DE112016004677T5 - Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung - Google Patents

Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung Download PDF

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Keiji Wada
Hironori Itoh
Takemi Terao
Kenji Kanbara
Taro Nishiguchi
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Abstract

Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat und eine Siliziumkarbidschicht. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat weist eine erste Hauptfläche auf. Die Siliziumkarbidschicht befindet sich auf der ersten Hauptfläche. Die Siliziumkarbidschicht weist eine zweite Hauptfläche auf, die einer Oberfläche davon gegenüberliegt, die in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat steht. Die zweite Hauptfläche hat einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm. Die zweite Hauptfläche umfasst einen Außenumfangsbereich, der innerhalb von 3 mm von einer Außenkante der zweiten Hauptfläche liegt, und einen mittleren Bereich, der von dem Außenumfangsbereich umgeben ist. Der mittlere Bereich hat eine Trübung von weniger als oder gleich 75 ppm.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung. Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 13. Oktober 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-202012 , deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Stand der Technik
  • Das offengelegte japanische Patent Nr. 2013-34007 (PTD 1) offenbart ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es keine kurze Stufenbündelung aufweist.
  • Zitationsliste
  • Patentdokument
  • PTD 1: Offengelegtes japanisches Patent Nr. 2013-34007 .
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat und eine Siliziumkarbidschicht. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat hat eine erste Hauptfläche. Die Siliziumkarbidschicht befindet sich auf der ersten Hauptfläche. Die Siliziumkarbidschicht weist eine zweite Hauptfläche auf, die an der Oberfläche davon gegenüberliegt, die in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat steht. Die zweite Hauptfläche hat einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm. Die zweite Hauptfläche umfasst einen Außenumfangsbereich, der sich innerhalb von 3 mm von einer Außenkante der zweiten Hauptfläche befindet, und einen mittleren Bereich, der von dem Außenumfangsbereich umgeben ist. Der mittlere Bereich hat eine Trübung von weniger als oder gleich 75 ppm.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die den Aufbau des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 3 zeigt eine schematische Draufsicht, die Positionen zum Messen einer Trägerkonzentration darstellt.
    • 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV in 5 (auf der linken Seite) und eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV in 6 (auf der rechten Seite).
    • 5 zeigt eine schematische Draufsicht eines flachen Grübchens.
    • 6 zeigt eine schematische Draufsicht eines tiefen Grübchens.
    • 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die Konfigurationen des flachen Grübchens (auf der linken Seite) und des tiefen Grübchens (auf der rechten Seite) darstellt.
    • 8 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines ersten Beispiels des tiefen Grübchens darstellt.
    • 9 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines zweiten Beispiels des tiefen Grübchens darstellt.
    • 10 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines dritten Beispiels des tiefen Grübchens darstellt.
    • 11 zeigt eine schematische durchsichtige Seitenansicht, die einen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 12 zeigt ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Steuerung der Bedingungen während des epitaktischen Aufwachsens darstellt.
    • 13 zeigt ein Zeitdiagramm, das Einzelheiten der Steuerung der Bedingungen während des epitaktischen Aufwachsens darstellt.
    • 14 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein erstes Beispiel eines Aufbaus in der Nähe einer Suszeptorplatte darstellt.
    • 15 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die ein zweites Beispiel des Aufbaus in der Nähe der Suszeptorplatte darstellt.
    • 16 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines trapezförmigen Defekts darstellt.
    • 17 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XVII-XVII in 16.
    • 18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XVIII-XVIII in 16.
    • 19 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs XIX in 16.
    • 20 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines dreieckigen Defekts darstellt.
    • 21 zeigt ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 22 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 23 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 24 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 25 zeigt einen Weibull-Graphen, der die Beziehung zwischen einer Ladung bis zum Durchbruch (QBD) und einer kumulativen Ausfallrate (F) darstellt.
    • 26 zeigt eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Trübung und der Ladung bis zum Durchbruch (QBD) darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • [Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche oder sich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung derselben nicht wiederholt. 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. Im Allgemeinen wird ein negativer Index kristallographisch durch Setzen eines „-“ (Strich) über einer Zahl dargestellt, wobei jedoch in der vorliegenden Beschreibung dieser durch Setzen eines negativen Vorzeichens vor der Zahl dargestellt wird. Ferner wird in der nachfolgenden Beschreibung hinsichtlich der Kristallebenen von Siliziumkarbid (SiC) eine (000-1 )-Ebene als eine „C (Kohlenstoff) Ebene“ und eine (0001)-Ebene als eine „Si (Silizium) Ebene“ bezeichnet.
    1. (1) Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und eine Siliziumkarbidschicht 20. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 hat eine erste Hauptfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 befindet sich auf der ersten Hauptfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst eine zweite Hauptfläche 12, die gegenüber einer Oberfläche 14 davon liegt, die in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 ist. Die zweite Hauptfläche 12 hat einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm. Die zweite Hauptfläche umfasst einen Außenumfangsbereich 125, der innerhalb von 3 mm von einer Außenkante 124 der zweiten Hauptfläche 12 liegt, und einen mittleren Bereich 126, der von dem Außenumfangsbereich 125 umgeben ist. Der mittlere Bereich 126 weist eine Trübung von weniger als oder gleich 75 ppm auf.
  • Es wird davon ausgegangen, dass die Zuverlässigkeit eines Isolierfilms mit der Oberflächenrauhigkeit eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats in Beziehung steht, auf dem der Isolierfilm ausgebildet ist. Als Indizes zur Klassifizierung des Grads der Oberflächenrauheit sind beispielsweise eine arithmetische Mittenrauheit (Ra), Sa, die durch dreidimensionales Erweitern von Ra erhalten wird, und dergleichen bekannt. Beispielsweise kann Sa gemessen werden, indem eine Oberfläche eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats mit einem Weißlicht-Interferometriemikroskop beobachtet wird. Das Beobachtungsfeld beträgt beispielsweise 250 µm × 250 µm. Das heißt, Sa und Ra sind Rauheiten, die in einem lokalen Bereich in einer Oberfläche des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemessen werden, und somit repräsentieren sie möglicherweise nicht die Rauheit der gesamten Oberfläche. Dementsprechend kann es vorkommen, dass eine Ladung bis zum Durchbruch (QBD), die als ein Index für die Zuverlässigkeit eines Isolierfilms verwendet wird, und die Oberflächenrauheit, wie beispielsweise Ra oder Sa, keine Korrelation aufweisen.
  • Somit haben sich die Erfinder der vorliegenden Erfindung auf einen Index „Trübung“ konzentriert, um die Zuverlässigkeit eines Isolierfilms zu bewerten. Die Trübung ist ein Index, der den Grad einer Streuung in einer Oberfläche angibt. Insbesondere wird Licht, wie ein Laserstrahl, auf eine Oberfläche eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats emittiert und Streulicht des Lichts beobachtet. Die Trübung wird als ein Verhältnis der Streulichtintensität zur einfallenden Lichtintensität (Einheit: ppm) bestimmt. Als ein Ergebnis von Studien durch die vorliegenden Erfinder wurde herausgefunden, dass der Trübungswert eine starke Korrelation mit der Ladung bis zum Durchbruch (QBD) aufweist.
  • Ferner haben die vorliegenden Erfinder detaillierte Untersuchungen der Beziehung zwischen der Trübung und der Ladung bis zum Durchbruch (QBD) durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde herausgefunden, dass die Ladung bis zum Durchbruch (QBD) stark zunimmt, wenn die Trübung kleiner als oder gleich einem bestimmten Wert wird (insbesondere kleiner als oder gleich 75 ppm). Wird die Ladung bis zum Durchbruch (QBD) größer, weist der Isolierfilm eine höhere Zuverlässigkeit auf. Das heißt, die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass die Zuverlässigkeit eines Isolierfilms, der auf einer Oberfläche eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gebildet ist, verbessert werden kann, indem der Wert der Oberflächentrübung auf weniger als oder gleich 75 ppm eingestellt wird.
    • (2) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (1) kann die zweite Hauptfläche 12 eine (0001)-Ebene oder eine Ebene sein, die von der (0001)-Ebene um weniger als oder gleich 8° geneigt ist.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (2) umfasst die Siliziumkarbidschicht 20, die auf einer Si-Ebenenseite des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gebildet ist. Eine Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 wird als die Summe von Stickstoff, der von einem als Dotierstoff zugeführten Gas stammt, und Stickstoff, der nicht von dem Gas stammt, berechnet. Von dem in der Siliziumkarbidschicht 20 eingeflossenen Stickstoff wird der Stickstoff, der nicht von dem Gas, das als ein Dotierstoff zugeführt wird, stammt, als Hintergrund bezeichnet. Es wird angenommen, dass der Hintergrund beispielsweise von Reststickstoff innerhalb einer Reaktionskammer stammt.
  • Beim epitaktischen Aufwachsen auf der Si-Ebenenseite ist der Änderungswert der Hintergrundkonzentration mit Bezug auf den Änderungswert des C/Si-Verhältnisses größer, wenn dieser mit dem epitaktischen Aufwachsen auf der C-Ebenenseite verglichen wird. Dementsprechend kann beim epitaktischen Aufwachsen auf der Si-Ebenenseite der Hintergrund auf einfache Weise verringert werden, indem das C/Si-Verhältnis geändert wird. Andererseits ist es beim epitaktischen Aufwachsen auf der Si-Ebenenseite erforderlich, die Gleichförmigkeit des C/Si-Verhältnisses in einer Richtung in der Ebene zu verbessern, um die Gleichförmigkeit der Hintergrundkonzentration in der Richtung in der Ebene zu verbessern. Wenn ferner eine Epitaxieschicht auf der Si-Ebenenseite unter Verwendung der Bedingungen für ein hohes C/Si-Verhältnis gebildet wird, besteht die Tendenz, dass sich die Hintergrundkonzentration in der Siliziumkarbidschicht verringert, während sich die Oberflächenebenheit der Siliziumkarbidschicht verschlechtert. Das heißt, beim epitaktischen Aufwachsen auf der Si-Ebenenseite ist es schwierig, die Oberflächenebenheit der Siliziumkarbidschicht zu verbessern und gleichzeitig in der Siliziumkarbidschicht die Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene zu verbessern.
  • Gemäß dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beim epitaktischen Aufwachsen auf der Si-Ebenenseite die Oberflächenebenheit der Siliziumkarbidschicht verbessert werden, während die Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene in der Siliziumkarbidschicht verbessert wird, indem ein später beschriebenes Herstellungsverfahren verwendet wird.
    • (3) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (2) ist in einer Richtung parallel zur zweiten Hauptfläche 12 ein Verhältnis einer Standardabweichung der Trägerkonzentration zu einem Durchschnittswert der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht weniger als oder gleich 4%. Der Durchschnittswert kann kleiner als oder gleich 2 × 1016 cm-3 sein.
  • Gemäß dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verhältnis der Standardabweichung der Trägerkonzentration zu dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration in einer Ebene der Siliziumkarbidschicht 20 weniger als oder gleich 4%. Das Verhältnis wird als ein Prozentsatz eines Wertes bestimmt, der durch Dividieren der Standardabweichung (σ) der Trägerkonzentration durch den Durchschnittswert (ave) der Trägerkonzentration erhalten wird. Im Nachfolgenden wird das Verhältnis (σ/ave) auch als die „Ebenengleichförmigkeit“ bzw. „Gleichförmigkeit in der Ebene“ bezeichnet. Die Gleichförmigkeit in der Ebene gibt an, dass dann, wenn ihr Wert kleiner wird, die Trägerkonzentration gleichförmiger verteilt ist. Es sollte beachtet werden, dass die Trägerkonzentration gemäß der vorliegenden Erfindung eine effektive Trägerkonzentration ist. Umfasst beispielsweise die Siliziumkarbidschicht Elektronen und Löcher, wird die effektive Trägerkonzentration als ein Absolutwert einer Differenz zwischen der Elektronendichte und der Dichte der Löcher berechnet. Ein Verfahren zur Messung der Trägerkonzentration wird später beschrieben.
    • (4) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (2) oder (3) kann ein Nutabschnitt 80 in der zweiten Hauptfläche 12 vorhanden sein, wobei sich der Nutabschnitt 80 in einer Richtung entlang der zweiten Hauptfläche 12 erstreckt, eine Breite in der einen Richtung, die zweimal oder mehr einer Breite davon in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung entspricht, und eine maximale Tiefe von der zweiten Hauptfläche 12 von weniger als oder gleich 10 nm aufweist.
    • (5) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß obigem Punkt (4) kann der Nutabschnitt 80 einen ersten Nutabschnitt 81 und einen zweiten Nutabschnitt 82, der mit dem ersten Nutabschnitt 81 verbunden ist, umfassen. Der erste Nutabschnitt 81 kann an einem Endabschnitt des Nutabschnitts 80 in der einen Richtung ausgebildet sein. Der zweite Nutabschnitt 82 kann sich von dem ersten Nutabschnitt 81 entlang der einen Richtung erstrecken, um den anderen Endabschnitt gegenüber dem einen Endabschnitt zu erreichen, und eine Tiefe von der zweiten Hauptfläche aufweisen, die kleiner ist als eine maximale Tiefe des ersten Nutabschnitts 81 ist.
    • (6) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (2) bis (5) kann ein Grübchen 2, das von einer Schraubenversetzung herrührt, in der zweiten Hauptfläche 12 vorhanden sein. Das Grübchen 2 kann eine Flächendichte von weniger als oder gleich 1000 cm-2 aufweisen. Innerhalb des Grübchens 2 kann dessen maximale Tiefe von der zweiten Hauptfläche 12 mehr als oder gleich 8 nm sein.
    • (7) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (6) kann das Grübchen 2 eine Flächendichte von weniger als oder gleich 100 cm-2 aufweisen.
    • (8) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (6) kann das Grübchen 2 eine Flächendichte von weniger als oder gleich 10 cm-2 aufweisen.
    • (9) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (6) kann das Grübchen 2 eine Flächendichte von weniger als oder gleich 1 cm-2 aufweisen.
    • (10) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der obigen Punkte (6) bis (9), beträgt innerhalb des Grübchens 2 dessen maximale Tiefe von der zweiten Hauptfläche 12 mehr als oder gleich 20 nm.
    • (11) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der obigen Punkte (6) bis (10), kann das Grübchen 2 eine planare Form mit einer ersten Breite 51, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, und einer zweiten Breite 52, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt, aufweisen. Die erste Breite 51 kann zweimal oder mehr die zweite Breite 52 sein.
    • (12) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (1) kann die zweite Hauptfläche 12 eine (000-1 )-Ebene oder eine Ebene sein, die von der (000-1 )-Ebene um weniger als oder gleich 8° geneigt ist.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (12) weist eine Siliziumkarbidschicht 20 auf, die auf der C-Ebenenseite des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gebildet ist. In der Siliziumkarbidschicht 20, die auf der C-Ebenenseite gebildet ist, wird beispielsweise eine Verbesserung der Kanalbeweglichkeit erwartet, wenn diese mit der Siliziumkarbidschicht 20 verglichen wird, die auf der Si-Ebenenseite gebildet ist. Jedoch war es bisher schwierig, auf der C-Ebenenseite des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 die Oberflächenebenheit und gleichzeitig die Ebenengleichförmigkeit der Trägerkonzentration aufgrund der nachstehend beschriebenen Ursache zu verbessern.
  • Wie zuvor beschrieben ist beim epitaktischen Aufwachsen auf der Si-Ebenenseite der Änderungswert der Hintergrundkonzentration mit Bezug auf den Änderungswert des C/Si-Verhältnisses größer, wenn dieser mit dem epitaktischen Aufwachsen auf der C-Ebenenseite verglichen wird. Insbesondere kann beim epitaktischen Aufwachsen auf der Si-Ebenenseite die Hintergrundkonzentration um etwa zwei Größenordnungen verringert werden, indem das C/Si-Verhältnis in einem Bereich von 0,5 bis 2 geändert wird. Selbst, wenn jedoch beim epitaktischen Aufwachsen auf der C-Ebenenseite das C/Si-Verhältnis auf ähnliche Weise geändert wird, beträgt die Änderung in der Hintergrundkonzentration weniger als eine Größenordnung. Somit ist es beim epitaktischen Aufwachsen auf der C-Ebenenseite schwierig, den Hintergrund durch das gleiche Verfahren wie für die Si-Ebenenseite zu verringern. Um somit die Ebenengleichförmigkeit der Trägerkonzentration zu verbessern, ist es erforderlich, den Reststickstoff, der den Hintergrund bilden kann, hinreichend zu verringern.
  • Es wird angenommen, dass der Reststickstoff von Stickstoff stammt, der an ein Randelement adsorbiert, das um ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat innerhalb einer Reaktionskammer einer Filmbildungsvorrichtung angeordnet ist. Somit wird angenommen, dass der Reststickstoff einen größeren Einfluss auf einen Außenumfangsabschnitt des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats als auf einen mittleren Abschnitt davon hat. Der Reststickstoff kann beispielsweise durch sogenanntes Backen verringert werden. Die Desorption des am Randelement adsorbierten Stickstoffs kann beispielsweise unterstützt werden, indem während des Aufwachsens die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer erhöht und der Druck innerhalb der Reaktionskammer verringert wird. Auf diese Weise kann ein Absolutwert einer Reststickstoffkonzentration verringert werden. Andererseits wird es schwierig, eine gleichförmige Temperaturverteilung in einer Ebene des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats aufrecht zu erhalten. Wird die Temperaturverteilung ungleichförmig, wird auch das C/Si-Verhältnis in der Ebene des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats ungleichförmig. Folglich wird angenommen, dass sich die Ebenengleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht und die Oberflächenebenheit der Siliziumkarbidschicht verschlechtern.
  • Aus der obigen Überlegung wird es als wirksam angesehen, das C/Si-Verhältnis in der Ebene des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats gleichförmig zu verteilen, um beim epitaktischen Aufwachsen auf der C-Ebenenseite die Ebenengleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht und die Oberflächenebenheit der Siliziumkarbidschicht zu verbessern.
  • Gemäß dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auch beim epitaktischen Aufwachsen auf der C-Ebenenseite die Oberflächenebenheit der Siliziumkarbidschicht verbessert werden, während die Ebenengleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht unter Verwendung des später beschriebenen Herstellungsverfahrens verbessert wird.
    • (13) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (12) beträgt in der Richtung parallel zu der zweiten Hauptfläche 12 das Verhältnis der Standardabweichung der Trägerkonzentration zu dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 weniger als oder gleich 5%. Der Durchschnittswert kann weniger als oder gleich 2 × 1016 cm-3 betragen.
    • (14) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (13) kann das Verhältnis weniger als oder gleich 3% betragen.
    • (15) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (13) kann das Verhältnis weniger als oder gleich 2% betragen.
    • (16) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß obigem Punkt (13), kann das Verhältnis weniger als gleich 1% betragen.
    • (17) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der obigen Punkte (12) bis (16) können in der zweiten Hauptfläche 12 trapezförmige Defekte 13, die trapezförmige Vertiefungen sind, eine Flächendichte von weniger als oder gleich 0,5 cm-2 aufweisen, wobei die trapezförmigen Defekte (30) jeweils einen oberen Basisabschnitt 32 und einen unteren Basisabschnitt 34 aufweisen, die sich in einer Draufsicht mit einer <11-20>-Richtung schneiden, wobei der obere Basisabschnitt 32 eine Breite von mehr als oder gleich 0,1 µm und weniger als oder gleich 100 µm aufweisen kann, der untere Basisabschnitt 34 eine Breite von mehr als oder gleich 50 µm und weniger als oder gleich 5000 µm aufweisen kann, der obere Basisabschnitt 32 einen Vorsprungabschnitt 33 aufweisen kann, und der untere Basisabschnitt 34 mehrere Stufenbündelungen 35 aufweisen kann.
    • (18) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der obigen Punkte (12) bis (17) können in der zweiten Hauptfläche 12 dreieckige Defekte 40 eine Flächendichte von weniger als oder gleich 0,5 cm-2 aufweisen.
    • (19) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der obigen Punkte (12) bis (18) kann das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 eine Krümmung von weniger als oder gleich 50 µm aufweisen. Die „Krümmung“ ist ein Wert, der durch die „ASTM (American Society for Testing und Materials) F534“ definiert ist.
    • (20) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (19) kann der Höchstdurchmesser mehr als oder gleich 150 mm betragen.
    • (21) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (20) kann die Siliziumkarbidschicht 20 eine Dicke von mehr oder gleich 5 µm aufweisen,
    • (22) Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte des Herstellens des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (21), und das Bearbeiten des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100.
  • [Einzelheiten der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (im Nachfolgenden als die „vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet, beschrieben, obwohl die vorliegende Ausführungsform nicht darauf beschränkt ist.
  • (Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat)
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und die Siliziumkarbidschicht 20. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 umfasst die erste Hauptfläche 11 und eine dritte Hauptfläche 13 gegenüber der ersten Hauptfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst eine vierte Hauptfläche 14, die in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 ist, und die zweite Hauptfläche 12 gegenüber der Hauptfläche 14. Wie in 1 gezeigt, kann das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 eine erste Abflachung 15 aufweisen, die sich in einer ersten Richtung 101 erstreckt. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 kann eine zweite Abflachung (nicht dargestellt) aufweisen, die sich in einer zweiten Richtung 102 erstreckt. Die erste Richtung 101 ist beispielsweise eine <11-20>-Richtung. Die zweite Richtung 102 ist beispielsweise eine <1-100>-Richtung.
  • Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 (im Nachfolgenden einfach als ein „Einkristallsubstrat“ bezeichnet) ist aus einem Siliziumkarbid-Einkristall gebildet. Der Polytyp des Siliziumkarbid-Einkristalls ist beispielsweise 4H-SiC. 4H-SiC ist hinsichtlich der Elektronenmobilität, der Durchschlagsfestigkeit und dergleichen besser als andere Polytypen. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 enthält eine n-Verunreinigung, wie beispielsweise Stickstoff. Der Leitfähigkeitstyp des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 ist beispielsweise der n-Typ. Die erste Hauptfläche 11 ist beispielsweise eine in {0001}-Ebene, oder eine Ebene, die um weniger als oder gleich 8° von der in {0001}-Ebene geneigt ist. Wenn die erste Hauptfläche 11 von der {0001}-Ebene geneigt ist, ist die Neigungsrichtung einer Normalen zu der ersten Hauptfläche 11 beispielsweise die <11-20>-Richtung.
  • Die Siliziumkarbidschicht 20 ist eine Epitaxieschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 ausgebildet ist. Die Siliziumkarbidschicht 20 befindet sich auf der ersten Hauptfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 ist in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 enthält eine n-Verunreinigung, wie beispielsweise Stickstoff. Der Leitfähigkeitstyp der Siliziumkarbidschicht 20 ist beispielsweise der n-Typ. Die n-Verunreinigungskonzentration, die in der Siliziumkarbidschicht 20 enthalten ist, kann höher als die n-Verunreinigungskonzentration sein, die in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 enthalten ist. Die Siliziumkarbidschicht 20 hat eine Dicke von beispielsweise mehr als oder gleich 5 µm. Die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 kann größer als oder gleich 10 µm, größer als oder gleich 15 µm, oder größer als oder gleich 20 µm sein. Der obere Grenzwert der Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 ist auf keinen bestimmten Wert beschränkt. Der obere Grenzwert der Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 kann beispielsweise 150 mm sein.
  • Wie in 1 gezeigt, hat die zweite Hauptfläche 12 einen Höchstdurchmesser 111 von mehr als oder gleich 100 mm. Der Höchstdurchmesser 111 kann größer als oder gleich 150 mm, größer als oder gleich 200 mm, oder größer als oder gleich 250 mm sein. Der obere Grenzwert des Höchstdurchmessers 101 ist auf keinen bestimmten Wert beschränkt. Der obere Grenzwert des Höchstdurchmessers 101 kann beispielsweise 300 mm sein.
  • Die zweite Hauptfläche 12 kann beispielsweise eine {0001}-Ebene oder eine Ebene sein, die um weniger als oder gleich 8° von der {0001}-Ebene geneigt ist. Insbesondere kann die zweite Hauptfläche 12 eine (0001)-Ebene oder eine Ebene sein, die um weniger als oder gleich 8° von der (0001)-Ebene geneigt ist. Die Neigungsrichtung (Abweichungsrichtung) einer Normalen zur zweiten Hauptfläche 12 kann beispielsweise die <11-20>-Richtung sein. Der Neigungswinkel ( Abweichungswinkel) von {0001}-Ebene kann größer als oder gleich 1°, oder größer als oder gleich 2° sein. Der Abweichungswinkel kann kleiner als oder gleich 7°, oder kleiner als oder gleich 6° sein.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst die zweite Hauptfläche 12 den Außenumfangsbereich 125 und den mittleren Bereich 126, der von dem Außenumfangsbereich 125 umgeben ist. Der Außenumfangsbereich 125 ist ein Bereich, der innerhalb von 3 mm von der Außenkante 124 der zweiten Hauptfläche 12 liegt. Mit anderen Worten beträgt in einer Radialrichtung der zweiten Hauptfläche 12 ein Abstand 112 zwischen der Außenkante 124 und einer Grenzfläche zwischen dem Außenumfangsbereich 125 und dem mittleren Bereich 126 3 mm.
  • (Trübung)
  • Der mittlere Bereich 126 hat eine Trübung von weniger als oder gleich 75 ppm. Die Trübung kann kleiner als oder gleich 50 ppm, kleiner als oder gleich 25 ppm oder kleiner als oder gleich 20 ppm sein. Es wird bevorzugt, dass die Trübung einen kleineren Wert aufweist.
  • Die Trübung wird beispielsweise unter Verwendung des SICA, das von Lasertec Corporation hergestellt wird, gemessen. Insbesondere wird ein maximaler Trübungswert in rechteckigen Bereichen bestimmt, die durch Dividieren eines Sichtsfelds zur Beobachtung, das pro Seite 1,8 mm ±0,2 mm misst, in 64 Bereiche erhalten wird. Das eine Gesichtsfeld zur Beobachtung umfasst einen Abbildungsbereich von 1024 × 1024 Pixel. Der maximale Trübungswert wird erhalten, indem die horizontale und vertikale Kantenintensität des Sichtfeldes zur Beobachtung mit einem Sobel-Filter berechnet und ein Absolutwert davon bestimmt wird. Durch das obige Verfahren werden die maximalen Trübungswerte in den jeweiligen Sichtfeldern zur Beobachtung in der gesamten Oberfläche des mittleren Bereichs 126 ermittelt, der ein anderer Bereich der zweiten Hauptfläche 12 als der Außenumfangsbereich 125 ist. Ein Durchschnittswert der maximalen Trübungswerte in den entsprechenden Sichtfeldern zur Beobachtung ist als ein Trübungswert in dem mittleren Bereich 126 definiert.
  • (Krümmung)
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 ist wünschenswerterweise ein Substrat mit wenig Verzug. Mit anderen Worten die zweite Hauptfläche 12 ist wünschenswerterweise im Wesentlichen flach, wie in 2 gezeigt. Insbesondere kann das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 eine Krümmung von weniger als oder gleich 50 µm aufweisen. Die Krümmung kann kleiner als oder gleich 40 µm, kleiner als oder gleich 30 µm oder kleiner als oder gleich 20 µm sein.
  • (Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene)
  • Die Siliziumkarbidschicht 20 enthält beispielsweise als Dotierstoff Stickstoff. In der Siliziumkarbidschicht 20 kann der Durchschnittswert der Trägerkonzentration kleiner als oder gleich 2 × 1016 cm-3 sein. Der Durchschnittswert der Trägerkonzentration kann kleiner als oder gleich 1 × 1016 cm-3, kleiner als oder gleich 9 × 1015 cm-3, oder kleiner als oder gleich 8 × 1015 cm-3 sein. Ferner kann der Durchschnittswert der Trägerkonzentration größer als oder gleich 1 × 1015 cm-3, größer als oder gleich 5 × 1015 cm-3 oder größer als oder gleich 6 × 1015 cm-3 sein.
  • In der Richtung parallel zur zweiten Hauptfläche 12 kann das Verhältnis (σ/ave) der Standardabweichung der Trägerkonzentration zum Durchschnittswert der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 kleiner als oder gleich 4% sein. Vorzugsweise weist das Verhältnis einen kleineren Wert auf, und idealerweise ist das Verhältnis Null. Das Verhältnis kann kleiner als oder gleich 3%, kleiner als oder gleich 2% oder kleiner als oder gleich 1% sein.
  • Im Nachfolgenden wird das Verfahren zur Messung der Trägerkonzentration beschrieben. Die Trägerkonzentration wird beispielsweise mit einer C-V-Quecksilbersonden-Messvorrichtung gemessen. Die Sonde hat beispielsweise eine Fläche von 0,01 cm2. Die zweite Hauptfläche 12 umfasst einen Außenumfangsbereich 123, der sich innerhalb von 5 mm von der Außenkante 124 befindet, und einen mittleren Bereich 122, der von dem Außenumfangsbereich 123 umgeben ist. Die Trägerkonzentration wird im mittleren Bereich 122 gemessen. Mit anderen Worten, wird die Trägerkonzentration nicht im Außenumfangsbereich 123 gemessen. Beispielsweise werden in dem mittleren Bereich 122 Positionen, die durch im Wesentlichen gleichmäßiges Teilen einer geraden Linie, die durch den Mittelpunkt der zweiten Hauptfläche 12 und parallel zur ersten Richtung 101 verläuft, in zwölf Teile erhalten werden, als Messpositionen definiert. In ähnlicher Weise werden Positionen, die durch im Wesentlichen gleiches Teilen einer geraden Linie, die durch den Mittelpunkt der zweiten Hauptfläche 12 und parallel zur zweiten Richtung 102 verläuft, in 12 Teile erhalten werden, als Messpositionen definiert. Der Schnittpunkt der zwei geraden Linien ist als eine der Messpositionen definiert. Wie in 3 gezeigt, wird die Trägerkonzentration an insgesamt 25 Messpositionen im mittleren Bereich 122 gemessen. Es werden ein Durchschnittswert und eine Standardabweichung der Trägerkonzentration an den insgesamt 25 Messpositionen berechnet.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst die Siliziumkarbidschicht 20 einen Oberflächenschichtbereich 29 und einen Bodenschichtbereich 26. Der Oberflächenschichtbereich 29 ist ein Bereich, der sich von der zweiten Hauptfläche 12 in Richtung der vierten Hauptfläche 14 in einer Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche 12 erstreckt und innerhalb von 10 µm von der zweiten Hauptfläche 12 liegt. Die Messtiefe wird durch eine angelegte Spannung eingestellt. Der Bodenschichtbereich 26 ist ein Bereich, der zwischen dem Oberflächenschichtbereich 29 und einer Pufferschicht 27 angeordnet ist. Die Trägerkonzentration wird in dem Oberflächenschichtbereich 29 gemessen. Es werden die Messpunkte aufgetragen, wobei 1/C2 auf der y-Achse und V auf der x-Achse aufgetragen werden. Die Trägerkonzentration wird aus der Neigung einer geraden Linie der Messdaten ermittelt.
  • (Flaches Grübchen)
  • Wie in 4 und 5 gezeigt, kann ein Nutabschnitt 80 in der zweiten Hauptfläche 12 vorhanden sein. Der Nutabschnitt 80 erstreckt sich in einer Richtung entlang der zweiten Hauptfläche 12, wenn die zweite Hauptfläche 12 in einer Draufsicht betrachtet wird (das heißt, ein Gesichtsfeld entlang der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 12). Genauer gesagt, erstreckt sich der Nutabschnitt 80 entlang einer Stufenwachstumsrichtung 8, die entlang der Abweichungsrichtung des Abweichungswinkels bezogen auf die (0001)-Ebene verläuft. Das heißt, der Nutabschnitt 80 erstreckt sich entlang einer Richtung innerhalb eines Bereichs von weniger als oder gleich ±5° bezogen auf die <11-20>-Richtung, oder entlang einer Richtung innerhalb eines Bereichs von weniger als oder gleich ±5° bezogen auf eine <01-10>-Richtung.
  • Wie in 5 gezeigt, hat der Nutabschnitt 80 eine Breite 117 in der einen Richtung, die dem Zweifachen oder mehr, und vorzugsweise dem Fünffachen oder mehr einer Breite 119 davon in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung entspricht. Die Breite 117 ist größer als oder gleich 15 µm und kleiner als oder gleich 50 mm, und vorzugsweise größer als oder gleich 25 µm und kleiner als oder gleich 35 µm. Die Breite 119 ist größer als oder gleich 1 µm und kleiner als oder gleich 5 µm, und vorzugsweise größer als oder gleich 2 µm und kleiner als oder gleich 3 µm.
  • Wie in 4 gezeigt, erstreckt sich der Nutabschnitt 80 von einer Durchstoßungsversetzung 25, die in der Siliziumkarbidschicht 20 vorhanden ist, entlang der Stufenwachstumsrichtung 8, die sich entlang der Abweichungsrichtung des Abweichungswinkels erstreckt. Genauer gesagt, umfasst der Nutabschnitt 80 einen ersten Nutabschnitt 81, der auf der Durchstoßungsversetzung 25 ausgebildet ist, und einen zweiten Nutabschnitt 82, der mit dem ersten Nutabschnitt 81 verbunden ist und sich von dem ersten Nutabschnitt 81 entlang der Stufenwachstumsrichtung 8 erstreckt.
  • Der erste Nutabschnitt 81 ist an einem Endabschnitt (linker Endabschnitt in 4) des Nutabschnitts 80 in der Stufenwachstumsrichtung 8 ausgebildet. Ferner hat der erste Nutabschnitt 81 eine maximale Tiefe 114 von der zweiten Hauptfläche 12 von weniger als oder gleich 10 nm. Die maximale Tiefe 114 ist die Höchsttiefe im gesamten Nutabschnitt 80. Der erste Nutabschnitt 81 hat eine Breite 116, die vorzugsweise kleiner als oder gleich 1 µm und noch bevorzugter kleiner als oder gleich 0,5 mm ist.
  • Wie in 4 gezeigt, erstreckt sich der zweite Nutabschnitt 82 von seiner Position, die mit dem ersten Nutabschnitt 81 verbunden ist, um den anderen Endabschnitt (den rechten Endabschnitt in 4) gegenüber dem einen Endabschnitt zu erreichen. Mit anderen Worten, erstreckt sich der zweite Nutabschnitt 82 von dem ersten Nutabschnitt 81 entlang der einen Richtung 8, um den anderen Endabschnitt gegenüber dem einen Endabschnitt zu erreichen. Der zweite Nutabschnitt 82 hat eine Tiefe 113 von der zweiten Hauptfläche 12, die kleiner als die maximale Tiefe 114 des ersten Nutabschnitts 81 ist. Genauer gesagt, erstreckt sich der zweite Nutabschnitt 82 entlang der Stufenwachstumsrichtung 8, während die Tiefe beibehalten wird, die flacher als die maximale Tiefe 114 des ersten Nutabschnitts 81 ist. Die Tiefe 113 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 3 nm, noch bevorzugter weniger als oder gleich 2 nm und noch bevorzugter weniger als oder gleich 1 nm. Ferner hat der zweite Nutabschnitt 82 eine Breite 118, die beispielsweise größer als oder gleich 20 µm und vorzugsweise größer als oder gleich 25 µm ist.
  • Der Nutabschnitt 80 in der zweiten Hauptfläche 12 hat eine Flächendichte von beispielsweise mehr als oder gleich 10/mm2. Die Flächendichte kann mehr als oder gleich 100/mm2 betragen. Der obere Grenzwert der Flächendichte kann 1000/mm2 sein.
  • Wie in 4 und 6 gezeigt, kann ein Grübchen 90 in der zweiten Hauptfläche 12 vorhanden sein. Wie in 4 gezeigt, stammt das Grübchen 90 von der Durchstoßungsversetzung 25, die sich von dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 in die Siliziumkarbidschicht 20 erstreckt. Das Grübchen 90 hat eine maximale Tiefe 115, die größer als 10 nm ist, und noch bevorzugter größer als 20 nm ist. Wie in 6 gezeigt, kann das Grübchen 90 in Draufsicht eine Dreiecksform aufweisen (das heißt, aus Sicht der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche 12).
  • (Tiefes Grübchen)
  • Wie in 7 gezeigt, können ein flaches Grübchen 1 mit einer maximalen Tiefe von weniger als 8 nm und ein tiefes Grübchen 2 mit einer maximalen Tiefe von mehr als oder gleich 8 nm in der zweiten Hauptfläche 12 vorhanden sein. Diese Grübchen können von einer Schraubenversetzung (TSD), einer Stufenversetzung (TED) und dergleichen in der Epitaxieschicht stammen. Das Grübchen 2 ist ein nutähnlicher mikroskopischer Defekt. Es wird angenommen, dass das Grübchen 2 von einer Schraubenversetzung, einer Stufenversetzung und einer Durchstoßungsverbindungsversetzung in der Siliziumkarbidschicht 20 stammt. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird eine Durchstoßungsverbindungsversetzung, die eine Schraubenversetzungskomponente enthält, auch als eine Stufenversetzung angesehen.
  • In der zweiten Hauptfläche 12 kann das Grübchen 2, das von einer Schraubenversetzung stammt und eine maximale Tiefe 152 von mehr als oder gleich 8 nm aufweist, eine Flächendichte von weniger als oder gleich 1000 cm-2 aufweisen. Je niedriger die Flächendichte des Grübchens 2 ist, desto besser ist es. Die Flächendichte des Grübchens kann weniger als oder gleich 100 cm2, weniger als oder gleich 10 cm-2, oder weniger als oder gleich 1 cm-2 betragen. In der zweiten Hauptfläche 12 kann das Grübchen 1, das von einer Stufenversetzung stammt und eine maximale Tiefe von weniger als 8 nm aufweist, vorhanden sein.
  • In der zweiten Hauptfläche 12 kann das Grübchen 2, das von einer Schraubenversetzung stammt und eine maximale Tiefe 152 von mehr als oder gleich 20 nm aufweist, eine Flächendichte von weniger als oder gleich 1000 cm-2 aufweisen. Das Grübchen 2 mit der maximalen Tiefe von mehr als oder gleich 20 nm kann durch Formdefinition in einer später beschriebenen Defektuntersuchungsvorrichtung erfasst werden. Die Flächendichte des Grübchens 2, das von einer Schraubenversetzung stammt und eine maximale Tiefe von mehr als oder gleich 20 nm aufweist, kann kleiner als oder gleich 100 cm-2, kleiner als oder gleich 10 cm-2, oder kleiner als oder gleich 1 cm-2 sein.
  • 8 bis 10 zeigen schematische Ansichten, die eine beispielhafte ebene Form des Grübchens 2 darstellen. Die ebene Form des Grübchens 2 kann eine Kreisform, wie beispielsweise das in 8 gezeigtes kreisförmiges Grübchen 60, eine Dreiecksform, wie das in 9 gezeigte dreieckige Grübchen 70, oder eine stabähnliche Form, wie beispielsweise das in 10 gezeigte stabförmige Grübchen 50, aufweisen.
  • Das stabförmige Grübchen 50 kann eine erste Breite 51, die sich in einer dritten Richtung 103 erstreckt, und eine zweite Breite 52, die sich in einer vierten Richtung 104 senkrecht zu der dritten Richtung 103 erstreckt, aufweisen. Die erste Breite 51 ist zwei Mal oder mehr die zweite Breite 52. Die erste Breite 51 kann fünf Mal oder mehr die zweite Breite 52 sein. Die erste Breite 51 kann beispielsweise größer als oder gleich 5 µm, oder größer als oder gleich 25 µm sein. Die erste Breite 51 kann beispielsweise kleiner als gleich 50 µm, oder kleiner als oder gleich 35 µm sein. Die zweite Breite 52 kann beispielsweise größer als oder gleich 1 µm, oder größer als oder gleich 3 µm sein. Die zweite Breite 52 kann beispielsweise kleiner als oder gleich 5 µm, oder kleiner als oder gleich 4 µm sein. Die dritte Richtung 103 kann beispielsweise die <11-20>-Richtung oder die <01-10>-Richtung sein.
  • (Verfahren zur Messung des Grübchens)
  • Ob ein Grübchen von einer Schraubenversetzung stammt oder nicht, kann durch ein Ätzgrübchen-Verfahren oder ein Röntgentopographie-Verfahren bestätigt werden. Wird die Siliziumkarbidschicht 20 auf einer (0001)-Ebenenseite des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gebildet, wird das Ätzgrübchen-Verfahren verwendet. Bei dem Ätzgrübchen-Verfahren kann ein Grübchen, das von einer Schraubenversetzung stammt, beispielsweise wie nachfolgend beschrieben unterschieden werden. Es sollte beachtet werden, dass die Ätzbedingungen, die hierin gezeigt sind, lediglich ein Beispiel darstellen, und die Ätzbedingungen in Abhängigkeit von der Dicke der Epitaxieschicht, der Dotierstoffkonzentration und dergleichen geändert werden können. Die nachfolgenden Bedingungen werden für einen Fall verwendet, bei dem eine Epitaxieschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis 50 µm aufweist.
  • Zum Ätzen wird eine Kaliumhydroxid (KOH)-Schmelze verwendet. Die Temperatur der KOH-Schmelze wird auf etwa 500 bis 550° C eingestellt. Die Ätzzeit wird auf etwa 5 bis 10 Minuten eingestellt. Nach dem Ätzvorgang wird die zweite Hauptfläche 12 unter Verwendung eines Nomarski-Differentialinterferenzmikroskops untersucht. Ein Grübchen, das von einer Schraubenversetzung stammt, bildet ein größeres Ätzgrübchen im Vergleich zu einem Grübchen, das von einer Stufenversetzung stammt. Das Ätzgrübchen, das von einer Schraubenversetzung stammt, hat beispielsweise eine hexagonale Ebenenform, und eine diagonale Linie eines Sechsecks hat typischerweise eine Länge von ungefähr 30 bis 50 µm. Das Ätzgrübchen, das von einer Stufenversetzung stammt, hat eine hexagonale Ebenenform und ist kleiner als das Ätzgrübchen, das von einer Schraubenversetzung stammt. In dem Ätzgrübchen, das von einer Stufenversetzung stammt, hat eine diagonale Linie eines Sechsecks typischerweise eine Länge von etwa 15 bis 20 µm.
  • Wird die Siliziumkarbidschicht 20 auf einer (000-1)-Ebenenseiten des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gebildet, wird das Röntgentopographieverfahren verwendet. Hat die Siliziumkarbidschicht eine Dicke von etwa 10 µm bis 50 µm, kann ein Beugungsvektor g auf g = 11-28 eingestellt werden, und eine Durchdringungslänge kann auf etwa 20 µm eingestellt werden. Im Vergleich zu einer Stufenversetzung wird die Schraubenversetzung mit einem stärkeren Kontrast beobachtet.
  • Die maximale Tiefe von der Hauptfläche in den Grübchen kann unter Verwendung eines AFM (Rasterkraftmikroskop) verwendet werden. Als das AFM kann beispielsweise das „Dimension 300“ von Veeco oder dergleichen verwendet werden. Als Cantilever für das AFM ist das „NCHV-10V“ von Bruker oder dergleichen geeignet. Die Bedingungen für das AFM können wie folgt eingestellt werden. Der Messmodus wird auf einen Abtastmodus eingestellt. Der Messbereich in dem Abtastmodus wird auf ein Quadrat, das 5 µm pro Seite misst, eingestellt. Zum Abtasten in dem Abtastmodus wird die Abtastgeschwindigkeit innerhalb des Messbereichs auf 5 Sekunden pro Zyklus eingestellt, die Abtastlinien auf 512 und die Anzahl der Messpunkte für jede Abtastlinie auf 512 Punkte eingestellt. Die gesteuerte Verschiebung des Cantilevers ist auf 15,50 nm festgelegt.
  • Die Form des „Nutabschnitts“ kann bestimmt werden, indem die zweite Hauptfläche 12 unter Verwendung einer Defektuntersuchungsvorrichtung, die ein konfokales Differentialinterferenzmikroskop umfasst, beobachtet wird. Als Defektuntersuchungsvorrichtung mit einem konfokalen Differentialinterferenzmikroskop kann die WASAVI-Serie „SICA 6X“ von Lasertec Corporation oder dergleichen verwendet werden. Eine Objektivlinse wird auf eine 10-fache Vergrößerung eingestellt. Ein Schwellenwert der Detektionsempfindlichkeit der Defektuntersuchungsvorrichtung wird unter Verwendung der zuvor beschriebenen Standardprobe bestimmt. Dabei wird die Form des „Nutabschnitts“, der in einer gemessenen Probe ausgebildet ist, quantitativ unter Verwendung der Defektuntersuchungsvorrichtung ermittelt.
  • Eine Flächendichte des Grübchens mit einer maximalen Tiefe von der zweiten Hauptfläche 12 von mehr als oder gleich 8 nm wird durch gemeinsames Verwenden der AFM-Messung und der Defektuntersuchungsvorrichtung gemessen. Die Form eines Grübchens mit einer maximalen Tiefe von mehr als oder gleich 8 nm wird durch Verknüpfen der Tiefendaten der AFM-Messung mit einer Grübchenabbildung einer konfokalen Mikroskopmessung definiert. Die gesamte Fläche der zweiten Hauptfläche 12 wird analysiert, um alle Grübchen zu erfassen, die dieser Definition genügen. Die Flächendichte des Grübchens kann durch Dividieren der Anzahl der erfassten Grübchen durch die Messfläche berechnet werden. Es sollte angemerkt werden, dass im Allgemeinen die gesamte Fläche bei dieser Messung keinen Bereich umfasst, der nicht für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird. Der Bereich, der nicht für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird, ist beispielsweise der Außenumfangsbereich 125, der innerhalb von 3 mm von der Außenkante 124 der zweiten Hauptfläche 12 liegt.
  • (Filmbildungsvorrichtung)
  • Im Nachfolgenden wird ein Aufbau einer Filmbildungsvorrichtung 200, die für ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, beschrieben.
  • Wie in 11 gezeigt, ist die Filmbildungsvorrichtung 200 beispielsweise eine Heißwand-CVD-Vorrichtung (chemische Dampfabscheidungsvorrichtung). Die Filmbildungsvorrichtung 200 umfasst im Wesentlichen ein Heizelement 220, ein Quarzrohr 204, einen Wärmeisolator 205 und eine Induktionsheizspule 206. Ein von dem Heizelement 220 umgebener Raum ist eine Reaktionskammer 201. Die Reaktionskammer 201 ist mit einer Suszeptorplatte zum Halten des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 ausgebildet. Die Suszeptorplatte 210 ist drehbar. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 wird auf der Suszeptorplatte 210 angeordnet, wobei die erste Hauptfläche 11 nach oben zeigt.
  • Das Heizelement 220 ist beispielsweise aus Graphit gebildet. Die Induktionsheizspule 206 wird um einen Außenumfang des Quartzrohrs 204 gewickelt. Durch Zuführen eines vorbestimmten Wechselstroms in die Induktionsheizspule 206 wird das Heizelement 220 erhitzt. Dadurch wird die Reaktionskammer 201 erhitzt.
  • Die Filmbildungsvorrichtung 200 umfasst ferner einen Gaseinlass 207 und einen Gasauslass 208. Der Gasauslass 208 ist mit einer nicht dargestellten Abgaspumpe verbunden. Die in 11 gezeigten Pfeile zeigen den Gasfluss. Ein Trägergas, ein Ausgangsmaterialgas und ein Dotierstoffgas werden von dem Gaseinlass 207 in die Reaktionskammer 201 geleitet und aus dem Gasauslass 208 abgegeben. Der Druck in der Reaktionskammer 201 wird in gemäß einem Gleichgewicht zwischen der zugeführten Gasmenge und der abgegebenen Gasmenge eingestellt. Im Nachfolgenden werden Aspekte beschrieben, die bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung zu berücksichtigen sind.
  • (Anordnung der Suszeptorplatte)
  • Im Allgemeinen sind die Suszeptorplatte 210 und das Einkristallsubstrat 10 im Wesentlichen in der Mitte in einer Axialrichtung der Reaktionskammer 201 angeordnet. In der vorliegenden Erfindung können die Suszeptorplatte 210 und das Einkristallsubstrat 10 auf einer stromabwärts gelegenen Seite, das heißt auf einer Seite näher am Gasauslass 208, bezogen auf die Mitte der Reaktionskammer 201 angeordnet werden, um eine Zersetzungsreaktion des Ausgangsmaterialgases hinreichend durchzuführen, bis das Ausgangsmaterialgas das Einkristallsubstrat 10 erreicht. Dabei wird erwartet, dass sich das C/Si-Verhältnis gleichförmig in der Ebene des Einkristallsubstrats verteilt.
  • In der vorliegenden Erfindung wird eine Position, bei der die Zersetzungsreaktion eines Si-Ausgangsgases des Ausgangsmaterialgases voraussichtlich beträchtlich wird, als ein Zersetzungspunkt 213 (siehe 11) bezeichnet. Am Zersetzungspunkt 213 nimmt die Menge an Si-Gas, das durch die thermische Zersetzung des Si-Ausgangsgases erzeugt wird, stark zu. Jenseits des Zersetzungspunkts 213 nimmt die Menge des Si-Gases in Richtung der stromabwärts gelegenen. Seite allmählich ab. Im Gegensatz dazu weist die Menge eines C-Gases, das durch die thermische Zersetzung eines C-Ausgangsgases erzeugt wird, keinen Höchstwert auf und nimmt um den Zersetzungspunkt 213 herum monoton ab. Somit schwankt das eigentliche C/Si-Verhältnis in der Ebene des Einkristallsubstrats 10 in Abhängigkeit von der Anordnung des Einkristallsubstrats 10. Das eigentliche C/Si-Verhältnis, das hierin verwendet wird, ist kein C/Si-Verhältnis, das einfach aus der Strömungsrate des Si-Ausgangsgases und der Strömungsrate des C-Ausgangsgases berechnet wird, sondern ist ein Verhältnis der Anzahl der C-Atome, die in dem durch thermische Zersetzung erzeugten C-Gas enthalten sind, zu der Anzahl der Si-Atome, die in dem durch thermische Zersetzung erzeugten Si-Gas enthalten sind.
  • Wird kein hinreichend großer Abstand zwischen dem Zersetzungspunkt 213 und dem Einkristallsubstrat 10 eingehalten, entsteht eine beträchtliche Differenz in dem C/Si-Verhältnis zwischen den Außenumfangsabschnitt des Einkristallsubstrats und dem mittleren Abschnitt des Einkristallsubstrats. Somit ist es vorstellbar, dass die Menge an eingeschlossenem N in der Ebene der Siliziumkarbidschicht 20 schwankt und sich die Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene verschlechtert. Wie zuvor beschrieben, ist es wünschenswert, einen ausreichenden Abstand zwischen dem Zersetzungspunkt 213 und dem Einkristallsubstrat 10 vorzusehen. Ein Abstand 153 (siehe 11) zwischen dem Zersetzungspunkt 213 und dem Einkristallsubstrat 10 kann auf größer als oder gleich etwa 30 mm und kleiner als oder gleich etwa 150 mm eingestellt werden.
  • In ähnlicher Weise schwankt, wenn Ammoniakgas auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des Einkristallsubstrats 10 nicht hinreichend thermisch zersetzt wird, die Menge an N, das auf dem Einkristallsubstrat 10 durch die thermische Zersetzung des Ammoniakgases erzeugt wird. Dementsprechend ist es wünschenswert, einen hinreichend großen Abstand zwischen einem Zersetzungspunkt für das Ammoniakgas und dem Einkristallsubstrat 10 vorzusehen. Dabei kann die thermische Zersetzung des Ammoniakgases auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Einkristallsubstrats 10 beschleunigt werden. Dies führt zu einer geringeren Schwankung in der Menge an N auf dem Einkristallsubstrat 10 und kann die Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene verbessern.
  • (Induktionsheizspule)
  • Im Allgemeinen ist in der in 10 gezeigten Filmbildungsvorrichtung 200 die Induktionsheizspule 206 in der Axialrichtung der Vorrichtung mit einer konstanten Wicklungsdichte gewickelt. Die Wicklungsdichte (die Anzahl der Wicklungen/m) ist die Anzahl der Wicklungen der Spule pro Länge in der Axialrichtung der Vorrichtung. In der vorliegenden Erfindung kann die Dichte der Wicklungen der Induktionsheizspule in der Axialrichtung der Vorrichtung geändert werden. Beispielsweise können ein erster Bereich 221 neben dem Gaseinlass 207, ein dritter Bereich 223, in dem das Einkristallsubstrat 10 angeordnet ist, und ein zweiter Bereich 222, der zwischen dem ersten Bereich 221 und dem dritten Bereich 223 angeordnet ist, jeweils unterschiedliche Wicklungsdichten aufweisen. Beispielsweise kann die Dichte der Wicklungen in dem ersten Bereich 221, um den Zersetzungspunkt 213 näher an dem Gaseinlass 207 zu bringen, höher eingestellt werden als die Dichte der Wicklungen in dem zweiten Bereich 222. Alternativ kann zur Vereinheitlichung der Temperaturverteilung in der Ebene des Einkristallsubstrats 10 die Dichte der Wicklungen in dem dritten Bereich 223 höher eingestellt werden als die Dichte der Wicklungen in dem zweiten Bereich 222.
  • (Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird ein Siliziumkarbid-Einkristall mit einem Polytyp 6H beispielsweise durch ein Sublimationsverfahren hergestellt. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 wird durch Schneiden des Siliziumkarbid-Einkristalls beispielsweise unter Verwendung einer Drahtsäge hergestellt. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 hat eine erste Hauptfläche 11 und eine dritte Hauptfläche 13 gegenüber der ersten Hauptfläche 11. Die erste Hauptfläche 11 ist eine Ebene, die beispielsweise um weniger als oder gleich 8° von der in (0001)-Ebene geneigt ist. Wie in 11 gezeigt, wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 in einer Vertiefung der Suszeptorplatte 210 angeordnet, so dass die erste Hauptfläche 11 von der Suszeptorplatte 210 freigelegt ist. Anschließend wird die Siliziumkarbidschicht 20 auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 durch epitaktisches Aufwachsen unter Verwendung der Filmbildungsvorrichtung 200 gebildet.
  • 12 zeigt ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Steuerung der Bedingung beim epitaktischen Aufwachsen der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein erster Zeitpunkt (t1) gibt einen Zeitpunkt an, zu dem das Einkristallsubstrat 10 auf der Suszeptorplatte 210 angeordnet wird. Zu dem ersten Zeitpunkt (t1) ist die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 201 nahe der Raumtemperatur, und der Druck innerhalb der Reaktionskammer 201 ist gleich dem Atmosphärendruck. Ab einem zweiten Zeitpunkt (t2) wird begonnen, den Druck innerhalb der Reaktionskammer 201 zu verringern. Zu einem Zeitpunkt (t3) erreicht der Druck in der Reaktionskammer 201 einen ersten Druck (P1). Der erste Druck (P1) beträgt beispielsweise etwa 1 × 10-6 Pa.
  • Ab einem dritten Zeitpunkt (t3) wird begonnen, die Temperatur zu erhöhen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 201 bei einer ersten Temperatur (T1) von einem vierten Zeitpunkt (t4) bis zu einem fünften Zeitpunkt (t5) während des Temperaturanstiegs gehalten werden. Die erste Temperatur (T1) beträgt beispielsweise etwa 900 bis 1300° C. Die Haltezeit kann beispielsweise etwa 5 bis 20 Minuten betragen. Durch diesen Vorgang wird eine Verringerung der Abweichung zwischen der Temperatur der Suszeptorplatte 210 und der Temperatur des Einkristallsubstrats 10 sowie eine gleichförmige Temperaturverteilung in der Ebene des Einkristallsubstrats 10 erwartet.
  • Ab dem fünften Zeitpunkt (t5) wird der Temperaturanstieg wieder aufgenommen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Wasserstoff (H2) -Gas, das als das Trägergas dient, während des Temperaturanstiegs ab einem sechsten Zeitpunkt (t6) zugeführt werden. Eine zweite Temperatur (T2) zum sechsten Zeitpunkt (t6) beträgt beispielsweise etwa 1300 bis 1500° C. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases (FH) beträgt etwa 50 bis 200 slm oder etwa 100 bis 150 slm. Die Einheit „slm“ der Strömungsrate repräsentiert „L/min“ unter Standardbedingungen (0° C, 101,3 kPa). Durch diesen Vorgang wird beispielsweise eine Verringerung des Reststickstoffs innerhalb der Reaktionskammer 201 erwartet.
  • Durch Zuführen des Wasserstoffgases ändert sich der Druck innerhalb der Reaktionskammer 201 von dem ersten Druck (P1) auf einem zweiten Druck (P2). Der zweite Druck (P2) kann beispielsweise größer als oder gleich etwa 5 kPa und kleiner als oder gleich etwa 40 Pa oder größer als oder gleich etwa 5 kPa und kleiner als oder gleich etwa 15 kPa sein.
  • Zu einem siebten Zeitpunkt (t7) erreicht die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 201 eine dritte Temperatur (T3). Die dritte Temperatur (T3) ist eine Wachstumstemperatur, bei der das epitaktische Aufwachsen stattfindet. Die dritte Temperatur (T3) beträgt beispielsweise 1500 bis 1700° C, oder etwa 1550 bis 1650° C.
  • Ab einem achten Zeitpunkt (t8) werden das Ausgangsmaterialgas und das Dotierstoffgas eingeleitet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Ammoniak (NH3)-Gas als das Dotierstoffgas verwendet. Durch Verwenden des Ammoniakgases wird eine Verbesserung der Ebenengleichförmigkeit erwartet. Das Ammoniakgas kann zuvor in einem Stadium, bevor es in die Reaktionskammer 201 eingeführt wird, thermisch zersetzt werden. Das Dotierstoffgas kann zusätzlich zu dem Ammoniakgas Stickstoff (N2)-Gas und dergleichen enthalten.
  • Das Ausgangsmaterialgas umfasst das Si-Ausgangsgas und das C-Ausgangsgas. Als Si-Ausgangsgas kann beispielsweise Silan (SiH4)-Gas, Disilan (Si2H6)-Gas, Dichlorsilan (SiH2Cl2)-Gas, Trichlorsilan (SiHCl3)-Gas, Siliziumtetrachlorid (SiCl4)-Gas oder dergleichen verwendet werden. Als C-Ausgangsgas kann beispielsweise Methan (CH4)-Gas, Ethan (C2H6)-Gas, Propan (C3H8)-Gas, Acetylen (C2H2)-Gas oder dergleichen verwendet werden.
  • Ab dem achten Zeitpunkt (t8) bis zu einem neunten Zeitpunkt (t9) wird die Siliziumkarbidschicht 20 durch epitaktisches Aufwachsen auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gebildet. Die Suszeptorplatte 210 wird gedreht, während die Siliziumkarbidschicht 20 durch epitaktisches Aufwachsen gebildet wird. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst die Pufferschicht 27 und eine Driftschicht 28, die auf der Pufferschicht 27 gebildet ist (siehe 2).
  • Wie in 13 gezeigt, wird von dem achten Zeitpunkt (t8) bis zu einem Zeitpunkt (t81) die Pufferschicht 27 gebildet. In dem Schritt des Bildens der Pufferschicht 27 beträgt die Temperatur (T3) innerhalb der Reaktionskammer 201 beispielsweise 1630° C. Die Anzahl der Umdrehungen (R1) der Suszeptorplatte 210 beträgt beispielsweise 60 U/min. Der Druck (P2) innerhalb der Reaktionskammer 201 beträgt 8 kPa. Die Strömungsrate des Silangases (FS1) beträgt 46 sccm und die Strömungsrate des Propangases (FC1) beträgt 14 sccm. Das Volumenverhältnis von Silan zu Wasserstoff beträgt beispielsweise 0,04%. Das C/Si-Verhältnis (A1) des Ausgangsmaterialgases beträgt beispielsweise 0,9. Vom achten Zeitpunkt (t8) bis zu dem Zeitpunkt (t81) dauert es beispielsweise mehr als oder gleich etwa 5 Minuten und weniger als oder gleich etwa 10 Minuten.
  • Als nächstes wird von dem Zeitpunkt (t81) bis zu einem Zeitpunkt (t83) ein Wechsel durchgeführt. Insbesondere wird ab dem Zeitpunkt (t81) bis zu einem Zeitpunkt (t82) die Anzahl der Umdrehungen der Suszeptorplatte 210 von der ersten Anzahl von Umdrehungen (R1) auf eine zweite Anzahl von Umdrehungen (R2) gesenkt. Die erste Anzahl der Umdrehungen (R1) beträgt beispielsweise 60 U/min. Die zweite Anzahl der Umdrehungen (R2) beträgt beispielsweise weniger als 10 U/min. Ab dem Zeitpunkt (t81) bis zu dem Zeitpunkt (t83) beträgt die Temperatur (T3) innerhalb der Reaktionskammer 201 beispielsweise 1630° C, der Druck (P2) innerhalb der Reaktionskammer 201 8 kPa, die Strömungsrate des Silangases (FS1) 46 sccm und die Strömungsrate des Propangases (FC1) 14 sccm, das Volumenverhältnis von Silan zu Wasserstoff beispielsweise 0,04% und das C/Si-Verhältnis (A1) des Ausgangsmaterialgases 0,9. Ab dem Zeitpunkt (t82) bis zu dem Zeitpunkt (t83) wird die Anzahl der Umdrehungen der Suszeptorplatte 210 bei der zweiten Anzahl von Umdrehungen (R2) gehalten.
  • Anschließend wird ab dem Zeitpunkt (t83) bis zu dem neunten Zeitpunkt (t9) die Driftschicht 28 auf der Pufferschicht 27 gebildet. Insbesondere wird ab dem Zeitpunkt (t83) bis zu einem Zeitpunkt (t84) die Anzahl der Umdrehungen der Suszeptorplatte 210 von der zweiten Anzahl von Umdrehungen (R2) auf die erste Anzahl von Umdrehungen (R1) erhöht. Während die Anzahl der Umdrehungen der Suszeptorplatte 210 erhöht wird, beträgt die Temperatur (T3) innerhalb der Reaktionskammer 201 beispielsweise 1630° C und der Druck (P2) innerhalb der Reaktionskammer 201 8 kPa. Ab dem Zeitpunkt (t83) bis zu dem Zeitpunkt (t84) steigt die Strömungsrate des Silangases von der ersten Strömungsrate (FS1) auf eine zweite Strömungsrate (FS2). Die erste Strömungsrate (FS1) beträgt beispielsweise 46 sccm. Die zweite Strömungsrate (FS2) beträgt beispielsweise 92 sccm. Ab dem Zeitpunkt (t83) bis zu dem Zeitpunkt (t84) steigt die Strömungsrate des Propangases von der ersten Strömungsrate (FC1) auf eine zweite Strömungsrate (FC2) an. Die erste Strömungsrate (FC1) beträgt beispielsweise 14 sccm. Die zweite Strömungsrate (FC2) beträgt beispielsweise 30 sccm. Das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases steigt von dem ersten Verhältnis (A1) auf ein zweites Verhältnis (A2) an. Das erste Verhältnis (A1) beträgt beispielsweise 0,9. Das zweite Verhältnis (A2) beträgt beispielsweise 1,0. Ab dem Zeitpunkt (t83) bis zu dem Zeitpunkt (t84) dauert es beispielsweise etwa 3 Minuten bis 30 Minuten.
  • Ab dem Zeitpunkt (t83) bis zu dem Zeitpunkt (t84) kann die Strömungsrate des Silangases ein Mal von der ersten Strömungsrate (FS1) auf eine Strömungsrate sinken, die niedriger als die erste Strömungsrate (FS1) ist, und anschließend auf die zweite Strömungsrate (FS2) ansteigen. In ähnlicher Weise kann ab dem Zeitpunkt (t83) bis zu dem Zeitpunkt (t84) die Strömungsrate des Propangases ein Mal von der ersten Strömungsrate (FC1) auf eine Strömungsrate sinken, die niedriger ist als die erste Strömungsrate (FC1), und anschließend auf die zweite Strömungsrate (FC2) ansteigen.
  • Ab dem Zeitpunkt (t84) bis zu dem neunten Zeitpunkt (t9) beträgt die Temperatur (T3) innerhalb der Reaktionskammer 201 beispielsweise 1630° C. Die Anzahl der Umdrehungen (R1) der Suszeptorplatte 210 beträgt beispielsweise 60 U/min. Der Druck (P2) in der Reaktionskammer 201 beträgt 8 kPa. Die Strömungsrate des Silangases (FS2) beträgt 92 sccm, und die Strömungsrate des Propangases (FC2) beträgt 30 sccm. Das Volumenverhältnis von Silan zu Wasserstoff beträgt beispielsweise 0,08%. Das C/Si-Verhältnis (A2) des Ausgangsmaterialgases beträgt beispielsweise 1,0. Ab dem Zeitpunkt (t84) bis zu dem neunten Zeitpunkt (t9) dauert es beispielsweise etwa eine Stunde.
  • Wie in 12 gezeigt, wird ab dem neunten Zeitpunkt (t9) das Zuführen des Ausgangsmaterialgases angehalten, und mit der Verringerung der Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 201 begonnen. Nachdem die Temperatur der Reaktionskammer 201 auf einen Wert nahe der Zimmertemperatur verringert wurde, wird zu einem zehnten Zeitpunkt (t10) die Reaktionskammer 201 zur Atmosphäre hin geöffnet. Zu einem elften Zeitpunkt (t11) wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 aus der Filmbildungsvorrichtung 200 entfernt.
  • Es sollte beachtet werden, dass die nachfolgenden Schritte in dem Schritt des Bildens der Driftschicht durchgeführt werden können. Dadurch wird erwartet, dass die Bildung eines Grübchens unterdrückt werden kann.
  • Wie in den 4 und 7 gezeigt, kann die Driftschicht 28 eine erste Schicht 23 und eine zweite Schicht 24 umfassen. Der Schritt des Bildens der Driftschicht 28 kann den Schritt des Bildens der ersten Schicht 23, den Schritt des Rekonstruierens einer Oberfläche der ersten Schicht 23 und den Schritt des Bildens der zweiten Schicht 24 umfassen.
  • Das Ausgangsmaterialgas in dem Schritt des Bildens der ersten Schicht kann ein Mischgas aus beispielsweise Silangas und Propangas sein. In dem Schritt des Bildens der ersten Schicht wird das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases auf weniger als 1 eingestellt. Das C/Si-Verhältnis kann größer als oder gleich 0,5, größer als oder gleich 0,6 oder größer als oder gleich 0,7 sein, solange das C/Si-Verhältnis kleiner als 1 ist. Ferner kann das C/Si-Verhältnis kleiner als oder gleich 0,95, kleiner als oder gleich 0,9, oder kleiner als oder gleich 0,8 sein. Die Strömungsrate des Silangases und die Strömungsrate des Propangases können in geeigneter Weise in einem Bereich von etwa 10 bis 100 sccm eingestellt werden, um ein gewünschtes C/Si-Verhältnis zu erzielen.
  • Die Filmbildungsrate in dem Schritt des Bildens der ersten Schicht kann beispielsweise größer als oder gleich etwa 3 µm/h und kleiner als oder gleich etwa 30 µm/h sein. Die erste Schicht weist beispielsweise eine Dicke von größer als oder gleich 0,1 µm und kleiner als oder gleich 150 µm auf. Die Dicke der ersten Schicht kann größer als oder gleich 0,2 µm, größer als oder gleich 1 µm, größer als oder gleich 10 µm, oder größer als oder gleich 15 µm sein. Ferner kann die Dicke der ersten Schicht kleiner als oder gleich 100 µm, kleiner als oder gleich 75 µm oder kleiner als oder gleich 50 µm sein.
  • Im Nachfolgenden wird der Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche der ersten Schicht durchgeführt. Der Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche kann direkt nach dem Schritt des Bildens der ersten Schicht durchgeführt werden. Alternativ kann eine vorbestimmte Haltezeit zwischen dem Schritt des Bildens der ersten Schicht und dem Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche vorgesehen sein. In dem Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche kann die Temperatur des Suszeptors auf etwa 10 bis 30° C erhöht werden.
  • In dem Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche wird ein Mischgas, das ein Ausgangsmaterialgas mit einem C/Si-Verhältnis von kleiner als 1 und Wasserstoffgas enthält, verwendet. Das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases kann niedriger als das C/Si-Verhältnis in dem Schritt des Bildens der ersten Schicht sein. Das C/Si-Verhältnis kann größer als oder gleich 0,5, größer als oder gleich 0,6 oder größer als oder gleich 0,7 sein, solange das C/Si-Verhältnis kleiner als 1 ist. Ferner kann das C/Si-Verhältnis kleiner als oder gleich 0,95, kleiner als oder gleich 0,9 oder kleiner als oder gleich 0,8 sein.
  • In dem Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche kann ein Ausgangsmaterialgas verwendet werden, das sich von dem Ausgangsmaterialgas unterscheidet, das in dem Schritt des Bildens der ersten Schicht und dem Schritt des Bildens der zweiten Schicht, wie später beschrieben, verwendet wird. Dabei wird erwartet, dass sich der Effekt der Unterdrückung der Bildung eines Grübchens verstärkt. Zum Beispiel ist eine Konfiguration denkbar, bei der in dem Schritt des Bildens der ersten Schicht und dem Schritt des Bildens der zweiten Schicht, die später beschrieben wird, Silangas und Propangas verwendet werden, während in dem Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche Dichlorsilan und Acetylen verwendet werden.
  • In dem Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche kann verglichen mit dem Schritt des Bildens der ersten Schicht und dem Schritt des Bildens der zweiten Schicht, die später beschrieben wird, das Verhältnis der Strömungsrate des Ausgangsmaterialgases zu der Strömungsrate des Wasserstoffgases verringert werden. Dabei wird erwartet, dass sich der Effekt der Unterdrückung der Bildung eines tiefen Grübchens verstärkt.
  • Die Strömungsrate des Wasserstoffgases in dem Mischgas kann beispielsweise höher als oder gleich etwa 100 slm und niedriger als oder gleich etwa 150 slm sein. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases kann beispielsweise etwa 120 slm betragen. Die Strömungsrate des Si-Ausgangsgases in dem Mischgas kann beispielsweise höher als oder gleich 1 sccm und niedriger als oder gleich 5 sccm sein. Der untere Grenzwert der Strömungsrate des Si-Ausgangsgases kann 2 sccm betragen. Der obere Grenzwert der Strömungsrate des Si-Ausgangsgases kann 4 sccm betragen. Die Strömungsrate des C-Ausgangsgases in dem Mischgas kann höher als oder gleich 0,3 sccm und niedriger als oder gleich 1,6 sccm sein. Der untere Grenzwert der Strömungsrate des C-Ausgangsgases kann 0,5 sccm oder 0,7 sccm sein. Der obere Grenzwert der Strömungsrate des C-Ausgangsgases kann 1,4 sccm oder 1,2 sccm sein.
  • In dem Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche ist es wünschenswert, verschiedene Bedingungen einzustellen, so dass das Ätzen durch das Wasserstoffgas mit dem epitaktischen Aufwachsen durch das Ausgangsmaterialgas vergleichbar ist. Beispielsweise ist es vorstellbar, die Strömungsrate des Wasserstoffgases und die Strömungsrate des Ausgangsmaterialgases so einzustellen, dass eine Filmbildungsrate etwa 0±0,5 µm/h beträgt. Die Filmbildungsrate kann auf etwa 0±0,4 µm/h, auf etwa 0±0,3 µm/h, auf etwa 0±0,2 m/h, oder auf 0±0,1 µm/h eingestellt werden. Dadurch wird erwartet, dass sich der Effekt der Unterdrückung der Bildung eines Grübchens verstärkt.
  • Die Behandlungszeit in dem Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche beträgt beispielsweise mehr als oder gleich etwa 30 Minuten und weniger als oder gleich etwa 10 Stunden. Die Behandlungszeit kann weniger als oder gleich 8 Stunden, weniger als oder gleich 6 Stunden, weniger als oder gleich 4 Stunden oder weniger als oder gleich 2 Stunden betragen.
  • Nachdem die Oberfläche der ersten Schicht rekonstruiert wurde, wird der Schritt des Bildens der zweiten Schicht auf dieser Oberfläche durchgeführt. Die zweite Schicht 24 (siehe 4 und 7) wird unter Verwendung eines Ausgangsmaterialgases mit einem C/Si-Verhältnis von größer als oder gleich 1 gebildet. Das C/Si-Verhältnis kann größer als oder gleich 1,05, größer als oder gleich 1,1, größer als oder gleich 1,2, größer als oder gleich 1,3 oder größer als oder gleich 1,4 sein, solange das C/Si-Verhältnis größer als oder gleich 1 ist. Ferner kann das C/Si-Verhältnis kleiner als oder gleich 2,0, kleiner als oder gleich 1,8 oder kleiner als oder gleich 1,6 sein.
  • Das Ausgangsmaterialgas in dem Schritt des Bildens der zweiten Schicht kann das gleiche Gas wie das Ausgangsmaterialgas sein, das in dem Schritt des Bildens der ersten Schicht verwendet wird, oder sich davon unterscheiden. Das Ausgangsmaterialgas kann beispielsweise Silangas und Propangas sein. Die Strömungsrate des Silangases und die Strömungsrate des Propangases kann beispielsweise in geeigneter Weise in einem Bereich von etwa 10 bis 100 sccm eingestellt werden, um das gewünschte C/Si-Verhältnis zu erzielen. Die Strömungsrate des Trägergases kann beispielsweise etwa 50 slm bis 200 slm betragen.
  • Die Filmbildungsrate in dem Schritt des Bildens der zweiten Schicht kann beispielsweise größer als oder gleich etwa 5 µm/h und kleiner als oder gleich etwa 100 µm/h sein. Die zweite Schicht weist eine Dicke von beispielsweise mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 150 µm auf. Die Dicke der zweiten Schicht kann größer als oder gleich 5 µm, größer als oder gleich 10 µm oder größer als oder gleich 15 µm sein. Ferner kann die Dicke der zweiten Schicht kleiner als oder gleich 100 µm, kleiner als oder gleich 75 µm oder kleiner als oder gleich 50 µm sein.
  • Die Dicke der zweiten Schicht kann gleich wie die Dicke der ersten Schicht sein oder sich davon unterscheiden. Die zweite Schicht kann dünner als die erste Schicht sein. Beispielsweise kann das Verhältnis der Dicke der zweiten Schicht zu der Dicke der ersten Schicht größer als oder gleich etwa 0,01 und kleiner als oder gleich etwa 0,9 sein. Hierin repräsentiert das Verhältnis der Dicken einen Wert, der durch Dividieren der Dicke der zweiten Schicht durch die Dicke der ersten Schicht, die den Schritt des Rekonstruierens der Oberfläche durchlaufen hat, erhalten werden. Das Verhältnis der Dicken kann kleiner oder gleich 0,8, kleiner als oder gleich 0,7, kleiner als oder gleich 0,6, kleiner als oder gleich 0,5, kleiner als oder gleich 0,4, kleiner als oder gleich 0,3, kleiner als oder gleich 0,2, oder kleiner als oder gleich 0,1 sein. Dadurch wird erwartet, dass sich der Effekt der Unterdrückung der Bildung eines Grübchens verstärkt.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Verbesserung der Ebenengleichförmigkeit der Trägerkonzentration beschrieben.
  • Wie in 14 gezeigt, geben zweite Pfeile 92 eine Richtung an, in der sich die Suszeptorplatte 210 dreht. Ferner geben erste Pfeile 91 eine Richtung an, in der das Ausgangsmaterialgas fließt. Das Ausgangsmaterialgas umfasst ein Dotierstoffgas. Wie durch die ersten Pfeile 91 angegeben, strömt das Ausgangsmaterialgas entlang einer Richtung. Da sich jedoch die Suszeptorplatte 210 dreht, erfolgt das Zuführen des Ausgangsmaterialgases auf das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 im Wesentlichen gleichförmig in der Richtung, in der sich die Suszeptorplatte 210 dreht.
  • Wünschenswerterweise sind die Suszeptorplatte 210 und das Heizelement 220 aus einem Material gebildet, das eine niedrige Stickstoffkonzentration aufweist, um die Hintergrundkonzentration von Stickstoff in der Siliziumkarbidschicht 20 zu verringern. In 14 gibt ein dritter Pfeil 93 den Stickstoff an, der von der Suszeptorplatte 210 emittiert wird, und ein vierter Pfeil 94 gibt den Stickstoff an, der von dem Heizelement 220 emittiert wird. Enthalten die Suszeptorplatte 210 und das Heizelement 220 Stickstoff, wird der Stickstoff zusammen mit dem Ausgangsmaterialgas, wie durch den dritten Pfeil 93 und den vierten Pfeil angegeben, dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 zugeführt und dient als der Hintergrund des Stickstoffs.
  • Aufgrund des Einflusses des Hintergrunds verringert sich die Gleichmäßigkeit der Trägerkonzentration (Stickstoffkonzentration) in der Ebene. Eine solche Tendenz ist dann beträchtlich, wenn die Stickstoffkonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 auf eine niedrige Konzentration eingestellt wird. Der Fall, bei dem die Stickstoffkonzentration auf eine niedrige Konzentration eingestellt wird, ist ein Fall, bei dem die Stickstoffkonzentration auf beispielsweise weniger als oder gleich 2 × 1016 cm-3 eingestellt wird.
  • Dementsprechend verwendet die vorliegende Ausführungsform einen Aufbau, bei dem der Stickstoff, der in der Suszeptorplatte 210 und dem Heizelement 220 enthalten ist, eine niedrige Konzentration aufweist. 15 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Aufbau in der Nähe der Suszeptorplatte 210 darstellt. Wie in 15 gezeigt, umfasst die Suszeptorplatte 210 ein erstes Basiselement 211 und einen ersten Beschichtungsabschnitt 212, der den ersten Basisabschnitt 211 bedeckt. Darüberhinaus umfasst das Heizelement 220 ein zweites Basiselement 225 und einen zweiten Beschichtungsabschnitt 226, der das zweite Basiselement 225 bedeckt.
  • Das erste Basiselement 211 und das zweite Basiselement 225 sind beispielsweise aus einem Kohlenstoffmaterial gebildet. Die Stickstoffkonzentration in dem ersten Basisteil 211 und dem zweiten Basisteil 225 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 10 ppm, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 5 ppm. Der erste Beschichtungsabschnitt 212 und der zweite Beschichtungsabschnitt 226 sind beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC), Tantalcarbid (TaC) oder dergleichen gebildet. Die Stickstoffkonzentration in dem ersten Beschichtungsabschnitt 212 und dem zweiten Beschichtungsabschnitt 226 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 10 ppm und bevorzugter weniger als oder gleich 5 ppm. Die arithmetische Mittenrauheit (Ra) einer Oberfläche des ersten Beschichtungsabschnitts 212 kann niedriger als oder gleich der arithmetischen Mittenrauheit (Ra) der dritten Hauptfläche 13 des Einkristallsubstrats 10 sein, die in Kontakt mit dem ersten Beschichtungsabschnitt 212 kommt. Dadurch wird erwartet, dass die Temperaturverteilung in der Ebene des Einkristallsubstrats gleichmäßig ist.
  • In 15 zeigen fünfte Pfeile 95 den von dem ersten Basiselement 211 emittierten Stickstoff, und sechste Pfeile 96 zeigen den von dem ersten Beschichtungsabschnitt 212 emittierten Stickstoff. Darüberhinaus zeigen siebte Pfeile 97 den von dem zweiten Basiselement 225 emittierten Stickstoff, und achte Pfeile 98 zeigen den von dem zweiten Beschichtungsabschnitt 226 emittierten Stickstoff. Diese Stickstoffwerte können hinreichend verringert werden, indem die Stickstoffkonzentration in jedem Element, wie zuvor beschrieben, auf eine niedrige Konzentration eingestellt wird. Dadurch kann die Hintergrundkonzentration des Stickstoffs in der Siliziumkarbidschicht 20 auf weniger als oder gleich 1 × 1015 cm-3 eingestellt werden.
  • (Modifikation des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Im Nachfolgenden wird eine Konfiguration eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 gezeigt, kann die zweite Hauptfläche 12 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß dieser Abwandlung eine (000-1 )-Ebene oder eine Ebene sein, die um weniger als oder gleich 8° von der (000-1)-Ebene geneigt ist. Die Neigungsrichtung (Abweichungsrichtung) einer Normalen zur zweiten Hauptfläche 12 kann beispielsweise die <11-20>-Richtung sein. Der Neigungswinkel (Abweichungswinkel) von der (000-1)-Ebene kann größer als oder gleich 1°, größer als oder gleich 2° oder größer als oder gleich 3° sein. Der Abweichungswinkel kann weniger als oder gleich 7°, oder weniger als oder gleich 6° sein.
  • In der Siliziumkarbidschicht 20 beträgt der Durchschnittswert der Trägerkonzentration weniger als oder gleich 2 × 1016 cm-3. Der Durchschnittswert der Trägerkonzentration kann weniger als oder gleich 1 × 1016 cm-3, weniger als oder gleich 9 × 1015 cm-3 oder weniger als oder gleich 8 × 1015 cm-3 sein. Ferner kann der Durchschnittswert der Trägerkonzentration größer als oder gleich 1 × 1015 cm-3, größer als oder gleich 5 × 1015 cm-3, oder größer als oder gleich 6 × 1015 cm-3 sein.
  • In der Richtung parallel zur zweiten Hauptfläche 12 kann das Verhältnis (σ/ave) der Standardabweichung der Trägerkonzentration zu dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 kleiner als oder gleich 5% sein. Vorzugsweise hat das Verhältnis einen kleineren Wert, und idealerweise ist das Verhältnis Null. Das Verhältnis kann kleiner als oder gleich 4%, kleiner als oder gleich 3%, kleiner als oder gleich 2% oder kleiner als oder gleich 1% sein.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst die zweite Hauptfläche 12 den Außenumfangsbereich 123, einen Zwischenbereich 127 und einen mittleren Abschnitt 121. Ein Bereich, der aus dem Außenumfangsbereich 123 und dem Zwischenbereich 127 gebildet ist, ist ein Bereich, der innerhalb von 30 mm von der Außenkante 124 der zweiten Hauptfläche 12 in Richtung der Mitte der zweiten Hauptfläche 12 liegt.
  • (Trapezförmige Defekte)
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Defektdichte der trapezförmigen Defekte in der zweiten Hauptfläche 12 verringert werden. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung können die trapezförmigen Defekte in der zweiten Hauptfläche 12 eine Defektdichte von weniger als oder gleich 0,5 cm-2 aufweisen. Je niedriger die Defektdichte der trapezförmigen Defekte ist, desto vorteilhafter ist es, und die Defektdichte der trapezförmigen Defekte ist idealerweise Null. Die Defektdichte der trapezförmigen Defekte kann kleiner als oder gleich 0,3 cm-2, kleiner als oder gleich 0,1 cm-2 oder kleiner als oder gleich 0,01 cm-2 sein.
  • Ein trapezförmiger Defekt ist eine trapezförmige Vertiefung in der zweiten Hauptfläche 12. Wie in 16 gezeigt, umfasst der trapezförmige Defekt 30 den oberen Basisabschnitt 32 und den unteren Basisabschnitt 34, die sich mit der <11-20>-Richtung schneiden. Der obere Basisabschnitt 32 hat eine Breite 155 von größer als oder gleich 0,1 µm und weniger als oder gleich 100 µm. Der untere Basisabschnitt 34 hat eine Breite 156 von größer als oder gleich 50 µm und kleiner als oder gleich 5000 µm.
  • 17 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XVII-XVII in 16. Wie in 17 gezeigt, kann der obere Basisabschnitt 32 einen Vorsprungabschnitt 33 aufwiesen. Der Vorsprungabschnitt 33 kann im Wesentlichen in der Mitte des oberen Basisabschnitts 32 angeordnet sein. In dem oberen Basisabschnitt 32 steht der Vorsprungabschnitt 33 bezogen auf einen anderen Abschnitt als den Vorsprungabschnitt 33 vor. Der Vorsprungabschnitt 33 hat eine Höhe 157 von mehr als oder gleich etwa 5 nm und weniger als oder gleich etwa 20 nm. Die Höhe 157 des Vorsprungabschnitts 33 kann mit einem Weißlicht-Interferometriemikroskop gemessen werden (wie beispielsweise „BW-D507“ von Nikon Corporation). Eine Quecksilberlampe kann als eine Lichtquelle für das Weißlicht-Interferometriemikroskop verwendet werden. Das Sichtfeld zur Beobachtung kann auf 250 µm × 250 µm eingestellt werden.
  • 18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XVIII-XVIII in 16. Ein Winkel θ 18 entspricht einem Abweichungswinkel. Innerhalb des trapezförmigen Defekts 30, das heißt in einem Bereich zwischen dem oberen Basisabschnitt 32 und dem unteren Basisabschnitt 34, zieht sich die Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20 leicht in Richtung des Einkristallsubstrats 10 zurück. Mit anderen Worten umfasst der trapezförmige Defekt 30 eine Vertiefung, die in der zweiten Hauptfläche 12 ausgebildet ist. Der trapezförmige Defekt 30 kann einen Ursprung 31 an einer Grenzfläche zwischen dem Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 aufweisen. Wie in 17 gezeigt, kann eine vom Ursprung 31 erstreckende Versetzung, wie zuvor beschrieben, mit dem Vorsprungabschnitt 33 verbunden sein.
  • 19 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs XIX in 16. Wie in 19 gezeigt, kann der untere Basisabschnitt 34 mehrere Stufenbündelungen 35 aufweisen. Die „Stufenbündelung“ betrifft einen linearen Defekt, in dem mehrere atomare Stufen ein Bündel formen, und eine Höhendifferenz von mehr als oder gleich 1 nm bilden. Die Größe der Höhendifferenz in dem Stufenbündel kann beispielsweise etwa 1 bis 5 nm sein. Die Größe der Höhendifferenz in dem Stufenbündel kann beispielsweise mit einem AFM gemessen werden. Die Anzahl der Stufenbündelungen, die in dem unteren Basisabschnitt 34 enthalten sind, kann beispielsweise etwa 2 bis 100 oder etwa 2 bis 50, betragen. Die Anzahl der Stufenbündelungen in dem unteren Basisabschnitt 34 kann auch durch Untersuchen des unteren Basisabschnitts 34 mit dem AFM gezählt werden.
  • Als das AFM kann beispielsweise das „Dimension 300“ von Veeco oder dergleichen verwendet werden. Als Cantilever für das AFM ist das "NCHV-10V von Bruker oder dergleichen geeignet. Die Bedingungen für das AFM sind wie folgt eingestellt. Der Messmodus ist auf einen Abtastmodus eingestellt. Der Messbereich in dem Abtastmodus ist auf ein Quadrat, das pro Seite 20 µm misst, festgelegt. Die Messtiefe ist auf 1,0 µm eingestellt. Zum Abtasten in dem Abtastmodus ist die Abtastgeschwindigkeit innerhalb des Messbereichs auf 5 Sekunden pro Zyklus eingestellt, die Anzahl der Abtastlinien auf 512 und die Anzahl der Messpunkte für jede Abtastlinie auf 512 Punkte eingestellt. Die gesteuerte Verschiebung des Cantilevers ist auf 15,50 nm festgelegt.
  • (Dreieckige Defekte)
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Defektdichte der dreieckigen Defekte in der zweiten Hauptfläche 12 verringert werden. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung können die dreieckigen Defekte in der zweiten Hauptfläche 12 eine Dichte von weniger als oder gleich 0,5 cm-2 aufweisen. Wie in 20 gezeigt, ist der dreieckige Defekt 40 eine dreieckige Vertiefung in der zweiten Hauptfläche 12. Der dreieckige Defekt 40 umfasst eine Seite, die sich mit der <11-20>-Richtung schneidet. Jede Seite weist eine Länge von etwa 1 bis 1000 µm auf. Je niedriger die Defektdichte der dreieckigen Defekte ist, desto vorteilhafter ist es, und die Defektdichte der dreieckigen Defekte ist idealerweise Null. Die Defektdichte der dreieckigen Defekte kann kleiner als oder gleich 0,3 cm-2, kleiner als oder gleich 0,1 cm-2 oder kleiner als oder gleich 0,01 cm-2 sein.
  • (Verfahren zur Messung der Defektdichte)
  • Die trapezförmigen Defekte und die dreieckigen Defekte in der zweiten Hauptfläche 12 können unter Verwendung eines optischen Mikroskops vom Nomarski-Typ (zum Beispiel „MX-51“ von Olympus Corporation) beobachtet werden. Die Defektdichten der trapezförmigen Defekte und der dreieckigen Defekte können beispielsweise durch Analysieren der gesamten Oberfläche der zweiten Hauptfläche 12 bei einer 50- bis 400-fachen Vergrößerung und durch Dividieren der Anzahl jeder Art der erfassten Defekte durch die Fläche der zweiten Hauptfläche 12 berechnet werden. Es sollte beachtet werden, dass im Allgemeinen die zuvor beschriebene gesamte Oberfläche keinen Bereich aufweist, der nicht für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird. Der Bereich, der nicht für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird, ist beispielsweise ein Bereich, der 3 mm von einer Kante eines Substrats liegt.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der Abänderung beschrieben. In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der Abwandlung wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 auf der Suszeptorplatte 210 derart angeordnet, dass die zweite Hauptfläche 12 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 nach oben zeigt (siehe 11). Die zweite Hauptfläche 12 ist eine (000-1)-Ebene oder eine Ebene, die um weniger als oder gleich 8° von der (000-1)-Ebene geneigt ist. Die anderen Schritte sind gleich wie jene in dem Herstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform und werden somit nicht wiederholt beschrieben.
  • (Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung)
  • 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 weist hauptsächlich einen Epitaxiesubstrat-Herstellungsschritt (S10: 21) und einen Substratbearbeitungsschritt (S20: 21) auf.
  • Zuerst wird der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat-Herstellungsschritt (S10: 21) durchgeführt. Insbesondere wird ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat durch das zuvor beschriebene Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt.
  • Anschließend wird der Substratbearbeitungsschritt (S20: 21) durchgeführt. Insbesondere wird eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung durch Bearbeiten des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt. Der Begriff „Bearbeitung“ umfasst verschiedene Arten der Bearbeitung, wie beispielsweise Ionenimplantation, Wärmebehandlung, Ätzen, Oxidfilmbildung, Elektrodenbildung, Vereinzelung und dergleichen. Das heißt, der Substratbearbeitungsschritt kann eine Ionenimplantation und/oder eine Wärmebehandlung und/oder ein Ätzen und/oder eine Oxidfilmbildung und/oder eine Elektrodenbildung und/oder eine Vereinzelung umfassen.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) als eine beispielhafte Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung beschrieben. Der Substratbearbeitungsschritt (S20: 21) umfasst einen lonenimplantationsschritt (S21: 21), einen Oxidfilmbildungsschritt (S22: 21), einen Elektrodenbildungsschritt (S23: 21) und einen Vereinzelungsschritt (S24: 21).
  • Zunächst wird der Ionenimplantationsschritt (S21: 21) durchgeführt. Beispielsweise wird eine p-Verunreinigung, wie beispielsweise Aluminium (AI), in die zweite Hauptfläche 12 implantiert, auf der eine Maske (nicht dargestellt) mit einer Öffnung ausgebildet ist. Dadurch wird ein Körpergebiet 132 mit einem p-Leitfähigkeitstyp gebildet. Anschließend wird eine n-Verunreinigung, wie Phosphor (P), an einer vorbestimmten Position innerhalb des Körpergebiets 132 implantiert. Dabei wird ein Source-Gebiet 133 mit einem n-Leitfähigkeitstyp gebildet. Anschließend wird eine p-Verunreinigung, wie Aluminium, an einer vorbestimmten Position innerhalb des Source-Gebiets 133 implantiert. Dadurch wird ein Kontaktgebiet 134 mit dem p-Leitfähigkeitstyp gebildet (siehe 22).
  • In der Siliziumkarbidschicht 20 dient ein anderer Abschnitt als das Körpergebiet 132, das Source-Gebiet 133 und das Kontaktgebiet 134 als eine 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 mehr als oder gleich etwa 300° C und weniger als oder gleich etwa 600° C erhitzt wird. Nach der Ionenimplantation wird ein Aktivierungsglühschritt am Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 durchgeführt. Durch das Aktivierungsglühen werden die in die Siliziumkarbidschicht 20 implantierten Verunreinigungen aktiviert, und in jedem Gebiet Träger erzeugt. Die Atmosphäre für das Aktivierungsglühen kann beispielsweise eine Argon (Ar)-Atmosphäre sein. Die Temperatur für das Aktivierungsglühen kann beispielsweise etwa 1800° C betragen. Die Zeit für das Aktivierungsglühen kann beispielsweise etwa 30 Minuten betragen.
  • Anschließend wird der Oxidfilmbildungsschritt (S22: 21) durchgeführt. Ein Oxidfilm 136 wird beispielsweise durch Erhitzen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf der zweiten Hauptfläche 12 (siehe 23) gebildet. Der Oxidfilm 136 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO2) oder dergleichen gebildet. Der Oxidfilm 136 dient als ein Gate-Isolierfilm. Die Temperatur für die thermische Oxidationsbehandlung beträgt etwa 1300° C. Die Zeit für die thermische Oxidationsbehandlung beträgt beispielsweise etwa 30 Minuten.
  • Nach der Bildung des Oxidfilms 136 wird eine weitere Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre aus Stickoxid (NO), Distickstoffmonoxid (N2O) oder dergleichen bei etwa 1100° C für etwa eine Stunde durchgeführt. Anschließend kann ferner eine Wärmebehandlung in einer Argonatmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung in einer Argonatmosphäre bei etwa 1100° bis 1500° C für etwa eine Stunde durchgeführt werden.
  • Anschließend wird der Elektrodenbildungsschritt (S23: 21) 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 Polysilizium oder dergleichen, das eine Verunreinigung enthält und eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, gebildet. Die erste Elektrode 141 ist an einer Position ausgebildet, die dem Source-Gebiet 133 und dem Körpergebiet 132 zugewandt ist.
  • Als nächstes wird ein Zwischenschicht-Isolierfilm 137, der die erste Elektrode 141 bedeckt, gebildet. 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 derart ausgebildet, dass er in Kontakt mit der ersten Elektrode 141 und dem Oxidfilm 136 steht. Als nächstes werden der Oxidfilm 136 und der Zwischenschicht-Isolierfilm 137 an einer vorbestimmten Position durch Ätzen entfernt. Dadurch wird das der Source-Gebiet 133 und der Kontaktgebiet 134 aus dem Oxidfilm 136 freigelegt.
  • An dem freiliegenden Abschnitt wird eine zweite Elektrode 142 durch ein Sputter-Verfahren gebildet. Die zweite Elektrode 142 dient als eine Source-Elektrode. Die zweite Elektrode 142 ist beispielsweise aus Titan, Aluminium, Silizium oder dergleichen gebildet. Nach der Bildung der zweiten Elektrode 142, werden die zweite Elektrode 142 und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1100° C erhitzt. Dadurch werden die zweite Elektrode 142 und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in ohmschen Kontakt miteinander gebracht. Anschließend wird eine Zwischenverbindungsschicht 138 ausgebildet, um in Kontakt mit zweiten Elektrode 142 zu sein. Die Zwischenverbindungsschicht 138 ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Material gebildet.
  • Anschließend wird eine dritte Elektrode 143 auf der dritten Hauptfläche 13 gebildet. Die dritte Elektrode 143 dient als eine Drain-Elektrode. Die dritte Elektrode 143 ist beispielsweise aus einer Legierung, die Nickel und Silizium (beispielsweise NiSi oder dergleichen) enthält, gebildet.
  • Anschließend wird der Vereinzelungsschritt (S24: 21) durchgeführt. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 wird in mehrere Halbleiterchips geteilt, indem es entlang von Vereinzelungslinien vereinzelt wird. Auf diese Weise wird die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 hergestellt (siehe 24).
  • Obwohl zuvor das Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, indem ein MOSFET als Beispiel herangezogen wurde, ist das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf verschiedene Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), eine SBD (Schottky-Diode), einen Thyristor, einen GTO (Gate Turn Off Thyristor), eine PiN-Diode und dergleichen anwendbar.
  • (Bewertung 1)
  • Herstellung der Proben
  • Zuerst werden Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß Proben 1 und 2 hergestellt. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 2 wird unter Verwendung des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt. Insbesondere wird die Siliziumkarbidschicht 20 gebildet, wobei die Anzahl der Umdrehungen der Suszeptorplatte, die Silanströmungsrate, die Propanströmungsrate und das C/Si-Verhältnis von dem Zeitpunkt (t8) zu dem Zeitpunkt (t9) geändert werden, wie in 13 gezeigt. Insbesondere ändert sich vom Zeitpunkt (t83) zum Zeitpunkt (t84) das C/Si-Verhältnis von 0,9 (A1) auf 1,0 bis 1,1 (A2) (siehe 13). Im Gegensatz dazu wird in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß Probe 1 die Siliziumkarbidschicht 20 mit der Anzahl von Umdrehungen der Suszeptorplatte, der Silanströmungsrate, der Propanströmungsrate und dem C/Si-Verhältnis gebildet, die im Wesentlichen von dem Zeitpunkt (t8) bis zu dem Zeitpunkt (t9) auf einem konstanten Wert gehalten werden. Insbesondere wird von dem Zeitpunkt (t8) bis zu dem Zeitpunkt (t9) das C/Si-Verhältnis auf mehr als oder gleich 1,5 gehalten. Es ist sollte beachtet werden, dass die zweiten Hauptflächen 12 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 und 2 Ebenen sind, die einen Abweichungswinkel von 4 ° von der (0001)-Ebene aufweisen.
  • Anschließend wird der Substratbearbeitungsschritt (S20: 21), wie zuvor beschrieben, an den Siliziumkarbid-Epitaxiesubstraten 100 gemäß den Proben 1 und 2 durchgeführt. Dadurch werden 18 MOSFETs in Form von Chips aus jeder Probe hergestellt.
  • Bedingungen für das Experiment
  • Es wurde die Langzeitzuverlässigkeit der Siliziumkarbidhalbleitervorrichtungen durch Zuführen eines Gleichstroms TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown, zeitabhängiger dielektrischen Durchbruch) bewertet. Die Umgebungstemperatur beträgt 25° C. Die Stromdichte beträgt 20 mA/cm2.
  • Bewertungsergebnis über die Zuverlässigkeit des MOSFETs
  • 25 zeigt einen Weibull-Graphen, der die Gleichstrom-TDDB-Messergebnisse darstellt. In 25 ist auf der y-Achse eine kumulative Ausfallrate (F), die auf einem Weibull-Wahrscheinlichkeitspapier aufgetragen ist, und auf der x-Achse eine Ladung bis zum Durchbruch (QBD) [Einheit: C/cm2] aufgetragen. Die Ladung bis zum Durchbruch ist eine Gesamtstrommenge, die durch einen Gate-Isolierfilm durchgeleitet wird, bis ein MOSFET durchbricht. Je größer die Ladung bis zum Durchbruch ist, desto höher ist die Langzeitzuverlässigkeit. In 25 gibt die quadratische Diagrammpunktgruppe die MOSFETs an, die von dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 1 hergestellt wurden. Die rautenförmige Diagrammpunktgruppe gibt die MOSFETs an, die von dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 2 hergestellt wurden.
  • Wie in 25 gezeigt, beträgt in den MOSFETs, die von dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 1 hergestellt wurden, die Ladung bis zum Durchbruch bei einer kumulativen Ausfallsrate (F) von etwa 63% (mit anderen Worten, an einer Position 0 auf der y-Achse) in etwa 21 C/cm2. Im Gegensatz dazu beträgt in den MOSFETs, die von dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 2 hergestellt wurden, die Ladung bis zum Durchbruch bei einer kumulativen Ausfallrate (F) von etwa 63% etwa 47 C/cm2. Das obige Ergebnis zeigt, dass die Langzeitzuverlässigkeit der MOSFETs, die von dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 2 hergestellt wurden, höher ist als die Langzeitzuverlässigkeit der MOSFETs, die von dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 2 hergestellt wurden.
  • (Bewertung 2)
  • Herstellung der Proben
  • Zunächst werden Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß Proben 3 bis 6 hergestellt. Die Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß Proben 3 und 4 werden unter Verwendung des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt. Insbesondere wird die Siliziumkarbidschicht 20 gebildet, indem die Anzahl der Umdrehungen der Suszeptorplatte, die Silan-Strömungsrate, die Propan-Strömungsrate und das C/Si-Verhältnis von dem Zeitpunkt (t8) zu dem Zeitpunkt (t9), wie in 13 gezeigt, geändert werden. Die Proben 3 und 4 werden unter den gleichen Bedingungen wie die Probe 2 hergestellt. Für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 3 wird, nachdem die Siliziumkarbidschicht 20 auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 durch epitaktisches Aufwachsen gebildet wurde, eine CMP (chemisch-mechanisches Polieren)-Behandlung auf der zweiten Hauptfläche 12 durchgeführt, um die zweite Hauptfläche 12 einzuebnen. Für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Probe 4 wurde die CMP-Behandlung nicht durchgeführt. Im Gegensatz dazu wird in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß Probe 1 die Siliziumkarbidschicht 20 gebildet, indem die Anzahl der Umdrehungen der Suszeptorplatte, die Silan-Strömungsrate, die Propan-Strömungsrate und das C/Si-Verhältnis auf einem im Wesentlichen konstanten Wert von dem Zeitpunkt (t8) zu dem Zeitpunkt (t9) gehalten werden. Für die Probe 5 wird vom Zeitpunkt (t8) zu dem Zeitpunkt (t9) das C/Si-Verhältnis auf 1,3 gehalten. Für die Probe 6 wird vom Zeitpunkt (t8) zu zum Zeitpunkt (t9) das C / Si-Verhältnis auf 1,9 gehalten. Es sollte beachtet werden, dass die zweiten Hauptflächen 12 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 3 bis 6 Ebenen sind, die einen Abweichungswinkel von 4° von der (0001)-Ebene aufweisen.
  • Anschließend wird der Substratbearbeitungsschritt (S20: 21), wie zuvor beschrieben, an den Siliziumkarbid-Epitaxiesubstraten 100 gemäß den Proben 3 bis 6 durchgeführt. Dabei werden 18 MOSFETs in der Form von Chips von jeder Probe hergestellt.
  • Bedingungen für das Experiment
  • Es wurden Trübungen in den mittleren Bereichen 126 der zweiten Hauptflächen 12 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 3 bis 6 gemessen. Die Trübungen wurden unter Verwendung des SICA von Lasertec Corporation, gemessen. Das Messverfahren ist so, wie zuvor beschrieben. Der Wert der Trübung einer jeden Probe ist auf der x-Achse in 26 aufgetragen.
  • Anschließend wurde die Langzeitzuverlässigkeit der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen durch Zuführen eines Gleichstroms TDDB ermitteln. Die Umgebungstemperatur beträgt 25° C. Die Stromdichte beträgt 20 mA/cm2. Die kumulative Ausfallrate (F) und die Ladung-bis-zum-Durchbruch (QBD) sind in einem Weibull-Graphen aufgetragen, wie in 25 gezeigt. In den MOSFETs, die von dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einer jeden Probe hergestellt wurden, wird die Ladung bis zum Durchbruch bei einer kumulativen Ausfallrate (F) von etwa 63% (mit anderen Worten, an einer Position von 0 auf der y-Achse) bestimmt, und die Ladung auf der y-Achse in 26 aufgetragen.
  • Bewertungsergebnis der Zuverlässigkeit des MOSFETs
  • Aus 26 ist ersichtlich, dass die Ladung bis zum Durchbruch höher wird, wenn der Trübungswert kleiner wird. Selbst wenn der Wert der Trübung höher als 75 ppm wird, wird die Ladung bis zum Durchbruch nicht zu viel kleiner. Wird im Gegensatz dazu der Wert der Trübung kleiner als oder gleich 75 ppm, nimmt die Ladung bis zum Durchbruch schnell zu. Das heißt, es ist denkbar, dass die Zuverlässigkeit eines Isolierfilms eines MOSFETs beträchtlich verbessert wird, indem der Wert der Trübung auf weniger als oder gleich 75 ppm eingestellt wird.
  • Es sollte verstanden werden, dass die hierin offenbarte Ausführungsform als Veranschaulichung dient und in keinerlei Hinsicht als einschränkend zu erachten ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch den Schutzumfang der Ansprüche und nicht durch die oben beschriebene Ausführungsform definiert und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die dem Umfang der Ansprüche entsprechen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 2, 90:
    Grübchen;
    3:
    erste gerade Linie;
    4:
    zweite gerade Linie;
    5:
    erste Fläche;
    6:
    erste Diagrammpunktgruppe;
    7:
    zweite Diagrammpunktgruppe;
    8:
    Stufenwachstumsrichtung (eine Richtung);
    10:
    Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat;
    11:
    erste Hauptfläche;
    12:
    zweite Hauptfläche;
    13:
    dritte Hauptfläche;
    14:
    vierte Hauptfläche (Oberfläche);
    20:
    Siliziumkarbidschicht;
    23:
    erste Schicht;
    24:
    zweite Schicht;
    25:
    Durchstoßungsversetzung;
    26:
    Bodenschichtbereich;
    27:
    Pufferschicht;
    28:
    Driftschicht;
    29:
    Oberflächenschichtbereich;
    30:
    trapezförmiger Defekt;
    31:
    Ursprung;
    32:
    oberer Basisabschnitt;
    33:
    Vorsprungabschnitt;
    34:
    Basisabschnitt;
    35:
    Stufenbündelung;
    40:
    dreieckiger Defekt;
    50:
    stabförmiges Grübchen;
    51:
    erste Breite;
    52:
    zweite Breite;
    60:
    kreisförmiges Grübchen;
    70:
    dreieckiges Grübchen;
    80:
    Nutabschnitt;
    81:
    erster Nutabschnitt;
    82:
    zweiter Nutabschnitt;
    91:
    erster Pfeil;
    92:
    zweiter Pfeil;
    93:
    dritter Pfeil;
    94:
    vierter Pfeil;
    95:
    fünfter Pfeil;
    96:
    sechster Pfeil;
    97:
    siebter Pfeil;
    98:
    achter Pfeil;
    100:
    Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat;
    101:
    erste Richtung;
    102:
    zweite Richtung;
    103:
    dritte Richtung;
    104:
    vierte Richtung;
    111:
    Höchstdurchmesser;
    121:
    Mittlerer Abschnitt;
    122, 126:
    Mittlerer Bereich;
    123, 125:
    Außenumfangsbereich;
    124:
    Außenrand;
    127:
    Zwischenbereich;
    131:
    Driftbereich;
    132:
    Körpergebiet;
    133:
    Source-Gebiet;
    134:
    Kontaktgebiet;
    136:
    Oxidfilm;
    137:
    Zwischenschicht-Isolierfilm;
    138:
    Zwischenverbindungsschicht;
    141:
    erste Elektrode;
    142:
    zweite Elektrode;
    143:
    dritte Elektrode;
    200:
    Filmbildungsvorrichtung;
    201:
    Reaktionskammer;
    202:
    Vorheizstruktur;
    204:
    Quarzrohr;
    205:
    Wärmeisolator;
    206:
    Induktionsheizspule;
    207:
    Gaseinlass;
    208:
    Gasauslass;
    210:
    Suszeptorplatte;
    211:
    erstes Basiselement;
    212:
    erster Beschichtungsabschnitt;
    213:
    Zersetzungspunkt;
    220:
    Heizelement;
    221:
    erster Bereich;
    222:
    zweiter Bereich;
    223:
    dritter Bereich;
    225:
    zweites Basiselement;
    226:
    zweiter Beschichtungsabschnitt;
    300:
    Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015202012 [0001]
    • JP 2013034007 [0002, 0003]

Claims (22)

  1. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, umfassend: ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einer ersten Hauptfläche; und eine Siliziumkarbidschicht auf der ersten Hauptfläche, wobei die Siliziumkarbidschicht eine zweite Hauptfläche enthält, die einer Oberfläche davon gegenüberliegt, die in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat steht, wobei die zweite Hauptfläche einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm aufweist, wobei die zweite Hauptfläche einen Außenumfangsbereich, der innerhalb von 3 mm von einer Außenkante der zweiten Hauptfläche liegt, und einen mittleren Bereich, der von dem Außenumfangsbereich umgeben ist, umfasst, wobei der mittlere Bereich eine Trübung von weniger als oder gleich 75 ppm aufweist.
  2. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstratnach Anspruch 1, wobei die zweite Hauptfläche eine (0001)-Ebene oder eine Ebene ist, die von der (0001)-Ebene um weniger als oder gleich 8° geneigt ist.
  3. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 2, wobei in einer Richtung parallel zu der zweiten Hauptfläche ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Trägerkonzentration zu einem Durchschnittswert der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht weniger als oder gleich 4% ist, und der Durchschnittswert kleiner als oder gleich 2 × 1016 cm-3 ist.
  4. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 2 oder 3, wobei in der zweiten Hauptfläche ein Nutabschnitt vorhanden ist, wobei sich der Nutabschnitt in einer Richtung entlang der zweiten Hauptfläche erstreckt, eine Breite in der einen Richtung aufweist, die zweimal oder mehr eine Breite davon in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung ist, und eine maximale Tiefe von der zweiten Hauptfläche von weniger als oder gleich 10 nm aufweist.
  5. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 4, wobei der Nutabschnitt einen ersten Nutabschnitt und einen zweiten Nutabschnitt umfasst, der mit dem ersten Nutabschnitt verbunden ist, der erste Nutabschnitt in einem Endabschnitt des Nutabschnitts in der einen Richtung vorhanden ist, und sich der zweite Nutabschnitt von dem ersten Nutabschnitt entlang der einen Richtung erstreckt, um den anderen Endabschnitt gegenüber dem einen Endabschnitt zu erreichen, und eine Tiefe von der zweiten Hauptfläche aufweist, die kleiner ist als eine maximale Tiefe des ersten Nutabschnitts.
  6. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei ein Grübchen, das von einer Schraubenversetzung stammt, in der zweiten Hauptfläche vorhanden ist, das Grübchen eine Flächendichte von weniger als oder gleich 1000 cm-2 aufweist, und innerhalb des Grübchens eine maximale Tiefe von der zweiten Hauptfläche größer als oder gleich 8 nm ist.
  7. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 6, wobei das Grübchen eine Flächendichte von weniger als oder gleich 100 cm-2 aufweist.
  8. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 6, wobei das Grübchen eine Flächendichte von weniger als oder gleich 10 cm-2 aufweist.
  9. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 6, wobei das Grübchen eine Flächendichte von weniger als oder gleich 1 cm-2 aufweist.
  10. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei innerhalb des Grübchens eine maximale Tiefe von der zweiten Hauptfläche größer als oder gleich 20 nm ist.
  11. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Grübchen eine ebene Form mit einer ersten Breite, die sich in einer ersten Richtung erstreckt, und einer zweiten Breite, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt, hat, und die erste Breite das Zweifache oder mehr die zweite Breite ist.
  12. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 1, wobei die zweite Hauptfläche eine (000-1)-Ebene oder eine Ebene ist, die von der (000-1)-Ebene um weniger als oder gleich 8° geneigt ist.
  13. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 12, wobei in einer Richtung parallel zu der zweiten Hauptfläche, ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Trägerkonzentration zu einem Durchschnittswert der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht weniger als oder gleich 5% ist, und der Durchschnittswert kleiner als oder gleich 2 × 1016 cm-3 ist.
  14. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 13, wobei das Verhältnis kleiner als oder gleich 3% ist.
  15. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 13, wobei das Verhältnis kleiner als oder gleich 2% ist.
  16. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 13, wobei das Verhältnis kleiner als oder gleich 1% ist.
  17. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei in der zweiten Hauptfläche, trapezförmige Defekte, die trapezförmige Vertiefungen sind, eine Flächendichte von weniger als oder gleich 0,5 cm-2 aufweisen, die trapezförmigen Defekte jeweils einen oberen Basisabschnitt und einen unteren Basisabschnitt umfassen, die sich in einer Draufsicht mit einer <11-20>-Richtung schneiden, der obere Basisabschnitt eine Breite von mehr als oder gleich 0,1 µm und weniger als oder gleich 100 µm aufweist, der untere Basisabschnitt eine Breite von mehr als oder gleich 50 µm und weniger als oder gleich 5000 µm aufweist, der obere Basisabschnitt einen Vorsprungabschnitt aufweist, und der untere Basisabschnitt mehrere Stufenbündel aufweist.
  18. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei dreieckige Defekte in der zweiten Hauptfläche eine Flächendichte von weniger als oder gleich 0,5 cm-2 aufweisen.
  19. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat eine Krümmung von weniger als oder gleich 50 µm aufweist.
  20. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der Höchstdurchmesser größer als oder gleich 150 mm ist.
  21. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Siliziumkarbidschicht eine Dicke von mehr als oder gleich 5 µm aufweist.
  22. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, umfassend: Herstellen eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 21; und Bearbeiten des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats.
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