DE112015001512T5 - Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat, Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat, Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und Verfahren zur Herstellung derselben Download PDF

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Tsubasa Honke
Kyoko Okita
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

Ein Siliziumkarbid-Einkristall-Substrat (1) umfasst eine erste Hauptfläche (1b) und eine zweite Hauptfläche (1a) gegenüber der ersten Hauptfläche (1b). Die erste Hauptfläche (1b) weist einen Höchstdurchmesser von nicht weniger als 100 mm auf. Die erste Hauptfläche (1b) umfasst einen ersten mittleren Bereich (IRb) mit Ausnahme eines Bereichs (ORb) innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der ersten Hauptfläche. Wenn der erste mittlere Bereich (IRb) in erste quadratische Bereiche mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt ist, weist jeder der ersten quadratischen Bereiche einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf, und eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche beträgt nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%. Dementsprechend werden ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat, ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Verfahren zur Herstellung derselben zur Verringerung von Vakuumadsorptionsausfällen bereitgestellt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Siliziumkarbid-Einkristallsubstrate, Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate und Verfahren zur Herstellung derselben, und insbesondere betrifft sie ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einer Hauptfläche, das einen Höchstdurchmesser von nicht weniger als 100 mm aufweist, ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren wurde Siliziumkarbid vermehrt als Material für eine Halbleitervorrichtung, wie beispielsweise einen MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) verwendet, um eine höhere Durchbruchspannung, einen geringeren Verlust und die Verwendung der Halbleitervorrichtung in einer Hochtemperaturumgebung oder dergleichen zu ermöglichen. Siliziumkarbid ist ein Halbleiter mit einer großen Bandlücke, das eine größere Bandlücke als Silizium aufweist, das herkömmlich weitgehend als Material zur Bildung einer Halbleitervorrichtung verwendet wurde. Somit kann durch Verwenden von Siliziumkarbid als Material zur Bildung einer Halbleitervorrichtung eine höhere Durchbruchspannung, ein geringerer Durchlasswiderstand und dergleichen einer Halbleitervorrichtung erzielt werden. Eine Halbleitervorrichtung aus Siliziumkarbid weist zudem den Vorteil einer geringen Leistungsverschlechterung im Vergleich zu einer Halbleitervorrichtung aus Silizium auf, wenn diese in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird.
  • Beispielsweise wird ein Siliziumkarbid-Substrat, das zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung verwendet wird, durch Schneiden eines Siliziumkarbid-Ingots, der anhand eines Sublimationsverfahrens gebildet wurde, gebildet. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2009-105127 (PTD 1) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Wafers. Gemäß diesem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Wafers wird eine Oberfläche eines Werkstücks, das in Form von Scheiben aus einem Ingot aus SiC geschnitten wurde, geschliffen und poliert, so dass die Oberfläche des Werkstücks zu einer Spiegelfläche geglättet wird. Nach dem Glätten der Oberfläche des Werkstücks wird die Rückseitenfläche des Werkstücks geschliffen.
  • Zitationsliste
  • Patentdokument
    • PTD 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2009-105127
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Jedoch wird das anhand des in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-105127 beschriebenen Verfahrens hergestellte Siliziumkarbid-Substrat bei der Durchführung eines Vorrichtungsprozesses von einer Vakuumadsorptions-Spannvorrichtung nicht immer stabil gehalten.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des obigen Problems konzipiert und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat, ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereitzustellen, die in der Lage sind, Vakuumadsorptionsausfälle zu verringern.
  • Lösung des Problems
  • Ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche. Die erste Hauptfläche weist einen Höchstdurchmesser von nicht mehr als 100 mm auf. Die erste Hauptfläche umfasst einen ersten mittleren Bereich mit Ausnahme eines Bereichs innerhalb von 3 mm von einer Außenumfangsfläche der ersten Hauptfläche. Wenn der erste mittlere Bereich in erste quadratische Bereiche mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt wird, weist jeder der ersten quadratischen Bereiche einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf, und eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche beträgt nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte: es wird ein Siliziumkarbid-Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche durch Schneiden eines Siliziumkarbid-Einkristalls hergestellt. Eine Schicht mit einer prozessgeschädigten Schicht, die auf der ersten Hauptflächenseite des Siliziumkarbid-Substrats gebildet ist, wird entfernt. Nach dem Entfernen der prozessgeschädigten Schicht umfasst die erste Hauptfläche einen ersten mittleren Bereich mit Ausnahme eines Ausnahme eines Bereichs innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der ersten Hauptfläche. Es wird die Sauerstoffkonzentration in dem ersten mittleren Bereich gemessen. Die erste Hauptfläche weist einen Höchstdurchmesser von nicht mehr als 100 mm auf. In dem Schritt des Entfernens einer Schicht mit einer prozessgeschädigten Schicht wird nicht mehr als 1,5 μm der Schicht mit der prozessgeschädigten Schicht entfernt. Wird der erste mittlere Bereich in erste quadratische Bereiche mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, beträgt eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat, ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Verfahren zur Herstellung derselben bereitgestellt, die in der Lage sind, Vakuumadsorptionsausfälle zu verringern.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die die Struktur eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht, die die Struktur einer Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 3 zeigt eine schematische Draufsicht, die die Struktur einer Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Substrats 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die die Struktur eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 6 zeigt ein schematisches Diagramm, das einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die schematisch einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 8 zeigt ein schematisches Diagramm, das einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 9 zeigt eine schematische Draufsicht, die den dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung der Definition der TTV (Gesamtdickenschwankung).
  • 12 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 und dem Ausmaß einer Schwankung in der TTV darstellt.
  • 13 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration in der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 und dem arithmetischen Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 nach der Bildung einer Epitaxieschicht darstellt.
  • 14 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem arithmetischen Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 vor der Bildung einer Epitaxieschicht und dem Ausmaß der Schwankungen in der TTV darstellt.
  • 15 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem arithmetischen Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 vor der Bildung der Epitaxieschicht und dem arithmetischen Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 nach der Bildung der Epitaxieschicht darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • [Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • Im Nachfolgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den nachfolgenden Zeichnungen werden die gleichen oder sich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und eine Beschreibung derselben nicht wiederholt. Darüber hinaus werden gemäß der hierin verwendeten kristallographischen Bezeichnung eine einzelne Orientierung durch [], einer Gruppenorientierung durch <>, eine einzelne Ebene durch () und eine Gruppenebene durch {} dargestellt. Darüber hinaus wird, obwohl üblicherweise ein Negativindex kristallographisch durch Setzen eines ”–” über einer Zahl dargestellt wird, dieser in der vorliegenden Beschreibung durch eine Zahl mit einem negativen Vorzeichen ausgedrückt.
  • Die Erfinder haben sorgfältige Studien über den Grund für das Auftreten eines Vakuumadsorptionsausfalls eines Substrats durchgeführt und auf der Grundlage der nachfolgenden Erkenntnisse die vorliegende Erfindung konzipiert.
  • Ein Vakuumadsorptionsausfall eines Substrats kann zu einer Verformung der Substratform führen. Die Erfinder bemerkten die ungleichmäßige Rauheit einer Rückseitenfläche eines Substrats nach der Bildung einer Epitaxieschicht auf einer Fläche des Substrats. Es wird angenommen, dass einer der Gründe für die ungleichmäßige Rauheit auf der Rückseitenfläche des Substrats auf das teilweise Vorhandensein einer prozessgeschädigten Schicht (beschädigte Schicht) zurückzuführen ist, die auf der Rückseitenfläche des Substrats während des Schneiden eines Ingots oder des Schleifens des Substrats gebildet wird, wobei diese prozessgeschädigte Schicht wird während der Bildung der Epitaxieschicht thermisch sublimiert wird. Die ungleichmäßige Rauheit auf der Rückseitenfläche des Substrats führt zur Bildung von Verspannungen in dem Substrat, wodurch es zu einer Verformung des Substrats kommt. Wird in diesem verformten Zustand eine epitaktische Schicht auf einer Oberfläche des Substrats gebildet, wird eine Rückseitenfläche des Substrats in der Nähe ihres Außenumfangs sublimiert oder die epitaktische Schicht verkehrt auf der Rückseitenfläche des Substrats in der Nähe des Außenumfangs gebildet, wodurch es zu einer weiteren Verformung des Substrats kommt. Es wird angenommen, dass dies das Auftreten eines Vakuumadsorptionsausfalls des Substrats bewirkt. Es wird angenommen, dass mit zunehmendem Höchstdurchmesser einer Hauptfläche des Substrats (beispielsweise nicht weniger 100 mm) auch das Ausmaß der Verwölbung zunimmt, und somit ist es wahrscheinlicher, dass ein Vakuumadsorptionsausfall des Substrats auftritt.
  • Somit glaubten die Erfinder, dass durch Durchführen eines chemisch-mechanischen Polierschritts auf der Rückseitenfläche, auf der sich die prozessgeschädigte Schicht gebildet hat, um dabei nicht weniger als 1,5 μm einer Schicht mit der prozessgeschädigten Schicht zu entfernen, die auf der Rückseitenfläche gebildete prozessgeschädigte Schicht im Wesentlichen vollständig entfernt werden kann, wodurch die Rauheit der Rückseitenfläche auf dem Substrat während der Bildung der Epitaxieschicht unterdrückt wird. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die prozessgeschädigte Schicht eine große Menge an Sauerstoff enthält, glaubten die Erfinder ferner, dass durch Messen der Sauerstoffkonzentration in der Rückseitenfläche des Substrats ermittelt werden kann, wie hoch der verbleibende Anteil der prozessgeschädigten Schicht auf der Rückseitenfläche des Substrats ist.
    • (1) Ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß einer Ausführungsform umfasst eine erste Hauptfläche 1b und eine zweite Hauptfläche 1a gegenüber der ersten Hauptfläche 1b. Die erste Hauptfläche 1b weist einen Höchstdurchmesser von nicht weniger als 5 mm auf. Die erste Hauptfläche 1b umfasst einen ersten mittleren Bereich IRb mit Ausnahme eines Bereichs ORb innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der ersten Hauptfläche 1b. Wird der erste mittlere Bereich IRb in erste quadratische Bereiche 4b mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, weist jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf, und eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche 4b beträgt nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%.
  • Gemäß dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß obigem Punkt (1) weist jeder der quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf, und eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche 4b beträgt nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%. Auf diese Weise kann die Rauheit der ersten Hauptfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 während des Wachstums einer epitaktischen Schicht unterdrückt werden. Folglich können Vakuumadsorptionsausfälle des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 verringert werden.
    • (2) Vorzugsweise umfasst in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß obigem Punkt (1) die zweite Hauptfläche 1a einen zweiten mittleren Bereich Ira mit Ausnahme eines Bereichs ORa innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der zweiten Hauptfläche 1a. Wird der zweite mittlere Bereich IRa in zweite quadratische Bereiche 4a mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, weist jeder der zweiten quadratischen Bereiche 4a einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf. Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) von sowohl der ersten Hauptfläche 1b als auch der zweiten Hauptfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 kann verringert werden, wodurch eine weitere Verwölbung und Verschlechterung der TTV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 unterdrückt werden.
    • (3) Vorzugsweise ist in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß obigem Punkt (1) oder (2) kein mechanischer Polierkratzer auf der ersten Hauptfläche 1b ausgebildet. Auf diese Weise kann die Rauheit der ersten Hauptfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 weiter verringert werden.
    • (4) Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 3 gemäß einer Ausführungsform umfasst das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (3) und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 ist auf der zweiten Hauptfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 vorgesehen. Jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b weist einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm auf. Somit können Vakuumadsorptionsausfälle des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 verringert werden. Existiert ein entartet bzw. unregelmäßig gewachsener Abschnitt, wie Teilchen, auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1, bedeutet der Ausdruck ”jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 weist einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm auf”, dass jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b mit Ausnahme eines ersten quadratischen Bereichs oder Bereichen 4b, in dem/denen der entartet gewachsene Abschnitt auftritt, einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm aufweist. Der entartet gewachsene Abschnitt umfasst beispielsweise einen Abschnitt mit einer Breite von nicht weniger 0,1 μm in einer Richtung entlang einer Richtung parallel zur Rückseitenfläche 1b und einer Höhe von nicht weniger als 1 μm in einer Richtung entlang einer Richtung senkrecht zur Rückseitenfläche 1b.
    • (5) Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß einer Ausführungsform umfasst die folgenden Schritte: es wird ein Siliziumkarbid-Substrat 5 mit einer ersten Hauptfläche 1b und einer zweiten Hauptfläche 1a gegenüber der ersten Hauptfläche 1b durch Schneiden eines Siliziumkarbid-Einkristalls hergestellt. Wenigstens wird eine Schicht 6b entfernt, die eine prozessgeschädigte Schicht 6b1 auf der Seite der ersten Hauptfläche 1b des Siliziumkarbid-Substrats 5 aufweist. Nach dem Entfernen der prozessgeschädigten Schicht 6b1 umfasst die erste Hauptfläche 1b einen ersten mittleren Bereich IRb mit Ausnahme eines Bereichs innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der ersten Hauptfläche 1b. Es wird die Sauerstoffkonzentration in dem ersten mittleren Bereich IRb gemessen. Die erste Hauptfläche 1b weist einen Höchstdurchmesser von nicht weniger als 100 mm auf. In dem Schritt des Entfernens einer Schicht 6b, die eine prozessgeschädigte Schicht 6b1 umfasst, wird nicht weniger als 1,5 μm einer Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1 entfernt. Wird der erste mittlere Bereich IRb in erste quadratische Bereiche 4b mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, beträgt eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche 4b nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%. Dementsprechend kann die Rauheit der ersten Hauptfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 während dem Wachsen einer epitaktischen Schicht unterdrückt werden. Folglich können Vakuumadsorptionsausfälle des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 verringert werden.
    • (6) Vorzugsweise weist in dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß obigem Punkt (5) jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von 0,2 nm auf. Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) von sowohl der ersten Hauptfläche 1b als auch der zweiten Hauptfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 kann verringert werden, um dadurch eine weitere Verwölbung und eine Verschlechterung der TTV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 zu unterdrücken.
    • (7) Vorzugsweise umfasst in dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß obigem Punkten (5) oder (6) der Schritt des Entfernens einer Schicht 6b, die eine prozessgeschädigte Schicht 6b1 aufweist, die Durchführung eines chemisch-mechanischen Polierschritts auf der ersten Hauptfläche 1b. Dementsprechend kann der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der ersten Hauptfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 wirksam verringert werden.
    • (8) Vorzugsweise umfasst in dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß obigem Punkt (7) die Durchführung eines chemisch-mechanischen Polierschritts auf der ersten Hauptfläche 1b die Schritte des Durchführens eines ersten chemisch-mechanischen Polierschritts mit einer ersten Poliergeschwindigkeit, und nach dem ersten chemisch-mechanischen Polierschritt das Durchführen eines zweiten chemisch-mechanischen Polierschritts mit einer zweiten Poliergeschwindigkeit, die geringer als die erste Poliergeschwindigkeit ist. Ist die Poliergeschwindigkeit hoch, kann das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 verglichen mit dem Fall, bei dem die Poliergeschwindigkeit gering ist, in einer kürzeren Zeit poliert werden, aber es ist schwierig, die arithmetische Mittenrauheit (Sa) nach dem Polieren hinreichend zu verringern. Somit wird zunächst ein Großteil der prozessgeschädigten Schicht in kurzer Zeit mit einer relativ schnellen ersten Poliergeschwindigkeit entfernt, und anschließend die erste Hauptfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 mit einer zweiten Poliergeschwindigkeit, die geringer als die erste Poliergeschwindigkeit ist, poliert, um dadurch den endgültigen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) der ersten Hauptfläche 1b unter gleichzeitiger Verkürzung der Gesamtpolierzeit zu verringern.
    • (9) Vorzugsweise umfasst in dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß einem der obigen Punkte (5) oder (8) die zweite Hauptfläche 1a einen zweiten mittleren Bereich IRa mit Ausnahme eines Bereichs innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der zweiten Hauptfläche 1a. Wird der zweite mittlere Bereich IRa in zweite quadratische Bereiche 4a mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, weist jeder der zweiten quadratischen Bereiche 4a einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf. Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) von sowohl der ersten Hauptfläche 1b als auch der zweiten Hauptfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 kann verringert werden, um dadurch eine weitere Verwölbung und Verschlechterung der TTV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 zu unterdrücken.
    • (10) Vorzugsweise wird in dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß einem der obigen Punkte (5) oder (9) kein mechanischer Polierkratzer auf der ersten Hauptfläche 1b ausgebildet. Dementsprechend kann die Rauheit der ersten Hauptfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 weiter verringert werden.
    • (11) In dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats gemäß einer Ausführungsform wird ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 mit dem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß einem der obigen Punkte (5) bis (10) hergestellt. Eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 wird auf der zweiten Hauptfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 ausgebildet. Nach dem Schritt des Bildens einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 weist jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm auf. Folglich können Vakuumadsorptionsausfälle des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 verringert werden. Tritt ein entartet gewachsener Abschnitt, wie beispielsweise Teilchen, auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 auf, bedeutet der Ausdruck ”jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 weist einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm auf”, dass jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b mit Ausnahme eines quadratischen Bereichs oder Bereichen 4b, in dem/denen der entartet gewachsene Abschnitt auftritt, einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm aufweist.
  • [Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • (Erste Ausführungsform)
  • Im Nachfolgenden wird zunächst der Aufbau eines Siliziumkarbid-Substrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
  • Bezug nehmend auf 1 und 2 umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine erste Hauptfläche 1b (Rückseitenfläche 1b) und eine zweite Hauptfläche 1a (Oberfläche 1a) gegenüber der ersten Hauptfläche 1b. Die Oberfläche 1a ist eine Fläche, auf der in einem Halbleiter-Herstellungsprozess unter Verwendung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 eine epitaktische Schicht gebildet werden soll. Die Rückseitenfläche 1b ist eine Fläche, auf der beispielsweise im Fall einer vertikalen Halbleitervorrichtung eine Rückseitenelektrode gebildet werden soll. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 ist aus einem Material hergestellt, das beispielsweise hexagonales Siliziumkarbid vom 4H-Polytyp umfasst.
  • Die Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 kann eine {0001}-Ebene oder eine Ebene mit einem Abweichungswinkel von etwa nicht mehr als 10° bezogen auf die {0001}-Ebene sein. Insbesondere kann die Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 eine (0001)-Ebene oder eine (000-1)-Ebene oder eine Ebene mit einem Abweichungswinkel von etwa nicht mehr als 10° bezogen auf die (0001)-Ebene oder eine Ebene mit einem Abweichungswinkel von etwa nicht mehr als 10° bezogen auf die (000-1)-Ebene sein.
  • Sowohl die Rückseitenfläche 1b als auch die Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 weisen einen Höchstdurchmesser D von nicht weniger als 100 mm, vorzugsweise von nicht weniger als 150 mm auf. Die Rückseitenfläche 1b ist aus einem ersten Außenumfangsbereich ORb innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang 1b1 in Richtung eines Mittelpunktes Ob der Rückseitenfläche 1b und aus einem ersten mittleren Bereich IRb, der von dem ersten Außenumfangsbereich ORb umschlossen ist, gebildet. Mit anderen Worten umfasst die Rückseitenfläche 1b den ersten Außenumfangsbereich ORb, der sich innerhalb eines Bereiches von 3 mm von einem Außenumfang 1b1 befindet, und den ersten mittleren Bereich IRb, ohne den ersten Außenumfangsbereich ORb innerhalb von 3 mm von dem Außenumfang 1b1. Der Mittelpunkt Ob der Rückseitenfläche 1b bildet, in dem Fall, in dem die Rückseitenfläche 1b ein Kreis ist, einen Mittelpunkt des Kreises. Ist die Rückseitenfläche 1b kein Kreis, wird der Mittelpunkt Ob der Rückseitenfläche 1b als Schnittpunkt der Rückseitenfläche 1b mit einer geraden Linie, die einen Schwerpunkt G des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 durchläuft und parallel zur Normalen der Rückseitenfläche 1b ist, definiert.
  • Bezug nehmend auf 2 wird angenommen, dass der erste mittlere Bereich IRb der Rückseitenfläche 1b in imaginäre erste quadratische Bereiche 4b mit jeweils einer Seitenlänge von 250 μm unterteilt ist. Der erste mittlere Bereich IRb weist einen zufriedenstellenden arithmetischen Mittenrauwert und in jedem der Bereiche eine geringe Sauerstoffkonzentration auf. Insbesondere weist jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf, und eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche 4b beträgt nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%. Vorzugsweise weist jeder der ersten quadratischen Gebiete 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,15 nm, noch bevorzugter weniger als 0,1 nm auf. Vorzugsweise umfasst jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b eine Sauerstoffkonzentration von nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 15 Atom-%, noch bevorzugter nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 10 Atom-%. Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) ist ein dreidimensional erweiterter Parameter eines zweidimensionalen arithmetischen Mittenrauwerts (Ra) und ist durch die folgende Formel definiert:
  • [Formel 1]
    • Sa = 1 / A∫A∫|Z(x, y)|dxdy
  • Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) kann beispielsweise mit einem Weißlicht-Interferometriemikroskop (hergestellt von Nikon Corporation: BW-D507) gemessen werden. Eine Messfläche des arithmetischen Mittenrauwerts (Sa) durch das Weißlicht-Interferometriemikroskop ist beispielsweise ein quadratischer Bereich mit einer Seite von 250 μm. Die Sauerstoffkonzentration kann mittels ESCA (Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse) gemessen werden.
  • Bezug nehmend auf 1 und 3 ist die Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 aus einem zweiten Außenumfangsbereich ORa innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang 1a1 in Richtung eines Mittelpunktes Oa der Oberfläche 1a sowie einem zweiten mittleren Bereich IRa, der von dem zweiten Außenumfangsbereich ORa eingeschlossen ist, gebildet. Mit anderen Worten umfasst die Oberfläche 1a den zweiten Außenumfangsabschnitt ORa, der sich innerhalb von 3 mm von dem Außenumfang 1a1 befindet, und den zweiten mittleren Abschnitt IRa, ohne den zweiten Außenumfangsbereich ORa innerhalb von 3 mm von dem Außenumfang 1a1. Der Mittelpunkt Oa der Oberfläche 1a ist in dem Fall, in dem die Oberfläche 1a ein Kreis ist, ein Mittelpunkt des Kreises. Ist die Oberfläche 1a kein Kreis, ist der Mittelpunkt Oa der Oberfläche 1a als ein Schnittpunkt der Oberfläche 1a mit einer geraden Linie, die durch den Schwerpunkt G des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 verläuft und parallel zu der Normalen der Oberfläche 1a liegt, definiert. Vorzugsweise ist kein mechanischer Polierkratzer auf der Rückseitenfläche 1b vorhanden.
  • Bezug nehmend auf 3 wird angenommen, dass der zweite mittlere Bereich IRa der Oberfläche 1a in imaginäre zweite quadratische Bereiche 4a mit jeweils einer Seitenlänge von 250 μm unterteilt ist. Vorzugsweise weist der zweite mittlere Bereich IRa in jedem der Bereiche einen arithmetischen Mittenrauwert und eine geringe Sauerstoffkonzentration auf. Insbesondere weist jeder der zweiten quadratischen Bereiche 4a vorzugsweise einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf. Darüber hinaus beträgt eine Sauerstoffkonzentration in jedem der zweiten quadratischen Bereiche 4a vorzugsweise nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%. Vorzugsweise weist jeder der zweiten quadratischen Bereiche 4a einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,15 nm, noch bevorzugter weniger als 0,1 nm auf. Vorzugsweise beträgt eine Sauerstoffkonzentration in jedem der zweiten quadratischen Bereiche 4a nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 15 Atom-%, noch bevorzugter nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 10 Atom-%.
  • Im Nachfolgenden werden die Funktion und Wirkung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Gemäß dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß der ersten Ausführungsform weist jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf, und eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche 4b beträgt nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%. Dementsprechend kann die Rauheit der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 während des Wachstums der epitaktischen Schicht unterdrückt werden. Folglich können die Vakuumadsorptionsausfälle des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 verringert werden.
  • Darüber hinaus umfasst gemäß dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Oberfläche 1a den zweiten mittleren Bereich IRa ohne den Bereich ORa innerhalb von 3 mm von dem Außenumfang. Wird der zweite mittlere Bereich IRa in zweite quadratische Bereiche 4a mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, weist jeder der zweiten quadratischen Bereiche 4a einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf. Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) von sowohl der Rückseitenfläche 1b als auch der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 kann verringert werden, um dadurch eine weitere Verwölbung und Verschlechterung der TTV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 zu unterdrücken.
  • Ferner bildet sich gemäß dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß der ersten Ausführungsform kein mechanischer Polierkratzer auf der Rückseitenfläche 1b. Dementsprechend kann die Rauheit der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 weiter verringert werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Im Nachfolgenden wird der Aufbau eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Bezug nehmend auf 4 weist ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 3 gemäß der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1, das in der ersten Ausführungsform beschrieben wird, und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2, die auf der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 vorgesehen ist, auf. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 umfasst eine Verunreinigung, wie beispielsweise Stickstoff, und weist den n-Leitfähigkeitstyp auf. Eine Verunreinigungskonzentration in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 kann niedriger als eine Verunreinigungskonzentration in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 sein. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 weist eine Dicke von beispielsweise 10 μm auf.
  • Wird die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 auf der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gebildet, nimmt der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 zu. Unter erneutem Bezug auf 2 weist in einem Zustand, in dem die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 auf der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gebildet wurde, jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm auf. Vorzugsweise weist jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,1 nm, noch bevorzugter weniger als 0,5 nm auf. Sind entartet gewachsene Abschnitte, wie beispielsweise Teilchen, auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 vorhanden, wird der arithmetische Mittenrauwert (Sa) des ersten quadratischen Bereichs 4b ohne den ersten quadratischen Bereich oder Bereiche 4b, der/die den entartet gewachsenen Abschnitt aufweist/aufweisen, gemessen.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 3 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 gemäß der ersten Ausführungsform und die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 ist auf der zweiten Hauptfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 vorgesehen. Jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b weist einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm auf. Dementsprechend können Vakuumadsorptionsausfälle des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 verringert werden.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Zunächst wird ein Ingot aus einem Siliziumkarbid-Einkristall durch beispielsweise ein Sublimationsrekristallisationsverfahren hergestellt. Insbesondere werden ein Keimkristall aus einem Siliziumkarbid-Einkristall und ein Ausgangsmaterialpulver aus einem Siliziumkarbid-Polykristall in beispielsweise einem Tiegel (nicht gezeigt) aus Graphit angeordnet. Anschließend wird der Tiegel, in dem sich das Ausgangsmaterialpulver befindet, aufgeheizt, um das Ausgangsmaterialpulver zur Erzeugung von Sublimationsgas zu sublimieren, so dass das Sublimationsgas auf dem Keimkristall rekristallisiert. Während der Sublimation von Siliziumkarbid, erfolgt die Rekristallisation unter Zuführung einer Verunreinigung, wie beispielsweise Stickstoff, in den Tiegel. Das Aufheizen des Tiegels wird zu dem Zeitpunkt angehalten, an dem der Siliziumkarbid-Einkristall mit der gewünschten Größe auf dem Keimkristall aufgewachsen wurde. Anschließend wird der Siliziumkarbid-Einkristall aus dem Tiegel entfernt.
  • Anschließend wird ein Ingot-Bildungsschritt (S10: 5) durchgeführt. Bezug nehmend auf 6 wird der aus dem Tiegel entfernte Siliziumkarbid-Einkristall beispielsweise zu einem Ingot 10 mit einer zylindrischen Form verarbeitet. Das Kristallwachstum von hexagonalem Siliziumkarbid kann erfolgen, während das Auftreten von Defekten unterdrückt wird, indem das hexagonale Siliziumkarbid in eine <0001>-Richtung gewachsen wird. Somit wird vorzugsweise der Ingot 10 hergestellt, der eine Längsrichtung x entsprechend der <0001>-Richtung aufweist.
  • Anschließend wird ein Siliziumkarbid-Substrat-Bildungsschritt (S20: 5) durchgeführt. Insbesondere wird dabei der in dem obigen Schritt (S10) erhaltene Ingot 10 geschnitten, um eine Vielzahl von Siliziumkarbid-Substraten herzustellen. Insbesondere wird mit Bezug auf 7 zunächst der säulenförmig (zylindrisch) hergestellte Ingot 10 derart angeordnet, dass dessen Seitenflächen teilweise durch eine Halterung 20 gehalten werden. Anschließend wird ein Draht 9 in eine Richtung (Horizontalrichtung in 7) entlang einer Richtung des Durchmessers des Ingots 10 bewegt, während der Ingot 10 sich dem Draht 9 entlang einer Schneiderichtung α senkrecht zu der Verlaufsrichtung nähert, wodurch der Draht 9 und der Ingot 10 in Kontakt miteinander gebracht werden. Der Ingot 10 wird durch das fortlaufende Sich-Weiterbewegen entlang der Schneiderichtung α geschnitten. Auf diese Weise wird ein Siliziumkarbid-Substrat 5 (8) mit einer Rückseitenfläche 5b (erste Hauptfläche 5b) und einer Oberfläche 5a (zweite Hauptfläche 1a) gegenüber der Rückseitenfläche 5b durch Schneiden des Siliziumkarbid-Einkristall-Ingots 10 hergestellt. Sowohl die Oberfläche 5a als auch die Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 weisen einen Höchstdurchmesser von nicht weniger als 100 mm auf.
  • Anschließend wird ein Grobpolierschritt (S30: 5) durchgeführt. Insbesondere werden ein Schleifprozess, ein Polierprozess und dergleichen auf sowohl der Rückseitenfläche 5b als auch der Oberfläche 5a des Siliziumkarbid-Substrats 5 durchgeführt, um die Rauheit der geschnittenen Flächen, die im obigen Schritt (S20) gebildet wurden (das heißt, die Oberfläche 5a und die Rückseitenfläche 5b), zu verringern. Bei der Schleifbearbeitung wird ein Diamantschleifstein als Werkzeug verwendet, und der Schleifstein wird derart angeordnet, dass er dem Siliziumkarbid-Substrat 5 zugewandt ist, und derart gedreht, dass er mit einer konstanten Geschwindigkeit in dieses schneidet, um dabei einen Bereich der Oberfläche des Substrats zu entfernen. Auf diese Weise werden die Oberfläche 5a und die Rückseitenfläche 5b durch das Entfernen ihrer Unebenheiten planarisiert und die Dicke des Siliziumkarbid-Substrats 5 eingestellt. In der Polierbearbeitung können Diamanten oder dergleichen als Schleifkörner verwendet werden. Als Oberflächenplatte kann eine Oberflächenplatte aus Metall, wie beispielsweise Eisen, Kupfer, Zinn, einer Zinnlegierung oder dergleichen, eine Verbundoberflächenplatte aus Metall und Harz oder ein Poliertuch verwendet werden. Die Verwendung einer Hartmetalloberflächenplatte kann die Geschwindigkeit verbessern. Die Verwendung einer weichen Oberflächenplatte kann die Oberflächenrauheit verringern.
  • Bezug nehmend auf 9 bilden sich nach dem Schneiden des Siliziumkarbid-Einkristall-Ingots 10 in obigem Schritt (S20) oder nach dem Durchführen des Schleifschritts und des Polierschritts an sowohl der Oberfläche 5a als auch der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 in obigem Schritt (S30), sowohl auf der Oberfläche 5a als auch auf der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 prozessgeschädigte Schichten 6a1 und 6a2.
  • Anschließend wird ein chemisch-mechanischer Polierschritt (S40: 5) durchgeführt. Insbesondere wird der chemisch-mechanische Polierschritt (CMP) auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Substrats 5 durchgeführt, um eine Schicht 6b, die eine prozessgeschädigte Schicht 6b1 aufweist, zu entfernen. Genauer gesagt, wird die Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 mit einem Oxidationsmittel oxidiert, und die Rückseitenfläche 5b unter Verwendung von Schleifkörnern mechanisch poliert. Die Schleifkörner für den CMP-Schritt sind vorzugsweise aus einem Material gebildet, das weicher als Siliziumkarbid ist, um die Oberflächenrauheit und eine prozessgeschädigte Schicht zu verringern. Als Schleifkörner für den CMP-Schritt kann beispielsweise Kolloid-Kieselerde oder pyrogene Kieselerde verwendet werden. Vorzugsweise wird im CMP-Schritt der Polierflüssigkeit ein Oxidationsmittel hinzugefügt. Als Oxidationsmittel wird beispielsweise eine Wasserstoffperoxid-Lösung verwendet. In ähnlicher Weise wird der CMP-Schritt auch auf der Oberfläche 5a des Siliziumkarbid-Substrats 5 durchgeführt. Dementsprechend wird sowohl die Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1, die sich auf der Seite der Rückseitenfläche 1b befindet und eine Schicht 6a mit der prozessgeschädigten Schicht 6a1, die auf der Seite der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Substrats 5 vorhanden ist, entfernt.
  • Die Poliertiefe eines Substrats mittels chemisch-mechanischem Polieren beträgt für gewöhnlich etwa 1 μm. Mit einem Polierwert von etwa 1 μm ist es jedoch schwierig, die prozessgeschädigte Schicht 6b1, die sich auf der Seite der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 gebildet hat, vollständig zu entfernen. Somit wird in dieser Ausführungsform nicht weniger als 1,5 μm der Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1 auf der Seite der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Substrats 5 entfernt. Vorzugsweise wird in dem Schritt des Entfernens der Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1 nicht weniger als 2 μm, noch bevorzugter nicht weniger als 3 μm der Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1 entfernt. In ähnlicher Weise wird nicht mehr als 1,5 μm der Schicht 6a mit der prozessgeschädigten Schicht 6a1, die auf der Seite der Oberfläche 5a des Siliziumkarbid-Substrats 5 ausgebildet ist, entfernt. Vorzugsweise entspricht eine entfernte Menge der Schicht 6a mit der prozessgeschädigten Schicht 6a1, die auf der Seite der Oberfläche 5a des Siliziumkarbid-Substrats 5 ausgebildet ist, im Wesentlichen einer entfernten Menge der Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1, die auf der Seite der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 ausgebildet ist. Dementsprechend kann eine Spannungsdifferenz zwischen der Oberfläche 5a und der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 verringert werden, um dadurch die Verwölbung des Siliziumkarbid-Substrats 5 zu verringern.
  • Vorzugsweise umfasst die Durchführung des chemisch-mechanischen Polierschritts auf der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 den Schritt des Durchführens eines ersten chemisch-mechanischen Polierschritts mit einer ersten Poliergeschwindigkeit, und nach dem Schritt des Durchführens des ersten chemisch-mechanischen Polierens die Durchführung eines zweiten chemisch-mechanischen Polierschritts mit einer zweiten Poliergeschwindigkeit, die kleiner als die erste Poliergeschwindigkeit ist. Beispielsweise wird zunächst der erste chemisch-mechanische Polierschritt auf der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 unter Verwendung von relativ großen Schleifkörnern durchgeführt, um einen Großteil der prozessgeschädigten Schicht 6b1 mit einer relativ hohen Poliergeschwindigkeit zu entfernen. Anschließend wird der zweite chemisch-mechanische Polierschritt auf der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 unter Verwendung von Schleifkörnern, die kleiner als die in dem ersten chemisch-mechanischen Polierschritt verwendeten Schleifkörner sind, durchgeführt. Es sollte beachtet werden, dass die prozessgeschädigten Schichten 6a1 und 6b1 mit einem anderen Verfahren als dem chemisch-mechanischen Polierverfahren entfernt werden können. Die prozessgeschädigten Schichten 6a1 und 6b1 können beispielsweise durch Trockenätzen entfernt werden.
  • Unter erneutem Bezug auf 2 umfasst die Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Substrats 5, von dem die prozessgeschädigte Schicht 6b1 entfernt wurde, den ersten mittleren Bereich IRb ohne den ersten Außenumfangsbereich ORb innerhalb von 3 mm von dem Außenumfang. Wird vorzugsweise der erste mittlere Bereich IRb in erste quadratische Bereiche 4b mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, weist jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf. Nach dem Entfernen der prozessgeschädigten Schicht 6b1 sind vorzugsweise keine mechanischen Polierkratzer auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Substrats 5 vorhanden.
  • Unter erneutem Bezug auf 3 umfasst die Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Substrats 5, von der die prozessgeschädigte Schicht 6a1 entfernt wurde, den zweiten mittleren Bereich IRa ohne den zweiten Außenumfangsbereich ORa innerhalb von 3 mm von dem Außenumfang. Wenn vorzugsweise der zweite mittlere Bereich IRa in zweite quadratische Bereiche 4a mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt wird, umfasst jeder der zweiten quadratischen Bereiche 4a einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm. Vorzugsweise beträgt die Differenz zwischen dem arithmetischen Mittenrauwert (Sa) des ersten quadratischen Bereichs 4b und dem arithmetischen Mittenrauwert (Sa) des zweiten quadratischen Bereichs 4a weniger als 0,15 nm, noch bevorzugter weniger als 0,1 nm.
  • Anschließend wird ein Sauerstoffkonzentrations-Messschritt (S50: 5) durchgeführt. Insbesondere werden die Sauerstoffkonzentrationen an fünf Messpositionen auf der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 mittels ESCA gemessen. Die Messstellen der Sauerstoffkonzentration umfassen beispielsweise eine Position in der Nähe des Mittelpunktes der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 und vier beliebige Positionen in einem ringförmigen Bereich innerhalb des ersten mittleren Bereichs IRb mit der Ausnahme eines Bereichs vom Mittelpunkt bis zu einer einem halben (one-half) Radius entfernten Position. Die vier beliebigen Stellen sind vorzugsweise an einer Position in der Nähe von 0°, einer Position in der Nähe von 90°, einer Position in der Nähe von 180° und einer Position in der Nähe von 270° aus Sicht der Normalenrichtung der Rückseitenfläche 5b vorgesehen.
  • Wie zuvor beschrieben umfasst die prozessgeschädigte Schicht 6b1 eine große Menge an Sauerstoff verglichen mit anderen Bereichen als die prozessgeschädigte Schicht 6b1 in dem Siliziumkarbid-Substrat 5. Somit kann durch Messen der Sauerstoffkonzentrationen auf der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 der Anteil der prozessgeschädigten Schicht 6b1, die auf der Rückseitenfläche 5b de Siliziumkarbid-Substrats 5 verbleibt, ermittelt werden. Zeigt sich, dass die verbleibende prozessgeschädigte Schicht als Ergebnis der Sauerstoffkonzentrationsmessungen höher als ein Bezugswert ist, kann ein zusätzlicher CMP-Schritt auf der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 durchgeführt werden. Wird der erste mittlere Bereich IRb nach dem Schritt des Entfernens der prozessgeschädigten Schicht 6b1 in erste quadratische Bereiche 4b mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, beträgt eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche 4b nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%. Wird die prozessgeschädigte Schicht 6b1 vollständig entfernt, bildet sich ein natürlicher Oxidfilm auf der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5, und somit wird angenommen, dass die Sauerstoffkonzentration auf der Rückseitenfläche nicht unter 5 Atom-% fällt.
  • Anschließend wird ein Schritt zum Reinigen des Siliziumkarbid-Substrats 5 mit Flusssäure durchgeführt. Insbesondere wird das Siliziumkarbid-Substrat 5 beispielsweise in eine 10%-igen Flusssäurelösung eingetaucht, um einen sich auf sowohl der Oberfläche 5a als auch der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 gebildeten Siliziumdioxid-Film zu entfernen. Auf diese Weise ist die Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1, das in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, abgeschlossen.
  • Im Nachfolgenden werden die Funktion und die Wirkung des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform wird in dem Schritt des Entfernens der Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1 nicht weniger als 1,5 μm der Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1 entfernt. Wird der erste mittlere Bereich IRb in erste quadratische Bereiche 4b mit jeweils einer Seite von 250 μm unterteilt, beträgt eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche 4b nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-%. Dementsprechend kann die Rauheit der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 während dem Wachsen der epitaktischen Schicht unterdrückt werden. Folglich können Vakuumadsorptionsausfälle des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 verringert werden.
  • Darüber hinaus weist gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf. Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) von sowohl der Rückseitenfläche 1b als auch der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 kann verringert werden, wodurch eine weitere Verformung und Verschlechterung der TTV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 unterdrückt werden können.
  • Darüber hinaus umfasst gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform der Schritt des Entfernens der Schicht 6b mit der prozessgeschädigten Schicht 6b1 das Durchführen eines chemisch-mechanischen Polierschritts auf der Rückseitenfläche 1b. Dementsprechend kann der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 wirksam verringert werden.
  • Darüber hinaus umfasst gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform das Durchführen des chemisch-mechanischen Polierschritts auf der ersten Hauptfläche 1b den Schritt des Durchführens eines ersten chemisch-mechanischen Polierschritts mit einer ersten Poliergeschwindigkeit, und nach dem Schritt des Durchführens des ersten chemisch-mechanischen Polierschritts, Durchführen eines zweiten chemisch-mechanischen Polierschritts mit einer zweiten Poliergeschwindigkeit, die langsamer als die erste Poliergeschwindigkeit ist. Ist die Poliergeschwindigkeit hoch, kann das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 in kurzer Zeit poliert werden, verglichen mit dem Fall, bei dem die Poliergeschwindigkeit langsam ist. Jedoch ist es schwierig, die arithmetische Mittenrauheit (Sa) nach dem Polieren hinreichend zu verringern. Somit wird zunächst ein Großteil der prozessgeschädigten Schicht in einer kurzen Zeitdauer mit einer relativ hohen ersten Poliergeschwindigkeit entfernt, und anschließend wird die Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 mit einer zweiten Poliergeschwindigkeit, die langsamer als die erste Poliergeschwindigkeit ist, poliert, um dadurch die endgültige arithmetische Mittenrauheit (Sa) auf der Rückseitenfläche 1b unter gleichzeitiger Verkürzung der Gesamtpolierzeit zu verringern.
  • Darüber hinaus umfasst gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform die Oberfläche 1a einen zweiten mittleren Bereich IRa ohne den Bereich innerhalb von 3 mm von dem Außenumfang. Wird der zweite mittlere Abschnitt IRa in zweite quadratische Bereiche 4a mit einer Seitenlänge von 250 μm unterteilt, weist jeder der zweiten quadratischen Bereiche 4a einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm auf. Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) von sowohl der Rückseitenfläche 1b als auch der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 kann verringert werden, um dadurch eine weitere Verwölbung und Verschlechterung der TTV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 zu unterdrücken.
  • Darüber hinaus bildet sich gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform kein mechanischer Polierkratzer auf der Rückseitenfläche 1b. Dementsprechend kann die Rauheit der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 weiter verringert werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 beschrieben. Zunächst wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 durch das in der dritten Ausführungsform beschriebene Verfahren hergestellt. Anschließend wird mit Bezug auf 10 das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 in einer in einem Suszeptor 30 ausgebildeten Vertiefung angeordnet. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 wird derart angeordnet, dass die Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 in Kontakt mit dem Boden der Vertiefung in dem Suszeptor 30 ist und die Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 an den Seiten des Suszeptors 30 freigelegt ist. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 wird derart in dem Suszeptor 30 angeordnet, dass die Seitenflächen des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gegenüber von den Seiten der Vertiefung, die in dem Suszeptor 30 ausgebildet ist, liegen.
  • Anschließend wird die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 auf der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gebildet. Beispielsweise werden ein Trägergas, das Wasserstoff (H2) aufweist, und ein Ausgangsmaterialgas, das Monosilan (SiH4), Propan (C3H8), Stickstoff (N2) und dergleichen aufweist, der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 zugeführt. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 wird unter solchen Bedingungen gebildet, dass die Wachstumstemperatur nicht weniger als 1500°C und nicht mehr als 1700°C, und der Druck nicht weniger als 6 × 103 Pa und nicht mehr als 14 × 103 Pa aufweist. Eine Dotierstoffkonzentration in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 beträgt beispielsweise etwa 5 × 1015 cm–3. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 weist beispielsweise eine Dicke von etwa 10 μm auf.
  • Mit der nun auf der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gebildeten Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 ist die Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 im Vergleich zu dem Zustand vor der Bildung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 rau. Nach dem Schritt des Bildens der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 weist jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm auf. Ist ein entartet gewachsener Abschnitt, wie beispielsweise Teilchen, auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 vorhanden, wird der arithmetische Mittenrauwert (Sa) des ersten quadratischen Bereichs 4b ohne den ersten quadratischen Bereich 4b oder Bereichen 4b, der/die in dem entartet gewachsenen Abschnitt vorhanden ist/sind, gemessen. Auf diese Weise wird die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 hergestellt.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 gemäß der vierten Ausführungsform wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1 durch das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß der dritten Ausführungsform hergestellt. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 wird auf der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gebildet. Nach dem Schritt des Bildens der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 weist jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm auf. Dementsprechend können Vakuumadsorptionsausfälle des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 verringert werden.
  • Beispiele
  • 1. Probenvorbereitungen
  • Zunächst werden die Siliziumkarbid-Einkristallsubstrate 1 gemäß einer Probe 1 bis einer Probe 6 hergestellt. Proben 1 bis 5 bilden Beispiele, während Probe 6 ein Vergleichsbeispiel darstellt. Die Siliziumkarbid-Einkristallsubstrate 1 gemäß der Proben 1 bis 6 wurden anhand des in der dritten Ausführungsform beschriebenen Verfahrens mit Ausnahme im Wesentlichen der nachfolgenden Punkte hergestellt. Sechs Siliziumkarbid-Substrate 5 wurden durch Schneiden eines Siliziumkarbid-Ingots hergestellt. Es wurde ein CMP-Verfahren auf der Rückseitenfläche 5b eines jeden Siliziumkarbid-Substrats 5 durchgeführt. Ein Polierwert der Rückseitenfläche 5b jedes Siliziumkarbid-Substrats 5 betrug 2,3 μm (Probe 1), 3 μm (Probe 2), 2,6 μm (Probe 3), 1,9 μm (Probe 4), 1,6 μm (Probe 5) und 0,9 μm (Probe 6). Die Siliziumkarbid-Substrate 5 gemäß der Proben 1 bis 5 wurden nach dem CMP-Schritt mit Flusssäure gereinigt. Das Siliziumkarbid-Substrat 5 gemäß der Probe 6 wurde nach dem CMP-Schritt nicht mit Flusssäure gereinigt. Die Siliziumkarbid-Einkristallsubstrate 1 gemäß der Proben 1 bis 6 wurden auf diese Weise hergestellt. Anschließend wurde die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 auf der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß jeder Probe 1 bis 6 gebildet.
  • 2. Messungen
  • Zunächst wurde der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der und die Sauerstoffkonzentration in der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemäß jeder Probe 1 bis 6 gemessen. Zudem wurde die TTV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gemessen. Die TTV ist ein Wert, der, wenn mit Bezug auf 1 eine Hauptfläche (beispielsweise die Rückseitenfläche 1b) des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 gegen eine flache Bezugsfläche 40a einer Befestigung 40, die als ein Bezug dient, gedrückt wird, durch Subtrahieren des Abstands von der Bezugsfläche zu einer Mindesthöhe der anderen Hauptfläche (beispielsweise die Oberfläche 1a) von dem Abstand von der Bezugsfläche zu einer Maximalhöhe der anderen Fläche erhalten wird. Nach der Bildung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 auf der Oberfläche 1a des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 wurden anschließend der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 und die TTV des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 gemessen. Ein Wert, der erhalten wird, indem die TTV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 von der TTV des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 nach der Bildung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 2 abgezogen wird, wurde als Schwankungswert in der TTV verwendet. Der arithmetische Mittenrauwert der Rückseitenfläche 1b wurde unter Verwendung eines Weißlicht-Interferometriemikroskops (hergestellt von Nikon Corporation: BW-D507) gemessen. Die TTV wurde unter Verwendung des FlatMaster (eingetragene Marke) von Tropel gemessen.
  • Der arithmetische Mittenrauwert (Sa) und die Sauerstoffkonzentration wurden an insgesamt fünf Messstellen gemessen, von denen sich eine Stelle in der Nähe des Mittelpunktes der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 befand, und sich die weiteren vier Stellen in einem kreisförmigen Bereich innerhalb des ersten mittleren Bereichs IRb ohne den Bereich innerhalb von 3 mm von dem Außenumfang der Rückseitenfläche 5b mit der Ausnahme eines Bereichs von dem Mittelpunkt zu einer einem halben (one-half) Radius entfernten Position befanden. Die vier Stellen in dem kreisförmigen Bereich waren an einer Position in der Nähe von 0°, einer Position in der Nähe von 90°, einer Position in der Nähe von 180° und einer Position in der Nähe von 270° aus Sicht der Normalenrichtung der Rückseitenfläche 5b angeordnet. Es wurde ein Durchschnittswert aus jedem der arithmetischen Mittenrauheiten (Sa) und den Sauerstoffkonzentrationen an den fünf Stellen berechnet. Eine Messfläche des arithmetischen Mittenrauwertes (Sa) wurde als Quadratbereich mit einer Seitenlänge von 250 μm festgelegt. Während idealerweise der arithmetische Mittenrauwert (Sa) und die Sauerstoffkonzentration in allen der ersten quadratischen Bereiche 4b zu messen wären, um zu bestätigen, dass jeder der ersten quadratischen Bereiche 4b einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von nicht mehr als 0,2 nm aufweist, und eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche 4b nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-% beträgt, ist dies nicht realistisch, da es zu viel Zeit in Anspruch nehmen würde. In der vorliegenden Beschreibung wird somit, wenn als Ergebnis der zuvor beschriebenen Messungen an den fünf Stellen der höchste arithmetische Mittenrauwert (Sa) 0,2 nm ist und die höchste Sauerstoffkonzentration nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-% ist, der arithmetische Mittenrauwert (Sa) auf 0,2 nm und die Sauerstoffkonzentration auf nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-% in allen ersten quadratischen Bereichen 4b geschätzt. Dies trifft auch auf den arithmetischen Mittenrauwert (Sa) und die Sauerstoffkonzentration in den zweiten quadratischen Bereiche 4a zu.
  • 3. Ergebnisse
  • [Tabelle 1]
    Probennummer Sauerstoffatome [Atom-%] Oberflächenrauheit Sa vor dem epitaktischen Aufwachsen [nm] Schwankungshöhe der TTV vor und nach dem epitaktischen Aufwachsen [μm] Oberfächenrauheit Sa nach dem epitaktischen Aufwachsen [nm] CMP Polierwert [μm] Flusssäurereinigung
    Probe 1 8 0,08 3 0,14 3.2 Ja
    Probe 2 9 0,09 3 0,14 3 Ja
    Probe 3 11 0,08 6 0,23 2,6 Ja
    Probe 4 14 0,09 7 0,66 1,9 Ja
    Probe 5 17 0,09 9 0,9 1,6 Ja
    Probe 6 21 0,22 14 1,7 0,9 Nein
  • Bezug nehmend auf Tabelle 1 und 12 bis 15 werden die Sauerstoffatomkonzentration in der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1, der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 vor der Bildung der Epitaxieschicht 2, der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 nach der Bildung der Epitaxieschicht 2 und der Schwankungswert in der TTV vor und nach der Bildung der Epitaxieschicht 2 beschrieben.
  • Bezug nehmend auf 12 ist ersichtlich, dass die Sauerstoffatomkonzentration in der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 stark mit dem Schwankungswert in der TTV korreliert. Insbesondere nimmt mit zunehmendem Schwankungswert in der TTV die Sauerstoffatomkonzentration in der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 zu. Das heißt, es wird angenommen, dass der Schwankungswert in der TTV zunimmt, wenn ein Großteil der prozessgeschädigten Schicht 6b1 auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 verbleibt.
  • Bezug nehmend auf 13 ist ersichtlich, dass die Sauerstoffatomkonzentration in der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 stark mit dem arithmetischen Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 nach der Bildung der Epitaxieschicht 2 korreliert. Insbesondere nimmt mit zunehmendem arithmetischen Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 nach der Bildung der Epitaxieschicht 2 die Sauerstoffatomkonzentration in der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 zu. Das heißt, es wird angenommen, dass der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 nach der Bildung der Epitaxieschicht 2 zunimmt, wenn ein Großteil der prozessgeschädigten Schicht 6b1 auf der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 1 verbleibt.
  • Bezug nehmend auf 14 und Tabelle 1 betrug der Schwankungswert in der TTV als höchster Wert der sechs Proben 14 μm, wenn der arithmetische Mittenrauwert (Sa) vor der Bildung der Epitaxieschicht 2 0,22 nm (Probe 6) betrug. Betrug andererseits der arithmetische Mittenrauwert (Sa) vor der Bildung der Epitaxieschicht 2 etwa nicht weniger als 0,08 nm und nicht mehr als 0,09 nm (Proben 1 bis 5), betrug der Schwankungswert in der TTV etwa nicht weniger als 3 μm und nicht mehr als 9 μm.
  • Bezug nehmend auf 15 und Tabelle 1 betrug der arithmetische Mittenrauwert (Sa) nach der Bildung der Epitaxieschicht 2 als höchster Wert der sechs Proben 1,7 nm, wenn der arithmetische Mittenrauwert (Sa) vor der Bildung der Epitaxieschicht 2 0,22 nm (Probe 6) betrug. Betrug der arithmetische Mittenrauwert (Sa) vor der Bildung der Epitaxieschicht 2 etwa nicht weniger als 0,08 nm und nicht mehr als 0,09 nm (Proben 1 bis 5), betrug andererseits der arithmetische Mittenrauwert (Sa) nach der Bildung der Epitaxieschicht 2 etwa nicht weniger als 0,14 nm und nicht mehr als 0,09 nm.
  • Auf der Grundlage der obigen Ergebnisse wurde bestätigt, dass jedes Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1, das durch Einstellen des Polierwerts der Rückseitenfläche 5b des Siliziumkarbid-Substrats 5 auf nicht weniger als 1,6 μm und durch Reinigen des Siliziumkarbid-Substrats 5 mit Flusssäure (Proben 1 bis 5) hergestellt wurde, einen Polierwert von 0,9 μm aufwies und eine geringere Sauerstoffatomkonzentration und einen geringeren arithmetischen Mittenrauwert (Sa) auf der Rückseitenfläche aufwies als das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 1, das ohne Reinigen des Siliziumkarbid-Substrats 5 mit Flusssäure hergestellt wurde (Probe 6). Zudem wurde bestätigt, dass der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 gemäß jeder Probe 1 bis 5 geringer war als der arithmetische Mittenrauwert (Sa) der Rückseitenfläche 1b des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 3 gemäß der Probe 6. Es wurde zudem bestätigt, dass der Schwankungswert in der TTV gemäß jeder Probe 1 bis 5 geringer als der Schwankungswert in der TTV gemäß der Probe 6 war.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat
    1a1, 1b1
    Außenumfang
    1a, 5a
    Oberfläche (zweite Hauptfläche)
    1b, 5b
    Rückseitenfläche (erste Hauptfläche)
    2
    Siliziumkarbid-Epitaxieschicht
    3
    Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat
    4a
    zweiter quadratischer Bereich
    4b
    erster quadratischer Bereich
    5
    Siliziumkarbidsubstrat
    6a, 6b
    Schicht
    6a1, 6b1
    prozessgeschädigte Schicht
    9
    Draht
    10
    Ingot
    20
    Halterung
    30
    Suszeptor
    40
    Befestigungsvorrichtung
    40a
    Bezugsfläche
    G
    Schwerpunkt
    IRa
    zweiter mittlerer Bereich
    IRb
    erster mittlerer Bereich
    ORa
    zweiter Außenumfangsbereich
    ORb
    erster Außenumfangsbereich
    Oa, Ob
    Mitte
    x
    Längsrichtung

Claims (11)

  1. Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche einen Höchstdurchmesser von nicht weniger als 100 mm aufweist, die erste Hauptfläche einen ersten mittleren Bereich mit Ausnahme eines Bereichs innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang umfasst, in dem Fall, in dem der erste mittlere Bereich in erste quadratische Bereiche mit jeweils einer Seitenlänge von 250 μm unterteilt ist, jeder der ersten quadratischen Bereiche einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm aufweist, und eine Sauerstoffkonzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-% beträgt.
  2. Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat nach Anspruch 1, wobei die zweite Hauptfläche einen zweiten mittleren Bereich mit Ausnahme eines Bereichs innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der zweiten Hauptfläche umfasst, und in dem Fall, in dem der zweite mittlere Bereich in zweite quadratische Bereiche mit jeweils einer Seitenlänge von 250 μm unterteilt ist, jeder der zweiten quadratischen Bereiche einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm aufweist.
  3. Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei kein mechanischer Polierkratzer auf der ersten Hauptfläche vorhanden ist.
  4. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, umfassend: das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3; und eine Siliziumkarbid-Epitaxialschicht, die auf der zweiten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats vorgesehen ist, wobei jeder der ersten quadratischen Bereiche einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 1,5 nm aufweist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats, umfassend die Schritte: Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche durch Schneiden eines Siliziumkarbid-Einkristalls; und Entfernen einer Schicht, die eine prozessgeschädigte Schicht umfasst, die auf der ersten Hauptflächenseite des Siliziumkarbid-Substrats gebildet ist, wobei nach dem Entfernen der prozessgeschädigten Schicht, die erste Hauptfläche einen ersten mittleren Bereich mit Ausnahme eines Bereichs innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der ersten Hauptfläche umfasst, wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Messen der Sauerstoffkonzentration in dem ersten mittleren Bereich umfasst, wobei die erste Hauptfläche einen Höchstdurchmesser von nicht weniger als 100 mm aufweist, im Schritt des Entfernens einer Schicht, die eine prozessgeschädigte Schicht umfasst, nicht weniger als 1,5 μm von der Schicht mit der prozessgeschädigten Schicht entfernt wird, wenn der erste mittlere Bereich in erste quadratische Bereiche mit jeweils einer Seitenlänge von 250 μm unterteilt wird, eine Sauerstoff-Konzentration in jedem der ersten quadratischen Bereiche nicht weniger als 5 Atom-% und weniger als 20 Atom-% aufweist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats nach Anspruch 5, wobei jeder der ersten quadratischen Bereiche einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm aufweist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Schritt des Entfernens einer Schicht mit einer prozessgeschädigten Schicht, einen Schritt zum chemisch-mechanischen Polieren der ersten Hauptfläche umfasst.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum chemisch-mechanischen Polieren der ersten Hauptfläche die Schritte umfasst: Durchführen eines ersten chemisch-mechanischen Polierschritts mit einer ersten Poliergeschwindigkeit, und nach dem ersten chemisch-mechanischen Polierschritt, Durchführen eines zweiten chemisch-mechanischen Polierschritts mit einer zweiten Poliergeschwindigkeit, die langsamer als die erste Poliergeschwindigkeit ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die zweite Hauptfläche einen zweiten mittleren Bereich mit Ausnahme eines Bereichs innerhalb von 3 mm von einem Außenumfang der zweiten Hauptfläche umfasst, und wenn der zweite mittlere Bereich in zweite quadratische Bereiche mit jeweils einer Seitenlänge von 250 μm unterteilt wird, jeder der zweiten quadratischen Bereiche einen arithmetischen Mittenrauwert (Sa) von weniger als 0,2 nm aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei kein mechanischer Polierkratzer auf der ersten Hauptfläche gebildet wird.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats, umfassend die Schritte: Herstellen eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats durch das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats nach einem der Ansprüche 5 bis 10; und Bilden einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht auf der zweiten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats, wobei nach dem Schritt des Bildens einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, jeder der ersten quadratischen Bereiche einer arithmetischen Mittenwert (Sa) von weniger als 1,5 nm aufweist.
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