DE112015002906B4 - Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, enthaltend die Schritte:Bilden eines aus Siliciumcarbid aufgebauten Epitaxialfilms (2) auf einem Siliciumcarbidsubstrat (1) als einen Schritt (A);Abflachen einer Oberfläche des Epitaxialfilms unter Verwendung chemisch-mechanischen Polierens bis zu 0,3 nm oder weniger im arithmetischen Mittel der Rauigkeit Ra als einen Schritt (B);thermisches Oxidieren der Oberfläche des Epitaxialfilms zum Bilden eines Opferoxids (3) als einen Schritt (C);Entfernen des Opferoxids als einen Schritt (D); undReinigen einer anderen Epitaxialfilmoberfläche, die nach dem Entfernen des Opferoxids erscheint, mit entionisiertem Wasser als einen Schritt (E), wobeidie Schritte Bilden des Epitaxialfilms (A), Abflachen der Oberfläche des Epitaxialfilms (B), thermisches Oxidieren der Oberfläche des Epitaxialfilms (C), Entfernen des Opferoxids (D) und Reinigen der anderen Epitaxialfilmoberfläche (E) nacheinander ohne zwischengeschaltete Verarbeitungsschritte durchgeführt werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung sowie die Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und insbesondere ein Verfahren zur Reduzierung der Anzahl von Defekten eines auf einem Siliciumcarbidsubstrat gebildeten Siliciumcarbid-Epitaxialfilms.
  • Stand der Technik
  • Obgleich herkömmliche Leistungshalbleitervorrichtungen auf einem Siliciumsubstrat gebildet werden, nähert sich Siliciummaterial hinsichtlich der Leistungseigenschaften seinen physikalischen Grenzen. Die Aufmerksamkeit konzentriert sich daher auf eine Siliciumcarbid-(SiC)-Halbleitervorrichtung, bei welcher ein Substrat eine hervorragende Durchschlagfestigkeit im elektrischen Feld, eine niedrige Leistungsverlustfähigkeit aufweist und eine hervorragende Leistungsfähigkeit bei Hochtemperaturbedingungen und auch im Hochfrequenzbetrieb zeigt. Bei der SiC-Halbleitervorrichtung wird allgemein dieser Vorrichtungsaufbau hergestellt: ein SiC-Epitaxialfilm wird auf einem SiC-Substrat gebildet, welches ein primäres Substrat mit niedrigem Widerstand ist, und Prozesse, wie etwa das Implantieren von Störstellenionen, werden anschließend an dem SiC-Epitaxialfilm durchgeführt.
  • Es existieren viele Polytypen (Kristall-Polymorphismus), wie etwa 2H-SiC, 3C-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC auf der Grundlage einer periodischen Strukturdifferenz, wenn Si und C miteinander verbunden werden, um SiC zu bilden. Dabei besteht das Problem, dass während des Kristallwachstums ohne weiteres eine Fehlanpassung erzeugt werden kann. Wenn daher ein SiC-Einkristall hergestellt wird, werden unvermeidlich unterschiedliche Polytypen in dem Kristall gemischt, was zum Vorhandensein von vervielfachten Kristalldefekten führt, wie etwa Versetzungen, die durch Kristall-Fehlanpassung verursacht werden. Wenn der SiC-Epitaxialfilm auf dem SiC-Substrat abgeschieden wird, können fortlaufende Schraubenversetzungen und fortlaufende Stufenversetzungen sich mit der gerade vorhandenen Geometrie fortpflanzen oder unter Umwandlung in Basalebenenversetzungen und Karottendefekte am Epitaxialfilm, was Defekte im Epitaxialfilm erzeugt.
  • Andererseits hat der Epitaxialfilm auch Defekte, die aus einem anderen Grund entstehen, der nicht vom Primärsubstrat abhängig ist. Es gibt Defekte, wie etwa beispielsweise step bunching, das während der Filmabscheidung auftritt, und ferner sogenannte Downfall-Defekte, die entstehen, wenn während der Epitaxie Teilchen an der Waferoberfläche anhaften.
  • Wenn ein Kristalldefekt in dem SiC-Epitaxialfilm vorhanden sein kann, kann die hergestellte SiC-Halbleitervorrichtung eine Anormalität hinsichtlich Leckstrom und Durchschlagspannungsversagen aufweisen, was zu einem niedrigen Ertrag des Produkts führt.
  • Wie nachfolgend beschrieben, offenbart Patentliteratur 1 bis 5 Verfahren zur Reduzierung von Defekten, wobei die Verfahren an der SiC-Substratoberfläche durchgeführt werden, bevor der Epitaxialfilm gebildet wird. Ferner ist in Patentliteratur 6 ein Verfahren zum Reduzieren von Defekten in dem Epitaxialfilm offenbart, wobei der auf dem SiC-Substrat gebildete SiC-Epitaxialfilm erwärmt wird, so dass er bis zu 1 nm oder mehr Oberflächenrauigkeit Ra des Epitaxialfilms aufweist und anschließend abgeflacht wird, so dass er weniger als 0,5 nm Ra aufweist.
  • Patentliteratur 7 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Epitaxiesubstrats umfassend die Schritte: Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats; und Bilden einer Siliziumkarbid-Schicht auf dem Siliziumkarbid-Substrat. Bei diesem Herstellungsverfahren werden in dem Schritt des Bildens der Siliziumkarbid-Schicht ein Schritt zum Wachsen einer Epitaxie-Schicht und ein Schritt zum Polieren einer Oberfläche der Epitaxie-Schicht zweimal oder häufiger wiederholt.
  • Patentliteratur 8 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats umfassend die folgenden Schritte: Herstellen eines Siliciumcarbid-Einkristallsubstrats mit einer mechanisch polierten Hauptfläche; Durchführen eines chemisch-mechanischen Polierens auf der Hauptfläche des Siliciumcarbid-Einkristallsubstrats unter Verwendung einer Polieraufschlämmung, die darin verteilte Schleifkörner enthält, um die Hauptfläche als Spiegeloberfläche fertigzustellen; Oxidieren mindestens eines Teils der als Spiegeloberfläche fertiggestellten Hauptfläche durch eine Gasphase, um ein Oxid zu bilden; und Entfernen des Oxids.
  • Patentliteratur 9 zeigt ein Verfahren zum Glätten der Oberfläche eines Halbleiterwafers umfassend ein Planarisieren der Oberfläche des Halbleiterwafers und ein anschließendes Oxidieren des Halbleiterwafers zum Erzielen einer spezifizierten Dicke eines Oxids auf der Oberfläche des Halbleiterwafers. Das Oxid wird dann von der Oberfläche des Halbleiterwafers entfernt.
  • Liste der Druckschriften
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldung JP 2005-311348 A
    • Patentliteratur 2: JP 2006-032655 A
    • Patentliteratur 3: JP 2008-230944 A
    • Patentliteratur 4: JP 2010-182782 A
    • Patentliteratur 5: WO 2010/090024 A1
    • Patentliteratur 6: JP 2008-222509 A
    • Patentliteratur 7: DE 10 2015 2016 064 A1
    • Patentliteratur 8: US 2011 / 0 156 058 A1
    • Patentliteratur 9: DE 11 2011 101 813 T5
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Es besteht jedoch das Problem, dass Epitaxialfilmdefekte, die nicht von einem Primärsubstrat abhängig sind, mit den in Patentliteratur 1-5 beschriebenen Verfahren nicht entfernt werden können. Andererseits besteht das weitere Problem, dass step bunching als Nebenwirkung bei dem in Patentliteratur 6 beschriebenen Verfahren auftreten kann.
  • Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, welches Verfahren in einem Siliciumcarbid-Epitaxialfilm entstehende Defekte reduzieren kann, sowie ferner die durch das Verfahren erzielte Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung bereitgestellt, enthaltend die Schritte: Bilden eines aus Siliciumcarbid aufgebauten Epitaxialfilms auf einem Siliciumcarbidsubstrat als einen Schritt (A); Abflachen einer Oberfläche des Epitaxialfilms unter Verwendung chemisch-mechanischen Polierens bis zu 0,3 nm oder weniger im arithmetischen Mittel der Rauigkeit Ra als einen Schritt (B); thermisches Oxidieren der Oberfläche des Epitaxialfilms zum Bilden eines Opferoxids als einen Schritt (C); Entfernen des Opferoxids als einen Schritt (D); und Reinigen einer anderen Epitaxialfilmoberfläche, die nach dem Entfernen des Opferoxids erscheint, mit entionisiertem Wasser als einen Schritt (E), wobei die Schritte Bilden des Epitaxialfilms (A), Abflachen der Oberfläche des Epitaxialfilms (B), thermisches Oxidieren der Oberfläche des Epitaxialfilms (C), Entfernen des Opferoxids (D) und Reinigen der anderen Epitaxialfilmoberfläche (E) nacheinander ohne zwischengeschaltete Verarbeitungsschritte durchgeführt werden.
  • Gemäß dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung können während des Epitaxialfilmwachstums entstehende Defekte entfernt werden und zusätzlich können Bearbeitungsschäden, die während des chemisch-mechanischen Polierens erzeugt wurden, durch das Opferoxid beseitigt werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das in Schritt (A) verwendete Siliciumcarbidsubstrat vorzugsweise unter Verwendung von chemisch-mechanischem Polieren abgeflacht, sodass im arithmetischen Mittel die Rauigkeit Ra gleich oder weniger als 1 nm ist.
  • Gemäß dem vorstehenden Aspekt der Erfindung kann, da an der Oberfläche des SiC-Substrats freiliegende Defekte entfernt werden können, bevor der Epitaxialfilm abgeschieden wird, die Anzahl der aus Kristalldefekten, die einen Ausgangspunkt in dem Siliciumcarbidsubstrat haben, entstehenden Defekte im Epitaxialfilm reduziert werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Ausmaß des Polierens gleich oder mehr als 0,3 µm und gleich oder weniger als 1 µm bezüglich des Epitaxialfilms in Schritt (B) ist.
  • Gemäß dem vorstehenden Aspekt der Erfindung können insbesondere grübchenartige Defekte, die die überwiegende Mehrzahl der Defekte ausmachen, in dem Epitaxialfilm entfernt werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat das Opferoxid vorzugsweise gleich oder mehr als 20 nm und gleich oder weniger als 100 nm Dicke in dem Schritt (C).
  • Gemäß dem vorstehenden Aspekt der Erfindung können die während des chemisch-mechanischen Polierens erzeugten Bearbeitungsschäden entfernt werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Temperatur vorzugsweise gleich oder höher als 800 °C und gleich oder niedriger als 1350 °C, wenn das Opferoxid in Schritt (C) gebildet wird.
  • Gemäß dem vorstehenden Aspekt der Erfindung kann die Dicke des Opferoxids präzise gesteuert werden.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Opferoxid vorzugsweise unter Verwendung einer Fluorwasserstoffsäure enthaltenden wässrigen Lösung in Schritt (D) entfernt.
  • Gemäß dem vorstehenden Aspekt der Erfindung kann, da das Opferoxid in Bezug auf die Siliciumcarbid-Epitaxialschicht selektiv entfernt werden kann, die Oberflächenrauigkeit ebenso glatt wie vor der Bildung des Opferoxids in der Epitaxialschicht beibehalten werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung vorzugsweise einen Teil, der unter Verwendung eines beliebigen der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
  • Da die Anzahl der Defekte in dem Epitaxialfilm reduziert werden kann, kann die Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung mit einer hervorragenden Zuverlässigkeit und hervorragenden elektrischen Eigenschaften mit einem hohen Ertrag hergestellt werden.
  • Auswirkung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können während eines Epitaxialfilmwachstums entstandene Defekte durch chemisch-mechanisches Polieren entfernt werden und die während des chemisch-mechanischen Polierens erzeugten Bearbeitungsschäden können mit dem Opferoxid entfernt werden. Da die Anzahl der Defekte in dem Epitaxialfilm reduziert werden kann, kann eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung mit hervorragender Zuverlässigkeit und hervorragenden elektrischen Eigenschaften mit hohem Ertrag hergestellt werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt einen Prozessplan, der ein Verfahren zur Herstellung einer SiC-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 zeigt eine Defektkarte in Bezug auf den SiC-Epitaxialfilm gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 3 zeigt eine weitere Defektkarte in Bezug auf den SiC-Epitaxialfilm gemäß einem Vergleichsbeispiel.
    • 4 zeigt eine Abbildung eines Atomkraftmikroskops in Bezug auf die SiC-Epitaxialfilmoberfläche gemäß dem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 5 zeigt eine weitere Abbildung eines Atomkraftmikroskops in Bezug auf die SiC-Epitaxialfilmoberfläche gemäß dem Vergleichsbeispiel.
  • Ausführungsweisen der Erfindung
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer SiC-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Schritte:
    • Bilden eines SiC-Epitaxialfilms als einen Schritt (A),
    • Durchführen eines chemisch-mechanischen Polierprozesses als einen Schritt (B),
    • Bilden eines Opferoxids als einen Schritt (C),
    • Entfernen des Opferoxids als einen Schritt (D), und
    • Reinigen einer Epitaxialfilmoberfläche als einen Schritt (E),
    • wobei der Herstellungsprozess aus den Schritten in der vorstehend beschriebenen Reihenfolge aufgebaut ist.
  • Es können jedoch die anderen Schritte vor und nach einem beliebigen der vorstehend beschriebenen Schritte eingefügt werden. Beispielsweise kann dann, wenn ein weiterer chemisch-mechanischer Polierprozess vor dem Schritt (A) eingefügt wird, die Flachheit eines SiC-Substrats verbessert werden. In einem anderen Fall kann dann, wenn ein Bestrahlungsschritt mit reaktivem Plasma vor dem Schritt (A) eingefügt wird, die Oberfläche auf dem SiC-Substrat gereinigt werden. Ferner können an der Oberfläche des SiC-Epitaxialfilms anhaftende abrasive Stoffe von dieser beseitigt werden, wenn ein Waschreinigungsschritt nach dem Schritt (B) eingefügt wird.
  • 1 veranschaulicht den vorstehend beschriebenen schematischen Prozessablauf. Die Figur zeigt, dass ein SiC-Epitaxialfilm 2 auf einem SiC-Substrat 1 in dem Schritt (A) abgeschieden wird, der SiC-Epitaxialfilm 2 durch chemisch-mechanisches Polieren in Schritt (B) bearbeitet wird, ein Opferoxid 3 in Schritt (C) gebildet wird, das Opferoxid 3 in Schritt (D) entfernt wird, und eine Reinigung mit entionisiertem Wasser (DIW) durchgeführt wird. Ein Defekt 4 wurde durch das chemisch-mechanische Polieren in Schritt (B) entfernt.
  • SiC-Substrat
  • Das in der vorliegenden Erfindung verwendete SiC-Substrat ist nicht auf ein spezielles Beispiel beschränkt und eine Scheibe beispielsweise eines Volumenkristalls, der durch Sublimation oder durch Abscheidung aus der Dampfphase gebildet ist, kann dafür verwendet werden.
  • Ein Polytyp des SiC-Einkristalls ist nicht auf ein spezielles Beispiel beschränkt und zeigt Typen wie etwa 4H-SiC, 6H-SiC, 3C-SiC und dergleichen. Vorzugsweise wird für eine Leistungshalbleitervorrichtung 4H-SiC verwendet, da es hinsichtlich der Durchbruchspannung und Trägermobilität hervorragende Eigenschaften hat. Die Hauptoberfläche des Substrats, auf der die Epitaxie durchgeführt wird, ist nicht auf ein spezielles Beispiel beschränkt und kann aus einer beliebigen der 4H-SiC(0001)Si-Fläche, 4H-SiC(000-1)C-Fläche und dergleichen ausgewählt werden.
  • Um zu verhindern, dass sich während der Epitaxie ein anderer Polytyp in den einen Polytyp mischt, ist es bevorzugt, dass das Substrat einen Versatzwinkel von 1° bis 12° in Bezug auf die [0001]-Richtung hat. Bevorzugter kann das Substrat mit einer Neigung von 4° oder 8° im Versatzwinkel abgeschnitten sein.
  • Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Oberfläche des SiC-Substrats abgeflacht wird, sodass im arithmetischen Mittel die Rauigkeit Ra gleich oder kleiner als 1 nm ist. Beispielsweise kann die Oberfläche des SiC-Substrats vor dem Bilden des SiC-Epitaxialfilms durch chemisch-mechanisches Polieren bearbeitet werden. Die Anzahl der sich von der SiC-Substratoberfläche in den SiC-Epitaxialfilm fortpflanzenden Defekte kann gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform reduziert werden.
  • Bildungsschritt des SiC-Epitaxialfilms
  • Das Verfahren zur Abscheidung des SiC-Epitaxialfilms ist nicht auf ein spezielles Beispiel beschränkt und der Film kann unter Verwendung von Verfahren wie etwa Unterdruck-CVD und CVD bei atmosphärischen Druck gebildet werden.
  • Im Hinblick auf die Rohmaterialien können Gase, wie etwa Monosilan, Dichlorsilan und dergleichen, als eine Si-Versorgungsquelle verwendet werden und andere Gase, wie etwa Propan und Methan und dergleichen, als eine C-Versorgungsquelle. Ferner ist es möglich, in geeigneter Weise ein n-Dotiermittelgas, wie etwa beispielsweise Stickstoff oder Ammoniak, und ein p-Dotiermittelgas, wie etwa Trimethylaluminium oder dergleichen hinzuzufügen. Ferner kann ein Trägergas, wie etwa beispielsweise Wasserstoff oder Argon, zur Verdünnung der vorstehend beschriebenen Gase verwendet werden.
  • Während der CVD ist es bevorzugt, dass die Temperatur gleich oder mehr als 1400 °C und gleich oder weniger als 1800 °C beträgt. Bevorzugter ist die Temperatur gleich oder mehr als 1500 °C und gleich oder weniger als 1750 °C. Es ist nicht bevorzugt, dass eine Abscheidungsrate langsam ist, wenn die Temperatur weniger als 1500 °C beträgt, und auch kann ein Oberflächendefekt auftreten, wenn die Temperatur mehr als 1750 °C beträgt. Im Fall von Unterdruck-CVD ist es bevorzugt, dass ein Druck während des CVD-Betriebs gleich oder mehr als 0 Pa und gleich oder weniger als 20 Pa ist. Bevorzugter ist der Druck gleich oder mehr als 1 Pa und gleich oder weniger als 15 Pa.
  • Eine CVD-Vorrichtung zum Abschneiden des SiC-Epitaxialfilms ist nicht auf ein spezielles Beispiel beschränkt und kann ein Typ mit einer aus Graphit gebildeten Heißwand in einer kreisförmigen Doppelröhre mit einem Wasserkühlsystem und Erwärmung der Heißwand mit einer Induktionsspule oder dergleichen sein.
  • Zusätzlich kann eine Oberfläche des SiC-Substrats unter Verwendung einer Art von Gas als Vorbehandlung vor der Bildung des SiC-Epitaxialfilms geätzt werden. Wenn beispielsweise gasförmiger Chlorwasserstoff mit dem auf gleich oder mehr als 1000 °C erwärmten SiC-Substrat in Kontakt kommt, kann die SiC-Oberfläche geätzt werden, um Oberflächendefekte zu reduzieren.
  • Chemisch-mechanischer Polierschritt
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es die Bearbeitung mit chemisch-mechanischem Polieren, den SiC-Epitaxialfilm abzuflachen, so dass im arithmetischen Mittel die Rauigkeit Ra gleich oder weniger als 0,3 nm beträgt. Wenn das arithmetische Mittel der Rauigkeit Ra mehr als 0,3 nm beträgt, kann ein auf dem SiC-Epitaxialfilm gebildetes Gate-Oxid viele Nadelstichporen und Grenzflächenzustände haben. Dies ist nicht bevorzugt, da eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit und Vorrichtungsleistungsfähigkeit auftreten kann.
  • Ferner ist ein Polierausmaß des SiC-Epitaxialfilms vorzugsweise gleich oder mehr als 0,3 µm und gleich oder weniger als 1 µm. Wenn der Film wie vorstehend beschrieben poliert wird, können die Defekte des SiC-Epitaxialfilms beseitigt werden, insbesondere im Hinblick auf grübchenartige Defekte, die einen Großteil der Defekte ausmachen.
  • Ein Verfahren zur Bearbeitung mit chemisch-mechanischem Polieren im Hinblick auf den SiC-Epitaxialfilm ist nicht auf ein spezielles Beispiel beschränkt und kann beispielsweise unter Verwendung eines festen Schleifmittels, unter Verwendung sowohl eines weichen Polierkissens als auch einer Schleiflösung oder durch Anwenden einer Kombination erfolgen, bei welcher die Behandlung mit dem feststehenden Schleifmittel erfolgt und anschließend das weiche Polierkissen und die Schleiflösung folgen. Das Polierkissen und die Schleiflösung sind im Handel erhältlich.
  • Bildungsschritt des Opferoxids
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Zweck des Entfernens von Bearbeitungsschäden während der Bearbeitung mit chemisch-mechanischem Polieren das thermische Oxidieren der Oberfläche des SiC-Epitaxialfilms nützlich, um das Opferoxid in einem Bereich zu bilden, der gleich oder mehr als 20 nm und gleich oder weniger als 100 nm Dicke hat. Die vorstehend beschriebenen „Bearbeitungsschäden“ sind Mikroschäden, Kristallgitterschwankungen und anhaftende Teilchen, die entstehen, wenn die Oberfläche des SiC-Epitaxialfilms durch Schleifmittel und das Polierkissen verkratzt wird. Diese Arten von Bearbeitungsschäden werden beseitigt, so dass sie einhergehend mit dessen Wachstum in dem Opferoxid absorbiert werden oder zersetzt und sublimiert werden. Dies ermöglicht es, dass unter dem Opferoxid hervorragende Kristalleigenschaften des SiC-Epitaxialfilms verbleiben.
  • Ein Verfahren zum Bilden des Opferoxids ist nicht auf ein spezielles Beispiel beschränkt und es ist möglich, einen Nassoxidationsprozess zu verwenden, bei dem beispielsweise oxidierende Gase mit Wasserdampf verteilt werden, oder einen Trockenoxidationsprozess, bei dem oxidierende Gase mit trockenem Sauerstoff verteilt werden, und zwar im Bereich von gleich oder mehr als 800 °C und gleich oder weniger als 1350 °C. Bei dieser Gelegenheit können zum Zweck der aktiven Entfernung von metallischen Verunreinigungen Gase, die ein Halogenelement haben (wie Chlorwasserstoff) zu den vorstehend beschriebenen oxidierenden Gasen zugemischt werden.
  • Darüber hinaus kann ein Waschprozess an dem SiC-Epitaxialfilm durchgeführt werden, indem verschiedene Arten von Lösungen, die etwa eine gemischte Lösung mit wässrigem Ammoniak und Wasserstoffperoxid und eine andere gemischte Lösung mit Salzsäure und Wasserstoffperoxid, oder eine Lösung mit Fluorwasserstoffsäure vor der thermischen Oxidation verwendet werden. Wenn der Prozess wie vorstehend beschrieben durchgeführt wurde, kann der SiC-Epitaxialfilm oxidiert werden, während der Zustand, in welchem organische und metallische Verunreinigung minimiert ist, beibehalten werden kann.
  • Schritt zum Entfernen des Opferoxids
  • Da das Opferoxid gebildet wird und dabei Defekte des SiC-Epitaxialfilms absorbiert und eine große Anzahl von Nadelstichporen und Trap-Ebenen hat, ist es nicht bevorzugt, dass das Opferoxid zum Zweck der Gate-Isolierung oder Isolierung verwendet wird. Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung das durch thermisches Oxidieren des SiC-Epitaxialfilms gebildete Opferoxid beispielsweise durch Tauchen in einer Fluorwasserstoffsäure enthaltenden wässrigen Lösung selektiv entfernt werden. Da sich SiC in Fluorwasserstoffsäure nicht ist, kann eine glatte Oberfläche beibehalten werden, die ähnlich derjenigen vor der Bildung des Opferoxids ist. Ein dielektrischer Gate-Film kann mit hoher Qualität auf der glatten Oberfläche gebildet werden.
  • Reinigungsschritt
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Substrat mit fließendem Wasser unter Verwendung von entionisiertem Wasser (DIW) gespült, nachdem das Opferoxid entfernt wurde, und anschließend getrocknet, um eine saubere Oberfläche zu erhalten. Ein Verfahren zum Trocknen des Substrats ist nicht auf ein spezielles Beispiel beschränkt und kann ein Schleudertrockner, ein Isopropanoldampftrockner und dergleichen sein.
  • Herstellung der SiC-Halbleitervorrichtung
  • Eine SiC-Halbleitervorrichtung kann hergestellt werden, indem ein SiC-Substrat mit dem SiC-Epitaxialfilm mit einer geringeren Anzahl von Defekten verwendet wird, der durch den vorstehend beschriebenen Prozess erhalten wird.
  • Die wie vorstehend beschrieben hergestellte SiC-Halbleitervorrichtung hat einen dielektrischen Gate-Film, in welchem keine Nadelstichporen und kleinere Grenzflächenzustände sind. Die Vorrichtung kann eine überragende Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit mit einer hervorragenden dielektrischen Durchbruchspannung, einem niedrigeren Leckstrom und einem höheren Sättigungsstrom aufweisen.
  • Beispiele
  • Beispiel
  • Eine Oberfläche eines SiC-Substrats, das einen Polytyp von 4H-SiC und einen Versatzwinkel von 4° hat, wurde unter Verwendung von chemisch-mechanischem Polieren bearbeitet und das arithmetische Mittel der Rauigkeit Ra wurde durch ein Atomkraftmikroskop bestimmt. Anschließend wurde ein SiC-Epitaxialfilm mit 10 µm Dicke unter Verwendung von Unterdruck-CVD abgeschieden und anschließend wurde der SiC-Epitaxialfilm durch chemisch-mechanisches Polieren bearbeitet, um einen Oberflächenteil von 50 nm in der Tiefe zu entfernen. Anschließend wurde eine Defektkarte unter Verwendung einer Oberflächendefekt-Untersuchungsvorrichtung mit einem konfokalen Mikroskop erstellt. Darüber hinaus wurde das arithmetische Mittel der Rauigkeit Ra für den SiC-Epitaxialfilm unter Verwendung des Atomkraftmikroskops bestimmt.
  • Vergleichsbeispiel
  • Die Oberfläche eines weiteren SiC-Substrats mit einem Polytyp von 4H-SiC und einem Versatzwinkel von 4° wurde unter Verwendung von chemisch-mechanischem Polieren bearbeitet und das arithmetische Mittel der Rauigkeit Ra wurde unter Verwendung des Atomkraftmikroskops bestimmt. Anschließend wurde ein weiterer SiC-Epitaxialfilm mit 10 µm Dicke unter Verwendung von Unterdruck-CVD abgeschieden und anschließend wurde eine weitere Defektkarte unter Verwendung der Oberflächendefekt-Untersuchungsvorrichtung mit dem konfokalen Mikroskop erstellt. Darüber hinaus wurde das arithmetische Mittel der Rauigkeit Ra für den SiC-Epitaxialfilm unter Verwendung des Atomkraftmikroskops bestimmt.
  • Die 2 und 3 zeigen Defektkarten, die wie vorstehend beschrieben erhalten wurden. Defekte in dem SiC-Epitaxialfilm sind als schwarze Punkte dargestellt. Das Beispiel (siehe 2), bei welchen chemisch-mechanisches Polieren durchgeführt wurde, nachdem der SiC-Epitaxialfilm gebildet wurde, zeigt ein Ergebnis, dass Defekte im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel (siehe 3), bei welchem kein chemisch-mechanisches Polieren durchgeführt wurde, dramatisch reduziert wurden.
  • Die 4 und 5 zeigen optische Abbildungen, die Vorsprüngen und Vertiefungen darstellen, die auf der Oberfläche des SiC-Epitaxialfilms geschaffen wurden, welche durch das Atomkraftmikroskop bestimmt wurden. In dem Vergleichsbeispiel (siehe 5) beträgt Ra 1,0 nm in dem Fall, in dem kein chemisch-mechanischer Polierprozess nach der Bildung des SiC-Epitaxialfilms durchgeführt wurde. In dem Beispiel (siehe 4) ist Ra jedoch auf 0,254 nm reduziert, was einen Sollwert, der weniger als 0,3 nm beträgt, erreicht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    SiC-Substrat
    2
    SiC-Epitaxialfilm
    3
    Opferoxid
    4
    Defekt

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, enthaltend die Schritte: Bilden eines aus Siliciumcarbid aufgebauten Epitaxialfilms (2) auf einem Siliciumcarbidsubstrat (1) als einen Schritt (A); Abflachen einer Oberfläche des Epitaxialfilms unter Verwendung chemisch-mechanischen Polierens bis zu 0,3 nm oder weniger im arithmetischen Mittel der Rauigkeit Ra als einen Schritt (B); thermisches Oxidieren der Oberfläche des Epitaxialfilms zum Bilden eines Opferoxids (3) als einen Schritt (C); Entfernen des Opferoxids als einen Schritt (D); und Reinigen einer anderen Epitaxialfilmoberfläche, die nach dem Entfernen des Opferoxids erscheint, mit entionisiertem Wasser als einen Schritt (E), wobei die Schritte Bilden des Epitaxialfilms (A), Abflachen der Oberfläche des Epitaxialfilms (B), thermisches Oxidieren der Oberfläche des Epitaxialfilms (C), Entfernen des Opferoxids (D) und Reinigen der anderen Epitaxialfilmoberfläche (E) nacheinander ohne zwischengeschaltete Verarbeitungsschritte durchgeführt werden.
  2. Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das in Schritt (A) verwendete Siliciumcarbidsubstrat vorzugsweise unter Verwendung von chemisch-mechanischem Polieren abgeflacht wird, so dass im arithmetischen Mittel die Rauigkeit gleich oder weniger als 1 nm ist.
  3. Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ausmaß des Polierens gleich oder mehr als 0,3 µm und gleich oder weniger als 1 µm bezüglich des Epitaxialfilms in Schritt (B) ist.
  4. Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Opferoxid vorzugsweise gleich oder mehr als 20 nm und gleich oder weniger als 100 nm Dicke in dem Schritt (C) hat.
  5. Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Temperatur vorzugsweise gleich oder höher als 800 °C und gleich oder niedriger als 1350 °C ist, wenn das Opferoxid in Schritt (C) gebildet wird.
  6. Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Opferoxid unter Verwendung einer Fluorwasserstoffsäure enthaltenden wässrigen Lösung in Schritt (D) entfernt wird.
  7. Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, enthaltend einen Teil, der unter Verwendung eines der in einem der Ansprüche 1-6 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
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