JP2012250864A - 炭化珪素結晶インゴット、炭化珪素結晶ウエハおよび炭化珪素結晶インゴットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部の歪を緩和し、大口径の炭化珪素結晶ウエハに生じる反りを抑制することができる炭化珪素結晶インゴット、炭化珪素結晶ウエハおよび炭化珪素結晶インゴットの製造方法を提供する。
【解決手段】直径が４インチ以上の表面を有し、ｎ型ドーパントの濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³以上１×１０²⁰個／ｃｍ³以下であり、金属原子の濃度が１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上１×１０¹⁸個／ｃｍ³以下、かつｎ型ドーパントの濃度以下であって、金属原子の濃度勾配が１×１０¹⁷個／（ｃｍ³・ｍｍ）以下である炭化珪素結晶インゴットと、それを用いて作製された炭化珪素結晶ウエハ。前記炭化珪素結晶インゴットは、炭化珪素粉末の結晶中に珪素よりも原子半径の大きな金属原子を格子間原子および置換原子の少なくとも一方として含む原料粉末を酸洗浄した後、前記原料粉末６を用いて炭化珪素結晶インゴット５を気相成長させることにより製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素結晶インゴット、炭化珪素結晶ウエハおよび炭化珪素結晶インゴットの製造方法に関する。

近年、半導体装置の製造に用いられる半導体基板として炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の利用が進められつつある。ＳｉＣは、より一般的に用いられているシリコン（Ｓｉ）に比べて大きなバンドギャップを有する。そのため、ＳｉＣを用いた半導体装置は、耐圧が高く、オン抵抗が低く、また高温環境下での特性の低下が小さい、といった利点を有することから、注目を集めている。

たとえば特許文献１（特許第３８７６６２８号公報）には、珪素より小さな原子半径を有するｎ型ドーパント原子とともに、珪素より大きな原子半径を有するチタン、バナジウムまたはタンタルなどの重金属原子をＳｉＣ単結晶インゴットに導入して昇華法によりＳｉＣ単結晶インゴットを成長させる方法が開示されている。

特許文献１に記載の方法によれば、珪素より小さな原子半径を有するｎ型ドーパント原子の導入によってＳｉＣ単結晶インゴットの内部に生じる圧縮歪を、珪素より大きな原子半径を有する重金属原子の導入によって打ち消すことによって、ＳｉＣ単結晶インゴットの内部の歪を緩和することができるとされている（たとえば特許文献１の段落［００３８］〜［００４６］参照）。

特許第３８７６６２８号公報

上記の特許文献１に記載の方法においては、ＳｉＣ原料粉末にチタン、バナジウムまたはタンタルなどの重金属原子の金属単体、またはその化合物（重金属を主成分とする酸化物若しくは硫化物などの金属化合物）を添加し、昇華法によってＳｉＣ単結晶インゴットを種結晶上に成長させている。

しかしながら、重金属原子の金属単体、またはその化合物（重金属を主成分とする酸化物若しくは硫化物などの金属化合物）は非常に昇華しにくく、ＳｉＣ単結晶インゴットの成長初期においては重金属原子はＳｉＣ単結晶インゴットにあまり取り込まれないことから、ＳｉＣ単結晶インゴットの厚さ方向に重金属原子の濃度差が生じる。すなわち、種結晶に近い側で成長したＳｉＣ単結晶インゴットの部分においては重金属原子の濃度が低く、種結晶から離れるにしたがって重金属原子の濃度が高くなっていく。

特許文献１に記載の方法により得られたＳｉＣ単結晶インゴットを切り出してＳｉＣ単結晶ウエハを製造するときに、ＳｉＣ単結晶ウエハの口径が小さい場合には、重金属原子の濃度差に起因するＳｉＣ単結晶ウエハの反りは生じにくい。

しかしながら、近年のＳｉＣ単結晶ウエハの大口径化の要請に応えて、特許文献１に記載の方法により得られたＳｉＣ単結晶インゴットを切り出してたとえば直径が４インチ以上の大口径のＳｉＣ単結晶ウエハを作製した場合には、ＳｉＣ単結晶ウエハの上面と下面の重金属原子の濃度差により、ＳｉＣ単結晶ウエハに反りが生じるという問題があった。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、炭化珪素結晶インゴット内部の歪を緩和することができるとともに、大口径の炭化珪素結晶ウエハを作製した場合でもウエハの反りを抑制することができる炭化珪素結晶インゴット、炭化珪素結晶ウエハおよび炭化珪素結晶インゴットの製造方法を提供することにある。

本発明は、直径が４インチ以上の表面を有し、ｎ型ドーパントと、珪素よりも原子半径の大きな金属原子とを含み、ｎ型ドーパントの濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³以上１×１０²⁰個／ｃｍ³以下であり、金属原子の濃度が１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上１×１０¹⁸個／ｃｍ³以下、かつｎ型ドーパントの濃度以下であって、金属原子の濃度勾配が１×１０¹⁷個／（ｃｍ³・ｍｍ）以下である炭化珪素結晶インゴットである。

また、本発明は、上記の炭化珪素結晶インゴットから切り出すことによって得られた直径が４インチ以上の表面を有する炭化珪素結晶ウエハである。

ここで、本発明の炭化珪素結晶ウエハの厚さは１００μｍ以上２０００μｍ以下であって、炭化珪素結晶ウエハの表面と、炭化珪素結晶ウエハの表面に略平行な低指数面の法線とが為す角度の最大値と最小値との差が０．５°以下であることが好ましい。

また、本発明の炭化珪素結晶ウエハのオフ角度は種結晶の表面に対して１°以上であることが好ましい。

さらに、本発明は、炭化珪素粉末の結晶中に珪素よりも原子半径の大きな金属原子を格子間原子および置換原子の少なくとも一方として含む原料粉末を酸洗浄する工程と、酸洗浄する工程後に原料粉末を用いて炭化珪素結晶インゴットを気相成長させる工程とを含む炭化珪素結晶インゴットの製造方法である。

本発明によれば、炭化珪素結晶インゴット内部の歪を緩和することができるとともに、大口径の炭化珪素結晶ウエハを作製した場合でもウエハの反りを抑制することができる炭化珪素結晶インゴット、炭化珪素結晶ウエハおよび炭化珪素結晶インゴットの製造方法を提供することができる。

本発明における炭化珪素結晶インゴットの製造装置の一例の模式的な断面図である。 （ａ）は本発明における炭化珪素結晶インゴットの一例の模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す炭化珪素結晶インゴット中の金属原子の濃度勾配を示す図である。 本発明の炭化珪素単結晶ウエハの一例の模式的な断面図である。 本発明の炭化珪素単結晶ウエハのオフ角度の一例を図解する模式的な断面図である。

以下、本発明の炭化珪素結晶インゴットの製造方法の一例について説明する。なお、後述する各工程の前後には他の工程が含まれていてもよいことは言うまでもない。

＜原料粉末を酸洗浄する工程＞
まず、炭化珪素粉末の結晶中に、珪素よりも原子半径の大きな金属原子を格子間原子（炭化珪素結晶の結晶格子間に存在する原子）および置換原子（炭化珪素結晶の結晶格子の珪素原子に置換して存在する原子）の少なくとも一方として含む原料粉末を酸洗浄する工程を行なう。

なお、上記のような原料粉末を得るためには、たとえば市販の原料粉末に金属粉を混ぜて昇華し、再結晶させたものを粉砕するなどの方法が考えられる。

原料粉末を酸洗浄する工程は、たとえば、王水、塩酸、硝酸および硫酸からなる群から選択された少なくとも１種の酸に原料粉末を浸漬させることによって行なうことができる。

ここで、酸洗浄に用いる酸としては、王水を用いることが好ましい。酸洗浄に用いる酸として王水を用いた場合には、原料粉末中に微量含まれるチタン、バナジウムまたはタンタルなどの重金属原子の金属単体、またはその化合物（重金属を主成分とする酸化物若しくは硫化物などの金属化合物）を効率的に除去することができる。

また、原料粉末の酸への浸漬時間は、１２０分以上３６００分以下であることが好ましい。原料粉末の酸への浸漬時間が１２０分以上３６００分以下である場合には、原料粉末中に微量含まれるチタン、バナジウムまたはタンタルなどの重金属原子の金属単体、またはその化合物（重金属を主成分とする酸化物若しくは硫化物などの金属化合物）を十分に除去することができる。

＜炭化珪素結晶インゴットを気相成長させる工程＞
次に、原料粉末を酸洗浄する工程を行なった後には、原料粉末を用いて炭化珪素結晶インゴットを気相成長させる工程を行なう。

図１に、本発明における炭化珪素結晶インゴットの製造装置の一例の模式的な断面図を示す。図１に示す製造装置は、黒鉛容器１と、黒鉛容器１の上部に設けられた黒鉛台座２と、黒鉛容器１の下部に設けられた黒鉛坩堝３と、黒鉛台座２に設けられたＳｉＣ単結晶からなる直径４インチ以上の表面を有する種結晶４とを備えている。

ここで、黒鉛容器１内において、黒鉛容器１の上部の黒鉛台座２と、下部の黒鉛坩堝３とは互いに向かい合うようにして設けられており、黒鉛容器１の外部から内部にガスを供給するとともに、内部から外部にガスを排出するための開口部８が黒鉛台座２に設けられている。

また、図１に示す製造装置は、黒鉛容器１を収容する真空容器（図示せず）を有しており、この真空容器を真空排気系およびガス供給系に接続することによって、黒鉛容器１の内部の雰囲気および圧力を制御することができるように構成されている。

また、黒鉛容器１の外周には、黒鉛容器１の内部の雰囲気を加熱することができる加熱装置（図示せず）が配置されており、加熱装置への投入パワー等を調節することによって黒鉛容器１の内部の雰囲気の温度を調節することが可能となっている。

以下、図１に示す製造装置を用いて、炭化珪素結晶インゴットを気相成長させる工程の一例について説明する。まず、図１に示す黒鉛坩堝３に、上記の酸洗浄工程を経て得られた原料粉末６を充填する。

ここで、原料粉末６には、炭化珪素粉末の結晶中に珪素よりも原子半径の大きな金属原子が格子間原子および置換原子の少なくとも一方として含まれている。

金属原子としては、軽金属（ナトリウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム等の密度が４ｇ／ｃｍ³未満の金属）以外の金属であって、珪素よりも原子半径の大きい金属の原子が用いられる。このような金属原子としては、たとえば原子半径が０．１１７ｎｍ以上０．１６ｎｍ以下の金属の原子を用いることができ、なかでも、チタン（原子半径：０．１４６ｎｍ）、バナジウム（原子半径：０．１３５ｎｍ）およびタンタル（原子半径：０．１４７ｎｍ）からなる群から選択された少なくとも１種を用いることが好ましい。金属原子として、チタン、バナジウムおよびタンタルからなる群から選択された少なくとも１種を用いた場合には、種結晶４の表面上に気相成長した炭化珪素結晶インゴットの内部に生じる歪を効果的に緩和することができる傾向にある。

次に、黒鉛容器１の上部の開口部８から黒鉛容器１の内部に不活性ガスを導入する。ここで、不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン、ヘリウムおよび窒素からなる群から選択された少なくとも１種を含む不活性ガスを導入することができる。

次に、黒鉛容器１の外周に設けられた加熱装置によって黒鉛坩堝３の内部を加熱する。ここで、黒鉛坩堝３の内部はたとえば２０００℃以上２５００℃以下の温度に加熱され、原料粉末６側から種結晶４側にかけて温度が低下する温度勾配が設けられるように加熱される。

次に、黒鉛容器１の内部の雰囲気の圧力を低下させる。そして、黒鉛容器１の内部の雰囲気の圧力が、所定の圧力（たとえば１３．３Ｐａ以上１３．３ｋＰａ以下）になった時点で、昇華法による炭化珪素結晶インゴット５の気相成長が開始する。

このとき、原料粉末６の炭化珪素粉末からは、炭化珪素粉末の昇華により、たとえばＳｉ、ＳｉＣ₂およびＳｉ₂Ｃからなる群から選択された少なくとも１種を含む原料ガスが生成する。また、原料粉末６の単体金属および／または金属化合物からは、原料粉末６に含まれる金属原子を含むガスが生成する。

さらに、黒鉛容器１の上部の開口部８から、たとえば窒素やリンなどの珪素よりも原子半径の小さいｎ型ドーパントを含むドーパントガス７を黒鉛容器１の内部に導入する。

これにより、黒鉛容器１の上部の種結晶４の表面上に、直径が４インチ以上の表面を有する炭化珪素単結晶インゴット５が昇華法により気相成長し、炭化珪素単結晶インゴット５の内部に珪素よりも原子半径の小さい窒素やリンなどのｎ型ドーパントとともに、珪素よりも原子半径の大きい金属原子が取り込まれる。

炭化珪素単結晶インゴット５の内部に取り込まれた窒素やリンなどのｎ型ドーパントは、炭化珪素単結晶インゴット５の抵抗値を低減させる。ここで、炭化珪素単結晶インゴット５のＣサイトに入る窒素は炭素より原子半径が小さく、Ｓｉサイトに入るリンは珪素よりも原子半径が小さいため、珪素よりも原子半径の小さいｎ型ドーパントの炭化珪素単結晶インゴット５の内部への導入は、炭化珪素単結晶インゴット５を圧縮させて結晶歪をもたらす方向に作用する。

これに対し、炭化珪素単結晶インゴット５の内部に取り込まれた金属原子は、珪素よりも原子半径が大きいため、金属原子が炭化珪素単結晶インゴット５のＳｉサイトに入って珪素と置換した場合、および／または炭化珪素単結晶インゴット５の格子間に入った場合には、炭化珪素単結晶インゴット５を拡大する方向に作用する。

したがって、窒素やリンなどの珪素よりも原子半径の小さいｎ型ドーパントを含むドーパントガス７を黒鉛容器１の内部に導入し、炭化珪素粉末と珪素よりも原子半径の大きな金属原子とを含む原料粉末６を昇華させることによって形成された炭化珪素単結晶インゴット５においては、ｎ型ドーパントの導入による炭化珪素単結晶インゴット５の内部の圧縮歪を金属原子の導入で打ち消すことができるため、炭化珪素単結晶インゴット５の内部の歪を緩和する効果が得られる。

また、炭化珪素単結晶インゴット５の内部の歪が緩和されるため、たとえば６Ｈ型炭化珪素単結晶インゴット５の結晶成長時に圧縮歪が生じて結晶面間隔が小さくなることで発生する１５Ｒ型炭化珪素単結晶などの異種多形の発生を抑制することもできる。

＜炭化珪素単結晶インゴット＞
さらに、上記のようにして成長させられた、直径が４インチ以上の表面を有する炭化珪素単結晶インゴット５は、以下の（ｉ）、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の３つの条件をすべて満たしている。

（ｉ）炭化珪素単結晶インゴット５中のｎ型ドーパントの濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³以上１×１０²⁰個／ｃｍ³以下である。

（ｉｉ）炭化珪素単結晶インゴット５中の金属原子の濃度が１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上１×１０¹⁸個／ｃｍ³以下であって、かつｎ型ドーパントの濃度以下である。

（ｉｉｉ）炭化珪素単結晶インゴット５中の金属原子の濃度勾配が１×１０¹⁷個／（ｃｍ³・ｍｍ）以下である。

すなわち、上記の（ｉ）の条件を満たすことによって、炭化珪素単結晶インゴット５が良好な低抵抗値を有するとともに、良好な結晶性を有する。

また、上記の（ｉｉ）の条件を満たすことによって、ｎ型ドーパントの導入によって炭化珪素単結晶インゴット５の内部に生じた圧縮歪を効果的に緩和することができる。

さらに、上記の（ｉｉｉ）の条件を満たすことによって、炭化珪素単結晶インゴット５から切り出して直径が４インチ以上の表面を有する大口径の炭化珪素結晶ウエハを作製した場合でも、その炭化珪素結晶ウエハに生じる反りを抑制することができる。

炭化珪素単結晶インゴット５中のｎ型ドーパントの濃度および金属原子の濃度は、それぞれ、たとえばＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometry）などによって測定することができる。

また、上記の（ｉｉｉ）の条件に示される炭化珪素単結晶インゴット５中の金属原子の濃度勾配は、たとえば以下のようにして測定することができる。

図２（ａ）に炭化珪素単結晶インゴット５の一例の模式的な断面図を示し、図２（ｂ）に図２（ａ）に炭化珪素単結晶インゴット５中の金属原子の濃度勾配を示す。

ここで、図２（ａ）に示す炭化珪素単結晶インゴット５の表面の直径ｄは４インチ以上となっている。そして、図２（ａ）に示す炭化珪素単結晶インゴット５の所定の厚さの変化量△ｔ［ｍｍ］に対する金属原子濃度の変化量△ｃ［個／ｃｍ³］を求め、以下の式（Ｉ）により、炭化珪素単結晶インゴット５中の金属原子の濃度勾配を算出することができる。

金属原子の濃度勾配［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］＝｜△ｃ／△ｔ｜ …（Ｉ）
＜炭化珪素単結晶ウエハ＞
図３に、本発明の炭化珪素単結晶ウエハの一例の模式的な断面図を示す。図３に示される炭化珪素単結晶ウエハ５ａは、たとえば、上記のようにして成長した炭化珪素単結晶インゴット５の一部を成長方向と直交する方向にワイヤソーなどで切り出すことによって作製することができる。このようにして作製された炭化珪素単結晶ウエハ５ａの表面５ｂの直径Ｄは４インチ以上となる。

上記のようにして作製された炭化珪素単結晶ウエハ５ａの厚さＴは特に限定されないが、上述のように、本発明の炭化珪素単結晶ウエハ５ａは直径Ｄが４インチ以上の表面５ｂを有しているにも関わらず、その反りが抑制されている。そのため、たとえば、本発明の炭化珪素単結晶ウエハ５ａの厚さＴが１００μｍ以上２０００μｍ以下である場合における、炭化珪素結晶ウエハ５ａの表面５ｂと、炭化珪素結晶ウエハ５ａの表面５ｂに略平行な低指数面９の法線１０とが為す角度αの最大値と最小値との差を０．５°以下とすることができる。

ここで、低指数面９は、炭化珪素結晶ウエハ５ａの表面５ｂに略平行であって、炭化珪素結晶ウエハ５ａの表面５ｂに最も近い位置に存在する結晶面のことを意味している。なお、炭化珪素結晶ウエハ５ａの表面５ｂに略平行とは、炭化珪素結晶ウエハ５ａの表面５ｂに対する角度が０．５°以下であることを意味する。

また、図４の模式的断面図に示すように、炭化珪素結晶ウエハ５ａのオフ角度β（炭化珪素結晶ウエハ５ａの表面５ａと種結晶４の表面４ａとが為す角度）は、種結晶４の表面４ａに対して１°以上であることが好ましい。この場合には、炭化珪素結晶ウエハ５ａを用いて炭化珪素半導体装置を作製する際に、炭化珪素結晶ウエハ５ａ上に炭化珪素結晶をホモエピタキシャル成長させるのが容易となる傾向にある。

なお、上記において、角度はすべて０°以上９０°以下のいずれかの値が採用され、それ以上の大きさの角度を有する角は補角とされる。補角の角度は、上記の角度の値には採用されない。

＜実施例１＞
まず、炭化珪素粉末の炭化珪素結晶中に珪素よりも原子半径の大きいチタンを格子間原子および置換原子の少なくとも一方として含む原料粉末を王水に１２０分以上３６００分以下浸漬させることによって、原料粉末の酸洗浄を行なった。

次に、図１に示す製造装置の上部の開口部８から黒鉛容器１の内部にＨｅからなる不活性ガスを導入し、黒鉛容器１の内部の圧力を６６．６ｋＰａとした。

次に、図１に示す製造装置の外周に設けられた加熱装置（図示せず）を用いて原料粉末６の温度が２３００℃となり、種結晶４の温度が２２００℃となるように、黒鉛容器１の内部の雰囲気を加熱した。ここで、黒鉛容器１の内部の雰囲気の加熱は、原料粉末６から種結晶４にかけて黒鉛容器１の内部の温度が直線的に低下する温度勾配が形成されるように行なった。

次に、黒鉛容器１の内部の圧力を徐々に低下させて１３．３ｋＰａとした。そして、黒鉛容器１の内部の圧力が１３．３ｋＰａとなった時点で、Ｈｅからなる不活性ガスとともに、窒素からなるドーパントガス７を黒鉛容器１の内部に導入した。ここで、窒素は、Ｈｅからなる不活性ガスの５体積％の割合となるように不活性ガスに混合されて黒鉛容器１の内部に導入された。

上記のようにして、種結晶４のＳｉ面上に、６Ｈ型の炭化珪素単結晶からなり、直径が４インチ以上の表面を有する実施例１の炭化珪素単結晶インゴット５を成長させた。

上記のようにして製造された実施例１の炭化珪素単結晶インゴット５の窒素濃度［個／ｃｍ³］およびチタン原子濃度［個／ｃｍ³］をそれぞれＳＩＭＳにより測定した。また、チタン原子濃度の測定結果から、実施例１の炭化珪素単結晶インゴット５のチタン原子の濃度勾配［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］を算出した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１の炭化珪素単結晶インゴット５の窒素濃度は１×１０¹⁹［個／ｃｍ³］であって、チタン原子濃度は１×１０¹⁶［個／ｃｍ³］であって、チタン原子の濃度勾配は１×１０¹⁶［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］であった。

また、上記のようにして作製した実施例１の炭化珪素単結晶インゴット５をワイヤソーで４００μｍの厚さに切り出して、直径が４インチ以上の表面を有する実施例１の炭化珪素単結晶ウエハを作製した。ここで、実施例１の炭化珪素単結晶ウエハは、そのオフ角度が、種結晶の表面に対して１°以上となるように切り出して作製された。

そして、実施例１の炭化珪素単結晶ウエハの反りの大きさを評価するために、実施例１の炭化珪素単結晶ウエハの表面と、その表面に略平行な低指数面の法線とが為す角度の最大値と最小値との差を算出した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１の炭化珪素単結晶ウエハにおけるその差は、０．２°であった。

なお、上記の差が小さい方が炭化珪素単結晶ウエハの反りが小さいことを示している。
また、上記の差は、実施例１の炭化珪素単結晶ウエハの表面にＸ線を入射させて回折したＸ線の回折角度の面内分布を測定することによって算出された。

＜実施例２＞
原料粉末中の金属チタン（Ｔｉ）の含有量を低減させたこと以外は実施例１と同様にして、直径が４インチ以上の表面を有する実施例２の炭化珪素単結晶インゴット５を成長させた。

上記のようにして製造された実施例２の炭化珪素単結晶インゴット５の窒素濃度［個／ｃｍ³］、チタン原子濃度［個／ｃｍ³］およびチタン原子の濃度勾配［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］をそれぞれ求めた。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例２の炭化珪素単結晶インゴット５の窒素濃度は１×１０¹⁹［個／ｃｍ³］であって、チタン原子濃度は５×１０¹⁶［個／ｃｍ³］であって、チタン原子の濃度勾配は５×１０¹⁵［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］であった。

また、上記のようにして作製した実施例２の炭化珪素単結晶インゴット５をワイヤソーで４００μｍの厚さに切り出して、直径が４インチ以上の表面を有する実施例２の炭化珪素単結晶ウエハを作製した。

そして、実施例１と同様にして、実施例２の炭化珪素単結晶ウエハの反りの大きさを評価するために、実施例２の炭化珪素単結晶ウエハの表面と、その表面に略平行な低指数面の法線とが為す角度の最大値と最小値との差を算出した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例２の炭化珪素単結晶ウエハにおけるその差は、０．２°であった。

＜実施例３＞
原料粉末中の金属チタン（Ｔｉ）の含有量を実施例２よりもさらに低減したこと以外は実施例１と同様にして、直径が４インチ以上の表面を有する実施例３の炭化珪素単結晶インゴット５を成長させた。

上記のようにして製造された実施例３の炭化珪素単結晶インゴット５の窒素濃度［個／ｃｍ³］、チタン原子濃度［個／ｃｍ³］およびチタン原子の濃度勾配［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］をそれぞれ求めた。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例３の炭化珪素単結晶インゴット５の窒素濃度は１×１０¹⁹［個／ｃｍ³］であって、チタン原子濃度は３×１０¹⁶［個／ｃｍ³］であって、チタン原子の濃度勾配は１×１０¹⁵［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］であった。

そして、実施例１と同様にして、実施例３の炭化珪素単結晶ウエハの反りの大きさを評価するために、実施例３の炭化珪素単結晶ウエハの表面と、その表面に略平行な低指数面の法線とが為す角度の最大値と最小値との差を算出した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例３の炭化珪素単結晶ウエハにおけるその差は、０．２°であった。

＜比較例１＞
原料粉末中の金属チタン（Ｔｉ）の含有量を実施例１よりも増加したこと以外は実施例１と同様にして、直径が４インチ以上の表面を有する比較例１の炭化珪素単結晶インゴット５を成長させた。

上記のようにして製造された比較例１の炭化珪素単結晶インゴット５の窒素濃度［個／ｃｍ³］、チタン原子濃度［個／ｃｍ³］およびチタン原子の濃度勾配［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］をそれぞれ求めた。その結果を表１に示す。

表１に示すように、比較例１の炭化珪素単結晶インゴット５の窒素濃度は１×１０¹⁹［個／ｃｍ³］であって、チタン原子濃度は１×１０¹⁹［個／ｃｍ³］であって、チタン原子の濃度勾配は１×１０¹⁸［個／（ｃｍ³・ｍｍ）］であった。

そして、実施例１と同様にして、比較例１の炭化珪素単結晶ウエハの反りの大きさを評価するために、比較例１の炭化珪素単結晶ウエハの表面と、その表面に略平行な低指数面の法線とが為す角度の最大値と最小値との差を算出した。その結果を表１に示す。表１に示すように、比較例１の炭化珪素単結晶ウエハにおけるその差は、４°であった。

＜結果＞

表１に示すように、窒素濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³以上１×１０²⁰個／ｃｍ³以下であって、チタン原子濃度が１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上１×１０¹⁸個／ｃｍ³以下かつ窒素濃度以下であって、チタン原子の濃度勾配が１×１０¹⁶個／（ｃｍ³・ｍｍ）以上１×１０¹⁷個／（ｃｍ³・ｍｍ）以下である実施例１〜３の炭化珪素単結晶インゴットを切り出して作製された実施例１〜３の炭化珪素単結晶ウエハは、チタン原子の濃度勾配が１×１０¹⁶個／（ｃｍ³・ｍｍ）以上１×１０¹⁷個／（ｃｍ³・ｍｍ）以下の範囲内にない比較例１の炭化珪素単結晶ウエハよりも反りが低減できていることが確認された。

これは、比較例１の炭化珪素単結晶インゴットにおいては、チタン原子の濃度勾配が大きすぎて、炭化珪素単結晶ウエハの反りを十分に低減することができなかったためと考えられる。

なお、上記の実施例１〜３および比較例１においては、金属原子として金属チタン（Ｔｉ）を用いる場合について説明したが、金属チタン（Ｔｉ）に代えて、窒化チタン（ＴｉＮ）、バナジウム（Ｖ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、タンタル（Ｔａ）、炭化タンタル（ＴａＣ）または窒化タンタル（ＴａＮ）を用いた場合にも上記と同様の結果が得られた。

また、上記の実施例１〜３および比較例１においては、ドーパントガスとして窒素を用いる場合について説明したが、窒素に代えてリンを含むガスを用いた場合にも上記と同様の結果が得られた。

今回開示された実施の形態および実施例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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。

本発明は、炭化珪素結晶インゴット、炭化珪素結晶ウエハおよび炭化珪素結晶の製造方法に利用できる可能性がある。

１ 黒鉛容器、２ 黒鉛台座、３ 黒鉛坩堝、４ 種結晶、４ａ 表面、５ 炭化珪素単結晶、５ａ 炭化珪素単結晶ウエハ、５ｂ 表面、６ 原料粉末、７ ドーパントガス、８ 開口部、９ 低指数面、１０ 法線。

Claims (5)

1. 直径が４インチ以上の表面を有し、
   ｎ型ドーパントと、
   珪素よりも原子半径の大きな金属原子と、を含み、
   前記ｎ型ドーパントの濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³以上１×１０²⁰個／ｃｍ³以下であり、
   前記金属原子の濃度が１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上１×１０¹⁸個／ｃｍ³以下、かつ前記ｎ型ドーパントの濃度以下であって、
   前記金属原子の濃度勾配が１×１０¹⁷個／（ｃｍ³・ｍｍ）以下である、炭化珪素結晶インゴット。
2. 請求項１に記載の炭化珪素結晶インゴットから切り出すことによって得られた、直径が４インチ以上の表面を有する、炭化珪素結晶ウエハ。
3. 前記炭化珪素結晶ウエハの厚さが１００μｍ以上２０００μｍ以下であって、
   前記炭化珪素結晶ウエハの前記表面と、前記炭化珪素結晶ウエハの前記表面に略平行な低指数面の法線とが為す角度の最大値と最小値との差が０．５°以下である、請求項２に記載の炭化珪素結晶ウエハ。
4. 前記炭化珪素結晶ウエハのオフ角度が、種結晶の表面に対して１°以上である、請求項２または３に記載の炭化珪素結晶ウエハ。
5. 炭化珪素粉末の結晶中に珪素よりも原子半径の大きな金属原子を格子間原子および置換原子の少なくとも一方として含む原料粉末を酸洗浄する工程と、
   前記酸洗浄する工程後に、前記原料粉末を用いて炭化珪素結晶インゴットを気相成長させる工程と、を含む、炭化珪素結晶インゴットの製造方法。

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