JP6338490B2 - 炭化珪素エピタキシャルウエハ、炭化珪素半導体装置および炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、炭化珪素（Silicon Carbide:ＳｉＣ）パワーデバイスなどに用いられる炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法に関する。

炭化珪素（ＳｉＣ）は、珪素（Ｓｉ）に比べてバンドギャップが大きく、また絶縁破壊電界強度、飽和電子速度および熱伝導度などの物性値が優れており、半導体パワーデバイス材料として優れた性質を有する。特に、この炭化珪素を用いたパワーデバイスでは、小型化および電力損失の大幅な低減などが可能となり、電源電力変換時の省エネルギ化が実現できるため、電気自動車の高性能化および太陽電池システムの高機能化など、低炭素社会を実現する上でキーデバイスとなる可能性を有している。

炭化珪素半導体装置を製造するためには、炭化珪素基板上に不純物濃度および膜厚が高精度に制御された層を、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition、熱化学気相堆積）法などにより炭化珪素エピタキシャル成長し、半導体装置の活性領域とする。以下、炭化珪素基板上へエピタキシャル成長層を形成したウエハを、炭化珪素エピタキシャルウエハと称する。

炭化珪素半導体装置は、炭化珪素エピタキシャルウエハに対して様々な加工を施して作製される。炭化珪素エピタキシャルウエハに、炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル成長層の成長時の不具合に起因する欠陥が存在すると、炭化珪素半導体装置に局所的に高電圧が保持できない箇所ができ、リーク電流が発生する。炭化珪素半導体装置の中にリーク電流が発生するとその半導体装置は不良品になる可能性が高いので、このような高電圧を保持できない箇所の密度が増加すると、炭化珪素半導体装置の製造時の良品率が低下する。良品率を低下させる欠陥は、第一義的には炭化珪素エピタキシャルウエハの結晶学的な均一性の欠如により、例えば、結晶における原子配列の周期性が結晶成長方向に沿って局所的に不完全になることによる欠陥である。このような欠陥の一つとして、その表面形状からキャロット欠陥または三角欠陥と呼称される電流リーク欠陥が知られている。

また、炭化珪素結晶には、ＳｉとＣが１：１と同じ化学量論比的組成で、結晶格子が六方最密充填構造であってもｃ軸に沿った原子配列の周期性が異なる結晶型（ポリタイプ）があり、その周期性によって物性が規定される。現在、デバイス応用の観点から最も注目を集めているのは、４Ｈ型と呼ばれるタイプである。同じ結晶型をエピタキシャル成長させるため、炭化珪素基板の表面は、結晶のある面方位から傾斜させた面に設定される。例えば、炭化珪素基板は、（０００１）面から＜１１−２０＞方向に８°または４°傾斜させた表面を持つように加工される。

このようなエピタキシャルウエハの電流リーク欠陥などの結晶欠陥を低減させる方法が、特許文献１，２に開示されている。

特許文献１には、電流リーク欠陥発生を抑制する方法として、炭化珪素基板の表面に溝を形成し該溝中に成長抑止層を設けた後、該炭化珪素基板に半導体素子層として炭化珪素層を設ける方法が挙げられている。

また、特許文献２には、ＧａＮの結晶成長において、格子整合するペロブスカイト結晶基板の裏面に所定の溝を形成し、基板の裏面を水素ガスでエッチングすることによって、熱膨張係数差に起因する結晶の割れや反りを抑制する方法が挙げられている。

特許第４４１０５３１号公報 特許第４２３３８９４号公報

Applied Physics Letters, Volume 82, Number 21, 26 May 2003, pp.3689-3691

しかしながら、先行文献１による方法では、炭化珪素基板のデバイスを形成する主面と同一面に溝を形成する必要があるため、溝形状がデバイスサイズに律則される他、溝の周辺では炭化珪素エピタキシャル成長層が不均一になるため、炭化珪素エピタキシャル成長層の膜厚にむらが生じ、デバイス特性に影響が及ぶという問題があった。また、炭化珪素エピタキシャル成長層とは異なる成長抑止層を別の方法で形成する必要があるため、工程を簡略化したままでエピタキシャル成長層の欠陥を低減させることが困難であった。

また、先行文献２による方法では、溝を形成した残りの部分を水素エッチングによって分断するため、溝の残りの深さを１５０μｍ以下に薄くする必要がある。そのため、エピタキシャル層の成長温度が１６００度以上である炭化珪素基板では、反りが大きくなるため適さなかった。また、水素ガスによるエッチングで基板を分割する工程が余計に必要になるため、生産性が低下する問題があった。さらに、炭化珪素基板は水素ガスによるエッチングがされにくいため、炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル成長層を形成する場合の応力緩和には適さなかった。

本発明は、かかる課題を解決するためのもので、容易に製造可能な炭化珪素エピタキシャルウエハによって高い素子歩留まりを得ることを目的とする。

本発明に係る炭化珪素エピタキシャルウエハは、窒素が５×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上５×１０ ^１９ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素基板と、炭化珪素基板の第１主面に形成され、窒素が１×１０ ^１４ ｃｍ ^−３ 以上１×１０ ^１６ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層と、を備え、炭化珪素基板の第１主面に対向する第２主面に、複数の溝が形成され、溝の幅をＷとし、隣り合う溝の間隔をＬとしたとき、Ｗ／Ｌ≧３×１０ ^−４ となり、溝の深さをＤとし、炭化珪素エピタキシャル成長層の厚みをｔとしたとき、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たす。

本発明に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、窒素が５×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上５×１０ ^１９ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素基板を準備し、炭化珪素基板の第１主面に対向する第２主面に複数の溝を形成し、炭化珪素基板の第１主面に、窒素が１×１０ ^１４ ｃｍ ^−３ 以上１×１０ ^１６ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層を形成する。そして、溝を形成することは、溝の幅をＷとし、隣り合う溝の間隔をＬとしたとき、Ｗ／Ｌ≧３×１０ ^−４ となり、溝の深さをＤとし、炭化珪素エピタキシャル成長層の厚みをｔとしたとき、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たすように溝を形成することである。

本発明に係る炭化珪素エピタキシャルウエハは、窒素が５×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上５×１０ ^１９ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素基板と、炭化珪素基板の第１主面に形成され、窒素が１×１０ ^１４ ｃｍ ^−３ 以上１×１０ ^１６ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層と、を備え、炭化珪素基板の第１主面に対向する第２主面に、複数の溝が形成され、溝の幅をＷとし、隣り合う溝の間隔をＬとしたとき、Ｗ／Ｌ≧３×１０ ^−４ となり、溝の深さをＤとし、炭化珪素エピタキシャル成長層の厚みをｔとしたとき、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たす。従って、炭化珪素基板は第１主面側が凸となるように変形することが可能であるため、炭化珪素エピタキシャル成長層と炭化珪素基板のドーピング濃度に起因する応力が緩和され、炭化珪素エピタキシャル成長層の結晶欠陥が低減される。

本発明に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、窒素が５×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上５×１０ ^１９ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素基板を準備し、炭化珪素基板の第１主面に対向する第２主面に複数の溝を形成し、炭化珪素基板の第１主面に、窒素が１×１０ ^１４ ｃｍ ^−３ 以上１×１０ ^１６ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層を形成する。そして、溝を形成することは、溝の幅をＷとし、隣り合う溝の間隔をＬとしたとき、Ｗ／Ｌ≧３×１０ ^−４ となり、溝の深さをＤとし、炭化珪素エピタキシャル成長層の厚みをｔとしたとき、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たすように溝を形成することである。従って、炭化珪素基板は第１主面側が凸となるように変形することが可能であるため、炭化珪素エピタキシャル成長層と炭化珪素基板のドーピング濃度に起因する応力が緩和され、炭化珪素エピタキシャル成長層の結晶欠陥が低減される。

実施の形態１に係る炭化珪素基板を下面から見た平面図である。 実施の形態１に係る炭化珪素基板の断面図である。 実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの断面図である。 炭化珪素エピタキシャル成長層の不純物濃度と、炭化珪素エピタキシャルウエハの電流リーク欠陥密度との関係を示す図である。 実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造工程を示す図である。 実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造工程を示す図である。 実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造工程を示す図である。 実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造工程を示す図である。 実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造工程を示す図である。 実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造工程を示す図である。 実施の形態１に係る炭化珪素基板の製造工程を示す図である。 実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置であるＭＯＳＦＥＴの断面図である。 実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置であるショットキバリアダイオードの断面図である。 実施の形態２に係る炭化珪素基板を下面から見た平面図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１は、この発明の実施の形態における炭化珪素エピタキシャルウエハを製造するために使用する炭化珪素基板１１を下面から見た平面図である。図２は、炭化珪素基板１１の断面の一部を拡大した模式図である。

炭化珪素基板１１の裏面（第２主面）には、溝４０が形成されている。炭化珪素基板１１の表面（第１主面）は、（０００１）面から＜１１−２０＞方向に４°傾斜している。溝４０は、＜１−１００＞方向と＜１１−２０＞方向に沿って複数形成されている。すなわち、溝４０は、互いに直交するよう形成されている。

図３は、炭化珪素基板１１の表面に炭化珪素エピタキシャル成長層２０を形成してなる、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０の断面模式図である。図２、３において、Ｗは溝４０の幅、Ｄは溝４０の深さを示している。

＜Ａ−２．窒素濃度差と欠陥密度との関係＞
図４に、炭化珪素基板に炭化珪素エピタキシャル成長層を形成したときの、炭化珪素エピタキシャル成長層の電流リーク欠陥密度を、炭化珪素エピタキシャル成長層の窒素濃度（ｎ型不純物濃度）を１×１０^１５ｃｍ^−３〜２×１０^１６ｃｍ^−３の範囲で変化させて調べた結果を示す。横軸は炭化珪素エピタキシャル成長層の電流リーク欠陥密度を示し、縦軸は炭化珪素エピタキシャル成長層の窒素濃度を示している。ここで、炭化珪素基板は、（０００１）面から＜１１−２０＞方向に４°傾斜した表面を有し、裏面に溝が形成されておらず、３インチ径であり、その窒素濃度は１×１０^１９ｃｍ^−３程度とする。そして、電流リーク欠陥密度は、炭化珪素基板の端から３ｍｍ以内の領域を除いた領域を対象として求めている。

図４より、炭化珪素エピタキシャル成長層の窒素濃度が低いほど、電流リーク欠陥密度が増加する傾向にあることが分かる。すなわち、炭化珪素基板と炭化珪素エピタキシャル成長層において窒素濃度の差が増加するほど、電流リーク欠陥は高密度化する。

非特許文献１によれば、窒素のドープ量が減少するに従い炭化珪素の格子定数が増加する。炭化珪素基板の窒素濃度は、エピタキシャル成長層の窒素濃度より高濃度であるため、炭化珪素基板の格子定数は、エピタキシャル成長層の格子定数と比較して小さくなる。また、炭化珪素基板とエピタキシャル成長層において窒素濃度差が大きくなるほど、両者の格子定数差が増加し、それに伴い応力が増大するため、図４に示すように、電流リーク欠陥密度が増大すると推察される。

そして、こうした格子定数差に起因する応力は、基板が６インチ径、８インチ径と大型化するに従って増大し、これに応じて電流リーク欠陥も高密度化する可能性が高い。

再び、非特許文献１によれば、窒素濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３である炭化珪素エピタキシャル成長層と、窒素濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３である４Ｈ型炭化珪素基板との格子定数の差は０．０３％程度であり、高濃度にドープされた炭化珪素基板の方が格子定数は小さい。

すなわち、４インチ系の炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル成長層を形成する場合、両者の原子数を同一とすると、約１０．１×１０^４個分だけ炭化珪素エピタキシャル成長層の方が炭化珪素基板より長くなる。したがって、炭化珪素基板の表側に引張り応力が生じる。同時に、炭化珪素エピタキシャル成長層には圧縮応力が生じる。そして、これらの応力が電流リーク欠陥の発生要因となる。

そこで、本発明では、裏面（第２主面）に溝４０を有する炭化珪素基板１１の表面（第１主面）に炭化珪素エピタキシャル成長層２０を形成することにより、応力の減少を図る。

＜Ａ−３．溝＞
炭化珪素基板１１の裏面に溝４０が形成されることによって、炭化珪素エピタキシャル成長層２０が炭化珪素基板１１の表面に形成されたとき、炭化珪素基板１１は上凸（表面側を凸にする形）への変形が可能になる。

その変形のメカニズムは、以下のように考えられる。まず、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の形成によって、炭化珪素基板１１の表面側は引張り応力を受けると同時に、裏面側は圧縮応力を受ける。

溝４０が形成された炭化珪素基板１１は、溝４０が形成されない場合に比べて、炭化珪素基板１１の上凸への変形が容易になるため、炭化珪素基板１１の裏側が受ける圧縮応力によって、炭化珪素基板１１は上凸に変形する。

この変形により、炭化珪素基板１１の表面側の格子定数が増加し、炭化珪素エピタキシャル成長層２０と炭化珪素基板１１の格子定数差が減少する。つまり、炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル成長層２０の格子定数差が無くなり応力が低減することによって、電流リーク欠陥密度が低減するという効果が得られる。

溝４０は、炭化珪素基板１１の裏面に、＜１−１００＞方向と＜１１−２０＞方向に沿って、所定の間隔で形成する。また、炭化珪素エピタキシャル成長層２０と炭化珪素基板１１の格子定数差０．０３％を減少するためには、溝４０の幅をＷ、間隔をＬとして、Ｗ／Ｌ≧３×１０^−４を満たせばよい。

４インチ径の炭化珪素基板１１を用いて溝４０を形成する場合を例に挙げて説明する。炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル成長層２０の格子定数差は前述したように０．０３％であり、格子定数は炭化珪素基板１１の方が小さい。このため、両者の格子定数差を無くすには、炭化珪素基板１１の表面側を、ウエハの全面において約０．０３ｍｍ（＝４インチ×（３×１０^−４））伸張する必要がある。炭化珪素基板１１が上記のように伸張するためには、あらかじめ、炭化珪素基板１１の裏側に、上記関係式を満たす溝４０を有することが必要である。

また、溝４０の深さは、炭化珪素エピタキシャル成長層２０が炭化珪素基板１１の裏面に回り込んだとしても埋まらずに、溝としての機能を保持する必要がある。そのため、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の膜厚をｔ、溝４０の深さをＤとして、ｔ≦Ｄとする。また、溝４０を必要以上に深くする必要はないため、Ｄ≦２ｔとする。すなわち、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たせばよい。

＜Ａ−４．製造方法＞
次に、炭化珪素基板１１の裏面に溝４０を形成する方法について、図５から図１１を用いて説明する。

まず、図５に示すように、４Ｈのポリタイプで（０００１）面から＜１１−２０＞方向に４°傾斜した表面を有する炭化珪素基板１１の表面に、機械研磨、および、酸またはアルカリ薬液を用いた化学機械研磨により平坦化処理する。

次に、図６に示すように、炭化珪素基板１１の裏面に二酸化珪素膜１２を形成する。

つづいて、図７に示すように、二酸化珪素膜１２上に、所定の間隔をおいて開口部５１が設けられたフォトレジスト５０を形成する。開口部５１は、炭化珪素基板１１の＜１−１００＞および＜１１−２０＞方向に沿って設けられる。

次に、図８に示すように、開口部５１が設けられたフォトレジスト５０越しに二酸化珪素膜１２をエッチングする。

つづいて、図９に示すように、フォトレジスト５０を除去した後、図１０に示すように、炭化珪素基板１１の裏面をエッチングし、溝４０が形成される。そして、図１１に示すように、二酸化珪素膜１２を除去する。こうして、裏面に溝４０を有する炭化珪素基板１１が形成される。

次に、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０の製造方法について説明する。

まず、溝４０が形成された炭化珪素基板１１に対して、アセトン等の有機溶剤を用いた有機物除去洗浄、または超音波洗浄を行ない、つづけて、アンモニアと過酸化水素水との混合溶液によるＳＣ１（Standard Cleaning 1）洗浄、塩酸と過酸化水素水との混合溶液によるＳＣ２（Standard Cleaning 2）洗浄、希釈フッ酸洗浄を順次行なう。

一連の洗浄後、水洗し、乾燥した炭化珪素基板１１を、炭化珪素膜によってコーティングされたグラファイト製の基板ホルダ上に載置して、ＣＶＤ装置の反応炉内に設置する。そして、反応炉内に残存する意図しない分子状あるいは原子状の不純物が炭化珪素エピタキシャル成長層２０へ混入することを抑制するため、反応炉内を約１×１０^−７ｋＰａ以下にまで真空引きする。

次に、高周波誘導電流によってＣＶＤ装置内の基板ホルダを所定の成長温度に加熱する。そして、圧力を所定の減圧範囲にしてから成長ガスを流動させ、炭化珪素基板１１の表面に所定の厚さの炭化珪素エピタキシャル成長層２０を形成する。上述の成長ガスは、シリコン原子を含むガスとしてシランガス、炭素原子を含むガスとプロパンなどを使用すればよい。成長ガスの流量は、反応炉の構造あるいは圧力、成長速度にあわせて適宜選択すればよい。

このようにして、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０が得られる。この炭化珪素エピタキシャルウエハ３０を用いて炭化珪素半導体装置を製造すれば、高い素子歩留まりで炭化珪素半導体装置を得ることができる。

＜Ａ−５．ＭＯＳデバイスへの適用＞
図１２は、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０を用いた炭化珪素半導体装置であるＭＯＳＦＥＴの断面模式図である。なお、図１２において、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０の溝４０は記載を省略している。

図１２において、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０は、炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル成長層２０に対応する。炭化珪素エピタキシャル成長層２０の表面側の所定の幅だけ離間した部位には、アルミニウム（Ａｌ）をｐ型不純物として含有するｐ型のベース領域３が形成されている。また、ベース領域３のそれぞれの断面方向の内側の表層部には、窒素（Ｎ）をｎ型不純物として含有するｎ型のソース領域４が、ベース領域３より浅く形成されている。ベース領域３及びソース領域４が形成されない炭化珪素エピタキシャル成長層２０がドリフト層となる。

また、ベース領域３およびソース領域４を含む炭化珪素エピタキシャル成長層２０の表面側には、ソース領域４の表面側の一部を除き、酸化珪素で構成されるゲート絶縁膜５が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜５上の、一対のソース領域４間の領域を含む部位に対向する位置にはゲート電極６が形成されている。

また、ゲート絶縁膜５が形成されていないソース領域４の表面にはソース電極７が、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０の裏面にはドレイン電極８が、それぞれ形成されている。炭化珪素エピタキシャルウエハ３０を用いた炭化珪素ＭＯＳＦＥＴは、電流リーク欠陥が少ないため、高い素子歩留まりで製造できる。

＜Ａ−６．ＳＢＤへの適用＞
図１３は、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０を用いた炭化珪素半導体装置であるショットキバリアダイオードの断面模式図である。なお、図１３において、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０の溝４０は記載を省略している。

図１３において、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０は、炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル成長層２０に対応する。炭化珪素エピタキシャル成長層２０の表面側のある幅だけ離間した部位には、アルミニウム（Ａｌ）をｐ型不純物として含有するｐ型のイオン注入領域１４が形成されている。

また、周辺をイオン注入領域１４で囲まれた炭化珪素エピタキシャル成長層２０の表面側には、周辺部がイオン注入領域１４上にかかるようにしてショットキ電極１５が形成されている。また、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０の裏面にはオーミック電極１６が形成されている。炭化珪素エピタキシャルウエハ３０を用いた炭化珪素ショットキバリアダイオードは、電流リーク欠陥が少ないため高い素子歩留まりで製造できる。

＜Ａ−７．変形例＞
なお、本実施の形態１においては、炭化珪素基板１１の傾斜方向は＜１１−２０＞方向に限定されるものではなく、他の方向に傾斜した仕様の基板でもよい。また、炭化珪素基板１１のオフ角を４°としたが、それ以外のオフ角を有する炭化珪素基板１１であっても、本発明の効果を奏する。また、実施の形態１では、炭化珪素基板１１の窒素濃度を１×１０^１９ｃｍ^−３、エピタキシャル成長層の窒素濃度を１×１０^１５ｃｍ^−３とした場合の例について詳しく説明した。しかし、炭化珪素基板１１の窒素濃度は、５×１０^１８ｃｍ^−３以上５×１０^１９ｃｍ^−３以下の範囲であり、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の窒素濃度は、１×１０^１４ｃｍ^−３以上１×１０^１６ｃｍ^−３以下の範囲であれば、同様の効果を奏する。

また、実施の形態１では、フォトリソグラフィー工程によりマスクを開口させ、選択的エッチングを行なうことによって溝４０を形成させる工程を説明したが、他の方法、例えばダイシングマシンによって溝４０を形成しても良い。この場合、炭化珪素基板１１が切断されない範囲で、ダイシングブレードを炭化珪素基板１１に当てることによって溝４０を形成できる。この方法を用いることによって、マスクを開口させるフォトリソグラフィー工程と、選択的エッチングを行なう工程とを省略することができる。但し、フォトリソグラフィーによる溝４０形成の場合とは異なり溝４０周辺に残留金属付着物が残るため、有機溶剤を用いた有機物除去洗浄後に、王水による洗浄工程を追加する。

また、実施の形態１では、溝４０は＜１１−２０＞方向と＜１−１００＞方向に形成したが、これ以外の方向であっても良い。また、溝４０の形成方向は３方向以上であっても良い。但し、３方向以上に溝４０を形成する場合であっても、溝４０が互いに交わる角度がいずれも同じ角度となるように、すなわち、溝４０が組み合わさって平面視で正多角形の辺を描くように形成されることが、残留歪の対称性を保つ観点から望ましい。

また、溝４０は直線で形成したが、複数の線分の組み合わせで溝４０を形成しても良い。

＜Ａ−８．効果＞
実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャルウエハ３０は、不純物（例えば窒素）がドーピングされた炭化珪素基板１１と、炭化珪素基板１１の第１主面に形成され、炭化珪素基板１１より低濃度に不純物（例えば窒素）がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層２０と、を備えている。そして、炭化珪素基板１１の表面（第１主面）に対向する裏面（第２主面）には、複数の溝４０が形成されている。従って、炭化珪素基板１１は表面側が凸となるように変形することが可能であるため、炭化珪素エピタキシャル成長層２０と炭化珪素基板のドーピング濃度に起因する応力が緩和され、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の結晶欠陥が低減される。

そして、溝４０の幅をＷとし、隣り合う溝４０の間隔をＬとしたとき、Ｗ／Ｌ≧３×１０^−４という関係を満たすことにより、炭化珪素基板１１と炭化珪素エピタキシャル成長層２０の格子定数差に起因する応力を緩和することが可能となる。

そして、溝４０は直線形状とし、溝４０が組み合わさって平面視で正多角形の辺を描くように形成されることによって、均一に炭化珪素基板１１を変形させ、残留応力を低減することが可能である。

また、炭化珪素基板１１の不純物ドーピング濃度は、５×１０^１８ｃｍ^−３以上５×１０^１９ｃｍ^−３以下であり、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の不純物ドーピング濃度は、１×１０^１４ｃｍ^−３以上１×１０^１６ｃｍ^−３以下とする。このような炭化珪素エピタキシャル成長層２０と炭化珪素基板１１のドーピング濃度の差に起因して応力が発生するところ、炭化珪素基板１１の裏面の溝４０によって炭化珪素基板１１が表面側を凸とするように変形するため、当該応力が緩和され、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の結晶欠陥が低減される。

また、溝４０の深さをＤとし、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の厚みをｔとしたとき、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たすように溝４０を形成することで、炭化珪素エピタキシャル成長層２０が炭化珪素基板１１の裏面に回り込んだとしても、溝４０が埋まらずに、溝としての機能を保持することが可能である。

また、実施の形態１に係る炭化珪素半導体装置（例えばＭＯＳＦＥＴ，ショットキバリアダイオード）は、実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャルウエハ３０上に形成される。炭化珪素エピタキシャルウエハ３０は電流リーク欠陥が少ないため、高い素子歩留まりで製造することが可能である。

実施の形態１に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法によれば、不純物がドーピングされた炭化珪素基板１１を準備し、炭化珪素基板１１の第１主面に対向する第２主面に複数の溝４０を形成し、炭化珪素基板１１の第１主面に、炭化珪素基板１１より低濃度に不純物がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層２０を形成する。裏面に溝４０が形成されることで、炭化珪素基板１１は表面側が凸となるように変形することが可能であるため、炭化珪素エピタキシャル成長層２０と炭化珪素基板のドーピング濃度に起因する応力が緩和され、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の結晶欠陥が低減される。

＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
実施の形態１では、炭化珪素基板１１の裏面に、＜１１−２０＞方向と＜１−１００＞方向に平行となる溝４０を形成した。これに対して、実施の形態２の炭化珪素基板１１Ａでは、その裏面の中心を基準として同心円状の溝４０Ａを複数形成する。

図１４は、実施の形態２の炭化珪素エピタキシャルウエハ３０Ａを製造するために使用する炭化珪素基板１１Ａを下面から見た平面図である。

溝４０Ａは、応力の開放端となる炭化珪素基板１１の端部と同心円状に形成されるため、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０Ａは均一な形状で上凸に変形可能である。したがって、炭化珪素エピタキシャル成長層２０と炭化珪素基板のドーピング濃度に起因する応力がより効果的に緩和され、炭化珪素エピタキシャル成長層２０の結晶欠陥が低減される。

＜Ｂ−２．溝＞
炭化珪素基板１１Ａの中心を基準とし、同心円状の溝４０Ａを複数形成する。溝４０Ａの幅Ｗ、隣接する溝４０Ａの間隔Ｌは、実施の形態１の溝４０と同様、Ｗ／Ｌ≧３×１０^−４を満たせばよい。また、溝４０Ａの深さＤは、実施の形態１の溝４０と同様、炭化珪素エピタキシャル成長層の膜厚をｔとして、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たせばよい。

その他の内容は、実施の形態１と同様であるので詳細は省略する。

＜Ｂ−３．効果＞
実施の形態２に係る炭化珪素エピタキシャルウエハ３０Ａは、炭化珪素基板１１Ａと、炭化珪素基板１１Ａの第１主面に形成され、炭化珪素基板１１Ａより低濃度に不純物（例えば窒素）がドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層２０Ａと、を備えている。そして、炭化珪素基板１１Ａの第２主面には、第２主面の中央を中心とする同心円状の溝４０Ａが形成される。溝４０Ａが、応力の開放端となる炭化珪素基板１１Ａの端部と同心円状に形成されるため、炭化珪素エピタキシャルウエハ３０Ａは均一な形状で上凸に変形可能である。したがって、炭化珪素エピタキシャル成長層２０Ａと炭化珪素基板１１Ａのドーピング濃度に起因する応力がより効果的に緩和され、炭化珪素エピタキシャル成長層２０Ａの結晶欠陥が低減される。

以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

５ ゲート絶縁膜、６ ゲート電極、７ ソース電極、８ ドレイン電極、１１，１１Ａ 炭化珪素基板、１２ 二酸化珪素膜、１４ イオン注入領域、１５ ショットキ電極、１６ オーミック電極、２０，２０Ａ 炭化珪素エピタキシャル成長層、３０，３０Ａ 炭化珪素エピタキシャルウエハ、４０，４０Ａ 溝、５０ レジスト。

Claims (9)

1. 窒素が５×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上５×１０ ^１９ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素基板と、
   前記炭化珪素基板の第１主面に形成され、窒素が１×１０ ^１４ ｃｍ ^−３ 以上１×１０ ^１６ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層と、を備え、
   前記炭化珪素基板の前記第１主面に対向する第２主面に、複数の溝が形成され、
   前記溝の幅をＷとし、隣り合う前記溝の間隔をＬとしたとき、Ｗ／Ｌ≧３×１０ ^−４ となり、
   前記溝の深さをＤとし、前記炭化珪素エピタキシャル成長層の厚みをｔとしたとき、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たす、
   炭化珪素エピタキシャルウエハ。
2. 前記溝は直線形状である、
   請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。
3. 前記溝は、複数の前記溝が組み合わさって平面視で正多角形の辺を描くように形成される、
   請求項１又は２に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。
4. 前記溝は前記第２主面の中央を中心とする同心円状である、
   請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハ上に形成された、
   炭化珪素半導体装置。
6. 窒素が５×１０ ^１８ ｃｍ ^−３ 以上５×１０ ^１９ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素基板を準備し、
   前記炭化珪素基板の第１主面に対向する第２主面に複数の溝を形成し、
   前記炭化珪素基板の前記第１主面に、窒素が１×１０ ^１４ ｃｍ ^−３ 以上１×１０ ^１６ ｃｍ ^−３ 以下の範囲でドーピングされた炭化珪素エピタキシャル成長層を形成する、
   炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であり、
   前記溝を形成することは、前記溝の幅をＷとし、隣り合う前記溝の間隔をＬとしたとき、Ｗ／Ｌ≧３×１０ ^−４ となり、前記溝の深さをＤとし、前記炭化珪素エピタキシャル成長層の厚みをｔとしたとき、ｔ≦Ｄ≦２ｔを満たすように前記溝を形成することである、
   炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
7. 前記溝を形成することは、直線形状の前記溝を形成することである、
   請求項６に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
8. 前記溝を形成することは、複数の前記溝が組み合わさって平面視で正多角形の辺を描くように形成されることである、
   請求項６または７に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。
9. 前記溝を形成することは、前記第２主面の中央を中心とする同心円状の前記溝を形成することである、
   請求項６に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。

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