JP6786939B2 - 炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体基板の製造方法 - Google Patents

炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体基板の製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体基板の製造方法に関する。
従来、単結晶ＳｉＣ（炭化珪素）基板の上に単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長（以下、エピタキシャルをエピと略する場合がある。）させた単結晶ＳｉＣエピ基板は、１ｋＶ級の高耐圧ショットキーダイオードや高耐圧ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電解効果トランジスタ）用途として研究開発が進められ、実用化に至った。
しかしながら、１０ｋＶ超級の超高耐圧・低損失デバイスを実現するためには、単結晶炭化珪素半導体基板の上に、不純物濃度が１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の低濃度の単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させた単結晶ＳｉＣエピ基板を作製（製造）する必要がある。以下、単結晶炭化珪素半導体基板の上に、エピタキシャル成長させた単結晶ＳｉＣをエピ成膜と略する場合がある。
低濃度のエピ成膜として、１×１０14／ｃｍ3〜１×１０17／ｃｍ3程度の低窒素（Ｎ2）濃度のエピ層を形成する技術がある（例えば、下記特許文献１参照）。また、１×１０14／ｃｍ3以上１×１０16／ｃｍ3以下の不純物濃度を有するエピタキシャル層をエピタキシャル成長により形成する技術がある（例えば、下記特許文献２参照）。
特開２０１５−００２２０７号公報 特開２０１２−２５３１１５号公報
しかしながら、従来技術では、エピ成膜の深さに関する濃度制御が難しく、浅いところでは、不純物濃度が１×１０15／ｃｍ3以上と高くなり、１×１０15／ｃｍ3より低濃度のエピ成膜は形成できない。
これは、エピ成膜の不純物濃度が低いため、単結晶ＳｉＣをエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長装置内の不純物がエピ成膜に入り込むことによる影響を無視できなくなり、目的とする不純物濃度より高い不純物濃度のエピ成膜が形成されるためである。
より詳細には、以下のように目的とする不純物濃度より高い不純物濃度のエピ成膜が形成される。図４は、エピタキシャル成長装置４の構造を示す断面図である。エピタキシャル成長装置４では、矢印で示される方向に、キャリアガスおよびドーパントガスを、ガス導入口４３からガス排出口４４へ水平方向に導入移動させる。ドーパントガスは、主に半導体基板４２表面側へ供給され、図示しないＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）コイル等の加熱装置により、サセプタ４１が加熱され、半導体基板４２上にエピ成膜が形成される。なお、図４のエピタキシャル成長装置４は、横型ホットウォール型の例であり、サセプタ４１は回転するが半導体基板４２は回転せずにエピ成膜が形成される。また、エピタキシャル成長装置４は、周囲を黒鉛部材が含まれる断熱材４５で囲まれている。
このエピタキシャル成長装置４の黒鉛部材には、メンテナンス時の大気解放時に窒素が取り込まれる。このため、エピ成膜を行う前に窒素に対する濃度依存性を把握するため、条件だし成膜を行い、この結果を基に実際のエピ成膜を行う。
図５は、従来の炭化珪素半導体基板における濃度依存性を把握するため、条件だし成膜を行った結果を示すグラフである。図５において、縦軸は、炭化珪素半導体基板上に形成されたエピ成膜の窒素の濃度であり、単位は／ｃｍ3であり、横軸は、ドーパントガス内の窒素の流量であり、単位はｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）またはｓｌｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）である。
最初に、１回目の条件だし成膜として、所定の濃度の窒素を含むドーパントガスを供給して、炭化珪素半導体基板上に、例えば、１０μｍのエピ成膜を形成し、形成したエピ成膜の窒素の濃度を計測する。この結果は点５１になる。次に、２回目の条件だし成膜として、１回目の条件だし成膜の場合と異なる流量の窒素を含むドーパントガスを供給して、炭化珪素半導体基板上に、例えば、６μｍのエピ成膜を形成し、形成したエピ成膜の窒素の濃度を計測する。この結果は点５２になる。
次に、点５１と点５２を結ぶ直線５３を算出する。直線５３がドーパントガス内の窒素の流量とエピ成膜の窒素の濃度との関係を示す。この直線から、点５４の濃度ｄｔのエピ成膜を形成する場合、ドーパントガス内の窒素の流量をｎ２にすればよいことが分かる。
しかしながら、実際に、炭化珪素半導体基板上に、例えば、３０μｍのエピ成膜を形成すると、形成されたエピ成膜の窒素濃度は点５５の位置になり、目的とする不純物濃度より高い不純物濃度で成膜され、低濃度のエピ成膜は形成されない。
これは、エピタキシャル成長装置の黒鉛部材には、ホウ素（Ｂｏｒｏｎ）が含まれるためである。このため、条件だし成膜では、ホウ素がエピ膜に取り込まれるため、濃度制御が低く見積もられる。さらに、実際のエピ成膜では、黒鉛部材からホウ素が出つくすこと、黒鉛部材から窒素が出つくすこと、および、エピタキシャル成長装置の炉壁にＳｉＣ生成物が付着することにより、ケイ素に対する炭素の比率（Ｃ／Ｓｉ）が上昇し、炉内の雰囲気が変化する。このため、濃度制御が低く見積もられる。以上の理由により、エピ成膜が目的とする不純物濃度より高い不純物濃度で成膜され、低濃度のエピ成膜は形成されない。
このように、エピ成膜の不純物濃度が低いと、エピタキシャル成長装置内の窒素やホウ素がエピ成膜に入り込むことによる影響を無視できなくなり、目的とする不純物濃度より高い不純物濃度のエピ成膜が形成される。このため、１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の不純物濃度のエピ成膜を形成することは、困難である。
この発明は、不純物濃度が１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の低濃度エピ成膜を有する半導体基板および半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体基板は、次の特徴を有する。炭化珪素半導体基板は、ドナーの濃度とアクセプターの濃度が、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない濃度以上であり、前記ドナーの濃度と前記アクセプターの濃度との差が、１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の範囲内にあるエピタキシャル層を備える。前記ドナーは窒素であり、前記アクセプターはホウ素である。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体基板は、上述した発明において、前記不純物による影響を受けない濃度は、１×１０15／ｃｍ3以上であることを特徴とする。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体基板の製造方法は、次の特徴を有する。炭化珪素半導体基板の製造方法は、ドナーとアクセプターを含むドーパントガスを供給して単結晶炭化珪素基板に単結晶炭化珪素の膜をエピタキシャル成長により形成する。この際、前記ドーパントガス内のドナーとアクセプターの流量は、前記膜のドナーの濃度と前記膜のアクセプターの濃度を、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない濃度以上にする流量であることを特徴とする。また、前記ドーパントガス内のドナーとアクセプターの流量は、前記膜のドナーの濃度と前記膜のアクセプターの濃度との差を、１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の範囲内にする流量である。前記ドナーは窒素であり、前記アクセプターはホウ素である。
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体基板の製造方法は、次の特徴を有する。ドナーを含むドーパントガスを供給して単結晶炭化珪素基板に単結晶炭化珪素の膜をエピタキシャル成長させ、前記ドーパントガス内の流量と前記膜のドナーの濃度との関係を求める第１工程を行う。次に、アクセプターを含むドーパントガスを供給して単結晶炭化珪素基板に単結晶炭化珪素の膜をエピタキシャル成長させ、前記ドーパントガスの流量と前記膜のアクセプターの濃度との関係を求める第２工程を行う。次に、前記第１工程で求めた関係と前記第２工程で求めた関係とに基づいて、前記ドーパントガスの流量を決定する第３工程を行う。次に、前記第３工程で決定した前記ドーパントガスの流量で、ドナーとアクセプターを含むドーパントガスを供給して単結晶炭化珪素基板に単結晶炭化珪素の膜をエピタキシャル成長により形成する形成工程を行う。前記ドーパントガス内のドナーとアクセプターの流量は、前記膜のドナーの濃度と前記膜のアクセプターの濃度を、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない濃度以上にする流量であり、かつ、前記膜のドナーの濃度と前記膜のアクセプターの濃度との差を、１×１０ 14 ／ｃｍ 3 〜１×１０ 15 ／ｃｍ 3 の範囲内にする流量である。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体基板の製造方法は、上述した発明において、前記ドナーは窒素であり、前記アクセプターはホウ素であることを特徴とする。
また、この発明にかかる炭化珪素半導体基板の製造方法は、上述した発明において、前記不純物による影響を受けない濃度は、１×１０15／ｃｍ3以上であることを特徴とする。
上述した発明によれば、本発明の炭化珪素半導体基板によれば、エピタキシャル層のドナーの濃度をエピタキシャル層のアクセプターの濃度より１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3大きくすることで、不純物濃度が１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の低不純物濃度のエピ成膜を形成することが可能になる。また、エピタキシャル層のドナーの濃度とエピタキシャル層のアクセプターの濃度を、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない濃度以上にすることで、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を軽減させることができる。
また、エピタキシャル成長装置内の不純物は、窒素とホウ素であるため、窒素とホウ素をそれぞれ、ドナーとアクセプターにすることで、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を減らすことができる。また、エピ成膜の窒素の濃度をエピ成膜のホウ素の濃度との差が１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3であればよいため、エピ成膜の窒素の濃度とエピ成膜のホウ素の濃度を調節できる。このため、キャリアのライフタイムを制御できる。
また、Ｃ／Ｓｉが上昇し、炉内の雰囲気が変化しても、窒素、ホウ素はどちらも炭素側に入り込む原子である。これにより、Ｃ／Ｓｉが上昇しても、ドーパントガス内の窒素の濃度とエピ成膜の窒素の濃度との関係およびドーパントガス内のホウ素の濃度とエピ成膜のホウ素の濃度との関係は、同じ変化をする。このため、差分を取ると同じになり、Ｃ／Ｓｉの上昇は、エピ成膜の窒素の濃度とエピ成膜のホウ素の濃度に影響を与えない。
本発明にかかる炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体基板の製造方法によれば、不純物濃度が１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の低濃度エピ成膜を有する炭化珪素半導体基板を提供できるという効果を奏する。
実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板の構成を示す断面図である。 実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板の形成工程のフローチャートである。 実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板におけるドーパント時の不純物濃度とエピ成膜の不純物濃度との対応関係を示すグラフである。 エピタキシャル成長装置の構造を示す断面図である。 従来の炭化珪素半導体基板における濃度依存性を把握するため、条件だし成膜を行った結果を示すグラフである。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体基板の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。＋および−を含めたｎやｐの表記が同じ場合は近い濃度であることを示し濃度が同等とは限らない。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数をあらわしている。
（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板の構成を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板は、ｎ型炭化珪素基板（単結晶炭化珪素基板）１の第１主面（おもて面）、例えば（０００１）面（Ｓｉ面）に、ｎ-型エピタキシャル層（エピタキシャル層）２が堆積されている。
ｎ型炭化珪素基板１は、炭化珪素単結晶基板である。ｎ-型エピタキシャル層２は、ｎ型炭化珪素基板１よりも低い不純物濃度で、例えば低濃度ｎ-型ドリフト層である。ｎ-型エピタキシャル層２は、エピタキシャル成長により形成された膜であり、ドナーの濃度とアクセプターの濃度との差が、１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の範囲内にある。このため、ｎ-型エピタキシャル層２の不純物濃度は１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3となる。また、ｎ-型エピタキシャル層２において、ドナーの濃度とアクセプターの濃度が、エピタキシャル成長装置４内の不純物による影響を受けない濃度以上である。
ここで、ｎ-型エピタキシャル層２のドナーは、例えば、窒素である。ｎ-型エピタキシャル層２のアクセプターは、例えば、ホウ素（Ｂ）である。また、エピタキシャル成長装置４内の不純物による影響を受けない濃度は、例えば、１×１０15／ｃｍ3である。
（実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板の製造方法）
次に、実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板の製造方法について説明する。図２は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板の形成工程のフローチャートである。また、図３は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板におけるドーパント時の不純物濃度とエピ成膜の不純物濃度との対応関係を示すグラフである。図３において、縦軸は、炭化珪素半導体基板上に形成されたエピ成膜の窒素またはホウ素の濃度であり、単位は／ｃｍ3であり、横軸は、ドーパントガス内の窒素またはホウ素の流量であり、単位はｓｃｃｍまたはｓｌｍである。
実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板の製造方法では、まず、窒素を添加した第１の条件だし成膜を行う（ステップＳ１）。例えば、炭化珪素半導体基板の温度を１５８０℃以上１７２５℃以下にして、炭化珪素半導体基板の表面に、水素（Ｈ2）ガスをキャリアガスに用いて、シラン（ＳｉＨ4）ガスとプロパン（Ｃ3Ｈ8）ガスとを同時に供給すると共に、窒素を含むドーパントガスを供給してエピタキシャル層を形成する。ここで、同時に供給とは、完全に同一時刻であることまでは要しないが、数秒以内にＳｉＨ4ガスとＣ3Ｈ8ガスが供給されることを意味する。第１の条件だし成膜後、形成されたエピタキシャル層の窒素の濃度を計測する。第１の条件だし成膜におけるドーパントガスの窒素の流量、および、形成されたエピタキシャル層の窒素の濃度は、図３において点３１にプロットされる。
次に、窒素を添加した第２の条件だし成膜を行う（ステップＳ２）。例えば、炭化珪素半導体基板の温度を１５８０℃以上１７２５℃以下にして、炭化珪素半導体基板の表面に、Ｈ2ガスをキャリアガスに用いて、ＳｉＨ4ガスとＣ3Ｈ8ガスとを同時に供給すると共に、窒素を含むドーパントガスを供給してエピタキシャル層を形成する。第２の条件だし成膜後、形成されたエピタキシャル層の窒素の濃度を計測する。第２の条件だし成膜におけるドーパントガスの窒素の流量、および、形成されたエピタキシャル層の窒素の濃度は、図３において点３２にプロットされる。
次に、添加した窒素の流量とエピ成膜の窒素の濃度との関係を算出する（ステップＳ３）。例えば、第１の条件だし成膜の結果の点と第２の条件だし成膜の結果の点を直線で結ぶことにより、添加した窒素の流量とエピ成膜の窒素の濃度との関係を算出する。図３において、点３１と点３２を結んだ直線３３が、添加した窒素の流量とエピ成膜の窒素の濃度との関係を示している。
次に、ホウ素を添加した第３の条件だし成膜を行う（ステップＳ４）。例えば、炭化珪素半導体基板の温度を１５８０℃以上１７２５℃以下にして、炭化珪素半導体基板の表面に、Ｈ2ガスをキャリアガスに用いて、ＳｉＨ4ガスとＣ3Ｈ8ガスとを同時に供給すると共に、ホウ素を含むドーパントガスを供給してエピタキシャル層を形成する。第３の条件だし成膜後、形成されたエピタキシャル層のホウ素の濃度を計測する。第３の条件だし成膜におけるドーパントガスのホウ素の流量、および、形成されたエピタキシャル層のホウ素の濃度は、図３において点３５にプロットされる。
次に、ホウ素を添加した第４の条件だし成膜を行う（ステップＳ５）。例えば、炭化珪素半導体基板の温度を１５８０℃以上１７２５℃以下にして、炭化珪素半導体基板の表面に、Ｈ2ガスをキャリアガスに用いて、ＳｉＨ4ガスとＣ3Ｈ8ガスとを同時に供給すると共に、ホウ素を含むドーパントガスを供給してエピタキシャル層を形成する。第４の条件だし成膜後、形成されたエピタキシャル層のホウ素の濃度を計測する。第４の条件だし成膜におけるドーパントガスのホウ素の流量、および、形成されたエピタキシャル層のホウ素の濃度は、図３において点３６にプロットされる。
次に、添加したホウ素の流量とエピ成膜のホウ素の濃度との関係を算出する（ステップＳ６）。例えば、第３の条件だし成膜の結果の点と第４の条件だし成膜の結果の点を直線で結ぶことにより、添加したホウ素の流量とエピ成膜のホウ素の濃度との関係を算出する。図３において、点３５と点３６を結んだ直線３７が、添加したホウ素の流量とエピ成膜のホウ素の濃度との関係を示している。
ここで、ステップＳ１〜Ｓ３とステップＳ４〜Ｓ６は、順序を逆にすることも可能である。つまり、ステップＳ４〜Ｓ６を実行した後にステップＳ１〜Ｓ３を実行することも可能である。
次に、エピ成膜をエピタキシャル成長させる際の窒素とホウ素の流量を決定する（ステップＳ７）。例えば、以下の条件１および条件２を満たす、直線３３上の点３４と直線３７上の点３８を決定する。
・条件１：点３４におけるエピ成膜の窒素の濃度ｄ１および点３８におけるエピ成膜のホウ素の濃度ｄ２は、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない不純物濃度以上である。具体的には、点３４におけるエピ成膜の窒素の濃度ｄ１および点３８におけるエピ成膜のホウ素の濃度ｄ２は、１×１０15／ｃｍ3以上である。
・条件２：点３４におけるエピ成膜の窒素の濃度ｄ１と点３８におけるエピ成膜のホウ素の濃度ｄ２との差（ｄ１−ｄ２）が、１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の範囲内にある。決定された点３４からエピタキシャル成長をする際の窒素の流量ｎが決定され、決定された点３８からエピタキシャル成長をする際のホウ素の流量ｂが決定される。
次に、低濃度のエピ成膜をエピタキシャル成長により形成する（ステップＳ８）。例えば、炭化珪素半導体基板の温度を１５８０℃以上１７２５℃以下にして、炭化珪素半導体基板の表面に、Ｈ2ガスをキャリアガスに用いて、ＳｉＨ4ガスとＣ3Ｈ8ガスとを同時に供給すると共に、窒素およびホウ素を含むドーパントガスを供給してエピタキシャル層を形成する。ドーパントガス内の窒素の流量は、ステップＳ７で決定された流量ｎとし、ドーパントガス内のホウ素の流量は、ステップＳ７で決定された流量ｂとする。
これにより、本フローチャートにおける一連の処理は終了する。本フローチャートを実施することで、ｎ型炭化珪素基板１上に、不純物濃度が１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3のｎ-型エピタキシャル層２がエピタキシャル成長より形成される。
なお、実施の形態では、窒素、ホウ素に対して条件だし成膜をそれぞれ２回行ったが、３回以上行うことも可能である。この場合、添加した窒素の流量とエピ成膜の窒素の濃度との関係、および、添加したホウ素の流量とエピ成膜のホウ素の濃度との関係は、計測によりプロットした点に最も近い直線を算出することで求めることができる。
（実施例）
本実施例では、厚さ３６５μｍ、直径１００ｍｍのｎ型単結晶４Ｈ−ＳｉＣ（四層周期六方晶の炭化珪素）基板のＳｉ面上に、設定濃度４×１０14／ｃｍ3、設定膜厚１００μｍのｎ-型エピタキシャル層のエピタキシャル成長を行った。
ｎ型単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板上でのｎ-型エピタキシャル層のエピ成長は、ＳｉＣ製サセプタを断熱材で覆って設置した石英反応管内にて行った。ここでは、エピ成長面であるＳｉ面について前段研削、前段研磨およびＣＭＰ（化学機械研磨：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工を行った後、純水超音波洗浄・有機溶剤超音波洗浄・ＳＰＭ（Ｓｕｌｆｕｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｍｉｘｔｕｒｅ）洗浄・ＲＣＡ（強酸および高塩基溶液を用いたウェット洗浄）洗浄を行って、十分に清浄な状態としたｎ型単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板を、エピ成長装置のチャンバー内のサセプタ上にセットした。次に、エピ成長装置内を高真空排気してから、エピ成長装置内にＨ2ガスを導入し、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板を高周波誘導加熱により加熱した。
キャリアガスであるＨ2ガスを１５０ｓｌｍ流して１６０５℃で１８分間、ｎ型単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板をエッチングした。
エピ成長温度の１６３０℃まで加熱した。１６６０℃において、Ｈ2ガスを１００ｓｌｍ、ＳｉＨ4（モノシラン）ガスを１８５ｓｃｃｍ、Ｃ3Ｈ8ガスを７４ｓｃｃｍ、および窒素の濃度が水素希釈１０％であるガスを３０ｓｃｃｍ流して、圧力１０３００Ｐａとして、第１の条件だし成膜を行い、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜をエピ成長させた。単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜において、ドーパントである窒素の濃度は３．４×１０15／ｃｍ3であった。
同様の手法で、窒素の濃度が水素希釈１０％であるガスを６０ｓｃｃｍ流して、第２の条件だし成膜を行い、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜をエピ成長させた。単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜において、ドーパントである窒素の濃度は７．５×１０15／ｃｍ3であった。
同様の手法で、ホウ素の濃度が水素希釈１０％であるガスを５０ｓｃｃｍ流して、第３の条件だし成膜を行い、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜をエピ成長させた。単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜において、ドーパントであるホウ素の濃度は３．８×１０15／ｃｍ3であった。同様の手法で、ホウ素の濃度が水素希釈１０％であるガスを９０ｓｃｃｍ流して、第４の条件だし成膜を行い、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜をエピ成長させた。単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜において、ドーパントであるホウ素の濃度は７．３×１０15／ｃｍ3であった。
第１の条件だし成膜から第４の条件だし成膜の結果から、低濃度のエピ成膜をエピタキシャル成長するための条件として、窒素の濃度が水素希釈１０％であるガスを５３ｓｃｃｍ流して、ホウ素の濃度が水素希釈１０％であるガスを７７ｓｃｃｍ流すことを決定した。
第１の条件だし成膜から第４の条件だし成膜と同様にして、ｎ型単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板をエッチングした。その後、１６６０℃において、Ｈ2ガスを１００ｓｌｍ、ＳｉＨ4ガスを１８５ｓｃｃｍ、Ｃ3Ｈ8ガスを７４ｓｃｃｍ、窒素の濃度が水素希釈１０％であるガスを５３ｓｃｃｍおよびホウ素の濃度が水素希釈１０％であるガスを７７ｓｃｃｍ流して、圧力１０３００Ｐａとして、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜を１００μｍエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長した単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成膜の不純物濃度は４×１０14／ｃｍ3であった。なお、本実施例における数値は一例であり種々変更可能である。
以上、説明したように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体基板によれば、エピ成膜の窒素の濃度をエピ成膜のホウ素の濃度より１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3大きくすることで、不純物濃度が１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の低不純物濃度のエピ成膜を形成することが可能になる。また、ｎ-型エピタキシャル層の窒素の濃度とｎ-型エピタキシャル層のホウ素の濃度を、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない濃度以上にすることで、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を減らすことができる。
また、エピタキシャル成長装置内の不純物は、窒素とホウ素であるため、窒素とホウ素をそれぞれ、ドナーとアクセプターにすることで、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を減らすことができる。また、エピ成膜の窒素の濃度とエピ成膜のホウ素の濃度との差が１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3であればよいため、エピ成膜の窒素の濃度とエピ成膜のホウ素の濃度を調節できる。このため、キャリアのライフタイムを制御できる。
また、Ｃ／Ｓｉが上昇し、炉内の雰囲気が変化しても、窒素、ホウ素はどちらも炭素側に入り込む原子である。これにより、Ｃ／Ｓｉが上昇しても、ドーパントガス内の窒素の濃度とエピ成膜の窒素の濃度との関係およびドーパントガス内のホウ素の濃度とエピ成膜のホウ素の濃度との関係は、同じ変化をする。このため、差分を取ると同じになり、Ｃ／Ｓｉの上昇は、エピ成膜の窒素の濃度とエピ成膜のホウ素の濃度に影響を与えない。
また、本願発明では、炭化珪素半導体基板上に低不純物濃度のエピ成膜を行う前に、４回の条件だし成膜を行っている。この４回の条件だし成膜を行うための時間は必要であるが、４回の条件だし成膜を行うことなく、低不純物濃度のエピ成膜に失敗し、再作成することに比べると、必要な時間は少なくて済む。
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体基板および炭化珪素半導体基板の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用される高耐圧半導体装置の半導体基板に有用である。
１ ｎ型炭化珪素基板
２ ｎ-型エピタキシャル層
４ エピタキシャル成長装置
４１ サセプタ
４２ 半導体基板
４３ ガス導入口
４４ ガス排出口
４５ 断熱材

Claims (6)

  1. ドナーの濃度とアクセプターの濃度が、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない濃度以上であり、前記ドナーの濃度と前記アクセプターの濃度との差が、１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の範囲内にあるエピタキシャル層を、
    備え、
    前記ドナーは窒素であり、前記アクセプターはホウ素であることを特徴とする炭化珪素半導体基板。
  2. 前記不純物による影響を受けない濃度は、１×１０ 15 ／ｃｍ 3 以上であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体基板。
  3. ドナーとアクセプターを含むドーパントガスを供給して単結晶炭化珪素基板に単結晶炭化珪素の膜をエピタキシャル成長により形成する形成工程を
    含み、前記ドーパントガス内のドナーとアクセプターの流量は、前記膜のドナーの濃度と前記膜のアクセプターの濃度を、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない濃度以上にする流量であり、かつ、前記膜のドナーの濃度と前記膜のアクセプターの濃度との差を、１×１０ 14 ／ｃｍ 3 〜１×１０ 15 ／ｃｍ 3 の範囲内にする流量であり、前記ドナーは窒素であり、前記アクセプターはホウ素であることを特徴とする炭化珪素半導体基板の製造方法。
  4. ドナーを含むドーパントガスを供給して単結晶炭化珪素基板に単結晶炭化珪素の膜をエピタキシャル成長させ、前記ドーパントガス内の流量と前記膜のドナーの濃度との関係を求める第１工程と、
    アクセプターを含むドーパントガスを供給して単結晶炭化珪素基板に単結晶炭化珪素の膜をエピタキシャル成長させ、前記ドーパントガスの流量と前記膜のアクセプターの濃度との関係を求める第２工程と、
    前記第１工程で求めた関係と前記第２工程で求めた関係とに基づいて、前記ドーパントガスの流量を決定する第３工程と、
    前記第３工程で決定した前記ドーパントガスの流量で、前記ドナーと前記アクセプターを含むドーパントガスを供給して単結晶炭化珪素基板に単結晶炭化珪素の膜をエピタキシャル成長により形成する形成工程を
    含み、前記ドーパントガス内のドナーとアクセプターの流量は、前記膜のドナーの濃度と前記膜のアクセプターの濃度を、エピタキシャル成長装置内の不純物による影響を受けない濃度以上にする流量であり、かつ、前記膜のドナーの濃度と前記膜のアクセプターの濃度との差を、１×１０14／ｃｍ3〜１×１０15／ｃｍ3の範囲内にする流量であることを特徴とする炭化珪素半導体基板の製造方法。
  5. 前記ドナーは窒素であり、前記アクセプターはホウ素であることを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
  6. 前記不純物による影響を受けない濃度は、１×１０ 15 ／ｃｍ 3 以上であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体基板の製造方法。
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