DE112016004911T5 - Siliziumkarbidsubstrat - Google Patents

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minority carriers
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powder
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Naoki Kaji
Shunsaku UETA
Tsutomu Hori
Shin Harada
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

Ein Siliziumkarbidsubstrat, dessen Majoritätsladungsträgerdichte 1×10cmoder mehr beträgt, wird derart dargestellt, dass eine Standardabweichung einer Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern, die durch µ-PCD - Analyse erhalten wird, in einem Bereich, der sich von einem Bereich innerhalb eines Abstands von 5 mm zu einem Außenrand einer Hauptoberfläche unterscheidet, höchstens 0,7 ns beträgt.

Description

  • [TECHNISCHES GEBIET]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumkarbidsubstrat.
  • Die vorliegende Erfindung nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-210672 in Anspruch, die am 27. Oktober 2015 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • [HINTERGRUND]
  • Zur Verringerung von Defekten und Verformungen in der Herstellung von Siliziumkarbidsubstraten wurde eine Technik entwickelt, die ein heißisostatisches Pressen durchführt (vgl. Patentdokument 1). Es wird davon ausgegangen, dass eine erfolgreiche Verringerung von Defekten und Verformungen in einem Siliziumkarbidsubstrat zu einer Verbesserung in der Ausbeute in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen führt. Das Patentdokument 1 offenbart auch, dass ein verringerter Unterschied in der Lebensdauer von Ladungsträgern in der Radialrichtung gemessen durch µ-PCD (Zerfall der Photoleitfähigkeit nach Mikrowellenreflexion, microwave photo conductivity decay) eine Verbesserung in der Verformung eines Siliziumkarbidsubstrats anzeigen kann.
  • [DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK]
  • [PATENTDOKUMENT]
  • [PATENTDOKUMENT 1] Japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer 2009-256159
  • [ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG]
  • Ein Siliziumkarbidsubstrat gemäß einer hierin offenbarten Ausführungsform stellt ein Siliziumkarbidsubstrat dar, dessen Majoritätsladungsträgerdichte wenigstens 1×1017 cm-3 beträgt. Die Standardabweichung der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern, wie sie durch eine µ-PCD Analyse erhalten wird, beträgt höchstens 0,7 Nanosekunden in dem Bereich, der von dem Bereich innerhalb eines Abstands von 5 mm zum Außenrand der Hauptoberfläche unterscheidet.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Querschnittansicht, die die Struktur eines Substrats darstellt.
    • 2 zeigt eine schematische ebene Ansicht zur Erläuterung des Verfahrens zur Analyse durch µ-PCD.
    • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein schematisches Verfahren zum Herstellen eines Siliziumkarbidsubstrats darstellt.
    • 4 zeigt eine schematische Querschnittansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen eines Siliziumkarbidsubstrats.
    • 5 zeigt eine schematische Querschnittansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen eines Siliziumkarbidsubstrats.
  • [MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG]
  • Eine Verbesserung in der Ausbeute ist in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen von Bedeutung, die Siliziumkarbidsubstrate verwenden, die teurer sind als Siliziumsubstrate. Demzufolge besteht eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin, ein Siliziumkarbidsubstrat bereitzustellen, das die Ausbeute in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verbessern kann.
  • [BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN]
  • Als Erstes werden Ausführungsformen der in dieser Anmeldung offenbarten Techniken aufgelistet und beschrieben. Ein Siliziumkarbidsubstrat gemäß der vorliegenden Anmeldung stellt ein Siliziumkarbidsubstrat dar, dessen Majoritätsladungsträgerdichte wenigstens 1×1017 cm-3 beträgt. In diesem Siliziumkarbidsubstrat beträgt die Standardabweichung der Lebensdauer der Minoritätsladungsträger, wie sie durch eine µ-PCD -Analyse erhalten wird, höchstens 0,7 ns in dem Bereich, der sich von dem Bereich innerhalb eines Abstands von 5 mm zum Außenrand der Hauptoberfläche unterscheidet.
  • Die Erfinder studierten Messungen, um die Ausbeute in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen zu verbessern, die Siliziumkarbidsubstrate verwenden, deren Majoritätsladungsträgerdichte wenigstens 1×1017 cm-3 beträgt. Dies kann bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen, z.B. SBDs (Schottkybarrierendioden) und MOSFETs (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren) verwendet werden. Es wurde konsequenterweise gefunden, dass eine Verringerung der Standardabweichung der Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der Hauptoberfläche eines Substrats, wie es durch µ-PCD -Analyse erhalten wird, in der Halbleitervorrichtung Änderungen im Ein-Widerstand verringern werden können. Genauer dient ein Aufrechterhalten der Standardabweichung der Minoritätsladungsträgerlebensdauer bei höchstens 0,7 ns in dem Bereich, der sich von dem Bereich innerhalb eines Abstands von 5 mm zum Außenrand der Hauptoberfläche unterscheidet, effektiv dazu, in der Halbleitervorrichtung eine Änderung im Ein-Widerstand zu verringern.
  • In dem Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Anmeldung beträgt die Standardabweichung der Lebensdauer der Minoritätsladungsträger, wie sie durch eine µ-PCD -Analyse erhalten wird, höchstens 0,7 ns in dem Bereich, der sich von dem Bereich innerhalb eines Abstands von 5 mm zu dem Außenrand der Hauptoberfläche unterscheidet. Diese Anordnung kann effektiv die Änderung im Ein-Widerstand in einer unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrats hergestellten Halbleitervorrichtung verringern. Als ein Ergebnis kann das Siliziumkarbidsubstrat gemäß der vorliegenden Anmeldung die Ausbeute in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verbessern.
  • In dem obigen Siliziumkarbidsubstrat kann die Standardabweichung 0,4 ns oder weniger betragen. Diese Anordnung kann weiterhin die Ausbeute in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verbessern.
  • Der Durchmesser des obigen Siliziumkarbidsubstrats kann 100 mm oder mehr betragen. Eine Zunahme im Durchmesser des Substrats dient zur Verbesserung der Effizienz in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
  • Der Durchmesser des obigen Siliziumkarbidsubstrats kann 150 mm oder mehr betragen. Eine Zunahme im Durchmesser des Substrats dient zur Verbesserung der Effizienz in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
  • In dem obigen Siliziumkarbidsubstrat kann die durchschnittliche Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern 1 µs oder weniger betragen. Ein Verringern der durchschnittlichen Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern kann die Verschlechterung von einer in der Halbleitervorrichtung gebildeten Körperdiode (die eine zwischen Source und Drain eingebettete Diode darstellt und auch als eine parasitäre Diode bezeichnet wird) in Durchlassrichtung verringern.
  • In dem obigen Siliziumkarbidsubstrat kann die durchschnittliche Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern 100 ns oder weniger betragen. Ein Verringern der durchschnittlichen Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern kann die Verschlechterung von einer in der Halbleitervorrichtung gebildeten Körperdiode in Durchlassrichtung verringern.
  • In dem obigen Siliziumkarbidsubstrat kann die durchschnittliche Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern 50 ns oder weniger betragen. Ein Verringern der durchschnittlichen Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern kann die Verschlechterung einer in der Halbleitervorrichtung gebildeten Körperdiode in Durchlassrichtung verringern.
  • Das obige Siliziumkarbidsubstrat kann ein Siliziumkarbidsubstrat sein, das keine Kohlenstoffeinschlüsse aufweist. Die Qualität des Kristalls kann durch Vermeidung von Kohlenstoffeinschlüssen verbessert werden, die ein Stück von Kohlenstoff in der Größenordnung von Mikrometern darstellen, das in den Einkristallen gemischt ist.
  • [DETAILS DER AUSFÜHRUNGSFORMEN]
  • Im Folgenden wird ein Beispiel einer Ausführungsform eines Siliziumkarbidsubstrats gemäß der in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Technik mit Bezug auf die Figuren beschreiben. In den folgenden Figuren werden gleiche oder entsprechende Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung davon wird vermieden.
  • Mit Bezug auf 1 umfasst ein Siliziumkarbidsubstrat 9 der vorliegenden Ausführungsform eine Hauptoberfläche 91. Das Siliziumkarbidsubstrat 9 umfasst einen Siliziumkarbideinkristall mit der 4H-Kristallstruktur. Der Versatzwinkel der Hauptoberfläche 91 zu der {0001}-Ebene des das Siliziumkarbidsubstrat bildenden Siliziumkarbids beträgt z.B. 9 bis 4° oder weniger. Insbesondere beträgt der Winkel zwischen der Hauptoberfläche 91 und der {0001}-Ebene 4° oder weniger.
  • Das Siliziumkarbidsubstrat 9 weist mit Bezug zu den 1 und 2 eine scheibenförmige Gestalt auf. Der Durchmesser des Siliziumkarbidsubstrats 9 beträgt z.B. 100 mm oder mehr und kann vorzugsweise 150 mm oder mehr betragen. Das einen größeren Durchmesser aufweisende Siliziumkarbidsubstrat 9 ermöglicht, dass Halbleitervorrichtungen (SBD, MOSFET usw.), die das Siliziumkarbidsubstrat 9 verwenden, effizient hergestellt werden können. Die Dicke des Siliziumkarbidsubstrats 9 kann 300 µm oder mehr betragen. Die Dicke des Siliziumkarbidsubstrats 9 kann 600 µm oder weniger betragen.
  • Das Siliziumkarbidsubstrat 9 umfasst N (Stickstoff) als eine Verunreinigung vom n-Typ, um Ladungsträger vom n-Typ (Elektronen) zu erzeugen, die Majoritätsladungsträger darstellen. Aufgrund der Gegenwart von N, das als Verunreinigung vom n-Typ dient, erhöht sich die Majoritätsladungsträgerdichte des Siliziumkarbidsubstrats 9 auf 1×1017 cm-3 oder mehr. Eine Majoritätsladungsträgerdichte von 1×1017 cm-3 oder mehr stellt sicher, dass das Siliziumkarbidsubstrat 9 für die Herstellung von SBD, MOSFET oder dergleichen geeignet ist.
  • Mit Bezug auf 2 liegt die Standardabweichung der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern, wie sie durch eine µ-PCD-Analyse erhalten wird, in dem Bereich (insbesondere einem Mittelbereich 93 mit dem Mittelpunkt), der sich von einem Außenrandbereich 92 unterscheidet, der in einen Abstand von 5 mm zu dem Außenrand der Hauptoberfläche 91 fällt, bei 0,7 ns oder weniger. Die µ-PCD-Analyse kann folgendermaßen durchgeführt werden.
  • Mit Bezug auf 2 wird eine Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern an Messpunkten 99 gemessen, die innerhalb des Mittenbereichs 93 unter konstanten Abständen d angeordnet sind. Der Abstand d kann z.B. 2 mm betragen. Der Durchmesser eines Laserpunkts, der auf dem Siliziumkarbidsubstrat 9 an den Positionen der Messpunkte 99 fokussiert wird, kann z.B. 2 mm betragen. Die Wellenlänge des Lasers kann z.B. ungefähr 349 nm betragen. Die Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern ist gleich der Zeitdauer, die erforderlich ist, dass die Intensität eines Signals bezüglich einer Anregung und Erzeugung von Minoritätsladungsträgern durch Beleuchtung des Siliziumkarbidsubstrats 9 mit einem Laser auf 1/e des Spitzenwerts davon abfällt. Hier ist e die Euler'sche Zahl. Die Lebensdauern von Minoritätsladungsträgern, die an den Messpunkten 99 gemessen werden, werden zur Berechnung der Standardabweichung statistisch ausgewertet. Die Standardabweichung der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern, wie sie in dieser Weise berechnet wird, beträgt gemäß dem Fall des Siliziumkarbidsubstrats 9 der vorliegenden Ausführungsform höchstens 0,7 ns. Ferner beträgt die durchschnittliche Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern, die in dieser Weise berechnet wird, für das Siliziumkarbidsubstrat 9 der vorliegenden Ausführungsform 1 µs oder weniger.
  • Die durchschnittliche Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern kann vorzugsweise 100 ns oder weniger betragen und kann weiter bevorzugt 50 ns oder weniger betragen. Eine Abnahme in der durchschnittlichen Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern verringert die Verschlechterung einer in der Halbleitervorrichtung gebildeten Körperdiode in Durchlassrichtung.
  • Im Falle des Siliziumkarbidsubstrats 9 ist die Standardabweichung der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern im Mittelbereich 93 gemäß der µ-PCD - Analyse bei 0,7 ns oder weniger. Diese Anordnung ermöglicht effektiv die Verringerung von Änderungen im Ein-Widerstand in der Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung des Siliziumkarbidsubstrats 9 gefertigt wird. Demzufolge dient das Siliziumkarbidsubstrat 9 zur Verbesserung der Ausbeute in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
  • Die Standardabweichung beträgt in dem Siliziumkarbidsubstrat 9 vorzugsweise 0,4 ns oder weniger. Dieser Anordnung kann ferner die Ausbeute in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verbessern.
  • Im Folgenden wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Siliziumkarbidsubstrats 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 3 bis 5 beschrieben. Das Verfahren des Herstellens des Siliziumkarbidsubstrats 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet eine Einkristall-Herstellungsvorrichtung 100, wie in 4 dargestellt ist, um kristallines Siliziumkarbid herzustellen. Mit Bezug auf 4 umfasst die Einkristall-Herstellungsvorrichtung 100 einen Tiegel 1, wärmeisolierende Elemente 21, 22 und 23, Strahlungsthermometer 71 und 72 und eine Induktionsheizspule 74.
  • Der Tiegel 1 ist aus einem Material, z.B. Graphit, gebildet, das durch Induktionsheizen beheizt werden kann. Der Tiegel 1 umfasst eine Umfangswand 11 in einer zylindrischen Gestalt, eine Bodenwand 12, die mit der Umfangswand 11 verbunden ist, um eine der Öffnungen der Umfangswand 11 zu schließen, und einen Deckel 13, der mit der Umfangswand 13 verbunden ist, um die andere Öffnung der Umfangswand 11 zu schließen, und weist ein Halterungsteil 14 zur Halterung eines Saatkristalls 51 auf. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Umfangswand 11 eine hohlzylindrische Gestalt dar. Die Bodenwand 12 weist eine scheibenförmige Gestalt auf. Die Umfangswand 11 und die Bodenwand 12 sind als eine einheitliche Struktur gebildet.
  • Der Deckel 13 kann von der Umfangswand 11 entfernt werden. Eine Deckelkontaktfläche 13A, die an dem Außenrand des Deckels 13 gebildet ist, und eine Umfangswandkontaktfläche 11A, die an dem Innenumfang der Umfangswand 11 gebildet ist, treten miteinander in Kontakt, so dass der Deckel 13 an der Umfangswand 11 angebracht wird. Die Deckelkontaktfläche 13A und die Umfangswandkontaktfläche 11A können Nuten mit einem Gewinde in Helixform aufweisen. Eine der Hauptoberflächen des Deckels 13 weist das Halteteil 14 auf, das daran gebildet ist, so dass es von dem Mittelpunkt der Hauptoberfläche hervorsteht. Bei Montage des Deckels 13 an die Umfangswand 11 ist das Halteteil 14 angeordnet, so dass es eine Mittelachse α umgibt. Die Mittelachse α fällt mit der Mittelachse der Umfangswand 11 zusammen. Das Ende des Halterungsteils 14 weist eine Haltefläche 14A zur Halterung eines Saatkristalls auf.
  • Die wärmeisolierenden Elemente 21, 22 und 23 sind z.B. aus einem geformten wärmeisolierendem Material gebildet. Die wärmeisolierenden Elemente 21, 22 und 23 weisen z.B. eine filzartige Struktur auf und sind aus Fasern gebildet, die als Hauptkomponente Kohlenstoff aufweisen. Das wärmeisolierende Element 22 weist eine scheibenförmige Gestalt auf. Der Tiegel 1 ist auf dem wärmeisolierenden Element 22 angeordnet, so dass eine Kontaktfläche 22B des wärmeisolierenden Elements 22 mit einer Außenfläche 12B der Bodenwand 12 in Kontakt steht. Das wärmeisolierende Element 21 weist eine hohlzylindrische Gestalt auf. Das wärmeisolierende Element 21 ist angeordnet, so dass es eine gesamte Außenfläche 11B der Umfangswand 11 des Tiegels 1 bedeckt. Das wärmeisolierende Element 23 ist an einer Außenfläche 13B des Deckels 13 angeordnet, so dass es die Außenfläche 13B des Deckels 13 des Tiegels 1 bedeckt. Der Tiegel 1 wird durch die wärmeisolierenden Elemente 21, 22 und 23 eingekapselt.
  • Eine Fläche mit der Mittelachse α des wärmeisolierenden Elements 22 weist eine Eindringöffnung 22A auf, die in das wärmeisolierende Element 22 in der Dickenrichtung eindringt. Das Strahlungsthermometer 71 ist angeordnet, so dass es der Bodenwand 12 des Tiegels 1 durch die Eindringöffnung 22A zugerichtet ist. Das Strahlungsthermometer 71 dient zur Messung der Temperatur der Bodenwand 12, wodurch die Temperatur eines Rohmaterialpulvers 52 gemessen wird. Ein Bereich mit der Mittelachse α des wärmeisolierenden Elements 23 weist eine Eindringöffnung 23A auf, die in das wärmeisolierende Element 23 in der Dickenrichtung eindringt. Das Strahlungsthermometer 72 ist angeordnet, so dass es dem Deckel 13 des Tiegels 1 durch die Eindringöffnung 23A zugerichtet ist. Das Strahlungsthermometer 72 dient zum Messen der Temperatur des Deckels 13, wodurch die Temperatur des Saatkristalls 51 gemessen wird.
  • Die Induktionshaltspule 74 ist in Helixform angeordnet, so dass sie die Außenfläche 11B der Umfangswand 11 des Tiegels 1 umgibt, der mit dem wärmeisolierenden Element 21 bedeckt ist. Die Induktionshaltspule 74 ist mit einem Pulvervorrat (nicht dargestellt) verbunden. Der Tiegel 1, der mit den wärmeisolierenden Elementen 21, 22 und 23 bedeckt ist, ist innerhalb des Raums angeordnet, der von der Induktionshaltspule 74 umgeben ist.
  • Im Folgenden wird ein spezielles Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Siliziumkarbidsubstrats beschrieben. Mit Bezug auf Fig. 3 führt das Verfahren des Herstellens eines Siliziumkarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform als erstes einen Rohmaterialpulveranordnungsschritt durch, der als Schritt S10 bezeichnet ist. In diesem Schritt S10 wird das Rohmaterialpulver 52 angeordnet, so dass es mit einer Innenfläche 12A der Bodenwand 12 des Tiegels 1 in Kontakt tritt, wie in 4 dargestellt ist. Insbesondere wird das Rohmaterialpulver 52 innerhalb des Tiegels 1 angeordnet, während der Deckel 13 entfernt ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein gemischtes Pulver, das durch Hinzufügen eines Kohlenstoffpulvers zu einem Silizium-Kohlenstoff-Pulver gebildet wird, als das Rohmaterialpulver 52 verwendet.
  • Als Nächstes wird ein Saatkristallanordnungsschritt als ein Schritt S20 durchgeführt. In diesem Schritt S20 wird der Saatkristall 51 an dem Halteteil 14 angeordnet. Der Saatkristall 51 ist aus einem Siliziumkarbid mit 4H-Kristallstruktur gebildet. Insbesondere ist der Saatkristall 51 an dem Halterungsteil 14 des Deckels 13 angebracht, der von der Umfangswand 11 gelöst ist. Der Saatkristall 51 ist an der Haltefläche 14A des Halterungsteils 14 angebracht. Die Haltefläche 14A weist eine kreisförmige Gestalt auf. Der Saatkristall 51 weist eine scheibenförmige Gestalt auf. An der Haltefläche 14A ist eine kreisförmige Hauptfläche des Saatkristall 51 angebracht. Eine Wachstumsoberfläche 51A des Saatkristalls 51 ist der Richtung der Bodenwand 12 zugerichtet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Durchmesser der Haltefläche 14A um wenigstens 2% größer als der Durchmesser des Saatkristalls 51. Der Saatkristall 51 ist in der Fläche angeordnet, die von dem Außenrand der Haltefläche 14A in einer ebenen Ansicht umgeben wird. Der gesamte Außenrand des Saatkristalls 15 ist nämlich innerhalb des Außenrands der Haltefläche 14A angeordnet. Der Mittelpunkt der Scheibenform des Saatkristalls 51 kann mit dem Mittelpunkt der kreisförmigen Gestalt der Haltefläche 14A zusammenfallen.
  • Als Nächstes wird der Deckel 13 an der Umfangswand 13 angebracht. Dadurch wird der Saatkristall 51 in dem Bereich angeordnet, der die Mittelachse α schneidet. Durch die oben genannten Schritte S10 bis S20 werden das Rohmaterialpulver 52 und der Saatkristall 51 innerhalb des Tiegels 1 angeordnet.
  • Als Nächstes wird ein Sublimierungs-Rekristallisierungs-Schritt als ein Schritt S30 durchgeführt. In diesem Schritt S30 wird das Rohmaterialpulver 52 sublimiert und dann auf den Saatkristall 51 rekristallisiert, wodurch bewirkt wird, dass ein Einkristall 53 auf dem Saatkristall 51 gewachsen wird. Insbesondere ist der Tiegel 1, in dem das Rohmaterialpulver 52 und der Saatkristall 51 angeordnet sind, mit den wärmeisolierten Elementen 21, 22 und 23 bedeckt. Ferner ist der Tiegel 1, der mit den wärmeisolierten Elementen 21, 22 und 23 bedeckt ist, in dem Raum angeordnet, der von der Induktionshalbspule 74 umgeben ist, wie in 4 dargestellt ist. An die Induktionsheizspule 74 wird dann ein Strom mit hoher Frequenz angelegt, wodurch der Tiegel 1 durch Induktionsheizen beheizt wird.
  • Dadurch wird das Induktionsheizen durchgeführt, so dass die Temperatur des Rohmaterialpulvers 52 größer wird als die Temperatur des Saatkristalls 51. Als ein Ergebnis bildet sich ein Temperaturgradient, so dass die Temperatur entlang der Mittelachse α entsprechend der Wachstumsrichtung zu dem Saatkristall 51 hin niedriger ist und zu dem Rohmaterialpulver 52 hin höher wird. Das Innere des Tiegels 1 wird einer trägen Gasatmosphäre ausgesetzt, z.B. einer Argonatmosphäre. In der vorliegenden Ausführungsform wird dem Tiegel 1 ferner ein Stickstoffgas zugeführt.
  • Gemäß dieser Anordnung sublimiert das Rohmaterialpulver 52, was ein Rohmaterialgas erzeugt, das das Siliziumkarbid im Gaszustand darstellt. Diesem Rohmaterialgas wird der Einkristall 51 ausgesetzt. Demzufolge, wie in 5 dargestellt ist, rekristallisiert das Rohmaterialgas an dem Saatkristall 51, wodurch der Einkristall 53 des Siliziumkarbids mit der 4H-Kristallstruktur auf dem Saatkristall 51 wächst. In dem Einkristall 53 wird Stickstoff eingeschlossen.
  • Während dieser Zustand aufrechterhalten wird, wächst der Einkristall 53 in der Richtung entlang der Mittelachse α. Nach einer vorbestimmten Beheizungszeit endet das Heizen, was den Abschluss des Schritts S30 anzeigt.
  • Als Nächstes wird ein Schneidschritt als ein Schritt S40 durchgeführt. In diesem Schritt S40 wird der Einkristall 53, der innerhalb des Tiegels 1 im Schritt S30 gewachsen ist, aus dem Tiegel 1 genommen und dann geschnitten. Insbesondere wird der Tiegel 1 aus dem Raum heraus bewegt, der von der Induktionsheizspule 74 umgeben ist, nachdem das im Schritt S30 durchgeführte Heizen endet. Der Einkristall 53 wird dann von dem Deckel 13 genommen. Der entnommene Einkristall 53 wird dann geschnitten, so dass die Hauptoberfläche einen Winkel von 4° oder weniger zu der {0001} - Ebene aufweist. In dieser Weise wird das Siliziumkarbidsubstrats 9 mit der (noch nicht planarisierten) Hauptoberfläche 91 erhalten (vgl. 1).
  • Als Nächstes wird ein Oberflächenplanarisierungsschritt als ein Schritt S50 durchgeführt. In diesem Schritt S50 wird die Hauptoberfläche 51 des Siliziumkarbidsubstrats 9, das in Schritt S40 erhalten wird, planarisiert. Insbesondere wird die Hauptoberfläche 51 einem Polieren unterzogen, wie z.B. einem MP (mechanisches Polieren) oder CMP (chemischmechanisches Polieren). Dann werden ein Reinigen und dergleichen durchgeführt, um das Siliziumkarbidsubstrats 9 der vorliegenden Ausführungsform bereitzustellen, wie in 1 dargestellt ist.
  • In dem Herstellungsverfahren eines Siliziumkarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Pulvergemisch, das durch Hinzufügen eines Kohlenstoffpulvers zu einem Siliziumkarbidpulver gebildet wird, gemäß der Beschreibung oben im Schritt S10 als das Rohmaterialpulver 52 verwendet. Ferner ist der Durchmesser der Haltefläche 14A des Halteteils 14 um 2% oder mehr größer als der Durchmesser des Saatkristalls 51. Dies ermöglicht, dass das Siliziumkarbidsubstrats 9 hergestellt werden kann, für das die Standardabweichung der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern im Mittelbereich 93 der Hauptoberfläche 91, wie durch eine µ - BCD - Analyse erhalten wird, höchstens 0,7 ns beträgt.
  • In dem Fall, in dem das Siliziumkarbidsubstrat eine kurze Lebensdauer von Ladungsträgern aufweist, tritt keine ausreichende Modulation der Leitfähigkeit auf, wodurch sich keine bipolare Halbleitervorrichtung mit einem niedrigen Ein-Widerstand ergibt. Eine Art zur Verlängerung der Lebensdauer von Ladungsträgern besteht darin, Kohlenstoffleerstellen zu verringern, wodurch eine Lebensdauer verringernde Kristalldefekte erzeugt werden. Eine effektive Art zur Verringerung von Kohlenstoffleerstellen im Einkristall 53 des Siliziumkarbids besteht in der Erhöhung des Verhältnisses von Kohlenstoff zu Silizium. Demzufolge stellt ein Hinzuzufügen von Kohlenstoffpulver zu Siliziumkarbidpulver zur Bildung des Rohmaterialpulvers 52 eine bevorzugte Maßnahme dar, um Kohlenstoffleerstellen zu verringern.
  • Die Verwendung von Kohlenstoffpulver birgt jedoch das Risiko, dass aufgrund von Kohlenstoffpulverstaub Defekte erzeugt werden. Insbesondere können Kohlenstoffstaubteilchen durch das Wachstum des Einkristalls 53 verteilt werden, was zu dem Risiko der Erzeugung von Defekten, wie z.B. Kohlenstoffeinschlüsse im Einkristall 53, führt. Kohlenstoffeinschlüsse betreffen ein Kohlenstoffstück in der Größenordnung von Mikrometern vermischt mit dem Einkristall. Kohlenstoffeinschlüsse können Stapelfehler, Versatzfehler und unterschiedliche Polytypen hervorrufen.
  • Um ein Herumfliegen von Kohlenstoffpulver zu verhindern kann das Kohlenstoffpulver unter dem Siliziumkarbidpulver angeordnet werden, so dass es durch das Siliziumkarbidpulver bedeckt wird. In der in 4 dargestellten Einkristall-Herstellungsvorrichtung 100 wird das Kohlenstoffpulver als erstes auf der Innenfläche 12A der Bodenwand 12 des Tiegels 1 angeordnet und dann wird das Siliziumkarbidpulver auf dem Kohlenstoffpulver angeordnet, so dass es das Kohlenstoffpulver bedeckt. Bei dieser Anordnung ist das Rohmaterialpulver 52 in einer Zweischichtenstruktur angeordnet, wobei sich das Kohlenstoffpulver in der unteren Schicht befindet und das Siliziumkarbidpulver in der oberen Schicht vorhanden ist. Eine solche Anordnung erlaubt, dass das Kohlenstoffpulver mit einem Siliziumkarbidpulver bedeckt wird, so dass das Kohlenstoffpulver bezüglich dem Innenraum des Tiegels 1 nicht freiliegt. Durch das Wachsen des Einkristalls 53, während das Kohlenstoffpulver im Innenraum des Tiegels 1 nicht freiliegt, wird ermöglicht, dass ein Einkristall 53 ohne Kohlenstoffeinschlüsse hergestellt wird. Das Siliziumkarbidsubstrat 9 ohne Kohlenstoffeinschlüsse wird erfolgreich hergestellt. Eine andere Art zur Verringerung des Herumfliegens von Kohlenstoffpulver besteht darin, die durchschnittliche Teilchengröße (D50) des Kohlenstoffpulvers auf zwei Mal oder mehr als zwei Mal der durchschnittlichen Teilchengröße (D50) des Siliziumkarbidpulvers festzulegen. Die durchschnittliche Teilchengröße (D50) wird unter Verwendung einer Teilchen-Größe-Verteilungs-Messvorrichtung vom Typ eines Schichtinterferrometers gemessen.
  • Das Verhältnis aus Kohlenstoffpulver zu Siliziumkarbidpulver kann hinsichtlich eines Gewichtverhältnisses höchstens 5% betragen. Die Verwendung eines Kohlenstoffpulververhältnisses von 5% oder mehr führt zu einer geringen Zunahme in dem Grad, in dem Kohlenstoffleerstellen effektiv verringert werden, während die Verwendung eines solchen Kohlenstoffpulvers das Risiko der Zunahme von Defekten, die auf Kohlenstoff basieren, erzeugt.
  • Gemäß dem Siliziumkarbidsubstrat der vorliegenden Erfindung kann das Siliziumkarbidsubstrats der vorliegenden Anmeldung die Ausbeute beider Herstellung von Halbleitervorrichtungen verbessern.
  • Alle hierin beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft und nicht als beschränkend zu interpretieren. Das Wesen der Erfindung wird nicht durch die bis hierhin bereitgestellte Beschreibung bestimmt, sondern wird durch die Ansprüche festgelegt. Modifizierungen, die die Ansprüche darstellen, und die in dem Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen in das Wesen der vorliegenden Erfindung fallen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Tiegel
    11
    Umfangswand
    11A
    Umfangswand
    11B
    Außenfläche
    12
    Bodenwand
    12A
    Innenfläche
    12B
    Außenfläche
    13
    Deckel
    13A
    Deckelkontaktfläche
    13B
    Außenfläche
    14
    Halteteil
    14A
    Haltefläche
    21, 22, 23
    wärmeisolierende Elemente
    22A, 23A
    Eindringungsöffnung
    22B
    Kontaktfläche
    51
    Saatkristall
    51A
    Wachstumsfläche
    52
    Rohmaterialpulver
    53
    Einkristall
    71, 72
    Strahlungsthermometer
    74
    Induktionsheizspule
    9
    Siliziumkarbidsubstrat
    91
    Hauptoberfläche
    92
    Außenrandbreich
    93
    Mittelbereich
    99
    Messpunkt
    100
    Einkristall-Herstellungsvorrichtung
    α
    Mittelachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015 [0002]
    • JP 2009256159 [0004]

Claims (8)

  1. Siliziumkarbidsubstrat, dessen Majoritätsladungsträgerdichte wenigstens 1×1017 cm-3 beträgt, wobei eine Standardabweichung einer Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern, die durch µ-PCD - Analyse erhalten wird, in einem Bereich, der sich von einem Bereich innerhalb eines Abstands von 5 mm zu einem Außenrand einer Hauptoberfläche unterscheidet, höchstens 0,7 ns beträgt.
  2. Siliziumkarbidsubstrat nach Anspruch 1, wobei die Standradabweichung 0,4 ns oder weniger beträgt.
  3. Siliziumkarbidsubstrat nach Anspruch 1 oder 2, dessen Durchmesser 100 mm oder mehr beträgt.
  4. Siliziumkarbidsubstrat nach Anspruch 1 oder 2, dessen Durchmesser 150 mm oder mehr beträgt.
  5. Siliziumkarbidsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Durchschnitt der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern 1 µs oder weniger beträgt.
  6. Siliziumkarbidsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Durchschnitt der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern 100 ns oder weniger beträgt.
  7. Siliziumkarbidsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Durchschnitt der Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern 50 ns oder weniger beträgt.
  8. Siliziumkarbidsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Siliziumkarbidsubstrat keine Kohlenstoffeinschlüsse umfasst.
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