JP7467843B2

JP7467843B2 - 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法

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Publication number: JP7467843B2
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Description

この発明は、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法に関する。

高耐圧、大電流を制御するパワー半導体素子の材料としては、従来シリコン（Ｓｉ）単結晶が用いられている。シリコンパワー半導体素子にはいくつかの種類があり、用途に合わせてそれらが使い分けられているのが現状である。例えば、ＰｉＮダイオード（Ｐ－ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ－Ｎｄｉｏｄｅ）やバイポーラトランジスタ、さらに、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）は、いわゆるバイポーラ型デバイスである。これらの素子は、電流密度は高くできるものの高速でのスイッチングができず、バイポーラトランジスタは数ｋＨｚが、ＩＧＢＴでは２０ｋＨｚ程度の周波数がその使用限界である。

一方、パワーＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）は、大電流では使用できないものの、数ＭＨｚまでの高速で使用できる。しかしながら、市場では大電流と高速性を兼ね備えたパワーデバイスへの要求は強く、シリコンＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどの改良に力が注がれ、現在ではほぼシリコン材料物性限界に近いところまで開発が進んできた。

また、パワー半導体素子の観点からの材料検討も行われ、炭化珪素（ＳｉＣ）が次世代のパワー半導体素子として、低オン電圧、高速・高温特性に優れた素子であることから、最近特に注目を集めている。というのも、ＳｉＣは化学的に非常に安定な材料であり、ポリタイプが４Ｈ－ＳｉＣの場合はバンドギャップが３．２６ｅＶと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用でき、また、最大電界強度もシリコンより１桁以上大きいからである。ＳｉＣはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることから、パワー半導体用途で今後の伸長が大きく期待される。

炭化珪素半導体装置では、単結晶４Ｈ－ＳｉＣ（四層周期六方晶の炭化珪素）からなるｎ⁺型炭化珪素基板のおもて面上にエピタキシャル成長により、ｎ型炭化珪素エピタキシャル層が形成された炭化珪素エピタキシャル基板が用いられる。ｎ型炭化珪素エピタキシャル層は、半導体製造用の高純度ガスを原材料とするエピタキシャル成長により形成されるため高純度で、ドーパント濃度、膜厚を所望の値に制御することが可能である。このｎ型炭化珪素エピタキシャル層内にＳＢＤ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴやＰｉＮダイオードなどのデバイス構造が作成される。

また、エピタキシャルウエハの割れ、あるいはキズの発生を抑制するため、主面方位〔１００〕方向から〔０１－１〕、〔０－１－１〕、〔０１１〕又は〔０－１－１〕方向に傾けた面を持つ基板において、傾けた方向と、６０～１２０°で交わる面が主オリエンテーションフラット面である、（１００）の面方位を持つＩＩＩ－Ｖ族化合物単結晶半導体基板が公知である（例えば、下記特許文献１）。

特開平７－２７７８８６号公報

しかしながら、単結晶４Ｈ－ＳｉＣ基板に膜厚２００μｍ以上のｎ型炭化珪素エピタキシャル層を形成した厚膜の炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素半導体装置の製造工程で非常に破損しやすい。例えば、炭化珪素エピタキシャル基板を取り扱う際のハンドリング作業や、炭化珪素エピタキシャル基板のエッジ研磨や炭化珪素エピタキシャル基板の裏面研磨等の研磨加工や、イオン注入処理や、ＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌｉｎｇ：赤外線ランプ高速アニール）処理等のアニール処理中に破損することがある。図１２は、従来の破損した直径４インチの炭化珪素半導体基板を示す上面図である。図１２は、カーボンイオンを注入するイオン注入工程で、破損した炭化珪素エピタキシャル基板１１０を示す。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、炭化珪素半導体装置の製造工程で破損しにくい炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板は、次の特徴を有する。炭化珪素エピタキシャル基板は、膜厚２００μｍ以上の第１導電型の炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板の一方の主面上に設けられた、エピタキシャル成長層と、を備える。前記炭化珪素半導体基板の＜１－１００＞方向と角度公差±５°以内の範囲にて平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラットが設けられている。前記第１オリエンテーションフラットの矢高は、前記エピタキシャル成長層の膜厚を、前記炭化珪素半導体基板のオフ角の正接で割った値以上である。

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、次の特徴を有する。＜１－１００＞と角度公差±５°以内の範囲にて平行な向きが識別できるように、第１導電型の炭化珪素半導体基板の結晶方位を示す溝または点状の孔を、線状または記号や文字として認識できるように並べた目印として、第１導電型の前記炭化珪素半導体基板のうら面側またはおもて面側に、前記炭化珪素半導体基板から切り落とされる領域に形成する第１工程を行う。次に、前記溝または前記点状の孔が形成された前記炭化珪素半導体基板に、エピタキシャル成長により、Ｓｉ面側エピタキシャル成長層を形成する第２工程を行う。次に、前記エピタキシャル成長層が形成された前記炭化珪素半導体基板の前記溝または前記点状の孔が示す方向で、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラットを形成する第３工程を行う。

また、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、上述した発明において、前記第１工程では、前記溝または前記点状の孔を前記炭化珪素半導体基板の円周を分割する弦に形成し、前記弦により形成される円弧の矢高を、前記エピタキシャル成長層の膜厚を前記炭化珪素半導体基板のオフ角の正接で割った値以上にすることを特徴する。

上述した発明によれば、炭化珪素エピタキシャル基板は、＜１－１００＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラットを設けている。３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥はステップフローエピ成長の開始点となる基板末端のステップがない、またはベベル形状によってステップが崩壊している部分から形成されるため、厚膜エピタキシャル成長を行った後に、＜１－１００＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラットを加工することにより、３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥を低減でき、炭化珪素半導体装置の製造工程で炭化珪素エピタキシャル基板が破損しにくくなっている。

本発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によれば、炭化珪素半導体装置の製造工程で破損しにくいという効果を奏する。

実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板を示す上面図である。実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の構造を示す断面図である。従来の炭化珪素半導体基板のフォトルミネセンスイメージング像を示す。従来の炭化珪素半導体基板の第２オリエンテーションフラット部分のフォトルミネセンスイメージング像の高倍像を示す。実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板の３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥の発生距離を示す断面図である。実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の第１オリエンテーションフラット部分を示す上面図である。実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の落射明視野顕微鏡像を示す。市販のｎ型炭化珪素バルク基板をそのまま用いた設定膜厚２８３μｍの炭化珪素エピタキシャル基板の落射明視野顕微鏡像を示す。実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造途中の状態を模式的に示す上面図である（その１）。実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造途中の状態を模式的に示す断面図である（その１）。実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造途中の状態を模式的に示す上面図である（その２）。実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造途中の状態を模式的に示す断面図である（その２）。実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造途中の状態を模式的に示す上面図である（その３）。従来の破損した直径４インチの炭化珪素半導体基板を示す上面図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および－は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。＋および－を含めたｎやｐの表記が同じ場合は近い濃度であることを示し濃度が同等とは限らない。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、“－”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“－”を付けることで負の指数をあらわしている。

（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板を示す上面図である。図２は、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の構造を示す断面図である。図１に示すように、炭化珪素エピタキシャル基板１０は、炭化珪素半導体基板の＜１－１００＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラット８が設けられている。また、＜－１－１２０＞方向と平行な向きで、第１オリエンテーションフラットから時計回りに９０°の位置に第２オリエンテーションフラット９が設けられていてもよいし、設けなくてもよい。オリエンテーションフラットは、炭化珪素半導体基板の結晶方向を示すために設けられたものであり、図１に示すように、炭化珪素半導体基板のエッジを研磨加工して、円周の一部を直線状にすることにより形成されている。なお、直径６インチφ以上のｎ型単結晶４Ｈ－ＳｉＣバルク基板については、第２オリエンテーションフラットは設けられていない市販品が多いが、第２オリエンテーションフラットを設けてもよいし、設けなくてもよい。

また、図２に示すように、炭化珪素エピタキシャル基板１０はｎ⁺型炭化珪素基板（第１導電型の炭化珪素半導体基板）１、ｎ⁺型バッファ層２およびｎ^-型ドリフト層３を備える。ｎ⁺型バッファ層２とｎ^-型ドリフト層３とをあわせて、炭化珪素エピタキシャル層（エピタキシャル成長層）４と称する。ｎ⁺型バッファ層２は、ｎ⁺型炭化珪素基板１のおもて面に設けられ、ｎ⁺型炭化珪素基板１より不純物濃度の低いエピタキシャル成長により形成された半導体層である。ｎ^-型ドリフト層３は、ｎ⁺型バッファ層２のおもて面に設けられ、ｎ⁺型バッファ層２より不純物濃度の低いエピタキシャル成長により形成された半導体層である。図２では、炭化珪素エピタキシャル層４がｎ型の半導体層であったが、ｐ型の半導体層であってもかまわない。

実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板では、＜１－１００＞方向と角度公差±５°以内の範囲にて平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラット８を設けることにより、炭化珪素半導体装置の製造工程で破損しにくくなっている。この理由について、以下に説明する。

図３は、従来の市販の直径６インチφの炭化珪素半導体基板を用いて製造された設定膜厚２９５μｍの単結晶４Ｈ－ＳｉＣ厚膜エピタキシャル基板のフォトルミネセンスイメージング像を示す。従来の炭化珪素半導体基板１１０では、＜１１－２０＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側から反時計回りに９０°の位置に第１オリエンテーションフラット１０８設けられている。フォトルミネセンスイメージング像は、単結晶４Ｈ－ＳｉＣのバンドギャップ（３．２６ｅＶ）よりも高エネルギーな励起光を照射して、炭化珪素エピタキシャル基板のエピタキシャル膜中で励起された電子が基底状態に戻る際に起きる発光を、光学フィルターなどを介して検出器で検知して撮像された像であり、半導体材料の結晶性などを可視化できる観察方法である。

図４は、従来の炭化珪素半導体基板の＜１－１００＞方向にあるステップフロー成長の開始点側の部分のフォトルミネセンスイメージング像の高倍像を示す。図４に示すように、ステップフロー成長の開始点側の部分に３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス（深い割れ目）状のエピタキシャル成長欠陥が多数観察される。つまり、３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥はステップフロー成長の開始点側から発生していることがわかる。この３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥は、炭化珪素エピタキシャル層４を形成する際に発生した欠陥であり、このエピタキシャル成長欠陥からクラックが成長することにより、炭化珪素半導体装置の製造工程で炭化珪素エピタキシャル基板が破損しやすくなる。

図５は、炭化珪素半導体基板の端部に発生した３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥の発生距離を示す断面図である。図５に示すように、エピタキシャル成長欠陥は、炭化珪素半導体基板１のオフ角θの角度で、炭化珪素エピタキシャル層４の内部に進行していく。炭化珪素エピタキシャル層４の膜厚をｈとすると、エピタキシャル成長欠陥の横方向（炭化珪素半導体基板１のおもて面と平行な方向）の進行距離ｌは、ｌ＝ｈ／ｔａｎθとなる。なお、θの単位はラジアンである。例えば、ｎ⁺型バッファ層２の膜厚が１５μｍ、ｎ^-型ドリフト層３の膜厚が２８０μｍで、オフ角が４°の場合、進行距離ｌは２９５／ｔａｎ（ＲＡＳＩＡＮＳ（４°））≒４２１９μｍとなる。ただし、実際の３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥の横方向の長さにはバラツキが生じる。これは起点の深さにバラツキがあるためである。なお、ＲＡＳＩＡＮＳは角度の単位を°からラジアンに変更する関数である。

図６は、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の第１オリエンテーションフラット部分を示す上面図である。実施の形態では、第１オリエンテーションフラット８は炭化珪素半導体基板１０の＜１－１００＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に設けられ、炭化珪素エピタキシャル層４を形成した後に形成される。このため、エピタキシャル成長欠陥が多数存在する領域が第１オリエンテーションフラット８を形成する際に除去され、３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥を低減することができる。このため、実施の形態にかか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の製造する際に製造工程で破損しにくくなる。なお、Ｓｉ面を優先面としてＳｉ面にエピタキシャル成長しても良いし、Ｃ面を優先面としてＣ面にエピタキシャル成長しても良い。

また、第１オリエンテーションフラット８の矢高ｙ（円弧の高さ）は、進行距離ｌ以上であること（ｙ≧ｌ）が好ましい。エピタキシャル成長欠陥は進行距離ｌまで内部に進行するため、矢高ｙを進行距離ｌ以上とすることで、内部に進行したエピタキシャル成長欠陥を取り除くことができるためである。

６インチの炭化珪素半導体基板の直径はＳＥＭＩ規格では１５０．００±０．２０ｍｍなので、半径は、７４．９ｍｍ～７５．１ｍｍであり、第１オリエンテーションフラット８の長さはＳＥＭＩ規格では５７．５±２．５ｍｍ、あるいは旧ＪＥＩＴＡ規格では４７．５±２．５ｍｍである。この場合、第１オリエンテーションフラット８の矢高は、約５．２２ｍｍ～約６．２７ｍｍ、ないし約３．４５ｍｍ～約４．３０ｍｍとなる。なお、オリエンテーションフラットの長さとは、炭化珪素半導体基板の円周上の直線の長さｘのことであり、また、オリエンテーションフラットの矢高とは、オリエンテーションフラットの円弧の高さのことである。上述したように、ｎ⁺型バッファ層２の膜厚が１５μｍ、ｎ^-型ドリフト層３の膜厚が２３５μｍ、オフ角が４°の場合、進行距離ｌ≒３５７５μｍとなる。このため、６インチの炭化珪素半導体基板では、第１オリエンテーションフラット８により、内部に進行した３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状エピタキシャル成長欠陥の多くを、ないしは完全に取り除くことができる。

また、４インチの炭化珪素半導体基板の直径はＳＥＭＩ規格では１００．００±０．５０ｍｍ、あるいは旧ＪＥＩＴＡ規格では１００．００±０．２０ｍｍなので、半径は、４９．７５ｍｍ～５０．２５ｍｍ、あるいは４９．９０ｍｍ～５０．１０ｍｍであり、第１オリエンテーションフラット８の長さはＳＥＭＩ規格も旧ＪＥＩＴＡ規格も３２．５±２．５ｍｍである。この場合、第１オリエンテーションフラット８の矢高は、約２．２９ｍｍ～約３．１８ｍｍ、ないし約２．３０ｍｍ～約３．１７ｍｍとなる。このため、４インチの炭化珪素半導体基板では、内部に進行した３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥の多くを取り除くことができる。

図７は、実施の形態にかかる直径４インチの炭化珪素エピタキシャル基板の落射明視野顕微鏡像を示す。図７は、オフ角が４°の炭化珪素半導体基板１０上に設定膜厚２８３μｍの炭化珪素エピタキシャル層４を形成して、＜１－１００＞方向に平行な方向で、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に、長さ３２．５ｍｍ狙いにて第１オリエンテーションフラット８、および＜－１－１２０＞方向と平行な向きで、第１オリエンテーションフラットから時計回りに９０°の位置に、長さ１８．０ｍｍ狙いにて第２オリエンテーションフラット９を形成した結果の落射明視野顕微鏡像を示す。図８は、市販のｎ型炭化珪素バルク基板をそのまま用いた設定膜厚２８３μｍの炭化珪素エピタキシャル基板の落射明視野顕微鏡像を示す。

図７および図８に示すように、図７の実施の形態にかかる直径４インチの炭化珪素エピタキシャル基板１０では、従来の炭化珪素エピタキシャル基板１１０に比べて、クレバス状のエピタキシャル成長欠陥が低減されていることがわかる。なお、直径６インチの炭化珪素エピタキシャル基板１０の場合については、第１オリエンテーションフラット８の長さは５７．５ｍｍ狙い、ないし４７．５ｍｍ狙いとしてもよく、第２オリエンテーションフラット９は設けなくても良い。

（実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板は以下のように製造される。図９Ａ、図１０Ａおよび図１１は、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造途中の状態を模式的に示す上面図である。図９Ｂおよび図１０Ｂは、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル基板の製造途中の状態を模式的に示す断面図である。

まず、オリエンテーションフラットが加工されていない残厚約３５０μｍ、６インチのｎ⁺型炭化珪素基板１を用意する。次に、ｎ⁺型炭化珪素基板１の片面、ないし両面について、ＣＭＰ（化学機械研磨：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）仕上げまたは鏡面仕上げを行う。例えば、図９Ｂに示すように、Ｓｉ面をＣＭＰ仕上げとして、Ｃ面を鏡面仕上げとしても良い。ここまでの状態が図９Ａおよび図９Ｂに記載される。

次に、Ｘ線回折法などの手法を用いてｎ⁺型炭化珪素基板１の結晶軸方向を解析・判定した上で、ｎ⁺型炭化珪素基板１の裏面（Ｃ面）に＜１－１００＞方向と平行な向きが識別できるように、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側の位置で基板の端部側の近傍にレーザスクライブ法により＜１－１００＞方向と平行な向きで溝Ｍを形成する。溝Ｍはｎ⁺型炭化珪素基板１のおもて面（Ｓｉ面）に作成しても良い。ここで、溝Ｍは、ｎ⁺型炭化珪素基板１の円周を分割する弦とすることが好ましい。この弦により形成される円弧の矢高ｙを、以下で形成される炭化珪素エピタキシャル層４の膜厚をｎ⁺型炭化珪素基板１のオフ角の正接で割った値以上に形成することが好ましい。ここまでの状態が図１０Ａおよび図１０Ｂに記載される。なお、溝Ｍの加工方法としては、フォトリソグラフィーを用いたドライエッチング加工や、ウォータージェット加工や、切削加工などの加工方法を用いても良い。また、＜１－１００＞方向と平行な向きが識別できるのであれば、溝Ｍは点状のドットパターンを配列させて形成した線状の目印や、矢印などの直線性を伴う記号、直線性を伴う文字で描いても良い。

さらに、レーザマーキング等により基板のシリアルＮｏ．を基板に再加工しても良い。再レーザマーキング位置は、第２オリエンテーションフラット９近傍のＣ面が好ましいが、Ｓｉ面でも良いし、第２オリエンテーションフラット９近傍でなくとも良い。さらに、基板の端部のベベリング加工を行ってベベルを作製する。ベベル面を鏡面仕上げとしても良い。ベベル形状はＲ形状でも良いし、テーパー形状でも良い。

次に、ｎ⁺型炭化珪素基板１のＳｉ面側について、研削・研磨加工によりＣＭＰ仕上げとする。Ｓｉ面側の研削加工は行わなくても良い。また、ｎ⁺型炭化珪素基板１の表面が十分に平坦である場合は、研削・研磨加工のいずれも行わなくても良い。また、ｎ⁺型炭化珪素基板１のＣ面の研磨加工を行っても良い。

次に、溝Ｍが形成されたｎ⁺型炭化珪素基板１に、エピタキシャル成長により、Ｓｉ面側に炭化珪素エピタキシャル層４を形成する。ステップフローエピ成長の開始点となる基板末端のステップがない、またはベベル形状によってステップが崩壊している部分から、３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥を含むエピタキシャル成長欠陥Ｆが形成される。ここまでの状態が図１１に記載される。

次に、３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥Ｆが形成されたｎ⁺型炭化珪素基板１の＜１－１００＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラット８をエッジ研磨加工等により形成する。これにより、３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥を含むエピタキシャル成長欠陥Ｆが研磨削除される。この際、スクライブ溝Ｍまで研磨して第１オリエンテーションフラット８を形成ことにより、第１オリエンテーションフラット８の矢高を、炭化珪素エピタキシャル層４の膜厚をｎ⁺型炭化珪素基板１のオフ角の正接で割った値以上にすることができる。また、第１オリエンテーションフラット８の長さは、従来の炭化珪素エピタキシャル基板１１０の第１オリエンテーションフラット１０８の長さと同程度にすることが好ましい。

次に、Ｓｉ面側を優先面の状態として、ｎ⁺型炭化珪素基板１の＜－１－１２０＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側から時計回りに９０°の位置に第２オリエンテーションフラット９をエッジ研磨加工等により形成してもよい。実際にオリエンテーションフラットを加工する際は、必ずしも完全に平行とはならず、角度公差が発生するが少なくとも±５°以内、好ましくは±１°以内の範囲に収めるようにする。第２オリエンテーションフラット９の長さは、従来の炭化珪素エピタキシャル基板１１０の第２オリエンテーションフラット１０９の長さと同程度にすることが好ましい。以上のようにして、図１に示す実施の形態の炭化珪素エピタキシャル基板１０が製造される。

以上、説明したように、実施の形態の炭化珪素エピタキシャル基板は、＜１－１００＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラットを設けている。３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥はステップフローエピ成長の開始点となる基板末端のステップがない、またはベベル形状によってステップが崩壊している部分から形成されるため、厚膜エピタキシャル成長を行った後に、＜１－１００＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラットを加工することにより、３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥を低減でき、炭化珪素半導体装置の製造工程で炭化珪素エピタキシャル基板が破損しにくくなっている。実施の形態の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、＜１－１００＞方向と平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に、厚膜エピタキシャル成長を行った後で第１オリエンテーションフラットを形成することで、３Ｃ－ＳｉＣを伴うクレバス状のエピタキシャル成長欠陥を研磨除去できる。

以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、本発明では、各実施の形態では第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としたが、本発明は第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としても同様に成り立つ。

以上のように、本発明にかかる炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のイグナイタなどに使用されるパワー半導体装置に有用である。

１ｎ⁺型炭化珪素半導体基板
２ｎ⁺型バッファ層
３ｎ^-型ドリフト層
４炭化珪素エピタキシャル層
８、１０８第１オリエンテーションフラット
９、１０９第２オリエンテーションフラット
１０、１１０炭化珪素エピタキシャル基板

Claims

第１導電型の炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板の一方の主面上に設けられた、膜厚２００μｍ以上のエピタキシャル成長層と、
を備え、
前記炭化珪素半導体基板の＜１－１００＞方向と角度公差±５°以内の範囲にて平行な向きで、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラットが設けられ、
前記第１オリエンテーションフラットの矢高は、前記エピタキシャル成長層の膜厚を、前記炭化珪素半導体基板のオフ角の正接で割った値以上であることを特徴とする炭化珪素エピタキシャル基板。
＜１－１００＞方向と角度公差±５°以内の範囲にて平行な向きが識別できるように、第１導電型の炭化珪素半導体基板の結晶方位を示す溝または点状の孔を、線状または記号や文字として認識できるように並べた目印として、第１導電型の前記炭化珪素半導体基板のうら面側またはおもて面側に、前記炭化珪素半導体基板から切り落とされる領域に形成する第１工程と、
前記溝または前記点状の孔が形成された前記炭化珪素半導体基板に、エピタキシャル成長により、Ｓｉ面側にエピタキシャル成長層を形成する第２工程と、
前記エピタキシャル成長層が形成された前記炭化珪素半導体基板の前記溝または前記点状の孔が示す方向で、ステップフロー成長方向に対してステップフロー成長の開始点側に第１オリエンテーションフラットを形成する第３工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
前記第１工程では、前記溝または前記点状の孔を前記炭化珪素半導体基板の円周を分割する弦に形成し、前記弦により形成される円弧の矢高を、前記エピタキシャル成長層の膜厚を前記炭化珪素半導体基板のオフ角の正接で割った値以上にすることを特徴する請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。