(57)【要約】  本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は以下の工程を備えている。反応室内に、直径１００ｍｍ以上の炭化珪素単結晶基板が配置される。炭素を含み加熱分解された状態の第１ガスと、珪素を含む第２ガスと、窒素を含む第３ガスとを混合することによって混合ガスが生成される。混合ガスが反応室に導入される。反応室内で混合ガスを加熱することにより、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層が形成される。
2017051611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内に、直径１００ｍｍ以上の炭化珪素単結晶基板を配置する工程と、
炭素を含み加熱分解された状態の第１ガスと、珪素を含む第２ガスと、窒素を含む第３ガスとを混合することによって混合ガスを生成する工程と、
前記混合ガスを前記反応室内に導入する工程と、
前記反応室内で前記混合ガスを加熱することにより、前記炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層を形成する工程と、を備える、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項２】
前記混合ガスを生成する工程において、前記第２ガスは加熱分解された状態である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項３】
前記混合ガスを生成する工程において、前記第３ガスは加熱分解された状態である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項４】
前記混合ガスを生成する工程において、前記第３ガスは加熱分解された状態である、請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１ガスはＣ３Ｈ８を含み、前記第１ガスは１２００℃以上１６００℃以下の温度で加熱分解された状態である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１ガスはＨ２で希釈されたＣ３Ｈ８を含む、請求項５に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項７】
前記第２ガスはＳｉＨ４を含み、前記第２ガスは４００℃以上８００℃以下の温度で加熱分解された状態である、請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項８】
前記第３ガスはＮ２およびＮＨ３の少なくともいずれかを含み、前記第３ガスは６００℃以上１０００℃以下の温度で加熱分解された状態である、請求項３に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項９】
前記第３ガスはＮ２およびＮＨ３の少なくともいずれかを含み、前記第３ガスは６００℃以上１０００℃以下の温度で加熱分解された状態である、請求項４に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の方法で製造された炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記炭化珪素エピタキシャル基板を加工する工程とを備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
炭化珪素単結晶基板を加熱可能に構成された反応室と、
炭素を含む第１ガスを供給可能に構成された第１ガス供給部と、
珪素を含む第２ガスを供給可能に構成された第２ガス供給部と、
窒素を含む第３ガスを供給可能に構成された第３ガス供給部と、
第１温度で、前記第１ガスを加熱可能に構成された第１加熱分解部と、
前記第１ガスと、前記第２ガスと、前記第３ガスとを混合可能に構成された混合部とを備え、
前記第１ガス供給部と、前記第２ガス供給部と、前記第３ガス供給部とは、前記混合部に繋がれており、
前記第１加熱分解部は、前記第１ガス供給部と前記混合部との間にある、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
【請求項１２】
第２温度で、前記第２ガスを加熱分解可能に構成された第２加熱分解部をさらに備え、
前記第２加熱分解部は、前記第２ガス供給部と前記混合部との間にある、請求項１１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
【請求項１３】
前記第２温度は、前記第１温度より低い、請求項１２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
【請求項１４】
前記第２ガスは、ＳｉＨ４を含み、
前記第２温度は、４００℃以上８００℃以下である、請求項１２または請求項１３に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
【請求項１５】
第３温度で、前記第３ガスを加熱分解可能に構成された第３加熱分解部をさらに備え、
前記第３加熱分解部は、前記第３ガス供給部と前記混合部との間にある、請求項１１〜請求項１４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
【請求項１６】
前記第３温度は、６００℃以上１０００℃以下である、請求項１５に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
【請求項１７】
前記第１ガスは、Ｃ３Ｈ８を含み、
前記第１温度は、１２００℃以上１６００℃以下である、請求項１１〜請求項１６のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法および炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置に関する。本出願は、２０１５年９月２５日に出願した日本特許出願である特願２０１５−１８７９２２号に基づく優先権を主張し、当該日本特許出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−１７０８９１号公報（特許文献１）には、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７０８９１号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は以下の工程を備えている。反応室内に、直径１００ｍｍ以上の炭化珪素単結晶基板が配置される。炭素を含み加熱分解された状態の第１ガスと、珪素を含む第２ガスと、窒素を含む第３ガスとを混合することによって混合ガスが生成される。混合ガスが反応室に導入される。反応室内で混合ガスを加熱することにより、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層が形成される。
【０００５】
本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、反応室と、第１ガス供給部と、第２ガス供給部と、第３ガス供給部と、第１加熱分解部と、混合部とを備えている。反応室は、炭化珪素単結晶基板を加熱可能に構成されている。第１ガス供給部は、炭素を含む第１ガスを供給可能に構成されている。第２ガス供給部は、珪素を含む第２ガスを供給可能に構成されている。第３ガス供給部は、窒素を含む第３ガスを供給可能に構成されている。第１加熱分解部は、第１温度で、第１ガスを加熱可能に構成されている。混合部は、第１ガスと、第２ガスと、第３ガスとを混合可能に構成されている。第１ガス供給部と、第２ガス供給部と、第３ガス供給部とは、混合部に繋がれている。第１加熱分解部は、第１ガス供給部と混合部との間にある。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の第１変形例の構成を示す一部断面模式図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の第２変形例の構成を示す一部断面模式図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の第３変形例の構成を示す一部断面模式図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図６】図６は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図９】図９は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［本開示の実施形態の概要］
まず本開示の実施形態について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
【０００８】
（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は以下の工程を備えている。反応室２１内に、直径１００ｍｍ以上の炭化珪素単結晶基板１０が配置される。炭素を含み加熱分解された状態の第１ガスと、珪素を含む第２ガスと、窒素を含む第３ガスとを混合することによって混合ガスが生成される。混合ガスが反応室２１に導入される。反応室２１内で混合ガスを加熱することにより、炭化珪素単結晶基板１０上に炭化珪素層２０が形成される。
【０００９】
炭化珪素層をエピタキシャル成長により形成する際、たとえば、炭素を含むガスと、珪素を含むガスと、ドーパントガスと、キャリアガスとが反応室に供給される。珪素を含むガスおよびドーパントガスと比較して、炭素を含むガスは分解されづらい。そのため、反応室内において、炭化珪素単結晶基板に対して上流側のガスのＣ／Ｓｉ比は、下流側のガスのＣ／Ｓｉ比よりも低下する傾向にある。その結果、炭化珪素単結晶基板の表面上におけるＣ／Ｓｉ比の均一性が悪化する。
【００１０】
ドーパントの窒素原子は、炭化珪素結晶の炭素サイトと置換されることにより炭化珪素結晶中に導入される。Ｃ／Ｓｉ比が低い程、窒素原子が炭化珪素結晶中に取り込まれ易い。そのため、炭化珪素単結晶基板の表面上におけるＣ／Ｓｉ比の均一性が悪化すると、炭化珪素単結晶基板の表面と平行な方向における炭化珪素層中の窒素原子の濃度の均一性が悪化する。
【００１１】
上記知見に基づき、発明者は、炭素を含むガスを反応室に供給する前に、炭素を含むガスを予め選択的に加熱分解することにより、反応室内において、炭化珪素単結晶基板の表面上におけるＣ／Ｓｉの均一性を向上可能であることを見出した。結果として、炭化珪素単結晶基板の表面と平行な方向における炭化珪素層中のキャリア濃度の均一性を向上することができる。言い換えれば、炭化珪素層のキャリア濃度の面内均一性を向上することができる。
【００１２】
（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法の混合ガスを生成する工程において、第２ガスは加熱分解された状態であってもよい。
【００１３】
（３）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法の混合ガスを生成する工程において、第３ガスは加熱分解された状態であってもよい。
【００１４】
（４）上記（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法の混合ガスを生成する工程において、第３ガスは加熱分解された状態であってもよい。
【００１５】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第１ガスは、Ｃ３Ｈ８を含み、第１ガスは１２００℃以上１６００℃以下の温度で加熱分解された状態であってもよい。
【００１６】
（６）上記（５）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第１ガスはＨ２で希釈されたＣ３Ｈ８を含んでいてもよい。
【００１７】
（７）上記（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第２ガスはＳｉＨ４を含み、第２ガスは４００℃以上８００℃以下の温度で加熱分解された状態であってもよい。
【００１８】
（８）上記（３）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第３ガスは、Ｎ２およびＮＨ３の少なくともいずれかを含み、第３ガスは６００℃以上１０００℃以下の温度で加熱分解された状態であってもよい。
【００１９】
（９）上記（４）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法において、第３ガスは、Ｎ２およびＮＨ３の少なくともいずれかを含み、第３ガスは６００℃以上１０００℃以下の温度で加熱分解された状態であってもよい。
【００２０】
（１０）本開示に係る炭化珪素半導体装置３００の製造方法は以下の工程を備えている。上記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の方法で製造された炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される。炭化珪素エピタキシャル基板１００が加工される。
【００２１】
（１１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、反応室２１と、第１ガス供給部１と、第２ガス供給部２と、第３ガス供給部３と、第１加熱分解部５と、混合部５０とを備えている。反応室２１は、炭化珪素単結晶基板１０を加熱可能に構成されている。第１ガス供給部１は、炭素を含む第１ガスを供給可能に構成されている。第２ガス供給部２は、珪素を含む第２ガスを供給可能に構成されている。第３ガス供給部３は、窒素を含む第３ガスを供給可能に構成されている。第１加熱分解部５は、第１温度で、第１ガスを加熱可能に構成されている。混合部５０は、第１ガスと、第２ガスと、第３ガスとを混合可能に構成されている。第１ガス供給部１と、第２ガス供給部２と、第３ガス供給部３とは、混合部５０に繋がれている。第１加熱分解部５は、第１ガス供給部１と混合部５０との間にある。
【００２２】
（１２）上記（１１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置２００は、第２温度で、第２ガスを加熱分解可能に構成された第２加熱分解部６をさらに備えていてもよい。第２加熱分解部６は、第２ガス供給部２と混合部５０との間にある。
【００２３】
（１３）上記（１２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置２００において、第２温度は、第１温度より低くてもよい。
【００２４】
（１４）上記（１２）または（１３）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置２００において、第２ガスは、ＳｉＨ４を含んでいてもよい。第２温度は、４００℃以上８００℃以下であってもよい。
【００２５】
（１５）上記（１１）〜（１４）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置２００は、第３温度で、第３ガスを加熱分解可能に構成された第３加熱分解部７をさらに備えていてもよい。第３加熱分解部７は、第３ガス供給部３と混合部５０との間にあってもよい。
【００２６】
（１６）上記（１５）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置２００において、第３温度は、６００℃以上１０００℃以下であってもよい。
【００２７】
（１７）上記（１１）〜（１６）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置２００において、第１ガスは、Ｃ３Ｈ８を含んでいてもよい。第１温度は、１２００℃以上１６００℃以下であってもよい。
【００２８】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」とも記す）について説明する。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置）
本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００の構成について説明する。
【００３０】
図１に示されるように、製造装置２００は、たとえばホットウォール方式の横型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。製造装置２００は、反応室２１と、第１ガス供給部１と、第２ガス供給部２と、第３ガス供給部３と、キャリアガス供給部４と、第１加熱分解部５と、第２加熱分解部６と、第３加熱分解部７と、混合部５０と、発熱体２３、石英管２４、断熱材２５、誘導加熱コイル２６とを主に有している。
【００３１】
発熱体２３は、たとえば筒状の形状を有しており、内部に反応室２１を形成している。発熱体２３は、たとえば黒鉛製である。断熱材２５は、発熱体２３の外周を取り囲んでいる。断熱材２５は、石英管２４の内周面に接するように石英管２４の内部に設けられている。誘導加熱コイル２６は、たとえば石英管２４の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイル２６は、外部電源（図示せず）により、交流電流が供給可能に構成されている。これにより、発熱体２３が誘導加熱される。結果として、反応室２１が加熱される。
【００３２】
反応室２１は、発熱体２３に取り囲まれて形成された空間である。反応室２１内には、炭化珪素単結晶基板１０が配置される。反応室２１は、炭化珪素単結晶基板１０を加熱可能に構成されている。炭化珪素単結晶基板の最大径は１００ｍｍ以上である。反応室２１には、炭化珪素単結晶基板１０を保持するサセプタプレート３０が設けられている。サセプタプレート３０は、回転軸２２の周りを自転可能に構成されている。
【００３３】
製造装置２００は、ガス導入口２７およびガス排気口２８をさらに有している。ガス排気口２８は、図示しない排気ポンプに接続されている。図１中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、ガス導入口２７から反応室２１に導入され、ガス排気口２８から排気される。反応室２１内の圧力は、ガスの供給量と、ガスの排気量とのバランスによって調整される。
【００３４】
第１ガス供給部１は、炭素を含む第１ガスを供給可能に構成されている。第１ガス供給部１は、たとえば第１ガスが充填されたガスボンベである。第１ガスは、たとえばプロパン（Ｃ3Ｈ8）ガスである。第１ガスは、たとえばメタン（ＣＨ4）ガス、エタン（Ｃ2Ｈ6）ガス、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガス等であってもよい。また、プロパンガスは、水素ガスで希釈されてもよい。たとえばプロパンの含有率が１０体積％以上５０体積％以下であってもよい。典型的にはプロパンが３０体積％、水素が７０体積％の希釈ガスが用いられてもよい。希釈されたプロパンは、加熱分解がより容易になるからである。
【００３５】
第２ガス供給部２は、珪素を含む第２ガスを供給可能に構成されている。第２ガス供給部２は、たとえば第２ガスが充填されたガスボンベである。第２ガスは、たとえばシラン（ＳｉＨ4）ガスである。第２ガスは、たとえば、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）ガス等であってもよい。
【００３６】
第３ガス供給部３は、窒素を含む第３ガスを供給可能に構成されている。第３ガス供給部３は、たとえば第３ガスが充填されたガスボンベである。第３ガスは、Ｎ（窒素原子）を含むドーピングガスであり、たとえば窒素（Ｎ２）ガスおよびアンモニア（ＮＨ３）ガスの少なくともいずれかである。アンモニアガスは、三重結合を有する窒素ガスに比べて熱分解されやすい。アンモニアガスを用いることにより、キャリア濃度の面内均一性の向上が期待できる。
【００３７】
混合部５０は、第１ガスと、第２ガスと、第３ガスとを混合可能に構成されている。具体的には、混合部５０は、第１ガスと、第２ガスと、第３ガスとが混合される配管であり得る。混合部５０は、反応室２１のガス導入口２７に通じている。第１ガス供給部１と、第２ガス供給部２と、第３ガス供給部３とは、混合部５０に繋がれている。
【００３８】
キャリアガス供給部４は、たとえば水素などのキャリアガスを供給可能に構成されている。キャリアガス供給部４は、たとえば水素が充填されたガスボンベである。キャリアガス供給部４は、配管５４で混合部５０に繋がれている。
【００３９】
第１加熱分解部５は、第１温度で、第１ガスを加熱可能に構成されている。第１加熱分解部５は、たとえば抵抗加熱ヒータまたは誘導加熱ヒータにより第１ガスが流れる空間が加熱可能に構成されている部分である。第１加熱分解部５は、たとえば第１ガス供給部１と混合部５０との間にある。第１温度は、たとえば１２００℃以上１６００℃以下であり、好ましくは、１２５０℃以上１５５０℃以下であり、さらに好ましくは、１３００℃以上１５００℃以下である。第１ガス供給部１は、配管５１で第１加熱分解部５と繋がれている。第１加熱分解部５は、配管５５で混合部５０と繋がれている。配管５５は、接続部１５において混合部５０と接合されていてもよい。
【００４０】
第２加熱分解部６は、第２温度で、第２ガスを加熱分解可能に構成されている。第２加熱分解部６は、たとえば抵抗加熱ヒータまたは誘導加熱ヒータにより第２ガスが流れる空間が加熱可能に構成されている部分である。第２加熱分解部６は、たとえば第２ガス供給部２と混合部５０との間にある。第２温度は、たとえば４００℃以上８００℃以下であり、好ましくは４５０℃以上７５０℃以下であり、さらに好ましくは５００℃以上７００℃以下である。第２温度は、第１温度より低くてもよい。第２ガス供給部２は、配管５２で第２加熱分解部６と繋がれている。第２加熱分解部６は、配管５６で混合部５０と繋がれている。配管５６は、接続部１６において混合部５０と接合されていてもよい。
【００４１】
第３加熱分解部７は、第３温度で、第３ガスを加熱分解可能に構成されている。第３加熱分解部７は、たとえば抵抗加熱ヒータまたは誘導加熱ヒータにより第３ガスが流れる空間が加熱可能に構成されている部分である。第３加熱分解部７は、たとえば第３ガス供給部３と混合部５０との間にある。第３温度は、たとえば６００℃以上１０００℃以下であり、好ましくは６５０℃以上９５０℃以下であり、さらに好ましくは７００℃以上９００℃以下である。第３温度は、第１温度よりも低くてもよい。第３温度は、第２温度よりも高くてもよい。第３ガス供給部３は、配管５３で第３加熱分解部７と繋がれている。第３加熱分解部７は、配管５７で混合部５０と繋がれている。配管５７は、接続部１７において混合部５０と接合されていてもよい。
【００４２】
（第１変形例）
図２に示されるように、製造装置２００は、第１加熱分解部５を有しているが、第２加熱分解部６および第３加熱分解部７を有していなくてもよい。第２ガス供給部２は、第２加熱分解部６を介することなく、配管５２で混合部５０に繋がれている。同様に、第３ガス供給部３は、第３加熱分解部７を介することなく、配管５３で混合部５０に接続されている。上記以外の構成は、本実施形態に係る製造装置２００の構成とほぼ同様であるため、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【００４３】
（第２変形例）
図３に示されるように、製造装置２００は、第１加熱分解部５および第３加熱分解部７を有しているが、第２加熱分解部６を有していなくてもよい。第２ガス供給部２は、第２加熱分解部６を介することなく、配管５２で混合部５０に接続されている。上記以外の構成は、本実施形態に係る製造装置２００の構成とほぼ同様であるため、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【００４４】
（第３変形例）
図４に示されるように、製造装置２００は、第１加熱分解部５および第２加熱分解部６を有しているが、第３加熱分解部７を有していなくてもよい。第３ガス供給部３は、第３加熱分解部７を介することなく、配管５３で混合部５０に接続されている。上記以外の構成は、本実施形態に係る製造装置２００の構成とほぼ同様であるため、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【００４５】
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。
【００４６】
まず、炭化珪素単結晶基板を配置する工程（Ｓ１：図５）が実施される。たとえば昇華法により、ポリタイプ６Ｈの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素単結晶基板１０が準備される（図６参照）。炭化珪素単結晶基板１０は、第１主面４１と、第１主面４１と反対側の第２主面４２とを有する。当該炭化珪素単結晶のポリタイプは、たとえば４Ｈ−ＳｉＣである。４Ｈ−ＳｉＣは、電子移動度、絶縁破壊電界強度等において他のポリタイプより優れている。炭化珪素単結晶基板１０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素単結晶基板１０の導電型は、たとえばｎ型である。
【００４７】
第１主面４１は、たとえば｛０００１｝面もしくは｛０００１｝面から８°以下の角度だけ傾斜した面である。具体的には、第１主面４１は、（０００１）面もしくは（０００１）面から８°以下の角度だけ傾斜した面であってもよいし、（０００−１）面もしくは（０００−１）面から８°以下の角度だけ傾斜した面であってもよい。第１主面４１が｛０００１｝面から傾斜している場合、第１主面４１の法線の傾斜方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。｛０００１｝面からの傾斜角（オフ角）は、１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。
【００４８】
炭化珪素単結晶基板１０の第１主面４１の最大径（直径）は、１００ｍｍ以上である。直径は１５０ｍｍ以上でもよいし、２００ｍｍ以上でもよいし、２５０ｍｍ以上でもよい。直径の上限は特に限定されないが、直径の上限はたとえば３００ｍｍであってもよい。
【００４９】
次に、炭化珪素単結晶基板１０が反応室２１内に配置される。図１に示されるように、炭化珪素単結晶基板１０は、サセプタプレート３０の凹部内に配置される。次に、製造装置２００を用いて、炭化珪素単結晶基板１０上に炭化珪素層２０がエピタキシャル成長によって形成される。
【００５０】
たとえば反応室２１の圧力が大気圧から１×１０-6Ｐａ程度に低減された後、炭化珪素単結晶基板１０の昇温が開始される。昇温の途中において、キャリアガス供給部４からキャリアガスである水素（Ｈ2）ガスが配管５４を通じて混合部５０に供給される。混合部５０に供給されたキャリアガスは反応室２１に導入される。水素ガスの流量は、たとえばＭＦＣ(Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)により調整される。この操作により、たとえば反応室２１内の残留窒素の低減が期待される。次に、誘導加熱コイル２６に交流電圧を印加することにより発熱体２３が加熱される。
【００５１】
次に、第１ガス供給部１から第１ガスが、配管５１を通して第１加熱分解部５に供給される。第１加熱分解部５において、炭素を含む第１ガスが加熱分解される。第１ガスは、第１温度で加熱分解される。加熱分解された第１ガスは、配管５５を通して混合部５０に送られる。図１において、矢印１１は、加熱分解される前の第１ガスの流れを示し、矢印３１は、加熱分解された後の第１ガスの流れを示している。第１ガスは、たとえばプロパン（Ｃ3Ｈ8）ガスである。第１ガスは、たとえばメタン（ＣＨ4）ガス、エタン（Ｃ2Ｈ6）ガス、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガス等であってもよい。第１温度は、たとえば１２００℃以上１６００℃以下であり、好ましくは、１２５０℃以上１５５０℃以下であり、さらに好ましくは、１３００℃以上１５００℃以下である。
【００５２】
同様に、第２ガス供給部２から第２ガスが、配管５２を通して第２加熱分解部６に供給される。第２加熱分解部６において、珪素を含む第２ガスが加熱分解される。第２ガスは、第２温度で加熱分解される。加熱分解された第２ガスは、配管５６を通して混合部５０に送られる。図１において、矢印１２は、加熱分解される前の第２ガスの流れを示し、矢印３２は、加熱分解された後の第２ガスの流れを示している。第２ガスは、たとえばシラン（ＳｉＨ4）ガスである。第２ガスは、たとえば、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）ガス、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）ガス、四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）ガス等であってもよい。第２温度は、たとえば４００℃以上８００℃以下であり、好ましくは４５０℃以上７５０℃以下であり、さらに好ましくは５００℃以上７００℃以下である。第２温度は、第１温度より低くてもよい。
【００５３】
同様に、第３ガス供給部３から第３ガスが、配管５３を通して第３加熱分解部７に供給される。第３加熱分解部７において、窒素を含む第３ガスが加熱分解される。第３ガスは、第３温度で加熱分解される。加熱分解された第３ガスは、配管５７を通して混合部５０に送られる。図１において、矢印１３は、加熱分解される前の第３ガスの流れを示し、矢印３３は、加熱分解された後の第３ガスの流れを示している。第３ガスは、たとえば窒素ガスおよびアンモニアガスの少なくともいずれかである。第３温度は、たとえば６００℃以上１０００℃以下であり、好ましくは６５０℃以上９５０℃以下であり、さらに好ましくは７００℃以上９００℃以下である。第３温度は、第１温度よりも低くてもよい。第３温度は、第２温度よりも高くてもよい。
【００５４】
次に、混合ガスを生成する工程（Ｓ２：図５）が実施される。たとえば混合部５０において、炭素を含む第１ガスと、珪素を含む第２ガスと、窒素を含む第３ガスと、キャリアガスとが混合されことによって混合ガスが生成される。第１ガスは、加熱分解された状態である。第２ガスは、加熱分解された状態または加熱分解されていない状態である。第３ガスは、加熱分解された状態または加熱分解されていない状態である。たとえば、プロパンが加熱分解された第１ガスと、シランが加熱分解された第２ガスと、アンモニアが加熱分解された第３ガスと、水素ガスとが混合される。
【００５５】
代替的に、図２に示されるように、加熱分解された第１ガスと、加熱分解されていない第２ガスと、加熱分解されていない第３ガスと、キャリアガスとが混合されてもよい。第１ガスは加熱分解された状態であり、第２ガスは加熱分解されていない状態であり、かつ第３ガスは加熱分解されていない状態である。代替的に、図３に示されるように、加熱分解された第１ガスと、加熱分解されていない第２ガスと、加熱分解された第３ガスと、キャリアガスとが混合されてもよい。第１ガスは加熱分解された状態であり、第２ガスは加熱分解されていない状態であり、かつ第３ガスは加熱分解された状態である。代替的に、図４に示されるように、加熱分解された第１ガスと、加熱分解された第２ガスと、加熱分解されていない第３ガスと、キャリアガスとが混合されてもよい。第１ガスは加熱分解された状態であり、第２ガスは加熱分解された状態であり、かつ第３ガスは加熱分解されていない状態である。
【００５６】
次に、混合ガスを反応室に導入する工程（Ｓ３：図５）が実施される。第１ガス、第２ガスおよび第３ガスが混合された混合ガスが反応室２１に導入される。混合ガスには、キャリアガスが含まれてもよい。具体的には、反応室２１内の温度をたとえば１６００℃程度とした状態で、混合ガスが反応室２１に導入される。混合ガスのＣ／Ｓｉ比は、たとえば０．９であってもよい。混合ガスが反応室２１に導入されている間、炭化珪素単結晶基板１０は回転軸２２の周りを回転していてもよい。反応室２１内で混合ガスが加熱されることにより、炭化珪素単結晶基板１０上に炭化珪素層２０が形成される（Ｓ４：図５）。炭化珪素層２０は、エピタキシャル層である。炭化珪素層２０は、炭化珪素単結晶基板１０に接する第４主面４４と、第４主面４４と反対側の第３主面４３とを有する。以上により、炭化珪素単結晶基板１０と、炭化珪素層２０とを含む炭化珪素エピタキシャル基板１００（図７参照）が製造される。
【００５７】
上記方法で測定された炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、予め炭素を含む第１ガスが加熱分解されているため、第３主面４３と平行な方向における炭化珪素層２０中のキャリア濃度の面内均一性の向上が期待できる。直径が１５０ｍｍの炭化珪素エピタキシャル基板１００の場合、キャリア濃度の面内均一性は、たとえば３％以内である。キャリア濃度は、たとえばＣ−Ｖ法により測定することができる。キャリア濃度の測定箇所は、たとえば計２９カ所である。各々の測定箇所は、第３主面４３の中心を通る十字上にほぼ等間隔で配置されている。キャリア濃度の面内均一性は、たとえば全測定箇所におけるキャリア濃度の標準偏差を、キャリア濃度の平均値で除した値を百分率表記した値である。
【００５８】
（炭化珪素半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置３００の製造方法について説明する。
【００５９】
本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、エピタキシャル基板準備工程（Ｓ１０：図８）と、基板加工工程（Ｓ２０：図８）とを主に有する。
【００６０】
まず、エピタキシャル基板準備工程（Ｓ１０：図８）が実施される。具体的には、前述した炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によって、炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される（図７参照）。
【００６１】
次に、基板加工工程（Ｓ２０：図８）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板を加工することにより、炭化珪素半導体装置が製造される。「加工」には、たとえば、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成、ダイシング等の各種加工が含まれる。すなわち基板加工ステップは、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成およびダイシングのうち、少なくともいずれかの加工を含むものであってもよい。
【００６２】
以下では、炭化珪素半導体装置の一例としてのＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造方法を説明する。基板加工工程（Ｓ２０：図８）は、イオン注入工程（Ｓ２１：図８）、酸化膜形成工程（Ｓ２２：図８）、電極形成工程（Ｓ２３：図８）およびダイシング工程（Ｓ２４：図８）を含む。
【００６３】
まず、イオン注入工程（Ｓ２１：図８）が実施される。開口部を有するマスク（図示せず）が形成された第３主面４３に対して、たとえばアルミニウム（Ａｌ）等のｐ型不純物が注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するボディ領域１３２が形成される。次に、ボディ領域１３２内の所定位置に、たとえばリン（Ｐ）等のｎ型不純物が注入される。これにより、ｎ型の導電型を有するソース領域１３３が形成される。次に、アルミニウム等のｐ型不純物がソース領域１３３内の所定位置に注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するコンタクト領域１３４が形成される（図９参照）。
【００６４】
炭化珪素層２０において、ボディ領域１３２、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４以外の部分は、ドリフト領域１３１となる。ソース領域１３３は、ボディ領域１３２によってドリフト領域１３１から隔てられている。イオン注入は、炭化珪素エピタキシャル基板１００を３００℃以上６００℃以下程度に加熱して行われてもよい。イオン注入の後、炭化珪素エピタキシャル基板１００に対して活性化アニールが行われる。活性化アニールにより、炭化珪素層２０に注入された不純物が活性化し、各領域においてキャリアが生成される。活性化アニールの雰囲気は、たとえばアルゴン（Ａｒ）雰囲気でもよい。活性化アニールの温度は、たとえば１８００℃程度でもよい。活性化アニールの時間は、たとえば３０分程度でもよい。
【００６５】
次に、酸化膜形成工程（Ｓ２２：図８）が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００が酸素を含む雰囲気中において加熱されることにより、第３主面４３上に酸化膜１３６が形成される（図１０参照）。酸化膜１３６は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ2）等から構成される。酸化膜１３６は、ゲート絶縁膜として機能する。熱酸化処理の温度は、たとえば１３００℃程度でもよい。熱酸化処理の時間は、たとえば３０分程度でもよい。
【００６６】
酸化膜１３６が形成された後、さらに窒素雰囲気中で熱処理が行なわれてもよい。たとえば、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）等の雰囲気中、１１００℃程度で１時間程度、熱処理が実施されてもよい。さらにその後、アルゴン雰囲気中で熱処理が行なわれてもよい。たとえば、アルゴン雰囲気中、１１００〜１５００℃程度で、１時間程度、熱処理が行われてもよい。
【００６７】
次に、電極形成工程（Ｓ２３：図８）が実施される。第１電極１４１は、酸化膜１３６上に形成される。第１電極１４１は、ゲート電極として機能する。第１電極１４１は、たとえばＣＶＤ法により形成される。第１電極１４１は、たとえば不純物を含有し導電性を有するポリシリコン等から構成される。第１電極１４１は、ソース領域１３３およびボディ領域１３２に対面する位置に形成される。
【００６８】
次に、第１電極１４１を覆う層間絶縁膜１３７が形成される。層間絶縁膜１３７は、たとえばＣＶＤ法により形成される。層間絶縁膜１３７は、たとえば二酸化珪素等から構成される。層間絶縁膜１３７は、第１電極１４１と酸化膜１３６とに接するように形成される。次に、所定位置の酸化膜１３６および層間絶縁膜１３７がエッチングによって除去される。これにより、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４が、酸化膜１３６から露出する。
【００６９】
たとえばスパッタリング法により当該露出部に第２電極１４２が形成される。第２電極１４２はソース電極として機能する。第２電極１４２は、たとえばチタン、アルミニウムおよびシリコン等から構成される。第２電極１４２が形成された後、第２電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００が、たとえば９００〜１１００℃程度の温度で加熱される。これにより、第２電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００とがオーミック接触するようになる。次に、第２電極１４２に接するように、配線層１３８が形成される。配線層１３８は、たとえばアルミニウムを含む材料から構成される。
【００７０】
次に、第２主面４２に第３電極１４３が形成される。第３電極１４３は、ドレイン電極として機能する。第３電極１４３は、たとえばニッケルおよびシリコンを含む合金（たとえばＮｉＳｉ等）から構成される。
【００７１】
次に、ダイシング工程（Ｓ２４：図８）が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００がダイシングラインに沿ってダイシングされることにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００が複数の半導体チップに分割される。以上より、炭化珪素半導体装置３００が製造される（図１１参照）。
【００７２】
上記において、ＭＯＳＦＥＴを例示して、本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明したが、本開示に係る製造方法はこれに限定されない。本開示に係る製造方法は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ  Ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＰｉＮダイオード等の各種炭化珪素半導体装置に適用可能である。
【００７３】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく請求の範囲によって示され、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が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７４】
１  第１ガス供給部、２  第２ガス供給部、３  第３ガス供給部、４  キャリアガス供給部、５  第１加熱分解部、６  第２加熱分解部、７  第３加熱分解部、１０  炭化珪素単結晶基板、１５，１６，１７  接続部、２０  炭化珪素層、２１  反応室、２２  回転軸、２３  発熱体、２４  石英管、２５  断熱材、２６  誘導加熱コイル、２７  ガス導入口、２８  ガス排気口、３０  サセプタプレート、４１  第１主面、４２  第２主面、４３  第３主面、４４  第４主面、５０  混合部、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７  配管、１００  炭化珪素エピタキシャル基板、１３１  ドリフト領域、１３２  ボディ領域、１３３  ソース領域、１３４  コンタクト領域、１３６  酸化膜、１３７  層間絶縁膜、１３８  配線層、１４１  第１電極、１４２  第２電極、１４３  第３電極、２００  製造装置、３００  炭化珪素半導体装置。
【図１】
2017051611.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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