JP2022137674A - 炭化珪素エピタキシャル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】三角欠陥の面密度を低減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バッファ層と、バッファ層上にあるドリフト層とを含む。ドリフト層の厚みは、２μｍ以上である。ドリフト層は、バッファ層に接する第１主面と、第１主面の反対側にある第２主面とを有している。静電容量電圧法によってドリフト層のキャリア濃度を測定した場合、第２主面から第１主面に向かって０．７μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第１キャリア濃度とし、第２主面から第１主面に向かって１．２μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第２キャリア濃度とすると、第２キャリア濃度を第１キャリア濃度で除した値は、１．３以上である。
【選択図】図３

Description

本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板に関する。

国際公開第２０１８／０９６６８４号（特許文献１）には、キャリア濃度遷移層を有する炭化珪素半導体ウエハが記載されている。キャリア濃度遷移層は、厚さ方向においてキャリア濃度勾配を有している。

国際公開第２０１８／０９６６８４号

本開示の目的は、三角欠陥の面密度を低減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、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バッファ層と、バッファ層上にあるドリフト層とを含む。ドリフト層の厚みは、２μｍ以上である。ドリフト層は、バッファ層に接する第１主面と、第１主面の反対側にある第２主面とを有している。静電容量電圧法によってドリフト層のキャリア濃度を測定した場合、第２主面から第１主面に向かって０．７μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第１キャリア濃度とし、第２主面から第１主面に向かって１．２μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第２キャリア濃度とすると、第２キャリア濃度を第１キャリア濃度で除した値は、１．３以上である。

本開示によれば、三角欠陥の面密度を低減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、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、ドリフト層におけるキャリア濃度と厚み方向の位置との関係を示す模式図である。 図４は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板のキャリア濃度の測定装置の構成を示す一部断面模式図である。 図５は、図１の領域Ｖの拡大模式図である。 図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面模式図である。 図７は、図１の領域ＶＩＩの拡大模式図である。 図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面模式図である。 図９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１０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。

［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１０は、炭化珪素基板１１と、炭化珪素エピタキシャル層１２とを備えている。炭化珪素エピタキシャル層１２は、炭化珪素基板１１上にある。炭化珪素エピタキシャル層１２は、炭化珪素基板１１に接するバッファ層２１と、バッファ層２１上にあるドリフト層２２とを含む。ドリフト層２２の厚みは、２μｍ以上である。ドリフト層２２は、バッファ層２１に接する第１主面１と、第１主面１の反対側にある第２主面２とを有している。静電容量電圧法によってドリフト層２２のキャリア濃度を測定した場合、第２主面２から第１主面１に向かって０．７μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第１キャリア濃度Ｎ１とし、第２主面２から第１主面１に向かって１．２μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第２キャリア濃度Ｎ２とすると、第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、１．３以上である。

（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０において、第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、４．５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１０において、第２主面２から第１主面１に向かって１．１μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第３キャリア濃度Ｎ３とすると、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、１．１以上であってもよい。

（４）上記（３）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０において、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、２．５以下であってもよい。

［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。

まず、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の構成について説明する。図１は、炭化珪素エピタキシャル基板１０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１０は、炭化珪素基板１１と、炭化珪素エピタキシャル層１２とを有している。炭化珪素エピタキシャル層１２は、炭化珪素基板１１上にある。炭化珪素エピタキシャル層１２は、バッファ層２１と、ドリフト層２２とを含んでいる。バッファ層２１は、炭化珪素基板１１に接している。ドリフト層２２は、バッファ層２１上にある。ドリフト層２２は、第１主面１と、第２主面２とを有している。第１主面１は、バッファ層２１に接する。第２主面２は、第１主面１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１０の表面を構成する。

炭化珪素基板１１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、炭化珪素エピタキシャル層１２に接している。第３主面３は、バッファ層２１に接している。第３主面３は、ドリフト層２２から離間している。第４主面４は、炭化珪素エピタキシャル基板１０の裏面を構成する。第４主面４は、炭化珪素エピタキシャル層１２から離間している。炭化珪素基板１１を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。バッファ層２１およびドリフト層２２の各々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１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、炭化珪素エピタキシャル基板１０は、外周縁１５を有している。外周縁１５は、たとえばオリエンテーションフラット１３と、円弧状部１４とを有している。オリエンテーションフラット１３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、炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、オリエンテーションフラット１３は直線状である。円弧状部１４は、オリエンテーションフラット１３に連なっている。炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、円弧状部１４は、円弧状である。

図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、第２主面２は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に沿って延在している。炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、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。

図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０の直径（第１幅Ｗ１）は、特に限定されないが、たとえば１００ｍｍ（４インチ）以上である。第１幅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。第１幅Ｗ１の上限は、特に限定されない。第１幅Ｗ１は、たとえば２００（８インチ）ｍｍ以下であってもよい。

なお本明細書において、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。

炭化珪素エピタキシャル基板１０の第２主面２は、たとえば｛０００１｝面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。具体的には、第２主面２は、（０００１）面または（０００１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。第１主面１は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下のオフ角で傾斜していてもよい。

オフ角の上限は、特に限定されないが、たとえば６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。オフ角の下限は、特に限定されないが、たとえば２°以上であってもよいし、１°以上であってもよい。オフ方向は、特に限定されないが、たとえば＜１１－２０＞方向であってもよいし、＜０００１＞方向であってもよい。

炭化珪素基板１１は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板１１の導電型は、たとえばｎ型（第１導電型）である。この場合、キャリアは電子である。炭化珪素基板１１のキャリア濃度は、たとえば１×１０¹⁹ｍ^-3以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下である。炭化珪素基板１１の厚み（第４厚みＴ４）は、特に限定されないが、たとえば２００μｍ以上５００μｍ以下である。

バッファ層２１は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含んでいる。バッファ層２１の導電型は、たとえばｎ型（第１導電型）である。この場合、キャリアは電子である。バッファ層２１のキャリア濃度は、たとえば１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下である。バッファ層２１の厚み（第１厚みＴ１）は、特に限定されないが、たとえば０．１μｍ以上１０μｍ以下である。

ドリフト層２２は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含んでいる。ドリフト層２２の導電型は、たとえばｎ型（第１導電型）である。この場合、キャリアは電子である。ドリフト層２２のキャリア濃度は、たとえば１×１０¹⁴ｃｍ^-3以上１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である。ドリフト層２２の平均キャリア濃度は、バッファ層２１の平均キャリア濃度よりも低くてもよい。なお、平均キャリア濃度とは、炭化珪素エピタキシャル層１２の厚み方向におけるキャリア濃度の平均値である。炭化珪素エピタキシャル層１２の厚み方向において、キャリア濃度の測定位置の間隔は、たとえば０．１μｍである。

ドリフト層２２の厚み（第２厚みＴ２）は、２μｍ以上である。第２厚みＴ２の下限は、特に限定されないが、たとえば４μｍ以上であってもよいし、６μｍ以上であってもよい。第２厚みＴ２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。

図３は、ドリフト層２２におけるキャリア濃度と厚み方向の位置との関係を示す模式図である。図３において、縦軸はドリフト層２２のキャリア濃度を示している。第３において、横軸はドリフト層２２の厚み方向の位置を示している。炭化珪素エピタキシャル層１２の厚み方向において、第５位置Ｐ５は、第２主面２に対応する。

第２主面２から第１主面１に向かって０．７μｍ離れた位置（第１位置Ｐ１）におけるキャリア濃度は、第１キャリア濃度Ｎ１である。第２主面２から第１主面１に向かって１．２μｍ離れた位置（第２位置Ｐ２）におけるキャリア濃度は、第２キャリア濃度Ｎ２である。第２主面２から第１主面１に向かって１．１μｍ離れた位置（第３位置Ｐ３）におけるキャリア濃度は、第３キャリア濃度Ｎ３である。ドリフト層２２の厚み方向において、第１位置Ｐ１は、第５位置Ｐ５と第３位置Ｐ３との間にある。ドリフト層２２の厚み方向において、第３位置Ｐ３は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間にある。

図３に示されるように、第１位置Ｐ１から第３位置Ｐ３に向かうにつれて、ドリフト層２２のキャリア濃度は、たとえば単調に増加している。第３位置Ｐ３から第２位置Ｐ２に向かうにつれて、ドリフト層２２のキャリア濃度は、たとえば単調に増加している。第３キャリア濃度Ｎ３は、第２キャリア濃度Ｎ２よりも低い。第１キャリア濃度Ｎ１は、第３キャリア濃度Ｎ３よりも低い。第３キャリア濃度Ｎ３は、第１キャリア濃度Ｎ１と第２キャリア濃度Ｎ２との間の濃度である。

第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、１．３以上である。第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値の下限は、特に限定されないが、たとえば１．５以上であってもよいし、１．７以上であってもよい。第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、たとえば４．５以下であってもよい。第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値の下限は、特に限定されないが、たとえば４．０以下であってもよいし、３．５以下であってもよい。

第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、たとえば１．１以上であってもよい。第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値の下限は、特に限定されないが、たとえば１．２以上であってもよいし、１．３以上であってもよい。第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、たとえば２．５以下であってもよい。第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値の上限は、特に限定されないが、たとえば２．４以下であってもよいし、２．３以下であってもよい。

第２主面２から第１主面１に向かって０．９μｍ離れた位置（第４位置Ｐ４）におけるキャリア濃度は、第４キャリア濃度Ｎ４である。ドリフト層２２の厚み方向において、第４位置Ｐ４は、第１位置Ｐ１と第３位置Ｐ３との間にある。第１位置Ｐ１から第４位置Ｐ４の間においては、ドリフト層２２のキャリア濃度は、ほとんど変化しない。第４キャリア濃度Ｎ４は、第１キャリア濃度Ｎ１とほぼ同じである。

具体的には、第４キャリア濃度Ｎ４を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、たとえば０．９５以上１．０５以下である。第４キャリア濃度Ｎ４を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、たとえば０．９７以上１．０３以下であってもよい。第４キャリア濃度Ｎ４は、第１キャリア濃度Ｎ１よりも高くてもよいし、第１キャリア濃度Ｎ１よりも低くてもよい。第１位置Ｐ１から第５位置Ｐ５の間においては、キャリア濃度はほぼ一定である。

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度の測定方法について説明する。図４は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度の測定方法を示す一部断面模式図である。

炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度は、たとえばＦｏｕｒ Ｄｉｍｅｓｉｏｎｓ社製のＣ－Ｖ（静電容量－電圧）測定装置（型番：ＣＶｍａｐ９２Ａ）を用いて測定することができる。図４に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０の第２主面２に対面するように、水銀プローブ１１０が配置される。水銀プローブ１１０の内部にある水銀を真空引きで吸い上げることにより、水銀が第２主面２に接触する。水銀プローブ１１０の測定径は、約１．２ｍｍである。測定速度は、１点あたり約１分である。電極１１１は、たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１０の第４主面４に接続されている。水銀プローブ１１０と電極１１１とを用いて炭化珪素エピタキシャル基板１０に電圧が印加される。これにより、ドリフト層２２に空乏層が形成される。次に、水銀プローブ１１０と電極１１１との間の静電容量が測定される。

次に、静電容量（Ｃ）および電圧（Ｖ）に基づいて、ドリフト層２２のキャリア濃度が計算により見積もられる。ドリフト層２２のキャリア濃度は、以下の数式１を用いて求められる。

１／Ｃ²＝｛２／（ｅ×ε₀×ε_S）｝×（Ｖ－Ｖ_ｄ）×Ｎ_d ・・・（数式１）
Ｃ：水銀プローブ１１０で測定された静電容量（Ｆ）
ｅ：電荷素量＝１．６０２×１０^-19（Ｃ）
ε_S：ドリフト層２２の比誘電率
ε₀：真空の誘電率＝８．８５４×１０^-14（Ｆ／ｃｍ）
Ｖ：炭化珪素エピタキシャル基板１０に印加した電圧（Ｖ）
Ｖ_d：基準電位（Ｖ）
Ｎ_d：ドリフト層２２のキャリア濃度（ｃｍ^-3）
以上のように、ドリフト層２２のキャリア濃度は、接触型静電容量電圧法（ＣＶ法）によって測定される。静電容量電圧法によってドリフト層２２のキャリア濃度を測定した場合、第２主面２から第１主面１に向かって０．７μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第１キャリア濃度Ｎ１とし、第２主面２から第１主面１に向かって１．２μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第２キャリア濃度Ｎ２とすると、第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、１．３以上である。なお、ドリフト層２２のキャリア濃度は、非接触型静電容量電圧法を用いて測定されてもよい。非接触型静電容量電圧装置は、たとえばＳＥＭＩＬＡＢ社製のＣ－Ｖ（静電容量－電圧）測定装置（型番：ＦＡａＳＴ２１０）である。

図５は、図１の領域Ｖの拡大模式図である。図５に示されるように、第２主面２には、第１三角欠陥３０があってもよい。第２主面２に対して垂直な方向に見て、第１三角欠陥３０の外形は、三角形である。第２主面２に対して垂直な方向に見て、第１方向１０１における第１三角欠陥３０の長さは、第１長さＬ１である。第２主面２に対して垂直な方向に見て、第２方向１０２における第１三角欠陥３０の長さは、第２長さＬ２である。第２長さＬ２は、特に限定されないが、たとえば第１長さＬ１の０．５倍以上２倍以下であってもよい。

図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面模式図である。図６に示されるように、第１三角欠陥３０は、第１部分３１と、第２部分３２と、第１起点３３とを有していてもよい。第１起点３３は、炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル層１２との境界である第３主面３に位置している。第１三角欠陥３０は、たとえば積層欠陥を含んでいる。

第１部分３１は、第１起点３３から第２主面２まで連続的に延在している。第１部分３１は、第１起点３３および第２主面２の各々に連なっている。第１部分３１は、基底面に沿って延在している。第１部分３１は、たとえば基底面転位であってもよい。第２部分３２は、第１起点３３から第２主面２まで連続的に延在している。第２部分３２は、第１起点３３および第２主面２の各々に連なっている。第２部分３２は、第２主面２に対して垂直な方向に沿って延在していてもよい。

第２主面２の中心における炭化珪素エピタキシャル層１２の厚みを第３厚みＴ３とすると、第１方向１０１における第１三角欠陥３０の長さ（第１長さＬ１）は、理想的には（Ｔ３／ｔａｎθ）となる。面内方向において炭化珪素エピタキシャル層１２の厚みは、ばらついている。本実施形態の炭化珪素エピタキシャル基板１０においては、第１長さＬ１が０．９×（Ｔ３／ｔａｎθ）以上１．１×（Ｔ３／ｔａｎθ）以下である三角欠陥を第１三角欠陥３０とする。

第２主面２における第１三角欠陥３０の面密度は、たとえば０．３個／ｃｍ²以下である。第２主面２における第１三角欠陥３０の面密度の上限は、特に限定されないが、たとえば０．２個／ｃｍ²以下であってもよいし、０．１個／ｃｍ²以下であってもよい。第２主面２における第１三角欠陥３０の面密度の下限は、特に限定されないが、たとえば０．００５個／ｃｍ²以上であってもよいし、０．０１個／ｃｍ²以上であってもよい。

図７は、図１の領域ＶＩＩの拡大模式図である。図７に示されるように、第２主面２には、第２三角欠陥４０があってもよい。第２主面２に対して垂直な方向に見て、第２三角欠陥４０の外形は、三角形である。第２主面２に対して垂直な方向に見て、第１方向１０１における第２三角欠陥４０の長さは、第３長さＬ３である。第２主面２に対して垂直な方向に見て、第２方向１０２における第２三角欠陥４０の長さは、第４長さＬ４である。第４長さＬ４は、特に限定されないが、たとえば第３長さＬ３の０．５倍以上２倍以下であってもよい。

炭化珪素エピタキシャル基板１０の厚み方向に見て、第２三角欠陥４０の面積は、第１三角欠陥３０の面積よりも小さい。具体的には、第３長さＬ３は、第１長さＬ１よりも小さい。第４長さＬ４は、第２長さＬ２よりも小さい。

図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面模式図である。図８に示されるように、第２三角欠陥４０は、第３部分４１と、第４部分４２と、第２起点４３とを有していてもよい。第２起点４３は、炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル層１２との境界である第３主面３から離間している。第２起点４３は、炭化珪素エピタキシャル層１２に位置している。第２起点４３は、ドリフト層２２に位置していてもよいし、バッファ層２１に位置していてもよい。

第３部分４１は、第２起点４３から第２主面２まで連続的に延在している。第３部分４１は、第２起点４３および第２主面２の各々に連なっている。第３部分４１は、基底面に沿って延在している。第３部分４１は、たとえば基底面転位であってもよい。第４部分４２は、第２起点４３から第２主面２まで連続的に延在している。第４部分４２は、第２起点４３および第２主面２の各々に連なっている。第４部分４２は、第２主面２に対して垂直な方向に沿って延在していてもよい。

第２欠陥４０の厚みを第５厚みＴ５とすると、第１方向１０１における第２三角欠陥４０の長さ（第３長さＬ３）は、（Ｔ５／ｔａｎθ）となる。第２主面２の中心における炭化珪素エピタキシャル層１２の厚みを第３厚みＴ３とすると、（Ｔ５／ｔａｎθ）は、（Ｔ３／ｔａｎθ）よりも小さくなる。本実施形態の炭化珪素エピタキシャル基板１０においては、第３長さＬ３が０．９×（Ｔ３／ｔａｎθ）未満である三角欠陥を第２三角欠陥４０とする。

第２主面２における第２三角欠陥４０の面密度は、たとえば０．０８個／ｃｍ²以下である。第２主面２における第２三角欠陥４０の面密度の上限は、特に限定されないが、たとえば０．０４個／ｃｍ²以下であってもよいし、０．０２個／ｃｍ²以下であってもよい。第２主面２における第２三角欠陥４０の面密度の下限は、特に限定されないが、たとえば０．００１個／ｃｍ²以上であってもよいし、０．００５個／ｃｍ²以上であってもよい。

図９は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の製造装置の構成を示す断面模式図である。図９に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１０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１０の製造装置２００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１１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１１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１０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９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１０の製造方法について説明する。

まず、炭化珪素基板１１が準備される。炭化珪素基板１１は、たとえば昇華法によって製造された炭化珪素インゴットをスライスすることにより得られる。炭化珪素基板１１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。炭化珪素基板１１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１１の導電型は、たとえばｎ型（第１導電型）である。

次に、炭化珪素基板１１がチャンバ２０１に配置される。炭化珪素基板１１は、チャンバ２０１内において、サセプタ２１０上に載置される。次に、チャンバ２０１が、たとえば１６００℃以上１７００℃以下の温度まで昇温される。次に、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がチャンバ２０１に導入される。これにより、炭化珪素基板１１上に炭化珪素エピタキシャル層１２が形成される。

図１０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１０に示されるように、第１時点Ｃ１から第２時点Ｃ２までの間において、炭化珪素基板１１上にバッファ層２１が形成される。具体的には、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チャンバ２０１に導入されることにより、炭化珪素基板１１上にバッファ層２１が形成される。バッファ層２１を形成する工程において、シランガスの流量は、たとえば４６ｓｃｃｍとなるように調整される。プロパンガスの流量は、たとえば１４ｓｃｃｍとなるように調整される。水素ガスの流量は、たとえば１２０ｓｌｍとなるように調整される。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、第１流量Ｂ１となるように調整される。第１流量Ｂ１は、たとえば０．７ｓｃｃｍである。

次に、バッファ層２１上にドリフト層２２が形成される。第２時点Ｃ２から第５時点Ｃ５までの間において、ドリフト層２２が形成される。ドリフト層２２を形成する工程において、シランガスの流量は、たとえば１１５ｓｃｃｍとなるように調整される。プロパンガスの流量は、たとえば３７．５ｓｃｃｍとなるように調整される。水素ガスの流量は、たとえば１２０ｓｌｍとなるように調整される。

第２時点Ｃ２において、チャンバに導入されるアンモニアガスの流量は、第１流量Ｂ１から第２流量Ｂ２に変化する。第２流量Ｂ２は、たとえば０．２３ｓｃｃｍである。第２時点Ｃ２から第３時点Ｃ３までの間、チャンバに導入されるアンモニアガスの流量は、第２流量Ｂ２で維持される。次に、チャンバに導入されるアンモニアガスの流量は、徐々に減少する。具体的には、アンモニアガスの流量は、第３時点Ｃ３から第４時点Ｃ４にかけて、第２流量Ｂ２から第３流量Ｂ３に変化する。第３流量Ｂ３は、たとえば０．１７ｓｃｃｍである。第３時点Ｃ３から第４時点Ｃ４までの時間は、たとえば７分である。第４時点Ｃ４から第５時点Ｃ５までの間、アンモニアガスの流量は、第３流量Ｂ３で維持される。以上のように、バッファ層２１上にドリフト層２２が形成される。

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

炭化珪素エピタキシャル基板１０の表面に三角欠陥が発生する場合がある。三角欠陥は、炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル層１２との境界または炭化珪素エピタキシャル層１２の内部にある起点から成長し、炭化珪素エピタキシャル層１２の表面に露出する。炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル層１２との境界に起点がある三角欠陥（第１三角欠陥３０）は、炭化珪素エピタキシャル層１２の内部に起点がある三角欠陥（第２三角欠陥４０）よりも大きく成長する。

発明者らは、三角欠陥の面密度を低減するための方策について鋭意検討を行った結果、以下の知見を得た。具体的には、発明者らは、ドリフト層２２において特定のキャリア濃度勾配を設けることにより、三角欠陥（特に、第２三角欠陥４０）の面密度を低減可能であることを見出した。

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０によれば、静電容量電圧法によってドリフト層２２のキャリア濃度を測定した場合、第２主面２から第１主面１に向かって０．７μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第１キャリア濃度Ｎ１とし、第２主面２から第１主面１に向かって１．２μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第２キャリア濃度Ｎ２とすると、第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、１．３以上である。これにより、三角欠陥の面密度を低減することができる。

また本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０によれば、第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、４．５以下であってもよい。第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値が過大であると、炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて製造された炭化珪素半導体装置の耐圧が劣化する。第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を４．５以下とすることにより、炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて製造された炭化珪素半導体装置の耐圧が劣化することを抑制することができる。

さらに本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０によれば、第２主面２から第１主面１に向かって１．１μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第３キャリア濃度Ｎ３とすると、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、１．１以上であってもよい。これにより、三角欠陥の面密度をさらに低減することができる。

さらに本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０によれば、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値は、２．５以下であってもよい。第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値が過大であると、炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて製造された炭化珪素半導体装置の耐圧が劣化する。第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を２．５以下とすることにより、炭化珪素エピタキシャル基板１０を用いて製造された炭化珪素半導体装置の耐圧が劣化することを抑制することができる。

（サンプル準備）
サンプル１～４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０を準備した。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１０は、実施例である。サンプル３および４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０は、比較例である。炭化珪素エピタキシャル基板１０のキャリア濃度は、上述の接触型ＣＶ法により測定された。

サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０においては、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．１以上とし、かつ第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．３以上とした。具体的には、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．１７とし、かつ第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．３１とした。

サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０においては、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．１未満とし、かつ第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．３以上とした。具体的には、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．０４とし、かつ第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．３２とした。

サンプル３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０においては、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．１未満とし、かつ第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．３未満とした。具体的には、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．０３とし、かつ第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．１２とした。

サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０においては、第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１とし、かつ第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１とした。

（評価方法）
サンプル１～４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の表面（第２主面２）における第２三角欠陥４０の面密度を測定した。第２三角欠陥４０の面密度は、レーザーテック株式会社製の表面欠陥検査装置(型番：ＳIＣＡ６Ｘ)を用いて測定した。第２三角欠陥４０の定義は上述の通りである。

（評価結果）

表１は、サンプル１～４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の表面（第２主面２）における第２三角欠陥４０の面密度を示している。

表１に示されるように、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１０の表面における第２三角欠陥４０の面密度は、サンプル３および４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の表面における第２三角欠陥４０の面密度よりも低かった。またサンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の表面における第２三角欠陥４０の面密度は、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１０の表面における第２三角欠陥４０の面密度よりも低かった。

以上の結果より、第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．３以上とすることにより、第１三角欠陥３０の面密度を低減可能であることが確かめられた。また第３キャリア濃度Ｎ３を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．１以上とし、かつ第２キャリア濃度Ｎ２を第１キャリア濃度Ｎ１で除した値を１．３以上とすることにより、第２三角欠陥４０の割合をさら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 第３主面
４ 第４主面
１０ 炭化珪素エピタキシャル基板
１１ 炭化珪素基板
１２ 炭化珪素エピタキシャル層
１３ オリエンテーションフラット
１４ 円弧状部
１５ 外周縁
２１ バッファ層
２２ ドリフト層
３０ 第１三角欠陥
３１ 第１部分
３２ 第２部分
３３ 第１起点
４０ 第２三角欠陥
４１ 第３部分
４２ 第４部分
４３ 第２起点
１０１ 第１方向
１０２ 第２方向
１１０ 水銀プローブ
１１１ 電極
２００ 製造装置
２０１ チャンバ
２０３ 発熱体
２０４ 石英管
２０５ 内壁面
２０６ 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
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
Ｂ１ 第１流量
Ｂ２ 第２流量
Ｂ３ 第３流量
Ｃ１ 第１時点
Ｃ２ 第２時点
Ｃ３ 第３時点
Ｃ４ 第４時点
Ｃ５ 第５時点
Ｌ１ 第１長さ
Ｌ２ 第２長さ
Ｌ３ 第３長さ
Ｌ４ 第４長さ
Ｎ１ 第１キャリア濃度
Ｎ２ 第２キャリア濃度
Ｎ３ 第３キャリア濃度
Ｎ４ 第４キャリア濃度
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ｐ３ 第３位置
Ｐ４ 第４位置
Ｐ５ 第５位置
Ｔ１ 第１厚み
Ｔ２ 第２厚み
Ｔ３ 第３厚み
Ｔ４ 第４厚み
Ｔ５ 第５厚み
Ｗ１ 第１幅

Claims (4)

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バッファ層と、前記バッファ層上にあるドリフト層とを含み、
   前記ドリフト層の厚みは、２μｍ以上であり、
   前記ドリフト層は、前記バッファ層に接する第１主面と、前記第１主面の反対側にある第２主面とを有し、
   静電容量電圧法によって前記ドリフト層のキャリア濃度を測定した場合、
   前記第２主面から前記第１主面に向かって０．７μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第１キャリア濃度とし、
   前記第２主面から前記第１主面に向かって１．２μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第２キャリア濃度とすると、
   前記第２キャリア濃度を前記第１キャリア濃度で除した値は、１．３以上である、炭化珪素エピタキシャル基板。
2. 前記第２キャリア濃度を前記第１キャリア濃度で除した値は、４．５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２主面から前記第１主面に向かって１．１μｍ離れた位置におけるキャリア濃度を第３キャリア濃度とすると、
   前記第３キャリア濃度を前記第１キャリア濃度で除した値は、１．１以上である、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。
4. 前記第３キャリア濃度を前記第１キャリア濃度で除した値は、２．５以下である、請求項３に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。

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