DE112017005034T5 - 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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Abstract

Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 100 mm oder größer und einer Hauptfläche, die in einem Winkel von mehr als 0 Grad und nicht weniger als 8 Grad in Bezug auf eine {0001}-Ebene geneigt ist, eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, die auf der Hauptfläche gebildet ist und eine Dicke von 20 µm oder mehr aufweist, und eine in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthaltene Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthaltenen Schraubenversetzung verbunden und das andere Ende in einer Oberfläche der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht vorhanden ist. Die Basalebenenversetzung erstreckt sich in eine Richtung mit einer Neigung von 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger in Bezug auf eine <11-20>-Richtung in einer {0001}-Basisebene. Die Dichte der Basalebenenversetzung beträgt 0,05/cmoder weniger.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung.
  • Die vorliegende Anmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität der am 4. Oktober 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-196636 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Es ist beispielsweise ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat als Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat bekannt (siehe beispielsweise Patentdokument 1), bei dem eine Stufenversetzung und eine Basalebenenversetzung, die mit der Stufenversetzung verbunden ist, verringert wird.
  • ZITATIONSLISTE
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: Internationale Veröffentlichungs-Nr. WO2009/0350085
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 100 mm oder mehr, das eine Hauptfläche aufweist, die um einen Winkel von mehr als 0 Grad und weniger als 8 Grad mit Bezug auf eine {0001}-Ebene geneigt ist, eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, die auf der Hauptfläche vorgesehen ist und eine Dicke von 20 µm oder mehr aufweist, und eine in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthaltene Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung, die in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthalten ist, verbunden und das andere Ende in einer Oberfläche der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht vorhanden ist. Die Basalebenenversetzung erstreckt sich in einer Richtung mit einer Neigung von 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger mit Bezug auf eine <11-20>-Richtung in einer {0001}-Basalebene. Die Dichte der Basalebenenversetzung beträgt 0,05/cm2 oder weniger.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht, die schematisch ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
    • 2 zeigt eine Draufsicht, die schematisch eine Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und eine andere Basalebenenversetzung, die mit der Basalebenenversetzung verbunden ist, darstellt;
    • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht (1), die schematisch eine Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und eine andere Basalebenenversetzung, die mit der Basalebenenversetzung verbunden ist, darstellt;
    • 4 zeigt eine perspektivische Ansicht (2), die schematisch eine Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und eine andere Basalebenenversetzung, die mit der Basalebenenversetzung verbunden ist, darstellt;
    • 5 zeigt eine Draufsicht (1), die schematisch eine Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und einen Mechanismus zur Erzeugung einer anderen Basalebenenversetzung darstellt;
    • 6 zeigt eine Draufsicht (2), die schematisch eine Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und einen Mechanismus zur Erzeugung einer anderen Basalebenenversetzung darstellt;
    • 7 zeigt eine Draufsicht (3), die schematisch eine Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und einen Mechanismus zur Erzeugung einer anderen Basalebenenversetzung darstellt;
    • 8 zeigt eine Draufsicht (4), die schematisch eine Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und einen Mechanismus zur Erzeugung einer anderen Basalebenenversetzung darstellt;
    • 9 zeigt eine Draufsicht (5), die schematisch eine Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und einen Mechanismus zur Erzeugung einer anderen Basalebenenversetzung darstellt;
    • 10 zeigt ein PL-Bild (Fotolumineszenz) (1) der Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und einer weiteren Basalebenenversetzung;
    • 11 zeigt ein PL-Bild (Fotolumineszenz) (2) der Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und einer weiteren Basalebenenversetzung;
    • 12 zeigt eine Seitenansicht, die schematisch ein Beispiel einer Konfiguration einer Filmabscheidevorrichtung darstellt;
    • 13 zeigt eine Seitenansicht, die schematisch ein Beispiel einer Konfiguration einer Filmabscheidevorrichtung darstellt;
    • 14 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Überblick über ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 15 zeigt ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel einer Temperatursteuerung und einer Gasströmungsratensteuerung in einer Filmabscheidevorrichtung darstellt;
    • 16 zeigt ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel einer Temperatursteuerung und einer Gasströmungsratensteuerung in einer Filmabscheidevorrichtung eines Verfahrens zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats ohne einen Schnellkühlungsschritt darstellt;
    • 17 zeigt ein PL-Bild einer Versetzung in einem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, das mit einem Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats ohne einen Schnellkühlungsschritt hergestellt wird;
    • 18 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Überblick über ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
    • 19 zeigt ein Prozessdiagramm (1) eines Verfahrens zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 20 zeigt ein Prozessdiagramm (2) eines Verfahrens zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 21 zeigt ein Prozessdiagramm (3) eines Verfahrens zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • [Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Indes sollte beachtet werden, dass die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung abnimmt, wenn die Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt wird, das viele Gitterfehler aufweist, die als Versetzungen bezeichnet werden. Somit ist es wünschenswert ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat ohne Versetzungen zu schaffen, wobei es jedoch sehr schwer ist, ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat ohne Versetzungen herzustellen. Dementsprechend offenbart Patentdokument 1 ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat mit verringerter Stufenversetzung und Basalebenenversetzung, die mit der Stufenversetzung verbunden ist.
  • Jedoch kann die Zuverlässigkeit der herzustellenden Halbleitervorrichtung nicht hinreichend im Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat verbessert werden, indem nur die Stufenversetzung und die mit der Stufenversetzung verbundene Basalebenenversetzung verringert werden.
  • Somit ist es wünschenswert, ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat zu schaffen, um eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit zu bilden.
  • Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Siliziumkarbidsubstrat und ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats bereitzustellen, die eine mit einer Schraubenversetzung verbundene Basalebenenversetzung verringern können.
  • Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform zur Durchführung eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hierbei wird auf eine Beschreibung gleicher Elemente und dergleichen verzichtet, während die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
  • [Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Zunächst werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgelistet und im Folgenden beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind den gleichen oder entsprechenden Elementen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet und es wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet. Darüber hinaus werden hinsichtlich einer kristallografischen Bezeichnung eine einzelne Ausrichtung, eine Gruppenausrichtung, eine einzelne Ebene und eine Gruppenebene jeweils durch [], <>, () und {} dargestellt. Darüber hinaus wird üblicherweise ein kristallografisch negativer Index durch eine Zahl mit einem Balken „-“ darüber ausgedrückt, wobei jedoch hierin ein negatives Vorzeichen vor einer Zahl gesetzt wird. Darüber hinaus ist das Epitaxiewachstum der vorliegenden Erfindung ein homoepitaktisches Wachstum.
  • [1] Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 100 mm oder mehr, das eine Hauptfläche aufweist, die um einen Winkel von mehr als 0 Grad und weniger als 8 Grad mit Bezug auf eine {0001}-Ebene geneigt ist; eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, die auf der Hauptfläche gebildet ist und eine Dicke von 20 µm oder mehr aufweist; und eine Basalebenenversetzung, die in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthalten ist und bei der ein Ende mit einer in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthaltenen Schraubenversetzung verbunden und das andere Ende in einer Oberfläche der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht vorhanden ist, wobei sich die Basalebenenversetzung in einer Richtung erstreckt, die eine Neigung von 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger mit Bezug auf eine <11-20>-Richtung in eine {0001}-Basalebene aufweist, und wobei eine Dichte der Basalebenenversetzung 0,05/cm2 oder weniger beträgt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden eine Basalebenenversetzung mit einem Ende, das mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und dem anderen Ende, das eine Oberfläche der Siliziumkarbidschicht in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat bildet, das eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthält, die auf einem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat ausgebildet ist. Die Basalebenenversetzung weist eine Versetzungslinie auf, die eine Neigung von 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger in Bezug auf eine <11-20>-Richtung in der {0001 }-Ebene aufweist. Gemäß den Erkenntnissen des Erfinders der vorliegenden Erfindung ist es wahrscheinlich, dass die Basalebenenversetzung in einem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einer Hauptfläche, die um einen Winkel von mehr als 0 Grad und nicht weniger als 8 Grad mit Bezug auf eine {0001}-Ebene geneigt ist, und insbesondere mit einem Durchmesser von 100 mm oder mehr, und ferner einem Durchmesser von 150 mm oder mehr, auftritt. Ist eine derartige Basalebenenversetzung vorhanden, nehmen die Basalebenenversetzungen zu, so dass das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat mit vielen Basalebenenversetzungen hergestellt wird. Wird eine Halbleitervorrichtung untere Verwendung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt, das viele solcher Basalebenenversetzungen enthält, kann sich die Zuverlässigkeit der hergestellten Halbleitervorrichtung verschlechtern.
  • Somit kann in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat durch Steuern der Anzahl der Basalebenenversetzungen auf eine oder mehr in der gesamten Oberfläche und der Dichte auf 0,05/cm2 oder weniger, eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt wird, verhindert werden.
  • Hierin kann die Anzahl und Dichte der Basalebenenversetzungen berechnet werden, indem die gesamte Oberfläche der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht unter Verwendung einer PL (Fotolumineszenz)-Bildgebungsvorrichtung analysiert wird und die erfasste Anzahl der Basalebenenversetzungen durch die Fläche der Oberfläche der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht dividiert wird. Beispielsweise kann eine PL-Bildgebungsvorrichtung PLIS-100 (von PHOTON Design Corporation) verwendet werden. Hier enthält die gesamte zuvor beschriebene Fläche keinen Bereich der nicht für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird. Hierin betrifft der Bereich, der nicht für die Halbleitervorrichtung verwendet wird, beispielsweise einen Bereich von 3 mm vom Rand des Substrats.
  • [2] Es gibt eine weitere Basalebenenversetzung, die sich in der <11-20>-Richtung erstreckt, die mit dem anderen Ende der Basalebenenversetzung verbunden ist.
  • [3] Ein Durchmesser des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats ist auf 150 mm oder größer eingestellt.
  • [4] Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung umfasst einen Schritt des Herstellens eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats und einen Schritt des Bearbeitens eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats.
  • [Einzelheiten der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (die im Nachfolgenden als „vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet wird) mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei jedoch die vorliegende Erfindung nicht auf diese Darstellungen beschränkt ist.
  • [Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat]
  • Im Nachfolgenden wird ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Struktur des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 mit einer Hauptfläche 10A, die um einen Versetzungswinkel θ mit Bezug auf eine vorbestimmte Kristallebene geneigt ist, und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 11, die auf der Hauptfläche 10A der Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gebildet ist. Die vorbestimmte Kristallebene ist vorzugsweise eine (0001)-Ebene oder eine (000-1)-Ebene.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Basalebenenversetzung mit einem Ende, das mit einer Schraubenversetzung verbunden ist, und dem anderen Ende, das eine Oberfläche des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 bildet. Die Richtung der Versetzungslinie dieser Basalebenenversetzung hat einen Winkel von 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger mit Bezug auf eine <11-20>-Richtung in einer {0001}-Basalebene. Die Anzahl der Basalebenenversetzungen beträgt eins oder mehr, und die Dichte der Versetzung beträgt 0,05/cm2 oder weniger.
  • Im Hinblick auf die Zuverlässigkeit von Halbleitervorrichtungen, die unter Verwendung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt werden, wird die Dichte der Basalebenenversetzung vorzugsweise so gering wie möglich gehalten und beträgt idealerweise 0 (null). Da es jedoch recht schwierig ist, eine Basalebenenversetzung von 0 zu erzielen, beträgt die Dichte der Basalebenenversetzung vorzugsweise 0,05/cm2 oder weniger, und noch bevorzugter 0,03/cm2 oder weniger.
  • [Basalebenenversetzung]
  • Die zuvor erwähnte Basalebenenversetzung wird im Nachfolgenden mit Bezug auf 2 bis 4 beschrieben. 2 zeigt eine Draufsicht des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100; 3 zeigt eine perspektivische Ansicht; und 4 eine perspektivische Ansicht mit einem vergrößerten Hauptteil. Ein Ende 111a der zuvor erwähnten Basalebenenversetzung 111 ist mit einer Schraubenversetzung 120 verbunden, und das andere Ende 111b bildet eine Oberfläche 11A der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 11. Diese Basalebenenversetzung 111 weist einen Winkel ϕ von 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger mit Bezug auf die <11-20>-Richtung in der {0001}-Basalebene auf.
  • Bei einer solchen Basalebenenversetzung 111 ist das andere Ende 111b hin und wieder mit einer anderen Basalebenenversetzung 112 verbunden. Die Basalebenenversetzung 111 und die weitere Basalebenenversetzung 112 sind das Ergebnis einer Forschung des Erfinders der vorliegenden Anmeldung.
  • [Mechanismus der Versetzungserzeugung]
  • Im Nachfolgenden wird ein Mechanismus und dergleichen zur Erzeugung der Basalebenenversetzung 111 mit Bezug auf 5 bis 9 beschrieben.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch Abscheiden einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht auf einem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat gebildet. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat umfasst eine Basalebenenversetzung und eine Schraubenversetzung. Somit treten die Basalebenenversetzung 110 und die Schraubenversetzung 120, wie in 5 gezeigt, auch in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat gebildet ist, aufgrund eines Teil der Basalebenenversetzung und der Schraubenversetzung in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat auf.
  • Die in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht erzeugte Basalebenenversetzung 110 kann verrutschen und sich in die <1-100>-Richtung in der {0001}-Ebene bewegen. Obwohl sich die Basalebenenversetzung 110 verschiebt und sich in eine Richtung bewegt, die durch einen gestrichelten Linienpfeil A dargestellt ist, wie in 6 gezeigt, hält somit die Verschiebungsbewegung der Basalebenenversetzung 110 an einer Position an, an der die Basalebenenversetzung 110 mit der Schraubenversetzung 120 zusammentrifft.
  • Anschließend bewegt sich, wie in 7 gezeigt, ein Abschnitt zwischen der Schraubenversetzung 120 der Basalebenenversetzung 110 und der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, wie durch einen gestrichelten Linienpfeil B gezeigt, bis ein Winkel ϕ mit Bezug auf die <11-20>-Richtung 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger in der {0001}-Ebene beträgt, wodurch die Basalebenenversetzung 111 gebildet wird. Das eine Ende 111a der Basalebenenversetzung 111 ist mit der Schraubenversetzung 120 verbunden, und das andere Ende 111b bildet die Oberfläche der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht. Das heißt, das andere Ende 111b der Basalebenenversetzung 111 erreicht die Oberfläche der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht von der Schraubenversetzung 120 und ist derart ausgebildet, dass sie in der Oberfläche enthalten ist. Dabei tritt eine weitere Basalebenenversetzung 112 am anderen Ende 111 b der Basalebenenversetzung 111 auf. Die Basalebenenversetzung 111 und die weitere Basalebenenversetzung 112 treten aufgrund des zuvor erwähnten Mechanismus auf.
  • Anschließend weicht die weitere Basalebenenversetzung 112, wie durch einen gestrichelten Linienpfeil C dargestellt, vom anderen Ende 111b der Basalebenenversetzung 111 ab, verschiebt sich auf der {0001}-Ebene und bewegt sich in die <1-100>-Richtung, wie in 8 gezeigt. Anschließend tritt die weitere Basalebenenversetzung 112 am anderen Ende 111b der Basalebenenversetzung 111 erneut auf, und die Basalebenenversetzung weicht von dem anderen Ende 111b der Basalebenenversetzung 111, die wiederholt wird, ab. Somit entstehen, wie in 9 gezeigt, aus der einzelnen Basalebenenversetzung 111 viele Basalebenenversetzungen.
  • 10 und 11 zeigen PL-Bilder (PL-Abbildungen) des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats. Hierin wurde eine PL-Bildgebungsvorrichtung PLIS-100 (von PHOTON Design Corporation) zur Messung der PL-Bilder verwendet. Bei der Messung der PL-Bilder wurde eine Quecksilber-Xenon-Lampe als Anregungslichtquelle bei Raumtemperatur verwendet, und Licht, das durch einen Bandpassfilter mit einer Wellenlänge von 313 nm geleitet wurde, wurde zu einem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat emittiert. Die PL-Bilder sind solche, die durch Licht erhalten werden, das von dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat stammt und durch einen Filter geleitet wird, der Licht mit einer Wellenlänge von 750 nm oder länger durchlässt. Die auf diese Weise erhaltenen PL-Bilder ermöglichen eine Untersuchung der Versetzung auf der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, ermöglichen jedoch keine Untersuchung der Versetzung in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat. Somit stammen die in 10 und 11 gezeigten Versetzung von der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht. 10 zeigt einen Zustand einer sich schräg erstreckenden Basalebenenversetzung 111, die mit einer anderen Basalebenenversetzung gekoppelt ist, und 11 zeigt einen Zustand einer Basalebenenversetzung 111, die zickzackförmig in die <11-20>- und <1-100>-Richtungen ausgebildet ist. Im PL-Bild in 11 wird ein Abschnitt in der <1-100>-Richtung von der Zickzack-Basalebenenversetzung durch eine helle Linie dargestellt.
  • Wird indes der Mechanismus zur Erzeugung der zuvor erwähnten Basalebenenversetzung untersucht, wird angenommen, dass die zuvor erwähnte Basalebenenversetzung während der Kühlung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats nach der Abscheidung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht erzeugt wird, und nicht während der Abscheidung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht. Das heißt, es wird angenommen, dass die Verschiebungsbewegung der Basalebenenversetzung 110, die in 6 bis 9 gezeigt ist, bei einer relativ hohen Temperatur erzeugt wird, insbesondere bei einer Temperatur von 1000 °C oder höher, und es wird angenommen, dass sie durch eine in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat erzeugte Spannung verursacht wird. In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat wird bei großen Temperaturunterschieden des Siliziumkarbidsubstrats die im Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat erzeugte Spannung groß. Andererseits wird in Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht ein Schritt des Kühlen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats als ein Schritt zur Erhöhung der Differenz der Temperaturverteilung in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat angegeben. In dem Kühlschritt ist es wahrscheinlich, dass eine Spannung insbesondere in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat auftritt.
  • Mit anderen Worten ist, während die Abscheidung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht bei einer sehr hohen Temperatur um 1600 °C durchgeführt wird, in diesem Fall die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung relativ hoch. Nach der Abscheidung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht wird das Ganze nicht auf eine gleichförmige Temperatur abgekühlt, so dass es wahrscheinlich ist, dass Schwankungen in der Temperaturverteilung auftreten. Wenn somit im Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat ein Zeitraum, in dem die Temperaturverteilung schwankt, lang ist, wird angenommen, dass dabei die Basalebenenversetzungen 111 auftreten und die Anzahl der anderen Basalebenenversetzungen 112 zunimmt. Darüber hinaus tritt gemäß den Erkenntnissen des Erfinders der vorliegenden Anmeldung, obwohl die Basalebenenversetzungen 111 in einem kleinen Substrat des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 kaum auftreten, die Basalebenenversetzungen 111 in einem großen Substrat stark auf. Wenn beispielsweise die Größe des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 100 mm oder größer ist, und wenn ferner die Größe 150 mm (beispielsweise 6 Zoll) oder größer ist, zeigt sich, dass die Basalebenenversetzungen stark auftreten. Dies scheint darauf zurückzuführen zu sein, dass der Unterscheid in der Temperaturverteilung mit zunehmender Fläche des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 zunimmt, und dass es wahrscheinlich ist, dass die Spannung mit zunehmender Temperaturverteilung auftritt.
  • Dementsprechend wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch schnelles Abkühlen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats, während ein Gas eingeblasen wird, nachdem die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht darauf abgeschieden wurde, erhalten. Mit anderen Worten verkürzt sich durch schnelles Abkühlen der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht nach deren Abscheidung eine Zeitdauer, bis die Temperatur 1000 °C oder niedriger wird, bei der die Verschiebungsbewegung der Basalebenenversetzung und die Zunahme der Basalebenenversetzung eher unwahrscheinlich auftreten. Somit kann ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat mit weniger Basalebenenversetzungen 111 und weniger weiteren Basalebenenversetzungen 112 hergestellt werden.
  • [Filmabscheidungsvorrichtung]
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird im Nachfolgenden eine Filmabscheidevorrichtung beschrieben, um eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht auf dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat abzuscheiden. 12 zeigt eine Seitenansicht, die schematisch ein Beispiel einer Konfiguration einer Filmabscheidevorrichtung darstellt. Darüber hinaus zeigt 13 eine Querschnittsansicht entlang einer strichgepunkteten Linie 12A-12B. Die Filmabscheidevorrichtung 1, die in 12 und 13 dargestellt ist, ist eine laterale Heißwand-CVD (chemische Dampfabscheide)-Vorrichtung. Wie in 12 gezeigt, umfasst die Filmabscheidevorrichtung 1 ein Heizelement 6, einen Wärmeisolator 5, ein Quarzrohr 4 und eine Induktionsheizspule 3. Das Heizelement 6 ist beispielsweise aus Kohlenstoff gebildet. Wie in 13 gezeigt, sind zwei Heizelemente 6 in der Filmabscheidevorrichtung 1 vorgesehen, und jedes der Heizelemente 6 weist eine Hohlstruktur auf, die zu einem Halbzylinder geformt ist, der einen Krümmungsabschnitt 6A und einen flachen Abschnitt 6B aufweist. Die zwei flachen Abschnitte 6B sind einander zugewandt angeordnet, und ein Raum, der von den zwei flachen Abschnitten 6B umgeben ist, bildet eine Kammer 1A, in die ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gelegt wird. Die Kammer 1A wird als ein „Gasdurchflusskanal“ bezeichnet.
  • Der Wärmeisolator 5 ist so angeordnet, dass er die Außenumfangsabschnitte der Heizelemente 6 umgibt. Die Kammer 1A ist durch den Wärmeisolator 5 von der Außenseite der Filmabscheidevorrichtung 1 isoliert. Das Quarzrohr 4 ist so angeordnet, dass es die Außenumfangsabschnitte der Wärmeisolatoren 5 umgibt. Die Induktionsheizspule 3 ist um den Außenumfangsabschnitt des Quarzrohrs 4 gewickelt. In der Filmabscheidevorrichtung 1 werden die Heizelemente durch Zuführen eines Wechselstroms zur Induktionsheizspule 3 induktiv erwärmt, wodurch eine Temperatur in der Kammer 1A gesteuert werden kann. Dabei wird das Quarzrohr 4 kaum erwärmt, da die Wärmeisolatoren 5 die Wärme isolieren.
  • [Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • 14 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Überblick über das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in 14 gezeigt, umfasst das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats der vorliegenden Ausführungsform einen Herstellungsschritt (S101), einen Druckentlastungsschritt (S102), einen Temperaturerhöhungsschritt (S103), einen Wasserstoffgaszuführschritt (S104), einen Epitaxiewachstumsschritt (S105) und einen Schnellkühlungsschritt (S106). Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch Durchführen des Schnellkühlungsschritts (S106) nach dem Epitaxiewachstumsschritt (S105) die Basalebenenversetzung in dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 verringert werden. Im Nachfolgenden wird jeder Schritt beschrieben.
  • In dem Herstellungsschritt (S101) wird ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 durch Schneiden eines Ingots aus beispielsweise einem Siliziumkarbid-Einkristall hergestellt. Beispielsweise wird eine Drahtsäge zum Schneiden verwendet. Vorzugsweise wird ein Siliziumkarbid 4H-Polytyp verwendet. Dies liegt daran, dass der 4H-Polytyp anderen Polytypen mit Bezug auf Elektronenbeweglichkeit, Durchschlagsfestigkeit und dergleichen überlegen ist. Der Durchmesser des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 beträgt 100 mm oder mehr, und vorzugsweise 150 mm oder mehr (beispielsweise 6 Zoll oder mehr). Je größer der Durchmesser wird, desto effizienter verringern sich die Herstellungskosten.
  • Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 umfasst eine Hauptfläche 10A, auf der später eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 11 aufgewachsen wird. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 weist einen Abweichungswinkel auf, der größer als 0 Grad und nicht mehr als 8 Grad ist. Mit anderen Worten ist die Hauptfläche 10A eine Fläche, die um einen Abweichungswinkel θ geneigt ist, der größer als 0 Grad und nicht größer als 8 Grad mit Bezug auf eine vorbestimmte Kristallebene ist. Durch das Ausbilden des Abweichungswinkels θ im Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 wird beim Aufwachsen der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 11 durch ein CVD-Verfahren ein laterales Richtungswachstum von einer atomaren Stufe, die auf der Hauptfläche 10A auftritt, d. h. ein sogenanntes „Step-Flow-Wachstum“ induziert. Auf diese Weise wird ein Einkristall unter Beibehaltung eines Polytypen des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gewachsen, wodurch verhindert wird, dass eine andere Polytypart eingemischt wird. Hierin ist die vorbestimmte Kristallebene vorzugsweise eine (0001)-Ebene oder eine (000-1)-Ebene. Mit anderen Worten ist die vorbestimmte Kristallebene vorzugsweise eine {0001}-Ebene. Eine Richtung, in der ein Abweichungswinkel gebildet wird, ist eine <11-20>-Richtung. Der Abweichungswinkel θ wird noch bevorzugter auf 2 Grad oder mehr und 7 Grad oder weniger, und noch bevorzugter auf 3 Grad oder mehr und 6 Grad oder weniger, und noch bevorzugter auf 3 Grad oder mehr und 5 Grad oder weniger eingestellt. Indem der Abweichungswinkel in einem solchen Bereich eingestellt wird, kann ein Gleichgewicht zwischen der Verhinderung eines anderen Polytypen und einer Wachstumsgeschwindigkeit erhalten werden. Die nachfolgenden Schritte werden in der Filmabscheidevorrichtung 1 durchgeführt.
  • In dem Druckentlastungsschritt (S102) wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 in Kammer 1A der Filmabscheidevorrichtung 1 gelegt, wie in 12 und 13 gezeigt, und der Druck in der Kammer 1A gesenkt. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 wird auf einen nicht in den Zeichnungen dargestellten Suszeptor in der Kammer 1A gelegt. Der Suszeptor kann mit einer SiC-Beschichtung oder dergleichen beschichtet sein.
  • 15 zeigt ein Zeitdiagramm, das die Steuerung einer Temperatur und eines Gasdurchflusses in der Kammer 1A nach dem Druckentlastungsschritt (S102) veranschaulicht. In 15 entspricht der Druckentlastungsschritt (S102) einer Zeitdauer von einer Zeit t1, wenn die Druckentlastung der Kammer 1A beginnt, bis zu einer Zeit t2, wenn der Druck in der Kammer 1A einen Sollwert erreicht, nachdem das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 in die Kammer 1A gelegt wurde. Der Sollwert des Drucks in dem Druckentlastungsschritt (S102) beträgt beispielsweise etwa 1 × 10-6 Pa.
  • Im Temperaturerhöhungsschritt (S103) wird die Temperatur in der Kammer 1A der Filmabscheidevorrichtung 1 auf eine zweite Temperatur T2 erwärmt. Im Temperaturerhöhungsschritt (S103) erreicht die Temperatur, nachdem die Temperatur eine erste Temperatur T1 überschritten hat, die niedriger ist als die zweite Temperatur T2, die zweite Temperatur T2. Wie in 15 gezeigt, beginnt der Temperaturanstieg ab dem Zeitpunkt t2; die Temperatur in der Kammer 1A erreicht die erste Temperatur T1 zu einem Zeitpunkt t3; und die Temperatur in der Kammer 1A erreicht ferner die zweite Temperatur T2 zu einem Zeitpunkt t4. Die erste Temperatur T1 beträgt beispielsweise 1100 °C.
  • Darüber hinaus beträgt die zweite Temperatur T2 vorzugsweise 1500 °C oder mehr und 1700 °C oder weniger. Liegt die zweite Temperatur T2 unter 1500 °C, kann es schwierig sein, einen Eingriffsteil in einem später beschriebenen Epitaxiewachstumsschritt (S105) gleichmäßig zu züchten, und die Wachstumstemperatur kann abnehmen. Wenn ferner die zweite Temperatur T2 1700 °C übersteigt, wird zudem eine Ätzwirkung des Wasserstoffgases sehr stark und die Wachstumsgeschwindigkeit kann weiter abnehmen. Die zweite Temperatur T2 beträgt noch bevorzugter 1520 °C oder mehr und 1680 °C oder weniger, und noch bevorzugter 1550 °C oder mehr und 1650 °C oder weniger. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beträgt die zweite Temperatur T2 1630 °C.
  • Im Wasserstoffgaszuführschritt (S104) wird, wie in 15 gezeigt, Wasserstoff (H2)-Gas ab einem Zeitpunkt t3 in die Kammer 1A geleitet, wenn die Temperatur in der Kammer 1A die erste Temperatur T1 erreicht, und der Druck in der Kammer 1A wird auf einen vorbestimmten Druck, beispielsweise 8 kPa, eingestellt. Das Zuführen von Wasserstoffgas beginnt zum Zeitpunkt t3, und eine Strömungsrate des Wasserstoffgases nimmt allmählich derart zu, dass die Strömungsrate des Wasserstoffgases zum Zeitpunkt t4 120 slm beträgt. Selbst im Wasserstoffzuführschritt (S104) wird der Temperaturerhöhungsschritt (S103) fortgesetzt, bis die Temperatur in der Kammer 1A der Filmabscheidevorrichtung 1 die zweite Temperatur T2 erreicht. Nachdem die Temperatur in der Kammer 1A der Filmabscheidevorrichtung 1 die zweite Temperatur T2 erreicht hat, wird der Epitaxiewachstumsschritt (S105) durchgeführt.
  • Im Epitaxiewachstumsschritt (S105) werden Kohlenwasserstoffgas und Silangas (SiH4) in die Kammer 1A der Filmabscheidevorrichtung 1 mit Wasserstoffgas eingebracht. Der vorbestimmte Druck in der Kammer 1A in dem Epitaxiewachstumsschritt (S105) beträgt beispielsweise 8 kPa. Dabei kann die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 11 auf der Hauptfläche 10A des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gewachsen werden.
  • Als Kohlenwasserstoffgas können Methan (Ch4)-Gas, Ethan (C2H6)-Gas, Propan (C3H8)-Gas, Butan (C4H10)-Gas, Acetylen (C2H2)-Gas und Ähnliches verwendet werden. von diesen Kohlenwassergasen kann eine einzelne Gasart alleine verwendet werden, oder es kann ein Mischgas verwendet werden, das durch die Kombination zweier oder mehrerer Gasarten gebildet wird. Mit anderen Worten umfasst das Kohlenwasserstoffgas vorzugsweise ein oder mehrere Gase, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methangas, Ethangas, Propangas, Butangas und Acetylengas. Eine Strömungsrate des Kohlenwasserstoffgases beträgt vorzugsweise 5 sccm oder mehr und 30 sccm oder weniger. In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise Propangas als Kohlenwasserstoffgas mit 15 sccm zugeführt.
  • Darüber hinaus ist die Strömungsrate des Silangases nicht besonders beschränkt, aber die Strömungsrate des Silangases wird vorzugsweise derart eingestellt, dass ein Verhältnis (C/Si) eine Anzahl von Kohlenstoff (C)-Atomen, die in dem Kohlenwasserstoffgas enthalten ist, zu einer Anzahl von Silizium (Si)-Atomen, die in dem Silangas enthalten ist, 0,5 oder mehr und 2,0 oder weniger beträgt. Dies liegt daran, dass SiC, das ein geeignetes stöchiometrisches Mischverhältnis aufweist, durch epitaktisches Wachstum gewachsen wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise Silangas mit 45 sccm zugeführt.
  • Im Epitaxiewachstumsschritt (S105) kann Stickstoff (N2) und dergleichen als ein Dotierstoff zugeführt werden. Der Epitaxiewachstumsschritt (S105) wird bis zum Zeitpunkt t5 durchgeführt, während die Solldicke der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 11 eingestellt wird.
  • Nach Abschluss des Epitaxiewachstumsschritts (S105) wird der Schnellkühlungsschritt (S106) durchgeführt. Im Schnellkühlungsschritt (S106) wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat durch Einblasen von Wasserstoff oder Argon (Ar) auf das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Beendigung des epitaktischen Aufwachsen schnell abgekühlt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Strömungsgeschwindigkeit von Wasserstoffgas erhöht und Wasserstoffgas nach Beendigung des epitaktischen Aufwachsens auf das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat geblasen. Bei dieser Gelegenheit kann der Druck in der Kammer 1A 8 kPa überschreiten. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine dritte Temperatur T3 zu einem Zeitpunkt t6, wenn seit dem Zeitpunkt t5 zehn Minuten vergangen sind, auf etwa 700 °C eingestellt werden. Somit ist es nach dem epitaktischen Aufwachsen, da die Temperatur auf eine Temperatur von 1000 °C oder weniger in einer kurzen Zeitdauer von zehn Minuten oder kürzer eingestellt werden kann, unwahrscheinlich, dass eine Verschiebungsbewegung der Basalebenenversetzung auftritt. Somit kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Dichte der Basalebenenversetzung 111 in dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat auf 0,05/cm2 oder weniger festgelegt werden.
  • Anschließend wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat weiter gekühlt und die Zufuhr von Wasserstoffgas zu einem Zeitpunkt t7 gestoppt, wenn die Temperatur 600 °C beträgt. Nachdem das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat bis zum Zeitpunkt t7 abgekühlt ist, wenn das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat eine Temperatur erreicht, bei der das gebildete Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat aus der Kammer 1A entnommen werden kann, wird das Innere der Kammer 1A zur Erzielung eines Atmosphärendrucks geöffnet, so dass das Innere der Kammer 1A auf Atmosphärendruck zurückkehrt, und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 aus der Kammer 1A entnommen.
  • Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch die zuvor erwähnten Schritte hergestellt werden.
  • Im Folgenden wird nun zum Vergleich mit der vorliegenden Ausführungsform ein Fall zum Kühlen eines Substrats beschrieben, bei dem ein Epitaxiewachstumsschritt abgeschlossen wurde, ohne den Schnellkühlungsschritt (S106) durchzuführen, der sich von dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet. In 16 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, das die Steuerung einer Temperatur in der Kammer 1A und eine Strömungsrate im und nach dem Druckentlastungsschritt in diesem Fall darstellt. Ein sich von dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform in 15 unterscheidender Aspekt ist, dass die Kühlung normalerweise durchgeführt wird, ohne das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, auf dem das epitaktische Aufwachsen nach dem Zeitpunkt t5 nach Beendigung des Epitaxiewachstumsschritts beendet wurde, schnell abzukühlen. Insbesondere wird gemäß dem Zeitdiagramm in 16 die Kühlung durchgeführt, während die Strömungsrate des Wasserstoffgases ab dem Zeitpunkt t5, zu dem das epitaktische Wachstum beendet ist, auf 100 slm eingestellt wird. Der vorgegebene Druck in der Kammer 1A beträgt dabei beispielsweise 8 kPa. In diesem Fall beträgt eine Temperatur zum Zeitpunkt t16, wenn seit dem Zeitpunkt t5 zehn Minuten vergangen sind, etwa 1200 °C, und nicht weniger als 1000 °C. Somit verschiebt und bewegt sich zum Zeitpunkt 16 die Basalebenenversetzung, und es wird angenommen, dass die Basalebenenversetzung 111 und die weitere Basalebenenversetzung 112 zunehmen.
  • Anschließend wird die Kühlung fortgesetzt und die Zufuhr von Wasserstoffgas zum Zeitpunkt t17 gestoppt, wenn die Temperatur 600 °C erreicht. Nach dem Abkühlen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats zum Zeitpunkt t18, zu dem das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat entnommen werden kann, wird dann das Innere der Kammer 1A zur Atmosphäre hin geöffnet, so dass der Druck in der Kammer 1A wieder auf Atmosphärendruck zurückkehrt, und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat aus der Kammer 1A entnommen.
  • In 17 ist ein PL-Bild des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats dargestellt, das mit dem zuvor erwähnten Herstellungsverfahren des in 16 gezeigten Zeitdiagramms hergestellt wird. Da in dem in 16 gezeigten Herstellungsverfahren die Temperatur etwa 1200 °C beträgt, und somit nicht weniger als 1000 °C ist, verschieben und bewegen sich die Basalebenenversetzungen, selbst wenn seit Beendigung des epitaktischen Aufwachsens zehn Minuten vergangen sind, und es zeigt sich, dass sehr viele Versetzungen (etwa40/cm2) vorhanden sind, wie in 17 gezeigt.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann durch schnelles Kühlen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats nach dem epitaktischen Aufwachsen die Temperatur auf 1000 °C oder weniger gesenkt werden, bei der es unwahrscheinlich ist, dass sich die Basalebenenversetzungen in einer kurzen Zeit verschieben und bewegen. Somit kann die Anzahl der Basalebenenversetzungen im Vergleich zu dem in 17 gezeigten Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat weiter verringert werden.
  • [Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung]
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst im Wesentlichen einen Epitaxiesubstrat-Herstellungsschritt (S210: 18) und einen Substratbearbeitungsschritt (S220: 18).
  • Zunächst wird der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstratherstellungsschritt (S210: 18) durchgeführt. Insbesondere wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat durch das zuvor erwähnte Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats hergestellt.
  • Anschließend wird der Substratbearbeitungsschritt (S220: 18) durchgeführt. Insbesondere wird durch Verarbeiten des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung hergestellt. Während des „Verarbeitens“ werden beispielsweise eine Vielzahl von Schritten, wie ein Ionenimplantationsschritt, ein Wärmebehandlungsschritt, ein Ätzschritt, ein Oxidfilmbildungsschritt, ein Elektrodenbildungsschritt und ein Vereinzelungsschritt durchgeführt. Mit anderen Worten kann der Substratverarbeitungsschritt wenigstens einen Schritt aus dem Ionenimplantationsschritt, dem Wärmebehandlungsschritt, dem Ätzschritt, dem Oxidfilmbildungsschritt, dem Elektrodenbildungsschritt und dem Vereinzelungsschritt umfassen.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines MOSFETs (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) beschrieben, der ein Beispiel der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung bildet. Der Substratverarbeitungsschritt (S220: 18) umfasst einen Ionenimplantationsschritt (S221: 18), einen Oxidfilmbildungsschritt (S222, 18), einen Elektrodenbildungsschritt (S223: 18) und einen Vereinzelungsschritt (S224: 18).
  • Zunächst wird der Ionenimplantationsschritt (S221: 18) durchgeführt. Beispielsweise werden p-Verunreinigungen, wie beispielsweise Aluminium (AI) eingebracht. Dadurch wird ein Körpergebiet 232 mit einem p-Leitfähigkeitstyp gebildet. Anschließend werden n-Verunreinigungen, wie beispielsweise Phosphor (P) an einer vorbestimmten Position in dem Körpergebiet 232 eingebracht. Auf diese Weise wird ein Source-Gebiet 233 mit einem n-Leitfähigkeitstyp gebildet. Anschließend werden p-Verunreinigungen, wie beispielsweise Aluminium, an einer vorbestimmten Position des Körpergebiets 232 eingebracht. Auf diese Weise wird ein Kontaktgebiet 234 mit einem p-Leitfähigkeitstyp gebildet (siehe 19).
  • In der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 11 wird ein anderer Teil als das Körpergebiet 232, das Source-Gebiet 233 und das Kontaktgebiet 234 zu einem Driftbereich 231. Das Source-Gebiet 233 ist durch das Körpergebiet 232 von dem Driftbereich 231 getrennt. Die Ionenimplantation kann durch Erhitzen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 auf etwa 300 °C bis etwa 600 °C durchgeführt werden. Nach der Ionenimplantation wird ein Aktivierungsglühschritt am Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 durchgeführt. Die in die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 11 eingebrachten Verunreinigungen werden durch den Aktivierungsglühschritt aktiviert, und in jedem Bereich wird ein Träger erzeugt. Eine Atmosphäre für das Aktivierungsglühen kann eine Argon (Ar)-Atmosphäre sein. Eine Aktivierungsglühtemperatur kann beispielsweise etwa 1800 °C betragen. Eine Zeitdauer für das Aktivierungsglühen kann etwa 30 Minuten betragen.
  • Anschließend wird der Oxidfilmbildungsschritt (S222: 18) durchgeführt. Beispielsweise wird durch Erhitzen des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ein Oxidfilm 236 auf einer Oberfläche 11A (siehe 20) gebildet. Der Oxidfilm 236 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO2) und dergleichen gebildet. Der Oxidfilm 236 dient als ein Gate-Isolierfilm. Die Temperatur des thermischen Oxidationsprozesses kann beispielsweise etwa 1300 °C betragen. Die Zeitdauer für den thermischen Oxidationsschritt kann beispielsweise 30 Minuten betragen.
  • Nach der Bildung des Oxidfilms 236 kann eine weitere Wärmebehandlung in einer Stickstoffumgebung durchgeführt werden. So kann beispielsweise die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre aus Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffoxid (N2O) bei 1100 °C für etwa eine Stunde durchgeführt werden. Darüber hinaus kann anschließend eine Wärmebehandlung in einer Argonatmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung bei etwa 1100 bis etwa 1500 °C in der Argonatmosphäre für etwa eine Stunde durchgeführt werden.
  • Anschließend wird der Elektrodenbildungsschritt (S223: 18) durchgeführt. Die erste Elektrode 241 wird auf dem Oxidfilm 236 gebildet. Die erste Elektrode 241 dient als eine Gate-Elektrode. Die erste Elektrode 241 wird beispielsweise durch ein CVD-Verfahren gebildet. Die erste Elektrode 241 ist beispielsweise aus Polysilizium, das Verunreinigungen enthält und eine Leitfähigkeit aufweist, gebildet. Die erste Elektrode 241 wird an einer Position gebildet, die dem Source-Gebiet 233 und dem Körpergebiet 232 gegenüberliegt.
  • Anschließend wird der Zwischenschicht-Isolierfilm 237 gebildet, der die erste Elektrode 241 bedeckt. Der Zwischenschicht-Isolierfilm 237 wird beispielsweise durch ein CVD-Verfahren gebildet. Der Zwischenschicht-Isolierfilm 237 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid gebildet.
  • Der Zwischenschicht-Isolierfilm 237 ist derart gebildet, dass er die erste Elektrode 241 und den Oxidfilm 236 berührt. Folglich werden der Oxidfilm 236 und der Zwischenschicht-Isolierfilm 237 an vorbestimmten Positionen durch Ätzen entfernt. Auf diese Weise werden das Source-Gebiet 233 und das Kontaktgebiet 234 von der Oxidschicht 236 freigelegt.
  • So wird beispielsweise eine zweite Elektrode 242 auf dem freigelegten Abschnitt durch ein Sputterverfahren gebildet. Der zweite Elektrodenbereich 242 dient als Source-Elektrode. Die zweite Elektrode 242 ist beispielsweise aus Titan, Aluminium, Silizium und dergleichen gebildet. Nach der Bildung der zweiten Elektrode werden die zweite Elektrode 242 und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 auf beispielsweise etwa 900 bis 1100 °C erhitzt. Somit sind die zweite Elektrode 242 und das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 miteinander in Kontakt, um einen ohmschen Kontakt zu bilden. Anschließend wird eine Zwischenverbindungsschicht 238 derart gebildet, dass sie mit der zweiten Elektrode 242 in Kontakt ist. Die Zwischenverbindungsschicht 238 ist beispielsweise aus einem aluminiumhaltigen Material gebildet.
  • Anschließend wird auf der Zwischenverbindungsschicht 238 beispielsweise durch Plasma-CVD ein Passivierungsschutzfilm (nicht in der Zeichnung dargestellt) gebildet. Der Passivierungsschutzfilm enthält beispielsweise einen SiN-Film. Ein Teil des Passivierungsschutzfilms wird bis zur Zwischenverbindungsschicht 238 geätzt, und es wird eine Öffnung in dem Passivierungsschutzfilm gebildet, um einen Bonddraht damit zu verbinden. Anschließend wird ein Rückschleifschritt auf der Rückseitenfläche 10A des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 durchgeführt. Auf diese Weise wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gedünnt. Anschließend wird eine dritte Elektrode 243 auf der Rückseitenfläche 10B gebildet. Die dritte Rückseitenfläche 243 dient als eine Drain-Elektrode. Die dritte Elektrode 243 ist beispielsweise aus einer Legierung, die Nickel und Silizium enthält (beispielsweise NiSi und dergleichen), gebildet.
  • Anschließend wird ein Vereinzelungsschritt (S224: 18) durchgeführt. Beispielsweise wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in eine Vielzahl von Halbleiterchips durch Vereinzeln des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 entlang der Vereinzelungslinien geteilt. Auf diese Weise wird eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 hergestellt (siehe 21).
  • Vorstehend wurde das Verfahren zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung anhand eines MOSFETs beschrieben, wobei jedoch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auf eine Vielzahl von Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise einen IGBT (einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate), eine SBD (Schottky-Diode), einen Thyristor, eine GTO (Gate Turn Off thyristor) und eine PiN-Diode angewendet werden.
  • Obwohl die Ausführungsformen vorstehend beschrieben wurden, versteht es sich, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen der Veranschaulichung dienen und in keiner Weise als einschränkend zu erachten sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll alle Änderungen umfassen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Filmabscheidevorrichtung
    1A
    Kammer
    3
    Induktionsheizspulen
    4
    Quarzrohr
    5
    Wärmeisoliermaterial
    6
    Heizelement
    6A
    Krümmungsabschnitt
    6B
    Flachabschnitt
    10
    Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat
    10A
    Hauptfläche
    10B
    Rückseitenfläche
    11
    Siliziumkarbid-Epitaxieschicht
    11A
    Oberfläche
    100
    Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat
    110
    Basalebenenversetzung
    111
    Basalebenenversetzung
    111a
    ein Ende
    111b
    anderes Ende
    112
    weitere Basalebenenversetzung
    120
    Schraubenversetzung
    231
    Driftbereich
    232
    Körpergebiet
    233
    Source-Gebiet
    234
    Kontaktgebiet
    236
    Oxidfilm
    237
    Zwischenschicht-Isolierfilm
    238
    Zwischenverbindungsschicht
    241
    erste Elektrode
    242
    zweite Elektrode
    243
    dritte Elektrode
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016196636 [0002]
    • WO 2009/0350085 [0004]

Claims (4)

  1. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, umfassend: ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 100 mm oder größer und mit einer Hauptfläche, die in einem Winkel von mehr als 0 Grad und nicht weniger als 8 Grad in Bezug auf eine {0001}-Ebene geneigt ist; eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, die auf der Hauptfläche gebildet ist und eine Dicke von 20 µm oder mehr aufweist; und eine in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthaltene Basalebenenversetzung, bei der ein Ende mit einer in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht enthaltenen Schraubenversetzung verbunden und das andere Ende in einer Oberfläche der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht vorhanden ist, wobei sich die Basalebenenversetzung in eine Richtung mit einer Neigung von 20 Grad oder mehr und 80 Grad oder weniger in Bezug auf eine <11-20>-Richtung in einer {0001}-Basalebene erstreckt, und wobei die Dichte der Basalebenenversetzung 0,05/cm2 oder weniger beträgt.
  2. Siliziumkarbidsubstrat nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine weitere Basalebenenversetzung, die sich in der<11-20>-Richtung erstreckt und mit dem anderen Ende der Basalebenenversetzung verbunden ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Durchmesser des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats auf 150 mm oder größer eingestellt ist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Schritt zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, und einen Schritt zum Bearbeiten eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10697898B2 (en) 2018-10-15 2020-06-30 Showa Denko K.K. SiC substrate evaluation method and method for manufacturing SiC epitaxial wafer
WO2022132715A1 (en) * 2020-12-15 2022-06-23 Wolfspeed, Inc. Large dimension silicon carbide single crystalline materials with reduced crystallographic stress

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7310805B2 (ja) 2018-05-09 2023-07-19 住友電気工業株式会社 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法
CN113388888B (zh) * 2021-06-22 2022-07-12 山东天岳先进科技股份有限公司 一种碳化硅晶体、其使用的籽晶及籽晶的制备方法
WO2024080071A1 (ja) * 2022-10-11 2024-04-18 住友電気工業株式会社 炭化珪素結晶基板、エピタキシャル基板および半導体装置の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009035085A1 (ja) 2007-09-12 2009-03-19 Daikin Industries, Ltd. 電解液
JP2016196636A (ja) 2010-03-01 2016-11-24 ザ ユニヴァーシティ オヴ ブリティッシュ コロンビア 誘導体化超分岐ポリグリセロール類

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7314520B2 (en) * 2004-10-04 2008-01-01 Cree, Inc. Low 1c screw dislocation 3 inch silicon carbide wafer
US8293623B2 (en) * 2007-09-12 2012-10-23 Showa Denko K.K. Epitaxial SiC single crystal substrate and method of manufacture of epitaxial SiC single crystal substrate
JP2010184833A (ja) * 2009-02-12 2010-08-26 Denso Corp 炭化珪素単結晶基板および炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ
JP6025306B2 (ja) * 2011-05-16 2016-11-16 株式会社豊田中央研究所 ＳｉＣ単結晶、ＳｉＣウェハ及び半導体デバイス
JP5958949B2 (ja) * 2011-05-26 2016-08-02 一般財団法人電力中央研究所 炭化珪素基板、炭化珪素ウェハ、炭化珪素ウェハの製造方法及び炭化珪素半導体素子
US8940614B2 (en) * 2013-03-15 2015-01-27 Dow Corning Corporation SiC substrate with SiC epitaxial film
JP6122704B2 (ja) * 2013-06-13 2017-04-26 昭和電工株式会社 ＳｉＣエピタキシャルウェハ及びその製造方法
DE112015004520T5 (de) * 2014-10-01 2017-06-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat
JP2016166112A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 株式会社東芝 半導体基板及び半導体装置
KR102106722B1 (ko) * 2015-07-29 2020-05-04 쇼와 덴코 가부시키가이샤 에피택셜 탄화규소 단결정 웨이퍼의 제조 방법
US20170321345A1 (en) * 2016-05-06 2017-11-09 Ii-Vi Incorporated Large Diameter Silicon Carbide Single Crystals and Apparatus and Method of Manufacture Thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009035085A1 (ja) 2007-09-12 2009-03-19 Daikin Industries, Ltd. 電解液
JP2016196636A (ja) 2010-03-01 2016-11-24 ザ ユニヴァーシティ オヴ ブリティッシュ コロンビア 誘導体化超分岐ポリグリセロール類

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10697898B2 (en) 2018-10-15 2020-06-30 Showa Denko K.K. SiC substrate evaluation method and method for manufacturing SiC epitaxial wafer
DE102019127412B4 (de) * 2018-10-15 2020-11-26 Showa Denko K. K. Sic-substratbewertungsverfahren, verfahren zur herstellung von sic-epitaxiewafern und sic-epitaxiewafer
US11249027B2 (en) 2018-10-15 2022-02-15 Showa Denko K.K. SiC substrate evaluation method and method for manufacturing SiC epitaxtal wafer
WO2022132715A1 (en) * 2020-12-15 2022-06-23 Wolfspeed, Inc. Large dimension silicon carbide single crystalline materials with reduced crystallographic stress

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