[发明专利]制造碳化硅衬底的方法和碳化硅衬底

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造碳化硅衬底的方法和碳化硅衬底，更具体地讲，涉及均实现了降低使用碳化硅衬底制造半导体器件的成本的制造碳化硅衬底的方法和碳化硅衬底。

背景技术

近年来，为了实现高击穿电压、低损耗并且在高温度环境下使用半导体器件，已经开始采用碳化硅(SiC)作为用于半导体器件的材料。碳化硅是一种带隙比硅的带隙大的宽带隙半导体，其传统上广泛用作半导体器件的材料。因此，通过采用碳化硅作为半导体器件的材料，半导体器件可以具有高击穿电压、减小的导通电阻等。另外，因此有利地，与采用硅作为其材料的半导体器件的特性相比，采用碳化硅作为其材料的半导体器件即使在高温环境下特性劣化也较小。

在这类情形下，已对制造碳化硅晶体的方法和用于制造半导体器件的碳化硅衬底进行了各种研究，并且已提出了各种构思(例如，参见M.Nakabayashi等人的“Growth of Crack-free 100mm-diameter 4H-SiC Crystals with Low Micropipe Densities”，Mater.Sci.Forum，vols.600-603，2009，p.3-6(非专利文献1))。

引用列表

非专利文献

NPL 1：M.Nakabayashi等人的“Growth of Crack-free 100mm-diameter 4H-SiC Crystals with Low Micropipe Densities”，Mater.Sci.Forum，vols.600-603，2009，p.3-6

发明内容

技术问题

然而，碳化硅在大气压力下不具有液相。另外，其晶体生长温度为2000℃或更高，这是非常高的温度。这使得难以控制和稳定生长条件。因此，碳化硅单晶难以在保持其质量高的同时具有大的直径。因此，不容易得到具有大直径的高质量碳化硅衬底。在制造这种具有大直径的碳化硅衬底的过程中存在困难，导致不仅使碳化硅衬底的制造成本提高，而且使用碳化硅衬底的一批产生的半导体器件较少。因此，半导体器件的制造成本增加，这是不利的。考虑到的是通过有效利用制造成本高的碳化硅单晶作为衬底，可以降低半导体器件的制造成本。

据此，本发明的目标在于提供均实现了降低使用碳化硅衬底制造半导体器件的成本的制造碳化硅衬底的方法和碳化硅衬底。

问题的解决方法

本发明中的一种制造碳化硅衬底的方法包括以下步骤：准备由碳化硅制成的基底衬底和由单晶碳化硅制成的SiC衬底；形成Si膜，所述Si膜由硅制成并且在所述基底衬底的主表面上并与所述主表面接触；通过将所述SiC衬底放置在所述Si膜上并且使所述SiC衬底与所述Si膜接触来制造堆叠衬底；以及通过加热所述堆叠衬底以至少使所述Si膜中的与所述基底衬底接触的区域和与所述SiC衬底接触的区域转换成碳化硅，来将所述基底衬底和所述SiC衬底彼此连接。

如上所述，高质量的碳化硅单晶难以具有大直径。同时，为了在使用碳化硅衬底制造半导体器件的过程中进行有效率的制造，需要提供有预定均匀形状和尺寸的衬底。因此，即使当得到高质量的碳化硅单晶(例如，具有小缺陷密度的碳化硅单晶)时，也不能有效使用不能通过切割等被加工成这种预定形状等的区域。

为了解决这个问题，在本发明的制造半导体衬底的方法中，将SiC衬底连接到基底衬底上，其中，所述SiC衬底由与基底衬底的单晶氮化硅不同的单晶碳化硅制成。因此，例如，可以按以下方式制造碳化硅衬底。也就是说，由具有大缺陷密度的低质量碳化硅晶体形成的基底衬底被加工成具有预定形状和尺寸。在这种基底衬底上，没有成形为预定形状等的高质量碳化硅单晶被用作SiC衬底。然后，将它们彼此连接。通过这种工艺制造的碳化硅衬底具有预定均匀形状和尺寸，由此实现了有效率制造半导体器件。另外，通过这种工艺制造的碳化硅衬底利用由高质量碳化硅单晶形成并且由于其传统上不能被加工成所需形状等而没有被使用的SiC衬底。使用这种碳化硅衬底，可以制造半导体器件，由此有效使用碳化硅单晶。此外，在本发明中的制造碳化硅衬底的方法中，Si膜的至少一些部分被转换成碳化硅，由此得到允许基底衬底和SiC衬底彼此牢固连接的中间层。因此，碳化硅衬底可以被作为一个独立式衬底来操纵。如此，根据本发明中的制造碳化硅衬底的方法，可以制造出允许降低使用碳化硅衬底制造半导体器件的成本的碳化硅衬底。