(57)【要約】【課題】基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能な炭化珪素エピタキシャル基板を提供する。【解決手段】炭化珪素エピタキシャル基板５０は、炭化珪素単結晶基板３０と、第１炭化珪素層１０と、第２炭化珪素層２０とを有している。第１炭化珪素層１０は、炭化珪素単結晶基板上にある。第２炭化珪素層２０は、第１炭化珪素層上にある。第１炭化珪素層１０は、第１不純物層１と第２不純物層２とが交互に積層されることにより構成されている。第１不純物層１および第２不純物層２を１周期とした場合、第１不純物層１および第２不純物層２の積層周期は、２周期以上である。第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度よりも高い。第１不純物層１は、炭化珪素単結晶基板３０と接している。【選択図】図１
2017019679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素単結晶基板と、
前記炭化珪素単結晶基板上の第１炭化珪素層と、
前記第１炭化珪素層上の第２炭化珪素層とを備え、
前記第１炭化珪素層は、第１不純物層と第２不純物層とが交互に積層されることにより構成されており、
前記第１不純物層および前記第２不純物層を１周期とした場合、前記第１不純物層および前記第２不純物層の積層周期は、２周期以上であり、
前記炭化珪素単結晶基板と、前記第１不純物層と、前記第２不純物層と、前記第２炭化珪素層とは、ｎ型不純物を有し、
前記第１不純物層が含むｎ型不純物の濃度は、前記第２不純物層が含むｎ型不純物の濃度よりも高く、
前記第１不純物層は、前記炭化珪素単結晶基板と接している、炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項２】
前記炭化珪素単結晶基板が含むｎ型不純物の濃度を、前記第１不純物層が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、０．１より大きく１０未満である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項３】
前記第１不純物層が含むｎ型不純物の濃度を、前記第２不純物層が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、１０２以上１０５以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項４】
前記第１不純物層が含むｎ型不純物の濃度を、前記第２不純物層が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、１０３以上１０４以下である、請求項３に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項５】
前記第１不純物層の厚みは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項６】
前記第２不純物層の厚みは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項７】
前記積層周期は、３周期以上５０周期以下である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。
【０００３】
たとえば特開２００２−３２９６７０号公報（特許文献１）は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、炭化珪素基板上に炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させる方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２９６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の目的は、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能な炭化珪素エピタキシャル基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素単結晶基板と、第１炭化珪素層と、第２炭化珪素層とを備えている。第１炭化珪素層は、炭化珪素単結晶基板上にある。第２炭化珪素層は、第１炭化珪素層上にある。第１炭化珪素層は、第１不純物層と第２不純物層とが交互に積層されることにより構成されている。第１不純物層および第２不純物層を１周期とした場合、第１不純物層および第２不純物層の積層周期は、２周期以上である。炭化珪素単結晶基板と、第１不純物層と、第２不純物層と、第２炭化珪素層とは、ｎ型不純物を有する。第１不純物層が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層が含むｎ型不純物の濃度よりも高い。第１不純物層は、炭化珪素単結晶基板と接している。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能な炭化珪素エピタキシャル基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す断面模式図である。
【図２】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板のｎ型不純物の濃度分布を概略的に示す図である。
【図３】本実施形態の第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板のｎ型不純物の濃度分布を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態の第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板のｎ型不純物の濃度分布を概略的に示す図である。
【図５】本実施形態の第３変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す断面模式図である。
【図６】本実施形態の第３変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板のｎ型不純物の濃度分布を概略的に示す図である。
【図７】本実施形態の第４変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板のｎ型不純物の濃度分布を概略的に示す図である。
【図８】本実施形態の第５変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板のｎ型不純物の濃度分布を概略的に示す図である。
【図９】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。
【図１０】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。
【図１１】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。
【図１２】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。
【図１３】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第４工程を示す断面模式図である。
【図１４】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第５工程を示す断面模式図である。
【図１５】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第６工程を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施形態の説明］
（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０は、炭化珪素単結晶基板３０と、第１炭化珪素層１０と、第２炭化珪素層２０とを備えている。第１炭化珪素層１０は、炭化珪素単結晶基板上にある。第２炭化珪素層２０は、第１炭化珪素層上にある。第１炭化珪素層１０は、第１不純物層１と第２不純物層２とが交互に積層されることにより構成されている。第１不純物層１および第２不純物層２を１周期とした場合、第１不純物層１および第２不純物層２の積層周期は、２周期以上である。炭化珪素単結晶基板３０と、第１不純物層１と、第２不純物層２と、第２炭化珪素層２０とは、ｎ型不純物を有する。第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度よりも高い。第１不純物層１は、炭化珪素単結晶基板３０と接している。
【００１０】
炭化珪素単結晶基板３０には、通常、転位が存在している。炭化珪素に存在する転位としては、転位線の方向が｛０００１｝面内に平行である基底面転位と、転位線の方向が｛０００１｝面に対して概ね垂直である貫通刃状転位および貫通螺旋転位が知られている。貫通螺旋転位と基底面転位とは、バーガースベクトルが等しい。そのため、貫通刃状転位と基底面転位とは、転位線の方向によって区別され得る。
【００１１】
基底面転位が炭化珪素エピタキシャル基板に存在すると、炭化珪素エピタキシャル基板上に形成されるゲート絶縁膜の信頼性が低下する。具体的には、基底面転位は、Ｐ型領域とＮ型領域との界面において積層欠陥に伸展し、ゲート絶縁膜の信頼性が低下する場合がある。一方、貫通刃状転位は、炭化珪素エピタキシャル基板に存在していても、炭化珪素エピタキシャル基板上に形成されるゲート絶縁膜の信頼性にはほとんど影響を与えない。そのため、炭化珪素単結晶基板に存在する基底面転位を貫通刃状転位に転換し、基底面転位の数を低減することが望ましい。
【００１２】
上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０によれば、第１炭化珪素層１０は、第１不純物層１と第２不純物層２とが交互に積層されることにより構成されている。第１不純物層１および第２不純物層２を１周期とした場合、第１不純物層１および第２不純物層２の積層周期は、２周期以上である。第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度よりも高い。これにより、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能である。
【００１３】
基底面転位が貫通刃状転位に転換されるメカニズムは以下のように考えられる。まず、ｎ型不純物である窒素は、炭化珪素中の炭素と置換されることで、ドナーとして機能する。窒素の共有結合半径は、炭素の共有結合半径よりも小さい。そのため、窒素がドーピングされた炭化珪素の結晶は、窒素がドーピングされていない炭化珪素の結晶よりも縮んでいる。つまり、窒素のドーピング濃度が高い炭化珪素の結晶は、窒素のドーピング濃度が低い炭化珪素の結晶よりも縮んでいる。窒素のドーパント濃度が高い第１不純物層１上に窒素のドーパント濃度が低い第２不純物層２が配置される場合、第１不純物層１が縮んでいるため、第２不純物層２に対して圧縮応力が作用している。第２不純物層２に対して圧縮応力が作用していることにより、第１不純物層１から第２不純物層２へと伸展する基底面転位は、第１不純物層１と第２不純物層２との境界面において貫通刃状転位に転換されやすくなると考えられる。
【００１４】
（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０において、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度を、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、０．１より大きく１０未満であってもよい。炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度と、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度との差が大きいと、炭化珪素単結晶基板３０と第１不純物層１との境界面において、新たな積層欠陥が発生する場合がある。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０は、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度と、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度との差が小さいため、炭化珪素単結晶基板３０と第１不純物層１との境界面において、新たな積層欠陥が発生することを抑制可能である。
【００１５】
（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０において、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度を、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、１０２以上１０５以下であってもよい。これにより、第２不純物層２が含む窒素濃度と、第１不純物層１が含む窒素濃度との差が大きくなり、第２不純物層２に作用する圧縮応力が高くなる。それゆえ、基底面転位から貫通刃状転位へ転換率をさらに向上可能である。
【００１６】
（４）上記（３）に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０において、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度を、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、１０３以上１０４以下であってもよい。
【００１７】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板５０において、第１不純物層１の厚みは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。
【００１８】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板５０において、第２不純物層２の厚みは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。
【００１９】
（７）上記（１）〜（６）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板５０において、積層周期は、３周期以上５０周期以下であってもよい。積層周期を３周期以上とすることにより、基底面転位から貫通刃状転位に転換される機会が増える。そのため、基底面転位から貫通刃状転位への転換率をさらに向上可能である。積層周期を５０周期以下とすることにより、リードタイムが長くなることを抑制することができる。
［実施形態の詳細］
以下、図面に基づいて実施形態を説明する。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番号を付し、その説明は繰り返さない。本明細書中においては、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。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。
【００２０】
まず、実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の構成について説明する。
図１に示されるように、実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０は、炭化珪素単結晶基板３０と、第１炭化珪素層１０と、第２炭化珪素層２０とを主に有している。炭化珪素単結晶基板３０は、たとえばポリタイプ４Ｈを有する六方晶炭化珪素単結晶である。第１炭化珪素層１０は、炭化珪素単結晶基板３０上にある。第１炭化珪素層１０は、たとえばバッファ層である。第１炭化珪素層１０は、エピタキシャル成長により炭化珪素単結晶基板３０に接して形成されたエピタキシャル層である。第２炭化珪素層２０は、第１炭化珪素層１０上にある。第２炭化珪素層２０は、エピタキシャル成長により第１炭化珪素層１０に接して形成されたエピタキシャル層である。第２炭化珪素層２０は、たとえばドリフト層である。
【００２１】
第１炭化珪素層１０は、第１不純物層１と第２不純物層２とが交互に積層されることにより構成されている。図１に示されるように、炭化珪素単結晶基板３０上に第１不純物層１が設けられている。第１不純物層１は、炭化珪素単結晶基板３０と接している。第１不純物層１上に第２不純物層２が設けられている。第１不純物層１および第２不純物層２は、第１積層膜１１を構成する。第２不純物層２上に第３不純物層３（第１不純物層に対応）が設けられている。第３不純物層３上に第４不純物層４（第２不純物層に対応）が設けられている。第３不純物層３および第４不純物層４は、第２積層膜１２を構成する。第４不純物層４上に第２炭化珪素層２０が設けられている。第１不純物層１と、第２不純物層２と、第３不純物層３と、第４不純物層４とは、第１炭化珪素層１０を構成している。図１に示されるように、第１不純物層１および第２不純物層２を１周期とした場合、第１不純物層１および第２不純物層２の積層周期は２周期である。第１不純物層１および第２不純物層２の積層周期は、２周期以上であってもよい。
【００２２】
炭化珪素単結晶基板３０は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板３０の表面Ｓ１は、たとえば基底面からオフ角だけ傾斜した面である。基底面は、たとえば｛０００１｝面であり、特定的には（０００１）面である。オフ角は、たとえば２°以上８°以下である。オフ方向は、＜１−１００＞方向であってもよいし、＜１１−２０＞方向であってもよい。表面Ｓ１および裏面Ｓ２の最大径は、たとえば１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。
【００２３】
炭化珪素単結晶基板３０と、第１不純物層１と、第２不純物層２と、第３不純物層３と、第４不純物層４と、第２炭化珪素層２０とは、たとえば窒素などのｎ型不純物を含む。第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度よりも高い。第１不純物層１が含む窒素などのｎ型不純物の濃度は、たとえば５×１０１８ｃｍ−３である。第１不純物層１が含む窒素などのｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下であってもよい。第２不純物層２が含む窒素などのｎ型不純物の濃度は、たとえば５×１０１５ｃｍ−３である。第２不純物層２が含む窒素などのｎ型不純物の濃度は、１×１０１５ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下であってもよい。第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度を、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、たとえば１０２以上１０５以下であり、好ましくは１０３以上１０４以下である。
【００２４】
第１不純物層１の厚みＴ１は、たとえば１００ｎｍである。厚みＴ１は、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。厚みＴ１は、５０ｎｍ以上であってもよいし、１００ｎｍ以下であってもよい。同様に、第２不純物層２の厚みＴ２は、たとえば１００ｎｍである。厚みＴ２は、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。厚みＴ２は、５０ｎｍ以上であってもよいし、１００ｎｍ以下であってもよい。炭化珪素単結晶基板３０の厚みは、第１炭化珪素層１０の厚みよりも大きい。炭化珪素単結晶基板３０の厚みＴ８は、たとえば２５０μｍ以上７００μｍ以下である。第２炭化珪素層２０の厚みＴ７は、第１炭化珪素層１０の厚みよりも大きくてもよい。第２炭化珪素層２０の厚みＴ７は、たとえば１０μｍである。なお、第３不純物層３の厚みＴ３は、第１不純物層１の厚みＴ１とほぼ同じである。同様に、第４不純物層４の厚みＴ４は、第２不純物層２の厚みＴ２とほぼ同じである。
【００２５】
図２に示されるように、第１不純物層１は、位置ａ１において炭化珪素単結晶基板３０と接している。炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１よりも高くてもよい。反対に、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１よりも低くてもよい。好ましくは、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度を、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、０．１より大きく１０未満である。炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度を、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、１より大きくてもよいし、５未満であってもよい。なお、図２において、横軸は、図１に示す矢印Ｘに沿った方向における位置を示している。矢印Ｘは、表面Ｓ１に対し垂直な方向である。位置０は、裏面Ｓ２に対応する位置である。図３および図４においても同様である。
【００２６】
図２に示されるように、第２不純物層２は、位置ａ２において第１不純物層１と接している。第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度Ｄ２は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１よりも低い。第３不純物層３は、位置ａ３において第２不純物層２と接している。第３不純物層３が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度Ｄ２よりも高い。第３不純物層３が含むｎ型不純物の濃度は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度とほぼ同じである。
【００２７】
第４不純物層４は、位置ａ４において第３不純物層３と接している。第４不純物層４が含むｎ型不純物の濃度は、第３不純物層３が含むｎ型不純物の濃度よりも低い。第４不純物層４が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度とほぼ同じである。第２炭化珪素層２０は、位置ａ５において第４不純物層４と接している。第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度よりも低くてもよい。第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度Ｄ２よりも高く、かつ第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１よりも低くてもよい。
【００２８】
次に、上記実施形態の第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の構成について説明する。
【００２９】
図３に示されるように、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１とほぼ同じであってもよい。炭化珪素単結晶基板３０と第１不純物層１との境界面の位置ａ１において、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１と同じであってもよい。第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第４不純物層４が含むｎ型不純物の濃度よりも低くてもよいし、高くてもよい。
【００３０】
次に、上記実施形態の第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の構成について説明する。
【００３１】
図４に示されるように、第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第４不純物層４が含むｎ型不純物の濃度Ｄ２とほぼ同じであってもよい。第２炭化珪素層２０と第４不純物層４との境界面の位置ａ５において、第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第４不純物層４が含むｎ型不純物の濃度Ｄ２と同じであってもよい。
【００３２】
炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１とほぼ同じであってもよい。炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１よりも高くてもよいし、低くてもよい。
【００３３】
次に、上記実施形態の第３変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の構成について説明する。
【００３４】
図５に示されるように、第１炭化珪素層１０は、第１不純物層１と、第２不純物層２と、第３不純物層３と、第４不純物層４と、第５不純物層５（第１不純物層に対応）と、第６不純物層６（第２不純物層に対応）とにより構成されていてもよい。第４不純物層４上に第５不純物層５が設けられている。第５不純物層５上に第６不純物層６が設けられている。第６不純物層６上に第２炭化珪素層２０が設けられている。第５不純物層５および第６不純物層６は、第３積層膜１３を構成する。第５不純物層５の厚みＴ５は、第１不純物層１の厚みＴ１とほぼ同じである。同様に、第６不純物層６の厚みＴ６は、第２不純物層２の厚みＴ２とほぼ同じである。図５に示されるように、第１不純物層１および第２不純物層２を１周期とした場合、第１不純物層１および第２不純物層２の積層周期は３周期である。好ましくは、積層周期は、３周期以上５０周期以下であり、より好ましくは、５周期以上１０周期以下である。
【００３５】
図６に示されるように、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１よりも高くてもよい。第５不純物層５は、位置ａ５において第４不純物層４と接している。第５不純物層５が含むｎ型不純物の濃度は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１とほぼ同じである。第６不純物層６は、位置ａ６において第５不純物層５と接している。第６不純物層６が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度Ｄ２とほぼ同じである。第２炭化珪素層２０は、位置ａ７において第６不純物層６と接している。第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第６不純物層６が含むｎ型不純物の濃度よりも低くてもよい。なお、図６において、横軸は、図５に示す矢印Ｘに沿った方向における位置を示している。矢印Ｘは、表面Ｓ１に対し垂直な方向である。位置０は、裏面Ｓ２に対応する位置である。図７および図８においても同様である。
【００３６】
次に、上記実施形態の第４変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の構成について説明する。
【００３７】
図７に示されるように、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１とほぼ同じであってもよい。炭化珪素単結晶基板３０と第１不純物層１との境界面の位置ａ１において、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１と同じであってもよい。第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第６不純物層６が含むｎ型不純物の濃度よりも低くてもよいし、高くてもよい。
【００３８】
次に、上記実施形態の第５変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０の構成について説明する。
【００３９】
図８に示されるように、第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第６不純物層６が含むｎ型不純物の濃度とほぼ同じであってもよい。第２炭化珪素層２０と第６不純物層６との境界面の位置ａ７において、第２炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ４は、第６不純物層６が含むｎ型不純物の濃度と同じであってもよい。
【００４０】
炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１とほぼ同じであってもよい。炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度Ｄ３は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度Ｄ１よりも高くてもよいし、低くてもよい。
【００４１】
なお本実施形態において、第１炭化珪素層１０は、第１不純物層１と第２不純物層２とが交互に積層されることにより構成されているとは、矢印Ｘ（図５参照）の方向（積層方向）において、ｎ型不純物の濃度の高低が交互に変化することを意味する。そのため、第３不純物層３および第５不純物層５が含むｎ型不純物の濃度は、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度と異なっていてもよい。同様に、第４不純物層４および第６不純物層６が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度と異なっていてもよい。第３不純物層３および第５不純物層５の厚みは、第１不純物層１の厚みと異なっていてもよい。同様に、第４不純物層４および第６不純物層６の厚みは、第２不純物層２の厚みと異なっていてもよい。
【００４２】
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成について説明する。
【００４３】
図９に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の一例としてのＣＶＤ装置４０は、石英管４３と、誘導加熱コイル４４と、断熱材４２と、発熱体４１と、配管６０と、第１ガスボンベ５１と、第２ガスボンベ５２と、第３ガスボンベ５３と、第４ガスボンベ５４と、基板ホルダ４６とを主に有している。具体的には、発熱体４１は中空構造であって、内部に反応室４５を形成している。断熱材４２は、発熱体４１の外周囲を囲うように配置されている。石英管４３は、断熱材４２の外周側を囲うように配置されている。誘導加熱コイル４４は、石英管４３の外周側を巻回するように設けられている。配管６０は、反応室４５と連通している。
【００４４】
第１ガスボンベ５１には、たとえばキャリアガスである水素（Ｈ２）ガスが充填されている。第２ガスボンベ５２および第３ガスボンベ５３には、たとえば、それぞれ炭化珪素の原料となるシラン（ＳｉＨ４）ガスおよびプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスが各々充填されている。第４ガスボンベ５４には、たとえばドーパントガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスまたは窒素（Ｎ２）ガスが充填されている。配管６０は、上記ガスを反応室４５に導入可能に構成されている。
【００４５】
次に、実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素単結晶基板を準備する工程が実施される。たとえば昇華法により形成した炭化珪素単結晶からなるインゴットをスライスすることにより、表面Ｓ１と、裏面Ｓ２とを有する炭化珪素単結晶基板３０が準備される（図１０参照）。図１０に示されるように、表面Ｓ１は、基底面Ｓ３からオフ角だけ傾斜した面である。基底面Ｓ３は、たとえば｛０００１｝面であり、好ましくは（０００１）面である。オフ角は、たとえば２°以上８°以下である。オフ方向は、＜１−１００＞方向であってもよいし、＜１１−２０＞方向であってもよい。炭化珪素単結晶基板３０は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板３０の表面Ｓ１の最大径は、たとえば１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。図１０に示されるように、炭化珪素単結晶基板３０には、基底面転位Ｂ１、Ｂ２が形成されている。基底面転位Ｂ１、Ｂ２は、基底面Ｓ３と平行な方向に伸展する転位である。基底面転位Ｂ１、Ｂ２は、たとえば表面Ｓ１および裏面Ｓ２に露出していてもよい。
【００４６】
次に、第１炭化珪素層を形成する工程が実施される。まず、炭化珪素単結晶基板３０がＣＶＤ装置４０の反応室４５の内部に配置される。炭化珪素単結晶基板３０は、たとえばサセプタなどの基板ホルダ４６上に載置される。次に、反応室４５に、水素（Ｈ2）を含むキャリアガスと、モノシラン（ＳｉＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）および窒素（Ｎ2）などを含む原料ガスとが導入される。つまり、原料ガスは、Ｓｉを含む気体と、Ｃを含む気体と、Ｎを含むドーパントガスとを有する。原料ガスは、アンモニアガスを有していてもよい。原料ガスおよびドーパントガスを含む混合ガスＧが反応室４５内に供給される。
【００４７】
誘導加熱コイル４４に高周波電流を流すと、電磁誘導作用により、発熱体４１は誘導加熱される。これにより、反応室４５中の炭化珪素単結晶基板３０および混合ガスＧが所定の温度に加熱される。炭化珪素単結晶基板３０および混合ガスＧは、たとえば１５００°以上１７００°以下程度に加熱される。これにより、炭化珪素単結晶基板３０上に第１不純物層１が形成される。好ましくは、第１不純物層１を形成する工程において、炭素の原子数を珪素の原子数で除した比（Ｃ／Ｓｉ比）が２．０以下である原料ガスが用いられる。
【００４８】
当該Ｃ／Ｓｉ比は、０．８以上１．５以下であってもよいし、０．９以上１．３以下であってもよい。当該Ｃ／Ｓｉ比が小さい場合、第１不純物層１にドーパントしての窒素原子が取り込まれやすい。そのため、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度を高くすることができる。第１不純物層１の厚みＴ１は、たとえば２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。図１１に示されるように、炭化珪素単結晶基板３０に存在していた多数の基底面転位Ｂ１、Ｂ２が、第１不純物層１に引き継がれる。
【００４９】
次に、第２不純物層を形成する工程が実施される。第１不純物層を形成する工程と同様に、反応室４５内で、キャリアガスおよび原料ガスを含む混合ガスＧと炭化珪素単結晶基板３０とが加熱されることにより、第１不純物層１上に第２不純物層２が形成される（図１２参照）。好ましくは、第２不純物層２を形成する工程において、炭素の原子数を珪素の原子数で除した比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．０より大きい原料ガスが用いられる。
【００５０】
当該Ｃ／Ｓｉ比は、たとえば１．０よりも大きく３．０以下であってもよいし、１．５以上２．５以下であってもよい。当該Ｃ／Ｓｉ比が大きい場合、第２不純物層２にドーパントしての窒素原子が取り込まれづらい。そのため、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度を低くすることができる。第１不純物層１を形成する工程における窒素の流量よりも、第２不純物層２を形成する工程における窒素の流量を小さくすることにより、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度を、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度よりも低くしてもよい。第２不純物層２の厚みＴ２は、たとえば２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００５１】
図１２に示されるように、第１不純物層１と第２不純物層２との境界面付近において、第１不純物層１に存在していた基底面転位Ｂ１が、貫通刃状転位にＢ３に転換される。基底面転位Ｂ１が貫通刃状転位Ｂ３に転換されるメカニズムは上述の通りである。なお、第２不純物層２において、貫通刃状転位に転換されない基底面転位Ｂ２があってもよい。
【００５２】
次に、第３不純物層を形成する工程が実施される。第３不純物層３は、第１不純物層１と同様の方法により形成される。図２に示されるように、第３不純物層３が含む窒素の濃度は、第１不純物層１が含む窒素の濃度とほぼ同じであってもよい。第３不純物層３の厚みは、第１不純物層１の厚みとほぼ同じであってもよい。図１３に示されるように、第２不純物層２中の貫通刃状転位Ｂ３は、第３不純物層３に引き継がれる。同様に、第２不純物層２中の基底面転位Ｂ２は、第３不純物層３に引き継がれる。
【００５３】
次に、第４不純物層を形成する工程が実施される。第４不純物層４は、第２不純物層２と同様の方法により形成される。図２に示されるように、第４不純物層４が含む窒素の濃度は、第２不純物層２が含む窒素の濃度とほぼ同じであってもよい。第４不純物層４の厚みは、第２不純物層２の厚みとほぼ同じであってもよい。図１４に示されるように、第３不純物層３と第４不純物層４との境界面付近において、第３不純物層３に存在していた基底面転位Ｂ２が、貫通刃状転位にＢ４に転換される。第３不純物層３中の貫通刃状転位Ｂ３は、第４不純物層４に引き継がれる。以上のように、第１不純物層１および第２不純物層２の境界面において、貫通刃状転位に転換されなかった基底面転位Ｂ２が、第３不純物層３および第４不純物層４の境界面において、基底面転位Ｂ２から貫通刃状転位Ｂ４に転換される。このように、第１不純物層１および第２不純物層２の積層数が多い程、基底面転位Ｂ２から貫通刃状転位Ｂ４に転換される機会が増える。結果として、転換率が向上する。
【００５４】
次に、第２炭化珪素層を形成する工程が実施される。反応室４５内で、キャリアガスおよび原料ガスを含む混合ガスＧと炭化珪素単結晶基板３０とが加熱されることにより、第４不純物層４上に第２炭化珪素層２０が形成される。第２炭化珪素層２０を形成する工程において、炭素の原子数を珪素の原子数で除した比（Ｃ／Ｓｉ比）は１．０未満であってもよいし、１．０以上であってもよい。第２炭化珪素層２０が含む窒素の濃度は、たとえば５×１０１５ｃｍ−３である。第２炭化珪素層２０の厚みは、第１炭化珪素層１０の厚みよりも大きくてもよい。
【００５５】
なお、原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、たとえばモノシランガスの流量を一定の値に維持しながら、プロパンガスの流量を変化させることにより、変化させることができる。同様に、プロパンガスの流量を一定の値に維持しながら、モノシランガスの流量を変化させることによっても、原料ガスのＣ／Ｓｉ比を変化させることができる。
【００５６】
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の作用効果について説明する。
【００５７】
本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０によれば、第１炭化珪素層１０は、第１不純物層１と第２不純物層２とが交互に積層されることにより構成されている。第１不純物層１および第２不純物層２を１周期とした場合、第１不純物層１および第２不純物層２の積層周期は、２周期以上である。第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度は、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度よりも高い。これにより、基底面転位から貫通刃状転位への転換率を向上可能である。
【００５８】
また本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０によれば、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度を、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、０．１より大きく１０未満である。炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度と、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度との差が大きいと、炭化珪素単結晶基板３０と第１不純物層１との境界面において、新たな積層欠陥が発生する場合がある。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０は、炭化珪素単結晶基板３０が含むｎ型不純物の濃度と、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度との差が小さいため、炭化珪素単結晶基板３０と第１不純物層１との境界面において、新たな積層欠陥が発生することを抑制可能である。
【００５９】
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０によれば、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度を、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、１０２以上１０５以下である。これにより、第２不純物層２が含む窒素濃度と、第１不純物層１が含む窒素濃度との差が大きくなり、第２不純物層２に作用する圧縮応力が高くなる。それゆえ、基底面転位から貫通刃状転位へ転換率をさらに向上可能である。
【００６０】
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０によれば、第１不純物層１が含むｎ型不純物の濃度を、第２不純物層２が含むｎ型不純物の濃度で除した値は、１０３以上１０４以下である。
【００６１】
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０によれば、第１不純物層１の厚みは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００６２】
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０によれば、第２不純物層２の厚みは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００６３】
さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板５０によれば、積層周期は、３周期以上５０周期以下である。積層周期を３周期以上とすることにより、基底面転位から貫通刃状転位に転換される機会が増える。そのため、基底面転位から貫通刃状転位への転換率をさらに向上可能である。積層周期を５０周期以下とすることにより、リードタイムが長くなることを抑制することができる。
【００６４】
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】
【００６５】
１  第１不純物層
２  第２不純物層
３  第３不純物層
４  第４不純物層
５  第５不純物層
６  第６不純物層
１０  第１炭化珪素層
１１、１２、１３  周期
２０  第２炭化珪素層
３０  炭化珪素単結晶基板
４０  製造装置
４１  発熱体
４２  断熱材
４３  石英管
４４  誘導加熱コイル
４５  反応室
４６  基板ホルダ
５０  炭化珪素エピタキシャル基板
５１  第１ガスボンベ
５２  第２ガスボンベ
５３  第３ガスボンベ
５４  第４ガスボンベ
６０  配管
ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７  位置
Ｂ１，Ｂ２  基底面転位
Ｂ３，Ｂ４  貫通刃状転位
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  濃度
Ｇ  混合ガス
Ｓ１  表面
Ｓ２  裏面
Ｓ３  基底面
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８  厚み
【図１】
2017019679.tif 000003
【図２】
2017019679.tif 000004
【図３】
2017019679.tif 000005
【図４】
2017019679.tif 000006
【図５】
2017019679.tif 000007
【図６】
2017019679.tif 000008
【図７】
2017019679.tif 000009
【図８】
2017019679.tif 000010
【図９】
2017019679.tif 000011
【図１０】
2017019679.tif 000012
【図１１】
2017019679.tif 000013
【図１２】
2017019679.tif 000014
【図１３】
2017019679.tif 000015
【図１４】
2017019679.tif 000016
【図１５】
2017019679.tif 000017