(57)【要約】  本発明は、予め定める層厚の複数の炭化珪素エピタキシャル層を精度良く形成することができる炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法を提供することを目的とする。本発明では、ｎ型ＳｉＣ基板（１）上に、ｎ型ＳｉＣ基板（１）との間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層（２）を形成する。第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層（２）上に、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層（２）との間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層（３）を形成する。
2016059670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板（１）の厚み方向一方側の表面部に、エピタキシャル結晶成長によって第１の炭化珪素エピタキシャル層（２，４１，５１）を形成する第１層形成工程と、
形成された前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２，４１，５１）の厚み方向一方側の表面部に、エピタキシャル結晶成長によって第２の炭化珪素エピタキシャル層（３，４２，５２）を形成する第２層形成工程と、
フーリエ変換赤外分光光度計を用いた反射干渉解析によって、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２，４１，５１）および前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（３，４２，５２）の層厚を測定する測定工程とを備え、
前記第１層形成工程では、前記炭化珪素基板（１）と前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２，４１，５１）との間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２，４１，５１）を形成し、
前記第２層形成工程では、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２，４１，５１）と前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（３，４２，５２）との間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように、前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（３，４２，５２）を形成することを特徴とする炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項２】
前記第１層形成工程では、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２）の不純物濃度が、前記炭化珪素基板（１）の不純物濃度よりも小さくなるように、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２）を形成し、
前記第２層形成工程では、前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（３）の不純物濃度が、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２）の不純物濃度よりも小さくなるように、前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（３）を形成す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ウエハの製造方法。
【請求項３】
前記第１層形成工程では、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（４１）の不純物濃度が、前記炭化珪素基板（１）の不純物濃度よりも小さくなるように、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（４１）を形成し、
前記第２層形成工程では、前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（４２）の不純物濃度が、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（４１）の不純物濃度よりも大きくなるように、前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（４２）を形成す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ウエハの製造方法。
【請求項４】
前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（２，４１，５１）および前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（３，４２，５２）の層厚は、０．９μｍ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項５】
前記第２層形成工程の後であって、前記測定工程の前に、
形成された前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（５２）の厚み方向一方側の表面部に、エピタキシャル結晶成長によって、１つ以上の他の炭化珪素エピタキシャル層（５３）を形成する他層形成工程を備え、
前記他層形成工程では、隣り合う前記炭化珪素エピタキシャル層（５１，５２，５３）同士の間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように、前記他の炭化珪素エピタキシャル層（５３）を形成し、
前記測定工程では、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（５１）、前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（５２）および前記他の炭化珪素エピタキシャル層（５３）の層厚を測定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項６】
前記第１の炭化珪素エピタキシャル層（５１）、前記第２の炭化珪素エピタキシャル層（５２）および前記他の炭化珪素エピタキシャル層（５３）の層厚は、０．９μｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャルウエハは、ＳｉＣ基板上に、エピタキシャル結晶成長によってＳｉＣエピタキシャル層をＳｉＣ活性層（以下「活性エピタキシャル層」という場合がある）として成長させて製造される。活性エピタキシャル層の欠陥の低減などの目的から、ＳｉＣ基板と活性エピタキシャル層との間には、活性エピタキシャル層とは成長条件の異なるＳｉＣエピタキシャル層がバッファ層として形成される（たとえば、特許文献１，２参照）。【０００３】
ＳｉＣエピタキシャル層の層厚の測定には、たとえば、フーリエ変換赤外分光光度計（Fourier Transform Infrared Spectroscopy；略称：ＦＴ−ＩＲ）を用いた反射干渉解析による方法（以下「ＦＴ−ＩＲ法」という場合がある）が用いられる。以下、ＦＴ−ＩＲ法によるＳｉＣエピタキシャル層の層厚の測定を、「ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定」という場合がある。【０００４】
ＳｉＣ基板とＳｉＣエピタキシャル層との間に一定以上の屈折率差があると、ＳｉＣエピタキシャル層の表面で反射された光と、ＳｉＣエピタキシャル層とＳｉＣ基板との界面で反射された光とによって光の干渉が生じる。ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定では、光の干渉を利用することによって、ＳｉＣエピタキシャル層の層厚が導出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１２９５号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パワー半導体用として使用されるＳｉＣエピタキシャルウエハは、不純物濃度が比較的高いＳｉＣ基板上に、不純物濃度が比較的低いＳｉＣエピタキシャル層を活性エピタキシャル層として成長させて製造される。【０００７】
ＳｉＣ基板と活性エピタキシャル層との間の不純物濃度の差が十分に確保されていれば、ＳｉＣ基板と活性エピタキシャル層との間で、屈折率の差を十分に確保することができる。したがって、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定によって、活性エピタキシャル層となるＳｉＣエピタキシャル層の層厚を測定することが可能である。【０００８】
しかし、活性エピタキシャル層とＳｉＣ基板との間に、バッファ層が配置される場合には、活性エピタキシャル層となるＳｉＣエピタキシャル層の層厚、およびバッファ層となるＳｉＣエピタキシャル層の層厚を測定することが困難になる。【０００９】
たとえば、活性エピタキシャル層とＳｉＣ基板との間に、活性エピタキシャル層の不純物濃度に近い不純物濃度のバッファ層が配置される場合には、活性エピタキシャル層とバッファ層との間の屈折率の差が十分に確保されず、活性エピタキシャル層とバッファ層との界面からの光の反射が得られにくくなる。【００１０】
これによって、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定では、活性エピタキシャル層とバッファ層との区別がつきにくくなり、活性エピタキシャル層とバッファ層とが一体のものとして捉えられるので、活性エピタキシャル層の層厚とバッファ層の層厚とを足し合わせた値が測定されてしまう。したがって、活性エピタキシャル層となるＳｉＣエピタキシャル層の層厚、およびバッファ層となるＳｉＣエピタキシャル層の層厚を個別に測定することができない。【００１１】
また、活性エピタキシャル層とＳｉＣ基板との間に、ＳｉＣ基板の不純物濃度に近い不純物濃度のバッファ層が配置される場合には、ＳｉＣ基板とバッファ層との間の屈折率の差が十分に確保されないので、ＳｉＣ基板とバッファ層との界面からの光の反射が得られにくくなる。これによって、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定において、ＳｉＣ基板上にバッファ層が存在する場合と存在しない場合との区別がつきにくくなり、ＳｉＣ基板上にバッファ層が存在しないものとして捉えられる。したがって、バッファ層となるＳｉＣエピタキシャル層の層厚を測定することができない。【００１２】
このようにＳｉＣ基板上に複数のＳｉＣエピタキシャル層が形成される場合、各ＳｉＣエピタキシャル層の層厚を測定することは困難であるので、各ＳｉＣエピタキシャル層を予め定める層厚に管理することは困難である。したがって、予め定める層厚のＳｉＣエピタキシャル層を精度良く形成することができないという問題がある。【００１３】
本発明の目的は、予め定める層厚の複数の炭化珪素エピタキシャル層を精度良く形成することができる炭化珪素エピタキシャルウエハ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】
【００１４】
本発明の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面部に、エピタキシャル結晶成長によって第１の炭化珪素エピタキシャル層を形成する第１層形成工程と、形成された前記第１の炭化珪素エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面部に、エピタキシャル結晶成長によって第２の炭化珪素エピタキシャル層を形成する第２層形成工程と、フーリエ変換赤外分光光度計を用いた反射干渉解析によって、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層および前記第２の炭化珪素エピタキシャル層の層厚を測定する測定工程とを備え、前記第１層形成工程では、前記炭化珪素基板と前記第１の炭化珪素エピタキシャル層との間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層を形成し、前記第２層形成工程では、前記第１の炭化珪素エピタキシャル層と前記第２の炭化珪素エピタキシャル層との間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように、前記第２の炭化珪素エピタキシャル層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法によれば、第１層形成工程において、炭化珪素基板の厚み方向一方側の表面部に、エピタキシャル結晶成長によって第１の炭化珪素エピタキシャル層が形成される。形成された第１の炭化珪素エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面部に、第２層形成工程において、エピタキシャル結晶成長によって第２の炭化珪素エピタキシャル層が形成される。形成された第１の炭化珪素エピタキシャル層および第２の炭化珪素エピタキシャル層の層厚が、測定工程において、フーリエ変換赤外分光光度計を用いた反射干渉解析によって測定される。【００１６】
第１の炭化珪素エピタキシャル層は、第１層形成工程において、炭化珪素基板と第１の炭化珪素エピタキシャル層との間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように形成される。また、第２の炭化珪素エピタキシャル層は、第２層形成工程において、第１の炭化珪素エピタキシャル層と第２の炭化珪素エピタキシャル層との間における不純物濃度の変化率が２０％以上になるように形成される。【００１７】
すなわち、測定工程において第１の炭化珪素エピタキシャル層および第２の炭化珪素エピタキシャル層の層厚が測定されるとき、炭化珪素基板と第１の炭化珪素エピタキシャル層との間における不純物濃度の変化率は２０％以上であり、かつ、第１の炭化珪素エピタキシャル層と第２の炭化珪素エピタキシャル層との間における不純物濃度の変化率は２０％以上である。【００１８】
これによって、フーリエ変換赤外分光光度計を用いた反射干渉解析において、炭化珪素基板と第１の炭化珪素エピタキシャル層との界面で反射された光に起因するピークと、第１の炭化珪素エピタキシャル層と第２の炭化珪素エピタキシャル層との界面で反射された光に起因するピークとを分離することができる。したがって、第１の炭化珪素エピタキシャル層および第２の炭化珪素エピタキシャル層の層厚を個別に測定することができる。【００１９】
このように第１の炭化珪素エピタキシャル層および第２の炭化珪素エピタキシャル層の層厚を個別に測定できることによって、第１の炭化珪素エピタキシャル層および第２の炭化珪素エピタキシャル層の層厚の管理が容易になるので、予め定める層厚の複数の炭化珪素エピタキシャル層を精度良く形成することができる。【００２０】
本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の一形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法によって製造される炭化珪素エピタキシャルウエハ１０の構成を示す断面図である。
【図２】ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定における赤外光の光路の一例を模式的に示す図である。
【図３】図２に示す層界面反射光１５および基板界面反射光２３の両方の反射強度が十分に得られている場合の干渉波形を示す図である。
【図４】図２に示す層界面反射光１５および基板界面反射光２３のうち、いずれか一方の反射強度が十分に得られ、他方の反射強度が十分に得られていない場合の干渉波形を示す図である。
【図５】図２に示す層界面反射光１５および基板界面反射光２３の両方の反射強度が十分に得られている場合のスペーシャルグラムを示す図である。
【図６】図２に示す層界面反射光１５および基板界面反射光２３のうち、いずれか一方の反射強度が十分に得られ、他方の反射強度が十分に得られていない場合のスペーシャルグラムを示す図である。
【図７】ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定で得られるスペーシャルグラムのサイドバーストのピーク強度ＰＩと、隣り合うＳｉＣ間における不純物濃度の変化率ＲＣとの関係を示す相関図である。
【図８】図７に示す相関図の不純物濃度変化率が５０〜１５０％である部分を拡大して示す図である。
【図９】図５に示す第１のサイドバースト３１を拡大し、横軸の光路差ΔＬを層厚Ｄに換算して示す図である。
【図１０】炭化珪素エピタキシャルウエハの他の例である炭化珪素エピタキシャルウエハ４０を示す断面図である。
【図１１】炭化珪素エピタキシャルウエハのさらに他の例である炭化珪素エピタキシャルウエハ５０を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施の一形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法によって製造される炭化珪素エピタキシャルウエハ１０の構成を示す断面図である。図１では、一例として、ｎ型炭化珪素（ＳｉＣ）基板１の厚み方向一方側の表面部に、第１のｎ型炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３が、この順に積層された炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャルウエハ１０を示す。第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３は、エピタキシャル結晶成長によって形成される。図１では、紙面に向かって上方向が、厚み方向一方となる。
【００２３】
本実施の形態の一形態であるＳｉＣエピタキシャルウエハ１０の製造方法は、第１層形成工程と、第２層形成工程と、測定工程とを備える。まず、第１層形成工程において、ｎ型ＳｉＣ基板１の厚み方向一方側の表面部に、エピタキシャル結晶成長によって、ベース層となる第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２を形成する。
【００２４】
次いで、第２層形成工程において、第１層形成工程で形成された第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の厚み方向一方側の表面部に、エピタキシャル結晶成長によって、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３を形成する。
【００２５】
以下の説明では、第１層形成工程と第２層形成工程とを合わせて、「エピタキシャル層形成工程」という場合がある。第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２は、第１の炭化珪素エピタキシャル層に相当する。第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３は、第２の炭化珪素エピタキシャル層に相当する。
【００２６】
次いで、測定工程において、フーリエ変換赤外分光光度計（Fourier Transform Infrared Spectroscopy；略称：ＦＴ−ＩＲ）を用いた反射干渉解析による方法（以下「ＦＴ−ＩＲ法」という場合がある）によって、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を測定する。ここで、「層厚」とは、層の厚み方向における寸法をいい、本実施の形態では、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の厚み方向における寸法、および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の厚み方向における寸法をいう。
【００２７】
本実施の形態では、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２は、ｎ型ＳｉＣ基板１よりも不純物濃度が低い。第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３は、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２よりも不純物濃度が低い。
【００２８】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の不純物濃度は、ｎ型ＳｉＣ基板１の不純物濃度よりも２０％以上低く設定する必要があり、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の不純物濃度は、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２よりも２０％以上低く設定する必要がある。
【００２９】
このように本実施の形態では、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との間で、不純物濃度が２０％以上異なるようにする。また、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との間で、不純物濃度が２０％以上異なるようにする。
【００３０】
したがって、本実施の形態では、第１層形成工程において、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との間における不純物濃度の変化率（以下「不純物濃度変化率」という場合がある）が２０％以上になるように、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２を形成する。また、第２層形成工程において、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との間における不純物濃度変化率が２０％以上になるように、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３を形成する。
【００３１】
これによって、測定工程でのＦＴ−ＩＲ法による層厚測定において、後述するスペーシャルグラムにおけるピークを分離することができる。したがって、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の層厚、および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に得ることが可能となる。
【００３２】
ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との間における不純物濃度変化率の上限値、および第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との間における不純物濃度変化率の上限値は、製造するＳｉＣエピタキシャルウエハ１０に求められる特性に応じて、適宜選択される。
【００３３】
前述のように、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３は、エピタキシャル結晶成長によって形成される。ＳｉＣエピタキシャル層は、本実施の形態では、材料ガスとしてモノシランおよびプロパンを用い、ドーパントガスとして窒素を用いて形成される。第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の不純物濃度は、各ＳｉＣエピタキシャル層２，３を形成する工程である第１層形成工程および第２層形成工程におけるドーパントガスの流量によって制御される。
【００３４】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚は、０．９μｍ以上であることが望ましい。第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚が０．９μｍ未満である場合には、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定において、後述するスペーシャルグラムにおけるピークを分離することが困難となる。したがって、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に測定することが困難になる。
【００３５】
図２は、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定における赤外光の光路の一例を模式的に示す図である。ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定では、不図示の光源から、測定試料であるＳｉＣエピタキシャルウエハ１０に赤外光１１が照射される。照射された赤外光１１は、一層目である第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面において、反射される光（以下「表面反射光」という場合がある）１２と、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３に入射する光１３とに分かれる。
【００３６】
第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３に入射した光１３は、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との界面において、反射される光１４と、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２に入射する光１７とに分かれる。
【００３７】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との界面で反射された光１４は、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の中を進み、測定試料の表面である第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に達する。第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に達した光１４は、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面を透過して出射する光１５と、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面で反射される光１６とに分かれる。
【００３８】
このようにして第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面を透過して出射する光１５は、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との界面で反射された光であるので、以下の説明では、「層界面反射光」という場合がある。
【００３９】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２に入射した光１７は、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との界面において、反射される光２１と、ｎ型ＳｉＣ基板１に入射する光１８とに分かれる。
【００４０】
ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との界面で反射された光２１は、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の中を進み、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との界面に達する。
【００４１】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との界面に達した光２１のうち、前記界面を透過した光２２は、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の中を進み、測定試料の表面である第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に達する。第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面に達した光２２は、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面を透過して出射する光２３と、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面で反射される光２４とに分かれる。
【００４２】
このようにして第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の表面を透過して出射する光２３は、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との界面で反射された光であるので、以下の説明では、「基板界面反射光」という場合がある。
【００４３】
ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定では、表面反射光１２と層界面反射光１５との干渉波形、および表面反射光１２と基板界面反射光２３との干渉波形から、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚が導出される。
【００４４】
ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定では、インターフェローグラムと呼ばれる干渉スペクトルが得られる。得られたインターフェローグラムをフーリエ変換することによって、反射率と波数とで表される干渉波形が得られる。
【００４５】
図３および図４は、フーリエ変換されたインターフェローグラムのうち、解析に使用される波数域の波形を示す図である。
【００４６】
図３は、図２に示す層界面反射光１５および基板界面反射光２３の反射強度が十分に得られている場合の干渉波形を示す図である。図４は、図２に示す層界面反射光１５および基板界面反射光２３のうち、いずれか一方の反射強度が十分に得られ、他方の反射強度が十分に得られていない場合の干渉波形を示す図である。
【００４７】
図３および図４において、横軸は波数νを示し、縦軸は反射率Ｒを示す。図３および図４に示すように、フーリエ変換されたインターフェローグラムでは、波数νに応じて、反射率Ｒが減衰する。これは、物質の内部で光の吸収が起こるためである。本実施の形態では、ｎ型ＳｉＣ基板１、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の内部で光の吸収が起こるので、波数νに応じて反射率Ｒが減衰する。
【００４８】
フーリエ変換されたインターフェローグラムのうち、解析に使用する波数域の波形をフーリエ変換することによって、図５および図６に示すようなスペーシャルグラムと呼ばれる波形が得られる。
【００４９】
図５および図６は、スペーシャルグラムの一例を示す図である。図５は、図２に示す層界面反射光１５および基板界面反射光２３の両方の反射強度が十分に得られている場合のスペーシャルグラムを示す図である。図６は、図２に示す層界面反射光１５および基板界面反射光２３のうち、いずれか一方の反射強度が十分に得られ、他方の反射強度が十分に得られていない場合のスペーシャルグラムを示す図である。
【００５０】
図５および図６において、横軸は光路差ΔＬを示し、縦軸は光強度ＬＩを示す。図５に示すように、層界面反射光１５および基板界面反射光２３の両方が得られている場合、干渉波形を足し合わせた波形がスペーシャルグラムとして得られる。
【００５１】
図５および図６において、参照符号「３０」で示されるピークは、センターバーストと呼ばれる。センターバースト３０は、光路差ΔＬがゼロであるので、反射光が足し合わされ、反射強度の高いピークとなる。参照符号「３１」，「３２」，「３３」で示されるピークは、サイドバーストと呼ばれる。サイドバースト３１，３２，３３は、測定試料の表面で反射される表面反射光１２と、層界面反射光１５または基板界面反射光２３とから得られるピークである。
【００５２】
ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定では、センターバースト３０とサイドバースト３１，３２，３３との間の光路差ΔＬを屈折率で割ることによって、層厚が算出される。
【００５３】
前述のように、本実施の形態では、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との間、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との間で、不純物濃度が２０％以上異なるようにする。これによって、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定において、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の層厚、および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に得ることができる。この理由について、図７および図８を用いて以下に説明する。
【００５４】
図７は、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定で得られるスペーシャルグラムのサイドバーストのピーク強度ＰＩと、隣り合うＳｉＣ間における不純物濃度の変化率ＲＣとの関係を示す相関図である。図８は、図７に示す相関図の不純物濃度変化率が５０〜１５０％である部分を拡大して示す図である。
【００５５】
ここで、「隣り合うＳｉＣ間」とは、隣り合うＳｉＣ基板とＳｉＣエピタキシャル層との間、または隣り合う２つのＳｉＣエピタキシャル層同士の間をいう。本実施の形態では、「隣り合うＳｉＣ間」は、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との間、および第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との間である。
【００５６】
図７および図８では、不純物濃度を変えて製造されたＳｉＣエピタキシャルウエハ１０に対して、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定を実行して得られたスペーシャルグラムのサイドバースト３１〜３３のいずれか１つのピーク強度ＰＩと、隣り合うＳｉＣ間における不純物濃度変化率ＲＣとの関係を示す。
【００５７】
図７および図８において、横軸は不純物濃度変化率ＲＣ（％）を示し、縦軸はピーク強度ＰＩを示す。ピーク強度ＰＩは、相対的なものであり、ピーク強度ＰＩの単位は任意の単位である。図７および図８では、隣り合うＳｉＣのうち、一方のＳｉＣの不純物濃度を他方のＳｉＣの不純物濃度で除算して百分率で表した値を、不純物濃度変化率ＲＣとして示す。
【００５８】
ｎ型ＳｉＣ基板１の不純物濃度は、材料メーカーによって異なる。本実施の形態では、使用したｎ型ＳｉＣ基板１の不純物濃度の標準的な値である１×１０１９ｃｍ−３を、ｎ型ＳｉＣ基板１の不純物濃度として用いて、不純物濃度変化率を計算している。
【００５９】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の不純物濃度は、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の形成後、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の形成前に、ＣＶ法（capacitance voltage method）によって測定することができる。
【００６０】
第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３は、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２に積層して形成されるので、ＣＶ法では、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の不純物濃度を直接測定することができない。したがって、本実施の形態では、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３と類似する条件でエピタキシャル結晶成長させたエピタキシャル層の不純物濃度をＣＶ法によって求め、求めた不純物濃度の値を、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の不純物濃度の予測値として使用する。
【００６１】
図８において、不純物濃度変化率ＲＣが８６％である場合、ピーク強度ＰＩはゼロである。ピーク強度ＰＩがゼロであることは、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との界面からの基板界面反射光２３、および第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との界面からの層界面反射光１５の反射強度が十分に得られていないことを示している。この場合、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の層厚、および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に測定することは不可能である。
【００６２】
これに対し、不純物濃度変化率ＲＣが８４％である場合には、ピーク強度ＰＩはゼロではなく、ある程度の値になっている。これは、ＦＴ−ＩＲ法による層厚測定においてピークが得られており、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との界面からの基板界面反射光２３、および第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との界面からの層界面反射光１５の反射強度が十分に得られていることを示している。この場合、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の層厚、および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に測定することが可能である。
【００６３】
また、図８において、不純物濃度変化率ＲＣが９０％である場合、１０４％である場合、および１１４％である場合は、前述の不純物濃度変化率ＲＣが８６％である場合と同様に、ピーク強度ＰＩがゼロとなっている。
【００６４】
これに対し、不純物濃度変化率ＲＣが８０％以下である場合、および不純物濃度変化率ＲＣが１２０％以上である場合には、前述の不純物濃度変化率ＲＣが８４％である場合と同様に、ピーク強度ＰＩはゼロになっておらず、ある程度の値になっている。
【００６５】
以上のことから、図８において、不純物濃度変化率ＲＣが１００％から±２０％未満の範囲を除いた部分、すなわち不純物濃度変化率ＲＣが８０％以下の範囲、および１２０％以上の範囲であれば、ピーク強度ＰＩが十分に得られ、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の層厚、および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に測定することが可能であることが判る。
【００６６】
前述のように、図７および図８では、隣り合うＳｉＣのうち、一方のＳｉＣの不純物濃度を他方のＳｉＣの不純物濃度で除算して百分率で表した値を、不純物濃度変化率ＲＣとして示している。
【００６７】
したがって、不純物濃度変化率ＲＣが８０％以下である範囲とは、隣り合うＳｉＣのうち、一方のＳｉＣの不純物濃度が、他方のＳｉＣの不純物濃度よりも２０％以上小さくなっている範囲である。また、不純物濃度変化率ＲＣが１２０％以上である範囲とは、隣り合うＳｉＣのうち、一方のＳｉＣの不純物濃度が、他方のＳｉＣの不純物濃度よりも２０％以上大きくなっている範囲である。
【００６８】
ここで、「隣り合うＳｉＣ」とは、前述のように、隣り合うＳｉＣ基板とＳｉＣエピタキシャル層、または隣り合う２つのＳｉＣエピタキシャル層同士をいう。本実施の形態では、「隣り合うＳｉＣ」は、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２、および第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３である。
【００６９】
したがって、本実施の形態では、隣り合うＳｉＣ間である、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との間、および第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との間における不純物濃度変化率を２０％以上としている。
【００７０】
このようにすることによって、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２との界面で反射された基板界面反射光２３に起因するピークと、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３との界面で反射された界面反射光１５に起因するピークとを分離することができる。これによって、前述のように第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２の層厚、および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に測定することを可能としている。
【００７１】
図９は、図５に示す第１のサイドバースト３１を拡大し、横軸の光路差ΔＬを層厚Ｄに換算して示す図である。図５に示す第２のサイドバースト３２を拡大した場合も図９と同様の図となる。図９において、横軸は光路差ΔＬをＳｉＣエピタキシャル層の層厚に換算した値Ｄであり、縦軸は反射強度ＲＩである。反射強度ＲＩは、相対的なものであり、反射強度ＲＩの単位は任意の単位である。
【００７２】
図９から、ピークの半値幅ｄｈ、すなわち反射強度ＲＩのピーク値Ｉの半分の値であるＩ／２となるときのＳｉＣエピタキシャル層の層厚Ｄは、およそ０．９μｍであることが判る。このことから、以下のことが言える。ＳｉＣエピタキシャル層の層厚が０．９μｍ以上であれば、スペーシャルグラムの段階で、分離されたピークが得られる。たとえば、前述の図５に示すように、分離されたサイドバースト３１，３２が得られる。したがって、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に測定することが可能である。
【００７３】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚が０．９μｍ未満である場合には、スペーシャルグラムの段階で分離したピークが得られない。たとえば、前述の図６に示すように、１つのサイドバースト３３のみが得られる。したがって、スペーシャルグラムから直接ピーク値を読み取って、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に測定することはできない。
【００７４】
しかし、光強度ＬＩは、２つの反射波の重ね合わせから得られているので、スペーシャルグラムを解析することによって、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚が０．９μｍ未満であっても、０．５μｍ程度までは、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚を個別に測定することが可能である。
【００７５】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の層厚の上限値は、製造するＳｉＣエピタキシャルウエハ１０に求められる特性に応じて、適宜選択される。
【００７６】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の不純物濃度は、エピタキシャル層形成工程において、前述のドーパントガスの流量の調整によって調整してもよいし、材料ガスの流量比の変更、または成長温度もしくは成長速度などのプロセスパラメータの変更によって調整してもよい。また第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の成長に使用するガスとしては、他のシラン系ガス、炭化水素ガス、およびドーパントガスを用いてもよく、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７７】
以上に述べた実施の形態では、ｎ型のＳｉＣエピタキシャルウエハを製造する場合について述べたが、ｐ型のＳｉＣエピタキシャルウエハを製造する場合でも同様に実施することができ、同様の効果を得ることができる。
【００７８】
また本実施の形態では、不純物濃度は、ｎ型ＳｉＣ基板１、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の順に小さくなっている。不純物濃度は、必ずしも、ｎ型ＳｉＣ基板１、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層２、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層３の順に小さくなる必要はない。
【００７９】
図１０は、炭化珪素エピタキシャルウエハの他の例である炭化珪素エピタキシャルウエハ４０を示す断面図である。たとえば、図１０に示す炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャルウエハ４０のように、ｎ型ＳｉＣ基板１の厚み方向一方側の表面部に、ｎ型ＳｉＣ基板１よりも不純物濃度が小さい第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１が形成され、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１の厚み方向一方側の表面部に、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１よりも不純物濃度が大きい第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４２が形成されてもよい。第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１は、第１の炭化珪素エピタキシャル層に相当する。第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４２は、第２の炭化珪素エピタキシャル層に相当する。
【００８０】
また、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１は、ｎ型ＳｉＣ基板１よりも不純物濃度が大きく、かつ第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４２よりも不純物濃度が大きくてもよい。また、不純物濃度は、ｎ型ＳｉＣ基板１、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４２の順に大きくなってもよい。
【００８１】
図１０に示すＳｉＣエピタキシャルウエハ４０の構成においても、隣り合うＳｉＣ間の不純物濃度変化率が２０％以上であれば、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。図１０において、「隣り合うＳｉＣ間」は、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１との間、および第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４２との間である。
【００８２】
具体的に述べると、前述の図８に示すように、不純物濃度変化率が１２０％である場合、すなわちベース層となる第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１よりも上層の第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４２の不純物濃度が高い場合には、十分なピーク強度が得られる。したがって、不純物濃度の大小関係が本実施の形態の場合と逆転しても、２０％以上の不純物濃度変化率があれば、ピークの分離が可能であるので、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４１および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層４２の層厚を個別に測定することができる。
【００８３】
図１１は、炭化珪素エピタキシャルウエハのさらに他の例である炭化珪素エピタキシャルウエハ５０を示す断面図である。図１１に示す炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャルウエハ５０のように、ｎ型ＳｉＣ基板１の厚み方向一方側の表面部には、３つ以上のＳｉＣエピタキシャル層が形成されてもよい。
【００８４】
この場合、第１層形成工程において、ｎ型ＳｉＣ基板１の厚み方向一方側の表面部に、ベース層となる第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５１を形成する。次いで、第２層形成工程において、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５１の厚み方向一方側の表面部に、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５２を形成する。次いで、他層形成工程において、第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５２の厚み方向一方側の表面部に、第３のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５３を形成する。
【００８５】
第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５１は、第１の炭化珪素エピタキシャル層に相当する。第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５２は、第２の炭化珪素エピタキシャル層に相当する。第３のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５３は、他の炭化珪素エピタキシャル層に相当する。
【００８６】
図１１に示すＳｉＣエピタキシャルウエハ５０の構成のように３層以上の多層であっても、隣り合うＳｉＣ間の不純物濃度変化率が２０％以上であれば、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。図１１において、「隣り合うＳｉＣ間」は、ｎ型ＳｉＣ基板１と第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５１との間、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５１と第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５２との間、および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５２と第３のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５３との間である。
【００８７】
図１１に示すように、３層以上のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層が形成される場合には、図１０に示す場合と同様に、不純物濃度の大小関係の組み合わせは問わない。
【００８８】
たとえば、第１のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５１の不純物濃度が、ｎ型ＳｉＣ基板１の不純物濃度および第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５２の不純物濃度よりも小さく、かつ第２のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５２の不純物濃度が、第３のｎ型ＳｉＣエピタキシャル層５３の不純物濃度よりも大きくなっていてもよい。
【００８９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
【００９０】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００９１】
１  ｎ型炭化珪素（ＳｉＣ）基板、２，４１，５１  第１のｎ型炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル層、３，４２，５２  第２のｎ型炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル層、１０，４０，５０  炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャルウエハ、５３  第３のｎ型炭化珪素（ＳｉＣ）エピタキシャル層。
【図１】
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【図２】
2016059670.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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