(57)【要約】【課題】炭化珪素単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる、炭化珪素基板と、その製造方法と、それを用いた半導体装置の製造方法とを提供する。【解決手段】炭化珪素基板１００は、複数の単結晶基板１〜３と、支持基板１０と、接続層１１とを有している。複数の単結晶基板１〜３は、炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面１ａ〜３ａと第１の裏面１ｂ〜３ｂとを各々有する。支持基板１０は、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面１０ａと第２の裏面１０ｂとを有する。接続層１１は、複数の単結晶基板１〜３と支持基板１０との間に介在して、第１の裏面１ｂ〜３ｂの各々と第２の表面１０ａとが対向するように第１の裏面１ｂ〜３ｂの各々と第２の表面１０ａとを接続する。単結晶基板１〜３と支持基板１０との引張り強度が０．６ＭＰａ以上である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを各々有する複数の単結晶基板と、
炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する支持基板と、
前記複数の単結晶基板と前記支持基板との間に介在して、前記第１の裏面の各々と前記第２の表面とが対向するように前記第１の裏面の各々と前記第２の表面とを接続する接続層とを備え、
前記単結晶基板と前記支持基板との引張り強度が０．６ＭＰａ以上である、炭化珪素基板。
【請求項２】
前記引張り強度が２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である、請求項１に記載の炭化珪素基板。
【請求項３】
前記接続層を構成する材料の主成分は炭化珪素である、請求項１または２に記載の炭化珪素基板。
【請求項４】
前記第１の裏面の各々および前記第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項５】
前記第１の裏面の各々および前記第２の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが０．１６μｍ以上０．９５μｍ以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項６】
直径が１１０ｍｍ以上である、請求項１から５のいずれかに記載の炭化珪素基板。
【請求項７】
前記複数の単結晶基板の各々の結晶構造が六方晶であり、かつポリタイプが４Ｈであって、
前記第１の表面は、面方位が｛０−１１−２｝面から５°以下オフした面である、請求項１から６のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
【請求項８】
炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを各々有する複数の単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する支持基板と、を準備する工程と、
前記第１の裏面の各々および前記第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下となるように表面処理する工程と、
前記複数の単結晶基板の前記第１の裏面の各々と前記支持基板の前記第２の表面とが対向するように、流動体層を介して前記支持基板と前記複数の単結晶基板の各々とを配置する工程と、
前記流動体層を転化することで、前記第１の裏面の各々と前記第２の表面とを接続する接続層を形成する工程とを備えた、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項９】
炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを各々有する複数の単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する支持基板と、を準備する工程と、
前記第１の裏面の各々および前記第２の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが０．１６μｍ以上０．９５μｍ以下となるように表面処理する工程と、
前記複数の単結晶基板の前記第１の裏面の各々と前記支持基板の前記第２の表面とが対向するように、流動体層を介して前記支持基板と前記複数の単結晶基板の各々とを配置する工程と、
前記流動体層を転化することで、前記第１の裏面の各々と前記第２の表面とを接続する接続層を形成する工程とを備えた、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１０】
前記流動体層は加熱することで炭化珪素となる物質を主成分とする高分子から成り、
前記接続層を形成する工程においては、前記流動体層を加熱分解することにより多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素および空隙を有する単結晶炭化珪素が形成される、請求項８または９に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１１】
前記接続層を形成する工程は、前記流動体層を１０００℃以上２１００℃以下で加熱することにより行われる、請求項１０に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１２】
前記流動体層は、炭化珪素からなるフィラーを含む、請求項８から１１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１３】
前記流動体層は、シリコン化合物を含む、請求項８から１１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１４】
前記表面処理する工程は、前記１の裏面の各々および前記第２の表面の少なくとも一方を研磨処理する工程を含む、請求項８から１３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１５】
前記表面処理する工程は、前記研磨処理する工程の後に、前記第１の裏面の各々および前記第２の表面の少なくとも一方をエッチング処理する工程を含む、請求項１４に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１６】
炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを有する単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する支持基板とを準備する工程と、
前記第１の裏面の各々および前記第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下となるように表面処理する工程と、
前記単結晶基板と前記支持基板との間に介在して、前記第１の裏面と前記第２の表面とが対向するように前記第１の裏面と前記第２の表面とを接合する接続層とを有する炭化珪素基板を準備する工程と、
前記単結晶基板上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、
前記エピタキシャル成長層上に電極を形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを各々有する複数の単結晶基板と、
炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する支持基板と、
前記複数の単結晶基板と前記支持基板との間に介在して、前記第１の裏面の各々と前記第２の表面とが対向するように前記第１の裏面の各々と前記第２の表面とを接続する接続層と、
前記単結晶基板上に設けられたエピタキシャル成長層と、
前記エピタキシャル成長層上に設けられた電極とを備え、
前記単結晶基板と前記支持基板との引張り強度が０．６ＭＰａ以上である、半導体装置。
【請求項１８】
前記エピタキシャル層を形成する炭化珪素の結晶構造が六方晶であり、かつポリタイプが４Ｈであって、
前記エピタキシャル層の表面は、面方位｛０−３３−８｝を有する第１の面を含む、請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記エピタキシャル層の表面は、前記第１の面を微視的に含み、前記第１の表面はさらに、面方位｛０−１１−１｝を有する第２の面を微視的に含む、請求項１８に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記エピタキシャル層の表面の前記第１の面および前記第２の面は、面方位｛０−１１−２｝を有する複合面を含む、請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記エピタキシャル層の表面は、｛０００−１｝面に対して、巨視的に６２°±１０°のオフ角を有する、請求項２０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素基板、炭化珪素結晶の製造方法、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造用に炭化珪素基板が用いられ始めている。炭化珪素は珪素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劣化が小さいといった利点を有する。
【０００３】
また、特開２０１１−０７１１９６号公報（特許文献１）には、複数の炭化珪素単結晶基板が支持基板にシリコンからなる接続層によって接続されることによって、大口径の半導体基板を得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０７１１９６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、特開２０１１−０７１１９６号公報に記載の方法によって製造した炭化珪素単結晶基板を研磨する場合に、炭化珪素単結晶が支持基板から剥離する場合があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭化珪素単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる、炭化珪素基板と、その製造方法と、それを用いた半導体装置および半導体装置の製造方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る炭化珪素基板は、複数の単結晶基板と、支持基板と、接続層とを有している。複数の単結晶基板は、炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを各々有する。支持基板は、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する。接続層は、複数の単結晶基板と支持基板との間に介在して、第１の裏面の各々と第２の表面とが対向するように第１の裏面の各々と第２の表面とを接続する。単結晶基板と支持基板との引張り強度が０．６ＭＰａ以上である。
【０００８】
本発明に係る炭化珪素基板によれば、単結晶基板と支持基板との引張り強度が０．６ＭＰａ以上である。それゆえ、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる。
【０００９】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、引張り強度が２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である。それゆえ、単結晶基板が支持基板から剥離することをより一層抑制することができる。
【００１０】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、接続層を構成する材料の主成分は炭化珪素である。接続層が炭化珪素とは異なる材料から成っている場合、熱膨張率の違いにより接続層から支持基板および単結晶基板が剥離する場合がある。上記の炭化珪素基板においては、接続層、支持基板および単結晶基板が同じ材料を有しているため、接続層から支持基板および単結晶基板が剥離することを効果的に抑制することができる。
【００１１】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下である。
【００１２】
十点平均粗さが２μｍ以上であれば、単結晶基板および支持基板と接続層との接着面積が確保できるので接合強度が高くなる。また、十点平均粗さが２０μｍ以下であれば、単結晶基板および支持基板との距離が近いので接合強度が高くなる。
【００１３】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが０．１６μｍ以上０．９５μｍ以下である。
【００１４】
算術平均粗さが０．１６μｍ以上であれば、単結晶基板および支持基板と接続層との接着面積が確保できるので接合強度が高くなる。また、算術平均粗さが０．９５μｍ以下であれば、単結晶基板および支持基板との距離が近いので接合強度が高くなる。
【００１５】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、直径が１１０ｍｍ以上である。これにより大口径の炭化珪素基板を提供することができる。
【００１６】
上記の炭化珪素基板において好ましくは、複数の単結晶基板の各々の結晶構造が六方晶であり、かつポリタイプが４Ｈである。第１の表面は、面方位が｛０−１１−２｝面から５°以下オフした面である。これにより、当該単結晶基板を用いてデバイスを製造する場合、第１の主面に形成されるエピタキシャル層の表面を｛０−１１−２｝面に近づけることができる。それゆえ、エピタキシャル層の表面を後述する特殊面にすることが容易となる。
【００１７】
本発明に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を有している。炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを各々有する複数の単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する支持基板とが準備される。第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下となるように表面処理する。複数の単結晶基板の第１の裏面の各々と支持基板の第２の表面とが対向するように、流動体層を介して支持基板と複数の単結晶基板の各々とが配置される。流動体層を転化することで、第１の裏面の各々と第２の表面とを接続する接続層が形成される。  本発明に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下となるように表面処理する。これにより、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる炭化珪素基板を製造することができる。
【００１８】
本発明に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を有している。炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを各々有する複数の単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する支持基板とが準備される。第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが０．１６μｍ以上０．９５μｍ以下となるように表面処理される。複数の単結晶基板の第１の裏面の各々と支持基板の第２の表面とが対向するように、流動体層を介して支持基板と複数の単結晶基板の各々とが配置される。流動体層を転化することで、第１の裏面の各々と第２の表面とを接続する接続層が形成される。これにより、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる炭化珪素基板を製造することができる。
【００１９】
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、流動体層は加熱することで炭化珪素となる物質を主成分とする高分子から成る。接続層を形成する工程においては、流動体層を加熱分解することにより多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素および空隙を有する単結晶炭化珪素が形成される。
【００２０】
上記の炭化珪素基板の製造方法によれば、流動体層は加熱することで炭化珪素となる物質を主成分とする高分子から成り、単結晶基板および支持基板も炭化珪素からなる。そのため、流動体層の熱膨張係数と、単結晶基板および支持基板の熱膨張係数とは近似する。これにより、温度変化を有する環境下においても、接続層と単結晶基板および支持基板との接続強度が維持されるので、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に防止することができる。
【００２１】
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、流動体層は１０００℃以上２１００℃以下で加熱される。１０００℃より低い温度では、高分子である流動体層の炭化珪素化が不十分となり接合強度が低下していまう。一方、２１００℃より高い温度では、単結晶基板や支持基板が昇華してしまう。それゆえ、１０００℃以上２１００℃以下で流動体層を加熱することが好ましい。
【００２２】
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、流動体層は、炭化珪素からなるフィラーを含む。これにより、流動体層を加熱分解するときに、流動体層が過剰に収縮することを抑制することができる。
【００２３】
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、流動体層は、シリコン化合物を含む。流動体層がシリコンよりも炭素を多く含む場合、シリコンを添加することにより炭化珪素がストイキオメトリーに近づく。これにより、接続層と単結晶基板および支持基板との接続強度を高くすることができる。
【００２４】
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、表面処理する工程は、第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方を研磨処理する工程を含む。これにより、第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の表面粗さを所望の範囲に調整することができる。
【００２５】
上記の炭化珪素基板の製造方法において好ましくは、表面処理する工程は、研磨処理する工程の後に、第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方をエッチング処理する工程を含む。これにより、第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の表面粗さを効果的に所望の範囲に調整することができる。
【００２６】
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している。炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを有する単結晶基板と、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する支持基板とが準備される。第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下となるように表面処理する。単結晶基板と支持基板との間に介在して、第１の裏面と第２の表面とが対向するように第１の裏面と第２の表面とを接合する接続層とを有する炭化珪素基板が準備される。単結晶基板上にエピタキシャル成長層が形成される。エピタキシャル成長層上に電極が形成される。
【００２７】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、第１の裏面の各々および第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下となるように表面処理する。これにより、単結晶基板と支持基板とが接続層を介して強固に接続される。それゆえ、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる。
【００２８】
本発明に係る半導体装置は、複数の単結晶基板と、支持基板と、接続層と、エピタキシャル成長層と、電極とを有している。複数の単結晶基板は、炭化珪素からなり、互いに対向する第１の表面と第１の裏面とを各々有する。支持基板は、炭化珪素からなり、互いに対向する第２の表面と第２の裏面とを有する。接続層は、複数の単結晶基板と支持基板との間に介在して、第１の裏面の各々と第２の表面とが対向するように第１の裏面の各々と第２の表面とを接続する。エピタキシャル層は、単結晶基板上に設けられている。電極は、エピタキシャル成長層上に設けられている。単結晶基板と支持基板との引張り強度が０．６ＭＰａ以上である。
【００２９】
本発明に係る半導体装置によれば、単結晶基板と支持基板との引張り強度が０．６ＭＰａ以上である。これにより、単結晶基板と支持基板とが接続層を介して強固に接続される。それゆえ、単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる。
【００３０】
上記の半導体装置において好ましくは、エピタキシャル層を形成する炭化珪素の結晶構造が六方晶であり、かつポリタイプが４Ｈであって、エピタキシャル層の表面は、面方位｛０−３３−８｝を有する第１の面を含む。これにより、エピタキシャル層の表面におけるチャネル抵抗を低減可能である。よってオン抵抗を低減することができる。
【００３１】
上記の半導体装置において好ましくは、エピタキシャル層の表面は、第１の面を微視的に含み、第１の表面はさらに、面方位｛０−１１−１｝を有する第２の面を微視的に含む。これにより、エピタキシャル層の表面におけるチャネル抵抗をより低減可能である。よってオン抵抗をより低減することができる。
【００３２】
上記の半導体装置において好ましくは、エピタキシャル層の表面の第１の面および第２の面は、面方位｛０−１１−２｝を有する複合面を含む。これにより、エピタキシャル層の表面におけるチャネル抵抗をより低減可能である。よってオン抵抗をより低減することができる。
【００３３】
上記の半導体装置において好ましくは、エピタキシャル層の表面は、｛０００−１｝面に対して、巨視的に６２°±１０°のオフ角を有する。これにより、エピタキシャル層の表面におけるチャネル抵抗をより低減可能である。よってオン抵抗をより低減することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、炭化珪素単結晶基板が支持基板から剥離することを効果的に抑制することができる、炭化珪素基板と、その製造方法と、それを用いた半導体装置および半導体装置の製造方法とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１における炭化珪素基板の構造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】実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の概略的なフロー図である。
【図４】実施の形態１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５】実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の他の一工程を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における炭化珪素基板の構造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】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】実施の形態３における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図である。
【図１０】実施の形態３における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図である。
【図１１】実施の形態３における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図である。
【図１２】実施の形態３における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図である。
【図１３】実施の形態１における炭化珪素基板の表面処理工程に用いられるラッピング装置を概略的に示す断面図である。
【図１４】実施の形態１における炭化珪素基板の表面処理工程に用いられる反応性イオンエッチング装置を概略的に示す断面図である。
【図１５】実施の形態１における炭化珪素基板の表面処理工程に用いられるＣＭＰ装置を概略的に示す断面図である。
【図１６】実施の形態３におけるエピタキシャル層の表面の微細構造を概略的に示す部分断面図である。
【図１７】ポリタイプ４Ｈの六方晶における（０００−１）面の結晶構造を示す図である。
【図１８】図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿う（１１−２０）面の結晶構造を示す図である。
【図１９】図１６の複合面の表面近傍における結晶構造を（１１−２０）面内において示す図である。
【図２０】図１６の複合面を（０１−１０）面から見た図である。
【図２１】巨視的に見たチャネル面および（０００−１）面の間の角度と、チャネル移動度との関係の一例を、熱エッチングが行われた場合と行われなかった場合との各々について示すグラフ図である。
【図２２】チャネル方向および＜０−１１−２＞方向の間の角度と、チャネル移動度との関係の一例を示すグラフ図である。
【図２３】図１６の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別面を（）、集合面を｛｝、集合方位を＜＞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。
【００３７】
（実施の形態１）
図１および図２を参照し、本実施の形態の炭化珪素基板１００は、単結晶基板１〜９と、支持基板１０と、接続層１１とを有する。
【００３８】
単結晶基板１〜９の各々は、互いに対向する第１の表面（図１および図２において露出する面）と第１の裏面（図２において接続層１１と接する面）とを有する。たとえば、図２を参照し、単結晶基板１は、互いに対向する第１の表面１ａと第１の裏面１ｂとを有し、単結晶基板２は、互いに対向する第１の表面２ａと第１の裏面２ｂとを有し、単結晶基板３は、互いに対向する第１の表面３ａと第１の裏面３ｂとを有する。単結晶基板１〜９は、各々炭化珪素の単結晶からなる。なお、以下において説明を簡略化するために、単結晶基板１〜９（図１）のうち、単結晶基板１〜９の少なくともいずれかについてのみ言及する場合があるが、単結晶基板１〜９の各々は同様に扱われる。
【００３９】
単結晶基板１〜９は、ポリタイプ４Ｈの六方晶の単結晶構造を有する炭化珪素からなる。単結晶基板１〜９の第１の表面１ａの面方位は、｛０−１１−２｝面、またはこの面からの傾きが５°以内の面が好ましい。第１の表面１ａは、機械的研磨またはスライスによって形成され得る。これにより、当該単結晶基板を用いてデバイスを製造する場合、第１の主面に形成されるエピタキシャル層の表面を｛０−１１−２｝面に近づけることができる。それゆえ、エピタキシャル層の表面を後述する特殊面にすることが容易となる。
【００４０】
支持基板１０は、互いに対向する第２の表面１０ａ（図２において接続層１１と接する面）と第２の裏面１０ｂ（図２において露出する面）とを有する。支持基板１０は単結晶基板１〜９の各々よりも大きい。図２において、支持基板１０の第２の表面１０ａの面積は、単結晶基板１〜９の第１の表面により構成される面１００ａの面積とほぼ同等となっている。
【００４１】
本実施の形態において、単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下である。また、単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが０．１６μｍ以上０．９５μｍ以下である。表面粗さが小さすぎる場合、単結晶基板１〜９および支持基板１０と接続層１１との接着面積が十分確保できなくなり単結晶基板１〜９と支持基板１０との接合強度が低下する。一方表面粗さが大きすぎる場合、単結晶基板１〜９および支持基板１０との距離が遠くなるため接合強度が低下する。それゆえ、十点平均粗さおよび算術平均粗さを上記範囲に調整することにより、単結晶基板１〜９と支持基板１０との接合強度を向上させることができる。
【００４２】
支持基板１０は炭化珪素から成る。支持基板１０はたとえば炭化珪素単結晶である。接続層１１は、単結晶基板１〜９の各々と支持基板１０との間に介在している。より具体的には、図２を参照し、単結晶基板１〜３の第１の裏面１ｂ〜３ｂの各々と支持基板１０の第２の表面１０ａとが対向するように、第１の裏面１ｂ〜３ｂの各々と第２の表面１０ａとが接続層１１を介して接続されている。
【００４３】
接続層１１の厚みは２μｍ以上１５μｍ以下が好ましく、４μｍ以上１２μｍ以下がさらに好ましい。接続層１１の平均厚みが薄い場合、接続層１１が存在しなくなる箇所が発生するため接続強度が低下する。一方、接続層１１の平均厚みが厚い場合、単結晶基板１〜９の支持基板１０に対する傾きが増加するため単結晶基板１〜９の面方位分布が大きくなる。それゆえ、接続層１１の厚みは上記範囲であることが好ましい。
【００４４】
本実施の形態において、接続層１１は、炭化珪素を主成分とする。より具体的には、接続層１１は、主鎖に炭素と珪素との結合（以下、「Ｓｉ−Ｃ結合」ともいう。）を有する重合体であるポリカルボシランを転化することによって形成される、炭化珪素を主成分とする化合物からなる。ここで、主成分とは、化合物を構成する原子の原子数のうち、５０％以上の原子数を占める成分をいう。すなわち、接続層１１において、５０％以上の原子が、Ｓｉ−Ｃ結合を構成する炭化珪素からなる。
【００４５】
したがって、炭化珪素基板１００において、単結晶基板１〜９が炭化珪素からなり、接続層１１が炭化珪素を主成分とするため、単結晶基板１〜９の熱膨張係数と、接続層１１の熱膨張係数が近似する。これにより、単結晶基板１〜９と接続層１１との接着強度が高くなるため、単結晶基板１〜９と接続層１１との剥離が抑制される。
【００４６】
なお、上述のように、接続層１１はポリカルボシランを転化することによって形成されるため、ポリカルボシランを転化させる際の加熱温度、用いるポリカルボシランの構造を適宜調節することにより、接続層１１は、容易に炭化珪素の多結晶、アモルファスおよび空隙を有する単結晶の少なくとも１種からなる化合物とすることができる。好ましくは、接続層１１は、多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素および空隙を有する単結晶炭化珪素を含んでいる。
【００４７】
本実施の形態の炭化珪素基板１００における、単結晶基板１〜９と支持基板１０との引張り強度は０．６ＭＰａ以上である。好ましくは、単結晶基板１〜９と支持基板１０との引張り強度は２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である。これにより、単結晶基板１〜９が支持基板１０から剥離することを抑制することができる。なお、単結晶基板と支持基板との引張り強度とは、接続層を介して単結晶基板と支持基板とを接続した場合に、単結晶基板および支持基板の一方を固定して、他方を支持基板の表面と垂直な方向に引張ったときに、単結晶基板が支持基板から剥離するときの強度のことである。
【００４８】
また、本実施の形態において、炭化珪素基板１００の直径が１１０ｍｍ以上であることが好ましい。すなわち、単結晶基板１〜９の各第１の表面により構成される面１００ａにおける直径が１１０ｍｍ以上であることが好ましい。上述のように、単結晶基板の大きさは工業的には１００ｍｍ（４インチ）程度にとどまっているが、本実施の形態によれば、従来工業的な製造が困難であった直径が１１０ｍｍ以上の単結晶基板の面を有する炭化珪素基板１００を得ることができる。たとえば、このような大口径の炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造することにより、半導体装置をより効率的に製造することができ、もって製造コストを低減することができる。
【００４９】
次に、図１〜図５および図１３〜図１５を用いて、本実施の形態の炭化珪素基板１００の製造方法について説明する。図３は、実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の概略的なフロー図であり、図４および図５は、実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法の各工程を概略的に示す断面図である。
【００５０】
まず、図４に示すように、基板準備工程が実施される（図３：ステップＳ１０）。具体的には、以下のような特性を有する複数の単結晶基板１〜９および支持基板１０が準備される。
【００５１】
単結晶基板１〜９の第１の表面１ａの面方位は、上述のように｛０−１１−２｝面、またはこの面からの傾きが５°以内の面が好ましい。第１の表面１ａは、機械的研磨またはスライスによって形成され得る。
【００５２】
支持基板１０は炭化珪素からなる。具体的には、炭化珪素の多結晶、アモルファス、または多結晶とアモルファスとの混合体からなる基板を好適に用いることができる。また、転位、積層欠陥などの多い低品質の単結晶炭化珪素を用いることもできる。
【００５３】
また、直径が１１０ｍｍ以上の炭化珪素基板を製造するという観点からは、複数の単結晶基板１〜９の各々の第１の表面を図１に示すように配置した場合に、各第１の表面によって形成される面１００ａ（図２参照）の直径が１１０ｍｍ以上となるように、単結晶基板１〜９および支持基板１０の大きさを選択することが好ましい。
【００５４】
次に、図１３〜図１５を参照して、支持基板１０の第２の表面と、複数の単結晶基板１〜９の各々の第１の裏面とを表面処理する工程（図３：ステップＳ２０)が実施される。
【００５５】
具体的にはまず、支持基板１０の第２の表面に対して、研削加工、研磨加工が実施される。研削加工では、たとえばビトリファイド砥石を用い、支持基板１０の第２の表面と砥石を対向して回転させ、一定速度で切り込むことにより、基板表面の除去を行なう。これにより、支持基板１０の厚みを調整することができる。
【００５６】
支持基板１０の研磨加工は、図１３に示すラッピング装置１７０により行うことができる。ラッピング装置１７０は、ベース定盤１７２、定盤１７４、結晶ホルダ１７６、重り１７８、及び、スラリー液供給口１８０を有している。
【００５７】
定盤１７４は、ベース定盤１７２上に載置されている。ベース定盤１７２及び定盤１７４は、ベース定盤１７２の中心軸線Ｘ１を中心に回転可能である。結晶ホルダ１７６は、支持基板１０をその下面に支持するための部品である。支持基板１０の第２の表面１０ａと定盤１７４とが対向するように、支持基板１０は結晶ホルダ１７６によって保持されている。支持基板１０には、結晶ホルダ１７６の上面に載置された重り１７８によって荷重が加えられる。結晶ホルダ１７６は、軸線Ｘ１と略平行であり、且つ、軸線Ｘ１から変位した位置に中心軸線Ｘ２を有しており、この中心軸線Ｘ２を中心に回転可能である。スラリー液供給口１８０は、定盤１７４上にスラリーＳを供給する。
【００５８】
このラッピング装置１７０によれば、ベース定盤１７２及び定盤１７４と、結晶ホルダ１７６とを回転させ、スラリーＳを定盤１７４上に供給し、支持基板の第２の表面１０ａを定盤１７４に接触させることによって、第２の表面１０ａの研磨を行うことができる。
【００５９】
なお、スラリーＳにはダイヤモンドの砥粒が含まれている。ダイヤモンド等の砥粒の粒径を調整することにより、所望の表面粗さを得ることができる。定盤は、鉄、銅、スズ、スズ合金などの金属定盤や、金属と樹脂の複合定盤、あるいは研磨布を用いることができる。硬い金属定盤を用いることで、レートを向上させることができる。
【００６０】
また、複数の単結晶基板１〜９の各々の第１の裏面も、支持基板１０と同様の方法で研削、研磨される。本実施の形態では、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の双方が、研磨、研削処理される。複数の単結晶基板１〜９の各々の第１の裏面および支持基板１０の第２の表面の一方だけが研削、研磨処理されても構わない。
【００６１】
次に、支持基板１０の第２の表面の表面仕上げ処理が実施される。具体的には、支持基板１０の第２の表面に対してドライエッチングやＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などが実施される。
【００６２】
支持基板１０の第２の表面の表面仕上げ処理は、たとえば図１４に示す反応性イオンエッチング装置によって行われる。反応性イオンエッチング装置５０は、チャンバ５２を有している。チャンバ５２内には、平行平板型の上部電極５４及び下部電極５６と、上部電極５４と対向するように下部電極５６上に配置された基板支持台５８とが設けられている。チャンバ５２内には、ガス源に接続されたガス供給口６０と、真空ポンプに接続されたガス排気口６２とが設けられている。チャンバ５２の外部には、下部電極５６に接続された高周波電源６４が配置されている。
【００６３】
ドライエッチング装置１６では、ガス供給口６０からガスをチャンバ５２内に供給し、高周波電源６４から高周波電力を下部電極５６に供給することにより、チャンバ５２内にプラズマを発生させることができる。基板支持台５８上に支持基板１０を配置することで、支持基板１０の第２の表面をドライエッチングすることができる。
【００６４】
また、支持基板１０の第２の表面の表面仕上げ処理は、たとえば図１５に示すＣＭＰ装置によって行われても構わない。ＣＭＰ装置２７０は、定盤２７２、ポリッシングパッド２７４、結晶ホルダ２７６、重り２７８、及び、スラリー液供給口２８０を有している。
【００６５】
ポリッシングパッド２７４は、定盤２７２上に載置されている。定盤２７２及びポリッシングパッド２７４は、定盤２７２の中心軸線Ｘ１を中心に回転可能である。結晶ホルダ２７６は、支持基板１０をその下面に支持するための部品である。支持基板１０の第２の表面１０ａとポリッシングパッド２７４が対向するように、支持基板１０は結晶ホルダ２７６によって保持されている。支持基板１０には、結晶ホルダ２７６の上面に載置された重り２７８によって荷重が加えられる。結晶ホルダ２７６は、軸線Ｘ１と略平行であり、且つ、軸線Ｘ１から変位した位置に中心軸線Ｘ２を有しており、この中心軸線Ｘ２を中心に回転可能である。スラリー液供給口２８０は、ポリッシングパッド２７４上にスラリーＳを供給する。
【００６６】
このＣＭＰ装置２７０によれば、定盤２７２及びポリッシングパッド２７４と、結晶ホルダ２７６とを回転させ、スラリーＳをポリッシングパッド２７４上に供給し、支持基板の第２の表面１０ａをポリッシングパッド２７４に接触させることによって、第２の表面１０ａの研磨を行うことができる。
【００６７】
なお、ＣＭＰの砥粒は表面粗さや加工変質層を低減させるために炭化珪素よりも柔らかい材料であることが必要であり、コロイダルシリカ、フュームドシリカが好ましい。ＣＭＰの溶液にはケミカル作用を増加させるためにｐＨ４以下またはｐＨ９．５以上が好ましく、ｐＨ２以下、ｐＨ１０．５以上がより好ましい。ＣＭＰ液のｐＨの制御は、無機酸、有機酸、無機アルカリ、有機アルカリ、およびそれらの塩を添加することで制御できる。また、酸化剤を添加することが好ましい。酸化剤にはトリクロロイソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル塩などの塩素系酸化剤、硫酸、硝酸、過酸化水素水等を用いることができる。酸化剤の添加でｐＨを制御することもできる。
【００６８】
また、複数の単結晶基板の各々の第１の裏面も、支持基板１０と同様の方法で表面仕上げ処理される。本実施の形態では、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の双方が、表面仕上げ処理される。複数の単結晶基板１〜９の各々の第１の裏面および支持基板１０の第２の表面の一方だけが表面仕上げ処理されても構わない。
【００６９】
上述の通り、本実施の形態の表面処理工程では、研削、研磨処理を行った後に、イオンエッチング処理やＣＭＰ処理などの表面仕上げ処理が行われる。
【００７０】
当該表面処理工程では、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下となるように表面処理が行われる。好ましくは、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の双方の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下となるように表面処理が行われる。
【００７１】
また好ましくは、当該表面処理工程では、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の少なくとも一方の十点平均粗さが３．３μｍ以上１６μｍ以下となるように表面処理が行われる。さらに好ましくは、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の双方の十点平均粗さが３．３μｍ以上１６μｍ以下となるように表面処理が行われる。
【００７２】
また、当該表面処理工程では、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが０．１６μｍ以上０．９５μｍ以下となるように表面処理が行われる。好ましくは、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の双方の算術平均粗さが０．１６μｍ以上０．９５μｍ以下となるように表面処理が行われる。
【００７３】
また好ましくは、当該表面処理工程では、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の少なくとも一方の算術平均粗さが０．２３μｍ以上０．８μｍ以下となるように表面処理が行われる。さらに好ましくは、複数の単結晶基板１〜９の第１の裏面の各々および支持基板１０の第２の表面の双方の算術平均粗さが０．２３μｍ以上０．８μｍ以下となるように表面処理が行われる。
【００７４】
次に、図５に示すように、単結晶基板１〜３の第１の裏面１ｂ〜３ｂの各々と支持基板１０の第２の表面１０ａとが対向するように、炭化珪素を主成分とする高分子である流動体層４１を介して支持基板１０上に単結晶基板１〜３の各々を配置する。炭化珪素を主成分とする高分子とは、たとえばポリカルボシランである。
【００７５】
このとき、単結晶基板１〜３と同様に、単結晶基板４〜９（図５において図示せず）も流動体層４１上に配置されるため、単結晶基板１〜９、流動体層４１および支持基板１０からなる積層体を単結晶基板１〜９の第１の表面側から俯瞰した平面図は、図１と同様の構成となる。これにより、単結晶基板１〜９、流動体層４１および支持基板１０からなる積層体１０１が作製される。積層体１０１は、具体的には、以下のように作製される。
【００７６】
まず、支持基板１０の第２の表面１０ａ上に、ポリカルボシランを含有する流動体を塗布または噴霧することにより、第２の表面１０ａ上にポリカルボシランを含有する流動体層４１を形成する。なお、固体のポリカルボシランを加熱溶解することにより、流動体層４１を形成してもよい。次に、この流動体層４１上に単結晶基板１〜３の第１の裏面１ｂ〜３ｂを配置する。なお、この代わりに、単結晶基板１〜３の第１の裏面１ｂ〜３ｂの各々に流動体層４１を形成し、当該流動体層４１上に支持基板１０の第２の表面１０ａを配置してもよい。
【００７７】
なお、後述する接続層１１（図２参照。）を形成する工程において、接続層１１の厚みが均一となるように、支持基板１０と単結晶基板１〜３との間に流動体層４１を均一な厚みで形成することが好ましい。
【００７８】
流動体層４１に含まれるポリカルボシランとは、上述のように、主鎖にＳｉ−Ｃ結合を有する重合体であり、その数平均分子量は６００〜４０００であることが好ましい。また、ポリカルボシランを含有する流動体とは、ポリカルボシランを溶媒に分散または溶解させたものでもよく、ポリカルボシラン自体が流動体である場合には、ポリカルボシランそのものであってもよい。溶媒としては、キシレン、ヘキサン、トルエンなどの極性の低い有機溶媒を好適に用いることができる。
【００７９】
ここで、ポリカルボシランは、主鎖にＳｉ−Ｃ結合の他に、珪素と珪素との結合（以下「Ｓｉ−Ｓｉ結合」ともいう。）、炭素と炭素との結合（以下「Ｃ−Ｃ結合」ともいう。）を有していてもよい。たとえば、ポリカルボシランの一例として、ポリカルボシランの主鎖は、下記化学式（１）で表される繰り返し単位を有していてもよく、下記化学式（２）および（３）で表される各繰り返し単位を有していてもよい。また、下記化学式（１）〜（３）が組み合わされた繰り返し単位を有していてもよい。ただし、ポリカルボシランが転化することによって形成される接続層１１が炭化珪素を主成分とする化合物からなるためには、少なくとも、主鎖を構成する原子のうち、５０％以上がＳｉ−Ｃ結合であることが好ましい。また、７０％以上がＳｉ−Ｃ結合であることがより好ましく、９０％以上がＳｉ−Ｃ結合であることがさらに好ましい。
【００８０】
【化１】
2013258179.tif 000003
【００８１】
なお、化学式（１）において、Ｒ1〜Ｒ4は、各々、水素基、炭素数１〜５のアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基からなり、互いに異なっていてもよい。また、繰り返し単位構造中に含まれるＲ1〜Ｒ4はそれぞれ同一であっても異なるものであってもよい。
【００８２】
【化２】
2013258179.tif 000004
【００８３】
なお、化学式（２）において、Ｒ5〜Ｒ10は、各々、水素基、炭素数１〜５のアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基からなり、互いに異なっていてもよい。また、繰り返し単位構造中に含まれるＲ5〜Ｒ10はそれぞれ同一であっても異なるものであってもよい。
【００８４】
【化３】
2013258179.tif 000005
【００８５】
なお、化学式（３）において、Ｒ11〜Ｒ16は、各々、水素基、炭素数１〜５のアルキル基、アルケニル基またはアルキニル基からなり、互いに異なっていてもよい。また、主鎖構造中に含まれる複数のＲ11〜Ｒ16はそれぞれ同一であっても異なるものであってもよい。
【００８６】
次に、図２に示すように、流動体層４１を転化することで、複数の単結晶基板１〜３の各々の第１の裏面と支持基板１０の第２の表面とを接続する接続層１１が形成される。具体的には、流動体層４１に含有されるポリカルボシランを転化することで、炭化珪素を主成分とする接続層１１を形成する（図３：ステップＳ３０）。
【００８７】
たとえば、流動体層４１を不活性雰囲気下で加熱処理することによってポリカルボシランが転化され、また、溶媒が揮発して除去される。これによって流動体層４１が炭化珪素を主成分とする接続層１１へと転換される。
【００８８】
加熱処理において、流動体層４１を１０００℃以上２１００℃以下で加熱することが好ましい。１０００℃より低い温度では、高分子である流動体層４１の炭化珪素化が不十分となり接合強度が低下してしまう。一方、２１００℃より高い温度では、単結晶基板や支持基板１０が昇華してしまう。それゆえ、１０００℃以上２１００℃以下で流動体層４１を加熱することが好ましい。
【００８９】
流動体層４１を１０００℃以上２１００℃以下で加熱することで、流動体層４１がアモルファス、多結晶、空隙のある単結晶の少なくともいずれかを含む接続層１１に変化する。好ましくは、流動体層４１を加熱分解することにより、多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素および空隙を有する単結晶炭化珪素が形成される。
【００９０】
好ましくは、流動体層４１を介して支持基板１０と複数の単結晶基板の各々とを配置する工程は、流動体層４１にシリコン化合物を添加する工程を含んでいる。流動体層４１がシリコンよりも炭素を多く含む場合、シリコンを添加することにより炭化珪素がストイキオメトリーに近づく。これにより、接続層１１の接合強度を高くすることができる。
【００９１】
また好ましくは、流動体層４１を介して支持基板１０と複数の単結晶基板の各々とを配置する工程は、流動体層４１にフィラーを添加する工程を含んでいる。これにより、流動体層４１を加熱分解するときに、流動体層４１が過剰に収縮することを抑制することができる。フィラーを含んだ接続層１１の詳細については後述する。
【００９２】
以上詳述したように、本実施の形態の炭化珪素基板およびその製造方法によれば、単結晶基板１〜９と支持基板１０との接続強度が高い炭化珪素基板を提供することができる。それゆえ、研磨工程などの半導体装置の製造工程において、単結晶基板１〜９が支持基板１０から剥離することを効果的に抑制することができる。
【００９３】
（実施の形態２）
本実施の形態は、接続層１１に炭化珪素からなるフィラー７１を含有する点で、実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００９４】
図６は、本発明の実施の形態２における炭化珪素基板の構造を概略的に示す断面図である。図６を参照し、接続層１１には、炭化珪素からなるフィラー７１が含有されている。これによりポリカルボシランが転化して流動体層４１から接続層１１へと変化する際の体積の収縮を抑制することができる。
【００９５】
たとえば、フィラー７１としては、炭化珪素の多結晶を用いることができる。流動体層４１におけるフィラー７１の体積当たりの含有率は１０体積％以上７０体積％以下であることが好ましい。１０体積％以上とすることにより、収縮を十分に抑制することができ、７０体積％以下とすることにより、接続層１１の強度を保持することができる。フィラー７１の体積当たりの含有率は、２０体積％以上６０体積％以下であることがより好ましい。上記フィラー７１を含有する接続層１１は、たとえば、以下の方法により形成することができる。
【００９６】
すなわち、上述のステップＳ２０において、ポリカルボシランを含有する流動体層４１にさらにフィラー７１を含有させた状態で、この流動体層４１を介して、支持基板１０上に単結晶基板１〜３の各々を配置させて、積層体を作製する。そして、実施の形態１と同様の工程を経ることにより、図６に示す接続層１１を有する炭化珪素基板２００を作成することができる。
【００９７】
（実施の形態３）
図７を参照し、本実施の形態３における半導体装置３００は、縦型ＤｉＭＯＳＦＥＴ(Double  Implanted  Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor)であって、炭化珪素基板１００、エピタキシャル層２０、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。エピタキシャル層２０は、バッファ層１２１と、耐圧保持層１２２と、ｐ領域１２３と、ｎ+領域１２４と、ｐ+領域１２５とを含む。
【００９８】
炭化珪素基板１００は、本実施の形態においてはｎ型の導電型を有し、また、支持基板１０、接続層１１および単結晶基板１を有する。ドレイン電極１１２は、炭化珪素基板１００の支持基板１０上に設けられている。
【００９９】
バッファ層１２１は、炭化珪素基板１００の単結晶基板１上に設けられている。バッファ層１２１は、導電型がｎ型であり、その厚さはたとえば０．５μｍである。またバッファ層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。
【０１００】
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型の炭化珪素からなる。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。
【０１０１】
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。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、酸化膜１２６が形成されている。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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
好ましくは、エピタキシャル層２０の表面２０ａは以下に説明する特殊面を有していてもよい。エピタキシャル層２０の表面２０ａが特殊面を有することで、当該エピタキシャル層２０の表面２０ａ上に形成されたエピタキシャル層２０のチャネル面ＣＨも特殊面を有し得る。図１６に示すように、特殊面を有するエピタキシャル層２０の表面２０ａは、面Ｓ１（第１の面）を含む。面Ｓ１は面方位｛０−３３−８｝を有し、好ましくは面方位（０−３３−８）を有する。好ましくはエピタキシャル層２０の表面２０ａは面Ｓ１を微視的に含む。好ましくはエピタキシャル層２０の表面２０ａはさらに面Ｓ２（第２の面）を微視的に含む。面Ｓ２は面方位｛０−１１−１｝を有し、好ましくは面方位（０−１１−１）を有する。ここで「微視的」とは、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。このように微視的な構造の観察方法としては、たとえばＴＥＭ（Transmission  Electron  Microscope）を用いることができる。
【０１０４】
好ましくはエピタキシャル層２０の表面２０ａは複合面ＳＲを有する。複合面ＳＲは、面Ｓ１およびＳ２が周期的に繰り返されることによって構成されている。このような周期的構造は、たとえば、ＴＥＭまたはＡＦＭ（Atomic  Force  Microscopy）により観察し得る。複合面ＳＲは面方位｛０−１１−２｝を有し、好ましくは面方位（０−１１−２）を有する。この場合、複合面ＳＲは｛０００−１｝面に対して巨視的に６２°のオフ角を有する。ここで「巨視的」とは、原子間隔程度の寸法を有する微細構造を無視することを意味する。このように巨視的なオフ角の測定としては、たとえば、一般的なＸ線回折を用いた方法を用い得る。好ましくは、チャネル面ＣＨ上においてキャリアが流れる方向であるチャネル方向ＣＤは、上述した周期的繰り返しが行われる方向に沿っている。
【０１０５】
次に、複合面ＳＲの詳細な構造について説明する。
一般に、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶を（０００−１）面から見ると、図１７に示すように、Ｓｉ原子（またはＣ原子）は、Ａ層の原子（図中の実線）と、この下に位置するＢ層の原子（図中の破線）と、この下に位置するＣ層の原子（図中の一点鎖線）と、この下に位置するＢ層の原子（図示せず）とが繰り返し設けられている。つまり４つの層ＡＢＣＢを１周期としてＡＢＣＢＡＢＣＢＡＢＣＢ・・・のような周期的な積層構造が設けられている。
【０１０６】
図１８に示すように、（１１−２０）面（図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩの断面）において、上述した１周期を構成する４つの層ＡＢＣＢの各層の原子は、（０−１１−２）面に完全に沿うようには配列されていない。図１８においてはＢ層の原子の位置を通るように（０−１１−２）面が示されており、この場合、Ａ層およびＢ層の各々の原子は（０−１１−２）面からずれていることがわかる。このため、炭化珪素単結晶の表面の巨視的な面方位、すなわち原子レベルの構造を無視した場合の面方位が（０−１１−２）に限定されたとしても、この表面は、微視的には様々な構造をとり得る。
【０１０７】
図１９に示すように、複合面ＳＲ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ている。面Ｓ１および面Ｓ２の各々の長さは、Ｓｉ原子（またはＣ原子）の原子間隔の２倍である。なお面Ｓ１および面Ｓ２が平均化された面は、（０−１１−２）面（図１８）に対応する。
【０１０８】
図２０に示すように、複合面ＳＲを（０１−１０）面から見て単結晶構造は、部分的に見て立方晶と等価な構造（面Ｓ１の部分）を周期的に含んでいる。具体的には複合面ＳＲは、上述した立方晶と等価な構造における面方位（００１）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ている。このように、立方晶と等価な構造における面方位（００１）を有する面（図２０においては面Ｓ１）と、この面につながりかつこの面方位と異なる面方位を有する面（図２０においては面Ｓ２）とによって表面を構成することは４Ｈ以外のポリタイプにおいても可能である。ポリタイプは、たとえば６Ｈまたは１５Ｒであってもよい。
【０１０９】
次に図２１を参照して、エピタキシャル層２０の表面２０ａの結晶面と、チャネル面ＣＨの移動度ＭＢとの関係について説明する。図２１のグラフにおいて、横軸は、チャネル面ＣＨを有するエピタキシャル層２０の表面２０ａの巨視的な面方位と（０００−１）面とのなす角度Ｄ１を示し、縦軸は移動度ＭＢを示す。プロット群ＣＭはエピタキシャル層２０の表面２０ａが熱エッチングによる特殊面として仕上げられた場合に対応し、プロット群ＭＣはそのような熱エッチングがなされない場合に対応する。
【０１１０】
プロット群ＭＣにおける移動度ＭＢは、チャネル面ＣＨの表面の巨視的な面方位が（０−３３−８）のときに最大となった。この理由は、熱エッチングが行われない場合、すなわち、チャネル表面の微視的な構造が特に制御されない場合においては、巨視的な面方位が（０−３３−８）とされることによって、微視的な面方位（０−３３−８）、つまり原子レベルまで考慮した場合の面方位（０−３３−８）が形成される割合が確率的に高くなったためと考えられる。
【０１１１】
一方、プロット群ＣＭにおける移動度ＭＢは、チャネル面ＣＨの表面の巨視的な面方位が（０−１１−２）のとき（矢印ＥＸ）に最大となった。この理由は、図１９および図２０に示すように、面方位（０−３３−８）を有する多数の面Ｓ１が面Ｓ２を介して規則正しく稠密に配置されることで、チャネル面ＣＨの表面において微視的な面方位（０−３３−８）が占める割合が高くなったためと考えられる。
【０１１２】
なお移動度ＭＢは複合面ＳＲ上において方位依存性を有する。図２２に示すグラフにおいて、横軸はチャネル方向と＜０−１１−２＞方向との間の角度Ｄ２を示し、縦軸はチャネル面ＣＨの移動度ＭＢ（任意単位）を示す。破線はグラフを見やすくするために補助的に付してある。このグラフから、チャネル移動度ＭＢを大きくするには、チャネル方向ＣＤ（図１６）が有する角度Ｄ２は、０°以上６０°以下であることが好ましく、ほぼ０°であることがより好ましいことがわかった。
【０１１３】
図２３に示すように、エピタキシャル層２０の表面２０ａは複合面ＳＲに加えてさらに面Ｓ３（第３の面）を含んでもよい。この場合、エピタキシャル層２０の表面２０ａの｛０００−１｝面に対するオフ角は、理想的な複合面ＳＲのオフ角である６２°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±１０°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が{０−３３−８}面となる表面がある。より好ましくは、エピタキシャル層２０の表面２０ａの（０００−１）面に対するオフ角は、理想的な複合面ＳＲのオフ角である６２°からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±１０°の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が（０−３３−８）面となる表面がある。
【０１１４】
より具体的にはエピタキシャル層２０の表面２０ａは、面Ｓ３および複合面ＳＲが周期的に繰り返されることによって構成された複合面ＳＱを含んでもよい。このような周期的構造は、たとえば、ＴＥＭまたはＡＦＭ（Atomic  Force  Microscopy）により観察し得る。
【０１１５】
次に図７〜図１２を用いて、半導体装置３００の製造方法について説明する。図８は、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り、図９〜１２は、実施の形態３における半導体装置の製造方法の各一工程を概略的に示す断面図である。なお、図９〜図１２においては単結晶基板１〜９（図１参照。）のうち、単結晶基板１の近傍における工程のみを示すが、単結晶基板２〜９の各々の近傍においても、同様の工程が行なわれる。
【０１１６】
まず、図８の基板準備工程（ステップＳ１１０）において、炭化珪素基板１００が準備される（図１および図２参照。）。
【０１１７】
すなわち実施の形態１で説明したステップＳ１０〜Ｓ３０（図３）により、炭化珪素基板１００が作製される。なお、本実施の形態において、たとえば、単結晶基板１〜９、支持基板１０および接続層１１を構成する炭化珪素に、窒素、リンなどのｎ型の不純物を導入することによって、炭化珪素基板１００の導電型をｎ型とすることができる。
【０１１８】
次に、図８のエピタキシャル層形成工程（ステップＳ１２０）において、バッファ層１２１と、耐圧保持層１２２とを含むエピタキシャル層２０が、以下のように形成される（図９参照。）。
【０１１９】
まず炭化珪素基板１００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型の炭化珪素からなり、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。
【０１２０】
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型の炭化珪素からなる層が、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。
【０１２１】
次に、たとえばエピタキシャル層２０を熱エッチングすることにより、エピタキシャル層２０の表面２０ａを上述した特殊面としてもよい。具体的には、たとえば少なくとも１種類以上のハロゲン原子を含む雰囲気中で、エピタキシャル層２０をを加熱することによって行い得る。少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素（Ｃｌ）原子およびフッ素（Ｆ）原子の少なくともいずれかを含む。この雰囲気は、たとえば、Ｃｌ2、ＢＣＬ3、ＳＦ6、またはＣＦ4である。この熱エッチングによって、エピタキシャル層２０の表面２０ａに特殊面を有する表面が自己形成される。エピタキシャル層２０の表面２０ａは面方位｛０−３３−８｝を有する第１の面を含む。エピタキシャル層２０の表面２０ａは、当該第１の面を微視的に含み、さらに、面方位｛０−１１−１｝を有する第２の面を微視的に含んでもよい。また、エピタキシャル層２０の表面２０ａの当該第１の面および当該第２の面は、面方位｛０−１１−２｝を有する複合面を含んでもよい。さらに、エピタキシャル層２０の表面２０ａは、｛０００−１｝面に対して、巨視的に６２°±１０°のオフ角を有してもよい。
【０１２２】
なお、エピタキシャル層２０を熱エッチングする工程は、後述する注入工程や活性化アニール工程の後に行われてもよい。この場合、注入工程や活性化アニール工程によって、エピタキシャル層２０の表面２０ａの原子配列が乱されることを防止することができる。
【０１２３】
次に、図８の注入工程（ステップＳ１３０）において、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（図１０参照。）。
【０１２４】
まず、導電型がｐ型の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、また導電型が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。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。
【０１２５】
次に、図８のゲート絶縁膜形成工程（ステップＳ１４０）において、ゲート絶縁膜としての酸化膜１２６が形成される（図１１参照。）。
【０１２６】
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。
【０１２７】
次に、図８の窒素アニール工程（ステップＳ１５０）において、アニール処理が行われる。
【０１２８】
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。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。
【０１２９】
次に、図８の電極形成工程（ステップＳ１６０）において、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（図１２参照）。
【０１３０】
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電体膜が形成される。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。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。
【０１３１】
さらに、ソース電極１１１上に上部ソース電極１２７が形成され、炭化珪素基板１００の裏面上にドレイン電極１１２が形成される（図７参照。）。そして、この積層体をダイシングすることによって、各半導体装置毎に分割する。これにより、単結晶基板１の第１の表面１ａを有する炭化珪素基板１００を備えた、半導体装置３００が得られる。
【０１３２】
また、ソース電極１１１上に上部ソース電極１２７が形成された後に、裏面研削により、支持基板１０と接続層１１とを除去して、単結晶基板１のみを残すことができ、この単結晶基板１の裏面上にドレイン電極１１２を形成してもよい。たとえば、高抵抗の支持基板１０を用いた場合には、このように支持基板１０を除去することにより半導体装置の抵抗を低減することができる。また、裏面研削によって単結晶基板１の厚みを低減することもできる。単結晶基板１の厚みを低減することにより、半導体装置の抵抗をさらに低減することができる。
【０１３３】
なお、本実施の形態における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。
【０１３４】
また、半導体装置３００を作製するための半導体基板は、実施の形態１の炭化珪素基板１００に限定されるものではなく、たとえば実施の形態２によって得られる炭化珪素基板２００であってもよい。
【０１３５】
また、本実施の形態において、縦型ＤｉＭＯＳＦＥＴを例示したが、本発明の炭化珪素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。
【０１３６】
本実施の形態の半導体装置３００の製造方法によれば、複数の単結晶基板１〜９の各々と支持基板１０との接合強度が高くなる。それゆえ、研磨工程などの半導体装置の製造工程において、単結晶基板１〜９が支持基板１０から剥離することを抑制することができる。結果として、半導体装置３００の歩留まりを向上することができる。
【実施例】
【０１３７】
本実施例では、単結晶基板（タイル基板）および支持基板１０の接合面の表面粗さが、単結晶基板および支持基板１０の引張り強度および破壊歩留りに及ぼす影響について調査した。
【０１３８】
単結晶基板および支持基板１０の接合面の表面粗さが異なる１５種類の貼合せ基板（炭化珪素基板１００）のサンプル（サンプル１〜サンプル１５）を製造した。１５種類の貼合せ基板の製造は、実施の形態１で説明した製造方法により行われた。具体的にはまず、表面粗さの異なる１５種類の単結晶基板および支持基板１０を準備した。表面粗さは、砥粒のサイズ、定盤の材質、荷重およびエッチング方法によって制御した。それぞれのサンプルの製造条件を表１に示す。
【０１３９】
【表１】
2013258179.tif 000006
【０１４０】
表１に示すように、砥粒のサイズを３μｍ以上１５μｍ以下の範囲で制御した。研磨対象の基板に加える荷重を２５０ｇ／ｃｍ2以上４００ｇ／ｃｍ2以下の範囲で制御した。なお、表１において、ＳｎはＳｎ（錫）の定盤を意味し、ＣｕはＣｕ（銅）および樹脂との混合物を用いた定盤を意味し、ＦｅはＦｅ（鉄）および樹脂との混合物を用いた定盤を意味する。また、表１において、ＫＯＨは溶融ＫＯＨ（水酸化カリウム）エッチングを意味し、ＤＥはＣＦ4を用いた反応性イオンエッチングを意味する。単結晶基板および支持基板１０に対して表面処理が行われた後、単結晶基板と支持基板１０とを接続層１１を介して接続した。このようにして、単結晶基板および支持基板１０の接合面の表面粗さが異なる１５種類の貼合せ基板のサンプル（サンプル１〜サンプル１５）を製造した。当該１５種類の貼合せ基板を用いて、単結晶基板および支持基板１０の引張り強度を測定した。
【０１４１】
表１に記載された条件で表面処理された単結晶基板および支持基板１０の十点平均粗さ（Ｒｚ）および算術平均粗さ（Ｒａ）を表２に示す。また、当該単結晶基板および支持基板１０の引張り強度も表２に示す。なお、引張り強度の測定は以下の方法で実施された。まず、単結晶基板と支持基板１０とを接続層１１を介して接続した。支持基板１０および単結晶基板の一方を固定し、他方を支持基板１０の表面と垂直な方向に引張ったときに、単結晶基板が支持基板から剥離するときの強度を引張り強度とした。
【０１４２】
【表２】
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【０１４３】
表２に示すように、単結晶基板および支持基板１０の十点平均粗さが２μｍ以上２０μｍ以下である場合、単結晶基板および支持基板１０の引張り強度が０．６ＭＰａ以上２８ＭＰａ以下になることが確認された。また、単結晶基板および支持基板１０の算術平均粗さが０．１６μｍ以上０．９５μｍ以下である場合、単結晶基板および支持基板１０の引張り強度が０．６ＭＰａ以上２８ＭＰａ以下になることが確認された。
【０１４４】
次に、引張り強度が異なる貼合せ基板を準備して、以下の条件で単結晶基板の第１の表面の研削、研磨を行い単結晶基板の破壊歩留りを調査した。破壊歩留りとは、研削、研磨を実施したすべてのサンプルの中で、単結晶基板が支持基板１０から剥離しなかったサンプルの数の割合を示した数値である。
【０１４５】
ここで、単結晶基板の研削、研磨条件について説明する。研削は、ビトリファイド砥石を使用して行われた。メカニカルポリッシング（ＭＰ）はダイヤモンド砥粒を使用した行われた。ＣＭＰは実施の形態１で説明したＣＭＰ装置を使用して行われた。研磨剤としてコロイダルシリカを使用した。貼合せ基板に加えられる荷重を２５０ｇ／ｃｍ2とした。スエード研磨布が使用された。
【０１４６】
次に、単結晶基板および支持基板１０の引張り強度と、破壊歩留りとの関係について表３を用いて説明する。
【０１４７】
【表３】
2013258179.tif 000008
【０１４８】
サンプル１６は単結晶基板と支持基板１０との引張り強度が０．３ＭＰａであるサンプルであり、サンプル１７〜サンプル２３は単結晶基板と支持基板１０との引張り強度が０．６ＭＰａ以上であるサンプルである。表３に示すように、引張り強度が０．６ＭＰａ以上になると破壊歩留りが急激に向上することが確認された。また、単結晶基板と支持基板１０との引張り強度が２ＭＰａ以上になると破壊歩留りがさらに向上することが確認された。
【０１４９】
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】
【０１５０】
１〜９  単結晶基板、１ａ〜３ａ  第１の表面、１ｂ〜３ｂ  第１の裏面、１０  支持基板、１０ａ  第２の表面、１０ｂ  第２の裏面、１１  接続層、２０  エピタキシャル層、２０ａ  表面、４１  流動体層、５０  反応性イオンエッチング装置、５２  チャンバ、５４  上部電極、５６  下部電極、５８  基板支持台、６０  ガス供給口、６２  ガス排気口、６４  高周波電源、７１  フィラー、１００，２００  炭化珪素基板、１０１  積層体、１１０  ゲート電極、１１１  ソース電極、１１２  ドレイン電極、１２１  バッファ層、１２２  耐圧保持層、１２３  ｐ領域、１２４  ｎ＋領域、１２５  ｐ＋領域、１２６  酸化膜、１２７  上部ソース電極、１７０  ラッピング装置、１７２  ベース定盤、１７４  定盤、１７６，２７６  結晶ホルダ、１７８，２７８  重り、１８０，２８０  スラリー供給口、２７０  ＣＭＰ装置、３００  半導体装置。
【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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