(57)【要約】  炭化珪素基板上に単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を、該エピタキシャル膜の応力値が±７．８ＭＰａ以内になるように、化学気相成長させる。例えば、エピタキシャル膜の成長開始から終了までの間に、珪素を含むガス、炭素を含むガス及び塩素を含むガスを含む原料ガスを反応容器内へ導入してエピタキシャル成長を行う工程（ステップＳ７）と、原料ガスのうち、珪素を含むガス及び炭素を含むガスの反応容器内への供給を停止し、炉内温度を保持したまま、水素のみ、または水素及び塩化水素を含むガス雰囲気中で処理する工程（ステップＳ８）と、を交互に行うことにより、エピタキシャル膜を成長させる。このようにすることで、反りの少ない炭化珪素エピタキシャル膜付き基板を製造することができる。
2016067918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に珪素を含むガス、炭素を含むガス及び塩素を含むガスを含む原料ガスを導入し、前記反応容器内の炭化珪素基板上に単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を、前記炭化珪素基板の珪素面に成長した前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の応力値が±７．８ＭＰａ以内になるように、化学気相成長法により成長させることを特徴とする炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法。
【請求項２】
前記応力値は、ラマン分光装置により前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の断面を、前記炭化珪素基板と前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜との界面から前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の表面まで線分析した場合のピークシフト値を換算した値であり、
前記ピークシフト値は、±０．０３ｃｍ-1以内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膜の成長方法。
【請求項３】
前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の成長開始から終了までの間に、
前記反応容器内へ前記原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う工程と、
前記原料ガスのうち、珪素を含むガス及び炭素を含むガスの前記反応容器内への供給を停止し、炉内温度を保持したまま、水素のみ、または水素及び塩化水素を含むガス雰囲気中で処理する工程と、
を交互に行う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膜の成長方法。
【請求項４】
前記反応容器内へ前記原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う工程では、前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を１回当たり４μｍ以下の厚さに成長させることを特徴とする請求項３に記載の炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法。
【請求項５】
前記原料ガスのうち、珪素を含むガス及び炭素を含むガスの前記反応容器内への供給を停止する時間は、３０秒以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料として炭化珪素の四層周期六方晶（４Ｈ−ＳｉＣ）などの化合物半導体が公知である。半導体材料として４Ｈ−ＳｉＣを用いてパワー半導体装置を作製するにあたって、４Ｈ−ＳｉＣからなる半導体基板（以下、４Ｈ−ＳｉＣ基板とする）上に４Ｈ−ＳｉＣ単結晶膜（以下、ＳｉＣエピタキシャル膜とする）をエピタキシャル成長させてＳｉＣ単結晶基板を作製する。従来、エピタキシャル成長方法として、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が公知である（例えば、下記特許文献１参照）。【０００３】
具体的には、化学気相成長法によるエピタキシャル成長は、反応容器（チャンバー）内に流した原料ガスをキャリアガス中で熱分解し、４Ｈ−ＳｉＣ基板の結晶格子に倣ってシリコン（Ｓｉ）原子を連続的に堆積させることにより、４Ｈ−ＳｉＣ基板上にＳｉＣエピタキシャル膜を成長させる。一般的に、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）ガスおよびジメチルメタン（Ｃ3Ｈ8）ガスが用いられ、キャリアガスとして水素（Ｈ2）ガスが用いられる。また、ドーピングガスとして窒素（Ｎ2）ガスやトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスが適宜添加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５０８７９９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、従来のエピタキシャル成長法では、４Ｈ−ＳｉＣ基板上に、高耐圧のデバイスを作製する際に必要な１００μｍ以上の厚さのＳｉＣエピタキシャル膜を成膜すると、ＳｉＣエピタキシャル膜の応力が増大し、基板が反るという問題が発生しやすい。基板が反ると、デバイス作製プロセスで使用する各種プロセス装置に基板を挿入する際に、チャック（固定）で不具合が生じたり、フォトプロセスでは反りの為、回路パターン精度に狂いが生じたり、最悪の場合、プロセス流動中に基板が割れるなどの大きな問題が発生している。【０００６】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、反りの少ないエピタキシャル膜付き基板を製造することができる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法は、以下の特徴を有する。反応容器内に珪素を含むガス、炭素を含むガス及び塩素を含むガスを含む原料ガスを導入し、前記反応容器内の炭化珪素基板上に単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を、前記炭化珪素基板の珪素面に成長した前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の応力値が±７．８ＭＰａ以内になるように、化学気相成長法により成長させる。【０００８】
この発明によれば、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の応力値が±７．８ＭＰａ以内であるため、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜付き炭化珪素基板の反りが低減される。【０００９】
また、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法は、上述した発明において、前記応力値は、ラマン分光装置により前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の断面を、前記炭化珪素基板と前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜との界面から前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の表面まで線分析した場合のピークシフト値を換算した値であり、前記ピークシフト値は、±０．０３ｃｍ-1以内であることを特徴とする。【００１０】
この発明によれば、ピークシフト値が±０．０３ｃｍ-1以内であるため、ピークシフト値から換算して求めた応力値が±７．８ＭＰａ以内となるので、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜付き炭化珪素基板の反りが低減される。【００１１】
また、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法は、上述した発明において、前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の成長開始から終了までの間に、前記反応容器内へ前記原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う工程と、前記原料ガスのうち、珪素を含むガス及び炭素を含むガスの前記反応容器内への供給を停止し、炉内温度を保持したまま、水素のみ、または水素及び塩化水素を含むガス雰囲気中で処理する工程と、を交互に行うことを特徴とする。【００１２】
この発明によれば、引張応力も圧縮応力もほとんど発生していない単結晶炭化珪素エピタキシャル膜が得られるため、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜付き炭化珪素基板の反りが低減される。【００１３】
また、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法は、上述した発明において、前記反応容器内へ前記原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う工程では、前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を１回当たり４μｍ以下の厚さに成長させることを特徴とする。【００１４】
この発明によれば、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜に生じる引張応力または圧縮応力が小さくなるため、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜付き炭化珪素基板の反りが低減される。【００１５】
また、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法は、上述した発明において、前記原料ガスのうち、珪素を含むガス及び炭素を含むガスの前記反応容器内への供給を停止する時間は、３０秒以上であることを特徴とする。【００１６】
この発明によれば、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜に生じる引張応力または圧縮応力が小さくなるため、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜付き炭化珪素基板の反りが低減される。珪素を含むガス及び炭素を含むガスの供給停止時間が３０秒よりも短いと、炭化珪素エピタキシャル膜を連続で成長させた状態に近くなるため、単結晶炭化珪素エピタキシャル膜に生じる引張応力または圧縮応力が小さくならない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法によれば、反りの少ない単結晶炭化珪素エピタキシャル膜付き炭化珪素基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法の一例を示す工程図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長途中の状態を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、実施例１のラマン線シフト量の測定結果を示す特性図である。
【図３】図３は、実施例２〜５のラマン線シフト量の測定結果を示す図表である。
【図４】図４は、実施例６〜９のラマン線シフト量の測定結果を示す図表である。
【図５】図５は、実施例１０のラマン線シフト量の測定結果を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態）
図１Ａは、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法の一例を示す工程図である。図１Ｂは、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長途中の状態を模式的に示す断面図である。まず、炭化珪素基板１を用意し、一般的な有機洗浄やＲＣＡ洗浄法で炭化珪素基板１をよく洗浄する。炭化珪素基板１の一例として、炭化珪素の四層周期六方晶、Ｓｉ面、４°オフ基板が挙げられる。なお、炭化珪素基板１は、他のオフ角の基板であってもよい。
【００２１】
次いで、図１Ａに示すように、炭化珪素エピタキシャル膜２を成長させるＣＶＤ炉内に炭化珪素基板１を搬入し、サセプタ上に炭化珪素基板１をセットする（ステップＳ１）。次いで、炉内を例えば１×１０-3Ｐａ以下の真空度になるまで真空排気する（ステップＳ２）。
【００２２】
次いで、炉内に、精製器で精製したＨ2ガスを例えば２０Ｌ／分の流量で例えば１５分間流し、炉内をＨ2ガスで置換する（ステップＳ３）。しかる後、炉内にＨ2ガスを例えば２０Ｌ／分の流量で導入したまま、例えば高周波誘導により炉を加熱して、炉内を所望の温度、例えば１６００℃まで昇温させる（ステップＳ４）。その際、放射温度計を用いて炉内の温度を計測することによって、炉内の温度を制御することができる。
【００２３】
炉内の温度が例えば１６００℃になったら、その状態で１０分間保持し、炭化珪素基板１の表面をＨ2エッチングする（ステップＳ５）。それによって、炭化珪素基板１の表面がエピタキシャル成長に適した表面になる。その後、炉内の温度を、エピタキシャル成長を行う温度、例えば１６３０℃に調整する（ステップＳ６）。
【００２４】
次いで、炉内にＳｉＨ4（例えばＨ2希釈５０％）、Ｃ3Ｈ8（例えばＨ2希釈２０％）、ＨＣｌ（例えば１００％）、及びドーピングガスを導入して炭化珪素基板１上に炭化珪素エピタキシャル膜２を成長させる（ステップＳ７）。その際、ＳｉとＣとの元素比（Ｃ／Ｓｉ比）が例えば１．３となるように、ＳｉＨ4／Ｈ2及びＣ3Ｈ8／Ｈ2のガス量を調節してもよい。また、ＳｉとＣｌとの元素比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が例えば３．０となるように、ＳｉＨ4／Ｈ2及びＨＣｌのガス量を調節してもよい。
【００２５】
ガス流量の一例を挙げると、ＳｉＨ4／Ｈ2ガスは２００ｓｃｃｍ、Ｃ3Ｈ8／Ｈ2ガスは１６６ｓｃｃｍ、ＨＣｌガスは３００ｓｃｃｍであってもよい。ドーピングガスは、例えばＮ2ガスであり、キャリア濃度が例えば５×１０15／ｃｍ3となるように、Ｎ2ガスの流量を調整してもよい。
【００２６】
ＳｉＨ4は、珪素を含むガスの一例である。Ｃ3Ｈ8は、炭素を含むガスの一例である。ＨＣｌは、塩素を含むガスの一例である。図１Ｂには、珪素を含むガス、炭素を含むガスおよびドーピングガスなど炉内に供給されるガスをまとめて矢印３で示す。
【００２７】
炭化珪素エピタキシャル膜２が、１回当たりに成長させる厚さまで成長したら、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの炉内への供給を停止する。１回当たりのエピタキシャル成長で成長させる炭化珪素エピタキシャル膜２の厚さは、例えば４μｍ以下であるのが好ましい。
【００２８】
そして、炉内をＨ2ガス雰囲気、またはＨ2及びＨＣｌガス雰囲気にして、所定時間、保持する（ステップＳ８）。ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止する時間は、例えば３０秒以上であるのが好ましい。また、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止する時間は、例えば２分以下であるのが好ましい。
【００２９】
次いで、炉内に再びＳｉＨ4（例えばＨ2希釈５０％）、Ｃ3Ｈ8（例えばＨ2希釈２０％）、ＨＣｌ（例えば１００％）、及びドーピングガスを導入して炭化珪素基板１上に炭化珪素エピタキシャル膜２を成長させる（ステップＳ７）。そして、炭化珪素エピタキシャル膜２全体の厚さが所望の厚さになるまで、ステップＳ７〜ステップＳ８を繰り返す。
【００３０】
（実施例１）
実施の形態で説明した炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法に従って、３インチウエハーの炭化珪素基板１上に、約４０μｍ／ｈの成長速度で約１１．５μｍの膜厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を成長させた。ただし、図１に示すステップＳ８を行わずに、１回のステップＳ７のエピタキシャル成長において、約１１．５μｍ厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を連続して成長させた。
【００３１】
そして、エピタキシャル成長後のウエハーの中心部分を切り出し、断面を顕微ラマンで分析した。図２に、エピタキシャル膜の応力についてラマン分光法で断面を分析した結果を示す。
【００３２】
図２は、実施例１のラマン線シフト量の測定結果を示す特性図である。図２において、縦軸は、ラマン線シフト量Δν（単位：ｃｍ-1）、及びラマン線シフト量Δνを換算した応力（単位：ＭＰａ）であり、横軸は、測定位置（μｍ）である。ラマン線シフト量Δνと応力との間には、次の（１）式の関係がある。（１）式において、αは２６０という報告がある（Ｈ．Ｈａｒｉｍａ他  Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６、５５２５（１９９７））。
【００３３】
σ［ＭＰａ］＝α×Δν［ｃｍ-1］  ・・・（１）
【００３４】
図２には、基板側からエピタキシャル膜の表面（深さ１μｍの位置）までラマン線シフト量Δνを測定した結果が示されている。分析の波数精度は、±０．０２ｃｍ-1である。図２において、白丸のプロットは、同じ場所の測定を２度行った結果であり、黒丸のプロット及びそれを繋いだ折れ線は、２度の測定の平均値を表している。
【００３５】
図２から明らかなように、基板内部では、ラマン線シフト量Δνは、波数精度の範囲内である約−０．０２ｃｍ-1でほぼ一定になっている。エピタキシャル膜内部では、ラマン線シフト量Δνは、基板との界面付近からエピタキシャル膜の表面に向かって徐々にマイナス側にシフトしていき、表面に近くなるほど大きくなることがわかる。
【００３６】
ラマン線シフト量Δνがマイナス側にシフトしているのは、引張応力が発生していることを意味している。一方、圧縮応力が発生すると、ラマン線シフト量Δνはプラス側にシフトする。
【００３７】
エピタキシャル膜の表面から１μｍの深さの位置では、ラマン線シフト量Δνが−０．０９ｃｍ-1であるので、上記（１）式を用いて換算すると、約２３．４ＭＰａの引張応力が発生していることになる。このようにエピタキシャル膜の膜厚が厚くなると、エピタキシャル膜の表面に近くなるほど大きな応力が加わるため、高耐圧用の厚いエピタキシャル膜を成長させる場合、大きな応力がウエハーに加わることがわかる。
【００３８】
（実施例２）
実施の形態で説明した炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法に従って、炭化珪素基板１上に、４０μｍ／ｈの成長速度で約１２μｍの膜厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を成長させた。ただし、図１に示すステップＳ８を行わずに、ステップＳ７を１回だけ行って約１２μｍ厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を連続して成長させた。
【００３９】
（実施例３）
実施の形態で説明した炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法に従って、炭化珪素基板１上に、４０μｍ／ｈの成長速度で約１２μｍの膜厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を、６μｍずつ２回に分けて成長させた。すなわち、ステップＳ６の後、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７を行った。ステップＳ８では、１分間、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止して水素及び塩化水素雰囲気中で保持した。
【００４０】
（実施例４）
実施の形態で説明した炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法に従って、炭化珪素基板１上に、４０μｍ／ｈの成長速度で約１２μｍの膜厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を、４μｍずつ３回に分けて成長させた。すなわち、ステップＳ６の後、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７を行った。ステップＳ８では、１分間、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止して水素及び塩化水素雰囲気中で保持した。
【００４１】
（実施例５）
実施の形態で説明した炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法に従って、炭化珪素基板１上に、４０μｍ／ｈの成長速度で約１２μｍの膜厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を、２μｍずつ６回に分けて成長させた。すなわち、ステップＳ６の後、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７を行った。ステップＳ８では、１分間、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止して水素及び塩化水素雰囲気中で保持した。
【００４２】
実施例２〜５について、エピタキシャル成長後のウエハーの中心部分を切り出し、断面を顕微ラマンで分析した。図３は、実施例２〜５のラマン線シフト量の測定結果を示す図表である。図３において、ラマン線シフト量は、エピタキシャル膜の表面から１μｍの深さでの測定結果である。図３に示すように、実施例２のラマン線シフト量は−０．０９ｃｍ-1であり、実施例３のラマン線シフト量は−０．０５ｃｍ-1であり、実施例４のラマン線シフト量は−０．０３ｃｍ-1であり、実施例５のラマン線シフト量は−０．０２ｃｍ-1であった。
【００４３】
１回あたりに成長させるエピタキシャル膜の厚さを４μｍ以下にすることによって、ラマン線シフト量を−０．０３ｃｍ-1まで低減することができる。従って、引張応力を小さくすることができることがわかる。ここで、±０．０２ｃｍ-1が、誤差を含んだ波数精度である。１回あたりに成長させるエピタキシャル膜を薄くすると、引張応力の低減効果が大きいが、所望の厚さのエピタキシャル膜を得るまでの総時間が長くなってしまうため、スループットの点では好ましくない。
【００４４】
従って、１回あたりに成長させるエピタキシャル膜の厚さは、ラマン線シフト量を−０．０３ｃｍ-1以下に維持することが可能な最大の膜厚である４μｍ程度であるのが望ましい。
【００４５】
（実施例６）
実施の形態で説明した炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法に従って、炭化珪素基板１上に、４０μｍ／ｈの成長速度で１２μｍの膜厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を、４μｍずつ３回に分けて成長させた。すなわち、ステップＳ６の後、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７、ステップＳ８、ステップＳ７を行った。ステップＳ８では、１５秒間、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止して水素及び塩化水素雰囲気中で保持した。
【００４６】
（実施例７）
実施例６と同様にして、炭化珪素基板１上に炭化珪素エピタキシャル膜２を、４μｍずつ３回に分けて成長させた。ステップＳ８では、３０秒間、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止して水素及び塩化水素雰囲気中で保持した。
【００４７】
（実施例８）
実施例６と同様にして、炭化珪素基板１上に炭化珪素エピタキシャル膜２を、４μｍずつ３回に分けて成長させた。ステップＳ８では、１分間、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止して水素及び塩化水素雰囲気中で保持した。
【００４８】
（実施例９）
実施例６と同様にして、炭化珪素基板１上に炭化珪素エピタキシャル膜２を、４μｍずつ３回に分けて成長させた。ステップＳ８では、２分間、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を停止して水素及び塩化水素雰囲気中で保持した。
【００４９】
実施例６〜９について、エピタキシャル成長後のウエハーの中心部分を切り出し、断面を顕微ラマンで分析した。図４は、実施例６〜９のラマン線シフト量の測定結果を示す図表である。図４において、ラマン線シフト量は、エピタキシャル膜の表面から１μｍの深さでの測定結果である。図４に示すように、実施例６のラマン線シフト量は−０．０７ｃｍ-1であり、実施例７のラマン線シフト量は−０．０３ｃｍ-1であり、実施例８のラマン線シフト量は−０．０２ｃｍ-1であり、実施例９のラマン線シフト量は−０．０２ｃｍ-1であった。
【００５０】
ステップＳ８におけるＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給停止時間を３０秒以上にすることによって、ラマン線シフト量を−０．０３ｃｍ-1まで低減することができる。ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給停止時間が短いと、エピタキシャル膜を連続で成長させる場合の状態に近くなり、エピタキシャル膜の堆積が途中で途切れる効果が小さくなってしまう。
【００５１】
一方、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給停止時間が長いと、エピタキシャル膜の堆積が途中で途切れる効果は大きく、ラマン線シフト量が−０．０２ｃｍ-1まで小さくなる。しかし、所望の厚さのエピタキシャル膜を得るまでの総時間が長くなってしまうため、スループットの点では好ましくない。従って、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給停止時間は、３０秒から１分の間であるのが望ましい。
【００５２】
（実施例１０）
実施の形態で説明した炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法に従って、ステップＳ７及びステップＳ８を複数回、繰り返して、３インチウエハーの炭化珪素基板１上に約２３μｍの膜厚の炭化珪素エピタキシャル膜２を成長させた。ステップＳ７では、約４０μｍ／ｈの成長速度で１回当たり４μｍの厚さの炭化珪素エピタキシャル膜２を成長させた。ステップＳ８では、毎回、ＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスの供給を１分間停止した。
【００５３】
そして、エピタキシャル成長後のウエハーの中心部分を切り出し、断面を顕微ラマンで分析した。図５に、エピタキシャル膜の応力についてラマン分光法で断面を分析した結果を示す。
【００５４】
図５は、実施例１０のラマン線シフト量の測定結果を示す特性図である。図５において、縦軸は、ラマン線シフト量Δν（単位：ｃｍ-1）、及び上記（１）式を用いてラマン線シフト量Δνを換算した応力（単位：ＭＰａ）であり、横軸は、測定位置（μｍ）である。
【００５５】
図５には、基板側からエピタキシャル膜の表面（深さ１μｍの位置）までラマン線シフト量Δνを測定した結果が示されている。分析の波数精度は、±０．０２ｃｍ-1である。図５において、白丸のプロットは、同じ場所の測定を２度行った結果であり、黒丸のプロット及びそれを繋いだ折れ線は、２度の測定の平均値を表している。
【００５６】
図５から明らかなように、基板とエピタキシャル膜との界面からエピタキシャル膜の表面（深さ１μｍの位置）まででは、ラマン線シフト量Δνは±０．０２ｃｍ-1である。つまり、引張応力（Δνがマイナス側にシフト）も圧縮応力（Δνがプラス側にシフト）もほとんど発生していないエピタキシャル膜が得られたことがわかる。
【００５７】
以上説明したように、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法によれば、炭化珪素基板上に成長させた炭化珪素エピタキシャル膜に生じる引張応力または圧縮応力が小さくなるため、反りの少ない炭化珪素エピタキシャル膜付き炭化珪素基板を製造することができる。
【００５８】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態及び各実施例中に記載した数値は一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、実施の形態及び各実施例中に記載した原料ガスは一例であり、その他の珪素を含むガス、その他の炭素を含むガス、またはその他の塩素を含むガスを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法は、炭化珪素を半導体材料としてトランジスタやダイオード等の素子を作製する場合に使用される炭化珪素基板上に炭化珪素の単結晶膜を成膜してなる炭化珪素単結晶基板に有用であり、特に、炭化珪素の単結晶膜の応力緩和による基板反り量の小さい炭化珪素単結晶基板の作製に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１  炭化珪素基板
２  炭化珪素エピタキシャル膜
３  ガス
【図１Ａ】
2016067918.tif 000003
【図１Ｂ】
2016067918.tif 000004
【図２】
2016067918.tif 000005
【図３】
2016067918.tif 000006
【図４】
2016067918.tif 000007
【図５】
2016067918.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月17日(2016.3.17)
【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】
反応容器内に珪素を含むガス、炭素を含むガス及び塩素を含むガスを含む原料ガスを導入し、前記反応容器内の炭化珪素基板上に単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を、化学気相成長法により成長させるにあたり、
前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の成長開始から終了までの間に、
前記反応容器内へ前記原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う工程と、
前記原料ガスのうち、珪素を含むガス及び炭素を含むガスの前記反応容器内への供給を停止し、炉内温度を保持したまま、水素のみ、または水素及び塩化水素を含むガス雰囲気中で処理する工程と、
を交互に行うことを特徴とする炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法。
【請求項２】
前記応力値は、ラマン分光装置により前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の断面を、前記炭化珪素基板と前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜との界面から前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の表面まで線分析した場合のピークシフト値を換算した値であり、
前記ピークシフト値は、±０．０３ｃｍ−１以内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膜の成長方法。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記反応容器内へ前記原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う工程では、前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を１回当たり４μｍ以下の厚さに成長させ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膜の成長方法。
【請求項５】
前記原料ガスのうち、珪素を含むガス及び炭素を含むガスの前記反応容器内への供給を停止する時間は、３０秒以上であることを特徴とする請求項１、２または４に記載の炭化珪素エピタキシャル膜の成長方法。
【請求項６】
応力値が±７．８ＭＰａ以内になるように、前記炭化珪素基板の珪素面に前記単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を成長させ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膜の成長方法。
【国際調査報告】
2016067918.tif 000009
2016067918.tif 000010
2016067918.tif 000011