(57)【要約】【課題】エピタキシャル層を研削し過ぎることを抑制して炭化珪素半導体装置の歩留まりの向上を図ることができる炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板を提供すること。【解決手段】エピタキシャル基板１０のおもて面側に、トレンチ２２とは別の窪みを設けてその窪み内に窒化炭素膜４１を形成しておき、ｐ型エピタキシャル層２４によりトレンチを埋め込む。次に、ｐ型エピタキシャル層２４を研削する。この研削において、研削位置が窒化炭素膜４１に達すると研削の進行速度が低下するため、ｐ型エピタキシャル層２４を研削し過ぎることを抑制できる。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなる第１導電型の半導体基板に、第１導電型領域と第２導電型領域とが前記半導体基板の一方の主面に平行な方向に交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層を備えた炭化珪素基板の製造方法であって、
前記半導体基板の前記一方の主面の一部から前記半導体基板の主面と直交する厚さ方向へ向かう窪みを形成する第１工程と、
前記第１工程の後、前記半導体基板より硬度が高い硬質材料膜を前記窪み内に形成する第２工程と、
前記半導体基板の前記一方の主面のうち前記窪みが形成される前記一部とは異なる部分から前記厚さ方向へ向かうトレンチを形成する第３工程と、
前記第３工程の後、前記半導体基板の前記一方の主面に前記第２導電型領域となる第２導電型エピタキシャル層を成長させることにより、前記トレンチの内部を前記第２導電型エピタキシャル層で埋め込み前記並列ｐｎ層を形成する第４工程と、
前記第２工程および前記第４工程の後、前記第２導電型エピタキシャル層を少なくとも前記硬質材料膜に達するまで研削し、前記並列ｐｎ層を前記半導体基板の前記一方の主面に露出させる第５工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記半導体基板の前記一方の主面のうち前記半導体基板の外周付近の部分に前記窪みを形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
前記第５工程の後、前記半導体基板に素子構造を形成する第６工程を含み、
前記第２工程において、前記半導体基板の前記一方の主面のうち前記第６工程により前記素子構造が形成される部分とは異なる部分に前記窪みを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板は、厚さ方向に垂直な方向に沿って複数の部分を有し、前記複数の部分のうち隣り合う２つの部分の間には間隙が設けられており、
前記第２工程において、前記半導体基板の前記一方の主面のうち、前記複数の部分を囲む部分と、前記間隙の部分と、に前記窪みを形成する、
ことを特徴とする請求項３に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項５】
前記第６工程の後、前記素子構造をチップ状に個片化するダイシングを行う第７工程を含み、
前記第７工程において、前記間隙に沿って前記ダイシングを行うことを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項６】
前記第２工程において、前記窪みの底面に接し、前記窪みの深さよりも膜厚が薄い前記硬質材料膜を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項７】
前記第２工程において、ヌープ硬度が３０００以上である前記硬質材料膜を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項８】
前記第５工程の後に、前記硬質材料膜を除去する第８工程を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項９】
炭化珪素からなる第１導電型の半導体基板に、第１導電型領域と第２導電型領域とが前記半導体基板の一方の主面に平行な方向に交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層を備えた炭化珪素基板であって、
前記半導体基板は、前記半導体基板の前記一方の主面のうち素子構造が形成された部分とは異なる部分から前記半導体基板の主面と直交する方向へ向かう窪みを有し、前記半導体基板より硬度が高い硬質材料膜を前記窪み内に有することを特徴とする炭化珪素基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ドリフト層を、ｎ型領域とｐ型領域とが基板主面に平行な方向（以下、横方向とする）に交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層とした超接合（ＳＪ：Ｓｕｐｅｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有する半導体装置が公知である。炭化珪素（ＳｉＣ）を半導体材料として用いた超接合構造を有する半導体装置の製造において、並列ｐｎ層の形成には、多段エピタキシャル（マルチエピタキシャル）方式やトレンチ埋め込みエピタキシャル方式が用いられる。
【０００３】
例えば、炭化珪素を半導体材料とし、超接合構造を有するパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）の製造において、トレンチの形成後にエピタキシャル成長によりトレンチ埋め込みを行い、エピタキシャル層の上面に成長したｐ型半導体層を研削する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１（第０１３３段落、図３、図７、図８等）参照。）。
【０００４】
図２９は、従来の並列ｐｎ層を有する超接合構造を有する炭化珪素基板の製造途中の状態の一例を示す断面図である。エピタキシャル基板１０は、ｎ+型出発基板１上にドリフト層となるｎ型エピタキシャル層２１を成長させることによりなる炭化珪素基板である。ｎ型エピタキシャル層２１にトレンチ２２を形成し、エピタキシャル基板１０のおもて面にｐ型エピタキシャル層２４を成長させることにより、ｐ型エピタキシャル層２４をトレンチ２２内に埋め込む。
【０００５】
このとき、エピタキシャル基板１０のおもて面のメサトップ（トレンチ２２の間）に柱状の炭化珪素が堆積されるため、エピタキシャル基板１０のおもて面側は凹凸が激しい状態になる。このため、ｐ型エピタキシャル層２４のおもて面側から研削を行ってｐ型エピタキシャル層２４の不要な部分を除去し、エピタキシャル基板１０のおもて面を平坦にする。ｐ型エピタキシャル層２４の不要な部分とは、例えば、ｐ型エピタキシャル層２４のうち、柱状の堆積部を含む、エピタキシャル基板１０のおもて面より上側の部分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−１９０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術では、ｐ型エピタキシャル層２４を研削し過ぎることを抑制することが困難であり、炭化珪素半導体装置の歩留まりが低いという問題がある。
【０００８】
例えば、ｐ型エピタキシャル層２４の不要な部分を研削により確実に除去するために、エピタキシャル基板１０のおもて面よりわずかに低い高さ位置１３を目標として研削が行われる。しかしながら、ｐ型エピタキシャル層２４が実際に研削される量は、例えば実験等により求めた研削の実施時間等により制御される。
【０００９】
したがって、ｐ型エピタキシャル層２４の不要な部分の堆積状況（例えば炭化珪素の各柱の形状）等が変化すると、研削位置が高さ位置１３に達した時点でｐ型エピタキシャル層２４の研削を終了することが困難である。そして、高さ位置１３を大幅に超えてｐ型エピタキシャル層２４の研削が行われると、並列ｐｎ層が薄くなり過ぎ、エピタキシャル基板１０から製造した炭化珪素半導体装置における素子耐圧やオン抵抗などの特性が設計と異なる特性になる。このため、炭化珪素半導体装置の製造における歩留まりが低下する。耐圧とは、素子が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。
【００１０】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、エピタキシャル層を研削し過ぎることを抑制して炭化珪素半導体装置の歩留まりの向上を図ることができる炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法は、炭化珪素からなる第１導電型の半導体基板に、第１導電型領域と第２導電型領域とが前記半導体基板の一方の主面に平行な方向に交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層を備えた炭化珪素基板の製造方法であって、次の特徴を有する。まず、前記半導体基板の前記一方の主面の一部から前記半導体基板の主面と直交する厚さ方向へ向かう窪みを形成する第１工程と、前記第１工程の後、前記半導体基板より硬度が高い硬質材料膜を前記窪み内に形成する第２工程を行う。また、前記半導体基板の前記一方の主面のうち前記窪みが形成される前記一部とは異なる部分から前記厚さ方向へ向かうトレンチを形成する第３工程を行う。また、前記第３工程の後、前記半導体基板の前記一方の主面に前記第２導電型領域となる第２導電型エピタキシャル層を成長させることにより、前記トレンチの内部を前記第２導電型エピタキシャル層で埋め込み前記並列ｐｎ層を形成する第４工程を行う。また、前記第２工程および前記第４工程の後、前記第２導電型エピタキシャル層を少なくとも前記硬質材料膜に達するまで研削し、前記並列ｐｎ層を前記半導体基板の前記一方の主面に露出させる第５工程を行う。
【００１２】
また、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法は、上述した発明の前記第２工程において、前記半導体基板の前記一方の主面のうち前記半導体基板の外周に沿った部分に前記窪みを形成することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法は、上述した発明において、前記第５工程の後、前記半導体基板に素子構造を形成する第６工程を行い、前記第２工程において、前記半導体基板の前記一方の主面のうち前記第６工程において前記素子構造が形成される部分とは異なる部分に前記窪みを形成することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法は、上述した発明において、前記半導体基板は、厚さ方向に垂直な方向に沿って複数の部分を有し、前記複数の部分のうち隣り合う２つの部分の間には間隙が設けられており、前記第２工程において、前記半導体基板の前記一方の主面のうち、前記複数の部分を囲む部分と、前記間隙の部分と、に前記窪みを形成することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法は、上述した発明において、前記第６工程の後、前記素子構造をチップ状に個片化するダイシングを行う第７工程を含み、前記第７工程において、前記間隙は前記ダイシングのライン上の間隙であることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法は、上述した発明の前記第２工程において、前記窪みの底面に接し、前記窪みの深さよりも膜厚が薄い前記硬質材料膜を形成することを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法は、上述した発明の前記第２工程において、ヌープ硬度が３０００以上である前記硬質材料膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法は、上述した発明において、前記第５工程の後に、前記硬質材料膜を除去する第８工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかる炭化珪素基板は、炭化珪素からなる第１導電型の半導体基板に、第１導電型領域と第２導電型領域とが前記半導体基板の一方の主面に平行な方向に交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層を備えた炭化珪素基板であって、前記半導体基板は、前記半導体基板の前記一方の主面のうち素子構造が形成された部分とは異なる部分から前記半導体基板の主面と直交する方向へ向かう窪みを有し、前記半導体基板より硬度が高い硬質材料膜を前記窪み内に有することを特徴とする。
【００２０】
上述した発明によれば、第２導電型エピタキシャル層によるトレンチの埋め込み後の第２導電型エピタキシャル層の研削において、研削位置が硬質材料膜に達すると、硬質材料膜によって研削の進行速度を低下させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板によれば、エピタキシャル層を研削し過ぎることを抑制して炭化珪素半導体装置の歩留まりの向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】図２は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１）である。
【図３】図３は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その２）である。
【図４】図４は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その３）である。
【図５】図５は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その４）である。
【図６】図６は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その５）である。
【図７】図７は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その６）である。
【図８】図８は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その７）である。
【図９】図９は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その８）である。
【図１０】図１０は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その９）である。
【図１１】図１１は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１０）である。
【図１２】図１２は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１１）である。
【図１３】図１３は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１２）である。
【図１４】図１４は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１３）である。
【図１５】図１５は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１４）である。
【図１６】図１６は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１５）である。
【図１７】図１７は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１６）である。
【図１８】図１８は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１７）である。
【図１９】図１９は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１８）である。
【図２０】図２０は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その１９）である。
【図２１】図２１は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図（その２０）である。
【図２２】図２２は、実施の形態にかかる二酸化ケイ素膜のスパッタリングに用いるメタルマスクの一例を示す図である。
【図２３】図２３は、実施の形態にかかる窒化炭素膜のスパッタリングに用いるメタルマスクの一例を示す図である。
【図２４】図２４は、実施の形態にかかるエピタキシャル基板の一例を示す図である。
【図２５】図２５は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造方法の他の一例を示すフローチャートである。
【図２６】図２６は、実施の形態にかかる二酸化ケイ素膜のスパッタリングに用いるメタルマスクの他の一例を示す図である。
【図２７】図２７は、実施の形態にかかる窒化炭素膜のスパッタリングに用いるメタルマスクの他の一例を示す図である。
【図２８】図２８は、実施の形態にかかるエピタキシャル基板の他の一例を示す図である。
【図２９】図２９は、従来の並列ｐｎ層を有する超接合構造を有する炭化珪素基板の製造途中の状態の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数を表している。
【００２４】
（実施の形態）
実施の形態にかかる炭化珪素（ＳｉＣ）基板の製造方法について、ドリフト層を、ｎ型（第１導電型）領域とｐ型（第２導電型）領域とが基板のおもて面に平行な方向に交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層とした超接合（ＳＪ：Ｓｕｐｅｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を有する炭化珪素半導体装置を製造する場合を例として説明する。
【００２５】
図１は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。図１に示すように、まず、炭化珪素からなるｎ+型出発基板のおもて面にｎ型エピタキシャル層を成長させる（ステップＳ１）。これにより、ｎ+型出発基板のおもて面上にｎ型エピタキシャル層を堆積したエピタキシャル基板（炭化珪素基板）が作製される。次に、ステップＳ１によって形成したｎ型エピタキシャル層の一部に窪みを形成する（ステップＳ２（第１工程））。次に、ステップＳ２によって形成した窪みに窒化炭素膜（硬質材料膜）を形成する（ステップＳ３（第２工程））。
【００２６】
次に、ステップＳ１によって形成したｎ型エピタキシャル層のうち、ステップＳ３によって窒化炭素膜を形成していない部分に複数のトレンチを形成する（ステップＳ４（第３工程））。この複数のトレンチは、ｎ+型出発基板の主面に平行な方向に配列されて形成される。
【００２７】
次に、エピタキシャル基板のおもて面にｐ型エピタキシャル層を成長させることにより、ｎ型エピタキシャル層の複数のトレンチの内部にｐ型エピタキシャル層を埋め込む（ステップＳ５（第４工程））。これにより、ドリフト層となるｎ型エピタキシャル層に、ｎ型領域とｐ型領域とがｎ+型出発基板の主面に平行な方向に交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層を形成することができる。
【００２８】
次に、ステップＳ５によって形成したｐ型エピタキシャル層を、ｐ型エピタキシャル層におけるｎ+型出発基板の側とは反対側から研削する（ステップＳ６（第５工程））。この研削は、少なくとも窒化炭素膜に達するまで行われる。次に、ステップＳ３によって形成した窒化炭素膜を除去する（ステップＳ７（第８工程））。次に、エピタキシャル基板のおもて面を研磨する（ステップＳ８）。
【００２９】
次に、ステップＳ８によっておもて面を研磨したエピタキシャル基板に対して、一般的な方法により所定の素子構造を形成する（ステップＳ９（第６工程））。素子構造の形成には、例えばステッパ（縮小投影型露光装置）を用いることができる。その後、エピタキシャル基板をダイシング（切断）して個々のチップ状に個片化するダイシングを行うこと（第７工程）で、超接合構造を有する炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【００３０】
この炭化珪素半導体装置は、例えば、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）やＳＪ−ＰＮダイオードなどである。
【００３１】
図２〜図２１は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造途中の各状態の一例を示す断面図である。図２〜図２１を用いて図１に示した各ステップについて具体的に説明する。
【００３２】
図１に示したステップＳ１について説明する。まず、図２に示す、炭化珪素からなるｎ+型出発基板１を用意する。ｎ+型出発基板１の結晶構造は、例えば四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）構造とすることができる。ｎ+型出発基板１のおもて面は、例えば、（０００１）面（いわゆるＳｉ面）や（０００−１）面（いわゆるＣ面）とすることができる。また、ｎ+型出発基板１は、例えば直径が３インチの基板とすることができる。次に、ｎ+型出発基板１を、例えば有機洗浄およびＲＣＡ洗浄により洗浄する。
【００３３】
次に、図２に示すように、ｎ+型出発基板１のおもて面に、例えば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を所定のドーピング濃度で導入した炭化珪素からなるｎ型エピタキシャル層２１をエピタキシャル成長させる。このとき形成されるｎ型エピタキシャル層２１の膜厚（厚さ）は、例えば３０μｍ程度とすることができる。以上により、ｎ+型出発基板１のおもて面上にｎ型エピタキシャル層２１を堆積したエピタキシャル基板１０が作製され、図１に示したステップＳ１が完了する。エピタキシャル基板１０を用いた炭化珪素半導体装置において、ｎ+型出発基板１はｎ+型ドレイン層となり、ｎ型エピタキシャル層２１はｎ型ドリフト層となる。
【００３４】
図１に示したステップＳ２について説明する。まず、例えば有機洗浄およびＲＣＡ洗浄によりエピタキシャル基板１０を洗浄する。次に、図３に示すように、ｎ型エピタキシャル層２１上にメタルマスク３０を設置する。メタルマスク３０は、エピタキシャル基板１０のおもて面の一部をマスクする形状である。ｎ型エピタキシャル層２１のうちメタルマスク３０によってマスクされる部分に後述の窪み１１が形成され、その窪み１１の少なくとも一部に後述の窒化炭素膜４１が形成される。窪み１１および窒化炭素膜４１の形成工程については後述する（例えば図６，図８参照）。また、メタルマスク３０の形状については後述する（例えば図２２，図２６参照）。
【００３５】
次に、図４に示すように、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）をスパッタリングターゲットとするスパッタリングにより、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち、メタルマスク３０によってマスクされていない部分に二酸化ケイ素膜３１を堆積させる。二酸化ケイ素膜３１を堆積させる際のスパッタリングは、例えば、アルゴン（Ａｒ）に２０％の酸素（Ｏ2）を加えたガスであって、気圧が１Ｐａで室温（例えば２５℃程度）のガス中で行うことができる。また、二酸化ケイ素膜３１の膜厚は例えば１μｍ程度とすることができる。次に、二酸化ケイ素膜３１が形成されたエピタキシャル基板１０を、例えば有機洗浄およびＲＣＡ洗浄により洗浄する。
【００３６】
次に、図５に示すようにエピタキシャル基板１０のおもて面からメタルマスク３０を外す。次に、図６に示すように、例えばドライエッチングにより、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち、二酸化ケイ素膜３１によってマスクされていない部分をエッチングする。これにより、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち、二酸化ケイ素膜３１によってマスクされていない部分に窪み１１が形成される。窪み１１の深さ、すなわちエッチングを行う深さＤ１は、例えば１μｍ程度とすることができる。以上により、窪み１１が形成され、ステップＳ２が完了する。
【００３７】
図１に示したステップＳ３について説明する。まず、次に、図７に示すように、二酸化ケイ素膜３１のおもて面にメタルマスク４０を設置する。メタルマスク４０は、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち、窪み１１が形成された部分の少なくとも一部以外の部分をマスクする形状である。エピタキシャル基板１０のうちメタルマスク４０によってマスクされない部分に後述の窒化炭素膜４１が形成される（図８参照）。メタルマスク４０の形状については後述する（例えば図２３，図２７参照）。
【００３８】
次に、図８に示すように、炭素（Ｃ）をスパッタリングターゲットとするスパッタリングにより、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち、メタルマスク４０によってマスクされていない部分に窒化炭素（Ｃ1-XＮX）の膜を堆積させる。Ｘは整数である。これにより、窪み１１に、ｎ型エピタキシャル層２１を成長させる炭化珪素より硬度（例えばヌープ硬度）が高い硬質材料である窒化炭素からなる窒化炭素膜４１が形成される。
【００３９】
窒化炭素膜４１を形成する際のスパッタリングは、例えば、気圧が１Ｐａで室温の窒素ガス中で、エピタキシャル基板１０に−２００Ｖの負バイアスをかけながら行うようにすることができる。このように、負バイアスをかけながらスパッタリングを行うことにより、より硬度が高い窒化炭素膜４１を形成することができる。また、窒素ガスに代えて、アルゴンに５０％の窒素ガスを加えたガスを用いてもよい。
【００４０】
窒化炭素膜４１は、例えば、窪み１１の底面に接し、窪み１１の深さ（図６に示したＤ１）よりも膜厚（Ｄ２）が薄くなるように形成される。すなわち、窒化炭素膜４１は、窒化炭素膜４１のおもて面の高さ（ｎ+型出発基板１の裏面からの距離）が、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち窪み１１が形成されていない部分の高さより低くなるように形成される。例えば、上述のように窪み１１の深さを例えば１μｍ程度とした場合に、窒化炭素膜４１の膜厚は例えば０．７μｍ程度とすることができる。この場合に、窒化炭素膜４１のおもて面の高さは、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち窪み１１が形成されていない部分の高さより０．３μｍ程低くなる。
【００４１】
次に、図９に示すようにメタルマスク４０を外す。次に、図１０に示すように、希フッ酸（ＨＦ）等により二酸化ケイ素膜３１を除去する。以上により、エピタキシャル基板１０のおもて面の窪み１１に窒化炭素膜４１が形成され、図１に示したステップＳ３が完了する。
【００４２】
図１に示したステップＳ４について説明する。まず、例えば有機洗浄およびＲＣＡ洗浄によりエピタキシャル基板１０を洗浄する。次に、図１１に示すように、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）により、エピタキシャル基板１０のおもて面に二酸化ケイ素膜５１を堆積させる。二酸化ケイ素膜５１の厚さは例えば５μｍ程度とすることができる。次に、二酸化ケイ素膜５１が形成されたエピタキシャル基板１０を、例えば有機洗浄およびＲＣＡ洗浄により洗浄する。
【００４３】
次に、図１２に示すように、二酸化ケイ素膜５１のおもて面にフォトレジスト６１を塗布する。次に、図１３に示すように、フォトリソグラフィによりフォトレジスト６１の露光および現像を行うことによりレジスト膜３２を形成する。レジスト膜３２は、後述のトレンチ２２（例えば図１６参照）が形成される部分に対応する部分が開口したレジストである。
【００４４】
レジスト膜３２の開口部は、例えば、エピタキシャル基板１０のおもて面側から見てエピタキシャル基板１０のおもて面に平行な方向に延びるストライプ状のレイアウト（不図示）に配置される。レジスト膜３２の開口部の幅（図１３の横方向の長さ）は、例えば２．５μｍ程度とすることができる。レジスト膜３２の隣接する各開口部の間隔は、例えば２．５μｍ程度とすることができる。
【００４５】
次に、図１４に示すように、二酸化ケイ素膜５１のうち、レジスト膜３２によってマスクされていない部分をドライエッチングする。次に、図１５に示すように、レジスト膜３２を剥離する。
【００４６】
次に、図１６に示すように、ｎ型エピタキシャル層２１のうち、二酸化ケイ素膜５１によってマスクされていない部分をドライエッチングする。このときのドライエッチングの深さは、例えば２５μｍ程度とすることができる。これにより、ｎ型エピタキシャル層２１にトレンチ２２が形成される。トレンチ２２は、例えば、それぞれの間隔が２．５μｍ程度、それぞれの幅が２．５μｍ程度、それぞれの深さが２５μｍ程度である複数のトレンチである。次に、図１７に示すように、希フッ酸等により二酸化ケイ素膜５１を除去する。以上により、ｎ型エピタキシャル層２１にトレンチ２２が形成され、図１に示したステップＳ４が完了する。
【００４７】
図１に示したステップＳ５について説明する。まず、例えば有機洗浄およびＲＣＡ洗浄によりエピタキシャル基板１０を洗浄する。次に、図１８に示すように、ＣＶＤを用いてエピタキシャル基板１０のおもて面にｐ型エピタキシャル層２４を成長させることにより、ｐ型エピタキシャル層２４をトレンチ２２内に埋め込む。
【００４８】
ステップＳ５のＣＶＤは、例えば塩酸（ＨＣｌ）、シラン（ＳｉＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を含むガスを原料として行うことができる。また、ステップＳ５のＣＶＤは、例えばＨＣｌを用いてトレンチ２２の開口部やメサトップの付近の炭化珪素をエッチングしながら行うようにすることができる。メサトップは、例えばエピタキシャル基板１０のおもて面のうちトレンチ２２のそれぞれの間の部分である。
【００４９】
ステップＳ５のＣＶＤにより、図１８に示すように、エピタキシャル基板１０のおもて面のメサトップに柱状の炭化珪素が堆積されるため、エピタキシャル基板１０のおもて面側は凹凸が激しい状態になる。また、ステップＳ５のＣＶＤにおいて、窒化炭素膜４１上の炭化珪素はエピタキシャル成長せずに炭化珪素多結晶膜１２となり、トレンチ２２の埋め込み部とは膜の様相が異なる。以上により、ｎ型エピタキシャル層２１のトレンチ２２にｐ型エピタキシャル層が埋め込まれ、図１に示したステップＳ５が完了する。
【００５０】
図１に示したステップＳ６について説明する。図１８に示す高さ位置１３は、図１のステップＳ６の研削の目標位置であり、エピタキシャル基板１０のおもて面のうちトレンチ２２が形成されていない部分よりわずかに低く（エピタキシャル基板１０の裏面側に）決定される。したがって、高さ位置１３まで研削を行うことで、ｐ型エピタキシャル層２４のうち、トレンチ２２に埋め込まれた部分以外を確実に除去することができる。ただし、エピタキシャル基板１０のおもて面の精度や研削の精度が高い場合は、高さ位置１３をエピタキシャル基板１０のおもて面と同じ高さに決定してもよい。
【００５１】
上述の窪み１１を形成する際にエッチングを行う深さ（図６に示したＤ１）、および窒化炭素膜４１を形成する際に窒化炭素の膜を堆積させる厚さ（図８に示したＤ２）は、窒化炭素膜４１のおもて面の高さが高さ位置１３と一致するように形成される。例えば、高さ位置１３を、図１８に示すエピタキシャル基板１０のおもて面のうちトレンチ２２が形成されていない部分の高さより０．３μｍ程低い高さに決定したとする。
【００５２】
この場合に、上述のように窪み１１の深さ（図６に示したＤ１）を例えば１μｍ程度とし、窒化炭素膜４１の厚さ（図８に示したＤ２）を例えば０．７μｍ程度とする。これにより、窒化炭素膜４１のおもて面の高さが高さ位置１３と一致する。したがって、ステップＳ６の研削を窒化炭素膜４１に達するまで行うことで、エピタキシャル基板１０をおもて面から高さ位置１３まで研削することができる。この時の窪み１１の深さは、研削により０．７μｍ程度となっている。また、この場合に、例えば上述のようにステップＳ４において深さが２５μｍ程度のトレンチ２２を形成したとすると、ステップＳ６の直後のトレンチ２２の深さは、例えば２４．７μｍ程度となる。
【００５３】
ステップＳ６の研削について具体的に説明する。図１９に示すように、例えば研削装置１４を用いて、ｐ型エピタキシャル層２４を、ｐ型エピタキシャル層２４におけるｎ+型出発基板の側とは反対側（図１９の上側）から研削する。研削装置１４の砥石１４ａは、ｎ型エピタキシャル層２１と接し、ｎ型エピタキシャル層２１との間で摩擦を有する。砥石１４ａは、例えばエピタキシャル基板１０によって形成されるウエハより小さい。そして、例えば、砥石１４ａが、エピタキシャル基板１０のおもて面上を移動しながら、エピタキシャル基板１０の主面と直交する回転軸により回転することにより、ｎ型エピタキシャル層２１の砥石１４ａと接している部分が研削される。
【００５４】
ｎ型エピタキシャル層２１の研削は、例えば炭化珪素多結晶膜１２が削り取られてエピタキシャル基板１０のおもて面に窒化炭素膜４１が露出するまで、すなわち研削装置１４の砥石１４ａが窒化炭素膜４１に達するまで行われる。図１９に示す例では、研削装置１４の砥石１４ａが、図１８に示した高さ位置１３まで、すなわち窒化炭素膜４１にちょうど達するまで研削が行われている。ただし、ｎ型エピタキシャル層２１の研削は、さらに窒化炭素膜４１のおもて面側の一部が削り取られるまで行われてもよい。
【００５５】
ｎ型エピタキシャル層２１の研削量は、例えば研削装置１４によって研削を行う時間（以下、研削時間とする）によって制御される。例えば、窒化炭素膜４１にちょうど達する研削時間、あるいは窒化炭素膜４１のおもて面側の一部が削り取られる研削時間を実験により導出しておき、エピタキシャル基板１０の製造時には導出した研削時間だけ研削装置１４による研削を行う。
【００５６】
このとき、研削装置１４による研削までの上述の各工程によるエピタキシャル基板１０の誤差や、研削装置１４による研削の誤差により、砥石１４ａが想定よりもエピタキシャル基板１０の裏面側に進んでしまう場合がある。
【００５７】
そのような場合でも、上述のように窒化炭素膜４１の硬度はｎ型エピタキシャル層２１の硬度より高いため、砥石１４ａが窒化炭素膜４１に達した後は、砥石１４ａの進行速度を窒化炭素膜４１により低下させることができる。このため、窒化炭素膜４１を設けない場合と比べて、各誤差によってエピタキシャル基板１０のおもて面側の削り過ぎを抑制することができる。
【００５８】
または、ｎ型エピタキシャル層２１の研削量は、上述の研削時間ではなく、砥石１４ａの進行速度の低下を検出した時点で研削装置１４による検出を停止することによって制御されてもよい。これにより、砥石１４ａが窒化炭素膜４１に達した時点で研削装置１４による検出を停止させ、エピタキシャル基板１０のおもて面側を削り過ぎることを抑制することができる。
【００５９】
砥石１４ａの進行速度の低下の検出は、例えば、研削装置１４の研削に対する応力の変化を検出する検出器、研削装置１４を撮影して得られる画像を用いた砥石１４ａの進行速度の検出器、または製造管理者の目視などによって行うことができる。これらの検出方法を用いてｎ型エピタキシャル層２１の研削量を制御する場合においても、これらの検出方法による検出の誤差により、砥石１４ａが想定よりもエピタキシャル基板１０の裏面側に進んでしまう場合がある。
【００６０】
そのような場合でも、研削量を研削時間で制御する場合と同様に、砥石１４ａが窒化炭素膜４１に達した後は、砥石１４ａの進行速度を窒化炭素膜４１により低下させることができる。このため、窒化炭素膜４１を設けない場合と比べて、各誤差によってエピタキシャル基板１０のおもて面側の削り過ぎを抑制することができる。以上により、ｐ型エピタキシャル層２４が研削され、図１に示したステップＳ６が完了する。
【００６１】
図１に示したステップＳ７について説明する。図２０に示すように、ドライエッチャまたはアッシングにより、ｎ型エピタキシャル層２１の窪み１１に形成された窒化炭素膜４１を除去する。アッシングによる窒化炭素膜４１の除去は、例えば酸素（Ｏ2）ガスを気圧５Ｐａでプラズマ化させた酸素プラズマにより行うことができる。以上により、窒化炭素膜４１が除去され、図１に示したステップＳ７が完了する。
【００６２】
図１に示したステップＳ８について説明する。研磨装置および炭化珪素用スラリ（泥漿）を用いて、図２１に示すように、エピタキシャル基板１０をおもて面側から研磨する。ステップＳ８の研磨には、例えば化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）を用いることができる。研磨によって、中心線平均粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１に規定）を１μｍ以下、ろ波中心線うねりＷｃａ（ＪＩＳＢ０６１０に規定）を１０μｍ以下とする。
【００６３】
上述のようにステップＳ６の研削で窪み１１の深さを０．７μｍ程度とした場合、ステップＳ８の研磨は、例えばｎ型エピタキシャル層２１のうち窪み１１が形成されていない部分の厚さが例えば０．７μｍ程度だけ薄くなるまで行うようにすることができる。これにより、ｎ型エピタキシャル層２１に形成されていた窪み１１がなくなり、おもて面がフラットかつ平滑な超接合構造を有するエピタキシャル基板１０を製造することができる。製造されたエピタキシャル基板１０においては、ｎ型領域とｐ型領域とが交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層がおもて面に露出している。
【００６４】
エピタキシャル基板１０のおもて面をフラットかつ平滑にすることにより、後述の素子構造の形成に支障が生じないようにすることができる。このエピタキシャル基板１０は、例えば深さ２３．７μｍ程度の超接合構造を有する。以上により、エピタキシャル基板１０のおもて面が研磨され、図１に示したステップＳ８が完了する。
【００６５】
図２〜図２１に示した各工程により、超接合構造を有するエピタキシャル基板１０を製造することができる。この製造したエピタキシャル基板１０に対してステッパ等を用いて素子構造を形成し、素子構造を形成したエピタキシャル基板１０をダイシングすることで、超接合構造を有する炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【００６６】
このように、実施の形態による製造方法においては、エピタキシャル基板１０のおもて面に形成した窪み１１に窒化炭素膜４１を形成しておく。それにより、トレンチ２２の埋め込みで堆積したｐ型エピタキシャル層２４の余分な部分を研削により取り除く際に、エピタキシャル基板１０のおもて面の削り過ぎを抑制することができる。したがって、上述の並列ｐｎ層が薄くなり過ぎることを抑制し、エピタキシャル基板１０から製造したＳＪ−ＭＯＳＦＥＴやＳＪ−ＰＮダイオードなどの炭化珪素半導体装置における素子耐圧やオン抵抗などの特性を設計通りの特性とすることができる。このため、炭化珪素半導体装置の製造における歩留まりの向上を図ることができる。
【００６７】
図２２は、実施の形態にかかる二酸化ケイ素膜のスパッタリングに用いるメタルマスクの一例を示す図である。図２２は、図１のステップＳ２のうち図３に示した工程においてエピタキシャル基板１０のおもて面に設置されるメタルマスク３０の上面（ｎ型エピタキシャル層２１とは反対側の面）を示している。図２２に示すように、メタルマスク３０は、外形が円形であり、円環部２２１およびマスク部２２２を有する。
【００６８】
円環部２２１は、メタルマスク３０の外周に沿った円環形状の部分である。円環部２２１には、円環形状に沿って等間隔に配置された４箇所のネジ孔２２１ａが設けられている。このネジ孔２２１ａは、エピタキシャル基板１０を載置するためのトレイである基板ホルダ（不図示）に設けられた４箇所のネジ孔の位置に対応するように設けられている。
【００６９】
マスク部２２２は、円環部２２１と繋がり、上述の窪み１１を形成する部分をマスクするように設けられている。図２２に示す例では、マスク部２２２は、円環部２２１に内接するように等間隔に４箇所設けられている。メタルマスク３０のうち円環部２２１およびマスク部２２２によって囲まれる部分は開口した開口部２２３になっている。なお、図３においては、メタルマスク３０のうちマスク部２２２の１つが図示されている。
【００７０】
図３に示した工程においては、エピタキシャル基板１０を基板ホルダ上に載置した状態で、エピタキシャル基板１０上にメタルマスク３０を被せる。そして、ネジ孔２２１ａを用いてメタルマスク３０を基板ホルダにネジ止めすることにより、エピタキシャル基板１０が載置された基板ホルダに対してメタルマスク３０を固定することができる。
【００７１】
図４に示した工程においては、基板ホルダに対してメタルマスク３０を固定した状態でスパッタリングを行うことで、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち開口部２２３に対応する部分に二酸化ケイ素膜３１が形成される。その結果、図６に示した工程においては、ｎ型エピタキシャル層２１のうち円環部２２１およびマスク部２２２に対応する部分に窪み１１が形成される。
【００７２】
マスク部２２２の形状は、図１に示したステップＳ８において研磨の終了を判断しやすいように、形成される窪み１１が見やすい形状になるように決定されてもよい。例えば、図２２に示す例のように、開口部２２３の形状を、メタルマスク３０の中心に向かって尖った角を有する形状とすることで、形成される窪み１１も同様の形状となる。これにより、ステップＳ８の研磨の際に、窪み１１を目視しやすく、上述のように窪み１１がなくなるまで研磨することが容易になる。
【００７３】
図２３は、実施の形態にかかる窒化炭素膜のスパッタリングに用いるメタルマスクの一例を示す図である。図２３は、図１のステップＳ３のうち図７に示した工程において二酸化ケイ素膜３１のおもて面に設置されるメタルマスク４０の上面を示している。図２３に示すように、メタルマスク４０は、外形が図２２に示したメタルマスク３０と同じ円形であり、ネジ孔２３１および開口部２３２を有する。メタルマスク４０のうち、ネジ孔２３１および開口部２３２を除く部分はマスク部になっている。
【００７４】
ネジ孔２３１は、図２２に示したメタルマスク３０のネジ孔２２１ａに対応する位置、すなわち上述の基板ホルダに設けられた４箇所のネジ孔の位置に対応する位置にそれぞれ設けられている。開口部２３２は、図２２に示したメタルマスク３０のマスク部２２２に対応する部分に４箇所設けられている。また、４箇所の開口部２３２は、メタルマスク４０の中心を中心として点対称の位置および形状に形成される。
【００７５】
図２３に示す例では、４箇所の開口部２３２のそれぞれは、１個の円形および２個の矩形の組み合わせになっている。ただし、開口部２３２の形状はこれに限らず、図２２に示したメタルマスク３０のマスク部２２２に対応する部分に含まれていれば、扇型、円形、正方形、長方形、三角形、これらの組み合わせ等の各種の形状とすることができる。
【００７６】
図７に示した工程においては、エピタキシャル基板１０を基板ホルダ上に載置した状態でエピタキシャル基板１０上にメタルマスク４０を被せる。そして、ネジ孔２３１を用いてメタルマスク４０を基板ホルダにネジ止めすることにより、エピタキシャル基板１０が載置された基板ホルダに対してメタルマスク４０を固定することができる。
【００７７】
図８に示した工程においては、上述のネジ止めを行った状態でスパッタリングを行うことで、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち開口部２３２に対応する部分に窒化炭素膜４１が形成される。図２３に示すメタルマスク４０を用いる例では、１個の円形および２個の矩形の組み合わせである形状の窒化炭素膜４１が４箇所に形成される。
【００７８】
図２４は、実施の形態にかかるエピタキシャル基板の一例を示す図である。図１に示したステップＳ１〜Ｓ９により、例えば図２４に示すエピタキシャル基板１０が製造される。格子状の複数の素子構造形成領域２４１は、エピタキシャル基板１０の製造に用いられるステッパにより素子構造が形成される各領域（ショット）である。
【００７９】
硬質材料形成領域２４２は、図２３に示したメタルマスク４０の開口部２３２の位置、すなわち窒化炭素膜４１が形成される位置である。図２４の硬質材料形成領域２４２に示すように、窒化炭素膜４１は、素子構造が形成される素子構造形成領域２４１とは異なる、エピタキシャル基板１０の外周付近の部分に形成される。また、窒化炭素膜４１は、エピタキシャル基板１０の中心を中心として点対称に形成される。ただし、図１のステップＳ７および図２０に示した工程において窒化炭素膜４１は除去される。このため、図２４に示すエピタキシャル基板１０は窒化炭素膜４１を含まない。
【００８０】
また、エピタキシャル基板１０にはオリエンテーションフラット２４３，２４４が設けられてもよい。オリエンテーションフラット２４３，２４４は、エピタキシャル基板１０（ウエハ）の向きを合わせるための直線上の切り欠きである。
【００８１】
図２３に示すエピタキシャル基板１０を素子構造形成領域２４１間の境界に沿ってダイシングし、素子構造形成領域２４１のそれぞれをチップ状に個片化することで、超接合構造を有する炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【００８２】
図２５は、実施の形態にかかる炭化珪素基板の製造方法の他の一例を示すフローチャートである。図１において、ステップＳ７により窒化炭素膜４１を除去する製造方法について説明したが、このような製造方法に限らない。例えば、窒化炭素膜４１が残留しても後工程において素子構造の形成等への影響が少ない場合は、図２５に示すように窒化炭素膜４１の除去の工程を省いた製造方法を用いることも可能である。
【００８３】
図２５に示すステップＳ１１〜Ｓ１６は、それぞれ図１に示したステップＳ１〜Ｓ６と同様である。また、図２５に示すステップＳ１７，Ｓ１８は、それぞれ図１に示したステップＳ８，Ｓ９と同様である。すなわち、図２５に示す製造方法は、図１に示した製造方法からステップＳ７を省いた製造方法である。ただし、図２５に示すステップＳ１７における研磨は、例えば、エピタキシャル基板１０のおもて面の高さが、除去されていない窒化炭素膜４１のおもて面の高さに達するまで行われる。
【００８４】
窒化炭素膜４１の除去の工程を省いた製造方法により素子構造を有するエピタキシャル基板１０を製造する場合、例えば、上述のダイシングを行うライン上に窒化炭素膜４１が形成されないように、メタルマスク４０の開口部２３２を形成する。これにより、残留した窒化炭素膜４１がダイシングの妨げになることを回避することができる。
【００８５】
または、窒化炭素膜４１の除去を、ダイシングの直前、すなわち上述の研磨の後に行うようにしてもよい。これにより、窒化炭素膜４１がダイシングの妨げになることを回避することができる。
【００８６】
図２５に示した例のように、アッシング等による窒化炭素膜４１の除去を行わないことで、エピタキシャル基板１０の製造工程を減らし、エピタキシャル基板１０の製造コストを抑制することができる。
【００８７】
図２６は、実施の形態にかかる二酸化ケイ素膜のスパッタリングに用いるメタルマスクの他の一例を示す図である。図２６において、図２２に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１のステップＳ２のうち図３に示した工程において、エピタキシャル基板１０のおもて面に設置されるメタルマスク３０として、例えば図２６に示すメタルマスク３０を用いてもよい。図２６に示すメタルマスク３０は、外形が円形であり、円環部２２１およびマスク部２６１，２６２を有する。
【００８８】
マスク部２６１は、円環部２２１と繋がり、円環部２２１とマスク部２６１により囲まれる部分が、エピタキシャル基板１０の素子構造形成領域２４１（例えば図２４参照）に対応する部分となるように設けられている。マスク部２６２は、円環部２２１と繋がり、円環部２２１およびマスク部２６１によって囲まれる部分を二等分するように細長に設けられている。また、マスク部２６２は、エピタキシャル基板１０の素子構造形成領域２４１間の境界線と平行、すなわちダイシングを行うラインと平行に設けられる。
【００８９】
図２６に示すメタルマスク３０のうち円環部２２１およびマスク部２６１，２６２によって囲まれる２箇所の部分は開口した開口部２６３になっている。これにより、図３に示した工程において、開口部２６３に対応する部分、すなわち素子構造形成領域２４１が形成される部分のみに二酸化ケイ素膜３１が形成される。その結果、図６に示した工程においては、ｎ型エピタキシャル層２１のうち円環部２２１、マスク部２６１，２６２に対応する部分に窪み１１が形成される。
【００９０】
図２７は、実施の形態にかかる窒化炭素膜のスパッタリングに用いるメタルマスクの他の一例を示す図である。図２７において、図２３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。メタルマスク３０として図２６に示したメタルマスク３０を用いる場合に、図１のステップＳ３のうち図７に示した工程において二酸化ケイ素膜３１のおもて面に設置されるメタルマスク４０として、例えば図２７に示すメタルマスク４０を用いることができる。
【００９１】
図２７に示すメタルマスク４０は、外形が図２６に示したメタルマスク３０と同じ円形であり、円環部２７１、マスク部２７２および接続部２７３を有する。円環部２７１は、図２２，図２６に示したメタルマスク３０の円環部２２１と同じ形状である。マスク部２７２は、図２６に示したメタルマスク３０の２箇所の開口部２６３の形状に対応する２箇所のマスク部である。
【００９２】
接続部２７３は、円環部２７１とマスク部２７２とを固定して接続するように複数設けられている。また、接続部２７３は、円環部２７１とマスク部２７２とを固定して接続できる強度が維持できる範囲で細長に設けられている。図２７に示す例では、メタルマスク４０に接続部２７３が１２本設けられている。
【００９３】
また、接続部２７３は、例えば円環部２７１やマスク部２７２と同じメタル材料により形成される。この場合に、円環部２７１、マスク部２７２および接続部２７３は一体形成されていてもよい。ただし、接続部２７３は円環部２７１やマスク部２７２とは異なる材料により形成されていてもよい。
【００９４】
図２７に示すメタルマスク４０のうち円環部２７１、マスク部２７２および接続部２７３によって囲まれる１２箇所の部分は開口した開口部２７４になっている。これにより、図８に示した工程においては、エピタキシャル基板１０のおもて面のうち開口部２７４に対応する１２箇所の部分に窒化炭素膜４１が形成される。
【００９５】
開口部２７４の形状は、例えば図２５に示したステップＳ１７において研磨の終了を判断しやすいように、形成される窒化炭素膜４１が見やすい形状になるように決定されてもよい。例えば、図２７に示す例のように、開口部２７４の形状を、メタルマスク４０の中心に向かって尖った角を有する形状とすることで、形成される窒化炭素膜４１も同様の形状となる（例えば図２８参照）。これにより、例えば図２５に示したステップＳ１７の研磨の際に、窒化炭素膜４１を目視しやすく、上述のように窒化炭素膜４１に達するまで研磨することが容易になる。
【００９６】
図２８は、実施の形態にかかるエピタキシャル基板の他の一例を示す図である。図２８において、図２４に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２５に示したＳ１１〜Ｓ１７の製造方法を行い、その際に図２６，図２７に示したメタルマスク３０，４０を用いると、例えば図２８に示すエピタキシャル基板１０が製造される。
【００９７】
図２５に示した製造方法においては窒化炭素膜４１の除去を行わないため、図２８に示すように、エピタキシャル基板１０のおもて面には窒化炭素膜４１が残留する。このように、アッシング等による窒化炭素膜４１の除去を行わないことで、エピタキシャル基板１０の製造工程を減らし、エピタキシャル基板１０の製造コストを抑制することができる。
【００９８】
また、図２６，図２７に示したメタルマスク３０，４０を用いることで、図２８に示したエピタキシャル基板１０のうち、図２７に示したメタルマスク４０の開口部２７４に対応する部分に窒化炭素膜４１が形成される。具体的には、エピタキシャル基板１０のうち、外周に沿った円環状の部分と、後述の素子構造形成領域２４１ａ，２４１ｂの部分と、これらを接続する１２箇所の細長の部分と、を除いた部分に窒化炭素膜４１が形成される。
【００９９】
したがって、例えば図２４に示した例よりも窒化炭素膜４１を広範囲に形成することができる。これにより、例えば図２５に示したステップＳ１６の研削において、研削装置１４の砥石１４ａの進行速度を窒化炭素膜４１によってさらに低下させることができる。このため、各誤差によってエピタキシャル基板１０のおもて面側の削り過ぎをさらに抑制することができる。
【０１００】
また、図２６，図２７に示したメタルマスク３０，４０を用いる場合は、エピタキシャル基板１０のうち、メタルマスク３０のマスク部２６２に対応する細長の部分にも窒化炭素膜４１が形成される。この部分の窒化炭素膜４１を窒化炭素膜４１ａとする。窒化炭素膜４１ａは、エピタキシャル基板１０の中央付近を含んで形成されるため、例えば図２５に示したステップＳ１６の研削において、エピタキシャル基板１０の中央付近、すなわち素子構造が形成される部分の削り過ぎを抑制することができる。
【０１０１】
また、図２６，図２７に示したメタルマスク３０，４０を用いて窒化炭素膜４１ａを形成する場合、図２８に示すように、窒化炭素膜４１ａを避けるように図２４に示した素子構造形成領域２４１を素子構造形成領域２４１ａ，２４１ｂに分けて配置する。素子構造形成領域２４１ａ，２４１ｂは、エピタキシャル基板１０の厚さ方向に垂直な方向に沿って設けられた複数の部分である。
【０１０２】
すなわち、素子構造形成領域２４１ａ，２４１ｂの間には、ダイシングを行うライン上の間隙２４１ｃが設けられ、間隙２４１ｃに窒化炭素膜４１ａ（上述の窪み１１）が形成される。これにより、窒化炭素膜４１ａが素子構造の形成に影響を与えることを回避することができる。素子構造形成領域２４１の配置は、素子構造を形成する上述のステッパにおけるショット間隔により調整することができる。
【０１０３】
このように、エピタキシャル基板１０のうち、素子構造形成領域２４１を囲む外周付近だけでなく、素子構造形成領域２４１ａ，２４１ｂの間の間隙２４１ｃ、すなわちエピタキシャル基板１０の中央付近にも窒化炭素膜４１を形成することができる。このため、特にメタルマスク４０より小さい研削装置１４を移動させながら研削する場合に、研削装置１４が傾いてエピタキシャル基板１０の中央付近だけ研削し過ぎてしまうことを抑制し、エピタキシャル基板１０のおもて面を均一に研削することができる。また、例えば図２５に示したステップＳ１７の研磨においても同様に、エピタキシャル基板１０のおもて面を均一に研磨することができる。
【０１０４】
上述の各実施の形態は、それぞれ組み合わせを変えて実施することも可能である。例えば、図１に示した製造方法を行い、その際に図２６，図２７に示したメタルマスク３０，４０を用いることも可能である。この場合は、図１に示した製造方法においては窒化炭素膜４１の除去が行われるため、例えば図２８に示したエピタキシャル基板１０が、窒化炭素膜４１が除去された状態で製造される。
【０１０５】
また、図２５に示した製造方法を行い、その際に図２２，図２３に示したメタルマスク３０，４０を用いることも可能である。この場合は、図２４に示したエピタキシャル基板１０が、図２３に示したメタルマスク４０の開口部２３２に対応する形状の窒化炭素膜４１が残留した状態で製造される。
【０１０６】
硬質材料膜として窒化炭素膜４１を用いる場合について説明したが、硬質材料膜は窒化炭素膜４１に限らず、硬度がｎ型エピタキシャル層２１より高い各種の材料を用いた膜とすることができる。ｎ型エピタキシャル層２１を成長させる炭化珪素のヌープ硬度は、例えば２４００以上３０００以下程度である。このため、硬質材料膜は、例えばヌープ硬度が３０００以上の各種の材料を用いた膜とすることができる。
【０１０７】
また、硬質材料膜は、耐熱温度がｐ型エピタキシャル層２４のエピタキシャル成長温度（例えば１７００℃程度）以上である材料を用いた膜であることが望ましい。また、窒化炭素膜４１を除去する工程を行う場合は、硬質材料膜は、アッシングやドライエッチングにより除去可能な各種の材料を用いた膜であることが望ましい。
【０１０８】
例えば、硬質材料膜としてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の膜を用いてもよい。ＤＬＣは、窒化炭素膜４１と同様にスパッタリングにより形成することができる。この場合も、負バイアスをかけながらスパッタリングを行うことにより、より硬度が高いＤＬＣの膜を形成することができる。ただし、ＤＬＣのスパッタリングは、例えばアルゴンガス中で行う。
【０１０９】
以上、説明したように、実施の形態によれば、炭化珪素からなる第１導電型の半導体基板のおもて面側に、トレンチとは別の窪みを設けてその窪み内に硬質材料膜を形成しておくことができる。これにより、第２導電型エピタキシャル層によるトレンチの埋め込み後の第２導電型エピタキシャル層の研削において、研削位置が硬質材料膜に達すると、硬質材料膜によって研削の進行速度を低下させることができる。このため、第２導電型エピタキシャル層を研削し過ぎることを抑制して炭化珪素半導体装置の歩留まりの向上を図ることができる。
【０１１０】
以上において本発明は種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、各実施の形態では第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたが、本発明は第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としても同様に成り立つ。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
以上のように、本発明にかかる炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板は、第１導電型領域と第２導電型領域とが交互に繰り返し配置された並列ｐｎ層を備えた炭化珪素半導体装置の製造に有用である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  ｎ+型出発基板
１０  エピタキシャル基板
１１  窪み
１２  炭化珪素多結晶膜
１３  高さ位置
１４  研削装置
１４ａ  砥石
２１  ｎ型エピタキシャル層
２２  トレンチ
２４  ｐ型エピタキシャル層
３０，４０  メタルマスク
３１，５１  二酸化ケイ素膜
３２  レジスト膜
４１，４１ａ  窒化炭素膜
６１  フォトレジスト
２２１，２７１  円環部
２２１ａ，２３１  ネジ孔
２２２，２６１，２６２，２７２  マスク部
２２３，２３２，２６３，２７４  開口部
２４１，２４１ａ，２４１ｂ  素子構造形成領域
２４１ｃ  間隙
２４２  硬質材料形成領域
２４３，２４４  オリエンテーションフラット
２７３  接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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