特許 6590116 炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6590116

(24)【登録日】2019年9月27日

(45)【発行日】2019年10月16日

(54)【発明の名称】炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20191007BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20191007BHJP

   H01L 29/12 20060101ALI20191007BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20191007BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20191007BHJP

   H01L 29/739 20060101ALI20191007BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/36 A

   C30B25/20

   H01L29/78 652T

   H01L29/78 658E

   H01L29/78 655A

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-512021(P2019-512021)

(86)(22)【出願日】2018年7月20日

(86)【国際出願番号】JP2018027240

(87)【国際公開番号】WO2019049525

(87)【国際公開日】20190314

【審査請求日】2019年2月28日

(31)【優先権主張番号】特願2017-173240(P2017-173240)

(32)【優先日】2017年9月8日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神原 健司

(72)【発明者】

【氏名】宮瀬 貴也

(72)【発明者】

【氏名】本家 翼

【審査官】 ▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２４６１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１６６１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００２２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０６１１５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１５９３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０３５０９５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／１２

Ｈ０１Ｌ ２９／７３９

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上にある炭化珪素エピタキシャル膜とを備え、
前記炭化珪素基板および前記炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、４Ｈであり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面であり、
前記主表面の最大径は、１５０ｍｍ以上であり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜は、円弧状または環状の複数の基底面転位と、複数の貫通転位とを有しており、
前記複数の貫通転位は、前記主表面に対して垂直な方向から見て、前記複数の基底面転位に取り囲まれた第１貫通転位と、前記複数の基底面転位に取り囲まれていない第２貫通転位とを有し、
環状欠陥は、１つの前記第１貫通転位と、１つの前記第１貫通転位を中心として取り囲むように設けられた円弧状または環状の前記複数の基底面転位とにより構成され、
前記主表面における前記複数の貫通転位の面密度は、５０ｃｍ^−２以上であり、
前記主表面に対して垂直な方向から見た前記環状欠陥の面密度を、前記主表面における前記複数の貫通転位の面密度で除した値は、０．００００２以上０．００４以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。

【請求項2】

前記主表面は、（０００１）面または（０００１）面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。

【請求項3】

前記主表面に対して垂直な方向から見て、前記環状欠陥の最大径は、０．２ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。

【請求項4】

前記主表面に対して垂直な方向から見て、前記環状欠陥の最大径は、０．０３ｍｍ以上である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。

【請求項5】

炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板上にある炭化珪素エピタキシャル膜とを備え、
前記炭化珪素基板および前記炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、４Ｈであり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、（０００１）面または（０００１）面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面であり、
前記主表面の最大径は、１５０ｍｍ以上であり、
前記炭化珪素エピタキシャル膜は、円弧状または環状の複数の基底面転位と、複数の貫通転位とを有しており、
前記複数の貫通転位は、前記主表面に対して垂直な方向から見て、前記複数の基底面転位に取り囲まれた第１貫通転位と、前記複数の基底面転位に取り囲まれていない第２貫通転位とを有し、
環状欠陥は、１つの前記第１貫通転位と、１つの前記第１貫通転位を中心として取り囲むように設けられた円弧状または環状の前記複数の基底面転位とにより構成され、
前記主表面に対して垂直な方向から見て、前記環状欠陥の最大径は、０．０３ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であり、
前記主表面における前記複数の貫通転位の面密度は、５０ｃｍ^−２以上であり、
前記主表面に対して垂直な方向から見た前記環状欠陥の面密度を、前記主表面における前記複数の貫通転位の面密度で除した値は、０．００００２以上０．００４以下である、炭化珪素エピタキシャル基板。

【請求項6】

請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記炭化珪素エピタキシャル基板を加工する工程と、を備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、炭化珪素エピタキシャル基板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、２０１７年９月８日に出願した日本特許出願である特願２０１７−１７３２４０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。

【背景技術】

【0002】

特開２０１５−５７８６４号公報（特許文献１）には、炭化珪素単結晶基板の研磨方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−５７８６４号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル膜とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板上にある。炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、４Ｈである。主表面は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面の最大径は、１５０ｍｍ以上である。炭化珪素エピタキシャル膜は、円弧状または環状の複数の基底面転位と、複数の貫通転位とを有している。複数の貫通転位は、主表面に対して垂直な方向から見て、複数の基底面転位に取り囲まれた第１貫通転位と、複数の基底面転位に取り囲まれていない第２貫通転位とを有している。複数の基底面転位と第１貫通転位とは、環状欠陥を構成している。主表面における複数の貫通転位の面密度は、５０ｃｍ^−２以上である。主表面に対して垂直な方向から見た環状欠陥の面密度を、主表面における複数の貫通転位の面密度で除した値は、０．００００２以上０．００４以下である。

【0005】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル膜とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜は、炭化珪素基板上にある。炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル膜のポリタイプは、４Ｈである。炭化珪素エピタキシャル膜の主表面は、（０００１）面または（０００１）面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面である。主表面の最大径は、１５０ｍｍ以上である。炭化珪素エピタキシャル膜は、円弧状または環状の複数の基底面転位と、複数の貫通転位とを有している。複数の貫通転位は、主表面に対して垂直な方向から見て、複数の基底面転位に取り囲まれた第１貫通転位と、複数の基底面転位に取り囲まれていない第２貫通転位とを有している。複数の基底面転位と第１貫通転位とは、環状欠陥を構成している。主表面に対して垂直な方向から見て、環状欠陥の最大径は、０．０３ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。主表面における複数の貫通転位の面密度は、５０ｃｍ^−２以上である。主表面に対して垂直な方向から見た環状欠陥の面密度を、主表面における複数の貫通転位の面密度で除した値は、０．００００２以上０．００４以下である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１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2】図２は、図１の領域ＩＩの拡大模式図である。

【図3】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面模式図である。

【図4】図４は、環状欠陥の第１変形例を示す平面模式図である。

【図5】図５は、環状欠陥の第２変形例を示す平面模式図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。

【図7】図７は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。

【図8】図８は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。

【図9】図９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チャートである。

【図10】図１０は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。

【図11】図１１は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。

【図12】図１２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。

【発明を実施するための形態】

【0007】

［本開示の実施形態の概要］
まず本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。

【0008】

（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル膜２０とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素基板１０および炭化珪素エピタキシャル膜２０のポリタイプは、４Ｈである。主表面１４は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面である。主表面１４の最大径は、１５０ｍｍ以上である。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、円弧状または環状の複数の基底面転位３と、複数の貫通転位４とを有している。複数の貫通転位４は、主表面１４に対して垂直な方向から見て、複数の基底面転位３に取り囲まれた第１貫通転位１と、複数の基底面転位３に取り囲まれていない第２貫通転位２とを有している。複数の基底面転位３と第１貫通転位１とは、環状欠陥５を構成している。主表面１４における複数の貫通転位４の面密度は、５０ｃｍ^−２以上である。主表面１４に対して垂直な方向から見た環状欠陥５の面密度を、主表面１４における複数の貫通転位４の面密度で除した値は、０．００００２以上０．００４以下である。

【0009】

（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、主表面１４は、（０００１）面または（０００１）面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面であってもよい。

【0010】

（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、主表面１４に対して垂直な方向から見て、環状欠陥５の最大径は、０．２ｍｍ以下であってもよい。

【0011】

（４）上記（１）〜（３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、主表面１４に対して垂直な方向から見て、環状欠陥５の最大径は、０．０３ｍｍ以上であってもよい。

【0012】

（５）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル膜２０とを備えている。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素基板１０および炭化珪素エピタキシャル膜２０のポリタイプは、４Ｈである。主表面１４は、（０００１）面または（０００１）面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面である。主表面１４の最大径は、１５０ｍｍ以上である。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、円弧状または環状の複数の基底面転位３と、複数の貫通転位４とを有している。複数の貫通転位４は、主表面１４に対して垂直な方向から見て、複数の基底面転位３に取り囲まれた第１貫通転位１と、複数の基底面転位３に取り囲まれていない第２貫通転位２とを有している。複数の基底面転位３と第１貫通転位１とは、環状欠陥５を構成している。主表面１４に対して垂直な方向から見て、環状欠陥５の最大径は、０．０３ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。主表面１４における複数の貫通転位４の面密度は、５０ｃｍ^−２以上である。主表面１４に対して垂直な方向から見た環状欠陥５の面密度を、主表面１４における複数の貫通転位４の面密度で除した値は、０．００００２以上０．００４以下である。

【0013】

（６）本開示に係る炭化珪素半導体装置３００の製造方法は以下の工程を備えている。上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される。炭化珪素エピタキシャル基板１００が加工される。

【0014】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態の詳細について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。

【0015】

（炭化珪素エピタキシャル基板１００）
図１、図２および図３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１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル膜２０とを有している。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第２主面１２とを有する。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、第１主面１１と接する。炭化珪素エピタキシャル膜２０は、第１主面１１と接する第３主面１３と、第３主面１３と反対側の主表面１４とを有する。炭化珪素基板１０および炭化珪素エピタキシャル膜２０のポリタイプは、４Ｈである。図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００には、第１方向１０１に延在する第１フラット１７が設けられていてもよい。炭化珪素エピタキシャル基板１００には、第２方向１０２に延在する第２フラット（図示せず）が設けられていてもよい。

【0016】

第２方向１０２は、たとえば＜１−１００＞方向である。第１方向１０１は、主表面１４に対して平行であり、かつ第２方向１０２に対して垂直な方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１１−２０＞方向成分を含む方向である。図１に示されるように、主表面１４の最大径１１１（直径）は、たとえば１５０ｍｍ以上である。最大径１１１は、２００ｍｍ以上でもよいし、２５０ｍｍ以上でもよい。最大径１１１の上限は特に限定されない。最大径１１１は、たとえば３００ｍｍ以下であってもよい。

【0017】

炭化珪素基板１０は、たとえば炭化珪素単結晶から構成される。炭化珪素基板１０は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板１０の導電型は、たとえばｎ型である。第１主面１１は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して５°以下のオフ角で傾斜した面である。第１主面１１が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、第１主面１１の傾斜方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。炭化珪素基板１０の厚みは、たとえば３５０μｍ以上５００μｍ以下である。

【0018】

炭化珪素エピタキシャル膜２０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素エピタキシャル膜２０の導電型は、たとえばｎ型である。炭化珪素エピタキシャル膜２０主表面１４は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して５°以下のオフ角θで傾斜した面である。具体的には、主表面１４は、（０００１）面または（０００１）面に対して５°以下のオフ角θで傾斜した面である。主表面１４は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して５°以下のオフ角θで傾斜した面であってもよい。オフ方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。なお、オフ方向は、＜１１−２０＞方向に限定されない。オフ方向は、たとえば＜１−１００＞方向であってもよいし、＜１−１００＞方向成分と＜１１−２０＞方向成分とを有する方向であってもよい。オフ角θは、主表面１４が｛０００１｝面に対して傾斜している角度である。オフ角θは、たとえば０°より大きく５°以下である。オフ角θは、１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、４°以下であってもよい。

【0019】

図３において破線で記載された面は、たとえば｛０００１｝面である。第３方向１０３は、｛０００１｝面に対して垂直な方向である。第３方向１０３は、たとえば［０００１］方向である。第４方向１０４は、第３方向１０３に対して垂直な方向である。第４方向１０４は、たとえば＜１１−２０＞方向である。第４方向１０４は、たとえばオフ方向である。主表面１４の法線方向は、第５方向１０５である。第５方向は、たとえば［０００１］方向に対してオフ方向にオフ角θだけ傾斜した方向である。

【0020】

図３に示されるように、炭化珪素エピタキシャル膜２０は、第１層２１と、第２層２２とを含む。第１層２１は、たとえばバッファ層である。第２層２２は、たとえばドリフト層である。第１層２１は、第１主面１１に接している。第１層２１は、第３主面１３を構成する。第２層２２は、第１層２１上にある。第２層２２は、主表面１４を構成する。第１層２１の厚みは、たとえば０．５μｍ以上２μｍ以下である。第２層２２の厚みは、たとえば５μｍ以上３０μｍ以下である。

【0021】

第１層２１および第２層２２の各々は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０^１７ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下である。第２層２２が含むｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０^１５ｃｍ^−３以上１×１０^１６ｃｍ^−３以下である。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板１０が含むｎ型不純物の濃度より低くてもよい。第１層２１が含むｎ型不純物の濃度は、第２層２２が含むｎ型不純物の濃度より高くてもよい。ｎ型不純物の濃度は、たとえば水銀プローブ方式のＣ−Ｖ測定装置により測定される。プローブの面積は、たとえば０．００５ｃｍ²である。

【0022】

図２および図３に示されるように、炭化珪素エピタキシャル膜２０は、複数の基底面転位３と、複数の貫通転位４とを有している。複数の基底面転位３の各々は、｛０００１｝面と平行な平面内にある。別の観点から言えば、複数の基底面転位３の各々は、｛０００１｝面と平行な方向に延在している。複数の貫通転位４の各々は、主表面１４に対してほぼ垂直な方向に沿って延在している。複数の貫通転位４の各々は、第２主面から主表面１４まで延在している。複数の貫通転位４の各々は、炭化珪素エピタキシャル膜２０および炭化珪素基板１０の各々を貫通するように設けられている。複数の貫通転位４の各々は、第２主面１２および主表面１４の双方に露出している。貫通転位は、貫通刃状転位であってもよいし、貫通螺旋転位であってもよい。

【0023】

図２に示されるように、複数の貫通転位４は、第１貫通転位１と、第２貫通転位２とを有している。第１貫通転位１は、主表面１４に対して垂直な方向から見て、複数の基底面転位３に取り囲まれている。第２貫通転位２は、複数の基底面転位３に取り囲まれていない。

【0024】

図２に示されるように、複数の基底面転位３は、主表面１４に対して垂直な方向から見て、第１貫通転位１を取り囲むように設けられている。複数の基底面転位３は、第１貫通転位１を完全に取り囲んでいてもよいし、部分的に取り囲んでいてもよい。基底面転位３は、たとえば完全な環状である。基底面転位３は、主表面１４に対して垂直な方向から見て、略円形状または略楕円形状であってもよい。基底面転位３は、完全な環状ではなく、部分的に環状であってもよい。基底面転位３は、たとえば円弧状の部分を有していてもよい。

【0025】

複数の基底面転位３は、たとえば第１基底面転位３１と、第２基底面転位３２と、第３基底面転位３３と、第４基底面転位３４と、第５基底面転位３５とを有している。図２に示されるように、第１基底面転位３１と、第３基底面転位３３と、第４基底面転位３４とは、完全な環状である。第２基底面転位３２と、第５基底面転位３５とは、部分的に環状である。

【0026】

複数の基底面転位３と第１貫通転位１とは、環状欠陥５を構成している。具体的には、図２に示されるように、第１貫通転位１と、第１基底面転位３１と、第２基底面転位３２とが、１つの環状欠陥５を構成している。また第１貫通転位１と、第３基底面転位３３と、第４基底面転位３４と、第５基底面転位３５とが、１つの環状欠陥５を構成している。図２の視野においては、環状欠陥５の数は２個である。

【0027】

第１貫通転位１は、複数の基底面転位３の各々に取り囲まれている。主表面１４に対して垂直な方向から見て、複数の基底面転位３の各々は、第１貫通転位１を中心として同心円状に設けられていてもよい。複数の基底面転位３の各々は、同じ平面内に位置していてもよい、異なる平面内に位置していてもよい。図３に示されるように、第１基底面転位３１は、第２基底面転位３２と異なる平面内に位置していてもよい。第１基底面転位３１が位置する平面は、第２基底面転位３２が位置する平面から離間しており、かつ平行であってもよい。

【0028】

図４は、環状欠陥５の第１変形例を示す平面模式図である。図４に示されるように、基底面転位３が部分的に環状である場合、主表面１４に対して垂直な方向から見て、第１貫通転位１から延びかつ基底面転位３の一端を通る第１線分４１と、第１貫通転位１から延びかつ基底面転位３の他端を通る第２線分４２とがなす角度φは、たとえば２７０°以上である。別の観点から言えば、基底面転位３は、第１貫通転位１の外周の２７０°以上を取り囲んでいる。複数の基底面転位３において、全ての基底面転位３が部分的に環状であってもよいし、一部の基底面転位３が部分的に環状であってもよいし、全ての基底面転位３が完全に環状であってもよい。

【0029】

図５は、環状欠陥５の第２変形例を示す平面模式図である。図５に示されるように、複数の基底面転位３は、たとえば、第６基底面転位３６と、第７基底面転位３７と、第８基底面転位３８と、第９基底面転位３９と、第１０基底面転位４０とを有している。第６基底面転位３６は、第１貫通転位１の外側にある。第７基底面転位３７は、第６基底面転位３６の外側にある。第８基底面転位３８は、第７基底面転位３７の外側にある。第９基底面転位３９は、第８基底面転位３８の外側にある。第１０基底面転位４０は、第９基底面転位３９の外側にある。

【0030】

主表面１４に対して垂直な方向から見て、第１貫通転位１と、最外周に位置する第１０基底面転位４０とを結ぶ線分４３を想定する。当該線分４３と第１０基底面転位４０と接点を第１位置４４とし、第１位置４４と第１貫通転位１との中間位置を第２位置４５とする。第１貫通転位１から第２位置４５までの距離１１４は、第２位置４５から第１位置４４までの距離１１３と同じである。図５に示す環状欠陥５においては、第１貫通転位１から第２位置４５までの領域には、３つの基底面転位（第６基底面転位３６、第７基底面転位３７および第８基底面転位３８）が存在し、第２位置４５から第１位置４４までの領域には、２つの基底面転位（第９基底面転位３９および第１０基底面転位４０）が存在する。第１貫通転位１から第２位置４５までの領域における基底面転位の線密度は、第２位置４５から第１位置４４までの領域における基底面転位の線密度よりも高くてもよい。別の観点から言えば、環状欠陥５の内周側の基底面転位３の線密度は、環状欠陥５の外周側の基底面転位３の線密度よりも高くてもよい。

【0031】

図２に示されるように、主表面１４における複数の貫通転位４の面密度は、５０ｃｍ^−２以上である。貫通転位４は、第１貫通転位１と、第２貫通転位２とを含む。主表面１４における複数の貫通転位４の面密度の下限は特に限定されないが、当該面密度は、たとえば１００ｃｍ^−２以上であってもよいし、２００ｃｍ^−２以上であってもよい。主表面１４における複数の貫通転位４の面密度の上限は特に限定されないが、当該面密度は、たとえば５０００ｃｍ^−２以下であってもよいし、１０００ｃｍ^−２以下であってもよい。

【0032】

主表面１４に対して垂直な方向から見た環状欠陥５の面密度を、主表面１４における複数の貫通転位４の面密度で除した値は、０．００００２以上０．００４以下である。当該値の下限は特に限定されないが、当該値は、たとえば０．００００４以上であってもよいし、０．００００８以上であってもよい。当該値の上限は特に限定されないが、当該値は、たとえば０．００２以下であってもよいし、０．００１以下であってもよい。

【0033】

図２に示されるように、主表面１４に対して垂直な方向から見て、環状欠陥５の最大径１１２は、たとえば０．２ｍｍ以下である。最大径１１２の上限は特に限定されないが、たとえば０．１ｍｍ以下であってもよいし、０．０５ｍｍ以下であってもよい。主表面１４に対して垂直な方向から見て、環状欠陥５の最大径１１２は、たとえば０．０３ｍｍ以上である。最大径１１２の下限は特に限定されないが、たとえば０．０５ｍｍ以上であってもよいし、０．０８ｍｍ以上であってもよい。

【0034】

後述のように、炭化珪素基板１０の第１主面１１においては、スクラッチ（研磨痕）がほとんど形成されていない。そのため、第１主面１１に多数のスクラッチが形成されている場合と比較して、第１主面１１上に形成される炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４の表面粗さは小さくなる。具体的には、第１主面１１の算術平均粗さ（Ｓａ）は、たとえば０．５ｎｍ以下である。算術平均粗さ（Ｓａ）は、二次元の算術平均粗さ（Ｒａ）を三次元に拡張したパラメータである。算術平均粗さ（Ｓａ）は、たとえば白色干渉顕微鏡により測定することができる。具体的には、炭化珪素エピタキシャル膜２０を炭化珪素基板１０から除去した後、炭化珪素基板１０の第１主面１１が白色干渉顕微鏡により観察される。白色干渉顕微鏡として、たとえばニコン社製のＢＷ−Ｄ５０７を用いることができる。算術平均粗さ（Ｓａ）の測定範囲は、たとえば２５５μｍ×２５５μｍの正方形領域である。正方形領域の対角線の中心は、たとえば第１主面１１の中心とされる。

【0035】

（環状欠陥の面密度の測定方法）
次に、環状欠陥５の面密度の測定方法について説明する。基底面転位３を有する環状欠陥５の観察には、たとえば株式会社フォトンデザイン社製のフォトルミネッセンスイメージング装置（型番：ＰＬＩＳ−１００）が用いられる。炭化珪素エピタキシャル基板１００の被測定領域に対して励起光が照射されると、被測定領域からフォトルミネッセンス光が観測される。励起光源としては、たとえば水銀キセノンランプが使用される。光源からの励起光は、３１３ｎｍのバンドパスフィルターを通過した後、被測定領域に照射される。フォトルミネッセンス光は、たとえば７５０ｎｍのローパスフィルタを通過した後、カメラ等の受光素子に到達する。以上のように、被測定領域のフォトルミネッセンス画像が撮影される。測定温度は、室温である。

【0036】

たとえば炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４と平行な方向に炭化珪素エピタキシャル基板１００を移動させながら、主表面１４のフォトルミネッセンス画像が撮影される。これにより、主表面１４の全領域におけるフォトルミネッセンス画像がマッピングされる。取得されたフォトルミネッセンス画像において環状の基底面転位が特定される。略同心円状に設けられた複数の基底面転位３の集まりが１つの環状欠陥５を構成する。環状欠陥５の合計数を全測定面積で除することにより、環状欠陥５の面密度が算出される。

【0037】

（貫通転位の面密度の測定方法）
次に、貫通転位４の面密度の測定方法について説明する。貫通転位４は、たとえばエッチピット法によって確認することができる。エッチピット法によれば、たとえば次のようにして、貫通転位４に起因するピットを判別できる。エッチングには、たとえば水酸化カリウム（ＫＯＨ）融液が用いられる。ＫＯＨ融液の温度は、５００℃以上５５０℃以下程度とする。エッチング時間は、５分以上１０分以下程度とする。エッチング後、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡によって主表面１４を観察する。貫通らせん転位に由来するエッチピットは、たとえば平面形状が六角形状であり、かつ六角形の対角線の長さは、典型的には３０μｍ以上５０μｍ以下程度となる。貫通刃状転位に由来するエッチピットは、たとえば平面形状が六角形状であり、かつ貫通らせん転位に由来するエッチピットよりも小さい。貫通刃状転位に由来するエッチピットにおいて、六角形の対角線の長さは、典型的には１５μｍ以上２０μｍ以下程度となる。

【0038】

上述の通り、複数の貫通転位４の各々は、炭化珪素エピタキシャル膜２０および炭化珪素基板１０の各々を貫通している。そのため、炭化珪素エピタキシャル膜２０の主表面１４における貫通転位４の面密度は、炭化珪素基板１０の第１主面１１における貫通転位４の面密度と同じであると推定することができる。特に、主表面１４が（０００−１）面または（０００−１）面に対して５°以下のオフ角θで傾斜した面である場合には、ＫＯＨ融液によって主表面１４にエッチピットが出現しづらい。この場合、炭化珪素基板１０から炭化珪素エピタキシャル膜２０を除去した後、炭化珪素基板１０の第１主面１１における貫通転位４の面密度を測定してもよい。第１主面１１における貫通転位４の面密度が、主表面１４における貫通転位４の面密度と同じであると推定される。

【0039】

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。

【0040】

まず、炭化珪素単結晶基板準備工程が実施される。たとえば昇華法により、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素基板１０が準備される（図６参照）。炭化珪素基板１０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板１０の導電型は、たとえばｎ型である。

【0041】

図６に示されるように、炭化珪素基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１の反対側にある第２主面１２とを有する。第１主面１１は、たとえば（０００１）面に対してオフ角θだけオフ方向に傾斜した面である。オフ方向は、たとえば＜１１−２０＞方向である。炭化珪素基板１０の第１主面１１の最大径は、たとえば１５０ｍｍ以上である。炭化珪素基板１０には、たとえば貫通転位４が存在する。貫通転位４は、第１主面１１および第２主面１２の双方に露出している。

【0042】

次に、機械研磨工程が実施される。機械研磨工程においては、炭化珪素基板１０の第１主面１１に対して機械研磨が行われる。具体的には、第１主面１１が定盤に対向するように炭化珪素基板１０が研磨ヘッドに保持される。定盤と第１主面１１との間に砥粒を含むスラリーが供給される。砥粒は、たとえばダイヤモンド砥粒である。貫通転位４付近は、その周りの部分と比較して機械的に弱い。そのため、機械研磨工程後、第１主面１１において貫通転位４に連なる凹部１５が形成される（図７参照）。

【0043】

次に、化学的機械研磨工程が実施される。化学的機械研磨工程においては、炭化珪素基板１０の第１主面１１に対して化学的機械研磨が行われる。具体的には、第１主面１１が定盤に対向するように炭化珪素基板１０が研磨ヘッドに保持される。定盤と第１主面１１との間に砥粒を含むスラリーが供給される。砥粒は、たとえばナノダイヤモンド砥粒である。ナノダイヤモンド砥粒の平均粒径は、たとえば３ｎｍから４ｎｍである。スラリーは、たとえば過酸化水素水（酸化剤）を含む。

【0044】

一般的に、炭化珪素基板１０に対して化学的機械研磨が行われる場合、コロイダルシリカを含むスラリーと酸化剤とを含む研磨液が用いられる。当該研磨液の場合には、酸化などの化学反応を利用して炭化珪素基板１０の表面を酸化物に変え、当該酸化物が炭化珪素よりも硬度の低いコロイダルシリカによって除去される。つまり、酸化剤の化学的作用を主に利用して、炭化珪素基板１０の第１主面１１が研磨される。酸化剤の化学的作用が原因で、貫通転位４が露出している第１主面１１の部分に突起１６（図８参照）が形成される。当該突起１６の上に炭化珪素エピタキシャル膜２０が成長すると、突起１６に起因した環状欠陥５（図３参照）が炭化珪素エピタキシャル膜２０に形成されやすくなる。

【0045】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法においては、ナノダイヤモンドの物理的作用を主に利用して、炭化珪素基板１０の第１主面１１が研磨される。つまり、本実施形態の化学的機械研磨工程においては、濃度の低い過酸化水素水が使用される。過酸化水素水の濃度は、たとえば５％である。そのため、本実施形態の化学的機械研磨方法を用いた場合、主に物理的作用により第１主面１１が研磨される。仮に過酸化水素水の化学的作用により第１主面１１に突起１６が形成された場合であっても、ナノダイヤモンドの物理的作用により当該突起１６は除去される。結果として、第１主面１１において、貫通転位に連なる突起１６が形成されることを抑制することができる（図８参照）。そのため、上記突起１６に起因して発生する環状欠陥５を低減することができる。

【0046】

なお、環状欠陥５をさらに低減するためには、過酸化水素水の化学的作用を利用することなく、ナノダイヤモンドの物理的作用のみで機械研磨を行うことが考えられる。しかしながら、ナノダイヤモンドの物理的作用のみで機械研磨を行うと、炭化珪素基板１０の第１主面１１にスクラッチ（研磨痕）が発生しやすくなる。そのため、ある程度、過酸化水素水を含む研磨液を使用することが望ましい。第１主面１１に、ある程度突起１６が残っていてもよい。

【0047】

次に、炭化珪素基板１０上に炭化珪素エピタキシャル膜２０が形成される。具体的には、炭化珪素基板１０が、たとえば１６３０℃程度に昇温される。次に、炭化珪素基板１０が水素ガスによってエッチングされる。次に、たとえばシラン（ＳｉＨ_４）とプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）とアンモニア（ＮＨ_３）と水素とを含む混合ガスを用いて、炭化珪素基板１０上にバッファ層２１が形成される。シランガスの流量は、たとえば４６ｓｃｃｍとなるように調整される。プロパンガスの流量は、たとえば２９ｓｃｃｍとなるように調整される。アンモニアガスの流量は、たとえば１．５ｓｃｃｍとなるように調整される。水素ガスの流量は、１００ｓｌｍとなるように調整される。バッファ層２１の厚みは、たとえば１μｍである。

【0048】

次に、たとえばシランとプロパンとアンモニアと水素とを含む混合ガスを用いて、バッファ層２１上にドリフト層２２が形成される。具体的には、シランガスの流量は、たとえば１１５ｓｃｃｍとなるように調整される。プロパンガスの流量は、たとえば５７．６ｓｃｃｍとなるように調整される。アンモニアガスの流量は、たとえば２．５×１０^−２ｓｃｃｍとなるように調整される。水素ガスの流量は、１００ｓｌｍとなるように調整される。ドリフト層２２の厚みは、たとえば１０μｍである。バッファ層２１とドリフト層２２とが、炭化珪素エピタキシャル膜２０を構成する。これにより、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル膜２０とを有する炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される（図３参照）。

【0049】

（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３００の製造方法について説明する。

【0050】

本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、エピタキシャル基板準備工程（Ｓ１０：図９）と、基板加工工程（Ｓ２０：図９）とを主に有する。

【0051】

まず、エピタキシャル基板準備工程（Ｓ１０：図９）が実施される。具体的には、前述した炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法によって、炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される（図３参照）。

【0052】

次に、基板加工工程（Ｓ２０：図９）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板１００を加工することにより、炭化珪素半導体装置が製造される。「加工」には、たとえば、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成、ダイシング等の各種加工が含まれる。すなわち基板加工ステップは、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成およびダイシングのうち、少なくともいずれかの加工を含むものであってもよい。

【0053】

以下では、炭化珪素半導体装置の一例としてのＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造方法を説明する。基板加工工程（Ｓ２０：図９）は、たとえばイオン注入工程（Ｓ２１：図９）、酸化膜形成工程（Ｓ２２：図９）、電極形成工程（Ｓ２３：図９）およびダイシング工程（Ｓ２４：図９）を含む。

【0054】

まず、イオン注入工程（Ｓ２１：図９）が実施される。開口部を有するマスク（図示せず）が形成された主表面１４に対して、たとえばアルミニウム（Ａｌ）等のｐ型不純物が注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するボディ領域１３２が形成される。次に、ボディ領域１３２内の所定位置に、たとえばリン（Ｐ）等のｎ型不純物が注入される。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。次に、アルミニウム等のｐ型不純物がソース領域１３３内の所定位置に注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するコンタクト領域１３４が形成される（図１０参照）。

【0055】

炭化珪素エピタキシャル膜２０の第２層２２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以外の部分は、ドリフト領域１３１となる。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。イオン注入は、炭化珪素エピタキシャル基板１００を３００℃以上６００℃以下程度に加熱して行われてもよい。イオン注入の後、炭化珪素エピタキシャル基板１００に対して活性化アニールが行われる。活性化アニールにより、炭化珪素エピタキシャル膜２０に注入された不純物が活性化し、各領域においてキャリアが生成される。活性化アニールの雰囲気は、たとえばアルゴン（Ａｒ）雰囲気である。活性化アニールの温度は、たとえば１８００℃程度である。活性化アニールの時間は、たとえば３０分程度である。

【0056】

次に、酸化膜形成工程（Ｓ２２：図９）が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００が酸素を含む雰囲気中において加熱されることにより、主表面１４上に酸化膜１３６が形成される（図１１参照）。酸化膜１３６は、たとえば二酸化珪素等から構成される。酸化膜１３６は、ゲート絶縁膜として機能する。熱酸化処理の温度は、たとえば１３００℃程度である。熱酸化処理の時間は、たとえば３０分程度である。

【0057】

酸化膜１３６が形成された後、さらに窒素雰囲気中で熱処理が行なわれてもよい。たとえば、一酸化窒素の雰囲気中、１１００℃程度で１時間程度、熱処理が実施される。さらにその後、アルゴン雰囲気中で熱処理が行なわれる。たとえば、アルゴン雰囲気中、１１００℃以上１５００℃以下程度で、１時間程度、熱処理が行われる。

【0058】

次に、電極形成工程（Ｓ２３：図９）が実施される。具体的には、ゲート電極１４１は、酸化膜１３６上に形成される。ゲート電極１４１は、たとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。ゲート電極１４１は、たとえば導電性を有するポリシリコン等から構成される。ゲート電極１４１は、ソース領域１３３およびボディ領域１３２に対面する位置に形成される。

【0059】

次に、ゲート電極１４１を覆う層間絶縁膜１３７が形成される。層間絶縁膜１３７は、たとえばＣＶＤ法により形成される。層間絶縁膜１３７は、たとえば二酸化珪素等から構成される。層間絶縁膜１３７は、ゲート電極１４１と酸化膜１３６とに接するように形成される。次に、酸化膜１３６および層間絶縁膜１３７の一部がエッチングによって除去される。これにより、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４が、酸化膜１３６から露出する。

【0060】

次に、たとえばスパッタリング法により当該露出部にソース電極１４２が形成される。ソース電極１４２は、たとえばチタン、アルミニウムおよびシリコン等から構成される。ソース電極１４２が形成された後、ソース電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００が、たとえば９００℃以上１１００℃以下程度の温度で加熱される。これにより、ソース電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００とがオーミック接触するようになる。次に、ソース電極１４２に接するように、配線層１３８が形成される。配線層１３８は、たとえばアルミニウムを含む材料から構成される。次に、第３主面１３にドレイン電極１４３が形成される。ドレイン電極１４３は、たとえばニッケルおよびシリコンを含む合金（たとえばＮｉＳｉ等）から構成される。

【0061】

次に、ダイシング工程（Ｓ２４：図９）が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００がダイシングラインに沿ってダイシングされることにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００が複数の半導体チップに分割される。以上より、炭化珪素半導体装置３００が製造される（図１２参照）。

【0062】

なお上記において、ＭＯＳＦＥＴを例示して、本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明したが、本開示に係る製造方法はこれに限定されない。本開示に係る製造方法は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ）、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＰｉＮダイオード等の炭化珪素半導体装置に適用可能である。

【0063】

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００および炭化珪素半導体装置の製造方法の作用効果について説明する。

【0064】

一般的に、炭化珪素基板１０には貫通転位４が存在している。貫通転位４を有する炭化珪素基板１０に対して化学的機械研磨が実施されると、スラリーに含まれる酸化剤の化学的作用によって、貫通転位４が露出している炭化珪素基板の表面に突起１６（図８参照）が形成される場合がある。当該突起１６の上に炭化珪素エピタキシャル膜２０が成長すると、突起１６に起因した環状欠陥５（図３参照）が炭化珪素エピタキシャル膜２０に形成されやすくなる。当該環状欠陥５は、炭化珪素半導体装置の信頼性を低下させる。

【0065】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、主表面１４に対して垂直な方向から見た環状欠陥５の面密度を、主表面１４における複数の貫通転位４の面密度で除した値は、０．００４以下である。これにより、ある程度多数の貫通転位４を有する炭化珪素エピタキシャル基板１００に場合において、環状欠陥５の割合を低減することができる。そのため、炭化珪素半導体装置３００の信頼性を向上させることができる。

【0066】

また本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、主表面１４に対して垂直な方向から見た環状欠陥５の面密度を、主表面１４における複数の貫通転位４の面密度で除した値は、０．００００２以上である。上述のように、環状欠陥５をさらに低減するためには、ナノダイヤモンドの物理的作用の割合をさらに高めて化学的機械研磨を行うことが考えられる。しかしながら、物理的作用の割合を高めると、炭化珪素基板１０にスクラッチが発生しやすくなる。上記値を０．００００２以上とすれば、ナノダイヤモンドの物理的作用をさらに高める必要がないため、炭化珪素基板１０にスクラッチが発生することを抑制することができる。

【0067】

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。

【符号の説明】

【0068】

１ 第１貫通転位、２ 第２貫通転位、３ 基底面転位、４ 貫通転位、５ 環状欠陥、１０ 炭化珪素基板、１１ 第１主面、１２ 第２主面、１３ 第３主面、１４ 主表面、１５ 凹部、１６ 突起、１７ 第１フラット、２０ 炭化珪素エピタキシャル膜、２１ バッファ層（第１層）、２２ ドリフト層（第２層）、３１ 第１基底面転位、３２ 第２基底面転位、３３ 第３基底面転位、３４ 第４基底面転位、３５ 第５基底面転位、３６ 第６基底面転位、３７ 第７基底面転位、３８ 第８基底面転位、３９ 第９基底面転位、４０ 第１０基底面転位、４１ 第１線分、４２ 第２線分、４３ 線分、４４ 第１位置、４５ 第２位置、１００ 炭化珪素エピタキシャル基板、１０１ 第１方向、１０２ 第２方向、１０３ 第３方向、１０４ 第４方向、１０５ 第５方向、１１１ 最大径、１１３，１１４ 距離、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 酸化膜、１３７ 層間絶縁膜、１３８ 配線層、１４１ ゲート電極、１４２ ソース電極、１４３ ドレイン電極、３００ 炭化珪素半導体装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】