(57)【要約】  炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板（１０）と、炭化珪素エピタキシャル膜（２０）とを有している。炭化珪素エピタキシャル膜は、第１層（２１）と、第２層（２２）とを含んでいる。第１層が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板が含むｎ型不純物の濃度より低く、かつ第２層が含むｎ型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板の主表面（１２）には、第１面密度を有する基底面転位がある。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面（１４）には、第１面密度よりも低い第２面密度を有する基底面転位がある。第２面密度を、第１面密度で除した値は、１／１０００以下である。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。
2019044029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板と、  前記炭化珪素基板上にある炭化珪素エピタキシャル膜とを備え、  前記炭化珪素基板および前記炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、４Ｈであり、  前記炭化珪素エピタキシャル膜は、前記炭化珪素基板と接する第１層と、前記第１層上にありかつ前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面を構成する第２層とを含み、  前記炭化珪素基板と、前記第１層と、前記第２層とは、ｎ型不純物を含み、  前記第１層が含むｎ型不純物の濃度は、前記炭化珪素基板が含むｎ型不純物の濃度より低く、かつ前記第２層が含むｎ型不純物の濃度より高く、  前記炭化珪素基板の主表面には、第１面密度を有する基底面転位があり、  前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面には、前記第１面密度よりも低い第２面密度を有する基底面転位があり、  前記第２面密度を、前記第１面密度で除した値は、１／１０００以下であり、  前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である、炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項２】
前記第２面密度を、前記第１面密度で除した値は、１／２０００以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項３】
前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面の最大径は、１００ｍｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項４】
前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面の最大径は、１５０ｍｍ以上である、請求項３に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項５】
炭化珪素基板と、  前記炭化珪素基板上にある炭化珪素エピタキシャル膜とを備え、  前記炭化珪素基板および前記炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、４Ｈであり、  前記炭化珪素エピタキシャル膜は、前記炭化珪素基板と接する第１層と、前記第１層上にありかつ前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面を構成する第２層とを含み、  前記炭化珪素基板と、前記第１層と、前記第２層とは、ｎ型不純物を含み、  前記第１層が含むｎ型不純物の濃度は、前記炭化珪素基板が含むｎ型不純物の濃度より低く、かつ前記第２層が含むｎ型不純物の濃度より高く、  前記炭化珪素基板の主表面には、第１面密度を有する基底面転位があり、  前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面には、前記第１面密度よりも低い第２面密度を有する基底面転位があり、  前記第２面密度を、前記第１面密度で除した値は、１／１０００以下であり、  前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面であり、  前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面の最大径は、１５０ｍｍ以上であり、  前記第１層の厚みは、０．５μｍ以上２μｍ以下であり、  前記第２層の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下であり、  前記第１層が含むｎ型不純物の濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下であり、  前記第２層が含むｎ型不純物の濃度は、１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０１６ｃｍ−３以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の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。
【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および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。本出願は、２０１７年９月１日に出願した日本特許出願である特願２０１７−１６８２５２号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【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は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル膜とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板上にある。炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、４Ｈである。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板に接する第１層と、第１層上にありかつ炭化珪素エピタキシャル膜の主表面を構成する第２層とを含んでいる。炭化珪素基板と、第１層と、第２層とは、ｎ型不純物を含んでいる。第１層が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板が含むｎ型不純物の濃度より低く、かつ第２層が含むｎ型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板の主表面には、第１面密度を有する基底面転位がある。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面には、第１面密度よりも低い第２面密度を有する基底面転位がある。第２面密度を、第１面密度で除した値は、１／１０００以下である。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。
【０００５】  本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル膜とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板上にある。炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、４Ｈである。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板に接する第１層と、第１層上にありかつ炭化珪素エピタキシャル膜の主表面を構成する第２層とを含んでいる。炭化珪素基板と、第１層と、第２層とは、ｎ型不純物を含んでいる。第１層が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板が含むｎ型不純物の濃度より低く、かつ第２層が含むｎ型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板の主表面には、第１面密度を有する基底面転位がある。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面には、第１面密度よりも低い第２面密度を有する基底面転位がある。第２面密度を、第１面密度で除した値は、１／１０００以下である。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面の最大径は、１５０ｍｍ以上である。第１層の厚みは、０．５μｍ以上２μｍ以下である。第２層の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下である。第１層が含むｎ型不純物の濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下である。第２層が含むｎ型不純物の濃度は、１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０１６ｃｍ−３以下である。
【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構成を示す平面模式図である。
【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構成を示す断面模式図である。
【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方法を概略的に示すフローチャートである。
【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の第１工程を示す断面模式図である。
【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２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条件を示す図である。
【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構成を示す断面模式図である。
【図１２】図１２は、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造条件を示す図である。
【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の概要について説明する。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は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル膜２０とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素基板１０および炭化珪素エピタキシャル膜２０のポリタイプは、４Ｈである。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０に接する第１層２１と、第１層２１上にありかつ炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４を構成する第２層２２とを含んでいる。炭化珪素基板１０と、第１層２１と、第２層２２とは、ｎ型不純物を含んでいる。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板１０が含むｎ型不純物の濃度より低く、かつ第２層２２が含むｎ型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板１０の主表面１２には、第１面密度を有する基底面転位１がある。炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４には、第１面密度よりも低い第２面密度を有する基底面転位１がある。第２面密度を、第１面密度で除した値は、１／１０００以下である。炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。
【０００９】  （２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、第２面密度を、第１面密度で除した値は、１／２０００以下であってもよい。
【００１０】  （３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４の最大径１１１は、１００ｍｍ以上であってもよい。
【００１１】  （４）上記（３）に係る炭化珪素エピタキシャル基板において、炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４の最大径１１１は、１５０ｍｍ以上であってもよい。
【００１２】  （５）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル膜２０とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素基板１０および炭化珪素エピタキシャル膜２０のポリタイプは、４Ｈである。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０に接する第１層２１と、第１層２１上にありかつ炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４を構成する第２層２２とを含んでいる。炭化珪素基板１０と、第１層２１と、第２層２２とは、ｎ型不純物を含んでいる。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板１０が含むｎ型不純物の濃度より低く、かつ第２層２２が含むｎ型不純物の濃度より高い。炭化珪素基板１０の主表面１２には、第１面密度を有する基底面転位１がある。炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４には、第１面密度よりも低い第２面密度を有する基底面転位１がある。第２面密度を、第１面密度で除した値は、１／１０００以下である。炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４の最大径１１１は、１５０ｍｍ以上である。第１層２１の厚みは、０．５μｍ以上２μｍ以下である。第２層２２の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下である。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下である。第２層２２が含むｎ型不純物の濃度は、１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０１６ｃｍ−３以下である。
【００１３】  （６）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）〜（５）のいずれか１項に記載の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。
【００１４】  ［本開示の実施形態の詳細］  以下、本開示の実施形態の詳細について説明する。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。
【００１５】  （炭化珪素エピタキシャル基板）  図１および図２に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル膜２０とを有している。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第１主表面１２とを有する。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、第１主面１１と接する。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、第１主面１１と接する第３主面１３と、第３主面１３と反対側の第２主表面１４とを有する。炭化珪素基板１０および炭化珪素エピタキシャル膜２０のポリタイプは、４Ｈである。図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００には、第１方向１０１に延在する第１フラット１６が設けられて入れてもよい。炭化珪素エピタキシャル基板１００には、第２方向１０２に延在する第２フラット（図示せず）が設けられていてもよい。
【００１６】  第２方向１０２は、たとえば＜１−１００＞方向である。第１方向１０１は、第２主表面１４に対して平行であり、かつ第２方向１０２に対して垂直な方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１１−２０＞方向成分を含む方向である。図１に示されるように、第２主表面１４の最大径１１１（直径）は、たとえば１００ｍｍ以上である。最大径１１１は１５０ｍｍ以上でもよいし、２００ｍｍ以上でもよいし、２５０ｍｍ以上でもよい。最大径１１１の上限は特に限定されない。最大径１１１は、たとえば３００ｍｍ以下であってもよい。
【００１７】  炭化珪素基板１０は、たとえば炭化珪素単結晶から構成される。炭化珪素基板１０は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板１０の導電型は、たとえばｎ型である。第１主面１１は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。第１主面１１が（０００−１）面に対して傾斜している場合、第１主面１１の傾斜方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。炭化珪素基板１０の厚みは、たとえば３５０μｍ以上５００μｍ以下である。
【００１８】  図２に示されるように、炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０の第１主面１１上にある。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、エピタキシャル層である。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、第１主面１１に接している。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素エピタキシャル膜２０の導電型は、たとえばｎ型である。第２主表面１４は、カーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角θで傾斜した面である。言い換えれば、第２主表面１４は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角θで傾斜した面である。オフ方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。なお、オフ方向は、＜１１−２０＞方向に限定されない。オフ方向は、たとえば＜１−１００＞方向であってもよいし、＜１−１００＞方向成分と＜１１−２０＞方向成分とを有する方向であってもよい。
【００１９】  オフ角θは、第２主表面１４が（０００−１）面に対して傾斜している角度である。オフ角θは、たとえば０°より大きく８°以下である。オフ角θ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。
【００２０】  図２において破線で記載された面は、たとえば｛０００１｝面である。第３方向１０３は、｛０００１｝面に対して垂直な方向である。第３方向１０３は、たとえば［０００−１］方向である。第４方向１０４は、第３方向１０３に対して垂直な方向である。第４方向１０４は、たとえば＜１１−２０＞方向である。第４方向１０４は、たとえばオフ方向である。第２主表面１４の法線方向は、第５方向１０５である。第５方向は、たとえば［０００−１］方向に対してオフ方向にオフ角θだけ傾斜した方向である。
【００２１】  図２に示されるように、炭化珪素エピタキシャル膜２０は、第１層２１と、第２層２２とを含む。第１層は、たとえばバッファ層である。第２層２２は、たとえばドリフト層である。第１層２１は、第１主面１１に接している。第１層２１は、炭化珪素基板１０と接している。第１層２１は、第３主面１３を構成する。第２層２２は、第１層２１上にある。第２層２２は、第２主表面１４を構成する。第１層２１の厚みは、たとえば０．５μｍ以上２μｍ以下である。第１層２１の厚みは、０．７μｍ以上であってもよいし、１．０μｍ以上であってもよい。第１層２１の厚みは、１．８μｍ以下であってもよいし、１．５μｍ以下であってもよい。第２層２２の厚みは、たとえば５μｍ以上３０μｍ以下である。第２層２２の厚みは、７μｍ以上であってもよいし、１０μｍ以上であってもよい。第２層２２の厚みは、２５μｍ以下であってもよいし、２０μｍ以下であってもよい。
【００２２】  第１層２１および第２層２２の各々は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下である。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、３×１０１７ｃｍ−３以上であってもよいし、５×１０１７ｃｍ−３以上であってもよい。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、７×１０１８ｃｍ−３以下であってもよいし、５×１０１８ｃｍ−３以下であってもよい。第２層２２が含むｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０１６ｃｍ−３以下である。第２層２２が含むｎ型不純物の濃度は、２×１０１５ｃｍ−３以上であってもよいし、３×１０１５ｃｍ−３以上であってもよい。第２層２２が含むｎ型不純物の濃度は、９×１０１５ｃｍ−３以下であってもよいし、８×１０１５ｃｍ−３以下であってもよい。
【００２３】  第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板１０が含むｎ型不純物の濃度より低く、かつ第２層２２が含むｎ型不純物の濃度より高い。ｎ型不純物の濃度は、たとえば水銀プローブ方式のＣ−Ｖ測定装置により測定される。プローブの面積は、たとえば０．００５ｃｍ2である。
【００２４】  図２に示されるように、炭化珪素基板１０および炭化珪素エピタキシャル膜２０は、基底面転位１を有している。基底面転位１は、たとえば第１主面１１および第１主表面１２の双方に露出している。基底面転位１は、｛０００１｝面と平行な方向に延在している。基底面転位１は、たとえば第１基底面転位２５と、第２基底面転位２６と、第３基底面転位２７とを有する。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、たとえば第２基底面転位２６と、第３基底面転位２７と、貫通刃状転位２とを有する。第３基底面転位２７と、貫通刃状転位２とは、第２主表面１４に露出している。貫通刃状転位２は、たとえば第１貫通刃状転位３５と、第２貫通刃状転位３６とを有する。第１貫通刃状転位３５は、第１基底面転位２５が転換して形成された転位である。同様に、第２貫通刃状転位３６は、第２基底面転位２６が転換して形成された転位である。貫通刃状転位２は、｛０００１｝に対してほぼ垂直な第３方向１０３に沿って延在している。
【００２５】  基底面転位１が炭化珪素エピタキシャル基板１００に存在すると、たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００上に形成されるゲート絶縁膜の信頼性が劣化する。一方、貫通刃状転位２は、炭化珪素エピタキシャル基板に存在していても、炭化珪素エピタキシャル基板上に形成されるゲート絶縁膜の信頼性にはほとんど影響を与えない。そのため、炭化珪素基板１０に存在する基底面転位１を貫通刃状転位２に転換し、炭化珪素エピタキシャル膜２０における基底面転位１の数を低減することが望ましい。
【００２６】  本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、炭化珪素基板１０の第１主表面１２には、第１面密度を有する基底面転位１がある。炭化珪素エピタキシャル膜２０の第２主表面１４には、第１面密度よりも低い第２面密度を有する基底面転位１がある。第２面密度を、第１面密度で除した値は、１／１０００以下である。言い換えれば、基底面転位１から貫通刃状転位２に転換した割合（転換率）は、９９．９％以上である。第２面密度を、第１面密度で除した値は、たとえば１／２０００以下であってもよい。言い換えれば、基底面転位１から貫通刃状転位２に転換した割合（転換率）は、９９．９５％以上である。
【００２７】  第２面密度は、たとえば１０ｃｍ-2以下である。第２面密度は、たとえば６ｃｍ-2以下であってもよいし、２ｃｍ-2以下であってもよい。炭化珪素エピタキシャル膜２０においては、基底面転位の面密度は低くなっているが、貫通刃状転位の面密度は高くなっている。炭化珪素エピタキシャル膜２０の第２主表面１４における貫通刃状転位の面密度は、たとえば３９９０ｃｍ-2より高くてもよい。第１面密度の下限は特に限定されないが、第１面密度はたとえば２０００ｃｍ-2以上であってもよいし、２５００ｃｍ-2以上であってもよい。第１面密度の上限は特に限定されないが、第１面密度はたとえば６０００ｃｍ-2以下であってもよいし、５５００ｃｍ-2以下であってもよい。
【００２８】  （基底面転位の面密度の測定方法）  次に、基底面転位の面密度の測定方法について説明する。基底面転位の観察には、たとえば株式会社フォトンデザイン社製のフォトルミネッセンスイメージング装置（型番：ＰＬＩＳ−１００）が用いられる。炭化珪素エピタキシャル基板の被測定領域に対して励起光が照射されると、被測定領域からフォトルミネッセンス光が観測される。励起光源としては、たとえば水銀キセノンランプが使用される。光源からの励起光は、３１３ｎｍのバンドパスフィルターを通過した後、被測定領域に照射される。フォトルミネッセンス光は、たとえば７５０ｎｍのローパスフィルタを通過した後、カメラ等の受光素子に到達する。以上のように、被測定領域のフォトルミネッセンス画像が撮影される。測定温度は、室温である。
【００２９】  たとえば炭化珪素エピタキシャル基板の主面（具体的には、第２主表面１４または第１主表面１２）と平行な方向に炭化珪素エピタキシャル基板を移動させながら、主面のフォトルミネッセンス画像が撮影される。これにより、主面の全領域におけるフォトルミネッセンス画像がマッピングされる。取得されたフォトルミネッセンス画像において基底面転位が特定され、当該基底面転位の合計数が計算される。基底面転位の合計数を全測定面積で除することにより、基底面転位の面密度が算出される。
【００３０】  本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００においては、第１主表面１２は、（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。第１主表面１２における基底面転位の面密度の算出は、たとえば水酸化カリウム（ＫＯＨ）融液を用いて発生させたピットを数えることにより行われてもよい。具体的には、第１主表面１２がＫＯＨ融液を用いてエッチングされる。ＫＯＨ融液の温度は、たとえば５００℃以上５５０℃以下程度とする。エッチング時間は、たとえば５以上１０分以下程度とする。エッチング後、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡によって第１主表面１２が観察される。基底面転位はＫＯＨ融液によりエッチングされてピットを形成する。ピットの合計数を全測定面積で除することにより、基底面転位の面密度が算出される。なお、貫通刃状転位も基底面転位と同様にピットを形成する。貫通刃状転位に由来するピットと、基底面転位に由来するピットとは、以下のように区別する。丸みを帯びた六角形状のピットが貫通刃状転位に由来するものであり、楕円形状のピットが基底面転位に由来するものである。
【００３１】  （炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置）  次に、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。
【００３２】  図３に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置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２０１と、発熱体２０３、石英管２０４、断熱材２０５、誘導加熱コイル２０６とを主に有している。
【００３３】  発熱体２０３は、たとえば筒状の形状を有しており、内部に反応室２０１を形成している。発熱体２０３は、たとえば黒鉛製である。断熱材２０５は、発熱体２０３の外周を取り囲んでいる。断熱材２０５は、石英管２０４の内周面に接するように石英管２０４の内部に設けられている。誘導加熱コイル２０６は、たとえば石英管２０４の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイル２０６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２０３が誘導加熱される。結果として、反応室２０１が発熱体２０３により加熱される。
【００３４】  反応室２０１は、発熱体２０３に取り囲まれて形成された空間である。反応室２０１内には、炭化珪素基板１０が配置される。反応室２０１は、炭化珪素基板１０を加熱可能に構成されている。反応室２０１には、炭化珪素基板１０を保持するサセプタ２１０が設けられている。サセプタ２１０は、回転軸２１２の周りを自転可能に構成されている。
【００３５】  製造装置２００は、ガス導入口２０７およびガス排気口２０８を有している。ガス排気口２０８は、排気ポンプ（図示せず）に接続されている。図６中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、ガス導入口２０７から反応室２０１に導入され、ガス排気口２０８から排気される。反応室２０１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。
【００３６】  製造装置２００は、たとえば、シランと、アンモニアと、水素と、プロパンとを含む混合ガスを、反応室２０１に供給可能に構成されたガス供給部（図示せず）を有している。具体的には、ガス供給部は、プロパンガスを供給可能なガスボンベと、水素ガスを供給可能なガスボンベと、シランガスを供給可能なガスボンベと、アンモニアガスを供給可能なガスボンベとを有していてもよい。
【００３７】  反応室２０１の軸方向において、誘導加熱コイル２０６の巻き密度を変化させてもよい。巻き密度［回／ｍ］とは、装置の軸方向の単位長さあたりのコイルの周回数である。たとえば、上流側でアンモニアを効果的に熱分解させるために、上流側の誘導加熱コイル２０６の巻き密度は、下流側の誘導加熱コイル２０６の巻き密度よりも高くてもよい。
【００３８】  （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。
【００３９】  まず、炭化珪素単結晶基板準備工程（Ｓ１１：図４）が実施される。たとえば昇華法により、ポリタイプ４Ｈ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、炭化珪素基板１０が準備される。炭化珪素基板１０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板１０の導電型は、たとえばｎ型である。
【００４０】  図５に示されるように、炭化珪素基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１の反対側にある第１主表面１２とを有する。第１主面１１は、たとえば（０００−１）面に対してオフ角θだけオフ方向に傾斜した面である。オフ方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。炭化珪素基板１０の第１主面１１の最大径は、たとえば１００ｍｍ以上である。炭化珪素基板１０には、たとえば複数の基底面転位１が存在する。基底面転位１は、｛０００１｝面と平行な方向に延在している。基底面転位１は、たとえば第１基底面転位２５と、第２基底面転位２６と、第３基底面転位２７とを有する。
【００４１】  次に、炭化珪素基板１０が反応室２０１内においてサセプタ２１０上に配置される（図３参照）。炭化珪素基板１０は、大気圧の状態で反応室２０１内に配置される（時点Ｔ０）。次に、反応室２０１内が減圧される。図７に示されるように、時点Ｔ１から時点Ｔ２にかけて、反応室２０１内の圧力が大気圧から１×１０-4Ｐａ程度に低減される。
【００４２】  次に、昇温工程が実施される。時点Ｔ２から時点Ｔ３にかけて、反応室２０１内の圧力が１×１０-4Ｐａ程度の状態で、炭化珪素基板１０の温度が室温から１１００℃程度まで上昇する。次に、時点Ｔ３から時点Ｔ４にかけて、炭化珪素基板１０の温度が１１００℃で一定時間維持される。時点Ｔ４から時点Ｔ５にかけて、炭化珪素基板１０の温度が１１００℃から１６３０℃まで上昇する。時点Ｔ４において、反応室２０１内に水素（Ｈ２）ガスが導入される。水素ガスの流量は、たとえば１００ｓｌｍである。反応室２０１内の圧力は、たとえば１０ｋＰａ程度である。これにより、水素エッチング工程が実施される。時点Ｔ５から時点Ｔ６にかけて、炭化珪素基板１０の温度が１６３０℃に維持された状態で、炭化珪素基板１０の表面が水素ガスによってエッチングされる。
【００４３】  次に、バッファ層形成工程（Ｓ１２：図４）が実施される。具体的には、反応室２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。たとえば、反応室２０１に、シラン（ＳｉＨ４）とプロパン（Ｃ３Ｈ８）とアンモニア（ＮＨ３）と水素とを含む混合ガスが供給される。図７に示されるように、時点Ｔ６から時点Ｔ７までの間、炭化珪素基板１０は１６３０℃程度で維持される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解されることで、炭化珪素基板１０上にバッファ層２１が形成される（図６参照）。バッファ層２１を形成する工程において、サセプタ２１０は回転軸２１２の周りを自転していてもよい。炭化珪素基板１０は回転軸２１２の周りを公転していてもよい（図３参照）。
【００４４】  バッファ層を形成する工程においては、成長速度がたとえば５μｍ／ｈとなるように、シランおよびプロパンの流量が調整される。具体的には、シランガスの流量がたとえば４６ｓｃｃｍとなるように調整される。プロパンガスの流量がたとえば２９ｓｃｃｍとなるように調整される。アンモニアガスの流量がたとえば１．５ｓｃｃｍとなるように調整される。水素ガスの流量が１００ｓｌｍとなるように調整される。バッファ層２１の厚みは、たとえば１μｍである。反応室２０１の圧力は、たとえば１０ｋＰａである。Ｃ／Ｓｉ比は、たとえば１．９である。
【００４５】  図６に示されるように、炭化珪素基板１０に存在していた複数の基底面転位１の一部が貫通刃状転位に転換される。たとえば、第１基底面転位２５は、第１貫通刃状転位３５に転換される。たとえば、第２基底面転位２６および第３基底面転位２７は、貫通刃状転位に転換されず、基底面転位としてバッファ層２１内を伝搬する。
【００４６】  次に、ドリフト層形成工程（Ｓ１３：図４）が実施される。具体的には、反応室２０１に、シランとプロパンとアンモニアと水素とを含む混合ガスが供給される。時点Ｔ６から時点Ｔ７までの間、炭化珪素基板１０は１６３０℃で維持される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解され、バッファ層２１上にドリフト層２２が形成される（図２参照）。ドリフト層２２を形成する工程において、サセプタ２１０は回転軸２１２の周りを自転していてもよい。炭化珪素基板１０は回転軸２１２の周りを公転していてもよい（図３参照）。
【００４７】  ドリフト層を形成する工程においては、成長速度がたとえば２５μｍ／ｈとなるように、シランおよびプロパンの流量が調整される。具体的には、シランガスの流量がたとえば１１５ｓｃｃｍとなるように調整される。プロパンガスの流量がたとえば５７．６ｓｃｃｍとなるように調整される。アンモニアガスの流量がたとえば２．５×１０−２ｓｃｃｍとなるように調整される。水素ガスの流量が１００ｓｌｍとなるように調整される。ドリフト層２２の厚みは、たとえば１０μｍである。反応室２０１の圧力は、たとえば１０ｋＰａである。Ｃ／Ｓｉ比は、たとえば１．５である。以上のように、炭化珪素エピタキシャル膜のドリフト層２２の成長速度を２５μｍ／ｈ程度に高くすることにより、基底面転位が貫通刃状転位に転換する割合（転換率）を向上することができる。
【００４８】  次に、冷却工程が行われる。図７に示されるように、時点Ｔ８から時点Ｔ９にかけて、炭化珪素基板１０の温度が１６３０℃から室温まで低減される。時点Ｔ９において、反応室２０１に導入される水素の供給が停止され、反応室２０１の圧力は大気圧に戻る。以上のように、炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される。
【００４９】  （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。
【００５０】  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。
【００５１】  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２参照）。
【００５２】  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。
【００５３】  以下では、炭化珪素半導体装置の一例としてのＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明する。基板加工工程（Ｓ２０：図８）は、たとえばイオン注入工程（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。
【００５４】  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２主表面１４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）。
【００５５】  炭化珪素エピタキシャル膜２０の第２層２２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、炭化珪素エピタキシャル膜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）雰囲気である。活性化アニールの温度は、たとえば１８００℃程度である。活性化アニールの時間は、たとえば３０分程度である。
【００５６】  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２主表面１４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℃程度である。熱酸化処理の時間は、たとえば３０分程度である。
【００５７】  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、一酸化窒素の雰囲気中、１１００℃程度で１時間程度、熱処理が実施される。さらにその後、アルゴン雰囲気中で熱処理が行なわれる。たとえば、アルゴン雰囲気中、１１００℃以上１５００℃以下程度で、１時間程度、熱処理が行われる。
【００５８】  次に、電極形成工程（Ｓ２３：図８）が実施される。具体的には、ゲート電極１４１は、酸化膜１３６上に形成される。ゲート電極１４１は、たとえばＣＶＤ法により形成される。ゲート電極１４１は、たとえば導電性を有するポリシリコン等から構成される。ゲート電極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。
【００５９】  次に、ゲート電極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、ゲート電極１４１と酸化膜１３６とに接するように形成される。次に、酸化膜１３６および層間絶縁膜１３７の一部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。
【００６０】  次に、たとえばスパッタリング法により当該露出部にソース電極１４２が形成される。ソース電極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。ソース電極１４２が形成された後、ソース電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００が、たとえば９００℃以上１１００℃以下程度の温度で加熱される。これにより、ソース電極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、ソース電極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。次に、第３主面１３にドレイン電極１４３が形成される。ドレイン電極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。
【００６１】  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）。
【００６２】  なお上記において、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ダイオード等の炭化珪素半導体装置に適用可能である。
【００６３】  次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。
【００６４】  基底面転位１が炭化珪素エピタキシャル基板１００に存在すると、通電時に基底面転位１が拡張して積層欠陥になる場合がある。その場合、たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００上に形成されるゲート絶縁膜がダメージを受け、炭化珪素半導体装置３００の耐圧の低下を引き起こすおそれがある。結果として、炭化珪素半導体装置３００の信頼性が低下する場合がある。一方、貫通刃状転位２は、炭化珪素エピタキシャル基板１００に存在していても、炭化珪素半導体装置３００の信頼性にはほとんど影響を与えない。そのため、炭化珪素半導体装置３００の信頼性を高めるためには、基底面転位１を貫通刃状転位２に転換して、基底面転位１の数を低減することが望ましい。またシリコン面と比較して、カーボン面上の基底面転位１を低減することは困難であった。
【００６５】  本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、第２主表面１４における基底面転位１の面密度（第２面密度）を、第１主表面１２における基底面転位１の面密度（第１面密度）で除した値は、１／１０００以下である。また第２主表面１４は、カーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角で傾斜した面である。つまり本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、炭化珪素基板１０における基底面転位１の大部分を貫通転位に転換することにより、炭化珪素エピタキシャル膜２０の第２主表面１４における基底面転位１を低減することができる。そのため、カーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角で傾斜した第２主表面１４を有する炭化珪素エピタキシャル基板１００を含む炭化珪素半導体装置３００の信頼性を向上することができる。
【実施例】
【００６６】  次に、実施例について説明する。まず、サンプル１および２に係る炭化珪素基板が準備された。サンプル１および２に係る炭化珪素基板の主面における基底面転位（ＢＰＤ）は、４０００ｃｍ−２であった。サンプル１および２に係る炭化珪素基板の主面の最大径は、１５０ｍｍであった。次に、サンプル１および２に係る炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた。【００６７】  サンプル１に係る炭化珪素基板に対しては、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用いて、炭化珪素エピタキシャル膜を形成した。つまり、サンプル１に係る炭化珪素基板に対しては、図７で示した温度プロファイルを用いて、炭化珪素エピタキシャル膜を形成した。具体的には、バッファ層の成長速度を５μｍ／ｈとした。ドリフト層の成長速度を２５μｍ／ｈとした。バッファ層の厚みを１μｍとした。バッファ層のキャリア濃度を１×１０１８ｃｍ−３とした。ドリフト層の厚みを１０μｍとした。ドリフト層のキャリア濃度を７×１０１５ｃｍ−３とした。【００６８】  サンプル２に係る炭化珪素基板に対しては、図１２で示した温度プロファイルを用いて、炭化珪素エピタキシャル膜を形成した。具体的には、バッファ層の成長速度を５μｍ／ｈとした。ドリフト層の成長速度を１０μｍ／ｈとした。バッファ層の厚みを１μｍとした。バッファ層のキャリア濃度を１×１０１８ｃｍ−３とした。ドリフト層の厚みを１０μｍとした。ドリフト層のキャリア濃度を７×１０１５ｃｍ−３とした。【００６９】  サンプル２に係る炭化珪素基板の製造方法は、ドリフト層形成工程においてサンプル１に係る炭化珪素基板の製造方法と異なっており、その他の工程においてはサンプル１に係る炭化珪素基板の製造方法と同様である。サンプル２に係る炭化珪素基板のドリフト層形成工程においては、シランガスの流量がたとえば６９ｓｃｃｍとなるように調整された。プロパンガスの流量がたとえば４３．５ｓｃｃｍとなるように調整された。アンモニアガスの流量がたとえば１．０×１０−２ｓｃｃｍとなるように調整された。Ｃ／Ｓｉ比は、１．９であった。【００７０】  以上のように、サンプル１および２に係る炭化珪素エピタキシャル基板が製造された。次に、サンプル１および２に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第１主表面１２および第２主表面１４における基底面転位の面密度が測定された。基底面転位の面密度は、前述の測定方法を用いて測定された。【００７１】
【表１】
2019044029.tif 000003
【００７２】  表１は、炭化珪素基板の第１主表面１２の基底面転位（ＢＰＤ）の面密度（第１面密度）と、炭化珪素エピタキシャル膜の第２主表面１４の基底面転位（ＢＰＤ）の面密度（第２面密度）と、第２面密度を第１面密度で除した値と、基底面転位から貫通刃状転位への転換率とを示している。表１に示されるように、サンプル１および２に係る炭化珪素基板エピタキシャル基板の第２主表面１４における基底面転位の面密度を、第１主表面１２における基底面転位の面密度で除した値は、それぞれ０．０００５および０．０１０４５であった。またサンプル１および２に係る炭化珪素基板エピタキシャル基板において、第１面密度から第２面密度を引いた値を第１面密度で除した値として求められる転換率は、それぞれ９９．９５％および９８．９５５％であった。【００７３】  以上の結果より、図７の製造条件を用いて炭化珪素エピタキシャル基板を製造する場合は、図１２の製造条件を用いて炭化珪素エピタキシャル基板を製造する場合よりも、基底面転位を貫通刃状転位に転換する割合を高め、結果として、炭化珪素エピタキシャル膜における基底面転位の面密度を低減可能であることが確認された。【００７４】  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】
【００７５】１  基底面転位、２  貫通刃状転位、１０  炭化珪素基板、１１  第１主面、１２  第１主表面、１３  第３主面、１４  第２主表面、１６  第１フラット、２０  炭化珪素エピタキシャル膜、２１  第１層（バッファ層）、２２  第２層（ドリフト層）、２５  第１基底面転位、２６  第２基底面転位、２７  第３基底面転位、３５  第１貫通刃状転位、３６  第２貫通刃状転位、１００  炭化珪素エピタキシャル基板、１０１  第１方向、１０２  第２方向、１０３  第３方向、１０４  第４方向、１０５  第５方向、１１１  最大径、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  ゲート電極、１４２  ソース電極、１４３  ドレイン電極、２００  製造装置、２０１  反応室、２０３  発熱体、２０４  石英管、２０５  断熱材、２０６  誘導加熱コイル、２０７  ガス導入口、２０８  ガス排気口、２１０  サセプタ、２１２  回転軸、３００  炭化珪素半導体装置。
【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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【国際調査報告】
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