炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置
【課題】炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素基板１の製造方法は、単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板２０を準備する工程と、坩堝８０内においてＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂに面するようにベース基板１０を配置する工程と、坩堝８０内において、ベース基板１０を、ベース基板１０を構成する炭化珪素の昇華温度よりも高い温度域に加熱することにより、ＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂに接触するように炭化珪素からなるベース層１０を形成する工程とを備えている。そして、ベース層１０を形成する工程では、坩堝８０内に珪素を含有するガスが導入される。
【解決手段】炭化珪素基板１の製造方法は、単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板２０を準備する工程と、坩堝８０内においてＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂに面するようにベース基板１０を配置する工程と、坩堝８０内において、ベース基板１０を、ベース基板１０を構成する炭化珪素の昇華温度よりも高い温度域に加熱することにより、ＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂに接触するように炭化珪素からなるベース層１０を形成する工程とを備えている。そして、ベース層１０を形成する工程では、坩堝８０内に珪素を含有するガスが導入される。
【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、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置に関し、より特定的には、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。
【０００３】
このような状況の下、半導体装置の製造に用いられる炭化珪素結晶および炭化珪素基板の製造方法については、種々の検討がなされ、様々なアイデアが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０５３１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、炭化珪素は常圧で液相を持たない。また、結晶成長温度が２０００℃以上と非常に高く、成長条件の制御や、その安定化が困難である。そのため、炭化珪素単結晶は、高品質を維持しつつ大口径化することが困難であり、大口径の高品質な炭化珪素基板を得ることは容易ではない。そして、大口径の炭化珪素基板の作製が困難であることに起因して、炭化珪素基板の製造コストが上昇するだけでなく、当該炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造するに際しては、１バッチあたりの生産個数が少なくなり、半導体装置の製造コストが高くなるという問題があった。また、製造コストの高い炭化珪素単結晶を基板として有効に利用することにより、半導体装置の製造コストを低減できるものと考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った炭化珪素基板の製造方法は、単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板を準備する工程と、容器内においてＳｉＣ基板の一方の主面に面するように炭化珪素源を配置する工程と、当該容器内において、炭化珪素源を、炭化珪素源を構成する炭化珪素の昇華温度よりも高い温度域に加熱することにより、ＳｉＣ基板の一方の主面に接触するように炭化珪素からなるベース層を形成する工程とを備えている。そして、ベース層を形成する工程では、上記容器内に珪素を含有するガスが導入される。
【０００８】
上述のように、高品質な炭化珪素単結晶は、大口径化が困難である。一方、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造プロセスにおいて効率よく製造を行なうためには、所定の形状および大きさに統一された基板が必要である。そのため、高品質な炭化珪素単結晶（たとえば欠陥密度が小さい炭化珪素単結晶）が得られた場合でも、切断等によって所定の形状等に加工できない領域は、有効に利用されない可能性がある。
【０００９】
これに対し、本発明の炭化珪素基板の製造方法では、単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板の一方の主面に接触するようにベース層が形成される。そのため、たとえば高品質であるものの所望の形状等が実現されていない炭化珪素単結晶をＳｉＣ基板として採用しつつ、安価であるものの欠陥密度が大きく、低品質な炭化珪素結晶からなるベース層を上記所定の形状および大きさになるように形成することができる。このようなプロセスで製造される炭化珪素基板は、全体として所定の形状および大きさに統一されているため、半導体装置の製造の効率化に寄与することができる。また、このようなプロセスで製造される炭化珪素基板では、従来所望の形状等に加工できないため利用されていなかった高品質な炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ基板を利用して半導体装置を製造することが可能であるため、炭化珪素単結晶を有効に利用することができる。
【００１０】
以上のように、本発明の炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を可能とする炭化珪素基板の製造方法を提供することができる。
【００１１】
さらに、上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程が十分に進行しない場合がある。本発明者による検討によれば、これは以下のような原因によることが分かった。すなわち、上記ベース層の形成は、炭化珪素源が炭化珪素の昇華温度以上の温度域に加熱されることにより達成される。ベース層の形成は、炭化珪素源を構成する炭化珪素が昇華して昇華ガスとなり、当該昇華ガスがＳｉＣ基板上において再結晶することにより達成される。
【００１２】
ここで、上記昇華ガスは、固体炭化珪素が昇華することによって形成されるガスであって、たとえばＳｉ、Ｓｉ２Ｃ、ＳｉＣ２などを含む。しかし、ベース層の形成が実施される雰囲気における昇華ガスの蒸気圧が飽和蒸気圧未満である場合、炭素に比べて蒸気圧が高い珪素が炭化珪素から選択的に（優先的に）離脱する。そのため、上記炭化珪素源の表面付近が炭化（グラファイト化）する。その結果、炭化珪素の昇華が妨げられ、ベース層の形成が進行しにくくなる。
【００１３】
これに対し、本発明の炭化珪素基板の製造方法においては、外部から、ベース層の形成が実施される容器内に、珪素を含有するガスが導入される。これにより、容器内における珪素を含むガスの蒸気圧が上昇する。そのため、上述のような珪素の選択的な離脱に起因する炭化珪素源の炭化が抑制される。その結果、炭化珪素源の昇華、再結晶によるベース層の形成が順調に進行する。
【００１４】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、上記珪素を含有するガスは、珪素を含有するガス以外のガス（希釈ガス）により希釈されていてもよい。これにより、容器内における珪素を含むガスの蒸気圧を所望の値に制御することが容易となる。なお、希釈ガスとしては、たとえばアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを採用することができる。
【００１５】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、炭化珪素源は、ＳｉＣ基板よりも高い温度域に加熱されてもよい。これにより、ＳｉＣ基板の結晶性などの品質を維持しつつ炭化珪素基板を製造することができる。
【００１６】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、上記容器を構成する素材としてグラファイトが使用されてもよい。
【００１７】
グラファイトは高温で安定であるだけでなく、加工が容易であり、かつ素材コストも比較的低い。そのため、グラファイトは、炭化珪素の昇華温度以上の温度域に炭化珪素源を加熱する必要のある工程において使用される容器の素材として好適である。
【００１８】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ＳｉＣ基板を準備する工程では、複数のＳｉＣ基板が準備され、炭化珪素源を配置する工程では、複数のＳｉＣ基板が平面的に見て並べて配置された状態で炭化珪素源が配置され、ベース層を形成する工程では、複数のＳｉＣ基板の一方の主面同士が接続されるようにベース層が形成されてもよい。
【００１９】
上述のように、高品質な炭化珪素単結晶は、大口径化が困難である。これに対し、高品質な炭化珪素単結晶から採取した複数のＳｉＣ基板を平面的に複数並べて配置したうえで、当該複数のＳｉＣ基板の一方の主面同士が接続されるようにベース層を形成することにより、高品質なＳｉＣ層を有する大口径な基板として取り扱うことが可能な炭化珪素基板を得ることができる。そして、この炭化珪素基板を用いることにより、半導体装置の製造プロセスを効率化することができる。なお、半導体装置の製造プロセスを効率化するためには、上記複数のＳｉＣ基板のうち互いに隣り合うＳｉＣ基板は、互いに接触して配置されることが好ましい。より具体的には、たとえば上記複数のＳｉＣ基板は、平面的に見てマトリックス状に敷き詰められることが好ましい。
【００２０】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素源を配置する工程では、炭化珪素源として炭化珪素からなるベース基板が、ベース基板の一方の主面とＳｉＣ基板の一方の主面とが接触して対向するように配置され、ベース層を形成する工程では、ベース基板が加熱されることによりベース基板がＳｉＣ基板に接合されてベース層を形成してもよい。このように炭化珪素源として炭化珪素からなるベース基板を採用することにより、容易にベース層を形成することができる。
【００２１】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素源を配置する工程よりも前に、炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべきベース基板およびＳｉＣ基板の主面を平坦化する工程をさらに備えていてもよい。このように、ベース基板とＳｉＣ基板との接合面となるべき面を予め平坦化しておくことにより、ベース基板とＳｉＣ基板とをより確実に接合することができる。
【００２２】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素源を配置する工程は、炭化珪素源を配置する工程よりも前に、炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべきベース基板およびＳｉＣ基板の主面を研磨することなく実施されてもよい。
【００２３】
これにより、炭化珪素基板の製造コストを低減することができる。ここで、炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべきベース基板およびＳｉＣ基板の主面は、上述のように研磨されなくてもよい。しかし、基板作製時におけるスライスなどにより形成された表面付近のダメージ層を除去する観点から、たとえばエッチングによって当該ダメージ層が除去される工程が実施された後に上記炭化珪素源を配置する工程が実施されることが好ましい。
【００２４】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素源を配置する工程では、炭化珪素源として炭化珪素からなる原料基板が、当該原料基板の一方の主面とＳｉＣ基板の一方の主面とが間隔をおいて対向するように配置され、ベース層を形成する工程では、原料基板が加熱されることにより原料基板を構成する炭化珪素が昇華してベース層を形成してもよい。
【００２５】
このように炭化珪素源として炭化珪素からなる原料基板を採用することにより、容易にベース層を形成することができる。
【００２６】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面の、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となるようにベース層が形成されてもよい。
【００２７】
六方晶の単結晶炭化珪素は、＜０００１＞方向に成長させることにより、高品質な単結晶を効率よく作製することができる。そして、＜０００１＞方向に成長させた炭化珪素単結晶からは、｛０００１｝面を主面とする炭化珪素基板を効率よく採取することができる。一方、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下である主面を有する炭化珪素基板を用いることにより、高性能な半導体装置を製造できる場合がある。
【００２８】
具体的には、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；酸化膜電界効果トランジスタ）の作製に用いられる炭化珪素基板は、面方位｛０００１｝に対するオフ角が８°程度以下である主面を有していることが一般的である。そして、当該主面上にエピタキシャル成長層が形成されるとともに、当該エピタキシャル成長層上に酸化膜、電極などが形成され、ＭＯＳＦＥＴが得られる。このＭＯＳＦＥＴにおいては、エピタキシャル成長層と酸化膜との界面を含む領域にチャネル領域が形成される。しかし、このような構造を有するＭＯＳＦＥＴにおいては、基板の主面の｛０００１｝面に対するオフ角が８°程度以下であることに起因して、チャネル領域が形成されるエピタキシャル成長層と酸化膜との界面付近において多くの界面準位が形成され、キャリアの走行の妨げとなって、チャネル移動度が低下する。
【００２９】
これに対し、上記ベース層を形成する工程において、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面の、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となるようにベース層を形成することにより、製造される炭化珪素基板の主面の｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となる。そのため、上記界面準位の形成が抑制され、オン抵抗が低減されたＭＯＳＦＥＴ等を作製可能な炭化珪素基板を製造することができる。
【００３０】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面のオフ方位と＜１−１００＞方向とのなす角が５°以下となるようにベース層が形成されてもよい。
【００３１】
＜１−１００＞方向は、炭化珪素基板における代表的なオフ方位である。そして、基板の製造工程におけるスライス加工のばらつき等に起因したオフ方位のばらつきを５°以下とすることにより、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル成長層の形成などを容易にすることができる。
【００３２】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面の、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上５°以下となるようにベース層が形成されてもよい。
【００３３】
これにより、炭化珪素基板を用いてＭＯＳＦＥＴ等を作製した場合におけるチャネル移動度を、より一層向上させることができる。ここで、面方位{０３−３８}に対するオフ角を−３°以上＋５°以下としたのは、チャネル移動度と当該オフ角との関係を調査した結果、この範囲内で特に高いチャネル移動度が得られたことに基づいている。
【００３４】
また、「＜１−１００＞方向における{０３−３８}面に対するオフ角」とは、＜１−１００＞方向および＜０００１＞方向の張る平面への上記主面の法線の正射影と、{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。
【００３５】
なお、上記主面の面方位は、実質的に{０３−３８}であることがより好ましく、上記主面の面方位は{０３−３８}であることがさらに好ましい。ここで、主面の面方位が実質的に{０３−３８}であるとは、基板の加工精度などを考慮して実質的に面方位が{０３−３８}とみなせるオフ角の範囲に基板の主面の面方位が含まれていることを意味し、この場合のオフ角の範囲はたとえば{０３−３８}に対してオフ角が±２°の範囲である。これにより、上述したチャネル移動度をより一層向上させることができる。
【００３６】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面のオフ方位と＜１１−２０＞方向とのなす角が５°以下となるようにベース層が形成されてもよい。
【００３７】
＜１１−２０＞方向は、上記＜１−１００＞方向と同様に、炭化珪素基板における代表的なオフ方位である。そして、基板の製造工程におけるスライス加工のばらつき等に起因したオフ方位のばらつきを±５°とすることにより、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル成長層の形成などを容易にすることができる。
【００３８】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、１０−１Ｐａよりも高く１０４Ｐａよりも低い圧力下においてベース層が形成されてもよい。これにより、簡素な装置により上記ベース層を形成することが可能になるとともに比較的短時間でベース層の形成を実施するための雰囲気を得ることが可能となる。その結果、炭化珪素基板の製造コストを低減することができる。
【００３９】
本発明に従った半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程と、炭化珪素基板上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、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ている。そして、炭化珪素基板を準備する工程では、上記本発明の炭化珪素基板の製造方法により炭化珪素基板が製造される。
【００４０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造された炭化珪素基板を用いて半導体装置が製造されるため、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００４１】
本発明に従った炭化珪素基板は、上記本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造されている。これにより、本発明の炭化珪素基板は、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板となっている。
【００４２】
本発明に従った半導体装置は、上記本発明の半導体装置の製造方法により製造されている。これにより、本発明の半導体装置は、製造コストが低減された半導体装置となっている。
【発明の効果】
【００４３】
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、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置によれば、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】炭化珪素基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図３】炭化珪素基板の構造を示す概略断面図である。
【図４】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図８】実施の形態３における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図９】実施の形態３における炭化珪素基板の構造を示す概略断面図である。
【図１０】縦型ＭＯＳＦＥＴの構造を示す概略断面図である。
【図１１】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図１２】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１４】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１５】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４６】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について図１および図２に基づいて説明する。図１を参照して、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図２を参照して、炭化珪素からなるベース基板１０および単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板２０が準備される。ベース基板１０は、本実施の形態における炭化珪素源である。このとき、ＳｉＣ基板２０の主面２０Ａは、この製造方法により得られるＳｉＣ層２０の主面２０Ａとなることから（後述の図３参照）、所望の主面２０Ａの面方位に合わせて、ＳｉＣ基板２０の主面２０Ａの面方位を選択する。また、ベース基板１０には、たとえば不純物濃度が２×１０１９ｃｍ−３よりも大きい基板を採用することができる。そして、ＳｉＣ基板２０には、不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３よりも大きく２×１０１９ｃｍ−３よりも小さい基板を採用することができる。これにより、抵抗率の小さいベース層１０を形成しつつ、デバイスプロセスにおける熱処理が実施された場合でも、少なくともＳｉＣ層２０において積層欠陥の発生を抑制することができる。また、ベース基板１０としては、単結晶炭化珪素、多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素、炭化珪素焼結体などからなる基板を採用することができる。
【００４７】
次に、工程（Ｓ２０）として基板平坦化工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、後述する工程（Ｓ３０）において互いに接触すべきベース基板１０の主面１０ＡおよびＳｉＣ基板２０の主面２０Ｂ（接合面）が、たとえば研磨により平坦化される。なお、この工程（Ｓ２０）は必須の工程ではないが、これを実施しておくことにより、互いに対向するベース基板１０とＳｉＣ基板２０との間の隙間の大きさが均一となるため、後述する工程（Ｓ４０）において接合面内での反応（接合）の均一性が向上する。その結果、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０とをより確実に接合することができる。また、一層確実にベース基板１０とＳｉＣ基板とを接合するためには、上記接合面の面粗さＲａは１００ｎｍ未満であることが好ましく、５０ｎｍ未満であることが好ましい。さらに、接合面の面粗さＲａを１０ｎｍ未満とすることにより、より確実な接合を達成することができる。
【００４８】
一方、工程（Ｓ２０）を省略し、互いに接触すべきベース基板１０およびＳｉＣ基板２０の主面を研磨することなく工程（Ｓ３０）が実施されてもよい。これにより、炭化珪素基板１の製造コストを低減することができる。また、ベース基板１０およびＳｉＣ基板２０の作製時におけるスライスなどにより形成された表面付近のダメージ層を除去する観点から、たとえばエッチングによって当該ダメージ層が除去される工程が上記工程（Ｓ２０）に代えて、あるいは上記工程（Ｓ２０）の後に実施された上で、後述する工程（Ｓ３０）が実施されてもよい。
【００４９】
次に、工程（Ｓ３０）として、積層工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、容器としての坩堝８０内においてＳｉＣ基板２０の一方の主面に面するように炭化珪素源であるベース基板１０が、当該ベース基板１０の一方の主面１０ＡとＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂとが接触して対向するように配置される。より具体的には、図２を参照して、ベース基板１０の主面１０Ａ上に接触するようにＳｉＣ基板２０が載置されて、積層基板２が作製される。
【００５０】
ここで、ＳｉＣ基板２０のベース基板１０とは反対側の主面２０Ａは、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となっていてもよい。これにより、ＳｉＣ層２０の主面２０Ａが、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となっている炭化珪素基板１を容易に製造することができる。また、上記主面２０Ａのオフ方位と＜１−１００＞方向とのなす角は５°以下となっていてもよい。これにより、作製される炭化珪素基板１上（主面２０Ａ上）へのエピタキシャル成長層の形成などを容易にすることができる。さらに、主面２０Ａの、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角は−３°以上５°以下であってもよい。これにより、製造される炭化珪素基板１を用いてＭＯＳＦＥＴなどを作製した場合におけるチャネル移動度を、より一層向上させることができる。
【００５１】
一方、主面２０Ａのオフ方位と＜１１−２０＞方向とのなす角は５°以下となっていてもよい。これにより、作製される炭化珪素基板１上へのエピタキシャル成長層の形成などを容易にすることができる。
【００５２】
次に、工程（Ｓ４０）として、接合工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、坩堝８０内において、ベース基板１０を、ベース基板１０を構成する炭化珪素の昇華温度以上の温度域に加熱することによりＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂに接触するように炭化珪素からなるベース層を形成する。つまり、積層基板２が加熱されることによりベース基板１０がＳｉＣ基板２０に接合されてベース層が形成される。
【００５３】
ここで、図２を参照して、坩堝８０を構成する素材としては、たとえばグラファイトなどを使用することができる。そして、坩堝８０には、複数の貫通孔８３が形成されており、外部から坩堝８０内へのガスの導入および坩堝８０内から外部へのガスの排出が可能となっている。さらに、坩堝８０はチャンバー８４内に配置される。チャンバー８４には、チャンバー８４内にガスを導入するためのガス導入管８５と、チャンバー８４内のガスを排出するためのガス排出管８７とが接続されている。ガス導入管８５には、チャンバー８４内に導入すべきガスを供給するガス供給源８６が接続されている。
【００５４】
そして、工程（Ｓ４０）においては、上記積層基板２が、炭化珪素の昇華温度以上の温度域に加熱されることにより、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０とが接合される。このとき、ガス供給源８６からガス導入管８５を介して珪素を含有するガスがチャンバー８４内に導入される。珪素を含有するガスとしては、たとえばシラン（ＳｉＨ４）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスなどを採用することができる。また、上記珪素を含有するガスは、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスにて希釈されていてもよい。導入された珪素を含有するガスは、貫通孔８３を通って坩堝８０内に供給される。以上の手順により、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法が完了し、図３に示す炭化珪素基板１が得られる。
【００５５】
なお、上記炭化珪素基板の製造方法においては、積層基板２におけるＳｉＣ基板２０の、ベース基板１０とは反対側の主面２０Ａに対応するＳｉＣ基板２０の主面を研磨する工程をさらに備えていてもよい。これにより、ＳｉＣ層２０（ＳｉＣ基板２０）の、ベース基板１０とは反対側の主面２０Ａ上に高品質なエピタキシャル成長層を形成することができる。その結果、高品質な当該エピタキシャル成長層をたとえば活性層として含む半導体装置を製造することができる。すなわち、このような工程を採用することにより、上記ＳｉＣ層２０上に形成されたエピタキシャル層を含む高品質な半導体装置を製造することが可能な炭化珪素基板１を得ることができる。ここで、当該ＳｉＣ基板２０の主面２０Ａの研磨は、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０との接合後に実施されてもよいし、上記積層基板においてベース基板１０とは反対側の主面２０ＡとなるべきＳｉＣ基板２０の主面を予め研磨することにより、積層基板を作製する工程よりも前に実施されてもよい。
【００５６】
図３を参照して、上記製造方法により得られる炭化珪素基板１は、炭化珪素からなるベース層１０と、ベース層１０とは別の単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ層２０とを備えている。ここで、ＳｉＣ層２０がベース層１０とは別の単結晶炭化珪素からなる状態とは、ベース層１０が炭化珪素の多結晶、非晶質など単結晶以外の炭化珪素からなる場合を含むとともに、ベース層１０が単結晶炭化珪素からなる場合であってＳｉＣ層２０とは別の結晶からなっている場合を含む。ベース層１０とＳｉＣ層２０とが別の結晶からなっている状態とは、ベース層１０とＳｉＣ層２０との間に境界が存在し、たとえば当該境界の一方側と他方側とで欠陥密度が異なっている状態を意味する。このとき、欠陥密度が当該境界において不連続となっていてもよい。
【００５７】
上記本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法においては、炭化珪素基板１は、ベース基板１０の形状等の選択により所望の形状および大きさとすることができる。そのため、半導体装置の製造の効率化に寄与することが可能な炭化珪素基板１を製造することができる。また、このようなプロセスで製造される炭化珪素基板１では、従来所望の形状等に加工できないため利用されていなかった高品質な炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ基板２０を利用して半導体装置を製造することが可能であるため、炭化珪素単結晶を有効に利用することができる。その結果、本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法によれば、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を可能とする炭化珪素基板１を製造することができる。
【００５８】
さらに、本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法の工程（Ｓ４０）においては、接合を実施するための容器である坩堝８０内に珪素を含有するガスが導入される。これにより、坩堝８０内における珪素を含むガスの蒸気圧が上昇する。そのため、ベース基板１０およびＳｉＣ基板２０からの珪素の選択的な離脱に起因するベース基板１０やＳｉＣ基板２０の表面の炭化（グラファイト化）が抑制される。その結果、炭化珪素の昇華、再結晶によるベース基板１０とＳｉＣ基板２０との接合が順調に進行する。
【００５９】
なお、坩堝８０内に導入される珪素を含むガスとしては、シランガス、ジクロロシランガスのほか、たとえばヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ）、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）などであってもよい。
【００６０】
また、上記本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法では、工程（Ｓ４０）において、ベース基板１０がＳｉＣ基板２０よりも高い温度に加熱されてもよい。これにより、主にベース基板１０を構成する炭化珪素が昇華、再結晶することによりベース基板１０とＳｉＣ基板２０との接合が達成される。その結果、ＳｉＣ基板２０の結晶性などの品質を維持しつつ炭化珪素基板１を製造することができる。
【００６１】
ここで、ベース基板１０が単結晶炭化珪素からなっている場合、図３を参照して、得られる炭化珪素基板のベース層１０は単結晶炭化珪素からなる。一方、ベース基板１０が多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素、炭化珪素焼結体などからなる場合、ベース基板１０を構成する炭化珪素が昇華してＳｉＣ基板２０上において再結晶して形成された領域のみが、単結晶炭化珪素からなる単結晶層１０Ｂとなる。つまり、このような場合、図３を参照して、ベース層１０が、ＳｉＣ層２０に対向する側の主面１０Ａを含むように単結晶炭化珪素からなる単結晶層１０Ｂを含む炭化珪素基板１が得られる。この場合、炭化珪素基板１を用いて半導体装置を製造するに際し、たとえば製造プロセスの初期においては厚みの大きい取り扱い容易な状態を維持し、製造プロセスの途中で単結晶層１０Ｂ以外のベース層（ベース基板）１０の領域である非単結晶領域１０Ｃを除去してベース層１０のうち単結晶層１０Ｂのみを半導体装置の内部に残存させることができる。これにより、製造プロセスにおける炭化珪素基板１の取り扱いを容易にしつつ高品質な半導体装置を製造することができる。
【００６２】
また、上記本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法では、工程（Ｓ４０）では、１０−１Ｐａよりも高く１０４Ｐａよりも低い圧力下において積層基板が加熱されてもよい。これにより、簡素な装置により上記接合を実施することが可能になるとともに比較的短時間で接合を実施するための雰囲気を得ることが可能となる。その結果、炭化珪素基板１の製造コストを低減することができる。
【００６３】
ここで、工程（Ｓ３０）において作製された積層基板においては、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０との間に形成される隙間が１００μｍ以下となっていることが好ましい。これにより、工程（Ｓ４０）において、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０との均一な接合を達成することができる。
【００６４】
また、工程（Ｓ４０）における積層基板の加熱温度は１８００℃以上２５００℃以下であることが好ましい。加熱温度が１８００℃よりも低い場合、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０との接合に長時間を要し、炭化珪素基板１の製造効率が低下する。一方、加熱温度が２５００℃を超えると、ベース基板１０およびＳｉＣ基板２０の表面が荒れ、作製される炭化珪素基板１における結晶欠陥の発生が多くなるおそれがある。炭化珪素基板１における欠陥の発生を一層抑制しつつ製造効率を向上させるためには、工程（Ｓ４０）における積層基板の加熱温度は１９００℃以上２１００℃以下であることが好ましい。
【００６５】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について図４〜図７を参照して説明する。実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法は、基本的には上記実施の形態１の場合と同様に実施される。しかし、実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法は、ベース層の形成プロセスにおいて実施の形態１の場合とは異なっている。
【００６６】
図４を参照して、実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、実施の形態１の場合と同様にＳｉＣ基板２０が準備されるとともに、炭化珪素からなる原料基板１１が準備される。この原料基板１１は単結晶炭化珪素からなっていてもよいし、多結晶炭化珪素や非晶質炭化珪素からなっていてもよく、炭化珪素の焼結体であってもよい。また、原料基板１１に代えて炭化珪素からなる原料粉末を採用することもできる。
【００６７】
次に、工程（Ｓ５０）として近接配置工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図５を参照して、互いに対向するように加熱容器８０内に配置された第１ヒータ８１および第２ヒータ８２により、それぞれＳｉＣ基板２０および原料基板１１が保持される。つまり、工程（Ｓ５０）では、炭化珪素源として炭化珪素からなる原料基板１１が、原料基板１１の一方の主面１１ＡとＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂとが間隔をおいて対向するように配置される。
【００６８】
ここで、ＳｉＣ基板２０と原料基板１１との間隔の適正な値は、後述する工程（Ｓ６０）における加熱時の昇華ガスの平均自由行程に関係していると考えられる。具体的には、ＳｉＣ基板２０と原料基板１１との間隔の平均値は、後述する工程（Ｓ６０）における加熱時の昇華ガスの平均自由行程よりも小さくなるように設定することができる。たとえば圧力１Ｐａ、温度２０００℃の下では、原子、分子の平均自由行程は、厳密には原子半径、分子半径に依存するが、おおよそ数〜数十ｃｍ程度であり、よって現実的には上記間隔を数ｃｍ以下とすることが好ましい。より具体的には、ＳｉＣ基板２０と原料基板１１とは、１μｍ以上１ｃｍ以下の間隔をおいて互いにその主面が対向するように近接して配置される。さらに、上記間隔の平均値が１ｃｍ以下とされることにより、後述する工程（Ｓ６０）において形成されるベース層１０の膜厚分布を小さくすることができる。さらに、上記間隔の平均値が１ｍｍ以下とされることにより、後述する工程（Ｓ６０）において形成されるベース層１０の膜厚分布を一層小さくすることができる。また、上記間隔の平均値が１μｍ以上とされることにより、炭化珪素が昇華する空間を十分に確保することができる。
【００６９】
次に、工程（Ｓ６０）として昇華工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、第１ヒータ８１によってＳｉＣ基板２０が所定の基板温度まで加熱される。また、第２ヒータ８２によって原料基板１１が所定の原料温度まで加熱される。このとき、原料基板１１が原料温度まで加熱されることによって、原料基板の表面から炭化珪素が昇華する。一方、基板温度は原料温度よりも低く設定される。具体的には、たとえば基板温度は原料温度よりも１℃以上１００℃以下程度低く設定される。基板温度は、たとえば１８００°以上２５００℃以下である。これにより、図６に示すように、原料基板１１から昇華して気体となった炭化珪素は、ＳｉＣ基板２０の表面に到達して固体となり、ベース層１０を形成する。このとき、実施の形態１の場合と同様に、坩堝８０内には、珪素を含有するガスが導入される。これにより、原料基板１１およびＳｉＣ基板２０の炭化が抑制される。
【００７０】
そして、この状態を維持することにより、図７に示すように原料基板１１を構成するＳｉＣが全て昇華してＳｉＣ基板２０の表面上に移動する。これにより、工程（Ｓ６０）が完了し、図３に基づいて説明した実施の形態１と同様の炭化珪素基板１が完成する。ここで、本実施の形態においては、上述のようにＳｉＣ基板２０と原料基板１１との間には所定の間隔が形成される。そのため、本実施の形態の炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素源としての原料基板が多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素、炭化珪素焼結体などからなる場合であっても、形成されるベース層１０は単結晶炭化珪素からなっている。
【００７１】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。実施の形態３における炭化珪素基板の製造方法は、基本的には実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法と同様の手順で実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３における炭化珪素基板の製造方法では、工程（Ｓ３０）においてＳｉＣ基板２０が平面的に見て複数並べて配置されている点で、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００７２】
すなわち、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）において実施の形態１の場合と同様にベース基板１０が準備されるとともに、ＳｉＣ基板２０が複数枚準備される。次に、工程（Ｓ２０）が必要に応じて実施の形態１の場合と同様に実施される。その後、図８を参照して、工程（Ｓ３０）において、ＳｉＣ基板２０が、ベース基板１０の主面１０Ａ上に平面的に見て複数並べて載置されて積層基板２が作製される。すなわち、ＳｉＣ基板２０は、ベース基板１０の主面１０Ａに沿って複数並べて配置される。
【００７３】
より具体的には、ＳｉＣ基板２０は、ベース基板１０の主面１０Ａ上において隣接するＳｉＣ基板２０同士が互いに接触するように、マトリックス状に配置されてもよい。その後、実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ４０）が実施され、炭化珪素基板１が得られる。本実施の形態においては、工程（Ｓ３０）において複数枚のＳｉＣ基板２０がベース基板１０上に載置され、当該複数枚のＳｉＣ基板２０とベース基板１０とが工程（Ｓ４０）において接合される。そのため、図９を参照して、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法によれば、高品質なＳｉＣ層２０を有する大口径な基板として取り扱うことが可能な炭化珪素基板１を製造することができる。そして、この炭化珪素基板１を用いることにより、半導体装置の製造プロセスを効率化することができる。
【００７４】
また、図８を参照して、ＳｉＣ基板２０の端面２０Ｃは、当該ＳｉＣ基板２０の主面２０Ａに対し実質的に垂直となっていることが好ましい。これにより、炭化珪素基板１を容易に製造することができる。ここで、たとえば上記端面２０Ｃと主面２０Ａとのなす角が８５°以上９５°以下であれば、上記端面２０Ｃと主面２０Ａとは実質的に垂直であると判断することができる。
【００７５】
（実施の形態４）
次に、上記本発明の炭化珪素基板を用いて作製される半導体装置の一例を実施の形態４として説明する。図１０を参照して、本発明による半導体装置１０１は、縦型ＤｉＭＯＳＦＥＴ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ＭＯＳＦＥＴ）であって、基板１０２、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および上部ソース電極１２７、ゲート電極１１０および基板１０２の裏面側に形成されたドレイン電極１１２を備える。具体的には、導電型がｎ型の炭化珪素からなる基板１０２の表面上に、炭化珪素からなるバッファ層１２１が形成されている。基板１０２としては、上記実施の形態１〜３において説明した製造方法を含む本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造された炭化珪素基板が採用される。そして、上記実施の形態１〜３の炭化珪素基板１が採用される場合、バッファ層１２１は、炭化珪素基板１のＳｉＣ層２０上に形成される。バッファ層１２１は導電型がｎ型であり、その厚みはたとえば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とすることができる。このバッファ層１２１上には耐圧保持層１２２が形成されている。この耐圧保持層１２２は、導電型がｎ型の炭化珪素からなり、たとえばその厚みは１０μｍである。また、耐圧保持層１２２におけるｎ型の導電性不純物の濃度としては、たとえば５×１０１５ｃｍ−３という値を用いることができる。
【００７６】
この耐圧保持層１２２の表面には、導電型がｐ型である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の内部においては、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。そして、基板１０２において、バッファ層１２１が形成された側の表面とは反対側の面である裏面にドレイン電極１１２が形成されている。
【００７７】
本実施の形態における半導体装置１０１においては、基板１０２として上記実施の形態１〜３において説明した製造方法を含む本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造された炭化珪素基板が採用される。すなわち、半導体装置１０１は、炭化珪素基板としての基板１０２と、基板１０２上に形成されたエピタキシャル成長層としてのバッファ層１２１および耐圧保持層１２２と、耐圧保持層１２２上に形成されたソース電極１１１とを備えている。そして、当該基板１０２は、本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造されている。ここで、上述のように、本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造された基板は、半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板となっている。そのため、半導体装置１０１は、製造コストが低減された半導体装置となっている。
【００７８】
次に、図１１〜図１５を参照して、図１０に示した半導体装置１０１の製造方法を説明する。図１１を参照して、まず、炭化珪素基板準備工程（Ｓ１１０）を実施する。ここでは、たとえば（０３−３８）面が主面となった炭化珪素からなる基板１０２（図１２参照）を準備する。この基板１０２としては、上記実施の形態１〜３において説明した製造方法により製造された炭化珪素基板１を含む上記本発明の炭化珪素基板が準備される。
【００７９】
また、この基板１０２（図１２参照）としては、たとえば導電型がｎ型であり、基板抵抗が０．０２Ωｃｍといった基板を用いてもよい。
【００８０】
次に、図１１に示すように、エピタキシャル層形成工程（Ｓ１２０）を実施する。具体的には、基板１０２の表面上にバッファ層１２１を形成する。このバッファ層１２１は、基板１０２として採用される炭化珪素基板１のＳｉＣ層２０の主面２０Ａ上（図３参照）に形成される。バッファ層１２１としては、導電型がｎ型の炭化珪素からなり、たとえばその厚みが０．５μｍのエピタキシャル層を形成する。バッファ層１２１における導電型不純物の密度は、たとえば５×１０１７ｃｍ−３といった値を用いることができる。そして、このバッファ層１２１上に、図１２に示すように耐圧保持層１２２を形成する。この耐圧保持層１２２としては、導電型がｎ型の炭化珪素からなる層をエピタキシャル成長法によって形成する。この耐圧保持層１２２の厚みとしては、たとえば１０μｍといった値を用いることができる。また、この耐圧保持層１２２におけるｎ型の導電性不純物の密度としては、たとえば５×１０１５ｃｍ−３といった値を用いることができる。
【００８１】
次に、図１１に示すように注入工程（Ｓ１３０）を実施する。具体的には、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて形成した酸化膜をマスクとして用いて、導電型がｐ型の不純物を耐圧保持層１２２に注入することにより、図１３に示すようにｐ領域１２３を形成する。また、用いた酸化膜を除去した後、再度新たなパターンを有する酸化膜を、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する。そして、当該酸化膜をマスクとして、ｎ型の導電性不純物を所定の領域に注入することにより、ｎ＋領域１２４を形成する。また、同様の手法により、導電型がｐ型の導電性不純物を注入することにより、ｐ＋領域１２５を形成する。その結果、図１３に示すような構造を得る。
【００８２】
このような注入工程の後、活性化アニール処理を行なう。この活性化アニール処理としては、たとえばアルゴンガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１７００℃、加熱時間３０分といった条件を用いることができる。
【００８３】
次に、図１１に示すようにゲート絶縁膜形成工程（Ｓ１４０）を実施する。具体的には、図１４に示すように、耐圧保持層１２２、ｐ領域１２３、ｎ＋領域１２４、ｐ＋領域１２５上を覆うように酸化膜１２６を形成する。この酸化膜１２６を形成するための条件としては、たとえばドライ酸化（熱酸化）を行なってもよい。このドライ酸化の条件としては、加熱温度を１２００℃、加熱時間を３０分といった条件を用いることができる。
【００８４】
その後、図１１に示すように窒素アニール工程（Ｓ１５０）を実施する。具体的には、雰囲気ガスを一酸化窒素（ＮＯ）として、アニール処理を行なう。アニール処理の温度条件としては、たとえば加熱温度を１１００℃、加熱時間を１２０分とする。この結果、酸化膜１２６と下層の耐圧保持層１２２、ｐ領域１２３、ｎ＋領域１２４、ｐ＋領域１２５との間の界面近傍に窒素原子が導入される。また、この一酸化窒素を雰囲気ガスとして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を行なってもよい。具体的には、アルゴンガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度を１１００℃、加熱時間を６０分といった条件を用いてもよい。
【００８５】
次に、図１１に示すように電極形成工程（Ｓ１６０）を実施する。具体的には、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を形成する。当該レジスト膜をマスクとして用いて、ｎ＋領域１２４およびｐ＋領域１２５上に位置する酸化膜の部分をエッチングにより除去する。この後、レジスト膜上および当該酸化膜１２６において形成された開口部内部においてｎ＋領域１２４およびｐ＋領域１２５と接触するように、金属などの導電体膜を形成する。その後、レジスト膜を除去することにより、当該レジスト膜上に位置していた導電体膜を除去（リフトオフ）する。ここで、導電体としては、たとえばニッケル（Ｎｉ）を用いることができる。この結果、図１５に示すように、ソース電極１１１を得ることができる。なお、ここでアロイ化のための熱処理を行なうことが好ましい。具体的には、たとえば雰囲気ガスとして不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、加熱温度を９５０℃、加熱時間を２分といった熱処理（アロイ化処理）を行なう。
【００８６】
その後、ソース電極１１１上に上部ソース電極１２７（図１０参照）を形成する。また、酸化膜１２６上にゲート電極１１０（図１０参照）を形成する。また、ドレイン電極１１２を形成する。このようにして、図１０に示す半導体装置１０１を得ることができる。
【００８７】
なお、上記実施の形態４においては、本発明の炭化珪素基板を用いて作製可能な半導体装置の一例として、縦型ＭＯＳＦＥＴに関して説明したが、作製可能な半導体装置はこれに限られない。たとえばＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；接合型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ショットキーバリアダイオードなど、種々の半導体装置が本発明の炭化珪素基板を用いて作製可能である。
【００８８】
また、上記実施の形態４においては、（０３−３８）面を主面とする炭化珪素基板上に動作層（活性層）として機能するエピタキシャル層を形成して半導体装置が作製される場合について説明したが、上記主面として採用可能な結晶面はこれに限られず、（０００１）面を含めて用途に応じた任意の結晶面を上記主面として採用することができる。
【００８９】
さらに、上記主面（炭化珪素基板１のＳｉＣ基板（ＳｉＣ層）２０の主面２０Ａ）として、＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下である主面を採用することにより、炭化珪素基板を用いてＭＯＳＦＥＴ等を作製した場合におけるチャネル移動度を、より一層向上させることができる。ここで、六方晶の単結晶炭化珪素の（０００１）面はシリコン面、（０００−１）面はカーボン面と定義される。また、「＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角」とは、＜０００−１＞方向およびオフ方位の基準としての＜０１−１０＞方向の張る平面への上記主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＜０１−１０＞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＜０００−１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。そして、上記＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下である主面とは、当該主面が炭化珪素結晶において上記条件を満たすカーボン面側の面を意味する。なお、本願において（０−３３−８）面は、結晶面を規定するための軸の設定により表現が異なる等価なカーボン面側の面を含むとともに、シリコン面側の面を含まない。
【実施例】
【００９０】
本発明に従った炭化珪素基板の製造方法の効果を確認するため、上記実施の形態３と同様の手順で炭化珪素基板を製造する実験を行なった。実験方法は以下の通りである。
【００９１】
まず、ベース基板として直径φが２インチ、厚さが３００μｍ、ポリタイプが４Ｈ、主面が（０３−３８）面、ｎ型不純物濃度が２×１０１９ｃｍ−３、マイクロパイプ密度が１×１０４ｃｍ−２、積層欠陥密度が１×１０５ｃｍ−１の単結晶炭化珪素からなる基板を準備した。一方、ＳｉＣ基板として平面形状が一辺２０ｍｍの正方形形状、厚さが３００μｍ、ポリタイプが４Ｈ、主面が（０３−３８）面、ｎ型不純物濃度が１×１０１９ｃｍ−３、マイクロパイプ密度が０．２ｃｍ−２、積層欠陥密度が１ｃｍ−１未満の単結晶炭化珪素からなる基板を準備した。
【００９２】
次に、複数のＳｉＣ基板を互いに重ならないようにベース基板上に並べて配置して積層基板とし、グラファイト製の容器（坩堝）内に配置した。そして、上記積層基板を２０００℃以上に加熱して、ベース基板とＳｉＣ基板とを接合した。このとき、チャンバー８４内（坩堝８０内）には、シランガスをアルゴンで希釈して導入した。より具体的には、シランガスの流量は０．５ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ；０℃、１ａｔｍにおける１分間あたり流量をリットルで表示した値）、アルゴンガスの流量は１．０ｓｌｍとした。坩堝８０には、直径約１ｍｍの貫通孔８３を複数個形成し、坩堝８０内へのガスの流入および坩堝８０内からのガスの流出を容易にした。一方、比較のため、同様の手順においてチャンバー８４内（坩堝８０内）にシランガスを導入しない場合についても実験した。
【００９３】
その結果、シランガスを坩堝８０内に導入することにより、シランガスの導入を実施しない場合に比べてベース基板やＳｉＣ基板の表面付近におけるグラファイト化が抑制され、ベース基板とＳｉＣ基板との良好な接合が達成された。これは、珪素を含むガスであるシランガスの導入により、坩堝内の珪素を含むガスの蒸気圧が上昇し、珪素の選択的（優先的）な離脱が抑制されたためであると考えられる。
【００９４】
なお、上記本発明の炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置において、ベース基板（ベース層）の直径は２インチ以上であることが好ましく、６インチ以上であることがより好ましい。また、パワーデバイスへの適用を考慮すると、ＳｉＣ層（ＳｉＣ基板）を構成する炭化珪素のポリタイプは４Ｈ型であることが好ましい。また、ベース基板とＳｉＣ基板とは結晶構造が同一であることが好ましい。また、ベース層とＳｉＣ層との熱膨張率の差は、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造プロセスにおいて割れが発生しない程度に小さいことが好ましい。また、ベース基板およびＳｉＣ基板のそれぞれにおいて、面内における厚みのばらつきは小さいことが好ましく、具体的には当該厚みのばらつきは１０μｍ以下であることが好ましい。また、炭化珪素基板の厚み方向に電流が流れる縦型デバイスへの適用を考慮すると、ベース層の電気抵抗率は５０ｍΩｃｍ未満であることが好ましく、１０ｍΩｃｍ未満であることが好ましい。また、取り扱いを容易にする観点から、炭化珪素基板の厚みは３００μｍ以上であることが好ましい。また、ベース層を形成する工程におけるベース基板の加熱には、たとえば抵抗加熱法、高周波誘導加熱法、ランプアニール法などを採用することができる。
【００９５】
今回開示された実施の形態および実施例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。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置は、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減が求められる炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００９７】
１ 炭化珪素基板、２ 積層基板、１０ ベース層（ベース基板）、１０Ａ 主面、１０Ｂ 単結晶層、１０Ｃ 非単結晶領域、１１ 原料基板、１１Ａ 主面、２０ ＳｉＣ層（ＳｉＣ基板）、２０Ａ，２０Ｂ 主面、２０Ｃ 端面、８０ 坩堝（加熱容器）、８１ 第１ヒータ、８２ 第２ヒータ、８３ 貫通孔、８４ チャンバー、８５ ガス導入管、８６ ガス供給源、８７ ガス排出管、１０１ 半導体装置、１０２ 基板、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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置に関し、より特定的には、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。
【０００３】
このような状況の下、半導体装置の製造に用いられる炭化珪素結晶および炭化珪素基板の製造方法については、種々の検討がなされ、様々なアイデアが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０５３１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、炭化珪素は常圧で液相を持たない。また、結晶成長温度が２０００℃以上と非常に高く、成長条件の制御や、その安定化が困難である。そのため、炭化珪素単結晶は、高品質を維持しつつ大口径化することが困難であり、大口径の高品質な炭化珪素基板を得ることは容易ではない。そして、大口径の炭化珪素基板の作製が困難であることに起因して、炭化珪素基板の製造コストが上昇するだけでなく、当該炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造するに際しては、１バッチあたりの生産個数が少なくなり、半導体装置の製造コストが高くなるという問題があった。また、製造コストの高い炭化珪素単結晶を基板として有効に利用することにより、半導体装置の製造コストを低減できるものと考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った炭化珪素基板の製造方法は、単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板を準備する工程と、容器内においてＳｉＣ基板の一方の主面に面するように炭化珪素源を配置する工程と、当該容器内において、炭化珪素源を、炭化珪素源を構成する炭化珪素の昇華温度よりも高い温度域に加熱することにより、ＳｉＣ基板の一方の主面に接触するように炭化珪素からなるベース層を形成する工程とを備えている。そして、ベース層を形成する工程では、上記容器内に珪素を含有するガスが導入される。
【０００８】
上述のように、高品質な炭化珪素単結晶は、大口径化が困難である。一方、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造プロセスにおいて効率よく製造を行なうためには、所定の形状および大きさに統一された基板が必要である。そのため、高品質な炭化珪素単結晶（たとえば欠陥密度が小さい炭化珪素単結晶）が得られた場合でも、切断等によって所定の形状等に加工できない領域は、有効に利用されない可能性がある。
【０００９】
これに対し、本発明の炭化珪素基板の製造方法では、単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板の一方の主面に接触するようにベース層が形成される。そのため、たとえば高品質であるものの所望の形状等が実現されていない炭化珪素単結晶をＳｉＣ基板として採用しつつ、安価であるものの欠陥密度が大きく、低品質な炭化珪素結晶からなるベース層を上記所定の形状および大きさになるように形成することができる。このようなプロセスで製造される炭化珪素基板は、全体として所定の形状および大きさに統一されているため、半導体装置の製造の効率化に寄与することができる。また、このようなプロセスで製造される炭化珪素基板では、従来所望の形状等に加工できないため利用されていなかった高品質な炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ基板を利用して半導体装置を製造することが可能であるため、炭化珪素単結晶を有効に利用することができる。
【００１０】
以上のように、本発明の炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を可能とする炭化珪素基板の製造方法を提供することができる。
【００１１】
さらに、上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程が十分に進行しない場合がある。本発明者による検討によれば、これは以下のような原因によることが分かった。すなわち、上記ベース層の形成は、炭化珪素源が炭化珪素の昇華温度以上の温度域に加熱されることにより達成される。ベース層の形成は、炭化珪素源を構成する炭化珪素が昇華して昇華ガスとなり、当該昇華ガスがＳｉＣ基板上において再結晶することにより達成される。
【００１２】
ここで、上記昇華ガスは、固体炭化珪素が昇華することによって形成されるガスであって、たとえばＳｉ、Ｓｉ２Ｃ、ＳｉＣ２などを含む。しかし、ベース層の形成が実施される雰囲気における昇華ガスの蒸気圧が飽和蒸気圧未満である場合、炭素に比べて蒸気圧が高い珪素が炭化珪素から選択的に（優先的に）離脱する。そのため、上記炭化珪素源の表面付近が炭化（グラファイト化）する。その結果、炭化珪素の昇華が妨げられ、ベース層の形成が進行しにくくなる。
【００１３】
これに対し、本発明の炭化珪素基板の製造方法においては、外部から、ベース層の形成が実施される容器内に、珪素を含有するガスが導入される。これにより、容器内における珪素を含むガスの蒸気圧が上昇する。そのため、上述のような珪素の選択的な離脱に起因する炭化珪素源の炭化が抑制される。その結果、炭化珪素源の昇華、再結晶によるベース層の形成が順調に進行する。
【００１４】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、上記珪素を含有するガスは、珪素を含有するガス以外のガス（希釈ガス）により希釈されていてもよい。これにより、容器内における珪素を含むガスの蒸気圧を所望の値に制御することが容易となる。なお、希釈ガスとしては、たとえばアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスを採用することができる。
【００１５】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、炭化珪素源は、ＳｉＣ基板よりも高い温度域に加熱されてもよい。これにより、ＳｉＣ基板の結晶性などの品質を維持しつつ炭化珪素基板を製造することができる。
【００１６】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、上記容器を構成する素材としてグラファイトが使用されてもよい。
【００１７】
グラファイトは高温で安定であるだけでなく、加工が容易であり、かつ素材コストも比較的低い。そのため、グラファイトは、炭化珪素の昇華温度以上の温度域に炭化珪素源を加熱する必要のある工程において使用される容器の素材として好適である。
【００１８】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ＳｉＣ基板を準備する工程では、複数のＳｉＣ基板が準備され、炭化珪素源を配置する工程では、複数のＳｉＣ基板が平面的に見て並べて配置された状態で炭化珪素源が配置され、ベース層を形成する工程では、複数のＳｉＣ基板の一方の主面同士が接続されるようにベース層が形成されてもよい。
【００１９】
上述のように、高品質な炭化珪素単結晶は、大口径化が困難である。これに対し、高品質な炭化珪素単結晶から採取した複数のＳｉＣ基板を平面的に複数並べて配置したうえで、当該複数のＳｉＣ基板の一方の主面同士が接続されるようにベース層を形成することにより、高品質なＳｉＣ層を有する大口径な基板として取り扱うことが可能な炭化珪素基板を得ることができる。そして、この炭化珪素基板を用いることにより、半導体装置の製造プロセスを効率化することができる。なお、半導体装置の製造プロセスを効率化するためには、上記複数のＳｉＣ基板のうち互いに隣り合うＳｉＣ基板は、互いに接触して配置されることが好ましい。より具体的には、たとえば上記複数のＳｉＣ基板は、平面的に見てマトリックス状に敷き詰められることが好ましい。
【００２０】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素源を配置する工程では、炭化珪素源として炭化珪素からなるベース基板が、ベース基板の一方の主面とＳｉＣ基板の一方の主面とが接触して対向するように配置され、ベース層を形成する工程では、ベース基板が加熱されることによりベース基板がＳｉＣ基板に接合されてベース層を形成してもよい。このように炭化珪素源として炭化珪素からなるベース基板を採用することにより、容易にベース層を形成することができる。
【００２１】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素源を配置する工程よりも前に、炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべきベース基板およびＳｉＣ基板の主面を平坦化する工程をさらに備えていてもよい。このように、ベース基板とＳｉＣ基板との接合面となるべき面を予め平坦化しておくことにより、ベース基板とＳｉＣ基板とをより確実に接合することができる。
【００２２】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素源を配置する工程は、炭化珪素源を配置する工程よりも前に、炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべきベース基板およびＳｉＣ基板の主面を研磨することなく実施されてもよい。
【００２３】
これにより、炭化珪素基板の製造コストを低減することができる。ここで、炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべきベース基板およびＳｉＣ基板の主面は、上述のように研磨されなくてもよい。しかし、基板作製時におけるスライスなどにより形成された表面付近のダメージ層を除去する観点から、たとえばエッチングによって当該ダメージ層が除去される工程が実施された後に上記炭化珪素源を配置する工程が実施されることが好ましい。
【００２４】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、炭化珪素源を配置する工程では、炭化珪素源として炭化珪素からなる原料基板が、当該原料基板の一方の主面とＳｉＣ基板の一方の主面とが間隔をおいて対向するように配置され、ベース層を形成する工程では、原料基板が加熱されることにより原料基板を構成する炭化珪素が昇華してベース層を形成してもよい。
【００２５】
このように炭化珪素源として炭化珪素からなる原料基板を採用することにより、容易にベース層を形成することができる。
【００２６】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面の、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となるようにベース層が形成されてもよい。
【００２７】
六方晶の単結晶炭化珪素は、＜０００１＞方向に成長させることにより、高品質な単結晶を効率よく作製することができる。そして、＜０００１＞方向に成長させた炭化珪素単結晶からは、｛０００１｝面を主面とする炭化珪素基板を効率よく採取することができる。一方、面方位｛０００１｝に対するオフ角が５０°以上６５°以下である主面を有する炭化珪素基板を用いることにより、高性能な半導体装置を製造できる場合がある。
【００２８】
具体的には、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；酸化膜電界効果トランジスタ）の作製に用いられる炭化珪素基板は、面方位｛０００１｝に対するオフ角が８°程度以下である主面を有していることが一般的である。そして、当該主面上にエピタキシャル成長層が形成されるとともに、当該エピタキシャル成長層上に酸化膜、電極などが形成され、ＭＯＳＦＥＴが得られる。このＭＯＳＦＥＴにおいては、エピタキシャル成長層と酸化膜との界面を含む領域にチャネル領域が形成される。しかし、このような構造を有するＭＯＳＦＥＴにおいては、基板の主面の｛０００１｝面に対するオフ角が８°程度以下であることに起因して、チャネル領域が形成されるエピタキシャル成長層と酸化膜との界面付近において多くの界面準位が形成され、キャリアの走行の妨げとなって、チャネル移動度が低下する。
【００２９】
これに対し、上記ベース層を形成する工程において、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面の、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となるようにベース層を形成することにより、製造される炭化珪素基板の主面の｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となる。そのため、上記界面準位の形成が抑制され、オン抵抗が低減されたＭＯＳＦＥＴ等を作製可能な炭化珪素基板を製造することができる。
【００３０】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面のオフ方位と＜１−１００＞方向とのなす角が５°以下となるようにベース層が形成されてもよい。
【００３１】
＜１−１００＞方向は、炭化珪素基板における代表的なオフ方位である。そして、基板の製造工程におけるスライス加工のばらつき等に起因したオフ方位のばらつきを５°以下とすることにより、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル成長層の形成などを容易にすることができる。
【００３２】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面の、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上５°以下となるようにベース層が形成されてもよい。
【００３３】
これにより、炭化珪素基板を用いてＭＯＳＦＥＴ等を作製した場合におけるチャネル移動度を、より一層向上させることができる。ここで、面方位{０３−３８}に対するオフ角を−３°以上＋５°以下としたのは、チャネル移動度と当該オフ角との関係を調査した結果、この範囲内で特に高いチャネル移動度が得られたことに基づいている。
【００３４】
また、「＜１−１００＞方向における{０３−３８}面に対するオフ角」とは、＜１−１００＞方向および＜０００１＞方向の張る平面への上記主面の法線の正射影と、{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。
【００３５】
なお、上記主面の面方位は、実質的に{０３−３８}であることがより好ましく、上記主面の面方位は{０３−３８}であることがさらに好ましい。ここで、主面の面方位が実質的に{０３−３８}であるとは、基板の加工精度などを考慮して実質的に面方位が{０３−３８}とみなせるオフ角の範囲に基板の主面の面方位が含まれていることを意味し、この場合のオフ角の範囲はたとえば{０３−３８}に対してオフ角が±２°の範囲である。これにより、上述したチャネル移動度をより一層向上させることができる。
【００３６】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、ＳｉＣ基板のベース層とは反対側の主面のオフ方位と＜１１−２０＞方向とのなす角が５°以下となるようにベース層が形成されてもよい。
【００３７】
＜１１−２０＞方向は、上記＜１−１００＞方向と同様に、炭化珪素基板における代表的なオフ方位である。そして、基板の製造工程におけるスライス加工のばらつき等に起因したオフ方位のばらつきを±５°とすることにより、ＳｉＣ基板上へのエピタキシャル成長層の形成などを容易にすることができる。
【００３８】
上記炭化珪素基板の製造方法においては、ベース層を形成する工程では、１０−１Ｐａよりも高く１０４Ｐａよりも低い圧力下においてベース層が形成されてもよい。これにより、簡素な装置により上記ベース層を形成することが可能になるとともに比較的短時間でベース層の形成を実施するための雰囲気を得ることが可能となる。その結果、炭化珪素基板の製造コストを低減することができる。
【００３９】
本発明に従った半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程と、炭化珪素基板上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、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ている。そして、炭化珪素基板を準備する工程では、上記本発明の炭化珪素基板の製造方法により炭化珪素基板が製造される。
【００４０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造された炭化珪素基板を用いて半導体装置が製造されるため、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００４１】
本発明に従った炭化珪素基板は、上記本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造されている。これにより、本発明の炭化珪素基板は、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板となっている。
【００４２】
本発明に従った半導体装置は、上記本発明の半導体装置の製造方法により製造されている。これにより、本発明の半導体装置は、製造コストが低減された半導体装置となっている。
【発明の効果】
【００４３】
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、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置によれば、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】炭化珪素基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図３】炭化珪素基板の構造を示す概略断面図である。
【図４】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図７】実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図８】実施の形態３における炭化珪素基板の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図９】実施の形態３における炭化珪素基板の構造を示す概略断面図である。
【図１０】縦型ＭＯＳＦＥＴの構造を示す概略断面図である。
【図１１】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図１２】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１４】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１５】縦型ＭＯＳＦＥＴの製造方法を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４６】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について図１および図２に基づいて説明する。図１を参照して、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図２を参照して、炭化珪素からなるベース基板１０および単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板２０が準備される。ベース基板１０は、本実施の形態における炭化珪素源である。このとき、ＳｉＣ基板２０の主面２０Ａは、この製造方法により得られるＳｉＣ層２０の主面２０Ａとなることから（後述の図３参照）、所望の主面２０Ａの面方位に合わせて、ＳｉＣ基板２０の主面２０Ａの面方位を選択する。また、ベース基板１０には、たとえば不純物濃度が２×１０１９ｃｍ−３よりも大きい基板を採用することができる。そして、ＳｉＣ基板２０には、不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３よりも大きく２×１０１９ｃｍ−３よりも小さい基板を採用することができる。これにより、抵抗率の小さいベース層１０を形成しつつ、デバイスプロセスにおける熱処理が実施された場合でも、少なくともＳｉＣ層２０において積層欠陥の発生を抑制することができる。また、ベース基板１０としては、単結晶炭化珪素、多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素、炭化珪素焼結体などからなる基板を採用することができる。
【００４７】
次に、工程（Ｓ２０）として基板平坦化工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、後述する工程（Ｓ３０）において互いに接触すべきベース基板１０の主面１０ＡおよびＳｉＣ基板２０の主面２０Ｂ（接合面）が、たとえば研磨により平坦化される。なお、この工程（Ｓ２０）は必須の工程ではないが、これを実施しておくことにより、互いに対向するベース基板１０とＳｉＣ基板２０との間の隙間の大きさが均一となるため、後述する工程（Ｓ４０）において接合面内での反応（接合）の均一性が向上する。その結果、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０とをより確実に接合することができる。また、一層確実にベース基板１０とＳｉＣ基板とを接合するためには、上記接合面の面粗さＲａは１００ｎｍ未満であることが好ましく、５０ｎｍ未満であることが好ましい。さらに、接合面の面粗さＲａを１０ｎｍ未満とすることにより、より確実な接合を達成することができる。
【００４８】
一方、工程（Ｓ２０）を省略し、互いに接触すべきベース基板１０およびＳｉＣ基板２０の主面を研磨することなく工程（Ｓ３０）が実施されてもよい。これにより、炭化珪素基板１の製造コストを低減することができる。また、ベース基板１０およびＳｉＣ基板２０の作製時におけるスライスなどにより形成された表面付近のダメージ層を除去する観点から、たとえばエッチングによって当該ダメージ層が除去される工程が上記工程（Ｓ２０）に代えて、あるいは上記工程（Ｓ２０）の後に実施された上で、後述する工程（Ｓ３０）が実施されてもよい。
【００４９】
次に、工程（Ｓ３０）として、積層工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、容器としての坩堝８０内においてＳｉＣ基板２０の一方の主面に面するように炭化珪素源であるベース基板１０が、当該ベース基板１０の一方の主面１０ＡとＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂとが接触して対向するように配置される。より具体的には、図２を参照して、ベース基板１０の主面１０Ａ上に接触するようにＳｉＣ基板２０が載置されて、積層基板２が作製される。
【００５０】
ここで、ＳｉＣ基板２０のベース基板１０とは反対側の主面２０Ａは、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となっていてもよい。これにより、ＳｉＣ層２０の主面２０Ａが、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となっている炭化珪素基板１を容易に製造することができる。また、上記主面２０Ａのオフ方位と＜１−１００＞方向とのなす角は５°以下となっていてもよい。これにより、作製される炭化珪素基板１上（主面２０Ａ上）へのエピタキシャル成長層の形成などを容易にすることができる。さらに、主面２０Ａの、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角は−３°以上５°以下であってもよい。これにより、製造される炭化珪素基板１を用いてＭＯＳＦＥＴなどを作製した場合におけるチャネル移動度を、より一層向上させることができる。
【００５１】
一方、主面２０Ａのオフ方位と＜１１−２０＞方向とのなす角は５°以下となっていてもよい。これにより、作製される炭化珪素基板１上へのエピタキシャル成長層の形成などを容易にすることができる。
【００５２】
次に、工程（Ｓ４０）として、接合工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、坩堝８０内において、ベース基板１０を、ベース基板１０を構成する炭化珪素の昇華温度以上の温度域に加熱することによりＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂに接触するように炭化珪素からなるベース層を形成する。つまり、積層基板２が加熱されることによりベース基板１０がＳｉＣ基板２０に接合されてベース層が形成される。
【００５３】
ここで、図２を参照して、坩堝８０を構成する素材としては、たとえばグラファイトなどを使用することができる。そして、坩堝８０には、複数の貫通孔８３が形成されており、外部から坩堝８０内へのガスの導入および坩堝８０内から外部へのガスの排出が可能となっている。さらに、坩堝８０はチャンバー８４内に配置される。チャンバー８４には、チャンバー８４内にガスを導入するためのガス導入管８５と、チャンバー８４内のガスを排出するためのガス排出管８７とが接続されている。ガス導入管８５には、チャンバー８４内に導入すべきガスを供給するガス供給源８６が接続されている。
【００５４】
そして、工程（Ｓ４０）においては、上記積層基板２が、炭化珪素の昇華温度以上の温度域に加熱されることにより、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０とが接合される。このとき、ガス供給源８６からガス導入管８５を介して珪素を含有するガスがチャンバー８４内に導入される。珪素を含有するガスとしては、たとえばシラン（ＳｉＨ４）ガス、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスなどを採用することができる。また、上記珪素を含有するガスは、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスにて希釈されていてもよい。導入された珪素を含有するガスは、貫通孔８３を通って坩堝８０内に供給される。以上の手順により、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法が完了し、図３に示す炭化珪素基板１が得られる。
【００５５】
なお、上記炭化珪素基板の製造方法においては、積層基板２におけるＳｉＣ基板２０の、ベース基板１０とは反対側の主面２０Ａに対応するＳｉＣ基板２０の主面を研磨する工程をさらに備えていてもよい。これにより、ＳｉＣ層２０（ＳｉＣ基板２０）の、ベース基板１０とは反対側の主面２０Ａ上に高品質なエピタキシャル成長層を形成することができる。その結果、高品質な当該エピタキシャル成長層をたとえば活性層として含む半導体装置を製造することができる。すなわち、このような工程を採用することにより、上記ＳｉＣ層２０上に形成されたエピタキシャル層を含む高品質な半導体装置を製造することが可能な炭化珪素基板１を得ることができる。ここで、当該ＳｉＣ基板２０の主面２０Ａの研磨は、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０との接合後に実施されてもよいし、上記積層基板においてベース基板１０とは反対側の主面２０ＡとなるべきＳｉＣ基板２０の主面を予め研磨することにより、積層基板を作製する工程よりも前に実施されてもよい。
【００５６】
図３を参照して、上記製造方法により得られる炭化珪素基板１は、炭化珪素からなるベース層１０と、ベース層１０とは別の単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ層２０とを備えている。ここで、ＳｉＣ層２０がベース層１０とは別の単結晶炭化珪素からなる状態とは、ベース層１０が炭化珪素の多結晶、非晶質など単結晶以外の炭化珪素からなる場合を含むとともに、ベース層１０が単結晶炭化珪素からなる場合であってＳｉＣ層２０とは別の結晶からなっている場合を含む。ベース層１０とＳｉＣ層２０とが別の結晶からなっている状態とは、ベース層１０とＳｉＣ層２０との間に境界が存在し、たとえば当該境界の一方側と他方側とで欠陥密度が異なっている状態を意味する。このとき、欠陥密度が当該境界において不連続となっていてもよい。
【００５７】
上記本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法においては、炭化珪素基板１は、ベース基板１０の形状等の選択により所望の形状および大きさとすることができる。そのため、半導体装置の製造の効率化に寄与することが可能な炭化珪素基板１を製造することができる。また、このようなプロセスで製造される炭化珪素基板１では、従来所望の形状等に加工できないため利用されていなかった高品質な炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ基板２０を利用して半導体装置を製造することが可能であるため、炭化珪素単結晶を有効に利用することができる。その結果、本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法によれば、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減を可能とする炭化珪素基板１を製造することができる。
【００５８】
さらに、本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法の工程（Ｓ４０）においては、接合を実施するための容器である坩堝８０内に珪素を含有するガスが導入される。これにより、坩堝８０内における珪素を含むガスの蒸気圧が上昇する。そのため、ベース基板１０およびＳｉＣ基板２０からの珪素の選択的な離脱に起因するベース基板１０やＳｉＣ基板２０の表面の炭化（グラファイト化）が抑制される。その結果、炭化珪素の昇華、再結晶によるベース基板１０とＳｉＣ基板２０との接合が順調に進行する。
【００５９】
なお、坩堝８０内に導入される珪素を含むガスとしては、シランガス、ジクロロシランガスのほか、たとえばヘキサクロロジシラン（ＨＣＤＳ）、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）などであってもよい。
【００６０】
また、上記本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法では、工程（Ｓ４０）において、ベース基板１０がＳｉＣ基板２０よりも高い温度に加熱されてもよい。これにより、主にベース基板１０を構成する炭化珪素が昇華、再結晶することによりベース基板１０とＳｉＣ基板２０との接合が達成される。その結果、ＳｉＣ基板２０の結晶性などの品質を維持しつつ炭化珪素基板１を製造することができる。
【００６１】
ここで、ベース基板１０が単結晶炭化珪素からなっている場合、図３を参照して、得られる炭化珪素基板のベース層１０は単結晶炭化珪素からなる。一方、ベース基板１０が多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素、炭化珪素焼結体などからなる場合、ベース基板１０を構成する炭化珪素が昇華してＳｉＣ基板２０上において再結晶して形成された領域のみが、単結晶炭化珪素からなる単結晶層１０Ｂとなる。つまり、このような場合、図３を参照して、ベース層１０が、ＳｉＣ層２０に対向する側の主面１０Ａを含むように単結晶炭化珪素からなる単結晶層１０Ｂを含む炭化珪素基板１が得られる。この場合、炭化珪素基板１を用いて半導体装置を製造するに際し、たとえば製造プロセスの初期においては厚みの大きい取り扱い容易な状態を維持し、製造プロセスの途中で単結晶層１０Ｂ以外のベース層（ベース基板）１０の領域である非単結晶領域１０Ｃを除去してベース層１０のうち単結晶層１０Ｂのみを半導体装置の内部に残存させることができる。これにより、製造プロセスにおける炭化珪素基板１の取り扱いを容易にしつつ高品質な半導体装置を製造することができる。
【００６２】
また、上記本実施の形態における炭化珪素基板１の製造方法では、工程（Ｓ４０）では、１０−１Ｐａよりも高く１０４Ｐａよりも低い圧力下において積層基板が加熱されてもよい。これにより、簡素な装置により上記接合を実施することが可能になるとともに比較的短時間で接合を実施するための雰囲気を得ることが可能となる。その結果、炭化珪素基板１の製造コストを低減することができる。
【００６３】
ここで、工程（Ｓ３０）において作製された積層基板においては、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０との間に形成される隙間が１００μｍ以下となっていることが好ましい。これにより、工程（Ｓ４０）において、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０との均一な接合を達成することができる。
【００６４】
また、工程（Ｓ４０）における積層基板の加熱温度は１８００℃以上２５００℃以下であることが好ましい。加熱温度が１８００℃よりも低い場合、ベース基板１０とＳｉＣ基板２０との接合に長時間を要し、炭化珪素基板１の製造効率が低下する。一方、加熱温度が２５００℃を超えると、ベース基板１０およびＳｉＣ基板２０の表面が荒れ、作製される炭化珪素基板１における結晶欠陥の発生が多くなるおそれがある。炭化珪素基板１における欠陥の発生を一層抑制しつつ製造効率を向上させるためには、工程（Ｓ４０）における積層基板の加熱温度は１９００℃以上２１００℃以下であることが好ましい。
【００６５】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について図４〜図７を参照して説明する。実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法は、基本的には上記実施の形態１の場合と同様に実施される。しかし、実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法は、ベース層の形成プロセスにおいて実施の形態１の場合とは異なっている。
【００６６】
図４を参照して、実施の形態２における炭化珪素基板の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、実施の形態１の場合と同様にＳｉＣ基板２０が準備されるとともに、炭化珪素からなる原料基板１１が準備される。この原料基板１１は単結晶炭化珪素からなっていてもよいし、多結晶炭化珪素や非晶質炭化珪素からなっていてもよく、炭化珪素の焼結体であってもよい。また、原料基板１１に代えて炭化珪素からなる原料粉末を採用することもできる。
【００６７】
次に、工程（Ｓ５０）として近接配置工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、図５を参照して、互いに対向するように加熱容器８０内に配置された第１ヒータ８１および第２ヒータ８２により、それぞれＳｉＣ基板２０および原料基板１１が保持される。つまり、工程（Ｓ５０）では、炭化珪素源として炭化珪素からなる原料基板１１が、原料基板１１の一方の主面１１ＡとＳｉＣ基板２０の一方の主面２０Ｂとが間隔をおいて対向するように配置される。
【００６８】
ここで、ＳｉＣ基板２０と原料基板１１との間隔の適正な値は、後述する工程（Ｓ６０）における加熱時の昇華ガスの平均自由行程に関係していると考えられる。具体的には、ＳｉＣ基板２０と原料基板１１との間隔の平均値は、後述する工程（Ｓ６０）における加熱時の昇華ガスの平均自由行程よりも小さくなるように設定することができる。たとえば圧力１Ｐａ、温度２０００℃の下では、原子、分子の平均自由行程は、厳密には原子半径、分子半径に依存するが、おおよそ数〜数十ｃｍ程度であり、よって現実的には上記間隔を数ｃｍ以下とすることが好ましい。より具体的には、ＳｉＣ基板２０と原料基板１１とは、１μｍ以上１ｃｍ以下の間隔をおいて互いにその主面が対向するように近接して配置される。さらに、上記間隔の平均値が１ｃｍ以下とされることにより、後述する工程（Ｓ６０）において形成されるベース層１０の膜厚分布を小さくすることができる。さらに、上記間隔の平均値が１ｍｍ以下とされることにより、後述する工程（Ｓ６０）において形成されるベース層１０の膜厚分布を一層小さくすることができる。また、上記間隔の平均値が１μｍ以上とされることにより、炭化珪素が昇華する空間を十分に確保することができる。
【００６９】
次に、工程（Ｓ６０）として昇華工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、第１ヒータ８１によってＳｉＣ基板２０が所定の基板温度まで加熱される。また、第２ヒータ８２によって原料基板１１が所定の原料温度まで加熱される。このとき、原料基板１１が原料温度まで加熱されることによって、原料基板の表面から炭化珪素が昇華する。一方、基板温度は原料温度よりも低く設定される。具体的には、たとえば基板温度は原料温度よりも１℃以上１００℃以下程度低く設定される。基板温度は、たとえば１８００°以上２５００℃以下である。これにより、図６に示すように、原料基板１１から昇華して気体となった炭化珪素は、ＳｉＣ基板２０の表面に到達して固体となり、ベース層１０を形成する。このとき、実施の形態１の場合と同様に、坩堝８０内には、珪素を含有するガスが導入される。これにより、原料基板１１およびＳｉＣ基板２０の炭化が抑制される。
【００７０】
そして、この状態を維持することにより、図７に示すように原料基板１１を構成するＳｉＣが全て昇華してＳｉＣ基板２０の表面上に移動する。これにより、工程（Ｓ６０）が完了し、図３に基づいて説明した実施の形態１と同様の炭化珪素基板１が完成する。ここで、本実施の形態においては、上述のようにＳｉＣ基板２０と原料基板１１との間には所定の間隔が形成される。そのため、本実施の形態の炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素源としての原料基板が多結晶炭化珪素、非晶質炭化珪素、炭化珪素焼結体などからなる場合であっても、形成されるベース層１０は単結晶炭化珪素からなっている。
【００７１】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。実施の形態３における炭化珪素基板の製造方法は、基本的には実施の形態１における炭化珪素基板の製造方法と同様の手順で実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３における炭化珪素基板の製造方法では、工程（Ｓ３０）においてＳｉＣ基板２０が平面的に見て複数並べて配置されている点で、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００７２】
すなわち、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法においては、まず工程（Ｓ１０）において実施の形態１の場合と同様にベース基板１０が準備されるとともに、ＳｉＣ基板２０が複数枚準備される。次に、工程（Ｓ２０）が必要に応じて実施の形態１の場合と同様に実施される。その後、図８を参照して、工程（Ｓ３０）において、ＳｉＣ基板２０が、ベース基板１０の主面１０Ａ上に平面的に見て複数並べて載置されて積層基板２が作製される。すなわち、ＳｉＣ基板２０は、ベース基板１０の主面１０Ａに沿って複数並べて配置される。
【００７３】
より具体的には、ＳｉＣ基板２０は、ベース基板１０の主面１０Ａ上において隣接するＳｉＣ基板２０同士が互いに接触するように、マトリックス状に配置されてもよい。その後、実施の形態１の場合と同様に工程（Ｓ４０）が実施され、炭化珪素基板１が得られる。本実施の形態においては、工程（Ｓ３０）において複数枚のＳｉＣ基板２０がベース基板１０上に載置され、当該複数枚のＳｉＣ基板２０とベース基板１０とが工程（Ｓ４０）において接合される。そのため、図９を参照して、本実施の形態における炭化珪素基板の製造方法によれば、高品質なＳｉＣ層２０を有する大口径な基板として取り扱うことが可能な炭化珪素基板１を製造することができる。そして、この炭化珪素基板１を用いることにより、半導体装置の製造プロセスを効率化することができる。
【００７４】
また、図８を参照して、ＳｉＣ基板２０の端面２０Ｃは、当該ＳｉＣ基板２０の主面２０Ａに対し実質的に垂直となっていることが好ましい。これにより、炭化珪素基板１を容易に製造することができる。ここで、たとえば上記端面２０Ｃと主面２０Ａとのなす角が８５°以上９５°以下であれば、上記端面２０Ｃと主面２０Ａとは実質的に垂直であると判断することができる。
【００７５】
（実施の形態４）
次に、上記本発明の炭化珪素基板を用いて作製される半導体装置の一例を実施の形態４として説明する。図１０を参照して、本発明による半導体装置１０１は、縦型ＤｉＭＯＳＦＥＴ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ＭＯＳＦＥＴ）であって、基板１０２、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および上部ソース電極１２７、ゲート電極１１０および基板１０２の裏面側に形成されたドレイン電極１１２を備える。具体的には、導電型がｎ型の炭化珪素からなる基板１０２の表面上に、炭化珪素からなるバッファ層１２１が形成されている。基板１０２としては、上記実施の形態１〜３において説明した製造方法を含む本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造された炭化珪素基板が採用される。そして、上記実施の形態１〜３の炭化珪素基板１が採用される場合、バッファ層１２１は、炭化珪素基板１のＳｉＣ層２０上に形成される。バッファ層１２１は導電型がｎ型であり、その厚みはたとえば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とすることができる。このバッファ層１２１上には耐圧保持層１２２が形成されている。この耐圧保持層１２２は、導電型がｎ型の炭化珪素からなり、たとえばその厚みは１０μｍである。また、耐圧保持層１２２におけるｎ型の導電性不純物の濃度としては、たとえば５×１０１５ｃｍ−３という値を用いることができる。
【００７６】
この耐圧保持層１２２の表面には、導電型がｐ型である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の内部においては、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。そして、基板１０２において、バッファ層１２１が形成された側の表面とは反対側の面である裏面にドレイン電極１１２が形成されている。
【００７７】
本実施の形態における半導体装置１０１においては、基板１０２として上記実施の形態１〜３において説明した製造方法を含む本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造された炭化珪素基板が採用される。すなわち、半導体装置１０１は、炭化珪素基板としての基板１０２と、基板１０２上に形成されたエピタキシャル成長層としてのバッファ層１２１および耐圧保持層１２２と、耐圧保持層１２２上に形成されたソース電極１１１とを備えている。そして、当該基板１０２は、本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造されている。ここで、上述のように、本発明の炭化珪素基板の製造方法により製造された基板は、半導体装置の製造コストの低減を実現可能な炭化珪素基板となっている。そのため、半導体装置１０１は、製造コストが低減された半導体装置となっている。
【００７８】
次に、図１１〜図１５を参照して、図１０に示した半導体装置１０１の製造方法を説明する。図１１を参照して、まず、炭化珪素基板準備工程（Ｓ１１０）を実施する。ここでは、たとえば（０３−３８）面が主面となった炭化珪素からなる基板１０２（図１２参照）を準備する。この基板１０２としては、上記実施の形態１〜３において説明した製造方法により製造された炭化珪素基板１を含む上記本発明の炭化珪素基板が準備される。
【００７９】
また、この基板１０２（図１２参照）としては、たとえば導電型がｎ型であり、基板抵抗が０．０２Ωｃｍといった基板を用いてもよい。
【００８０】
次に、図１１に示すように、エピタキシャル層形成工程（Ｓ１２０）を実施する。具体的には、基板１０２の表面上にバッファ層１２１を形成する。このバッファ層１２１は、基板１０２として採用される炭化珪素基板１のＳｉＣ層２０の主面２０Ａ上（図３参照）に形成される。バッファ層１２１としては、導電型がｎ型の炭化珪素からなり、たとえばその厚みが０．５μｍのエピタキシャル層を形成する。バッファ層１２１における導電型不純物の密度は、たとえば５×１０１７ｃｍ−３といった値を用いることができる。そして、このバッファ層１２１上に、図１２に示すように耐圧保持層１２２を形成する。この耐圧保持層１２２としては、導電型がｎ型の炭化珪素からなる層をエピタキシャル成長法によって形成する。この耐圧保持層１２２の厚みとしては、たとえば１０μｍといった値を用いることができる。また、この耐圧保持層１２２におけるｎ型の導電性不純物の密度としては、たとえば５×１０１５ｃｍ−３といった値を用いることができる。
【００８１】
次に、図１１に示すように注入工程（Ｓ１３０）を実施する。具体的には、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて形成した酸化膜をマスクとして用いて、導電型がｐ型の不純物を耐圧保持層１２２に注入することにより、図１３に示すようにｐ領域１２３を形成する。また、用いた酸化膜を除去した後、再度新たなパターンを有する酸化膜を、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する。そして、当該酸化膜をマスクとして、ｎ型の導電性不純物を所定の領域に注入することにより、ｎ＋領域１２４を形成する。また、同様の手法により、導電型がｐ型の導電性不純物を注入することにより、ｐ＋領域１２５を形成する。その結果、図１３に示すような構造を得る。
【００８２】
このような注入工程の後、活性化アニール処理を行なう。この活性化アニール処理としては、たとえばアルゴンガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度１７００℃、加熱時間３０分といった条件を用いることができる。
【００８３】
次に、図１１に示すようにゲート絶縁膜形成工程（Ｓ１４０）を実施する。具体的には、図１４に示すように、耐圧保持層１２２、ｐ領域１２３、ｎ＋領域１２４、ｐ＋領域１２５上を覆うように酸化膜１２６を形成する。この酸化膜１２６を形成するための条件としては、たとえばドライ酸化（熱酸化）を行なってもよい。このドライ酸化の条件としては、加熱温度を１２００℃、加熱時間を３０分といった条件を用いることができる。
【００８４】
その後、図１１に示すように窒素アニール工程（Ｓ１５０）を実施する。具体的には、雰囲気ガスを一酸化窒素（ＮＯ）として、アニール処理を行なう。アニール処理の温度条件としては、たとえば加熱温度を１１００℃、加熱時間を１２０分とする。この結果、酸化膜１２６と下層の耐圧保持層１２２、ｐ領域１２３、ｎ＋領域１２４、ｐ＋領域１２５との間の界面近傍に窒素原子が導入される。また、この一酸化窒素を雰囲気ガスとして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を行なってもよい。具体的には、アルゴンガスを雰囲気ガスとして用いて、加熱温度を１１００℃、加熱時間を６０分といった条件を用いてもよい。
【００８５】
次に、図１１に示すように電極形成工程（Ｓ１６０）を実施する。具体的には、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を形成する。当該レジスト膜をマスクとして用いて、ｎ＋領域１２４およびｐ＋領域１２５上に位置する酸化膜の部分をエッチングにより除去する。この後、レジスト膜上および当該酸化膜１２６において形成された開口部内部においてｎ＋領域１２４およびｐ＋領域１２５と接触するように、金属などの導電体膜を形成する。その後、レジスト膜を除去することにより、当該レジスト膜上に位置していた導電体膜を除去（リフトオフ）する。ここで、導電体としては、たとえばニッケル（Ｎｉ）を用いることができる。この結果、図１５に示すように、ソース電極１１１を得ることができる。なお、ここでアロイ化のための熱処理を行なうことが好ましい。具体的には、たとえば雰囲気ガスとして不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを用い、加熱温度を９５０℃、加熱時間を２分といった熱処理（アロイ化処理）を行なう。
【００８６】
その後、ソース電極１１１上に上部ソース電極１２７（図１０参照）を形成する。また、酸化膜１２６上にゲート電極１１０（図１０参照）を形成する。また、ドレイン電極１１２を形成する。このようにして、図１０に示す半導体装置１０１を得ることができる。
【００８７】
なお、上記実施の形態４においては、本発明の炭化珪素基板を用いて作製可能な半導体装置の一例として、縦型ＭＯＳＦＥＴに関して説明したが、作製可能な半導体装置はこれに限られない。たとえばＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；接合型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ショットキーバリアダイオードなど、種々の半導体装置が本発明の炭化珪素基板を用いて作製可能である。
【００８８】
また、上記実施の形態４においては、（０３−３８）面を主面とする炭化珪素基板上に動作層（活性層）として機能するエピタキシャル層を形成して半導体装置が作製される場合について説明したが、上記主面として採用可能な結晶面はこれに限られず、（０００１）面を含めて用途に応じた任意の結晶面を上記主面として採用することができる。
【００８９】
さらに、上記主面（炭化珪素基板１のＳｉＣ基板（ＳｉＣ層）２０の主面２０Ａ）として、＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下である主面を採用することにより、炭化珪素基板を用いてＭＯＳＦＥＴ等を作製した場合におけるチャネル移動度を、より一層向上させることができる。ここで、六方晶の単結晶炭化珪素の（０００１）面はシリコン面、（０００−１）面はカーボン面と定義される。また、「＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角」とは、＜０００−１＞方向およびオフ方位の基準としての＜０１−１０＞方向の張る平面への上記主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＜０１−１０＞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＜０００−１＞方向に対して平行に近づく場合が負である。そして、上記＜０１−１０＞方向における（０−３３−８）面に対するオフ角が−３°以上＋５°以下である主面とは、当該主面が炭化珪素結晶において上記条件を満たすカーボン面側の面を意味する。なお、本願において（０−３３−８）面は、結晶面を規定するための軸の設定により表現が異なる等価なカーボン面側の面を含むとともに、シリコン面側の面を含まない。
【実施例】
【００９０】
本発明に従った炭化珪素基板の製造方法の効果を確認するため、上記実施の形態３と同様の手順で炭化珪素基板を製造する実験を行なった。実験方法は以下の通りである。
【００９１】
まず、ベース基板として直径φが２インチ、厚さが３００μｍ、ポリタイプが４Ｈ、主面が（０３−３８）面、ｎ型不純物濃度が２×１０１９ｃｍ−３、マイクロパイプ密度が１×１０４ｃｍ−２、積層欠陥密度が１×１０５ｃｍ−１の単結晶炭化珪素からなる基板を準備した。一方、ＳｉＣ基板として平面形状が一辺２０ｍｍの正方形形状、厚さが３００μｍ、ポリタイプが４Ｈ、主面が（０３−３８）面、ｎ型不純物濃度が１×１０１９ｃｍ−３、マイクロパイプ密度が０．２ｃｍ−２、積層欠陥密度が１ｃｍ−１未満の単結晶炭化珪素からなる基板を準備した。
【００９２】
次に、複数のＳｉＣ基板を互いに重ならないようにベース基板上に並べて配置して積層基板とし、グラファイト製の容器（坩堝）内に配置した。そして、上記積層基板を２０００℃以上に加熱して、ベース基板とＳｉＣ基板とを接合した。このとき、チャンバー８４内（坩堝８０内）には、シランガスをアルゴンで希釈して導入した。より具体的には、シランガスの流量は０．５ｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ；０℃、１ａｔｍにおける１分間あたり流量をリットルで表示した値）、アルゴンガスの流量は１．０ｓｌｍとした。坩堝８０には、直径約１ｍｍの貫通孔８３を複数個形成し、坩堝８０内へのガスの流入および坩堝８０内からのガスの流出を容易にした。一方、比較のため、同様の手順においてチャンバー８４内（坩堝８０内）にシランガスを導入しない場合についても実験した。
【００９３】
その結果、シランガスを坩堝８０内に導入することにより、シランガスの導入を実施しない場合に比べてベース基板やＳｉＣ基板の表面付近におけるグラファイト化が抑制され、ベース基板とＳｉＣ基板との良好な接合が達成された。これは、珪素を含むガスであるシランガスの導入により、坩堝内の珪素を含むガスの蒸気圧が上昇し、珪素の選択的（優先的）な離脱が抑制されたためであると考えられる。
【００９４】
なお、上記本発明の炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置において、ベース基板（ベース層）の直径は２インチ以上であることが好ましく、６インチ以上であることがより好ましい。また、パワーデバイスへの適用を考慮すると、ＳｉＣ層（ＳｉＣ基板）を構成する炭化珪素のポリタイプは４Ｈ型であることが好ましい。また、ベース基板とＳｉＣ基板とは結晶構造が同一であることが好ましい。また、ベース層とＳｉＣ層との熱膨張率の差は、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造プロセスにおいて割れが発生しない程度に小さいことが好ましい。また、ベース基板およびＳｉＣ基板のそれぞれにおいて、面内における厚みのばらつきは小さいことが好ましく、具体的には当該厚みのばらつきは１０μｍ以下であることが好ましい。また、炭化珪素基板の厚み方向に電流が流れる縦型デバイスへの適用を考慮すると、ベース層の電気抵抗率は５０ｍΩｃｍ未満であることが好ましく、１０ｍΩｃｍ未満であることが好ましい。また、取り扱いを容易にする観点から、炭化珪素基板の厚みは３００μｍ以上であることが好ましい。また、ベース層を形成する工程におけるベース基板の加熱には、たとえば抵抗加熱法、高周波誘導加熱法、ランプアニール法などを採用することができる。
【００９５】
今回開示された実施の形態および実施例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。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置は、炭化珪素基板を用いた半導体装置の製造コストの低減が求められる炭化珪素基板の製造方法、半導体装置の製造方法、炭化珪素基板および半導体装置に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００９７】
１ 炭化珪素基板、２ 積層基板、１０ ベース層（ベース基板）、１０Ａ 主面、１０Ｂ 単結晶層、１０Ｃ 非単結晶領域、１１ 原料基板、１１Ａ 主面、２０ ＳｉＣ層（ＳｉＣ基板）、２０Ａ，２０Ｂ 主面、２０Ｃ 端面、８０ 坩堝（加熱容器）、８１ 第１ヒータ、８２ 第２ヒータ、８３ 貫通孔、８４ チャンバー、８５ ガス導入管、８６ ガス供給源、８７ ガス排出管、１０１ 半導体装置、１０２ 基板、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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板を準備する工程と、
容器内において前記ＳｉＣ基板の一方の主面に面するように炭化珪素源を配置する工程と、
前記容器内において、前記炭化珪素源を、前記炭化珪素源を構成する炭化珪素の昇華温度よりも高い温度域に加熱することにより、前記ＳｉＣ基板の一方の主面に接触するように炭化珪素からなるベース層を形成する工程とを備え、
前記ベース層を形成する工程では、前記容器内に珪素を含有するガスが導入される、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記珪素を含有するガスは、前記珪素を含有するガス以外のガスにより希釈されている、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
前記ベース層を形成する工程では、前記炭化珪素源は、前記ＳｉＣ基板よりも高い温度域に加熱される、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】
前記容器を構成する素材としてグラファイトが使用される、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ＳｉＣ基板を準備する工程では、複数の前記ＳｉＣ基板が準備され、
前記炭化珪素源を配置する工程では、複数の前記ＳｉＣ基板が平面的に見て並べて配置された状態で前記炭化珪素源が配置され、
前記ベース層を形成する工程では、複数の前記ＳｉＣ基板の一方の主面同士が接続されるように前記ベース層が形成される、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】
前記炭化珪素源を配置する工程では、前記炭化珪素源として炭化珪素からなるベース基板が、前記ベース基板の一方の主面と前記ＳｉＣ基板の一方の主面とが接触して対向するように配置され、
前記ベース層を形成する工程では、前記ベース基板が加熱されることにより前記ベース基板が前記ＳｉＣ基板に接合されて前記ベース層を形成する、請求項１〜５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７】
前記炭化珪素源を配置する工程よりも前に、前記炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべき前記ベース基板および前記ＳｉＣ基板の主面を平坦化する工程をさらに備えた、請求項６に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項８】
前記炭化珪素源を配置する工程は、前記炭化珪素源を配置する工程よりも前に、前記炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべき前記ベース基板および前記ＳｉＣ基板の主面を研磨することなく実施される、請求項６に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項９】
前記炭化珪素源を配置する工程では、前記炭化珪素源として炭化珪素からなる原料基板が、前記原料基板の一方の主面と前記ＳｉＣ基板の一方の主面とが間隔をおいて対向するように配置され、
前記ベース層を形成する工程では、前記原料基板が加熱されることにより前記原料基板を構成する炭化珪素が昇華して前記ベース層を形成する、請求項１〜５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１０】
前記ベース層を形成する工程では、前記ＳｉＣ基板の前記ベース層とは反対側の主面の、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となるように前記ベース層が形成される、請求項１〜９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１１】
前記ベース層を形成する工程では、前記ＳｉＣ基板の前記ベース層とは反対側の主面のオフ方位と＜１−１００＞方向とのなす角が５°以下となるように前記ベース層が形成される、請求項１０に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１２】
前記ベース層を形成する工程では、前記ＳｉＣ基板の前記ベース層とは反対側の主面の、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上５°以下となるように前記ベース層が形成される、請求項１１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１３】
前記ベース層を形成する工程では、前記ＳｉＣ基板の前記ベース層とは反対側の主面のオフ方位と＜１１−２０＞方向とのなす角が５°以下となるように前記ベース層が形成される、請求項１０に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１４】
前記ベース層を形成する工程では、１０−１Ｐａよりも高く１０４Ｐａよりも低い圧力下において前記ベース層が形成される、請求項１〜１３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】
炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素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、
前記炭化珪素基板を準備する工程では、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法により前記炭化珪素基板が製造される、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法により製造された、炭化珪素基板。
【請求項１７】
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法により製造された、半導体装置。
【請求項１】
単結晶炭化珪素からなるＳｉＣ基板を準備する工程と、
容器内において前記ＳｉＣ基板の一方の主面に面するように炭化珪素源を配置する工程と、
前記容器内において、前記炭化珪素源を、前記炭化珪素源を構成する炭化珪素の昇華温度よりも高い温度域に加熱することにより、前記ＳｉＣ基板の一方の主面に接触するように炭化珪素からなるベース層を形成する工程とを備え、
前記ベース層を形成する工程では、前記容器内に珪素を含有するガスが導入される、炭化珪素基板の製造方法。
【請求項２】
前記珪素を含有するガスは、前記珪素を含有するガス以外のガスにより希釈されている、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項３】
前記ベース層を形成する工程では、前記炭化珪素源は、前記ＳｉＣ基板よりも高い温度域に加熱される、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】
前記容器を構成する素材としてグラファイトが使用される、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ＳｉＣ基板を準備する工程では、複数の前記ＳｉＣ基板が準備され、
前記炭化珪素源を配置する工程では、複数の前記ＳｉＣ基板が平面的に見て並べて配置された状態で前記炭化珪素源が配置され、
前記ベース層を形成する工程では、複数の前記ＳｉＣ基板の一方の主面同士が接続されるように前記ベース層が形成される、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】
前記炭化珪素源を配置する工程では、前記炭化珪素源として炭化珪素からなるベース基板が、前記ベース基板の一方の主面と前記ＳｉＣ基板の一方の主面とが接触して対向するように配置され、
前記ベース層を形成する工程では、前記ベース基板が加熱されることにより前記ベース基板が前記ＳｉＣ基板に接合されて前記ベース層を形成する、請求項１〜５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７】
前記炭化珪素源を配置する工程よりも前に、前記炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべき前記ベース基板および前記ＳｉＣ基板の主面を平坦化する工程をさらに備えた、請求項６に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項８】
前記炭化珪素源を配置する工程は、前記炭化珪素源を配置する工程よりも前に、前記炭化珪素源を配置する工程において互いに接触すべき前記ベース基板および前記ＳｉＣ基板の主面を研磨することなく実施される、請求項６に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項９】
前記炭化珪素源を配置する工程では、前記炭化珪素源として炭化珪素からなる原料基板が、前記原料基板の一方の主面と前記ＳｉＣ基板の一方の主面とが間隔をおいて対向するように配置され、
前記ベース層を形成する工程では、前記原料基板が加熱されることにより前記原料基板を構成する炭化珪素が昇華して前記ベース層を形成する、請求項１〜５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１０】
前記ベース層を形成する工程では、前記ＳｉＣ基板の前記ベース層とは反対側の主面の、｛０００１｝面に対するオフ角が５０°以上６５°以下となるように前記ベース層が形成される、請求項１〜９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１１】
前記ベース層を形成する工程では、前記ＳｉＣ基板の前記ベース層とは反対側の主面のオフ方位と＜１−１００＞方向とのなす角が５°以下となるように前記ベース層が形成される、請求項１０に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１２】
前記ベース層を形成する工程では、前記ＳｉＣ基板の前記ベース層とは反対側の主面の、＜１−１００＞方向における｛０３−３８｝面に対するオフ角が−３°以上５°以下となるように前記ベース層が形成される、請求項１１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１３】
前記ベース層を形成する工程では、前記ＳｉＣ基板の前記ベース層とは反対側の主面のオフ方位と＜１１−２０＞方向とのなす角が５°以下となるように前記ベース層が形成される、請求項１０に記載の炭化珪素基板の製造方法。
【請求項１４】
前記ベース層を形成する工程では、１０−１Ｐａよりも高く１０４Ｐａよりも低い圧力下において前記ベース層が形成される、請求項１〜１３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】
炭化珪素基板を準備する工程と、
前記炭化珪素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、
前記炭化珪素基板を準備する工程では、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法により前記炭化珪素基板が製造される、半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法により製造された、炭化珪素基板。
【請求項１７】
請求項１５に記載の半導体装置の製造方法により製造された、半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２４３６４０（Ｐ２０１１−２４３６４０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２１８０（Ｐ２０１０−１１２１８０）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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