DE112016006438T5 - 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
Tsutomu Hori
Taro Nishiguchi
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Abstract

Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat und eine Siliziumkarbidschicht. In einer Richtung parallel zu einem mittleren Bereich beträgt ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht zu einem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht weniger als 5%. Der Durchschnittswert der Trägerkonzentration beträgt mehr als oder gleich 1 × 1014 cm-3 und weniger als oder gleich 5 × 1016 cm-3. In der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich beträgt ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Dicke der Siliziumkarbidschicht zu einem Durchschnittswert der Dicke der Siliziumkarbidschicht weniger als 5%. Der mittlere Bereich hat eine arithmetische Mittenrauheit (Sa) von weniger als oder gleich 1 nm. Der mittlere Bereich hat eine Trübung von weniger als oder gleich 50.

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 15. Februar 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-026176 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Stand der Technik
  • Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-34007 (Patentdokument 1) offenbart ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es keine Stufenbündel (engl. step-bunching) aufweist.
  • Zitationsliste
  • Patentdokument
  • PTD 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-34007
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung 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 umfasst eine zweite Hauptfläche gegenüber einer Fläche der Siliziumkarbidschicht, die in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat ist. Die zweite Hauptfläche entspricht einer Ebene, die um mehr als oder gleich 0,5° und weniger als oder gleich 8° bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist. Die zweite Hauptfläche weist einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm auf. Die Siliziumkarbidschicht hat einen Polytyp 4H-SiC. Die Siliziumkarbidschicht weist eine n-Leitfähigkeit auf. Die zweite Hauptfläche umfasst einen Außenumfangsbereich und einen mittleren Bereich, wobei der Außenumfangsbereich innerhalb von 3 mm von einer äußeren Kante der zweiten Hauptfläche liegt, wobei der mittlere Bereich von dem Außenumfangsbereich umgeben ist. In einer Richtung parallel zu dem mittleren Bereich ist ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht zu einem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht weniger als 5%. Der Durchschnittswert der Trägerkonzentration ist größer als oder gleich 1 × 1014 cm-3 und kleiner als oder gleich 5 × 1016 cm-3. In der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich ist ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Dicke der Siliziumkarbidschicht zu einem Durchschnittswert der Dicke der Siliziumkarbidschicht weniger als 5%. Der mittlere Bereich weist eine arithmetische Mittenrauheit (Sa) von weniger als oder gleich 1 nm auf. Der mittlere Bereich hat eine Trübung von weniger als oder gleich 50.
  • 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 Messpositionen für die Trägerkonzentration und die Filmdicke darstellt.
    • 4 zeigt ein Verfahren zur Messung der Trägerkonzentration.
    • 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die Konfigurationen eines flachen Grübchens (linke Seite) und eines tiefen Grübchens (rechte Seite) darstellt.
    • 6 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines ersten Beispiels des tiefen Grübchens darstellt.
    • 7 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines zweiten Beispiels der tiefen Grübchen darstellt.
    • 8 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines dritten Beispiels der tiefen Grübchen darstellt.
    • 9 zeigt eine schematische Draufsicht, die eine Konfiguration eines trapezförmigen Defekts darstellt.
    • 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie X-X der 9.
    • 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XI-XI der 9.
    • 12 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs XII der 9.
    • 13 zeigt eine schematische Draufsicht einer Konfiguration einer Basalebenenversetzung.
    • 14 zeigt eine schematische Draufsicht einer Konfiguration eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 15 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XV-XV der 14.
    • 16 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Bereichs XVI der 14.
    • 17 zeigt eine schematische Draufsicht des Bereichs XVI der 14.
    • 18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs XVI der 14.
    • 19 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Bereichs XIX der 14.
    • 20 zeigt eine schematische Draufsicht des Bereichs XIX der 14.
    • 21 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Bereichs XIX der 14.
    • 22 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Verfahrens zur Messung eines Kontaktwinkels.
    • 23 zeigt eine schematische Draufsicht, die Messpositionen für Sa, Ra, eine Versetzung und den Kontaktwinkel darstellt.
    • 24 zeigt eine schematische Draufsicht, die eine Dreipunkt-Bezugsebene der zweiten Hauptfläche darstellt.
    • 25 zeigt ein erstes Beispiel einer Verwerfung der zweiten Hauptfläche.
    • 26 zeigt ein zweites Beispiel der Verwerfung der zweiten Hauptfläche.
    • 27 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen Aufbau eines ersten Beispiels einer Herstellungsvorrichtung für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 28 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen Aufbau eines zweiten Beispiels der Herstellungsvorrichtung für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 29 zeigt eine schematische Draufsicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 30 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die den ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 31 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Basalebenenversetzung in einem Bereich XXXI zu einem sechsten Zeitpunkt darstellt.
    • 32 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Basalebenenversetzung in dem Bereich XXXI zu einem siebten Zeitpunkt darstellt.
    • 33 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Basalebenenversetzung in dem Bereich XXXI zu einem achten Zeitpunkt darstellt.
    • 34 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die die Konfigurationen der Basalebenenversetzung und eine erste Halbschleife in dem Bereich XXXI während einer Zeitspanne vom dem achten Zeitpunkt zu einem neunten Zeitpunkt darstellt.
    • 35 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Aufbaus einer Basalebenenversetzung in einem Bereich XXXV zu einem sechsten Zeitpunkt.
    • 36 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die Konfigurationen der Basalebenenversetzung und einer zweiten Halbschleife in dem Bereich XXXV zu dem siebten Zeitpunkt darstellt.
    • 37 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht, die die Konfigurationen der Basalebenenversetzung und der zweiten Halbschleife in dem Bereich XXXV während der Zeitdauer von dem siebten zu dem achten Zeitpunkt darstellt.
    • 38 zeigt ein erstes Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 39 zeigt ein zweites Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 40 zeigt ein drittes Beispiel des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 41 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 42 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Schritts des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 43 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Schritts des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 44 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 45 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer Probe 4.
    • 46 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer Probe 5.
    • 47 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer Probe 6.
    • 48 zeigt eine Verteilung einer Trägerkonzentration in der Ebene einer Siliziumkarbidschicht eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer Probe 1.
    • 49 zeigt eine Verteilung einer Trägerkonzentration in einer Ebene einer Siliziumkarbidschicht eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß jeweils einer Probe 2 und 3.
    • 50 zeigt eine Verteilung einer Trägerkonzentration in einer Ebene einer Siliziumkarbidschicht des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der Probe 4.
    • 51 zeigt eine Verteilung einer Trägerkonzentration in einer Ebene einer Siliziumkarbidschicht eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß jeweils der Probe 5 und 6.
    • 52 zeigt eine Verteilung einer Filmdicke in einer Ebene der Siliziumkarbidschicht des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der Probe 1.
    • 53 zeigt eine Verteilung einer Filmdicke in einer Ebene der Siliziumkarbidschicht des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der Probe 4.
    • 54 zeigt eine Abbildung einer Verteilung von Defekten durch Herabfallen und dreieckförmigen Defekten in einer Ebene in der zweiten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der Probe 7.
    • 55 zeigt eine Abbildung einer Verteilung von Defekten durch Herabfallen und dreieckförmigen Defekten in einer Ebene in der zweiten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der Probe 9.
  • Ausführliche Beschreibung
  • [Die durch die vorliegende Offenbarung zu lösenden Probleme]
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung bereitzustellen, durch die jeweils eine Gleichförmigkeit einer Trägerkonzentration in der Ebene verbessert und die Flächenrauheit verringert werden kann.
  • [Vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung]
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung bereitgestellt, in denen die Gleichförmigkeit einer Trägerkonzentration in der Ebene verbessert und eine Flächenrauheit verringert werden kann.
  • [Überblick über die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • Zunächst wird ein Überblick über die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hinsichtlich kristallographischer Bezeichnungen in der vorliegenden Beschreibung wird eine einzelne Orientierung durch [ ], eine Gruppenorientierung durch < >, sowie eine einzelne Ebene durch ( ) und eine Gruppenebene durch { } dargestellt. Ein kristallographisch negativer Index wird normalerweise durch Setzen eines „-“ (Strich) über einer Zahl dargestellt; jedoch wird in der vorliegenden Beschreibung der kristallographisch negative Index durch Setzen eines negativen Vorzeichens vor der Zahl ausgedrückt.
  • (1) Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und eine Siliziumkarbidschicht 20. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 weist eine erste Hauptfläche 11 auf. Die Siliziumkarbidschicht 20 ist auf der ersten Hauptfläche ausgebildet. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst eine zweite Hauptfläche 30 gegenüber einer Fläche 14 der Siliziumkarbidschicht 20, die in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 ist. Die zweite Hauptfläche 30 entspricht einer Ebene, die um mehr als oder gleich 0,5° und weniger als oder gleich 8° bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist.
  • Die zweite Hauptfläche 30 weist einen Hauptdurchmesser 111 von mehr als oder gleich 100 mm auf. Die Siliziumkarbidschicht 20 hat einen Polytyp 4H-SiC. Die Siliziumkarbidschicht 20 weist eine n-Leitfähigkeit auf. Die zweite Hauptfläche 30 weist einen Außenumfangsbereich 52 und einen mittleren Bereich 53 auf, wobei der Außenumfangsbereich 52 innerhalb von 3 mm von einer Außenkante 54 der zweiten Hauptfläche 30 liegt, und der mittlere Bereich 53 von dem Außenumfangsbereich 52 umgeben ist. In einer Richtung parallel zu dem mittleren Bereich 53 ist ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 zu einem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 weniger als 5%. Der Durchschnittswert der Trägerkonzentration beträgt mehr als oder gleich 1 × 1014 cm-3 und weniger als oder gleich 5 × 1016 cm-3. In der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich 53 ist ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 zu einem Durchschnittswert der Dicke 113 der Siliziumkarbidschicht 20 weniger als 5%. Der mittlere Bereich 53 weist eine arithmetische Mittenrauheit (Sa) von weniger als oder gleich 1 nm auf. Der mittlere Bereich 53 hat eine Trübung von weniger als oder gleich 50.
  • (2) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Punkt (1), wenn der mittlere Bereich 53 in quadratische Bereiche mit jeweils einer Seite von 6 mm unterteilt ist, ist ein Verhältnis der Anzahl von quadratischen Bereichen, die jeweils einen Defekt durch Herabfallen und/oder einen dreieckförmigen Defekt aufweisen, zu der Anzahl aller quadratischen Bereiche kleiner als oder gleich 10%. Dies kann zu einem verbesserten Ertrag einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung führen, die unter Verwendung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt wird.
  • (3) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Punkt (1) oder (2) kann der Durchschnittswert der Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 größer als oder gleich 5 µm und kleiner als oder gleich 50 µm sein.
  • (4) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (3) befinden sich die Grübchen 87, die von den Schraubenversetzungen 23 stammen, in dem mittleren Bereich 53; jedoch werden weniger Grübchen 87 bevorzugt. Eine Flächendichte der Grübchen kann kleiner als oder gleich 100 cm-2 sein. Eine Höchsttiefe 116 jedes Grübchens des mittleren Bereichs 53 kann mehr als oder gleich 8 nm betragen.
  • (5) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Punkt (4) beträgt die Flächendichte der Grübchen 87 vorzugsweise weniger oder gleich 10 cm-2.
  • (6) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Punkt (5) beträgt die Flächendichte der Grübchen 87 vorzugsweise weniger als oder gleich 1 cm-2.
  • (7) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (4) bis (6) beträgt die Höchsttiefe jedes Grübchens des mittleren Bereichs 53 mehr als oder gleich 20 nm.
  • (8) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (4) bis (7) weist jedes Grübchen 87, bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu dem mittleren Bereich 53 eine planare Form auf, die eine erste Seite 61 und eine zweite Seite 62 umfasst, wobei sich die erste Seite 61 in einer ersten Richtung erstreckt, und sich die zweite Seite 62 in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt. Eine Breite der ersten Seite 61 ist zweimal so groß oder größer als eine Breite der zweiten Seite 62.
  • (9) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (8) können in dem mittleren Bereich 53 trapezförmige Defekte 70 vorhanden sein, wobei jeder trapezförmige Defekt 70 eine trapezförmige Vertiefung ist. Jedoch werden weniger trapezförmige Defekte 70 bevorzugt. Eine Flächendichte der trapezförmigen Defekte 70 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 10 cm-2. Bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu dem mittleren Bereich 53 kann jeder trapezförmige Defekt 70 einen oberen Basisabschnitt 72 und einen unteren Basisabschnitt 74 aufweisen, die jeweils eine <11-20>-Richtung schneiden. Der obere Basisabschnitt 72 kann eine Breite von mehr als oder gleich 0,1 µm und weniger als oder gleich 100 µm aufweisen. Der untere Basisabschnitt 74 kann eine Breite von mehr als oder gleich 50 µm und weniger als oder gleich 5000 µm aufweisen. Der obere Basisabschnitt 72 kann einen Vorsprung 73 umfassen. Der untere Basisabschnitt 74 kann mehrere Stufenbündeln 75 umfassen.
  • (10) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (9) können die Basalebenenversetzungen 24 in dem mittleren Bereich 53 vorhanden sein; jedoch werden weniger Basalebenenversetzungen 24 bevorzugt. Eine Flächendichte der Basalebenenversetzungen beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 10 cm-2.
  • (11) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (10) können sich erste Versetzungsarrays 2 aus ersten Halbschleifen 1, die entlang einer geraden Linie senkrecht zu einer <11-20>-Richtung angeordnet sind, in dem mittleren Bereich 53 vorhanden sein; jedoch sind weniger erste Versetzungsarrays 2 bevorzugt. Jede der ersten Halbschleifen 1 kann ein Paar von Stufenversetzungen umfasst, die im mittleren Bereich 53 freiliegen. Eine Flächendichte der ersten Versetzungsarrays 2 in dem mittleren Bereich 53 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 10 cm-2.
  • Normalerweise befinden sich Versetzungsarrays aus Stufenversetzungen in einem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat. Derartige Versetzungsarrays führen zu einer verringerten Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung, einem erhöhten Leckstrom und einer verringerten Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung. Daher müssen die Versetzungsarrays verringert werden.
  • Es wird angenommen, dass die Versetzungsarrays aus Stufenversetzungen hauptsächlich in drei Typen unterteilt sind. Der erste Versetzungsarraytyp ist ein Versetzungsarray, das von einem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat auf eine Siliziumkarbidschicht, die durch epitaktisches Aufwachsen gebildet wird, übertragen wird. Der zweite Versetzungsarraytyp ist ein Versetzungsarray, das während des epitaktischen Wachsens der Siliziumkarbidschicht erzeugt wird. Die Tiefe einer jeden der mehreren Halbschleifen, die in dem Versetzungsarray vorhanden sind, wird durch die Dicke der Siliziumkarbidschicht beim Auftreten der Halbschleifen bestimmt. Dementsprechend unterscheiden sich die jeweiligen Tiefen der mehreren Halbschleifen, die in dem Versetzungsarray enthalten sind, voneinander. Darüber hinaus weist eine Richtung (das heißt, eine Längsrichtung des Versetzungsarrays), in der die mehreren Halbschleifen angeordnet sind, eine Stufenwachstumsrichtungskomponente (Versetzungsrichtung) auf. Das heißt, die Längsrichtung des Versetzungsarrays ist nicht senkrecht zur Versetzungsrichtung. Der dritte Versetzungsarraytyp ist ein Versetzungsarray, das nach der Beendigung des epitaktischen Wachstums der Siliziumkarbidschicht erzeugt wird. Es wird angenommen, dass das Versetzungsarray in der nachfolgenden Weise gebildet wird: eine Basalebenenversetzung in der Siliziumkarbidschicht wird nach der Beendigung des epitaktischen Wachstums in der Richtung senkrecht zur Versetzungsrichtung verschoben. Somit verläuft die Längsrichtung des Versetzungsarrays senkrecht zu der Versetzungsrichtung. Darüber hinaus sind die entsprechenden Tiefen der mehreren Halbschleifen, die in dem Versetzungsarray vorhanden sind, im Wesentlichen gleich.
  • Die Erfinder haben besonders darauf geachtet, das Auftreten des dritten Typs eines Versetzungsarrays zu unterdrücken. Es wird angenommen, dass sich eine Halbschleife in der Siliziumkarbidschicht bildet, wenn eine Basalebenenversetzung in der Richtung senkrecht zu der Versetzungsrichtung verschoben wird, um die Verspannung in der Siliziumkarbidschicht zu entspannen. Darüber hinaus wird angenommen, dass die Spannung in der Siliziumkarbidschicht hauptsächlich in dem Schritt des Abkühlens des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats erzeugt wird. Auf der Grundlage des obigen Wissens haben die Erfinder herausgefunden, dass das Auftreten des dritten Typs eines Versetzungsarrays unterdrückt werden kann, indem die Kühlgeschwindigkeit des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats, das im Nachfolgenden beschrieben wird, in dem Schritt des Abkühlens des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gesteuert wird, um die Spannung in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat zu entspannen. Auf diese Weise kann die Flächendichte des ersten Versetzungsarrays aus den ersten Halbschleifen, die entlang der geraden Linie senkrecht zu der Versetzungsrichtung angeordnet sind, verringert werden.
  • (12) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Punkt (11) können zweite Versetzungsarrays 5 aus zweiten Halbschleifen 4, die entlang einer geraden Linie angeordnet sind, die relativ zu einer <11-20>-Richtung geneigt ist, in dem mittleren Bereich 53 vorhanden sein; jedoch werden weniger zweite Versetzungsarrays 5 bevorzugt. Jede der zweiten Halbschleifen 4 kann ein Paar von Stufenversetzungen aufweisen, die im mittleren Bereich 53 freiliegen. In dem mittleren Bereich 53 kann die Flächendichte der ersten Versetzungsarrays 2 niedriger als eine Versetzungsdichte der zweiten Versetzungsarrays 5 sein.
  • (13) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (12) kann ein Durchschnittswert eines Kontaktwinkels des Reinwassers, wenn dem mittleren Bereich 53 Reinwasser zugeführt wird, kleiner als oder gleich 45° sein. Ein Absolutwert einer Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert des Kontaktwinkels kann kleiner als oder gleich 10° sein.
  • (14) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem Punkte (1) bis (13) kann eine Dicke des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 kleiner als oder gleich 600 µm sein. Eine Verwerfung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 kann kleiner als oder gleich 30 µm sein. Ein absoluter Wert einer Wölbung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 kann kleiner als oder gleich 20 µm sein. Ist die Wölbung in einer Richtung senkrecht zu einer Dreipunkt-Bezugsebene 94 der zweiten Hauptfläche 30 positiv, kann eine Position mit einer Höchsthöhe bei Betrachtung von der Dreipunkt-Bezugsebene 94, in einem Bereich von einem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu zwei Drittel eines Radius der zweiten Hauptfläche 30 liegen. Ist die Wölbung in der Richtung senkrecht zu der Dreipunkt-Bezugsebene 94 negativ, kann eine Position mit einer Mindesthöhe, bei Betrachtung von der Dreipunkt-Bezugsebene 94, in dem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu zwei Drittel des Radius der zweiten Hauptfläche 30 liegen.
  • (15) Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Erfindung kann umfassen: Herstellen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (14); und Bearbeiten des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100.
  • [Einzelheiten der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • Im Nachfolgenden werden die Einzelheiten der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung haben die gleichen oder sich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht wiederholt beschrieben.
  • (Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat)
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, weist ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und eine Siliziumkarbidschicht 20 auf. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 umfasst eine erste Hauptfläche 11 und eine dritte Hauptfläche 13 gegenüber der ersten Hauptfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 ist auf der ersten Hauptfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst: eine vierte Hauptfläche 14 in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10; und eine zweite Hauptfläche 30 gegenüber der vierten Hauptfläche 14. Wie in 1 gezeigt, umfasst die zweite Hauptfläche 30: einen Außenumfangsbereich 52; und einen mittleren Bereich 53, der von dem Außenumfangsbereich 52 umgeben ist. Der Außenumfangsbereich 52 ist ein Bereich innerhalb von 3 mm von einer äußeren Kante 54 der zweiten Hauptfläche 30. Mit anderen Worten beträgt ein Abstand 112 zwischen der äußeren Kante 54 und einer Grenze zwischen dem Außenumfangsbereich 52 und dem mittleren Bereich 53 in der radialen Richtung der zweiten Hauptfläche 30 3 mm.
  • Die äußere Kante 54 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 kann eine Orientierungsabflachung 55 und einen Krümmungsabschnitt 57 aufweisen. Die Orientierungsabflachung 55 erstreckt sich entlang einer ersten Richtung 101. Der Krümmungsabschnitt 57 verläuft durchgehend zu den beiden Enden der Orientierungsabflachung 55. Die erste Richtung 101 ist beispielsweise eine <11-20>-Richtung. Eine zweite Richtung 102 senkrecht zu der ersten Richtung 101, in der sich die Orientierungsabflachung 55 erstreckt, ist beispielsweise eine <1-100>-Richtung.
  • Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 (das im Nachfolgenden einfach als „Einkristallsubstrat“ bezeichnet wird) ist aus einem Siliziumkarbid-Einkristall gebildet. Der Siliziumkarbid-Einkristall weist beispielsweise einen Polytyp 4H-SiC auf. 4H-SiC ist anderen Polytypen in Bezug auf Elektronenbeweglichkeit, dielektrische Festigkeit und dergleichen überlegen. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 umfasst eine n-Verunreinigung, wie beispielsweise Stickstoff. Der Leitfähigkeitstyp des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 ist beispielsweise der n-Typ. Die erste Hauptfläche 11 entspricht einer Ebene, die um mehr als oder gleich 0,5° und weniger als oder gleich 8° bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist. Die Neigungsrichtung (Versetzungsrichtung) der ersten Hauptfläche 11 ist beispielsweise die <11-20>-Richtung.
  • Die Siliziumkarbidschicht 20 ist eine Epitaxieschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gebildet ist. Die Siliziumkarbidschicht 20 hat einen Polytyp 4H-SiC. Die Siliziumkarbidschicht 20 ist in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 11. Die Siliziumkarbidschicht 20 umfasst eine n-Verunreinigung, wie beispielsweise Stickstoff. Der Leitfähigkeitstyp der Siliziumkarbidschicht 20 ist der n-Typ. Die n-Verunreinigungskonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 ist niedriger als die n-Verunreinigungskonzentration in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10.
  • Wie in 1 gezeigt, weist die zweite Hauptfläche 30 einen Höchstdurchmesser 111 (Durchmesser) von mehr als oder gleich 100 mm auf. Der Durchmesser des Höchstdurchmessers 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 111 ist nicht besonders beschränkt. Der obere Grenzwert des Höchstdurchmessers 111 kann beispielsweise 300 mm betragen.
  • Die zweite Hauptfläche 30 entspricht einer Ebene, die um mehr als oder gleich 0,5° und weniger als oder gleich 8° bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist. Die Neigungsrichtung (Versetzungsrichtung) der ersten Hauptfläche 11 ist beispielsweise die <11-20>-Richtung. Die Versetzungsrichtung kann eine <1-100>-Richtung oder eine Richtung, die eine <11-20>-Richtungskomponente und eine <1-100>-Richtungskomponente aufweist, sein. Der Neigungswinkel (Versetzungswinkel) bezogen auf die (0001)-Ebene kann größer als oder gleich 1° oder größer als oder gleich 2° sein. Der Versetzungswinkel kann kleiner als oder gleich 7° oder kleiner als oder gleich 6° sein.
  • (Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene)
  • Die Siliziumkarbidschicht 20 enthält Stickstoff als einen Dotierstoff. Es sollte beachtet werden, dass der Ausdruck „Trägerkonzentration“ in der vorliegenden Anmeldung eine effektive Trägerkonzentration bedeutet. Wenn zum Beispiel die Siliziumkarbidschicht einen Donator und einen Akzeptor enthält, wird die effektive Trägerkonzentration als der Absolutwert (Nd-Na) einer Differenz zwischen der Donatorkonzentration (Nd) und der Akzeptorkonzentration (Na) berechnet. Ein Verfahren zur Messung der Trägerkonzentration wird später beschrieben.
  • Der Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 ist größer als oder gleich 1 × 1014 cm-3 und kleiner als oder gleich 5 × 1016 cm-3. Der Durchschnittswert der Trägerkonzentration kann kleiner als oder gleich 2 × 1016 cm-3 oder kleiner als oder gleich 9 × 1015 cm-3 sein. Der Durchschnittswert der Trägerkonzentration kann größer als oder gleich 1 × 1015 cm-3 oder größer als oder gleich 5 × 1015 cm-3 sein.
  • In der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich 53 ist ein Verhältnis der Standardabweichung der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 zu dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 (das heißt, Standardabweichung/Durchschnittswert) kleiner als 5 %. Das Verhältnis der Standardabweichung der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 zu dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 kann kleiner als 4%, kleiner als 3% oder kleiner als 2% sein. Ein Verhältnis, das erhalten wird, indem ein Wert, der durch Subtrahieren des Mindestwerts der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 von dem Höchstwert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 erhalten wird, durch einen Wert dividiert wird, der zweimal so groß wie der Durchschnittswert ist, ist beispielsweise kleiner als oder gleich 5%, vorzugsweise kleiner als oder gleich 4%, noch bevorzugter kleiner als oder gleich 3% und noch bevorzugter kleiner als oder gleich 2%.
  • Wie in 3 gezeigt, wird angenommen, dass es eine erste gerade Linie 8, die sich durch den Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 und parallel zur ersten Richtung 101 erstreckt, und eine zweite gerade Linie 7, die sich durch den Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 und parallel zur zweiten Richtung 102 erstreckt, gibt. Unter der Annahme, dass der Radius des mittleren Bereichs 53 R ist (mit anderen Worten, die Hälfte eines Wertes, der durch Subtrahieren von 6 mm (das heißt, zweimal die Breite des Außenumfangsbereichs 52) von dem Höchstdurchmesser der zweiten Hauptfläche 30 erhalten wird) wird der mittlere Bereich 53 unterteilt in: ein erstes Gebiet 65, das von einem Kreis umgeben ist, der auf dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 mittig angeordnet ist und einen Radius R/3 aufweist; ein drittes Gebiet 67, das von der Außenkante des mittleren Bereichs 53 und einem Kreis umgeben ist, der auf dem Mittelpunkt O mittig angeordnet ist und einen Radius 2R/3 aufweist; und ein zweites Gebiet 66, das zwischen dem ersten Gebiet 65 und dem dritten Gebiet 67 angeordnet ist. Das erste Gebiet 65 umfasst den Mittelpunkt O. Es sollte beachtet werden, dass die Mitte eines Kreises, der ein Dreieck umschreibt, das durch drei beliebige Punkte auf dem Krümmungsabschnitt 57 gebildet ist, als der Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 festgelegt werden kann.
  • Der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 in dem ersten Gebiet 65 und dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 in dem mittleren Bereich 53 beträgt beispielsweise weniger als oder gleich 5%, und vorzugsweise weniger als oder gleich 3%. In ähnlicher Weise beträgt der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 in dem zweiten Gebiet 66 und dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 in dem mittleren Bereich 53 beispielsweise weniger als oder gleich 5%, und vorzugsweise weniger als oder gleich 3%. In ähnlicher Weise beträgt der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 in dem dritten Gebiet 67 und dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 in dem mittleren Bereich 53 beispielsweise weniger als oder gleich 7%, und vorzugsweise weniger als oder gleich 4%.
  • Gemäß dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Absolutwert der Differenz zwischen dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 in dem ersten Gebiet 65 und dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 in dem dritten Gebiet 67 beispielsweise weniger als oder gleich 7%, und vorzugsweise weniger als oder gleich 4%.
  • Vorzugsweise ist das Profil der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 ein M-Typ oder ein W-Typ. Ist das Profil der Ladungsträgerkonzentration der M-Typ, befindet sich eine Position, die den Mindestwert der Trägerkonzentration angibt, in dem ersten Gebiet 65 oder dem dritten Gebiet 67, und befindet sich eine Position, die den Höchstwert der Trägerkonzentration angibt, in dem zweiten Gebiet 66 oder dem dritten Gebiet 67. Ist das Profil der Trägerkonzentration der W-Typ, befindet sich die Position, die den Höchstwert der Trägerkonzentration angibt, in dem ersten Gebiet 65 oder dem dritten Gebiet 67 und befindet sich die Position, die den Mindestwert der Trägerkonzentration angibt, in dem zweiten Gebiet 66 oder dem dritten Gebiet 67.
  • Im Nachfolgenden wird das Verfahren zur Messung der Trägerkonzentration beschrieben. Die Trägerkonzentration wird unter Verwendung einer C-V-Messvorrichtung gemessen, die beispielsweise ein Quecksilbersondenverfahren verwendet. Die Fläche der Sonde beträgt beispielsweise 0,01 cm-2. Die Trägerkonzentration wird im mittleren Bereich 53 gemessen. Wie in 3 gezeigt, wird beispielsweise die Trägerkonzentration auf einer ersten geraden Linie 8 an Punkten gemessen, die von dem Mittelpunkt O um ±10 mm, ±20 mm, ±30 mm, ±40 mm, ±50 mm und ±60 mm entfernt angeordnet sind. In ähnlicher Weise wird die Trägerkonzentration auf einer zweiten geraden Linie 7 an Punkten gemessen, die von dem Mittelpunkt O um ±10 mm, ±20 mm, ±30 mm, ±40 mm, ±50 mm und ±60 mm entfernt angeordnet sind. Die Trägerkonzentration wird auch im Mittelpunkt O gemessen. Mit anderen Worten, wird die Trägerkonzentration an insgesamt 25 Messbereichen 25 gemessen, die in 3 durch schraffierte Kreise dargestellt sind. An den insgesamt 25 Messpositionen werden der Durchschnittswert und die Standardabweichung der Trägerkonzentration berechnet.
  • In 4 sind Messdaten 161 aufgetragen, wobei die vertikale Achse 1/C2 (der Kehrwert der Kapazität zum Quadrat) und die horizontale Achse die Spannung (V) darstellen. Wie in 4 gezeigt, wird mit zunehmender Spannung der Wert des Kehrwerts der Kapazität zum Quadrat größer. Auf der Grundlage der Neigung der geraden Linie der Messdaten 161 wird die Trägerkonzentration bestimmt. Mit größer werdendem Absolutwert der Neigung der Messdaten 161 wird die Trägerkonzentration höher. Die Tiefe der Messung der Trägerkonzentration hängt von der angelegten Spannung ab. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Spannung von beispielsweise 0 V bis 5 V (Spannung V1 in 4) in einer Richtung abgetastet, in der sich eine Verarmungsschicht in der Siliziumkarbidschicht 20 ausdehnt. Auf diese Weise wird die Trägerkonzentration an einer mittleren Oberflächenschicht 29 (siehe 2) gemessen, die sich innerhalb von etwa 5 µm bis 10 µm in einer Richtung von dem mittleren Bereich 53 zur ersten Hauptfläche 11 befindet.
  • (Gleichförmigkeit der Dicke der Siliziumkarbidschicht in der Ebene)
  • In dem mittleren Bereich 53 ist der Durchschnittswert der Dicke 113 der Siliziumkarbidschicht 20 beispielsweise größer als oder gleich 5 µm und kleiner oder gleich 50 µm. Der Durchschnittswert der Dicke 113 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 113 der Siliziumkarbidschicht 20 ist nicht besonders beschränkt. Der obere Grenzwert der Dicke 113 der Siliziumkarbidschicht 20 kann beispielsweise 150 µm sein.
  • In der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich 53 beträgt das Verhältnis (das heißt, Standardabweichung/Durchschnittswert) der Standardabweichung der Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 zu dem Durchschnittswert der Dicke 113 der Siliziumkarbidschicht 20 weniger als 5%. Das Verhältnis der Standardabweichung der Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 zu dem Durchschnittswert der Dicke 113 der Siliziumkarbidschicht 20 beträgt vorzugsweise weniger als 4%, noch bevorzugter weniger als 3%, noch bevorzugter weniger als 2%, und noch bevorzugter weniger als 1%. Ein Verhältnis, das erhalten wird, indem ein Wert, der durch Subtrahieren des Mindestwerts der Dicke 113 der Siliziumkarbidschicht 20 von dem Höchstwert der Dicke 113 der Siliziumkarbidschicht 20 erhalten wird, durch einen Wert dividiert wird, der zweimal so groß wie der Durchschnittswert ist, ist beispielsweise kleiner als oder gleich 5%, vorzugsweise kleiner als oder gleich 4%, noch bevorzugter kleiner als oder gleich 3% und noch bevorzugter kleiner als oder gleich 2%.
  • Die Dicke 113 der Siliziumkarbidschicht 20 kann beispielsweise unter Verwendung eines FT-IR-Spektrometers (Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer) gemessen werden. Die Messbereiche 25 für die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 können beispielsweise die gleichen wie die Messpositionen für die Trägerkonzentration sein. Beispielsweise wird an insgesamt 25 Messbereichen 25, die in 3 durch schraffierte Kreise dargestellt sind, die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 gemessen. Es werden der Durchschnittswert und die Standardabweichung der Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 an den insgesamt 25 Messpositionen berechnet.
  • Die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 kann in Kombination mit einem Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer (IRPrestige-21) von Shimadzu Corporation und einem Infrarotmikroskop (AIM-8800) von Shimadzu Corporation gemessen werden. Die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20, die mittels FT-IR gemessen wird, wird unter Verwendung einer optischen Konstantendifferenz bestimmt, die von einer Dotierungskonzentrationsdifferenz zwischen der Siliziumkarbidschicht 20 und dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 stammt. Insbesondere wird die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 gemessen, indem Infrarotlicht auf das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 emittiert und die Interferenz gemessen wird, die durch Reflexion von der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20 und Reflexion von der Grenzfläche zwischen der Siliziumkarbidschicht 20 und dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 erzeugt wird. Ein Bereich der Messungswellenzahl liegt beispielsweise in einem Bereich von 1000 cm-1 bis 4000 cm-1. Ein Messabstand beträgt beispielsweise etwa 4 cm-1. Ein Einfallswinkel des Infrarotlichts mit Bezug auf das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 beträgt etwa 27°. Von einer Interferenzwellenform, die durch Messung erhalten wird, wird die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 gemäß der nachfolgenden Formel bestimmt. In der Formel ist d die Dicke der Siliziumkarbidschicht, n der Brechungsindex (2,7) der Siliziumkarbidschicht, θ der Einfallswinkel (25°) mit Bezug auf die Probe, m die Anzahl der Spitzen des Berechnungswellenzahlbereichs, k2 die Höchstwellenzahl der Spitzen des Berechnungswellenzahlbereichs und k1 die Mindestwellenzahl der Spitzen des Berechnungswellenzahlbereichs. d = m − 1 2 n 2 − sin 2 θ × 1 ( k 2 − k 1 )
    Figure DE112016006438T5_0001
  • (Arithmetische Mittenrauheit: Ra)
  • Der mittlere Bereich 53 weist eine arithmetische Mittenrauheit (Ra) von weniger als oder gleich 1 nm auf. Die arithmetische Mittenrauheit (Ra) kann beispielsweise mit einem AFM (Rasterkraftmikroskop) gemessen werden. Als das AFM kann beispielsweise das „Dimension3000“ von Veeco oder dergleichen verwendet werden. Als ein Cantilever für das AFM ist eine Modellnummer „NCHV-10V“ von Bruker oder dergleichen geeignet. Die Bedingungen des AFM können wie folgt eingestellt werden. Ein Messmodus wird auf einen Abtastmodus eingestellt. Ein Messbereich in dem Abtastmodus wird als ein 5-µm-Quadrat festgelegt. Bezüglich der Abtastung im Abtastmodus wird eine Abtastgeschwindigkeit in dem Messbereich auf 5 Sekunden pro Zyklus festgelegt, die Anzahl der Scanzeilen auf 512 festgelegt und die Messpunkte pro Scanzeile auf 512 eingestellt. Die Steuerverschiebung des Cantilevers wird auf 15,50 nm festgelegt. Ein Messbereich für die arithmetische Mittenrauheit (Ra) ist ein quadratischer Bereich von beispielsweise 5 µm × 5 µm. Die arithmetische Mittenrauheit (Ra) des mittleren Bereichs 53 beträgt vorzugsweise weniger oder gleich 0,3 nm, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,2 nm.
  • Wie in 23 gezeigt, wird angenommen, dass in dem mittleren Bereich 53 eine erste gerade Linie 8, die sich durch den Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 erstreckt und parallel zu der ersten Richtung 101 verläuft, und eine zweite gerade Linie 7, die sich durch den Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 erstreckt und parallel zu der zweiten Richtung 102 verläuft, vorhanden sind.. Die arithmetische Mittenrauheit Ra wird in den folgenden Bereichen gemessen: quadratische Bereiche einschließlich Punkte, die auf der ersten geraden Linie 8 liegen und von dem Mittelpunkt O um einen bestimmten Abstand 156 nach links und rechts getrennt sind; quadratische Bereiche einschließlich Punkte, die auf der zweiten geraden Linie 7 liegen und von dem Mittelpunkt O um einen bestimmten Abstand 156 nach oben und nach unten getrennt sind; und einen quadratischen Bereich, der den Mittelpunkt O aufweist. Beispielsweise wird die arithmetische Mittenrauheit Ra in den folgenden Bereichen gemessen: quadratische Bereiche einschließlich Punkte, die von dem Mittelpunkt O um ±60 mm auf der ersten geraden Linie 8 beabstandet sind; quadratische Bereiche einschließlich Punkte, die von dem Mittelpunkt O um ±60 mm auf der zweiten geraden Linie 7 beabstandet sind; und der quadratische Bereich, der den Mittelpunkt O aufweist (das heißt, insgesamt fünf Messbereiche, die in 23 schraffiert dargestellt sind).
  • (Arithmetische Mittenrauheit: Sa)
  • Eine arithmetische Mittenrauheit (Sa) des mittleren Bereichs 53 beträgt weniger als oder gleich 1 nm. Die arithmetische Mittenrauheit (Sa) ist ein Parameter, der erhalten wird, indem die zweidimensionale arithmetische Mittenrauheit (Ra) auf drei Dimensionen ausgedehnt wird. Die arithmetische Mittenrauheit (Sa) kann beispielsweise unter Verwendung eines Weißlicht-Interferometriemikroskops gemessen werden. Als das Weißlicht-Interferometriemikroskop kann beispielsweise das BW-D507 von Nikon verwendet werden. Ein Messbereich für die arithmetische Mittenrauheit (Sa) ist beispielsweise ein quadratischer Bereich von 255 µm × 255 µm. Die arithmetische Mittenrauheit (Sa) des mittleren Bereichs 53 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 0,3 nm und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,2 nm. Beispielsweise wird die arithmetische Mittenrauheit Sa in den nachfolgenden Bereichen gemessen: die quadratischen Bereiche mit Punkten, die von dem Mittelpunkt O um ±60 mm auf der ersten geraden Linie 8 beabstandet sind; die quadratischen Bereiche mit Punkten, die von dem Mittelpunkt O um ±60 mm auf der zweiten geraden Linie 7 beabstandet sind; und der quadratische Bereich, der den Mittelpunkt O aufweist (das heißt, insgesamt fünf Messbereiche 25, die in 23 schraffiert dargestellt sind).
  • (Trübung)
  • Der mittlere Bereich 53 hat eine Trübung von weniger als oder gleich 50. Die Trübung im mittleren Bereich 53 kann kleiner als oder gleich 30, oder kleiner als oder gleich 20 sein. Die Trübung ist ein Index, der einen Grad der Oberflächenrauheit darstellt. Wenn sich die Oberfläche einer flachen Fläche nähert, wird der Wert der Trübung kleiner. Die Trübung einer vollständig ebenen Fläche ist 0. Die Einheit der Trübung ist dimensionslos. Die Trübung wird beispielsweise mit der WASAVI-Serie „SICA 6X“ von Lasertec gemessen. Insbesondere wird Licht mit einer Wellenlänge von 546 nm von einer Lichtquelle, wie beispielsweise einer Quecksilber-Xenon-Lampe, auf die Oberfläche des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats emittiert, und das Licht, das davon reflektiert, wird unter Verwendung eines Lichtempfangselements, wie beispielsweise einem CCD (ladungsgekoppeltem Bauteil), untersucht. Es wird eine Differenz zwischen der Helligkeit eines bestimmten Pixels in dem untersuchten Bild und der Helligkeit eines Pixels in der Nähe des einen bestimmten Pixel quantitativ bestimmt. Die Trübung wird erhalten, indem die Helligkeitsdifferenz zwischen mehreren Pixeln in dem untersuchten Bild unter Verwendung des nachfolgenden Verfahrens quantitativ bestimmt werden.
  • Insbesondere wird der maximale Trübungswert der quadratischen Bereiche bestimmt, die erhalten werden, indem ein Untersuchungsfeld eines Quadrats mit einer jeweiligen Seite von 1,8 mm ±0,2 mm in 64 unterteilt wird. Das eine Untersuchungsfeld umfasst einen Bildaufnahmebereich mit 1024 × 1024 Pixeln. Der maximale Trübungswert wird als der Absolutwert der Kantenintensität des Untersuchungsfelds in sowohl der horizontalen als auch der senkrechten Richtung bestimmt, wie von einem Sobel-Filter berechnet. Durch das zuvor beschriebene Verfahren werden die maximalen Trübungswerte der jeweiligen Untersuchungsfelder in dem gesamten mittleren Bereich 53 der zweiten Hauptfläche 30, mit Ausnahme des Außenumfangsbereichs 52, untersucht. Der Durchschnittswert der maximalen Trübungswerte der Untersuchungsfelder wird als der Trübungswert in dem mittleren Bereich 53 angenommen.
  • (Defekte durch Herabfallen und dreieckförmige Defekte)
  • In dem mittleren Bereich 53 können makroskopische Defekte vorhanden sein. Jedoch sind weniger makroskopische Defekte vorzuziehen. Jeder der makroskopischen Defekte ist ein Defekt mit einer planaren Größe von mehr als oder gleich 10 µm und einer senkrechten Größe, wie beispielsweise einer Höhe oder Tiefe, von mehr als oder gleich einigen zehn Nanometer. Beispiele der makroskopischen Defekte umfassen Defekte durch Herabfallen, dreieckförmige Defekte, Stapelfehler, Karottendefekte und dergleichen. Jeder der Defekte durch Herabfallen (engl. downfall defects) ist ein kornähnlicher Siliziumkarbidkristall, der durch Herabfallen einer Abscheidung in einer Wachstumsvorrichtung auf eine Oberfläche des Siliziumkarbidsubstrats während dem epitaktischen Wachsen entsteht. Die ebene Größe (Durchmesser) des Herabfallens beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 10 µm und weniger als oder gleich 1 mm. Der Defekt durch Herabfallen kann ein 4H-SiC oder in 3C-SiC sein, oder kann beispielsweise durch einen Wärmeisolator erzeugt werden. Der Defekt durch Herabfallen kann eine Graphitkomponente umfassen. In dem mittleren Bereich 53 ist eine Flächendichte der Defekte durch Herabfallen beispielsweise kleiner als oder gleich 1,0 cm-2, vorzugsweise kleiner als oder gleich 0,5 cm-2, und noch bevorzugter kleiner als oder gleich 0,1 cm-2.
  • Jeder der dreieckförmigen Defekte ist ein ausgedehnter Defekt, der in einer Draufsicht eine dreieckförmige Außenform aufweist. Bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht ist jeder der ausgedehnten Defekte ein Defekt, der sich zweidimensional ausbreitet. Beispielsweise kann der ausgedehnte Defekt eine ausgedehnte Versetzung sein, die gebildet ist aus: zwei Teilversetzungen, die von einer vollständigen Versetzung abzweigen; und ein streifenähnlicher Stapelfehler, der die zwei Teilversetzungen verbindet. Der dreieckförmige Defekt kann ein 4H-SiC oder ein 3C-SiC sein. In dem mittleren Bereich 53 beträgt die Flächendichte der dreieckförmigen Defekte beispielsweise weniger als oder gleich 1,0 cm-2, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,5 cm-2; und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,1 cm-2.
  • Wird der mittlere Bereich 53 in quadratische Bereiche mit jeweils einer Seite von 6 mm unterteilt, ist das Verhältnis der Anzahl der quadratischen Bereiche, die einen Defekt durch Herabfallen und/oder einen dreieckförmigen Defekt aufweisen, zu der Anzahl aller quadratischen Bereiche beispielsweise kleiner als oder gleich 10%. Insbesondere wird der mittlere Bereich 53 hypothetisch in mehrere quadratische Bereiche mit jeweils einer Größe von 6 mm × 6 mm unterteilt. Alle quadratischen Bereiche werden beispielsweise mit dem SICA untersucht. Die quadratischen Bereiche, die einen Defekt durch Herabfallen und/oder einen dreieckförmigen Defekt aufweisen, werden bestimmt. Durch Dividieren der Anzahl der quadratischen Bereiche, die den Defekt durch Herabfallen und/oder den dreieckförmigen Defekt aufweisen, durch die Anzahl aller quadratischen Bereiche, wird ein Verhältnis der quadratischen Bereiche berechnet, die den Defekt durch Herabfallen und/oder den dreieckförmige Defekt aufweisen. Das Verhältnis der quadratischen Bereiche, die jeweils den Defekt durch Herabfallen und/oder den dreieckförmige Defekt aufweisen, ist vorzugsweise kleiner als oder gleich 5% und noch bevorzugter kleiner als oder gleich 1%.
  • (Karottendefekte)
  • In dem mittleren Bereich 53 können Karottendefekte vorhanden sein; jedoch werden weniger Karottendefekte bevorzugt. Jeder der Karottendefekte ist eine Art eines ausgedehnten Defekts. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30, weist jeder der Karottendefekte eine längliche Form auf. Typischerweise beträgt die Breite des Karottendefekts 90 in der Längsrichtung mehr als oder gleich 100 µm und weniger als oder gleich 500 µm. Der Höchstwert der Breite des Karottendefekts 90 in der kurzen Richtung beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 10 µm und weniger als oder gleich 100 µm. Der Karottendefekt hat einen Abschnitt, der von der zweiten Hauptfläche 30 vorsteht. Die Höhe des Vorsprungabschnitts beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 0,1 µm und weniger als oder gleich 2 µm.
  • Ein Wert, der durch Dividieren der Anzahl der Karottendefekte durch die Gesamtanzahl der flachen Grübchen 86 und der tiefen Grübchen 87 erhalten wird, beträgt weniger als oder gleich 1/500. Der Wert, der durch Dividieren der Anzahl der Karottendefekte durch die Gesamtanzahl der flachen Grübchen 86 und der tiefen Grübchen 87 erhalten wird, beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 1/1000 und noch bevorzugter weniger als oder gleich 1/5000. Die Dichte der Karottendefekte in dem mittleren Bereich 53 ist ein Wert, der durch Dividieren der Anzahl aller Karottendefekte in dem mittleren Bereich 53 durch die Fläche des mittleren Bereichs 53 erhalten wird. Die Dichte der Karottendefekte beträgt beispielsweise weniger als oder gleich 1 cm-2. Die Dichte der Karottendefekte beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 0,5 cm-2 und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,1 cm-2.
  • Die Defekte durch Herabfallen, die dreieckförmigen Defekte und die Karottendefekte können durch Untersuchen der zweiten Hauptfläche 30 unter Verwendung einer Defektüberprüfungsvorrichtung, die beispielsweise ein konfokales Differentialinterferenzmikroskop umfasst, bestimmt werden. Beispiele der Defektüberprüfungsvorrichtung mit dem konfokalen Differentialinterferenzmikroskop umfassen die oben beschriebene WASAVI-Serie „SICA 6X“ von Lasertec. Die Vergrößerung einer Objektivlinse davon ist beispielsweise x10. Der Schwellenwert der Erfassungsempfindlichkeit der Defektüberprüfungsvorrichtung wird unter Verwendung einer Standardprobe bestimmt. Der Defekt durch Herabfallen, der dreieckförmige Defekt und der Karottendefekt werden zuvor unter Berücksichtigung der typischen planaren Form, Größe und dergleichen des Defekts durch Herabfallen, des dreieckförmigen Defekts und des Karottendefekts definiert. Auf der Grundlage eines untersuchten Bildes werden die Art, die Position und die Anzahl der Defekte, die der Definition genügen, bestimmt.
  • (Stapelfehler)
  • In dem mittleren Bereich 53 können Stapelfehler vorhanden sein; jedoch werden weniger Stapelfehler bevorzugt. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu dem mittleren Bereich 53 ist die Form eines jeden Stapelfehlers beispielsweise dreieckförmig oder trapezförmig. Der Stapelfehler kann ein 2H-SiC, ein 3C-SiC oder ein 8H-SiC sein. In dem mittleren Bereich 53 beträgt die Flächendichte der Stapelfehler beispielsweise weniger als oder gleich 1,0 cm-2, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,5 cm-2 und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,1 cm-2. Die Stapelfehler können beispielsweise mit einem PL (Photolumineszenz) Bildgebungsverfahren gemessen werden. Als eine PL-Messvorrichtung kann beispielsweise die PLIS-100 von Photon Design verwendet werden. Licht von einer Quecksilber-Xenon-Lampe wird emittiert, um über einen 313-nm-Bandpassfilter in eine Probe einzudringen, und das PL-Licht wird über einen 750-nm-Tiefpassfilter erfasst. Die Stapelfehler können anhand einer Kontrastdifferenz zur Umgebung gemessen werden.
  • (Grübchen)
  • Wie in 5 gezeigt, können in dem mittleren Bereich 53 flache Grübchen 86 mit jeweils eine Höchsttiefe 115 von weniger als 8 nm und tiefe Grübchen 87 mit jeweils einer Höchsttiefe 116 von mehr als oder gleich 8 nm vorhanden sein; jedoch werden weniger flache Grübchen 86 und tiefe Grübchen 87 bevorzugt. Diese Grübchen können von Schraubenversetzungen (TSD), Stufenversetzungen (TED) und dergleichen in der Epitaxieschicht stammen. Die flachen Vertiefungen 86 und die tiefen Grübchen 87 können von Schraubenversetzungen, die sich in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 erstrecken, stammen. Wie in 5 gezeigt, kann eine Basalebenenversetzung (BPD) in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 an einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 in eine TED umgewandelt werden, und ein flachen Grübchen 86, das von der TED stammt, die sich in der Siliziumkarbidschicht 20 erstreckt, kann an der zweiten Hauptfläche 30 freiliegen. Ein flaches Grübchen 86, das von einer TED stammt, die sich in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 erstreckt, kann an der zweiten Hauptfläche freiliegen. Jedes flache Grübchen 86 ist ein mikroskopischer Defekt in der Form einer Nut. Es wird in Betracht gezogen, dass die flachen Grübchen 86 von Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und gemischten durch Stufungsversetzungen in der Siliziumkarbidschicht 20 stammen. In der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung wird gemischte Durchstoßungsversetzung mit einer Schraubenversetzungskomponente auch als eine Schraubenversetzung angenommen.
  • Wie in 5 gezeigt, beträgt die Höchsttiefe 116 des tiefen Grübchens 87 von dem mittleren Bereich 53 mehr als oder gleich 8 nm. In dem mittleren Bereich 53 beträgt die Flächendichte der tiefen Grübchen 87 beispielsweise weniger als oder gleich 100 cm-2. Eine geringere Flächendichte der tiefen Grübchen 87 wird bevorzugt. Die Flächendichte der tiefen Grübchen 87 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 10 cm-2, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 1 cm-2. Die Höchsttiefe des tiefen Grübchens 87 von dem mittleren Bereich 53 kann größer als oder gleich 20 nm betragen. Mit anderen Worten beträgt die Flächendichte der tiefen Grübchen 87, die von den Schraubenversetzungen 23 stammen und jeweils eine Höchsttiefe von mehr als oder gleich 20 nm von dem mittleren Bereich 53, beispielsweise weniger als oder gleich 100 cm-2, vorzugsweise weniger als oder gleich 10 cm-2 und noch bevorzugter weniger als oder gleich 1 cm-2.
  • Wie in 6 gezeigt, kann bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 die planare Form eines jeden tiefen Grübchens 87 kreisförmig sein. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 kann die planare Form des tiefen Grübchens 87 dreieckförmig sein, wie in 7 gezeigt, oder stabförmig sein, wie in 8 gezeigt.
  • Wie in 8 gezeigt, kann bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu dem mittleren Bereich 53 die planare Form eines stabförmigen tiefen Grübchens 87 umfassen: eine erste Seite 61, die sich in der ersten Richtung 101 erstreckt; und eine zweite Seite 62, die sich in der zweiten Richtung 102 erstreckt, die senkrecht zur ersten Richtung 101 verläuft. Die Breite 117 der ersten Seite 61 ist zweimal so groß oder größer wie die Breite 118 der zweiten Seite 62. Die Breite 117 der ersten Seite 61 kann fünfmal so groß oder größer wie die Breite 118 der zweiten Seite 62 sein. Die Breite 117 der ersten Seite 61 kann beispielsweise größer als oder gleich 5 µm oder größer als oder gleich 25 µm sein. Die Breite 117 der ersten Seite 61 kann beispielsweise kleiner als oder gleich 50 µm oder kleiner als oder gleich 35 µm sein. Die Breite 118 der zweiten Seite 62 kann beispielsweise größer als oder gleich 1 µm oder größer als oder gleich 2 µm sein. Die Breite 118 der zweiten Seite 62 kann beispielsweise kleiner als oder gleich 5 µm oder kleiner als oder gleich 4 µm sein.
  • Unter Verwendung eines Ätzgrübchenverfahrens kann überprüft werden, ob ein Grübchen beispielsweise von einer Schraubenversetzung stammt oder nicht. Gemäß dem Ätzgrübchenverfahren kann ein Grübchen, das von einer Schraubenversetzung stammt, beispielsweise wie folgt unterschieden werden. Die hierin beschriebenen Ätzbedingungen dienen lediglich der Veranschaulichung und können beispielsweise in Abhängigkeit von der Dicke der Epitaxieschicht, der Dotierstoffkonzentration und dergleichen geändert werden. Die nachfolgend beschriebenen Bedingungen werden für einen Fall angenommen, bei dem die Dicke der Epitaxieschicht etwa 10 µm bis 50 µm beträgt.
  • Zum Ätzen wird beispielsweise geschmolzenes Kaliumhydroxid (KOH) verwendet. Die Temperatur des geschmolzenen KOH wird auf etwa 500 bis 550° C eingestellt. Die Ätzzeit wird auf etwa 5 bis 10 Minuten eingestellt. Nach dem Ätzen wird die zweite Hauptfläche 30 unter Verwendung eines Nomarski-Differentialinterferenzmikroskops untersucht. Ein Grübchen, das von einer Schraubenversetzung stammt, bildet ein Ätzgrübchen, das größer ist als ein Grübchen, das von einer Stufenversetzung stammt. Das Ätzgrübchen, das von der Schraubenversetzung stammt, weist eine hexagonale ebene Form auf, und die Länge einer diagonalen Linie des Sechsecks beträgt zum Beispiel typischerweise etwa 30 bis 50 µm. Das Ätzgrübchen, das von der Stufenversetzung stammt, weist eine hexagonale ebene Form auf und ist kleiner als beispielsweise das Ätzgrübchen, das von der Schraubenversetzung stammt. In dem Ätzgrübchen, das von der Stufenversetzung stammt, beträgt eine Länge einer diagonalen Linie des Sechsecks typischerweise etwa 15 bis 20 µm.
  • Die Höchsttiefe des Grübchens der zweiten Hauptfläche 30 kann unter Verwendung eines AFM gemessen werden. Das hierin verwendete AFM kann beispielsweise „Dimension 3000“ von Veeco sein. Für einen Cantilever des AFM ist der Modelltyp „NCHV-10V“ von Bruker oder dergleichen geeignet. Die Bedingungen des AFM können wie folgt festgelegt werden. Der Messmodus wird auf einen Abtastmodus eingestellt. Ein Messbereich in dem Abtastmodus wird als ein 5-µm-Quadrat festgelegt. Zum Abtasten in dem Abtastmodus wird eine Abtastgeschwindigkeit in dem Messbereich auf 5 Sekunden pro Zyklus festgelegt, die Anzahl von Scanzeilen auf 512 festgelegt und die Messpunkte pro Scanzeile auf 512 festgelegt. Eine Steuerverschiebung für den Cantilever wird auf 15,50 nm eingestellt.
  • Die Form eines jeden Grübchens kann bestimmt werden, indem die zweite Hauptfläche 30 unter Verwendung einer Defektüberprüfungsvorrichtung untersucht wird, die ein konfokales Differentialinterferenzmikroskop umfasst. Beispiele der Defektüberprüfungsvorrichtung, die das konfokale Differentialinterferenzmikroskop umfasst, umfassen die zuvor beschriebene WASAVI-Serie „SICA 6X“ von Lasertec oder dergleichen. Die Vergrößerung einer Objektivlinse davon kann x10 sein. Ein Schwellenwert der Erfassungsempfindlichkeit der Defektüberprüfungsvorrichtung wird unter Verwendung einer Standardprobe bestimmt. Dementsprechend wird unter Verwendung der Defektüberprüfungsvorrichtung die Form eines Grübchens, das in einer Zielprobe ausgebildet ist, quantitativ ausgewertet.
  • Die Flächendichte der Grübchen mit jeweils einer Höchsttiefe von mehr als oder gleich 8 nm von der zweiten Hauptfläche 30 wird unter Verwendung von sowohl der AFM-Messung als auch der Defektüberprüfungsvorrichtung gemessen. Die Tiefendaten in der AFM-Messung werden einem Grübchen-Bild bei der konfokalen Mikroskopmessung zugeordnet, wodurch die Form eines Grübchens definiert wird, das eine Höchsttiefe von mehr als oder gleich 8 nm aufweist. Der mittlere Bereich 53 wird vollständig analysiert, um die Grübchen zu erfassen, die der Definition genügen. Durch Dividieren der Anzahl der erfassten Grübchen durch den Messbereich kann die Flächendichte der Grübchen berechnet werden.
  • (Trapezförmige Defekte)
  • Wie in 9 gezeigt, können sich in dem mittleren Bereich 53 trapezförmige Defekte 70 befinden, die jeweils eine trapezförmige Vertiefung sind; jedoch werden weniger trapezförmige Defekte 70 bevorzugt. In dem mittleren Bereich 53 beträgt die Flächendichte der trapezförmigen Defekte 70 beispielsweise weniger als oder gleich 10 cm-2. Es wird eine geringere Defektdichte der trapezförmigen Defekte bevorzugt. Die Defektdichte der trapezförmigen Defekte beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 5 cm-2, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 1 cm-2.
  • Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu dem mittleren Bereich 53 umfasst jeder der trapezförmigen Defekte 70 einen oberen Basisabschnitt 72 und einen unteren Basisabschnitt 74, die jeweils die <11-20>-Richtung schneiden. Die Breite 150 des oberen Basisabschnitts 72 beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 0,1 µm und weniger als oder gleich 100 µm. Die Breite 152 des unteren Basisabschnitts 74 beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 50 µm und weniger als oder gleich 5000 µm. Ein Abstand 151 zwischen dem oberen Basisabschnitt 72 und dem unteren Basisabschnitt 74 in der Richtung parallel zu der <11-20>-Richtung kann kürzer als der obere Basisabschnitt 72 sein. Der obere Basisabschnitt 72 kann einen Vorsprung 73 aufweisen. Der untere Basisabschnitt 74 kann mehrere Stufenbündel 75 aufweisen.
  • 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie X-X in 9. Wie in 10 gezeigt, kann der obere Basisabschnitt 72 einen Vorsprung 73 (Höcker) aufweisen. Der Vorsprung 73 kann im Wesentlichen in der Mitte des oberen Basisabschnitts 72 angeordnet sein. In dem oberen Basisabschnitt 72 kann der Vorsprung 73 von der zweiten Hauptfläche 30 im Wesentlichen in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 vorstehen. Eine Höhe 119 des Vorsprungs 73 beträgt etwa mehr als oder gleich 5 nm und weniger als oder gleich 20 nm. Eine Höhe 153 des Vorsprungs 73 kann beispielsweise durch ein Weißlicht-Interferometriemikroskop („BW-D507“ von NIKON) gemessen werden. Für eine Lichtquelle des Weißlicht-Interferometriemikroskops kann eine Quecksilberlampe verwendet werden. Ein Beobachtungsfeld kann 250 µm × 250 µm groß sein.
  • 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie XI-XI der 9. In einem Abschnitt innerhalb des trapezförmigen Defekts 70, das heißt, ein Abschnitt zwischen dem oberen Basisabschnitt 72 und dem unteren Basisabschnitt 74, ist eine Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20 geringfügig in Richtung der Seite des Einkristallsubstrats 10 vertieft.
  • Mit anderen Worten umfasst der trapezförmige Defekt 70 eine Vertiefung, die in der zweiten Hauptfläche 30 vorgesehen ist. Der trapezförmige Defekt 70 kann an einer Grenzfläche zwischen dem Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 einen Ursprung 71 aufweisen. Wie in 10 gezeigt, kann eine Versetzung, die sich vom Ursprung 71 ausbreitet, mit dem zuvor beschriebenen Vorsprung 73 verbunden sein.
  • 12 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs XII der 9. Wie in 12 gezeigt, kann der untere Basisabschnitt 74 mehrere Stufenbündel 75 umfassen. Der Begriff „Stufenbündel“ betrifft einen Liniendefekt, der ein Bündel von mehreren atomaren Stufen aufweist, um eine Stufe von größer als oder gleich 1 nm zu bilden. Die Größe der Stufe in dem Stufenbündel beträgt beispielsweise etwa 1 bis 5 nm. Die Größe der Stufe in dem Stufenbündel kann beispielsweise mit einem AFM gemessen werden. Die Anzahl der Stufenbündel 75, die sich in dem unteren Basisabschnitt 74 befinden, kann beispielsweise etwa 2 bis 100 oder 2 bis 50 sein.
  • Jeder der trapezförmigen Defekte in der zweiten Hauptfläche 30 kann unter Verwendung eines optischen Nomarski-Mikroskops untersucht werden (beispielsweise der Produktname „MX-51“ von Olympus). Beispielsweise kann durch vollständiges Analysieren des mittleren Bereichs 53 bei einer Vergrößerung von x50 bis x400 und durch Dividieren der Anzahl der erfassten Defekte durch die Fläche des mittleren Bereichs 53 die Defektdichte der trapezförmigen Defekte 70 berechnet werden.
  • (Basalebenenversetzungen)
  • Wie in 13 gezeigt, können sich Basalebenenversetzungen 24 in dem mittleren Bereich 53 befinden; jedoch werden weniger Basalebenenversetzungen 24 bevorzugt. Jede der Basalebenenversetzungen 24 ist eine Versetzung, die sich in der (0001)-Ebene erstreckt. Die Basalebenenversetzung 24 kann ein Ende, das an der dritten Hauptfläche 13 freiliegt, und ein anderes Ende, das an der zweiten Hauptfläche 30 freiliegt, aufweisen. In dem mittleren Bereich 53 ist beträgt die Flächendichte der Basalebenenversetzungen 24 beispielsweise weniger als oder gleich 10 cm-2. In dem mittleren Bereich 53 beträgt die Flächendichte der Basalebenenversetzungen 24 vorzugsweise weniger als oder gleich 1 cm-2 und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,1 cm-2.
  • (Schraubenversetzungen und Stufenversetzungen)
  • Es können sich Schraubenversetzungen im mittleren Bereich 53 befinden; jedoch werden weniger Schraubenversetzungen bevorzugt. Die Flächendichte der Schraubenversetzungen im mittleren Bereich 53 beträgt beispielsweise weniger als oder gleich 1000 cm-2. Die Flächendichte der Schraubenversetzungen im mittleren Bereich 53 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 500 cm-2 und noch bevorzugter weniger als oder gleich 100 cm-2. In ähnlicher Weise können sich die Stufenversetzungen im mittleren Bereich 53 befinden; jedoch werden weniger Stufenversetzungen bevorzugt. Die Flächendichte der Stufenversetzungen im mittleren Bereich 53 beträgt beispielsweise weniger als oder gleich 5000 cm-2. Die Flächendichte der Stufenversetzungen im mittleren Bereich 53 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 3000 cm-2 und noch bevorzugter weniger als oder gleich 1000 cm-2.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Messung der Flächendichten der Basalebenenversetzungen, Schraubenversetzungen und der Stufenversetzungen beschrieben.
  • Die Flächendichten der zuvor beschriebenen Versetzungen können beispielsweise unter Verwendung des Ätzgrübchenverfahrens überprüft werden. Zum Ätzen wird beispielsweise geschmolzenes Kaliumhydroxid (KOH) verwendet. Die Temperatur des geschmolzenen KOH wird auf etwa 500 bis 550° C eingestellt. Die Ätzzeit wird auf ungefähr 5 bis 10 Minuten eingestellt. Nach dem Ätzen wird die zweite Hauptfläche 30 unter Verwendung eines Nomarski-Differentialinterferenzmikroskops untersucht. Der Messbereich 25 kann ein quadratischer Bereich von 0,3 mm × 0,3 mm sein. Beispielsweise werden die zuvor beschriebenen Versetzungen in den nachfolgenden Bereichen gemessen: die quadratischen Bereiche mit Punkten, die von dem Mittelpunkt O um ±60 mm auf der ersten geraden Linie 8 beabstandet sind; die quadratischen Bereiche mit den Punkten, die von dem Mittelpunkt O um ±60 mm auf der zweiten geraden Linie 7 beabstandet sind; und der quadratische Bereich, der den Mittelpunkt O umfasst (das heißt, insgesamt fünf Messbereiche, die in 23 schraffiert dargestellt sind). Es sollte beachtet werden, dass die Basalebenenversetzung durch das PL (Photolumineszenz) Bildgebungsverfahren gemessen werden kann. Bei dem PL-Bildgebungsverfahren beträgt die Fläche des Messbereichs beispielsweise 6 mm × 6 mm.
  • (Halbschleifen-Versetzungsarrays, die entlang einer geraden Linie senkrecht zu einer Versetzungsrichtung angeordnet sind)
  • Wie in 14 und 16 gezeigt, können sich in dem mittleren Bereich 53 erste Versetzungsarrays 2 von ersten Halbschleifen 1, die entlang geraden Linien senkrecht zu der Versetzungsrichtung angeordnet sein, befinden; jedoch werden weniger erste Versetzungsarrays 2 bevorzugt. Jedes der ersten Versetzungsarrays 2 ist aus mehreren ersten Halbschleifen 1 gebildet. Wenn die Versetzungsrichtung die erste Richtung 101 ist, ist die Richtung senkrecht zu der Versetzungsrichtung die zweite Richtung 102. Jede der ersten Halbschleifen 1 umfasst ein Paar Stufenversetzungen, die an der zweiten Hauptfläche 30 freiliegen (siehe 15). Die Flächendichte der ersten Versetzungsarrays 2 in dem mittleren Bereich 53 beträgt weniger als oder gleich 10 cm-2. Die Flächendichte der ersten Versetzungsarrays 2 in dem mittleren Bereich 53 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 5 cm-2 und noch bevorzugter weniger als oder gleich 1 cm-2.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Messung der Flächendichte der Versetzungsarrays beschrieben.
  • Zuerst wird der mittlere Bereich 53 durch geschmolzenes KOH (Kaliumhydroxid) geätzt, um dadurch Ätzgrübchen in dem mittleren Bereich 53 zu bilden. Die Temperatur der geschmolzenen KOH beträgt beispielsweise 515° C. Eine Ätzzeit durch das geschmolzene KOH beträgt beispielsweise 8 Minuten. Als nächstes wird ein in dem mittleren Bereich 53 ausgebildetes Ätzgrübchen unter Verwendung eines optischen Mikroskops untersucht. Der mittlere Bereich 53 wird in quadratische Bereiche mit beispielsweise jeweils einer Größe von 1 cm × 1 cm in Form eines Gitters unterteilt. Die Flächendichten der Versetzungsarrays werden in allen quadratischen Bereichen gemessen. Die Bezeichnung „die Flächendichte der ersten Versetzungsarrays 2 in dem mittleren Bereich 53 beträgt weniger als oder gleich 10 cm-2“ bedeutet, dass die Flächendichte der ersten Versetzungsarrays 2 in jedem der quadratischen Bereiche weniger als oder gleich 10 cm-2 beträgt. Es sollte beachtet werden, dass die Umgebung des Außenumfangs des mittleren Bereichs 53 abgerundet ist und daher nicht in einen quadratischen Bereich unterteilt werden kann. Bei der Berechnung der Flächendichte der Versetzungsarrays wird die Flächendichte in einem solchen Bereich, der nicht in einen quadratischen Bereich unterteilt werden kann, nicht berücksichtigt.
  • Wie in 16 gezeigt, weist jede der Halbschleifen 1 im Wesentlichen eine U-Form auf. Ein gekrümmter Abschnitt der ersten Halbschleife 1 ist in der Siliziumkarbidschicht 20 ausgebildet. Endabschnitte 3 des Paares von Stufenversetzungen liegen an der zweiten Hauptfläche 30 frei. Der gekrümmte Abschnitt der ersten Halbschleife 1 kann eine andere Versetzung als die Kantenversetzung sein. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 umfasst Basalebenenversetzungen 34. Jede der Basalebenenversetzungen 34 ist aus einem ersten Abschnitt 31, einem zweiten Abschnitt 32 und einem dritten Abschnitt 33 gebildet. Der erste Abschnitt 31 ist eine Basalebenenversetzung in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10. Der zweite Abschnitt 32 ist eine Grenzflächenversetzung an einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20. Der dritte Abschnitt 33 ist eine Basalebenenversetzung in der Siliziumkarbidschicht 20. Der erste Abschnitt 31 ist mit dem zweiten Abschnitt 32 verbunden. Der zweite Abschnitt 32 ist mit dem dritten Abschnitt 33 verbunden. Der erste Abschnitt 31 liegt an der dritten Hauptfläche 13 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 frei. Der dritte Abschnitt 33 liegt an der zweiten Hauptfläche 30 der Siliziumkarbidschicht 20 frei. Mit anderen Worten, liegt ein Abschnitt 35 der Basalebenenversetzung 34 an der zweiten Hauptfläche 30 frei, und der andere Endabschnitt liegt an der dritten Hauptfläche 13 frei.
  • Wie in 16 gezeigt, kann das erste Versetzungsarray 2 zwischen dem einem Endabschnitt 35 der Basalebenenversetzung 34 und einem Punkt 36 angeordnet sein, an dem eine imaginäre Linie 37 an der zweiten Hauptfläche 30 freiliegt. Die imaginäre Linie 37 wird erhalten, indem der erste Abschnitt 31 zur Seite der Siliziumkarbidschicht 20 entlang der Ausdehnungsrichtung des ersten Abschnitts 31 verlängert wird. Mit anderen Worten kann jede der mehreren ersten Halbschleifen 1, die in dem ersten Versetzungsarray 2 enthalten sind, zwischen dem Punkt 36 und dem Endabschnitt 35 angeordnet sein. Das heißt, bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 kann das erste Versetzungsarray 2 zwischen der imaginären Linie 37 und dem dritten Abschnitt 33 angeordnet sein.
  • Wie in 17 gezeigt, beträgt in der zweiten Richtung 102 eine Länge 123 des ersten Versetzungsarrays 2 beispielsweise mehr als oder gleich 0,1 mm und weniger als oder gleich 50 mm. In der ersten Richtung 101 beträgt beispielsweise ein Abstand 122 zwischen dem einen Endabschnitt 3 und dem anderen Endabschnitt 3 mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 10 µm. In der zweiten Richtung 102 beträgt beispielsweise ein Abstand 121 zwischen zwei benachbarten ersten Halbschleifen 1 mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 100 µm. Der Abstand 121 kann länger als der Abstand 122 sein. Die zwei Endabschnitte 3 können in der ersten Richtung 101 angeordnet sein. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Halbschleifen kann gleich oder unterschiedlich sein. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 überlappt jede der mehreren ersten Halbschleifen 1 die gerade Linie parallel zu der zweiten Richtung 102. Eine Längsrichtung des ersten Versetzungsarrays 2 ist die zweite Richtung 102. Die Längsrichtung des ersten Versetzungsarrays 2 kann parallel zu der Erstreckungsrichtung der Grenzflächenversetzung sein.
  • Wie in 18 gezeigt, können in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 die Tiefen der mehreren ersten Halbschleifen 1 im Wesentlichen gleich sein. Die Tiefe einer jeden ersten Halbschleife 1 ist die Länge der Halbschleife in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30. Die Tiefe der ersten Halbschleife 1 kann kleiner als die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 sein. Die erste Halbschleife 1 kann von dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 getrennt sein.
  • (Halbschleifen-Versetzungsarrays, die entlang einer geraden Linie angeordnet sind, die bezogen auf die Versetzungsrichtung geneigt ist)
  • Wie in 14 und 19 gezeigt, können zweite Versetzungsarrays 5 von zweiten Halbschleifen 4, die entlang gerader Linien angeordnet sind, die bezogen auf die Versetzungsrichtung geneigt sind; vorhanden sein; jedoch werden weniger zweite Versetzungsarrays 5 bevorzugt. Jedes der zweiten Versetzungsarrays 5 ist aus mehreren zweiten Halbschleifen 4 gebildet. Die zweiten Halbschleifen 4 sind entlang einer dritten Richtung 103 parallel zu der geraden Linie, die bezogen auf sowohl die erste Richtung 101 als auch die zweite Richtung 102 geneigt ist, angeordnet. Jede der zweiten Halbschleifen 4 umfasst ein Paar von Kantenversetzungen, die an der zweiten Hauptfläche 30 freiliegen. In dem mittleren Bereich 53 kann die Flächendichte der ersten Versetzungsarrays 2 geringer als die Flächendichte der zweiten Versetzungsarrays 5 sein. Die Flächendichte der zweiten Versetzungsarrays 5 in dem mittleren Bereich 53 kann höher als 10 cm-2 sein. Es kann eine Vielzahl von ersten Versetzungsarrays 2 in der Nähe des Außenumfangsbereichs 52 vorhanden sein, während eine Vielzahl von zweiten Versetzungsarrays 5 in der Nähe der Mitte des mittleren Bereichs 53 vorhanden sein können.
  • Wie in 19 gezeigt, weist jede der zweiten Halbschleifen 4 im Wesentlichen eine U-Form auf. Ein gekrümmter Abschnitt der zweiten Halbschleife 4 ist in der Siliziumkarbidschicht 20 ausgebildet. Endabschnitte 6 des Paares von Stufenversetzungen liegen an der zweiten Hauptfläche 30 frei. Der gekrümmte Abschnitt der zweiten Halbschleife 4 kann eine andere Versetzung als die Stufenversetzung sein. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 umfasst Basalebenenversetzungen 44. Jede der Basalebenenversetzungen 44 ist aus einem vierten Abschnitt 41, einem fünften Abschnitt 42 und einem sechsten Abschnitt 43 gebildet. Der vierte Abschnitt 41 ist eine Basalebenenversetzung in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10. Der fünfte Abschnitt 42 ist eine Grenzflächenversetzung an einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20. Der sechste Abschnitt 43 ist eine Basalebenenversetzung in der Siliziumkarbidschicht 20. Der vierte Abschnitt 41 ist mit dem fünften Abschnitt 42 verbunden. Der fünfte Abschnitt 42 ist mit dem sechsten Abschnitt 43 verbunden. Der vierte Abschnitt 41 liegt an der dritten Hauptfläche 13 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 frei. Der sechste Abschnitt 43 liegt an der zweiten Hauptfläche 30 der Siliziumkarbidschicht 20 frei. Mit anderen Worten liegt ein Endabschnitt 45 der Basalebenenversetzung 44 an der zweiten Hauptfläche 30 frei, und der andere Endabschnitt liegt an der dritten Hauptfläche 13 frei. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 kann das zweite Versetzungsarray 5 zwischen einer imaginären Linie 47 und dem sechsten Abschnitt 43 angeordnet sein. Die imaginäre Linie 47 wird erhalten, indem der vierte Abschnitt 41 zur Seite der Siliziumkarbidschicht 20 entlang der Erstreckungsrichtung des vierten Abschnitts 41 verlängert wird. Mit anderen Worten kann das zweite Versetzungsarray 5 zwischen dem einem Endabschnitt 45 der Basalebenenversetzung 44 und einem Punkt 46 angeordnet sein, an dem die imaginäre Linie 47 an der zweiten Hauptfläche 30 freiliegt.
  • Wie in 20 gezeigt, beträgt in einer dritten Richtung 103 eine Länge 126 des zweiten Versetzungsarrays 5 beispielsweise mehr als oder gleich 0,1 mm und weniger als oder gleich 50 mm. In der Richtung senkrecht zu der dritten Richtung 103 beträgt beispielsweise ein Abstand 125 zwischen dem einem Endabschnitt 6 und dem anderen Endabschnitt 6 mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 10 µm. In der dritten Richtung 103 beträgt beispielsweise ein Abstand 124 zwischen zwei benachbarten zweiten Halbschleifen 4 mehr als oder gleich 1 µm und weniger als oder gleich 100 µm. Der Abstand 124 kann länger als der Abstand 125 sein. Die zwei Endabschnitte 6 können auf der geraden Linie senkrecht zu der dritten Richtung 103 angeordnet sein. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 überlappt jede der mehreren zweiten Halbschleifen 4 die gerade Linie parallel zur dritten Richtung 103. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten zweiten Halbschleifen kann gleich oder verschieden sein.
  • Wie in 21 gezeigt, können in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 die entsprechenden Tiefen der mehreren zweiten Halbschleifen 4 unterschiedlich zueinander sein. Die Tiefe einer jeden zweiten Halbschleife 4 ist die Länge der Halbschleife in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30. Insbesondere kann die Tiefe der zweiten Halbschleifen 4 in der Versetzungsrichtung abnehmen. Mit anderen Worten ist bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 30 die Tiefe der zweiten Halbschleife 4 in der Nähe des vierten Abschnitts 41 größer als die Tiefe der zweiten Halbschleife 4 in der Nähe des sechsten Abschnitts 43. Jede der Tiefen der zweiten Halbschleifen 4 kann kleiner als die Dicke der Siliziumkarbidschicht 20 sein. Die Halbschleifen 4 können von dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 getrennt sein.
  • (Kontaktwinkel)
  • Wie in 22 gezeigt, wird angenommen, dass Reinwasser 80 auf den mittleren Bereich 53 der zweiten Hauptfläche 30 getropft wird. Ein Kontaktwinkel Φ des Reinwassers 80 wird durch einen Winkel zwischen dem mittleren Bereich 53 und einer Tangentelinie 81 der Oberfläche des Reinwassers 80 an einer Grenzfläche zwischen dem mittleren Bereich 53 und dem Reinwasser 80 dargestellt. Wie in 23 gezeigt, wird in jedem der fünf Messbereiche 25, die schraffiert dargestellt sind, der Kontaktwinkel Φ des Reinwassers 80 gemessen. In den zuvor beschriebenen fünf Messbereichen 25 kann der Durchschnittswert des Kontaktwinkels Φ des Reinwassers 80 weniger als oder gleich 45° sein, und der Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchst- und dem Mindestwert des Kontaktwinkels Φ kann weniger als oder gleich 10° sein. Der Durchschnittswert des Kontaktwinkels Φ beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 30°, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 15°. Der Absolutwert der Differenz zwischen dem Höchst- und Mindestwert des Kontaktwinkels Φ beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 5° und noch bevorzugter weniger als oder gleich 3°. Der Kontaktwinkel kann beispielsweise wie folgt gemessen werden. 0,2 ml von Reinwasser wird auf die zweite Hauptfläche 30 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 getropft, und das getropfte Reinwasser wird in der Richtung parallel zur zweiten Hauptfläche 30 fotografiert. In Übereinstimmung mit der Aufnahme wird der Kontaktwinkel durch den Wert eines gemessenen Winkels zwischen der zweiten Hauptfläche 30 und einer Grenzfläche zwischen dem Reinwasser und der Atmosphäre dargestellt.
  • Insbesondere kann der Durchschnittswert des Kontaktwinkels Φ kleiner als oder gleich 45° sein, und der Absolutwert der Differenz zwischen dem höchsten und dem Mindestwert des Kontaktwinkels Φ kann kleiner als oder gleich 5° sein. Der Durchschnittswert des Kontaktwinkels Φ kann kleiner als oder gleich 30° sein, und der Absolutwert der Differenz zwischen dem Höchst- und dem Mindestwert des Kontaktwinkels Φ kann kleiner als oder gleich 5° sein. Der Durchschnittswert des Kontaktwinkels Φ kann kann/können als oder gleich 15° sein, und der Absolutwert der Differenz zwischen dem Höchst- und Mindestwert des Kontaktwinkels Φ kann kleiner als oder gleich 3° sein. Mit zunehmender Hydrophilie wird der Kontaktwinkel kleiner. Mit einem kleinen Kontaktwinkel können Teilchen auf der zweiten Hauptfläche bei der Reinigung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats effektiver entfernt werden.
  • (Verwerfung und Wölbung)
  • Im Nachfolgenden wird eine Verwerfung und eine Wölbung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 beschrieben. Zunächst wird, wie in 24 gezeigt, eine Dreipunkt-Bezugsebene 94 der zweiten Hauptfläche 30 bestimmt. Die Dreipunkt-Bezugsebene 94 ist eine imaginäre Ebene, die drei Punkte (eine erste Position 95, eine zweite Position 96 und eine dritte Position 97) auf der zweiten Hauptfläche 30 umfasst. Ein Dreieck, das durch Verbinden der ersten Position 95, der zweiten Position 96 und der dritten Position 97 erhalten wird, ist ein regelmäßiges Dreieck, das den Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 darin aufweist. Die Verwerfung und die Wölbung kann beispielsweise mit dem Flatmaster von Tropel gemessen werden.
  • Wie in 25 und 26 gezeigt, wird in der Richtung senkrecht zu der Dreipunkt-Bezugsebene 94 die Verwerfung insgesamt durch einen Abstand 154 zwischen der höchsten Position 92 der zweiten Hauptfläche 30 und der Dreipunkt-Bezugsebene 94 aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94, und ein Abstand 155 zwischen der niedrigsten Position 93 der zweiten Hauptfläche 30 und der Dreipunkt-Bezugsebene 94 aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94 dargestellt. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist beispielsweise eine Verwerfung von mehr als oder gleich 0 µm und weniger als oder gleich 30 µm auf. Die Verwerfung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 25 µm und noch bevorzugter weniger als oder gleich 20 µm. Es sollte beachtet werden, dass die Dicke des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 weniger als oder gleich 600 µm beträgt.
  • Wie in 25 und 26 gezeigt, wird in der Richtung senkrecht zu der Dreipunkt-Bezugsebene 94 die Wölbung durch einen Abstand zwischen der mittleren Position 91 der zweiten Hauptfläche 30 und der Dreipunkt-Bezugsebene 94 dargestellt. Wie in 25 gezeigt, gibt die Wölbung einen negativen Wert an, wenn die mittlere Position 91 der zweiten Hauptfläche 30 niedriger als die Dreipunkt-Bezugsebene 94 ist. Andererseits gibt, wie in 26 gezeigt, die Wölbung einen positiven Wert an, wenn die mittlere Position 81 der zweiten Hauptfläche 30 höher als die Dreipunkt-Bezugsebene 94 ist. Der Absolutwert der Wölbung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise kleiner als oder gleich 20 µm. Der Absolutwert der Wölbung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 beträgt vorzugsweise weniger als oder gleich 18 µm, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 15 µm.
  • Wie in 25 gezeigt, liegt bei einer negativen Wölbung in der Richtung senkrecht zu der Dreipunkt-Bezugsebene 94 eine Position PL mit einer Mindesthöhe aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94 in einem Bereich, von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu zwei Drittel des Radius R der zweiten Hauptfläche 30. Die Position PL mit der Mindesthöhe aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94 liegt vorzugsweise in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis 1/2 des Radius R der zweiten Hauptfläche 30. Die Position PL mit der Mindesthöhe aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94 liegt noch bevorzugter in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu 1/3 des Radius R der zweiten Hauptfläche 30. In ähnlicher Weise liegt in der Richtung senkrecht zu der Dreipunkt-Bezugsebene 94 eine Position PH mit der Höchsthöhe aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94 in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu zwei Drittel des Radius R der zweiten Hauptfläche 30, vorzugsweise in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu 1/2 des Radius R der zweiten Hauptfläche 30, und noch bevorzugter in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu 1/3 des Radius R der zweiten Hauptfläche 30.
  • Wie in 26 gezeigt, liegt bei der positiven Wölbung in der Richtung senkrecht zu der Dreipunkt-Bezugsebene 94 der zweiten Hauptfläche 30 die Position PH mit der Höchsthöhe aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94 in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu zwei Drittel des Radius R der zweiten Hauptfläche 30. Die Position PH mit der Höchsthöhe aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94 liegt vorzugsweise in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu 1/2 des Radius R der zweiten Hauptfläche 30, und noch bevorzugter in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu 1/3 des Radius R der zweiten Hauptfläche 30. In ähnlicher Weise liegt in der Richtung senkrecht zu der Dreipunkt-Bezugsebene 94 die Position PL mit der Mindesthöhe aus Sicht der Dreipunkt-Bezugsebene 94 in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu zwei Drittel des Radius R der zweiten Hauptfläche 30, vorzugsweise in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu 1/2 des Radius R der zweiten Hauptfläche 30, und noch bevorzugter in einem Bereich von dem Mittelpunkt O der zweiten Hauptfläche 30 bis zu 1/3 des Radius R der zweiten Hauptfläche 30.
  • (Herstellungsvorrichtung für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat)
  • Im Nachfolgenden wird eine Konfiguration einer Herstellungsvorrichtung 200 für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Wie in 27 gezeigt, ist die Herstellungsvorrichtung 200 eine laterale CVD-Vorrichtung (chemische Dampfabscheidungsvorrichtung), die beispielsweise ein Heißwandverfahren verwendet. Die Herstellungsvorrichtung 200 umfasst hauptsächlich eine Reaktionskammer 201, eine Gaszuführvorrichtung 235, eine Steuerung 245, ein Heizelement 203, ein Quarzrohr 204, einen Wärmeisolator 205 und eine Induktionsheizspule 206.
  • Das Heizelement 203 hat eine rohrförmige Form, und eine Reaktionskammer 201 ist darin ausgebildet. Das Heizelement 203 ist beispielsweise aus Graphit gebildet. Der Wärmeisolator 205 umgibt den Außenumfang des Heizelements 203. Der Wärmeisolator 205 ist innerhalb der Quarzröhre 204 in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Quarzröhre 204 vorgesehen. Beispielsweise ist die Induktionsheizspule 206 um die Außenumfangsfläche der Quarzröhre 204 gewickelt. Die Induktionsheizspule 206 ist ausgebildet, um Wechselstrom unter Verwendung einer externen Stromversorgung (nicht dargestellt) zuzuführen. Auf diese Weise wird das Heizelement 203 induktiv erwärmt. Folglich wird die Reaktionskammer 201 durch das Heizelement 203 erwärmt.
  • Die Reaktionskammer 201 ist ein geformter Raum, der von dem Heizelement 203 umgeben ist. In der Reaktionskammer 201 ist ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 angeordnet. Die Reaktionskammer 201 ist ausgebildet, um das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 zu erwärmen. In der Reaktionskammer 201 ist die Suszeptorplatte 210 vorgesehen, um das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 zu halten. Die Suszeptorplatte 210 ist so konfiguriert, dass sie um eine Rotationsachse 212 drehbar ist.
  • Die Herstellungsvorrichtung 200 umfasst ferner einen Gaseinlass 207 und einen Gasauslass 208. Der Gasauslass 208 ist mit einer in den Figuren nicht dargestellten Abgaspumpe verbunden. Pfeile in 27 zeigen den Gasstrom. Das Gas wird von dem Gaseinlass 207 in die Reaktionskammer 201 eingeführt und aus dem Gasauslass 208 abgegeben. Ein Druck in der Reaktionskammer 201 wird durch ein Gleichgewicht zwischen der zugeführten Gasmenge und der abgegebenen Gasmenge eingestellt.
  • Die Herstellungsvorrichtung 200 kann ferner eine Heizvorrichtung 211 aufweisen, die zwischen dem Gaseinlass 207 und dem Heizelement 203 angeordnet ist. Die Heizvorrichtung 211 ist stromaufwärts des Heizelements 203 angeordnet. Das Heizelement 203 kann derart ausgebildet sein, dass es sich beispielsweise auf mehr als oder gleich 1500° C und weniger als oder gleich 1700° C erwärmt.
  • Die Gaszuführvorrichtung 235 ist ausgebildet, um der Reaktionskammer 201 ein Mischgas, das Silan (SiH4)-Gas, Propan (C3H8)-Gas, Ammoniak (NH3)-Gas und Wasserstoff (H2)-Gas enthält, zuzuführen. Insbesondere kann die Gaszuführvorrichtung 235 eine erste Gaszuführvorrichtung 231, eine zweite Gaszuführvorrichtung 232, eine dritte Gaszuführvorrichtung 233 und eine Trägergaszuführvorrichtung 234 umfassen.
  • Die erste Gaszuführvorrichtung 231 ist ausgebildet, um ein erstes Gas, das Kohlenstoffatome aufweist, zuzuführen. Die erste Gaszuführvorrichtung 231 ist beispielsweise ein Gasbehälter, in den das erste Gas eingeleitet wird. Das erste Gas ist beispielsweise Propangas. Beispiele des ersten Gases können Methan (CH4)-Gas, Ethan (C2H6)-Gas, Acetylen (C2H2)-Gas und dergleichen umfassen.
  • Die zweite Gaszuführvorrichtung 232 ist ausgebildet, um ein zweites Gas, das Siliziumatome enthält, zuzuführen. Die zweite Gaszuführvorrichtung 232 ist beispielsweise ein Gasbehälter, in den das zweite Gas eingeleitet wird. Das zweite Gas ist beispielsweise Silangas. Das zweite Gas kann ein Mischgas aus Silangas und einem anderen Gas als Silangas sein.
  • Die dritte Gaszuführvorrichtung 233 ist ausgebildet, um ein drittes Gas, das Ammoniakgas umfasst, zuzuführen. Die dritte Gaszuführvorrichtung 233 ist beispielsweise ein Gasbehälter, in den das dritte Gas eingeführt wird. Das dritte Gas ist beispielsweise Ammoniakgas. Das Ammoniakgas wird im Vergleich zu Stickstoffgas mit einer Dreifachbindung mit größerer Wahrscheinlichkeit thermisch zersetzt. Unter Verwendung des Ammoniakgases kann eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene erwartet werden. Das Ammoniakgas wird beispielsweise mit Wasserstoffgas verdünnt. In diesem Fall umfasst das dritte Gas Ammoniakgas und Wasserstoffgas. Die Konzentration des Ammoniakgases beträgt etwa mehr als oder gleich 0,01% (100 ppm) und weniger als oder gleich 10% in Bezug auf das Wasserstoffgas.
  • Der Trägergaszuführvorrichtung 234 ist ausgebildet, um Trägergas, wie beispielsweise Wasserstoff, zuzuführen. Der Trägergaszuführvorrichtung 234 ist beispielsweise ein Gasbehälter, in dem sich Wasserstoff befindet.
  • Die Steuerung 245 ist ausgebildet, um die Strömungsrate des Mischgases, das von der Gaszuführvorrichtung 235 der Reaktionskammer 201 zugeführt wird, zu steuern. Insbesondere kann die Steuerung 245 einen ersten Gasdurchsatzregler 241, einen zweiten Gasdurchsatzregler 242, einen dritten Gasdurchsatzregler 243 und einen Trägergasdurchsatzregler 244 umfassen. Jede Steuerung ist beispielsweise eine MFC (Massenstromsteuerung). Die Steuerung 245 ist zwischen dem Gaszuführvorrichtung 235 und dem Gaseinlass 207 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Steuerung 245 in einem Strömungspfad angeordnet, der die Gaszuführvorrichtung 235 und den Gaseinlass 207 verbindet.
  • Die Reaktionskammer 201 umfasst: einen ersten Heizbereich 213, der das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 umgibt; und einen zweiten Heizbereich 214, der stromaufwärts des ersten Heizbereichs 213 angeordnet ist. Wie in 27 gezeigt, ist in der Strömungsrichtung (Axialrichtung der Reaktionskammer 201) des Mischgases der zweite Heizbereich 214 ein Bereich, der sich von einer stromaufwärts gelegenen Grenze zwischen dem Wärmeisolator 205 und dem Heizelement 203 zu dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt eines Bereichs erstreckt, in dem das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 angeordnet ist. Ein Grenzabschnitt zwischen dem zweiten Heizbereich 214 und dem ersten Heizbereich 213 kann die stromaufwärts gelegene Seitenfläche der Vertiefung sein, die in der Suszeptorplatte 210 vorgesehen ist. Der stromabwärts gelegene Endabschnitt des ersten Heizbereichs 213 kann eine stromabwärts gelegene Grenze zwischen dem Wärmeisolator 205 und dem Heizelement 203 sein.
  • In der axialen Richtung der Reaktionskammer 201 kann die Wicklungsdichte der Induktionsheizspule 206 geändert werden. Der Begriff "Wicklungsdichte (die Anzahl der Windungen/m) ist die Anzahl der Windungen der Spule pro Längeneinheit in der axialen Richtung der Vorrichtung. Beispielsweise kann zur wirksamen thermischen Zersetzung von Ammoniak auf der stromaufwärts gelegenen Seite die Wicklungsdichte der Induktionsheizspule 206 auf der stromaufwärts gelegenen Seite höher als die Wicklungsdichte der Induktionsheizspule 206 auf der stromabwärts gelegenen Seite in dem zweiten Heizbereich 214 sein.
  • Der zweite Heizbereich 214 ist derart ausgebildet, dass er auf eine Temperatur von mehr als oder gleich der Zersetzungstemperatur von Ammoniak erwärmt wird. Die Zersetzungstemperatur von Ammoniak beträgt beispielsweise 500° C. Die Temperatur des zweiten Heizbereichs 214 kann beispielsweise mit einem Strahlungsthermometer gemessen werden. Die Temperatur eines Abschnitts des Heizelements 203, das den zweiten Heizbereich 214 bildet, beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 1500° C und weniger als oder gleich 1700° C. In der Strömungsrichtung des Mischgases kann eine Länge 222 des zweiten Heizbereichs 214 größer als oder gleich 60 mm, größer als oder gleich 70 mm oder größer als oder gleich 80 mm sein. In der Strömungsrichtung des Mischgases kann eine Länge 221 des ersten Heizbereichs 213 größer als die Länge 222 des zweiten Heizbereichs 214 sein.
  • Wie in 28 gezeigt, kann eine erste MFC 251 und eine zweite MFC 252 zwischen der Reaktionskammer 201 und der dritten Gaszuführvorrichtung 233, die das Ammoniakgas enthält, angeordnet sein. Die Trägergaszuführvorrichtung 234, die das Wasserstoffgas enthält, ist mit einem Rohr 253 verbunden, das eine Verbindung zwischen der ersten MFC 251 und der zweiten MFC 252 herstellt. Wie zuvor beschrieben, ist die Ammoniakgaskonzentration sehr gering und somit ist es wünschenswert, die Ammoniakgaskonzentration sehr genau zu steuern. Gemäß der zuvor beschriebenen Konfiguration kann die Ammoniakgaskonzentration sehr genau gesteuert werden.
  • (Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird beispielsweise ein Sublimationsverfahren verwendet, um einen Siliziumkarbid-Einkristall mit Polytyp 4H herzustellen. Anschließend wird beispielsweise der Siliziumkarbid-Einkristall unter Verwendung einer Drahtsäge geschnitten, um dadurch das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 herzustellen (siehe 29 und 30). Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 weist eine erste Hauptfläche 11 und eine dritte Hauptfläche 13 gegenüber der ersten Hauptfläche 11 auf. Wie in 30 gezeigt, entspricht die erste Hauptfläche 11 einer Ebene, die bezogen auf die (0001)-Ebene in der Versetzungsrichtung geneigt ist.
  • Insbesondere entspricht die erste Hauptfläche 11 einer Ebene, die bezogen auf die (0001)-Ebene um beispielsweise mehr als oder gleich 0,5° und weniger als oder gleich 8° geneigt ist. Der Neigungswinkel (Versetzungswinkel) bezogen auf die (0001)-Ebene kann größer als oder gleich 1° oder größer als oder gleich 2° sein. Der Versetzungswinkel kann kleiner als oder gleich 7° oder kleiner als oder gleich 6° sein. Die Versetzungsrichtung kann die <11-20>-Richtung, die <1-100>-Richtung oder eine Richtung zwischen der <11-20>-Richtung und der <1-100>-Richtung sein.
  • Die Dicke des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 kann beispielsweise 1 mm oder 2 mm betragen. Indem das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 dick geschnitten wird, verbessert sich die Verwerfung und Wölbung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10. Es werden ein MP (mechanischer Polier-) und CMP (chemisch-mechanischer Polier-) Schritt auf der ersten Hauptfläche 11 und der dritten Hauptfläche 13 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 durchgeführt. Auf diese Weise werden die erste Hauptfläche 11 und die dritte Hauptfläche 13 planarisiert. Die Dicke des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 beträgt nach dem MP-Schritt und dem CMP-Schritt beispielsweise 600 µm.
  • Anschließend wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 in die zuvor beschriebene Herstellungsvorrichtung 200 gelegt. Insbesondere wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 auf der Vertiefung der Suszeptorplatte 210 derart angeordnet, dass die erste Hauptfläche 11 von der Suszeptorplatte 210 freiliegt.
  • Wie in 38 gezeigt, stellt ein erster Zeitpunkt (t1) eine Zeit dar, zu der das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 auf der Vertiefung der Suszeptorplatte 210 angeordnet wird. Zum ersten Zeitpunkt (t1) ist die Temperatur in der Reaktionskammer 201 eine erste Temperatur (T1), und der Druck in der Reaktionskammer 201 beispielsweise ein atmosphärischer Druck. Die erste Temperatur (T1) ist beispielsweise eine Zimmertemperatur. Von einem zweiten Zeitpunkt (t2) an, beginnt der Druck in der Reaktionskammer 201 abzunehmen. Zu einem dritten Zeitpunkt (t3) erreicht der Druck in der Reaktionskammer 201 einen ersten Druck (P1). Der erste Druck (P1) beträgt in etwa 1 × 10-6 Pa.
  • Von dem dritten Zeitpunkt (t3) bis zu einem vierten Zeitpunkt (t4) beginnt die Temperatur in der Reaktionskammer 201 zu steigen. In der vorliegenden Erfindung wird während einer Zeitdauer von dem vierten Zeitpunkt (t4) bis zu einem fünften Zeitpunkt (t5) in der Mitte der Temperaturerhöhung die Temperatur in der Reaktionskammer 201 auf einer zweiten Temperatur (T2) gehalten. Die zweite Temperatur (T2) beträgt beispielsweise 1100° C. Die Haltezeit beträgt beispielsweise 10 Minuten. Mit diesem Vorgang wird eine Differenz zwischen der Temperatur der Suszeptorplatte 210 und der Temperatur des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 klein, wodurch erwartet wird, dass die Temperaturverteilung in der Ebene des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gleichförmig wird.
  • Zum fünften Zeitpunkt (t5) wird die Temperatur der Reaktionskammer 201 wieder erhöht. In der vorliegenden Erfindung wird ab dem fünften Zeitpunkt (t5) Wasserstoffgas, das als ein Trägergas dient, in die Reaktionskammer 201 eingebracht. Die Strömungsrate des Wasserstoffgases beträgt beispielsweise etwa 120 slm. Die Einheit „slm“ für die Strömungsrate entspricht „L/min“ in einem Standardzustand (0° C; 101,3 kPa). Mit diesem Vorgang wird erwartet, dass sich die Stickstoffmenge, die in der Reaktionskammer 201 verbleibt, verringert. Ferner wird die erste Hauptfläche 11 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 durch den Wasserstoff geätzt. Durch Einführen des Wasserstoffgases verändert sich der Druck in der Reaktionskammer 201 von dem ersten Druck (P1) auf einen zweiten Druck (P2). Der zweite Druck (P2) beträgt beispielsweise 80 mbar (8 kPa). Nachdem die Temperatur der Reaktionskammer 201 eine dritte Temperatur (T3) erreicht, wird die Temperatur der Reaktionskammer 201 für eine gewisse Zeitdauer auf der dritten Temperatur (T3) gehalten. Die dritte Temperatur (T3) beträgt beispielsweise 1630° C. Die dritte Temperatur (T3) ist eine Wachstumstemperatur, bei der epitaktisches Wachstum ausgeführt wird.
  • Von einem sechsten Zeitpunkt (t6) an, werden Silangas, das als das erste Gas dient, Propangas, das als das zweite Gas dient, und Dotierstoffgas in die Reaktionskammer 201 eingebracht. In der vorliegenden Erfindung wird für das Dotierstoffgas Ammoniakgas verwendet. Durch Verwenden des Ammoniakgases wird eine Verbesserung der Gleichförmigkeit in der Ebene erwartet. Das Ammoniakgas kann vor der Einführung in die Reaktionskammer 201 thermisch zersetzt werden.
  • Während einer Zeitspanne zwischen dem sechsten Zeitpunkt (t6) und einem siebten Zeitpunkt (t7) wird eine Pufferschicht 27 durch epitaktisches Wachsen auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gebildet. Während der Zeitdauer von dem sechsten Zeitpunkt (t6) bis zum siebten Zeitpunkt (t7) beträgt die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangases 46 sccm, die Strömungsrate des Propangases 14 sccm und die Strömungsrate des Ammoniakgases 0,7 sccm. Ein C/Si-Verhältnis in dem Ausgangsmaterialgas beträgt beispielsweise 0,9. Die Dicke der Pufferschicht 27 beträgt beispielsweise 1 µm. Die Zeitdauer von dem sechsten Zeitpunkt (t6) bis zu dem siebten Zeitpunkt (t7) beträgt beispielsweise 3 Minuten. Während der Bildung der Pufferschicht 27 mittels epitaktischem Aufwachsen wird die Suszeptorplatte 210 gedreht.
  • Während einer Zeitdauer von dem siebten Zeitpunkt (t7) bis zu einem achten Zeitpunkt (t8) wird eine Driftschicht 28 durch epitaktisches Aufwachsen auf der Pufferschicht 27 gebildet. Während der Zeitdauer zwischen dem siebten Zeitpunkt (t7) und dem achten Zeitpunkt (t8) beträgt eine Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangases 161 sccm, die Strömungsrate des Propangases 52,5 sccm und die Strömungsrate des Ammoniakgases 1,4 × 10-2 sccm. Ein Volumenverhältnis (SiH4/H2) von Silangas zu Wasserstoffgas beträgt 0,13%. Ein C/Si-Verhältnis in dem Ausgangsmaterialgas beträgt beispielsweise 1,0. Die Dicke der Driftschicht 28 beträgt beispielsweise 15 µm. Die Zeitdauer von dem siebten Zeitpunkt (t7) bis zu dem achten Zeitpunkt (t8) beträgt beispielsweise 31 Minuten. Während der Bildung der Driftschicht 28 durch epitaktisches Aufwachsen wird die Suszeptorplatte 210 gedreht. Zum achten Zeitpunkt (t8) wird die Zufuhr des Silangases, des Propangases und des Ammoniakgases gestoppt.
  • Vorzugsweise wird in dem Schritt des Wachsens der Siliziumkarbidschicht 20 die Temperatur des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 in der Richtung in der Ebene gleichförmig gehalten. Insbesondere wird während der Zeitdauer von dem sechsten Zeitpunkt (t6) bis zu dem achten Zeitpunkt (t8) eine Differenz zwischen der Höchsttemperatur und der Mindesttemperatur auf weniger als oder gleich 30° C in der ersten Hauptfläche 11 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gehalten. Vorzugsweise wird die Differenz zwischen der Höchsttemperatur und der Mindesttemperatur auf weniger als oder gleich 10° C gehalten.
  • Im Nachfolgenden wird der Schritt des Wachsens der Siliziumkarbidschicht 20 in dem Abschnitt in einem Gebiet XXXI des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 im Detail beschrieben.
  • Wie in 29 und 31 gezeigt, ist zum ersten Zeitpunkt (t1) die Basalebenenversetzung 34, die sich auf der (0001)-Ebene erstreckt, in dem bestimmten Gebiet XXXI innerhalb des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 vorhanden. Der eine Endabschnitt der Basalebenenversetzung 34 liegt an der ersten Hauptfläche 11 frei, und der andere Endabschnitt davon liegt an der dritten Hauptfläche 13 frei. Die Basalebenenversetzung 34 erstreckt sich entlang der ersten Richtung 101, die die Versetzungsrichtung ist.
  • Wie in 32 gezeigt, wird während der Zeitdauer vom sechsten Zeitpunkt (t6) bis zum siebten Zeitpunkt (t7) die Pufferschicht 27 auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gebildet. Die Basalebenenversetzung 34 breitet sich von dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat zur Pufferschicht 27 aus. Die Basalebenenversetzung 34 erstreckt sich entlang der ersten Richtung 101 in die Pufferschicht 27. Der eine Endabschnitt der Basalebenenversetzung 34 liegt an der Oberfläche der Pufferschicht 27 frei, und der andere Endabschnitt davon liegt an der dritten Hauptfläche 13 frei.
  • Wie in 33 gezeigt, wird während der Zeitdauer von dem siebten Zeitpunkt (t7) bis zum achten Zeitpunkt (t8) die Driftschicht 28 auf der Pufferschicht 27 gebildet. Wenn die Driftschicht 28 gewachsen wird, erstreckt sich die Basalebenenversetzung 34 in die Driftschicht 28. Zum siebten Zeitpunkt (t7) liegt ein Endabschnitt der Basalebenenversetzung 34 an der zweiten Hauptfläche 30 der Siliziumkarbidschicht 20 frei, und der andere Endabschnitt liegt an der dritten Hauptfläche 13 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 frei. Auf diese Weise ist die Bildung der Siliziumkarbidschicht 20 im Wesentlichen abgeschlossen.
  • Im Nachfolgenden wird ein Schritt des Kühlens des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 beschrieben.
  • Wie in 38 gezeigt, wird der Kühlschritt nach Beendigung des Wachstumsschritts durchgeführt. Die Zeitdauer von dem achten Zeitpunkt (t8) bis zu dem neunten Zeitpunkt (t9) entspricht dem Kühlschritt. In dem Kühlschritt wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und der Siliziumkarbidschicht 20 gekühlt. Beispielsweise wird während der Zeitdauer von dem achten Zeitpunkt (t8) bis zum neunten Zeitpunkt (t9) die Temperatur des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 von der dritten Temperatur (T3) auf die erste Temperatur (T1) gesenkt. Die Zeitdauer von dem achten Zeitpunkt (t8) zu zum neunten Zeitpunkt (t9) beträgt beispielsweise 60 Minuten. Die dritte Temperatur (T3) beträgt beispielsweise 1600° C. Beispielsweise wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 von 1600° C in etwa 1 Stunde auf 100° C gekühlt. Mit anderen Worten, beträgt eine Kühlgeschwindigkeit des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 (1600-100)° C/1 Stunde = 1500° C/Stunde. Die Kühlgeschwindigkeit in dem Kühlschritt kann weniger als oder gleich 1500° C/Stunde sein, weniger als oder gleich 1300° C/Stunde, oder kann weniger als oder gleich 1000° C/Stunde betragen.
  • Wie in 34 gezeigt, kann in dem Kühlschritt das erste Versetzungsarray 2 mit den ersten Halbschleifen 1 in der Siliziumkarbidschicht 20 gebildet werden. Es wird angenommen, dass das erste Versetzungsarray 2 wie folgt gebildet wird: der dritte Abschnitt 33 der Basalebenenversetzung in der Siliziumkarbidschicht 20 wird in die zweite Richtung 102 senkrecht zu der Versetzungsrichtung verschoben. In dem Kühlschritt wird die Basalebenenversetzung 34 (siehe 33) in dem Wachstumsschritt in die Basalebenenversetzung 34 (34) geändert, die den ersten Abschnitt 31, den zweiten Abschnitt 32 und den dritten Abschnitt 33 aufweist und bildet die mehreren ersten Halbschleifen 1. Mit anderen Worten, stammen die erzeugten ersten Halbschleifen 1 von der Basalebenenversetzung 34.
  • Vorzugsweise wird in dem Schritt des Kühlens des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 die Temperatur des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in der Richtung in der Ebene gleichmäßig gehalten. Insbesondere wird während der Zeitdauer von dem achten Zeitpunkt (t8) bis zum neunten Zeitpunkt (t9) eine Differenz zwischen der Höchsttemperatur und der Mindesttemperatur in der zweiten Hauptfläche 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 auf weniger als oder gleich 10° C gehalten. Beispielsweise kann durch Festlegen einer niedrigen Kühlgeschwindigkeit des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in dem Kühlschritt die Gleichförmigkeit der Temperatur des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in der Richtung in der Ebene verbessert werden. Folglich verringert sich die Spannung in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100, wodurch die Erzeugung des ersten Versetzungsarrays 2 aus ersten Halbschleifen 1, die entlang der geraden Linie senkrecht zu der Versetzungsrichtung angeordnet sind, unterdrückt.
  • Als nächstes wird während einer Zeitdauer von dem neunten Zeitpunkt (t9) bis zu einem zehnten Zeitpunkt (t10) die Reaktionskammer 201 auf dem Atmosphärendruck und der Zimmertemperatur gehalten. Nachdem die Temperatur des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in etwa die Zimmertemperatur annimmt, wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 aus der Reaktionskammer 201 entfernt. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 wird in der zuvor beschriebenen Weise fertiggestellt (siehe 14).
  • Es sollte beachtet werden, dass der Druck in der Reaktionskammer 201 in dem Kühlschritt verringert werden kann. Der Druck in der Reaktionskammer 201 kann von 100 mbar (10 kPa) auf 10 mbar (1 kPa) in beispielsweise 10 Minuten verringert werden. Der Druck in der Reaktionskammer 201 wird mit der folgenden Geschwindigkeit verringert: (10-1) kPa/10 Minuten = 0,9 kPa/Minute. Die Geschwindigkeit, mit der der Druck in der Reaktionskammer 201 verringert wird, kann größer als oder gleich 0,9 kPa/Minute, größer als oder gleich 1,2 kPa/Minute oder größer als oder gleich 1,5 kPa/Minute sein. Indem der Druck in der Reaktionskammer 201 in dem Kühlschritt schnell verringert wird, kann das Innere der Reaktionskammer 201 von der Außenseite thermisch isoliert werden, wodurch die Kühlgeschwindigkeit des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 verringert werden kann.
  • Der Druck in der Reaktionskammer 201 kann verringert werden, indem beispielsweise die Strömungsrate des Trägergases verringert wird. Beispielsweise kann die Strömungsrate des Trägergases in dem Wachstumsschritt 120 slm betragen, und die Strömungsrate des Trägergases in dem Kühlschritt kann 12 slm betragen. In dem Wachstumsschritt wird der Reaktionskammer 201 das Trägergas, das Dotierstoffgas und das Ausgangsmaterialgas zugeführt. In dem Kühlschritt ist es möglich, lediglich das Trägergas in die Reaktionskammer 201 zu leiten. Die Strömungsrate des Trägergases kann unmittelbar nach Beendigung des Wachstumsschritts verringert werden, oder sie kann verringert werden, nachdem die in dem Wachstumsschritt verwendete Strömungsrate für eine bestimmte Zeitdauer in dem Kühlschritt aufrechterhalten wird.
  • Im Nachfolgenden wird der Schritt des Wachsens der Siliziumkarbidschicht 20 an dem Abschnitt in dem bestimmten Gebiet XXXV des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 detailliert beschrieben.
  • Wie in 29 und 35 gezeigt, kann zum ersten Zeitpunkt (t1) die Basalebenenversetzung 44, die sich auf der (0001)-Ebene erstreckt, in dem bestimmten Gebiet XXXV innerhalb des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 vorhanden sein. Ein Endabschnitt 35 der Basalebenenversetzung 44 liegt an der ersten Hauptfläche 11 frei, und der andere Endabschnitt davon liegt an der dritten Hauptfläche 13 frei. Die Basalebenenversetzung erstreckt sich entlang der ersten Richtung 101, die die Versetzungsrichtung ist.
  • Wie in 36 gezeigt, wird während der Zeitdauer von dem sechsten Zeitpunkt (t6) zu dem siebten Zeitpunkt (t7) die Pufferschicht 27 auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gebildet. Bei dieser Gelegenheit bilden sich aus der Basalebenenversetzung 44 die zweite Halbschleife 4. Zwei Endabschnitte der zweiten Halbschleife 4 liegen an der Oberfläche der Pufferschicht 27 frei. Der sechste Abschnitt 43 der Basalebenenversetzung, der sich in die Pufferschicht 27 erstreckt, wird in die zweite Richtung verschoben (die Richtung eines Pfeils in 36). Folglich wird die Basalebenenversetzung 44 umgewandelt in: den vierten Abschnitt 41, der in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 angeordnet ist; den fünften Abschnitt 42, der an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 und der Pufferschicht 27 angeordnet ist und erstreckt sich in der zweiten Richtung erstreckt; und den sechsten Abschnitt 43, der in der Pufferschicht 27 angeordnet ist. Auf diese Weise wird die zweite Halbschleife 4 erzeugt. Der eine Endabschnitt der Basalebenenversetzung 44 liegt an der Oberfläche der Pufferschicht 27 frei, und der andere Endabschnitt davon liegt an der dritten Hauptfläche 13 frei.
  • Wie in 37 gezeigt, wird während des Wachsens der Siliziumkarbidschicht 20 eine weitere zweite Halbschleife 4 durch die Basalebenenversetzung 44 gebildet. Die weitere zweite Halbschleife 4 wird auf der Seite der ersten Richtung 101 und der Seite der zweiten Richtung 102 bezogen auf die zuvor erzeugte zweite Halbschleife 4 gebildet. Die Tiefe der zuvor erzeugten zweiten Halbschleife 4 ist größer als die Tiefe der zweiten Halbschleife 4, die danach gebildet wird. Der sechste Abschnitt 43 (siehe 36) der Basalebenenversetzung in der Pufferschicht 27 wird weiter in die zweite Richtung verschoben (der Richtung eines Pfeils in 37). Der sechste Abschnitt 43 liegt an der Oberfläche der Siliziumkarbidschicht 20 frei. In der zuvor beschriebenen Weise werden mehrere zweite Halbschleifen 4 entlang der geraden Linie, die bezogen auf die Versetzungslinie geneigt ist, gebildet. Mit fortschreitender Zeit nimmt die Anzahl der zweiten Halbschleifen 4 zu. Zum achten Zeitpunkt (t8) bildet sich das zweite Versetzungsarray 5 aus den zweiten Halbschleifen 4, die entlang der geraden Linie angeordnet sind, die bezogen auf die Versetzungsrichtung geneigt ist (siehe 19). Wie zuvor beschrieben, wird das zweite Versetzungsarray 5 in dem Schritt des Bildens (das heißt, dem Wachstumsschritt) der Siliziumkarbidschicht gebildet. Mit anderen Worten, wird angenommen, dass in dem Schritt des Kühlens des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 kein zweites Versetzungsarray 5 erzeugt wird oder vergeht.
  • (Erstes Modifikationsverfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer ersten Modifikation beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der ersten Modifikation unterscheidet sich im Wesentlichen von dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform hinsichtlich der Silangasströmungsrate, der Propangasströmungsrate und der Ammoniakgasströmungsrate im Schritt des Bildens der Driftschicht, und ist in den anderen Punkten im Wesentlichen gleich wie das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform.
  • Wie in 39 gezeigt, kann während der Zeitdauer zwischen dem siebten Zeitpunkt (t7) und dem achten Zeitpunkt (t8) die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm betragen, die Strömungsrate des Silangases 115 sccm, die Strömungsrate des Propangases 37,5 sccm, und die Strömungsrate des Ammoniakgases 3,3 × 10-3 sccm sein. In diesem Fall beträgt ein Volumenverhältnis (SiH4/H2) von Silangas zu Wasserstoffgas 0,1%. Ein C/Si-Verhältnis in dem Ausgangsmaterialgas beträgt beispielsweise 1,0. Die Dicke der Driftschicht 28 beträgt beispielsweise 30 µm. die Zeitdauer von dem siebten Zeitpunkt (t7) bis zu dem achten Zeitpunkt (t8) beträgt beispielsweise 88 Minuten. Während der Bildung der Driftschicht 28 durch epitaktisches Aufwachsen wird die Suszeptorplatte 210 gedreht.
  • (Zweite Modifikation des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer zweiten Modifikation beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der zweiten Modifikation unterscheidet sich im Wesentlichen von dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der ersten Modifikation in Hinblick auf die Ammoniakgasströmungsrate in dem Schritt des Bildens der Driftschicht, und ist im Wesentlichen in den anderen Punkten gleich wie das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der ersten Modifikation.
  • Wie in 40 gezeigt, beträgt während der Zeitdauer zwischen dem siebten Zeitpunkt (t7) und dem achten Zeitpunkt (t8) die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangases 115 sccm, die Strömungsrate des Propangases 37,5 sccm, und die Strömungsrate des Ammoniakgases 7,8 × 10-3 sccm. In diesem Fall beträgt ein Volumenverhältnis (SiH4/H2) von Silangas zu Wasserstoffgas 0,1%. Ein C/Si-Verhältnis in dem Ausgangsmaterialgas beträgt beispielsweise 1,0. Die Dicke der Driftschicht 28 beträgt beispielsweise 15 µm. Die Zeitdauer von dem siebten Zeitpunkt (t7) zum achten Zeitpunkt (t8) beträgt beispielsweise 43 Minuten. Während der Bildung der Driftschicht 28 durch epitaktisches Wachsen wird die Suszeptorplatte 210 gedreht.
  • (Verfahren zur Herstellung der 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 umfasst im Wesentlichen einen Epitaxiesubstrat-Herstellungsschritt (S10: 41) und einen Substrat-Bearbeitungsschritt (S20: 41).
  • Zunächst wird der Epitaxiesubstrat-Herstellungsschritt (S10: 41) durchgeführt. Insbesondere wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat durch das zuvor beschriebene Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt.
  • Anschließend wird der Substrat-Bearbeitungsschritt (S20: 41) durchgeführt. Insbesondere wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat bearbeitet, um eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung herzustellen. Der Begriff „Prozess“ umfasst verschiedene Prozesse, wie beispielsweise Ionenimplantation, Wärmebehandlung, Ätzen, Oxidfilmbildung, Elektrodenbildung, Vereinzelung und dergleichen. Das heißt, der Substrat-Bearbeitungsschritt umfasst die Ionenimplantation und/oder die Wärmebehandlung und/oder das Ätzen und/oder die Oxidfilmbildung und/oder die Elektrodenbildung und/oder die Vereinzelung.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) beschrieben, der als eine beispielhafte Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung dient. Der Substrat-Bearbeitungsschritt (S20: 41) umfasst einen Ionenimplantationsschritt (S21: 41), einen Oxidfilmbildungsschritt (S22: 41), einen Elektrodenbildungsschritt (S23: 41) und ein Vereinzelungsschritt (S24: 41).
  • Zunächst wird der Ionenimplantationsschritt (S21: 41) durchgeführt. Beispielsweise wird eine p-Verunreinigung, wie beispielsweise Aluminium (AI) in die zweite Hauptfläche 30 implantiert, auf der eine Maske (nicht dargestellt), die eine Öffnung aufweist, gebildet ist. Auf diese Weise wird ein Körpergebiet 132 mit einer p-Leitfähigkeit gebildet. Als nächstes wird eine n-Verunreinigung, wie Phosphor (P) in das Körpergebiet 132 an einer vorbestimmten Position implantiert. Auf diese Weise wird ein Source-Gebiet 133 mit einer n-Leitfähigkeit gebildet. Als nächstes wird eine p-Verunreinigung, wie beispielsweise Aluminium, in das Source-Gebiet 133 an einer vorbestimmten Position implantiert. Auf diese Weise wird ein Kontaktgebiet 134 mit einer p-Leitfähigkeit gebildet (siehe 42).
  • Ein anderer Abschnitt der Siliziumkarbidschicht 20 als das Körpergebiet 132, das Source-Gebiet 133 und das Kontaktgebiet 134 dient als ein Driftbereich 131. Der Source-Bereich 133 ist durch das Körpergebiet 132 von dem Driftbereich 131 getrennt. Die Ionenimplantation kann durchgeführt werden, während das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 bei etwa mehr als oder gleich 300° C und weniger als oder gleich 600° C erhitzt wird. Nach der Ionenimplantation wird ein Aktivierungsglühen am Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 durchgeführt. Durch das Aktivierungsglühen werden die in die Siliziumkarbidschicht 20 implantierten Verunreinigungen aktiviert, wodurch in jedem Gebiet Ladungsträger erzeugt werden. Eine Atmosphäre für das Aktivierungsglühen kann beispielsweise eine Argon (Ar)-Atmosphäre sein. Die Temperatur des Aktivierungsglühens kann beispielsweise etwa 1800° C betragen. Das Aktivierungsglühen kann beispielsweise für etwa 30 Minuten durchgeführt werden.
  • Als nächstes wird der Oxidfilmbildungsschritt (S22: 41) durchgeführt. Beispielsweise wird durch Erhitzen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ein Oxidfilm 136 auf der zweiten Hauptfläche 30 gebildet (siehe 43). Der Oxidfilm 136 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO2) oder dergleichen gebildet. Der Oxidfilm 136 dient als ein Gate-Isolierfilm. Die Temperatur des thermischen Oxidationsprozesses kann etwa 1300° C betragen. Der thermische Oxidationsprozess kann beispielsweise für etwa 30 Minuten durchgeführt werden.
  • Nach der Bildung des Oxidfilms 136 kann ferner eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung bei etwa 1100° C für etwa 1 Stunde in einer Atmosphäre aus Stickstoffmonoxid (NO), Distickstoffoxid (N2O) oder dergleichen durchgeführt werden. Ferner kann dann eine Wärmebehandlung in einer Argonatmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung bei etwa 1100 bis 1500° C in der Argonatmosphäre für etwa 1 Stunde durchgeführt werden.
  • Als nächstes wird der Elektrodenbildungsschritt (S23: 41) durchgeführt. Die 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 das CVD-Verfahren gebildet. Die erste Elektrode 141 ist zum Beispiel aus leitfähigem Polysilizium, das eine Verunreinigung enthält, gebildet. Die erste Elektrode 141 wird an einer Position, die dem Source-Gebiet 133 und dem Körpergebiet 132 zugewandt ist, gebildet.
  • Als nächstes wird ein Zwischenschichtisolierfilm 137 gebildet, um die erste Elektrode 141 zu bedecken. Der Zwischenschichtisolierfilm 137 wird beispielsweise durch das CVD-Verfahren gebildet. Der Zwischenschicht-Isolierfilm 137 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid oder dergleichen gebildet. Der Zwischenschichtisolierfilm 137 wird in Kontakt mit der ersten Elektrode 141 und dem Oxidfilm 136 gebildet. Anschließend werden der Oxidfilm 136 und der Zwischenschichtisolierfilm 137 an einer vorbestimmten Position durch Ätzen entfernt. Auf diese Weise werden das Source-Gebiet 133 und das Kontaktgebiet 134 durch den Oxidfilm 136 hindurch freigelegt.
  • Beispielsweise wird die zweite Elektrode 142 an dem freigelegten Abschnitt durch ein Sputterverfahren gebildet. Die zweite Elektrode 142 dient als eine Source-Elektrode. Die zweite Elektrode 142 ist beispielsweise aus Titan, Aluminium, Silizium und dergleichen gebildet. Nach der Bildung der zweiten Elektrode 142 werden die zweite Elektrode 142 und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 bei beispielsweise einer Temperatur von etwa 900 bis 1100° C erhitzt. Auf diese Weise werden die zweite Elektrode 142 und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in ohmschen Kontakt miteinander gebracht. Als nächstes wird eine Zwischenverbindungsschicht 138 in Kontakt mit der zweiten Elektrode 142 gebildet. Die Zwischenverbindungsschicht 138 ist beispielsweise aus einem Material, das Aluminium enthält, gebildet.
  • Als nächstes wird ein Passivierungsschutzfilm (nicht dargestellt) auf der Zwischenverbindungsschicht 138 beispielsweise durch Plasma-CVD gebildet. Der Passivierungsschutzfilm umfasst beispielsweise einen SiN-Film. Zur Verbindung eines Bonddrahts wird ein Teil des Passivierungsschutzfilms zur Zwischenverbindungsschicht 138 hin geätzt, um dadurch eine Öffnung in dem Passivierungsschutzfilm zu bilden. Anschließend wird an der dritten Hauptfläche 13 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 ein Rückseitenschleifen durchgeführt. Auf diese Weise wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gedünnt. Als nächstes wird eine dritte Elektrode 143 in der dritten Hauptfläche 13 gebildet. Die dritte Elektrode 143 dient als eine Drain-Elektrode. Die dritte Elektrode 143 ist aus einer Legierung (beispielsweise NiSi oder dergleichen), die Nickel und Silizium umfasst, gebildet.
  • Als nächstes wird der Vereinzelungsschritt (S24: 41) durchgeführt. Beispielsweise wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 entlang einer Vereinzelungslinie geschnitten, um dadurch das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in mehrere Halbleiterchips zu teilen. Auf diese Weise wird eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 hergestellt (siehe 44).
  • In der obigen Beschreibung wurde das Verfahren zur Herstellung des MOSFET, der beispielhaft als die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dient, beschrieben; jedoch ist das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf verschiedene Arten von Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen anwendbar, wie zum Beispiel auf einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), eine SBD (Schottky-Diode), einen Thyristor, ein GTO (Thyristor mit abgeschaltetem Gate), und eine PiN-Diode.
  • (Bewertung 1)
  • Herstellung der Proben
  • Zunächst wurden Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 6 hergestellt. Die Proben 1 bis 3 sind Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Beispielen. Die Proben 4 bis 6 sind Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Vergleichsbeispielen. Die Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 4 wurden unter Verwendung des Ammoniakgases als Dotierstoffgas hergestellt. Die Strömungsraten des Ammoniakgases in den Schritt zum Bilden der Driftschichten 28 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 4 betrugen jeweils 1,4 × 10-1 sccm, 3,3 × 10-3 sccm, 7,8 × 10 -3 sccm und 2,0 × 10-3 sccm. Andererseits wurden die Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 5 und 6 unter Verwendung des Stickstoffgases als das Dotierstoffgas hergestellt. Die Strömungsraten des Stickstoffgases in den Schritten zur Bildung der Driftschichten 28 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 5 und 6 betrugen jeweils 4,5 sccm bzw. 2,12 sccm.
  • In jedem der Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 3, 5 und 6 unterscheidet sich das C/Si-Verhältnis im Schritt des Bildens der Pufferschicht von dem C/Si-Verhältnis in dem Schritt des Bildens der Driftschicht. Andererseits ist in dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 4 das C/Si-Verhältnis in dem Schritt des Bildens der Driftschicht gleich wie das C/Si-Verhältnis in dem Schritt des Bildens der Pufferschicht.
  • Insbesondere wurden die Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1, 2, 3, 4, 5 und 6 jeweils durch die Verfahren, die in den 38, 39, 40, 45, 46 und 47 gezeigt sind, hergestellt. Die Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1, 2 und 3 sind jeweils die gleichen wie die Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß der Ausführungsform, der ersten Modifikation und der zweiten Modifikation.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der Probe 4 wurde wie folgt hergestellt. Wie in 45 gezeigt, betrug in dem Schritt des Bildens der Pufferschicht (das heißt, die Zeitdauer zwischen dem sechsten Zeitpunkt (t6) und dem siebten Zeitpunkt (t7)) die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangas 46 sccm, die Strömungsrate des Propangases 15 sccm und die Strömungsrate des Ammoniakgases 0,7 sccm. Das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases betrug 1,0. In dem Schritt des Bildens der Driftschicht (das heißt, während der Zeitdauer zwischen dem siebten Zeitpunkt (t7) und dem achten Zeitpunkt (t8)) betrug die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangases 46 sccm, die Strömungsrate des Propangases 15 sccm und die Strömungsrate des Ammoniakgases betrug 2,0 × 10-3 sccm. Das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases betrug 1,0.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der Probe 5 wurde wie folgt hergestellt. Wie in 46 gezeigt, betrug in dem Schritt des Bildens der Pufferschicht (das heißt, die Zeitdauer zwischen dem sechsten Zeitpunkt (t6) und dem siebten Zeitpunkt (t7)) die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangases 46 sccm, die Strömungsrate des Propangases 14 sccm und die Strömungsrate des Ammoniakgases 0,7 sccm. Das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases betrug 0,9. In dem Schritt des Bildens der Driftschicht (das heißt, während der Zeitdauer zwischen dem siebten Zeitpunkt (t7) und dem achten Zeitpunkt (t8)) betrug die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangases 115 sccm, die Strömungsrate des Propangases 37,5 sccm und die Strömungsrate des Stickstoffgases 4,5 sccm. Das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases betrug 1,0.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der Probe 6 wurde wie folgt hergestellt. Wie in 47 gezeigt, betrug in dem Schritt des Bildens der Pufferschicht (das heißt, die Zeitdauer zwischen dem sechsten Zeitpunkt (t6) und dem siebten Zeitpunkt (t7)) die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangases 46 sccm, die Strömungsrate des Propangases 14 sccm und die Strömungsrate des Ammoniakgases 0,7 sccm. Das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases betrug 0,9. In dem Schritt des Bildens der Driftschicht (das heißt, während der Zeitdauer zwischen dem siebten Zeitpunkt (t7) und dem achten Zeitpunkt (t8)) betrug die Strömungsrate des Wasserstoffgases 120 slm, die Strömungsrate des Silangases 115 sccm, die Strömungsrate des Propangases 37,5 sccm und die Strömungsrate des Stickstoffgases 2,12 sccm. Das C/Si-Verhältnis des Ausgangsmaterialgases betrug 1,0.
  • Trägerkonzentrationsmessversuch
  • Die Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder Probe 1 bis 6 wurde unter Verwendung einer C-V-Messvorrichtung, die das Quecksilbersondenverfahren anwendet, gemessen. Die Fläche der Sonde beträgt 0,01 cm2. Die angelegte Spannung wurde auf 0 bis 5 V eingestellt. Die Trägerkonzentration wird im mittleren Bereich 53 gemessen. Wie in 3 gezeigt, wurde auf der ersten geraden Linie 8 die Trägerkonzentration an den Punkten gemessen, die vom Mittelpunkt O um ±10 mm, ±20 mm, ±30 mm, ±40 mm, ±50 mm und ±60 mm beabstandet sind. In ähnlicher Weise wurde auf der zweiten geraden Linie 7 die Trägerkonzentration an den Punkten gemessen, die vom Mittelpunkt O um ±10 mm, ±20 mm, ±30 mm, ±40 mm, ±50 mm und ±60 mm beabstandet sind. Die Trägerkonzentration wurde auch am Mittelpunkt O gemessen. Das heißt, die Trägerkonzentration wurde in Messbereichen 25, die in 3 durch schraffierte Kreise dargestellt sind, gemessen. Der Durchschnittswert, die Standardabweichung, der Standardabweichung/Durchschnittswert, der Höchstwert, der Mindestwert, der Höchstwert - Mindestwert und (Höchstwert - Mindestwert)/(2 × Durchschnittswert) der Trägerkonzentration wurde in allen Messbereichen 25 berechnet. Es sollte beachtet werden, dass in dem Fall des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 1 zusätzlich zu den obigen 25 Messpositionen die Messung auch an den nachfolgenden Positionen durchgeführt wurde (siehe 48): eine Position +70 mm vom Mittelpunkt O auf der zweiten geraden Linie 7; eine Position -65 mm von dem Mittelpunkt O; und an Positionen ±70 mm von dem Mittelpunkt O auf der ersten geraden Linie 8.
  • Ergebnisse der Trägerkonzentrationsmessung
  • 48 zeigt eine Trägerkonzentrationsverteilung der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 1. 49 zeigt die Trägerkonzentrationsverteilungen der Siliziumkarbidschichten 20 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß Proben 2 und 3. 50 zeigt eine Trägerkonzentrationsverteilung der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß Probe 4. 51 zeigt die Trägerkonzentrationsverteilungen der Siliziumkarbidschichten 20 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 5 und 6. In 48 bis 53 stellen „OF-COF“ und „IF-CIF“ jeweils Ergebnisse an den Messpositionen auf der zweiten geraden Linie 7 und der ersten geraden Linie 8 in 3 dar. Wie in 51 gezeigt, kann der Wert der Trägerkonzentration auf der Außenumfangsseite (das heißt, das dritte Gebiet 67) höher werden als auf der mittleren Seite (das heißt, erstes Gebiet 65) auf der zweiten Hauptfläche 30. In diesem Fall weist das Profil der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 eine U-ähnliche Form auf. [Tabelle 1]
    Probennummer Epitaxie-Wachstumsbedingung Dotierstoffgas Dotierstoffströmungsrate (sccm) Trägerkonzentration (cm-3)
    Durchschnittswert Standardabweichung Standardabweichung/ Durchschnittswert Höchst wert Mindestwert Höchstwert - Mindestwert (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert)
    Probe 1 Bedingung A NH3 1,4 × 10-2 5,23 × 1015 5,64 × 1013 1,08% 5,33 × 1015 5,14 × 1015 1,90 × 1014 1,9%
    Probe 2 Bedingung B NH3 3,3 × 10-3 3,00 × 1015 8,75 × 1013 2,91% 3,19 × 1015 2,90 × 1015 2,93 × 1014 4,9%
    Probe 3 Bedingung C NH3 7,8 × 10-3 6,16 × 1015 4,78 × 1013 0,78% 6,26 × 1015 6,08 × 1015 1,74 × 1014 1,4%
    Probe 4 Bedingung D NH3 2,0 × 10-3 5,72 × 1015 4,22 × 1014 7,38% 6,60 × 1015 5,08 × 1015 1,51 × 1015 13,2%
    Probe 5 Bedingung E N2 4,5 6,36 × 1015 6,05 × 1014 9,52% 7,63 × 1015 5,65 × 1015 1,97 × 1015 15,5%
    Probe 6 Bedingung F N2 2,12 3,53 × 1015 3,22 × 1014 9,12% 4,22 × 1015 3,16 × 1015 1,06 × 1015 15,0%
  • Tabelle 1 zeigt den Durchschnittswert, die Standardabweichung, den Standardabweichung/Durchschnittswert, den Höchstwert, den Mindestwert, den Höchstwert - Mindestwert und die Relation (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert) der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeweils der Proben 1 bis 6. Die in Tabelle 1 beschriebenen Werte wurden unter Verwendung der Trägerkonzentration an insgesamt 25 Messbereichen 25 innerhalb ±60 mm von dem Mittelpunkt O berechnet (siehe 3). Wie in Tabelle 1 gezeigt, betrugen die Standardabweichung/Durchschnittswerte der Trägerkonzentrationen der Siliziumkarbidschichten 20 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 6 jeweils 1,08%, 2,91%, 0,78%, 7,38%, 9,52% und 9,12%. In ähnlicher Weise betrugen die (Höchstwerte - Mindestwerte) / (2 × Durchschnittswerte) der Trägerkonzentrationen der Siliziumkarbidschichten 20 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 6 jeweils 1,9%, 4,9%, 1,4%, 13,2%, 15,5% bzw. 15,0%.
  • In dem Fall des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 1, wie in 48 gezeigt, wurde zusätzlich zu den obigen 25 Messbereichen die Trägerkonzentration an den folgenden Positionen gemessen: den Positionen -65 mm und +70 mm auf der zweiten geraden Linie 7; und den Positionen ±70 mm auf der ersten geraden Linie 8. Unter Berücksichtigung der zusätzlichen obigen Messbereiche betrug die Standardabweichung/Mittelwert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß Probe 1 1,31%, und der (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert) der Trägerkonzentration davon betrug 2,7%. Das heißt in Anbetracht der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht auf der Außenumfangsseite wurde bestätigt, dass der Standardabweichung/Durchschnittswert der Trägerkonzentration und der (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert) der Trägerkonzentration des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 1 niedriger war als jener des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 2.
  • In der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich betrug das Verhältnis der Standardabweichung der Trägerkonzentration zu dem Durchschnittswert der Trägerkonzentration von der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 1 bis 3 weniger als 5%. Andererseits betrug in der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich das Verhältnis der Standardabweichung der Trägerkonzentration zu dem Mittelwert der Trägerkonzentration von der Trägerkonzentration in der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 4 bis 6 mehr als oder gleich 5%.
  • Es wurde bestätigt, dass die Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene verbessert werden kann, indem das Ammoniakgas als Dotierstoffgas anstelle des Stickstoffgases verwendet wird und indem die sehr niedrige Strömungsrate des Ammoniakgases festgelegt wird (beispielsweise etwa weniger als oder gleich auf 7,8 × 10-3 sccm) (das heißt, die Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate gemäß den Proben 1 bis 3) wie zuvor beschrieben. Das Ammoniakgas zersetzt sich thermisch mit höherer Wahrscheinlichkeit als das Stickstoffgas mit einer Dreifachbindung. Dementsprechend wird in Betracht gezogen, dass sich die Gleichmäßigkeit der Konzentration der Stickstoffatome in der Strömungsrichtung des Dotierstoffgases verbessert, wodurch sich die Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene verbessert.
  • Darüber hinaus ist es wahrscheinlicher, dass eher das Ammoniakgas als das Stickstoffgas in die Siliziumkarbidschicht eingebracht wird. Somit wird die Strömungsrate des Ammoniakgases zur genauen Steuerung benötigt, wobei die Strömungsrate des Ammoniakgases während des epitaktischen Wachsens auf einen sehr niedrigen Wert eingestellt wird. Als Ergebnis sorgfältiger Studien haben die Erfinder herausgefunden, dass die Strömungsrate des Ammoniakgases genau gesteuert werden kann, wobei die Strömungsrate des Ammoniakgases sehr niedrig eingestellt wird, indem ein Behälter verwendet wird, der im Voraus mit Wasserstoffgas verdünntes Ammoniakgas enthält. Auf diese Weise kann die Gleichförmigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene verbessert werden.
  • Darüber hinaus haben die Erfinder darauf geachtet, die epitaktische Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht zu erhöhen, während Ammoniak als Dotierstoffgas verwendet wird. Insbesondere wurde die Strömungsrate des Ausgangsmaterialgases mit Bezug auf das Wasserstoffgas erhöht. Das Wasserstoffgas hat die Eigenschaft, Siliziumkarbid zu ätzen. Durch Erhöhen des Verhältnisses des Ausgangsmaterialgases zu dem Wasserstoffgas (beispielsweise, indem das Verhältnis SiH4/H2 auf etwa mehr als oder gleich 0,1% eingestellt wird), kann die epitaktische Wachstumsrate der Siliziumkarbidschicht erhöht werden. Dementsprechend wird in Betracht gezogen, dass insbesondere Schwankungen in der Trägerkonzentration auf der Außenumfangsseite der Siliziumkarbidschicht verringert werden, wodurch die Gleichmäßigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene verbessert werden kann.
  • Filmdickenmessversuch
  • Die Filmdicke der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 1 und 4 wurde mittels FT-IR gemessen. Die Filmdicke wurde an den gleichen Positionen wie bei der zuvor erwähnten Messung der Trägerkonzentration gemessen. Das heißt, an jeder der Messpositionen 25, die in 3 durch schraffierte Kreise dargestellt sind, wurde die Filmdicke der Siliziumkarbidschicht 20 gemessen. Der Durchschnittswert, die Standardabweichung, der Standardabweichung/Durchschnittswert, der Höchstwert, der Mindestwert, der Höchstwert - Mindestwert und der (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert) der Filmdicke der Siliziumkarbidschicht 20 wurden an allen Messbereichen 25 berechnet. Es sollte beachtet werden, dass in dem Fall des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 1 zusätzlich zu den obigen 25 Messpositionen die Messung auch an den nachfolgenden Positionen durchgeführt wurde (siehe 52): an einer Position +70 mm von dem Mittelpunkt O auf der zweiten geraden Linie 7; an einer Position -65 mm von dem Mittelpunkt O; und an Positionen ±70 mm von dem Mittelpunkt auf der geraden Linie 8. Darüberhinaus wurde in dem Fall des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß Probe 4 keine Messung am Mittelpunkt O durchgeführt (siehe 53).
  • Ergebnisse der Filmdickenmessung
  • 52 zeigt eine Filmdickenverteilung der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 1. 53 zeigt eine Filmdickenverteilung der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 4. [Tabelle 2]
    Probennummer Epitaxie-Wachstumsbedingung Dotierstoffgas Dotierstoffströmungsrate (sccm) Filmdicke der Epitaxieschicht (µm)
    Durchschnittswert Standardabweichung Standardabweichung/ Durchschnittswert Höchstwert Mindestwert Höchstwert - Mindestwert (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert)
    Probe 1 Bedingung A NH3 1,4 × 10-2 15,99 0,15 0,92% 16,20 15,68 0,52 1,6%
    Probe 4 Bedingung D NH3 2,0 × 10-3 15,96 0,08 0,53% 16,02 15,85 0,17 0,5%
  • Tabelle 2 zeigt den Durchschnittswert, die Standardabweichung, den Standardabweichung/Durchschnittswert, den Höchstwert, den Mindestwert, den Höchstwert - Mindestwert und (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert) der Filmdicke der Siliziumkarbidschicht 20 (das heißt, der Epitaxieschicht) des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 1 und 4. Wie in Tabelle 2 gezeigt, betrug der Standardabweichung/Durchschnittswert der Filmdicke der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 1 0,92% und der Standardabweichung/Durchschnittswert der Filmdicke der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 4 betrug 0,53%. In ähnlicher Weise betrug der (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert) der Filmdicke der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 1 1,6% und der (Höchstwert - Mindestwert) / (2 × Durchschnittswert) der Filmdicke der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 4 betrug 0,5%. In der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich betrug das Verhältnis der Standardabweichung der Dicke zu dem Durchschnittswert der Dicke in der Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 1 und 4 weniger als 5%.
  • (Bewertung 2)
  • Herstellung der Proben
  • Zunächst wurden die Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7 bis 10 hergestellt. Die Proben 7 und 8 sind Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Beispielen. Die Proben 9 und 10 sind Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Vergleichsbeispielen. Die Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7 bis 10 wurden unter Verwendung des Ammoniakgases als das Dotierstoffgas hergestellt. In jedem der Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7 und 8 unterscheidet sich das C/Si-Verhältnis in dem Schritt des Bildens der Pufferschicht von dem C/Si-Verhältnis in dem Schritt des Bildens der Driftschicht. Andererseits ist in dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 9 und 10 das C/Si-Verhältnis in dem Schritt des Bildens der Pufferschicht gleich wie das C/Si-Verhältnis in dem Schritt des Bildens der Driftschicht.
  • Insbesondere sind die Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7, 8 und 9 jeweils die gleichen wie die Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 3, 1 und 4 in der obigen Ermittlung 1. Das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 10 unterscheidet sich von dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 9 hinsichtlich einer Bedingung, bei der die dritte Temperatur (T3: 45) in jedem der Schritte des Bildens der Pufferschicht und der Driftschicht 1560° C ist. Die anderen Bedingungen sind gleich wie in dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 9.
  • Versuchsbedingungen
  • Die Anzahl der Defekte und die Trübung wurden in der zweiten Hauptfläche 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 7 bis 10 gemessen. Die Anzahl der Defekte und die Trübung wurden unter Verwendung des SICA von Lasertec gemessen. Das Messverfahren entspricht dem zuvor beschrieben. Als Defekte wurden makroskopische Defekte, Grübchen und Höcker gemessen. Die makroskopischen Defekte umfassen Defekte durch Herabfallen und dreieckförmige Defekte. Jedes der Grübchen ist ein tiefes Grübchen 87 (siehe 5). Jeder Höcker ist ein Höcker 73 (siehe 9), der einen trapezförmigen Defekt aufweist. Die Defektdichte wurde berechnet, indem die Gesamtanzahl der Defekte durch die Fläche des Bereichs, in dem die Defekte gemessen wurden, dividiert wurde. Die Fläche des Bereichs, in dem die Defekte gemessen wurden, betrug etwa 170 cm2.
  • Ein Verhältnis von quadratischen 6 mm-Messbereichen, die die makroskopischen Defekte aufweisen, wurde wie folgt berechnet. Der Bereich, in dem die makroskopischen Defekte gemessen wurden, wurde in mehrere quadratische Bereiche mit jeweils einer Größe von 6 mm × 6 mm unterteilt (quadratische 6 mm2-Messbereiche). In jedem der quadratischen 6 mm-Messbereiche wurde bestimmt, ob die makroskopischen Defekte enthalten waren oder nicht. Durch Dividieren der Anzahl der quadratischen 6 mm-Messbereiche mit den makroskopischen Defekten durch die Anzahl aller quadratischen 6 mm-Messbereiche wurde das Verhältnis der quadratischen 6 mm-Messbereiche mit den makroskopischen Defekten berechnet.
  • Versuchsergebnisse
  • 54 und 55 zeigen Abbildungen, die jeweils die Verteilungen der Defekte durch Herabfallen und die dreieckförmigen Defekte in den zweiten Hauptflächen 30 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7 und 9 darstellen. In 54 sind die Defekte durch Herabfallen durch Vierecke dargestellt, und die dreieckförmigen Defekte sind durch Dreiecke dargestellt. In 55 sind die Defekte durch Herabfallen und die dreieckförmigen Defekte gemeinsam durch Vierecke dargestellt. Wie in 54 und 55 gezeigt, sind im Vergleich zu dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der Probe 7 eine Vielzahl von Defekten durch Herabfallen und dreieckförmige Defekten in der zweiten Hauptfläche 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 9 verteilt. Eine Vielzahl von Defekten durch Herabfallen und dreieckförmige Defekten sind an der Außenumfangsseite bezogen auf den Mittelpunkt der zweiten Hauptfläche 30 verteilt. [Tabelle 3]
    Probennummer Epitaxie-Wachstumsbedingung Durchmesser des Substrats Fläche des Substrats Anzahl der Defekte Defektdichte (cm-2)
    makroskopische Defekte Grübchen Höcker makroskopische Defekte Grübchen Höcker
    Probe 7 Bedingung C 150 mm 170 cm2 37 48 312 0,2 0,3 1,8
    Probe 8 Bedingung A 150 mm 170 cm2 160 1163 1725 0,9 6,8 10,1
    Probe 9 Bedingung D 150 mm 170 cm2 157 103 350 0,9 0,6 2,1
    Probe 10 Bedingung G 150 mm 170 cm2 - - - - 900 -
  • Wie in Tabelle 3 gezeigt, betrugen die Defektdichten der makroskopischen Defekte in den zweiten Hauptflächen 30 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7, 8 und 9 jeweils 0,2 cm-2, 0,9 cm-2 und 0,9 cm-2. Die Defektdichten der Grübchen in den zweiten Hauptflächen 30 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7, 8, 9 und 10 betrugen jeweils 0,3 cm-2, 6,8 cm-2, 0,6 cm-2 und 900 cm-2. Die Defektdichten der Höcker in den zweiten Hauptflächen 30 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7, 8 und 9 betrugen jeweils 1,8 cm-2, 10,1 cm-2 und 2,1 cm-2. Die Defektdichte der makroskopischen Defekte, der Grübchen und der Höcker in der zweiten Hauptfläche 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 7 ist niedriger als die Defektdichte der makroskopischen Defekte, der Grübchen und der Höcker in der zweiten Hauptfläche 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 7. [Tabelle 4]
    Probennummer Epitaxie-Wachstumsbedingung Substratdurchmesser Anzahl aller quadratischen 6 mm-Messbereiche Anzahl der quadratischen 6 mm-Messbereiche einschließlich makroskopischer Defekte Verhältnis der quadratischen 6 mm-Messbereiche einschließlich makroskopischer Defekte Trübung
    Probe 7 Bedingung C 150 mm 194 14 7,2% 18,8
    Probe 8 Bedingung A 150 mm 194 49 25,3% -
    Probe 9 Bedingung D 150 mm 194 50 25,8% 19,1
    Probe 10 Bedingung G 150 mm - - -
  • Wie in Tabelle 4 gezeigt, betrugen die Verhältnisse der quadratischen 6 mm-Messbereiche mit den makroskopischen Defekten in den zweiten Hauptflächen 30 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7, 8 und 9 jeweils 7,2%, 25,3% und 25,8%. Das Verhältnis der quadratischen 6 mm-Messbereiche mit den makroskopischen Defekten in der zweiten Hauptfläche 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der Probe 7 ist niedriger als jenes in den Siliziumkarbid-Epitaxiesubstraten 100 gemäß den Proben 8 und 9. Die Trübungen in den zweiten Hauptflächen 30 der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 7 und 9 betrugen jeweils 18,8 und 19,1. Das heißt, die Oberflächenrauheit der zweiten Hauptfläche 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 7 und 9 war ausgezeichnet. Wie zuvor beschrieben, wurde bestätigt, dass die Oberflächenrauheit in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der Probe 7 verringert werden kann, während sich die Gleichmäßigkeit der Trägerkonzentration in der Ebene verbessert.
  • Die hier offenbarten Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung und sind in keinerlei Hinsicht als einschränkend zu erachten. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird vielmehr durch die Begriffe der Ansprüche als durch die zuvor beschriebenen Ausführungsformen definiert und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1: erste Halbschleife; 2: erstes Versetzungsarray; 3, 6, 35, 45: Endabschnitt; 4: zweite Halbschleife; 5: zweites Versetzungsarray; 7: zweite Gerade; 8: erste Gerade; 10: Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat; 11: erste Hauptfläche; 13: dritte Hauptfläche; 14: vierte Hauptfläche (Fläche); 20: Siliziumkarbidschicht; 23: Schraubenversetzung; 24, 34, 44: Basalebenenversetzung; 25: Messposition; 27: Pufferschicht; 28: Driftschicht; 29: mittlere Flächenschicht; 30: zweite Hauptfläche; 31: erster Abschnitt; 32: zweiter Abschnitt; 33: dritter Abschnitt; 36: Punkt; 37, 47: imaginäre Linie; 41: vierter Abschnitt; 42: fünfter Abschnitt; 43: sechster Abschnitt; 52: Außenumfangsbereich; 53: mittlerer Bereich; 54: äußerer Rand; 55: Orientierungsabflachung; 57: Krümmungsabschnitt; 61: erste Seite; 62: zweite Seite; 65: erstes Gebiet; 66: zweites Gebiet; 67: drittes Gebiet; 70: trapezförmiger Defekt; 71: Ursprung; 72: oberer Basisabschnitt; 73: Vorsprung; 73: Höcker; 74: Basisabschnitt; 75: Stufenbündel; 80: Reinwasser; 81: Tangente; 85: quadratisches Gebiet; 86: flaches Grübchen; 87: tiefes Grübchen (Grübchen); 90: Karottendefekt; 91: mittlere Position; 92: höchste Position; 93: niedrigste Position; 94: Punktbezugsebene; 95: erste Position; 96: zweite Position; 97: dritte Position; 100: Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat; 101: erste Richtung; 102: zweite Richtung; 103: dritte Richtung; 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; 161: Messdaten; 200: Herstellungsvorrichtung; 201: Reaktionskammer; 203: Heizelement; 204: Quarzrohr; 205: Wärmeisolator; 206: Induktionsheizspule; 207: Gaseinlass; 208: Gasauslass; 210: Suszeptorplatte; 211: Heizung; 212: Rotationsachse; 213: erster Heizbereich; 214: zweiter Heizbereich; 231: erste Gaszuführvorrichtung; 232: zweite Gaszuführvorrichtung; 233: dritte Gaszuführvorrichtung; 234: Trägergaszuführvorrichtung; 235: Gaszuführvorrichtung; 241: erster Gasdurchsatzregler; 242: zweiter Gasdurchsatzregler; 243: dritter Gasdurchsatzregler; 244: Trägergasdurchsatzregler; 245: Steuerung; 253: Rohr; 300: Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016026176 [0001]

Claims (15)

  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 Fläche der Siliziumkarbidschicht gegenüberliegt, die in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat ist, die zweite Hauptfläche einer Ebene entspricht, die um mehr als oder gleich 0,5° und weniger als oder gleich 8° bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist, die zweite Hauptfläche einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm aufweist, die Siliziumkarbidschicht einen Polytyp 4H-SiC aufweist, die Siliziumkarbidschicht eine n-Leitfähigkeit aufweist, die zweite Hauptfläche einen Außenumfangsbereich und einen mittleren Bereich aufweist, wobei der Außenumfangsbereich innerhalb von 3 mm von einer Außenkante der zweiten Hauptfläche liegt, wobei der mittlere Bereich von dem Außenumfangsbereich umgeben ist, in einer Richtung parallel zu dem mittleren Bereich ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht zu einem Durchschnittswert der Trägerkonzentration der Siliziumkarbidschicht weniger als 5% ist, der Durchschnittswert der Trägerkonzentration größer als oder gleich 1 × 1014 cm-3 und weniger als oder gleich 5 × 1016 cm-3 ist, in der Richtung parallel zu dem mittleren Bereich ein Verhältnis einer Standardabweichung einer Dicke der Siliziumkarbidschicht zu einem Durchschnittswert der Dicke der Siliziumkarbidschicht weniger als 5% ist, der mittlere Bereich eine arithmetische Mittenrauheit (Sa) von weniger als oder gleich 1 nm aufweist, der mittlere Bereich eine Trübung von weniger als oder gleich 50 aufweist.
  2. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 1, wobei, wenn der mittlere Bereich in quadratische Bereiche mit jeweils einer Seite von 6 mm unterteilt ist, ein Verhältnis der Anzahl von quadratischen Bereichen, die jeweils einen Defekt durch Herabfallen und/oder einen dreieckförmigen Defekt aufweisen, zu der Anzahl aller quadratischen Bereiche weniger als oder gleich 10% ist.
  3. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Durchschnittswert der Dicke größer als oder gleich 5 µm und weniger als oder gleich 50 µm ist.
  4. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Grübchen, die von Schraubversetzungen stammen, im mittleren Bereich vorhanden sind, eine Flächendichte der Grübchen weniger als oder gleich 100 cm-2 ist, und eine Höchsttiefe jedes Grübchens des mittleren Bereichs mehr als oder gleich 8 nm beträgt.
  5. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 4, wobei die Flächendichte der Grübchen weniger als oder gleich 10 cm-2 ist.
  6. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 5, wobei die Flächendichte der Grübchen weniger als oder gleich 1 cm-2 ist.
  7. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Höchsttiefe jedes Grübchens des mittleren Bereichs größer als oder gleich 20 nm ist.
  8. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu dem mittleren Bereich, jedes Grübchen eine planare Form aufweist, die eine erste Seite und eine zweite Seite umfasst, wobei sich die erste Seite in einer ersten Richtung erstreckt und sich die zweite Seite in einer zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt, und eine Breite der ersten Seite zweimal so groß oder größer als eine Breite der zweiten Seite ist.
  9. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei trapezförmige Defekte im mittleren Bereich vorhanden sind, wobei jeder der trapezförmigen Defekte eine trapezförmige Vertiefung ist, eine Flächendichte der trapezförmigen Defekte weniger als oder gleich 10 cm-2 ist, bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu dem mittleren Bereich, jeder der trapezförmigen Defekte einen oberen Basisabschnitt und einen unteren Basisabschnitt aufweist, die jeweils eine <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 Vorsprung umfasst, und der untere Basisabschnitt mehrere Stufenbündel umfasst.
  10. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Basalebenenversetzungen im mittleren Bereich vorhanden sind, und eine Flächendichte der Basalebenenversetzungen weniger als oder gleich 10 cm-2 ist.
  11. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei erste Versetzungsarrays aus ersten Halbschleifen, die entlang einer Geraden senkrecht zu einer <11-20>-Richtung angeordnet sind, im mittleren Bereich vorhanden sind, jede der ersten Halbschleifen ein Paar von Stufenversetzungen umfasst, das im mittleren Bereich freiliegt, und eine Flächendichte der ersten Versetzungsarrays im mittleren Bereich weniger als oder gleich 10 cm-2 ist.
  12. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 11, wobei zweite Versetzungsarrays aus zweiten Halbschleifen, die entlang einer relativ zu der Richtung <11-20> geneigten Geraden angeordnet sind, im mittleren Bereich vorhanden sind, jede der zweiten Halbschleifen ein Paar von Stufenversetzungen umfasst, das im mittleren Bereich freiliegt, und die Flächendichte der ersten Versetzungsarrays im mittleren Bereich niedriger als eine Flächendichte der zweiten Versetzungsarrays ist.
  13. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei wenn Reinwasser in den mittleren Bereich tropft, ein Durchschnittswert eines Kontaktwinkels des Reinwassers weniger als oder gleich 45° ist, und ein Absolutwert einer Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert des Kontaktwinkels weniger als oder gleich 10° ist.
  14. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Dicke des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats weniger als oder gleich 600 µm ist, eine Krümmung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats weniger als oder gleich 30 µm ist, ein absoluter Wert einer Verwerfung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats weniger als oder gleich 20 µm ist, wenn die Verwerfung in einer Richtung senkrecht zu einer Dreipunkte-Bezugsebene der zweiten Hauptfläche positiv ist, eine Position mit einer Höchsthöhe, bei Betrachtung von der Dreipunkt-Bezugsebene, in einem Bereich von einem Mittelpunkt der zweiten Hauptfläche bis zu zwei Drittel eines Radius der zweiten Hauptfläche liegt, wenn die Verwerfung in der Richtung senkrecht zu der Dreipunkt-Bezugsebene negativ ist, eine Position mit einer Mindesthöhe, bei Betrachtung von der Dreipunkt-Bezugsebene, in dem Bereich von dem Mittelpunkt der zweiten Hauptfläche bis zu zwei Drittel des Radius der zweiten Hauptfläche liegt.
  15. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 14; und Bearbeiten des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats.
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