(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と、前記第１の主面と対向する第２の主面とを備え、
前記第１の主面および前記第２の主面の少なくとも一方の主面を含む領域が単結晶炭化珪素からなり、
前記一方の主面には、
硫黄原子が８０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上８００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、
不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する、炭化珪素基板。
【請求項２】
前記一方の主面に存在する塩素原子は３０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である、請求項１に記載の炭化珪素基板。
【請求項３】
前記一方の主面に存在する酸素原子は３ａｔ％以上３０ａｔ％以下である、請求項１または２に記載の炭化珪素基板。
【請求項４】
前記一方の主面に存在する金属不純物は４０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項５】
前記一方の主面の表面粗さは、Ｒｑで評価した場合０．５ｎｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項６】
直径が１１０ｍｍ以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項７】
直径が１２５ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項８】
前記単結晶炭化珪素は４Ｈ構造を有し、
前記単結晶炭化珪素の｛０００１｝面に対する前記一方の主面のオフ角は０．１°以上１０°以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項９】
前記単結晶炭化珪素は４Ｈ構造を有し、
前記単結晶炭化珪素の｛０３−３８｝面に対する前記一方の主面のオフ角は４°以下である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項１０】
ベース層と、
前記ベース層上に形成された単結晶炭化珪素層とを備え、
前記一方の主面は、前記単結晶炭化珪素層の、前記ベース層の側とは反対側の表面である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項１１】
第１の主面と、前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する炭化珪素基板を備え、
前記炭化珪素基板は、前記第１の主面および前記第２の主面の少なくとも一方の主面を含む領域が単結晶炭化珪素からなり、前記一方の主面には、硫黄原子が８０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上８００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、かつ不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在し、さらに、
前記炭化珪素基板の前記一方の主面上に形成されたエピタキシャル成長層と、
前記エピタキシャル成長層上に形成された電極とを備える、半導体装置。
【請求項１２】
単結晶炭化珪素の結晶を準備する工程と、
前記結晶を切断することにより、第１の主面と、前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する基板を得る工程と、
前記第１の主面および前記第２の主面の少なくとも一方の主面を平坦化する工程と、
平坦化された前記基板の表面を仕上げ処理する工程とを備え、
前記基板の表面を仕上げ処理する工程では、前記一方の主面に、硫黄原子が８０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上８００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在するように前記一方の主面における硫黄原子および不純物としての炭素原子の存在割合が調整される、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１３】
第１の主面と、前記第１の主面と対向する第２の主面とを有する炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素基板は、前記第１の主面および前記第２の主面の少なくとも一方の主面を含む領域が単結晶炭化珪素からなり、前記一方の主面には、硫黄原子が８０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上８００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、かつ不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在しており、さらに、
前記炭化珪素基板の前記一方の主面上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、
前記エピタキシャル成長層上に電極を形成する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素基板、半導体装置およびこれらの製造方法に関し、より特定的には、半導体装置特性の歩留まりを向上可能な、炭化珪素基板、当該基板を用いた半導体装置、およびこれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用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の採用が進められつつある。炭化珪素は、窒化ガリウムなどの窒化物半導体と比較して熱伝導性に優れることから、高電圧、大電流でのハイパワー用途半導体装置の基板として優れている。
【０００３】
基板上に高品質のエピタキシャル層を形成するために、エピタキシャル層を形成する前に基板の表面処理が行われる場合がある。たとえば、特開２０１０−１６３３０７号公報（特許文献１）には、表面層が３ａｔ％〜２５ａｔ％の炭素を含み、かつ５×１０10原子／ｃｍ2〜２００×１０10原子／ｃｍ2のｐ型金属元素を含む窒化物基板が記載されている。これにより、表面が安定化された窒化物基板が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６３３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、基板材料により表面状態が異なるため、表面酸化や表面に対する不純物の吸着、付着のしやすさは異なる。それゆえ、特開２０１０−１６３３０７号公報に記載の方法を炭化珪素基板に適用したとしても、表面が安定化された炭化珪素基板を得ることは困難である。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、表面が安定化された炭化珪素基板、当該基板を用いた半導体装置、およびこれらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、炭化珪素基板の表面状態と当該基板を用いた半導体装置の特性との関係について検討を行なった。その結果、半導体装置の特性は、エピタキシャル成長層が形成されるべき炭化珪素基板の主面における不純物元素の存在に影響されることが明らかとなった。さらに、不純物元素の種類によっても半導体装置の特性に差があるとの知見も得られた。
【０００８】
具体的には、炭化珪素基板の表面に不純物が多いと、基板との格子整合が妨げられるためエピタキシャル成長が阻害される。また、雰囲気の酸素により炭化珪素基板の表面に自然酸化膜が形成されると、基板に格子整合して成長するエピタキシャル層の品質が劣化する。さらに、炭化珪素基板の表面には、雰囲気からの不純物としてシリコン（Ｓｉ）が付着しやすい。シリコンが増加すると、炭化珪素基板とエピタキシャル層との界面にパイルアップ層が形成され界面の抵抗が減少する。界面の抵抗が減少すると、電流が基板の方へリークしてしまうため半導体装置の特性が劣化する。特にリーク電流による半導体装置特性の劣化は、横型半導体装置においてより顕著になる。
【０００９】
本発明者は鋭意研究の結果、以下の知見を得た。炭化珪素基板の表面に一定量の硫黄原子および不純物としての炭素原子が存在することで、表面の酸化や不純物の増加を抑制することにより、当該表面上に形成されるエピタキシャル層の品質劣化を抑制することができる。また、炭化珪素基板の表面に一定量の硫黄原子および不純物としての炭素原子が存在することで、不純物としてシリコンが炭化珪素基板の表面に付着することが抑制される。そのため、炭化珪素基板とエピタキシャル層との界面における抵抗の減少を抑制することができる。結果として、当該炭化珪素基板を用いて製造された半導体装置の歩留まりを向上することができる。
【００１０】
以上のように、炭化珪素基板の表面に一定量の硫黄原子および不純物としての炭素原子が存在することで、炭化珪素基板の表面が安定化され、当該基板を用いて形成された半導体装置の歩留まりを向上可能であることが明らかとなった。
【００１１】
本発明に係る炭化珪素基板は、第１の主面と、第１の主面と対向する第２の主面とを有している。第１の主面および第２の主面の少なくとも一方の主面を含む領域が単結晶炭化珪素からなる。一方の主面には、硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する。
【００１２】
本発明に係る炭化珪素基板によれば、一方の表面の硫黄原子の存在割合が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であって、不純物としての炭素原子の存在割合は３ａｔ％以上２５ａｔ％以下である。硫黄原子の存在割合が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上であり、かつ不純物としての炭素原子の存在割合は３ａｔ％以上であることにより、炭化珪素基板の表面が安定化される。また、硫黄原子の存在割合が２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であり、かつ不純物としての炭素原子の存在割合は２５ａｔ％以下であるので、基板との格子整合が妨げられることでエピタキシャル成長が阻害されることを抑制することができる。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００１３】
なお、炭化珪素基板の主面における硫黄原子の存在割合は、たとえばＴＸＲＦ（ＴＯＴＡＬ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｘ‐Ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ；全反射蛍光Ｘ線分析）などにより測定することができる。また、炭化珪素基板の主面における炭素原子の存在割合は、ＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；オージェ電子分光分析）、ＸＰＳ（Ｘ‐ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；Ｘ線光電子分光）などにより測定することができる。これらの分析方法による測定によれば、主面から５ｎｍ程度の深さまでの領域における情報に基づいて不純物元素の存在割合が測定される。すなわち、本願において、炭化珪素基板の主面における元素の存在割合は、当該主面から５ｎｍ程度の深さまでの領域における元素の存在割合を意味する。なお、ＸＰＳは結合エネルギーを評価することから、炭化珪素を構成する炭素と、表面に付着した有機物等に含まれる炭素、すなわち不純物としての炭素とを分離して評価することができる。具体的には、ＸＰＳスペクトルでのピークシフト（ケミカルシフト）を観測することにより、２８１〜２８３ｅＶ付近に検出される炭素はＳｉ−Ｃの炭素であると判断し、２８４〜２９３ｅＶ付近に検出される炭素は基板の表面に付着した不純物の炭素であると判断する。
【００１４】
不純物としての炭素原子とは、たとえば炭化珪素基板に不純物として付着した炭素原子のことである。別の言い方をすれば、不純物としての炭素原子とは、炭化珪素結合を有しない炭素原子のことである。不純物としての炭素原子としては、たとえばＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、Ｃ＝Ｃ、Ｃ−ＯＨ、Ｏ＝Ｃ−ＯＨなどの結合状態の炭素原子が挙げられる。
【００１５】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、一方の主面に存在する塩素原子は３０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。これにより、エピタキシャル成長層の品質低下を抑制できる。また、炭化珪素基板の表面が安定化される。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００１６】
なお、炭化珪素基板の主面における塩素原子の存在割合は、たとえばＴＸＲＦなどにより測定することができる。
【００１７】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、一方の主面に存在する酸素原子は３ａｔ％以上３０ａｔ％以下である。酸素原子の存在割合が３ａｔ％以上であることにより、炭化珪素基板の表面が安定化される。また、酸素原子の存在割合が３０ａｔ％以下であることにより、エピタキシャル成長層の品質低下を抑制できる。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００１８】
なお、炭化珪素基板の主面における酸素原子の存在割合は、ＡＥＳ、ＸＰＳなどにより測定することができる。
【００１９】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、一方の主面に存在する金属不純物は４０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。これにより、エピタキシャル成長層の品質低下を抑制できる。また、炭化珪素基板の表面が安定化される。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００２０】
なお、炭化珪素基板の主面における金属不純物の存在割合は、たとえばＴＸＲＦなどにより測定することができる。
【００２１】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、一方の主面の表面粗さは、二乗平均平方根粗さＲｑ（日本工業規格；ＪＩＳ参照）で評価した場合０．５ｎｍ以下である。これにより、当該一方の主面上に良質なエピタキシャル成長層を形成することが容易となる。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００２２】
なお、主面の表面粗さは、たとえばＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；原子間力顕微鏡）、光干渉式粗さ計、触針式粗さ計などにより測定することができる。
【００２３】
上記の炭化珪素基板において、直径が１１０ｍｍ以上であることが好ましい。このような大口径基板を用いた半導体装置の製造工程において半導体装置の製造効率を向上させ、製造コストを抑制することができる。
【００２４】
上記の炭化珪素基板において、直径が１２５ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。生産性向上の観点から直径１２５ｍｍ以上程度の大面積の基板が望まれる。直径が３００ｍｍを超えると、表面不純物の面内分布が大きくなる。また、基板の反りを抑えるために高度な制御が必要になってくる。それゆえ、炭化珪素基板の直径は３００ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、単結晶炭化珪素は４Ｈ構造を有する。単結晶炭化珪素の｛０００１｝面に対する一方の主面のオフ角は０．１°以上１０°以下である。
【００２６】
六方晶炭化珪素である４Ｈ構造の炭化珪素は、＜０００１＞方向に成長させることにより、効率よく成長させることができる。そして、＜０００１＞方向に成長させた結晶からは、｛０００１｝面に対するオフ角が小さい、具体的にはオフ角が１０°以下の基板を効率よく作製することができる。一方、上記一方の主面に｛０００１｝面に対して０．１°以上のオフ角を付与することにより、良好なエピタキシャル成長の実施が容易となる。
【００２７】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、単結晶炭化珪素は４Ｈ構造を有する。単結晶炭化珪素の｛０３−３８｝面に対する一方の主面のオフ角は４°以下である。
【００２８】
これにより、当該基板を用いて製造される半導体装置の漏れ電流の抑制、チャネル移動度の向上などを達成することが容易となる。
【００２９】
上記の炭化珪素基板において、ベース層と、ベース層上に形成された単結晶炭化珪素層とを有する。一方の主面は、単結晶炭化珪素層の、ベース層の側とは反対側の表面である。
【００３０】
このようにすることにより、たとえばベース層として安価なベース基板、具体的には欠陥密度の大きい単結晶炭化珪素からなる基板や多結晶炭化珪素基板、あるいはセラミックスからなるベース基板を準備し、このベース基板上に良質な炭化珪素単結晶からなる基板を配置することにより、炭化珪素基板を比較的安価に製造することができる。特に、炭化珪素基板は大口径化が困難であるため、たとえばベース基板上に良質であるものの大きさが小さい単結晶炭化珪素基板を平面的に見て複数並べて配置し、ベース層上に単結晶炭化珪素層がベース層の主面に沿って複数並べて配置された炭化珪素基板を作製することにより、安価で、かつ大口径の炭化珪素基板を得ることができる。
【００３１】
本発明に係る半導体装置は、炭化珪素基板と、エピタキシャル成長層と、電極とを有する。炭化珪素基板は、第１の主面と、第１の主面と対向する第２の主面とを有する。炭化珪素基板は、第１の主面および第２の主面の少なくとも一方の主面を含む領域が単結晶炭化珪素からなり、一方の主面には、硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、かつ不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する。エピタキシャル成長層は、炭化珪素基板の一方の主面上に形成されている。電極は、エピタキシャル成長層上に形成されている。
【００３２】
本発明に係る半導体装置によれば、硫黄原子の存在割合が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上であり、かつ不純物としての炭素原子の存在割合は３ａｔ％以上であることにより、炭化珪素基板の表面が安定化される。また、硫黄原子の存在割合が２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であり、かつ不純物としての炭素原子の存在割合は２５ａｔ％以下であるので、基板との格子整合が妨げられることでエピタキシャル成長が阻害されることを抑制することができる。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
本発明に係る炭化珪素基板の製造方向は以下の工程を有する。単結晶炭化珪素の結晶が準備される。結晶を切断することにより、第１の主面と、第１の主面と対向する第２の主面とを有する基板が得られる。第１の主面および第２の主面の少なくとも一方の主面が平坦化される。平坦化された基板の表面が仕上げ処理される。基板の表面を仕上げ処理する工程では、一方の主面に、硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在するように一方の主面における硫黄原子および不純物としての炭素原子の存在割合が調整される。
【００３４】
本発明に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００３５】
本発明に係る半導体装置の製造方法は以下の工程を有する。第１の主面と、第１の主面と対向する第２の主面とを有する炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板は、第１の主面および第２の主面の少なくとも一方の主面を含む領域が単結晶炭化珪素からなり、一方の主面には、硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、かつ不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する。炭化珪素基板の一方の主面上にエピタキシャル成長層が形成される。エピタキシャル成長層上に電極が形成される。
【００３６】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の歩留まりを向上することができる。
【発明の効果】
【００３７】
以上の説明から明らかなように、本発明の炭化珪素基板、当該基板を用いた半導体装置、およびこれらの製造方法によれば、表面が安定化された炭化珪素基板、当該基板を用いた半導体装置、およびこれらの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１における炭化珪素基板の構造を示す概略断面図である。
【図２】実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略斜視図である。
【図４】実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略平面図である。
【図５】実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略斜視図である。
【図６】実施の形態１における横型ＭＥＳＦＥＴの構造を示す概略断面図である。
【図７】実施の形態１における横型ＭＥＳＦＥＴの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２における炭化珪素基板の構造を示す概略断面図である。
【図９】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。また、本明細書中においては、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。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００４０】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である炭化珪素基板について説明する。図１を参照して、本実施の形態における炭化珪素基板１は、その全体が単結晶炭化珪素からなり、第１の主面１Ａと、第１の主面と対向する第２の主面１Ｂとを有している。第１の主面１Ａおよび第２の主面１Ｂの少なくとも一方の主面（たとえば第１の主面１Ａ）には、硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する。
【００４１】
硫黄原子の存在割合が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上であり、かつ不純物としての炭素原子の存在割合は３ａｔ％以上であることにより、炭化珪素基板の表面が安定化される。また、硫黄原子の存在割合が２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であり、かつ不純物としての炭素原子の存在割合は２５ａｔ％以下であるので、基板との格子整合が妨げられることでエピタキシャル成長が阻害されることを抑制することができる。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００４２】
炭化珪素基板１の一方の主面に存在する硫黄原子の量は、好ましくは８０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上８００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であり、より好ましくは１２０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上６００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。
【００４３】
炭化珪素基板１の一方の主面に存在する不純物としての炭素原子の量は、好ましくは７ａｔ％以上２１ａｔ％以下であり、より好ましくは１０ａｔ％以上１８ａｔ％以下である。
【００４４】
本実施の形態に係る炭化珪素基板１の一方の主面に存在する塩素原子は３０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。塩素原子の量は、好ましくは１３００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であり、より好ましくは１００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。これにより、半導体装置の歩留まりをさらに向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００４５】
本実施の形態に係る炭化珪素基板１の一方の主面に存在する酸素原子は３ａｔ％以上３０ａｔ％以下である。酸素原子の量は、好ましくは５ａｔ％以上２１ａｔ％以下であり、より好ましくは９ａｔ％以上１５ａｔ％以下である。これにより、半導体装置の歩留まりをさらに向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。
【００４６】
本実施の形態に係る炭化珪素基板１の一方の主面に存在する金属不純物は４０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。金属不純物の量は、好ましくは９００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であり、より好ましくは８０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。金属不純物としては、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃａ（カルシウム）、Ｋ（カリウム）、Ａｌ（アルミニウム）などが挙げられる。当該金属不純物の量を減らすことにより、エピタキシャル成長層の品質を向上することができる。
【００４７】
本実施の形態に係る炭化珪素基板１の一方の主面の表面粗さは、二乗平均平方根粗さであるＲｑ（日本工業規格；ＪＩＳ参照）で評価した場合０．５ｎｍ以下である。これにより、炭化珪素基板１の一方の主面上に高品質のエピタキシャル成長層を形成する容易となる。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板を提供することができる。Ｒｑは０．３ｎｍ以下が好ましく、０．１ｎｍ以下がより好ましい。
【００４８】
炭化珪素基板１の直径は１１０ｍｍ以上であることが好ましい。大面積の基板を使用することでチップの取れ数が増加する。これにより、デバイス工程でのコスト、生産性を改善することができる。また、炭化珪素基板１の直径は１２５ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましい。生産性向上の観点から大面積の基板が望まれる。しかし、直径が３００ｍｍを超えると、表面不純物の面内分布が大きくなる。また、基板の反りを抑えるために高度な制御が必要になってくる。
【００４９】
好ましくは、基板を形成する単結晶炭化珪素は４Ｈ構造を有し、｛０００１｝面に対する一方の主面のオフ角は０．１°以上１０°以下である。また好ましくは、一方の主面は、{０００−１}面から０．０１〜５°オフした面である。
【００５０】
好ましくは、基板を形成する単結晶炭化珪素は４Ｈ構造を有し、｛０３−３８｝面に対する一方の主面のオフ角は４°以下である。また好ましくは、一方の主面は、{０１−１１}面、{０１−１２}面から４°以下オフした面、｛０−３３−８｝面、{０−１１−１}面、{０−１１−２}面から４°以下オフした面である。これにより、特に良好な酸化膜が得られることから、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置において良好な特性が得られる。
【００５１】
次に、炭化珪素基板１の製造方法について説明する。図２を参照して、本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法では、まず、工程（Ｓ１０）として結晶成長工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、たとえば以下に説明する昇華法により、単結晶炭化珪素が作製される。
【００５２】
まずグラファイトからなる容器内に単結晶炭化珪素からなる種結晶と、炭化珪素からなる原料粉末とが挿入される。次に、原料粉末が加熱されることにより炭化珪素が昇華し、種結晶上に再結晶する。このとき、所望の不純物、たとえば窒素などが導入されつつ再結晶が進行する。そして、種結晶上に所望の大きさの結晶が成長した時点で加熱を停止し、容器内から単結晶炭化珪素の結晶が取り出される。
【００５３】
次に、工程（Ｓ２０）としてインゴット成形工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において作製された単結晶炭化珪素の結晶が、たとえば図３に示す円柱状の形状を有するインゴット１０に加工される。このとき、六方晶炭化珪素は＜０００１＞方向に成長させることにより、欠陥の発生を抑制しつつ効率よく結晶成長を進行させることが可能であるため、図３に示すように長手方向が＜０００１＞方向であるインゴット１０が作製されることが好ましい。
【００５４】
次に、工程（Ｓ３０）としてスライス工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、工程（Ｓ２０）において得られたインゴット１０が切断されることにより、基板が作製される。具体的には、図４を参照して、まず作製された柱状（円柱状）のインゴット１０が、その側面の一部が支持台２０により支持されるようにセットされる。次に、ワイヤー９が、インゴット１０の直径方向に沿った方向に走行しつつ、インゴット１０が走行方向に垂直な方向である切断方向αに沿ってワイヤー９に近づき、ワイヤー９とインゴット１０とが接触する。そして、インゴット１０が切断方向αに沿って進行し続けることによりインゴット１０が切断される。これにより、図５に示す炭化珪素基板１が得られる。このとき、炭化珪素基板１の主面１Ａが所望の面方位を有するように、インゴット１０が切断される。
【００５５】
次に、工程（Ｓ４０）として表面平坦化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、炭化珪素基板１の主面１Ａに対して、研削加工、研磨加工などが実施され、工程（Ｓ３０）において形成された切断面（すなわち主面１Ａ）の粗さが低減される。研削加工ではツールにダイヤモンド砥石を用い、炭化珪素基板１と砥石を対向して回転させ、一定速度で切り込むことにより、基板表面の除去を行なう。主面１Ａの凹凸を除去して平坦化し、厚みを調整することができる。研磨加工では、ダイヤモンド等の砥粒の粒径を調整することにより、所望の表面粗さを得ることができる。定盤は、鉄、銅、スズ、スズ合金などの金属定盤や、金属と樹脂の複合定盤、あるいは研磨布を用いることができる。硬い金属定盤を用いることで、レートを向上させることができる。軟らかい定盤を用いることで、表面粗さを低減することができる。
【００５６】
次に、工程（Ｓ５０）として表面仕上げ工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、炭化珪素基板１の主面１Ａに対してドライエッチングやＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などが実施されることにより、炭化珪素基板の表面上に存在する硫黄原子、不純物としての炭素原子、塩素原子、酸素原子および金属不純物の量や炭化珪素基板の表面粗さなどを所望の範囲に制御することができる。
【００５７】
たとえば、炭化珪素基板の表面粗さを制御するための研磨方法として、ラッピングやポリシングなどがあるが、仕上げ研磨は表面粗さを低下させ、表面組成を制御するためにＣＭＰ処理で仕上げることが好ましい。ＣＭＰの砥粒は表面粗さや加工変質層を低減させるために炭化珪素よりも柔らかい材料であることが必要であり、コロイダルシリカ、フュームドシリカが好ましい。ＣＭＰの溶液にはケミカル作用を増加させるためにｐＨ４以下またはｐＨ９．５以上が好ましく、ｐＨ２以下、ｐＨ１０．５以上がより好ましい。ＣＭＰ液のｐＨの制御は、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸などの有機酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ４ＯＨなどの無機アルカリ、コリン、アミン、TMAHなどの有機アルカリ、およびそれらの塩を添加することで制御できる。また、酸化剤を添加することが好ましい。酸化剤には次亜塩素酸及びその塩、トリクロロイソシアヌル酸などの塩素化イソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウムなどの塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、ニクロム酸カリウムなどのニクロム酸塩、臭素酸カリウムなどの臭素酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどのチオ硫酸塩、硝酸、硫酸、塩酸、過酸化水素水、オゾン等を用いることができる。酸化剤の添加でｐＨを制御することもできる。
【００５８】
炭化珪素基板の表面に存在する硫黄量の制御が容易であるので、ｐＨ調整には硫酸や硫酸塩が用いられることが好ましい。また、炭化珪素基板の表面に存在する炭素量の制御が容易であるので、ｐＨ調整には有機酸、有機アルカリ、およびそれらの塩を用いることが好ましい。有機酸としては、カルボン酸、有機アルカリには、コリン、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等が挙げられる。
【００５９】
炭化珪素基板の表面に存在する酸素量の制御が容易であることから、酸化剤は過酸化水素水が好ましい。炭化珪素基板の表面に存在する塩素量の制御は、塩素系酸化剤で行うことができる。炭化珪素基板の表面の組成を制御し、表面粗さを制御し、レートを向上させるためには、溶液のｐＨをｘ、酸化還元電位をｙとした際に、−５０ｘ＋７００≦ｙ≦−５０ｘ＋１８００を満たす条件でｘとｙを選定することが好ましい。酸化還元電位を適切な範囲に制御することにより、溶液の酸化力を制御することにより、炭化珪素基板の表面の酸素量を制御し、かつ表面粗さと研磨速度を適切な範囲に制御することができる。
【００６０】
炭化珪素基板の表面の組成を制御し、表面粗さを制御し、レートを向上させるためには、研磨液の粘度η(ｍＰａ・ｓ)と液流量Ｑ(ｍ3/ｓ)、研磨定盤の面積Ｓ(ｍ2)、研磨圧力Ｐ(ｋＰａ)、周速Ｖ(ｍ/ｓ)で表される抵抗係数Ｒ(ｍ2/ｓ)（ここでＲ＝η×Ｑ×Ｖ／Ｓ×Ｐとして決定される）が２．０×１０-15〜８．０×１０-1４がよい。抵抗係数を制御することにより、研磨布と基板とが摩擦して研磨する際の基板にかかる抵抗を制御できる。また、効果的に表面組成を制御し、かつ表面粗さと研磨速度を適切な範囲に制御することができる。
【００６１】
裏面の研磨については、微細なダイヤモンド砥粒を用いたポリシングで仕上げることが好ましい。ＣＭＰ処理は表面粗さを低減できるが、コストと生産性の問題が生じる。ダイヤモンド砥粒の粒径は、０．１μmから３μmが好ましい。定盤はスズ、スズ合金などの金属定盤や、樹脂定盤、研磨布を用いることができる。金属定盤を用いることで、レートが向上できる。研磨布を用いることで、表面粗さを低減することができる。表面粗さを適切な範囲とするためには、抵抗係数Ｒ（ｍ2／ｓ）は、１．０×１０-18〜３．０×１０-17が好ましい。抵抗係数を制御することにより、定盤と基板とが摩擦して研磨する際の基板にかかる抵抗を基板全面で均一化することができ、かつ表面仕上げに適切な範囲にすることができ、粗さの面内分布を低減することができる。裏面の粗さはＲｑが０．３ｎｍ〜１０ｎｍがよい。エピ成長時にサセプタとの接触を安定化して温度分布を均一化し、また加熱時の反り抑制により、良好なエピタキシャル層の成長を行うことができる。
【００６２】
炭化珪素基板１の表面上に存在する硫黄原子、不純物としての炭素原子、塩素原子、酸素原子および金属不純物の量や炭化珪素基板１の表面粗さなどを所望の範囲に制御するために、ドライエッチングが行われてもよい。たとえば、硫化水素などの硫黄系のガスを用いることで、炭化珪素基板１の表面の硫黄原子の量を制御することができる。また、メタン、エタン、プロパン、アセチレンなどの炭素系ガスを用いることで、炭化珪素基板１の表面の不純物としての炭素原子の量を制御することができる。さらに、酸素ガスを用いることで、炭化珪素基板１の表面の酸素原子の量を制御することができる。さらに、塩素や三塩化ホウ素などの塩素系のガスを用いることで、炭化珪素基板１の表面の塩素原子の量を制御することができる。また、塩素系ガスやフッ素系ガスを用いて基板のシリコンをエッチングして減少させることにより、炭素の量を制御することもできる。
【００６３】
次に、工程（Ｓ６０）として洗浄工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、上記工程（Ｓ５０）までのプロセスにおいて表面に付着した異物が洗浄により除去される。洗浄工程での薬液選定、超音波印加、洗浄槽の薬液のオーバーフロー循環とフィルタでのパーティクル除去により、炭化珪素基板の表面における硫黄原子、炭素原子など各原子の存在割合を所望の範囲に調整することができる。薬液には無機酸、無機アルカリ、有機酸、有機アルカリを用いることができる。洗浄効果を高めるため、過酸化水素水等の酸化剤を用いることができる。超音波の周波数は、５０ｋＨｚ〜２ＭＨｚとすることができる。薬液循環のフィルタの孔径は、サイズ５０ｎｍ以上５μｍ以下が好ましい。以上の工程により、本実施の形態の炭化珪素基板１が完成する。
【００６４】
本実施の形態の炭化珪素基板１の製造方法によれば、基板の表面を仕上げ処理する工程において、一方の主面に、硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在するように一方の主面における硫黄原子および不純物としての炭素原子の存在割合が調整される。硫黄原子の存在割合が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上であり、かつ不純物としての炭素原子の存在割合は３ａｔ％以上であることにより、炭化珪素基板の表面が安定化される。また、硫黄原子の存在割合が２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であり、かつ不純物としての炭素原子の存在割合は２５ａｔ％以下であるので、炭化珪素基板１との格子整合が妨げられることでエピタキシャル成長が阻害されることを抑制することができる。結果として、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能である炭化珪素基板１を提供することができる。
【００６５】
次に、本実施の形態における半導体装置について説明する。
図６を参照して、本実施の形態における半導体装置１００である横型ＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、ｐ−型炭化珪素基板１０３と、ｎ−型炭化珪素エピタキシャル成長層１０２とを主に有している。ｎ−型炭化珪素エピタキシャル成長層１０２の、ｐ−型炭化珪素基板１０３と対向しない側（図６における上側）の主表面から一定の深さの領域に、ｎ＋型ソース不純物領域１１１とｎ＋型ドレイン不純物領域１１４とを含んでいる。ｎ＋型ソース不純物領域１１１、ｎ＋型ドレイン不純物領域１１４の上側の主表面上にそれぞれソース電極１２１、ドレイン電極１２４が形成されている。ゲート電極１２２は、ソース電極１２１とドレイン電極１２４との間に形成されている。ソース電極１２１とゲート電極１２２との間、およびゲート電極１２２とドレイン電極１２４との間には層間絶縁膜１０６が配置されている。ｐ−型炭化珪素基板１０３の、ｎ−型炭化珪素エピタキシャル成長層１０２と対向しない側（図６における下側）の主表面上には基板裏面電極１２７が配置されている。なお、以上に述べた各構成要素のｐ型およびｎ型をすべて逆とした構成としてもよい。
【００６６】
たとえばｐ−型炭化珪素基板１０３はｐ型の炭化珪素から形成される。ｐ−型とはｐ型の不純物濃度が低く、高抵抗で半絶縁性を有することを意味する。具体的にはｐ−型炭化珪素基板１０３は厚みが１００μｍ以上４００μｍ以下で、ホウ素原子の不純物濃度が１×１０15ｃｍ-3である炭化珪素基板からなる。またｎ−型炭化珪素エピタキシャル成長層１０２はｎ型の不純物濃度が低いエピタキシャル層により形成されている。具体的にはｎ−型炭化珪素エピタキシャル成長層１０２は厚みが１μｍ程度で、窒素原子の不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3である。またｎ＋型ソース不純物領域１１１およびｎ＋型ドレイン不純物領域１１４はｎ型注入層により形成されている。ｎ＋型とはｎ型の不純物濃度が高いことを意味する。具体的にはｎ＋型ソース不純物領域１１１は窒素原子を１×１０19ｃｍ-3程度含む、厚みが０．４μｍ程度のｎ型注入層である。ｎ−型炭化珪素基板には、不純物として窒素を含むことができる。ｐ−型炭化珪素エピタキシャル成長層には、不純物としてアルミを含むことができる。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、半導体装置１００の一例としてＭＥＳＦＥＴを挙げて説明したがこれに限られない。半導体装置１００は、たとえばＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、横型ＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、横型ＭＯＳＦＥＴ、ＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであってもよい。
【００６８】
次に、本実施の形態における半導体装置１００である横型ＭＥＳＦＥＴの製造方法の一例について説明する。
【００６９】
図７を参照して、本実施の形態におけるＭＥＳＦＥＴの製造方法においては、まず、工程（Ｓ１１０）としての炭化珪素基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１１０）においては、上述した炭化珪素基板１が準備される。具体的には、炭化珪素基板の少なくとも一方の表面には、硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する炭化珪素基板１が準備される。
【００７０】
次に、工程（１２０）としてのエピタキシャル成長工程が実施される。具体的には、硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する一方の主面上に炭化珪素のエピタキシャル成長層１０２が形成される。
【００７１】
次に、工程（Ｓ１２１）としてイオン注入工程が実施される。この工程（Ｓ１２１）では、工程（Ｓ１２０）において形成されたエピタキシャル成長層１０２にイオン注入が実施されることにより、ｎ＋型ソース不純物領域１１１とｎ＋型ドレイン不純物領域１１４が形成される。
【００７２】
次に、工程（Ｓ１２２）として活性化アニール工程が実施される。この工程（Ｓ１２２）では、たとえば１６００℃〜１９００℃程度に加熱する熱処理が実施される。これにより、工程（Ｓ１２１）において注入された不純物が活性化する。
【００７３】
次に、工程（Ｓ１３０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ１２２）では、炭化珪素基板１０３の炭化珪素エピタキシャル成長層１０２が形成されている側とは反対側に基板裏面電極１２７が形成される。これにより、半導体装置１００であるＭＥＳＦＥＴが完成する。
【００７４】
次に、本実施の形態の半導体装置１００および当該半導体装置１００の製造方法の作用効果について説明する。
【００７５】
本実施の形態の半導体装置１００および当該半導体装置１００の製造方法において、表面が安定化された炭化珪素基板１が用いられる。それゆえ、当該炭化珪素基板１上には高品質のエピタキシャル成長層１０２が形成される。また、炭化珪素基板１とエピタキシャル成長層１０２との界面に低抵抗層が形成されることを抑制することができる。結果として、半導体装置１００の歩留まりを向上することができる。
【００７６】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２における炭化珪素基板について説明する。図８を参照して実施の形態２における炭化珪素基板１は、基本的には実施の形態１の炭化珪素基板１と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における炭化珪素基板１は、ベース層１１および単結晶炭化珪素層１２を備えている点において、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００７７】
具体的には、図８を参照して、実施の形態２における炭化珪素基板１は、ベース層１１と、ベース層１１上に形成された単結晶炭化珪素層１２とを備えている。そして、単結晶炭化珪素層１２の、ベース層１１の側とは反対側の主面１２Ａが、上記実施の形態１における主面１Ａに対応する。すなわち、本実施の形態における炭化珪素基板１では、一方の主面１２Ａを含む領域が単結晶炭化珪素からなっている。一方の主面１２Ａの硫黄原子の存在割合は６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であって、不純物としての炭素原子の存在割合は３ａｔ％以上２５ａｔ％以下である。
【００７８】
本実施の形態における炭化珪素基板１においては、ベース層１１として安価なベース基板、たとえば欠陥密度の大きい単結晶炭化珪素からなる基板や多結晶炭化珪素基板、あるいはセラミックスからなるベース基板を採用し、ベース層１１上に良質な炭化珪素単結晶からなる基板（タイル基板）を配置して単結晶炭化珪素層１２とされている。そのため、本実施の形態における炭化珪素基板１は、製造コストが抑制された炭化珪素基板となっている。また、本実施の形態においては、大口径のベース層１１上に、複数の単結晶炭化珪素層１２が平面的に見て並べて配置された構造を有している。その結果、本実施の形態における炭化珪素基板１は、製造コストが抑制され、かつ大口径な炭化珪素基板となっている。
【００７９】
言い換えれば、本実施の形態の炭化珪素基板１は、強度保持部（ベース層１１）および表面部（タイル基板）から形成された複合炭化珪素基板である。複合炭化珪素基板の強度保持部は、耐熱性と強度があれば単結晶炭化珪素である必要はなく、表面部が単結晶炭化珪素であればよい。強度保持部は耐熱性と強度の観点から炭化珪素であることが好ましい。強度保持部の炭化珪素は気相成長による多結晶体、無機原料、有機原料からなる焼結体、単結晶体のいずれでもよい。表面部は、エピタキシャル成長することから、単結晶炭化珪素とすることが必要となる。
【００８０】
次に、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法について説明する。図９を参照して、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法では、まず実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）が実施される。その後、工程（Ｓ３１）として単結晶基板成形工程が実施される。この工程（Ｓ３１）では、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）の結果得られた基板が、図８に示す単結晶炭化珪素層１２を構成するのに適した形状に成形される。具体的には、たとえば工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）の結果得られた基板が成形されることにより、複数の矩形の基板が準備される。
【００８１】
次に、工程（Ｓ３２）として貼り合せ工程が実施される。この工程（Ｓ３２）では、別途準備されたベース基板上に、工程（Ｓ３１）において作製された複数の基板が平面的に見て並べて、たとえばマトリックス状に配置される。その後、所定の温度に加熱する処理が実施されることにより、ベース基板と工程（Ｓ３１）において作製された基板とが一体化し、図８に示すように、ベース層１１上に複数の単結晶炭化珪素層１２が平面的に見て並べて配置された構造体が得られる。
【００８２】
ベース層１１と単結晶炭化珪素層１２の貼合せは、近接昇華や接着剤を用いて行うことができる。接着剤は、強度を保持できれば有機系、無機系のいずれでもよい。また、接着材は、珪素と炭素を含有し、加熱してＳｉＣ結合を形成するポリカルボシラン等のポリマーを用いてもよい。
【００８３】
その後、工程（Ｓ４０）〜（Ｓ６０）が上記実施の形態と同様に実施されることにより、実施の形態２における炭化珪素基板１が完成する。
【００８４】
完成した複合型の炭化珪素基板１は、結晶成長の方位、サイズの制約がないことから、所望の面方位、サイズの基板を得ることができる。また、ベース基板として安価な多結晶や焼結体が使用可能である。さらに、単結晶炭化珪素層１２を薄くすることができる。それゆえ、ベース基板と単結晶炭化珪素層１２とを貼合せた複合型の炭化珪素基板は１、同サイズの単結晶炭化珪素基板と比較して安いコストで製造可能である。
【実施例１】
【００８５】
半導体装置の歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における硫黄原子および不純物としての炭素原子の存在割合の影響について調査する実験を行なった。
【００８６】
昇華法により炭化珪素単結晶を成長した。種基板として直径８０ｍｍの炭化珪素基板１を用いた。種基板の主面を（０００１）面とした。外周研削機により、炭化珪素単結晶の成長面、下地基板面、外周を研削加工し、炭化珪素単結晶のインゴットを得た。インゴットのスライスはマルチワイヤーソーで実施した。スライス後の炭化珪素基板１の主面（以下、表面とも称す）が（０００１）面から４°オフした面となるようにインゴットを切断した。スライス後の炭化珪素基板１の厚みを４００μｍとした。炭化珪素基板１の抵抗率を２×１０5Ωｃｍとした。スライス後に基板外周にチャンファー加工を実施した。チャンファー加工後の基板の直径は７６．２ｍｍとした。基板の裏面、表面を順次平面加工してエピ用の基板を得た。裏面はダイヤモンド砥石により研削加工し、その後、研磨加工により炭化珪素基板１の表面のＲｑが０．３〜１０ｎｍとなるように鏡面化した。研削加工にはインフィード型研削機を用いた。砥石にはビトリファイドボンドで番手#２４００、集中度１５０の砥石を用いた。研磨加工はラッピングを実施した。定盤にはスズ定盤を用いた。ダイヤモンドスラリーの粒径は１μｍであった。
【００８７】
表面の加工は、研削加工、ラップ加工の後に、ＣＭＰを実施した。ＣＭＰのスラリーの砥粒には平均粒径３０nmのコロイダルシリカを用いた。スラリーのケミカル成分には、レートの向上と表面組成の制御のために、硫酸と酒石酸と過酸化水素水を添加した。本発明例では、スラリーのｐＨをｘ、酸化還元電位をｙとした際に、−５０ｘ＋７００≦ｙ≦−５０ｘ＋１８００の条件を満たすようにｘとｙを調整した。
【００８８】
研磨布としてスウェードタイプを用いた。また、研磨液の粘度η（ｍＰａ・ｓ）と液流量Ｑ（ｍ3/ｓ）、研磨定盤の面積Ｓ（ｍ2）、研磨圧力Ｐ（ｋＰａ）、周速Ｖ（ｍ/ｓ）で表される抵抗係数Ｒ（ｍ2/ｓ）（ここで、Ｒ＝η×Ｑ×Ｖ／Ｓ×Ｐ）を本発明例については２．０×１０-15〜８．０×１０-1４（ｍ2/ｓ）とした。
【００８９】
表面組成の評価として、ＴＸＲＦにより硫黄原子（Ｓ）の量を測定した。ＸＰＳにより不純物としての炭素原子（Ｃ）の量を測定した。表面組成を制御した基板（サンプル番号１−１〜サンプル番号１−１１）を用いてデバイスを作成した。作成したデバイスを横型ＭＥＳＦＥＴとした。ＭＥＳＦＥＴの歩留まりを計算した。歩留まりの計算では、５Ｖのゲート電圧を与えたときに、ゲート電流密度が１×１０-6Ａ／ｃｍ2であったものを良好とした。炭化珪素基板１の主面における硫黄原子および不純物としての炭素原子の存在割合を変化させて製造したＭＥＳＦＥＴの歩留まりの結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
0005943131.tif 000002
【００９１】
サンプル番号１−４〜１−８は本発明に係るＭＥＳＦＥＴであり、それ以外は比較例に係るＭＥＳＦＥＴである。本発明例のＭＥＳＦＥＴを形成する炭化珪素基板１は、基板の表面に硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する。表１に示すように、本発明例のＭＥＳＦＥＴは、比較例のＭＥＳＦＥＴよりも良好な歩留まりが得られることが確認された。
【実施例２】
【００９２】
半導体装置の歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における塩素原子の存在割合の影響について調査する実験を行なった。
【００９３】
表面組成の制御は、ＣＭＰの条件を変更することにより行われた。スラリーのケミカル成分には、レートの向上と表面組成の制御のために、硫酸ナトリウムとリンゴ酸ナトリウムとジクロロイソシアヌル酸Ｎａを添加した。ＣＭＰのスラリーの砥粒には平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカを用いた。研磨布としてスウェードタイプを用いた。また、本発明例では抵抗係数Ｒ（ｍ2/ｓ）を３．０×１０-15〜８．０×１０-15（ｍ2/ｓ）の範囲とした。スラリーのｐＨをｘ、酸化還元電位をｙとした際に、本発明例については−５０ｘ＋１１００≦ｙ≦−５０ｘ＋１８００の条件を満たすように、ｘとｙを制御した。その他の条件は実施例１と同様である。
【００９４】
表面組成を制御した基板（サンプル２−１〜サンプル２−５）を用いて横型ＭＥＳＦＥＴを作成し、ＭＥＳＦＥＴの歩留まりを計算した。歩留まりの計算は、実施例１の場合と同様である。炭化珪素基板１の主面における塩素原子の存在割合を変化させて製造したＭＥＳＦＥＴの歩留まりの結果を表２に示す。
【００９５】
【表２】
0005943131.tif 000003
【００９６】
サンプル番号２−１〜２−４は本発明に係るＭＥＳＦＥＴであり、サンプル番号２−５は比較例に係るＭＥＳＦＥＴである。本発明例のＭＥＳＦＥＴを形成する炭化珪素基板１は、基板の表面に塩素原子が３０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在する。表２に示すように、本発明例のＭＥＳＦＥＴは、比較例のＭＥＳＦＥＴよりも良好な歩留まりが得られることが確認された。
【実施例３】
【００９７】
半導体装置の歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における酸素原子の存在割合の影響について調査する実験を行なった。
【００９８】
表面組成の制御は、ＣＭＰの条件を変更することにより行われた。スラリーのケミカル成分には、レートの向上と表面組成の制御のために、硫酸水素ナトリウムと炭酸ＮａとＴＭＡＨと過酸化水素水を添加した。ＣＭＰのスラリーの砥粒には平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカを用いた。研磨布にはスウェードタイプを用いた。本発明例では抵抗係数Ｒ（ｍ2/ｓ）を３．０×１０-15〜８．０×１０-15（ｍ2/ｓ）の範囲とした。スラリーのｐＨをｘ、酸化還元電位をｙとした際に、本発明例では酸化還元電位は、−５０ｘ＋７００≦ｙ≦−５０ｘ＋１１００の条件を満たすように、ｘとｙを制御した。その他の条件は実施例１と同様である。
【００９９】
表面組成を制御した基板（サンプル３−１〜サンプル３−８）を用いて横型ＭＥＳＦＥＴを作成し、ＭＥＳＦＥＴの歩留まりを計算した。歩留まりの計算は、実施例１の場合と同様である。炭化珪素基板１の主面における酸素原子の存在割合を変化させて製造したＭＥＳＦＥＴの歩留まりの結果を表３に示す。
【０１００】
【表３】
0005943131.tif 000004
【０１０１】
サンプル番号３−２〜３−７は本発明例に係るＭＥＳＦＥＴであり、サンプル番号３−１および３−８は比較例に係るＭＥＳＦＥＴである。本発明例のＭＥＳＦＥＴを形成する炭化珪素基板１は、基板の表面に酸素原子が３ａｔ％以上３０ａｔ％以下で存在する。表３に示すように、本発明例のＭＥＳＦＥＴは、比較例のＭＥＳＦＥＴよりも良好な歩留まりが得られることが確認された。
【実施例４】
【０１０２】
半導体装置の歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面における金属不純物の存在割合の影響について調査する実験を行なった。
【０１０３】
表面組成の制御は、ＣＭＰの条件を変更することにより行われた。スラリーのケミカル成分には、レートの向上と表面組成の制御のために、硫酸ナトリウムとリンゴ酸ナトリウムとジクロロイソシアヌル酸Ｎａを添加した。ＣＭＰのスラリーの砥粒には平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカを用いた。研磨布にはスウェードタイプを用いた。また、本発明例では抵抗係数Ｒ（ｍ2/ｓ）を３．０×１０-15〜８．０×１０-15（ｍ2/ｓ）の範囲とした。スラリーのｐＨをｘ、酸化還元電位をｙとした際に、本発明例では酸化還元電位は、−５０ｘ＋１１００≦ｙ≦−５０ｘ＋１８００の条件を満たすように、ｘとｙを制御した。その他の条件は実施例１と同様である。
【０１０４】
表面組成を制御した基板（サンプル４−１〜サンプル４−５）を用いて横型ＭＥＳＦＥＴを作成し、ＭＥＳＦＥＴの歩留まりを計算した。歩留まりの計算は、実施例１の場合と同様である。炭化珪素基板１の主面における金属不純物の存在割合を変化させて製造したＭＥＳＦＥＴの歩留まりの結果を表４に示す。
【０１０５】
【表４】
0005943131.tif 000005
【０１０６】
サンプル番号４−１〜４−４は本発明例に係るＭＥＳＦＥＴであり、サンプル番号４−５は比較例に係るＭＥＳＦＥＴである。本発明例のＭＥＳＦＥＴを形成する炭化珪素基板１は、基板の表面に金属不純物が４０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在する。表４に示すように、本発明例のＭＥＳＦＥＴは、比較例のＭＥＳＦＥＴよりも良好な歩留まりが得られることが確認された。
【実施例５】
【０１０７】
半導体装置の歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面の表面粗さの影響について調査する実験を行なった。
【０１０８】
本実施例では、直径１２５ｍｍの炭化珪素基板を用いた。表面組成の制御は、ＣＭＰの条件を変更することにより行われた。ＣＭＰのスラリーの砥粒には平均粒径２０〜１００ｎｍのコロイダルシリカを用いた。研磨布にはスウェードタイプを用いた。また、本発明例では抵抗係数Ｒ（ｍ2/ｓ）を２．０×１０-15〜５．０×１０-15（ｍ2/ｓ）とした。本発明例では、スラリーのｐＨをｘ、酸化還元電位をｙとした際に、−５０ｘ＋７００≦ｙ≦−５０ｘ＋１１００の条件を満たすようにｘとｙを調整した。その他の条件は実施例１と同様である。
【０１０９】
表面組成を制御した基板（サンプル５−１〜サンプル５−４）を用いて横型ＭＥＳＦＥＴを作成し、ＭＥＳＦＥＴの歩留まりを計算した。歩留まりの計算は、実施例１の場合と同様である。炭化珪素基板１の主面における金属不純物の存在割合を変化させて製造したＭＥＳＦＥＴの歩留まりの結果を表５に示す。
【０１１０】
【表５】
0005943131.tif 000006
【０１１１】
サンプル番号５−１〜５−３は本発明例に係るＭＥＳＦＥＴであり、サンプル番号５−４は比較例に係るＭＥＳＦＥＴである。本発明例のＭＥＳＦＥＴを形成する炭化珪素基板１は、基板の表面の表面粗さは、Ｒｑで評価した場合０．５ｎｍ以下である。表５に示すように、本発明例のＭＥＳＦＥＴは、比較例のＭＥＳＦＥＴよりも良好な歩留まりが得られることが確認された。
【実施例６】
【０１１２】
半導体装置の歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面の面方位の影響について調査する実験を行なった。
【０１１３】
基板の主面を（０００−１）面として基板を作製した。単結晶基板の直径は１１０ｍｍとした。表面組成、粗さを適切な範囲に制御するため、コロイダルシリカの粒径を１０ｎｍとし、本発明例では抵抗係数Ｒ（ｍ2/ｓ）を５．０ ×１０-14〜８．０×１０-14（ｍ2/ｓ）とした。スラリーのｐＨをｘ、酸化還元電位をｙとした際に、本発明例では酸化還元電位は、−５０ｘ＋７００≦ｙ≦−５０ｘ＋１０００の条件を満たすように、ｘとｙを制御した。その他の条件は実施例１と同様である。主面が（０００−１）面である炭化珪素基板１を用いてＭＥＳＦＥＴを作成した。
【０１１４】
結果を表６に示す。サンプル番号６−３〜６−８は本発明例に係るＭＥＳＦＥＴであり、それ以外は比較例に係るＭＥＳＦＥＴである。本発明例の基板表面に硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する炭化珪素基板１を用いたＭＥＳＦＥＴは、比較例の表面組成の基板を用いたＭＥＳＦＥＴよりも良好な歩留まりが得られることが確認された。
【０１１５】
【表６】
0005943131.tif 000007
【実施例７】
【０１１６】
半導体装置の歩留まりに及ぼす炭化珪素基板の主面の面方位の影響について調査する実験を行なった。
【０１１７】
昇華法により炭化珪素単結晶を成長した。種基板として、直径８０ｍｍの炭化珪素基板を用いた。種基板の主面を（０００１）面とした。外周研削機により、炭化珪素単結晶の成長面、下地基板面、外周を研削加工し、炭化珪素のインゴットを得た。スライスはマルチワイヤーソーで実施した。スライス後の基板面を｛０３−３８｝とするため、ワイヤーの走行方向から５４．７°傾斜させてワイヤーソー装置内にセットしてインゴットを切断した。スライス後の基板厚みを２５０μｍとした。スライス後の基板の外周をダイシングして２０ｍｍ×３０ｍｍのタイル基板を得た。
【０１１８】
昇華法により多結晶炭化珪素を成長した。外周加工により、直径１５５ｍｍのインゴットを得た。マルチワイヤーソーによりインゴットをスライスし、厚み５００μｍの多結晶基板を得た。単結晶矩形基板を多結晶下地基板上に配置し、近接昇華により接合した。接合した複合基板の外周加工を行い、直径１５０ｍｍ、厚み７５０μｍの基板を得た。本発明例では、スラリーのｐＨをｘ、酸化還元電位をｙとした際に、−５０ｘ＋７００≦ｙ≦−５０ｘ＋１１００の条件を満たすようにｘとｙを調整した。また本発明例については抵抗係数Ｒ（ｍ2/ｓ）を５．０×１０-15〜１．０×１０-14（ｍ2/ｓ）とした。
【０１１９】
その他の条件は実施例１と同様である。主面が（０３−３８）面である炭化珪素基板１を用いてＭＥＳＦＥＴを作成した。
【０１２０】
結果を表７に示す。サンプル番号７−２〜７−５は本発明例に係るＭＥＳＦＥＴであり、それ以外は比較例に係るＭＥＳＦＥＴである。本発明例の基板表面に硫黄原子が６０×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上２０００×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下で存在し、不純物としての炭素原子が３ａｔ％以上２５ａｔ％以下で存在する炭化珪素基板１を用いたＭＥＳＦＥＴは、比較例の表面組成の基板を用いたＭＥＳＦＥＴよりも良好な歩留まりが得られることが確認された。
【０１２１】
【表７】
0005943131.tif 000008
【０１２２】
今回開示された実施の形態および実施例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説明ではなくて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が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２３】
１  炭化珪素基板、１Ａ  第１の主面、１Ｂ  第２の主面、９  ワイヤー、１０  インゴット、１１  ベース層、１２  単結晶炭化珪素層、１２Ａ  主面、２０  支持台、１００  半導体装置、１０２  エピタキシャル成長層、１０３  炭化珪素基板、１０６  層間絶縁膜、１１１  ソース不純物領域、１１４  ドレイン不純物領域、１２１  ソース電極、１２２  ゲート電極、１２４  ドレイン電極、１２７  基板裏面電極。
【図１】
0005943131.tif 000009
【図２】
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【図３】
0005943131.tif 000011
【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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