DE112016004430T5 - Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats, Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung und Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats, Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung und Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats Download PDF

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Abstract

Bei der Bildung einer Siliziumkarbidschicht fallen, wenn eine X-Achse einen ersten Wert anzeigt, der in Prozenten einen Wert darstellt, der durch Dividieren einer Strömungsrate des Silans durch eine Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und wenn eine Y-Achse einen zweiten Wert anzeigt, der eine Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, der erste Wert und der zweite Wert in einen viereckigen Bereich, der von ersten Koordinaten, zweiten Koordinaten, dritten Koordinaten und vierten Koordinaten in XY-Ebenenkoordinaten umgeben ist. Die ersten Koordinaten sind (0,05, 6,5 × 10-4). Die zweiten Koordinaten sind (0,05, 4,5 × 10-3). Die dritten Koordinaten sind (0,22, 1,2 × 10-2). Die vierten Koordinaten sind (0,22, 1,3 × 10-1). Nach der Bildung der Siliziumkarbidschicht beträgt ein Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht mehr als oder gleich 1 × 1015 cm-3 und weniger als oder gleich 2×1016 cm-3.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats, ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung und eine Vorrichtung zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats. Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der am 29. September 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-191489 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Das offengelegte japanische Patent Nr. 2014-170891 (Patentdokument 1) offenbart ein Verfahren zum epitaktischen Wachsen einer Siliziumkarbidschicht auf einem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat.
  • ZITATIONSLISTE
  • PATENTDOKUMENT
  • PTD 1: offengelegtes japanisches Patent Nr. 2014-170891
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte. Ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat wird in einer Reaktionskammer angeordnet. Eine Siliziumkarbidschicht wird auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat durch Zuführen eines Mischgases, das Silan, Ammoniak und Wasserstoff aufweist, in die Reaktionskammer gebildet. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat weist einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm auf. Bei der Bildung der Siliziumkarbidschicht, wenn eine X-Achse einen ersten Wert anzeigt, der in Prozenten einen Wert darstellt, der durch Dividieren einer Strömungsrate des Silans durch eine Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und wenn eine Y-Achse einen zweiten Wert anzeigt, der eine Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, liegen der erste Wert und der zweite Wert in einen viereckigen Bereich, der von ersten Koordinaten, zweiten Koordinaten, dritten Koordinaten und vierten Koordinaten in XY-Koordinatenebenen umgeben ist. Die ersten Koordinaten sind (0,05, 6,5 × 10-4). Die zweiten Koordinaten sind (0,05, 4,5 × 10-3). Die dritten Koordinaten sind (0,22, 1,2 × 10-2). Die vierten Koordinaten sind (0,22, 1,3 × 10-1). Nach der Bildung der Siliziumkarbidschicht 20 beträgt ein Durchschnittswert der Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 mehr als oder gleich 1 × 1015 cm-3 und weniger als oder gleich 2 × 1016 cm-3.
  • Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Reaktionskammer, eine Gaszufuhrvorrichtung und eine Steuerung. Die Reaktionskammer ist so konfiguriert, dass sie in der Lage ist, ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat zu erhitzen. Die Gaszufuhrvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie in der Lage ist, die Reaktionskammer mit einem Mischgas zu versorgen, das Silan, Ammoniak und Wasserstoff enthält. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie in er Lage ist, eine Strömungsrate des Mischgases zu steuern, das von der Gaszufuhrvorrichtung in die Reaktionskammer geleitet wird. Die Steuerung ist derart konfiguriert, dass sie in der Lage ist, die Steuerung einer Strömungsrate des Silans, eine Strömungsrate des Ammoniaks und eine Strömungsrate des Wasserstoffs so zu steuern, dass, wenn eine X-Achse einen ersten Wert anzeigt, der in Prozenten einen Wert darstellt, der durch Dividieren einer Strömungsrate des Silans durch eine Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und wenn eine Y-Achse einen zweiten Wert anzeigt, der eine Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, der erste Wert und der zweite Wert in einen viereckigen Bereich liegen, der von ersten Koordinaten, zweiten Koordinaten, dritten Koordinaten und vierten Koordinaten in XY-Koordinatenebenen umgeben ist. Die ersten Koordinaten sind (0,05, 6,5 × 10-4 ). Die zweiten Koordinaten sind (0,05, 4,5 × 10-3) . Die dritten Koordinaten sind (0,22, 1.4 × 10-2). Die vierten Koordinaten sind (0,22, 1,3 × 10-1).
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen Aufbau einer Herstellungsvorrichtung für ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 2 zeigt eine Beziehung zwischen einer SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate (%) und einer NH3-Strömungsrate (sccm) in einem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung Ausführungsform darstellt.
    • 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 6 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Aus-führungsform darstellt.
    • 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 10 zeigt eine Beziehung zwischen einer SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate (%) und einer NH3-Strömungsrate (sccm) in einem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß jeder Bewertungsprobe.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Überblick über die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Zunächst werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche oder sich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht wiederholt beschrieben. Hinsichtlich der kristallographischen Bezeichnungen in der vorliegenden Beschreibung wird eine einzelne Orientierung durch [ ], eine Gruppenorientierung durch < >, eine einzelne Ebene durch ( ) und eine Gruppenebene durch { } dargestellt. Ein kristallographisch negativer Index wird üblicherweise durch Setzen eines „-“ (Strich) über einer Zahl ausgedrückt; jedoch in der vorliegenden Beschreibung wird der kristallographisch negative Index durch Setzen eines negativen Vorzeichens vor der Zahl ausgedrückt.
  • (1) Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die nachfolgenden Schritte. Es wird ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 in einer Reaktionskammer 201 angeordnet. Eine Siliziumkarbidschicht 20 wird auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 durch Zuführen eines Mischgases, das Silan, Ammoniak und Wasserstoff aufweist, in die Reaktionskammer 201 gebildet. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 weist einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm auf. Bei der Bildung der Siliziumkarbidschicht, wenn eine X-Achse einen ersten Wert angibt, der in Prozent einen Wert darstellt, der durch Dividieren einer Strömungsrate des Silans durch eine Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und wenn eine Y-Achse einen zweiten Wert angibt, der eine Strömungsrate des Ammoniaks in sccm angibt, fallen der erste Wert und der zweite Wert innerhalb eines rechteckigen Bereichs, der durch erste Koordinaten, zweite Koordinaten, dritte Koordinaten und vierte Koordinaten in XY-Koordinatenebenen umgeben ist. Die ersten Koordinaten sind (0,05, 6,5 × 10-4). Die zweiten Koordinaten sind (0,05, 4,5 × 10-3). Die dritten Koordinaten sind (0,22, 1,2 × 10-2). Die vierten Koordinaten sind (0,22, 1,3 × 10-1). Nach der Bildung der Siliziumkarbidschicht 20 beträgt ein Durchschnittswert einer Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 mehr als oder gleich 1 × 1015 cm-3 und weniger als oder gleich 2 × 1016 cm-3. Es sollte beachtet werden, dass die Einheit der Strömungsrate „sccm (Standard cm3/Minute)“ eine Strömungsrate „cm3/Minute“ unter Standardbedingungen (0°C, 101,3 kPa) angibt.
  • Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, das zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung verwendet wird, muss eine hervorragende Gleichmäßigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene und eine hervorragende Ebenheit einer Oberfläche einer Siliziumkarbidschicht erzielen, während eine durchschnittliche Ladungsträgerkonzentration aufrechterhalten wird, so dass sie innerhalb eines bestimmten Bereichs fällt, der in Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen benötigt wird. In den letzten Jahren war es zusätzlich zu der Erreichung der zuvor beschriebenen Eigenschaften erforderlich, dass eine Siliziumkarbidschicht bei hoher Geschwindigkeit gewachsen wird.
  • Wird jedoch die Wachstumsgeschwindigkeit der Siliziumkarbidschicht einfach erhöht, kann sich die Ebenheit einer Oberfläche der Siliziumkarbidschicht verschlechtern. Darüber hinaus kann zur Aufrechterhaltung der hervorragenden Ebenheit der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht die durchschnittliche Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht außerhalb eines Bereichs, der in Leistungsvorrichtungen benötigt wird, liegen. Mit anderen Worten war es sehr schwierig, das Wachstum der Siliziumkarbidschicht bei hoher Geschwindigkeit, die hervorragende Ebenheit der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht und die hervorragende Gleichmäßigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene unter Aufrechterhaltung der durchschnittlichen Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht zu erzielen, so dass sie innerhalb des bestimmten Bereichs fällt, der für die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen erforderlich ist. Als Ergebnis sorgfältiger Studien haben sich die Erfinder das nachfolgende Wissen in Bezug auf ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats angeeignet, das die zuvor beschriebene Anforderung erfüllt, und eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entwickelt.
  • Insbesondere wurde herausgefunden, dass das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, das die zuvor beschriebene Anforderung erfüllt, realisiert werden kann durch: Verwenden von Silan als ein Ausgangsmaterialgas, Verwenden von Wasserstoff als ein Trägergas und Verwenden von Ammoniak als ein Dotierstoffgas; und Steuern einer Silan-Strömungsrate/Wasserstoff-Strömungsrate und einer Ammoniak-Strömungsrate derart, dass sie in einen bestimmten Bereich fallen. Gibt insbesondere eine X-Achse einen ersten Wert an, der in Prozent einen Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und gibt eine Y-Achse einen zweiten Wert an, der die Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, werden die Strömungsrate des Silans, die Strömungsrate des Wasserstoffs und die Strömungsrate des Ammoniaks derart gesteuert, dass der erste Wert und der zweite Wert innerhalb eines rechteckigen Bereichs liegen, der von den ersten Koordinaten, den zweiten Koordinaten, den dritten Koordinaten und den vierten Koordinaten in den XY-Koordinatenebenen umgeben ist. Dementsprechend kann ein Wachstum der Siliziumkarbidschicht bei hoher Geschwindigkeit erzielt werden, während die Ebenheit der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht und die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene verbessert werden.
  • (2) In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß Punkt (1) kann die Reaktionskammer 201 einen ersten Heizbereich 213 über dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und einen zweiten Heizbereich 214, der stromabwärts des ersten Heizbereichs 213 angeordnet ist, umfassen. Bei der Bildung der Siliziumkarbidschicht 20 kann der zweite Heizbereich 214 eine Temperatur aufweisen, die höher als oder gleich einer Zersetzungstemperatur des Ammoniaks ist. Dementsprechend kann das Ammoniak auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats thermisch zersetzt werden, wodurch die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene verbessert werden kann.
  • (3) In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß Punkt (2) weist der zweite Heizbereich 214 eine Länge von mehr als oder gleich 60 mm in einer Strömungsrichtung des Mischgases auf. Dementsprechend kann das Ammoniak in einem breiten Bereich thermisch zersetzt werden, wodurch die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene verbessert werden kann.
  • (4) Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die nachfolgenden Schritte. Es wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, das gemäß dem Verfahren gemäß einem der Punkte (1) bis (3) hergestellt wird, vorbereitet. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat wird bearbeitet.
  • (5) Eine Vorrichtung 200 zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Reaktionskammer 201, eine Gaszufuhrvorrichtung 235 und eine Steuerung 245. Die Reaktionskammer 201 ist derart ausgebildet, dass sie in der Lage ist, ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 zu erhitzen. Die Gaszufuhrvorrichtung 235 ist so ausgebildet, dass sie in der Lage ist, ein Mischgas, das Silan, Ammoniak und Wasserstoff enthält, in die Reaktionskammer 201 zu leiten. Die Steuerung 245 ist derart ausgebildet, dass sie in der Lage ist, eine Strömungsrate des Mischgases zu steuern, das von der Gaszufuhrvorrichtung 235 in die Reaktionskammer 201 geleitet wird. Die Steuerung 245 ist derart ausgebildet, dass sie in der Lage ist, eine Strömungsrate des Silans, eine Strömungsrate des Ammoniaks und eine Strömungsrate des Wasserstoffs derart zu steuern, dass, wenn eine X-Achse einen ersten Wert angibt, der in Prozent einen Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und wenn eine Y-Achse einen zweiten Wert angibt, der die Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, der erste Wert und der zweite Wert in einem rechteckigen Bereichs liegen, der von ersten Koordinaten, zweiten Koordinaten, dritten Koordinaten und vierten Koordinaten in XY-Koordinatenebenen umgeben ist. Die ersten Koordinaten sind (0,05, 6,5 × 10-4). Die zweiten Koordinaten sind (0,05, 4,5 × 10-3). Die dritten Koordinaten sind (0,22, 1,2 × 10-2). Die vierten Koordinaten sind (0,22, 1,3 × 10-1). Dementsprechend können ein Wachstum der Siliziumkarbidschicht bei hoher Geschwindigkeit, die hervorragende Ebenheit der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht und die hervorragende Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene erzielt werden, während die durchschnittliche Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht bei mehr als oder gleich 1 × 1015 cm-3 und weniger als oder gleich 2 × 1016 cm-3 aufrechterhalten wird.
  • (6) In der Vorrichtung 200 zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß Punkt (5) kann die Reaktionskammer 201 einen ersten Heizbereich 213 über einem Bereich, in dem das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 angeordnet ist, und einen zweiten Heizbereich 214, der stromaufwärts des ersten Heizbereichs 213 angeordnet ist, umfassen. Der zweite Heizbereich 214 kann so ausgebildet sein, dass er auf eine Temperatur von mehr als oder gleich einer Zersetzungstemperatur des Ammoniaks erhitzt werden kann. Dementsprechend kann das Ammoniak stromaufwärts des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats thermisch zersetzt werden, wodurch die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene verbesset werden kann.
  • (7) In der Vorrichtung 200 zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß Punkt (6) kann der zweite Heizbereich 214 eine Länge von mehr als oder gleich 60 mm in einer Strömungsrichtung des Mischgases aufweisen. Dementsprechend kann das Ammoniak in einem weiten Bereich thermisch zersetzt werden, wodurch sich die Gleichmäßigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene verbessert.
  • [Einzelheiten der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform (im Nachfolgenden als „die vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet) der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht auf diese beschränkt.
  • (Herstellungsvorrichtung für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat)
  • Im Nachfolgenden wird ein Aufbau einer Herstellungsvorrichtung 200 für ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Herstellungsvorrichtung 200 beispielsweise eine laterale Heißwand-CVD-Vorrichtung (chemische Dampfabscheidungsvorrichtung). Die Herstellungsvorrichtung 200 umfasst hauptsächlich eine Reaktionskammer 201, eine Gaszufuhrvorrichtung 235, eine Steuerung 245, ein Heizelement 203, eine Quarzröhre 204, einen Wärmeisolator 205 und eine Induktionsheizspule 206.
  • Das Heizelement 203 weist beispielsweise eine zylindrische Form auf. Die Reaktionskammer 201 ist innerhalb des Heizelements 203 ausgebildet. Das Heizelement 203 ist beispielsweise aus Graphit gebildet. Der Wärmeisolator 205 umgibt einen Außenumfang des Heizelements 203. Der Wärmeisolator 205 ist innerhalb der Quarzröhre 204 in Kontakt mit einer Innenumfangsfläche der Quarzröhre 204 vorgesehen. Die Induktionsheizspule 206 ist beispielsweise entlang der Außenumfangsfläche der Quarzröhre 204 gewickelt. Die Induktionsheizspule 206 ist derart konfiguriert, dass sie durch eine externe Stromversorgung (nicht dargestellt) mit Wechselstrom versorgt werden kann. Auf diese Weise wird das Heizelement 203 induktiv erhitzt. Folglich wird die Reaktionskammer 201 durch das Heizelement 203 erwärmt.
  • Die Reaktionskammer 201 ist ein Raum, der von dem Heizelement 203 umgeben ist. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 wird in der Reaktionskammer 201 angeordnet. Die Reaktionskammer 201 ist derart ausgebildet, dass sie das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 erhitzen kann. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 weist einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm auf. Die Reaktionskammer 201 ist mit einer Suszeptor-Platte 210 ausgebildet, die das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 hält. Die Suszeptor-Platte 210 ist derart ausgebildet, dass sie um eine Drehachse 212 drehbar ist.
  • Die Herstellungsvorrichtung 200 umfasst ferner einen Gaseinlass 207 und einen Gasauslass 208. Der Gasauslass 208 ist mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden. Die Pfeile in 1 zeigen die Strömung des Gases an. Das Gas wird von dem Gaseinlass 207 in die Reaktionskammer 201 eingeleitet und aus dem Gasauslass 208 ausgeleitet. Ein Druck in der Reaktionskammer 201 wird in Übereinstimmung mit einem Gleichgewicht zwischen einer zugeführten Gasmenge und einer abgegebenen Gasmenge eingestellt.
  • Die Herstellungsvorrichtung 200 kann ferner eine Heizvorrichtung 211 umfassen, die zwischen einem Gaseinlass 207 und dem Heizelement 203 angeordnet ist. Die Heizvorrichtung 211 ist stromaufwärts des Heizelements 203 angeordnet. Das Heizelement 203 kann so ausgebildet sein, dass es beispielsweise auf etwa 1100°C bis 1350°C erhitzt wird.
  • Die Gaszufuhrvorrichtung 235 ist derart ausgebildet, dass sie ein Mischgas, das Silan, Ammoniak und ein Gas, das Wasserstoff und Kohlenstoffatome enthält, der Reaktionskammer 201 zugeführt wird. Insbesondere kann die Gaszufuhrvorrichtung 235 eine erste Gaszufuhrvorrichtung 231, eine zweite Gaszufuhrvorrichtung 232, eine dritte Gaszufuhrvorrichtung 233 und eine Ladungsträger-Gaszufuhrvorrichtung 234 umfassen.
  • Die erste Gaszufuhrvorrichtung 231 ist derart konfiguriert, dass sie ein erstes Gas, das Kohlenstoffatome enthält, zuführen kann. Die erste Gaszufuhrvorrichtung 231 ist beispielsweise ein mit dem ersten Gas gefüllter Gaszylinder. Das erste Gas ist beispielsweise Propan-(C3H8)-Gas. Das erste Gas kann beispielsweise Methan-(CH4)-Gas, Ethan-(C2H6)-Gas, Acetylen-(C2H2)-Gas oder dergleichen sein.
  • Die zweite Gaszufuhrvorrichtung 232 ist derart ausgebildet, dass sie das zweite Gas, das Silan-Gas enthält, zuführen kann. Die zweite Gaszufuhrvorrichtung 232 ist beispielsweise ein mit dem zweiten Gas gefüllter Gaszylinder. Das zweite Gas ist beispielsweise Silan-(SiH4)-Gas. Das zweite Gas kann ein Mischgas aus Silan-Gas und einem anderen Gas als Silan sein.
  • Die dritte Gaszufuhrvorrichtung 233 ist derart ausgebildet, dass sie ein drittes Gas, das Ammoniak-Gas umfasst, zuführen kann. Die dritte Gaszufuhrvorrichtung 233 ist beispielsweise ein mit dem dritten Gas gefüllter Gaszylinder. Das dritte Gas ist ein Dotiergas, das N (Stickstoffatome) enthält. Das Ammoniak-Gas wird eher thermisch zersetzt als das Stickstoffgas mit einer Dreifachbindung. Durch Verwenden des Ammoniak-Gases wird erwartet, dass sich die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene verbessert.
  • Die Ladungsträgerzufuhrvorrichtung 234 ist derart ausgebildet, dass sie ein Trägergas, wie beispielsweise Wasserstoff, zuführen kann. Die Ladungsträger-Gaszufuhrvorrichtung 234 ist beispielsweise ein mit Wasserstoff gefüllter Gaszylinder.
  • Die Steuerung 245 ist derart ausgebildet, dass sie die Strömungsrate des von der Gaszufuhrvorrichtung 235 in die Reaktionskammer 201 zugeführten Mischgases steuern kann. Insbesondere kann die Steuerung 245 eine erste Gasströmungsratensteuerung 241, eine zweite Gasströmungsratensteuerung 242, eine dritte Gasströmungsratensteuerung 243 und eine Ladungsträger-Gasströmungsratensteuerung 244 aufweisen. Jede Steuerung kann beispielsweise eine MFC (Massenflusssteuerung) sein. Die Steuerung 254 ist zwischen der Gaszufuhrvorrichtung 235 und dem Gaseinlass 207 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Steuerung 245 in einem Strömungspfad angeordnet, der die Gaszufuhrvorrichtung 235 und den Gaseinlass 207 verbindet.
  • In der Herstellungsvorrichtung 200 umfasst die Reaktionskammer 201: einen ersten Heizbereich 213 über einem Bereich, in dem das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 angeordnet ist und einen zweiten Heizbereich 214, der stromaufwärts des ersten Heizbereichs 213 angeordnet ist. Wie in 1 gezeigt, ist der zweiten Heizbereich 214 ein Bereich, der sich in der Strömungsrichtung (Axialrichtung der Reaktionskammer 201) des Mischgases von einer stromaufwärts gelegenen Grenze zwischen dem Wärmeisolator 205 und dem Heizelement 203 zu einem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Bereichs, an dem das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 angeordnet ist, erstreckt. Der Grenzabschnitt zwischen dem zweiten Heizbereich 214 und dem ersten Heizbereich 213 kann eine stromaufwärts gelegene Seitenfläche einer Vertiefung sein, die in der Suszeptor-Platte 210 vorgesehen ist. Der stromabwärts gelegene Endabschnitt des ersten Heizbereichs 213 kann eine stromabwärts gelegene Grenze zwischen dem Wärmeisolator 205 und dem Heizelement 203 sein.
  • In der Axialrichtung der Reaktionskammer 201 kann eine Dichte der Wicklungen der Induktionsheizspule 206 geändert werden. Die Dichte der Wicklungen (die Anzahl der Wicklungen pro Meter) ist die Anzahl der Wicklungen der Spule pro Längeneinheit in der Axialrichtung der Vorrichtung. Um beispielweise das Ammoniak auf der stromaufwärts gelegenen Seite wirksam thermisch zu zersetzen, kann die Dichte der Wicklungen der Induktionsheizspule 206 auf der stromaufwärts gelegenen Seite höher als die Dichte der Wicklungen der Induktionsheizspule 206 auf der stromabwärts gelegenen Seite in dem zweiten Heizbereich 214 sein.
  • Der zweite Heizbereich 214 kann derart ausgebildet sein, dass er auf eine Temperatur von mehr als oder gleich der Zersetzungstemperatur des Ammoniaks erhitzt werden kann. Die Zersetzungstemperatur des Ammoniaks beträgt beispielsweise 500°C. Die Temperatur des zweiten Heizbereichs 214 kann beispielsweise unter Verwendung eines Strahlungsthermometers gemessen werden. Die Temperatur des Abschnitts des Heizelements 203, das den zweiten Heizbereich 214 bildet, beträgt beispielsweise 1580°C. In der Strömungsrichtung des Mischgases kann eine Länge 222 des zweiten Heizbereichs 214 mehr als oder gleich 60 mm, mehr als oder gleich 70 mm, und mehr als oder gleich 80 mm, sein und beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 10 mm. Beträgt die Länge 222 mehr als 100 mm, zersetzt sich das Ammoniak zu stark, mit dem Ergebnis, dass sich die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene verschlechtert. In der Strömungsrichtung des Mischgases kann eine Länge 221 des ersten Heizbereichs 213 größer als die Länge 222 des zweiten Heizbereichs 214 sein.
  • Wie in 2 gezeigt, gibt die X-Achse einen Wert (ersten Wert) an, der in Prozent einen Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, während die Y-Achse einen Wert (zweiten Wert) angibt, der die Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt. Die Steuerung 245 ist derart ausgebildet, dass sie die Strömungsrate des Silans, die Strömungsrate des Ammoniaks und die Strömungsrate des Wasserstoffs derart steuern kann, dass der erste Wert (%) und der zweite Wert (sccm) in einen rechteckigen Bereich (einen in 2 schraffierten Bereich) fallen, der von ersten Koordinaten, zweiten Koordinaten, dritten Koordinaten und vierten Koordinaten in den XY-Koordinatenebenen umgeben ist. Die ersten Koordinaten (X1, Y1) sind (0,05, 6,5 × 10-4). Die zweiten Koordinaten (X2, Y2) sind (0,05, 4,5 × 10-3). Die dritten Koordinaten (X3, Y3) sind (0,22, 1,2 × 10-2). Die vierten Koordinaten (X4, Y4) sind (0,22, 1,3 × 10-1).
  • Die Steuerung 245 umfasst eine Ladungsträger-Gasströmungsratensteuerung 244, eine zweite Gasströmungsratensteuerung 242 und eine dritte Gasströmungsratensteuerung 243. Die Ladungsträger-Gasströmungsratensteuerung 244 ist derart ausgebildet, dass sie die Strömungsrate des Ladungsträgergases (Wasserstoff) auf 100 slm steuern kann. Die zweite Gasströmungsratensteuerung 242 ist derart ausgebildet, dass sie die Strömungsrate des zweiten Gases (Silan-Gas) auf 150 sccm steuern kann. Die dritte Gasströmungsratensteuerung 243 ist derart ausgebildet, dass sie die Strömungsrate des dritten Gases (Ammoniak-Gas) auf 1.1 × 10-2 sccm steuern kann. In diesem Fall beträgt der Wert, der in Prozent den Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, 0,15%. Somit fällt der Wert (erster Wert), der den Wert angibt, der in Prozent den Wert darstellen, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und der Wert (zweiter Wert), der die Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, innerhalb des in 2 dargestellten schraffierten Bereichs.
  • (Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird ein Schritt (S1: 3) des Anordnens des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats in der Reaktionskammer durchgeführt. Beispielsweise wird ein Siliziumkarbid-Einkristall mit einem Polytyp 6H durch ein Sublimationsverfahren hergestellt. Anschließend wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 durch Schneiden des Siliziumkarbid-Einkristalls unter Verwendung von beispielsweise einer Drahtsäge hergestellt (siehe 4). Das Siliziumkarbid-Einkristall 10 hat eine erste Hauptfläche 41 und eine zweite Hauptfläche 42 gegenüber der ersten Hauptfläche 41. Der Polytyp des Siliziumkarbid-Einkristalls ist beispielsweise 4 H-SiC. 4 H-SiC weist hinsichtlich der Elektronenmobilität, der Durchschlagsfestigkeit und dergleichen bessere Eigenschaften auf. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 umfasst eine n-Verunreinigung, wie beispielsweise Stickstoff. Der Leitfähigkeitstyp des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 ist beispielsweise der n-Typ.
  • Die erste Hauptfläche 41 ist eine {0001} Ebene oder eine Ebene, die um einen Winkel von weniger als oder gleich 8° bezogen auf die (0001) Ebene geneigt ist. Insbesondere kann die erste Hauptfläche 41 eine (0001)-Ebene oder eine Ebene, die um einen Winkel von weniger als oder gleich 8°C bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist, oder eine (000-1) Ebene oder eine Ebene, die um einen Winkel von weniger als oder gleich 8° bezogen auf die (000-1)-Ebene geneigt ist, sein. Ist die erste Hauptfläche 41 bezogen auf die (0001) Ebene geneigt, ist die Neigungsrichtung einer Linie normal zur ersten Hauptfläche 41 beispielsweise eine <11-20> Richtung. Der Neigungswinkel (Versatzwinkel) bezogen auf die in {0001}-Ebene kann mehr als oder gleich 1 ° oder mehr als oder gleich 2° sein. Der Versatzwinkel kann weniger als oder gleich 7°, weniger als oder gleich 6° oder weniger als oder gleich 4° sein.
  • Der Höchstdurchmesser (Durchmesser) der ersten Hauptfläche 41 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 beträgt mehr als oder gleich 100 mm. Der Durchmesser kann mehr als oder gleich 150 mm, mehr als oder gleich 200 mm, oder mehr als oder gleich 250 mm sein. Obwohl der obere Grenzwert des Durchmessers in keiner besonderen Weise beschränkt ist, kann der obere Grenzwert des Durchmessers beispielsweise 300 mm betragen. Anschließend wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 in der Reaktionskammer 201 angeordnet. Wie in 1 gezeigt, wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 in einer Vertiefung der Suszeptor-Platte 210 angeordnet.
  • Anschließend wird ein Schritt (S2: 3) des Bildens einer Siliziumkarbidschicht auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat durchgeführt. Insbesondere wird die Siliziumkarbidschicht 20 unter Verwendung der zuvor beschriebenen Herstellungsvorrichtung 200 durch epitaktisches Aufwachsen auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gebildet. Nachdem beispielsweise der Druck der Reaktionskammer 201 von Atmosphärendruck auf etwa 1 × 10-6 Pa gesenkt wurde, wird begonnen, die Temperatur des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 zu erhöhen. Während des Temperaturanstiegs wird Wasserstoff-(H2)-Gas, das als das Trägergas dient, von der Ladungsträger-Gaszufuhrvorrichtung 234 in die Reaktionskammer 201 geleitet. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases wird durch die Ladungsträger-Gasströmungsratensteuerung 244 eingestellt.
  • Nachdem die Temperatur des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 beispielsweise etwa 1600°C erreicht hat, wird der Reaktionskammer 201 das Ausgangsmaterialgas, das Dotierstoffgas und das Ladungsträgergas zugeführt. Insbesondere wird der Reaktionskammer 201 ein Mischgas, das Silan, Ammoniak, Wasserstoff und Propan enthält, zugeführt, wodurch die Gase thermisch zersetzt werden. Auf diese Weise wird die Siliziumkarbidschicht 20 auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gebildet. Ein C/Si-Verhältnis des Mischgases kann zum Beispiel 1,0 sein.
  • Wie in 2 gezeigt, gibt die X-Achse einen Wert (ersten Wert) an, der in Prozent einen Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, während die Y-Achse einen Wert (zweiten Wert) angibt, der die Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt. In dem Schritt des Bildens der Siliziumkarbidschicht fallen der erste Wert und der zweite Wert in den viereckigen Bereich (der in 2 schraffiert dargestellte Bereich), der von den ersten Koordinaten, den zweiten Koordinaten, den dritten Koordinaten und den vierten Koordinaten in den XY-Koordinatenebenen umgeben ist. Die ersten Koordinaten (X1, Y1) sind (0,05, 6,5 × 10-4). Die zweiten Koordinaten (X2, Y2) sind (0,05, 4,5 × 10-3). Die dritten Koordinaten (X3, Y3) sind (0,22, 1,2 × 10-2). Die vierten Koordinaten (X4, Y4) sind (0,22, 1,3 × 10-1).
  • Beispielsweise wird die Strömungsrate des Ladungsträgergases (Wasserstoff), das der Reaktionskammer 201 zugeführt wird, unter Verwendung der Ladungsträger-Gasströmungsratensteuerung 244 auf 100 slm eingestellt. Die Strömungsrate des zweiten Gases (Silan-Gas), das der Reaktionskammer 201 zugeführt wird, wird unter Verwendung der zweiten Gasströmungsratensteuerung 242 auf 150 sccm eingestellt. Die Strömungsrate des dritten Gases (Ammoniakgas) wird unter Verwendung der dritten Gasströmungsratensteuerung 242 auf 1,1 × 10-2 sccm eingestellt. In diesem Fall beträgt der Wert, der in Prozent den Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, 0,15 %. Somit fallen der Wert (erster Wert), der in Prozent den Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und der Wert (zweiter Wert), der die Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, in den Bereich, der in 2 schraffiert dargestellt ist.
  • Die Strömungsrate (sccm) des Ammoniaks kann größer als oder gleich 6,5 × 10-4, größer als oder gleich 4,5 × 10-3, größer als oder gleich 1,1 × 10-2 und größer als oder gleich 1,2 × 10-2 sein. Die Strömungsrate (sccm) des Ammoniaks kann beispielsweise weniger als oder gleich 1,3 × 10-1 sein. Der Wert (%), der in Prozent den Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, kann größer als oder gleich 0,05 oder größer als oder gleich 0,15 sein. Der Wert (%), der in Prozent den Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, kann beispielsweise kleiner als oder gleich 0,22 sein. Die Strömungsrate des Silans kann beispielsweise größer als oder gleich 30 sccm und kleiner als oder gleich 200 sccm sein. Die Strömungsrate des Wasserstoffs kann beispielsweise größer als oder gleich 80 slm und kleiner als oder gleich 140 slm sein.
  • Die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 20 kann größer als oder gleich 8 µm/h, größer als oder gleich 15 µm/h, größer als oder gleich 25 µm/h oder größer als oder gleich 33 µm/h sein. Die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 20 kann weniger als oder gleich 50 µm/h sein. Die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 20 kann durch das Verhältnis der Strömungsrate des Wasserstoffs zu der Strömungsrate des Silans bestimmt werden. Da das Silan ein Ausgangsmaterialgas ist, wird die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht mit zunehmender Strömungsrate des Silans höher. Da mit anderen Worten der Wasserstoff die Eigenschaft aufweist, Siliziumkarbid zu ätzen, wird die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht mit zunehmender Strömungsrate des Wasserstoffs niedriger.
  • Wie zuvor beschrieben kann die Reaktionskammer 201 umfassen: den ersten Heizbereich 213 über dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10; und den zweiten Heizbereich 214, der stromaufwärts des ersten Heizbereichs 213 angeordnet ist. In dem Schritt des Bildens der Siliziumkarbidschicht 20 kann der zweite Heizbereich 214 eine Temperatur aufweisen, die höher als oder gleich einer Zersetzungstemperatur des Ammoniaks ist. Der zweite Heizbereich 214 kann eine Länge von mehr als oder gleich 60 mm in der Strömungsrichtung des Mischgases aufweisen.
  • Wie zuvor beschrieben, wird der Reaktionskammer 201 das Mischgas aus Silan, Propan, Ammoniak und Wasserstoff zugeführt, um dadurch die Siliziumkarbidschicht 20 auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 zu bilden. Es sollte beachtet werden, dass Methan (CH4), Ethan (C2H6), Acetylen (C2H2) oder dergleichen anstelle von Propan verwendet werden können. Während das Mischgas der Reaktionskammer 201 zugeführt wird, ist das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 um die Drehachse 212 drehbar. Auf diese Weise wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 (siehe 5), das das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und die Siliziumkarbidschicht 20 aufweist, hergestellt. Die Siliziumkarbidschicht 20 weist eine vierte Hauptfläche in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und eine dritte Hauptfläche 43 gegenüber der vierten Hauptfläche 44 auf. Gemäß dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100, das anhand dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt wird, verbessert sich in der Siliziumkarbidschicht 20 die Gleichförmigkeit der Ladungskonzentration in der Ebene und verringert sich eine quadratische Mittelwertabweichung (Sq) der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20, während der Durchschnittswert der Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 aufrechterhalten wird, so dass dieser in einen bestimmten Konzentrationsbereich fällt.
  • Nach dem Schritt des Bildens der Siliziumkarbidschicht 20 beträgt der Durchschnittswert der Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 insbesondere mehr als oder gleich 1 × 1015cm-3 und weniger als oder gleich 2 × 1016cm-3. Die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene beträgt beispielsweise weniger als oder gleich 6 %. Die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration ist eine Darstellung eines Werts in Prozent, der durch Dividieren der Standardabweichung der Ladungsträgerkonzentration durch den Durchschnittswert der Ladungsträgerkonzentration erhalten wird. Die Ladungsträgerkonzentration kann beispielsweise mit einer Quecksilbersonden-C-V-Messvorrichtung gemessen werden. Insbesondere wird dafür eine Sonde auf der dritten Hauptfläche 43 der Siliziumkarbidschicht 20 und eine weitere Sonde auf der zweiten Hauptfläche 42 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 angeordnet. Die Fläche der einen Sonde beträgt beispielsweise 0,01 cm2.Es wird eine Spannung zwischen der einen Sonde und der anderen Sonde angelegt und eine Kapazität zwischen der einen Sonde und der anderen Sonde gemessen. Wird auf der Vertikalachse 1/C2 (Kehrwert des Quadrats der Kapazität) aufgetragen und wird auf der Horizontalachse V (Spannung) aufgetragen, kann die Ladungsträgerkonzentration auf der Basis der Neigung der geraden Linie der Messdaten gefunden werden. Eine Messtiefe für die Ladungsträgerkonzentration wird in Übereinstimmung mit der angelegten Spannung eingestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Ladungsträgerkonzentration in einem Bereich der Siliziumkarbidschicht 20 innerhalb etwa 10 µm von der dritten Hauptfläche 43 in Richtung der zweiten Hauptfläche 42 gemessen.
  • Die quadratische Mittelwertabweichung (Sq) der dritten Hauptfläche 43 beträgt beispielsweise weniger als oder gleich 0,4 nm. Die quadratische Mittelwertabweichung (Sq) ist ein Parameter, der erhalten wird, indem die quadratische Mittenrauigkeit (R2) auf drei Dimensionen ausgeweitet wird. Die quadratische Mittelwertabweichung (Sq) kann beispielsweise mit einem Weißlicht-Interferometrie-Mikroskop gemessen werden. Ein Bereich, für den die quadratische Mittelwertabweichung (Sq) gemessen wird, kann ein quadratischer Bereich mit einer jeweiligen Seitenlänge von 250 µm sein.
  • (Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung)
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst hauptsächlich einen Epitaxiesubstrat-Herstellungsschritt (S10: 6) und einen Substratbearbeitungsschritt (S20: 6).
  • Zuerst wird der Epitaxiesubstrat-Herstellungsschritt (S10: 6) durchgeführt. Dafür wird insbesondere das Siliziumkarbidsubstrat 100 anhand des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt (siehe 5).
  • Anschließend wird der Substratbearbeitungsschritt (S20: 6) durchgeführt. Insbesondere wird die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung durch Bearbeiten des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt. Der Begriff „Bearbeiten“ umfasst hierin verschiedene Arten von Vorgängen, wie beispielsweise Ionenimplantation, Wärmebehandlung, Ätzen, Oxidfilmbildung, Elektrodenbildung und Vereinzelung. Das heißt, der Substratbearbeitungsschritt umfasst wenigstens einen Prozess umfassend Ionenimplantation, Wärmebehandlung, Ätzen, Oxidfilmbildung, Elektrodenbildung und Vereinzelung.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) als eine beispielhafte Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung beschrieben. Der Substratbearbeitungsschritt (S20: 6) umfasst einen Ionenimplantationsschritt (S21: 6), einen Oxidfilmbildungsschritt (S22: 6), einen Elektrodenbildungsschritt (S23: 6 und einen Vereinzelungsschritt (S24: 6).
  • Zuerst wird der lonenimplantationsschritt (S21: 6) durchgeführt. Beispielsweise wird eine p-Verunreinigung, wie Aluminium (AI), in die dritte Hauptfläche 43 implantiert, auf der eine Maske (nicht dargestellt) mit einer darin ausgebildeten Öffnung vorgesehen ist. Dementsprechend wird ein Körpergebiet 132 mit einer p-Leitfähigkeit gebildet. Anschließend wird eine n-Verunreinigung, wie Phosphor (P), an einer vorbestimmten Position in das Körpergebiet 132 implantiert. Dementsprechend wird ein Source-Gebiet 133 mit der n-Leitfähigkeit gebildet. Anschließend wird eine p-Verunreinigung, wie beispielsweise Aluminium, an einer vorbestimmten Position in das Source-Gebiet 133 implantiert. Dementsprechend wird ein Kontaktgebiet 134 mit der p-Leitfähigkeit gebildet (siehe 7).
  • In der Siliziumkarbidschicht 20 dient ein Bereich, mit Ausnahme des Körpergebiets 132, des Source-Gebiets 133 und des Kontaktgebiets 134, als ein Driftbereich 131. Das Source-Gebiet 133 ist durch das Körpergebiet 132 von dem Driftbereich 131 getrennt. Die Ionenimplantation kann durchgeführt werden, indem das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 auf in etwa mehr als oder gleich 300°C und in etwa weniger als oder gleich 600°C erhitzt wird.
  • Nach der Ionenimplantation wird ein Aktivierungsglühschritt am Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 durchgeführt. Durch das Aktivierungsglühen werden die Verunreinigungen, die in die Siliziumkarbidschicht 20 implantiert wurden, aktiviert, wodurch in jedem Gebiet Ladungsträger erzeugt werden. Das Aktivierungsglühen kann beispielsweise in einer Argon-(Ar)-Atmosphäre durchgeführt werden. Die Temperatur des Aktivierungsglühens beträgt beispielsweise etwa 1800°C. Die Zeitdauer des Aktivierungsglühens beträgt beispielsweise etwa 30 Minuten.
  • Anschließend wird ein Oxidfilmbildungsschritt (S22: 6) durchgeführt. Beispielsweise wird durch Erhitzen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in einer Atmosphäre, die Sauerstoff enthält, der Oxidfilm 136 auf der dritten Hauptfläche 43 (siehe 8) gebildet. Der Oxidfilm 136 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO2) oder dergleichen gebildet. Der Oxidfilm 136 dient als ein Gate-Isolierfilm. Die Temperatur des thermischen Oxidationsprozesses beträgt beispielsweise 1300°C. Die Zeitdauer des thermischen Oxidationsprozesses beträgt beispielsweise etwa 30 Minuten.
  • Nach der Bildung des Oxidfilms 136 kann eine weitere Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung bei etwa 1100°C für etwa eine Stunde in einer Atmosphäre, wie beispielsweise Stickstoffmonoxid (NO), Lachgas (N2O) oder dergleichen, durchgeführt werden. Ferner kann die Wärmebehandlung danach in einer Argon-Atmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung bei etwa 1100 bis 1500°C in einer Argon-Atmosphäre für etwa eine Stunde durchgeführt werden.
  • Als nächstes wird ein Elektrodenbildungsschritt (S23: 6) durchgeführt. Eine erste Elektrode 141 wird auf dem Oxidfilm 136 gebildet. Die erste Elektrode 141 dient als eine Gate-Elektrode. Die erste Elektrode 141 wird beispielsweise durch ein CVD-Verfahren gebildet. Die erste Elektrode 141 ist aus einem Polysilizium oder dergleichen gebildet, das eine Verunreinigung und eine Leitfähigkeit aufweist. Die erste Elektrode 141 ist an einer Position gegenüber dem Source-Gebiet 133 und dem Körpergebiet 132 ausgebildet.
  • Anschließend wird ein Zwischenschicht-Isolierfilm 137 gebildet, um die erste Elektrode 141 zu bedecken. Der Zwischenschicht-Isolierfilm 137 wird beispielsweise durch das CVD-Verfahren gebildet. Der Zwischenschicht-Isolierfilm 137 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid oder dergleichen gebildet. Der Zwischenschicht-Isolierfilm 137 ist in Kontakt mit der ersten Elektrode 141 und dem Oxidfilm 136 ausgebildet. Anschließend werden der Oxidfilm 136 und der Zwischenschicht-Isolierfilm 137 an einer vorbestimmten Position durch Ätzen entfernt. Dementsprechend werden das Source-Gebiet 133 und das Kontaktgebiet 134 von dem Oxidfilm 136 freigelegt.
  • Beispielsweise wird eine zweite Elektrode 142 durch ein Sputter-Verfahren auf dem freigelegten Abschnitt gebildet. Die zweite Elektrode 142 dient als eine Source-Elektrode. Die zweite Elektrode 142 ist beispielsweise aus Titan, Aluminium, Silizium oder dergleichen gebildet. Nachdem die zweite Elektrode 142 gebildet wurde, werden die zweite Elektrode 142 und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1100°C erhitzt. Dementsprechend werden die zweite Elektrode 142 und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in Ohmschen Kontakt miteinander gebracht. Anschließend wird eine Zwischenverbindungsschicht 138 in Kontakt mit der zweiten Elektrode 142 gebildet. Die Zwischenverbindungsschicht 138 ist beispielsweise aus einem Material, das Aluminium enthält, gebildet.
  • Anschließend wird eine dritte Elektrode 143 auf der zweiten Hauptfläche 42 gebildet. Die dritte Elektrode 143 dient als eine Drain-Elektrode. Die dritte Elektrode 143 ist beispielsweise aus einer Legierung (beispielsweise NiSi oder dergleichen), das Nickel und Silizium enthält, gebildet. Anschließend wird der Vereinzelungsschritt (S24: 6) durchgeführt. Beispielsweise wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 entlang einer Vereinzelungslinie geschnitten, um dadurch das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in mehrere Halbleiter-Chips zu teilen. Auf diese Weise wird die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 hergestellt (siehe 9).
  • In der obigen Beschreibung wurde als Beispiel ein MOSFET verwendet, um das Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben; jedoch ist das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf verschiedene Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen anwendbar, wie beispielsweise einen IGBT (Bipolar-Transistor mit isoliertem Gate), eine SBD (Schottky-Diode), einen Thyristor, einen GTO (Gate Turn Off Thyristor) und eine PiN-Diode.
  • (Auswertung)
  • (Herstellung der Proben)
  • Das zuvor beschriebene Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats wurde verwendet, um die Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate gemäß der Proben 1 bis 9 herzustellen. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 1 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,05 %, betrug die NH3-Strömungsrate 6,5 × 10-4±20 % (sccm) und betrug die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 8 µm/h. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 2 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,05 %, die NH3-Strömungsrate betrug 4,5 × 10-3 ± 20% (sccm) und die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht betrug 8 µm/h. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 3 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,22 %, betrug die NH3-Strömungsrate 1,2 × 10-2±20 % (sccm) und betrug die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 50 µm/h. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 4 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,22 %, betrug die NH3-Strömungsrate 1,3 × 10-1±20 % (sccm) und betrug die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 50 µm/h. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 5 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,15 %, betrug die NH3-Strömungsrate 1,1 × 10-2±20 % (sccm) und betrug die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 33 µm/h.
  • In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 6 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,03 %, betrug die NH3-Strömungsrate 8 × 10-4±20 % (sccm) und betrug die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 2 µm/h. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 7 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,37 %, betrug die NH3-Strömungsrate 7 × 10-2 ±20 % (sccm) und betrug die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 90 µm/h. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 8 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,12 %, betrug die NH3-Strömungsrate 9 × 10-2±20 % (sccm) und betrug die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 25 µm/h. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 9 betrug die SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate 0,12 %, betrug die NH3-Strömungsrate 1 × 10-3 ±20 % (sccm) und betrug die Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht 25 µm/h. In dem Verfahren zur Herstellung eines jeden Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der Proben 1 bis 9 wurde die H2-Strömungsrate auf 120 slm festgelegt und die SiH4-Strömungsrate geändert, um dadurch das Verhältnis SiH4-Strömungsrate/H2-Strömungsrate zu ändern.
  • (Messung)
  • Die Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder Probe 1 bis 9 wurde unter Verwendung einer Quecksilbersonden-C-V-Messvorrichtung gemessen. Die Ladungsträgerkonzentration wurde in einem Bereich innerhalb eines Radius von 60 mm von dem Mittelpunkt der dritten Hauptfläche 43 gemessen. Die Ladungsträgerkonzentration wurde an mehreren Positionen gemessen, die im Wesentlichen im gleichen Abstand auf einer geraden Linie, die durch den Mittelpunkt der dritten Hauptfläche 43 verläuft und parallel zur Radialrichtung ist, und auf einer geraden Linie senkrecht zu der vorstehenden geraden Linie angeordnet sind. Insbesondere wurde die Ladungsträgerkonzentration an den nachfolgenden Positionen gemessen. Im Mittelpunkt der dritten Hauptfläche 43; und an Positionen, die vom Mittelpunkt in der Radialrichtung um 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm und 60 mm entfernt angeordnet waren. Die Anzahl der Messpositionen der Ladungsträgerkonzentration war insgesamt 25. Die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene wurde durch Dividieren der Standardabweichung der Ladungsträgerkonzentration durch den Mittelwert der Ladungsträgerkonzentration berechnet. Es sollte beachtet werden, dass die Fläche der Sonde auf der Quecksilberseite beispielsweise 0,01 cm2 beträgt.
  • Die quadratische Mittelwertabweichung (Sq) im mittleren Bereich der dritten Hauptfläche 43 wurde unter Verwendung eines Weißlicht-Interferometrie-Mikroskops gemessen. Ein Bereich, für den die quadratische Mittelwertabweichung gemessen wurde, ist ein quadratischer Bereich, der jeweils eine Seite von 250 µm aufweist. Die quadratische Mittelwertabweichung wurde an den nachfolgenden Positionen gemessen: am Mittelpunkt der dritten Hauptfläche 43; und an einer Position, die 50 mm von dem Mittelpunkt in der Radialrichtung entfernt war. Die Anzahl der Messpositionen der quadratischen Mittelwertabweichung war insgesamt 2. Ein Bereich von Sq ist in Tabelle 1 gezeigt.
  • (Ergebnis)
  • 10 zeigt ein Diagramm auf einer XY-Koordinatenebene, wobei die X-Achse SiH4/H2 und die Y-Achse NH3 in dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer jeden Probe 1 bis 9 darstellen. Die Koordinaten 101 bis 109 entsprechen jeweils den Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate gemäß der Proben 1 bis 9. [Tabelle 1]
    Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4 Probe 5 Probe 6 Probe 7 Probe 8 Probe 9
    SiH4/H2 0,05 0,05 0,22 0,22 0,15 0,03 0,37 0,12 0,12
    (%)
    NH3 6,5×10-4 4,5×10-3 1,2×10-2 0,13 1,1×10-2 8×10-4 0,07 0,09 1×10-3
    (sccm) ±20% ±20% ±20% ±20% ±20% ±20% ±20% ±20% ±20%
    Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration Sigma/Durchschnitt(%) <6 <6 <3 <3 <2 bis 7 <3 <2 <6
    Wachstumsrate (µm/h) 8 8 50 50 33 bis 2 90 25 25
    Sq@250pm Winkel (nm) 0,1 bis 0,4 0,1 bis 0,4 0,1 bis 0,4 0,1 bis 0,4 0,1 bis 0,4 0,1 bis 0,4 >0.8 0,1 bis 0,4 0,1 bis 0,4
    Durchschnittliche Ladungsträgerkonzentration (cm-3) 1×1015 2×1016 1×1015 2×1016 3×1015 3×1015 3×1015 >3×1016 <1×1015
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt betrugen in den Siliziumkarbidschichten der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate gemäß der Proben 1 bis 9 die entsprechenden Gleichförmigkeiten der Ladungsträgerkonzentrationen in der Ebene weniger als 6 %, weniger als 6 %, weniger als 3 %, weniger als 3 %, weniger als 2 %, etwa 7 %, weniger als 3 %, weniger als 2 % und weniger als 6 %. Die entsprechenden quadratischen Mittelwertabweichungen (Sq) der dritten Oberflächen der Siliziumkarbidschichten der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate gemäß der Proben 1 bis 9 betrugen 0,1 bis 0,4 nm, 0,1 bis 0,4 nm, 0,1 bis 0,4 nm, 0,1 bis 0,4 nm, 0,1 bis 0,4 nm, 0,1 to 0,4 nm, mehr als 0,8 nm, 0,1 bis 0,4 nm und 0,1 bis 0,4 nm. Die entsprechenden durchschnittlichen Ladungsträgerkonzentrationen in den Siliziumkarbidschichten der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate gemäß der Proben 1 bis 9 betrugen 1 × 1015 cm-3, 2 × 1016 cm-3, 1 × 1015 cm-3, 2 × 1016 cm-3, 3 × 1015 cm-3, 3 × 1015 cm-3, 3 × 1015 cm-3, mehr als 3 × 1016 cm-3 und weniger als 1 × 1015 cm-3.
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, betrug in jedem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß Proben 1 bis 5 die durchschnittliche Ladungsträgerkonzentration mehr als oder gleich 1 × 1015 cm-3 und weniger als oder gleich 2 × 1016 cm-3, der Wert der Ladungsträgergleichförmigkeit betrug weniger als oder gleich 6 %, die Wachstumsrate betrug mehr als oder gleich 8 µm/h und die quadratische Mittelwertabweichung (Sq) betrug weniger als oder gleich 0,4 nm. Unter den Herstellungsbedingungen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß Probe 6 betrug die Wachstumsrate 2 µm/h, wodurch kein Wachstum mit hoher Rate erreicht werden konnte. Darüber hinaus betrug in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß Probe 6 der Wert der Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene etwa 7%, und somit war die Ladungsträgerkonzentration in der Ebene nicht ausreichend gleichmäßig. In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß Probe 7 betrug die quadratische Mittelwertabweichung (Sq) mehr als 0,8 nm und die Ebenheit war nicht hinreichend hoch. In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß Probe 8 betrug die durchschnittliche Ladungsträgerkonzentration mehr als 2 × 1016 cm-3, wodurch ein Bereich der durchschnittlichen Ladungsträgerkonzentration, der in Leistungsvorrichtungen benötigt wird, nicht erreicht werden konnte. In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß Probe 9 sank die durchschnittliche Ladungsträgerkonzentration auf weniger als 1 × 1015 cm-3, wodurch ein Bereich der durchschnittlichen Ladungsträgerkonzentration, der in Leistungsvorrichtungen benötigt wird, nicht erzielt wurde.
  • Angesichts der obigen Ergebnisse konnte in jedem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß Proben 1 bis 5 eine hervorragende Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene, eine hohe Wachstumsrate und eine hervorragende Ebenheit erzielt werden, während die durchschnittliche Ladungsträgerkonzentration von mehr als oder gleich 1 x 1015 cm-3 und weniger als oder gleich 2 × 1016 cm-3 aufrechterhalten werden konnte. Mit anderen Worten wurde bestätigt, dass es möglich ist, das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat mit einer hervorragenden Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in der Ebene, einer hohen Wachstumsrate und einer hervorragenden Ebenheit herzustellen, indem die Strömungsrate des Silans, die Strömungsrate des Wasserstoffs und die Strömungsrate des Ammoniaks in dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats derart gesteuert werden, dass der Wert (erster Wert), der in Prozent den Wert darstellt, der durch Dividieren der Strömungsrate des Silans durch die Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und der Wert (der zweite Wert), der die Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, in den rechteckigen Bereich fallen (der Bereich, der in 2 schraffiert dargestellt ist), der durch die ersten Koordinaten, die zweiten Koordinaten, die dritten Koordinaten und die vierten Koordinaten in der XY-Koordinatenebene umgeben ist.
  • Die hier offenbarten Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung und sind in keinerlei Hinsicht als einschränkend zu erachten. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird vielmehr durch die Begriffe der Ansprüche als durch die oben beschriebenen Ausführungsformen definiert und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10: Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat; 20: Siliziumkarbidschicht; 41: erste Hauptfläche; 42: zweite Hauptfläche; 43: dritte Hauptfläche; 44: vierte Hauptfläche; 100: Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat; 131: Driftbereich; 132: Körpergebiet; 133: Source-Gebiet; 134: Kontaktgebiet; 136: Oxidfilm; 137: Zwischenschicht-Isolierfilm; 138: Verbindungsschicht; 141: erste Elektrode; 142: zweite Elektrode; 143: dritte Elektrode; 200: Herstellungsvorrichtung; 201: Reaktionskammer; 203: Heizelement; 204: Quarzrohr; 205: Wärmeisolator; 206: Induktionsheizspule; 207: Gaseinlass; 208: Gasauslass; 210: Suszeptorplatte; 211: Heizung; 212: Rotationsachse; 213: erster Heizbereich; 214: zweiter Heizbereich; 221, 222: Länge; 231: erster Gaszufuhrvorrichtung; 232: zweiter Gaszufuhrvorrichtung; 233: dritter Gaszufuhrvorrichtung; 234: Trägergaszufuhrvorrichtung; 235: Gaszufuhrvorrichtung; 241: erste Gasströmungsratensteuerung; 242: zweite Gasströmungsratensteuerung; 243: dritte Gasströmungsratensteuerung; 244: Ladungsrägergas-Strömungsratensteuerung; 245: Steuerung; 300: Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 2014170891 [0002, 0003]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats in einer Reaktionskammer; und Bilden einer Siliziumkarbidschicht auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat durch Zuführen eines Mischgases, das Silan, Ammoniak und Wasserstoff enthält, in die Reaktionskammer, wobei das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm aufweist, wobei bei der Bildung der Siliziumkarbidschicht, wenn eine X-Achse einen ersten Wert anzeigt, der in Prozenten einen Wert darstellt, der durch Dividieren einer Strömungsrate des Silans durch eine Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und eine Y-Achse einen zweiten Wert anzeigt, der eine Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, der erste Wert und der zweite Wert in einen viereckigen Bereich fallen, der von ersten Koordinaten, zweiten Koordinaten, dritten Koordinaten und vierten Koordinaten in XY-Ebenenkoordinaten umgeben ist, wobei die ersten Koordinaten (0,05, 6,5 × 10-4) sind, die zweiten Koordinaten (0,05, 4,5 × 10-3) sind, die dritten Koordinaten (0,22, 1,2 × 10-2) sind, die vierten Koordinaten (0,22, 1,3 × 10-1) sind, wobei nach dem Bilden der Siliziumkarbidschicht ein Durchschnittswert der Ladungsträgerkonzentration der Siliziumkarbidschicht größer als oder gleich 1×1015 cm-3 und kleiner als oder gleich 2 × 1016 cm-3 ist.
  2. Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats nach Anspruch 1, wobei die Reaktionskammer einen ersten Heizbereich über dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat und einen zweiten Heizbereich, der stromaufwärts des ersten Heizbereichs angeordnet ist, umfasst, und wobei bei der Bildung der Siliziumkarbidschicht der zweite Heizbereich eine Temperatur aufweist, die höher als oder gleich einer Zersetzungstemperatur von Ammoniak ist.
  3. Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats nach Anspruch 2, wobei der zweite Heizbereich eine Länge von mehr als oder gleich 60 mm in einer Strömungsrichtung des Mischgases aufweist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Vorbereiten des nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats; und Bearbeiten des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats.
  5. Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Reaktionskammer, die so konfiguriert ist, dass sie in der Lage ist, ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat zu erhitzen; eine Gaszufuhrvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie in der Lage ist, die Reaktionskammer mit einem Mischgas zu versorgen, das Silan, Ammoniak und Wasserstoff enthält; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie in der Lage ist, eine Strömungsrate des Mischgases zu steuern, das von der Gaszufuhrvorrichtung in die Reaktionskammer geleitet wird, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie in der Lage ist, eine Strömungsrate des Silans, eine Strömungsrate des Ammoniaks und eine Strömungsrate des Wasserstoffs so zu steuern, dass, wenn eine X-Achse einen ersten Wert anzeigt, der in Prozenten einen Wert darstellt, der durch Dividieren einer Strömungsrate des Silans durch eine Strömungsrate des Wasserstoffs erhalten wird, und wenn eine Y-Achse einen zweiten Wert anzeigt, der eine Strömungsrate des Ammoniaks in sccm darstellt, der erste Wert und der zweite Wert in einen viereckigen Bereich fallen, der von ersten Koordinaten, zweiten Koordinaten, dritten Koordinaten und vierten Koordinaten in XY-Ebenenkoordinaten umgeben ist, die ersten Koordinaten (0,05, 6,5 × 10-4) sind, die zweiten Koordinaten (0,05, 4,5 × 10-3) sind, die dritten Koordinaten (0,22, 1,2 × 10-2) sind, die vierten Koordinaten (0,22, 1,3 × 10-1) sind.
  6. Vorrichtung zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats nach Anspruch 5, wobei die Reaktionskammer einen ersten Heizbereich über dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat und einen zweiten Heizbereich, der stromaufwärts des ersten Heizbereichs angeordnet ist, umfasst, und wobei bei der Bildung der Siliziumkarbidschicht der zweite Heizbereich eine Temperatur aufweist, die höher als oder gleich einer Zersetzungstemperatur von Ammoniak ist.
  7. Vorrichtung zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats nach Anspruch 6, wobei der zweite Heizbereich eine Länge von mehr als oder gleich 60 mm in einer Strömungsrichtung des Mischgases aufweist.
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