WO2024084910A1 - 炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法 Download PDF

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WO2024084910A1
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silicon carbide
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貴洋 椎原
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住友電気工業株式会社
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    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
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    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

Definitions

  • This disclosure relates to a silicon carbide substrate, a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
  • This application claims priority to Japanese patent application No. 2022-167474, filed on October 19, 2022. All contents of the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Non-Patent Document 1 describes the results of measuring the concentration of metal impurities in silicon carbide crystals.
  • the silicon carbide substrate according to the present disclosure has a first main surface.
  • the first main surface includes a central measurement region, a first measurement region, a second measurement region, a third measurement region, and a fourth measurement region.
  • the central measurement region is at the center of the first main surface.
  • the first measurement region is in a ⁇ 11-20> direction relative to the central measurement region.
  • the second measurement region is in a ⁇ 1-100> direction relative to the central measurement region.
  • the third measurement region is opposite the first measurement region relative to the central measurement region.
  • the fourth measurement region is opposite the second measurement region relative to the central measurement region.
  • the shortest distance between the center of each of the first measurement region, the second measurement region, the third measurement region, and the fourth measurement region and the first outer periphery of the first main surface is 10 mm.
  • the concentration of titanium in the central measurement region is defined as a first concentration.
  • the average of the concentrations of titanium in the first measurement region, the second measurement region, the third measurement region, and the fourth measurement region is defined as a second concentration.
  • Each of the first concentration and the second concentration is measured by secondary ion mass spectrometry.
  • the first concentration is lower than the second concentration.
  • the second concentration is 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide substrate according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration of a silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional schematic diagram showing an apparatus for producing a silicon carbide single crystal according to this embodiment.
  • FIG. 6 is a flow diagram illustrating a schematic method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a process for growing silicon carbide crystal.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide substrate according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration of
  • FIG. 8 is a flow diagram that roughly shows the method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a step of preparing a silicon carbide substrate.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a silicon carbide epitaxial layer.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a body region.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a source region.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a trench in the third main surface of the silicon carbide epitaxial layer.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a gate insulating film.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view
  • An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide substrate, a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that are capable of improving the yield of silicon carbide semiconductor devices.
  • An object of the present disclosure can provide a silicon carbide substrate, a method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that are capable of improving the yield of silicon carbide semiconductor devices.
  • a silicon carbide substrate 100 according to the present disclosure has a first main surface 1.
  • the first main surface 1 has a central measurement region 65, a first measurement region 61, a second measurement region 62, a third measurement region 63, and a fourth measurement region 64.
  • the central measurement region 65 is at the center of the first main surface 1.
  • the first measurement region 61 is in the ⁇ 11-20> direction relative to the central measurement region 65.
  • the second measurement region 62 is in the ⁇ 1-100> direction relative to the central measurement region 65.
  • the third measurement region 63 is opposite the first measurement region 61 relative to the central measurement region 65.
  • the fourth measurement region 64 is opposite the second measurement region 62 relative to the central measurement region 65.
  • the shortest distance between the center of each of the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 and the first outer periphery 14 of the first main surface 1 is 10 mm.
  • the titanium concentration in the central measurement region 65 is defined as a first concentration.
  • the average value of the titanium concentrations in the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 is defined as a second concentration.
  • Each of the first concentration and the second concentration is measured by secondary ion mass spectrometry.
  • the first concentration is lower than the second concentration.
  • the second concentration is 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the first concentration may be less than or equal to 1 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 .
  • the value obtained by dividing the second concentration by the first concentration may be 50 or less.
  • the silicon carbide substrate 100 has a first main surface 1.
  • the first main surface 1 has a central measurement region 65, a first measurement region 61, a second measurement region 62, a third measurement region 63, and a fourth measurement region 64.
  • the central measurement region 65 is at the center of the first main surface 1.
  • the first measurement region 61 is in the ⁇ 11-20> direction relative to the central measurement region 65.
  • the second measurement region 62 is in the ⁇ 1-100> direction relative to the central measurement region 65.
  • the third measurement region 63 is opposite the first measurement region 61 relative to the central measurement region 65.
  • the fourth measurement region 64 is opposite the second measurement region 62 relative to the central measurement region 65.
  • the shortest distance between the center of each of the first measurement area 61, the second measurement area 62, the third measurement area 63, and the fourth measurement area 64 and the first outer periphery 14 of the first main surface 1 is 10 mm.
  • the concentration of chromium in the central measurement area 65 is set to a third concentration.
  • the average value of the concentrations of chromium in the first measurement area 61, the second measurement area 62, the third measurement area 63, and the fourth measurement area 64 is set to a fourth concentration.
  • Each of the third concentration and the fourth concentration is measured by secondary ion mass spectrometry.
  • the third concentration is lower than the fourth concentration.
  • the fourth concentration is 3 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the third concentration may be less than or equal to 5 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 .
  • the value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration may be 6 or less.
  • the silicon carbide substrate 100 has a first main surface 1.
  • the first main surface 1 has a central measurement region 65, a first measurement region 61, a second measurement region 62, a third measurement region 63, and a fourth measurement region 64.
  • the central measurement region 65 is at the center of the first main surface 1.
  • the first measurement region 61 is in the ⁇ 11-20> direction relative to the central measurement region 65.
  • the second measurement region 62 is in the ⁇ 1-100> direction relative to the central measurement region 65.
  • the third measurement region 63 is opposite the first measurement region 61 relative to the central measurement region 65.
  • the fourth measurement region 64 is opposite the second measurement region 62 relative to the central measurement region 65.
  • the shortest distance between the center of each of the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 and the first outer periphery 14 of the first main surface 1 is 10 mm.
  • the copper concentration in the central measurement region 65 is set to a fifth concentration.
  • the average value of the copper concentrations in the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 is set to a sixth concentration.
  • Each of the fifth concentration and the sixth concentration is measured by secondary ion mass spectrometry.
  • the fifth concentration is 2 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the sixth concentration is 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the silicon carbide substrate 100 has a first main surface 1.
  • the first main surface 1 has a central measurement region 65, a first measurement region 61, a second measurement region 62, a third measurement region 63, and a fourth measurement region 64.
  • the central measurement region 65 is at the center of the first main surface 1.
  • the first measurement region 61 is in the ⁇ 11-20> direction relative to the central measurement region 65.
  • the second measurement region 62 is in the ⁇ 1-100> direction relative to the central measurement region 65.
  • the third measurement region 63 is opposite the first measurement region 61 relative to the central measurement region 65.
  • the fourth measurement region 64 is opposite the second measurement region 62 relative to the central measurement region 65.
  • the shortest distance between the center of each of the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 and the first outer periphery 14 of the first main surface 1 is 10 mm.
  • the aluminum concentration in the central measurement region 65 is set to a seventh concentration.
  • the average value of the aluminum concentrations in the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 is set to an eighth concentration.
  • Each of the seventh concentration and the eighth concentration is measured by secondary ion mass spectrometry.
  • the seventh concentration is 2 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.
  • the eighth concentration is 6 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.
  • the maximum diameter W1 of the first main surface 1 may be 150 mm or more.
  • the concentration of nitrogen in central measurement region 65 may be 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or more.
  • the method for manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate 200 according to the present disclosure includes the following steps.
  • a silicon carbide substrate 100 according to any one of (1) to (10) above is prepared.
  • a silicon carbide epitaxial layer 20 is formed on the silicon carbide substrate 100.
  • the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device 400 according to the present disclosure includes the following steps: A silicon carbide substrate 100 described in any one of (1) to (10) above is prepared. A silicon carbide epitaxial layer 20 is formed on the silicon carbide substrate 100. The silicon carbide epitaxial layer 20 is processed.
  • Fig. 1 is a plan schematic view showing the configuration of a silicon carbide substrate 100 according to this embodiment.
  • Fig. 2 is a cross-sectional schematic view taken along line II-II in Fig. 1.
  • the silicon carbide substrate 100 mainly has a first main surface 1, a second main surface 2, and a peripheral side surface 9.
  • the second main surface 2 is opposite the first main surface 1.
  • the peripheral side surface 9 is continuous with each of the first main surface 1 and the second main surface 2.
  • the ridge between the first main surface 1 and the peripheral side surface 9 forms a first peripheral edge 14.
  • the first peripheral edge 14 is the peripheral edge of the first main surface 1.
  • the peripheral side surface 9 has, for example, an orientation flat 7 and an arc-shaped portion 8.
  • the orientation flat 7 when viewed along a straight line perpendicular to the first main surface 1 (hereinafter also referred to as a plan view), the orientation flat 7 is linear.
  • the orientation flat 7 extends, for example, along the first direction 101.
  • the arc-shaped portion 8 is continuous with the orientation flat 7.
  • the arc-shaped portion 8 is arc-shaped.
  • the first main surface 1 extends along each of the first direction 101 and the second direction 102.
  • the second direction 102 is perpendicular to the first direction 101.
  • the first direction 101 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the first direction 101 may be, for example, the [-1-120] direction.
  • the first direction 101 may be a direction obtained by projecting the ⁇ 11-20> direction onto the first principal surface 1. From another perspective, the first direction 101 may be, for example, a direction that includes a ⁇ 11-20> directional component.
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
  • the second direction 102 may be, for example, the [1-100] direction.
  • the second direction 102 may be, for example, the direction obtained by projecting the ⁇ 1-100> direction onto the first principal surface 1. From another perspective, the second direction 102 may be, for example, a direction that includes a ⁇ 1-100> directional component.
  • the third direction 103 is perpendicular to each of the first direction 101 and the second direction 102, and is a direction from the first main surface 1 to the second main surface 2.
  • the schematic plan view shown in FIG. 1 is a schematic plan view seen in the third direction 103.
  • the first main surface 1 may be a ⁇ 0001 ⁇ plane, or may be a plane inclined with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the inclination angle (off angle ⁇ ) with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane is, for example, 1° or more and 8° or less.
  • the inclination direction (off direction) of the first main surface 1 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the off angle ⁇ may be, for example, 2° or more and 6° or less.
  • the maximum diameter of the first main surface 1 is the first maximum diameter W1.
  • the first maximum diameter W1 is, for example, 150 mm (6 inches) or more.
  • the first maximum diameter W1 may be 200 mm (8 inches) or more.
  • the upper limit of the first maximum diameter W1 is not particularly limited, but may be, for example, 400 mm (16 inches) or less.
  • the first maximum diameter W1 is the longest straight-line distance between two different points on the first outer periphery 14.
  • 6 inches means 150 mm or 152.4 mm (6 inches x 25.4 mm/inch).
  • 8 inches means 200 mm or 203.2 mm (8 inches x 25.4 mm/inch).
  • 16 inches means 400 mm or 406.4 mm (16 inches x 25.4 mm/inch).
  • the first main surface 1 has a central measurement area 65, a first measurement area 61, a second measurement area 62, a third measurement area 63, and a fourth measurement area 64.
  • Each of the central measurement area 65, the first measurement area 61, the second measurement area 62, the third measurement area 63, and the fourth measurement area 64 is an area for measuring the concentration of metal impurities in the first main surface 1.
  • the metal impurities are specifically titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe), nickel (Ni), etc.
  • the shortest distance from the first outer periphery 14 is 10 mm, and the line connecting the points on the first main surface 1 is the virtual line 12.
  • the shortest distance D between the first outer periphery 14 and the virtual line 12 is 10 mm.
  • the center of the central measurement area 65 is the fifth center 95.
  • the central measurement area 65 is at the center of the first main surface 1.
  • the fifth center 95 coincides with the center of the first main surface 1.
  • the center of the first main surface 1 is at the center of a circle whose diameter is the first maximum diameter W1.
  • the first measurement area 61 is in the ⁇ 11-20> direction relative to the central measurement area 65.
  • the first measurement area 61 is in a first direction 101 relative to the central measurement area 65.
  • the center of the first measurement area 61 is defined as a first center 91.
  • the shortest distance between the first center 91 and the first outer periphery 14 is 10 mm.
  • the first center 91 is on the virtual line 12.
  • the second measurement area 62 is in the ⁇ 1-100> direction relative to the central measurement area 65.
  • the second measurement area 62 is in the second direction 102 relative to the central measurement area 65.
  • the center of the second measurement area 62 is the second center 92.
  • the shortest distance between the second center 92 and the first outer peripheral edge 14 is 10 mm.
  • the second center 92 is on the imaginary line 12.
  • the third measurement area 63 is opposite the first measurement area 61 with respect to the central measurement area 65.
  • the central measurement area 65 is between the first measurement area 61 and the third measurement area 63.
  • the center of the third measurement area 63 is set to the third center 93.
  • the shortest distance between the third center 93 and the first outer peripheral edge 14 is 10 mm.
  • the third center 93 is on the virtual line 12.
  • the first center 91, the third center 93, and the fifth center 95 may be on the same straight line.
  • the fourth measurement area 64 is opposite the second measurement area 62 with respect to the central measurement area 65.
  • the central measurement area 65 is between the second measurement area 62 and the fourth measurement area 64.
  • the center of the fourth measurement area 64 is set to be the fourth center 94.
  • the shortest distance between the fourth center 94 and the first outer peripheral edge 14 is 10 mm.
  • the fourth center 94 is on the virtual line 12.
  • the second center 92, the fourth center 94, and the fifth center 95 may be on the same straight line.
  • each of the central measurement area 65, the first measurement area 61, the second measurement area 62, the third measurement area 63 and the fourth measurement area 64 is, for example, a square.
  • the length of one side of each of the central measurement area 65, the first measurement area 61, the second measurement area 62, the third measurement area 63 and the fourth measurement area 64 is, for example, not less than 50 ⁇ m and not more than 100 ⁇ m.
  • One side of each of the central measurement area 65, the first measurement area 61, the second measurement area 62, the third measurement area 63 and the fourth measurement area 64 is, for example, parallel to the first direction 101.
  • the concentration of the metal impurities is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
  • SIMS for example, oxygen (O 2 + ) or cesium (Cs + ) is used as the primary ion.
  • a primary ion beam is scanned in each measurement region.
  • Secondary ions are detected in the center of each measurement region. Specifically, for example, secondary ions are detected in a circular region centered on the first center 91. The diameter of the circular region is, for example, about 30 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the detected secondary ions are analyzed to measure the concentration of the metal impurities in the first measurement region 61. In the same manner, the concentration of the metal impurities in each measurement region is measured.
  • the titanium concentration in the central measurement region 65 is set to a first concentration.
  • the average of the titanium concentrations in the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 is set to a second concentration.
  • the first concentration is lower than the second concentration.
  • the first concentration is, for example, 1 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.
  • the first concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 10 atoms/cm 3 or more, or 5 ⁇ 10 10 atoms/cm 3 or more.
  • the first concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 12 atoms/cm 3 or less, or 1 ⁇ 10 11 atoms/cm 3 or less.
  • the second concentration is 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the second concentration may be 1 ⁇ 10 12 atoms/cm 3 or more, or 1 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or more.
  • the second concentration may be, for example, 1.5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less, or 5 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.
  • the value obtained by dividing the second concentration by the first concentration is, for example, 50 or less.
  • the value obtained by dividing the second concentration by the first concentration may be, for example, greater than 1 or 3 or greater.
  • the value obtained by dividing the second concentration by the first concentration may be, for example, 11 or less, or 5 or less.
  • a calculation is performed in which the second concentration is divided by the first concentration with the value of the first concentration set as the lower limit of detection of SIMS.
  • the concentration of chromium in the central measurement area 65 is set to a third concentration.
  • the average value of the concentrations of chromium in the first measurement area 61, the second measurement area 62, the third measurement area 63, and the fourth measurement area 64 is set to a fourth concentration.
  • the third concentration is lower than the fourth concentration.
  • the third concentration is, for example, 5 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.
  • the third concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 10 atoms/cm 3 or more, or 1 ⁇ 10 11 atoms/cm 3 or more.
  • the third concentration may be, for example, 5 ⁇ 10 12 atoms/cm 3 or less, or 5 ⁇ 10 11 atoms/cm 3 or less.
  • the fourth concentration is 3 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the fourth concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or more, or 5 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or more.
  • the fourth concentration may be, for example, 2 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less, or 1 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration is, for example, 6 or less.
  • the value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration may be, for example, greater than 1, or 1.5 or more.
  • the value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration may be, for example, 4 or less, or 2.5 or less.
  • a calculation is performed in which the value of the third concentration is used as the lower limit of detection of SIMS and the fourth concentration is divided by the third concentration.
  • the fourth concentration when dividing the fourth concentration by the third concentration, if the fourth concentration is equal to or less than the lower limit of detection of SIMS, a calculation is performed in which the value of the fourth concentration is used as the lower limit of detection of SIMS and the fourth concentration is divided by the third concentration.
  • the copper concentration in the central measurement region 65 is set to a fifth concentration.
  • the average of the copper concentrations in the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 is set to a sixth concentration.
  • the fifth concentration may be lower than the sixth concentration.
  • the fifth concentration is 2 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the fifth concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 11 atoms/cm 3 or more, or 5 ⁇ 10 11 atoms/cm 3 or more.
  • the fifth concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less, or 1 ⁇ 10 12 atoms/cm 3 or less.
  • the sixth concentration is 5 ⁇ 10 atoms/cm 3 or less.
  • the sixth concentration may be, for example, 3.5 ⁇ 10 atoms/cm 3 or less, or 2.0 ⁇ 10 atoms/cm 3 or less.
  • the sixth concentration may be, for example, 1.0 ⁇ 10 atoms/cm 3 or more, or 1.0 ⁇ 10 atoms/cm 3 or more.
  • the value obtained by dividing the sixth concentration by the fifth concentration is, for example, 1 or more and 2.5 or less.
  • a calculation is performed in which the sixth concentration is divided by the fifth concentration with the value of the fifth concentration set as the lower limit of detection of SIMS.
  • a calculation is performed in which the sixth concentration is divided by the fifth concentration with the value of the sixth concentration set as the lower limit of detection of SIMS.
  • the aluminum concentration in the central measurement region 65 is set to a seventh concentration.
  • the average of the aluminum concentrations in the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 is set to an eighth concentration.
  • the seventh concentration may be lower than the eighth concentration.
  • the seventh concentration is 2 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.
  • the seventh concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 10 atoms/cm 3 or more, or 1 ⁇ 10 11 atoms/cm 3 or more.
  • the seventh concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less, or 1 ⁇ 10 12 atoms/cm 3 or less.
  • the eighth concentration is 6 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.
  • the eighth concentration may be, for example, 1 ⁇ 10 11 atoms/cm 3 or more, or 1 ⁇ 10 12 atoms/cm 3 or more.
  • the eighth concentration may be, for example, 4.5 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less, or 2 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.
  • the value obtained by dividing the eighth concentration by the seventh concentration is, for example, 1 or more and 3 or less.
  • a calculation is performed in which the value of the seventh concentration is set to the lower limit of detection of SIMS and the eighth concentration is divided by the seventh concentration.
  • a calculation is performed in which the value of the eighth concentration is set to the lower limit of detection of SIMS and the eighth concentration is divided by the seventh concentration.
  • the iron concentration in the central measurement region 65 is set to a ninth concentration.
  • the average of the iron concentrations in the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 is set to a tenth concentration.
  • the ninth concentration is, for example, 2 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the tenth concentration is, for example, 2 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the nickel concentration in the central measurement region 65 is set to an eleventh concentration.
  • the average of the nickel concentrations in the first measurement region 61, the second measurement region 62, the third measurement region 63, and the fourth measurement region 64 is set to a twelfth concentration.
  • the eleventh concentration is, for example, 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the twelfth concentration is, for example, 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of nitrogen in first main surface 1 is, for example, 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or more.
  • the concentration of nitrogen in first main surface 1 may be, for example, 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or more, or 1 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or more.
  • the concentration of nitrogen in first main surface 1 may be, for example, 1 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or less, or 1 ⁇ 10 20 atoms/cm 3 or less.
  • the nitrogen concentration on the first principal surface 1 is measured using SIMS.
  • the nitrogen concentration in the central measurement area 65 measured using SIMS is regarded as the nitrogen concentration on the first principal surface 1.
  • Fig. 3 is a plan view schematic diagram showing the configuration of silicon carbide epitaxial substrate 200 according to this embodiment.
  • Fig. 4 is a cross-sectional schematic diagram taken along line IV-IV in Fig. 3. The cross-sectional schematic diagram shown in Fig. 4 corresponds to the cross-sectional schematic diagram shown in Fig. 2.
  • the silicon carbide epitaxial substrate 200 mainly has a third main surface 3, a second main surface 2, and an outer peripheral side surface 9.
  • the second main surface 2 is opposite the third main surface 3.
  • the outer peripheral side surface 9 is continuous with each of the second main surface 2 and the third main surface 3.
  • the ridge between the third main surface 3 and the outer peripheral side surface 9 forms a second outer peripheral edge 24. From another perspective, the second outer peripheral edge 24 is the outer peripheral edge of the third main surface 3.
  • the third main surface 3 may be a ⁇ 0001 ⁇ plane, or may be a plane inclined relative to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the inclination angle relative to the ⁇ 0001 ⁇ plane is the off angle ⁇ .
  • the maximum diameter of the third main surface 3 is the second maximum diameter W2.
  • the second maximum diameter W2 is, for example, 150 mm (6 inches) or more.
  • the second maximum diameter W2 may be 200 mm (8 inches) or more.
  • the upper limit of the second maximum diameter W2 is not particularly limited, but may be, for example, 400 mm (16 inches) or less.
  • the second maximum diameter W2 is the longest straight-line distance between two different points on the second outer periphery 24.
  • the silicon carbide epitaxial substrate 200 mainly includes the silicon carbide substrate 100 according to this embodiment (see FIGS. 1 and 2) and a silicon carbide epitaxial layer 20.
  • the silicon carbide epitaxial layer 20 is provided on the silicon carbide substrate 100.
  • the silicon carbide substrate 100 is in contact with the silicon carbide epitaxial layer 20.
  • Fig. 5 is a schematic cross-sectional view showing a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus according to this embodiment.
  • the silicon carbide single crystal manufacturing apparatus mainly includes a crucible 50, a base member 57, a guide member 70, and a heating unit (not shown).
  • the crucible 50 is made of graphite.
  • the crucible 50 includes a raw material housing portion 52 and a lid portion 51.
  • the lid portion 51 is disposed on the raw material housing portion 52.
  • a heating unit is disposed around the outer periphery of the crucible 50.
  • silicon carbide raw material 45 is placed in raw material storage section 52.
  • Silicon carbide raw material 45 is, for example, polycrystalline silicon carbide powder.
  • Silicon carbide seed substrate 44 is fixed to lid section 51 using, for example, an adhesive (not shown).
  • Silicon carbide seed substrate 44 is, for example, a hexagonal silicon carbide substrate of polytype 4H. Silicon carbide seed substrate 44 has a diameter of, for example, 150 mm.
  • the silicon carbide seed substrate 44 has a fourth main surface 4 and a fifth main surface 5.
  • the fourth main surface 4 faces the lid portion 51.
  • the fifth main surface 5 is opposite the fourth main surface 4.
  • the base member 57 is disposed inside the crucible 50.
  • the base member 57 is disposed facing the silicon carbide raw material 45.
  • a through hole 55 is provided in the center of the base member 57.
  • the fifth main surface 5 faces the silicon carbide raw material 45 via the through hole 55.
  • the guide member 70 is disposed between the base member 57 and the lid portion 51.
  • the guide member 70 contacts the surface of the base member 57 and each of the ends of the silicon carbide seed substrate 44.
  • the guide member 70 is made of graphite.
  • the guide member 70 has a hollow ring shape. The diameter of the guide member 70 increases as it approaches the base member 57 from the silicon carbide seed substrate 44.
  • the guide member 70 has an outer peripheral surface 71 and an inner peripheral surface 72.
  • the outer peripheral surface 71 faces the crucible 50.
  • the inner peripheral surface 72 is opposite the outer peripheral surface 71.
  • the inner peripheral surface 72 surrounds the fifth main surface 5.
  • the maximum thickness H between the inner circumferential surface 72 and the outer circumferential surface 71 is, for example, 10 mm or less.
  • the maximum thickness H is not particularly limited.
  • the maximum thickness H may be, for example, 9 mm or less, or 7 mm or less.
  • the maximum thickness H may be, for example, 5 mm or more, or 6 mm or more.
  • the guide member 70 has a portion with a small thickness and a portion with a large thickness.
  • the maximum thickness H is the maximum value of the distance between the inner circumferential surface 72 and the outer circumferential surface 71 along a straight line perpendicular to the inner circumferential surface 72.
  • Fig. 6 is a flow diagram that generally illustrates a method for manufacturing silicon carbide substrate 100 according to this embodiment.
  • the method for manufacturing silicon carbide substrate 100 according to this embodiment mainly includes a step (S10) of preparing a guide member, a step (S20) of purifying the guide member in a halogen atmosphere, and a step (S30) of growing a silicon carbide crystal.
  • a guide member preparation step (S10) is carried out.
  • a graphite member is prepared.
  • the shape of the graphite member is, for example, a rectangular parallelepiped.
  • the graphite member is processed to prepare a guide member 70 (see FIG. 5).
  • a step (S20) of purifying the guide member in a halogen atmosphere is carried out.
  • the guide member 70 is placed in a purification treatment device (not shown).
  • Halogen gas is supplied into the purification treatment device.
  • the halogen gas is, for example, chlorine gas.
  • the purification treatment device is heated until the temperature inside the purification treatment device reaches the maximum temperature. Specifically, the purification treatment device is heated for, for example, 5 to 7 days.
  • the maximum temperature inside the purification treatment device is, for example, 2150°C to 2300°C. When the temperature inside the purification treatment device reaches the maximum temperature, the temperature inside the purification treatment device is maintained for, for example, 5 to 40 hours.
  • the metal impurities contained in the guide member 70 react with the halogen gas, and the metal impurities are removed from the guide member 70.
  • the halogen gas that has reacted with the metal impurities is exhausted from the purification treatment device.
  • the purification treatment device is then cooled. Specifically, the purification treatment device is cooled for, for example, 3 to 5 days.
  • the guide member 70 is purified in a halogen atmosphere.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the step of growing silicon carbide crystals.
  • Crucible 50 is heated until the temperature of crucible 50 reaches a temperature of, for example, 2100°C or higher and 2300°C or lower. While the temperature of crucible 50 is rising, the pressure of the atmospheric gas in crucible 50 is maintained at, for example, about 80 kPa.
  • the atmospheric gas contains an inert gas such as argon gas, helium gas, or nitrogen gas.
  • the pressure of the atmospheric gas in the crucible 50 is reduced to, for example, 1.0 kPa.
  • This causes the silicon carbide raw material 45 to start sublimating, and the sublimated silicon carbide gas is recrystallized on the fifth main surface 5 of the silicon carbide seed substrate 44.
  • the silicon carbide single crystal 300 starts to grow on the fifth main surface 5 of the silicon carbide seed substrate 44.
  • the silicon carbide single crystal 300 starts to grow in the space surrounded by the inner circumferential surface 72.
  • the pressure in the crucible 50 is maintained, for example, at or above 0.1 kPa and below 3 kPa.
  • the silicon carbide single crystal 300 is formed using the sublimation method.
  • the silicon carbide single crystal 300 is sliced.
  • the silicon carbide single crystal 300 is sliced at a plane intersecting the growth direction of the silicon carbide single crystal 300. In this manner, the silicon carbide substrate 100 according to this embodiment is obtained (see FIG. 1).
  • Fig. 8 is a flow diagram that outlines the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment.
  • the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment mainly includes a step (S1) of preparing a silicon carbide substrate, a step (S2) of forming a silicon carbide epitaxial layer, and a step (S3) of processing the silicon carbide epitaxial layer.
  • the process (S1) of preparing a silicon carbide substrate and the process (S2) of forming a silicon carbide epitaxial layer constitute a process (S40) of manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate.
  • the method of manufacturing the silicon carbide epitaxial substrate 200 according to this embodiment mainly includes a process (S1) of preparing a silicon carbide substrate and a process (S2) of forming a silicon carbide epitaxial layer.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the step (S1) of preparing a silicon carbide substrate. As shown in FIG. 9, a silicon carbide substrate 100 according to this embodiment is prepared.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the step (S2) of forming a silicon carbide epitaxial layer.
  • a silicon carbide epitaxial layer 20 is formed by epitaxial growth on a first main surface 1 of a silicon carbide substrate 100.
  • silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as a source gas, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas.
  • the temperature of the epitaxial growth is, for example, about 1400° C. or more and 1700° C. or less.
  • silicon carbide epitaxial substrate 200 is prepared.
  • silicon carbide epitaxial substrate 200 is manufactured in the step (S40) of manufacturing a silicon carbide epitaxial substrate.
  • the silicon carbide epitaxial layer 20 may have a buffer layer 41 and a drift layer 42.
  • the buffer layer 41 is in contact with the silicon carbide substrate 100.
  • the drift layer 42 is provided on the buffer layer 41.
  • the nitrogen concentration contained in the drift layer 42 may be lower than the nitrogen concentration contained in the buffer layer 41.
  • the drift layer 42 constitutes the third main surface 3.
  • a step (S3) of processing the silicon carbide epitaxial layer is carried out.
  • the silicon carbide epitaxial layer 20 is processed as follows. First, ions are implanted into the silicon carbide epitaxial layer 20.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a body region.
  • p-type impurities such as aluminum are ion-implanted into the third main surface 3 of the silicon carbide epitaxial layer 20.
  • This forms a body region 113 having p-type conductivity.
  • the portion where the body region 113 is not formed becomes the drift layer 42 and the buffer layer 41.
  • the thickness of the body region 113 is, for example, 0.9 ⁇ m.
  • the silicon carbide epitaxial layer 20 includes the buffer layer 41, the drift layer 42, and the body region 113.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the step of forming a source region.
  • n-type impurities such as phosphorus are ion-implanted into the body region 113.
  • This forms a source region 114 having an n-type conductivity.
  • the thickness of the source region 114 is, for example, 0.4 ⁇ m.
  • the concentration of the n-type impurity contained in the source region 114 is higher than the concentration of the p-type impurity contained in the body region 113.
  • a p-type impurity such as aluminum is ion-implanted into the source region 114 to form a contact region 118.
  • the contact region 118 is formed so as to penetrate the source region 114 and the body region 113 and contact the drift layer 42.
  • the concentration of the p-type impurity contained in the contact region 118 is higher than the concentration of the n-type impurity contained in the source region 114.
  • activation annealing is performed to activate the ion-implanted impurities.
  • the temperature of the activation annealing is, for example, 1500°C or higher and 1900°C or lower.
  • the activation annealing time is, for example, about 30 minutes.
  • the atmosphere of the activation annealing is, for example, an argon atmosphere.
  • FIG. 13 is a cross-sectional schematic diagram showing a step of forming a trench in the third main surface 3 of the silicon carbide epitaxial layer 20.
  • a mask 117 having an opening is formed on the third main surface 3 including the source region 114 and the contact region 118.
  • the source region 114, the body region 113, and a part of the drift layer 42 are removed by etching using the mask 117.
  • inductively coupled plasma reactive ion etching can be used as the etching method.
  • inductively coupled plasma reactive ion etching using SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 as a reactive gas is used.
  • a recess is formed in the third main surface 3 by etching.
  • thermal etching is performed in the recess.
  • the thermal etching can be performed, for example, by heating in an atmosphere containing a reactive gas having at least one or more types of halogen atoms, with the mask 117 formed on the third main surface 3.
  • the at least one or more types of halogen atoms include at least one of chlorine (Cl) atoms and fluorine (F) atoms.
  • the atmosphere includes, for example, Cl 2 , BCl 3 , SF 6 or CF 4.
  • a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas is used as the reactive gas, and the thermal etching is performed at a heat treatment temperature of, for example, 700° C. or more and 1000° C. or less.
  • the reactive gas may include a carrier gas in addition to the above-mentioned chlorine gas and oxygen gas.
  • nitrogen gas, argon gas, or helium gas can be used as the carrier gas.
  • a trench 56 is formed in the third main surface 3 by thermal etching.
  • the trench 56 is defined by a sidewall surface 53 and a bottom wall surface 54.
  • the sidewall surface 53 is formed by the source region 114, the body region 113, and the drift layer 42.
  • the bottom wall surface 54 is formed by the drift layer 42.
  • the mask 117 is removed from the third main surface 3.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the step of forming a gate insulating film.
  • silicon carbide epitaxial substrate 200 having trenches 56 formed in third main surface 3 is heated in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of, for example, 1300° C. or higher and 1400° C. or lower.
  • This forms gate insulating film 115 that contacts drift layer 42 at bottom wall surface 54, contacts drift layer 42, body region 113, and source region 114 at side wall surface 53, and contacts source region 114 and contact region 118 at third main surface 3.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the step of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
  • Gate electrode 127 is formed inside trench 56 so as to contact gate insulating film 115.
  • Gate electrode 127 is disposed inside trench 56 and formed on gate insulating film 115 so as to face each of sidewall surface 53 and bottom wall surface 54 of trench 56.
  • Gate electrode 127 is formed, for example, by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition).
  • the interlayer insulating film 126 is formed.
  • the interlayer insulating film 126 is formed so as to cover the gate electrode 127 and to be in contact with the gate insulating film 115.
  • the interlayer insulating film 126 is formed, for example, by chemical vapor deposition.
  • the interlayer insulating film 126 is composed of a material containing, for example, silicon dioxide.
  • a portion of the interlayer insulating film 126 and the gate insulating film 115 are etched so as to form openings over the source region 114 and the contact region 118. As a result, the contact region 118 and the source region 114 are exposed from the gate insulating film 115.
  • the source electrode 116 is formed so as to contact each of the source region 114 and the contact region 118.
  • the source electrode 116 is formed, for example, by a sputtering method.
  • the source electrode 116 is made of a material including, for example, Ti (titanium), Al (aluminum) and Si (silicon).
  • alloying annealing is performed. Specifically, the source electrode 116 in contact with each of the source region 114 and the contact region 118 is held at a temperature of, for example, 900°C or higher and 1100°C or lower for about 5 minutes. As a result, at least a portion of the source electrode 116 is silicided. As a result, the source electrode 116 that forms an ohmic junction with the source region 114 is formed. The source electrode 116 may also form an ohmic junction with the contact region 118.
  • the source wiring 119 is formed.
  • the source wiring 119 is electrically connected to the source electrode 116.
  • the source wiring 119 is formed so as to cover the source electrode 116 and the interlayer insulating film 126.
  • a process for forming a drain electrode is carried out.
  • the silicon carbide substrate 100 is polished at the second main surface 2. This reduces the thickness of the silicon carbide substrate 100.
  • the drain electrode 123 is formed. The drain electrode 123 is formed so as to be in contact with the second main surface 2. In this manner, the silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment is manufactured.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
  • the silicon carbide semiconductor device 400 is, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • the silicon carbide semiconductor device 400 mainly includes a silicon carbide epitaxial substrate 200, a gate electrode 127, a gate insulating film 115, a source electrode 116, a drain electrode 123, a source wiring 119, and an interlayer insulating film 126.
  • the silicon carbide epitaxial substrate 200 includes a buffer layer 41, a drift layer 42, a body region 113, a source region 114, and a contact region 118.
  • the silicon carbide semiconductor device 400 may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like.
  • the concentration of metal impurities is high in the first main surface 1 of the silicon carbide substrate 100, there is a tendency for defects (particularly threading screw dislocations) to increase in the silicon carbide epitaxial layer 20 formed on the silicon carbide substrate 100. In this case, the yield of the silicon carbide semiconductor device 400 decreases. In other words, by reducing the concentration of metal impurities in the first main surface 1, the yield of the silicon carbide semiconductor device 400 can be improved. However, even when the concentration of metal impurities in the center of the first main surface 1 is low, the yield of the silicon carbide semiconductor device 400 sometimes decreases more than expected.
  • the inventors focused on the distribution of metal impurity concentrations on the first principal surface 1. Specifically, even when the concentration of metal impurities was low in the center of the first principal surface 1, the concentration of metal impurities was sometimes high in the outer periphery of the first principal surface 1.
  • the inventors have studied ways to reduce the concentration of metal impurities in the outer periphery of the first main surface 1.
  • the inventors have focused on the guide member 70.
  • the guide member 70 When producing the silicon carbide substrate 100, the guide member 70 is arranged between the base member 57 and the lid portion 51 in order to control the temperature distribution in the silicon carbide single crystal 300 (see FIG. 5).
  • the silicon carbide single crystal 300 grows, the silicon carbide raw material 45 sublimes to generate silicon carbide gas.
  • the guide member 70 is etched by the silicon carbide gas. This releases the metal impurities contained in the guide member 70 into the crucible 50.
  • the inner surface 72 of the guide member 70 surrounds the silicon carbide single crystal 300.
  • the metal impurities released from the guide member 70 are likely to be mixed into the outer periphery of the silicon carbide single crystal 300. This is believed to result in a higher concentration of metal impurities at the periphery of the silicon carbide substrate 100 compared to the concentration of metal impurities at the center of the silicon carbide substrate 100.
  • the inventors focused on the purification treatment of the guide member 70. If the purification treatment is performed on the graphite member before processing the graphite member and the purification treatment is not performed on the guide member 70, the metal impurities inside the graphite member cannot be sufficiently removed. In this case, the concentration of metal impurities near the inner surface 72 of the guide member 70 cannot be sufficiently reduced.
  • the inventors prepared the guide member 70 by processing the graphite member, and then performed the purification treatment on the guide member 70. This makes it possible to sufficiently remove metal impurities near the inner surface 72 of the guide member 70.
  • the concentration of metal impurities in the outer periphery of the silicon carbide substrate 100 can be reduced. As a result, the yield of the silicon carbide semiconductor device 400 can be improved.
  • the first concentration is lower than the second concentration.
  • the second concentration is equal to or less than 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 . This makes it possible to suppress an increase in defects in silicon carbide epitaxial layer 20 due to metal impurities contained in silicon carbide substrate 100. This makes it possible to suppress a decrease in the yield of silicon carbide semiconductor device 400.
  • the third concentration is lower than the fourth concentration.
  • the fourth concentration is equal to or less than 3 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 . This makes it possible to suppress an increase in defects in silicon carbide epitaxial layer 20 due to metal impurities contained in silicon carbide substrate 100. This makes it possible to suppress a decrease in the yield of silicon carbide semiconductor devices 400.
  • the fifth concentration is equal to or less than 2 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 .
  • the sixth concentration is equal to or less than 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 . This makes it possible to suppress an increase in defects in silicon carbide epitaxial layer 20 due to metal impurities contained in silicon carbide substrate 100. This makes it possible to suppress a decrease in the yield of silicon carbide semiconductor devices 400.
  • the seventh concentration is equal to or less than 2 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 .
  • the eighth concentration is equal to or less than 6 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 . This makes it possible to suppress an increase in defects in silicon carbide epitaxial layer 20 due to metal impurities contained in silicon carbide substrate 100. This makes it possible to suppress a decrease in the yield of silicon carbide semiconductor devices 400.
  • silicon carbide substrates 100 according to Samples 1 to 4 were prepared.
  • Silicon carbide substrate 100 according to Sample 1 is a comparative example.
  • Silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 are examples.
  • Silicon carbide substrates 100 according to Samples 1 to 4 were fabricated by carrying out the above-described silicon carbide crystal growth step (S30) using a silicon carbide single crystal manufacturing apparatus shown in FIG.
  • the guide member 70 was produced by purifying a graphite member and then processing it into a hollow ring shape. In the method of producing the silicon carbide substrate 100 of Sample 1, the purification process was not carried out after the guide member 70 was produced.
  • the maximum thickness H of the guide member 70 was set to 20 mm or less.
  • the silicon carbide substrates 100 of Samples 2 to 4 were fabricated using the above-described method for fabricating the silicon carbide substrate 100 (see Figures 6 and 7).
  • the maximum thickness H of the guide member 70 was set to 20 mm or less.
  • the maximum thickness H of the guide member 70 was set to 10 mm or less.
  • the maximum thickness H of the guide member 70 was set to 7 mm or less.
  • Table 1 shows the titanium concentration in the first main surface 1.
  • ND indicates that the titanium concentration was lower than the lower detection limit of SIMS (1 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 ) and therefore was not detected.
  • ND was regarded as the lower detection limit (1 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 ) and the second concentration was divided by the first concentration to calculate the value.
  • the second concentration in silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 was lower than the second concentration in silicon carbide substrate 100 according to Sample 1.
  • the second concentration in silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 was 5 ⁇ 10 atoms/cm or less.
  • the value obtained by dividing the second concentration by the first concentration in silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 was 50 or less.
  • Table 2 shows the concentration of chromium in the first main surface 1.
  • ND indicates that the chromium concentration was lower than the lower detection limit of SIMS (5 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 ) and therefore was not detected.
  • ND was regarded as the lower detection limit (5 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 ) and the value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration was calculated.
  • the fourth concentration in silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 was lower than the fourth concentration in silicon carbide substrate 100 according to Sample 1.
  • the fourth concentration in silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 was 3 ⁇ 10 atoms/cm or less.
  • the value obtained by dividing the fourth concentration by the third concentration in silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 was 6 or less.
  • Table 3 shows the copper concentration in the first main surface 1.
  • ND indicates that the copper concentration was lower than the lower detection limit of SIMS (2 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 ) and therefore was not detected.
  • ND was regarded as the lower detection limit (2 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 ) and the value obtained by dividing the sixth concentration by the fifth concentration was calculated.
  • the sixth concentration in silicon carbide substrate 100 according to Sample 2 to Sample 4 was lower than the sixth concentration in silicon carbide substrate 100 according to Sample 1.
  • the sixth concentration in silicon carbide substrate 100 according to Sample 2 to Sample 4 was 5 ⁇ 10 14 atoms/cm 3 or less.
  • Table 4 shows the aluminum concentration in the first main surface 1.
  • ND indicates that the aluminum concentration was lower than the lower detection limit of SIMS (2 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 ) and therefore was not detected.
  • ND was regarded as the lower detection limit (2 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 ), and the eighth concentration was divided by the seventh concentration to calculate the value.
  • the eighth concentration in silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 was lower than the eighth concentration in silicon carbide substrate 100 according to Sample 1.
  • the eighth concentration in silicon carbide substrates 100 according to Samples 2 to 4 was 6 ⁇ 10 13 atoms/cm 3 or less.

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Abstract

第１主面は、中央測定領域と、第１測定領域と、第２測定領域と、第３測定領域と、第４測定領域とを有している。第１主面に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域、第２測定領域、第３測定領域および第４測定領域の各々の中心と第１主面の第１外周縁との間の最短距離は、１０ｍｍである。中央測定領域におけるチタンの濃度を第１濃度とし、第１測定領域と第２測定領域と第３測定領域と第４測定領域とにおけるチタンの濃度の平均値を第２濃度とする。第１濃度は、第２濃度よりも低い。第２濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。

Description

炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法
　本開示は、炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。本出願は、２０２２年１０月１９日に出願した日本特許出願である特願２０２２－１６７４７４号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　Stephan　G.　Muller外14名、"High　Quality　SiC　Substrates　for　Semiconductor　Devices:　From　Research　to　Industrial　Production"、Materials　Science　Forum　Vols.389-393、23-28頁、2002年（非特許文献１）には、炭化珪素結晶における金属不純物の濃度の測定結果が記載されている。
Stephan　G.　Muller外14名、"High　Quality　SiC　Substrates　for　Semiconductor　Devices:　From　Research　to　Industrial　Production"、Materials　Science　Forum　Vols.389-393、23-28頁、2002年
　本開示に係る炭化珪素基板は、第１主面を備えている。第１主面は、中央測定領域と、第１測定領域と、第２測定領域と、第３測定領域と、第４測定領域とを含んでいる。第１主面に垂直な直線に沿って見て、中央測定領域は、第１主面の中心にある。第１主面に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域は、中央測定領域に対して＜１１－２０＞方向にある。第１主面に垂直な直線に沿って見て、第２測定領域は、中央測定領域に対して＜１－１００＞方向にある。第１主面に垂直な直線に沿って見て、第３測定領域は、中央測定領域に対して第１測定領域の反対にある。第１主面に垂直な直線に沿って見て、第４測定領域は、中央測定領域に対して第２測定領域の反対にある。第１主面に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域、第２測定領域、第３測定領域および第４測定領域の各々の中心と第１主面の第１外周縁との間の最短距離は、１０ｍｍである。中央測定領域におけるチタンの濃度は第１濃度とされる。第１測定領域と第２測定領域と第３測定領域と第４測定領域とにおけるチタンの濃度の平均値は第２濃度とされる。第１濃度および第２濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定される。第１濃度は、第２濃度よりも低い。第２濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。
図１は、本実施形態に係る炭化珪素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、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４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。 図５は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置を示す断面模式図である。 図６は、本実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を概略的に示すフロー図である。 図７は、炭化珪素結晶の成長を行う工程を示す断面模式図である。 図８は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフロー図である。 図９は、炭化珪素基板を準備する工程を示す断面模式図である。 図１０は、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程を示す断面模式図である。 図１１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１２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１３は、炭化珪素エピタキシャル層の第３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１４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１５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１６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。
[本開示が解決しようとする課題]
　本開示の目的は、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上可能な炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。
[本開示の効果]
　本開示によれば、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上可能な炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することができる。
　[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。
　（１）本開示に係る炭化珪素基板１００は、第１主面１を有している。第１主面１は、中央測定領域６５と、第１測定領域６１と、第２測定領域６２と、第３測定領域６３と、第４測定領域６４とを有している。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、中央測定領域６５は、第１主面１の中心にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域６１は、中央測定領域６５に対して＜１１－２０＞方向にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第２測定領域６２は、中央測定領域６５に対して＜１－１００＞方向にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第３測定領域６３は、中央測定領域６５に対して第１測定領域６１の反対にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第４測定領域６４は、中央測定領域６５に対して第２測定領域６２の反対にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々の中心と第１主面１の第１外周縁１４との間の最短距離は、１０ｍｍである。中央測定領域６５におけるチタンの濃度は第１濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおけるチタンの濃度の平均値は第２濃度とされる。第１濃度および第２濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定される。第１濃度は、第２濃度よりも低い。第２濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。
　（２）上記（１）に係る炭化珪素基板１００によれば、第１濃度は、１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素基板１００によれば、第２濃度を第１濃度で割った値は、５０以下であってもよい。
　（４）本開示に係る炭化珪素基板１００は、第１主面１を有している。第１主面１は、中央測定領域６５と、第１測定領域６１と、第２測定領域６２と、第３測定領域６３と、第４測定領域６４とを有している。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、中央測定領域６５は、第１主面１の中心にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域６１は、中央測定領域６５に対して＜１１－２０＞方向にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第２測定領域６２は、中央測定領域６５に対して＜１－１００＞方向にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第３測定領域６３は、中央測定領域６５に対して第１測定領域６１の反対にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第４測定領域６４は、中央測定領域６５に対して第２測定領域６２の反対にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々の中心と第１主面１の第１外周縁１４との間の最短距離は、１０ｍｍである。中央測定領域６５におけるクロムの濃度は第３濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおけるクロムの濃度の平均値は第４濃度とされる。第３濃度および第４濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定される。第３濃度は、第４濃度よりも低い。第４濃度は、３×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。
　（５）上記（４）に係る炭化珪素基板１００によれば、第３濃度は、５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　（６）上記（４）または（５）に係る炭化珪素基板１００によれば、第４濃度を第３濃度で割った値は、６以下であってもよい。
　（７）本開示に係る炭化珪素基板１００は、第１主面１を有している。第１主面１は、中央測定領域６５と、第１測定領域６１と、第２測定領域６２と、第３測定領域６３と、第４測定領域６４とを有している。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、中央測定領域６５は、第１主面１の中心にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域６１は、中央測定領域６５に対して＜１１－２０＞方向にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第２測定領域６２は、中央測定領域６５に対して＜１－１００＞方向にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第３測定領域６３は、中央測定領域６５に対して第１測定領域６１の反対にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第４測定領域６４は、中央測定領域６５に対して第２測定領域６２の反対にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々の中心と第１主面１の第１外周縁１４との間の最短距離は、１０ｍｍである。中央測定領域６５における銅の濃度は第５濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおける銅の濃度の平均値は第６濃度とされる。第５濃度および第６濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定される。第５濃度は、２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第６濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。
　（８）本開示に係る炭化珪素基板１００は、第１主面１を有している。第１主面１は、中央測定領域６５と、第１測定領域６１と、第２測定領域６２と、第３測定領域６３と、第４測定領域６４とを有している。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、中央測定領域６５は、第１主面１の中心にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域６１は、中央測定領域６５に対して＜１１－２０＞方向にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第２測定領域６２は、中央測定領域６５に対して＜１－１００＞方向にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第３測定領域６３は、中央測定領域６５に対して第１測定領域６１の反対にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第４測定領域６４は、中央測定領域６５に対して第２測定領域６２の反対にある。第１主面１に垂直な直線に沿って見て、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々の中心と第１主面１の第１外周縁１４との間の最短距離は、１０ｍｍである。中央測定領域６５におけるアルミニウムの濃度は第７濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおけるアルミニウムの濃度の平均値は第８濃度とされる。第７濃度および第８濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定される。第７濃度は、２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第８濃度は、６×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。
　（９）上記（１）から（８）のいずれかに記載の炭化珪素基板１００によれば、第１主面１の最大径Ｗ１は、１５０ｍｍ以上であってもよい。
　（１０）上記（１）から（９）のいずれかに記載の炭化珪素基板１００によれば、中央測定領域６５における窒素の濃度は、１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。
　（１１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板２００の製造方法は、以下の工程を有している。上記（１）から（１０）のいずれかに記載の炭化珪素基板１００が準備される。炭化珪素基板１００上に炭化珪素エピタキシャル層２０が形成される。
　（１２）本開示に係る炭化珪素半導体装置４００の製造方法は、以下の工程を有している。上記（１）から（１０）のいずれかに記載の炭化珪素基板１００が準備される。炭化珪素基板１００上に炭化珪素エピタキシャル層２０が形成される。炭化珪素エピタキシャル層２０が加工される。
　[本開示の実施形態の詳細]
　以下、図面に基づいて本開示の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。本明細書中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、負の指数については、結晶学上、”－”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
　＜炭化珪素基板＞
　まず、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る炭化珪素基板１００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基板１００は、第１主面１と、第２主面２と、外周側面９とを主に有している。第２主面２は、第１主面１の反対にある。外周側面９は、第１主面１および第２主面２の各々に連なっている。第１主面１と外周側面９との稜線は、第１外周縁１４を形成している。別の観点から言えば、第１外周縁１４は、第１主面１の外周縁である。外周側面９は、たとえばオリエンテーションフラット７と、円弧状部８とを有している。
　図１に示されるように、第１主面１に垂直な直線に沿って見て（以下、平面視とも称する）、オリエンテーションフラット７は直線状である。オリエンテーションフラット７は、たとえば第１方向１０１に沿って延在している。円弧状部８は、オリエンテーションフラット７に連なっている。平面視において、円弧状部８は円弧状である。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。平面視において、第２方向１０２は、第１方向１０１に垂直な方向である。
　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［－１－１２０］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３方向１０３は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に垂直であり、且つ第１主面１から第２主面２に向かう方向である。図１に示される平面模式図は、第３方向１０３に見た平面模式図である。
　第１主面１は、｛０００１｝面であってもよいし、｛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１°以上８°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。オフ角θは、２°以上６°以下であってもよい。
　第１主面１の最大径は、第１最大径Ｗ１とされる。第１最大径Ｗ１は、たとえば１５０ｍｍ（６インチ）以上である。第１最大径Ｗ１は、２００ｍｍ（８インチ）以上でもよい。第１最大径Ｗ１の上限は、特に限定されないが、たとえば４００ｍｍ（１６インチ）以下であってもよい。なお第１最大径Ｗ１は、第１外周縁１４上の異なる２点間の最長直線距離である。
　なお本明細書において、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。１６インチは、４００ｍｍ又は４０６．４ｍｍ（１６インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。
　＜金属不純物＞
　図１に示されるように、第１主面１は、中央測定領域６５と、第１測定領域６１と、第２測定領域６２と、第３測定領域６３と、第４測定領域６４とを有している。中央測定領域６５、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々は、第１主面１における金属不純物の濃度を測定するための領域である。本明細書において、金属不純物は、具体的には、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）またはニッケル（Ｎｉ）などである。平面視において、第１外周縁１４からの最短距離が１０ｍｍであり、かつ第１主面１上にある点を結んだ線は、仮想線１２とされる。言い換えれば、平面視において、第１外周縁１４と仮想線１２との間の最短距離Ｄは、１０ｍｍである。
　図１に示されるように、中央測定領域６５の中心は、第５中心９５とされる。平面視において、中央測定領域６５は、第１主面１の中心にある。言い換えれば、平面視において、第５中心９５は、第１主面１の中心と一致する。平面視において、第１主面１の中心は、第１最大径Ｗ１を直径とする円の中心にある。
　図１に示されるように、平面視において、第１測定領域６１は、中央測定領域６５に対して＜１１－２０＞方向にある。言い換えれば、平面視において、第１測定領域６１は、中央測定領域６５に対して第１方向１０１にある。第１測定領域６１の中心は、第１中心９１とされる。平面視において、第１中心９１と第１外周縁１４との間の最短距離は、１０ｍｍである。言い換えれば、平面視において、第１中心９１は仮想線１２上にある。
　図１に示されるように、平面視において、第２測定領域６２は、中央測定領域６５に対して＜１－１００＞方向にある。言い換えれば、平面視において、第２測定領域６２は、中央測定領域６５に対して第２方向１０２にある。第２測定領域６２の中心は、第２中心９２とされる。平面視において、第２中心９２と第１外周縁１４との間の最短距離は、１０ｍｍである。言い換えれば、平面視において、第２中心９２は仮想線１２上にある。
　図１に示されるように、平面視において、第３測定領域６３は、中央測定領域６５に対して第１測定領域６１の反対にある。別の観点から言えば、平面視において、中央測定領域６５は、第１測定領域６１と第３測定領域６３との間にある。第３測定領域６３の中心は、第３中心９３とされる。平面視において、第３中心９３と第１外周縁１４との間の最短距離は、１０ｍｍである。言い換えれば、平面視において、第３中心９３は仮想線１２上にある。平面視において、第１中心９１、第３中心９３および第５中心９５は、同一直線上にあってもよい。
　図１に示されるように、平面視において、第４測定領域６４は、中央測定領域６５に対して第２測定領域６２の反対にある。別の観点から言えば、平面視において、中央測定領域６５は、第２測定領域６２と第４測定領域６４との間にある。第４測定領域６４の中心は、第４中心９４とされる。平面視において、第４中心９４と第１外周縁１４との間の最短距離は、１０ｍｍである。言い換えれば、平面視において、第４中心９４は仮想線１２上にある。平面視において、第２中心９２、第４中心９４および第５中心９５は、同一直線上にあってもよい。
　平面視において、中央測定領域６５、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々の形状は、たとえば正方形である。中央測定領域６５、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々の一辺の長さは、たとえば５０μｍ以上１００μｍ以下である。中央測定領域６５、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々の一辺は、たとえば第１方向１０１に平行である。
　金属不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定される。ＳＩＭＳにおいて、たとえば、一次イオンとして酸素（Ｏ２ ＋）またはセシウム（Ｃｓ＋）が用いられる。一次イオンビームが、各測定領域において走査される。各測定領域の中心部において、二次イオンが検出される。具体的には、たとえば第１中心９１を中心とする円形領域において二次イオンが検出される。円形領域の直径は、たとえば３０μｍ以上１５０μｍ以下程度である。検出された二次イオンを分析することによって、第１測定領域６１における金属不純物の濃度が測定される。同様にして、各測定領域における金属不純物の濃度が測定される。
　＜チタンの濃度＞
　中央測定領域６５におけるチタンの濃度は、第１濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおけるチタンの濃度の平均値は、第２濃度とされる。第１濃度は、第２濃度よりも低い。
　第１濃度は、たとえば１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第１濃度は、たとえば１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、５×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。第１濃度は、たとえば１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　第２濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第２濃度は、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。第２濃度は、たとえば１．５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　第２濃度を第１濃度で割った値は、たとえば５０以下である。第２濃度を第１濃度で割った値は、たとえば１より大きくてもよいし、３以上であってもよい。第２濃度を第１濃度で割った値は、たとえば１１以下であってもよいし、５以下であってもよい。本明細書において、第２濃度を第１濃度で割る際に、第１濃度がＳＩＭＳの検出下限値以下である場合、第１濃度の値をＳＩＭＳの検出下限値として第２濃度を第１濃度で割る計算が実施される。同様に、第２濃度を第１濃度で割る際に、第２濃度がＳＩＭＳの検出下限値以下である場合、第２濃度の値をＳＩＭＳの検出下限値として第２濃度を第１濃度で割る計算が実施される。
　＜クロムの濃度＞
　中央測定領域６５におけるクロムの濃度は、第３濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおけるクロムの濃度の平均値は、第４濃度とされる。第３濃度は、第４濃度よりも低い。
　第３濃度は、たとえば５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第３濃度は、たとえば１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。第３濃度は、たとえば５×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、５×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　第４濃度は、３×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第４濃度は、たとえば１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。第４濃度は、たとえば２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　第４濃度を第３濃度で割った値は、たとえば６以下である。第４濃度を第３濃度で割った値は、たとえば１より大きくてもよいし、１．５以上であってもよい。第４濃度を第３濃度で割った値は、たとえば４以下であってもよいし、２．５以下であってもよい。本明細書において、第４濃度を第３濃度で割る際に、第３濃度がＳＩＭＳの検出下限値以下である場合、第３濃度の値をＳＩＭＳの検出下限値として第４濃度を第３濃度で割る計算が実施される。同様に、第４濃度を第３濃度で割る際に、第４濃度がＳＩＭＳの検出下限値以下である場合、第４濃度の値をＳＩＭＳの検出下限値として第４濃度を第３濃度で割る計算が実施される。
　＜銅の濃度＞
　中央測定領域６５における銅の濃度は、第５濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおける銅の濃度の平均値は、第６濃度とされる。第５濃度は、第６濃度よりも低くてもよい。
　第５濃度は、２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第５濃度は、たとえば１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、５×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。第５濃度は、たとえば１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　第６濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第６濃度は、たとえば３．５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、２．０×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。第６濃度は、たとえば１．０×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、１．０×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。
　第６濃度を第５濃度で割った値は、たとえば１以上２．５以下である。本明細書において、第６濃度を第５濃度で割る際に、第５濃度がＳＩＭＳの検出下限値以下である場合、第５濃度の値をＳＩＭＳの検出下限値として第６濃度を第５濃度で割る計算が実施される。同様に、第６濃度を第５濃度で割る際に、第６濃度がＳＩＭＳの検出下限値以下である場合、第６濃度の値をＳＩＭＳの検出下限値として第６濃度を第５濃度で割る計算が実施される。
　＜アルミニウムの濃度＞
　中央測定領域６５におけるアルミニウムの濃度は、第７濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおけるアルミニウムの濃度の平均値は、第８濃度とされる。第７濃度は、第８濃度よりも低くてもよい。
　第７濃度は、２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第７濃度は、たとえば１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。第７濃度は、たとえば１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　第８濃度は、６×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第８濃度は、たとえば１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。第８濃度は、たとえば４．５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　第８濃度を第７濃度で割った値は、たとえば１以上３以下である。本明細書において、第８濃度を第７濃度で割る際に、第７濃度がＳＩＭＳの検出下限値以下である場合、第７濃度の値をＳＩＭＳの検出下限値として第８濃度を第７濃度で割る計算が実施される。同様に、第８濃度を第７濃度で割る際に、第８濃度がＳＩＭＳの検出下限値以下である場合、第８濃度の値をＳＩＭＳの検出下限値として第８濃度を第７濃度で割る計算が実施される。
　＜鉄の濃度＞
　中央測定領域６５における鉄の濃度は、第９濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおける鉄の濃度の平均値は、第１０濃度とされる。第９濃度は、たとえば２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第１０濃度は、たとえば２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。
　＜ニッケルの濃度＞
　中央測定領域６５におけるニッケルの濃度は、第１１濃度とされる。第１測定領域６１と第２測定領域６２と第３測定領域６３と第４測定領域６４とにおけるニッケルの濃度の平均値は、第１２濃度とされる。第１１濃度は、たとえば５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第１２濃度は、たとえば５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。
　＜窒素の濃度＞
　第１主面１における窒素の濃度は、たとえば１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である。第１主面１における窒素の濃度は、たとえば１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。第１主面１における窒素の濃度は、１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　金属不純物の濃度と同様に、第１主面１における窒素の濃度は、ＳＩＭＳを用いて測定される。ＳＩＭＳを用いて測定した中央測定領域６５における窒素の濃度が、第１主面１における窒素の濃度とされる。
　＜炭化珪素エピタキシャル基板＞
　次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板２００の構成について説明する。図３は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板２００の構成を示す平面模式図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。図４に示す断面模式図は、図２に示す断面模式図に対応している。
　図３および図４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２００は、第３主面３と、第２主面２と、外周側面９とを主に有している。第２主面２は、第３主面３の反対にある。外周側面９は、第２主面２および第３主面３の各々に連なっている。第３主面３と外周側面９との稜線は、第２外周縁２４を形成している。別の観点から言えば、第２外周縁２４は、第３主面３の外周縁である。
　第３主面３は、｛０００１｝面であってもよいし、｛０００１｝面に対して傾斜した面であってもよい。第３主面３は、｛０００１｝面に対して傾斜している場合、｛０００１｝面に対する傾斜角は、オフ角θである。
　第３主面３の最大径は、第２最大径Ｗ２とされる。第２最大径Ｗ２は、たとえば１５０ｍｍ（６インチ）以上である。第２最大径Ｗ２は、２００ｍｍ（８インチ）以上でもよい。第２最大径Ｗ２の上限は、特に限定されないが、たとえば４００ｍｍ（１６インチ）以下であってもよい。なお第２最大径Ｗ２は、第２外周縁２４上の異なる２点間の最長直線距離である。
　図４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２００は、本実施形態に係る炭化珪素基板１００（図１および図２参照）と、炭化珪素エピタキシャル層２０とを主に有している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素基板１００上に設けられている。第１主面１において、炭化珪素基板１００は、炭化珪素エピタキシャル層２０に接している。
　＜炭化珪素単結晶の製造装置＞
　図５は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の製造装置を示す断面模式図である。図５に示されるように、炭化珪素単結晶の製造装置は、坩堝５０と、台部材５７と、ガイド部材７０と、加熱部（図示せず）とを主に有している。坩堝５０は、黒鉛によって構成されている。坩堝５０は、原料収容部５２と、蓋部５１とを有している。蓋部５１は、原料収容部５２上に配置される。坩堝５０の外周の周りにおいて、加熱部が配置されている。
　図５に示されるように、炭化珪素原料４５は、原料収容部５２内に配置される。炭化珪素原料４５は、たとえば多結晶炭化珪素の粉末である。炭化珪素種基板４４は、たとえば接着剤（図示せず）を用いて蓋部５１に固定される。炭化珪素種基板４４は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素基板である。炭化珪素種基板４４の直径は、たとえば１５０ｍｍである。
　炭化珪素種基板４４は、第４主面４と、第５主面５とを有している。第４主面４は、蓋部５１に対面している。第５主面５は、第４主面４の反対にある。
　台部材５７は、坩堝５０の内部に配置されている。台部材５７は、炭化珪素原料４５に対面して配置されている。図５に示されるように、台部材５７の中央には貫通孔５５が設けられている。第５主面５は、貫通孔５５を介して、炭化珪素原料４５に対面している。
　ガイド部材７０は、台部材５７と蓋部５１との間に配置されている。ガイド部材７０は、台部材５７の表面および炭化珪素種基板４４の端部の各々と接している。ガイド部材７０は、黒鉛によって構成されている。ガイド部材７０の形状は、中空の環状である。炭化珪素種基板４４から台部材５７に近づくにつれて、ガイド部材７０の直径は大きくなっている。ガイド部材７０は、外周面７１と、内周面７２とを有している。外周面７１は、坩堝５０に対面している。内周面７２は、外周面７１の反対にある。内周面７２は、第５主面５を取り囲んでいる。
　内周面７２と外周面７１との間の最大厚みＨは、たとえば１０ｍｍ以下である。最大厚みＨは、特に限定されない。最大厚みＨは、たとえば９ｍｍ以下であってもよいし、７ｍｍ以下であってもよい。最大厚みＨは、たとえば５ｍｍ以上であってもよいし、６ｍｍ以上であってもよい。ガイド部材７０は、厚みの小さい部分と、厚みの大きい部分とを有している。最大厚みＨは、内周面７２に垂直な直線に沿った内周面７２と外周面７１との間の距離の最大値である。
　＜炭化珪素基板の製造方法＞
　次に、炭化珪素基板１００の製造方法について説明する。図６は、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法を概略的に示すフロー図である。図６に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法は、ガイド部材を準備する工程（Ｓ１０）と、ガイド部材をハロゲン雰囲気中で純化処理する工程（Ｓ２０）と、炭化珪素結晶の成長を行う工程（Ｓ３０）とを主に有している。
　まず、ガイド部材を準備する工程（Ｓ１０）が実施される。黒鉛部材が用意される。黒鉛部材の形状は、たとえば直方体である。黒鉛部材が加工されることによって、ガイド部材７０（図５参照）が準備される。
　次に、ガイド部材をハロゲン雰囲気中で純化処理する工程（Ｓ２０）が実施される。具体的には、純化処理装置（図示せず）内に、ガイド部材７０が配置される。純化処理装置内にハロゲンガスが供給される。ハロゲンガスは、たとえば塩素ガスである。純化処理装置内の温度が最高到達温度に達するまで、純化処理装置内が加熱される。具体的には、たとえば５日以上７日以下の間、純化処理装置内が昇温される。純化処理装置内の最高到達温度は、たとえば２１５０℃以上２３００℃以下である。純化処理装置内の温度が最高到達温度に到達した状態で、純化処理装置内の温度は、たとえば５時間以上４０時間以下の間維持される。これによって、ガイド部材７０に含まれている金属不純物がハロゲンガスと反応し、ガイド部材７０から金属不純物が除去される。金属不純物と反応したハロゲンガスは、純化処理装置から排気される。その後、純化処理装置内は冷却される。具体的には、たとえば３日以上５日以下の間、純化処理装置内が冷却される。以上のように、ガイド部材７０がハロゲン雰囲気中で純化処理される。
　次に、炭化珪素結晶の成長を行う工程（Ｓ３０）が実施される。図７は、炭化珪素結晶の成長を行う工程を示す断面模式図である。坩堝５０の温度がたとえば２１００℃以上２３００℃以下の温度になるまで、坩堝５０が加熱される。坩堝５０の温度が上昇している間、坩堝５０内の雰囲気ガスの圧力はたとえば８０ｋＰａ程度に維持される。雰囲気ガスは、たとえばアルゴンガス、ヘリウムガスまたは窒素ガスなどの不活性ガスを含んでいる。
　次に、坩堝５０内の雰囲気ガスの圧力が、たとえば１．０ｋＰａまで減圧される。これにより、炭化珪素原料４５が昇華を開始し、昇華した炭化珪素ガスが炭化珪素種基板４４の第５主面５において再結晶化する。炭化珪素種基板４４の第５主面５において、炭化珪素単結晶３００が成長し始める。別の観点から言えば、内周面７２に取り囲まれた空間において、炭化珪素単結晶３００が成長し始める。炭化珪素単結晶３００が成長している間、坩堝５０内の圧力は、たとえば０．１ｋＰａ以上３ｋＰａ以下程度に維持される。以上のように、昇華法を用いて炭化珪素単結晶３００が形成される。
　炭化珪素単結晶３００の成長が終了した後、炭化珪素単結晶３００がスライスされる。炭化珪素単結晶３００は、炭化珪素単結晶３００の成長方向と交差する平面でスライスされる。以上のように、本実施形態に係る炭化珪素基板１００が得られる（図１参照）。
　＜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４００の製造方法について説明する。図８は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置４００の製造方法を概略的に示すフロー図である。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４００の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１）と、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程（Ｓ２）と、炭化珪素エピタキシャル層を加工する工程（Ｓ３）とを主に有している。
　炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１）と、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程（Ｓ２）とは、炭化珪素エピタキシャル基板を製造する工程（Ｓ４０）を構成している。言い換えれば、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板２００の製造方法は、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１）と、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程（Ｓ２）とを主に有している。
　まず、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１）が実施される。図９は、炭化珪素基板を準備する工程（Ｓ１）を示す断面模式図である。図９に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板１００が準備される。
　次に、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程（Ｓ２）が実施される。図１０は、炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程（Ｓ２）を示す断面模式図である。図１０に示されるように、炭化珪素基板１００の第１主面１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、たとえば窒素などのｎ型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層２０に導入される。以上により、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板２００が準備される。言い換えれば、炭化珪素エピタキシャル基板を製造する工程（Ｓ４０）によって、炭化珪素エピタキシャル基板２００が製造される。
　図１０に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層２０は、バッファ層４１と、ドリフト層４２とを有していてもよい。バッファ層４１は、炭化珪素基板１００に接している。ドリフト層４２は、バッファ層４１上に設けられている。ドリフト層４２が含む窒素濃度は、バッファ層４１が含む窒素濃度よりも低くてもよい。ドリフト層４２は、第３主面３を構成している。
　次に、炭化珪素エピタキシャル層を加工する工程（Ｓ３）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層２０に対して以下のような加工が行われる。まず、炭化珪素エピタキシャル層２０に対してイオン注入が行われる。
　図１１は、ボディ領域を形成する工程を示す断面模式図である。ボディ領域を形成する工程において、炭化珪素エピタキシャル層２０の第３主面３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が形成されなかった部分は、ドリフト層４２およびバッファ層４１となる。ボディ領域１１３の厚みは、たとえば０．９μｍである。炭化珪素エピタキシャル層２０は、バッファ層４１と、ドリフト層４２と、ボディ領域１１３とを含む。
　次に、ソース領域を形成する工程が実施される。図１２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、ドリフト層４２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、たとえば１５００℃以上１９００℃以下である。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、たとえばアルゴン雰囲気である。
　次に、炭化珪素エピタキシャル層２０の第３主面３にトレンチを形成する工程が実施される。図１３は、炭化珪素エピタキシャル層２０の第３主面３にトレンチを形成する工程を示す断面模式図である。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３主面３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、ドリフト層４２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が用いられる。エッチングにより、第３主面３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３主面３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１３に示されるように、熱エッチングにより、第３主面３にトレンチ５６が形成される。トレンチ５６は、側壁面５３と、底壁面５４とにより規定される。側壁面５３は、ソース領域１１４と、ボディ領域１１３と、ドリフト層４２とにより構成される。底壁面５４は、ドリフト層４２により構成される。次に、マスク１１７が第３主面３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１４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３主面３にトレンチ５６が形成された炭化珪素エピタキシャル基板２００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、底壁面５４においてドリフト層４２と接し、側壁面５３においてドリフト層４２、ボディ領域１１３およびソース領域１１４の各々に接し、かつ第３主面３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１５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５６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５６の内部に配置され、ゲート絶縁膜１１５上においてトレンチ５６の側壁面５３および底壁面５４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（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）およびＳｉ（シリコン）を含む材料から構成されている。
　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。ソース電極１１６は、コンタクト領域１１８とオーミック接合してもよい。
　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１００が研磨される。これにより、炭化珪素基板１００の厚みが薄くなる。次に、ドレイン電極１２３が形成される。ドレイン電極１２３は、第２主面２と接するように形成される。以上により、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置４００が製造される。
　図１６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。炭化珪素半導体装置４００は、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。炭化珪素半導体装置４００は、炭化珪素エピタキシャル基板２００と、ゲート電極１２７と、ゲート絶縁膜１１５と、ソース電極１１６と、ドレイン電極１２３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２００は、バッファ層４１と、ドリフト層４２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。炭化珪素半導体装置４００は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であってもよい。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素基板１００、炭化珪素エピタキシャル基板２００の製造方法および炭化珪素半導体装置４００の製造方法の作用効果について説明する。
　炭化珪素基板１００の第１主面１において、金属不純物の濃度が高い場合、炭化珪素基板１００上に形成される炭化珪素エピタキシャル層２０において欠陥（特に、貫通螺旋転位）が増大する傾向がある。この場合、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりが低下する。言い換えれば、第１主面１における金属不純物の濃度を低減することによって、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりを向上することができる。しかしながら、第１主面１の中央部における金属不純物の濃度が低い場合においても、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりが想定よりも低下することがあった。
　発明者は上記の現象の原因を詳細に調査する中で、第１主面１における金属不純物の濃度の分布に着目した。具体的には、第１主面１の中央部における金属不純物の濃度が低い場合であっても、第１主面１の外周部における金属不純物の濃度が高い場合があった。
　発明者は、第１主面１の外周部における金属不純物の濃度を低減する方策について検討した。発明者は、ガイド部材７０に着目した。炭化珪素基板１００を作製する際に、炭化珪素単結晶３００における温度分布を制御するために、台部材５７と蓋部５１との間にガイド部材７０が配置される（図５参照）。炭化珪素単結晶３００が成長する際に、炭化珪素原料４５が昇華することによって炭化珪素ガスが発生する。当該炭化珪素ガスによってガイド部材７０がエッチングされる。これによって、ガイド部材７０に含まれる金属不純物が坩堝５０内に放出される。ガイド部材７０の内周面７２は、炭化珪素単結晶３００を取り囲んでいる。このため、ガイド部材７０から放出された金属不純物は、炭化珪素単結晶３００の外周部に混入しやすい。これによって、炭化珪素基板１００の中央部における金属不純物の濃度と比較して、炭化珪素基板１００の外周部における金属不純物の濃度は高くなると考えられる。
　発明者は、ガイド部材７０に対する純化処理に着目した。黒鉛部材を加工する前に黒鉛部材に対して純化処理を行い、且つガイド部材７０に対して純化処理を行わない場合、黒鉛部材の内部における金属不純物を十分に取り除くことができない。この場合、ガイド部材７０の内周面７２付近における金属不純物の濃度を十分に低減できない。発明者は、黒鉛部材を加工することによってガイド部材７０を準備し、その後、ガイド部材７０に対して純化処理を行った。これによって、ガイド部材７０の内周面７２付近における金属不純物を十分に取り除くことができる。内周面７２付近における金属不純物の濃度が低いガイド部材７０を用いて炭化珪素基板１００を作製することによって、炭化珪素基板１００の外周部における金属不純物の濃度を低減できる。結果として、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりを向上できる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１濃度は、第２濃度よりも低い。第２濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。このため、炭化珪素基板１００に含まれる金属不純物に起因して、炭化珪素エピタキシャル層２０において欠陥が増大することを抑制できる。これによって、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりの低下を抑制できる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第３濃度は、第４濃度よりも低い。第４濃度は、３×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。このため、炭化珪素基板１００に含まれる金属不純物に起因して、炭化珪素エピタキシャル層２０において欠陥が増大することを抑制できる。これによって、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりの低下を抑制できる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第５濃度は、２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第６濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。このため、炭化珪素基板１００に含まれる金属不純物に起因して、炭化珪素エピタキシャル層２０において欠陥が増大することを抑制できる。これによって、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりの低下を抑制できる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第７濃度は、２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。第８濃度は、６×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。このため、炭化珪素基板１００に含まれる金属不純物に起因して、炭化珪素エピタキシャル層２０において欠陥が増大することを抑制できる。これによって、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりの低下を抑制できる。
　（サンプル準備）
　まず、サンプル１からサンプル４に係る炭化珪素基板１００が準備された。サンプル１に係る炭化珪素基板１００は、比較例である。サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００は、実施例である。サンプル１からサンプル４に係る炭化珪素基板１００は、図５に示される炭化珪素単結晶の製造装置を用いて、上記の炭化珪素結晶の成長を行う工程（Ｓ３０）を実施することによって作製された。
　サンプル１に係る炭化珪素基板１００の作製において、ガイド部材７０は、黒鉛部材を純化処理した後に中空の環状に加工することによって作製された。サンプル１に係る炭化珪素基板１００の製造方法において、ガイド部材７０が作製された後に純化処理は実施されなかった。サンプル１に係る炭化珪素基板１００を作製する際に、ガイド部材７０の最大厚みＨは、２０ｍｍ以下とされた。
　サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００は、上記の炭化珪素基板１００の製造方法（図６および図７参照）を用いて作製された。サンプル２に係る炭化珪素基板１００の作製において、ガイド部材７０の最大厚みＨは、２０ｍｍ以下とされた。サンプル３に係る炭化珪素基板１００の作製において、ガイド部材７０の最大厚みＨは、１０ｍｍ以下とされた。サンプル４に係る炭化珪素基板１００の作製において、ガイド部材７０の最大厚みＨは、７ｍｍ以下とされた。
　（実験方法）
　ＳＩＭＳを用いて、サンプル１からサンプル４に係る炭化珪素基板１００の中央測定領域６５、第１測定領域６１、第２測定領域６２、第３測定領域６３および第４測定領域６４の各々における金属不純物の濃度が測定された。具体的には、チタン、クロム、銅およびアルミニウムの各々の濃度が測定された。
　（実験結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、第１主面１におけるチタンの濃度を示している。表１において、「ＮＤ」とは、チタンの濃度がＳＩＭＳの検出下限値（１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）よりも低いため、検出されなかったことを示す。表１において、「ＮＤ」を検出下限値（１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）とみなして、第２濃度を第１濃度で割った値が算出された。
　表１に示されるように、サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第２濃度は、サンプル１に係る炭化珪素基板１００における第２濃度よりも低かった。サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第２濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であった。サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第２濃度を第１濃度で割った値は５０以下であった。
　以上の結果より、比較例に係る炭化珪素基板１００と比較して、実施例に係る炭化珪素基板１００においては、第２濃度が低減されていることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２は、第１主面１におけるクロムの濃度を示している。表２において、「ＮＤ」とは、クロムの濃度がＳＩＭＳの検出下限値（５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）よりも低いため、検出されなかったことを示す。表２において、「ＮＤ」を検出下限値（５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）とみなして、第４濃度を第３濃度で割った値が算出された。
　表２に示されるように、サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第４濃度は、サンプル１に係る炭化珪素基板１００における第４濃度よりも低かった。サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第４濃度は、３×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であった。サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第４濃度を第３濃度で割った値は６以下であった。
　以上の結果より、比較例に係る炭化珪素基板１００と比較して、実施例に係る炭化珪素基板１００においては、第４濃度が低減されていることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３は、第１主面１における銅の濃度を示している。表３において、「ＮＤ」とは、銅の濃度がＳＩＭＳの検出下限値（２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）よりも低いため、検出されなかったことを示す。表３において、「ＮＤ」を検出下限値（２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）とみなして、第６濃度を第５濃度で割った値が算出された。
　表３に示されるように、サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第６濃度は、サンプル１に係る炭化珪素基板１００における第６濃度よりも低かった。サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第６濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であった。
　以上の結果より、比較例に係る炭化珪素基板１００と比較して、実施例に係る炭化珪素基板１００においては、第６濃度が低減されていることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４は、第１主面１におけるアルミニウムの濃度を示している。表４において、「ＮＤ」とは、アルミニウムの濃度がＳＩＭＳの検出下限値（２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）よりも低いため、検出されなかったことを示す。表４において、「ＮＤ」を検出下限値（２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）とみなして、第８濃度を第７濃度で割った値が算出された。
　表４に示されるように、サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第８濃度は、サンプル１に係る炭化珪素基板１００における第８濃度よりも低かった。サンプル２からサンプル４に係る炭化珪素基板１００における第８濃度は、６×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であった。
　以上の結果より、比較例に係る炭化珪素基板１００と比較して、実施例に係る炭化珪素基板１００においては、第８濃度が低減されていることが確認された。
　本明細書に記載された数値および数値範囲については、別段の記載がない場合でも、当該数値の間および当該数値範囲に含まれる任意の数値および任意の数値範囲が具体的に記載されているものと考えられるべきである。
　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　第１主面、２　第２主面、３　第３主面、４　第４主面、５　第５主面、７　オリエンテーションフラット、８　円弧状部、９　外周側面、１２　仮想線、１４　第１外周縁、２０　炭化珪素エピタキシャル層、２４　第２外周縁、４１　バッファ層、４２　ドリフト層、４４　炭化珪素種基板、４５　炭化珪素原料、５０　坩堝、５１　蓋部、５２　原料収容部、５３　側壁面、５４　底壁面、５５　貫通孔、５６　トレンチ、５７　台部材、６１　第１測定領域、６２　第２測定領域、６３　第３測定領域、６４　第４測定領域、６５　中央測定領域、７０　ガイド部材、７１　外周面、７２　内周面、９１　第１中心、９２　第２中心、９３　第３中心、９４　第４中心、９５　第５中心、１００　炭化珪素基板、１０１　第１方向、１０２　第２方向、１０３　第３方向、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、１２３　ドレイン電極、１２６　層間絶縁膜、１２７　ゲート電極、２００　炭化珪素エピタキシャル基板、３００　炭化珪素単結晶、４００　炭化珪素半導体装置、Ｄ　最短距離、Ｈ　最大厚み、Ｗ１　第１最大径（最大径）、Ｗ２　第２最大径、θ　オフ角。

Claims (12)

  1. 　主面を備え、
    　前記主面は、前記主面に垂直な直線に沿って見て、前記主面の中心にある中央測定領域と、前記中央測定領域に対して＜１１－２０＞方向にある第１測定領域と、前記中央測定領域に対して＜１－１００＞方向にある第２測定領域と、前記中央測定領域に対して前記第１測定領域の反対にある第３測定領域と、前記中央測定領域に対して前記第２測定領域の反対にある第４測定領域とを含み、
    　前記主面に垂直な直線に沿って見て、前記第１測定領域、前記第２測定領域、前記第３測定領域および前記第４測定領域の各々の中心と前記主面の外周縁との間の最短距離は、１０ｍｍであり、
    　前記中央測定領域におけるチタンの濃度を第１濃度とし、
    　前記第１測定領域と前記第２測定領域と前記第３測定領域と前記第４測定領域とにおけるチタンの濃度の平均値を第２濃度とした場合、
    　前記第１濃度および前記第２濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定され、
    　前記第１濃度は、前記第２濃度よりも低く、
    　前記第２濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、炭化珪素基板。
  2. 　前記第１濃度は、１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、請求項１に記載の炭化珪素基板。
  3. 　前記第２濃度を前記第１濃度で割った値は、５０以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素基板。
  4. 　主面を備え、
    　前記主面は、前記主面に垂直な直線に沿って見て、前記主面の中心にある中央測定領域と、前記中央測定領域に対して＜１１－２０＞方向にある第１測定領域と、前記中央測定領域に対して＜１－１００＞方向にある第２測定領域と、前記中央測定領域に対して前記第１測定領域の反対にある第３測定領域と、前記中央測定領域に対して前記第２測定領域の反対にある第４測定領域とを含み、
    　前記主面に垂直な直線に沿って見て、前記第１測定領域、前記第２測定領域、前記第３測定領域および前記第４測定領域の各々の中心と前記主面の外周縁との間の最短距離は、１０ｍｍであり、
    　前記中央測定領域におけるクロムの濃度を第３濃度とし、
    　前記第１測定領域と前記第２測定領域と前記第３測定領域と前記第４測定領域とにおけるクロムの濃度の平均値を第４濃度とした場合、
    　前記第３濃度および前記第４濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定され、
    　前記第３濃度は、前記第４濃度よりも低く、
    　前記第４濃度は、３×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、炭化珪素基板。
  5. 　前記第３濃度は、５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、請求項４に記載の炭化珪素基板。
  6. 　前記第４濃度を前記第３濃度で割った値は、６以下である、請求項４または請求項５に記載の炭化珪素基板。
  7. 　主面を備え、
    　前記主面は、前記主面に垂直な直線に沿って見て、前記主面の中心にある中央測定領域と、前記中央測定領域に対して＜１１－２０＞方向にある第１測定領域と、前記中央測定領域に対して＜１－１００＞方向にある第２測定領域と、前記中央測定領域に対して前記第１測定領域の反対にある第３測定領域と、前記中央測定領域に対して前記第２測定領域の反対にある第４測定領域とを含み、
    　前記主面に垂直な直線に沿って見て、前記第１測定領域、前記第２測定領域、前記第３測定領域および前記第４測定領域の各々の中心と前記主面の外周縁との間の最短距離は、１０ｍｍであり、
    　前記中央測定領域における銅の濃度を第５濃度とし、
    　前記第１測定領域と前記第２測定領域と前記第３測定領域と前記第４測定領域とにおける銅の濃度の平均値を第６濃度とした場合、
    　前記第５濃度および前記第６濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定され、
    　前記第５濃度は、２×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、
    　前記第６濃度は、５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、炭化珪素基板。
  8. 　主面を備え、
    　前記主面は、前記主面に垂直な直線に沿って見て、前記主面の中心にある中央測定領域と、前記中央測定領域に対して＜１１－２０＞方向にある第１測定領域と、前記中央測定領域に対して＜１－１００＞方向にある第２測定領域と、前記中央測定領域に対して前記第１測定領域の反対にある第３測定領域と、前記中央測定領域に対して前記第２測定領域の反対にある第４測定領域とを含み、
    　前記主面に垂直な直線に沿って見て、前記第１測定領域、前記第２測定領域、前記第３測定領域および前記第４測定領域の各々の中心と前記主面の外周縁との間の最短距離は、１０ｍｍであり、
    　前記中央測定領域におけるアルミニウムの濃度を第７濃度とし、
    　前記第１測定領域と前記第２測定領域と前記第３測定領域と前記第４測定領域とにおけるアルミニウムの濃度の平均値を第８濃度とした場合、
    　前記第７濃度および前記第８濃度の各々は、二次イオン質量分析法によって測定され、
    　前記第７濃度は、２×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、
    　前記第８濃度は、６×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、炭化珪素基板。
  9. 　前記主面の最大径は、１５０ｍｍ以上である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
  10. 　前記中央測定領域における窒素の濃度は、１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
  11. 　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の炭化珪素基板を準備する工程と、
    　前記炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程とを備えた、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  12. 　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の炭化珪素基板を準備する工程と、
    　前記炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程と、
    　前記炭化珪素エピタキシャル層を加工する工程とを備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
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