JP2011246315A - 炭化珪素基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【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およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＣ張り合せ基板の製造方法は、複数の炭化珪素（ＳｉＣ）からなる単結晶体を準備する工程Ｓ１０と、集合体を形成する工程Ｓ２０と、単結晶体同士を接続する工程Ｓ３０と、集合体をスライスする工程Ｓ６０とを備える。工程Ｓ２０では、複数のＳｉＣ単結晶インゴットを、珪素（Ｓｉ）を含むＳｉ層を間に挟んで並ぶように配置して単結晶体の集合体を形成する。工程Ｓ３０では、集合体を加熱することにより、Ｓｉ層の少なくとも一部を炭化珪素化するとともに、Ｓｉ層において炭化珪素化した部分により、隣接するＳｉＣ単結晶インゴット同士を接続する。工程Ｓ６０では、ＳｉＣ単結晶インゴット同士が接続された集合体をスライスする。
【選択図】図１

Description

この発明は、炭化珪素基板およびその製造方法に関し、より特定的には、複数の単結晶領域が接合層を介して接合された炭化珪素基板およびその製造方法に関する。

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。

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、非特許文献１参照）。

Ｍ．Ｎａｋａｂａｙａｓｈｉ， ｅｔ ａｌ．、"Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｃｒａｃｋ‐ｆｒｅｅ １００ｍｍ−ｄｉａｍｅｔｅｒ ４Ｈ‐ＳｉＣ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｍｉｃｒｏｐｉｐｅ Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ、Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ． Ｆｏｒｕｍ，ｖｏｌｓ．６００‐６０３、２００９年、ｐ．３−６.

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。

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およびその製造方法を提供することである。

この発明に従った炭化珪素基板の製造方法は、複数の炭化珪素（ＳｉＣ）からなる単結晶体を準備する工程と、集合体を形成する工程と、単結晶体同士を接続する工程と、集合体をスライスする工程とを備える。集合体を形成する工程では、複数の単結晶体を、珪素（Ｓｉ）を含む接合層を間に挟んで並ぶように配置して単結晶体の集合体を形成する。単結晶体同士を接続する工程では、集合体を加熱することにより、接合層の少なくとも一部を炭化珪素化するとともに、接合層において炭化珪素化した部分により、接合層を介して隣接する単結晶体同士を接続する。集合体をスライスする工程では、単結晶体同士が接続された集合体をスライスする。

このように、複数の単結晶体を、炭化珪素化した接合層により接続して、炭化珪素の大きなインゴットを形成してから、当該インゴットをスライスすることで、単一の単結晶体をスライスして得られるサイズより大きなサイズの炭化珪素基板を複数枚効率的に得ることができる。このため、サイズの大きな炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造すれば、１枚の炭化珪素基板に形成できる半導体装置（チップ）の数を従来よりも多くすることができる。この結果、半導体装置の製造コストを低減することができる。

また、上記のように大きなインゴットを形成し、当該インゴットをスライスすることによって本発明による炭化珪素基板を得ているので、比較的厚みの薄い単結晶体を接合して炭化珪素基板を１枚づつ形成する場合より、一度に複数枚の炭化珪素基板を製造できる。このため、炭化珪素基板の製造コストも、単結晶体を接合して１枚づつ炭化珪素基板を形成する場合より低減することができる。

この発明に従った炭化珪素基板は、炭化珪素からなる複数の単結晶領域と、接続層とを備える。接続層は、炭化珪素からなるとともに複数の単結晶領域の間に位置し、単結晶領域同士を接続する。単結晶領域は、炭化珪素基板の第１の主表面から、当該第１の主表面と反対側に位置する第２の主表面にまで到達するように形成されている。単結晶領域における結晶性は、第１の主表面から第２の主表面までの厚み方向において実質的に同じである。複数の単結晶領域では、第１の主表面における結晶方位が互いに異なっている。接続層は単結晶領域よりも結晶性が劣る。

このようにすれば、複数の単結晶領域が接合層により接続された状態となっているので、単一の単結晶領域からなる炭化珪素基板より、主表面の面積の大きな炭化珪素基板を実現できる。このため、半導体装置を形成するときに１枚の炭化珪素基板からより多くの半導体装置を得ることができるので、半導体装置の製造コストを低減できる。

また、単結晶領域では、第１の主表面から第２の主表面まで厚み方向にほぼ結晶性が同じとなっているので、縦型デバイスを形成する場合に当該炭化珪素基板の厚み方向での特性が問題になることがない。

本発明によれば、半導体装置の製造コストを低減可能な炭化珪素基板およびその製造方法を提供できる。

本発明による炭化珪素基板の製造方法を示すフローチャートである。 図１に示した炭化珪素基板の製造方法を説明するための模式図である。 図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。 図１に示した炭化珪素基板の製造方法を説明するための模式図である。 図１に示した炭化珪素基板の製造方法を説明するための模式図である。 図１に示した炭化珪素基板の製造方法を説明するための模式図である。 図１に示した炭化珪素基板の製造方法を説明するための模式図である。 図１に示した炭化珪素基板の製造方法を説明するための模式図である。 図１に示した工程（Ｓ２０）におけるＳｉＣ単結晶インゴットの配置の他の例を説明するための平面模式図である。 図１に示した工程（Ｓ２０）におけるＳｉＣ単結晶インゴットの配置の他の例を説明するための平面模式図である。 図１の工程（Ｓ２０）におけるプロセスの変形例を示す断面模式図である。 図１の工程（Ｓ２０）におけるプロセスの他の変形例を示す断面模式図である。 図１の工程（Ｓ２０）におけるプロセスの他の変形例を示す断面模式図である。 図１の工程（Ｓ２０）におけるプロセスの別の変形例を示す断面模式図である。 図１の工程（Ｓ２０）におけるプロセスの別の変形例を示す断面模式図である。

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。

図１〜図８を参照して、本発明による炭化珪素基板の製造方法を説明する。
図１に示すように、まず複数の単結晶体を準備する工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、図２に示すように、炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶インゴット１を複数個準備する。

次に、珪素含有層を介して、複数の単結晶体を並べて配置する工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、図２に示すように、複数のＳｉＣ単結晶インゴット１を、互いの対向する端面がＳｉ層２を介して接触するように配置する。ここで、図２は、ＳｉＣ単結晶インゴット１を、Ｓｉ層２を介して接触するように並べることで構成される集合体を示す斜視模式図である。図２および図３からもわかるように、この工程（Ｓ２０）においては、ＳｉＣ単結晶インゴット１が、互いに対向する端面がそれぞれＳｉ層２に接触した状態で配置されている。Ｓｉ層２としては、Ｓｉを主成分とする層であれば任意の形態の層を用いることができる。たとえば、Ｓｉ層２として、Ｓｉを主成分とするシート状部材、あるいはＳｉ基板を所定の形状にカットしたものなどを用いてもよい。また、ＳｉＣ単結晶インゴット１の端面にたとえばＣＶＤ法などを用いてＳｉ膜を形成し、当該Ｓｉ膜をＳｉ層２として利用してもよい。

また、図２に示すように並べられたＳｉＣ単結晶インゴット１は、その結晶方位がほぼ揃っていることが好ましい。たとえば、図２に示した集合体において、ＳｉＣ単結晶インゴット１の上側の主表面（上部表面）がＣ面またはＳｉ面、あるいは他の任意の結晶面となっていてもよい。なお、このように複数のＳｉＣ単結晶インゴット１の結晶方位が揃っていることが好ましいが、加工工程での誤差などによりこれらの結晶方位を完全に一致させることは難しい。そのため、複数のＳｉＣ単結晶インゴット１の結晶方位については、たとえば１つの基準とするＳｉＣ単結晶インゴット１の所定の結晶方位に対する、他のＳｉＣ単結晶インゴット１の対応する結晶方位のずれ角度（交差角度）が５°以内、より好ましくは１°以内であることが好ましい。

次に、図１に示すように、炭素を含む雰囲気中で熱処理する工程（Ｓ３０）を実施する。具体的には、雰囲気に炭素を含むガスを用いて上記集合体を加熱する。たとえば、雰囲気ガスとしてアセチレン、プロパンなどの炭化水素ガスを用い、雰囲気圧力を１Ｐａ以上大気圧以下程度として、加熱温度を１４００℃以上１９００℃以下、加熱保持時間を１０分以上６時間以下程度、といった条件の熱処理を実施してもよい。

その結果、図４に示すように、Ｓｉ層２（図３参照）の上端部および下端部において、雰囲気から供給される炭素とＳｉ層２中の珪素とが反応することでＳｉＣ層３が形成される。ここで、図４は、図１の工程（Ｓ３０）における処理対象物である集合体の状況を説明するための断面模式図である。なお、図４は図３に対応する。

図４に示すように、隣り合うＳｉＣ単結晶インゴット１同士がＳｉＣ層３により接続された状態となる。このＳｉＣ層３は、Ｓｉ層２の一部が溶融してＳｉＣが液相成長することにより形成されてもよい。なお、ＳｉＣ層３を形成するため、任意の熱処理条件を用いることができる。

次に、図１に示すように、ＳｉＣ部を拡大する工程（Ｓ４０）を実施する。具体的には、熱処理により、図４に示したＳｉＣ層３の間に残存するＳｉ層２（図４参照）を図５に示すようにＳｉＣ層４へと変換する。

この工程（Ｓ４０）においては、Ｓｉ層２をＳｉＣ層４へ変換するために任意の方法を用いることができる。たとえば、ＳｉＣ単結晶インゴット１の間の隙間（ＳｉＣ層４が形成されるべき領域）に沿って（図５の上下方向、あるいは集合体の厚み方向に沿って）温度勾配を形成し、いわゆる近接昇華法を用いてＳｉＣ層３側からＳｉ層２側へＳｉＣ層を成長させてもよい。また、当該隙間の図５における上下方向に沿って温度分布を形成し、溶液成長によりＳｉＣ層３側からＳｉＣを成長させてもよい。また、この工程（Ｓ４０）では、雰囲気ガスとしてたとえばアセチレン、プロパンなどの炭化珪素ガスを用い、雰囲気圧力を１Ｐａ以上大気圧以下として、加熱温度を１４００℃以上１９００℃以下、加熱保持時間を１０分以上６時間以下、といった条件の熱処理を実施してもよい。

次に、図１に示すように、後処理工程（Ｓ５０）を実施する。具体的には、上述のようにＳｉ層２（図２参照）からＳｉＣ層３、４に変換された領域（以下、接合層とも言う）から、残存している珪素（Ｓｉ）を除去することにより、当該接合層の主成分をＳｉＣとする。この工程（Ｓ５０）においては、たとえば図６に示すように、熱処理炉１０の内部にＳｉＣ単結晶インゴット１と上述した接合層とからなる集合体をサセプタ１１上に搭載し、熱処理炉１０の内部を減圧雰囲気とした状態で、ヒータ１２によりサセプタ１１を介して当該集合体を加熱する。なお、熱処理炉１０の内部は、当該熱処理炉１０に接続された配管１４を介して真空ポンプ１３により内部の雰囲気ガスを排出することによりその圧力を調整することができる。この結果、上述した接合層から珪素が昇華し、当該接合層における主成分をＳｉＣとすることができる。

なお、この後処理工程（Ｓ５０）においては、図７に示すように、フッ硝酸溶液２１にＳｉＣ単結晶インゴット１と接合層とからなる集合体（接合インゴットとも言う）を浸漬し、当該接合層から珪素を除去してもよい。ここで、図６は、後処理工程（Ｓ５０）でのプロセスの例を説明するための模式図であり、図７は、後処理工程（Ｓ５０）でのプロセスの他の例を説明するための模式図である。

次に、図１に示すように、スライス工程（Ｓ６０）を実施する。具体的には、上述の工程（Ｓ１０）〜（Ｓ５０）により得られた、複数のＳｉＣ単結晶インゴット１を接続層により接続した集合体（接合インゴット）から、任意の面方位が主表面において表出するＳｉＣ張り合せ基板３０（図８参照）を切り出す。この結果、図８に示すように、第１領域３１と第２領域３２とが張り合せ領域３３によって接続された張り合せ基板であるＳｉＣ張り合せ基板３０を得ることができる。なお、この工程（Ｓ６０）において用いる装置は、ワイヤソーやブレード（たとえば内周刃ブレードや外周刃ブレードなど）を用いた従来周知の任意の切断装置を用いることができる。このようにして、本発明によるＳｉＣ張り合せ基板３０を得ることができる。

ここで、図８に示した張り合せ領域３３は、図６に示したＳｉＣ層３、４に対応する。また、第１領域３１と第２領域３２とは、それぞれ図６に示したＳｉＣ単結晶インゴット１の一部である。そして、第１領域３１と第２領域３２とは、所定の結晶方位（たとえば＜０００１＞方向）が互いにある程度揃ってはいるものの、完全に平行にはなっていない。このような結晶方位の相違は、たとえばＸ線回折による特定面の回折方位測定により検出することができる。例えば、ポールフィギュア法による全天方位測定によるピーク方位のずれを検出する、といった方法により上述した結晶方位の相違を確認することができる。

また、第１領域３１と第２領域３２とは、その厚み方向における結晶性がほぼ同様になっている。ここで、結晶性とは、ＸＲＤ評価により測定される、回折角度の半値幅により評価することができる。また、上記のように「結晶性が厚み方向でほぼ同様」とは、具体的には上記データの上記厚み方向におけるばらつきが所定の値以下になっている（たとえば、データのばらつきが平均値に対して±１０％以内である）ことを意味する。また、上記結晶性の評価手法に基づいて測定すると、第１領域３１および第２領域３２よりも、張り合せ領域３３の結晶性は劣っている。

なお、図１に示した工程（Ｓ２０）においては、図２に示すようにＳｉＣ単結晶インゴット１をマトリックス状に複数列×複数行配置する構成としたが、他の配置としてもよい。図９および図１０を参照して、ＳｉＣ単結晶インゴット１の集合体の構成の変形例を説明する。なお、図９および図１０はＳｉＣ単結晶インゴット１を複数個集めて形成した集合体の平面模式図である。

たとえば、図９に示すように、図１の工程（Ｓ２０）における複数のＳｉＣ単結晶インゴット１を含む集合体は、所定の方向（図９において上下方向に沿った方向）に複数個のＳｉＣ単結晶インゴット１がＳｉ層２を介して並んだ列が、複数列（図９においては２列だが３列以上でもよい）、互いにＳｉ層２を介して当該Ｓｉ層２と接触した状態となっている。当該集合体では、各列におけるＳｉ層２の当該所定の方向における位置が各列毎に異なっているような構成であってもよい。この場合、Ｓｉ層２がＳｉＣ単結晶インゴット１の角部において３方向に延びるような構成となっている。一方、図２および図３に示した集合体でのＳｉＣ単結晶インゴット１の配置では、当該角部からＳｉ層２が４方向に延びた状態となる。このため、図９に示した配置の方が、当該角部に隣接するＳｉ層２の体積を少なくすることができる。この結果、ＳｉＣ単結晶インゴット１同士を（Ｓｉ層２に由来する）ＳｉＣ層３、４で接続する構造とする場合に、Ｓｉ層２の体積が１つの上記角部近傍において大きくなるためＳｉ層２からＳｉＣ層３、４が十分に形成されない（ＳｉＣ層３、４により隣接するＳｉＣ単結晶インゴット１同士を十分に接合するような接続構造を形成できない）といった問題の発生を抑制できる。

また、図１の工程（Ｓ２０）における複数のＳｉＣ単結晶インゴット１を含む集合体では、図１０に示すような配置を採用してもよい。図１０においては、ＳｉＣ単結晶インゴット１の平面形状は六角形状となっている。そして、この平面形状が六角形状の（つまり六角柱状の外形を有する）ＳｉＣ単結晶インゴット１の端面がＳｉ層２を介して接触するように集合体が構成されている。このような構成によっても、ＳｉＣ単結晶インゴット１の１つの角部においてはＳｉ層２が３方向に延びるようになっているので、図９に示した集合体と同様の効果を得ることができる。

また、上述した炭化珪素基板の製造方法においては、工程（Ｓ２０）において、接合層となるべき層であるＳｉ層２上を覆うようにキャップ部材５を図１１または図１２に示すように配置してもよい。なお、図１１および図１２は図３に対応する。以下、図１１および図１２を参照して、図１の工程（Ｓ２０）におけるＳｉＣ単結晶インゴット１を含む集合体の構成の変形例を説明する。

図１１および図１２に示すように、加工対象物であるＳｉＣ単結晶インゴット１の間にＳｉ層２を配置した加工対象物である集合体においては、当該Ｓｉ層２上を覆うようにキャップ部材５を配置してもよい。このキャップ部材５としては、たとえばＳｉＣ製の基板を用いることができる。キャップ部材５の平面形状は、基本的にはＳｉ層２の平面形状に沿って、当該Ｓｉ層２の上部端面を覆うような構成であれば任意の形状とすることができる。たとえば、比較的小さなサイズの基板（たとえばＳｉＣ基板）を、Ｓｉ層２の上端に沿って複数個並べるように配置してもよい。このようにすれば、Ｓｉ層２をＳｉＣ層３などへ変換する熱処理を行なうとき（工程（Ｓ３０）や工程（Ｓ４０）を実施するとき）に、たとえば形成されたＳｉＣ層３、４などからＳｉが昇華して散逸することを抑制できる。

また、図１２に示すように、当該キャップ部材５下に、キャップＳｉ層６を配置してもよい。このようなキャップＳｉ層６を配置することにより、キャップ部材５とＳｉＣ単結晶インゴット１との間の密着性をより向上させることができる。なお、キャップＳｉ層６に代えて、炭素（Ｃ）からなる層（キャップ炭素層）を配置してもよい。

また、図１３に示すように、上述したキャップ部材５を用いる代わりに、複数個のＳｉＣ単結晶インゴット１を並べた第１層４１の上部表面を覆うように、他の複数のＳｉＣ単結晶インゴット１を並べた第２層４２を配置してもよい。第１層４１と第２層４２とは、中間Ｓｉ層７を介して積層されている。第１層４１および第２層４２では、隣接するＳｉＣ単結晶インゴット１の端面はそれぞれ接合層となるべきＳｉ層２と接触した状態になっている。

このとき、ＳｉＣ単結晶インゴット１の端面と接触するＳｉ層２の平面視での位置を、第１層４１と第２層４２とでずらしておく（一部のみが重なって、他のほとんどの領域では重ならないようにしておく）ことが好ましい。このようにすれば、第１層４１については、第２層４２を上述したキャップ部材と同様の効果を奏する部材として利用することができる。また、このようにＳｉＣ単結晶インゴット１を２段積み、あるいは３段以上の複数段積層した構造とすることで、より大きなＳｉＣ単結晶の集合体（張り合せインゴット）を得ることができる。

次に、図１の工程（Ｓ２０）の別の変形例を、図１４および図１５を参照しながら説明する。図１４、図１５は図３に対応する。

図１４に示すように、図１の工程（Ｓ２０）においては、ベース材４５上に空隙４６を介してＳｉＣ単結晶インゴット１を並べて配置する。そして、当該空隙４６を覆うようにキャップＳｉ層６を配置する。さらに、キャップＳｉ層６上にＳｉＣからなるキャップ部材５を配置する。この状態で、図１４に示した集合体全体を所定の温度まで加熱することにより、キャップＳｉ層６を溶融する。当該温度は、キャップＳｉ層６が溶融する温度（珪素の融点より高い温度）であって、炭化珪素が昇華する温度より低い温度であればよい。この熱処理では、たとえば加熱温度を１４００℃以上１９００℃以下、より好ましくは１５００℃以上１８００℃以下とすることができる。そして、キャップＳｉ層６が溶融することで形成される溶融Ｓｉは、図１４に示した空隙４６に流れ込む。その後、温度を珪素の融点以下にまで低下させると、上記空隙４６に流れ込んだ溶融Ｓｉが再び固化する。

この結果、図１５に示すように、ＳｉＣ単結晶インゴット１の間の空隙には流入Ｓｉ層５２が固体として配置された状態となる。また、上述したキャップ部材５は、流入Ｓｉ層５２の上部端面を覆った状態となっている。このようにして、図２および図３に示したＳｉＣ単結晶インゴット１を張り合せた状態となるべき集合体を得ることができる。そして、このような流入Ｓｉ層５２についても、図１に示した工程（Ｓ３０）〜工程（Ｓ５０）を実施することにより、ＳｉＣ層に変換できる。この結果、ＳｉＣ単結晶インゴット１同士をＳｉＣ層からなる接合層（張り合せ層）により接続した単結晶インゴット集合体（張り合せインゴット）を形成できる。そして、図１の工程（Ｓ６０）を実施することで、ＳｉＣ張り合せ基板を得ることができる。

以下、上述した説明と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
この発明に従った炭化珪素基板の製造方法は、ＳｉＣ張り合せ基板の製造方法であって、複数の炭化珪素（ＳｉＣ）からなる単結晶体を準備する工程（Ｓ１０）と、集合体を形成する工程（図１の工程（Ｓ２０））と、単結晶体同士を接続する工程（図１の工程（Ｓ３０））と、集合体をスライスする工程（図１の工程（Ｓ６０））とを備える。集合体を形成する工程（Ｓ２０）では、複数の単結晶体（ＳｉＣ単結晶インゴット１）を、珪素（Ｓｉ）を含む接合層（Ｓｉ層２および中間Ｓｉ層７）を間に挟んで並ぶように配置して単結晶体の集合体を形成する。ＳｉＣ単結晶インゴット１同士を接続する工程である上記工程（Ｓ３０）では、集合体を加熱することにより、接合層（Ｓｉ層２および中間Ｓｉ層７）の少なくとも一部を炭化珪素化するとともに、接合層において炭化珪素化した部分により、接合層を介して隣接するＳｉＣ単結晶インゴット１同士を接続する。集合体をスライスするスライス工程（Ｓ６０）では、ＳｉＣ単結晶インゴット１同士が接続された集合体をスライスする。

このように、複数のＳｉＣ単結晶インゴット１を、炭化珪素化した接合層であるＳｉＣ層３、４により接続して、炭化珪素の大きなインゴット（張り合せインゴット）を形成してから、当該インゴットをスライスすることで、単一の単結晶体からなるインゴットをスライスして得られるサイズより大きなサイズの炭化珪素基板（ＳｉＣ張り合せ基板３０）を複数枚効率的に得ることができる。そして、サイズの大きなＳｉＣ張り合せ基板３０を用いて半導体装置を製造すれば、１枚のＳｉＣ張り合せ基板３０に形成できる半導体装置（チップ）の数を従来よりも多くすることができる。この結果、半導体装置の製造コストを低減することができる。

また、上記のように大きなインゴットを形成し、当該インゴットをスライスすることによって本発明による炭化珪素基板（ＳｉＣ張り合せ基板３０）を得ているので、比較的厚みの薄い単結晶体を接合してＳｉＣ張り合せ基板（炭化珪素基板）を１枚づつ形成する場合より、一度に複数枚のＳｉＣ張り合せ基板を製造できる。このため、ＳｉＣ張り合せ基板３０の製造コストも、厚みの薄い単結晶体を接合して１枚づつ炭化珪素基板（ＳｉＣ張り合せ基板）を形成する場合より低減することができる。

上記炭化珪素基板の製造方法は、上記接続する工程（図１の工程（Ｓ３０））の後であって前記スライスする工程（図１の工程（Ｓ６０）の前に、接合層から珪素を除去する工程（図１の工程（Ｓ５０））をさらに備えていてもよい。

この場合、接合層であるＳｉＣ層３、４に珪素（Ｓｉ）が残存しないようにできるので、当該ＳｉＣ層３、４（ＳｉＣ張り合せ基板３０における張り合せ領域３３）に珪素が残存していることに起因する問題の発生を抑制できる。たとえば、当該接合層を有する炭化珪素基板（ＳｉＣ張り合せ基板３０）の接合層である張り合せ領域３３に珪素が残存していると、ＳｉＣ張り合せ基板３０に対する熱処理などのときに当該熱処理温度が珪素の融点付近になった場合、張り合せ領域３３から珪素が外部へ放出される可能性がある。このように張り合せ領域３３から珪素が外部へ放出されると、当該張り合せ領域３３の密度が下がって結果的に当該張り合せ領域３３の強度が低下する可能性上がる。このように張り合せ領域３３の強度が低下すると、ＳｉＣ張り合せ基板３０が破損する、あるいは放出された珪素がＳｉＣ張り合せ基板３０への処理に対して悪影響を及ぼす、といった可能性がある。しかし、上記のような工程（Ｓ５０）を実施することで、上述の問題の発生を抑制できる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、上記接続する工程（図１の工程（Ｓ３０））では、液相成長法（ＬＰＥ法）を用いて接合層（Ｓｉ層２および中間Ｓｉ層７）の少なくとも一部を炭化珪素化してもよい。この場合、Ｓｉ層２の一部を確実に炭化珪素化することができる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、接続する工程（図１の工程（Ｓ３０））では、接合層（Ｓｉ層２および中間Ｓｉ層７）の一部が炭化珪素化している。また、上記炭化珪素基板の製造方法は、接続する工程である図１の工程（Ｓ３０）の後、接合層の延在方向に沿って（たとえばＳｉ層２の延在方向である厚み方向に沿って）温度勾配を形成するように集合体を加熱することにより、炭化珪素化した接合層の一部（ＳｉＣ層３）から、接合層において炭化珪素化していない部分（たとえば図４のＳｉ層２）へ炭化珪素を成長させる工程（図１の工程Ｓ（４０））をさらに備えていてもよい。また、上記接続する工程（図１の工程（Ｓ３０））では、炭素を含有する雰囲気中で上記集合体を加熱してもよい。

この場合、炭化珪素化した接合層における炭化珪素の割合を高めることができる。このため、炭化珪素化した接合層（図６のＳｉＣ層３、４：接続層ともいう）によるＳｉＣ単結晶インゴット１間の接続強度を向上させることができる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、集合体を形成する工程（図１の工程（Ｓ２０））では、接合層（Ｓｉ層２）として珪素を主成分とするシート状部材を用いてもよい。この場合、シート状部材をＳｉＣ単結晶インゴット１の間に配置することで、容易に集合体を構成することができる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、集合体を形成する工程（図１の工程（Ｓ２０））は、複数のＳｉＣ単結晶インゴット１を、図１４に示すように間隙を介して並ぶように配置する工程と、間隙を覆うように珪素を主成分とする接合部材（図１４のキャップＳｉ層６）を配置する工程と、当該接合部材（キャップＳｉ層６）を加熱して溶融させ、溶融した接合部材を間隙に流入させることで接合層（流入Ｓｉ層５２）を形成する工程とを含んでいてもよい。

この場合、溶融した接合部材が間隙に流入するので、間隙の隅々にまで溶融したキャップＳｉ層６を配置することができる。このため、間隙を当該流入Ｓｉ層５２で充填することができるので、接合部材（つまり流入Ｓｉ層５２）とＳｉＣ単結晶インゴット１の端面（間隙に現れる表面）とを確実に接触させることができる。このため、流入Ｓｉ層５２が炭化珪素化した部分について、当該部分とＳｉＣ単結晶インゴット１との接続をより確実に行なうことができる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、集合体を形成する工程（図１の工程（Ｓ２０））では、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて接合層（Ｓｉ層２）を形成してもよい。この場合、シート状の接合層を準備してＳｉＣ単結晶インゴット１の間に個別に配置するという工程に代えて、所定の間隙を介して並べた複数のＳｉＣ単結晶インゴット１に対して、当該間隙にＣＶＤ法を用いてＳｉ層２を一度に形成することができる。このため、集合体を形成する工程（図１の工程（Ｓ２０））を簡略化することができるので、結果的にＳｉＣ張り合せ基板３０の製造コストを低減できる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、接続する工程（図１の工程（Ｓ３０））では、接合層（Ｓｉ層２）の端面を覆うように蓋部材（キャップ部材５）を配置した状態で集合体を加熱してもよい。この場合、図１の工程（Ｓ３０）において接合層（Ｓｉ層２）の一部が炭化珪素化されるときに、当該Ｓｉ層２から珪素が放出されたり、Ｓｉ層２が一時的に溶融してＳｉ層２が配置された領域（ＳｉＣ単結晶インゴット１の間の間隙）から溶融したＳｉ層２接合層が流出したりすることを抑制できる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、蓋部材（キャップ部材５）は、炭化珪素（ＳｉＣ）および炭素（Ｃ）のいずれか一方を主成分としてもよい。この場合、キャップ部材５が十分に融点の高い材料により構成されることになるため、キャップ部材５が上記工程（Ｓ３０）での熱処理により損傷を受けることを防止できる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、接続する工程（図１の工程（Ｓ３０））では、キャップ部材５と集合体との間には中間層（キャップＳｉ層６）が配置されていてもよい。この場合、中間層の材料としてキャップ部材５の材質とは異なり、集合体（ＳｉＣ単結晶インゴット１や接合層としてのＳｉ層２）との密着性に優れる材料を選択できる。このため、キャップ部材５およびキャップＳｉ層６により接合層であるＳｉ層２の端面を確実に覆うことができる。

上記炭化珪素基板の製造方法において、中間層（キャップＳｉ層６）は、珪素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）のいずれか一方を主成分としてもよい。特に、中間層として珪素を用いる場合、中間層と集合体との密着性をより高めることができる。

この発明に従った炭化珪素基板であるＳｉＣ張り合せ基板３０は、炭化珪素からなる複数の単結晶領域（図８の第１領域３１および第２領域３２）と、接合層（張り合せ領域３３）とを備える。張り合せ領域３３は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなるとともに複数の単結晶領域（第１領域３１および第２領域３２）の間に位置し、単結晶領域（第１領域３１および第２領域３２）同士を接続する。単結晶領域（第１領域３１および第２領域３２）は、ＳｉＣ張り合せ基板３０の第１の主表面（図８の上側の主表面）から、当該第１の主表面と反対側に位置する第２の主表面（図８のＳｉＣ張り合せ基板３０の下側に位置する裏面）にまで到達するように形成されている。単結晶領域（第１領域３１および第２領域３２）における結晶性は、第１の主表面から第２の主表面までの厚み方向において実質的に同じである。複数の単結晶領域（第１領域３１および第２領域３２）では、第１の主表面における結晶方位が互いに異なっている。張り合せ領域３３は単結晶領域（第１領域３１および第２領域３２）よりも結晶性が劣る。

このようにすれば、複数の単結晶領域（第１領域３１および第２領域３２）が張り合せ領域３３により接続された状態となっているので、単一の単結晶領域からなる炭化珪素基板より、主表面の面積の大きな炭化珪素基板（ＳｉＣ張り合せ基板３０）を実現できる。このため、半導体装置を形成するときに１枚の炭化珪素基板からより多くの半導体装置を得ることができるので、半導体装置の製造コストを低減できる。

また、単結晶領域（第１領域３１および第２領域３２）では、第１の主表面から第２の主表面まで厚み方向にほぼ結晶性が同じとなっているので、縦型デバイスを形成する場合に当該ＳｉＣ張り合せ基板３０の厚み方向での結晶性が局所的に劣っていることに起因する問題は発しない。

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。

この発明は、炭化珪素の単結晶体を複数個張り合せた構造の基板について特に有利に適用される。

１ ＳｉＣ単結晶インゴット、２ Ｓｉ層、３，４ ＳｉＣ層、５ キャップ部材、６ キャップＳｉ層、７ 中間Ｓｉ層、１０ 熱処理炉、１１ サセプタ、１２ ヒータ、１３ 真空ポンプ、１４ 配管、２１ フッ硝酸溶液、３０ ＳｉＣ張り合せ基板、３１ 第１領域、３２ 第２領域、３３ 張り合せ領域、４１ 第１層、４２ 第２層、４５ ベース材、４６ 空隙、５２ 流入Ｓｉ層。

Claims (12)

1. 複数の炭化珪素からなる単結晶体を準備する工程と、
   複数の前記単結晶体を、珪素を含む接合層を間に挟んで並ぶように配置して前記単結晶体の集合体を形成する工程と、
   前記集合体を加熱することにより、前記接合層の少なくとも一部を炭化珪素化するとともに、前記接合層において前記炭化珪素化した部分により、前記接合層を介して隣接する前記単結晶体同士を接続する工程と、
   前記単結晶体同士が接続された前記集合体をスライスする工程とを備える、炭化珪素基板の製造方法。
2. 前記接続する工程では、液相成長法を用いて前記接合層の少なくとも一部を炭化珪素化する、請求項１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
3. 前記接続する工程では、前記接合層の一部が炭化珪素化しており、
   前記接続する工程の後、前記接合層の延在方向に沿って温度勾配を形成するように前記集合体を加熱することにより、前記炭化珪素化した前記接合層の一部から、前記接合層において炭化珪素化していない部分へ炭化珪素を成長させる工程をさらに備える、請求項１または２に記載の炭化珪素基板の製造方法。
4. 前記接続する工程では、炭素を含有する雰囲気中で前記集合体を加熱する、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。
5. 前記集合体を形成する工程では、前記接合層として珪素を主成分とするシート状部材を用いる、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。
6. 前記集合体を形成する工程は、
   複数の前記単結晶体を、間隙を介して並ぶように配置する工程と、
   前記間隙を覆うように珪素を主成分とする接合部材を配置する工程と、
   前記接合部材を加熱して溶融させ、溶融した前記接合部材を前記間隙に流入させることで前記接合層を形成する工程とを含む、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。
7. 前記集合体を形成する工程では、化学気相成長法を用いて前記接合層を形成する、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。
8. 前記接続する工程では、前記接合層の端面を覆うように蓋部材を配置した状態で前記集合体を加熱する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
9. 前記蓋部材は、珪素および炭素のいずれか一方を主成分とする、請求項８に記載の炭化珪素基板の製造方法。
10. 前記接続する工程では、前記蓋部材と前記集合体との間には中間層が配置されている、請求項８または９に記載の炭化珪素基板の製造方法。
11. 前記中間層は、炭化珪素および炭素のいずれか一方を主成分とする、請求項１０に記載の炭化珪素基板の製造方法。
12. 炭化珪素からなる複数の単結晶領域と、
    炭化珪素からなるとともに複数の前記単結晶領域の間に位置し、前記単結晶領域同士を接続する接続層とを備える炭化珪素基板であって、
    前記単結晶領域は、前記炭化珪素基板の第１の主表面から、前記第１の主表面と反対側に位置する第２の主表面にまで到達するように形成され、
    前記単結晶領域における結晶性は、前記第１の主表面から前記第２の主表面までの厚み方向において同じであり、
    複数の前記単結晶領域では、前記第１の主表面における結晶方位が互いに異なっており、
    前記接続層は前記単結晶領域よりも結晶性が劣る、炭化珪素基板。

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