特許 7610934 炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-12-25

(45)【発行日】2025-01-09

(54)【発明の名称】炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20241226BHJP

   C23C 16/02 20060101ALI20241226BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20241226BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20241226BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20241226BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C23C16/02

C23C16/42

C30B25/20

C30B29/36 A

H01L21/302 201A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020124320

(22)【出願日】2020-07-21

(65)【公開番号】P2022020995

(43)【公開日】2022-02-02

【審査請求日】2022-08-30

【審判番号】

【審判請求日】2024-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】酒井 雅

(72)【発明者】

【氏名】溝部 卓真

(72)【発明者】

【氏名】中村 卓誉

【合議体】

【審判長】恩田 春香

【審判官】三浦 みちる

【審判官】綿引 隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０１４４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１６１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０７９９８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０３９７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１２５５５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１０／１０１０１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０６７７３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01L 21/205

C23C 16/02

C23C 16/42

C30B 25/20

C30B 29/36

H01L 21/302

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｈ_２を含むエッチングガスを用いて炭化珪素基板の表面を第１の温度でエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程でエッチングされた前記表面を、Ｈ_２ガスと第１のＳｉ供給ガスと第１のＣ供給ガスとを含むガスを用いて第２の温度で平坦化する平坦化処理工程と、
前記平坦化処理工程で平坦化された前記表面上に、第２のＳｉ供給ガスと第２のＣ供給ガスとを含むガスを用いて第３の温度でエピタキシャル成長を行うエピタキシャル層成長工程と、
を備え、
前記第１の温度Ｔ_１、前記第２の温度Ｔ_２、前記第３の温度Ｔ_３はＴ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３を満たし、
前記平坦化処理工程では、前記エッチング工程前に前記炭化珪素基板に含まれていた潜傷またはインクルージョンが前記エッチング工程でエッチングされてできた窪みを、平坦化し、
前記エピタキシャル層成長工程の後、処理温度を上げて別のエピタキシャル成長を行う別のエピタキシャル層成長工程をさらに備える、
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であって、
前記第１のＳｉ供給ガスと前記第２のＳｉ供給ガスは同じＳｉ供給ガスであり、
前記第１のＣ供給ガスと前記第２のＣ供給ガスは同じＣ供給ガスである、
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であって、
前記第１のＳｉ供給ガスはＳｉＨ_４ガスであり、
前記第１のＣ供給ガスはＣ_３Ｈ_８ガスである、
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であって、
前記第１の温度は１６５０℃以上１７５０℃以下、前記第２の温度は１５５０℃以上１６８０℃以下、前記第３の温度は１４５０℃以上１６００℃以下である、
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であって、
前記第２の温度Ｔ_２と平坦化処理工程の処理時間ｔとが、Ｔ_２≧－３４．１ｌｎ（ｔ）＋１６８７を満たす、
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。

【請求項6】

請求項１から５のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であって、
三角欠陥密度が０．１ヶ/ｃｍ^２以下の炭化珪素エピタキシャルウエハを製造する、
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。

【請求項7】

請求項１から６のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法であって、
前記窪みの深さは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である、
炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法。

【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ウエハの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素は、珪素に比べてバンドギャップが大きく、また絶縁破壊電界強度、飽和電子速度及び熱伝導度などの物性値が珪素に比べて優れており、半導体装置の材料として優れた性質を有する。特に、炭化珪素を用いた半導体装置においては、電力損失の大幅な低減、半導体装置の小型化等が可能となり、電源電力変換時の省エネルギー化が実現できる。そのため、炭化珪素は、電気自動車の高性能化、太陽電池システム等の高機能化等、低炭素社会実現のための半導体材料として注目されている。

【0003】

炭化珪素が用いられた半導体装置を製造するためには、まず炭化珪素基板上に、不純物濃度が高精度に制御された膜を、炭化珪素エピタキシャル成長装置を用いて、熱化学気相堆積法（ＣＶＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）等により、エピタキシャル成長させる。炭化珪素エピタキシャル層は、例えばエピタキシャル成長ガスに窒素を添加することによって、ｎ型とすることができる。炭化珪素基板上に炭化珪素エピタキシャル層を形成したウエハを、炭化珪素エピタキシャルウエハと呼ぶ。炭化珪素エピタキシャルウエハにさらに素子領域を形成し、またはさらに様々な加工を施したものを炭化珪素半導体装置と呼ぶ。

【0004】

特許文献１には、炭化珪素半導体装置の製造方法が開示されている。特許文献１には、特許文献１に記載の方法により、炭化珪素エピタキシャル層にステップバンチング等の表面欠陥が発生することを抑制することができると記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６０１２８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

炭化珪素エピタキシャル層に発生する欠陥の１つに三角欠陥がある。特許文献１の方法は、表面欠陥については抑制できるものの、三角欠陥の発生の抑制については特に考慮されているものではなかった。

【0007】

本開示はこのような問題を解決するためのものであり、三角欠陥の発生の抑制に適した炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、Ｈ_２を含むエッチングガスを用いて炭化珪素基板の表面を第１の温度でエッチングするエッチング工程と、エッチング工程でエッチングされた表面を、Ｈ_２ガスと第１のＳｉ供給ガスと第１のＣ供給ガスとを含むガスを用いて第２の温度で平坦化する平坦化処理工程と、平坦化処理工程で平坦化された表面上に、第２のＳｉ供給ガスと第２のＣ供給ガスとを含むガスを用いて第３の温度でエピタキシャル成長を行うエピタキシャル層成長工程と、を備え、第１の温度Ｔ_１、第２の温度Ｔ_２、第３の温度Ｔ_３はＴ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３を満たし、平坦化処理工程では、エッチング工程前に炭化珪素基板に含まれていた潜傷またはインクルージョンがエッチング工程でエッチングされてできた窪みを、平坦化し、エピタキシャル層成長工程の後、処理温度を上げて別のエピタキシャル成長を行う別のエピタキシャル層成長工程をさらに備える、炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法、である。

【発明の効果】

【0009】

本開示の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、Ｈ_２を含むエッチングガスを用いて炭化珪素基板の表面を第１の温度でエッチングするエッチング工程と、エッチング工程でエッチングされた表面を、Ｈ_２ガスと第１のＳｉ供給ガスと第１のＣ供給ガスとを含むガスを用いて第２の温度で平坦化する平坦化処理工程と、平坦化処理工程で平坦化された表面上に、第２のＳｉ供給ガスと第２のＣ供給ガスとを含むガスを用いて第３の温度でエピタキシャル成長を行うエピタキシャル層成長工程と、を備え、第１の温度Ｔ_１、第２の温度Ｔ_２、第３の温度Ｔ_３はＴ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３を満たし、平坦化処理工程では、エッチング工程前に炭化珪素基板に含まれていた潜傷またはインクルージョンがエッチング工程でエッチングされてできた窪みを、平坦化し、エピタキシャル層成長工程の後、処理温度を上げて別のエピタキシャル成長を行う別のエピタキシャル層成長工程をさらに備える、炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法、である。これにより、本開示の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、三角欠陥の発生の抑制に適した炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態の炭化珪素エピタキシャル成長装置の模式図である。

【図2】炭化珪素エピタキシャルウエハの模式的な断面図である。

【図3】実施の形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法のフローチャートである。

【図4】実施の形態と比較例１で製造された炭化珪素エピタキシャルウエハの三角欠陥密度をそれぞれ示す図である。

【図5】平坦化処理時間と平坦化処理温度を変えた場合の平坦化処理の効果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜Ａ．実施の形態＞
＜Ａ－１．炭化珪素エピタキシャル成長装置の構成＞
まず、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル成長装置である炭化珪素エピタキシャル成長装置１００の構成について説明する。

【0012】

図１は、実施の形態にかかる炭化珪素エピタキシャル成長装置がその主要部として備える成長炉１０の概略断面図である。以下では、成長炉１０について説明する。

【0013】

成長炉１０は、サセプター５と、ウエハホルダー３と、回転台２と、誘導加熱コイル４と、を備える。

【0014】

成長ガス、キャリアガス、エッチングガス等のガスは図１に示される矢印Ａのようにサセプター５に供給され、また排気される。そのため、サセプター５内は常に新しい成長ガス、キャリアガス、エッチングガス等で満たされる。

【0015】

炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する際、成長ガスとしては、例えばシリコン原子を含むＳｉＨ_４ガス、炭素原子を含むＣ_３Ｈ_８ガスを用いられ、キャリアガスとしては例えばＨ_２を含むものが用いられる。炭化珪素エピタキシャル成長装置１００は、例えば、成長温度を１４５０℃以上１７００℃以下の範囲に、成長圧力を１×１０^３Ｐａ以上５×１０^４Ｐａ以下の範囲に設定可能である。必要に応じて、Ｎ型用ドーピング用の窒素ガスを成長ガスと同時に供給してもよい。また、Ｐ型用ドーピング用として、Ａｌ、Ｂ、Ｂｅを含む有機金属材料を供給してもよい。さらに、成長速度を高速化するために、ＨＣｌ、ジクロロシランなどを用いることができる。

【0016】

ウエハホルダー３は、円盤状である。ウエハホルダー３の表面には、炭化珪素基板１を載置できるように、ウエハポケット３１が複数個形成されている。複数個のウエハポケット３１は、ウエハホルダー３の表面に複数のざぐり加工を施すことにより形成される。ウエハホルダー３は、回転台２上に載置され、炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する際には、回転台２と共に例えば一定速度で回転する。

【0017】

誘導加熱コイル４はサセプター５の外周に巻き回されている。ウエハホルダー３とサセプター５と回転台２とは、誘導加熱コイル４に電力を供給することにより誘導加熱される。ウエハホルダー３とサセプター５と回転台２とが誘導加熱されると、熱伝導及び熱輻射によってサセプター５の内部全体が加熱される。

【0018】

本実施の形態では、ウエハホルダー３、回転台２およびサセプター５は、炭化珪素でコーティングされたグラファイトが用いられる。炭化珪素基板１上にエピタキシャル成長層を成膜する際に、炭化珪素基板１を例えば約１４５０℃以上に加熱するため、それに耐え得る必要があるからである。

【0019】

ここで、ウエハホルダー３、回転台２及びサセプター５をグラファイトだけで構成することを考える。この場合、エピタキシャル成長層の成膜中に、グラファイトが発塵する可能性がある。発塵したグラファイトの微粒子が炭化珪素基板１に載った状態でエピタキシャル成長層を成膜すると、微粒子が載った箇所を起点として結晶が異常成長し、エピタキシャル成長層に結晶欠陥が生じる。そのため、グラファイトの発塵が抑制されるよう、グラファイトを炭化珪素でコーティングすることが望ましい。

【0020】

炭化珪素でコーティングされたグラファイトは、炭化珪素の膜によってグラファイトの発塵が抑制される。また、グラファイトから金属不純物が拡散することも抑制される。金属不純物は、エピタキシャル成長層に結晶欠陥を生じさせるということ以外にも、半導体装置の電気特性に影響を与えるため、拡散しないことが好ましい。したがって、ウエハホルダー３、回転台２及びサセプター５には、炭化珪素でコーティングされたグラファイトを用いることが好ましい。炭化珪素でのコーティングには、ＣＶＤ法や焼結法で作製される炭化珪素材を用いても良い。グラファイトのコーティングは、炭化珪素の代わりにＴａＣ（炭化タンタル）を用いて行われていてもよい。また、グラファイトにはＣＶＤによるカーボンコーティングがなされていてもよい。

【0021】

＜Ａ－２．炭化珪素エピタキシャルウエハの構成＞
図２は、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法によって製造される炭化珪素エピタキシャルウエハ２０の模式的な断面図である。

【0022】

本実施の形態で製造される炭化珪素エピタキシャルウエハ２０は、炭化珪素基板１と、この炭化珪素基板１上に形成された炭化珪素エピタキシャル層１２とを備える。

【0023】

炭化珪素基板１は、Ｎ型の低抵抗の炭化珪素基板である。炭化珪素エピタキシャル層１２は、炭化珪素基板１と同じ導電型であり、具体的には、Ｎ型である。炭化珪素基板１は、（０００１）面から＜１１－２０＞方向に５度程度より小さな角度で傾けた、オフ角を有する炭化珪素基板１である。

【0024】

炭化珪素エピタキシャルウエハ２０の望ましい構成について説明する。

【0025】

炭化珪素エピタキシャルウエハ２０に対して様々な加工を施して作製された炭化珪素半導体装置を炭化珪素半導体装置２１とする。炭化珪素基板１および炭化珪素エピタキシャル層１２の成長時の不具合に起因する炭化珪素エピタキシャルウエハ２０の欠陥があると、炭化珪素半導体装置２１に局所的に高電圧が保持できない箇所ができ、炭化珪素半導体装置２１の中にリーク電流が発生する。炭化珪素半導体装置２１の中にリーク電流が発生するとその炭化珪素半導体装置２１は不良品になる可能性が高いので、このような高電圧を保持できない箇所の密度が増加すると、炭化珪素半導体装置２１の製造時の良品率が低下する。良品率を低下させる欠陥の典型例は、炭化珪素エピタキシャルウエハ２０の結晶学的な均一性の欠如、たとえば、結晶における原子配列の周期性が結晶成長方向に沿って局所的に不完全になることによる欠陥である。このような積層欠陥を伴いリーク電流を引き起こす欠陥の一つとして、炭化珪素エピタキシャル成長により発生するキャロット欠陥、及び三角欠陥が知られている。

【0026】

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

【0027】

炭化珪素基板１は、炭化珪素のインゴットを基にスライシング、ラッピングによりウエハ形状に加工されたあと、多段階の機械研磨、ケミカルメカニカルポリシング（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）、Ｈ_２エッチングなどによって、炭化珪素基板１の表面の加工ダメージ層の除去が行われる。

【0028】

炭化珪素基板１の表面に加工ダメージ層が残っていると、炭化珪素エピタキシャル層を形成したときに三角欠陥を主とする表面欠陥が多発すると同時に、ステップフロー成長が阻害されるためステップバンチングが発生しやすく表面荒れが増大する。また、炭化珪素基板１の表面がナノオーダーで平坦であっても、炭化珪素基板１の表面近傍に潜傷とよばれる加工ダメージが存在することがある。潜傷は基本的に表面凹凸を伴わないか、もしくは凹凸があっても非常に小さいため、光学顕微鏡では確認できないが、炭化珪素基板１の表面近傍に潜傷があると、エピタキシャル成長において三角欠陥を主とする表面欠陥やステップバンチングが発生する起点になる。

【0029】

また、炭化珪素のインゴットの製造プロセスにおいて、結晶成長の条件が所望の条件からずれると、インクルージョンとよばれる粒子がインゴット内部に取り込まれる。インクルージョンが炭化珪素基板１の表面に存在すると、エピタキシャル成長においてそこを起点に三角欠陥を主とする表面欠陥が発生するためデバイス歩留まりの低下につながる。

【0030】

このように、潜傷やインクルージョンは三角欠陥につながるため、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法では、後述のように、Ｈ_２エッチングにより潜傷やインクルージョンを取り除く。完全に除去することが望ましい。潜傷やインクルージョンが含まれる炭化珪素基板１をＨ_２ガス等でエッチングすると、結晶構造の乱れが生じている潜傷やインクルージョンはエッチングが進みやすいため窪みが形成され、当該窪みが光学顕微鏡で確認できるようになる。この窪みのある表面上に直接後述の＜Ａ－３－３．エピタキシャル層成長工程＞を行うと、窪みを起点とした三角欠陥が発生する。本実施の形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法では、窪みを起点とした三角欠陥を減らすために、後述の＜Ａ－３－２．平坦化処理工程＞で説明する平坦化処理を行ってから＜Ａ－３－３．エピタキシャル層成長工程＞で説明するエピタキシャル層成長工程を行い、炭化珪素エピタキシャル層１２を形成する。

【0031】

＜Ａ－３．炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法＞
本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法について説明する。

【0032】

本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法では、炭化珪素エピタキシャル成長装置１００を用いる。図３は、本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法のフローチャートである。

【0033】

まず、炭化珪素基板１を準備し、サセプター５の外で、ウエハホルダー３のウエハポケット３１に炭化珪素基板１を載置する。そして、炭化珪素基板１が載置されたウエハホルダー３を、サセプター５内に設けられた回転台２上に載置する（炭化珪素基板搬入工程、ステップＳ１）。

【0034】

ステップＳ１の後、Ｈ_２ガスエッチング工程（ステップＳ２）、平坦化処理工程（ステップＳ３）、エピタキシャル層成長工程（ステップＳ４）を順に行う。その後、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程で炭化珪素基板１上に炭化珪素エピタキシャル層１２が形成された炭化珪素エピタキシャルウエハ２０をサセプター５から搬出する（炭化珪素エピタキシャルウエハ搬出工程、ステップＳ５）。

【0035】

Ｈ_２ガスエッチング工程（ステップＳ２）、平坦化処理工程（ステップＳ３）、エピタキシャル層成長工程（ステップＳ４）はそれぞれ以下で個別に詳しく説明する。

【0036】

＜Ａ－３－１．Ｈ_２ガスエッチング工程＞
ステップＳ２のＨ_２ガスエッチング工程では、ステップＳ１の後、サセプター５内を所望の圧力まで減圧した後、炭化珪素基板１を加熱する。加熱は、サセプター５の外周に巻き回されている誘導加熱コイル４に電力を供給して行う。誘導加熱コイル４に電力を供給することにより、サセプター５、回転台２、およびウエハホルダー３は誘導加熱される。そして、炭化珪素基板１は、サセプター５の内壁等（回転台２がＵ字型のような形状の場合は、回転台２の側部も含む。）からの輻射熱及びウエハホルダー３からの伝導熱から加熱される。炭化珪素基板１が目的とする温度になったら、サセプター５内にＨ_２ガスを供給しＨ_２ガスエッチングを行う。

【0037】

Ｈ_２ガスエッチングでは、成長炉１０内にＨ_２ガスを含むガス、望ましくはＨ_２ガスのみを流して、例えば、成長炉１０の圧力を５×１０^３Ｐａ以上５×１０^４Ｐａ以下に調圧し、炭化珪素基板１の温度を１６５０℃以上１７５０℃以下とする。本実施の形態では、９×１０^３Ｐａ、１６７０℃でＨ_２ガスエッチングを実施した。

【0038】

エピタキシャル成長時に発生する三角欠陥等の表面欠陥を低減するには、潜傷やインクルージョンは完全に除去することが望ましい。エッチングの温度を１６５０℃以上とすることで、エッチング速度が向上し、潜傷やインクルージョンを除去するのに必要な時間が短くなり、生産性の観点からより好ましい。また、エッチングの温度が１７５０℃以下の場合、成長炉１０の炉壁に付着した炭化珪素生成物のエッチングが進行して炭化珪素の粒子が炭化珪素基板１の上に落下する頻度が低い。

【0039】

炭化珪素基板１表面に存在する潜傷やインクルージョンは、結晶構造の乱れを伴い脆いため、加熱されたＨ_２ガスによってエッチングされ易い。炭化珪素基板１の表面の潜傷やインクルージョンが存在した場所には、エッチング後に窪みが残る。窪みの深さは例えば０．０５μｍ以上０．５μｍ以下程度であるが、潜傷やインクルージョンの大きさ、またはエッチング条件に左右される。

【0040】

エッチング処理時間は、９×１０^３Ｐａ、１６７０℃の条件を用いた場合においては例えば５分以上３０分以下である。エッチング時間が５分より長い場合、大きな潜傷やインクルージョンについても、より良く除去できる。また、エッチング時間が長すぎないことで、必要以上にエッチングを行うことが防げ、生産性を上げられる。

【0041】

好ましいＨ_２ガスエッチング条件、特に、好ましいエッチング処理時間や圧力は、炭化珪素基板１の結晶状態や表面凹凸状態などによって異なる。潜傷やインクルージョンを目的とする数まで減らすことができれば、Ｈ_２ガスエッチング条件は、本実施の形態に記載した範囲に限定されるものではない。

【0042】

＜Ａ－３－２．平坦化処理工程＞
前述したように、炭化珪素基板１に存在する潜傷やインクルージョンを、＜Ａ－３－１．Ｈ_２ガスエッチング＞で説明したＨ_２ガスエッチング工程によって取り除き、望ましくは無くすことができる。しかし、潜傷やインクルージョンは他の領域よりエッチングされ易いため、潜傷やインクルージョンがあった場所には表面に局所的に窪みが残る。Ｈ_２ガスエッチング工程でエッチングされ窪みのある表面に炭化珪素エピタキシャル層を形成すると、窪みの部分がエピタキシャル成長で埋まらず残った場合、窪みを起点にして異常成長が起こり三角欠陥に変化する。ステップＳ３の平坦化処理工程で窪みを平坦化する処理を行った後にステップＳ４のエピタキシャル層成長工程を行うことで、三角欠陥の発生を抑制できる。ステップＳ３の平坦化処理工程は、本実施の形態ではステップＳ４のエピタキシャル層成長工程と処理温度や処理時間を除けば同じ処理条件であり、単に窪みが平坦化されるだけでなくエピタキシャル成長も起こり、炭化珪素エピタキシャル層１２はステップＳ３の平坦化処理工程で形成された領域も含むとみなせる。ただし、以下に述べるようにステップＳ４のエピタキシャル層成長工程と比べ窪みを平坦化する目的で行うため、平坦化処理と呼ぶ。

【0043】

ステップＳ３の平坦化処理は、例えば、キャリアガスであるＨ_２ガスと、Ｓｉ供給ガスであるＳｉＨ_４ガスと、Ｃ供給ガスであるＣ_３Ｈ_８ガスと、ドーパントとしての窒素原子を供給するＮ_２ガスと、を成長炉１０内に供給して、成長炉１０の圧力を１×１０^３Ｐａ以上５×１０^４Ｐａ以下に調圧し、１５５０℃以上１６８０℃以下で炭化珪素基板１を加熱する条件で行う。好ましい処理時間は、例えば５分以上５０分以下である。本実施の形態では、１×１０^４Ｐａ、１６００℃の処理条件で平坦化処理を３０分間実施した。

【0044】

ステップＳ３の平坦化処理の処理温度がステップＳ２のＨ_２ガスエッチング工程の処理温度より低いことで、Ｈ_２ガスが窪みをエッチングする効果が抑制される。

【0045】

平坦化処理の処理温度を上げると、炭化珪素基板に到達した材料ガスの原子に与えられるエネルギーが大きくなり、分解された材料ガスの原子のマイグレーション、つまり分解された材料ガスの炭化珪素基板１の表面での移動が、活発化する。マイグレーションの活発化により炭化珪素基板１表面の窪みの部分にも材料ガスの原子が行き届くようになって窪みの平坦化効果が高くなるため、より短い時間で平坦化処理を行うことができ、生産性が高くなる。そのため、ステップＳ３の平坦化処理の処理温度をステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の成長処理温度より高く、また、より望ましくは１５５０℃以上とする。

【0046】

温度が上がると、マイグレーションが活発化する一方、キャリアガスであるＨ_２ガスによるエッチングも活発化されるため、温度を上げすぎると、平坦化処理の温度を上げることにより窪みがより平坦化されやすくなるということはなくなっていく。そのため、ステップＳ３の平坦化処理の処理温度を好ましくは１６８０℃以下とする。

【0047】

ステップＳ３の平坦化処理工程を行ってからステップＳ４のエピタキシャル層成長工程を行うことで、平坦化処理をせずにエピタキシャル層成長工程を行った場合と比べ、窪みを起点とした三角欠陥を抑制できる（＜Ｂ．比較例１＞および＜Ｅ．評価結果＞を参照）。

【0048】

本実施の形態で記載したステップＳ３の平坦化処理工程において好ましい平坦化処理条件は、Ｈ_２ガスエッチングの条件、または炭化珪素基板１の結晶状態、表面凹凸状態などによって異なる可能性があり、また、平坦化処理条件は、本実施の形態に記載した範囲に限定されるものではない。

【0049】

＜Ａ－３－３．エピタキシャル層成長工程＞
次に、処理温度や処理時間を除きステップＳ３の平坦化処理工程と同じガス条件でステップＳ４のエピタキシャル層成長工程を行う。つまり、ステップＳ３の平坦化処理工程で平坦化された表面上に、ステップＳ３の平坦化処理工程と同じ種類のガスを用い同じ圧力でエピタキシャル成長を行い、炭化珪素エピタキシャル層１２を形成する。

【0050】

ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度は窪みの平坦化を目的とするステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度より低くする。

【0051】

ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度は、１４５０℃以上１６００℃以下であることが望ましい。

【0052】

ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度を下げると、エピタキシャル層の成長処理が速すぎないため、炭化珪素基板１の窪み平坦化後に残っている欠陥や凹凸などを炭化珪素エピタキシャル層１２の表面に引き継ぎにくく、また、平坦化後に残っている欠陥や凹凸を起因とする三角欠陥の発生を抑制できやすい。そのため、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度はステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度より低く、より望ましくは１６００℃以下とする。平坦化後に残っている凹凸は、例えば、ステップバンチングのように、Ｈ_２ガスエッチング工程で潜傷やインクルージョンの跡にできる窪みとは異なり、広がって形成されているものを指す。

【0053】

材料ガスの熱分解効率を上げ、また、エピタキシャル成長の速度及び炭化珪素エピタキシャル層１２のキャリア濃度の面内ばらつきを改善するためには、温度を上げることが望ましい。そのため、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度は好ましくは１４５０℃以上とする。

【0054】

本実施の形態では、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程を１５００℃で３時間実施した。

【0055】

本実施の形態では、ステップＳ４のエピタキシャル層成長の条件として処理温度以外は平坦化処理と同じガス条件を用いることで連続性を維持し、成長炉１０内のガス流変動を出来る限り抑制することで発塵への影響を最低限に抑えることに主眼をおいた。しかし、ステップＳ４のエピタキシャル層成長の条件は、本実施の形態に例示した範囲に限定されず、ステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度Ｔ_２とステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度Ｔ_３がＴ_２＞Ｔ_３であることにより、三角欠陥を抑制できる。

【0056】

以上説明したように、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、Ｈ_２を含むエッチングガスを用いて炭化珪素基板の表面をエッチングするステップＳ２のＨ_２エッチング工程と、ステップＳ２のエッチング工程でエッチングされた表面を、Ｈ_２ガスとＳｉ供給ガスであるＳｉＨ_４ガスとＣ供給ガスであるＣ_３Ｈ_８ガスとを含むガスを用いて平坦化するステップＳ３の平坦化処理工程と、ステップＳ３の平坦化処理工程で平坦化された表面上に、Ｓｉ供給ガスであるＳｉＨ_４ガスとＣ供給ガスであるＣ_３Ｈ_８ガスとを含むガスを用いてエピタキシャル成長を行うステップＳ４のエピタキシャル層成長工程と、を備える。また、ステップＳ２のＨ_２エッチング工程の処理温度Ｔ_１、ステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度Ｔ_２、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度Ｔ_３はＴ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３を満たす。Ｔ_１＞Ｔ_２であることにより、ステップＳ２のＨ_２エッチング工程で効率良く潜傷やインクルージョンを取り除いて潜傷やインクルージョン起因の三角欠陥を抑制でき、かつ、ステップＳ３の平坦化処理工程で窪みを平坦化し窪み起因の三角欠陥を抑制できる。また、Ｔ_２＞Ｔ_３であることにより、窪みを起因とする三角欠陥および平坦化後に残っている欠陥や凹凸を起因とする三角欠陥を抑制できる。このように、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、三角欠陥の発生の抑制に適した炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法である。

【0057】

ステップＳ３の平坦化処理工程で窪みが平坦化される度合いは材料ガスの原子のマイグレーションの度合いに依存し、マイグレーションの度合いは温度に依存する。本実施の形態ではステップＳ３の平坦化処理工程で用いるＳｉ供給ガス（第１のＳｉ供給ガス）およびＣ供給ガス（第１のＣ供給ガス）と、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程で用いるＳｉ供給ガス（第２のＳｉ供給ガス）およびＣ供給ガス（第２のＣ供給ガス）と、は同じＳｉ供給ガスおよびＣ供給ガスとしたが、異なるＳｉ供給ガスおよびＣ供給ガスを用いてもよい。この場合も、Ｔ_２＞Ｔ_３とすることによりマイグレーションの度合いを制御し、窪み起因の三角欠陥および平坦化後に残っている欠陥や凹凸を起因とする三角欠陥、およびステップバンチング等を抑制できる。第１のＳｉ供給ガスと第２のＳｉ供給ガスを同じＳｉ供給ガスとし、第１のＣ供給ガスと第２のＣ供給ガスを同じＣ供給ガスとすることで、ステップＳ３の平坦化処理工程からステップＳ４のエピタキシャル層成長工程に移る際の成長炉１０内のガス流変動を抑制し、成長炉１０内の発塵を抑えることができる。

【0058】

Ｓｉ供給ガスは例えばＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４のいずれかであってもよい。Ｃ供給ガスはＣ_３Ｈ_８以外にも例えばＣ_２Ｈ_２などの炭化水素ガスを用いることができる。

【0059】

＜Ａ－４．効果＞
ステップＳ２のＨ_２エッチング工程の処理温度Ｔ_１、ステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度Ｔ_２、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度Ｔ_３はＴ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３を満たす。これにより、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法は、三角欠陥の発生の抑制に適した炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法である。

【0060】

第１のＳｉ供給ガスと第２のＳｉ供給ガスは同じＳｉ供給ガスであり、第１のＣ供給ガスと第２のＣ供給ガスは同じＣ供給ガスである。これにより、ステップＳ３の平坦化処理工程からステップＳ４のエピタキシャル層成長工程に移る際の成長炉１０内のガス流変動を抑制し、成長炉１０内の発塵を抑えることができる。

【0061】

本実施の形態の炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法において、ステップＳ２のＨ_２エッチング工程の処理温度Ｔ_１は１６５０℃以上１７５０℃以下、ステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度Ｔ_２は１５５０℃以上１６８０℃以下、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度Ｔ_３の処理温度は１４５０℃以上１６００℃以下である。この条件により、より効率的に三角欠陥の抑制された炭化珪素エピタキシャルウエハを製造できる。

【0062】

＜Ａ－５．変形例＞
ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程までの処理で炭化珪素エピタキシャル層１２を形成したあと、処理温度を上げて別のエピタキシャル成長を行い、炭化珪素エピタキシャル層１２の表面上に別のエピタキシャル層（炭化珪素エピタキシャル層１３とする）を形成してもよい。つまり、炭化珪素エピタキシャル層１３を形成することにより、または、炭化珪素エピタキシャル層１３の上にさらに別のエピタキシャル成長を行うことにより、炭化珪素基板１の上に複数のエピタキシャル層が形成された炭化珪素エピタキシャルウエハを形成してもよい。

【0063】

ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程では、成長速度の観点から望ましい温度よりも低い温度でエピタキシャル層成長を行うことで、ステップＳ３での平坦化処理工程での窪みの平坦化後に残っている欠陥や凹凸などをエピタキシャル成長で引き継ぎにくくなる。しかし、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程はエピタキシャル層の成長速度の観点からは望ましくないため、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の後、処理温度を上げて成長速度を高めることが、生産性の観点から望ましい。

【0064】

つまり、ステップＳ３の平坦化処理工程で窪みを平坦化し、窪み平坦化後に残っている欠陥や凹凸などをステップＳ４のエピタキシャル層成長工程で低減させ、その後速い成長速度でステップＳ４のエピタキシャル層成長工程とは別のエピタキシャル成長を行うことで、三角欠陥や凹凸なども低減された炭化珪素エピタキシャルウエハを、効率的に製造できる。

【0065】

＜Ｂ．比較例１＞
比較例１では、実施の形態の＜Ａ－３．炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法＞で説明した図３のフローチャートの処理のうち、ステップＳ３の平坦化処理工程を行わずに、ステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ４、ステップＳ５をこの順に行い、炭化珪素エピタキシャルウエハを製造した。本比較例のステップＳ２のＨ_２ガスエッチング工程、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理条件はそれぞれ、実施の形態での処理条件と同じである。

【0066】

＜Ｃ．比較例２＞
比較例２では、実施の形態の＜Ａ－３．炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法＞で説明した図３のフローチャートの処理を、ステップＳ２のＨ_２ガスエッチング工程の処理温度を、ステップＳ３の平坦化処理工程の温度と同じ１６００℃に変えて行い、炭化珪素エピタキシャルウエハを製造した。ステップＳ２のＨ_２ガスエッチング工程の条件のうち、処理温度以外のガス流量や圧力などその他の条件は、実施の形態のステップＳ２のＨ_２ガスエッチング工程と同じとした。本比較例のステップＳ３の平坦化処理工程およびステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理条件はそれぞれ、実施の形態での処理条件と同じである。

【0067】

＜Ｄ．比較例３＞
比較例３では、実施の形態の＜Ａ－３．炭化珪素エピタキシャルウエハの製造方法＞で説明した図３のフローチャートの処理を、ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度をステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度と同じ１６００℃に変えて行い、炭化珪素エピタキシャルウエハを製造した。ステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の条件のうち、処理温度以外のガス流量や圧力などその他の条件は、実施の形態と同じとした。本比較例のステップＳ２のＨ_２ガスエッチング工程およびステップＳ３の平坦化処理工程の処理条件はそれぞれ、実施の形態での処理条件と同じである。

【0068】

＜Ｅ．評価結果＞
実施の形態および比較例１から３でそれぞれ作製された炭化珪素エピタキシャルウエハを成長炉１０から取り出し、炭化珪素エピタキシャルウエハのエピタキシャル成長層の表面（エピタキシャル成長層の、炭化珪素基板１と逆側の主面）の三角欠陥の個数を、光学的表面欠陥評価装置を用いて評価した。

【0069】

図４は、実施の形態と比較例１の、エピタキシャル成長層の表面の三角欠陥の個数を比較する図である。実施の形態と比較例１それぞれについて、複数個の炭化珪素エピタキシャルウエハを製造し、当該複数個の炭化珪素エピタキシャルウエハそれぞれの結果を、図４で点としてプロットしてある。また、図４では、実施の形態で製造された当該複数個の炭化珪素エピタキシャルウエハのエピタキシャル成長層の表面の三角欠陥の個数の平均と、比較例１で製造された当該複数個の炭化珪素エピタキシャルウエハのエピタキシャル成長層の表面の三角欠陥の個数の平均と、が、それぞれ横棒で示されている。縦軸は、実施の形態で製造された当該複数個の炭化珪素エピタキシャルウエハのエピタキシャル成長層の表面の三角欠陥の個数の平均を１とするようにスケールして示されている。

【0070】

図４に示されるように、実施の形態では、平坦化処理を実施することにより三角欠陥の個数が比較例１と比べ明確に減少した。実施の形態では、三角欠陥密度が０．１ヶ／ｃｍ^２以下となる低欠陥密度の炭化珪素エピタキシャルウエハが得られた。

【0071】

また、実施の形態は、比較例２と３と比較して三角欠陥が少なかった。

【0072】

比較例２ではステップＳ２のＨ_２ガスエッチングの処理温度がステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度と同じ１６００℃だったのに対し、実施の形態ではステップＳ２のＨ_２ガスエッチングの処理温度がステップＳ３の平坦化処理工程の１６００℃より高かった。そのため、実施の形態では比較例２と比べ、炭化珪素基板１の表面に存在する潜傷およびインクルージョンをより効率的に除去でき、潜傷およびインクルージョンに起因した三角欠陥が減少した、と考えられる。

【0073】

比較例３ではステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度がステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度と同じだったのに対し、実施の形態ではステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度がステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度より低かった。そのため、実施の形態では比較例３と比べステップＳ３の平坦化処理工程で窪みを平坦化した後に残っている他の欠陥や凹凸をエピタキシャル成長でより引き継ぎにくく、当該他の欠陥や凹凸を起因とする三角欠陥が減少した、と考えられる。つまり、ステップＳ３の平坦化処理工程の処理温度Ｔ_２とステップＳ４のエピタキシャル層成長工程の処理温度Ｔ_３がＴ_２＞Ｔ_３であることにより、窪み起因の三角欠陥を効率的に低減でき、かつ、窪み以外を起因とする三角欠陥も低減することができる。

【0074】

図５は、平坦化処理時間と平坦化処理温度を変化させたときの、平坦化処理工程の三角欠陥の低減効果の傾向を表す図である。三角欠陥の低減効果は、平坦化処理工程を行う場合に行わない場合と比べ三角欠陥が低減される度合いを表す。但し、平坦化処理工程を行う場合も行わない場合も、Ｈ_２エッチング工程とエピタキシャル層成長工程とは同じ条件で行い、Ｔ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３である。

【0075】

図５は、平坦化処理の温度Ｔ_２が高いほど、平坦化処理の処理時間は短くて済み、逆に、平坦化処理の温度が低い場合は、平坦化処理の処理時間を延ばす必要があることを示している。これは、温度が高い方が材料ガスの原子のマイグレーションが活発であるためと考えられる。実験結果から、平坦化の処理温度Ｔ_２［℃］、処理時間ｔ［分］が、Ｔ_２≧－３４．１ｌｎ（ｔ）＋１６８７を満たす処理時間において、より高い三角欠陥の低減効果が得られることが分かる。＜Ａ－３－２．平坦化処理工程＞で好ましいとした平坦化処理温度１５５０℃以上１６８０℃以下の範囲の外の温度Ｔ_２に対しても、Ｔ_２≧－３４．１ｌｎ（ｔ）＋１６８７を満たす処理時間ｔは存在する。しかし、＜Ａ－３－２．平坦化処理工程＞で説明したように、Ｔ_２は１５５０℃以上１６８０℃以下であることがより好ましい。

【0076】

なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0077】

１ 炭化珪素基板、２ 回転台、３ ウエハホルダー、４ 誘導加熱コイル、５ サセプター、１０ 成長炉、１２ 炭化珪素エピタキシャル層、２０ 炭化珪素エピタキシャルウエハ、２１ 炭化珪素半導体装置、３１ ウエハポケット、１００ 炭化珪素エピタキシャル成長装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】