(57)【要約】【課題】ステップバンチングの発生を効果的に抑制可能な炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体装置を提供する。【解決手段】炭化珪素半導体基板１０の製造方法は以下の工程を備えている。主面１Ａを有する炭化珪素基板１が準備される。炭化珪素基板１の主面１Ａ上に、原料ガスＧを用いて炭化珪素エピタキシャル層５が形成される。炭化珪素エピタキシャル層５を形成する工程において、原料ガスＧに含まれる炭素の原子数を原料ガスに含まれる珪素の原子数で除した比をｘとし、炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２との関係を満たす。【選択図】図１
2015042602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素基板の前記主面上に、原料ガスを用いて炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程とを備え、
前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、前記原料ガスに含まれる炭素の原子数を前記原料ガスに含まれる珪素の原子数で除した比をｘとし、前記炭化珪素エピタキシャル層の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２との関係を満たす、炭化珪素半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記炭化珪素エピタキシャル層の成膜速度は、７．５μｍ／時間以上９．５μｍ／時間以下である、請求項１に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記原料ガスはアンモニアガスを含む、請求項１または２に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程は、窒素ガスおよび前記アンモニアガスを含む前記原料ガスを用いてバッファ層を形成する工程と、前記窒素ガスの供給を停止した後、前記アンモニアガスを用いて前記バッファ層上にドリフト層を形成する工程とを含む、請求項３に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記炭化珪素エピタキシャル層の表面の二乗平均面粗さは０．３ｎｍ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半導体基板の製造方法。
【請求項６】
炭化珪素半導体基板を準備する工程と、
前記炭化珪素半導体基板を加工する工程とを備え、
前記炭化珪素半導体基板を準備する工程では、請求項１に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法により前記炭化珪素半導体基板が製造される、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】
本発明は、炭化珪素半導体基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法に関し、特に、ステップバンチングの発生を効果的に抑制可能な炭化珪素半導体基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高耐圧化、低損失化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ている。炭化珪素は、半導体装置を構成する材料として広く用いられている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。
【０００３】
たとえば、特開２００９−２５６１３８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をエピタキシャル成長させる方法が記載されている。具体的には、材料ガスに含まれる炭素と珪素の原子数比（Ｃ／Ｓｉ比）を０．５以上１．０未満として炭化珪素エピタキシャル層を形成することが記載されている。
【０００４】
また、特開２０１１−１２１８４７号公報（特許文献２）には、０．４°〜５°のオフ角で傾斜させた４Ｈ炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する方法が記載されている。具体的には、炭化珪素のエピタキシャル成長に必要とされる量の炭素と珪素の原子数比Ｃ／Ｓｉが０．７〜１．２になるように珪素含有ガスおよび炭素含有ガスを供給して、１６００℃より高く１８００℃以下の温度で炭化珪素膜を成長させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５６１３８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２１８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特開２００９−２５６１３８号公報および特開２０１１−１２１８４７号公報に記載の方法で炭化珪素をエピタキシャル成長させる場合において、ステップバンチングの発生を十分に抑制することができない場合があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステップバンチングの発生を効果的に抑制可能な炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は以下の工程を備えている。主面を有する炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板の主面上に、原料ガスを用いて炭化珪素エピタキシャル層が形成される。炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、原料ガスに含まれる炭素の原子数を原料ガスに含まれる珪素の原子数で除した比をｘとし、炭化珪素エピタキシャル層の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２との関係を満たす。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ステップバンチングの発生を効果的に抑制可能な炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態の炭化珪素半導体基板の断面図である。
【図２】本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法のフローチャートである。
【図３】本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法に用いる気相エピタキシャル成長装置の概略図である。
【図４】本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法の炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程における炭化珪素エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度と時間との関係を示す図である。
【図５】本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法の炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程における窒素ガス流量と時間との関係を示す図である。
【図６】本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法の炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程におけるアンモニアガス流量と時間との関係を示す図である。
【図７】本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図８】実施例における炭化珪素エピタキシャル層の成長温度とＣ／Ｓｉ比との関係を示す図である。
【図９】比較例（サンプル６）に係る炭化珪素半導体基板の表面のＡＦＭ像である。
【図１０】本発明例（サンプル２）に係る炭化珪素半導体基板の表面のＡＦＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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、その説明は繰り返さない。
【００１２】
はじめに、本発明の実施の形態の概要について説明する。
発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得て本発明を見出した。まず、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、炭素原料の供給が過剰になると、炭化珪素エピタキシャル層の表面にステップバンチングが発生しやすくなる。発明者は、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、原料ガスに含まれる炭素の原子数を原料ガスに含まれる珪素の原子数で除した比ｘ（以降、Ｃ／Ｓｉ比ともいう）を低減し、かつ当該Ｃ／Ｓｉ比に応じた炭化珪素エピタキシャル層の成長温度を用いることにより、ステップバンチングの発生を効果的に抑制することが可能であることを見出した。
【００１３】
具体的には、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、Ｃ／Ｓｉ比をｘとし、炭化珪素エピタキシャル層の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２との関係を満たすように原料ガスＧに含まれる炭素含有ガスおよび珪素含有ガスの流量が調整される。当該Ｃ／Ｓｉ比と当該成長温度を上記の範囲に調整することにより、炭素の二次元核成長が抑制されてステップフロー成長となり、炭化珪素エピタキシャル層の表面においてステップバンチングの発生が抑制されると推測される。
【００１４】
（１）実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は以下の工程を備えている。主面１Ａを有する炭化珪素基板１が準備される。炭化珪素基板１の主面１Ａ上に、原料ガスＧを用いて炭化珪素エピタキシャル層５が形成される。炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、原料ガスＧに含まれる炭素の原子数を原料ガスＧに含まれる珪素の原子数で除した比をｘとし、炭化珪素エピタキシャル層の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２との関係を満たす。これにより、炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａにステップバンチングが発生することを効果的に抑制することができ、表面３Ａの表面粗さを低減することができる。また炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａにおけるキャリア濃度の均一性を向上することができる。
【００１５】
（２）上記（１）に係る炭化珪素半導体基板の製造方法において好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層５の成膜速度は、７．５μｍ／時間以上９．５μｍ／時間以下である。炭化珪素エピタキシャル層５の成膜速度を７．５μｍ／時間以上９．５μｍ／時間以下とすることにより、炭化珪素エピタキシャル層５の表面３Ａにおける結晶性を維持することが出来る。
【００１６】
（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素半導体基板の製造方法において好ましくは、原料ガスＧはアンモニアガスを含む。これにより、窒素原子が炭化珪素エピタキシャル層に導入されるため、ｎ型の導電型を有する炭化珪素エピタキシャル層を形成することができる。
【００１７】
（４）上記（３）に係る炭化珪素半導体基板の製造方法において好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層５を形成する工程は、窒素ガスおよびアンモニアガスを含む原料ガスを用いてバッファ層２を形成する工程と、窒素ガスの供給を停止した後、アンモニアガスを用いてバッファ層２上にドリフト層３を形成する工程とを含む。これにより、バッファ層２およびドリフト層３を有する炭化珪素半導体基板１０を製造することができる。
【００１８】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに係る炭化珪素半導体基板の製造方法において好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層５の表面３Ａの二乗平均面粗さは０．３ｎｍ以下である。これにより、表面荒れが抑制された炭化珪素半導体基板１０を製造することができる。
【００１９】
（６）実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。炭化珪素半導体基板が準備される。炭化珪素半導体基板が加工される。炭化珪素半導体基板を準備する工程では、上記（１）に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法により炭化珪素半導体基板が製造される。これにより、ステップバンチングの発生を効果的に抑制することが可能である炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態についてより詳細に説明する。
まず、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法により製造された炭化珪素半導体基板１０の構成について説明する。図１を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０は、炭化珪素基板１と、炭化珪素エピタキシャル層５とを主に有する。炭化珪素エピタキシャル層５は、バッファ層２と、ドリフト層３とを主に含む。
【００２１】
炭化珪素基板１は、たとえば単結晶炭化珪素からなる。単結晶炭化珪素は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶の結晶構造を有している。炭化珪素基板１は第１の主面１Ａと、第１の主面１Ａと反対側の第２の主面１Ｂとを有している。
【００２２】
バッファ層２は、炭化珪素基板１の第１の主面１Ａ上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層である。バッファ層２の導電型は、たとえばｎ型（第１導電型）である。バッファ層２の厚みは、たとえば０．５μｍである。バッファ層２に含まれるたとえば窒素などの不純物の濃度は、たとえば１×１０18ｃｍ-3程度である。バッファ層２は、炭化珪素基板１の第１の主面１Ａに接する主面２Ｂと反対側の主面２Ａを含んでいる。
【００２３】
ドリフト層３は、バッファ層２の主面２Ａ上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層である。ドリフト層３の導電型は、たとえばｎ型である。ドリフト層３の厚みは、たとえば１０μｍである。ドリフト層３に含まれるたとえば窒素などの不純物の濃度は、たとえば７×１０15ｃｍ-3程度である。ドリフト層３は、バッファ層２と接する主面３Ｂと反対側の主面３Ａを含み、当該主面３Ａが、炭化珪素半導体基板１０の表面となる。
【００２４】
炭化珪素エピタキシャル層５のドリフト層３の主面３Ａにおける二乗平均面粗さはたとえば０．３ｎｍであり、好ましくは０．３ｎｍ以下である。また炭化珪素エピタキシャル層５のドリフト層３の主面３Ａにおける、キャリア濃度の面内均一性は、１２％以下であり、好ましくは１０％以下であり、より好ましくは７％以下である。ここで、キャリア濃度の面内均一性とは、ドリフト層３の主面３Ａにおけるキャリア濃度の標準偏差をキャリア濃度の平均値で除した値の百分率表示である。
【００２５】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法に用いられる製造装置の一例としてのＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）装置１００の構成について説明する。
【００２６】
図３を参照して、本実施の形態に係るＣＶＤ装置１００は、誘導加熱用コイル１２と、石英管１３と、断熱材１４と、発熱体１５と、配管１６とを主に有している。誘導加熱用コイル１２は、石英管１３を取り囲むように配置されており、石英管１３は、断熱材１４を取り囲むように配置されている。発熱体１５は断熱材１４に取り込むように配置されている。発熱体１５は中空構造であって、発熱体１５の内部に反応室が形成されている。反応室には、炭化珪素基板１を保持可能な基板ホルダ１１が配置される。反応室に連接して配管１６が配置されており、配管１６は、反応室に対して炭化珪素の原料ガスＧを供給可能に構成されている。
【００２７】
誘導加熱用コイル１２は、複数のコイル部材を含み、たとえば、石英管１３の外周側を巻回するように設けられている。誘導加熱用コイル１２に高周波電流を流すと、電磁誘導作用により、発熱体１５は誘導加熱可能に構成されている。発熱体１５が加熱されることにより、炭化珪素基板１および炭化珪素基板１に供給される原料ガス等が所定の温度に加熱される。
【００２８】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法について説明する。
図２を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１１）と、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ１２）と、第２の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ１３）とを有する。
【００２９】
まず、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１１）が実施される。具体的には、たとえば昇華再結晶法によりポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなる炭化珪素基板１が準備される。炭化珪素基板１はたとえば略円板形状を有しており、厚みはたとえば３５０μｍ程度である。炭化珪素基板１は、第１の主面１Ａと、第１の主面１Ａと反対の第２の主面２Ａとを有する。
【００３０】
次に、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ１２）が実施される。具体的には、炭化珪素基板１の第１の主面１Ａ上にバッファ層２が形成される。ＣＶＤ装置１００内に設けられた基板ホルダ１１に、炭化珪素基板１が配置される。炭化珪素基板１は、第１の主面１Ａが反応室に露出し、第２の主面１Ｂが基板ホルダ１１に保持されるように配置される。次に、ＣＶＤ装置１００の反応室内に炭化珪素の原料ガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、配管１６を介して、水素を含むキャリアガスと、モノシラン（ＳｉＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、窒素（Ｎ2）およびアンモニア（ＮＨ3）などを含む原料ガスＧが反応室に導入される。上記ガスの各々は、炭化珪素基板１の主面１Ａ上に供給される時点で十分に熱分解されているように反応室内に導入される。また、上記ガスの各々は、ＣＶＤ装置１００の反応室内に導入される前に混合されていてもよいし、ＣＶＤ装置１００の反応室内で混合されてもよい。
【００３１】
図５および図６を参照して、基板ホルダ１１上に配置された炭化珪素基板１が加熱されながら、時間Ｔ１から時間Ｔ２にかけて窒素ガスおよびアンモニアガスを含む原料ガスＧが反応室に導入されることにより、炭化珪素基板１の第１の主面１Ａ上に不純物としての窒素が導入されたバッファ層２が形成される。窒素ガスの流量Ａ１はたとえば０．５〜３．０ｓｌｍ程度であり、アンモニアガスの流量Ｂ１はたとえば０．０１〜０．０５ｓｃｃｍ程度である。
【００３２】
バッファ層２を形成する工程において、原料ガスＧに含まれる炭素の原子数を原料ガスＧに含まれる珪素の原子数で除した比（Ｃ／Ｓｉ比）をｘとし、炭化珪素エピタキシャル層であるバッファ層２の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２との関係を満たすようにモノシランガスおよびプロパンガスを含む原料ガスＧが反応室に導入される。モノシランガスの流量はたとえば４６ｓｃｃｍ程度であり、プロパンガスの流量はたとえば１８．５ｓｃｃｍ程度である。バッファ層２の成長温度は、１５３０℃以上１６５０℃以下程度である。好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層であるバッファ層２の成膜速度は、７．５μｍ／時間以上９．５μｍ／時間以下である。図４を参照して、バッファ層２におけるたとえば窒素などの不純物濃度Ｄ１は、１×１０18ｃｍ-3程度である。バッファ層２の厚みは、たとえば０．５μｍ程度である。
【００３３】
次に、第２の炭化珪素半導体層を形成する工程（Ｓ１３）が実施される。具体的には、反応室内に配置された炭化珪素基板１およびバッファ層２が加熱されながら、キャリアガスおよび原料ガスが反応室に供給されることにより、バッファ層２上に窒素原子がドープされた炭化珪素エピタキシャル層であるドリフト層３が形成される。ＣＶＤ装置を用いて炭化珪素基板１の第１の主面１Ａ上にバッファ層２が形成された後、炭化珪素基板１を反応室から取り出すことなく、バッファ層２の第１の主面１Ａにドリフト層３が形成される。まず、反応室内に、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3などを含む原料ガスとが導入される。上記ガスの各々は、炭化珪素基板１の主面１Ａ上に供給される時点で十分に熱分解されているように反応室内に導入される。
【００３４】
図５および図６を参照して、時間Ｔ２から時間Ｔ３にかけてアンモニアガスを含むガスが反応室に導入されることにバッファ層２の第１の主面２Ａ上に不純物として窒素を含むドリフト層３が形成される。ドリフト層３を形成する工程におけるアンモニアガスの流量Ｂ１は、バッファ層２を形成する工程におけるアンモニアガスの流量Ｂ１とほぼ同じである。図５に示すように、バッファ層２を形成する工程の後、反応室に対する窒素ガスの供給を停止し、その後、ドリフト層３の形成が開始される。
【００３５】
ドリフト層３を形成する工程において、原料ガスＧに含まれる炭素の原子数を原料ガスＧに含まれる珪素の原子数で除した比（Ｃ／Ｓｉ比）をｘとし、炭化珪素エピタキシャル層であるドリフト層３の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２との関係を満たすようにモノシランガスおよびプロパンガスが反応室に導入される。
【００３６】
モノシランガスの流量はたとえば４６ｓｃｃｍ程度であり、プロパンガスの流量はたとえば１８．５ｓｃｃｍ程度である。たとえば、ドリフト層３の成長温度は、１５３０℃以上１６５０℃以下程度である。好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層であるドリフト層３の成膜速度は、７．５μｍ／時間以上９．５μｍ／時間以下である。また好ましくは、炭化珪素エピタキシャル層であるドリフト層５の表面３Ａの二乗平均面粗さは０．３ｎｍ以下である。図４を参照して、ＮＨ3ガスの流量を調整することにより、ドリフト層３における窒素などの不純物濃度Ｄ２を７×１０15ｃｍ-3程度とする。ドリフト層３における不純物濃度は、バッファ層２における不純物濃度よりも低い。ドリフト層３の厚みは１０μｍ以上１５μｍ以下程度である。以上により、炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１上に形成された炭化珪素エピタキシャル層５とを有する炭化珪素半導体基板１０が製造される。
【００３７】
また、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法では、気相エピタキシャル成長装置の一例としてＣＶＤ装置を用いたが、炭化珪素エピタキシャル層を気相成長法により形成することができる任意の装置を用いることができる。
【００３８】
図７を参照して、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基板を準備する工程（Ｓ１０）と、炭化珪素半導体基板を加工する工程（Ｓ２０）とを有している。
【００３９】
まず、炭化珪素半導体基板を準備する工程（Ｓ１０）が実施される。具体的には、上述した炭化珪素半導体基板の製造方法により、炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１の第１の主面１Ａ上に形成された炭化珪素エピタキシャル層５とを有する炭化珪素半導体基板１０が準備される。
【００４０】
次に、炭化珪素半導体基板を加工する工程（Ｓ２０）が実施される。具体的には、炭化珪素半導体基板１０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。より具体的には、炭化珪素半導体基板１０に対して、イオン注入工程、トレンチ形成工程、絶縁層形成工程、電極形成工程等が実施される。以上により、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの炭化珪素半導体装置が製造される。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０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。
【００４２】
本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、原料ガスＧに含まれる炭素の原子数を原料ガスに含まれる珪素の原子数で除した比をｘとし、炭化珪素エピタキシャル層の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２との関係を満たす。これにより、炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａにステップバンチングが発生することを効果的に抑制することができ、表面３Ａの表面粗さを低減することができる。また炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａにおけるキャリア濃度の均一性を向上することができる。
【００４３】
また本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層５の成膜速度は、７．５μｍ／時間以上９．５μｍ／時間以下である。炭化珪素エピタキシャル層５の成膜速度を７．５μｍ／時間以上９．５μｍ／時間以下とすることにより、炭化珪素エピタキシャル層５の表面３Ａにおける結晶性を維持することができる。
【００４４】
さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、原料ガスＧはアンモニアガスを含む。これにより、窒素原子が炭化珪素エピタキシャル層５に導入されるため、ｎ型の導電型を有する炭化珪素エピタキシャル層５を形成することができる。
【００４５】
さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層５を形成する工程は、窒素ガスおよびアンモニアガスを含む原料ガスを用いてバッファ層２を形成する工程と、窒素ガスの供給を停止した後、アンモニアガスを用いてバッファ層２上にドリフト層３を形成する工程とを含む。これにより、バッファ層２およびドリフト層３を有する炭化珪素半導体基板１０を製造することができる。
【００４６】
さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、炭化珪素エピタキシャル層５の表面３Ａの二乗平均面粗さは０．３ｎｍ以下である。これにより、表面荒れが抑制された炭化珪素半導体基板１０を製造することができる。
【００４７】
本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、炭化珪素半導体基板１０が準備される。炭化珪素半導体基板１０が加工される。炭化珪素半導体基板１０を準備する工程では、上記炭化珪素半導体基板１０の製造方法により炭化珪素半導体基板１０が製造される。これにより、ステップバンチングの発生を効果的に抑制することが可能である炭化珪素半導体装置を製造することができる。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明の実施例について説明する。
１．評価試料
（１）本発明例試料１（サンプル１）
サンプル１としての炭化珪素半導体基板を、上記実施の形態に記載の製造方法を用いて準備した。具体的には、ＣＶＤ装置を用いて炭化珪素基板１の第１の主面１Ａ上に炭化珪素エピタキシャル層５を成長させた。炭化珪素エピタキシャル層５の形成工程において、ＣＶＤ装置の反応室に対して、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3を含む原料ガスとを、Ｃ／Ｓｉ比が１．０となる条件で導入した。炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度を１６２０℃とした。
【００４９】
（２）本発明例試料２（サンプル２）
サンプル２としての炭化珪素半導体基板を、以下の条件を除きサンプル１と同じ製造方法により準備した。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層５の形成工程において、ＣＶＤ装置の反応室に対して、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3を含む原料ガスとを、Ｃ／Ｓｉ比が１．１となる条件で導入した。炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度を１６００℃とした。
【００５０】
（３）本発明例試料３（サンプル３）
サンプル３としての炭化珪素半導体基板を、以下の条件を除きサンプル１と同じ製造方法により準備した。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層５の形成工程において、ＣＶＤ装置の反応室に対して、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3を含む原料ガスとを、Ｃ／Ｓｉ比が１．２となる条件で導入した。炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度を１５３０℃とした。
【００５１】
（４）本発明例試料４（サンプル４）
サンプル４としての炭化珪素半導体基板を、以下の条件を除きサンプル１と同じ製造方法により準備した。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層５の形成工程において、ＣＶＤ装置の反応室に対して、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3を含む原料ガスとを、Ｃ／Ｓｉ比が１．２となる条件で導入した。炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度を１５４０℃とした。
【００５２】
（５）本発明例試料５（サンプル５）
サンプル５としての炭化珪素半導体基板を、以下の条件を除きサンプル１と同じ製造方法により準備した。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層５の形成工程において、ＣＶＤ装置の反応室に対して、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3を含む原料ガスとを、Ｃ／Ｓｉ比が１．２となる条件で導入した。炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度を１５５０℃とした。
【００５３】
（６）比較例試料１（サンプル６）
サンプル６としての炭化珪素半導体基板を、以下の条件を除きサンプル１と同じ製造方法により準備した。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層５の形成工程において、ＣＶＤ装置の反応室に対して、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3を含む原料ガスとを、Ｃ／Ｓｉ比が１．５となる条件で導入した。炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度を１５８０℃とした。
【００５４】
（７）比較例試料２（サンプル７）
サンプル７としての炭化珪素半導体基板を、以下の条件を除きサンプル１と同じ製造方法により準備した。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層５の形成工程において、ＣＶＤ装置の反応室に対して、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3を含む原料ガスとを、Ｃ／Ｓｉ比が１．９となる条件で導入した。炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度を１５８０℃とした。
【００５５】
（８）比較例試料３（サンプル８）
サンプル８としての炭化珪素半導体基板を、以下の条件を除きサンプル１と同じ製造方法により準備した。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層５の形成工程において、ＣＶＤ装置の反応室に対して、Ｈ2を含むキャリアガスと、ＳｉＨ4、Ｃ3Ｈ8およびＮＨ3を含む原料ガスとを、Ｃ／Ｓｉ比が１．２となる条件で導入した。炭化珪素エピタキシャル層５の成長温度を１５００℃とした。
【００５６】
図８を参照して、本発明例に係るサンプル１〜５のＣ／Ｓｉ比（ｘ）および成長温度（ｙ：℃）は、ｙ＝−５００ｘ＋２１５０（式Ｅ１）以下であり、ｙ＝−２５０ｘ＋１８３０（式Ｅ２）以上である範囲にあって、かつｘが１以上１．２以下の範囲の値である。比較例に係るサンプル６および７のＣ／Ｓｉ比（ｘ）および成長温度（ｙ：℃）は、ｙ＝−５００ｘ＋２１５０（式Ｅ１）よりも大きい範囲にある。比較例に係るサンプル８のＣ／Ｓｉ比（ｘ）および成長温度（ｙ：℃）は、ｙ＝−２５０ｘ＋１８３０（式Ｅ２）より小さい範囲にある。
【００５７】
２．実験
上記のようにして得られた８種類の炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａ状態をＡＦＭを用いて観察し、表面３Ａの二乗平均面粗さを測定した。表面観察の領域を１０μｍ×１０μｍとした。サンプル２（本発明例試料２）のＡＦＭ像を図１０に示し、サンプル６（比較例試料１）のＡＦＭ像を図９に示す。また、サンプル１〜サンプル５の炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａの各点におけるキャリア濃度を測定した。キャリア濃度は、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａ内の一端から他端までの１３か所の位置において測定された。キャリア濃度の最大値と最小値の差の絶対値を平均値で除することによりキャリア濃度分布（キャリア濃度の均一性）が計算された。キャリア濃度の測定はＣＶ測定により行われた。
【００５８】
３．結果
【００５９】
【表１】
2015042602.tif 000003
【００６０】
図９を参照して、Ｃ／Ｓｉ比が１．５であり、かつ成膜温度が１５８０℃であるサンプル６に係る炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａ状態について説明する。図９に示すように、サンプル６の表面３Ａには、図９中において上下方向に伸長する複数のステップバンチングが観測された。図９のＡＦＭ像のサイズは１０μｍ×１０μｍである。つまり、ステップバンチングの長さは１０μｍ以上である。また幅１０μｍに２０本以上のステップバンチングが観測されており、ステップバンチングの発生密度は２本／μｍ以上であった。ステップバンチングの高さは、５ｎｍ程度であった。上記のように、ステップバンチング高さが５ｎｍ以上である表面状態を状態Ｂとする。表１に示すように、比較例に係るサンプル６〜サンプル８の炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａにおけるステップバンチングの高さは５ｎｍ以上であり、表面状態は状態Ｂであった。
【００６１】
図１０を参照して、Ｃ／Ｓｉ比が１．１であり、かつ成膜温度が１６００℃であるサンプル２に係る炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａ状態について説明する。図１０に示すように、サンプル２の表面３Ａには、サンプル６で観測されたようなステップバンチングは観測されなかった。ステップバンチング高さが５ｎｍ以上であるようなステップバンチングが観測されない表面状態を状態Ａとする。表１に示すように、本発明例に係るサンプル１〜サンプル５の炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａにおけるステップバンチングの高さは２ｎｍ以下であり、表面状態は状態Ａであった。
【００６２】
表１に示すように、本発明例に係るサンプル１〜サンプル５の炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａの二乗平均面粗さは０．３ｎｍであった。一方、比較例に係るサンプル６、サンプル７およびサンプル８の炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａの二乗平均面粗さはそれぞれ１．１ｎｍ、０．８〜１．６ｎｍおよび１．２ｎｍであった。また、本発明例に係るサンプル１〜サンプル５の炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａにおけるキャリア濃度分布（キャリア濃度均一性）は、５％以上１２％以下であった。一方、比較例に係るサンプル６〜８の炭化珪素半導体基板１０の表面３Ａにおけるキャリア濃度分布（キャリア濃度均一性）は、３％以上１３％以下であった。
【００６３】
以上より、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、原料ガスに含まれる炭素の原子数を原料ガスに含まれる珪素の原子数で除した比をｘとし、炭化珪素エピタキシャル層の成長温度をｙ（℃）としたとき、ｘとｙは、−２５０ｘ＋１８３０≦ｙ≦−５００ｘ＋２１５０かつ１≦ｘ≦１．２を満たす条件で製造された炭化珪素半導体基板１０は、ステップバンチング高さが５ｎｍ以上であるようなステップバンチングを有しておらず、表面３Ａの二乗平均面粗さは０．３ｎｍ以下程度であり、かつ表面３Ａにおけるキャリア濃度分布が１２％以下となることが確認された。
【００６４】
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】
【００６５】
１  炭化珪素基板、１Ａ  主面（第１の主面）、１Ｂ  第２の主面、２  バッファ層、３  ドリフト層、３Ａ  表面、５  炭化珪素エピタキシャル層、１０  炭化珪素半導体基板、１１  基板ホルダ、１２  誘導加熱用コイル、１３  石英管、１４  断熱材、１５  発熱体、１６  配管、１００  ＣＶＤ装置、ｘ  Ｃ／Ｓｉ比、Ｇ  原料ガス、ｙ  成長温度。
【図１】
2015042602.tif 000004
【図２】
2015042602.tif 000005
【図３】
2015042602.tif 000006
【図４】
2015042602.tif 000007
【図５】
2015042602.tif 000008
【図６】
2015042602.tif 000009
【図７】
2015042602.tif 000010
【図８】
2015042602.tif 000011
【図９】
2015042602.tif 000012
【図１０】
2015042602.tif 000013