特許 7651075 炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置、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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-14

(45)【発行日】2025-03-25

(54)【発明の名称】炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置、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

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20250317BHJP

   C30B 29/36 20060101ALI20250317BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20250317BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20250317BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C30B29/36 A

C30B25/20

C23C16/42

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2024549218

(86)(22)【出願日】2024-08-13

(86)【国際出願番号】 JP2024028887

【審査請求日】2024-08-20

【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】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西口 太郎

(72)【発明者】

【氏名】伊東 洋典

【審査官】桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１１５９５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１４２４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９２７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０９６６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０３４３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０５６６９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－０２８８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４５１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４２６０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

Ｃ３０Ｂ ２５／２０

Ｃ２３Ｃ １６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化珪素基板が配置されるチャンバと、
前記チャンバに繋がる主配管部と、
前記主配管部に繋がり、且つ前記炭化珪素基板上にバッファ層を形成する際に用いられる第１アンモニアガス供給部と、
前記主配管部に繋がり、且つ前記バッファ層上にドリフト層を形成する際に用いられる第２アンモニアガス供給部と、
前記主配管部に繋がるキャリアガス供給部と、
前記主配管部に繋がる原料ガス供給部と、を備え、
前記第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、前記第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度よりも高く、
前記第１アンモニアガス供給部および前記第２アンモニアガス供給部の各々は、ドーパントガス供給部である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。

【請求項2】

炭化珪素基板が配置されるチャンバと、
前記チャンバに繋がり、且つ前記炭化珪素基板上にバッファ層を形成する際に用いられる第１アンモニアガス供給部と、
前記チャンバに繋がり、且つ前記バッファ層上にドリフト層を形成する際に用いられる第２アンモニアガス供給部と、
前記チャンバに繋がるキャリアガス供給部と、
前記チャンバに繋がる原料ガス供給部と、を備え、
前記第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、前記第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度よりも高く、
前記第１アンモニアガス供給部および前記第２アンモニアガス供給部の各々は、ドーパントガス供給部である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。

【請求項3】

前記原料ガス供給部は、シリコン含有ガス供給部と、カーボン含有ガス供給部とを有する、請求項１または２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。

【請求項4】

前記第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、前記第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度の５倍以上である、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の製造装置。

【請求項5】

前記第２アンモニアガス供給部は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含む、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の製造装置。

【請求項6】

前記第１アンモニアガス供給部および前記第２アンモニアガス供給部の各々は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含む、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の製造装置。

【請求項7】

前記第１アンモニアガス供給部と前記主配管部とを繋ぐ第１アンモニアガス配管と、
前記第２アンモニアガス供給部と前記主配管部とを繋ぐ第２アンモニアガス配管と、
前記原料ガス供給部と前記主配管部とを繋ぐ原料ガス配管と、を備え、
前記第１アンモニアガス配管と前記主配管部との接続部および前記第２アンモニアガス配管と前記主配管部との接続部の各々は、前記原料ガス配管と前記主配管部との接続部よりも前記チャンバの近くに位置する、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置。

【請求項8】

第３アンモニアガス供給部を備える、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の製造装置。

【請求項9】

前記キャリアガス供給部は、水素ガスを含む、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の製造装置。

【請求項10】

炭化珪素基板を準備する工程と、
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の製造装置を用いて、前記炭化珪素基板上に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。

【請求項11】

チャンバと、前記チャンバに繋がる第１アンモニアガス供給部と、前記チャンバに繋がる第２アンモニアガス供給部と、を準備する工程と、
前記第１アンモニアガス供給部から供給されたアンモニアガスを用いて炭化珪素基板上にバッファ層をエピタキシャル成長により形成する工程と、
前記第２アンモニアガス供給部から供給されたアンモニアガスを用いて前記バッファ層上にドリフト層をエピタキシャル成長により形成する工程と、を備え、
前記第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、前記第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度よりも高く、
前記第１アンモニアガス供給部および前記第２アンモニアガス供給部の各々は、ドーパントガス供給部である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。

【請求項12】

前記第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、前記第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度の５倍以上である、請求項１１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。

【請求項13】

前記炭化珪素基板は、前記バッファ層に接する主面を有し、
前記主面は、（０００１）面または（０００－１）面に対して６°以下の角度傾斜した面である、請求項１１または請求項１２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。

【請求項14】

請求項１１または請求項１２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を用いて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上に電極を形成する工程と、を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。

【請求項15】

請求項１０に記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を用いて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上に電極を形成する工程と、を備えた、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の製造装置、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。

【背景技術】

【0002】

国際公開第２０１７／０５６６９１号（特許文献１）には、シランとアンモニアと水素とを含む混合ガスを用いて、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層を形成する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／０５６６９１号

【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の製造装置は、チャンバと、主配管部と、第１アンモニアガス供給部と、第２アンモニアガス供給部と、キャリアガス供給部と、原料ガス供給部と、を備えている。チャンバには、炭化珪素基板が配置される。主配管部は、チャンバに繋がる。第１アンモニアガス供給部は、主配管部に繋がる。第２アンモニアガス供給部は、主配管部に繋がる。キャリアガス供給部は、主配管部に繋がる。原料ガス供給部は、主配管部に繋がる。第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度よりも高い。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【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ＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。

【図4】図４は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。

【図5】図５は、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。

【図6】図６は、第４実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。

【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を概略的に示すフロー図である。

【図8】図８は、バッファ層を形成する工程を示す断面模式図である。

【図9】図９は、ドリフト層を形成する工程を示す断面模式図である。

【図10】図１０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11】図１１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12】図１２は、第１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13】図１３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14】図１４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15】図１５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】

【0006】

［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。

【0007】

（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、チャンバと、主配管部と、第１アンモニアガス供給部と、第２アンモニアガス供給部と、キャリアガス供給部と、原料ガス供給部と、を備えている。チャンバには、炭化珪素基板が配置される。主配管部は、チャンバに繋がる。第１アンモニアガス供給部は、主配管部に繋がる。第２アンモニアガス供給部は、主配管部に繋がる。キャリアガス供給部は、主配管部に繋がる。原料ガス供給部は、主配管部に繋がる。第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度よりも高い。

【0008】

（２）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、チャンバと、第１アンモニアガス供給部と、第２アンモニアガス供給部と、キャリアガス供給部と、原料ガス供給部と、を備えている。チャンバには、炭化珪素基板が配置される。第１アンモニアガス供給部は、チャンバに繋がる。第２アンモニアガス供給部は、チャンバに繋がる。キャリアガス供給部は、チャンバに繋がる。原料ガス供給部は、チャンバに繋がる。第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度よりも高い。

【0009】

（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によれば、原料ガス供給部は、シリコン含有ガス供給部と、カーボン含有ガス供給部とを有してもよい。

【0010】

（４）上記（１）から（３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によれば、第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度の５倍以上であってもよい。

【0011】

（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によれば、第２アンモニアガス供給部は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含んでもよい。

【0012】

（６）上記（１）から（５）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によれば、第１アンモニアガス供給部および第２アンモニアガス供給部の各々は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含んでもよい。

【0013】

（７）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、第１アンモニアガス供給部と主配管部とを繋ぐ第１アンモニアガス配管と、第２アンモニアガス供給部と主配管部とを繋ぐ第２アンモニアガス配管と、原料ガス供給部と主配管部とを繋ぐ原料ガス配管と、を備えていてもよい。第１アンモニアガス配管と主配管部との接続部および第２アンモニアガス配管と主配管部との接続部の各々は、原料ガス配管と主配管部との接続部よりもチャンバの近くに位置してもよい。

【0014】

（８）上記（１）または（７）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、主配管部に繋がる第３アンモニアガス供給部を備えてもよい。

【0015】

（９）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、チャンバと、主配管部と、アンモニアガス供給部と、第１配管と、第２配管と、第３配管と、希釈ガス供給部と、キャリアガス供給部と、原料ガス供給部と、を備えている。チャンバには、炭化珪素基板が配置される。主配管部は、チャンバに繋がる。第１配管は、アンモニアガス供給部に繋がる。第２配管は、第１配管と主配管部とを繋ぐ。第３配管は、第１配管と主配管部とを繋ぐ。希釈ガス供給部は、第３配管に繋がる。キャリアガス供給部は、主配管部に繋がる。原料ガス供給部は、主配管部に繋がる。

【0016】

（１０）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、チャンバと、主配管部と、アンモニアガス供給部と、第１配管と、第２配管と、第３配管と、第１流量制御部と、第２流量制御部と、キャリアガス供給部と、原料ガス供給部と、を備えている。チャンバには、炭化珪素基板が配置される。主配管部は、チャンバに繋がる。第１配管は、アンモニアガス供給部に繋がる。第２配管は、第１配管と主配管部とを繋ぐ。第３配管は、第１配管と主配管部とを繋ぐ。第１流量制御部は、第２配管に配置される。第２流量制御部は、第３配管に配置される。キャリアガス供給部は、主配管部に繋がる。原料ガス供給部は、主配管部に繋がる。第２流量制御部の最大流量は、第１流量制御部の最大流量の１０倍以上である。

【0017】

（１１）上記（９）または（１０）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、原料ガス供給部と主配管部とを繋ぐ原料ガス配管、を備えていてもよい。第２配管と主配管部との接続部および第３配管と主配管部との接続部の各々は、原料ガス配管と主配管部との接続部よりもチャンバの近くに位置してもよい。

【0018】

（１２）上記（９）から（１１）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によれば、アンモニアガス供給部は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含んでもよい。

【0019】

（１３）上記（１）から（１２）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置によれば、キャリアガス供給部は、水素ガスを含んでもよい。

【0020】

（１４）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、以下の工程を備えている。第１アンモニアガス供給部から供給されたアンモニアガスを用いて炭化珪素基板上にバッファ層がエピタキシャル成長により形成される。第２アンモニアガス供給部から供給されたアンモニアガスを用いてバッファ層上にドリフト層がエピタキシャル成長により形成される。第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度よりも高い。

【0021】

（１５）上記（１４）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によれば、第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度の５倍以上であってもよい。

【0022】

（１６）上記（１４）または（１５）に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によれば、炭化珪素基板は、バッファ層に接する主面を有してもよい。主面は、（０００１）面または（０００－１）面に対して６°以下の角度傾斜した面であってもよい。

【0023】

（１７）本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、上記（１４）から（１６）のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を用いて炭化珪素エピタキシャル基板が準備される。炭化珪素エピタキシャル基板上に電極が形成される。

【0024】

［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。

【0025】

図１は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板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層２０とを有している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素基板１０上にある。炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素基板１０に接している。

【0026】

炭化珪素エピタキシャル層２０は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の表面（第１主面１）を形成する。炭化珪素基板１０は、炭化珪素エピタキシャル基板１００の裏面（第２主面２）を形成する。

【0027】

図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００は、外周縁５を有している。外周縁５は、第１主面１および第２主面２の各々に連なっている。外周縁５は、たとえばオリエンテーションフラット３と、円弧状部４とを有している。

【0028】

図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層２０から炭化珪素基板１０に向かう方向に見て、第１主面１の中心Ａからオリエンテーションフラット３に向かう方向は第１方向１０１とされる。炭化珪素エピタキシャル層２０から炭化珪素基板１０に向かう方向に見て、第１方向１０１に垂直な方向は第２方向１０２とされる。オリエンテーションフラット３は、第２方向１０２に沿って延在している。炭化珪素エピタキシャル層２０から炭化珪素基板１０に向かう方向に見て、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。

【0029】

図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層２０から炭化珪素基板１０に向かう方向に見て、オリエンテーションフラット３は、直線状である。円弧状部４は、オリエンテーションフラット３に連なっている。円弧状部４は、円弧状である。オリエンテーションフラット３の代わりにノッチが設けられていてもよい。この場合、第１方向１０１は、第１主面１の中心Ａからノッチに向かう方向である。

【0030】

第１方向１０１は、たとえば＜１－１００＞方向である。第１方向１０１は、たとえば［１－１００］方向であってもよい。第１方向１０１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１方向１０１は、たとえば＜１－１００＞方向成分を含む方向であってもよい。

【0031】

第２方向１０２は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第２方向１０２は、たとえば［１１－２０］方向であってもよい。第２方向１０２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。

【0032】

第１主面１は、｛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）は、たとえば２°以上６°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。別の観点から言えば、第２方向１０２が、第１主面１のオフ方向であってもよい。

【0033】

図１に示されるように、第１主面１の最大径Ｗ１（直径）は、たとえば１００ｍｍ（４インチ）である。最大径Ｗ１は、１５０ｍｍ（６インチ）以上でもよいし、２００ｍｍ（８インチ）以上であってもよい。最大径Ｗ１の上限は、特に限定されない。最大径Ｗ１は、たとえば２５０ｍｍ（１０インチ）以下であってもよい。最大径Ｗ１は、外周縁５上の任意の２点間の最大距離である。

【0034】

なお本明細書において、４インチは、１００ｍｍ又は１０１．６ｍｍ（４インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。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。１０インチは、２５０ｍｍ又は２５４ｍｍ（１０インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。

【0035】

炭化珪素基板１０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。同様に、炭化珪素エピタキシャル層２０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。図２に示されるように、第３方向１０３は、炭化珪素エピタキシャル層２０から炭化珪素基板１０に向かう方向である。第３方向１０３は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に垂直である。

【0036】

図２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１１と、ドリフト層１４と、を有している。バッファ層１１は、炭化珪素基板１０上にある。バッファ層１１は、炭化珪素基板１０に連なっている。ドリフト層１４は、バッファ層１１上にある。ドリフト層１４は、バッファ層１１に連なっている。ドリフト層１４は、第１主面１を構成している。第３方向１０３において、バッファ層１１は、炭化珪素基板１０と、ドリフト層１４との間に位置している。

【0037】

炭化珪素基板１０は、第３主面８を有している。第３主面８は、第２主面２の反対にある。第３主面８は、バッファ層１１に接している。第３主面８は、たとえば（０００１）面である。第３主面８は、たとえば（０００１）面または（０００－１）面に対して６°以下の角度で傾斜した面であってもよい。（０００１）面または（０００－１）面に対する傾斜角度は、４°以下であってもよいし、３°以下であってもよい。

【0038】

バッファ層１１の厚みは、第１厚みＴ１とされる。第１厚みＴ１は、たとえば１μｍ以上である。第１厚みＴ１は、たとえば２μｍ以上であってもよいし、３μｍ以上であってもよいし、５μｍ以上であってもよい。第１厚みＴ１は、２０μｍ以下であってもよいし、１０μｍ以下であってもよい。

【0039】

ドリフト層１４の厚みは、第２厚みＴ２とされる。第２厚みＴ２は、第１厚みＴ１よりも大きくてもよい。第２厚みＴ２は、たとえば５μｍ以上である。第２厚みＴ２は、たとえば１０μｍ以上であってもよいし、３０μｍ以上であってもよいし、５０μｍ以上であってもよい。第２厚みＴ２は、１００μｍ以下であってもよいし、８０μｍ以下であってもよい。

【0040】

炭化珪素基板１０は、ｎ型不純物としての窒素（Ｎ）を含んでいる。炭化珪素基板１０の導電型は、ｎ型である。炭化珪素エピタキシャル層２０は、ｎ型不純物としての窒素を含んでいる。炭化珪素エピタキシャル層２０の導電型は、ｎ型である。具体的には、バッファ層１１およびドリフト層１４の各々は、ｎ型不純物としての窒素を含んでいる。バッファ層１１の窒素濃度は、ドリフト層１４の窒素濃度よりも高い。バッファ層１１およびドリフト層１４の各々の導電型は、ｎ型である。

【0041】

バッファ層１１の窒素濃度は、たとえば３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上である。バッファ層１１の窒素濃度は、たとえば５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であってもよいし、７×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であってもよいし、９×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であってもよい。バッファ層１１の窒素濃度は、たとえば５×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であってもよいし、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であってもよい。

【0042】

ドリフト層１４の窒素濃度は、たとえば１×１０¹⁵ｃｍ^-3以上である。ドリフト層１４の窒素濃度は、たとえば３×１０¹⁵ｃｍ^-3以上であってもよいし、７×１０¹⁵ｃｍ^-3以上であってもよいし、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上であってもよい。ドリフト層１４の窒素濃度は、たとえば１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であってもよいし、１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であってもよい。

【0043】

なお、バッファ層１１は、単一の層で構成されていてもよいし、窒素濃度の異なる２以上の層で構成されていてもよい。バッファ層１１は、たとえば第１バッファ領域７と、第２バッファ領域６とを有していてもよい。第１バッファ領域７は、炭化珪素基板上に設けられている。第２バッファ領域６は、第１バッファ領域７上に設けられている。

【0044】

第１バッファ領域７における窒素濃度は、第２バッファ領域６における窒素濃度よりも高くてもよい。第１バッファ領域７における窒素濃度は、たとえば８×１０¹⁸ｃｍ^-3である。第２バッファ領域６における窒素濃度は、たとえば１×１０¹⁸ｃｍ^-3である。ドリフト層１４における窒素濃度は、たとえば７×１０¹⁵ｃｍ^-3である。

【0045】

第１バッファ領域７の厚みは、第２バッファ領域６の厚みよりも大きくてもよい。第１バッファ領域７の厚みは、たとえば１～１０μｍである。第２バッファ領域６の厚みは、たとえば１～１０μｍである。ドリフト層１４の厚みは、たとえば１０μｍである。第１バッファ領域７とドリフト層１４との間に第２バッファ領域６を挟むことにより、結晶の格子定数差に起因した欠陥の発生を抑制することができる。

【0046】

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置）
＜第１実施形態＞
図３は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。図３に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置は、たとえばホットウォール方式の横型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、チャンバ２０１と、発熱体２０３、石英管２０４、ホルダ２１０、断熱材（図示せず）、誘導加熱コイル（図示せず）とを主に有している。

【0047】

発熱体２０３は、たとえば筒状の形状を有しており、内部にチャンバ２０１を形成している。発熱体２０３は、たとえば黒鉛製である。発熱体２０３は、石英管２０４の内部に設けられている。断熱材は、発熱体２０３の外周を取り囲んでいる。誘導加熱コイルは、たとえば石英管２０４の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイルは、外部電源（図示せず）により、交流電流が供給可能に構成されている。これにより、発熱体２０３が誘導加熱される。結果として、ホルダ２１０が発熱体２０３により加熱される。

【0048】

ホルダ２１０は、発熱体２０３の内壁面２０５に取り囲まれて形成されている。ホルダ２１０には、炭化珪素基板１０が配置される。ホルダ２１０は、たとえば炭化珪素により構成されている。炭化珪素基板１０は、ホルダ２１０に載置される。ホルダ２１０は、ステージ２０６上に配置される。ステージ２０６は、回転軸２０９によって自転可能に支持されている。ステージ２０６が回転することで、ホルダ２１０が回転する。

【0049】

炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、主配管部２０７およびガス排気口２０８をさらに有している。主配管部２０７は、ガス供給口である。主配管部２０７は、チャンバ２０１に繋がっている。ガス排気口２０８は、図示しない排気ポンプに繋がっている。図３中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、主配管部２０７からチャンバ２０１に導入され、ガス排気口２０８から排気される。チャンバ２０１内の圧力は、ガスの供給量と、ガスの排気量とのバランスによって調整される。

【0050】

図３に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、第１アンモニアガス供給部２３１と、第２アンモニアガス供給部２３２と、キャリアガス供給部２３４と、原料ガス供給部２３３と、第１アンモニアガス配管２５１と、第２アンモニアガス配管２５２と、原料ガス配管２５３と、キャリアガス配管２５４とを有している。第１アンモニアガス供給部２３１、第２アンモニアガス供給部２３２、キャリアガス供給部２３４、および、原料ガス供給部２３３の各々は、チャンバ２０１に繋がっている。

【0051】

第１アンモニアガス供給部２３１は、主配管部２０７に繋がっている。第１アンモニアガス配管２５１は、第１アンモニアガス供給部２３１と主配管部２０７とを繋いでいる。第２アンモニアガス供給部２３２は、主配管部２０７に繋がっている。第２アンモニアガス配管２５２は、第２アンモニアガス供給部２３２と主配管部２０７とを繋いでいる。

【0052】

キャリアガス供給部２３４は、主配管部２０７に繋がる。キャリアガス配管２５４は、キャリアガス供給部２３４と主配管部２０７とを繋いでいる。原料ガス供給部２３３は、主配管部２０７に繋がっている。原料ガス配管２５３は、原料ガス供給部２３３と主配管部２０７とを繋いでいる。

【0053】

第１アンモニアガス供給部２３１は、アンモニアガスを供給可能に構成されている。第１アンモニアガス供給部２３１には、希釈されたアンモニアガスが充填されても良い。具体的には、第１アンモニアガス供給部２３１は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含んでも良い。第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、たとえば１％である。第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、たとえば０．５％以上５０％以下であってもよい。なお、アンモニアガスの濃度は、体積％である。

【0054】

第２アンモニアガス供給部２３２は、アンモニアガスを供給可能に構成されている。第２アンモニアガス供給部２３２には、希釈されたアンモニアガスが充填されても良い。具体的には、第２アンモニアガス供給部２３２は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含んでも良い。第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度は、たとえば０．１％である。第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、たとえば０．０１％以上であっても良く、０．０５％以上であってもよく、１％以下であってもよく、０．２％以下であってもよい。

【0055】

第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度よりも高い。具体的には、第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度の２倍以上であってもよいし、５倍以上であってもよいし、１０倍以上であってもよい。第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度の１００倍以下であってもよいし、５０倍以下であってもよいし、２０倍以下であってもよい。

【0056】

キャリアガス供給部２３４は、キャリアガスを供給可能に構成されている。キャリアガスは、たとえば水素ガスである。キャリアガスは、たとえばアルゴンガスであってもよい。キャリアガスは、たとえば水素ガスとアルゴンガスの混合ガスであってもよい。キャリアガス供給部２３４は、たとえば水素が充填されたガスボンベである。

【0057】

原料ガス供給部２３３は、原料ガスを供給可能に構成されている。原料ガスとは、炭化珪素の原料となるガスである。原料ガスとは、たとえばプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）ガスおよびシラン（ＳｉＨ₄）ガスである。原料ガスは水素で希釈されていても良い。原料ガス供給部２３３は、カーボン含有ガス供給部と、シリコン含有ガス供給部とを有してもよい。具体的には、原料ガス供給部２３３は、炭素と水素を含む化合物を含むガス（例えばプロパンガス）を供給可能なガスボンベと、珪素と水素を含む化合物を含むガス（例えばシランガス）を供給可能なガスボンベとを有している。

【0058】

第１アンモニアガス配管２５１と主配管部２０７との接続部は、第１接続部２６１とされる。第２アンモニアガス配管２５２と主配管部２０７との接続部は、第２接続部２６２とされる。原料ガス配管２５３と主配管部２０７との接続部は、第３接続部２６３とされる。キャリアガス配管２５４と主配管部２０７との接続部は、第４接続部２６４とされる。

【0059】

第１接続部２６１および第２接続部２６２の各々は、第３接続部２６３よりもチャンバ２０１の近くに位置している。別の観点から言えば、主配管部２０７においてガスが流れる方向において、第１接続部２６１および第２接続部２６２の各々は、第３接続部２６３よりも下流に位置していてもよい。第３接続部２６３は、第４接続部２６４よりもチャンバ２０１の近くに位置していてもよい。第１接続部２６１は、第２接続部２６２よりもチャンバ２０１の近くに位置していてもよい。

【0060】

炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、第１流量制御部２４１と、第２流量制御部２４２と、第３流量制御部２４３と、第４流量制御部２４４と、を有している。第１流量制御部２４１は、第１アンモニアガス配管２５１を流れるガスの流量を制御する。第２流量制御部２４２は、第２アンモニアガス配管２５２を流れるガスの流量を制御する。第３流量制御部２４３は、原料ガス配管２５３を流れるガスの流量を制御する。第４流量制御部２４４は、キャリアガス配管２５４を流れるガスの流量を制御する。各制御部は、たとえばＭＦＣ(Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)である。

【0061】

バッファ層１１を形成する工程においては、第１アンモニアガス配管２５１と第１アンモニアガス供給部２３１を用いて、高濃度のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。ドリフト層１４を形成する工程においては、第２アンモニアガス配管２５２と第２アンモニアガス供給部２３２を用いて、低濃度のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。

【0062】

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０の構成について説明する。第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、主に、第２アンモニアガス供給部２３２を有していない点において、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と異なっており、その他の点については、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と異なる構成を中心に説明する。

【0063】

図４は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０の構成を示す一部断面模式図である。図４に示されるように、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、チャンバ２０１と、第１アンモニアガス供給部２３１と、キャリアガス供給部２３４と、原料ガス供給部２３３と、希釈ガス供給部２３５と、主配管部２０７と、キャリアガス配管２５４と、原料ガス配管２５３と、第１配管２７１と、第２配管２７２と、第３配管２７３と、第４配管２７４と、第５配管２７５と、を有している。

【0064】

第１配管２７１は、第１アンモニアガス供給部２３１に繋がる。第２配管２７２は、第１配管２７１と主配管部２０７とを繋ぐ。第３配管２７３は、第１配管２７１と主配管部２０７とを繋ぐ。希釈ガス供給部２３５は、第３配管２７３に繋がる。第４配管２７４は、第３配管２７３と希釈ガス供給部２３５とを繋いでいる。第４配管２７４と第３配管２７３との接続部は、第１配管２７１と第３配管２７３との接続部と、第３配管２７３と主配管部２０７との接続部との間に位置する。

【0065】

第５配管２７５は、第３配管２７３に繋がっている。第５配管２７５と第３配管２７３との接続部は、第４配管２７４と第３配管２７３との接続部と、第３配管２７３と主配管部２０７との接続部との間に位置する。第５配管２７５には、排気弁２７８が設けられている。排気弁２７８は、第５配管２７５の内部圧力が指定圧力に達するとガスを排気方向に流す。キャリアガス供給部２３４は、主配管部２０７に繋がる。原料ガス供給部２３３は、主配管部２０７に繋がる。

【0066】

希釈ガス供給部２３５は、希釈ガスを供給可能に構成されている。希釈ガスは、たとえば水素ガスである。希釈ガスは、たとえばアルゴンガスであってもよい。希釈ガス供給部２３５は、たとえば水素が充填されたガスボンベである。

【0067】

第３配管２７３と主配管部２０７との接続部は、第５接続部２６５とされる。第２配管２７２と主配管部２０７との接続部は、第６接続部２６６とされる。第５接続部２６５および第６接続部２６６の各々は、第３接続部２６３よりもチャンバ２０１の近くに位置している。別の観点から言えば、主配管部２０７においてガスが流れる方向において、第５接続部２６５および第６接続部２６６の各々は、第３接続部２６３よりも下流に位置していてもよい。第５接続部２６５は、第６接続部２６６よりもチャンバ２０１の近くに位置していてもよい。

【0068】

炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、第５流量制御部２４５と、第６流量制御部２４６と、第７流量制御部２４７と、第８流量制御部２４８と、を有している。第５流量制御部２４５は、第２配管２７２を流れるガスの流量を制御する。第６流量制御部２４６は、第３配管２７３の上流部を流れるガスの流量を制御する。第６流量制御部２４６は、第３配管２７３と第４配管２７４との接続部よりも上流に設けられる。第７流量制御部２４７は、第４配管２７４を流れるガスの流量を制御する。第８流量制御部２４８は、第３流路の下流部を流れるガスの流量を制御する。第８流量制御部２４８は、第３配管２７３と第４配管２７４との接続部よりも下流に設けられる。各制御部は、たとえばＭＦＣである。

【0069】

バッファ層１１を形成する工程においては、第１配管２７１と第２配管２７２と第１アンモニアガス供給部２３１を用いて、第１アンモニアガス供給部２３１のアンモニアの濃度と同じ濃度のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。ドリフト層１４を形成する工程においては、第１配管２７１と第３配管２７３と第４配管２７４と第１アンモニアガス供給部２３１と希釈ガス供給部２３５とを用いて、希釈された低濃度のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。

【0070】

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０の構成について説明する。第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、主に、第１アンモニアガス供給部２３１を有していない点において、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と異なっており、その他の点については、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と異なる構成を中心に説明する。

【0071】

図５は、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０の構成を示す一部断面模式図である。図５に示されるように、第３実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、チャンバ２０１と、第２アンモニアガス供給部２３２と、主配管部２０７と、キャリアガス配管２５４と、原料ガス配管２５３と、第１配管２７１と、第２配管２７２と、第３配管２７３と、第１流量制御部２４１と、第２流量制御部２４２と、キャリアガス供給部２３４と、原料ガス供給部２３３と、を有している。

【0072】

第１配管２７１は、第２アンモニアガス供給部２３２に繋がる。第２配管２７２は、第１配管２７１と主配管部２０７とを繋ぐ。第３配管２７３は、第１配管２７１と主配管部２０７とを繋ぐ。キャリアガス配管２５４は、キャリアガス供給部２３４と主配管部２０７とを繋ぐ。原料ガス配管２５３は、原料ガス供給部２３３と主配管部２０７とを繋ぐ。

【0073】

第１流量制御部２４１は、第２配管２７２に配置される。第２流量制御部２４２は、第３配管２７３に配置される。第２流量制御部２４２の最大流量は、第１流量制御部２４１の最大流量の１０倍以上である。第２流量制御部２４２の最大流量は、第１流量制御部２４１の最大流量の２０倍以上であってもよいし、５０倍以上であってもよい。第２流量制御部２４２の最大流量は、第１流量制御部２４１の最大流量の５００倍以下であってもよいし、２００倍以下であってもよい。

【0074】

第３配管２７３と主配管部２０７との接続部は、第７接続部２６７とされる。第２配管２７２と主配管部２０７との接続部は、第８接続部２６８とされる。第７接続部２６７および第８接続部２６８の各々は、第３接続部２６３よりもチャンバ２０１の近くに位置している。別の観点から言えば、主配管部２０７においてガスが流れる方向において、第７接続部２６７および第８接続部２６８の各々は、第３接続部２６３よりも下流に位置していてもよい。第７接続部２６７は、第８接続部２６８よりもチャンバ２０１の近くに位置していてもよい。

【0075】

バッファ層１１を形成する工程においては、第１配管２７１と第３配管２７３と第２アンモニアガス供給部２３２と第２流量制御部２４２を用いて、大流量のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。ドリフト層１４を形成する工程においては、第１配管２７１と第２配管２７２と第２アンモニアガス供給部２３２と第１流量制御部２４１を用いて、小流量のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。

【0076】

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０の構成について説明する。第４実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、主に、第３アンモニアガス供給部２３６を有している点において、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と異なっており、その他の点については、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０と異なる構成を中心に説明する。

【0077】

図６は、第４実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０の構成を示す一部断面模式図である。図６に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、第１アンモニアガス供給部２３１と、第２アンモニアガス供給部２３２と、第３アンモニアガス供給部２３６と、キャリアガス供給部２３４と、原料ガス供給部２３３と、第１アンモニアガス配管２５１と、第２アンモニアガス配管２５２と、第３アンモニアガス配管２７６と、原料ガス配管２５３と、キャリアガス配管２５４とを有している。

【0078】

第３アンモニアガス供給部２３６は、主配管部２０７に繋がっている。第３アンモニアガス配管２７６は、第３アンモニアガス供給部２３６と主配管部２０７とを繋いでいる。第３アンモニアガス供給部２３６は、アンモニアガスを供給可能に構成されている。第３アンモニアガス供給部２３６には、キャリアガスで希釈されたアンモニアガスが充填されている。

【0079】

具体的には、第３アンモニアガス供給部２３６は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含んでも良い。第３アンモニアガス供給部２３６におけるアンモニアガスの濃度は、第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度および第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度の各々と異なっている。第３アンモニアガス供給部２３６におけるアンモニアガスの濃度は、第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度よりも低くてもよい。第３アンモニアガス供給部２３６におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度よりも高くてもよい。

【0080】

第３アンモニアガス供給部２３６と主配管部２０７との接続部は、第９接続部２６９とされる。第９接続部２６９は、第３接続部２６３よりもチャンバ２０１の近くに位置している。別の観点から言えば、主配管部２０７においてガスが流れる方向において、第９接続部２６９は、第３接続部２６３よりも下流に位置していてもよい。

【0081】

炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、第１流量制御部２４１と、第２流量制御部２４２と、第３流量制御部２４３と、第４流量制御部２４４と、第９流量制御部２４９と、を有している。第９流量制御部２４９は、第３アンモニアガス配管２７６を流れるガスの流量を制御する。

【0082】

第１バッファ領域７を形成する工程においては、第１アンモニアガス配管２５１と第１アンモニアガス供給部２３１を用いて、高濃度のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。第２バッファ領域６を形成する工程においては、第３アンモニアガス配管２７６と第３アンモニアガス供給部２３６を用いて、中濃度のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。ドリフト層１４を形成する工程においては、第２アンモニアガス配管２５２と第２アンモニアガス供給部２３２を用いて、低濃度のアンモニアガスが主配管部２０７に供給される。

【0083】

なお、第１実施形態から第４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において、第１アンモニアガス配管２５１、第２アンモニアガス配管２５２、原料ガス配管２５３、キャリアガス配管２５４、第１配管２７１、第２配管２７２、第３配管２７３、第４配管２７４、第５配管２７５、第３アンモニアガス配管２７６、および、主配管部２０７の少なくともいずれかの配管は、加熱されてもよいし、加熱されなくてもよい。

【0084】

なお、主配管部２０７は、１本の主配管でもよいし、複数の主配管でもよい。主配管部２０７は、たとえば、第１主配管（図示せず）と、第２主配管（図示せず）と、第３主配管（図示せず）とを有していてもよい。キャリガス供給部とシランガス供給部とは、たとえば、第１主配管に繋がっていてもよい。キャリガス供給部とプロパンガス供給部とは、たとえば、第２主配管に繋がっていてもよい。キャリガス供給部とアンモニアガス供給部とは、たとえば、第３主配管に繋がっていてもよい。

【0085】

第１アンモニアガス供給部２３１は、第１アンモニアガス配管２５１に繋がっているが、主配管部２０７を介さずに、チャンバ２０１に繋げることもできる。この場合、第１アンモニアガス配管２５１（第１流量制御部２４１とチャンバ２０１の間の部分）は、流量制御部を介してキャリアガス供給部２３４と繋がっていてもよい。

【0086】

第２アンモニアガス供給部２３２は、第２アンモニアガス配管２５２に繋がっているが、主配管部２０７を介さずに、チャンバ２０１に繋げることもできる。この場合、第２アンモニアガス配管２５２（第２流量制御部２４２とチャンバ２０１の間の部分）は、流量制御部を介してキャリアガス供給部２３４と繋がっていてもよい。

【0087】

原料ガス供給部２３３は、原料ガス配管２５３に繋がっているが、主配管部２０７を介さずに、チャンバ２０１に繋げることもできる。この場合、原料ガス供給部２３３（第３流量制御部２４３とチャンバ２０１の間の部分）は、流量制御部を介してキャリアガス供給部２３４と繋がっていてもよい。

【0088】

（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。

【0089】

図７は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法を概略的に示すフロー図である。図７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の製造方法は、バッファ層１１を形成する工程（Ｓ１０）と、ドリフト層１４を形成する工程（Ｓ２０）とを有している。

【0090】

まず、炭化珪素基板１０が準備される。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。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。次に、炭化珪素基板１０に対して機械研磨が行われる。次に、炭化珪素基板１０に対して化学的機械研磨が実施される。

【0091】

次に、炭化珪素基板１０は、第１実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０のチャンバ２０１に配置される。具体的には、炭化珪素基板１０がホルダ２１０に載置された状態で、チャンバ２０１の内部に配置される。

【0092】

次に、バッファ層１１を形成する工程（Ｓ１０）が実施される。図８は、バッファ層１１を形成する工程を示す断面模式図である。図８に示されるように、バッファ層１１は、炭化珪素基板１０上に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。ホルダ２１０の温度がたとえば１６００℃程度になった後、チャンバ２０１に、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスが供給される。具体的には、主配管部２０７を通じて、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が、チャンバ２０１に導入される。チャンバ２０１において、それぞれのガスが熱分解され、炭化珪素基板１０上にバッファ層１１が形成される。

【0093】

チャンバ２０１に供給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。シランガスの流量は、たとえば３０ｓｃｃｍ以上６０ｓｃｃｍ以下であってもよい。チャンバ２０１に供給されるプロパンガスの流量は、たとえば１４ｓｃｃｍ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１０ｓｃｃｍ以上２０ｓｃｃｍ以下であってもよい。チャンバ２０１に供給される水素ガスの流量は、たとえば１２０ｓｌｍとなるように調整される。水素ガスの流量は、たとえば１００ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ以下であってもよい。

【0094】

バッファ層１１の形成においては、第１アンモニアガス供給部２３１から供給されたアンモニアガスがドーパントガスとして用いられる。上述の通り、第１アンモニアガス供給部２３１は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含んでいる。第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、たとえば１％である。第１流量制御部２４１を用いて、チャンバ２０１に供給されるアンモニアガスの流量が制御される。たとえば、水素ガスによる希釈により１％の濃度に希釈されたアンモニアガスの流量は、たとえば１０ｓｃｃｍ以上２００ｓｃｃｍ以下である。なお、この流量は、濃度１００％のアンモニアガスの流量に換算すれば、たとえば０．１ｓｃｃｍ以上２．０ｓｃｃｍ以下である。

【0095】

以上のように、第１アンモニアガス供給部２３１から供給されたアンモニアガスを用いて炭化珪素基板１０上にバッファ層１１が形成される。バッファ層１１の厚みは、たとえば１μｍ以上である。バッファ層１１の窒素濃度は、たとえば３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上である。

【0096】

次に、ドリフト層１４を形成する工程（Ｓ２０）が実施される。図９は、ドリフト層１４を形成する工程を示す断面模式図である。図９に示されるように、ドリフト層１４は、バッファ層１１上にエピタキシャル成長により形成される。

【0097】

チャンバ２０１に供給される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。シランガスの流量は、たとえば８０ｓｃｃｍ以上１５０ｓｃｃｍ以下であってもよい。チャンバ２０１に供給されるプロパンガスの流量は、たとえば３７．５ｓｃｃｍ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２５ｓｃｃｍ以上５０ｓｃｃｍ以下であってもよい。チャンバ２０１に供給される水素ガスの流量は、たとえば１２０ｓｌｍとなるように調整される。水素ガスの流量は、たとえば１００ｓｌｍ以上１５０ｓｌｍ以下であってもよい。

【0098】

ドリフト層１４の形成においては、第２アンモニアガス供給部２３２から供給されたアンモニアガスがドーパントガスとして用いられる。上述の通り、第２アンモニアガス供給部２３２は、水素ガスで希釈されたアンモニアガスを含んでいる。第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度は、たとえば０．１％である。第２流量制御部２４２を用いて、チャンバ２０１に供給されるアンモニアガスの流量が制御される。たとえば、水素ガスによる希釈により０．１％の濃度に希釈されたアンモニアガスの流量は、たとえば１０ｓｃｃｍ以上２００ｓｃｃｍ以下である。なお、この流量は、濃度１００％のアンモニアガスの流量に換算すれば、たとえば０．０１ｓｃｃｍ以上０．２ｓｃｃｍ以下である。

【0099】

第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度よりも高い。具体的には、第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度の２倍以上であってもよいし、５倍以上であってもよいし、１０倍以上であってもよい。第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度の１００倍以下であってもよいし、５０倍以下であってもよいし、２０倍以下であってもよい。

【0100】

以上のように、第２アンモニアガス供給部２３２から供給されたアンモニアガスを用いてバッファ層１１上にドリフト層１４が形成される。ドリフト層１４の厚みは、たとえば５μｍ以上である。ドリフト層１４の窒素濃度は、たとえば１×１０¹⁵ｃｍ^-3以上１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される。

【0101】

なお、別の態様として、図３を参照しつつ、バッファ層１１を形成する工程の一部または全部において、第１アンモニアガス供給部２３１から供給されたアンモニアガスと、第２アンモニアガス供給部２３２から供給されたアンモニアガスとが同時に用いられ、且つ、ドリフト層１４を形成する工程において、第２アンモニアガス供給部２３２から供給されたアンモニアガスが用いられてもよい。すなわち、バッファ層１１を形成する工程の一部または全部と、ドリフト層１４を形成する工程において、第２アンモニアガス供給部２３２から供給されたアンモニアガスが用いられてもよい。

【0102】

これにより、２つの経路から供給されるアンモニアガスの切り替えの瞬間をなくすことができ、バッファ層１１とドリフト層１４の間に、窒素濃度が急激に低下する層の形成を抑制することができる。

【0103】

なお、別の態様として、図４を参照しつつ、バッファ層１１を形成する工程の一部または全部において、第１配管２７１と第２配管２７２と第１アンモニアガス供給部２３１から供給されたアンモニアガスと、第１配管２７１と第３配管２７３と第４配管２７４と第１アンモニアガス供給部２３１と希釈ガス供給部２３５から供給された希釈された低濃度のアンモニアガスとが同時に用いられ、且つ、ドリフト層１４を形成する工程において、第１配管２７１と第３配管２７３と第４配管２７４と第１アンモニアガス供給部２３１と希釈ガス供給部２３５から供給された希釈された低濃度のアンモニアガスが用いられてよい。すなわち、バッファ層１１を形成する工程の一部または全部と、ドリフト層１４を形成する工程において、第１配管２７１と第３配管２７３と第４配管２７４と第１アンモニアガス供給部２３１と希釈ガス供給部２３５から供給された希釈された低濃度のアンモニアガスが用いられてもよい。

【0104】

これにより、２つの経路から供給されるアンモニアガスの切り替えの瞬間をなくすことができ、バッファ層１１とドリフト層１４の間に、窒素濃度が急激に低下する層の形成を抑制することができる。

【0105】

なお、別の態様として、図５を参照しつつ、バッファ層１１を形成する工程の一部または全部において、第１配管２７１と第３配管２７３と第２アンモニアガス供給部２３２と第２流量制御部２４２を用いて、大流量のアンモニアガスと、第１配管２７１と第２配管２７２と第２アンモニアガス供給部２３２と第１流量制御部２４１を用いて、小流量のアンモニアガスとが、同時に用いられ、且つ、ドリフト層１４を形成する工程において、第１配管２７１と第２配管２７２と第２アンモニアガス供給部２３２と第１流量制御部２４１を用いて、小流量のアンモニアガスが用いられてよい。すなわち、バッファ層１１を形成する工程の一部または全部と、ドリフト層１４を形成する工程において、第１配管２７１と第２配管２７２と第２アンモニアガス供給部２３２と第１流量制御部２４１を用いて、小流量のアンモニアガスが用いられてよい。

【0106】

これにより、２つの経路から供給されるアンモニアガスの切り替えの瞬間をなくすことができ、バッファ層１１とドリフト層１４の間に、窒素濃度が急激に低下する層の形成を抑制することができる。

【0107】

次に、炭化珪素エピタキシャル成長の際に窒素をドーピングする、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法であって、アンモニアガスが炭化珪素エピタキシャル層が形成される炭化珪素基板１０上に到達する前に、アンモニアガスが予め熱分解させておくための予備加熱領域２１１を通過させる、炭化珪素半導体の製造方法について開示する。

【0108】

窒素源のアンモニアガスを炭化珪素基板１０上に到達する前に、予備加熱領域２１１にて熱分解させておくため、エピタキシャル成長がなされつつある広い炭化珪素基板１０の面内での窒素の面内分布が均一になる。その結果、成長しつつある炭化珪素エピタキシャル層内へドーピングされる窒素の面内濃度分布も均一になる。

【0109】

予備加熱領域２１１では、チャンバ２０１内の部材の壁面が１３００℃以上の領域をガスが通過するため、ガスの流れに大きな乱れ等を発生させることなくアンモニアガスを予め充分に熱分解できる。

【0110】

ここで予備加熱領域２１１とは、流れていくガスを加熱するための空間という意味であり、外部から加熱される細長い管、内部に伝熱コイルが設置された空間、内壁面にフィン等が形成された広い空間等も含む。

【0111】

なお、領域の壁面の温度の上限は、部屋の長さが多少短くても確実な熱分解を行うため１３５０℃以上が好ましく、また熱効率の面からは１８００℃以下が好ましい。例えば、予備加熱領域２１１は、チャンバ２０１の端から、チャンバ２０１の端に対する最近接の炭化珪素基板１０までの領域とすることができる。予備加熱領域２１１は、５０ｍｍ以上、１０００ｍｍ以下が好ましい。

【0112】

次に、炭化珪素エピタキシャル成長の際に窒素をドーピングする、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置であって、アンモニアガスが炭化珪素エピタキシャル層が形成される炭化珪素基板１０上に到達する前に、アンモニアガスが予め熱分解させておくための予備加熱領域２１１を有する、炭化珪素半導体の製造装置について開示する。

【0113】

窒素源のアンモニアガスを炭化珪素基板１０上に到達する前に、予備加熱領域２１１にて熱分解させておくため、エピタキシャル成長がなされつつある広い炭化珪素基板１０の面内での窒素の面内分布が均一になる。その結果、成長しつつある炭化珪素エピタキシャル層内へドーピングされる窒素の面内濃度分布も均一になる。

【0114】

予備加熱領域２１１では、チャンバ２０１内の部材の壁面が１３００℃以上の領域をガスが通過するため、ガスの流れに大きな乱れ等を発生させることなくアンモニアガスを予め充分に熱分解できる。

【0115】

ここで予備加熱領域２１１とは、流れていくガスを加熱するための空間という意味であり、外部から加熱される細長い管、内部に伝熱コイルが設置された空間、内壁面にフィン等が形成された広い空間等も含む。

【0116】

なお、領域の壁面の温度の上限は、部屋の長さが多少短くても確実な熱分解を行うため１３５０℃以上が好ましく、また熱効率の面からは１８００℃以下が好ましい。例えば、予備加熱領域２１１は、チャンバ２０１の端から、チャンバ２０１の端に対する最近接の炭化珪素基板１０までの領域とすることができる。予備加熱領域２１１は、５０ｍｍ以上、１０００ｍｍ以下が好ましい。

【0117】

（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。

【0118】

まず、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される（図９参照）。次に、ボディ領域を形成する工程が実施される。図１０は、ボディ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、炭化珪素エピタキシャル層２０のドリフト層１４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の厚みは、たとえば０．９μｍである。

【0119】

次に、ソース領域を形成する工程が実施される。図１１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くてもよい。

【0120】

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１４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くてもよい。

【0121】

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１７００℃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。活性化アニールの雰囲気は、たとえばＡｒ雰囲気である。

【0122】

次に、第１主面１にトレンチを形成する工程が実施される。図１２は、第１主面１にトレンチを形成する工程を示す断面模式図である。図１２に示されるように、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１主面１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１４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、たとえば反応性イオンエッチング、特に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を用いることができる。エッチングにより、第１主面１に凹部が形成される。

【0123】

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１主面１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。

【0124】

図１２に示されるように、熱エッチングにより、第１主面１にトレンチ１０６が形成される。トレンチ１０６は、側面１２３と、底面１２４とにより規定される。側面１２３は、ソース領域１１４と、ボディ領域１１３と、ドリフト層１４とにより構成される。底面１２４は、ドリフト層１４により構成される。次に、マスク１１７が第１主面１から除去される。

【0125】

次に、ゲート絶縁膜を形成する工程が実施される。図１３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１主面１にトレンチ１０６が形成された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、たとえば１３００℃以上１４００℃以下の温度で加熱される。これにより、底面１２４においてドリフト層１４と接し、側面１２３においてドリフト層１４、ボディ領域１１３およびソース領域１１４の各々に接し、かつ第１主面１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。

【0126】

次に、ゲート電極を形成する工程が実施される。図１４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１０６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１０６の内部に配置され、ゲート絶縁膜１１５上においてトレンチ１０６の側面１２３および底面１２４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。

【0127】

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。

【0128】

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、ＡｌおよびＳｉを含む材料からなる。

【0129】

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。

【0130】

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。

【0131】

次に、ドレイン電極１２０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１０が研磨される。次に、ドレイン電極１２０が形成される。ドレイン電極１２０は、第２主面２において、炭化珪素基板１０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３００が製造される。

【0132】

（炭化珪素半導体装置）
次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置３００の構成について説明する。図１５は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置３００の構成を示す断面模式図である。図１５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３００は、炭化珪素エピタキシャル基板１００と、ゲート絶縁膜１１５と、ゲート電極１２７と、ソース電極１１６と、ドレイン電極１２０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１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル層２０と、第１主面１と、第２主面２とを有している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、バッファ層１１と、ドリフト層１４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。

【0133】

ボディ領域１１３は、ドリフト層１４上に形成されている。ボディ領域１１３は、ドリフト層１４に接している。ボディ領域１１３は、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物を含む。ボディ領域１１３は、ｐ型の導電型を有する。ソース領域１１４は、ボディ領域１１３上に形成されている。ソース領域１１４は、たとえばリンなどのｎ型不純物を含む。ソース領域１１４は、ｎ型の導電型を含む。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くてもよい。ボディ領域１１３は、ｐ型領域である。ドリフト層１４は、ｎ型領域である。ｐ型領域とｎ型領域との間でボディダイオードが形成される。

【0134】

コンタクト領域１１８は、ソース領域１１４およびボディ領域１１３を貫通する。コンタクト領域１１８は、ソース領域１１４、ボディ領域１１３およびドリフト層１４の各々に接している。コンタクト領域１１８は、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物を含む。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くてもよい。

【0135】

第１主面１には、トレンチ１０６が設けられている。トレンチ１０６は、側面１２３と、底面１２４とにより規定される。側面１２３は、ソース領域１１４と、ボディ領域１１３と、ドリフト層１４とにより構成される。底面１２４は、ドリフト層１４により構成される。

【0136】

ゲート絶縁膜１１５は、底面１２４においてドリフト層１４と接し、側面１２３においてドリフト層１４、ボディ領域１１３およびソース領域１１４の各々に接している。ゲート電極１２７は、ゲート絶縁膜１１５上に配置されている。ゲート電極１２７は、トレンチ１０６の内部においてゲート絶縁膜１１５に接する。ゲート電極１２７は、トレンチ１０６の側面１２３および底面１２４の各々と対面している。

【0137】

層間絶縁膜１２６は、ゲート電極１２７を覆っている。層間絶縁膜１２６は、ゲート絶縁膜１１５と接している。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。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。ソース電極１１６は、たとえばＴｉ、ＡｌおよびＳｉを含む材料からなる。ソース配線１１９は、ソース電極１１６に接する。ソース配線１１９は、ソース電極１１６と電気的に接続されている。ソース配線１１９は、ソース電極１１６および層間絶縁膜１２６を覆っている。ドレイン電極１２０は、第２主面２において炭化珪素基板１０に接している。

【0138】

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法、および炭化珪素半導体装置３００の製造方法の作用効果について説明する。

【0139】

バッファ層１１およびドリフト層１４の各々に対して窒素をドーピングするために、窒素ガスまたはアンモニアガスが用いられる。アンモニアガスは、三重結合を有する窒素ガスよりも熱分解されやすい。そのため、同じ窒素濃度を実現するために必要なアンモニアガスの流量は、窒素ガスの流量よりも大幅に小さくなる。

【0140】

また炭化珪素エピタキシャル基板１００において、バッファ層１１における窒素濃度は、ドリフト層１４における窒素濃度よりも高い。バッファ層１１における窒素濃度は、ドリフト層１４における窒素濃度の１０倍以上あるいは１００倍以上になる場合がある。そのため、バッファ層１１を形成する際に必要とされるアンモニアガスの流量は、ドリフト層１４を形成する際に必要とされるアンモニアガスの流量よりも大幅に大きくなる。流量制御部（ＭＦＣ）においては、流すことが出来るガスの流量の範囲に制限がある。そのため、１つの流量制御部（ＭＦＣ）を用いて、バッファ層１１を形成する際に必要とされるアンモニアガスの流量と、ドリフト層１４を形成する際に必要とされるアンモニアガスの流量とを、それぞれ精度良く制御することは困難であった。

【0141】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０および製造方法によれば、第１アンモニアガス供給部２３１から供給されたアンモニアガスを用いて炭化珪素基板１０上にバッファ層１１がエピタキシャル成長により形成される。第２アンモニアガス供給部２３２から供給されたアンモニアガスを用いてバッファ層１１上にドリフト層１４がエピタキシャル成長により形成される。第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度よりも高い。これにより、バッファ層１１の形成に最適なアンモニアガスの濃度でバッファ層１１を形成し、且つ、ドリフト層１４の形成に最適なアンモニアガスの濃度でドリフト層１４を形成することができる。結果として、バッファ層１１およびドリフト層１４の各々における窒素濃度の制御性を向上することができる。

【0142】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０および製造方法によれば、第１アンモニアガス供給部２３１におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部２３２におけるアンモニアガスの濃度の５倍以上であってもよい。これにより、バッファ層１１およびドリフト層１４の各々における窒素濃度の制御性をさらに向上することができる。

【0143】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０および製造方法によれば、第１アンモニアガス配管２５１と主配管部２０７との接続部および第２アンモニアガス配管２５２と主配管部２０７との接続部の各々は、原料ガス配管２５３と主配管部２０７との接続部よりもチャンバ２０１の近くに位置してもよい。これにより、アンモニアガスが原料ガスに混合しやすくなる。結果として、バッファ層１１およびドリフト層１４の各々における窒素濃度の制御性をさらに向上することができる。

【0144】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０および製造方法によれば、主配管部２０７に繋がる第３アンモニアガス供給部２３６を有していてもよい。これにより、異なる窒素濃度を有するバッファ領域を形成する場合において、各バッファ領域における窒素濃度の制御性を向上することができる。

【0145】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０によれば、第１配管２７１は、アンモニアガス供給部に繋がる。第２配管２７２は、第１配管２７１と主配管部２０７とを繋ぐ。第３配管２７３は、第１配管２７１と主配管部２０７とを繋ぐ。希釈ガス供給部２３５は、第３配管２７３に繋がる。キャリアガス供給部２３４は、主配管部２０７に繋がる。原料ガス供給部２３３は、主配管部２０７に繋がる。

【0146】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０によれば、第１配管２７１と第２配管２７２とを通して、高濃度のアンモニアガスを主配管部２０７に供給することができる。また第１配管２７１と第３配管２７３とを通して、希釈された低濃度のアンモニアガスを主配管部２０７に供給することができる。これにより、バッファ層１１の形成に最適なアンモニアガスの濃度でバッファ層１１を形成し、且つ、ドリフト層１４の形成に最適なアンモニアガスの濃度でドリフト層１４を形成することができる。結果として、バッファ層１１およびドリフト層１４の各々における窒素濃度の制御性を向上することができる。

【0147】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０によれば、第１配管２７１は、アンモニアガス供給部に繋がる。第２配管２７２は、第１配管２７１と主配管部２０７とを繋ぐ。第３配管２７３は、第１配管２７１と主配管部２０７とを繋ぐ。第１流量制御部２４１は、第２配管２７２に配置される。第２流量制御部２４２は、第３配管２７３に配置される。第２流量制御部２４２の最大流量は、第１流量制御部２４１の最大流量の１０倍以上である。

【0148】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０によれば、第１配管２７１と第２配管２７２とを通して、小流量のアンモニアガスを主配管部２０７に供給することができる。また第１配管２７１と第３配管２７３とを通して、大流量のアンモニアガスを主配管部２０７に供給することができる。これにより、バッファ層１１の形成に最適なアンモニアガスの流量でバッファ層１１を形成し、且つ、ドリフト層１４の形成に最適なアンモニアガスの流量でドリフト層１４を形成することができる。結果として、バッファ層１１およびドリフト層１４の各々における窒素濃度の制御性を向上することができる。

【0149】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２５０は、原料ガス供給部２３３と主配管部２０７とを繋ぐ原料ガス配管２５３、を備えていてもよい。第２配管２７２と主配管部２０７との接続部および第３配管２７３と主配管部２０７との接続部の各々は、原料ガス配管２５３と主配管部２０７との接続部よりもチャンバ２０１の近くに位置してもよい。これにより、アンモニアガスが原料ガスに混合しやすくなる。結果として、バッファ層１１およびドリフト層１４の各々における窒素濃度の制御性をさらに向上することができる。

【0150】

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】

【0151】

１ 第１主面
２ 第２主面
３ オリエンテーションフラット
４ 円弧状部
５ 外周縁
６ 第２バッファ領域
７ 第１バッファ領域
８ 第３主面
１０ 炭化珪素基板
１１ バッファ層
１４ ドリフト層
２０ 炭化珪素エピタキシャル層
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
１０６ トレンチ
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
１２０ ドレイン電極
１２３ 側面
１２４ 底面
１２６ 層間絶縁膜
１２７ ゲート電極
２０１ チャンバ
２０３ 発熱体
２０４ 石英管
２０５ 内壁面
２０６ ステージ
２０７ 主配管部
２０８ ガス排気口
２０９ 回転軸
２１０ ホルダ
２１１ 予備加熱領域
２３１ 第１アンモニアガス供給部
２３２ 第２アンモニアガス供給部
２３３ 原料ガス供給部
２３４ キャリアガス供給部
２３５ 希釈ガス供給部
２３６ 第３アンモニアガス供給部
２４１ 第１流量制御部
２４２ 第２流量制御部
２４３ 第３流量制御部
２４４ 第４流量制御部
２４５ 第５流量制御部
２４６ 第６流量制御部
２４７ 第７流量制御部
２４８ 第８流量制御部
２４９ 第９流量制御部
２５０ 製造装置
２５１ 第１アンモニアガス配管
２５２ 第２アンモニアガス配管
２５３ 原料ガス配管
２５４ キャリアガス配管
２６１ 第１接続部
２６２ 第２接続部
２６３ 第３接続部
２６４ 第４接続部
２６５ 第５接続部
２６６ 第６接続部
２６７ 第７接続部
２６８ 第８接続部
２６９ 第９接続部
２７１ 第１配管
２７２ 第２配管
２７３ 第３配管
２７４ 第４配管
２７５ 第５配管
２７６ 第３アンモニアガス配管
２７８ 排気弁
３００ 炭化珪素半導体装置
Ａ 中心
Ｔ１ 第１厚み
Ｔ２ 第２厚み
Ｗ１ 最大径

【要約】

炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置は、チャンバと、主配管部と、第１アンモニアガス供給部と、第２アンモニアガス供給部と、キャリアガス供給部と、原料ガス供給部と、を有している。チャンバには、炭化珪素基板が配置される。主配管部は、チャンバに繋がる。第１アンモニアガス供給部は、主配管部に繋がる。第２アンモニアガス供給部は、主配管部に繋がる。キャリアガス供給部は、主配管部に繋がる。原料ガス供給部は、主配管部に繋がる。第１アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度は、第２アンモニアガス供給部におけるアンモニアガスの濃度よりも高い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】