(57)【要約】  少なくとも１つ以上の主表面を有する炭化珪素基板１の内部に、複数の内包領域１３を設ける。これら複数の内包領域１３のそれぞれは、前記主表面の１つに略平行な方向に分布し、各内包領域１３は、前記主表面から基板内部に向けて１００ｎｍ以上、１００μｍ以下の距離に位置し、更に各内包領域１３は、前記主表面に平行な方向の幅として、１００ｎｍ以上、１００μｍ以下の幅を有することとする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つ以上の主表面を有する炭化珪素基板であって、
内部に複数の内包領域を備え、
前記複数の内包領域は、前記主表面の１つに略平行な方向に分布し、
各内包領域は、前記主表面から基板内部に向けて１００ｎｍ以上、１００μｍ以下の距離に位置し、
各内包領域は、前記主表面に平行な方向の幅として、１００ｎｍ以上、１００μｍ以下の幅を有することを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項２】
請求項１に記載の炭化珪素基板において、
前記内包領域は、珪素、炭素、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項３】
請求項１に記載の炭化珪素基板において、
前記内包領域が空間であることを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の炭化珪素基板において、
前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素は、板状の単結晶であることを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の炭化珪素基板において、
前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素は、立方晶炭化珪素であり、
前記主表面は、（００１）面であり、
前記内包領域の側壁は、｛１１０｝面に平行であることを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の炭化珪素基板において、
前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素は、立方晶炭化珪素であり、
前記主表面は、（１１１）面であり、
前記内包領域の側壁は、｛１１１｝面に平行であることを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載の炭化珪素基板において、
前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素は、立方晶炭化珪素であり、
前記主表面は、（１１１）面であり、
前記内包領域の側壁は、｛１１０｝面または｛２１１｝面に平行であることを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項８】
請求項１から４のいずれかに記載の炭化珪素基板において、
前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素は、六方晶炭化珪素であり、
前記主表面は、｛０００１｝面であり、
前記内包領域の側壁は、｛１１−２０｝面または｛−１１００｝面に平行であることを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の炭化珪素基板において、
前記主表面と垂直な方向に対する内包領域の幅は、当該主表面と平行な方向に対する幅の５倍以上であり、
前記主表面と平行な方向にみなす内包領域の切片の面積は、当該主表面の面積の１０分の１以下であることを特徴とする炭化珪素基板。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の炭化珪素基板を用いて形成された半導体素子であって、
前記主表面上には、前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素と同一構造の炭化珪素層が形成され、
前記炭化珪素層には、内部電界が形成されることを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高機能半導体素子に用いられる炭化珪素基板に関するものである。特に、結晶の特定表面における面欠陥密度が際立って低く、高効率かつ高耐圧のパワー半導体素子の材料として好ましく用いることのできる炭化珪素基板を提供する。
【背景技術】
【０００２】
高機能半導体素子の基板となる化合物半導体結晶として、炭化珪素が用いられ始めている。この炭化珪素を用いた基板である炭化珪素基板には、格子欠陥が含まれる場合がある。【０００３】
炭化珪素基板に含まれる格子欠陥は、半導体素子の性能に多大な影響を与える。例えば、反位相領域境界面や積層欠陥などの面欠陥は、電流漏洩や絶縁破壊をもたらし、電力用半導体素子の性能を著しく低下させる。このため、炭化珪素基板に対しては、面欠陥密度の低減が望まれる。【０００４】
以下に、炭化珪素基板を形成する際の面欠陥低減方法について説明する。炭化珪素をＳｉ基板上にヘテロエピタキシャル成長する際の欠陥密度低減方法としては、例えば、特許文献１に示されている炭化珪素の厚さを制御する方法や、非特許文献１に示されているＳｉ基板の表面法線軸を僅かに傾けるオフ角加工方法などがある。【０００５】
非特許文献１に示されているオフ角加工方法では、Ｓｉ（１００）基板の［０１１］方向に数度程度の角度（オフ角）をつけた、いわゆるオフ基板を用いることによって、極性面の配向方位を制御して、反位相領域境界面を消滅させる。これによれば、基板に微傾斜をつけることで、原子レベルのステップが一方向に等間隔で導入されるため、ステップフローによるエピタキシャル成長の際、導入されたステップに垂直な方向（ステップを横切る方向）への面欠陥の伝搬を抑制することができる。【０００６】
ところが、上述のオフ角の導入だけでは、積層欠陥の伝播方向が一方向化して、それらの会合消滅機構が消失してしまうために、厚膜化による積層欠陥密度の減少が困難であった。本来、立方晶炭化珪素（００１）面内では、成長に伴って積層欠陥が４方向の等価な｛１１１｝面に平行な方向に伝播するが、成長に伴って対向する積層欠陥同士が会合し、その際に、一方が伝播し続け、他方が消滅する。この現象が繰り返されることで、成長に伴って積層欠陥密度が減少していく。ところが、オフ角度が導入されたＳｉ（００１）基板に炭化珪素が成長する場合、ステップによって（１１１）面に平行に伝播する積層欠陥が遮断され、積層欠陥伝播方位は（−１−１１）面に平行な方向に限定されてしまう。その結果、会合消滅機構が消失し、積層欠陥の完全消滅には至らない。【０００７】
上述の問題を解決し、炭化珪素内の面欠陥である反位相領域境界面および積層欠陥の両者を効果的に低減させる方法として、特許文献２や非特許文献２に示されているような、１方向に平行な尾根を有する起伏が形成されたＳｉ基板上に炭化珪素を成長させる技術が開発された。この技術を用いた欠陥解消機構について、以下に説明する。【０００８】
図９に示すように、１方向に平行な尾根を有する起伏が形成されたＳｉ基板に炭化珪素を成長させると、オフ角を導入したＳｉ（００１）基板上の成長と同様に、極性面の結晶配向方位が１方向に統合されて、反位相領域境界面が消滅する。【０００９】
また、１方向に平行な尾根を有する起伏が形成されたＳｉ（００１）基板上に炭化珪素が成長する際には、以下の積層欠陥機構により、積層欠陥密度が減少する。立方晶炭化珪素（００１）面には、２種類の積層欠陥が存在する。１つは、（００１）面にＳｉ極性面を露出する積層欠陥であり、もう１つは、Ｃ極性面を露出する積層欠陥である。【００１０】
Ｃ極性面を露出する積層欠陥は、Ｃ極性面の表面エネルギーが（００１）面の表面エネルギーに対して相対的に低いため、表面積を縮小させて自己消滅する。【００１１】
一方、Ｓｉ極性面を露出する積層欠陥は、Ｓｉ極性面の表面エネルギーが（００１）面の表面エネルギーに対して相対的に高いため、安定である。このため、Ｓｉ極性面が最表面に露出し続け、表面に残存することとなる。このＳｉ極性面を露出する積層欠陥については、図１０に示すように、炭化珪素層１０２内部において、基板１０１の向かい合った斜面で発生した積層欠陥１０３が鏡面対向の位置関係に揃えられて、炭化珪素の成長に伴って会合消滅する。【００１２】
上述の２種類の積層欠陥に対する積層欠陥解消機構が働くと、従来のオフ角を導入したＳｉ（００１）基板では実現できなかった積層欠陥密度減少がもたらされる。【００１３】
ところが、１方向に平行な尾根を有する起伏が形成されたＳｉ（００１）基板上に炭化珪素をヘテロエピタキシャル成長させると、反位相領域境界面およびＣ極性面を露出する積層欠陥は、基板表面にて消滅しているのに対して、Ｓｉ極性面を露出する積層欠陥は、会合消滅が発現するにもかかわらず、依然として残存する。これは、Ｓｉ極性面を露出する積層欠陥は、成長時の格子歪に起因して常に発生しているためである。成長時における炭化珪素内部には、基板面内の温度分布による熱歪や積層欠陥が会合消滅する際の格子整合に伴う歪が生じる。この歪が炭化珪素の弾性限界歪より大きくなると、歪を緩和するために炭化珪素が塑性変形し、積層欠陥が生じる。すなわち、会合消滅で積層欠陥密度が減少する一方で、歪によって新たな積層欠陥が発生してしまう。【００１４】
このようなＳｉ極性面を露出する積層欠陥を消滅させる手段として、非特許文献３に示されているような、ＳＢＥ（Ｓｗｉｔｃｈ  Ｂａｃｋ  Ｅｐｉｔａｘｙ）技術が開発された。このＳＢＥ技術について、以下に説明する。【００１５】
図１１に示すように、炭化珪素結晶１１１に含まれる積層欠陥１１２の積層欠陥極性面１１３は、基板裏面側においてＣ極性面１１４となる。すなわち、基板を裏返すことで、残存した積層欠陥の露出面をＣ極性面に転換させることができる。Ｃ極性面は成長によって自己消滅することから、この裏面側に立方晶炭化珪素をホモエピタキシャル成長させることで、原理上は残存した積層欠陥が消滅し、積層欠陥の完全解消が実現される。【００１６】
ＳＢＥ技術では、積層欠陥密度が顕著に減少するものの、積層欠陥の完全解消には至らない。残存する積層欠陥は、ＳＢＥ成長過程において新たに発生したものである。新たな積層欠陥発生を導く要因は、立方晶炭化珪素基板とホモエピタキシャル層、またはホモエピタキシャル層内部に存在する歪である。１方向に平行な尾根を有する起伏が形成されたＳｉ基板への炭化珪素成長と同様に、ＳＢＥ成長時にも、基板面内の温度分布による熱歪や積層欠陥が会合消滅した際の格子整合に伴う歪が発生する。そして、この歪を緩和させるために、炭化珪素結晶内部に新たに積層欠陥が発生する。すなわち、成長時に生じる歪を解消しない限り、ホモエピタキシャル成長やデバイス作製工程において新たな積層欠陥が発生する可能性から逃れることができず、デバイス製造に適した低欠陥密度の立方晶炭化珪素基板を作製することは困難である。【００１７】
特許文献３に示された技術では、結晶基板上に形成する起伏を、１方向のみならずこれと直交する方向にも形成する。このため、一方の起伏で形成されるステップフローと、他方の起伏で形成されるステップフローと、が互いに垂直な関係で競合する成長様式となるので、表面モフォロジーとして片方のステップフローを引きずったようなモフォロジーは消滅し、平坦な表面が得られる。ところが、１方向のみならずこれと直交する方位にも傾斜が存在しているため、上述の非特許文献２に示されているような極性面方位の配向方位制御が損なわれ、反位相領域境界面の解消が導かれない。【００１８】
特許文献４に示された技術では、サファイア基板上にＧａＮ層を設け、その上にＳｉＯ２で等価な３つの＜１１−２０＞方向に、正三角形開口部を作成してＧａＮを成長させ、三角錐ＧａＮ成長層を形成する。三角錐ＧａＮ成長層上に島状ＧａＮ層形成して、サファイア基板上の全面にＧａＮ成長層を成長させると、三角錐を埋め込むように、横方向成長が促進され、平坦になる。【００１９】
ここで、基板界面から垂直に伸びる転位は、錐構造の斜面に到達すると曲がり表面に到達せず、低転位密度が実現する。ところが、基板界面から垂直に伸びる転位は、一旦曲げられた後に、ＳｉＯ２上の結晶領域で集合して、再び上に伸びるので、表面には高密度転位、欠陥領域が形成されてしまう。また、積層欠陥や反位相領域境界面のような特定方位に平行に伝播する面欠陥に対しては、いかなる開口部形成や横方向成長を駆使したとしても、欠陥の伝搬方位が変わらないため、低転位密度領域を形成することができない。【００２０】
以上によれば、特許文献４におけるサファイアを炭化珪素に置き換えて、炭化珪素のホモエピタキシャル成長に転用したとしても、基板である炭化珪素の反位相領域境界面や積層欠陥が解消されていない限り、それらの面欠陥を含まない炭化珪素表面を得ることは不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特公平６−４１４００号公報
【特許文献２】特開２０００−１７８７４０号公報
【特許文献３】特開２００２−２０１０９９号公報
【特許文献４】特開２００１−２５７１６６号公報
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Ｋ．Ｓｈｉｂａｈａｒａ，Ｓ．Ｎｉｓｈｉｎｏ，Ｈ．Ｍａｔｓｕｎａｍｉ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５０（１９８７）ｐｐ．１８８８−１８９０
【非特許文献２】Ｈ．Ｎａｇａｓａｗａ，Ｔ．Ｋａｗａｈａｒａ，Ｋ．Ｙａｇｉ，Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｆｏｒｕｍ  ３８９−３９３（２００２）ｐｐ．３１９−３２２
【非特許文献３】Ｋ．Ｙａｇｉ，  Ｔ．Ｋａｗａｈａｒａ，  Ｎ．Ｈａｔｔａ  ａｎｄ  Ｈ．Ｎａｇａｓａｗａ：  Ｍａｔｅｒ．  Ｓｃｉ．  Ｆｏｒｕｍ  ５２７−５２９  （２００６）  ｐ．２９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、構造的な格子欠陥の延伸方向に異方性を生じせしめることなくそれらの密度を低減させ、かつ、熱歪や格子不整合に起因するいかなる積層欠陥の伝播も阻むことにより、高機能な半導体素子を実現させうる低欠陥密度の表面を有する炭化珪素基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、少なくとも１つ以上の主表面（例えば、図１の主表面１２に相当）を有する炭化珪素基板（例えば、図１の炭化珪素基板１に相当）であって、内部に複数の内包領域（例えば、図１の内包領域１３に相当）を備え、前記複数の内包領域は、前記主表面の１つに略平行な方向に分布し、各内包領域は、前記主表面から基板内部に向けて１００ｎｍ以上、１００μｍ以下の距離に位置し、各内包領域は、前記主表面に平行な方向の幅として、１００ｎｍ以上、１００μｍ以下の幅を有することを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００２５】
（２）本発明は、（１）の炭化珪素基板において、前記内包領域は、珪素、炭素、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうち少なくとも１つを含んで構成されることを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００２６】
（３）本発明は、（１）の炭化珪素基板において、前記内包領域が空間であることを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００２７】
（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかの炭化珪素基板において、前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素は、板状の単結晶であることを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００２８】
（５）本発明は、（１）〜（４）のいずれかの炭化珪素基板において、前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素（例えば、図１の立方晶炭化珪素１１に相当）は、立方晶炭化珪素であり、前記主表面は、（００１）面であり、前記内包領域の側壁は、｛１１０｝面に平行であることを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００２９】
（６）本発明は、（１）〜（４）のいずれかの炭化珪素基板において、前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素（例えば、図１の立方晶炭化珪素１１に相当）は、立方晶炭化珪素であり、前記主表面は、（１１１）面であり、前記内包領域の側壁は、｛１１１｝面に平行であることを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００３０】
（７）本発明は、（１）〜（４）のいずれかの炭化珪素基板において、前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素（例えば、図１の立方晶炭化珪素１１に相当）は、立方晶炭化珪素であり、前記主表面は、（１１１）面であり、前記内包領域の側壁は、｛１１０｝面または｛２１１｝面に平行であることを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００３１】
（８）本発明は、（１）〜（４）のいずれかの炭化珪素基板において、前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素は、六方晶炭化珪素であり、前記主表面は、｛０００１｝面であり、前記内包領域の側壁は、｛１１−２０｝面または｛−１１００｝面に平行であることを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００３２】
（９）本発明は、（１）〜（８）のいずれかの炭化珪素基板において、前記主表面と垂直な方向に対する内包領域の幅は、当該主表面と平行な方向に対する幅の５倍以上であり、前記主表面と平行な方向にみなす内包領域の切片の面積は、当該主表面の面積の１０分の１以下であることを特徴とする炭化珪素基板を提案している。【００３３】
（１０）本発明は、（１）〜（９）のいずれかの炭化珪素基板を用いて形成された半導体素子であって、前記主表面上には、前記炭化珪素基板を形成する炭化珪素（例えば、図１の立方晶炭化珪素１１に相当）と同一構造の炭化珪素層が形成され、前記炭化珪素層には、内部電界が形成されることを特徴とする半導体素子を提案している。【００３４】
（１１）本発明は、（００１）面を表面とする炭化珪素基板に｛１１０｝面を側壁として有する複数の離散領域を形成する工程と、前記炭化珪素基板上にホモエピタキシャル成長する工程と、を有し、前記ホモエピタキシャル成長する工程は、以下に示す（２）式の結晶成長速度比で成長させる工程を備えることを特徴とする炭化珪素基板の製造方法を提案している。
ｒｇ［００１］／ｔａｎ５４．７°−ｒｇ［１１０］＞０  ・  ・  ・（２）
なお、ｒｇ［００１］は、［００１］方向の結晶成長速度であり、ｒｇ［１１０］は、［１１０］方向の結晶成長速度である。
【発明の効果】
【００３５】
従来では、会合消滅により積層欠陥密度を低減していた。ここで、会合消滅確率は積層欠陥密度に比例するので、積層欠陥数が減少するに従って、それらの密度低減効果（単位厚さ当たりに減少する積層欠陥密度）が低下し、最終的には飽和する。【００３６】
そこで、本発明によれば、上述のような会合消滅によらず積層欠陥密度を低減させるために、炭化珪素基板に内包領域を設けた。このため、内包領域を、真空、水素、不活性ガス、またはその周囲を取り巻く単結晶炭化珪素とは異なる材質で形成することで、積層欠陥は単結晶中だからこそ特定の方向に伝播するという特性を利用して、積層欠陥の伝播を抑制することができる。これによれば、積層欠陥は、会合消滅によらず、内包領域と接するやいなや伝播が阻止され、歪の有無にかかわらず、主表面上において積層欠陥の完全解消を導くことができる。【００３７】
また、内包領域のヤング率は、炭化珪素のヤング率以下であるため、炭化珪素の結晶格子に生ずる熱歪や格子歪を内包領域が吸収し、積層欠陥の発生を抑制することができる。さらに、積層欠陥が発生したとしても、内包領域がそれらの伝播を防ぐため、内包領域の上部において、積層欠陥密度の低減を導くことができる。【００３８】
なお、内包領域は、珪素、炭素、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうち少なくとも１つを含んで構成されていることが好ましい。または、内包領域が空間であることが好ましい。ここで、空間には、真空の場合も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る炭化珪素基板の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る酸化膜が選択的に除去された立方晶炭化珪素基板の表面の正面図である。
【図３】前記立方晶炭化珪素基板の断面図である。
【図４】前記立方晶炭化珪素基板の断面図である。
【図５】前記立方晶炭化珪素基板の断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る立方晶炭化珪素基板の断面図である。
【図７】前記立方晶炭化珪素基板の断面図である。
【図８】前記立方晶炭化珪素基板の断面図である。
【図９】従来例に係る１方向に平行な尾根を有する起伏が形成されたＳｉ基板の斜視図である。
【図１０】前記Ｓｉ基板上に炭化珪素を成長させた際の断面図である。
【図１１】立方晶炭化珪素内部の積層欠陥構造を説明するための図である。
【図１２】積層欠陥密度が低減するメカニズムについて説明するための図である。
【図１３】積層欠陥密度が低減するメカニズムについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００４１】
図１は、本発明に係る炭化珪素基板１の断面図である。炭化珪素基板１の表面の中で最も露出している面積の大きい部分である主表面１２は、（００１）面に平行であり、炭化珪素基板１は、主表面１２と平行な裏面を有する板状の結晶である。
【００４２】
炭化珪素基板１を形成する立方晶炭化珪素１１の内部には内包領域１３が、主表面の１つに略平行な方向に分布して存在しており、望ましくは、複数の内包領域１３が均等に存在している。また、主表面１２から炭化珪素基板１の内部に向けて１００μｍ以内に内包領域１３が存在している。望ましくは、主表面１２から炭化珪素基板１の内部に向けて５０μｍ以内、さらに望ましくは２０μｍ以内に内包領域１３が存在している。また、望ましくは、これら内包領域１３は、珪素、炭素、窒素、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうち少なくとも１つを含んで構成されている、または、内包領域が空間（真空など）であり、内包領域１３が分布している層は、主表面１２と略平行であり、内包領域１３の側壁（内包領域を構成する壁面のうち、主表面と略平行でない壁面）は、｛１１０｝面に略平行である。
【００４３】
ここで、効果的に積層欠陥密度の低減を導くためには、全ての積層欠陥１４が内包領域１３に会合する条件を満たす必要がある。具体的には、図１に示すように、隣り合う内包領域１３の間隔をＷ、内包領域１３の高さをＨ、積層欠陥１４と内包領域１３の側壁との内角をθとすると、以下の式（１）を満たす必要がある。
【００４４】
【数１】
2012067079.tif 000003
【００４５】
上述の式（１）によれば、積層欠陥１４の伝播する最稠密面と内包領域１３とが平行ではなく、かつ、積層欠陥１４と内包領域１３の側壁との内角θが０度よりも大きく９０度未満であれば、効果的に積層欠陥密度の低減を導くことができる。
【００４６】
炭化珪素基板１では、上述のように、主表面１２が（００１）面に平行であり、内包領域１３の側壁が｛１１０｝面に略平行である。また、立方晶炭化珪素１１に含まれる積層欠陥１４は、最稠密面である｛１１１｝面と平行に伝播する。このため、上述の式（１）より、積層欠陥１４と内包領域１３の側壁との内角θは、３５．３度となる。
【００４７】
ここで、複数の内包領域１３のそれぞれにおいて、主表面に平行な方向の幅Ｓ、間隔Ｗ、および高さＨのそれぞれは、厳密に一致している必要はないが、内包領域１３の間隔Ｗについては、１００ｎｍ以上１００μｍ以下、望ましくは１μｍ以上５０μｍ以下、さらに望ましくは２μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。これは、内包領域１３の間隔Ｗが狭くなるに従って、内包領域１３の加工が困難になるばかりか、内包領域１３の体積占有率が増えてしまい、半導体デバイスとして動作させる場合の基板抵抗が増大してしまうためである。また、内包領域１３の間隔Ｗが大きくなるに従って、自ずと内包領域１３の高さＨも大きくする必要が生じ、さらに内包領域１３の体積占有率が減少してしまい、熱歪を吸収しきれなくなるおそれがでてくるためである。
【００４８】
また、内包領域１３の高さＨは、上述の内包領域１３の間隔Ｗおよび式（１）を用いて求めることができる。ただし、内包領域１３の高さＨが小さくなるに従って、内包領域１３の加工が困難となるばかりか、内包領域１３の体積占有率が減少してしまい、熱歪を吸収しきれなくなるおそれがでてくる。一方、内包領域１３の高さＨが大きくなるに従って（例えば、１００μｍ以上になると）、内包領域１３の加工が困難になるばかりか、内包領域１３の体積占有率が増えてしまい、半導体デバイスとして動作させる場合の基板抵抗が増大してしまう。
【００４９】
また、内包領域１３の幅Ｓが狭くなるに従って、内包領域１３の加工が困難になるばかりか、内包領域１３の体積占有率が減少してしまい、熱歪を吸収しきれなくなるおそれがでてくる。一方、内包領域１３の幅Ｓが大きくなるに従って、内包領域１３の体積占有率が増えてしまい、半導体デバイスとして動作させる場合の基板抵抗が増大してしまうばかりか、内包領域１３の間隔Ｗを望ましい値に設定することが困難となる。このため、内包領域１３の幅Ｓについては、１００ｎｍ以上１００μｍ以下、望ましくは１μｍ以上５０μｍ以下、さらに望ましくは２μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００５０】
また、主表面１２から内包領域１３の層までの深さ（主表面から基板内部に向けた距離）Ｔが極端に小さい場合には、内包領域１３上の立方晶炭化珪素１１の層が機械的に弱くなり、内包領域１３が主表面１２に露出するおそれがある。また、半導体デバイスとして上層に活性層を設けた場合、主表面１２から内包領域１３の層までの深さＴが小さいと、電流分布が不均一になってしまい、局部的な過熱や破壊が生ずるおそれがある。一方、主表面１２から内包領域１３の層までの深さＴが極端に大きい場合には、内包領域１３と主表面１２との間の層の熱歪を吸収することができなくなり、主表面１２における積層欠陥密度を低減することが困難となる。このため、主表面１２から内包領域１３の層までの深さＴについては、１００ｎｍ以上１００μｍ以下、望ましくは１μｍ以上５０μｍ以下、さらに望ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。
【００５１】
以上によれば、主表面１２と垂直な方向に対する内包領域１３の幅Ｈについては、主表面１２と平行な方向に対する幅Ｓの５倍以上とし、主表面１２と平行な方向にみなす内包領域１３の切片の面積については、主表面１２の面積の１０分の１以下とすることが好ましい。なお、内包領域は、その側壁で積層欠陥密度の低減を導くものであるため、側壁がそのような効果を有する形態であれば、内包領域のそれぞれが孤立せずに連結していてもかまわない。例えば、基板断面が図１のような形態で、かつ、基板主表面に平行な面において、基板内部が図２のような形態であっても良い。もちろん、基板断面が図１のような形態で、かつ、基板主表面に平行な面においてライン＆スペースのような形態であっても良い。
【００５２】
以上の炭化珪素基板１を作製する方法としては、例えば、以下の方法がある。
【００５３】
上述の特許文献２や非特許文献２に示されているようなＳｉ（００１）基板上において、［−１１０］方向に平行な尾根を有する起伏の斜面を形成する。この斜面の最大斜度は２度以上９０度以下で、かつ、隣接しあう起伏の断面形状は連続しているものとする。すなわち、隣接する起伏同士の境界部と起伏頂部の斜度は０度であり、斜面方向の斜度は０度から最大斜度まで連続して変化するものとする。最大斜度が２度未満の場合には、極性面が露出すべき原子ステップの端面が非極性面である（００１）面の面積に対して無視できるほどに小さくなるため、反位相領域境界面密度を意図的に操作することができなくなる。一方、斜度が９０度を超える場合には、起伏の断面がオーバーハング状となり、単結晶成長が妨げられる。
【００５４】
上述の基板上において、立方晶炭化珪素を成長させる。立方晶炭化珪素の成長にあたっては、ＣＶＤ、ＭＢＥ、ＬＰＥなどを用いることができるが、いずれにしてもＳｉ源およびＣ源の供給量を個々に調整できることが望ましく、さらにはガスとしてその流量を精密に調整してＳｉ源およびＣ源の供給比率を適宜調整することが望ましい。Ｓｉ源およびＣ源の供給比率を適宜調整することにより、Ｓｉ面とＣ面との成長速度に差を設けると、特定の結晶面が特定の方位に配向するようになり、例えば、Ｓｉ面が（１１１）面および（−１−１１）面、Ｃ面が（−１１１）面および（１−１１）面に配向することとなる。このようにして配向方位を調整することにより、面欠陥の一種である反位相領域境界面は消滅する。一方、積層欠陥は基板上に残留するが、全ては最稠密面である｛１１１｝面内に分布し、主表面である（００１）とは５４．７度の角度で交わる。
【００５５】
例えば後述の第１実施形態においては、上述の主表面上に、フォトリソグラフィー技術を用いて、幅２μｍ以上２０μｍ以下、間隔２μｍ以上３０μｍ以下のドット状マスクパターン、またはライン状マスクパターンを設ける。マスクパターンの材質および厚さは、後述するイオン注入工程において注入されるイオンを貫通しないように、注入イオンに対する阻止能を鑑みて適宜選択される。
【００５６】
上述のマスクパターン形成後に、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれかのイオンを注入する。注入の際の加速エネルギーについては、イオンの飛程が１μｍ以上２０μｍ以下となるように適宜算出する。算出に当たっては、Ｊ．Ｌｉｎｄｈａｒｄ，  Ｍ．Ｓｃｈａｒｆｆ，  Ｈ．Ｓｃｈｉｏｔｔｅ；  “Ｒａｎｇｅ  ｃｏｎｃｅｐｔｓ  ａｎｄ  ｈｅａｖｙ  ｉｏｎ  ｒａｎｇｅｓ”，  Ｍａｔ．Ｆｙｓ．  Ｍｅｄｄ．  Ｄａｎ．  Ｖｉｄ．  Ｓｅｌｓｋ．  ３３  （１９６３）  １に示されているＬＳＳ理論を用いる。重イオンになるほど高い注入エネルギーを要することから、水素やヘリウムが望ましいイオン種である。注入されるイオンのドーズ量は、注入後のイオン密度が立方晶炭化珪素中における固溶限界を超えるように決定されるが、望ましくは密度が１０２１／ｃｍ３となるように決定される。例えば、イオンの飛程が１０μｍであれば、ドーズ量は１０１７／ｃｍ２と決定される。
【００５７】
イオン注入後に、主表面上に、上述の条件と同様の条件にて立方晶炭化珪素の成長を実施する。ただし、成長させる厚さについては、主表面から内包領域の層までの深さＴが望ましい値となるように、調整する。ここで、主表面から内包領域の層までの深さＴは、前工程のイオン注入における最小の飛程に２度目の立方晶炭化珪素の成長膜厚を加算した値となる。このため、例えば、主表面から内包領域の層までの深さＴが１０μｍ、前工程のイオン注入における最小の飛程が１μｍであるならば、９μｍの膜厚を成長させる。この成長過程において、注入イオンは立方晶炭化珪素中の固溶限界を超えているため析出し、上述のマスクパターンおよびイオンの飛程に基づいて｛１１０｝面に略平行となる側壁を有する内包領域が形成される。
以下、この例を具体的に示した第１実施形態に加え、別の例である第２〜第４実施形態についても説明する。
【００５８】
＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態に係る炭化珪素基板について説明する。
【００５９】
まず、直径４インチのＳｉ（００１）基板表面に、［−１１０］方向に平行に研磨砥粒を擦りつけることにより、［−１１０］方向に平行な起伏形成基板を全面に作製した（一方向研磨傷導入）。一方向研磨傷導入に用いた研磨剤は、粒径約９μｍのダイヤモンドスラリーであり、これを市販の研磨クロス（エンギスＭ４１４）に浸透させつつ、Ｓｉ（００１）基板表面に所定方向に擦ることにより、略平行な無数の研磨傷を形成した。Ｓｉ（００１）基板表面に所定方向に擦る際の圧力は、０．２ｋｇ／ｃｍ２であり、研磨クロスを一度の研磨傷導入のために約３００回往復させた（一方向研磨処理）。
【００６０】
次に、［−１１０］方向に平行に研磨処理を施したＳｉ（００１）基板表面には、研磨砥粒などが付着しているので、超音波洗浄機で洗浄を実施した後、過酸化水素水と硫酸混合溶液とを１：１で混合した溶液、ＨＦ溶液にて洗浄した。次に、熱処理装置を用いて、起伏加工処理基板上に、膜厚が約０．５μｍである熱酸化膜を形成した後に、形成した熱酸化膜を、希フッ酸により除去した。起伏形成領域の断面は、連続した波状であり、常に［−１１０］方向に平行な起伏の連続状態にある。溝の深さは３０〜５０ｎｍ、幅は１〜２μｍ、斜度は３〜５度であった。
【００６１】
次に、以上の工程により作製した起伏つきＳｉ（００１）基板を、ＣＶＤ装置内にてＣ２Ｈ２とＨ２との混合雰囲気で１３５０度まで加熱し、極薄の炭化珪素層を形成した。原料ガスであるＣ２Ｈ２と、キャリアガスであるＨ２とは、室温より基板表面に供給した。これらＣ２Ｈ２およびＨ２の供給量と圧力とについては、表１に示す。
【００６２】
【表１】
2012067079.tif 000004
【００６３】
次に、基板表面の温度が１３５０度に到達した後は、１５分間、上述のＣ２Ｈ２とＨ２との混合雰囲気を保持した。次に、温度１３５０度でＳｉＨ２Ｃｌ２とＣ２Ｈ２とＨ２とを供給することにより、炭化珪素を成長させた。なお、炭化珪素を成長させた際の成長条件は、表２に示した通りであり、成長時の圧力は、反応室−ポンプ間に設置した圧力調整バルブにて調整した。
【００６４】
【表２】
2012067079.tif 000005
【００６５】
表２に示した成長条件で８時間、炭化珪素の成長を行い、４５０μｍの立方晶炭化珪素をＳｉ（００１）基板上に成長させた。次に、Ｓｉ（００１）基板をフッ酸と硝酸との混酸でエッチングし、単独の立方晶炭化珪素基板を作製した。
【００６６】
以上の工程により作製した立方晶炭化珪素基板について、欠陥密度を測定するために、５００度の溶融ＫＯＨに５分間浸漬させて、欠陥を顕在化させた。その後、この立方晶炭化珪素基板に対して光学顕微鏡観察を実施したところ、表面における欠陥密度は２×１０５／ｃｍ２であることが分かり、主表面上において反位相領域境界面は認められなかった。
【００６７】
次に、真空蒸着法を用いて、主表面上に５００ｎｍのＮｉ層を設けた。次に、Ｎｉ層の上層に２μｍのポジ型レジストをスピン塗布し、フォトマスクにて正方形のパターン配列を遮蔽するように紫外線（水銀のｇ線）で露光した。次に、個々の正方形のマスクパターンの辺が立方晶炭化珪素基板の＜１１０＞方位に平行になるように、アライメントした。ここで、個々の正方形のマスクパターンの辺の幅（上述の内包領域１３の間隔Ｗに相当）は５μｍであり、その間隔（上述の内包領域１３の幅Ｓに相当）は２μｍである。
【００６８】
次に、レジストを現像して露光領域に開口部を設け、１００ＷのＦプラズマにさらすことにより、開口部下のＮｉ層を除去した。次に、酸素プラズマにてレジストを完全に除去し、２μｍ幅５μｍ間隔のＮｉドットアレイを得た。次に、主表面に垂直にプロトンイオンを打ち込んだ。そして、プロトンのエネルギーを１０ｋｅＶから４００ｋｅＶの間で変化させ、それぞれの加速エネルギーにおけるドーズ量を、目的とする濃度である１０２１／ｃｍ３にプロトンの飛程を積算することにより求めた。
【００６９】
以上の工程によれば、主表面から５〜２０μｍにかけて、１０２１／ｃｍ３の濃度のプロトン照射領域（内包領域）が形成された。ここで、内包領域の高さＨは１５μｍに相当し、Ｎｉによりマスクされた部分にはプロトンが照射されないため、内包領域の側壁は｛１１０｝面に略平行となった。
【００７０】
次に、Ｎｉ層を除去後、表２に示した成長条件で５分をかけて、５μｍの立方晶炭化珪素成長を実施したところ、成長表面から１０〜２５μｍの深さの内包領域部分で水素が析出した。次に、この立方晶炭化珪素基板を５００度の溶融ＫＯＨに５分間浸漬させて、欠陥を顕在化させた。その後、この立方晶炭化珪素基板の主表面に対して光学顕微鏡観察を実施したところ、表面における欠陥密度は２×１０２／ｃｍ２であることが分かった。以上のように、本実施形態においては、内包領域を設けることにより、積層欠陥密度を３桁低減させることができた。また、内包領域の存在により、歪により新たに生じる積層欠陥の伝搬が抑制されたことが確認できた。
【００７１】
なお、本実施形態では、Ｓｉ（００１）基板に起伏を形成する際に、ダイヤモンドスラリーによる一方向の傷形成を実施したが、これに限らず、例えばリソグラフィー工程とエッチング工程とを組み合わせて実施しても、起伏の配置や断面形状が同様であれば、本実施系形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、本実施形態において、炭化珪素の成長に用いるためのＳｉの原料ガスとしては、例えば、ＳｉＨ４、炭化珪素、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３などを用いることができ、Ｃの原料ガスとしては、例えば、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ８などを用いることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、基板として（００１）面を主表面とした立方晶炭化珪素を用いたが、（１１１）面を主表面とした場合には、内包領域の側壁は、｛１１１｝面、｛１１０｝面または｛２１１｝面のいずれかと平行である。一方、基板として六方晶炭化珪素を用いた場合には、主表面として｛０００１｝面を選ぶことができ、この場合には、内包領域の側壁は、｛１１−２０｝面または｛−１１００｝面と平行である。この場合、積層欠陥が伝播する最稠密面は（０００１）面であり、積層欠陥は主表面と３０〜６０度の角度で交わるので、本実施形態における上述の各工程を実施することで、本実施系形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、注入イオンとしてプロトンを用いたが、その飛程が目的とする深さ（上述の内包領域１３の高さＨに相当）であれば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎのいずれか、またはこれらの組み合わせを用いることによっても、本実施系形態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
＜第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態に係る炭化珪素基板について説明する。
【００７６】
まず、本発明の第１実施形態と同様に、直径４インチのＳｉ（００１）基板表面に、［−１１０］方向に平行に研磨砥粒を擦りつけることにより、［−１１０］方向に平行な起伏形成基板を全面に作製した。次に、本発明の第１実施形態と同様に、超音波洗浄機で洗浄を実施した後、過酸化水素水と硫酸混合溶液とを１：１で混合した溶液、ＨＦ溶液にて洗浄した。次に、本発明の第１実施形態と同様に、熱処理装置を用いて、起伏加工処理基板上に、膜厚が約０．５μｍである熱酸化膜を形成した後に、形成した熱酸化膜を、希フッ酸により除去した。・BR>N伏形成領域の断面は、連続した波状であり、常に［−１１０］方向に平行な起伏の連続状態にある。溝の深さは３０〜５０ｎｍ、幅は１〜２μｍ、斜度は３〜５度であった。
【００７７】
次に、以上の工程により作製した起伏つきＳｉ（００１）基板の表面に、本発明の第１実施形態と同様に、上述の表１に示した条件で炭化珪素層を形成した。
【００７８】
次に、上述の表２に示した成長条件で２時間、炭化珪素の成長を行い、１１３μｍの立方晶炭化珪素をＳｉ（００１）基板上に成長させた。
【００７９】
以上の工程により作製した立方晶炭化珪素基板について、欠陥密度を測定するために、５００度の溶融ＫＯＨに５分間浸漬させて、欠陥を顕在化させた。その後、この立方晶炭化珪素基板に対して光学顕微鏡観察を実施したところ、表面における欠陥密度は８×１０５／ｃｍ２であることが分かり、主表面上において反位相領域境界面は認められなかった。
【００８０】
次に、１１００度の乾燥酸素酸化を３０分実施し、炭化珪素の主表面上に１００ｎｍの酸化膜を形成した。次に、酸化層の上層に２μｍのポジ型レジストをスピン塗布し、フォトマスクにて正方形のパターン配列を露出するように紫外線（水銀のｇ線）で露光した。次に、個々の正方形のマスクパターンの辺が立方晶炭化珪素基板の＜１１０＞方位に平行になるように、アライメントした。ここで、個々の正方形のマスクパターンの辺の幅（上述の内包領域１３の幅Ｓに相当）は２μｍであり、その間隔（上述の内包領域１３の間隔Ｗに相当）は５μｍである。
【００８１】
次に、レジストを現像して露光領域に開口部を設け、１００ＷのＦプラズマにさらすことにより、開口部下の酸化膜を除去した。これによれば、図２に示すように、立方晶炭化珪素基板の表面において、酸化膜が選択的に除去され、酸化膜で覆われた部分２１と、酸化膜が無い開口部２２と、が形成されることとなる。
【００８２】
次に、上述の表２に示した成長条件で１０分間、炭化珪素の成長を行い、１０μｍの立方晶炭化珪素をＳｉ（００１）基板上に成長された炭化珪素上に成長させた。これによれば、図３に示すように、シリコン基板３４上に成長させた炭化珪素層３１上に、酸化膜３２で覆われた面を除いて、炭化珪素３３が選択的に成長することとなる。
【００８３】
次に、Ｓｉ（００１）基板をフッ酸と硝酸との混酸に浸して、シリコン基板３４を溶解により消滅させた。すると、酸化膜３２についても、シリコン基板３４と同様に、溶解により消滅する。これによれば、図４に示すように、１１３μｍの炭化珪素層３１上に高さ１０μｍの離散した単結晶炭化珪素（幅２μｍ、間隔５μｍ）３３が形成されることとなる。
【００８４】
次に、表３に示した成長条件で６０分間、炭化珪素の成長を行い、１０μｍの立方晶炭化珪素４１を成長させた。これによれば、図５に示すように、離散した炭化珪素３３の上部が立方晶炭化珪素４１により連結し、主表面の下部１０μｍの深さに幅２μｍ、間隔５μｍ、高さ１０μｍの内包領域４２が形成されることとなる。
【００８５】
【表３】
2012067079.tif 000006
【００８６】
次に、以上の工程により作製した立方晶炭化珪素基板を５００度の溶融ＫＯＨに５分間浸漬させて、欠陥を顕在化させた。その後、この立方晶炭化珪素基板の主表面に対して光学顕微鏡観察を実施したところ、表面における欠陥密度は２×１０２／ｃｍ２であることが分かった。以上のように、本実施形態においては、内包領域を設けることにより、積層欠陥密度を３桁低減させることができた。本実施形態では、積層欠陥を消失させつつ内包領域が形成され、また、内包領域の存在により、歪により新たに生じる積層欠陥の伝搬が抑制されたことが確認できた。
【００８７】
なお、本実施形態では、基板として（００１）面を主表面とした立方晶炭化珪素を用いたが、これに限らず、例えば、｛１１−２０｝面や｛０３−３８｝面を主表面とした六方晶炭化珪素を用いることもできる。この場合、積層欠陥が伝播する最稠密面は（０００１）面であり、積層欠陥は主表面と３０〜６０度の角度で交わるので、本実施形態における上述の各工程を実施することで、本実施系形態と同様の効果を得ることができる。
【００８８】
また、本実施形態では、表３に示した成長条件での炭化珪素の成長を、６０分間行ったが、この時間を３００〜１２００分の間で調節することで、離散的に選択成長させた炭化珪素３３上に成長させる立方晶炭化珪素４１の膜厚を変化させることができる。立方晶炭化珪素４１の膜厚が変化すると、主表面からみた内包領域の深さは、５０〜２００μｍの間で変化する。そこで、主表面からみた内包領域の深さを５０〜２００μｍの間で変化させたところ、表面における欠陥密度は表４に示すように変化することが分かった。この表４によれば、本実施形態による積層欠陥密度の低減効果は、１００μｍ以下の内包領域の深さにて発現することが分かる。
【００８９】
【表４】
2012067079.tif 000007
【００９０】
次に、内包領域の深さを表４に示したように変化させて作製した各基板上に、表５に示す成長条件で、ホモエピタキシャル成長により膜厚が１０μｍである３Ｃ−ＳｉＣ層を形成させる。すると、意図的な不純物添加は行わないが、ホモエピタキシャル層はｎタイプの伝導を示し、そのキャリア濃度は５×１０１５／ｃｍ３となる。
【００９１】
【表５】
2012067079.tif 000008
【００９２】
次に、ホモエピタキシャル層の表面全面に、Ａｌのイオンを注入する。注入深さは１μｍで、Ａｌの濃度が深さ方向に１×１０１８／ｃｍ３の一定となるように、加速エネルギーを３０〜７００ｋｅＶの間で変化させる。Ａｌ注入後、Ａｒ雰囲気中において１６００度で１０分間の活性化アニールを施し、最表面にｐ伝導層を形成する。次に、フォトリソグラフィー技術により、表面に直径１００μｍのＮｉマスク領域を設け、ＣＦ４（１００ｓｅｃ）＋Ｏ２（２０ｓｃｃｍ）のガスを導入しつつ２００Ｗでのｒｆ−ＲＩＥを５分間施し、表面層に深さ０．２μｍのメサ構造によるｐｎダイオードを形成する。次に、メサダイオードの表面側（ｐ伝導層側）が負、基板裏面が正となるように、６００Ｖの電圧を印加して、ｐｎ接合部の内部電界領域幅をｎ層側に８μｍまで拡張して、漏洩電流を測定する。すると、表６に示すように、明らかに１００μｍ以下、特に５０μｍの内包領域深さにて、漏洩電流密度の低減が確認される。
【００９３】
【表６】
2012067079.tif 000009
【００９４】
以上のように、深さ１００μｍ以下の内包領域を含んだ炭化珪素基板上に、これと同一構造の炭化珪素層（ホモエピタキシャル成長層）を形成し、これに内部電界を拡張する半導体素子を設けると、積層欠陥に起因する漏洩電流が顕著に低減される。すなわち、本実施形態では内包領域を有する炭化珪素基板を用いてｐｎダイオードを形成したが、同様にＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子を作製可能であり、この場合、積層欠陥に起因する漏洩電流が顕著に低減された半導体素子を作製することができる。
【００９５】
なお、本実施形態では、基板として立方晶炭化珪素を用いたが、漏洩電流の支配的要因が積層欠陥である限り、六方晶炭化珪素基板を用いても、本実施系形態と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
（積層欠陥密度の低減について）
ここで、上述の第２実施形態により基板の表面において積層欠陥密度が低減するメカニズムについて詳細に説明をする。本実施形態における積層欠陥を低減させるメカニズムには、以下に示す（１）、（２）のような製造手順を実行することで実現させることができる。
（１）離散領域の形成
（２）ホモエピタキシャル成長による積層欠陥密度の低減
以下、（１）、（２）について詳細に説明をする。
【００９７】
（１）離散領域の形成
まず、図１２に示すように、３Ｃ−ＳｉＣである立方晶炭化珪素基板（以下、単にＳｉＣ基板２００とも呼ぶ。）の（００１）面上に｛１１０｝面の側壁を持つ、突起形状（以下、離散領域２１０と呼ぶ。）（図４及び図５の符号３３（炭化珪素）に記す。）を形成する。この離散領域２１０は、俗にいうライン＆スペースであってもよいし、単なる凹凸などであってもよい。条件としては、上述したように、｛１１０｝面の側壁を持つことが極めて好ましい。このような、離散領域２１０は、第２実施形態のようにＳｉＣ基板２００の表面の一部にマスクを施して、マスク以外の部分にＳｉＣ成膜して形成しても良いし、ＳｉＣ基板２００上にマスクを施して、ＳｉＣ基板自体をエッチングして形成することもできる。以下、ＳｉＣ基板自体をエッチングして離散領域を形成した場合を中心に説明する。
【００９８】
（２）ホモエピタキシャル成長による積層欠陥密度の低減
離散領域２１０を有するＳｉＣ基板２００には、上述したように基板表面である（００１）面と５４．７度の角度で積層欠陥が残留することになる。このように残留した積層欠陥は、機構Ｍ１と機構Ｍ２との２つの機構によりその密度を大幅に低減することができる。
【００９９】
＜機構Ｍ１＞
まず、機構Ｍ１について説明をする。図１３に示すようにＳｉＣ基板２００に対して更に炭化珪素をホモエピタキシャル成長させると、もともとＳｉＣ基板２００内に存在していた積層欠陥ＳＦ１も新たな炭化珪素内にて成長することになる。しかしながら図１３の点線２０１までホモエピタキシャル成長に伴い積層欠陥ＳＦ１が成長すると、同じくホモエピタキシャル成長した成長中離散領域２１１の側壁に阻まれて、その領域内部への侵入を阻止されることになる。このような積層欠陥密度の低減手法を機構Ｍ１と呼ぶ。なお、第２実施形態のようにＳｉＣ基板２００の表面の一部にマスクを施した後にＳｉＣをホモエピタキシャル成長させる場合には、マスクの存在によりＳＦ１の領域内部への侵入が阻止されることになる。
【０１００】
＜機構Ｍ２＞
次に、機構Ｍ２について説明をする。図１３に示すようにＳｉＣ基板２００をホモエピタキシャル成長させると、もともとＳｉＣ基板２００内に存在していた積層欠陥ＳＦ２も新たな炭化珪素内にて成長することになる。これは、離散領域２１０内についても変わらず同じである。積層欠陥ＳＦ２は、図１３に示すように欠陥がＳｉＣ基板２００の表面に露出した状態となっている。
まず、図１３に示すように、ファーストステップとして、点線２０１まで、つまり成長中離散領域２１１までホモエピタキシャル成長させたとする。しかしながら、この状態においても積層欠陥ＳＦ２は、成長中離散領域２１１の表面に露出した状態となっている。次に、セカンドステップとして、実線２０２まで、つまり成長後離散領域２１２までホモエピタキシャル成長させると、今までＳｉＣ基板２００の表面に露出していた積層欠陥ＳＦ２が、成長後離散領域２１２の側壁へと到達し内包領域へとぶつかるため、これ以上の欠陥成長が阻止される。このような積層欠陥密度の低減手法を機構Ｍ２と呼ぶ。
【０１０１】
機構Ｍ２に示したように積層欠陥ＳＦ２を、ＳｉＣ基板２００表面から成長後離散領域２１２の側壁へと抜けさせるための条件としては、離散領域２１０の表面に露出していた積層欠陥ＳＦ２が、ホモエピタキシャル成長に伴い離散領域２１２の側壁に向かう方向、すなわち＜１１０＞方向へ変位する速度が、離散領域２１２の側壁の＜１１０＞方向への変位速度を上回ればよい。これは、以下に示す（２）式の条件を満たすようにすればよい。なお、ｒｇ［００１］は、［００１］方向の結晶成長速度であり、ｒｇ［１１０］は、［１１０］方向の結晶成長速度である。
ｒｇ［００１］／ｔａｎ５４．７°−ｒｇ［１１０］＞０  ・  ・  ・（２）
上記を満たすような結晶成長速度比のコントロールは、成長温度、材料ガスの供給比、成長圧力を調整することにより達成される。
このような機構Ｍ１、機構Ｍ２による積層欠陥密度の低減により図４の形状の基板を経て図５とするように、ＳｉＣ基板２００をホモエピタキシャル成長させた後の基板表面の積層欠陥は大幅に低減された良好なものとなり低積層欠陥密度領域が形成されることになる。
【０１０２】
＜第３実施形態＞
以下に、本発明の第３実施形態に係る炭化珪素基板について説明する。
【０１０３】
まず、本発明の第１実施形態と同様に、直径４インチのＳｉ（００１）基板表面に、［−１１０］方向に平行に研磨砥粒を擦りつけることにより、［−１１０］方向に平行な起伏形成基板を全面に作製した。次に、本発明の第１実施形態と同様に、超音波洗浄機で洗浄を実施した後、過酸化水素水と硫酸混合溶液とを１：１で混合した溶液、ＨＦ溶液にて洗浄した。次に、本発明の第１実施形態と同様に、熱処理装置を用いて、起伏加工処理基板上に、膜厚が約０．５μｍである熱酸化膜を形成した後に、形成した熱酸化膜を、希フッ酸により除去した。起伏形成領域の断面は、連続した波状であり、常に［−１１０］方向に平行な起伏の連続状態にある。溝の深さは３０〜５０ｎｍ、幅は１〜２μｍ、斜度は３〜５度であった。
【０１０４】
次に、以上の工程により作製した起伏つきＳｉ（００１）基板の表面に、本発明の第１実施形態と同様に、上述の表１に示した条件で炭化珪素層を形成した。
【０１０５】
次に、上述の表２に示した成長条件で２時間、炭化珪素の成長を行い、１１３μｍの立方晶炭化珪素をＳｉ（００１）基板上に成長させた。
【０１０６】
以上の工程により作製した立方晶炭化珪素基板について、欠陥密度を測定するために、５００度の溶融ＫＯＨに５分間浸漬させて、欠陥を顕在化させた。その後、この立方晶炭化珪素基板に対して光学顕微鏡観察を実施したところ、表面における欠陥密度は８×１０５／ｃｍ２であることが分かり、主表面上において反位相領域境界面は認められなかった。
【０１０７】
次に、１１００度の乾燥酸素酸化を３０分実施し、炭化珪素の主表面上に１００ｎｍの酸化膜を形成した。次に、酸化層の上層に２μｍのポジ型レジストをスピン塗布し、フォトマスクにて正方形のパターン配列を露出するように紫外線（水銀のｇ線）で露光した。次に、個々の正方形のマスクパターンの辺が立方晶炭化珪素基板の＜１１０＞方位に平行になるように、アライメントした。ここで、個々の正方形のマスクパターンの辺の幅（上述の内包領域１３の幅Ｓに相当）は２μｍであり、その間隔（上述の内包領域１３の間隔Ｗに相当）は５μｍである。
【０１０８】
次に、レジストを現像して露光領域に開口部を設け、１００ＷのＦプラズマにさらすことにより、開口部下の酸化膜を除去した。
【０１０９】
次に、上述の表２に示した成長条件で１０分間、炭化珪素の成長を行い、１０μｍの立方晶炭化珪素をＳｉ（００１）基板上に成長された炭化珪素上に成長させた。これによれば、第２実施形態と同様に、酸化膜で被覆された部分には炭化珪素が成長せず、酸化膜の開口部には単結晶の炭化珪素が成長することとなる。
【０１１０】
次に、Ｓｉ（００１）基板をフッ酸と硝酸との混酸に浸して、シリコン基板を溶解により消滅させた。すると、酸化膜についても、シリコン基板と同様に、溶解により消滅する。これによれば、図４に示したように、１１３μｍの炭化珪素層上に高さ１０μｍの離散した単結晶炭化珪素（幅２μｍ、間隔５μｍ）が形成されることとなる。
【０１１１】
次に、表７に示した成長条件で２４０分間、珪素層を成長させた。これによれば、図６に示すように、離散した炭化珪素５２の表面を有する炭化珪素層５１が、膜厚が２０μｍである多結晶珪素５３で被覆されることとなる。
【０１１２】
次に、０．５μｍダイヤモンド砥粒および０．１μｍダイヤモンド砥粒を用いて、研磨処理を施し、表面層を２０μｍ除去することにより、平坦化処理を施した。これによれば、図７に示すように、離散した炭化珪素５２の頂部が表面に露出するとともに、その隙間が多結晶珪素５３にて充填されることとなる。
【０１１３】
次に、表３に示す成長条件で１０分間、炭化珪素の成長を行い、１０μｍの立方晶炭化珪素を成長させた。この条件は、多結晶珪素がエッチングされやすい条件のため、離散した炭化珪素上のみに炭化珪素が成長し、それぞれが連結する。すなわち、図８に示すように、離散した炭化珪素５２の上部と、多結晶珪素５３の上部と、に連続した炭化珪素層５４が成長し、主表面の下部１０μｍの深さに、幅２μｍ、間隔５μｍ、高さ１０μｍの多結晶珪素で充填された内包領域が形成されることとなる。
【０１１４】
【表７】
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【０１１５】
次に、炭化珪素基板を５００度の溶融ＫＯＨに５分間浸漬させて、欠陥を顕在化させた。その後、この炭化珪素基板の主表面に対して光学顕微鏡観察を実施したところ、表面における欠陥密度は２×１０２／ｃｍ２であることが分かった。以上のように、本実施形態においては、内包領域を設けることにより、積層欠陥密度を３桁低減させることができた。本実施形態では、積層欠陥を消失させつつ内包領域が形成され、また、内包領域の存在により、歪により新たに生じる積層欠陥の伝搬が抑制されたことが確認できた。
【０１１６】
なお、本実施形態では、内包領域を多結晶珪素で構成したが、これに限らず、例えば、単結晶珪素、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、窒化珪素などで構成しても、本実施系形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
また、本実施形態では、基板として（００１）面を主表面とした立方晶炭化珪素を用いたが、これに限らず、例えば、｛１１−２０｝面や｛０３−３８｝面を主表面とした六方晶炭化珪素を用いることもできる。この場合、積層欠陥が伝播する最稠密面は（０００１）面であり、積層欠陥は主表面と３０〜６０度の角度で交わるので、本実施形態における上述の各工程を実施することで、本実施系形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
＜第４実施形態＞
以下に、本発明の第４実施形態に係る炭化珪素基板について説明する。
【０１１９】
まず、本発明の第１実施形態と同様に、直径４インチのＳｉ（００１）基板表面に、［−１１０］方向に平行に研磨砥粒を擦りつけることにより、［−１１０］方向に平行な起伏形成基板を全面に作製した。次に、本発明の第１実施形態と同様に、超音波洗浄機で洗浄を実施した後、過酸化水素水と硫酸混合溶液とを１：１で混合した溶液、ＨＦ溶液にて洗浄した。次に、本発明の第１実施形態と同様に、熱処理装置を用いて、起伏加工処理基板上に、膜厚が約０．５μｍである熱酸化膜を形成した後に、形成した熱酸化膜を、希フッ酸により除去した。起伏形成領域の断面は、連続した波状であり、常に［−１１０］方向に平行な起伏の連続状態にある。溝の深さは３０〜５０ｎｍ、幅は１〜２μｍ、斜度は３〜５度であった。
【０１２０】
次に、以上の工程により作製した起伏つきＳｉ（００１）基板の表面に、本発明の第１実施形態と同様に、上述の表１に示した条件で炭化珪素層を形成した。
【０１２１】
次に、上述の表２に示した成長条件で２時間、炭化珪素の成長を行い、１１３μｍの立方晶炭化珪素をＳｉ（００１）基板上に成長させた。
【０１２２】
以上の工程により作製した立方晶炭化珪素基板について、欠陥密度を測定するために、５００度の溶融ＫＯＨに５分間浸漬させて、欠陥を顕在化させた。その後、この立方晶炭化珪素基板に対して光学顕微鏡観察を実施したところ、表面における欠陥密度は８×１０５／ｃｍ２であることが分かり、主表面上において反位相領域境界面は認められなかった。
【０１２３】
次に、立方晶炭化珪素基板表面に、スパッタリング法によりアルミナ膜を５００ｎｍ成膜させた。ターゲットは多結晶アルミナであり、成膜時の炭化珪素基板温度は室温とした。ＲＦパワーは１５０Ｗであり、スパッタガスはＡｒであり、スパッタ時の炉内圧力は４×１０−３Ｔｏｒｒで、成膜時間は１５分とした。
【０１２４】
次に、アルミナ層が成膜された炭化珪素基板の上層に２μｍのポジ型レジストをスピン塗布し、フォトマスクにて正方形のパターン配列を露出するように紫外線（水銀のｇ線）で露光した。次に、個々の正方形のマスクパターンの辺が立方晶炭化珪素基板の＜１１０＞方位に平行になるように、アライメントした。ここで、個々の正方形のマスクパターンの辺の幅（上述の内包領域１３の幅Ｓに相当）は２μｍであり、その間隔（上述の内包領域１３の間隔Ｗに相当）は５μｍである。
【０１２５】
次に、レジストを現像して露光領域に開口部を設け、１００ＷのＦプラズマにさらすことにより、開口部下のアルミナ膜を除去した。
次に、アルミナ膜が除去された領域の炭化珪素に対して、表８に示す条件で陽極酸化処理を施すことにより、幅２μｍ、間隔５μｍ、深さ１０μｍのポーラスな炭化珪素層を形成した。ここで、形成されるポーラス層の深さについては、印加電圧を調整することより制御した。また、ポーラスな炭化珪素内の平均ｐｏｒｏｓｉｔｙは、３０％であった。
【０１２６】
【表８】
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【０１２７】
次に、０．１μｍダイヤモンド砥粒を用いた研磨処理を施し、表面層のアルミナ膜を除去した平滑な炭化珪素基板表面に、上述の表２に示した成長条件で１０分をかけて、１０μｍの立方晶炭化珪素成長を実施した。これによれば、主表面から１０〜２０μｍの深さにポーラスな炭化珪素層からなる内包領域が形成される。
【０１２８】
次に、この立方晶炭化珪素基板を５００度の溶融ＫＯＨに５分間浸漬させて、欠陥を顕在化させた。その後、この立方晶炭化珪素基板の主表面に対して光学顕微鏡観察を実施したところ、表面における欠陥密度は２．５×１０２／ｃｍ２であることが分かった。以上のように、本実施形態においては、内包領域を設けることにより、積層欠陥の伝播および新たな発生が抑制され、その結果、積層欠陥密度を３桁低減させることができた。本実施形態では、積層欠陥密度を低減させつつ内包領域が形成され、また、内包領域の存在により、歪により新たに生じる積層欠陥の伝搬が抑制されたことが確認できた。
【０１２９】
以上詳述したように、本発明により、主表面から適宜の深さの領域に幅、高さ、間隔を制御して内包領域を設けることにより、最稠密面に平行に伝播する積層欠陥が阻止されて、半導体デバイス用基板として好ましく用いることのできる炭化珪素基板を得ることができる。
【０１３０】
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【符号の説明】
【０１３１】
１；炭化珪素基板
１１；立方晶炭化珪素
１２；主表面
１３；内包領域
１４；積層欠陥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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