WO2023233887A1 - 炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 - Google Patents

炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 Download PDF

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silicon carbide
region
void
less
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PCT/JP2023/016669
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貴洋 椎原
直樹 梶
俊策 上田
恭子 沖田
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住友電気工業株式会社
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    • 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
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    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
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    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, and a silicon carbide semiconductor device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-090216, which is a Japanese patent application filed on June 2, 2022. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 describes a method for producing silicon carbide crystals.
  • a silicon carbide substrate includes a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface.
  • a first void exists in the first main surface.
  • the surface density of the first voids is less than 0.9 voids/cm 2 .
  • the width of the first void when viewed in the direction perpendicular to the first main surface is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. When viewed in a direction parallel to the first main surface, the width of the first void increases from the first main surface toward the second main surface.
  • the depth of the first void is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate when viewed in a direction parallel to the first main surface.
  • the first main surface is a carbon surface or a surface inclined at an off angle of 8 degrees or less with respect to the carbon surface.
  • 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 in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of region III in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 5A is an enlarged schematic cross-sectional view of area VA in FIG. 4.
  • FIG. FIG. 5B is an enlarged schematic cross-sectional view of region VB in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a perspective plan view showing the configuration of the first rectangular parallelepiped region.
  • FIG. 7 is a perspective plan view showing the configuration of the second rectangular parallelepiped region.
  • FIG. 8 is an enlarged schematic plan view of the second principal surface.
  • 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 in FIG.
  • FIG. 9 is an enlarged schematic cross-sectional view of region IX in FIG.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing a state in which the first principal surface is divided into a plurality of square regions.
  • FIG. 11A is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide crystal manufacturing apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 11B is a schematic diagram showing the relationship between temperature and time in the step of firing a crucible and a graphite member placed in the crucible.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a step of arranging a silicon carbide raw material and a seed substrate inside a crucible.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a silicon carbide crystal growth process.
  • FIG. 11A is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide crystal manufacturing apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 11B is a schematic diagram showing the relationship between temperature and time in the step of firing a crucible and
  • FIG. 14 is an enlarged schematic diagram showing the configuration of region XIV in FIG. 13.
  • FIG. 15 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming the body region.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a source region.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a trench on the third main surface of the silicon carbide epitaxial layer.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate insulating film.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon
  • An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that can improve the yield of silicon carbide semiconductor devices.
  • a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that can improve the yield of silicon carbide semiconductor devices According to the present disclosure, it is possible to provide a silicon carbide substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device that can improve the yield of silicon carbide semiconductor devices.
  • Silicon carbide substrate 100 includes first main surface 1 and second main surface 2 on the opposite side of first main surface 1.
  • a first void 10 exists in the first principal surface 1 .
  • the areal density of the first voids 10 is less than 0.9 voids/cm 2 .
  • the width of the first void 10 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. When viewed in a direction parallel to the first main surface 1, the width of the first void 10 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
  • the depth of first void 10 is smaller than the thickness of silicon carbide substrate 100 when viewed in a direction parallel to first main surface 1 .
  • the first principal surface 1 is a carbon surface or a surface inclined at an off angle ⁇ of 8° or less with respect to the carbon surface.
  • Silicon carbide substrate 100 includes first main surface 1 and second main surface 2 on the opposite side of first main surface 1.
  • a first void 10 exists on the first main surface 1
  • a second void 20 exists on the second main surface 2.
  • the surface density of the second voids 20 is less than 0.9 voids/cm 2 .
  • each of the first void 10 and the second void 20 has a width of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the width of each of the first void 10 and the second void 20 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
  • first void 10 and second void 20 are smaller than the thickness of silicon carbide substrate 100 when viewed in a direction parallel to first main surface 1 .
  • the second principal surface 2 is a silicon surface or a surface inclined at an off angle ⁇ of 8° or less with respect to the silicon surface.
  • the plurality of square regions 30 have a penetrating A first region 31 in which the areal density of screw dislocations 4 is 3000 pieces/cm 2 or more, a second region 32 in which the areal density of threading screw dislocations 4 is 1000 pieces/cm 2 or more and less than 3000 pieces/cm 2 , and
  • the third region 33 may have a surface density of screw dislocations 4 of less than 1000 pieces/cm 2 .
  • the ratio of the area of the first region 31 to the total area of the first region 31, the second region 32, and the third region 33 may be 1% or more and 10% or less.
  • the ratio of the area of the first region 31 to the total area of the first region 31, the second region 32, and the third region 33 is 5% or more. There may be.
  • the areal density of threading screw dislocations 4 on second main surface 2 may be 1500 pieces/cm 2 or less. .
  • first carbon inclusions 71 are present in first rectangular parallelepiped region 61 of silicon carbide substrate 100. You may. In the direction perpendicular to the first main surface 1, the distance from the first main surface 1 to the upper end surface of the first rectangular parallelepiped region 61 is 50 ⁇ m, and the distance below the first main surface 1 and the first rectangular parallelepiped region 61 is 50 ⁇ m. The distance to the end face may be 200 ⁇ m.
  • the length of the long side of the first rectangular parallelepiped region 61 is 0.82 mm, and the length of the short side of the first rectangular parallelepiped region 61 is 0.7 mm. It may be.
  • the first void 10 may overlap the first rectangular parallelepiped region 61 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
  • the maximum length of the first carbon inclusion 71 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 may be 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • second carbon inclusions 72 are present in second rectangular parallelepiped region 62 of silicon carbide substrate 100. You may. In the direction perpendicular to the first main surface 1, the distance from the first main surface 1 to the upper end surface of the second rectangular parallelepiped region 62 is 50 ⁇ m, and the distance below the first main surface 1 and the second rectangular parallelepiped region 62 is 50 ⁇ m. The distance to the end face may be 200 ⁇ m.
  • the length of the long side of the second rectangular parallelepiped region 62 is 0.82 mm, and the length of the short side of the second rectangular parallelepiped region 62 is 0.7 mm. It may be.
  • the areal density of threading screw dislocations 4 in the region of the first main surface 1 overlapping with the second rectangular parallelepiped region 62 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 may be 3000 pieces/cm 2 or more.
  • the maximum length of the second carbon inclusion 72 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 may be 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • first main surface 1 may have a diameter of 150 mm or more.
  • the first main surface 1 is a surface inclined at an off angle ⁇ of 1° or more and 4° or less with respect to the carbon surface. It may be.
  • Silicon carbide epitaxial substrate 200 includes silicon carbide substrate 100 according to any one of (1) to (9) above, and silicon carbide epitaxial layer 60 provided on silicon carbide substrate 100. We are prepared.
  • a method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 400 according to the present disclosure includes the following steps. Silicon carbide epitaxial substrate 200 described in (10) above is prepared. Silicon carbide epitaxial substrate 200 is processed. [Details of embodiments of the present disclosure] Hereinafter, details of embodiments of the present disclosure will be described based on the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the crystallographic descriptions in this specification, individual orientations are indicated by [], collective orientations are indicated by ⁇ >, individual planes are indicated by (), and collective planes are indicated by ⁇ , respectively. Regarding negative indexes, a "-" (bar) is supposed to be placed above the number in terms of crystallography, but in this specification, a negative sign is placed in front of the number.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of silicon carbide substrate 100 according to this embodiment.
  • silicon carbide substrate 100 has first main surface 1 and outer peripheral side surface 9.
  • the first main surface 1 extends along each of a first direction 101 and a second direction 102.
  • the first direction 101 is, for example, the ⁇ 11-20> direction, although it is not particularly limited.
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 1-100> direction, although it is not particularly limited.
  • the off direction is, for example, the first direction 101.
  • Silicon carbide substrate 100 is made of, for example, hexagonal silicon carbide.
  • the polytype of hexagonal silicon carbide is, for example, 4H.
  • Silicon carbide substrate 100 contains, for example, n-type impurities such as nitrogen.
  • the first main surface 1 is a carbon surface or a surface inclined in the off direction with respect to the carbon surface.
  • the first principal surface 1 is a (000-1) plane or a plane inclined in the off direction with respect to the (000-1) plane.
  • the second main surface 2 (see FIG. 2) is a silicon surface or a surface inclined in the off direction with respect to the silicon surface.
  • the second principal surface 2 is a (0001) plane or a plane inclined in the off direction with respect to the (0001) plane.
  • the outer peripheral side surface 9 has an orientation flat portion 7 and an arcuate portion 8.
  • the arcuate portion 8 is continuous with the orientation flat portion 7.
  • the orientation flat portion 7 extends along a first direction 101 when viewed from a direction perpendicular to the first main surface 1.
  • the diameter W1 of the first main surface 1 is, for example, 150 mm.
  • the diameter W1 may be 150 mm or more, or 200 mm or more.
  • the upper limit of the diameter W1 is not particularly limited, but may be, for example, 300 mm or less. When viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1, the diameter W1 is the longest straight distance between two different points on the outer circumferential side surface 9.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1.
  • the cross section shown in FIG. 2 is perpendicular to the first main surface 1 and parallel to the first direction 101.
  • silicon carbide substrate 100 according to this embodiment has second main surface 2. As shown in FIG. The second main surface 2 is on the opposite side of the first main surface 1.
  • Thickness E1 of silicon carbide substrate 100 is, for example, 300 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less.
  • the 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 off angle ⁇ of the surface inclined in the off direction with respect to the carbon surface may be 8 degrees or less.
  • the upper limit of the off-angle ⁇ is not particularly limited, but may be, for example, 6° or less, or 4° or less.
  • the lower limit of the off-angle ⁇ is not particularly limited, but may be, for example, 1° or more, or 2° or more.
  • the off direction of the surface inclined in the off direction with respect to the carbon surface is not particularly limited, but is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of region III in FIG. 1.
  • one or more first voids 10 are present in the first main surface 1.
  • the opening of the first void 10 has a hexagonal shape, for example, when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1.
  • the shape of the opening of the first void 10 is not particularly limited, and may be, for example, circular, oval, or polygonal other than hexagonal.
  • the width of the first void 10 (first width A1) when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the width of the first void 10 is the maximum width between any two points in the opening of the first void 10.
  • the width of the first void 10 may be, for example, the width along the off direction.
  • the lower limit of the first width A1 is not particularly limited, but may be, for example, 20 ⁇ m or more, or 30 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the first width A1 is not particularly limited, but may be, for example, 80 ⁇ m or less, or 60 ⁇ m or less.
  • the surface density of the first voids 10 is less than 0.9 voids/cm 2 .
  • the upper limit of the areal density of the first voids 10 is not particularly limited, but may be, for example, 0.6 voids/cm 2 or less, or 0.4 voids/cm 2 or less.
  • the lower limit of the areal density of the first voids 10 is not particularly limited, but may be, for example, 0.02 voids/cm 2 or more, 0.05 voids/cm 2 or more, or 0.15 voids/cm 2 or more.
  • the number of particles/cm 2 or more may be sufficient.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • the cross section shown in FIG. 4 is perpendicular to the first main surface 1 and parallel to the first direction 101.
  • the width of the first void 10 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2 when viewed in a direction parallel to the first main surface 1.
  • FIG. 5A is an enlarged schematic cross-sectional view of area VA in FIG. 4.
  • the first void 10 has a first opening 11, a first side surface 12, and a first bottom 13.
  • the first opening 11 is located on the first main surface 1.
  • the first bottom portion 13 is located between the first main surface 1 and the second main surface 2.
  • the first side surface portion 12 is located between the first opening portion 11 and the first bottom portion 13.
  • the first side surface portion 12 is continuous with each of the first opening portion 11 and the first bottom portion 13 .
  • the first side surface portion 12 may be linear.
  • the shape of the first void 10 is, for example, a trapezoid when viewed in a direction parallel to the first main surface 1.
  • the upper base of the trapezoid is located at the first opening 11 .
  • the lower base of the trapezoid is located at the first base 13.
  • the width of the first bottom portion 13 is larger than the width of the first opening 11 when viewed in a direction parallel to the first main surface 1 .
  • first depth B1 The depth of first void 10 (first depth B1) is smaller than the thickness of silicon carbide substrate 100 when viewed in a direction parallel to first main surface 1 . In other words, first void 10 does not penetrate silicon carbide substrate 100 . The first void 10 is exposed only on the first main surface 1 and not on the second main surface 2.
  • the first depth B1 may be greater than or equal to the width (first width A1) of the first void 10 on the first main surface 1.
  • the first depth B1 may be the same as the first width A1 or may be larger than the first width A1.
  • the upper limit of the first depth B1 is not particularly limited, but may be, for example, five times or less, or three times or less the width of the first bottom portion 13 of the first void 10.
  • a carbon inclusion (first carbon inclusion 71) exists below the first void 10.
  • the first carbon inclusion 71 may face the first bottom 13 of the first void 10 .
  • First carbon inclusion 71 is embedded in silicon carbide region 15 of silicon carbide substrate 100 .
  • the distance between first main surface 1 and first carbon inclusion 71 is, for example, 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the first carbon inclusion 71 exists in the first rectangular parallelepiped region 61 that is 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less away from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
  • first distance D11 the distance from the first main surface 1 to the upper end surface of the first rectangular parallelepiped region 61
  • second distance D12 the distance from the first main surface 1 to the lower end surface of the first rectangular parallelepiped region 61
  • third distance D13 the distance from the lower end surface to the upper end surface of the first rectangular parallelepiped region 61
  • FIG. 5B is an enlarged schematic cross-sectional view of region VB in FIG. 4.
  • first distance D21 the distance from the first main surface 1 to the upper end surface of the second rectangular parallelepiped region 62
  • second distance D22 the distance from the first main surface 1 to the lower end surface of the second rectangular parallelepiped region 62
  • third distance D23 the distance from the lower end surface to the upper end surface of the second rectangular parallelepiped region 62 (third distance D23) is 150 ⁇ m.
  • FIG. 6 is a perspective plan view showing the configuration of the first rectangular parallelepiped region 61.
  • the first rectangular parallelepiped region 61 has a rectangular shape when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1.
  • the length of the long side of the first rectangular parallelepiped region 61 (first length L11) is 0.82 mm.
  • the long sides of the first rectangular parallelepiped region 61 are parallel to the first direction 101.
  • the length of the short side (second length L12) of the first rectangular parallelepiped region 61 is 0.7 mm.
  • the short sides of the first rectangular parallelepiped region 61 are parallel to the second direction 102 .
  • the first void 10 overlaps with the first rectangular parallelepiped region 61 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
  • the first rectangular parallelepiped region 61 is determined such that the center of the first void 10 coincides with the center of the first rectangular parallelepiped region 61 when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1 .
  • the maximum length F1 of the first carbon inclusion 71 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 is 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the first carbon inclusion 71 existing in the first rectangular parallelepiped region 61 is shown. As shown in FIG. 6, in the first rectangular parallelepiped region 61, there may be 10 or more and 20 or less first carbon inclusions 71.
  • the lower limit of the number of first carbon inclusions 71 present in the first rectangular parallelepiped region 61 is not particularly limited, but may be, for example, 11 or more, or 12 or more.
  • the upper limit of the number of first carbon inclusions 71 present in the first rectangular parallelepiped region 61 is not particularly limited, but may be, for example, 19 or less, or 18 or less.
  • FIG. 7 is a perspective plan view showing the configuration of the second rectangular parallelepiped region 62.
  • the shape of the second rectangular parallelepiped region 62 is rectangular when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1.
  • the length of the long side of the second rectangular parallelepiped region 62 (first length L21) is 0.82 mm.
  • the long sides of the second rectangular parallelepiped region 62 are parallel to the first direction 101.
  • the length of the short side (second length L22) of the second rectangular parallelepiped region 62 is 0.7 mm.
  • the short sides of the second rectangular parallelepiped region 62 are parallel to the second direction 102.
  • the second rectangular parallelepiped region 62 is a region spaced from the first main surface 1 toward the second main surface 2 by 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. Above the second rectangular parallelepiped region 62, there is a region where threading screw dislocations 4 are concentrated. Specifically, when viewed in the direction perpendicular to the first principal surface 1, the areal density of threading screw dislocations 4 in the region of the first principal surface 1 overlapping with the second rectangular parallelepiped region 62 is 3000 dislocations/cm 2 or more. It is.
  • the second rectangular parallelepiped is arranged so that the center of the region of the first main surface 1 that overlaps with the second rectangular parallelepiped region 62 coincides with the center of the first region 31, which will be described later, when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1. Region 62 is determined.
  • the second rectangular parallelepiped region 62 includes a second carbon inclusion 72 .
  • Second carbon inclusion 72 is embedded in silicon carbide region 15 of silicon carbide substrate 100 .
  • the maximum length F2 of the second carbon inclusion 72 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 is 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • a second carbon inclusion 72 existing in the second rectangular parallelepiped region 62 is shown. As shown in FIG. 7, in the second rectangular parallelepiped region 62, there are 3 or more and less than 10 second carbon inclusions 72.
  • the lower limit of the number of second carbon inclusions 72 present in the second rectangular parallelepiped region 62 is not particularly limited, but may be, for example, four or more, or five or more.
  • the upper limit of the number of second carbon inclusions 72 present in the second rectangular parallelepiped region 62 is not particularly limited, but may be less than nine or less than eight, for example.
  • FIG. 8 is an enlarged schematic plan view of the second main surface 2. As shown in FIG. 8, one or more second voids 20 are present in the second main surface 2.
  • the shape of the opening of the second void 20 when viewed in the direction perpendicular to the second main surface 2 is, for example, hexagonal.
  • the shape of the opening of the second void 20 is not particularly limited, and may be, for example, circular, oval, or polygonal other than hexagonal.
  • the width of the second void 20 (second width A2) when viewed in the direction perpendicular to the second main surface 2 is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the width of the second void 20 is the maximum width between any two points in the opening of the second void 20.
  • the width of the second void 20 may be, for example, the width along the off direction.
  • the lower limit of the second width A2 is not particularly limited, but may be, for example, 20 ⁇ m or more, or 30 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the second width A2 is not particularly limited, but may be, for example, 80 ⁇ m or less, or 60 ⁇ m or less.
  • the surface density of the second voids 20 is less than 0.9 voids/cm 2 .
  • the upper limit of the areal density of the second voids 20 is not particularly limited, but may be, for example, 0.6 voids/cm 2 or less, or 0.4 voids/cm 2 or less.
  • the lower limit of the areal density of the second voids 20 is not particularly limited, but may be, for example, 0.02 voids/cm 2 or more, 0.05 voids/cm 2 or more, or 0.15 voids/cm 2 or more.
  • the number of particles/cm 2 or more may be sufficient.
  • FIG. 9 is an enlarged schematic cross-sectional view of region IX in FIG. 4.
  • the second void 20 has a second opening 21 , a second side surface 22 , and a second bottom 23 .
  • the second opening 21 is located on the second main surface 2.
  • the second bottom portion 23 is located between the first main surface 1 and the second main surface 2.
  • the second side surface portion 22 is located between the second opening portion 21 and the second bottom portion 23.
  • the second side surface portion 22 is continuous with each of the second opening portion 21 and the second bottom portion 23 .
  • the second side surface portion 22 may be linear when viewed in a direction parallel to the second main surface 2.
  • the shape of the second void 20 is, for example, a triangle when viewed in a direction parallel to the first main surface 1.
  • the base of the triangle is located at the second opening 21.
  • the apex of the triangle is located at the second bottom 23.
  • the depth of second void 20 (second depth B2) is smaller than the thickness of silicon carbide substrate 100 when viewed in a direction parallel to first main surface 1 . In other words, second void 20 does not penetrate silicon carbide substrate 100 . The second void 20 is exposed only on the second main surface 2 and not on the first main surface 1.
  • the second depth B2 may be greater than or equal to the width (second width A2) of the second void 20 on the second main surface 2.
  • the second depth B2 may be the same as the second width A2, or may be larger than the second width A2.
  • the upper limit of the second depth B2 is not particularly limited, but may be, for example, five times or less, or three times or less the width of the second opening 21 of the second void 20.
  • third voids 14 are formed in silicon carbide substrate 100.
  • Third void 14 is located inside silicon carbide substrate 100.
  • Third void 14 is closed inside silicon carbide substrate 100 .
  • the third void 14 is not exposed on either the first main surface 1 or the second main surface 2.
  • the width of the third void 14 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2 .
  • the shape of the third void 14 when viewed in a direction parallel to the first main surface 1 is, for example, a triangle.
  • Each of the first void 10 and the second void 20 is identified using an optical microscope. It opens on the first main surface 1 and has a width of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1, and the width increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
  • a bottomed hole in which the value becomes larger is specified as the first void 10.
  • the value obtained by dividing the number of first voids 10 in the measurement area of the first main surface 1 by the area of the measurement area of the first main surface 1 is taken as the areal density of the first voids 10. Note that the area within 5 mm from the outer circumferential side surface 9 on the first principal surface 1 is outside the measurement area.
  • the second main surface 2 has a width of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less when viewed in a direction perpendicular to the second main surface 2, and has an opening on the second main surface 2.
  • a bottomed hole whose width increases toward the end is identified as the second void 20.
  • the value obtained by dividing the number of second voids 20 in the measurement region of the second main surface 2 by the area of the measurement region of the second main surface 2 is taken as the areal density of the second voids 20. Note that the area within 5 mm from the outer circumferential side surface 9 on the second main surface 2 is outside the measurement area.
  • FIG. 10 is a schematic plan view showing a state in which the measurement area of the first main surface 1 excluding the area within 5 mm from the outer peripheral side surface 9 is divided into a plurality of square areas 30.
  • the length of one side of each of the plurality of square regions 30 is 5 mm.
  • the first side of each of the plurality of square regions 30 is parallel to the first direction 101.
  • the second side of each of the plurality of square regions 30 is parallel to the second direction 102.
  • the second side is continuous with the first side.
  • the number of square regions 30 increases from below to above the first main surface 1 along the second direction 102, for example, 7, 13, 17, 19, 21 pieces, 23 pieces, 23 pieces, 25 pieces, 25 pieces, 26 pieces, 27 pieces, 27 pieces, 27 pieces, 27 pieces, 27 pieces, 27 pieces, 27 pieces, 26 pieces, 25 pieces, 25 pieces, 23 pieces , 23, 21, 19, 17, 13, and 7.
  • the plurality of square areas 30 include a first area 31, a second area 32, and a third area 33.
  • the first region 31 is a region in which the surface density of threading screw dislocations 4 is 3000 pieces/cm 2 or more.
  • the second region 32 is a region in which the areal density of threading screw dislocations 4 is 1000 or more/cm 2 or more and less than 3000/cm 2 .
  • the third region 33 is a region in which the areal density of threading screw dislocations 4 is less than 1000 pieces/cm 2 .
  • the ratio of the area of the first region 31 to the total area of the first region 31, the second region 32, and the third region 33 may be, for example, 1% or more and 10% or less.
  • the lower limit of the ratio of the area of the first region 31 to the total area of the first region 31, the second region 32, and the third region 33 is not particularly limited, but may be, for example, 3% or more, or 5% or more. It may be.
  • the upper limit of the ratio of the area of the first region 31 to the total area of the first region 31, the second region 32, and the third region 33 is not particularly limited, but may be, for example, 9% or less, or 8% or less. It may be.
  • the surface density of threading screw dislocations 4 on the second main surface 2 is, for example, 1500 dislocations/cm 2 or less.
  • the upper limit of the areal density of threading screw dislocations 4 on the second main surface 2 is not particularly limited, but may be, for example, 1400 dislocations/cm 2 or less, or 1300 dislocations/cm 2 or less.
  • the lower limit of the areal density of threading screw dislocations 4 on the second main surface 2 is not particularly limited, but may be, for example, 500 dislocations/cm 2 or more, or 900 dislocations/cm 2 or more.
  • the areal density of threading screw dislocations 4 is measured using, for example, molten potassium hydroxide (KOH). Specifically, etch pits are formed on the second main surface 2 by etching the silicon carbide region near the threading screw dislocations 4 exposed on the second main surface 2 by molten KOH. The observation area of the etch pit is, for example, 0.82 mm x 0.70 mm. The observation areas are set at equal intervals in each of the first direction 101 and the second direction 102. The pitch of the observation areas is 5 mm. In the molten KOH, at least one of sodium peroxide (Na 2 O 2 ), barium peroxide (BaO 2 ), and sodium nitrate (NaNO 3 ) may be added.
  • KOH molten potassium hydroxide
  • the number of etch pits caused by threading screw dislocations 4 is measured in all observation areas.
  • the value obtained by dividing the total number of the etch pits in all observation areas by the total area of the observation areas corresponds to the areal density of threading screw dislocations 4 on the second main surface 2.
  • the temperature of the KOH melt is, for example, approximately 500°C or higher and 550°C or lower.
  • Etching time is about 5 minutes or more and 10 minutes or less.
  • the observation area of the second principal surface 2 is observed using a Normalski differential interference microscope.
  • FIG. 11A is a schematic partial cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide crystal manufacturing apparatus according to this embodiment.
  • silicon carbide crystal manufacturing apparatus 300 mainly includes crucible 130, first resistance heater 141, second resistance heater 142, and third resistance heater 143.
  • Crucible 130 is made of graphite.
  • the crucible 130 has a raw material storage section 132 and a lid section 131.
  • the lid part 131 is arranged on the raw material storage part 132.
  • a graphite member (not shown) is placed inside the crucible 130.
  • the first resistance heater 141 is arranged above the lid part 131.
  • the second resistance heater 142 is arranged so as to surround the outer periphery of the raw material storage section 132.
  • the third resistance heater 143 is arranged below the bottom surface of the raw material storage section 132.
  • the crucible 130 is heated by applying electric power to the first resistance heater 141, the second resistance heater 142, and the third resistance heater 143.
  • a method for manufacturing silicon carbide substrate 100 will be described.
  • a step of firing a crucible and a graphite member placed in the crucible is performed. Specifically, a crucible and a graphite member disposed within the crucible are heated to a temperature of 3000° C. in an argon gas atmosphere.
  • the heating time of the crucible is, for example, 10 hours.
  • the pressure of argon gas is, for example, 10 kPa.
  • FIG. 11B is a schematic diagram showing the relationship between temperature and time in the process of firing a crucible and a graphite member placed in the crucible.
  • the vertical axis represents temperature and the horizontal axis represents time.
  • the temperature of the crucible 130 increases from the first temperature C1 to the second temperature C2 from the first time T1 to the second time T2.
  • the first temperature C1 is, for example, 1100°C.
  • the second temperature C2 is, for example, 2200°C.
  • the temperature of the crucible 130 increases from the second temperature C2 to the third temperature C3 from the second time T2 to the third time T3.
  • the third temperature C3 is the highest temperature reached.
  • the third temperature C3 is, for example, 3000°C.
  • the temperature increase rate in the first temperature increase step is, for example, 100° C./hour.
  • the temperature increase rate in the second temperature increase step is 20° C./hour or less.
  • the temperature increase rate in the second temperature increase step is lower than the temperature increase rate in the first temperature increase step.
  • a firing process is performed. From the third time T3 to the fourth time T4, the temperature of the crucible 130 is maintained at the third temperature C3. The time from the third time point T3 to the fourth time point T4 is the firing time.
  • a cooling step is performed. The crucible 130 is cooled from the fourth time point T4. In order to prevent the member from cracking, the crucible 130 is slowly cooled until the temperature of the crucible 130 reaches the first temperature C1. The cooling rate of the crucible 130 is 20° C./hour or less.
  • the pressure of the atmospheric gas in the crucible 130 is maintained at, for example, about 10 kPa.
  • the atmospheric gas contains an inert gas such as argon gas or helium gas.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a step of arranging a silicon carbide raw material and a seed substrate inside a crucible.
  • silicon carbide raw material 153 is placed in raw material storage section 132.
  • Silicon carbide raw material 153 is, for example, polycrystalline silicon carbide powder.
  • Seed substrate 150 is fixed to lid 131 using, for example, an adhesive (not shown).
  • Seed substrate 150 has a growth surface 151 and a mounting surface 152. Attachment surface 152 is on the opposite side from growth surface 151.
  • Growth surface 151 faces silicon carbide raw material 153.
  • the mounting surface 152 faces the lid portion 131.
  • Growth surface 151 of seed substrate 150 is arranged to face the surface of silicon carbide raw material 153.
  • Seed substrate 150 is, for example, a silicon carbide single crystal substrate whose polytype is 4H.
  • the diameter of the growth surface 151 is, for example, 150 mm.
  • the diameter of the growth surface 151 may be 150 mm or more.
  • the growth surface 151 is, for example, a carbon surface or a surface inclined at an off angle of about 8° or less with respect to the carbon surface. As described above, seed substrate 150 and silicon carbide raw material 153 are prepared.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the growth process of silicon carbide crystal.
  • the pressure in crucible 130 is reduced while the temperature of growth surface 151 of seed substrate 150 is lower than the temperature of silicon carbide raw material 153.
  • the pressure of the atmospheric gas in the crucible 130 is reduced to, for example, 1.0 kPa.
  • silicon carbide raw material 153 starts to sublimate, and the sublimated silicon carbide gas recrystallizes on growth surface 151 of seed substrate 150 .
  • Single crystal growth of silicon carbide crystal 110 begins on growth surface 151 of seed substrate 150 .
  • the pressure within crucible 130 is maintained at, for example, approximately 0.1 kPa or more and 3 kPa or less.
  • silicon carbide crystal 110 is grown on seed substrate 150 by subliming silicon carbide raw material 153.
  • the temperature of silicon carbide crystal 110 is, for example, 2100° C. or higher and 2300° C. or lower.
  • the lower limit of the temperature of silicon carbide crystal 110 is not particularly limited, but may be, for example, 2125° C. or higher, or 2150° C. or higher.
  • the upper limit of the temperature of silicon carbide crystal 110 is not particularly limited, but may be, for example, 2250° C. or lower or 2275° C. or lower.
  • FIG. 14 is an enlarged schematic diagram showing the configuration of region XIV in FIG. 13.
  • a plurality of third voids 14 are formed inside silicon carbide crystal 110.
  • each of the plurality of third voids 14 has a triangular shape, for example.
  • the width of third void 14 in the direction perpendicular to the growth direction of silicon carbide crystal 110 becomes narrower along the growth direction of silicon carbide crystal 110. From another perspective, the width of third void 14 in the direction perpendicular to the growth direction of silicon carbide crystal 110 becomes narrower as it goes from seed substrate 150 toward silicon carbide raw material 153.
  • silicon carbide crystal 110 is sliced. Specifically, silicon carbide crystal 110 is sliced along a plane perpendicular to the central axis of silicon carbide crystal 110 using, for example, a saw wire. Thereby, a plurality of silicon carbide substrates 100 are obtained (see FIG. 4). As shown in FIG. 4, silicon carbide substrate 100 has first main surface 1 and second main surface 2. As shown in FIG. Among the plurality of third voids 14 , the voids exposed on the first main surface 1 are the first voids 10 . Among the plurality of third voids 14 , the voids exposed on the second main surface 2 are second voids 20 .
  • FIG. 15 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment.
  • the method for manufacturing silicon carbide semiconductor device 400 according to the present embodiment includes a step of preparing silicon carbide epitaxial substrate 200 (S1), and a step of processing silicon carbide epitaxial substrate 200 (S2). It mainly has
  • a step (S1) of preparing silicon carbide epitaxial substrate 200 is performed.
  • silicon carbide substrate 100 according to this embodiment is prepared (see FIG. 1).
  • silicon carbide epitaxial layer 60 is formed on silicon carbide substrate 100.
  • silicon carbide epitaxial layer 60 is formed on first main surface 1 of silicon carbide substrate 100 by epitaxial growth.
  • silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) are used as source gases, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas.
  • the temperature for epitaxial growth is, for example, about 1400° C. or more and 1700° C. or less.
  • an n-type impurity, such as nitrogen, is introduced into silicon carbide epitaxial layer 60.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of silicon carbide epitaxial substrate 200 according to this embodiment.
  • first void 10, second void 20, third void 14, first carbon inclusion 71, and second carbon inclusion 72 is omitted in the drawings after FIG. 16.
  • silicon carbide epitaxial substrate 200 includes silicon carbide substrate 100 and silicon carbide epitaxial layer 60. Silicon carbide epitaxial layer 60 is provided on silicon carbide substrate 100. Silicon carbide epitaxial layer 60 has third main surface 3 . Third main surface 3 constitutes the surface of silicon carbide epitaxial substrate 200 . Second main surface 2 constitutes the back surface of silicon carbide epitaxial substrate 200 .
  • Silicon carbide epitaxial layer 60 may include buffer layer 41 and drift layer 42 .
  • Buffer layer 41 is in contact with silicon carbide substrate 100 at first main surface 1 .
  • Drift layer 42 is provided on buffer layer 41.
  • Each of the buffer layer 41 and the drift layer 42 contains an n-type impurity such as nitrogen.
  • the concentration of n-type impurities contained in the buffer layer 41 may be higher than the concentration of n-type impurities contained in the drift layer 42.
  • a step (S2) of processing silicon carbide epitaxial substrate 200 is performed. Specifically, the following processing is performed on silicon carbide epitaxial substrate 200. First, ion implantation is performed into silicon carbide epitaxial substrate 200.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming the body region.
  • a p-type impurity such as aluminum is ion-implanted into third main surface 3 of silicon carbide epitaxial layer 60 .
  • body region 113 having p-type conductivity is formed.
  • the portion where body region 113 is not formed becomes drift layer 42 and buffer layer 41.
  • the thickness of the body region 113 is, for example, 0.9 ⁇ m.
  • Silicon carbide epitaxial layer 60 includes buffer layer 41 , drift layer 42 , and body region 113 .
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a source region.
  • an n-type impurity such as phosphorus is ion-implanted into body region 113, for example.
  • a source region 114 having an n-type conductivity type is formed.
  • the thickness of the source region 114 is, for example, 0.4 ⁇ m.
  • the concentration of n-type impurities contained in source region 114 is higher than the concentration of p-type impurities contained in body region 113.
  • a contact region 118 is formed by ion-implanting a p-type impurity such as aluminum into the source region 114.
  • Contact region 118 is formed to penetrate source region 114 and body region 113 and be in contact with drift layer 42 .
  • the concentration of p-type impurities contained in contact region 118 is higher than the concentration of n-type impurities contained in source region 114.
  • activation annealing is performed to activate the ion-implanted impurities.
  • the activation annealing temperature is, for example, 1500° C. or more and 1900° C. or less.
  • the activation annealing time is, for example, about 30 minutes.
  • the activation annealing atmosphere is, for example, an argon atmosphere.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing a step of forming a trench in third main surface 3 of silicon carbide epitaxial layer 60.
  • a mask 117 having an opening is formed on the third main surface 3 composed of the source region 114 and the contact region 118. Using mask 117, source region 114, body region 113, and a portion of drift layer 42 are removed by etching.
  • the etching method for example, inductively coupled plasma reactive ion etching can be used. Specifically, for example, inductively coupled plasma reactive ion etching using SF 6 or a mixed gas of SF 6 and O 2 as a reactive gas is used. A recess is formed in the third main surface 3 by etching.
  • thermal etching is performed in the recesses.
  • Thermal etching can be performed, for example, by heating in an atmosphere containing a reactive gas containing at least one type of halogen atom, with the mask 117 formed on the third main surface 3.
  • At least one type of halogen atom includes at least one of a chlorine (Cl) atom and a fluorine (F) atom.
  • the atmosphere includes, for example, Cl2 , BCl3 , SF6 or CF4 .
  • thermal etching is performed using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas as a reaction gas, and at a heat treatment temperature of, for example, 700° C. or higher and 1000° C. or lower.
  • the reaction gas may contain a carrier gas in addition to the above-mentioned chlorine gas and oxygen gas.
  • the carrier gas for example, nitrogen gas, argon gas, or helium gas can be used.
  • trenches 56 are formed in the third main surface 3 by thermal etching.
  • Trench 56 is defined by side wall surface 53 and bottom wall surface 54 .
  • Sidewall surface 53 is composed of source region 114, body region 113, and drift layer 42.
  • the bottom wall surface 54 is composed of the drift layer 42.
  • the mask 117 is removed from the third main surface 3.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate insulating film.
  • silicon carbide epitaxial substrate 200 in which trenches 56 are formed in third main surface 3 is heated at a temperature of, for example, 1300° C. or more and 1400° C. or less in an atmosphere containing oxygen.
  • the bottom wall surface 54 is in contact with the drift layer 42
  • the side wall surface 53 is in contact with each of the drift layer 42 , the body region 113 , and the source region 114
  • the third main surface 3 is in contact with each of the source region 114 and the contact region 118 .
  • a contacting gate insulating film 115 is formed.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
  • Gate electrode 127 is formed inside trench 56 so as to be in contact with gate insulating film 115 .
  • Gate electrode 127 is disposed inside trench 56 and formed on gate insulating film 115 so as to face each of side wall surface 53 and bottom wall surface 54 of trench 56 .
  • the gate electrode 127 is formed, for example, by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method.
  • Interlayer insulating film 126 is formed. Interlayer insulating film 126 is formed to cover gate electrode 127 and to be in contact with gate insulating film 115 .
  • the interlayer insulating film 126 is formed, for example, by chemical vapor deposition.
  • the interlayer insulating film 126 is made of, for example, a material containing silicon dioxide.
  • interlayer insulating film 126 and a portion of gate insulating film 115 are etched so that openings are formed over source region 114 and contact region 118. As a result, contact region 118 and source region 114 are exposed from gate insulating film 115.
  • Source electrode 116 is formed so as to be in contact with each of source region 114 and contact region 118.
  • Source electrode 116 is formed by, for example, a sputtering method.
  • the source electrode 116 is made of a material containing, for example, Ti (titanium), Al (aluminum), and Si (silicon).
  • alloying annealing is performed. Specifically, the source electrode 116 in contact with each of the source region 114 and the contact region 118 is maintained at a temperature of, for example, 900° C. or more and 1100° C. or less for about 5 minutes. As a result, at least a portion of the source electrode 116 is silicided. As a result, a source electrode 116 that is in ohmic contact with the source region 114 is formed. Source electrode 116 may be in ohmic contact with contact region 118.
  • Source wiring 119 is formed.
  • Source wiring 119 is electrically connected to source electrode 116.
  • Source wiring 119 is formed to cover source electrode 116 and interlayer insulating film 126 .
  • a step of forming a drain electrode is performed. First, silicon carbide substrate 100 is polished on second main surface 2 . This reduces the thickness of silicon carbide substrate 100. Next, drain electrode 123 is formed. Drain electrode 123 is formed so as to be in contact with second main surface 2 . Through the above steps, silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment is manufactured.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of silicon carbide semiconductor device 400 according to this embodiment.
  • Silicon carbide semiconductor device 400 is, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • Silicon carbide semiconductor device 400 mainly includes silicon carbide epitaxial substrate 200, gate electrode 127, gate insulating film 115, source electrode 116, drain electrode 123, source wiring 119, and interlayer insulating film 126. ing.
  • Silicon carbide epitaxial substrate 200 has buffer layer 41 , drift layer 42 , body region 113 , source region 114 , and contact region 118 .
  • Silicon carbide semiconductor device 400 may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • voids new defects existing in silicon carbide crystals. Unlike micropipes, voids do not penetrate through the silicon carbide crystal. Further, the width of the void is usually larger than the width of the micropipe. Furthermore, the width of the void is characterized by decreasing toward the growth direction.
  • silicon carbide semiconductor device 400 is manufactured using silicon carbide substrate 100 having voids exposed on the main surface, the reliability of silicon carbide semiconductor device 400 may decrease. As a result, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 may decrease.
  • silicon carbide substrate 100 As a result of further intensive investigation into the causes of densely incorporated carbon inclusions of a certain size in silicon carbide substrate 100, we found that when growing silicon carbide crystals using a crucible made of graphite, It was found that carbon lumps generated from the placed graphite member were incorporated into the silicon carbide crystal. Therefore, the inventor discovered that by firing a graphite crucible and the graphite members placed in the crucible under specific conditions before the growth of silicon carbide crystals, carbon lumps were mixed into the silicon carbide crystals. We have found that it is possible to suppress this. Thereby, silicon carbide substrate 100 with reduced areal density of voids can be obtained.
  • first void 10 exists in first main surface 1 .
  • the areal density of the first voids 10 is less than 0.9 voids/cm 2 .
  • the width of the first void 10 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. When viewed in a direction parallel to the first main surface 1, the width of the first void 10 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
  • the depth of first void 10 is smaller than the thickness of silicon carbide substrate 100 when viewed in a direction parallel to first main surface 1 .
  • the first principal surface 1 is a carbon surface or a surface inclined at an off angle ⁇ of 8° or less with respect to the carbon surface.
  • Silicon carbide substrate 100 includes first main surface 1 and second main surface 2 on the opposite side of first main surface 1 .
  • a first void 10 exists on the first main surface 1
  • a second void 20 exists on the second main surface 2.
  • the surface density of the second voids 20 is less than 0.9 voids/cm 2 .
  • each of the first void 10 and the second void 20 has a width of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the width of each of the first void 10 and the second void 20 increases from the first main surface 1 toward the second main surface 2.
  • first void 10 and second void 20 are smaller than the thickness of silicon carbide substrate 100 when viewed in a direction parallel to first main surface 1 .
  • the second principal surface 2 is a silicon surface or a surface inclined at an off angle ⁇ of 8° or less with respect to the silicon surface.
  • silicon carbide semiconductor device 400 When manufacturing silicon carbide semiconductor device 400 using silicon carbide substrate 100 described above, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be improved.
  • the plurality of square regions 30 when first main surface 1 is divided into a plurality of square regions 30 each side of which is 5 mm, the plurality of square regions 30 have an areal density of threading screw dislocations 4 of 3000.
  • the first region 31 has an areal density of threading screw dislocations 4 of 1,000 or more but less than 3,000/cm 2
  • the second region 32 has an areal density of threading screw dislocations 4 of 1,000 or more but less than 3,000/cm 2
  • the third region 33 may have a smaller number of particles/cm 2 .
  • the ratio of the area of the first region 31 to the total area of the first region 31, the second region 32, and the third region 33 may be 1% or more and 10% or less. Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • the ratio of the area of first region 31 to the total area of first region 31, second region 32, and third region 33 may be 5% or more. . Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • the areal density of threading screw dislocations 4 on second main surface 2 may be 1500 pieces/cm 2 or less. Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • first carbon inclusions 71 are present in first rectangular parallelepiped region 61 that is 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less away from first main surface 1 toward second main surface 2. There may be 20 or less.
  • the length of the long side of the first rectangular parallelepiped region 61 is 0.82 mm, and the length of the short side of the first rectangular parallelepiped region 61 is 0.7 mm. It may be.
  • the first void 10 may overlap the first rectangular parallelepiped region 61 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1 .
  • the maximum length of the first carbon inclusion 71 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 may be 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • second carbon inclusions 72 are present in second rectangular parallelepiped region 62 that is 50 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less away from first main surface 1 toward second main surface 2. Less than 10 may be present.
  • the length of the long side of the second rectangular parallelepiped region 62 is 0.82 mm
  • the length of the short side of the second rectangular parallelepiped region 62 is 0.7 mm. It may be.
  • the areal density of threading screw dislocations 4 in the region of the first main surface 1 overlapping with the second rectangular parallelepiped region 62 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 may be 3000 pieces/cm 2 or more.
  • the maximum length of the second carbon inclusion 72 when viewed in the direction perpendicular to the first main surface 1 may be 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • the diameter of first main surface 1 may be 150 mm or more. Therefore, when silicon carbide substrate 100 with a large diameter is used, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • Example 1 silicon carbide substrate 100 was manufactured using manufacturing conditions related to Samples 1 to 7. Under the manufacturing conditions for Samples 1 to 6, a firing process was performed. Specifically, the crucible 130 and the graphite member to be inside the crucible 130 were fired using the temperature profile shown in FIG. 11B. The third temperature C3 in FIG. 11B is the firing temperature. The time from the third time point T3 to the fourth time point T4 is the firing time. Under the manufacturing conditions for Sample 7, no firing step was performed.
  • the firing temperature under the manufacturing conditions for Samples 1 and 2 was 2800°C.
  • the firing temperature under the manufacturing conditions for Samples 3 to 6 was 3000°C.
  • the firing time under the manufacturing conditions for Samples 1 and 4 was 10 hours.
  • the firing time under the manufacturing conditions for Samples 2 and 5 was 30 hours.
  • the firing time under the manufacturing conditions for Sample 6 was 60 hours.
  • the firing time under the manufacturing conditions for Sample 3 was 0 minutes.
  • silicon carbide crystal 110 was manufactured using crucible 130. As shown in FIG. 12, silicon carbide raw material 153 and seed substrate 150 were placed inside crucible 130. Silicon carbide crystal 110 was grown on seed substrate 150 using a sublimation method. After the growth of silicon carbide crystal 110 was completed, silicon carbide crystal 110 was sliced using a saw wire. Thereby, silicon carbide substrate 100 was cut out. Silicon carbide substrate 100 has first main surface 1 and second main surface 2. Silicon carbide substrate 100 has first main surface 1 and second main surface 2. The first main surface 1 was a surface inclined in the off direction with respect to the carbon surface. The off direction was set to ⁇ 11-20>. The off angle ⁇ was 2°. Through the above steps, silicon carbide substrates 100 for each of Samples 1 to 7 were prepared.
  • the areal density of first voids 10 was measured. Specifically, the number of first voids 10 exposed on first main surface 1 of silicon carbide substrate 100 was measured. The first void 10 was identified using an optical microscope. A first void with a bottom, which has a width of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1, and whose width increases from the first main surface 1 to the second main surface 2. It was identified as 10. The value obtained by dividing the number of first voids 10 in the measurement area of the first main surface 1 by the area of the measurement area of the first main surface 1 was defined as the areal density of the first voids 10.
  • the number of first carbon inclusions 71 under a certain first void 10 was counted. Specifically, in the region where the first void 10 is located on the first main surface 1, the focus of the microscope is shifted from the first main surface 1 to the second main surface 2 of the silicon carbide substrate 100 by the measurement depth. The number of first carbon inclusions 71 was visually counted. The measurement depth was 100 ⁇ m. The length of the long side of the measurement area was 0.21 mm. The length of the short side of the measurement area was 0.18 mm.
  • Table 1 shows the areal density of first voids 10 in silicon carbide substrate 100 for each of Samples 1 to 7.
  • the areal density of first voids 10 in silicon carbide substrate 100 for each of Samples 1 to 6 was lower than the areal density of first voids 10 in silicon carbide substrate 100 for Sample 7. .
  • the longer the firing time the lower the areal density of the first voids 10.
  • the higher the firing temperature the lower the areal density of the first voids 10.
  • the numbers of first carbon inclusions 71 were 6, 3, 2, and 9, respectively.
  • Example 2 (Measuring method) In silicon carbide substrate 100 for each of Samples 4 and 7, first region 31, second region 32, and third region 33 were identified.
  • the first region 31 is a region in which the surface density of threading screw dislocations 4 is 3000 pieces/cm 2 or more.
  • the second region 32 is a region in which the areal density of threading screw dislocations 4 is 1000 or more/cm 2 or more and less than 3000/cm 2 .
  • the third region 33 is a region in which the areal density of threading screw dislocations 4 is less than 1000 pieces/cm 2 .
  • the ratio of the area of the first region 31 to the total area of the first region 31, the second region 32, and the third region 33 was measured.
  • the areal density of threading screw dislocations 4 was measured.
  • the areal density of threading screw dislocations 4 was measured using molten potassium hydroxide (KOH).
  • KOH molten potassium hydroxide
  • the observation area of the etch pit is 0.82 mm x 0.70 mm.
  • the pitch of the observation areas was 5 mm.
  • the number of etch pits caused by threading screw dislocations 4 is measured.
  • the value obtained by dividing the total number of the etch pits in all observation areas by the total area of the observation areas was taken as the areal density of threading screw dislocations 4 on the second main surface 2.
  • the temperature of the KOH melt was approximately 500°C or higher and 550°C or lower.
  • the etching time was about 5 minutes or more and 10 minutes or less.
  • Table 2 shows the first region ratio, the second region ratio, the third region ratio, and the areal density of threading screw dislocations 4 on the second main surface 2.
  • the first area ratio of silicon carbide substrate 100 according to Sample 4 was lower than the first area ratio of silicon carbide substrate 100 according to Sample 7. This confirmed that the first area ratio could be reduced by performing the firing process.
  • the areal density of threading screw dislocations 4 on second main surface 2 of silicon carbide substrate 100 according to sample 4 was lower than the areal density of threading screw dislocations 4 on second main surface 2 of silicon carbide substrate 100 according to sample 7. . This confirmed that the areal density of threading screw dislocations 4 on the second main surface 2 could be reduced by performing the firing process.
  • a silicon carbide substrate comprising a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, A first void is present in the first main surface, The areal density of the first void is less than 0.9 voids/cm 2 , When viewed in a direction perpendicular to the first main surface, the width of the first void is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, When viewed in a direction parallel to the first main surface, the width of the first void increases from the first main surface toward the second main surface, When viewed in a direction parallel to the first main surface, the depth of the first void is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate,
  • the first main surface is a silicon carbide substrate, wherein the first main surface is a carbon surface or a surface inclined at an off angle of 8 degrees or less with respect to the carbon surface.
  • a silicon carbide substrate comprising a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, A first void exists on the first main surface, and a second void exists on the second main surface, The surface density of the second void is less than 0.9 voids/cm 2 , When viewed in a direction perpendicular to the first main surface, each of the first void and the second void has a width of 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, When viewed in a direction parallel to the first main surface, the width of each of the first void and the second void increases from the first main surface toward the second main surface, When viewed in a direction parallel to the first main surface, the depth of each of the first void and the second void is smaller than the thickness of the silicon carbide substrate,
  • the second main surface is a silicon carbide substrate, wherein the second main surface is a silicon surface or a surface inclined at an off angle of 8 degrees or less with respect to the silicon surface.
  • the plurality of square regions are divided into a first region having an areal density of threading screw dislocations of 3000 pieces/cm 2 or more, and a first region having a surface density of threading screw dislocations of 3000 pieces/cm 2 or more;
  • the second region has an areal density of 1000 pieces/cm 2 or more and less than 3000 pieces/cm 2
  • a third region has an areal density of threading screw dislocations of less than 1000 pieces/cm 2
  • the silicon carbide substrate according to appendix 1 or 2 wherein the ratio of the area of the first region to the total area of the first region, the second region, and the third region is 1% or more and 10% or less.
  • the first void overlaps the first rectangular parallelepiped region,
  • Appendix 7 3 or more and less than 10 second carbon inclusions are present in the second rectangular parallelepiped region of the silicon carbide substrate, In the direction perpendicular to the first main surface, the distance from the first main surface to the upper end surface of the second rectangular parallelepiped region is 50 ⁇ m, and the distance from the first main surface to the upper end surface of the second rectangular parallelepiped region is 50 ⁇ m.
  • the distance to the end face is 200 ⁇ m
  • the length of the long side of the second rectangular parallelepiped region is 0.82 mm
  • the length of the short side of the second rectangular parallelepiped region is 0.7 mm.
  • the areal density of threading screw dislocations in the region of the first main surface that overlaps with the second rectangular parallelepiped region is 3000 pieces/cm 2 or more
  • the silicon carbide substrate according to Appendix 1 or 2 wherein the second carbon inclusion has a maximum length of 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less when viewed in a direction perpendicular to the first main surface.
  • (Appendix 8) The silicon carbide substrate according to Supplementary Note 1 or 2, wherein the first principal surface has a diameter of 150 mm or more.
  • (Appendix 9) The silicon carbide substrate according to Supplementary Note 1 or 2, wherein the first main surface is a surface inclined at an off angle of 1° or more and 4° or less with respect to the carbon surface.
  • (Appendix 10) A silicon carbide substrate according to Supplementary Note 1 or 2, A silicon carbide epitaxial substrate, comprising: a silicon carbide epitaxial layer provided on the silicon carbide substrate. (Appendix 11) a step of preparing a silicon carbide epitaxial substrate according to Appendix 10; A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising the step of processing the silicon carbide epitaxial substrate.
  • First principal surface 1. First principal surface, 2. Second principal surface, 3. Third principal surface, 4. Threading screw dislocation, 7. Orientation flat section, 8. Arc-shaped section, 9. Outer peripheral side surface, 10. First void, 11. First opening, 12. 1 side surface, 13 first bottom, 14 third void, 15 silicon carbide region, 20 second void, 21 second opening, 22 second side, 23 second bottom, 30 square region, 31 first region, 32 second region, 33 third region, 41 buffer layer, 42 drift layer, 53 side wall surface, 54 bottom wall surface, 56 trench, 60 silicon carbide epitaxial layer, 61 first rectangular parallelepiped region, 62 second rectangular parallelepiped region, 71 first Carbon inclusion, 72 Second carbon inclusion, 100 Silicon carbide substrate, 101 First direction, 102 Second direction, 103 Third direction, 110 Silicon carbide crystal, 113 Body region, 114 Source region, 115 Gate insulating film, 116 Source electrode , 117 mask, 118 contact region, 119 source wiring, 123 drain electrode, 126 interlayer insulating film, 127 gate electrode, 130

Abstract

炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面の反対側にある第２主面とを有している。第１主面には、第１ボイドが存在している。第１ボイドの面密度は、０．９個／ｃｍ2未満である。第１主面に対して垂直な方向に見て、第１ボイドの幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第１主面に対して平行な方向に見て、第１ボイドの幅は、第１主面から第２主面に向かうにつれて大きくなる。第１主面に対して平行な方向に見て、第１ボイドの深さは、炭化珪素基板の厚みよりも小さい。第１主面は、カーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角度で傾斜した面である。

Description

炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法
　本開示は、炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。本出願は、２０２２年６月２日に出願した日本特許出願である特願２０２２－０９０２１６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。
　特表２０１０－５１４６４８号公報（特許文献１）には、炭化珪素結晶の製造方法が記載されている。
特表２０１０－５１４６４８号公報
　本開示に係る炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面の反対側にある第２主面とを備えている。第１主面には、第１ボイドが存在している。第１ボイドの面密度は、０．９個／ｃｍ2未満である。第１主面に対して垂直な方向に見て、第１ボイドの幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第１主面に対して平行な方向に見て、第１ボイドの幅は、第１主面から第２主面に向かうにつれて大きくなる。第１主面に対して平行な方向に見て、第１ボイドの深さは、炭化珪素基板の厚みよりも小さい。第１主面は、カーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角度で傾斜した面である。
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、図１の領域ＩＩＩの拡大平面図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。 図５Ａは、図４の領域ＶＡの拡大断面模式図である。 図５Ｂは、図４の領域ＶＢの拡大断面模式図である。 図６は、第１直方体領域の構成を示す透視平面図である。 図７は、第２直方体領域の構成を示す透視平面図である。 図８は、第２主面の拡大平面模式図である。 図９は、図４の領域ＩＸの拡大断面模式図である。 図１０は、第１主面を複数の正方領域に区分した状態を示す平面模式図である。 図１１Ａは、本実施形態に係る炭化珪素結晶の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。 図１１Ｂは、坩堝及び坩堝内に配置している黒鉛部材を焼成する工程における温度と時間との関係を示す模式図である。 図１２は、坩堝の内部に炭化珪素原料と種基板とを配置する工程を示す断面模式図である。 図１３は、炭化珪素結晶の成長工程を示す断面模式図である。 図１４は、図１３の領域ＸＩＶの構成を示す拡大模式図である。 図１５は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を概略的に示すフローチャートである。 図１６は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成を示す断面模式図である。 図１７は、ボディ領域を形成する工程を示す断面模式図である。 図１８は、ソース領域を形成する工程を示す断面模式図である。 図１９は、炭化珪素エピタキシャル層の第３主面にトレンチを形成する工程を示す断面模式図である。 図２０は、ゲート絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。 図２１は、ゲート電極および層間絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。 図２２は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　本開示の目的は、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上可能な炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法を提供することである。
[本開示の効果]
　本開示によれば、炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上可能な炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法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形態を列記して説明する。
　（１）本開示に係る炭化珪素基板１００は、第１主面１と、第１主面１の反対側にある第２主面２とを備えている。第１主面１には、第１ボイド１０が存在している。第１ボイド１０の面密度は、０．９個／ｃｍ2未満である。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０の幅は、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて大きくなる。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０の深さは、炭化珪素基板１００の厚みよりも小さい。第１主面１は、カーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角度θで傾斜した面である。
　（２）本開示に係る炭化珪素基板１００は、第１主面１と、第１主面１の反対側にある第２主面２とを備えている。第１主面１には第１ボイド１０が存在し、かつ第２主面２には第２ボイド２０が存在している。第２ボイド２０の面密度は、０．９個／ｃｍ2未満である。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０および第２ボイド２０の各々の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０および第２ボイド２０の各々の幅は、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて大きくなる。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０および第２ボイド２０の各々の深さは、炭化珪素基板１００の厚みよりも小さい。第２主面２は、シリコン面またはシリコン面に対して８°以下のオフ角度θで傾斜した面である。
　（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素基板１００によれば、第１主面１を一辺が５ｍｍである複数の正方領域３０に区分した場合、複数の正方領域３０は、貫通螺旋転位４の面密度が３０００個／ｃｍ2以上である第１領域３１と、貫通螺旋転位４の面密度が１０００個／ｃｍ2以上３０００個／ｃｍ2未満である第２領域３２と、貫通螺旋転位４の面密度が１０００個／ｃｍ2未満である第３領域３３とにより構成されていてもよい。第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第１領域３１の面積の比率は、１％以上１０％以下であってもよい。
　（４）上記（３）に係る炭化珪素基板１００によれば、第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第１領域３１の面積の比率は、５％以上であってもよい。
　（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、第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度は、１５００個／ｃｍ2以下であってもよい。
　（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、炭化珪素基板１００の第１直方体領域６１には、第１カーボンインクルージョン７１が１０個以上２０個以下存在してもよい。第１主面１に対して垂直な方向において、第１主面１から第１直方体領域６１の上端面までの距離は５０μｍであり、かつ、第１主面１から第１直方体領域６１の下端面までの距離は２００μｍであってもよい。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１直方体領域６１の長辺の長さは０．８２ｍｍであり、かつ、第１直方体領域６１の短辺の長さは０．７ｍｍであってもよい。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０は、第１直方体領域６１と重なっていてもよい。第１主面１に垂直な方向に見て、第１カーボンインクルージョン７１の最大長さは、５μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。
　（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、炭化珪素基板１００の第２直方体領域６２には、第２カーボンインクルージョン７２が３個以上１０個未満存在してもよい。第１主面１に対して垂直な方向において、第１主面１から第２直方体領域６２の上端面までの距離は５０μｍであり、かつ、第１主面１から第２直方体領域６２の下端面までの距離は２００μｍであってもよい。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第２直方体領域６２の長辺の長さは０．８２ｍｍであり、かつ、第２直方体領域６２の短辺の長さは０．７ｍｍであってもよい。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第２直方体領域６２と重なる第１主面１の領域における貫通螺旋転位４の面密度は、３０００個／ｃｍ2以上であってもよい。第１主面１に垂直な方向に見て、第２カーボンインクルージョン７２の最大長さは、５μｍ以上５０μｍ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、第１主面１の直径は、１５０ｍｍ以上であってもよい。
　（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、第１主面１は、カーボン面に対して１°以上４°以下のオフ角度θで傾斜した面であってもよい。
　（１０）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板２００は、上記（１）から（９）のいずれかに係る炭化珪素基板１００と、炭化珪素基板１００上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層６０と、を備えている。
　（１１）本開示に係る炭化珪素半導体装置４００の製造方法は、以下の工程を備えている。上記（１０）に記載の炭化珪素エピタキシャル基板２００が準備される。炭化珪素エピタキシャル基板２００が加工される。
［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１と、外周側面９とを有している。第１主面１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。オフ方向は、たとえば第１方向１０１である。炭化珪素基板１００は、たとえば六方晶炭化珪素により構成されている。六方晶炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。炭化珪素基板１００は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。
　第１主面１は、カーボン面またはカーボン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１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る。同様に、第２主面２（図２参照）は、シリコン面またはシリコン面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２主面２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。
　図１に示されるように、外周側面９は、オリエンテーションフラット部７と、円弧状部８とを有している。円弧状部８は、オリエンテーションフラット部７に連なっている。図１に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向から見て、オリエンテーションフラット部７は、第１方向１０１に沿って延在している。
　第１主面１の直径Ｗ１は、たとえば１５０ｍｍである。直径Ｗ１は、１５０ｍｍ以上でもよいし、２００ｍｍ以上でもよい。直径Ｗ１の上限は、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１に対して垂直な方向に見て、直径Ｗ１は、外周側面９上の異なる２点間の最長直線距離である。
　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１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２を有している。第２主面２は、第１主面１の反対側にある。炭化珪素基板１００の厚みＥ１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。
　第１主面１がカーボン面に対してオフ方向に傾斜している場合、カーボン面に対してオフ方向に傾斜した面のオフ角度θは、８°以下であってもよい。オフ角度θの上限は、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θの下限は、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。カーボン面に対してオフ方向に傾斜した面のオフ方向は、特に限定されないが、たとえば＜１１－２０＞方向である。
　図３は、図１の領域ＩＩＩの拡大平面図である。図３に示されるように、第１主面１には、１個以上の第１ボイド１０が存在している。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０の開口部の形状は、たとえば六角形である。第１ボイド１０の開口部の形状は、特に限定されないが、たとえば、円形であってもよいし、楕円形であってもよいし、六角形以外の多角形であってもよい。
　第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０の幅（第１幅Ａ１）は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第１ボイド１０の幅は、第１ボイド１０の開口部における任意の２点間における幅の最大値である。第１ボイド１０の幅は、たとえばオフ方向に沿った幅であってもよい。第１幅Ａ１の下限値は、特に限定されないが、たとえば２０μｍ以上であってもよいし、３０μｍ以上であってもよい。第１幅Ａ１の上限値は、特に限定されないが、たとえば８０μｍ以下であってもよいし、６０μｍ以下であってもよい。
　第１主面１において、第１ボイド１０の面密度は、０．９個／ｃｍ2未満である。第１ボイド１０の面密度の上限は、特に限定されないが、たとえば０．６個／ｃｍ2以下であってもよいし、０．４個／ｃｍ2以下であってもよい。第１ボイド１０の面密度の下限は、特に限定されないが、たとえば０．０２個／ｃｍ2以上であってもよいし、０．０５個／ｃｍ2以上であってもよいし、０．１５個／ｃｍ2以上であってもよい。
　図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。図４に示される断面は、第１主面１に対して垂直であり、かつ第１方向１０１に平行である。図４に示されるように、第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０の幅は、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて大きくなる。
　図５Ａは、図４の領域ＶＡの拡大断面模式図である。図５Ａに示されるように、第１ボイド１０は、第１開口部１１と、第１側面部１２と、第１底部１３とを有している。第１開口部１１は、第１主面１に位置している。第１底部１３は、第１主面１と第２主面２との間に位置している。第１側面部１２は、第１開口部１１と第１底部１３との間に位置している。第１側面部１２は、第１開口部１１および第１底部１３の各々に連なっている。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１側面部１２は、直線状であってもよい。
　図４および図５Ａに示されるように、第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０の形状は、たとえば台形である。台形の上底は、第１開口部１１に位置している。台形の下底は、第１底部１３に位置している。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１底部１３の幅は、第１開口部１１の幅よりも大きい。
　第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０の深さ（第１深さＢ１）は、炭化珪素基板１００の厚みよりも小さい。言い換えれば、第１ボイド１０は、炭化珪素基板１００を貫通していない。第１ボイド１０は、第１主面１にのみ露出し、かつ第２主面２には露出していない。
　第１深さＢ１は、第１主面１における第１ボイド１０の幅（第１幅Ａ１）以上であってもよい。言い換えれば、第１深さＢ１は、第１幅Ａ１と同じであってもよいし、第１幅Ａ１よりも大きくてもよい。第１深さＢ１の上限は、特に限定されないが、たとえば第１ボイド１０の第１底部１３の幅の５倍以下であってもよいし、３倍以下であってもよい。
　図５Ａに示されるように、第１ボイド１０の下方には、カーボンインクルージョン（第１カーボンインクルージョン７１）が存在している。第１カーボンインクルージョン７１は、第１ボイド１０の第１底部１３に対向していてもよい。第１カーボンインクルージョン７１は、炭化珪素基板１００の炭化珪素領域１５に埋め込まれている。炭化珪素基板１００の厚み方向において、第１主面１と第１カーボンインクルージョン７１との距離は、たとえば５０μｍ以上２００μｍ以下である。別の観点から言えば、第１主面１から第２主面２に向かって５０μｍ以上２００μｍ以下離れた第１直方体領域６１には、第１カーボンインクルージョン７１が存在している。
　第１主面１に対して垂直な方向において、第１主面１から第１直方体領域６１の上端面までの距離（第１距離Ｄ１１）は、５０μｍである。第１主面１に対して垂直な方向において、第１主面１から第１直方体領域６１の下端面までの距離（第２距離Ｄ１２）は、２００μｍである。第１主面１に対して垂直な方向において、第１直方体領域６１の下端面から上端面までの距離（第３距離Ｄ１３）は、１５０μｍである。
　図５Ｂは、図４の領域ＶＢの拡大断面模式図である。第１主面１に対して垂直な方向において、第１主面１から第２直方体領域６２の上端面までの距離（第１距離Ｄ２１）は、５０μｍである。第１主面１に対して垂直な方向において、第１主面１から第２直方体領域６２の下端面までの距離（第２距離Ｄ２２）は、２００μｍである。第１主面１に対して垂直な方向において、第２直方体領域６２の下端面から上端面までの距離（第３距離Ｄ２３）は、１５０μｍである。
　図６は、第１直方体領域６１の構成を示す透視平面図である。図６に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１直方体領域６１の形状は、長方形である。第１直方体領域６１の長辺の長さ（第１長さＬ１１）は０．８２ｍｍである。第１直方体領域６１の長辺は、第１方向１０１と平行である。第１直方体領域６１の短辺の長さ（第２長さＬ１２）は０．７ｍｍである。第１直方体領域６１の短辺は、第２方向１０２と平行である。
　第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０は、第１直方体領域６１と重なっている。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０の中心が、第１直方体領域６１の中心と一致するように、第１直方体領域６１が決定される。第１主面１に垂直な方向に見て、第１カーボンインクルージョン７１の最大長さＦ１は、５μｍ以上５０μｍ以下である。
　図６においては、第１直方体領域６１に存在する第１カーボンインクルージョン７１が示されている。図６に示されるように、第１直方体領域６１には、第１カーボンインクルージョン７１が１０個以上２０個以下存在してもよい。第１直方体領域６１に存在している第１カーボンインクルージョン７１の数の下限は、特に限定されないが、たとえば１１個以上であってもよいし、１２個以上であってもよい。第１直方体領域６１に存在している第１カーボンインクルージョン７１の数の上限は、特に限定されないが、たとえば１９個以下であってもよいし、１８個以下であってもよい。
　図７は、第２直方体領域６２の構成を示す透視平面図である。図７に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向に見て、第２直方体領域６２の形状は、長方形である。第２直方体領域６２の長辺の長さ（第１長さＬ２１）は０．８２ｍｍである。第２直方体領域６２の長辺は、第１方向１０１と平行である。第２直方体領域６２の短辺の長さ（第２長さＬ２２）は０．７ｍｍである。第２直方体領域６２の短辺は、第２方向１０２と平行である。
　第２直方体領域６２は、第１主面１から第２主面２に向かって５０μｍ以上２００μｍ以下離れた領域である。第２直方体領域６２の上方には、貫通螺旋転位４が集中している領域が存在している。具体的には、第１主面１に対して垂直な方向に見て、第２直方体領域６２と重なる第１主面１の領域における貫通螺旋転位４の面密度は、３０００個／ｃｍ2以上である。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第２直方体領域６２と重なる第１主面１の領域の中心が、後述する第１領域３１の中心と一致するように、第２直方体領域６２が決定される。第２直方体領域６２は、第２カーボンインクルージョン７２を含んでいる。第２カーボンインクルージョン７２は、炭化珪素基板１００の炭化珪素領域１５に埋め込まれている。第１主面１に垂直な方向に見て、第２カーボンインクルージョン７２の最大長さＦ２は、５μｍ以上５０μｍ以下である。
　図７においては、第２直方体領域６２に存在する第２カーボンインクルージョン７２が示されている。図７に示されるように、第２直方体領域６２には、第２カーボンインクルージョン７２が３個以上１０個未満存在している。第２直方体領域６２に存在している第２カーボンインクルージョン７２の数の下限は、特に限定されないが、たとえば４個以上であってもよいし、５個以上であってもよい。第２直方体領域６２に存在している第２カーボンインクルージョン７２の数の上限は、特に限定されないが、たとえば９個未満であってもよいし、８個未満であってもよい。
　図８は、第２主面２の拡大平面模式図である。図８に示されるように、第２主面２には、１個以上の第２ボイド２０が存在している。第２主面２に対して垂直な方向に見て、第２ボイド２０の開口部の形状は、たとえば六角形である。第２ボイド２０の開口部の形状は、特に限定されないが、たとえば、円形であってもよいし、楕円形であってもよいし、六角形以外の多角形であってもよい。
　第２主面２に対して垂直な方向に見て、第２ボイド２０の幅（第２幅Ａ２）は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第２ボイド２０の幅は、第２ボイド２０の開口部における任意の２点間における幅の最大値である。第２ボイド２０の幅は、たとえばオフ方向に沿った幅であってもよい。第２幅Ａ２の下限値は、特に限定されないが、たとえば２０μｍ以上であってもよいし、３０μｍ以上であってもよい。第２幅Ａ２の上限値は、特に限定されないが、たとえば８０μｍ以下であってもよいし、６０μｍ以下であってもよい。
　第２主面２において、第２ボイド２０の面密度は、０．９個／ｃｍ2未満である。第２ボイド２０の面密度の上限は、特に限定されないが、たとえば０．６個／ｃｍ2以下であってもよいし、０．４個／ｃｍ2以下であってもよい。第２ボイド２０の面密度の下限は、特に限定されないが、たとえば０．０２個／ｃｍ2以上であってもよいし、０．０５個／ｃｍ2以上であってもよいし、０．１５個／ｃｍ2以上であってもよい。
　図９は、図４の領域ＩＸの拡大断面模式図である。図９に示されるように、第１主面１に対して平行な方向に見て、第２ボイド２０の幅は、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて大きくなる。第２ボイド２０は、第２開口部２１と、第２側面部２２と、第２底部２３とを有している。第２開口部２１は、第２主面２に位置している。第２底部２３は、第１主面１と第２主面２との間に位置している。第２側面部２２は、第２開口部２１と第２底部２３との間に位置している。第２側面部２２は、第２開口部２１および第２底部２３の各々に連なっている。第２主面２に対して平行な方向に見て、第２側面部２２は、直線状であってもよい。
　図４および図９に示されるように、第１主面１に対して平行な方向に見て、第２ボイド２０の形状は、たとえば三角形である。三角形の底辺は、第２開口部２１に位置している。三角形の頂点は、第２底部２３に位置している。
　第１主面１に対して平行な方向に見て、第２ボイド２０の深さ（第２深さＢ２）は、炭化珪素基板１００の厚みよりも小さい。言い換えれば、第２ボイド２０は、炭化珪素基板１００を貫通していない。第２ボイド２０は、第２主面２にのみ露出し、かつ第１主面１には露出していない。
　第２深さＢ２は、第２主面２における第２ボイド２０の幅（第２幅Ａ２）以上であってもよい。言い換えれば、第２深さＢ２は、第２幅Ａ２と同じであってもよいし、第２幅Ａ２よりも大きくてもよい。第２深さＢ２の上限は、特に限定されないが、たとえば第２ボイド２０の第２開口部２１の幅の５倍以下であってもよいし、３倍以下であってもよい。
　図４に示されるように、炭化珪素基板１００には、第３ボイド１４が形成されている。第３ボイド１４は、炭化珪素基板１００の内部に位置している。第３ボイド１４は、炭化珪素基板１００の内部において閉塞されている。別の観点から言えば、第３ボイド１４は、第１主面１および第２主面２のいずれにも露出していない。第１主面１に対して平行な方向に見て、第３ボイド１４の幅は、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて大きくなる。第１主面１に対して平行な方向に見て、第３ボイド１４の形状は、たとえば三角形である。
　次に、第１ボイドおよび第２ボイドの各々の面密度の測定方法について説明する。
　第１ボイド１０および第２ボイド２０の各々の特定は、光学顕微鏡を用いて行われる。第１主面１に開口し、第１主面１に対して垂直な方向に見た場合の幅が１０μｍ以上１００μｍ以下であり、かつ第１主面１から第２主面２に向かうにつれて幅が大きくなる有底穴は、第１ボイド１０として特定される。第１主面１の測定領域における第１ボイド１０の数を第１主面１の測定領域の面積で除した値は、第１ボイド１０の面密度とする。なお、第１主面１において外周側面９から５ｍｍ以内の領域は、測定領域外とする。
　同様に、第２主面２に開口し、第２主面２に対して垂直な方向に見た場合の幅が１０μｍ以上１００μｍ以下であり、かつ第１主面１から第２主面２に向かうにつれて幅が大きくなる有底穴は、第２ボイド２０として特定される。第２主面２の測定領域における第２ボイド２０の数を第２主面２の測定領域の面積で除した値は、第２ボイド２０の面密度とする。なお、第２主面２において外周側面９から５ｍｍ以内の領域は、測定領域外とする。
　図１０は、外周側面９から５ｍｍ以内の領域を除いた第１主面１の測定領域を複数の正方領域３０に区分した状態を示す平面模式図である。複数の正方領域３０の各々の一辺の長さは、５ｍｍである。複数の正方領域３０の各々の第１辺は、第１方向１０１に平行である。複数の正方領域３０の各々の第２辺は、第２方向１０２に平行である。第２辺は、第１辺に連なっている。
　図１０に示されるように、第２方向１０２に沿って第１主面１の下方から上方に向かうにつれて、複数の正方領域３０の数は、たとえば７個、１３個、１７個、１９個、２１個、２３個、２３個、２５個、２５個、２６個、２７個、２７個、２７個、２７個、２７個、２７個、２７個、２６個、２５個、２５個、２３個、２３個、２１個、１９個、１７個、１３個、７個とされる。
　図１０に示されるように、複数の正方領域３０は、第１領域３１と、第２領域３２と、第３領域３３とにより構成されている。第１領域３１は、貫通螺旋転位４の面密度が３０００個／ｃｍ2以上である領域である。第２領域３２は、貫通螺旋転位４の面密度が１０００個／ｃｍ2以上３０００個／ｃｍ2未満である領域である。第３領域３３は、貫通螺旋転位４の面密度が１０００個／ｃｍ2未満である領域である。
　第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第１領域３１の面積の比率は、たとえば１％以上１０％以下であってもよい。第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第１領域３１の面積の比率の下限は、特に限定されないが、たとえば３％以上であってもよいし、５％以上であってもよい。第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第１領域３１の面積の比率の上限は、特に限定されないが、たとえば９％以下であってもよいし、８％以下であってもよい。
　第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度は、たとえば１５００個／ｃｍ2以下である。第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度の上限は、特に限定されないが、たとえば１４００個／ｃｍ2以下であってもよいし、１３００個／ｃｍ2以下であってもよい。第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度の下限は、特に限定されないが、たとえば５００個／ｃｍ2以上であってもよいし、９００個／ｃｍ2以上であってもよい。
　次に、貫通螺旋転位の面密度の測定方法について説明する。
　貫通螺旋転位４の面密度は、たとえば溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて測定される。具体的には、溶融ＫＯＨによって第２主面２に露出した貫通螺旋転位４の付近にある炭化珪素領域がエッチングされることにより、第２主面２にエッチピットが形成される。エッチピットの観察領域は、たとえば０．８２ｍｍ×０．７０ｍｍとする。観察領域は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々において等間隔に設定される。観察領域のピッチは、５ｍｍである。溶融ＫＯＨにおいて、過酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ２）、過酸化バリウム（ＢａＯ２）および硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）の少なくとも１種が添加されていてもよい。
　全ての観察領域において、貫通螺旋転位４に起因するエッチピットの数が測定される。全ての観察領域における当該エッチピットの合計数を、観察領域の総面積で除した値が、第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度に対応する。ＫＯＨ融液の温度は、たとえば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。エッチング後、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡を用いて第２主面２の観察領域が観察される。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素結晶の製造装置の構成について説明する。
　図１１Ａは、本実施形態に係る炭化珪素結晶の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。図１１Ａに示されるように、炭化珪素結晶の製造装置３００は、坩堝１３０と、第１抵抗ヒータ１４１と、第２抵抗ヒータ１４２と、第３抵抗ヒータ１４３とを主に有している。坩堝１３０は、黒鉛製である。坩堝１３０は、原料収容部１３２と、蓋部１３１とを有している。蓋部１３１は、原料収容部１３２上に配置される。坩堝１３０の内部には、黒鉛部材（図示せず）が配置される。
　第１抵抗ヒータ１４１は、蓋部１３１の上方に配置されている。第２抵抗ヒータ１４２は、原料収容部１３２の外周を取り囲むように配置されている。第３抵抗ヒータ１４３は、原料収容部１３２の底面の下方に配置されている。第１抵抗ヒータ１４１と、第２抵抗ヒータ１４２と、第３抵抗ヒータ１４３とに対して電力が印加されることにより、坩堝１３０が加熱される。
　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。まず、坩堝及び坩堝内に配置している黒鉛部材を焼成する工程が実施される。具体的には、アルゴンガス雰囲気中において、坩堝及び坩堝内に配置している黒鉛部材が３０００℃の温度で加熱される。坩堝の加熱時間は、たとえば１０時間とする。アルゴンガスの圧力は、たとえば１０ｋＰａとする。
　図１１Ｂは、坩堝及び坩堝内に配置している黒鉛部材を焼成する工程における温度と時間との関係を示す模式図である。図１１Ｂにおいて、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。図１１Ｂに示されるように、昇温第一工程において、第１時点Ｔ１から第２時点Ｔ２にかけて、坩堝１３０の温度が第１温度Ｃ１から第２温度Ｃ２まで上昇する。第１温度Ｃ１は、たとえば１１００℃である。第２温度Ｃ２は、たとえば２２００℃である。
　次に、昇温第二工程において、第２時点Ｔ２から第３時点Ｔ３にかけて、坩堝１３０の温度が第２温度Ｃ２から第３温度Ｃ３まで上昇する。第３温度Ｃ３は、最高到達温度である。第３温度Ｃ３は、たとえば３０００℃である。昇温第一工程の昇温速度は、たとえば１００℃／時間である。昇温第二工程の昇温速度は、２０℃／時間以下である。昇温第二工程の昇温速度は、昇温第一工程の昇温速度よりも低い。
　次に、焼成工程が実施される。第３時点Ｔ３から第４時点Ｔ４にかけて、坩堝１３０の温度が第３温度Ｃ３で保持される。第３時点Ｔ３から第４時点Ｔ４までの時間は、焼成時間である。次に、冷却工程が実施される。第４時点Ｔ４から坩堝１３０が冷却される。部材の割れを防ぐため、坩堝１３０の温度が第１温度Ｃ１になるまで、坩堝１３０はゆっくりと冷却される。坩堝１３０の冷却速度は、２０℃／時間以下である。
　昇温第一工程、昇温第二工程、焼成工程および冷却工程において、坩堝１３０内の雰囲気ガスの圧力は、たとえば１０ｋＰａ程度に維持される。雰囲気ガスは、たとえばアルゴンガスあるいはヘリウムガスなどの不活性ガスを含んでいる。
　図１２は、坩堝の内部に炭化珪素原料と種基板とを配置する工程を示す断面模式図である。図１２に示されるように、炭化珪素原料１５３が原料収容部１３２に配置される。炭化珪素原料１５３は、たとえば多結晶炭化珪素の粉末である。種基板１５０は、たとえば接着剤（図示せず）を用いて蓋部１３１に固定される。種基板１５０は、成長面１５１と、取付面１５２とを有している。取付面１５２は、成長面１５１と反対側にある。成長面１５１は、炭化珪素原料１５３に対向する。取付面１５２は、蓋部１３１に対向する。種基板１５０の成長面１５１は、炭化珪素原料１５３の表面に対向するように配置される。
　種基板１５０は、たとえばポリタイプが４Ｈである炭化珪素単結晶基板である。成長面１５１の直径は、たとえば１５０ｍｍである。成長面１５１の直径は、１５０ｍｍ以上であってもよい。成長面１５１は、たとえばカーボン面またはカーボン面面に対して８°以下程度のオフ角だけ傾斜した面である。以上のように、種基板１５０と炭化珪素原料１５３とが準備される。
　図１３は、炭化珪素結晶の成長工程を示す断面模式図である。まず、種基板１５０の成長面１５１の温度が炭化珪素原料１５３の温度よりも低い状態で、坩堝１３０内の圧力が低減される。坩堝１３０内の雰囲気ガスの圧力が、たとえば１．０ｋＰａまで減圧される。これにより、炭化珪素原料１５３が昇華を開始し、昇華した炭化珪素ガスが種基板１５０の成長面１５１において再結晶化する。種基板１５０の成長面１５１上において、炭化珪素結晶１１０が単結晶成長し始める。炭化珪素結晶１１０が成長している間、坩堝１３０内の圧力は、たとえば０．１ｋＰａ以上３ｋＰａ以下程度に維持される。
　以上のように、炭化珪素原料１５３を昇華することにより種基板１５０上に炭化珪素結晶１１０を成長させる。炭化珪素結晶１１０を成長させる工程において、炭化珪素結晶１１０の温度は、たとえば２１００℃以上２３００℃以下である。炭化珪素結晶１１０の温度の下限は、特に限定されないが、たとえば２１２５℃以上であってもよいし、２１５０℃以上であってもよい。炭化珪素結晶１１０の温度の上限は、特に限定されないが、たとえば２２５０℃以下であってもよいし、２２７５℃以下であってもよい。
　図１４は、図１３の領域ＸＩＶの構成を示す拡大模式図である。図１４に示されるように、炭化珪素結晶１１０の内部において複数の第３ボイド１４が形成されている。炭化珪素結晶１１０の成長方向に平行な断面において、複数の第３ボイド１４の各々の形状は、たとえば三角形である。炭化珪素結晶１１０の成長方向に垂直な方向における第３ボイド１４の幅は、炭化珪素結晶１１０の成長方向に沿って狭くなっている。別の観点から言えば、種基板１５０から炭化珪素原料１５３に向かうにつれて、炭化珪素結晶１１０の成長方向に垂直な方向における第３ボイド１４の幅は狭くなっている。
　次に、炭化珪素結晶１１０がスライスされる。具体的には、たとえばソーワイヤーを用いて、炭化珪素結晶１１０の中心軸に垂直な平面に沿って、炭化珪素結晶１１０がスライスされる。これにより、複数の炭化珪素基板１００が得られる（図４参照）。図４に示されるように、炭化珪素基板１００は、第１主面１と、第２主面２とを有している。複数の第３ボイド１４の内、第１主面１に露出したボイドは、第１ボイド１０である。複数の第３ボイド１４の内、第２主面２に露出したボイドは、第２ボイド２０である。
　＜炭化珪素半導体装置の製造方法＞
　次に、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置４００の製造方法について説明する。図１５は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置４００の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図１５に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置４００の製造方法は、炭化珪素エピタキシャル基板２００を準備する工程（Ｓ１）と、炭化珪素エピタキシャル基板２００を加工する工程（Ｓ２）とを主に有している。
　まず、炭化珪素エピタキシャル基板２００を準備する工程（Ｓ１）が実施される。炭化珪素エピタキシャル基板２００を準備する工程（Ｓ１）においては、まず、本実施形態に係る炭化珪素基板１００が準備される（図１参照）。
　次に、炭化珪素基板１００上に炭化珪素エピタキシャル層６０が形成される。具体的には、炭化珪素基板１００の第１主面１上に炭化珪素エピタキシャル層６０がエピタキシャル成長により形成される。エピタキシャル成長においては、原料ガスとしてたとえばシラン（ＳｉＨ4）およびプロパン（Ｃ3Ｈ8）が用いられ、キャリアガスとして水素（Ｈ2）が用いられる。エピタキシャル成長の温度は、たとえば１４００℃以上１７００℃以下程度である。エピタキシャル成長において、たとえば窒素などのｎ型不純物が、炭化珪素エピタキシャル層６０に導入される。以上により、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板２００が準備される。
　図１６は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板２００の構成を示す断面模式図である。説明の便宜のため、図１６以降の図面においては、第１ボイド１０、第２ボイド２０、第３ボイド１４、第１カーボンインクルージョン７１および第２カーボンインクルージョン７２の各々は、省略されている。
　図１６に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板２００は、炭化珪素基板１００と、炭化珪素エピタキシャル層６０とを有している。炭化珪素エピタキシャル層６０は、炭化珪素基板１００上に設けられている。炭化珪素エピタキシャル層６０は、第３主面３を有している。第３主面３は、炭化珪素エピタキシャル基板２００の表面を構成する。第２主面２は、炭化珪素エピタキシャル基板２００の裏面を構成する。
　炭化珪素エピタキシャル層６０は、バッファ層４１と、ドリフト層４２とを有していてもよい。バッファ層４１は、第１主面１において、炭化珪素基板１００に接している。ドリフト層４２は、バッファ層４１上に設けられている。バッファ層４１およびドリフト層４２の各々は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。バッファ層４１が含むｎ型不純物の濃度は、ドリフト層４２が含むｎ型不純物の濃度よりも高くてもよい。
　次に、炭化珪素エピタキシャル基板２００を加工する工程（Ｓ２）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板２００に対して以下のような加工が行われる。まず、炭化珪素エピタキシャル基板２００に対してイオン注入が行われる。
　図１７は、ボディ領域を形成する工程を示す断面模式図である。ボディ領域を形成する工程において、炭化珪素エピタキシャル層６０の第３主面３に対して、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物がイオン注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するボディ領域１１３が形成される。ボディ領域１１３が形成されなかった部分は、ドリフト層４２およびバッファ層４１となる。ボディ領域１１３の厚みは、たとえば０．９μｍである。炭化珪素エピタキシャル層６０は、バッファ層４１と、ドリフト層４２と、ボディ領域１１３とを含む。
　次に、ソース領域を形成する工程が実施される。図１８は、ソース領域を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、ボディ領域１１３に対して、たとえばリンなどのｎ型不純物がイオン注入される。これにより、ｎ型の導電型を有するソース領域１１４が形成される。ソース領域１１４の厚みは、たとえば０．４μｍである。ソース領域１１４が含むｎ型不純物の濃度は、ボディ領域１１３が含むｐ型不純物の濃度よりも高い。
　次に、ソース領域１１４に対して、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物がイオン注入されることにより、コンタクト領域１１８が形成される。コンタクト領域１１８は、ソース領域１１４およびボディ領域１１３を貫通し、ドリフト層４２に接するように形成される。コンタクト領域１１８が含むｐ型不純物の濃度は、ソース領域１１４が含むｎ型不純物の濃度よりも高い。
　次に、イオン注入された不純物を活性化するため活性化アニールが実施される。活性化アニールの温度は、たとえば１５００℃以上１９００℃以下である。活性化アニールの時間は、たとえば３０分程度である。活性化アニールの雰囲気は、たとえばアルゴン雰囲気である。
　次に、炭化珪素エピタキシャル層６０の第３主面３にトレンチを形成する工程が実施される。図１９は、炭化珪素エピタキシャル層６０の第３主面３にトレンチを形成する工程を示す断面模式図である。ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８から構成される第３主面３上に、開口を有するマスク１１７が形成される。マスク１１７を用いて、ソース領域１１４と、ボディ領域１１３と、ドリフト層４２の一部とがエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。具体的には、たとえば反応ガスとしてＳＦ6またはＳＦ6とＯ2との混合ガスを用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングが用いられる。エッチングにより、第３主面３に凹部が形成される。
　次に、凹部において熱エッチングが行われる。熱エッチングは、第３主面３上にマスク１１７が形成された状態で、たとえば、少なくとも１種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素（Ｃｌ）原子およびフッ素（Ｆ）原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、たとえば、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳＦ6またはＣＦ4を含む。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば７００℃以上１０００℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガスなどを用いることができる。
　図１９に示されるように、熱エッチングにより、第３主面３にトレンチ５６が形成される。トレンチ５６は、側壁面５３と、底壁面５４とにより規定される。側壁面５３は、ソース領域１１４と、ボディ領域１１３と、ドリフト層４２とにより構成される。底壁面５４は、ドリフト層４２により構成される。次に、マスク１１７が第３主面３から除去される。
　次に、ゲート絶縁膜を形成する工程が実施される。図２０は、ゲート絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。具体的には、第３主面３にトレンチ５６が形成された炭化珪素エピタキシャル基板２００が、酸素を含む雰囲気中において、たとえば１３００℃以上１４００℃以下の温度で加熱される。これにより、底壁面５４においてドリフト層４２と接し、側壁面５３においてドリフト層４２、ボディ領域１１３およびソース領域１１４の各々に接し、かつ第３主面３においてソース領域１１４およびコンタクト領域１１８の各々と接するゲート絶縁膜１１５が形成される。
　次に、ゲート電極を形成する工程が実施される。図２１は、ゲート電極および層間絶縁膜を形成する工程を示す断面模式図である。ゲート電極１２７は、トレンチ５６の内部においてゲート絶縁膜１１５に接するように形成される。ゲート電極１２７は、トレンチ５６の内部に配置され、ゲート絶縁膜１１５上においてトレンチ５６の側壁面５３および底壁面５４の各々と対面するように形成される。ゲート電極１２７は、たとえばＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。
　次に、層間絶縁膜１２６が形成される。層間絶縁膜１２６は、ゲート電極１２７を覆い、かつゲート絶縁膜１１５と接するように形成される。層間絶縁膜１２６は、たとえば化学気相成長法により形成される。層間絶縁膜１２６は、たとえば二酸化珪素を含む材料により構成される。次に、ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８上に開口部が形成されるように、層間絶縁膜１２６およびゲート絶縁膜１１５の一部がエッチングされる。これにより、コンタクト領域１１８およびソース領域１１４がゲート絶縁膜１１５から露出する。
　次に、ソース電極を形成する工程が実施される。ソース電極１１６は、ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８の各々に接するように形成される。ソース電極１１６は、たとえばスパッタリング法により形成される。ソース電極１１６は、たとえばＴｉ（チタン）、Ａｌ（アルミニウム）およびＳｉ（シリコン）を含む材料から構成されている。
　次に、合金化アニールが実施される。具体的には、ソース領域１１４およびコンタクト領域１１８の各々と接するソース電極１１６が、たとえば９００℃以上１１００℃以下の温度で５分程度保持される。これにより、ソース電極１１６の少なくとも一部がシリサイド化する。これにより、ソース領域１１４とオーミック接合するソース電極１１６が形成される。ソース電極１１６は、コンタクト領域１１８とオーミック接合してもよい。
　次に、ソース配線１１９が形成される。ソース配線１１９は、ソース電極１１６と電気的に接続される。ソース配線１１９は、ソース電極１１６および層間絶縁膜１２６を覆うように形成される。
　次に、ドレイン電極を形成する工程が実施される。まず、第２主面２において、炭化珪素基板１００が研磨される。これにより、炭化珪素基板１００の厚みが薄くなる。次に、ドレイン電極１２３が形成される。ドレイン電極１２３は、第２主面２と接するように形成される。以上により、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置４００が製造される。
　図２２は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置４００の構成を示す断面模式図である。炭化珪素半導体装置４００は、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。炭化珪素半導体装置４００は、炭化珪素エピタキシャル基板２００と、ゲート電極１２７と、ゲート絶縁膜１１５と、ソース電極１１６と、ドレイン電極１２３と、ソース配線１１９と、層間絶縁膜１２６とを主に有している。炭化珪素エピタキシャル基板２００は、バッファ層４１と、ドリフト層４２と、ボディ領域１１３と、ソース領域１１４と、コンタクト領域１１８とを有している。炭化珪素半導体装置４００は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であってもよい。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素基板１００、炭化珪素エピタキシャル基板２００および炭化珪素半導体装置４００の製造方法の作用効果について説明する。
　近年、炭化珪素結晶中に存在する新たな欠陥(以降はボイドと呼称)が見つかっている。ボイドは、マイクロパイプとは異なり、炭化珪素結晶内を貫通しない。またボイドの幅は、通常マイクロパイプの幅よりも大きい。さらにボイドの幅は、成長方向へ向かうにつれて、小さくなる特徴がある。主面に露出するボイドを有する炭化珪素基板１００を用いて炭化珪素半導体装置４００を製造すると、炭化珪素半導体装置４００の信頼性が低下することがある。その結果、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりが低下するおそれがある。
　発明者は、鋭意検討の結果、以下の知見を得て本開示に係る実施形態を考え出した。まず、ボイドが存在する位置から成長方向側に５０μｍから２００μｍ程度離れた領域に、炭素の塊が発見された。さらに検討を進めた結果、ボイドの発生は、ある程度の大きさのカーボンインクルージョンが密集している領域に起因していることが明らかとなった。
　炭化珪素基板１００において、ある程度の大きさのカーボンインクルージョンが密集して取り込まれる原因についてさらに鋭意検討を行った結果、黒鉛製の坩堝を用いて炭化珪素結晶を成長する際に、坩堝及び坩堝内に配置している黒鉛部材から発生する炭素の塊が炭化珪素結晶に取り込まれることが判明した。そこで発明者は、炭化珪素結晶の成長前に、特定の条件で黒鉛製の坩堝及び坩堝内に配置している黒鉛部材に対して焼成を実施することにより、炭素の塊が炭化珪素結晶に混入することを抑制可能であることを見出した。これにより、ボイドの面密度が低減された炭化珪素基板１００を得ることができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１主面１には、第１ボイド１０が存在している。第１ボイド１０の面密度は、０．９個／ｃｍ2未満である。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０の幅は、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて大きくなる。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０の深さは、炭化珪素基板１００の厚みよりも小さい。第１主面１は、カーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角度θで傾斜した面である。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１主面１と、第１主面１の反対側にある第２主面２とを備えている。第１主面１には第１ボイド１０が存在し、かつ第２主面２には第２ボイド２０が存在している。第２ボイド２０の面密度は、０．９個／ｃｍ2未満である。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０および第２ボイド２０の各々の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０および第２ボイド２０の各々の幅は、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて大きくなる。第１主面１に対して平行な方向に見て、第１ボイド１０および第２ボイド２０の各々の深さは、炭化珪素基板１００の厚みよりも小さい。第２主面２は、シリコン面またはシリコン面に対して８°以下のオフ角度θで傾斜した面である。
　上記の炭化珪素基板１００を用いて炭化珪素半導体装置４００を製造する場合において、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりを向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１主面１を一辺が５ｍｍである複数の正方領域３０に区分した場合、複数の正方領域３０は、貫通螺旋転位４の面密度が３０００個／ｃｍ2以上である第１領域３１と、貫通螺旋転位４の面密度が１０００個／ｃｍ2以上３０００個／ｃｍ2未満である第２領域３２と、貫通螺旋転位４の面密度が１０００個／ｃｍ2未満である第３領域３３とにより構成されていてもよい。第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第１領域３１の面積の比率は、１％以上１０％以下であってもよい。これにより、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりをさらに向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第１領域３１の面積の比率は、５％以上であってもよい。これにより、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりをさらに向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度は、１５００個／ｃｍ2以下であってもよい。これにより、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりをさらに向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１主面１から第２主面２に向かって５０μｍ以上２００μｍ以下離れた第１直方体領域６１には、第１カーボンインクルージョン７１が１０個以上２０個以下存在してもよい。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１直方体領域６１の長辺の長さは０．８２ｍｍであり、かつ、第１直方体領域６１の短辺の長さは０．７ｍｍであってもよい。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第１ボイド１０は、第１直方体領域６１と重なっていてもよい。第１主面１に垂直な方向に見て、第１カーボンインクルージョン７１の最大長さは、５μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。これにより、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりをさらに向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１主面１から第２主面２に向かって５０μｍ以上２００μｍ以下離れた第２直方体領域６２には、第２カーボンインクルージョン７２が３個以上１０個未満存在してもよい。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第２直方体領域６２の長辺の長さは０．８２ｍｍであり、かつ、第２直方体領域６２の短辺の長さは０．７ｍｍであってもよい。第１主面１に対して垂直な方向に見て、第２直方体領域６２と重なる第１主面１の領域における貫通螺旋転位４の面密度は、３０００個／ｃｍ2以上であってもよい。第１主面１に垂直な方向に見て、第２カーボンインクルージョン７２の最大長さは、５μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。これにより、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりをさらに向上することができる。
　本実施形態に係る炭化珪素基板１００によれば、第１主面１の直径は、１５０ｍｍ以上であってもよい。これにより、大口径の炭化珪素基板１００を用いた場合において、炭化珪素半導体装置４００の歩留まりをさらに向上することができる。
　（実施例１）
　（サンプル準備）
　まず、サンプル１から７に係る製造条件を用いて炭化珪素基板１００を作製した。サンプル１から６に係る製造条件においては、焼成工程が実施された。具体的には、図１１Ｂに示される温度プロファイルを用いて坩堝１３０および坩堝１３０の内部になる黒鉛部材を焼成した。図１１Ｂにおける第３温度Ｃ３は、焼成温度である。第３時点Ｔ３から第４時点Ｔ４までの時間は、焼成時間である。サンプル７に係る製造条件においては、焼成工程が実施されなかった。
　サンプル１および２に係る製造条件における焼成温度は、２８００℃とした。サンプル３から６に係る製造条件における焼成温度は、３０００℃とした。サンプル１および４に係る製造条件における焼成時間は、１０時間とした。サンプル２および５に係る製造条件における焼成時間は、３０時間とした。サンプル６に係る製造条件における焼成時間は、６０時間とした。サンプル３に係る製造条件における焼成時間は、０分とした。
　次に、坩堝１３０を用いて炭化珪素結晶１１０が製造された。図１２に示されるように、坩堝１３０の内部に炭化珪素原料１５３と種基板１５０とが配置された。昇華法を用いて、種基板１５０上に炭化珪素結晶１１０を成長させた。炭化珪素結晶１１０の成長が完了した後、ソーワイヤーを用いて炭化珪素結晶１１０をスライスした。これにより、炭化珪素基板１００を切り出した。炭化珪素基板１００は、第１主面１と、第２主面２とを有している。第１主面１は、カーボン面に対してオフ方向に傾斜した面とした。オフ方向は、＜１１－２０＞とした。オフ角度θは、２°とした。以上により、サンプル１から７の各々に係る炭化珪素基板１００が準備された。
　（測定方法）
　サンプル１から７の各々に係る炭化珪素基板１００において、第１ボイド１０の面密度が測定された。具体的には、炭化珪素基板１００の第１主面１に露出している第１ボイド１０の数が測定された。第１ボイド１０の特定は、光学顕微鏡を用いて行われた。第１主面１に対して垂直な方向に見た場合の幅が１０μｍ以上１００μｍ以下であり、第１主面１から第２主面２に向かうにつれて幅が大きくなる有底穴を第１ボイド１０として特定した。第１主面１の測定領域における第１ボイド１０の数を第１主面１の測定領域の面積で除した値は、第１ボイド１０の面密度とした。
　サンプル１、３、５および７の各々に係る炭化珪素基板１００において、ある第１ボイド１０の下にある第１カーボンインクルージョン７１の数がカウントされた。具体的には、第１ボイド１０が第１主面１にある領域において、炭化珪素基板１００の第１主面１から第２主面２に向かって顕微鏡の焦点を測定深さ分推移させながら、目視で第１カーボンインクルージョン７１の数をカウントした。測定深さは、１００μｍとした。測定領域の長辺の長さは、０．２１ｍｍとした。測定領域の短辺の長さは、０．１８ｍｍとした。
　（測定結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、サンプル１から７の各々に係る炭化珪素基板１００の第１ボイド１０の面密度を示している。表１に示されるように、サンプル１から６の各々に係る炭化珪素基板１００の第１ボイド１０の面密度は、サンプル７に係る炭化珪素基板１００の第１ボイド１０の面密度よりも低かった。これにより、焼成工程を行うことにより、第１ボイド１０の面密度を低減可能であることが確かめられた。同じ焼成温度で比較した場合、焼成時間が長い程、第１ボイド１０の面密度は低くなった。同じ焼成時間で比較した場合、焼成温度が高い程、第１ボイド１０の面密度は低くなった。サンプル１、３、５および７の各々に係る炭化珪素基板１００において、第１カーボンインクルージョン７１の数は、それぞれ６個、３個、２個および９個であった。
　（実施例２）
　（測定方法）
　サンプル４および７の各々に係る炭化珪素基板１００において、第１領域３１と、第２領域３２と、第３領域３３とを特定した。第１領域３１は、貫通螺旋転位４の面密度が３０００個／ｃｍ2以上である領域である。第２領域３２は、貫通螺旋転位４の面密度が１０００個／ｃｍ2以上３０００個／ｃｍ2未満である領域である。第３領域３３は、貫通螺旋転位４の面密度が１０００個／ｃｍ2未満である領域である。
　第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第１領域３１の面積の比率（第１領域比率）と、第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第２領域３２の面積の比率（第２領域比率）と、第１領域３１と第２領域３２と第３領域３３との総面積に対する第３領域３３の面積の比率（第３領域比率）とが測定された。第２主面２において、貫通螺旋転位４の面密度が測定された。
　貫通螺旋転位４の面密度は、溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて測定された。エッチピットの観察領域は、０．８２ｍｍ×０．７０ｍｍとする。観察領域のピッチは、５ｍｍとした。全ての観察領域において、貫通螺旋転位４に起因するエッチピットの数が測定される。全ての観察領域における当該エッチピットの合計数を、観察領域の総面積で除した値は、第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度とした。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。
　（測定結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２は、第１領域比率と、第２領域比率と、第３領域比率と、第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度と、を示している。表２に示されるように、サンプル４に係る炭化珪素基板１００の第１領域比率は、サンプル７に係る炭化珪素基板１００の第１領域比率よりも低かった。これにより、焼成工程を行うことにより、第１領域比率を低減可能であることが確かめられた。サンプル４に係る炭化珪素基板１００の第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度は、サンプル７に係る炭化珪素基板１００の第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度よりも低かった。これにより、焼成工程を行うことにより、第２主面２における貫通螺旋転位４の面密度を低減可能であることが確かめられた。
　本開示は以下に示す実施形態を含む。
（付記１）
　第１主面と、前記第１主面の反対側にある第２主面とを備えた炭化珪素基板であって、
　前記第１主面には、第１ボイドが存在しており、
　前記第１ボイドの面密度は、０．９個／ｃｍ2未満であり、
　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第１ボイドの幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、
　前記第１主面に対して平行な方向に見て、前記第１ボイドの幅は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて大きくなり、
　前記第１主面に対して平行な方向に見て、前記第１ボイドの深さは、前記炭化珪素基板の厚みよりも小さく、
　前記第１主面は、カーボン面またはカーボン面に対して８°以下のオフ角度で傾斜した面である、炭化珪素基板。
（付記２）
　第１主面と、前記第１主面の反対側にある第２主面とを備えた炭化珪素基板であって、
　前記第１主面には第１ボイドが存在し、かつ前記第２主面には第２ボイドが存在しており、
　前記第２ボイドの面密度は、０．９個／ｃｍ2未満であり、
　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第１ボイドおよび前記第２ボイドの各々の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、
　前記第１主面に対して平行な方向に見て、前記第１ボイドおよび前記第２ボイドの各々の幅は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて大きくなり、
　前記第１主面に対して平行な方向に見て、前記第１ボイドおよび前記第２ボイドの各々の深さは、前記炭化珪素基板の厚みよりも小さく、
　前記第２主面は、シリコン面またはシリコン面に対して８°以下のオフ角度で傾斜した面である、炭化珪素基板。
（付記３）
　前記第１主面を一辺が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は、貫通螺旋転位の面密度が３０００個／ｃｍ2以上である第１領域と、貫通螺旋転位の面密度が１０００個／ｃｍ2以上３０００個／ｃｍ2未満である第２領域と、貫通螺旋転位の面密度が１０００個／ｃｍ2未満である第３領域とにより構成されており、
　前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域との総面積に対する前記第１領域の面積の比率は、１％以上１０％以下である、付記１または付記２に記載の炭化珪素基板。
（付記４）
　前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域との総面積に対する前記第１領域の面積の比率は、５％以上である、付記３に記載の炭化珪素基板。
（付記５）
　前記第２主面における貫通螺旋転位の面密度は、１５００個／ｃｍ2以下である、付記１または付記２に記載の炭化珪素基板。
（付記６）
　前記炭化珪素基板の第１直方体領域には、第１カーボンインクルージョンが１０個以上２０個以下存在し、
　前記第１主面に対して垂直な方向において、前記第１主面から前記第１直方体領域の上端面までの距離は５０μｍであり、かつ、前記第１主面から前記第１直方体領域の下端面までの距離は２００μｍであり、
　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第１直方体領域の長辺の長さは０．８２ｍｍであり、かつ、前記第１直方体領域の短辺の長さは０．７ｍｍであり、
　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第１ボイドは、前記第１直方体領域と重なっており、
　前記第１主面に垂直な方向に見て、前記第１カーボンインクルージョンの最大長さは、５μｍ以上５０μｍ以下である、付記１または付記２に記載の炭化珪素基板。
（付記７）
　前記炭化珪素基板の第２直方体領域には、第２カーボンインクルージョンが３個以上１０個未満存在し、
　前記第１主面に対して垂直な方向において、前記第１主面から前記第２直方体領域の上端面までの距離は５０μｍであり、かつ、前記第１主面から前記第２直方体領域の下端面までの距離は２００μｍであり、
　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第２直方体領域の長辺の長さは０．８２ｍｍであり、かつ、前記第２直方体領域の短辺の長さは０．７ｍｍであり、
　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第２直方体領域と重なる前記第１主面の領域における貫通螺旋転位の面密度は、３０００個／ｃｍ2以上であり、
　前記第１主面に垂直な方向に見て、前記第２カーボンインクルージョンの最大長さは、５μｍ以上５０μｍ以下である、付記１または付記２に記載の炭化珪素基板。
（付記８）
　前記第１主面の直径は、１５０ｍｍ以上である、付記１または付記２に記載の炭化珪素基板。
（付記９）
　前記第１主面は、カーボン面に対して１°以上４°以下のオフ角度で傾斜した面である、付記１または付記２に記載の炭化珪素基板。
（付記１０）
　付記１または付記２に記載の炭化珪素基板と、
　前記炭化珪素基板上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層と、を備えた、炭化珪素エピタキシャル基板。
（付記１１）
　付記１０に記載の炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
　前記炭化珪素エピタキシャル基板を加工する工程と、を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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　第１主面、２　第２主面、３　第３主面、４　貫通螺旋転位、７　オリエンテーションフラット部、８　円弧状部、９　外周側面、１０　第１ボイド、１１　第１開口部、１２　第１側面部、１３　第１底部、１４　第３ボイド、１５　炭化珪素領域、２０　第２ボイド、２１　第２開口部、２２　第２側面部、２３　第２底部、３０　正方領域、３１　第１領域、３２　第２領域、３３　第３領域、４１　バッファ層、４２　ドリフト層、５３　側壁面、５４　底壁面、５６　トレンチ、６０　炭化珪素エピタキシャル層、６１　第１直方体領域、６２　第２直方体領域、７１　第１カーボンインクルージョン、７２　第２カーボンインクルージョン、１００　炭化珪素基板、１０１　第１方向、１０２　第２方向、１０３　第３方向、１１０　炭化珪素結晶、１１３　ボディ領域、１１４　ソース領域、１１５　ゲート絶縁膜、１１６　ソース電極、１１７　マスク、１１８　コンタクト領域、１１９　ソース配線、１２３　ドレイン電極、１２６　層間絶縁膜、１２７　ゲート電極、１３０　坩堝、１３１　蓋部、１３２　原料収容部、１４１　第１抵抗ヒータ、１４２　第２抵抗ヒータ、１４３　第３抵抗ヒータ、１５０　種基板、１５１　成長面、１５２　取付面、１５３　炭化珪素原料、２００　炭化珪素エピタキシャル基板、３００　製造装置、４００　炭化珪素半導体装置、Ａ１　第１幅、Ａ２　第２幅、Ｂ１　第１深さ、Ｂ２　第２深さ、Ｃ１　第１温度、Ｃ２　第２温度、Ｃ３　第３温度、Ｄ１１，Ｄ２１　第１距離、Ｄ１２，Ｄ２２　第２距離、Ｄ１３，Ｄ２３　第３距離、Ｅ１　厚み、Ｆ１，Ｆ２　最大長さ、Ｌ１１，Ｌ２１　第１長さ、Ｌ１２，Ｌ２２　第２長さ、Ｔ１　第１時点、Ｔ２　第２時点、Ｔ３　第３時点、Ｔ４　第４時点、Ｗ１　直径、θ　オフ角度。

Claims (11)

  1. 　第１主面と、前記第１主面の反対側にある第２主面とを備えた炭化珪素基板であって、
    　前記第１主面には、第１ボイドが存在しており、
    　前記第１ボイドの面密度は、０．９個／ｃｍ2未満であり、
    　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第１ボイドの幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、
    　前記第１主面に対して平行な方向に見て、前記第１ボイドの幅は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて大きくなり、
    　前記第１主面に対して平行な方向に見て、前記第１ボイドの深さは、前記炭化珪素基板の厚みよりも小さく、
    　前記第１主面は、カーボン面または前記カーボン面に対して８°以下のオフ角度で傾斜した面である、炭化珪素基板。
  2. 　第１主面と、前記第１主面の反対側にある第２主面とを備えた炭化珪素基板であって、
    　前記第１主面には第１ボイドが存在し、かつ前記第２主面には第２ボイドが存在しており、
    　前記第２ボイドの面密度は、０．９個／ｃｍ2未満であり、
    　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第１ボイドおよび前記第２ボイドの各々の幅は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、
    　前記第１主面に対して平行な方向に見て、前記第１ボイドおよび前記第２ボイドの各々の幅は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて大きくなり、
    　前記第１主面に対して平行な方向に見て、前記第１ボイドおよび前記第２ボイドの各々の深さは、前記炭化珪素基板の厚みよりも小さく、
    　前記第２主面は、シリコン面または前記シリコン面に対して８°以下のオフ角度で傾斜した面である、炭化珪素基板。
  3. 　前記第１主面を一辺が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は、貫通螺旋転位の面密度が３０００個／ｃｍ2以上である第１領域と、貫通螺旋転位の面密度が１０００個／ｃｍ2以上３０００個／ｃｍ2未満である第２領域と、貫通螺旋転位の面密度が１０００個／ｃｍ2未満である第３領域とにより構成されており、
    　前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域との総面積に対する前記第１領域の面積の比率は、１％以上１０％以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素基板。
  4. 　前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域との総面積に対する前記第１領域の面積の比率は、５％以上である、請求項３に記載の炭化珪素基板。
  5. 　前記第２主面における貫通螺旋転位の面密度は、１５００個／ｃｍ2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. 　前記炭化珪素基板の第１直方体領域には、第１カーボンインクルージョンが１０個以上２０個以下存在し、
    　前記第１主面に対して垂直な方向において、前記第１主面から前記第１直方体領域の上端面までの距離は５０μｍであり、かつ、前記第１主面から前記第１直方体領域の下端面までの距離は２００μｍであり、
    　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第１直方体領域の長辺の長さは０．８２ｍｍであり、かつ、前記第１直方体領域の短辺の長さは０．７ｍｍであり、
    　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第１ボイドは、前記第１直方体領域と重なっており、
    　前記第１主面に垂直な方向に見て、前記第１カーボンインクルージョンの最大長さは、５μｍ以上５０μｍ以下である、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. 　前記炭化珪素基板の第２直方体領域には、第２カーボンインクルージョンが３個以上１０個未満存在し、
    　前記第１主面に対して垂直な方向において、前記第１主面から前記第２直方体領域の上端面までの距離は５０μｍであり、かつ、前記第１主面から前記第２直方体領域の下端面までの距離は２００μｍであり、
    　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第２直方体領域の長辺の長さは０．８２ｍｍであり、かつ、前記第２直方体領域の短辺の長さは０．７ｍｍであり、
    　前記第１主面に対して垂直な方向に見て、前記第２直方体領域と重なる前記第１主面の領域における貫通螺旋転位の面密度は、３０００個／ｃｍ2以上であり、
    　前記第１主面に垂直な方向に見て、前記第２カーボンインクルージョンの最大長さは、５μｍ以上５０μｍ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. 　前記第１主面の直径は、１５０ｍｍ以上である、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. 　前記第１主面は、前記カーボン面に対して１°以上４°以下のオフ角度で傾斜した面である、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. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素基板と、
    　前記炭化珪素基板上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層と、を備えた、炭化珪素エピタキシャル基板。
  11. 　請求項１０に記載の炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
    　前記炭化珪素エピタキシャル基板を加工する工程と、を備えた、炭化珪素半導体装置の製造方法。
PCT/JP2023/016669 2022-06-02 2023-04-27 炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 WO2023233887A1 (ja)

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