JP2017050446A - 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化珪素層の割れ、または炭化珪素半導体装置の製造工程で炭化珪素層上に設けられる膜の割れを抑制可能な炭化珪素エピタキシャル基板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】炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素単結晶基板１０と、炭化珪素層２０とを含む。炭化珪素単結晶基板１０は、第１主面１１を有する。炭化珪素層２０は、第１主面上にある。炭化珪素層２０は、第１主面１１と接する面２２と反対側の第２主面２１とを含む。第１主面１１の最大径３は、１００ｍｍ以上である。第１主面１１は、｛０００１｝面が＜１１−２０＞方向に０．５°以上５°以下オフした面である。第２主面２１には、第１主面１１の端部１３上の位置から＜１１−２０＞方向に延在し、かつ積層欠陥２を含む拡張欠陥１が存在する。＜１−１００＞方向における拡張欠陥１の線密度は、１本／１０μｍ以下である。【選択図】図１

Description

本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。

特開２０１３−３４００７号公報（特許文献１）には、ウエハ全面にステップバンチングがない炭化珪素エピタキシャルウェハが開示されている。

特開２０１３−３４００７号公報

本開示の目的は、炭化珪素層の割れ、または炭化珪素半導体装置の製造工程で炭化珪素層上に設けられる膜の割れを抑制可能な炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素単結晶基板と、炭化珪素層とを含む。炭化珪素単結晶基板は、第１主面を有する。炭化珪素層は、第１主面上にある。炭化珪素層は、第１主面と接する面と反対側の第２主面とを含む。第１主面の最大径は、１００ｍｍ以上である。第１主面は、｛０００１｝面が＜１１−２０＞方向に０．５°以上５°以下オフした面である。第２主面には、第１主面の端部上の位置から＜１１−２０＞方向に延在し、かつ積層欠陥を含む拡張欠陥が存在する。＜１−１００＞方向における拡張欠陥の線密度は、１本／１０μｍ以下である。

本開示によれば、炭化珪素層の割れ、または炭化珪素半導体装置の製造工程で炭化珪素層上に設けられる膜の割れを抑制可能な炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す平面模式図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った端面模式図である。 図１のＩＩＩ領域の拡大図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った端面模式図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った端面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶基板の第１例の構成を示す平面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶基板の第２例の構成を示す平面模式図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った端面模式図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った端面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素単結晶基板の第３例の構成を示す平面模式図である。 本実施形態の第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す端面模式図である。 本実施形態の第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す端面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の他の例の構成を示す平面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を示す端面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を示す端面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程を示す端面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程の第１変形例を示す端面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程の第２変形例を示す端面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第４工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第５工程を示す断面模式図である。 本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第６工程を示す断面模式図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。

（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素単結晶基板１０と、炭化珪素層２０とを備える。炭化珪素単結晶基板１０は、第１主面１１を有する。炭化珪素層２０は、第１主面上にある。炭化珪素層２０は、第１主面１１と接する面２２と反対側の第２主面２１とを含む。第１主面１１の最大径３は、１００ｍｍ以上である。第１主面１１は、｛０００１｝面が＜１１−２０＞方向に０．５°以上５°以下オフした面である。第２主面２１には、第１主面１１の端部１３上の位置から＜１１−２０＞方向に延在し、かつ積層欠陥２を含む拡張欠陥１が存在する。＜１−１００＞方向における拡張欠陥１の線密度は、１本／１０μｍ以下である。

たとえば酸化膜を炭化珪素エピタキシャル基板上に形成する際に、基板の表面において炭化珪素層（エピタキシャル膜）の割れ、または炭化珪素半導体装置の製造工程で炭化珪素層上に設けられる酸化膜などの膜の割れが発生する場合がある。炭化珪素層の割れが基板の端部から中心付近にまで延在する場合には、基板の大部分が不良となるため歩留まりが大幅に低下する。

発明者らは、炭化珪素層の割れの発生原因について検討を行った。基板の端部には、三角欠陥およびキャロットに代表される拡張欠陥が存在している場合がある。拡張欠陥は、炭化珪素層の表面に対して垂直な方向から見て、２次元的な広がりを有する欠陥である。拡張欠陥は、たとえば完全転位から分かれた２つの部分転位と、当該２つの部分転位の間を結ぶ帯状の積層欠陥とから構成される拡張転位であってもよい。なお、拡張欠陥は点欠陥とは異なる。炭化珪素層の割れが発生している基板を詳細に分析した結果、炭化珪素層の割れは、当該拡張欠陥を起点として延在していることが判明した。特に、基板の端部に拡張欠陥が高密度に存在している場合には、炭化珪素層の割れが発生しやすくなる傾向があることも判明した。通常、基板の端部は面取りされているため、端部には様々な面方位を有する面が露出している。そのため、端部を起点として拡張欠陥が発生しやすいと考えられる。

発明者らは、基板の端部付近に拡張欠陥の発生を促す起点を意図的に形成し、所望の位置に拡張欠陥を発生させることを着想した。基板の端部付近に起点を所定の間隔で形成することで、拡張欠陥を起点付近に積極的に発生させる。これにより、起点と起点との間の領域においては拡張欠陥の発生を抑制することができると考えられる。つまり、起点の線密度を制御することにより、拡張欠陥の線密度を制御することができる。これにより、高密度に拡張欠陥が発生することを抑制することができる。結果として、炭化珪素層の割れが発生することを抑制することができる。

（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第１主面１１において拡張欠陥１に対向する位置には、第１パターン３１が設けられていてもよい。第１パターン３１は、複数の第１パターン部３０により構成されていてもよい。複数の第１パターン部３０の各々は、＜１−１００＞方向に平行な直線上に位置していてもよい。複数の第１パターン部３０のうち隣り合う２つの第１パターン部３０の間隔は、２０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。

（３）上記（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、複数の第１パターン部３０の各々は、凸形状であってもよい。

（４）上記（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、複数の第１パターン部３０の各々は、凹形状であってもよい。

（５）上記（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、複数の第１パターン部３０の各々は、不純物領域であってもよい。

（６）上記（２）〜（５）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、第１パターン部３０の数は、３以上であってもよい。隣り合う２つの第１パターン部３０の間隔は等しくてもよい。

（７）上記（２）〜（６）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、端部１３と第１パターン３１との間には、凸形状の第２パターン４０が設けられていてもよい。第２パターン４０により、拡張欠陥１の＜１１−２０＞方向への成長をブロックすることで、拡張欠陥１が拡大することを抑制することができる。

（８）本開示に係る炭化珪素半導体装置２００の製造方法は以下の工程を備えている。上記（１）〜（７）のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される。炭化珪素エピタキシャル基板１００が加工される。

［本開示の実施形態の詳細］
（炭化珪素エピタキシャル基板）
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」とも記す）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の構成について説明する。

図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００は、たとえば第１フラット１０１と、第２フラット１０２とを有している。第１フラット１０１は、＜１１−２０＞方向に延在する。第２フラット１０２は、＜１−１００＞方向に延在する。

図２に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素単結晶基板１０と、炭化珪素層２０とを主に含む。炭化珪素単結晶基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第３主面１２とを含む。炭化珪素層２０は、第１主面１１上にある。炭化珪素層２０は、第１主面１１と接する第４主面２２と、第４主面２２と反対側の第２主面２１とを含む。

図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００は、外縁１５を有する。第２主面２１に対して垂直な方向から見て、外縁１５は、直線状の第１フラット１０１と、直線状の第２フラット１０２と、曲線状の円弧部１０３とを含む。

炭化珪素単結晶基板１０は、炭化珪素単結晶から構成される。炭化珪素単結晶のポリタイプは、たとえば４Ｈである。炭化珪素単結晶基板１０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を有する。第１主面１１の最大径３は、１００ｍｍ以上である。第１主面１１は、１５０ｍｍ以上でもよいし、２００ｍｍ以上でもよいし、２５０ｍｍ以上でもよい。第１主面１１の最大径の上限は特に限定されない。第１主面１１の最大径の上限は、たとえば３００ｍｍであってもよい。炭化珪素単結晶基板１０の厚さは、たとえば１０μｍ以上１ｍｍ以下であってもよい。炭化珪素単結晶基板１０の厚さは、好ましくは２５０μｍ以上６５０μｍ以下である。

第１主面１１は、｛０００１｝面がオフ方向に傾斜した面である。具体的には、第１主面１１は、｛０００１｝面が＜１１−２０＞方向に０．５°以上５°以下オフした面である。言い換えれば、第１主面１１のオフ方向は＜１１−２０＞方向であり、第１主面１１のオフ角θは０．５°以上５°以下である。オフ角θは、１°以上４°以下であってもよい。

炭化珪素層２０は、炭化珪素単結晶基板１０上にエピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル膜である。炭化珪素層２０は、ステップフロー成長により形成される。炭化珪素層２０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を有する。炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素単結晶基板１０が含むｎ型不純物の濃度よりも低くてもよい。炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０¹⁵ｃｍ^-3以上２×１０¹⁶ｃｍ^-3以下である。

炭化珪素層２０の厚み２５は、５μｍ以上であってもよいし、１０μｍ以上であってもよいし、３０μｍ以上であってもよいし、５０μｍ以上であってもよい。炭化珪素層２０の厚み２５の上限は、特に限定されない。炭化珪素層２０の厚みの上限は、たとえば３００μｍであってもよい。炭化珪素層２０の厚みが大きくなるほど、ファセット２３（図４参照）の幅も大きくなる。結果として、後述する拡張欠陥１の幅も大きくなる。そのため、炭化珪素層２０の厚みが大きい程、炭化珪素層２０の割れを抑制する効果も顕著になる。

（拡張欠陥）
図３に示されるように、第２フラット１０２に近い第２主面２１の端部領域には、拡張欠陥１が存在している。拡張欠陥１は、たとえば三角欠陥またはキャロットに代表される欠陥である。拡張欠陥１は内部に積層欠陥２を含む。拡張欠陥１は、第２主面２１に露出している。拡張欠陥１は、第２主面２１に開口部を有していてもよい。

図３および図５に示されるように、拡張欠陥１は、第１主面１１の端部１３上の位置から＜１１−２０＞方向に延在する。＜１−１００＞方向における拡張欠陥１の線密度は、１本／１０μｍ以下である（図３参照）。拡張欠陥１の線密度は、０．５本／１０μｍ以下であってもよし、０．２本／１０μｍ以下であってもよい。拡張欠陥１は、たとえばノマルスキータイプの光学顕微鏡（たとえば製品名「ＭＸ−５１」、オリンパス社製）を用いて観測することができる。観察視野は、たとえば１００μｍ×１００μｍとすることができる。観察位置は、第２フラット１０２近傍の第２主面２１の領域の任意の１０カ所とすることができる。好ましくは、全ての観察位置において、＜１−１００＞方向における任意の２つの拡張欠陥１の間の距離は、２０μｍ以上である。なお、上記拡張欠陥１は、第１主面１１の端部１３上の位置から＜１１−２０＞方向に延在する欠陥であり、端部１３上の位置以外の位置（たとえば第１主面１１の中心部）から延在する欠陥は含まない。

図３に示されるように、＜１−１００＞方向に沿って、複数の拡張欠陥１の各々が並んでいる。複数の拡張欠陥１のうち隣り合う２つの拡張欠陥１の間隔５２は、たとえば２０μｍ以上５００μｍ以下である。間隔５２は、＜１−１００＞方向における拡張欠陥１の幅よりも大きくてもよい。間隔５２は、３０μｍ以上であってもよいし、５０μｍ以上であってもよいし、１００μｍ以上であってもよい。

図３に示されるように、第１主面１１において拡張欠陥１に対向する位置には、第１パターン３１が設けられていてもよい。第１パターン３１は、複数の第１パターン部３０により構成されている。複数の第１パターン部３０の各々は、＜１−１００＞方向に平行な直線上に位置している。

図４に示されるように、第１主面１１は、端部１３と平坦部１４とを含む。端部１３は、たとえば面取りされた湾曲部分である。端部１３は、外縁１５と平坦部１４とを繋ぐ部分である。言い換えれば、端部１３は、外縁１５と平坦部１４との間に位置する。第２主面２１は、ファセット２３と平坦部２４とを含む。ファセット２３は、外縁１５と平坦部２４との間に位置していてもよい。ファセット２３は（０００１）面であってもよいし、（０００−１）面であってもよい。ファセット２３は、端部１３上に位置していてもよい。

図５に示されるように、複数の第１パターン部３０の各々は、凸形状であってもよい。凸形状の第１パターン部３０の上面は、拡張欠陥１に対向していてもよい。第１パターン部３０は、拡張欠陥１と接していてもよい。第１パターン部３０の高さ３２は、たとえば０．１μｍであり、好ましくは０．１μｍ以下である。高さ３２の上限は、たとえば１μｍである。第１パターン部３０の幅３３は、たとえば０．２μｍ以上０．３μｍ以下である。第１パターン部３０の幅３３は、第１パターン部３０の高さ３２よりも大きくてもよい。

図６に示されるように、複数の第１パターン部３０のうち隣り合う２つの第１パターン部３０の間隔５１は、たとえば２０μｍ以上５００μｍ以下である。間隔５１は、３０μｍ以上であってもよいし、５０μｍ以上であってもよいし、１００μｍ以上であってもよい。第１パターン部３０の数は、２以上であってもよいし、３以上であってもよいし、４以上であってもよい。好ましくは、隣り合う２つの第１パターン部３０の間隔５１は等しい。第１パターン部３０は、第１主面１１の平坦部１４に設けられていてもよい。平面視において、第１パターン部３０の形状は、四角形でもよいし、円形でもよいし、多角形でもよい。第１パターン部３０は、第２フラット１０２から第１主面１１の中心に向かって１ｍｍ以内の領域に形成されてもよい。言い換えれば、＜１１−２０＞方向において、外縁１５（第２フラット１０２）から第１パターン部３０までの距離５３は、１ｍｍ以下であってもよい。

図７に示されるように、端部１３と第１パターン３１との間には、凸形状の第２パターン４０が設けられていてもよい。第２パターン４０は、第１パターン３１と接していてもよい。第２パターン４０は、複数の第１パターン部３０の各々と接していてもよい。第２パターン４０は、たとえば複数の第１パターン部３０の各々を繋ぐように、＜１−１００＞方向に延在している。第２パターン４０は、たとえば平坦部１４上に位置している。＜１−１００＞方向において、第２パターン４０の幅４４は、第１パターン部３０の幅３４よりも大きい。

図８および図９に示されるように、第２パターン４０は、たとえば平坦部１４から突出していてもよい。第２パターン４０の高さ４２（図９参照）は、第１パターン部３０の高さ３２（図８参照）と同じであってもよいし、大きくてもよいし、小さくてもよい。＜１１−２０＞方向を第１主面１１に投影した方向において、第２パターン４０の幅４３は、第１パターン部３０の幅３３と同じであってもよいし、大きくてもよいし、小さくてもよい。

図１０に示されるように、第２パターン４０は、複数の第１パターン部３０の各々から離間してもよい。第２パターン４０は、平坦部１４上に位置していてもよいし、端部１３上に位置していてもよいし、平坦部１４および端部１３の双方上に位置していてもよい。

（第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板）
次に、本実施形態の第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の構成について説明する。

図１１に示されるように、複数の第１パターン部３０の各々は、凹形状であってもよい。凹形状の第１パターン部３０の底面が拡張欠陥１に対向していてもよい。第１パターン部３０の側面の高さは、たとえば０．１μｍであり、好ましくは０．１μｍ以下である。側面の高さの上限は、たとえば１μｍである。＜１１−２０＞方向を平坦部１４に投影した方向における第１パターン部３０の底面の幅は、たとえば０．２μｍ以上０．３μｍ以下である。底面の幅は、側面の高さよりも大きくてもよい。

（第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板）
次に、本実施形態の第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の構成について説明する。

図１２に示されるように、複数の第１パターン部３０の各々は、不純物領域であってもよい。不純物領域３０は、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物または窒素、リンなどのｎ型不純物がイオン注入された領域である。不純物領域３０は、たとえばアルゴン、ヘリウムなどのように炭化珪素に対してドーパントとならない不純物が導入された領域であってもよい。不純物領域３０は、たとえばイオン注入などにより炭化珪素単結晶基板１０にダメージが加えられて転位が発生した領域であってもよい。ダメージが加えられた領域は、たとえば格子欠陥または格子歪みを有していてもよい。炭化珪素の炭化珪素単結晶基板１０は、不純物領域３０と、不純物領域３０を取り囲むベース領域１６とを有している。ベース領域１６は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。不純物領域３０が含む導電型不純物の濃度は、ベース領域１６が含む導電型不純物の濃度よりも高くてもよい。

図１３に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００は、第１フラット１０１を有するが、第２フラット１０２を有していなくてもよい。Ｓｉ面側から第２主面２１を見た場合、拡張欠陥１は、［１１−２０］方向側と反対側の［−１−１２０］方向側に存在する。言い換えれば、拡張欠陥１は、［−１−１２０］方向側の第２主面２１に存在する。拡張欠陥１は、円弧部１０３から＜１１−２０＞方向に延在していてもよい。炭化珪素エピタキシャル基板１００は、第１フラット１０１および第２フラット１０２の双方を有していなくてもよい。

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。

たとえば昇華法により製造された炭化珪素単結晶をスライスすることにより炭化珪素単結晶基板１０が準備される。炭化珪素単結晶をスライスする際には、たとえばワイヤーソーが使用される。炭化珪素単結晶基板１０の一方の主面に｛０００１｝面から０．５°以上５°以下傾斜した面が表出するように炭化珪素単結晶がスライスされる。炭化珪素単結晶基板１０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。次に、炭化珪素単結晶基板１０の双方の主面に対して、化学機械研磨が行われてもよい。

次に、チャンファー加工が実施される。たとえば炭化珪素単結晶基板１０の周端部が研磨されることにより、端部が面取りされる。これにより、曲率を有する端部１３が形成される。炭化珪素単結晶基板１０の第１主面１１は、端部１３と平坦部１４とを含む（図１５参照）。

次に、第１パターン形成工程が実施される。たとえば第１主面１１の平坦部１４上にマスク５が形成される（図１６参照）。第１主面１１上にマスク５が形成された状態で、第１主面１１に対してたとえばドライエッチングが行われる。これにより、第１主面１１に凸形状の第１パターン部３０が形成される（図１７参照）。次に、マスク５が除去される。第１パターン部３０と同時に、第２パターン４０が形成されてもよい。

次に、エピタキシャル成長工程が実施される。たとえばＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置（図示せず）内に炭化珪素単結晶基板１０が配置される。たとえば水素（Ｈ₂）を含むキャリアガスと、シラン（ＳｉＨ₄）およびプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）を含む原料ガスと、窒素（Ｎ₂）などのドーパントガスとが炭化珪素単結晶基板１０上に供給される。キャリアガス、原料ガス、ドーパントガスおよび炭化珪素単結晶基板１０は、たとえば１５００℃以上１７００℃以下の温度に加熱される。これにより、炭化珪素単結晶基板１０の第１主面１１上に炭化珪素層２０がエピタキシャル成長により形成される。以上より、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される（図１参照）。

（第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、本実施形態の第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。

図１８に示されるように、第１パターン形成工程において、第１主面１１に凹形状の第１パターン部３０が形成されてもよい。第１パターン部３０は、たとえば第１主面１１の平坦部１４に形成される。たとえば、第１パターン部３０が形成される予定の領域に開口を有するエッチングマスク（図示せず）が第１主面１１上に形成される。次に、当該マスクを用いて炭化珪素単結晶基板１０がドライエッチングされる。これにより、第１主面１１に凹形状の第１パターン部３０が形成されてもよい。次に、エピタキシャル成長工程が実施されることにより、第１主面１１上に炭化珪素層２０が形成される。これにより、第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される（図１１参照）。

（第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、本実施形態の第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。

図１９に示されるように、第１パターン形成工程において、炭化珪素単結晶基板１０に不純物領域が形成されてもよい。たとえば、不純物領域３０が形成される予定の領域に開口を有するイオン注入マスク（図示せず）が第１主面１１上に形成される。次に当該マスクを用いて炭化珪素単結晶基板１０の第１主面１１に対して、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物がイオン注入される。これにより、不純物領域３０が形成されてもよい。次に、エピタキシャル成長工程が実施されることにより、第１主面１１上に炭化珪素層２０が形成される。これにより、第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される（図１２参照）。

（炭化珪素半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置２００の製造方法について説明する。

図１４に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、エピタキシャル基板準備工程（Ｓ１０：図１４）と、基板加工工程（Ｓ２０：図１４）とを主に有する。

まず、炭化珪素エピタキシャル基板準備工程（Ｓ１０：図１４）が実施される。具体的には、前述した炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によって、炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される（図１参照）。

次に、炭化珪素エピタキシャル基板準備工程（Ｓ２０：図１４）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板を加工することにより、炭化珪素半導体装置が製造される。「加工」には、たとえば、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成、ダイシング等の各種加工が含まれる。すなわち基板加工ステップは、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成およびダイシングのうち、少なくともいずれかの加工を含むものであってもよい。

以下では、炭化珪素半導体装置の一例としてのＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造方法を説明する。図１４に示されるように、基板加工工程（Ｓ２０：図１４）は、イオン注入工程（Ｓ２１：図１４）、酸化膜形成工程（Ｓ２２：図１４）、電極形成工程（Ｓ２３：図１４）およびダイシング工程（Ｓ２４：図１４）を含む。

まず、イオン注入工程（Ｓ２１：図１４）が実施される。開口部を有するマスク（図示せず）が形成された第２主面２１に対して、たとえばアルミニウム（Ａｌ）等のｐ型不純物が注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するボディ領域１３２が形成される。次に、ボディ領域１３２内の所定位置に、たとえばリン（Ｐ）等のｎ型不純物が注入される。これにより、ｎ型の導電型を有するソース領域１３３が形成される。次に、アルミニウム等のｐ型不純物がソース領域１３３内の所定位置に注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するコンタクト領域１３４が形成される（図２０参照）。

炭化珪素層２０において、ボディ領域１３２、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４以外の部分は、ドリフト領域１３１となる。ソース領域１３３は、ボディ領域１３２によってドリフト領域１３１から隔てられている。イオン注入は、炭化珪素エピタキシャル基板１００を３００℃以上６００℃以下程度に加熱して行われてもよい。イオン注入の後、炭化珪素エピタキシャル基板１００に対して活性化アニールが行われる。活性化アニールにより、炭化珪素層２０に注入された不純物が活性化し、各領域においてキャリアが生成される。活性化アニールの雰囲気は、たとえばアルゴン（Ａｒ）雰囲気でもよい。活性化アニールの温度は、たとえば１８００℃程度でもよい。活性化アニールの時間は、たとえば３０分程度でもよい。

次に、酸化膜形成工程（Ｓ２２：図１４）が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００が酸素を含む雰囲気中において加熱されることにより、第２主面２１上に酸化膜１３６が形成される（図２１参照）。酸化膜１３６は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ₂）等から構成される。酸化膜１３６は、ゲート絶縁膜として機能する。熱酸化処理の温度は、たとえば１３００℃程度でもよい。熱酸化処理の時間は、たとえば３０分程度でもよい。

酸化膜１３６が形成された後、さらに窒素雰囲気中で熱処理が行なわれてもよい。たとえば、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）等の雰囲気中、１１００℃程度で１時間程度、熱処理が実施されてもよい。さらにその後、アルゴン雰囲気中で熱処理が行なわれてもよい。たとえば、アルゴン雰囲気中、１１００〜１５００℃程度で、１時間程度、熱処理が行われてもよい。

次に、電極形成工程（Ｓ２３：図１４）が実施される。第１電極１４１は、酸化膜１３６上に形成される。第１電極１４１は、ゲート電極として機能する。第１電極１４１は、たとえばＣＶＤ法により形成される。第１電極１４１は、たとえば不純物を含有し導電性を有するポリシリコン等から構成される。第１電極１４１は、ソース領域１３３およびボディ領域１３２に対面する位置に形成される。

次に、第１電極１４１を覆う層間絶縁膜１３７が形成される。層間絶縁膜１３７は、たとえばＣＶＤ法により形成される。層間絶縁膜１３７は、たとえば二酸化珪素等から構成される。層間絶縁膜１３７は、第１電極１４１と酸化膜１３６とに接するように形成される。次に、所定位置の酸化膜１３６および層間絶縁膜１３７がエッチングによって除去される。これにより、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４が、酸化膜１３６から露出する。

たとえばスパッタリング法により当該露出部に第２電極１４２が形成される。第２電極１４２はソース電極として機能する。第２電極１４２は、たとえばチタン、アルミニウムおよびシリコン等から構成される。第２電極１４２が形成された後、第２電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００が、たとえば９００〜１１００℃程度の温度で加熱される。これにより、第２電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００とがオーミック接触するようになる。次に、第２電極１４２に接するように、配線層１３８が形成される。配線層１３８は、たとえばアルミニウムを含む材料から構成される。

次に、第３主面１２に第３電極１４３が形成される。第３電極１４３は、ドレイン電極として機能する。第３電極１４３は、たとえばニッケルおよびシリコンを含む合金（たとえばＮｉＳｉ等）から構成される。

次に、ダイシング工程（Ｓ２４：図１４）が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００がダイシングラインに沿ってダイシングされることにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００が複数の半導体チップに分割される。以上より、炭化珪素半導体装置２００が製造される（図２２参照）。

上記において、ＭＯＳＦＥＴを例示して、本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明したが、本開示に係る製造方法はこれに限定されない。本開示に係る製造方法は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＰｉＮダイオード等の各種炭化珪素半導体装置に適用可能である。

今回開示された実施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実施形態ではなく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。

１ 拡張欠陥
２ 積層欠陥
３ 最大径
５ マスク
１０ 炭化珪素単結晶基板
１１ 第１主面
１２ 第３主面
１３ 端部
１４，２４ 平坦部
１５ 外縁
１６ ベース領域
２０ 炭化珪素層
２１ 第２主面
２２ 第４主面（面）
２３ ファセット
３０ 第１パターン部（不純物領域）
３１ 第１パターン
４０ 第２パターン
１００ 炭化珪素エピタキシャル基板
１０１ 第１フラット
１０２ 第２フラット
１０３ 円弧部
１３１ ドリフト領域
１３２ ボディ領域
１３３ ソース領域
１３４ コンタクト領域
１３６ 酸化膜
１３７ 層間絶縁膜
１３８ 配線層
１４１ 第１電極
１４２ 第２電極
１４３ 第３電極
２００ 炭化珪素半導体装置

Claims (8)

1. 第１主面を有する炭化珪素単結晶基板と、
   前記第１主面上の炭化珪素層とを備え、
   前記炭化珪素層は、前記第１主面と接する面と反対側の第２主面とを含み、
   前記第１主面の最大径は、１００ｍｍ以上であり、
   前記第１主面は、｛０００１｝面が＜１１−２０＞方向に０．５°以上５°以下オフした面であり、
   前記第２主面には、前記第１主面の端部上の位置から＜１１−２０＞方向に延在し、かつ積層欠陥を含む拡張欠陥が存在し、
   ＜１−１００＞方向における前記拡張欠陥の線密度は、１本／１０μｍ以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。
2. 前記第１主面において前記拡張欠陥に対向する位置には、第１パターンが設けられており、
   前記第１パターンは、複数の第１パターン部により構成されており、
   複数の前記第１パターン部の各々は、＜１−１００＞方向に平行な直線上に位置しており、
   複数の前記第１パターン部のうち隣り合う２つの前記第１パターン部の間隔は、２０μｍ以上５００μｍ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. 複数の前記第１パターン部の各々は、凸形状である、請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
4. 複数の前記第１パターン部の各々は、凹形状である、請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
5. 複数の前記第１パターン部の各々は、不純物領域である、請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
6. 前記第１パターン部の数は、３以上であり、
   隣り合う２つの前記第１パターン部の間隔は等しい、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
7. 前記端部と前記第１パターンとの間には、凸形状の第２パターンが設けられている、請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
8. 請求項１〜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を準備する工程と、
   前記炭化珪素エピタキシャル基板を加工する工程とを備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。

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