(57)【要約】【課題】基板面内において不純物濃度の均一性が高い炭化珪素半導体基板を、低コストで製造することができる、炭化珪素半導体基板の製造方法を提供する。【解決手段】炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ０１）と、炭化珪素基板上に第１の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０２）と、第１の炭化珪素半導体層上に第２の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０３）とを備える。工程（Ｓ０２）および工程（Ｓ０３）において、ドーパントガスの組成が切り替えられており、かつ工程（Ｓ０２）および工程（Ｓ０３）の少なくともいずれか一方において、ドーパントガスにはアンモニアガスが含まれている。ドーパントガスにおけるアンモニアガスの流量は、工程（Ｓ０２）および工程（Ｓ０３）のうち、ドーパントガスに起因する不純物濃度が相対的に高く設定されている工程において必要なドーパントガスの流量よりも少ない流量である。【選択図】図２
2014103363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素基板上に、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程と、
前記第１の炭化珪素半導体層上に、第２の炭化珪素半導体層を形成する工程とを備え、
前記第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および前記第２の炭化珪素半導体層を形成する工程において、ドーパントガスの組成が切り替えられており、かつ前記第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および前記第２の炭化珪素半導体層を形成する工程の少なくともいずれか一方において、前記ドーパントガスにはアンモニアガスが含まれており、
前記ドーパントガスにおけるアンモニアガスの流量は、前記第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および前記第２の炭化珪素半導体層を形成する工程のうち、前記ドーパントガスに起因する不純物濃度が相対的に高く設定されている工程において必要な前記ドーパントガスの流量よりも少ない流量である、炭化珪素半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および前記第２の炭化珪素半導体層を形成する工程のいずれかにおいて、前記ドーパントガスには窒素ガスが含まれている、請求項１に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および前記第２の炭化珪素半導体層を形成する工程のうち、前記ドーパントガスに起因する不純物濃度が相対的に低く設定されている工程において用いられる前記ドーパントガスには、アンモニアガスが含まれている、請求項１または２に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および前記第２の炭化珪素半導体層を形成する工程のうち、一方において前記ドーパントガスはアンモニアガスであり、他方において前記ドーパントガスはアンモニアガスと窒素ガスとを含む混合ガスである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１の炭化珪素半導体層を形成する工程では、前記ドーパントガスとして前記混合ガスを用い、
前記第２の炭化珪素半導体層を形成する工程では、前記混合ガスにおける窒素ガスの供給を止めることにより、前記ドーパントガスの組成をアンモニアガスへ切り替える、請求項４に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素半導体基板の製造方法に関し、特に、相対的に不純物濃度が高い炭化珪素半導体層と不純物濃度が低い炭化珪素半導体層とを有する炭化珪素半導体基板を容易に製造することができる、炭化珪素半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素（ＳｉＣ）の採用が進められている。炭化珪素は、従来より半導体装置を構成する材料として広く用いられている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。
【０００３】
炭化珪素は、不純物の拡散係数がきわめて低いため、熱拡散処理によって不純物のドーピングを行うことは困難である。炭化珪素材料に活性領域を形成する方法として、エピタキシャル成長層にイオン注入する方法や、ドーパントガスによる不純物添加を伴ったエピタキシャル成長方法が存在する（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
一般に、炭化珪素基板上において、ｎ型のエピタキシャル層を成長させる場合には、ドーパントガスとして窒素（Ｎ2）ガスが用いられる。このときの成長温度は、一般に１４００℃以上１７００℃以下程度である。
【０００５】
しかし、窒素分子は窒素原子間の３重結合を含む。そのため、窒素分子を熱分解させ、活性種として窒素原子を炭化珪素エピタキシャル層中に効率的に取りこむことは難しい。
【０００６】
特許第４８３９６４６号公報には、上記課題を解決するため、ドーパントガス、原料ガス、キャリアガスを含む反応ガスを基板面上に導入する前に予備加熱し、予め熱分解させておくことで、基板面内での窒素濃度が均一なエピタキシャル成長膜を形成する炭化珪素半導体の製造方法および炭化珪素半導体の製造装置が開示されている。さらに、ドーパントガスには、より確実に熱分解するため、窒素と比較して低い温度で熱分解可能なアンモニア（ＮＨ3）を用いることが開示されている。これにより、広い基板面に対して均一な窒素のドーピングが可能になり、優れた炭化珪素半導体が得られることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４８３９６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、高濃度のアンモニアガスは腐食性を示す。そのため、エピタキシャル成長においてドーパントガスに高濃度のアンモニアガスを用いると、アンモニアガスによって成長装置は腐食される。特に、カーボン部材は、高濃度のアンモニアガスによって変形し、劣化する。この結果、成長装置の寿命が短くなる。
【０００９】
ここで、高濃度のアンモニアガスとは、たとえばｎ型不純物濃度が１０18／ｃｍ3程度以上の炭化珪素半導体層をエピタキシャル成長するのに必要なアンモニアガスの濃度のことをいう。
【００１０】
そのため、高濃度のアンモニアガスによって、炭化珪素半導体基板をエピタキシャル成長させる場合には、アンモニアガスに対して耐腐食性を有する炭化珪素または炭化タンタル（ＴａＣ）で被覆されたカーボン部材により構成された成長装置が用いられている。
【００１１】
しかしながら、上記のようなＳｉＣコートやＴａＣコートは一般に高コストである。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、基板面内において不純物濃度の均一性が高い炭化珪素半導体基板を、低コストで製造することができる、炭化珪素半導体基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程と、炭化珪素基板上に、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程と、第１の炭化珪素半導体層上に、第２の炭化珪素半導体層を形成する工程とを備える。第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程において、ドーパントガスの組成が切り替えられており、かつ第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程の少なくともいずれか一方において、ドーパントガスにはアンモニアガスが含まれている。
【００１３】
ドーパントガスにおけるアンモニアガスの流量は、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程のうち、ドーパントガスに起因する不純物濃度が相対的に高く設定されている工程において必要なドーパントガスの流量よりも少ない流量である。
【００１４】
ドーパントガスとしてアンモニアガスを用いることで、基板面内において不純物濃度の均一性が高い炭化珪素基板を提供できる。またこのとき、アンモニアガスの流量を第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程のうち、相対的に不純物濃度の高い炭化珪素半導体層を形成するのに必要なドーパントガスの流量よりも少ない流量とすることで、アンモニアガスによるエピタキシャル成長装置の腐食を抑制することができる。よって、ＴａＣやＳｉＣコートを施していないエピタキシャル成長装置を用いて、上記炭化珪素基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板面内において不純物濃度の均一性が高い炭化珪素半導体基板を低コストで製造することができる、炭化珪素半導体基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態の炭化珪素半導体基板の断面図である。
【図２】本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法のフローを示す図である。
【図３】本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造法に用いる気相エピタキシャル成長装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法について説明する。まず、図１を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０について、説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０は、炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１上に形成された炭化珪素からなるバッファ層２と、バッファ層２上に形成された炭化珪素からなるドリフト層３とを備える。
【００１８】
炭化珪素基板１は、たとえば単結晶炭化珪素からなる。単結晶炭化珪素は、たとえば六方晶の結晶構造を有している。炭化珪素基板１は主表面１Ａを含んでいる。
【００１９】
バッファ層２は、炭化珪素基板１の主表面１Ａ上に形成されている。バッファ層２は、導電型がｎ型である。バッファ層２におけるｎ型の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ−３以上３×１０18ｃｍ−３以下程度である。バッファ層２は主表面２Ａを含んでいる。
【００２０】
ドリフト層３は、バッファ層２上に形成されている。ドリフト層３は、導電型がｎ型である。ドリフト層３におけるｎ型の不純物濃度は、７×１０15ｃｍ−３程度である。ドリフト層３は主表面３Ａを含み、当該主表面３Ａが、炭化珪素半導体基板１０の主表面となる。
【００２１】
次に、図１および２を参照して、上記の炭化珪素半導体基板を製造するための、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法を説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板１を準備する工程（Ｓ０１）と、炭化珪素基板１上に、炭化珪素からなるバッファ層２を形成する工程（Ｓ０２）と、バッファ層２上に、炭化珪素からなるドリフト層３を形成する工程（Ｓ０３）とを備える。
【００２２】
まず、工程（Ｓ０１）では、炭化珪素基板１を準備する。炭化珪素基板１は、単結晶炭化珪素からなる。炭化珪素基板１は、外形が４インチの円板形状である。
【００２３】
次に、工程（Ｓ０２）では、先の工程（Ｓ０１）で準備した炭化珪素基板１上に、気相エピタキシャル成長装置を用いてバッファ層２を形成する。図３を参照して、本実施の形態では、気相エピタキシャル成長装置として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置１００を用いる。ＣＶＤ装置１００において、基板ホルダ１１は、その周囲を誘導加熱用コイル１２と、石英管１３と、断熱材１４と、発熱体１５とによって囲まれている。具体的には、発熱体１５は中空構造であって、内部に反応室を形成している。基板ホルダ１１は、発熱体１５の内部に設けられ、たとえば、炭化珪素基板１を載置したときにその主表面１Ａが反応室表面と同一平面となるように形成されている。基板ホルダ１１は、たとえば発熱体１５の内周表面に形成された凹部内に配置されている。断熱材１４は、発熱体１５の外周囲を囲うように配置されている。石英管１３は、断熱材１４の外周側を囲うように配置されている。誘導加熱用コイル１２は、複数のコイル部材を含み、たとえば、石英管１３の外周側を巻回するように設けられている。誘導加熱用コイル１２を高周波コイルとしてこれに高周波電流を流すと、電磁誘導作用により、発熱体１５は誘導加熱される。これにより、炭化珪素基板１および炭化珪素基板１に供給される原料ガス等を所定の温度に加熱することができる。
【００２４】
このとき、ＣＶＤ装置１００の反応室を構成する部材は、不純物としてのＮ2含有量の低い高純度のカーボン部材であり、ＴａＣコートやＳｉＣコートが施されていなくてもよい。
【００２５】
まず、ＣＶＤ装置１００内に設けられた基板ホルダ１１に、炭化珪素基板１を配置する。次に、ＣＶＤ装置１００内に配管１６を介して、水素（Ｈ２）を含むキャリアガスと、モノシラン（ＳｉＨ４）およびプロパン（Ｃ３Ｈ８）を含む原料ガスと、アンモニア（ＮＨ3）および窒素（Ｎ2）を含むドーパントガスとを導入する。
【００２６】
本工程（Ｓ０２）において、バッファ層２の形成に用いられるドーパントガスはＮＨ3ガスとＮ2ガスとの混合ガスである。本工程（Ｓ０２）におけるＮＨ3ガスの流量ｆ２ａは、ＴａＣコートやＳｉＣコートが施されていない高純度カーボン部材からなるＣＶＤ装置１００の反応室を変形・劣化させない最大流量ｆ１以下程度である。つまり、本工程（Ｓ０２）においてドーパントガスとして用いられるＮＨ3ガスの流量ｆ２ａは、バッファ層２の不純物濃度（１×１０18ｃｍ−３以上３×１０18ｃｍ−３以下程度）を達成するのに必要なドーパントガスとしての流量ｆ２よりも少なく、バッファ層２の不純物濃度とは無関係に決められている。
【００２７】
一方、本工程（Ｓ０２）においてドーパントガスとして用いられるＮ2ガスの流量ｆ２ｂは、高不純物濃度のバッファ層２を形成する上で、ＮＨ3ガスの流量を制限することによる不純物添加量の不足分を補うことができるように、決められている。このとき、バッファ層２の不純物濃度（１×１０18ｃｍ−３以上３×１０18ｃｍ−３以下程度）を達成するのに必要なドーパントガスとしての流量ｆ２において、ＮＨ3ガスの流量ｆ２ａを出来る限り多くするのが好ましい。
【００２８】
このようにすることで、ドーパントガスにＮＨ3ガスを用いることによる、基板面内において不純物濃度の均一性が高いバッファ層２を形成することができる。さらに、ＴａＣコートやＳｉＣコートが施されていないＣＶＤ装置１００がＮＨ3ガスによって腐食されることを抑制することができる。
【００２９】
また、いずれのガスも、炭化珪素基板１の主表面１Ａ上に供給される時点で十分に熱分解されているように反応室内に導入される。また、各ガスは、ＣＶＤ装置１００の反応室内に導入する前に混合されていてもよいし、ＣＶＤ装置１００の反応室内で混合されてもよい。
【００３０】
基板ホルダ１１上に配置された炭化珪素基板１が、加熱されながら、上記キャリアガスおよび原料ガスの供給を受けることにより、主表面１Ａ上に窒素（Ｎ）原子がドープされたエピタキシャル成長膜であるバッファ層２が形成される。具体的には、成長温度１５００℃以上１６５０℃以下、圧力８×１０３Ｐａ以上１２×１０3Ｐａ以下の条件下でバッファ層２を形成する。このとき、原料ガス、ドーパントガス、およびキャリアガスは、Ｃ／Ｓｉ比が１．６以上２．２以下、Ｓｉ／Ｈ比が０．０００２以上０．０００６以下、ＮＨ3／Ｈ2比が１×１０−7以上１×１０−3以下、Ｎ2／Ｈ2比が１×１０−3以上１×１０−1以下程度とする。上記範囲内において、ＮＨ3ガスおよびＮ2ガスの流量を調整することにより、バッファ層２におけるｎ型の不純物濃度を１×１０18ｃｍ−３以上３×１０18ｃｍ−３以下程度とする。
【００３１】
次に、工程（Ｓ０３）では、先の工程（Ｓ０２）で形成したバッファ層２上に、ＣＶＤ装置を用いてドリフト層３を形成する。まず、反応室内に、Ｈ２を含むキャリアガスと、ＳｉＨ４およびＣ３Ｈ８を含む原料ガスと、ＮＨ3からなるドーパントガスとを導入する。
【００３２】
本工程（Ｓ０３）において、ドリフト層３の形成に用いられるドーパントガスはＮＨ3ガス単体であり、Ｎ2ガスは含まれない。
【００３３】
ｎ型不純物濃度が７×１０15ｃｍ−３程度の炭化珪素半導体層を形成するのに必要なＮＨ3ガスの流量は、ＮＨ3ガスが高純度カーボン部材からなるＣＶＤ装置１００の反応室を腐食させない最大流量ｆ１よりも少ない。つまり、本工程（Ｓ０３）におけるＮＨ3ガスの流量ｆ３ａは、ＴａＣコートやＳｉＣコートが施されていない高純度カーボン部材からなるＣＶＤ装置１００の反応室を変形・劣化させない最大流量ｆ１以下である。
【００３４】
このとき、いずれのガスも、炭化珪素基板１の主表面１Ａ上に供給される時点で十分に熱分解されているように反応室内に導入される。
【００３５】
反応室内に配置された炭化珪素基板１が、加熱されながら、上記キャリアガスおよび原料ガスの供給を受けることにより、バッファ層２上にＮ原子がドープされたエピタキシャル成長膜であるドリフト層３が形成される。具体的には、成長温度１５００℃以上１６５０℃以下、圧力８×１０３Ｐａ以上１２×１０3Ｐａ以下の条件下でドリフト層３を形成する。このとき、原料ガス、ドーパントガス、およびキャリアガスは、Ｃ／Ｓｉ比が１．６以上２．２以下、Ｓｉ／Ｈ比が０．０００２以上０．０００６以下、ＮＨ3／Ｈ2比が１×１０−7以上１×１０−3以下、Ｎ2／Ｈ2比が１×１０−3以上１×１０−1以下程度とする。上記範囲内において、ＮＨ3ガスの流量を調整することにより、ドリフト層３におけるｎ型の不純物濃度を７×１０15ｃｍ−３程度とする。
【００３６】
本工程（Ｓ０３）は、先の工程（Ｓ０２）でのバッファ層２の形成が終了した後、炭化珪素基板１が基板ホルダ１１上に設置した状態のままで、ドーパントガスの組成を切り替えることにより、先の工程（Ｓ０２）と連続して実施することができる。具体的には、工程（Ｓ０２）ではドーパントガスとしてＮＨ3ガスとＮ2ガスとの混合ガスを用い、工程（Ｓ０３）では工程（Ｓ０２）で用いた混合ガスにおけるＮ2ガスの供給を止めることにより、ドーパントガスの組成をＮＨ3ガスに切り替えることができる。このようにすることで、基板面内において不純物濃度の均一性が高いバッファ層２とドリフト層３とを容易に連続成長することができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法によれば、炭化珪素半導体基板において相対的に濃度の高いバッファ層２を形成する工程では、基板面内の不純物濃度の均一性を高めるのに十分な量であって、かつＣＶＤ装置１００を腐食させない程度にＮＨ3ガスを用いることができる。また、このときドーパントガスとして用いたＮＨ3ガスと窒素ガスのうち、窒素ガスの供給を止めることにより、ドーパントガスの組成をＮＨ3ガスに切り替えることができる。このようにすることで、基板面内において不純物濃度の均一性が高いバッファ層２とドリフト層３とを容易に連続成長することができる。
【００３８】
本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法において、工程（Ｓ０２）におけるＮＨ3ガスの流量ｆ２ａは、工程（Ｓ０３）におけるＮＨ3ガスの流量ｆ３ａと等しくしてもよい。つまり、工程（Ｓ０２）におけるＮＨ3ガスの流量ｆ２ａは、工程（Ｓ０３）において形成するドリフト層３の不純物濃度に応じて決めてもよい。このようにすれば、工程（Ｓ０２）と工程（Ｓ０３）とは、ドーパントガスにおける窒素ガスの供給を止めるだけで、ドーパントガスにおけるＮＨ3ガスの条件は一定のまま、連続して処理することができる。
【００３９】
本実施の形態における炭化珪素基板１は、第１の炭化珪素半導体層として相対的に不純物濃度の高いバッファ層２上に、第２の炭化珪素半導体層として相対的に不純物濃度の低いドリフト層３が積層した構成を備えているが、これに限られるものではない。たとえば、相対的に不純物濃度の低い炭化珪素半導体層上に、相対的に不純物濃度の高い炭化珪素半導体層を形成してもよい。この場合、工程（Ｓ０２）および工程（Ｓ０３）におけるドーパントガスの組成の切り替えは、工程（Ｓ０２）終了後かつ工程（Ｓ０３）開始前に、炭化珪素基板１へのＮ2ガスの供給を開始すればよい。
【００４０】
また、本実施の形態における炭化珪素半導体基板は、炭化珪素基板１上に不純物濃度の異なる２層が積層した構造を有しているが、炭化珪素基板１上に不純物濃度の異なる３層以上が任意の構成で積層した構造であってもよい。このようにしても、炭化珪素半導体層の不純物濃度に応じてドーパントガスの組成を切り替えることにより、エピタキシャル成長装置の腐食を抑制することができる。
【００４１】
本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法では、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程において、ドーパントガスの組成を切り替える際に、ＮＨ3ガスの供給は継続しながらＮ2ガスの供給の有無を切り替えているが、これに限られるものではない。たとえば、ドーパントガス種を切り替えてもよい。
【００４２】
つまり、図１を参照して、第１の炭化珪素半導体層（バッファ層２）および第２の炭化珪素半導体層（ドリフト層３）のうち、装置の腐食防止の観点からドーパントガスとしてＮＨ3ガスのみを用いて形成することが困難である程度に、ドーパントガスに起因する不純物濃度が高く設定されている工程においては、ドーパントガスにはＮＨ3を含まなくてもよい。この場合、ドーパントガスには、たとえばＮ2ガスを用いればよい。たとえば、炭化珪素基板１が、相対的に不純物濃度の高いバッファ層２上に相対的に不純物濃度の低いドリフト層３が積層している構成を備えている場合には、バッファ層２を形成する工程にけるドーパントガスはＮ2ガスのみを用いてもよい。その後、ガス種を切り替えて、ドリフト層３を形成する工程におけるドーパントガスはＮＨ3ガスのみを用いてもよい。また、炭化珪素基板１が、相対的に不純物濃度の低い炭化珪素半導体層上に、相対的に不純物濃度の高い炭化珪素半導体層が積層している構成を備えている場合には、相対的に不純物濃度の低い炭化珪素半導体層を形成する工程にけるドーパントガスはＮＨ3ガスのみを用いてもよい。その後、ガス種を切り替えて、相対的に不純物濃度の低い炭化珪素半導体層を形成する工程におけるドーパントガスはＮ2ガスのみを用いてもよい。このようにしても、ドーパントガスとしてＮＨ3ガス単体を用いるとエピタキシャル成長装置を腐食させる程度に、ドーパントガスに起因する不純物濃度が相対的に高く設定されている場合において、エピタキシャル成長装置の腐食を抑制することができる。
【００４３】
なお、上述のように、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法で製造された炭化珪素半導体基板１０は、ドーパントガスとしてＮＨ3ガスではなく、Ｎ2ガスを用いて形成されたバッファ層２を備えていてもよい。そのため、これにより得られる炭化珪素半導体基板１０において、バッファ層２の不純物濃度の基板面内の均一性は低くなる。つまり、バッファ層２の不純物濃度について高い均一性が求められていない場合には、ドーパントガスとしてＮＨ3を用いずにバッファ層２を形成してもよい。
【００４４】
ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００４５】
この発明に従った炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ０１）と、炭化珪素基板上に、第１の炭化珪素半導体層（たとえばバッファ層２）を形成する工程（Ｓ０２）と、第１の炭化珪素半導体層上に、第２の炭化珪素半導体層（たとえばドリフト層３）を形成する工程（Ｓ０３）とを備える。第１の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０２）および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０３）において、ドーパントガスの組成が切り替えられており、かつ第１の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０２）および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０３）の少なくともいずれか一方において、ドーパントガスにはアンモニアガスが含まれている。ドーパントガスにおけるアンモニアガスの流量は、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０２）および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０３）のうち、ドーパントガスに起因する不純物濃度が相対的に高く設定されている工程において必要なドーパントガスの流量よりも少ない流量である。
【００４６】
ドーパントガスとしてアンモニアガスを用いることで、基板面内において不純物濃度の均一性が高い炭化珪素基板を提供できる。またこのとき、アンモニアガスの流量を第１の炭化珪素半導体層（たとえばバッファ層２）を形成する工程（Ｓ０２）および第２の炭化珪素半導体層（たとえばドリフト層３）を形成する工程（Ｓ０３）のうち、相対的に不純物濃度の高い炭化珪素半導体層（たとえばバッファ層２）を形成するのに必要なドーパントガスの流量よりも少ない流量とすることで、アンモニアガスによるエピタキシャル成長装置（たとえばＣＶＤ装置１００）の腐食を抑制することができる。よって、ＴａＣやＳｉＣコートを施していないエピタキシャル成長装置を用いて、上記炭化珪素基板を製造することができる。
【００４７】
第１の炭化珪素半導体層（たとえばバッファ層２）を形成する工程（Ｓ０２）および第２の炭化珪素半導体層（たとえばドリフト層３）を形成する工程（Ｓ０３）のいずれかにおいて、ドーパントガスには窒素ガスが含まれていてもよい。このようにすることで、一方の工程では、ドーパントガスをアンモニアガス単体で構成する場合と比べて、ドーパントガスにおけるアンモニアガスの流量を減らすことができる。このとき、ドーパントガスには、装置の腐食を抑制することができる限りにおいて、アンモニアガスを多く含むのが好ましい。これは、ドーパントガスとしてアンモニアガスを用いることにより、形成される炭化珪素半導体層の基板面内における不純物濃度の均一性を高めることができるからである。
【００４８】
第１の炭化珪素半導体層（たとえばバッファ層２）を形成する工程（Ｓ０２）および第２の炭化珪素半導体層（たとえばドリフト層３）を形成する工程（Ｓ０３）のうち、ドーパントガスに起因する不純物濃度が相対的に低く設定されている工程（たとえばドリフト層３を形成する工程（Ｓ０３））において用いられるドーパントガスには、アンモニアガスが含まれていてもよい。ドーパントガスとしてアンモニアガス単体を用いてもエピタキシャル成長装置を腐食させない程度に、ドーパントガスに起因する不純物濃度が相対的に低く設定されている場合においては、ドーパントガスとしてアンモニアガス単体を用いても、エピタキシャル成長装置の腐食を抑制することができる。このとき、ドーパントガスとしてアンモニアガスを用いるため、基板面内における不純物濃度の均一性が高い、炭化珪素半導体基板を作製することができる。
【００４９】
第１の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０２）および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０３）のうち、一方においてドーパントガスはアンモニアガスであり、他方においてドーパントガスはアンモニアガスと窒素ガスとを含む混合ガスであってもよい。たとえば、第１の炭化珪素半導体層および第２の炭化珪素半導体層のいずれか一方（たとえばバッファ層２）の不純物濃度が高く、これをドーパントガスとしてアンモニアガス単体を用いて形成するとエピタキシャル成長装置の腐食が懸念される場合がある。このような場合にも、上記のようにすることで、エピタキシャル成長装置の腐食を抑制しながら、不純物濃度の面内均一性が高い炭化珪素半導体基板を作製することができる。
【００５０】
第１の炭化珪素半導体層（たとえばバッファ層２）を形成する工程（Ｓ０２）では、ドーパントガスとして混合ガスを用い、第２の炭化珪素半導体層（たとえばドリフト層３）を形成する工程（Ｓ０３）では、混合ガスにおける窒素ガスの供給を止めることにより、ドーパントガスの組成をアンモニアガスへ切り替えてもよい。これにより、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０２）および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ０３）において、ドーパントガスとしてのアンモニアガスの条件は一定のまま、連続して処理することができる。その結果、不純物濃度の面内均一性の高い炭化珪素半導体基板を容易に製造することができる。
【００５１】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【符号の説明】
【００５２】
１  炭化珪素基板、１Ａ，２Ａ，３Ａ  主表面、２  バッファ層、３  ドリフト層、１０  炭化珪素半導体基板、１１  基板ホルダ、１２  誘導加熱用コイル、１３  石英管、１４  断熱材、１５  発熱体、１６  配管、１００  装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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