(57)【要約】【課題】キャリア濃度の面内均一性を向上可能であり、かつ表面粗さを低減可能な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。【解決手段】本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素単結晶基板１０と、炭化珪素層２０とを有している。中央領域５３と平行な方向において、炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値に対するキャリア濃度の標準偏差の比率は、５％未満である。キャリア濃度の平均値は、１×１０14ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下である。中央領域５３と平行な方向において、炭化珪素層２０の厚み１１３の平均値に対する厚みの標準偏差の比率は、５％未満である。中央領域５３の算術平均粗さ（Ｓａ）は、１ｎｍ以下である。中央領域５３のヘイズは、５０以下である。【選択図】図１
2020114796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面を有する炭化珪素単結晶基板と、
前記第１主面上の炭化珪素層とを備え、
前記炭化珪素層は、前記炭化珪素単結晶基板と接する面と反対側の第２主面を含み、
前記第２主面は、（０００１）面が０．５°以上８°以下傾斜した面であり、
前記第２主面の最大径は、１００ｍｍ以上であり、
前記炭化珪素層のポリタイプは、４Ｈ−ＳｉＣであり、
前記炭化珪素層の導電型は、ｎ型であり、
前記第２主面は、前記第２主面の外縁から３ｍｍ以内の外周領域と、前記外周領域に取り囲まれた中央領域とを有し、
前記中央領域と平行な方向において、前記炭化珪素層のキャリア濃度の平均値に対する前記キャリア濃度の標準偏差の比率は、５％未満であり、
前記キャリア濃度の平均値は、１×１０14ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下であり、
前記中央領域と平行な方向において、前記炭化珪素層の厚みの平均値に対する前記厚みの標準偏差の比率は、５％未満であり、
前記中央領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は、１ｎｍ以下であり、
前記中央領域のヘイズは、５０以下であり、
前記中央領域には、＜１１−２０＞方向に対して垂直な直線に沿って並ぶ第１ハーフループの第１転位列があり、
前記第１ハーフループは、前記中央領域に露出する一対の貫通刃状転位を含み、
前記中央領域における前記第１転位列の面密度は、１０本ｃｍ-2以下であり、
前記中央領域に純水を滴下した場合において、前記純水の接触角の平均値は、４５°以下であり、
前記接触角の最大値および最小値の差の絶対値は１０°以下であり、
前記炭化珪素単結晶基板の導電型は、ｎ型である、炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項２】
前記中央領域を一辺が６ｍｍの正方領域に区分した場合において、全ての前記正方領域の数に対する、ダウンフォール欠陥および三角欠陥の少なくともいずれかがある前記正方領域の数の比率は、１０％以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項３】
前記厚みの平均値は、５μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項４】
前記中央領域において、貫通らせん転位に起因するピットがあり、
前記ピットの面密度は、１００個ｃｍ-2以下であり、
前記ピット内において、前記中央領域からの最大深さは、８ｎｍ以上である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項５】
前記ピットの面密度は、１０個ｃｍ-2以下である、請求項４に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項６】
前記ピットの面密度は、１個ｃｍ-2以下である、請求項５に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項７】
前記ピット内において、前記中央領域からの最大深さは、２０ｎｍ以上である、請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項８】
前記中央領域に垂直な方向から見て、前記ピットの平面形状は、第１方向に延びる第１辺と、前記第１方向と垂直な第２方向に延びる第２辺と、を含み、
前記第１辺の幅は、前記第２辺の幅の２倍以上である、請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項９】
前記中央領域において、台形状の窪みである台形状欠陥があり、
前記台形状欠陥の面密度が１０個ｃｍ-2以下であり、
前記台形状欠陥は、前記中央領域に垂直な方向から見て＜１１−２０＞方向と交差する上底部および下底部を含み、
前記上底部の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、
前記下底部の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下であり、
前記上底部は、突起部を含み、
前記下底部は、複数のステップバンチングを含む、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項１０】
前記中央領域において、基底面転位があり、
前記基底面転位の面密度が、１０個ｃｍ-2以下である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項１１】
前記中央領域には、＜１１−２０＞方向に対して傾斜する直線に沿って並ぶ第２ハーフループの第２転位列があり、
前記第２ハーフループは、前記中央領域に露出する一対の貫通刃状転位を含み、
前記中央領域おいて、前記第１転位列の面密度は、前記第２転位列の面密度よりも低い、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項１２】
前記炭化珪素単結晶基板の厚みは、６００μｍ以下であり、
ｗａｒｐは、３０μｍ以下であり、
ｂｏｗの絶対値は、２０μｍ以下であり、
前記ｂｏｗが正の場合、前記第２主面の３点基準面に対して垂直な方向において、前記３点基準面から見て最高の高さを有する位置は、前記第２主面の中心から前記第２主面の半径の２／３までの範囲にあり、
前記ｂｏｗが負の場合、前記３点基準面に対して垂直な方向において、前記３点基準面から見て最低の高さを有する位置は、前記第２主面の中心から前記第２主面の半径の２／３までの範囲にある、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれか１項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、を備える、炭化珪素半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、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。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１３−３４００７号公報（特許文献１）には、短いステップバンチングがないことを特徴とする炭化珪素エピタキシャル基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−３４００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の目的は、キャリア濃度の面内均一性を向上可能であり、かつ表面粗さを低減可能な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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素単結晶基板と、炭化珪素層とを備えている。炭化珪素単結晶基板は、第１主面を有する。炭化珪素層は、第１主面上にある。炭化珪素層は、炭化珪素単結晶基板と接する面と反対側の第２主面を含んでいる。第２主面は、（０００１）面が０．５°以上８°以下傾斜した面である。第２主面の最大径は、１００ｍｍ以上である。炭化珪素層のポリタイプは、４Ｈ−ＳｉＣである。炭化珪素層の導電型は、ｎ型である。第２主面は、第２主面の外縁から３ｍｍ以内の外周領域と、外周領域に取り囲まれた中央領域とを有する。中央領域と平行な方向において、炭化珪素層のキャリア濃度の平均値に対するキャリア濃度の標準偏差の比率は、５％未満である。キャリア濃度の平均値は、１×１０14ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下である。中央領域と平行な方向において、炭化珪素層の厚みの平均値に対する厚みの標準偏差の比率は、５％未満である。中央領域の算術平均粗さ（Ｓａ）は、１ｎｍ以下である。中央領域のヘイズは、５０以下である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、キャリア濃度の面内均一性を向上可能であり、かつ表面粗さを低減可能な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。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】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平面模式図である。
【図２】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３】キャリア濃度および膜厚の測定位置を示す平面模式図である。
【図４】キャリア濃度の測定方法を示す図である。
【図５】浅いピット（左側）および深いピット（右側）の構成を示す断面模式図である。
【図６】深いピットの第１例の構成を示す平面模式図である。
【図７】深いピットの第２例の構成を示す平面模式図である。
【図８】深いピットの第３例の構成を示す平面模式図である。
【図９】台形状欠陥の構成を示す平面模式図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿った断面模式図である。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面模式図である。
【図１２】図９のＸＩＩ領域の拡大図である。
【図１３】基底面転位の構成を示す平面模式図である。
【図１４】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平面模式図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面模式図である。
【図１６】図１４の領域ＸＶＩにおける斜視模式図である。
【図１７】図１４の領域ＸＶＩにおける平面模式図である。
【図１８】図１４の領域ＸＶＩにおける断面模式図である。
【図１９】図１４の領域ＸＩＸにおける斜視模式図である。
【図２０】図１４の領域ＸＩＸにおける平面模式図である。
【図２１】図１４の領域ＸＩＸにおける断面模式図である。
【図２２】接触角の測定方法を示す断面模式図である。
【図２３】Ｓａ、Ｒａ、転位および接触角の測定位置を示す平面模式図である。
【図２４】第２主面の３点基準面を示す平面模式図である。
【図２５】第２主面の反りの第１例を示す図である。
【図２６】第２主面の反りの第２例を示す図である。
【図２７】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の第１例の構成を示す一部断面模式図である。
【図２８】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の第２例の構成を示す模式図である。
【図２９】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す平面模式図である。
【図３０】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。
【図３１】第６時点における領域ＸＸＸＩ上の基底面転位の構成を示す斜視模式図である。
【図３２】第７時点における領域ＸＸＸＩ上の基底面転位の構成を示す斜視模式図である。
【図３３】第８時点における領域ＸＸＸＩ上の基底面転位の構成を示す斜視模式図である。
【図３４】第８時点から第９時点における領域ＸＸＸＩ上の基底面転位および第１ハーフループの構成を示す斜視模式図である。
【図３５】第６時点における領域ＸＸＸＶ上の基底面転位の構成を示す斜視模式図である。
【図３６】第７時点における領域ＸＸＸＶ上の基底面転位および第２ハーフループの構成を示す斜視模式図である。
【図３７】第７時点から第８時点における領域ＸＸＸＶ上の基底面転位および第２ハーフループの構成を示す斜視模式図である。
【図３８】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１例を示す図である。
【図３９】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２例を示す図である。
【図４０】本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第３例を示す図である。
【図４１】本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
【図４２】本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。
【図４３】本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。
【図４４】本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。
【図４５】サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を示す図である。
【図４６】サンプル５に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を示す図である。
【図４７】サンプル６に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法を示す図である。
【図４８】サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板の炭化珪素層のキャリア濃度の面内分布を示す図である。
【図４９】サンプル２および３に係る炭化珪素エピタキシャル基板の炭化珪素層のキャリア濃度の面内分布を示す図である。
【図５０】サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板の炭化珪素層のキャリア濃度の面内分布を示す図である。
【図５１】サンプル５および６に係る炭化珪素エピタキシャル基板の炭化珪素層のキャリア濃度の面内分布を示す図である。
【図５２】サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板の炭化珪素層の膜厚の面内分布を示す図である。
【図５３】サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板の炭化珪素層の膜厚の面内分布を示す図である。
【図５４】サンプル７に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第２主面におけるダウンフォールおよび三角欠陥の面内分布を示すマップである。
【図５５】サンプル９に係る炭化珪素エピタキシャル基板の第２主面におけるダウンフォールおよび三角欠陥の面内分布を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［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。本明細書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｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
【０００９】
（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素単結晶基板１０と、炭化珪素層２０とを備えている。炭化珪素単結晶基板１０は、第１主面１１を有する。炭化珪素層２０は、第１主面上にある。炭化珪素層２０は、炭化珪素単結晶基板１０と接する面１４と反対側の第２主面３０を含んでいる。第２主面３０は、（０００１）面が０．５°以上８°以下傾斜した面である。第２主面３０の最大径１１１は、１００ｍｍ以上である。炭化珪素層２０のポリタイプは、４Ｈ−ＳｉＣである。炭化珪素層２０の導電型は、ｎ型である。第２主面３０は、第２主面３０の外縁５４から３ｍｍ以内の外周領域５２と、外周領域５２に取り囲まれた中央領域５３とを有する。中央領域５３と平行な方向において、炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値に対するキャリア濃度の標準偏差の比率は、５％未満である。キャリア濃度の平均値は、１×１０14ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下である。中央領域５３と平行な方向において、炭化珪素層２０の厚み１１３の平均値に対する厚みの標準偏差の比率は、５％未満である。中央領域５３の算術平均粗さ（Ｓａ）は、１ｎｍ以下である。中央領域５３のヘイズは、５０以下である。
【００１０】
（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、中央領域５３を一辺が６ｍｍの正方領域に区分した場合において、全ての正方領域の数に対する、ダウンフォール欠陥および三角欠陥の少なくともいずれかがある正方領域の数の比率は、１０％以下であってもよい。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板を用いて製造される炭化珪素半導体装置の歩留まりを向上することができる。
【００１１】
（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、炭化珪素層２０の厚みの平均値は、５μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。
【００１２】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、中央領域５３における、貫通らせん転位２３に起因するピット８７がある場合があるが、ピット８７は少ない方がよい。ピットの面密度は、１００個ｃｍ-2以下であってもよい。ピット内において、中央領域５３からの最大深さ１１６は、８ｎｍ以上であってもよい。
【００１３】
（５）上記（４）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、ピット８７の面密度は、好ましくは１０個ｃｍ-2以下である。
【００１４】
（６）上記（５）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、ピット８７の面密度は、好ましくは１個ｃｍ-2以下である。
【００１５】
（７）上記（４）〜（６）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、ピット内における、中央領域５３からの最大深さは、２０ｎｍ以上であってもよい。
【００１６】
（８）上記（４）〜（７）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、中央領域５３に垂直な方向から見て、ピット８７の平面形状は、第１方向に延びる第１辺６１と、第１方向と垂直な第２方向に延びる第２辺６２とを含んでいてもよい。第１辺６１の幅は、第２辺６２の幅の２倍以上であってもよい。
【００１７】
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、中央領域５３において、台形状の窪みである台形状欠陥７０がある場合があるが、台形状欠陥７０は少ない方がよい。台形状欠陥７０の面密度は、好ましくは１０個ｃｍ-2以下である。台形状欠陥７０は、中央領域５３に垂直な方向から見て＜１１−２０＞方向と交差する上底部７２および下底部７４を含んでいてもよい。上底部７２の幅は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。下底部７４の幅は、５０μｍ以上５０００μｍ以下であってもよい。上底部７２は、突起部７３を含んでいてもよい。下底部７４は、複数のステップバンチング７５を含んでいてもよい。
【００１８】
（１０）上記（１）〜（９）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、中央領域５３において、基底面転位２４がある場合があるが、基底面転位２４は少ない方がよい。基底面転位の面密度が、好ましくは１０個ｃｍ-2以下である。
【００１９】
（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、中央領域５３には、＜１１−２０＞方向に対して垂直な直線に沿って並ぶ第１ハーフループ１の第１転位列２がある場合があるが、第１転位列２は少ない方がよい。第１ハーフループ１は、中央領域５３に露出する一対の貫通刃状転位を含んでいてもよい。中央領域５３における第１転位列２の面密度は、好ましくは１０本ｃｍ-2以下である。
【００２０】
通常、炭化珪素エピタキシャル基板には、貫通刃状転位の転位列が存在している。当該転位列は、半導体装置の耐圧の低下、リーク電流の増大および半導体装置の信頼性の低下等の原因となる。そのため、当該転位列の低減が求められている。
【００２１】
貫通刃状転位の転位列は、主に３種類に分類されると考えられる。第１種類目の転位列は、炭化珪素単結晶基板からエピタキシャル成長により形成される炭化珪素層に引き継がれる転位列である。第２種類目の転位列は、炭化珪素層のエピタキシャル成長の途中で発生する転位列である。当該転位列を構成する複数のハーフループの各々の深さは、当該ハーフループが発生した時点における炭化珪素層の厚みにより決定される。そのため、当該転位列を構成する複数のハーフループの各々の深さは異なっている。また複数のハーフループの各々が並ぶ方向（即ち、転位例の長手方向）は、ステップフロー成長方向（オフ方向）の成分を有している。つまり、当該転位列の長手方向は、オフ方向に対して垂直ではない。第３種類目の転位列は、炭化珪素層のエピタキシャル成長の終了後に発生する転位列である。当該転位列は、エピタキシャル成長終了後に、炭化珪素層中の基底面転位がオフ方向に対して垂直な方向にスライドすることによって形成されると考えられる。そのため、当該転位列の長手方向は、オフ方向に対して垂直である。また当該転位列を構成する複数のハーフループの各々の深さはほぼ同じである。
【００２２】
発明者らは、特に第３種類目の転位列の発生を抑制することに着目した。基底面転位は、炭化珪素層内の応力を緩和するようにオフ方向に対して垂直な方向にスライドすることにより、炭化珪素層内にハーフループが形成されると考えられる。また炭化珪素層内の応力は、主に炭化珪素エピタキシャル基板を冷却する工程において発生していると考えられる。以上の知見に基づき、発明者らは、炭化珪素エピタキシャル基板を冷却する工程において、炭化珪素エピタキシャル基板の冷却速度を後述のように制御することにより、炭化珪素エピタキシャル基板内の応力を緩和し、第３種類目の転位列の発生を抑制可能であることを見出した。これにより、オフ方向に対して垂直な直線に沿って並ぶ第１ハーフループの第１転位列の面密度を低減することができる。
【００２３】
（１２）上記（１１）に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、中央領域５３には、＜１１−２０＞方向に対して傾斜する直線に沿って並ぶ第２ハーフループ４の第２転位列５がある場合があるが、第２転位列５は少ない方がよい。第２ハーフループ４は、中央領域５３に露出する一対の貫通刃状転位を含んでいてもよい。中央領域５３おいて、第１転位列２の面密度は、第２転位列５の面密度よりも低くてもよい。
【００２４】
（１３）上記（１）〜（１２）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、中央領域５３に純水を滴下した場合において、純水の接触角の平均値は、４５°以下であり、接触角の最大値および最小値の差の絶対値は１０°以下であってもよい。
【００２５】
（１４）上記（１）〜（１３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、炭化珪素単結晶基板１０の厚みは、６００μｍ以下であってもよい。ｗａｒｐは、３０μｍ以下であってもよい。ｂｏｗの絶対値は、２０μｍ以下であってもよい。ｂｏｗが正の場合、第２主面３０の３点基準面９４に対して垂直な方向において、３点基準面９４から見て最高の高さを有する位置は、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径の２／３までの範囲にあってもよい。ｂｏｗが負の場合、３点基準面９４に対して垂直な方向において、３点基準面９４から見て最低の高さを有する位置は、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径の２／３までの範囲にあってもよい。
【００２６】
（１５）本開示に係る炭化珪素半導体装置３００の製造方法は、上記（１）〜（１４）のいずれかに記載の炭化珪素エピタキシャル基板１００を準備する工程と、炭化珪素エピタキシャル基板１００を加工する工程とを備えていてもよい。
【００２７】
［本開示の実施形態の詳細］
次に、図に基づいて本開示の実施形態の詳細について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【００２８】
（炭化珪素エピタキシャル基板）
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エピタキシャル基板１００は、炭化珪素単結晶基板１０と、炭化珪素層２０とを有している。炭化珪素単結晶基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第３主面１３とを含んでいる。炭化珪素層２０は、第１主面１１上にある。炭化珪素層２０は、炭化珪素単結晶基板１０と接する第４主面１４と、第４主面１４と反対側の第２主面３０を含んでいる。図１に示されるように、第２主面３０は、外周領域５２と、外周領域５２に取り囲まれた中央領域５３とを含む。外周領域５２は、第２主面３０の外縁５４から３ｍｍ以内の領域である。言い換えれば、第２主面３０の径方向において、外縁５４と、外周領域５２および中央領域５３の境界との距離１１２は、３ｍｍである。
【００２９】
炭化珪素エピタキシャル基板１００の外縁５４は、オリエンテーションフラット５５と、曲率部５７とを有していてもよい。オリエンテーションフラット５５は、第１方向１０１に沿って延在する。曲率部５７は、オリエンテーションフラット５５の両端と連なっている。第１方向１０１は、たとえば＜１１−２０＞方向である。オリエンテーションフラット５５が延在する第１方向１０１に対して垂直な第２方向１０２は、たとえば＜１−１００＞方向である。
【００３０】
炭化珪素単結晶基板１０（以下「単結晶基板」と略記する場合がある）は、炭化珪素単結晶から構成される。炭化珪素単結晶のポリタイプは、たとえば４Ｈ−ＳｉＣである。４Ｈ−ＳｉＣは、電子移動度、絶縁破壊電界強度等において他のポリタイプより優れている。炭化珪素単結晶基板１０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素単結晶基板１０の導電型は、たとえばｎ型である。第１主面１１は、たとえば（０００１）面が０．５°以上８°以下傾斜した面である。第１主面１１の傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１−２０＞方向である。
【００３１】
炭化珪素層２０は、炭化珪素単結晶基板１０上に形成されたエピタキシャル層である。炭化珪素層２０のポリタイプは、４Ｈ−ＳｉＣである。炭化珪素層２０は、第１主面１１に接している。炭化珪素層２０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素層２０の導電型は、ｎ型である。炭化珪素層２０が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素単結晶基板１０が含むｎ型不純物の濃度よりも低くてもよい。
【００３２】
図１に示されるように、第２主面３０の最大径１１１（直径）は、１００ｍｍ以上である。最大径１１１の直径は１５０ｍｍ以上でもよいし、２００ｍｍ以上でもよいし、２５０ｍｍ以上でもよい。最大径１１１の上限は特に限定されない。最大径１１１の上限は、たとえば３００ｍｍであってもよい。
【００３３】
第２主面３０は、（０００１）面が０．５°以上８°以下傾斜した面である。第１主面１１の傾斜方向（オフ方向）は、たとえば＜１１−２０＞方向である。オフ方向は、たとえば＜１−１００＞方向でもよいし、＜１１−２０＞方向成分と＜１−１００＞方向成分とを含む方向であってもよい。（０００１）面からの傾斜角（オフ角）は、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、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよい。
【００３４】
（キャリア濃度の面内均一性）
炭化珪素層２０は、ドーパントとしてたとえば窒素を含有する。なお、本願におけるキャリア濃度とは、実効キャリア濃度を意味する。たとえば、炭化珪素層がドナーとアクセプタとを含む場合、実効キャリア濃度とは、ドナー濃度（Ｎｄ）とアクセプタ濃度（Ｎａ）との差の絶対値（｜Ｎｄ−Ｎａ｜）として計算される。キャリア濃度の測定方法は後述する。
【００３５】
炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値は、１×１０14ｃｍ-3以上５×１０16ｃｍ-3以下である。キャリア濃度の平均値は、２×１０16ｃｍ-3以下であってもよいし、９×１０15ｃｍ-3以下であってもよい。キャリア濃度の平均値は、たとえば１×１０15ｃｍ-3以上であってもよいし、５×１０15ｃｍ-3以上であってもよい。
【００３６】
中央領域５３と平行な方向において、炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値に対するキャリア濃度の標準偏差の比率（つまり標準偏差／平均値）は、５％未満である。炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値に対するキャリア濃度の標準偏差の比率は、４％未満であってもよいし、３％未満であってもよいし、２％未満であってもよい。炭化珪素層２０のキャリア濃度の最大値から最小値を除した値を、平均値の２倍の値で除した比率は、たとえば、５％以下であり、好ましくは、４％以下であり、より好ましくは、３％以下であり、さらに好ましくは、２％以下である。
【００３７】
図３に示されるように、たとえば、第２主面３０の中心Ｏを通りかつ第１方向１０１に平行な第１直線８と、第２主面３０の中心Ｏを通りかつ第２方向１０２に平行な第２直線７とが想定される。中央領域５３の半径をＲ（言い換えれば、第２主面３０の最大径から６ｍｍ（外周領域５２の幅の２倍）を引いた値の半分）とした場合、中央領域５３は、第２主面３０の中心Ｏを中心とした半径Ｒ／３の円に囲まれた第１領域６５と、中心Ｏを中心とした半径２Ｒ／３の円と中央領域５３の外縁とに囲まれた第３領域６７と、第１領域６５および第３領域６７に挟まれた第２領域６６とに区分される。第１領域６５は中心Ｏを含む。なお、曲率部５７上における任意の３点により形成される三角形の外接円の中心が、第２主面３０の中心Ｏとされてもよい。
【００３８】
第１領域６５における炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値と、中央領域５３における炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値との差の絶対値は、たとえば５％以下であり、好ましくは３％以下である。同様に、第２領域６６における炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値と、中央領域５３における炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値との差の絶対値は、たとえば５％以下であり、好ましくは３％以下である。同様に、第３領域６７における炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値と、中央領域５３における炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値との差の絶対値は、たとえば７％以下であり、好ましくは４％以下である。
【００３９】
本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００によれば、第１領域６５における炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値と、第３領域６７における炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値との差の絶対値は、たとえば７％以下であり、好ましくは４％以下である。
【００４０】
好ましくは、炭化珪素層２０のキャリア濃度のプロファイルは、Ｍ型またはＷ型である。キャリア濃度のプロファイルがＭ型の場合、キャリア濃度の極小値を示す位置が第１領域６５もしくは第３領域６７にあり、かつキャリア濃度の極大値を示す位置が第２領域６６または第３領域６７にある。キャリア濃度のプロファイルがＷ型の場合、キャリア濃度の極大値を示す位置が第１領域６５もしくは第３領域６７にあり、かつキャリア濃度の極小値を示す位置が第２領域６６または第３領域６７にある。
【００４１】
次に、キャリア濃度の測定方法について説明する。キャリア濃度は、たとえば水銀プローブ方式のＣ−Ｖ測定装置により測定される。プローブの面積は、たとえば０．０１ｃｍ2である。キャリア濃度は、中央領域５３において測定される。図３に示されるように、たとえば、第１直線８上において、中心Ｏから±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点がキャリア濃度の測定位置とされる。同様に、第２直線７上において、中心Ｏから±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点がキャリア濃度の測定位置とされる。中心Ｏもキャリア濃度の測定位置とされる。つまり、図３においてハッチングされた円で示された計２５カ所の測定領域２５においてキャリア濃度が測定される。計２５カ所の測定位置におけるキャリア濃度の平均値と標準偏差とが計算される。
【００４２】
図４に示されるように、縦軸を１／Ｃ2（キャパシタンスの二乗の逆数）とし、横軸を電圧（Ｖ）とし、測定データ１６１がプロットされる。図４に示されるように、電圧が大きくなると、キャパシタンスの二乗の逆数の値は大きくなる。測定データ１６１の直線の傾きから、キャリア濃度が求められる。測定データ１６１の傾きの絶対値が大きい程、キャリア濃度は高い。キャリア濃度の測定深さは、印加される電圧に依存する。本実施の形態においては、たとえば０Ｖから５Ｖ（図４における電圧Ｖ１）まで炭化珪素層２０内において空乏層が広がる方向に電圧が掃引される。これにより、中央領域５３から第１主面１１に向かって５μｍ〜１０μｍ程度以内である中央表面層２９（図２参照）におけるキャリア濃度が測定される。
【００４３】
（炭化珪素層の厚みの面内均一性）
中央領域５３において、炭化珪素層２０の厚み１１３の平均値は、たとえば、５μｍ以上５０μｍ以下である。炭化珪素層２０の厚み１１３の平均値は、１０μｍ以上でもよいし、１５μｍ以上でもよいし、２０μｍ以上でもよい。炭化珪素層２０の厚み１１３の上限は、特に限定されない。炭化珪素層２０の厚み１１３の上限は、たとえば１５０μｍであってもよい。
【００４４】
中央領域５３と平行な方向において、炭化珪素層２０の厚み１１３の平均値に対する厚みの標準偏差の比率（つまり標準偏差／平均値）は、５％未満である。炭化珪素層２０の厚み１１３の平均値に対する厚みの標準偏差の比率は、好ましくは、４％未満であり、より好ましくは３％未満であり、さらに好ましくは２％未満であり、さらに好ましくは１％未満である。炭化珪素層２０の厚み１１３の最大値から最小値を除した値を、平均値の２倍の値で除した比率は、たとえば、５％以下であり、好ましくは、４％以下であり、より好ましくは、３％以下であり、さらに好ましくは、２％以下である。
【００４５】
炭化珪素層２０の厚み１１３は、たとえばＦＴ−ＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ−ＩｎｆｒａＲｅｄ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて測定することができる。炭化珪素層２０の厚みの測定領域２５は、たとえばキャリア濃度の測定位置と同じであってもよい。たとえば、図３においてハッチングされた円で示された計２５カ所の測定領域２５において炭化珪素層２０の厚みが測定される。計２５カ所の測定位置における炭化珪素層２０の厚みの平均値と標準偏差とが計算される。
【００４６】
炭化珪素層２０の厚みは、たとえば島津製作所製フーリエ変換赤外分光光度計（ＩＲＰｒｅｓｔｉｇｅ−２１）および同社製の赤外顕微鏡（ＡＩＭ−８８００）を組み合わせて測定することができる。ＦＴ−ＩＲによる炭化珪素層２０の厚み測定は、炭化珪素層２０と炭化珪素単結晶基板１０とのドーピング濃度差により生じる光学定数差を利用して求められる。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板１００に対して赤外光を照射して、炭化珪素層２０の表面の反射と、炭化珪素層２０と炭化珪素単結晶基板１０との界面からの反射による干渉を計測することにより、炭化珪素層２０の厚みが計測される。測定波数範囲は、たとえば１０００ｃｍ-1から４０００ｃｍ-1までの範囲である。測定間隔は、たとえば４ｃｍ-1程度である。炭化珪素エピタキシャル基板１００に対する赤外光の入射角度は約２７°である。測定により得られた干渉波形から以下の算出式に従って、炭化珪素層２０の厚みが求められる。算出式において、ｄは炭化珪素層の厚みであり、ｎは炭化珪素層の屈折率（２．７）であり、θは試料への入射角（２５°）であり、ｍは計算波数範囲のピーク数であり、ｋ２は計算波数範囲のピークの最大波数であり、ｋ１は計算波数範囲のピークの最小波数である。
【００４７】
【数１】
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【００４８】
（算術平均粗さ：Ｒａ）
中央領域５３の算術平均粗さ（Ｒａ）は、１ｎｍ以下である。算術平均粗さ（Ｒａ）は、たとえばＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により測定することができる。ＡＦＭとしては、たとえばＶｅｅｃｏ社製の「Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ３０００」等を採用することができる。ＡＦＭのカンチレバーには、Ｂｒｕｋｅｒ社製の型式「ＮＣＨＶ−１０Ｖ」等が好適である。ＡＦＭの条件を、次のように設定することができる。測定モードはタッピングモードに設定する。タッピングモードでの測定領域は５μｍ四方に設定する。タッピングモードにおけるサンプリングに関しては、測定領域内での走査速度を１周期あたり５秒、走査ライン数を５１２、１走査ラインあたりの測定ポイントを５１２とする。カンチレバーの制御変位は１５．５０ｎｍに設定する。算術平均粗さ（Ｒａ）の測定範囲は、たとえば５μｍ×５μｍの正方形領域である。中央領域５３の算術平均粗さ（Ｒａ）は、好ましくは、０．３ｎｍ以下であり、より好ましくは、０．２ｎｍ以下である。
【００４９】
図２３に示されるように、たとえば、中央領域５３において、第２主面３０の中心Ｏを通りかつ第１方向１０１に平行な第１直線８と、第２主面３０の中心Ｏを通りかつ第２方向１０２に平行な第２直線７とが想定される。第１直線８上において、中心Ｏから左右に一定の距離１５６だけ離れた点を含む正方形領域と、第２直線７上において、中心Ｏから上下に一定の距離１５６だけ離れた点を含む正方形領域と、中心Ｏを含む正方形領域とが、算術平均粗さＲａの測定領域とされる。たとえば、第１直線８上において、中心Ｏから±６０ｍｍ離れた点を含む正方形領域と、第２直線７上において、中心Ｏから±６０ｍｍ離れた点を含む正方形領域と、中心Ｏを含む正方形領域（つまり、図２３においてハッチングで示された計５カ所の測定領域２５）において、算術平均粗さＲａが測定される。
【００５０】
（算術平均粗さ：Ｓａ）
中央領域５３の算術平均粗さ（Ｓａ）は、１ｎｍ以下である。算術平均粗さ（Ｓａ）は、二次元の算術平均粗さ（Ｒａ）を三次元に拡張したパラメータである。算術平均粗さ（Ｓａ）は、たとえば白色干渉顕微鏡により測定することができる。白色干渉顕微鏡として、たとえばニコン社製のＢＷ−Ｄ５０７を用いることができる。算術平均粗さ（Ｓａ）の測定範囲は、たとえば２５５μｍ×２５５μｍの正方形領域である。中央領域５３の算術平均粗さ（Ｓａ）は、好ましくは、０．３ｎｍ以下であり、より好ましくは、０．２ｎｍ以下である。たとえば、第１直線８上において、中心Ｏから±６０ｍｍ離れた点を含む正方形領域と、第２直線７上において、中心Ｏから±６０ｍｍ離れた点を含む正方形領域と、中心Ｏを含む正方形領域（つまり、図２３においてハッチングで示された計５カ所の測定領域２５）において、算術平均粗さＳａが測定される。
【００５１】
（ヘイズ）
中央領域５３のヘイズは、５０以下である。中央領域５３におけるヘイズは、３０以下であってもよいし、２０以下であってもよい。ヘイズとは、表面粗さの程度を表す指標である。表面がフラットに近づくとヘイズの値は小さくなる。完全にフラットな表面のヘイズは０である。ヘイズの単位は無次元である。ヘイズは、たとえばレーザーテック株式会社製のＷＡＳＡＶＩシリーズ「ＳＩＣＡ  ６Ｘ」を用いて測定される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板の表面に対して水銀キセノンランプなどの光源から波長５４６ｎｍの光が照射され、当該光の反射光が、たとえばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の受光素子により観察される。観察された画像中のある一つの画素の明るさと、当該ある一つの画素の周囲の画素の明るさとの違いが数値化される。ヘイズは、観察された画像が含む複数の画素の明るさの違いを以下の方法により数値化したものである。
【００５２】
具体的には、１．８ｍｍ±０．２ｍｍ角の一つの観察視野を６４分割した矩形領域の最大ヘイズ値が導出される。一つの観察視野は、１０２４×１０２４画素の撮像領域を含む。最大ヘイズ値は、観察視野の水平方向および垂直方向のエッジ強度をＳｏｂｅｌフィルタで算出し、その絶対値として導出される。上記手順により、第２主面３０から外周領域５２が除外された中央領域５３の全面において、各観察視野の最大ヘイズ値が観測される。各観察視野の最大ヘイズ値の平均値が中央領域５３におけるヘイズ値とされる。
【００５３】
（ダウンフォール欠陥および三角欠陥）
中央領域５３にマクロ欠陥がある場合があるが、マクロ欠陥は少ない方がよい。マクロ欠陥は、平面寸法がたとえば１０μｍ以上であり、かつ高さまたは深さなどの垂直方向の寸法が数十ナノメートル以上の欠陥である。マクロ欠陥は、たとえば、ダウンフォール欠陥、三角欠陥、積層欠陥およびキャロット欠陥などである。ダウンフォール欠陥は、エピタキシャル成長時に、成長装置内の堆積物が炭化珪素基板の表面に落下した粒子状の炭化珪素結晶である。ダウンフォールの平面寸法（直径）は、たとえば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。ダウンフォール欠陥は、たとえば４Ｈ−ＳｉＣの場合もあるし、３Ｃ−ＳｉＣの場合もあるし、あるいは断熱材起因の場合もある。ダウンフォール欠陥は、グラファイト成分を含む場合もある。中央領域５３において、ダウンフォール欠陥の面密度は、たとえば１．０ｃｍ-2以下であり、好ましくは０．５ｃｍ-2以下であり、より好ましくは０．１ｃｍ-2以下である。
【００５４】
三角欠陥は、平面視において三角形の外形を有する拡張欠陥である。拡張欠陥は、炭化珪素層の表面に対して垂直な方向から見て、２次元的な広がりを有する欠陥である。拡張欠陥は、たとえば完全転位から分かれた２つの部分転位と、当該２つの部分転位の間を結ぶ帯状の積層欠陥とから構成される拡張転位であってもよい。三角欠陥は、たとえば４Ｈ−ＳｉＣの場合もあるし、３Ｃ−ＳｉＣの場合もある。中央領域５３において、三角欠陥の面密度は、たとえば１．０ｃｍ-2以下であり、好ましくは０．５ｃｍ-2以下であり、より好ましくは０．１ｃｍ-2以下である。
【００５５】
中央領域５３を一辺が６ｍｍの正方領域に区分した場合において、全ての正方領域の数に対する、ダウンフォール欠陥および三角欠陥の少なくともいずれかがある正方領域の数の比率は、たとえば１０％以下である。具体的には、中央領域５３が６ｍｍ×６ｍｍの複数の正方領域に仮想的に分割される。全ての正方領域が、たとえばＳＩＣＡにより観測される。ダウンフォール欠陥および三角欠陥の少なくともいずれかが存在する正方領域が特定される。ダウンフォール欠陥および三角欠陥の少なくともいずれかが存在する正方領域の数を、全ての正方領域の数で除することにより、ダウンフォール欠陥および三角欠陥の少なくともいずれかがある正方領域の比率が計算される。ダウンフォール欠陥および三角欠陥の少なくともいずれかがある正方領域の比率は、好ましくは、５％以下であり、より好ましくは１％以下である。
【００５６】
（キャロット欠陥）
中央領域５３には、キャロット欠陥がある場合があるが、キャロット欠陥は少ない方がよい。キャロット欠陥は、拡張欠陥の一種である。キャロット欠陥は、第２主面３０に対して垂直な方向から見た場合、長細い形状を有している。キャロット欠陥９０の長手方向の幅は、典型的には、１００μｍ以上５００μｍ以下である。キャロット欠陥９０の短手方向の幅の最大値は、たとえば１０μｍ以上１００μｍ以下である。キャロット欠陥、第２主面３０から突出した部分を有する。突出した部分の高さは、たとえば０．１μｍ以上２μｍ以下である。
【００５７】
キャロット欠陥の数を、浅いピット８６および深いピット８７の数の合計で除した値は、１／５００以下である。キャロット欠陥の数を、浅いピット８６および深いピット８７の数の合計で除した値は、好ましくは、１／１０００以下であり、より好ましくは、１／５０００以下である。中央領域５３におけるキャロット欠陥の密度は、中央領域５３における全てのキャロット欠陥の数を中央領域５３の面積で除した値である。キャロット欠陥の密度は、たとえば１ｃｍ-2以下である。キャロット欠陥の密度は、好ましくは０．５ｃｍ-2以下であり、より好ましくは、０．１ｃｍ-2以下である。
【００５８】
ダウンフォール欠陥、三角欠陥およびキャロット欠陥は、たとえば共焦点微分干渉顕微鏡を備える欠陥検査装置を用いて第２主面３０を観察することにより特定することができる。共焦点微分干渉顕微鏡を備える欠陥検査装置としては、たとえば前述のレーザーテック株式会社製のＷＡＳＡＶＩシリーズ「ＳＩＣＡ  ６Ｘ」を用いることができる。対物レンズの倍率はたとえば１０倍である。当該欠陥検査装置の検出感度の閾値は、標準試料を用いて取り決められる。予め、ダウンフォール欠陥、三角欠陥およびキャロット欠陥の典型的な平面形状、寸法などを考慮して、ダウンフォール欠陥、三角欠陥およびキャロット欠陥が定義される。観測された画像に基づいて、定義を満たす欠陥の種類、位置および個数が特定される。
【００５９】
（積層欠陥）
中央領域５３には、積層欠陥がある場合があるが、積層欠陥は少ない方がよい。中央領域５３に対して垂直な方向から見た場合、積層欠陥の形状は、たとえば三角形または台形である。積層欠陥は、２Ｈ−ＳｉＣの場合もあるし、３Ｃ−ＳｉＣの場合もあるし、８Ｈ−ＳｉＣの場合もある。中央領域５３において、積層欠陥の面密度は、たとえば１．０ｃｍ-2以下であり、好ましくは０．５ｃｍ-2以下であり、より好ましくは０．１ｃｍ-2以下である。積層欠陥は、たとえばＰＬ（Ｐｈｏｔｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）イメージング法により測定することができる。ＰＬ測定装置としては、たとえば、Ｐｈｏｔｏｎ  Ｄｅｓｉｇｎ製のＰＬＩＳ−１００を用いることができる。水銀キセノンランプからの光を３１３ｎｍのバンドパスフィルターを通してサンプルに入射し、ＰＬ光を７５０ｎｍのローパスフィルターを通して検出する。周囲とのコントラスト差を用いて、積層欠陥を測定することができる。
【００６０】
（ピット）
図５に示されるように、中央領域５３には、最大深さ１１５が８ｎｍ未満である浅いピット８６と、最大深さ１１６が８ｎｍ以上である深いピット８７とがある場合があるが、浅いピット８６および深いピット８７は少ない方がよい。これらのピットは、エピタキシャル層中の貫通らせん転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  Ｓｃｒｅｗ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＴＳＤ）、貫通刃状転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  Ｅｄｇｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＴＥＤ）等に起因する場合がある。浅いピット８６および深いピット８７は、炭化珪素単結晶基板１０および炭化珪素層２０を伸展する貫通らせん転位に起因する場合がある。図５に示されるように、炭化珪素単結晶基板１０中の基底面転位（Ｂａｓａｌ  Ｐｌａｎｅ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＢＰＤ）が、炭化珪素単結晶基板１０と炭化珪素層２０との境界でＴＥＤに転換され、炭化珪素層２０中に伸展するＴＥＤに起因する浅いピット８６が第２主面３０に露出していてもよい。炭化珪素単結晶基板１０および炭化珪素層２０中を伸展するＴＥＤに起因する浅いピット８６が第２主面に露出していてもよい。浅いピット８６は、溝状の微小欠陥である。浅いピット８６は、炭化珪素層２０内の貫通らせん転位、貫通刃状転位および貫通混合転位に由来すると考えられる。本願明細書では、らせん転位成分を含む貫通混合転位も貫通らせん転位とみなす。
【００６１】
図５に示されるように、深いピット８７内において、中央領域５３からの最大深さ１１６は、８ｎｍ以上である。中央領域５３において、深いピット８７の面密度は、たとえば１００個ｃｍ-2以下である。深いピット８７の面密度は低いほど望ましい。深いピット８７の面密度は、好ましくは１０個ｃｍ-2以下であり、より好ましくは１個ｃｍ-2以下である。深いピット８７内における、中央領域５３からの最大深さは、２０ｎｍ以上であってもよい。言い換えれば、貫通らせん転位２３に起因し、かつ中央領域５３からの最大深さが２０ｎｍ以上の深いピット８７の面密度は、たとえば１００個ｃｍ-2以下であり、好ましくは１０個ｃｍ-2以下であり、より好ましくは１個ｃｍ-2以下である。
【００６２】
図６に示されるように、第２主面３０に対して垂直な方向から見て、深いピット８７の平面形状は、円形状であってもよい。図７に示されるように、第２主面３０に対して垂直な方向から見て、深いピット８７の平面形状は、三角形状であってもよいし、図８に示されるように棒状であってもよい。
【００６３】
図８に示されるように、中央領域５３に垂直な方向から見て、棒状の深いピット８７の平面形状は、第１方向１０１に延びる第１辺６１と、第１方向１０１と垂直な第２方向１０２に延びる第２辺６２とを含んでいてもよい。第１辺６１の幅１１７は、たとえば第２辺６２の幅１１８の２倍以上である。第１辺６１の幅１１７は、第２辺６２の幅１１８の５倍以上でもよい。第１辺６１の幅１１７は、たとえば５μｍ以上でもよいし、２５μｍ以上でもよい。第１辺６１の幅１１７は、たとえば５０μｍ以下でもよいし、３５μｍ以下でもよい。第２辺６２の幅１１８は、たとえば１μｍ以上でもよいし、２μｍ以上でもよい。第２辺６２の幅１１８は、たとえば５μｍ以下でもよいし、４μｍ以下でもよい。
【００６４】
ピットが貫通らせん転位に起因するか否かは、たとえばエッチピット法によって確認することができる。エッチピット法によれば、たとえば次のようにして、貫通らせん転位に起因するピットを判別できる。ここで示すエッチング条件はあくまで一例であり、エッチング条件は、たとえばエピタキシャル層の厚さ、ドーピング濃度等に応じて、変更してもよい。以下の条件は、エピタキシャル層の厚さが１０μｍ〜５０μｍ程度の場合を想定している。
【００６５】
エッチングには、たとえば水酸化カリウム（ＫＯＨ）融液が用いられる。ＫＯＨ融液の温度は、５００〜５５０℃程度とする。エッチング時間は、５〜１０分程度とする。エッチング後、第２主面３０を、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡を用いて観察する。貫通らせん転位に由来するピットは、貫通刃状転位に由来するピットよりも大型のエッチピットを形成する。貫通らせん転位に由来するエッチピットは、たとえば平面形状が六角形状であり、かつ六角形の対角線の長さは、典型的には３０〜５０μｍ程度となる。貫通刃状転位に由来するエッチピットは、たとえば平面形状が六角形状であり、かつ貫通らせん転位に由来するエッチピットよりも小さい。貫通刃状転位に由来するエッチピットにおいて、六角形の対角線の長さは、典型的には１５〜２０μｍ程度となる。
【００６６】
ピット内における第２主面３０からの最大深さは、ＡＦＭを用いて測定することができる。ＡＦＭとしては、たとえばＶｅｅｃｏ社製の「Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ３０００」等を採用することができる。ＡＦＭのカンチレバーには、Ｂｒｕｋｅｒ社製の型式「ＮＣＨＶ−１０Ｖ」等が好適である。ＡＦＭの条件を、次のように設定することができる。測定モードはタッピングモードに設定する。タッピングモードでの測定領域は５μｍ四方に設定する。タッピングモードにおけるサンプリングに関しては、測定領域内での走査速度を１周期あたり５秒、走査ライン数を５１２、１走査ラインあたりの測定ポイントを５１２とする。カンチレバーの制御変位は１５．５０ｎｍに設定する。
【００６７】
ピットの形状は、共焦点微分干渉顕微鏡を備える欠陥検査装置を用いて第２主面３０を観察することにより特定することができる。共焦点微分干渉顕微鏡を備える欠陥検査装置としては、前述のレーザーテック株式会社製のＷＡＳＡＶＩシリーズ「ＳＩＣＡ  ６Ｘ」等を用いることができる。対物レンズの倍率は１０倍とする。当該欠陥検査装置の検出感度の閾値は、標準試料を用いて取り決められる。これにより、当該欠陥検査装置を用いることにより、被測定サンプルに形成されたピットの形状を定量的に評価することができる。
【００６８】
第２主面３０からの最大深さが８ｎｍ以上であるピットの面密度は、ＡＦＭ測定と、欠陥検査装置とを併用して行う。ＡＦＭ測定における深さデータと、共焦点顕微鏡測定におけるピット画像とを関連付けることにより、最大深さが８ｎｍ以上であるピットの形状を定義する。中央領域５３を全面分析して、定義を満たすピットを検出する。検出されたピットの個数を測定面積で除することにより、ピットの面密度を算出することができる。
【００６９】
（台形状欠陥）
図９に示されるように、中央領域５３において、台形状の窪みである台形状欠陥７０がある場合があるが、台形状欠陥７０は少ない方がよい。中央領域５３において、台形状欠陥７０の面密度は、たとえば１０個ｃｍ-2以下である。台形状欠陥の欠陥密度は低いほど好ましい。台形状欠陥の欠陥密度は、好ましくは、５個ｃｍ-2以下であり、より好ましくは、１個ｃｍ-2以下である。
【００７０】
台形状欠陥７０は、中央領域５３に垂直な方向から見て＜１１−２０＞方向と交差する上底部７２および下底部７４を含んでいる。上底部７２の幅１５０は、たとえば０．１μｍ以上１００μｍ以下である。下底部７４の幅１５２は、たとえば５０μｍ以上５０００μｍ以下である。＜１１−２０＞方向と平行な方向における上底部７２と下底部７４との間の距離１５１は、上底部７２よりも短くてもよい。上底部７２は、突起部７３を含んでいてもよい。下底部７４は、複数のステップバンチング７５を含んでいてもよい。
【００７１】
図１０は、図９におけるＸ−Ｘ線に沿った断面模式図である。図１０に示されるように、上底部７２は、突起部７３（バンプ）を含んでいてもよい。突起部７３は、上底部７２の略中央に位置していてもよい。上底部７２において、突起部７３は、第２主面３０から、第２主面３０に対してほぼ垂直な方向に突出していてもよい。突起部７３の高さ１１９は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下程度である。突起部７３の高さ１５３は、たとえば白色干渉顕微鏡（ニコン社製の「ＢＷ−Ｄ５０７」）によって測定できる。白色干渉顕微鏡の光源には水銀ランプを採用することができる。観察視野は２５０μｍ×２５０μｍとすることができる。
【００７２】
図１１は、図９のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面模式図である。台形状欠陥７０の内部である上底部７２と下底部７４との間の領域では、炭化珪素層２０の表面が、単結晶基板１０側に向かって僅かに後退している。言い換えれば、台形状欠陥７０は第２主面３０に設けられた凹部を含む。台形状欠陥７０は、単結晶基板１０と炭化珪素層２０との界面に起点７１を有する場合がある。図１０に示されるように、起点７１から延びる転位は、前述の突起部７３と繋がっている場合がある。
【００７３】
図１２は、図９の領域ＸＩＩの拡大図である。図１２に示されるように、下底部７４は、複数のステップバンチング７５を含む場合がある。ステップバンチングとは、複数の原子ステップが束をなし、１ｎｍ以上の段差となった線状欠陥である。ステップバンチングにおける段差の大きさは、たとえば１〜５ｎｍ程度である。ステップバンチングにおける段差の大きさは、たとえばＡＦＭによって測定できる。下底部７４に含まれるステップバンチング７５の個数は、たとえば２〜１００個程度でもよいし、２〜５０個程度でもよい。
【００７４】
第２主面３０における台形状欠陥は、たとえばノマルスキータイプの光学顕微鏡（たとえば製品名「ＭＸ−５１」、オリンパス社製）を用いて観測することができる。たとえば５０倍〜４００倍の倍率で、中央領域５３を全面分析し、検出された各欠陥の個数を中央領域５３の面積で除することにより、台形状欠陥７０の欠陥密度の算出することができる。
【００７５】
（基底面転位）
図１３に示されるように、中央領域５３において、基底面転位２４がある場合があるが、基底面転位２４は少ない方がよい。基底面転位２４は、（０００１）面内を伸展する転位である。基底面転位２４の一方端は第３主面１３に露出し、基底面転位２４の他方端は第２主面３０に露出していてもよい。中央領域５３において、基底面転位２４の面密度は、たとえば１０ｃｍ-2以下である。中央領域５３において、基底面転位２４の面密度は、好ましくは、１ｃｍ-2以下であり、より好ましくは、０．１ｃｍ-2以下である。
【００７６】
（貫通らせん転位および貫通刃状転位）
中央領域５３において、貫通らせん転位がある場合があるが、貫通らせん転位は少ない方がよい。中央領域５３における貫通らせん転位の面密度は、たとえば１０００ｃｍ-2以下である。中央領域５３における貫通らせん転位の面密度は、好ましくは５００ｃｍ-2以下であり、より好ましくは１００ｃｍ-2以下である。同様に、中央領域５３において、貫通刃状転位がある場合があるが、貫通刃状転位は少ない方がよい。中央領域５３における貫通刃状転位の面密度は、たとえば５０００ｃｍ-2以下である。中央領域５３における貫通らせん転位の面密度は、好ましくは３０００ｃｍ-2以下であり、より好ましくは１０００ｃｍ-2以下である。
【００７７】
次に、基底面転位、貫通らせん転位および貫通刃状転位の面密度の測定方法について説明する。
【００７８】
上記転位の面密度は、たとえばエッチピット法によって確認することができる。エッチングには、たとえば水酸化カリウム（ＫＯＨ）融液が用いられる。ＫＯＨ融液の温度は、５００〜５５０℃程度とする。エッチング時間は、５〜１０分程度とする。エッチング後、第２主面３０を、ノルマルスキー微分干渉顕微鏡を用いて観察する。測定領域２５は、０．３ｍｍ×０．３ｍｍの正方形領域とすることができる。たとえば、第１直線８上において、中心Ｏから±６０ｍｍ離れた点を含む正方形領域と、第２直線７上において、中心Ｏから±６０ｍｍ離れた点を含む正方形領域と、中心Ｏを含む正方形領域（つまり、図２３においてハッチングで示された計５カ所の測定領域２５）において上記転位が測定される。なお、基底面転位は、ＰＬ（Ｐｈｏｔｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）イメージング法により測定されてもよい。ＰＬイメージング法の場合、測定領域の面積は、たとえば６ｍｍ×６ｍｍである。
【００７９】
（オフ方向に対して垂直な直線に沿って並ぶハーフループの転位列）
図１４および図１６に示されるように、中央領域５３には、オフ方向に対して垂直な直線に沿って並ぶ第１ハーフループ１の第１転位列２がある場合があるが、第１転位列２は少ない方がよい。第１転位列２は、複数の第１ハーフループ１から構成されている。オフ方向が第１方向１０１の場合、オフ方向に対して垂直な方向は第２方向１０２である。第１ハーフループ１は、第２主面３０（図１５参照）に露出する一対の貫通刃状転位を含む。中央領域５３における第１転位列２の面密度は、１０本ｃｍ-２以下である。好ましくは、中央領域５３における第１転位列２の面密度は、５本ｃｍ-２以下であり、より好ましくは１本ｃｍ-２以下である。
【００８０】
次に、転位列の面密度の測定方法について説明する。
【００８１】
まず、溶融ＫＯＨ（水酸化カリウム）で中央領域５３がエッチングされることにより、中央領域５３にエッチピットが形成される。溶融ＫＯＨの温度は、たとえば５１５℃である。溶融ＫＯＨによるエッチング時間は、たとえば８分である。次に、光学顕微鏡を用いて中央領域５３に形成されたエッチピットが観察される。中央領域５３が、たとえば格子状に１ｃｍ×１ｃｍの正方形領域に分割される。全ての正方形領域において転位列の面密度が測定される。中央領域５３における第１転位列２の面密度は、１０本ｃｍ-２以下であるとは、全ての正方形領域において第１転位列２の面密度が１０本ｃｍ-２以下であることを意味する。なお、中央領域５３の外周付近は、ラウンド状であるため正方形の領域に分割できない。転位列の面密度の計算に際して、このような正方形の領域に分割できない領域における面密度は考慮しない。
【００８２】
図１６に示されるように、第１ハーフループ１は、略Ｕ字型を有している。第１ハーフループ１の湾曲部は炭化珪素層２０内に設けられている。一対の貫通刃状転位の端部３は第２主面３０に露出している。第１ハーフループ１の湾曲部は、貫通刃状転位以外の転位であってもよい。炭化珪素エピタキシャル基板１００は、基底面転位３４を含んでいる。基底面転位３４は、第１部分３１と、第２部分３２と、第３部分３３とにより構成されている。第１部分３１は、炭化珪素単結晶基板１０中に存在する基底面転位である。第２部分３２は、炭化珪素単結晶基板１０と炭化珪素層２０との界面に存在する界面転位である。第３部分３３は、炭化珪素層２０中に存在する基底面転位である。第１部分３１は、第２部分３２と繋がっている。第２部分３２は、第３部分３３と繋がっている。第１部分３１は、炭化珪素単結晶基板１０の第３主面１３に露出する。第３部分３３は、炭化珪素層２０の第２主面３０に露出する。言い換えれば、基底面転位３４の一方の端部３５は第２主面３０に露出し、他方の端部は第３主面１３に露出する。
【００８３】
図１６に示されるように、第１転位列２は、第１部分３１を、第１部分３１の伸展方向に沿って炭化珪素層２０側に延長した仮想線３７が第２主面３０に露出した点３６と、基底面転位３４の一方の端部３５との間に位置してもよい。言い換えれば、第１転位列２が含む複数の第１ハーフループ１の各々は、点３６と端部３５との間に位置していてもよい。つまり、第２主面３０に対して垂直な方向から見て、第１転位列２は、仮想線３７と第３部分３３との間に位置していてもよい。
【００８４】
図１７に示されるように、第２方向１０２において、第１転位列２の長さ１２３は、たとえば０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。第１方向１０１において、一方の端部３と他方の端部３と間の距離１２２は、たとえば１μｍ以上１０μｍ以下である。第２方向１０２において、隣り合う２つの第１ハーフループ１の間の距離１２１は、たとえば１μｍ以上１００μｍ以下である。距離１２１は、距離１２２よりも長くてもよい。２つの端部３は、第１方向１０１上に位置していてもよい。隣り合う２つの第１ハーフループ間の間隔は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２主面３０に対して垂直な方向から見て、複数の第１ハーフループ１の各々は、第２方向１０２に平行な直線と重なっている。第１転位列２の長手方向は、第２方向１０２である。第１転位列２の長手方向は、界面転位の伸展方向と平行であってもよい。
【００８５】
図１８に示されるように、第２主面３０に対して垂直な方向において、複数の第１ハーフループ１の各々の深さは、ほぼ同じであってもよい。第１ハーフループ１の深さとは、第２主面３０に対して垂直な方向におけるハーフループの長さである。第１ハーフループ１の深さは、炭化珪素層２０の厚みより小さくてもよい。第１ハーフループ１は、炭化珪素単結晶基板１０から離間していてもよい。
【００８６】
（オフ方向に対して傾斜する直線に沿って並ぶハーフループの転位列）
図１４および図１９に示されるように、中央領域５３には、オフ方向に対して傾斜する直線に沿って並ぶ第２ハーフループ４の第２転位列５がある場合があるが、第２転位列５は少ない方がよい。第２転位列５は、複数の第２ハーフループ４から構成されている。第２ハーフループ４は、第１方向１０１および第２方向１０２の双方に対して傾斜する直線に平行な第３方向１０３に沿って並んでいる。第２ハーフループ４は、第２主面３０に露出する一対の貫通刃状転位を含む。中央領域５３おいて、第１転位列２の面密度は、第２転位列５の面密度よりも低くてもよい。中央領域５３における第２転位列５の面密度は、１０本ｃｍ-２よりも高くてもよい。第１転位列２は、外周領域５２の近くに多く存在し、第２転位列５は、中央領域５３の中心付近に多く存在する場合がある。
【００８７】
図１９に示されるように、第２ハーフループ４は、略Ｕ字型を有している。第２ハーフループ４の湾曲部は炭化珪素層２０内に設けられており、一対の貫通刃状転位の端部６が第２主面３０に露出している。第２ハーフループ４の湾曲部は、貫通刃状転位以外の転位であってもよい。炭化珪素エピタキシャル基板１００は、基底面転位４４を含んでいる。基底面転位４４は、第４部分４１と、第５部分４２と、第６部分４３とにより構成されている。第４部分４１は、炭化珪素単結晶基板１０中に存在する基底面転位である。第５部分４２は、炭化珪素単結晶基板１０と炭化珪素層２０との界面に存在する界面転位である。第６部分４３は、炭化珪素層２０中に存在する基底面転位である。第４部分４１は、第５部分４２と繋がっている。第５部分４２は、第６部分４３と繋がっている。第４部分４１は、炭化珪素単結晶基板１０の第３主面１３に露出する。第６部分４３は、炭化珪素層２０の第２主面３０に露出する。言い換えれば、基底面転位４４の一方の端部４５は第２主面３０に露出し、他方の端部は第３主面１３に露出する。第２主面３０に対して垂直な方向から見て、第２転位列５は、第４部分４１を、第４部分４１の伸展方向に沿って炭化珪素層２０側に延長した仮想線４７と、第６部分４３との間に位置していてもよい。言い換えれば、第２転位列５は、仮想線４７が第２主面３０に露出した点４６と、基底面転位４４の一方の端部４５との間に位置してもよい。
【００８８】
図２０に示されるように、第３方向１０３において、第２転位列５の長さ１２６は、たとえば０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。第３方向１０３に対して垂直な方向において、一方の端部６と他方の端部６と間の距離１２５は、たとえば１μｍ以上１０μｍ以下である。第３方向１０３において、隣り合う２つの第２ハーフループ４の間の距離１２４は、たとえば１μｍ以上１００μｍ以下である。距離１２４は、距離１２５よりも長くてもよい。２つの端部６は、第３方向１０３方向に対して垂直な直線上に位置していてもよい。第２主面３０に対して垂直な方向から見て、複数の第２ハーフループ４の各々は、第３方向１０３に平行な直線と重なっている。隣り合う２つの第２ハーフループ間の間隔は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８９】
図２１に示されるように、第２主面３０に対して垂直な方向において、複数の第２ハーフループ４の各々の深さは、異なっていてもよい。第２ハーフループ４の深さとは、第２主面３０に対して垂直な方向におけるハーフループの長さである。具体的には、第２ハーフループ４の深さは、オフ方向に向かって小さくなっていてもよい。言い換えれば、第２主面３０に対して垂直な方向から見て、第４部分４１に近い第２ハーフループ４の深さは、第６部分４３に近い第２ハーフループ４の深さよりも大きい。第２ハーフループ４の深さは、炭化珪素層２０の厚みより小さくてもよい。第２ハーフループ４は、炭化珪素単結晶基板１０から離間していてもよい。
【００９０】
（接触角）
図２２に示されるように、第２主面３０の中央領域５３上に純水８０が滴下された状態を想定する。中央領域５３と純水８０との境界面における純水８０の表面の接線８１と中央領域５３との間の角度が純水８０の接触角φである。図２３に示されるように、ハッチングで示された５つの測定領域２５において、純水８０の接触角φが測定される。上記５つの測定領域２５において、純水８０の接触角φの平均値は、４５°以下であり、かつ接触角φの最大値および最小値の差の絶対値は１０°以下であってもよい。接触角φの平均値は、好ましくは、３０°以下であり、より好ましくは、１５°以下である。接触角φの最大値および最小値の差の絶対値は、好ましくは、５°以下であり、より好ましくは、３°以下である。接触角の測定は、たとえば次のようにして行うことができる。炭化珪素単結晶基板１０の第２主面３０に０．２ｍＬの純水を滴下し、滴下された純水を第２主面３０と平行の方向から撮影する。撮影した写真から、純水と大気の界面と、第２主面３０とがなす角度を測定した値が接触角である。
【００９１】
具体的には、接触角φの平均値は、４５°以下であり、かつ接触角φの最大値および最小値の差の絶対値は５°以下であってもよい。接触角φの平均値は、３０°以下であり、かつ接触角φの最大値および最小値の差の絶対値は５°以下であってもよい。接触角φの平均値は、１５°以下であり、かつ接触角φの最大値および最小値の差の絶対値は３°以下であってもよい。親水性が高くなると、接触角は小さくなる。接触角を小さくすることにより、炭化珪素エピタキシャル基板を洗浄する際、第２主面上のパーティクルを効果的に除去することができる。
【００９２】
（ｗａｒｐおよびｂｏｗ）
次に、炭化珪素エピタキシャル基板１００のｗａｒｐとｂｏｗについて説明する。まず、図２４に示されるように、第２主面３０の３点基準面９４が決定される。３点基準面９４とは、第２主面３０上の３点（第１位置９５、第２位置９６および第３位置９７）を含む仮想平面である。第１位置９５、第２位置９６および第３位置９７を繋ぐことにより構成される三角形は、内部に第２主面３０の中心Ｏを含む正三角形である。ｗａｒｐとｂｏｗは、たとえばＴｒｏｐｅｌ社製のＦｌａｔｍａｓｔｅｒにより測定することができる。
【００９３】
図２５および図２６に示されるように、３点基準面９４と垂直な方向において、３点基準面９４から見た第２主面３０の最高位置９２と３点基準面９４との間の距離１５４と、３点基準面９４から見た第２主面３０の最低位置９３と３点基準面９４との間の距離１５５との合計がｗａｒｐである。本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００のｗａｒｐは、たとえば０μｍ以上３０μｍ以下である。炭化珪素エピタキシャル基板１００のｗａｒｐは、好ましくは、２５μｍ以下であり、より好ましくは、２０μｍ以下である。なお、炭化珪素単結晶基板１０の厚みは、６００μｍ以下である。
【００９４】
図２５および図２６に示されるように、３点基準面９４と垂直な方向において、第２主面３０の中心位置９１と３点基準面９４との間の距離がｂｏｗである。図２５に示されるように、第２主面３０の中心位置９１が３点基準面９４よりも低い場合、ｂｏｗは負の値を示す。反対に、図２６に示されるように、第２主面３０の中心位置９１が３点基準面９４よりも高い場合、ｂｏｗは正の値を示す。本実施の形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００のｂｏｗの絶対値は、たとえば２０μｍ以下である。炭化珪素エピタキシャル基板１００のｂｏｗの絶対値は、好ましくは、１８μｍ以下であり、より好ましくは、１５μｍ以下である。
【００９５】
図２５に示されるように、ｂｏｗが負の場合、３点基準面９４に対して垂直な方向において、３点基準面９４から見て最低の高さを有する位置ＰＬは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの２／３までの範囲にある。３点基準面９４から見て最低の高さを有する位置ＰＬは、好ましくは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの１／２までの範囲にあり、より好ましくは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの１／３までの範囲にある。同様に、３点基準面９４に対して垂直な方向において、３点基準面９４から見て最高の高さを有する位置ＰＨは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの２／３までの範囲にあり、好ましくは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの１／２までの範囲にあり、より好ましくは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの１／３までの範囲にある。
【００９６】
図２６に示されるように、ｂｏｗが正の場合、第２主面３０の３点基準面９４に対して垂直な方向において、３点基準面９４から見て最高の高さを有する位置ＰＨは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの２／３までの範囲にある。３点基準面９４から見て最高の高さを有する位置ＰＨは、好ましくは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの１／２までの範囲にあり、より好ましくは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの１／３までの範囲にある。同様に、３点基準面９４に対して垂直な方向において、３点基準面９４から見て最低の高さを有する位置ＰＬは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの２／３までの範囲にあり、好ましくは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの１／２までの範囲にあり、より好ましくは、第２主面３０の中心Ｏから第２主面３０の半径Ｒの１／３までの範囲にある。
【００９７】
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置）
本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００の構成について説明する。
【００９８】
図２７に示されるように、製造装置２００は、たとえばホットウォール方式の横型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。製造装置２００は、反応室２０１と、ガス供給部２３５と、制御部２４５と、発熱体２０３、石英管２０４、断熱材２０５、誘導加熱コイル２０６とを主に有している。
【００９９】
発熱体２０３は、たとえば筒状の形状を有しており、内部に反応室２０１を構成している。発熱体２０３は、たとえば黒鉛製である。断熱材２０５は、発熱体２０３の外周を取り囲んでいる。断熱材２０５は、石英管２０４の内周面に接するように石英管２０４の内部に設けられている。誘導加熱コイル２０６は、たとえば石英管２０４の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイル２０６は、外部電源（図示せず）により、交流電流が供給可能に構成されている。これにより、発熱体２０３が誘導加熱される。結果として、反応室２０１が発熱体２０３により加熱される。
【０１００】
反応室２０１は、発熱体２０３に取り囲まれて形成された空間である。反応室２０１内には、炭化珪素単結晶基板１０が配置される。反応室２０１は、炭化珪素単結晶基板１０を加熱可能に構成されている。反応室２０１には、炭化珪素単結晶基板１０を保持するサセプタプレート２１０が設けられている。サセプタプレート２１０は、回転軸２１２の周りを自転可能に構成されている。
【０１０１】
製造装置２００は、ガス導入口２０７およびガス排気口２０８をさらに有している。ガス排気口２０８は、図示しない排気ポンプに接続されている。図２７中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、ガス導入口２０７から反応室２０１に導入され、ガス排気口２０８から排気される。反応室２０１内の圧力は、ガスの供給量と、ガスの排気量とのバランスによって調整される。
【０１０２】
製造装置２００は、ガス導入口２０７および発熱体２０３の間に位置する加熱部２１１をさらに有していてもよい。加熱部２１１は、発熱体２０３よりも上流側に位置している。発熱体２０３は、たとえば１５００℃以上１７００℃以下程度に加熱されるように構成されていてもよい。
【０１０３】
ガス供給部２３５は、反応室２０１に、たとえば、シラン（ＳｉＨ4）ガスと、プロパン（Ｃ3Ｈ8）ガスと、アンモニア（ＮＨ3）ガスと、水素（Ｈ2）ガスとを含む混合ガスを供給可能に構成されている。具体的には、ガス供給部２３５は、第１ガス供給部２３１と、第２ガス供給部２３２と、第３ガス供給部２３３と、キャリアガス供給部２３４とを含んでもよい。
【０１０４】
第１ガス供給部２３１は、炭素原子を含む第１ガスを供給可能に構成されている。第１ガス供給部２３１は、たとえば第１ガスが充填されたガスボンベである。第１ガスは、たとえばプロパンガスである。第１ガスは、たとえばメタン（ＣＨ4）ガス、エタン（Ｃ2Ｈ6）ガス、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガス等であってもよい。
【０１０５】
第２ガス供給部２３２は、珪素原子を含む第２ガスを供給可能に構成されている。第２ガス供給部２３２は、たとえば第２ガスが充填されたガスボンベである。第２ガスは、たとえばシランガスである。第２ガスは、シランガスと、シラン以外の他のガスとの混合ガスでもよい。
【０１０６】
第３ガス供給部２３３は、アンモニアガスを含む第３ガスを供給可能に構成されている。第３ガス供給部２３３は、たとえば第３ガスが充填されたガスボンベである。第３ガスは、たとえばアンモニアガスである。アンモニアガスは、三重結合を有する窒素ガスに比べて熱分解されやすい。アンモニアガスを用いることにより、キャリア濃度の面内均一性の向上が期待できる。アンモニアガスは、たとえば水素ガスによって希釈されている。この場合、第３ガスは、アンモニアガスと、水素ガスとを含む。水素ガスに対するアンモニアガスの濃度は、０．０１％（１００ｐｐｍ）以上１０％以下程度である。
【０１０７】
キャリアガス供給部２３４は、たとえば水素などのキャリアガスを供給可能に構成されている。キャリアガス供給部２３４は、たとえば水素が充填されたガスボンベである。
【０１０８】
制御部２４５は、ガス供給部２３５から反応室２０１に供給される混合ガスの流量を制御可能に構成されている。具体的には、制御部２４５は、第１ガス流量制御部２４１と、第２ガス流量制御部２４２と、第３ガス流量制御部２４３と、キャリアガス流量制御部２４４とを含んでいてもよい。各制御部は、たとえばＭＦＣ(Ｍａｓｓ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)である。制御部２４５は、ガス供給部２３５とガス導入口２０７との間に配置されている。言い換えれば、制御部２４５は、ガス供給部２３５とガス導入口２０７とを繋ぐ流路に配置されている。
【０１０９】
反応室２０１は、炭化珪素単結晶基板１０を取り囲む第１加熱領域２１３と、第１加熱領域２１３よりも上流側に位置する第２加熱領域２１４とを含んでいる。図２７に示されるように、第２加熱領域２１４は、混合ガスの流れ方向（反応室２０１の軸方向）において、断熱材２０５と発熱体２０３との上流側の境界から、上流側の炭化珪素単結晶基板１０が配置される領域の端部までの領域である。第２加熱領域２１４と第１加熱領域２１３との境界部は、サセプタプレート２１０に設けられた凹部の上流側の側面であってもよい。第１加熱領域２１３の下流側の端部は、断熱材２０５と発熱体２０３との下流側の境界であってもよい。
【０１１０】
反応室２０１の軸方向において、誘導加熱コイル２０６の巻き密度を変化させてもよい。巻き密度（回／ｍ）とは、装置の軸方向の単位長さあたりのコイルの周回数である。たとえば、上流側でアンモニアを効果的に熱分解させるために、第２加熱領域２１４において、上流側の誘導加熱コイル２０６の巻き密度は、下流側の誘導加熱コイル２０６の巻き密度よりも高くてもよい。
【０１１１】
第２加熱領域２１４は、アンモニアの分解温度以上の温度に加熱可能に構成されている。アンモニアの分解温度は、たとえば５００℃である。第２加熱領域２１４の温度は、たとえば放射温度計により測定可能である。第２加熱領域２１４を構成する発熱体２０３の部分の温度は、たとえば１５００℃以上１７００℃以下である。混合ガスの流れ方向において、第２加熱領域２１４の長さ２２２は、６０ｍｍ以上であってもよいし、７０ｍｍ以上であってもよいし、８０ｍｍ以上であってもよい。混合ガスの流れ方向において、第１加熱領域２１３の長さ２２１は、第２加熱領域２１４の長さ２２２よりも大きくてもよい。
【０１１２】
図２８に示されるように、アンモニアガスを含む第３ガス供給部２３３と反応室２０１との間に、第１ＭＦＣ２５１および第２ＭＦＣ２５２が配置されていてもよい。水素ガスを含むキャリアガス供給部２３４は、第１ＭＦＣ２５１および第２ＭＦＣ２５２の間を繋ぐ配管２５３に接続されている。前述のように、アンモニアガスの濃度は非常に低いため、アンモニアガスの濃度を精度良く制御することが望ましい。上記構成により、アンモニアガスの濃度を精度良く制御することができる。
【０１１３】
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。
【０１１４】
まず、たとえば昇華法により、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素単結晶基板１０が準備される（図２９および図３０参照）。炭化珪素単結晶基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第３主面１３とを有する。図３０に示されるように、第１主面１１は、（０００１）面がオフ方向に傾斜した面である。
【０１１５】
具体的には、第１主面１１は、たとえば（０００１）面が０．５°以上８°以下傾斜した面である。（０００１）面からの傾斜角（オフ角）は、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、７°以下であってもよいし、６°以下であってもよい。オフ方向は、たとえば＜１１−２０＞方向であってもよいし、＜１−１００＞方向であってもよいし、＜１１−２０＞方向と＜１−１００＞方向とに挟まれた方向であってもよい。
【０１１６】
炭化珪素単結晶基板１０の厚みは、たとえば１ｍｍであってもよいし、２ｍｍであってもよい。炭化珪素単結晶基板１０を厚くスライスすることにより、炭化珪素単結晶基板１０のｗａｒｐおよびｂｏｗが向上する。炭化珪素単結晶基板１０の第１主面１１および第３主面１３に対して、ＭＰ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）およびＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が行われる。これにより、第１主面１１および第３主面１３が平坦化される。ＭＰ工程およびＣＭＰ工程後における炭化珪素単結晶基板１０の厚みは、たとえば６００μｍである。
【０１１７】
次に、炭化珪素単結晶基板１０が、前述した製造装置２００内に配置される。具体的には、炭化珪素単結晶基板１０は、第１主面１１がサセプタプレート２１０から露出するように、サセプタプレート２１０の凹部に配置される。
【０１１８】
図３８に示されるように、第１時点（ｔ１）は、サセプタプレート２１０に炭化珪素単結晶基板１０をサセプタプレート２１０の凹部に配置した時点を示す。第１時点（ｔ１）では、反応室２０１内の温度は第１温度（Ｔ１）であり、反応室２０１内の圧力は、たとえば大気圧である。第１温度（Ｔ１）は、たとえば室温である。第２時点（ｔ２）より、反応室２０１内の減圧が開始される。第３時点（ｔ３）において、反応室２０１内の圧力は第１圧力（Ｐ１）に達する。第１圧力（Ｐ１）は、たとえば１×１０-6Ｐａ程度である。
【０１１９】
第３時点（ｔ３）から第４時点（ｔ４）まで反応室２０１の昇温が開始される。本開示では、昇温途中の第４時点（ｔ４）から第５時点（ｔ５）までの間、反応室２０１内の温度は、第２温度（Ｔ２）に保持される。第２温度（Ｔ２）は、たとえば１１００℃である。保持時間は、たとえば１０分である。この操作により、サセプタプレート２１０の温度と、炭化珪素単結晶基板１０の温度との乖離が小さくなり、炭化珪素単結晶基板１０の面内における温度分布が均一になることが期待される。
【０１２０】
第５時点（ｔ５）において反応室２０１の昇温が再開される。本開示では、第５時点（ｔ５）より、キャリアガスである水素ガスが反応室２０１に導入される。水素ガスの流量は、たとえば１２０ｓｌｍ程度である。流量の単位「ｓｌｍ」は、標準状態（０℃、１０１．３ｋＰａ）における「Ｌ／ｍｉｎ」を示す。この操作により、たとえば反応室２０１内の残留窒素の低減が期待される。また炭化珪素単結晶基板１０の第１主面１１が水素によりエッチングされる。水素ガスの導入により、反応室２０１内の圧力は、第１圧力（Ｐ１）から第２圧力（Ｐ２）に変化する。第２圧力（Ｐ２）は、たとえば８０ｍｂａｒ（８ｋＰａ）である。反応室２０１の温度が第３温度（Ｔ３）に達した後、反応室２０１が一定時間、第３温度（Ｔ３）に維持される。第３温度（Ｔ３）は、たとえば、１６３０℃である。第３温度（Ｔ３）は、エピタキシャル成長が進行する成長温度である。
【０１２１】
第６時点（ｔ６）より、第１ガスとしてのシランガスと、第２ガスとしてのプロパンガスと、ドーピングガスとが反応室２０１に導入される。本開示では、ドーピングガスにアンモニアガスを用いる。アンモニアガスを用いることにより、面内均一性の向上が期待できる。アンモニアガスは、反応室２０１に導入される前の段階で、予め熱分解させておいてもよい。
【０１２２】
第６時点（ｔ６）から第７時点（ｔ７）にかけて、炭化珪素単結晶基板１０上にバッファ層２７がエピタキシャル成長により形成される。第６時点（ｔ６）および第７時点（ｔ７）の間において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は４６ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は１４ｓｃｃｍであり、アンモニアガスの流量は０．７ｓｃｃｍである。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、たとえば０．９である。バッファ層２７の厚みは、たとえば１μｍである。第６時点（ｔ６）および第７時点（ｔ７）までは、たとえば３分である。バッファ層２７がエピタキシャル成長により形成されている間、サセプタプレート２１０は回転している。
【０１２３】
第７時点（ｔ７）から第８時点（ｔ８）にかけて、バッファ層２７上にドリフト層２８がエピタキシャル成長により形成される。第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）の間において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は１６１ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は５２．５ｓｃｃｍであり、アンモニアガスの流量は１．４×１０-2ｓｃｃｍである。水素ガスに対するシランガスの体積率（ＳｉＨ4／Ｈ2）は、０．１３％である。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、たとえば１．０である。ドリフト層２８の厚みは、たとえば１５μｍである。第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）までは、たとえば３１分である。ドリフト層２８がエピタキシャル成長により形成されている間、サセプタプレート２１０は回転している。第８時点（ｔ８）において、シランガス、プロパンガスおよびアンモニアガスの供給が停止される。
【０１２４】
好ましくは、炭化珪素層２０の成長工程において、炭化珪素単結晶基板１０の面内方向の温度が均一に維持される。具体的には、第６時点（ｔ６）から第８時点（ｔ８）までの間、炭化珪素単結晶基板１０の第１主面１１における最高温度と最低温度との差が３０℃以下に維持される。好ましくは、最高温度と最低温度との差が１０℃以下に維持される。
【０１２５】
次に、炭化珪素単結晶基板１０のある領域ＸＸＸＩ上における炭化珪素層２０の部分の成長工程について詳細に説明する。
【０１２６】
図２９および図３１に示されるように、第１時点（ｔ１）において、炭化珪素単結晶基板１０内のある領域ＸＸＸＩには、（０００１）面上に伸展する基底面転位３４が存在している。基底面転位３４の一方の端部は、第１主面１１に露出し、他方の端部は第３主面１３に露出している。基底面転位３４は、オフ方向である第１方向１０１に沿って伸展している。
【０１２７】
図３２に示されるように、第６時点（ｔ６）から第７時点（ｔ７）において、バッファ層２７が炭化珪素単結晶基板１０上に形成される。基底面転位３４は、炭化珪素単結晶基板１０からバッファ層２７に伝播する。基底面転位３４は、第１方向１０１に沿ってバッファ層２７を伸展する。基底面転位３４の一方の端部は、バッファ層２７の表面に露出し、他方の端部は第３主面１３に露出している。
【０１２８】
図３３に示されるように、第７時点（ｔ７）から第８時点（ｔ８）において、ドリフト層２８がバッファ層２７上に形成される。基底面転位３４は、ドリフト層２８の成長に伴って、ドリフト層２８中を伸展する。第７時点（ｔ７）において、基底面転位３４の一方の端部は炭化珪素層２０の第２主面３０に露出し、他方の端部は炭化珪素単結晶基板１０の第３主面１３に露出している。以上により、炭化珪素層２０の形成が実質的に完了する。
【０１２９】
次に、炭化珪素エピタキシャル基板１００の冷却工程について説明する。
【０１３０】
図３８に示されるように、成長工程終了後、冷却工程が実施される。第８時点（ｔ８）から第９時点（ｔ９）までが冷却工程である。冷却工程において、炭化珪素単結晶基板１０と炭化珪素層２０とを含む炭化珪素エピタキシャル基板１００が冷却される。たとえば、第８時点（ｔ８）から第９時点（ｔ９）にかけて、炭化珪素エピタキシャル基板１００の温度は、第３温度（Ｔ３）から第１温度（Ｔ１）まで低下する。第８時点（ｔ８）から第９時点（ｔ９）までの時間は、たとえば６０分である。第３温度（Ｔ３）は、たとえば１６００℃である。たとえば、炭化珪素エピタキシャル基板１００は、約１時間で、１６００℃から１００℃まで冷却される。言い換えれば、炭化珪素エピタキシャル基板１００の冷却速度は、たとえば（１６００−１００）℃／１時間＝１５００℃／時間である。冷却工程における冷却速度は、１５００℃／時間以下であってもよいし、１３００℃／時間以下であってもよいし、１０００℃／時間以下であってもよい。
【０１３１】
図３４に示されるように、冷却工程において、炭化珪素層２０中に第１ハーフループ１から構成される第１転位列２が形成される場合がある。第１転位列２は、炭化珪素層２０中の基底面転位の第３部分３３が、オフ方向とは垂直な第２方向１０２にスライドすることにより発生すると考えられる。成長工程における基底面転位３４（図３３参照）は、冷却工程において第１部分３１と第２部分３２と第３部分３３とにより構成される基底面転位３４（図３４）に変化するとともに、複数の第１ハーフループ１を形成する。言い換えれば、第１ハーフループ１は基底面転位３４に起因して発生する。
【０１３２】
好ましくは、炭化珪素エピタキシャル基板１００の冷却工程において、炭化珪素エピタキシャル基板１００の面内方向の温度が均一に維持される。具体的には、第８時点（ｔ８）から第９時点（ｔ９）までの間、炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０における最高温度と最低温度との差が１０℃以下に維持される。たとえば、冷却工程における炭化珪素エピタキシャル基板１００の冷却速度を低くすることにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００の面内方向の温度の均一性を向上することができる。結果として、炭化珪素エピタキシャル基板１００内の応力を緩和することで、オフ方向に対して垂直な直線に沿って並ぶ第１ハーフループ１の第１転位列２の発生を抑制することができる。
【０１３３】
次に、第９時点（ｔ９）から第１０時点（ｔ１０）において、反応室２０１は、大気圧および室温の条件で保持される。炭化珪素エピタキシャル基板１００の温度が室温付近になった後、炭化珪素エピタキシャル基板１００が反応室２０１から取り出される。以上のようにして、炭化珪素エピタキシャル基板１００が完成する（図１４参照）。
【０１３４】
なお冷却工程において、反応室２０１内の圧力が低減されてもよい。反応室２０１内の圧力は、約１０分間でたとえば１００ｍｂａｒ（１０ｋＰａ）から１０ｍｂａｒ（１ｋＰａ）まで低減されてもよい。反応室２０１内の圧力の低下速度は、（１０−１）ｋＰａ／１０分＝０．９ｋＰａ／分である。反応室２０１内の圧力の低減速度は、０．９ｋＰａ／分以上であってもよし、１．２ｋＰａ／分以上であってもよいし、１．５ｋＰａ／分以上であってもよい。冷却工程において反応室２０１の圧力を急速に低減することにより、反応室２０１内を外部から断熱し、炭化珪素エピタキシャル基板１００の冷却速度を低減することができる。
【０１３５】
反応室２０１内の圧力は、たとえばキャリアガスの流量を低減することにより低減し得る。たとえば、成長工程におけるキャリアガスの流量が１２０ｓｌｍであり、冷却工程におけるキャリアガスの流量が１２ｓｌｍであってもよい。成長工程において、反応室２０１にはキャリアガス、ドーパントガスおよび原料ガスが供給されている。冷却工程において、反応室２０１にはキャリアガスのみが供給されていてもよい。キャリアガスの流量は、成長工程終了直後に低減されてもよいし、冷却工程において成長工程における流量を一定時間維持した後低減されてもよい。
【０１３６】
次に、炭化珪素単結晶基板１０のある領域ＸＸＸＶ上における炭化珪素層２０の部分の成長工程について詳細に説明する。
【０１３７】
図２９および図３５に示されるように、第１時点（ｔ１）において、炭化珪素単結晶基板１０内のある領域ＸＸＸＶには、（０００１）面上に存在する基底面転位４４が存在していてもよい。基底面転位４４の一方の端部は、第１主面１１に露出し、他方の端部は第３主面１３に露出している。基底面転位は、オフ方向である第１方向１０１に沿って伸展している。
【０１３８】
図３６に示されるように、第６時点（ｔ６）から第７時点（ｔ７）の間において、炭化珪素単結晶基板１０上にバッファ層２７が形成される。この際、基底面転位４４に起因して第２ハーフループ４が発生する。第２ハーフループ４の２つの端部は、バッファ層２７の表面に露出する。バッファ層２７中を伸展していた基底面転位の第６部分４３は、第２方向（図３６中の矢印の方向）にシフトする。結果として、基底面転位４４は、炭化珪素単結晶基板１０中に位置する第４部分４１と、炭化珪素単結晶基板１０とバッファ層２７との界面に位置し、かつ第２方向に伸展する第５部分４２と、バッファ層２７中に位置する第６部分４３とに転換され、第２ハーフループ４を発生させる。基底面転位４４の一方の端部は、バッファ層２７の表面に露出し、他方の端部は第３主面１３に露出している。
【０１３９】
図３７に示されるように、さらに炭化珪素層２０が成長すると、基底面転位４４に起因して、別の第２ハーフループ４が発生する。別の第２ハーフループ４は、先に発生した第２ハーフループ４よりも第１方向１０１側であってかつ第２方向１０２側に発生する。先に発生した第２ハーフループ４の深さは、後に発生した第２ハーフループ４の深さよりも大きい。バッファ層２７中に存在していた基底面転位の第６部分４３（図３６参照）は、さらに第２方向（図３７中の矢印の方向）にシフトする。第６部分４３は、炭化珪素層２０の表面に露出する。以上のようにして、オフ方向とは傾斜した直線に沿って、複数の第２ハーフループ４が形成される。時間の経過につれて、第２ハーフループ４の数は増加する。第８時点（ｔ８）において、オフ方向に対して傾斜する直線に沿って並ぶ第２ハーフループ４の第２転位列５が形成される（図１９参照）。以上のように、第２転位列５は、炭化珪素層の形成工程（つまり成長工程）において形成される。言い換えれば、炭化珪素エピタキシャル基板１００の冷却工程においては、第２転位列５は、発生することもなく、消滅することもないと考えられる。
【０１４０】
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１変形例）
次に、第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、主に、ドリフト層を形成する工程におけるシランガス流量、プロパンガス流量およびアンモニアガス流量において、上記実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法と異なっており、他の方法については上記実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法とほぼ同様である。
【０１４１】
図３９に示されるように、第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）の間において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は１１５ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は３７．５ｓｃｃｍであり、アンモニアガスの流量は３．３×１０-3ｓｃｃｍであってもよい。この場合、水素ガスに対するシランガスの体積率（ＳｉＨ4／Ｈ2）は、０．１％である。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、たとえば１．０である。ドリフト層２８の厚みは、たとえば３０μｍである。第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）までは、たとえば８８分である。ドリフト層２８がエピタキシャル成長により形成されている間、サセプタプレート２１０は回転している。
【０１４２】
（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２変形例）
次に、第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法は、主に、ドリフト層を形成する工程におけるアンモニアガス流量において、第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法と異なっており、他の方法については第１変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法とほぼ同様である。
【０１４３】
図４０に示されるように、第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）の間において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は１１５ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は３７．５ｓｃｃｍであり、アンモニアガスの流量は７．８×１０-3ｓｃｃｍであってもよい。この場合、水素ガスに対するシランガスの体積率（ＳｉＨ4／Ｈ2）は、０．１％である。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、たとえば１．０である。ドリフト層２８の厚みは、たとえば１５μｍである。第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）までは、たとえば４３分である。ドリフト層２８がエピタキシャル成長により形成されている間、サセプタプレート２１０は回転している。
【０１４４】
（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３００の製造方法について説明する。
【０１４５】
本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は、エピタキシャル基板準備工程（Ｓ１０：図４１）と、基板加工工程（Ｓ２０：図４１）とを主に有する。
【０１４６】
まず、エピタキシャル基板準備工程（Ｓ１０：図４１）が実施される。具体的には、前述した炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法によって、炭化珪素エピタキシャル基板が準備される。
【０１４７】
次に、基板加工工程（Ｓ２０：図４１）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板を加工することにより、炭化珪素半導体装置が製造される。「加工」には、たとえば、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成、ダイシング等の各種加工が含まれる。すなわち基板加工ステップは、イオン注入、熱処理、エッチング、酸化膜形成、電極形成およびダイシングのうち、少なくともいずれかの加工を含むものであってもよい。
【０１４８】
以下では、炭化珪素半導体装置の一例としてのＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造方法を説明する。基板加工工程（Ｓ２０：図４１）は、イオン注入工程（Ｓ２１：図４１）、酸化膜形成工程（Ｓ２２：図４１）、電極形成工程（Ｓ２３：図４１）およびダイシング工程（Ｓ２４：図４１）を含む。
【０１４９】
まず、イオン注入工程（Ｓ２１：図４１）が実施される。開口部を有するマスク（図示せず）が形成された第２主面３０に対して、たとえばアルミニウム（Ａｌ）等のｐ型不純物が注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するボディ領域１３２が形成される。次に、ボディ領域１３２内の所定位置に、たとえばリン（Ｐ）等のｎ型不純物が注入される。これにより、ｎ型の導電型を有するソース領域１３３が形成される。次に、アルミニウム等のｐ型不純物がソース領域１３３内の所定位置に注入される。これにより、ｐ型の導電型を有するコンタクト領域１３４が形成される（図４２参照）。
【０１５０】
炭化珪素層２０において、ボディ領域１３２、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４以外の部分は、ドリフト領域１３１となる。ソース領域１３３は、ボディ領域１３２によってドリフト領域１３１から隔てられている。イオン注入は、炭化珪素エピタキシャル基板１００を３００℃以上６００℃以下程度に加熱して行われてもよい。イオン注入の後、炭化珪素エピタキシャル基板１００に対して活性化アニールが行われる。活性化アニールにより、炭化珪素層２０に注入された不純物が活性化し、各領域においてキャリアが生成される。活性化アニールの雰囲気は、たとえばアルゴン（Ａｒ）雰囲気でもよい。活性化アニールの温度は、たとえば１８００℃程度でもよい。活性化アニールの時間は、たとえば３０分程度でもよい。
【０１５１】
次に、酸化膜形成工程（Ｓ２２：図４１）が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００が酸素を含む雰囲気中において加熱されることにより、第２主面３０上に酸化膜１３６が形成される（図４３参照）。酸化膜１３６は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ2）等から構成される。酸化膜１３６は、ゲート絶縁膜として機能する。熱酸化処理の温度は、たとえば１３００℃程度でもよい。熱酸化処理の時間は、たとえば３０分程度でもよい。
【０１５２】
酸化膜１３６が形成された後、さらに窒素雰囲気中で熱処理が行なわれてもよい。たとえば、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）等の雰囲気中、１１００℃程度で１時間程度、熱処理が実施されてもよい。さらにその後、アルゴン雰囲気中で熱処理が行なわれてもよい。たとえば、アルゴン雰囲気中、１１００〜１５００℃程度で、１時間程度、熱処理が行われてもよい。
【０１５３】
次に、電極形成工程（Ｓ２３：図４１）が実施される。第１電極１４１は、酸化膜１３６上に形成される。第１電極１４１は、ゲート電極として機能する。第１電極１４１は、たとえばＣＶＤ法により形成される。第１電極１４１は、たとえば不純物を含有し導電性を有するポリシリコン等から構成される。第１電極１４１は、ソース領域１３３およびボディ領域１３２に対面する位置に形成される。
【０１５４】
次に、第１電極１４１を覆う層間絶縁膜１３７が形成される。層間絶縁膜１３７は、たとえばＣＶＤ法により形成される。層間絶縁膜１３７は、たとえば二酸化珪素等から構成される。層間絶縁膜１３７は、第１電極１４１と酸化膜１３６とに接するように形成される。次に、所定位置の酸化膜１３６および層間絶縁膜１３７がエッチングによって除去される。これにより、ソース領域１３３およびコンタクト領域１３４が、酸化膜１３６から露出する。
【０１５５】
たとえばスパッタリング法により当該露出部に第２電極１４２が形成される。第２電極１４２はソース電極として機能する。第２電極１４２は、たとえばチタン、アルミニウムおよびシリコン等から構成される。第２電極１４２が形成された後、第２電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００が、たとえば９００〜１１００℃程度の温度で加熱される。これにより、第２電極１４２と炭化珪素エピタキシャル基板１００とがオーミック接触するようになる。次に、第２電極１４２に接するように、配線層１３８が形成される。配線層１３８は、たとえばアルミニウムを含む材料から構成される。
【０１５６】
次に、たとえばプラズマＣＶＤにより、配線層１３８上にパッシベーション保護膜（図示せず）が形成される。パッシベーション保護膜は、たとえばＳｉＮ膜を含む。ボンディングワイヤを接続するため、パッシベーション保護膜の一部が配線層１３８までエッチングされ、パッシベーション保護膜に開口部が形成される。次に、炭化珪素単結晶基板１０の第３主面１３に対してバックグラインディングが行われる。これにより、炭化珪素単結晶基板１０が薄くされる。次に、第３主面１３に第３電極１４３が形成される。第３電極１４３は、ドレイン電極として機能する。第３電極１４３は、たとえばニッケルおよびシリコンを含む合金（たとえばＮｉＳｉ等）から構成される。
【０１５７】
次に、ダイシング工程（Ｓ２４：図４１）が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板１００がダイシングラインに沿ってダイシングされることにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００が複数の半導体チップに分割される。以上より、炭化珪素半導体装置３００が製造される（図４４参照）。
【０１５８】
上記において、ＭＯＳＦＥＴを例示して、本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を説明したが、本開示に係る製造方法はこれに限定されない。本開示に係る製造方法は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ  Ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＰｉＮダイオード等の各種炭化珪素半導体装置に適用可能である。
【０１５９】
（評価１）
１−１．サンプル作製
まず、サンプル１〜６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備された。サンプル１〜３は、実施例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００である。サンプル４〜６は、比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００である。サンプル１〜４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、ドーパントガスとしてアンモニアガスを使用して製造された。サンプル１〜４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００のドリフト層２８を形成する工程におけるアンモニアガスの流量は、それぞれ１．４×１０-2ｓｃｃｍ、３．３×１０-3ｓｃｃｍ、７．８×１０-3ｓｃｃｍおよび２．０×１０-3ｓｃｃｍであった。一方、サンプル５および６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、ドーパントガスとして窒素ガスを使用して製造された。サンプル５および６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００のドリフト層２８を形成する工程における窒素ガスの流量は、それぞれ４．５ｓｃｃｍおよび２．１２ｓｃｃｍであった。
【０１６０】
サンプル１〜３、５および６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法においては、バッファ層を形成する工程におけるＣ／Ｓｉ比とドリフト層を形成する工程におけるＣ／Ｓｉ比とが異なる。一方、サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法においては、バッファ層を形成する工程におけるＣ／Ｓｉ比とドリフト層を形成する工程におけるＣ／Ｓｉ比とが同じである。
【０１６１】
特定的には、サンプル１、２、３、４、５および６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、それぞれ、図３８、図３９、図４０、図４５、図４６および図４７に示す方法により製造された。サンプル１、２および３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、それぞれ実施形態、第１変形例および第２変形例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法と同じである。
【０１６２】
サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は以下のように製造された。図４５に示されるように、バッファ層を形成する工程（つまり第６時点（ｔ６）および第７時点（ｔ７）の間）において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は４６ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は１５ｓｃｃｍであり、アンモニアガスの流量は０．７ｓｃｃｍであった。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、１．０であった。ドリフト層を形成する工程（つまり第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）の間）において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は４６ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は１５ｓｃｃｍであり、アンモニアガスの流量は２．０×１０-3ｓｃｃｍであった。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、１．０であった。
【０１６３】
サンプル５に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は以下のように製造された。図４６に示されるように、バッファ層を形成する工程（つまり第６時点（ｔ６）および第７時点（ｔ７）の間）において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は４６ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は１４ｓｃｃｍであり、アンモニアガスの流量は０．７ｓｃｃｍであった。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、０．９であった。ドリフト層を形成する工程（つまり第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）の間）において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は１１５ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は３７．５ｓｃｃｍであり、窒素ガスの流量は４．５ｓｃｃｍであった。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、１．０であった。
【０１６４】
サンプル６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は以下のように製造された。図４７に示されるように、バッファ層を形成する工程（つまり第６時点（ｔ６）および第７時点（ｔ７）の間）において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は４６ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は１４ｓｃｃｍであり、アンモニアガスの流量は０．７ｓｃｃｍであった。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、０．９であった。ドリフト層を形成する工程（つまり第７時点（ｔ７）および第８時点（ｔ８）の間）において、水素ガスの流量は１２０ｓｌｍであり、シランガスの流量は１１５ｓｃｃｍであり、プロパンガスの流量は３７．５ｓｃｃｍであり、窒素ガスの流量は２．１２ｓｃｃｍであった。原料ガスのＣ／Ｓｉ比は、１．０であった。
【０１６５】
１−２．キャリア濃度測定実験
サンプル１〜６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度が、水銀プローブ方式のＣ−Ｖ測定装置により測定された。プローブの面積は０．０１ｃｍ2である。印加電圧を０〜５Ｖとした。キャリア濃度は、中央領域５３において測定された。図３に示されるように、第１直線８上において、中心Ｏから±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点がキャリア濃度の測定位置とされた。同様に、第２直線７上において、中心Ｏから±１０ｍｍ、±２０ｍｍ、±３０ｍｍ、±４０ｍｍ、±５０ｍｍおよび±６０ｍｍ離れた点がキャリア濃度の測定位置とされた。中心Ｏもキャリア濃度の測定位置とされた。つまり、図３においてハッチングされた円で示された測定領域２５においてキャリア濃度が測定された。全ての測定領域２５におけるキャリア濃度の平均値、標準偏差、標準偏差／平均値、最大値、最小値、最大値−最小値および（最大値−最小値）／（２×平均値）が計算された。なおサンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００に関しては、上記２５カ所の測定位置に加え、第２直線７上において中心Ｏから＋７０ｍｍの位置と、中心Ｏから−６５ｍｍの位置と、第１直線８上において中心から±７０ｍｍの位置とが測定位置とされた（図４８参照）。
【０１６６】
１−３．キャリア濃度測定結果
図４８は、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度分布を示している。図４９は、サンプル２およびサンプル３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度分布を示している。図５０は、サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度分布を示している。図５１は、サンプル５およびサンプル６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度分布を示している。図４８〜図５３において、「ＯＦ−ＣＯＦ」および「ＩＦ−ＣＩＦ］は、それぞれ、図３における第２直線７および第１直線８上の測定位置における結果を示している。図５１に示されるように、第２主面３０の中心側（つまり、第１領域６５）よりも外周側（つまり、第３領域６７）において、キャリア濃度の値が高くなる場合がある。この場合、炭化珪素層２０のキャリア濃度のプロファイルは、Ｕ字型を示す。
【０１６７】
【表１】
2020114796.tif 000004
【０１６８】
表１は、サンプル１〜６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度の平均値、標準偏差、標準偏差／平均値、最大値、最小値、最大値−最小値および（最大値−最小値）／（２×平均値）を示している。表１に記載の値は、中心Ｏから±６０ｍｍ以内の計２５箇所の測定領域２５におけるキャリア濃度を用いて計算されている（図３参照）。表１に示されるように、サンプル１〜６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度の標準偏差／平均値は、それぞれ、１．０８％、２．９１％、０．７８％、７．３８％、９．５２％および９．１２％であった。同様に、サンプル１〜６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度の（最大値−最小値）／（２×平均値）は、それぞれ、１．９％、４．９％、１．４％、１３．２％、１５．５％および１５．０％であった。
【０１６９】
図４８に示されるように、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００に関しては、上記２５箇所の測定領域に加え、第２直線７上における−６５ｍｍおよび＋７０ｍｍの位置と、第１直線８上における±７０ｍｍの位置においてもキャリア濃度が測定された。上記追加の測定領域を考慮した場合、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度の標準偏差／平均値は、１．３１％であり、キャリア濃度の（最大値−最小値）／（２×平均値）は、２．７％であった。つまり、外周側の炭化珪素層におけるキャリア濃度を考慮した場合においても、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、サンプル２に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００よりも、キャリア濃度の標準偏差／平均値およびキャリア濃度の（最大値−最小値）／（２×平均値）が低いことが確認された。
【０１７０】
中央領域と平行な方向において、サンプル１〜３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度のキャリア濃度の平均値に対するキャリア濃度の標準偏差の比率は、５％未満であった。一方、中央領域と平行な方向において、サンプル４〜６に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０のキャリア濃度のキャリア濃度の平均値に対するキャリア濃度の標準偏差の比率は、５％以上であった。
【０１７１】
以上のように、ドーピングガスとして窒素ガスの代わりにアンモニアガスが採用され、かつアンモニアガスの流量を非常に低く（たとえば７．８×１０-3ｓｃｃｍ以下程度）とすることにより（つまり、サンプル１〜３に係る炭化珪素エピタキシャル基板）、キャリア濃度の面内均一性が向上可能であることが確認された。アンモニアガスは、三重結合を有する窒素ガスに比べて熱分解されやすい。そのため、ドーパントガスの流れ方向における窒素原子の濃度の均一性が向上し、結果として、キャリア濃度の面内均一性が向上していると考えられる。
【０１７２】
また窒素ガスと比較して、アンモニアガスは、炭化珪素層に取り込まれやすい。そのため、エピタキシャル成長の際、アンモニアガスの流量を非常に低くした状態で、アンモニアガスの流量を精度良く制御することが求められる。発明者らは鋭意研究の結果、たとえば、予めアンモニアガスを水素ガスで希釈したボンベを用いることにより、アンモニアガスの流量を非常に低くした状態で、アンモニアガスの流量を精度良く制御可能であることを見出した。これにより、キャリア濃度の面内均一性を向上することができる。
【０１７３】
また発明者らは、ドーパントガスとしてアンモニアを使用した上で、炭化珪素層のエピタキシャル成長速度を高くすることに着目した。具体的には、水素ガスに対する原料ガスの流量を高くした。水素ガスは炭化珪素をエッチングする性質を有する。水素ガスに対する原料ガスの割合を高く（たとえばＳｉＨ４／Ｈ２が０．１％以上程度）することで、炭化珪素層のエピタキシャル成長速度を高くすることができる。これにより、特に、炭化珪素層の外周側のキャリア濃度のばらつきを低減し、キャリア濃度の面内均一性を向上することができると考えられる。
【０１７４】
１−４．膜厚測定実験
サンプル１および４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０の膜厚がＦＴ−ＩＲにより測定された。膜厚の測定位置は、上記キャリア濃度の測定位置と同じである。つまり、図３においてハッチングされた円で示された測定領域２５において炭化珪素層２０の膜厚が測定された。全ての測定領域２５における炭化珪素層２０の膜厚の平均値、標準偏差、標準偏差／平均値、最大値、最小値、最大値−最小値および（最大値−最小値）／（２×平均値）が計算された。なおサンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００に関しては、上記２５カ所の測定位置に加え、第２直線７上において中心Ｏから＋７０ｍｍの位置と、中心Ｏから−６５ｍｍの位置と、第１直線８上において中心から±７０ｍｍの位置とが測定位置とされた（図５２参照）。またサンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００に関しては、中心Ｏは測定位置から除外された（図５３参照）。
【０１７５】
１−５．膜厚測定結果
図５２は、サンプル１に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０の膜厚分布を示している。図５３は、サンプル４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０の膜厚分布を示している。
【０１７６】
【表２】
2020114796.tif 000005
【０１７７】
表２は、サンプル１および４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０（つまりエピタキシャル層）の膜厚の平均値、標準偏差、標準偏差／平均値、最大値、最小値、最大値−最小値および（最大値−最小値）／（２×平均値）を示している。表２に示されるように、サンプル１および４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０の膜厚の標準偏差／平均値は、それぞれ、０．９２％および０．５３％であった。同様に、サンプル１および４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０の膜厚の（最大値−最小値）／（２×平均値）は、それぞれ、１．６％および０．５％であった。中央領域と平行な方向において、サンプル１および４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素層２０の厚みの平均値に対する厚みの標準偏差の比率は、５％未満であった。
【０１７８】
（評価２）
２−１．サンプル作製
まず、サンプル７〜１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備された。サンプル７および８は、実施例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００である。サンプル９および１０は、比較例に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００である。サンプル７〜１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、ドーパントガスとしてアンモニアガスを使用して製造された。サンプル７および８に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法においては、バッファ層を形成する工程におけるＣ／Ｓｉ比とドリフト層を形成する工程におけるＣ／Ｓｉ比とが異なる。一方、サンプル９および１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法においては、バッファ層を形成する工程におけるＣ／Ｓｉ比とドリフト層を形成する工程におけるＣ／Ｓｉ比とが同じである。
【０１７９】
特定的には、サンプル７、８および９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、それぞれ、上記評価１におけるサンプル３、１および４に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法と同じである。サンプル１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法は、バッファ層およびドリフト層を形成する工程の第３温度（Ｔ３：図４５）が１５６０℃である条件において、サンプル９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法と異なっており、その他の条件は、サンプル９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法と同様である。
【０１８０】
２−２．実験条件
サンプル７〜１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０における欠陥の個数とヘイズとが測定された。欠陥の個数とヘイズは、レーザーテック社製ＳＩＣＡを用いて測定された。測定方法は前述の通りである。欠陥として、マクロ欠陥と、ピットと、バンプとが測定された。マクロ欠陥は、ダウンフォール欠陥と、三角欠陥とを含む。ピットは、深いピット８７（図５参照）である。バンプは、台形型欠陥を伴うバンプ７３（図９参照）である。欠陥密度は、欠陥の総数を、欠陥が測定された領域の面積で除することにより計算された。欠陥が測定された領域の面積は約１７０ｃｍ2である。
【０１８１】
マクロ欠陥を含む６ｍｍ角測定領域の割合が以下のようにして計算された。マクロ欠陥が測定された領域が、複数の６ｍｍ×６ｍｍの正方形領域（６ｍｍ角測定領域）に区分された。各６ｍｍ角測定領域において、マクロ欠陥が含まれているか否かが判断された。マクロ欠陥が含まれている６ｍｍ角測定領域の数を、全６ｍｍ角測定領域の数で除することにより、マクロ欠陥を含む６ｍｍ角測定領域の割合が計算された。
【０１８２】
２−３．実験結果
図５４および図５５は、それぞれサンプル７および９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０におけるダウンフォール欠陥および三角欠陥の面内分布を示すマップである。図５４においては、ダウンフォール欠陥および三角欠陥を、それぞれ四角形および三角形として表示している。図５５においては、ダウンフォール欠陥および三角欠陥をまとめて四角形として表示している。図５４および図５５に示されるように、サンプル７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００と比較して、サンプル９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０には、多数のダウンフォール欠陥および三角欠陥が分布している。ダウンフォール欠陥および三角欠陥は、第２主面３０の中心よりも外周側に多く分布している。
【０１８３】
【表３】
2020114796.tif 000006
【０１８４】
表３に示されるように、サンプル７、８および９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０におけるマクロ欠陥の欠陥密度は、それぞれ、０．２ｃｍ-2、０．９ｃｍ-2および０．９ｃｍ-2であった。サンプル７、８、９および１０に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０におけるピットの欠陥密度は、それぞれ、０．３ｃｍ-2、６．８ｃｍ-2、０．６ｃｍ-2および９００ｃｍ-2であった。サンプル７、８および９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０におけるバンプの欠陥密度は、それぞれ、１．８ｃｍ-2、１０．１ｃｍ-2および２．１ｃｍ-2であった。サンプル７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０のマクロ欠陥、ピットおよびバンプの欠陥密度は、サンプル７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０のマクロ欠陥、ピットおよびバンプの欠陥密度よりも低い。
【０１８５】
【表４】
2020114796.tif 000007
【０１８６】
表４に示されるように、サンプル７、８および９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０におけるマクロ欠陥を含む６ｍｍ角測定領域の割合は、それぞれ、７．２％、２５．３％および２５．８％であった。サンプル８および９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００と比較して、サンプル７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０におけるマクロ欠陥を含む６ｍｍ角測定領域の割合が低い。サンプル７および９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０におけるヘイズは、それぞれ、１８．８および１９．１であった。つまり、サンプル７および９に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の第２主面３０の表面粗さは良好であった。以上のように、サンプル７に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００においては、キャリア濃度の面内均一性の向上しつつ、表面粗さを低減可能であることが確認された。
【０１８７】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【０１８８】
１  第１ハーフループ
２  第１転位列
３，６，３５，４５  端部
４  第２ハーフループ
５  第２転位列
７  第２直線
８  第１直線
１０  炭化珪素単結晶基板
１１  第１主面
１３  第３主面
１４  第４主面（面）
２０  炭化珪素層
２３  貫通らせん転位
２４，３４，４４  基底面転位
２５  測定領域
２７  バッファ層
２８  ドリフト層
２９  中央表面層
３０  第２主面
３１  第１部分
３２  第２部分
３３  第３部分
３６  点
３７，４７  仮想線
４１  第４部分
４２  第５部分
４３  第６部分
５２  外周領域
５３  中央領域
５４  外縁
５５  オリエンテーションフラット
５７  曲率部
６１  第１辺
６２  第２辺
６５  第１領域
６６  第２領域
６７  第３領域
７０  台形状欠陥
７１  起点
７２  上底部７３  突起部
７３  バンプ
７４  底部
７５  ステップバンチング
８０  純水
８１  接線
８５  正方形領域
８６  浅いピット
８７  深いピット（ピット）
９０  キャロット欠陥
９１  中心位置
９２  最高位置
９３  最低位置
９４  点基準面
９５  第１位置
９６  第２位置
９７  第３位置
１００  炭化珪素エピタキシャル基板
１０１  第１方向
１０２  第２方向
１０３  第３方向
１３１  ドリフト領域
１３２  ボディ領域
１３３  ソース領域
１３４  コンタクト領域
１３６  酸化膜
１３７  層間絶縁膜
１３８  配線層
１４１  第１電極
１４２  第２電極
１４３  第３電極
１６１  測定データ
２００  製造装置
２０１  反応室
２０３  発熱体
２０４  石英管
２０５  断熱材
２０６  誘導加熱コイル
２０７  ガス導入口
２０８  ガス排気口
２１０  サセプタプレート
２１１  加熱部
２１２  回転軸
２１３  第１加熱領域
２１４  第２加熱領域
２３１  第１ガス供給部
２３２  第２ガス供給部
２３３  第３ガス供給部
２３４  キャリアガス供給部
２３５  ガス供給部
２４１  第１ガス流量制御部
２４２  第２ガス流量制御部
２４３  第３ガス流量制御部
２４４  キャリアガス流量制御部
２４５  制御部
２５３  配管
３００  炭化珪素半導体装置
【図１】
2020114796.tif 000008
【図２】
2020114796.tif 000009
【図３】
2020114796.tif 000010
【図４】
2020114796.tif 000011
【図５】
2020114796.tif 000012
【図６】
2020114796.tif 000013
【図７】
2020114796.tif 000014
【図８】
2020114796.tif 000015
【図９】
2020114796.tif 000016
【図１０】
2020114796.tif 000017
【図１１】
2020114796.tif 000018
【図１２】
2020114796.tif 000019
【図１３】
2020114796.tif 000020
【図１４】
2020114796.tif 000021
【図１５】
2020114796.tif 000022
【図１６】
2020114796.tif 000023
【図１７】
2020114796.tif 000024
【図１８】
2020114796.tif 000025
【図１９】
2020114796.tif 000026
【図２０】
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【図２１】
2020114796.tif 000028
【図２２】
2020114796.tif 000029
【図２３】
2020114796.tif 000030
【図２４】
2020114796.tif 000031
【図２５】
2020114796.tif 000032
【図２６】
2020114796.tif 000033
【図２７】
2020114796.tif 000034
【図２８】
2020114796.tif 000035
【図２９】
2020114796.tif 000036
【図３０】
2020114796.tif 000037
【図３１】
2020114796.tif 000038
【図３２】
2020114796.tif 000039
【図３３】
2020114796.tif 000040
【図３４】
2020114796.tif 000041
【図３５】
2020114796.tif 000042
【図３６】
2020114796.tif 000043
【図３７】
2020114796.tif 000044
【図３８】
2020114796.tif 000045
【図３９】
2020114796.tif 000046
【図４０】
2020114796.tif 000047
【図４１】
2020114796.tif 000048
【図４２】
2020114796.tif 000049
【図４３】
2020114796.tif 000050
【図４４】
2020114796.tif 000051
【図４５】
2020114796.tif 000052
【図４６】
2020114796.tif 000053
【図４７】
2020114796.tif 000054
【図４８】
2020114796.tif 000055
【図４９】
2020114796.tif 000056
【図５０】
2020114796.tif 000057
【図５１】
2020114796.tif 000058
【図５２】
2020114796.tif 000059
【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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