JP2015051895A - 炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法、炭化珪素成長装置および炭化珪素成長装置用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】表面性状が良好であり、かつバックグラウンド濃度が十分に低減されている炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル成長方法、および炭化珪素半導体装置の製造方法、ならびに表面性状が良好であり、かつバックグラウンド濃度が十分に低減されている炭化珪素エピタキシャル基板を製造可能な炭化珪素成長装置および炭化珪素成長装置用部材を提供する。
【解決手段】主表面（第２の主面２Ａ）を有する炭化珪素エピタキシャル基板１０であって、ベース基板１と、ベース基板１上に形成されて、主表面（第２の主面２Ａ）を含む炭化珪素エピタキシャル層２とを備え、第２の主面２Ａの表面粗さは０．６ｎｍ以下であり、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の、主表面（第２の主面２Ａ）を含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での平均値に対する、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の、上記表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での標準偏差の比率が、１５％以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法、炭化珪素成長装置および炭化珪素成長装置用部材に関し、特に高耐圧が要求される炭化珪素半導体装置に係る炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法、炭化珪素成長装置および炭化珪素成長装置用部材に関する。

炭化珪素のような化合物半導体を基板上にエピタキシャル成長させる際には、高温下で処理用ガス（原料ガス等）を反応させてエピタキシャル成長を行う必要がある。

従来、炭化珪素のエピタキシャル成長に用いられるエピタキシャル成長装置において、成長室を構成する発熱体やサセプタといった部材には、誘導加熱可能でかつ耐熱性が高い材料が用いられており、たとえば炭素材料が用いられている。

特開２００６−０２８６２５号公報（特許文献１）には、炭素材料からなるサセプタにキャリアガスに対するエッチング耐性の高い膜材を成膜してなるＣＶＤ装置が記載されている。さらに、サセプタを覆う膜材に含まれる窒素濃度を極めて低くしたＣＶＤ装置が記載されている。

特開２００６−０２８６２５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、サセプタを覆う膜材に含まれる窒素濃度を低くしても、エピタキシャル成長により得られる表面性状が良好な炭化珪素エピタキシャル層の窒素のバックグラウンド濃度を十分に低減することが困難な場合があることを、本願発明者らは見出した。なお、本明細書において、「バックグラウンド濃度」とは、ドーパントガスを用いずにエピタキシャル成長を行って得られたエピタキシャル層に含まれる窒素の濃度を言う。

具体的には、本願発明者らは、炭化珪素エピタキシャル基板の主表面において良好な表面性状を得るためには、所定の成長条件でエピタキシャル成長を行う必要があることを見出した。さらに、本願発明者らは、上記成長条件下では窒素が炭化珪素エピタキシャル基板に取り込まれやすく、上記特許文献１の手法を用いても得られる炭化珪素エピタキシャル層の窒素のバックグラウンド濃度を十分に低減することが困難であることを見出した。また、本願発明者らは、窒素のバックグラウンド濃度について、従来の炭化珪素エピタキシャル基板の主表面において面内分布が大きいことを見出した。炭化珪素エピタキシャル層のバックグラウンド濃度の面内分布が大きい場合には、エピタキシャル成長において不純物として窒素をドープする場合であっても、炭化珪素エピタキシャル層中の不純物濃度（窒素濃度）の面内分布は大きくなることが確認されている。

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、表面性状が良好であり、かつ窒素のバックグラウンド濃度が十分に低減されている炭化珪素エピタキシャル基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素半導体装置の製造方法、ならびに表面性状が良好であり、かつ窒素のバックグラウンド濃度が十分に低減されており、窒素濃度の面内分布が均一な炭化珪素エピタキシャル基板を製造可能な炭化珪素成長装置および炭化珪素成長装置用部材を提供することにある。

本発明に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、主表面を有する炭化珪素エピタキシャル基板であって、基板と、基板上に形成されて、主表面を含む炭化珪素エピタキシャル層とを備え、主表面の表面粗さ（Ｒａ、算術平均粗さ）は０．６ｎｍ以下であり、炭化珪素エピタキシャル層中の窒素濃度の主表面を含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板面内での平均値に対する、炭化珪素エピタキシャル層中の窒素濃度の表面層における炭化珪素エピタキシャル基板面内での標準偏差の比率が、１５％以下である。

本発明によれば、表面性状が良好であり、かつバックグラウンド濃度が十分に低減されており、窒素濃度の面内分布が均一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。

実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法のフローチャートである。 実施の形態１に係る炭化珪素成長装置を説明するための断面図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 実施の形態１に係る炭化珪素成長装置において、基板ホルダ周辺の構成を示す平面図である。 図５に示す実施の形態１に係る炭化珪素成長装置において、基板ホルダ周辺の構成を示す断面図である。 実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置を説明するための断面図である。 実施の形態２に係る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。 窒素のバックグラウンド濃度が高く、かつ面内均一性が低い炭化珪素エピタキシャル基板の、窒素濃度分布を説明する図である。 窒素のバックグラウンド濃度が低く、かつ面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル基板の、窒素濃度分布を説明する図である。 実施の形態１に係る炭化珪素成長装置の変形例を示す断面図である。

[本願発明の実施形態の説明]
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。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。

はじめに、本発明の実施の形態の概要を列挙する。
（１） 本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、主表面（第２の主面２Ａ）を有する炭化珪素エピタキシャル基板１０であって、ベース基板１と、ベース基板１上に形成されて、主表面（第２の主面２Ａ）を含む炭化珪素エピタキシャル層２とを備え、第２の主面２Ａの表面粗さは０．６ｎｍ以下であり、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の、主表面（第２の主面２Ａ）を含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での平均値に対する、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の、主表面（第２の主面２Ａ）を含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での標準偏差の比率が、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主表面（第２の主面２Ａ）内で１５％以下である。

このように、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、三角欠陥やステップバンチングなどの結晶欠陥が抑制され、表面性状の良好な主表面（第２の主面２Ａ）を有している。さらに、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、炭化珪素エピタキシャル層２に含まれる窒素濃度の第２の主面２Ａにおける面内均一性が高い（以下、本明細書において、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の第２の主面２Ａを含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での平均値に対する、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の第２の主面２Ａを含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での標準偏差の比率が、１５％以下である場合を、窒素濃度の面内均一性が高いという）。このため、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて炭化珪素半導体装置を製造すれば、特性の面内均一性が高い炭化珪素半導体装置を得ることができる。

（２）本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０では、炭化珪素エピタキシャル層２における窒素のバックグラウンド濃度は１×１０^１５ｃｍ^−３以下とすることができる。

このように、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、たとえばドーパントガスを用いずにエピタキシャル成長した炭化珪素エピタキシャル層２を備える場合、該炭化珪素エピタキシャル層２における窒素濃度は実質的に窒素のバックグラウンド濃度となり、当該窒素濃度を１×１０^１５ｃｍ^−３以下とすることができる。さらにこのとき、第２の主面２Ａの表面粗さは０．６ｎｍ以下であり、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の、主表面（第２の主面２Ａ）を含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での平均値に対する、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の、主表面（第２の主面２Ａ）を含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での標準偏差の比率が、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主表面（第２の主面２Ａ）内で１５％以下である。つまり、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、表面性状が良好であるとともに、窒素のバックグラウンド濃度が極めて低濃度であって、かつ、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を備えることができる。

（３）本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０では、炭化珪素エピタキシャル層２に意図的にドーピングした窒素の濃度は２×１０^１６ｃｍ^−３以下とすることができる。

このように、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、たとえばドーパントガスを用いてエピタキシャル成長した炭化珪素エピタキシャル層２を備える場合、該炭化珪素エピタキシャル層２における窒素の濃度は、２×１０^１６ｃｍ^−３以下とすることができる。さらにこのとき、第２の主面２Ａの表面粗さは０．６ｎｍ以下であり、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の、主表面（第２の主面２Ａ）を含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での平均値に対する、炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の、主表面（第２の主面２Ａ）を含む表面層における炭化珪素エピタキシャル基板１０面内での標準偏差の比率が、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主表面（第２の主面２Ａ）内で１５％以下である。つまり、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０において、炭化珪素エピタキシャル層２は、表面性状が良好であるとともに、窒素のバックグラウンド濃度が低い濃度で制御されかつ高い面内均一性を有している。このため、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて炭化珪素半導体装置を製造すれば、特性のばらつきを抑制することができるとともに、高耐圧が要求されるデバイスに特に適した炭化珪素半導体装置を得ることができる。

（４）本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、外径が１００ｍｍ以上であってもよい。

つまり、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、外径が１００ｍｍ以上と大口径であっても、表面性状が良好であるとともに、窒素のバックグラウンド濃度が低い濃度で制御されかつ高い面内均一性を有している。このため、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて炭化珪素半導体装置を製造すれば（本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば）、特性のばらつきが抑えられて、高耐圧が要求されるデバイスに特に適した炭化珪素半導体装置３０を高効率で得ることができる。

（５）本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、ベース基板１を準備する工程（Ｓ１１）と、炭化珪素成長装置１００内にベース基板１を配置する工程（Ｓ１２）と、ベース基板１に対して炭化珪素エピタキシャル層２を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、ベース基板１をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、ベース基板１上に炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）とを備え、炭化珪素成長装置１００は、原料ガスと接触するとともに、エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材１１，１２を含み、部材１１，１２の窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である。

このように、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）が行われる炭化珪素成長装置１００において、原料ガスと接触するとともに、エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材１１，１２は窒素濃度が極めて低い。そのため、工程（Ｓ１３）において、エピタキシャル成長温度にまで加熱されることにより、部材１１，１２から反応室内に放出される窒素量を低減することができる。つまり、炭化珪素エピタキシャル層２は、バックグラウンド濃度が低減された条件下でエピタキシャル成長されることができる。

本願発明者らは、鋭意研究の結果、炭化珪素エピタキシャル基板１０の主表面において良好な表面性状を得るためには、所定の成長条件でエピタキシャル成長を行う必要があることを見出した。さらに、本願発明者らは、上記成長条件下では窒素が炭化珪素エピタキシャル基板１０に取り込まれやすく、上記特許文献１の手法を用いても得られる炭化珪素エピタキシャル層２の窒素のバックグラウンド濃度を十分に低減することが困難であることを見出した。つまり、上記部材１１，１２の表面領域のみ（たとえば部材１１，１２が母材１１ａ，１２ａと当該母材１１ａ，１２ａの表面を覆う被覆膜１１ｂ，１２ｂとにより構成されている場合、母材１１ａ，１２ａおよび被覆膜１１ｂ，１２ｂのうち被覆膜１１ｂ，１２ｂ）の窒素濃度を１０ｐｐｍ以下に低減するだけでは、炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度を十分に低減し、かつ高い面内均一性を実現することは困難であった。これについては、上記部材１１，１２の表面領域（たとえば被覆膜１１ｂ，１２ｂ）を介して部材１１，１２の内側領域（たとえば母材１１ａ，１２ａ）から窒素が放出されているためであると推測される。

このとき、炭化珪素エピタキシャル基板に供給される原料ガスや部材１１，１２から放出されるガスは該基板の外周部を経て中心部に到達するが、上記の成長条件下では炭化珪素エピタキシャル基板は窒素を取り込みやすい状態となっているため、窒素は該基板の中心部よりも外周部に多く取りこまれると考えられる。実際、窒素のバックグラウンド濃度は、炭化珪素エピタキシャル基板の主表面において面内分布が大きく、中心部よりも外周部が高いことが確認されている。なお、通常、ドーパントガスに依らずに炭化珪素エピタキシャル層２中に導入された窒素は、ドーパントガスとして炭化珪素エピタキシャル層２中に導入された窒素と同様にキャリアとして活性である。

このようなバックグラウンド濃度の影響は、ドーパントガスを用いて意図的にドーピングされた窒素濃度が２×１０^１６ｃｍ^−３以下と低い場合に特に顕著に表れる。すなわち、炭化珪素エピタキシャル層中に含まれる窒素濃度が極めて低い場合には、該窒素濃度においてバックグラウンド濃度の占める割合が高くなる。その結果、ドーパントガスを用いて意図的にドーピングされた窒素濃度は、理論的には図９に示す鎖線７のような面内分布を示すと想定されるものの、バックグラウンド濃度の面内分布（図９に示す点線６）の影響を大きく受けることにより、エピタキシャル基板外周部での窒素濃度が高くなり、炭化珪素エピタキシャル基板における窒素濃度（キャリア濃度）の面内均一性（図９に示す実線８）が低下する。つまり、従来、表面性状が良好かつ窒素濃度を２×１０^１６ｃｍ^−３以下とする上記成長条件下において成長された炭化珪素エピタキシャル基板は、バックグラウンド濃度が高く、かつその面内分布が大きいため、炭化珪素エピタキシャル基板における窒素濃度の面内分布が大きくなっていた。一方、バックグラウンド濃度を低く、かつその面内分布を小さくすることができれば（図１０に示す点線６）、炭化珪素エピタキシャル基板における窒素濃度の面内分布（図１０に示す実線８）を小さくすることができると考えられる。

本願発明者らは、上述のように母材１１ａ，１２ａおよび被覆膜１１ｂ，１２ｂの窒素濃度を１０ｐｐｍ以下とすることによって、炭化珪素エピタキシャル層２の表面性状を良好とすることができる条件であっても、第２の主面２Ａにおけるバックグラウンド濃度の面内均一性を向上することができることを見出した。つまり、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によれば、バックグラウンド濃度を低減するとともに第２の主面２Ａにおけるバックグラウンド濃度の面内均一性を向上することができる。そのため、良好な表面性状を有し、かつ、（たとえば図１０に示すように）窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を備える炭化珪素エピタキシャル基板１０を製造することができる。

（６）炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法において、部材１１，１２は、母材１１ａ，１２ａと、母材１１ａ，１２ａを覆う被覆膜１１ｂ，１２ｂとを有し、母材１１ａ，１２ａおよび被覆膜１１ｂ，１２ｂの窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である。

このようにすれば、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）において、エピタキシャル成長温度にまで加熱されることにより、母材１１ａ，１２ａおよび被覆膜１１ｂ，１２ｂから反応室内に放出される窒素量を低減することができる。つまり、炭化珪素エピタキシャル層２は、バックグラウンド濃度が低減された条件下でエピタキシャル成長されることができる。その結果、良好な表面性状を有し、かつ、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を備える炭化珪素エピタキシャル基板１０を製造することができる。

（７）本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）において、原料ガスはドーパントガスとしてアンモニア（ＮＨ₃）ガスを含んでもよい。

このようにすれば、炭化珪素エピタキシャル層２における窒素濃度の面内均一性をより効果的に高めることができる。具体的には、アンモニアガスは、熱分解に要する温度が窒素ガスと比べて低く、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する際の一般的な成長温度（上記１４００℃〜１７００℃程度）で十分に熱分解されることができるため、窒素濃度の面内均一性を高めることができる。

（８）本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法において、ベース基板１を準備する工程（Ｓ１１）において準備されるベース基板１は、外径が１００ｍｍ以上であってもよい。

ベース基板１が１００ｍｍ未満と小口径である場合には、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程においてベース基板１の周辺部材（部材１１，１２）から放出される窒素ガスは炭化珪素エピタキシャル基板１０の外周部から中央部まで到達して均一に混入される。一方、ベース基板１が１００ｍｍ以上と大口径である場合には、周辺部材（部材１１，１２）から放出される窒素ガスは炭化珪素エピタキシャル基板１０の外周部で取り込まれてしまい中央部での混入量が減少する。そのため、炭化珪素エピタキシャル基板１０の外周部での窒素濃度が中央部と比べて相対的に高くなり、窒素濃度の面内分布が大きくなる。

しかし、ベース基板１が大口径基板であっても、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、第２の主面２Ａにおけるバックグラウンド濃度の面内均一性を向上することができるため、良好な表面性状を有し、かつ、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を備える炭化珪素エピタキシャル基板１０を製造することができる。つまり、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、特に外径が１００ｍｍ以上の大口径基板において顕著な効果を奏することができる。

（９）本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素エピタキシャル基板１０を準備する工程（Ｓ１０）と、炭化珪素エピタキシャル基板１０に電極９１，９２を形成する工程（Ｓ２０）とを備え、炭化珪素エピタキシャル基板１０を準備する工程（Ｓ１０）では、上記（５）に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法により炭化珪素エピタキシャル基板１０が製造される。

上述のように、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法により製造された炭化珪素エピタキシャル基板１０は、良好な表面性状を有し、かつ、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を備えている。そのため、該炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて、炭化珪素半導体装置３０を製造することにより、特性のばらつきが抑えられて、高耐圧が要求されるデバイスに特に適した炭化珪素半導体装置３０を高効率で得ることができる。

（１０）本実施の形態に係る炭化珪素成長装置１００は、炭化珪素をエピタキシャル成長させるために用いられる原料ガスと接触するとともに、エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材１１，１２を備え、部材１１，１２の窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である。

本実施の形態に係る炭化珪素成長装置１００における部材１１，１２は、炭化珪素をエピタキシャル成長させるために用いられる原料ガスと接触するとともに、エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材であり、異なる観点から言えば、炭化珪素成長装置１００においてベース基板１と同等の条件下に置かれる部材である。

部材１１，１２の窒素濃度が十分に低くない場合（１０ｐｐｍ超えの場合）には、エピタキシャル成長温度に加熱された部材１１，１２から多量の窒素が放出され、放出された窒素は原料ガスとともにベース基板１の第１の主面１Ａ上に供給される。このとき、良好な表面性状を有する炭化珪素エピタキシャル基板１０を得るためのエピタキシャル成長条件下では、上記窒素は炭化珪素エピタキシャル層２に容易に取り込まれる。そのため、窒素は、たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１０が自転する場合には炭化珪素エピタキシャル基板１０の最外周の領域に、自転しない場合には原料ガスの流通方向の上流側に位置する炭化珪素エピタキシャル基板１０の領域に、高濃度で取り込まれることになる。その結果、窒素を積極的に添加しない場合（ドーパントガスを流さない場合）であっても、炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度の面内均一性は低くなる。

また、窒素を積極的に添加する場合であって窒素濃度が低い炭化珪素エピタキシャル層を成長する場合には、上述した部材１１，１２から放出される窒素の影響を受けることによりバックグラウンド濃度の面内均一性が低くなる。そのため、窒素濃度の面内均一性を高めることは困難である。また、一般に部材１１，１２から放出される窒素量は経時変化（使用回数等に応じて放出される窒素量が低下）するため、該窒素が取り込まれる領域、たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１０の最外周の領域の窒素濃度を所定の値に制御することが困難である。これは、部材１１，１２から放出される窒素が炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度において占める割合が相対的に高くなる場合（炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度を２×１０^１６以下と低濃度に形成する場合）に特に顕著となる。

本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によれば、部材１１，１２の窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である。その結果、部材１１，１２からの放出される窒素量を十分に低減することができるため、窒素濃度が極めて低い炭化珪素エピタキシャル層２を形成する場合であっても、良好な表面性状を有し、かつ窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を形成することができる。

なお、部材１１，１２は、母材１１ａ，１２ａと、母材１１ａ，１２ａを覆う被覆膜１１ｂ，１２ｂとを含んでいてもよい。この場合、母材１１ａ，１２ａおよび被覆膜１１ｂ，１２ｂの窒素濃度が１０ｐｐｍ以下であればよい。このようにしても、母材１１ａ，１２ａおよび被覆膜１１ｂ，１２ｂからの放出される窒素量を十分に低減することができるため、窒素濃度が極めて低い炭化珪素エピタキシャル層２を形成する場合であっても、良好な表面性状を有し、かつ窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を形成することができる。

（１１） 本実施の形態に係る炭化珪素成長装置用部材１１，１２は、炭化珪素成長装置１００において、炭化珪素をエピタキシャル成長させるために用いられる原料ガスと接触するとともに、エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材であって、窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である。

このように、本実施の形態に係る炭化珪素成長装置用部材１１，１２は、窒素濃度が十分に低く抑えられている。そのため、エピタキシャル成長温度に加熱された場合にも、部材１１，１２が放出する窒素量は炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度の面内均一性の観点から十分に少なくすることができる。その結果、炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度がたとえば２．０×１０^１６ｃｍ^−３以下と極めて低い場合においても、炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度の面内均一性を十分に高めることができる。

なお、炭化珪素成長装置用部材１１，１２は、母材１１ａ，１２ａと、母材１１ａ，１２ａを覆う被覆膜１１ｂ，１２ｂとを備えていてもよい。この場合、母材１１ａ，１２ａおよび被覆膜１１ｂ，１２ｂの窒素濃度が１０ｐｐｍ以下であればよい。このようにしても、部材１１，１２が放出する窒素量は炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度の面内均一性の観点から十分に少なくすることができる。

[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施の形態の詳細について説明する。

（実施の形態１）
図１を参照して、実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、ベース基板１と、ベース基板１の第１の主面１Ａ上に形成された炭化珪素エピタキシャル層２とを備える。

ベース基板１は、単結晶炭化珪素からなり、たとえば外径が１００ｍｍ以上である第１の主面１Ａを有している。ベース基板１を構成する炭化珪素は、たとえば六方晶の結晶構造を有しており、好ましくは結晶多形（ポリタイプ）が４Ｈ−ＳｉＣである。ベース基板１は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を高濃度で含んでおり、導電型はｎ型である。ベース基板１の不純物濃度は、たとえば１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下程度である。第１の主面１Ａは、たとえば｛０００１｝面であってもよいし、｛０００１｝面に対するオフ角が１０°以下である面であってもよい。ベース基板１の厚みは、たとえば２００μｍ以上７００μｍ以下程度である。

炭化珪素エピタキシャル層２は、ベース基板１の第１の主面１Ａ上にエピタキシャル成長により形成された炭化珪素からなる層であり、第２の主面２Ａを有している。第２の主面２Ａの表面粗さ（Ｒａ）は、０．６ｎｍ以下であり、０．４ｎｍ以下が好ましく、０．２ｎｍ以下がより好ましい。ここで、第２の主面２Ａの表面粗さ（Ｒａ）は、たとえば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定することができる。第２の主面２Ａでは、ステップバンチング、および三角欠陥の形成が抑制されるように、Ｃ／Ｓｉ比や成長温度などの成長条件が調整されている。

炭化珪素エピタキシャル層２は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含んでおり、炭化珪素エピタキシャル層２の導電型はｎ型である。炭化珪素エピタキシャル層２の不純物濃度は、ベース基板１の不純物濃度よりも低くてもよい。炭化珪素エピタキシャル層２の不純物濃度（窒素濃度）は、たとえば意図的にドーピングしない場合に１．０×１０¹⁵ｃｍ^-３以下、意図的にドーピングした場合に２×１０^１６ｃｍ^-３以下である。

炭化珪素エピタキシャル層２中の窒素濃度の第２の主面２Ａを含む表面層における面内均一性（σ／Ａｖｅ．）は、１５％以下であり、好ましくは１０％以下であり、より好ましくは５％以下である。ここで、面内均一性は、径方向において所定間隔（たとえば９点の測定点）で測定した窒素濃度の標準偏差（σ）と平均値（Ａｖｅ．）とで表わされる。つまり、炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度は、極めて低く、かつ面内均一性が高い。炭化珪素エピタキシャル層２の膜厚は、たとえば５μｍ以上４０μｍ以下程度である。

次に、図２を参照して、本実施の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。本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、ベース基板１を準備する工程（Ｓ１１）と、炭化珪素成長装置１００（図３参照）内にベース基板１を配置する工程（１２）と、ベース基板１に対して炭化珪素エピタキシャル層２を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、ベース基板１をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、ベース基板１上に炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）とを備える。

まず、外径がたとえば１００ｍｍである第１の主面１Ａを有し、単結晶炭化珪素からなるベース基板１を準備する（工程（Ｓ１１））。外径が１００ｍｍであるベース基板１は任意の方法で準備すればよい。なお、ベース基板１の外径は５インチ以上（たとえば６インチなど）であってもよい（ここで１インチは２５．４ｍｍである）。

次に、炭化珪素成長装置１００内にベース基板１を配置する（工程（Ｓ１２））。本実施の形態に係る炭化珪素成長装置１００は、一例として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置１００である。

図３および図４を参照して、ＣＶＤ装置１００において、ベース基板１は基板ホルダ１１に載置される。基板ホルダ１１は、その周囲を発熱体１２、断熱材１３、石英管１４、誘導加熱用コイル１５によって囲まれている。具体的には、基板ホルダ１１は、たとえば発熱体１２に形成された凹部内に配置されている。基板ホルダ１１は、発熱体１２に配置された状態で自転可能に設けられる。発熱体１２は半円筒状の中空構造であって円孤に沿った曲面と平坦面とを有している。ＣＶＤ装置１００において、２つの発熱体１２は平坦面を対向させるように配置されており、これにより発熱体１２の平坦面に囲まれた反応室が形成されている。上記凹部は、反応室を形成する発熱体１２の一方の平坦面上に設けられている。

断熱材１３は、発熱体１２の外周囲を囲うように配置されている。石英管１４は、断熱材１３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１５は、複数のコイル部材を含み、たとえば、石英管１４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１５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１２は誘導加熱される。これにより、ベース基板１およびベース基板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。

ここで、基板ホルダ１１と発熱体１２とは、高い耐熱性を有する導電性部材であって、窒素濃度の極めて低い部材で構成されている。具体的には、基板ホルダ１１は、図６に示すように、基板ホルダ母材１１ａと、基板ホルダ母材１１ａを覆うホルダコート部１１ｂとで構成されている。また、発熱体１２は、発熱体母材１２ａと、発熱体母材１２ａを覆う発熱体コート部１２ｂとで構成されている。

基板ホルダ母材１１ａおよび発熱体母材１２ａは、たとえば炭素材料で構成されている。基板ホルダ母材１１ａおよび発熱体母材１２ａを構成する炭素材料は、窒素濃度が１０ｐｐｍ以下であり、好ましくは、５ｐｐｍ以下である。

ホルダコート部１１ｂおよび発熱体コート部１２ｂは、たとえばＳｉＣやＴａＣなどで構成されている。ホルダコート部１１ｂおよび発熱体コート部１２ｂを構成するＳｉＣまたはＴａＣは、窒素濃度が１０ｐｐｍ以下であり、好ましくは、５ｐｐｍ以下である。なお、基板ホルダ１１および発熱体１２は、本実施の形態に係る炭化珪素成長装置用部材である。

次に、ベース基板１の第１の主面１Ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２を形成する（工程（Ｓ１３））。具体的には、ＣＶＤ装置１００において、ベース基板１に対して炭化珪素エピタキシャル層２を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、ベース基板１をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、ベース基板１の第１の主面１Ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２を形成する。図４に示すように、原料ガスは、配管１６を介してＣＶＤ装置１００内に導入される。原料ガスは、モノシラン（ＳｉＨ_４）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）およびアンモニア（ＮＨ₃）などを含む。さらに、原料ガスに加えて、水素（Ｈ_２）を含むキャリアガスが導入される。このとき、いずれのガスも、ベース基板１の第１の主面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。

原料ガスのうち、特にドーパントガスとして用いるアンモニアガスについては、ベース基板１上に供給する前に、アンモニアガスを予備加熱することにより予め熱分解させておくことが好ましい。アンモニアガスは予備加熱されることにより、確実に熱分解された状態でベース基板１に供給される。これにより、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程において、エピタキシャル成長が進行しているベース基板１の第１の主面１Ａ上や炭化珪素エピタキシャル層２の第２の主面２Ａ上において、窒素ガスの分布を均一にすることができる。その結果、炭化珪素エピタキシャル層２にドーピングされる窒素の濃度分布の均一性を上げることができる。

図１１を参照して、アンモニアガスに対する予備加熱は、たとえばＣＶＤ装置１００へ原料ガスを導入するための配管１６に付設された予備加熱機構１７によって実施される。予備加熱機構１７は、１３００℃以上に加熱された部屋を有しており、アンモニアガスを予備加熱機構１７に流通させた後、ＣＶＤ装置１００に供給することにより、ガスの流れに大きな乱れ等を発生させることなくアンモニアガスを充分に熱分解することができる。

ここで予備加熱機構１７に設けられている「部屋」とは、流れていくガスを加熱するための空間という意味であり、外部から加熱される細長い管、内部に伝熱コイルが設置された部屋、内壁面にフィン等が形成された広い空間等も含む。なお、上記部屋の壁面の温度の上限は、部屋の長さが多少短くても確実な熱分解を行うためには１３５０℃以上が好ましく、また熱効率の面からは１６００℃以下が好ましい。なお、予備加熱機構１７は、エピタキシャル成長がなされるベース基板１上にアンモニアガスが到着するまでにアンモニアガスが充分に、かつ流れを乱すことなく熱分解しておればよく、このため反応容器と別体であるか、一体であるかを問わない。また、原料ガスを一体として予備加熱してもよいし、アンモニアガスのみを予備加熱した後、他の原料ガスを混合してもよい。

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上に配置されたベース基板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、第１の主面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炭化珪素エピタキシャル層２が形成される。具体的には、成長温度１５００℃以上１７５０℃以下、圧力１×１０^３Ｐａ以上３×１０^４Ｐａ以下の条件下で炭化珪素エピタキシャル層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、炭化珪素エピタキシャル層２におけるｎ型の不純物濃度を１×１０¹⁵ｃｍ^-３以上２×１０^１６ｃｍ^-３以下程度とする。また、炭化珪素エピタキシャル層２の厚みは１５μｍ程度とする。なお、本工程（Ｓ１３）において、基板ホルダ１１および基板ホルダ１１に配置されたベース基板１は自転している。

本工程（Ｓ１３）において炭化珪素エピタキシャル層２の形成に用いられる原料ガスは、Ｓｉ原子の原子数に対するＣ原子の原子数の比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．０以上１．２以下である。これは、Ｃ／Ｓｉ比が１．２より大き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２に三角欠陥やステップバンチングなどの結晶欠陥が発生するためである。また、Ｃ／Ｓｉ比が１．０未満の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２において、三角欠陥などの結晶欠陥が発生しやすくなるためである。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の作用効果について説明する。

本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、外径が１００ｍｍ以上と大口径であっても、表面性状が良好であるとともに、窒素のバックグラウンド濃度が低い濃度で制御されかつ高い面内均一性を有している。このため、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて炭化珪素半導体装置３０を製造することにより、特性のばらつきが抑えられて、高耐圧が要求されるデバイスに特に適した炭化珪素半導体装置３０を高効率で得ることができる。

次に、図５および図６を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法、炭化珪素成長装置１００、および炭化珪素成長装置用部材１１，１２の作用効果について説明する。

ベース基板１の第１の主面１Ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）において、ベース基板１は、炭化珪素成長装置１００において基板ホルダ１１上に載置されて自転（図５における矢印Ｒの方向に自転）している。このため、工程（Ｓ１３）を実施している間、ベース基板１において外周側の領域は、内側の領域と比べて基板ホルダ１１や発熱体１２といった部材と隣接するとともに原料ガスの流通方向Ｇ１の上流側に位置することになる。つまり、炭化珪素成長装置１００を構成する部材から放出される窒素は、ベース基板１の外周側の領域を経て内側の領域に供給される。

そのため、従来の炭化珪素成長装置を用いて、良好な表面性状を有する炭化珪素エピタキシャル層２を形成可能なエピタキシャル成長条件で工程（Ｓ１３）を実施した場合、炭化珪素エピタキシャル層２は窒素を取り込みやすいため、ベース基板１（または炭化珪素エピタキシャル基板１０）の外周側の領域に供給された窒素の多くは炭化珪素エピタキシャル層２における外周側の領域に取り込まれ、内側の領域との間に窒素濃度の差が生じて炭化珪素エピタキシャル基板１０の窒素濃度の面内均一性が悪化してしまう。この傾向は、ドーパントガスの流量を低減した場合に特に顕著である。また、基板径が大きくなるほど窒素濃度のエピタキシャル基板１０の面内均一性は悪化する。

これに対し、本実施の形態に係る炭化珪素成長装置用部材としての基板ホルダ１１および発熱体１２は、基板ホルダ母材１１ａ、ホルダコート部１１ｂおよび発熱体母材１２ａ、発熱体コート部１２ｂのそれぞれの窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である。その結果、基板ホルダ１１から放出される窒素ガスＧ２および発熱体１２から放出される窒素ガスＧ３の量は、炭化珪素エピタキシャル基板１０において問題にならない程度にまで十分に低減されている。つまり、基板ホルダ母材１１ａから放出される窒素ガスＧ２ａ、ホルダコート部１１ｂから放出される窒素ガスＧ２ｂ、発熱体母材１２ａから放出される窒素ガスＧ３ａ、および発熱体コート部１２ｂから放出される窒素ガスＧ３ｂは、いずれもその量が十分に低減されている。

このため、上記基板ホルダ１１および発熱体１２を備える本実施の形態に係る炭化珪素成長装置１００を用いることで、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）を窒素のバックグラウンド濃度が低減された条件下で実施することができる。その結果、炭化珪素エピタキシャル層２の表面性状を良好とすることができるエピタキシャル成長条件であっても、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を形成することができ、良好な表面性状を有し、かつ、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を備える炭化珪素エピタキシャル基板１０を製造することができる。

本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度が１×１０¹⁵ｃｍ^-３以上２×１０^１６ｃｍ^-３以下程度であったが、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２の窒素濃度は、たとえば１．０×１０¹⁵ｃｍ^-３以下程度であり、好ましくは５．０×１０^１４ｃｍ^-３以下程度であってもよい。つまり、ドーパントガスを流通させずに、炭化珪素エピタキシャル層２を形成してもよい。このようにすれば、炭化珪素エピタキシャル層２の窒素濃度はバックグラウンド濃度と同等程度となるが、この場合にも、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法において、炭化珪素成長装置１００内にベース基板１を配置する工程（１２）の後であって、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）の前または後に、原料ガスの流量や分圧を変更することにより、工程（Ｓ１３）と連続してさらに炭化珪素エピタキシャル層２と不純物濃度等が異なる複数の炭化珪素エピタキシャル層を形成してもよい。このようにしても、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。

なお、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法において、炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）では、ドーパントガスとしてアンモニアを用いているが、これに限られるものではない。たとえば窒素（Ｎ_２）を用いてもよい。この場合には、Ｎ_２の流量等を適切に制御することにより本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法と同様の作用効果を奏することができる。なお、ドーパントガスをＮ_２ガスとした場合にも、予備加熱機構１７（図１１参照）に流通させた後、ＣＶＤ装置１００に供給するのが好ましい。これにより、Ｎ_２ガスをベース基板１上に供給する前に十分に熱分解することができる。予備加熱機構１７での加熱温度は、窒素ガスを十分に熱分解可能な温度であればよく、たとえば１６００℃程度とすればよい。

（実施の形態２）
次に、図７および図８を参照して、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置は、実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて製造される炭化珪素半導体装置である。実施の形態２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて炭化珪素半導体装置３０を製造する方法である。つまり、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法と同様の構成を備えるとともに、炭化珪素エピタキシャル基板１０に電極９１，９２を形成する工程（Ｓ２０）をさらに備える点で異なる。

本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置３０は、たとえばショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ：Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）として構成されている。図７を参照して、ＳＢＤ３０は、炭化珪素エピタキシャル基板１０と、ショットキー電極９１と、オーミック電極９２と、配線９３と、パッド電極９４とを主に備えている。

炭化珪素エピタキシャル基板１０は、実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０であって、ベース基板１と、ベース基板１の第１の主面１Ａ上に形成されているｎ＋炭化珪素エピタキシャル層３と、ｎ＋炭化珪素エピタキシャル層３の第４の主面３Ａ上に形成されているｎ−炭化珪素エピタキシャル層２とを含んでいる。ｎ＋炭化珪素エピタキシャル層３は、キャリア濃度が２．０×１０¹⁸ｃｍ^-3程度であり、ｎ−炭化珪素エピタキシャル層２はキャリア濃度が５．０×１０^1５ｃｍ^-3程度である。

ショットキー電極９１は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の第２の主面２Ａ上にショットキー接合するように形成されている。ショットキー電極９１を構成する材料は、炭化珪素エピタキシャル基板１０に対してショットキー接合することが可能な材料であって、たとえばチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）および金（Ａｕ）からなる群より選択される少なくとも一の金属を採用することができる。配線９３は、Ａｌなどの導電体からなり、ショットキー電極９１上に形成されている。

オーミック電極９２は、炭化珪素エピタキシャル基板１０においてショットキー電極９１側とは反対側の第３の主面１Ｂ上に接触するように形成されている。オーミック電極９２は、ＴｉＡｌＳｉ合金やＮｉＳｉ合金などからなり、炭化珪素エピタキシャル基板１０に対してオーミック接合している。パッド電極９４は、Ａｌなどの導電体からなり、オーミック電極９２上に形成されている。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素エピタキシャル基板１０を準備する工程（Ｓ１０）と、炭化珪素エピタキシャル基板１０に電極９１，９２を形成する工程（Ｓ２０）とを備える。

炭化珪素エピタキシャル基板１０を準備する工程（Ｓ１０）は、実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によって実施される。これにより、良好な表面性状を有し、かつ、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を備える炭化珪素エピタキシャル基板１０が準備される。このとき、ベース基板１上に炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程（Ｓ１３）では、ｎ＋炭化珪素エピタキシャル層３とｎ−炭化珪素エピタキシャル層２とを連続してエピタキシャル成長させてもよい。具体的には、まず、ＣＶＤ装置１００においてベース基板１に対して炭化珪素エピタキシャル層２を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、ベース基板１をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、ベース基板１の第１の主面１Ａ上にｎ＋炭化珪素エピタキシャル層３を形成する。次に、ベース基板１を基板ホルダ１１に載置した状態でＣＶＤ装置１００内に設置させたままで、原料ガスの流量や分圧を変更することにより、ｎ＋炭化珪素エピタキシャル層３の第４の主面３Ａ上にｎ−炭化珪素エピタキシャル層２を形成してもよい。

次に、炭化珪素エピタキシャル基板１０に電極９１，９２を形成する（工程（Ｓ２０））。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板１０の第２の主面２Ａ、および第１の主面１Ａと対向する第３の主面１Ｂ上に、それぞれショットキー電極９１、オーミック電極９２を形成する。電極９１，９２は、たとえば蒸着法により形成される。さらに、ショットキー電極９１上には配線９３が、オーミック電極９２上にはパッド電極９４が、それぞれ形成される。これにより、本実施の形態に係るＳＢＤ３０が製造される。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置３０および炭化珪素半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。

本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、良好な表面性状を有し、かつ、窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル層２を備えている実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて製造される。そのため、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、表面異常発生を抑制することができるとともに、特性の変動を小さく抑えることができるため、設計した特性を有する炭化珪素半導体装置３０を高歩留まりで製造することができる。

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１
まず、外径が１５０ｍｍで厚みが３５０μｍの炭化珪素からなるベース基板を準備した。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素成長装置を用いて、ベース基板の第１の主面上に不純物濃度が１．０×１０^１５ｃｍ⁻³の炭化珪素エピタキシャル層を厚さ１５μｍ形成した。炭化珪素成長装置の基板ホルダは、窒素濃度が２ｐｐｍの基板ホルダ母材と、窒素濃度が０．４ｐｐｍのホルダコート部とで構成されたものを用いた。また、発熱体は、窒素濃度が２ｐｐｍの発熱体母材と、窒素濃度が０．４ｐｐｍの発熱体コート部とで構成されたものを用いた。このとき、ＣＶＤ装置の反応室には、Ｈ_２を含むキャリアガスと、ＳｉＨ_４を４６ｓｃｃｍ、Ｃ_３Ｈ_８を１８．５ｃｃｍ、ＮＨ₃を０．０１ｓｃｃｍ以上０．０５ｓｃｃｎ以下含む原料ガスを、Ｃ／Ｓｉ比が１．０となる条件で導入した。成長室内の圧力は８×１０³Ｐａ以上１２×１０³Ｐａ以下とし、成長温度は１６２０℃とした。

（ｉｉ）実施例試料２
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、炭化珪素エピタキシャル層の形成に用いた原料ガスをＣ／Ｓｉ比が１．１となる条件で導入し、かつ成長温度を１６００℃とした点で異なる。

（ｉｉｉ）実施例試料３
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、炭化珪素エピタキシャル層の形成に用いた原料ガスをＣ／Ｓｉ比が１．２となる条件で導入し、かつ成長温度を１５３０℃とした点で異なる。

（ｉｖ）実施例試料４
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、炭化珪素エピタキシャル層の形成に用いた原料ガスをＣ／Ｓｉ比が１．２となる条件で導入し、かつ成長温度を１５４０℃とした点で異なる。

（ｖ）実施例試料５
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、炭化珪素エピタキシャル層の形成に用いた原料ガスをＣ／Ｓｉ比が１．２となる条件で導入し、かつ成長温度を１５５０℃とした点で異なる。

（ｖｉ）比較例試料１
まず、外径が１５０ｍｍで厚みが３５０μｍの炭化珪素からなるベース基板を準備した。

次に、従来の炭化珪素成長装置を用いて、ベース基板の第１の主面上に不純物濃度が１．０×１０^１５ｃｍ⁻³の炭化珪素エピタキシャル層を厚さ１５μｍ形成した。従来の炭化珪素成長装置は、基板ホルダ母材の窒素濃度が１０ｐｐｍ、ホルダコート部の窒素濃度が９００ｐｐｍ、発熱体母材の窒素濃度が３０ｐｐｍ、発熱体コート部の窒素濃度が２％である。このとき、ＣＶＤ装置の反応室には、Ｈ_２を含むキャリアガスと、ＳｉＨ_４を４６ｓｃｃｍ、Ｃ_３Ｈ_８を１８．５ｃｃｍ、ＮＨ₃を０．０１ｓｃｃｍ以上０．０５ｓｃｃｎ以下含む原料ガスを、Ｃ／Ｓｉ比が１．２となる条件で導入した。成長室内の圧力は８×１０³Ｐａ以上１２×１０³Ｐａ以下とし、成長温度は１５４０℃とした。つまり、比較例試料１は、炭化珪素成長装置用部材の窒素濃度が低濃度ではない点を除いて、実施例試料３と同一の成長条件で成長されたものである。

（ｖｉｉ）比較例試料２
上記比較例試料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、成長温度を１５５０℃とした点で異なる。つまり、比較例試料２は、炭化珪素成長装置用部材の窒素濃度が低濃度ではない点を除いて、実施例試料４と同一の成長条件で成長されたものである。

２．実験
（２−１）表面性状
上記のようにして得られた実施例試料および比較例試料に対し、微分干渉顕微鏡を用いて表面観察を行った。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エピタキシャル基板の表面（第２の主面）を観察した。

さらに、ＡＦＭを用いて、実施例試料および比較例試料の炭化珪素エピタキシャル基板における表面（第２の主面）の表面粗さ（Ｒａ）を測定した。

（２−２）窒素濃度の面内均一性
上記のようにして得られた実施例試料および比較例試料に対し、水銀プローブ装置を用いてＣ−Ｖ測定を行い、キャリア濃度を算出した。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板の中心から径方向に１０ｍｍ間隔でＣ−Ｖ測定を実施した。測定結果から、炭化珪素エピタキシャル基板面内での平均値と標準偏差を算出し、平均値に対する標準偏差の比率（σ／Ａｖｅ．）を求めた。

３．結果
（３−１）表面性状
実施例試料１〜５、および比較例１および２の炭化珪素エピタキシャル基板の表面（第２の主面）には、三角欠陥やステップバンチングは確認されず、良好な表面性状を有していた。このときの表面粗さ（Ｒａ）は、０．２ｎｍ以上０．３ｎｍ以下程度であった。

（３−２）窒素濃度の面内均一性
実施例試料１〜５の炭化珪素エピタキシャル基板の表面（第２の主面）における窒素濃度の上記比率（σ／Ａｖｅ．）は、１５％以下であり、実施例試料５の炭化珪素エピタキシャル基板では７％以下、実施例試料３および４の炭化珪素エピタキシャル基板では５％以下と、窒素濃度が極めて均一であることが確認された。これに対し、炭化珪素成長装置用部材の窒素濃度が低濃度ではない点を除いて、エピタキシャル成長条件が実施例試料３および４と同一である、比較例試料１および２の炭化珪素エピタキシャル基板では、表面（第２の主面）における窒素濃度の上記比率（σ／Ａｖｅ．）は、２０％および３０％であった。つまり、炭化珪素成長装置用部材の窒素濃度を１０ｐｐｍ以下とすることにより、従来の炭化珪素成長装置用部材を用いた場合には窒素を取り込みやすく第２の主面における窒素濃度の面内均一性が低下してしまう成長条件を用いても、第２の主面における窒素濃度の面内均一性が高い炭化珪素エピタキシャル基板を製造することができることが確認された。

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。

本発明は、高耐圧が要求される炭化珪素半導体装置に特に有利に適用される。

１ ベース基板
１Ａ 第１の主面
１Ｂ 第３の主面
２ 炭化珪素エピタキシャル層
２Ａ 第２の主面
１０ 炭化珪素エピタキシャル基板
１１ 基板ホルダ
１１ａ 基板ホルダ母材（母材）
１１ｂ ホルダコート部（被覆膜）
１２ 発熱体
１２ａ 発熱体母材（母材）
１２ｂ 発熱体コート部（被覆膜）
１３ 断熱材
１４ 石英管
１５ 誘導加熱用コイル
１６ 配管
９１ ショットキー電極
９２ オーミック電極
９３ 配線
９４ パッド電極
３０ 炭化珪素半導体装置
１００ 炭化珪素成長装置。

Claims (11)

1. 主表面を有する炭化珪素エピタキシャル基板であって、
   ベース基板と、
   前記ベース基板上に形成されて、前記主表面を含む炭化珪素エピタキシャル層とを備え、
   前記主表面の表面粗さは０．６ｎｍ以下であり、
   前記炭化珪素エピタキシャル層中の窒素濃度の前記主表面を含む表面層における前記炭化珪素エピタキシャル基板面内での平均値に対する、前記炭化珪素エピタキシャル層中の前記窒素濃度の前記表面層における前記炭化珪素エピタキシャル基板面内での標準偏差の比率が、１５％以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。
2. 前記炭化珪素エピタキシャル層における前記窒素のバックグラウンド濃度は１×１０^１５ｃｍ^−３以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
3. 前記炭化珪素エピタキシャル層における窒素の濃度は２×１０^１６ｃｍ^−３以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
4. 外径が１００ｍｍ以上である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
5. ベース基板を準備する工程と、
   炭化珪素成長装置内に前記ベース基板を配置する工程と、
   前記ベース基板に対して炭化珪素エピタキシャル層を形成するために用いられる原料ガスを供給し、かつ、前記ベース基板をエピタキシャル成長温度にまで加熱することにより、前記ベース基板上に前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程とを備え、
   前記炭化珪素成長装置は、前記原料ガスと接触するとともに、前記エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材を含み、
   前記部材の窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
6. 前記部材は、母材と、前記母材を覆う被覆膜とを有し、
   前記母材および前記被覆膜の窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である、請求項５に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
7. 前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程において、前記原料ガスはドーパントガスとしてアンモニアガスを含む、請求項５または請求項６に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
8. 前記ベース基板を準備する工程において準備される前記ベース基板は、外径が１００ｍｍ以上である、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
9. 炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
   前記炭化珪素エピタキシャル基板に電極を形成する工程とを備え、
   前記炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程では、請求項５に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法により前記炭化珪素エピタキシャル基板が製造される、炭化珪素半導体装置の製造方法。
10. 炭化珪素をエピタキシャル成長させるために用いられる原料ガスと接触するとともに、エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材を備え、
    前記部材の窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である、炭化珪素成長装置。
11. 炭化珪素成長装置において、炭化珪素をエピタキシャル成長させるために用いられる原料ガスと接触するとともに、エピタキシャル成長温度にまで加熱される部材であって、
    窒素濃度が１０ｐｐｍ以下である、炭化珪素成長装置用部材。

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