WO2012090268A1 - 単結晶炭化珪素エピタキシャル基板とその製造方法および単結晶ＳｉＣデバイス - Google Patents

単結晶炭化珪素エピタキシャル基板とその製造方法および単結晶ＳｉＣデバイス Download PDF

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silicon carbide
epitaxial film
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佳孝 瀬戸口
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株式会社エコトロン
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
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    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth

Definitions

  • the present invention relates to a single crystal silicon carbide epitaxial substrate, a manufacturing method thereof, and a single crystal SiC device, and more specifically, a single crystal silicon carbide epitaxial substrate including a single crystal silicon carbide epitaxial film with reduced threading screw dislocations, a manufacturing method thereof, and The present invention relates to a single crystal SiC device using the single crystal silicon carbide epitaxial substrate.
  • SiC single-crystal silicon carbide
  • a single crystal SiC substrate obtained by processing a bulk crystal manufactured by a sublimation method or the like is used, and a single crystal serving as an active region of a semiconductor device is formed thereon.
  • a crystalline SiC epitaxial film is grown and formed.
  • a vapor phase growth method Vapor Phase Epitaxy method in which a raw material is supplied from a vapor phase to form a desired epitaxial film: VPE method
  • VPE method Vapor Phase Epitaxy method in which a raw material is supplied from a vapor phase to form a desired epitaxial film
  • the present applicant melts Si by sandwiching a Si raw material between a single crystal SiC substrate and a carbon (C) feedstock and heating it at a high temperature in a crucible so that a high quality is obtained on the single crystal SiC substrate.
  • a metastable solvent epitaxy (MSE) method capable of epitaxially growing single crystal SiC at high speed has been proposed (Patent Document 1).
  • single crystal SiC substrates on which single crystal SiC epitaxial films are grown generally have threading screw dislocation (Threading Dislocation: TSD), threading edge dislocation (Threading Edge Dislocation: TED), basal plane dislocation (Basal Plane Plane).
  • TSD threading screw dislocation
  • Threading Edge Dislocation: TED threading Edge Dislocation
  • Basal Plane Plane basal plane dislocation
  • BPD Dislocation
  • Non-Patent Document 1 When a single-crystal SiC epitaxial film (VPE epitaxial film) is formed on a single-crystal SiC substrate in which these crystal defects are inherent using the conventional VPE method, TSD in the substrate is directly propagated to the VPE epitaxial film. Then, there was a problem that a device failure occurred when the device was manufactured (for example, Non-Patent Document 1).
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional single crystal SiC epitaxial substrate in which a VPE epitaxial film is formed on a single crystal SiC substrate.
  • 11 is a single crystal SiC substrate produced by a sublimation method or the like
  • 31 is a VPE epitaxial film.
  • the single crystal SiC substrate 11 includes defects such as TSD 41, TED 42, and BPD 43. It is well known that these dislocations propagate to the VPE epitaxial film 31.
  • TSD 41 propagates as TSD 41 as it is
  • TED 42 also propagates as TED 42 as it is.
  • the BPD 43 is classified into a type that propagates as the BPD 43 as it is and a type that propagates after being converted to the TED 42 depending on the formation conditions of the VPE epitaxial film 31.
  • the BPD 43 in the VPE epitaxial film 31 has been reported to cause forward characteristic deterioration in a high breakdown voltage device in which a pn junction is formed.
  • the BPD 43 in the VPE epitaxial film 31 has been reported to cause forward characteristic deterioration in a high breakdown voltage device in which a pn junction is formed.
  • TED42 does not have a bad influence on a device characteristic.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional single crystal SiC epitaxial substrate in which an MSE epitaxial film is formed on a single crystal SiC substrate, and 44 is SF.
  • the TSD 41 is converted into SF 44 in the MSE epitaxial film 32.
  • the propagation of TSD to the MSE epitaxial film can be suppressed by using the MSE method, if a device can be manufactured using the MSE epitaxial film, defects caused by TSD can be prevented. The generation can be reduced, which is preferable.
  • the present inventors formed an MSE epitaxial film as a buffer layer for reducing dislocations on a single crystal SiC substrate, and formed a single crystal SiC epitaxial film as an active layer thereon using the VPE method.
  • a hybrid structure is proposed (Patent Document 1).
  • the TSD in the substrate is converted to SF in the MSE epitaxial film, but is converted back to TSD in the VPE epitaxial film. It has been found that it is difficult to propagate all TSDs to a Frank type SF.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional single crystal SiC epitaxial substrate in which an MSE epitaxial film and then a VPE epitaxial film are formed on the single crystal SiC substrate. It is a VPE epitaxial film formed by the VPE method.
  • the TSD 41 inherent in the single crystal SiC substrate 11 is converted into SF 44 by the MSE epitaxial film 32, but is converted back to TSD 41 in the VPE epitaxial film formed on the MSE epitaxial film 32. And propagated to the VPE epitaxial film.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a single crystal SiC epitaxial substrate including a single crystal SiC epitaxial film in which TSD is sufficiently reduced, and a method for manufacturing the same.
  • the present inventor conducted various experiments and studies for solving the above-described problems.
  • Si droplets are formed on the surface of the MSE epitaxial film prior to the formation of the VPE epitaxial film by the vapor phase growth method.
  • re-conversion of TSD converted from TSD to TSD does not occur in the MSE epitaxial film, and can be propagated as SF to the VPE epitaxial film. It has been found that a sufficiently reduced single crystal SiC epitaxial film can be formed.
  • traces of Si droplets remain on the VPE epitaxial film, but after forming a sufficiently thick VPE epitaxial film by vapor deposition, the surface is flattened by polishing.
  • a single crystal SiC epitaxial substrate suitable for device fabrication can be obtained.
  • Si droplets can be easily formed by devising the composition of the source gas when forming a VPE epitaxial film by vapor deposition, or by forming a Si thin film in advance before vapor deposition. Can do.
  • Claim 2 is A single crystal silicon carbide epitaxial substrate manufactured using the method for manufacturing a single crystal silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1.
  • the present inventor further conducted an experimental study, and as a result, the VPE epitaxial film was formed directly on the single crystal SiC substrate by the vapor phase growth method without providing the MSE epitaxial film as the buffer layer. Even if it is performed, by applying means for forming Si droplets on the single crystal SiC substrate, TSD inherent in the single crystal SiC substrate can be converted into SF in the VPE epitaxial film, It was found that a single crystal SiC epitaxial film having a sufficiently reduced TSD can be formed.
  • Claim 4 is A single crystal silicon carbide epitaxial substrate manufactured using the method for manufacturing a single crystal silicon carbide epitaxial substrate according to claim 3.
  • the present inventor conducted experiments and studies on a preferable method for forming Si droplets.
  • the vapor phase growth method by adjusting the supply ratio (C / Si) of the raw material carbon (C) and Si, specifically, by lowering (C / Si) and increasing the amount of Si, It has been found that Si droplets can be formed.
  • the ratio of the source carbon (C) contained in C 3 H 8 and Si contained in SiH 4 By adjusting (C / Si) to a low ratio, particularly preferably to a ratio lower than 0.3, excess Si appropriately forms Si droplets, so that the TSD inherent in the single crystal silicon carbide substrate is reduced. It can be sufficiently reduced.
  • Invention of Claim 5 is an invention based on the said knowledge, By adjusting the supply ratio (C / Si) of carbon (C) and silicon (Si) as a raw material for forming a single crystal silicon carbide epitaxial film by vapor phase growth, single crystal silicon carbide epitaxial by vapor phase growth is used. 4. The method for producing a single crystal silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1, wherein silicon droplets are formed prior to formation of the film.
  • the Si droplet is formed by adjusting the supply ratio of the raw material for forming the silicon carbide epitaxial film in the vapor phase growth method, the formation of the Si droplet is easy. Therefore, it is not necessary to provide special equipment for Si droplets.
  • disilane (Si 2 H 6 ), chlorosilane (SiCl 4 ), or dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) can be used instead of the above-described SiH 4 .
  • C source in place of the C 3 H 8 above, methane (CH 4), ethane (C 2 H 6), butane (C 4 H 10), ethylene (C 2 H 4), acetylene ( C 2 H 2 ), propylene (C 3 H 6 ), butylene (C 2 H 6 ) can also be used.
  • a Si thin film is formed in advance on the single crystal SiC substrate or the first single crystal silicon carbide epitaxial film prior to the formation of the VPE epitaxial film. It was also found that the method of keeping was preferable.
  • a thin film of Si or a material containing Si is formed on the first single crystal silicon carbide epitaxial film based on the MSE method or a single crystal SiC substrate using a sputtering method or the like, and then When the vapor phase growth method is performed, since the melting point of Si is about 1410 ° C., the Si melts before reaching the temperature (1500 ° C. to 1700 ° C.) at which the vapor phase growth of the VPE epitaxial film starts. A droplet is formed. Then, since vapor phase growth of the VPE epitaxial film starts, TSD inherent in the single crystal silicon carbide substrate can be sufficiently reduced.
  • Invention of Claim 6 is an invention based on the said knowledge, Prior to forming a single crystal silicon carbide epitaxial film by vapor phase growth, a thin film of Si or Si is included in advance on the surface of the first single crystal silicon carbide epitaxial film or the surface of the single crystal SiC substrate. 4. The method for producing a single crystal silicon carbide epitaxial substrate according to claim 1, wherein a silicon droplet is formed by forming a thin film of a raw material.
  • a single crystal SiC epitaxial substrate including a single crystal SiC epitaxial film in which TSD is sufficiently reduced, a manufacturing method thereof, and a high quality single crystal SiC device.
  • (A) is the microscope picture of the surface of the VPE epitaxial film of an Example
  • (b) is the etching photograph of the single crystal SiC epitaxial substrate of the Example. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional single crystal SiC epitaxial substrate in which the VPE epitaxial film was formed on the single crystal SiC substrate. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional single crystal SiC epitaxial substrate in which the MSE epitaxial film was formed on the single crystal SiC substrate. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional single crystal SiC epitaxial substrate in which the MSE epitaxial film and then the VPE epitaxial film were formed on the single crystal SiC substrate.
  • a VPE epitaxial film is directly formed after forming Si droplets on a single crystal SiC substrate.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing one step in the method of manufacturing a single crystal SiC epitaxial substrate of the present embodiment.
  • 21 is a single crystal SiC substrate
  • 41 is a TSD inherent in the single crystal SiC substrate
  • 15 is a Si droplet.
  • Si droplets 15 are formed on the surface of a single crystal SiC substrate 21 in which TSD 41 is contained prior to the formation of the VPE epitaxial film. Form.
  • the method of forming Si droplets is not particularly limited, but is preferably formed by the following method.
  • the first method is to adjust the supply ratio of propane and silane, which are raw material gases of the vapor phase growth method for forming the VPE epitaxial film, so that C and silane contained in propane This is a method of forming silicon droplets by reducing the Si ratio (C / Si) contained. Specifically, by adjusting the supply amount of propane and silane so that C / Si is smaller than 0.3, Si is supplied excessively to form Si droplets. C / Si is appropriately adjusted according to the desired amount of Si droplets.
  • the second method is to form a Si thin film on the single crystal SiC substrate 21 by using, for example, a sputtering method, and then perform conventional vapor phase growth to thereby obtain a single crystal SiC substrate 21.
  • This is a method of forming Si droplets on the substrate.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of forming a VPE epitaxial film by the VPE method based on the present embodiment.
  • FIG. 2 shows a vapor phase growth apparatus.
  • the vapor phase growth apparatus includes a quartz reaction furnace 22 in which a heat insulating material 23 is contained, a graphite susceptor 24, and a high frequency coil 25. Yes.
  • the single crystal SiC substrate 21 is placed on the susceptor 24, and the inside of the reaction furnace 22 is sufficiently replaced with a gas such as hydrogen, and then the susceptor 24 is induction-heated by the high frequency coil 25, whereby the single crystal SiC substrate 21 is Heat to a predetermined temperature.
  • the raw material gas 26 is thermally decomposed by introducing the raw material gas 26 containing C and Si such as propane and silane into the reaction furnace 22.
  • Si droplets 15 are formed on the single crystal SiC substrate 21 (see FIG. 1).
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of the single crystal SiC epitaxial substrate of the present embodiment.
  • 21 is a single crystal SiC substrate
  • 31 is a VPE epitaxial film of SiC
  • 41 is TSD
  • 42 is TED
  • 43 is BPD
  • 44 is SF.
  • the single crystal SiC substrate 21 is formed in the VPE epitaxial film 31.
  • the underlying TSD 41 is converted to SF44. Therefore, the TSD 41 does not propagate to the VPE epitaxial film 31, and a single crystal SiC epitaxial substrate on which the VPE epitaxial film 31 in which the TSD 41 is sufficiently reduced is formed can be obtained.
  • the TSD 41 in the VPE epitaxial film can be sufficiently reduced by forming the VPE epitaxial film after forming the Si droplets 15 on the single crystal SiC substrate 21.
  • the first method is employed as a method for forming Si droplets, but the second method may be employed.
  • an MSE epitaxial film (buffer layer) is formed on a single crystal SiC substrate, and then an Si thin film is formed on the MSE epitaxial film by the second method, Thereafter, a VPE epitaxial film is formed.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing one step of the method of manufacturing the single crystal SiC epitaxial substrate of the present embodiment.
  • 21 is a single crystal SiC substrate
  • 32 is an MSE epitaxial film
  • 41 is a TSD inherent in the single crystal SiC substrate
  • 44 is an SF formed on the MSE epitaxial film 32
  • 15 is a Si droplet. It is.
  • an MSE epitaxial film 32 is formed on the single crystal SiC substrate 21.
  • the TSD 41 inherent in the single crystal SiC substrate 21 is converted to SF 44 by the MSE epitaxial film 32.
  • a Si thin film is formed on the MSE epitaxial film 32.
  • the single crystal SiC substrate 21 having the Si thin film formed on the MSE epitaxial film 32 is placed in the vapor phase growth apparatus and heated to form the Si droplet 15 and the VPE epitaxial film. Done.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the single crystal SiC epitaxial substrate of the present embodiment.
  • 21 is a single crystal SiC substrate
  • 31 is a VPE epitaxial film
  • 32 is an MSE epitaxial film
  • 41 is TSD
  • 42 is TED
  • 43 is BPD
  • 44 is SF.
  • the TSD 41 existing in the single crystal SiC substrate 21 is converted into SF 44 by the MSE epitaxial film 32, and the SF 44 is propagated as it is to the VPE epitaxial film 31 without being converted back to the TSD 41. Therefore, it is possible to form a single crystal SiC epitaxial substrate on which the VPE epitaxial film 31 in which the TSD 41 is sufficiently reduced is formed.
  • the TSD 41 in the VPE epitaxial film can be sufficiently reduced.
  • the second method is employed as a method for forming Si droplets.
  • the first method may be employed.
  • an MSE epitaxial film is formed on a single crystal SiC substrate, Si droplets are formed on the MSE epitaxial film by the first method, and then a VPE epitaxial film is formed. . This will be specifically described below.
  • (B) Formation of MSE epitaxial film A single crystal SiC substrate is set in an MSE epitaxial apparatus, and after the inside of the MSE epitaxial apparatus is reduced to a pressure of 1 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa or less, this pressure state is maintained.
  • the temperature in the sealed container is raised to 1800 ° C. at 20 ° C./min by heating means (programmable rate of temperature increase and decrease), maintained at 1800 ° C. for 300 minutes, and then the temperature in the sealed container is set to 500 The temperature was lowered to 20 ° C. at a rate of 20 ° C./min, and naturally cooled from 500 ° C. to room temperature.
  • an MSE epitaxial film made of a SiC epitaxial film (4H—SiC) having a carrier concentration of 9 ⁇ 10 17 to 2 ⁇ 10 19 cm 2 (n-type) and a film thickness of 40 ⁇ m is formed on the single crystal SiC substrate. Formed.
  • Step B Step of forming Si droplets and epitaxial film
  • the gas in the reaction furnace 22 was replaced with hydrogen gas, and the pressure for epitaxial growth was adjusted while supplying a predetermined amount of hydrogen gas with a mass flow controller.
  • the pressure adjustment was performed by measuring the pressure in the reaction furnace 22 with a Baratron vacuum gauge and feeding back the pressure adjustment valve opening of the exhaust system.
  • Si droplets were formed in the ⁇ -1-120> direction from the position where SF exists on the MSE epitaxial film.
  • the shape of the etch pit differs depending on the type of each dislocation.
  • the MSE epitaxial film formed under specific conditions When the surface is subjected to molten alkali salt etching, the TSD etch pit is a large hexagon, and the TED etch pit is a small hexagon. In SF, a shell-like etch pit is formed.
  • FIG. 6A shows a surface photograph of the VPE epitaxial film.
  • FIG. 6B shows a molten alkali salt (KOH) etching photograph on the VPE epitaxial film from which the Si droplets 15 have been removed.
  • KOH molten alkali salt
  • the SF of the MSE epitaxial film is propagated to the VPE epitaxial film without being reconverted into TSD by growing the VPE epitaxial film under the condition where Si droplets are present.
  • Si droplets are present.
  • Single-crystal SiC substrate 32 MSE epitaxial film 41 TSD (through screw dislocation) 44 SF (stacking fault) 15 Si droplet 22 Reactor 23 Heat insulation material 24 Susceptor 25 High frequency coil 26 Source gas 31 VPE epitaxial film 42 TED (through-edge dislocation) 43 BPD (basal plane dislocation)

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Abstract

　ＴＳＤが充分に低減された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を備える単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板及びその製造方法を提供する。　単結晶炭化珪素基板上に準安定溶媒エピタクシー法を用いて単結晶炭化珪素基板に内在する貫通螺旋転位が積層欠陥に変換された第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成し、その上にシリコン液滴を形成した後、気相成長法を用いて、第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜における積層欠陥が伝播された第２の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成する単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。単結晶炭化珪素基板上にシリコン液滴を形成した後、シリコン液滴が形成された単結晶炭化珪素基板上に気相成長法を用いて単結晶炭化珪素基板に内在する貫通螺旋転位が積層欠陥に変換された単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成する単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。

Description

単結晶炭化珪素エピタキシャル基板とその製造方法および単結晶ＳｉＣデバイス
　本発明は、単結晶炭化珪素エピタキシャル基板とその製造方法および単結晶ＳｉＣデバイスに関し、詳しくは、貫通螺旋転位が低減された単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を備える単結晶炭化珪素エピタキシャル基板とその製造方法および前記単結晶炭化珪素エピタキシャル基板を用いた単結晶ＳｉＣデバイスに関する。
　単結晶炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体は、シリコン（Ｓｉ）を用いた半導体と比較して、低損失で耐高温性に優れているため、高温動作可能な種々のデバイスへの応用が期待されている。
　そして、一般的に、単結晶ＳｉＣデバイスを作製する際には、昇華法等により作製されたバルク結晶を加工して得られる単結晶ＳｉＣ基板を用い、この上に半導体デバイスの活性領域となる単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を成長させて、形成することが行われており、具体的な方法としては、気相から原料を供給して所望のエピタキシャル膜を形成する気相成長法（Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ法：ＶＰＥ法）が主流となっている。
　このような単結晶デバイスの作製方法としては、上記の気相成長法の他に、液相から原料を供給してエピタキシャル膜の成長を行う液相成長法もあり、ＧａＡｓ等の化合物半導体の作製に採用されている。
　しかし、ＳｉＣは温度に対して非常に安定であり、安定した液相状態を形成することが困難なために、液相成長法を採用して、高品質なエピタキシャル膜を形成することが困難であった。
　そこで、本出願人は、単結晶ＳｉＣ基板と炭素（Ｃ）供給原料との間にＳｉ原料を挟み、坩堝内で高温加熱することにより、Ｓｉを溶融して、単結晶ＳｉＣ基板上に良質な単結晶ＳｉＣを高速でエピタキシャル成長させることができる準安定溶媒エピタクシー（Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ　Ｓｏｌｖｅｎｔ　Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＳＥ）法を提案している（特許文献１）。
　一方、単結晶ＳｉＣピタキシャル膜を成長させる単結晶ＳｉＣ基板には、一般的に、貫通螺旋転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ　Ｓｃｒｅｗ　Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＴＳＤ）、貫通刃状転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ　Ｅｄｇｅ　Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＴＥＤ）、基底面転位（Ｂａｓａｌ　Ｐｌａｎｅ　Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＢＰＤ）と呼ばれる結晶欠陥が内在している。
　これらの結晶欠陥が内在する単結晶ＳｉＣ基板上に、従来のＶＰＥ法を用いて単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜（ＶＰＥエピタキシャル膜）を形成させた場合、基板中のＴＳＤが、そのままＶＰＥエピタキシャル膜に伝播されてしまい、その後、デバイスを作製した際にデバイス不良が発生するという問題があった（例えば非特許文献１）。
　これを、単結晶ＳｉＣ基板上にＶＰＥエピタキシャル膜を形成した場合の転位伝播の概要を示す図７を用いて説明する。図７は、単結晶ＳｉＣ基板上にＶＰＥエピタキシャル膜を形成させた従来の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を説明する断面図である。図７において、１１は昇華法等により作製された単結晶ＳｉＣ基板、３１はＶＰＥエピタキシャル膜である。
　図７に示すように、単結晶ＳｉＣ基板１１中には、ＴＳＤ４１、ＴＥＤ４２、ＢＰＤ４３等の欠陥が含まれている。そして、これらの転位はＶＰＥエピタキシャル膜３１へ伝播することが良く知られている。
　即ち、ＴＳＤ４１はそのままＴＳＤ４１として伝播し、ＴＥＤ４２もそのままＴＥＤ４２として伝播する。そして、ＢＰＤ４３は、ＶＰＥエピタキシャル膜３１の形成条件によって、そのままＢＰＤ４３として伝播するものと、ＴＥＤ４２へ変換されて伝播するものとに分けられる。
　このＶＰＥエピタキシャル膜３１中のＢＰＤ４３は、ｐｎ接合を形成した高耐圧デバイスにおいて、順方向特性劣化を生じることが報告されているが、各機関で鋭意研究開発が進められ、ＶＰＥ法を用いた場合であってもＢＰＤ４３を低減させることが可能となって来た。そして、ＴＥＤ４２は、デバイス特性に悪影響を与えないことが報告されている。
　一方、ＴＳＤ４１は、デバイス特性に悪影響を与える報告がなされているが、ＶＰＥ法を用いた場合において、ＴＳＤ４１を低減させる方法が現在に至るまで見出されていない。
　これに対して、単結晶ＳｉＣ基板上に前記のＭＳＥ法に基づくＭＳＥエピタキシャル膜を形成した場合には、単結晶ＳｉＣ基板に内在するＴＳＤの大半がＦｒａｎｋ型の積層欠陥（ｓｔａｃｋｉｎｇ　ｆａｕｌｔ：ＳＦ）に変換されることが報告されている（例えば非特許文献２）。そして、このＳＦは、前記したＴＳＤやＢＰＤと異なり、デバイス特性には悪影響を与えない。
　この様子を図８に示す。図８は、単結晶ＳｉＣ基板上にＭＳＥエピタキシャル膜を形成させた従来の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を説明する断面図であり、４４はＳＦである。
　図８に示すように、ＴＳＤ４１は、ＭＳＥエピタキシャル膜３２中ではＳＦ４４に変換されている。このように、ＭＳＥ法を用いることにより、ＭＳＥエピタキシャル膜へのＴＳＤの伝播を抑制することができるため、ＭＳＥエピタキシャル膜を用いてデバイスを作製することが可能となれば、ＴＳＤに起因する不良の発生を低減することが可能となり好ましい。
　しかし、パワーデバイスに採用されるエピタキシャル膜を形成するためには、膜厚や不純物濃度を精細に制御する必要があるが、ＭＳＥ法はＶＰＥ法に比べて、これらの制御が容易とは言えなかった。
　そこで、本発明者等は、単結晶ＳｉＣ基板上に、転位低減のためのバッファ層としてＭＳＥエピタキシャル膜を形成させ、その上に、ＶＰＥ法を用いて活性層である単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成するハイブリッド構造を提案している（特許文献１）。
ＷＯ２００９／０１３９１４　Ａ１公報
「パワーエレクトロニクスインバータ基盤技術開発プロジェクト」（事後評価）第１回分科会　資料５－２（２）１８／２７、産業技術総合研究所他、（２００９年９月） 「準安定溶媒エピタクシー法によるＳｉＣ結晶欠陥の変換」浜田　信吉他、ＳｉＣ及び関連ワイドギャップ半導体研究会　第１７回講演会　予稿集　Ｐ－７（２００８年１２月）
　しかしながら、上記のハイブリッド構造の場合、ＢＰＤの低減は可能であるものの、基板中のＴＳＤがＭＳＥエピタキシャル膜でＳＦに変換されているにも拘わらず、ＶＰＥエピタキシャル膜中でＴＳＤに再変換される場合があり、全てのＴＳＤについてＦｒａｎｋ型のＳＦに伝播させることは困難であることが判明した。
　この様子を図９に示す。図９は、単結晶ＳｉＣ基板上にＭＳＥエピタキシャル膜、次いでＶＰＥエピタキシャル膜を形成させた従来の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を説明する断面図であり、３１は、ＭＳＥエピタキシャル膜３２上に従来のＶＰＥ法で形成されたＶＰＥエピタキシャル膜である。
　図９に示すように、単結晶ＳｉＣ基板１１に内在するＴＳＤ４１は、ＭＳＥエピタキシャル膜３２でＳＦ４４に変換されているが、ＭＳＥエピタキシャル膜３２上に形成されたＶＰＥエピタキシャル膜において、ＴＳＤ４１に再変換されて、ＶＰＥエピタキシャル膜に伝播されている。
　このように、従来の方法では、単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板上に、ＴＳＤが充分に低減された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を形成させることが困難であった。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ＴＳＤが充分に低減された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を備える単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板とその製造方法を提供することを課題とする。
　本発明者は、上記した課題の解決につき、種々の実験、検討を行った。その結果、単結晶ＳｉＣ基板上に、ＭＳＥエピタキシャル膜をバッファ層として形成した後、気相成長法によるＶＰＥエピタキシャル膜の形成に先立って、ＭＳＥエピタキシャル膜の表面にＳｉ液滴を形成させるという極めて簡便な手段を適用することにより、ＶＰＥエピタキシャル膜上では、ＭＳＥエピタキシャル膜においてＴＳＤから変換されたＳＦのＴＳＤへの再変換が発生せず、ＶＰＥエピタキシャル膜にＳＦのまま伝播することができ、ＴＳＤが充分に低減された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜が形成できることを見出した。
　従来、エピタキシャル膜の表面に液滴を形成させることは、膜の表面状態を悪化させるため、好ましくないと考えられていた。しかし、本発明者は、従来の概念にとらわれず、種々の実験を行ったところ、意外にも、ＭＳＥエピタキシャル膜の表面にＳｉ液滴を形成させた場合、その上に形成されたＶＰＥエピタキシャル膜では、ＴＳＤが充分に低減されていることを見出した。
　即ち、単結晶ＳｉＣ基板に内在するＴＳＤは、ＭＳＥエピタキシャル膜でＳＦに変換されるが、Ｓｉ液滴が形成されていることにより、ＶＰＥエピタキシャル膜において、このＳＦがＴＳＤに再変換されることなく伝播されるため、ＴＳＤが充分に低減された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜が形成されることが分かった。
　そして、ＶＰＥエピタキシャル膜上には、Ｓｉ液滴が形成された痕が残留しているが、気相成長法により充分な厚みのＶＰＥエピタキシャル膜を形成した後に、研磨によって表面を平坦化することにより、デバイス製作に適した単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板を得ることができる。
　Ｓｉ液滴は、気相成長法によるＶＰＥエピタキシャル膜の形成時に原料ガスの組成を工夫したり、気相成長の前に予めＳｉ薄膜を形成しておいたりすることなどにより、容易に形成することができる。
　請求項１および請求項２の発明は、上記の知見に基づく発明である。
　即ち、請求項１に記載の発明は、
　単結晶炭化珪素基板上に、準安定溶媒エピタクシー法を用いて、前記単結晶炭化珪素基板に内在する貫通螺旋転位が積層欠陥に変換された第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成し、
　前記第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜上に、シリコン液滴を形成した後、
　前記シリコン液滴が形成された第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜上に、気相成長法を用いて、前記第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜における積層欠陥が伝播された第２の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成する
ことを特徴とする単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法である。
　そして、請求項２に記載の発明は、
　請求項１に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする単結晶炭化珪素エピタキシャル基板である。
　本発明者は、上記の知見に基づき、さらに、実験検討を行った結果、バッファ層としてのＭＳＥエピタキシャル膜を設けず、単結晶ＳｉＣ基板上に直接、気相成長法によるＶＰＥエピタキシャル膜の形成を行う場合であっても、単結晶ＳｉＣ基板上にＳｉ液滴を形成させるという手段を適用することにより、単結晶ＳｉＣ基板に内在するＴＳＤを、ＶＰＥエピタキシャル膜では、ＳＦに変換することができ、ＴＳＤが充分に低減された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜が形成できることが分かった。
　請求項３および請求項４の発明は、この知見に基づく発明である。
　即ち、請求項３に記載の発明は、
　単結晶炭化珪素基板上に、シリコン液滴を形成した後、
　前記シリコン液滴が形成された単結晶炭化珪素基板上に、気相成長法を用いて、前記単結晶炭化珪素基板に内在する貫通螺旋転位が積層欠陥に変換された単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成する
ことを特徴とする単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法である。
　そして、請求項４に記載の発明は、
　請求項３に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする単結晶炭化珪素エピタキシャル基板である。
　さらに、本発明者は、好ましいＳｉ液滴の形成方法につき、実験、検討を行った。その結果、気相成長法において、原料カーボン（Ｃ）とＳｉの供給比率（Ｃ／Ｓｉ）を調整、具体的には（Ｃ／Ｓｉ）を下げ、Ｓｉ量を過剰にすることにより、適切にＳｉ液滴を形成できることが分かった。
　具体的には、例えば、原料ガスとして、シラン（ＳｉＨ４）およびプロパン（Ｃ３Ｈ８）を使用した場合、Ｃ３Ｈ８に含まれる原料カーボン（Ｃ）とＳｉＨ４に含まれるＳｉの比率（Ｃ／Ｓｉ）を低い比率、特に好ましくは、０．３よりも低い比率に調整することにより、過剰なＳｉが適切にＳｉ液滴を形成するため、単結晶炭化珪素基板に内在するＴＳＤを充分に低減することができる。
　請求項５に記載の発明は、前記の知見に基づく発明であり、
　気相成長法により単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成する原料となる炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の供給比率（Ｃ／Ｓｉ）を調整することにより、気相成長法による単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の形成に先立って、シリコン液滴を形成することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法である。
　本請求項の発明においては、気相成長法において、炭化珪素エピタキシャル膜を形成するための原料の供給比率を調整することにより、Ｓｉ液滴の形成が行われるため、Ｓｉ液滴の形成が容易であり、Ｓｉ液滴のための特別な設備を設ける必要もない。
　なお、Ｓｉ供給源としては、上記のＳｉＨ４に替えて、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、クロルシラン（ＳｉＣｌ４）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を用いることもできる。また、Ｃ供給源としては、上記のＣ３Ｈ８に替えて、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、ブチレン（Ｃ２Ｈ６）を用いることもできる。
　また、適切にＳｉ液滴を形成できる別の方法として、ＶＰＥエピタキシャル膜の形成に先立って、単結晶ＳｉＣ基板や第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の上に、予め、Ｓｉの薄膜を形成しておく方法も好ましいことが分かった。
　具体的には、スパッタ法などを用いて、ＭＳＥ法に基づく第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜や、単結晶ＳｉＣ基板の上に、Ｓｉの薄膜やＳｉを含む材料の薄膜を形成し、その後、気相成長法を行うと、Ｓｉの融点は、１４１０℃程度であるため、ＶＰＥエピタキシャル膜の気相成長が開始する温度（１５００～１７００℃）に達する前に、Ｓｉは溶融して、Ｓｉ液滴が形成される。そして、その後、ＶＰＥエピタキシャル膜の気相成長が開始するため、単結晶炭化珪素基板に内在するＴＳＤを充分に低減させることができる。
　請求項６に記載の発明は、前記の知見に基づく発明であり、
　気相成長法により単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成するに先立って、予め、前記第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の表面、または前記単結晶ＳｉＣ基板の表面に、Ｓｉの薄膜またはＳｉを含む原料の薄膜を形成しておくことにより、シリコン液滴を形成することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法である。
　請求項７に記載の発明は、
　請求項２または請求項４に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板を用いて作製されていることを特徴とする単結晶ＳｉＣデバイスである。
　前記の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板においては、ＴＳＤが充分に低減されたＶＰＥエピタキシャル膜が形成されているため、低損失で高品質の単結晶ＳｉＣデバイスを提供することができる。
　本発明によれば、ＴＳＤが充分に低減された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜を備える単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板とその製造方法および高品質の単結晶ＳｉＣデバイスを提供することができる。
本発明の第１の実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態においてＶＰＥ法によりＳｉＣエピタキシャル膜の形成する方法を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法の一工程を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を模式的に示す図である。 （ａ）は、実施例のＶＰＥエピタキシャル膜の表面の顕微鏡写真、（ｂ）は同実施例の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板のエッチング写真である。 単結晶ＳｉＣ基板上にＶＰＥエピタキシャル膜を形成させた従来の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を説明する断面図である。 単結晶ＳｉＣ基板上にＭＳＥエピタキシャル膜を形成させた従来の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を説明する断面図である。 単結晶ＳｉＣ基板上にＭＳＥエピタキシャル膜、次いでＶＰＥエピタキシャル膜を形成させた従来の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を説明する断面図である。
　次に、本発明を実施の形態に基づいて、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
　本実施の形態は、単結晶ＳｉＣ基板上に、Ｓｉ液滴を形成した後、直接ＶＰＥエピタキシャル膜を形成するものである。
　図１は、本実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法の一工程を模式的に示す図である。図１において、２１は単結晶ＳｉＣ基板であり、４１は単結晶ＳｉＣ基板２１に内在するＴＳＤであり、１５はＳｉ液滴である。
　図１に示すように、本実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法においては、ＴＳＤ４１が内在する単結晶ＳｉＣ基板２１の表面に、ＶＰＥエピタキシャル膜の形成に先立って、Ｓｉ液滴１５を形成する。
（１）Ｓｉ液滴の形成態様
　Ｓｉ液滴を形成する方法としては、特に限定されないが、次の方法により形成することが好ましい。
（ａ）第１の方法
　第１の方法は、ＶＰＥエピタキシャル膜を形成するための気相成長法の原料ガスであるプロパンとシランの供給比率を調整して、プロパンに含まれるＣとシラン中に含まれるＳｉの比率（Ｃ／Ｓｉ）を小さくすることにより、シリコン液滴を形成する方法である。具体的には、Ｃ／Ｓｉが０．３よりも小さくなるように、プロパンとシランの供給量を調整することにより、Ｓｉを過剰に供給してＳｉ液滴を形成する。Ｃ／Ｓｉは、所望するＳｉ液滴の量に応じて適宜調整される。
（ｂ）第２の方法
　第２の方法は、例えばスパッタ法を用いて、単結晶ＳｉＣ基板２１の上にＳｉ薄膜を形成した後、従来の気相成長を行うことにより、単結晶ＳｉＣ基板２１の上にＳｉ液滴を形成する方法である。
（２）Ｓｉ液滴およびＶＰＥエピタキシャル膜の形成方法
　図２は、本実施の形態に基づいて、ＶＰＥ法によりＶＰＥエピタキシャル膜を形成する方法を説明する図である。図２には気相成長装置が示されており、この気相成長装置は、断熱材２３が内包される石英製の反応炉２２と、グラファイト製のサセプタ２４と、高周波コイル２５とを備えている。
　そして、単結晶ＳｉＣ基板２１をサセプタ２４上に設置し、反応炉２２内を充分に水素等のガスに置換した後、高周波コイル２５でサセプタ２４を誘導加熱することにより、単結晶ＳｉＣ基板２１を所定の温度まで加熱する。
　次に、プロパンおよびシラン等のＣおよびＳｉを含有する原料ガス２６を、反応炉２２内に導入することにより、原料ガス２６が熱分解される。
　これにより、単結晶ＳｉＣ基板２１の上に、Ｓｉ液滴１５が形成される（図１参照）。
　その後、単結晶ＳｉＣ基板２１の上に、ＳｉＣのＶＰＥエピタキシャル膜が形成される。
（３）ＳｉＣエピタキシャル膜の構成
　図３は、本実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を模式的に示す図である。図３において、２１は単結晶ＳｉＣ基板、３１はＳｉＣのＶＰＥエピタキシャル膜、４１はＴＳＤ、４２はＴＥＤ、４３はＢＰＤ、４４はＳＦである。
　上記のように、Ｓｉ液滴の形成後に形成されたＶＰＥエピタキシャル膜は、図３に示すように、予めＳｉ液滴を形成しているため、ＶＰＥエピタキシャル膜３１内で、単結晶ＳｉＣ基板２１に内在するＴＳＤ４１がＳＦ４４に変換されている。このため、ＴＳＤ４１がＶＰＥエピタキシャル膜３１に伝播することがなく、ＴＳＤ４１が充分に低減されたＶＰＥエピタキシャル膜３１が形成された単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板を得ることができる。
　このように、単結晶ＳｉＣ基板２１の上にＳｉ液滴１５を形成した後に、ＶＰＥエピタキシャル膜を形成することにより、ＶＰＥエピタキシャル膜中のＴＳＤ４１を充分に低減させることができる。
　なお、本実施の形態においては、Ｓｉ液滴の形成方法として、前記の第１の方法を採用しているが、第２の方法を採用してもよい。
（第２の実施の形態）
　本実施の形態においては、まず、単結晶ＳｉＣ基板上に、ＭＳＥエピタキシャル膜（バッファ層）を形成し、次に、ＭＳＥエピタキシャル膜上において、前記の第２の方法により、Ｓｉ薄膜を形成し、その後、ＶＰＥエピタキシャル膜を形成する。
　図４は、本実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の製造方法の一工程を模式的に示す図である。図４において、２１は単結晶ＳｉＣ基板であり、３２はＭＳＥエピタキシャル膜、４１は単結晶ＳｉＣ基板２１に内在するＴＳＤであり、４４はＭＳＥエピタキシャル膜３２に形成されるＳＦ、１５はＳｉ液滴である。
　図４に示すように、単結晶ＳｉＣ基板２１の上にＭＳＥエピタキシャル膜３２を形成する。これにより、単結晶ＳｉＣ基板２１に内在するＴＳＤ４１は、ＭＳＥエピタキシャル膜３２でＳＦ４４に変換される。そして、その後、ＭＳＥエピタキシャル膜３２の上に、Ｓｉ薄膜を形成する。
　その後、ＭＳＥエピタキシャル膜３２上にＳｉ薄膜が形成された単結晶ＳｉＣ基板２１を、前記の気相成長装置に設置し、加熱することにより、Ｓｉ液滴１５の形成、およびＶＰＥエピタキシャル膜の形成が行われる。
　図５は、本実施の形態の単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板の構成を模式的に示す図である。図５において、２１は単結晶ＳｉＣ基板、３１はＶＰＥエピタキシャル膜、３２はＭＳＥエピタキシャル膜、４１はＴＳＤ、４２はＴＥＤ、４３はＢＰＤ、４４はＳＦである。
　図５に示すように、単結晶ＳｉＣ基板２１に内在するＴＳＤ４１は、ＭＳＥエピタキシャル膜３２でＳＦ４４に変換され、ＳＦ４４は、ＴＳＤ４１に再変換されることなく、そのままＶＰＥエピタキシャル膜３１に伝播される。このため、ＴＳＤ４１を充分に低減させたＶＰＥエピタキシャル膜３１が形成された単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板を形成することができる。
　このように、ＭＳＥエピタキシャル膜３２の上にＳｉ液滴１５を形成した後に、ＶＰＥエピタキシャル膜を形成することにより、ＶＰＥエピタキシャル膜中のＴＳＤ４１を充分に低減させることができる。
　なお、本実施の形態においては、Ｓｉ液滴の形成方法として、前記の第２の方法を採用しているが、第１の方法を採用してもよい。
　本実施例は、先ず、単結晶ＳｉＣ基板上にＭＳＥエピタキシャル膜を形成し、ＭＳＥエピタキシャル膜上に、前記第１の方法によりＳｉ液滴を形成し、その後、ＶＰＥエピタキシャル膜を形成したものである。以下、具体的に説明する。
（１）ＭＳＥエピタキシャル膜の作製
（ａ）単結晶ＳｉＣ基板の平坦化加工
　＜１１－２０＞方向に８°のｏｆｆ角を設けた単結晶ＳｉＣ基板（市販の４Ｈ－ＳｉＣ）に対してＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）によって平坦化加工を施した。
（ｂ）ＭＳＥエピタキシャル膜の形成
　単結晶ＳｉＣ基板をＭＳＥエピタキシャル装置にセットし、ＭＳＥエピタキシャル装置の密閉容器の内部を１×１０－２Ｐａ以下の圧力まで減圧した後、この圧力状態を保持して密閉容器内の温度を加熱手段（昇温速度および降温速度をプログラム制御可能）によって１８００℃まで２０℃／分で昇温させ、１８００℃で３００分間維持し、その後、密閉容器内の温度を５００℃まで２０℃／分で降温させ、５００℃から室温までは自然冷却した。これにより、単結晶ＳｉＣ基板上に、キャリア濃度９×１０１７～２×１０１９ｃｍ２（ｎ型）、膜厚４０μｍのＳｉＣエピタキシャル膜（４Ｈ－ＳｉＣ）からなるＭＳＥエピタキシャル膜（バッファ層）を形成した。
（ｃ）ＭＳＥエピタキシャル膜の平坦化加工
　ＭＳＥエピタキシャル膜は、表面に凹凸（ステップバンチング）が形成されているため、半導体デバイスを作製する際、不都合が生じる恐れがある。このため、研磨によって平坦に加工した。平坦化加工の際には、ＣＭＰ法によって平坦度（Ｒａ）を０．５ｎｍ以下にした。なお、ＭＳＥバッファ層の厚みは、ＳｉＣ単結晶基板中に内在する基底面転位等の欠陥を充分に抑制できる厚みであればよいため、１５μｍの厚みを残してＣＭＰ加工を行った。
（２）Ｓｉ液滴およびＶＰＥエピタキシャル膜の形成
（ａ）準備工程
　次に、ＭＳＥエピタキシャル膜を形成した単結晶ＳｉＣ基板を、有機溶剤による脱脂洗浄や、酸あるいはアルカリを用いて、基板表面に付着した重金属系の汚染物を除去し、さらに、ＭＳＥエピタキシャル膜のエッチピットや凹凸を除去するのに充分な厚みを研磨除去した後、図２に示した反応炉２２に設置した。なお、設置に際して大気中の窒素ガスや酸素ガスを除去するため、ターボ分子ポンプ等の真空排気装置で充分に排気した後、不活性ガスであるＡｒガス置換を行った。
（ｂ）Ｓｉ液滴およびエピタキシャル膜の形成工程
　次に、反応炉２２内のガスを水素ガスに置換して、マスフローコントローラで所定量の水素ガスを供給しながら、エピタキシャル成長を行う圧力に調整した。圧力調整は、反応炉２２内の圧力をバラトロン真空計で測定し、排気系の圧力調整バルブ開度へフィードバックをかけて実施した。
　ガス流量や成長圧力は、各装置固有の最適値に合わせた。ガス流量と圧力が安定した後、高周波コイルに電力供給を行い、誘導加熱によってサセプタ２４を加熱して単結晶ＳｉＣ基板を昇温した。その後、原料ガスを導入した。気相成長温度はパイロメータを用いてモニターし、単結晶ＳｉＣ基板温度１６５０℃でエピタキシャル成長を行った。具体的には、原料ガスを供給する前に水素ガスによるエッチングを２０分間実施した後、原料ガスであるプロパンガスを０．５ｓｃｃｍ、シランガス１５ｓｃｃｍ（Ｃ／Ｓｉ＝０．１）で１８０分間供給して行った。
　このとき、ＭＳＥエピタキシャル膜上でＳＦが存在する位置を基点として、＜－１－１２０＞方向にＳｉ液滴が形成されたことが確認された。
（ｃ）エピタキシャル成長後の工程
　エピタキシャル成長後、原料ガス２６の供給を停止し、高周波コイル２５への電力供給を制御してＳｉＣ単結晶基板２１の温度を低下させた。温度が充分に低下したことを確認後、反応炉２２内のガスを水素ガスから不活性ガスであるＡｒガスへ真空排気置換し、反応炉２２から取り出して、単結晶ＳｉＣエピタキシャル単結晶基板の作製を完了した。
（３）転位の伝播の確認
（ａ）確認方法
　本実施例で形成された単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜における転位の伝播は、膜の表面を溶融アルカリ塩エッチングした後、現れたエッチピットの形状を観察することにより確認することができる。
　即ち、単結晶ＳｉＣエピタキシャル膜の表面を溶融アルカリ塩エッチングした場合、それぞれの転位の種類に応じてエッチピット形状が異なることは良く知られており、例えば、特定の条件で形成したＭＳＥエピタキシャル膜の表面を溶融アルカリ塩エッチングを行った場合、ＴＳＤのエッチピットは大型の六角形、ＴＥＤのエッチピットは小型の六角形となる。また、ＳＦでは貝殻状のエッチピットとなる。
（ｂ）確認結果
　図６（ａ）にＶＰＥエピタキシャル膜の表面写真を示す。そして、図６（ｂ）にＳｉ液滴１５が除去されたＶＰＥエピタキシャル膜上での溶融アルカリ塩（ＫＯＨ）エッチング写真を示す。
　図６（ｂ）に示すように、Ｓｉ液滴が形成されていた場所では貝殻状のエッチピットとなっており、ＳＦ４４がＶＰＥエピタキシャル膜中に伝播していることが分かる。一方、Ｓｉ液滴が形成されていなかった場所では、ＳＦ４４がＴＳＤ４１に再変換していることが分かる。なお、４２はＴＥＤである。
（４）考察
　以上のように、Ｓｉ液滴が存在する条件下で、ＶＰＥエピタキシャル膜を成長させることにより、ＭＳＥエピタキシャル膜のＳＦがＴＳＤに再変換することなく、ＶＰＥエピタキシャル膜へ伝播されることにより、ＴＳＤが充分に低減されたＳｉＣエピタキシャル膜が形成された単結晶ＳｉＣエピタキシャル基板を作製することが可能となることが確認できた。
（５）その他
　このように製造されたＳｉＣ単結晶エピタキシャル基板は、Ｓｉ液滴形成による表面凹凸が残っているため、半導体デバイスの作製段階で、リソグラフィー工程での位置合わせ不良や配線形成工程での断線等の不都合が生じる。しかし、ＣＭＰ法で平坦度（Ｒａ）を０．５ｎｍ以下にすることにより、かかる不都合が発生しないことが確認できた。
　以上、本発明を実施の形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
　２１　　　　　単結晶ＳｉＣ基板
　３２　　　　　ＭＳＥエピタキシャル膜
　４１　　　　　ＴＳＤ（貫通螺旋転位）
　４４　　　　　ＳＦ（積層欠陥）
　１５　　　　　Ｓｉ液滴
　２２　　　　　反応炉
　２３　　　　　断熱材
　２４　　　　　サセプタ
　２５　　　　　高周波コイル
　２６　　　　　原料ガス
　３１　　　　　ＶＰＥエピタキシャル膜
　４２　　　　　ＴＥＤ（貫通刃状転位）
　４３　　　　　ＢＰＤ（基底面転位）

Claims (7)

  1. 　単結晶炭化珪素基板上に、準安定溶媒エピタクシー法を用いて、前記単結晶炭化珪素基板に内在する貫通螺旋転位が積層欠陥に変換された第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成し、
    　前記第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜上に、シリコン液滴を形成した後、
    　前記シリコン液滴が形成された第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜上に、気相成長法を用いて、前記第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜における積層欠陥が伝播された第２の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成する
    ことを特徴とする単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする単結晶炭化珪素エピタキシャル基板。
  3. 　単結晶炭化珪素基板上に、シリコン液滴を形成した後、
    　前記シリコン液滴が形成された単結晶炭化珪素基板上に、気相成長法を用いて、前記単結晶炭化珪素基板に内在する貫通螺旋転位が積層欠陥に変換された単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成する
    ことを特徴とする単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  4. 　請求項３に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする単結晶炭化珪素エピタキシャル基板。
  5. 　気相成長法により単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成する原料となる炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）の供給比率（Ｃ／Ｓｉ）を調整することにより、気相成長法による単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の形成に先立って、シリコン液滴を形成することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  6. 　気相成長法により単結晶炭化珪素エピタキシャル膜を形成するに先立って、予め、前記第１の単結晶炭化珪素エピタキシャル膜の表面、または前記単結晶ＳｉＣ基板の表面に、Ｓｉの薄膜またはＳｉを含む原料の薄膜を形成しておくことにより、シリコン液滴を形成することを特徴とする請求項１または請求項３に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法。
  7. 　請求項２または請求項４に記載の単結晶炭化珪素エピタキシャル基板を用いて作製されていることを特徴とする単結晶ＳｉＣデバイス。
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