(57)【要約】  各々が裏面（Ｂ１）を有しかつ炭化珪素から作られた少なくとも１つの単結晶基板（１１）と、主面（Ｆ０）を有しかつ炭化珪素から作られた支持部（３０）とが準備される。この準備において、裏面（Ｂ１）および主面（Ｆ０）の少なくともいずれかが機械的加工によって形成される。この形成によって裏面（Ｂ１）および主面（Ｆ０）の少なくともいずれかに、結晶構造の歪を有する表面層が形成される。表面層の少なくとも一部が除去される。この除去の後に、裏面（Ｂ１）および主面（Ｆ０）が互いに接合される。
2011096109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が裏面（Ｂ１）を有しかつ炭化珪素から作られた少なくとも１つの単結晶基板（１１）と、主面（Ｆ０）を有しかつ炭化珪素から作られた支持部（３０）とを準備する工程を備え、前記準備する工程は前記裏面および前記主面の少なくともいずれかを機械的加工によって形成する工程を含み、前記形成する工程によって前記裏面および前記主面の少なくともいずれかに、結晶構造の歪を有する表面層が形成され、さらに  前記表面層の少なくとも一部を除去する工程と、  前記除去する工程の後に、前記裏面および前記主面を互いに接合する工程とを備える、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記除去する工程は、前記表面層を昇華させることによって行われる、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
前記準備する工程において前記裏面に前記表面層が形成され、  前記除去する工程において、前記裏面に形成された前記表面層の少なくとも一部が除去される、請求の範囲第２項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項４】
前記除去する工程は、前記昇華させる工程の前に、前記裏面および前記主面を互いに向かい合わせる工程を含む、請求の範囲第３項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項５】
前記除去する工程は犠牲酸化により行なわれる、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項６】
前記除去する工程は化学的に行われる、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項７】
前記除去する工程は、前記表面層のすべてを除去するように行なわれる、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項８】
前記接合する工程は、前記裏面および前記主面の間において、前記主面からの炭化珪素の昇華と、前記裏面上での炭化珪素の再結晶化とを発生させることにより行われる、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの単結晶基板は複数の単結晶基板である、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１０】
前記除去する工程は、前記表面層をエッチングすることによって行われる、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１１】
前記準備する工程は、前記裏面を機械的に研磨する工程を含む、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１２】
前記準備する工程は、前記裏面をスライスによって形成する工程を含む、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの単結晶基板は、前記裏面に対向する第１の表面を有する第１の単結晶基板を含み、  前記第１の表面は、{０００１}面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の表面のオフ方位と前記第１の単結晶基板の＜１−１００＞方向とのなす角は５°以下である、請求の範囲第１３項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の単結晶基板の＜１−１００＞方向における{０３−３８}面に対する前記第１の表面のオフ角は−３°以上５°以下である、請求の範囲第１４項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は炭化珪素基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、半導体装置の製造に用いられる半導体基板としてＳｉＣ（炭化珪素）基板の採用が進められつつある。ＳｉＣは、より一般的に用いられているＳｉ（シリコン）に比べて大きなバンドギャップを有する。そのためＳｉＣ基板を用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の低下が小さい、といった利点を有する。【０００３】  半導体装置を効率的に製造するためには、ある程度以上の基板の大きさが求められる。米国特許第７３１４５２０号明細書（特許文献１）によれば、７６ｍｍ（３インチ）以上のＳｉＣ基板を製造することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７３１４５２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  ＳｉＣ単結晶基板の大きさは工業的には１００ｍｍ（４インチ）程度にとどまっており、このため大型の単結晶基板を用いて半導体装置を効率よく製造することができないという問題がある。特に六方晶系のＳｉＣにおいて、（０００１）面以外の面の特性が利用される場合、上記の問題が特に深刻となる。このことについて、以下に説明する。【０００６】  欠陥の少ないＳｉＣ単結晶基板は、通常、積層欠陥の生じにくい（０００１）面成長で得られたＳｉＣインゴットから切り出されることで製造される。このため（０００１）面以外の面方位を有する単結晶基板は、成長面に対して非平行に切り出されることになる。このため単結晶基板の大きさを十分確保することが困難であったり、インゴットの多くの部分が有効に利用できなかったりする。このため、ＳｉＣの（０００１）面以外の面を利用した半導体装置は、効率よく製造することが特に困難である。【０００７】  このように困難をともなうＳｉＣ単結晶基板の大型化に代わって、支持部と、この上に接合された複数の小さな単結晶基板とを有する炭化珪素基板を用いることが考えられる。この炭化珪素基板は、単結晶基板の枚数を増やすことで、必要に応じて大型化することができる。しかしこのように支持部と単結晶基板とが接合される場合、その接合の強度が不十分となることがあった。【０００８】  本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、単結晶基板および支持部の間の接合強度を高めることができる炭化珪素基板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】
【０００９】  本発明の炭化珪素基板の製造方法は、以下の工程を有する。  各々が裏面を有しかつ炭化珪素から作られた少なくとも１つの単結晶基板と、主面を有しかつ炭化珪素から作られた支持部とが準備される。この準備において、裏面および主面の少なくともいずれかが機械的加工によって形成される。この形成によって裏面および主面の少なくともいずれかに、結晶構造の歪を有する表面層が形成される。表面層の少なくとも一部が除去される。この除去の後に、裏面および主面が互いに接合される。【００１０】  本発明によれば、歪を有する表面層を除去することにより、裏面および主面の間の接合強度を高めることができる。【００１１】  好ましくは、表面層の少なくとも一部を除去する工程は、表面層を昇華させることによって行われる。これにより、新たな結晶構造の歪が生じることを避けつつ、簡便に、表面層の少なくとも一部を除去することができる。より好ましくは、少なくとも１つの単結晶基板と、支持部とを準備する工程において、裏面に表面層が形成され、表面層の少なくとも一部を除去する工程において、裏面に形成された表面層の少なくとも一部が除去される。これにより、少なくとも１つの単結晶基板の裏面に形成された表面層の少なくとも一部を除去することができる。さらに好ましくは、表面層の少なくとも一部を除去する工程において、表面層が昇華させられる前に、裏面および主面が互いに向かい合わされる。これにより、表面層が除去された時点で、既に裏面および主面が互いに向かい合わされているので、続いて両者を接合することが容易となる。【００１２】  表面層の少なくとも一部を除去する工程は犠牲酸化によって行われてもよい。表面層の少なくとも一部を除去する工程は化学的に行われてもよい。【００１３】  好ましくは、表面層の少なくとも一部を除去する工程は、表面層のすべてを除去するように行なわれる。これにより裏面および主面の間の接合強度をより高めることができる。【００１４】  好ましくは、裏面および主面を互いに接合する工程は、裏面および主面の間において、主面からの炭化珪素の昇華と、裏面上での炭化珪素の再結晶化とを発生させることにより行われる。表面層の少なくとも一部を除去する工程が表面層を昇華させることによって行われる場合、両工程をともに昇華を用いて行うことができる。さらに、表面層の少なくとも一部を除去する工程において、表面層が昇華させられる前に、裏面および主面が互いに向かい合わされる場合、表面層が昇華させられた後に、昇華による物質の移動方向を変えるだけで、裏面および主面を互いに接合することができる。また表面層が裏面上だけでなく主面上にも存在する場合、主面上の表面層を、裏面および主面を互いに接合する工程における昇華によって消失させることができる。【００１５】  好ましくは、少なくとも１つの単結晶基板は複数の単結晶基板である。これにより大きな面積を有する炭化珪素基板を得ることができる。【００１６】  上記の、表面層の少なくとも一部を除去する工程は、表面層をエッチングすることによって行われてもよい。このエッチングは、たとえばウエットエッチングまたはガスエッチングである。【００１７】  少なくとも１つの単結晶基板を準備す���工程において、裏面が機械的に研磨されてもよい。これにより裏面を平坦化することができる。また裏面上に形成された表面層の厚さを薄くすることができる。【００１８】  少なくとも１つの単結晶基板を準備する工程において、裏面はスライスによって形成されてもよい。すなわち裏面は、スライスによって形成され、その後に研磨されていない面である。これにより裏面上に起伏が設けられる。よってこの起伏の凹部内の空間を、裏面上に支持部を昇華法によって設ける場合において、昇華ガスが広がる空隙として用いることができる。【００１９】  好ましくは、少なくとも１つの単結晶基板は、裏面に対向する第１の表面を有する第１の単結晶基板を含む。第１の表面は、{０００１}面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する。これにより、第１の表面が｛０００１｝面である場合に比して、第１の表面におけるチャネル移動度を高めることができる。【００２０】  より好ましくは、第１の表面のオフ方位と第１の単結晶基板の＜１−１００＞方向とのなす角は５°以下である。さらに好ましくは、第１の単結晶基板の＜１−１００＞方向における{０３−３８}面に対する第１の表面のオフ角は−３°以上５°以下である。
【発明の効果】
【００２１】  以上の説明から明らかなように、本発明の炭化珪素基板の製造方法によれば、単結晶基板および支持部の間の接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における炭化珪素基板の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の第１工程を概略的に示す断面図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の第２工程における、昇華による物質の移動方向を概略的に示す部分断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の第３工程における、昇華による物質の移動方向を概略的に示す部分断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の第３工程における、昇華による空隙の移動方向を概略的に示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の第２工程における、昇華によるボイドの移動方向を概略的に示す部分断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法の第１工程における単結晶基板の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法の第１工程における支持部の構成を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における炭化珪素の製造方法の一工程を概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における炭化珪素基板の構成を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における炭化珪素基板の構成を概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態５における半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態５における半導体装置の製造方法の概略的なフロー図である。
【図１６】本発明の実施の形態５における半導体装置の製造方法の第１工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態５における半導体装置の製造方法の第２工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態５における半導体装置の製造方法の第３工程を概略的に示す部分断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態５における半導体装置の製造方法の第４工程を概略的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。  （実施の形態１）  図１および図２を参照して、本実施の形態の炭化珪素基板８１は、支持部３０と、単結晶基板１１〜１３とを有する。支持部３０は、炭化珪素から作られた層であり、この層は主面Ｆ０を有する。単結晶基板１１〜１９は、炭化珪素から作られており、図１に示すように、マトリックス状に配置されている。単結晶基板１１〜１９の各々の裏面と、支持部３０の主面Ｆ０とは、互いに接合されている。たとえば単結晶基板１１（第１の単結晶基板）は、互いに対向する表面Ｆ１（第１の表面）および裏面Ｂ１（第１の裏面）を有し、単結晶基板１２は、互いに対向する表面Ｆ２（第２の表面）および裏面Ｂ２（第２の裏面）を有する。裏面Ｂ１およびＢ２の各々は、主面Ｆ０に接合されている。
【００２４】  単結晶基板１１〜１９の各々の表面は、好ましくは、面方位{０３−３８}を有する。ただし面方位として、{０００１}、{１１−２０}、または{１−１００}を用いることもできる。また上記の各面方位から数度オフした面を用いることもできる。
【００２５】  次に炭化珪素基板８１の製造方法について説明する。なお以下において説明を簡略化するために単結晶基板１１〜１９のうち単結晶基板１１および１２に関してのみ言及する場合があるが、単結晶基板１３〜１９も単結晶基板１１および１２と同様に扱われる。この点は、他の実施の形態の説明においても同様である。
【００２６】  図３および図４を参照して、支持部３０と、単結晶基板１１〜１９（総称して単結晶基板群１０ともいう。）と、加熱装置とが準備される。この時点において、支持部３０は必ずしも単結晶体である必要はなく、たとえば、多結晶体または焼結体であってもよい。
【００２７】  加熱装置は、第１および第２の加熱体９１、９２と、断熱容器４０と、ヒータ５０と、ヒータ電源１５０とを有する。断熱容器４０は、断熱性の高い材料から形成されている。ヒータ５０は、たとえば電気抵抗ヒータである。第１および第２の加熱体９１、９２は、ヒータ５０からの放射熱を吸収して得た熱を再放射することによって、支持部３０および単結晶基板群１０を加熱する機能を有する。第１および第２の加熱体９１、９２は、たとえば、空隙率の小さいグラファイトから形成されている。
【００２８】  次に、第１の加熱体９１、単結晶基板群１０、支持部３０、第２の加熱体９２が、この順に積み重なるように配置される。具体的には、まず第１の加熱体９１上に、単結晶基板１１〜１９がマトリクス状に配置される。次に単結晶基板群１０の表面上に支持部３０が載置される。次に支持部３０上に第２の加熱体９２が載置される。次に、積層された、第１の加熱体９１、単結晶基板群１０、支持部３０、第２の加熱体９２が、ヒータ５０が設けられた断熱容器４０内に収められる。
【００２９】  次に断熱容器４０内の雰囲気が、大気雰囲気を減圧することにより得られた雰囲気とされる。雰囲気の圧力は、好ましくは、１０-1Ｐａよりも高く１０4Ｐａよりも低くされる。
【００３０】  なお上記の雰囲気は不活性ガス雰囲気であってもよい。不活性ガスとしては、たとえば、Ｈｅ、Ａｒなどの希ガス、窒素ガス、または希ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いることができる。この混合ガスが用いられる場合、窒素ガスの割合は、たとえば６０％である。また処理室内の圧力は、好ましくは５０ｋＰａ以下とされ、より好ましくは１０ｋＰａ以下とされる。
【００３１】  さらに図５を参照して、上記のように準備された単結晶基板群１０（図３）の裏面上には表面層７１（図５）が形成されている。たとえば裏面Ｂ１およびＢ２の各々の上に表面層７１が形成されている。表面層７１は、単結晶基板１１および１２が準備される際に、裏面Ｂ１およびＢ２が機械加工によって形成されることによって裏面Ｂ１およびＢ２に形成された、結晶構造の歪みを有する層である。たとえば単結晶基板１１〜１９が炭化珪素単結晶の塊からスライスされることで製造される場合、このスライスの際に表面層が形成される。スライスにより形成される上記表面層の厚さは、たとえば２０μｍ程度である。またスライス後に裏面Ｂ１およびＢ２に対して機械的な研磨がなされる場合、スライスによる比較的厚い表面層は除去できるものの、この研磨によって、比較的薄くはあるが、表面層が形成される。
【００３２】  支持部３０は単結晶基板１１および１２の各々の上に載置されているだけであって、接合はされていない。このため裏面Ｂ１およびＢ２の各々と支持部３０との間には微小な空隙ＧＱが存在する。よって表面層７１は空隙ＧＱに面している。
【００３３】  次にヒータ５０によって、第１および第２の加熱体９１、９２のそれぞれを介して、単結晶基板１１および１２を含む単結晶基板群１０と、支持部３０とが、昇華再結晶反応が生じる程度の温度に加熱される。この加熱は、まず、単結晶基板群１０の温度が支持部３０の温度よりも高くなるような温度差が形成されるように行われる。すなわち、図中、下から上に向かって温度が低下するような温度勾配が形成される。この温度勾配は、単結晶基板群１０と支持部３０との間において、好ましくは１℃／ｃｍ以上１００℃／ｃｍ以下であり、より好ましくは１０℃／ｃｍ以上５０℃／ｃｍ以下とされる。
【００３４】  上述したように、支持部３０の温度に比して、単結晶基板１１および１２の各々の温度が高くされると、空隙ＧＱにおいて、図中矢印Ｍ１に示すように、昇華による物質移動が生じる。この結果、表面層７１の少なくとも一部が除去され、好ましくは表面層７１のすべてが除去される。昇華した炭化珪素は支持部３０の主面Ｆ０上において再結晶化することで、支持部３０に吸収される。
【００３５】  図６を参照して、単結晶基板１１および１２の各々の温度に比して、支持部３０の温度が高くされる。すなわち、図中、上から下に向かって温度が低下するような温度勾配が形成される。言い換えれば、温度勾配の方向が反転される。この温度勾配は、単結晶基板群１０と支持部３０との間において、好ましくは１℃／ｃｍ以上２００℃／ｃｍ以下であり、より好ましくは１０℃／ｃｍ以上５０℃／ｃｍ以下とされる。このような温度勾配により、空隙ＧＱにおいて、図中矢印Ｍ２に示すように、昇華による物質移動が生じる。
【００３６】  さらに図７を参照して、図５の矢印Ｍ２に示す物質移動は、逆に言えば、空隙ＧＱに存在する空洞の、図７の矢印Ｈ２に示す空洞移動に対応する。ここで空隙ＧＱの高さ（図中の縦方向の寸法）には大きな面内ばらつきがあり、このばらつきに起因して、空隙ＧＱに対応する空洞の移動（図中矢印Ｈ２）の速度に大きな面内ばらつきが生じる。
【００３７】  さらに図８を参照して、上記ばらつきのために空隙ＧＱ（図７）に対応する空洞は、その形状を保ちつつ移動することができず、代わりに複数のボイドＶＤ（図７）に分解される。この結果、単結晶基板１１および１２の各々が、支持部３０に接合される。
【００３８】  さらに加熱が継続されると、ボイドＶＤは、矢印Ｈ３に示すように、主面Ｆ０から離れていく。これにより接合強度がさらに高められる。また支持部３０の結晶構造が、単結晶基板群１０に近い領域から徐々に、単結晶基板群１０の結晶構造に対応するものに変化していく。以上により炭化珪素基板８１が得られる。
【００３９】  本実施の形態によれば、表面層７１（図５）が機械的にではなく昇華によって除去されるので、この除去にともなって裏面Ｂ１およびＢ２に新たな結晶構造の歪が生じることを避けつつ、歪を有する表面層７１を除去することができる。これにより、裏面Ｂ１およびＢ２の各々と主面Ｆ０との間の接合強度を高めることができる。また、加熱処理という簡便な工程によって表面層７１を除去することができる。またこの表面層７１の結晶欠陥に起因した厚さ方向（図２における縦方向）の電気抵抗の増大を抑制することができる。
【００４０】  また表面層７１が昇華させられる前に、裏面Ｂ１およびＢ２と主面Ｆ０とが、図５に示すように互いに向かい合わされる。これにより、表面層７１が除去された時点で、既に裏面Ｂ１およびＢ２の各々と主面Ｆ０とが互いに向かい合わされているので、続いて両者を接合する工程（図６〜図８）を容易に行うことができる。
【００４１】  また表面層７１を除去する工程と、裏面Ｂ１およびＢ２の各々と主面Ｆ０とを接合する工程とは、ともに昇華を用いて行われる。具体的には、昇華および再結晶化のための温度勾配を反転させるだけで、両工程を行うことができる。これにより炭化珪素基板８１の製造工程を簡略化することができる。
【００４２】  また裏面Ｂ１およびＢ２の各々と主面Ｆ０とが接合される際に、図６に示すように主面Ｆ０からの昇華が生じるので、仮に主面Ｆ０上に表面層が存在したとしてもこの表面層は除去される。よってこの表面層が接合強度に悪影響を与えることを避けることができる。
【００４３】  また表面Ｆ１およびＦ２（図２）が設けられるので、表面Ｆ１のみが設けられる場合に比して炭化珪素基板８１の表面積を大きくすることができる。
【００４４】  好ましくは、単結晶基板１１〜１９の各々の結晶構造はポリタイプ４Ｈ型を有する。これにより電力用半導体の製造に適した炭化珪素基板８１が得られる。
【００４５】  好ましくは、炭化珪素基板８１の割れを防止するために、炭化珪素基板８１における支持部３０の熱膨張係数と、単結晶基板１１〜１９の熱膨張係数との差がなるべく小さくされる。これにより炭化珪素基板８１の反りの発生を抑制することができる。このためには、たとえば、支持部３０の結晶構造が単結晶基板１１〜１９の結晶構造と同一とされればよく、具体的には、昇華および再結晶化による物質移動（図８：矢印Ｈ３）が十分に行われることで支持部３０の結晶構造を単結晶基板１１〜１９の結晶構造と同一とすればよい。
【００４６】  好ましくは、熱処理前に準備される支持部３０および単結晶基板群１０（図４）の各々の厚さの面内ばらつきは、なるべく小さくされる。たとえば、このばらつきは１０μｍ以下とされる。面内ばらつきを抑制するためには、たとえば平坦化処理が行われればよい。
【００４７】  好ましくは、熱処理前に準備される支持部３０の電気抵抗率は５０ｍΩ・ｃｍ未満とされ、より好ましくは、１０ｍΩ・ｃｍ未満とされる。
【００４８】  好ましくは、炭化珪素基板８１における支持部３０の不純物濃度は、５×１０18ｃｍ-3以上とされ、より好ましくは１×１０20ｃｍ-3以上とされる。このような炭化珪素基板８１を用いて縦型ＭＯＳＦＥＴ(Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor)などのように縦方向に電流を流す縦型半導体装置を製造することにより、縦型半導体装置のオン抵抗を低減することができる。
【００４９】  好ましくは、炭化珪素基板８１の電気抵抗率の平均値は、好ましくは５ｍΩ・ｃｍ以下とされ、より好ましくは、１ｍΩ・ｃｍ以下とされる。
【００５０】  好ましくは、炭化珪素基板８１の厚さ（図２における縦方向の寸法）は、３００μｍ以上とされる。
【００５１】  好ましくは、表面Ｆ１は、{０００１}面に対して５０°以上６５°以下のオフ角を有する。これにより、表面Ｆ１が｛０００１｝面である場合に比して、表面Ｆ１におけるチャネル移動度を高めることができる。より好ましくは、以下の第１または第２の条件が満たされる。
【００５２】  第１の条件下において、表面Ｆ１のオフ方位と単結晶基板１１の＜１−１００＞方向とのなす角は５°以下である。さらに好ましくは、単結晶基板１１の＜１−１００＞方向における{０３−３８}面に対する表面Ｆ１のオフ角は−３°以上５°以下である。
【００５３】  第２の条件下において、表面Ｆ１のオフ方位と単結晶基板１１の＜１１−２０＞方向とのなす角は５°以下である。
【００５４】  なお上記において、「＜１−１００＞方向における{０３−３８}面に対する表面Ｆ１のオフ角」とは、＜１−１００＞方向および＜０００１＞方向の張る射影面への表面Ｆ１の法線の正射影と、{０３−３８}面の法線とのなす角度であり、その符号は、上記正射影が＜１−１００＞方向に対して平行に近づく場合が正であり、上記正射影が＜０００１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。
【００５５】  また上記において単結晶基板１１の表面Ｆ１の好ましい方位について説明したが、好ましくは、他の単結晶基板１２〜１９の各々の表面の方位についても同様とされる。
【００５６】  また単結晶基板１１〜１９が支持部３０に接合されるために配置される前に、単結晶基板１１〜１９の裏面が予め機械的に研磨されてもよい。この研磨によって表面層７１の厚さが薄くなるので、表面層７１の昇華による除去（図５）をより容易に行うことができる。
【００５７】  またヒータ５０として電気抵抗ヒータを例示した。つまり抵抗加熱法を例示したが、他の加熱法を用いることもでき、たとえば、高周波誘導加熱法またはランプアニール法を用いることもできる。
【００５８】  （実施の形態２）  本実施の形態の炭化珪素基板は、炭化珪素基板８１（図１および図２）とおおよそ同様の構成を有する。以下に、その製造方法について説明する。
【００５９】  図９および図１０を参照して、裏面Ｂ１に表面層７１が形成された単結晶基板１１が準備される。また同様の単結晶基板１２〜１９（図１）が準備される。また主面Ｆ０に表面層７３が形成された支持部３０が準備される。支持部３０は必ずしも単結晶体である必要はなく、たとえば、多結晶体または焼結体であってもよい。
【００６０】  次に、表面層７１および９３の少なくともいずれかの少なくとも一部が化学的に除去される。具体的には、表面層７１および９３がエッチングされる。エッチング方法としては、たとえば、ウエットエッチング、ガスエッチング、ＲＩＥ(Reactive  Ion  Etching)、または犠牲酸化によるエッチングを用いることができる。
【００６１】  図１１を参照して、裏面Ｂ１およびＢ２と、主面Ｆ０とが向かい合うように、支持部３０上に単結晶基板１１および１２が載置される。次に支持部３０と、単結晶基板１１および１２とが加熱されることで、裏面Ｂ１およびＢ２の各々と主面Ｆ０とが接合される。これにより炭化珪素基板８１（図２）が得られる。
【００６２】  なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６３】  また本実施の形態においては支持部３０として表面層７３を有するものが準備されたが、表面層７３を有しない支持部３０が準備されてもよい。また単結晶基板１１として表面層７１を有するものが準備されたが、表面層７１を有しない単結晶基板１１が準備されてもよい。
【００６４】  （実施の形態３）  主に図１２を参照して、本実施の形態の炭化珪素基板８５は、単結晶基板１１〜１９（図１）の代わりに、単結晶基板１１のみを有する。これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【００６５】  （実施の形態４）  主に図１３を参照して、本実施の形態の炭化珪素基板８６は、単結晶基板１１に加えて、単結晶基板４１を有する。単結晶基板４１は、単結晶基板１１の表面Ｆ１に接合されている。
【００６６】  （実施の形態５）  図１４を参照して、本実施の形態の半導体装置１００は、縦型ＤｉＭＯＳＦＥＴ(Double  Implanted  Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor)であって、炭化珪素基板８１、バッファ層１２１、耐圧保持層１２２、ｐ領域１２３、ｎ+領域１２４、ｐ+領域１２５、酸化膜１２６、ソース電極１１１、上部ソース電極１２７、ゲート電極１１０、およびドレイン電極１１２を有する。
【００６７】  炭化珪素基板８１は、本実施の形態においてはｎ型の導電型を有し、また実施の形態１で説明したように、支持部３０および単結晶基板１１を有する。ドレイン電極１１２は、単結晶基板１１との間に支持部３０を挟むように、支持部３０上に設けられている。バッファ層１２１は、支持部３０との間に単結晶基板１１を挟むように、単結晶基板１１上に設けられている。
【００６８】  バッファ層１２１は、導電型がｎ型であり、その厚さはたとえば０．５μｍである。またバッファ層１２１におけるｎ型の導電性不純物の濃度は、たとえば５×１０17ｃｍ-3である。
【００６９】  耐圧保持層１２２は、バッファ層１２１上に形成されており、また導電型がｎ型の炭化ケイ素からなる。たとえば、耐圧保持層１２２の厚さは１０μｍであり、そのｎ型の導電性不純物の濃度は５×１０15ｃｍ-3である。
【００７０】  この耐圧保持層１２２の表面には、導電型がｐ型である複数のｐ領域１２３が互いに間隔を隔てて形成されている。ｐ領域１２３の内部において、ｐ領域１２３の表面層にｎ+領域１２４が形成されている。また、このｎ+領域１２４に隣接する位置には、ｐ+領域１２５が形成されている。一方のｐ領域１２３におけるｎ+領域１２４上から、ｐ領域１２３、２つのｐ領域１２３の間において露出する耐圧保持層１２２、他方のｐ領域１２３および当該他方のｐ領域１２３におけるｎ+領域１２４上にまで延在するように、酸化膜１２６が形成されている。酸化膜１２６上にはゲート電極１１０が形成されている。また、ｎ+領域１２４およびｐ+領域１２５上にはソース電極１１１が形成されている。このソース電極１１１上には上部ソース電極１２７が形成されている。
【００７１】  酸化膜１２６と、半導体層としてのｎ+領域１２４、ｐ+領域１２５、ｐ領域１２３および耐圧保持層１２２との界面から１０ｎｍ以内の領域における窒素原子濃度の最大値は１×１０21ｃｍ-3以上となっている。これにより、特に酸化膜１２６下のチャネル領域（酸化膜１２６に接する部分であって、ｎ+領域１２４と耐圧保持層１２２との間のｐ領域１２３の部分）の移動度を向上させることができる。
【００７２】  次に半導体装置１００の製造方法について説明する。なお図１６〜図１９においては単結晶基板１１〜１９（図１）のうち単結晶基板１１の近傍における工程のみを示すが、単結晶基板１２〜単結晶基板１９の各々の近傍においても、同様の工程が行なわれる。
【００７３】  まず基板準備工程（ステップＳ１１０：図１５）にて、炭化珪素基板８１（図１および図２）が準備される。炭化珪素基板８１の導電型はｎ型とされる。
【００７４】  図１６を参照して、エピタキシャル層形成工程（ステップＳ１２０：図１５）により、バッファ層１２１および耐圧保持層１２２が、以下のように形成される。
【００７５】  まず炭化珪素基板８１の単結晶基板１１上にバッファ層１２１が形成される。バッファ層１２１は、導電型がｎ型の炭化ケイ素からなり、たとえば厚さ０．５μｍのエピタキシャル層である。またバッファ層１２１における導電型不純物の濃度は、たとえば５×１０17ｃｍ-3とされる。
【００７６】  次にバッファ層１２１上に耐圧保持層１２２が形成される。具体的には、導電型がｎ型の炭化ケイ素からなる層が、エピタキシャル成長法によって形成される。耐圧保持層１２２の厚さは、たとえば１０μｍとされる。また耐圧保持層１２２におけるｎ型の導電性不純物の濃度は、たとえば５×１０15ｃｍ-3である。
【００７７】  図１７を参照して、注入工程（ステップＳ１３０：図１５）により、ｐ領域１２３と、ｎ+領域１２４と、ｐ+領域１２５とが、以下のように形成される。
【００７８】  まず導電型がｐ型の不純物が耐圧保持層１２２の一部に選択的に注入されることで、ｐ領域１２３が形成される。次に、ｎ型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってｎ+領域１２４が形成され、また導電型がｐ型の導電性不純物を所定の領域に選択的に注入することによってｐ+領域１２５が形成される。なお不純物の選択的な注入は、たとえば酸化膜からなるマスクを用いて行われる。
【００７９】  このような注入工程の後、活性化アニール処理が行われる。たとえば、アルゴン雰囲気中、加熱温度１７００℃で３０分間のアニールが行われる。
【００８０】  図１８を参照して、ゲート絶縁膜形成工程（ステップＳ１４０：図１５）が行われる。具体的には、耐圧保持層１２２と、ｐ領域１２３と、ｎ+領域１２４と、ｐ+領域１２５との上を覆うように、酸化膜１２６が形成される。この形成はドライ酸化（熱酸化）により行われてもよい。ドライ酸化の条件は、たとえば、加熱温度が１２００℃であり、また加熱時間が３０分である。
【００８１】  その後、窒素アニール工程（ステップＳ１５０）が行われる。具体的には、一酸化窒素（ＮＯ）雰囲気中でのアニール処理が行われる。この処理の条件は、たとえば加熱温度が１１００℃であり、加熱時間が１２０分である。この結果、耐圧保持層１２２、ｐ領域１２３、ｎ+領域１２４、およびｐ+領域１２５の各々と、酸化膜１２６との界面近傍に、窒素原子が導入される。
【００８２】  なおこの一酸化窒素を用いたアニール工程の後、さらに不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを用いたアニール処理が行われてもよい。この処理の条件は、たとえば、加熱温度が１１００℃であり、加熱時間が６０分である。
【００８３】  図１９を参照して、電極形成工程（ステップＳ１６０：図１５）により、ソース電極１１１およびドレイン電極１１２が、以下のように形成される。
【００８４】  まず酸化膜１２６上に、フォトリソグラフィ法を用いて、パターンを有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いて、酸化膜１２６のうちｎ+領域１２４およびｐ+領域１２５上に位置する部分がエッチングにより除去される。これにより酸化膜１２６に開口部が形成される。次に、この開口部においてｎ+領域１２４およびｐ+領域１２５の各々と接触するように導電体膜が形成される。次にレジスト膜を除去することにより、上記導体膜のうちレジスト膜上に位置していた部分の除去（リフトオフ）が行われる。この導体膜は、金属膜であってもよく、たとえばニッケル（Ｎｉ）からなる。このリフトオフの結果、ソース電極１１１が形成される。
【００８５】  なお、ここでアロイ化のための熱処理が行なわれることが好ましい。たとえば、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスの雰囲気中、加熱温度９５０℃で２分の熱処理が行なわれる。
【００８６】  再び図１４を参照して、ソース電極１１１上に上部ソース電極１２７が形成される。また、炭化珪素基板８１の裏面上にドレイン電極１１２が形成される。また酸化膜１２６上にゲート電極１１０が形成される。以上により、半導体装置１００が得られる。
【００８７】  なお本実施の形態における導電型が入れ替えられた構成、すなわちｐ型とｎ型とが入れ替えられた構成を用いることもできる。
【００８８】  また半導体装置１００を作製するための炭化珪素基板は、実施の形態１の炭化珪素基板８１に限定されるものではなく、たとえば、他の実施の形態のいずれかによる炭化珪素基板が用いられてもよい。
【００８９】  また縦型ＤｉＭＯＳＦＥＴを例示したが、本発明の半導体基板を用いて他の半導体装置が製造されてもよく、たとえばＲＥＳＵＲＦ−ＪＦＥＴ(Reduced  Surface  Field-Junction  Field  Effect  Transistor)またはショットキーダイオードが製造されてもよい。
【実施例】
【００９０】  （実施例１）  支持部３０（図３）として、直径１００ｍｍ、厚さ３００μｍ、ポリタイプ４Ｈ、面方位（０３−３８）、ｎ形不純物濃度１×１０20ｃｍ-3、マイクロパイプ密度１×１０4ｃｍ-2、および積層欠陥密度１×１０5ｃｍ-1を有する炭化珪素ウエハが準備された。【００９１】  また単結晶基板群１０の各々として、３５×３５ｍｍの正方形状、厚さ３００μｍ、ポリタイプ４Ｈ、面方位（０３−３８）、ｎ形不純物濃度１×１０19ｃｍ-3、マイクロパイプ密度０．２ｃｍ-2、および積層欠陥密度１ｃｍ-1未満を有する炭化珪素ウエハが準備された。この炭化珪素ウエハは、炭化珪素単結晶の塊からスライスされることによって形成された。スライスされることで形成された面に対して、研磨は行わなかった。このスライスによって、厚さ約２０μｍの表面層７１が形成された。【００９２】  単結晶基板群が第１の加熱体９１上にマトリックス状に載置された。次に単結晶基板群１０上に支持部３０が載置された。次に支持部３０上に第２の加熱体９２が載置された。これにより、第１の加熱体９１、単結晶基板群１０、支持部３０、および第２の加熱体９２からなる積層体が準備された。【００９３】  上記の積層体がグラファイト製の断熱容器４０（図３）内に収められた。次に断熱容器４０に流量１００ｓｃｃｍ(standard  cubic  centimeter  per  minute)  で窒素ガスが導入され、かつ断熱容器４０内の圧力が１３３Ｐａに制御された。【００９４】  次にヒータ５０によって断熱容器４０内の温度が約２０００℃に加熱された。この加熱は、第２の加熱体９２の温度に比して第１の加熱体９１の温度が高くなるように行なわれた。これにより第１の加熱体９１に面する単結晶基板群１０の温度は、第２の加熱体９２に面する支持部３０の温度よりも高くされた。これにより単結晶基板群１０の裏面（図５：裏面Ｂ１、Ｂ２）から炭化珪素を昇華させた。昇華される厚さと、得られる炭化珪素基板の特性との相関を調べるために、昇華される厚さは、０μｍ、２．５μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、および５０μｍとされた。【００９５】  次に、断熱容器４０内の雰囲気およびおおよその温度はそのままに、単結晶基板群１０および支持部３０の間での温度勾配が反転された。すなわち単結晶基板群１０の温度に比して支持部３０の温度が高くされた。これにより単結晶基板群１０と支持部３０とが接合された（図７、図８）。【００９６】  次に接合強度と、接合界面におけるマイクロパイプ密度とを調べた。その結果を、以下の表１に示す。【００９７】
【表１】
2011096109.tif 000003
【００９８】  この結果から、本実施例によれば、昇華によって表面層７１（図５）を除去することで、接合強度が向上し、かつ接合界面におけるマイクロパイプ密度が低下することがわかった。またこの効果は、昇華させられる厚さが表面層の厚さである２０μｍに至ると飽和することがわかった。【００９９】  （実施例２）  単結晶基板１１（図９）の裏面Ｂ１が、温度５００℃の溶融ＫＯＨに１０分間さらされることで、厚さ約１０μｍだけ除去された。次に、この単結晶基板１１を用いて炭化珪素基板が製造された（図１１）。【０１００】  （実施例３）  単結晶基板１１（図９）の裏面Ｂ１が、水素ガスを用いたガスエッチングによって、厚さ約３μｍだけ除去された。エッチング条件は、温度が１５００℃、水素流量が３ｓｌｍ(standard  liter  per  minute)、時間が６０分とされた。次に、この単結晶基板１１を用いて炭化珪素基板が製造された（図１１）。【０１０１】  （実施例４）  単結晶基板１１（図９）の裏面Ｂ１が、水素および塩化水素の混合ガスを用いたガスエッチングによって、厚さ約５μｍだけ除去された。エッチング条件は、温度が１５００℃、水素流量が３ｓｌｍ、塩化水素流量が０．３ｓｌｍ、時間が６０分とされた。次に、この単結晶基板１１を用いて炭化珪素基板が製造された（図１１）。【０１０２】  （実施例５）  単結晶基板１１（図９）の裏面Ｂ１が、ＲＩＥ(Reactive  Ion  Etching)によって、厚さ約５μｍだけ除去された。エッチング条件は、四フッ化炭素（ＣＦ4）流量が１０ｓｃｃｍ、酸素流量が５ｓｃｃｍ、出力が３００〜５００Ｗ、時間が２０分とされた。次に、この単結晶基板１１を用いて炭化珪素基板が製造された（図１１）。【０１０３】  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】
【０１０４】  １１  単結晶基板(第１の単結晶基板）、１２〜１９，４１  単結晶基板、３０  支持部、８１，８５，８６  炭化珪素基板、９１  第１の加熱体、９２  第２の加熱体、１００  半導体装置。
【図１】
2011096109.tif 000004
【図２】
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【図３】
2011096109.tif 000006
【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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【国際調査報告】
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