JP2022096895A - 炭化珪素単結晶基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反りの発生を抑制できるＳｉＣ単結晶基板と製造方法を提供する。【解決手段】共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａ(Ｎ2)で構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板10とこのＳｉＣ単結晶成膜用基板表面に成膜されたＳｉＣ単結晶膜20とで構成されるＳｉＣ単結晶基板200において、ＳｉＣ単結晶膜20が、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂ(ＡｌまたはＧａ)で構成されたドーパントを含有しＳｉＣ単結晶成膜用基板表面に成膜された第一ＳｉＣ単結晶膜21と、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａ(Ｎ2)で構成されたドーパントを含有し上記第一ＳｉＣ単結晶膜21表面に成膜された第二ＳｉＣ単結晶膜22とで構成されることを特徴とし、ＳｉＣ単結晶成膜用基板10とＳｉＣ単結晶膜20（第一ＳｉＣ単結晶膜21と第二ＳｉＣ単結晶膜22とで構成される）間に作用する応力が低減してＳｉＣ単結晶基板200の反りの発生を抑制することが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣと略称する）単結晶成膜用基板と該ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜されたＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板とその製造方法に係り、特に、ＳｉＣ単結晶基板の反りが抑制されるＳｉＣ単結晶基板とその製造方法の改良に関するものである。

ＳｉＣは、珪素（以下、Ｓｉと略称する）と炭素で構成される化合物半導体材料であり、絶縁破壊電界強度がＳｉの１０倍、バンドギャップがＳｉの３倍と優れているだけでなく、デバイス作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であることから、Ｓｉの限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。

しかし、ＳｉＣ半導体は、広く普及するＳｉ半導体に較べて大面積のＳｉＣ単結晶基板を得ることが難しく、製造工程も複雑である。これ等の理由から、ＳｉＣ半導体は、Ｓｉ半導体と比較して大量生産が難しく、高価であった。ＳｉＣ半導体のコストが高額であることが、ＳｉＣ半導体の普及を妨げる一因となっていた。

そこで、ＳｉＣ半導体のコストを下げるため、様々な工夫がなされている。例えば、特許文献１には、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板を貼り合わせたＳｉＣ基板の製造方法が開示されている。すなわち、少なくとも、マイクロパイプの密度が３０個／ｃｍ²以下のＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板を貼り合わせ、その後、上記ＳｉＣ単結晶基板を薄膜化することで、ＳｉＣ半導体に供されるＳｉＣ基板の製造方法が記載されている。因みに、ＳｉＣ半導体のデバイス活性層は上記ＳｉＣ単結晶基板が機能し、下部の機械的支持部、放熱部分はＳｉＣ多結晶基板がその役割を受け持つ構造となり、ＳｉＣ基板全体を単結晶のＳｉＣで構成した基板と同等に扱うことが可能となる。

更に、特許文献１には、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板を貼り合わせる前にＳｉＣ単結晶基板に水素イオン注入層を形成し、水素イオン注入層が形成されたＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣ多結晶基板を貼り合わせた後、３５０℃以下の温度で熱処理を行うことで、上記水素イオン注入層をＳｉＣ単結晶基板の剥離面にしてＳｉＣ単結晶基板を薄膜化する方法も記載されている。

そして、特許文献１に記載された方法により、１つのＳｉＣ単結晶インゴットからＳｉＣ半導体に供されるより多くのＳｉＣ基板が得られるようになった。

特開２００９－１１７５３３号公報（請求項１、５、段落０００８）

ところで、特許文献１の方法で製造される貼り合わせ基板には、ＳｉＣ単結晶とＳｉＣ多結晶が使用される。また、貼り合わせ基板用のＳｉＣ単結晶は、昇華法や、昇華法基板（昇華法で製造したＳｉＣ単結晶の成膜用基板）に化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりエピタキシャル成長させて製造することができるが、エピタキシャル成長させたＳｉＣ単結晶の方が、ＳｉＣデバイスを作製した場合にデバイスにおけるキラー欠陥となる基底面転移（ＢＰＤ：Basal Plane Dislocation）が少ないことから、昇華法で得られたＳｉＣ単結晶より品質的に優れていると考えられている。

しかし、エピタキシャル成長させたＳｉＣ単結晶を得るには、該ＳｉＣ単結晶を昇華法基板に厚く成膜する必要があり、ＳｉＣ単結晶を厚く成膜すると、得られたＳｉＣ単結晶基板（昇華法基板と該昇華法基板の表面にエピタキシャル成長させたＳｉＣ単結晶とで構成される）が反ってしまうことがある。そして、ＳｉＣ単結晶基板に反りが生じると、例えば、ＳｉＣ多結晶基板と貼り合わせるためにＳｉＣ単結晶基板を搬送するような場合、吸盤等を用いてＳｉＣ単結晶基板を真空吸着することが困難となり、ＳｉＣ単結晶基板の搬送ができなくなる等の不具合を生じ、ＳｉＣ基板（ＳｉＣ多結晶基板とＳｉＣ単結晶基板とで構成される）の製造歩留まりを低下させてしまう問題を有していた。

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、ＳｉＣ単結晶成膜用基板（上記昇華法基板、すなわち、昇華法で製造したＳｉＣ単結晶の成膜用基板）とその表面に成膜されたＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板の反りが抑制されるＳｉＣ単結晶基板とその製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明に係る第１の発明は、
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板と、該ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜されたＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板において、
上記ＳｉＣ単結晶膜が、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントを含有しかつ上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜された第一ＳｉＣ単結晶膜と、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有しかつ上記第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に成膜された第二ＳｉＣ単結晶膜とで構成されることを特徴とし、
第２の発明は、
第１の発明に記載のＳｉＣ単結晶基板において、
上記第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度が、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板のドーパント濃度より高いことを特徴とし、
第３の発明は、
第１の発明または第２の発明に記載のＳｉＣ単結晶基板において、
上記元素Ａが窒素で構成され、上記元素Ｂがアルミニウム若しくはガリウムで構成されることを特徴とする。

次に、第４の発明は、
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に、化学的気相成長法によりＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を製造する方法において、
上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板が配置された成膜室内に、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントガスと原料ガスとを含む混合ガスを供給し、該混合ガスの供給比率を調整して、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に、元素Ｂで構成されたドーパントを含有する第一ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させる第一成膜工程と、
上記成膜室内に、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントガスと原料ガスとを含む混合ガスを供給し、該混合ガスの供給比率を調整して、上記第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に、元素Ａで構成されたドーパントを含有する第二ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させる第二成膜工程、
を有することを特徴とし、
第５の発明は、
第４の発明に記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法において、
上記第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度をＳｉＣ単結晶成膜用基板のドーパント濃度より高くすることを特徴とし、
第６の発明は、
第４の発明または第５の発明に記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法において、
上記元素Ａを窒素で構成し、上記元素Ｂをアルミニウム若しくはガリウムで構成することを特徴とする。

また、第７の発明は、
第４の発明～第６の発明のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法において、
第一成膜工程および第二成膜工程において、上記混合ガスの供給量、上記成膜室内の圧力、成膜温度の内の少なくとも一つを調整して、第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度を調整することを特徴とし、
第８の発明は、
第４の発明～第６の発明のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法において、
第一成膜工程および第二成膜工程において、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板を回転させながら第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させると共に、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板の回転数を調整して、第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度を調整することを特徴とし、
第９の発明は、
第４の発明～第８の発明のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法において、
第一成膜工程および第二成膜工程における成膜温度が１２００℃～１７００℃であることを特徴とする。

本発明に係るＳｉＣ単結晶基板によれば、
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜されるＳｉＣ単結晶膜が、
共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントを含有しかつ上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜された第一ＳｉＣ単結晶膜と、
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有しかつ上記第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に成膜された第二ＳｉＣ単結晶膜とで構成されるため、
ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜とで構成される）間に作用する応力が低減してＳｉＣ単結晶基板の反りの発生を抑制することが可能となる。

化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＳｉＣ単結晶膜を成膜する成膜装置の一例を示す構成説明図。 図２（Ａ）はＳｉＣ単結晶成膜用基板の断面図、図２（Ｂ）はＳｉＣ単結晶成膜用基板および該ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜と該第一ＳｉＣ単結晶膜の表面にエピタキシャル成長させた第二ＳｉＣ単結晶膜とで構成されたＳｉＣ単結晶基板の断面図、図２（Ｃ）は外周部分を研削加工等して直径寸法が調整されたＳｉＣ単結晶基板の断面図。

以下、従来例に係るＳｉＣ単結晶基板と本発明に係るＳｉＣ単結晶基板を比較して説明し、かつ、本発明の実施形態について具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

まず、従来例と本発明の各ＳｉＣ単結晶基板について説明する。

（１）従来例と本発明との比較
（1-1）従来例に係るＳｉＣ単結晶基板とその製造方法
（1-1-1）昇華法基板（昇華法で製造したＳｉＣ単結晶成膜用基板）の表面に化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させてＳｉＣ単結晶基板を製造する従来法は、得られたＳｉＣ単結晶基板が反ってしまうことがあり、ＳｉＣ多結晶基板と貼り合わせてＳｉＣ基板（ＳｉＣ多結晶基板とＳｉＣ単結晶基板とで構成される）を製造する場合に真空吸着することができず、Ｓｉ単結晶基板を搬送することができない等の不具合が発生してＳｉＣ基板の製造歩留まりを低下させる問題が存在した。

（1-1-2）ＳｉＣ単結晶基板の反りは、ＳｉＣ単結晶成膜用基板（昇華法基板）とエピタキシャル成長させて成膜したＳｉＣ単結晶膜との間に応力差がある場合に発生し、この応力差は、大部分がＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜におけるドーパント含有量（ドーパント濃度、ドープ量）の差が一因であると考えられている。

（1-1-3）すなわち、ＳｉＣ単結晶成膜用基板およびＳｉＣ単結晶膜におけるＳｉＣの結晶構造において、ドーパントはＣ（炭素）サイトに置換して固溶し、ドーパントが窒素（Ｎ₂）である場合、窒素（Ｎ₂）は共有結合半径が炭素よりも小さいため、Ｎ₂ドープ量（ドーパントの含有量）が多くなるほど、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板およびＳｉＣ単結晶膜の格子定数は小さくなる。

そして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板におけるＮ₂ドープ量に較べてＳｉＣ単結晶膜におけるＮ₂ドープ量が多い場合、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の格子定数よりＳｉＣ単結晶膜の格子定数が小さくなるためＳｉＣ単結晶基板にはＳｉＣ単結晶膜を内側にして凹状の反りが発生し、反対にＳｉＣ単結晶成膜用基板におけるＮ₂ドープ量に較べてＳｉＣ単結晶膜におけるＮ₂ドープ量が少ない場合、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の格子定数よりＳｉＣ単結晶膜の格子定数が大きくなるためＳｉＣ単結晶基板にはＳｉＣ単結晶膜を外側にして凸状の反りが発生する。

また、ＳｉＣのＣサイトに置換するドーパントの共有結合半径がＣ（炭素）より大きいアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等の場合、共有結合半径が炭素より小さい窒素（Ｎ₂）の場合とは反対にＡｌ等のドープ量（ドーパントの含有量）が多くなるほどＳｉＣ単結晶成膜用基板およびＳｉＣ単結晶膜の格子定数は大きくなるため、ドーパントとしてアルミニウムやガリウム等が適用されたＳｉＣ単結晶基板の反りの向きは、ドーパントとして窒素（Ｎ₂）が適用された場合と逆になる。

（1-2）本発明に係るＳｉＣ単結晶基板とその製造方法
（1-2-1）本発明者による分析
（1-2-1-1）そこで、昇華法基板（昇華法で製造したＳｉＣ単結晶成膜用基板）の表面にＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させて製造したＳｉＣ単結晶基板の反りが抑制される方法を見出すため、本発明者は、上述した現象（共有結合半径が炭素より小さい窒素をドーパントとして適用した場合と共有結合半径が炭素より大きいアルミニウムやガリウム等をドーパントとして適用した場合とでＳｉＣ単結晶基板における反りの向きが逆になる現象）から以下のような技術分析を行った。

（1-2-1-2）まず、ＳｉＣ単結晶成膜用基板のドーパントとして共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａ（例えば窒素）を用い、かつ、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させるＳｉＣ単結晶膜のドーパントとして共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂ（例えばアルミニウムまたはガリウム）を適用した場合、ＳｉＣ単結晶成膜用基板（ドーパントが元素Ａで構成される）の格子定数よりＳｉＣ単結晶膜（ドーパントが元素Ｂで構成される）の格子定数が大きくなるため、格子定数が大きいＳｉＣ単結晶膜を外側にしてＳｉＣ単結晶成膜用基板を凸状に反らせる応力がＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜との間に作用するようになる。

（1-2-1-3）そこで、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜との間に作用する応力を低減させるため、ＳｉＣ単結晶膜（以下、第一ＳｉＣ単結晶膜とする）の表面に、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａをドーパントとした第二ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させた場合、第一ＳｉＣ単結晶膜（ドーパントが元素Ｂで構成される）の格子定数より上記第二ＳｉＣ単結晶膜（ドーパントが元素Ａで構成される）の格子定数が小さくなることから、格子定数が小さい第二ＳｉＣ単結晶膜を内側にしてＳｉＣ単結晶成膜用基板を凹状に反らせる応力が第一ＳｉＣ単結晶膜を介しＳｉＣ単結晶成膜用基板と第二ＳｉＣ単結晶膜との間に作用するようになる。

（1-2-1-4）そして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板と第一ＳｉＣ単結晶膜との間に作用しかつ第一ＳｉＣ単結晶膜を外側にしてＳｉＣ単結晶成膜用基板を凸状に反らせる応力と、第一ＳｉＣ単結晶膜を介しＳｉＣ単結晶成膜用基板と第二ＳｉＣ単結晶膜との間に作用しかつ第二ＳｉＣ単結晶膜を内側にしてＳｉＣ単結晶成膜用基板を凹状に反らせる応力が互いに打ち消し合うようになるため、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜）とで構成されるＳｉＣ単結晶基板の反りが抑制されることを見出すに至った。

（1-2-2）すなわち、本発明に係るＳｉＣ単結晶基板は、
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板と、該ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜されたＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板において、
上記ＳｉＣ単結晶膜が、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントを含有しかつ上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜された第一ＳｉＣ単結晶膜と、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有しかつ上記第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に成膜された第二ＳｉＣ単結晶膜とで構成されることを特徴とし、
また、本発明に係るＳｉＣ単結晶基板の製造方法は、
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に、化学的気相成長法によりＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を製造する方法において、
上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板が配置された成膜室内に、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントガスと原料ガスとを含む混合ガスを供給し、該混合ガスの供給比率を調整して、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に、元素Ｂで構成されたドーパントを含有する第一ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させる第一成膜工程と、
上記成膜室内に、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントガスと原料ガスとを含む混合ガスを供給し、該混合ガスの供給比率を調整して、上記第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に、元素Ａで構成されたドーパントを含有する第二ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させる第二成膜工程、
を有することを特徴としている。

（1-2-3）そして、本発明に係るＳｉＣ単結晶基板によれば、
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜されるＳｉＣ単結晶膜が、
共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントを含有しかつ上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜された第一ＳｉＣ単結晶膜と、
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有しかつ上記第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に成膜された第二ＳｉＣ単結晶膜とで構成されるため、
ＳｉＣ単結晶成膜用基板と第一ＳｉＣ単結晶膜との間に作用しかつ第一ＳｉＣ単結晶膜を外側にしてＳｉＣ単結晶成膜用基板を凸状に反らせる応力と、第一ＳｉＣ単結晶膜を介しＳｉＣ単結晶成膜用基板と第二ＳｉＣ単結晶膜との間に作用しかつ第二ＳｉＣ単結晶膜を内側にしてＳｉＣ単結晶成膜用基板を凹状に反らせる応力が打ち消し合うため、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜とで構成される）間に作用する応力が低減してＳｉＣ単結晶基板の反りを抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

（２）成膜装置
図１は、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＳｉＣ単結晶膜を成膜する成膜装置の一例を示す構成説明図であるが、下記説明は成膜手順の一例であり、問題のない範囲で、成膜装置の構成や、温度、圧力、ガス雰囲気等の各条件や、手順等を変更してもよい。

この成膜装置１００は、装置の外装となる筐体１０１と、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０にＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜２１と第二ＳｉＣ単結晶膜２２とで構成される）２０を成膜させる成膜室１０２と、成膜室１０２より排出された原料ガスおよびドーパントガスやキャリアガスを後述のガス排出口１０４へ導入する排出ガス導入室１０５と、排出ガス導入室１０５を覆うボックス１０６と、ボックス１０６の外部より成膜室１０２内を加温するカーボン製のヒーター１０７と、成膜室１０２の上部に設けられ、成膜室１０２に原料ガスおよびドーパントガスやキャリアガスを導入するガス導入口１０３と、原料ガス等を成膜装置外に排出するガス排出口１０４と、後述のサセプタ９０を回転可能に支持する支柱１０８と、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０を載置するサセプタ９０を有する。

支柱１０８は、サセプタ９０を保持する保持機構（図示せず）と、成膜のときにサセプタ９０を回転させる回転機構（図示せず）とを有する。また、サセプタ９０は、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０が載置される平板状の載置部９１と、載置部９１の外周縁から立設した壁部９２とを有する。サセプタ９０が壁部９２を有することにより、サセプタ９０が回転したときにＳｉＣ単結晶成膜用基板１０が遠心力により外部へ飛び出ようとしても抑制することができる。

まず、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０を図１に示すようにサセプタ９０の載置部９１に載置し、減圧状態にして、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で、成膜の反応温度までヒーター１０７によりＳｉＣ単結晶成膜用基板１０を加熱する。予め設定した成膜の反応温度（１２００℃～１７００℃程度）まで達した後、不活性ガスの供給を止め、成膜室１０２内を数ｋＰａ～数百ｋＰａ程度として、成膜室１０２内にＳｉＣ単結晶膜２０の成分を含む原料ガスおよびドーパントガスやキャリアガス等の混合ガスを供給する。このとき、サセプタ９０を図１の矢印Ａ方向に回転させながらＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の表面に第一ＳｉＣ単結晶膜２１を成膜させ、次いで、第一ＳｉＣ単結晶膜２１の表面に第二ＳｉＣ単結晶膜２２を成膜させる。尚、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の回転数は、４インチφサイズや６インチφサイズのＳｉＣ単結晶成膜用基板１０を用いる場合、０ｒｐｍ～１０００ｒｐｍ程度とすることができる。

そして、第一ＳｉＣ単結晶膜２１および第二ＳｉＣ単結晶膜２２の各成膜工程において、上記混合ガスの供給比率を調整することで第一ＳｉＣ単結晶膜２１および第二ＳｉＣ単結晶膜２２のドーパント濃度（ドーパント含有量）を調節することができる。尚、混合ガスの供給比率については、ドーパントガスの比率が高くなるほど成膜した第一ＳｉＣ単結晶膜２１および第二ＳｉＣ単結晶膜２２のドーパント濃度が高くなる傾向にある。

また、混合ガスの供給量、成膜室１０２内の圧力、成膜温度、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の回転数は、ＳｉＣ単結晶膜２０の成膜速度に影響する。このため、混合ガスの供給量、成膜室１０２内の圧力（例えば、数ｋＰａ～数百ｋＰａ程度）、成膜温度（例えば、１２００℃～１７００℃）、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の回転数の内の少なくとも一つを調整することで、第一ＳｉＣ単結晶膜２１および第二ＳｉＣ単結晶膜２２のドーパント濃度（ドーパント含有量）を調節することも可能となる。

（３）ＳｉＣ単結晶成膜用基板
図２（Ａ）に示すＳｉＣ単結晶成膜用基板１０としては、例えば、昇華法等で製造したＳｉＣのバルク単結晶から加工して得た４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウエハを用いることができる。また、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の形状としては、例えば円形の平行平板状とすることができる。また、厚さ５μｍ～１００μｍ程度のＳｉＣ単結晶膜（上記第一ＳｉＣ単結晶膜２１と第二ＳｉＣ単結晶膜２２とで構成される）２０を成膜させる場合、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の厚さは２５０μｍ～７５０μｍ程度とすることができる。

また、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０のドーパント濃度（ドーパント含有量）は特に限定されず、所望とする電気抵抗値等から適宜設定することができる。ドーパントガスが窒素の場合、ドーパント濃度（ドーパント含有量）が６×１０¹⁸ｃｍ^-3～１０×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のＳｉＣ単結晶成膜用基板１０を用いることができる。

（４）原料ガス、キャリアガス、および、パージガス
（4-1）原料ガスとしては、ＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜２１と第二ＳｉＣ単結晶膜２２とで構成される）２０を成膜させることができれば、特に限定されず、一般的にＳｉＣ単結晶膜の成膜に使用されるＳｉ系原料ガス、Ｃ系原料ガスを用いることができる。

例えば、ケイ素（Ｓｉ）系原料ガスとしては、シラン（ＳｉＨ₄）を用いることができるほか、モノクロロシラン（ＳｉＨ₃Ｃｌ）、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ₄）等のエッチング作用があるＣｌを含む塩素系Ｓｉ原料含有ガス（クロライド系原料）を用いることができる。また、上記シランガスを用いる場合、ＨＣｌを併せて供給してもよい。

炭素（Ｃ）系原料ガスとしては、例えば、メタン（ＣＨ₄）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）等の炭化水素を用いることができる。上記のほか、トリクロロメチルシラン（ＣＨ₃Ｃｌ₃Ｓｉ）、トリクロロフェニルシラン（Ｃ₆Ｈ₅Ｃｌ₃Ｓｉ）、ジクロロメチルシラン（ＣＨ₄Ｃｌ₂Ｓｉ）、ジクロロジメチルシラン［（ＣＨ₃）₂ＳｉＣｌ₂］、クロロトリメチルシラン［（ＣＨ₃）₃ＳｉＣｌ］等のＳｉとＣとを両方含むガスも、原料ガスとして用いることができる。

（4-2）キャリアガスとしては、成膜を阻害することなく、原料ガスを基板へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、熱伝導率に優れ、ＳｉＣに対してエッチング作用がある水素（Ｈ₂）を用いることができる。

（4-3）また、第３のガスとしてパージガスを供給してもよい。パージガスは、ＳｉやＣを含まないガスであり、Ｈ₂を含むエッチング作用があるガスの他、Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガス（希ガス）を用いることもできる。

（５）ドーパントガス
ＳｉＣ単結晶基板の反りを抑制し、かつ、ＳｉＣ単結晶膜の導電型を制御するため不純物ドーピングガス（ドーパントガス）を同時に供給する。

（5-1）第一ＳｉＣ単結晶膜に含有させるドーパントガス
共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に第一ＳｉＣ単結晶膜を成膜する際、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントガスを、原料ガス、キャリアガスおよびパージガスと同時に供給する必要があり、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントガスとして、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、トリメチルガリウム(ＴＭＧ)、トリエチルガリウム(ＴＥＧ)等を例示することができる。

（5-2）ＳｉＣ単結晶膜の導電型を制御するドーパントガス
また、ＳｉＣ単結晶膜の導電型を制御するドーパントガスとして、例えば、ｎ型とする場合には窒素（Ｎ₂）、ｐ型とする場合にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、トリメチルガリウム(ＴＭＧ)、および、トリエチルガリウム(ＴＥＧ)等を用いることができる。尚、導電型を制御するドーパントガスとしては、上記窒素、アルミニウム、ガリウムに限定されず、例えば、ホウ素、リン、バナジウムから選ばれる１種類または２種類以上を含むガスとすることができる。

そして、ドーパントガスがホウ素（Ｂ）の場合、三塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）、ドーパントガスがリンの場合、ホスフィン（ＰＨ₃）、ドーパントガスがバナジウムの場合、バナジウムテトラクロライド（ＶＣｌ₄）を用いることができる。また、ドーパントガスが窒素の場合には、ドーパントガスとして、窒素（Ｎ₂）ガスの他にアンモニア（ＮＨ₃）を用いることができる。

（5-3）次に、ドーパントガスのドーパント濃度（ドーパント含有量）を調節するため、混合ガスの供給比率は、Ｓｉ系ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）ガス、炭素系ガスとしてプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）ガス、水素（Ｈ₂）ガス、塩素系ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ドーパントガスとして窒素（Ｎ₂）ガスを含む混合ガスを供給する場合、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｎ₂＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２とすることが例示され、また、Ｓｉ系ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）ガス、炭素系ガスとしてプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）ガス、水素（Ｈ₂）ガス、塩素系ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ドーパントガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを含む混合ガスを供給する場合、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ａｌ＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．２６～０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．４７とすることが例示され、また、Ｓｉ系ガスとしてシラン（ＳｉＨ₄）ガス、炭素系ガスとしてプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）ガス、水素（Ｈ₂）ガス、塩素系ガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガス、ドーパントガスとしてトリメチルガリウム(ＴＭＧ)ガスを含む混合ガスを供給する場合、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｇａ＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．１１～０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．７６とすることが例示される。

また、混合ガスの供給量は、成膜室１０２内に供給するガスの合計で１ｓｌｍ～５００ｓｌｍ程度とすることができる。ガス流量の単位「ｓｌｍ」は、standard liter/min、すなわち、標準状態（０℃、１気圧）に換算した１分間当たりの流量（Ｌ）を示す。

（６）ＳｉＣ単結晶基板の製造
第一成膜工程において、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有する図２（Ａ）に示すＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の表面に、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントを含有する図２（Ｂ）に示す第一ＳｉＣ単結晶膜２１をエピタキシャル成長させ、かつ、第二成膜工程において、第一ＳｉＣ単結晶膜２１の表面に、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有する第二ＳｉＣ単結晶膜２２をエピタキシャル成長させた後、外周部分を研削加工等で直径寸法を調整することにより図２（Ｃ）に示すＳｉＣ単結晶基板２００を製造することができる。

（７）その他の工程
本実施形態に係るＳｉＣ単結晶基板の製造方法は、以下の工程を含むことができる。例えば、成膜室１０２のサセプタ９０に配置されたＳｉＣ単結晶成膜用基板１０を加熱する工程、化学的気相成長前のＳｉＣ単結晶成膜用基板１０に、成膜を阻害するような何らかの反応が生じないようＳｉＣ単結晶成膜用基板１０が配置され成膜室１０２内を不活性雰囲気下とするべくアルゴン等の不活性ガスを流通させる工程等が挙げられる。

また、ＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜２１と第二ＳｉＣ単結晶膜２２）２０が成膜されたＳｉＣ単結晶成膜用基板１０には、図２（Ｂ）に示すように、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の成膜対象面１０ａ（図１参照）だけではなく、ＳｉＣ単結晶成膜用基板１０の側面に沿って、ＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜２１と第二ＳｉＣ単結晶膜２２）２０が成膜されていることがある。このため、第二成膜工程後、上述したように外周部分を研削加工等で直径寸法を調整することが好ましい。更に、図２（Ｃ）に示すＳｉＣ単結晶基板２００の厚さについて所望の大きさにするため、必要に応じて、研削加工や研磨加工を行ってもよい。

以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明するが、これ等の実施例によって本発明が限定されるものではない。また、本実施例においては、上述した成膜装置１００を用いてＳｉＣ単結晶基板を製造した。

［実施例１］
ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させるためのＳｉＣ単結晶成膜用基板には、昇華法で作製した６インチφサイズ、３５０μｍ厚、単位体積当たりのドーパント（共有結合半径が炭素原子より小さい窒素を適用する）濃度が６×１０¹⁸ｃｍ^-3であるｎ型の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウエハを用いた。

まず、成膜装置１００における成膜室１０２内を排気ポンプにより真空引きを行った後、成膜室１０２内を昇温させてＳｉＣ単結晶成膜用基板を１６５０℃まで加熱した。

次いで、成膜室１０２内に第一成膜工程用の下記原料ガスを供給した。

すなわち、原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より大きいアルミニウム（Ａｌ）すなわちＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用いた。

また、混合ガスの供給比率は、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ａｌ＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．８８とし、混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍ、１２分間供給し、基板を６００ｒｐｍで回転させながらＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面（成膜対象面）に第一ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させた。

次に、第一ＳｉＣ単結晶膜を成膜した後、成膜室１０２内に第二成膜工程用の下記原料ガスを供給した。

すなわち、原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より小さい窒素ガス（Ｎ₂）を用いた。

また、混合ガスの供給比率は、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｎ₂＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２とし、混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍ、６０分間供給し、基板を６００ｒｐｍで回転させながら第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に第二ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させた。

尚、上記第一成膜工程および第二成膜工程における成膜室１０２内の圧力は２５ｋＰａで行った。

そして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜）とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を得た。

［ＳｉＣ単結晶基板の評価］
製造したＳｉＣ単結晶基板について、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量を評価した。

まず、エピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）を、二次イオン質量分析装置（以下、Ｄ－ＳＩＭＳと記載することがある）を用いて測定した結果、第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ａｌドーパント含有量）は３×１０¹⁹ｃｍ^-3、第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｎ₂ドーパント含有量）は９×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

また、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚を測定したところ、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は１０μｍ、第一ＳｉＣ単結晶膜の表面にエピタキシャル成長させた第二ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は５０μｍであった。

更に、得られたＳｉＣ単結晶基板について、平坦度測定器を用い基板中央面の基準面からのズレの最大値と最小値の差を反り量として測定した結果、ＳｉＣ単結晶基板の反り量は５０μｍで、ＳｉＣ多結晶基板との貼り合わせの際に問題のないレベル（ＳｉＣ単結晶基板の反り量が±１００μｍ以内であれば問題を生じない。以下、同様）であった。

尚、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量と評価について表１に示す。

［実施例２］
第一成膜工程用の原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より大きいアルミニウム（Ａｌ）、すなわちＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用い、混合ガスの供給比率を、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ａｌ＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．２６とし、混合ガスの供給量を合計で１８０ｓｌｍ、３６分間供給したこと以外は実施例１と同様にして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜）とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を製造した。

［ＳｉＣ単結晶基板の評価］
実施例１と同様、二次イオン質量分析装置（Ｄ－ＳＩＭＳ）を用いて第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）を測定した結果、第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ａｌドーパント含有量）は９×１０¹⁸ｃｍ^-3、第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｎ₂ドーパント含有量）は９×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

また、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚を測定したところ、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は３０μｍ、第一ＳｉＣ単結晶膜の表面にエピタキシャル成長させた第二ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は５０μｍであった。

更に、得られたＳｉＣ単結晶基板について、平坦度測定器を用い基板中央面の基準面からのズレの最大値と最小値の差を反り量として測定した結果、ＳｉＣ単結晶基板の反り量は３０μｍで、ＳｉＣ多結晶基板との貼り合わせの際に問題のないレベル（ＳｉＣ単結晶基板の反り量が±１００μｍ以内であれば問題を生じない。以下、同様）であった。

尚、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量と評価について表１に示す。

［実施例３］
第一成膜工程用の原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より大きいアルミニウム（Ａｌ）、すなわちＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を用い、かつ、混合ガスの供給比率を、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ａｌ＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．４７とし、混合ガスの供給量を合計で１８０ｓｌｍ、１２分間供給し、また、第二成膜工程用の原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より小さい窒素ガス（Ｎ₂）を用い、かつ、混合ガスの供給比率を、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｎ₂＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２とし、混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍ、１２０分間供給したこと以外は実施例１と同様にして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜）とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を製造した。

［ＳｉＣ単結晶基板の評価］
実施例１と同様、二次イオン質量分析装置（Ｄ－ＳＩＭＳ）を用いて第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）を測定した結果、第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ａｌドーパント含有量）は５×１０¹⁹ｃｍ^-3、第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｎ₂ドーパント含有量）は９×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

また、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚を測定したところ、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は１０μｍ、第一ＳｉＣ単結晶膜の表面にエピタキシャル成長させた第二ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は１００μｍであった。

更に、得られたＳｉＣ単結晶基板について、平坦度測定器を用い基板中央面の基準面からのズレの最大値と最小値の差を反り量として測定した結果、ＳｉＣ単結晶基板の反り量は８０μｍで、ＳｉＣ多結晶基板との貼り合わせの際に問題のないレベル（ＳｉＣ単結晶基板の反り量が±１００μｍ以内であれば問題を生じない。以下、同様）であった。

尚、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量と評価について表１に示す。

［実施例４］
ＳｉＣ単結晶をエピタキシャル成長させるためのＳｉＣ単結晶成膜用基板には、昇華法で作製した６インチφサイズ、３５０μｍ厚、単位体積当たりのドーパント（共有結合半径が炭素原子より小さい窒素を適用する）濃度が６×１０¹⁸ｃｍ^-3であるｎ型の４Ｈ－ＳｉＣ単結晶ウエハを用いた。

まず、成膜装置１００における成膜室１０２内を排気ポンプにより真空引きを行った後、成膜室１０２内を昇温させてＳｉＣ単結晶成膜用基板を１６５０℃まで加熱した。

次いで、成膜室１０２内に第一成膜工程用の下記原料ガスを供給した。

すなわち、原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より大きいガリウム（Ｇａ）すなわちＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用いた。

また、混合ガスの供給比率は、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｇａ＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．７６とし、混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍ、１２分間供給し、基板を６００ｒｐｍで回転させながらＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面（成膜対象面）に第一ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させた。

次に、第一ＳｉＣ単結晶膜を成膜した後、成膜室１０２内に第二成膜工程用の下記原料ガスを供給した。

すなわち、原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より小さい窒素ガス（Ｎ₂）を用いた。

また、混合ガスの供給比率は、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｎ₂＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２とし、混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍ、６０分間供給し、基板を６００ｒｐｍで回転させながら第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に第二ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させた。

尚、上記第一成膜工程および第二成膜工程における成膜室１０２内の圧力は２５ｋＰａで行った。

そして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜）とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を得た。

［ＳｉＣ単結晶基板の評価］
製造したＳｉＣ単結晶基板について、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量を評価した。

まず、エピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）を、二次イオン質量分析装置（Ｄ－ＳＩＭＳ）を用いて測定した結果、第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｇａドーパント含有量）は２×１０¹⁹ｃｍ^-3、第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｎ₂ドーパント含有量）は９×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

また、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚を測定したところ、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は１０μｍ、第一ＳｉＣ単結晶膜の表面にエピタキシャル成長させた第二ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は５０μｍであった。

更に、得られたＳｉＣ単結晶基板について、平坦度測定器を用い基板中央面の基準面からのズレの最大値と最小値の差を反り量として測定した結果、ＳｉＣ単結晶基板の反り量は５０μｍで、ＳｉＣ多結晶基板との貼り合わせの際に問題のないレベル（ＳｉＣ単結晶基板の反り量が±１００μｍ以内であれば問題を生じない。以下、同様）であった。

尚、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量と評価について表２に示す。

［実施例５］
第一成膜工程用の原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より大きいガリウム（Ｇａ）すなわちＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、混合ガスの供給比率を、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｇａ＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．２２とし、混合ガスの供給量を合計で１８０ｓｌｍ、３６分間供給したこと以外は実施例４と同様にして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜）とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を製造した。

［ＳｉＣ単結晶基板の評価］
実施例４と同様、二次イオン質量分析装置（Ｄ－ＳＩＭＳ）を用いて第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）を測定した結果、第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｇａドーパント含有量）は８×１０¹⁸ｃｍ^-3、第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｎ₂ドーパント含有量）は９×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

また、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚を測定したところ、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は３０μｍ、第一ＳｉＣ単結晶膜の表面にエピタキシャル成長させた第二ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は５０μｍであった。

更に、得られたＳｉＣ単結晶基板について、平坦度測定器を用い基板中央面の基準面からのズレの最大値と最小値の差を反り量として測定した結果、ＳｉＣ単結晶基板の反り量は３０μｍで、ＳｉＣ多結晶基板との貼り合わせの際に問題のないレベル（ＳｉＣ単結晶基板の反り量が±１００μｍ以内であれば問題を生じない。以下、同様）であった。

尚、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量と評価について表２に示す。

［実施例６］
第一成膜工程用の原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より大きいガリウム（Ｇａ）すなわちＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、かつ、混合ガスの供給比率をＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｇａ＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：０．１１とし、混合ガスの供給量を合計で１８０ｓｌｍ、１２分間供給し、また、第二成膜工程用の原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より小さい窒素ガス（Ｎ₂）を用い、かつ、混合ガスの供給比率を、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｎ₂＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２とし、混合ガスの供給量は、合計で１８０ｓｌｍ、１２０分間供給したこと以外は実施例４と同様にして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜（第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜）とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を製造した。

［ＳｉＣ単結晶基板の評価］
実施例４と同様、二次イオン質量分析装置（Ｄ－ＳＩＭＳ）を用いて第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）を測定した結果、第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｇａドーパント含有量）は４×１０¹⁸ｃｍ^-3、第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｎ₂ドーパント含有量）は９×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

また、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚を測定したところ、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は１０μｍ、第一ＳｉＣ単結晶膜の表面にエピタキシャル成長させた第二ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は１００μｍであった。

更に、得られたＳｉＣ単結晶基板について、平坦度測定器を用い基板中央面の基準面からのズレの最大値と最小値の差を反り量として測定した結果、ＳｉＣ単結晶基板の反り量は８０μｍで、ＳｉＣ多結晶基板との貼り合わせの際に問題のないレベル（ＳｉＣ単結晶基板の反り量が±１００μｍ以内であれば問題を生じない。以下、同様）であった。

尚、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各ドーパント濃度（ドーパント含有量）、第一ＳｉＣ単結晶膜と第二ＳｉＣ単結晶膜の各膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量と評価について表２に示す。

［比較例１］
第一成膜工程用の原料ガスとしてＳｉ系ガスのシランガス（ＳｉＨ₄）、炭素系ガスのプロパンガス（Ｃ₃Ｈ₈）、パージガスとして水素ガス（Ｈ₂）、塩化水素ガス（ＨＣｌ）、ドーパントガスとして共有結合半径が炭素原子より小さい窒素ガス（Ｎ₂）を用い、かつ、混合ガスの供給比率を、ＳｉＨ₄：Ｃ₃Ｈ₈：Ｈ₂：ＨＣｌ：Ｎ₂＝０．２３：０．１１：９７．３６：２．１０：１．０２とし、混合ガスの供給量を合計で１８０ｓｌｍ、６０分間供給して第一ＳｉＣ単結晶膜を成膜し、該第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に第二ＳｉＣ単結晶膜を成膜しなかった以外は実施例４と同様にして、ＳｉＣ単結晶成膜用基板と第一ＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を製造した。

［ＳｉＣ単結晶基板の評価］
実施例４と同様、二次イオン質量分析装置（Ｄ－ＳＩＭＳ）を用いて第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（ドーパント含有量）を測定した結果、第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（Ｎ₂ドーパント含有量）は９×１０¹⁸ｃｍ^-3であった。

また、第一ＳｉＣ単結晶膜の膜厚を測定したところ、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面にエピタキシャル成長させた第一ＳｉＣ単結晶膜の平均膜厚は５０μｍであった。

更に、得られたＳｉＣ単結晶基板について、平坦度測定器を用い基板中央面の基準面からのズレの最大値と最小値の差を反り量として測定した結果、ＳｉＣ単結晶基板の反り量は１２０μｍで、ＳｉＣ多結晶基板と貼り合わせ時における搬送の際、搬送エラーを引き起こす可能性があるレベルであった。

尚、第一ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度（ドーパント含有量）と第一ＳｉＣ単結晶膜の膜厚、および、ＳｉＣ単結晶基板の反り量と評価について表２に示す。

本発明に係るＳｉＣ単結晶基板の製造方法によれば、得られるＳｉＣ単結晶基板の反りの発生が抑制されるため、ＳｉＣ多結晶基板が貼り合わされてＳｉＣ半導体に使用されるＳｉＣ単結晶基板として利用される産業上の利用可能性を有している。

１０ ＳｉＣ単結晶成膜用基板
１０ａ 成膜対象面
２０ ＳｉＣ単結晶膜
２１ 第一ＳｉＣ単結晶膜
２２ 第二ＳｉＣ単結晶膜
９０ サセプタ
９１ 載置部
９２ 壁部
１００ 成膜装置
１０１ 筐体
１０２ 成膜室
１０３ ガス導入口
１０４ ガス排出口
１０５ 排出ガス導入室
１０６ ボックス
１０７ ヒーター
１０８ 支柱
２００ ＳｉＣ単結晶基板

Claims (9)

1. 共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有する炭化珪素（以下、ＳｉＣと略称する）単結晶成膜用基板と、該ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜されたＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板において、
   上記ＳｉＣ単結晶膜が、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントを含有しかつ上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に成膜された第一ＳｉＣ単結晶膜と、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有しかつ上記第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に成膜された第二ＳｉＣ単結晶膜とで構成されることを特徴とするＳｉＣ単結晶基板。
2. 上記第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度が、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板のドーパント濃度より高いことを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ単結晶基板。
3. 上記元素Ａが窒素で構成され、上記元素Ｂがアルミニウム若しくはガリウムで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のＳｉＣ単結晶基板。
4. 共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントを含有するＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に、化学的気相成長法によりＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させて、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板とＳｉＣ単結晶膜とで構成されるＳｉＣ単結晶基板を製造する方法において、
   上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板が配置された成膜室内に、共有結合半径が炭素原子より大きい元素Ｂで構成されたドーパントガスと原料ガスとを含む混合ガスを供給し、該混合ガスの供給比率を調整して、ＳｉＣ単結晶成膜用基板の表面に、元素Ｂで構成されたドーパントを含有する第一ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させる第一成膜工程と、
   上記成膜室内に、共有結合半径が炭素原子より小さい元素Ａで構成されたドーパントガスと原料ガスとを含む混合ガスを供給し、該混合ガスの供給比率を調整して、上記第一ＳｉＣ単結晶膜の表面に、元素Ａで構成されたドーパントを含有する第二ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させる第二成膜工程、
   を有することを特徴とするＳｉＣ単結晶基板の製造方法。
5. 上記第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度をＳｉＣ単結晶成膜用基板のドーパント濃度より高くすることを特徴とする請求項４に記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法。
6. 上記元素Ａを窒素で構成し、上記元素Ｂをアルミニウム若しくはガリウムで構成することを特徴とする請求項４または５に記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法。
7. 第一成膜工程および第二成膜工程において、上記混合ガスの供給量、上記成膜室内の圧力、成膜温度の内の少なくとも一つを調整して、第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度を調整することを特徴とする請求項４～６のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法。
8. 第一成膜工程および第二成膜工程において、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板を回転させながら第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜をエピタキシャル成長させると共に、上記ＳｉＣ単結晶成膜用基板の回転数を調整して、第一ＳｉＣ単結晶膜および第二ＳｉＣ単結晶膜のドーパント濃度を調整することを特徴とする請求項４～６のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法。
9. 第一成膜工程および第二成膜工程における成膜温度が１２００℃～１７００℃であることを特徴とする請求項４～８のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶基板の製造方法。

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