichten auf. Die Dichte der hellen Flecken auf der Rückseitenoberfläche von jedem Siliziumkarbid-Substrat 80 wurde mit dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Verfahren gemessen. Als Kamera 435 für die Erfassung des Photolumineszenzlichts wurde eine CCD-Kamera eingesetzt. Die Anzahl der Pixel in der CCD-Kamera betrug 1024 × 1024 (96 dpi × 96 dpi). Ein effektives Messfeld in einer Aufnahme der CCD-Kamera betrug 650 µm × 650 µm. Die CCD-Kamera wies eine räumliche Auflösung von 0,6 µm/Pixel auf [Tabelle 1]
    Dichte der hellen Flecken [/cm2] Änderungsbetrag des SORI-Wertes [µm] Verhältnis der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses [%]
    Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung 2321 2,2 4,2
    Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung 3040 2 4
    Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung 4869 3,6 4,9
    Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung 6124 2,9 4,7
    Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung 8483 4,3 6,1
    Vergleichsbeispiel 1 11271 6,1 9,6
    Vergleichsbeispiel 2 13633 9,3 12,3
  • Tabelle 1 zeigt eine Beziehung zwischen der Dichte der hellen Flecken auf der ersten Hauptoberfläche 1 (Rückseitenoberfläche) eines jeden Siliziumkarbid-Substrats 80, den Änderungsbetrag des SORI-Wertes und das Verhältnis der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses. Unterdessen zeigt 12 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Dichte der hellen Flecken auf der Rückseitenoberfläche und der Höhe der Änderung des SORI-Wertes darstellt. Hier kann die Dichte der hellen Flecken als die Versetzungsdichte berücksichtigt werden. Der Änderungsbetrag des SORI-Wertes bezieht sich auf einen Änderungsbetrag zwischen einem SORI-Wert vor einem thermischen Verfahren oder einem Filmbildungsprozess und einem SORI-Wert nach dem thermischen Verfahren oder dem Filmbildungsprozess, wie in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Es zeigt sich, dass, wenn der Änderungsbetrag des SORI-Wertes groß ist, auch eine Änderung in der Welligkeit in dem Versuchswafer groß ist. Das Verhältnis der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses bezieht sich auf eine Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses in dem Lithographieschritt. Wenn das Verhältnis der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses groß ist, kann eine lonenimplantation oder dergleichen auf dem Halbleitersubstrat nicht genau durchgeführt werden, wodurch sich die Ausbeute an Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen 100 verringert.
  • Wie aus Tabelle 1 und 12 ersichtlich ist, wies der Änderungsbetrag des SORI-Wertes in jedem der Versuchswafer der Vergleichsbeispiele 1 und 2 einen großen Wert auf, d.h., 6,1 µm oder mehr. Darüber hinaus war auch das Verhältnis der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses groß, d.h., 9,6 % oder mehr. Im Gegensatz dazu ist der Änderungsbetrag des SORI-Wertes in jedem der Versuchswafer der Beispiele 1 bis 5 der vorliegenden Erfindung relativ klein, d.h., 4,3 µm oder kleiner. Auch das Verhältnis der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses war gering, d.h., 6,1% oder weniger.
  • Durch das obige Experiment wurde bestätigt, dass sich das Verhältnis der Häufigkeit eines Strukturfehlausrichtungsereignisses im Fall der Verwendung des Siliziumkarbid-Substrats 80, dessen Rückseitenoberfläche eine Dichte der hellen Flecken von 10000 oder weniger aufweist, verringert.
  • Die die hierin offenbarten Ausführungsformen und Beispiele sind beispielhaft und in keinerlei Hinsicht als einschränkend zu erachten. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird vielmehr durch den Wortlaut der Ansprüche als durch die oben beschriebenen Ausführungsformen definiert und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung entsprechend den Begriffen der Patentansprüche umfassen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1: erste Hauptoberfläche; 2: zweite Hauptoberfläche; 3: Leuchtbereich; 4: nicht leuchtender Bereich; 80: Siliziumkarbid-Substrat; 81: Epitaxieschicht; 90: Epitaxiesubstrat; 100: Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung; 400: Photolumineszenz-Messvorrichtung; 420: Anregungslichterzeugungseinheit; 421: Lichtquellen-Einheit; 422: Lichtleiter-Einheit; 423, 434: Filter; 430: Mikroskop-Einheit; 431: Steuereinheit, 432: Verfahrtisch, 433: optisches System; 435: Kamera; DX: Abweichungsrichtung; DZ : Normale-Richtung; HX: hexagonaler Kristall; LE: Anregungslicht; LH: Übertragungslicht; LL: Photolumineszenzlicht; OA: Abweichungswinkel.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung (100), umfassend die Schritte: Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats (80) mit einer ersten Hauptoberfläche (1) und einer gegenüber der ersten Hauptoberfläche angeordneten zweiten Hauptoberfläche (2); und wobei die erste Hauptoberfläche (1) eine solche Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht (LE), das eine Energie gleich einer oder größer als eine Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, Leuchtbereiche (3) in einem Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr mit einer Dichte von 1x104cm-2 oder weniger auf der ersten Hauptoberfläche (1) erzeugt werden, wobei die zweite Hauptoberfläche (2) eine Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht (LE), das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, Leuchtbereiche (3) im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr mit einer Dichte von 1x104 cm-2 oder weniger auf der zweiten Hauptoberfläche (2) erzeugt werden, Bilden einer Elektrode (112) auf der ersten Hauptoberfläche, wobei das Siliziumkarbid-Substrat eine hexagonale Kristallstruktur aufweist, wobei die erste Hauptoberfläche (1) einen Abweichungswinkel (OA) von ± 8° oder weniger relativ zu einer {0001}-Ebene aufweist, wobei der Schritt zur Herstellung des Siliziumkarbid-Substrats (80) einen Schritt zum Messen der Dichte der Leuchtbereiche (3) bei einer Wellenlänge von 750 nm oder mehr auf der ersten Hauptoberfläche (1) umfasst, während die erste Hauptoberfläche (1) mit dem Anregungslicht (LE), das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird, und wobei der Schritt des Herstellens eines Siliziumkarbid-Substrats (80) den Schritt des Messens der Dichte der Leuchtbereiche (3) im Wellenlängenbereich 750mm oder mehr auf der zweiten Hauptoberfläche (2) umfasst, während die zweite Hauptoberfläche (2) mit Anregungslicht (LE), das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, das ferner einen Schritt zum Bilden einer Epitaxieschicht (81) auf der zweiten Hauptoberfläche umfasst.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Hauptoberfläche eine solche Eigenschaft aufweist, dass bei Bestrahlung mit Anregungslicht, das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, nicht leuchtende Bereiche (4) bei einer Wellenlänge von 390 nm mit einer Dichte von 1x104cm-2 oder weniger auf der erster Hauptoberfläche erzeugt werden.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der Schritt zur Herstellung des Siliziumkarbid-Substrats einen Schritt zum Messen der Dichte der nicht leuchtenden Bereiche bei der Wellenlänge von 390 nm auf der ersten Hauptoberfläche aufweist, während die erste Hauptoberfläche mit dem Anregungslicht, das eine Energie gleich der oder größer als die Bandlücke von Siliziumkarbid aufweist, bestrahlt wird.
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