JP2022137673A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化珪素エピタキシャル層の表面粗さの増大を抑制しつつ、炭化珪素エピタキシャル層における基底面転位の面密度を低減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、炭化珪素エピタキシャル層とを有している。炭化珪素エピタキシャル層は、炭化珪素基板上にある。炭化珪素エピタキシャル層は、炭化珪素基板に接する第１層と、第１層上にある第２層と、第２層上にある第３層とを含んでいる。第１層の窒素濃度は、第３層の窒素濃度よりも高く、かつ第２層の窒素濃度よりも低い。炭化珪素基板の窒素濃度は、第２層の窒素濃度よりも高い。第１層の厚みは、第２層の厚みよりも小さい。第３層における基底面転位の面密度は、０．０１個／ｃｍ²以上１個／ｃｍ²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に関する。

Z. Zhang外２名, "Mechanism of eliminating basal plane dislocations in SiC thin films by epitaxy on an etched substrate", Applied Physics Letters, 89, 081910(2006)（非特許文献１）には、炭化珪素薄膜における基底面転位を除去するメカニズムについて記載されている。

Z. Zhang外２名, "Mechanism of eliminating basal plane dislocations in SiC thin films by epitaxy on an etched substrate", Applied Physics Letters, 89, 081910(2006)

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、炭化珪素基板にある基底面転位が炭化珪素エピタキシャル層に引き継がれる場合がある。炭化珪素エピタキシャル層の基底面転位が多いと、当該炭化珪素エピタキシャル層を有する炭化珪素エピタキシャル基板を用いて炭化珪素半導体装置を作製した場合、炭化珪素半導体装置の歩留まりが悪化する。

非特許文献１には、炭化珪素基板に対して溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いてエッチングを行い、基底面転位がある箇所にエッチピットを形成することにより、当該炭化珪素基板上に形成された炭化珪素エピタキシャル層に引き継がれる基底面転位の面密度を低減する方法が開示されている。しかしながら、上記の方法によれば、エッチピットが形成された炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層が形成される。そのため、炭化珪素エピタキシャル層の表面粗さが増大するという課題があった。

本開示の目的は、炭化珪素エピタキシャル層の表面粗さの増大を抑制しつつ、炭化珪素エピタキシャル層における基底面転位の面密度を低減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、炭化珪素エピタキシャル層とを備えている。炭化珪素エピタキシャル層は、炭化珪素基板上にある。炭化珪素エピタキシャル層は、炭化珪素基板に接する第１層と、第１層上にある第２層と、第２層上にある第３層とを含んでいる。第１層の窒素濃度は、第３層の窒素濃度よりも高く、かつ第２層の窒素濃度よりも低い。炭化珪素基板の窒素濃度は、第２層の窒素濃度よりも高い。第１層の厚みは、第２層の厚みよりも小さい。第３層における基底面転位の面密度は、０．０１個／ｃｍ²以上１個／ｃｍ²以下である。

本開示によれば、炭化珪素エピタキシャル層の表面粗さの増大を抑制しつつ、炭化珪素エピタキシャル層における基底面転位の面密度を低減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を提供することができる。

図１は、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２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。 図３は、第１主面に対して垂直な方向における炭化珪素エピタキシャル基板の位置と、窒素濃度との関係を示す模式図である。 図４は、フォトルミネッセンスイメージング装置の構成を示す模式図である。 図５は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す断面模式図である。 図６は、原料ガスの流量と時間との関係を示す模式図である。 図７は、アンモニアガスの流量と時間との関係を示す模式図である。 図８は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。 図９は、ボディ領域を形成する工程を示す断面模式図である。 図１０は、ソース領域を形成する工程を示す断面模式図である。 図１１は、第１主面にトレンチを形成する工程を示す断面模式図である。 図１２は、ゲート絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。 図１３は、ゲート電極および層間絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。 図１４は、基底面転位のフォトルミネッセンス画像を示す平面模式図である。

［本開示の実施形態の概要］
まず本開示の実施形態の概要について説明する。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、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル層２０とを備えている。炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素基板１０に接する第１層１１と、第１層１１上にある第２層１２と、第２層１２上にある第３層１３とを含んでいる。第１層１１の窒素濃度は、第３層１３の窒素濃度よりも高く、かつ第２層１２の窒素濃度よりも低い。炭化珪素基板１０の窒素濃度は、第２層１２の窒素濃度よりも高い。第１層１１の厚みは、第２層１２の厚みよりも小さい。第３層１３における基底面転位の面密度は、０．０１個／ｃｍ²以上１個／ｃｍ²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においては、第１層１１の窒素濃度は、５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であってもよい。第１層１１の厚みは、０．０１μｍ以上０．６μｍ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においては、第１層１１の窒素濃度は、８×１０¹⁶ｃｍ^-3以上４×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であってもよい。第１層１１の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ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においては、第２層１２の窒素濃度は、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であってもよい。第２層１２の厚みは、０．６μｍ以上３μｍ以下であってもよい。

（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においては、第３層１３の窒素濃度は、２×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であってもよい。第３層１３の厚みは、３μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。

（６）上記（１）から（５）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００においては、第３層１３における基底面転位の面密度を、炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度で除した値は、０．０１以下であってもよい。

（７）本開示に係る炭化珪素半導体装置３００は、上記（１）から（６）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００を備えている。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態の詳細について説明する。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。

（炭化珪素エピタキシャル基板）
図１は、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２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。図１および図２に示されるように、本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１０と、炭化珪素エピタキシャル層２０とを有している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素基板１０に接している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１主面１を有している。

炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の表面（第１主面１）を構成する。炭化珪素基板１０は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の裏面（第２主面２）を構成する。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、外周縁５を有している。外周縁５は、たとえばオリエンテーションフラット３と、円弧状部４とを有している。オリエンテーションフラット３は、第１方向１０１に沿って延在している。図１に示されるように、オリエンテーションフラット３は、第１主面１に対して垂直な方向に見て、直線状である。円弧状部４は、オリエンテーションフラット３に連なっている。円弧状部４は、第１主面１に対して垂直な方向に見て、円弧状である。

図１に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１主面１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主面１に対して垂直な方向に見て、第１方向１０１は、第２方向１０２に対して垂直な方向である。

第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第１方向１０１は、たとえば[１１－２０]方向であってもよい。第１方向１０１は、＜１１－２０＞方向を第１主面１に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向成分を含む方向であってもよい。

第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向である。第２方向１０２は、たとえば［１－１００]方向であってもよい。第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向を第１主面１に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向成分を含む方向であってもよい。

第１主面１は、｛０００１｝面に対して傾斜した面であってもよい。第１主面１は、｛０００１｝面に対して傾斜している場合、｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角θ）は、たとえば２°以上６°以下である。第１主面１が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、第１主面１の傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１－２０＞方向である。別の観点から言えば、第１方向１０１が、第１主面１のオフ方向であってもよい。

図１に示されるように、第１主面１の最大径Ｗ１（直径）は、特に限定されないが、たとえば１００ｍｍ（４インチ）である。最大径Ｗ１は、１２５ｍｍ（５インチ）以上でもよいし、１５０ｍｍ（６インチ）以上でもよい。最大径Ｗ１の上限は、特に限定されない。最大径Ｗ１は、たとえば２００ｍｍ（８インチ）以下であってもよい。最大径Ｗ１は、外周縁５上の任意の２点間の最大距離である。

なお本明細書において、２インチは、５０ｍｍ又は５０．８ｍｍ（２インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。４インチは、１００ｍｍ又は１０１．６ｍｍ（４インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。５インチは、１２５ｍｍ又は１２７．０ｍｍ（５インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。６インチは、１５０ｍｍ又は１５２．４ｍｍ（６インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。８インチは、２００ｍｍ又は２０３．２ｍｍ（８インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。

図２に示されるように、炭化珪素基板１０は、第２主面２と、第３主面１４とを有している。第３主面１４は、第２主面２の反対側にある。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。第２主面２は、炭化珪素エピタキシャル層２０から離間している。第３主面１４は、炭化珪素エピタキシャル層２０に接している。炭化珪素基板１０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。同様に、炭化珪素エピタキシャル層２０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。

図２に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１層１１と、第２層１２と、第３層１３とを含んでいる。第１層１１は、炭化珪素基板１０上にある。第１層１１は、炭化珪素基板１０に接している。第２層１２は、第１層１１上にある。第２層１２は、第１層１１に接している。第３層１３は、第２層１２上にある。第３層１３は、第２層１２に接している。第１層１１は、炭化珪素基板１０と第２層１２との間に位置している。第２層１２は、第１層１１と第３層１３との間に位置している。第３層１３は、第１主面１を構成している。

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、複数の基底面転位６を含んでいる。複数の基底面転位６の各々は、基底面に位置している。複数の基底面転位６は、第１基底面転位３１と、第２基底面転位３２とを有している。第１基底面転位３１は、炭化珪素基板１０に位置している。第１基底面転位３１は、第２主面２および第３主面１４の各々に達している。第１基底面転位３１は、第２主面２から第３主面１４まで連続的に延びている。第１基底面転位３１の端部は、第３主面１４に位置している。第１基底面転位３１は、炭化珪素エピタキシャル層２０の内部には存在していない基底面転位のことである。

一方、第２基底面転位３２は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル層２０とに位置している。第２基底面転位３２は、第２主面２および第１主面１の各々に達している。第１基底面転位３１は、第２主面２から第１主面１まで連続的に延びている。第１基底面転位３１の端部は、第１主面１に位置している。第２基底面転位３２は、第１層１１、第２層１２および第３層１３の各々を貫通している。

第１層１１の厚み（第１厚みＴ１）は、第２層１２の厚み（第２厚みＴ２）よりも小さい。第１厚みＴ１は、たとえば０．１μｍである。第１厚みＴ１の下限は、特に限定されないが、たとえば０．０１μｍ以上であってもよいし、０．０５μｍ以上であってもよい。第１厚みＴ１の上限は、特に限定されないが、たとえば０．３μｍ以下であってもよいし、０．２μｍ以下であってもよい。

第２厚みＴ２は、たとえば第１厚みＴ１の３倍以上１５倍以下であってもよい。具体的には、第２厚みＴ２は、たとえば１μｍである。第３層１３の厚み（第３厚みＴ３）は、第２厚みＴ２よりも大きくてよい。第３層１３の厚みは、たとえば第２厚みＴ２の３倍以上１５倍以下であってもよい。具体的には、第３厚みＴ３は、たとえば７．５μｍである。

炭化珪素基板１０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。炭化珪素基板１０の導電型は、ｎ型である。第１層１１、第２層１２および第３層１３の各々は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。第１層１１、第２層１２および第３層１３の各々の導電型は、ｎ型である。

図３は、第１主面１に対して垂直な方向における炭化珪素エピタキシャル基板１００の位置と、窒素濃度との関係を示す模式図である。図３の横軸は、第１主面１に対して垂直な方向における炭化珪素エピタキシャル基板１００の位置を示している。横軸の左側は、第１主面１側である。横軸の右側は、第２主面２側である。図３の縦軸は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の窒素濃度を示している。

第１主面１に垂直な方向において、第１位置Ｐ１は、第１主面１の位置である。第１主面１に垂直な方向において、第２位置Ｐ２は、第２層１２と第３層１３との境界の位置である。第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２の間には、第３層１３が配置されている。第１主面１に垂直な方向において、第３位置Ｐ３は、第１層１１と第２層１２との境界の位置である。第２位置Ｐ２から第３位置Ｐ３の間には、第２層１２が配置されている。第１主面１に垂直な方向において、第４位置Ｐ４は、第３層１３と炭化珪素基板１０との境界の位置である。第３位置Ｐ３から第４位置Ｐ４の間には、第１層１１が配置されている。

図３に示されるように、第１層１１の窒素濃度（第１窒素濃度Ｎ１）は、第３層１３の窒素濃度（第３窒素濃度Ｎ３）よりも高く、かつ第２層１２の窒素濃度（第２窒素濃度Ｎ２）よりも低い。第１窒素濃度Ｎ１は、たとえば１×１０¹⁷ｃｍ^-3である。第１窒素濃度Ｎ１は、たとえば５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であってもよい。この場合、第１層１１の厚みは、０．０１μｍ以上０．６μｍ以下であってもよい。好ましくは、第１窒素濃度Ｎ１は、８×１０¹⁶ｃｍ^-3以上４×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であってもよい。この場合、第１層１１の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であってもよい。

第２窒素濃度Ｎ２は、たとえば６×１０¹⁷ｃｍ^-3である。第２窒素濃度Ｎ２は、たとえば５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であってもよい。この場合、第２層１２の厚みは、０．６μｍ以上３μｍ以下であってもよい。好ましくは、第２窒素濃度Ｎ２は、たとえば７×１０¹⁷ｃｍ^-3以上３×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であってもよい。この場合、第２層１２の厚みは、０．８μｍ以上２μｍ以下であってもよい。

第３窒素濃度Ｎ３は、たとえば８×１０¹⁵ｃｍ^-3である。第３層１３の窒素濃度は、たとえば２×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であってもよい。この場合、第３層１３の厚みは、３μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。好ましくは、第３層１３の窒素濃度は、たとえば３×１０¹⁵ｃｍ^-3以上２×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であってもよい。この場合、第３層１３の厚みは、５μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。

図３に示されるように、炭化珪素基板１０の窒素濃度（第４窒素濃度Ｎ４）は、第２窒素濃度Ｎ２よりも高い。第４窒素濃度Ｎ４は、たとえば７×１０¹⁸ｃｍ^-3である。第４窒素濃度Ｎ４は、たとえば１×１０¹⁸ｃｍ^-3よりも高く１×１０²⁰ｃｍ^-3以下であってもよい。炭化珪素基板１０の厚み（第４厚みＴ４）は、たとえば２００μｍ以上５００μｍ以下である。

次に、ドーパント密度（窒素濃度）の測定方法について説明する。上記各領域における窒素濃度は、たとえばＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定することができる。ＳＩＭＳとしては、たとえばＣａｍｅｃａ社製ＩＭＳ７ｆを使用することができる。たとえば、一次イオンがＣｓ^＋イオンであり、一次イオンエネルギーが１５ｋｅＶという測定条件を用いることができる。なお、第１層１１のような薄い層における窒素濃度を測定するためには、スパッタレートを落とす等の工夫を行うことが好ましい。

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、第３層１３における基底面転位の面密度は、たとえば０．０５個／ｃｍ²である。第３層１３における基底面転位の面密度は、０．０１個／ｃｍ²以上１個／ｃｍ²以下である。好ましくは、第３層１３における基底面転位の面密度は、０．０５個／ｃｍ²以上０．５個／ｃｍ²以下である。第３層１３における基底面転位の面密度の下限は、特に限定されないが、たとえば０．０１個／ｃｍ²以上であってもよいし、０．０５個／ｃｍ²以上であってもよい。第３層１３における基底面転位の面密度の上限は、特に限定されないが、たとえば１個／ｃｍ²以下であってもよいし、０．５個／ｃｍ²以下あってもよい。

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、第３層１３における基底面転位の面密度を、炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度で除した値は、０．０１以下であってもよい。第３層１３における基底面転位の面密度を、炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度で除した値の下限は、特に限定されないが、たとえば０．００１以上であってもよいし、０．０００１以上であってもよい。第３層１３における基底面転位の面密度を、炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度で除した値の上限は、特に限定されないが、たとえば０．００８以下であってもよいし、０．００５以下であってもよい。

次に、第３層１３における基底面転位の面密度の測定装置について説明する。
第３層１３における基底面転位の面密度は、たとえば株式会社フォトンデザイン社製のフォトルミネッセンスイメージング装置（型番：ＰＬＩ－２００）を用いて測定することができる。図４は、フォトルミネッセンスイメージング装置の構成を示す模式図である。図４に示されるように、フォトルミネッセンスイメージング装置２００は、励起光生成ユニット２２０と、イメージングユニット２３０とを主に有している。

励起光生成ユニット２２０は、光源部２２１と、導光部２２２と、フィルタ部２２３とを有する。光源部２２１は、六方晶炭化珪素のバンドギャップよりも高いエネルギーを有する励起光ＬＥを発生することができる。光源部２２１は、たとえば水銀キセノンランプである。導光部２２２は、光源部２２１から出射した光が、炭化珪素エピタキシャル基板１００の第１主面１に照射されるように、光を導くことができる。導光部２２２は、たとえば光ファイバーを有している。図４に示されるように、励起光生成ユニット２２０は、近赤外対物レンズ２３７の両側に配置されていてもよい。

フィルタ部２２３は、六方晶炭化珪素のバンドギャップよりも高いエネルギーに対応する特定の波長を有する光を選択的に透過するものである。六方晶炭化珪素のバンドギャップに対応する波長は、典型的には３９０ｎｍ程度である。そのため、たとえば約３１３ｎｍの波長を有する光を特に透過するバンドパスフィルタがフィルタ部２２３として用いられる。フィルタ部２２３の透過波長域は、たとえば２９０ｎｍ以上３７０ｎｍ以下であってもよいし、３００ｎｍ以上３３０ｎｍ以下であってもよいし、３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下であってもよい。

イメージングユニット２３０は、制御部２３８と、ステージ２３９と、近赤外対物レンズ２３７と、カラーイメージセンサ２３６とを主に有する。制御部２３８は、ステージ２３９の変位動作の制御と、カラーイメージセンサ２３６による撮影動作の制御とを行なうものであり、たとえばパーソナルコンピュータである。ステージ２３９は、第１主面１が露出するように炭化珪素エピタキシャル基板１００を支持する。ステージ２３９は、たとえば第１主面１の位置を変位させるＸＹステージである。近赤外対物レンズ２３７は、第１主面１の上方に配置されている。近赤外対物レンズ２３７の倍率は、たとえば４．５倍である。カラーイメージセンサ２３６は、炭化珪素エピタキシャル基板１００から放射されるフォトルミネッセンス光を受光する。

次に、第３層１３における基底面転位の面密度の測定方法について説明する。
まず、励起光生成ユニット２２０を使用して、炭化珪素エピタキシャル基板１００の第１主面１に対して励起光ＬＥを照射する。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００からフォトルミネッセンス光ＬＬが発生する。励起光ＬＥの波長は、たとえば３１３ｎｍである。励起光ＬＥの強度は、たとえば０．１ｍＷ／ｃｍ^２以上２Ｗ／ｃｍ^２以下である。励起光ＬＥの露光時間は、たとえば０．５秒以上１２０秒以下である。

次に、フォトルミネッセンス光がカラーイメージセンサによって検出される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板１００で発生したフォトルミネッセンス光ＬＬがカラーイメージセンサ２３６によって検出される。カラーイメージセンサ２３６は、たとえばＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサである。ＣＣＤ素子のタイプは、たとえば裏面照射型ディープディプレッション（back-illuminated deep depletion）タイプである。ＣＣＤイメージセンサは、たとえばサイプレスセミコンダクタ社製のｅＸｃｅｌｏｎ（商標）である。撮像波長範囲は、たとえば３１０ｎｍ以上１０２４ｎｍ以下である。素子フォーマットは、たとえば１０２４ｃｈ×１０２４ｃｈである。イメージエリアは、たとえば１３．３ｍｍ×１３．３ｍｍである。素子サイズは、たとえば１３μｍ×１３μｍである。ピクセル数は、たとえば４８０ｐｉｘｅｌ×６４０ｐｉｘｅｌである。画像サイズは、たとえば１．９ｍｍ×２．６ｍｍである。

カラーイメージセンサ２３６は、たとえばＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）イメージセンサであってもよい。ＣＭＯＳイメージセンサは、たとえば浜松ホトニクス株式会社製のＯＲＣＡ（商標）－Ｆｕｓｉｏｎである。撮像波長範囲は、たとえば３５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。有効素子サイズは、１４．９８ｍｍ×１４．９８ｍｍである。画素サイズは、６．５μｍ×６．５μｍである。カラーイメージセンサ２３６の代わりに白黒イメージングセンサが用いられてもよい。

図１４は、基底面転位のフォトルミネッセンス画像を示す平面模式図である。フォトルミネッセンスイメージング装置を用いて炭化珪素エピタキシャル基板１００の第１主面１におけるフォトルミネッセンス画像が取得される。フォトルミネッセンス画像に基づいて、基底面転位６が特定される。図１４に示されるように、フォトルミネッセンス画像において、基底面転位６は、基底面転位６以外の領域よりも明るく（白く）表示される。第１主面１に対して垂直な方向に見て、基底面転位６は、棒状である。

炭化珪素エピタキシャル層２０の厚みをＨとし、第１主面１のオフ角をθとすると、第１方向１０１における基底面転位６の長さ（第１長さＤ１）は、理想的にはＨ／ｔａｎθとなる。ここで、Ｈは、第１厚みＴ１と、第２厚みＴ２と、第３厚みＴ３との合計値となる。たとえばＨが１０μｍであり、θが４°の場合、第１長さＤ１は、約１４０μｍである。フォトルミネッセンス画像において、第１長さＤ１が０．９×Ｈ／ｔａｎθ以上１．１×Ｈ／ｔａｎθ以下であり、第２方向１０２における基底面転位６の長さ（第２長さＤ２）が第１長さＤ１の０．１倍以下である白い棒状領域は、基底面転位６であると判断することができる。

炭化珪素エピタキシャル基板１００は、ステージ２３９によって第１主面１と平行なＸＹ方向に移動する。第１主面１と平行な方向に炭化珪素エピタキシャル基板１００を移動させながら、第１主面１の全体のフォトルミネッセンス画像が撮影される。取得されたフォトルミネッセンス画像において、基底面転位の面密度が求められる。具体的には、第１主面１における基底面転位の数を、第１主面１の観察面積で除した値が、第３層１３における基底面転位の面密度とされる。

次に、炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度の測定方法について説明する。
炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度は、たとえば溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて決定される。具体的には、炭化珪素基板１０の第２主面２が、溶融ＫＯＨによってエッチングされる。これにより、第２主面２に露出した基底面転位付近にある炭化珪素領域がエッチングされることにより、第２主面２にエッチピットが形成される。第２主面２に形成されたエッチピットの数を、第２主面２の測定面積で除した値が、炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度に対応する。

ＫＯＨ融液の温度は、たとえば５００℃以上５５０℃以下程度とする。エッチング時間は、たとえば５分以上１０分以下程度とする。エッチング後、第２主面２に形成されたエッチピットが、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡を用いて観察される。平面視において、六角形状のエッチピットは貫通転位に対応する。平面視において、楕円形状のエッチピットは、基底面転位に対応する。

次に、炭化珪素エピタキシャル層２０の第１主面１の表面粗さについて説明する。
炭化珪素エピタキシャル層２０の第１主面１の表面粗さは、たとえば算術平均粗さＳａによって定量化することができる。算術平均粗さＳａは、国際規格ＩＳＯ２５１７８に規定される三次元表面性状パラメータである。算術平均粗さＳａは、白色干渉顕微鏡等を用いて測定することができる。白色干渉顕微鏡の測定面積は、たとえば２５５μｍ角とすることができる。測定位置は、第１主面１における中央、および中央から外周に向けて３０ｍｍ離れた位置であって周方向に等間隔に配置された８カ所の合計９点とすることができる。合計９か所の測定位置における測定値の平均値がＳａ(平均値)とされる。炭化珪素エピタキシャル層２０の第１主面１におけるＳａ(平均値)は、たとえば０．５ｎｍ以下であり、好ましくは０．３５ｎｍ以下であり、さらに好ましくは、０．２ｎｍ以下である。

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置）
図５は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置の構成を示す断面模式図である。図５に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置は、たとえばホットウォール方式の横型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、チャンバ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、内部にチャンバ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、チャンバ２０１が発熱体２０３により加熱される。

チャンバ２０１は、発熱体２０３の内壁面２０５に取り囲まれて形成されている。チャンバ２０１には、炭化珪素基板１０を保持するサセプタ２１０が設けられる。サセプタ２１０は、たとえば炭化珪素により構成されている。炭化珪素基板１０は、サセプタ２１０に載置される。サセプタ２１０は、ステージ２０６上に配置される。ステージ２０６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２０６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２５０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５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からチャンバ２０１に導入され、ガス排気口２０８から排気される。チャンバ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、チャンバ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、たとえばアンモニアガスを含む第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、Ｎ（窒素原子）を含むドーピングガスである。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。なお、第３ガスは、窒素ガスでもよい。

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からチャンバ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(Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)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。言い換えれば、制御部２４５は、ガス供給部２３５とガス導入口２０７とを繋ぐ流路に配置されている。

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、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。

まず、炭化珪素基板１０が準備される。たとえば昇華法により、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素基板１０が準備される。炭化珪素基板１０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板１０の導電型は、たとえばｎ型である。次に、炭化珪素基板１０に対して機械研磨が行われる。次に、炭化珪素基板１０に対して化学的機械研磨が実施される。

次に、炭化珪素基板１０上に炭化珪素エピタキシャル層２０が形成される。具体的には、たとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって炭化珪素基板１０上に炭化珪素エピタキシャル層２０がエピタキシャル成長により形成される。エピタキシャル成長においては、原料ガスとしてたとえばシラン（ＳｉＨ₄）およびプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）が用いられ、キャリアガスとして水素（Ｈ₂）が用いられる。エピタキシャル成長の温度は、たとえば１４００℃以上１７００℃以下程度である。エピタキシャル成長において、ドーパントガスとしてのアンモニアガスが用いられる。これにより、窒素原子が、炭化珪素エピタキシャル層２０に導入される。

図６は、原料ガスの流量と時間との関係を示す模式図である。図６に示されるように、第１時点Ｃ１においては、原料ガスの流量は、第１流量Ａ１とされる。第１時点Ｃ１から第３時点Ｃ３までの間、原料ガスの流量は、第１流量Ａ１で維持される。第１時点Ｃ１から第２時点Ｃ２までの間に、炭化珪素基板１０上に第１層１１が形成される。第２時点Ｃ２から第３時点Ｃ３にかけて、第１層１１上に第２層１２が形成される。第２時点Ｃ２から第３時点Ｃ３までの間において、第１層１１上に第２層１２が形成される。第３時点Ｃ３において、原料ガスの流量は、第１流量Ａ１から第２流量Ａ２まで増加する。第３時点Ｃ３から第４時点Ｃ４までの間、原料ガスの流量は第２流量Ａ２で維持される。第３時点Ｃ３から第４時点Ｃ４までの間において、第２層１２上に第３層１３が形成される。

原料ガスの流量は、たとえばシランガスの流量である。原料ガスがシランガスの場合、第１流量Ａ１はたとえば３０ｓｃｃｍであり、かつ第２流量Ａ２はたとえば１００ｓｃｃｍである。原料ガスの流量は、たとえばプロパンガスの流量であってもよい。原料ガスがプロパンガスの場合、第１流量Ａ１はたとえば２０ｓｃｃｍであり、かつ第２流量Ａ２はたとえば６０ｓｃｃｍである。

図７は、アンモニアガスの流量と時間との関係を示す模式図である。図７に示されるように、第１時点Ｃ１においては、アンモニアガスの流量は０とされる。第１時点Ｃ１においては、チャンバ２０１にアンモニアガスは実質的に導入されない。第１時点Ｃ１から第２時点Ｃ２までの間、アンモニアガスの流量は０で維持される。第１時点Ｃ１から第２時点Ｃ２までの間に、炭化珪素基板１０上に第１層１１が形成される。第１層１１には、第３ガス供給部２３３から供給されたアンモニアガスに起因した窒素原子は導入されない。しかしながら、第１層１１には、バックグラウンドの窒素原子が導入されてもよい。

第２時点Ｃ２において、アンモニアガスの流量は０から第３流量Ｂ１まで増加する。第２時点Ｃ２から第３時点Ｃ３までの間、アンモニアガスの流量は第３流量Ｂ１で維持される。第２時点Ｃ２から第３時点Ｃ３までの間において、第１層１１上に第２層１２が形成される。第３時点Ｃ３において、アンモニアガスの流量は第３流量Ｂ１から第４流量Ｂ２まで減少する。第３時点Ｃ３から第４時点Ｃ４までの間、アンモニアガスの流量は第４流量Ｂ２で維持される。第３時点Ｃ３から第４時点Ｃ４までの間において、第２層１２上に第３層１３が形成される。第３流量Ｂ１は、たとえば２０ｓｃｃｍである。第４流量Ｂ２は、たとえば１０ｓｃｃｍである。以上により、炭化珪素基板１０と炭化珪素エピタキシャル層２０とを有する炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される（図２参照）。

（炭化珪素半導体装置）
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置３００の構成について説明する。図８は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置３００の構成を示す断面模式図である。図８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３００は、炭化珪素エピタキシャル基板１００と、ゲート絶縁膜１１５と、ゲート電極１２７と、ソース電極１１６と、ドレイン電極１２０と、ソース配線１１９と、層間絶縁膜１２６とを主に有している。炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル層２０と、第１主面１と、第２主面２とを有している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１層１１と、第２層１２と、第３層１３と、ボディ領域１１３と、ソース領域１１４と、コンタクト領域１１８とを有している。

ボディ領域１１３は、第３層１３上に形成されている。ボディ領域１１３は、第３層１３に接している。ボディ領域１１３は、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物を含む。ボディ領域１１３は、ｐ型の導電型を有する。ソース領域１１４は、ボディ領域１１３上に形成されている。ソース領域１１４は、たとえばリンなどのｎ型不純物を含む。ソース領域１１４は、ｎ型の導電型を含む。ソース領域１１４が含むｎ型不純物の濃度は、ボディ領域１１３が含むｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。

コンタクト領域１１８は、ソース領域１１４およびボディ領域１１３を貫通する。コンタクト領域１１８は、ソース領域１１４、ボディ領域１１３および第３層１３の各々に接している。コンタクト領域１１８は、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物を含む。コンタクト領域１１８が含むｐ型不純物の濃度は、ソース領域１１４が含むｎ型不純物の濃度よりも高くてもよい。

炭化珪素エピタキシャル基板１００は、複数の基底面転位６を有している。複数の基底面転位６は、第１基底面転位３１と、第２基底面転位３２とを有している。第１基底面転位３１は、炭化珪素基板１０に位置している。第１基底面転位３１は、第２主面２においてドレイン電極１２０に接していてもよい。第２基底面転位３２は、炭化珪素基板１０と炭化珪素エピタキシャル層２０とに位置している。第２基底面転位３２は、第１層１１、第２層１２および第３層１３の各々を貫通している。第２基底面転位３２は、ボディ領域１１３およびソース領域１１４の各々を貫通していてもよい。第２基底面転位３２は、第１主面１においてソース電極１１６に接していてもよい。

第１主面１には、トレンチ１０６が設けられている。トレンチ１０６は、側面１０３と、底面１０４とにより規定される。側面１０３は、ソース領域１１４と、ボディ領域１１３と、第３層１３とにより構成される。底面１０４は、第３層１３により構成される。

ゲート絶縁膜１１５は、底面１０４において第３層１３と接し、側面１０３において第３層１３、ボディ領域１１３およびソース領域１１４の各々に接している。ゲート電極１２７は、ゲート絶縁膜１１５上に配置されている。ゲート電極１２７は、トレンチ１０６の内部においてゲート絶縁膜１１５に接する。ゲート電極１２７は、トレンチ１０６の側面１０３および底面１０４の各々と対面している。

層間絶縁膜１２６は、ゲート電極１２７を覆っている。層間絶縁膜１２６は、ゲート絶縁膜１１５と接している。層間絶縁膜１２６は、たとえば二酸化珪素を含む材料により構成される。ソース電極１１６は、ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８の各々に接する。ソース電極１１６は、たとえばＴｉ、ＡｌおよびＳｉを含む材料からなる。ソース配線１１９は、ソース電極１１６に接する。ソース配線１１９は、ソース電極１１６と電気的に接続されている。ソース配線１１９は、ソース電極１１６および層間絶縁膜１２６を覆っている。ドレイン電極１２０は、第２主面２において炭化珪素基板１０に接している。

なお、上記実施形態においては、炭化珪素半導体装置３００がＭＯＳＦＥＴの場合について説明したが、炭化珪素半導体装置３００は、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。炭化珪素半導体装置３００は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であってもよい。

（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３００の製造方法について説明する。

まず、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）。次に、ボディ領域を形成する工程が実施される。図９は、ボディ領域を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層２０の第３層１３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、ｐ型の導電型を有するボディ領域１１３が形成される。ボディ領域１１３の厚みは、たとえば０．９μｍである。ボディ領域は、第２基底面転位３２に接するように形成されてもよい。

次に、ソース領域を形成する工程が実施される。図１０は、ソース領域を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、ボディ領域１１３に対して、たとえばリンなどのｎ型不純物がイオン注入される。これにより、ｎ型の導電型を有するソース領域１１４が形成される。ソース領域１１４の厚みは、たとえば０．４μｍである。ソース領域１１４が含むｎ型不純物の濃度は、ボディ領域１１３が含むｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。ソース領域１１４は、第２基底面転位３２に接するように形成されてもよい。

次に、ソース領域１１４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とにより、コンタクト領域１１８が形成される。コンタクト領域１１８は、ソース領域１１４およびボディ領域１１３を貫通し、第３層１３に接するように形成される。コンタクト領域１１８が含むｐ型不純物の濃度は、ソース領域１１４が含むｎ型不純物の濃度よりも高くてもよい。

次に、イオン注入された不純物を活性化するため活性化アニールが実施される。活性化アニールの温度は、好ましくは１５００℃以上１９００℃以下であり、たとえば１７００℃程度である。活性化アニールの時間は、たとえば３０分程度である。活性化アニールの雰囲気は、好ましくは不活性ガス雰囲気であり、たとえばＡｒ雰囲気である。

次に、第１主面１にトレンチを形成する工程が実施される。図１１は、第１主面１にトレンチ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、ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８から構成される第１主面１上に、開口を有するマスク１１７が形成される。マスク１１７を用いて、ソース領域１１４と、ボディ領域１１３と、第３層１３の一部とがエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば反応性イオンエッチング、特に誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてＳＦ₆またはＳＦ₆とＯ₂との混合ガスを用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。エッチングにより、第１主面１に凹部が形成される。

次に、凹部において熱エッチングが行われる。熱エッチングは、第１主面１上にマスク１１７が形成された状態で、たとえば、少なくとも１種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素（Ｃｌ）原子およびフッ素（Ｆ）原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、たとえば、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃、ＳＦ₆またはＣＦ₄を含む。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば７００℃以上１０００℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガスなどを用いることができる。

図１１に示されるように、熱エッチングにより、第１主面１にトレンチ１０６が形成される。トレンチ１０６は、側面１０３と、底面１０４とにより規定される。側面１０３は、ソース領域１１４と、ボディ領域１１３と、第３層１３とにより構成される。底面１０４は、第３層１３により構成される。次に、マスク１１７が第１主面１から除去される。

次に、ゲート絶縁膜を形成する工程が実施される。図１２は、ゲート絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、第１主面１にトレンチ１０６が形成された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、たとえば１３００℃以上１４００℃以下の温度で加熱される。これにより、底面１０４において第３層１３と接し、側面１０３において第３層１３、ボディ領域１１３およびソース領域１１４の各々に接し、かつ第１主面１においてソース領域１１４およびコンタクト領域１１８の各々と接するゲート絶縁膜１１５が形成される。

次に、ゲート電極を形成する工程が実施される。図１３は、ゲート電極および層間絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。ゲート電極１２７は、トレンチ１０６の内部においてゲート絶縁膜１１５に接するように形成される。ゲート電極１２７は、トレンチ１０６の内部に配置され、ゲート絶縁膜１１５上においてトレンチ１０６の側面１０３および底面１０４の各々と対面するように形成される。ゲート電極１２７は、たとえばＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。

次に、層間絶縁膜１２６が形成される。層間絶縁膜１２６は、ゲート電極１２７を覆い、かつゲート絶縁膜１１５と接するように形成される。層間絶縁膜１２６は、たとえば化学気相成長法により形成される。層間絶縁膜１２６は、たとえば二酸化珪素を含む材料により構成される。次に、ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８上に開口部が形成されるように、層間絶縁膜１２６およびゲート絶縁膜１１５の一部がエッチングされる。これにより、コンタクト領域１１８およびソース領域１１４がゲート絶縁膜１１５から露出する。

次に、ソース電極を形成する工程が実施される。ソース電極１１６は、ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８の各々に接するように形成される。ソース電極１１６は、たとえばスパッタリング法により形成される。ソース電極１１６は、たとえばＴｉ、ＡｌおよびＳｉを含む材料からなる。

次に、合金化アニールが実施される。具体的には、ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８の各々と接するソース電極１１６が、たとえば９００℃以上１１００℃以下の温度で５分程度保持される。これにより、ソース電極１１６の少なくとも一部がシリサイド化する。これにより、ソース領域１１４とオーミック接合するソース電極１１６が形成される。好ましくは、ソース電極１１６は、コンタクト領域１１８とオーミック接合する。

次に、ソース配線１１９が形成される。ソース配線１１９は、ソース電極１１６と電気的に接続される。ソース配線１１９は、ソース電極１１６および層間絶縁膜１２６を覆うように形成される。

次に、ドレイン電極１２０を形成する工程が実施される。まず、第２主面２において、炭化珪素基板１０が研磨される。これにより、炭化珪素基板１０の厚みが薄くなる。第１基底面転位３１および第２基底面転位３２の各々の一部が研磨によって除去されてもよい。次に、ドレイン電極１２０が形成される。ドレイン電極１２０は、第２主面２において、炭化珪素基板１０と接するように形成される。ドレイン電極１２０は、第１基底面転位３１および第２基底面転位３２の各々に接するように形成されてもよい。以上により、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置３００が製造される（図８参照）。

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００および炭化珪素半導体装置３００の作用効果について説明する。

発明者らは、炭化珪素エピタキシャル層２０の表面粗さの増大を抑制しつつ、炭化珪素エピタキシャル層２０に引き継がれる基底面転位の面密度を低減する方策について鋭意検討を行って実験を積み重ねた結果、本実施態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００を見出した。

本実施態様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２０は、炭化珪素基板１０に接する第１層１１と、第１層１１上にある第２層１２と、第２層１２上にある第３層１３とを含んでいる。第１層１１の窒素濃度は、第３層１３の窒素濃度よりも高く、かつ第２層１２の窒素濃度よりも低い。炭化珪素基板１０の窒素濃度は、第２層１２の窒素濃度よりも高い。第１層１１の厚みは、第２層１２の厚みよりも小さい。これにより、基底面転位が炭化珪素基板１０から炭化珪素エピタキシャル層２０へ引き継がれることを効果的に抑制することができる。結果として、第３層１３における基底面転位の面密度を低減することができる。また炭化珪素基板１０においては、溶融ＫＯＨによってエッチピットが形成されていない。そのため、炭化珪素基板１０上に炭化珪素エピタキシャル層２０を形成した場合において、炭化珪素エピタキシャル層２０の表面粗さの増大を抑制することができる。従って、炭化珪素エピタキシャル層２０の表面粗さの増大を抑制しつつ、炭化珪素エピタキシャル層２０における基底面転位の面密度を低減することができる。そのため、当該炭化珪素エピタキシャル基板１００を用いて製造された炭化珪素半導体装置３００の歩留まりを向上することができる。

（サンプル準備）
サンプル１～１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００を準備した。サンプル２～７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および８～１０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１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素基板１０の上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層２０とを有している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、第２層１２と第３層１３とにより構成されている。サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、第１層１１を有していない。

サンプル２～１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素基板１０の上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層２０とを有している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１層１１と第２層１２と第３層１３とにより構成されている。第１層１１の厚み（第１厚みＴ１）は、０．０５μｍ以上１．０μｍ以下とした。第１層１１の窒素濃度（第１窒素濃度Ｎ１）は、０．０２×１０¹⁷ｃｍ^-3以上２０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下とした。

サンプル１～１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、第２層１２の厚み（第２厚みＴ２）は１μｍとし、かつ、第２層１２の窒素濃度（第２窒素濃度Ｎ２）は１×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。サンプル１～９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、第３層１３の厚み（第３厚みＴ３）は１０μｍとし、かつ、第３層１３の窒素濃度（第３窒素濃度Ｎ３）は８×１０¹⁵ｃｍ^-3とした。

（評価方法）
サンプル１～１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第３層１３の第１主面１における基底面転位の面密度と、炭化珪素基板１０の第２主面２における基底面転位の面密度を測定した。基底面転位の面密度は、株式会社フォトンデザイン社製のフォトルミネッセンスイメージング装置（型番：ＰＬＩ－２００）を用いて測定した。炭化珪素エピタキシャル基板１００の第１主面１に対して励起光を照射した。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００からフォトルミネッセンス光が発生した。フォトルミネッセンス光は、イメージセンサによって検出された。励起光の波長は、３１３ｎｍとした。励起光の強度は、０．１ｍＷ／ｃｍ^２以上２Ｗ／ｃｍ^２以下とした。励起光の露光時間は、０．５秒以上１２０秒以下とした。

イメージセンサによって検出された第１主面１のフォトルミネッセンス画像に基づいて、第１主面１における基底面転位の数を求めた。第１主面１における基底面転位の数を第１主面１の測定面積で除した値を、第３層１３の基底面転位密度とした。炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度は、溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて決定された。第２主面２に形成されたエッチピットの数を、第２主面２の測定面積で除した値を、炭化珪素基板１０における基底面転位の面密度とした。ＫＯＨ融液の温度は、５００℃以上５５０℃以下とした。エッチング時間は、たとえば５分以上１０分以下とした。

（評価結果）

表１は、サンプル１～１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第３層１３の第１主面１における基底面転位の面密度（Ｂ）と、炭化珪素基板１０の第２主面２における基底面転位の面密度（Ａ）と、ＢをＡで除した値（Ｂ／Ａ）とを示している。表１に示されるように、サンプル２～７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第３層１３の第１主面１における基底面転位の面密度（Ｂ）は、０．０２個／ｃｍ²以上０．８５／ｃｍ²以下であった。一方、サンプル１および８～１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第３層１３の第１主面１における基底面転位の面密度（Ｂ）は、３．１３個／ｃｍ²以上９．５１／ｃｍ²以下であった。

表１に示されるように、サンプル２～７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第３層１３の第１主面１における基底面転位の面密度（Ｂ）を、炭化珪素基板１０の第２主面２における基底面転位の面密度（Ａ）で除した値（Ｂ／Ａ）は、０．０００１以上０．０００９以下であった。一方、サンプル１および８～１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第３層１３の第１主面１における基底面転位の面密度（Ｂ）を、炭化珪素基板１０の第２主面２における基底面転位の面密度（Ａ）で除した値（Ｂ／Ａ）は、０．００１３５以上０．０２７１以下であった。

以上の通り、炭化珪素基板１０と第２層１２（バッファ層）との間において第１層１１（低濃度層）を設けることにより、基底面転位が炭化珪素基板１０から第３層１３へ引き継がれることを効果的に抑制することができることが確かめられた。結果として、第３層１３における基底面転位の面密度を低減することができる。

今回開示された実施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実施形態および実施例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 第１主面
２ 第２主面
３ オリエンテーションフラット
４ 円弧状部
５ 外周縁
６ 基底面転位
１０ 炭化珪素基板
１１ 第１層
１２ 第２層
１３ 第３層
１４ 第３主面
２０ 炭化珪素エピタキシャル層
３１ 第１基底面転位
３２ 第２基底面転位
１００ 炭化珪素エピタキシャル基板
１０１ 第１方向
１０２ 第２方向
１０３ 側面
１０４ 底面
１０６ トレンチ
１１３ ボディ領域
１１４ ソース領域
１１５ ゲート絶縁膜
１１６ ソース電極
１１７ マスク
１１８ コンタクト領域
１１９ ソース配線
１２０ ドレイン電極
１２６ 層間絶縁膜
１２７ ゲート電極
２００ フォトルミネッセンスイメージング装置
２０１ チャンバ
２０３ 発熱体
２０４ 石英管
２０５ 内壁面
２０６，２３９ ステージ
２０７ ガス導入口
２０８ ガス排気口
２０９ 回転軸
２１０ サセプタ
２２０ 励起光生成ユニット
２２１ 光源部
２２２ 導光部
２２３ フィルタ部
２３０ イメージングユニット
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
２３６ カラーイメージセンサ
２３７ 近赤外対物レンズ
２３８，２４５ 制御部
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
２５０ 製造装置
３００ 炭化珪素半導体装置
Ａ１ 第１流量
Ａ２ 第２流量
Ｂ１ 第３流量
Ｂ２ 第４流量
Ｃ１ 第１時点
Ｃ２ 第２時点
Ｃ３ 第３時点
Ｃ４ 第４時点
ＬＥ 励起光
ＬＬ フォトルミネッセンス光
Ｎ１ 第１窒素濃度
Ｎ２ 第２窒素濃度
Ｎ３ 第３窒素濃度
Ｎ４ 第４窒素濃度
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ｐ３ 第３位置
Ｐ４ 第４位置
Ｔ１ 第１厚み
Ｔ２ 第２厚み
Ｔ３ 第３厚み
Ｔ４ 第４厚み
Ｗ１ 最大径
θ オフ角

Claims (7)

1. 炭化珪素基板と、
   前記炭化珪素基板上にある炭化珪素エピタキシャル層とを備え、
   前記炭化珪素エピタキシャル層は、前記炭化珪素基板に接する第１層と、前記第１層上にある第２層と、前記第２層上にある第３層とを含み、
   前記第１層の窒素濃度は、前記第３層の窒素濃度よりも高く、かつ前記第２層の窒素濃度よりも低く、
   前記炭化珪素基板の窒素濃度は、前記第２層の窒素濃度よりも高く、
   前記第１層の厚みは、前記第２層の厚みよりも小さく、
   前記第３層における基底面転位の面密度は、０．０１個／ｃｍ²以上１個／ｃｍ²以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。
2. 前記第１層の窒素濃度は、５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上５×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であり、
   前記第１層の厚みは、０．０１μｍ以上０．６μｍ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. 前記第１層の窒素濃度は、８×１０¹⁶ｃｍ^-3以上４×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であり、
   前記第１層の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である、請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
4. 前記第２層の窒素濃度は、５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であり、
   前記第２層の厚みは、０．６μｍ以上３μｍ以下である、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。
5. 前記第３層の窒素濃度は、２×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であり、
   前記第３層の厚みは、３μｍ以上５０μｍ以下である、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。
6. 前記第３層における基底面転位の面密度を、前記炭化珪素基板における基底面転位の面密度で除した値は、０．０１以下である、請求項１から請求項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. 請求項１から請求項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を備えた、炭化珪素半導体装置。

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