JP2022076126A

JP2022076126A - 炭化珪素エピタキシャル基板

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Publication number: JP2022076126A
Application number: JP2020186400A
Authority: JP
Inventors: 太郎榎薗; Taro Enokizono
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2040-11-09
Also published as: JP7543853B2

Abstract

【課題】露光不良の発生を抑制可能な炭化珪素エピタキシャル基板を提供する。
【解決手段】炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、第１炭化珪素エピタキシャル層とを有している。炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面とを有している。第１炭化珪素エピタキシャル層は、第１主面に接している。第１炭化珪素エピタキシャル層は、第１主面に接する第３主面と、第３主面と反対側の第４主面とを含む。第４主面を、１辺の長さが１０ｍｍである複数の正方領域に区分した場合、複数の正方領域は、複数の正方領域の最外周に位置する複数の外周領域と、複数の外周領域に囲まれた複数の中央領域とにより構成されている。炭化珪素エピタキシャル基板の局所厚みばらつきが１μｍ以上である複数の外周領域の数は、５個以下である。
【選択図】図１

Description

本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板に関する。

特開２０１４－３３０６８号公報（特許文献１）には、炭化珪素単結晶基板の裏面に保護膜を形成する工程が記載されている。

特開２０１４－３３０６８号公報

炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する際、キャリアガスである水素ガスが炭化珪素基板の裏面に回り込むことで、炭化珪素基板の裏面の外周部のエッチングが行われる。炭化珪素基板の裏面の外周部がエッチングされると、炭化珪素基板の外周部の厚みが、炭化珪素基板の中央部の厚みよりも小さくなる。炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する前に、炭化珪素基板の裏面に保護膜を形成することで、炭化珪素基板の裏面がエッチングされることをある程度抑制することができる。

しかしながら、上記の方法を用いて炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する場合には、水素ガスが炭化珪素基板の外周部において裏面とカーボンキャップとの間に入り込み、炭化珪素基板の裏面の外周部がエッチングされる。従って、上記の方法を用いて製造した炭化珪素エピタキシャル基板を使用する場合には、露光不良が発生することがある。

本開示の目的は、露光不良の発生を抑制可能な炭化珪素エピタキシャル基板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、炭化珪素基板と、第１炭化珪素エピタキシャル層とを備えている。炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面とを有している。第１炭化珪素エピタキシャル層は、第１主面に接している。第１炭化珪素エピタキシャル層は、第１主面に接する第３主面と、第３主面と反対側の第４主面とを含む。第４主面を、１辺の長さが１０ｍｍである複数の正方領域に区分した場合、複数の正方領域は、複数の正方領域の最外周に位置する複数の外周領域と、複数の外周領域に囲まれた複数の中央領域とにより構成されている。炭化珪素エピタキシャル基板の局所厚みばらつきが１μｍ以上である複数の外周領域の数は、５個以下である。

本開示によれば、露光不良の発生を抑制可能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。

図１は、第１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２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。図３は、ＴＴＶの定義を示す断面模式図である。図４は、ＬＴＶの測定領域を示す平面模式図である。図５は、ＬＴＶの定義を示す断面模式図である。図６は、第２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断面模式図である。図７は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。図８は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図９は、炭化珪素基板を準備する工程を示す断面模式図である。図１０は、炭化珪素基板の裏面および外周側面にカーボン層を形成した状態を示す断面模式図である。図１１は、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程を示す断面模式図である。図１２は、炭化珪素基板の裏面および外周側面にカーボン層を形成した状態の変形例を示す断面模式図である。図１３は、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程の変形例を示す断面模式図である。図１４は、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板の正方領域（外周領域および中央領域）におけるＬＴＶの値を示すマップである。図１５は、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板の正方領域（外周領域および中央領域）におけるＬＴＶの値を示すマップである。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。

（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板４０と、第１炭化珪素エピタキシャル層１０とを備えている。炭化珪素基板４０は、第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２とを有している。第１炭化珪素エピタキシャル層１０は、第１主面１に接している。第１炭化珪素エピタキシャル層１０は、第１主面１に接する第３主面３と、第３主面３と反対側の第４主面４とを含む。第４主面４を、１辺の長さが１０ｍｍである複数の正方領域５０に区分した場合、複数の正方領域５０は、複数の正方領域５０の最外周に位置する複数の外周領域５と、複数の外周領域５に囲まれた複数の中央領域６とにより構成されている。炭化珪素エピタキシャル基板１００の局所厚みばらつきが１μｍ以上である複数の外周領域５の数は、５個以下である。

（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、炭化珪素エピタキシャル基板１００の全体厚みばらつきは、８μｍ以下であってもよい。

（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、複数の外周領域５において、炭化珪素エピタキシャル基板１００の局所厚みばらつきの平均値は、０．６μｍ以下であってもよい。

（４）上記（１）から（３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みは、１５μｍ以上であってもよい。

（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、炭化珪素基板４０は、第１主面１および第２主面２の各々に連なる外周側面９を有していてもよい。炭化珪素エピタキシャル基板１００は、外周側面９に接する第２炭化珪素エピタキシャル層２０をさらに備えていてもよい。第２炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１主面１と外周側面９との境界に接し、かつ第２主面２と外周側面９との境界から離れていてもよい。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面に基づいて、本開示の実施形態の詳細について説明する。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、その説明は繰返さない。本明細書中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｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”－”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成について説明する。図１は、第１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２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。

図１に示されるように、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、第４主面４と、外周側面９とを有している。第４主面４は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に沿って拡がっている。第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向である。

第４主面４は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して傾斜した平面である。具体的には、第４主面４は、たとえば（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下の角度だけ傾斜した面である。第４主面４は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度だけ傾斜した面であってもよい。第４主面４が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、｛０００１｝面に対する第４主面４の傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１－２０＞方向である。｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角）は、２°以上であることが好ましい。

図１に示されるように、外周側面９は、オリエンテーションフラット部７と、円弧状部８とを有している。円弧状部８は、オリエンテーションフラット部７に連なっている。図１に示されるように、第２主面２に対して垂直な方向から見て、オリエンテーションフラット部７は、第１方向１０１に沿って延在している。第２主面２の最大径（直径Ｗ１）は、たとえば１５０ｍｍである。直径Ｗ１は、２００ｍｍでもよいし、２５０ｍｍでもよい。直径Ｗ１の上限は、特に限定されないが、たとえば３００ｍｍであってもよい。つまり、直径Ｗ１は１５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってもよい。第２主面２に対して垂直な方向に見て、直径Ｗ１は、外周側面９上の異なる２点間の最長直線距離である。

図２に示す断面は、第２主面２に対して垂直な方向に見て、かつオリエンテーションフラット部７を垂直に二等分する断面である。図２に示されるように、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板４０と、第１炭化珪素エピタキシャル層１０とを有している。炭化珪素基板４０は、第１主面１と、第２主面２と、外周側面９とを有している。第２主面２は、第１主面１と反対側にある。外周側面９は、第１主面１および第２主面２の各々に連なっている。

図２に示されるように、第１炭化珪素エピタキシャル層１０は、第１主面１に接している。第１炭化珪素エピタキシャル層１０は、第３主面３と、第４主面４とを有している。第４主面４は、第３主面３の反対側にある。第３主面３は、第１主面１に接している。第４主面４は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の表面である。第２主面２は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の裏面である。

炭化珪素基板４０および第１炭化珪素エピタキシャル層１０の各々は、たとえば炭化珪素単結晶により構成されている。具体的には、炭化珪素基板４０および第１炭化珪素エピタキシャル層１０の各々は、たとえばポリタイプ４Ｈの炭化珪素から構成されていてもよい。炭化珪素基板４０の厚みは、たとえば２００μｍ以上５００μｍ以下である。

炭化珪素基板４０および第１炭化珪素エピタキシャル層１０の各々は、キャリアを含んでいる。炭化珪素基板４０および第１炭化珪素エピタキシャル層１０の各々は、たとえばｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。炭化珪素基板４０および第１炭化珪素エピタキシャル層１０の各々の導電型は、たとえばｎ型（第１導電型）である。第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みは、たとえば１５μｍ以上である。第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みの下限は、特に限定されないが、たとえば２０μｍ以上であってもよいし、２５μｍ以上であってもよい。第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みの上限は、特に限定されないが、たとえば１００μｍ以下であってもよいし、５０μｍ以下であってもよい。

次に、第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みの測定方法について説明する。

第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みは、たとえばＦＴＩＲ（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＩｎｆｒａＲｅｄｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定することができる。測定装置は、たとえば島津製作所製フーリエ変換赤外分光光度計（ＩＲＰｒｅｓｔｉｇｅ－２１）である。ＦＴＩＲによる炭化珪素層エピタキシャル層の厚みの測定は、炭化珪素層エピタキシャル層と炭化珪素基板４０とのキャリア濃度差により生じる光学定数差を利用して求められる。測定波数範囲は、たとえば３４００ｃｍ^-1から２４００ｃｍ^-1までの範囲である。波数間隔は、たとえば４ｃｍ^-1程度である。

具体的には、赤外光を照射して、第１炭化珪素エピタキシャル層１０の第４主面４からの反射と、第１炭化珪素エピタキシャル層１０と炭化珪素基板４０との界面からの反射による干渉を計測することにより、第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みが計測される。

次に、全体厚みばらつき（ＴＴＶ：ＴｏｔａｌＴｈｉｃｋｎｅｓｓＶａｒｉａｔｉｏｎ）について説明する。図３は、ＴＴＶの定義を示す断面模式図である。

ＴＴＶ＝｜Ｔ１－Ｔ２｜・・・（数１）
ＴＴＶは、たとえば以下の手順で測定される。まず、平坦な吸着面に炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面２が全面吸着される。次に、第４主面４の全体画像が光学的に取得される。図３および数１に示されるように、ＴＴＶとは、平坦な吸着面に第２主面２を全面吸着させた状態で、第２主面２から第４主面４の最高点（第１最高点１１）までの高さ（第１高さＴ１）から、第２主面２から第４主面４の最低点（第１最低点１２）までの高さ（第２高さＴ２）を差し引いた値である。言い換えれば、ＴＴＶは、第２主面２に対して垂直な方向において、第４主面４と第２主面２との最長距離から、第４主面４と第２主面２との最短距離を差し引いた値である。つまり、ＴＴＶは、第１最高点１１を通りかつ第２主面２と平行な平面（第１平面Ｌ１）と、第１最低点１２を通りかつ第２主面２と平行な平面（第２平面Ｌ２）との距離である。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００のＴＴＶは、たとえば８μｍ以下である。ＴＴＶの上限は、特に限定されないが、たとえば５μｍ以下であってもよいし、３μｍ以下であってもよい。ＴＴＶの下限は、特に限定されないが、たとえば０．５μｍ以上であってもよいし、１μｍ以上であってもよい。

次に、局所厚みばらつき（ＬＴＶ：ＬｏｃａｌＴｈｉｃｋｎｅｓｓＶａｒｉａｔｉｏｎ）について説明する。図４は、ＬＴＶの測定領域を示す平面模式図である。

図４に示されるように、第４主面４は、１辺の長さＷ２が１０ｍｍである複数の正方領域５０に区分される。具体的には、第４主面４の直径が１５０ｍｍの場合、たとえば第４主面４に外接する１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形を想定する。１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形は、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方領域（１５×１５＝２２５個）に区分される。第４主面４に対して垂直な方向に見て、外周側面９に囲まれている正方領域５０の数は、１４５個である。第４主面４に対して垂直な方向に見て、外周側面９と交差する正方領域は、一部が欠けており完全な正方領域とはならないため、第４主面４を構成する正方領域５０とはみなさない。

複数の正方領域５０は、複数の外周領域５と、複数の中央領域６とにより構成される。複数の外周領域５は、複数の正方領域５０の最外周に位置している。別の観点から言えば、複数の外周領域５の各々は、外周側面９と交差している正方領域５０に接する正方領域５０である。図４において、ハッチングが付されている領域が、複数の外周領域５である。複数の中央領域６は、複数の外周領域５に囲まれている。別の観点から言えば、複数の中央領域６の各々は、外周側面９と交差している正方領域５０から離間している正方領域５０である。なお、第４主面４に垂直な方向に見て、複数の正方領域５０の各々一辺は、オリエンテーションフラット部７の延在方向に平行である。

図４に示されるように、第４主面４の直径が１５０ｍｍの場合、第４主面４は、１辺の長さＷ２が１０ｍｍである１４５個の正方領域５０に区分される。１４５個の正方領域５０の各々において、ＬＴＶが測定される。外周領域５の数は、３６個である。中央領域６の数は、１０９個である。

次に、ＬＴＶの定義について説明する。図５は、ＬＴＶの定義を示す断面模式図である。

ＬＴＶ＝｜Ｔ４－Ｔ３｜・・・（数２）
ＬＴＶは、たとえば以下の手順で測定される。まず、平坦な吸着面に炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面２が全面吸着される。次に、正方領域５０の画像が光学的に取得される。図５および数２に示されるように、ＬＴＶとは、平坦な吸着面に第２主面２を全面吸着させた状態で、第２主面２から第４主面４の最高点（第２最高点１４）までの高さ（第４高さＴ４）から、第２主面２から第４主面４の最低点（第２最低点１３）までの高さ（第３高さＴ３）を差し引いた値である。言い換えれば、ＬＴＶは、第２主面２に対して垂直な方向において、第４主面４と第２主面２との最長距離から、第４主面４と第２主面２との最短距離を差し引いた値である。つまり、ＬＴＶは、第２最高点１４を通りかつ第２主面２と平行な平面（第４平面Ｌ４）と、第２最低点１３を通りかつ第２主面２と平行な平面（第３平面Ｌ３）との距離である。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、炭化珪素エピタキシャル基板１００の局所厚みばらつき（ＬＴＶ）が１μｍ以上である複数の外周領域５の数は、５個以下である。別の観点から言えば、たとえば、第４主面４の直径が１５０ｍｍの場合、ＬＴＶが１μｍ未満である複数の外周領域５の数は、３１個以上である。ＬＴＶが１μｍ以上である複数の外周領域５の数は、ＬＴＶが１μｍ未満である複数の外周領域５の数よりも少ない。

ＬＴＶが１μｍ以上である複数の外周領域５の数の上限は、特に限定されないが、たとえば４個以下であってもよいし、３個以下であってもよい。ＬＴＶが１μｍ以上である複数の外周領域５の数の下限は、特に限定されないが、たとえば０個であってもよいし、１個以上であってもよい。ＬＴＶが１．３μｍ以上である複数の外周領域５の数は、特に限定されないが、たとえば４個以下であってもよいし、３個以下であってもよい。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、複数の外周領域５において、炭化珪素エピタキシャル基板１００の局所厚みばらつき（ＬＴＶ）の平均値は、０．６μｍ以下であってもよい。複数の外周領域５において、ＬＴＶの平均値の上限は、特に限定されないが、たとえば０．５５μｍ以下であってもよいし、０．５μｍ以下であってもよい。複数の外周領域５において、ＬＴＶの平均値の下限は、特に限定されないが、たとえば０．１μｍ以上であってもよいし、０．２μｍ以上であってもよい。

複数の外周領域５におけるＬＴＶの平均値は、複数の中央領域６におけるＬＴＶの平均値よりも大きい。複数の外周領域５におけるＬＴＶの平均値は、複数の中央領域６におけるＬＴＶの平均値の３倍よりも小さくてもよいし、複数の中央領域６におけるＬＴＶの平均値の２倍よりも小さくてもよい。

なお、ＴＴＶおよびＬＴＶは、たとえばＣｏｒｎｉｎｇＴｒｏｐｅｌ社製の「ＴｒｏｐｅｌＦｌａｔＭａｓｔｅｒ（登録商標）」を用いることにより測定可能である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態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。第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、主に外周側面９に接する第２炭化珪素エピタキシャル層２０を有している点において、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００と異なっており、その他の構成は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００と異なる構成を中心に説明する。

図６は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の構成を示す断面模式図である。図６に示されるように、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、第１炭化珪素エピタキシャル層１０と、第２炭化珪素エピタキシャル層２０と、第３炭化珪素エピタキシャル層３０とを有している。第１炭化珪素エピタキシャル層１０は、第１主面１において炭化珪素基板４０に接している。第２炭化珪素エピタキシャル層２０は、外周側面９において炭化珪素基板４０に接している。

第３炭化珪素エピタキシャル層３０は、第１炭化珪素エピタキシャル層１０および第２炭化珪素エピタキシャル層２０の各々に連なっている。第３炭化珪素エピタキシャル層３０は、第１炭化珪素エピタキシャル層１０と第２炭化珪素エピタキシャル層２０との間に位置している。第３炭化珪素エピタキシャル層３０は、第１炭化珪素エピタキシャル層１０の外周側に位置している。第３炭化珪素エピタキシャル層３０は、第１炭化珪素エピタキシャル層１０を取り囲んでいる。第３炭化珪素エピタキシャル層３０は、第２炭化珪素エピタキシャル層２０上に配置されている。

炭化珪素基板４０は、第１境界４１と、第２境界４２とを有している。第１境界４１は、第１主面１と外周側面９との境界である。第２境界４２は、第２主面２と外周側面９との境界である。外周側面９は、第１側面３１と、第２側面３２とを有している。第２側面３２は、第１側面３１に連なっている。第１側面３１は、第１境界４１において第１主面１に連なっている。第２側面３２は、第２境界４２において第２主面２に連なっている。

第２炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１側面３１に接している。第２炭化珪素エピタキシャル層２０は、第２側面３２から離間している。第２炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１主面１と外周側面９との境界（第１境界４１）に接し、かつ第２主面２と外周側面９との境界（第２境界４２）から離れている。第１炭化珪素エピタキシャル層１０および第３炭化珪素エピタキシャル層３０の各々は、第１境界４１に接している。第１炭化珪素エピタキシャル層１０および第３炭化珪素エピタキシャル層３０の各々は、第２境界４２から離間している。

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置）
次に、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置の構成について説明する。図７は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。図７に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、たとえばホットウォール方式の横型ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。図７に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、反応室２０１と、ガス供給部２３５と、制御部２４５と、発熱体２０３、石英管２０４、断熱材（図示せず）、誘導加熱コイル（図示せず）とを主に有している。

発熱体２０３は、たとえば筒状の形状を有しており、内部に反応室２０１を形成している。発熱体２０３は、たとえば黒鉛製である。発熱体２０３は、石英管２０４の内部に設けられている。断熱材は、発熱体２０３の外周を取り囲んでいる。誘導加熱コイルは、たとえば石英管２０４の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイルは、外部電源（図示せず）により、交流電流が供給可能に構成されている。これにより、発熱体２０３が誘導加熱される。結果として、反応室２０１が発熱体２０３により加熱される。

反応室２０１は、発熱体２０３の内壁面２０５に取り囲まれて形成された空間である。反応室２０１には、炭化珪素基板４０を保持するサセプタ２１０が設けられる。サセプタ２１０は、炭化珪素により構成されている。炭化珪素基板４０は、サセプタ２１０に載置される。サセプタ２１０は、ステージ２０２上に配置される。ステージ２０２は、回転軸２０９によって自転可能に支持されている。ステージ２０２が回転することで、サセプタ２１０が回転する。

炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、ガス導入口２０７およびガス排気口２０８をさらに有している。ガス排気口２０８は、図示しない排気ポンプに接続されている。図７中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、ガス導入口２０７から反応室２０１に導入され、ガス排気口２０８から排気される。反応室２０１内の圧力は、ガスの供給量と、ガスの排気量とのバランスによって調整される。

ガス供給部２３５は、反応室２０１に、原料ガスとドーパントガスとキャリアガスとを含む混合ガスを供給可能に構成されている。具体的には、ガス供給部２３５は、たとえば第１ガス供給部２３１と、第２ガス供給部２３２と、第３ガス供給部２３３と、第４ガス供給部２３４とを含んでいる。

第１ガス供給部２３１は、たとえば炭素原子を含む第１ガスを供給可能に構成されている。第１ガス供給部２３１は、たとえば第１ガスが充填されたガスボンベである。第１ガスは、たとえばプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）ガスである。第１ガスは、たとえばメタン（ＣＨ₄）ガス、エタン（Ｃ₂Ｈ₆）ガス、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）ガス等であってもよい。

第２ガス供給部２３２は、たとえばシランガスを含む第２ガスを供給可能に構成されている。第２ガス供給部２３２は、たとえば第２ガスが充填されたガスボンベである。第２ガスは、たとえばシラン（ＳｉＨ₄）ガスである。第２ガスは、シランガスと、シラン以外の他のガスとの混合ガスでもよい。

第３ガス供給部２３３は、たとえば窒素原子を含む第３ガスを供給可能に構成されている。第３ガス供給部２３３は、たとえば第３ガスが充填されたガスボンベである。第３ガスは、ドーピングガスである。第３ガスは、たとえばアンモニアガスである。アンモニアガスは、三重結合を有する窒素ガスに比べて熱分解されやすい。

第４ガス供給部２３４は、たとえば水素などの第４ガス（キャリアガス）を供給可能に構成されている。第４ガス供給部２３４は、たとえば水素が充填されたガスボンベである。

制御部２４５は、ガス供給部２３５から反応室２０１に供給される混合ガスの流量を制御可能に構成されている。具体的には、制御部２４５は、第１ガス流量制御部２４１と、第２ガス流量制御部２４２と、第３ガス流量制御部２４３と、第４ガス流量制御部２４４とを含んでいてもよい。各制御部は、たとえばＭＦＣ(ＭａｓｓＦｌｏｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)であってもよい。制御部２４５は、ガス供給部２３５とガス導入口２０７との間に配置されている。

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、第１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。図８は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法を概略的に示すフローチャートである。

まず、炭化珪素基板４０を準備する工程（Ｓ１０：図８）が実施される。たとえば昇華法により製造された炭化珪素単結晶からなるインゴットがワイヤーソーによりスライスされることにより、炭化珪素基板４０が準備される。炭化珪素基板４０は、たとえばポリタイプ４Ｈの炭化珪素から構成されている。

図９は、炭化珪素基板４０を準備する工程を示す断面模式図である。図９に示されるように、炭化珪素基板４０は、第１主面１と、第２主面２と、外周側面９とを有している。第２主面２は、第１主面１の反対側にある。外周側面９は、第１主面１および第２主面２の各々に連なっている。

次に、炭化珪素基板４０の裏面および外周側面９にカーボン層を形成する工程（Ｓ２０：図８）が実施される。具体的には、スピンコート法を用いて、炭化珪素基板４０の第２主面２（裏面）にレジストを塗布する。レジストは、たとえば東京応化工業株式会社製のＴＨＭＲ－ｉＰ５７００を使用することができる。炭化珪素基板４０の回転速度は、たとえば３０００ＲＰＭである。以上のように、粘性が高いレジストを使用し、炭化珪素基板４０の回転速度を低くする。これにより、第２主面２に塗布されたレジストが外周側面９に回り込む。レジストは、第２主面２および外周側面９の各々に接する。次に、レジストを高温で加熱する。これにより、レジストが炭化する。結果として、第２主面２および外周側面９の各々に接するカーボン層５５が形成される。

図１０は、炭化珪素基板４０の裏面および外周側面９にカーボン層５５を形成した状態を示す断面模式図である。図１０に示されるように、カーボン層５５は、第１領域５１と、第２領域５２と、第３領域５３とを有している。第１領域５１は、第２主面２に接している。第２領域５２は、外周側面９に接している。第３領域５３は、第１領域５１および第２領域５２の各々に接している。第３領域５３は、第１領域５１と第２領域５２との間に位置している。第３領域５３は、第１領域５１の外側に位置している。

次に、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程（Ｓ３０：図８）が実施される。図１１は、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程を示す断面模式図である。図１１に示されるように、サセプタ２１０には、基板配置部６０が形成されている。基板配置部６０は、サセプタ２１０に形成された凹部である。基板配置部６０は、底面６１と、内周面６２とにより形成されている。底面６１は、内周面６２に連なっている。カーボン層５５が基板配置部６０の底面６１においてサセプタ２１０に接するように、炭化珪素基板４０が基板配置部６０に載置される。

次に、反応室２０１が減圧される。具体的には、反応室２０１の圧力が大気圧からたとえば１×１０^-6Ｐａ程度に低減された後、炭化珪素基板４０の昇温が開始される。昇温の途中において、第４ガス供給部２３４からキャリアガスである水素（Ｈ₂）ガスが反応室２０１に導入される。

次に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが、反応室２０１に供給される。具体的には、たとえばシランとプロパンとアンモニアと水素とを含む混合ガスが、反応室２０１に導入される。反応室２０１において、それぞれのガスが熱分解される。成長温度は、たとえば１５５０℃以上１７５０℃以下である。

混合ガスのＣ／Ｓｉ比が、たとえば０．８以上２．２以下程度となるように、シランおよびプロパンとの流量が調整される。反応室２０１の圧力は、たとえば６ｋＰａである。反応室２０１に供給される第４ガス（水素ガス）の流量は、たとえば１００ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ以下であってもよい。

図１１に示されるように、炭化珪素基板４０の第１主面１上に第１炭化珪素エピタキシャル層１０が形成される。炭化珪素基板４０の外周側面９は、カーボン層５５によって保護されている。この場合、炭化珪素基板４０の外周側面９には、炭化珪素エピタキシャル層が形成されない。エピタキシャル成長が終了した後、カーボン層５５を熱酸化することにより、カーボン層５５が炭化珪素エピタキシャル基板１００から除去される。以上により、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される（図１および図２参照）。

次に、第２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。第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、外周側面９の一部にカーボン層５５が形成される点において、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法と異なっており、その他の点においては、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法と異なる点を中心に説明する。

まず、炭化珪素基板４０を準備する工程（Ｓ１０：図８）が実施される。第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法における炭化珪素基板４０を準備する工程（Ｓ１０：図８）は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法における炭化珪素基板４０を準備する工程（Ｓ１０：図８）と同じである。

次に、炭化珪素基板４０の裏面および外周側面９にカーボン層５５を形成する工程（Ｓ２０：図８）が実施される。具体的には、スピンコート法を用いて、炭化珪素基板４０の第２主面２（裏面）にレジストを塗布する。レジストの粘性または炭化珪素基板４０の回転速度を変更することにより、炭化珪素基板４０の外周側面９に流れ出すレジストの量を調整することができる。

図１２は、炭化珪素基板４０の裏面および外周側面９にカーボン層５５を形成した状態の変形例を示す断面模式図である。図１２に示されるように、炭化珪素基板４０の外周側面９は、第１側面３１と、第２側面３２とを有している。カーボン層５５の第１領域５１は、第２主面２に接している。カーボン層５５の第２領域５２は、第２側面３２に接している。カーボン層５５の第２領域５２は、第１側面３１から離間している。別の観点から言えば、炭化珪素基板４０の第１側面３１は、カーボン層５５から露出している。カーボン層５５は、炭化珪素基板４０の第２境界４２に接し、かつ第１境界４１から離間している。

図１３は、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程の変形例を示す断面模式図である。図１３に示されるように、たとえばシランとプロパンとアンモニアと水素とを含む混合ガス熱分解されることにより、炭化珪素基板４０上に、第１炭化珪素エピタキシャル層１０と、第２炭化珪素エピタキシャル層２０と、第３炭化珪素エピタキシャル層３０とが形成される。第１炭化珪素エピタキシャル層１０は、第１主面１において炭化珪素基板４０に接している。第２炭化珪素エピタキシャル層２０は、外周側面９の第１側面３１において炭化珪素基板４０に接している。第３炭化珪素エピタキシャル層３０は、第１炭化珪素エピタキシャル層１０および第２炭化珪素エピタキシャル層２０の各々に連なっている。

第２炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１主面１と外周側面９との境界（第１境界４１）に接し、かつ第２主面２と外周側面９との境界（第２境界４２）から離れている。炭化珪素基板４０の外周側面９の第２側面３２は、カーボン層５５によって保護されている。この場合、炭化珪素基板４０の外周側面９の第２側面３２には、炭化珪素エピタキシャル層が形成されない。次に、カーボン層５５が炭化珪素基板４０から除去される。以上により、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される（図６参照）。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

炭化珪素基板４０上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する際、キャリアガスである水素ガスが炭化珪素基板４０の裏面（第２主面２）に回り込むことで、炭化珪素基板４０の裏面の外周部のエッチングが行われる。炭化珪素基板４０の裏面の外周部がエッチングされると、炭化珪素基板４０の外周部の厚みが、炭化珪素基板４０の中央部の厚みよりも小さくなる。炭化珪素基板４０上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する前に、炭化珪素基板４０の裏面にカーボンキャップを形成することで、炭化珪素基板４０の裏面がエッチングされることをある程度抑制することができる。しかしながら実際には、炭化珪素基板４０の外周部において、水素ガスが炭化珪素基板４０の裏面とカーボンキャップとの間に入り込み、炭化珪素基板４０の裏面の外周部がエッチングされる。結果として、炭化珪素エピタキシャル基板１００の外周領域５におけるＬＴＶは大きくなっていた。

炭化珪素エピタキシャル基板１００を用いて炭化珪素半導体装置を作製する工程においては、通常、フォトリソグラフィ技術が使用される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００上に設けられたフォトレジストにパターンを形成する際、ステッパーを用いて露光が行われる。炭化珪素エピタキシャル基板１００において、ＬＴＶが大きい（具体的には１μｍ以上程度）外周領域５の数が多い場合には、露光不良が発生しやすくなる。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、炭化珪素エピタキシャル基板１００の局所厚みばらつき（ＬＴＶ）が１μｍ以上である複数の外周領域５の数は、５個以下である。これにより、露光不良の発生を抑制することができる。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、たとえば炭化珪素基板４０の裏面および外周側面９の各々にカーボン層５５を形成した状態で、炭化珪素基板４０上に炭化珪素エピタキシャル層を形成することにより得ることができる。また炭化珪素基板４０の裏面および外周側面９の各々をカーボン層５５で保護することで、外周側面９に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、第１炭化珪素エピタキシャル層１０に欠陥が混入することを抑制することができる。

また本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、炭化珪素エピタキシャル基板１００の全体厚みばらつきは、８μｍ以下であってもよい。これにより、露光不良の発生をさらに抑制することができる。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、複数の外周領域５において、炭化珪素エピタキシャル基板１００の局所厚みばらつきの平均値は、０．６μｍ以下であってもよい。これにより、露光不良の発生をさらに抑制することができる。

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みは、１５μｍ以上であってもよい。炭化珪素エピタキシャル層の厚みを大きくするためには、エピタキシャル成長の時間を長くする必要があるため、炭化珪素基板４０の裏面のエッチング量が大きくなる。そのため、第１炭化珪素エピタキシャル層１０の厚みが大きくなると、外周領域５におけるＬＴＶが大きくなる傾向がある。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、炭化珪素エピタキシャル層の厚みが大きい場合であっても、露光不良の発生を抑制することができる。

（サンプル準備）
まず、サンプル１および２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００を準備した。第４主面４の最大径（直径Ｗ１）は、１５０ｍｍである。サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、比較例である。サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、実施例である。サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００を製造する工程においては、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程の前に、炭化珪素基板４０の裏面および外周側面９にカーボン層５５を形成する工程は実施されなかった。一方、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００を製造する工程においては、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程の前に、炭化珪素基板４０の裏面および外周側面９にカーボン層５５を形成する工程が実施された（図１０参照）。

（測定方法）
ＣｏｒｎｉｎｇＴｒｏｐｅｌ社製の「ＴｒｏｐｅｌＦｌａｔＭａｓｔｅｒ（登録商標）」を使用して、ＴＴＶおよびＬＴＶを測定した。ＬＴＶの測定領域は、図４に示す領域とした。図４に示されるように、第４主面４は、１辺の長さＷ２が１０ｍｍである１４５個の正方領域５０に区分された。１４５個の正方領域５０の各々において、ＬＴＶが測定された。外周領域５の数は、３６個である。中央領域６の数は、１０９個である。

（測定結果）
図１４は、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の正方領域５０（外周領域５および中央領域６）におけるＬＴＶの値を示すマップである。図１５は、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の正方領域５０（外周領域５および中央領域６）におけるＬＴＶの値を示すマップである。図１４および図１５においては、正方領域５０は、６つの範囲に分類されている。具体的には、１４５個の正方領域５０は、ＬＴＶの値が１．３μｍ以上の領域と、ＬＴＶの値が１．０μｍ以上１．３μｍ未満の領域と、ＬＴＶの値が０．７μｍ以上１．０μｍ未満の領域と、ＬＴＶの値が０．５μｍ以上０．７μｍ未満の領域と、ＬＴＶの値が０．３μｍ以上０．５μｍ未満の領域と、ＬＴＶの値が０．３μｍ未満の領域とに分類されている。

表１は、炭化珪素エピタキシャル基板１００のＴＴＶと、ＬＴＶが１μｍ以上である外周領域５の数（最大は３６）と、外周領域５におけるＬＴＶの平均値と、中央領域６におけるＬＴＶの平均値とを示している。表１に示されるように、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００のＴＴＶは、１０．０μｍであった。サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００のＴＴＶは、２．１μｍであった。サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、ＬＴＶが１μｍ以上である外周領域５の数は、１８であった。サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、ＬＴＶが１μｍ以上である外周領域５の数は、４であった。

サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、３６個の外周領域５におけるＬＴＶの平均値は、０．９８μｍであった。サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、３６個の外周領域５におけるＬＴＶの平均値は、０．５０μｍであった。サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、１０９個の中央領域６におけるＬＴＶの平均値は、０．３１μｍであった。サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、１０９個の中央領域６におけるＬＴＶの平均値は、０．２９μｍであった。以上のように、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、外周領域５におけるＬＴＶを大幅に低減可能であることが確かめられた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１第１主面
２第２主面
３第３主面
４第４主面
５外周領域
６中央領域
７オリエンテーションフラット部
８円弧状部
９外周側面
１０第１炭化珪素エピタキシャル層
１１第１最高点
１２第１最低点
１３第２最低点
１４第２最高点
２０第２炭化珪素エピタキシャル層
３０第３炭化珪素エピタキシャル層
３１第１側面
３２第２側面
４０炭化珪素基板
４１第１境界
４２第２境界
５０正方領域
５１第１領域
５２第２領域
５３第３領域
５５カーボン層
６０基板配置部
６１底面
６２内周面
１００炭化珪素エピタキシャル基板
１０１第１方向
１０２第２方向
２００製造装置
２０１反応室
２０２ステージ
２０３発熱体
２０４石英管
２０５内壁面
２０７ガス導入口
２０８ガス排気口
２０９回転軸
２１０サセプタ
２３１第１ガス供給部
２３２第２ガス供給部
２３３第３ガス供給部
２３４第４ガス供給部
２３５ガス供給部
２４１第１ガス流量制御部
２４２第２ガス流量制御部
２４３第３ガス流量制御部
２４４第４ガス流量制御部
２４５制御部
Ｌ１第１平面
Ｌ２第２平面
Ｌ３第３平面
Ｌ４第４平面
Ｔ１第１高さ
Ｔ２第２高さ
Ｔ３第３高さ
Ｔ４第４高さ
Ｗ１直径
Ｗ２長さ

Claims

第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを有する炭化珪素基板と、
前記第１主面に接する第１炭化珪素エピタキシャル層とを備えた炭化珪素エピタキシャル基板であって、
前記第１炭化珪素エピタキシャル層は、前記第１主面に接する第３主面と、前記第３主面と反対側の第４主面とを含み、
前記第４主面を、１辺の長さが１０ｍｍである複数の正方領域に区分した場合、前記複数の正方領域は、前記複数の正方領域の最外周に位置する複数の外周領域と、前記複数の外周領域に囲まれた複数の中央領域とにより構成されており、
前記炭化珪素エピタキシャル基板の局所厚みばらつきが１μｍ以上である前記複数の外周領域の数は、５個以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。
前記炭化珪素エピタキシャル基板の全体厚みばらつきは、８μｍ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。
前記複数の外周領域において、前記炭化珪素エピタキシャル基板の局所厚みばらつきの平均値は、０．６μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
前記第１炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、１５μｍ以上である、請求項１から請求項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。
前記炭化珪素基板は、前記第１主面および前記第２主面の各々に連なる外周側面を有し、
前記外周側面に接する第２炭化珪素エピタキシャル層をさらに備え、
前記第２炭化珪素エピタキシャル層は、前記第１主面と前記外周側面との境界に接し、かつ前記第２主面と前記外周側面との境界から離れている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。