(57)【要約】  炭化珪素基板（８１）は基板領域（Ｒ１）および支持部（３０）を有する。基板領域（Ｒ１）は第１の単結晶基板（１１）を有する。支持部（３０）は第１の単結晶（１１）の第１の裏面（Ｂ１）に接合されている。第１の単結晶基板（１１）の転位密度は支持部（３０）の転位密度よりも低い。基板領域（Ｒ１）および支持部（３０）の少なくともいずれかはボイドを有する。
2011074308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の単結晶基板（１１）を含む基板領域（Ｒ１）を備え、前記第１の単結晶基板は、互いに対向する第１の表面（Ｆ１）および第１の裏面（Ｂ１）と、前記第１の表面および前記第１の裏面をつなぐ第１の側面（Ｓ１）とを有し、さらに  前記第１の裏面に接合された支持部（３０）を備え、前記第１の単結晶基板の転位密度は前記支持部の転位密度よりも低く、かつ前記基板領域および前記支持部の少なくともいずれかはボイドを有する、炭化珪素基板（８１）。
【請求項２】
単位体積当たりのボイド数が、前記第１の単結晶基板内に比して前記支持部内において多い、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板（８１）。
【請求項３】
前記第１の単結晶基板は単位体積当たりの不純物濃度として第１の濃度を有し、前記支持部は単位体積当たりの不純物濃度として第２の濃度を有し、前記第２の濃度は前記第１の濃度よりも高い、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項４】
前記基板領域は第２の単結晶基板（１２）を含み、前記第２の単結晶基板は、互いに対向する第２の表面（Ｆ２）および第２の裏面（Ｂ２）と、前記第２の表面および前記第２の裏面をつなぐ第２の側面（Ｓ２）とを有し、前記第２の裏面は前記支持部に接合されている、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板（８１）。
【請求項５】
前記基板領域は、互いに対向する前記第１および第２の側面によって挟まれた空間部（ＧＰ）を含み、前記空間部は前記空間部の一部を充填する充填部（２０）を有する、請求の範囲第４項に記載の炭化珪素基板。
【請求項６】
前記第１の単結晶基板は第１の空隙率を有し、前記空間部は第２の空隙率を有し、前記第２の空隙率は前記第１の空隙率の比して高い、請求の範囲第５項に記載の炭化珪素基板。
【請求項７】
前記基板領域は、前記第１の単結晶基板の前記第１の表面に接合された第３の単結晶基板（４１）を含む、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板（８６）。
【請求項８】
前記支持部の単位体積当たりのボイド数は１０ｃｍ-3以上である、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項９】
前記ボイド数は、１μｍ3以上の体積を有するボイドに関するものである、請求の範囲第８項に記載の炭化珪素基板。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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１０項に記載の炭化珪素基板。
【請求項１２】
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１１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項１３】
前記第１の表面のオフ方位と前記第１の単結晶基板の＜１１−２０＞方向とのなす角は５°以下である、請求の範囲第１０項に記載の炭化珪素基板。
【請求項１４】
前記第１の単結晶基板の前記第１の裏面（Ｂ１）は、スライスによって形成された面である、請求の範囲第１項に記載の炭化珪素基板（８１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は炭化珪素基板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。【０００８】  しかし上記のように互いに接合された単結晶基板および支持部を有する炭化珪素基板には、単結晶基板および支持部の間の物性の相違に起因して、反りが生じやすく、さらに割れが生じることもある。【０００９】  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、互いに接合された単結晶基板および支持部を有し、かつ反りが生じにくい炭化珪素基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明の炭化珪素基板は基板領域および支持部を有する。基板領域は第１の単結晶基板を有する。第１の単結晶基板は、互いに対向する第１の表面および第１の裏面と、第１の表面および第１の裏面をつなぐ第１の側面とを有する。支持部は第１の裏面に接合されている。第１の単結晶基板の転位密度は支持部の転位密度よりも低い。基板領域および支持部の少なくともいずれかはボイドを有する。【００１１】  本発明によれば、第１の単結晶基板の転位密度が支持部の転位密度よりも低いので、炭化珪素基板の結晶の品質を第１の単結晶基板において特に高くすることができる。また炭化珪素基板中の応力がボイドによって緩和されるので、炭化珪素基板の反りの発生を抑制することができる。【００１２】  好ましくは、単位体積当たりのボイド数は、第１の単結晶基板内に比して支持部内において多い。よって、第１の単結晶基板内におけるボイド数を抑制しつつ、支持部内のボイド数を多くすることで、応力緩和のために十分なボイド数を確保することができる。よって第１の単結晶基板の品質を落とすことなく、炭化珪素基板の反りの発生を抑制することができる。【００１３】  好ましくは、第１の単結晶基板は単位体積当たりの不純物濃度として第１の濃度を有し、支持部は単位体積当たりの不純物濃度として第２の濃度を有し、第２の濃度は第１の濃度よりも高い。これにより支持部の電気抵抗率を低くすることができる。【００１４】  好ましくは、基板領域は第２の単結晶基板を有する。第２の単結晶基板は、互いに対向する第２の表面および第２の裏面と、第２の表面および第２の裏面をつなぐ第２の側面とを有する。第２の裏面は支持部に接合されている。これにより、基板領域の表面として第１および第２の表面の両方が設けられるので、炭化珪素基板の表面積を大きくすることができる。【００１５】  好ましくは、基板領域は、互いに対向する第１および第２の側面によって挟まれた空間部を含む。空間部は空間部の一部を充填する充填部を有する。これより、充填部がない場合に比して、空間部へ異物が溜まることが抑制される。【００１６】  好ましくは、第１の単結晶基板は第１の空隙率を有し、空間部は第２の空隙率を有する。第２の空隙率は第１の空隙率に比して高い。これにより、空間部の変形によって応力が緩和されやすくなる。よって炭化珪素基板の反りの発生がより抑制される。【００１７】  好ましくは、基板領域は第３の単結晶基板を有する。第３の単結晶基板は、第１の単結晶基板の第１の表面に接合されている。これにより基板領域を積層構造とすることができる。【００１８】  好ましくは、支持部の単位体積当たりのボイド数は１０ｃｍ-3以上である。これにより炭化珪素基板の反りの発生をより抑制することができる。【００１９】  好ましくは、ボイド数は、１μｍ3以上の体積を有するボイドに関するものである。これにより炭化珪素基板の反りの発生をより確実に抑制することができる。【００２０】  好ましくは、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。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。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。【００２１】  好ましくは、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。第１の表面のオフ方位と第１の単結晶基板の＜１１−２０＞方向とのなす角は５°以下である。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。【００２２】  好ましくは、第１の単結晶基板の第１の裏面は、スライスによって形成された面である。すなわち第１の裏面は、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。これにより第１の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、第１の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。
【発明の効果】
【００２３】  以上の説明から明らかなように、本発明の炭化珪素基板によれば、互いに接合された単結晶基板および支持部を有し、かつ反りが生じにくい炭化珪素基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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２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８】本発明の実施の形態２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９】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１０】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１１】本発明の実施の形態４の変形例の炭化珪素基板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５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６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７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７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７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７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７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７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】
【００２５】  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および基板領域Ｒ１を有する。基板領域Ｒ１は、単結晶基板１１〜１９と、空間（空間部）ＧＰとを有する。空間ＧＰは充填部２０を有する。基板領域Ｒ１および支持部３０は、両者の界面を跨ぐように、ボイドＶ１を有する。すなわちボイドＶ１は、基板領域Ｒ１に含まれるボイドＶ１ａと、支持部３０に含まれるボイドＶ１ｂとを有する。ボイドＶ１は、平面視において、単結晶基板１１〜１９同士の境界に配置されている。また支持部３０は、その内部にボイドＶｃを有する。
【００２６】  単結晶基板１１（第１の単結晶基板）は、互いに対向する第１の表面Ｆ１および第１の裏面Ｂ１と、第１の表面Ｆ１および第１の裏面Ｂ１をつなぐ第１の側面Ｓ１とを有する。単結晶基板１２（第２の単結晶基板）は、互いに対向する第２の表面Ｆ２および第２の裏面Ｂ２と、第２の表面Ｆ２および第２の裏面Ｂ２をつなぐ第２の側面Ｓ２とを有する。第１および第２の単結晶基板は、第１および第２の側面Ｓ１、Ｓ２が空間ＧＰを介して対向するように配置されている。好ましくは第１および第２の側面Ｓ１、Ｓ２の最短間隔は５ｍｍ以下とされ、より好ましくは１ｍｍ以下とされ、さらに好ましくは１００μｍ以下とされ、さらに好ましくは１０μｍ以下とされる。
【００２７】  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。
【００２８】  充填部２０は、第１および第２の表面Ｆ１、Ｆ２をつなぐように空間ＧＰの一部を充填している。空間ＧＰは、図２に示すように比較的大きなボイドＶ１ａを有するので、単結晶基板１１〜１９の各々の空隙率（第１の空隙率）に比して、高い空隙率（第２の空隙率）を有する。
【００２９】  支持部３０は、単結晶基板１１〜１９の各々、たとえば第１および第２の裏面Ｂ１、Ｂ２の各々に接合されている。支持部３０は、たとえば円板状の形状を有し、この場合その直径は、好ましくは５０ｍｍ以上であり、より好ましくは１５０ｍｍ以上である。
【００３０】  単位体積当たりのボイド数は、単結晶基板１１〜１９の各々の内部に比して、支持部３０内において多い。好ましくは、支持部３０の単位体積当たりのボイド数は１０ｃｍ-3以上である。ここでいうボイド数とは、ある程度以上の体積を有するボイドについてのものであり、この体積は、たとえば１μｍ3である。
【００３１】  また単結晶基板１１〜１９の各々の転位密度は、支持部３０の転位密度よりも低い。すなわち支持部３０よりも単結晶基板１１〜１９において、結晶の品質が高い。
【００３２】  好ましくは、単結晶基板１１〜１９の各々は単位体積当たりの不純物濃度として第１の濃度を有し、支持部３０は単位体積当たりの不純物濃度として第２の濃度を有する。第２の濃度は第１の濃度よりも高い。
【００３３】  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。
【００３４】  図３および図４を参照して、支持部３０と、単結晶基板１１〜１９すなわち単結晶基板群１０と、加熱装置とが準備される。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。
【００３５】  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。たとえば単結晶基板１１および１２は、第１および第２の側面Ｓ１、Ｓ２が空間ＧＰを介して対向するように載置される。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、単結晶基板群１０、支持部３０、第２の加熱体が、ヒータ５０が設けられた断熱容器４０内に収められる。
【００３６】  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。
【００３７】  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。また断熱容器４０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。
【００３８】  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、支持部３０の温度が単結晶基板群１０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。
【００３９】  図５を参照して、上記の加熱が開始される段階では、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。このため単結晶基板１１および１２の裏面（図５における上面）の各々と、支持部３０との間には微小な空隙ＧＱが存在する。また単結晶基板１１および１２の間には、上述したように空間ＧＰが形成されている。特に単結晶基板１１および１２の裏面がスライスによって形成された面である場合、すなわち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場合、この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により、適度な大きさの空隙ＧＱを容易かつ確実に設けることができる。
【００４０】  上述したように、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と、空隙ＧＱにおいて、図中矢印Ｍｃに示すように、昇華による物質移動が生じる。また支持部３０から空間ＧＰに向かって、図中矢印Ｍｂに示すように、昇華による物質移動が生じる。また空間ＧＰにおいて、図中矢印Ｍａに示すように、単結晶基板１１および１２の各々の裏面側（図中の上側）から表面側（図中の下側）に向かって、昇華による物質移動が生じる。
【００４１】  さらに図６を参照して、図５の矢印Ｍａ〜Ｍｃのそれぞれに示す物質移動は、逆に言えば、空間ＧＰおよび空隙ＧＱに存在する空洞の、図６の矢印Ｈ１ａ〜Ｈ１ｃ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Ｈ１ｃ）の速度に大きな面内ばらつきが生じる。
【００４２】  さらに図７を参照して、上記ばらつきのために空隙ＧＱ（図６）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Ｖｃ（図７）を生成する。
【００４３】  また矢印Ｈ１ａおよびＨ１ｂ（図６）に示す、空間ＧＰに対応する空洞の移動によって、第１および第２の表面Ｆ１、Ｆ２をつなぐように空間ＧＰの一部を充填する充填部２０が形成される。この結果、支持部３０の空間ＧＰに面して位置するボイドＶ１ｂ（図７）と、空間ＧＰに位置するボイドＶ１ａ（図７）とからなるボイドＶ１が生成される。
【００４４】  さらに加熱が継続されることで、ボイドＶ１ａ、Ｖ１ｂ、およびＶｃのそれぞれが、矢印Ｈ２ａ、Ｈ２ｂ、およびＨ２ｃに示すように移動する。これにより、図２に示す炭化珪素基板８１が得られる。
【００４５】  本実施の形態によれば、単結晶基板１１〜１９の各々の転位密度が支持部３０の転位密度よりも低いので、炭化珪素基板８１の結晶の品質を単結晶基板１１〜１９の各々において特に高くすることができる。また炭化珪素基板８１中の応力が、ボイドＶ１およびＶｃによって緩和されるので、炭化珪素基板８１の反りの発生を抑制することができる。
【００４６】  また単位体積当たりのボイド数は、単結晶基板１１〜１９の各々内に比して支持部３０内において多い。よって、単結晶基板１１〜１９の各々内におけるボイド数を抑制しつつ、支持部３０内のボイド数を多くすることで、応力緩和のために十分なボイド数を確保することができる。よって単結晶基板１１〜１９の品質を落とすことなく、炭化珪素基板８１の反りの発生を抑制することができる。
【００４７】  また第１および第２の表面Ｆ１、Ｆ２（図２）が設けられるので、第１の表面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。
【００４８】  また空間ＧＰは、第１および第２の表面Ｆ１、Ｆ２をつなぐように空間ＧＰの一部を充填する充填部２０を有する。これより空間ＧＰ中へ異物が溜まることが抑制される。
【００４９】  また空間ＧＰの空隙率（第２の空隙率）は単結晶基板１１の空隙率（第１の空隙率）に比して高いので、充填部２０が変形しやすくなる。これにより充填部２０によって応力が緩和されやすくなるので、炭化珪素基板８１の反りの発生がより抑制される。好ましくは空間ＧＰの空隙率は、他の単結晶基板１２〜１９の各々の空隙率に比しても高くされる。
【００５０】  好ましくは、単結晶基板１１は単位体積当たりの不純物濃度として第１の濃度を有し、支持部３０は単位体積当たりの不純物濃度として第２の濃度を有する。第２の濃度は第１の濃度よりも高い。これにより支持部３０の電気抵抗率を低くすることができる。
【００５１】  好ましくは、支持部３０の単位体積当たりのボイド数は１０ｃｍ-3以上である。これにより炭化珪素基板８１の反りの発生をより抑制することができる。
【００５２】  好ましくは、上記のボイド数は、１μｍ3以上の体積を有するボイドの数である。これにより炭化珪素基板８１の反りの発生をより確実に抑制することができる。
【００５３】  好ましくは、単結晶基板１１〜１９の各々のＳｉＣ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。
【００５４】  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の反りの発生をより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い。
【００５５】  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。
【００５６】  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。
【００５７】  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。
【００５８】  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。
【００５９】  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。
【００６０】  好ましくは、第１の表面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、第１の表面Ｆ１が｛０００１｝面である場合に比して、第１の表面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。
【００６１】  第１の条件下において、第１の表面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}面に対する第１の表面Ｆ１のオフ角は−３°以上５°以下である。
【００６２】  第２の条件下において、第１の表面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。
【００６３】  なお上記において単結晶基板１１の第１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。
【００６４】  （実施の形態２）  主に図８を参照して、本実施の形態の炭化珪素基板８２は、実施の形態１（図２）と異なり、ボイドＶ１ｂ（図２）を有しない。炭化珪素基板８２は、矢印Ｍｂ（図５）に示す物質移動をほとんど発生させずに、主に矢印Ｍａ（図５）に示す物質移動によって充填部２０を形成することによって得ることができる。
【００６５】  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。本実施の形態によっても実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６６】  （実施の形態３）  主に図９を参照して、本実施の形態の炭化珪素基板８３は、基板領域Ｒ１（図２）の代わりに基板領域Ｒ３を有する。基板領域Ｒ３は、充填部２１によって全体が充填された空間部ＧＰを有する。また支持部３０は、ボイドＶｃに加えて、ボイドＶ２を有する。ボイドＶ２は支持部３０の内部にのみ位置している。炭化珪素基板８３は、ボイドＶ１（図７）が支持部３０内部に完全に入るまで熱処理が継続されることによって得ることができる。
【００６７】  充填部２１の材料は、たとえば、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、接着剤、レジスト、樹脂、または酸化珪素（ＳｉＯ2）である。
【００６８】  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。本実施の形態によっても実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６９】  （実施の形態４）  図１０を参照して、本実施の形態の炭化珪素基板８４は、基板領域Ｒ１（図２）の代わりに基板領域Ｒ４を有する。基板領域Ｒ４は、充填されていない空間部ＧＰを有する。炭化珪素基板８４は支持部３０の形成を、たとえば図中矢印に示すように、第１および第２の裏面Ｂ１、Ｂ２上に炭化珪素を堆積することによって行うことで得られる。ボイドＶｃは、この堆積の際に形成される。この堆積によって得られる支持部３０は、必ずしも単結晶構造を有する必要はなく、多結晶構造を有してもよい。
【００７０】  図１１を参照して、本実施の形態の変形例について説明する。本変形例においては、予めボイドＶｃを有する支持部３０が準備される。支持部３０としては、実施の形態１と同様のものの他、多結晶体または焼結体が用いられてもよい。そして図中矢印に示すように、支持部３０の面と、単結晶基板１１〜１３の各々の裏面とが接合される。この接合は、たとえば、単結晶基板１１〜１３の各々と支持部３０との間の界面を加熱することによって行うことができる。
【００７１】  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。本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７２】  （実施の形態５）  図１２を参照して、本実施の形態の炭化珪素基板８５は、基板領域Ｒ１（図２）の代わりに基板領域Ｒ５を有する。基板領域Ｒ５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。
【００７３】  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。本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７４】  （実施の形態６）  図１３を参照して、本実施の形態の炭化珪素基板８６は、基板領域Ｒ５（図１２）の代わりに基板領域Ｒ６を有する。基板領域Ｒ６は、単結晶基板１１に加えて、単結晶基板４１（第３の単結晶基板）を有する。第３の単結晶基板４１は、単結晶基板１１（第１の単結晶基板）の第１の表面Ｆ１に接合されている。これにより基板領域Ｒ６は積層構造を有する。
【００７５】  （実施の形態７）  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。
【００７６】  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。
【００７７】  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。
【００７８】  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型の炭化珪素からなる。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。
【００７９】  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。
【００８０】  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。
【００８１】  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。
【００８２】  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。
【００８３】  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。
【００８４】  まず炭化珪素基板８１の単結晶基板１１の表面上にバッファ層１２１が形成される。バッファ層１２１は、導電型がｎ型の炭化珪素からなり、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。
【００８５】  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型の炭化珪素からなる層が、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。
【００８６】  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。
【００８７】  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。
【００８８】  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。
【００８９】  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。
【００９０】  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。
【００９１】  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。
【００９２】  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。
【００９３】  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。
【００９４】  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。
【００９５】  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。  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。
【００９６】  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、たとえば炭化珪素基板８２〜８６（実施の形態２〜６）のいずれかであってもよい。
【００９７】  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】
【００９８】  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。また単結晶基板群１０すなわち単結晶基板１１〜１９（図１）の各々として、２０×２０ｍｍ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。また第１および第２の加熱体９１、９２の各々としてのグラファイト片が準備された。【００９９】  単結晶基板１１〜１９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。【０１００】  上記の積層体が加熱装置の断熱容器４０（図３）内に収められた。次に断熱容器４０内の雰囲気が圧力１Ｐａの窒素雰囲気とされた。次にヒータ５０によって断熱容器４０内の温度が約２１００℃に加熱された。この加熱は第１の加熱体９１よりも第２の加熱体９２の近くに位置するヒータ５０によって行なわれた。この結果、第１の加熱体９１の温度に比して第２の加熱体９２の温度が高くされた。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の温度よりも低くされた。この状態が２４時間保持されることで熱処理が行なわれた。これにより炭化珪素基板８１（図１、図２）が得られた。【０１０１】  炭化珪素基板８１における支持部３０の単位体積当たりのボイド数は１０ｃｍ-3以上であった。またこの支持部３０の不純物濃度は５×１０20ｃｍ-3であった。すなわち熱処理後の支持部３０の不純物濃度は、熱処理前の値である１×１０20ｃｍ-3よりも大きくなっていた。この原因は、支持部３０が上述した雰囲気中の窒素を取り込んだためと考えられる。【０１０２】  炭化珪素基板８１の断面をＳＥＭ(Scanning  Electron  Microscope)により観察したところ、熱処理前に単結晶基板１１と支持部３０との境界に存在していた空隙ＧＱ（図５）は、ほぼ消失していた。【０１０３】  なお本実施例においては熱処理において支持部３０の温度よりも単結晶基板１１の温度が低くされたが、このような温度差を設けない熱処理について実験を行ったところ、本実施例に比して空隙ＧＱのより多くの部分が残存した。【０１０４】  次に本実施例のさらなる試料として、上記と同様の方法によって、面方位（０００１）および（０３−３８）の各々について、直径５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、および１５０ｍｍの炭化珪素基板が作製された。また比較例として、上記の各々の大きさに対応する単結晶からなる基板が準備された。これらの基板の各々に対してイオン注入を行い、そして活性化アニールが行われた。活性化アニールの条件は、雰囲気がＡｒ雰囲気、圧力が９０ｋＰａ、昇温レートが１００℃／分、温度が１８００℃、保持時間が３０分間とされた。【０１０５���  上記のようにして得られた各基板の反りが測定された。その結果を表１に示す。【０１０６】
【表１】
2011074308.tif 000003
【０１０７】  この結果から、本実施例によれば、基板の反りの発生を抑制することができることがわかった。【０１０８】  また上記の各基板の割れの確率が測定された。その結果を表２に示す。【０１０９】
【表２】
2011074308.tif 000004
【０１１０】  この結果から、本実施例によれば、基板の割れの確率を低減することができることがわかった。【０１１１】  なお本実施例においては活性化アニールとしてＡｒ雰囲気が用いられたが、Ｈｅなどの他の不活性ガス、またはＮ2ガスの雰囲気が用いられた場合についても、同様の結果が得られた。【０１１２】  また炭化珪素基板８１における支持部３０の単位体積当たりのボイド数と、上記の基板の反りとの相関について調べたところ、単位体積当たりのボイド数が小さくなるほど、基板の反りが大きくなることがわかった。特に、１μｍ3以上の体積を有するボイドの単位体積当たりの数が１０ｃｍ-3未満とされると、割れが生じることがあった。【０１１３】  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】
【０１１４】  １１  単結晶基板(第１の単結晶基板）、１２  単結晶基板（第２の単結晶基板）、１３〜１９  単結晶基板、２０  充填部、３０  支持部、４１  単結晶基板（第３の単結晶基板）、８１〜８６  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、Ｒ１，Ｒ３〜Ｒ６  基板領域。
【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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【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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