JP2014101252A - 炭化珪素基板および炭化珪素インゴット、ならびにこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素基板および炭化珪素インゴット、ならびにこれらの製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素基板２では、一方の主表面２ａ上において、＜１１−２０＞方向に沿った直線が交差することにより形成され、Ｘ線トポグラフィにより観察することが可能な交差模様２０が０．１個／ｃｍ^２以下の数密度で存在している。このように、炭化珪素基板２では、主表面２ａに存在する交差模様２０の数密度が０．１個／ｃｍ^２以下にまで低減されている。そのため、炭化珪素基板２を用いて半導体装置を製造した場合、交差模様２０に起因した歩留まり低下を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、炭化珪素基板および炭化珪素インゴットならびにこれらの製造方法に関するものであり、より特定的には、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素基板および炭化珪素インゴット、ならびにこれらの製造方法に関するものである。

従来、珪素に代わる次世代の半導体材料として炭化珪素が研究されている。この炭化珪素からなる基板を製造する方法としては、たとえば昇華法により種基板上に単結晶炭化珪素からなる炭化珪素層を成長させて炭化珪素インゴットを形成し、当該炭化珪素インゴットをスライスする方法が知られている。たとえば特開２００４−３２３３４８号公報（以下、特許文献１という）では、（０００１）面（いわゆるｃ面）または当該ｃ面に対して所定のオフ角を有する面を成長面とした種基板を準備し、当該成長面上に炭化珪素層を成長させる方法が開示されている。また、このような方法により形成された炭化珪素インゴットには、螺旋成長により結晶成長した領域（いわゆるファセット領域）と、結晶のステップに沿ったステップフロー成長により結晶成長した領域とが形成されている。

特開２００４−３２３３４８号公報

従来の方法により炭化珪素インゴットを形成し、当該炭化珪素インゴットをスライスして得た炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造した場合には、その歩留まりを十分に向上させることが困難であるという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素基板および炭化珪素インゴット、ならびにこれらの製造方法を提供することである。

本発明に従った炭化珪素基板では、一方の主表面上において、＜１１−２０＞方向に沿った直線が交差することにより形成され、Ｘ線トポグラフィにより観察することが可能な模様が０．１個／ｃｍ^２以下の数密度で存在している。

本発明者は、従来の方法により製造した炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造した場合、その歩留まりを十分に向上させることが困難である原因について詳細な検討を行った。その結果、炭化珪素基板の一方の主表面において＜１１−２０＞方向に沿った直線が互いに交差して形成される模様が存在し、当該模様の存在と半導体装置の製造における歩留まりとの間に相関関係があることを見出し、本発明に想到した。

本発明に従った炭化珪素基板では、一方の主表面における当該模様の数密度が０．１個／ｃｍ^２以下にまで低減されている。そして、当該模様の中心には転位などの欠陥が存在している。そのため、当該炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造した場合には、当該模様に起因した歩留まりの低下を抑制することができる。したがって、本発明に従った炭化珪素基板によれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素基板を提供することができる。また、本発明に従った炭化珪素基板は、後述する本発明に従った炭化珪素インゴットをスライスすることにより得られる炭化珪素基板であってもよい。

また、当該模様を構成する直線とは、連続的な直線として観察されるものに限定されず、互いに分離した複数の線分が仮想の直線を構成するように不連続に連なったものも含む。

本発明に従った炭化珪素インゴットでは、一方の表面上において、＜１１−２０＞方向に沿った直線が交差することにより形成された模様が、０．１個／ｃｍ^２以下の数密度で存在している。

本発明に従った炭化珪素インゴットでは、一方の表面上に存在する当該模様の数密度が０．１個／ｃｍ^２以下にまで低減されている。そして、当該模様の中心には転位などの欠陥が存在している。そのため、当該炭化珪素インゴットをスライスして得た炭化珪素基板を用いて半導体装置を製造した場合には、当該模様に起因した歩留まり低下を抑制することができる。したがって、本発明に従った炭化珪素インゴットによれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素インゴットを提供することができる。

上記炭化珪素インゴットのポリタイプは、４Ｈ型であってもよい。当該模様は、４Ｈ型ポリタイプの炭化珪素インゴットにおいて発生し易い。そのため、ポリタイプが４Ｈ型である場合には、当該模様の数密度を低減することができる上記本発明に従った炭化珪素インゴットを好適に採用することができる。

本発明の一の局面に従った炭化珪素インゴットの製造方法は、単結晶炭化珪素からなる種基板を準備する工程と、種基板の一方の表面が成長容器の上面と接触するように、種基板を成長容器内に配置する工程と、種基板が配置された後、成長容器を昇温する工程と、成長容器を昇温した後、種基板の一方の表面とは反対側の他方の表面上に炭化珪素層を成長させる工程とを備えている。成長容器を昇温する工程では、当該上面における温度をＴ_１とし、当該上面に対向する成長容器の底面における温度をＴ_２とし、当該底面から当該上面に向かう方向における当該上面と当該底面との間の距離をＬとした場合に、（Ｔ_２−Ｔ_１）／Ｌの値が１より小さい状態が維持される。

本発明の一の局面に従った炭化珪素インゴットの製造方法では、当該底面から当該上面に向かう方向における温度分布を均一にした状態で成長容器を昇温する。これにより、種基板の当該他方の表面に加わる熱応力が小さくなり、当該他方の表面上に成長する炭化珪素層において欠陥の発生を抑制することができる。その結果、炭化珪素層の表面（種基板側とは反対側の面）において、＜１１−２０＞方向に沿った直線が交差して形成される当該模様の発生を抑制することができる。したがって、本発明の一の局面に従った炭化珪素インゴットの製造方法によれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素インゴットを製造することができる。

上記一の局面に従った炭化珪素インゴットの製造方法において、種基板を準備する工程では、マイクロパイプ密度が１０個／ｃｍ^２以下である種基板が準備されてもよい。これにより、炭化珪素層において当該模様の発生の原因となる貫通転位の発生を抑制することができる。その結果、炭化珪素層の表面における当該模様の発生をより効果的に抑制することができる。

上記炭化珪素インゴットの製造方法において、炭化珪素層を成長させる工程では、炭化珪素層の成長方向側から見たときの幅方向における温度勾配が１０℃／ｃｍ以下とされてもよい。これにより、炭化珪素層において成長方向に貫通する欠陥の発生を抑制することができる。その結果、炭化珪素層の表面における当該模様の発生をさらに効果的に抑制することができる。

本発明の他の局面に従った炭化珪素インゴットの製造方法は、単結晶炭化珪素からなる種基板を準備する工程と、種基板の表面上に炭化珪素層を成長させる工程とを備えている。種基板を準備する工程では、マイクロパイプ密度が１０個／ｃｍ^２以下である種基板が準備される。

本発明の他の局面に従った炭化珪素インゴットの製造方法では、マイクロパイプ密度が低減された種基板上に炭化珪素層を成長させるため、炭化珪素層において当該模様の発生原因となる貫通転位の発生を抑制することができる。そのため、炭化珪素層の表面（種基板とは反対側の面）における当該模様の発生を抑制することができる。したがって、本発明の他の局面に従った炭化珪素インゴットの製造方法によれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素インゴットを製造することができる。

上記他の局面に従った炭化珪素インゴットの製造方法において、炭化珪素層を成長させる工程では、炭化珪素層の成長方向側から見たときの幅方向における温度勾配が１０℃／ｃｍ以下とされてもよい。これにより、炭化珪素層において成長方向に貫通する欠陥の発生を抑制することができる。その結果、当該炭化珪素層の表面における当該模様の発生をより効果的に抑制することができる。

本発明に従った炭化珪素基板の製造方法は、炭化珪素インゴットを準備する工程と、炭化珪素インゴットをスライスして炭化珪素基板を得る工程とを備えている。炭化珪素インゴットを準備する工程では、当該模様の発生を抑制することが可能な上記本発明に従った炭化珪素インゴットの製造方法により製造された炭化珪素インゴットが準備される。そのため、当該炭化珪素インゴットをスライスして得られる炭化珪素基板の主表面においては、当該模様の発生が抑制されている。したがって、本発明に従った炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素基板を製造することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明に従った炭化珪素基板および炭化珪素インゴットによれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素基板および炭化珪素インゴットを提供することができる。また、本発明に従った炭化珪素基板および炭化珪素インゴットの製造方法によれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素基板および炭化珪素インゴットを製造することができる。

炭化珪素インゴットを概略的に示す側面図である。 炭化珪素インゴットを概略的に示す上面図である。 炭化珪素基板を概略的に示す上面図である。 Ｘ線トポグラフィにより炭化珪素基板の主表面上に存在する交差模様を観察した写真である。 炭化珪素インゴットの製造方法を概略的に示すフローチャートである。 炭化珪素基板の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 炭化珪素インゴットの製造方法を説明するための概略図である。 炭化珪素インゴットの製造方法を説明するための概略図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。また、本明細書中においては、個別方位を[]、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。

まず、本発明の一実施の形態に係る炭化珪素インゴットおよび炭化珪素基板について説明する。図１を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素インゴット１は、単結晶炭化珪素からなる種基板１０と、種基板１０の表面１０ａ上に形成された炭化珪素層１２とを備えている。種基板１０の表面１０ａは、（０００１）面に対するオフ角が１°以下であり、好ましくは０．５°以下であり、より好ましくは０°である。炭化珪素インゴット１のポリタイプは、たとえば４Ｈ型である。

炭化珪素層１２において種基板１０とは反対側の表面１２ａには、インゴットの中央部を含むファセット面１２ｂと、その外周部にある非ファセット面１２ｃとが形成されている。炭化珪素層１２においてファセット面１２ｂ下にある領域は螺旋転位を中心した螺旋成長により結晶成長した領域であり、一方非ファセット面１２ｃ下にある領域は、結晶のステップに沿ったステップフロー成長により結晶成長した領域となっている。

図２を参照して、炭化珪素インゴット１（炭化珪素層１２）の一方の表面１２ａのうちファセット面１２ｂにおいては、＜１１−２０＞方向に沿った複数の直線が互いに交差することにより形成された交差模様２０が存在している。交差模様２０が形成された領域の最外周部は六角形の形状を構成し、より具体的には正六角形の形状を構成している。また、交差模様２０を構成する複数の直線の各々は当該六角形の対角線となっている。

炭化珪素層１２の表面１２ａにおける交差模様２０の数密度は、０．１個／ｃｍ^２となっており、好ましくは０個／ｃｍ^２（交差模様２０が存在しない状態）となっている。交差模様２０の中心部（当該複数の直線の交差点）には螺旋転位やマイクロパイプが存在しており、交差模様２０は目視観察することが可能である。また、交差模様２０は、インゴットのポリタイプが４Ｈ型である場合には容易に観察することができるが、ポリタイプが４Ｈ型以外である場合（たとえば６Ｈ型）には観察することが困難である。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素基板について説明する。図３を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素基板２は、たとえば上記本実施の形態に係る炭化珪素インゴット１をスライスすることにより得られるものである。

炭化珪素基板２の一方の主表面２ａにおいては、基板中央部を含むファセット面２ｂと、非ファセット面２ｃとが形成されている。また、図３および図４を参照して、主表面２ａのうちファセット面２ｂにおいては、炭化珪素インゴット１の場合と同様に、＜１１−２０＞に沿った直線２１，２２，２３が互いに交差することにより形成された交差模様２０が存在している。交差模様２０の主表面２ａにおける数密度は０．１個／ｃｍ^２以下となっており、好ましくは０個／ｃｍ^２（交差模様２０が存在しない状態）となっている。また、炭化珪素基板２においては交差模様２０を目視観察することは困難であり、図４に示すようにＸ線トポグラフィにより交差模様２０を観察することが可能である。

以上のように、本実施の形態に係る炭化珪素インゴット１においては、炭化珪素層１２の表面１２ａ（ファセット面１２ｂ）に存在する交差模様２０の数密度が０．１個／ｃｍ^２以下にまで低減されている。また、当該炭化珪素インゴット１をスライスすることにより得られる炭化珪素基板２においても、同様に主表面２ａに存在する交差模様２０の数密度が０．１個／ｃｍ^２以下にまで低減されている。交差模様２０は炭化珪素の結晶粒界となっているため、当該交差模様２０が多数存在する炭化珪素基板を用いてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置を製造した場合には歩留まりが低下する。これに対して、炭化珪素インゴット１および当該炭化珪素インゴット１をスライスして得られる炭化珪素基板２においては交差模様２０の発生数が低減されているため、当該炭化珪素基板２を用いて半導体装置を製造した場合に歩留まりの低下を抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る炭化珪素インゴット１および炭化珪素基板２によれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりをより向上させることができる。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素インゴットおよび炭化珪素基板の製造方法について説明する。本実施の形態に係る炭化珪素インゴットおよび炭化珪素基板の製造方法では、上記本実施の形態に係る炭化珪素インゴット１および炭化珪素基板２がそれぞれ製造される。

まず、本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法について説明する。図５を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法では、まず、工程（Ｓ１０）として、種基板準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図７を参照して、単結晶炭化珪素からなる種基板１０が準備される。種基板１０の表面１０ａは、（０００１）面に対するオフ角が１０°以下であることが好ましく、５°以下であることがさらに好ましい。当該オフ角が０°である場合には、種基板１０の表面１０ａは実質的に（０００１）面となる。

この工程（Ｓ１０）では、マイクロパイプ密度（ＭＰＤ）が１０個／ｃｍ^２以下である種基板１０が準備される。種基板１０のマイクロパイプ密度（ＭＰＤ）は、以下のように算出することができる。まず、加熱溶融させたＫＯＨに種基板１０を浸漬し、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡で種基板１０の表面を観察してピットの数をカウントする。そして、観察した領域の面積とピットのカウント数とにより単位面積当たりのピット数を算出することによりマイクロパイプ密度（ＭＰ）が得られる。

また、この工程（Ｓ１０）では、鏡面研磨を実施した後に偏光顕微鏡により観察（クロスニコル）した場合に確認されるマイクロパイプ密度（ＭＰＤ）が、５個／ｃｍ^２以下である種基板１０が準備されることが好ましい。また、当該マイクロパイプ密度（ＭＰＤ）は、好ましくは２個／ｃｍ^２以下であり、より好ましくは０個／ｃｍ^２である。

次に、工程（Ｓ２０）として、種基板配置工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、図８を参照して、種基板１０の表面１０ｂが成長容器としての坩堝３の上面３ａと接触するように、種基板１０が坩堝３内に配置される。坩堝３は、たとえばグラファイト製である。また、坩堝３内には、多結晶炭化珪素などからなる原料粉末１１が予め底面３ｂ側に配置される。これにより、図８に示すように種基板１０と原料粉末１１とが坩堝３内において互いに対向するように配置された状態となる。

次に、工程（Ｓ３０）として、昇温工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、種基板１０が坩堝３内に配置された後、まず、坩堝３内を真空排気により減圧しつつ、ヒータ４を動作させて所定の温度（たとえば１５００℃程度）にまで坩堝３を昇温する。そして、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを導入することにより坩堝３内の所望の圧力（たとえば９０ｋＰａ）を達成しつつ、結晶成長温度（たとえば種基板１０の温度が２２５０℃、原料粉末１１の温度が２２９０℃）にまでさらに坩堝３を昇温する。

この工程（Ｓ３０）では、坩堝３の上面３ａにおける温度をＴ_１とし、上面３ａに対向する底面３ｂにおける温度をＴ_２とし、底面３ｂから上面３ａに向かう方向における上面３ａと底面３ｂとの間の距離をＬとした場合に、（Ｔ_２−Ｔ_１）／Ｌの値が１より小さい状態が維持されつつ坩堝３を昇温する。また、坩堝３を１７００℃以上にまで昇温した後は、坩堝３内の圧力が３ｋＰａ以上に維持されることが好ましい。温度Ｔ_１およびＴ_２は、坩堝３の外部に配置される石英管や断熱材（図示しない）などの部材に形成された測定孔より非接触式温度計（パイロメータ）を用いて測定することができる。上記測定孔より、坩堝３の上部および底部を観察することができる。また、（Ｔ_２−Ｔ_１）／Ｌの値は、たとえば坩堝３の上部および底部に配置される断熱材の厚みを変更し、または上記測定孔の大きさを変更することにより調整することが可能である。また、本実施の形態にように複数のヒータ４を用いた抵抗加熱により坩堝３を加熱する場合には、複数のヒータ４の各々の温度を変更することにより調整することが可能である。また、誘導加熱により坩堝３を加熱する場合には、誘導加熱コイル（図示しない）と坩堝３との位置関係を変更することにより調整することが可能である。

次に、工程（Ｓ４０）として、結晶成長工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、まず、坩堝３内を所定の圧力（たとえば１ｋＰａ）にまで減圧する。このとき、５ｋＰａ／ｈ以下の速度で坩堝３内を減圧することが好ましい。これにより、原料粉末１１を構成する炭化珪素が昇華し、昇華した炭化珪素が種基板１０の表面１０ａ（表面１０ｂとは反対側の他方の表面）上において再結晶化する。その結果、表面１０ａ上において単結晶炭化珪素からなる炭化珪素層１２が成長し、種基板１０と炭化珪素層１２とを備える炭化珪素インゴット１が製造される。

この工程（Ｓ４０）では、炭化珪素層１２の成長方向側から見たときの幅方向における温度勾配が１０℃／ｃｍ以下とされることが好ましい。具体的には、カーボンフェルトやカーボン成型断熱材などの断熱部材（図示しない）を坩堝３の上部に配置して坩堝３からの熱の漏れ量を少なくすることにより、炭化珪素インゴット１の径方向における温度分布が均一化されることが好ましい。

また、この工程（Ｓ４０）では、炭化珪素インゴット１における中央部３１、端部３２および最外周部３３における温度を以下のようにすることが好ましい。ここで、端部３２とは、炭化珪素インゴット１の端部にある領域であって、坩堝３の内壁から炭化珪素インゴット１の直径の１０％以内の距離にある領域である。そして、中央部３１における温度をＴ_３、端部３２における温度をＴ_４、最外周部３３における温度をＴ_５とした場合に、Ｔ_５＞Ｔ_４≧Ｔ_３の関係式が満たされ、さらにＴ_４およびＴ_３に関して、温度勾配（（Ｔ_３とＴ_４との差の絶対値）／（中央部３１と端部３２との間の距離））が１０℃／ｃｍ以下という関係が満たされることが好ましい。

この場合、種基板１０の表面１０ｂ側における温度分布を均一にする必要がある。具体的には、坩堝３の上部に断熱部材（図示しない）を配置することにより坩堝３からの熱の局所的な発散を抑制し、坩堝３から均一に熱を発散させるという構成を採用することができる。これにより、炭化珪素インゴット１の表面１２ａにおける中央部３１と端部３２との間の曲率半径を炭化珪素インゴット１の半径の３倍以上とすることができる。ここで、曲率半径は、たとえば以下のようにして算出される。まず、中央部３１と端部３２との間において５ｍｍピッチで炭化珪素インゴット１の高さ（種基板１０の表面１０ａから炭化珪素インゴット１の表面１２ａまでの距離）を測定する。そして、各ピッチ間における炭化珪素インゴット１の高さの差から、各ピッチ間における炭化珪素インゴット１の表面１２ａに対応する円弧の半径を算出する。そして、中央部３１と端部３２との間の各ピッチ間について算出された円弧の半径のうち最小の半径を曲率半径とする。

また、Ｔ_５とＴ_４との関係については、Ｔ_５とＴ_４との差の絶対値が１℃以上１０℃以下、より好ましくは５℃以下であること（たとえばＴ_４に対してＴ_５の方が高温であり、Ｔ_４とＴ_５との差が１０℃以下、より好ましくは５℃以下であること）が好ましい。ここで、当該差の絶対値が１℃未満の場合は、グラファイト製の坩堝３の内壁面上に炭化珪素の多結晶が付着、成長しやすくなり、炭化珪素の結晶成長の妨げになる。さらに、当該差が１０℃を超える場合は、坩堝３側からの輻射熱などの影響により、炭化珪素インゴット１の端部３２の温度も上昇する。この結果、中央部３１と端部３２との間の温度差が大きくなる。

次に、工程（Ｓ５０）として、後処理工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、形成された炭化珪素インゴット１を坩堝３から取り出し、表面層を研削する。また、結晶方位を示すマークを炭化珪素インゴット１に形成する。以上のように工程（Ｓ１０）〜（Ｓ５０）が実施されることにより炭化珪素インゴット１が製造され、本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法が完了する。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法について説明する。図６を参照して、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、まず、工程（Ｓ６０）として、インゴット準備工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、上記本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法が実施されることにより、炭化珪素インゴット１（図１および図２）が準備される。

次に、工程（Ｓ７０）として、スライス工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、炭化珪素インゴット１を所定の方法でスライスすることにより炭化珪素基板２（図３）が得られる。炭化珪素インゴット１をスライスする方法としては、たとえばワイヤソーを用いる方法や、ダイヤモンドなどの硬質の砥粒が表面に配置された切断部材（たとえば内周刃ブレード）を用いる方法を採用することができる。炭化珪素インゴット１をスライスする方向は特に限定されるものではなく、たとえば種基板１０の表面１０ａに沿った方向であってもよいし、種基板１０のオフ角方位と種基板１０の表面１０ａに対する垂線とにより規定される平面に沿った方向であってもよい。

次に、工程（Ｓ８０）として、後処理工程（Ｓ８０）が実施される。この工程（Ｓ８０）では、炭化珪素インゴット１をスライスして得られた炭化珪素基板２の主表面を研削、研磨することにより、鏡面状態または所定の表面状態に仕上げ加工する。以上の工程（Ｓ６０）〜（Ｓ８０）が実施されることにより炭化珪素基板２が製造され、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法が完了する。

以上のように、本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法では、坩堝３内に種基板１０を配置した後、底面３ｂから上面３ａに向かう方向における温度分布を均一にした状態で坩堝３を昇温する。これにより、種基板１０の表面１０ａに加わる熱応力が小さくなり、当該表面１０ａ上に成長する炭化珪素層１２において欠陥の発生を抑制することができる。その結果、炭化珪素層１２の表面１２ａにおいて、＜１１−２０＞方向に沿った直線が交差して形成される交差模様２０（図２）の発生を抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法によれば、交差模様２０の発生が抑制され、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素インゴット１を製造することができる。

また、上述のように、本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法において、工程（Ｓ１０）では、マイクロパイプ密度（ＭＰＤ）が１０個／ｃｍ^２以下である種基板１０が準備される。これにより、炭化珪素層１２において交差模様２０の発生の原因となる貫通転位の発生を抑制することができる。その結果、炭化珪素層１２の表面１２ａにおける交差模様２０の発生をより効果的に抑制することができる。

また、上述のように、上記本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法において、工程（Ｓ４０）では、炭化珪素層１２の成長方向側から見たときの幅方向における温度勾配が１０℃／ｃｍ以下とされてもよい。このように炭化珪素層１２の成長面（種基板１０側とは反対側の面）における温度分布を均一にすることにより、当該炭化珪素層１２において成長方向に貫通する欠陥の発生を抑制することができる。その結果、炭化珪素層１２の表面１２ａにおける交差模様２０の発生をさらに効果的に抑制することができる。

また、上述のように、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法では、上記本実施の形態に係る炭化珪素インゴットの製造方法により製造された炭化珪素インゴット１が準備される。そのため、炭化珪素インゴット１をスライスして得られる炭化珪素基板２では、主表面２ａにおける交差模様２０の発生が抑制されている。したがって、本実施の形態に係る炭化珪素基板の製造方法によれば、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な炭化珪素基板２を製造することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した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。

本発明の炭化珪素基板および炭化珪素インゴット、ならびにこれらの製造方法は、炭化珪素を構成材料とする半導体装置の歩留まりを向上させることが要求される炭化珪素基板および炭化珪素インゴット、ならびにこれらの製造方法において、特に有利に適用され得る。

１ 炭化珪素インゴット、２ 炭化珪素基板、２ａ 主表面、２ｂ，１２ｂ ファセット面、２ｃ，１２ｃ 非ファセット面、３ 坩堝、３ａ 上面、３ｂ 底面、４ ヒータ、１０ 種基板、１０ａ，１０ｂ，１２ａ 表面、１１ 原料粉末、１２ 炭化珪素層、２０ 交差模様、２１，２２，２３ 直線、３１ 中央部、３２ 端部、３３ 最外周部。

Claims (10)

1. 一方の主表面上において、＜１１−２０＞方向に沿った直線が交差することにより形成され、Ｘ線トポグラフィにより観察することが可能な模様が、０．１個／ｃｍ^２以下の数密度で存在している、炭化珪素基板。
2. 一方の表面上において、＜１１−２０＞方向に沿った直線が交差することにより形成された模様が、０．１個／ｃｍ^２以下の数密度で存在している、炭化珪素インゴット。
3. ポリタイプが４Ｈ型である、請求項２に記載の炭化珪素インゴット。
4. 請求項２または３に記載の炭化珪素インゴットをスライスすることにより得られる炭化珪素基板であって、
   一方の主表面上において、＜１１−２０＞方向に沿った直線が交差することにより形成され、Ｘ線トポグラフィにより観察することが可能な模様が０．１個／ｃｍ^２以下の数密度で存在している、炭化珪素基板。
5. 単結晶炭化珪素からなる種基板を準備する工程と、
   前記種基板の一方の表面が成長容器の上面と接触するように、前記種基板を前記成長容器内に配置する工程と、
   前記種基板が配置された後、前記成長容器を昇温する工程と、
   前記成長容器を昇温した後、前記種基板の前記一方の表面とは反対側の他方の表面上に炭化珪素層を成長させる工程とを備え、
   前記成長容器を昇温する工程では、前記上面における温度をＴ_１とし、前記上面に対向する前記成長容器の底面における温度をＴ_２とし、前記底面から前記上面に向かう方向における前記上面と前記底面との間の距離をＬとした場合に、（Ｔ_２−Ｔ_１）／Ｌの値が１より小さい状態が維持される、炭化珪素インゴットの製造方法。
6. 前記種基板を準備する工程では、マイクロパイプ密度が１０個／ｃｍ^２以下である前記種基板が準備される、請求項５に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
7. 前記炭化珪素層を成長させる工程では、前記炭化珪素層の成長方向側から見たときの幅方向における温度勾配が１０℃／ｃｍ以下とされる、請求項５または６に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
8. 単結晶炭化珪素からなる種基板を準備する工程と、
   前記種基板の表面上に炭化珪素層を成長させる工程とを備え、
   前記種基板を準備する工程では、マイクロパイプ密度が１０個／ｃｍ^２以下である前記種基板が準備される、炭化珪素インゴットの製造方法。
9. 前記炭化珪素層を成長させる工程では、前記炭化珪素層の成長方向側から見たときの幅方向における温度勾配が１０℃／ｃｍ以下とされる、請求項８に記載の炭化珪素インゴットの製造方法。
10. 請求項５〜９のいずれか１項に記載された炭化珪素インゴットの製造方法により製造された炭化珪素インゴットを準備する工程と、
    前記炭化珪素インゴットをスライスして炭化珪素基板を得る工程とを備える、炭化珪素基板の製造方法。