[发明专利]碳化硅衬底及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅衬底和碳化硅衬底的制造方法，并且更具体地，涉及具有经由连接层彼此连接的多个单晶区域的碳化硅衬底，以及碳化硅衬底的制造方法。

背景技术

近年来，为了实现半导体器件的高击穿电压、低损耗和高温环境下的利用，已经开始采用碳化硅作为用于半导体器件的材料。碳化硅是具有比传统上用作半导体器件的材料的硅的带隙更大带隙的宽带隙半导体。因此，通过采用碳化硅作为半导体器件的材料，半导体器件能够具有高击穿电压、减小的导通电阻等等。此外，有利的是，与采用硅作为其材料的半导体器件相比，采用碳化硅作为其材料的半导体器件因而具有即使在高温环境下也更少劣化的特性。

在这样的环境下，已经对用于制造半导体器件的碳化硅晶体以及碳化硅衬底的制造方法进行了各种研究，并且已经提出了各种想法(例如，参见M.Nakabayashi等人“Growth of Crack-free 100mm-diameter4H-SiC Crystals with Low Micropipe Densities”，Mater.Sci.Forum，2009年，卷600-603，第3-6页(非专利文献1))。

引用列表

非专利文献

NPL 1：M.Nakabayashi等人“Growth of Crack-free 100mm-diameter4H-SiC Crystals with Low Micropipe Densities”，Mater.Sci.Forum，2009年，卷600-603，第3-6页

发明内容

技术问题

然而，碳化硅在大气压力下不具有液相。此外，其晶体生长温度为2000℃或更高，该温度是非常高的。这使得难以控制和稳定生长条件。因此，难以在将碳化硅单晶的质量保持为高的同时使碳化硅单晶具有大的直径。因此，不容易获得具有大直径的高质量的碳化硅衬底。制造这样的具有大直径的碳化硅衬底方面的这个困难不仅导致碳化硅衬底的制造成本的增加，而且导致了使用碳化硅衬底时在一个批次生产的半导体器件的减少。因此，不利的是，半导体器件的制造成本增加。认为能够通过高效地利用高制造成本的碳化硅单晶作为衬底来减少半导体器件的制造成本。

鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳化硅衬底以及碳化硅衬底的制造方法，其中每一种均实现了使用碳化硅衬底制造半导体器件的成本的减少。

解决问题的技术方案

本发明的用于制造碳化硅衬底的方法包括以下步骤：制备每个均由碳化硅(SiC)制成的多个单晶体；形成集合体(collected body)；将单晶体彼此连接；以及对集合体进行切片。在形成集合体的步骤中，布置多个单晶体并且在其间插入包含硅(Si)的连接层，以形成包括单晶体的集合体。在将单晶体彼此连接的步骤中，经由连接层的至少一部分通过连接层将相邻的单晶体彼此连接，通过加热集合体将该至少一部分形成为碳化硅。在对集合体进行切片的步骤中，对其中单晶体彼此连接的集合体进行切片。

因此，通过形成为碳化硅的连接层将多个SiC单晶体彼此连接，以形成碳化硅的大的锭。然后，对该锭进行切片。以该方式，能够高效地获得多个碳化硅衬底，其中每一个均具有比通过对一个单晶体进行切片获得的锭的尺寸更大的尺寸。当具有这样的大尺寸的碳化硅衬底来制造半导体器件时，与传统衬底中的情况相比，能够在一个碳化硅衬底中形成更多半导体器件(芯片)，结果，能够减少半导体器件的制造成本。

此外，由于对如上所述形成的大的锭进行切片以获得本发明的碳化硅衬底，因此，与通过将每个均具有相对薄的厚度的单晶体彼此连接来一个接一个地形成碳化硅衬底的情况相比，能够一次制造多个碳化硅衬底。因此，与通过连接每个均具有薄的厚度的单晶体来一个接一个地形成碳化硅衬底的情况相比，能够减少碳化硅衬底的制造成本。

根据本发明的碳化硅衬底包括：每个均由碳化硅制成的多个单晶区域；以及连接层。该连接层由碳化硅制成，位于多个单晶区域之间，并且将单晶区域彼此连接。单晶区域中的每一个形成为从碳化硅衬底的第一主表面延伸到碳化硅衬底的与第一主表面相反的第二主表面。单晶区域在从第一主表面到第二主表面的厚度方向上基本上具有相同的结晶度。多个单晶区域在第一主表面中的晶体取向方面彼此不同。连接层的结晶度低于单晶区域中的每一个的结晶度。