DE112018001768T5 - Siliciumcarbid-substrat, verfahren zum herstellen eines siliciumcarbid-substrats und verfahren zum herstellen einer siliciumcarbid-halbleitervorrichtung - Google Patents

Siliciumcarbid-substrat, verfahren zum herstellen eines siliciumcarbid-substrats und verfahren zum herstellen einer siliciumcarbid-halbleitervorrichtung Download PDF

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Tomoaki Furusho
Takanori Tanaka
Takeharu Kuroiwa
Toru Ujihara
Shunta HARADA
Kenta Murayama
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Nagoya University NUC
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Siliciumcarbid-Substrats mit geringer Defektdichte, das keine Kontamination einer Prozessvorrichtung verursacht, sowie einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, die das Siliciumcarbid-Substrat beinhaltet. Bei einem Siliciumcarbid-Substrat (10) gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Siliciumcarbid-Substrat (10) das Folgendes aufweist: einen inneren Substratbereich (11); und einen äußeren Substratbereich (12), der den inneren Substratbereich (11) umgibt, wobei die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in dem inneren Substratbereich (11) einen Wert von 1×1016 cm-3 oder mehr besitzt, und wobei es sich bei einer Region des äußeren Substratbereichs (12) zumindest auf einer Oberflächenseite desselben um eine Substratoberflächenregion (13) handelt, in der die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen weniger als 1×1016 cm-3 beträgt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Siliciumcarbid-Substrat und eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung.
  • Einschlägiger Stand der Technik
  • Siliciumcarbid (SiC) hat überlegene thermische und chemische Eigenschaften und ist als Halbleitermaterial mit herausragenden elektrischen Eigenschaften bekannt, da es eine größere Bandlücke als Silicium (Si) aufweist. Insbesondere das Material 4H-SiC besitzt eine hohe Elektronenmobilität sowie eine hohe gesättigte Elektronengeschwindigkeit und ist daher bereits als Halbleitermaterial für Leistungsvorrichtungen in praktischen Einsatz gelangt.
  • Derzeit wird häufig ein modifiziertes Lely-Verfahren (Sublimation) als Verfahren zum Herstellen eines SiC-Einkristalls eingesetzt. Was nun die Größe eines SiC-Substrats anbelangt, so beträgt deren Durchmesser derzeit bis zu 150 mm in dem im Handel erhältlichen Zustand sowie 200 mm im Entwicklungsstadium.
  • Es besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass ein SiC-Substrat eine hohe Kristalldefektdichte von mehreren 1000 bis 10.000 cm-2 aufweist, so dass es notwendig ist, die Kristalldefektdichte für die Verwendung desselben für eine Halbleitervorrichtung noch weiter zu reduzieren.
  • Als ein Verfahren zum Herstellen eines SiC-Einkristalls mit geringer Defektdichte wird ein Verfahren zum Ausführen eines Kristallwachstums aus der Flüssigkeit wie bei einem Einkristall-Wachstum einer Si-Säule bzw. eines Si-Ingots in Betracht gezogen. Genauer gesagt, man lässt SiC durch Auflösen von Kohlenstoff (C) in einer Si-Schmelze wachsen, um SiC an einem Keimkristall aus SiC zu kristallisieren. Dieses Verfahren ermöglicht ein Kristallwachstum mit einem Übersättigungsausmaß, das geringer ist als bei der Sublimation, da das Kristallwachstum aus der Flüssigkeit stattfindet, und ist somit als ein Verfahren zum Herstellen eines SiC-Einkristalls mit geringer Defektdichte bekannt.
  • Bei diesem Verfahren kann jedoch eine industriell ausreichende Löslichkeit von C, d.h. eine Wachstumsrate des SiC-Einkristalls, nur unter ultrahohen Temperaturen und ultrahohem Druck von etwa 100 Atmosphären erzielt werden, da die Löslichkeit von C in der Si-Schmelze gering ist, so dass dieses Verfahren nicht praktikabel ist.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von Metall, wie z.B. Chrom (Cr) und Eisen (Fe), aufgelöst als gelöste Substanzen, in einem Si-Lösungsmittel die Löslichkeit von C in Si signifikant verbessert. Als Folge hiervon kann eine praktikable Wachstumsrate selbst unter Umgebungsdruck beim Wachstum nahe dem Atmosphärendruck erzielt werden, und es gibt zahlreiche Berichte von einem Verfahren zum Herstellen des SiC-Einkristalls mit einer praktikablen Wachstumsrate und mit einer geringen Defektdichte, deren Dichte von hindurchgehenden Versetzungen (Threading-Versetzungen) auf 10 cm-2 oder weniger reduziert worden ist, wobei dieser Wert etwa ein Zehntel bis ein Hundertstel des Werts eines herkömmlichen durch Sublimation hergestellten Substrats wie in dem Patentdokument 1 beträgt. Derzeit bezieht sich ein Lösungswachstumsverfahren für SiC normalerweise auf dieses Verfahren.
  • Stand der Technik
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2015-54815 A
  • Kurzbeschreibung
  • Mit der Erfindung zu lösendes Problem
  • Bei dem Lösungswachstumsverfahren werden gelöste Metalle, wie z.B. Cr, das zur Verbesserung der Löslichkeit von C in Si einem Si-Lösungsmittel zugesetzt wird, in einen gezüchteten SiC-Einkristall als metallische Verunreinigungen eingebracht, bei denen es sich um keine Dotierstoffe handelt bzw. die nicht als Dotierungsmaterial wirksam sind (wobei diese im Folgenden als „nicht als Dotierungsmaterial wirksame metallische Verunreinigungen“ bezeichnet werden).
  • Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Substrats aus dem SiC-Einkristall, der die nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen enthält, werden die nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen durch Ätzen, Sublimation oder Kontakt mit einer Vorrichtung des Substrats während des Prozesses in eine Prozessvorrichtung abgegeben. Als Folge hiervon wird das Innere der Prozessvorrichtung durch die nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen kontaminiert, und es wird eine Beeinträchtigung der Vorrichtungseigenschaften hervorgerufen.
  • Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung des vorstehend geschilderten Problems entwickelt worden, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Siliciumcarbid-Substrats mit geringer Defektdichte, das keine Kontamination einer Prozessvorrichtung hervorruft, sowie in der Angabe einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, die das Siliciumcarbid-Substrat beinhaltet.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Bei einem Siliciumcarbid-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Siliciumcarbid-Substrat, das Folgendes aufweist: einen inneren Substratbereich; und einen äußeren Substratbereich, der den inneren Substratbereich umgibt, wobei die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in dem inneren Substratbereich 1×1016 cm-3 oder mehr beträgt und es sich bei einer Region des äußeren Substratbereichs zumindest auf einer Oberflächenseite desselben um eine Substratoberflächenregion handelt, in der die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen weniger als 1×1016 cm-3 beträgt.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Bei dem Siliciumcarbid-Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Siliciumcarbid-Substrat, das Folgendes aufweist: einen inneren Substratbereich; und einen äußeren Substratbereich, der den inneren Substratbereich umgibt, wobei die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in dem inneren Substratbereich 1×1016 cm-3 oder mehr beträgt und es sich bei einer Region des äußeren Substratbereichs zumindest auf einer Oberflächenseite desselben um eine Substratoberflächenregion handelt, in der die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen weniger als 1×1016 cm-3 beträgt.
  • Durch das Reduzieren der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in der Substratoberflächenregion in der vorstehend beschriebenen Weise kann eine Kontamination der Prozessvorrichtung der Anlage unterdrückt werden, während zugleich die Dichte von hindurchgehenden Schraubenversetzungen des Siliciumcarbid-Substrats reduziert wird. Die Zielsetzungen, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich noch deutlicher aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung sowie den Begleitzeichnungen.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 eine Schnittdarstellung eines Siliciumcarbid-Substrats gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine Darstellung der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen bei dem Siliciumcarbid-Substrat gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 3 eine Darstellung der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen bei dem Siliciumcarbid-Substrat gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 4 eine Darstellung der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen bei dem Siliciumcarbid-Substrat gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 5 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung des Zustands einer Driftschicht, die auf dem Siliciumcarbid-Substrat gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gebildet wird;
    • 6 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Herstellen des Siliciumcarbid-Substrats gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; und
    • 7 eine Schnittdarstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung des Siliciumcarbid-Substrats gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ausführungsform 1
  • Siliciumcarbid-Substrat
  • 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Siliciumcarbid-Substrats 10 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Das Siliciumcarbid-Substrat 10 weist einen inneren Substratbereich 11 und einen äußeren Substratbereich 12 auf, der den inneren Substratbereich 11 insgesamt bedeckt.
  • Bei dem inneren Substratbereich 11 handelt es sich um ein Einkristall-Substrat, das durch ein Lösungswachstumsverfahren unter Verwendung einer Si-Lösung hergestellt wird, dem Cr als ein nicht als Dotierungsmaterial wirksames Metall zugesetzt worden ist. Bei dem äußeren Substratbereich 12 handelt es sich um ein Einkristall-Substrat, das den inneren Substratbereich 11 insgesamt bedeckt. Bei der Oberseite des Siliciumcarbid-Substrats 10 handelt es sich z.B. um eine Si-Seite (0001), die in einer [11-20]-Richtung versetzt ist.
  • Der innere Substratbereich 11 und der äußere Substratbereich 12 sind jeweils aus Siliciumcarbid des Typs 4H gebildet, weisen jedoch unterschiedliche Konzentrationen von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen auf. Die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in dem Siliciumcarbid-Substrat 10 ändert sich in einer Richtung vom Zentrum in Richtung auf die Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10.
  • In der vorliegenden Beschreibung beinhaltet die Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 die obere Oberfläche, eine untere Oberfläche sowie seitliche Oberflächen des Siliciumcarbid-Substrats 10 und wird auch einfach als „Substratoberfläche“ bezeichnet. Beispielsweise handelt es sich bei der Richtung von dem Zentrum zu der oberen Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 hin in 1 um eine A-A'-Richtung. Die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen ist im Zentrum des Siliciumcarbid-Substrats 10 höher als an der Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10.
  • Das Siliciumcarbid-Substrat 10 besitzt auf einer Oberflächenseite desselben eine Substratoberflächenregion, in der die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen weniger als 1×1016 cm-3 beträgt. Der Rand der Substratoberflächenregion 13, der der Substratoberfläche gegenüberliegt, wird in der vorliegenden Beschreibung als Ausgangspunkt S der Substratoberflächenregion 13 definiert (wobei dieser im Folgenden einfach als „Ausgangspunkt S“ bezeichnet wird).
  • Das bedeutet, bei dem Ausgangspunkt S handelt es sich um eine Stelle, an der die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen von 1×1016 cm-3 oder mehr zu weniger als 1×1016 cm-3 wechselt, wenn man dem Siliciumcarbid-Substrat 10 vom Zentrum zu der Oberfläche desselben folgt.
  • Der Ausgangspunkt S befindet sich in dem äußeren Substratbereich 12 oder an der Grenzfläche zwischen dem äußeren Substratbereich 12 und dem inneren Substratbereich 11. Das bedeutet, eine zumindest auf der Oberflächenseite befindliche Region des äußeren Substratbereichs 12 bildet die Substratoberflächenregion 13.
  • 2 veranschaulicht die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in einem Querschnitt entlang der Richtung A-A' in 1. In 2 weist eine Kurve der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen einen Wendepunkt an der Grenzfläche zwischen dem inneren Substratbereich 11 und dem äußeren Substratbereich 12 auf. Die Anzahl der Wendepunkte der Kurve der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen kann eins sein, wie es in 2 gezeigt ist, und kann auch zwei oder mehr sein, wie es in 3 gezeigt ist.
  • Wie in 3 gezeigt, wird in einem Fall, in dem die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen wiederholt von 1×1016 cm-3 oder mehr unter 1×1016 cm-3 fällt, wenn man dem Siliciumcarbid-Substrat 10 vom Zentrum zu seiner Oberfläche folgt, eine der Substratoberfläche am nähesten gelegene Region von einer Vielzahl von Regionen des äußeren Substratbereichs 12, in dem die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen weniger als 1×1016 cm-3 beträgt, als Substratoberflächenregion 13 definiert.
  • 4 zeigt die Kurve der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in einem Fall, in dem sich der Ausgangspunkt S an der Grenzfläche zwischen dem äußeren Substratbereich 12 und dem inneren Substratbereich 11 befindet. In 4 ändert sich die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen an dem Ausgangspunkt S abrupt, und der Ausgangspunkt S wird zu einem Einzelpunkt der Konzentrationskurve. Die Anzahl der Einzelpunkte der Konzentrationskurve der nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen kann Eins betragen, wie dies in 4 dargestellt ist, und kann auch Zwei oder mehr betragen.
  • Die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen jeweils in dem inneren Substratbereich 11, dem äußeren Substratbereich 12 und der Substratoberflächenregion 13 kann gleichmäßig sein, wie dies in 4 dargestellt ist, oder kann nicht gleichmäßig sein, wie dies in 2 oder 3 dargestellt ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in der Substratoberflächenregion 13 mit weniger als 1×1016 cm-3 vorgegeben, wobei sie in weiter bevorzugter Weise jedoch mit weniger als 5×1015 cm-3 vorgegeben ist. Ein Grund für die Reduzierung der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in der Substratoberflächenregion 13 besteht darin, dass eine Kontamination der Prozessvorrichtung der Anlage unterdrückt wird und dadurch eine Beeinträchtigung von Vorrichtungseigenschaften aufgrund der nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen unterdrückt wird.
  • Zur Erzielung beispielsweise einer Oxidschicht mit hoher Isolierungszuverlässigkeit ist es erforderlich, so wenige Verunreinigungen wie möglich, wie z.B. Metall, in die Oxidschicht zu mischen. Ferner kann das Mischen von jeglichen unerwarteten Elementen beim Bilden einer Elektrode der Vorrichtung die Elektrode aufgrund einer Legierungsbildung und dergleichen beeinträchtigen. Es ist daher notwendig, eine Kontamination der Prozessvorrichtung der Anlage zu unterdrücken.
  • Ein weiterer Grund für die Reduzierung der Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in der Substratoberflächenregion 13 besteht darin, dass die Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen des Siliciumcarbid-Substrats 10 reduziert wird. In einem Fall, in dem es sich bei der nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigung um Cr handelt, substituiert Cr ein Si-Atom in einem SiC-Kristall, besitzt jedoch einen größeren Atomradius als Si. Wenn Cr exzessiv in den SiC-Kristall gemischt wird, verursacht eine Änderung in der Gitterkonstante eine Verzerrung im Inneren des Kristalls, so dass ein Kristallwachstum mit einer geringeren Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen schwierig wird.
  • Die hindurchgehende Schraubenversetzung kann einen Leckstrom bei Anlegen einer Sperrspannung hervorrufen. Wenn die nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen lokal mit einer hohen Dichte vorhanden sind, konzentriert sich die induzierte Verzerrung, und es kann nicht nur zu einem Anstieg bei der Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen kommen, sondern auch zu Rissbildung und Bruch in dem Kristall. Aus diesem Grund weist die Dichte der nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen vorzugsweise eine Verteilung auf.
  • Die Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen wird anhand eines Durchschnittswerts (wobei dieser im Folgenden als „durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen“ bezeichnet wird) in einer Region ausgewertet, die insgesamt eine Fläche von 2,0 % oder mehr eines Teststücks einnimmt. Die Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen in einer lokalen Region von beispielsweise 1 mm × 1 mm wird als erstes gemessen, und die durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen wird durch Berechnung aus dem erzielten Messwert ermittelt. Es können verschiedene Verfahren, wie z.B. Röntgen-Topographie und Ätzen mit geschmolzenem KOH, zum Messen der Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen in der lokalen Region verwendet werden.
  • Die durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen in der Substratoberflächenregion 13 beträgt mindestens 100 cm-2 oder weniger, beträgt vorzugsweise 20 cm-2 oder weniger, beträgt noch bevorzugter 10 cm-2 oder weniger und beträgt in am meisten bevorzugter Weise 5 cm-2 oder weniger. Eine niedrigere durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen unterdrückt eine Beeinträchtigung der Vorrichtungseigenschaften aufgrund der hindurchgehenden Schraubenversetzung stärker und ermöglicht die Herstellung einer großflächigen Vorrichtung mit weniger Beeinträchtigungen.
  • Die lokale Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen bei dem Siliciumcarbid-Substrat 10, die bei der Auswertung der durchschnittlichen Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen als erstes gemessen wird, kann nicht gleichmäßig sein und kann jeweils in der Substratoberflächenregion 13, dem äußeren Substratbereich 12 und dem inneren Substratbereich 11 eine Verteilung in Verbindung mit einer Verteilung der nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen aufweisen.
  • Die durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen kann in dem inneren Substratbereich 11, dem äußeren Substratbereich 12 und der Substratoberflächenregion 13 unterschiedlich sein. Die hindurchgehende Schraubenversetzung steigt in ihrer Dichte mit zunehmender Dichte der nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen und kann in ihrer Dichte in Abhängigkeit von einer Temperaturverteilung bei dem Kristallwachstum, einem Oberflächenzustand des Keimkristalls und dergleichen ansteigen.
  • Der Ausgangspunkt S der Substratoberflächenregion 13 befindet sich in dem äußeren Substratbereich 12 oder an der Grenzfläche zwischen dem äußeren Substratbereich 12 und dem inneren Substratbereich 11. Die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der Substratoberfläche muss vorliegend über das Siliciumcarbid-Substrat 10 insgesamt nicht unbedingt gleichmäßig sein. Das bedeutet, die Abstände der oberen Oberfläche, der unteren Oberfläche und der seitlichen Oberflächen des Siliciumcarbid-Substrats 10 von dem Ausgangspunkt S können unterschiedlich sein, und die Distanz von dem Ausgangspunkt S auf einer Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 kann in Abhängigkeit von einer Position innerhalb der Ebene variieren.
  • Das bedeutet, die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen kann eine Verteilung in einer Dickenrichtung des inneren Substratbereichs 11 oder in einer zu der Dickenrichtung rechtwinkligen Richtung aufweisen, und kann in ähnlicher Weise eine Verteilung in einer Dickenrichtung des äußeren Substratbereichs 12 oder der Substratoberflächenregion 13 oder in einer zu der Dickenrichtung rechtwinkligen Richtung aufweisen.
  • Vom Gesichtspunkt der Verwendung des Siliciumcarbid-Substrats 10 als einem Substrat zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung werden jedoch ein dem nachfolgenden Vorrichtungsprozess beizumessender Mindestwert und Maximalwert festgelegt, wie dies auch für die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der Substratoberfläche gilt.
  • Als Nächstes werden Bedingungen beschrieben, die die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der Substratoberfläche erfüllen sollten.
  • 5 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung des Zustands einer Driftschicht 21, die auf einer oberen Oberfläche 14 des Siliciumcarbid-Substrats 10 gebildet wird. In dem Prozess zum Herstellen der Halbleitervorrichtung wird nach dem Wasserstoff- (H2-) Ätzen der oberen Oberfläche 14, bei der es sich um eine erste Hauptfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 handelt, die Driftschicht 21 auf der oberen Oberfläche 14 des Siliciumcarbid-Substrats 10 durch chemisches Abscheiden aus der Dampfphase (CVD) typischerweise durch epitaktisches Wachstum gebildet.
  • Das Ätzen vor dem epitaktischen Wachstum reinigt die obere Oberfläche 14 des Siliciumcarbid-Substrats 10, gestattet die Bildung einer atomaren Stufe bzw. Abstufung auf der oberen Oberfläche 14 des Siliciumcarbid-Substrats 10 und kann somit die Qualität einer Epitaxieschicht verbessern. Es wird in erster Linie die obere Oberfläche 14 geätzt, doch gleichzeitig werden auch eine untere Oberfläche 15 und seitliche Oberflächen 16 durch Umhüllung von Wasserstoff und dgl. geätzt. Die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der Substratoberfläche ist in dem vorliegenden Fall gleich der oder größer als das Doppelte der Dicke eines Bereichs des Siliciumcarbid-Substrats 10 vorgegeben, der vor dem epitaktischen Wachstum der Driftschicht 21 durch Ätzen entfernt worden ist.
  • Dies wird als Bedingung (1) festgelegt. In einem Fall, in dem die Bedingung (1) nicht erfüllt ist, kann die Substratoberflächenregion 13 aufgrund des Ätzens vor dem epitaktischen Wachstum möglicherweise verschwinden, so dass der innere Substratbereich 11 freigelegt wird, wobei in diesem Fall die Wirkung der vorliegenden Erfindung nicht erzielt werden kann.
  • Es gibt keine Bedingung, den der Maximalwert der Distanz zwischen der Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 und dem Ausgangspunkt S vom Gesichtspunkt der Qualität der Vorrichtung erfüllen sollte. Jedoch ist die Dicke des äußeren Substratbereichs 12 unter dem Gesichtspunkt der Zeit und der Kosten zum Bilden des äußeren Substratbereichs 12 vorzugsweise möglichst klein vorgegeben.
  • Die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der Substratoberfläche wird daher derart vorgegeben, dass sie gleich der oder geringer als das 300-fache der Dicke des Bereichs des Siliciumcarbid-Substrats 10 ist, der vor dem epitaktischen Wachstum der Driftschicht 21 durch Ätzen entfernt worden ist. Dies wird als Bedingung (2) festgelegt.
  • In dem Prozess zum Herstellen der Halbleitervorrichtung wird eine Oxidschicht, wie z.B. eine thermische Oxidschicht, über der Driftschicht 21 gebildet. Eine Oxidationsrate von SiC variiert in Abhängigkeit von der Oberflächenorientierung, und wenn die Dicke der Substratoberflächenregion 13 in Relation zu der Oxidschicht gering ist, kann somit die Substratoberflächenregion 13 insgesamt an einer beliebigen der Flächen des Siliciumcarbid-Substrats 10 beim Bilden der Oxidschicht der Vorrichtung möglicherweise oxidiert werden.
  • In diesem Fall wird der innere Substratbereich 11 durch Ätzen der Oxidschicht unter Verwendung von Fluorwasserstoff (HF) und dergleichen freigelegt, und der Effekt der vorliegenden Erfindung kann nicht erzielt werden. Daher wird die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der Substratoberfläche derart vorgegeben, dass sie in einem Fall, in dem die obere Oberfläche 14 des Siliciumcarbid-Substrats 10 eine Si-Oberfläche (0001) ist, gleich oder größer als das 20-fache der Dicke der thermischen Oxidschicht der herzustellenden Vorrichtung ist, sowie in einem Fall, in dem die obere Oberfläche 14 des Siliciumcarbid-Substrats 10 eine C-Oberfläche (000-1) ist, gleich oder größer als das 5-fache der Dicke der thermischen Oxidschicht der herzustellenden Vorrichtung ist. Dies wird als Bedingung (3) festgelegt.
  • In 5 wird eine zweite Hauptfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10, die der oberen Oberfläche 14 gegenüberliegt, bei der sich um die erste Hauptfläche handelt, als untere Oberfläche 15 definiert. In einem Fall, in dem die untere Oberfläche 15 des Siliciumcarbid-Substrats 10 während des Vorrichtungsprozesses spanend bearbeitet wird, kann die Substratoberflächenregion 13 während der spanenden Bearbeitung der unteren Oberfläche 15 möglicherweise verschwinden, wenn die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der unteren Oberfläche 15 kleiner ist als 20 µm.
  • Andererseits ist im Hinblick auf die Genauigkeit der spanenden Bearbeitung einer typischen spanenden Bearbeitungsvorrichtung für ein Halbleitersubstrat ein Anstieg in der Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der unteren Oberfläche 15 auf mehr als 300 µm nutzlos und steigert nur die Verluste, die auf die Herstellungszeit oder die Herstellungskosten zurückzuführen ist. Die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S und der unteren Oberfläche 15 wird somit derart vorgegeben, dass diese zwischen 20 µm und 300 µm einschließlich liegt. Dies wird als Bedingung (4) festgelegt.
  • Zusammengefasst handelt es sich bei den Bedingungen, die die Distanz zwischen dem Ausgangspunkt S der Substratoberflächenregion 13 und der Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 erfüllen sollte, grundsätzlich um die Bedingungen (1) bis (3), wobei die Bedingung (4) in einem Fall hinzukommt, in dem die untere Oberfläche 15 während des Vorrichtungsprozesses spanend bearbeitet wird. Die Distanzen der oberen Oberfläche 14, der unteren Oberfläche 15 sowie der seitlichen Oberflächen 16 des Siliciumcarbid-Substrats 10 von dem Ausgangspunkt S der Substratoberflächenregion 13 können nicht identisch sein.
  • In einem Fall, in dem der Mindestwert der Distanz zwischen der Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 und dem Ausgangspunkt S der Substratoberflächenregion 13 innerhalb der Bedingungen (1), (3) und (4) unterschiedlich ist, wird der größte Wert aus den Mindestwerten verwendet, die durch diese Bedingungen spezifiziert werden.
  • In einem Fall, in dem der Maximalwert der Distanz zwischen der Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 und dem Ausgangspunkt S der Substratoberflächenregion 13 bei den Bedingungen (2) und (4) unterschiedlich ist, wird der größte Wert aus den Maximalwerten verwendet, die durch diese Bedingungen spezifiziert werden.
  • Bei einer Vorrichtungs-Herstellungsregion jeweils des inneren Substratbereichs 11, des äußeren Substratbereichs 12 und der Substratoberflächenregion 13 handelt es sich um einen Einkristall. Bei einer anderen Region als der Vorrichtungs-Herstellungsregion jeweils des inneren Substratbereichs 11, des äußeren Substratbereichs 12 und der Substratoberflächenregion 13 muss es sich nicht um einen Einkristall handeln.
  • Der innere Substratbereich 11 und der äußere Substratbereich 12 können sich in ihrer Dotierstoffkonzentration oder Gitterkonstante unterscheiden. Die Dotierstoffkonzentration des inneren Substratbereichs 11 und des äußeren Substratbereichs 12 wird jedoch derart eingestellt, dass der innere Substratbereich 11 und der äußere Substratbereich 12 jeweils einen spezifischen Durchgangswiderstand von 25 m Ω cm oder weniger, vorzugsweise von 20 m Ω cm oder weniger und in noch weiter bevorzugter Weise von 16 m Ω cm aufweisen.
  • Hierdurch kann der Widerstand bei der Herstellung einer vertikalen elektronischen Vorrichtung unterdrückt werden, so dass somit die Herstellung einer verlustarmen Vorrichtung ermöglicht ist. Als Dotierstoff kann Stickstoff für den N-leitenden Typ verwendet werden, und Al kann für den P-leitenden Typ verwendet werden.
  • Verfahren zum Herstellen des Siliciumcarbid-Substrats
  • Ein erstes Verfahren zum Herstellen des Siliciumcarbid-Substrats 10 wird unter Verwendung von 1 beschrieben.
  • Als erstes wird der innere Substratbereich 11 durch das Lösungswachstumsverfahren hergestellt. Insbesondere wird ein Keimkristall aus 4H-SiC in die Si-Lösung eingebracht, der Cr als nicht als Dotierungsmaterial wirksames Metall zugesetzt worden ist, und die Temperatur des Keimkristalls wird bei 1820 °C gehalten. Das Kristallwachstum erfolgt ausgehend von der Si-Oberfläche des Keimkristalls, und ein 4H-SiC-Einkristall mit einer Dicke von 0,7 mm kann in sechs Stunden erzielt werden.
  • Die durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen in einem durch das Lösungswachstumsverfahren gewachsenen Bereich, wie diese mittels Röntgen-Topographie ausgewertet wird, beträgt vorliegend 3 cm-2. Die Cr-Konzentration an der Oberfläche des Kristalls, wie diese durch Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) festgestellt wird, beträgt 3,3×1015 cm-2. Außerdem beträgt die Cr-Volumenkonzentration in einer Region von der Oberfläche bis auf die Tiefe von 3 µm des Kristalls, wie diese durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen wird, 1,1×1016 cm-3.
  • Der Keimkristall wird aus dem 4H-SiC-Einkristall durch spanende Bearbeitung, wie z.B. Schleifen, entfernt, so dass nur der durch das Lösungswachstumsverfahren gewachsene Bereich verbleibt. Bei einem auf diese Weise erzielten freistehenden Einkristall-Substrat handelt es sich um den inneren Substratbereich 11.
  • Als Nächstes wird der äußere Substratbereich 12 durch epitaktisches Wachstum auf dem inneren Substratbereich 11 mittels CVD gebildet. Insbesondere lässt man den äußeren Substratbereich 12 auf der C-Oberfläche und den Seitenflächen des inneren Substratbereichs 11 durch erstes epitaktisches Wachstum epitaktisch aufwachsen, und lässt man den äußeren Substratbereich 12 auf der Si-Oberfläche und den Seitenflächen des inneren Substratbereichs 11 durch zweites epitaktisches Wachstum epitaktisch aufwachsen.
  • Auf diese Weise wird das Siliciumcarbid-Substrat 10 gebildet. Die Dicke des äußeren Substratbereichs 12 beträgt an der C-Oberfläche und der Si-Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 jeweils 20 µm und an den seitlichen Oberflächen des Siliciumcarbid-Substrats 10 etwa 30 µm. Die C-Oberfläche und die Si-Oberfläche sind vor dem epitaktischen Wachstum jeweils einem cmP- bzw. chemisch mechanischen Polierverfahren unterzogen worden.
  • Die Cr-Konzentration an der Oberfläche des äußeren Substratbereichs 12, wie diese durch ICP-MS ausgewertet wird, beträgt 7,5×1012 cm-2. Die Cr-Konzentration in einer Region von der Oberfläche bis auf die Tiefe von 3 µm des äußeren Substratbereichs 12, wie diese durch SIMS analysiert wird, beträgt 7,4×1013 cm-3, wobei es sich um eine ausreichend niedrige Konzentration handelt. Weiterhin beträgt die Cr-Konzentration des äußeren Substratbereichs 12 insgesamt weniger als 1×1016 cm-3, und es hat sich bestätigt, dass der äußere Substratbereich 12 insgesamt die Substratoberflächenregion 13 bildet. Die durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen in der Substratoberflächenregion 13, wie diese durch Röntgen-Topographie ausgewertet wird, besitzt, wie in dem inneren Substratbereich 11, einen Wert von 3 cm-2.
  • Der äußere Substratbereich 12 wird durch das epitaktische Wachstum gebildet, das bei der vorliegenden Ausführungsform zweimal durch CVD ausgeführt wird, wobei jedoch die Anzahl von Malen, die das Wachstum ausgeführt wird, in Abhängigkeit von einer Wachstumsbedingung und einer Vorrichtungsstruktur geeignet ausgewählt werden kann. Beispielsweise kann bei einer Struktur, in der die Driftschicht 21 gleichzeitig auch als ein Bereich des äußeren Substratbereichs 14 auf einer Seite der oberen Oberfläche 14 vorliegt, die Anzahl von Malen, die das epitaktische Wachstum zum Herstellen der Vorrichtung ausgeführt wird, reduziert werden.
  • Als Nächstes wird ein zweites Verfahren zum Herstellen des Siliciumcarbid-Substrats 10 beschrieben.
  • Zuerst wird der innere Substratbereich 11 durch das gleiche Verfahren wie bei dem ersten Herstellungsverfahren hergestellt. Die durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen in dem durch das Lösungswachstumsverfahren gewachsenen Bereich, wie diese durch Röntgen-Topographie ausgewertet wird, beträgt 20 cm-2, wobei dieser Wert höher ist als der Wert bei dem inneren Substratbereich 11, der durch das erste Herstellungsverfahren hergestellt wird.
  • Man ist der Ansicht, dass die Differenz durch eine Schwankung in der Temperaturverteilung bei dem Kristallwachstum, dem Oberflächenzustand des Keimkristalls oder der Defektdichte des inneren Substratbereichs 11 bedingt ist. Die Cr-Konzentration an der Oberfläche des inneren Substratbereichs 11, wie diese durch ICP-MS ermittelt wird, beträgt 3,5×1015 cm-2. Die Cr-Volumenkonzentration in einer Region von der Oberfläche bis zu der Tiefe von 3 µm des inneren Substratbereichs 11, wie diese durch SIMS ausgewertet wird, beträgt 1,2×1016 cm-3.
  • Als Nächstes wird der äußere Substratbereich 12 durch das Lösungswachstumsverfahren hergestellt. Insbesondere wird eine Vielzahl von inneren Substratbereichen 11 in einen Graphit-Tiegel 31 eingebracht, der mit einem reinen Si-Lösungsmittel 32 gefüllt ist, wie dies in 6 dargestellt ist. Das nicht als Dotierungsmaterial wirksame Metall, wie z.B. Cr und Fe, ist dem reinen Si-Lösungsmittel 32 nicht zugesetzt worden.
  • Die jeweils als Keimkristalle verwendeten inneren Substratbereiche 11 werden dann auf 1820 °C erwärmt und für eine Zeitdauer von zwei Stunden einem Kristallwachstum unterzogen, so dass der äußere Substratbereich 12 mit einer Dicke von etwa 20 µm um den gesamten inneren Substratbereich 11 herum gebildet wird.
  • Die Cr-Konzentration an der Oberfläche des äußeren Substratbereichs 12, wie diese durch ICP-MS ausgewertet wird, beträgt 8,0×1012 cm-2. Die Cr-Volumenkonzentration in der Region von der Oberfläche bis auf die Tiefe von 3 µm des äußeren Substratbereichs 12, wie diese durch SIMS ausgewertet wird, beträgt 7,6×1013 cm-3, wobei es sich bestätigt hat, dass die Cr-Volumenkonzentration eine ausreichend niedrige Konzentration ist.
  • Ferner ist die Cr-Konzentration des äußeren Substratbereichs 12 insgesamt geringer als 1×1016 cm-3, und es hat sich bestätigt, dass der äußere Substratbereich 12 insgesamt die Substratoberflächenregion 13 bildet. Die durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen in der Substratoberflächenregion 13, wie diese durch Röntgen-Topographie ausgewertet wird, beträgt 1 cm-2.
  • In der vorstehenden Beschreibung wird der innere Substratbereich 11 auf 1820 °C erwärmt, wobei jedoch jegliche Bedingungen hinsichtlich des Wachstums, wie z.B. die Temperatur und eine detaillierte Struktur des Tiegels, nach Bedarf modifiziert werden können.
  • Vorstehend ist das Verfahren zum Herstellen des äußeren Substratbereichs 12 durch CVD oder das Lösungswachstumsverfahren beschrieben, jedoch ist das Verfahren zum Herstellen des äußeren Substratbereichs 12 nicht auf diese Verfahren beschränkt. Beispielsweise kann der äußere Substratbereich 12 auch durch ein anderes Verfahren hergestellt werden, wie z.B. durch Sublimation in einem geschlossenen Raum.
  • Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung
  • 7 zeigt eine Schnittdarstellung von einer Zelle einer PN-Diode, bei der es sich um eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung handelt, die unter Verwendung des Siliciumcarbid-Substrats 10 hergestellt wird, das durch das erste Herstellungsverfahren hergestellt worden ist. Die Vorrichtungseigenschaften der PN-Diode in 7 werden ausgewertet.
  • Der innere Substratbereich 11 ist durch das Lösungswachstumsverfahren hergestellt worden, und bei dem inneren Substratbereich 11 handelt es sich um einen 4H-SiC-Einkristall mit einer Si-Oberfläche (0001), die in der [11-20]-Richtung um 4° versetzt ist, sowie mit einer Cr-Konzentration von 1,3×1016 cm-3, einer Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen von 2,5 cm-2 sowie mit einer Dicke von 300 µm.
  • Der äußere Substratbereich 12 wird durch epitaktisches Wachstum um den inneren Substratbereich 11 durch zweimal ausgeführte CVD gebildet. Insbesondere wird, nachdem die C-Oberfläche des inneren Substratbereichs 11 dem cmP unterzogen worden ist, das epitaktische Wachstum auf der C-Oberfläche durch CVD ausgeführt, um eine Epitaxieschicht mit einer Dicke von 45 µm und einer Konzentration von Stickstoff als Dotierstoff von 5,0×1018 cm-3 zu bilden. Anschließend wird die Si-Oberfläche des inneren Substratbereichs 11 dem cmP unterzogen, und das epitaktische Wachstum wird auf der Si-Oberfläche durch CVD ausgeführt, um eine Epitaxieschicht mit einer Dicke von 15 µm und einer Konzentration von Stickstoff als Dotierstoff von 3,8×1018 cm-3 zu bilden.
  • Die Cr-Konzentration in der Region von der Oberfläche bis auf die Tiefe von 3 µm des äußeren Substratbereichs 12, wie diese durch SIMS ausgewertet wird, beträgt 8,0×1013 cm-3, und die durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen an der Si-Oberfläche des äußeren Substratbereichs 12, wie diese durch Röntgen-Topographie ausgewertet wird, beträgt wie bei dem inneren Substratbereich 11 2,5 cm-2. Das Siliciumcarbid-Substrat 10 weist eine Dicke von etwa 360 µm auf, und der äußere Substratbereich 12 weist an einer Endfläche eine Dicke von etwa 20 µm auf.
  • Als Nächstes wird die Si-Oberfläche des durch den vorstehend beschriebenen Prozess hergestellten Siliciumcarbid-Substrats 10 durch H2-Ätzen um etwa 50 nm entfernt, und anschließend wird eine n-leitende Driftschicht 21 mit einer Dicke von 11 µm und einer Stickstoffkonzentration von 1,0×1016 cm-3 auf der Si-Oberfläche gebildet. Die Konzentration des Stickstoffs, bei dem es sich um den Dotierstoff handelt, oder eine Schichtdicke der Driftschicht 21 können in Abhängigkeit von einer Auslegungs-Durchbruchspannung der herzustellenden Vorrichtung geeignet ausgewählt werden.
  • Anschließend werden p-leitende Verunreinigungen bzw. Dotierstoffe durch Ionenimplantation in eine obere Oberfläche der Driftschicht 21 implantiert, um eine Anodenschicht 22 und eine Anschlussregion 23 zu bilden. Bei implantierten Ionen handelt es sich z.B. um Al, und die Implantationstiefe beträgt dabei etwa 0,1 µm bis 3,0 µm. Die Dotierstoffkonzentration von Al als implantierten Ionen beträgt 1×1018 cm-3 bis 1×1021 cm-3 und ist höher vorgegeben als eine n-leitende Dotierstoffkonzentration der Driftschicht. Die Anodenschicht 22 kann durch epitaktisches Aufwachsen einer p-leitenden SiC-Schicht auf der Driftschicht 21 gebildet werden.
  • Als Nächstes wird eine Wärmebehandlung in einer Inertgas-Atmosphäre bei 1300 °C bis 3000 °C für eine Zeitdauer von 10 Sekunden bis 1 Stunde ausgeführt, um die durch die Ionenimplantation gebildete Anodenschicht 22 und Anschlussregion 23 zu aktivieren.
  • Ein Schutzfilm 24 aus Siliciumoxid wird dann durch thermische Oxidation und CVD gebildet. Im vorliegenden Fall besitzt die Dicke des durch die thermische Oxidation gebildeten Schutzfilms 24 einen Wert 10 nm, und die Dicke des durch CVD gebildeten Schutzfilms 24 beträgt 90 nm, und die Gesamtdicke beträgt 100 nm. Anschließend wird ein photolithographisches Verfahren ausgeführt, um eine Öffnung über der Anodenschicht 22 durch reaktives Ionenätzen (RIE) oder Ätzen unter Verwendung von Fluorwasserstoff (HF) zu bilden.
  • In diesem Fall ist eine thermische Oxidschicht mit einer Dicke von etwa 50 nm auf der C-Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 gebildet worden, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der der Schutzfilm 24 gebildet worden ist, und eine thermische Oxidschicht mit einer Dicke von etwa 45 nm ist an den Seitenflächen des Siliciumcarbid-Substrats 10 gebildet worden. Diese thermischen Oxidschichten sind ausreichend dünner als der äußere Substratbereich 12, so dass bei einem Entfernen der thermischen Oxidschichten der äußere Substratbereich 12 nicht vollständig bis zum Freilegen des inneren Substratbereichs 11 entfernt wird.
  • Als Nächstes wird eine Kathodenelektrode 25 zur Herstellung eines ohmschen Kontakts mit dem Siliciumcarbid-Substrat 10 durch Sputtern und dergleichen auf der C-Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 10 gebildet, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der die Anodenschicht 22 gebildet ist.
  • Anschließend wird eine Anodenelektrode 26 aus Ni und dergleichen zur Herstellung eines ohmschen Kontakts mit der Anodenschicht 22 an einer vorbestimmten Stelle auf einer Seite der Oberfläche der Anodenschicht 22 gebildet. Als ein Verfahren zum Strukturieren der Anodenelektrode 26 in eine vorbestimmte Formgebung kann beispielsweise ein Abziehverfahren verwendet werden, in dem ein Metallfilm auf einer strukturierten Resist-Maske durch Sputtern und dergleichen gebildet wird, und anschließend die Resist-Maske sowie ein Bereich des Metallfilms direkt auf der Resist-Maske entfernt werden.
  • Auf diese Weise erhält man eine PN-Diode gemäß Ausführungsform 1, wie sie in 7 dargestellt ist. In dem vorliegenden Beispiel werden der Vorgang des Aktivierungstemperns, der Vorgang zum Bilden der thermischen Oxidschicht oder dergleichen bei einer hohen Temperatur von 1000 °C oder mehr ausgeführt, wobei es sich jedoch bestätigt hat, dass keine der Prozessvorrichtungen durch Cr kontaminiert wird.
  • Es hat sich auch bestätigt, dass ein Leckstrom beim Anlegen einer Sperrspannung bei der gemäß dem vorliegenden Beispiel hergestellten PN-Diode geringer ist als bei einer PN-Diode, die auf einem durch Sublimation erzeugten, kommerziell erhältlichen Substrat hergestellt wird.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können im Umfang der Erfindung nach Bedarf modifiziert oder dabei Merkmale weggelassen werden. Während die Erfindung ausführlich beschrieben ist, dient die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten nur der Erläuterung und soll die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht exemplarisch dargestellt worden sind, vorgenommen werden können, ohne dass man den Umfang der vorliegenden Erfindung verlässt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Siliciumcarbid-Substrat
    11
    innerer Substratbereich
    12
    äußerer Substratbereich
    13
    Substratoberflächenregion
    14
    obere Oberfläche
    15
    untere Oberfläche
    21
    Driftschicht
    22
    Anodenschicht
    23
    Anschlussregion
    24
    Schutzfilm
    25
    Kathodenelektrode
    26
    Anodenelektrode
    31
    Graphit-Tiegel
    32
    reines Si-Lösungsmittel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015054815 A [0008]

Claims (14)

  1. Siliciumcarbid-Substrat (10), das Folgendes aufweist: - einen inneren Substratbereich (11); und - einen äußeren Substratbereich (12), der den inneren Substratbereich (11) umgibt, - wobei die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen in dem inneren Substratbereich (11) 1×1016 cm-3 oder mehr beträgt, und wobei es sich bei einer Region des äußeren Substratbereichs (12) zumindest auf einer Oberflächenseite desselben um eine Substratoberflächenregion handelt, in der die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen weniger als 1×1016 cm-3 beträgt.
  2. Siliciumcarbid-Substrat (10) nach Anspruch 1, wobei die durchschnittliche Dichte von hindurchgehenden Schraubenversetzungen in der Substratoberflächenregion (13) einen Wert von 100 cm-2 oder weniger besitzt.
  3. Siliciumcarbid-Substrat (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen eine Verteilung in der Dickenrichtung des inneren Substratbereichs (11) oder einer zu der Dickenrichtung rechtwinkligen Richtung aufweist.
  4. Siliciumcarbid-Substrat (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen eine Verteilung in der Dickenrichtung der Substratoberflächenregion (13) oder einer zu der Dickenrichtung rechtwinkligen Richtung aufweist.
  5. Siliciumcarbid-Substrat (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Dotierstoffkonzentration des inneren Substratbereichs (11) derart vorgegeben ist, dass der innere Substratbereich (11) einen spezifischen Volumenwiderstand von 25 m Ω cm oder weniger aufweist.
  6. Siliciumcarbid-Substrat (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dotierstoffkonzentration des äußeren Substratbereichs (12) derart vorgegeben ist, dass der äußere Substratbereich (12) einen spezifischen Volumenwiderstand von 25 m Ω cm oder weniger aufweist.
  7. Siliciumcarbid-Substrat (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die lokale Dichte von hindurchgehenden Schraubenversetzungen eine Verteilung in der Substratoberflächenregion (13) aufweist.
  8. Verfahren zum Herstellen des Siliciumcarbid-Substrats (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das folgende Schritte aufweist: (a) Bilden des inneren Substratbereichs (11) aus Siliciumcarbid und mit einer Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen von 1×1016 cm-3 oder mehr durch ein Lösungswachstumsverfahren unter Verwendung einer Si-Lösung, dem ein nicht als Dotierungsmaterial wirksames Metall zugesetzt worden ist; und (b) Bilden des äußeren Substratbereichs (12) aus Siliciumcarbid und mit einer Konzentration von nicht als Dotierungsmaterial wirksamen metallischen Verunreinigungen von weniger als 1×1016 cm-3 derart, dass der äußere Substratbereich (12) den inneren Substratbereich (11) umgibt.
  9. Verfahren zum Herstellen des Siliciumcarbid-Substrats (10) nach Anspruch 8, wobei es sich bei dem Schritt (b) um einen Schritt zum derartigen Bilden des äußeren Substratbereichs (12) handelt, dass der äußere Substratbereich (12) eine durchschnittliche Dichte der hindurchgehenden Schraubenversetzungen von 100 cm-2 oder weniger aufweist.
  10. Verfahren zum Herstellen des Siliciumcarbid-Substrats (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei es sich bei dem Schritt (b) um einen Schritt zum Bilden des äußeren Substratbereichs (12) durch CVD handelt.
  11. Verfahren zum Herstellen des Siliciumcarbid-Substrats (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei es sich bei dem Schritt (b) um einen Schritt zum Bilden des äußeren Substratbereichs (12) durch ein Lösungswachstumsverfahren unter Verwendung eines reinen Si-Lösungsmittels handelt, dem kein nicht als Dotierungsmaterial wirksames Metall zugesetzt worden ist.
  12. Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, das folgende Schritte aufweist: (c) Ätzen einer ersten Hauptfläche des Siliciumcarbid-Substrats (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und (d) nach dem Schritt (c) epitaktisches Aufwachsen einer Driftschicht (21) auf der ersten Hauptfläche des Siliciumcarbid-Substrats (10) durch CVD, wobei die Dicke der Substratoberflächenregion (13) des Siliciumcarbid-Substrats gleich der oder größer als die doppelte Dicke eines Bereichs des Siliciumcarbid-Substrats (10) ist, der in dem Schritt (c) entfernt worden ist.
  13. Verfahren zum Herstellen der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, das weiterhin folgenden Schritt aufweist: (e) nach dem Schritt (d) Bilden einer Oxidschicht über der Driftschicht (21), wobei in einem Fall, in dem es sich bei der ersten Hauptfläche des Siliciumcarbid-Substrats (10) um eine Si-Oberfläche handelt, die Dicke der Substratoberflächenregion (13) des Siliciumcarbid-Substrats (10) gleich dem oder größer als das zwanzigfache der Dicke der Oxidschicht ist, und in einem Fall, in dem es sich bei der ersten Hauptfläche des Siliciumcarbid-Substrats (10) um eine C-Oberfläche handelt, die Dicke der Substratoberflächenregion (13) größer als das fünffache der Dicke der Oxidschicht ist.
  14. Verfahren zum Herstellen der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, das weiterhin folgenden Schritt aufweist: (f) spanendes Bearbeiten einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche des Siliciumcarbid-Substrats (10), wobei die Dicke der Substratoberflächenregion (13) auf einer Seite der zweiten Hauptfläche des Siliciumcarbid-Substrats (10) zwischen 20 µm und 300 µm einschließlich liegt.
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