DE112017006965T5 - Epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat und Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung - Google Patents

Epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat und Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung Download PDF

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Hironori Itoh
Keiji Wada
Tsutomu Hori
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Abstract

Es wird angenommen, dass ein Defekt, der die Beziehungen von Formel 1 und Formel 2 erfüllt, ein erster Defekt ist, wobei ein Versetzungswinkel θ° beträgt, die Dicke einer Siliziumcarbidschicht W µm beträgt, die Breite des Defekts in einer Richtung parallel zu einer Richtung, die durch Projizieren einer Versetzungsrichtung auf eine zweite Hauptfläche erhalten wird, L µm beträgt und die Breite des Defekts in einer Richtung senkrecht zur Versetzungsrichtung und parallel zur zweiten Hauptoberfläche Y µm beträgt. Es wird angenommen, dass ein Defekt mit einer in Ansicht in einer Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche länglichen Form, der die Beziehungen von Formel 3 und Formel 4 erfüllt, ein zweiter Defekt ist, wobei die Breite des Defekts in einer Längsrichtung des Defekts A µm beträgt und die Breite des Defekts in einer kurzen Richtung des Defekts B µm beträgt, wenn in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche betrachtet. Ein Wert, der durch Division der Zahl des zweiten Defekts durch die Summe aus der Zahl des ersten Defekts und der Zahl des zweiten Defekts erhalten wird, ist größer als 0,5.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat und ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung. Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-015502 in Anspruch, die am 31. Januar 2017 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die japanische Offenlegung mit Nr. 2014-170891 (PTL1) offenbart ein Verfahren zum epitaktischen Wachsen einer Siliziumcarbidschicht auf einem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat.
  • LISTE DER ZITIERUNGEN
  • PATENTLITERATUR
  • PTL1: Japanische Offenlegung mit Nr. 2014-170891
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat mit einer ersten Hauptoberfläche; und eine Siliziumcarbidschicht auf der ersten Hauptoberfläche. Die Siliziumcarbidschicht umfasst eine Oberfläche, die mit dem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat in Kontakt steht, und eine der Oberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche. Die zweite Hauptfläche ist eine Ebene, die unter einem Versetzungswinkel in einer Versetzungsrichtung relativ zu einer {0001}-Ebene geneigt ist. Die zweite Hauptoberfläche weist Defekte auf. Unter der Annahme, dass ein Defekt, der die Beziehungen der Formeln 1 und 2 erfüllt, ein erster Defekt ist, bei dem der Versetzungswinkel θ° beträgt, eine Dicke der Siliziumcarbidschicht in einer Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche W µm beträgt, eine Breite des Defekts in einer Richtung parallel zu einer Richtung, die durch eine Projektion der Versetzungsrichtung auf die zweite Hauptoberfläche erhalten wird, L µm beträgt und eine Breite des Defekts in einer Richtung senkrecht zu der Versetzungsrichtung und parallel zu der zweiten Hauptoberfläche beträgt Y µm, und unter der Annahme, dass ein Defekt mit einer länglichen Form, wenn er in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche betrachtet wird und er die Beziehungen der Formeln 3 und 4 erfüllt, ein zweiter Defekt ist, bei dem eine Breite des Defekts in Längsrichtung des Defekts A µm und eine Breite des Defekts in einer kurzen Richtung des Defekts B µm beträgt, wenn er in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche betrachtet wird, dann ist ein Wert, der durch eine Division einer Zahl des zweiten Defekts durch eine Summe aus einer Zahl aus dem ersten Defekt und einer Zahl des zweiten Defekts größer ist als 0,5:
  • L Y ≦ 1
    Figure DE112017006965T5_0001
  • 0.8 × W tan θ < L < 1.2 × W tan θ
    Figure DE112017006965T5_0002
  • 3 < A B
    Figure DE112017006965T5_0003
  • L< W tan θ
    Figure DE112017006965T5_0004
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische ebene Ansicht, die eine Konfiguration eines epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine schematische Schnittansicht entlang einer Linie II-II in 3 und in Ansicht entlang der Richtung der Pfeile.
    • 3 ist eine schematische ebene Ansicht, die eine Konfiguration eines ersten Abschnitts einer zweiten Hauptoberfläche des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 4 ist eine schematische ebene Ansicht, die eine Konfiguration eines zweiten Abschnitts der zweiten Hauptoberfläche des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 5 ist eine schematische Schnittansicht entlang einer Linie V-V in 4 und in Ansicht der Richtung der Pfeile.
    • 6 ist eine schematische teilweise Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Vorrichtung zum Herstellen des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 8 ist eine schematische Schnittansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 9 ist eine schematische Schnittansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 10 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 11 ist eine schematische Schnittansicht, die einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 12 ist eine schematische Schnittansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 13 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Konfiguration der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • [Zusammenfassung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • Zunächst wird eine Zusammenfassung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. In Bezug auf kristallographische Angaben wird eine individuelle Orientierung durch [] dargestellt, eine Gruppenorientierung wird durch <> dargestellt, eine individuelle Ebene wird durch () dargestellt und eine Gruppenebene wird durch {} dargestellt. Obwohl ein kristallographisch negativer Index normalerweise durch eine Zahl mit einem Strich „-“ darüber ausgedrückt wird, geht hier einer Zahl ein negatives Vorzeichen voran, um einen kristallographisch negativen Index anzuzeigen.
    1. (1) Ein epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 mit einer ersten Hauptoberfläche 11; und eine Siliziumcarbidschicht 20 auf der ersten Hauptoberfläche 11. Die Siliziumcarbidschicht 20 umfasst eine Oberfläche 14 in Kontakt mit dem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 und eine der Oberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 12. Die zweite Hauptfläche 12 ist eine Ebene, die unter einem Versetzungswinkel in einer Versetzungsrichtung relativ zu einer {0001}-Ebene geneigt ist. Die zweite Hauptfläche 12 weist Defekte auf. Unter der Annahme, dass ein Defekt, der die Beziehungen der Formel 1 und der Formel 2 erfüllt, ein erster Defekt 1 ist, bei dem der Versetzungswinkel θ° beträgt, eine Dicke der Siliziumcarbidschicht 20 in einer Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 12 W µm beträgt, eine Breite des Defekts in einer Richtung parallel zu einer Richtung, die durch Projizieren der Versetzungsrichtung auf die zweite Hauptoberfläche 12 erhalten wird, L µm beträgt, und eine Breite des Defekts in einer Richtung senkrecht zu der Versetzungsrichtung und parallel zu der zweiten Hauptoberfläche 12 Y µm beträgt, und unter der Annahme, dass ein Defekt mit einer länglichen Form, wenn er in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche 12 betrachtet wird und die Beziehungen der Formel 3 und der Formel 4 erfüllt, ein zweiter Defekt ist, bei dem eine Breite des Defekts in einer Längsrichtung des Defekts A µm beträgt und eine Breite des Defekts in einer kurzen Richtung des Defekts B µm beträgt, wenn sie in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 12 betrachtet wird, dann ist ein Wert, der erhalten wird, indem eine Zahl der zweiten Defekte 2 durch eine Summe aus einer Zahl des ersten Defekts 1 und der Zahl des zweiten Defekts 2 geteilt wird, größer als 0,5. Infolgedessen kann eine zweidimensionale Ausdehnung eines Defekts unterdrückt werden.
    2. (2) In dem epitaktischen Siliziumcarbidsubstrat 100 gemäß (1) oben kann die Dicke der Siliziumcarbidschicht 20 wenigstens 5 µm und höchstens 100 µm betragen.
    3. (3) In dem epitaktischen Siliziumcarbidsubstrat 100 gemäß (1) oder (2) oben kann der Versetzungswinkel größer als 0° und kleiner oder gleich 8° betragen.
    4. (4) In dem epitaktischen Siliziumcarbidsubstrat 100 nach einem von (1) bis (3) oben kann der Wert, der durch Division der Zahl des zweiten Defekts 2 durch die Summe aus der Zahl des ersten Defekts 1 und der Zahl des zweiten Defekts 2 erhalten wird, größer sein als 0,6.
    5. (5) In dem epitaktischen Siliziumcarbidsubstrat 100 gemäß (4) oben kann der Wert, der durch Division der Zahl des zweiten Defekts 2 durch die Summe aus der Zahl des ersten Defekts 1 und der Zahl des zweiten Defekts 2 erhalten wird, größer sein als 0,7.
    6. (6) In dem epitaktischen Siliziumcarbidsubstrat 100 gemäß (5) oben kann der Wert, der durch Division der Zahl des zweiten Defekts 2 durch die Summe aus der Zahl des ersten Defekts 1 und der Zahl des zweiten Defekts 2 erhalten wird, größer sein als 0,8.
    7. (7) In dem epitaktischen Siliziumcarbidsubstrat 100 gemäß (6) oben kann der Wert, der durch Division der Zahl des zweiten Defekts 2 durch die Summe aus der Zahl des ersten Defekts 1 und der Zahl des zweiten Defekts 2 erhalten wird, größer sein als 0,9.
    8. (8) Ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbidhalbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte. Es wird ein epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat 100 gemäß einem von (1) bis (7) oben vorbereitet. Das epitaktische Siliziumcarbidsubstrat 100 wird bearbeitet.
  • [Details der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • Die Details der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind dieselben oder entsprechende Elemente mit denselben Zeichen bezeichnet und dieselbe Beschreibung davon wird nicht wiederholt.
  • (Siliciumcarbid-Epitaxiesubstrat)
  • Gemäß der Darstellung in den 1 und 2 weist ein epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 und eine Siliziumcarbidschicht 20 auf. Das Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 weist eine erste Hauptfläche 11 und eine dritte Hauptfläche 13 gegenüber der ersten Hauptoberfläche 11 auf. Die Siliciumcarbidschicht 20 umfasst eine vierte Hauptfläche 14, die mit dem Siliciumcarbid-Einkristallsubstrat 10 in Kontakt steht, und eine zweite Hauptfläche 12, die der vierten Hauptfläche 14 gegenüberliegt. Gemäß der Darstellung in 1 kann das epitaktische Siliziumcarbidsubstrat 100 mit einer ersten Abflachung 16 versehen sein, die sich in einer ersten Richtung 101 erstreckt. Das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat 100 kann mit einer zweiten Abflachung (nicht gezeigt) versehen sein, die sich in einer zweiten Richtung 102 erstreckt.
  • Die erste Richtung 101 ist eine Richtung parallel zur zweiten Hauptfläche 12 und senkrecht zur zweiten Richtung 102. Die zweite Richtung 102 ist beispielsweise eine <1-100> - Richtung. Gemäß der Darstellung in 1 beträgt ein maximaler Durchmesser 111 (Durchmesser) der zweiten Hauptfläche 12 beispielsweise 100 mm oder mehr. Der maximale Durchmesser 111 kann 150 mm oder mehr, 200 mm oder mehr oder 250 mm oder mehr betragen. Die Obergrenze des maximalen Durchmessers 111 ist nicht besonders beschränkt. Die Obergrenze des maximalen Durchmessers 111 kann beispielsweise 300 mm betragen.
  • Das Siliciumcarbid-Einkristallsubstrat 10 ist aus einem Siliciumcarbid-Einkristall gebildet. Der Siliciumcarbid-Einkristall weist beispielsweise einen Polytyp von 4H-SiC auf. 4H-SiC ist anderen Polytypen in Bezug auf Elektronenmobilität, Durchschlagsfestigkeit und dergleichen überlegen. Das Siliciumcarbid-Einkristallsubstrat 10 umfasst eine Verunreinigung vom n-Typ, wie Stickstoff (N). Der Leitfähigkeitstyp des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrats 10 ist beispielsweise der n-Typ. Die erste Hauptfläche 11 ist eine Ebene, die unter einem Winkel von 8° oder weniger relativ zu einer {0001} -Ebene geneigt ist. Wenn die erste Hauptfläche 11 relativ zur {0001} -Ebene geneigt ist, ist eine Neigungsrichtung der Normalen zur ersten Hauptfläche 11 beispielsweise eine <11-20> -Richtung.
  • Gemäß der Darstellung in 2 befindet sich die Siliziumcarbidschicht 20 auf der ersten Hauptoberfläche 11 des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrats 10. Die Siliziumcarbidschicht 20 ist eine epitaktische Schicht. Die Siliciumcarbidschicht 20 steht mit der ersten Hauptoberfläche 11 in Kontakt. Die Siliciumcarbidschicht 20 umfasst eine Verunreinigung vom n-Typ, wie beispielsweise Stickstoff. Der Leitfähigkeitstyp der Siliciumcarbidschicht 20 ist beispielsweise der n-Typ. Die zweite Hauptfläche ist eine Ebene, die unter einem Versetzungswinkel θ (°) in einer Versetzungsrichtung relativ zur {0001} -Ebene geneigt ist. Insbesondere kann die zweite Hauptfläche 12 eine Ebene sein, die in einer Versetzungsrichtung relativ zu einer (0001) - Ebene um 8° oder weniger geneigt ist. Alternativ kann die zweite Hauptfläche 12 eine Ebene sein, die in einer Versetzungsrichtung relativ zu einer (000-1) -Ebene um 8° oder weniger geneigt ist. Die Versetzungsrichtung ist zum Beispiel die <11-20> -Richtung. Die Versetzungsrichtung ist nicht auf die Richtung <11-20> beschränkt. Die Versetzungsrichtung kann beispielsweise die <1-100> -Richtung oder eine Richtung mit einer <1-100> -Richtungskomponente und einer <11-20> -Richtungskomponente sein.
  • Der Versetzungswinkel θ ist ein Neigungswinkel der zweiten Hauptfläche relativ zur {0001} -Ebene. Der Versetzungswinkel θ ist mit anderen Worten ein Neigungswinkel der Normalen zur zweiten Hauptfläche relativ zu einer <0001> -Richtung. Der Versetzungswinkel θ ist beispielsweise größer als 0° und kleiner oder gleich 8°. Der Versetzungswinkel θ kann wenigstens 1° oder wenigstens 2° betragen. Der Öffnungswinkel kann höchstens 7° oder höchstens 6° betragen.
  • Eine durch eine gestrichelte Linie in 2 bezeichnete Ebene 15 ist beispielsweise die {0001} -Ebene. Eine dritte Richtung 103 ist eine Richtung senkrecht zur Ebene 15. Die dritte Richtung 103 ist beispielsweise die <0001> -Richtung. Eine vierte Richtung 104 ist eine Richtung senkrecht zu der dritten Richtung 103. Die vierte Richtung 104 ist zum Beispiel die <11-20> -Richtung. Die vierte Richtung 104 ist die Versetzungsrichtung. Eine Richtung der Normalen zu der zweiten Hauptfläche 12 ist eine fünfte Richtung 105. Die fünfte Richtung ist eine Richtung, die um einen Versetzungswinkel θ in der Versetzungsrichtung relativ zu der <0001> -Richtung geneigt ist.
  • Die Siliciumcarbidschicht 20 umfasst eine Pufferschicht 21 und eine Driftschicht 22. Die Pufferschicht 21 steht mit der ersten Hauptfläche 11 in Kontakt. Die Pufferschicht 21 bildet die vierte Hauptfläche 14 der Siliciumcarbidschicht 20. Die Driftschicht 22 befindet sich auf dem Puffer Die Driftschicht 22 bildet die zweite Hauptoberfläche 12 der Siliciumcarbidschicht 20. Die Pufferschicht 21 umfasst eine Verunreinigung vom n-Typ, wie Stickstoff. Die Konzentration der in der Pufferschicht 21 enthaltenen Verunreinigung vom n-Typ beträgt beispielsweise 1 × 1018 cm-3. Die Konzentration der in der Pufferschicht 21 enthaltenen Verunreinigung vom n-Typ kann beispielsweise 5 × 1017 cm-3 oder mehr und 1 × 1019 cm-3 oder weniger betragen. Die Konzentration einer Verunreinigung vom n-Typ, die in der Driftschicht enthalten ist, beträgt beispielsweise 3 × 1015 cm-3. Die Konzentration der Verunreinigung vom n-Typ, die in der Driftschicht 22 enthalten ist, ist niedriger als die Konzentration der Verunreinigung vom n-Typ, die in der Pufferschicht 21 enthalten ist. Die Konzentration der Verunreinigung vom n-Typ, die in der Pufferschicht 21 enthalten ist, kann niedriger sein als die Konzentration der Verunreinigung vom n-Typ, die im Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 enthalten ist.
  • Gemäß der Darstellung in 3 kann die zweite Hauptoberfläche 12 einen ersten Defekt 1 aufweisen. Der erste Defekt 1 ist beispielsweise ein dreieckiger Defekt. Gemäß der Darstellung in den 2 und 3 ist der erste Defekt 1 ein Defekt, der die Beziehungen der zuvor genannten Formel 1 und der zuvor genannten Formel 2 erfüllt, wobei der Versetzungswinkel θ (°) ist, die Dicke der Siliziumcarbidschicht in der fünften Richtung 105 senkrecht zu der zweiten Hauptoberfläche 12 W (µm) beträgt, die Breite des Defekts in der ersten Richtung 101, die durch Projizieren einer Richtung parallel zur Versetzungsrichtung auf die zweite Hauptoberfläche erhalten wird, L (µm) beträgt und die Breite des Defekts in der zweiten Richtung 102 senkrecht zur Versetzungsrichtung Richtung und parallel zur zweiten Hauptfläche Y (µm) beträgt. Die Dicke W der Siliciumcarbidschicht beträgt beispielsweise 5 µm oder mehr und 100 µm oder weniger. Die untere Grenze der Dicke W der Siliciumcarbidschicht ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise 10 µm oder 20 µm betragen. Die Obergrenze der Dicke W der Siliciumcarbidschicht ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise 80 µm oder 50 µm betragen.
  • Gemäß der Darstellung in den 2 und 3 stammt der erste Defekt 1 beispielsweise aus einer Gewindeschraubenversetzung 25 und erstreckt sich in der ersten Richtung 101. In Ansicht in einer Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 12 erstreckt sich der erste Defekt 1, so dass er einen Bereich innerhalb von ± 45° relativ zu der ersten Richtung 101 abdeckt. In Ansicht in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche 12 weist der erste Defekt 1 beispielsweise eine dreieckige Form auf. Der Polytyp von Siliziumcarbid, der den ersten Defekt 1 bildet, unterscheidet sich von dem Polytyp, der die Siliziumcarbidschicht 20 bildet. Der Polytyp, der den ersten Defekt 1 bildet, kann beispielsweise 3C oder 8H sein. Die Oberfläche des ersten Defekts 1, die der ersten Richtung 101 zugewandt ist, kann zu der zweiten Hauptoberfläche 12 ausgerichtet sein. Die Oberfläche des ersten Defekts 1, die der ersten Richtung 101 entgegengesetzt ist, kann eine geringere Höhe als die zweite Hauptoberfläche 12 aufweisen. Die zweite Hauptoberfläche 12 weist idealerweise keinen ersten Defekt 1 auf.
  • Gemäß der Darstellung in 4 weist die zweite Hauptoberfläche 12 einen oder mehrere zweite Defekte 2 auf. Gemäß der Darstellung in 4 weist der zweite Defekt 2 in Ansicht in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 12 eine längliche Form auf. In Ansicht in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche 12 ist der zweite Defekt 2 ein Defekt mit einer rechteckigen Form. Der zweite Defekt 2 erfüllt die Beziehung der Formel 3, wobei in Ansicht in senkrechter Richtung zur zweiten Hauptoberfläche 12 die Breite des zweiten Defekts 2 in Längsrichtung des zweiten Defekts 2 A (µm) und die Breite des zweiten Defekts 2 in Kurzrichtung des zweiten Defekts 2 B (µm) beträgt.
  • Die Längsrichtung des zweiten Defekts 2 ist eine Richtung, in der der zweite Defekt 2 eine maximale Abmessung aufweist, wenn er in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche 12 betrachtet wird. Die kurze Richtung des zweiten Defekts ist in Ansicht in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche 12 eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung. Ein Wert, der durch Division von A durch B in Ansicht in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche 12 erhalten wird, kann wenigstens 4 oder wenigstens 5 betragen. Gemäß der Darstellung in den 4 und 5 ist der zweite Defekt 2 ein Defekt, der die Beziehung der Formel 4 erfüllt, wobei der Versetzungswinkel θ (°) ist, die Dicke der Siliciumcarbidschicht 20 in der fünften Richtung 105 senkrecht zu der zweiten Hauptoberfläche 12 W (µm) beträgt und die Breite des Defekts in der ersten Richtung 101, die durch Projizieren der Richtung parallel zur Versetzungsrichtung auf die zweite Hauptoberfläche 12 erhalten wird, ist L (µm).
  • Gemäß der Darstellung in 4 kann der zweite Defekt 2 in Ansicht in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche 12 einen Teil eines Bereichs innerhalb von ± 45° relativ zur ersten Richtung 101 einnehmen. In Ansicht in der Richtung senkrecht zur zweiten Richtung kann sich der zweite Defekt 2 in einer Richtung erstrecken, die in Bezug auf die erste Richtung 101 auf einer Seite der zweiten Richtung 102 um 45° geneigt ist, oder kann sich in einer Richtung erstrecken, die in Bezug auf die erste Richtung 101 auf einer Seite, die der zweiten Richtung gegenüberliegt, um 45° geneigt ist. Der Polytyp des Siliciumcarbids, das den zweiten Defekt 2 bildet, unterscheidet sich von dem Polytyp des Siliciumcarbids, das die Schicht 20 bildet. Der Polytyp des Siliciumcarbids, das den zweiten Defekt 2 bildet, kann beispielsweise 3C oder 8H sein. Die der ersten Richtung 101 zugewandte Oberfläche des zweiten Defekts 2 kann zu der zweiten Hauptoberfläche 12 ausgerichtet sein. Die der ersten Richtung 101 gegenüberliegende Oberfläche des zweiten Defekts 2 kann eine geringere Höhe als die zweite Hauptoberfläche 12 aufweisen. In Ansicht in der Richtung senkrecht zu der zweiten Hauptfläche 12 ist der zweite Defekt 2 flächenmäßig kleiner als der erste Defekt 1.
  • Es ist wünschenswert, die Anzahl der ersten Defekte 1 zu verringern und die Anzahl der zweiten Defekte 2 auf der zweiten Hauptoberfläche 12 des Siliziumcarbid-Epitaxiesubstrats 100 zu erhöhen. Gemäß dem Siliziumcarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Wert, der durch Dividieren der Anzahl der zweiten Defekte 2 durch die Summe aus der Anzahl der ersten Defekte 1 und der Anzahl der zweiten Defekte 2 erhalten wird, größer als 0,5. Wenn zum Beispiel die Anzahl der ersten Defekte eins und die Anzahl der zweiten Defekte in der zweiten Hauptoberfläche 12 neun ist, beträgt der Wert, der erhalten wird, indem die Anzahl der zweiten Defekte 2 durch die Summe der Anzahl der ersten Defekte 1 und die Anzahl der zweiten Defekte 2 dividiert wird, 9 / (1 + 9) = 0,9. Der Wert, der durch Division der Anzahl der zweiten Defekte 2 durch die Summe aus der Zahl der ersten Defekte 1 und der Anzahl der zweiten Defekte 2 erhalten wird, kann größer als 0,6, größer als 0,7, größer als 0,8 oder größer als 0,9 sein.
  • (Verfahren zum Messen der Anzahl von Defekten)
  • Die Anzahl der ersten Defekte 1 und der zweiten Defekte 2 kann durch Beobachtung der zweiten Hauptoberfläche 12 des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats 100 unter Verwendung einer Defektprüfvorrichtung gemessen werden, die beispielsweise ein konfokales Differentialinterferenzmikroskop umfasst. Als Defektprüfgerät umfassend das konfokale Differentialinterferenzmikroskop kann beispielsweise die von Lasertec Corporation hergestellte WASAVI-Serie „SICA 6X“ verwendet werden. Die Objektivlinse weist eine 10-fache Vergrößerung auf. Ein Schwellenwert der Erfassungsempfindlichkeit dieses Defektprüfgeräts wird unter Verwendung einer Standardprobe bestimmt. Mit dieser Fehlerprüfvorrichtung kann die Zahl der ersten Defekte 1 und der zweiten Defekte 2 quantitativ bewertet werden.
  • Insbesondere wird die zweite Hauptoberfläche 12 zuerst in eine Vielzahl von beobachteten Bereichen unterteilt. Ein beobachteter Bereich ist beispielsweise ein quadratischer Bereich von 1,3 mm × 1,3 mm. Es werden Bilder aller beobachteten Bereiche aufgenommen. Das Bild jedes beobachteten Bereichs wird mit einem vorgeschriebenen Verfahren verarbeitet, um Fehler im Bild zu identifizieren. Basierend auf den Abmessungen der Defekte werden die identifizierten Defekte in einen ersten Defekt 1, zweiten Defekt 2 und andere Defekte klassifiziert. Die Zahl der ersten Defekte 1 und der zweiten Defekte 2 wird in jedem der beobachteten Bereiche der zweiten Hauptfläche 12 berechnet, um die Zahl der ersten Defekte 1 und der zweiten Defekte 2 in der gesamten zweiten Hauptfläche 12 zu bestimmen.
  • (Vorrichtung zur Herstellung eines Siliciumcarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Als nächstes wird eine Konfiguration einer Vorrichtung 200 zum Herstellen eines Siliciumcarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Gemäß der Darstellung in 6 ist die Vorrichtung 200 zum Herstellen des epitaktischen Siliciumcarbidsubstrats 100 beispielsweise eine CVD (Chemical Vapour Deposition) - Vorrichtung vom lateralen Heißwandtyp. Die Herstellungsvorrichtung 200 weist hauptsächlich eine Reaktionskammer 201, ein Heizelement 203, ein Quarzrohr 204, einen Wärmeisolator 205 und eine Induktionsheizspule 206 auf.
  • Das Heizelement 203 weist beispielsweise eine zylindrische Form auf und bildet darin die Reaktionskammer 201. Das Heizelement 203 besteht beispielsweise aus Graphit. Der Wärmeisolator 205 umgibt den Außenumfang des Heizelements 203. Der Wärmeisolator 205 ist innerhalb des Quarzrohrs 204 vorgesehen, um mit einer Innenumfangsfläche des Quarzrohrs 204 in Kontakt zu treten. Die Induktionsheizspule 206 ist z. B. entlang einer Außenumfangsfläche des Quarzrohrs 204 gewickelt. Die Induktionsheizspule 206 ist konfiguriert, um mit einem Wechselstrom von einer externen Stromversorgung (nicht gezeigt) versorgt zu werden. Das Heizelement 203 wird dadurch induktiv erwärmt. Infolgedessen wird die Reaktionskammer 201 durch das Heizelement 203 erwärmt.
  • Die Reaktionskammer 201 ist ein Raum, der dadurch gebildet wird, dass er von dem Heizelement 203 umgeben ist. Das Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 wird in der Reaktionskammer 201 angeordnet. Die Reaktionskammer 201 ist ausgebildet, um das Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 zu erwärmen. Die Reaktionskammer 201 ist mit einem Suszeptor 210 ausgerüstet, um das Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 zu haltern. Der Suszeptor 210 ist so konfiguriert, dass er sich um eine Drehachse 212 dreht.
  • Die Herstellungsvorrichtung 200 weist eine Gaseinlassöffnung 207 und eine Gasauslassöffnung 208 auf. Die Gasauslassöffnung 208 ist mit einer Luftauslasspumpe (nicht gezeigt) verbunden. In 6 geben Pfeile 6 einen Gasstrom an. Gas wird durch die Gaseinlassöffnung 207 in die Reaktionskammer 201 eingeleitet und durch die Gasauslassöffnung 208 ausgestoßen. Ein Druck in der Reaktionskammer 201 wird durch ein Gleichgewicht zwischen einer Menge an zugeführtem Gas und einer Menge an ausgestoßenem Gas eingestellt.
  • Die Herstellungsvorrichtung 200 weist eine Gasversorgungseinheit (nicht gezeigt) auf, die ausgebildet ist, um ein Gasgemisch, das beispielsweise Silan, Ammoniak, Wasserstoff und Propan umfasst, der Reaktionskammer 201 zuzuführen. Insbesondere kann die Gasversorgungseinheit eine Gasflasche, die dazu in der Lage ist, Propangas zuzuführen, eine Gasflasche, die Wasserstoffgas zuführen kann, eine Gasflasche, die Silangas zuführen kann, und eine Gasflasche aufweisen, die Ammoniakgas oder ein Gasgemisch aus Ammoniakgas und Stickstoffgas zuführen kann.
  • In einer axialen Richtung der Reaktionskammer 201 kann die Windungsdichte der Induktionsheizspule 206 verändert sein. Die Windungsdichte [Anzahl/m] bezieht sich auf die Anzahl der Windungen der Spule pro Längeneinheit in axialer Richtung der Vorrichtung. Beispielsweise kann die Windungsdichte der Induktionsheizspule 206 auf der stromaufwärtigen Seite höher sein als die Windungsdichte der Induktionsheizspule 206 auf der stromabwärtigen Seite, um Ammoniak auf der stromaufwärtigen Seite effektiv thermisch zu zersetzen.
  • (Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbid-Epitaxiesubstrats)
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des epitaktischen Siliciumcarbidsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird ein Vorbereitungsschritt für ein Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat (S11: 7) durchgeführt. Zum Beispiel wird ein Siliciumcarbid-Einkristall mit einem Polytyp von 4H durch Sublimation hergestellt. Dann wird der Siliciumcarbid-Einkristall beispielsweise mit einer Drahtsäge geschnitten, wodurch das Siliciumcarbid-Einkristallsubstrat 10 hergestellt wird. Das Siliciumcarbid-Einkristallsubstrat 10 umfasst eine Verunreinigung vom n-Typ, wie Stickstoff. Der Leitfähigkeitstyp des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrats 10 ist beispielsweise vom n-Typ.
  • Gemäß der Darstellung in 8 weist das Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 eine erste Hauptfläche 11 und eine dritte Hauptfläche 13 auf, die der ersten Hauptfläche 11 gegenüberliegt. Die erste Hauptfläche 11 ist eine Ebene, die z.B. unter einem Versetzungswinkel θ in einer Versetzungsrichtung relativ zur {0001} -Ebene 15 geneigt ist. Die Versetzungsrichtung ist zum Beispiel die <11-20> -Richtung. Ein maximaler Durchmesser der ersten Hauptoberfläche 11 des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 beträgt beispielsweise 150 mm oder mehr. Eine Gewindeschraubenversetzung 25 oder ein Kohlenstoffeinschluss kann zum Beispiel in dem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 vorliegen. Die Gewindeschraubenversetzung oder der Kohlenstoffeinschluss dient oft als der Ursprung des Auftretens des ersten Defekts, wie zum Beispiel eines dreieckigen Defekts. Die Gewindeschraubenversetzung 25 erstreckt sich in Richtung 103 senkrecht zur {0001} -Ebene 15.
  • Als nächstes wird ein Oberflächenbehandlungsschritt (S12: 7) durchgeführt. Zunächst wird das Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 auf dem Suszeptor 210 in der Reaktionskammer 201 angeordnet (siehe 6). Der Druck in der Reaktionskammer 201 wird beispielsweise mittels einer Vakuumpumpe von Atmosphärendruck auf etwa 1 × 10-3 Pa auf 1 × 10-6 Pa reduziert. Nachdem das Restgas, wie atmosphärische Komponenten und Feuchtigkeit, in der Reaktionskammer 201 reduziert ist, wird eine Temperaturerhöhung des Siliciumcarbid-Einkristallsubstrats 10 gestartet. Dann wird Wasserstoffgas in die Reaktionskammer 201 eingeleitet. Dadurch wird beispielsweise die erste Hauptoberfläche 11 des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 durch Wasserstoffgas geätzt. Insbesondere wird das Wasserstoffätzen beispielsweise unter Bedingungen einer Wasserstoffgasströmungsrate von 150 slm, einer Temperatur von 1600°C, einem Druck von 1 × 104 Pa und einer Haltezeit von 20 Minuten durchgeführt. Dies kann einen Pit entfernen, bei dem es sich um eine Gewindeschraubenversetzung handelt, der in der ersten Hauptoberfläche 11 freiliegt. Anstelle des Wasserstoffätzens oder zusätzlich zum Wasserstoffätzen kann CMP (chemisch-mechanisches Polieren) auf der ersten Hauptoberfläche 11 durchgeführt werden. Dies kann die Ebenheit der ersten Hauptoberfläche 11 verbessern. Insbesondere kann die arithmetische durchschnittliche Rauheit (Ra) der ersten Hauptoberfläche 11 beispielsweise kleiner als 0,1 nm sein.
  • Als nächstes wird ein Pufferschichtbildungsschritt (S13: 7) durchgeführt. Nachdem die Temperatur des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 wenigstens 1600°C erreicht hat, werden der Reaktionskammer 201 beispielsweise ein Ausgangsmaterialgas, ein Dotiergas und ein Trägergas zugeführt. Insbesondere wird ein Gasgemisch, das Silan und Propan, Ammoniak und Wasserstoff umfasst, der Reaktionskammer 201 zugeführt. Die jeweiligen Gase werden in der Reaktionskammer 201 thermisch zersetzt, wodurch die Pufferschicht 21 auf dem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 gebildet wird (siehe 9). In dem Schritt des Bildens der Pufferschicht 21 dreht sich der Suszeptor 210 um die Rotationsachse 212. Das Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 dreht sich um die Rotationsachse 212 (siehe 6).
  • In dem Schritt des Bildens der Pufferschicht werden die Strömungsraten von Ammoniak, Silan und Propan so eingestellt, dass ein (C+N)/Si-Verhältnis von 1,0 oder weniger erreicht wird. Insbesondere wird die Strömungsrate von Silangas zum Beispiel auf 96 sccm eingestellt. Die Strömungsrate von Propangas wird zum Beispiel auf 30,3 sccm eingestellt. Die Strömungsrate von Ammoniakgas wird auf 0,25 sccm eingestellt. In diesem Fall wird (C+N)/Si = (30,3 × 3 + 0,25) / 96 = ungefähr 0,95 erhalten. Die Konzentration der in der Pufferschicht 21 enthaltenen Stickstoffatome beträgt etwa 1×1018 cm-3. Die Dicke der Pufferschicht 21 beträgt beispielsweise 0,5 µm. Auf diese Weise wird die Pufferschicht 21 auf dem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 durch epitaktisches Wachstum gebildet.
  • Es ist wahrscheinlicher, dass Ammoniakgas thermisch zersetzt wird, als Stickstoffgas, das eine Dreifachbindung aufweist. Es ist wahrscheinlicher, dass Ammoniakgas in Siliciumcarbid eingebaut wird, als Stickstoffgas. Wenn die Pufferschicht 21 mit einer ähnlichen Konzentration von Stickstoffatomen unter Verwendung von Stickstoffgas anstelle von Ammoniakgas gebildet wird, muss das Stickstoffgas eine Strömungsrate von ungefähr 50 sccm aufweisen. In diesem Fall wird (C+N)/Si = (30,3 × 3 + 50 × 2) / 96 = ungefähr 1,99 erhalten.
  • Als nächstes wird ein Schritt zum Bilden einer Driftschicht (S14: 7) durchgeführt. Ein Gasgemisch, das Silan, Propan, Ammoniak und Wasserstoff umfasst, wird der Reaktionskammer 201 zugeführt, während die Temperatur des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrats 10 beispielsweise bei etwa 1640°C gehalten wird. Die jeweiligen Gase werden in der Reaktionskammer 201 thermisch zersetzt, wodurch die Driftschicht 22 auf der Pufferschicht 21 gebildet wird (siehe 2 und 5). In dem Schritt des Bildens der Driftschicht 22 dreht sich der Suszeptor 210 um die Rotationsachse 212. Das Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat 10 dreht sich um die Rotationsachse 212 (siehe 6).
  • In dem Schritt des Bildens der Driftschicht werden Strömungsraten von Ammoniak, Silan und Propan so eingestellt, dass ein (C+N)/Si-Verhältnis von ungefähr 1,35 erreicht wird. Insbesondere wird die Strömungsrate von Silangas beispielsweise auf 140 sccm eingestellt. Die Strömungsrate von Propangas wird zum Beispiel auf 63 sccm eingestellt. Die Strömungsrate von Ammoniakgas wird auf 0,07 sccm eingestellt. In diesem Fall wird (C+N)/Si = (63 × 3 + 0,07) / 140 = ungefähr 1,35 erhalten. Die Konzentration der in der Driftschicht 22 enthaltenen Stickstoffatome beträgt etwa 3 × 1015 cm-3. Die Dicke der Driftschicht 22 beträgt beispielsweise 30 µm. Auf diese Weise wird die Driftschicht 22 auf der Pufferschicht 21 durch epitaktisches Wachstum gebildet, wodurch das epitaktische Siliziumcarbid-Substrat 100 hergestellt wird.
  • Wenn die Pufferschicht 21 mit einer ähnlichen Konzentration von Stickstoffatomen unter Verwendung von Stickstoffgas anstelle von Ammoniakgas gebildet wird, muss das Stickstoffgas eine Strömungsrate von ungefähr 15 sccm aufweisen. In diesem Fall wird (C+N)/Si = (63 × 3 + 15 × 2) / 140 = ungefähr 1,56 erhalten.
  • (Mechanismus zur Unterdrückung der Ausdehnung eines Defekts)
  • Als nächstes wird ein Schätzmechanismus zum Unterdrücken der Ausdehnung eines Defekts beschrieben.
  • Während des epitaktischen Aufwachsens einer Siliciumcarbidschicht wird angenommen, dass ein N-Atom, dessen Größe näher an einem C-Atom als an einem Si-Atom liegt, eher in eine C-Stelle als in eine Si-Stelle eintritt. Ein Si-Atom oder ein Radikal oder ein Precursor mit Si hat im Vergleich zu einem C-Atom und einem N-Atom die Eigenschaft, auf einer Wachstumsoberfläche während des Step-Flow-Wachstums leicht zu wandern. Dementsprechend kann, wenn das epitaktische Wachstum unter der Bedingung eines höheren Verhältnisses von Si-Atomen zu C-Atomen und N-Atomen durchgeführt wird, ein zufriedenstellendes Step-Flow-Wachstum durchgeführt werden und im Ergebnis wird eine flache Wachstumsoberfläche erhalten. Wenn umgekehrt ein epitaktisches Wachstum unter der Bedingung eines geringeren Verhältnisses von Si-Atomen zu C-Atomen und N-Atomen durchgeführt wird, ist es schwierig, ein zufriedenstellendes Step-Flow-Wachstum zu realisieren, und es wird angenommen, dass wahrscheinlich als Ergebnis eine Stufenbündelung auf der Wachstumsoberfläche auftritt.
  • Da Ammoniakgas, wie oben beschrieben, mit größerer Wahrscheinlichkeit thermisch zersetzt wird als Stickstoffgas, das eine Dreifachbindung aufweist, ist es wahrscheinlich, dass N-Atome in eine Siliciumcarbidschicht eingebaut werden. Im Falle von Ammoniakgas kann eine Siliciumcarbidschicht mit der gleichen N-Atomkonzentration bei einer Strömungsrate von etwa einem Hundertstel der Strömungsrate von Stickstoffgas gebildet werden. Somit kann bei Verwendung von Ammoniakgas ein höheres Verhältnis von Si-Atomen zu C-Atomen und N-Atomen erreicht werden als bei Verwendung von Stickstoffgas. Es wird daher angenommen, dass ein zufriedenstellendes Step-Flow-Wachstum durchgeführt werden kann, wenn Ammoniakgas verwendet wird.
  • Es wird angenommen, dass ein Defekt mit zweidimensionaler Ausdehnung, wie ein dreieckiger Defekt, aufgrund einer Gewindeschraubenversetzung, eines Kohlenstoffeinschlusses oder dergleichen auftritt. Insbesondere wird angenommen, dass der folgende Mechanismus funktioniert: Silizium (Si-Atome allein oder ein Radikal mit Si und Wasserstoff, die miteinander verbunden sind) wird während der Filmbildung auf eine Epitaxieschichtoberfläche diffundiert, wobei Gewindeschraubenversetzungen auf der Oberfläche auftreten. Die Diffusion von Si an den Schraubenversetzungen wird durch C-Atome und/oder N-Atome gehemmt, was zu einer Bindung durch Wechselwirkung führt. Eine solche Bindung bildet kein 4H-SiC, sondern Defekte wie 3C-SiC, und diese Defekte bilden jeweils den Kern eines Defekts mit zweidimensionaler Ausdehnung. Das heißt, diese Defekte können jeweils zum Auftreten eines dreieckigen Defekts beitragen. Durch Verwendung von Ammoniakgas in dem Schritt des Bildens der Pufferschicht in einer frühen Wachstumsphase (frühes Stadium des Kristallwachstums) kann eine Pufferschicht mit einer hohen N-Atomkonzentration von etwa 1 × 1011 cm-3 gebildet werden, selbst wenn das Verhältnis von (C+N)/Si zum Beispiel auf etwa 1,0 oder weniger reduziert wird. Mit anderen Worten kann die Pufferschicht unter Verwendung von Ammoniakgas in einem Si-reichen Zustand gebildet werden. Somit kann ein zufriedenstellendes Step-Flow-Wachstum in einem frühen Stadium des Kristallwachstums implementiert werden, so dass eine zweidimensionale Ausdehnung eines Defekts unterdrückt werden kann, der von einer Gewindeschraubenversetzung, einem Kohlenstoffeinschluss oder dergleichen herrührt, die in einem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat vorhanden sind. Infolgedessen wird angenommen, dass die Wahrscheinlichkeit einer Gewindeschraubenversetzung, eines Kohlenstoffeinschlusses oder dergleichen, die in den ersten Defekt mit einer großen zweidimensionalen Ausdehnung hineinwächst, verringert werden kann und die Wahrscheinlichkeit einer Gewindeschraubenversetzung, eines Kohlenstoffeinschlusses oder dergleichen, das in den zweiten Defekt mit kleiner zweidimensionaler Ausdehnung hineinwächst, erhöht werden kann.
  • Es ist wünschenswert, eine Oberflächenbehandlung wie ein Wasserstoffätzen auf der Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrats durchzuführen, bevor die Pufferschicht auf dem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat gebildet wird. Dies kann einen Pit entfernen, der von einer Gewindeschraubenversetzung oder einem Kohlenstoffeinschluss herrührt und in der Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristallsubstrats freigelegt ist. Infolgedessen kann dies die zweidimensionale Ausdehnung eines Defekts weiter unterdrücken, der von einer Gewindeschraubenversetzung, einem Kohlenstoffeinschluss oder dergleichen herrührt.
  • (Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung)
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Das Verfahren zum Herstellen der Siliziumcarbi-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist hauptsächlich einen Epitaxiesubstrat-Vorbereitungsschritt (S10: 10) und einen Substrat-Bearbeitungsschritt (S20: 10) auf.
  • Zuerst wird der Epitaxiesubstrat-Vorbereitungsschritt (S10: 10) durchgeführt. Insbesondere wird das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat 100 mit dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung des epitaktischen Siliciumcarbidsubstrats hergestellt (siehe 7).
  • Als nächstes wird der Substratbearbeitungsschritt (S20: 10) durchgeführt. Insbesondere wird das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat bearbeitet, wodurch eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung hergestellt wird. Die „Bearbeitung“ umfasst verschiedene Arten der Verarbeitung, wie Ionenimplantation, Wärmebehandlung, Ätzen, Oxidfilmbildung, Elektrodenbildung und Zersägen. Das heißt, der Substratbearbeitungsschritt kann mindestens einen der Verarbeitungstypen umfassen, einschließlich Ionenimplantation, Wärmebehandlung, Ätzen, Oxidfilmbildung, Elektrodenbildung und Zersägen.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors) als ein Beispiel der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung beschrieben. Der Substratbearbeitungsschritt (S20: 10) umfasst einen Ionenimplantationsschritt (S21: 10), einen Oxidfilmbildungsschritt (S22: 10), einen Elektrodenbildungsschritt (S23: 10) und zum Beispiel einen Schneideschritt (S24: 10).
  • Zuerst wird der Ionenimplantationsschritt (S21: 10) durchgeführt. Eine Verunreinigung vom p-Typ wie Aluminium (AI) wird in die zweite Hauptoberfläche 12 implantiert, auf der eine Maske mit einer Öffnung (nicht gezeigt) gebildet wurde. Folglich wird ein Körperbereich 132 mit einer Leitfähigkeit vom p-Typ gebildet. Dann wird eine Verunreinigung vom n-Typ wie Phosphor (P) in eine vorgeschriebene Position innerhalb des Körperbereichs 132 implantiert. Folglich wird ein Sourcebereich 133 mit einer Leitfähigkeit vom n-Typ gebildet. Dann wird eine Verunreinigung vom p-Typ, wie Aluminium, in eine vorgeschriebene Position innerhalb des Source-Bereichs 133 implantiert. Folglich wird ein Kontaktbereich 134 mit einer Leitfähigkeit vom p-Typ gebildet (siehe 11).
  • In der Siliziumcarbidschicht 20 dient ein anderer Abschnitt als der Körperbereich 132, der Sourcebereich 133 und der Kontaktbereich 134 als ein Driftbereich 131. Der Sourcebereich 133 wird durch den Körperbereich 132 vom Driftbereich 131 getrennt. Die Ionenimplantation kann durchgeführt werden, während das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat 100 auf ungefähr 300°C oder mehr und 600°C oder weniger erhitzt wird. Nach der Ionenimplantation wird das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat 100 einem Aktivierungsanneal unterzogen. Der Aktivierungsanneal aktiviert die in die Siliciumcarbidschicht 20 implantierten Verunreinigungen, um in jedem Bereich einen Träger zu erzeugen. Der Aktivierungsanneal wird zum Beispiel in einer Argon-Atmosphäre (Ar-Atmosphäre) durchgeführt. Der Aktivierungsanneal wird zum Beispiel bei einer Temperatur von etwa 1800°C durchgeführt. Der Aktivierungsanneal wird zum Beispiel für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten durchgeführt.
  • Als nächstes wird der Oxidfilmbildungsschritt (S22: 10) durchgeführt. Das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat 100 wird beispielsweise in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre erhitzt, wodurch ein Oxidfilm 136 auf der zweiten Hauptoberfläche 12 gebildet wird (siehe 12). Der Oxidfilm 136 besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid. Der Oxidfilm 136 wirkt als Gateisolationsfilm. Die thermische Oxidationsbehandlung wird zum Beispiel bei einer Temperatur von etwa 1300°C durchgeführt. Die thermische Oxidationsbehandlung wird zum Beispiel für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten durchgeführt.
  • Nachdem der Oxidfilm 136 gebildet ist, kann die Wärmebehandlung weiter in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise wird eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffmonoxidatmosphäre bei etwa 1100°C für etwa eine Stunde durchgeführt. Anschließend wird die Wärmebehandlung in einer Argonatmosphäre durchgeführt. Beispielsweise wird eine Wärmebehandlung in einer Argonatmosphäre bei etwa 1100 bis 1500°C für etwa eine Stunde durchgeführt.
  • Als nächstes wird der Elektrodenbildungsschritt (S23: 10) durchgeführt. Eine erste Elektrode 141 wird auf dem Oxidfilm 136 gebildet. Die erste Elektrode 141 fungiert als Gateelektrode. Die erste Elektrode 141 wird zum Beispiel durch CVD gebildet. Die erste Elektrode 141 besteht beispielsweise aus Polysilizium mit Leitfähigkeit. Die erste Elektrode 141 ist an einer Position ausgebildet, die dem Sourcebereich 133 und dem Körperbereich 132 zugewandt ist.
  • Als nächstes wird ein isolierender Zwischenschichtfilm 137 gebildet, um die erste Elektrode 141 zu bedecken. Der isolierende Zwischenschichtfilm 137 wird zum Beispiel durch CVD gebildet. Der isolierende Zwischenschichtfilm 137 besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid. Der isolierende Zwischenschichtfilm 137 wird in Kontakt mit der ersten Elektrode 141 und dem Oxidfilm 136 gebildet. Dann werden der Oxidfilm 136 und der isolierende Zwischenschichtfilm 137 an einer vorgeschriebenen Position durch Ätzen entfernt. Folglich werden der Sourcebereich 133 und der Kontaktbereich 134 von dem Oxidfilm 136 freigelegt.
  • Als nächstes wird eine zweite Elektrode 142 an diesem freiliegenden Abschnitt zum Beispiel durch Sputtern gebildet. Die zweite Elektrode 142 fungiert als Sourceelektrode. Die zweite Elektrode 142 besteht beispielsweise aus Titan, Aluminium und Silizium. Nachdem die zweite Elektrode 142 gebildet ist, werden die zweite Elektrode 142 und das epitaktische Siliziumcarbidsubstrat 100 beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 900°C oder mehr und 1100°C oder weniger erwärmt. Folglich werden die zweite Elektrode 142 und das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat 100 miteinander in ohmschen Kontakt gebracht. Dann wird eine Verdrahtungsschicht 138 im Kontakt mit der zweiten Elektrode 142 gebildet. Die Verdrahtungsschicht 138 besteht zum Beispiel aus einem Material, das Aluminium umfasst.
  • Als nächstes wird eine dritte Elektrode 143 auf der dritten Hauptoberfläche 13 gebildet. Die dritte Elektrode 143 fungiert als Drainelektrode. Die dritte Elektrode 143 besteht aus einer Verbindung, die beispielsweise Nickel und Silizium (beispielsweise NiSi) umfasst.
  • Als nächstes wird der Zerteilungsschritt (S24: 10) durchgeführt. Das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat 100 wird beispielsweise entlang der Trennlinien geschnitten, wodurch das epitaktische Siliciumcarbidsubstrat 100 in eine Vielzahl von Halbleiterchips unterteilt wird. Auf diese Weise wird die Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung 300 hergestellt (siehe 13).
  • Obwohl das Verfahren zum Herstellen der Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung oben unter Bezugnahme auf einen MOSFET als ein Beispiel beschrieben wurde, ist das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung nicht als solches beschränkt. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtungen wie einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), einen SBD (Schottky-Barrier-Diode), einen Thyristor, einen GTO (Gate-Ausschalt-Thyristor) und eine PiN-Diode angewendet werden.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarte Ausführungsform in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ausdrücke der Ansprüche und nicht durch die oben beschriebene Ausführungsform definiert und soll alle Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die den Ausdrücken der Ansprüche entsprechen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1: erster Defekt; 2: zweiter Defekt; 10: Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat; 11: erste Hauptfläche; 12: zweite Hauptfläche; 13: dritte Hauptfläche; 14: vierte Hauptfläche; 15: {0001} Ebene; 16: erste Wohnung; 20: Siliciumcarbidschicht; 21: Pufferschicht; 22: Driftschicht; 25: Gewindeschraubenversetzung; 100: epitaktisches Siliciumcarbidsubstrat; 101: erste Richtung; 102: zweite Richtung; 103: dritte Richtung; 104: vierte Richtung; 105: fünfte Richtung; 111: maximaler Durchmesser; 131: Driftregion; 132: Körperbereich; 133: Quellregion; 134: Kontaktbereich; 136: Oxidfilm; 137: isolierender Zwischenschichtfilm; 138 Verdrahtungsschicht; 141 erste Elektrode; 142 zweite Elektrode; 143 dritte Elektrode; 200 Herstellungsvorrichtung; 201 Reaktionskammer; 203 Heizelement; 204: Quarzrohr; 205: Wärmeisolator; 206 Induktionsheizspule; 207: Gaseinlassöffnung; 208: Gasauslassöffnung; 210: Suszeptor; 212: Drehachse; 300: Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2017015502 [0001]

Claims (8)

  1. Epitaktisches Siliciumcarbidsubstrat, umfassend: ein Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat mit einer ersten Hauptoberfläche; und eine Siliziumcarbidschicht auf der ersten Hauptoberfläche, wobei die Siliciumcarbidschicht eine Oberfläche in Kontakt mit dem Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat und eine der Oberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche aufweist, die zweite Hauptfläche eine Ebene ist, die unter einem Versetzungswinkel in einer Versetzungsrichtung relativ zu einer {0001} -Ebene geneigt ist, die zweite Hauptfläche Defekte aufweist und unter der Annahme, dass ein Defekt, der die Beziehungen von Formel 1 und Formel 2 erfüllt, ein erster Defekt ist, wobei der Versetzungswinkel θ° beträgt, eine Dicke der Siliziumcarbidschicht in einer Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche W µm beträgt, eine Breite des Defekts in einer Richtung parallel zu einer Richtung, die durch Projizieren der Versetzungsrichtung auf die zweite Hauptoberfläche erhalten wird, L µm beträgt und eine Breite des Defekts in einer Richtung senkrecht zu der Versetzungsrichtung und parallel zu der zweiten Hauptoberfläche Y µm beträgt, und unter der Annahme, dass ein Defekt mit einer länglichen Form, wenn er in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptfläche betrachtet wird und die Beziehungen von Formel 3 und Formel 4 erfüllt, ein zweiter Defekt ist, bei dem eine Breite des Defekts in einer Längsrichtung des Defekts A µm und eine Breite beträgt des Defekts in einer kurzen Richtung des Defekts B µm beträgt, wenn in der Richtung senkrecht zur zweiten Hauptoberfläche betrachtet, dann ist ein Wert, der durch Division einer Anzahl des zweiten Defekts durch eine Summe aus einer Anzahl des ersten Defekts und der Anzahl des zweiten Defekts erhalten wird, größer als 0,5: L Y ≦ 1
    Figure DE112017006965T5_0005
     0.8 × W tan θ < L < 1.2 × W tan θ
    Figure DE112017006965T5_0006
     3 < A B
    Figure DE112017006965T5_0007
     L < W tan θ
    Figure DE112017006965T5_0008
  2. Epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Siliziumcarbidschicht wenigstens 5 µm und höchstens 100 µm beträgt.
  3. Epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Versetzungswinkel größer als 0° und kleiner oder gleich 8° ist.
  4. Epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wert, der durch Division der Anzahl des zweiten Defekts durch die Summe aus der Anzahl des ersten Defekts und der Anzahl des zweiten Defekts erhalten wird, größer ist als 0,6.
  5. Epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat nach Anspruch 4, wobei der Wert, der durch Division der Anzahl des zweiten Defekts durch die Summe aus der Anzahl des ersten Defekts und der Anzahl des zweiten Defekts erhalten wird, größer ist als 0,7.
  6. Epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat nach Anspruch 5, wobei der Wert, der durch Division der Anzahl des zweiten Defekts durch die Summe aus der Anzahl des ersten Defekts und der Anzahl des zweiten Defekts erhalten wird, größer ist als 0,8.
  7. Epitaktisches Siliziumcarbidsubstrat nach Anspruch 6, wobei der Wert, der durch Division der Anzahl des zweiten Defekts durch die Summe aus der Anzahl des ersten Defekts und der Anzahl des zweiten Defekts erhalten wird, größer ist als 0,9.
  8. Verfahren zum Herstellen einer Siliziumcarbid-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: ein Herstellen des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und ein Bearbeiten des epitaktischen Siliziumcarbidsubstrats.
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