(57)【要約】【課題】効率よく炭化珪素基板を製造することができる炭化珪素基板の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】積層体ＴＸを準備する工程が、第１の単結晶基板群１０ａの各々と第１のベース基板３０ａとが互いに対向し、かつ第２の単結晶基板群１０ｂの各々と第２のベース基板３０ｂとが互いに対向し、かつ第１の単結晶基板群１０ａと第１のベース基板３０ａと挿入部６０Ｘと第２の単結晶基板群１０ｂと第２のベース基板３０ｂとが一の方向に向かってこの順で積み重なるように行われる。次に、積層体ＴＸの温度が炭化珪素が昇華し得る温度に達するように、かつ積層体ＴＸ中において一の方向に向かって温度が高くなるような温度勾配が形成されるように積層体ＴＸが加熱される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素から作られた第１および第２の単結晶基板群と、炭化珪素から作られた第１および第２のベース基板と、炭化珪素の昇華温度において固体状態を有する材料から作られた挿入部とを含む積層体を準備する工程を備え、
前記積層体を準備する工程は、前記第１の単結晶基板群の各々と前記第１のベース基板とが互いに対向し、かつ前記第２の単結晶基板群の各々と前記第２のベース基板とが互いに対向し、かつ前記第１の単結晶基板群と前記第１のベース基板と前記挿入部と前記第２の単結晶基板群と前記第２のベース基板とが一の方向に向かってこの順で積み重なるように行われ、さらに
前記積層体の温度が炭化珪素が昇華し得る温度に達するように、かつ前記積層体中において前記一の方向に向かって温度が高くなるような温度勾配が形成されるように前記積層体を加熱する工程を備える、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記温度勾配は０．１℃／ｍｍ以上２０℃／ｍｍ以下である、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
前記挿入部は、前記第２の単結晶基板群の全体と前記第１のベース基板との間を隔てる仕切部材を含む、請求項１または２に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項４】
前記仕切部材は、炭素、モリブデン、タングステン、および、金属カーバイドのいずれかから作られている、請求項３に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項５】
前記挿入部は、前記第２の単結晶基板群の各々の、前記第２のベース基板と対向することになる面と反対の面の上に形成された保護膜を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項６】
前記保護膜は、有機膜を炭化することによって形成された膜、炭素膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、およびダイヤモンド膜の少なくともいずれかを含む、請求項５に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項７】
炭化珪素から作られた第１および第２の単結晶基板群と、炭化珪素から作られた第１および第２のベース基板と、炭化珪素の昇華温度において固体状態を有する材料から作られた挿入部とを含む積層体を収めるための容器を備え、
前記積層体は、前記第１の単結晶基板群の各々と前記第１のベース基板とが互いに対向し、かつ前記第２の単結晶基板群の各々と前記第２のベース基板とが互いに対向し、かつ前記第１の単結晶基板群と前記第１のベース基板と前記挿入部と前記第２の単結晶基板群と前記第２のベース基板とが一の方向に向かって積み重なるように構成され、さらに
前記積層体の温度が炭化珪素が昇華し得る温度に達するように、かつ前記積層体中において前記一の方向に向かって温度が高くなるような温度勾配が形成されるように前記積層体を加熱するための加熱部を備える、炭化珪素基板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素基板の製造方法および製造装置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炭化珪素基板の採用が進められつつある。炭化珪素は、より一般的に用いられているシリコンに比べて大きなバンドギャップを有する。そのため炭化珪素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）以上の炭化珪素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】
炭化珪素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。特に六方晶系の炭化珪素において、（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】
欠陥の少ない炭化珪素基板は、通常、積層欠陥の生じにくい（０００１）面成長で得られた炭化珪素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炭化珪素基板は、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、炭化珪素の（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】
上記のように困難をともなう炭化珪素基板の大型化に代わって、単結晶基板群と、その各々に接合されたベース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。ベース基板は結晶欠陥密度が高くても差し支えないことが多く、よって大型のものを比較的容易に準備することができる。そして単結晶基板群が有する単結晶基板の数を増やすことで、必要に応じて炭化珪素基板を大きくすることができる。
【０００８】
本発明者らは、単結晶基板群の各々とベース基板とを接合する方法として、ベース基板から発生させた昇華ガスを単結晶基板群の各々の上で再結晶させる方法を用いることができることを見出した。しかしながら、このような方法を用いて炭化珪素基板を製造するに際して、複数の炭化珪素基板を効率よく製造するための方法はこれまで十分に検討されていなかった。
【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、効率よく炭化珪素基板を製造することができる炭化珪素基板の製造方法および製造装置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の製造方法は、以下の工程を有する。炭化珪素から作られた第１および第２の単結晶基板群と、炭化珪素から作られた第１および第２のベース基板と、炭化珪素の昇華温度において固体状態を有する材料から作られた挿入部とを含む積層体が準備される。積層体を準備する工程は、第１の単結晶基板群の各々と第１のベース基板とが互いに対向し、かつ第２の単結晶基板群の各々と第２のベース基板とが互いに対向し、かつ第１の単結晶基板群と第１のベース基板と挿入部と第２の単結晶基板群と第２のベース基板とが一の方向に向かってこの順で積み重なるように行われる。次に、積層体の温度が炭化珪素が昇華し得る温度に達するように、かつ積層体中において一の方向に向かって温度が高くなるような温度勾配が形成されるように積層体が加熱される。
【００１１】
本発明の炭化珪素基板の製造方法によれば、単結晶基板群およびベース基板の複数組が積層された状態で加熱されることで、複数の炭化珪素基板が同時に製造される。また加熱前に第１のベース基板と第２の単結晶基板群との間に挿入部が配置されることで、異なる炭化珪素基板の間で接合が生じてしまうことが防止される。これにより、効率よく炭化珪素基板を製造することができる。
【００１２】
好ましくは温度勾配は０．１℃／ｍｍ以上２０℃／ｍｍ以下である。温度勾配が０．１℃／ｍｍ以上とされることによって、ベース基板と単結晶基板群との間の接合をより確実に進行させることができる。また温度勾配が２０℃以下とされることによって、加熱のための装置をより簡易なものとすることができる。
【００１３】
好ましくは挿入部は、第２の単結晶基板群の全体と第１のベース基板との間を隔てる仕切部材を含む。これにより、異なる炭化珪素基板の間で望ましくない接合が生じてしまうことがより確実に防止される。より好ましくは、仕切部材は、炭素、モリブデン、タングステン、および、金属カーバイドのいずれかから作られている。これにより、上記加熱に耐え得る耐熱性を仕切部材に付与することができる。また仕切部材の炭化珪素に対する反応性を小さくすることができる。
【００１４】
好ましくは挿入部は、第２の単結晶基板群の各々の、第２のベース基板と対向することになる面と反対の面の上に形成された保護膜を含む。これにより加熱の際に第２の単結晶基板群の表面が保護される。より好ましくは保護膜は、有機膜を炭化することによって形成された膜、炭素膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、およびダイヤモンド膜の少なくともいずれかを含む。これにより、上記加熱に耐え得る耐熱性を保護膜に付与することができる。また保護膜の炭化珪素に対する反応性を小さくすることができる。
【００１５】
本発明の炭化珪素基板の製造装置は容器および加熱部を有する。容器は、炭化珪素から作られた第１および第２の単結晶基板群と、炭化珪素から作られた第１および第２のベース基板と、炭化珪素の昇華温度において固体状態を有する材料から作られた挿入部とを含む積層体を収めるためのものである。積層体は、第１の単結晶基板群の各々と第１のベース基板とが互いに対向し、かつ第２の単結晶基板群の各々と第２のベース基板とが互いに対向し、かつ第１の単結晶基板群と第１のベース基板と挿入部と第２の単結晶基板群と第２のベース基板とが一の方向に向かって積み重なるように構成される。加熱部は、積層体の温度が炭化珪素が昇華し得る温度に達するように、かつ積層体中において一の方向に向かって温度が高くなるような温度勾配が形成されるように積層体を加熱するためのものである。
【００１６】
なお上記における「第１および第２の」との文言の使用は、「第１および第２の」ものに加えてさらに１つ以上のものを用いる形態を除外することを意味するものではない。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、効率よく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】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工程を概略的に示す断面図である。
【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３工程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２における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７】本発明の実施の形態３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８】本発明の実施の形態３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９】本発明の実施の形態３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１０】本発明の実施の形態３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１１】本発明の実施の形態３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１２】本発明の実施の形態３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。
【図１３】本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の第５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】
【００１９】
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に示すように、本実施の形態の炭化珪素基板８１は、炭化珪素から作られたベース基板３０と、炭化珪素から作られた単結晶基板群１０とを有する。単結晶基板群１０は単結晶基板１１〜１９を有する。
【００２０】
単結晶基板１１〜１９の各々は、互いに対向する裏面および表面と、この裏面および表面をつなぐ側面とを有する。たとえば、単結晶基板１１は、互いに対向する裏面Ｂ１および表面Ｆ１と、裏面Ｂ１および表面Ｆ１をつなぐ側面Ｓ１とを有し、単結晶基板１２は、互いに対向する裏面Ｂ２および表面Ｆ２と、裏面Ｂ２および表面Ｆ２をつなぐ側面Ｓ２とを有する。
【００２１】
ベース基板３０は、互いに対向する主面Ｐ１および主面Ｐ２を有する。単結晶基板１１〜１９の各々はベース基板３０上に配置されている。具体的には、単結晶基板１１〜１９の各々の裏面（裏面Ｂ１、Ｂ２など）はベース基板３０の主面Ｐ１に接合されている。また単結晶基板１１〜１９のうち隣り合うものの間には隙間ＧＰが形成されている。よって、たとえば側面Ｓ１およびＳ２は、隙間ＧＰを介して互いに対向している。なお隙間ＧＰが単結晶基板１１〜１９の間を完全に分離する必要はなく、たとえば側面Ｓ１の一部と側面Ｓ２の一部とが互いに接触していてもよい。
【００２２】
上記のように、ベース基板３０の主面Ｐ１は、単結晶基板１１〜１９の裏面（裏面Ｂ１、Ｂ２など）を互いにつないでおり、これにより単結晶基板１１〜１９は互いに固定されている。単結晶基板１１〜１９のそれぞれは同一平面上において露出した表面（表面Ｆ１、Ｆ２など）を有し、これにより炭化珪素基板８１は、単結晶基板１１〜１９の各々に比して大きな表面を有する。よって単結晶基板１１〜１９の各々を単独で用いる場合に比して、炭化珪素基板８１を用いる場合の方が、半導体装置をより効率よく製造することができる。
【００２３】
次に、複数の炭化珪素基板８１の製造方法について説明する。本実施の形態においては３つの炭化珪素基板８１が同時に製造される場合について例示する。
【００２４】
まず、複数の炭化珪素基板８１の各々の材料として、３つのベース基板３０と、３組の単結晶基板群１０とが準備される。単結晶基板群１０の各々は、たとえば、六方晶系における（０００１）面で成長したＳｉＣインゴットを（０−３３−８）面に沿って切断することによって準備される。この場合、好ましくは、（０−３３−８）面側が表面として用いられ、（０３−３８）面側が裏面として用いられる。単結晶基板群１０の各々の厚さは、たとえば４００μｍである。ベース基板３０の厚さは、たとえば４００μｍである。
【００２５】
図３を参照して、単結晶基板１１〜１９（図３においては単結晶基板１１のみを示す）の各々の表面（単結晶基板１１の場合は表面Ｆ１）の上に保護膜６０ｆが形成される。保護膜６０ｆは、炭化珪素の昇華温度において固体状態を有する材料から作られる。具体的には、保護膜６０ｆは、有機膜を炭化することによって形成された膜、炭素膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、およびダイヤモンド膜の少なくともいずれかを含む。有機膜を炭化することによって形成された膜は、有機物を含む流動体の塗布および炭化によって容易に形成することができる。このような流動体としては、たとえばフォトレジストまたはカーボン接着剤がある。
【００２６】
図４を参照して、加熱装置が準備される。加熱装置は、断熱容器４０と、第１および第２の加熱体９１、９２、ヒータ５０、およびヒータ電源１５０から構成される加熱部とを有する。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、ベース基板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。
【００２７】
次に第１〜第３の単結晶基板群１０ａ〜１０ｃと、第１〜第３のベース基板３０ａ〜３０ｃと、挿入部６０Ｘとを含む積層体ＴＸが準備される。ここで第１〜第３の単結晶基板群１０ａ〜１０ｃおよび第１〜第３のベース基板３０ａ〜３０ｃのそれぞれは、上記説明における３つの単結晶基板群１０および３つのベース基板３０に対応する。また挿入部６０Ｘは、単結晶基板１１〜１９の各々の上に形成された保護膜６０ｆと、仕切部材６０ｐとを含む部分のことをいう。
【００２８】
仕切部材６０ｐは、炭化珪素の昇華温度において固体状態を有する材料から作られており、好ましくは、炭素、モリブデン、タングステン、および、金属カーバイドのいずれかから作られている。仕切部材６０ｐの厚さは、好ましくは１００ｎｍ〜１０ｍｍである。仕切部材６０ｐとしては、たとえば、厚さ１ｍｍ程度の炭素板、または、炭素を主成分として含む厚さ０．２ｍｍ〜１ｍｍの可とう性膜を用いることができる。
【００２９】
積層体ＴＸを準備する工程は具体的には、第１の単結晶基板群１０ａの各々の裏面と第１のベース基板３０ａとが互いに対向し、かつ第２の単結晶基板群１０ｂの各々の裏面と第２のベース基板とが互いに対向し、第３の単結晶基板群１０ｃの各々の裏面と第３のベース基板３０ｃとが互いに対向するように行われる。第１〜第３の単結晶基板群１０ａ〜１０ｃの各々が有する単結晶基板１１〜１９は、たとえば図１に示すように、マトリックス状に配置される。
【００３０】
またこの工程は、第１の単結晶基板群１０ａと、第１のベース基板３０ａと、第１の挿入部６０Ｘと、第２の単結晶基板群１０ｂと、第２のベース基板３０ｂと、第２の挿入部６０Ｘと、第３の単結晶基板群１０ｃと、第３のベース基板３０ｃとが、一の方向（図４の上方向）に向かって積み重なるように行われる。第１の挿入部６０Ｘは第２の単結晶基板群１０ｂの全体と第１のベース基板３０ａとの間を隔てるように配置され、第２の挿入部６０Ｘは第３の単結晶基板群１０ｃの全体と第２のベース基板３０ｂとの間を隔てるように配置される。
【００３１】
この積層体ＴＸは、第１の加熱体９１上に載置され、またこの積層体ＴＸ上に第２の加熱体９２が載置される。これにより積層体ＴＸは第１および第２の加熱体９１、９２に挟まれる。次に第１および第２の加熱体９１、９２に挟まれた積層体ＴＸが断熱容器４０内に収められる。この際、第２の加熱体９２は第１の加熱体９１に比してヒータ５０の近くに配置されることが好ましい。
【００３２】
次に断熱容器４０内の雰囲気が、大気雰囲気の減圧によって得られた雰囲気、または不活性ガス雰囲気とされる。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。断熱容器４０内の圧力は、たとえば０．０１〜１０4Ｐａとされる。
【００３３】
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、積層体ＴＸが加熱される。この加熱は、積層体ＴＸが、炭化珪素が昇華し得る温度、たとえば１８００℃以上２５００℃以下の温度、より好ましくは２０００℃以上２３００℃以下の温度に達するように行われる。加熱時間は、たとえば１〜２４時間とされる。
【００３４】
またこの加熱は、積層体ＴＸ中において上記一の方向（図４の上方向）に向かって温度が高くなるような温度勾配が形成されるように行われる。このような温度勾配は、たとえば、ヒータ５０が第１の加熱体９１に比して第２の加熱体９２の近くに位置することによって得られる。またこの温度勾配は、好ましくは０．１℃／ｍｍ以上２０℃／ｍｍ以下である。
【００３５】
さらに図５を参照して、上記の加熱が開始される段階では、第１〜第３のベース基板３０ａ〜３０ｃのそれぞれは第１〜第３の単結晶基板群１０ａ〜１０ｃ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。このため第２の単結晶基板群１０ｂの裏面（裏面Ｂ１、Ｂ２など）の各々と、第２のベース基板３０ｂの主面Ｐ１との間には、ミクロ的には空隙ＧＱが存在する。空隙ＧＱの平均高さ（図５における縦方向の寸法）は、たとえば数十μｍである。
【００３６】
空隙ＧＱにおいては、前述した温度勾配によって、昇華および再結晶化による炭化珪素の物質移動が生じる。具体的には、第２のベース基板３０ｂから炭化珪素の昇華ガスが形成され、このガスは第２の単結晶基板群１０ｂの各々の裏面上で再結晶化する。つまり空隙ＧＱにおいて図中矢印Ｍｃに示すように第２のベース基板３０ｂから第２の単結晶基板群１０ｂの各々への物質移動が生じる。この物質移動によって、第２のベース基板３０ｂが第２の単結晶基板群１０ｂの各々に接合される。
【００３７】
また第２の単結晶基板群１０ｂの各々の間の隙間ＧＰにおいても、前述した温度勾配によって、昇華および再結晶化による炭化珪素の物質移動が生じる。具体的には、第２のベース基板３０ｂから炭化珪素の昇華ガスが形成され、このガスは、図中矢印Ｍｂに示すように第２のベース基板３０ｂから隙間ＧＰに向かう。この昇華ガスの進行は、仕切部材６０ｐによって遮られるので、仕切部材６０ｐを越えて位置する第１のベース基板３０ａ（図４）には達しない。よってこの昇華ガスに起因して第２の単結晶基板群１０ｂと第１のベース基板３０ａとが互いに付着してしまうこと、すなわち、異なる炭化珪素基板８１が接合されてしまうことが防止される。
【００３８】
なお図５においては第２の単結晶基板群１０ｂと第２のベース基板３０ｂとの接合について説明したが、第１の単結晶基板群１０ａと第１のベース基板３０ａとの接合、および第３の単結晶基板群１０ｃと第３のベース基板３０ｃとの接合も同様に行われる。
【００３９】
次に断熱容器４０から積層体ＴＸが取り出される。次に仕切部材６０ｐが除かれる。仕切部材６０ｐは引き剥がされることによって容易に除去することができる。次に保護膜６０ｆが除去される。保護膜６０ｆの除去は、たとえば研磨またはエッチングによって行われる。以上により複数の炭化珪素基板８１（図１および図２）が同時に製造される。
【００４０】
本実施の形態の炭化珪素基板８１（図２）の製造方法によれば、単結晶基板群１０およびベース基板３０の複数組を有する積層体ＴＸが加熱されることで（図４）、複数の炭化珪素基板８１が同時に製造される。また加熱前に第１のベース基板３０ａと第２の単結晶基板群１０ｂとの間に挿入部６０Ｘが配置されることで、異なる炭化珪素基板８１の間で望ましくない接合が生じてしまうことが防止される。これにより、効率よく炭化珪素基板８１を製造することができる。
【００４１】
また単結晶基板群１０の各々の表面は、上記加熱の際に、保護膜６０ｆによって保護されている。これにより、単結晶基板群１０の表面が昇華したり他の物質と反応したりすることが防止される。よって得られる炭化珪素基板８１の表面の品質を高めることができる。また保護膜６０ｆが、有機膜を炭化することによって形成された膜、炭素膜、ダイヤモンドライクカーボン膜、およびダイヤモンド膜の少なくともいずれかを含む場合、上記加熱に耐え得る耐熱性を保護膜６０ｆに付与することができる。また保護膜６０ｆの炭化珪素に対する反応性を小さくすることができる。
【００４２】
また仕切部材６０ｐが、炭素、モリブデン、タングステン、および、金属カーバイドのいずれかから作られている場合、上記加熱に耐え得る耐熱性を仕切部材６０ｐに付与することができる。また仕切部材６０ｐの炭化珪素に対する反応性を小さくすることができる。
【００４３】
また上記加熱の温度勾配が０．１℃／ｍｍ以上とされる場合、ベース基板と単結晶基板群との間の接合をより確実に進行させることができる。また温度勾配が２０℃以下とされる場合、加熱のための装置をより簡易なものとすることができる。
【００４４】
また仕切部材６０ｐの厚さが１００ｎｍ以上とされる場合、仕切部材６０ｐのポーラスな部分を昇華ガスが透過してしまうことが防止される。またこの厚さが１０ｍｍ以下とされる場合、断熱容器４０内の空間をより有効に使用することができる。
【００４５】
好ましくは、ベース基板３０の不純物濃度は、単結晶基板群１０の各々の不純物濃度よりも高くされる。すなわち相対的に、ベース基板３０の不純物濃度は高く、また単結晶基板群１０の不純物濃度は低くされる。ベース基板３０の不純物濃度が高いことによってベース基板３０の抵抗率を小さくすることができるので、炭化珪素基板８１を流れる電流に対する抵抗が低減される。また単結晶基板群１０の不純物濃度が低いことによって、その結晶欠陥をより容易に低減することができる。なお不純物としては、たとえば窒素またはリンを用いることができる。
【００４６】
単結晶基板群１０の各単結晶基板の炭化珪素の結晶構造は六方晶系であることが好ましく、４Ｈ型または６Ｈ型であることがより好ましい。また好ましくは、単結晶基板の（０００−１）面に対する表面（表面Ｆ１など）のオフ角は５０°以上６５°以下である。より好ましくは、表面のオフ方位と単結晶基板の＜１−１００＞方向とのなす角は５°以下である。さらに好ましくは、単結晶基板の＜１−１００＞方向における（０−３３−８）面に対する表面のオフ角は−３°以上５°以下である。このような結晶構造が用いられることによって、炭化珪素基板８１を用いた半導体装置のチャネル移動度を高くすることができる。なお「＜１−１００＞方向における（０−３３−８）面に対する表面のオフ角」とは、＜１−１００＞方向および＜０００１＞方向の張る射影面への表面の法線の正射影と、（０−３３−８}面の法線とのなす角度であり、その符号は、上記正射影が＜１−１００＞方向に対して平行に近づく場合が正であり、上記正射影が＜０００１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。また表面の好ましいオフ方位として、上記以外に、単結晶基板１１の＜１１−２０＞方向とのなす角が５°以下となるようなオフ方位を用いることもできる。
【００４７】
なお本実施の形態においては、単結晶基板群１０およびベース基板３０の３組によって３つの炭化珪素基板８１が同時に製造される場合について説明したが、積層体ＴＸが適切な温度まで加熱され、かつ積層体ＴＸの温度勾配が適切とされれば、この組数は２つ以上の任意の数であり得る。たとえば、２組、３０組および５０組の場合についての実験では、すべての組においてベース基板３０と単結晶基板群１０とが接合されることが確認された。
【００４８】
また単結晶基板群１０の表面と仕切部材６０ｐの面とが共に高い平坦性を有する場合は、両者を密着させることによって単結晶基板群１０の表面を保護することができるので、保護膜６０ｆの形成が省略されてもよい。
【００４９】
（実施の形態２）
主に図６を参照して、本実施の形態においては積層体ＴＸ（図４：実施の形態１）の代わりに積層体ＴＹが用いられる。積層体ＴＹの挿入部６０Ｙは保護膜６０ｆを有するが仕切部材６０ｐ（図４）を有しない。
【００５０】
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。
【００５１】
本実施の形態によれば、仕切部材６０ｐ（図４）を用いる必要がないので、その分だけ積層体ＴＹの積層高さ（図６の縦方向の寸法）を小さくすることができる。これにより断熱容器４０内の空間をより有効に使用することができる。
【００５２】
なお隙間ＧＰ中に生じる昇華ガスの再結晶化によって第２の単結晶基板群１０ｂと第１のベース基板３０ａとが付着してしまうことを避けるためには、隙間ＧＰが十分に狭くされればよい。言い換えれば、本実施の形態は隙間ＧＰが狭い場合に適している。
【００５３】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、炭化珪素基板８１（図１および図２）を用いた半導体装置の製造について説明する。なお説明を簡単にするために炭化珪素基板８１が有する単結晶基板１１〜１９のうち単結晶基板１１にのみ言及する場合があるが、他の単結晶基板１２〜１９の各々もほぼ同様に扱われる。
【００５４】
図７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、ベース基板３０、単結晶基板１１、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。半導体装置１００の平面形状（図７の上方向から見た形状）は、たとえば、２ｍｍ以上の長さの辺からなる長方形または正方形である。
【００５５】
ドレイン電極１１２はベース基板３０上に設けられ、またバッファ層１２１は単結晶基板１１上に設けられている。この配置により、ゲート電極１１０によってキャリアの流れが制御される領域は、ベース基板３０ではなく単結晶基板１１の上に配置されている。
【００５６】
ベース基板３０、単結晶基板１１、およびバッファ層１２１は、ｎ型の導電型を有する。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。またバッファ層１２１の厚さは、たとえば０．５μｍである。
【００５７】
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ＳｉＣ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。
【００５８】
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。複数のｐ領域１２３の間から露出する耐圧保持層１２２上には酸化膜１２６が形成されている。具体的には、酸化膜１２６は、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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に半導体装置１００の製造方法について説明する。まず基板準備工程（ステップＳ１１０：図８）にて、炭化珪素基板８１（図１および図２）が準備される。
【００６１】
図９を参照して、エピタキシャル層形成工程（ステップＳ１２０：図８）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。
【００６２】
単結晶基板群１０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ＳｉＣ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。
【００６３】
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ＳｉＣ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。
【００６４】
図１０を参照して、注入工程（ステップＳ１３０：図８）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。
【００６５】
まずｐ型の導電性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。
【００６６】
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。
【００６７】
図１１を参照して、ゲート絶縁膜形成工程（ステップＳ１４０：図８）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。
【００６８】
その後、窒化処理工程（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。
【００６９】
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。
【００７０】
次に電極形成工程（ステップＳ１６０：図８）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。
【００７１】
図１２を参照して、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。
【００７２】
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。
【００７３】
図１３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、酸化膜１２６上にゲート電極１１０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。
【００７４】
次に、ダイシング工程（ステップＳ１７０：図８）により、破線ＤＣに示すようにダイシングが行われる。これにより複数の半導体装置１００（図７）が切り出される。
【００７５】
なお上記の各実施の形態において、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。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。
【００７６】
今回開示された実施の形態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】
【００７７】
１０  単結晶基板群、１０ａ〜１０ｃ  第１〜第３の単結晶基板群、１１〜１９  単結晶基板、３０  ベース基板、３０ａ〜３０ｃ  第１〜第３のベース基板、４０  断熱容器、５０  ヒータ、９１  第１の加熱体、９２  第２の加熱体、１５０  ヒータ電源、ＴＸ，ＴＹ  積層体。
【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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