DE112014004402T5 - Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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Kyoko Okita
Taro Nishiguchi
Ryosuke Kubota
Kenji Kanbara
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Abstract

Ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat (10) umfasst eine erste Hauptfläche (10a) und eine zweite Hauptfläche (10b), die gegenüber der ersten Hauptfläche (10a) angeordnet ist. Die erste Hauptfläche (10a) weist einen maximalen Durchmesser von mehr als 100 mm auf, und das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat (10) weist eine Dicke von nicht mehr als 700 μm auf. Eine Versetzungsdichte beträgt in einem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in einem Bereich (OR2) innerhalb von 5 mm von einem Außenumfangsendabschnitt (OR) der ersten Hauptfläche (10a) in Richtung eines Mittelpunkts (O) der ersten Hauptfläche (10a) nicht mehr als 500/mm2. Dabei wird ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat gebildet, in dem eine Rissbildung unterdrückt werden kann.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat und ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats, insbesondere ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat, das eine Rissbildung unterdrücken kann, und ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren ist Siliziumkarbid als Material zur Bildung einer Halbleitervorrichtung verwendet worden, um eine hohe Durchschlagspannung und einen geringen Verlust in einer Halbleitervorrichtung, wie beispielsweise einem MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor), zu erzielen und diese in einer Hochtemperaturumgebung und dergleichen zu verwenden. Siliziumkarbid ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke, der eine größere Bandlücke als Silizium, das herkömmlich weitgehend als Material für Halbleitervorrichtungen verwendet wurde, aufweist. Indem somit Siliziumkarbid als ein Material für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird, kann die Halbleitervorrichtung eine hohe Durchschlagspannung, einen geringen Durchlasswiderstand und dergleichen aufweisen. Ferner weist die Halbleitervorrichtung, die Siliziumkarbid als Material verwendet, den Vorteil auf, dass sich deren Eigenschaften, verglichen mit einer Halbleitervorrichtung, die Silizium als Material verwendet, weniger stark verschlechtern, wenn diese in einer Umgebung mit hoher Temperatur verwendet wird.
  • Beispielsweise beschreibt die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-214376 (Patentdokument 1) ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Wafers, der eine Verzerrung von weniger als 5 μm, eine Verwölbung von weniger als 5 μm, eine Gesamtdickenfluktuation von weniger als 2,0 μm und einen Durchmesser von 75 mm aufweist. Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Wafers wird ein Siliziumkarbid-Einkristallkörper in die Form eines Wafers geschnitten und anschließend wird der Siliziumkarbid-Wafer poliert, wobei eine nach unten gerichtete Polierkraft derart gedrosselt wird, dass diese geringer als eine nach unten gerichtete Biegekraft des Wafers ist.
  • ZITATIONSLISTE
  • PATENTDOKUMENT
    • PTD 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-214376
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • In den letzten Jahren trat jedoch in einem Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, die ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat verwendet, vermehrt eine Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat auf. Wird beispielsweise das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mittels elektrostatischer Spannvorrichtungsverfahren gehalten, können sich in einem Ionenimplantationsschritt zur Implantierung einer Verunreinigung, bei der Bildung eines Oxidfilms und eines Nitridfilms mittels CDVD-Vorrichtung, in einem Sputterschritt zur Bildung eines Metallfilms sowie in einem Wärmebehandlungsschritt zur Durchführung eines Sinterschritts, eines Aktivierungsglühschritts und eines Legierungsglühschritts für Elektroden Risse in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bilden.
  • Wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-214376 beschrieben, ist es bei einem Durchmesser des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat von in etwa 75 mm unwahrscheinlich, dass sich Risse in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bilden. Jedoch treten beispielsweise in einem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit einem großen Durchmesser von in etwa mehr als 100 mm häufig Risse auf, sodass es erforderlich ist, eine Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat zu unterdrücken.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des obigen Problems konzipiert, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat, in dem eine Rissbildung unterdrückt wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats bereitzustellen.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Hauptfläche und eine gegenüber der ersten Hauptfläche angeordnete zweite Hauptfläche. Die erste Hauptfläche weist einen maximalen Durchmesser von mehr als 100 mm auf, und das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat weist eine Dicke von nicht mehr als 700 μm auf. Eine Versetzungsdichte beträgt in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in einem Bereich innerhalb von 5 mm von einem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung eines Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 500 pro mm2.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Schritte. Es wird ein Siliziumkarbidsubstrat mit einer ersten Hauptfläche und einer gegenüber der ersten Hauptfläche angeordneten zweiten Hauptfläche hergestellt, wobei die erste Hauptfläche einen maximalen Durchmesser von mehr als 100 mm aufweist, und das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat eine Dicke von nicht mehr als 700 μm aufweist. Ein Umfangsrandabschnitt des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats wird entfernt. In dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts wird der Umfangrandabschnitt derart entfernt, dass eine Position eines ersten Mittelpunkts der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats vor dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts nicht mit einer Position eines zweiten Mittelpunkts der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats nach dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts übereinstimmt, und derart, dass sich der zweite Mittelpunkt in der ersten Hauptfläche in einem Bereich innerhalb von 15°, bezogen auf eine gerade Linie, befindet, die erhalten wird, indem auf der ersten Hauptfläche eine gerade Linie, die von dem ersten Mittelpunkt aus betrachtet, durch den ersten Mittelpunkt und parallel zu einer <1-100>-Richtung verläuft, projiziert wird.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat zur Unterdrückung einer Rissbildung und ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats bereitgestellt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung einer Struktur eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung der Struktur des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereich III in 2.
  • 4 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung einer Struktur einer ersten Modifikation des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung eines ersten Beispiels von Kristalldefekten, die in einer ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats erzeugt werden.
  • 6 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung eines zweiten Beispiels der Kristalldefekte, die in der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats erzeugt werden.
  • 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer Struktur einer zweiten Modifikation des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines ersten Schritts eines Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines zweiten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines dritten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines vierten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines fünften Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 13 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines sechsten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 14 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung des sechsten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 15 zeigt eine schematische Draufsicht zur Darstellung eines siebenten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 16 zeigt eine schematische vergrößerte Teildraufsicht zur Darstellung des siebenten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 17 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht zur Darstellung des siebenten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
  • Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass in den nachfolgenden Figuren gleiche oder sich entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und deren Beschreibung nicht wiederholt wird. Bezüglich der hierin verwendeten kristallografischen Bezeichnung sind eine einzelne Orientierung durch [], eine Gruppenorientierung durch <>, eine einzelne Ebene durch (), und eine Gruppenebene durch {} dargestellt. Obwohl üblicherweise ein kristallografisch negativer Index durch eine Zahl mit einem ”–” (Balken) darüber dargestellt wird, wird dieser hierin durch eine Zahl mit einem negativen Vorzeichen ausgedrückt. Zur Beschreibung eines Winkels wird ein System mit einem omnidirektionalen Winkel von 360° verwendet.
  • Als Ergebnis einer sorgfältigen Studie eines Verfahrens zur Unterdrückung einer Rissbildung in einem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats erhielten die Erfinder die folgenden Erkenntnisse und konzipierten die vorliegende Erfindung.
  • In den letzten Jahren wies ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat tendenziell eine Oberfläche mit einem größeren Durchmesser und einer geringeren Dicke auf. Nimmt der Durchmesser der Oberfläche zu und die Dicke ab, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht. Weist ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat eine Oberfläche mit einem maximalen Durchmesser von mehr 100 mm und eine Dicke von nicht mehr als 700 μm auf, entstehen Risse in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat.
  • Es zeigt sich, dass die Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit einer Versetzungsdichte in einem Gebiet innerhalb eines bestimmten Abstandes von dem Außenumfangsendabschnitt des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats in Richtung der Mitte der ersten Hauptfläche in Zusammenhang steht. Als Ergebnis einer genaueren Untersuchung wurde festgestellt, dass in einem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat, das eine erste Hauptfläche mit einem maximalen Durchmesser von mehr als 100 mm aufweist und das eine Dicke von nicht mehr als 700 μm umfasst, eine Rissbildung wirksam unterdrückt werden kann, indem eine Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in einem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung der Mitte der ersten Hauptfläche nicht mehr als 500/mm2 beträgt.
  • Darüber hinaus gibt es in einem Substrat, das aus Siliziumkarbid-Einkristall gebildet ist, die Besonderheit, dass Stapelfehler vermehrt in einer <1-100>-Richtung als in einer <11-20>-Richtung auftreten. In einer Volumen-Kristallwachstumsebene (bulk crystal growth plane) tritt das Merkmal auf, dass ein Abweichungswinkel einer Wachstumsfläche mit zunehmendem Abstand von der c-Ebenenkristallfläche größer wird. Nimmt der Abweichungswinkel zu, führt dies sehr wahrscheinlich zu einem Step-Bunching (einer Stufenbündelung). Mit zunehmendem Step-Bunching ist es jedoch wahrscheinlicher, dass eine Umwandlung von einer durchstoßenden Versetzung in eine basale Versetzung stattfindet. Die Umwandlung der durchstoßenden Versetzung in die basale Versetzung ist ein dem Siliziumkarbid inhärentes defektbildendes Phänomen. Verglichen mit der <11-20>-Richtung und der <1-100>-Richtung ist es wahrscheinlicher, dass das Step-Bunching in der <1-100>-Richtung stattfindet. Somit tritt die Umwandlung der durchstoßenden Versetzung in die basale Versetzung mit größerer Wahrscheinlichkeit insbesondere in einem Gebiet auf, das einen großen Abstand von der Kristallfläche in der <1-100>-Richtung aufweist. Dabei wird angenommen, dass sich Stapelfehler mit höherer Wahrscheinlichkeit insbesondere in der <1-100>-Richtung bilden, da es aufgrund einer Verzerrung während des Kühlens oder dergleichen zu einer Ausbreitung der basalen Versetzung zu einem Stapelfehler kommt.
    • (1) Ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß einer Ausführungsform umfasst eine erste Hauptfläche 10a und eine zweite Hauptfläche 10b, die gegenüber der ersten Hauptfläche 10a angeordnet ist. Die erste Hauptfläche 10a weist einen maximalen Durchmesser von mehr als 100 mm auf, und das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 weist eine Dicke von nicht mehr als 700 μm auf. Eine Versetzungsdichte beträgt in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in einem Bereich innerhalb von 5 mm von einem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung eines Mittelpunkts O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 500/mm2. Dementsprechend kann eine Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat unterdrückt werden. Folglich können Siliziumkarbid-Halbleiterelemente unter Verwendung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats mit einer industriell ausreichend hohen Ausbeute hergestellt werden.
    • (2) Vorzugsweise beträgt die Versetzungsdichte in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß Punkt (1), wenn eine oder mehr Kristallkorngrenzen und/oder eine oder mehr Versetzungsanordnungenen in einem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a 200/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a 500/mm2.
  • Eine genauere Untersuchung ergab, dass, wenn wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in den Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 mit höherer Wahrscheinlichkeit bricht als in dem Fall, in dem weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich vorhanden sind. Wenn somit wenigstens eine oder mehrere Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, kann eine Rissbildung wirksam in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat unterdrückt werden, indem in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a eine Versetzungsdichte von nicht mehr als 200/mm2 bereitgestellt wird.
    • (3) Vorzugsweise beträgt die Versetzungsdichte in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß Punkt (1) in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Dementsprechend kann wirksam verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht.
    • (4) Vorzugsweise beträgt in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß Punkt (3), wenn wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 100/mm2. Sind weder die kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche mit 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Auf diese Weise kann ein Brechen des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats wirksam verhindert werden.
    • (5) Vorzugsweise beträgt in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß Punkt (1) die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in einem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 500/mm2. Auf diese Weise kann ein Brechen des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats wirksam verhindert werden.
    • (6) Vorzugsweise beträgt in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß Punkt (5), wenn wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 500/mm2.
  • Genauere Studien ergaben, dass, wenn wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit höherer Wahrscheinlichkeit bricht als in dem Fall, in dem weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich vorhanden sind. Wenn somit wenigstens eine oder mehrere Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, kann in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat eine Rissbildung effizient unterdrückt werden, da eine Versetzungsdichte bereitgestellt wird, die in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2 beträgt.
    • (7) Vorzugsweise in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß Punkt (5) die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Auf diese Weise kann ein Brechen des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats noch wirksamer verhindert werden.
    • (8) Vorzugsweise beträgt in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß Punkt (7), wenn wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 100/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c in der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Auf diese Weise kann ein Brechen des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats noch wirksamer verhindert werden.
    • (9) Vorzugsweise umfasst in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß einem der Punkte (1) bis (8) ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11, das die zweite Hauptfläche 10b bildet; und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12, die auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 vorgesehen ist und die erste Hauptfläche 10a bildet. Dementsprechend kann verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit der Siliziumkarbid-Halbleiterschicht und dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat bricht.
    • (10) Vorzugsweise beträgt in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß einem der Punkte (1) bis (9) der maximale Durchmesser der ersten Hauptfläche 10a nicht weniger als 150 mm. Je größer der maximalen Durchmesser der ersten Hauptfläche desto wahrscheinlicher ist es, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht. Es ist jedoch möglich, eine Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit großem Durchmesser, deren erste Hauptfläche einen maximalen Durchmesser von nicht weniger als 150 mm aufweist, effizient zu unterdrücken.
    • (11) Vorzugsweise beträgt in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß einem der Punkte (1) bis (10) die Dicke des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 nicht mehr als 600 μm. Weist der Siliziumkarbid-Halbleiter einen größeren Durchmesser und eine dünnere Dicke auf, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Siliziumkarbid-Halbleiter bricht. Das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit einem großen Durchmesser und einer dünnen Dicke von nicht mehr als 600 μm kann besonders wirksam eine Rissbildung verhindern.
    • (12) Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 gemäß der Ausführungsform umfasst die folgenden Schritte. Es wird ein Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 11 mit einer ersten Hauptfläche 11d und einer zweiten Hauptfläche 11e, die gegenüber der ersten Hauptfläche 11d liegt, bereitgestellt, wobei die erste Hauptfläche 11d einen maximalen Durchmesser von nicht mehr als 100 mm aufweist, und das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 11 eine Dicke von nicht mehr als 700 μm aufweist. Ein Umfangsrandabschnitt 11 des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 wird entfernt. In dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 wird der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass eine Position des ersten Mittelpunkts 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 vor dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts 7 nicht mit einer Position eines zweiten Mittelpunkts O der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 nach dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts 7 übereinstimmt, und derart, dass sich der zweite Mittelpunkt O in der Hauptfläche 11d in einem Bereich innerhalb von 15°, bezogen auf eine gerade Linie, befindet, die erhalten wird, indem auf der ersten Hauptfläche eine gerade Linie, die von dem ersten Mittelpunkt 11c aus betrachtet, durch den ersten Mittelpunkt 11c und parallel in einer <1-100>-Richtung verläuft, projiziert wird. Die Stapelfehler bilden sich häufiger in der <1-100>-Richtung als in der <11-20>-Richtung. Somit können die Stapelfehler durch Entfernen des Umfangsrandabschnitts 7 wirksam entfernt werden, sodass sich die Position des ersten Mittelpunktes 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 vor dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts 7 nicht mit der Position des zweiten Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 nach dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts deckt, und derart, dass sich der zweite Mittelpunkt O in der ersten Hauptfläche 11d in den Bereich innerhalb von 15°, bezogen auf die gerade Linie, befindet, die erhalten wird, indem auf der ersten Hauptfläche die gerade Linie projiziert wird, die vom ersten Mittelpunkt 11c aus betrachtet, durch den ersten Mittelpunkt 11c und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft. Folglich kann verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht.
    • (13) Ferner umfasst das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 gemäß Punkt (12) einen Schritt zum Bestimmen eines Bereichs 6 mit Stapelfehlern, in dem die erste Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats r nach dem Schritt des Herstellens des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 und vor dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 untersucht wird. In dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 wird der Bereich 6 mit dem Stapelfehler entfernt. Auf diese Weise können die Stapelfehler wirksam entfernt werden.
    • (14) In dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 gemäß Punkt (12) oder (13) können in dem Schritt des Herstellens des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 eine oder mehr Kristallkorngrenzen und/oder eine oder mehr Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 vorhanden sein. In dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 wird der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass die Kristallkorngrenzen und/oder die Versetzungsanordnungen nicht geteilt werden. Dementsprechend kann ein Rissbildungsverhältnis in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat verringert werden.
    • (15) Vorzugsweise wird in dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 gemäß Punkt (14) der Umfangsrandabschnitt 7 in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 derart entfernt, dass die gesamten Kristallkorngrenzen oder die gesamten Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 entfernt werden. Dementsprechend kann ein Rissbildungsverhältnis in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat wirksam verringert werden.
    • (16) Vorzugsweise wird in dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 gemäß Punkt (14) der Umfangsrandabschnitt 7 in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 derart entfernt, dass die gesamten Kristallkorngrenzen oder die gesamten Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 in dieser ersten Hauptfläche 11d verbleiben. Dementsprechend kann ein Rissbildungsverhältnis in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat wirksam verringert werden.
  • [Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Zunächst wird im Nachfolgenden ein Aufbau eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 ist das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der ersten Ausführungsform beispielsweise aus hexagonalem Siliziumkarbid-Einkristall vom 4H-Polytyp gebildet und weist eine erste Hauptfläche 10a und eine zweite Hauptfläche 10b, die gegenüber der ersten Hauptfläche 10a angeordnet ist, auf. Die erste Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 weist beispielsweise einen maximalen Durchmesser D von 150 mm auf. Vorzugsweise ist der maximale Durchmesser D der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 größer als 100 mm, noch bevorzugter nicht weniger als 150 mm, und noch bevorzugter nicht weniger als 200 mm.
  • Mit Bezug auf 2 umfasst das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 eine Dicke T von nicht mehr als 700 μm, vorzugsweise von nicht mehr als 600 μm. Die Dicke T des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 beträgt vorzugsweise nicht weniger als 250 μm und weniger als 600 μm, noch bevorzugter nicht weniger als 300 μm und weniger als 600 μm, noch bevorzugter nicht weniger als 250 μm und nicht mehr als 500 μm, und noch bevorzugter nicht weniger als 350 μm und nicht mehr als 500 μm. Das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 kann als Verunreinigung Stickstoff aufweisen und beispielsweise den n-Leitfähigkeitstyp umfassen.
  • Die erste Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 umfasst: einen im Wesentlichen flachen Innenumfangsabschnitt IR, der den Mittelpunkt O der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 aufweist; und einen Außenumfangsabschnitt OR, der den Innenumfangsabschnitt IR umgibt und einen abgeschrägten Abschnitt aufweist. Mit Bezug auf 2 ist der Mittelpunkt der ersten Hauptfläche 10a ein Punkt, an dem die erste Hauptfläche 10a eine Linie schneidet, die parallel zur Normalen des Innenumfangsabschnitts IR der ersten Hauptfläche 10a verläuft und die den Schwerpunkt G des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 durchläuft. Die erste Hauptfläche 10 des ersten Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats umfasst einen Außenumfangsendabschnitt 10c. Wie im Falle der ersten Hauptfläche 10a umfasst auch die zweite Hauptfläche 10b des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 einen Innenumfangsabschnitt IR und einen Außenumfangsabschnitt OR.
  • Der Außenumfangsabschnitt OR ist ein Gebiet innerhalb eines Abstandes x1 von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a und weist in Draufsicht (Gesichtsfeld in der Normalenrichtung des Innenumfangsgebiets IR der ersten Hauptfläche 10a) ein ringförmiges Gebiet auf. Der Abstand x1 kann beispielsweise 5 mm, oder 10 mm sein. Der Außenumfangsabschnitt OR umfasst ein Gebiet (zweites Außenumfangsgebiet OR2) innerhalb eines Abstands x2 von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a und ein Gebiet (d. h. das erste Außenumfangsgebiet OR1), das sich von dem zweiten Außenumfangsgebiet OR2 in dem Außenumfangsgebiet OR unterscheidet. Der Abstand x2 beträgt beispielsweise 1 mm.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 kann das Innenumfangsgebiet IR der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 eine Fläche entsprechend einer (000-1)-Ebene oder einer Ebene mit einem Abweichungswinkel von in etwa nicht mehr als 8°, bezogen auf die (0001)-Ebene, sein, während das Innenumfangsgebiet der zweiten Hauptfläche 10b eine Fläche entsprechend einer (0001)-Ebene oder einer Ebene mit einem Abweichungswinkel von etwa nicht mehr als 8°, bezogen auf die (0001)-Ebene, sein.
  • In dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 beträgt gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet innerhalb eines Bereichs von 1 mm2 in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 500/mm2. Vorzugsweise beträgt in einem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 nicht mehr als 200/mm2. Vorzugsweise beträgt in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 nicht mehr als 500/mm2. Noch bevorzugter beträgt in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 nicht mehr als 200/mm2.
  • Die Anzahl der Versetzungen in dem Außenumfangsabschnitt OR der ersten Hauptfläche 10a kann durch Bilden eines Ätzgrübchens durch KOH(Kaliumhydroxid)-Ätzen und durch Beobachten des Ätzgrübchens unter Verwendung beispielsweise eines optischen Mikroskops gezählt werden. Insbesondere wird das Ätzgrübchen durch Einweichen des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 in beispielsweise geschmolzenes KOH bei 515°C für 8 Minuten gebildet. Das beobachtete Ätzgrübchen weist beispielsweise einen Durchmesser von 50 μm, vorzugsweise nicht weniger als 10 μm und nicht mehr als 100 μm auf. Bestimmte beobachtete Versetzungsarten umfassen: Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen, basale Versetzungen und dergleichen. Vorzugsweise weist die Versetzungsdichte der durchstoßenden Versetzungen mit einem Burger-Vektor von c + a nicht mehr als 25/mm2 auf. Vorzugsweise weist die Versetzungsdichte der durchstoßenden Versetzungen mit einem Burger-Vektor von c + m nicht mehr als 25/mm2 auf. Vorzugsweise weist die Versetzungsdichte der Stufenversetzungen mit einem Burgers-Vektor, der keine c-Komponente aufweist, nicht mehr als 100/mm2, und noch bevorzugter nicht mehr als 50/mm2 auf. Es sollte beachtet werden, dass c einer <0001>-Ausrichtung, a einer <11-20>-Ausrichtung und m einer <1-100>-Ausrichtung entsprechen.
  • Mit Bezug auf 3 umfasst die erste Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10: einen flachen Abschnitt 10e; einen abgeschrägten Abschnitt 10d; einen Grenzabschnitt 10f, der eine Grenze zwischen dem flachen Abschnitt 10e und dem abgeschrägten Abschnitt 10d bildet; und einen Außenumfangsendabschnitt 10c. Mit Bezug auf 1 und 3 kann der zweite Außenumfangsabschnitt OR2 aus dem abgeschrägten Abschnitt 10d, dem Grenzabschnitt 10f und einem Abschnitt des flachen Abschnitts 10e, oder aus dem abgeschrägten Abschnitt 10d und dem Grenzabschnitt 10f, oder nur aus dem abgeschrägten Abschnitt 10d gebildet sein. Der erste Außenumfangsabschnitt OR1 kann aus einem Abschnitt des flachen Abschnitts 10e gebildet sein.
  • Mit Bezug auf 4, 5 und 6 können in der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 Kristalldefekte 5 auftreten. Die Kristalldefekte 5 beziehen sich beispielsweise auf Kristallkorngrenzen (Gebiet), Versetzungsanordnungen (Linien), und dergleichen. Die Kristalldefekte 5, wie beispielsweise die Kristallkorngrenzen und die Versetzungsanordnungen, können zur Bestimmung deren Länge a in der Längsrichtung, deren Länge b in der Breitenrichtung und deren Fläche mit einer rechteckigen Form belegt (gefittet) werden. Vorzugsweise beträgt die Fläche der Kristalldefekte 5, wie beispielsweise die Kristallkorngrenzen und die Versetzungsanordnungen, nicht mehr als 3 mm2, und eine Länge a in der Längsrichtung nicht mehr als 3 mm. Noch bevorzugter beträgt eine Fläche der Kristalldefekte, wie beispielsweise die Kristallkorngrenzen und die Versetzungsanordnungen, nicht mehr als 1 mm2, und die Länge a in der Längsrichtung nicht mehr als 1 mm. Es sollte beachtet werden, dass eine Korngrenze, wie beispielsweise eine Kristallkorngrenze, unter Verwendung eines Polarisationsmikroskops, eines Nomarski-Differentialinterferenz-Mikroskops und dergleichen, beobachtet werden kann. Vorzugsweise wird die Kristallkorngrenze durch ein Polarisationsmikroskop unter Verwendung gekreuzter Nicol-Prismen beobachtet.
  • Im Nachfolgenden wird eine Richtung, in der sich die Kristalldefekte 5, wie beispielsweise die Kristallkorngrenzen und die Versetzungsanordnungen, erstreckt, beschrieben. Wie in 4 gezeigt, wird angenommen, dass eine erste gerade Linie r1 eine gerade Linie darstellt, die (i) einen Teil der Kristalldefekte 5 an der äußersten Umfangsseite der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 und (ii) den Mittelpunkt O der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 durchläuft; und dass eine zweite gerade Linie r2 eine gerade Linie in der Längsrichtung der Kristalldefekte 5 darstellt. Ist wie in 5 gezeigt, ein Winkel θ, der durch die erste gerade Linie r1 und die zweite gerade Linie r2 (Winkel beträgt nicht mehr als 90°) klein, wie beispielsweise in etwa nicht mehr als 45°, erstrecken sich die Kristalldefekte 5 in Richtung des Innenumfangsabschnitts IR der ersten Hauptfläche 10a. Wenn somit das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 aufgrund der Kristalldefekte 5 bricht, breitet sich der Riss in Richtung des Innenumfangsabschnitts IR aus, wodurch die Halbleitervorrichtung, die in dem Innenumfangsabschnitt IR gebildet ist, beeinträchtigt wird. Ist andererseits, wie in 6 gezeigt, der Winkel θ, der durch die erste gerade Linie r1 und die zweite gerade Linie r2 gebildet wird, groß, wie beispielsweise in etwa nicht weniger als 60°, erstrecken sich die Kristalldefekte 5 innerhalb des Außenumfangsabschnitts OR der ersten Hauptfläche 10a, aber nicht in Richtung des Innenumfangsabschnitts IR. Wenn somit das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 durch die Kristalldefekte 5 bricht, breitet sich der Riss nicht in dem Innenumfangsabschnitt IR aus, wodurch die Halbleitervorrichtung, die in dem Innenumfangsabschnitt IR gebildet ist, kaum beeinträchtigt wird. Mit Augenmerk auf die Halbleitervorrichtungsausbeute ist es somit wünschenswert, dass der Winkel θ, der durch die erste gerade Linie r1 und die zweite gerade Linie r2 gebildet wird, größer ist. Beträgt ein Verhältnis, das durch Dividieren der Länge a der Kristalldefekte 5 in der Längsrichtung durch die Länge b derselben in der Breitenrichtung erhalten wird, nicht weniger als 2, beträgt der Winkel θ, der durch die erste gerade Linie r1 und die zweite gerade Linie r2 gebildet wird, vorzugsweise mehr als 45°, und noch bevorzugter nicht weniger als 60°.
  • Ein Fall, in dem wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 vorhanden sind, umfasst beispielsweise die folgenden Fälle: einen Fall, in dem ein oder mehr Kristallkorngrenzen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 vorhanden sind; einen Fall, in dem eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 vorhanden sind; einen Fall, in dem eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 vorhanden sind; einen Fall, in dem die Kristalldefekte 5, wie beispielsweise die Kristallkorngrenzen und die Versetzungsanordnungen, derart gebildet sind, dass sie eine Grenze zwischen dem ersten Außenumfangsabschnitt OR1 und dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 kreuzen, und dergleichen. In dem Fall, in dem wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 vorkommen, ist die Versetzungsdichte des Außenumfangsabschnitts OR vorzugsweise geringer als die Versetzungsdichte des Außenumfangsabschnitts OR. In dem Fall, in dem weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 vorhanden sind. Wenn insbesondere eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 in Richtung des Mittelpunktes O vorhanden sind, beträgt die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorzugsweise nicht mehr als 200/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorzugsweise nicht mehr als 500/mm2.
  • Wenn noch bevorzugter wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O vorhanden sind, beträgt die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 100/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorzugsweise nicht mehr als 200/mm2.
  • Wenn vorzugsweise wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem Gebiet von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O vorhanden sind, beträgt die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorzugsweise nicht mehr als 200/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorzugsweise nicht mehr als 500/mm2. Wenn noch bevorzugter wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O vorhanden sind, beträgt die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 100/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a noch bevorzugter nicht mehr als 200/mm2.
  • Mit Bezug auf 7 kann das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 umfassen: ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11; und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12, die auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 vorgesehen ist. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 bildet die zweite Hauptfläche 10b des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12 bildet die erste Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10. Sowohl das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 als auch die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12 umfassen eine Verunreinigung, wie beispielsweise Stickstoff, und weisen den n-Leitfähigkeitstyp auf. Die Verunreinigungskonzentration der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12 ist vorzugsweise geringer als die Verunreinigungskonzentration des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11.
  • Es sollte beachtet werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 sein kann, das keine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12 aufweist. Darüber hinaus kann das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 ein Keimkristall 2 sein, der in einem Verfahren zum Wachsen eines Siliziumkarbid-Einkristalls 1, wie im Nachfolgenden beschrieben, verwendet wird. Darüber hinaus wurde in der obigen Beschreibung die Versetzungsdichte der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 beschrieben; jedoch kann die zweite Hauptfläche 10b des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 dieselbe Versetzungsdichte wie die erste Hauptfläche 10a aufweisen.
  • Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird ein Schmelztiegel 20, der als Siliziumkarbid-Einkristallwachstumsvorrichtung dient, vorbereitet. Mit Bezug auf 8 ist der Schmelztiegel 20 beispielsweise aus Graphit gebildet und weist im Wesentlichen einen Keimkristall-Halteabschnitt 21 und einen Ausgangsmaterial-Anordnungsabschnitt 22 auf. Der Keimkristall-Halteabschnitt 21 ist dafür ausgebildet, den Keimkristall 2 aus einkristallinem Siliziumkarbid zu halten. Der Ausgangsmaterial-Anordnungsabschnitt 22 ist derart ausgebildet, dass das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3, das aus Siliziumkarbidpulver gebildet ist, darin angeordnet werden kann. Der Schmelztiegel weist einen Außendurchmesser von etwa 160 mm und einem Innendurchmesser von etwa 120 mm auf. Ferner ist eine Heizvorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, die den Umfang des Schmelztiegels umgibt. Die Heizvorrichtung kann beispielsweise eine Induktionsheizspule, eine Widerstandsheizvorrichtung oder dergleichen umfassen. Die Heizvorrichtung wird ausgebildet, um die Temperatur des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 3 in dem Ausgangsmaterial-Anordnungsabschnitt 22 auf eine Sublimationstemperatur von Siliziumkarbid zu erhöhen.
  • Anschließend werden der Keimkristall 2 und das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 in dem Schmelztiegel angeordnet. Beispielsweise wird der Keimkristall 2, der aus hexagonalem Siliziumkarbid vom 4H-Polytyp gebildet ist, auf dem Keimkristall-Halteabschnitt 21 befestigt. Der Keimkristall 2 weist eine dritte Hauptfläche 2q und eine vierte Hauptfläche 2b, die gegenüber der dritten Hauptfläche 2a angeordnet ist, auf. Die vierte Hauptfläche 2b des Keimkristalls 2 ist mit dem Keimkristall-Halteabschnitt 21 in Kontakt und wird von dem Keimkristall-Halteabschnitt 21 gehalten. Das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 wird in dem Ausgangsmaterial-Anordnungsabschnitt 22 untergebracht. Beispielsweise ist das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 aus Siliziumkarbidpulver gebildet. Das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 wird auf dem Ausgangsmaterial-Anordnungsabschnitt 22 angeordnet, sodass die dritte Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 der Oberfläche des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 3 zugewandt ist. Auf die zuvor beschriebene Weise wird der Keimkristall 2 aus einem Siliziumkarbid-Einkristall und das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 in dem Schmelztiegel 20 angeordnet.
  • Der maximale Durchmesser D1 der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 beträgt vorzugsweise nicht weniger als 100 mm, wie beispielsweise 125 mm. Der Keimkristall 2 umfasst einen Keimkristall 2 mit einer Versetzungsdichte von nicht mehr als 500/mm2 in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 in Richtung des Mittelpunktes O der dritten Hauptfläche 2a. Vorzugsweise beträgt in dem Außenumfangsabschnitt OR die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 nicht mehr als 200/mm2. Die Versetzungsdichte der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 kann gleich hoch wie die zuvor erwähnte Versetzungsdichte der ersten Hauptfläche 10a des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 sein. Die dritte Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 kann einer Ebene entsprechen, die um einen Winkel von nicht mehr als 10°, bezogen auf die (000-1)-Ebene versetzt ist, während die vierte Hauptfläche 2b des Keimkristalls 2 einer Ebene entsprechen kann, die um nicht mehr als 10°, bezogen auf die (0001)-Ebene, versetzt ist.
  • Anschließend wird ein erster Siliziumkarbid-Einkristallwachstumsschritt durchgeführt. Insbesondere wird der Schmelztiegel 20 mit dem darin angeordneten Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 und dem Keimkristall 2 von einer Normaltemperatur auf die Sublimationstemperatur (beispielsweise 2300°C) des Siliziumkarbid-Kristalls in einer Gasatmosphäre, die beispielsweise Heliumgas und Stickstoffgas enthält, erhitzt. Das Atmosphärengas kann auch Argongas umfassen. Der Keimkristall 2 wird auf eine Temperatur erhitzt, die geringer als das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 ist. Mit anderen Worten wird der Schmelztiegel 20 auf eine Temperatur erhitzt, die in eine Richtung von dem Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 in Richtung des Keimkristalls 2 abnimmt. Dementsprechend wird das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 in dem Schmelztiegel 20 subliminiert, und auf der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 rekristallisiert, wodurch der Siliziumkarbid-Einkristall 1 auf der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 zu wachsen beginnt. Der Siliziumkarbid-Einkristall 1 wird beispielsweise für etwa 100 Stunden gewachsen. Auf diese Weise wird der Siliziumkarbid-Einkristall 1 auf der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 (siehe 9) gewachsen.
  • Wie in 9 gezeigt, wird in dem ersten Siliziumkarbid-Einkristallwachstumsschritt der Siliziumkarbid-Einkristall 1 derart gewachsen, dass der Durchmesser des Siliziumkarbid-Einkristalls 1 in einer Richtung parallel zur dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 größer als der Durchmesser der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 wird. Mit Bezug auf 10 wird nach der Beendigung des Kristallwachstums des Siliziumkarbid-Einkristalls 1 sowohl der Siliziumkarbid-Einkristall 1 als auch der Keimkristall 2 aus dem Schmelztiegel 20 entnommen. Der maximale Durchmesser D1 des Siliziumkarbid-Einkristalls 1 in dem Gebiet, das in Kontakt mit der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 ist, beträgt beispielsweise 125 mm. Der Durchmesser des Siliziumkarbid-Einkristalls 1 nimmt mit zunehmendem Abstand von der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 zu. Anschließend wird beispielsweise der Siliziumkarbid-Einkristall 1 entlang einer Ebene parallel zur dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 an einer Position, die einen bestimmten Abstand von der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2, beabstandet ist, geschnitten, um dadurch ein Einkristall-Substrat 1a aus Siliziumkarbid-Einkristall zu erhalten. Das Siliziumkarbid-Einkristall 1a weist einen maximalen Durchmesser D2 auf, der größer als der maximale Durchmesser der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 ist. Das Siliziumkarbid-Einkristall 1a wird als Keimkristall 2 zum Wachsen eines nächsten Siliziumkarbid-Einkristalls 1 verwendet.
  • Mit Bezug auf 11 wird der Keimkristall 2, der aus dem einkristallinen Substrat 1a gebildet ist, auf dem Keimkristall-Halteabschnitt 21 des Schmelztiegels 20 befestigt. Der Keimkristall 2 weist eine dritte Hauptfläche 2a und eine vierte Hauptfläche 2b, die gegenüber der dritten Hauptfläche 2a liegt, auf. Die vierte Hauptfläche 2b des Keimkristalls 2 ist mit dem Keimkristall-Halteabschnitt 21 in Kontakt und wird von dem Keimkristall-Halteabschnitt 21 gehalten. Das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 wird auf dem Ausgangsmaterial-Anordnungsabschnitt 22 angeordnet. Das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 ist beispielsweise aus Siliziumkarbidpulver gebildet. Das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 wird derart auf dem Ausgangsmaterial-Anordnungsabschnitt 22 angeordnet, dass die dritte Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 der Fläche des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 3 zugewandt ist.
  • Anschließend wird ein zweiter Siliziumkarbid-Einkristallwachstumsschritt durchgeführt. Insbesondere wird der Schmelztiegel 20 mit dem darin angeordneten Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 und dem Keimkristall 2, so wie im ersten Siliziumkarbid-Einkristallwachstumsschritt, von einer Normaltemperatur auf die Sublimationstemperatur (beispielsweise 2300°C) des Siliziumkristalls in einem Atmosphärengas, das beispielsweise Heliumgas und Stickstoffgas aufweist, erhitzt. Der Keimkristall 2 wird auf eine Temperatur erhitzt, die niedriger als das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 ist. Mit anderen Worten wird der Schmelztiegel 20 auf eine Temperatur erhitzt, die in einer Richtung von dem Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 in Richtung des Keimkristalls 2 abnimmt. Anschließend wird der Druck in dem Schmelztiegel 20 beispielsweise auf 1 kPa verringert. Dementsprechend wird das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 3 in dem Schmelztiegel 20 sublimiert und auf der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 rekristallisiert, wodurch der Siliziumkarbid-Einkristall 2 beginnt, auf der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 zu wachsen. Der Siliziumkarbid-Einkristall 1 wird beispielsweise für etwa 100 Stunden gewachsen. Auf diese Weise wird der Siliziumkarbid-Einkristall 1 auf der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 (siehe 12) gewachsen. Wie in 12 gezeigt, wird in dem zweiten Siliziumkarbid-Einkristallwachstumsschritt der Siliziumkarbid-Einkristall 1 derart gewachsen, dass der Durchmesser des Siliziumkarbid-Einkristalls 1 in einer Richtung parallel zur dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 größer als der Durchmesser der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 wird.
  • Wie zuvor beschrieben, wird der Keimkristall 2, der einen kleinen Durchmesser aufweist, und aus dem hoch qualitativen Siliziumkarbid-Einkristall zur Erzielung einer geringen Versetzungsdichte gebildet ist, verwendet, um den Siliziumkarbid-Einkristall 1 mit einer geringen Versetzungsdichte auf der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 zur Erzielung eines großen Durchmessers zu wachsen. Anschließend wird ein Schneideschritt wiederholt, um einen Teil des Siliziumkarbid-Einkristalls 1 abzuschneiden und diesen als Keimkristall 2 zum Wachsen eines nächsten Siliziumkarbid-Einkristalls 1 zu verwenden. Dementsprechend kann ein Siliziumkarbid-Einkristall 1 mit einer geringen Versetzungsdichte und einem großen Durchmesser gewachsen werden. Schließlich wird ein Siliziumkarbid-Einkristall 1 erhalten, der einen maximalen Durchmesser von mehr als 100 mm aufweist (vorzugsweise einem maximalen Durchmesser von nicht weniger als 150 mm).
  • Anschließend wird ein Siliziumkarbid-Einkristallschneideschritt durchgeführt. Beispielsweise wird der Siliziumkarbid-Einkristall 1 mittels Drahtsäge geschnitten. Der Siliziumkarbid-Einkristall 1 wird beispielsweise entlang einer Ebene geschnitten, die die Normale der dritten Hauptfläche 2a des Keimkristalls 2 kreuzt (vorzugsweise eine Ebene senkrecht zur Normalen), um dadurch eine Vielzahl von Siliziumkarbid-Einkristallsubstraten 11 zu erhalten.
  • Mit Bezug auf 13 und 14 weist das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11, das als Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat dient, eine erste Hauptfläche 11d und eine zweite Hauptfläche 11e, die gegenüber der ersten Hauptfläche 11d liegt, auf. Die erste Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 weist einen maximalen Durchmesser D4 von mehr als 100 mm, vorzugsweise nicht weniger als 150 mm auf. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 weist eine Dicke T von nicht mehr als 700 μm, vorzugsweise nicht mehr als 600 μm auf. Die erste Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 kann beispielsweise der {0001}-Ebene oder einer Ebene, die in etwa um nicht mehr als 8° bezogen auf die {0001}-Ebene versetzt ist, entsprechen.
  • In dem Substrat aus Siliziumkarbid-Einkristall bilden sich in der <1-100>-Richtung in der Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 voraussichtlich häufiger Stapelfehler als in der <11-20>-Richtung. Insbesondere betrifft die <1-100>-Richtung eine [1-100]-Richtung, eine [01-10]-Richtung und eine [–1010]-Richtung. Jede der [1-100]-Richtung, [01-10]-Richtung und [–1010]-Richtung befindet sich in einer solchen Positionsbeziehung, dass diese um einen Winkel von 120° in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 zueinander versetzt sind. Die <11-20>-Richtung weist eine solche Positionsbeziehung auf, dass die <11-20>-Richtung um einen Winkel von 30°, bezogen auf die <1-100>-Richtung verschoben ist. Jedes der ersten Gebiete 11a, die in 13 schraffiert dargestellt sind, ist ein Gebiet in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 innerhalb von 15°, bezogen auf eine gerade Linie, die erhalten wird, indem auf der ersten Hauptfläche 11d eine gerade Linie, die durch den ersten Mittelpunkt 11c und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft, projiziert wird, wenn diese vom ersten Mittelpunkt 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 aus betrachtet wird (mit anderen Worten ein Bereich von ±15°, bezogen auf die gerade Linie, die erhalten wird, indem auf die erste Hauptfläche 11d die gerade Linie parallel zu der <1-100>-Richtung projiziert wird). Der Winkel ϕ in 13 beträgt 15°. Mit anderen Worten, jedes der zweiten Gebiete 11b, die in 13 nicht schraffiert dargestellt sind, ist ein Gebiet in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 innerhalb von 15° von einer geraden Linie, die erhalten wird, indem auf die erste Hauptfläche 11d eine gerade Linie projiziert wird, die durch den ersten Mittelpunkt 11c und parallel zu der <11-20>-Richtung verläuft, wenn diese vom ersten Mittelpunkt 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 aus betrachtet wird (mit anderen Worten, ein Bereich von ±15°, bezogen auf eine gerade Linie, die erhalten wird, indem auf die erste Hauptfläche 11d die gerade Linie parallel zu der <11-20>-Richtung projiziert wird). Die ersten Gebiete 11a, die durch schraffiert dargestellt sind, und die zweiten Gebiete 11b, die nicht schraffiert dargestellt sind, sind mit jeweils 30° in der Umfangsrichtung der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 abwechselnd angeordnet.
  • Mit Bezug auf 14 wird im Nachfolgenden die gerade Linie beschrieben, die erhalten wird, indem auf der ersten Hauptfläche 11d die gerade Linie projiziert wird, die durch den ersten Mittelpunkt 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft. Wenn zunächst der Abweichungswinkel 0° beträgt (d. h. wenn α in 14 0° beträgt), entspricht die erste Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 der {0001}-Ebene, und die Normalrichtung c2 der ersten Hauptfläche 11d ist die <0001>-Richtung. Beträgt der Abweichungswinkel 0°, ist die <1-100>-Richtung eine Richtung a2 parallel zu der ersten Hauptfläche 11d. Somit ist die gerade Linie a2, die parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft, die gerade Linie, die erhalten wird, indem auf der ersten Hauptfläche 11d die gerade Linie projiziert wird, die durch den ersten Mittelpunkt 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft. Wenn andererseits der Abweichungswinkel 8° beträgt (d. h. α in 14 beträgt 8°), entspricht die erste Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 einer Ebene, die um 8°, bezogen auf die {0001}-Ebene versetzt ist, und die Normalrichtung c1 der ersten Hauptfläche 11d ist eine Richtung, die um 8°, bezogen auf die <0001>-Richtung geneigt ist. Beträgt der Abweichungswinkel 8°, ist die <1-100>-Richtung eine Richtung a1, die um 8°, bezogen auf die erste Hauptfläche 11d geneigt ist. Somit ist eine gerade Linie a2 die gerade Linie, die erhalten wird, indem auf der ersten Hauptfläche 11d die gerade Linie a1 projiziert wird, die durch den ersten Mittelpunkt 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft.
  • Als Nächstes wird ein Schritt zum Entfernen eines Umfangsrandabschnitts 7 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 durchgeführt. Mit Bezug auf 15 wird in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7, der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass die Position des ersten Mittelpunkts 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 vor der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 nicht mit der Position des zweiten Mittelpunkts O der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 übereinstimmt, und derart, dass der zweite Mittelpunkt O aus Sicht des ersten Mittelpunkts 11c in der ersten Hauptfläche 11d in dem ersten Gebiet 11a innerhalb von 15° von der geraden Linie, die durch den ersten Mittelpunkt 11c und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft, angeordnet ist. Mit anderen Worten wird der Umfangsrandabschnitt 7 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 abgeschrägt, um den Mittelpunkt des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 zu verschieben, sodass die Position des zweiten Mittelpunkts O nach dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts 7 in dem ersten Gebiet 11a, das durch die zuvor erwähnte Schraffur dargestellt ist, angeordnet ist. Vorzugsweise wird der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass der zweite Mittelpunkt O von dem ersten Mittelpunkt 11c des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 aus betrachtet, in der ersten Hauptfläche 11d in einem Gebiet innerhalb von 10°, bezogen auf die gerade Linie, die durch den ersten Mittelpunkt 11c und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft, angeordnet ist.
  • Der Umfangsrandabschnitt 7 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 wird durch Polieren oder Schleifen des Umfangsrandabschnitts 7 unter Verwendung eines Schleifsteins oder dergleichen, entfernt. Vorzugsweise wird der Umfangsrandabschnitt 7 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 entfernt, sodass der maximale Durchmesser D4 der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 vor der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 nicht weniger als der maximale Durchmesser D3 × 110% ist, wobei der maximale Durchmesser D3 der maximale Durchmesser der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 ist.
  • Nach dem Schritt des Herstellens des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 und vor dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 wird vorzugsweise ein Bestimmungsschritt zur Bestimmung eines Bereichs 6, der eine Vielzahl von Defekten, wie beispielsweise Stapelfehler, Kristallkorngrenzen oder Versetzungsanordnungen aufweist, durch Untersuchen der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 durchgeführt. Insbesondere kann eine Beobachtung mittels optischen Mikroskop, mittels P1-Bildgebung, mittels Röntgen-Topografie oder dergleichen durchgeführt werden, um den Bereich mit der Vielzahl von Defekten, wie beispielsweise Stapelfehler, Kristallkorngrenzen oder Versetzungsanordnungen, zu bestimmen. In dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 wird der Bereich 6 mit den Stapelfehlern oder dergleichen unter ständigem Anpassen selektiv entfernt, um den bestimmten Bereich durch Beobachtung mit den Augen oder einer Kamera selektiv zu entfernen. Indem beispielsweise eine Drehbewegung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 um einen Winkel von weniger als 360° im Uhrzeigersinn wiederholt wird und anschließend eine Drehung in Gegenuhrzeigersinn um den gleichen Winkel durchgeführt wird, kann somit nur der bestimmte Bereich des Umfangsrandabschnitts 7 des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 selektiv entfernt werden.
  • Sind wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 vorhanden, wird der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass die Kristallkorngrenzen und/oder die Versetzungsanordnungen in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 nicht geteilt werden. Insbesondere wird beispielsweise der Umfangsrandabschnitt 7 entfernt, um die gesamten Kristallkorngrenzen oder Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 zu entfernen. Mit Bezug auf 16 umfasst der Außenumfangsendabschnitt des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 vor dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts 7 einen Außenumfangsendabschnitt 11p, der durch eine unterbrochene Linie dargestellt ist, während der Außenumfangsendabschnitt des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 nach dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts 7 einen Außenumfangsendabschnitt 10c3 umfasst, der durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. In diesem Fall wird bei den Kristalldefekten 5, wie beispielsweise den Kristallkorngrenzen oder den Versetzungsanordnungen, der Umfangsrandabschnitt 7 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 entfernt, sodass der Außenumfangsendabschnitt 10c3 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 näher an dem ersten Mittelpunkt 11c, bezogen auf den Abschnitt 5a, der dem ersten Mittelpunkt 11c des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 am nächsten liegt, angeordnet ist. Es sollte beachtet werden, dass in dem Fall, in dem der Außenumfangsendabschnitt des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 an dem Außenumfangsendabschnitt 10c2 angeordnet ist, die Kristalldefekte 5, wie beispielsweise die Kristallkorngrenzen oder die Versetzungsanordnungen, zerteilt werden.
  • Mit Bezug auf 16 kann in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt werden, dass die gesamten Kristallkorngrenzen oder Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 in der ersten Hauptfläche 11d verbleiben. Der Außenumfangsendabschnitt des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 wird zum Außenumfangsendabschnitt 10c1, der durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. In diesem Fall wird der Umfangsrandabschnitt 7 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 derart entfernt, dass in den Kristalldefekten 5, wie beispielsweise den Kristallkorngrenzen oder den Versetzungsanordnungen, der Außenumfangsendabschnitt 10c1 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 an einer Außenumfangsseite, bezogen auf den Abschnitt 5b, der von dem ersten Mittelpunkt 11c des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 am weitesten entfernt ist, angeordnet ist.
  • Mit Bezug auf 17 wird ein zusätzlicher Abschrägungsprozess durchgeführt. Insbesondere wird der Umfangsrandabschnitt 7 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 entfernt, um die gesamten Kristalldefekte zu entfernen. Der Außenumfangsendabschnitt des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 wird erneut zum Außenumfangsendabschnitt 10c3. Ist in ähnlicher Weise ein Versetzungsabschnitt in dem Umfangsrandabschnitt 7 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 vorhanden, wird der Versetzungsabschnitt abgeschrägt, um dadurch den Versetzungsabschnitt zu entfernen. Dementsprechend kann wirksam verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 bricht. Es sollte beachtet werden, dass der zusätzliche Abschrägungsprozess vor der Bildung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12 auf der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 11 oder nach der Bildung der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12 durchgeführt werden kann. Bei der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 durch den zusätzlichen Abschrägungsprozess wird der Umfangsrandabschnitt 7 durch Polieren oder Schleifen des Umfangsrandabschnitts 7 unter Verwendung eines Schleifsteins, eines Hartgummis oder dergleichen entfernt. Auf diese Weise wird das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 (1) gebildet. Das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 kann ein Substrat für eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung oder ein Keimkristall zum Wachsen eines Siliziumkarbid-Einkristalls in dem Sublimationsverfahren sein.
  • Anschließend die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12 auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 gebildet werden. Die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht wird beispielsweise durch ein CVD-Verfahren (chemisches Dampfabscheidungsverfahren) gebildet. Insbesondere wird dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 ein Trägergas, das Wasserstoff (H2) umfasst, und ein Ausgangsmaterialgas, das Monosilan (SiH4), Propan (C3H8), Stickstoff (N2) und dergleichen umfasst, zugeführt und anschließend wird das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 auf nicht weniger als etwa 1500°C und nicht mehr als 1700°C erhitzt. Auf diese Weise wird das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10, das die Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12 auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 aufweist, gebildet.
  • Im Nachfolgenden werden die Funktion und die Wirkung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine erste Hauptfläche 10a und eine gegenüber der ersten Hauptfläche 10a angeordnete zweite Hauptfläche 10b auf. Der maximale Durchmesser der ersten Hauptfläche 10a ist größer als 100 mm, und die Dicke des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 beträgt nicht mehr als 700 μm. In dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunkts O der ersten Hauptfläche 10a beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 nicht mehr als 500/mm2. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht. Folglich können unter Verwendung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats Siliziumkarbid-Halbleiterelemente mit einer industriell ausreichend hohen Ausbeute gebildet werden.
  • Wenn darüber hinaus gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und ein oder mehr Versetzungsanordnungen in einem zweiten Außenumfangsgebiet OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Umfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 500/mm2.
  • Eine genauere Studie zeigte, dass in dem Fall, in dem wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 mit höherer Wahrscheinlichkeit bricht, verglichen mit dem Fall, in dem weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 vorhanden sind. Wenn somit wenigstens eine oder mehr der Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, kann eine Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat wirksam unterdrückt werden, indem eine Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2 beträgt.
  • Ferner beträgt gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Auf diese Weise kann wirksam verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht.
  • Wenn darüber hinaus gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem zweiten Außenumfangsgebiet OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 100/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Auf diese Weise wird wirksam verhindert, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht.
  • Ferner beträgt gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Versetzungsdichte in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in einem an Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 500/mm2. Dementsprechend kann eine Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat wirksam verhindert werden.
  • Wenn ferner gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 500/mm2.
  • Eine genauere Untersuchung ergab, dass beim Vorhandensein von wenigstens einer oder mehr Kristallkorngrenzen und einer oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a, das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit höherer Wahrscheinlichkeit bricht, verglichen mit dem Fall, in dem weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 vorhanden sind. Wenn somit wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, kann wirksam eine Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat unterdrückt werden, indem eine Versetzungsdichte von nicht mehr als 200/mm2 in einem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a gebildet wird.
  • Ferner beträgt gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Versetzungsdichte nicht mehr als 200/mm2 in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a. Auf diese Weise kann noch wirksamer verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht.
  • Wenn ferner gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und ein oder mehr Versetzungsanordnungen in einem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden sind, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 100/mm2. Sind weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem zweiten Außenumfangsabschnitt OR2 von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a vorhanden, beträgt die Versetzungsdichte in dem beliebigen Gebiet mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Außenumfangsabschnitt OR innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt 10c der ersten Hauptfläche 10a in Richtung des Mittelpunktes O der ersten Hauptfläche 10a nicht mehr als 200/mm2. Dementsprechend kann noch wirksamer verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht.
  • Ferner umfasst gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10: ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11, das die zweite Hauptfläche 10b bildet; und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht 12, die auf dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 11 vorgesehen ist und die erste Hauptfläche 10a bildet. Somit kann verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit der Siliziumkarbid-Epitaxieschicht bricht.
  • Ferner beträgt gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der maximale Durchmesser der ersten Hauptfläche 10a nicht weniger als 150 mm. Je größer der maximale Durchmesser der ersten Hauptfläche, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht. Es ist jedoch möglich, eine Rissbildung in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit großem Durchmesser, das die erste Hauptfläche mit einem maximalen Durchmesser von nicht weniger als 150 mm aufweist, wirksam zu unterdrücken.
  • Ferner beträgt gemäß dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Dicke des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 nicht mehr als 600 μm. Weist der Siliziumkarbid-Halbleiter einen größeren Durchmesser und eine dünnere Dicke auf, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Siliziumkarbid-Halbleiter bricht. Das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit einem großen Durchmesser und einer dünnen Dicke von nicht mehr als 600 μm kann besonders wirksam vor einer Rissbildung bewahrt werden.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass die Position des ersten Mittelpunkts 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 vor der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 nicht mit der Position des zweiten Mittelpunkts O der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 übereinstimmt, und derart, dass der zweite Mittelpunkt O in der ersten Hauptfläche 11d in dem ersten Gebiet 11a innerhalb von 15° von der geraden Linie angeordnet ist, die erhalten wird, indem vom ersten Mittelpunkt 11c aus betrachtet auf der ersten Hauptfläche die gerade Linie projiziert wird, die durch den ersten Mittelpunkt 11c und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft. Im Vergleich zu der <11-20>-Richtung bilden sich Stapelfehler vermehrt in der <1-100>-Richtung. Somit können durch Entfernen des Umfangsrandabschnitts 7 Stapelfehler wirksam entfernt werden, sodass die Position des ersten Mittelpunkts 11c der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 vor der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 nicht mit der Position des zweiten Mittelpunkts O der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 nach der Entfernung des Umfangsrandabschnitts 7 übereinstimmt und derart, dass der zweite Mittelpunkt O in der ersten Hauptfläche 11d in dem ersten Gebiet 11a innerhalb von 15°, bezogen auf die gerade Linie, angeordnet ist, die erhalten wird, indem vom ersten Mittelpunkt 11c aus betrachtet, auf der ersten Hauptfläche die gerade Linie projiziert wird, die durch den ersten Mittelpunkt 11c und parallel zu der <1-100>-Richtung verläuft. Folglich kann verhindert werden, dass das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat bricht.
  • Darüber hinaus umfasst das Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 ferner einen Bestimmungsschritt zum Bestimmen eines Bereichs 6 mit einem Stapelfehler, in dem die erste Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 nach dem Schritt des Herstellens des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 und vor dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 untersucht wird. In dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 wird der Bereich 6 mit den Stapelfehlern entfernt. Dementsprechend können die Stapelfehler effizient entfernt werden.
  • Ferner können gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 in dem Schritt zum Herstellen des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 wenigstens eine oder mehr Kristallkorngrenzen und eine oder mehr Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 auftreten. In dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 wird der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen geteilt werden. Somit kann ein Rissbildungsverhältnis in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat verringert werden.
  • Ferner wird gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts 7 der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass die gesamten Kristallkorngrenzen oder Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 entfernt werden. Somit kann ein Rissbildungsverhältnis in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat wirksam verringert werden.
  • Ferner wird gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 10 in dem Schritt des Umfangsrandabschnitts 7 der Umfangsrandabschnitt 7 derart entfernt, dass die gesamten Kristallkorngrenzen oder die Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche 11d des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats 11 in der ersten Hauptfläche 11d verbleiben. Auf diese Weise wird ein Rissbildungsverhältnis in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat wirksam verringert.
  • Die hierin offenbarten Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung und sind in keinerlei Hinsicht als einschränkend zu erachten. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird vielmehr durch die Begriffe der Ansprüche als durch die oben beschriebenen Ausführungsformen definiert und soll alle Modifikationen, die innerhalb des Umfangs und der Bedeutung entsprechend den Begriffen der Patentansprüche liegen, umfassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Siliziumkarbid-Einkristall
    1a
    Einkristall-Substrat
    2
    Keimkristall
    2a
    eine dritte Hauptfläche
    2b
    eine vierte Hauptfläche
    3
    Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial
    5
    Kristalldefekt
    6
    Gebiet
    7
    Umfangsrandabschnitt
    10
    Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat
    10a
    erste Hauptfläche
    10b
    eine zweite Hauptfläche
    10c, 10c1, 10c2, 10c3
    Außenumfangsendabschnitt
    10d
    abgeschrägter Abschnitt
    10e
    flacher Abschnitt
    10f
    Grenzabschnitt
    10g
    Seitenendabschnitt
    11
    Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat
    11a
    erstes Gebiet
    11b
    zweites Gebiet
    11c
    erster Mittelpunkt
    11d
    erste Hauptfläche
    11e
    zweite Hauptfläche
    11p
    Außenumfangsendabschnitt
    12
    Siliziumkarbid-Epitaxieschicht
    20
    Schmelztiegel
    21
    Keimkristallhalteabschnitt
    22
    Ausgangsmaterial-Aufnahmeabschnitt
    D, D1, D2, D3; D4
    maximaler Durchmesser
    G
    Schwerpunkt
    IR
    Innenumfangsabschnitt
    L
    Entfernungsmenge
    O
    Mittelpunkt (zweiter Mittelpunkt)
    OR
    Außenumfangsabschnitt
    OR1
    erster Außenumfangsabschnitt
    OR2
    zweiter Außenumfangsabschnitt
    T
    Dicke
    a, b
    Länge
    r1
    erste gerade Linie
    r2
    zweite gerade Linie
    x1, x2:
    Abstand

Claims (16)

  1. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat mit einer ersten Hauptfläche und einer gegenüber der ersten Hauptfläche angeordneten zweiten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche einen maximalen Durchmesser von mehr als 100 mm aufweist, und das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat eine Dicke von nicht mehr als 700 μm aufweist, wobei eine Versetzungsdichte in einem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in einem Bereich innerhalb von 5 mm von einem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung eines Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 500/mm2 beträgt.
  2. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach Anspruch 1, wobei wenn eine oder mehr Kristallkorngrenzen und/oder eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 200/mm2 beträgt, und wenn weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 500/mm2 beträgt.
  3. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach Anspruch 1, wobei die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 200/mm2 beträgt.
  4. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach Anspruch 3, wobei wenn eine oder mehr Kristallkorngrenzen und/oder eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 100/mm2 beträgt, und wenn weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 5 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 200/mm2 beträgt.
  5. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach Anspruch 1, wobei die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 500/mm2 beträgt.
  6. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach Anspruch 5, wobei wenn eine oder mehr Kristallkorngrenzen und/oder eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 200/mm2 beträgt, und wenn weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 500/mm2 beträgt.
  7. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach Anspruch 5, wobei die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 200/mm2 beträgt.
  8. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach Anspruch 7, wobei wenn eine oder mehr Kristallkorngrenzen und/oder eine oder mehr Versetzungsanordnungen in einem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 100/mm2 beträgt, und wenn weder die Kristallkorngrenzen noch die Versetzungsanordnungen in dem Bereich von 1 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche vorhanden sind, die Versetzungsdichte in dem beliebigen Bereich mit einer Fläche von 1 mm2 in dem Bereich innerhalb von 10 mm von dem Außenumfangsendabschnitt der ersten Hauptfläche in Richtung des Mittelpunkts der ersten Hauptfläche nicht mehr als 200/mm2 beträgt.
  9. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat umfasst: ein Siliziumkarbid-Einkristall-Substrat, das die zweite Hauptfläche bildet; und eine Siliziumkarbid-Epitaxieschicht, die auf dem Siliziumkarbid-Einkristall-Substrat vorgesehen ist und die erste Hauptfläche bildet.
  10. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 1 9, wobei der maximale Durchmesser der ersten Hauptfläche nicht kleiner als 150 mm ist.
  11. Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Dicke des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats nicht mehr als 600 μm beträgt.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats mit den Schritten: Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats mit einer ersten Hauptfläche und einer gegenüber der ersten Hauptfläche angeordneten zweiten Hauptfläche, wobei die erste Hauptfläche einen maximalen Durchmesser von mehr als 100 mm aufweist, und das Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat eine Dicke von nicht mehr als 700 μm aufweist; und Entfernen eines Umfangsrandabschnitt des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats, in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts entfernt wird, Entfernen des Umfangsrandabschnitts derart, dass eine Position eines ersten Mittelpunkts der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats vor dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts nicht mit einer Position eines zweiten Mittelpunkts der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats nach dem Entfernen des Umfangsrandabschnitts übereinstimmt, und derart, dass sich der zweite Mittelpunkt in der ersten Hauptfläche in einem Bereich innerhalb von 15° bezogen auf eine gerade Linie befindet, die erhalten wird, indem auf der ersten Hauptfläche eine gerade Linie, die vom ersten Mittelpunkt aus betrachtet durch den ersten Mittelpunkt und parallel zu einer <1-100>-Richtung verläuft, projiziert wird.
  13. Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats nach Anspruch 12, das ferner einen Schritt zum Bestimmen eines Bereichs mit Stapelfehlern umfasst, indem die erste Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats nach dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat-Herstellungsschritt und vor dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat beobachtet wird, wobei in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts, der Bereich mit den Stapelfehlern entfernt wird.
  14. Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei in dem Siliziumkarbid-Halbleitersubstrat-Herstellungsschritt eine oder mehrere Kristallkorngrenzen und/oder ein oder mehrere Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats existieren; und in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts der Umfangsrandabschnitt derart entfernt wird, dass die Kristallkorngrenzen und/oder die Versetzungsanordnungen nicht geteilt werden.
  15. Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats nach Anspruch 14, wobei in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts, der Umfangsrandabschnitt derart entfernt wird, dass die gesamten Kristallkorngrenzen oder die gesamten Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats entfernt werden.
  16. Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats nach Anspruch 14, wobei in dem Schritt des Entfernens des Umfangsrandabschnitts, der Umfangsrandabschnitt derart entfernt wird, dass die gesamten Kristallkorngrenzen oder die gesamten Versetzungsanordnungen in der ersten Hauptfläche des Siliziumkarbid-Halbleitersubstrats in der ersten Hauptfläche verbleiben.
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