WO2023157514A1 - 炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板の製造装置 - Google Patents

炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板の製造装置 Download PDF

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WO2023157514A1
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silicon carbide
crucible
carbide substrate
vanadium
temperature
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Application number
PCT/JP2023/000641
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English (en)
French (fr)
Inventor
俊策 上田
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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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
    • 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
    • C30B29/36—Carbides

Definitions

  • the present disclosure relates to a silicon carbide substrate, a silicon carbide substrate manufacturing method, and a silicon carbide substrate manufacturing apparatus.
  • This application claims priority from Japanese Patent Application No. 2022-022939 filed on February 17, 2022. All the contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 discloses a silicon carbide single crystal having a vanadium concentration of 5 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 or more.
  • a silicon carbide substrate according to the present disclosure is a silicon carbide substrate that has a main surface and is doped with vanadium.
  • the main surface is composed of an outer edge, an outer peripheral area within 5 mm from the outer edge, and a central area surrounded by the outer peripheral area.
  • the electric resistivity of each of the plurality of square regions is 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more.
  • the areal density of the micropipes in the central region is 1 piece cm ⁇ 2 or less.
  • a method for manufacturing a silicon carbide substrate according to the present disclosure includes the following steps.
  • a first crucible in which silicon carbide powder and a silicon carbide seed crystal are placed, and a second crucible in which vanadium-containing powder is placed and connected to the first crucible are prepared.
  • Each of the first crucible and the second crucible is heated.
  • the temperature of the powder containing vanadium is lower than the temperature of the silicon carbide powder.
  • a silicon carbide substrate manufacturing apparatus includes a first crucible, a second crucible, and a heater.
  • a silicon carbide powder and a silicon carbide seed crystal are placed in the first crucible.
  • a powder containing vanadium is placed in the second crucible.
  • the second crucible is connected with the first crucible.
  • the heater heats each of the first crucible and the second crucible so that the temperature of the powder containing vanadium is lower than the temperature of the silicon carbide powder.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide substrate according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing the measurement positions of the vanadium concentration.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a method for growing a silicon carbide single crystal according to this embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide substrate manufacturing apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a method of growing a silicon carbide single crystal according to a comparative example.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide substrate according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the distribution of electrical resistivity in the central region of the silicon carbide substrate according to Sample 1.
  • FIG. FIG. 9 is a diagram showing the electrical resistivity distribution in the central region of the silicon carbide substrate according to Sample 2.
  • FIG. 10 is a diagram showing the electrical resistivity distribution in the central region of the silicon carbide substrate according to Sample 3.
  • FIG. 11 is a diagram showing the electrical resistivity distribution in the central region of the silicon carbide substrate according to Sample 4.
  • FIG. FIG. 12 is a diagram showing the distribution of micropipes in the central region of the silicon carbide substrate according to Sample 1.
  • FIG. FIG. 13 is a diagram showing the distribution of micropipes in the central region of the silicon carbide substrate according to Sample 2.
  • FIG. 14 is a diagram showing the distribution of micropipes in the central region of the silicon carbide substrate according to Sample 3.
  • FIG. 15 is a diagram showing the distribution of micropipes in the central region of the silicon carbide substrate according to Sample 4.
  • vanadium may exceed the solid solubility limit and precipitate from the silicon carbide single crystal.
  • vanadium precipitates good growth of the silicon carbide single crystal is hindered, so micropipes are likely to be formed in the silicon carbide single crystal. Therefore, it has been difficult to obtain a silicon carbide substrate having a high electrical resistivity and a low areal density of micropipes by increasing the vanadium concentration.
  • An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide substrate having a high electrical resistivity and a low surface density of micropipes, a silicon carbide substrate manufacturing method, and a silicon carbide substrate manufacturing apparatus.
  • a silicon carbide substrate having a high electrical resistivity and a low areal density of micropipes According to the present disclosure, it is possible to provide a silicon carbide substrate having a high electrical resistivity and a low areal density of micropipes, a silicon carbide substrate manufacturing method, and a silicon carbide substrate manufacturing apparatus.
  • Silicon carbide substrate 100 is silicon carbide substrate 100 having main surface 10 and doped with vanadium.
  • the main surface 10 is composed of an outer edge 14 , an outer peripheral region 11 within 5 mm from the outer edge 14 , and a central region 12 surrounded by the outer peripheral region 11 .
  • the electric resistivity of each of the plurality of square regions 51 is 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more.
  • the areal density of the micropipes 1 in the central region 12 is 1 cm ⁇ 2 or less.
  • silicon carbide substrate 100 having a high electrical resistivity and a low areal density of micropipes 1 can be obtained. Further, by setting the electric resistivity of each of square regions 51 to 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more, the yield of silicon carbide semiconductor devices with reduced leakage current can be improved.
  • the boundary between outer peripheral region 11 and central region 12 is at first position 31 and at first position 31 .
  • a second position 32 rotated 90° clockwise from the position 31, a third position 33 rotated 90° clockwise from the second position 32, and a fourth position 34 rotated 90° clockwise from the third position 33. and may include Assuming that the center of the main surface 10 is the fifth position 35, the concentration of vanadium at each of the first position 31, the second position 32, the third position 33, the fourth position 34 and the fifth position 35 is 1 ⁇ 10 17 cm. It may be -3 or more. Thereby, the in-plane uniformity of the vanadium concentration can be improved.
  • the concentration of vanadium at each of first position 31, second position 32, third position 33, fourth position 34, and fifth position 35 is 2. It may be more than ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 increases. By setting the vanadium concentration to 2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the electric resistivity can be further increased.
  • vanadium content at each of first position 31, second position 32, third position 33, fourth position 34 and fifth position 35 is The concentration may be 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • Micropipes 1 are formed due to vanadium when the concentration of vanadium exceeds the solid solubility limit. Formation of the micropipe 1 can be suppressed by setting the vanadium concentration to 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the number of micropipes 1 in each of square regions 51 may be two or less. Thereby, the reliability of the silicon carbide semiconductor device can be improved.
  • nitrogen concentration at the center of main surface 10 may be 4 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more.
  • the concentration of nitrogen contained in silicon carbide substrate 100 is low, the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 increases. Therefore, silicon carbide substrate 100 having a high electrical resistivity can be obtained even when the vanadium concentration is low.
  • the concentration of nitrogen contained in silicon carbide substrate 100 is high, the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 is low. Therefore, in order to obtain silicon carbide substrate 100 having a high electrical resistivity, it is necessary to increase the concentration of vanadium. However, when the concentration of vanadium is increased, micropipes 1 are likely to be formed.
  • the surface density of threading screw dislocations 2 in central region 12 may be 1000 cm ⁇ 2 or less.
  • the surface density of threading edge dislocations 3 in central region 12 may be 1500 cm ⁇ 2 or less.
  • the polytype of silicon carbide forming silicon carbide substrate 100 may be 4H.
  • the method for manufacturing silicon carbide substrate 100 includes the following steps. First crucible 70 in which silicon carbide powder 91 and silicon carbide seed crystal 92 are placed, and second crucible 80 in which vanadium-containing powder 93 is placed and connected to first crucible 70 by connecting member 65 are prepared. be. Each of first crucible 70 and second crucible 80 is heated. In the step of heating each of first crucible 70 and second crucible 80, vanadium-containing powder 93 is sublimated and introduced into first crucible 70 via connecting member 65, and silicon carbide powder 91 is sublimated and carbonized.
  • vanadium-doped silicon carbide single crystal 94 grows on silicon carbide seed crystal 92 .
  • the temperature of vanadium-containing powder 93 is lower than the temperature of silicon carbide powder 91 .
  • the temperature of vanadium-containing powder 93 is lower than the temperature of silicon carbide powder 91 .
  • the temperature of second crucible 80 may be controlled independently of the temperature of Thereby, the temperature of the second crucible 80 in which the vanadium-containing powder 93 is placed can be controlled with high accuracy.
  • vanadium-containing powder 93 may be vanadium carbide.
  • the temperature of vanadium-containing powder 93 and , the difference from the temperature of the silicon carbide powder 91 may be 200° C. or more and 400° C. or less.
  • the apparatus for manufacturing silicon carbide substrate 100 includes first crucible 70 , second crucible 80 , and heater 90 .
  • Silicon carbide powder 91 and silicon carbide seed crystal 92 are placed in first crucible 70 .
  • a powder 93 containing vanadium is placed in the second crucible 80 .
  • the second crucible 80 is connected with the first crucible 70 .
  • Heater 90 heats each of first crucible 70 and second crucible 80 such that the temperature of vanadium-containing powder 93 is lower than the temperature of silicon carbide powder 91 .
  • heater 90 rotates first crucible 70 and second crucible 80 so that the temperature of vanadium-containing powder 93 is lower than the temperature of silicon carbide powder 91 . heat up.
  • heater 90 includes first heater section 74 that heats first crucible 70 and second heater section 81 that heats second crucible 80. and may include The second heater section 81 may be controlled independently of the first heater section 74 . Thereby, the temperature of the second crucible 80 in which the vanadium-containing powder 93 is placed can be controlled with high accuracy.
  • the apparatus for manufacturing silicon carbide substrate 100 according to (14) or (15) above may further include heat insulating material 75 arranged between first crucible 70 and second crucible 80 . Thereby, the temperature of each of first crucible 70 and second crucible 80 can be controlled with high accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide substrate 100 according to this embodiment.
  • a silicon carbide substrate 100 has a first main surface 10 .
  • the polytype of silicon carbide forming silicon carbide substrate 100 is, for example, 4H.
  • the first main surface 10 is a ⁇ 0001 ⁇ plane or a plane inclined in the off direction with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the first main surface 10 is the (0001) plane or a plane inclined in the off direction with respect to the (0001) plane.
  • the first main surface 10 may be the (000-1) plane or a plane inclined in the off direction with respect to the (000-1) plane.
  • the first major surface 10 extends along each of the first direction 101 and the second direction 102 .
  • the first direction 101 is, but not limited to, the ⁇ 11-20> direction, for example.
  • the second direction 102 is, but not limited to, the ⁇ 1-100> direction, for example.
  • the first direction 101 may be a direction obtained by projecting the ⁇ 11-20> direction onto the first main surface 10 . From another point of view, the first direction 101 may be a direction including a ⁇ 11-20> direction component, for example.
  • the second direction 102 may be a direction obtained by projecting the ⁇ 1-100> direction onto the first major surface 10, for example. From another point of view, the second direction 102 may be a direction including a ⁇ 1-100> direction component, for example.
  • the off angle of the first main surface 10 may be 8° or less.
  • the off-angle is not particularly limited, but may be, for example, 6° or less, or 4° or less.
  • the off angle is not particularly limited, but may be, for example, 1° or more, or 2° or more.
  • the off direction of first main surface 10 is not particularly limited, but is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the first main surface 10 is composed of an outer edge 14 , an outer peripheral region 11 and a central region 12 .
  • the outer edge 14 is the boundary between the first main surface 10 and the outer peripheral side surface 30 .
  • the peripheral region 11 is a region within 5 mm from the outer edge 14 .
  • the central region 12 is the region surrounded by the outer peripheral region 11 .
  • Central region 12 is in contact with outer peripheral region 11 .
  • the diameter W1 of the first main surface 10 may be, for example, 100 mm or more, 150 mm or more, or 200 mm or more.
  • the diameter W1 is not particularly limited, but may be, for example, 300 mm or less. Viewed in a direction perpendicular to the first major surface 10, the diameter W1 is the longest linear distance between two different points on the outer edge .
  • the central region 12 is divided into a plurality of square regions 51.
  • Each side of the plurality of square regions 51 has a length of 5 mm.
  • central region 12 In a direction passing through the center of first major surface 10 and parallel to first direction 101, central region 12 has a length of 105 mm, for example.
  • a square of 105mm x 105mm is assumed.
  • the number of square regions 51 is, for example, 325.
  • a square region 51 that intersects the boundary between the central region 12 and the outer peripheral region 11 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 10 is partially missing and does not become a complete square region 51 . Therefore, the square areas 51 crossing the boundary are not made into the square areas 51 forming the central area 12 .
  • One side of the square region 51 is parallel to the first direction 101 .
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • the cross section shown in FIG. 2 is perpendicular to the first major surface 10 and parallel to the first direction 101 .
  • silicon carbide substrate 100 according to the present embodiment further has second main surface 20 and outer peripheral side surface 30 .
  • the second major surface 20 is opposite the first major surface 10 .
  • the outer peripheral side surface 30 continues to each of the first main surface 10 and the second main surface 20 .
  • silicon carbide substrate 100 may have micropipe 1 , threading screw dislocation 2 , and threading edge dislocation 3 .
  • Each of the micropipe 1 , threading screw dislocation 2 , and threading edge dislocation 3 extends from the second main surface 20 to the first main surface 10 .
  • Thickness A of silicon carbide substrate 100 is, for example, not less than 300 ⁇ m and not more than 700 ⁇ m.
  • a third direction 103 is a direction perpendicular to each of the first direction 101 and the second direction 102 .
  • the thickness direction of silicon carbide substrate 100 is the same as third direction 103 .
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 in each of a plurality of square regions 51 is 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more.
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 in all square regions 51 is 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more.
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 in each of square regions 51 is not particularly limited, and may be, for example, 3 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more, or 5 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more.
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 in each of square regions 51 is not particularly limited, but may be, for example, 1 ⁇ 10 13 ⁇ cm or less, or 1 ⁇ 10 12 ⁇ cm or less.
  • the electrical resistivity is measured using, for example, COREMA-WT, an electrical resistivity measuring device manufactured by Semimap. Specifically, an electrode is used to apply a voltage without contacting the object to be measured. As a result, the charge on the object to be measured increases over time. A charge is measured at a portion of the device under test to which the voltage is applied.
  • the charge of the object to be measured immediately after the voltage is applied and the charge of the object to be measured after a certain period of time has passed since the voltage is applied are measured.
  • the relaxation time of the electric charge in the part to which the voltage is applied in the device under test is measured. Thereby, the electrical resistivity of the object to be measured is measured.
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 is measured in each of a plurality of square regions 51 of silicon carbide substrate 100 according to the present embodiment.
  • a measurement interval is, for example, 5 mm.
  • a voltage applied to silicon carbide substrate 100 is, for example, 5.0V.
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 is measured, for example, at room temperature (25° C.).
  • Silicon carbide substrate 100 according to the present embodiment is doped with vanadium.
  • variation in vanadium concentration within first main surface 10 is reduced. Specifically, variation in vanadium concentration is reduced in each of the radial direction and the circumferential direction of first main surface 10 .
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing the measurement positions of the vanadium concentration.
  • the boundary 13 between the outer peripheral region 11 and the central region 12 has a first position 31, a second position 32, a third position 33, a fourth position 34, and a fifth position 35. ,have.
  • the second position 32 is rotated clockwise by 90° from the first position 31 when viewed in a direction perpendicular to the first major surface 10 .
  • the third position 33 is a position rotated clockwise by 90° from the second position 32 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 10 .
  • the fourth position 34 is rotated 90° clockwise from the third position 33 when viewed in a direction perpendicular to the first major surface 10 .
  • the center of the first main surface 10 is the fifth position 35 .
  • the second position 32 , fourth position 34 and fifth position 35 are located on a straight line parallel to the first direction 101 .
  • the first position 31 , the third position 33 and the fifth position 35 are positioned on a straight line parallel to the second direction 102 .
  • the vanadium concentration at each of the first position 31, the second position 32, the third position 33, the fourth position 34 and the fifth position 35 is, for example, 1 ⁇ 10 17 cm -3 or more.
  • the vanadium concentration at each of the first position 31, the second position 32, the third position 33, the fourth position 34, and the fifth position 35 is not particularly limited, but is, for example, 1.2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more. 1.5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, or 2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more.
  • the vanadium concentration at each of the first position 31, the second position 32, the third position 33, the fourth position 34 and the fifth position 35 is, for example, 3 ⁇ 10 17 cm -3 or less.
  • the vanadium concentration at each of the first position 31, the second position 32, the third position 33, the fourth position 34, and the fifth position 35 is not particularly limited, but is, for example, 2.8 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less. 2.6 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • Silicon carbide substrate 100 contains, for example, nitrogen (N) as an n-type impurity.
  • the nitrogen concentration at the center of first main surface 10 is, for example, 4 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more.
  • the nitrogen concentration at the center of first main surface 10 is not particularly limited, but may be, for example, 4.2 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more, or may be 4.4 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more.
  • the nitrogen concentration in the center of first main surface 10 is not particularly limited, but may be, for example, 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less, or 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • Silicon carbide substrate 100 contains, for example, boron (B) as a p-type impurity.
  • the boron concentration at the center of first main surface 10 is, for example, 1 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or more.
  • the boron concentration in the center of first main surface 10 is not particularly limited, but may be, for example, 1.3 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or more, or may be 1.6 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or more. .
  • the boron concentration at the center of first main surface 10 is not particularly limited, but may be, for example, 5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less, or 3 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 or less.
  • SIMS Secondary Ion Mass Spectrometry
  • IMS7f which is a secondary ion mass spectrometer manufactured by Cameca
  • the measurement conditions in SIMS for example, the measurement conditions that the primary ions are O 2 + and the primary ion energy is 8 keV can be used.
  • Micropipe Silicon carbide substrate 100 according to the present embodiment may have micropipe 1 .
  • Micropipe 1 is a hollow crystal defect penetrating silicon carbide substrate 100 .
  • the polytype of silicon carbide forming silicon carbide substrate 100 is 4H, micropipe 1 has a Burgers vector larger than 3c.
  • the areal density of the micropipes 1 in the central region 12 is 1 cm ⁇ 2 or less.
  • the areal density of micropipes 1 in central region 12 is the number of micropipes 1 in central region 12 divided by the area of central region 12 .
  • the areal density of the micropipes 1 in the central region 12 is not particularly limited, but may be, for example, 0.9 cm ⁇ 2 or less, or 0.8 cm ⁇ 2 or less.
  • the areal density of the micropipes 1 in the central region 12 is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 cm ⁇ 2 or more, or 0.2 cm ⁇ 2 or more.
  • the number of micropipes 1 in each of the plurality of square regions 51 is, for example, two or less. That is, the number of micropipes 1 in each of the plurality of square regions 51 is 0, 1 or 2. From another point of view, the central region 12 may not have a square region 51 in which the number of micropipes 1 is three or more.
  • Silicon carbide substrate 100 includes, for example, threading screw dislocations 2 .
  • the surface density of threading screw dislocations 2 in central region 12 is, for example, 1000 cm ⁇ 2 or less.
  • the areal density of threading screw dislocations 2 in central region 12 is not particularly limited, but may be, for example, 900 cm ⁇ 2 or less, or 800 cm ⁇ 2 or less.
  • the areal density of threading screw dislocations 2 in central region 12 is not particularly limited, but may be, for example, 100 cm ⁇ 2 or more, or 200 cm ⁇ 2 or more.
  • Silicon carbide substrate 100 includes, for example, threading edge dislocations 3 .
  • the areal density of threading edge dislocations 3 in central region 12 is, for example, 1500 cm ⁇ 2 or less.
  • the areal density of threading edge dislocations 3 in central region 12 is not particularly limited, but may be, for example, 1400 cm ⁇ 2 or less, or 1300 cm ⁇ 2 or less.
  • the areal density of threading edge dislocations 3 in central region 12 is not particularly limited, but may be, for example, 200 cm ⁇ 2 or more, or 400 cm ⁇ 2 or more.
  • Each of the micropipe 1, the threading screw dislocation 2 and the threading edge dislocation 3 can be identified by, for example, a melt etching method.
  • a melt etching method for example, a potassium hydroxide (KOH) melt is used.
  • the temperature of the KOH melt is about 500° C. or more and 550° C. or less.
  • the etching time is about 5 minutes or more and 10 minutes or less.
  • micropipe 1 By immersing silicon carbide substrate 100 having micropipe 1 , threading screw dislocation 2 , and threading edge dislocation 3 in KOH melt, micropipe 1 , threading spiral Etch pits are formed due to each of dislocations 2 and threading edge dislocations 3 . Threading edge dislocations 3 form small etch pits. Threading screw dislocations 2 form medium-sized etch pits. Micropipe 1 forms a large etch pit. The planar shape of each of the micropipe 1, the threading screw dislocation 2, and the threading edge dislocation 3 is substantially hexagonal.
  • the size of the etch pits formed due to the micropipe 1 is larger than the size of the etch pits formed due to the threading screw dislocations 2 .
  • the size of the etch pits formed due to the threading screw dislocations 2 is larger than the size of the etch pits formed due to the threading edge dislocations 3 .
  • the length of the etch pit caused by the threading screw dislocation 2 is typically about 30 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the length of the etch pit caused by the threading edge dislocation 3 is typically about 15 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the etch pits formed on the first main surface 10 are observed using, for example, a normalski differential interference microscope. Based on the shape and size of the etch pits, the numbers of each of micropipes 1, threading screw dislocations 2 and threading edge dislocations 3 are specified.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the manufacturing apparatus 200 for the silicon carbide substrate 100 according to this embodiment.
  • manufacturing apparatus 200 for silicon carbide substrate 100 according to the present embodiment includes first crucible 70 , second crucible 80 , heater 90 , chamber 64 , connecting member 65 , first It mainly has a heat insulating material 75 and a second heat insulating material 82 .
  • the first crucible 70 is made of graphite, for example. Silicon carbide powder 91 and silicon carbide seed crystal 92 are placed in first crucible 70 .
  • the heater 90 has a first heater section 74 and a second heater section 81 .
  • the first heater section 74 heats the first crucible 70 .
  • the second heater section 81 heats the second crucible 80 .
  • the first heater section 74 has, for example, an upper resistance heater 71 , a side resistance heater 72 and a lower resistance heater 73 .
  • An upper resistance heater 71 is arranged above the first crucible 70 .
  • a first through hole 77 is formed in the upper resistance heater 71 .
  • the side resistance heater 72 is arranged so as to surround the outer peripheral surface of the first crucible 70 .
  • a lower resistance heater 73 is arranged below the first crucible 70 .
  • a second through hole 79 is formed in the lower resistance heater 73 .
  • the first heat insulating material 75 accommodates the first crucible 70 and the first heater section 74 .
  • a third through hole 76 and a fourth through hole 78 are formed in the first heat insulating material 75 .
  • the third through hole 76 is positioned above the first through hole 77 .
  • the fourth through hole 78 is positioned below the second through hole 79 .
  • the second crucible 80 is made of graphite, for example.
  • a powder 93 containing vanadium is placed in the second crucible 80 .
  • the volume of the internal space of the second crucible 80 may be smaller than the volume of the internal space of the first crucible 70 .
  • the second crucible 80 is connected with the first crucible 70 .
  • the internal space of the second crucible 80 is connected to the internal space of the first crucible 70 via the connecting passage of the connecting member 65 .
  • the connection member 65 has, for example, a hollow tubular shape.
  • the second heat insulating material 82 accommodates the second crucible 80 and the second heater section 81 .
  • the second heater portion 81 surrounds the outer peripheral side surface of the second crucible 80 .
  • a first heat insulating material 75 is arranged between the first crucible 70 and the second crucible 80 .
  • a second heat insulator 82 is arranged between the first crucible 70 and the second crucible 80 .
  • a fifth through hole 83 is provided below the second heat insulating material 82 .
  • connection member 65 penetrates through each of the first heat insulating material 75 and the second heat insulating material 82 .
  • One end of the connecting member 65 may be connected to the lower portion of the first crucible 70 .
  • the connecting passage of the connecting member 65 may be connected to the inner space of the first crucible 70 at the boundary between the inner side surface and the inner bottom surface of the first crucible 70 .
  • the other end of the connecting member 65 may be connected to the top of the second crucible 80 .
  • Chamber 64 accommodates first crucible 70 , first heat insulating material 75 , second crucible 80 , second heat insulating material 82 , and heater 90 .
  • Manufacturing apparatus 200 for silicon carbide substrate 100 further includes first radiation thermometer 61 , second radiation thermometer 62 , and third radiation thermometer 63 .
  • the first radiation thermometer 61 is arranged facing the upper surface of the first crucible 70 .
  • the first radiation thermometer 61 measures the temperature of the upper surface of the first crucible 70 through the first through-hole 77 and the third through-hole 76 .
  • the second radiation thermometer 62 is arranged facing the lower surface of the first crucible 70 .
  • a second radiation thermometer 62 measures the temperature of the lower surface of the first crucible 70 through a second through hole 79 and a fourth through hole 78 .
  • the third radiation thermometer 63 is arranged facing the lower surface of the second crucible 80 .
  • the third radiation thermometer 63 measures the temperature of the bottom surface of the second crucible 80 through the fifth through-hole 83 .
  • the first radiation thermometer 61 , the second radiation thermometer 62 and the third radiation thermometer 63 are provided outside the chamber 64 .
  • Heater 90 heats each of first crucible 70 and second crucible 80 so that the temperature of vanadium-containing powder 93 is lower than the temperature of silicon carbide powder 91 .
  • each of first crucible 70 and second crucible 80 may be heated such that the temperature of the lower surface of second crucible 80 is lower than the temperature of the lower surface of first crucible 70 .
  • the second heater section 81 may be controlled independently of the first heater section 74 . Specifically, the method of controlling the power applied to the second heater section 81 may be different from the method of controlling the power applied to the first heater section 74 .
  • the power source that applies power to the second heater section 81 may be different from the power source that applies power to the first heater section 74 .
  • silicon carbide powder 91 and silicon carbide seed crystal 92 are placed inside first crucible 70 .
  • Silicon carbide seed crystal 92 is arranged in the upper portion of first crucible 70 .
  • Silicon carbide powder 91 is arranged in the lower portion of first crucible 70 .
  • Silicon carbide powder 91 is, for example, polycrystalline silicon carbide.
  • a powder 93 containing vanadium is placed inside the second crucible 80 .
  • Powder 93 containing vanadium is vanadium carbide powder, for example.
  • the first crucible 70 and the second crucible 80 are connected by a connecting member 65 .
  • first crucible 70 in which silicon carbide powder 91 and silicon carbide seed crystal 92 are placed, and second crucible 80 in which vanadium-containing powder 93 is placed and connected to first crucible 70 are prepared. be done.
  • first crucible 70 and the second crucible 80 are heated by the first heater section 74 .
  • the second crucible 80 is mainly heated by the second heater section 81 .
  • silicon carbide powder 91 placed inside first crucible 70 is sublimated, and the sublimated gas is recrystallized on silicon carbide seed crystal 92 .
  • silicon carbide single crystal 94 grows on silicon carbide seed crystal 92 .
  • vanadium-containing powder 93 placed inside second crucible 80 is sublimated.
  • a silicon carbide single crystal 94 grown on a silicon carbide seed crystal 92 is doped with vanadium.
  • the temperature of vanadium-containing powder 93 is lower than the temperature of silicon carbide powder 91 .
  • the temperature of the lower surface of second crucible 80 measured by third radiation thermometer 63 is presumed to be the temperature of powder 93 containing vanadium.
  • the temperature of the lower surface of first crucible 70 measured by second radiation thermometer 62 is presumed to be the temperature of silicon carbide powder 91 .
  • the temperature of the vanadium-containing powder 93 is, for example, 2200°C or higher and 2350°C or lower.
  • the temperature of vanadium-containing powder 93 is not particularly limited, but may be, for example, 2220° C. or higher, or 2240° C. or higher.
  • the temperature of the vanadium-containing powder 93 is not particularly limited, but may be, for example, 2320° C. or lower or 2280° C. or lower.
  • the temperature of silicon carbide powder 91 is, for example, 2500° C. or higher and 2600° C. or lower. Although the temperature of silicon carbide powder 91 is not particularly limited, it may be, for example, 2520° C. or higher, or 2540° C. or higher. The temperature of silicon carbide powder 91 is not particularly limited, but may be, for example, 2580° C. or lower or 2560° C. or lower.
  • the difference between the temperature of vanadium-containing powder 93 and the temperature of silicon carbide powder 91 is, for example, 200° C. or more.
  • the difference between the temperature of vanadium-containing powder 93 and the temperature of silicon carbide powder 91 may be, for example, 250° C. or more, or may be 300° C. or more.
  • the difference from the temperature of silicon carbide powder 91 is not particularly limited, but may be, for example, 400° C. or less.
  • the temperature of second crucible 80 may be controlled independently of the temperature of first crucible 70 .
  • the power applied to the first heater section 74 is the temperature of the upper surface of the first crucible 70 measured by the first radiation thermometer 61 and the temperature of the upper surface of the first crucible measured by the second radiation thermometer 62. 70 may be controlled based on the temperature of the lower surface of .
  • the power applied to the second heater section 81 may be controlled based on the temperature of the bottom surface of the second crucible 80 measured by the third radiation thermometer 63 .
  • the pressure (growth pressure) of the chamber 64 is 50 Pa, for example.
  • the pressure in chamber 64 may be, for example, 10 Pa or more and 100 Pa or less.
  • the pressure in the chamber 64 is not particularly limited, but may be 80 Pa or less, or 60 Pa or less.
  • the pressure in the chamber 64 is not particularly limited, but may be 20 Pa or higher, or 40 Pa or higher.
  • silicon carbide powder 91 is sublimated and recrystallized on silicon carbide seed crystal 92 .
  • a silicon carbide single crystal 94 doped with vanadium grows.
  • the micropipe 1 is easily formed in the silicon carbide single crystal 94 due to the precipitation of vanadium. Vaporization of vanadium can be promoted by keeping the temperature of the first crucible 70 high and reducing the growth pressure. Thereby, generation of micropipe 1 in silicon carbide single crystal 94 can be suppressed.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a method for growing a silicon carbide single crystal 94 according to this embodiment.
  • silicon carbide single crystal 94 grows on silicon carbide seed crystal 92 .
  • silicon carbide single crystal 94 is cooled to room temperature.
  • Silicon carbide single crystal 94 is then sliced along a direction perpendicular to the growth direction, for example, by a saw wire. As described above, silicon carbide substrate 100 according to the present embodiment is obtained (see FIG. 1).
  • each of square regions 51 has an electrical resistivity of 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more.
  • the areal density of the micropipes 1 in the central region 12 is 1 cm ⁇ 2 or less.
  • the concentration of vanadium at each of first position 31, second position 32, third position 33, fourth position 34 and fifth position 35 is 1 ⁇ 10 17 . It may be cm ⁇ 3 or more. Thereby, the in-plane uniformity of the vanadium concentration can be improved.
  • the concentration of vanadium at each of first position 31, second position 32, third position 33, fourth position 34 and fifth position 35 is 2 ⁇ 10 17 . It may be cm ⁇ 3 or more. As the vanadium concentration increases, the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 increases. By setting the vanadium concentration to 2 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more, the electric resistivity can be further increased.
  • the concentration of vanadium at each of first position 31, second position 32, third position 33, fourth position 34 and fifth position 35 is 3 ⁇ 10 17 . cm ⁇ 3 or less.
  • Micropipes 1 are formed due to vanadium when the concentration of vanadium exceeds the solid solubility limit. Formation of the micropipe 1 can be suppressed by setting the vanadium concentration to 3 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less.
  • the number of micropipes 1 in each of square regions 51 may be two or less. Therefore, the reliability of the silicon carbide semiconductor device can be improved.
  • the nitrogen concentration at the center of main surface 10 may be 4 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more.
  • the concentration of nitrogen contained in silicon carbide substrate 100 is low, the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 increases. Therefore, silicon carbide substrate 100 having a high electrical resistivity can be obtained even when the vanadium concentration is low.
  • the concentration of nitrogen contained in silicon carbide substrate 100 is high, the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 is low. Therefore, in order to obtain silicon carbide substrate 100 having a high electrical resistivity, it is necessary to increase the concentration of vanadium. However, when the concentration of vanadium is increased, micropipes 1 are likely to be formed. According to silicon carbide substrate 100 according to the present embodiment, both high electrical resistivity and low areal density of micropipes 1 can be achieved even when the nitrogen concentration is high.
  • the temperature of vanadium-containing powder 93 is lower than the temperature of silicon carbide powder 91 .
  • the temperature of second crucible 80 is the same as the temperature of first crucible 70. may be independently controlled. Thereby, the temperature of the second crucible 80 in which the vanadium-containing powder 93 is placed can be controlled with high accuracy.
  • the heater 90 controls the first crucible 70 and the second crucible 80 so that the temperature of the vanadium-containing powder 93 is lower than the temperature of the silicon carbide powder 91 . Heat each of the This makes it possible to control the vapor pressure of vanadium at low temperatures. Compared to controlling the vapor pressure of vanadium at a high temperature, controlling the vapor pressure of vanadium at a low temperature can reduce variations in vanadium concentration. Therefore, variation in concentration of vanadium doped into silicon carbide single crystal 94 can be reduced.
  • the heater 90 includes the first heater section 74 that heats the first crucible 70 and the second heater section 81 that heats the second crucible 80. may contain.
  • the second heater section 81 may be controlled independently of the first heater section 74 . Thereby, the temperature of the second crucible 80 in which the vanadium-containing powder 93 is placed can be controlled with high accuracy.
  • heat insulating material 75 arranged between first crucible 70 and second crucible 80 may be further provided. Thereby, the temperature of each of first crucible 70 and second crucible 80 can be controlled with high accuracy.
  • samples 1 and 2 in which silicon carbide substrates 100 according to samples 1 to 4 are prepared, are comparative examples.
  • Samples 3 and 4 are examples. Silicon carbide substrates 100 according to samples 1 and 2 were manufactured using manufacturing apparatus 200 shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of manufacturing apparatus 200 for silicon carbide substrate 100 according to a comparative example.
  • Manufacturing apparatus 200 for silicon carbide substrate 100 according to the comparative example does not mainly include second crucible 80, second heater section 81, second heat insulating material 82, connecting member 65, and third radiation thermometer 63. 4, and the rest of the configuration is substantially the same as the manufacturing apparatus 200 shown in FIG.
  • manufacturing apparatus 200 for manufacturing silicon carbide substrate 100 according to the comparative example includes first crucible 70 , first heater section 74 , first heat insulating material 75 , chamber 64 , first radiation temperature It has a thermometer 61 and a second radiation thermometer 62 .
  • the silicon carbide seed crystal 92 is placed on top of the first crucible 70 .
  • Silicon carbide powder 91 and vanadium carbide powder are arranged in the lower portion of first crucible 70 .
  • Vanadium carbide powder is mixed with silicon carbide powder 91 .
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a method for growing a silicon carbide single crystal 94 according to a comparative example.
  • silicon carbide powder 91 placed inside first crucible 70 is sublimated by heating first crucible 70 with first heater unit 74 .
  • Silicon carbide gas generated by sublimation of silicon carbide powder 91 grows on silicon carbide seed crystal 92 .
  • Vanadium is generated from vanadium carbide arranged inside the first crucible 70 .
  • Silicon carbide single crystal 94 is doped with vanadium. Thereby, vanadium-doped silicon carbide single crystal 94 grows on silicon carbide seed crystal 92 .
  • a grown silicon carbide single crystal 94 is sliced by a saw wire. Thereby, silicon carbide substrate 100 according to the comparative example is obtained.
  • Silicon carbide substrates 100 according to samples 3 and 4 were manufactured using manufacturing apparatus 200 shown in FIG. The method for manufacturing silicon carbide substrate 100 according to samples 3 and 4 is as described above. Detailed manufacturing conditions of silicon carbide substrate 100 according to each of samples 1 to 4 are as follows.
  • the pressure in the chamber 64 was set to 1000 Pa in the step of growing the silicon carbide single crystal 94 according to Sample 1.
  • the temperature of the seed crystal was 2300°C.
  • the temperature of the silicon carbide raw material was set to 2400°C.
  • the temperature of vanadium carbide was 2400°C.
  • the pressure in chamber 64 was set to 50 Pa.
  • the temperature of the seed crystal was 2450°C.
  • the temperature of the silicon carbide raw material was set to 2550°C.
  • the temperature of vanadium carbide was 2550°C.
  • the pressure in the chamber 64 was set to 50 Pa in the step of growing the silicon carbide single crystal 94 according to Sample 3.
  • the temperature of the seed crystal was 2450°C.
  • the temperature of the silicon carbide raw material was set to 2550°C.
  • the temperature of vanadium carbide was 2300°C.
  • the pressure in chamber 64 was set to 50 Pa.
  • the temperature of the seed crystal was 2450°C.
  • the temperature of the silicon carbide raw material was set to 2550°C.
  • the temperature of vanadium carbide was 2250°C.
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 was measured on first main surface 10 of silicon carbide substrate 100 according to each of samples 1 to 4.
  • FIG. The electrical resistivity was measured using COREMA-WT, an electrical resistivity measuring device manufactured by Semimap. A voltage of 5.0 V was applied to the object to be measured.
  • FIG. 8 is a diagram showing distribution of electrical resistivity in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to sample 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 8, the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 was 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more in all square regions 51 .
  • FIG. 9 is a diagram showing distribution of electrical resistivity in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to sample 2.
  • the number of square regions 51 having electrical resistivity of 1 ⁇ 10 9 ⁇ cm or more and less than 1 ⁇ 10 10 ⁇ cm in silicon carbide substrate 100 was fourteen.
  • the number of square regions 51 having an electrical resistivity of 1 ⁇ 10 10 ⁇ cm or more and less than 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm was 25 in silicon carbide substrate 100 .
  • the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 was 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more.
  • FIG. 10 is a diagram showing distribution of electrical resistivity in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to sample 3. As shown in FIG. As shown in FIG. 10 , the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 was 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more in all square regions 51 .
  • FIG. 11 is a diagram showing distribution of electrical resistivity in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to sample 4. As shown in FIG. As shown in FIG. 11 , the electrical resistivity of silicon carbide substrate 100 was 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more in all square regions 51 .
  • micropipe 1, threading screw dislocation 2 and threading edge dislocation 3 were identified by a melt etching method.
  • a potassium hydroxide (KOH) melt was used in the melt etching method.
  • the temperature of the KOH melt was about 500° C. or higher and 550° C. or lower.
  • the etching time was about 5 minutes or more and 10 minutes or less.
  • each of micropipe 1, threading screw dislocation 2 and threading edge dislocation 3 was identified. By dividing the number of micropipes 1, threading screw dislocations 2, and threading edge dislocations 3 by the area of central region 12, the areal density of each of micropipes 1, threading screw dislocations 2, and threading edge dislocations 3 is asked.
  • Table 2 shows the areal density of each of micropipe 1, threading screw dislocation 2 and threading edge dislocation 3.
  • surface densities of micropipes 1 in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to samples 1 to 4 are 1.5 cm ⁇ 2 , 0.8 cm ⁇ 2 , 0.9 cm ⁇ 2 and It was 0.5 cm -2 .
  • the surface densities of threading screw dislocations 2 in central region 12 of silicon carbide substrates 100 according to samples 1 to 4 were 2600 cm ⁇ 2 , 900 cm ⁇ 2 , 900 cm ⁇ 2 and 700 cm ⁇ 2 , respectively.
  • the surface densities of threading edge dislocations 3 in central region 12 of silicon carbide substrates 100 according to samples 1 to 4 were 5200 cm ⁇ 2 , 1300 cm ⁇ 2 , 1500 cm ⁇ 2 and 1300 cm ⁇ 2 , respectively.
  • FIG. 12 is a diagram showing the distribution of micropipes 1 in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to sample 1.
  • FIG. 12 the number of square regions 51 with more than four micropipes 1 was six.
  • the number of square regions 51 with four micropipes 1 was eight.
  • the number of square regions 51 with three micropipes 1 was five.
  • the number of square regions 51 with two micropipes 1 was 22.
  • the number of square regions 51 each having one micropipe 1 was twenty-seven. No micropipe 1 was observed in the other square regions 51 .
  • FIG. 13 is a diagram showing the distribution of micropipes 1 in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to sample 2.
  • FIG. 13 As shown in FIG. 13, the number of square regions 51 with two micropipes 1 was fourteen. The number of square regions 51 each having one micropipe 1 was 34. No micropipe 1 was observed in the other square regions 51 .
  • FIG. 14 is a diagram showing the distribution of micropipes 1 in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to sample 3.
  • FIG. 14 As shown in FIG. 14, the number of square regions 51 having two micropipes 1 was five. The number of square regions 51 with one micropipe 1 was 29. No micropipe 1 was observed in the other square regions 51 .
  • FIG. 15 is a diagram showing the distribution of micropipes 1 in central region 12 of silicon carbide substrate 100 according to sample 4.
  • FIG. 15 As shown in FIG. 15, the number of square regions 51 having two micropipes 1 was fifteen. The number of square regions 51 each having one micropipe 1 was 38. No micropipe 1 was observed in the other square regions 51 .
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • Table 3 shows the vanadium concentration at each of the first position 31, second position 32, third position 33, fourth position 34 and fifth position 35.
  • the vanadium concentration was 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or higher.
  • the vanadium concentration at each of second position 32 and fourth position 34 was less than 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • Table 4 shows nitrogen concentration and boron concentration.
  • nitrogen concentrations at the center of first main surface 10 of silicon carbide substrates 100 according to samples 1 to 4 are 6.2 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 and 4.8 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 , respectively . 3 , 4.2 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 and 4.5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 .
  • Boron concentrations at the center of first main surface 10 of silicon carbide substrates 100 according to samples 1 to 4 are 2.8 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 , 2.2 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 and 1.8 ⁇ 10 15 , respectively. cm ⁇ 3 and 1.8 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 .
  • the electrical resistivity in each of the plurality of square regions 51 is 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more, and the central region 12 It was confirmed that a silicon carbide substrate 100 having an areal density of micropipes 1 at 1 cm ⁇ 2 or less can be obtained.

Abstract

炭化珪素基板は、主面を有し、かつバナジウムがドーピングされた炭化珪素基板である。主面は、外縁と、外縁から５ｍｍ以内の領域である外周領域と、外周領域に取り囲まれた中央領域とにより構成されている。中央領域を一辺の長さが５ｍｍである複数の正方領域に区分した場合、複数の正方領域の各々における電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上である。中央領域におけるマイクロパイプの面密度は、１個ｃｍ-2以下である。

Description

炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板の製造装置
　本開示は、炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板の製造装置に関する。本出願は、２０２２年２月１７日に出願した日本特許出願である特願２０２２－０２２９３９号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
　特開２０１０－７７０２３号公報（特許文献１）には、バナジウムの濃度が５×１０14ｃｍ-3以上である炭化珪素単結晶が開示されている。
特開２０１０－７７０２３号公報
　本開示に係る炭化珪素基板は、主面を有し、かつバナジウムがドーピングされた炭化珪素基板である。主面は、外縁と、外縁から５ｍｍ以内の領域である外周領域と、外周領域に取り囲まれた中央領域とにより構成されている。中央領域を一辺の長さが５ｍｍである複数の正方領域に区分した場合、複数の正方領域の各々における電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上である。中央領域におけるマイクロパイプの面密度は、１個ｃｍ-2以下である。
　本開示に係る炭化珪素基板の製造方法は以下の工程を備えている。炭化珪素粉末と炭化珪素種結晶とが配置された第１坩堝と、バナジウムを含む粉末が配置されかつ第１坩堝と接続された第２坩堝とが準備される。第１坩堝および第２坩堝の各々が加熱される。第１坩堝および第２坩堝の各々を加熱する工程においては、炭化珪素粉末が昇華し且つ炭化珪素種結晶上において再結晶することにより、炭化珪素種結晶上にバナジウムがドーピングされた炭化珪素単結晶が成長する。バナジウムを含む粉末の温度は、炭化珪素粉末の温度よりも低い。
　本開示に係る炭化珪素基板の製造装置は、第１坩堝と、第２坩堝と、ヒータと、を備えている。第１坩堝には、炭化珪素粉末と炭化珪素種結晶とが配置される。第２坩堝には、バナジウムを含む粉末が配置される。第２坩堝は、第１坩堝と接続されている。ヒータは、バナジウムを含む粉末の温度が炭化珪素粉末の温度よりも低くなるように第１坩堝および第２坩堝の各々を加熱する。
図１は、本実施形態に係る炭化珪素基板の構成を示す平面模式図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。 図３は、バナジウム濃度の測定位置を示す平面模式図である。 図４は、本実施形態に係る炭化珪素基板の製造装置の構成を示す断面模式図である。 図５は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶の成長方法を示す断面模式図である。 図６は、比較例に係る炭化珪素基板の製造装置の構成を示す断面模式図である。 図７は、比較例に係る炭化珪素単結晶の成長方法を示す断面模式図である。 図８は、サンプル１に係る炭化珪素基板の中央領域における電気抵抗率の分布を示す図である。 図９は、サンプル２に係る炭化珪素基板の中央領域における電気抵抗率の分布を示す図である。 図１０は、サンプル３に係る炭化珪素基板の中央領域における電気抵抗率の分布を示す図である。 図１１は、サンプル４に係る炭化珪素基板の中央領域における電気抵抗率の分布を示す図である。 図１２は、サンプル１に係る炭化珪素基板の中央領域におけるマイクロパイプの分布を示す図である。 図１３は、サンプル２に係る炭化珪素基板の中央領域におけるマイクロパイプの分布を示す図である。 図１４は、サンプル３に係る炭化珪素基板の中央領域におけるマイクロパイプの分布を示す図である。 図１５は、サンプル４に係る炭化珪素基板の中央領域におけるマイクロパイプの分布を示す図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　炭化珪素単結晶の成長中においてバナジウムのドーピング濃度を高くすると、バナジウムが固溶限界を超えて炭化珪素単結晶から析出することがある。バナジウムが析出すると、炭化珪素単結晶の良好な成長が阻害されるため、炭化珪素単結晶にマイクロパイプが形成されやすくなる。そのため、バナジウムの濃度を高くすることで電気抵抗率を高くし、且つ、低いマイクロパイプの面密度を有する炭化珪素基板を得ることは困難であった。
　本開示の目的は、高い電気抵抗率を有し、且つ、低いマイクロパイプの面密度を有する炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板の製造装置を提供することである。
[本開示の効果]
　本開示によれば、高い電気抵抗率を有し、且つ、低いマイクロパイプの面密度を有する炭化珪素基板、炭化珪素基板の製造方法および炭化珪素基板の製造装置を提供することができる。
　[本開示の実施形態の説明]
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示に係る炭化珪素基板１００は、主面１０を有し、かつバナジウムがドーピングされた炭化珪素基板１００である。主面１０は、外縁１４と、外縁１４から５ｍｍ以内の領域である外周領域１１と、外周領域１１に取り囲まれた中央領域１２とにより構成されている。中央領域１２を一辺の長さが５ｍｍである複数の正方領域５１に区分した場合、複数の正方領域５１の各々における電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上である。中央領域１２におけるマイクロパイプ１の面密度は、１個ｃｍ-2以下である。これにより、高い電気抵抗率を有し、且つ、低いマイクロパイプ１の面密度を有する炭化珪素基板１００を得ることができる。また複数の正方領域５１の各々における電気抵抗率を１×１０11Ωｃｍ以上とすることにより、リーク電流が低減された炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上することができる。
　（２）上記（１）に係る炭化珪素基板１００によれば、主面１０に対して垂直な方向に見て、外周領域１１と中央領域１２との境界は、第１位置３１と、第１位置３１から９０°時計回りに回転した第２位置３２と、第２位置３２から９０°時計回りに回転した第３位置３３と、第３位置３３から時計回りに９０°回転した第４位置３４とを含んでいてもよい。主面１０の中央を第５位置３５とすると、第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上であってもよい。これにより、バナジウムの濃度の面内均一性を向上することができる。
　（３）上記（２）に係る炭化珪素基板１００によれば、第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、２×１０17ｃｍ-3以上であってもよい。バナジウムの濃度が高くなると、炭化珪素基板１００の電気抵抗率が高くなる。バナジウムの濃度を２×１０17ｃｍ-3以上とすることにより、電気抵抗率をより高くすることができる。
　（４）上記（２）または（３）に係る炭化珪素基板１００によれば、第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、３×１０17ｃｍ-3以下であってもよい。バナジウムの濃度が固溶限界を超えると、バナジウムに起因してマイクロパイプ１が形成される。バナジウムの濃度を３×１０17ｃｍ-3以下とすることにより、マイクロパイプ１の形成を抑制することができる。
　（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る炭化珪素基板１００によれば、複数の正方領域５１の各々におけるマイクロパイプ１の数は、２個以下であってもよい。これにより、炭化珪素半導体装置の信頼性を向上することができる。
　（６）上記（１）から（５）のいずれかに係る炭化珪素基板１００によれば、主面１０の中央における窒素濃度は、４×１０16ｃｍ-3以上であってもよい。炭化珪素基板１００に含まれる窒素濃度が低い場合には、炭化珪素基板１００の電気抵抗率が高くなる。そのため、バナジウムの濃度が低い場合であっても高い電気抵抗率を有する炭化珪素基板１００を得ることができる。一方、炭化珪素基板１００に含まれる窒素濃度が高い場合には、炭化珪素基板１００の電気抵抗率が低くなる。そのため、高い電気抵抗率を有する炭化珪素基板１００を得るためには、バナジウムの濃度を高くする必要がある。しかしながら、バナジウムの濃度を高くすると、マイクロパイプ１が形成されやすい。
　上記に係る炭化珪素基板１００によれば、窒素濃度が高い場合であっても、高い電気抵抗率と低いマイクロパイプ１の面密度とを両立することができる。
　（７）上記（１）から（６）のいずれかに係る炭化珪素基板１００によれば、中央領域１２における貫通螺旋転位２の面密度は、１０００個ｃｍ-2以下であってもよい。
　（８）上記（１）から（７）のいずれかに係る炭化珪素基板１００によれば、中央領域１２における貫通刃状転位３の面密度は、１５００個ｃｍ-2以下であってもよい。
　（９）上記（１）から（８）のいずれかに係る炭化珪素基板１００によれば、炭化珪素基板１００を構成する炭化珪素のポリタイプは４Ｈであってもよい。
　（１０）本開示に係る炭化珪素基板１００の製造方法は以下の工程を備えている。炭化珪素粉末９１と炭化珪素種結晶９２とが配置された第１坩堝７０と、バナジウムを含む粉末９３が配置されかつ第１坩堝７０と接続部材６５により接続された第２坩堝８０とが準備される。第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々が加熱される。第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、バナジウムを含む粉末９３が昇華し且つ接続部材６５を介して第１坩堝７０に導入され、炭化珪素粉末９１が昇華し且つ炭化珪素種結晶９２上において再結晶することにより、炭化珪素種結晶９２上にバナジウムがドーピングされた炭化珪素単結晶９４が成長する。第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、バナジウムを含む粉末９３の温度は、炭化珪素粉末９１の温度よりも低い。
　上記に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、バナジウムを含む粉末９３の温度は、炭化珪素粉末９１の温度よりも低い。これにより、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御することができる。高い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合と比較して、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合には、バナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。そのため、炭化珪素単結晶９４にドーピングされたバナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。
　（１１）上記（１０）に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、第２坩堝８０の温度は、第１坩堝７０の温度とは独立して制御されてもよい。これにより、バナジウムを含む粉末９３が配置された第２坩堝８０の温度を精度良く制御することができる。
　（１２）上記（１０）または（１１）に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、バナジウムを含む粉末９３は、炭化バナジウムであってもよい。
　（１３）上記（１０）から（１２）に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、バナジウムを含む粉末９３の温度と、炭化珪素粉末９１の温度との差は、２００℃以上４００℃以下であってもよい。
　（１４）本開示に係る炭化珪素基板１００の製造装置は、第１坩堝７０と、第２坩堝８０と、ヒータ９０と、を備えている。第１坩堝７０には、炭化珪素粉末９１と炭化珪素種結晶９２とが配置される。第２坩堝８０には、バナジウムを含む粉末９３が配置される。第２坩堝８０は、第１坩堝７０と接続されている。ヒータ９０は、バナジウムを含む粉末９３の温度が炭化珪素粉末９１の温度よりも低くなるように第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する。
　上記に係る炭化珪素基板１００の製造装置によれば、ヒータ９０は、バナジウムを含む粉末９３の温度が炭化珪素粉末９１の温度よりも低くなるように第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する。これにより、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御することができる。高い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合と比較して、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合には、バナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。そのため、炭化珪素単結晶９４にドーピングされたバナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。
　（１５）上記（１４）に係る炭化珪素基板１００の製造装置によれば、ヒータ９０は、第１坩堝７０を加熱する第１ヒータ部７４と、第２坩堝８０を加熱する第２ヒータ部８１とを含んでいてもよい。第２ヒータ部８１は、第１ヒータ部７４とは独立して制御されてもよい。これにより、バナジウムを含む粉末９３が配置された第２坩堝８０の温度を精度良く制御することができる。
　（１６）上記（１４）または（１５）に係る炭化珪素基板１００の製造装置は、第１坩堝７０と第２坩堝８０との間に配置された断熱材７５をさらに備えていてもよい。これにより、第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々の温度を精度良く制御することができる。
　[本開示の実施形態の詳細]
　以下、図面に基づいて本開示の実施形態（以降、本実施形態とも称する）の詳細について説明する。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。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。
　まず、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の構成を示す平面模式図である。
　図１に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板１００は、第１主面１０を有している。炭化珪素基板１００を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。第１主面１０は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対してオフ方向に傾斜した面である。言い換えれば、第１主面１０は、（０００１）面または（０００１）面に対してオフ方向に傾斜した面である。第１主面１０は、（０００－１）面または（０００－１）面に対してオフ方向に傾斜した面であってもよい。
　第１主面１０は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に沿って拡がっている。第１方向１０１は、特に限定されないが、たとえば＜１１－２０＞方向である。第２方向１０２は、特に限定されないが、たとえば＜１－１００＞方向である。
　第１方向１０１は、＜１１－２０＞方向を第１主面１０に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向成分を含む方向であってもよい。同様に、第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向を第１主面１０に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向成分を含む方向であってもよい。
　第１主面１０が（０００１）面に対してオフ方向に傾斜している場合、第１主面１０のオフ角度は、８°以下であってもよい。オフ角度は、特に限定されないが、たとえば６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。オフ角度は、特に限定されないが、たとえば１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。第１主面１０のオフ方向は、特に限定されないが、たとえば＜１１－２０＞方向である。
　第１主面１０は、外縁１４と、外周領域１１と、中央領域１２とにより構成されている。外縁１４は、第１主面１０と外周側面３０との境界である。外周領域１１は、外縁１４から５ｍｍ以内の領域である。中央領域１２は、外周領域１１に取り囲まれた領域である。中央領域１２は、外周領域１１に接している。
　第１主面１０の直径Ｗ１は、たとえば１００ｍｍ以上であってよいし、１５０ｍｍ以上でもよいし、２００ｍｍ以上でもよい。直径Ｗ１は、特に限定されないが、たとえば３００ｍｍ以下であってもよい。第１主面１０に対して垂直な方向に見て、直径Ｗ１は、外縁１４上の異なる２点間の最長直線距離である。
　図１に示されるように、中央領域１２は、複数の正方領域５１に区分される。複数の正方領域５１の各々の一辺の長さは、５ｍｍである。第１主面１０の中心を通りかつ第１方向１０１に平行な方向において、中央領域１２の長さは、たとえば１０５ｍｍである。まず、１０５ｍｍ×１０５ｍｍの正方形が想定される。１０５ｍｍ×１０５ｍｍの正方形は、５ｍｍ×５ｍｍの正方領域５１（２１×２１＝４４１個）に区分される。
　中央領域１２において、正方領域５１の数は、たとえば３２５個である。第１主面１０に対して垂直な方向に見て、中央領域１２と外周領域１１との境界と交差する正方領域５１は、一部が欠けており完全な正方領域５１とはならない。そのため、境界と交差する正方領域５１は、中央領域１２を構成する正方領域５１とはされない。正方領域５１の一辺は、第１方向１０１に平行である。
　図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。図２に示される断面は、第１主面１０に対して垂直であり、かつ第１方向１０１に平行である。図２に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板１００は、第２主面２０と、外周側面３０とをさらに有している。第２主面２０は、第１主面１０の反対側にある。外周側面３０は、第１主面１０および第２主面２０の各々に連なっている。
　図２に示されるように、炭化珪素基板１００は、マイクロパイプ１と、貫通螺旋転位２と、貫通刃状転位３とを有していてもよい。マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々は、第２主面２０から第１主面１０にかけて延在している。炭化珪素基板１００の厚みＡは、たとえば３００μｍ以上７００μｍ以下である。第３方向１０３は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に対して垂直な方向である。炭化珪素基板１００の厚み方向は、第３方向１０３と同じである。
　（炭化珪素基板の電気抵抗率）
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、複数の正方領域５１の各々における炭化珪素基板１００の電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上である。言い換えれば、全ての正方領域５１における炭化珪素基板１００の電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上である。複数の正方領域５１の各々における炭化珪素基板１００の電気抵抗率は、特に限定されないが、たとえば３×１０11Ωｃｍ以上であってもよいし、５×１０11Ωｃｍ以上であってもよい。複数の正方領域５１の各々における炭化珪素基板１００の電気抵抗率は、特に限定されないが、たとえば１×１０13Ωｃｍ以下であってもよいし、１×１０12Ωｃｍ以下であってもよい。
　次に、炭化珪素基板１００の電気抵抗率の測定方法について説明する。電気抵抗率は、たとえば、Ｓｅｍｉｍａｐ社製の電気抵抗率測定装置であるＣＯＲＥＭＡ－ＷＴを用いて測定される。具体的には、電極を用いて、被測定物に接触することなく電圧を印加する。これによって、被測定物における電荷は、時間の経過とともに大きくなる。被測定物において電圧を印加された部分の電荷が測定される。
　具体的には、電圧を印加した直後における被測定物の電荷と、電圧を印加してから一定時間経過した時点における被測定物の電荷とが測定される。被測定物において電圧を印加された部分の電荷の緩和時間が測定される。これによって、被測定物の電気抵抗率が測定される。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００の複数の正方領域５１の各々において、炭化珪素基板１００の電気抵抗率が測定される。測定間隔は、たとえば５ｍｍである。炭化珪素基板１００に印加する電圧は、たとえば５．０Ｖである。炭化珪素基板１００の電気抵抗率は、たとえば室温（２５℃）で測定される。
　（バナジウム濃度）
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００には、バナジウムがドーピングされている。本実施形態に係る炭化珪素基板１００においては、第１主面１０の面内において、バナジウム濃度のばらつきが低減されている。具体的には、第１主面１０の径方向および周方向の各々において、バナジウム濃度のばらつきが低減されている。
　次に、バナジウム濃度の測定方法について説明する。図３は、バナジウム濃度の測定位置を示す平面模式図である。図３に示されるように、外周領域１１と中央領域１２との境界１３は、第１位置３１と、第２位置３２と、第３位置３３と、第４位置３４と、第５位置３５と、を有している。第１主面１０に対して垂直な方向に見て、第２位置３２は、第１位置３１から９０°時計回りに回転した位置である。
　第１主面１０に対して垂直な方向に見て、第３位置３３は、第２位置３２から９０°時計回りに回転した位置である。第１主面１０に対して垂直な方向に見て、第４位置３４は、第３位置３３から時計回りに９０°回転した位置である。第１主面１０の中央は、第５位置３５である。第２位置３２と、第４位置３４と、第５位置３５とは、第１方向１０１に平行な直線上に位置している。第１位置３１と、第３位置３３と、第５位置３５とは、第２方向１０２に平行な直線上に位置している。
　第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、たとえば１×１０17ｃｍ-3以上である。第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、特に限定されないが、たとえば１．２×１０17ｃｍ-3以上であってもよいし、１．５×１０17ｃｍ-3以上であってもよいし、２×１０17ｃｍ-3以上であってもよい。
　第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、たとえば３×１０17ｃｍ-3以下である。第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、特に限定されないが、たとえば２．８×１０17ｃｍ-3以下であってもよいし、２．６×１０17ｃｍ-3以下であってもよい。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００は、たとえばｎ型不純物として窒素（Ｎ）を含んでいる。第１主面１０の中央における窒素濃度は、たとえば４×１０16ｃｍ-3以上である。第１主面１０の中央における窒素濃度は、特に限定されないが、たとえば４．２×１０16ｃｍ-3以上であってもよいし、４．４×１０16ｃｍ-3以上であってもよい。第１主面１０の中央における窒素濃度は、特に限定されないが、たとえば１×１０17ｃｍ-3以下であってもよいし、５×１０16ｃｍ-3以下であってもよい。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００は、たとえばｐ型不純物としてホウ素（Ｂ）を含んでいる。第１主面１０の中央におけるホウ素濃度は、たとえば１×１０15ｃｍ-3以上である。第１主面１０の中央におけるホウ素濃度は、特に限定されないが、たとえば１．３×１０15ｃｍ-3以上であってもよいし、１．６×１０15ｃｍ-3以上であってもよい。第１主面１０の中央におけるホウ素濃度は、特に限定されないが、たとえば５×１０15ｃｍ-3以下であってもよいし、３×１０15ｃｍ-3以下であってもよい。
　次に、不純物濃度の測定方法について説明する。バナジウム、窒素およびホウ素の各々の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定される。ＳＩＭＳにおいては、たとえばＣａｍｅｃａ社製の二次イオン質量分析装置であるＩＭＳ７ｆを使用することができる。ＳＩＭＳにおける測定条件は、たとえば、一次イオンがＯ２ ＋、一次イオンエネルギーが８ｋｅＶという測定条件を用いることができる。
　（マイクロパイプ）
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００は、マイクロパイプ１を有していてもよい。マイクロパイプ１は、炭化珪素基板１００を貫通する中空状の結晶欠陥である。炭化珪素基板１００を構成する炭化珪素のポリタイプが４Ｈの場合、マイクロパイプ１は、３ｃよりも大きいバーガースベクトルを有する。
　中央領域１２におけるマイクロパイプ１の面密度は、１個ｃｍ-2以下である。中央領域１２におけるマイクロパイプ１の面密度は、中央領域１２におけるマイクロパイプ１の数を、中央領域１２の面積で割った値である。中央領域１２におけるマイクロパイプ１の面密度は、特に限定されないが、たとえば０．９個ｃｍ-2以下であってもよいし、０．８個ｃｍ-2以下であってもよい。中央領域１２におけるマイクロパイプ１の面密度は、特に限定されないが、たとえば０．１個ｃｍ-2以上であってもよいし、０．２個ｃｍ-2以上であってもよい。
　複数の正方領域５１の各々におけるマイクロパイプ１の数は、たとえば２個以下である。つまり、複数の正方領域５１の各々におけるマイクロパイプ１の数は、０個、１個または２個である。別の観点から言えば、中央領域１２において、マイクロパイプ１の数が３個以上である正方領域５１がなくてもよい。
　（貫通螺旋転位）
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００は、たとえば貫通螺旋転位２を含んでいる。中央領域１２における貫通螺旋転位２の面密度は、たとえば１０００個ｃｍ-2以下である。中央領域１２における貫通螺旋転位２の面密度は、特に限定されないが、たとえば９００個ｃｍ-2以下であってもよいし、８００個ｃｍ-2以下であってもよい。中央領域１２における貫通螺旋転位２の面密度は、特に限定されないが、たとえば１００個ｃｍ-2以上であってもよいし、２００個ｃｍ-2以上であってもよい。
　（貫通刃状転位）
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００は、たとえば貫通刃状転位３を含んでいる。中央領域１２における貫通刃状転位３の面密度は、たとえば１５００個ｃｍ-2以下である。中央領域１２における貫通刃状転位３の面密度は、特に限定されないが、たとえば１４００個ｃｍ-2以下であってもよいし、１３００個ｃｍ-2以下であってもよい。中央領域１２における貫通刃状転位３の面密度は、特に限定されないが、たとえば２００個ｃｍ-2以上であってもよいし、４００個ｃｍ-2以上であってもよい。
　マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々は、たとえば溶融エッチング法によって特定することができる。溶融エッチング法においては、たとえば水酸化カリウム（ＫＯＨ）融液が用いられる。ＫＯＨ融液の温度は、５００℃以上５５０℃以下程度とする。エッチング時間は、５分以上１０分以下程度とする。
　マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々を有する炭化珪素基板１００をＫＯＨ融液に浸漬させることにより、炭化珪素基板１００の第１主面１０において、マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々に起因するエッチピットが形成される。貫通刃状転位３は、小型のエッチピットを形成する。貫通螺旋転位２は、中型のエッチピットを形成する。マイクロパイプ１は、大型のエッチピットを形成する。マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々の平面形状は、略六角形である。
　マイクロパイプ１に起因して形成されるエッチピットの大きさは、貫通螺旋転位２に起因して形成されるエッチピットの大きさよりも大きい。貫通螺旋転位２に起因して形成されるエッチピットの大きさは、貫通刃状転位３に起因して形成されるエッチピットの大きさよりも大きい。貫通螺旋転位２に起因するエッチピットの長さは、典型的には３０μｍ以上５０μｍ以下程度である。貫通刃状転位３に起因するエッチピットの長さは、典型的には１５μｍ以上２０μｍ以下程度である。
　次に、たとえばノルマルスキー微分干渉顕微鏡を用いて第１主面１０に形成されたエッチピットの観察が行われる。エッチピットの形状および大きさに基づいて、マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々の数が特定される。
　（炭化珪素基板の製造装置）
　次に、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００について説明する。
　図４は、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００の構成を示す断面模式図である。図４に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００は、第１坩堝７０と、第２坩堝８０と、ヒータ９０と、チャンバ６４と、接続部材６５と、第１断熱材７５と、第２断熱材８２と、を主に有している。第１坩堝７０は、たとえばグラファイトにより構成されている。第１坩堝７０には、炭化珪素粉末９１と炭化珪素種結晶９２とが配置される。
　ヒータ９０は、第１ヒータ部７４と、第２ヒータ部８１とを有している。第１ヒータ部７４は、第１坩堝７０を加熱する。第２ヒータ部８１は、第２坩堝８０を加熱する。第１ヒータ部７４は、たとえば上部抵抗ヒータ７１と、側部抵抗ヒータ７２と、下部抵抗ヒータ７３と、を有している。上部抵抗ヒータ７１は、第１坩堝７０の上方に配置されている。上部抵抗ヒータ７１には、第１貫通孔７７が形成されている。側部抵抗ヒータ７２は、第１坩堝７０の外周面を取り囲むように配置されている。下部抵抗ヒータ７３は、第１坩堝７０の下方に配置されている。下部抵抗ヒータ７３には、第２貫通孔７９が形成されている。
　第１断熱材７５は、第１坩堝７０と、第１ヒータ部７４とを収容している。第１断熱材７５には、第３貫通孔７６と、第４貫通孔７８とが形成されている。第３貫通孔７６は、第１貫通孔７７の上方に位置している。第４貫通孔７８は、第２貫通孔７９の下方に位置している。
　第２坩堝８０は、たとえばグラファイトにより構成されている。第２坩堝８０には、バナジウムを含む粉末９３が配置される。第２坩堝８０の内部空間の体積は、第１坩堝７０の内部空間の体積よりも小さくてもよい。第２坩堝８０は、第１坩堝７０と接続されている。具体的には、第２坩堝８０の内部空間は、接続部材６５の接続通路を介して第１坩堝７０の内部空間と接続されている。接続部材６５は、たとえば中空筒状である。
　第２断熱材８２は、第２坩堝８０と、第２ヒータ部８１とを収容している。第２ヒータ部８１は、第２坩堝８０の外周側面を取り囲んでいる。第１断熱材７５は、第１坩堝７０と第２坩堝８０との間に配置されている。同様に、第２断熱材８２は、第１坩堝７０と第２坩堝８０との間に配置されている。第２断熱材８２の下方には、第５貫通孔８３が設けられている。
　接続部材６５は、第１断熱材７５および第２断熱材８２の各々を貫通している。接続部材６５の一方側端部は、第１坩堝７０の下部に接続されていてもよい。接続部材６５の接続通路は、第１坩堝７０の内側面と内底面との境界部において、第１坩堝７０の内部空間に繋がっていてもよい。接続部材６５の他方側端部は、第２坩堝８０の上部に接続されていてもよい。チャンバ６４は、第１坩堝７０と、第１断熱材７５と、第２坩堝８０と、第２断熱材８２と、ヒータ９０とを収容している。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００は、第１放射温度計６１と、第２放射温度計６２と、第３放射温度計６３とをさらに有している。第１放射温度計６１は、第１坩堝７０の上面に対向して配置されている。第１放射温度計６１は、第１貫通孔７７および第３貫通孔７６を通して第１坩堝７０の上面の温度を測定する。第２放射温度計６２は、第１坩堝７０の下面に対向して配置されている。第２放射温度計６２は、第２貫通孔７９および第４貫通孔７８を通して第１坩堝７０の下面の温度を測定する。
　第３放射温度計６３は、第２坩堝８０の下面に対向して配置されている。第３放射温度計６３は、第５貫通孔８３を通して第２坩堝８０の下面の温度を測定する。第１放射温度計６１と、第２放射温度計６２と、第３放射温度計６３とは、チャンバ６４の外部に設けられている。
　ヒータ９０は、バナジウムを含む粉末９３の温度が炭化珪素粉末９１の温度よりも低くなるように第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する。具体的には、第２坩堝８０の下面の温度が第１坩堝７０の下面の温度よりも低くなるように、第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々が加熱されてもよい。
　第２ヒータ部８１は、第１ヒータ部７４とは独立して制御されてもよい。具体的には、第２ヒータ部８１に印加される電力の制御方法は、第１ヒータ部７４に印加される電力の制御方法と異なっていてもよい。第２ヒータ部８１に電力を印加する電源は、第１ヒータ部７４に電力を印加する電源と異なっていてもよい。
　（炭化珪素基板の製造方法）
　次に、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法について説明する。
　図４に示されるように、炭化珪素粉末９１および炭化珪素種結晶９２は、第１坩堝７０の内部に配置される。炭化珪素種結晶９２は、第１坩堝７０の上部に配置される。炭化珪素粉末９１は、第１坩堝７０の下部に配置される。炭化珪素粉末９１は、たとえば炭化珪素多結晶である。バナジウムを含む粉末９３は、第２坩堝８０の内部に配置される。バナジウムを含む粉末９３は、たとえば炭化バナジウム粉末である。図４に示されるように、第１坩堝７０と第２坩堝８０とは接続部材６５により接続されている。
　以上のように、炭化珪素粉末９１と炭化珪素種結晶９２とが配置された第１坩堝７０と、バナジウムを含む粉末９３が配置されかつ第１坩堝７０と接続された第２坩堝８０とが準備される。
　次に、第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程が実施される。第１坩堝７０は、主に第１ヒータ部７４によって加熱される。第２坩堝８０は、主に第２ヒータ部８１によって加熱される。第１坩堝７０が加熱されることにより、第１坩堝７０の内部に配置された炭化珪素粉末９１が昇華し、昇華したガスが炭化珪素種結晶９２上において再結晶する。これにより、炭化珪素単結晶９４が炭化珪素種結晶９２上に成長する。第１坩堝７０が加熱されるとともに第２坩堝８０が加熱されることにより、第２坩堝８０の内部に配置されていたバナジウムを含む粉末９３が昇華する。バナジウムは、炭化珪素種結晶９２上に成長した炭化珪素単結晶９４にドーピングされる。
　第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、バナジウムを含む粉末９３の温度は、炭化珪素粉末９１の温度よりも低い。第３放射温度計６３によって測定された第２坩堝８０の下面の温度は、バナジウムを含む粉末９３の温度と推定される。第２放射温度計６２によって測定された第１坩堝７０の下面の温度は、炭化珪素粉末９１の温度と推定される。
　高い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合と比較して、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合には、バナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。そのため、炭化珪素単結晶９４にドーピングされたバナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。
　バナジウムを含む粉末９３の温度は、たとえば２２００℃以上２３５０℃以下である。バナジウムを含む粉末９３の温度は、特に限定されないが、たとえば２２２０℃以上であってもよいし、２２４０℃以上であってもよい。バナジウムを含む粉末９３の温度は、特に限定されないが、たとえば２３２０℃以下であってもよいし、２２８０℃以下であってもよい。
　炭化珪素粉末９１の温度は、たとえば２５００℃以上２６００℃以下である。炭化珪素粉末９１の温度は、特に限定されないが、たとえば２５２０℃以上であってもよいし、２５４０℃以上であってもよい。炭化珪素粉末９１の温度は、特に限定されないが、たとえば２５８０℃以下であってもよいし、２５６０℃以下であってもよい。
　バナジウムを含む粉末９３の温度と、炭化珪素粉末９１の温度との差は、たとえば２００℃以上である。バナジウムを含む粉末９３の温度と、炭化珪素粉末９１の温度との差は、たとえば２５０℃以上であってもよいし、３００℃以上であってもよい。炭化珪素粉末９１の温度との差は、特に限定されないが、たとえば４００℃以下であってもよい。
　第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、第２坩堝８０の温度は、第１坩堝７０の温度とは独立して制御されてもよい。具体的には、第１ヒータ部７４に印加される電力は、第１放射温度計６１によって測定された第１坩堝７０の上面の温度と、第２放射温度計６２によって測定された第１坩堝７０の下面の温度とに基づいて制御されてもよい。第２ヒータ部８１に印加される電力は、第３放射温度計６３によって測定された第２坩堝８０の下面の温度に基づいて制御されてもよい。
　第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、チャンバ６４の圧力（成長圧力）は、たとえば５０Ｐａである。チャンバ６４の圧力は、たとえば１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下であってもよい。チャンバ６４の圧力は、特に限定されないが、８０Ｐａ以下であってもよいし、６０Ｐａ以下であってもよい。チャンバ６４の圧力は、特に限定されないが、２０Ｐａ以上であってもよいし、４０Ｐａ以上であってもよい。
　以上のように、第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、炭化珪素粉末９１が昇華し且つ炭化珪素種結晶９２上において再結晶することにより、炭化珪素種結晶９２上にバナジウムがドーピングされた炭化珪素単結晶９４が成長する。
　第１坩堝７０の温度が低い場合、バナジウムが析出することにより炭化珪素単結晶９４にマイクロパイプ１が形成されてやすくなる。第１坩堝７０の温度を高く維持し、且つ、成長圧力を低減することにより、バナジウムの気化を促進することができる。これにより、炭化珪素単結晶９４にマイクロパイプ１が発生することを抑制することができる。
　図５は、本実施形態に係る炭化珪素単結晶９４の成長方法を示す断面模式図である。図５に示されるように、炭化珪素単結晶９４は、炭化珪素種結晶９２上に成長する。炭化珪素単結晶９４の成長が終了した後、炭化珪素単結晶９４は室温まで冷却される。次に、炭化珪素単結晶９４は、たとえばソーワイヤーによって成長方向と垂直な方向に沿ってスライスされる。以上により、本実施形態に係る炭化珪素基板１００が得られる（図１参照）。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の作用効果について説明する。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００においては、複数の正方領域５１の各々における電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上である。中央領域１２におけるマイクロパイプ１の面密度は、１個ｃｍ-2以下である。これにより、高い電気抵抗率を有し、且つ、低いマイクロパイプ１の面密度を有する炭化珪素基板１００を得ることができる。また複数の正方領域５１の各々における電気抵抗率を１×１０11Ωｃｍ以上とすることにより、リーク電流が低減された炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上することができる。
　また本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上であってもよい。これにより、バナジウムの濃度の面内均一性を向上することができる。
　さらに本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、２×１０17ｃｍ-3以上であってもよい。バナジウムの濃度が高くなると、炭化珪素基板１００の電気抵抗率が高くなる。バナジウムの濃度を２×１０17ｃｍ-3以上とすることにより、電気抵抗率をより高くすることができる。
　さらに本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、３×１０17ｃｍ-3以下であってもよい。バナジウムの濃度が固溶限界を超えると、バナジウムに起因してマイクロパイプ１が形成される。バナジウムの濃度を３×１０17ｃｍ-3以下とすることにより、マイクロパイプ１の形成を抑制することができる。
　さらに本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、複数の正方領域５１の各々におけるマイクロパイプ１の数は、２個以下であってもよい。これにより、炭化珪素半導体装置の信頼性を向上することができる。
　さらに本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、主面１０の中央における窒素濃度は、４×１０16ｃｍ-3以上であってもよい。炭化珪素基板１００に含まれる窒素濃度が低い場合には、炭化珪素基板１００の電気抵抗率が高くなる。そのため、バナジウムの濃度が低い場合であっても高い電気抵抗率を有する炭化珪素基板１００を得ることができる。一方、炭化珪素基板１００に含まれる窒素濃度が高い場合には、炭化珪素基板１００の電気抵抗率が低くなる。そのため、高い電気抵抗率を有する炭化珪素基板１００を得るためには、バナジウムの濃度を高くする必要がある。しかしながら、バナジウムの濃度を高くすると、マイクロパイプ１が形成されやすい。本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、窒素濃度が高い場合であっても、高い電気抵抗率と低いマイクロパイプ１の面密度とを両立することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、バナジウムを含む粉末９３の温度は、炭化珪素粉末９１の温度よりも低い。これにより、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御することができる。高い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合と比較して、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合には、バナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。そのため、炭化珪素単結晶９４にドーピングされたバナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。
　また本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法によれば、第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する工程においては、第２坩堝８０の温度は、第１坩堝７０の温度とは独立して制御されてもよい。これにより、バナジウムを含む粉末９３が配置された第２坩堝８０の温度を精度良く制御することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００によれば、ヒータ９０は、バナジウムを含む粉末９３の温度が炭化珪素粉末９１の温度よりも低くなるように第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々を加熱する。これにより、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御することができる。高い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合と比較して、低い温度でバナジウムの蒸気圧を制御する場合には、バナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。そのため、炭化珪素単結晶９４にドーピングされたバナジウムの濃度のばらつきを低減することができる。
　また本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００によれば、ヒータ９０は、第１坩堝７０を加熱する第１ヒータ部７４と、第２坩堝８０を加熱する第２ヒータ部８１とを含んでいてもよい。第２ヒータ部８１は、第１ヒータ部７４とは独立して制御されてもよい。これにより、バナジウムを含む粉末９３が配置された第２坩堝８０の温度を精度良く制御することができる。
　さらに本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００によれば、第１坩堝７０と第２坩堝８０との間に配置された断熱材７５をさらに備えていてもよい。これにより、第１坩堝７０および第２坩堝８０の各々の温度を精度良く制御することができる。
　（サンプル準備）
　まず、サンプル１から４に係る炭化珪素基板１００が準備された、サンプル１および２は比較例である。サンプル３および４は実施例である。サンプル１および２に係る炭化珪素基板１００は、図６に示される製造装置２００を用いて作製された。
　図６は、比較例に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００の構成を示す断面模式図である。比較例に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００は、主に、第２坩堝８０と第２ヒータ部８１と第２断熱材８２と接続部材６５と第３放射温度計６３とを有していない点において、図４に示される製造装置２００と異なっており、その他の構成については、図４に示される製造装置２００と実質的に同じである。図６に示されるように、比較例に係る炭化珪素基板１００の製造装置２００は、第１坩堝７０と、第１ヒータ部７４と、第１断熱材７５と、チャンバ６４と、第１放射温度計６１と、第２放射温度計６２とを有している。
　図６に示されるように、炭化珪素種結晶９２は、第１坩堝７０の上部に配置される。炭化珪素粉末９１と炭化バナジウム粉末とは、第１坩堝７０の下部に配置される。炭化バナジウム粉末は、炭化珪素粉末９１に混ぜられている。
　図７は、比較例に係る炭化珪素単結晶９４の成長方法を示す断面模式図である。図７に示されるように、第１ヒータ部７４により、第１坩堝７０を加熱することにより、第１坩堝７０の内部に配置されている炭化珪素粉末９１が昇華する。炭化珪素粉末９１が昇華することにより発生した炭化珪素ガスは、炭化珪素種結晶９２上に成長する。第１坩堝７０の内部に配置されている炭化バナジウムからバナジウムが発生する。バナジウムは、炭化珪素単結晶９４にドーピングされる。これにより、バナジウムがドーピングされた炭化珪素単結晶９４は、炭化珪素種結晶９２上に成長する。成長した炭化珪素単結晶９４がソーワイヤーによってスライスされる。これにより、比較例に係る炭化珪素基板１００が得られる。
　サンプル３および４に係る炭化珪素基板１００は、図４に示される製造装置２００を用いて作製された。サンプル３および４に係る炭化珪素基板１００の製造方法は上述の通りである。サンプル１から４の各々に係る炭化珪素基板１００の詳細な製造条件は以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、サンプル１に係る炭化珪素単結晶９４を成長する工程において、チャンバ６４の圧力は１０００Ｐａとした。種結晶の温度は２３００℃とした。炭化珪素原料の温度は２４００℃とした。炭化バナジウムの温度は２４００℃とした。サンプル２に係る炭化珪素単結晶９４を成長する工程において、チャンバ６４の圧力は５０Ｐａとした。種結晶の温度は２４５０℃とした。炭化珪素原料の温度は２５５０℃とした。炭化バナジウムの温度は２５５０℃とした。
　表１に示されるように、サンプル３に係る炭化珪素単結晶９４を成長する工程において、チャンバ６４の圧力は５０Ｐａとした。種結晶の温度は２４５０℃とした。炭化珪素原料の温度は２５５０℃とした。炭化バナジウムの温度は２３００℃とした。サンプル４に係る炭化珪素単結晶９４を成長する工程において、チャンバ６４の圧力は５０Ｐａとした。種結晶の温度は２４５０℃とした。炭化珪素原料の温度は２５５０℃とした。炭化バナジウムの温度は２２５０℃とした。
　（電気抵抗率の測定方法）
　サンプル１から４の各々に係る炭化珪素基板１００の第１主面１０において炭化珪素基板１００の電気抵抗率が測定された。電気抵抗率は、Ｓｅｍｉｍａｐ社製の電気抵抗率測定装置であるＣＯＲＥＭＡ－ＷＴを用いて測定された。被測定物に印加する電圧は、５．０Ｖとした。
　（電気抵抗率の測定結果）
　図８は、サンプル１に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２における電気抵抗率の分布を示す図である。図８に示されるように、全ての正方領域５１において炭化珪素基板１００の電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上であった。
　図９は、サンプル２に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２における電気抵抗率の分布を示す図である。図９に示されるように、炭化珪素基板１００の電気抵抗率が１×１０9Ωｃｍ以上１×１０10Ωｃｍ未満である正方領域５１の数は、１４個であった。炭化珪素基板１００の電気抵抗率が１×１０10Ωｃｍ以上１×１０11Ωｃｍ未満である正方領域５１の数は、２５個であった。その他の正方領域５１において、炭化珪素基板１００の電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上であった。
　図１０は、サンプル３に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２における電気抵抗率の分布を示す図である。図１０に示されるように、全ての正方領域５１において炭化珪素基板１００の電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上であった。
　図１１は、サンプル４に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２における電気抵抗率の分布を示す図である。図１１に示されるように、全ての正方領域５１において炭化珪素基板１００の電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上であった。
　（面密度の測定方法）
　マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々は、溶融エッチング法によって特定した。溶融エッチング法においては、水酸化カリウム（ＫＯＨ）融液が用いられた。ＫＯＨ融液の温度は、５００℃以上５５０℃以下程度とした。エッチング時間は、５分以上１０分以下程度とした。中央領域１２において、マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々を特定した。マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々の数を中央領域１２の面積で除することにより、マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々の面密度を求めた。
　（面密度の測定結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２は、マイクロパイプ１、貫通螺旋転位２および貫通刃状転位３の各々の面密度を示している。表２に示されるように、サンプル１から４に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２におけるマイクロパイプ１の面密度は、それぞれ１．５ｃｍ-2、０．８ｃｍ-2、０．９ｃｍ-2および０．５ｃｍ-2であった。サンプル１から４に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２における貫通螺旋転位２の面密度は、それぞれ２６００ｃｍ-2、９００ｃｍ-2、９００ｃｍ-2および７００ｃｍ-2であった。サンプル１から４に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２における貫通刃状転位３の面密度は、それぞれ５２００ｃｍ-2、１３００ｃｍ-2、１５００ｃｍ-2および１３００ｃｍ-2であった。
　図１２は、サンプル１に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２におけるマイクロパイプ１の分布を示す図である。図１２に示されるように、マイクロパイプ１が４個超である正方領域５１の数は、６個であった。マイクロパイプ１が４個である正方領域５１の数は、８個であった。マイクロパイプ１が３個である正方領域５１の数は、５個であった。マイクロパイプ１が２個である正方領域５１の数は、２２個であった。マイクロパイプ１が１個である正方領域５１の数は、２７個であった。その他の正方領域５１においては、マイクロパイプ１は観測されなかった。
　図１３は、サンプル２に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２におけるマイクロパイプ１の分布を示す図である。図１３に示されるように、マイクロパイプ１が２個である正方領域５１の数は、１４個であった。マイクロパイプ１が１個である正方領域５１の数は、３４個であった。その他の正方領域５１においては、マイクロパイプ１は観測されなかった。
　図１４は、サンプル３に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２におけるマイクロパイプ１の分布を示す図である。図１４に示されるように、マイクロパイプ１が２個である正方領域５１の数は、５個であった。マイクロパイプ１が１個である正方領域５１の数は、２９個であった。その他の正方領域５１においては、マイクロパイプ１は観測されなかった。
　図１５は、サンプル４に係る炭化珪素基板１００の中央領域１２におけるマイクロパイプ１の分布を示す図である。図１５に示されるように、マイクロパイプ１が２個である正方領域５１の数は、１５個であった。マイクロパイプ１が１個である正方領域５１の数は、３８個であった。その他の正方領域５１においては、マイクロパイプ１は観測されなかった。
　（不純物濃度の測定方法）
　バナジウム、窒素およびホウ素の各々の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定した。ＳＩＭＳにおいては、Ｃａｍｅｃａ社製の二次イオン質量分析装置であるＩＭＳ７ｆを使用した。ＳＩＭＳにおける測定条件は、一次イオンがＯ２ ＋、一次イオンエネルギーが８ｋｅＶという測定条件を用いた。
　（不純物濃度の測定結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３は、第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウム濃度を示している。表３に示されるように、サンプル１、３および４に係る炭化珪素基板１００においては、第１位置３１、第２位置３２、第３位置３３、第４位置３４および第５位置３５の各々におけるバナジウムの濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上であった。一方、サンプル２に係る炭化珪素基板１００においては、第２位置３２および第４位置３４の各々におけるバナジウムの濃度は、１×１０17ｃｍ-3未満であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４は、窒素濃度およびホウ素濃度を示している。表４に示されるように、サンプル１から４に係る炭化珪素基板１００の第１主面１０の中央における窒素濃度は、それぞれ６．２×１０16ｃｍ-3、４．８×１０16ｃｍ-3、４．２×１０16ｃｍ-3および４．５×１０16ｃｍ-3であった。サンプル１から４に係る炭化珪素基板１００の第１主面１０の中央におけるホウ素濃度は、それぞれ２．８×１０15ｃｍ-3、２．２×１０15ｃｍ-3、１．８×１０15ｃｍ-3および１．８×１０15ｃｍ-3であった。
　以上の結果によれば、本実施形態に係る炭化珪素基板１００の製造方法を用いることにより、複数の正方領域５１の各々における電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上であり、且つ、中央領域１２におけるマイクロパイプ１の面密度は１個ｃｍ-2以下である炭化珪素基板１００が得られることが確認された。
　今回開示された実施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実施形態ではなく請求の範囲によって示され、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　マイクロパイプ、２　貫通螺旋転位、３　貫通刃状転位、１０　第１主面（主面）、１１　外周領域、１２　中央領域、１３　境界、１４　外縁、２０　第２主面、３０　外周側面、３１　第１位置、３２　第２位置、３３　第３位置、３４　第４位置、３５　第５位置、５１　正方領域、６１　第１放射温度計、６２　第２放射温度計、６３　第３放射温度計、６４　チャンバ、６５　接続部材、７０　第１坩堝、７１　上部抵抗ヒータ、７２　側部抵抗ヒータ、７３　下部抵抗ヒータ、７４　第１ヒータ部、７５　第１断熱材（断熱材）、７６　第３貫通孔、７７　第１貫通孔、７８　第４貫通孔、７９　第２貫通孔、８０　第２坩堝、８１　第２ヒータ部、８２　第２断熱材、８３　第５貫通孔、９０　ヒータ、９１　炭化珪素粉末、９２　炭化珪素種結晶、９３　粉末、９４　炭化珪素単結晶、１００　炭化珪素基板、１０１　第１方向、１０２　第２方向、１０３　第３方向、２００　製造装置、Ａ　厚み、Ｗ１　直径　。

Claims (16)

  1. 　主面を有し、かつバナジウムがドーピングされた炭化珪素基板であって、
    　前記主面は、外縁と、前記外縁から５ｍｍ以内の領域である外周領域と、前記外周領域に取り囲まれた中央領域とにより構成されており、
    　前記中央領域を一辺の長さが５ｍｍである複数の正方領域に区分した場合、前記複数の正方領域の各々における電気抵抗率は１×１０11Ωｃｍ以上であり、
    　前記中央領域におけるマイクロパイプの面密度は、１個ｃｍ-2以下である、炭化珪素基板。
  2. 　前記主面に対して垂直な方向に見て、前記外周領域と前記中央領域との境界は、第１位置と、前記第１位置から９０°時計回りに回転した第２位置と、前記第２位置から９０°時計回りに回転した第３位置と、前記第３位置から時計回りに９０°回転した第４位置とを含み、
    　前記主面の中央を第５位置とすると、前記第１位置、前記第２位置、前記第３位置、前記第４位置および前記第５位置の各々におけるバナジウムの濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上である、請求項１に記載の炭化珪素基板。
  3. 　前記第１位置、前記第２位置、前記第３位置、前記第４位置および前記第５位置の各々におけるバナジウムの濃度は、２×１０17ｃｍ-3以上である、請求項２に記載の炭化珪素基板。
  4. 　前記第１位置、前記第２位置、前記第３位置、前記第４位置および前記第５位置の各々におけるバナジウムの濃度は、３×１０17ｃｍ-3以下である、請求項２または請求項３に記載の炭化珪素基板。
  5. 　前記複数の正方領域の各々におけるマイクロパイプの数は、２個以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
  6. 　前記主面の中央における窒素濃度は、４×１０16ｃｍ-3以上である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
  7. 　前記中央領域における貫通螺旋転位の面密度は、１０００個ｃｍ-2以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
  8. 　前記中央領域における貫通刃状転位の面密度は、１５００個ｃｍ-2以下である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
  9. 　前記炭化珪素基板を構成する炭化珪素のポリタイプは４Ｈである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素基板。
  10. 　炭化珪素粉末と炭化珪素種結晶とが配置された第１坩堝と、バナジウムを含む粉末が配置されかつ前記第１坩堝と接続部材により接続された第２坩堝とを準備する工程と、
    　前記第１坩堝および前記第２坩堝の各々を加熱する工程と、を備え、
    　前記第１坩堝および前記第２坩堝の各々を加熱する工程においては、前記バナジウムを含む粉末が昇華し且つ前記接続部材を介して前記第１坩堝に導入され、前記炭化珪素粉末が昇華し且つ前記炭化珪素種結晶上において再結晶することにより、前記炭化珪素種結晶上にバナジウムがドーピングされた炭化珪素単結晶が成長し、
    　前記第１坩堝および前記第２坩堝の各々を加熱する工程においては、前記バナジウムを含む粉末の温度は、前記炭化珪素粉末の温度よりも低い、炭化珪素基板の製造方法。
  11. 　前記第１坩堝および前記第２坩堝の各々を加熱する工程においては、前記第２坩堝の温度は、前記第１坩堝の温度とは独立して制御される、請求項１０に記載の炭化珪素基板の製造方法。
  12. 　前記バナジウムを含む粉末は、炭化バナジウムである、請求項１０または請求項１１に記載の炭化珪素基板の製造方法。
  13. 　前記第１坩堝および前記第２坩堝の各々を加熱する工程においては、前記バナジウムを含む粉末の温度と、前記炭化珪素粉末の温度との差は、２００℃以上４００℃以下である、請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の炭化珪素基板の製造方法。
  14. 　炭化珪素粉末と炭化珪素種結晶とが配置される第１坩堝と、
    　バナジウムを含む粉末が配置されかつ前記第１坩堝と接続された第２坩堝と、
    　前記バナジウムを含む粉末の温度が前記炭化珪素粉末の温度よりも低くなるように前記第１坩堝および前記第２坩堝の各々を加熱するヒータと、を備えた、炭化珪素基板の製造装置。
  15. 　前記ヒータは、前記第１坩堝を加熱する第１ヒータ部と、前記第２坩堝を加熱する第２ヒータ部とを含み、
    　前記第２ヒータ部は、前記第１ヒータ部とは独立して制御される、請求項１４に記載の炭化珪素基板の製造装置。
  16. 　前記第１坩堝と前記第２坩堝との間に配置された断熱材をさらに備えている、請求項１４または請求項１５に記載の炭化珪素基板の製造装置。
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