JP2014154666A - 炭化珪素半導体基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】不純物濃度の高いｎ型の炭化珪素エピタキシャル膜を備え、かつ、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を容易に製造することができる、炭化珪素半導体基板の製造方法、および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素基板を準備する工程と、炭化珪素基板上に、第１の原料ガスを用いて第１の炭化珪素半導体層を形成する工程と、第１の炭化珪素半導体層上に、第２の原料ガスを用いて第２の炭化珪素半導体層を形成する工程とを備え、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程では、ドーパントガスとしてアンモニアガスを用い、かつ、第１の原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比Ｃ／Ｓｉが１．６以上２．２以下である原料ガスを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素半導体基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法に関し、特に、不純物濃度の高い炭化珪素半導体基板を容易に製造することができる、炭化珪素半導体基板の製造方法および当該炭化珪素半導体基板を用いて実施される炭化珪素半導体装置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（ＳｉＣ）の採用が進められている。炭化珪素は、従来より半導体装置を構成する材料として広く用いら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。
炭化珪素は、不純物の拡散係数がきわめて低いため、熱拡散処理によって不純物のドーピングを行うことは困難である。炭化珪素材料に活性領域を形成する方法として、エピタキシャル成長層にイオン注入する方法や、ドーパントガスによる不純物添加を伴ったエピタキシャル成長方法が存在する（たとえば、特許文献１参照）。
一般に、炭化珪素基板上において、ｎ型のエピタキシャル層を成長させる場合には、ドーパントガスとして窒素（Ｎ2）ガスが用いられる。このときの成長温度は、一般に１４００℃以上１７００℃以下程度である。
しかし、窒素分子は窒素原子間の３重結合を含む。そのため、窒素分子を熱分解させ、活性種として窒素原子を炭化珪素エピタキシャル層中に取りこむことは難しい。
特開２００２−２８０５７３号公報
炭化珪素エピタキシャル層中への窒素原子の取りこみ量を増やして、炭化珪素エピタキシャル層の不純物濃度を高める方法として、エピタキシャル成長時に使用する原料ガスの珪素（Ｓｉ）原子の原子数に対する炭素（Ｃ）原子の原子数の比（Ｃ／Ｓｉ比）を下げる方法が考えられる。
一般に、ドーパントガスとしてＮ2ガスを用いてｎ型炭化珪素膜のエピタキシャル成長を行う際、原料ガスにおける珪素（Ｓｉ）に対する炭素（Ｃ）の比率Ｃ／Ｓｉが１．０以上１．５以下程度となる条件で行われている。これは、ドーパントガスとしてＮ2ガスを用いた場合であって、Ｃ／Ｓｉ比が１．５より大きい場合にはＮが不純物としてエピタキシャル層中に十分に添加されにくいためである。また、ドーパントガスとしてＮ2ガスを用いた場合であって、Ｃ／Ｓｉ比が１．０より低い場合には、Ｎを活性種としてエピタキシャル層中に十分に添加することができる一方で、成長させたエピタキシャル層のモフォロジが悪化すると考えられているためである。
よって、炭化珪素エピタキシャル層の不純物濃度を高めるために、上記従来の値よりもさらにＣ／Ｓｉ比を下げた原料ガスを用いてエピタキシャル成長させた場合には、得られる炭化珪素エピタキシャル層のモフォロジはさらに悪化すると考えられる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、不純物濃度の高いｎ型の炭化珪素エピタキシャル膜を備え、かつ、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を容易に製造することができる、炭化珪素半導体基板の製造方法、および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、ドーパントガスとしてアンモニア（ＮＨ3）ガスを用い、かつ、Ｓｉ原子の原子数に対するＣ原子の原子数の比Ｃ／Ｓｉを１．６以上２．２以下である原料ガスを用いてｎ型の炭化珪素エピタキシャル層を成長することにより、高い不純物濃度を有するｎ型の炭化珪素エピタキシャル膜を備え、かつ、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を製造することができることを見出した。
本発明の炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程と、炭化珪素基板上に、第１の原料ガスを用いて第１の炭化珪素半導体層を形成する工程と、第１の炭化珪素半導体層上に、第２の原料ガスを用いて第２の炭化珪素半導体層を形成する工程とを備え、第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程では、ドーパントガスとしてアンモニアガスを用い、かつ、第１の原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比Ｃ／Ｓｉが１．６以上２．２以下である原料ガスを用いる。
これにより、本発明の炭化珪素半導体基板の製造方法は、高い不純物濃度を有するｎ型の炭化珪素エピタキシャル膜を備え、かつ、良好な表面モフォロジを有する炭化珪素半導体基板を容易に製造することができる。
上記第１の炭化珪素半導体層の不純物濃度は、第２の炭化珪素半導体層の不純物濃度よりも高い。上記第１の炭化珪素半導体層の厚みは、第２の炭化珪素半導体層の厚みよりも薄い。
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基板を準備する工程と、炭化珪素半導体基板を加工する工程とを備える。炭化珪素半導体基板を準備する工程では、上記本発明の炭化珪素半導体基板の製造方法により、炭化珪素半導体基板が製造される。
これにより、高い不純物濃度を有するｎ型のエピタキシャル膜を備える炭化珪素半導体基板の欠陥やモフォロジの悪さに起因した炭化珪素半導体装置の性能低下を抑制でき、炭化珪素半導体装置を高歩留まりで製造することができる。
本発明の炭化珪素半導体基板の製造方法によれば、高い不純物濃度を有するｎ型の炭化珪素エピタキシャル膜を備え、かつ、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を容易に製造することができる。また、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、炭化珪素半導体基板の欠陥やモフォロジの悪さに起因した炭化珪素半導体装置の性能低下を抑制できる。
本実施の形態の炭化珪素半導体基板の断面図である。 本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法のフローチャートである。 本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造法に用いる気相エピタキシャル成長装置の概略図である。 本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法のフローチャートである。 本実施例の実施例試料を微分干渉顕微鏡で観察した像である。 本実施例の比較例試料１を微分干渉顕微鏡で観察した像である。 本実施例の比較例試料２を微分干渉顕微鏡で観察した像である。
以下、本発明の実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板上に、不純物濃度の異なる複数の炭化珪素エピタキシャル層を積層させ、炭化珪素半導体基板を製造する方法である。まず、図１を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０について、説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０は、炭化珪素基板１と、炭化珪素基板１上に形成された炭化珪素からなるバッファ層２と、バッファ層２上に形成された炭化珪素からなるドリフト層３とを備える。
炭化珪素基板１は、たとえば単結晶炭化珪素からなる。単結晶炭化珪素は、たとえば六方晶の結晶構造を有している。炭化珪素基板１は主表面１Ａを含んでいる。
バッファ層２は、炭化珪素基板１の主表面１Ａ上に形成されている。バッファ層２は、導電型がｎ型であり、その厚みは０．５μｍである。バッファ層２におけるｎ型の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ−３程度である。バッファ層２は主表面２Ａを含んでいる。
ドリフト層３は、バッファ層２上に形成されている。ドリフト層３は、導電型がｎ型であり、その厚みは１０μｍである。ドリフト層３におけるｎ型の不純物濃度は、７×１０15ｃｍ−３程度である。ドリフト層３は主表面３Ａを含み、当該主表面３Ａが、炭化珪素半導体基板１０の主表面となる。
次に、図１および２を参照して、上記の炭化珪素半導体基板を製造するための、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法を説明する。当該炭化珪素半導体基板の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１１）と、炭化珪素基板上に、第１の原料ガスを用いてバッファ層を形成する工程（Ｓ１２）と、バッファ層上に、第２の原料ガスを用いてドリフト層を形成する工程（Ｓ１３）とを備える。
まず、工程（Ｓ１１）では、炭化珪素基板１を準備する。炭化珪素基板１は、単結晶炭化珪素からなる。炭化珪素基板１は、厚みが３５０μｍの円板形状である。
次に、工程（Ｓ１２）では、先の工程（Ｓ１１）で準備した炭化珪素基板１上に、気相エピタキシャル成長装置を用いてバッファ層２を形成する。図３を参照して、本実施の形態では、気相エピタキシャル成長装置として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置１００を用いる。ＣＶＤ装置１００において、基板ホルダ１１は、その周囲を誘導加熱用コイル１２と、石英管１３と、断熱材１４と、発熱体１５とによって囲まれている。具体的には、発熱体１５は中空構造であって、内部に反応室を形成している。基板ホルダ１１は、発熱体１５の内部に設けられ、たとえば、炭化珪素基板１を載置したときにその主表面１Ａが反応室表面と同一平面となるように形成されている。断熱材１４は、発熱体１５の外周囲を囲うように配置されている。石英管１３は、断熱材１４の外周側を囲うように配置されている。誘導加熱用コイル１２は、複数のコイル部材を含み、たとえば、石英管１３の外周側を巻回するように設けられている。誘導加熱用コイル１２を高周波コイルとしてこれに高周波電流を流すと、電磁誘導作用により、発熱体１５は誘導加熱される。これにより、炭化珪素基板１および炭化珪素基板１に供給される原料ガス等を所定の温度に加熱することができる。
まず、ＣＶＤ装置１００内に設けられた基板ホルダ１１に、炭化珪素基板１を配置する。次に、ＣＶＤ装置１００内に配管１６を介して、水素（Ｈ２）を含むキャリアガスと、モノシラン（ＳｉＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）およびアンモニア（ＮＨ3）などを含む原料ガスとを導入する。このとき、いずれのガスも、炭化珪素基板１の主表面１Ａ上に供給される時点で十分に熱分解されているように反応室内に導入される。また、各ガスは、ＣＶＤ装置１００の反応室内に導入する前に混合されていてもよいし、ＣＶＤ装置１００の反応室内で混合されてもよい。
基板ホルダ１１上に配置された炭化珪素基板１が、加熱されながら、上記キャリアガスおよび原料ガスの供給を受けることにより、主表面１Ａ上に窒素（Ｎ）原子がドープされたエピタキシャル成長膜であるバッファ層２が形成される。具体的には、成長温度１５００℃以上１６５０℃以下、圧力８×１０３Ｐａ以上１２×１０3Ｐａ以下の条件下でバッファ層２を形成する。このとき、ＮＨ3ガスの流量を調整することにより、バッファ層２におけるｎ型の不純物濃度を１×１０18ｃｍ−３程度とする。また、バッファ層２の厚みは０．５μｍ程度とする。
本工程（Ｓ１２）においてバッファ層２の形成に用いられる第１の原料ガスは、Ｓｉ原子の原子数に対するＣ原子の原子数の比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．６以上２．２以下である。これは、Ｃ／Ｓｉ比が２．２越えの原料ガスを用いた場合には、形成されるバッファ層２には結晶欠陥が発生するためである。また、Ｃ／Ｓｉ比が１．６未満の原料ガスを用いた場合には、形成されるバッファ層２において、Ｎ原子のバックグラウンド濃度が上昇するためである。なお、Ｎ原子のバックグラウンド濃度が許容できる限りにおいて、Ｃ／Ｓｉ比は１．０以上としても、形成されるバッファ層２の表面モフォロジを有することができる。また、Ｈ原子の原子数に対するＳｉ原子の原子数の比（Ｓｉ／Ｈ比）は、０．０００２以上０．０００６以下である。水素分子の分子数に対するアンモニア分子の分子数の比（ＮＨ3／Ｈ2比）は２．０×１０−8以上１．０×１０−6以下である。
次に、工程（Ｓ１３）では、先の工程（Ｓ１２）で形成したバッファ層２上に、ＣＶＤ装置を用いてドリフト層３を形成する。まず、反応室内に、Ｈ２を含むキャリアガスと、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８およびＮＨ3などを含む原料ガスとを導入する。このとき、いずれのガスも、炭化珪素基板１の主表面１Ａ上に供給される時点で十分に熱分解されているように反応室内に導入される。
反応室内に配置された炭化珪素基板１が、加熱されながら、上記キャリアガスおよび原料ガスの供給を受けることにより、バッファ層２上にＮ原子がドープされたエピタキシャル成長膜であるドリフト層３が形成される。具体的には、成長温度１５００℃以上１６５０℃以下、圧力８×１０３Ｐａ以上１２×１０3Ｐａ以下の条件下でドリフト層３を形成する。このとき、ＮＨ3ガスの流量を調整することにより、ドリフト層３におけるｎ型の不純物濃度を７×１０15ｃｍ−３程度とする。また、ドリフト層３の厚みは１０μｍ以上１５μｍ以下程度とする。
本工程（Ｓ１３）においてドリフト層３の形成に用いられる第２の原料ガスは、Ｓｉ原子の原子数に対するＣ原子の原子数の比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．６以上２．２以下である。これは、先の工程（Ｓ１２）における第１の原料ガスと同等の理由による。また、このときＨ原子の原子数に対するＳｉ原子の原子数の比（Ｓｉ／Ｈ比）は、０．０００２以上０．０００６以下である。水素分子の分子数に対するアンモニア分子の分子数の比（ＮＨ3／Ｈ2比）は２．０×１０−8以上１．０×１０−6以下である。
本工程（Ｓ１３）は、先の工程（Ｓ１２）でのバッファ層２の形成が終了した後、炭化珪素基板１が基板ホルダ１１上に設置した状態のままで、原料ガスの流量や分圧を変更することにより、先の工程（Ｓ１２）と連続して実施してもよい。つまり、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法では、第１の原料ガスと第２の原料ガスとは、含まれるガス種は同一であって、ガスの流量や分圧が異なる。そのため、バッファ層２とドリフト層３とを容易に連続成長することができる。
本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法において、特に重要であるのは、工程（Ｓ１２）で用いる第１の原料ガスおよび工程（Ｓ１３）で用いる第２の原料ガスのＣ／Ｓｉ比である。
Ｃ／Ｓｉ比が高い原料ガスを用いた場合には、形成される炭化珪素エピタキシャル層のモフォロジは良好となるが、当該炭化珪素エピタキシャル層中へのＮ原子のドープ量は制限される。よって、Ｃ／Ｓｉ比が高い原料ガスを用いた場合には、高不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を形成するのは困難である。
一方、Ｃ／Ｓｉ比が低い原料ガスを用いた場合には、Ｎ原子がより高濃度にドープ形成された炭化珪素エピタキシャル層を形成することができるが、当該炭化珪素エピタキシャル層のモフォロジは悪化する。よって、Ｃ／Ｓｉ比が低い原料ガスを用いた場合には、良好なモフォロジを有する炭化珪素エピタキシャル層を形成するのは困難である。
従来の炭化珪素半導体基板の製造方法では、ドーパントガスとしてＮ2ガスを用い、かつ、不純物濃度に関らずＣ／Ｓｉ比が１．０以上１．５以下の原料ガスを用いて各炭化珪素エピタキシャル層を形成する。しかし、ドーパントガスに用いられる窒素分子は窒素原子間の３重結合を含む。そのため、窒素分子を熱分解させ、活性種として窒素原子を炭化珪素エピタキシャル層中に取りこむことは難しい。また、炭化珪素基板の主表面１Ａ上に、面内均一にＮ原子をドープすることはさらに困難である。一方で、得られる炭化珪素半導体基板のモフォロジは悪く、欠陥が多数存在する。従来の方法でＣ／Ｓｉ比が１．０以上１．５以下の原料ガスを用いて各炭化珪素エピタキシャル層を形成した場合には、窒素原子の取込み量は最大で２×１０18ｃｍ−3程度とすることができるが、該炭化珪素エピタキシャル層は欠陥を多数含んだものになる。
つまり、ドーパントガスとしてＮ2を用いる従来の炭化珪素半導体基板の製造方法では、現状よりも高い不純物濃度を有するｎ型の炭化珪素エピタキシャル層を形成するために原料ガスのＣ／Ｓｉ比を低く下げると、得られる炭化珪素半導体基板のモフォロジがさらに悪化してしまう。一方、現状よりもモフォロジを改善するために、原料ガスのＣ／Ｓｉ比を高く上げると、高い不純物濃度を有するｎ型の炭化珪素エピタキシャル層を備える炭化珪素半導体基板を製造することは、より困難になる。
そこで、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法では、ドーパントガスとしてＮＨ3を用い、かつ、Ｃ／Ｓｉ比が従来の炭化珪素半導体基板の製造方法と比べて高い原料ガスを用いる。
ＮＨ3は、熱分解に要する温度がＮ2と比べて低く、炭化珪素エピタキシャル層を形成する際の一般的な成長温度（上記１４００℃〜１７００℃程度）で容易に分解される。そのため、炭化珪素エピタキシャル層にＮ原子を活性種として取りこむことが容易である。その結果、従来の炭化珪素半導体基板の製造方法と比べてＣ／Ｓｉ比を高く上げても、当該従来の製造方法と比べて高い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を形成することができる。具体的には、Ｃ／Ｓｉ比を１．６以上２．２以下としても、２×１０18ｃｍ−3程度の高い不純物濃度を有する炭化珪素エピタキシャル層を形成することができる。また、Ｃ／Ｓｉ比を従来の炭化珪素半導体基板の製造方法と比べて高く上げることができるため、従来よりも良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を作製することができる。
また、上述のように、従来の炭化珪素半導体基板の製造方法のようにドーパントガスとしてＮ2ガスを用いた場合には、高い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を形成するためにＣ／Ｓｉ比を低く下げるのが好ましいが、一方でモフォロジが悪化する。そのため、炭化珪素半導体基板において、高い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を最上層に設けることは、モフォロジの観点から困難であった。この場合、Ｃ／Ｓｉ比を高く上げた原料ガスで形成した低い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を、上記高い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層の上層に設けることで、炭化珪素半導体基板のモフォロジの悪化を抑制する必要があった。
これに対し、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法は、Ｃ／Ｓｉ比の高い原料ガスを用いて高い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を形成できるため、当該炭化珪素エピタキシャル層は良好なモフォロジを有することができる。そのため、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法によれば、モフォロジの観点から制限を課すことなく、任意の構成の炭化珪素半導体基板を作製することができる。
また、相対的に高い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層と、相対的に低い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を積層して形成する場合に、Ｃ／Ｓｉ比が同一の原料ガスを用いることができるため、ＮＨ3ガスの流量以外の成長条件を変更せずに連続成長することもできる。
以上のように、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法は、ドーパントガスにＮ2ガスを用いて、かつ、当該炭化珪素エピタキシャル層の成長に用いる原料ガスのＣ／Ｓｉ比を１．６以上２．２以下とすることにより、高不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を備えながら、結晶欠陥が少なく、かつ良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を容易に製造することができる。
本実施の形態の炭化珪素半導体基板は、第１の炭化珪素半導体層として、厚さ０．５μｍで、不純物濃度が１×１０18ｃｍ−3のバッファ層２、第２の炭化珪素半導体層として、厚さ１０μｍで、不純物濃度が７×１０15ｃｍ−3のドリフト層３から構成されるが、これに限られるものではない。例えば、不純物濃度が２×１０18ｃｍ−3以下程度の高不純物濃度層の上に、不純物濃度が１×１０1４ｃｍ−3以上５×１０15ｃｍ−3以下程度の低不純物濃度層を、厚さ２０μｍとして積層した構成としてもよい。このようにしても、上記Ｃ／Ｓｉ比が同一の原料ガスを用いて、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を得ることができる。
また、本実施の形態の炭化珪素半導体基板は、炭化珪素基板上に不純物濃度の異なる２層が積層した構造を有しているが、炭化珪素基板上に不純物濃度の異なる３層以上が任意の構成で積層した構造であってもよい。このようにしても、従来の炭化珪素半導体基板の製造方法により得られる炭化珪素半導体基板と比べて、高い不純物濃度を有する炭化珪素エピタキシャル層を備え、かつ結晶欠陥が少なく、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を得ることができる。
また、本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法では、気相エピタキシャル成長装置として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を用いたが、これに限られるものではない。炭化珪素エピタキシャル層を気相成長法により形成することができる任意の装置を用いることができる。
なお、炭化珪素エピタキシャル層の形成工程において、成長温度を上げることによっても、モフォロジを改善することができる。成長温度によりモフォロジを改善するためには、成長温度を１７００℃以上の高温条件とする必要がある。しかし、成長温度を１７００℃以上としても、形成される炭化珪素エピタキシャル層は結晶欠陥を含み、さらにエピタキシャル成長装置の劣化が進行するといった問題があった。本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法は、従来の炭化珪素半導体基板の製造方法と比べて、成長温度を高めることなく、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板をせることができる。
本実施の形態の炭化珪素半導体基板の製造方法では、工程（Ｓ１２）および工程（Ｓ１３）において、いずれも成長温度を１５００℃以上１６５０℃以下とするのが好ましい。上記温度範囲とすることで、より確実に欠陥の発生を抑制し、表面モフォロジの良好な炭化珪素半導体基板を得ることができる。
次に、図４を参照して、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素半導体基板を準備する工程（Ｓ１０）と、炭化珪素半導体基板を加工する工程（Ｓ２０）とを備える。
工程（Ｓ１０）では、本実施の形態の炭化珪素半導体の製造方法により炭化珪素半導体基板を製造する。これにより、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板を準備することができる。
工程（Ｓ２０）では、先の工程（Ｓ１０）で準備された炭化珪素半導体基板を加工して、炭化珪素半導体装置を製造する。具体的には、炭化珪素半導体基板に、イオン注入工程、トレンチ形成工程、成膜工程、電極形成工程等を実施することにより、炭化珪素半導体装置が製造される。これにより、当該炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体基板が備える高い不純物濃度の炭化珪素エピタキシャル層を有効に活用することができる。また、炭化珪素半導体基板の欠陥やモフォロジの悪さに起因した炭化珪素半導体装置の性能低下を抑制でき、炭化珪素半導体装置を高歩留まりで製造することができる。
（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。
１．評価試料
（ｉ）実施例試料
まず、外径が４インチで厚みが３５０μｍの炭化珪素基板を準備した。
次に、ＣＶＤ装置を用いて、当該炭化珪素基板の主表面上に炭化珪素エピタキシャル層を成長させ、不純物濃度が１．０×１０18ｃｍ−3のバッファ層を厚さ０．５μｍ形成した。このとき、ＣＶＤ装置の反応室には、Ｈ２を含むキャリアガスと、ＳｉＨ４、Ｃ３Ｈ８およびＮＨ3を含む原料ガスを、Ｃ／Ｓｉ比が１．９、Ｓｉ／Ｈが０．０００４、ＮＨ3／Ｈ2が１×１０−5ｃｍ−3となる条件で導入した。ＮＨ3の流量は０．０５ｓｃｃｍとした。成長室内の圧力は８×１０3Ｐａ以上１２×１０3Ｐａ以下とし、成長温度は１５８０℃とした。
続けて、上記ＣＶＤ装置を用いて、同一のガスおよび同一の圧力温度条件で、ＮＨ3の流量を０．０５ｓｃｃｍとして、バッファ層の主表面上にドリフト層を形成した。ドリフト層は、不純物濃度が７．０×１０15ｃｍ−3で、厚さが１０μｍとした。
（ｉｉ）比較例試料１
上記実施例試料１と基本的には同様の構成を有し、同様の条件で作製した。ただし、バッファ層とドリフト層との形成に用いた原料ガスをＣ／Ｓｉ比が２．５となる条件で導入した点で異なる。
（ｉｉｉ）比較例試料２
上記実施例試料１と基本的に同様の構成を有す、同様の条件で作製した。ただし、バッファ層とドリフト層との形成に用いた原料ガスをＣ／Ｓｉ比が１．５となる条件で導入した点で異なる。
このようにして、それぞれＣ／Ｓｉ比の異なる原料ガスを用いて作製した３種類の炭化珪素半導体基板を作製した。
２．実験
上記のようにして得られた３種類の炭化珪素半導体基板の表面モフォロジを、微分干渉顕微鏡を用いて評価した。具体的には、１０倍の対物レンズと１０倍の接眼レンズを用いて炭化珪素半導体基板の表面を観察した。このときの微分干渉顕微鏡により観察された実施例試料の像を図５に示し、比較例試料１の像を図６に示し、比較例試料２の像を図７に示す。
３．結果
図５に示すように、Ｃ／Ｓｉ比を１．９として作製された実施例試料の炭化珪素半導体基板の表面モフォロジは良好であった。一方、図６に示すように、Ｃ／Ｓｉ比を２．５として作製された比較例試料１の炭化珪素半導体基板は、主表面にエッチピットが確認された。また、図７に示すように、Ｃ／Ｓｉ比を１．５として作製された比較例試料２の炭化珪素半導体基板の表面モフォロジは良好であったが、Ｃ／Ｓｉ比を１．９として作製された実施例試料の炭化珪素半導体基板の方がより良好な表面モフォロジを有していた。つまり、Ｃ／Ｓｉ比を１．９として作製された炭化珪素半導体基板は、Ｃ／Ｓｉ比を１．５あるいは２．５として作製された炭化珪素半導体基板と比べて良好な表面モフォロジを有していた。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および実施例を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は、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を含むことが意図される。
本発明の炭化珪素半導体基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法は、高濃度に窒素がドープされた炭化珪素エピタキシャル層を備え、かつ、良好なモフォロジを有する炭化珪素半導体基板が要求される炭化珪素半導体基板の製造方法、および炭化珪素半導体装置の製造方法に、特に有利に適用される。
１ 炭化珪素基板、１Ａ，２Ａ，３Ａ 主表面、２ バッファ層、３ ドリフト層、１０ 炭化珪素半導体基板、１１ 基板ホルダ、１２ 誘導加熱用コイル、１３ 石英管、１４ 断熱材、１５ 発熱体、１６ 配管、１００ ＣＶＤ装置。

Claims (4)

  1. 炭化珪素基板を準備する工程と、
    前記炭化珪素基板上に、第１の原料ガスを用いて第１の炭化珪素半導体層を形成する工程と、
    前記第１の炭化珪素半導体層上に、第２の原料ガスを用いて第２の炭化珪素半導体層を形成する工程とを備え、
    前記第１の炭化珪素半導体層を形成する工程および第２の炭化珪素半導体層を形成する工程では、ドーパントガスとしてアンモニアガスを用い、かつ、前記第１の原料ガス中の珪素原子数に対する炭素原子数の比Ｃ／Ｓｉが１．６以上２．２以下である原料ガスを用いる、炭化珪素半導体基板の製造方法。
  2. 前記第１の炭化珪素半導体層の不純物濃度は、前記第２の炭化珪素半導体層の不純物濃度よりも高い、請求項１に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
  3. 前記第１の炭化珪素半導体層の厚みは、前記第２の炭化珪素半導体層の厚みよりも薄い、請求項１に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
  4. 炭化珪素半導体基板を準備する工程と、
    前記炭化珪素半導体基板を加工する工程とを備え、
    前記炭化珪素半導体基板を準備する工程では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法により、前記炭化珪素半導体基板が製造される、炭化珪素半導体装置の製造方法。
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