WO2024014246A1 - 炭化珪素結晶基板、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

炭化珪素結晶基板、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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WO2024014246A1
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silicon carbide
crystal substrate
absorption coefficient
less
region
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PCT/JP2023/022964
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一成 佐藤
重明 上村
順 大塚
省吾 境谷
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住友電気工業株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
    • C30B23/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B23/06—Heating of the deposition chamber, the substrate or the materials to be evaporated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a silicon carbide crystal substrate, a silicon carbide epitaxial substrate, and a silicon carbide semiconductor device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-113017, which is a Japanese patent application filed on July 14, 2022. All contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
  • Patent Document 1 describes a silicon carbide crystal containing vanadium.
  • a silicon carbide crystal substrate according to the present disclosure contains at least one element of chromium, cobalt, and molybdenum, and nitrogen.
  • chromium When chromium is contained, the 3d orbital of chromium and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • cobalt When cobalt is contained, the 3d orbital of cobalt and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • molybdenum is contained, the 4d orbital of molybdenum and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • the electrical resistivity is 1 ⁇ 10 10 ⁇ cm or more.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide crystal substrate according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing positions for measuring the concentration of impurity atoms.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the measurement position of electrical resistivity.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the X-ray absorption coefficient spectrum of the silicon carbide crystal substrate according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an X-ray absorption coefficient spectrum of a silicon carbide crystal substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an X-ray absorption coefficient spectrum of a silicon carbide crystal substrate according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide crystal substrate according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 8 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide epitaxial substrate according to this embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming the body region.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a source region.
  • FIG. 12 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. 13 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate insulating film.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the process of forming a gate electrode and an interlayer insulating film.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
  • An object of the present disclosure is to provide a silicon carbide crystal 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 crystal 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 crystal substrate 100 contains at least one element of chromium, cobalt, and molybdenum, and nitrogen.
  • chromium When chromium is contained, the 3d orbital of chromium and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • cobalt When cobalt is contained, the 3d orbital of cobalt and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • molybdenum is contained, the 4d orbital of molybdenum and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • the electrical resistivity is 1 ⁇ 10 10 ⁇ cm or more.
  • the element may be chromium.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 6003 eV or more and less than 6010 eV is 1, the intensity of the inflection point of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 5990 eV or more and less than 5995 eV may be smaller than 0.25. .
  • the concentration of chromium may be 1 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of nitrogen may be 5 ⁇ 10 15 atoms/cm 3 or more and 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the element may be cobalt.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7720 eV or more and less than 7740 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7705 eV or more and less than 7720 eV may be smaller than 0.26.
  • the concentration of cobalt may be 1 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of nitrogen may be 5 ⁇ 10 15 atoms/cm 3 or more and 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the element may be molybdenum.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,010 eV or more and less than 20,030 eV is 1, the maximum value of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,000 eV or more and less than 20,010 eV may be smaller than 0.4.
  • the concentration of molybdenum may be 1 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of nitrogen may be 5 ⁇ 10 15 atoms/cm 3 or more and 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • Silicon carbide epitaxial substrate 200 includes silicon carbide crystal substrate 100 according to any one of (1) to (10) above, and silicon carbide epitaxial layer 60 provided on silicon carbide crystal substrate 100. It may also have the following.
  • 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 (11) above is prepared. Silicon carbide epitaxial substrate 200 is processed.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of a silicon carbide crystal substrate 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • silicon carbide crystal substrate 100 according to this embodiment has first main surface 1 , second main surface 2 , and outer peripheral edge 8 .
  • the second main surface 2 is on the opposite side to the first main surface 1.
  • the outer peripheral edge 8 is continuous with each of the first main surface 1 and the second main surface 2.
  • the outer peripheral edge 8 is, for example, a cylindrical surface.
  • Each of the first main surface 1 and the second main surface 2 is, for example, planar.
  • the outer peripheral edge 8 has, for example, an orientation flat 6 and an arcuate portion 7.
  • Orientation flat 6 extends along first direction 101 .
  • the orientation flat 6 is linear when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1.
  • the arcuate portion 7 is continuous with the orientation flat 6.
  • the arcuate portion 7 has an arcuate shape when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1 .
  • the first main surface 1 when viewed in a direction perpendicular to the first main surface 1, the first main surface 1 extends along each of a first direction 101 and a second direction 102.
  • the first direction 101 is a direction perpendicular to the second direction 102.
  • the first direction 101 is, for example, the ⁇ 11-20> direction.
  • the first direction 101 may be, for example, the [11-20] direction.
  • the first direction 101 may be a direction in which the ⁇ 11-20> direction is projected onto the first principal surface 1. From another perspective, the first direction 101 may be a direction including a ⁇ 11-20> direction component, for example.
  • the second direction 102 is, for example, the ⁇ 1-100> direction.
  • the second direction 102 may be, for example, the [1-100] direction.
  • the second direction 102 may be, for example, a direction in which the ⁇ 1-100> direction is projected onto the first principal surface 1. From another perspective, the second direction 102 may be a direction including a ⁇ 1-100> direction component, for example.
  • the first main surface 1 is a surface inclined with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane.
  • the inclination angle (off angle) with respect to the ⁇ 0001 ⁇ plane is, for example, greater than 0° and less than or equal to 8°.
  • the off-angle is not particularly limited, but may be, for example, 1° or more, or 2° or more.
  • the off-angle is not particularly limited, but may be, for example, 7° or less, or 6° or less.
  • the first main surface 1 may be a surface inclined by an off angle with respect to the (000-1) plane, or may be a surface inclined by an off angle with respect to the (0001) plane.
  • the inclination direction (off direction) of the first main surface 1 is, for example, the ⁇ 11-20> direction. From another point of view, the first direction 101 may be the off direction of the first main surface 1.
  • the maximum diameter W1 (diameter) of the first main surface 1 is, for example, 100 mm (4 inches), although it is not particularly limited.
  • the maximum diameter W1 may be 125 mm (5 inches) or more, or 150 mm (6 inches) or more.
  • the maximum diameter W1 is not particularly limited.
  • the maximum diameter W1 may be, for example, 200 mm (8 inches) or less.
  • the maximum diameter W1 is the maximum distance between any two points on the outer peripheral edge 8 when viewed in a direction perpendicular to the first principal surface 1.
  • 4 inches refers to 100 mm or 101.6 mm (4 inches x 25.4 mm/inch). 6 inches means 150 mm or 152.4 mm (6 inches x 25.4 mm/inch). 8 inches means 200 mm or 203.2 mm (8 inches x 25.4 mm/inch).
  • Silicon carbide crystal substrate 100 contains at least one element of chromium, cobalt, and molybdenum. From another perspective, silicon carbide crystal substrate 100 may contain chromium, cobalt, molybdenum, or both chromium and cobalt. It may contain chromium and molybdenum, cobalt and molybdenum, or chromium, cobalt and molybdenum.
  • the concentration of chromium in silicon carbide crystal substrate 100 is, for example, 1 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of chromium is not particularly limited, but may be 2 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more, or 5 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more.
  • the concentration of chromium is not particularly limited, but may be 2 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less, or 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of cobalt in silicon carbide crystal substrate 100 according to the present embodiment is, for example, 1 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of cobalt is not particularly limited, but may be 2 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more, or 5 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more.
  • the concentration of chromium is not particularly limited, but may be 2 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less, or 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of molybdenum in silicon carbide crystal substrate 100 is, for example, 1 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of molybdenum is not particularly limited, but may be 2 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more, or 5 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more.
  • the concentration of chromium is not particularly limited, but may be 2 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less, or 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • Silicon carbide crystal substrate 100 according to this embodiment contains nitrogen (N).
  • the concentration of nitrogen in silicon carbide crystal substrate 100 according to this embodiment is, for example, 5 ⁇ 10 15 atoms/cm 3 or more and 1 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of nitrogen is not particularly limited, but may be 7 ⁇ 10 15 atoms/cm 3 or more, or 1 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or more.
  • the concentration of nitrogen is not particularly limited, but may be 7 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or less, or 5 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or less.
  • At least one element of chromium, cobalt, and molybdenum and nitrogen are chemically bonded.
  • chromium when chromium is contained, the 3d orbital of chromium and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • cobalt when contained, the 3d orbital of cobalt and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • molybdenum when molybdenum is contained, the 4d orbital of molybdenum and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • IMS7f which is a secondary ion mass spectrometer manufactured by Cameca
  • the primary ion is O 2 + and the primary ion energy is 8 keV.
  • the concentrations of each of chromium, cobalt, and molybdenum are measured by glow discharge mass spectrometry (GDMS).
  • GDMS glow discharge mass spectrometry
  • ELEMENT GD PLUS (trademark), which is a glow discharge mass spectrometer manufactured by ThermoFisher Scientific, can be used.
  • the discharge gas is, for example, high purity argon.
  • the diameter of the discharge surface is, for example, 8 mm.
  • the discharge current is, for example, 22 mA.
  • the discharge voltage is, for example, 1 kV.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing the measurement position of the concentration of impurity atoms.
  • Silicon carbide crystal substrate 100 has a center point 21 .
  • the center point 21 is the center of a virtual circle including the arcuate portion 7.
  • the concentration of impurity atoms at the center point 21 is measured by SIMS or GDMS.
  • the concentration of impurity atoms measured as described above is the concentration of impurity atoms in silicon carbide crystal substrate 100.
  • the electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100 is 1 ⁇ 10 10 ⁇ cm or more.
  • the electrical resistivity is not particularly limited, but may be, for example, 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or more, or 1 ⁇ 10 12 ⁇ cm or more.
  • the electrical resistivity is not particularly limited, but may be, for example, 1 ⁇ 10 13 ⁇ cm or less, or 5 ⁇ 10 12 ⁇ cm or less.
  • the electrical resistivity is measured using, for example, COREMA-WT, which is an electrical resistivity measuring device manufactured by Semimap. Specifically, a voltage is applied using electrodes without contacting the object to be measured. As a result, the charge on the object to be measured increases over time. Measures the charge on the part of the object to be measured to which a voltage is applied. Specifically, the electric charge of the object to be measured immediately after the voltage is applied and the electric charge of the object to be measured after a certain period of time has passed after the voltage is applied are measured. Furthermore, the relaxation time of the charge in the part of the object to be measured to which the voltage is applied is measured. In this way, the electrical resistivity of the object to be measured is measured.
  • the voltage applied to the object to be measured is, for example, 5.0V.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the measurement position of electrical resistivity. Electrical resistivity is measured on first main surface 1 of silicon carbide crystal substrate 100. As shown in FIG. 4, a plurality of measurement points 22 are located on the first main surface 1. The plurality of measurement points 22 are located at equal intervals along each of the first direction 101 and the second direction 102. The interval between the plurality of measurement points 22 is, for example, 6 mm. The number of multiple measurement points 22 is, for example, 200. The average value of the electrical resistivity values measured at the plurality of measurement points 22 is the electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100.
  • the X-ray absorption coefficient fine structure is measured using the Sumitomo Electric Beamline BL16 at the Saga Prefectural Kyushu Synchrotron Light Research Center.
  • Sumitomo Electric Beamline BL16 is a hard X-ray beamline.
  • the light source of Sumitomo Electric Beamline BL16 uses a wiggler using a 4 Tesla superconducting electromagnet.
  • White X-rays emitted from a light source are sorted by a two-crystal spectrometer into incident X-rays with the required energy.
  • Synchrotron radiation is used as the incident X-ray.
  • the energy range of Sumitomo Electric beamline BL16 is 2 keV to 35 keV.
  • the focused beam size is 1 mm (horizontal) x 0.2 mm (vertical).
  • the X-ray absorption coefficient fine structure is obtained by measuring the X-ray absorption coefficient spectrum.
  • a transmission method, a fluorescence yield method, an electron yield method, etc. may be used to measure the X-ray absorption coefficient spectrum
  • a conversion electron yield method is used here.
  • helium is ionized by Auger electrons and secondary electrons emitted from the sample when it is irradiated with X-rays, and the generated helium ions are collected by electrodes placed above and below the sample. It is.
  • the sample is placed on the electrode in electrical contact.
  • the inside of the detector is filled with helium at atmospheric pressure, and a voltage of 300 to 1,000 V is applied between the electrodes for measurement.
  • the sample current of the sample (silicon carbide crystal substrate 100) is measured while scanning the energy of incident X-rays, and the X-ray absorption coefficient is determined from the ratio of the sample current intensity to the incident X-ray intensity. is required.
  • the X-ray absorption coefficient spectra may be normalized using analysis software (Athena).
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an X-ray absorption coefficient spectrum of silicon carbide crystal substrate 100 according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the energy of incident X-rays (unit: eV), and the vertical axis represents the normalized X-ray absorption coefficient.
  • Silicon carbide crystal substrate 100 according to the first embodiment contains chromium nitride (CrN).
  • the X-ray absorption coefficient spectrum of silicon carbide crystal substrate 100 according to the first embodiment is shown by a solid line.
  • a silicon carbide crystal substrate containing chromium is shown in dashed lines.
  • the X-ray absorption coefficient spectrum is measured in a range where the energy of the incident X-ray is 5983 eV or more and 6020 eV or less.
  • the background of the X-ray absorption coefficient spectrum may be processed so that the normalized X-ray absorption coefficient becomes substantially 0 when the incident X-ray energy is around 5983 eV.
  • a peak of the X-ray absorption coefficient spectrum is observed in a region where the energy of incident X-rays is from 6003 eV to 6010 eV (first region R1).
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 6003 eV or more and less than 6010 eV is the first intensity A1.
  • a peak of the X-ray absorption coefficient spectrum is observed in a region where the energy of incident X-rays is 5990 eV to 5995 eV (second region R2).
  • the intensity at the inflection point of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 5990 eV or more and less than 5995 eV is defined as second intensity A2.
  • the intensity of the inflection point of the X-ray absorption coefficient spectrum is the intensity of the inflection point on the low energy side.
  • the degree of chemical bonding between Cr and N can be estimated.
  • the X-ray absorption coefficient of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 6003 eV or more and less than 6010 eV and the X-ray absorption coefficient of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 5990 eV or more and less than 5995 eV are related to the degree of chemical bonding between Cr and N. are doing. As the degree of chemical bonding between Cr and N increases, the ratio of the second strength A2 to the first strength A1 decreases.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 6003 eV or more and less than 6010 eV when the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 6003 eV or more and less than 6010 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 5990 eV or more and less than 5995 eV is , may be smaller than 0.25. From another perspective, the value obtained by dividing the second intensity A2 by the first intensity A1 may be smaller than 0.25.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 6003 eV or more and less than 6010 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 5990 eV or more and less than 5995 eV is not particularly limited, but for example, greater than 0.15. or may be larger than 0.2.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 6003 eV or more and less than 6010 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 5990 eV or more and less than 5995 eV is not particularly limited, but is smaller than 0.24, for example. or may be smaller than 0.23.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an X-ray absorption coefficient spectrum of silicon carbide crystal substrate 100 according to the second embodiment.
  • the horizontal axis represents the energy of incident X-rays (unit: eV), and the vertical axis represents the normalized X-ray absorption coefficient.
  • Silicon carbide crystal substrate 100 according to the second embodiment contains cobalt nitride (CoN).
  • the X-ray absorption coefficient spectrum of silicon carbide crystal substrate 100 according to the second embodiment is shown by a solid line.
  • a silicon carbide crystal substrate containing cobalt is shown in dashed lines.
  • the X-ray absorption coefficient spectrum is measured in a range where the energy of the incident X-ray is 7690 eV or more and 7800 eV or less.
  • the background of the X-ray absorption coefficient spectrum may be processed so that the normalized X-ray absorption coefficient becomes substantially 0 when the incident X-ray energy is around 7690 eV.
  • a peak of the X-ray absorption coefficient spectrum is observed in a region where the energy of incident X-rays is 7720 eV to 7740 eV (third region R3).
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7720 eV or more and less than 7740 eV is defined as third intensity A3.
  • a peak of the X-ray absorption coefficient spectrum is observed in a region where the energy of incident X-rays is 7705 eV to 7720 eV (fourth region R4).
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7705 eV or more and less than 7720 eV is the fourth intensity A4.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum is the maximum peak intensity among the plurality of peak intensities.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum is taken as the intensity of the inflection point of the X-ray absorption coefficient spectrum.
  • the degree of chemical bonding between Co and N can be estimated.
  • the X-ray absorption coefficient of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7720 eV or more and less than 7740 eV and the X-ray absorption coefficient of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7705 eV or more and less than 7720 eV are related to the degree of chemical bonding between Co and N. are doing. As the degree of chemical bonding between Co and N increases, the ratio of the fourth strength A4 to the third strength A3 becomes smaller.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7720 eV or more and less than 7740 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7705 eV or more and less than 7720 eV is , 0.26. From another perspective, the value obtained by dividing the fourth intensity A4 by the third intensity A3 may be smaller than 0.26.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7720 eV or more and less than 7740 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7705 eV or more and less than 7720 eV is not particularly limited, but for example, greater than 0.16. or may be larger than 0.21.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7720 eV or more and less than 7740 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7705 eV or more and less than 7720 eV is not particularly limited, but is smaller than 0.258, for example. or may be smaller than 0.252.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an X-ray absorption coefficient spectrum of silicon carbide crystal substrate 100 according to the third embodiment.
  • the horizontal axis represents the energy of incident X-rays (unit: eV), and the vertical axis represents the normalized X-ray absorption coefficient.
  • Silicon carbide crystal substrate 100 according to the third embodiment contains molybdenum nitride (MoN).
  • MoN molybdenum nitride
  • the X-ray absorption coefficient spectrum of silicon carbide crystal substrate 100 according to the third embodiment is shown by a solid line.
  • a silicon carbide crystal substrate containing molybdenum is shown in dashed lines.
  • the X-ray absorption coefficient spectrum is measured in the energy range of incident X-rays from 19980 eV to 20080 eV.
  • the background of the X-ray absorption coefficient spectrum may be processed so that the normalized X-ray absorption coefficient becomes substantially 0 when the incident X-ray energy is around 19980 eV.
  • a peak of the X-ray absorption coefficient spectrum is observed in a region where the energy of incident X-rays is from 20,010 eV to 20,030 eV (fifth region R5).
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,010 eV or more and less than 20,030 eV is the fifth intensity A5.
  • an X-ray absorption coefficient spectrum is observed in a region where the energy of incident X-rays is 20,000 eV to 20,010 eV (sixth region R6).
  • the maximum value of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20000 eV or more and less than 20010 eV is the sixth intensity A6.
  • the degree of chemical bonding between Mo and N can be estimated.
  • the X-ray absorption coefficient of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,010 eV or more and less than 20,030 eV and the X-ray absorption coefficient of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,000 eV or more and less than 20,010 eV are related to the degree of chemical bonding between Mo and N. are doing. As the degree of chemical bonding between Mo and N increases, the ratio of the sixth strength A6 to the fifth strength A5 becomes smaller.
  • the maximum value of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,000 eV or more and less than 20,010 eV when the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,010 eV or more and less than 20,030 eV is 1, the maximum value of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,000 eV or more and less than 20,010 eV is , may be smaller than 0.4. From another perspective, the value obtained by dividing the sixth intensity A6 by the fifth intensity A5 may be smaller than 0.4.
  • the maximum value of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,000 eV or more and less than 20,010 eV, where the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,010 eV or more and less than 20,030 eV is 1, is not particularly limited, but is, for example, larger than 0.2. or may be larger than 0.3.
  • the maximum value of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,000 eV or more and less than 20,010 eV, where the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,010 eV or more and less than 20,030 eV is 1, is not particularly limited, but is smaller than 0.385, for example. or may be smaller than 0.37.
  • a method for manufacturing silicon carbide crystal substrate 100 according to this embodiment will be described.
  • a graphite crucible and a heat insulator are placed in a high frequency induction heating device.
  • the silicon carbide raw material and the seed substrate are not placed inside the crucible.
  • the step of firing the crucible is performed.
  • the firing temperature is, for example, 2350°C.
  • the firing time is, for example, 168 hours. By performing the firing process, impurities such as nitrogen on the surface of the crucible are reduced.
  • the fired crucible is filled with silicon carbide powder.
  • silicon carbide polycrystals are reprecipitated in the low temperature part of the crucible.
  • a silicon carbide raw material powder is produced by pulverizing the obtained silicon carbide polycrystal.
  • the concentration of nitrogen contained in the silicon carbide raw material powder was reduced from 3 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 to 5 ⁇ 10 15 atoms/cm 3 before and after sublimation and reprecipitation.
  • High purity transition metal nitride is added to the silicon carbide raw material powder.
  • High purity transition metal nitrides are chromium nitride (99.9% purity), cobalt nitride (99.9% purity) or molybdenum nitride (99.9% purity).
  • the amount of high-purity transition metal nitride added is 0.1 wt% or more and 0.5 wt% or less.
  • the seed substrate and raw material powder are placed in the crucible.
  • the diameter of the seed substrate is 150 mm.
  • a silicon carbide ingot is formed on the seed substrate by heating the crucible and sublimating the silicon carbide raw material powder.
  • the crystal growth temperature is 2300°C.
  • the atmosphere for crystal growth is argon (Ar) gas.
  • the pressure for crystal growth is 1 kPa.
  • the silicon carbide ingot is sliced. Specifically, the silicon carbide ingot is sliced along a plane perpendicular to the central axis of the silicon carbide ingot using, for example, a saw wire. Thereby, a plurality of silicon carbide crystal substrates 100 are obtained (see FIG. 1).
  • FIG. 8 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 crystal substrate 100 according to the present embodiment is prepared (see FIG. 1).
  • silicon carbide epitaxial layer 60 is formed on silicon carbide crystal substrate 100.
  • silicon carbide epitaxial layer 60 is formed on first main surface 1 of silicon carbide crystal 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. 9 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of silicon carbide epitaxial substrate 200 according to this embodiment.
  • silicon carbide epitaxial substrate 200 includes silicon carbide crystal substrate 100 and silicon carbide epitaxial layer 60.
  • Silicon carbide epitaxial layer 60 is provided on silicon carbide crystal 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 crystal 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. 10 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. 11 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. 12 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. 13 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. 14 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 crystal substrate 100 is polished on second main surface 2 . This reduces the thickness of silicon carbide crystal 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. 15 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).
  • transition metal elements such as vanadium are sometimes doped into silicon carbide crystals.
  • variations in electrical resistivity within the silicon carbide crystal may become large. It is thought that the distribution state of the transition metal element in the silicon carbide crystal and the bonding state of the transition metal element and nitrogen are related to the variation in electrical resistivity within the silicon carbide crystal.
  • the inventor conducted a simulation on the band structure of silicon carbide crystal to which a nitride of a transition metal element was added using first-principles calculations.
  • the simulation software was Quantum Espresso.
  • the pseudopotential was Pseudo Dojo.
  • the exchange-correlation functional was PBE.
  • transition metal elements studied were scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), and copper (Cu). ), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag ) and cobalt (Co).
  • the inventors noticed that the band structures of chromium nitride, cobalt nitride, and molybdenum nitride are similar to the band structure of vanadium.
  • the inventors determined that silicon carbide crystals doped with chromium nitride, cobalt nitride, and molybdenum nitride were obtained by pre-firing the crucible to reduce the nitrogen concentration taken into the silicon carbide raw material. It has been found that by manufacturing silicon carbide crystal substrate 100 in which variations in the bonding state between transition metal elements and nitrogen are reduced. This makes it possible to reduce variations in electrical resistivity of silicon carbide crystals. As a result, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 manufactured using silicon carbide crystal can be improved.
  • Silicon carbide crystal substrate 100 contains at least one element of chromium, cobalt, and molybdenum, and nitrogen.
  • chromium When chromium is contained, the 3d orbital of chromium and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • cobalt When cobalt is contained, the 3d orbital of cobalt and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • molybdenum is contained, the 4d orbital of molybdenum and the 2p orbital of nitrogen form a hybrid orbital.
  • the electrical resistivity is 1 ⁇ 10 10 ⁇ cm or more. Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 manufactured using silicon carbide crystal substrate 100 can be improved.
  • At least one element of chromium, cobalt, and molybdenum may be chromium.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 6003 eV or more and less than 6010 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 5990 eV or more and less than 5995 eV may be smaller than 0.25. Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • At least one element of chromium, cobalt, and molybdenum may be cobalt.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7720 eV or more and less than 7740 eV is 1, the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 7705 eV or more and less than 7720 eV may be smaller than 0.26. Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • At least one element of chromium, cobalt, and molybdenum may be molybdenum.
  • the peak intensity of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,010 eV or more and less than 20,030 eV is 1, the maximum value of the X-ray absorption coefficient spectrum in the region of 20,000 eV or more and less than 20,010 eV may be smaller than 0.4. Thereby, the yield of silicon carbide semiconductor device 400 can be further improved.
  • Silicon carbide crystal substrates 100 according to Sample 1-1, Sample 1-2, Sample 2-1, Sample 2-2, Sample 3-1, and Sample 3-2 were prepared. Silicon carbide crystal substrates 100 according to Sample 1-1, Sample 2-1, and Sample 3-1 are comparative examples. Silicon carbide crystal substrates 100 according to Sample 1-2, Sample 2-2, and Sample 3-2 are examples. The diameter of silicon carbide crystal substrate 100 of Sample 1-1, Sample 1-2, Sample 2-1, Sample 2-2, Sample 3-1, and Sample 3-2 was 150 mm (6 inches).
  • a step of firing the crucible was performed.
  • the firing temperature was 2350°C.
  • the firing time was 168 hours.
  • impurities such as nitrogen on the surface of the crucible were reduced.
  • the fired crucible was filled with silicon carbide powder.
  • silicon carbide polycrystals were reprecipitated in the low temperature part of the crucible.
  • a silicon carbide raw material powder was produced by pulverizing the obtained silicon carbide polycrystal.
  • the concentration of nitrogen contained in the silicon carbide raw material powder was reduced from 3 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 to 5 ⁇ 10 15 atoms/cm 3 before and after sublimation and reprecipitation.
  • the step of firing the crucible was not performed.
  • X-ray absorption coefficient spectra were measured on silicon carbide crystal substrates 100 according to Sample 1-1, Sample 1-2, Sample 2-1, Sample 2-2, Sample 3-1, and Sample 3-2. .
  • the X-ray absorption coefficient spectrum was measured using the Sumitomo Electric Beamline BL16 at the Saga Prefectural Kyushu Synchrotron Light Research Center. The measurement conditions are as described above.
  • the electrical resistivities of the silicon carbide crystal substrates 100 of Samples 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, 3-1, and 3-2 were measured.
  • the electrical resistivity was measured using COREMA-WT, an electrical resistivity measuring device manufactured by SemiMap.
  • the applied voltage was 5.0V.
  • electrical resistivity was measured at a plurality of measurement points 22 on the first main surface 1.
  • the average value of the electrical resistivity values measured at the plurality of measurement points 22 was taken as the electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100.
  • Table 1 shows the XAFS peak intensity ratio and electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100 according to Sample 1-1 and Sample 1-2. As shown in Table 1, the XAFS peak intensity ratios of silicon carbide crystal substrate 100 according to Sample 1-1 and Sample 1-2 were 0.35 and 0.22, respectively. The electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100 according to Sample 1-1 and Sample 1-2 was 1 ⁇ 10 5 ⁇ cm or less and 1 ⁇ 10 12 ⁇ cm or more, respectively.
  • Table 2 shows the XAFS peak intensity ratio and electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100 according to Sample 2-1 and Sample 2-2. As shown in Table 2, the XAFS peak intensity ratios of silicon carbide crystal substrate 100 according to Sample 2-1 and Sample 2-2 were 0.29 and 0.25, respectively. The electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100 according to Sample 2-1 and Sample 2-2 was 1 ⁇ 10 5 ⁇ cm or less and 1 ⁇ 10 12 ⁇ cm or more, respectively.
  • Table 3 shows the XAFS peak intensity ratio and electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100 according to Sample 3-1 and Sample 3-2. As shown in Table 3, the XAFS intensity ratios of silicon carbide crystal substrates 100 according to Sample 3-1 and Sample 3-2 were 0.83 and 0.36, respectively. The electrical resistivity of silicon carbide crystal substrate 100 according to Sample 3-1 and Sample 3-2 was 1 ⁇ 10 5 ⁇ cm or less and 1 ⁇ 10 12 ⁇ cm or more, respectively.
  • First main surface 2. Second main surface, 3. Third main surface, 6. Orientation flat, 7. Arc-shaped part, 8. Outer periphery, 21. Center point, 22. Measurement point, 41. Buffer layer, 42. Drift layer, 53. Side wall surface.
  • silicon carbide epitaxial layer 100 silicon carbide crystal substrate, 101 first direction, 102 second direction, 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, 200 silicon carbide epitaxial substrate, 400 silicon carbide semiconductor device, A1 first strength, A2 second strength, A3 third strength, A4 third strength 4 strength, A5 5th strength, A6 6th strength, R1 1st region, R2 2nd region, R3 3rd region, R4 4th region, R5 5th region, R6 6th region, W1 maximum diameter.

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Abstract

炭化珪素結晶基板は、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素と、窒素と、を含有している。クロムが含有されている場合には、クロムの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。コバルトが含有されている場合には、コバルトの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。モリブデンが含有されている場合には、モリブデンの４ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。電気抵抗率は、１×１０10Ωｃｍ以上である。

Description

炭化珪素結晶基板、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、炭化珪素結晶基板、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７月１４日に出願した日本特許出願である特願２０２２－１１３０１７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２００８－５０５８３３号公報（特許文献１）は、バナジウムを含有している炭化珪素結晶を記載している。
特表２００８－５０５８３３号公報
　本開示に係る炭化珪素結晶基板は、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素と、窒素と、を含有している。クロムが含有されている場合には、クロムの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。コバルトが含有されている場合には、コバルトの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。モリブデンが含有されている場合には、モリブデンの４ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。電気抵抗率は、１×１０10Ωｃｍ以上である。
図１は、本実施形態に係る炭化珪素結晶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、不純物原子の濃度の測定位置を示す平面模式図である。 図４は、電気抵抗率の測定位置を示す平面模式図である。 図５は、第１実施形態に係る炭化珪素結晶基板のＸ線吸収係数スペクトルを示す模式図である。 図６は、第２実施形態に係る炭化珪素結晶基板のＸ線吸収係数スペクトルを示す模式図である。 図７は、第３実施形態に係る炭化珪素結晶基板のＸ線吸収係数スペクトルを示す模式図である。 図８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９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１０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１１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１２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１３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１４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１５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結晶基板、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結晶基板、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概要]
　まず、本開示の実施形態の概要について説明する。
　（１）本開示に係る炭化珪素結晶基板１００は、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素と、窒素と、を含有している。クロムが含有されている場合には、クロムの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。コバルトが含有されている場合には、コバルトの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。モリブデンが含有されている場合には、モリブデンの４ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。電気抵抗率は、１×１０10Ωｃｍ以上である。
　（２）上記（１）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、元素は、クロムであってもよい。６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの変曲点の強度は、０．２５よりも小さくてもよい。
　（３）上記（２）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、クロムの濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　（４）上記（２）または（３）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、窒素の濃度は、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　（５）上記（１）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、元素は、コバルトであってもよい。７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、０．２６よりも小さくてもよい。
　（６）上記（５）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、コバルトの濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　（７）上記（５）または（６）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、窒素の濃度は、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　（８）上記（１）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、元素は、モリブデンであってもよい。２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの最大値は、０．４よりも小さくてもよい。
　（９）上記（８）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、モリブデンの濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　（１０）上記（８）または（９）に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、窒素の濃度は、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　（１１）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（１０）のいずれかに記載の炭化珪素結晶基板１００と、炭化珪素結晶基板１００上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層６０と、を備えていてもよい。
　（１２）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（１１）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結晶基板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結晶基板１００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１および図２に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００は、第１主面１と、第２主面２と、外周縁８とを有している。第２主面２は、第１主面１と反対側にある。外周縁８は、第１主面１および第２主面２の各々に連なっている。外周縁８は、たとえば筒状面である。第１主面１および第２主面２の各々は、たとえば平面状である。
　外周縁８は、たとえばオリエンテーションフラット６と、円弧状部７とを有している。オリエンテーションフラット６は、第１方向１０１に沿って延在している。図１に示されるように、オリエンテーションフラット６は、第１主面１に対して垂直な方向に見て、直線状である。円弧状部７は、オリエンテーションフラット６に連なっている。円弧状部７は、第１主面１に対して垂直な方向に見て、円弧状である。
　図１に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向に見て、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主面１に対して垂直な方向に見て、第１方向１０１は、第２方向１０２に対して垂直な方向である。
　第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第１方向１０１は、たとえば[１１－２０]方向であってもよい。第１方向１０１は、＜１１－２０＞方向を第１主面１に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向成分を含む方向であってもよい。
　第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向である。第２方向１０２は、たとえば［１－１００］方向であってもよい。第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向を第１主面１に射影した方向であってもよい。別の観点から言えば、第２方向１０２は、たとえば＜１－１００＞方向成分を含む方向であってもよい。
　第１主面１は、｛０００１｝面に対して傾斜した面である。｛０００１｝面に対する傾斜角（オフ角）は、たとえば０°よりも大きく８°以下である。オフ角は、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。オフ角は、特に限定されないが、たとえば７°以下であってもよいし、６°以下であってもよい。
　第１主面１は、（０００－１）面に対してオフ角だけ傾斜した面であってもよいし、（０００１）面に対してオフ角だけ傾斜した面であってもよい。第１主面１の傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１－２０＞方向である。別の観点から言えば、第１方向１０１が、第１主面１のオフ方向であってもよい。
　図１に示されるように、第１主面１の最大径Ｗ１（直径）は、特に限定されないが、たとえば１００ｍｍ（４インチ）である。最大径Ｗ１は、１２５ｍｍ（５インチ）以上でもよいし、１５０ｍｍ（６インチ）以上でもよい。最大径Ｗ１は、特に限定されない。最大径Ｗ１は、たとえば２００ｍｍ（８インチ）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、最大径Ｗ１は、外周縁８上の任意の２点間の最大距離である。
　なお本明細書において、４インチは、１００ｍｍ又は１０１．６ｍｍ（４インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。６インチは、１５０ｍｍ又は１５２．４ｍｍ（６インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。８インチは、２００ｍｍ又は２０３．２ｍｍ（８インチ×２５．４ｍｍ／インチ）のことである。
　本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００は、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素を含有している。別の観点から言えば、炭化珪素結晶基板１００は、クロムを含んでいてもよいし、コバルトを含んでいてもよいし、モリブデンを含んでいてもよいし、クロムとコバルトとを含んでいてもよいし、クロムとモリブデンとを含んでいてもよいし、コバルトとモリブデンとを含んでいてもよいし、クロムとコバルトとモリブデンとを含んでいてもよい。
　（不純物原子の濃度）
　本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００におけるクロムの濃度は、たとえば１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。クロムの濃度は、特に限定されないが、２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。クロムの濃度は、特に限定されないが、２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００におけるコバルトの濃度は、たとえば１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。コバルトの濃度は、特に限定されないが、２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。クロムの濃度は、特に限定されないが、２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００におけるモリブデンの濃度は、たとえば１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。モリブデンの濃度は、特に限定されないが、２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。クロムの濃度は、特に限定されないが、２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００は、窒素（Ｎ）を含んでいる。本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００における窒素の濃度は、たとえば５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。窒素の濃度は、特に限定されないが、７×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよいし、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であってもよい。窒素の濃度は、特に限定されないが、７×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよいし、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であってもよい。
　本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００においては、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素と、窒素とは、化学的に結合している。具体的には、クロムが含有されている場合には、クロムの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。コバルトが含有されている場合には、コバルトの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。モリブデンが含有されている場合には、モリブデンの４ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。
　次に、不純物原子の濃度の測定方法について説明する。
　窒素の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定される。ＳＩＭＳにおいては、たとえばＣａｍｅｃａ社製の二次イオン質量分析装置であるＩＭＳ７ｆを使用することができる。ＳＩＭＳにおける測定条件は、たとえば、一次イオンがＯ２ ＋、一次イオンエネルギーが８ｋｅＶという測定条件を用いることができる。
　クロム、コバルトおよびモリブデンの各々の濃度は、グロー放電質量分析法（ＧＤＭＳ：Ｇｌｏｗ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって測定される。ＧＤＭＳにおいては、たとえばＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製のグロー放電質量分析装置であるＥＬＥＭＥＮＴ　ＧＤ　ＰＬＵＳ（商標）を使用することができる。放電ガスは、たとえば高純度アルゴンである。放電面の直径は、たとえば直径８ｍｍである。放電電流は、たとえば２２ｍＡである。放電電圧は、たとえば１ｋＶである。
　図３は、不純物原子の濃度の測定位置を示す平面模式図である。炭化珪素結晶基板１００は、中心点２１を有している。中心点２１は、円弧状部７を含む仮想円の中心とする。ＳＩＭＳまたはＧＤＭＳによって、中心点２１における不純物原子の濃度が測定される。以上のようにして測定した不純物原子の濃度は、炭化珪素結晶基板１００における不純物原子の濃度とする。
　（炭化珪素単結晶の電気抵抗率）
　本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００の電気抵抗率は、１×１０10Ωｃｍ以上である。電気抵抗率は、特に限定されないが、たとえば１×１０11Ωｃｍ以上であってもよいし、１×１０12Ωｃｍ以上であってもよい。電気抵抗率は、特に限定されないが、たとえば１×１０13Ωｃｍ以下であってもよいし、５×１０12Ωｃｍ以下であってもよい。
　次に、炭化珪素結晶基板１００の電気抵抗率の測定方法について説明する。電気抵抗率は、たとえば、Ｓｅｍｉｍａｐ社製の電気抵抗率測定装置であるＣＯＲＥＭＡ－ＷＴを用いて測定される。具体的には、電極を用いて、被測定物に接触することなく電圧を印加する。これによって、被測定物における電荷は、時間の経過とともに大きくなる。被測定物における電圧を印加された部分の電荷を測定する。具体的には、電圧を印加した直後における被測定物の電荷と、電圧を印加してから一定時間経過した時点における被測定物の電荷との各々を測定する。さらに、被測定物における電圧を印加された部分の電荷の緩和時間を測定する。これによって、被測定物の電気抵抗率が測定される。被測定物に印加する電圧は、たとえば５．０Ｖとする。
　図４は、電気抵抗率の測定位置を示す平面模式図である。炭化珪素結晶基板１００の第１主面１において電気抵抗率を計測する。図４に示されるように、複数の測定点２２が第１主面１に位置している。複数の測定点２２は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に沿って等間隔に位置している。複数の測定点２２の間隔は、たとえば６ｍｍである。複数の測定点２２の数は、たとえば２００個である。複数の測定点２２において測定された電気抵抗率の値の平均値は、炭化珪素結晶基板１００の電気抵抗率とする。
　（Ｘ線吸収係数微細構造：ＸＡＦＳ）
　次に、Ｘ線吸収係数微細構造の測定方法について説明する。Ｘ線吸収係数微細構造は、佐賀県立九州シンクロトロン光研究センターの住友電工ビームラインＢＬ１６を利用して測定される。住友電工ビームラインＢＬ１６は、硬Ｘ線ビームラインである。住友電工ビームラインＢＬ１６の光源は、４テスラの超電導電磁石を用いたウィグラを使用している。光源から出る白色Ｘ線は、二結晶分光器によって必要なエネルギを有する入射Ｘ線に選別される。入射Ｘ線として、放射光が利用される。住友電工ビームラインＢＬ１６のエネルギ範囲は、２ｋｅＶから３５ｋｅＶである。集光ビームサイズは、１ｍｍ(水平)×０．２ｍｍ(垂直)である。
　Ｘ線吸収係数微細構造は、Ｘ線吸収係数スペクトルを測定することにより得られる。Ｘ線吸収係数スペクトルの測定方法は、透過法、蛍光収量法、電子収量法などを用いてもよいが、ここでは転換電子収量法を用いる。転換電子収量法はサンプルにＸ線が照射された際にサンプルから放出されるオージェ電子や二次電子によって、ヘリウムをイオン化し、生成したヘリウムイオンを試料上下等に配置した電極により捕集するものである。サンプルは電極上に電気的接触を保って設置する。検出器内は大気圧のヘリウムで満たされ、電極間には３００～１０００Ｖなどの電圧を印加し測定する。Ｘ線吸収係数微細構造においては、入射Ｘ線のエネルギを走査しながら、試料（炭化珪素結晶基板１００）の試料電流を測定し、入射Ｘ線の強度に対する試料電流強度の割合からＸ線吸収係数が求められる。Ｘ線吸収係数スペクトルは、解析ソフトウェア（Ａｔｈｅｎａ）を使用して規格化されてもよい。
　図５は、第１実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルを示す模式図である。図５において、横軸は入射Ｘ線のエネルギ（単位：ｅＶ）を示し、縦軸は規格化されたＸ線吸収係数を示している。第１実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００は、窒化クロム（ＣｒＮ）を含んでいる。第１実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルは、実線で示されている。比較として、クロムを含む炭化珪素結晶基板は、破線で示されている。
　図５に示されるように、入射Ｘ線のエネルギが５９８３ｅＶ以上６０２０ｅＶ以下の範囲において、Ｘ線吸収係数スペクトルが測定される。入射Ｘ線のエネルギが５９８３ｅＶ付近における規格化されたＸ線吸収係数が実質的に０となるように、Ｘ線吸収係数スペクトルのバックグラウンドが処理されていてもよい。
　入射Ｘ線のエネルギが６００３ｅＶから６０１０ｅＶの領域（第１領域Ｒ１）において、Ｘ線吸収係数スペクトルのピークが観測される。６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、第１強度Ａ１とされる。同様に、入射Ｘ線のエネルギが５９９０ｅＶから５９９５ｅＶの領域（第２領域Ｒ２）において、Ｘ線吸収係数スペクトルのピークが観測される。５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの変曲点の強度は、第２強度Ａ２とされる。Ｘ線吸収係数スペクトルの変曲点が２箇所以上観察される場合には、Ｘ線吸収係数スペクトルの変曲点の強度は、低エネルギ側にある変曲点の強度とする。
　Ｘ線吸収係数スペクトルにおいては、ＣｒとＮとの化学結合の程度を見積もることができる。６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのＸ線吸収係数と、５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのＸ線吸収係数とは、ＣｒとＮとの化学結合の程度に関連している。ＣｒとＮとの化学結合の程度が大きくなると、第１強度Ａ１に対する第２強度Ａ２の割合が小さくなる。
　第１実施形態における炭化珪素結晶基板１００においては、６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、０．２５よりも小さくてもよい。別の観点から言えば、第２強度Ａ２を第１強度Ａ１で割った値は、０．２５よりも小さくてもよい。
　６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、特に限定されないが、たとえば０．１５よりも大きくてもよいし、０．２よりも大きくてもよい。
　６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、特に限定されないが、たとえば０．２４よりも小さくてもよいし、０．２３よりも小さくてもよい。
　図６は、第２実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルを示す模式図である。図６において、横軸は入射Ｘ線のエネルギ（単位：ｅＶ）を示し、縦軸は規格化されたＸ線吸収係数を示している。第２実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００は、窒化コバルト（ＣｏＮ）を含んでいる。第２実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルは、実線で示されている。比較として、コバルトを含む炭化珪素結晶基板は、破線で示されている。
　図６に示されるように、入射Ｘ線のエネルギが７６９０ｅＶ以上７８００ｅＶ以下の範囲において、Ｘ線吸収係数スペクトルが測定される。入射Ｘ線のエネルギが７６９０ｅＶ付近における規格化されたＸ線吸収係数が実質的に０となるように、Ｘ線吸収係数スペクトルのバックグラウンドが処理されていてもよい。
　入射Ｘ線のエネルギが７７２０ｅＶから７７４０ｅＶの領域（第３領域Ｒ３）において、Ｘ線吸収係数スペクトルのピークが観測される。７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、第３強度Ａ３とされる。同様に、入射Ｘ線のエネルギが７７０５ｅＶから７７２０ｅＶの領域（第４領域Ｒ４）において、Ｘ線吸収係数スペクトルのピークが観測される。７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、第４強度Ａ４とされる。各領域において、Ｘ線吸収係数スペクトルのピークが複数観察される場合には、Ｘ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、複数のピーク強度の内、最大のピーク強度とする。各領域において、Ｘ線吸収係数スペクトルのピークが明確に観察されない場合には、Ｘ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、Ｘ線吸収係数スペクトルの変曲点の強度とする。
　Ｘ線吸収係数スペクトルにおいては、ＣｏとＮとの化学結合の程度を見積もることができる。７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのＸ線吸収係数と、７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのＸ線吸収係数とは、ＣｏとＮとの化学結合の程度に関連している。ＣｏとＮとの化学結合の程度が大きくなると、第３強度Ａ３に対する第４強度Ａ４の割合が小さくなる。
　第２実施形態における炭化珪素結晶基板１００においては、７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、０．２６よりも小さくてもよい。別の観点から言えば、第４強度Ａ４を第３強度Ａ３で割った値は、０．２６よりも小さくてもよい。
　７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、特に限定されないが、たとえば０．１６よりも大きくてもよいし、０．２１よりも大きくてもよい。
　７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、特に限定されないが、たとえば０．２５８よりも小さくてもよいし、０．２５２よりも小さくてもよい。
　図７は、第３実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルを示す模式図である。図７において、横軸は入射Ｘ線のエネルギ（単位：ｅＶ）を示し、縦軸は規格化されたＸ線吸収係数を示している。第３実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００は、窒化モリブデン（ＭｏＮ）を含んでいる。第３実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルは、実線で示されている。比較として、モリブデンを含む炭化珪素結晶基板は、破線で示されている。
　図７に示されるように、入射Ｘ線のエネルギが１９９８０ｅＶ以上２００８０ｅＶ以下の範囲において、Ｘ線吸収係数スペクトルが測定される。入射Ｘ線のエネルギが１９９８０ｅＶ付近における規格化されたＸ線吸収係数が実質的に０となるように、Ｘ線吸収係数スペクトルのバックグラウンドが処理されていてもよい。
　入射Ｘ線のエネルギが２００１０ｅＶから２００３０ｅＶの領域（第５領域Ｒ５）において、Ｘ線吸収係数スペクトルのピークが観測される。２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、第５強度Ａ５とされる。同様に、入射Ｘ線のエネルギが２００００ｅＶから２００１０ｅＶの領域（第６領域Ｒ６）において、Ｘ線吸収係数スペクトルが観測される。２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの最大値は、第６強度Ａ６とされる。
　Ｘ線吸収係数スペクトルにおいては、ＭｏとＮとの化学結合の程度を見積もることができる。２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのＸ線吸収係数と、２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのＸ線吸収係数とは、ＭｏとＮとの化学結合の程度に関連している。ＭｏとＮとの化学結合の程度が大きくなると、第５強度Ａ５に対する第６強度Ａ６の割合が小さくなる。
　第３実施形態における炭化珪素結晶基板１００においては、２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの最大値は、０．４よりも小さくてもよい。別の観点から言えば、第６強度Ａ６を第５強度Ａ５で割った値は、０．４よりも小さくてもよい。
　２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの最大値は、特に限定されないが、たとえば０．２よりも大きくてもよいし、０．３よりも大きくてもよい。
　２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの最大値は、特に限定されないが、たとえば０．３８５よりも小さくてもよいし、０．３７よりも小さくてもよい。
　次に、本実施形態に係る炭化珪素結晶基板１００の製造方法について説明する。まず、グラファイト製ルツボと断熱材とが、高周波誘導加熱装置内に配置される。この状態において、ルツボの内部には、炭化珪素原料および種基板は配置されていない。この状態で、ルツボを焼成する工程が実施される。焼成温度は、たとえば２３５０℃とする。焼成時間は、たとえば１６８時間とする。焼成工程を実施しすることにより、ルツボ表面にある窒素などの不純物を低減する。
　次に、炭化珪素粉末が焼成後のルツボに充填される。ルツボを加熱し炭化珪素粉末を昇華させることにより、ルツボの低温部に炭化珪素多結晶が再析出する。得られた炭化珪素多結晶を粉砕することにより、炭化珪素原料粉末を作製する。ＳＩＭＳ分析の結果、炭化珪素原料粉末に含まれる窒素の濃度は、昇華再析出の前後で、３×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3から５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3まで低減した。
　次に、高純度遷移金属窒化物が、炭化珪素原料粉末に添加される。高純度遷移金属窒化物は、窒化クロム（純度９９．９％）、窒化コバルト（純度９９．９％）または窒化モリブデン（純度９９．９％）である。高純度遷移金属窒化物の添加量は、０．１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下である。以上により、窒素濃度が低く、かつ高純度遷移金属窒化物が添加された原料粉末が準備される。高純度遷移金属窒化物は、結晶成長時に一定濃度で均一に昇華するよう、結晶成長前の原料焼成を実施した後に添加する。
　次に、ルツボに種基板と、原料粉末とが配置される。種基板の直径は、１５０ｍｍとする。ルツボを加熱し、炭化珪素原料粉末を昇華させることにより、種基板上に炭化珪素インゴットが形成される。結晶成長の温度は、２３００℃とする。結晶成長の雰囲気は、アルゴン（Ａｒ）ガスとする。結晶成長の圧力は、１ｋＰａとする。
　次に、炭化珪素インゴットがスライスされる。具体的には、たとえばソーワイヤーを用いて、炭化珪素インゴットの中心軸に垂直な平面に沿って、炭化珪素インゴットがスライスされる。これにより、複数の炭化珪素結晶基板１００が得られる（図１参照）。
　＜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８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８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結晶基板１００が準備される（図１参照）。
　次に、炭化珪素結晶基板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、炭化珪素結晶基板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９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。図９に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板２００は、炭化珪素結晶基板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、炭化珪素結晶基板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、炭化珪素結晶基板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１０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１１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１２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１２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１３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１４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、炭化珪素結晶基板１００が研磨される。これにより、炭化珪素結晶基板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１５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結晶基板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。
　高電気抵抗の炭化珪素結晶を作製するため、バナジウムなどの遷移金属元素を炭化珪素結晶にドーピングすることがある。しかしながら、安定して炭化珪素結晶を高電気抵抗化することは困難であるため、炭化珪素結晶内において電気抵抗率のばらつきが大きくなることがある。炭化珪素結晶中における遷移金属元素の分布状態および遷移金属元素と窒素との結合状態が、炭化珪素結晶内における電気抵抗率のばらつきに関係していると考えられる。
　発明者は、第一原理計算を利用して、遷移金属元素の窒化物を添加した炭化珪素結晶のバンド構造についてシミュレーションを実施した。シミュレーションソフトは、Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｓｐｒｅｓｓｏとした。擬ポテンシャルは、Ｐｓｅｕｄｏ　Ｄｏｊｏとした。交換相関汎関数は、ＰＢＥとした。
　検討した遷移金属元素は、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）およびコバルト（Ｃｏ）である。
　バンド構造シミュレーションの結果、発明者は、窒化クロム、窒化コバルトおよび窒化モリブデンの各々のバンド構造は、バナジウムのバンド構造に類似している点に着目した。さらに検討を進めた結果、発明者は、ルツボを事前に焼成することにより炭化珪素原料に取り込まれる窒素濃度を低減した状態で、窒化クロム、窒化コバルトおよび窒化モリブデンの各々が添加された炭化珪素結晶を作製することにより、遷移金属元素と窒素との結合状態のばらつきが低減された炭化珪素結晶基板１００を製造可能であることを見出した。これにより、炭化珪素結晶の電気抵抗率のばらつきを低減可能である。結果として、炭化珪素結晶を用いて作製された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。
　本開示に係る炭化珪素結晶基板１００は、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素と、窒素と、を含有している。クロムが含有されている場合には、クロムの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。コバルトが含有されている場合には、コバルトの３ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。モリブデンが含有されている場合には、モリブデンの４ｄ軌道と、窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成している。電気抵抗率は、１×１０10Ωｃｍ以上である。これにより、炭化珪素結晶基板１００を用いて作製された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。
　本開示に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素は、クロムであってもよい。６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、０．２５よりも小さくてもよい。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。
　本開示に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素は、コバルトであってもよい。７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、０．２６よりも小さくてもよい。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。
　本開示に係る炭化珪素結晶基板１００によれば、クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素は、モリブデンであってもよい。２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの最大値は、０．４よりも小さくてもよい。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。
　（サンプル準備）
　サンプル１－１、サンプル１－２、サンプル２－１、サンプル２－２、サンプル３－１およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００を準備した。サンプル１－１、サンプル２－１およびサンプル３－１に係る炭化珪素結晶基板１００は、比較例である。サンプル１－２、サンプル２－２およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００は、実施例である。サンプル１－１、サンプル１－２、サンプル２－１、サンプル２－２、サンプル３－１およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００の直径は、１５０ｍｍ（６インチ）とした。
　サンプル１－１に係る炭化珪素結晶基板１００の製造工程においては、原料にクロムを添加した。サンプル１－２に係る炭化珪素結晶基板１００の製造工程においては、原料に窒化クロムを０．５ｗｔ％添加した。
　サンプル２－１に係る炭化珪素結晶基板１００の製造工程においては、原料にコバルトを添加した。サンプル２－２に係る炭化珪素結晶基板１００の製造工程においては、原料に窒化コバルトを０．５ｗｔ％添加した。
　サンプル３－１に係る炭化珪素結晶基板１００の製造工程においては、原料にモリブデンを添加した。サンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００の製造工程においては、原料に窒化モリブデンを０．５ｗｔ％添加した。
　実施例の製造方法においては、ルツボを焼成する工程が実施された。焼成温度は、２３５０℃とした。焼成時間は、１６８時間とした。焼成工程を実施しすることにより、ルツボ表面にある窒素などの不純物を低減した。次に、炭化珪素粉末が焼成後のルツボに充填された。ルツボを加熱し炭化珪素粉末を昇華させることにより、ルツボの低温部に炭化珪素多結晶が再析出した。得られた炭化珪素多結晶を粉砕することにより、炭化珪素原料粉末を作製した。ＳＩＭＳ分析の結果、炭化珪素原料粉末に含まれる窒素の濃度は、昇華再析出の前後で、３×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3から５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3まで低減した。一方、比較例の製造方法においては、ルツボを焼成する工程は実施されなかった。
　（評価方法）
　サンプル１－１、サンプル１－２、サンプル２－１、サンプル２－２、サンプル３－１およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００において、Ｘ線吸収係数スペクトル（ＸＡＦＳ）が測定された。Ｘ線吸収係数スペクトルは、佐賀県立九州シンクロトロン光研究センターの住友電工ビームラインＢＬ１６を利用して測定された。測定条件は、上述の通りである。
　サンプル１－１およびサンプル１－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルに基づいて、６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における、５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度（ＸＡＦＳのピーク強度比）を求めた。
　サンプル２－１およびサンプル２－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルに基づいて、７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における、７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度（ＸＡＦＳのピーク強度比）を求めた。
　サンプル３－１およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸ線吸収係数スペクトルに基づいて、２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合における、２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの最大値（ＸＡＦＳの強度比）を求めた。
　次に、サンプル１－１、サンプル１－２、サンプル２－１、サンプル２－２、サンプル３－１およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００において、電気抵抗率が測定された。電気抵抗率は、ＳｅｍｉＭａｐ社製の電気抵抗率測定装置であるＣＯＲＥＭＡ－ＷＴを用いて測定された。印加電圧は、５．０Ｖとした。図４に示されるように、第１主面１における複数の測定点２２において、電気抵抗率を測定した。複数の測定点２２において測定された電気抵抗率の値の平均値は、炭化珪素結晶基板１００の電気抵抗率とした。
　（評価結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、サンプル１－１およびサンプル１－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸＡＦＳのピーク強度比と、電気抵抗率とを示している。表１に示されるように、サンプル１－１およびサンプル１－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸＡＦＳのピーク強度比は、それぞれ０．３５および０．２２であった。サンプル１－１およびサンプル１－２に係る炭化珪素結晶基板１００の電気抵抗率は、それぞれ１×１０5Ωｃｍ以下および１×１０12Ωｃｍ以上であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２は、サンプル２－１およびサンプル２－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸＡＦＳのピーク強度比と、電気抵抗率とを示している。表２に示されるように、サンプル２－１およびサンプル２－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸＡＦＳのピーク強度比は、それぞれ０．２９および０．２５であった。サンプル２－１およびサンプル２－２に係る炭化珪素結晶基板１００の電気抵抗率は、それぞれ１×１０5Ωｃｍ以下および１×１０12Ωｃｍ以上であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３は、サンプル３－１およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸＡＦＳのピーク強度比と、電気抵抗率とを示している。表３に示されるように、サンプル３－１およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００のＸＡＦＳの強度比は、それぞれ０．８３および０．３６であった。サンプル３－１およびサンプル３－２に係る炭化珪素結晶基板１００の電気抵抗率は、それぞれ１×１０5Ωｃｍ以下および１×１０12Ωｃｍ以上であった。
　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、６　オリエンテーションフラット、７　円弧状部、８　外周縁、２１　中心点、２２　測定点、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、１００　炭化珪素結晶基板、１０１　第１方向、１０２　第２方向、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、２００　炭化珪素エピタキシャル基板、４００　炭化珪素半導体装置、Ａ１　第１強度、Ａ２　第２強度、Ａ３　第３強度、Ａ４　第４強度、Ａ５　第５強度、Ａ６　第６強度、Ｒ１　第１領域、Ｒ２　第２領域、Ｒ３　第３領域、Ｒ４　第４領域、Ｒ５　第５領域、Ｒ６　第６領域、Ｗ１　最大径　。

Claims (12)

  1. 　クロム、コバルトおよびモリブデンの少なくとも一つの元素と、
    　窒素と、を含有し、
    　前記クロムが含有されている場合には、前記クロムの３ｄ軌道と、前記窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成しており、
    　前記コバルトが含有されている場合には、前記コバルトの３ｄ軌道と、前記窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成しており、
    　前記モリブデンが含有されている場合には、前記モリブデンの４ｄ軌道と、前記窒素の２ｐ軌道とは、混成軌道を形成しており、
    　電気抵抗率は、１×１０10Ωｃｍ以上である、炭化珪素結晶基板。
  2. 　前記元素は、クロムであり、
    　６００３ｅＶ以上６０１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、
    　５９９０ｅＶ以上５９９５ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの変曲点の強度は、０．２５よりも小さい、請求項１に記載の炭化珪素結晶基板。
  3. 　前記クロムの濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、請求項２に記載の炭化珪素結晶基板。
  4. 　前記窒素の濃度は、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、請求項２または請求項３に記載の炭化珪素結晶基板。
  5. 　前記元素は、コバルトであり、
    　７７２０ｅＶ以上７７４０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、
    　７７０５ｅＶ以上７７２０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度は、０．２６よりも小さい、請求項１に記載の炭化珪素結晶基板。
  6. 　前記コバルトの濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、請求項５に記載の炭化珪素結晶基板。
  7. 　前記窒素の濃度は、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、請求項５または請求項６に記載の炭化珪素結晶基板。
  8. 　前記元素は、モリブデンであり、
    　２００１０ｅＶ以上２００３０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルのピーク強度を１とした場合、
    　２００００ｅＶ以上２００１０ｅＶ未満の領域におけるＸ線吸収係数スペクトルの最大値は、０．４よりも小さい、請求項１に記載の炭化珪素結晶基板。
  9. 　前記モリブデンの濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、請求項８に記載の炭化珪素結晶基板。
  10. 　前記窒素の濃度は、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である、請求項８または請求項９に記載の炭化珪素結晶基板。
  11. 　請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の炭化珪素結晶基板と、
    　前記炭化珪素結晶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。
  12. 　請求項１１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。
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