JP2019021694A - 炭化ケイ素積層基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化ケイ素積層基板における抵抗の増大を抑制し、炭化ケイ素積層基板を用いて製造する半導体装置の性能を向上させる。【解決手段】ＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板上に順に形成されたエピタキシャル層であるバッファ層およびドリフト層を有する炭化ケイ素積層基板において、バッファ層のＳｉＣ基板側端部の不純物濃度Ｚ２と、ＳｉＣ基板の不純物濃度Ｚ１との差Ｄ１ｏ，Ｄ１ａ，Ｄ１ｂは、面内で一定である。【選択図】図２０

Description

本発明は炭化ケイ素積層基板およびその製造方法に関する。

半導体パワーデバイスには高耐圧のほか、低オン抵抗、低スイッチング損失が要求されるが、現在の主流であるケイ素（Ｓｉ）を用いたパワーデバイスは理論的な性能限界に近づいている。炭化ケイ素（ＳｉＣ）はＳｉと比較して絶縁破壊電界強度が約１桁大きいため、耐圧を保持するドリフト層（活性層、電界緩和層）を約１／１０に薄く、不純物濃度（キャリア濃度）を約１００倍高くすることで、素子抵抗を理論上３桁以上低減できる。また、Ｓｉに対してバンドギャップが約３倍大きいことから高温動作も可能であり、ＳｉＣを用いたパワーデバイスは、Ｓｉを用いたパワーデバイスを超える性能が期待されている。

特許文献１（特開２０００−３１９０９９号公報）には、ＳｉＣエピタキシャル層における積層欠陥を低減するため、ＳｉＣ基板とエピタキシャル層（活性層）との間に、ＳｉＣ基板よりも不純物濃度が小さく、エピタキシャル層（活性層）よりも不純物濃度が大きいバッファ層を形成することが記載されている。

特許文献２（特開２０１４−１９２１６３号公報）には、ＳｉＣエピタキシャル層における積層欠陥を低減するため、ＳｉＣ基板とドリフト層（活性層）上に、ＳｉＣ基板との界面の不純物濃度が代表不純物濃度以下で、かつ代表不純物濃度との差異が所定値未満であるバッファ層を形成することが記載されている。

特開２０００−３１９０９９号公報 特開２０１４−１９２１６３号公報

本願発明者は、炭化ケイ素積層基板およびその製造方法において、ＢＰＤ（Basal Plane Dislocation：基底面転位）やＢＰＤに由来する積層欠陥による炭化ケイ素積層基板の抵抗の増大を抑制することを検討している。上記炭化ケイ素積層基板およびその製造方法を工夫することにより、炭化ケイ素積層基板を有する半導体装置の性能の向上が望まれる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態による炭化ケイ素積層基板は、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板上に順に形成されたエピタキシャル層であるバッファ層およびドリフト層を有する炭化ケイ素積層基板において、前記バッファ層のＳｉＣ基板側端部の不純物濃度と、前記ＳｉＣ基板のバッファ層側端部の不純物濃度との差は、面内で一定である。

一実施の形態によれば、炭化ケイ素積層基板における抵抗の増大を抑制することができるため、炭化ケイ素積層基板を用いて製造する半導体装置の性能を向上させることができる。

一実施の形態の炭化ケイ素積層基板を用いた半導体チップの平面図である。 一実施の形態に係る炭化ケイ素積層基板を用いた半導体チップにおいて、図１に示す構成よりも上層に形成されたパッドを含む層を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 一実施の形態の炭化ケイ素積層基板を用いた半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図４に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 一実施の形態の炭化ケイ素積層基板の製造装置の要部断面図である。 図５に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図７に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図８に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図９に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１０に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１１に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１２に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 図１３に続く半導体チップの製造工程を示す断面図である。 検討例の炭化ケイ素積層基板の断面図および平面図である。 検討例の炭化ケイ素積層基板において、基板面内の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。 検討例の炭化ケイ素積層基板において、基板中心の位置における厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。 検討例の炭化ケイ素積層基板において、基板端の位置における厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。 一実施の形態の炭化ケイ素積層基板の断面図および平面図である。 一実施の形態の炭化ケイ素積層基板において、基板面内の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。 一実施の形態の炭化ケイ素積層基板において、基板中心の位置における厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。 一実施の形態の炭化ケイ素積層基板において、基板端の位置における厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。 図６に示す炭化ケイ素積層基板の製造装置によって製造された炭化ケイ素からなるバッファ層の不純物濃度と基板端からの距離との関係を示すグラフである。 一実施の形態の変形例である変形例１の炭化ケイ素積層基板の断面図および平面図である。 一実施の形態の変形例である変形例１の炭化ケイ素積層基板において、基板面内の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。 一実施の形態の変形例である変形例１の炭化ケイ素積層基板において、基板中心の位置における厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。 一実施の形態の変形例である変形例１の炭化ケイ素積層基板において、基板端の位置における厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

また、符号「⁻」および「^＋」は、導電型がｎ型またはｐ型の不純物の相対的な濃度を表しており、例えばｎ型不純物の場合は、「ｎ⁻⁻」、「ｎ⁻」、「ｎ」、「ｎ^＋」、「ｎ^＋＋」の順に不純物濃度が高くなる。

以下の実施の形態でいう基板は、エピタキシャル層を含まない半導体基板を意味する場合と、半導体基板と当該半導体基板上のエピタキシャル層とを含む積層構造を有する基板を意味する場合とがある。以下の実施の形態で単に「ＳｉＣ基板」、「半導体基板」または「ＳｉＣ半導体基板」という場合には、これらの基板は、エピタキシャル層を含まない基板を意味する。これに対し、以下の実施の形態で単に「炭化ケイ素積層基板」という場合には、この基板は、半導体基板および当該半導体基板上のエピタキシャル層とを含む積層基板を意味する。

（実施の形態）
＜炭化ケイ素積層基板および半導体チップの構成＞
以下、一実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０を用いた半導体チップＣＨＰ１の構造について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０を用いた半導体チップＣＨＰ１の平面図である。図２は、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０を用いた半導体チップＣＨＰ１の平面図であって、図１に示す構成よりも上層に形成されたパッドを含む層を示すものである。図３は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。

図１に示すように、半導体チップＣＨＰ１は、図３に示すＳｉＣ基板（半導体基板）ＳＢ１と、ＳｉＣ基板ＳＢ１の主面側に形成されたドリフト層（半導体層、エピタキシャル層）ＥＰ１と、を有している。

図１では、主にドリフト層ＥＰ１の上面を示しており、ドリフト層ＥＰ１上のゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、シリサイド層、コンタクトプラグ、パッシベーション膜およびパッドなどの図示を省略している。図１には、ドリフト層ＥＰ１の上面と、前記上面に形成された各種の半導体領域とを示している。

図３には、図１のＡ−Ａ線の断面図であって、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect Transistor）を含む半導体チップＣＨＰ１の中心部の素子領域（活性領域）６５（図１参照）の構造を示している。すなわち、図３の断面図は、半導体チップＣＨＰ１における素子領域（活性領域）６５の複数のＳｉＣＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＭＯＳＦＥＴという場合がある）の断面を示すものである。

図３に示すように、本実施の形態の半導体チップＣＨＰ１を構成する炭化ケイ素積層基板４０は、ＳｉＣ基板ＳＢ１と、ＳｉＣ基板ＳＢ１上に形成されたバッファ層（半導体層、エピタキシャル層）ＢＦ１と、バッファ層ＢＦ１上に形成されたドリフト層ＥＰ１と、を有する積層構造として構成されている。バッファ層ＢＦ１およびドリフト層ＥＰ１は、いずれもＳｉＣからなるｎ型の半導体により構成されている。すなわち、ＳｉＣ基板ＳＢ１と、ＳｉＣ基板ＳＢ１上の各エピタキシャル層（バッファ層ＢＦ１およびドリフト層ＥＰ１）との導電型（第１導電型）は、ｎ型である。ＳｉＣ基板ＳＢ１、バッファ層ＢＦ１およびドリフト層ＥＰ１は、ｎ型不純物（例えば、窒素（Ｎ）またはリン（Ｐ））を含んでいる。以下、ＳｉＣ基板ＳＢ１、バッファ層ＢＦ１およびドリフト層ＥＰ１のそれぞれの不純物濃度といった場合には、いずれもｎ型不純物の濃度を意味する。図３ではｐ型が第２導電型に相当する。

ＳｉＣ基板ＳＢ１は、ｎ型の不純物が比較的高い濃度で導入されたｎ^＋＋型の六方晶系半導体基板である。このｎ型不純物は、例えばＮ（窒素）であり、このｎ型不純物の不純物濃度は、例えば１×１０^１８ｃｍ^−３〜１×１０^１９ｃｍ^−３である。ＳｉＣ基板ＳＢ１の主面は、例えば＜１１−２０＞方向に４〜８度傾斜した｛０００１｝面である。ドリフト層ＥＰ１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１よりも不純物濃度が低いＳｉＣからなるｎ⁻⁻型の半導体層である。ドリフト層ＥＰ１の不純物濃度および膜厚は、ドリフト層ＥＰ１の上部に形成されるパワーデバイスの仕様により任意に設定可能である。ドリフト層ＥＰ１の膜厚は、例えば３〜８０μｍである。ドリフト層ＥＰ１の不純物濃度は、例えば、１×１０^１４〜５×１０^１６ｃｍ^−３である。また、バッファ層ＢＦ１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１よりも不純物濃度が低く、ドリフト層ＥＰ１よりも不純物濃度が高いＳｉＣからなるｎ^＋型の半導体層である。バッファ層ＢＦ１の膜厚は任意に設定可能であり、例えば０．５〜８μｍである。

詳細は後述するが、図２０に示すように、ＳｉＣ基板ＳＢ１は不純物濃度の面内分布（面内濃度分布）を有している。そして、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部の不純物濃度の面内分布は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部の不純物濃度の面内分布と一致している。以下、「面」とは、ＳｉＣ基板の主面と平行な面であって、炭化ケイ素積層基板（ＳｉＣ基板、バッファ層およびドリフト層）内の任意の面をいう。また、「端部」は、厚さ方向における端部を指す。

なお、半導体チップＣＨＰ１を構成する炭化ケイ素積層基板４０とは、ダイシング（個片化）される前の円板状の炭化ケイ素積層基板４０のみを意味するのではなく、炭化ケイ素積層基板４０上に素子が形成された後にダイシング（個片化）工程を行い、その結果得られた半導体チップＣＨＰ１に含まれる炭化ケイ素積層基板４０をも意味する。

図１に示すように、半導体チップＣＨＰ１の素子領域６５において、ドリフト層ＥＰ１の上面には、複数のｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴがセル構造として形成されている。これらのＭＯＳＦＥＴを構成するゲート電極（図示せず）およびソース領域８１への電位の供給に用いられる各パッドが、図２に示されている。

図２に示すように、半導体チップＣＨＰ１の上面には、外部の制御回路（図示せず）からゲート電圧が印加されるゲートパッド６１が形成されている。ゲートパッド６１は、前記ＭＯＳＦＥＴを構成するゲート電極９２（図３参照）に電気的に接続されている。また、半導体チップＣＨＰ１に形成された複数のＭＯＳＦＥＴのそれぞれのソース領域は、電気的に並列に接続されており、ソースパッド６２に接続されている。すなわち、１個のソースパッド６２が、複数のソース領域に電気的に接続されている。

図１に示す半導体チップＣＨＰ１の中央部の素子領域（活性領域）６５には、ＭＯＳＦＥＴの最小単位構造となるユニットセル７０が複数個配置されている。各ユニットセル７０のゲート電極（図示せず）には、図２に示すゲートパッド６１に印加されるゲート電圧が、ゲートパッド６１を通じて供給される。なお、図２に示すゲートパッド６１の位置並びに個数、またはソースパッド６２の形状などは、多種多様なものがあり得るが、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０の効果に影響を及ぼすものではない。

図１に示すように、半導体チップＣＨＰ１は平面視において矩形の形状を有している。平面視において、半導体チップＣＨＰ１の中央部には素子領域６５が存在し、素子領域６５を取り囲むように周縁領域６６およびターミネーション領域６７が存在する。すなわち、平面視において、半導体チップＣＨＰ１を構成するＳｉＣ基板（半導体基板）上のドリフト層ＥＰ１の上面の中央部から、ドリフト層ＥＰ１の上面の端部に向かって、順に素子領域６５、周縁領域６６およびターミネーション領域６７が存在する。

なお、周縁領域６６は、ターミネーション領域６７に形成されたＪＴＥ（Junction Termination Extension）領域８５に電位を供給するための給電部である。周縁領域６６およびターミネーション領域６７のそれぞれは、矩形の半導体チップＣＨＰ１の各辺に沿って延在する環状構造を有している。ＪＴＥ領域８５は、ドリフト層ＥＰ１の上面に形成されたｐ型の半導体領域である。

周縁領域６６に囲まれた領域である素子領域６５には、ウェル領域８０、ソース領域８１および第１コンタクト領域８２からなるユニットセル７０が複数配置されている。ユニットセル７０は、ＭＯＳＦＥＴの最小単位構造である。ドリフト層ＥＰ１の上面において、複数のユニットセル７０は互いに離間している。平面視において、それぞれのユニットセル７０内には、第１コンタクト領域８２を中心として、その周囲にソース領域８１およびウェル領域８０が順に配置されている。

すなわち、平面視において、第１コンタクト領域８２の外側を囲むようにソース領域８１が形成され、さらにソース領域８１の外側を囲むようにウェル領域８０が形成されている。平面視において、第１コンタクト領域８２、ソース領域８１およびウェル領域８０はいずれも矩形の構造を有している。

第１コンタクト領域８２およびソース領域８１は互いに隣接しており、第１コンタクト領域８２およびソース領域８１の境界上を跨がるように、第１コンタクト領域８２およびソース領域８１の上面にシリサイド層９５（図３参照）が形成されている。

ここでは、ユニットセル７０を平面視において正四角形の構造を有するものとして示しているが、これに限らず、例えばユニットセル７０の形状は長方形または多角形などでもよい。また、図１ではユニットセル７０を５個のみ示しているが、実際には素子領域６５内において、より多数のユニットセル７０が配置されている。

また、ここでは複数のユニットセル７０を、半導体チップＣＨＰ１の端部の平行する２辺に平行な第１方向に並べて配置し、そのようにして設けた列を、第１方向に直交する第２方向において複数配置している。さらに、第２方向において隣り合う列同士のユニットセル７０を、第１方向において半周期ずらして互い違いに配列している。しかし、これに限らず、縦横において等ピッチで複数のユニットセル７０を配置してもよい。すなわち、複数のユニットセル７０はマトリクス状に配置されていてもよい。

また、周縁領域６６内において、ドリフト層ＥＰ１の上面に環状の第２コンタクト領域８３が形成されている。ここでいう周縁領域６６は、平面視において第２コンタクト領域８３と重なる領域を指す。すなわち、周縁領域６６のレイアウトは、第２コンタクト領域８３の形成領域により規定されている。第２コンタクト領域８３は、ドリフト層ＥＰ１の上面に形成されたｐ^＋型の半導体領域である。第２コンタクト領域８３は、ターミネーション領域６７の電位固定のために形成された領域であり、また、ＪＴＥ領域８５に電位を供給するための領域である。

第２コンタクト領域８３を介してＪＴＥ領域８５に電位を印加することによって、逆方向電圧印加時の終端領域での電界集中を緩和し、半導体チップの耐圧を高く維持することができる。ここでは、半導体チップのターミネーション構造として、ＪＴＥ領域を形成した構造について説明したが、半導体チップの電界を緩和するためにターミネーション構造は、例えば平面視において素子領域を環状に囲むｐ型の半導体領域を複数有するＦＬＲ（Field Limiting Ring）構造などであってもよい。

また、図３に示すように、半導体チップＣＨＰ１（図１参照）の主面の反対側の裏面側には、前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン配線用電極９０が形成されている。具体的には、ＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面には、ＳｉＣ基板ＳＢ１よりも不純物濃度が高いｎ型の半導体領域であるドレイン領域８４が形成されており、ドレイン領域８４の底面に接して、第３シリサイド層１００が形成されている。すなわち、ＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面は第３シリサイド層１００に覆われている。第３シリサイド層１００の底面、すなわちＳｉＣ基板ＳＢ１側と逆側の面は、ドレイン配線用電極９０により覆われている。

素子領域６５では、ドリフト層ＥＰ１の上面から所定の深さで、ｐ型の半導体領域であるウェル領域８０が複数形成されている。ウェル領域８０は、ｐ型不純物（例えばアルミニウム（Ａｌ）またはホウ素（Ｂ））が導入された半導体領域である。各ウェル領域８０内には、ドリフト層ＥＰ１の上面から所定の深さで、ｎ^＋型の半導体領域であるソース領域８１が形成されている。ソース領域８１は、ｎ型不純物（例えば窒素（Ｎ）またはリン（Ｐ））が導入された半導体領域である。

また、各ウェル領域８０内には、ドリフト層ＥＰ１の上面から所定の深さで、ｐ^＋型の半導体領域である第１コンタクト領域８２が形成されている。第１コンタクト領域８２はウェル領域の電位を固定するために設けられた領域であり、ソース領域８１とほぼ同様の深さを有している。第１コンタクト領域８２は、ｐ型不純物（例えばアルミニウム（Ａｌ）またはホウ素（Ｂ））が導入された半導体領域である。第１コンタクト領域８２は、隣接するソース領域８１により両側から挟まれるように配置されている。また、第１コンタクト領域８２の底部、並びにソース領域８１の底部および側面は、ウェル領域８０に覆われている。

ドリフト層ＥＰ１の上面には、ウェル領域８０、ソース領域８１および第１コンタクト領域８２からなるユニットセル７０が複数形成されており、ユニットセル７０同士は互いに離間している。隣り合うユニットセル７０同士の間のドリフト層ＥＰ１上には、ゲート絶縁膜９１を介してゲート電極９２が形成されており、ゲート絶縁膜９１の端部の上面、ゲート電極９２の側面および上面は、層間絶縁膜９３により覆われている。各ゲート電極９２を覆う層間絶縁膜９３同士の間の開口部６８において、第１コンタクト領域８２およびソース領域８１は、ゲート絶縁膜９１、ゲート電極９２および層間絶縁膜９３に覆われていない。すなわち、ゲート絶縁膜９１、ゲート電極９２および層間絶縁膜９３はユニットセル７０の上面に達する開口部６８を有しており、開口部６８の底部では、第１コンタクト領域８２およびソース領域８１が露出している。

図１に示す素子領域６５で、図３における層間絶縁膜９３の開口部６８、すなわちコンタクトホール内の底部で露出するソース領域８１の一部および第１コンタクト領域８２のそれぞれの上面上には、シリサイド層９５が形成されている。ソース領域８１の一部および第１コンタクト領域８２に接するシリサイド層９５上の開口部６８には、接続部であるコンタクトプラグ９４が埋め込まれている。複数の開口部６８に埋め込まれた複数のコンタクトプラグ９４のそれぞれは、層間絶縁膜９３を被覆するように形成されたソース配線用電極９６と一体となっている。ソース配線用電極９６は、ソースパッド６２（図２参照）に電気的に接続されている。ここでは、図１に示すターミネーション領域６７の上部を覆うパッシベーション膜（図示せず）から露出するソース配線用電極９６の上面自体がソースパッド６２を構成している。

ソース領域８１の一部および第１コンタクト領域８２は、シリサイド層９５を介して、コンタクトプラグ９４に対しオーム性接触となるように電気的に接続されている。よって、ソース領域８１の一部および第１コンタクト領域８２は、シリサイド層９５、コンタクトプラグ９４、およびソース配線用電極９６を介して、ソースパッド６２に接続されている。同様に、ゲート電極９２には、図示しない領域において他のコンタクトプラグが接続され、ゲート電極９２は、他のコンタクトプラグおよびゲート配線用電極（図示せず）を介してゲートパッド６１（図２参照）に電気的に接続されている。

本実施の形態の半導体チップに形成されたＭＯＳＦＥＴは、少なくともゲート電極９２と、ソース領域８１と、ドレイン領域８４を有している。ＭＯＳＦＥＴを動作させる際には、ゲート電極９２に所定の電圧を印加してＭＯＳＦＥＴをオンさせることで、電位の高いドレインから電位の低いソースに電流を流す。前記ＭＯＳＦＥＴのチャネル領域は、ｐ型の半導体領域であるウェル領域８０内の上部に形成される。すなわち、ＭＯＳＦＥＴを駆動させる際の電流は、ドレイン配線用電極９０から流れて、ドリフト層ＥＰ１内であってゲート絶縁膜９１の近傍の領域を通り、ドリフト層ＥＰ１の上面近傍のウェル領域８０内であってゲート電極９２の直下の領域を通って、ソース領域８１へ流れる。

本実施の形態において、第１コンタクト領域８２に電位を供給する場合には、ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオード（内蔵ｐｎダイオード）のｐｎ接合にｐｎ電流が流れる。また、第２コンタクト領域８３に電位を供給する場合には、図１に示すターミネーション領域６７の内蔵ダイオードのｐｎ接合にｐｎ電流が流れる。ここでいうＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードとは、例えばｐ^＋型の第１コンタクト領域８２に接続されているｐ型のウェル領域８０と、ｎ⁻⁻型のドリフト層ＥＰ１との間のｐｎ接合部分を指す。また、ここでいうターミネーション領域６７の内蔵ダイオードとは、例えばｐ^＋型の第２コンタクト領域８３（図１参照）に接続されているｐ型のＪＴＥ領域８５（図１参照）と、ｎ⁻⁻型のドリフト層ＥＰ１との間のｐｎ接合部分を指す。なお、本実施の形態ではドリフト層ＥＰ１を含む基板内のｐｎ接合に流れる電流をｐｎ電流と呼ぶ。

＜炭化ケイ素積層基板および半導体チップの製造方法＞
本実施の形態における炭化ケイ素積層基板４０およびこの炭化ケイ素積層基板４０を含む半導体チップＣＨＰ１の製造方法について、図４、図５および図７〜図１４を用いて工程順に説明する。図４、図５および図７〜図１４は、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０を用いた半導体チップＣＨＰ１の製造工程を示す断面図である。図４、図５および図７〜図１４では、ＭＯＳＦＥＴが形成される素子領域６５の断面を示し、図４、図５および図７〜図１４の素子領域６５の断面は、図１のＡ−Ａ線における断面と同じ位置における断面である。また、図６は、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板の製造装置の要部断面図である。

まず、図４に示すように、ｎ^＋＋型のＳｉＣ基板ＳＢ１を準備する。ＳｉＣ基板ＳＢ１の主面は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）法により研磨されており、鏡面となっている。

次に、図５に示すように、ＳｉＣ基板ＳＢ１上に、バッファ層ＢＦ１およびドリフト層ＥＰ１を順に形成する。すなわち、以下に示すエピタキシャル成長法により、ＳｉＣからなる各種の半導体層（エピタキシャル層、エピタキシャル成長層）を順に形成する。

まず、ＳｉＣ基板ＳＢ１を洗浄した後、図６に示すＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）装置ＣＤの炉内のサセプタＳＵに設置する。続いて、炉内を１×１０^−４Ｐａ以下の真空度になるまで排気する。続いて、炉内にキャリアガスである水素をガス供給口Ｇ１，Ｇ２から導入し、炉内の圧力を１〜３０ｋＰａとする。このように水素を導入しながら、サセプタＳＵが設定温度に安定するまで保持する。サセプタＳＵの設定温度は、例えば１４００〜１７００℃である。続いて、ガス供給口Ｇ１，Ｇ２から炉内に原料ガスを導入する。原料ガスにはシラン（ＳｉＨ_４）とプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）を用い、不純物ドーパントガスとして窒素（Ｎ_２）を用いる。これらの原料ガスの供給により、ＳｉＣ基板ＳＢ１上に、ＳｉＣからなるエピタキシャル層の成長が始まる。

これらのガスの流量とサセプタＳＵの設定温度、炉内圧力を任意に変更しながらエピタキシャル成長を行うことで、ＳｉＣ基板ＳＢ１上に、バッファ層（第１エピタキシャル層）ＢＦ１およびドリフト層（第２エピタキシャル層）ＥＰ１を所望の不純物濃度および膜厚にて順番に形成する。

バッファ層ＢＦ１およびドリフト層ＥＰ１を全て形成した後、原料ガスの供給を停止し、炉内に水素を導入しつつ、サセプタＳＵを冷却する。サセプタＳＵの温度が十分下がった後、水素の導入を停止し、炉内を排気した後、サセプタＳＵを取り出す。これにより、ＳｉＣ基板ＳＢ１上にバッファ層ＢＦ１およびドリフト層ＥＰ１を有する炭化ケイ素積層基板４０が完成する。

なお、本実施の形態の形態では、図６に示す縦型のＣＶＤ装置ＣＤを用いる場合を例に説明したが、基板に対して横からガス供給する横型のＣＶＤ装置であってもよい。

次に、図示は省略するが、ドリフト層ＥＰ１の上面上に、マスクを形成する。マスクはターミネーション領域のドリフト層ＥＰ１の上面の一部を露出する膜である。マスクの材料には、例えばＳｉＯ_２（酸化シリコン）またはフォトレジストなどを用いる。続いて、ターミネーション領域のドリフト層ＥＰ１に対し、ｐ型不純物（例えばアルミニウム（Ａｌ））をイオン注入する。これにより、ターミネーション領域のドリフト層ＥＰ１の上面に、ｐ型の半導体領域であるＪＴＥ領域（図示しない。図１に示すＪＴＥ領域８５参照）を形成する。ＪＴＥ領域のドリフト層ＥＰ１の上面からの深さは、例えば０．５〜２．０μｍ程度である。また、ＪＴＥ領域の不純物濃度は、例えば１×１０^１６〜５×１０^１９ｃｍ^−３である。

次に、図７に示すように、前記マスクを除去した後、ドリフト層ＥＰ１の上面上に、マスク１７を形成する。マスク１７は素子領域６５のドリフト層ＥＰ１の上面の複数の箇所を露出する膜である。マスク１７の厚さは、例えば１．０〜５．０μｍ程度である。マスク１７の材料には、例えばＳｉＯ_２またはフォトレジストなどを用いる。

次に、上部にマスク１７が形成されたドリフト層ＥＰ１に対し、ｐ型不純物（例えばアルミニウム（Ａｌ））をイオン注入する。これにより、素子領域６５のドリフト層ＥＰ１の上面に、ｐ型の半導体領域であるウェル領域８０を複数形成する。ウェル領域８０のドリフト層ＥＰ１の上面からの深さは、例えば０．５〜２．０μｍ程度である。また、ウェル領域８０の不純物濃度は、例えば１×１０^１６〜１×１０^１９ｃｍ^−３である。

次に、図８に示すように、マスク１７を除去した後、ドリフト層ＥＰ１の上面上に、マスク１２を形成する。マスク１２の厚さは、例えば０．５〜２．０μｍ程度である。マスク１２の材料には、例えばＳｉＯ_２またはフォトレジストなどを用いる。

次に、上部にマスク１２が形成されたドリフト層ＥＰ１に対し、ｎ型不純物（例えば窒素（Ｎ））をイオン注入する。これにより、素子領域６５のドリフト層ＥＰ１の上面に、ｎ^＋型の半導体領域であるソース領域８１を複数形成する。各ソース領域８１は、ウェル領域８０の平面視における中央部に形成する。各ソース領域８１のドリフト層ＥＰ１の上面からの深さは、例えば０．０５〜１．０μｍ程度である。また、ソース領域８１の不純物濃度は、例えば１×１０^１８〜１×１０^２０ｃｍ^−３である。

次に、図９に示すように、マスク１２を除去した後、ドリフト層ＥＰ１の上面上に、マスク１３を形成する。マスク１３の厚さは、例えば０．５〜２．０μｍ程度である。マスク１３の材料には、例えばＳｉＯ_２またはフォトレジストなどを用いる。

次に、上部にマスク１３が形成されたドリフト層ＥＰ１に対し、ｐ型不純物（例えばアルミニウム（Ａｌ））をイオン注入する。これにより、素子領域６５のドリフト層ＥＰ１の上面にｐ^＋型の半導体領域である第１コンタクト領域８２を複数形成し、ターミネーション領域のドリフト層ＥＰ１の上面にｐ^＋型の半導体領域である第２コンタクト領域（図示しない。図１に示す第２コンタクト領域８３参照）を形成する。各第１コンタクト領域８２は、各ソース領域８１の平面視における中央部に形成する。第２コンタクト領域は、ＪＴＥ領域８５の上面に形成する。平面視において、第２コンタクト領域は矩形の環状構造を有し、素子領域６５を囲むように形成される。

第１コンタクト領域８２および第２コンタクト領域の、ドリフト層ＥＰ１の上面からの深さは、例えば０．０５〜２．０μｍ程度である。また、第１コンタクト領域８２と第２コンタクト領域との不純物濃度は、例えば１×１０^１８〜１×１０^２０ｃｍ^−３である。

次に、図１０に示すように、マスク１３を除去した後、ドリフト層ＥＰ１の上面上に、マスク１４を形成する。マスク１４の材料には、例えばＳｉＯ_２またはフォトレジストなどを用いる。ここで、マスク１４は、ＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面に注入するｎ型不純物がＳｉＣ基板ＳＢ１の表面側に回り込んで、ドリフト層ＥＰ１にｎ型不純物が混入するのを防ぐための保護膜である。その後、ＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面にｎ型不純物（例えば窒素（Ｎ））をイオン注入する。これにより、ＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面にｎ^＋型の半導体領域であるドレイン領域８４を形成する。ドレイン領域８４の、ＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面からの深さは、例えば０．０５〜２．０μｍ程度である。またドレイン領域８４の不純物濃度は、１×１０^１９〜１×１０^２１ｃｍ^−３である。

次に、図示は省略するが、全てのマスクを除去し、ドリフト層ＥＰ１の上面およびＳｉＣ基板ＳＢ１裏面のそれぞれに接するように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて炭素（Ｃ）膜を堆積する。炭素（Ｃ）膜の厚さは、例えば０．０３〜０．０５μｍ程度である。前記のようにして、炭素（Ｃ）膜によりドリフト層ＥＰ１の上面およびＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面を被覆した後、１５００℃以上の温度で、２〜３分程度の熱処理を施す。これにより、ドリフト層ＥＰ１の上面と、ＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面にイオン注入した各不純物の活性化を行う。その後、前記炭素（Ｃ）膜を、例えばプラズマ処理により除去する。

次に、図１１に示すように、図１０の構成でドリフト層ＥＰ１の上面上に、絶縁膜８９およびｎ型の多結晶Ｓｉ膜を順に形成した後、多結晶Ｓｉ膜上にマスク１５を形成する。絶縁膜８９および多結晶Ｓｉ膜は、例えばＣＶＤ法により形成する。マスク１５は、ドリフト層ＥＰ１の上面において隣り合う第１コンタクト領域８２同士の間に形成する。続いて、マスク１５を用いたドライエッチング法により、多結晶Ｓｉ膜を加工することで、多結晶Ｓｉ膜からなるゲート電極９２を形成する。絶縁膜８９の厚さは、例えば０．０５〜０．１５μｍ程度である。ゲート電極９２の厚さは、例えば、０．２〜０．５μｍ程度である。

次に、図１２に示すように、マスク１５を除去した後、ドリフト層ＥＰ１の上面上に、ゲート電極９２および絶縁膜８９を覆うように、例えばプラズマＣＶＤ法により層間絶縁膜９３を形成する。その後、マスク１６を用いて、層間絶縁膜９３および絶縁膜８９をドライエッチング法により加工することで（エッチング工程で）、ドリフト層ＥＰ１の上面を露出させる。

これにより、素子領域６５において、絶縁膜８９からなるゲート絶縁膜９１をゲート電極９２および層間絶縁膜９３の直下に形成する。また、前記エッチング工程により、素子領域６５の層間絶縁膜９３には、ソース領域８１の一部および第１コンタクト領域８２のそれぞれの上面が露出する開口部６８が層間絶縁膜９３に形成され、ターミネーション領域の層間絶縁膜９３には、第２コンタクト領域（図示せず）の上面の一部が露出する開口部（図示せず）が形成される。

以上により、ＭＯＳＦＥＴの最小単位構造であるユニットセル７０が複数形成される。複数のユニットセル７０のそれぞれは、互いに隣接するウェル領域８０、ソース領域８１および第１コンタクト領域８２と、当該ウェル領域８０の直上にゲート絶縁膜９１を介して形成されたゲート電極９２とを有している。

次に、図１３に示すように、マスク１６を除去した後、素子領域６５の開口部６８の底部にシリサイド層９５を形成し、ターミネーション領域６７の開口部の底面にシリサイド層（図示せず）を形成する。

シリサイド層９５を形成する際には、まず、露出しているドリフト層ＥＰ１を覆うように、例えばスパッタリング法により第１金属（例えばニッケル（Ｎｉ））膜を堆積する。この第１金属膜の厚さは、例えば０．０５μｍ程度である。続いて、６００〜１０００℃のシリサイド化熱処理を施すことにより、素子領域６５の開口部６８の底面において、第１金属膜とドリフト層ＥＰ１とを反応させて、例えばニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）からなるシリサイド層９５を形成する。この工程により、ターミネーション領域６７の開口部の底面にもシリサイド層が形成される。

次に、図１４に示すように、シリサイド層９５に達する開口部６８、ターミネーション領域６７のシリサイド層に達する開口部（図示せず）、およびゲート電極９２に達する開口部（図示せず）のそれぞれの内部を埋め込むように、層間絶縁膜９３上に、第２金属（例えばチタン（Ｔｉ））膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜およびアルミニウム（Ａｌ）膜を順に積層する。アルミニウム（Ａｌ）膜の厚さは、例えば１．０μｍ以上が好ましい。続いて、前記の第２金属膜、窒化チタン膜およびアルミニウム膜からなる積層膜を加工することにより、当該積層膜からなるコンタクトプラグ９４、ソース配線用電極９６およびゲート配線用電極（図示せず）を形成する。

ソース配線用電極９６またはゲート配線用電極（図示せず）は層間絶縁膜９３上の前記積層膜からなり、コンタクトプラグ９４は開口部６８内の前記積層膜からなる。ソース配線用電極９６はシリサイド層９５を介して第１コンタクト領域８２に対してオーミック性を有するように電気的に接続されている。また、図１に示すターミネーション領域６７では、ソース配線用電極９６はシリサイド層９５を介して第２コンタクト領域（図示せず）に接続されている。また、ゲート配線用電極（図示せず）は、ゲート電極９２と電気的に接続されている。

次に、ＳｉＯ_２膜またはポリイミド膜からなる絶縁膜をゲート配線用電極（図示せず）およびソース配線用電極９６を覆うように成膜し、当該絶縁膜を加工してパッシベーション膜（図示せず）を形成する。パッシベーション膜は、ターミネーション領域６７を覆い、素子領域６５において開口している。

次に、ＳｉＣ基板ＳＢ１の裏面に、例えばスパッタリング法により第３金属膜を成膜し、レーザーシリサイド化熱処理を施すことにより、第３金属膜とＳｉＣ基板ＳＢ１とを反応させて、第３シリサイド層１００を形成する。第３シリサイド層１００は、ドレイン領域８４の下面と接している。第３金属膜の厚さは、例えば０．１μｍ程度である。続いて、第３シリサイド層１００の底面を覆うように、ドレイン配線用電極９０を形成する。ドレイン配線用電極９０は、第３シリサイド層１００側から順にチタン（Ｔｉ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜および金（Ａｕ）膜を積層して形成した０．５〜１μｍの積層膜により構成される。

その後、ＳｉＣ基板ＳＢ１を含む炭化ケイ素積層基板４０をダイシング工程により切削することで個片化し、半導体チップＣＨＰ１を得る。以上により、図１〜図３に示すＳｉＣＭＯＳＦＥＴを含む本実施の形態の半導体チップＣＨＰ１が完成する。

＜検討例の説明＞
次に、本願発明者が検討した検討例の炭化ケイ素積層基板５０について、図１５〜図１８を用いて説明する。図１５は、検討例の炭化ケイ素積層基板５０の断面図および平面図である。図１６は、検討例の炭化ケイ素積層基板５０において、基板面内の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。図１７は、検討例の炭化ケイ素積層基板５０において、基板中心の位置Ｏにおける厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。図１８は、検討例の炭化ケイ素積層基板５０において、基板端の位置Ｘａにおける厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。

図１５の断面図に示すように、検討例の炭化ケイ素積層基板５０は、ＳｉＣ基板ＳＢ１と、ＳｉＣ基板ＳＢ１上に形成されたバッファ層ＢＦ１０１と、バッファ層ＢＦ１０１上に形成されたドリフト層ＥＰ１と、により構成されている。以下、検討例の炭化ケイ素積層基板５０の厚さ方向の位置を、位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５により表す。位置Ｚ１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部を表す。位置Ｚ２は、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部を表す。位置Ｚ３は、バッファ層ＢＦ１０１の厚さ方向中央部を表す。位置Ｚ４は、バッファ層ＢＦ１０１のドリフト層ＥＰ１側端部を表す。位置Ｚ５は、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部を表す。ここで、「端部」は、厚さ方向における端部を指す。

また、図１５の平面図に示すように、検討例の炭化ケイ素積層基板５０の主面を円とみなした場合の、炭化ケイ素積層基板５０の径方向の位置を、位置Ｏ，Ｘａ，Ｘｂにより表す。位置Ｏは、炭化ケイ素積層基板５０の主面の中心を表す（以下、基板中心Ｏとする）。位置Ｘａ，Ｘｂは、夫々、基板中心Ｏを通る直線上の点であって、炭化ケイ素積層基板５０の径方向端部を表す（以下、基板端Ｘａ，Ｘｂとする）。ここで、径方向とは、炭化ケイ素積層基板５０の主面に平行で、基板中心Ｏを通って、基板中心Ｏから基板の端部へ向かう方向をいう。なお、炭化ケイ素積層基板の不純物濃度の面内分布は、基板中心Ｏを通る直線上の分布が最も大きい。そのため、以下、炭化ケイ素積層基板の不純物濃度の面内分布は、基板中心Ｏを通る直線上の分布を例として説明する。

また、図１５の平面図には、検討例の炭化ケイ素積層基板５０上に素子が形成された後に、円板状の炭化ケイ素積層基板５０に対してダイシング（個片化）工程を行って得られる半導体チップＣＨＰ１０１を模式的に示している。また、図１５の平面図に示すように、位置Ｘａ，Ｘｂは、炭化ケイ素積層基板５０の径方向端部から５ｍｍ〜１０ｍｍ程度内側の点であり、炭化ケイ素積層基板５０が前記ダイシング工程により半導体チップＣＨＰ１０１として個片化される領域（半導体チップ取得領域）の径方向端部を意味する。すなわち、炭化ケイ素積層基板５０の位置Ｘａ，Ｘｂよりも外側の領域は、前記ダイシング工程により切断されて半導体チップＣＨＰ１０１として使用されない部分である。

まず、検討例の炭化ケイ素積層基板５０に含まれるＳｉＣ基板ＳＢ１、バッファ層ＢＦ１０１およびドリフト層ＥＰ１の、径方向の位置と不純物濃度との関係について説明する。図１６に示すグラフの横軸は、炭化ケイ素積層基板５０の径方向を示し、縦軸の「濃度」は、不純物濃度（ここではｎ型不純物の濃度）を示している。このグラフでは、炭化ケイ素積層基板５０において、ＳｉＣ基板ＳＢ１、バッファ層ＢＦ１０１およびドリフト層ＥＰ１のそれぞれの不純物濃度のみを示し、他のコンタクト領域、ウェル領域、ソース領域およびドレイン領域などが形成された箇所の不純物濃度については表示していない。

図１６に示すように、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ１）において、不純物濃度は、面内で一定ではない。すなわち、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ１）において、不純物濃度は、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板中心Ｏが最も大きく、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂに向かうに従って徐々に減少し、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂが最も小さいという分布になっている。

それに対して、検討例のバッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）、バッファ層ＢＦ１０１の厚さ方向中央部（位置Ｚ３）、バッファ層ＢＦ１０１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の夫々において、不純物濃度は、面内で一定であり、すなわち、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂに至るまで一定である。また、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ５）においても、不純物濃度は、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂに至るまで一定である。

なお、図１６において、基板中心ＯにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差を濃度差Ｄ１０１ｏと、基板端ＸａにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差を濃度差Ｄ１０１ａと、基板端ＸｂにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差を濃度差Ｄ１０１ｂと、夫々、表している。

続いて、検討例の炭化ケイ素積層基板５０に含まれるＳｉＣ基板ＳＢ１、バッファ層ＢＦ１０１およびドリフト層ＥＰ１の、厚さ方向の位置と不純物濃度との関係について説明する。

まず、検討例の炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏにおいて比較する。図１７に示すように、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｓ（例えば５×１０^１８ｃｍ^−３）である。次に、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｂｓ１０１（例えば３．５×１０^１８ｃｍ^−３）である。すなわち、基板中心ＯにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ｏは、１．５×１０^１８ｃｍ^−３である。

また、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ１０１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｂｅ１０１（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。また、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｅ（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。

図１７に示すように、検討例のバッファ層ＢＦ１０１の不純物濃度は、基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）まで、単調に減少している。

続いて、検討例の炭化ケイ素積層基板５０の基板端Ｘａにおいて比較する。図１８に示すように、炭化ケイ素積層基板５０の基板端Ｘａにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度は、濃度Ｃａｓ（例えば３×１０^１８ｃｍ^−３）である。次に、炭化ケイ素積層基板５０の基板端Ｘａにおいて、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度は、濃度Ｃａｂｓ１０１（例えば３．５×１０^１８ｃｍ^−３）である。すなわち、基板端ＸａにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ａは、０．５×１０^１８ｃｍ^−３である。

また、炭化ケイ素積層基板５０の基板端Ｘａにおいて、バッファ層ＢＦ１０１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度は、濃度Ｃａｂｅ１０１（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。また、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度は、濃度Ｃａｅ（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。

図１８に示すように、検討例のバッファ層ＢＦ１０１の不純物濃度は、基板端Ｘａにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）まで、単調に減少している。

なお、図１６に示すように、検討例の炭化ケイ素積層基板５０において、ＳｉＣ基板ＳＢ１、バッファ層ＢＦ１０１およびドリフト層ＥＰ１の不純物濃度は、夫々、基板中心Ｏで対称となっている。そのため、基板端Ｘｂの不純物濃度は、基板端Ｘａの不純物濃度と同じ分布を有しており、その説明を省略する。

炭化ケイ素を用いたパワーデバイスは、低抵抗のＳｉＣのウエハを下地基板とし、その上にエピタキシャル成長によって所定の厚さと不純物濃度を有するドリフト層を形成する。このドリフト層の内部にｐｎ接合などを初めとする半導体デバイスの基本構造を作り込む。ドリフト層は高抵抗であり、その不純物濃度と厚さはパワーデバイス（ＭＯＳＦＥＴ）の仕様である耐電圧値を満足し且つオン抵抗が極力小さくなるように最適に設計される。ドリフト層を高抵抗にするためには、ドリフト層の不純物濃度は、ＳｉＣ基板の不純物濃度よりも小さくすることが望ましい。

しかし、ＳｉＣ基板とドリフト層との界面において、ＳｉＣ基板の不純物濃度とドリフト層の不純物濃度との差が大きいと、ＳｉＣ基板の格子定数とドリフト層の格子定数との差が大きくなる。その結果、ＳｉＣ基板とドリフト層との格子定数の差が原因となってせん断応力が生じると考えられる。せん断応力が生じた場合には、ミスフィット転位としてのＢＰＤが発生する可能性がある。また、ＢＰＤに由来して積層欠陥が発生する可能性がある。ＳｉＣ基板とドリフト層との界面にＢＰＤやＢＰＤに由来する積層欠陥が形成されると、パワーデバイス（ＭＯＳＦＥＴ）のオン抵抗が増大してしまう。そのため、ＳｉＣ基板とドリフト層との界面においては、ＳｉＣ基板の不純物濃度とドリフト層の不純物濃度との差を小さくすることが望ましい。

そこで、ＳｉＣ基板とドリフト層との間に、ＳｉＣ基板よりも不純物濃度が小さく、ドリフト層よりも不純物濃度が大きいバッファ層を形成し、ＳｉＣ基板とバッファ層との界面およびバッファ層とドリフト層との界面のそれぞれにおいて不純物濃度の差を小さくすることが考えられる。バッファ層およびドリフト層は、エピタキシャル成長法により形成することができるので、バッファ層およびドリフト層の不純物濃度を任意に設定することができる。一方、ＳｉＣ基板は、インゴットを切断してＳｉＣウエハとして形成されるが、インゴットを成長させる際に不純物濃度を制御することが難しい。そのため、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板面内において、不純物濃度は一定とはならずに大きな分布を持つ。従って、バッファ層のＳｉＣ基板側の不純物濃度を適切に設定し、ＳｉＣ基板とバッファ層との不純物濃度の差を小さくすることが望まれる。

そこで、本願発明者は、検討例の炭化ケイ素積層基板５０において、ＳｉＣ基板ＳＢ１の面内の不純物濃度を測定し、その不純物濃度を基板面内で平均した値を、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度として採用し、バッファ層ＢＦ１０１を形成することを検討した。ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板面内における、不純物濃度が大きい領域および不純物濃度が小さい領域の夫々の面積を考慮すると、不純物濃度の平均値として面積加重平均を採用することが好適である。

バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度の具体的な算出方法を以下に述べる。図１６〜図１８に示すように、ＳｉＣ基板ＳＢ１の面内の不純物濃度の最大値が、５×１０^１８ｃｍ^−３（基板中心Ｏの不純物濃度Ｃｏｓ）、ＳｉＣ基板ＳＢ１の面内の不純物濃度の最小値が、３×１０^１８ｃｍ^−３（基板端Ｘａの不純物濃度Ｃａｓ）である。ここで、ＳｉＣ基板の全面積のうち、最大値の９０％以上の不純物濃度である部分の面積の割合が２５％であるとすると、ＳｉＣ基板の不純物濃度の面積加重平均は、０．２５×（５×１０^１８ｃｍ^−３）＋０．７５×（３×１０^１８ｃｍ^−３）＝３．５×１０^１８ｃｍ^−３と算出することができる。

そのため、検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度を、基板面内で一定値の３．５×１０^１８ｃｍ^−３とする。すなわち、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）において、基板中心Ｏの不純物濃度Ｃｏｂｓ１０１および基板端Ｘａの不純物濃度Ｃａｂｓ１０１は、いずれも３．５×１０^１８ｃｍ^−３である。

以上のように、検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度を基板面内で平均した値を、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度として採用することで、基板面内全体でＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度の差を小さくすることができる。

しかしながら、図１６に示すように、検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度の差が基板面内の位置によって異なる。特に、検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、ＳｉＣ基板ＳＢ１面内の不純物濃度の分布が大きい場合、基板面内全体としてはＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度の差を小さくすることができても、局所的にはＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度の差が大きい部分が生じる。

図１６および図１７に示すように、基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃｏｂｓ１０１（３．５×１０^１８ｃｍ^−３）は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃｏｓ（５×１０^１８ｃｍ^−３）よりも、不純物濃度差Ｄ１０１ｏ（１．５×１０^１８ｃｍ^−３）だけ小さい。そのため、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ｏは、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度Ｃｏｓを基準にすると３０％もの差となる。

以上のように、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度の差が基板面内で分布をもつと、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との格子定数差も基板面内で分布をもつ。その結果、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との格子定数差に起因するせん断応力が基板面内で不均一に生じ、格子定数差が大きい場所ではバッファ層ＢＦ１０１とＳｉＣ基板ＳＢ１との界面で、ミスフィット転位としてのＢＰＤが発生しやすくなる。

また、バッファ層およびドリフト層をＣＶＤ法により形成する際にＳｉＣ基板を１４００〜１７００℃に加熱するが、ＳｉＣ基板を均一に加熱することが難しいため、ＳｉＣ基板には温度分布が生じる。ＳｉＣ基板に温度分布が生じると、それに起因して熱応力が発生し、ＳｉＣ基板が反って変形する。反りの向きによっては、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との界面に集中したせん断応力が大きくなるため、格子定数差を小さくしてミスフィット転位としてのＢＰＤが発生しやすくなる原因をなくしておく必要がある。

また、検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、図１６に示すように、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ１）において、不純物濃度は、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板中心Ｏが最も大きく、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂに向かうに従って徐々に減少し、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂが最も小さいという分布になっている。

一方で、検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、バッファ層ＢＦ１０１の不純物濃度を径方向に沿って一定の値としている。従って、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）において、基板中心Ｏの不純物濃度Ｃｏｂｓ１０１と基板端Ｘａの不純物濃度Ｃａｂｓ１０１とは、同じ値である。

そのため、図１６に示すように、検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃｏｂｓ１０１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃｏｓよりも小さい。一方、基板端Ｘａにおいて、バッファ層ＢＦ１０１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃａｂｓ１０１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１０１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃａｓよりも大きい。

従って、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心ＯにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ｏを小さくするため、バッファ層ＢＦ１０１の基板中心Ｏの不純物濃度Ｃｏｂｓ１０１を大きくして、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板中心Ｏの不純物濃度Ｃｏｓに近づけた場合には、バッファ層ＢＦ１０１の基板端Ｘａの不純物濃度Ｃａｂｓ１０１も大きくなる。その結果、炭化ケイ素積層基板５０の基板端Ｘａにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ａが大きくなる。

なお、前述の通り、基板端Ｘｂの不純物濃度は、基板端Ｘａの不純物濃度と同じ分布を有している。そのため、基板中心ＯにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ｏを小さくするため、バッファ層ＢＦ１０１の基板中心Ｏの不純物濃度を大きくして、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板中心Ｏの不純物濃度に近づけた場合には、バッファ層ＢＦ１０１の基板端Ｘｂの不純物濃度も大きくなる。その結果、基板端Ｘｂにおいて、図１６に示すＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ｂが大きくなる。

一方、炭化ケイ素積層基板５０の基板端ＸａにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ａを小さくするため、バッファ層ＢＦ１０１の基板端Ｘａの不純物濃度Ｃａｂｓ１０１を小さくして、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板端Ｘａの不純物濃度Ｃａｓに近づけた場合には、バッファ層ＢＦ１０１の基板中心Ｏの不純物濃度Ｃｏｂｓ１０１も小さくなる。その結果、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ｏが大きくなる。

なお、前述の通り、基板端Ｘｂの不純物濃度は、基板端Ｘａの不純物濃度と同じ分布を有している。そのため、図１６に示す基板端ＸｂにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ｂを小さくするため、バッファ層ＢＦ１０１の基板端Ｘｂの不純物濃度を小さくして、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板端Ｘｂの不純物濃度に近づけた場合には、バッファ層ＢＦ１０１の基板中心Ｏの不純物濃度も小さくなる。その結果、基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差Ｄ１０１ｏが大きくなる。

従って、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差において、不純物濃度差Ｄ１０１ｏ（基板中心Ｏ）と不純物濃度差Ｄ１０１ａ（基板端Ｘａ）および不純物濃度差Ｄ１０１ｂ（基板端Ｘｂ）との両方を小さくすることが難しい。すなわち、検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度に面内分布がある場合、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度が大きい箇所および小さい箇所の両方において、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１０１との不純物濃度差を同時に小さくすることができない。

以上の検討より、炭化ケイ素を用いたパワーデバイスの性能を向上するためには、ＳｉＣ基板とバッファ層との界面におけるＢＰＤ形成やＢＰＤに由来する積層欠陥の形成を抑制することで、オン抵抗を極力小さくして、炭化ケイ素積層基板の抵抗の増大を抑制することが望まれる。そのためには、ＳｉＣ基板とバッファ層との界面において、ＳｉＣ基板の不純物濃度が大きい箇所および小さい箇所の両方について、ＳｉＣ基板とバッファ層との不純物濃度の差を同時に小さくすることが望まれる。

＜本実施の形態の主な特徴＞
本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０の主な特徴について、図１９〜図２３を用いて、検討例と比較しながら説明する。図１９は、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０の断面図および平面図である。図２０は、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０において、基板面内の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。図２１は、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０において、基板中心の位置Ｏにおける厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。図２２は、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０において、基板端の位置Ｘａにおける厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。図２３は、本実施の形態のＣＶＤ装置によって形成したバッファ層のキャリア濃度（不純物濃度）の分布を示すグラフである。

図１９の断面図に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０は、ＳｉＣ基板ＳＢ１と、ＳｉＣ基板ＳＢ１上に形成されたバッファ層ＢＦ１と、バッファ層ＢＦ１上に形成されたドリフト層ＥＰ１と、により構成されている。

以下、図１９の断面図に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０の厚さ方向の位置を、図１５に示す検討例と同様に、位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５により表す。また、図１９の平面図に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０の径方向の位置を、図１５に示す検討例と同様に、位置Ｏ，Ｘａ，Ｘｂにより表す。なお、図１９の平面図には、図１５に示す検討例と同様に、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０上に素子が形成された後に、円板状の炭化ケイ素積層基板４０に対してダイシング（個片化）工程を行って得られる半導体チップＣＨＰ１を模式的に示している。また、図１９の平面図に示すように、位置Ｘａ，Ｘｂは、炭化ケイ素積層基板４０の径方向端部から５ｍｍ〜１０ｍｍ程度内側の点であり、炭化ケイ素積層基板４０が前記ダイシング工程により半導体チップＣＨＰ１として個片化される領域（半導体チップ取得領域）の径方向端部を意味する。すなわち、炭化ケイ素積層基板４０の位置Ｘａ，Ｘｂよりも外側の領域は、前記ダイシング工程により切断されて半導体チップＣＨＰ１として使用されない部分である。また、図２０において、基板中心ＯにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差を濃度差Ｄ１ｏと、基板端ＸａにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差を濃度差Ｄ１ａと、基板端ＸｂにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差を濃度差Ｄ１ｂと、夫々、表している。

まず、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０に含まれるバッファ層ＢＦ１の、径方向の位置と不純物濃度との関係について、検討例と比較しながら説明する。図１６に示す検討例の炭化ケイ素積層基板５０では、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）において、不純物濃度は炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂに至るまで一定である。

それに対して、図２０に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０では、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度が面内分布を有している。そして、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度の面内分布は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度の面内分布と一致している。具体的には、図２０に示すように、本実施の形態のバッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度と同様に、基板の基板中心Ｏが最も大きく、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂに向かうに従って徐々に減少し、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂが最も小さいという分布になっている。そのため、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度と、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度との差は、基板面内で一定である。すなわち、基板中心ＯにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差Ｄ１ｏと、基板端ＸａにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差Ｄ１ａと、基板端ＸｂにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差Ｄ１ｂとは等しい。

また、図１６に示す検討例のバッファ層ＢＦ１０１の厚さ方向中央部（位置Ｚ３）およびバッファ層ＢＦ１０１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）において、不純物濃度は、炭化ケイ素積層基板５０の基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂに至るまで一定である。

それに対して、図２０に示すように、本実施の形態のバッファ層ＢＦ１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）に至るまで、不純物濃度の面内分布が徐々に小さくなるように形成されている。具体的には、バッファ層ＢＦ１は、バッファ層ＢＦ１の厚さ方向中央部（位置Ｚ３）において、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）よりも、基板中心Ｏの不純物濃度と基板端Ｘａ，Ｘｂの不純物濃度との差が小さくなるように形成されている。さらに、バッファ層ＢＦ１は、バッファ層ＢＦ１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）において、不純物濃度が炭化ケイ素積層基板４０の基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂに至るまで一定になるように形成されている。

続いて、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０に含まれるバッファ層ＢＦ１の、厚さ方向の位置と不純物濃度との関係について説明する。

図２１に示すように、炭化ケイ素積層基板４０の基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｓ（５×１０^１８ｃｍ^−３）である。それに対して、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｂｓ１（例えば４．４×１０^１８ｃｍ^−３）である。すなわち、図２０および図２１に示すように、基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃｏｂｓ１（４．４×１０^１８ｃｍ^−３）は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃｏｓ（５×１０^１８ｃｍ^−３）よりも、不純物濃度差Ｄ１ｏ（０．６×１０^１８ｃｍ^−３）だけ小さい。

また、炭化ケイ素積層基板４０の基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｂｅ１（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。また、炭化ケイ素積層基板４０の基板中心Ｏにおいて、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｅ（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。バッファ層ＢＦ１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度Ｃｏｂｅ１は、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度Ｃｏｅと同じである。

続いて、図２２に示すように、炭化ケイ素積層基板４０の基板端Ｘａにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度は、濃度Ｃａｓ（３×１０^１８ｃｍ^−３）である。それに対して、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度は、濃度Ｃａｂｓ１（例えば２．４×１０^１８ｃｍ^−３）である。すなわち、図２０および図２２に示すように、基板端Ｘａにおいて、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃａｂｓ１（２．４×１０^１８ｃｍ^−３）は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃａｓ（３×１０^１８ｃｍ^−３）よりも、不純物濃度差Ｄ１ａ（０．６×１０^１８ｃｍ^−３）だけ小さい。

また、炭化ケイ素積層基板４０の基板端Ｘａにおいて、バッファ層ＢＦ１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度は、濃度Ｃａｂｅ１（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。また、炭化ケイ素積層基板４０の基板端Ｘａにおいて、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度は、濃度Ｃａｅ（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。バッファ層ＢＦ１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度Ｃａｂｅ１は、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度Ｃａｅと同じである。

なお、図２０に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０において、ＳｉＣ基板ＳＢ１、バッファ層ＢＦ１およびドリフト層ＥＰ１の不純物濃度は、夫々、基板中心Ｏで対称となっている。そのため、基板端Ｘｂの不純物濃度は、基板端Ｘａの不純物濃度と同じ分布を有しており、その説明を省略する。

以上の構成を有する本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０の効果について説明する。

図２０に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０では、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度の面内分布は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度の面内分布と一致している。その結果、図２０に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０では、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差を基板面内で一定にすることができる。

ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差を基板面内で一定にすることにより、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との格子定数差も基板面内で一定にすることができる。そのため、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との格子定数差に起因したせん断応力が過度に大きくなる場所を発生させることがなくなる。そのため、せん断応力によるＢＰＤの発生を防止することができる。

また、ＢＰＤが発生した場合、通電によってＢＰＤが成長し、成長したＢＰＤが積層欠陥に変換される。この積層欠陥によって炭化ケイ素積層基板の抵抗が増大する。そのため、本実施の形態では、ＢＰＤの発生を防止することによって、通電に起因する炭化ケイ素積層基板４０の抵抗の増大を防止することができる。従って、炭化ケイ素積層基板４０を用いた半導体チップＣＨＰ１を有する半導体装置の使用により、炭化ケイ素積層基板４０および炭化ケイ素積層基板４０を用いた半導体チップＣＨＰ１のそれぞれの特性が劣化することを防ぐことができるため、炭化ケイ素積層基板４０を用いた半導体チップＣＨＰ１を有する半導体装置の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０では、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度の面内分布は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度の面内分布と一致している。そのため、図２１に示すように、基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃｏｓは、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃｏｂｓ１よりも大きい。そして、図２２に示すように、基板端Ｘａにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃａｓは、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃａｂｓ１よりも大きい。また、図２０に示すように、基板端Ｘｂにおいても同様に、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度は、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度よりも大きい。

従って、炭化ケイ素積層基板４０の基板中心ＯにおけるＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差Ｄ１ｏを小さくするため、バッファ層ＢＦ１の基板中心Ｏの不純物濃度Ｃｏｂｓ１を大きくして、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板中心Ｏの不純物濃度Ｃｏｓに近づけた場合には、バッファ層ＢＦ１の基板端Ｘａの不純物濃度Ｃａｂｓ１および基板端Ｘｂの不純物濃度も大きくなる。その結果、炭化ケイ素積層基板４０の基板端Ｘａ，Ｘｂにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差Ｄ１ａ，Ｄ１ｂが小さくなる。

以上より、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０では、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差を基板面内で一定にしたことにより、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差において、不純物濃度差Ｄ１ｏ（基板中心Ｏ）と不純物濃度差Ｄ１ａ（基板端Ｘａ）および不純物濃度差Ｄ１ｂ（基板端Ｘｂ）との両方を小さくすることができる。

すなわち、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０では、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度に面内分布がある場合、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度が大きい箇所および小さい箇所の両方において、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差を同時に小さくすることができる。すなわち、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差が基板面内で一定になるように維持しつつ、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差を小さくすることができる。その結果、バッファ層ＢＦ１とＳｉＣ基板ＳＢ１との界面で発生する応力を、基板面内で均一に小さくすることができるので、ミスフィット転位としてのＢＰＤの発生をより確実に防止することができる。

なお、せん断応力の集中を緩和するためには、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との界面における不純物濃度差は、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度の少なくとも２０％以内であることが好ましい。

すなわち、図２０および図２１に示すように、基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃｏｂｓ１（４．４×１０^１８ｃｍ^−３）は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃｏｓ（５×１０^１８ｃｍ^−３）よりも、不純物濃度差Ｄ１ｏ（０．６×１０^１８ｃｍ^−３）だけ小さい。そのため、炭化ケイ素積層基板４０の基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差Ｄ１ｏは、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度Ｃｏｓを基準にすると２０％の差に収まる。

また、図２０および図２２に示すように、基板端Ｘａにおいて、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃａｂｓ１（２．４×１０^１８ｃｍ^−３）は、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃａｓ（３×１０^１８ｃｍ^−３）よりも、不純物濃度差Ｄ１ａ（０．６×１０^１８ｃｍ^−３）だけ小さい。そのため、炭化ケイ素積層基板４０の基板端Ｘａにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差Ｄ１ａは、ＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度Ｃａｓを基準にすると２０％の差に収まる。また、図２０に示す基板端ＸｂのＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度差Ｄ１ｂについても同様である。

また、ＳｉＣ基板の不純物濃度および不純物濃度の面内分布は、ＳｉＣ基板１枚ごとに異なっている。そのため、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差が基板面内で一定になるように維持しつつ、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差を小さくするためには、ＳｉＣ基板１枚ごとに不純物濃度および不純物濃度の面内分布を測定し、バッファ層の不純物濃度および不純物濃度の面内分布を設定することが好ましい。

但し、同一のインゴットを切断して作製したＳｉＣ基板の不純物濃度の面内分布は、ＳｉＣ基板ごとに同様の不純物濃度の面内分布を有している。従って、炭化ケイ素積層基板の製造コストを削減するため、同一のインゴットから作製されたＳｉＣ基板にあっては、ＳｉＣ基板の不純物濃度の面内分布の測定を１枚ごとに行わず、省略することもできる。この場合、ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との界面における不純物濃度差が、同一のインゴットから作製されたＳｉＣ基板全体で平均したＳｉＣ基板の不純物濃度の２０％以内に収まるように、バッファ層ＢＦ１のＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度を設定することが好ましい。

また、図２１および図２２に示すように、本実施の形態のバッファ層ＢＦ１の不純物濃度は、基板中心Ｏおよび基板端Ｘａにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）まで、一次関数的に減少している。図示しないが、本実施の形態のバッファ層ＢＦ１の不純物濃度は、基板中心Ｏおよび基板端Ｘａ以外の箇所においても、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）まで、基板中心Ｏおよび基板端Ｘａと同様に一次関数的に減少している。ここで、バッファ層ＢＦ１の厚さ方向に沿った不純物濃度分布は、一次関数に限らず、階段状に変化する分布等でもよい。すなわち、バッファ層ＢＦ１は、異なる不純物濃度を有する複数のバッファ層からなる多層構造であってもよい。

但し、バッファ層ＢＦ１内で不純物濃度の変化が大きい箇所が存在すると、前述のように、格子定数差に起因するせん断応力が大きくなる可能性がある。そのため、バッファ層ＢＦ１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）まで緩やかに減少する不純物濃度分布を有することが好ましい。特に、せん断応力の集中を緩和するためには、バッファ層ＢＦ１は、不純物濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３以上の高濃度の範囲において緩やかに減少する不純物濃度分布を有することが好ましい。

また、炭化ケイ素積層基板４０を用いた半導体チップＣＨＰ１の特性にばらつきが生じないようにするため、ドリフト層ＥＰ１の不純物濃度は、基板面内で±１０％以内の分布に収めることが好ましく、基板面内で一定であることがより好ましい。また、ドリフト層ＥＰ１とバッファ層ＢＦ１との界面におけるせん断応力の集中を緩和するためには、ドリフト層ＥＰ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差を基板面内で一定にすることが好ましい。また、発生する応力を小さくするためには、ドリフト層ＥＰ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差をできるだけ小さくすることが好ましい。

以上より、図２１および図２２に示すように、本実施の形態のドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度Ｃｏｅ，Ｃａｅは、基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂに至るまで基板面内で一定である。そして、バッファ層ＢＦ１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度Ｃｏｂｅ１，Ｃａｂｅ１も、基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂに至るまで基板面内で一定である。さらに、バッファ層ＢＦ１のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度Ｃｏｂｅ１，Ｃａｂｅ１は、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度Ｃｏｅ，Ｃａｅと同じ値（３×１０^１５ｃｍ^−３）としている。

また、図２０に示すように、本実施の形態のバッファ層ＢＦ１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）に至るまで、不純物濃度の面内分布（濃度勾配）が徐々に小さくなるように形成されている。具体的には、バッファ層ＢＦ１は、厚さ方向中央部（位置Ｚ３）において、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）よりも、基板中心Ｏの不純物濃度と基板端Ｘａ，Ｘｂの不純物濃度との差が小さい。そして、バッファ層ＢＦ１は、ドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）において、厚さ方向中央部（位置Ｚ３）よりも、基板中心Ｏの不純物濃度と基板端Ｘａ，Ｘｂの不純物濃度との差が小さくなり、結果として、不純物濃度は基板面内で一定となる。

このように構成することで、本実施の形態のバッファ層ＢＦ１は、前述のように、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）では不純物濃度の面内分布を有し、ドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）では不純物濃度が基板面内で一定になるという要請と、バッファ層ＢＦ１内での不純物濃度の変化を小さくするという要請との両方を満たすことができる。

なお、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０において、「面内」とは、炭化ケイ素積層基板（ＳｉＣ基板、バッファ層およびドリフト層）内の任意の面における、図１９の平面図に示す基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂまでの領域（半導体チップ形成領域）を意味し、基板端Ｘａ，Ｘｂよりも外側の領域は含まない。すなわち、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０において、例えば、「ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差が基板面内で一定である」とは、「ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差が、基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂまでの領域において一定である」ことを意味する。その理由として、炭化ケイ素積層基板４０の位置Ｘａ，Ｘｂよりも外側の領域は、前記ダイシング工程により切断されて半導体チップＣＨＰ１として使用されないためである。但し、炭化ケイ素積層基板４０において、例えば、「ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差が基板面内で一定である」という場合に、「ＳｉＣ基板ＳＢ１とバッファ層ＢＦ１との不純物濃度の差が、基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂまでの領域において一定であり、かつ、基板端Ｘａ，Ｘｂよりも外側の領域においても一定である」ものを除く意味ではないことはいうまでもない。

次に、本実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０の製造方法の主な特徴について、説明する。

まず、本実施の形態のＳｉＣ基板ＳＢ１の不純物濃度の面内分布の測定方法について説明する。ＳｉＣ基板の不純物濃度の測定は、ＣＶ（容量−電圧）測定装置（図示せず）を用いたＣＶ法により行う。例えば、ＣＶ測定装置（図示せず）は、水銀プローブを有し、この水銀プローブを測定対象の基板に接触させることにより、基板の静電容量を測定する。この静電容量から基板の不純物濃度を求めることができる。本実施の形態では、ＳｉＣ基板の不純物濃度を測定し、その測定値からバッファ層の不純物濃度を決定するため、ＳｉＣ基板の不純物濃度の測定は、非破壊方法であるＣＶ（容量−電圧）法により行うことが好ましい。

但し、ＣＶ（容量−電圧）法ではドーピングされた不純物濃度が大きすぎて測定が難しいことがある。そのため、破壊方法である二次イオン質量分析法により測定した不純物濃度と、非破壊で測定可能な物性値との相関を調べる方法がより好ましい。簡便であり、かつ、測定精度を高めるため、非接触抵抗率測定装置（図示せず）を用いた渦電流による抵抗率測定法を採用することが最も好適である。例えば、非接触抵抗率測定装置（図示せず）は、２つのプローブを有し、プローブ間に磁束を発生させるものである。プローブ間に測定対象の基板を挿入すると、その基板に渦電流が発生する。この渦電流によって電力損失が生じるため、回路内の電流が減少する。減少した電流値と抵抗率は反比例するため、基板の抵抗率が測定できる。本実施の形態では、予めＳｉＣ基板の抵抗率と不純物濃度との関係を示す検量線を作成しておき、非接触抵抗率測定装置（図示せず）を用いて測定されたＳｉＣ基板の抵抗率の面内分布を検量線と照らし合わせることで、ＳｉＣ基板の不純物濃度の面内分布を測定することができる。

次に、本実施の形態のバッファ層ＢＦ１の形成方法について説明する。図６に示すＣＶＤ装置ＣＤにおいて、ＳｉＣからなるエピタキシャル層の原料ガスであるシラン（ＳｉＨ_４）およびプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）と、不純物ドーパントガスである窒素（Ｎ_２）を用い、バッファ層ＢＦ１を形成する。ここで、図６に示すように、ガス供給口Ｇ１は、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板中心付近に、ガス供給口Ｇ２は、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板端付近に、夫々、原料ガスを供給する。

前述の通り、本実施の形態のバッファ層ＢＦ１は、不純物濃度の面内分布を有するエピタキシャル層として形成する。まず、基板中心の不純物濃度が基板端の不純物濃度よりも大きい面内分布を有するエピタキシャル層を形成する場合には、基板中心に位置するガス供給口Ｇ１から供給する窒素の流量を、基板端に位置するガス供給口Ｇ２から供給する窒素の流量よりも大きくし、ガス供給口Ｇ１から供給するプロパンの流量を、基板端に位置するガス供給口Ｇ２から供給するプロパンの流量よりも小さくする。こうすることで、図２３に示すように、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板中心（図２３の基板端から３５ｍｍの位置）付近の不純物濃度が、ＳｉＣ基板ＳＢ１の基板端（図２３の基板端から０ｍｍおよび７０ｍｍの位置）付近の不純物濃度よりも大きくなるような面内分布を有するエピタキシャル層ＳＰ１を形成することができる。

なお、窒素の流量の調整ではなく、プロパンの流量を調整することで、基板中心の不純物濃度と基板端の不純物濃度との間に差を有するエピタキシャル層を形成することもできる。これは、プロパンはＳｉＣエピタキシャル層の原料であるため、プロパンの流量を減らすことで生じる空隙に窒素が取り込まれやすくなるからである。例えば、基板中心に位置するガス供給口Ｇ１から供給するプロパンの流量を、基板端に位置するガス供給口Ｇ２から供給するプロパンの流量よりも小さくする。こうすることで、基板中心の不純物濃度が基板端の不純物濃度よりも大きい面内分布を有するエピタキシャル層を形成することができる。

また、さらに、窒素の流量の調整とプロパンの流量の調整とを同時に行うことで、基板中心の不純物濃度と基板端の不純物濃度との差がさらに大きい面内分布を有するエピタキシャル層を形成することができる。具体的には、基板中心に位置するガス供給口Ｇ１から供給する窒素の流量を、基板端に位置するガス供給口Ｇ２から供給する窒素の流量よりも大きくすると共に、ガス供給口Ｇ１から供給するプロパンの流量を、基板端に位置するガス供給口Ｇ２から供給するプロパンの流量よりも小さくする。こうすることで、基板中心の不純物濃度が基板端の不純物濃度よりも大きい面内分布を有するエピタキシャル層を形成することができる。

また、エピタキシャル層が成長するに従い、ガス供給口Ｇ１から供給する窒素の流量を調整することにより、厚さ方向にも不純物濃度の分布を有するエピタキシャル層を形成することができる。具体的には、基板中心に位置するガス供給口Ｇ１から供給する窒素の流量を小さくして、基板端に位置するガス供給口Ｇ２から供給する窒素の流量に徐々に近づける。こうすることで、図２０に示す本実施の形態のバッファ層ＢＦ１のように、ＳｉＣ基板ＳＢ１側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）に至るまで、不純物濃度の面内分布を徐々に小さくすることができる。

また、バッファ層ＢＦ１の不純物濃度を大きく変化させるため、成膜条件を変化させながら、バッファ層ＢＦ１を数回に分けて形成してもよい。すなわち、一度原料ガスの供給を中止して成膜を停止し、原料ガスの流量、サセプタＳＵの設定温度、および、装置内の圧力を変化させ、その後、再度原料ガスの供給を開始して成膜を行ってもよい。

なお、変形例１として後述するように、ＳｉＣ基板の基板端付近の不純物濃度を、ＳｉＣ基板の基板中心付近の不純物濃度よりも大きくする場合には、ガス供給口Ｇ１から供給する窒素の流量を小さくする。こうすることで、図２３に示すように、ＳｉＣ基板の基板端（図２３の基板端から０ｍｍおよび７０ｍｍの位置）付近の不純物濃度が、ＳｉＣ基板の基板中心（図２３の基板端から３５ｍｍの位置）付近の不純物濃度よりも大きいエピタキシャル層ＳＰ２を形成することができる。

＜変形例＞
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

（変形例１）
本実施の形態の変形例である変形例１の炭化ケイ素積層基板４５の主な特徴について、図２４〜図２７を用いて、前記実施の形態と比較しながら説明する。図２４は、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５の断面図および平面図である。図２５は、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５において、基板面内の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。図２６は、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５において、基板中心の位置Ｏにおける厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。図２７は、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５において、基板端の位置Ｘａにおける厚さ方向の位置と不純物濃度との関係を示すグラフである。

図２４の断面図に示すように、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５は、ＳｉＣ基板ＳＢ２と、ＳｉＣ基板ＳＢ２上に形成されたバッファ層ＢＦ２と、バッファ層ＢＦ２上に形成されたドリフト層ＥＰ１と、により構成されている。

以下、図２４の断面図に示すように、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５の厚さ方向の位置を、図１９に示す前記実施の形態と同様に、位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５により表す。また、図２４の平面図に示すように、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５の径方向の位置を、図１９に示す前記実施の形態と同様に、位置Ｏ，Ｘａ，Ｘｂにより表す。また、図２５において、基板中心ＯにおけるＳｉＣ基板ＳＢ２とバッファ層ＢＦ２との不純物濃度差を濃度差Ｄ２ｏと、基板端ＸａにおけるＳｉＣ基板ＳＢ２とバッファ層ＢＦ２との不純物濃度差を濃度差Ｄ２ａと、基板端ＸｂにおけるＳｉＣ基板ＳＢ２とバッファ層ＢＦ２との不純物濃度差を濃度差Ｄ２ｂと、夫々、表している。

なお、図２４の平面図には、図１９に示す前記実施の形態と同様に、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５上に素子が形成された後に、円板状の炭化ケイ素積層基板４５に対してダイシング（個片化）工程を行って得られる半導体チップＣＨＰ２を模式的に示している。また、図２４の平面図に示すように、位置Ｘａ，Ｘｂは、炭化ケイ素積層基板４５の径方向端部から５ｍｍ〜１０ｍｍ程度内側の点であり、炭化ケイ素積層基板４５が前記ダイシング工程により半導体チップＣＨＰ２として個片化される領域（半導体チップ取得領域）の径方向端部を意味する。すなわち、炭化ケイ素積層基板４５の位置Ｘａ，Ｘｂよりも外側の領域は、前記ダイシング工程により切断されて半導体チップＣＨＰ２として使用されない部分である。

まず、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５に含まれるバッファ層ＢＦ２の、径方向の位置と不純物濃度との関係について、前記実施の形態と比較しながら説明する。図２５に示すように、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５は、図２０に示す前記実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０と同様に、バッファ層ＢＦ２のＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度が面内分布を有している。そして、バッファ層ＢＦ２のＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度の面内分布は、ＳｉＣ基板ＳＢ２のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度の面内分布と一致している。

一方、図２５に示すように、ＳｉＣ基板ＳＢ２のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度が、基板の基板中心Ｏが最も小さく、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂに向かうに従って徐々に増加し、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂが最も大きいという分布になっている。そのため、バッファ層ＢＦ２のＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度が、ＳｉＣ基板ＳＢ１のバッファ層ＢＦ１側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度と同様に、基板の基板中心Ｏが最も小さく、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂに向かうに従って徐々に増加し、基板端Ｘａおよび基板端Ｘｂが最も大きいという分布になっている。この分布の違いが、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５と前記実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０との相違点である。

また、図２５に示すように、変形例１のバッファ層ＢＦ２は、図２０に示す前記実施の形態のバッファ層ＢＦ１と同様に、ＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）に至るまで、不純物濃度の面内分布が徐々に小さくなるように形成されている。具体的には、図２５に示すように、バッファ層ＢＦ２は、バッファ層ＢＦ２の厚さ方向中央部（位置Ｚ３）において、ＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）よりも、基板中心Ｏの不純物濃度と基板端Ｘａ，Ｘｂの不純物濃度との差が小さくなるように形成されている。さらに、バッファ層ＢＦ２は、バッファ層ＢＦ２のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）において、不純物濃度が炭化ケイ素積層基板４５の基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂに至るまで一定になるように形成されている。

続いて、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５に含まれるバッファ層ＢＦ２の、厚さ方向の位置と不純物濃度との関係について説明する。

図２６に示すように、炭化ケイ素積層基板４５の基板中心Ｏにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ２のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｓ２（３×１０^１８ｃｍ^−３）である。それに対して、バッファ層ＢＦ２のＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｂｓ２（例えば２．４×１０^１８ｃｍ^−３）である。すなわち、図２５および図２６に示すように、基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ２のＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃｏｂｓ２（２．４×１０^１８ｃｍ^−３）は、ＳｉＣ基板ＳＢ２のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃｏｓ２（３×１０^１８ｃｍ^−３）よりも、不純物濃度差Ｄ２ｏ（０．６×１０^１８ｃｍ^−３）だけ小さい。

また、炭化ケイ素積層基板４５の基板中心Ｏにおいて、バッファ層ＢＦ２のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｂｅ２（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。また、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度は、濃度Ｃｏｅ（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。バッファ層ＢＦ２のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度Ｃｏｂｅ２は、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度Ｃｏｅと同じである。

続いて、図２７に示すように、炭化ケイ素積層基板４５の基板端Ｘａにおいて、ＳｉＣ基板ＳＢ２のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度は、濃度Ｃａｓ２（５×１０^１８ｃｍ^−３）である。それに対して、バッファ層ＢＦ２のＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度は、濃度Ｃａｂｓ２（例えば４．４×１０^１８ｃｍ^−３）である。すなわち、図２５および図２７に示すように、基板端Ｘａにおいて、バッファ層ＢＦ２のＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度Ｃａｂｓ２（４．４×１０^１８ｃｍ^−３）は、ＳｉＣ基板ＳＢ２のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度Ｃａｓ２（５×１０^１８ｃｍ^−３）よりも、不純物濃度差Ｄ２ａ（０．６×１０^１８ｃｍ^−３）だけ小さい。

また、炭化ケイ素積層基板４５の基板端Ｘａにおいて、バッファ層ＢＦ２のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度は、濃度Ｃａｂｅ２（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。また、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度は、濃度Ｃａｅ（例えば３×１０^１５ｃｍ^−３）である。バッファ層ＢＦ２のドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）の不純物濃度Ｃａｂｅ２は、ドリフト層ＥＰ１のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ５）の不純物濃度Ｃａｅと同じである。

なお、図２５に示すように、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５において、ＳｉＣ基板ＳＢ２、バッファ層ＢＦ２およびドリフト層ＥＰ１の不純物濃度の分布は、夫々、基板中心Ｏで対称となっている。そのため、基板端Ｘｂの不純物濃度は、基板端Ｘａの不純物濃度と同じ分布を有しており、その説明を省略する。

以上の構成を有する変形例１の炭化ケイ素積層基板４５の効果について説明する。

図２５に示すように、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５では、図２０に示す前記実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０と同様に、バッファ層ＢＦ２のＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）の不純物濃度の面内分布は、ＳｉＣ基板ＳＢ２のバッファ層ＢＦ２側端部（位置Ｚ１）の不純物濃度の面内分布と一致している。その結果、図２５に示すように、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５では、ＳｉＣ基板ＳＢ２とバッファ層ＢＦ２との不純物濃度の差を基板面内で一定にすることができる。その結果、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５では、バッファ層ＢＦ２とＳｉＣ基板ＳＢ２との界面における、せん断応力の集中を緩和することにより、ミスフィット転位としてのＢＰＤの発生を防止することができる。

また、せん断応力の集中を緩和するためにＳｉＣ基板ＳＢ２とバッファ層ＢＦ２との不純物濃度の差が基板面内で一定になるように維持しつつ、ＳｉＣ基板ＳＢ２とバッファ層ＢＦ２との不純物濃度の差を小さくすることができる。その結果、バッファ層ＢＦ２とＳｉＣ基板ＳＢ２との界面における、せん断応力の集中を緩和することができるので、ミスフィット転位としてのＢＰＤの発生をより確実に防止することができる。

なお、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５において、「面内」とは、前記実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０と同様に、炭化ケイ素積層基板（ＳｉＣ基板、バッファ層およびドリフト層）内の任意の面における、図２４の平面図に示す基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂまでの領域（半導体チップ形成領域）を意味し、基板端Ｘａ，Ｘｂよりも外側の領域は含まない。すなわち、変形例１の炭化ケイ素積層基板４５において、例えば、「ＳｉＣ基板ＳＢ２とバッファ層ＢＦ２との不純物濃度の差が基板面内で一定である」とは、「ＳｉＣ基板ＳＢ２とバッファ層ＢＦ２との不純物濃度の差が、基板中心Ｏから基板端Ｘａ，Ｘｂまでの領域において一定である」ことを意味する。

なお、前記実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０および変形例１の炭化ケイ素積層基板４５では、不純物濃度の分布が基板中心Ｏで対称となっている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、バッファ層とＳｉＣ基板との界面において、バッファ層の不純物濃度の面内分布を、ＳｉＣ基板の不純物濃度の面内分布と一致させることで、前記実施の形態の炭化ケイ素積層基板４０および変形例１の炭化ケイ素積層基板４５と同様の効果が得られる。

次に、変形例１のバッファ層ＢＦ２の形成方法について説明する。図６に示すＣＶＤ装置ＣＤにおいて、前記実施の形態のバッファ層ＢＦ１と同様に、原料ガスであるシラン（ＳｉＨ_４）およびプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）と、不純物ドーパントガスである窒素（Ｎ_２）を用い、バッファ層ＢＦ２を形成する。ここで、変形例１のバッファ層ＢＦ２は、基板中心の不純物濃度が基板端の不純物濃度よりも小さい面内分布を有するエピタキシャル層として形成する。この場合は、基板端に位置するガス供給口Ｇ２から供給する窒素の流量を、基板中心に位置するガス供給口Ｇ１から供給する窒素の流量よりも大きくする。こうすることで、図２３に示すように、ＳｉＣ基板の基板端（図２３の基板端から０ｍｍおよび７０ｍｍの位置）付近の不純物濃度が、ＳｉＣ基板の基板中心（図２３の基板端から３５ｍｍの位置）付近の不純物濃度よりも大きいエピタキシャル層ＳＰ２を形成することができる。

また、エピタキシャル層が成長するに従い、ガス供給口Ｇ２から供給する窒素の流量を調整することにより、厚さ方向にも不純物濃度の分布を有するエピタキシャル層を形成することができる。具体的には、基板端に位置するガス供給口Ｇ２から供給する窒素の流量を小さくして、基板中央に位置するガス供給口Ｇ１から供給する窒素の流量に徐々に近づける。こうすることで、図２５に示す変形例１のバッファ層ＢＦ２のように、ＳｉＣ基板ＳＢ２側端部（位置Ｚ２）からドリフト層ＥＰ１側端部（位置Ｚ４）に至るまで、不純物濃度の面内分布を徐々に小さくすることができる。

（変形例２）
前記実施の形態および変形例１では、ｎ型の炭化ケイ素積層基板について説明したが、炭化ケイ素積層基板の導電型（第１導電型）はｐ型であってもよい。この場合、前述した各種の基板、半導体層または半導体領域などに導入する不純物の導電型を、前述した説明とは異なる導電型とする。すなわち、各実施の形態でｎ型を有するものとして説明した基板、層および領域の導電型（第１導電型）をｐ型とし、ｐ型を有するものとして説明した領域（例えば、図１に示すウェル領域８０および第１コンタクト領域８２）の導電型（第２導電型）をｎ型とする。この場合のｐ型の不純物としては、例えばＢ（ホウ素）またはＡｌ（アルミニウム）を用いることができる。以上のように、ｐ型の炭化ケイ素積層基板においても、ＳｉＣ基板とバッファ層との界面において、バッファ層の不純物濃度の面内分布を、ＳｉＣ基板の不純物濃度の面内分布と一致させることで、前記実施の形態の炭化ケイ素積層基板と同様の効果を得ることができる。

その他、実施の形態に記載された内容に対応するもの或いはその一部を以下に記載する。

（付記１）
炭化ケイ素を含む六方晶系半導体基板である第１導電型の第１基板と、
前記第１基板上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第２半導体層と、
を有し、
前記第１半導体層に含まれる第１不純物の前記第１基板側の濃度と、前記第１基板に含まれる第３不純物の前記第１半導体層側の濃度との差は、面内で一定である、炭化ケイ素積層基板。

（付記２）
付記１記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第１基板の前記第３不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内で一定でない、炭化ケイ素積層基板。

（付記３）
付記１記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第２半導体層に含まれる第２不純物の前記第１半導体層側の濃度と、前記第１半導体層の前記第１不純物の前記第２半導体層側の濃度との差は、面内で一定である、炭化ケイ素積層基板。

（付記４）
付記３記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第２半導体層の前記第２不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内で一定であり、
前記第１半導体層の前記第１不純物の前記第２半導体層側の濃度は、面内で一定である、
炭化ケイ素積層基板。

（付記５）
付記１記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第１基板の前記第１半導体層側は、前記第３不純物の濃度が、面内の中央から端に向かって徐々に小さくなる濃度勾配を有し、
前記第１半導体層の前記第１基板側は、前記第１不純物の濃度が、面内の中央から端に向かって徐々に小さくなる濃度勾配を有する、炭化ケイ素積層基板。

（付記６）
付記５記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第１半導体層は、前記第１基板側から前記第２半導体層側に向かって前記第１不純物の前記濃度勾配が徐々に小さくなる、炭化ケイ素積層基板。

（付記７）
付記１記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第１基板の前記第１半導体層側は、前記第３不純物の濃度が、面内の中央から端に向かって徐々に大きくなる濃度勾配を有し、
前記第１半導体層の前記第１基板側は、前記第１不純物の濃度が、面内の中央から端に向かって徐々に大きくなる濃度勾配を有する、炭化ケイ素積層基板。

（付記８）
付記７記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第１半導体層は、前記第１基板側から前記第２半導体層側に向かって前記第１不純物の前記濃度勾配が徐々に小さくなる、炭化ケイ素積層基板。

（付記９）
炭化ケイ素を含む六方晶系半導体基板である第１導電型の第１基板と、
前記第１基板上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第２半導体層と、
を有し、
前記第１基板に含まれる第３不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内の中央から端に向かって徐々に小さくなる濃度勾配を有し、
前記第１半導体層に含まれる第１不純物の前記第１基板側の濃度は、面内の中央から端に向かって徐々に小さくなる濃度勾配を有し、
前記第２半導体層に含まれる第２不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内で一定であり、
前記第１半導体層の前記第１不純物の前記第２半導体層側の濃度は、面内で一定である、炭化ケイ素積層基板。

（付記１０）
付記９記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第１半導体層は、前記第１基板側から前記第２半導体層側に向かって前記第１不純物の前記濃度勾配が徐々に小さくなる、炭化ケイ素積層基板。

（付記１１）
炭化ケイ素を含む六方晶系半導体基板である第１導電型の第１基板と、
前記第１基板上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第２半導体層と、
を有し、
前記第１基板に含まれる第３不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内の中央から端に向かって徐々に大きくなる濃度勾配を有し、
前記第１半導体層に含まれる第１不純物の前記第１基板側の濃度は、面内の中央から端に向かって徐々に大きくなる濃度勾配を有し、
前記第２半導体層に含まれる第２不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内で一定であり、
前記第１半導体層の前記第１不純物の前記第２半導体層側の濃度は、面内で一定である、炭化ケイ素積層基板。

（付記１２）
付記１１に記載の炭化ケイ素積層基板において、
前記第１半導体層は、前記第１基板側から前記第２半導体層側に向かって前記第１不純物の前記濃度勾配が徐々に小さくなる、炭化ケイ素積層基板。

４０、４５、５０ 炭化ケイ素積層基板
ＳＢ１、ＳＢ２ ＳｉＣ基板
ＢＦ１、ＢＦ１０１、ＢＦ２ バッファ層（エピタキシャル層）
ＥＰ１ ドリフト層（エピタキシャル層）

Claims (15)

1. 炭化ケイ素を含む六方晶系半導体基板である第１導電型の第１基板と、
   前記第１基板上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第１半導体層と、
   前記第１半導体層上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第２半導体層と、
   を有し、
   前記第１半導体層に含まれる第１不純物の前記第１基板側の濃度と、前記第１基板に含まれる第３不純物の前記第１半導体層側の濃度との差は、面内で一定である、炭化ケイ素積層基板。
2. 請求項１記載の炭化ケイ素積層基板において、
   前記第１基板の前記第３不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内で一定でない、炭化ケイ素積層基板。
3. 請求項１記載の炭化ケイ素積層基板において、
   前記第２半導体層に含まれる第２不純物の前記第１半導体層側の濃度と、前記第１半導体層の前記第１不純物の前記第２半導体層側の濃度との差は、面内で一定である、炭化ケイ素積層基板。
4. 請求項３記載の炭化ケイ素積層基板において、
   前記第２半導体層の前記第２不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内で一定であり、
   前記第１半導体層の前記第１不純物の前記第２半導体層側の濃度は、面内で一定である、
   炭化ケイ素積層基板。
5. 請求項１記載の炭化ケイ素積層基板において、
   前記第１基板の前記第１半導体層側は、前記第３不純物の濃度が、面内の中央から端に向かって徐々に小さくなる濃度勾配を有し、
   前記第１半導体層の前記第１基板側は、前記第１不純物の濃度が、面内の中央から端に向かって徐々に小さくなる濃度勾配を有する、炭化ケイ素積層基板。
6. 請求項５記載の炭化ケイ素積層基板において、
   前記第１半導体層は、前記第１基板側から前記第２半導体層側に向かって前記第１不純物の前記濃度勾配が徐々に小さくなる、炭化ケイ素積層基板。
7. 請求項１記載の炭化ケイ素積層基板において、
   前記第１基板の前記第１半導体層側は、前記第３不純物の濃度が、面内の中央から端に向かって徐々に大きくなる濃度勾配を有し、
   前記第１半導体層の前記第１基板側は、前記第１不純物の濃度が、面内の中央から端に向かって徐々に大きくなる濃度勾配を有する、炭化ケイ素積層基板。
8. 請求項７記載の炭化ケイ素積層基板において、
   前記第１半導体層は、前記第１基板側から前記第２半導体層側に向かって前記第１不純物の前記濃度勾配が徐々に小さくなる、炭化ケイ素積層基板。
9. 炭化ケイ素を含む六方晶系半導体基板である第１導電型の第１基板と、
   前記第１基板上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第１半導体層と、
   前記第１半導体層上に形成された、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第２半導体層と、
   を有し、
   前記第１基板に含まれる第３不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内の中央から端に向かって徐々に小さくなる濃度勾配を有し、
   前記第１半導体層に含まれる第１不純物の前記第１基板側の濃度は、面内の中央から端に向かって徐々に小さくなる濃度勾配を有し、
   前記第２半導体層に含まれる第２不純物の前記第１半導体層側の濃度は、面内で一定であり、
   前記第１半導体層の前記第１不純物の前記第２半導体層側の濃度は、面内で一定である、炭化ケイ素積層基板。
10. 請求項９記載の炭化ケイ素積層基板において、
    前記第１半導体層は、前記第１基板側から前記第２半導体層側に向かって前記第１不純物の前記濃度勾配が徐々に小さくなる、炭化ケイ素積層基板。
11. （ａ）炭化ケイ素を含む第１導電型の第１基板を準備する工程、
    （ｂ）前記第１基板上に、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第１エピタキシャル層を形成する工程、
    （ｃ）前記第１エピタキシャル層上に、炭化ケイ素を含む前記第１導電型の第２エピタキシャル層を形成する工程、
    を有し、
    前記第１エピタキシャル層に含まれる第１不純物の前記第１基板側の濃度と、前記第１基板に含まれる第３不純物の前記第１エピタキシャル層側の濃度との差は、面内で一定である、炭化ケイ素積層基板の製造方法。
12. 請求項１１記載の炭化ケイ素積層基板の製造方法において、
    前記第１基板の前記第３不純物の前記第１エピタキシャル層側の濃度は、面内で一定でない、炭化ケイ素積層基板の製造方法。
13. 請求項１１記載の炭化ケイ素積層基板の製造方法において、
    前記（ａ）工程と前記（ｂ）工程との間に、
    （ｄ）前記第１基板の前記第３不純物の濃度を測定する工程、
    を有する、炭化ケイ素積層基板の製造方法。
14. 請求項１３記載の炭化ケイ素積層基板の製造方法において、
    前記（ｄ）工程は、容量−電圧法により行う、炭化ケイ素積層基板の製造方法。
15. 請求項１３記載の炭化ケイ素積層基板の製造方法において、
    前記（ｄ）工程は、
    （ｄ１）前記第１基板の面内の抵抗率を測定する工程、
    （ｄ２）前記抵抗率と不純物の濃度との関係から、前記第１基板の前記第３不純物の濃度を算出する工程、
    を含む、炭化ケイ素積層基板の製造方法。

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