DE112019006020T5

DE112019006020T5 - Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE112019006020T5
Application number: DE112019006020.1T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Hori; Hiromu Shiomi; Takaya MIYASE
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2021-09-02
Also published as: WO2020115951A1; US20220059658A1; JP7388365B2; CN112335057A; JPWO2020115951A1

Abstract

Eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht umfasst eine erste Siliziumkarbidschicht, eine zweite Siliziumkarbidschicht, eine dritte Siliziumkarbidschicht und eine vierte Siliziumkarbidschicht. Die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht wird von der ersten Siliziumkarbidschicht zur dritten Siliziumkarbidschicht hin erhöht. Ein Wert, der durch Dividieren eines Wertes, der durch Subtrahieren einer Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht von einer Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, durch eine Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, ist kleiner als oder gleich 6×1023cm-4. Unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht N cm-3ist und eine Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht X µm beträgt, erfüllen X und N die Formel 1.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement. Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 4. Dezember 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-227550 , deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Stand der Technik
Die WO 2017/094764 (PTL 1) beschreibt ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat mit einer ersten Siliziumkarbidschicht, einer zweiten Siliziumkarbidschicht und einer dritten Siliziumkarbidschicht. Die Verunreinigungskonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht ist höher als die Verunreinigungskonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht. Die Verunreinigungskonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht ist geringer als die Verunreinigungskonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL 1: WO 2017/094764
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbid-Substrat mit einem Polytyp 4H und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht mit einem Polytyp 4H. Das Siliziumkarbid-Substrat enthält eine Basalebenenversetzung. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht ist auf dem Siliziumkarbid-Substrat vorgesehen. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht umfasst: eine erste Siliziumkarbidschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat vorgesehen ist; eine zweite Siliziumkarbidschicht, die auf der ersten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist; eine dritte Siliziumkarbidschicht, die auf der zweiten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist; und eine vierte Siliziumkarbidschicht, die auf der dritten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist und eine vordere Hauptfläche bildet. Die vordere Hauptfläche ist in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als oder gleich 6° in Bezug auf eine {0001} Ebene geneigt. Sowohl die erste Siliziumkarbidschicht als auch die zweite Siliziumkarbidschicht, die dritte Siliziumkarbidschicht und die vierte Siliziumkarbidschicht enthalten Stickstoff. Die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht wird von der ersten Siliziumkarbidschicht zur dritten Siliziumkarbidschicht hin erhöht. Ein Wert, der durch Division eines Wertes, der durch Subtraktion einer Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht von einer Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, durch eine Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, ist kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4. Unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht N cm^-3 ist und eine Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht X µm beträgt, erfüllen X und N die Formel 1: $X > 2,348 \times 10^{4} \sqrt{\frac{1}{3,3 \times 10^{6} + 1,3 \times 10^{- 12} \times N + 1,6 \times 10^{- 30} \times N^{2}}}$
Eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Siliziumkarbid-Substrat mit einem Polytyp 4H, eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht mit einem Polytyp 4H, eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode. Das Siliziumkarbid-Substrat enthält eine Basalebenenversetzung. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht ist auf dem Siliziumkarbid-Substrat vorgesehen. Die erste Elektrode ist auf der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht vorgesehen. Die zweite Elektrode ist in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Substrat. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht umfasst: eine erste Siliziumkarbidschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat vorgesehen ist; eine zweite Siliziumkarbidschicht, die auf der ersten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist; eine dritte Siliziumkarbidschicht, die auf der zweiten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist; und eine vierte Siliziumkarbidschicht, die auf der dritten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist und eine vordere Hauptfläche bildet. Die vordere Hauptfläche ist in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als oder gleich 6° in Bezug auf eine {0001} Ebene geneigt. Sowohl die erste Siliziumkarbidschicht als auch die zweite Siliziumkarbidschicht, die dritte Siliziumkarbidschicht und die vierte Siliziumkarbidschicht enthalten Stickstoff. Die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht wird von der ersten Siliziumkarbidschicht zur dritten Siliziumkarbidschicht hin erhöht. Ein Wert, der durch Division eines Wertes, der durch Subtraktion einer Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht von einer Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, durch eine Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, ist kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4. Unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht N cm^-3 ist und eine Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht X µm beträgt, erfüllen X und N die Formel 1.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht, die eine Konfiguration eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Linie II-II von 1.
3 ist ein Diagramm, das die Stickstoffkonzentrationsverteilung in einer Dickenrichtung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats zeigt.
4 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht und der Stickstoffkonzentration zeigt.
5 ist eine teilweise schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Herstellungsvorrichtung für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Siliziumkarbid-Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
11 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen fünften Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Siliziumkarbid-Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.

Ausführliche Beschreibung
[Die durch die vorliegende Erfindung zu lösenden Probleme]
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement bereitzustellen, um zu verhindern, dass Basalebenenversetzungen zu Stapelfehlem werden.
[Vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat und ein Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement bereitgestellt werden, um zu verhindern, dass Basalebenenversetzungen zu Stapelfehlern werden.
[Beschreibung der Ausführungsformen]
Zunächst wird ein Überblick über Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hinsichtlich der kristallographischen Angaben in der vorliegenden Beschreibung, wird eine einzelne Orientierung durch [], eine Gruppenorientierung durch <>, eine einzelne Ebene durch () und eine Gruppenebene durch {} dargestellt. Ein kristallographisch negativer Index wird normalerweise durch einen „-“ (Balken) vor einer Zahl ausgedrückt; in der vorliegenden Beschreibung, jedoch, wird der kristallographisch negative Index durch ein negatives Vorzeichen vor der Zahl ausgedrückt.

(1) Ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbid-Substrat 1 mit einem Polytyp 4H und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 mit einem Polytyp 4H. Das Siliziumkarbid-Substrat 1 enthält eine Basalebenenversetzung 61. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 ist auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 vorgesehen. Sowohl das Siliziumkarbid-Substrat 1 als auch die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 haben einen Polytyp SiC-4H. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 umfasst: eine erste Siliziumkarbidschicht 10, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 vorgesehen ist; eine zweite Siliziumkarbidschicht 20, die auf der ersten Siliziumkarbidschicht 10 vorgesehen ist; eine dritte Siliziumkarbidschicht 30, die auf der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 vorgesehen ist; und eine vierte Siliziumkarbidschicht 40, die auf der dritten Siliziumkarbidschicht 30 vorgesehen ist und eine vordere Hauptfläche 2 bildet. Die vordere Hauptfläche 2 ist in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als oder gleich 6° in Bezug auf eine {0001} Ebene geneigt. Jede der ersten Siliziumkarbidschicht 10, der zweiten Siliziumkarbidschicht 20, der dritten Siliziumkarbidschicht 30 und der vierten Siliziumkarbidschicht 40 enthält Stickstoff. Die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 nimmt von der ersten Siliziumkarbidschicht 10 in Richtung der dritten Siliziumkarbidschicht 30 zu. Ein Wert, der durch Division eines Wertes, der durch Subtraktion einer Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10 von einer Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 erhalten wird, durch eine Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 erhalten wird, ist kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4. Unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 N cm^-3 ist und die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30 X µm beträgt, erfüllen X und N die Formel 1.
(2) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß (1) können X und N die Formel 2 erfüllen: [Formel 2] $X > 3,533 \times 10^{4} \sqrt{\frac{1}{3,3 \times 10^{6} + 1,3 \times 10^{- 12} \times N + 1,6 \times 10^{- 30} \times N^{2}}}$
(3) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß Punkt (1) oder (2) kann eine Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht 40 geringer sein als die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30.
(4) In einem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (3) kann die Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht 40 geringer sein als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10.
(5) In einem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (4) kann die Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Substrats 1 größer als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10 und kleiner als die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 sein.
(6) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (5) kann die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 kleiner als oder gleich 5 µm sein.
(7) In dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß einem der Punkte (1) bis (6) kann die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30 kleiner als oder gleich 20 µm sein.
(8) Eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Siliziumkarbid-Substrat 1 mit einem Polytyp 4H, eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 mit einem Polytyp 4H, eine erste Elektrode 60 und eine zweite Elektrode 70. Das Siliziumkarbid-Substrat 1 enthält eine Basalebenenversetzung 61. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 ist auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 vorgesehen. Die erste Elektrode 60 ist auf der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 angebracht. Die zweite Elektrode 70 ist in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Substrat 1. Sowohl das Siliziumkarbid-Substrat 1 als auch die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 haben einen Polytyp SiC-4H. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 umfasst: eine erste Siliziumkarbidschicht 10, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 vorgesehen ist; eine zweite Siliziumkarbidschicht 20, die auf der ersten Siliziumkarbidschicht 10 vorgesehen ist; eine dritte Siliziumkarbidschicht 30, die auf der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 vorgesehen ist; und eine vierte Siliziumkarbidschicht 40, die auf der dritten Siliziumkarbidschicht 30 vorgesehen ist und eine vordere Hauptfläche 2 bildet. Die vordere Hauptfläche 2 ist in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als oder gleich 6° in Bezug auf eine {0001} Ebene geneigt. Jede der ersten Siliziumkarbidschicht 10, zweiten Siliziumkarbidschicht 20, dritten Siliziumkarbidschicht 30 und vierten Siliziumkarbidschicht 40 enthält Stickstoff. Die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 nimmt von der ersten Siliziumkarbidschicht 10 in Richtung der dritten Siliziumkarbidschicht 30 zu. Ein Wert, der durch Division eines Wertes, der durch Subtraktion einer Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10 von einer Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 erhalten wird, durch eine Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 erhalten wird, ist kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4. Unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 N cm^-3 ist und die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30 X µm beträgt, erfüllen X und N die Formel 1.
(9) In der Siliziumkarbid-Halbleiteranordnung gemäß Punkt (8) können X und N eine Formel 2 erfüllen.
(10) In der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß Punkt (8) oder (9) kann eine Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht 40 geringer sein als die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30.
(11) In der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem der Punkte (8) bis (10) kann eine Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht 40 geringer sein als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10.
(12) In der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem der Punkte (8) bis (11) kann die Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Substrats 1 größer als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbid-Schicht 10 und kleiner als die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbid-Schicht 30 sein.
(13) In der Siliziumkarbid-Halbleiteranordnung gemäß einem der Punkte (8) bis (12) kann die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 kleiner als oder gleich 5 µm sein.
(14) In der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem der Punkte (8) bis (13) kann die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30 weniger als oder gleich 20 µm betragen.

[Details zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Im Folgenden werden Details einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden gleiche oder sich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht wiederholt beschrieben.
(Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat)
Wie in 1 und 2 gezeigt, hat ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Siliziumkarbid-Substrat 1 mit einem Polytyp 4H und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 mit einem Polytyp 4H. Das Siliziumkarbid-Substrat 1 hat eine erste Hauptfläche 4 und eine zweite Hauptfläche 3, die der ersten Hauptfläche 4 gegenüberliegt. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 ist in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 4. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 hat eine vordere Hauptfläche 2, die der ersten Hauptfläche 4 gegenüberliegt. Sowohl das Siliziumkarbid-Substrat 1 als auch die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 sind aus hexagonalem Siliziumkarbid gebildet.
Wie in 1 gezeigt, kann das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 mit einer ersten Fläche 16 versehen sein, die sich in einer ersten Richtung 101 erstreckt. Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 kann mit einer zweiten Fläche (nicht gezeigt) versehen sein, die sich in einer zweiten Richtung 102 erstreckt. Die zweite Richtung 102 ist z. B. eine <1-100>-Richtung. Die erste Richtung 101 ist eine Richtung parallel zur vorderen Hauptfläche 2 und senkrecht zur zweiten Richtung 102. Die erste Richtung 101 ist zum Beispiel eine Richtung, die eine <11-20>-Richtungskomponente enthält. Wie in 1 gezeigt, hat die zweite Hauptfläche 3 einen Durchmesser 111 (maximaler Durchmesser) von z.B. mehr als oder gleich 100 mm. Der Durchmesser 111 kann mehr als oder gleich 150 mm, mehr als oder gleich 200 mm oder mehr als oder gleich 250 mm betragen. Die Obergrenze des Durchmessers 111 ist auf keine bestimmte beschränkt. Die Obergrenze des Durchmessers 111 kann z. B. 300 mm betragen.
Das Siliziumkarbid-Substrat 1 enthält Stickstoff (N) als n-Verunreinigung. Das Siliziumkarbid-Substrat 1 hat eine n-Leitfähigkeit. Die erste Hauptfläche 4 ist in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als oder gleich 6° in Bezug auf eine {0001} Ebene geneigt. Die Dicke des Siliziumkarbid-Substrats 1 beträgt z. B. mehr als oder gleich 350 µm und weniger als oder gleich 500 µm.
Wie in 2 gezeigt, ist die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 vorgesehen. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 enthält Stickstoff als n-Verunreinigung. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 hat eine n-Leitfähigkeit. Die vordere Hauptfläche 2 der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 ist in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als oder gleich 6° gegenüber der {0001} Ebene geneigt. Insbesondere kann die vordere Hauptfläche 2 in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als oder gleich 6° in Bezug auf eine (0001) Ebene geneigt sein. Alternativ kann die vordere Hauptfläche 2 in Bezug auf eine (000-1) Ebene in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als oder gleich 6° in die Abweichungsrichtung geneigt sein.
Die Abweichungsrichtung ist z. B. eine <11-20>-Richtung. Es ist zu beachten, dass die Abweichungsrichtung nicht auf die <11-20>-Richtung beschränkt ist. Die Abweichungsrichtung kann z. B. eine <1-100>-Richtung sein oder eine Richtung mit einer <1-100>-Richtungskomponente und einer <11-20>-Richtungskomponente sein. Der Abweichungswinkel θ1 ist ein Winkel, unter dem die vordere Hauptfläche 2 in Bezug auf die {0001} Ebene geneigt ist. Der Abweichungswinkel θ1 ist z. B. größer als 0° und kleiner als oder gleich 6°. Der Abweichungswinkel θ1 kann mehr als oder gleich 1° oder mehr als oder gleich 2° betragen. Der Abweichungswinkel θ1 kann kleiner als oder gleich 7° oder kleiner als oder gleich 6° sein.
Wie in 2 gezeigt, ist eine dritte Richtung 103 eine Richtung senkrecht zur {0001} Ebene. Die dritte Richtung 103 ist z. B. die <0001 >-Richtung. Eine vierte Richtung 104 ist eine Richtung, die senkrecht zur dritten Richtung 103 verläuft. Vierte Richtung 104 ist z.B. die <11-20>-Richtung. Die vierte Richtung 104 ist die Abweichungsrichtung. Die Normalrichtung der vorderen Hauptfläche 2 ist eine fünfte Richtung 105. Die fünfte Richtung ist eine Richtung, die in der Abweichungsrichtung um den Abweichungswinkel θ1 in Bezug auf die <0001>-Richtung geneigt ist.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 eine erste Siliziumkarbidschicht 10, eine zweite Siliziumkarbidschicht 20, eine dritte Siliziumkarbidschicht 30, eine vierte Siliziumkarbidschicht 40 und eine fünfte Siliziumkarbidschicht 50. Die erste Siliziumkarbidschicht 10 ist auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 vorgesehen. Die erste Siliziumkarbidschicht 10 ist in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Substrat 1. Die Dicke (erste Dicke T1) der ersten Siliziumkarbidschicht 10 beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 0,5 µm und weniger als oder gleich 3 µm. Die zweite Siliziumkarbidschicht 20 ist auf der ersten Siliziumkarbidschicht 10 vorgesehen. Die zweite Siliziumkarbidschicht 20 ist in Kontakt mit der ersten Siliziumkarbidschicht 10. Die Dicke (zweite Dicke T2) der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 ist z. B. kleiner als oder gleich 5 µm. Die zweite Dicke T2 kann z. B. kleiner als oder gleich 4,5 µm sein oder kleiner als oder gleich 4 µm sein. Die Untergrenze der zweiten Dicke T2 ist auf keine bestimmte beschränkt, sondern ist z. B. größer als oder gleich 0,5 µm.
Die dritte Siliziumkarbidschicht 30 ist auf der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 vorgesehen. Die dritte Siliziumkarbidschicht 30 ist in Kontakt mit der zweiten Siliziumkarbidschicht 20. Die Dicke (dritte Dicke T3) der dritten Siliziumkarbidschicht 30 ist z. B. kleiner als oder gleich 20 µm. Die dritte Dicke T3 kann z. B. kleiner als oder gleich 18 µm sein, oder kleiner als oder gleich 16 µm sein. Die Untergrenze der dritten Dicke T3 ist auf keine bestimmte beschränkt, sondern beträgt z. B. mehr als oder gleich 1 µm.
Die fünfte Siliziumkarbidschicht 50 ist auf der dritten Siliziumkarbidschicht 30 vorgesehen. Die fünfte Siliziumkarbidschicht 50 ist in Kontakt mit der dritten Siliziumkarbidschicht 30. Die Dicke (fünfte Dicke T5) der fünften Siliziumkarbidschicht 50 beträgt z. B. mehr als oder gleich 0,01 µm und weniger als oder gleich 0,3 µm.
Die vierte Siliziumkarbidschicht 40 bildet die vordere Hauptfläche 2. Die vierte Siliziumkarbidschicht 40 ist auf der dritten Siliziumkarbidschicht 30 vorgesehen. Insbesondere ist die vierte Siliziumkarbidschicht 40 auf der dritten Siliziumkarbidschicht 30 vorgesehen, wobei die fünfte Siliziumkarbidschicht 50 dazwischen angeordnet ist. Die vierte Siliziumkarbidschicht 40 ist in Kontakt mit der fünften Siliziumkarbidschicht 50. Die Dicke (vierte Dicke T4) der vierten Siliziumkarbidschicht 40 beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 3 µm und weniger als oder gleich 50 µm.
Wie in 2 gezeigt, enthält das Siliziumkarbid-Substrat 1 eine Basalebenenversetzung 61. Die Basalebenenversetzung 61 erstreckt sich von der zweiten Hauptfläche 3 zur ersten Hauptfläche 4. Die Basalebenenversetzung 61 erstreckt sich in der {0001} Ebene. Die Basalebenenversetzung 61 erstreckt sich entlang der vierten Richtung 104. Die Basalebenenversetzung 61 erreicht sowohl die erste Hauptfläche 4 als auch die zweite Hauptfläche 3. Die Basalebenenversetzung 61 wird an einer Grenzfläche zwischen dem Siliziumkarbid-Substrat 1 und der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 in eine Randversetzung 62 (threaded edge dislocation) umgewandelt. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 enthält die Randversetzung 62. Insbesondere enthält jede der ersten Siliziumkarbidschicht 10, der zweiten Siliziumkarbidschicht 20, der dritten Siliziumkarbidschicht 30, der vierten Siliziumkarbidschicht 40 und der fünften Siliziumkarbidschicht 50 eine Randversetzung 62. Die Randversetzung 62 erreicht die vordere Hauptfläche 2.
Als nächstes wird eine Stickstoffkonzentrationsverteilung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das eine Stickstoffkonzentrationsverteilung in der Dickenrichtung des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 zeigt.
Die Stickstoffkonzentration (erste Stickstoffkonzentration N1) des Siliziumkarbid-Substrats 1 ist z. B. größer als oder gleich 5×10¹⁸ cm^-3 und kleiner als oder gleich 7×10¹⁸ cm^-3. Die erste Stickstoffkonzentration N1 ist ein Durchschnittswert der Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Substrats 1 in der Dickenrichtung. Die Stickstoffkonzentration wird in der Mitte des Siliziumkarbid-Substrats 1 gemessen. Wie in 3 gezeigt, ist die Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Substrats 1 in der Dickenrichtung im Wesentlichen konstant. Insbesondere ist in der Dickenrichtung ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Substrats 1 in Bezug auf den Durchschnittswert davon (d.h. (der Höchstwert - der Mindestwert) / der Durchschnittswert) kleiner als oder gleich 10%.
Die Stickstoffkonzentration (zweite Stickstoffkonzentration N2) der ersten Siliziumkarbidschicht 10 ist z. B. größer als oder gleich 1×10¹⁸ cm^-3 und kleiner als oder gleich 3×10¹⁸ cm^-3. Die zweite Stickstoffkonzentration N2 ist ein Durchschnittswert der Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10 in der Dickenrichtung. Die Stickstoffkonzentration wird in der Mitte der ersten Siliziumkarbidschicht 10 gemessen. Wie in 3 gezeigt, ist die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10 in der Dickenrichtung im Wesentlichen konstant. Insbesondere ist in der Dickenrichtung ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10 in Bezug auf den Durchschnittswert davon kleiner als oder gleich 10 %. Die zweite Stickstoffkonzentration N2 ist kleiner als die erste Stickstoffkonzentration N1.
Die Stickstoffkonzentration (dritte Stickstoffkonzentration N3) der dritten Siliziumkarbidschicht 30 ist z. B. größer als oder gleich 1×10¹⁸ cm^-3 und kleiner als oder gleich 2×10¹⁹ cm^-3. Die dritte Stickstoffkonzentration N3 ist ein Durchschnittswert der Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 in der Dickenrichtung. Die Stickstoffkonzentration wird in der Mitte der dritten Siliziumkarbidschicht 30 gemessen. Wie in 3 gezeigt, ist die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 in der Dickenrichtung im Wesentlichen konstant. Insbesondere ist in der Dickenrichtung ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 in Bezug auf den Durchschnittswert davon kleiner als oder gleich 10 %. Die dritte Stickstoffkonzentration N3 ist größer als die erste Stickstoffkonzentration N1. Die erste Stickstoffkonzentration N1 kann größer sein als die zweite Stickstoffkonzentration N2 und kleiner als die dritte Stickstoffkonzentration N3.
Wie in 3 gezeigt, wird die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 in der Dickenrichtung verändert. Insbesondere wird die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 von der ersten Siliziumkarbidschicht 10 in Richtung der dritten Siliziumkarbidschicht 30 erhöht. Genauer gesagt, die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 nimmt von der ersten Siliziumkarbidschicht 10 in Richtung der dritten Siliziumkarbidschicht 30 im Wesentlichen monoton zu. Die Stickstoffkonzentration wird in der Mitte der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 gemessen.
Ein Wert (d.h. der Stickstoffkonzentrationsgradient der zweiten Siliziumkarbidschicht 20), der durch Division eines Wertes, der durch Subtraktion der Stickstoffkonzentration (zweite Stickstoffkonzentration N2) der ersten Siliziumkarbidschicht 10 von der Stickstoffkonzentration (dritte Stickstoffkonzentration N3) der dritten Siliziumkarbidschicht 30 erhalten wird, durch die Dicke (zweite Dicke T2) der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 erhalten wird, ist kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4. Der Stickstoffkonzentrationsgradient der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 kann kleiner als oder gleich 2×10²³ cm^-4 oder kleiner als oder gleich 8×10²² cm^-4 sein.
Die Stickstoffkonzentration (vierte Stickstoffkonzentration N4) der vierten Siliziumkarbidschicht 40 ist z. B. größer als oder gleich 1×10¹⁵ cm^-3 und kleiner als oder gleich 3×10¹⁶ cm^-3. Die vierte Stickstoffkonzentration N4 ist ein Durchschnittswert der Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht 40 in der Dickenrichtung. Die Stickstoffkonzentration wird in der Mitte der vierten Siliziumkarbidschicht 40 gemessen. Wie in 3 gezeigt, ist die Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht 40 in der Dickenrichtung im Wesentlichen konstant. Insbesondere ist in der Dickenrichtung ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht 40 in Bezug auf den Durchschnittswert davon kleiner als oder gleich 10 %. Die vierte Stickstoffkonzentration N4 ist kleiner als die zweite Stickstoffkonzentration N2. Die vierte Stickstoffkonzentration N4 ist kleiner als die dritte Stickstoffkonzentration N3. Die vierte Stickstoffkonzentration N4 ist kleiner als die erste Stickstoffkonzentration N1.
Die Stickstoffkonzentration der fünften Siliziumkarbidschicht 50 nimmt von der dritten Siliziumkarbidschicht 30 in Richtung der vierten Siliziumkarbidschicht 40 ab. Genauer gesagt nimmt die Stickstoffkonzentration der fünften Siliziumkarbidschicht 50 im Wesentlichen monoton von einer Grenze (dritte Grenze 7) zwischen der dritten Siliziumkarbidschicht 30 und der fünften Siliziumkarbidschicht 50 zu einer Grenze (vierte Grenze 8) zwischen der vierten Siliziumkarbidschicht 40 und der fünften Siliziumkarbidschicht 50 ab. Die Stickstoffkonzentration wird in der Mitte der fünften Siliziumkarbidschicht 50 gemessen. Der Absolutwert des Stickstoffkonzentrationsgradienten der fünften Siliziumkarbidschicht 50 kann größer sein als der Absolutwert des Stickstoffkonzentrationsgradienten der zweiten Siliziumkarbidschicht 20.
Wenn ein p-Bereich in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 gebildet wird, werden positive Löcher in die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 eingebracht. Um die Menge der positiven Löcher auf 1/A zu verringern, muss die n-Verunreinigungsschicht (dritte Siliziumkarbidschicht 30) eine Dicke X_A aufweisen, die in Formel 3 ausgedrückt wird. Um die Anzahl der positiven Löcher auf 1/100 zu verringern, muss die dritte Siliziumkarbidschicht 30 eine Dicke X₁₀₀ aufweisen, die als L-In(100) berechnet wird. Um die Anzahl der positiven Löcher auf 1/1000 zu verringern, muss die dritte Siliziumkarbidschicht 30 eine Dicke X₁₀₀₀ aufweisen, die als L-In(1000) berechnet wird. In der Formel 3 ist L die Diffusionslänge der positiven Löcher und In ein natürlicher Logarithmus.
[Formel 3] $X_{A} = L \cdot 1 n (A)$
Die Diffusionslänge (L) der positiven Löcher wird in Formel 4 ausgedrückt. In der Formel 4 ist D ein Diffusionskoeffizient und τ die Ladungsträgerlebensdauer. Unter der Annahme, dass die Temperatur eine Raumtemperatur ist und die Diffusionsrate (µ) 10 cm²/Vs beträgt, ist D = kT/qµ = 0,026 V × 10 cm²/Vs = 0,26 cm²/s. Dabei ist kein Boltzmann-Faktor, T eine Temperatur (K) und q beträgt 0,026 V. Gemäß T. Tawara et al. „Short minority carrier lifetimes in highly nitrogendoped 4H-SiC epilayers for suppression of the stacking fault formation in PiN diodes", J. Appl. Phys. 120, 115101(2016), wird die Ladungsträgerlebensdauer τ wie in Formel 5 gezeigt ausgedrückt. In der Formel 5 ist N eine Ladungsträgerkonzentration. Unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 im Wesentlichen die gleiche ist wie die Ladungsträgerkonzentration, ergibt sich eine erforderliche Beziehung zwischen der Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 und der Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30, um die Menge der positiven Löcher auf 1/A zu verringern, indem Formel 4 und Formel 5 in Formel 3 eingesetzt werden.
[Formel 4] $L = \sqrt{D \cdot τ}$
[Formel 5] $τ^{- 1} = 3,3 \times 10^{6} + 1,3 \times 10^{- 12} \times N + 1,6 \times 10^{- 30} \times N^{2}$
4 zeigt ein erforderliches Verhältnis zwischen der Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 und der Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30, um die Anzahl der positiven Löcher auf 1/A zu verringern. X₁₀₀ in 4 zeigt ein erforderliches Verhältnis zwischen der Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 und der Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30, um die Anzahl der positiven Löcher auf 1/100 zu verringern. Um die Menge an positiven Löchern, die in die vordere Hauptflächenseite 2 eingebracht werden, auf weniger als 1/100 zu verringern, müssen X und N die Formel 1 erfüllen, wobei angenommen wird, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumschicht 30 N cm^-3 und die Dicke der dritten Siliziumschicht 30 X µm beträgt. X₁₀₀₀ aus 4 zeigt ein erforderliches Verhältnis zwischen der Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 und der Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30, um die Menge der positiven Löcher auf 1/1000 zu verringern. Um die Menge der in die vordere Hauptfläche 2 einzubringenden Löcher auf weniger als 1/1000 zu verringern, müssen X und N die Formel 2 erfüllen.
Als nächstes wird eine Methode zur Messung der Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats beschrieben.
Die Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats kann z. B. mittels SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie) gemessen werden. Ein Messgerät ist z. B. ein Sekundärionen-Massenspektrometer der Firma Cameca. Ein Messabstand ist z. B. 0,01 µm. Ein Primärionenstrahl ist Cäsium (Cs). Eine Primärionenenergie beträgt 14,5 eV. Eine Sekundärionenpolarität ist negativ. Die Stickstoffkonzentration wird in der Mitte des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats gemessen.
(Vorrichtung zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
Als nächstes wird eine Konfiguration einer Herstellungsvorrichtung 200 für ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie in 5 gezeigt, ist die Herstellungsvorrichtung 200 für das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 beispielsweise eine laterale Heißwand-CVD-Vorrichtung (Chemical Vapor Deposition). Die Herstellungsvorrichtung 200 umfasst hauptsächlich eine Reaktionskammer 201, ein Heizelement 203, ein Quarzrohr 204, einen Wärmeisolator 205 und eine Induktionsheizspule 206.
Das Heizelement 203 hat z. B. eine röhrenförmige Form, in der die Reaktionskammer 201 ausgebildet ist. Das Heizelement 203 besteht z. B. aus Graphit. Der Wärmeisolator 205 umgibt den Außenumfang des Heizelements 203. Der Wärmeisolator 205 ist im Inneren des Quarzrohrs 204 so vorgesehen, dass er mit der Innenumfangsfläche des Quarzrohrs 204 in Kontakt ist. Die Induktionsheizspule 206 ist z. B. entlang der Außenumfangsfläche des Quarzrohrs 204 gewickelt. Die Induktionsheizspule 206 kann von einer externen Stromversorgung (nicht dargestellt) mit Wechselstrom versorgt werden. Entsprechend wird das Heizelement 203 induktiv erwärmt. Infolgedessen wird die Reaktionskammer 201 durch das Heizelement 203 beheizt.
Die Reaktionskammer 201 ist ein Raum, der so geformt ist, dass er von dem Heizelement 203 umgeben ist. Das Siliziumkarbid-Substrat 1 wird in der Reaktionskammer 201 platziert. Die Reaktionskammer 201 kann das Siliziumkarbid-Substrat 1 erwärmen. Die Reaktionskammer 201 ist mit einem Suszeptor 210 zum Halten des Siliziumkarbid-Substrats 1 ausgestattet. Der Suszeptor 210 ist um eine Rotationsachse 212 drehbar.
Die Herstellungsvorrichtung 200 hat einen Gaseinlass 207 und einen Gasauslass 208. Der Gasauslass 208 ist mit einer Entladepumpe (nicht dargestellt) verbunden. Pfeile in 5 zeigen einen Gasfluss an. Das Gas wird vom Gaseinlass 207 in die Reaktionskammer 201 eingeleitet und vom Gasauslass 208 abgeleitet. Der Druck in der Reaktionskammer 201 wird eingestellt, indem die Menge des zugeführten Gases und die Menge des abgeleiteten Gases ausgeglichen werden.
Die Herstellungsvorrichtung 200 verfügt über eine Gasversorgungseinheit (nicht dargestellt), die die Reaktionskammer 201 mit einem Gasgemisch versorgen kann, das z. B. Silan, Ammoniak, Wasserstoff und Propan enthält. Insbesondere kann die Gasversorgungseinheit umfassen: einen Gaszylinder, der Propangas zuführen kann; einen Gaszylinder, der Wasserstoffgas zuführen kann; einen Gaszylinder, der Silangas zuführen kann; und einen Gaszylinder, der Ammoniakgas zuführen kann.
Die Wicklungsdichte der Induktionsheizspule 206 kann in Achsrichtung der Reaktionskammer 201 verändert werden. Die Wicklungsdichte [die Anzahl der Windungen/m] bezieht sich auf die Anzahl der Wicklungen der Spule pro Längeneinheit in Achsrichtung der Vorrichtung. Um beispielsweise Ammoniak auf der stromaufwärts gelegenen Seite effektiv thermisch zu zersetzen, kann die Wicklungsdichte der Induktionsheizspule 206 auf der stromaufwärts gelegenen höher sein als die Wicklungsdichte der Induktionsheizspule 206 auf der stromabwärts gelegenen Seite.
(Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats)
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zunächst wird das Siliziumkarbid-Substrat 1 hergestellt. Zum Beispiel wird ein Sublimationsverfahren verwendet, um einen Siliziumkarbid-Einkristall mit einem Polytyp SiC-4H herzustellen. Als nächstes wird beispielsweise eine Drahtsäge verwendet, um den Siliziumkarbid-Einkristall zu schneiden, wodurch das Siliziumkarbid-Substrat 1 hergestellt wird. Das Siliziumkarbid-Substrat 1 enthält Stickstoff als n-Verunreinigung. Das Siliziumkarbid-Substrat 1 hat eine n-Leitfähigkeit.
Wie in 6 gezeigt, hat das Siliziumkarbid-Substrat 1 eine erste Hauptfläche 4 und eine zweite Hauptfläche 3, die der ersten Hauptfläche 4 gegenüberliegt. Die erste Hauptfläche 4 entspricht einer Ebene, die zum Beispiel in der Abweichungsrichtung um den Abweichungswinkel θ1 in Bezug auf die {0001} Ebene geneigt ist. Der Abweichungswinkel θ1 ist größer als 0° und kleiner als 6°. Die Abweichungsrichtung ist z. B. die <11-20>-Richtung. Der Durchmesser der ersten Hauptfläche 4 des Siliziumkarbid-Substrats 1 beträgt z. B. 150 mm. In dem Siliziumkarbid-Substrat 1 existieren Basalebenenversetzungen 61 mit einer Flächendichte von z.B. 500/cm² bis 2000/cm². Jede der Basalebenenversetzungen 61 erstreckt sich in einer Richtung parallel zur {0001} Ebene.
Als nächstes wird das Siliziumkarbid-Substrat 1 auf den Suszeptor 210 in der Reaktionskammer 201 gelegt (siehe 5). Der Druck in der Reaktionskammer 201 wird z. B. von Atmosphärendruck auf ca. 1×10^-6 Pa gesenkt, und dann wird das Siliziumkarbid-Substrat 1 auf z. B. ca. 1600 °C erhitzt.
Als nächstes wird die erste Siliziumkarbidschicht 10 (Pufferschicht) gebildet. Insbesondere wird der Reaktionskammer 201 ein Gasgemisch aus Silangas, Propangas, Ammoniakgas und Wasserstoffgas zugeführt. In der Reaktionskammer 201 wird jedes der Gase thermisch zersetzt, um ein epitaktisches Wachstum der ersten Siliziumkarbidschicht 10 auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 zu bewirken. Der Suszeptor 210 dreht sich um die Rotationsachse 212. Das Siliziumkarbid-Substrat 1 wird um die Rotationsachse 212 gedreht (siehe 5).
Im Schritt des Bildens der ersten Siliziumkarbidschicht 10 wird die Durchflussrate des Silangases, des Propangases, des Ammoniakgases und des Wasserstoffgases wie folgt eingestellt. Insbesondere wird die Durchflussrate des Silangases so eingestellt, dass sie z. B. 60 sccm beträgt. Die Durchflussrate des Propangases wird auf z. B. 19 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases wird auf z. B. 130 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Ammoniakgases wird auf z. B. 0,05 sccm eingestellt. Wie oben beschrieben, wird die erste Siliziumkarbidschicht 10 auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 gebildet (siehe 7).
Wie in 7 gezeigt, werden an der Grenzfläche (erste Hauptfläche 4) zwischen dem Siliziumkarbid-Substrat 1 und der ersten Siliziumkarbidschicht 10 mehr als oder gleich 99,9 % der Basalebenenversetzungen 61 im Siliziumkarbid-Substrat 1 in Randversetzungen 62 umgewandelt. Jede der Randversetzungen 62 erstreckt sich durch die erste Siliziumkarbidschicht 10.
Als nächstes wird die zweite Siliziumkarbidschicht 20 gebildet. Insbesondere wird der Reaktionskammer 201 ein Gasgemisch aus Silangas, Propangas, Ammoniakgas und Wasserstoffgas zugeführt. In der Reaktionskammer 201 wird jedes der Gase thermisch zersetzt, um ein epitaktisches Wachstum der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 auf der ersten Siliziumkarbidschicht 10 zu bewirken.
Im Schritt des Bildens der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 wird die Durchflussrate des Silangases, des Propangases, des Ammoniakgases und des Wasserstoffgases wie folgt eingestellt. Insbesondere wird die Durchflussrate des Silangases so eingestellt, dass sie z. B. 60 sccm beträgt. Die Durchflussrate des Propangases wird auf z. B. 19 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases wird auf z. B. 130 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Ammoniakgases wird so eingestellt, dass sie im Laufe der Zeit erhöht wird. Konkret wird die Durchflussrate des Ammoniakgases so eingestellt, dass sie monoton von z. B. 0,05 sccm auf 0,5 sccm erhöht wird. Auf diese Weise wird die zweite Siliziumkarbidschicht 20 auf der ersten Siliziumkarbidschicht 10 gebildet (siehe 8). Mehr als oder gleich 99,9 % der Randversetzungen 62, die aus den Basalebenenversetzungen 61 umgewandelt wurden, erstrecken sich unverändert durch die zweite Siliziumkarbidschicht 20. Das heißt, die Randversetzungen 62 werden in einem Verhältnis von weniger als oder gleich 0,1 % in Basalebenenversetzungen 61 zurückverwandelt.
Als nächstes wird die dritte Siliziumkarbidschicht 30 gebildet. Insbesondere wird der Reaktionskammer 201 ein Gasgemisch aus Silangas, Propangas, Ammoniakgas und Wasserstoffgas zugeführt. In der Reaktionskammer 201 wird jedes der Gase thermisch zersetzt, um ein epitaktisches Wachstum der dritten Siliziumkarbidschicht 30 auf der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 zu bewirken.
Im Schritt des Bildens der dritten Siliziumkarbidschicht 30 wird die Durchflussrate des Silangases, des Propangases, des Ammoniakgases und des Wasserstoffgases wie folgt eingestellt. Insbesondere wird die Durchflussrate des Silangases so eingestellt, dass sie z. B. 140 sccm beträgt. Die Durchflussrate des Propangases wird auf z. B. 63 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases wird auf z. B. 130 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Ammoniakgases wird auf z. B. 0,5 sccm eingestellt. Auf diese Weise wird die dritte Siliziumkarbidschicht 30 auf der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 gebildet (siehe 9). Jede der Randversetzungen 62 erstreckt sich durch die dritte Siliziumkarbidschicht 30.
Als nächstes wird die fünfte Siliziumkarbidschicht 50 gebildet. Insbesondere wird der Reaktionskammer 201 ein Gasgemisch aus Silangas, Propangas, Ammoniakgas und Wasserstoffgas zugeführt. In der Reaktionskammer 201 wird jedes der Gase thermisch zersetzt, um ein epitaktisches Wachstum der fünften Siliziumkarbidschicht 50 auf der dritten Siliziumkarbidschicht 30 zu bewirken.
Im Schritt des Bildens der fünften Siliziumkarbidschicht 50 wird die Durchflussrate des Silangases, des Propangases, des Ammoniakgases und des Wasserstoffgases wie folgt eingestellt. Insbesondere wird die Durchflussrate des Silangases so eingestellt, dass sie z. B. 140 sccm beträgt. Die Durchflussrate des Propangases wird auf z. B. 63 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases wird auf z. B. 130 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Ammoniakgases wird so eingestellt, dass sie im Laufe der Zeit abnimmt. Insbesondere wird die Durchflussrate des Ammoniakgases so eingestellt, dass sie monoton von z. B. 0,5 sccm auf 0,02 sccm verringert wird. Auf diese Weise wird die fünfte Siliziumkarbidschicht 50 auf der dritten Siliziumkarbidschicht 30 gebildet. Jede der Randversetzungen 62 erstreckt sich durch die fünfte Siliziumkarbidschicht 50.
Als nächstes wird die vierte Siliziumkarbidschicht 40 (Driftschicht) gebildet. Insbesondere wird der Reaktionskammer 201 ein Gasgemisch aus Silangas, Propangas, Ammoniakgas und Wasserstoffgas zugeführt. In der Reaktionskammer 201 wird jedes der Gase thermisch zersetzt, um ein epitaktisches Wachstum der vierten Siliziumkarbidschicht 40 auf der fünften Siliziumkarbidschicht 50 zu bewirken.
Im Schritt des Bildens der vierten Siliziumkarbidschicht 40 wird die Durchflussrate des Silangases, des Propangases, des Ammoniakgases und des Wasserstoffgases wie folgt eingestellt. Insbesondere wird die Durchflussrate des Silangases so eingestellt, dass sie z. B. 140 sccm beträgt. Die Durchflussrate des Propangases wird auf z. B. 63 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Wasserstoffgases wird auf z. B. 130 sccm eingestellt. Die Durchflussrate des Ammoniakgases wird auf z. B. 0,02 sccm eingestellt. Auf diese Weise wird die vierte Siliziumkarbidschicht 40 auf der fünften Siliziumkarbidschicht 50 gebildet. Jede der Randversetzungen 62 erstreckt sich durch die vierte Siliziumkarbidschicht 40.
Auf diese Weise wird ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 mit einem Siliziumkarbid-Substrat 1 und einer Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 hergestellt (siehe 2). Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 umfasst die erste Siliziumkarbidschicht 10, die zweite Siliziumkarbidschicht 20, die dritte Siliziumkarbidschicht 30, die vierte Siliziumkarbidschicht 40 und die fünfte Siliziumkarbidschicht 50.
(Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung)
Als nächstes wird eine Konfiguration einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie in 10 gezeigt, hat ein MOSFET 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich ein Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100, eine Gate-Isolierschicht 81, eine Gate-Elektrode 82, eine Zwischenschicht-Isolierschicht 83, eine Source-Elektrode 60 und eine Drain-Elektrode 70. Der Aufbau des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 wurde zuvor beschrieben (siehe 2). Das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 umfasst das Siliziumkarbid-Substrat 1 und die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 umfasst die erste Siliziumkarbidschicht 10, die zweite Siliziumkarbidschicht 20, die dritte Siliziumkarbidschicht 30, die vierte Siliziumkarbidschicht 40 und die fünfte Siliziumkarbidschicht 50. Die vierte Siliziumkarbidschicht 40 umfasst einen Driftbereich 11, ein Körpergebiet 12, ein Source-Gebiet 13 und ein Kontaktgebiet 18.
Das Siliziumkarbid-Substrat 1 enthält eine Basalebenenversetzung 61. Die Basalebenenversetzung 61 erstreckt sich in der {0001} Ebene. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 enthält eine Randversetzung 62. Insbesondere enthält jede der ersten Siliziumkarbidschicht 10, der zweiten Siliziumkarbidschicht 20, der dritten Siliziumkarbidschicht 30, der vierten Siliziumkarbidschicht 40 und der fünften Siliziumkarbidschicht 50 eine Randversetzung 62. Die Randversetzung 62 kann eine Bodenfläche 21 eines Gate-Grabens 23, eine Seitenfläche 22 des Gate-Grabens 23 oder die vordere Hauptfläche 2 erreichen.
Der Driftbereich 11 ist auf der fünften Siliziumkarbidschicht 50 vorgesehen. Der Driftbereich 11 ist in Kontakt mit der fünften Siliziumkarbidschicht 50. Der Driftbereich 11 enthält Stickstoff als n-Verunreinigung und hat eine n-Leitfähigkeit. Der Driftbereich 11 ist ein n-Verunreinigungsgebiet. Die Stickstoffkonzentration des Driftbereichs 11 ist geringer als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht 10. Die Stickstoffkonzentration des Driftbereichs 11 ist z.B. größer als oder gleich 1×10¹⁵ cm^-3 und kleiner als oder gleich 3×10¹⁶ cm^-3.
Das Körpergebiet 12 ist auf dem Driftbereich 11 vorgesehen. Das Körpergebiet 12 enthält eine p-Verunreinigung, wie z. B. Aluminium (AI), und hat eine p-Leitfähigkeit. Das Körpergebiet 12 ist ein p-Verunreinigungsgebiet. Die p-Verunreinigungskonzentration des Körpergebiets 12 kann höher sein als die n-Verunreinigungskonzentration des Driftbereichs 11. Das Körpergebiet 12 ist von der vorderen Hauptfläche 2 getrennt.
Das Source-Gebiet 13 ist auf dem Körpergebiet 12 so vorgesehen, dass es vom Driftbereich 11 durch das Körpergebiet 12 getrennt ist. Das Source-Gebiet 13 enthält eine n-Verunreinigung, wie z. B. Stickstoff oder Phosphor (P), und hat eine n-Leitfähigkeit. Das Source-Gebiet 13 bildet einen Teil der vorderen Hauptfläche 2. Die n-Verunreinigungskonzentration des Source-Gebiets 13 kann höher sein als die p-Verunreinigungskonzentration des Körpergebiets 12. Die n-Verunreinigungskonzentration des Source-Gebiets 13 ist zum Beispiel größer als oder gleich 1×10¹⁷ cm^-3 und kleiner als oder gleich 1×10¹⁹ cm^-3.
Das Kontaktgebiet 18 enthält eine p-Verunreinigung, wie z. B. Aluminium, und hat eine p-Leitfähigkeit. Die p-Verunreinigungskonzentration des Kontaktgebiets 18 ist höher als die p-Verunreinigungskonzentration des Körpergebiets 12. Das Kontaktgebiet 18 erstreckt sich durch das Source-Gebiet 13 und ist in Kontakt mit dem Körpergebiet 12. Das Kontaktgebiet 18 bildet einen Teil der vorderen Hauptfläche 2. Die p-Verunreinigungskonzentration des Kontaktgebiets 18 ist beispielsweise größer als oder gleich 1×10¹⁸ cm^-3 und kleiner als oder gleich 1×10²⁰ cm^-3.
Wie in 10 dargestellt, hat der Gate-Graben 23 eine Seitenfläche 22 und eine Bodenfläche 21. Die Seitenfläche 22 ist durchgehend mit der vorderen Hauptfläche 2 verbunden. Die Bodenfläche 21 schließt an die Seitenfläche 22 an. Die Seitenfläche 22 erstreckt sich durch das Source-Gebiet 13 und das Körpergebiet 12, um den Driftbereich 11 zu erreichen. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet ist ersichtlich, dass die Seitenfläche 22 aus dem Source-Gebiet 13, dem Körpergebiet 12 und dem Driftbereich 11 besteht. Die Bodenfläche 21 befindet sich im Driftbereich 11. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet ist ersichtlich, dass die Bodenfläche 21 aus dem Driftbereich 11 besteht. Die Bodenfläche 21 ist von der fünften Siliziumkarbidschicht 50 getrennt. In ähnlicher Weise ist die Bodenfläche von der dritten Siliziumkarbidschicht 30 getrennt. Die Bodenfläche 21 ist beispielsweise eine ebene Fläche, die parallel zur vorderen Hauptfläche 2 verläuft. Ein Winkel θ2 der Seitenfläche 22 in Bezug auf eine Ebene, die die Bodenfläche 21 einschließt, beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 45° und weniger als oder gleich 65°. Der Winkel θ2 kann z. B. größer als oder gleich 50° sein. Der Winkel θ2 kann z. B. kleiner als oder gleich 60° sein.
Die Gate-Isolierschicht 81 ist z. B. eine Oxidschicht. Die Gate-Isolierschicht 81 besteht aus einem Material, das z. B. Siliziumdioxid enthält. Die Gate-Isolierschicht 81 ist in Kontakt mit der Seitenfläche 22 und der Bodenfläche 21. Die Gate-Isolierschicht 81 ist in Kontakt mit dem Driftbereich 11 an der Bodenfläche 21. Die Gate-Isolierschicht 81 steht in Kontakt mit dem Source-Gebiet 13, dem Körpergebiet 12 und dem Driftbereich 11 an der Seitenfläche 22. Die Gate-Isolierschicht 81 kann mit dem Source-Gebiet 13 an der vorderen Hauptfläche 2 in Kontakt sein.
Die Gate-Elektrode 82 ist auf der Gate-Isolierschicht 81 vorgesehen. Die Gate-Elektrode 82 besteht z. B. aus Polysilizium, das eine elektrisch leitende Verunreinigung enthält. Die Gate-Elektrode 82 ist innerhalb des Gate-Grabens 23 angeordnet. Insbesondere ist die Gate-Elektrode 82 innerhalb des Gate-Grabens 23 angeordnet. Ein Teil der Gate-Elektrode 82 kann auf der vorderen Hauptfläche 2 angeordnet sein. Die Gate-Elektrode 82 ist dem Driftbereich 11, dem Körpergebiet 12 und dem Source-Gebiet 13 zugewandt.
Die Source-Elektrode 60 (erste Elektrode 60) ist in Kontakt mit der vorderen Hauptfläche 2. Die Source-Elektrode 60 hat eine Kontaktelektrode 63 und eine Source-Verdrahtung 64. Die Source-Verdrahtung 64 ist an der Kontaktelektrode 63 angebracht. Die Kontaktelektrode 63 ist in Kontakt mit dem Source-Gebiet 13 an der vorderen Hauptfläche 2. Die Kontaktelektrode 63 kann mit dem Kontaktgebiet 18 an der vorderen Hauptfläche 2 in Kontakt sein. Die Kontaktelektrode 63 besteht aus einem Material, das z. B. Ti (Titan), AI (Aluminium) und Si (Silizium) umfasst. Die Kontaktelektrode 63 steht in ohmschem Kontakt mit dem Source-Gebiet 13. Die Kontaktelektrode 63 kann in ohmschem Kontakt mit dem Kontaktgebiet 18 stehen.
Die Drain-Elektrode 70 (zweite Elektrode 70) ist in Kontakt mit der zweiten Hauptfläche 3. Die Drain-Elektrode 70 ist an der zweiten Hauptfläche 3 in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Substrat 1. Die Drain-Elektrode 70 ist elektrisch mit dem Driftbereich 11 verbunden. Die Drain-Elektrode 70 besteht aus einem Material wie z. B. NiSi (Nickel-Silizium) oder TiAISi (Titan-Aluminium-Silizium).
Die Zwischenschicht-Isolierschicht 83 ist in Kontakt mit der Gate-Elektrode 82 und der Gate-Isolierschicht 81 vorgesehen. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 83 besteht aus einem Material wie z. B. Siliziumdioxid. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 83 isoliert die Gate-Elektrode 82 und die Source-Elektrode 60 elektrisch voneinander. Ein Teil der Zwischenschicht-Isolierschicht 83 kann innerhalb des Gate-Grabens 23 vorgesehen sein. Die Source-Verdrahtung 64 bedeckt die Zwischenschicht-Isolierschicht 83. Die Source-Verdrahtung 64 besteht z. B. aus einem Material, das AI enthält.
(Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung)
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zunächst wird das oben beschriebene Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 vorbereitet (siehe 2). Als nächstes wird eine Ionenimplantation in das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 durchgeführt. Zum Beispiel werden p-Verunreinigungsionen, die für p-Leitfähigkeit sorgen, wie z. B. Aluminium-Ionen, in die gesamte Oberfläche des Driftbereichs 11 implantiert. Dementsprechend wird das Körpergebiet 12 gebildet. Als nächstes werden n-Verunreinigungsionen, wie z. B. Phosphor (P), in die gesamte Oberfläche des Körpergebiets 12 implantiert. Dementsprechend wird das Source-Gebiet 13 gebildet. Als nächstes wird eine Maskenschicht (nicht dargestellt) gebildet, die mit einer Öffnung über einem Bereich versehen ist, in dem das Kontaktgebiet 18 gebildet werden soll. Als nächstes werden p-Verunreinigungsionen, wie z. B. Aluminium-Ionen, in das Source-Gebiet 13 implantiert, um eine p-Leitfähigkeit zu erzeugen. Dementsprechend wird das Kontaktgebiet 18 in Kontakt mit sowohl dem Source-Gebiet 13 als auch dem Körpergebiet 12 gebildet (siehe 11).
Als nächstes wird ein Aktivierungsglühschritt durchgeführt, um die in das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 implantierten Verunreinigungsionen zu aktivieren. Die Temperatur des Aktivierungsglühens beträgt vorzugsweise mehr als oder gleich 1500°C und weniger als oder gleich 1900°C, zum Beispiel etwa 1700°C. Der Aktivierungsglühschritt wird z. B. für etwa 30 Minuten durchgeführt. Die Atmosphäre für das Aktivierungsglühen ist vorzugsweise eine Inertgas-Atmosphäre wie z. B. eine Ar-Atmosphäre.
Als nächstes wird eine Maskenschicht 54 auf dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 gebildet (siehe 12). In der Maskenschicht 54 wird eine Öffnung (erste Öffnung 51) gebildet. Die Maskenschicht 54 ist in Kontakt mit dem Source-Gebiet 13 und dem Kontaktgebiet 18. Die in der Maskenschicht 54 vorgesehene erste Öffnung 51 befindet sich oberhalb des Source-Gebiets 13.
Als nächstes wird der Gate-Graben 23 gebildet. Zunächst wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 mit der Maskenschicht 54 geätzt, wobei eine erste Öffnung 51 auf der vorderen Hauptfläche 2 gebildet wird. Konkret werden z. B. ein Teil des Source-Gebiets 13 und ein Teil des Körpergebiets 12 durch Ätzen entfernt. Als Ätzverfahren kann beispielsweise reaktives Ionenätzen, insbesondere reaktives lonenätzen mit induktiv gekoppeltem Plasma, verwendet werden. Es kann z. B. reaktives lonenätzen mit induktiv gekoppeltem Plasma unter Verwendung von Schwefelhexafluorid (SF₆) oder einem Mischgas aus SF₆ und Sauerstoff (O₂) als Reaktivgas eingesetzt werden. Durch das Ätzen wird eine Aussparung in einem Bereich gebildet, in dem der Gate-Graben 23 gebildet werden soll. Die Aussparung umfasst: einen Seitenabschnitt, der im Wesentlichen senkrecht zur vorderen Hauptfläche 2 verläuft; und einen Boden, der so vorgesehen ist, dass er sich an den Seitenabschnitt anschließt und im Wesentlichen parallel zur vorderen Hauptfläche 2 verläuft.
Anschließend wird in der Aussparung ein thermischer Ätzschritt durchgeführt. Das thermische Ätzen kann durch Erhitzen in einer Atmosphäre durchgeführt werden, die ein reaktives Gas mit mindestens einer oder mehreren Arten von Halogenatomen enthält, wobei die Maskenschicht 54 auf der vorderen Hauptfläche 2 gebildet wird. Die mindestens eine oder mehrere Arten von Halogenatomen umfassen mindestens eines von Chlor (CI)-Atomen und Fluor (F)-Atomen. Eine solche Atmosphäre umfasst z. B. Chlor (Cl₂), Bortrichlorid (BCb), SF₆ oder Kohlenstofftetrafluorid (CF₄)). Das thermische Ätzen wird beispielsweise mit einem Gasgemisch aus Chlorgas und Sauerstoffgas als Reaktivgas bei einer Wärmebehandlungstemperatur von beispielsweise mehr als oder gleich 800°C und weniger als oder gleich 900°C durchgeführt. Es ist zu beachten, dass das reaktive Gas neben dem Chlorgas und dem Sauerstoffgas auch ein Trägergas enthalten kann. Als Trägergas kann z. B. Stickstoffgas, Argongas, Heliumgas oder ähnliches verwendet werden. Auf diese Weise wird der Gate-Graben 23 in der vorderen Hauptfläche 2 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gebildet.
Wie in 13 dargestellt, hat der Gate-Graben 23 eine Seitenfläche 22 und eine Bodenfläche 21. Die Seitenfläche 22 erstreckt sich durch das Source-Gebiet 13 und das Körpergebiet 12, um den Driftbereich 11 zu erreichen. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet ist ersichtlich, dass die Seitenfläche 22 aus dem Source-Gebiet 13, dem Körpergebiet 12 und dem Driftbereich 11 besteht. Die Bodenfläche 21 befindet sich im Driftbereich 11. In anderer Hinsicht ist ersichtlich, dass die Bodenfläche 21 aus dem Driftbereich 11 besteht. Die Bodenfläche 21 ist beispielsweise eine ebene Fläche parallel zur zweiten Hauptfläche 3. Der Winkel θ2 der Seitenfläche 22 in Bezug auf die Ebene, die die Bodenfläche 21 einschließt, beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 45° und weniger als oder gleich 65°. Der Winkel θ2 kann z. B. größer als oder gleich 50° sein. Der Winkel θ2 kann z. B. kleiner als oder gleich 60° sein.
Als nächstes wird die Gate-Isolierschicht gebildet. Beispielsweise wird durch thermische Oxidation des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 die Gate-Isolierschicht 81 in Kontakt mit dem Source-Gebiet 13, dem Körpergebiet 12, dem Driftbereich 11, dem Kontaktgebiet 18 und der vorderen Hauptfläche 2 gebildet (siehe 14). Insbesondere wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in einer Atmosphäre, die Sauerstoff enthält, bei einer Temperatur von z.B. mehr als oder gleich 1300°C und weniger als oder gleich 1400°C erhitzt. Auf diese Weise wird die Gate-Isolierschicht 81 in Kontakt mit dem Gate-Graben 23 gebildet.
Als nächstes kann eine Wärmebehandlung (NO-Glühschritt) auf dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 in einer Stickstoffmonoxid-(NO)-Gasatmosphäre durchgeführt werden. Beim NO-Glühen wird das Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 für etwa 1 Stunde bei einer Temperatur von beispielsweise 1100°C oder mehr und 1400°C oder weniger gehalten. Dementsprechend werden Stickstoffatome in den Grenzflächenbereich zwischen der Gate-Isolierschicht 81 und dem Körpergebiet 12 eingebracht. Dadurch wird die Bildung von Grenzflächenzuständen im Grenzflächenbereich unterdrückt, wodurch eine verbesserte Kanalbeweglichkeit erreicht wird.
Nach dem NO-Glühschritt kann ein Ar-Glühschritt mit Argon (Ar) als Atmosphärengas durchgeführt werden. Die Heiztemperatur beim Ar-Glühen ist z. B. höher oder gleich der Heiztemperatur beim NO-Glühen. Der Ar-Glühschritt wird z. B. für ca. 1 Stunde durchgeführt. Dementsprechend kann die Bildung von Grenzflächenzuständen im Grenzflächenbereich zwischen der Gate-Isolierschicht 81 und dem Körpergebiet 12 weiter unterdrückt werden. Es sollte beachtet werden, dass anstelle des Ar-Gases auch ein anderes Inertgas, wie z. B. Stickstoffgas, als Atmosphärengas verwendet werden kann.
Als nächstes wird ein Schritt des Bildens der Gate-Elektrode durchgeführt. Die Gate-Elektrode 82 wird auf der Gate-Isolierschicht 81 gebildet. Die Gate-Elektrode 82 wird z. B. durch ein LP-CVD-Verfahren (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) gebildet. Die Gate-Elektrode 82 wird so gebildet, dass sie jeweils dem Source-Gebiet 13, dem Körpergebiet 12 und dem Driftbereich 11 gegenüberliegt.
Als nächstes wird ein Schritt des Bildens einer Zwischenschicht-Isolierschicht 83 durchgeführt. Insbesondere wird die Zwischenschicht-Isolierschicht 83 in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 81 gebildet, um die Gate-Elektrode 82 zu bedecken. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 83 wird z. B. durch das CVD-Verfahren gebildet. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 83 besteht z. B. aus Siliziumdioxid. Ein Teil der Zwischenschicht-Isolierschicht 83 kann innerhalb des Gate-Grabens 23 gebildet werden.
Als nächstes wird ein Schritt des Bildens der Source-Elektrode 60 durchgeführt. Die Source-Elektrode 60 hat eine Kontaktelektrode 63 und eine Source-Verdrahtung 64. Zunächst wird ein Ätzvorgang durchgeführt, um eine Öffnung (zweite Öffnung 52) in der Zwischenschicht-Isolierschicht 83 und der Gate-Isolierschicht 81 zu bilden. Dementsprechend werden in der zweiten Öffnung 52 das Source-Gebiet 13 und das Kontaktgebiet 18 durch die Zwischenschicht-Isolierschicht 83 und die Gate-Isolierschicht 81 freigelegt (siehe 15). Als nächstes wird die Kontaktelektrode 63 auf der vorderen Hauptfläche 2 in Kontakt mit dem Source-Gebiet 13 und dem Kontaktgebiet 18 ausgebildet. Die Kontaktelektrode 63 wird z. B. durch ein Sputterverfahren gebildet. Die Kontaktelektrode 63 besteht z. B. aus einem Material, das Ti, AI und Si enthält.
Als nächstes wird ein Legierungsglühschritt durchgeführt. Die Kontaktelektrode 63, die in Kontakt mit dem Source-Gebiet 13 und dem Kontaktgebiet 18 steht, wird beispielsweise für etwa 5 Minuten auf einer Temperatur von mehr oder gleich 900°C und weniger oder gleich 1100°C gehalten. Dementsprechend reagiert zumindest ein Teil der Kontaktelektrode 63 mit dem im Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 enthaltenen Silizium, um eine Silizidierung zu bewirken. So wird die Kontaktelektrode 63 in ohmschem Kontakt mit dem Source-Gebiet 13 gebildet. Die Kontaktelektrode 63 kann in ohmschem Kontakt mit dem Kontaktgebiet 18 stehen. Als nächstes wird die Source-Verdrahtung 64 in Kontakt mit der Kontaktelektrode 63 ausgebildet.
Als nächstes wird ein Schritt des Bildens der Drain-Elektrode 70 durchgeführt. Die Drain-Elektrode 70 wird z. B. durch das Sputterverfahren in Kontakt mit der zweiten Hauptfläche 3 gebildet. Die Drain-Elektrode 70 besteht z. B. aus einem Material, das NiSi oder TiAISi enthält. Auf diese Weise wird der MOSFET 300 (siehe 10) gemäß der vorliegenden Ausführungsform fertiggestellt.
Obwohl die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zuvor anhand eines MOSFETs als Beispiel beschrieben wurde, ist die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf den MOSFET beschränkt. Die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist z. B. auf einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), SBD (Schottky Barrier Diode), einen Thyristor, einen GTO (Gate Turn Off Thyristor), eine PN-Diode und dergleichen anwendbar.
Im Folgenden werden Funktionen und Effekte des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 und der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zum Beispiel werden während des Betriebs der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, wie einer PN-Diode, positive Löcher in die vordere Oberflächenseite des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 eingebracht. Wenn die positiven Löcher während der Bewegung der positiven Löcher von der Seite der vorderen Oberflächenelektrode (erste Elektrode 60) zur Seite der hinteren Elektrode (zweite Elektrode 70) Basalebenenversetzungen 61 erreichen, werden die Basalebenenversetzungen 61 erweitert und zu Stapelfehlern. Wenn die Basalebenenversetzungen 61 zu Stapelfehlern werden, wird der Stromfluss erheblich behindert, was zu einem erhöhten Durchlasswiderstand der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung führt.
Wenn die Basalebenenversetzungen 61 im Siliziumkarbid-Substrat 1 vorhanden sind, werden die Basalebenenversetzungen 61 im Siliziumkarbid-Substrat zu Stapelfehlern, wenn die positiven Löcher von der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 auf das Siliziumkarbid-Substrat 1 bewegt werden. Um zu verhindern, dass die Basalebenenversetzungen 61 im Siliziumkarbid-Substrat 1 zu Stapelfehlem werden, müssen die positiven Löcher in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat 1 vorgesehen ist, ausreichend reduziert werden.
Die Menge an positiven Löchern, die in die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung eingebracht werden soll, hängt von der Stromdichte ab, die in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung fließen soll. Im Falle einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung für eine Fahrzeuganwendung beträgt die zu verwendende Stromdichte beispielsweise mehr als oder gleich 100 A/cm² und weniger als oder gleich 1000 A/cm². Wenn die Stromdichte etwa 100 A/cm² beträgt, ist eine Menge an positiven Löchern, die das Siliziumkarbid-Substrat 1 erreichen soll, wünschenswerterweise kleiner als oder gleich 1/100 der Menge an eingeführten positiven Löchern. Wenn die Stromdichte etwa 1000 A/cm² beträgt, ist die Menge der positiven Löcher, die das Siliziumkarbid-Substrat 1 erreichen, wünschenswerterweise kleiner als oder gleich 1/1000 der Menge der eingeführten positiven Löcher.
Die Erfinder haben ein Verfahren überprüft, um zu verhindern, dass die positiven Löcher, die in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 vorhanden sind, das Siliziumkarbid-Substrat 1 erreichen. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die positiven Löcher, die in die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 eingebracht werden, effektiv daran gehindert werden können, das Siliziumkarbid-Substrat 1 zu erreichen, indem eine Schicht zur Unterdrückung positiver Löcher (dritte Siliziumkarbidschicht) in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht bereitgestellt wird und indem die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht und die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht 30 so gesteuert werden, dass sie vorbestimmte Werte aufweisen. Insbesondere unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumschicht 30 N cm^-3 ist und die Dicke der dritten Siliziumschicht 30 X µm beträgt, erfüllen X und N die Formel 1.
Des Weiteren haben die Erfinder ein Verfahren geprüft, mit dem verhindert werden kann, dass die Basalebenenversetzungen 61 im Siliziumkarbid-Substrat 1 auf die vordere Hauptfläche 2 der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 übertragen werden. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Basalebenenversetzungen 61 in dem Siliziumkarbid-Substrat 1 wirksam daran gehindert werden können, auf die vordere Hauptfläche 2 der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 übertragen zu werden, indem zwischen der ersten Siliziumkarbidschicht 10 und der dritten Siliziumkarbidschicht 30 eine zweite Siliziumkarbidschicht 20 vorgesehen wird, die einen Stickstoffkonzentrationsgradienten aufweist, und indem der Stickstoffkonzentrationsgradient so gesteuert wird, dass er kleiner als oder gleich einem vorbestimmten Wert ist. Insbesondere ist ein Wert, der durch Dividieren eines Wertes, der durch Subtrahieren einer Stickstoffkonzentration an einer Grenze zwischen der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 und der ersten Siliziumkarbidschicht 10 von einer Stickstoffkonzentration an einer Grenze zwischen der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 und der dritten Siliziumkarbidschicht 30 erhalten wird, durch die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 erhalten wird, kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4.
Wie zuvor beschrieben, kann bei jedem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 und der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Bereitstellung einer dritten Siliziumkarbidschicht 30, die die Formel 1 erfüllt, die Menge an positiven Löchern, die das Siliziumkarbid-Substrat 1 erreichen, erheblich reduziert werden. Daher kann in dem Siliziumkarbid-Substrat 1 verhindert werden, dass die Basalebenenversetzungen 61 zu Stapelfehlern werden. Durch die Bereitstellung einer zweiten Siliziumkarbidschicht 20 mit einem vorbestimmten Stickstoffkonzentrationsgradienten kann außerdem verhindert werden, dass die Basalebenenversetzungen 61 im Siliziumkarbid-Substrat 1 auf die vordere Hauptfläche 2 der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 übertragen werden. Daher kann in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 verhindert werden, dass die Basalebenenversetzungen 61 zu Stapelfehlern werden. Das heißt, dass sowohl bei dem Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat 100 als auch bei der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verhindert werden kann, dass die Basalebenenversetzungen 61 zu Stapelfehlem werden.
Beispiele
(Vorbereitung der Proben)
Zunächst wurden Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 17 hergestellt. Jedes der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 17 hat ein Siliziumkarbid-Substrat 1 und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 (siehe 2). Das Siliziumkarbid-Substrat 1 enthält die Basalebenenversetzungen 61. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 umfasst eine erste Siliziumkarbidschicht 10, eine zweite Siliziumkarbidschicht 20, eine dritte Siliziumkarbidschicht 30, eine vierte Siliziumkarbidschicht 40 und eine fünfte Siliziumkarbidschicht 50. Die Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 wird in der Dickenrichtung verändert. Der Stickstoffkonzentrationsgradient der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 in der Dickenrichtung ist in Tabelle 1 dargestellt. Jedes der Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrate 100 gemäß den Proben 1 bis 17 wurde unter Verwendung des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestellt.

Die Dicke der ersten Siliziumkarbidschicht 10 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 1 bis 17 beträgt 1 µm. Die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß den Proben 1 bis 3 und 7 bis 11 beträgt jeweils 1 µm. Die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 4 bis 6 beträgt 2,5 µm. Die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 12 bis 17 beträgt 0,1 µm. Die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 1 bis 6 und 12 bis 17 beträgt 10 µm. Die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht 30 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder der Proben 7 bis 11 beträgt 5 µm. [Tabelle 1]

Probe Nummer	Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht	Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht	Stickstoffkonzentrationsgradient der zweiten Siliziumkarbidschicht	Dicke der ersten Siliziumkarbidschicht	Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht	Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht	Basalebenenversetzung
Einheit	cm^-3	cm^-3	cm^-4	µm	µm	µm
Probe 1	2,87 × 10¹⁷	1,80 × 10¹⁹	1,77 × 10²³	1	1	10	Nicht vorhanden
Probe 2	7,55 × 10¹⁷	6,70 × 10¹⁸	5,95 × 10²²	1	1	10	Nicht vorhanden
Probe 3	1,93 × 10¹⁸	1,10 × 10¹⁹	9,07 × 10²²	1	1	10	Nicht vorhanden
Probe 4	2,87 × 10¹⁷	1,80 × 10¹⁹	7,09 × 10²²	1	2,5	10	Nicht vorhanden
Probe 5	7,55 × 10¹⁷	6,70 × 10¹⁸	2,38 × 10²²	1	2,5	10	Nicht vorhanden
Probe 6	1,93 × 10¹⁸	1,10 × 10¹⁹	3,63 × 10²²	1	2,5	10	Nicht vorhanden
Probe 7	1,20 × 10¹⁸	2,19 × 10¹⁹	2,07 × 10²³	1	1	5	Nicht vorhanden
Probe 8	9,32 × 10²³	8,20 × 10¹⁸	7,27 × 10²²	1	1	5	Nicht vorhanden
Probe 9	2,00 × 10¹⁸	1,25 × 10¹⁹	1,05 × 10²³	1	1	5	Nicht vorhanden
Probe 10	8,70 × 10¹⁷	8,20 × 10¹⁸	7,33 × 10²²	1	1	5	Nicht vorhanden
Probe 11	8,80 × 10¹⁷	1,13 × 10¹⁹	1,04 × 10²³	1	1	5	Nicht vorhanden
Probe 12	2,87 × 10¹⁷	1,80 × 10¹⁹	1,77 × 10²³	1	0,1	10	Vorhanden
Probe 13	7,55 × 10¹⁷	6,70 × 10¹⁸	5,95 × 10²³	1	0,1	10	Nicht vorhanden
Probe 14	1,93 × 10¹⁸	1,10 × 10¹⁹	9,07 × 10²³	1	0,1	10	Vorhanden
Probe 15	8,12 × 10¹⁵	1,80 × 10¹⁹	1,80 × 10²⁴	1	0,1	10	Vorhanden
Probe 16	8,00 × 10¹⁵	6,70 × 10¹⁸	6,69 × 10²³	1	0,1	10	Vorhanden
Probe 17	8,22 × 10¹⁵	1,10 × 10¹⁹	1,10 × 10²⁴	1	0,1	10	Vorhanden

(Verfahren zur Auswertung von Basalebenenversetzungen)
Es wird eine Bewertung hinsichtlich des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Basalebenenversetzungen 61 (BPD) in der vorderen Hauptfläche 2 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 gemäß jeder Probe 1 bis 17 vorgenommen. Ob Basalebenenversetzungen 61 in der vorderen Hauptfläche 2 vorhanden sind oder nicht, kann durch eine Ätzgrubenmethode bewertet werden. Bei der Ätzgrubenmethode wird eine Kaliumhydroxid-(KOH)-Schmelze als Ätzflüssigkeit verwendet. Die Temperatur der KOH-Schmelze beträgt etwa 500 bis 550°C. Die Ätzzeit beträgt ca. 5 bis 10 Minuten. Nach dem Ätzen wird die vordere Hauptfläche 2 mit einem Lichtmikroskop beobachtet. Die Messung wird an neun Positionen in der Ebene der vorderen Hauptfläche 2 durchgeführt.
Wenn Basalebenenversetzungen 61 in der vorderen Hauptfläche 2 vorhanden sind, werden in der vorderen Hauptfläche 2 Ätzgruben beobachtet, die von den Basalebenenversetzungen 61 stammen. Eine typische Form der Ätzgruben, die von den Basalebenenversetzungen 61 herrühren, ist eine elliptische Form. Wenn andererseits keine Basalebenenversetzungen 61 in der vorderen Hauptfläche 2 vorhanden sind, werden in der vorderen Hauptfläche 2 Ätzgruben beobachtet, die von Randversetzungen 62 stammen. Eine typische Form jeder der Ätzgruben, die von den Randversetzungen 62 stammen, ist eine hexagonale Form. Durch die Beobachtung der Form jeder der oben beschriebenen Ätzgruben wird bestimmt, ob Basalebenenversetzungen 61 in der vorderen Hauptfläche 2 vorhanden sind oder nicht.
(Ergebnisse der Auswertungen zu den Basalebenenversetzungen)
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden Basalebenenversetzungen 61 in der vorderen Hauptfläche 2 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in den Proben 12 und 14 bis 17 gefunden. Andererseits wurden keine Basalebenenversetzungen 61 in der vorderen Hauptfläche 2 des Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats 100 in den Proben 1 bis 11 und 13 gefunden. Das heißt, es wurden keine Basalebenenversetzungen 61 gefunden, wenn der Stickstoffkonzentrationsgradient der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 (der Wert, der durch Dividieren des Wertes, der durch Subtrahieren der Stickstoffkonzentration an der Grenze zwischen der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 und der ersten Siliziumkarbidschicht 10 von der Stickstoffkonzentration an der Grenze zwischen der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 und der dritten Siliziumkarbidschicht 30 erhalten wird, durch die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 erhalten wird) weniger als oder gleich 6x 10²³ cm^-4 betrug. Andererseits, wenn der Stickstoffkonzentrationsgradient der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 mehr als 6×10²³ cm^-4 betrug, wurden Basalebenenversetzungen 61 gefunden. Es wurde bestätigt, dass, wenn der Stickstoffkonzentrationsgradient der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 weniger als oder gleich 6×10²³ cm^-4 ist, wie zuvor beschrieben, die Basalebenenversetzungen 61 in der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 9 reduziert werden können. Mit anderen Worten, es wurde bestätigt, dass, wenn der Stickstoffkonzentrationsgradient der zweiten Siliziumkarbidschicht 20 kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4 ist, die Randversetzungen 62, die aus den Basalebenenversetzungen 61 in der ersten Siliziumkarbidschicht 10 umgewandelt wurden, werden in einem Verhältnis von weniger als oder gleich 0,1 % in Basalebenenversetzungen 61 zurückverwandelt werden.
Die hier offengelegten Ausführungsformen und Beispiele dienen in jeder Hinsicht der Veranschaulichung und gelten in keinerlei Hinsicht als Einschränkung. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Begriffe der Ansprüche definiert, und nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen, und soll alle Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die den Begriffen der Ansprüche entsprechen.
Bezugszeichenliste

1: Siliziumkarbid-Substrat;
2: vordere Hauptfläche;
3: zweite Hauptfläche;
4: erste Haupt-fläche;
5: erste Grenze;
6: zweite Grenze;
7: dritte Grenze;
8: vierte Grenze;
9: Siliziumkarbid-Epitaxieschicht;
10: erste Siliziumkarbidschicht;
11: Driftbereich;
12: Körpergebiet;
13: Source-Gebiet;
16: erste Fläche;
18: Kontaktgebiet;
20: zweite Siliziumkarbidschicht;
21: Bodenfläche;
22: Seitenfläche;
23: Gate-Graben;
30: dritte Siliziumkarbidschicht;
40: vierte Siliziumkarbid-schicht;
50: fünfte Siliziumkarbidschicht;
51: erste Öffnung;
52: zweite Öffnung;
54: Masken-schicht;
60: Source-Elektrode (erste Elektrode);
61: Basalebenenversetzung;
62: Randverset-zung;
63: Kontaktelektrode;
64: Source-Verdrahtung;
70: Drain-Elektrode (zweite Elektrode);
81: Gate-Isolierschicht;
82: Gate-Elektrode;
83: Zwischenschicht-Isolierschicht;
100: Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat;
101: erste Richtung;
102: zweite Richtung;
103: dritte Richtung;
104: vierte Rich-tung;
105: fünfte Richtung;
111: Durchmesser;
200:: Herstellungsvorrichtung;
201: Reaktionskammer;
203: Heizelement;
204: Quarzrohr;
205: Wärmeisolator;
206: Induktionsheizspule;
207: Gaseinlass;
208: Gasauslass;
210: Suszeptor;
212: Rotationsachse;
300: Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung (MOSFET);
N1: erste Stickstoffkonzentration;
N2: zweite Stickstoffkonzentration;
N3: dritte Stickstoffkonzentration;
N4: vierte Stickstoffkonzentration;
T1: erste Dicke;
T2: zweite Dicke;
T3: dritte Dicke;
T4: vierte Dicke;
T5: fünfte Dicke;
θ1: Abweichungswinkel;
θ2: Winkel.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018227550 [0001]
WO 2017/094764 [0002, 0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

T. Tawara et al. „Short minority carrier lifetimes in highly nitrogendoped 4H-SiC epilayers for suppression of the stacking fault formation in PiN diodes“, J. Appl. Phys. 120, 115101(2016) [0030]

Claims

Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat, umfassend: ein Siliziumkarbid-Substrat, das eine Basalebenenversetzung enthält und einen Polytyp 4H aufweist; und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat vorgesehen ist und einen Polytyp 4H aufweist, wobei die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht umfasst eine erste Siliziumkarbidschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat vorgesehen ist, eine zweite Siliziumkarbidschicht, die auf der ersten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist, eine dritte Siliziumkarbidschicht, die auf der zweiten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist, und eine vierte Siliziumkarbidschicht, die auf der dritten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist und eine vordere Hauptfläche bildet, die vordere Hauptfläche in einem Winkel von mehr als 0° und kleiner als oder gleich 6° gegenüber einer {0001} Ebene geneigt ist, jede der ersten Siliziumkarbidschicht, der zweiten Siliziumkarbidschicht, der dritten Siliziumkarbidschicht und der vierten Siliziumkarbidschicht Stickstoff enthält, eine Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht von der ersten Siliziumkarbidschicht in Richtung der dritten Siliziumkarbidschicht hin steigt, ein Wert, der durch Dividieren eines Wertes, der durch Subtrahieren einer Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht von einer Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, durch eine Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4 ist, und unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht N cm^-3 ist und eine Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht X µm beträgt, X und N eine Formel 1 erfüllen: $X > 2,348 \times 10^{4} \sqrt{\frac{1}{3,3 \times 10^{6} + 1,3 \times 10^{- 12} \times N + 1,6 \times 10^{- 30} \times N^{2}}}$
Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 1, wobei X und N eine Formel 2 erfüllen: $X > 3,533 \times 10^{4} \sqrt{\frac{1}{3,3 \times 10^{6} + 1,3 \times 10^{- 12} \times N + 1,6 \times 10^{- 30} \times N^{2}}}$
Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht geringer ist als die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht.
Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht geringer ist als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht.
Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Substrats höher als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbid-Schicht und geringer als die Stickstoffkonzentration der dritten SiliziumkarbidSchicht ist.
Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht kleiner als oder gleich 5 µm ist.
Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht weniger als oder gleich 20 µm beträgt.
Halbleiterbauelement aus Siliziumkarbid, umfassend: ein Siliziumkarbid-Substrat, das eine Basalebenenversetzung enthält und einen Polytyp 4H aufweist; eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat vorgesehen ist und einen Polytyp 4H aufweist; eine erste Elektrode, die auf der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht vorgesehen ist; und eine zweite Elektrode in Kontakt mit dem Siliziumkarbid-Substrat, wobei das Siliziumkarbid-Substrat und die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht jeweils einen Polytyp SiC-4H aufweisen, die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht umfasst eine erste Siliziumkarbidschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Substrat vorgesehen ist, eine zweite Siliziumkarbidschicht, die auf der ersten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist, eine dritte Siliziumkarbidschicht, die auf der zweiten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist, und eine vierte Siliziumkarbidschicht, die auf der dritten Siliziumkarbidschicht vorgesehen ist und eine vordere Hauptfläche bildet, die vordere Hauptfläche in einem Winkel von mehr als 0° und kleiner als oder gleich 6° gegenüber einer {0001} Ebene geneigt ist, jede der ersten Siliziumkarbidschicht, der zweiten Siliziumkarbidschicht, der dritten Siliziumkarbidschicht und der vierten Siliziumkarbidschicht Stickstoff enthält, eine Stickstoffkonzentration der zweiten Siliziumkarbidschicht von der ersten Siliziumkarbidschicht in Richtung der dritten Siliziumkarbidschicht hin steigt, ein Wert, der durch Dividieren eines Wertes, der durch Subtrahieren einer Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht von einer Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, durch eine Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht erhalten wird, kleiner als oder gleich 6×10²³ cm^-4 ist, und unter der Annahme, dass die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht N cm^-3 ist und eine Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht X µm beträgt, X und N eine Formel 1 erfüllen.
Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei X und N eine Formel 2 erfüllen.
Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei eine Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht geringer ist als die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbidschicht.
Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine Stickstoffkonzentration der vierten Siliziumkarbidschicht geringer ist als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbidschicht.
Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Stickstoffkonzentration des Siliziumkarbid-Substrats höher als die Stickstoffkonzentration der ersten Siliziumkarbid-Schicht und geringer als die Stickstoffkonzentration der dritten Siliziumkarbid-Schicht ist.
Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Dicke der zweiten Siliziumkarbidschicht weniger als oder gleich 5 µm beträgt.
Siliziumkarbid-Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Dicke der dritten Siliziumkarbidschicht kleiner als oder gleich 20 µm ist.