(57)【要約】【課題】たとえばｎチャネル型ＩＧＢＴなどのような、ｐ型層の上にｎ型層を有する構造を含む炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。【解決手段】炭化珪素半導体装置１００の製造方法は以下の工程を有する。炭化珪素基板１に炭化珪素から作られ導電型がｐ型のエピタキシャル層１３を形成することにより、エピタキシャル基板１７が形成される。エピタキシャル基板１７の第１の主表面２にイオンを注入することにより、第１の主表面２から所定の深さにおいてエピタキシャル層１３中にイオン注入層４が形成される。イオン注入層４を形成する工程の後に、エピタキシャル基板１７が支持部材７に固定される。イオン注入層４を境界として、エピタキシャル基板１７を、支持部材７に固定された第１の層８と第２の主表面３を有する第２の層９とに分離することで、第２の層９が取り除かれる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの炭化珪素基板に炭化珪素から作られ導電型がｐ型のエピタキシャル層を形成することにより少なくとも１つのエピタキシャル基板を形成する工程を備え、
前記少なくとも１つのエピタキシャル基板は、前記エピタキシャル層が設けられている第１の主表面と前記第１の主表面の反対の第２の主表面とを有し、さらに、
前記少なくとも１つのエピタキシャル基板の前記第１の主表面にイオンを注入することにより、前記第１の主表面から所定の深さにおいて前記エピタキシャル層中にイオン注入層を形成する工程と、
前記イオン注入層を形成する工程の後に、前記少なくとも１つのエピタキシャル基板を支持部材に固定する工程と、
前記イオン注入層を境界として、前記少なくとも１つのエピタキシャル基板を、前記支持部材に固定された第１の層と前記第２の主表面を有する第２の層とに分離することで、前記第２の層を取り除く工程と、
前記第１の層の上に炭化珪素層を形成する工程とを備え、
前記炭化珪素層を形成する工程は、前記炭化珪素層の少なくとも一部をなすｎ型層を形成する工程を含み、さらに、
前記支持部材を前記第１の層から除去する工程とを備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つのエピタキシャル基板は、複数の炭化珪素基板を含む、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記炭化珪素層を形成する工程は、前記ｎ型層を形成する前に、前記第１の層上に前記炭化珪素層の一部をなすｐ型層を形成する工程を含む、請求項１または２に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記イオン注入層を形成する工程の後に、前記少なくとも１つのエピタキシャル基板の前記第１の主表面と、前記支持部材の表面との少なくとも一方に中間層を形成する工程とをさらに備え、
前記固定する工程は、前記少なくとも１つのエピタキシャル基板を前記支持部材に前記中間層を介して接合する工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記中間層はＡｌＮ、ＴａＣまたはＴｉＮを含む材料からなる、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記固定する工程は、前記少なくとも１つのエピタキシャル基板を前記支持部材に着脱可能に固定する工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の層の前記第１の主表面と反対の第３の主表面の少なくとも一部は、面方位｛０−３３−８｝を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記炭化珪素半導体装置はＩＧＢＴである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の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】
この発明は、炭化珪素半導体装置の製造方法に関し、より特定的には、支持部材を用いた炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば文献：Qingchun  Zhang  et al.,  "9  kV  4H-SiC  IGBTs  with  88  mΩ・cm2  of  Rdiff,on",  Mater.  Sci.  Forum  Vols.  556-557  (2007),  pp.  771-774（非特許文献１）によれば、ｎ型を有する４Ｈ−ＳｉＣ基板（ポリタイプ４Ｈの炭化珪素基板）を用いたｐチャネル型ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）が開示されている。また、ｎチャネル型ではなくｐチャネル型のＩＧＢＴが採用された理由として、ｎチャネル型ＩＧＢＴに必要な、高品質、低抵抗のｐ型炭化珪素基板がないことが挙げられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Qingchun  Zhang  et al.,  "9  kV  4H-SiC  IGBTs  with  88  mΩ・cm2  of  Rdiff,on",  Mater.  Sci.  Forum  Vols.  556-557  (2007),  pp.  771-774
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ｐチャネル型ＩＧＢＴにおけるＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）構造で用いられるキャリアは電子に比して移動度の低い正孔であり、よって特性オン抵抗が高くなる。このため低い特性オン抵抗を実現するためにｎチャネル型ＩＧＢＴが望まれている。ｎチャネル型ＩＧＢＴを得るためには、コレクタ層としてのｐ型層の上にドリフト層としてのｎ型層を有する構造が必要である。しかしながら、このような構造を有する炭化珪素半導体装置を得るための方法は、従来、十分検討されていなかった。
【０００５】
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、たとえばｎチャネル型ＩＧＢＴなどのような、ｐ型層の上にｎ型層を有する構造を含む炭化珪素半導体装置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】
【０００６】
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を有する。少なくとも１つの炭化珪素基板に炭化珪素から作られ導電型がｐ型のエピタキシャル層を形成することにより、少なくとも１つのエピタキシャル基板が形成される。少なくとも１つのエピタキシャル基板は、エピタキシャル層が設けられている第１の主表面と第１の主表面の反対の第２の主表面とを有している。少なくとも１つのエピタキシャル基板の第１の主表面にイオンを注入することにより、第１の主表面から所定の深さにおいてエピタキシャル層中にイオン注入層が形成される。イオン注入層を形成する工程の後に、少なくとも１つのエピタキシャル基板が支持部材に固定される。イオン注入層を境界として、少なくとも１つのエピタキシャル基板を、支持部材に固定された第１の層と第２の主表面を有する第２の層とに分離することで、第２の層が取り除かれる。第１の層の上に炭化珪素層が形成される。炭化珪素層を形成する工程は、炭化珪素層の少なくとも一部をなすｎ型層を形成する工程を含む。支持部材が第１の層から除去される。
【０００７】
本発明に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、導電型がｐ型である第１の層と、第１の層上に炭化珪素層が形成された炭化珪素半導体装置を得ることができる。それゆえ、たとえばｎチャネル型ＩＧＢＴなどのような、ｐ型層の上にｎ型層を有する構造を含む炭化珪素半導体装置が得られる。
【０００８】
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、少なくとも１つのエピタキシャル基板は、複数の炭化珪素基板を含む。
【０００９】
これにより、大きな炭化珪素基板を得ることができる。よって炭化珪素半導体装置をより効率的に製造することができる。
【００１０】
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、炭化珪素層を形成する工程は、ｎ型層を形成する前に、第１の層上に炭化珪素層の一部をなすｐ型層が形成される。
【００１１】
これにより、ｎ型層の下に、第１および第２の層が互いに分離された後に形成されたｐ型層を有する炭化珪素半導体装置が得られる。
【００１２】
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、イオン注入層を形成する工程の後に、少なくとも１つのエピタキシャル基板の第１の主表面と、支持部材の表面との少なくとも一方に中間層が形成される。固定する工程は、少なくとも１つのエピタキシャル基板を支持部材に中間層を介して接合する工程を含む。
【００１３】
これにより、少なくとも１つのエピタキシャル基板が支持基板に中間層により強固に固定される。
【００１４】
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、中間層はＡｌＮ、ＴａＣまたはＴｉＮを含む材料からなる。
【００１５】
これにより、少なくとも１つのエピタキシャル基板が支持基板に強固に固定される。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、固定する工程において、少なくとも１つのエピタキシャル基板が支持部材に着脱可能に固定される。
【００１６】
これにより、エピタキシャル基板を支持部材から容易に分離することが可能である。
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、第１の層の第１の主表面と反対の第３の主表面の少なくとも一部は、面方位｛０−３３−８｝を有する。
【００１７】
これにより、第３の主表面に沿ったキャリア移動度が大きくなる。よって、低い特性オン抵抗を有する炭化珪素半導体装置が得られる。
【００１８】
上記の炭化珪素半導体装置の製造方法において好ましくは、炭化珪素半導体装置はＩＧＢＴである。
【００１９】
これにより、ｎチャネル型ＩＧＢＴを製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように本発明によれば、たとえばｎチャネル型ＩＧＢＴなどのような、ｐ型層の上にｎ型層を有する構造の炭化珪素半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１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２】本発明の実施の形態１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３】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第４の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第５の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第６の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図９】図８における領域ＩＸの拡大図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第７の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第８の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第９の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１０の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１１の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の製造方法の第１２の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における炭化珪素半導体装置の製造方法の第５の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１７】本発明の実施の形態２における炭化珪素半導体装置の製造方法の第６の工程を概略的に示す断面模式図である。
【図１８】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の第１の層の面方位を概略的に示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態の炭化珪素半導体装置１００は、プレーナゲート構造を有するｎチャネル型ＩＧＢＴである。炭化珪素半導体装置１００は、コレクタ層８（以降、第１の層８とも称す）と、ドリフト層１２（以下、炭化珪素層１２とも称す）と、ボディ領域１０３と、エミッタ領域１０４と、ｐ+領域１０５と、ゲート絶縁膜１０８と、ゲート電極１０９と、層間絶縁膜１１０と、エミッタコンタクト電極１１２と、エミッタ配線１１３と、コレクタ電極１１４とを有する。
【００２４】
コレクタ層８、ドリフト層１２、ボディ領域１０３、エミッタ領域１０４、ｐ+領域１０５の各々は、炭化珪素（ＳｉＣ）から作られており、好ましくはその結晶構造がポリタイプ４Ｈを有する。コレクタ層８、ボディ領域１０３およびｐ+領域１０５の各々はｐ型を有し、ドリフト層１２およびエミッタ領域１０４の各々はｎ型を有する。エミッタ領域１０４の不純物濃度はドリフト層１２の不純物濃度よりも高い。ｐ+領域１０５の不純物濃度はボディ領域１０３の不純物濃度よりも高い。ｐ型を付与するためのアクセプタ不純物は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）または硼素（Ｂ）である。ｎ型を付与するためのドナー不純物は、たとえば窒素（Ｎ）またはリン（Ｐ）である。コレクタ層８が有するアクセプタ型不純物はコレクタ層８のエピタキシャル成長時に導入されたものであり、アクセプタ不純物濃度は、好ましくは１×１０17ｃｍ3以上１×１０21ｃｍ3以下であり、より好ましくは１×１０19ｃｍ3以上１×１０20ｃｍ3以下である。
【００２５】
コレクタ層８の厚さは、好ましくは５μｍ以上である。ドリフト層１２は、コレクタ層８の図中上面側の上に設けられている。ドリフト層１２の厚さは、好ましくは７５μｍ以上である。ボディ領域１０３は、ドリフト層１２の上に設けられている。エミッタ領域１０４は、ボディ領域１０３によってドリフト層１２から隔てられるようにボディ領域１０３の上に設けられている。ｐ+領域１０５は、エミッタ領域１０４と接するようにボディ領域１０３の上に設けられている。
【００２６】
ゲート絶縁膜１０８は、ドリフト層１２とエミッタ領域１０４とをつなぐようにボディ領域１０３の上に設けられている。ボディ領域１０３の、ゲート絶縁膜１０８に対向する面（図中、上面）の面方位は、好ましくは｛０−３３−８｝であり、より好ましくは（０−３３−８）である。ゲート絶縁膜１０８は、好ましくは酸化膜であり、たとえば酸化珪素膜である。ゲート電極１０９は、ゲート絶縁膜１０８の上に設けられている。ゲート電極１０９は、導電体から作られており、たとえば、不純物が添加されたポリシリコン、またはアルミニウム（Ａｌ）から作られている。
【００２７】
エミッタコンタクト電極１１２はエミッタ領域１０４およびｐ+領域１０５の各々の上に設けられている。エミッタコンタクト電極１１２は、エミッタ領域１０４およびｐ+領域１０５の各々にオーミックに接続された電極であり、好ましくはシリサイドから作られており、たとえばニッケルシリサイドから作られている。エミッタ配線１１３は、エミッタコンタクト電極１１２および層間絶縁膜１１０の各々の上に設けられている。層間絶縁膜１１０は、ゲート電極１０９とエミッタ配線１１３との間を電気的に絶縁するように設けられている。層間絶縁膜１１０は、たとえば酸化珪素膜である。
【００２８】
コレクタ電極１１４はコレクタ層８の図中下面側に設けられている。コレクタ電極１１４は、コレクタ層８にオーミックに接続された電極であり、好ましくはシリサイドから作られており、たとえばニッケルシリサイドから作られている。
【００２９】
次に、炭化珪素半導体装置１００のＩＧＢＴとしての動作を説明する。ゲート電極１０９に印加された正電圧が閾値を超えると、ボディ領域１０３のうち、ゲート絶縁膜１０８を介してゲート電極１０９と対向する領域（チャネル領域）に反転層が形成される。これによりエミッタ領域１０４とドリフト層１２とが電気的に接続される。よって、エミッタ領域１０４からドリフト層１２へ電子が供給される。これに対応してコレクタ層８からドリフト層１２に正孔が供給される。この結果、ドリフト層１２において伝導度変調が生じ、これにより、ドリフト層１２の抵抗率が顕著に低下する。これによりエミッタコンタクト電極１１２とコレクタ電極１１４との間の電気抵抗が顕著に低下する。すなわちＩＧＢＴがオン状態となる。一方、ゲート電極１０９に印加される正電圧が閾値以下の場合、上記チャネル領域に反転層が形成されないためＩＧＢＴはオフ状態となる。
【００３０】
図２に示すように、炭化珪素半導体装置１００の製造方法は、おおよそステップＳ１０〜１１０（図２）によって行われる。製造方法の詳細について、以下に説明する。
【００３１】
図３を参照して、エピタキシャル基板形成工程（ステップＳ１０：図２）により、エピタキシャル基板１７が形成される。具体的には、まず、ｎ型を有する炭化珪素基板１が複数準備される。次に、この炭化珪素基板１の主面上に導電型がｐ型のエピタキシャル層１３が形成される。このｐ型のエピタキシャル層１３は、最終的にはＩＧＢＴを構成するコレクタ層となる。このコレクタ層のアクセプタ型不純物濃度は、１×１０17ｃｍ3以上１×１０21ｃｍ3以下となるように行われ、より好ましくは１×１０19ｃｍ3以上１×１０20ｃｍ3以下となるように行われる。ｐ型のエピタキシャル層１３の形成は、たとえばＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法によって行い得る。
【００３２】
炭化珪素基板１の上にｐ型のエピタキシャル層１３が形成されてなるエピタキシャル基板１７は、ｐ型のエピタキシャル層１３が形成されている側の第１の主表面２と、第１の主表面２と反対側の第２の主表面３とを有する。
【００３３】
図４を参照して、イオン注入層形成工程（ステップＳ２０：図２）により、イオン注入層４が形成される。具体的には、エピタキシャル基板１７のｐ型のエピタキシャル層１３が形成されている側の面（第１の主表面２）に水素イオン５が注入される。水素イオン５注入のイオンエネルギーは、１００ｋｅＶ〜５ＭｅＶ程度の範囲で選択が可能である。水素イオン５のドーズ量は、たとえば、１×１０16ｃｍ-2〜１×１０19ｃｍ-2程度である。より好ましくは、水素イオン５のドーズ量は、１×１０17ｃｍ-2〜１×１０18ｃｍ-2程度である。これにより、ｐ型のエピタキシャル層１３の内部であって、第１の主表面２から所定の深さ（たとえば０．１〜０．５μｍ）の位置にイオン注入層４が形成される。
【００３４】
図５を参照して、エピタキシャル基板を支持部材に固定する工程（ステップＳ３０：図２）が実施される。
【００３５】
図５に示すように、たとえば中間層６が複数のエピタキシャル基板１７と支持部材７との両方の表面に成膜される。具体的には、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜からなる第１の中間層６ｂが、複数のエピタキシャル基板１７の各々の第１の主表面２にスパッタリング法により成膜され、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜からなる第２の中間層６ａが、支持部材７の表面にスパッタリング法により成膜される。中間層６の材料として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の他に、たとえばタンタルカーバイト（ＴａＣ）や窒化チタン（ＴｉＮ）などの金属化合物が利用可能である。
【００３６】
また、支持部材７としては、たとえばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などが利用可能である。支持部材７に求められる特性としては、支持部材７の熱膨張率が炭化珪素からなるエピタキシャル基板１７の熱膨張率と近いことである。好ましくは、支持部材７の熱膨張係数をエピタキシャル基板１７の熱膨張係数で除した比は０．８以上１．２以下である。
【００３７】
炭化珪素、モリブデンおよびタングステンの熱膨張係数は、それぞれ４．７×１０-6（１／Ｋ）、５．１×１０-6（１／Ｋ）および４．５×１０-6（１／Ｋ）である。たとえば、支持部材７としてモリブデンが用いられる場合、モリブデンの熱膨張係数を炭化珪素の熱膨張係数で除した比は１．１程度である。
【００３８】
また、支持部材７にエピタキシャル基板１７を固定した状態でデバイス作成プロセスを実施する場合、支持部材７および中間層６はたとえば１５００℃程度の温度環境に曝される。よって、支持部材７および中間層６は１５００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。より好ましくは、支持部材７および中間層６の融点が２０００℃以上である。なお、モリブデンおよびタングステンの融点は、それぞれ２６２２℃および３３８２℃である。また、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タンタルカーバイト（ＴａＣ）および窒化チタン（ＴｉＮ）の融点は、それぞれ２２００℃、３３８０℃および２９５０℃である。上記のように中間層６の融点が炭化珪素の形成温度よりも高ければ、炭化珪素を形成する工程で使用する温度においても接合力を保持することができる。
【００３９】
その後、中間層６の表面を化学的に活性化させる。具体的には、複数のエピタキシャル基板１７上に形成された第１の中間層６ｂおよび支持部材７上に形成された第２の中間層６ａに対してＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing）処理またはエッチング処理がなされる。
【００４０】
本実施の形態では、エピタキシャル基板１７および支持部材７の両方に中間層６を形成する場合を示したが、中間層６は、少なくとも１つのエピタキシャル基板１７の第１の主表面２と支持部材７の表面との少なくとも一方に形成されていればよい。たとえば、支持部材７にのみ中間層６を形成し、エピタキシャル基板１７に中間層６を形成しなくてもよい。この場合、たとえば中間層６にＣＭＰ処理がなされた後、エピタキシャル基板１７を支持部材７に形成された中間層６に圧着することで、エピタキシャル基板１７は中間層６を介して支持部材７に固定される。また、エピタキシャル基板１７の第１の主表面２にのみ中間層６を形成し、支持部材７に中間層６を形成しなくてもよい。この場合、たとえば中間層６にＣＭＰ処理がなされた後、エピタキシャル基板１７に形成された中間層６を支持部材７の表面に圧着することにより、エピタキシャル基板１７は中間層６を介して支持部材７に固定される。
【００４１】
図６を参照して、中間層６を介してエピタキシャル基板１７を支持部材７に接合する工程（ステップＳ３０：図２）が実施される。具体的には、第２の中間層６ａと第１の中間層６ｂとを接触させて接着することにより、エピタキシャル基板１７の第１の主表面２と支持部材７の表面とが中間層６を介して接合される。具体的には、第２の中間層６ａが形成されたエピタキシャル基板１７の第１の主表面２と第１の中間層６ｂが形成された支持部材７の表面とが対向するように配置される。エピタキシャル基板１７に形成された第２の中間層６ａを支持部材７に形成された第１の中間層６ｂに、たとえば圧着することによりエピタキシャル基板１７と支持部材７は中間層６を介して接合される。このようにして、複数のエピタキシャル基板１７の各々が支持部材７に貼り合わされる。なお、複数のエピタキシャル基板１７の各々を支持部材７の表面上に中間層６を介して搭載する際、なるべくエピタキシャル基板１７間の距離が短くなるように複数のエピタキシャル基板１７が支持部材７上に並べられる。好ましくは、複数のエピタキシャル基板１７が隙間なく支持部材７上に並べられる。
【００４２】
図７を参照して、次に、第２の層除去工程（ステップＳ４０：図２）が実施される。具体的には、熱処理を行うことでエピタキシャル基板１７の一部（第２の層９）を剥離する。これにより、エピタキシャル基板１７は、イオン注入層４を境界として２つの層に分離される。より詳細には、エピタキシャル基板１７は、イオン注入層４のイオン注入量が一番多い深さの位置を境界として、中間層６を介して支持部材７に接合されている第１の層８と、中間層６と接していない第２の主表面３を有する第２の層９とに分離される。このようにして、第２の層９が取り除かれる。なお、支持部材７側に残された第１の層８の厚みは、たとえば０．１μｍ〜０．５μｍ程度である。
【００４３】
図８を参照して、炭化珪素層形成工程（ステップＳ５０：図２）が実施される。具体的には、支持部材７に固定されている第１の層８の各々の上に炭化珪素層１２がエピタキシャル形成される。炭化珪素層１２の少なくとも一部はｎ型層１２２を有している。また、炭化珪素層１２は、たとえば面方位｛０−３３−８｝を有していてもよい。
【００４４】
また、ｎ型層１２２を形成する前に、第１の層８上に炭化珪素層１２の一部をなすｐ型層１２１を形成する工程を有していてもよい。この場合、図９に示すように、複数の第１の層８の上にｐ型層１２１が形成され、ｐ型層１２１の上にｎ型層１２２が形成される。
【００４５】
図９は、図８に示した大口径の炭化珪素基板の一部の領域（ＩＸ）を拡大した図である。図９に示すように、支持部材７の上に第１の層８（以降、本実施の形態においてコレクタ層８と称す）が形成され、コレクタ層８の上に炭化珪素層１２（以降、本実施の形態においてドリフト層１２と称す）が形成されている。
【００４６】
図１０に示すように、ドリフト層１２の上に設けられｐ型を有するボディ領域１０３と、ボディ領域１０３によってドリフト層１２から隔てられるようにボディ領域１０３の上に設けられｎ型を有するエミッタ領域１０４とが形成される（図２：ステップＳ６０）。またボディ領域１０３の上にｐ+領域１０５が形成される。ボディ領域１０３、エミッタ領域１０４およびｐ+領域１０５の各々は、イオン注入によって形成され得る。次に、ドリフト層１２、ボディ領域１０３、エミッタ領域１０４およびｐ+領域１０５によって構成される表面（図中、上面）上に、保護層が形成される。保護層は、好ましくは容易に酸化され得る材料からなり、たとえばカーボン層である。次に、上記イオン注入によって注入された不純物を活性化するための活性化アニールが行われる。たとえば、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中において１７００℃で３０分間の加熱が行われる。次に保護層が除去される。保護層の除去は、たとえば保護層の酸化によって行い得る。
【００４７】
なお、この活性化アニールの後に、雰囲気ガスとして一酸化窒素（ＮＯ）ガスを用いるＮＯアニールが行われてもよい。温度プロファイルは、たとえば、温度１１００℃以上１３００℃以下、保持時間１時間程度の条件を有する。これにより、ゲート絶縁膜１０８とボディ領域１０３との界面領域に窒素原子が導入される。その結果、界面領域における界面準位の形成が抑制されることで、ＩＧＢＴのチャネル移動度を向上させることができる。なお、このような窒素原子の導入が可能であれば、ＮＯガス以外のガスが雰囲気ガスとして用いられてもよい。このＮＯアニールの後にさらに、雰囲気ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用いるＡｒアニールが行われてもよい。Ａｒアニールの加熱温度は、上記ＮＯアニールの加熱温度よりも高く、ゲート絶縁膜１０８の融点よりも低いことが好ましい。この加熱温度が保持される時間は、たとえば１時間程度である。これにより、ゲート絶縁膜１０８とボディ領域１０３との界面領域における界面準位の形成がさらに抑制される。なお、雰囲気ガスとして、Ａｒガスに代えて窒素ガスなどの他の不活性ガスが用いられてもよい。
【００４８】
図１１に示すように、ゲート絶縁膜１０８が形成される（図２：ステップＳ８０）。ゲート絶縁膜１０８はボディ領域１０３の上においてドリフト層１２とエミッタ領域１０４とをつなぐように形成される。ゲート絶縁膜１０８の形成は、たとえば熱酸化によって行い得る。熱酸化は、たとえば、酸素雰囲気中における１３００℃での６０分間の加熱により行われる。
【００４９】
図１２に示すように、ゲート絶縁膜１０８の上にゲート電極１０９が形成される（図２：ステップＳ９０）。この形成は、たとえばＣＶＤ法によるポリシリコン膜の形成と、このポリシリコン膜の、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）によるパターニングとによって行い得る。
【００５０】
図１３に示すように、層間絶縁膜１１０が形成される。具体的には、たとえばＣＶＤ法により層間絶縁膜１１０が形成された後、ＲＩＥによりエミッタコンタクト電極１１２を形成すべき領域に対応する層間絶縁膜１１０およびゲート絶縁膜１０８が除去される。そしてこの、層間絶縁膜１１０およびゲート絶縁膜１０８が除去された領域上にエミッタコンタクト電極１１２が形成される。またコレクタ層８上にコレクタ電極１１４が形成される。エミッタコンタクト電極１１２およびコレクタ電極１１４の形成方法は、具体的には、ニッケル膜などの金属膜の成膜とそのシリサイド化とによって行い得る。
【００５１】
図１４に示すように、支持部材除去工程（ステップＳ１００：図２）が実施される。支持部材７は化学的エッチングにより除去される。具体的には、支持部材７は溶解により除去される。たとえば、支持部材７の材質がモリブデン（Ｍｏ）場合、支持部材７を硝酸により溶解させる。具体的には、３０％の硝酸に３０分程度、支持部材７を浸漬させることにより支持部材７が溶解されて除去される。
【００５２】
次に、中間層６が除去される。中間層６の除去は中間層６を機械加工することにより行われる。具体的には、中間層６を研削することにより、中間層６が除去される。
【００５３】
図１５に示すように、炭化珪素からなる第１の層８の裏面（つまり、ドリフト層１２と反対側の面）にコレクタ電極１１４が形成される。
【００５４】
次に、ダイシング工程（ステップＳ１１０：図２）により、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１）が切り出される。以上により、本実施の形態の炭化珪素半導体装置１００が得られる。
【００５５】
図１８は、第１の層８の図中上側の表面である第３の主表面１６を拡大した概略模式図である。第１の層８の第３の主表面１６（第１の主表面２と反対の面）の少なくとも一部は、面方位｛０−３３−８｝を有していてもよい。具体的には、図１８に示すように、第３の主表面１６は、微視的には、面方位（０−３３−８）を有する面Ｓ１と、面Ｓ１につながりかつ面Ｓ１の面方位と異なる面方位を有する面Ｓ２とが交互に設けられることによって構成された、化学的に安定な面である。ここで「微視的」とは、後述する原子間隔の２倍程度の寸法を少なくとも考慮する程度に詳細に、ということを意味する。好ましくは面Ｓ２は面方位（０−１１−１）を有する。
【００５６】
第３の主表面１６は面Ｓ１および面Ｓ２によって構成されており、平均的には、面方位{０−１１−２｝からの傾きが５°以内の面を有することが好ましく、実質的に面方位{０−１１−２｝を有することがより好ましい。さらに好ましくは、第３の主表面１６は、平均的には、面方位（０−１１−２）からの傾きが５°以内の面を有することが好ましく、実質的に面方位（０−１１−２）を有することがより好ましい。
【００５７】
また、第３の主表面１６は、平均的には、面方位｛０−３３−８｝からの傾きが５°以内の面を有することが好ましく、実質的に面方位｛０−３３−８｝を有することがより好ましい。さらに好ましくは、第３の主表面１６は、平均的には、面方位（０−３３−８）からの傾きが５°以内の面を有することが好ましく、実質的に面方位（０−３３−８）を有することがより好ましい。
【００５８】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の製造方法によれば、導電型がｐ型の第１の層８とその上にｎ型層を有する炭化珪素層１２を形成することができる。それゆえ、ｐ型層の上にｎ型層を有する構造を含むｎチャネル型ＩＧＢＴなどの炭化珪素半導体装置１００が得られる。
【００５９】
また、本実施の形態の製造方法は、複数のエピタキシャル基板１７を支持部材７に固定することで、炭化珪素からなる大口径の基板を得ることができる。それゆえ、ｎチャネル型ＩＧＢＴなどの炭化珪素半導体装置１００をより効率的に製造することができる。
【００６０】
さらに、本実施の形態の製造方法は、少なくとも１つのエピタキシャル基板が支持部材に中間層を介して接合される。それゆえ、少なくとも１つのエピタキシャル基板が支持基板に強固に固定される。
【００６１】
さらに、第３の主表面の少なくとも一部が、面方位｛０−３３−８｝を有する場合は、第３の主表面に沿ったキャリア移動度が大きくなる。それゆえ、低い特性オン抵抗を有するｎチャネル型ＩＧＢＴなどの炭化珪素半導体装置１００が得られる。
【００６２】
（実施の形態２）
次に、本実施の形態２の炭化珪素半導体装置１００の製造方法について説明する。実施の形態２の炭化珪素半導体装置１００の製造方法は、実施の形態１の製造方法と比較してステップＳ３０（図２）において異なっており、その他の工程において実施の形態１に示した製造方法と同様である。
【００６３】
本実施の形態２の製造方法では、エピタキシャル基板１７を支持部材７に固定する工程（図２：ステップＳ３０）が以下のように実施される。
【００６４】
まず、各エピタキシャル基板１７は支持部材７に着脱自在に固定される。具体的には、まず、複数のエピタキシャル基板１７の各々の第１の主表面２と支持部材７の表面とを対向させる。その後、複数のエピタキシャル基板１７の各々を支持部材７の表面上に搭載する。このとき、なるべくエピタキシャル基板１７間の距離が短くなるように複数のエピタキシャル基板１７が支持部材７上に並べられる。好ましくは、複数のエピタキシャル基板１７が隙間なく支持部材７上に並べられる。このようにして、エピタキシャル基板１７の各々が支持部材７に着脱自在に固定される。着脱自在に固定する方法として、各エピタキシャル基板１７がたとえば真空チャックにより支持部材７に固定される。具体的には、エピタキシャル基板１７は支持部材７を貫通するように設けられた孔１５の上に配置される。支持部材７の下方に設けられた真空装置により真空引きすることにより、複数のエピタキシャル基板１７の各々は支持部材７に固定される。また、エピタキシャル基板１７の各々が、静電チャックにより支持部材７に固定されてもよい。
【００６５】
支持部材７は、たとえば炭化珪素層１２を形成する工程においてエピタキシャル基板１７の各々を固定するサセプタである。サセプタは、炭化珪素をエピタキシャル成長させるときに基板を保持するものである。複数のエピタキシャル基板１７がサセプタに固定されていれば、サセプタごとエピタキシャル基板１７を成膜装置に搬入することができる。支持部材７にエピタキシャル基板１７を固定した状態でデバイス作成プロセスを実施する場合、支持部材７はたとえば１５００℃程度の温度環境に曝される。よって、支持部材７は１５００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。より好ましくは、支持部材７の融点が２０００℃以上である。
【００６６】
支持部材７に用いられる材料としては、たとえば炭素（Ｃ）である。好ましくは、支持部材７は、表面にたとえばタンタルカーバイト（ＴａＣ）などの金属カーバイトが形成された炭素を含んでいる材料からなる。
【００６７】
次に、図１６に示すように、第２の層除去工程（ステップＳ４０：図２）が実施される。具体的には、熱処理を行うことでエピタキシャル基板１７の一部（第２の層９）を剥離する。エピタキシャル基板１７は、イオン注入層４を境界として２つの層に分離される。より詳細には、エピタキシャル基板１７は、イオン注入層４のイオン注入量が一番多い深さの位置を境界として、エピタキシャル基板１７は支持部材７に接合されておりｐ型のエピタキシャル層１３の一部である第１の層８と、第２の主表面３を有する第２の層９とに分離される。このようにして、第２の層９が取り除かれる。なお、支持部材７側に残された第１の層８の厚みは、たとえば０．１〜０．５μｍ程度である。
【００６８】
図１７に示すように、炭化珪素層形成工程（ステップＳ５０：図２）が実施される。具体的には、支持部材７に着脱自在に固定されている第１の層８上に炭化珪素層１２がエピタキシャル形成される。炭化珪素層１２の構成は、実施の形態１で説明した構成と同様である。次に、実施の形態１で説明したように、デバイス形成プロセス（ステップＳ６０〜Ｓ９０：図２）が行われる。その後、支持部材除去工程（ステップＳ１００：図２）により支持部材７が第１の層８の各々から取り外される。第１の層８の各々は支持部材７にたとえば真空チャックによって吸着されることで固定されている。真空引きを停止することで第１の層８を吸着している力がなくなるので、第１の層８は支持部材７から取り外される。次に、ダイシング工程（ステップＳ１１０：図２）により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１）が切り出される。
【００６９】
本実施の形態２の製造方法は、支持部材７が着脱自在であるために支持部材７を繰り返し使用して、別の炭化珪素半導体装置１００の製造に用いることができる。これにより、炭化珪素半導体装置１００の製造コストの低減が可能である。
【００７０】
また、本実施の形態２の製造方法は、複数のエピタキシャル基板１７の各々を真空チャックにより支持部材７に固定することにより行われる場合、真空チャックの動作によってエピタキシャル基板１７を支持部材７から容易に分離することができる。
【００７１】
さらに、支持部材７は、炭化珪素層１２を形成する工程において少なくとも１つのエピタキシャル基板１７の各々を固定するサセプタである場合、サセプタが支持部材７として利用されるので、炭化珪素半導体装置１００の製造工程が簡素化される。
【００７２】
さらに、支持部材７が表面に金属カーバイトが形成された炭素を含んでいる場合、金属カーバイトは高温耐熱性に優れているため、高温で炭化珪素層１２を形成する場合にも利用することができる。
【００７３】
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】
【００７４】
１  炭化珪素基板、２  第１の主表面、３  第２の主表面、４  イオン注入層、５  水素イオン、６  中間層、７  支持部材、８  第１の層（コレクタ層）、９  第２の層、１２  炭化珪素層（ドリフト層）、１３  エピタキシャル層、１７  エピタキシャル基板、１００  炭化珪素半導体装置、１０８  ゲート絶縁膜、１１０  ゲート電極、１１１  ソース電極、１１２  ドレイン電極、１２１  ｐ型層、１２２  ｎ型層、１２３  ｐ領域、１２４  ｎ+領域、１２５  ｐ+領域、１２６  酸化膜、１２７  上部ソース電極。
【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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