JP2015189633A - 炭化珪素単結晶基板、炭化珪素エピタキシャル基板およびこれらの製造方法 - Google Patents

炭化珪素単結晶基板、炭化珪素エピタキシャル基板およびこれらの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】真空吸着不良を低減可能な、炭化珪素単結晶基板、炭化珪素エピタキシャル基板およびこれらの製造方法を提供する。【解決手段】炭化珪素単結晶基板１は、第１の主面１ｂと、第１の主面１ｂと反対側の第２の主面１ａとを備える。第１の主面１ｂの最大径は１００ｍｍ以上である。第１の主面１ｂは、外周から３ｍｍ以内の領域ＯＲｂを除いた第１の中央領域ＩＲｂを含む。第１の中央領域ＩＲｂを一辺が２５０μｍの第１の正方形領域４ｂに分割した場合において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満であり、かつ第１の正方形領域４ｂにおける酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素単結晶基板、炭化珪素エピタキシャル基板およびこれらの製造方法に関し、特定的には、主面の最大径が１００ｍｍ以上の炭化珪素単結晶基板、炭化珪素エピタキシャル基板およびこれらの製造方法に関するものである。
近年、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体装置の高耐圧化、低損失化、高温環境下での使用などを可能とするため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素の採用が進められつつある。炭化珪素は、従来から半導体装置を構成する材料として広く使用されている珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体である。そのため、半導体装置を構成する材料として炭化珪素を採用することにより、半導体装置の高耐圧化、オン抵抗の低減などを達成することができる。また、炭化珪素を材料として採用した半導体装置は、珪素を材料として採用した半導体装置に比べて、高温環境下で使用された場合の特性の低下が小さいという利点も有している。
半導体装置の製造に用いられる炭化珪素基板は、たとえば昇華法により形成された炭化珪素インゴットをスライスすることにより形成される。特開２００９−１０５１２７号公報（特許文献１）には、炭化珪素ウェハの製造方法が記載されている。当該炭化珪素ウェハの製造方法によれば、ＳｉＣのインゴットからスライス切断されたワークの表面を研削および研磨することで、ワークの表面を平滑化して鏡面にする。ワークの表面を平滑化した後、ワークの裏面を研削する。
特開２００９−１０５１２７号公報
しかしながら、特開２００９−１０５１２７号公報に記載の方法で製造された炭化珪素基板においては、デバイスプロセスを行う際に炭化珪素基板が真空吸着チャックにより安定的に保持されない場合があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、真空吸着不良を低減可能な、炭化珪素単結晶基板、炭化珪素エピタキシャル基板およびこれらの製造方法を提供することである。
本発明に係る炭化珪素単結晶基板は、第１の主面と、第１の主面と反対側の第２の主面とを備える。第１の主面の最大径は１００ｍｍ以上である。第１の主面は、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第１の中央領域を含む。第１の中央領域を一辺が２５０μｍの第１の正方形領域に分割した場合において、いずれの第１の正方形領域においても、第１の正方形領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満であり、かつ第１の正方形領域における酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。
本発明に係る炭化珪素単結晶基板の製造方法は以下の工程を備えている。炭化珪素単結晶をスライスすることにより、第１の主面と、第１の主面と反対側の第２の主面とを含む炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板の第１の主面側に形成された加工変質層を含む層が除去される。加工変質層を除去した後、第１の主面は、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第１の中央領域を含む。第１の中央領域の酸素濃度が測定される。第１の主面の最大径は１００ｍｍ以上である。加工変質層を含む層を除去する工程において、加工変質層を含む層が１．５μｍ以上除去される。第１の中央領域を一辺が２５０μｍの第１の正方形領域に分割した場合において、いずれの第１の正方形領域においても酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。
本発明によれば、真空吸着不良を低減可能な、炭化珪素単結晶基板、炭化珪素エピタキシャル基板およびこれらの製造方法を提供することができる。
本発明の実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１の構造を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの構造を概略的に示す平面模式図である。 本発明の実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１の表面１ａの構造を概略的に示す平面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る炭化珪素エピタキシャル基板３の構造を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本発明の実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法の第１の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法の第２の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法の第３の工程を概略的に示す断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法の第３の工程を概略的に示す平面模式図である。 本発明の実施の形態４に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法を概略的に示す断面模式図である。 ＴＴＶ（Total Thickness Variation）の定義を説明するための断面模式図である。 炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの酸素濃度と、ＴＴＶの変化量との関係を示す図である。 炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの酸素濃度と、エピタキシャル層形成後の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）との関係を示す図である。 エピタキシャル層形成前の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）と、ＴＴＶの変化量との関係を示す図である。 エピタキシャル層形成前の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）と、エピタキシャル層形成後の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）との関係を示す図である。
［本願発明の実施形態の説明］
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。
発明者らは、基板の真空吸着不良が発生する原因について鋭意検討を行なった結果、以下の知見を得て本発明を見出した。
基板の真空吸着不良は、基板の形状が変形することにより起こり得る。発明者らは、基板の表面にエピタキシャル層を形成した後に、基板の裏面が不均一に荒れている点に注目した。基板の裏面が不均一に荒れる原因の一つは、インゴットをスライスする際または基板を研削する際などに基板の裏面に形成される加工変質層（ダメージ層）が部分的に残っており、エピタキシャル層を形成している間に、当該加工変質層が熱昇華するためであると考えられる。基板の裏面が不均一に荒れることで、基板に応力が発生して基板が変形する。基板が変形した状態で基板の表面にエピタキシャル層を形成すると、基板の裏面の外周側が昇華したり、反対に基板の裏面の外周側にエピタキシャル層が形成されたりして、基板がさらに変形する。そのため、基板の真空吸着不良が発生すると考えられる。なお、基板の主面の最大径が大きく（たとえば１００ｍｍ以上）になると、反り量も大きくなるため、基板の真空吸着不良が発生しやすくなると考えられる。
そこで、発明者らは、加工変質層が形成された裏面に対して化学的機械研磨を行い、加工変質層を含む層を１．５μｍ以上除去することにより、裏面に形成された加工変質層をほぼ完全に取り除き、エピタキシャル層を成長する際に基板の裏面が荒れることを抑制可能であると考えた。また発明者らは、加工変質層は酸素を多く含む点に注目し、基板の裏面の酸素濃度を測定することにより、基板の裏面にどの程度加工変質層が残っているかを評価可能であると考えた。
（１）実施の形態に係る炭化珪素単結晶基板１は、第１の主面１ｂと、第１の主面１ｂと反対側の第２の主面１ａとを備える。第１の主面１ｂの最大径は１００ｍｍ以上である。第１の主面１ｂは、外周から３ｍｍ以内の領域ＯＲｂを除いた第１の中央領域ＩＲｂを含む。第１の中央領域ＩＲｂを一辺が２５０μｍの第１の正方形領域４ｂに分割した場合において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満であり、かつ第１の正方形領域４ｂにおける酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。
上記（１）に係る炭化珪素単結晶基板１によれば、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満であり、かつ第１の正方形領域４ｂにおける酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。これにより、エピタキシャル層を成長する際に炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂが荒れることを抑制可能である。結果として、炭化珪素単結晶基板１の真空吸着不良を低減することができる。
（２）上記（１）に係る炭化珪素単結晶基板１において好ましくは、第２の主面１ａは、外周から３ｍｍ以内の領域ＯＲａを除いた第２の中央領域ＩＲａを含む。第２の中央領域ＩＲａを一辺が２５０μｍの第２の正方形領域４ａに分割した場合において、いずれの第２の正方形領域４ａにおいても第２の正方形領域４ａの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である。炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂおよび第２の主面１ａの双方の算術平均粗さ（Ｓａ）が低減されることにより、炭化珪素単結晶基板１の反りの悪化およびＴＴＶの悪化を抑制することができる。
（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素単結晶基板１において好ましくは、第１の主面１ｂには機械研磨痕が形成されていない。これにより、炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂの粗さをより低減することができる。
（４）実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板３は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板１と、炭化珪素エピタキシャル層２とを備えている。炭化珪素エピタキシャル層２は、炭化珪素単結晶基板１の第２の主面１ａ上に設けられている。いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板３の真空吸着不良を低減することができる。なお、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂにパーティクル等の異常成長部分が存在する場合、「炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂにおけるいずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である」とは、当該異常成長部分が存在する第１の正方形領域４ｂを除くいずれの第１の正方形領域４ｂにおける算術平均粗さ（Ｓａ）が１．５ｎｍ未満であることを意味する。異常成長部分とは、たとえば、裏面１ｂと平行な方向に沿った方向の幅が０．１μｍ以上であり、裏面１ｂに対して垂直な方向に沿った方向の高さが１μｍ以上である部分のことである。
（５）実施の形態に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法は以下の工程を備えている。炭化珪素単結晶をスライスすることにより、第１の主面１ｂと、第１の主面１ｂと反対側の第２の主面１ａとを含む炭化珪素基板５が準備される。炭化珪素基板５の第１の主面１ｂ側に形成された加工変質層６ｂ１を含む層６ｂが除去される。加工変質層６ｂ１を除去した後、第１の主面１ｂは、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第１の中央領域ＩＲｂを含む。第１の中央領域ＩＲｂの酸素濃度が測定される。第１の主面１ｂの最大径は１００ｍｍ以上である。加工変質層６ｂ１を含む層６ｂを除去する工程において、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂが１．５μｍ以上除去される。第１の中央領域ＩＲｂを一辺が２５０μｍの第１の正方形領域４ｂに分割した場合において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。これにより、エピタキシャル層を成長する際に炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂが荒れることを抑制可能である。結果として、炭化珪素単結晶基板１の真空吸着不良を低減することができる。
（６）上記（５）に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法において好ましくは、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である。炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂおよび第２の主面１ａの双方の算術平均粗さ（Ｓａ）が低減されることにより、炭化珪素単結晶基板１の反りの悪化およびＴＴＶの悪化を抑制することができる。
（７）上記（５）または（６）に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法において好ましくは、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂを除去する工程は、第１の主面１ｂに対して化学的機械研磨を行う工程を含む。これにより、炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）を効果的に低減することができる。
（８）上記（７）に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法において好ましくは、第１の主面１ｂに対して化学的機械研磨を行う工程は、第１の研磨レートで第１の化学的機械研磨を行う工程と、第１の化学的機械研磨を行う工程の後、第１の研磨レートよりも遅い第２の研磨レートで第２の化学的機械研磨を行う工程とを有する。研磨レートが速い場合は、研磨レートが遅い場合と比較して、短時間で炭化珪素単結晶基板１を研磨できるが、研磨後の算術平均粗さ（Ｓａ）を十分に低減することは困難である。そのため、まず、比較的速い研磨レートである第１の研磨レートで加工変質層の大部分を短時間で除去し、その後第１の研磨レートよりも遅い第２の研磨レートで炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂを研磨することにより、全体の研磨時間を短縮しつつ、最終的な第１の主面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）を低減することができる。
（９）上記（５）〜（８）のいずれかに係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法において好ましくは、第２の主面１ａは、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第２の中央領域ＩＲａを含む。第２の中央領域ＩＲａを一辺が２５０μｍの第２の正方形領域４ａに分割した場合において、いずれの第２の正方形領域４ａにおいても第２の正方形領域４ａの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である。炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂおよび第２の主面１ａの双方の算術平均粗さ（Ｓａ）が低減されることにより、炭化珪素単結晶基板１の反りの悪化およびＴＴＶの悪化を抑制することができる。
（１０）上記（５）〜（９）のいずれかに係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法において好ましくは、第１の主面１ｂには機械研磨痕が形成されていない。これにより、炭化珪素単結晶基板１の第１の主面１ｂの粗さをより低減することができる。
（１１）実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、上記（５）〜（１０）のいずれかに係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法により炭化珪素単結晶基板１が準備される。炭化珪素単結晶基板１の第２の主面１ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２が形成される。炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程後において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板３の真空吸着不良を低減することができる。なお、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂにパーティクル等の異常成長部分が存在する場合、「炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂにおけるいずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である」とは、当該異常成長部分が存在する第１の正方形領域４ｂを除くいずれの第１の正方形領域４ｂにおける算術平均粗さ（Ｓａ）が１．５ｎｍ未満であることを意味する。
［本願発明の実施形態の詳細］
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る炭化珪素炭化珪素基板の構成について、図１〜図３を用いて説明する。
図１および図２を参照して、実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１は、第１の主面１ｂ（裏面１ｂ）と、第１の主面１ｂと反対側の第２の主面１ａ（表面１ａ）とを有する。表面１ａは、当該炭化珪素単結晶基板１を用いた半導体製造工程においてエピタキシャル層が形成される予定の面である。裏面１ｂは、たとえば縦型半導体装置の場合において裏面電極が形成される予定の面である。炭化珪素単結晶基板１は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素を含む材料からなる。
炭化珪素単結晶基板１の表面１ａは、｛０００１｝面であってもよいし、｛０００１｝面から１０°以下程度オフした面であてもよい。具体的には、炭化珪素単結晶基板１の表面１ａは、（０００１）面または（０００−１）面であってもよいし、（０００１）面から１０°以下程度オフした面または（０００−１）面から１０°以下程度オフした面であってもよい。
炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂおよび表面１ａの各々の最大径Ｄは１００ｍｍ以上であり、好ましくは１５０ｍｍ以上である。裏面１ｂは、外周１ｂ１から裏面１ｂの中心Ｏｂに向かって３ｍｍ以内の第１の外周領域ＯＲｂと、第１の外周領域ＯＲｂに囲まれた第１の中央領域ＩＲｂとにより構成されている。言い換えれば、裏面１ｂは、外周１ｂ１から３ｍｍ以内の第１の外周領域ＯＲｂと、外周１ｂ１から３ｍｍ以内の第１の外周領域ＯＲｂを除いた第１の中央領域ＩＲｂとを含む。裏面１ｂの中心Ｏｂとは、裏面１ｂが円の場合は、当該円の中心である。裏面１ｂが円でない場合は、炭化珪素単結晶基板１の重心Ｇを通り、かつ裏面１ｂの法線と平行な直線と、裏面１ｂとの交点を、裏面１ｂの中心Ｏｂと定義する。
図２を参照して、裏面１ｂの第１の中央領域ＩＲｂを、一辺が２５０μｍの仮想の第１の正方形領域４ｂに分割する場合を想定する。第１の中央領域ＩＲｂは、全ての領域において良好な算術平均粗さを有し、かつ低い酸素濃度を示す。具体的には、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満であり、かつ第１の正方形領域４ｂにおける酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。好ましくは、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．１５ｎｍ未満であり、より好ましくは０．１ｎｍ未満である。好ましくは、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても、第１の正方形領域４ｂにおける酸素濃度は５原子％以上１５原子％未満であり、より好ましくは、５原子％以上１０原子％未満である。算術平均粗さ（Ｓａ）は、二次元の算術平均粗さ（Ｒａ）を三次元に拡張したパラメータであり、以下の数式で定義される。
Figure 2015189633
算術平均粗さ（Ｓａ）は、たとえば白色干渉顕微鏡（ニコン社製ＢＷ−Ｄ５０７）により測定可能である。白色干渉顕微鏡による、算術平均粗さ（Ｓａ）の測定領域はたとえば一辺が２５０μｍの正方形の領域である。また酸素濃度は、ＥＳＣＡ（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）により測定可能である。
図１および図３を参照して、炭化珪素単結晶基板１の表面１ａは、外周１ａ１から表面１ａの中心Ｏａに向かって３ｍｍ以内の第２の外周領域ＯＲａと、第２の外周領域ＯＲａに囲まれた第２の中央領域ＩＲａとにより構成されている。言い換えれば、表面１ａは、外周１ａ１から３ｍｍ以内の第２の外周領域ＯＲａと、外周１ａ１から３ｍｍ以内の第２の外周領域ＯＲａを除いた第２の中央領域ＩＲａとを含む。表面１ａの中心Ｏａとは、表面１ａが円の場合は、当該円の中心である。表面１ａが円でない場合は、炭化珪素単結晶基板１の重心Ｇを通り、かつ表面１ａの法線と平行な直線と、表面１ａとの交点を、表面１ａの中心Ｏａと定義する。好ましくは、裏面１ｂには機械研磨痕が形成されていない。
図３を参照して、表面１ａの第２の中央領域ＩＲａを、一辺が２５０μｍの仮想の第２の正方形領域４ａに分割する場合を想定する。好ましくは、第２の中央領域ＩＲａは、全ての領域において良好な算術平均粗さを有し、かつ低い酸素濃度を示す。具体的には、いずれの第２の正方形領域４ａにおいても、第２の正方形領域４ａの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満であることが好ましい。また、第２の正方形領域４ａにおける酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満であることが好ましい。好ましくは、いずれの第２の正方形領域４ａにおいても、第２の正方形領域４ａの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．１５ｎｍ未満であり、より好ましくは０．１ｎｍ未満である。好ましくは、いずれの第２の正方形領域４ａにおいても、第２の正方形領域４ａにおける酸素濃度は５原子％以上１５原子％未満であり、より好ましくは、５原子％以上１０原子％未満である。
次に、実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１の作用効果について説明する。
実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１によれば、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満であり、かつ第１の正方形領域４ｂにおける酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。これにより、エピタキシャル層を成長する際に炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂが荒れることを抑制可能である。結果として、炭化珪素単結晶基板１の真空吸着不良を低減することができる。
また実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１によれば、表面１ａは、外周から３ｍｍ以内の領域ＯＲａを除いた第２の中央領域ＩＲａを含む。第２の中央領域ＩＲａを一辺が２５０μｍの第２の正方形領域４ａに分割した場合において、いずれの第２の正方形領域４ａにおいても第２の正方形領域４ａの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である。炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂおよび表面１ａの双方の算術平均粗さ（Ｓａ）が低減されることにより、炭化珪素単結晶基板１の反りの悪化およびＴＴＶの悪化を抑制することができる。
さらに実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１によれば、裏面１ｂには機械研磨痕が形成されていない。これにより、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの粗さをより低減することができる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成について説明する。
図４を参照して、実施の形態２に係る炭化珪素エピタキシャル基板３は、実施の形態１で説明した炭化珪素単結晶基板１と、炭化珪素単結晶基板１の表面１ａ上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層２とを主に有する。炭化珪素エピタキシャル層２は、たとえば窒素などの不純物を含み、ｎ型を有する。炭化珪素エピタキシャル層２の不純物濃度は、炭化珪素単結晶基板１の不純物濃度よりも低くてもよい。炭化珪素エピタキシャル層２の厚みはたとえば１０μｍである。
炭化珪素単結晶基板１の表面１ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２が形成されると、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）が大きくなる。再び図２を参照して、炭化珪素単結晶基板１の表面１ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２が形成された状態において、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂにおけるいずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である。好ましくは、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．０ｎｍ未満であり、より好ましくは０．５ｎｍ未満である。なお、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂにパーティクル等の異常成長部分が存在する場合、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は、当該異常成長部分を含む第１の正方形領域４ｂを除いて測定される。
実施の形態２に係る炭化珪素エピタキシャル基板３によれば、実施の形態１に係る炭化珪素単結晶基板１と、炭化珪素エピタキシャル層２とを備えている。炭化珪素エピタキシャル層２は、炭化珪素単結晶基板１の第２の主面１ａ上に設けられている。いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板３の真空吸着不良を低減することができる。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素単結晶からなるインゴットがたとえば昇華再結晶法により製造される。具体的には、たとえばグラファイトからなる坩堝（図示せず）内に炭化珪素単結晶からなる種結晶と、炭化珪素多結晶からなる原料粉末とが挿入される。次に、原料粉末が配置された坩堝を加熱することにより原料粉末を昇華させて昇華ガスを発生させ、当該昇華ガスを種結晶上に再結晶させる。炭化珪素を昇華させている間、たとえば窒素など不純物が坩堝内に導入されつつ再結晶が進行する。種結晶上に所望の大きさの炭化珪素単結晶が成長した時点で坩堝の加熱を停止する。坩堝から炭化珪素単結晶が取り出される。
次に、インゴット成形工程（Ｓ１０：図５）が実施される。図６を参照して、坩堝から取り出された炭化珪素単結晶が、たとえば円柱状の形状を有するインゴット１０に加工される。六方晶炭化珪素は＜０００１＞方向に成長させることにより、欠陥の発生を抑制しつつ結晶成長を進行させることが可能である。そのため、長手方向ｘが＜０００１＞方向であるインゴット１０が作製されることが好ましい。
次に、炭化珪素基板形成工程（Ｓ２０：図５）が実施される。具体的には、上記工程（Ｓ１０）において得られたインゴット１０を切断することにより、複数枚の炭化珪素基板が作製される。具体的には、図７を参照して、まず作製された柱状（円柱状）のインゴット１０が、その側面の一部が支持台２０により支持されるように配置される。次に、ワイヤー９が、インゴット１０の直径方向に沿った方向（図７の左右方向）に走行しつつ、インゴット１０が走行方向に垂直な方向である切断方向αに沿ってワイヤー９に近づき、ワイヤー９とインゴット１０とが接触する。インゴット１０が切断方向αに沿って進行し続けることによりインゴット１０が切断される。以上のように、炭化珪素単結晶インゴット１０をスライスすることにより、裏面５ｂ（第１の主面５ｂ）と、裏面５ｂと反対側の表面５ａ（第２の主面１ａ）とを含む炭化珪素基板５（図８）が準備される。炭化珪素基板５の表面５ａおよび裏面５ｂの各々の最大径は１００ｍｍ以上である。
次に、粗研磨工程（Ｓ３０：図５）が実施される。具体的には、炭化珪素基板５の裏面５ｂおよび表面５ａの各々に対して、研削加工、研磨加工などが実施され、上記工程（Ｓ２０）において形成された切断面（すなわち、表面５ａおよび裏面５ｂ）の粗さが低減される。研削加工ではツールにダイヤモンド砥石を用い、炭化珪素基板５と砥石を対向して回転させ、一定速度で切り込むことにより、基板表面の一部が除去される。これにより、表面５ａおよび裏面５ｂの凹凸を除去して平坦化し、かつ炭化珪素基板５の厚みが調整される。研磨加工において、砥粒として、ダイヤモンド等を用いることが。定盤として、鉄、銅、スズ、スズ合金などの金属定盤や、金属と樹脂の複合定盤、あるいは研磨布を用いることができる。硬い金属定盤を用いることで、レートを向上させることができる。軟らかい定盤を用いることで、表面粗さを低減することができる。
図９を参照して、上記工程（Ｓ２０）において炭化珪素単結晶インゴット１０をスライスした後、または、上記工程（Ｓ３０）において炭化珪素基板５の表面５ａおよび裏面５ｂの各々に対して研削工程および研磨工程が行われた後において、炭化珪素基板５の表面５ａおよび裏面５ｂの各々において、加工変質層６ａ１、６ａ２が形成される。
次に、化学的機械研磨工程（Ｓ４０：図５）が実施される。具体的には、炭化珪素基板５の裏面１ｂに対して化学的機械研磨（ＣＭＰ）を行うことにより、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂが除去される。より具体的には、炭化珪素基板５の裏面５ｂを酸化剤で酸化させ、砥粒を用いて機械的に裏面５ｂを研磨する。ＣＭＰの砥粒は、表面粗さや加工変質層を低減させるために炭化珪素よりも柔らかい材料であることが好ましい。ＣＭＰの砥粒として、たとえばコロイダルシリカまたはフュームドシリカなどが用いられる。好ましくは、ＣＭＰの研磨液に、酸化剤が添加される。酸化剤として、たとえば過酸化水素水などが用いられる。同様に、炭化珪素基板５の表面５ａに対してもＣＭＰが実施される。これにより、炭化珪素基板５の裏面１ｂ側に形成された加工変質層６ｂ１を含む層６ｂおよび表面１ａ側に形成された加工変質層６ａ１を含む層６ａの各々が除去される。
なお、化学的機械研磨による基板の研磨量は通常１μｍ程度であるが、１μｍ程度の研磨量では、炭化珪素基板５の裏面５ｂ側に形成された加工変質層６ｂ１を完全に除去することは困難である。そこで、本実施の形態においては、炭化珪素基板５の裏面１ｂ側において、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂが１．５μｍ以上除去される。好ましくは、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂを除去する工程において、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂが、２μｍ以上除去され、より好ましくは３μｍ以上除去される。同様に、炭化珪素基板５の表面５ａ側に形成された加工変質層６ａ１を含む層６ａが１．５μｍ以上除去される。好ましくは、炭化珪素基板５の表面５ａ側に形成された加工変質層６ａ１を含む層６ａの除去量は、炭化珪素基板５の裏面５ｂ側に形成された加工変質層６ｂ１を含む層６ｂの除去量とほぼ同じである。これにより、炭化珪素基板５の表面５ａおよび裏面５ｂにおける応力の違いを低減することができるので、炭化珪素基板５の反りを低減することができる。
好ましくは、炭化珪素基板５の裏面５ｂに対して化学的機械研磨を行う工程は、第１の研磨レートで第１の化学的機械研磨を行う工程と、第１の化学的機械研磨を行う工程の後、第１の研磨レートよりも遅い第２の研磨レートで第２の化学的機械研磨を行う工程とを有する。たとえば最初に比較的大きな砥粒を用いて炭化珪素基板５の裏面５ｂに対して第１の化学的機械研磨工程が実施されることにより、比較的速い研磨レートで加工変質層６ｂ１の大部分が除去される。次に、第１の化学的機械研磨工程で用いられた砥粒よりも小さな砥粒を用いて炭化珪素基板５の裏面５ｂに対して第２の化学的機械研磨工程が実施される。なお、加工変質層６ａ１、６ｂ１は、化学的機械研磨以外の方法により除去されてもよい。加工変質層６ａ１、６ｂ１は、たとえばドライエッチングにより除去されてもよい。
再び図２を参照して、加工変質層６ｂ１が除去された後の炭化珪素基板５の裏面１ｂは、外周から３ｍｍ以内の第１の外周領域ＯＲｂを除いた第１の中央領域ＩＲｂを含む。好ましくは、第１の中央領域ＩＲｂを一辺が２５０μｍの第１の正方形領域４ｂに分割した場合において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である。好ましくは、加工変質層６ｂ１が除去された後、炭化珪素基板５の裏面１ｂには機械研磨痕が形成されていない。
再び図３を参照して、加工変質層６ａ１が除去された後の炭化珪素基板５の表面１ａは、外周から３ｍｍ以内の第２の外周領域ＯＲａを除いた第２の中央領域ＩＲａを含む。好ましくは、第２の中央領域ＩＲａを一辺が２５０μｍの第２の正方形領域４ａに分割した場合において、いずれの第２の正方形領域４ａにおいても第２の正方形領域４ａの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である。好ましくは、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）と、第２の正方形領域４ａの算術平均粗さ（Ｓａ）との差は、０．１５ｎｍ未満であり、より好ましくは０．１ｎｍ未満である。
次に、酸素濃度測定工程（Ｓ５０：図５）が実施される。具体的には、炭化珪素基板５の裏面５ｂの５つの測定箇所における酸素濃度がＥＳＣＡにより測定される。酸素濃度の測定箇所は、たとえば炭化珪素基板５の裏面５ｂの中心付近と、第１の中央領域ＩＲｂの中で、中心から半径の半分の距離までの領域を除いた円環状領域の任意の４箇所である。任意の４箇所は、裏面５ｂの法線方向からみて、たとえば０°付近の位置、９０°付近の位置、１８０°付近の位置および２７０°付近の位置であることが好ましい。
上述のように、加工変質層６ｂ１は、炭化珪素基板５の中で加工変質層６ｂ１以外の領域と比較して酸素を多く含む。それゆえ、炭化珪素基板５の裏面５ｂの酸素濃度を測定することにより、炭化珪素基板５の裏面５ｂに残存している加工変質層６ｂ１の量を見積もることができる。酸素濃度測定の結果、加工変質層６ｂ１が基準値よりも多く残存していることが判明した場合において、炭化珪素基板５の裏面５ｂに対して追加のＣＭＰが実施されてもよい。加工変質層６ｂ１を除去する工程後の第１の中央領域ＩＲｂを一辺が２５０μｍの第１の正方形領域４ｂに分割した場合において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。なお、加工変質層６ｂ１が完全に除去された場合においても、炭化珪素基板５の裏面５ｂには自然酸化膜が形成されるので、裏面における酸素濃度は５原子％未満にはならないと考えられる。
次に、炭化珪素基板５をフッ酸で洗浄する工程が実施される。具体的には、たとえば１０％のフッ酸溶液に炭化珪素基板５を浸漬させることにより、炭化珪素基板５の表面５ａおよび裏面５ｂの各々に形成された二酸化珪素膜が除去される。以上により、実施の形態１に記載の炭化珪素単結晶基板１が完成する。
次に、実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法の作用効果について説明する。
実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法によれば、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂを除去する工程において、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂが１．５μｍ以上除去される。第１の中央領域ＩＲｂを一辺が２５０μｍの第１の正方形領域４ｂに分割した場合において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である。これにより、エピタキシャル層を成長する際に炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂが荒れることを抑制可能である。結果として、炭化珪素単結晶基板１の真空吸着不良を低減することができる。
また実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法によれば、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である。炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂおよび表面１ａの双方の算術平均粗さ（Ｓａ）が低減されることにより、炭化珪素単結晶基板１の反りの悪化およびＴＴＶの悪化を抑制することができる。
さらに実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法によれば、加工変質層６ｂ１を含む層６ｂを除去する工程は、裏面１ｂに対して化学的機械研磨を行う工程を含む。これにより、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）を効果的に低減することができる。
さらに実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法によれば、第１の主面１ｂに対して化学的機械研磨を行う工程は、第１の研磨レートで第１の化学的機械研磨を行う工程と、第１の化学的機械研磨を行う工程の後、第１の研磨レートよりも遅い第２の研磨レートで第２の化学的機械研磨を行う工程とを有する。研磨レートが速い場合は、研磨レートが遅い場合と比較して、短時間で炭化珪素単結晶基板１を研磨できるが、研磨後の算術平均粗さ（Ｓａ）を十分に低減することは困難である。そのため、まず、比較的速い研磨レートである第１の研磨レートで加工変質層の大部分を短時間で除去し、その後第１の研磨レートよりも遅い第２の研磨レートで炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂを研磨することにより、全体の研磨時間を短縮しつつ、最終的な裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）を低減することができる。
さらに実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法によれば、表面１ａは、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第２の中央領域ＩＲａを含む。第２の中央領域ＩＲａを一辺が２５０μｍの第２の正方形領域４ａに分割した場合において、いずれの第２の正方形領域４ａにおいても第２の正方形領域４ａの算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である。炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂおよび表面１ａの双方の算術平均粗さ（Ｓａ）が低減されることにより、炭化珪素単結晶基板１の反りの悪化およびＴＴＶの悪化を抑制することができる。
さらに実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法によれば、裏面１ｂには機械研磨痕が形成されていない。これにより、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの粗さをより低減することができる。
（実施の形態４）
次に、炭化珪素エピタキシャル基板３の製造方法について説明する。
まず、実施の形態３で説明した方法により、炭化珪素単結晶基板１が準備される。次に、図１０を参照して、炭化珪素単結晶基板１がサセプタ３０に形成された凹部内に配置される。炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂがサセプタ３０の凹部の底部に接するように配置され、炭化珪素単結晶基板１の表面１ａがサセプタ３０の側部から露出するように炭化珪素単結晶基板１が配置される。炭化珪素単結晶基板１の側面は、サセプタ３０に形成された凹部の側部に対向するように炭化珪素単結晶基板１がサセプタ３０に配置される。
次に、炭化珪素単結晶基板１の表面１ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２が形成される。たとえば、水素（Ｈ2）を含むキャリアガスと、モノシラン（ＳｉＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）および窒素（Ｎ2）などを含む原料ガスとが炭化珪素単結晶基板１の表面１ａ上に対して導入される。炭化珪素エピタキシャル層２は、たとえば、成長温度が１５００℃以上１７００℃以下、圧力が６×１０3Ｐａ以上１４×１０3Ｐａ以下の条件下で形成される。炭化珪素エピタキシャル層２におけるドーパント濃度は、たとえば５．０×１０15ｃｍ-3程度である。炭化珪素エピタキシャル層２の厚みは、たとえば１０μｍ程度である。
炭化珪素単結晶基板１の表面１ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２が形成されることにより、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂが、炭化珪素エピタキシャル層２が形成される前と比較して粗くなる。炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程後において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である。なお、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂにパーティクル等の異常成長部分が存在する場合、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は、当該異常成長部分を含む第１の正方形領域４ｂを除いて測定される。以上により、炭化珪素エピタキシャル層２が製造される。
実施の形態４に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によれば、実施の形態３に係る炭化珪素単結晶基板１の製造方法により炭化珪素単結晶基板１が準備される。炭化珪素単結晶基板１の表面１ａ上に炭化珪素エピタキシャル層２が形成される。炭化珪素エピタキシャル層２を形成する工程後において、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板３の真空吸着不良を低減することができる。
１．サンプル準備
まず、サンプル１〜サンプル６に係る炭化珪素単結晶基板１を作製した。サンプル１〜５は実施例であり、サンプル６は比較例である。サンプル１〜サンプル６に係る炭化珪素単結晶基板１は、主に以下の点を除き、実施の形態３で説明した方法により作製した。炭化珪素インゴットをスライスすることにより、６枚の炭化珪素基板５を準備した。各炭化珪素基板５の裏面５ｂに対してＣＭＰを実施した。各炭化珪素基板５の裏面５ｂの研磨量は、それぞれ３．２μｍ（サンプル１）、３μｍ（サンプル２）、２．６μｍ（サンプル３）、１．９μｍ（サンプル４）、１．６μｍ（サンプル５）および０．９μｍ（サンプル６）とした。サンプル１〜サンプル５となる炭化珪素基板５に対しては、ＣＭＰ後にフッ酸で炭化珪素基板５を洗浄した。サンプル６となる炭化珪素基板５に対しては、ＣＭＰ後にフッ酸による洗浄を行わなかった。以上により、サンプル１〜サンプル６に係る炭化珪素単結晶基板１を準備した。次に、サンプル１〜サンプル６に係る炭化珪素単結晶基板１の表面１ａに炭化珪素エピタキシャル層２を形成した。
２．測定
まず、サンプル１〜６に係る炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）および酸素濃度を測定した。また炭化珪素単結晶基板１のＴＴＶを測定した。図１１を参照して、ＴＴＶとは、炭化珪素単結晶基板１の一方の主面（たとえば裏面１ｂ）を基準となる台４０の平坦な基準面４０ａに押し付けた場合において、基準面からの他方の主面（たとえば表面１ａ）の最大高さまでの距離から最小高さまでの距離を差し引いた値のことである。次に、炭化珪素単結晶基板１の表面１ａに炭化珪素エピタキシャル層２を形成した後、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さと、炭化珪素エピタキシャル基板３のＴＴＶを測定した。炭化珪素エピタキシャル層２形成後の炭化珪素エピタキシャル基板３のＴＴＶから炭化珪素単結晶基板１のＴＴＶを差し引いた値をＴＴＶの変化量とした。裏面１ｂの算術平均粗さは、白色干渉顕微鏡（ニコン社製ＢＷ−Ｄ５０７）を用いて測定した。ＴＴＶは、Ｔｐｏｐｅｌ社製のＦｌａｔＭａｓｔｅｒ（登録商標）を用いて測定した。
算術平均粗さ（Ｓａ）および酸素濃度の測定箇所は、炭化珪素基板５の裏面５ｂの中心付近と、裏面５ｂの外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第１の中央領域ＩＲｂの中で、中心から半径の半分の距離までの領域を除いた円環状領域の４箇所との合計５箇所で測定した。円環状領域の４箇所は、裏面５ｂの法線方向からみて、たとえば０°付近の位置、９０°付近の位置、１８０°付近の位置および２７０°付近の位置とした。当該５箇所の算術平均粗さ（Ｓａ）および酸素濃度の平均値を計算した。算術平均粗さ（Ｓａ）の測定領域は、一辺が２５０μｍの正方形領域とした。なお、理想的には全ての第１の正方形領域４ｂにおいて、算術平均粗さ（Ｓａ）および酸素濃度を測定し、いずれの第１の正方形領域４ｂにおいても、第１の正方形領域４ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）が０．２ｎｍ以下であり、かつ酸素濃度が５原子％以上２０原子％未満であることを確認することが望ましいが時間がかかり過ぎて現実的ではない。そこで、本明細書においては、上記５箇所の測定の結果、最大の算術平均粗さ（Ｓａ）が０．２ｎｍであり、かつ最大の酸素濃度が５原子％以上２０原子％未満である場合は、すべての第１の正方形領域４ｂにおける算術平均粗さ（Ｓａ）が０．２ｎｍであり、かつ酸素濃度が５原子％以上２０原子％未満であると推定する。第２の正方形領域４ａにおける、算術平均粗さ（Ｓａ）および酸素濃度についても同様である。
３．結果
Figure 2015189633
表１および図１２〜図１５を参照して、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの酸素原子濃度、エピタキシャル層２形成前の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）、エピタキシャル層２形成後の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）およびエピタキシャル層２の形成前後におけるＴＴＶの変化量について説明する。
図１２を参照すると、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの酸素原子濃度は、ＴＴＶの変化量と強い相関関係にあることが分かる。具体的には、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの酸素原子濃度が大きくなると、ＴＴＶの変化量が大きくなる。つまり、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂに残っている加工変質層６ｂ１の量が多いと、ＴＴＶの変化量が大きくなると考えられる。
図１３を参照すると、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの酸素原子濃度は、エピタキシャル層２形成後の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）と強い相関関係にあることが分かる。具体的には、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの酸素原子濃度が大きくなると、エピタキシャル層２形成後の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）が大きくなる。つまり、炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂに残っている加工変質層６ｂ１の量が多いと、エピタキシャル層２形成後の炭化珪素単結晶基板１の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）が大きくなると考えられる。
図１４および表１を参照すると、エピタキシャル層２形成前における算術平均粗さ（Ｓａ）が０．２２μｍの場合（サンプル６）、ＴＴＶの変化量は１４μｍであり、６つのサンプルの中で最も大きい値を示した。一方、エピタキシャル層２形成前における算術平均粗さ（Ｓａ）が０．０８μｍ以上０．０９μｍ以下程度の場合（サンプル１〜５）、ＴＴＶの変化量は、３μｍ以上９μｍ以下程度であった。
図１５および表１を参照すると、エピタキシャル層２形成前における算術平均粗さ（Ｓａ）が０．２２μｍの場合（サンプル６）、エピタキシャル層２形成後における算術平均粗さ（Ｓａ）が１．７ｎｍであり、６つのサンプルの中で最も大きい値を示した。一方、エピタキシャル層２形成前における算術平均粗さ（Ｓａ）が０．０８μｍ以上０．０９μｍ以下程度の場合（サンプル１〜５）、エピタキシャル層２形成後における算術平均粗さ（Ｓａ）は、０．１４ｎｍ以上０．９ｎｍ以下程度であった。
以上の結果より、炭化珪素基板５の裏面５ｂの研磨量を１．６μｍ以上とし、炭化珪素基板５をフッ酸で洗浄して製造した炭化珪素単結晶基板１（サンプル１〜５）は、研磨量が０．９μｍであり炭化珪素基板５をフッ酸で洗浄せずに製造した炭化珪素単結晶基板１（サンプル６）よりも、酸素原子濃度が小さく、裏面の算術平均粗さ（Ｓａ）が小さいことが確認された。またサンプル１〜５に係る炭化珪素エピタキシャル基板３の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）は、サンプル６に係る炭化珪素エピタキシャル基板３の裏面１ｂの算術平均粗さ（Ｓａ）よりも小さいことが確認された。さらにサンプル１〜５に係るＴＴＶの変化量は、サンプル６に係るＴＴＶの変化量よりも小さいことが確認された。
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。
１ 炭化珪素単結晶基板
１ａ１，１ｂ１ 外周
１ａ，５ａ 表面（第２の主面）
１ｂ，５ｂ 裏面（第１の主面）
２ 炭化珪素エピタキシャル層
３ 炭化珪素エピタキシャル基板
４ａ 第２の正方形領域
４ｂ 第１の正方形領域
５ 炭化珪素基板
６ａ，６ｂ 層
６ａ１，６ｂ１ 加工変質層
９ ワイヤー
１０ インゴット
２０ 支持台
３０ サセプタ
４０ 台
４０ａ 基準面
Ｇ 重心
ＩＲａ 第２の中央領域
ＩＲｂ 第１の中央領域
ＯＲａ 第２の外周領域
ＯＲｂ 第１の外周領域
Ｏａ，Ｏｂ 中心
ｘ 長手方向

Claims (11)

  1. 第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを備えた炭化珪素単結晶基板であって、
    前記第１の主面の最大径は１００ｍｍ以上であり、
    前記第１の主面は、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第１の中央領域を含み、
    前記第１の中央領域を一辺が２５０μｍの第１の正方形領域に分割した場合において、いずれの前記第１の正方形領域においても、前記第１の正方形領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満であり、かつ前記第１の正方形領域における酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である、炭化珪素単結晶基板。
  2. 前記第２の主面は、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第２の中央領域を含み、
    前記第２の中央領域を一辺が２５０μｍの第２の正方形領域に分割した場合において、いずれの前記第２の正方形領域においても前記第２の正方形領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である、請求項１に記載の炭化珪素単結晶基板。
  3. 前記第１の主面には機械研磨痕が形成されていない、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素単結晶基板。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶基板と、
    前記炭化珪素単結晶基板の前記第２の主面上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層とを備え、
    いずれの前記第１の正方形領域においても前記第１の正方形領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である、炭化珪素エピタキシャル基板。
  5. 炭化珪素単結晶をスライスすることにより、第１の主面と、前記第１の主面と反対側の第２の主面とを含む炭化珪素基板を準備する工程と、
    前記炭化珪素基板の前記第１の主面側に形成された加工変質層を含む層を除去する工程とを備え、
    前記加工変質層を除去した後、前記第１の主面は、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第１の中央領域を含み、さらに、
    前記第１の中央領域の酸素濃度を測定する工程を備え、
    前記第１の主面の最大径は１００ｍｍ以上であり、
    前記加工変質層を含む層を除去する工程において、前記加工変質層を含む層が１．５μｍ以上除去され、
    前記第１の中央領域を一辺が２５０μｍの第１の正方形領域に分割した場合において、いずれの前記第１の正方形領域においても酸素濃度は５原子％以上２０原子％未満である、炭化珪素単結晶基板の製造方法。
  6. いずれの前記第１の正方形領域においても前記第１の正方形領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である、請求項５に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
  7. 前記加工変質層を含む層を除去する工程は、前記第１の主面に対して化学的機械研磨を行う工程を含む、請求項５または請求項６に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
  8. 前記第１の主面に対して化学的機械研磨を行う工程は、第１の研磨レートで第１の化学的機械研磨を行う工程と、
    前記第１の化学的機械研磨を行う工程の後、前記第１の研磨レートよりも遅い第２の研磨レートで第２の化学的機械研磨を行う工程とを有する、請求項７に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
  9. 前記第２の主面は、外周から３ｍｍ以内の領域を除いた第２の中央領域を含み、
    前記第２の中央領域を一辺が２５０μｍの第２の正方形領域に分割した場合において、いずれの前記第２の正方形領域においても前記第２の正方形領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は０．２ｎｍ未満である、請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
  10. 前記第１の主面には機械研磨痕が形成されていない、請求項５〜請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
  11. 請求項５〜請求項１０のいずれか１項に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法により炭化珪素単結晶基板を準備する工程と、
    前記炭化珪素単結晶基板の前記第２の主面上に炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程とを備え、
    前記炭化珪素エピタキシャル層を形成する工程後において、いずれの前記第１の正方形領域においても前記第１の正方形領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は１．５ｎｍ未満である、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
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