JPWO2015182474A1 - 炭化珪素インゴットの製造方法、炭化珪素種基板、炭化珪素基板、半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

炭化珪素インゴットの製造方法、炭化珪素種基板、炭化珪素基板、半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

炭化珪素インゴットの製造方法は、第１主面（Ｐ１）と、第１主面（Ｐ１）の反対側に位置する第２主面（Ｐ２）とを有する炭化珪素種基板（１０ａ）を準備する工程と、第２主面（Ｐ２）上に２０００℃以下の温度で金属炭化膜（１１）を形成する工程と、金属炭化膜（１１）が形成された炭化珪素種基板（１０ａ）を支持部材（５１ａ）に支持させながら、昇華法によって第１主面（Ｐ１）上に炭化珪素単結晶（１００）を成長させる工程と、を備える。成長させる工程において、炭化珪素種基板（１０ａ）の表面のうち支持部材（５１ａ）によって支持される被支持部（ＳＤ）は、金属炭化膜（１１）が形成された領域以外にある。

Description

本開示は、炭化珪素（ＳｉＣ）インゴットの製造方法、炭化珪素種基板、炭化珪素基板、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
ＳｉＣインゴット（単結晶）の多くは昇華法（「改良Ｌｅｌｙ法」とも呼ばれる）によって製造されている〔たとえば、特開２００１−１３９３９４号公報（特許文献１）および特開２００８−２８０１９６号公報（特許文献２）を参照〕。
特開２００１−１３９３９４号公報 特開２００８−２８０１９６号公報
本開示は、結晶欠陥が少ない炭化珪素インゴット、該炭化珪素インゴットの製造に使用できる炭化珪素種基板、該炭化珪素インゴットから得られる炭化珪素基板、および該炭化珪素基板を備える半導体装置の提供を目的とする。
本開示の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法は、第１主面と、該第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する炭化珪素種基板を準備する工程と、該第２主面上に２０００℃以下の温度で金属炭化膜を形成する工程と、該金属炭化膜が形成された該炭化珪素種基板を支持部材に支持させながら、昇華法によって該第１主面上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備え、該成長させる工程において、該炭化珪素種基板の表面のうち該支持部材によって支持される被支持部は、該金属炭化膜が形成された領域以外にある。
本開示の一態様に係る炭化珪素種基板は、第１主面と、該第１主面の反対側に位置する第２主面とを備え、該第１主面は、結晶成長面であり、該第２主面上に、金属炭化膜を有し、該金属炭化膜は、炭化チタン、炭化バナジウムおよび炭化ジルコニウムのうち少なくとも１種を含む。
本開示の一態様に係る半導体装置は、チタン、バナジウムおよびジルコニウムからなる金属元素の群より選ばれる少なくとも１種を含み、該金属元素の濃度が０．０１ｐｐｍ以上０．１ｐｐｍ以下である炭化珪素基板を備える。
上記によれば、結晶欠陥が少ない炭化珪素インゴット、該炭化珪素インゴットの製造に使用できる炭化珪素種基板、該炭化珪素インゴットから得られる炭化珪素基板、および該炭化珪素基板を備える半導体装置が提供される。
本開示の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法の概略を示すフローチャートである。 本開示の一態様に係る金属炭化膜を形成する工程の一例を示すフローチャートである。 本開示の一態様に係る金属膜を炭化する工程の一例を示すフローチャートである。 本開示の一態様に係る炭化珪素単結晶を成長させる工程の一例を図解する模式的な断面図である。 本開示の一態様に係る炭化珪素単結晶を成長させる工程の他の一例を図解する模式的な断面図である。 本開示の一態様に係る炭化珪素種基板の表面のうち支持部材によって支持される被支持部の一例を図解する模式的な平面図である。 本開示の一態様に係る炭化珪素種基板の表面のうち支持部材によって支持される被支持部の他の一例を図解する模式的な平面図である。 本開示の一態様に係る金属膜を炭化する工程の一例を図解する模式的な断面図である。 本開示の一態様に係る炭化珪素基板の一例を示す模式図である。 本開示の一態様に係る半導体装置の構成の一例を示す模式的な断面図である。 本開示の一態様に係る半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。 本開示の一態様に係る炭化珪素エピタキシャル基板の一例を示す模式的な断面図である。 イオン注入工程を図解する模式的な断面図である。 ゲート酸化膜形成工程および電極形成工程を図解する模式的な断面図である。 層間絶縁膜形成工程および電極形成工程を図解する模式的な断面図である。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。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。また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｛｝でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常”−”（バー）を数字の上に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している。
昇華法とは、原料を高温下で昇華させ、昇華した原料を種結晶上において再結晶化させる結晶成長方法である。通常この方法では、原料は成長容器（たとえば黒鉛製の坩堝）の下部に収容され、種結晶は成長容器の上部に位置する支持部材（たとえば坩堝の蓋）に接着、固定される。ここで種結晶の固定には、有機溶剤に黒鉛微粒子を分散してなる種結晶固定剤が広く使用されている（たとえば特許文献１を参照）。
種結晶固定剤は加熱によって炭化し、耐熱性を持つ接着層となる。これにより成長容器内の高温環境（約２３００℃）においても、種結晶を落下させずに支持部材に保持させることができる。ところが、こうした接着層の内部には溶剤が揮発する際に生じた気泡（空隙）が残存する場合がある。接着層内に空隙が存在すると、この空隙を通じて種結晶の接着面（裏面）から支持部材に向かって昇華（いわゆる裏面昇華）が起こり、裏面から一部の元素が脱離することとなる。元素の脱離によって生じた裏面の荒れ（欠陥）は、成長面さらには成長結晶へと伝搬してマイクロパイプ欠陥となる。
こうした問題に対応するため特許文献２では、チタン炭化物によって種結晶を支持部材に固定する方法が開示されている。特許文献２によればチタン炭化物からなる接着層には空隙が存在せず、裏面昇華を防止できるとされている。
しかしながらこの方法にも改善の余地が残されている。すなわち種結晶（ＳｉＣ）と支持部材（典型的にはＣ）とは熱膨張係数が異なることから、種結晶の裏面が支持部材に固定（束縛）された状態で高温環境に曝すと、種結晶と支持部材との膨張量の違いによって種結晶および成長面上の単結晶の内部に熱応力が生じ、この熱応力に起因する欠陥（たとえば転位欠陥等）の発生を許すことになる。
本発明者は、種結晶を支持部材に束縛せず、自由に熱膨張できる状態とすれば上記課題を解決できるのではないかとの着想を得、該着想に基づき研究を重ねることによって本開示の一態様を完成させるに至った。
すなわち〔１〕本開示の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法は、第１主面と、該第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する炭化珪素種基板を準備する工程と、該第２主面上に２０００℃以下の温度で金属炭化膜を形成する工程と、該金属炭化膜が形成された該炭化珪素種基板を支持部材に支持させながら、昇華法によって該第１主面上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備え、該成長させる工程において、該炭化珪素種基板の表面のうち該支持部材によって支持される被支持部は、該金属炭化膜が形成された領域以外にある。
上記製造方法では、第２主面（裏面）以外の部分でＳｉＣ種基板（種結晶）を支持する。第２主面が束縛されずＳｉＣ種基板が自由に熱膨張できることから、ＳｉＣ種基板およびＳｉＣ単結晶（成長結晶）の内部に生じる熱応力が緩和される。よって熱応力に起因した欠陥の発生を抑制できる。
さらに通常、こうした態様では第２主面と支持部材との間に隙間が生じて裏面昇華が発生するところ、上記製造方法では第２主面上に昇華防止膜として金属炭化膜が形成されているため、かかる裏面昇華も抑制される。このとき金属炭化膜の融点は、好ましくはＳｉＣの昇華温度よりも高くなっている。加えて金属炭化膜は２０００℃以下、すなわちＳｉＣの昇華温度未満で形成される。これにより金属炭化膜を形成する際に、ＳｉＣ種基板から元素が昇華してその表面が荒れることが抑制される。
したがって上記製造方法によれば、裏面昇華および熱応力の発生を同時に抑制して結晶欠陥の少ないＳｉＣ単結晶を第１主面（結晶成長面）上に成長させることができる。
〔２〕上記金属炭化膜は、炭化チタン、炭化バナジウムおよび炭化ジルコニウムのうち少なくとも１種を含んでいてもよい。
炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）を含む金属炭化膜は、融点がＳｉＣの昇華温度よりも高く、また緻密な膜となり得ることから、裏面昇華を抑制できる。
〔３〕上記金属炭化膜を形成する工程は、上記第２主面上に金属膜を形成する工程と、該金属膜を炭化する工程と、を含んでいてもよい。金属炭化膜を簡易に形成できるからである。
〔４〕上記金属膜を炭化する工程は、上記第１主面を下にして、上記炭化珪素種基板を炭素下地上に載せ置く工程と、該金属膜に炭素を供給しながら、該金属膜を加熱する工程と、を含んでいてもよい。成長面となる第１主面を保護しつつ簡便に金属炭化膜を形成できるからである。
〔５〕上記金属炭化膜を形成する工程は、上記金属膜を炭化する工程の後に、該金属炭化膜を平坦化する工程をさらに含んでいてもよい。余分な炭素を低減できるからである。
〔６〕上記成長させる工程において、上記炭化珪素種基板は原料から離れて原料の上方に配置され、上記第１主面は該原料に面しており、上記被支持部は該第１主面の端部にあってもよい。こうした態様によれば、ＳｉＣ種基板を束縛せず、第１主面上にＳｉＣ単結晶を成長させることができるからである。
〔７〕本開示の一態様に係る炭化珪素種基板は、第１主面と、第１主面の反対側に位置する第２主面とを備え、第１主面は結晶成長面であり、第２主面上に金属炭化膜を有し、金属炭化膜は炭化チタン、炭化バナジウムおよび炭化ジルコニウムのうち少なくとも１種を含む。
このＳｉＣ種基板は、ＴｉＣ、ＶＣおよびＺｒＣのうち少なくとも１種を含む金属炭化膜を第２主面（裏面）に有することから、種結晶固定剤を使用しないＳｉＣインゴットの製造方法に使用できる。
〔８〕上記金属炭化膜の膜厚は、０．１μｍ以上１．０ｍｍ以下であってもよい。余分なコストの発生を抑えつつ、裏面昇華を抑制できるからである。
〔９〕上記金属炭化膜の膜厚の変動係数は、２０％以下でもよい。熱応力を緩和できるからである。
〔１０〕本開示の一態様に係る炭化珪素インゴットの製造方法は、上記〔７〕〜〔９〕のいずれか１つに記した炭化珪素種基板を準備する工程と、該炭化珪素種基板を支持部材に支持させながら、昇華法によって上記第１主面上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備え、該成長させる工程において、該炭化珪素種基板の表面のうち該支持部材によって支持される被支持部は上記金属炭化膜が形成された領域以外にある。
この製造方法によれば、裏面昇華を抑制しつつ、ＳｉＣ種基板の自由膨張を妨害しない状態で、第１主面上にＳｉＣ単結晶を成長させることができる。よって結晶欠陥の少ないＳｉＣインゴットを製造できる。
〔１１〕本開示の一態様に係る炭化珪素基板は、上記〔１０〕に記した製造方法によって得られた炭化珪素インゴットをスライスして得た基板であり、上記金属炭化膜を構成する金属元素を含み、該金属元素の濃度が、０．０１ｐｐｍ以上０．１ｐｐｍ以下である。
このＳｉＣ基板は、上記〔７〕〜〔９〕のいずれか１つ記したＳｉＣ種基板の第１主面上に成長させたＳｉＣインゴットをスライスしたものである。そのためＳｉＣ種基板の第２主面（裏面）に形成されていた金属炭化膜を構成する金属元素が含まれている。このＳｉＣ基板は、成長時に裏面昇華が抑制されかつ熱応力が緩和されているため、欠陥が少なく結晶品質が高い。加えて上記濃度範囲内の金属元素は、半導体装置性能への影響が少ないと考えられる。よってこのＳｉＣ基板は、半導体装置の性能向上に資する可能性がある。なお上記「ｐｐｍ」は「質量分率」である。
〔１２〕本開示の一態様に係る半導体装置は、チタン、バナジウムおよびジルコニウムからなる金属元素の群より選ばれる少なくとも１種を含み、該金属元素の濃度が０．０１ｐｐｍ以上０．１ｐｐｍ以下である炭化珪素基板を備える。
〔１３〕上記〔１２〕において、炭化珪素基板は半絶縁性基板でもよい。ここで半絶縁性基板とは、抵抗率が１０5Ω・ｃｍ以上である基板を示す。抵抗率の上限は、たとえば１０17Ω・ｃｍとしてもよい。半絶縁性基板におけるｎ型不純物の濃度は、０ｃｍ-3以上１０17ｃｍ-3未満としてもよい。半絶縁性基板におけるｐ型不純物の濃度は、０ｃｍ-3以上１０17ｃｍ-3未満としてもよい。
〔１４〕上記〔１２〕において、炭化珪素基板はｎ型基板でもよい。ｎ型基板におけるｎ型不純物の濃度は、たとえば１０17ｃｍ-3以上でもよい。ｎ型不純物の濃度の上限は、たとえば１０20ｃｍ-3としてもよい。
〔１５〕上記〔１２〕において、炭化珪素基板はｐ型基板でもよい。ｐ型基板におけるｐ型不純物の濃度は、たとえば１０17ｃｍ-3以上でもよい。ｐ型不純物の濃度の上限は、たとえば１０20ｃｍ-3としてもよい。
〔１６〕本開示の一態様に係る半導体装置の製造方法は、上記〔１１〕に記載の炭化珪素基板を準備する工程と、該炭化珪素基板を加工する工程とを備える。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態（以下「本実施形態」とも記す）について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
〔炭化珪素インゴットの製造方法〕
図１は本実施形態の製造方法の概略を示すフローチャートである。図１に示すように当該製造方法は、ＳｉＣ種基板１０ａを準備する工程（Ｓ１００）と、金属炭化膜１１を形成する工程（Ｓ２００）と、ＳｉＣ単結晶１００を成長させる工程（Ｓ３００）とを備えている。図４はＳｉＣ単結晶１００を成長させる工程を図解する模式的な断面図である。図４に示すように本実施形態の製造方法は、ＳｉＣ種基板１０ａの裏面（第２主面Ｐ２）上に金属炭化膜１１を形成し、第２主面Ｐ２が束縛されずＳｉＣ種基板１０ａの自由な熱膨張が妨げられない状態で、成長面（第１主面Ｐ１）上にＳｉＣ単結晶１００を成長させるものである。この製造方法によれば金属炭化膜１１によって裏面昇華が抑制されるとともに、ＳｉＣ種基板１０ａあるいはＳｉＣ単結晶１００に生じる熱応力を緩和できるため、結晶欠陥が少ないＳｉＣ単結晶１００すなわちＳｉＣインゴットを製造できる。また金属炭化膜１１はＳｉＣよりも気化し難いため、金属炭化膜１１に含まれる金属元素が、ＳｉＣ単結晶１００に取り込まれ難い傾向にある。以下、各工程について説明する。
＜炭化珪素種基板を準備する工程：Ｓ１００＞
この工程ではＳｉＣ種基板１０ａを準備する。ＳｉＣ種基板１０ａは第１主面Ｐ１と、第１主面Ｐ１の反対側に位置する第２主面Ｐ２とを有する。第１主面Ｐ１は結晶成長面であり、第２主面Ｐ２はその裏面である。第１主面Ｐ１は、たとえば（０００１）面〔いわゆるＳｉ面〕側としてもよいし、（０００−１）面〔いわゆるＣ面〕側としてもよい。
ＳｉＣ種基板１０ａは、たとえばポリタイプ４Ｈ、６Ｈ等のＳｉＣインゴットを所定の厚さにスライスして準備すればよい。ポリタイプ４Ｈは半導体装置用として特に有用である。このときＳｉＣ種基板１０ａの第１主面Ｐ１が、｛０００１｝面から１°以上１０°以下傾斜するようにスライスすることが望ましい。すなわちＳｉＣ種基板１０ａの｛０００１｝面に対するオフ角度は１°以上１０°以下であることが望ましい。ＳｉＣ種基板１０ａのオフ角度をこのように制限することで基底面転位等の結晶欠陥を抑制できるからである。当該オフ角度は、より好ましくは１°以上８°以下であり、特に好ましくは２°以上８°以下である。オフ方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。
ＳｉＣ種基板１０ａの平面形状は、たとえば円形である。ＳｉＣ種基板１０ａの直径は、たとえば２５ｍｍ以上であり、好ましくは１００ｍｍ以上（たとえば４インチ以上）であり、より好ましくは１５０ｍｍ以上（たとえば６インチ以上）である。ＳｉＣ種基板１０ａの直径が大きいほど、直径の大きいＳｉＣインゴットを製造できる。これにより一枚のウェーハから取り出せるチップ数を増加させ、半導体装置の製造コストを低減できる可能性がある。通常、大口径のＳｉＣインゴットは結晶欠陥の制御が困難であるが、本実施形態によれば、たとえば直径が１００ｍｍ以上のＳｉＣインゴットであっても結晶品質を維持して製造可能である。ＳｉＣ種基板１０ａの厚さは、たとえば０．５〜５．０ｍｍ程度であり、好ましくは０．５〜２．０ｍｍ程度である。
スライス後、ＳｉＣ種基板１０ａの第２主面Ｐ２に対して研磨あるいは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等を行ってその表面を平坦化することが望ましい。第２主面Ｐ２上に均一な金属炭化膜１１を形成し易くするためである。研磨には、たとえばダイヤモンド砥粒を使用できる。このとき平坦化の目安は、たとえば算術平均粗さＲａで１μｍ以下程度である。さらに化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）をすると平坦度が増すため、より好ましい。ＣＭＰには、たとえばコロイダルシリカを使用する。
ここでＳｉＣ単結晶１００の結晶品質を高めるため、第１主面Ｐ１に対しても同様な平坦化処理を行ってもよい。第１主面Ｐ１に対する平坦化処理は、後述する金属炭化膜１１の形成した後でも構わない。
＜金属炭化膜を形成する工程：Ｓ２００＞
この工程では第２主面Ｐ２上に２０００℃以下の温度で金属炭化膜１１を形成する。温度を２０００℃以下に制限したのは、２０００℃を超えるとＳｉＣが昇華してＳｉＣ種基板１０ａの表面が荒れる可能性があるからである。
（金属炭化膜）
金属炭化膜１１は２０００℃以下で形成可能であるとともに、形成された後はその融点がＳｉＣの結晶成長時の温度（２１００℃〜２５００℃）を超える素材から構成されることが望ましい。さらに金属炭化膜１１は内部に空隙の少ない緻密な膜であることが望ましい。結晶成長時の裏面昇華を抑制するためである。これらの条件を満たす素材としては、たとえば高融点金属の炭化物を例示できる。より具体的には、たとえばＴｉＣ、ＶＣおよびＺｒＣ等を例示できる。金属炭化膜１１は、ＴｉＣ、ＶＣおよびＺｒＣのうち１種の素材から構成されていてもよいし、２種以上の素材から構成されていてもよい。２種以上の素材から構成される場合は、たとえばＴｉ、ＶおよびＣ等が複合的な化合物を形成していてもよい。さらに金属炭化膜１１は単層であってもよいし、複数の層が積層されたものであってもよい。いずれの場合も裏面昇華を抑制できるからである。すなわち金属炭化膜１１は、ＴｉＣ、ＶＣおよびＺｒＣのうち少なくとも１種を含むことができる。
ここで本明細書において「ＴｉＣ、ＶＣおよびＺｒＣ」のように化合物を化学式で表わす場合、原子比を特に限定しない場合は従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のものに限定されない。たとえば「ＴｉＣ」と記す場合、「Ｔｉ」と「Ｃ」の原子比は５０：５０の場合のみに限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれるものとする。
金属炭化膜１１は、たとえば化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング法等によって第２主面Ｐ２上に金属元素（たとえばＴｉ、ＶおよびＺｒ）および炭素（Ｃ）を堆積させて形成してもよいし、あるいは以下のように一度金属膜１１ａを形成した後、金属膜１１ａを炭化して形成してもよい。
図２は金属炭化膜１１を形成する工程（Ｓ２００）の一例を示すフローチャートである。図２に示すように当該工程（Ｓ２００）は、たとえば第２主面Ｐ２上に金属膜１１ａを形成する工程（Ｓ２１０）と、金属膜１１ａを炭化する工程（Ｓ２２０）とを含むことができる。またこの工程は、金属膜１１ａを炭化する工程（Ｓ２２０）の後に、金属炭化膜１１を平坦化する工程（Ｓ２３０）をさらに含むこともできる。これらの工程は、たとえば結晶成長時に使用する成長容器５０（たとえば坩堝）の内部で実行することもできる。こうした態様であれば製造工程を簡略化できる。
（金属膜を形成する工程：Ｓ２１０）
この工程では第２主面Ｐ２上に金属膜１１ａを形成する。たとえば金属膜１１ａに相当する適当な厚さの金属板を準備し、該金属板を第２主面Ｐ２上に載せ置けばよい。あるいは第２主面Ｐ２上にＣＶＤ法、スパッタリング法等によって金属膜１１ａを形成してもよい。
（金属膜を炭化する工程：Ｓ２２０）
次に金属膜１１ａを炭化する。図３はこの工程（Ｓ２２０）における好適な操作手順を示すフローチャートである。また図８は同操作を図解する模式的な断面図である。
図３および図８に示すように、先ずＳｉＣ種基板１０ａを、第１主面Ｐ１を下にして炭素下地３１に載せ置く工程（Ｓ２２１）を実行することが好ましい。第１主面Ｐ１の表面荒れを抑制するためである。炭素下地３１は特に限定されないが、たとえばカーボンシート等の柔軟性に富む素材が好ましい。第１主面Ｐ１を保護できるからである。
次いで金属膜１１ａに炭素を供給しながら、金属膜１１ａを加熱する工程（Ｓ２２２）を実行する。このとき炭素は如何なる形態で供給してもよい。たとえばガス状、粉状、シート状あるいは板状の炭素が供給され得る。加熱温度は、たとえば金属膜１１ａの融点以上、２０００℃以下である。加熱雰囲気は、たとえば真空（減圧雰囲気）またはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス雰囲気が好ましい。そして金属膜１１ａの融点以上、２０００℃以下の範囲内に設定された目的温度で１〜２４時間程度に亘って保持することにより金属炭化膜１１を形成することができる。
図８に示すように金属膜１１ａが金属板であり、かつ炭素が板状で供給される場合には、炭素板３２の上方から適当な荷重を加えて金属膜１１ａと炭素板３２との間に隙間が生じないように密着させるとよい。これにより均質な金属炭化膜１１が得られるとともに、金属炭化膜１１を第２主面Ｐ２に強固に接着できる。荷重を加える方法としては、たとえば炭素板３２上に重石を載せ置けばよい。このとき重石は、好ましくは非加熱体である。
前述のように、金属炭化膜１１が形成された後に、金属炭化膜１１を平坦化してもよい。これにより余分な炭素を低減できる。また金属炭化膜１１の膜厚および膜厚分布を調整することもできる。具体的には、金属炭化膜１１の表面に対して、たとえばＲＩＥ等のドライエッチングまたはＣＭＰ等の研磨を行うことができる。
（金属炭化膜の膜厚）
金属炭化膜１１の膜厚は０．１μｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。膜厚が０．１μｍ未満であると裏面昇華を十分抑制できない可能性もある。他方、昇華を抑制する機能としては１．０ｍｍで十分であることから、膜厚が１．０ｍｍを超えると経済的ではない。しかし経済性を無視する限り１．０ｍｍを超える膜厚としても差し支えない。金属炭化膜１１の膜厚は、より好ましくは１．０μｍ以上１．０ｍｍ以下であり、更に好ましくは１０μｍ以上１．０ｍｍ以下であり、最も好ましくは１００μｍ以上１．０ｍｍ以下である。裏面昇華の抑制効果を高めるためである。
（膜厚の変動係数）
金属炭化膜１１の膜厚の変動係数は２０％以下が好ましい。結晶成長時に金属炭化膜１１内の温度分布が小さくなり、熱応力の発生、集中を低減できるからである。ここで「膜厚の変動係数」とは、膜厚分布を表す指標であり、膜厚の標準偏差を膜厚の平均値で除した値の百分率である。変動係数の算出にあたり、膜厚は複数個所（少なくとも５個所、好ましくは１０個所以上、より好ましくは２０個所以上）で測定するものとする。膜厚は従来公知の手段で測定できる。たとえばフーリエ変換型赤外分光計（ＦＴ−ＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ − ＩｎｆｒａＲｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を使用すればよい。かかる変動係数は、より好ましくは１８％以下であり、特に好ましくは１５％以下である。熱応力の発生を低減するためである。
＜炭化珪素種基板＞
以上の工程（Ｓ１００）および工程（Ｓ２００）を経ることにより、本実施形態の製造方法に利用できるＳｉＣ種基板１０ａが準備される。図４に示すようにＳｉＣ種基板１０ａは、第１主面Ｐ１と、第１主面Ｐ１の反対側に位置する第２主面Ｐ２とを備える。ここで第１主面Ｐ１は結晶成長面であり、その裏面である第２主面Ｐ２上には金属炭化膜１１が形成されている。前述のように金属炭化膜１１は、ＴｉＣ、ＶＣおよびＺｒＣのうち少なくとも１種を含むことができる。
＜炭化珪素単結晶を成長させる工程：Ｓ３００＞
この工程では、金属炭化膜１１を有するＳｉＣ種基板１０ａを使用して、ＳｉＣ種基板１０ａ上にＳｉＣ単結晶１００を成長させる。
図４に示すように、支持部材５１ａと容器本体５２とを備える成長容器５０が準備される。成長容器５０の素材は、たとえば黒鉛である。容器本体５２には、原料１として、たとえばＳｉＣ多結晶を粉砕した粉末が収容される。支持部材５１ａは成長容器５０の蓋としての機能も兼ねている。支持部材５１ａにはＳｉＣ種基板１０ａを支持するための支持部ＳＴが設けられている。ＳｉＣ種基板１０ａは、成長面である第１主面Ｐ１が原料１と面するように、原料１から離れて原料１の上方に配置される。
このときＳｉＣ種基板１０ａは、第１主面Ｐ１の端部にある被支持部ＳＤを支持部ＳＴによって支持される。すなわち、ＳｉＣ種基板１０ａの表面のうち支持部材５１ａによって支持される被支持部ＳＤは、金属炭化膜１１が形成された領域以外にある。そのため金属炭化膜１１と支持部材５１ａとの間には隙間が存在しており、ＳｉＣ種基板１０ａの第２主面Ｐ２側は束縛されていない。ここで結晶成長時の温度環境を維持するために、当該隙間にヒートシンクあるいは発熱体等を挟んでもよいが、その場合にはできるだけＳｉＣ種基板１０ａを束縛しない態様とすることが望ましい。またＳｉＣ種基板１０ａの自由膨張を妨げないように、支持部ＳＴと被支持部ＳＤとは嵌め合いまたは接着等の固定を伴わないことが好ましい。すなわちＳｉＣ種基板１０ａを、支持部ＳＴ上に単純に置くだけとする態様が好ましい。
図６は第１主面Ｐ１上における被支持部ＳＤの一例を示す模式的な平面図である。図６に示すように、被支持部ＳＤは少なくとも３点あることが好ましい。ＳｉＣ種基板１０ａの姿勢を安定させるためである。図７は第１主面Ｐ１上における被支持部ＳＤの他の一例を示す模式的な平面図である。図７に示すように、ＳｉＣ種基板１０ａの外周を取り囲むように被支持部ＳＤを設けることがより好ましい。ＳｉＣ種基板１０ａの姿勢をより安定に保てるからである。
次いで図４に示すように、昇華法によってＳｉＣ単結晶１００を成長させる。すなわち成長容器５０内を適当な温度、圧力条件とすることにより、図４中の矢印の方向に原料１を昇華させ、第１主面Ｐ１上に昇華物を堆積させる。このとき温度条件は２１００℃以上２５００℃以下が好ましく、圧力条件は１．３ｋＰａ以上、大気圧以下が好ましい。さらに圧力条件は、成長速度を高めるため１３ｋＰａ以下としてもよい。
本実施形態では前述のようにＳｉＣ種基板１０ａの第２主面Ｐ２側が束縛されていない。そのためＳｉＣ単結晶１００が成長する間、ＳｉＣ種基板１０ａは自由に熱膨張できる。よって従来の製造方法ではＳｉＣ種基板１０ａおよびＳｉＣ単結晶１００に生じていた熱応力が緩和される。さらに金属炭化膜１１によって第２主面Ｐ２からの昇華も抑制できる。したがって結晶欠陥の少ないＳｉＣインゴットを製造できる。
〔変形例〕
次にＳｉＣインゴットの製造方法の変形例について説明する。図５は変形例に係るＳｉＣ単結晶１００を成長させる工程を図解する模式的な断面図である。図５に示すように、この変形例では第１主面Ｐ１と第２主面Ｐ２とを繋ぐ側面がテーパ状に傾斜したＳｉＣ種基板１０ｂを使用する。こうしたＳｉＣ種基板１０ｂは、たとえばＳｉＣインゴットを研削加工して円筒形とした後、該ＳｉＣインゴットをスライスして基板を得、さらに該基板の側面をチャンファ加工することによって準備できる。ＳｉＣ種基板１０ｂの第２主面Ｐ２には、前述したＳｉＣ種基板１０ａと同様に金属炭化膜１１が形成されている。
図５に示すように支持部材５１ｂもまた、テーパ状に傾斜する支持部ＳＴを有している。したがってＳｉＣ種基板１０ｂは、特別な位置決め作業を要さず、支持部材５１ｂに支持させることができる。これにより工程負担が軽減される。またこのとき被支持部ＳＤはテーパ状に傾斜するＳｉＣ種基板１０ｂの側面の一部にある。すなわちこの場合も被支持部ＳＤは、ＳｉＣ種基板１０ｂの表面のうち金属炭化膜１１が形成された領域以外にある。したがって上記と同様にＳｉＣ種基板１０ｂの第２主面Ｐ２側が束縛されない状態で、第１主面Ｐ１上にＳｉＣ単結晶１００を成長させることができるとともに、裏面昇華が金属炭化膜１１によって抑制される。したがって結晶欠陥が少ないＳｉＣインゴットを製造できる。
＜炭化珪素基板＞
本実施形態に係るＳｉＣ基板１０００について説明する。図９はＳｉＣ基板１０００の一例を示す模式図である。ＳｉＣ基板１０００は上記製造方法によって得られたＳｉＣインゴットをスライスして得た基板（ウェーハ）であり、結晶欠陥が少なく半導体装置用基板として有用である。ＳｉＣ基板１０００の厚さは、たとえば０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。ＳｉＣ基板１０００の平面形状は、たとえば円形であり、その直径は１００ｍｍ以上が好ましく、１５０ｍｍ以上がより好ましい。これにより半導体装置の製造コストを低減できる可能性がある。
ＳｉＣ基板１０００は前述の製造過程を経ていることから、金属炭化膜１１を構成する金属元素（たとえばＴｉ、ＶおよびＺｒ等）を含んでいる。しかしその濃度は０．０１ｐｐｍ以上０．１ｐｐｍ以下の範囲であり、半導体装置性能への影響は少ないと考えられる。金属元素の濃度（質量分率）は、たとえば二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）あるいは全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＸＲＦ：Ｔｏｔａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｘ−ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）等によって測定できる。金属元素の濃度は、好ましくは０．０９ｐｐｍ以下であり、より好ましくは０．０８ｐｐｍ以下であり、特に好ましくは０．０７ｐｐｍ以下である。
＜炭化珪素エピタキシャル基板＞
本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板について説明する。図１２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の一例を示す模式的な断面図である。ＳｉＣエピタキシャル基板２０００は、ＳｉＣ基板１０００と、ＳｉＣ基板１０００上に形成されたエピタキシャル層１００１とを含む。
ＳｉＣ基板１０００は、Ｔｉ、ＶおよびＺｒからなる金属元素の群より選ばれる少なくとも１種を含む。ＳｉＣ基板１０００において、金属元素の濃度は０．０１ｐｐｍ以上０．１ｐｐｍ以下である。エピタキシャル層１００１は、ＳｉＣ基板１０００上にエピタキシャル成長させた層である。エピタキシャル層１００１は、炭化珪素からなる層でもよいし、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）等の炭化珪素と異なる化合物からなる層でもよい。エピタキシャル層１００１の厚さは、たとえば５μｍ以上でもよいし、１０μｍ以上でもよい。またエピタキシャル層１００１の厚さは、たとえば１００μｍ以下でもよいし、５０μｍ以下でもよい。
前述したように、ＳｉＣ基板１０００は結晶欠陥の少ない基板である。そのため、ＳｉＣ基板１０００上に成長させたエピタキシャル層１００１も結晶欠陥の少ない層となり得る。
〔半導体装置〕
本実施形態に係る半導体装置について説明する。図１０は、本実施形態に係る半導体装置の構成の一例を示す模式的な断面図である。図１０に示される半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。
ＭＯＳＦＥＴ３０００は、ＳｉＣエピタキシャル基板２０００を備える。さらにＭＯＳＦＥＴ３０００は、ゲート酸化膜１３６と、ゲート電極１４０と、層間絶縁膜１６０と、ソース電極１４１と、表面保護電極１４２と、ドレイン電極１４５と、裏面保護電極１４７とを備える。
前述のようにＳｉＣエピタキシャル基板２０００は、ＳｉＣ基板１０００と、ＳｉＣ基板１０００上に形成されたエピタキシャル層１００１とを含む。すなわちＭＯＳＦＥＴ３０００は、Ｔｉ、ＶおよびＺｒからなる金属元素の群より選ばれる少なくとも１種を含み、該金属元素の濃度が０．０１ｐｐｍ以上０．１ｐｐｍ以下であるＳｉＣ基板を備える、半導体装置である。
ＭＯＳＦＥＴ３０００において、ＳｉＣ基板１０００は、ｎ型（第１導電型）を有するｎ型基板である。エピタキシャル層１００１は、ＳｉＣ基板１０００上に設けられている。ＭＯＳＦＥＴ３０００において、エピタキシャル層１００１は炭化珪素からなるホモエピタキシャル層である。エピタキシャル層１００１は、たとえばドリフト領域１３１と、ボディ領域１３２と、ソース領域１３３と、コンタクト領域１３４とを含む。ドリフト領域１３１は、たとえば窒素（Ｎ）等のｎ型不純物を含有し、ｎ型を有する。ドリフト領域１３１におけるｎ型不純物の濃度は、ＳｉＣ基板１０００におけるｎ型不純物の濃度より低くてもよい。ボディ領域１３２は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）またはホウ素（Ｂ）等のｐ型不純物を含有し、ｐ型（第１導電型と異なる第２導電型）を有する。ボディ領域１３２におけるｐ型不純物の濃度は、ドリフト領域１３１におけるｎ型不純物の濃度より高くてもよい。
ここで本明細書における「第１導電型」および「第２導電型」は、第１導電型と第２導電型とを区別する目的でのみ使用されている。したがって第１導電型はｐ型の場合もあるし、第２導電型はｎ型の場合もある。
ソース領域１３３は、たとえばリン（Ｐ）等の不純物を含有し、ｎ型の導電型を有する。ソース領域１３３は、ボディ領域１３２によってドリフト領域１３１から隔てられている。ソース領域１３３は、エピタキシャル層１００１の表面の一部を構成する。エピタキシャル層１００１の表面に対して垂直な方向から見て、ソース領域１３３はボディ領域１３２に取り囲まれていてもよい。ソース領域１３３におけるｎ型不純物の濃度は、ドリフト領域１３１におけるｎ型不純物の濃度より高くてもよい。
コンタクト領域１３４は、たとえばＡｌ、Ｂ等のｐ型不純物を含有し、ｐ型の導電型を有する。コンタクト領域１３４は、エピタキシャル層１００１の表面の一部を構成する。コンタクト領域１３４は、ソース領域１３３を貫通し、ボディ領域１３２と接している。コンタクト領域１３４におけるｐ型不純物の濃度は、ボディ領域１３２におけるｐ型不純物の濃度より高くてもよい。
ゲート酸化膜１３６は、エピタキシャル層１００１の表面上に形成されている。ゲート酸化膜１３６は、ソース領域１３３、ボディ領域１３２およびドリフト領域１３１の各々に接している。ゲート酸化膜１３６は、たとえば二酸化珪素から構成されていてもよい。
ゲート電極１４０は、ゲート酸化膜１３６上に設けられている。ゲート電極１４０は、ソース領域１３３、ボディ領域１３２およびドリフト領域１３１の各々に対面している。ゲート電極１４０は、たとえば不純物が導入されたポリシリコン、Ａｌ等から構成されていてもよい。
ソース電極１４１は、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４に接している。ソース電極１４１は、ゲート酸化膜１３６に接していてもよい。ソース電極１４１は、たとえばＴｉ、ＡｌおよびＳｉを含む材料等から構成されていてもよい。ソース電極１４１は、ソース領域１３３とオーミック接触していてもよい。ソース電極１４１は、コンタクト領域１３４ともオーミック接触していてもよい。
層間絶縁膜１６０は、ゲート電極１４０を覆っている。層間絶縁膜１６０は、ゲート電極１４０およびゲート酸化膜１３６と接している。層間絶縁膜１６０は、ゲート電極１４０とソース電極１４１とを電気的に絶縁している。表面保護電極１４２は、層間絶縁膜１６０を覆っている。表面保護電極１４２は、たとえばＡｌを含む材料等から構成されていてもよい。表面保護電極１４２は、ソース電極１４１と電気的に接続されている。
ドレイン電極１４５は、ＳｉＣ基板１０００と接している。ドレイン電極１４５は、ＳｉＣ基板１０００とオーミック接触していてもよい。ドレイン電極１４５とエピタキシャル層１００１とは、ＳｉＣ基板１０００を間に挟んで互いに対向している。ドレイン電極１４５は、たとえばＮｉＳｉを含む材料等から構成されていてもよい。裏面保護電極１４７は、ドレイン電極１４５と電気的に接続されている。裏面保護電極１４７は、たとえばＡｌを含む材料等から構成されていてもよい。
＜半導体装置の製造方法＞
本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。ここでは一例として、上記ＭＯＳＦＥＴ３０００の製造方法を説明する。図１１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１０００）と、炭化珪素基板を加工する工程（Ｓ２０００）とを備える。ＳｉＣ基板を準備する工程については前述しているので、ここでは重複する説明は行わない。
（炭化珪素基板を加工する工程：Ｓ２０００）
ＳｉＣ基板を準備した後、ＳｉＣ基板を加工する工程が実施される。本実施形態のＳｉＣ基板を加工する工程には、たとえばＳｉＣ基板上におけるエピタキシャル成長、ＳｉＣ基板上における電極形成、ＳｉＣ基板を切断するダイシング等が含まれる。すなわちＳｉＣ基板を加工する工程は、エピタキシャル成長工程、電極形成工程およびダイシング工程の少なくともいずれかを含む工程でもよい。
図１２に示すように、先ずＳｉＣ基板１０００上に、たとえばＣＶＤ法により、炭化珪素からなるエピタキシャル層１００１を成長させる。これにより、ＳｉＣエピタキシャル基板２０００が製造される。エピタキシャル成長の原料ガスには、たとえばシラン（ＳｉＨ4）およびプロパン（Ｃ3Ｈ8）等が用いられる。キャリアガスには、たとえば水素（Ｈ2）が用いられる。エピタキシャル成長時のＳｉＣ基板１０００の温度は、たとえば１４００℃以上１７００℃以下程度としてもよい。
エピタキシャル成長の後、イオン注入が実施される。図１３は、イオン注入工程を図解する模式的な断面図である。たとえばＡｌイオンが、エピタキシャル層１００１の表面に対して注入される。これによりエピタキシャル層１００１内に、ｐ型の導電型を有するボディ領域１３２が形成される。続いて、たとえばＰイオンが、上記Ａｌイオンの注入深さより浅い深さで、ボディ領域１３２内に注入される。これによりｎ型の導電型を有するソース領域１３３が形成される。さらに、たとえばＡｌイオンが、ソース領域１３３に対して注入される。これにより、ソース領域１３３を貫通してボディ領域１３２に達し、かつｐ型の導電型を有するコンタクト領域１３４が形成される。エピタキシャル層１００１において、ボディ領域１３２、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４を除く領域は、ドリフト領域１３１となる。イオン注入時のＳｉＣエピタキシャル基板２０００の温度は、たとえば３００〜６００℃程度としてもよい。
イオン注入の後、活性化アニールが実施される。ＳｉＣエピタキシャル基板２０００は、たとえば１８００℃程度の温度で、３０分程度熱処理される。これによりイオン注入により、導入された不純物が活性化し、各領域において所望のキャリアが生成される。
活性化アニールの後、ゲート酸化膜が形成される。図１４は、ゲート酸化膜形成工程および電極形成工程を図解する模式的な断面図である。ゲート酸化膜は、たとえば熱酸化により形成される。熱酸化は、酸素を含む雰囲気下、ＳｉＣエピタキシャル基板２０００を熱処理することにより行われる。これにより、二酸化珪素から構成されるゲート酸化膜を形成できる。熱処理温度は、たとえば１３００℃程度でよい。熱処理時間は、たとえば６０分程度でよい。ゲート酸化膜１３６は、エピタキシャル層１００１の表面において、ドリフト領域１３１、ボディ領域１３２、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４の各々と接するように形成される。
次いで、ゲート酸化膜上にゲート電極が形成される。ゲート電極は、たとえばＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ）法により形成される。ゲート電極１４０は、たとえば、不純物が添加され、導電性を示すポリシリコン等から構成される。ゲート電極１４０は、ソース領域１３３、ボディ領域１３２およびドリフト領域１３１の各々と対面する位置に形成される。
次いで、層間絶縁膜が形成される。図１５は、層間絶縁膜形成工程および電極形成工程を図解する模式的な断面図である。層間絶縁膜は、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成される。層間絶縁膜は、たとえば二酸化珪素を含む材料等から構成される。層間絶縁膜１６０は、ゲート電極１４０を覆い、かつゲート酸化膜１３６に接するように形成される。
次に、ソース電極が形成される。ソース電極の形成に先立ち、層間絶縁膜１６０およびゲート酸化膜１３６の一部がエッチングされる。これにより、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４が、ゲート酸化膜１３６から露出した領域が形成される。次いで、たとえばスパッタリング法により、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４が露出した領域上に、金属層が形成される。金属層は、たとえばＴｉ、ＡｌおよびＳｉを含む材料等から構成される。たとえば１０００℃程度で、金属層を熱処理することにより、金属層の少なくとも一部がシリサイド化する。これにより金属層は、ソース領域１３３とオーミック接触するソース電極１４１となる。
次いで、表面保護電極が形成される。表面保護電極は、たとえばスパッタリング法により形成される。表面保護電極は、たとえばＡｌを含む材料等から構成してもよい。図１０に示すように、表面保護電極１４２は、ソース電極１４１に接し、かつ層間絶縁膜１６０を覆うように形成される。
次いで、ドレイン電極が形成される。ドレイン電極は、たとえばスパッタリング法により形成される。図１０に示すように、ドレイン電極１４５は、ＳｉＣ基板１０００を間に挟んで、エピタキシャル層１００１と対向する位置に形成される。ドレイン電極１４５は、たとえばＮｉＳｉを含む材料等から構成される。さらに裏面保護電極１４７がドレイン電極１４５に接して形成される。裏面保護電極は、たとえばスパッタリング法により形成される。裏面保護電極は、たとえばＡｌを含む材料等から構成される。
さらに所定のダイシングブレードによって、ＳｉＣ基板１０００を分割する。こうして複数のチップ状半導体装置が製造される。
以上のように本明細書では、半導体装置の一例としてＭＯＳＦＥＴを例示した。しかし本実施形態の半導体装置は、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。本実施形態は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＰｉＮダイオード、ＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等に適用してもよい。
これらの半導体装置は、本実施形態の炭化珪素基板を備える限り、炭化珪素半導体装置にも限定されない。たとえば本実施形態の半導体装置は、炭化珪素基板上に、たとえばＧａＮ等の炭化珪素と異なる化合物からなるエピタキシャル層を含んでいてもよい。
ＳｉＣ基板１０００の導電型は、適用する半導体装置、装置仕様等に合わせて適宜変更できる。ＳｉＣ基板１０００は、ｎ型基板でもよいし、ｐ型基板でもよいし、あるいは半絶縁性基板でもよい。
上記したＳｉＣ単結晶を成長させる工程（Ｓ３００）において、成長容器５０内に、たとえばＮ2ガス、ホスフィン（ＰＨ3）ガス等を導入することにより、単結晶にｎ型不純物である窒素、リン等が取り込まれ、ｎ型の導電型を有するＳｉＣ単結晶を製造することができる。このＳｉＣ単結晶をスライスすることにより、ｎ型基板が得られる。
成長容器５０内に、たとえばＡｌ、Ｂ等のｐ型不純物を含む固体または気体を導入することにより、単結晶にｐ型不純物であるＡｌ、Ｂ等が取り込まれ、ｐ型の導電型を有するＳｉＣ単結晶を製造することができる。このＳｉＣ単結晶をスライスすることにより、ｐ型基板が得られる。ｐ型不純物を含む固体または気体としては、たとえば金属Ａｌ、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）ガス等が挙げられる。
またｎ型不純物およびｐ型不純物が低減された雰囲気において、単結晶を成長させることにより、半絶縁性のＳｉＣ単結晶を製造することもできる。このＳｉＣ単結晶をスライスすることにより、半絶縁性基板が得られる。ｎ型不純物およびｐ型不純物が低減された雰囲気は、たとえば、次のようにして形成できる。すなわち、成長容器５０をはじめとする、炉内に配置される黒鉛製部材に対して、予め加熱処理、ハロゲン処理等を施すことにより、黒鉛製部材に含まれる窒素、リン、Ａｌ、Ｂ等を極力低減しておく。ｎ型不純物およびｐ型不純物が極力低減された黒鉛製部材を用い、さらに導入ガスにｎ型不純物およびｐ型不純物を実質的に入れないことにより、ＳｉＣ単結晶が半絶縁性となり得る雰囲気を形成できる。
以上、本実施形態について説明したが、今回開示された実施形態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ではなく請求の範囲によって示され、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 原料、１０ａ，１０ｂ 炭化珪素種基板、１１ 金属炭化膜、１１ａ 金属膜、３１ 炭素下地、３２ 炭素板、５０ 成長容器、５１ａ，５１ｂ 支持部材、５２ 容器本体、１００ 炭化珪素単結晶、１３１ ドリフト領域、１３２ ボディ領域、１３３ ソース領域、１３４ コンタクト領域、１３６ ゲート酸化膜、１４０ ゲート電極、１４１ ソース電極、１４２ 表面保護電極、１４５ ドレイン電極、１４７ 裏面保護電極、１６０ 層間絶縁膜、１０００ 炭化珪素基板（半導体装置用基板）、１００１ エピタキシャル層、２０００ 炭化珪素エピタキシャル基板、３０００ ＭＯＳＦＥＴ（半導体装置）、Ｐ１ 第１主面、Ｐ２ 第２主面、ＳＤ 被支持部、ＳＴ 支持部。

Claims (16)

  1. 第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを有する炭化珪素種基板を準備する工程と、
    前記第２主面上に２０００℃以下の温度で金属炭化膜を形成する工程と、
    前記金属炭化膜が形成された前記炭化珪素種基板を支持部材に支持させながら、昇華法によって前記第１主面上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備え、
    前記成長させる工程において、前記炭化珪素種基板の表面のうち前記支持部材によって支持される被支持部は、前記金属炭化膜が形成された領域以外にある、炭化珪素インゴットの製造方法。
  2. 前記金属炭化膜は、炭化チタン、炭化バナジウムおよび炭化ジルコニウムのうち少なくとも１種を含む、請求項１に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
  3. 前記金属炭化膜を形成する工程は、
    前記第２主面上に金属膜を形成する工程と、
    前記金属膜を炭化する工程と、を含む、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
  4. 前記金属膜を炭化する工程は、
    前記第１主面を下にして、前記炭化珪素種基板を炭素下地上に載せ置く工程と、
    前記金属膜に炭素を供給しながら、前記金属膜を加熱する工程と、を含む、請求項３に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
  5. 前記金属炭化膜を形成する工程は、前記金属膜を炭化する工程の後に、前記金属炭化膜を平坦化する工程をさらに含む、請求項３または請求項４に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
  6. 前記成長させる工程において、
    前記炭化珪素種基板は、原料から離れて前記原料の上方に配置され、
    前記第１主面は、前記原料に面しており、
    前記被支持部は、前記第１主面の端部にある、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
  7. 第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを備え、
    前記第１主面は、結晶成長面であり、
    前記第２主面上に、金属炭化膜を有し、
    前記金属炭化膜は、炭化チタン、炭化バナジウムおよび炭化ジルコニウムのうち少なくとも１種を含む、炭化珪素種基板。
  8. 前記金属炭化膜の膜厚は、０．１μｍ以上１．０ｍｍ以下である、請求項７に記載の炭化珪素種基板。
  9. 前記金属炭化膜の膜厚の変動係数は、２０％以下である、請求項７または請求項８に記載の炭化珪素種基板。
  10. 請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素種基板を準備する工程と、
    前記炭化珪素種基板を支持部材に支持させながら、昇華法によって前記第１主面上に炭化珪素単結晶を成長させる工程と、を備え、
    前記成長させる工程において、前記炭化珪素種基板の表面のうち前記支持部材によって支持される被支持部は前記金属炭化膜が形成された領域以外にある、炭化珪素インゴットの製造方法。
  11. 請求項１０に記載の製造方法によって得られた炭化珪素インゴットをスライスして得た基板であり、
    前記金属炭化膜を構成する金属元素を含み、
    前記金属元素の濃度が、０．０１ｐｐｍ以上０．１ｐｐｍ以下である、炭化珪素基板。
  12. チタン、バナジウムおよびジルコニウムからなる金属元素の群より選ばれる少なくとも１種を含み、前記金属元素の濃度が０．０１ｐｐｍ以上０．１ｐｐｍ以下である炭化珪素基板を備える、半導体装置。
  13. 前記炭化珪素基板は、半絶縁性基板である、請求項１２に記載の半導体装置。
  14. 前記炭化珪素基板は、ｎ型基板である、請求項１２に記載の半導体装置。
  15. 前記炭化珪素基板は、ｐ型基板である、請求項１２に記載の半導体装置。
  16. 請求項１１に記載の炭化珪素基板を準備する工程と、
    前記炭化珪素基板を加工する工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
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