JP2018016542A - 炭化珪素半導体基板 - Google Patents

Abstract

【課題】割れの発生を抑制可能な炭化珪素半導体基板を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体基板１０は、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを備える。第１の主面１０ａの最大径が１００ｍｍより大きく、かつ炭化珪素半導体基板１０の厚みが７００μｍ以下である。第１の主面１０ａの外周端部ＯＲから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の領域ＯＲ２において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。
【選択図】図１

Description

この発明は、炭化珪素半導体基板およびその製造方法に関し、特定的には、割れの発生を抑制可能な炭化珪素半導体基板およびその製造方法に関する。

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。

たとえば、特開２０１２−２１４３７６号公報（特許文献１）には、歪みが５μｍ未満であり、反りが５μｍ未満であり、全厚さ変動が２．０μｍ未満であり、かつ直径が７５ミリメートルの炭化珪素ウエハの製造方法が記載されている。当該炭化珪素ウエハの製造方法によれば、炭化珪素ブールを薄切りにしてウエハ状とした後、ラッピング下方力をウエハを折り曲げる下方力未満に制限しつつ炭化珪素ウエハがラッピングされる。

特開２０１２−２１４３７６号公報

しかしながら、近年、炭化珪素半導体基板を用いた炭化珪素半導体装置の製造プロセスにおいて、炭化珪素半導体基板の割れが多発している。例えば、不純物ドーパントを注入するイオン注入工程、酸化膜、窒化膜を成膜するＣＶＤ装置、金属膜を成膜するスパッタ工程、シンタリング、活性化アニールや電極の合金化アニールを実施する熱処理工程において、静電チャック方式で炭化珪素半導体基板を保持する際に、炭化珪素半導体基板の割れが発生する場合がある。

特開２０１２−２１４３７６号公報に記載のように炭化珪素半導体基板の直径が７５ｍｍ程度の場合であれば、炭化珪素半導体基板の割れはあまり発生していなかった。しかしながら、たとえば１００ｍｍ超程度の大きな直径を有する炭化珪素半導体基板において、炭化珪素半導体基板の割れが多発しており、炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することが求められている。

本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、その目的は、割れの発生を抑制可能な炭化珪素半導体基板およびそ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半導体基板は、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の主面の最大径が１００ｍｍより大きく、かつ炭化珪素半導体基板の厚みが７００μｍ以下である。第１の主面の外周端部から第１の主面の中心に向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。

本発明に係る炭化珪素半導体基板の製造方法は以下の工程を備えている。第１の主面と、第１の主面と反対側の第２の主面とを有し、第１の主面の最大径が１００ｍｍより大きく、かつ厚みが７００μｍ以下である炭化珪素半導体基板が準備される。炭化珪素半導体基板の周縁部が除去される。周縁部を除去する工程では、周縁部を除去する前の炭化珪素半導体基板の第１の主面の第１の中心の位置が、周縁部を除去した後の炭化珪素半導体基板の第１の主面の第２の中心の位置と一致せず、かつ第１の中心から見て、第１の中心を通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線を第１の主面に投影した直線から第１の主面内において１５°以内の領域に第２の中心が位置するように、周縁部が除去される。

本発明によれば、割れの発生を抑制可能な炭化珪素半導体基板およびその製造方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の構造を概略的に説明するための平面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の構造を概略的に説明するための断面模式図である。 図２における領域ＩＩＩの拡大図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の第１の変形例の構造を概略的に説明するための平面模式図である。 炭化珪素半導体基板の第１の主面に発生する結晶欠陥の第１の例を概略的に説明するための平面模式図である。 炭化珪素半導体基板の第１の主面に発生する結晶欠陥の第２の例を概略的に説明するための平面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の第２の変形例の構造を概略的に説明するための断面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第１の工程を概略的に説明するための断面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第２の工程を概略的に説明するための断面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第３の工程を概略的に説明するための断面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第４の工程を概略的に説明するための断面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第５の工程を概略的に説明するための断面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第６の工程を概略的に説明するための平面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第６の工程を概略的に説明するための断面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第７の工程を概略的に説明するための平面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第７の工程を概略的に説明するための一部拡大平面模式図である。 本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法の第７の工程を概略的に説明するための一部拡大断面模式図である。

［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について説明する。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、本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。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。また角度の記載には、全方位角を３６０度とする系を用いている。

発明者らは、炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制する方法について鋭意検討の結果、以下の知見を得て本発明を見出した。

近年、炭化珪素半導体基板は、表面の直径が大きくなり、厚みが小さくなる傾向にある。表面の直径が大きくなり、厚みが小さくなると、炭化珪素半導体基板は割れやすくなる。炭化珪素半導体基板の表面の最大径が１００ｍｍより大きく、かつ厚みが７００μｍ以下の場合において、炭化珪素半導体基板の割れの発生が顕著になってくる。

炭化珪素半導体基板の外周端部から第１の主面の中心に向かってある一定の距離以内の領域に存在する転位密度が炭化珪素半導体基板の割れの発生に関係していることが明らかになってきた。より詳細に研究した結果、第１の主面の最大径が１００ｍｍより大きく、かつ厚みが７００μｍ以下である炭化珪素半導体基板において、第１の主面の外周端部から第１の主面の中心に向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度を５００／ｍｍ²以下とすることにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができることを見出した。

また、炭化珪素単結晶から構成される基板において、積層欠陥は＜１１−２０＞方向よりも＜１−１００＞方向においてより高い頻度で発生するという特徴がある。バルク結晶成長面においては、ｃ面ファセットからの距離が大きくなるほど、成長面のオフ角度が大きくなるという特徴がある。当該オフ角度が大きくなると、ステップバンチングが起こりやすくなる。ステップバンチングが大きいほど、貫通転位から基底面転位への変換が起こりやすくなる。貫通転位から基底面転位への変換は炭化珪素固有の欠陥発生現象である。＜１１−２０＞方向と＜１−１００＞方向とを比較すると、＜１−１００＞方向においてステップバンチングが発生しやすい。そのため、特に＜１−１００＞方向におけるファセットからの距離が大きい領域で貫通転位から基底面転位への変換が起こりやすくなる。ここで、冷却時の歪みなどのため、基底面転位から積層欠陥への拡張が起こるために、特に＜１−１００＞方向で積層欠陥が発生しやすいと考えられる。

（１）実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０は、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを備える。第１の主面１０ａの最大径が１００ｍｍより大きく、かつ炭化珪素半導体基板１０の厚みが７００μｍ以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。結果として、工業的に妥当な歩留りで炭化珪素半導体基板を用いた炭化珪素半導体素子を製造することが可能となる。

（２）上記（１）に係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心に向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。

より詳細な研究によると、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合は、当該領域に結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合よりも炭化珪素半導体基板１０の割れが発生しやすいことが分かってきた。そこで、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度を２００／ｍｍ²以下とすることにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができる。

（３）上記（１）に係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができる。

（４）上記（３）に係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は１００／ｍｍ²以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生をより効果的に抑制することができる。

（５）上記（１）に係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができる。

（６）上記（５）に係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。

より詳細な研究によると、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合は、当該領域に結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合よりも炭化珪素半導体基板の割れが発生しやすいことが分かってきた。そこで、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度を２００／ｍｍ²以下とすることにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができる。

（７）上記（５）に係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生をより効果的に抑制することができる。

（８）上記（７）に係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は１００／ｍｍ²以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生をより効果的に抑制することができる。

（９）上記（１）〜（８）のいずれかに係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、炭化珪素半導体基板１０は、第２の主面１０ｂをなす炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１上に設けられ、第１の主面１０ａをなす炭化珪素エピタキシャル層１２とを含む。これにより、炭化珪素エピタキシャル層および炭化珪素単結晶基板を有する炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

（１０）上記（１）〜（９）のいずれかに係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、第１の主面１０ａの最大径は１５０ｍｍ以上である。炭化珪素半導体基板は、第１の主面の最大径が大きくなると割れやすくなる。第１の主面の最大径が１５０ｍｍ以上である大口径の炭化珪素半導体基板において、特に効果的に炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに係る炭化珪素半導体基板１０において好ましくは、炭化珪素半導体基板１０の厚みは６００μｍ以下である。炭化珪素半導体は、大口径でかつ厚みが薄くなると、さらに割れやすくなる。厚みが６００μｍ以下と薄くかつ大口径の炭化珪素半導体基板において、特に効果的に炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

（１２）実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法は以下の工程を備えている。第１の主面１１ｄと、第１の主面１１ｄと反対側の第２の主面１１ｅとを有し、第１の主面１１ｄの最大径が１００ｍｍより大きく、かつ厚みが７００μｍ以下である炭化珪素半導体基板１１が準備される。炭化珪素半導体基板１１の周縁部７が除去される。周縁部７を除去する工程では、周縁部７を除去する前の炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃの位置が、周縁部７を除去した後の炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第２の中心Ｏの位置と一致せず、かつ第１の中心１１ｃから見て、第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線を前記第１の主面に投影した直線から第１の主面１１ｄ内において１５°以内の領域に第２の中心Ｏが位置するように、周縁部７が除去される。積層欠陥は＜１１−２０＞方向よりも＜１−１００＞方向においてより高い頻度で発生する。そのため、周縁部７を除去する前の炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃの位置が、周縁部７を除去した後の炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第２の中心Ｏの位置と一致せず、かつ第１の中心１１ｃから見て、第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線を前記第１の主面に投影した直線から第１の主面１１ｄ内において１５°以内の領域に第２の中心Ｏが位置するように、周縁部７を除去することにより、効果的に積層欠陥を除去することができる。結果として、炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

（１３）上記（１２）に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法において好ましくは、炭化珪素半導体基板１１を準備する工程後であって、かつ炭化珪素半導体基板１１の周縁部７を除去する工程の前に、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄを観察して積層欠陥が存在する領域６を特定する工程とをさらに備える。周縁部７を除去する工程では、積層欠陥が存在する領域６が除去される。これにより、より効果的に積層欠陥を除去することができる。

（１４）上記（１２）または（１３）に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法において、炭化珪素半導体基板１１を準備する工程において、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在してもよい。周縁部７を除去する工程では、結晶粒界および転位列のいずれも分断しないように周縁部７が除去される。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生率を低減することができる。

（１５）上記（１４）に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法において好ましくは、周縁部７を除去する工程では、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに存在する結晶粒界または転位列の全体を除去するように周縁部７が除去される。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生率を効果的に低減することができる。

（１６）上記（１４）に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法において好ましくは、周縁部７を除去する工程では、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに存在する結晶粒界または転位列の全体を第１の主面１１ｄに残すように周縁部７が除去される。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生率を効果的に低減することができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
まず、本発明の一実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の構成について説明する。

図１および図２を参照して、実施の形態１に係る炭化珪素半導体基板１０は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素単結晶からなり、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを有している。炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの最大径Ｄは、たとえば１５０ｍｍである。好ましくは、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの最大径Ｄは、１００ｍｍより大きく、より好ましくは１５０ｍｍ以上であり、さらに好ましくは２００ｍｍ以上である。

図２を参照して、炭化珪素半導体基板１０の厚みＴは７００μｍ以下であり、好ましくは６００μｍ以下である。炭化珪素半導体基板１０の厚みＴは、好ましくは２５０μｍ以上６００μｍ未満であり、より好ましくは３００μｍ以上６００μｍ未満であり、さらに好ましくは２５０μｍ以上５００μｍ以下であり、さらに好ましくは３５０μｍ以上５００μｍ以下である。炭化珪素半導体基板１０は、たとえば不純物としての窒素を含んでおり、ｎ型の導電型を有していてもよい。

炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａは、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの中心Ｏを含むほぼ平坦な内周領域ＩＲと、内周領域ＩＲを囲み面取り部を含む外周領域ＯＲとを含む。図２を参照して、第１の主面１０ａの中心Ｏは、第１の主面１０ａの内周領域ＩＲの法線と平行な線であって、かつ炭化珪素半導体基板１０の重心Ｇを通る線と、第１の主面１０ａとが交差する点である。炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａは、外周端部１０ｃを含む。炭化珪素半導体基板１０の第２の主面１０ｂも第１の主面１０ａと同様に内周領域ＩＲおよび外周領域ＯＲを含む。

外周領域ＯＲは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって距離ｘ１以内の領域であり、平面視（第１の主面１０ａの内周領域ＩＲの法線方向に沿って見た視野）においてリング状の領域である。距離ｘ１は、たとえば５ｍｍであり、１０ｍｍであってもよい。外周領域ＯＲは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって距離ｘ２以内の領域（第２の外周領域ＯＲ２）と、外周領域ＯＲの中で第２の外周領域ＯＲ２以外の領域（つまり第１の外周領域ＯＲ１）とにより構成されている。距離ｘ２は、たとえば１ｍｍである。

図１および図２を参照して炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの内周領域ＩＲは、（０００−１）面または（０００−１）面から８°以下程度オフした面であり、第２の主面１０ｂの内周領域は、（０００１）面または（０００１）面から８°以下程度オフした面であってもよい。

本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。より好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。

第１の主面１０ａの外周領域ＯＲにおける転位の個数は、たとえばＫＯＨ（水酸化カリウム）エッチングによりエッチピットを形成し、当該エッチピットをたとえば光学顕微鏡を用いて観察することにより計数することができる。具体的には、炭化珪素半導体基板１０を、たとえば５１５℃の溶融ＫＯＨに８分間浸漬させることによりエッチピットを形成する。観察されるエッチピットの径は、たとえば５０μｍであり、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下である。観察される具体的な転位の種類としては、貫通らせん転位および貫通刃状転位、基底面転位などである。好ましくは、バーガースベクトルがｃ＋ａである貫通転位の転位密度は２５／ｍｍ²以下である。また好ましくは、バーガースベクトルがｃ＋ｍである貫通転位の転位密度は２５／ｍｍ²以下である。好ましくは、バーガースベクトルがｃ成分を含まない貫通刃状転位の転位密度は１００／ｍｍ²以下であり、より好ましくは５０／ｍｍ²以下である。なお、ｃは＜０００１＞方位であり、ａは＜１１−２０＞方位であり、ｍは＜１−１００＞方位である。

図３を参照して、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａは、平坦部１０ｅと、面取り部１０ｄと、平坦部１０ｅと面取り部１０ｄとの境界である境界部１０ｆと、外周端部１０ｃとを含む。図１および図３を参照して、第２の外周領域ＯＲ２は、面取り部１０ｄと、境界部１０ｆと、平坦部１０ｅの一部とにより構成されていてもよいし、面取り部１０ｄと、境界部１０ｆとにより構成されていてもよし、面取り部１０ｄのみにより構成されていてもよい。第１の外周領域ＯＲ１は、平坦部１０ｅの一部を構成していてもよい。

図４、図５および図６を参照して、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａに、結晶欠陥５が存在していてもよい。結晶欠陥５とは、たとえば結晶粒界（ドメイン）および転位列（リネージ）などである。結晶粒界や転位列などの結晶欠陥５を長方形形状でフィッティングして長手方向の長さａ、短手方向の長さｂおよび面積を決定することができる。好ましくは、結晶粒界や転位列などの結晶欠陥５の面積は３ｍｍ²以下であり、長手方向の長さａは３ｍｍ以下である。より好ましくは、結晶粒界や転位列などの結晶欠陥５の面積は１ｍｍ²以下であり、長手方向の長さａは１ｍｍ以下である。なお、結晶粒界などの粒界は、たとえば偏光顕微鏡およびノマルスキー型微分干渉顕微鏡などにより観察可能である。好ましくは、結晶粒界は、クロスニコルを用いた偏光顕微鏡により観察される。

次に、結晶粒界や転位列などの結晶欠陥５の延在方向について説明する。図４に示すように、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの最も外周側に位置する結晶欠陥５の部分と炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの中心Ｏとを通る直線を第１の直線ｒ１とし、結晶欠陥５の長手方向に沿った直線を第２の直線ｒ２とする。図５に示すように、第１の直線ｒ１および第２の直線ｒ２により形成される角度θ（９０°以下の角度で定義する）がたとえば４５°以下程度と小さい場合、結晶欠陥５は第１の主面１０ａの内周領域ＩＲに向かって延在する。そのため、当該結晶欠陥５が起点となって炭化珪素半導体基板１０が割れる場合、割れが内周領域ＩＲにまで伸長し、内周領域ＩＲに形成されている半導体装置に影響を与える。一方、図６に示すように、第１の直線ｒ１および第２の直線ｒ２により形成される角度θがたとえば６０°以上程度と大きい場合、結晶欠陥５は第１の主面１０ａの外周領域ＯＲ内において延在し、内周領域ＩＲに向かって延在しない。そのため、当該結晶欠陥５が起点となって炭化珪素半導体基板１０が割れる場合、割れが内周領域ＩＲにまで伸長しないため、内周領域ＩＲに形成されている半導体装置にほとんど影響を与えない。つまり、半導体装置の歩留りの観点からは、第１の直線ｒ１および第２の直線ｒ２により形成される角度θが大きい方が望ましい。結晶欠陥５の長手方向の長さａを短手方向の長さｂで割った比が２以上の場合において、第１の直線ｒ１および第２の直線ｒ２により形成される角度θが４５°より大きいことが好ましく、６０°以上であることがより好ましい。

第２の外周領域ＯＲ２に結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合とは、たとえば、第２の外周領域ＯＲ２に結晶粒界が１以上存在している場合、第２の外周領域ＯＲ２に転位列が１以上存在している場合、第２の外周領域ＯＲ２に結晶粒界および転位列の各々が１以上存在している場合および結晶粒界や転位列などの結晶欠陥５が、第１の外周領域ＯＲ１と第２の外周領域ＯＲ２との境界を横切るように形成されている場合などを含む。第２の外周領域ＯＲ２に結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合における外周領域ＯＲの転位密度は、第２の外周領域ＯＲ２に結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合における外周領域ＯＲの転位密度よりも低いことが好ましい。具体的には、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下であり、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下であることが好ましい。

より好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は１００／ｍｍ²以下であり、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。

好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから中心Ｏに向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下であり、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。より好ましくは、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は１００／ｍｍ²以下であり、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。

図７を参照して、炭化珪素半導体基板１０は、炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層１２とを含んでいてもよい。炭化珪素単結晶基板１１は、炭化珪素半導体基板１０の第２の主面１０ｂをなす。炭化珪素エピタキシャル層１２は、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａをなす。炭化珪素単結晶基板１１および炭化珪素エピタキシャル層１２の各々は、たとえば窒素などの不純物を含んでおり、ｎ型の導電型を有する。炭化珪素エピタキシャル層１２の不純物濃度は、炭化珪素単結晶基板１１の不純物濃度よりも低いことが好ましい。

なお、炭化珪素半導体基板１０は、炭化珪素エピタキシャル層１２を有していいない炭化珪素単結晶基板１１であってもよい。また炭化珪素半導体基板１０は、後述する炭化珪素単結晶１を成長させる方法において用いられる種結晶２であってもよい。また上記では、炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの転位密度について説明したが、炭化珪素半導体基板１０の第２の主面１０ｂも第１の主面１０ａと同様の転位密度を有していてもよい。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の製造方法について説明する。
まず、炭化珪素単結晶成長装置としての坩堝２０が準備される。図８を参照して、坩堝２０は、たとえばグラファイトからなり、種結晶保持部２１と原料収容部２２とを主に有している。種結晶保持部２１は、単結晶炭化珪素からなる種結晶２を保持可能に構成されている。原料収容部２２は、炭化珪素粉末からなる炭化珪素原料３を配置可能に構成されている。坩堝の外径はたとえば１６０ｍｍ程度であり、内径はたとえば１２０ｍｍ程度である。坩堝の周囲を取り囲むように加熱部（図示せず）が設けられている。加熱部は、たとえば誘導加熱式コイルや抵抗加熱式ヒータなどである。加熱部は原料収容部２２内の炭化珪素原料３を炭化珪素の昇華温度まで昇温可能に構成されている。

次に、種結晶２および炭化珪素原料３が坩堝２０に配置される。たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素からなる種結晶２が種結晶保持部２１に固定される。種結晶２は、第３の主面２ａと、第３の主面２ａと反対側の第４の主面２ｂとを有する。種結晶２の第４の主面２ｂは、種結晶保持部２１と接し、種結晶保持部２１により保持されている。炭化珪素原料３は、原料収容部２２に収容される。炭化珪素原料３は、たとえば炭化珪素粉末からなる。種結晶２の第３の主面２ａが、炭化珪素原料３の表面に対向するように、炭化珪素原料３が原料収容部２２に配置される。以上のように、炭化珪素単結晶からなる種結晶２と、炭化珪素原料３とが坩堝２０に配置される。

種結晶２の第３の主面２ａの最大径Ｄ１は、好ましくは１００ｍｍ以上であり、たとえば１２５ｍｍである。当該種結晶２は、種結晶２の第３の主面２ａの外周端部から第３の主面２ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である種結晶２である。好ましくは、当該外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。種結晶２の第３の主面２ａの転位密度は、上述した炭化珪素半導体基板１０の第１の主面１０ａの転位密度と同様であってもよい。種結晶２の第３の主面２ａは、たとえば（０００−１）面から１０度以下オフした面であり、種結晶２の第４の主面２ｂは、たとえば（０００１）面から１０度以下オフした面であってもよい。

次に、第１の炭化珪素単結晶成長工程が実施される。具体的には、炭化珪素原料３および種結晶２が配置された坩堝２０が、たとえばヘリウムガスおよび窒素ガスを含む雰囲気ガス中において、常温から炭化珪素結晶が昇華する温度（たとえば２３００℃）まで加熱される。雰囲気ガスはアルゴンガスを含んでも良い。種結晶２は、炭化珪素原料３よりも低い温度になるように加熱される。つまり、炭化珪素原料３から種結晶２に向かう方向に沿って温度が低くなるように坩堝２０が加熱される。次に、坩堝２０内の圧力をたとえば１ｋＰａにまで低減する。これにより、坩堝２０内の炭化珪素原料３が昇華して種結晶２の第３の主面２ａ上に再結晶することにより、種結晶２の第３の主面２ａ上に炭化珪素単結晶１が成長し始める。炭化珪素単結晶１の成長は、たとえば１００時間程度実施される。以上により、種結晶２の第３の主面２ａ上に炭化珪素単結晶１が成長する（図９参照）。

図９に示すように、第１の炭化珪素単結晶成長工程において、種結晶２の第３の主面２ａと平行な方向に沿った炭化珪素単結晶１の径が、種結晶２の第３の主面２ａの径よりも大きくなるように、炭化珪素単結晶１を成長させる。図１０を参照して、炭化珪素単結晶１の結晶成長が完了後、炭化珪素単結晶１が種結晶２とともに坩堝２０から取り出される。種結晶２の第３の主面２ａと接する領域における炭化珪素単結晶１の最大径Ｄ１は、たとえば１２５ｍｍ程度である。種結晶２の第３の主面２ａから離れるにつれて炭化珪素単結晶１の径は大きくなる。たとえば種結晶２の第３の主面２ａからある一定の距離だけ離れた位置において炭化珪素単結晶１を種結晶２の第３の主面２ａと平行な面でスライスして炭化珪素単結晶からなる単結晶基板１ａが切り出される。当該単結晶基板１ａの最大径Ｄ２は、たとえば種結晶２の第３の主面２ａの最大径よりも大きい。当該単結晶基板１ａが、次の炭化珪素単結晶１を成長させるための種結晶２として利用される。

図１１を参照して、当該単結晶基板１ａからなる種結晶２が坩堝２０の種結晶保持部２１に固定される。種結晶２は、第３の主面２ａと、第３の主面２ａと反対側の第４の主面２ｂとを有する。種結晶２の第４の主面２ｂは、種結晶保持部２１と接し、種結晶保持部２１により保持されている。炭化珪素原料３は、原料収容部２２に収容される。炭化珪素原料３は、たとえば炭化珪素粉末からなる。種結晶２の第３の主面２ａが、炭化珪素原料３の表面に対向するように、炭化珪素原料３が原料収容部２２に配置される。

次に、第２の炭化珪素単結晶成長工程が実施される。具体的には、第１の炭化珪素単結晶成長工程と同様に、炭化珪素原料３および種結晶２が配置された坩堝２０が、たとえばヘリウムガスおよび窒素ガスを含む雰囲気ガス中において、常温から炭化珪素結晶が昇華する温度（たとえば２３００℃）まで加熱される。種結晶２は、炭化珪素原料３よりも低い温度になるように加熱される。つまり、炭化珪素原料３から種結晶２に向かう方向に沿って温度が低くなるように坩堝２０が加熱される。次に、坩堝２０内の圧力をたとえば１ｋＰａにまで低減する。これにより、坩堝２０内の炭化珪素原料３が昇華して種結晶２の第３の主面２ａ上に再結晶することにより、種結晶２の第３の主面２ａ上に炭化珪素単結晶１が成長し始める。炭化珪素単結晶１の成長は、たとえば１００時間程度実施される。以上により、種結晶２の第３の主面２ａ上に炭化珪素単結晶１が成長する（図１２参照）。図１２に示すように、第２の炭化珪素単結晶成長工程において、種結晶２の第３の主面２ａと平行な方向に沿った炭化珪素単結晶１の径が、種結晶２の第３の主面２ａの径よりも大きくなるように、炭化珪素単結晶１を成長させる。

以上のように、最初に径が小さくかつ転位密度の低い良質の炭化珪素単結晶からなる種結晶２を用いて、種結晶２の第３の主面２ａ上に転位密度の低い炭化珪素単結晶１を、径が大きくなるように成長させる。当該炭化珪素単結晶１の一部を切り出し、次の炭化珪素単結晶１を成長させるための種結晶２として用いて炭化珪素単結晶１を成長させるという工程を繰り返す。これにより、転位密度が低く、かつ径の大きな炭化珪素単結晶１を成長させることができる。最終的には、最大径が１００ｍｍよりも大きい（好ましくは最大径が１５０ｍｍ以上である）炭化珪素単結晶１を得ることができる。

次に、炭化珪素単結晶をスライスする工程が実施される。たとえばワイヤーソーにより炭化珪素単結晶１がスライスされる。炭化珪素単結晶１は、たとえば種結晶２の第３の主面２ａの法線に交差する面（好ましくは、当該法線と垂直な面）でスライスされることにより、複数枚の炭化珪素単結晶基板１１が得られる。

図１３および図１４を参照して、炭化珪素半導体基板としての炭化珪素単結晶基板１１は、第１の主面１１ｄと、第１の主面１１ｄと反対側の第２の主面１１ｅとを有する。炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄの最大径Ｄ４は１００ｍｍより大きく、好ましくは１５０ｍｍ以上である。炭化珪素単結晶基板１１の厚みＴは７００μｍ以下であり、好ましくは６００μｍ以下である。炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄは、たとえば｛０００１｝面であってもよいし、｛０００１｝面から８°以下程度オフした面であってもよい。

炭化珪素単結晶からなる基板においては、炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄにおける＜１１−２０＞方向よりも＜１−１００＞方向において積層欠陥が発生しやすい。＜１−１００＞方向は、具体的には、[１−１００]方向、[０１−１０]方向および[−１０１０]方向のことである。[１−１００]方向、[０１−１０]方向および[−１０１０]方向の各々は、炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄにおいて互いに１２０°だけ角度がずれた位置関係にある。＜１１−２０＞方向は＜１−１００＞方向に対して３０°だけ角度がずれた位置関係にある。図１３においてハッチングで示す第１の領域１１ａは、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃから見て、第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線を第１の主面１１ｄに投影した直線から炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄ内において１５°以内の領域（言い換えれば、＜１−１００＞方向と平行な直線を第１の主面１１ｄに投影した直線から±１５°の範囲）である。図１３における角度φは１５°である。言い換えれば、図１３においてハッチングを付していない第２の領域１１ｂは、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃから見て、第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１１−２０＞方向と平行な直線を第１の主面１１ｄに投影した直線から炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄ内において１５°以内の領域（言い換えれば、＜１１−２０＞方向と平行な直線を第１の主面１１ｄに投影した直線から±１５°の範囲）である。ハッチングで示す第１の領域１１ａと、ハッチングを付していない第２の領域１１ｂとは、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの周方向に沿って３０°毎に交互に存在する。

図１４を参照して、炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線を第１の主面１１ｄに投影した直線について説明する。まずオフ角が０°の場合（つまり図１４のαが０°の場合）、炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄは、｛０００１｝面であり、第１の主面１１ｄの法線方向ｃ２は、＜０００１＞方向である。オフ角が０°の場合、＜１−１００＞方向は、第１の主面１１ｄと平行な方向ａ２である。そのため、炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線を第１の主面１１ｄに投影した直線は、＜１−１００＞方向に平行な直線ａ２である。一方、オフ角がたとえば８°の場合（つまり図１４のαが８°）の場合、炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄは、｛０００１｝面から８°傾斜した面であり、第１の主面１１ｄの法線方向ｃ１は、＜０００１＞方向から８°傾斜した方向である。オフ角が８°の場合、＜１−１００＞方向は、第１の主面１１ｄから８°傾斜した方向ａ１である。そのため、炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線ａ１を第１の主面１１ｄに投影した直線は、直線ａ２となる。

次に、炭化珪素単結晶基板１１の周縁部７を除去する工程が実施される。図１５を参照して、周縁部７を除去する工程では、周縁部７を除去する前の炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃの位置が、周縁部７を除去した後の炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄの第２の中心Ｏの位置と一致せず、かつ第１の中心１１ｃから見て、第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線から第１の主面１１ｄ内において１５°以内の第１の領域１１ａに第２の中心Ｏが位置するように、周縁部７が除去される。つまり、周縁部７を除去した後の第２の中心Ｏの位置が、上述したハッチングで示す第１の領域１１ａに位置するように、炭化珪素単結晶基板１１を偏心させて炭化珪素単結晶基板１１の周縁部７がチャンファー加工される。好ましくは、炭化珪素単結晶基板１１の第１の中心１１ｃから見て、第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線から第１の主面１１ｄ内において１０°以内の領域に第２の中心Ｏが位置するように、周縁部７が除去される。

炭化珪素単結晶基板１１の周縁部７の除去は、たとえば砥石などを用いて周縁部７を研磨または研削することにより除去される。好ましくは、周縁部７を除去する前の炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄの最大径Ｄ４が、周縁部７を除去した後の炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄの最大径Ｄ３×１１０％以上となるように、炭化珪素単結晶基板１１の周縁部７が除去される。

好ましくは、炭化珪素半導体基板１１を準備する工程後であって、かつ炭化珪素半導体基板１１の周縁部７を除去する工程の前に、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄを観察して積層欠陥などの欠陥、結晶粒界または転位列などが多数存在する領域６を特定する工程が実施される。具体的には、光学顕微鏡観察、ＰＬイメージング観察、Ｘ線トポグラフ観察等を用いて積層欠陥などの欠陥、結晶粒界または転位列などが多数存在する領域を特定する。周縁部７を除去する工程では、目視またはカメラなどを用いて当該特定された領域が選択的に除去されるように調整しながら、積層欠陥等が存在する領域６が選択的に除去される。たとえば、炭化珪素単結晶基板１１を３６０°よりも小さい角度だけ時計回りに回転させた後、同じ角度だけ反時計回りに回転させる運動を繰り返すことにより、炭化珪素半導体基板１１の周縁部７の特定部分のみを選択的に除去することが可能である。

炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在する場合においては、周縁部７を除去する工程では、結晶粒界および転位列のいずれも分断しないように周縁部７が除去される。具体的には、たとえば、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに存在する結晶粒界または転位列の全体を除去するように周縁部７が除去される。図１６を参照して、周縁部７を除去する前の炭化珪素単結晶基板１１の外周端部は破線で示す外周端部１１ｐであり、周縁部７を除去した後の炭化珪素単結晶基板１１の外周端部は実線で示す外周端部１０ｃ３である。この場合、結晶粒界または転位列などの結晶欠陥５において、炭化珪素単結晶基板１１の第１の中心１１ｃに最も近い部分５ａよりも第１の中心１１ｃ側に周縁部７を除去した後の炭化珪素単結晶基板１１の外周端部１０ｃ３が位置するように炭化珪素単結晶基板１１の周縁部７が除去される。なお、周縁部７を除去した後の炭化珪素単結晶基板１１の外周端部が外周端部１０ｃ２に位置する場合は、結晶粒界または転位列などの結晶欠陥５が分断された状態である。

図１６を参照して、周縁部７を除去する工程では、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに存在する結晶粒界または転位列の全体を第１の主面１１ｄに残すように周縁部７が除去されてもよい。周縁部７を除去した後の炭化珪素単結晶基板１１の外周端部は実線で示す外周端部１０ｃ１となる。この場合、結晶粒界または転位列などの結晶欠陥５において、炭化珪素単結晶基板１１の第１の中心１１ｃから最も遠い部分５ｂよりも外周側に、周縁部７を除去した後の炭化珪素単結晶基板１１の外周端部１０ｃ１が位置するように炭化珪素単結晶基板１１の周縁部７が除去される。

図１７を参照して、追加のチャンファー加工が実施される。具体的には、上記結晶欠陥５の全体が除去されるように、炭化珪素単結晶基板１１の周縁部７が除去される。周縁部７が再度除去された後の、炭化珪素単結晶基板１１の外周端部は外周端部１０ｃ３となる。同様に、炭化珪素単結晶基板１１の周縁部７に転位部が存在する場合においても、当該転位部に対してチャンファー加工を実施することにより、当該転位部を除去することができる。これにより、炭化珪素半導体基板１０が割れることを効果的に抑制することができる。なお、追加のチャンファー加工は、炭化珪素単結晶基板１１の第１の主面１１ｄ上に炭化珪素エピタキシャル層１２が形成される前に実施されてもよいし、炭化珪素エピタキシャル層１２が形成された後に実施されてもよい。周縁部７を追加のチャンファー加工し、除去する場合は、たとえば砥石あるいは硬質ラバーなどを用いて周縁部７を研磨または研削することにより周縁部７が除去される。以上のようにして、炭化珪素半導体基板１０（図１）が形成される。炭化珪素半導体基板１０は、炭化珪素半導体装置用の基板であってもよいし、昇華法において炭化珪素単結晶を成長させるための種結晶であってもよい。

次に、炭化珪素単結晶基板１１上に炭化珪素エピタキシャル層１２が形成されてもよい。炭化珪素エピタキシャル層は、たとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。具体的には、炭化珪素単結晶基板１１上に、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供給され、炭化珪素単結晶基板１１がたとえば１５００℃以上１７００℃以下程度に加熱される。これにより、炭化珪素エピタキシャル層１２が炭化珪素単結晶基板１１上に形成された炭化珪素半導体基板１０が得られる。

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０は、第１の主面１０ａと、第１の主面１０ａと反対側の第２の主面１０ｂとを有している。第１の主面１０ａの最大径が１００ｍｍより大きく、かつ炭化珪素半導体基板１０の厚みが７００μｍ以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。結果として、工業的に妥当な歩留りで炭化珪素半導体基板を用いた炭化珪素半導体素子を製造することが可能となる。

また本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心に向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。

より詳細な研究によると、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合は、当該第２の外周領域ＯＲ２に結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合よりも炭化珪素半導体基板１０の割れが発生しやすいことが分かってきた。そこで、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度を２００／ｍｍ²以下とすることにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は１００／ｍｍ²以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって５ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生をより効果的に抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は５００／ｍｍ²以下である。

より詳細な研究によると、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合は、当該第２の外周領域ＯＲ２に結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合よりも炭化珪素半導体基板の割れが発生しやすいことが分かってきた。そこで、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度を２００／ｍｍ²以下とすることにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生を効果的に抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生をより効果的に抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在している場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は１００／ｍｍ²以下である。第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１ｍｍの第２の外周領域ＯＲ２において結晶粒界および転位列のいずれも存在していない場合、第１の主面１０ａの外周端部１０ｃから第１の主面１０ａの中心Ｏに向かって１０ｍｍ以内の外周領域ＯＲにおいて、１ｍｍ²の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ²以下である。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生をより効果的に抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、炭化珪素半導体基板１０は、第２の主面１０ｂをなす炭化珪素単結晶基板１１と、炭化珪素単結晶基板１１上に設けられ、第１の主面１０ａをなす炭化珪素エピタキシャル層１２とを含む。これにより、炭化珪素エピタキシャル層を有する炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、第１の主面１０ａの最大径は１５０ｍｍ以上である。炭化珪素半導体基板は、第１の主面の最大径が大きくなると割れやすくなる。第１の主面の最大径が１５０ｍｍ以上である大口径の炭化珪素半導体基板において、特に効果的に炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

さらに本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０によれば、炭化珪素半導体基板１０の厚みは６００μｍ以下である。炭化珪素半導体は、大口径でかつ厚みが薄くなると、さらに割れやすくなる。厚みが６００μｍ以下と薄くかつ大口径の炭化珪素半導体基板において、特に効果的に炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

本実施の形態に係る炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、周縁部７を除去する工程では、周縁部７を除去する前の炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃの位置が、周縁部７を除去した後の炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第２の中心Ｏの位置と一致せず、かつ第１の中心１１ｃから見て、第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線を前記第１の主面に投影した直線から第１の主面１１ｄ内において１５°以内の第１の領域１１ａに第２の中心Ｏが位置するように、周縁部７が除去される。積層欠陥は＜１１−２０＞方向よりも＜１−１００＞方向においてより高い頻度で発生する。そのため、周縁部７を除去する前の炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第１の中心１１ｃの位置が、周縁部７を除去した後の炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄの第２の中心Ｏの位置と一致せず、かつ第１の中心１１ｃから見て、第１の中心１１ｃを通り、かつ＜１−１００＞方向と平行な直線を前記第１の主面に投影した直線から第１の主面１１ｄ内において１５°以内の第１の領域１１ａに第２の中心Ｏが位置するように、周縁部７を除去することにより、効果的に積層欠陥を除去することができる。結果として、炭化珪素半導体基板の割れの発生を抑制することができる。

また炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、炭化珪素半導体基板１１を準備する工程後であって、かつ炭化珪素半導体基板１１の周縁部７を除去する工程の前に、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄを観察して積層欠陥が存在する領域６を特定する工程とをさらに備える。周縁部７を除去する工程では、積層欠陥が存在する領域６が除去される。これにより、より効果的に積層欠陥を除去することができる。

さらに炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、炭化珪素半導体基板１１を準備する工程において、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに結晶粒界および転位列の少なくともいずれかが１以上存在してもよい。周縁部７を除去する工程では、結晶粒界および転位列のいずれも分断しないように周縁部７が除去される。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生率を低減することができる。

さらに炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、周縁部７を除去する工程では、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに存在する結晶粒界または転位列の全体を除去するように周縁部７が除去される。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生率を効果的に低減することができる。

さらに炭化珪素半導体基板１０の製造方法によれば、周縁部７を除去する工程では、炭化珪素半導体基板１１の第１の主面１１ｄに存在する結晶粒界または転位列の全体を第１の主面１１ｄに残すように周縁部７が除去される。これにより、炭化珪素半導体基板の割れの発生率を効果的に低減することができる。

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。

１ 炭化珪素単結晶
１ａ 単結晶基板
２ 種結晶
２ａ 第３の主面
２ｂ 第４の主面
３ 炭化珪素原料
５ 結晶欠陥
６ 領域
７ 周縁部
１０ 炭化珪素半導体基板
１０ａ 第１の主面
１０ｂ 第２の主面
１０ｃ，１０ｃ１，１０ｃ２，１０ｃ３ 外周端部
１０ｄ 面取り部
１０ｅ 平坦部
１０ｆ 境界部
１０ｇ 側端部
１１ 炭化珪素単結晶基板
１１ａ 第１の領域
１１ｂ 第２の領域
１１ｃ 第１の中心
１１ｄ 第１の主面
１１ｅ 第２の主面
１１ｐ 外周端部
１２ 炭化珪素エピタキシャル層
２０ 坩堝
２１ 種結晶保持部
２２ 原料収容部
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３、Ｄ４ 最大径
Ｇ 重心
ＩＲ 内周領域
Ｌ 除去量
Ｏ 中心（第２の中心）
ＯＲ 外周領域
ＯＲ１ 第１の外周領域
ＯＲ２ 第２の外周領域
Ｔ 厚み
ａ，ｂ 長さ
ｒ１ 第１の直線
ｒ２ 第２の直線
ｘ１，ｘ２ 距離

Claims (7)

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半導体基板であって、
   前記第１の主面の最大径が１００ｍｍより大きく、かつ前記炭化珪素半導体基板の厚みが７００μｍ以下であり、
   前記第１の主面の外周端部から前記第１の主面の中心に向かって１ｍｍの領域において結晶粒界および転位列の少なくともいずれかで構成される結晶欠陥が１以上存在しており、
   前記第１の主面の前記外周端部から前記第１の主面の前記中心に向かって５ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ^２の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ^２以下であり、
   前記結晶欠陥の少なくとも一つは、前記結晶欠陥の前記第１の主面の最も外周側に位置する部分と前記第１の主面の前記中心とを通る第１の直線と、前記結晶欠陥の長手方向に沿った第２の直線により形成される角度が４５°より大きく９０°以下である、炭化珪素半導体基板。
2. 前記角度は６０°以上９０°以下である、請求項１に記載の炭化珪素半導体基板。
3. 前記第１の主面の前記外周端部から前記第１の主面の前記中心に向かって１０ｍｍ以内の領域において、１ｍｍ^２の面積を有する任意の領域の転位密度は２００／ｍｍ^２以下である、請求項１または２に記載の炭化珪素半導体基板。
4. 前記転位密度は１００／ｍｍ^２以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体基板。
5. 前記炭化珪素半導体基板は、前記第２の主面をなす炭化珪素単結晶基板と、前記炭化珪素単結晶基板上に設けられ、前記第１の主面をなす炭化珪素エピタキシャル層とを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体基板。
6. 前記第１の主面の最大径は１５０ｍｍ以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体基板。
7. 前記炭化珪素半導体基板の厚みは６００μｍ以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体基板。

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