(57)【要約】【課題】複数の単結晶基板を有する炭化珪素基板であって、かつ単結晶基板間の隙間が十分に充填されているものを提供する。【解決手段】複数の単結晶基板１１ａ，１２ａ，１３ａの各々に接合されたベース層３０を有する複合基板が形成される。複数の単結晶基板１１ａ，１２ａ，１３ａは、ベース層３０上において互いに離されていることによって、互いに隣り合う複数の単結晶基板１１ａ，１２ａ，１３ａの各々の端面によって構成された側壁と、ベース層で構成された底面とを有する溝部ＴＲａを形成している。溝部ＴＲａに対向するように、炭化珪素からなる原料部２９が配置される。原料部２９から昇華させた炭化珪素を底面上において再結晶させることによって、溝部ＴＲａが充填される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなる複数の単結晶基板と、前記複数の単結晶基板の各々に接合されたベース層とを有する複合基板を形成する工程を備え、前記複数の単結晶基板の各々は、前記ベース層に接合された裏面と、前記裏面と反対の表面と、前記裏面および前記表面をつなぐ端面とを有し、前記複数の単結晶基板は、前記ベース層上において互いに離されていることによって、互いに隣り合う前記複数の単結晶基板の各々の前記端面によって構成された側壁と、前記ベース層で構成された底面とを有する溝部を形成しており、さらに
前記溝部に対向するように、炭化珪素からなる原料部を配置する工程と、
前記原料部から昇華させた炭化珪素を前記底面上において再結晶させることによって、前記溝部を充填する工程とを備える、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記複合基板を形成する工程は、前記ベース層が前記複数の単結晶基板の各々に接合される前に、前記複数の単結晶基板を互いに離して配置する工程を含む、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
前記複合基板を形成する工程は、前記ベース層が前記複数の単結晶基板の各々に接合された後に、前記溝部を形成する工程を含む、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項４】
前記複合基板を形成する工程は、前記溝部を介して互いに隣り合う前記複数の単結晶基板の間隔が、前記底面から離れるほど大きくなるように行われる、請求項１〜３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５】
前記溝部を充填する工程の前に、前記複数の単結晶基板の各々の前記表面上にマスクを配置する工程をさらに備える、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】
前記原料部を配置する工程は、前記複数の単結晶基板の各々の上に配置された前記マスク上に前記原料部を配置することによって行われる、請求項５に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項７】
前記マスクは可撓性を有する、請求項６に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項８】
前記マスクは炭素からなる、請求項５〜７のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素基板の製造方法に関し、より特定的には、複数の単結晶基板を有する炭化珪素基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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ＳｉＣ基板を製造することができるとされている。しかしながら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。
【０００３】
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。
【０００４】
そこで単純に基板を大きくしようとする代わりに、複数の単結晶基板と、その各々に接合されたベース層とを有する炭化珪素基板を用いることが考えられる。ベース層は、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。そしてベース層に接合される単結晶基板の数を増やすことで、必要に応じて複合基板を大きくすることができる。
【０００５】
上記のような複合構造を有する炭化珪素基板においては、各単結晶基板とベース層との間は接合されているものの、互いに隣り合う炭化珪素基板の間に隙間が形成されやすい。このような隙間を有する基板を用いて半導体装置を製造すると、製造工程中にこの隙間の間に異物が残留しやすい。特にＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）の研磨剤は残留しやすい。そこで、たとえば国際公開第２０１１／０５２３２１号（特許文献２）によれば、隙間を充填する充填部が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７３１４５２０号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１１／０５２３２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した国際公開第２０１１／０５２３２１号に記載の技術を用いた場合、隙間の奥への充填が不完全となることがあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、複数の単結晶基板を有する炭化珪素基板であってかつその単結晶基板の間の隙間が十分に充填されている炭化珪素基板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】
【０００９】
本発明の炭化珪素基板の製造方法は、次の工程を有する。炭化珪素からなる複数の単結晶基板と、複数の単結晶基板の各々に接合されたベース層とを有する複合基板が形成される。複数の単結晶基板の各々は、ベース層に接合された裏面と、裏面と反対の表面と、裏面および表面をつなぐ端面とを有する。複数の単結晶基板は、ベース層上において互いに離されていることによって、互いに隣り合う複数の単結晶基板の各々の端面によって構成された側壁と、ベース層で構成された底面とを有する溝部を形成している。溝部に対向するように、炭化珪素からなる原料部が配置される。原料部から昇華させた炭化珪素を底面上において再結晶させることによって、溝部が充填される。
【００１０】
この製造方法によれば、単結晶基板間の溝部の充填が、昇華させた炭化珪素を溝部の底面上に再結晶させることによって行われる。これにより単結晶基板間の隙間の底部を十分に充填することができる。よって単結晶基板間の隙間をより十分に低減することができる。
【００１１】
複合基板を形成する工程は、ベース層が複数の単結晶基板の各々に接合される前に、複数の単結晶基板を互いに離して配置する工程を含んでもよい。これにより、ベース層が複数の単結晶基板の各々に接合される前に、昇華した炭化珪素が単結晶基板間の隙間の底面へ達するための経路を確保することができる。
【００１２】
複合基板を形成する工程は、ベース層が複数の単結晶基板の各々に接合された後に、溝部を形成する工程を含んでもよい。これにより、ベース層が複数の単結晶基板の各々に接合された後に、昇華した炭化珪素が単結晶基板間の隙間の底面へ達するための経路を確保することができる。
【００１３】
複合基板を形成する工程は、溝部を介して互いに隣り合う複数の単結晶基板の間隔が、溝部の底面から離れるほど大きくなるように行われてもよい。これにより、昇華した炭化珪素が単結晶基板間の溝部の底面へ達するための経路が、途中で閉塞しにくくなる。
【００１４】
溝部を充填する工程の前に、複数の単結晶基板の各々の表面上にマスクが配置されてもよい。これにより複数の単結晶基板の各々の表面上における炭化珪素の再結晶を抑えることができる。
【００１５】
原料部を配置する工程は、複数の単結晶基板の各々の上に配置されたマスク上に原料部を配置することによって行われてもよい。これにより原料部の配置を容易に行うことができる。
【００１６】
マスクは可撓性を有してもよい。これにより単結晶基板とマスクとの間に隙間が生じることを抑制することができる。
【００１７】
マスクは炭素からなってもよい。これによりマスクが高い耐熱性を有する。
【発明の効果】
【００１８】
以上の説明から明らかなように、本発明の炭化珪素基板の製造方法によれば、単結晶基板間の隙間をより十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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示す概略平面図（Ａ）、およびその線ＩＢ−ＩＢに沿う概略断面図（Ｂ）である。
【図２】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工程を示す概略平面図（Ａ）、およびその線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿う概略断面図（Ｂ）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２工程を示す概略平面図（Ａ）、およびその線ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢに沿う概略断面図（Ｂ）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３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４工程を示す概略平面図（Ａ）、およびその線ＶＢ−ＶＢに沿う概略断面図（Ｂ）である。
【図６】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５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１における炭化珪素基板の製造方法の第６工程を概略的に示す断面図である。
【図８】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７工程を概略的に示す部分断面図である。
【図９】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８工程を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における炭化珪素基板の構成を示す概略平面図（Ａ）、およびその線ＸＢ−ＸＢに沿う概略断面図（Ｂ）である。
【図１１】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第１工程を示す概略平面図（Ａ）、およびその線ＸＩＢ−ＸＩＢに沿う概略断面図（Ｂ）である。
【図１２】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第２工程を示す概略平面図（Ａ）、およびその線ＸＩＩＢ−ＸＩＩＢに沿う概略断面図（Ｂ）である。
【図１３】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第３工程を示す概略平面図（Ａ）、およびその線ＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢに沿う概略断面図（Ｂ）である。
【図１４】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第４工程を概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３における炭化珪素基板の構成を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３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１７】本発明の実施の形態４における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態４における炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。
【図１９】本発明の実施の形態４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部分断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態４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部分断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４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２２】本発明の実施の形態４における炭化珪素基板の製造方法の第４工程を概略的に示す部分断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態４における炭化珪素基板の製造方法の第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】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。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返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。また角度の記載には、全方位角を３６０度とする系を用いている。
【００２１】
（実施の形態１）
図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施の形態の炭化珪素基板８０ａは、支持基板３０（ベース層）と、支持基板３０に各々接合された単結晶基板１１ａ〜１９ａ（単結晶基板群１０ａとも称する）と、充填部２０とを有する。単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々は、炭化珪素から作られており、裏面（図１（Ｂ）における下面）と、裏面と反対の表面と、裏面および表面をつなぐ端面とを有する。たとえば、単結晶基板１１ａは裏面Ｂ１と表面Ｆ１と端面Ｓ１ａとを有し、単結晶基板１２ａは裏面Ｂ２と表面Ｆ２と端面Ｓ２ａとを有する。支持基板３０は、炭化珪素から作られており、主面Ｐ１と、主面Ｐ１と反対の主面Ｐ２とを有する。
【００２２】
支持基板３０の主面Ｐ１は、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の裏面に接合されており、これにより単結晶基板１１ａ〜１９ａは互いに固定されている。単結晶基板１１ａ〜１９ａのそれぞれは同一平面上において露出した表面を有し、よって炭化珪素基板８０ａは単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々に比して大きな表面を有する。これにより、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々を単独で用いる場合に比して、炭化珪素基板８０ａ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】
単結晶基板１１ａ〜１９ａは、支持基板３０上において互いに離されていることによって、互いに隣り合う単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の端面によって構成された側壁と、支持基板３０の主面Ｐ１とで構成された底面とを有する溝部ＴＲａを形成している。たとえば互いに隣り合う単結晶基板１１ａおよび１２ａは、単結晶基板１１ａおよび１１ａのそれぞれの端面Ｓ１ａおよびＳ２ａによって構成された側壁と、支持基板３０の主面Ｐ１とで構成された底面とを有する溝部ＴＲａを形成している。
【００２４】
充填部２０は、溝部ＴＲａの少なくとも一部を充填するように支持基板３０の主面Ｐ１上に形成されている。充填部は炭化珪素からなる。好ましくは、充填部２０は溝部ＴＲａの実質的に全体を充填している。
【００２５】
本実施の形態においては、溝部ＴＲａを介して互いに隣り合う単結晶基板１１ａ〜１９ａの間隔が、図１（Ｂ）に示すように、溝部ＴＲａの底面から離れるほど大きくなっている。そのような構成は、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の端面の向きを調整することによって得られる。たとえば、端面Ｓ１ａと裏面Ｂ１とのなす角度ＤＧａが０度超９０度未満とされている。溝部ＴＲａを介して端面Ｓ１ａと対向する端面Ｓ２ａを有する単結晶基板１２も、望ましくは同様の構成とされる。これにより、単結晶基板１１ａおよび１２ａの間の溝部ＴＲａの、端面Ｓ１ａおよびＳ２ａによって形成された側壁は、開口側に向かってテーパ状に拡がっている。好ましくは角度ＤＧａは、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の表面の面積が極端に小さくならないようにするために、４５度超とされる。
【００２６】
図１（Ｂ）を参照して、溝部ＴＲａのアスペクト比を、溝部ＴＲａの最小幅（図中、横方向の最小寸法）に対する溝部ＴＲａの深さ（図中、縦方向の寸法）の比として定義する。このアスペクト比の下限は、好ましくは０．２である。またこのアスペクト比の上限は、好ましくは１であり、より好ましくは０．４である。溝部ＴＲａの最小幅は、たとえば１ｍｍ程度である。溝部ＴＲａの深さは、たとえば２００以上４００μｍ以下である。
【００２７】
なお好ましくは、支持基板３０の不純物濃度は、導電性を向上させるために、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の不純物濃度よりも高くされる。また支持基板３０の結晶性は単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の結晶性よりも低くてよく、それにより支持基板３０はより容易に準備され得る。
【００２８】
また単結晶基板１１ａなど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。より好ましくは表面Ｆ１の面方位（ｈｋｌｍ）における指数ｍは負である。また好ましくは、{０００１}面に対する単結晶基板１１ａの表面Ｆ１のオフ角は５０°以上６５°以下である。より好ましくは、表面Ｆ１のオフ方位と単結晶基板１１ａ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１１ａの＜１−１００＞方向における{０３−３８}面に対する表面Ｆ１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、表面Ｆ１に沿った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{０３−３８}面に対する表面Ｆ１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Ｆ１の法線の正射影と、{０３−３８}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Ｆ１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。また上記においては単結晶基板１１ａについて説明したが、他の単結晶基板１２ａ〜１９ａについても同様である。
【００２９】
次に炭化珪素基板８０ａの製造方法について説明する。
図２（Ａ）および（Ｂ）を参照して、単結晶基板１１ａ〜１９ａが準備される。単結晶基板１１ａ〜１９ａ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｛０３−３８｝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、（０３−３８）面側が裏面（裏面Ｂ１、Ｂ２など）として用いられ、（０−３３−８）面側が表面（表面Ｆ１、Ｆ２など）として用いられる。本実施の形態においては、最終的に得られる炭化珪素基板８０ａ（図１（Ａ）および（Ｂ））において溝部ＴＲａを介して互いに隣り合う単結晶基板１１ａ〜１９ａの間隔が溝部ＴＲａの底面から離れるほど大きくなるようにすることを目的に、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の端面が加工される。たとえば端面Ｓ１ａは、裏面Ｂ１とのなす角度ＤＧａが０度超９０度未満となるように加工される。
【００３０】
また加熱体９１が準備される。加熱体９１の詳細は後述する。
次に加熱体９１上において、単結晶基板１１ａ〜１９ａが互いに離されて配置される。この配置は、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各表面（表面Ｆ１、Ｆ２など）が加熱体９１に対向し、かつ各裏面（裏面Ｂ１、Ｂ２など）が露出されるように行われる。たとえば単結晶基板１１ａおよび１２ａは、端面Ｓ１ａおよびＳ２ａが隙間を介して対向するように配置される。
【００３１】
図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して、単結晶基板群１０ａの上に支持基板３０が載置される。次に支持基板３０上に加熱体９２が載置される。これにより、加熱体９１、単結晶基板群１０ａ、支持基板３０、および加熱体９２がこの順に積み重なった積層体が準備される。
【００３２】
図４を参照して、上述した積層体が加熱装置の断熱容器５１内に配置される。この加熱装置にはヒータ５０およびヒータ電源１５０が設けられている。加熱体９１および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、支持基板３０および単結晶基板群１０ａを加熱する機能を有する。たとえば、加熱体９１、９２は、空隙率の小さいグラファイトからなる。
【００３３】
次に断熱容器５１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。また断熱容器５１内の圧力は、好ましくは５０ｋＰａ以下とされ、より好ましくは１０ｋＰａ以下とされる。
【００３４】
次にヒータ５０によって、加熱体９１および９２のそれぞれを介して、単結晶基板群１０ａおよび支持基板３０が、炭化珪素の昇華反応が生じ得る程度の温度（たとえば１８００℃以上２５００℃以下の温度）まで加熱される。この加熱は、支持基板３０の温度が単結晶基板群１０ａの温度よりも高くなるような温度差が形成されるように行われる。このような温度差は、断熱容器５１内に温度勾配を設けることによって得ることができ、この温度勾配は、たとえば０．１℃／ｍｍ以上１００℃／ｍｍ以下である。このような温度勾配は、たとえば、図４に示すようにヒータ５０を加熱体９１よりも加熱体９２に近い位置に配置することによって容易に得られる。
【００３５】
上記の加熱が開始される段階では、支持基板３０は、単結晶基板群１０ａの上に単に載置されているだけであって、接合されてはいない。このため単結晶基板群１０ａの裏面と支持基板３０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４における縦方向の寸法）は、たとえば数十μｍであり、この値は、たとえば表面粗さの調節によって制御可能である。たとえば、単結晶基板群１０ａの裏面、または支持基板３０の主面Ｐ１の表面粗さを大きくすることにより、空隙ＧＱの平均高さを大きくすることができる。
【００３６】
上述したように、単結晶基板群１０ａの温度に比して支持基板３０の温度が高くされると、この温度差に起因して、昇華および再結晶による炭化珪素の物質移動が生じる。具体的には、相対的に高温の支持基板３０から炭化珪素の昇華ガスが形成され、このガスは相対的に低温の単結晶基板群１０ａの各々の上で再結晶する。この物質移動の結果、空隙ＧＱは支持基板３０中へ多数のボイドとして拡散することで消失する。なおこの物質移動が十分に進行すると、ボイドは支持基板３０のＰ２にまで達することによって消失し得る。
【００３７】
さらに図５（Ａ）および（Ｂ）を参照して、上記のように空隙ＧＱが消失し、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の裏面（裏面Ｂ１、Ｂ２など）に支持基板３０の主面Ｐ１が接合されることで、複合基板７０ａ得られる。単結晶基板１１ａ〜１９ａは、支持基板３０上において互いに離されていることによって、互いに隣り合う単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の端面によって構成された側壁と、支持基板３０で構成された底面とを有する溝部ＴＲａを形成している。たとえば、互いに隣り合う単結晶基板１１ａおよび１２ａのそれぞれの端面Ｓ１ａおよびＳ２ａによって構成された側壁と、支持基板３０で構成された底面とを有する溝部ＴＲａを形成している。本実施の形態においては、溝部ＴＲａを介して互いに隣り合う単結晶基板１１ａ〜１９ａの間隔が、溝部ＴＲａの底面から離れるほど大きくなっている。
【００３８】
図６を参照して、単結晶基板群１０ａの各基板の表面上にマスク４０が配置される。具体的には、予め形成されたマスク４０が各基板の表面の上に載置される。好ましくはマスク４０は可撓性を有する。好ましくはマスク４０は実質的に炭素からなる。マスク４０としては、たとえば、実質的に炭素からなる可撓性シートを用いることができる。次に、単結晶基板群１０ａの各基板上に配置されたマスク４０上に、炭化珪素からなる原料部２９が配置される。これにより原料部２９は、溝部ＴＲａに対向するように配置される。以上により、複合基板７０ａと、マスク４０と、原料部２９との積層体が得られる。
【００３９】
図７を参照して、上記積層体（図６）が加熱体９１上に載置される。またこの積層体上に加熱体９２が載置される。これにより、加熱体９１と、複合基板７０ａと、マスク４０と、原料部２９と、加熱体９２とを有する積層体が準備される。この積層体が断熱容器５１内に配置される。
【００４０】
次に断熱容器５１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。また断熱容器５１内の圧力は、好ましくは５０ｋＰａ以下とされ、より好ましくは１０ｋＰａ以下とされる。
【００４１】
次にヒータ５０によって、加熱体９１および９２を介して上記積層体が加熱される。原料部２９は、炭化珪素の昇華反応が生じえる程度の温度（たとえば１８００℃以上２５００℃以下の温度）まで加熱される。この加熱は、原料部２９の温度が支持基板３０の温度よりも高くなるように行われる。また好ましくは、単結晶基板群１０ａの温度が支持基板３０の温度よりも高くなるように行われる。このような温度差は、断熱容器５１内に温度勾配を設けることによって得ることができ、この温度勾配は、たとえば０．１℃／ｍｍ以上１００℃／ｍｍ以下である。このような温度勾配は、たとえば、図７に示すようにヒータ５０を加熱体９１よりも加熱体９２に近い位置に配置することによって容易に得られる。
【００４２】
図８を参照して、上記加熱により、原料部２９から炭化珪素が昇華する。昇華した炭化珪素は、図中矢印で示すように移動し、溝部ＴＲａの底面上において再結晶する。これにより炭化珪素からなり溝部ＴＲａを充填する充填部２０が形成される。好ましくは、充填部２０は溝部ＴＲａの実質的に全体を充填するように形成される。
【００４３】
図９を参照して、充填部２０が形成された複合基板７０ａが加熱装置から取り出される。次に充填部２０のうち溝部ＴＲａからはみ出した部分が、たとえば研磨によって除去される。好ましくはこの研磨により、単結晶基板群１０ａの各基板の表面の表面粗さが低減される。
【００４４】
以上により、炭化珪素基板（図１（Ａ）および（Ｂ））が得られる。
本実施の形態によれば、図８に示すように、単結晶基板１１ａ〜１９ａ間の溝部ＴＲａの充填が、昇華させた炭化珪素を溝部ＴＲａの底面上に再結晶させることによって行われる。これにより単結晶基板１１ａ〜１９ａ間の溝部ＴＲａの底部を十分に充填することができる。よって単結晶基板１１ａ〜１９ａ間の隙間である溝部ＴＲａをより十分に低減することができる。
【００４５】
また支持基板３０が単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々に接合される前に、単結晶基板１１ａ〜１９ａが互いに離して配置される（図２（Ａ）および（Ｂ））。これにより、図８に示すように原料部２９から炭化珪素が昇華した際に、昇華した炭化珪素が単結晶基板１１ａ〜１９ａ間の隙間の底面へ達するための経路を確実に確保することができる。
【００４６】
また炭化珪素基板８０ａの形成のために準備される複合基板７０ａ（図５（Ａ）および（Ｂ））は、溝部ＴＲａを介して互いに隣り合う単結晶基板１１ａ〜１９ａの間隔が、溝部ＴＲａ底面から離れるほど大きくなるように行われてもよい。これにより、昇華した炭化珪素が溝部ＴＲａの底面へ達するための経路が、途中で閉塞しにくくなる。
【００４７】
また溝部ＴＲａが充填される前に、単結晶基板１１ａ〜１０ａの各々の表面上にマスク４０が配置される。これにより、溝部ＴＲａを充填するために炭化珪素を再結晶させる際に（図８）、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の表面上における炭化珪素の再結晶を抑えることができる。よって、溝部ＴＲａからはみ出した充填部２０の除去が行われる際に、除去の対象となる炭化珪素の量を少なくすることができる。
【００４８】
また原料部２９は、単結晶基板１１ａ〜１９ａの各々の上に配置されたマスク４０上に配置される。これにより原料部２９の配置を容易に行うことができる。
【００４９】
またマスク４０が可撓性を有する場合、単結晶基板１１ａから１９ａの各々とマスク４０との間に隙間が生じることを抑制することができる。またマスク４０が炭素からなる場合、マスク４０は、炭化珪素の昇華に必要な高温にも十分耐えることができる。
【００５０】
また炭化珪素の再結晶によって充填部２０が形成される際に、単結晶基板群１０ａの温度が支持基板３０の温度よりも高くされる。これにより、昇華した炭化珪素が溝部ＴＲａの底面に達する前に単結晶基板１１ａ〜１９ａの端面上に再結晶してしまうことを抑制することができる。これにより、より確実に溝部ＴＲａの底面上に充填部２０を形成することができる。
【００５１】
また溝部ＴＲａのアスペクト比が０．２以上の場合、炭化珪素基板８０ａの表面上において単結晶基板群１０ａが占める割合を高めることができる。これにより炭化珪素基板８０ａの表面をより有効に利用することができる。また好ましくはアスペクト比は１以下であり、より好ましくは０．４以下である。これにより溝部ＴＲａがより確実に充填される。
【００５２】
なお本実施の形態においては単結晶基板の裏面および端面の間の角度が、９０度未満の角度ＤＧａ（図１）とされたが、裏面および端面の間の角度はこれに限定されるものではなく、たとえば９０度であってもよい。
【００５３】
（実施の形態２）
図１０（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施の形態の炭化珪素基板８０ｂは、単結晶基板１１ｂ〜１９ｂ（単結晶基板群１０ｂとも称する）を有する。単結晶基板１１ｂ〜１９ｂは、支持基板３０上において互いに離されていることによって、互いに隣り合う単結晶基板１１ｂ〜１９ｂの各々の端面によって構成された側壁と、支持基板３０の主面Ｐ１とで構成された底面とを有する溝部ＴＲｂを形成している。たとえば互いに隣り合う単結晶基板１１ｂおよび１２ｂは、単結晶基板１１ｂおよび１１ｂのそれぞれの端面Ｓ１ｂおよびＳ２ｂによって構成された側壁と、支持基板３０の主面Ｐ１とで構成された底面とを有する溝部ＴＲｂを形成している。溝部ＴＲｂは溝部ＴＲａ（実施の形態１）と同様に充填部２０によって充填されている。
【００５４】
溝部ＴＲｂを介して互いに隣り合う単結晶基板１１ｂ〜１９ｂの間隔は、図１０（Ｂ）に示すように、溝部ＴＲｂの底面からの距離に関わらずほぼ一定である。そのような構成は、単結晶基板１１ｂ〜１９ｂの各々の端面の向きを調整することによって得られる。たとえば、端面Ｓ１ｂと裏面Ｂ１とのなす角度ＤＧｂがほぼ９０度とされている。単結晶基板１１ｂ〜１９ｂのそれぞれは、その端面（たとえば端面Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂなど）の向き以外は、単結晶基板１１ａ〜１９ａとほぼ同様の構成を有する。
【００５５】
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。
【００５６】
次に炭化珪素基板８０ｂの製造方法について、実施の形態１と異なる部分について特に重点的に説明する。
【００５７】
図１１（Ａ）および（Ｂ）を参照して、単結晶基板１１〜１９が準備される。単結晶基板１１〜１９のそれぞれは、単結晶基板１１ｂ〜１９ｂを包含する形状を有する。また単結晶基板１１〜１９は、任意の向きの端面を有してよい。なお単結晶基板１１〜１９のこれ以外の構成については、単結晶基板１１ｂ〜１９ｂとほぼ同様である。
【００５８】
次に加熱体９１上において単結晶基板１１〜１９が配置される。この配置は、単結晶基板１１〜１９の各表面（表面Ｆ１、Ｆ２など）が加熱体９１に対向し、かつ各裏面（裏面Ｂ１、Ｂ２など）が露出されるように行われる。たとえば単結晶基板１１および１２は、端面Ｓ１およびＳ２が、隙間を介してまたは隙間を介さずに、対向するように配置される。本実施の形態においては、実施の形態１と異なり、単結晶基板１１〜１９は必ずしも互いに離されて配置される必要はない。すなわち単結晶基板１１〜１９が互いに接触していてもよい。
【００５９】
次に、実施の形態１の、図３（Ａ）および（Ｂ）の工程、および図４（Ａ）および（Ｂ）に示す工程とほぼ同様の工程が行われる。これにより、図１２（Ａ）および（Ｂ）に示す複合基板７０ｂｐが得られる。次に、互いに対向する端面（たとえば端面Ｓ１およびＳ２）の間に溝部が形成されるように、単結晶基板群１０に対する加工が行われる。この加工は、たとえば、基板をダイシングする際に用いられる技術によって行うことができる。
【００６０】
図１３（Ａ）および（Ｂ）を参照して、上述した溝部を形成する加工によって、単結晶基板１１ｂ〜１９ｂからなる単結晶基板群１０ｂと、溝部ＴＲｂとを有する複合基板７０ｂが形成される。次に実施の形態１の図６〜図８に示す工程とほぼ同様の工程が行われることで、図１４に示すように、溝部ＴＲｂが充填部２０によって充填される。次に充填部２０のうち溝部ＴＲｂからはみ出した部分が、たとえば研磨によって除去される。以上により、炭化珪素基板（図１０（Ａ）および（Ｂ））が得られる。
【００６１】
本実施の形態によれば、支持基板３０が単結晶基板１１〜１９の各々に接合された後に（図１２）、単結晶基板１１〜１９を加工することで、溝部ＴＲｂをなす単結晶基板１１ｂ〜１９ｂが形成される（図１３）。溝部ＴＲｂによって、昇華させた炭化珪素が単結晶基板１１ｂ〜１９ｂ間の隙間の底面へ達するための経路を確保することができる。
【００６２】
なお本実施の形態においては単結晶基板の裏面および端面の間の角度が、ほぼ９０度の角度ＤＧｂ（図１０）とされたが、角度ＤＧｂの代わりに角度ＤＧａ（図１（Ａ））が用いられてもよい。これにより、溝部ＴＲｂの代わりに、実施の形態１の溝部ＴＲａを設けることができる。このためには、たとえば、溝部ＴＲｂ（図１３（Ｂ））を形成する加工に用いるダイシングブレードの形状を調整することによって容易に得られる。
【００６３】
（実施の形態３）
図１５に示すように、本実施の形態の炭化珪素基板８０ｃは、実施の形態２の溝部ＴＲｂの代わりに溝部ＴＲｃを有する。溝部ＴＲｃは、溝部ＴＲｂと同様に単結晶基板群１０ｂの基板間を延び、さらに支持基板３０ｃ（ベース層）内部にまで延びている。よって支持基板３０ｃには、溝部ＴＲｃの底部をなす凹部が設けられている。炭化珪素基板８０ｃを得るためには、実施の形態２における溝部ＴＲｂを形成する工程（図１３（Ａ）および（Ｂ））の際に、図１６に示すようにさらに深く溝部を形成することで、溝部ＴＲｃが形成されればよい。
【００６４】
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態２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。
【００６５】
本実施の形態によれば、溝部ＴＲｃの加工ばらつきがあっても、溝部ＴＲｃがより確実に支持基板３０ｃに達する。よって単結晶基板群１０ｂの基板間をより確実に離すことができる。これにより、基板間をより確実に充填することができる。
【００６６】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、炭化珪素基板８０ａ（図１（Ａ）および（Ｂ））を用いて炭化珪素半導体装置を製造する方法について説明する。なお炭化珪素基板８０ａが有する単結晶基板１１ａ〜１９ａのうち単結晶基板１１ａにのみ言及する場合があるが、他の単結晶基板１２ａ〜１９ａの各々もほぼ同様に扱われる。
【００６７】
図１７を参照して、本実施の形態の炭化珪素半導体装置１００は、縦型ＤｉＭＯＳＦＥＴ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、支持基板３０、単結晶基板１１ａ、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。炭化珪素半導体装置１００の平面形状（図１７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。
【００６８】
ドレイン電極１１２は支持基板３０上に設けられ、またバッファ層１２１は単結晶基板１１ａ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、支持基板３０ではなく単結晶基板１１ａの上に配置されている。
【００６９】
支持基板３０、単結晶基板１１ａ、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
次に炭化珪素半導体装置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１８）にて、炭化珪素基板８０ａ（図１（Ａ）および（Ｂ））が準備される。
【００７４】
図１９を参照して、エピタキシャル層形成工程（ステップＳ１２０：図１８）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。
【００７５】
単結晶基板群１０ａ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。
【００７６】
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。
【００７７】
図２０を参照して、注入工程（ステップＳ１３０：図１８）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。
【００７８】
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注入用マスクを用いて行われる。
【００７９】
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。
【００８０】
また支持基板３０上にドレイン電極１１２が形成される。
図２１を参照して、ゲート絶縁膜形成工程（ステップＳ１４０：図１８）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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
図２２を参照して、電極形成工程（ステップＳ１６０：図１８）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。
【００８４】
まず酸化膜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。このレジスト膜をエッチング用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。
【００８５】
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。
【００８６】
図２３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８０ａの裏面上にドレイン電極１１２が形成される。
【００８７】
次に、ダイシング工程（ステップＳ１７０：図１８）により、破線ＤＣに示すようにダイシングが行われる。これにより複数の炭化珪素半導体装置１００（図１７）が切り出される。好ましくは、各炭化珪素半導体装置１００は、充填部２０が含まれないように切り出される。
【００８８】
なお本実施の形態においては炭化珪素基板８０ａ（実施の形態１）が用いられたが、たとえば炭化珪素基板８０ｂ（実施の形態２）または８０ｃ（実施の形態３）など、他の炭化珪素基板が用いられてもよい。
【００８９】
また上記の各実施の形態においては、各単結晶基板と支持基板（ベース層）との間の接合が炭化珪素の昇華再結晶法を用いて行われるが、接合方法はこれに限定されるものではなく、接着剤が用いられてもよい。接着剤としては、たとえば、加熱によって炭化珪素となる流動体を用いることができる。このような流動体としては、たとえばポリカルボシランを用いることができる。
【００９０】
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】
【００９１】
１０，１０ａ，１０ｂ  単結晶基板群、１１〜１９，１１ａ〜１９ａ，１１ｂ〜１９ｂ  単結晶基板、２０  充填部、２９  原料部、３０，３０ｃ  支持基板、４０  マスク、５０  ヒータ、５１  断熱容器、７０ａ，７０ｂ，７０ｂｐ  複合基板、８０ａ，８０ｂ，８０ｃ  炭化珪素基板、９１，９２  加熱体、１００  炭化珪素半導体装置、Ｂ１，Ｂ２  裏面、Ｆ１，Ｆ２  表面、ＧＱ  空隙、Ｐ１，Ｐ２  主面、Ｓ１，Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ  端面、ＴＲａ，ＴＲｂ，ＴＲｃ  溝部。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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