JP2022067843A

JP2022067843A - Silicon carbide single crystal substrate, and production method thereof

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Publication number: JP2022067843A
Application number: JP2020176671A
Authority: JP
Inventors: 英一郎西村; Eiichiro Nishimura
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-05-09

Abstract

To provide a silicon carbide single crystal substrate and a production method thereof capable of suppressing warpage of a silicon carbide single crystal substrate obtained by epitaxial growth of a silicon carbide single crystal film on a substrate for depositing a silicon carbide single crystal film.SOLUTION: A silicon carbide single crystal substrate includes a first silicon carbide single crystal layer 10, a second silicon carbide single crystal layer 20 laminated on a first surface 11 of the first silicon carbide single crystal layer, and a third silicon carbide single crystal layer 30 laminated on a second surface 12 being an opposite surface from the first surface, of the first silicon carbide single crystal layer. The second silicon carbide single crystal layer has dopant concentration lower than dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer, while the third silicon carbide single crystal layer has dopant concentration higher than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer. The silicon carbide single crystal substrate has warp of 100 μm or less. The dopant is nitrogen in each of the first silicon carbide single crystal layer, the second silicon carbide single crystal layer, and the third silicon carbide single crystal layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、炭化珪素単結晶基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide single crystal substrate and a method for producing the same.

炭化珪素（以下、「ＳｉＣ」とする場合がある）は、珪素（以下、「Ｓｉ」とする場合がある）と炭素で構成される化合物半導体材料である。ＳｉＣは、絶縁破壊電界強度がＳｉの１０倍で、バンドギャップがＳｉの３倍であることから、Ｓｉと比べて半導体材料として優れている。さらに、デバイスの作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であることなどから、Ｓｉの限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。 Silicon carbide (hereinafter, may be referred to as "SiC") is a compound semiconductor material composed of silicon (hereinafter, may be referred to as "Si") and carbon. SiC is superior as a semiconductor material as compared with Si because the dielectric breakdown electric field strength is 10 times that of Si and the band gap is 3 times that of Si. Further, since it is possible to control the p-type and n-type required for manufacturing the device in a wide range, it is expected as a material for a power device that exceeds the limit of Si.

しかしながら、ＳｉＣ半導体は、従来より広く普及しているＳｉ半導体と比較して、大面積のＳｉＣ単結晶基板を得ることが難しく、製造工程も複雑である。これらの理由から、ＳｉＣ半導体はＳｉ半導体と比較して大量生産が難しく、高価であった。そして、ＳｉＣ半導体のコストが高額であることが、ＳｉＣ半導体の普及を妨げる一因となってきた。 However, in the SiC semiconductor, it is difficult to obtain a SiC single crystal substrate having a large area and the manufacturing process is complicated as compared with the Si semiconductor which is widely used in the past. For these reasons, SiC semiconductors are more difficult to mass-produce than Si semiconductors and are expensive. The high cost of SiC semiconductors has been one of the factors that hinder the spread of SiC semiconductors.

これまでも、ＳｉＣ半導体のコストを下げるため、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献１には、ＳｉＣ基板の製造方法であって、少なくとも、マイクロパイプの密度が３０個／ｃｍ^２以下のＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板を準備し、前記ＳｉＣ単結晶基板と前記ＳｉＣ多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程を行うことで、ＳｉＣ多結晶基板上にＳｉＣ単結晶層を形成した基板を製造することが記載されている。 Until now, various measures have been taken to reduce the cost of SiC semiconductors. For example, Patent Document 1 describes a method for manufacturing a SiC substrate, in which a SiC single crystal substrate having a micropipe density of 30 pieces / cm ² or less and a SiC polycrystal substrate are prepared, and the SiC single crystal substrate is used. By performing a step of bonding to the SiC polycrystalline silicon carbide substrate and then a step of thinning the SiC single crystal substrate, it is possible to manufacture a substrate having a SiC single crystal layer formed on the SiC polycrystal substrate. Have been described.

更に、特許文献１には、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、ＳｉＣ単結晶基板に水素イオン注入を行って水素イオン注入層を形成する工程を行い、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程の前に、３５０℃以下の温度で熱処理を行い、ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する工程を、水素イオン注入層にて機械的に剥離する工程とするＳｉＣ基板の製造方法が記載されている。 Further, in Patent Document 1, before the step of bonding the SiC single crystal substrate and the SiC single crystal substrate, a step of injecting hydrogen ions into the SiC single crystal substrate to form a hydrogen ion injection layer is performed to form a SiC single crystal substrate. After the step of bonding the crystal substrate and the SiC single crystal substrate, and before the step of thinning the SiC single crystal substrate, the step of performing heat treatment at a temperature of 350 ° C. or lower to thin the SiC single crystal substrate is hydrogen. A method for manufacturing a SiC substrate, which is a step of mechanically peeling off with an ion injection layer, is described.

このような方法により、１つのＳｉＣ単結晶のインゴットから、より多くのＳｉＣ貼り合わせ基板が得られるようになった。 By such a method, more SiC bonded substrates can be obtained from one SiC single crystal ingot.

特開２００９－１１７５３３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-117533

特許文献１の方法で製造されるＳｉＣ貼り合わせ基板には、ＳｉＣ単結晶とＳｉＣ多結晶が使用される。ＳｉＣ貼り合わせ基板用のＳｉＣ単結晶は、昇華法や、昇華法により得られたＳｉＣ単結晶基板の上に化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）によりＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させることで製造することができる。 A SiC single crystal and a SiC polycrystal are used for the SiC bonded substrate manufactured by the method of Patent Document 1. A SiC single crystal for a SiC bonded substrate is manufactured by epitaxially growing a SiC single crystal on a SiC single crystal substrate obtained by a sublimation method or a sublimation method by a chemical vapor deposition method (CVD method). Can be done.

また、昇華法により製造されたＳｉＣ単結晶基板よりも、エピタキシャル成長により製造されたＳｉＣ単結晶基板の方が、ＳｉＣデバイスを作製した場合にデバイスにおけるキラー欠陥となる基底面転移（ＢＰＤ: ＢａｓａｌＰｌａｎｅＤｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）が少ないことから、品質的に優れていると考えられる。 In addition, the SiC single crystal substrate manufactured by epitaxial growth becomes a killer defect in the device when the SiC device is manufactured, rather than the SiC single crystal substrate manufactured by the sublimation method (BPD: Basic Plane Dislocation). ) Is few, so it is considered to be excellent in quality.

しかしながら、コスト面を考慮すると、昇華法で製造したＳｉＣ単結晶の成膜用基板にＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させて厚く成膜することが好ましいが、厚く成膜すると得られたＳｉＣ単結晶基板が反ってしまうことがある。ＳｉＣ単結晶基板に反りが発生することで、例えば、ＳｉＣ多結晶基板と貼り合わせるために搬送する場合において、ＳｉＣ単結晶基板を、吸盤等を用いて吸引して真空吸着することができずに、ＳｉＣ単結晶基板を搬送できないなどの不具合が発生し、製造歩留まりを低下させる要因となっていた。 However, in consideration of cost, it is preferable to epitaxially grow the SiC single crystal on the SiC single crystal film forming substrate manufactured by the sublimation method to form a thick film, but the SiC single crystal substrate obtained by thickly forming the film can be obtained. It may warp. Due to the warpage of the SiC single crystal substrate, for example, when transporting the SiC single crystal substrate for bonding with the SiC polycrystalline substrate, the SiC single crystal substrate cannot be sucked and vacuum-adsorbed by using a sucker or the like. , The problem such as the inability to transport the SiC single crystal substrate occurred, which was a factor of lowering the manufacturing yield.

よって、本発明は、ＳｉＣ単結晶成膜用基板にＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて得られるＳｉＣ単結晶基板において、ＳｉＣ単結晶基板の反りを抑制することができる、炭化珪素単結晶基板およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a silicon carbide single crystal substrate and a silicon carbide single crystal substrate thereof, which can suppress the warp of the SiC single crystal substrate in the SiC single crystal substrate obtained by epitaxially growing the SiC single crystal film on the SiC single crystal film forming substrate. The purpose is to provide a manufacturing method.

本発明者らは、１２００～１７００℃の温度で化学気相蒸着によって炭化珪素単結晶の裏面に、ドーパント濃度が炭化珪素単結晶基板よりも低い炭化珪素膜を成長し、炭化珪素単結晶基板の表面に、ドーパント濃度が炭化珪素単結晶基板よりも高い炭化珪素エピタキシャル膜を成長することにより、反りのない炭化珪素単結晶基板を得られることを見出し、本発明を想到するに至った。 The present inventors have grown a silicon carbide film having a dopant concentration lower than that of the silicon carbide single crystal substrate on the back surface of the silicon carbide single crystal by chemical vapor vapor deposition at a temperature of 1200 to 1700 ° C. to form a silicon carbide single crystal substrate. We have found that a silicon carbide single crystal substrate without warpage can be obtained by growing a silicon carbide epitaxial film having a dopant concentration higher than that of the silicon carbide single crystal substrate on the surface, and have come up with the present invention.

すなわち、本発明の炭化珪素単結晶基板は、第１炭化珪素単結晶層と、前記第１炭化珪素単結晶層の第１面に積層した第２炭化珪素単結晶層と、前記第１面とは反対の面となる前記第１炭化珪素単結晶層の第２面に積層した第３炭化珪素単結晶層と、を備え、前記第２炭化珪素単結晶層のドーパント濃度は、前記第１炭化珪素単結晶層のドーパント濃度よりも低く、前記第３炭化珪素単結晶層のドーパント濃度は、前記第１炭化珪素単結晶層のドーパント濃度よりも高く、反りが１００μｍ以下である。 That is, the silicon carbide single crystal substrate of the present invention includes a first silicon carbide single crystal layer, a second silicon carbide single crystal layer laminated on the first surface of the first silicon carbide single crystal layer, and the first surface. Is provided with a third silicon carbide single crystal layer laminated on the second surface of the first silicon carbide single crystal layer, which is the opposite surface, and the dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer is the first carbonized. It is lower than the dopant concentration of the silicon single crystal layer, the dopant concentration of the third silicon carbide single crystal layer is higher than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer, and the warp is 100 μm or less.

前記第１炭化珪素単結晶層は、厚さが２００μｍ～６００μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３～７×１０^１８ｃｍ^－３であり、前記第２炭化珪素単結晶層は、厚さが５μｍ～３５μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１５ｃｍ^－３～７×１０^１５ｃｍ^－３であり、前記第３炭化珪素単結晶層は、厚さが４０μｍ～１５０μｍであり、ドーパント濃度が８×１０^１８ｃｍ^－３～１０×１０^１８ｃｍ^－３であってもよい。 The first silicon carbide single crystal layer has a thickness of 200 μm to 600 μm, and the dopant concentration is 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . The thickness is 5 μm to 35 μm, the dopant concentration is 5 × 10 ¹⁵ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁵ cm ^-3 , and the third silicon carbide single crystal layer has a thickness of 40 μm to 150 μm and is a dopant. The concentration may be 8 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 10 × 10 ¹⁸ cm ^-3 .

前記第２炭化珪素単結晶層と前記第３炭化珪素単結晶層のドーパント種が同じであってもよい。 The dopant species of the second silicon carbide single crystal layer and the third silicon carbide single crystal layer may be the same.

前記第１炭化珪素単結晶層、前記第２炭化珪素単結晶層および前記第３炭化珪素単結晶層において、ドーパントがいずれも窒素であってもよい。 In the first silicon carbide single crystal layer, the second silicon carbide single crystal layer, and the third silicon carbide single crystal layer, the dopant may be nitrogen.

また、本発明の炭化珪素単結晶基板の製造方法は、反りが１００μｍ以下の炭化珪素単結晶基板の製造方法であって、第１炭化珪素単結晶層の第１面に、化学的気相蒸着法によって前記第１炭化珪素単結晶層のドーパント濃度よりも低いドーパント濃度の第２炭化珪素単結晶層を成膜する第１成膜工程と、前記第１面とは反対の面となる前記第１炭化珪素単結晶層の第２面に、化学的気相蒸着法によって前記第１炭化珪素単結晶層のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度の第３炭化珪素単結晶層を成膜する第２成膜工程と、を含む。 Further, the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention is a method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate having a warp of 100 μm or less, and is a chemical vapor vapor deposition on the first surface of the first silicon carbide single crystal layer. The first film forming step of forming a second silicon carbide single crystal layer having a dopant concentration lower than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer by the method, and the first surface opposite to the first surface. A second formation in which a third silicon carbide single crystal layer having a dopant concentration higher than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer is formed on the second surface of the silicon carbide single crystal layer by a chemical vapor deposition method. Including the membrane process.

前記第１炭化珪素単結晶層は、厚さが２００μｍ～６００μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３～７×１０^１８ｃｍ^－３であり、前記第１成膜工程は、厚さが５μｍ～３５μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１５ｃｍ^－３～７×１０^１５ｃｍ^－３である前記第２炭化珪素単結晶層を成膜する工程であり、前記第２成膜工程は、厚さが４０μｍ～１５０μｍであり、ドーパント濃度が８×１０^１８ｃｍ^－３～１０×１０^１８ｃｍ^－３である前記第３炭化珪素単結晶層を成膜する工程であってもよい。 The first silicon carbide single crystal layer has a thickness of 200 μm to 600 μm and a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . Is a step of forming the second silicon carbide single crystal layer having a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁵ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁵ cm ^-3 , wherein the second film forming step is The step may be a step of forming the third silicon carbide single crystal layer having a thickness of 40 μm to 150 μm and a dopant concentration of 8 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 10 × 10 ¹⁸ cm ^-3 .

前記第１成膜工程と前記第２成膜工程では、ドーパントガスとして同じドーパント種のガスを使用してもよい。 In the first film forming step and the second forming step, a gas of the same dopant type may be used as the dopant gas.

前記第１炭化珪素単結晶層のドーパントが窒素であり、前記第１成膜工程と前記第２成膜工程では、ドーパントガスとして窒素ガスを使用してもよい。 The dopant of the first silicon carbide single crystal layer is nitrogen, and nitrogen gas may be used as the dopant gas in the first film forming step and the second film forming step.

本発明の炭化珪素単結晶基板およびその製造方法であれば、ＳｉＣ単結晶成膜用基板にＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて得られるＳｉＣ単結晶基板において、ＳｉＣ単結晶基板の反りを抑制することができる。 According to the silicon carbide single crystal substrate of the present invention and the method for manufacturing the same, the warpage of the SiC single crystal substrate is suppressed in the SiC single crystal substrate obtained by epitaxially growing the SiC single crystal film on the SiC single crystal film forming substrate. Can be done.

本発明の炭化珪素単結晶基板の一例を示す概略側面断面図である。It is a schematic side sectional view which shows an example of the silicon carbide single crystal substrate of this invention. 本発明の炭化珪素単結晶基板の製造工程の一例を示す概略側面断面図である。It is a schematic side sectional view which shows an example of the manufacturing process of the silicon carbide single crystal substrate of this invention. 本発明の一実施形態にかかる炭化珪素単結晶基板の製造方法において、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により炭化珪素多結晶膜を成膜する成膜装置の一例を模式的に示す、側面断面図である。A side surface schematically showing an example of a film forming apparatus for forming a silicon carbide polycrystalline film by a chemical vapor deposition method (CVD method) in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention. It is a sectional view. 図３に示した成膜装置の変形例におけるサセプタを示す、平面概略図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing a susceptor in a modified example of the film forming apparatus shown in FIG.

以下、本発明の炭化珪素単結晶およびその製造方法の実施形態の一例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, an example of the silicon carbide single crystal of the present invention and an embodiment of the method for producing the same will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

［炭化珪素単結晶基板］
図１に、本発明の炭化珪素単結晶基板の一例として、炭化珪素単結晶基板１００の概略側面断面図をしめす。本発明の炭化珪素単結晶基板１００は、第１炭化珪素単結晶層１０と、第２炭化珪素単結晶層２０と、第３炭化珪素単結晶層３０と、を備える。 [Silicon carbide single crystal substrate]
FIG. 1 shows a schematic side sectional view of a silicon carbide single crystal substrate 100 as an example of the silicon carbide single crystal substrate of the present invention. The silicon carbide single crystal substrate 100 of the present invention includes a first silicon carbide single crystal layer 10, a second silicon carbide single crystal layer 20, and a third silicon carbide single crystal layer 30.

〈第１炭化珪素単結晶層１０〉
第１炭化珪素単結晶層１０としては、例えば昇華法等により作成した炭化珪素のバルク単結晶から加工して得た、エピタキシャル膜成膜用の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウエハを用いることができる。また、第１炭化珪素単結晶層１０の形状としては、例えば直径２インチ～１５インチ程度で、厚さが２００μｍ～６００μｍ程度の円盤状のウエハが挙げられる。 <First Silicon Carbide Single Crystal Layer 10>
As the first silicon carbide single crystal layer 10, for example, a 4H-SiC single crystal wafer for forming an epitaxial film obtained by processing from a bulk single crystal of silicon carbide prepared by a sublimation method or the like can be used. Examples of the shape of the first silicon carbide single crystal layer 10 include a disk-shaped wafer having a diameter of about 2 inches to 15 inches and a thickness of about 200 μm to 600 μm.

具体的には、エピタキシャル膜成膜用の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウエハとして、厚さが２００μｍ～６００μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３～７×１０^１８ｃｍ^－３であるウエハを用いることができる。ドーパントとしては、ホウ素、ガリウム、リン、バナジウム、窒素等が挙げられる。 Specifically, as a 4H-SiC single crystal wafer for forming an epitaxial film, a wafer having a thickness of 200 μm to 600 μm and a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁸ cm ^-3 is used. Can be used. Examples of the dopant include boron, gallium, phosphorus, vanadium, nitrogen and the like.

〈第２炭化珪素単結晶層２０〉
第２炭化珪素単結晶層２０は、第１炭化珪素単結晶層１０の第１面１１に積層した層である。第２炭化珪素単結晶層２０としては、例えば、エピタキシャル膜が挙げられ、後述する第１成膜工程により、第１面１１にエピタキシャル成長させることで、第２炭化珪素単結晶層２０を形成することができる。 <Second silicon carbide single crystal layer 20>
The second silicon carbide single crystal layer 20 is a layer laminated on the first surface 11 of the first silicon carbide single crystal layer 10. Examples of the second silicon carbide single crystal layer 20 include an epitaxial film, and the second silicon carbide single crystal layer 20 is formed by epitaxially growing on the first surface 11 by the first film forming step described later. Can be done.

〈第３炭化珪素単結晶層３０〉
第３炭化珪素単結晶層３０は、第１面１１とは反対の面となる第１炭化珪素単結晶層１０の第２面１２に積層した層である。第３炭化珪素単結晶層３０としては、例えば、エピタキシャル膜が挙げられ、後述する第２成膜工程により、第２面１２にエピタキシャル成長させることで、第３炭化珪素単結晶層３０を形成することができる。 <Third Silicon Carbide Single Crystal Layer 30>
The third silicon carbide single crystal layer 30 is a layer laminated on the second surface 12 of the first silicon carbide single crystal layer 10, which is a surface opposite to the first surface 11. Examples of the third silicon carbide single crystal layer 30 include an epitaxial film, and the third silicon carbide single crystal layer 30 is formed by epitaxially growing on the second surface 12 by a second film forming step described later. Can be done.

炭化珪素単結晶基板１００において、第２炭化珪素単結晶層２０のドーパント濃度は、第１炭化珪素単結晶層１０のドーパント濃度よりも低い。また、第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント濃度は、第１炭化珪素単結晶層１０のドーパント濃度よりも高い。 In the silicon carbide single crystal substrate 100, the dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 is lower than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer 10. Further, the dopant concentration of the third silicon carbide single crystal layer 30 is higher than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer 10.

このように各層でドーパント濃度を変えると、炭化珪素単結晶基板１００に反りを生じさせる内部応力が発生するが、本発明では意図的に内部応力を発生させて、この内部応力を制御することにより、炭化珪素単結晶基板１００全体としての反りを緩和することができる。 When the dopant concentration is changed in each layer in this way, an internal stress that causes the silicon carbide single crystal substrate 100 to warp is generated. However, in the present invention, the internal stress is intentionally generated and the internal stress is controlled by controlling the internal stress. , The warp of the silicon carbide single crystal substrate 100 as a whole can be alleviated.

すなわち、第１炭化珪素単結晶層１０と第２炭化珪素単結晶層２０からなる２層構造や、第１炭化珪素単結晶層１０と第３炭化珪素単結晶層３０からなる２層構造の場合には、第１炭化珪素単結晶層１０のみの単層の場合と比べて反りが大きくなる。ただし、第１炭化珪素単結晶層１０の両面に第２炭化珪素単結晶層２０と第３炭化珪素単結晶層３０を積層することで、第２炭化珪素単結晶層２０と第３炭化珪素単結晶層３０が有する内部応力をお互いに打ち消し合う結果、３層構造の炭化珪素単結晶基板１００として反りの少ない基板となる。 That is, in the case of a two-layer structure composed of the first silicon carbide single crystal layer 10 and the second silicon carbide single crystal layer 20, or a two-layer structure composed of the first silicon carbide single crystal layer 10 and the third silicon carbide single crystal layer 30. The warp is larger than that of the single layer having only the first silicon carbide single crystal layer 10. However, by laminating the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 on both surfaces of the first silicon carbide single crystal layer 10, the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 20 are laminated. As a result of canceling each other's internal stresses of the crystal layer 30, the silicon carbide single crystal substrate 100 having a three-layer structure becomes a substrate with less warpage.

例えば、第２炭化珪素単結晶層２０は、厚さを５μｍ～３５μｍとし、ドーパント濃度を５×１０^１５ｃｍ^－３～７×１０^１５ｃｍ^－３とすることができる。また、第３炭化珪素単結晶層３０は、厚さを４０μｍ～１５０μｍとし、ドーパント濃度を８×１０^１８ｃｍ^－３～１０×１０^１８ｃｍ^－３とすることができる。第２炭化珪素単結晶層２０および第３炭化珪素単結晶層３０の厚さおよびドーパント濃度を上記の範囲内とすることで、反りの無いまたは反りの少ない炭化珪素単結晶基板１００を確実に得ることができる。 For example, the thickness of the second silicon carbide single crystal layer 20 can be 5 μm to 35 μm, and the dopant concentration can be 5 × 10 ¹⁵ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁵ cm ^-3 . The thickness of the third silicon carbide single crystal layer 30 can be 40 μm to 150 μm, and the dopant concentration can be 8 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 10 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . By setting the thickness and dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 within the above ranges, a silicon carbide single crystal substrate 100 having no warp or little warpage can be reliably obtained. be able to.

〈炭化珪素単結晶基板１００の反り〉
炭化珪素単結晶基板１００は、反りが１００μｍ以下である。炭化珪素単結晶基板に１００μｍよりも大きい反りが発生することで、例えば、炭化珪素多結晶基板と貼り合わせるために搬送する場合において、吸盤等を用いて炭化珪素単結晶基板を吸引して真空吸着することができずに、炭化珪素単結晶基板を搬送できないなどの不具合が発生し、製造歩留まりを低下させる要因となっていた。ただし、反りが１００μｍ以下の炭化珪素単結晶基板１００であれば、真空吸着による搬送が可能であり、製造歩留まりの低下を抑えることができる。 <Curve of Silicon Carbide Single Crystal Substrate 100>
The silicon carbide single crystal substrate 100 has a warp of 100 μm or less. When the silicon carbide single crystal substrate is warped by more than 100 μm, for example, when the silicon carbide single crystal substrate is transported for bonding to the silicon carbide polycrystal substrate, the silicon carbide single crystal substrate is sucked and vacuum-adsorbed by using a sucker or the like. This has caused problems such as the inability to transport the silicon carbide single crystal substrate, which has been a factor in lowering the manufacturing yield. However, if the silicon carbide single crystal substrate 100 has a warp of 100 μm or less, it can be transported by vacuum adsorption, and a decrease in manufacturing yield can be suppressed.

炭化珪素単結晶基板１００の反りは、平坦度測定器を用いて測定することができる。例えば、第２炭化珪素単結晶層２０の表面２１を測定対象面とし、測定対象面の所定部分の測定値を基準値としてその基準値からのズレの最大値と最小値の差を反り量として評価することができる。反り量がプラスの値の場合は、測定対象面の中央が凹んだ凹状の反りがあることを示し、反り量がマイナスの値の場合は、測定対象面の中央が突出した凸状の反りがあることを示す。反りは反り量の絶対値とすることができ、反り量が＋１００μｍの場合と－１００μｍの場合のいずれも、反りは１００μｍと判断することができる。なお、第３炭化珪素単結晶層３０の表面３１を測定対象面として、反りを測定してもよい。 The warp of the silicon carbide single crystal substrate 100 can be measured using a flatness measuring device. For example, the surface 21 of the second silicon carbide single crystal layer 20 is used as the measurement target surface, the measured value of a predetermined portion of the measurement target surface is used as a reference value, and the difference between the maximum value and the minimum value of the deviation from the reference value is used as the warp amount. Can be evaluated. If the amount of warp is positive, it means that there is a concave warp with a recess in the center of the measurement target surface, and if the amount of warp is negative, it means that there is a convex warp with the center of the measurement target surface protruding. Indicates that there is. The warp can be an absolute value of the warp amount, and it can be determined that the warp is 100 μm in both the case where the warp amount is +100 μm and the case where the warp amount is −100 μm. The warpage may be measured by using the surface 31 of the third silicon carbide single crystal layer 30 as the measurement target surface.

炭化珪素単結晶基板１００において、第２炭化珪素単結晶層２０と第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント種が同じであってもよい。ドーパントとしては、ホウ素、ガリウム、リン、バナジウム、窒素等が挙げられる。 In the silicon carbide single crystal substrate 100, the dopant species of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 may be the same. Examples of the dopant include boron, gallium, phosphorus, vanadium, nitrogen and the like.

例えば、第１炭化珪素単結晶層１０、第２炭化珪素単結晶層２０および第３炭化珪素単結晶層３０において、ドーパントがいずれも窒素であってもよい。 For example, in the first silicon carbide single crystal layer 10, the second silicon carbide single crystal layer 20, and the third silicon carbide single crystal layer 30, the dopant may be nitrogen.

［炭化珪素単結晶基板の製造方法］
次に、本発明の炭化珪素単結晶基板の製造方法について、その一態様を説明する。図２に、本発明の炭化珪素単結晶基板の製造工程の一例として、炭化珪素単結晶基板１００の製造工程の概略側面断面図を示す。 [Manufacturing method of silicon carbide single crystal substrate]
Next, one aspect of the method for manufacturing the silicon carbide single crystal substrate of the present invention will be described. FIG. 2 shows a schematic side sectional view of the manufacturing process of the silicon carbide single crystal substrate 100 as an example of the manufacturing process of the silicon carbide single crystal substrate of the present invention.

本発明の炭化珪素単結晶基板の製造方法は、第１成膜工程と、第２成膜工程とを含む。また、１００μｍよりも大きい反りのある炭化珪素単結晶基板は、真空吸着できずに製造歩留まりが低下するおそれがあるため、本発明は、真空吸着に問題が生じないよう反りが１００μｍ以下の炭化珪素単結晶基板の製造方法である。 The method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention includes a first film forming step and a second film forming step. Further, since a silicon carbide single crystal substrate having a warp larger than 100 μm may not be vacuum-adsorbed and the manufacturing yield may decrease, the present invention has a silicon carbide having a warp of 100 μm or less so as not to cause a problem in vacuum adsorption. This is a method for manufacturing a single crystal substrate.

成膜対象となる第１炭化珪素単結晶層１０としては、例えば昇華法等により作成した炭化珪素のバルク単結晶から加工して得た、エピタキシャル膜成膜用の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウエハを用いることができる。また、第１炭化珪素単結晶層１０の形状としては、例えば直径２インチ～１５インチ程度で、厚さが２００μｍ～６００μｍ程度の円盤状のウエハが挙げられる。 As the first silicon carbide single crystal layer 10 to be formed, a 4H-SiC single crystal wafer for forming an epitaxial film obtained by processing from a bulk single crystal of silicon carbide prepared by, for example, a sublimation method is used. be able to. Examples of the shape of the first silicon carbide single crystal layer 10 include a disk-shaped wafer having a diameter of about 2 inches to 15 inches and a thickness of about 200 μm to 600 μm.

具体的には、エピタキシャル膜成膜用の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウエハとして、厚さが２００μｍ～６００μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３～７×１０^１８ｃｍ^－３であるウエハを用いることができる。ドーパントとしては、ホウ素、ガリウム、リン、バナジウム、窒素が挙げられる。 Specifically, as a 4H-SiC single crystal wafer for forming an epitaxial film, a wafer having a thickness of 200 μm to 600 μm and a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁸ cm ^-3 is used. Can be used. Dopants include boron, gallium, phosphorus, vanadium and nitrogen.

〈第１成膜工程〉
第１成膜工程は、第１炭化珪素単結晶層１０の第１面１１に、化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）によって第１炭化珪素単結晶層１０のドーパント濃度よりも低いドーパント濃度の第２炭化珪素単結晶層２０を成膜する工程である。 <First film formation process>
In the first film forming step, the dopant concentration on the first surface 11 of the first silicon carbide single crystal layer 10 is lower than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer 10 by the chemical vapor deposition method (CVD method). This is a step of forming the second silicon carbide single crystal layer 20.

第２炭化珪素単結晶層２０は、炭化珪素単結晶のエピタキシャル成長層として第１炭化珪素単結晶層１０の第１面１１に成膜させることができる。成膜の手順としては、例えば、第１面１１が成膜対象面となるように、第１炭化珪素単結晶層１０を後述する成膜装置１０００の反応炉内に固定し、減圧状態でＡｒ等の不活性ガスを流しながら反応炉内を反応温度まで昇温させる。反応温度に達したら、不活性ガスを止め、第２炭化珪素単結晶層２０を成膜する条件のガス流量で原料ガスおよびキャリアガスを流すことで、第１面１１に第２炭化珪素単結晶層２０を成膜することができる。 The second silicon carbide single crystal layer 20 can be formed on the first surface 11 of the first silicon carbide single crystal layer 10 as an epitaxial growth layer of the silicon carbide single crystal. As a procedure for film formation, for example, the first silicon carbide single crystal layer 10 is fixed in the reaction furnace of the film forming apparatus 1000 described later so that the first surface 11 becomes the film forming target surface, and Ar is in a reduced pressure state. The temperature inside the reaction furnace is raised to the reaction temperature while the inert gas such as the above is flowing. When the reaction temperature is reached, the inert gas is stopped, and the raw material gas and the carrier gas are flowed at a gas flow rate under the condition for forming the second silicon carbide single crystal layer 20, so that the second silicon carbide single crystal is formed on the first surface 11. The layer 20 can be formed.

より具体的には、加熱した第１炭化珪素単結晶層１０の第１面１１に、１２００～１７００℃の温度に加熱した、炭化珪素単結晶膜の成分を含む原料ガスやキャリアガス等の混合ガスを供給し、減圧または大気圧下において、第１面１１や気相での化学反応を所定時間行うことにより、第２炭化珪素単結晶層２０として炭化珪素単結晶のエピタキシャル膜を堆積する方法が挙げられる。 More specifically, the first surface 11 of the heated first silicon carbide single crystal layer 10 is mixed with a raw material gas, a carrier gas, or the like containing a component of the silicon carbide single crystal film heated to a temperature of 1200 to 1700 ° C. A method of depositing an epitaxial film of a silicon carbide single crystal as a second silicon carbide single crystal layer 20 by supplying a gas and performing a chemical reaction on the first surface 11 or a gas phase under reduced pressure or atmospheric pressure for a predetermined time. Can be mentioned.

（原料ガス）
原料ガスとしては、第２炭化珪素単結晶層２０を成膜させることができれば、特に限定されず、一般的に炭化珪素単結晶のエピタキシャル膜の成膜に使用されるＳｉ系原料ガス、Ｃ系原料ガスを用いることができる。 (Raw material gas)
The raw material gas is not particularly limited as long as the second silicon carbide single crystal layer 20 can be formed, and is a Si-based raw material gas or C-based gas generally used for forming an epitaxial film of silicon carbide single crystal. Raw material gas can be used.

Ｓｉ系原料ガスとしては、例えばシラン（ＳｉＨ_４）を用いることができるほか、モノクロロシラン（ＳｉＨ_３Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ_４）などのエッチング作用があるＣｌを含む塩素系Ｓｉ原料含有ガス(クロライド系原料)を用いることもできる。また、例えば上記のシランガスに対してＨＣｌを添加したガスを用いてもよい。 As the Si-based raw material gas, for example, silane (SiH ₄ ) can be used, monochlorosilane (SiH ₃ Cl), dichlorosilane (SiH ₂ Cl ₂ ), trichlorosilane (SiHCl ₃ ), tetrachlorosilane (SiCl ₄ ). It is also possible to use a chlorine-based Si raw material-containing gas (chloride-based raw material) containing Cl having an etching action such as. Further, for example, a gas obtained by adding HCl to the above-mentioned silane gas may be used.

また、Ｃ系原料ガスとしては、例えばメタン（ＣＨ_４）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）等の炭化水素を用いることができる。上記のほか、トリクロロメチルシラン（ＣＨ_３Ｃｌ_３Ｓｉ）、トリクロロフェニルシラン（Ｃ_６Ｈ_５Ｃｌ_３Ｓｉ）、ジクロロメチルシラン（ＣＨ_４Ｃｌ_２Ｓｉ）、ジクロロジメチルシラン（（ＣＨ_３）_２ＳｉＣｌ_２）、クロロトリメチルシラン（（ＣＨ_３）_３ＳｉＣｌ）等のＳｉとＣとを両方含むガスも、原料ガスとして用いることができる。 Further, as the C-based raw material gas, for example, hydrocarbons such as methane (CH ₄ ), propane (C ₃ H ₈ ), and acetylene (C ₂ H ₂ ) can be used. In addition to the above, trichloromethylsilane (CH ₃ Cl ₃ Si), trichlorophenylsilane (C ₆ H ₅ Cl ₃ Si), dichloromethylsilane (CH ₄ Cl ₂ Si), dichlorodimethylsilane ((CH ₃ ) ₂ SiCl ₂ ). ), Chlorotrimethylsilane ((CH ₃ ) ₃ SiCl) and other gases containing both Si and C can also be used as the raw material gas.

また、これらのガスと同時に、第３のガスとしてパージガスを供給しても良い。パージガスは、ＳｉやＣを含まないガスであり、Ｈ_２を含むエッチング作用があるガスのほか、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガス(希ガス)を用いることもできる。 Further, at the same time as these gases, a purge gas may be supplied as a third gas. The purge gas is a gas that does not contain Si or C, and in addition to a gas that contains H ₂ and has an etching action, an inert gas (noble gas) such as Ar gas or He gas can also be used.

（キャリアガス）
キャリアガスとしては、エピタキシャル膜の成膜を阻害することなく、原料ガスを基板へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、熱伝導率に優れ、炭化珪素に対してエッチング作用がある水素（Ｈ_２）を用いることができる。 (Carrier gas)
As the carrier gas, a commonly used carrier gas can be used as long as the raw material gas can be developed on the substrate without inhibiting the formation of the epitaxial film. For example, hydrogen (H ₂ ), which has excellent thermal conductivity and has an etching action on silicon carbide, can be used.

（ドーパントガス）
また、炭化珪素単結晶基板１００の導電型を制御するために、不純物ドーピングガスを原料ガスと同時に第１炭化珪素単結晶層１０へ供給することができる。例えば、導電型をｎ型とする場合には窒素ガス（Ｎ_２）、ｐ型とする場合にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用いることができる。 (Dopant gas)
Further, in order to control the conductive type of the silicon carbide single crystal substrate 100, the impurity doping gas can be supplied to the first silicon carbide single crystal layer 10 at the same time as the raw material gas. For example, nitrogen gas (N ₂ ) can be used when the conductive type is n-type, and TMA (trimethylaluminum) can be used when the conductive type is p-type.

また、ドーパントガスとしては、窒素ガス、やＴＭＡに限定されず、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、窒素、リン、バナジウムからなる群から選ばれる１つ以上を含むガスを用いることができる。 The dopant gas is not limited to nitrogen gas or TMA, and for example, a gas containing one or more selected from the group consisting of boron, aluminum, gallium, nitrogen, phosphorus, and vanadium can be used.

例えば、ドーパントガスとしては、ドーパントがホウ素の場合には三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）、ドーパントがガリウムの場合にはトリメチルガリウム(ＴＭＡＬ)、トリエチルガリウム(ＴＥＧａ)、ドーパントがリンの場合にはホスフィン（ＰＨ_３）、ドーパントがバナジウムの場合にはバナジウムテトラクロライド（ＶＣｌ_４）を用いることができる。ドーパントが窒素の場合には、ドーパントガスとして、窒素ガスの他にアンモニア（ＮＨ_３）を用いることができる。 For example, as the dopant gas, boron trichloride (BCl ₃ ) and diborane (B ₂ H ₆ ) when the dopant is boron, trimethyl gallium (TMAL) and triethyl gallium (TEGa) when the dopant is gallium, and the dopant. When is phosphorus, phosphin (PH ₃ ) can be used, and when the dopant is vanadium, vanadium tetrachloride (VCl ₄ ) can be used. When the dopant is nitrogen, ammonia (NH ₃ ) can be used as the dopant gas in addition to the nitrogen gas.

〈第２成膜工程〉
第２成膜工程は、第１面１１とは反対の面となる第１炭化珪素単結晶層１０の第２面１２に、化学的気相蒸着法によって第１炭化珪素単結晶層１０のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度の第３炭化珪素単結晶層３０を成膜する工程である。 <Second film formation process>
In the second film forming step, the dopant of the first silicon carbide single crystal layer 10 is formed on the second surface 12 of the first silicon carbide single crystal layer 10 which is the opposite surface to the first surface 11 by a chemical vapor deposition method. This is a step of forming a third silicon carbide single crystal layer 30 having a dopant concentration higher than the concentration.

第３炭化珪素単結晶層３０は、炭化珪素単結晶のエピタキシャル成長層として第１炭化珪素単結晶層１０の第２面１２に成膜させることができる。成膜の手順としては、例えば、第２面１２が成膜対象面となるように、第１炭化珪素単結晶層１０を後述する成膜装置１０００の反応炉内に固定し、減圧状態でＡｒ等の不活性ガスを流しながら反応炉内を反応温度まで昇温させる。反応温度に達したら、不活性ガスを止め、第３炭化珪素単結晶層３０を成膜する条件のガス流量で原料ガスおよびキャリアガスを流すことで、第２面１２に第３炭化珪素単結晶層３０を成膜することができる。 The third silicon carbide single crystal layer 30 can be formed on the second surface 12 of the first silicon carbide single crystal layer 10 as an epitaxial growth layer of the silicon carbide single crystal. As a procedure for film formation, for example, the first silicon carbide single crystal layer 10 is fixed in the reaction furnace of the film forming apparatus 1000 described later so that the second surface 12 becomes the film forming target surface, and Ar is in a reduced pressure state. The temperature inside the reaction furnace is raised to the reaction temperature while the inert gas such as the above is flowing. When the reaction temperature is reached, the inert gas is stopped, and the raw material gas and the carrier gas are flowed at a gas flow rate under the condition for forming the third silicon carbide single crystal layer 30, so that the third silicon carbide single crystal is formed on the second surface 12. The layer 30 can be formed.

より具体的には、加熱した第１炭化珪素単結晶層１０の第２面１２に、１２００～１７００℃の温度に加熱した、炭化珪素単結晶膜の成分を含む原料ガスやキャリアガス等の混合ガスを供給し、減圧または大気圧下において、第２面１２や気相での化学反応を所定時間行うことにより、第３炭化珪素単結晶層３０として炭化珪素単結晶のエピタキシャル膜を堆積する方法が挙げられる。 More specifically, the second surface 12 of the heated first silicon carbide single crystal layer 10 is mixed with a raw material gas, a carrier gas, or the like containing a component of the silicon carbide single crystal film heated to a temperature of 1200 to 1700 ° C. A method of depositing an epitaxial film of a silicon carbide single crystal as a third silicon carbide single crystal layer 30 by supplying a gas and performing a chemical reaction on the second surface 12 or a gas phase under reduced pressure or atmospheric pressure for a predetermined time. Can be mentioned.

第２成膜工程で使用することのできる原料ガス、パージガス、キャリアガス、ドーパントガスとしては、第１成膜工程で説明したガスと同様のガスを使用することができ、第２成膜工程では第２炭化珪素単結晶層２０と第３炭化珪素単結晶層３０とのドーパント濃度が変わるように、ドーパントガスの供給量を制御して供給することができる。 As the raw material gas, purge gas, carrier gas, and dopant gas that can be used in the second film forming step, the same gas as the gas described in the first forming step can be used, and in the second forming step, the same gas can be used. The supply amount of the dopant gas can be controlled and supplied so that the dopant concentrations of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 change.

なお、第１成膜工程と第２成膜工程は、どちらの工程を先に行ってもよい。また、第１成膜工程と第２成膜工程を同じ成膜装置を用いて連続して行ってもよく、別々の成膜装置を用いて行ってもよい。また、第２炭化珪素単結晶層２０は後工程では加工対象とならないことから、第１成膜工程については、炭化珪素以外の構成元素の膜を成膜することも考えられるが、炭化珪素とは異なる元素が含まれると、後工程でコンタミネーションの原因となる可能性があるため好ましくない。 Either of the first film forming step and the second film forming step may be performed first. Further, the first film forming step and the second film forming step may be continuously performed using the same film forming apparatus, or may be performed using different film forming devices. Further, since the second silicon carbide single crystal layer 20 is not a processing target in the subsequent process, it is conceivable to form a film of a constituent element other than silicon carbide in the first film forming step. Is not preferable because if different elements are contained, it may cause contamination in a later process.

例えば、第１成膜工程と第２成膜工程は、連続した工程とする場合には、第１成膜工程後、第１炭化珪素単結晶層を第２面１２が成膜対象面となるように反転させて、第１成膜工程と同じ成膜装置を用いて、ドーピングガスの流量等の条件を変更し、第２成膜工程を実施することができる。 For example, when the first film forming step and the second film forming step are continuous steps, the second surface 12 of the first silicon carbide single crystal layer becomes the film forming target surface after the first film forming step. The second film forming step can be carried out by changing the conditions such as the flow rate of the doping gas by using the same film forming apparatus as the first film forming step.

炭化珪素単結晶基板１００において、第２炭化珪素単結晶層２０のドーパント濃度が第１炭化珪素単結晶層１０のドーパント濃度よりも低くなるように第１成膜工程を行う。また、第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント濃度が第１炭化珪素単結晶層１０のドーパント濃度よりも高くなるように第２成膜工程を行う。 In the silicon carbide single crystal substrate 100, the first film forming step is performed so that the dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 is lower than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer 10. Further, the second film forming step is performed so that the dopant concentration of the third silicon carbide single crystal layer 30 is higher than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer 10.

すなわち、第１炭化珪素単結晶層１０と第２炭化珪素単結晶層２０からなる２層構造や、第１炭化珪素単結晶層１０と第３炭化珪素単結晶層３０からなる２層構造の場合には、第１炭化珪素単結晶層１０のみの単層の場合と比べて反りが大きくなる。そのため、第１成膜工程により第１炭化珪素単結晶層１０へ第２炭化珪素単結晶層２０を積層させると、反りが発生する（図２（ａ）、（ｂ））。 That is, in the case of a two-layer structure composed of the first silicon carbide single crystal layer 10 and the second silicon carbide single crystal layer 20, or a two-layer structure composed of the first silicon carbide single crystal layer 10 and the third silicon carbide single crystal layer 30. The warp is larger than that of the single layer having only the first silicon carbide single crystal layer 10. Therefore, when the second silicon carbide single crystal layer 20 is laminated on the first silicon carbide single crystal layer 10 by the first film forming step, warpage occurs (FIGS. 2A and 2B).

ただし、さらに第２成膜工程を行って、第１炭化珪素単結晶層１０の両面に第２炭化珪素単結晶層２０と第３炭化珪素単結晶層３０を積層することで、第２炭化珪素単結晶層２０と第３炭化珪素単結晶層３０が有する内部応力をお互いに打ち消し合う結果、３層構造の炭化珪素単結晶基板１００として反りの少ない基板となる（図２（ｃ））。 However, by further performing a second film forming step and laminating the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 on both surfaces of the first silicon carbide single crystal layer 10, the second silicon carbide is formed. As a result of canceling the internal stresses of the single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 with each other, the silicon carbide single crystal substrate 100 having a three-layer structure becomes a substrate with little warpage (FIG. 2 (c)).

また、第１成膜工程は、厚さが５μｍ～３５μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１５ｃｍ^－３～７×１０^１５ｃｍ^－３である第２炭化珪素単結晶層２０を成膜する工程であってもよく、第２成膜工程は、厚さが４０μｍ～１５０μｍであり、ドーパント濃度が８×１０^１８ｃｍ^－３～１０×１０^１８ｃｍ^－３である第３炭化珪素単結晶層３０を成膜する工程であってもよい。第１成膜工程および第２成膜工程において、ドーパントガスの流量や成膜時間を制御することにより、第２炭化珪素単結晶層２０および第３炭化珪素単結晶層３０の厚さおよびドーパント濃度を上記の範囲内とすることで、反りの無いまたは反りの少ない炭化珪素単結晶基板１００を確実に得ることができる。 Further, in the first film forming step, the second silicon carbide single crystal layer 20 having a thickness of 5 μm to 35 μm and a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁵ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁵ cm ^-3 is formed. The second film forming step may be a step, and the second film forming step is a third silicon carbide single crystal layer having a thickness of 40 μm to 150 μm and a dopant concentration of 8 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 10 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . It may be a step of forming a film of 30. By controlling the flow rate of the dopant gas and the deposition time in the first film forming step and the second forming step, the thickness and the dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 are controlled. By setting the above range to the above range, it is possible to surely obtain the silicon carbide single crystal substrate 100 having no warp or less warp.

第１成膜工程と第２成膜工程では、ドーパントガスとして同じドーパント種のガスを使用することができる。例えば、異なるドーパント種のガスを使用すると、反りの低減は可能であるが、異種元素が混じった場合、後工程で、コンタミネーションの原因となる可能性がある。また、第１成膜工程と第２成膜工程における反りの挙動が異なる可能性がある。そのため、安定した製造管理の観点から、反りの挙動を予測しやすい、同じドーパント種のガスを用いることができる。 In the first film forming step and the second forming step, a gas of the same dopant type can be used as the dopant gas. For example, it is possible to reduce warpage by using gases of different dopant types, but if different elements are mixed, it may cause contamination in a subsequent process. In addition, the warp behavior in the first film forming step and the second film forming step may be different. Therefore, from the viewpoint of stable manufacturing control, it is possible to use a gas of the same dopant type, which makes it easy to predict the behavior of warpage.

なお、第１成膜工程と第２成膜工程で異なるドーパント種のガスを使用する場合には、両者のドーパントが、置換する原子が同じであることが好ましい。すなわち、珪素（Ｓｉ）または炭素（Ｃ）のどちらか同じ原子と置き換わるドーパントであれば、反りの挙動を予測できるため、反りの制御が容易となる。例えば、第１成膜工程ではＳｉと置き換わるドーパントガスを使用し、第２成膜工程ではＣと置き換わるドーパントガスを用いると、反りの挙動が異なることで反りの制御が困難となるおそれがある。 When different dopant types are used in the first film forming step and the second forming step, it is preferable that the dopants in both of them have the same atom to be substituted. That is, if it is a dopant that replaces the same atom of either silicon (Si) or carbon (C), the behavior of the warp can be predicted, so that the warp can be easily controlled. For example, if a dopant gas that replaces Si is used in the first film forming step and a dopant gas that replaces C is used in the second film forming step, the warp behavior may be different and it may be difficult to control the warp.

特に、ｎ型の導電型の制御をする場合、前記第１炭化珪素単結晶層のドーパントを窒素とし、第１成膜工程と第２成膜工程では、ドーパントガスとして窒素ガスを使用することができる。 In particular, when controlling the n-type conductive type, the dopant of the first silicon carbide single crystal layer may be nitrogen, and nitrogen gas may be used as the dopant gas in the first film forming step and the second film forming step. can.

（他の工程）
本発明の炭化珪素単結晶基板の製造方法は、上記の第１成膜工程および第２成膜工程に加え、更なる工程を含んでもよい。例えば、第１炭化珪素単結晶層１０を成膜装置に設置する工程や、炭化珪素単結晶基板１００を成膜装置から取り出す工程等が挙げられる。 (Other processes)
The method for producing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention may include a further step in addition to the above-mentioned first film forming step and second film forming step. For example, a step of installing the first silicon carbide single crystal layer 10 in the film forming apparatus, a step of taking out the silicon carbide single crystal substrate 100 from the film forming apparatus, and the like can be mentioned.

また、第１成膜工程および第２成膜工程では、第１炭化珪素単結晶層１０の第１面１１および第２面１２のみならず、第１炭化珪素単結晶層１０の側面に沿って、炭化珪素膜が成膜することがある。よって、これらの成膜工程後に、炭化珪素単結晶基板１００の直径寸法を調整するべく、外周部分を研削加工や研磨加工する加工工程を行ってもよい。また、炭化珪素単結晶基板１００の反りを更に緩和したり、所望の厚さにしたりするために、必要に応じて、炭化珪素単結晶基板１００の表面と裏面を研削加工や研磨加工する加工工程を行ってもよい。 Further, in the first film forming step and the second film forming step, not only the first surface 11 and the second surface 12 of the first silicon carbide single crystal layer 10 but also along the side surface of the first silicon carbide single crystal layer 10. , Silicon carbide film may be formed. Therefore, after these film forming steps, a processing step of grinding or polishing the outer peripheral portion may be performed in order to adjust the diameter dimension of the silicon carbide single crystal substrate 100. Further, in order to further alleviate the warp of the silicon carbide single crystal substrate 100 and to make it a desired thickness, a processing step of grinding or polishing the front surface and the back surface of the silicon carbide single crystal substrate 100 as necessary. May be done.

［成膜装置の一例］
次に、本発明の炭化珪素単結晶基板の製造方法における第１成膜工程および第２成膜工程を実施することのできる成膜装置の一例として、成膜装置１０００について説明する。 [Example of film forming apparatus]
Next, the film forming apparatus 1000 will be described as an example of the film forming apparatus capable of carrying out the first film forming step and the second film forming step in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate of the present invention.

図３は、本発明の一実施形態にかかる炭化珪素単結晶基板の製造方法において、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により炭化珪素多結晶膜を成膜する成膜装置の一例を模式的に示す、側面断面図である。なお、以下の説明は成膜手順の一例であり、成膜装置の構成や、温度、圧力、ガス雰囲気等の各条件や、手順等を適宜変更してもよい。 FIG. 3 schematically shows an example of a film forming apparatus for forming a silicon carbide polycrystalline film by a chemical vapor deposition method (CVD method) in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate according to an embodiment of the present invention. It is a side sectional view shown in. The following description is an example of the film forming procedure, and the configuration of the film forming apparatus, each condition such as temperature, pressure, and gas atmosphere, the procedure, and the like may be appropriately changed.

成膜装置１０００は、化学的気相成長法により、第１炭化珪素単結晶層１０に第２炭化珪素単結晶層２０および第３炭化珪素単結晶層３０を成膜させることができる。図３に示すように、成膜装置１０００は、成膜装置１０００の外装となる筐体１０１０と、第１炭化珪素単結晶層１０に第２炭化珪素単結晶層２０および第３炭化珪素単結晶層３０を成膜させる成膜室１０２０と、成膜室１０２０より排出された原料ガスやキャリアガスを後述のガス排出口１０４０へ導入する排出ガス導入室１０５０と、排出ガス導入室１０５０を覆うボックス１０６０と、ボックス１０６０の外部より成膜室１０２０内を加温する、カーボン製のヒーター１０７０と、成膜室１０２０の上部に設けられ、成膜室１０２０に原料ガスやキャリアガスを導入するガス導入口１０３０と、原料ガス等を成膜装置外に排出するガス排出口１０４０と、サセプタ１０９０を回転可能に支持する支柱１０８０と、第１炭化珪素単結晶層１０を載置するサセプタ１０９０を有する。 The film forming apparatus 1000 can form the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 on the first silicon carbide single crystal layer 10 by a chemical vapor deposition method. As shown in FIG. 3, the film forming apparatus 1000 includes a housing 1010 that is an exterior of the film forming apparatus 1000, a first silicon carbide single crystal layer 10, a second silicon carbide single crystal layer 20, and a third silicon carbide single crystal. A box covering the film forming chamber 1020 for forming the layer 30, the exhaust gas introducing chamber 1050 for introducing the raw material gas and the carrier gas discharged from the film forming chamber 1020 into the gas discharge port 1040 described later, and the exhaust gas introducing chamber 1050. A carbon heater 1070 that heats the inside of the film forming chamber 1020 from the outside of the 1060 and the box 1060, and a gas introduction that is provided above the film forming chamber 1020 and introduces a raw material gas or a carrier gas into the film forming chamber 1020. It has a port 1030, a gas discharge port 1040 for discharging raw material gas and the like to the outside of the film forming apparatus, a support column 1080 for rotatably supporting the susceptor 1090, and a susceptor 1090 on which the first silicon carbide single crystal layer 10 is placed.

支柱１０８０は、サセプタ１０９０を保持する不図示の保持機構と、成膜のときにサセプタ１０９０を回転させる不図示の回転機構と、を有する。また、サセプタ１０９０は、平板上に形成された、第１炭化珪素単結晶層１０の載置部１０９１と、載置部１０９１の外周縁から立設した壁部１０９２と、を有する。サセプタ１０９０が壁部１０９２を有することにより、サセプタ１０９０が回転したときに第１炭化珪素単結晶層１０が遠心力により外部へ飛び出ようとしても、抑制することができる。 The support column 1080 has a holding mechanism (not shown) for holding the susceptor 1090, and a rotation mechanism (not shown) for rotating the susceptor 1090 at the time of film formation. Further, the susceptor 1090 has a mounting portion 1091 of the first silicon carbide single crystal layer 10 formed on a flat plate, and a wall portion 1092 erected from the outer peripheral edge of the mounting portion 1091. Since the susceptor 1090 has the wall portion 1092, even if the first silicon carbide single crystal layer 10 tries to jump out due to centrifugal force when the susceptor 1090 rotates, it can be suppressed.

まず、第１炭化珪素単結晶層１０を、サセプタ１０９０の載置部１０９１に載置する（図３）。次に、減圧状態にして、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で、成膜の反応温度まで、ヒーター１０７０により第１炭化珪素単結晶層１０を加熱する。あらかじめ設定した成膜の反応温度（１０００℃～１８００℃程度）まで達したら、不活性ガスの供給を止めて、成膜室１０２０内を数ｋＰａ～数百ｋＰａ程度として、成膜室１０２０内に第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０の成分を含む原料ガスやキャリアガス等の混合ガスを供給する。このとき、サセプタ１０９０を図３の矢印Ａ方向に回転させながら、第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０を成膜させる。 First, the first silicon carbide single crystal layer 10 is placed on the mounting portion 1091 of the susceptor 1090 (FIG. 3). Next, the first silicon carbide single crystal layer 10 is heated by the heater 1070 to the reaction temperature of the film formation under an inert gas atmosphere such as Ar under reduced pressure. When the reaction temperature for film formation (about 1000 ° C to 1800 ° C) reached in advance is reached, the supply of the inert gas is stopped, the inside of the film forming chamber 1020 is set to about several kPa to several hundred kPa, and the inside of the film forming chamber 1020 is set. A mixed gas such as a raw material gas or a carrier gas containing the components of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 is supplied. At this time, the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 are formed while rotating the susceptor 1090 in the direction of the arrow A in FIG.

なお、第１炭化珪素単結晶層１０の回転数は、４インチφサイズや６インチφサイズの第１炭化珪素単結晶層１０を用いる場合、０ｒｐｍ～１０００ｒｐｍ程度とすることができる。 The rotation speed of the first silicon carbide single crystal layer 10 can be about 0 rpm to 1000 rpm when the first silicon carbide single crystal layer 10 having a size of 4 inches φ or a size of 6 inches φ is used.

また、成膜工程において成膜される第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント濃度を調節するために、成膜室１０２０内の圧力は、数ｋＰａ～数百ｋＰａ程度とすることができ、また、成膜室１０２０内の温度は、１０００℃～１８００℃とすることができる。 Further, in order to adjust the dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 formed in the film forming step, the pressure in the film forming chamber 1020 is several kPa to several hundreds. It can be about kPa, and the temperature in the film forming chamber 1020 can be 1000 ° C to 1800 ° C.

また、成膜工程において、さらに、混合ガスの供給量、成膜室１０２０内の圧力、成膜温度のうちの少なくとも一つを調整することにより、第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント濃度を調整してもよい。 Further, in the film forming step, the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third carbide are further adjusted by adjusting at least one of the supply amount of the mixed gas, the pressure in the film forming chamber 1020, and the film forming temperature. The dopant concentration of the silicon single crystal layer 30 may be adjusted.

また、炭化珪素単結晶基板１００の製造方法においては、第１炭化珪素単結晶層１０を回転させながら第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０の成膜を行ってもよい。また、第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント濃度を調整するために、第１炭化珪素単結晶層１０の回転数を調整してもよい。 Further, in the method for manufacturing the silicon carbide single crystal substrate 100, the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 may be formed while rotating the first silicon carbide single crystal layer 10. good. Further, in order to adjust the dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30, the rotation speed of the first silicon carbide single crystal layer 10 may be adjusted.

ここで、ドーパント濃度を制御するためのパラメータである、混合ガスの供給比率について、ドーパントを供給するためのドーパントガスの比率が高くなるほど、成膜した第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０におけるドーパント含有量が高くなる傾向にある。また、混合ガスの供給量、成膜室１０２０内の圧力、成膜温度、第１炭化珪素単結晶層１０の回転数は、第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０の成膜速度に影響する。 Here, regarding the supply ratio of the mixed gas, which is a parameter for controlling the dopant concentration, the higher the ratio of the dopant gas for supplying the dopant, the more the formed second silicon carbide single crystal layer 20 and the third carbonized. The dopant content in the silicon single crystal layer 30 tends to be high. Further, the supply amount of the mixed gas, the pressure in the film forming chamber 1020, the film forming temperature, and the number of rotations of the first silicon carbide single crystal layer 10 are the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30. Affects the film formation rate.

なお、前述した成膜装置１０００においては、図３に示すように、成膜装置１０００にサセプタ１０９０を１つ設けたものについて例示したが、成膜装置１０００にサセプタを複数設けてもよい。サセプタを複数設ける場合、例えば、図４に示すように、複数個のサセプタ１０９０を設置（図４では４つ）できるステージ１１００を用いてもよい。 In the above-mentioned film forming apparatus 1000, as shown in FIG. 3, the film forming apparatus 1000 provided with one susceptor 1090 is illustrated, but the film forming apparatus 1000 may be provided with a plurality of susceptors. When a plurality of susceptors are provided, for example, as shown in FIG. 4, a stage 1100 capable of installing a plurality of susceptors 1090 (four in FIG. 4) may be used.

図４に示すステージ１１００は、４つのサセプタ設置部１１１０と、サセプタ設置部１１１０に設置したサセプタ１０９０を矢印Ｄ方向に回転させる不図示のサセプタ回転機構と、を有する。サセプタ１０９０には、第１炭化珪素単結晶層１０を載置する。また、ステージ１１００は、成膜装置１０００の支柱１０８０により支持されて、ステージ１１００が矢印Ｅ方向に回転するように構成されている。 The stage 1100 shown in FIG. 4 has four susceptor installation units 1110 and a susceptor rotation mechanism (not shown) that rotates the susceptor 1090 installed in the susceptor installation unit 1110 in the direction of arrow D. The first silicon carbide single crystal layer 10 is placed on the susceptor 1090. Further, the stage 1100 is supported by the support column 1080 of the film forming apparatus 1000, and the stage 1100 is configured to rotate in the direction of the arrow E.

すなわち、サセプタ１０９０とステージ１１００は逆の方向に回転して自転公転することにより、炭化珪素膜の膜厚がより均一になる。また、ステージ１１００に複数のサセプタ１０９０を設置できることにより、一度に複数の炭化珪素単結晶基板１００を得ることができる。なお、図４の矢印Ｄ、矢印Ｅで示したサセプタ１０９０とステージ１１００の回転の方向や、サセプタ１０９０とステージ１１００の回転数は適宜設定することができる。 That is, the susceptor 1090 and the stage 1100 rotate in opposite directions and rotate and revolve, so that the film thickness of the silicon carbide film becomes more uniform. Further, since a plurality of susceptors 1090 can be installed on the stage 1100, a plurality of silicon carbide single crystal substrates 100 can be obtained at one time. The direction of rotation of the susceptor 1090 and the stage 1100 indicated by the arrows D and E in FIG. 4 and the rotation speed of the susceptor 1090 and the stage 1100 can be appropriately set.

また、前述した実施形態においては、サセプタ１０９０を回転させて第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０を成長させる方法について例示したが、第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０の成長時にサセプタ１０９０を回転させてもよいし、回転させなくてもよい。サセプタ１０９０を回転させることにより、第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０の膜厚の均一性、ドーパント濃度の均一性の観点から、第２炭化珪素単結晶層２０や第３炭化珪素単結晶層３０の成長時にサセプタ１０９０を回転させることが好ましい。 Further, in the above-described embodiment, the method of rotating the susceptor 1090 to grow the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 has been exemplified, but the second silicon carbide single crystal layer 20 and the like have been exemplified. The susceptor 1090 may or may not be rotated during the growth of the third silicon carbide single crystal layer 30. By rotating the susceptor 1090, the second silicon carbide single crystal layer 20 and the second silicon carbide single crystal layer 20 can be used from the viewpoint of the uniformity of the film thickness and the uniformity of the dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30. It is preferable to rotate the susceptor 1090 during the growth of the third silicon carbide single crystal layer 30.

以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be specifically described with reference to comparative examples. The present invention is not limited to these examples.

［実施例１］
（第１炭化珪素単結晶層１０）
第１炭化珪素単結晶層１０としては、、昇華法で作製した６インチφサイズ、３５０μｍ厚の、ドーパントである窒素の濃度が６×１０^１８ｃｍ^－３のｎ型の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶基板を用いた。 [Example 1]
(1st Silicon Carbide Single Crystal Layer 10)
The first silicon carbide single crystal layer 10 is a 6 inch φ size, 350 μm thick, n-type 4H-SiC single crystal substrate having a concentration of nitrogen as a dopant of 6 × 10 ¹⁸ cm ^-3 produced by a sublimation method. Was used.

〈第１成膜工程〉
第２炭化珪素単結晶層２０の成膜は、成膜装置１０００を使用し、第１炭化珪素単結晶層１０を第１面１１が成膜対象面となるようにサセプタ１０９０に設置してから、成膜室１０２０内を排気ポンプにより真空引きを行った後、第１炭化珪素単結晶層１０を１６５０℃まで加熱した。 <First film formation process>
For the film formation of the second silicon carbide single crystal layer 20, the film forming apparatus 1000 is used, and the first silicon carbide single crystal layer 10 is installed on the susceptor 1090 so that the first surface 11 is the surface to be deposited. After vacuuming the inside of the film forming chamber 1020 with an exhaust pump, the first silicon carbide single crystal layer 10 was heated to 1650 ° C.

１６５０℃まで昇温後、第１面１１に対して第２炭化珪素単結晶層２０を成膜した。混合ガスの供給比率は、原料ガスとしてＳｉＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、パージガスとしてＨ_２、ＨＣｌ、不純物ドーピングガスとしてＮ_２ガスをＳｉＨ_４：Ｃ_３Ｈ_８：Ｈ_２：ＨＣｌ：Ｎ_２＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．００１の比率とした。混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍ、１２分間供給し、基板を６００ｒｐｍで回転させながら、エピタキシャル膜を成長した。第１成膜工程における成膜室１０２０内の圧力は２５ｋＰａであった。以上により、第２炭化珪素単結晶層２０を形成した。 After raising the temperature to 1650 ° C., a second silicon carbide single crystal layer 20 was formed on the first surface 11. The supply ratio of the mixed gas is SiH ₄ , C ₃ H ₈ as the raw material gas, H ₂ , HCl as the purge gas, and N ₂ gas as the impurity doping gas SiH ₄ : C ₃ H ₈ : H ₂ : HCl: N ₂ = 0. The ratio was .23: 0.11: 97.36: 2.10: 0.001. The amount of the mixed gas supplied was 180 slm in total for 12 minutes, and the epitaxial film was grown while rotating the substrate at 600 rpm. The pressure in the film forming chamber 1020 in the first film forming step was 25 kPa. As a result, the second silicon carbide single crystal layer 20 was formed.

〈第２成膜工程〉
第１成膜工程を行った後、第２炭化珪素単結晶層２０を成膜後の第１炭化珪素単結晶層１０を反転させて第２面１２が成膜対象面となるようにサセプタ１０９０へ設置し、成膜室１０２０内を排気ポンプにより真空引きを行った後、第１炭化珪素単結晶層１０を１６５０℃まで加熱した。 <Second film formation process>
After performing the first film forming step, the second silicon carbide single crystal layer 20 is inverted with the first silicon carbide single crystal layer 10 after film formation so that the second surface 12 becomes the film forming target surface. After vacuuming the inside of the film forming chamber 1020 with an exhaust pump, the first silicon carbide single crystal layer 10 was heated to 1650 ° C.

１６５０℃まで昇温後、第２面１２に対して第３炭化珪素単結晶層３０を成膜した。混合ガスの供給比率は、原料ガスとしてＳｉＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、パージガスとしてＨ_２、ＨＣｌ、不純物ドーピングガスとしてＮ_２ガスをＳｉＨ_４：Ｃ_３Ｈ_８：Ｈ_２：ＨＣｌ：Ｎ_２＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２の比率とした。混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍを、６０分間供給して、基板を６００ｒｐｍで回転させながら、エピタキシャル膜を成長した。第２成膜工程における成膜室１０２０内の圧力は２５ｋＰａであった。以上により、第３炭化珪素単結晶層３０を形成し、炭化珪素単結晶基板１００を得た。 After raising the temperature to 1650 ° C., a third silicon carbide single crystal layer 30 was formed on the second surface 12. The supply ratio of the mixed gas is SiH ₄ , C ₃ H ₈ as the raw material gas, H ₂ , HCl as the purge gas, and N ₂ gas as the impurity doping gas SiH ₄ : C ₃ H ₈ : H ₂ : HCl: N ₂ = 0. The ratio was .23: 0.11: 97.36: 2.10: 1.02. A total of 180 slm of the mixed gas was supplied for 60 minutes, and the epitaxial film was grown while rotating the substrate at 600 rpm. The pressure in the film forming chamber 1020 in the second film forming step was 25 kPa. As a result, the third silicon carbide single crystal layer 30 was formed, and the silicon carbide single crystal substrate 100 was obtained.

（ドーパント濃度の測定）
二次イオン質量分析装置（以下、Ｄ－ＳＩＭＳと称す）により炭化珪素単結晶基板１００中の窒素濃度を測定した結果、第２炭化珪素単結晶層２０は６×１０^１５ｃｍ^－３、第３炭化珪素単結晶層３０は９×１０^１８ｃｍ^－３であった。 (Measurement of dopant concentration)
As a result of measuring the nitrogen concentration in the silicon carbide single crystal substrate 100 with a secondary ion mass analyzer (hereinafter referred to as D-SIMS), the second silicon carbide single crystal layer 20 was 6 × 10 ¹⁵ cm ^-3 , 3rd. The silicon carbide single crystal layer 30 was 9 × 10 ¹⁸ cm ^-3 .

（膜厚の測定）
第２炭化珪素単結晶層２０および第３炭化珪素単結晶層３０の膜厚を、第１成膜工程後および第２成膜工程後に測定した。膜厚の測定は５点とし、測定対象面の中心、円周端部、および中心と円周端部との間にあり、中心からの距離と円周端部からの距離が同じ地点について、斜入射型光学測定器により膜厚の測定を行った。なお、第２炭化珪素単結晶層２０の膜厚は、測定した膜厚から第１炭化珪素単結晶層１０の厚さを差し引いた数値とした。また、第３炭化珪素単結晶層３０の膜厚は、測定した膜厚から第１炭化珪素単結晶層１０の厚さおよび第２炭化珪素単結晶層２０の平均膜厚の合計を差し引いた数値とした。炭化珪素単結晶基板１００の第２炭化珪素単結晶層２０の平均膜厚は１０μｍ、第３炭化珪素単結晶層３０の平均膜厚は５０μｍであり、膜厚の面内ばらつきはいずれも３％以下であり、均質かつ低欠陥、高品質で、半導体材料として問題のない炭化ケイ素エピタキシャル膜を得ることができた。 (Measurement of film thickness)
The film thicknesses of the second silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 were measured after the first film forming step and after the second film forming step. The film thickness is measured at 5 points, and for points that are located at the center of the measurement target surface, the circumferential end, and between the center and the circumferential end, and the distance from the center and the distance from the circumferential end are the same. The film thickness was measured with an obliquely incident optical measuring instrument. The film thickness of the second silicon carbide single crystal layer 20 was set to a value obtained by subtracting the thickness of the first silicon carbide single crystal layer 10 from the measured film thickness. The thickness of the third silicon carbide single crystal layer 30 is a value obtained by subtracting the sum of the thickness of the first silicon carbide single crystal layer 10 and the average thickness of the second silicon carbide single crystal layer 20 from the measured thickness. And said. The average film thickness of the second silicon carbide single crystal layer 20 of the silicon carbide single crystal substrate 100 is 10 μm, the average film thickness of the third silicon carbide single crystal layer 30 is 50 μm, and the in-plane variation of the film thickness is 3%. As described below, it was possible to obtain a silicon carbide epitaxial film that is homogeneous, has low defects, has high quality, and has no problem as a semiconductor material.

（炭化珪素単結晶基板１００の反りの測定）
得られた炭化珪素単結晶基板１００の反りを、平坦度測定器を用いて、第２炭化珪素単結晶層２０の表面２１を測定対象面とし、測定対象面の所定部分の測定値を基準値としてその基準値からのズレの最大値と最小値の差を測定して得た。その結果、反りは５０μｍであり、貼り合わせ時に問題のない反りのレベルであった。 (Measurement of Warpage of Silicon Carbide Single Crystal Substrate 100)
The warp of the obtained silicon carbide single crystal substrate 100 is measured using a flatness measuring device with the surface 21 of the second silicon carbide single crystal layer 20 as the measurement target surface, and the measured value of a predetermined portion of the measurement target surface is used as a reference value. It was obtained by measuring the difference between the maximum value and the minimum value of the deviation from the reference value. As a result, the warp was 50 μm, which was a level of warp without any problem at the time of bonding.

［実施例２］
第１成膜工程において、混合ガスの供給比率は、原料ガスとしてＳｉＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、パージガスとしてＨ_２、ＨＣｌ、不純物ドーピングガスとしてＮ_２ガスをＳｉＨ_４：Ｃ_３Ｈ_８：Ｈ_２：ＨＣｌ：Ｎ_２＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．００１の比率とした。混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍとし、３６分間供給した。その他の条件は、実施例１と同様とし、炭化珪素単結晶基板１００を製造した。 [Example 2]
In the first film forming step, the supply ratio of the mixed gas is SiH ₄ , C ₃ H ₈ as the raw material gas, H ₂ , HCl as the purge gas, and N ₂ gas as the impurity doping gas SiH ₄ : C ₃ H ₈ : H ₂ . : HCl: N ₂ = 0.23: 0.11: 97.36: 2.10: 0.001. The total amount of the mixed gas supplied was 180 slm, and the mixed gas was supplied for 36 minutes. Other conditions were the same as in Example 1, and the silicon carbide single crystal substrate 100 was manufactured.

ドーパント濃度の測定、膜厚の測定および反りの測定は、実施例１と同手順により行った。第２炭化珪素単結晶層２０のドーパント濃度は６×１０^１５ｃｍ^－３、第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント濃度は９×１０^１８ｃｍ^－３であった。また、第２炭化珪素単結晶層２０の平均膜厚は３０μｍであり、第３炭化珪素単結晶層３０の平均膜厚は５０μｍであり、膜厚の面内ばらつきはいずれも３％以下であり、均質かつ低欠陥、高品質で、半導体材料として問題のない炭化ケイ素エピタキシャル膜を得ることができた。そして、得られた炭化珪素単結晶基板１００の反りは３０μｍであり、貼り合わせ時に問題のない反りのレベルであった。 The dopant concentration, film thickness and warpage were measured by the same procedure as in Example 1. The dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 was 6 × 10 ¹⁵ cm ^-3 , and the dopant concentration of the third silicon carbide single crystal layer 30 was 9 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . The average film thickness of the second silicon carbide single crystal layer 20 is 30 μm, the average film thickness of the third silicon carbide single crystal layer 30 is 50 μm, and the in-plane variation of the film thickness is 3% or less. It was possible to obtain a silicon carbide epitaxial film that is homogeneous, has low defects, and has high quality and has no problem as a semiconductor material. The warpage of the obtained silicon carbide single crystal substrate 100 was 30 μm, which was a level of warpage without any problem at the time of bonding.

［実施例３］
第１成膜工程において、混合ガスの供給比率は、原料ガスとしてＳｉＨ_４、Ｃ_３Ｈ_８、パージガスとしてＨ_２、ＨＣｌ、不純物ドーピングガスとしてＮ_２ガスをＳｉＨ_４：Ｃ_３Ｈ_８：Ｈ_２：ＨＣｌ：Ｎ_２＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２の比率とした。混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍとし、１２０分間供給した。その他の条件は、実施例１と同様とし、炭化珪素単結晶基板１００を製造した。 [Example 3]
In the first film forming step, the supply ratio of the mixed gas is SiH ₄ , C ₃ H ₈ as the raw material gas, H ₂ , HCl as the purge gas, and N ₂ gas as the impurity doping gas SiH ₄ : C ₃ H ₈ : H ₂ . : HCl: N ₂ = 0.23: 0.11: 97.36: 2.10: 1.02. The total amount of the mixed gas supplied was 180 slm, and the mixed gas was supplied for 120 minutes. Other conditions were the same as in Example 1, and the silicon carbide single crystal substrate 100 was manufactured.

ドーパント濃度の測定、膜厚の測定および反りの測定は、実施例１と同手順により行った。第２炭化珪素単結晶層２０のドーパント濃度は６×１０^１５ｃｍ^－３、第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント濃度は９×１０^１８ｃｍ^－３であった。また、第２炭化珪素単結晶層２０の平均膜厚は１０μｍであり、第３炭化珪素単結晶層３０の平均膜厚は１００μｍであり、膜厚の面内ばらつきはいずれも３％以下であり、均質かつ低欠陥、高品質で、半導体材料として問題のない炭化ケイ素エピタキシャル膜を得ることができた。そして、得られた炭化珪素単結晶基板１００の反りは８０μｍであり、貼り合わせ時に問題のない反りのレベルであった。 The dopant concentration, film thickness and warpage were measured by the same procedure as in Example 1. The dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer 20 was 6 × 10 ¹⁵ cm ^-3 , and the dopant concentration of the third silicon carbide single crystal layer 30 was 9 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . Further, the average film thickness of the second silicon carbide single crystal layer 20 is 10 μm, the average film thickness of the third silicon carbide single crystal layer 30 is 100 μm, and the in-plane variation of the film thickness is 3% or less. It was possible to obtain a silicon carbide epitaxial film that is homogeneous, has low defects, and has high quality and has no problem as a semiconductor material. The warpage of the obtained silicon carbide single crystal substrate 100 was 80 μm, which was a level of warpage without any problem at the time of bonding.

［比較例１］
第１成膜工程を実施せず、第２成膜工程を実施した。第２成膜工程の条件は実施例１と同様とし、第１炭化珪素単結晶層１０に第３炭化珪素単結晶層３０を成膜した。 [Comparative Example 1]
The second film forming step was carried out without carrying out the first film forming step. The conditions of the second film forming step were the same as in Example 1, and the third silicon carbide single crystal layer 30 was formed on the first silicon carbide single crystal layer 10.

ドーパント濃度の測定、膜厚の測定および反りの測定は、実施例１と同手順により行った。第３炭化珪素単結晶層３０のドーパント濃度は９×１０^１８ｃｍ^－３であった。また、第３炭化珪素単結晶層３０の平均膜厚は５０μｍであり、膜厚の面内ばらつきは３％以下であり、均質かつ低欠陥、高品質で、半導体材料として問題のない炭化ケイ素エピタキシャル膜を得ることができた。そして、第３炭化珪素単結晶層３０を成膜した第１炭化珪素単結晶層１０の反りは１２０μｍであり、貼り合わせ時の搬送時に搬送エラーを起こす可能性がある反りのレベルであった。 The dopant concentration, film thickness and warpage were measured by the same procedure as in Example 1. The dopant concentration of the third silicon carbide single crystal layer 30 was 9 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . Further, the average film thickness of the third silicon carbide single crystal layer 30 is 50 μm, the in-plane variation of the film film is 3% or less, and the silicon carbide epitaxial is homogeneous, has low defects, and has high quality, and has no problem as a semiconductor material. I was able to obtain a film. The warp of the first silicon carbide single crystal layer 10 on which the third silicon carbide single crystal layer 30 was formed was 120 μm, which was a level of warpage that could cause a transport error during transport during bonding.

表１に、実施例１～３、比較例１の結果を示す。 Table 1 shows the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.

［まとめ］
実施例１～３、比較例１の結果より、第１炭化珪素単結晶層１０の両面に第２炭化珪素単結晶層２０および第３炭化珪素単結晶層３０を積層することで、炭化珪素単結晶基板１００の反りを抑制できる結果となった。 [summary]
From the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, silicon carbide single crystal layer 20 and the third silicon carbide single crystal layer 30 are laminated on both sides of the first silicon carbide single crystal layer 10. The result was that the warp of the crystal substrate 100 could be suppressed.

１０第１炭化珪素単結晶層
１１第１面
１２第２面
２０第２炭化珪素単結晶層
２１表面
３０第３炭化珪素単結晶層
３１表面
１００炭化珪素単結晶基板
１０００成膜装置
１０１０筐体
１０２０成膜室
１０３０ガス導入口
１０４０ガス排出口
１０５０排出ガス導入室
１０６０ボックス
１０７０ヒーター
１０８０支柱
１０９０サセプタ
１０９１載置部
１０９２壁部
１１００ステージ
１１１０サセプタ設置部 10 1st silicon carbide single crystal layer 11 1st surface 12 2nd surface 20 2nd silicon carbide single crystal layer 21 Surface 30 3rd silicon carbide single crystal layer 31 Surface 100 Silicon carbide single crystal substrate 1000 Film forming apparatus 1010 Housing 1020 Formation chamber 1030 Gas inlet 1040 Gas outlet 1050 Exhaust gas inlet 1060 Box 1070 Heater 1080 Strut 1090 Suceptor 1091 Mounting part 1092 Wall part 1100 Stage 1110 Suceptor installation part

Claims

第１炭化珪素単結晶層と、
前記第１炭化珪素単結晶層の第１面に積層した第２炭化珪素単結晶層と、
前記第１面とは反対の面となる前記第１炭化珪素単結晶層の第２面に積層した第３炭化珪素単結晶層と、
を備え、
前記第２炭化珪素単結晶層のドーパント濃度は、前記第１炭化珪素単結晶層のドーパント濃度よりも低く、
前記第３炭化珪素単結晶層のドーパント濃度は、前記第１炭化珪素単結晶層のドーパント濃度よりも高く、
反りが１００μｍ以下である、
炭化珪素単結晶基板。 The first silicon carbide single crystal layer and
The second silicon carbide single crystal layer laminated on the first surface of the first silicon carbide single crystal layer and
A third silicon carbide single crystal layer laminated on the second surface of the first silicon carbide single crystal layer, which is a surface opposite to the first surface,
Equipped with
The dopant concentration of the second silicon carbide single crystal layer is lower than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer.
The dopant concentration of the third silicon carbide single crystal layer is higher than the dopant concentration of the first silicon carbide single crystal layer.
Warpage is 100 μm or less,
Silicon carbide single crystal substrate.

前記第１炭化珪素単結晶層は、厚さが２００μｍ～６００μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３～７×１０^１８ｃｍ^－３であり、
前記第２炭化珪素単結晶層は、厚さが５μｍ～３５μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１５ｃｍ^－３～７×１０^１５ｃｍ^－３であり、
前記第３炭化珪素単結晶層は、厚さが４０μｍ～１５０μｍであり、ドーパント濃度が８×１０^１８ｃｍ^－３～１０×１０^１８ｃｍ^－３である、
請求項１に記載の炭化珪素単結晶基板。 The first silicon carbide single crystal layer has a thickness of 200 μm to 600 μm and a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁸ cm ^-3 .
The second silicon carbide single crystal layer has a thickness of 5 μm to 35 μm and a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁵ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁵ cm ^-3 .
The third silicon carbide single crystal layer has a thickness of 40 μm to 150 μm and a dopant concentration of 8 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 10 × 10 ¹⁸ cm ^-3 .
The silicon carbide single crystal substrate according to claim 1.

前記第２炭化珪素単結晶層と前記第３炭化珪素単結晶層のドーパント種が同じである、請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶基板。 The silicon carbide single crystal substrate according to claim 1 or 2, wherein the dopant type of the second silicon carbide single crystal layer and the third silicon carbide single crystal layer is the same.

前記第１炭化珪素単結晶層、前記第２炭化珪素単結晶層および前記第３炭化珪素単結晶層において、ドーパントがいずれも窒素である、請求項１～３のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板。 The single silicon carbide according to any one of claims 1 to 3, wherein in the first silicon carbide single crystal layer, the second silicon carbide single crystal layer, and the third silicon carbide single crystal layer, the dopant is nitrogen. Crystal substrate.

第１炭化珪素単結晶層の第１面に、化学的気相蒸着法によって前記第１炭化珪素単結晶層のドーパント濃度よりも低いドーパント濃度の第２炭化珪素単結晶層を成膜する第１成膜工程と、
前記第１面とは反対の面となる前記第１炭化珪素単結晶層の第２面に、化学的気相蒸着法によって前記第１炭化珪素単結晶層のドーパント濃度よりも高いドーパント濃度の第３炭化珪素単結晶層を成膜する第２成膜工程と、を含む、
反りが１００μｍ以下の炭化珪素単結晶基板の製造方法。 A first silicon carbide single crystal layer having a dopant concentration lower than that of the first silicon carbide single crystal layer is formed on the first surface of the first silicon carbide single crystal layer by a chemical vapor deposition method. The film formation process and
On the second surface of the first silicon carbide single crystal layer, which is the opposite surface to the first surface, a dopant concentration higher than that of the first silicon carbide single crystal layer by a chemical vapor deposition method is used. 3. The second film forming step of forming a silicon carbide single crystal layer is included.
A method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate having a warp of 100 μm or less.

前記第１炭化珪素単結晶層は、厚さが２００μｍ～６００μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１８ｃｍ^－３～７×１０^１８ｃｍ^－３であり、
前記第１成膜工程は、厚さが５μｍ～３５μｍであり、ドーパント濃度が５×１０^１５ｃｍ^－３～７×１０^１５ｃｍ^－３である前記第２炭化珪素単結晶層を成膜する工程であり、
前記第２成膜工程は、厚さが４０μｍ～１５０μｍであり、ドーパント濃度が８×１０^１８ｃｍ^－３～１０×１０^１８ｃｍ^－３である前記第３炭化珪素単結晶層を成膜する工程である、
請求項５に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。 The first silicon carbide single crystal layer has a thickness of 200 μm to 600 μm and a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁸ cm ^-3 .
The first film forming step is a step of forming the second silicon carbide single crystal layer having a thickness of 5 μm to 35 μm and a dopant concentration of 5 × 10 ¹⁵ cm ^-3 to 7 × 10 ¹⁵ cm ^-3 . And
The second film forming step is a step of forming the third silicon carbide single crystal layer having a thickness of 40 μm to 150 μm and a dopant concentration of 8 × 10 ¹⁸ cm ^-3 to 10 × 10 ¹⁸ cm ^-3 . Is,
The method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate according to claim 5.

前記第１成膜工程と前記第２成膜工程では、ドーパントガスとして同じドーパント種のガスを使用する、請求項５または６に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。 The method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate according to claim 5 or 6, wherein a gas of the same dopant type is used as the dopant gas in the first film forming step and the second forming step.

前記第１炭化珪素単結晶層のドーパントが窒素であり、
前記第１成膜工程と前記第２成膜工程では、ドーパントガスとして窒素ガスを使用する、請求項５～７のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。 The dopant of the first silicon carbide single crystal layer is nitrogen, and
The method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate according to any one of claims 5 to 7, wherein nitrogen gas is used as a dopant gas in the first film forming step and the second forming step.