DE112016004600T5 - Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat und Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung - Google Patents

Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat und Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat weist ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat und eine Siliziumkarbidschicht auf. Die Siliziumkarbidschicht umfasst eine zweite Hauptoberfläche gegenüber einer Oberfläche in Kontakt zu dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat. Die zweite Hauptoberfläche entspricht einer Ebene, die relativ zu einer {0001}-Ebene in einer Abweichungsrichtung geneigt ist. Die zweite Hauptoberfläche weist einen maximalen Durchmesser von nicht weniger als 10 mm auf. Die zweite Hauptoberfläche weist einen Außenumfangsbereich und einen Mittelbereich auf, wobei der Außenumfangsbereich innerhalb von 3 mm zu einer Außenkante der zweiten Hauptoberfläche liegt, wobei der Mittelbereich von dem Außenumfangsbereich umgeben ist. Der Mittelbereich ist mit einer ersten Versetzungsanordnung aus ersten Halbschleifen entlang einer Geraden senkrecht zu der Abweichungsrichtung breitgestellt. Jede der ersten Schleifen umfasst ein Paar aus Durchdringungskantenversetzungen, die an der zweiten Hauptoberfläche freiliegen. Am Mittelbereich ist eine Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung nicht größer als 10/cm.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat und ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung. Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der am 7. Oktober 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-199565 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
  • HINTERGRUND
  • WO 2009/035095 (Patentdokument 1) offenbart ein Epitaxiesubstrat mit einer beim epitaktischen Wachstum erzeugten Versetzungsanordnung.
  • ZITIERUNGSLISTE
  • PATENTDOKUMENT
  • PTD 1: WO 2009/035095
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat und eine Siliziumkarbidschicht. Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat weist eine erste Hauptoberfläche auf. Die Siliziumkarbidschicht befindet sich auf der ersten Hauptoberfläche. Die Siliziumkarbidschicht umfasst eine zweite Hauptoberfläche gegenüber einer Oberfläche, die mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat in Kontakt steht. Die zweite Hauptoberfläche entspricht einer Ebene, die relativ zu einer {0001}-Ebene in einer Abweichungsrichtung geneigt ist. Die zweite Hauptoberfläche weist einen maximalen Durchmesser von mindestens 100 mm auf. Die zweite Hauptoberfläche weist einen Außenumfangsbereich und einen Mittelbereich auf, wobei der Außenumfangsbereich innerhalb von 3 mm zu einer Außenkante der zweiten Hauptoberfläche angeordnet ist, wobei der Mittelbereich von dem Außenumfangsbereich umgeben wird. Der Mittelbereich wird mit einer ersten Versetzungsanordnung aus ersten Halbschleifen entlang einer geraden Linie senkrecht zu der Abweichungsrichtung bereitgestellt. Jede der ersten Halbschleifen umfasst ein Paar aus Durchdringungskantenversetzungen (threading edge dislocations), die an der zweiten Hauptoberfläche freiliegen. Am Mittelbereich ist eine Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung nicht größer als 10/cm2.
  • Ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat und eine Siliziumkarbidschicht. Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat weist eine erste Hauptoberfläche auf. Die Siliziumkarbidschicht befindet sich auf der Hauptoberfläche. Die Siliziumkarbidschicht umfasst eine zweite Hauptoberfläche gegenüber einer Oberfläche, die mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat in Kontakt steht. Die zweite Hauptoberfläche entspricht einer Ebene, die um nicht mehr als 4° relativ zu einer (0001)-Ebene in einer <11-20>-Richtung geneigt ist. Die zweite Hauptoberfläche weist einen maximalen Durchmesser von nicht weniger als 150 mm auf. Die zweite Hauptoberfläche weist einen Außenumfangsbereich und einen Mittelbereich auf, wobei der Außenumfangsbereich innerhalb von 3 mm zu einer Außenkante der zweiten Hauptoberfläche liegt, wobei der Mittelbereich von dem Außenumfangsbereich umgeben wird. Der Mittelbereich wird mit einer Versetzungsanordnung aus Halbschleifen entlang einer geraden Linie senkrecht zu der <11-20>-Richtung bereitgestellt. Jede der Halbschleifen umfasst ein Paar von Durchdringungskantenversetzungen (threading edge dislocations), die an der zweiten Hauptoberfläche freiliegen. Am Mittelbereich ist eine Flächendichte der Versetzungsanordnung nicht größer als 10/cm2.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische ebene Ansicht, die eine Konfiguration eines epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 2 zeigt eine schematische Querschnittansicht entlang einer Linie II-II in 1.
    • 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Bereichs III in 1.
    • 4 zeigt eine schematische ebene Ansicht im Bereich III aus 1
    • 5 zeigt eine schematische Querschnittansicht im Bereich III aus 1
    • 6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Bereichs VI aus 1.
    • 7 zeigt eine schematische ebene Ansicht im Bereich VI aus 1.
    • 8 zeigt eine schematische Querschnittansicht im Bereich VI aus 1.
    • 9 zeigt eine teilweise schematische Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Fertigungsvorrichtung für das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 10 zeigt eine schematische ebene Ansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zum Herstellen des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 11 zeigt eine schematische Querschnittansicht entlang einer Linie XI-XI in 10.
    • 12 zeigt eine Beziehung zwischen Temperatur und Zeit in dem Verfahren zum Herstellen des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 13 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Basalebenenversetzung auf Bereich XIII aus 10 zu einer nullten Zeit in einem Wachstumsschritt darstellt.
    • 14 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die die Konfiguration der Basalebenenversetzung auf Bereich XIII aus 10 zu einer ersten Zeit im Wachstumsschritt darstellt.
    • 15 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die die Konfiguration der Basalebenenversetzung auf Bereich XIII aus 10 zu einer dritten Zeit im Wachstumsschritt darstellt.
    • 16 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die Konfigurationen der Basalebenenversetzungen und von ersten Halbschleifen auf Bereich XIII aus 10 im Abkühlschritt darstellt.
    • 17 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Basalebenenversetzung auf Bereich XVII aus 10 zur nullten Zeit im Wachstumsschritt darstellt.
    • 18 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die Konfigurationen der Basalebenenversetzung und einer zweiten Halbschleife auf Bereich XVII aus 10 zur ersten Zeit im Wachstumsschritt darstellt.
    • 19 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die die Konfigurationen der Basalebenenversetzung und der zweiten Halbschleifen auf Bereich XVII aus 10 zur zweiten Zeit im Wachstumsschritt darstellt.
    • 20 zeigt eine Beziehung zwischen Druck und Zeit in einem Verfahren zum Herstellen des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 21 zeigt ein Flussdiagramm, dass das Verfahren zum Herstellen der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 22 zeigt eine schematische Querschnittansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 23 zeigt eine schematische Querschnittansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 24 zeigt eine schematische Querschnittansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zum Herstellen der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Technisches Problem]
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat und ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung bereitzustellen, durch die jeweils eine Versetzungsanordnung von Halbschleifen entlang einer geraden Linie senkrecht zu einer Abweichungsrichtung verringert werden kann.
  • [Vorteilhafter Effekt der vorliegenden Erfindung]
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat und ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, durch die jeweils eine Versetzungsanordnung von Halbschleifen entlang einer geraden Linie senkrecht zu einer Abweichungsrichtung verringert werden kann.
  • [Überblick über eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • (1) Ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat 10 und eine Siliziumkarbidschicht 20. Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 weist eine erste Hauptoberfläche 11 auf. Die Siliziumkarbidschicht 20 befindet sich auf der ersten Hauptoberfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst eine zweite Hauptoberfläche 30 gegenüber einer Oberfläche 14, die mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 in Kontakt steht. Die zweite Hauptoberfläche 30 entspricht einer Ebene, die relativ zu einer {0001}-Ebene in einer Abweichungsrichtung geneigt ist. Die zweite Hauptoberfläche 30 weist einen maximalen Durchmesser 111 von nicht weniger als 100 mm auf. Die zweite Hauptoberfläche 30 weist einen Außenumfangsbereich 52 und einen Mittelbereich 53 auf, wobei der Außenumfangsbereich 52 innerhalb von 3 mm zu einer Außenkante 54 der zweiten Hauptoberfläche 30 liegt, wobei der Mittelbereich 53 von dem Außenumfangsbereich 52 umgeben wird. Der Mittelbereich 53 wird mit einer ersten Versetzungsanordnung 2 aus Halbschleifen 1 entlang einer geraden Linie senkrecht zu der Abweichungsrichtung bereitgestellt. Jede der ersten Halbschleifen 1 umfasst ein Paar aus Durchdringungskantenversetzungen, die an der zweiten Hauptoberfläche 30 freiliegen. Eine Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung 2 beträgt am Mittelbereich 53 nicht mehr als 10/cm2.
  • Normalerweise liegt eine Versetzungsanordnung aus Durchdringungskantenversetzungen in einem epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat vor. Eine entsprechende Versetzungsanordnung führt zu einer Abnahme in der Durchbruchsspannung einer Halbleitervorrichtung, einem erhöhten Verluststrom, einer geringeren Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung und dergleichen. Demgemäß ist es erforderlich, Versetzungsanordnungen zu verringern. Als ein Ergebnis einer gewissenhaften Studie zu einem Verfahren zum Verringern von Versetzungsanordnungen der Durchdringungskantenversetzungen erlangten die Erfinder die folgenden Erkenntnisse und gelangten zu einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Es wird davon ausgegangen, dass die Versetzungsanordnungen der Durchdringungskantenversetzungen hauptsächlich in die folgenden drei Typen klassifiziert werden. Ein erster Typ von Versetzungsanordnung stellt eine Versetzungsanordnung dar, die von einem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat auf eine Siliziumkarbidschicht übertragen wird, die durch epitaktisches Wachstum zu bilden ist. Ein zweiter Typ von Versetzungsanordnung stellt eine Versetzungsanordnung dar, die durch epitaktisches Wachstum der Siliziumkarbidschicht erzeugt wird. Die Tiefe von jedem aus einer Mehrzahl von Halbschleifen in der Versetzungsanordnung wird durch die Dicke der Siliziumkarbidschicht zu der Zeit bestimmt, zu der die Halbschleifen gebildet werden. Dementsprechend weist die Mehrzahl von Halbschleifen in der Versetzungsanordnung unterschiedliche Tiefen auf. Darüber hinaus weist eine Richtung, in der jede der Mehrzahl von Halbschleifen angeordnet ist (insbesondere die Längsrichtung der Versetzungsanordnung), eine Komponente in einer schrittweisen Wachstumsrichtung (Abweichungsrichtung) auf. Insbesondere ist die Längsrichtung der Versetzungsanordnungen nicht senkrecht zu der Abweichungsrichtung. Ein dritter Typ von Versetzungsanordnung stellt eine Versetzungsanordnung dar, die nach dem Ende des epitaktischen Wachstums der Siliziumkarbidschicht erzeugt wird. Es wird davon ausgegangen, dass diese Versetzungsanordnung aufgrund einer Basalebenenversetzung in der Siliziumkarbidschicht erzeugt wird, die in einer Richtung senkrecht zu der Abweichungsrichtung nach dem Ende des epitaktischen Wachstums abgleitet. Demzufolge ist die Längsrichtung der Versetzungsanordnung senkrecht zu der Abweichungsrichtung. Darüber hinaus sind die entsprechenden Tiefen der Mehrzahl von Halbschleifen in der Versetzungsanordnung im Wesentlichen gleich.
  • Insbesondere achteten die Erfinder darauf, dass eine Erzeugung des dritten Typs von Versetzungsanordnungen unterdrückt wird. Es wird davon ausgegangen, dass die Basalebenenversetzung in der Richtung senkrecht zu der Abweichungsrichtung abgleitet, um Verspannungen in der Siliziumkarbidschicht abzubauen, wodurch im Siliziumkarbidmaterial Halbschleifen gebildet werden. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass Verspannungen in der Siliziumkarbidschicht hauptsächlich in einem Schritt des Abkühlens des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats erzeugt werden. Basierend auf den obigen Erkenntnissen erkannten die Erfinder, dass eine Verspannung im epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat abgebaut werden kann, um zu vermeiden, dass der dritte Typ von Versetzungsanordnung durch Steuerung einer Abkühlrate des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats in einer nachfolgend beschriebenen Weise beim Abkühlen des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats erzeugt wird. Demgemäß kann die Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung der ersten Halbschleifen entlang der Geraden senkrecht zu der Abweichungsrichtung reduziert werden.
    • Im epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat 100 gemäß (1) kann ein maximaler Durchmesser 111 nicht weniger als 150 mm betragen.
    • Im epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat 100 gemäß (1) oder (2) kann eine Abweichungsrichtung eine <11-20>-Richtung sein.
    • Im epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat 100 gemäß (1) bis (3) kann ein Mittelbereich 53 mit einer zweiten Versetzungsanordnung 5 aus zweiten Halbschleifen 4 entlang einer geraden Linie bereitgestellt werden, die relativ zu der Abweichungsrichtung geneigt ist. Jede der zweiten Halbschleifen kann ein Paar aus Durchdringungskantenversetzungen umfassen, die an einer zweiten Hauptfläche 30 freiliegen. Die Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung 2 kann geringer sein als eine Flächendichte der zweiten Versetzungsanordnung 5 im Mittelbereich 53.
    • Im epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat 100 gemäß (1) bis (4) kann eine zweite Hauptoberfläche 30 einer Ebene entsprechen, die um nicht mehr als 4° relativ zu einer (0001)-Ebene geneigt ist.
    • Im epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat 100 gemäß (1) bis (4) entspricht die Hauptoberfläche 30 einer Ebene, die um nicht mehr als 4° relativ zu einer (000-1)-Ebene geneigt ist.
    • Ein epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat 10 und eine Siliziumkarbidschicht 20. Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat weist eine erste Hauptoberfläche 11 auf. Die Siliziumkarbidschicht 20 stellt eine erste Hauptoberfläche 11 dar. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst eine zweite Hauptoberfläche 30 gegenüber einer Oberfläche 14, die mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 in Kontakt steht. Die zweite Hauptoberfläche 30 entspricht einer Ebene, die um nicht mehr als 4° relativ zu einer (0001)-Ebene in einer <11-20>-Richtung geneigt ist. Die zweite Hauptfläche 30 weist einen maximalen Durchmesser 111 von nicht weniger als 150 mm auf. Die zweite Hauptoberfläche 30 weist einen Außenumfangsbereich 52 und einen Mittelbereich 53 auf, wobei der Außenumfangsbereich 52 innerhalb von 3 mm zu einer Außenkante 54 der zweiten Hauptoberfläche 30 liegt, wobei der Mittelbereich 53 von dem Außenumfangsbereich 52 umgeben wird. Der Mittelbereich 53 wird mit einer Versetzungsanordnung 2 aus Halbschleifen 1 entlang einer geraden Line senkrecht zu der <11-20>-Richtung bereitgestellt. Jede der Halbschleifen 1 umfasst ein Paar von Durchdringungskantenversetzungen, die an der zweiten Hauptoberfläche 30 freiliegen. Eine Flächendichte der Versetzungsanordnung 2 beträgt am Mittelbereich nicht mehr als 10/cm2.
    • Ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte. Es wird das in einem beliebigen der (1) bis (7) genannte epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 vorbereitet. Das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 wird bearbeitet.
  • [Details der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • Das Folgende beschreibt ausführlicher eine Ausführungsform (nachfolgend als „die vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet) der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf diese beschränkt.
  • (epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat)
  • Gemäß der Darstellung in den 1 und 2 weist ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat 10 und eine Siliziumkarbidschicht 20 auf. Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 umfasst eine erste Hauptoberfläche 11 und eine dritte Hauptoberfläche 13 gegenüber der ersten Hauptoberfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst: eine vierte Hauptoberfläche 14 in Kontakt mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10; und eine zweite Hauptoberfläche 30 gegenüber der vierten Hauptoberfläche 14. Das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 kann aufweisen: eine erste Flat (nicht dargestellt), die sich in einer ersten Richtung 101 erstreckt; und eine zweite Flat (nicht dargestellt), die sich in einer zweiten Richtung 102 erstreckt. Die erste Richtung ist z. B. eine <11-20>-Richtung. Die zweite Richtung 102 ist z. B. eine <1-100>-Richtung.
  • Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 (nachfolgend einfach als „einkristallines Substrat“ bezeichnet) wird aus einem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat gebildet. Das einkristalline Siliziumkarbid weist z.B. einen Polytyp von 4 H-SiC auf. 4 H-SiC ist hinsichtlich der Elektronenbeweglichkeit, dielektrischen Festigkeit und dergleichen besser als andere Polytypen. Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 umfasst eine Verunreinigung vom n-Typ, wie z. B. Stickstoff (N). Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 weist z. B. eine Leitfähigkeit vom n-Typ auf. Die erste Hauptoberfläche 11 entspricht einer Ebene, die z.B. um nicht mehr als 4° relativ zu einer <11-20>-Ebene geneigt ist. Wenn die erste Hauptoberfläche 11 relativ zu der <1-100>-Ebene geneigt ist, stellt z. B. eine Richtung dar, in der die Normalengerade der ersten Hauptoberfläche 11 geneigt ist, die <11-20>-Richtung dar.
  • Gemäß der Darstellung in 2 ist die Siliziumkarbidschicht 20 eine epitaktische Schicht, die auf dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 gebildet wird. Die Siliziumkarbidschicht 20 befindet sich auf einer ersten Hauptoberfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 ist mit der ersten Hauptoberfläche 11 in Kontakt. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst eine Verunreinigung vom n-Typ, z. B. Stickstoff. Die Siliziumkarbidschicht 20 weist z. B. eine Leitfähigkeit vom n-Typ auf. Die Konzentration der Verunreinigung vom n-Typ in der Siliziumkarbidschicht 20 kann kleiner sein als die Konzentration der Verunreinigung vom n-Typ im einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10. Gemäß der Darstellung in 1 weist die zweite Hauptoberfläche 30 einen maximalen Durchmesser 111 (Durchmesser) von nicht weniger als 100 mm auf. Der maximale Durchmesser 111 des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt 150 mm. Der maximale Durchmesser 111 kann wenigstens 150 mm, wenigstens 200 mm oder wenigstens 250 mm betragen. Die obere Grenze des maximalen Durchmessers 111 ist nicht speziell beschränkt. Die obere Grenze des maximalen Durchmessers 111 kann z. B. 300 mm betragen.
  • Die zweite Hauptoberfläche 30 entspricht einer Ebene, die relativ zu einer {0001}-Ebene in einer Abweichungsrichtung geneigt ist. Die Abweichungsrichtung kann die <11-20>-Richtung, die <1-100>-Richtung oder eine Richtung zwischen der <11-20>-Richtung und der <1-100>-Richtung darstellen. Insbesondere kann die Abweichungsrichtung z. B. eine [11-20]-Richtung, eine [1-100]-Richtung oder eine Richtung zwischen der [11-20]-Richtung und der [1-100]-Richtung darstellen. Die zweite Hauptoberfläche 30 kann einer Ebene entsprechen, die um nicht mehr als 4° relativ zu der (0001)-Ebene geneigt ist. Die zweite Hauptoberfläche 30 kann einer Ebene entsprechen, die um nicht mehr als 4° relativ zu der (000-1)-Ebene geneigt ist. Der Neigungswinkel (Abweichungswinkel) relativ zu der {0001}-Ebene kann nicht weniger als 1° oder nicht weniger als 2° betragen. Der Abweichungswinkel kann nicht mehr als 3° betragen.
  • Gemäß der Darstellung in 1 weist die zweite Hauptoberfläche 30 einen Außenumfangsbereich 52 und einen Mittelbereich 53 auf, der von dem Außenumfangsbereich 52 umgeben ist. Der Ausumfangsbereich 52 stellt einen Bereich innerhalb von 3 mm zu einer Außenkante 54 der zweiten Hauptoberfläche 30 dar. Mit anderen Worten, ein Abstand 112 zwischen der Außenkante 54 und einer Grenzfläche zwischen dem Außenumfangsbereich 52 und dem Mittelbereich 54 in einer Radialrichtung der zweiten Hauptoberfläche 30 beträgt 3 mm.
  • (Versetzungsanordnung von Halbschleifen entlang einer Geraden senkrecht zur Abweichungsrichtung)
  • Gemäß der Darstellung der 1 und 3 wird der Mittelbereich 53 mit einer ersten Versetzungsanordnung 2 aus ersten Halbschleifen 1 entlang einer Geraden senkrecht zu der Abweichungsrichtung bereitgestellt. Die erste Versetzungsanordnung 2 umfasst die Mehrzahl von ersten Halbschleifen 1. Wenn die Abweichungsrichtung gleich der ersten Richtung 101 ist, ist eine Richtung senkrecht zur Abweichungsrichtung gleich der zweiten Richtung 102. Jede der ersten Schleifen 1 umfasst ein Paar von Durchdringungskantenversetzungen, die an der zweiten Hauptoberfläche 30 freiliegen. Die Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung im Mittelbereich 53 beträgt nicht mehr als 10/cm2. Vorzugsweise beträgt die Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung 2 im Mittelbereich 53 nicht mehr als 8/cm2, weiter bevorzugt nicht mehr als 5/cm2.
  • Als nächstes wird unten ein Verfahren zum Messen der Flächendichte der Versetzungsanordnung beschrieben.
  • Als erstes wird der Mittelbereich 53 mit geschmolzenem KOH (Kaliumhydroxid) geätzt, um Ätzrillen (etch pits) im Mittelbereich 53 zu bilden. Das geschmolzene KOH weist eine Temperatur von z. B. 515° C auf. Das Ätzen mit dem geschmolzenen KOH wird z. B. für 8 Minuten durchgeführt. Als nächstes werden die im Mittelbereich 53 gebildeten Ätzrillen unter Verwendung eines optischen Mikroskops betrachtet. Der Mittelbereich 53 wird z. B. in Quadratabschnitte von 1 cm × 1 cm in Form eines Gitters unterteilt. Die Flächendichten der Versetzungsanordnungen werden in allen Quadratsabschnitten gemessen. Der Ausdruck „Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung 2 im Mittelbereich 53 beträgt nicht mehr als 10/cm2“ soll anzeigen, dass die Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung 2 in jedem der Quadratbereiche nicht mehr als 10/cm2 beträgt. Da ein Abschnitt des Mittelbereichs 53 um den Außenumfang eine runde Gestalt aufweist, kann der Abschnitt nicht in einen Quadratabschnitt unterteilt werden. Für die Berechnung der Flächendichte der Versetzungsanordnung wird die Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung 2 in einem solchen Abschnitt, der nicht in einen Quadratabschnitt unterteilt werden kann, nicht in Betracht gezogen.
  • Gemäß der Darstellung in 3 weist die erste Halbschleife 1 eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt auf. Die erste Halbschleife 1 weist einen gekrümmten Abschnitt auf, der in der Siliziumkarbidschicht 20 bereitgestellt ist. Endbereiche 3 des Paares von Durchdringungskantenversetzungen liegen an der zweiten Hauptoberfläche 30 frei. Der gekrümmte Abschnitt der ersten Halbschleife 1 kann eine Versetzung sein, die sich von der Durchdringungskantenversetzung unterscheidet. Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 100 umfasst eine Basalebenenversetzung 34. Die Basalebenenversetzung 34 umfasst einen ersten Abschnitt 31, einen zweiten Abschnitt 32 und einen dritten Abschnitt 33. Der erste Abschnitt 31 stellt eine Basalebenenversetzung dar, die in dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 vorhanden ist. Der zweite Abschnitt 32 stellt eine Grenzflächenversetzung dar, die an einer Grenzfläche zwischen dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 vorhanden ist. Der dritte Abschnitt 33 stellt eine Basalebenenversetzung dar, die in der Siliziumkarbidschicht 20 vorhanden ist. Der erste Abschnitt 31 ist bis zum zweiten Abschnitt 32 durchgehend. Der zweite Abschnitt 32 ist bis zum dritten Abschnitt 33 durchgehend. Der erste Abschnitt 31 liegt an der dritten Hauptoberfläche 13 des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 frei. Der dritte Abschnitt 33 liegt an der zweiten Hauptoberfläche 30 der Siliziumkarbidschicht 20 frei. Mit anderen Worten, die Basalebenenversetzung 34 weist einen ersten Endabschnitt 35 auf, der an der zweiten Hauptoberfläche 30 freiliegt, und weist den anderen Endabschnitt auf, der an der dritten Hauptoberfläche 13 freiliegt.
  • Gemäß der Darstellung in 3 kann die erste Versetzungsanordnung 2 zwischen einem Endabschnitt 35 der Basalebenenversetzung 34 und einem Punkt 36 angeordnet sein, an dem eine gedachte Linie 37 auf der zweiten Hauptoberfläche 30 freiliegt. Die gedachte Linie 37 wird durch Verlängern des ersten Abschnitts 31 zu der Siliziumkarbidschicht 20 entlang einer Richtung erhalten, in der sich der erste Abschnitt 31 erstreckt. Mit anderen Worten kann jede der Mehrzahl von ersten Halbschleifen 1, die in der ersten Versetzungsanordnung 2 gebildet ist, zwischen dem Punkt 36 und dem Endabschnitt 35 angeordnet sein. Insbesondere kann die erste Versetzungsanordnung 2 in einer Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptoberfläche 30 zwischen der gedachten Linie 37 und dem dritten Abschnitt 33 angeordnet sein.
  • Gemäß der Darstellung in 4 ist eine Länge 123 der ersten Versetzungsanordnung 2 in einer zweiten Richtung 102 nicht kleiner als 0,1 mm und beträgt z. B. nicht mehr als 50 mm. Zum Beispiel ist ein Abstand 122 zwischen einem Endabschnitt 3 und dem anderen Endabschnitt 3 in der ersten Richtung 102 nicht kleiner als 1 µm und nicht größer als 10 µm. Zum Beispiel ist ein Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Halbschleifen 1 in der zweiten Richtung 102 nicht kleiner als 1 µm und nicht größer als 100 µm. Der Abstand 121 kann länger sein als der Abstand 122. Entlang der ersten Richtung 101 können die zwei Endabschnitte 3 angeordnet sein. Abstände zwischen zwei benachbarten ersten Halbschleifen können gleich oder verschieden sein. In Ansicht entlang der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 30 überlappt jede der Mehrzahl von Halbschleifen 1 mit einer geraden Linie parallel zur zweiten Richtung 102. Die Längsrichtung der ersten Versetzungsanordnung 2 stellt die zweite Richtung 102 dar. Die Längsrichtung der ersten Versetzungsanordnung 2 kann parallel zu einer Richtung sein, in der sich die Grenzflächenversetzung erstreckt.
  • Gemäß der Darstellung in 5 kann jede der Mehrzahl von Halbschleifen 1 in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 30 im Wesentlichen die gleiche Tiefe aufweisen. Die Tiefe der ersten Halbschleife 1 bezieht sich auf die Länge der Halbschleife in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 30. Die Tiefe der ersten Halbschleife 1 kann kleiner sein als die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20. Die erste Halbschleife 1 kann von dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 beabstandet sein.
  • (Versetzungsanordnung von Halbschleifen entlang einer Geraden, die relativ zur Abweichungsrichtung geneigt ist)
  • Gemäß der Darstellung in den 1 und 6 kann der Mittelbereich 53 mit einer zweiten Versetzungsanordnung 5 aus zweiten Halbschleifen 4 entlang einer Geraden bereitgestellt sein, die relativ zur Abweichungsrichtung geneigt ist. Die zweite Versetzungsanordnung 5 umfasst die Mehrzahl von zweiten Halbschleifen 4. Die zweiten Halbschleifen 4 sind entlang einer dritten Richtung 103 parallel zu einer Geraden, die relativ zu der ersten Richtung 101 und der zweiten Richtung 102 geneigt ist. Die zweite Halbschleife 4 umfasst ein Paar von Durchdringungskantenversetzungen, die an der zweiten Hauptoberfläche 30 freiliegen. Im Mittelbereich 53 kann die Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung 2 kleiner sein als die Flächendichte der zweiten Versetzungsanordnung 5. Die Flächendichte der zweiten Versetzungsanordnung 5 im Mittelbereich 53 kann größer sein als 10/cm2. Eine Multiplizität der ersten Versetzungsanordnungen 2 liegt tendenziell nahe dem Außenumfangsbereich 52 vor, wohingegen eine Multiplizität der zweiten Versetzungsanordnungen 5 tendenziell nahe dem Mittelpunkt des Mittelbereichs 53 vorliegt.
  • Gemäß der Darstellung in 6 weist jede der zweiten Halbschleifen 4 eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt auf. Die zweite Halbschleife 4 weist einen gekrümmten Abschnitt auf, der in der Siliziumkarbidschicht 20 bereitgestellt ist, und Endabschnitte 6 des Paares von Durchdringungskantenversetzungen liegen an der zweiten Hauptoberfläche 30 frei. Der gekrümmte Abschnitt der zweiten Halbschleife 4 kann eine Versetzung sein, die sich von der Durchdringungskantenversetzung unterscheidet. Das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 umfasst eine Basalebenenversetzung 44. Die Basalebenenversetzung 44 umfasst einen vierten Abschnitt 41, einen fünften Abschnitt 42 und einen sechsten Abschnitt 43. Der vierte Abschnitt 41 ist eine Basalebenenversetzung, die in dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 vorhanden ist. Der fünfte Abschnitt 42 stellt eine Grenzflächenversetzung dar, die an der Grenzfläche zwischen dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 vorhanden ist. Der sechste Abschnitt 43 stellt eine Basalebenenversetzung dar, die in der Siliziumkarbidschicht 20 vorhanden ist. Der vierte Abschnitt 41 ist zum fünften Abschnitt 42 durchgehend. Der fünfte Abschnitt 42 ist zum sechsten Abschnitte 43 durchgehend. Der vierte Abschnitt 43 liegt an der dritten Hauptoberfläche 13 des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 frei. Der sechste Abschnitt 43 liegt an der zweiten Hauptoberfläche 30 der Siliziumkarbidschicht 20 frei. Mit anderen Worten, die Basalebenenversetzung 41 weist einen Endabschnitt 45, der an der zweiten Hauptoberfläche 30 freiliegt, und den anderen Endabschnitt auf, der an der dritten Hauptoberfläche 13 freiliegt. In Ansicht entlang der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptoberfläche 30 kann die zweite Versetzungsanordnung 5 zwischen dem sechsten Abschnitt 43 und einer gedachten Linie 47 angeordnet sein, die durch Verlängern des vierten Abschnitts 42 zu der Siliziumkarbidschicht 20 entlang der Richtung erhalten wird, in der sich der vierte Abschnitt 41 erstreckt. Mit anderen Worten kann die zweite Versetzungsanordnung 5 zwischen einem Endabschnitt 45 einer Basalebenenversetzung 44 und einem Punkt 46 angeordnet sein, an dem die gedachte Linie 47 an der zweiten Hauptoberfläche 30 freiliegt.
  • Gemäß der Darstellung in 7 ist z.B. eine Länge 126 der zweiten Versetzungsanordnung 5 in der dritten Richtung 103 nicht kleiner als 0,1 mm und nicht größer als 50 mm. In der Richtung senkrecht zu der dritten Richtung 103 beträgt z. B. ein Abstand 125 zwischen einem Endabschnitt 6 und dem anderen Endabschnitt 6 nicht weniger als 1 µm und nicht mehr als 10 µm. Ein Abstand 124 zwischen zwei benachbarten Halbschleifen 14 in der dritten Richtung 103 ist z.B. nicht kleiner als 1 µm und nicht größer als 100 µm. Der Abstand 124 kann länger sein als der Abstand 125. Auf einer geraden Linie senkrecht zur dritten Richtung 103 können zwei Endabschnitte 6 angeordnet sein. In Ansicht entlang der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 30 überlappt jede der Mehrzahl von zweiten Halbschleifen 4 eine gerade Linie parallel zur dritten Richtung 103. Abstände zwischen benachbarten zweiten Halbschleifen können gleich oder unterschiedlich sein.
  • Gemäß der Darstellung in 8 kann die Mehrzahl von zweiten Halbschleifen 4 in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 30 unterschiedliche Tiefen aufweisen. Die Tiefe der zweiten Halbschleife 4 bezieht sich auf die Länge der Halbschleife in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 30. Insbesondere können die Tiefen der zweiten Halbschleifen 4 in der Abweichungsrichtung abnehmen. Mit anderen Worten ist die Tiefe der zweiten Halbschleife 4 nahe des vierten Abschnitts 41 in Ansicht entlang der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 30 größer als die Tiefe der zweiten Halbschleife 4 nahe dem sechsten Abschnitt 43. Die Tiefe der zweiten Halbschleife 4 kann kleiner sein als die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20. Die zweite Halbschleife 4 kann von dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 beabstandet sein.
  • (Film bildende Vorrichtung)
  • Als nächstes beschreibt das Folgende eine Ausgestaltung einer Fertigungsvorrichtung 200, die in dem Verfahren zur Herstellung des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
  • Gemäß der Darstellung in 9 ist die Fertigungsvorrichtung 200 z.B. eine CVD (chemisch Gasphasenabscheidungs) -Vorrichtung vom Heißwandtyp. Die Fertigungsvorrichtung 200 umfasst hauptsächlich Heizelemente 203, eine Quarzröhre 204, einen Wärmeisolator 205, eine Induktionsheizspule 206 und eine Vorheizstruktur 211. Ein hohler Raum, der von den Heizelementen 203 umgeben ist, stellt eine Reaktionskammer 201 dar. In der Reaktionskammer 201 wird ein Suszeptorteller 210 bereitgestellt, der zum Haltern des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 ausgebildet ist. Der Suszeptorteller 210 ist drehbar. Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 wird mit der nach oben gerichteten ersten Hauptoberfläche 11 auf dem Suszeptorteller 210 angeordnet.
  • Das Heizelement 203 wird z. B. aus Graphit gebildet. Die Induktionsheizspule 206 ist um den Außenumfang der Quarzröhre 204 gewickelt. Als nächstes wird ein vorbestimmter Wechselstrom an die Induktionsheizspule 206 angelegt, wodurch die Heizelemente 203 induktiv geheizt werden. Demgemäß wird die Reaktionskammer 201 beheizt.
  • Die Fertigungsvorrichtung 200 weist ferner einen Gaseinlass 207 und einen Gasauslass 208 auf. Der Gasauslass 208 ist mit einer Abgaspumpe (nicht dargestellt) verbunden. Ein Pfeil in 9 stellt einen Gasfluss dar. Trägergas, Quellenmaterialgas und Dotierstoffgas werden durch den Gaseinlass 207 in die Reaktionskammer 201 eingebracht und durch den Gasauslass 208 ausgegeben. Ein Druck in der Reaktionskammer 201 kann gemäß einem Gleichgewicht zwischen einer Menge, dergemäß das Gas zugeführt wird, und einer Menge, dergemäß das Gas ausgegeben wird, eingestellt werden.
  • Normalerweise sind der Suszeptorteller 210 und das einkristalline Substrat 10 in der Axialrichtung im Wesentlichen am Mittelpunkt der Reaktionskammer 201 angeordnet. Gemäß der Darstellung in 9 können die Suszeptorplatte 210 und das einkristalline Substrat 10 in der vorliegenden Ausführungsform an einer stromabwärts gelegenen Seite relativ zum Mittelpunkt der Reaktionskammer 201 angeordnet sein, insbesondere an der Seite des Gasauslasses 208, um eine Zersetzungsreaktion des Quellmaterialgases ausreichend zu unterstüzen, bis das Quellmaterialgas das einkristalline Substrat 10 erreicht. Demgemäß wird davon ausgegangen, dass eine gleichförmige Verteilung eines C/Si-Verhältnisses in der Ebene des einkristallinen Substrats 10 erreicht wird.
  • Ammoniakgas, das als Dotierstoffgas fungiert, wird erwünschtermaßen durch ausreichendes Heizen vorab thermisch zersetzt, bevor es der Reaktionskammer 201 zugeführt wird. Demgemäß kann erwartet werden, dass eine Gleichförmigkeit in der Ebene einer Stickstoff (Dotierstoff) -Dichte in der Siliziumkarbidschicht 20 verbesert wird. Gemäß der Darstellung in 9 kann die Vorheizstruktur 211 an der stromaufwärts gelegenen Seite in der Rekationskammer 201 bereitgestellt werden. In der Vorheizstruktur 211 kann das Ammoniakgas vorab geheizt werden. Die Vorheizstruktur 211 umfasst eine Kammer, die z.B. auf mindestens 1300° C geheizt wird. Beim Durchtritt durch die Vorheizstruktur 211 wird das Ammoniakgas ausreichend thermisch zersetzt und dann der Reaktionskammer 201 zugeführt. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das Ammoniakgas thermisch zersetzt werden, ohne dass im Gasstrom übermäßige Turbulenzen erzeugt werden.
  • (Verfahren zum Herstellen des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats)
  • Als nächstes beschreibt das Folgende ein Verfahren zum Herstellen des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Als erstes wird ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat vom Polytyp 4H mittels eines Sublimierungsverfahrens erzeugt. Als nächstes wird das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat z. B. unter Verwendung einer Drahtsäge zersägt, wodurch das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 vorbereitet wird (vgl. 10 und 11). Das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 weist eine erste Hauptoberfläche 11 und eine dritte Hauptoberfläche 13 gegenüber der ersten Hauptoberfläche 11 auf. Gemäß der Darstellung in 11 entspricht die erste Hauptoberfläche 11 einer Ebene, die relativ zu der {0001}-Ebene in der Abweichungsrichtung geneigt ist.
  • Insbesondere entspricht die erste Hauptoberfläche 11 einer Ebene, die um nicht mehr als 4° relativ zu der {0001}-Ebene geneigt ist. Die erste Hauptoberfläche 11 kann einer Ebene entsprechen, die um nicht mehr als 4° relativ zu der (0001)-Ebene geneigt ist, oder kann einer Ebene entsprechen, die um nicht mehr als 4° relativ zu der (000-1)-Ebene geneigt ist. Ein Neigungswinkel (Abweichungswinkel) relativ zu der {0001}-Ebene kann wenigstens 1° und wenigstens 2° betragen. Der Abweichungswinkel kann höchstens 3° betragen. Die Abweichungsrichtung kann die <11-20>-Richtung, die <1-100>-Richtung oder die Richtung zwischen der <11-20>-Richtung und der <1-100>-Richtung darstellen.
  • Als nächstes wird das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 in der oben genannten Fertigungsvorrichtung 200 angeordnet. Insbesondere wird das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 in einer Vertiefung des Suszeptortellers 210 angeordnet, so dass die erste Hauptoberfläche 11 bezüglich dem Suszeptorteller 210 freiliegt. Als nächstes wird die Siliziumkarbidschicht 20 auf dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 durch epitaktischen Wachstum gebildet. Nachdem z.B. der Druck der Reaktionskammer 201 von Atmosphärendruck auf ungefähr 1 × 10-6 Pa verringert wurde, beginnt das einkristalline Siliziumkarbidsubstrat 10 damit, geheizt zu werden. Während des Heizens wird Wasserstoff (H2) -Gas in die Reaktionskammer 201 eingeführt, wobei das Wasserstoffgas als Trägergas dient.
  • Nachdem die Temperatur in der Reaktionskammer 201 ungefähr 1600° C erreicht, werden z.B. das Quellmaterialgas und das Dotierstoffgas in die Reaktionskammer 201 eingebracht. Das Quellmaterialgas umfasst z.B. ein Si-Quellgas und ein C-Quellgas. Als das Si-Quellgas kann z. B. Silan (SiH4) -Gas verwendet werden. Als das C-Quellgas kann z. B. Propan (C3H8) -Gas verwendet werden. Die Strömungsrate des Silangases und die Strömungsrate des Propangases betragen z. B. 46 sccm und 14 sccm. Ein Volumenverhältnis von Silangas zu Wasserstoff beträgt z. B. 0,04 %. Ein C/Si-Verhältnis des Quellmaterialgases beträgt z. B. 0,9.
  • Zum Beispiel wird Ammoniak (NH3) -Gas als Dotierstoffgas verwendet. Ammoniakgas zersetzt sich z.B. gegenüber Stickstoffgas mit einer Dreifachbindung thermisch leichter. Unter Verwendung des Ammoniakgases kann die Gleichförmigkeit der Ladungsträgerkonzentration in einer Ebene (in-plane uniformity) verbessert werden. Ein Verhältnis der Konzentration des Ammoniakgases zur Konzentration des Wasserstoffgases beträgt z. B. 1 ppm. Das Ammoniakgas wird erwünschtermaßen vorab durch die Vorheizstruktur 211 thermisch zersetzt, bevor es in die Reaktionskammer 201 eingebracht wird. Zum Beispiel wird das Ammoniakgas durch die Vorheizstruktur 211 auf nicht weniger als 1300° C erhitzt.
  • Das Trägergas, das Quellgas und das Dotierstoffgas werden in die Reaktionskammer 201 mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10, das bei ungefähr 1600° C vorgeheizt wird, eingebracht, wodurch die Siliziumkarbidschicht 20 auf dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 mittels epitaktischem Wachstum gebildet wird. Während des epitaktischen Wachstums der Siliziumkarbidschicht 20 dreht sich der Suszeptorteller 210 um eine Drehachse 212 (vgl. 9). Die durchschnittliche Drehgeschwindigkeit des Suszeptortellers 210 beträgt z. B. 20 rpm. In dieser Weise wird die Siliziumkarbidschicht 20 auf dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 durch epitaktischen Wachstum gebildet.
  • Gemäß der Darstellung in 12 wird die Temperatur des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 im Wachstumsschritt der Siliziumkarbidschicht 20 bei einer ersten Temperatur (A1) während einer Dauer von einer nullten Zeit (T0) bis zu einer dritten Zeit (T3) gehalten. Die erste Temperatur (A1) beträgt z. B. 1600° C. Die nullte Zeit (T0) stellt eine Zeit dar, zu der das Quellmaterialgas und das Dotierstoffgas beginnen, in die Reaktionskammer 201 eingeführt zu werden. Zur der nullten Zeit (T0) beginnt im Wesentlichen eine Bildung der Siliziumkarbidschicht 20 auf dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10. Die dritte Zeit (T3) stellt eine Zeit dar, bei der die Einführung des Quellmaterialgases und des Dotierstoffgases in die Reaktionskammer 201 beendet wird. Zu der dritten Zeit (T3) wird die Bildung der Siliziumkarbidschicht 20 auf dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 im Wesentlichen beendet. Vorzugsweise wird die Temperatur des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 in der Richtung innerhalb der Ebene im Wachstumsschritt der Siliziumkarbidschicht 20 gleichförmig aufrechterhalten. Genauer wird ein Unterschied zwischen der maximalen Temperatur und der minimalen Temperatur in der ersten Hauptoberfläche 11 des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 während der Zeitdauer von der nullten Zeit (T0) bis zur dritten Zeit (T3) bei nicht mehr als 10° C gehalten.
  • Als nächstes beschreibt das Folgende vollständig einen Wachstumsschritt eines Abschnitts der Siliziumkarbidschicht 20 auf einem Bereich XIII des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10.
  • Gemäß der Darstellung in den 10 und 13 erstreckt sich bei der nullten Zeit (T0) eine Basalebenenversetzung 34 auf der {0001}-Ebene im einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 in einem bestimmten Bereich XIII. Die Basalebenenversetzung 34 weist einen Endabschnitt, der an der ersten Hauptoberfläche 11 freiliegt, und den anderen Endabschnitt auf, der an der dritten Hauptoberfläche 13 freiliegt. Die Basalebenenversetzung 34 erstreckt sich entlang der ersten Richtung 101, die die Abweichungsrichtung darstellt.
  • Gemäß der Darstellung in 14 wird ein Abschnitt der Siliziumkarbidschicht 20 zu dem ersten Zeitpunkt (T1) auf dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 gebildet. Die Basalebenenversetzung 34 propagiert von dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 zu der Siliziumkarbidschicht 20. Die Basalebenenversetzung 34 erstreckt sich in der Siliziumkarbidschicht 20 entlang der ersten Richtung 101. Der eine Endabschnitt der Basalebenenversetzung 34 liegt an der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20 frei und der andere Endabschnitt davon liegt an der dritten Hauptoberfläche 13 frei.
  • Gemäß der Darstellung in 15 erstreckt sich die Basalebenenversetzung 34 beim Wachsen der Siliziumkarbidschicht 20 weiter in der Siliziumkarbidschicht 20. Zu dem dritten Zeitpunkt (T3) nach dem ersten Zeitpunkt (T1) liegt der eine Endabschnitt der Basalebenenversetzung 34 an der zweiten Hauptoberfläche 30 der Siliziumkarbidschicht 20 frei und der andere Endabschnitt liegt an der dritten Hauptoberfläche 13 des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10 frei. Demgemäß wird die Bildung der Siliziumkarbidschicht 20 im Wesentlichen abgeschlossen.
  • Als nächstes beschreibt das Folgende einen Schritt eines Abkühlens des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100.
  • Gemäß der Darstellung in 12 wird der Abkühlschritt nach dem Ende des Wachstumsschritts durchgeführt. Eine Zeitdauer von dem dritten Zeitpunkt (T3) zu einem siebten Zeitpunkt (T7) entspricht dem Abkühlschritt. In dem Abkühlschritt wird ein epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat 100 mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 abgekühlt. Zum Beispiel wird die Temperatur des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 von der ersten Temperatur (A1) zu der zweiten Temperatur (A2) während der Zeitdauer von der dritten Zeit (T3) zu der sechsten Zeit (T6) verringert. Die Zeitdauer von der dritten Zeit (T3) zu der sechsten Zeit (T6) beträgt z. B. 60 Minuten. Die erste Temperatur (A1) beträgt z. B. 1600° C und die zweite Temperatur (A2) beträgt z. B. 100° C. Demzufolge beträgt zum Beispiel die Abkühlrate des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 (1600-100)° C/1h = 1500° C/h. Die Abkühlrate von der ersten Temperatur (A1) zu der zweiten Temperatur (A2) kann nicht mehr als 1500° C/h, nicht mehr als 1300° C/h oder nicht mehr als 1000° /h betragen.
  • Gemäß der Darstellung in 16 kann die erste Versetzungsanordnung 2 mit den ersten Halbschleifen 1 im Abkühlschritt in der Siliziumkarbidschicht 20 gebildet werden. Es wird davon ausgegangen, dass die erste Versetzungsanordnung 2 aufgrund des dritten Abschnitts 33 der Basalebenenversetzung in der Siliziumkarbidschicht 20 erzeugt wird, die in der zweiten Richtung 102 senkrecht zu der Abweichungsrichtung abgleitet. Die Basalebenenversetzung 34 (vgl. 15) im Wachstumsschritt wird im Abkühlschritt in die Basalebenenversetzung 34 (16) mit dem ersten Abschnitt 31, dem zweiten Abschnitt 32 und dem dritten Abschnitt 33 geändert und bildet die Mehrzahl von ersten Halbschleifen 1. Mit anderen Worten, die entsprechend gebildeten ersten Halbschleifen 1 gehen aus der Basalebenenversetzung 34 hervor.
  • Vorzugsweise wird die Temperatur des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 in der Richtung innerhalb der Ebene im Abkühlschritt des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 gleichförmig gehalten. Insbesondere wird ein Unterschied zwischen der Maximaltemperatur und der Minimaltemperatur in der zweiten Hauptoberfläche 30 des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 während der Zeitdauer von der dritten Zeit (T3) zu der sechsten Zeit (T6) bei nicht mehr als 10° C gehalten. Durch Verringern der Abkühlrate des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 in dem oben beschriebenen Abkühlschritt kann die Gleichförmigkeit der Temperatur des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 in der Richtung innerhalb der Ebene verbessert werden. Als ein Ergebnis wird eine Verspannung im epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat 100 abgebaut, wodurch eine Erzeugung der ersten Versetzungsanordnung 2 der ersten Halbschleifen 1 entlang der geraden Linie senkrecht zu der Abweichungsrichtung unterdrückt wird.
  • Während einer Zeitdauer von der fünften Zeit (T5) zu der sechsten Zeit (T6) wird als nächstes die Temperatur des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 von der zweiten Temperatur (A2) auf die dritte Temperatur (A3) verringert. Die dritte Temperatur (A3) stellt z. B. Raumtemperatur dar. Das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 wird nach Angleichung der Temperatur des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 ungefähr an Raumtemperatur aus der Reaktionskammer 201 herausgenommen. Auf diese Weise wird das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 fertiggestellt (vgl. 1).
  • Gemäß der Darstellung in 20 kann ein Druck in der Reaktionskammer 201 im Abkühlschritt verringert werden. Zum Beispiel wird ein Druck in der Reaktionskammer 201 während der Zeitdauer von der dritten Zeit (T3) zu der vierten Zeit (T4) von einem ersten Druck (B1) auf einen zweiten Druck (B2) verringert. Zum Beispiel beträgt der erste Druck (B1) 100 mbar (10 kPa) und der zweite Druck (B2) beträgt 10 mbar (1 kPa). Beispielsweise beträgt die Zeitdauer von der dritten Zeit (T3) bis zu der vierten Zeit (T4) 10 Minuten. Insbesondere beträgt die Verringerungsrate des Drucks in der Reaktionskammer 201 (10 - 1) kPa/10 min = 0,9 kPa/min. Die Verringerungsrate des Drucks in der Reaktionskammer 201 kann nicht kleiner sein als 0,9 kPa/min, nicht kleiner sein als 1,2 kPa/min oder nicht kleiner sein als 1,5 kPa/min. Durch ein schnelles Verringern des Drucks der Reaktionskammer 201 im Abkühlschritt wird das Innere der Reaktionskammer 201 nach außen thermisch isoliert, wobei demzufolge die Abkühlrate des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 verringert wird.
  • Der Druck in der Reaktionskammer 201 kann z.B. durch Verringern der Strömungsrate des Trägergases verringert werden. Zum Beispiel kann die Strömungsrate des Trägergases im Wachstumsschritt 120 slm betragen. Die Strömungsrate des Trägergases kann im Abkühlschritt 12 slm betragen. Im Wachstumsschritt werden das Trägergas, das Dotierstoffgas und das Quellmaterialgas der Reaktionskammer 201 zugeführt. Im Abkühlschritt kann lediglich das Trägergas der Reaktionskammer 201 zugeführt werden. Die Strömungsrate des Trägergases kann sofort nach dem Ende des Wachstumsschritts der Strömungsrate im Wachstumsschritt oder nach Aufrechterhalten der Strömungsrate für eine bestimmte Zeitdauer im Abkühlschritt verringert werden.
  • Als nächstes beschreibt das Folgende vollständig den Wachstumsschritt eines Abschnitts der Siliziumkarbidschicht 20 auf einem bestimmten Bereich XVI des einkristallinen Siliziumkarbidsubstrats 10.
  • Gemäß der Darstellung in 10 und 17 kann zur nullten Zeit (T0) eine in der {0001}-Ebene vorhandene Basalebenenversetzung 44 in einem bestimmten Bereich XVII im einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 vorhanden sein. Die Basalebenenversetzung 44 weist einen Endabschnitt, der an der ersten Hauptoberfläche 11 freiliegt, und den anderen Endabschnitt auf, der an der dritten Hauptoberfläche 13 freiliegt. Die Basalebenenversetzung erstreckt sich entlang der ersten Richtung 101, die die Abweichungsrichtung darstellt.
  • Gemäß der Darstellung in 18 gehen die zweiten Halbschleifen 4 zu der ersten Zeit (T1) aus der Basalebenenversetzung 44 hervor. Die zwei Endabschnitte der zweiten Halbschleife 4 liegen an der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20 frei. Der sechste Abschnitt 43 der Basalebenenversetzung, die sich in der Siliziumkarbidschicht 20 erstreckt, wird zu der zweiten Richtung (eine Richtung des Pfeils in 18) verlagert. Als ein Ergebnis wird die Basalebenenversetzung 44 transformiert in: einen vierten Abschnitt 41, der in dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 angeordnet ist; einen fünften Abschnitt 42, der an der Grenzfläche zwischen dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 angeordnet ist und sich in der zweiten Richtung erstreckt; und einen sechsten Abschnitt 43, der in der Siliziumkarbidschicht 20 angeordnet ist. Demgemäß wird die zweite Halbschleife 4 hervorgerufen. Der eine Endabschnitt der Basalebenenversetzung 44 liegt an der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20 frei und der andere Endabschnitt davon liegt an der dritten Hauptoberfläche 13 frei.
  • Gemäß der Darstellung in 19 geht eine andere zweite Halbschleife 4 zur zweiten Zeit (T2) aus der Basalebenenversetzung 44 hervor. Die andere zweite Halbschleife 4 wird an der Seite der ersten Richtung 101 und der Seite der zweiten Richtung 102 relativ zu der vorangehend erzeugten zweiten Halbschleife 4 erzeugt. Die Tiefe der vorab erzeugten zweiten Halbschleife 4 ist größer als die Tiefe der später erzeugten zweiten Halbschleife 4. Zu der ersten Zeit (T1) wird der sechste Abschnitt 43 der Basalebenenversetzung, die in der Siliziumkarbidschicht 20 vorhanden ist, weiter in die zweite Richtung (eine Richtung des Pfeils in 19) verlagert. Der sechste Abschnitt 43 liegt an der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20 frei. In der oben beschriebenen Weise wird die Mehrzahl von zweiten Halbschleifen 4 entlang der geraden Linie gebildet, die relativ zu der Abweichungsrichtung geneigt ist. Die Anzahl der zweiten Halbschleifen 4 nimmt mit der Zeit zu. Zu der dritten Zeit (T3) wird die zweite Versetzungsanordnung 5 der zweiten Halbschleifen 4 entlang der Geraden gebildet, die zu der Abweichungsrichtung geneigt ist (vgl. 6). Gemäß der obigen Beschreibung wird die zweite Versetzungsanordnung 5 in dem Schritt der Bildung der Siliziumkarbidschicht (insbesondere dem Wachstumsschritt) gebildet. Es wird mit anderen Worten im Schritt des Abkühlens des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 in Betracht gezogen, dass die zweite Versetzungsanordnung 5 nicht erzeugt oder nicht eliminiert wird.
  • (Verfahren zum Herstellen der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung)
  • Das Folgende beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Das Verfahren zum Herstellen der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst hauptsächlich einen Epitaxiesubstratvorbereitungsschritt (S10: 21) und einen Substratbearbeitungsschritt (S20: 21).
  • Als erstes wird der Epitaxiesubstratvorbereitungsschritt (S10: 21) durchgeführt. Insbesondere wird das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 durch das Verfahren zum Herstellen des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats vorbereitet, wie oben beschrieben ist (1). Der Epitaxiesubstratvorbereitungsschritt (S10: 21) kann einen Schritt eines Bildens einer Pufferschicht 21 auf dem epitaktischen Siliziumkarbidsubstrat 10 umfassen.
  • Als nächstes wird der Substratbearbeitungsschritt (S20: 21) durchgeführt. Insbesondere wird die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung durch Bearbeiten des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats hergestellt. Der Ausdruck „Prozess“ umfasst verschiedene Arten von Prozesse, z. B. Ionenimplantation, Wärmebehandlung, Ätzen, Oxidfilmbildung, Elektrodenbildung und Zerschneiden. Insbesondere kann der Substratbearbeitungsschritt wenigstens einen der Prozesse umfassen, z. B. die Ionenimplantation, die Wärmebehandlung, das Ätzen, die Oxidfilmbildung, die Elektrodenbildung und das Zerschneiden.
  • Das Folgende beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines MOSFET (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor) als ein Beispiel der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung. Der Substratbearbeitungsschritt (S20: 21) umfasst einen Ionenimplantationsschritt (S21: 21), einen Oxidfilmbildungsschritt (S22: 21), einen Elektrodenbildungsschritt (S23: 21) und einen Zerschneidungsschritt (S24: 21).
  • Als erstes wird der Ionenimplantationsschritt (S21: 21) durchgeführt. Zum Beispiel wird eine Verunreinigung vom p-Typ, wie z. B. Aluminium (Al) in die zweite Hauptoberfläche 30 implantiert, auf der eine mit einer Öffnung bereitgestellte Maske (nicht dargestellt) gebildet wird. Demgemäß wird ein Körperbereich 132 mit einer Leitfähigkeit vom p-Typ gebildet. Als nächstes wird eine Verunreinigung vom n-Typ, z. B. Phosphor (P), in eine vorbestimmte Stelle im Körperbereich 132 implantiert. Demgemäß wird ein Sourcebereich 133 mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ gebildet. Als nächstes wird eine Verunreinigung vom p-Typ, z. B. Aluminium, in eine vorbestimmte Stelle im Sourcebereich 133 implantiert. Demgemäß wird ein Kontaktbereich 134 mit einer Verunreinigung vom p-Typ gebildet (vgl. 22).
  • Ein Abschnitt der Siliziumkarbidschicht 20, die sich vom Körperbereich 132, dem Sourcebereich 133 und dem Kontaktbereich 134 unterscheidet, dient als ein Driftbereich 131. Der Sourcebereich 133 ist von dem Driftbereich 131 durch den Körperbereich 132 beabstandet. Die Ionenimplantation kann durch Erhitzen des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats 100 bei nicht weniger als 300° C und nicht mehr als 600° C durchgeführt werden. Nach der Ionenimplantation wird das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat einer Aktivierungswärmebehandlung ausgesetzt. Aufgrund der Aktivierungswärmebehandlung werden die Verunreinigungen, die in die Siliziumkarbidschicht 20 implantiert sind, aktiviert, wobei demzufolge Ladungsträger in jedem Bereich hervorgerufen werden. Eine Atmosphäre zur Aktivierungswärmebehandlung kann z. B. eine Argon (Ar) -Atmosphäre sein. Die Temperatur der Aktivierungswärmebehandlung kann z. B. ungefähr 1800° C betragen. Die Zeit der Aktivierungswärmebehandlung kann ungefähr 30 Minuten betragen.
  • Als nächstes wird ein Oxidfilmbildungsschritt (S22: 21) durchgeführt. Zum Beispiel wird das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 in einer Sauerstoff umfassenden Atmosphäre erwärmt, wodurch ein Oxidfilm 136 auf der zweiten Hauptoberfläche 30 (vgl. 23) gebildet wird. Der Oxidfilm 136 wird z.B. aus Siliziumdioxid (SiO2) oder dergleichen gebildet. Der Oxidfilm 136 fungiert als ein Gateisolationsfilm. Die Temperatur der thermischen Oxidbehandlung kann z. B. ungefähr 1300° C betragen. Die Zeit für die thermische Oxidationsbehandlung kann z. B. ungefähr 30 Minuten betragen.
  • Nach Bildung des Oxidfilms 136 kann die Wärmebehandlung weiterhin in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Wärmebehandlung bei ungefähr 1100° C für ungefähr 1 Stunde in einer Atmosphäre, z. B. Stickstoffmonoxid (NO) oder Stickstoffoxid (N2O), durchgeführt werden. Dann kann die Wärmebehandlung ferner in einer Argon-Atmosphäre durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Wärmebehandlung in der Argon-Atmosphäre bei ungefähr 1100° C bis 1500° C für ungefähr 1 Stunden durchgeführt werden.
  • Als nächstes wird der Elektrodenbildungsschritt (S23: 21) durchgeführt. Auf dem Oxidfilm 136 wird eine erste Elektrode 141 gebildet. Die erste Elektrode 141 fungiert als eine Gateelektrode. Die erste Elektrode 141 wird z. B. durch CVD gebildet. Die erste Elektrode 141 umfasst zum Beispiel eine Verunreinigung und wird aus Polysilizium, das eine Leitfähigkeit aufweist, oder dergleichen gebildet. Die erste Elektrode 141 wird an einer Stelle gebildet, die dem Sourcebereich 133 und dem Körperbereich 132 zugerichtet ist.
  • Als nächstes wird ein Zwischenschichtisolationsfilm 137 gebildet, um die erste Elektrode 141 zu bedecken. Der Zwischenschichtisolationsfilm 137 wird z. B. durch CVD gebildet. Der Zwischenschichtisolationsfilm 137 wird z.B. aus Siliziumdioxid oder dergleichen gebildet. Der Zwischenschichtisolationsfilm 137 wird im Kontakt zu der ersten Elektrode 141 und dem Oxidfilm 136 gebildet. Als nächstes werden der Oxidfilm 136 und der Zwischenschichtisolationsfilm 137 bei einer vorbestimmten Stelle durch Ätzen entfernt. Demgemäß werden der Sourcebereich 133 und der Kontaktbereich 134 durch den Oxidfilm 136 freigelegt.
  • Zum Beispiel wird eine zweite Elektrode 142 an dem freiliegenden Abschnitt mittels Sputtern gebildet. Die zweite Elektrode 142 fungiert als eine Sourceelektrode. Die zweite Elektrode 142 wird z.B. aus Titan, Aluminium, Silizium oder gleichen gebildet. Nach dem Bilden der zweiten Elektrode 142 werden die zweite Elektrode 142 und das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 bei z.B. einer Temperatur von ungefähr 900° C bis z. B. 1100° C geheizt. Demgemäß werden die zweite Elektrode 142 und das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 miteinander in Ohm'schen Kontakt gebracht. Als nächstes wird eine Zwischenverbindungsschicht 138 im Kontakt zu der zweite Elektrode 142 gebildet. Die Zwischenverbindungsschicht 134 wird aus einem Material gebildet, das z.B. Aluminium umfasst.
  • Als nächstes wird die dritte Elektrode 143 auf der dritten Hauptoberfläche 13 gebildet. Die dritte Elektrode 143 fungiert als Drainelektrode. Die dritte Elektrode 143 wird aus einer Legierung mit Nickel und z. B. Silizium (z. B. NiSi oder dergleichen) gebildet.
  • Als nächstes wird der Zerschneidungsschritt (S24: 21) durchgeführt. Zum Beispiel wird das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 entlang einer Zerteilungslinie geschnitten, wobei das epitaktische Siliziumkarbidsubstrat 100 in eine Mehrzahl von Halbleiterchips unterteilt wird. In dieser Weise wird die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 hergestellt (vgl. 24).
  • In der obigen Beschreibung wurde das Verfahren zum Herstellen der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf den MOSFET als ein Beispiel beschrieben; jedoch ist das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf verschiedene Arten von Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen anwendbar, wie z. B. IGBT (isolierter Gatebipolartransistor), eine SBD (Schottkybarrierendiode), einen Thyristor, einen GTO (Gate Turn Off Thyristor) und ein PiN-Diode.
  • Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind anschaulich und in keiner Weise beschränkend. Das Wesen der Erfindung wird durch die Ausdrücke der Ansprüche definiert und nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen und es soll beliebige Modifizierungen umfassen, die den Rahmen und die Bedeutung von äquivalenten zu den Ausdrücken der Ansprüche bedeuten.
  • Bezugszeichenliste
  • 1: erste Halbschleife (Halbschleife); 2: erste Versetzungsanordnung (Versetzungsanordnung); 3, 6, 35, 45: Endabschnitt; 4: zweite Halbschleife; 5: zweite Versetzungsanordnung; 10: einkristallines Siliziumkarbidsubstrat; 11: erste Hauptoberfläche; 13: dritte Hauptoberfläche; 14: vierte Hauptoberfläche (Ebene); 20: Siliziumkarbidschicht; 21: Pufferschicht; 30: zweite Hauptoberfläche; 31: erster Abschnitt; 32: zweiter Abschnitt; 33: dritter Abschnitt; 34, 44: Basalebenenversetzung; 37, 47: imaginäre Gerade; 41: vierter Abschnitt; 42: fünfter Abschnitt; 53: sechster Abschnitt; 52: Außenumfangsbereich; 53: Mittelbereich; 54: Außenkante; 100: epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats; 101: erste Richtung; 102: zweite Richtung; 103: dritte Richtung; 111: maximaler Durchmesser; 131: Driftbereich; 132: Köperbereich; 133: Sourcebereich; 134: Kontaktbereich; 136: Oxidfilm; 137: Zwischenschichtisolationsfilm; 138: Zwischenverbindungsschicht; 141: erste Elektrode; 142: zweite Elektrode; 143: dritte Elektrode; 200: Herstellungsvorrichtung; 201: Reaktionskammer; 203: Heizelement; 204: Quarzröhre; 205: Heizisolator; 206: Induktionsheizspule; 207: Gaseinlass; 208: Gasauslas; 210: Suszeptorteller; 211: Vorheizstruktur; 212: Rotationsachse; 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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    • WO 2009/035095 [0002, 0003]

Claims (8)

  1. Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat, umfassend: ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat mit einer ersten Hauptoberfläche; und eine Siliziumkarbidschicht auf der ersten Hauptoberfläche, wobei die Siliziumkarbidschicht eine zweite Hauptoberfläche gegenüber einer Oberfläche in Kontakt mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat umfasst, wobei die zweite Hauptoberfläche einer Ebene entspricht, die relativ zu einer {0001}-Ebene in einer Abweichungsrichtung geneigt ist, wobei die zweite Hauptoberfläche einen maximalen Durchmesser von nicht weniger als 100 mm aufweist, wobei die zweite Hauptoberfläche einen Außenumfangsbereich und einen Mittelbereich aufweist, wobei der Außenumfangsbereich innerhalb von 3 mm zu einer Außenkante der zweiten Hauptoberfläche liegt, wobei der Mittelbereich von dem Außenumfangsbereich umgeben ist, wobei der Mittelbereich mit einer ersten Versetzungsanordnung aus ersten Halbschleifen entlang einer Geraden senkrecht zu der Abweichungsrichtung bereitgestellt ist, wobei jede der ersten Halbschleifen ein Paar von Durchdringungskantenversetzungen umfasst, die an der zweiten Hauptoberfläche freiliegen, wobei eine Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung an dem Mittelbereich nicht mehr als 10/cm2 beträgt.
  2. Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat gemäß Anspruch 1, wobei der maximale Durchmesser nicht weniger als 150 mm beträgt.
  3. Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Abweichungsrichtung eine <11-20>-Richtung darstellt.
  4. Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Mittelbereich mit einer zweiten Versetzungsanordnung aus zweiten Halbschleifen entlang einer Geraden bereitgestellt ist, die relativ zu der Abweichungsrichtung geneigt ist, wobei jede der zweiten Halbschleifen ein Paar von Durchdringungskantenversetzungen aufweist, die an der zweiten Hauptoberfläche freiliegen, und wobei die Flächendichte der ersten Versetzungsanordnung niedriger ist als eine Flächendichte der zweiten Versetzungsanordnung in dem Mittelbereich.
  5. Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Hauptoberfläche einer Ebene entspricht, die um nicht mehr als 4° relativ zu einer (0001)-Ebene geneigt ist.
  6. Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Hauptoberfläche einer Ebene entspricht, die um nicht mehr als 4° relativ zu einer (000-1)-Ebene geneigt ist.
  7. Epitaktisches Siliziumkarbidsubstrat, umfassend: ein einkristallines Siliziumkarbidsubstrat mit einer ersten Hauptoberfläche; und eine Siliziumkarbidschicht auf der ersten Hauptoberfläche, wobei die Siliziumkarbidschicht eine zweite Hauptoberfläche gegenüber einer Oberfläche in Kontakt mit dem einkristallinen Siliziumkarbidsubstrat umfasst, wobei die zweite Hauptoberfläche einer Ebene entspricht die um nicht mehr als 4° relativ zu einer (0001)-Ebene in einer <11-20>-Richtung geneigt ist, wobei die zweite Hauptoberfläche einen maximalen Durchmesser von nicht weniger als 150 mm aufweist, wobei die zweite Hauptoberfläche einen Außenumfangsbereich und einen Mittelbereich aufweist, wobei der Außenumfangsbereich innerhalb von 3 mm zu einer Außenkante der zweiten Hauptoberfläche liegt, wobei der Mittelbereich von dem Außenumfangsbereich umgeben ist, wobei der Mittelbereich mit einer ersten Versetzungsanordnung aus Halbschleifen entlang einer Geraden senkrecht zu der <11-20>-Richtung bereitgestellt ist, wobei jede der ersten Halbschleifen ein Paar von Durchdringungskantenversetzungen umfasst, die an der zweiten Hauptoberfläche freiliegen, wobei eine Flächendichte der Versetzungsanordnung an dem Mittelbereich nicht mehr als 10/cm2 beträgt.
  8. Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: ein Vorbereiten des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; und ein Bearbeiten des epitaktischen Siliziumkarbidsubstrats.
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