【手続補正書】
【提出日】令和2年5月18日(2020.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
{０００１}面から０°を超え８°以下傾斜した主面を有する１００ｍｍ以上の径の炭化珪素単結晶基板と、
前記主面の上に形成された膜厚が２０μｍ以上の炭化珪素エピタキシャル層と、
前記炭化珪素エピタキシャル層に含まれ、一方の端部が前記炭化珪素エピタキシャル層に含まれる貫通らせん転位と連結しており、他方の端部は前記炭化珪素エピタキシャル層の表面に存在する基底面転位と、を有し、
前記基底面転位は、｛０００１｝基底面において＜１１−２０＞方向に対し、２０°以上８０°以下の傾きを有する方向に伸び、
前記基底面転位の他方の端部に連結された＜１１−２０＞方向に延びる他の基底面転位が存在し、
前記基底面転位の密度が０．０３個／ｃｍ２以下である炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項２】
前記炭化珪素単結晶基板の径は１５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本開示の一観点による炭化珪素エピタキシャル基板は、{０００１}面から０°を超え８°以下傾斜した主面を有する１００ｍｍ以上の径の炭化珪素単結晶基板と、主面の上に形成された膜厚が２０μｍ以上の炭化珪素エピタキシャル層と、炭化珪素エピタキシャル層に含まれ、一方の端部が炭化珪素エピタキシャル層に含まれる貫通らせん転位と連結しており、他方の端部は前記炭化珪素エピタキシャル層の表面に存在する基底面転位と、を有する。基底面転位は、｛０００１｝基底面において＜１１−２０＞方向に対し、２０°以上８０°以下の傾きを有する方向に伸びる。基底面転位の密度は０．０３個／ｃｍ２以下である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
〔１〕  本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、{０００１}面から０°を超え８°以下傾斜した主面を有する１００ｍｍ以上の径の炭化珪素単結晶基板と、前記主面の上に形成された膜厚が２０μｍ以上の炭化珪素エピタキシャル層と、前記炭化珪素エピタキシャル層に含まれ、一方の端部が前記炭化珪素エピタキシャル層に含まれる貫通らせん転位と連結しており、他方の端部は前記炭化珪素エピタキシャル層の表面に存在する基底面転位と、を有し、前記基底面転位は、｛０００１｝基底面において＜１１−２０＞方向に対し、２０°以上８０°以下の傾きを有する方向に伸び、前記基底面転位の密度が０．０３個／ｃｍ２以下である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
従って、炭化珪素エピタキシャル基板において、上記基底面転位の数が全面において１個以上、密度が０．０３個／ｃｍ２以下となるように制御することにより、炭化珪素エピタキシャル基板を用いて製造された半導体装置の信頼性が低下することを抑制できる可能性がある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本実施形態における炭化珪素エピタキシャル基板１００には、一方の端部が貫通らせん転位と連結しており、他方の端部は炭化珪素エピタキシャル層１１の表面となる基底面転位が存在している。この基底面転位の転位線の方向は、｛０００１｝基底面において＜１１−２０＞方向に対し、２０°以上８０°以下の傾きを有しており、この基底面転位の数が１個以上、転位の密度が０．０５個／ｃｍ２以下である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
炭化珪素エピタキシャル基板を用いて製造される半導体装置の信頼性の観点からは、上記の基底面転位の密度は低いほどよく、理想的には０（ゼロ）である。しかしながら、上記の基底面転位を０にすることは極めて困難であることから、基底面転位の密度は好ましくは０．０５個／ｃｍ２以下であり、より好ましくは０．０３個／ｃｍ２以下である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
図１５は、減圧工程（Ｓ１０２）以降のチャンバ１Ａ内の温度及びガス流量の制御を示すタイミングチャートである。図１５において減圧工程（Ｓ１０２）は、チャンバ１Ａ内に炭化珪素単結晶基板１０を設置した後、チャンバ１Ａ内の減圧を開始する時点ｔ１から、チャンバ１Ａ内の圧力が目標値に達する時点ｔ２までの間に相当する。減圧工程（Ｓ１０２）における圧力の目標値は、たとえば１×１０−６Ｐａ程度である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
水素ガス供給工程（Ｓ１０４）では、図１５に示されるように、チャンバ１Ａ内の温度が第１の温度Ｔ１に達した時点ｔ３から、チャンバ１Ａ内に水素（Ｈ２）ガスを供給し、チャンバ１Ａ内の圧力を所定の圧力、例えば、８ｋＰａにする。水素ガスの供給は、時点ｔ３より供給を開始し、徐々に水素ガスの流量を増やして、時点ｔ４において水素ガスの流量が１２０ｓｌｍとなるように供給する。尚、水素ガス供給工程（Ｓ１０４）においても、成膜装置１のチャンバ１Ａ内の温度が第２の温度Ｔ２に到達するまで、昇温工程（Ｓ１０３）が継続される。成膜装置１のチャンバ１Ａ内の温度が第２の温度Ｔ２に到達した後に、エピタキシャル成長工程（Ｓ１０５）を行う。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
エピタキシャル成長工程（Ｓ１０５）では、成膜装置１のチャンバ１Ａ内に、水素ガスとともに、炭化水素ガス及びシラン（ＳｉＨ４）ガスを供給する。エピタキシャル成長工程（Ｓ１０５）におけるチャンバ１Ａ内の所定の圧力は、例えば、８ｋＰａである。これにより、炭化珪素単結晶基板１０の主面１０Ａ上に炭化珪素エピタキシャル層１１を成長させることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
炭化水素ガスとしては、メタン（ＣＨ４）ガス、エタン（Ｃ２Ｈ６）ガス、プロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）ガス及びアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス等を用いることができる。これらの炭化水素ガスは１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。即ち、炭化水素ガスは、メタンガス、エタンガス、プロパンガス、ブタンガス及びアセチレンガスからなる群より選択される１種以上を含むことが好ましい。炭化水素ガスの流量は、５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下が好ましい。本実施形態においては、例えば、炭化水素ガスとしてプロパンガスを１５ｓｃｃｍ供給する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
エピタキシャル成長工程（Ｓ１０５）では、ドーパントとして窒素（Ｎ２）等を供給してもよい。エピタキシャル成長工程（Ｓ１０５）は、目標とする炭化珪素エピタキシャル層１１の厚さに合わせて時点ｔ５まで行われる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
エピタキシャル成長工程（Ｓ１０５）の終了後は、急冷工程（Ｓ１０６）を行う。急冷工程（Ｓ１０６）では、エピタキシャル成長が終了した炭化珪素エピタキシャル基板に、水素またはアルゴン（Ａｒ）を吹き付けて急速に冷却する。本実施形態においては、水素ガスの流量を増やして、エピタキシャル成長が終了した炭化珪素エピタキシャル基板に、水素ガスを吹き付ける。この際、チャンバ１Ａ内の圧力は、８ｋＰａを超えてもよい。本実施形態では、冷却を開始して１０分経過、即ち、時点ｔ５から１０分経過した時点ｔ６における第３の温度Ｔ３は約７００℃にすることができる。従って、エピタキシャル成長後、１０分以内の短時間で１０００℃以下の温度にすることができるため、基底面転位の滑り移動が生じにくい。このため、本実施形態においては、炭化珪素エピタキシャル基板における基底面転位１１１の密度を０．０５個／ｃｍ２以下にすることができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
上記の図１６に示すタイミングチャートの製造方法により作製された炭化珪素エピタキシャル基板のＰＬ像を図１７に示す。図１６に示すタイミングチャートの製造方法では、エピタキシャル成長が終了した後、１０分経過しても約１２００℃と１０００℃以上であるため、基底面転位が滑り移動し、図１７で示されるように、非常の多くの転位（約４０個／ｃｍ２）が確認される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
次に、酸化膜形成工程（Ｓ２２２：図１８）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、表面１１Ａ上に酸化膜２３６が形成される（図２０参照）。酸化膜２３６は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ２）等から構成される。酸化膜２３６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。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
酸化膜２３６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。