(57)【要約】      （修正有）【課題】昇華ガスによる欠陥およびクラックの発生を抑制する炭化珪素単結晶材の焼鈍方法を提供する。【解決手段】焼鈍用容器１６の収容部１９に、焼鈍用容器１６から離間するように炭化珪素単結晶材２０を配置し、焼鈍用容器１６と炭化珪素単結晶材２０との間に炭化珪素単結晶材２０全体を覆うように高熱伝導性の充填材粉末１８を充填した後、焼鈍用容器１６を外部から加熱して、炭化珪素単結晶材２０を焼鈍する炭化珪素単結晶材２０の焼鈍方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼鈍用容器の収容部に、前記焼鈍用容器から離間するように炭化珪素単結晶材を配置し、前記焼鈍用容器と前記炭化珪素単結晶材との間に前記炭化珪素単結晶材全体を覆うように熱伝導性の充填材粉末を充填した後、
前記焼鈍用容器を外部から加熱して、前記炭化珪素単結晶材を焼鈍することを特徴とする炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項２】
前記充填材粉末が、少なくとも炭化珪素を含むことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項３】
前記充填材粉末が平均粒径３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項４】
前記充填材粉末が炭化珪素、Ｓｉ２Ｃ、ＳｉＣ２、グラファイト、ＴａＣまたはＨｆＣの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項５】
前記充填材粉末が炭化珪素系材料と固結防止材との混合物からなり、前記炭化珪素系材料の質量をＡ、前記固結防止材の質量をＢとしたときに、前記充填材粉末における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０超１．０未満の範囲とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項６】
前記炭化珪素系材料が、炭化珪素、Ｓｉ２ＣまたはＳｉＣ２の少なくとも１つであることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項７】
前記固結防止材が、グラファイト、ＴａＣまたはＨｆＣの少なくとも１つであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項８】
前記炭化珪素単結晶材から離れるに従って、前記充填材粉末における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が大きくなるように、前記充填材粉末を充填することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項９】
前記充填材粉末における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が前記炭化珪素単結晶材の近接領域では０以上０．０８未満であり、前記近接領域以外の領域では０．０８以上１．０以下となるように、前記充填材粉末を充填することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１０】
前記近接領域が前記炭化珪素単結晶材の表面から５ｍｍ未満となる領域であることを特徴とする請求項９に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１１】
前記焼鈍用容器がグラファイトまたは炭化珪素からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１２】
前記焼鈍用容器が炭化珪素またはＴａＣによって被覆されたグラファイトからなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１３】
前記炭化珪素単結晶材の焼鈍が抵抗加熱法または高周波誘導加熱法によって行われることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１４】
前記充填材粉末が前記炭化珪素系材料と前記固結防止材との混合物からなる場合、前記炭化珪素単結晶材を焼鈍する焼鈍温度を１０００℃以上２０００℃以下とすることを特徴とする請求項５〜１３のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１５】
前記充填材粉末が前記炭化珪素のみからなる場合、前記炭化珪素単結晶材を焼鈍する焼鈍温度を１０００℃以上１５００℃以下とすることを特徴とする請求項４、１２または１３のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１６】
前記炭化珪素単結晶材が前記焼鈍温度で焼鈍された後、前記焼鈍用容器の収容部に前記炭化珪素単結晶材全体を覆うように充填材粉末が充填された状態で、−５℃／分より遅い冷却速度で室温まで冷却されることを特徴とする請求項１４また請求項１５に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１７】
前記炭化珪素単結晶材の口径が３インチ以上の場合、前記冷却速度を−３℃／分より遅くすることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１８】
前記炭化珪素単結晶材が、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気下で焼鈍されることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項１９】
前記不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気のガス圧力が６．５×１０４Ｐａ以上１×１０５Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１８に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項２０】
前記不活性ガスまたは窒素ガスがアルゴン、ヘリウムまたは窒素の少なくとも１つを主成分とするガスであることを特徴とする請求項１９に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項２１】
前記充填材粉末にアルミニウム、ホウ素または重金属の少なくとも１つを有する不純物が含まれており、前記不純物の含有量が２．５質量％以下であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項２２】
前記炭化珪素単結晶材が炭化珪素単結晶インゴットまたは炭化珪素単結晶ウェーハであることを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法によって焼鈍されたことを特徴とする炭化珪素単結晶ウェーハ。
【請求項２４】
請求項２２に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法によって焼鈍された炭化珪素単結晶インゴットに、切断、面取り、鏡面研磨またはＣＭＰのいずれか１以上の加工が施されて形成されたことを特徴とする炭化珪素単結晶ウェーハ。
【請求項２５】
炭化珪素および／または金属窒化物からなる薄膜エピタキシャル層が形成されてなることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の炭化珪素単結晶ウェーハ。
【請求項２６】
請求項２５に記載の炭化珪素単結晶ウェーハに金属膜および絶縁膜が形成されてなることを特徴とする炭化珪素半導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素単結晶材の焼鈍方法、炭化珪素単結晶ウェーハおよび炭化珪素半導体に関するものであって、特に、炭化珪素単結晶材内の残留応力を緩和し、炭化珪素単結晶材をウェーハに加工する際のクラック発生を抑制することができる焼鈍方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素半導体は、シリコン半導体よりも絶縁破壊電圧が大きく、エネルギーバンドギャップが広く、熱伝導度が高いなど優れた特徴を有するので、発光素子、大電力パワーデバイス、耐高温素子、耐放射線素子、高周波素子等への応用が期待されている。前記炭化珪素半導体は、炭化珪素単結晶ウェーハからなる基板の表面を超平滑な鏡面状に研磨した後、その鏡面上に炭化珪素や金属窒化物をエピタキシャル成長させ、さらにその後、金属膜や酸化膜を成膜して形成する。
【０００３】
前記炭化珪素単結晶ウェーハ（炭化珪素単結晶基板）は、たとえば、単結晶育成工程、円筒加工工程、平面加工工程（ＯＦ、ＩＦ加工）、インゴット切断工程、面取り（ベベリング）工程、ラッピング工程、研磨工程、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：機械的化学的研磨）工程、洗浄工程等からなる作製工程を用いて作製される。
【０００４】
前記炭化珪素半導体を普及させるためには、前記炭化珪素単結晶ウェーハの作製工程の歩留まりを向上させて、高品質の炭化珪素単結晶ウェーハ（炭化珪素単結晶基板）を安定的に、かつ低コストで生産することが必要である。そして、前記炭化珪素単結晶ウェーハの作製工程においては、まず、結晶欠陥の少ない高品質の炭化珪素単結晶インゴットを安定的に製造することが必要である。
【０００５】
前記炭化珪素単結晶インゴットの作製は、一般に、ルツボ中に種結晶と原料用炭化珪素粉末を保持した状態でルツボを加熱することにより、前記原料用炭化珪素粉末から発生した昇華ガスを種結晶の表面で冷却させて結晶化（固体化）することにより行われる。しかし、この加熱温度は、通常、２０００℃超の高温であり、このような厳しい育成温度環境で前記炭化珪素単結晶インゴットを形成した場合には、その内部に残留応力が形成される。
【０００６】
炭化珪素単結晶は高硬度であるが脆性を有するため、前記炭化珪素単結晶インゴットの内部に残留応力が形成された場合には、炭化珪素単結晶ウェーハ（炭化珪素単結晶基板）を作製する際の切断・研磨といった加工時にクラックと呼ばれる割れを生じさせる。クラックと呼ばれる割れが生じた基板を用いた場合には、クラックが無い部分で高品質な炭化珪素単結晶をエピタキシャル成長させることができたとしても、クラックが存在する部分では高品質な炭化珪素単結晶をエピタキシャル成長させることができない。そのため、炭化珪素半導体（デバイス）の製造における歩留まりの低下をもたらす。
【０００７】
特許文献１、２には、炭化珪素単結晶インゴットまたはウェーハを再度高温で加熱する焼鈍（アニール）して前記残留応力を低減することによって前記クラックを抑制することができることが開示されている。
【０００８】
たとえば、特許文献１は、炭化珪素単結晶材の焼鈍方法及び炭化珪素単結晶ウェーハに関するものであり、非腐食性雰囲気ガス中において２０００℃超２８００℃以下の温度で焼鈍処理を実施する炭化珪素単結晶インゴットの焼鈍方法が開示されている。これにより、熱応力歪や加工歪のない炭化珪素単結晶を得ることができる。
【０００９】
また、特許文献２は、炭化珪素単結晶ウェーハの製造方法および炭化珪素単結晶ウェーハに関するものであり、炭化珪素単結晶材を１３００℃以上２０００℃以下の温度で焼鈍熱処理を施した後に表面に研磨処理等々の機械加工を実施する炭化珪素単結晶ウェーハの焼鈍方法が開示されている。
【００１０】
しかし、特許文献１、２で開示された方法では、炭化珪素単結晶を雰囲気ガス中に配置しているので、焼鈍温度を２０００℃近傍にした場合に、前記炭化珪素単結晶から容易にＳｉ、Ｓｉ２Ｃ、ＳｉＣ２、ＳｉＣなどの昇華ガスが発生する。昇華ガスの発生により、前記炭化珪素単結晶の表面が炭化されて表面が粗くなったり、炭化珪素単結晶の内部に新たな結晶欠陥が導入される。これにより、残留応力が発生し、クラックを生じさせる場合があった。
【００１１】
また、焼鈍（アニール）の際に、焼鈍用容器内に保持された炭化珪素単結晶は、焼鈍用容器からの輻射または焼鈍用容器に接触している部分からの熱伝導のいずれかにより加熱されるが、炭化珪素単結晶として大口径で大型のものを用いた場合には、輻射により加熱される割合が高まる。これにより、炭化珪素単結晶の表面と内部の間で大きな温度差（温度勾配）が発生し、残留応力が発生し、クラックを生じさせる場合が発生する場合があった。
【特許文献１】特開２００６−２９０７０５号公報
【特許文献２】特開２００４−１３１３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、昇華ガスによる欠陥およびクラックの発生を抑制する炭化珪素単結晶材の焼鈍方法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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
（１）  焼鈍用容器の収容部に、前記焼鈍用容器から離間するように炭化珪素単結晶材を配置し、前記焼鈍用容器と前記炭化珪素単結晶材との間に前記炭化珪素単結晶材全体を覆うように熱伝導性の充填材粉末を充填した後、前記焼鈍用容器を外部から加熱して、前記炭化珪素単結晶材を焼鈍することを特徴とする炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（２）  前記充填材粉末が、少なくとも炭化珪素を含むことを特徴とする（１）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（３）  前記充填材粉末が平均粒径３ｍｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（４）  前記充填材粉末が炭化珪素、Ｓｉ２Ｃ、ＳｉＣ２、グラファイト、ＴａＣまたはＨｆＣの少なくとも１つを含むことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【００１４】
（５）  前記充填材粉末が炭化珪素系材料と固結防止材との混合物からなり、前記炭化珪素系材料の質量をＡ、前記固結防止材の質量をＢとしたときに、前記充填材粉末における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０超１．０未満の範囲とされていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（６）  前記炭化珪素系材料が、炭化珪素、Ｓｉ２ＣまたはＳｉＣ２の少なくとも１つであることを特徴とする（５）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（７）  前記固結防止材が、グラファイト、ＴａＣまたはＨｆＣの少なくとも１つであることを特徴とする（５）または（６）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（８）  前記炭化珪素単結晶材から離れるに従って、前記充填材粉末における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が大きくなるように、前記充填材粉末を充填することを特徴とする（５）〜（７）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【００１５】
（９）  前記充填材粉末における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が前記炭化珪素単結晶材の近接領域では０以上０．０８未満であり、前記近接領域以外の領域では０．０８以上１．０以下となるように、前記充填材粉末を充填することを特徴とする（５）〜（８）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（１０）  前記近接領域が前記炭化珪素単結晶材の表面から５ｍｍ未満となる領域であることを特徴とする（９）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（１１）  前記焼鈍用容器がグラファイトまたは炭化珪素からなることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（１２）  前記焼鈍用容器が炭化珪素またはＴａＣによって被覆されたグラファイトからなることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【００１６】
（１３）  前記炭化珪素単結晶材の焼鈍が抵抗加熱法または高周波誘導加熱法によって行われることを特徴とする（１）〜（１２）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（１４）  前記充填材粉末が前記炭化珪素系材料と前記固結防止材との混合物からなる場合、前記炭化珪素単結晶材を焼鈍する焼鈍温度を１０００℃以上２０００℃以下とすることを特徴とする（５）〜（１３）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（１５）  前記充填材粉末が前記炭化珪素のみからなる場合、前記炭化珪素単結晶材を焼鈍する焼鈍温度を１０００℃以上１５００℃以下とすることを特徴とする（４）、（１２）または（１３）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（１６）  前記炭化珪素単結晶材が前記焼鈍温度で焼鈍された後、前記焼鈍用容器の収容部に前記炭化珪素単結晶材全体を覆うように充填材粉末が充填された状態で、−５℃／分より遅い冷却速度で室温まで冷却されることを特徴とする（１４）または（１５）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【００１７】
（１７）  前記炭化珪素単結晶材の口径が３インチ以上の場合、前記冷却速度を−３℃／分以下より遅くすることを特徴とする（１５）または（１６）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（１８）  前記炭化珪素単結晶材が、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気下で焼鈍されることを特徴とする（１）〜（１７）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（１９）  前記不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気のガス圧力が６．５×１０４Ｐａ以上１×１０５Ｐａ以下であることを特徴とする（１８）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【００１８】
（２０）  前記不活性ガスまたは窒素ガスがアルゴン、ヘリウムまたは窒素の少なくとも１つを主成分とするガスであることを特徴とする（１９）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（２１）  前記充填材粉末にアルミニウム、ホウ素または重金属の少なくとも１つを有する不純物が含まれており、前記不純物の含有量が２．５質量％以下であることを特徴とする（１）〜（２０）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
（２２）  前記炭化珪素単結晶材が炭化珪素単結晶インゴットまたは炭化珪素単結晶ウェーハであることを特徴とする（１）〜（２１）のいずれかに記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法。
【００１９】
（２３）  （２２）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法によって焼鈍されたことを特徴とする炭化珪素単結晶ウェーハ。
（２４）  （２２）に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法によって焼鈍された炭化珪素単結晶インゴットに、切断、面取り、鏡面研磨またはＣＭＰのいずれか１以上の加工が施されて形成されたことを特徴とする炭化珪素単結晶ウェーハ。
（２５）  炭化珪素および／または金属窒化物からなる薄膜エピタキシャル層が形成されてなることを特徴とする（２３）または（２４）に記載の炭化珪素単結晶ウェーハ。
（２６）  （２５）に記載の炭化珪素単結晶ウェーハに金属膜および絶縁膜が形成されてなることを特徴とする炭化珪素半導体。
【発明の効果】
【００２０】
上記の構成によれば、昇華ガスによる欠陥およびクラックの発生を抑制する炭化珪素単結晶材の焼鈍方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
（実施形態１） 
図１は、本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法の一例を説明するための図であって、図１（ａ）は炭化珪素単結晶材を収容した焼鈍用容器の垂直断面図であり、図１（ｂ）は図１のＡ−Ａ’線における水平断面図である。
図１（ａ）に示すように、焼鈍用容器１６は、断熱材１４に覆われており、不活性ガスまたは窒素ガスが充填されたチャンバー１０の空洞部１２に配置されている。焼鈍用容器１６の収容部１９には、略円柱状の炭化珪素単結晶インゴット２２（炭化珪素単結晶材２０）が配置されており、炭化珪素単結晶材２０と焼鈍用容器１６との間には充填材粉末１８が充填されている。
図１（ｂ）に示すように、平面視円形状の炭化珪素単結晶材２０は、円筒状の焼鈍用容器１６の軸ｍと同軸状になるように配置されており、焼鈍用容器１６は取り囲むように断熱材１４に覆われている。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、炭化珪素単結晶材２０の側面２０ｃと焼鈍用容器１６の内壁面１６ｃとの距離ｋが等しくなるように、炭化珪素単結晶材２０は焼鈍用容器１６の内部に配置されている。また、図１（ａ）に示すように、炭化珪素単結晶材２０の上面２０ｅと焼鈍用容器１６の天井面１６ｅとの距離ｌと、炭化珪素単結晶材２０の下面２０ｄと焼鈍用容器１６の内底面１６ｄとの距離ｌとが等しくなるように、炭化珪素単結晶材２０は焼鈍用容器１６の内部に配置されている。なお、距離ｌは、距離ｋより長くされている。
【００２３】
＜炭化珪素単結晶材＞
炭化珪素単結晶材２０は、炭化珪素単結晶インゴット２２または炭化珪素単結晶ウェーハである。本実施形態では、炭化珪素単結晶材２０として炭化珪素単結晶インゴット２２を用いている。炭化珪素単結晶インゴット２２（炭化珪素単結晶材２０）は上面２０ｅの面積が下面２０ｄの面積より大きくされ、側面２０ｃがわずかに傾斜されている。
【００２４】
＜焼鈍用容器＞
焼鈍用容器１６は、本体部１６ａと蓋部１６ｂとからなる。本体部１６ａは、円筒形状であり、円柱状に掘り込まれて形成された収容部１９を備えている。
収容部１９は、炭化珪素単結晶材２０を収容する空間であり、炭化珪素単結晶材２０を焼鈍用容器１６の内壁面１６ｃ、内底面１６ｄ、天井面１６ｅから離間して配置できる大きさとされている。たとえば、高周波誘導加熱法で加熱する場合には、前記離間距離が少なくとも１０ｍｍ以上とすることが望ましい。これにより、焼鈍の際の輻射の影響を低減できる。
【００２５】
焼鈍用容器１６の形状は、対称性が高い形状とすることが好ましい。本実施形態のように、円筒状の焼鈍用容器１６を用いた場合には、略円柱状の炭化珪素単結晶材２０を同軸状になるように保持して、炭化珪素単結晶材２０の側面２０ｃが焼鈍用容器１６の内壁面１６ｃと等距離になるように配置することができる。これにより、焼鈍用容器１６の側面を均等に加熱することにより、内部の炭化珪素単結晶材２０を均等に加熱することができる。
【００２６】
焼鈍用容器１６は、グラファイト（黒鉛）または炭化珪素からなることが好ましく、グラファイト（黒鉛）を用いることがより好ましい。グラファイト（黒鉛）は、２０００℃近傍の高温でも耐えられ、価格が安く、取扱いおよび入手が容易であるためである。
また、焼鈍用容器１６の材料としてグラファイト（黒鉛）を用いた場合には、表面を炭化珪素またはＴａＣによって被覆することが好ましい。これにより、加熱の均一性を更に向上させることができる。
【００２７】
＜充填材粉末＞
充填材粉末１８は、平均粒径が３ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、焼鈍用容器１６の収容部１９に隙間なく充填材粉末を充填して、充填材粉末１８を炭化珪素単結晶材２０に密着させることができる。充填材粉末１８を炭化珪素単結晶材２０に密着させることにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等にかつ効率的に加熱することができる。
【００２８】
充填材粉末１８は、熱伝導性の材料であることが好ましい。充填材粉末１８がこのように熱伝導性の材料であれば、炭化珪素単結晶材２０を取り囲むように充填した充填材粉末１８を介して炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等にかつ効率的に加熱することができる。充填材粉末１８は、たとえば、熱伝導率が３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料であることが好ましい。
【００２９】
充填材粉末１８は、炭化珪素（ＳｉＣ）、Ｓｉ２Ｃ、ＳｉＣ２、グラファイト（黒鉛）、ＴａＣまたはＨｆＣの少なくとも１つを含むことが好ましい。これらの材料は高熱伝導性の材料であるので、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等にかつ効率的に加熱することができる。特に、入手の容易さおよび低価格であることから、炭化珪素または黒鉛を用いることがより好ましい。
【００３０】
炭化珪素、Ｓｉ２ＣまたはＳｉＣ２などのような炭化珪素系材料を充填材粉末１８として用いる場合には、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制し、昇華ガスによる欠陥の発生を抑制することができる。
たとえば、充填材粉末１８として炭化珪素を用いた場合には、炭化珪素単結晶材２０よりも炭化珪素の粉末の表面エネルギーが高いので、同一環境の元では、炭化珪素の粉末が炭化珪素単結晶材２０よりも先に昇華して、焼鈍用容器１６内に炭化珪素の蒸気圧を形成する。これにより、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制し、昇華ガスによる欠陥の発生を抑制することができる。
【００３１】
また、充填材粉末１８として、Ｓｉ２ＣまたはＳｉＣ２などの炭化珪素誘導体を用いた場合にも、炭化珪素を用いた場合と同様に、これらの材料から発生する蒸気圧が炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制する。これにより、炭化珪素単結晶材２０の昇華による欠陥の発生を抑制して、残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００３２】
しかし、炭化珪素、Ｓｉ２ＣまたはＳｉＣ２などのような炭化珪素系材料を充填材粉末１８として用いる場合には、１５００℃を超える焼鈍温度では、焼鈍対象である炭化珪素単結晶材２０と炭化珪素、Ｓｉ２ＣまたはＳｉＣ２などの炭化珪素誘導体の粉末との間で焼結反応が生じて、焼鈍処理後に炭化珪素単結晶材２０を取り出すことが困難になる場合が発生する。
【００３３】
充填材粉末１８として、グラファイト（黒鉛）、ＴａＣおよびＨｆＣを用いた場合には、これらの材料が焼鈍処理温度にて炭化珪素とほとんど反応しないので、前記焼結反応を回避することができる。
しかし、グラファイト（黒鉛）、ＴａＣおよびＨｆＣを充填材粉末１８として用いる場合には、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制することができず、残留応力を低減できず、クラックが発生する場合が生ずる。
【００３４】
前記炭化珪素系材料にグラファイト（黒鉛）、ＴａＣおよびＨｆＣの少なくとも１つからなる固結防止材を混合した混合物を充填材粉末１８として用いることがより好ましい。
炭化珪素系材料と固結防止材との混合物を充填材粉末１８として用いた場合には、充填材粉末１８が炭化珪素系材料を含有しているので、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制することができる。また、グラファイト（黒鉛）、ＴａＣおよびＨｆＣなどを固結防止材として用いていることとなるので、炭化珪素単結晶材２０と充填材粉末との焼結反応を回避することができ、炭化珪素単結晶材２０を容易に取り出すことができる。
炭化珪素系材料としては炭化珪素、固結防止材としては、グラファイト（黒鉛）を用いることがより好ましい。炭化珪素とグラファイト（黒鉛）のどちらも安価な材料であるので、製造コストを低減できる。
【００３５】
なお、充填材粉末１８が炭化珪素系材料と固結防止材との混合物からなる場合、炭化珪素系材料の質量をＡ、固結防止材の質量をＢとしたときに、充填材粉末１８における炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０超１．０未満の範囲とされていることが好ましい。これにより、炭化珪素単結晶材２０と炭化珪素系材料との間の焼結反応を抑制して、炭化珪素単結晶材２０を取り出しやすくすることができるとともに、焼鈍用容器１６内に十分な量の炭化珪素系材料を確保して蒸気圧を形成することにより、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制することができる。
なお、焼鈍温度によって炭化珪素系材料の蒸気圧は変化するため、適切な炭化珪素系材料の蒸気圧が得られるように、混合物に含有させる炭化珪素系材料の量を調整することが望ましい。
【００３６】
充填材粉末１８には、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、重金属のいずれかを一以上含有する不純物が含まれていてもよいが、前記不純物の含有量は、２．５質量％以下とすることが望ましい。アルミニウム、ホウ素、重金属は炭化珪素単結晶材２０と反応してその電気特性を低下させて、炭化珪素単結晶材２０の品質を劣化させる。前記不純物の含有量を２．５質量％以下とすれば、前記品質劣化を許容範囲内とすることができる。
【００３７】
＜チャンバー＞
チャンバー１０は真空ポンプ（図示略）が接続されており、空気を排気することにより、空洞部１２内を減圧することができるとともに、ガス管（図示略）が接続され、任意のガスを空洞部１２内に供給することができる構成とされている。真空ポンプとしては、たとえば、ターボ分子ポンプなどを用いることができる。
【００３８】
チャンバー１０の空洞部１２内には、焼鈍用容器１６を取り囲むように高周波加熱コイル（図示略）が配置されており、これに電流を流すことにより高周波を発生させて、焼鈍用容器１６を加熱することができる構成とされている。
なお、焼鈍用容器１６の加熱方法は、本実施形態の高周波誘導加熱法に限定されるわけではなく、黒鉛ヒーターを抵抗加熱方式のコイルとして用いて抵抗加熱法を用いることもできる。
【００３９】
＜断熱材＞
断熱材１４は、焼鈍用容器１６の高温状態を安定的に維持するためのものであり、例えば、炭素繊維製の材料を用いることができる。焼鈍用容器１６を安定的に高温状態に維持することができる場合には、断熱材１４は取り付けなくてもよい。
【００４０】
断熱材１４には、孔部（図示略）が設けられている。放射温度計（図示略）がチャンバー１０の外部に配置されており、チャンバー１０の窓部（図示略）を介して、孔部から露出される焼鈍用容器１６の外表面の表面温度を測定できるようにされている。なお、焼鈍用容器１６の表面温度は、前記孔部に熱電対を差し込んで表面に熱電対の先端が触れるように配置して測定してもよい。焼鈍用容器１６の表面温度から、焼鈍用容器１６の内部に配置された炭化珪素単結晶材の温度（焼鈍温度）を推定する。
【００４１】
次に、本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法の一例を、図１を用いて説明する。本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填工程と、焼鈍工程と、を有する。
【００４２】
＜充填工程＞
まず、公知の洗浄工程により、略円柱状の炭化珪素単結晶インゴット２２（炭化珪素単結晶材２０）の表面の不純物ゴミなどの付帯物質を除去する。
次に、焼鈍用容器１６の本体部１６ａの収容部１９の内底面１６ｄ側に収容部１９の深さの半分程度になるように炭化珪素粉末からなる充填材粉末１８を充填する。次に、この充填材粉末１８の上に炭化珪素単結晶材２０を同軸状になるように配置する。
次に、炭化珪素単結晶材２０の周囲を取り囲むように、充填材粉末１８を充填した後、炭化珪素単結晶材２０上に収容部１９の開口側まで充填材粉末１８を充填して、蓋１６ｂをする。
なお、充填材粉末１８は、炭化珪素単結晶材２０と焼鈍用容器１６との間に隙間なく充填することが好ましい。これにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に加熱することができる。
【００４３】
＜焼鈍工程＞
次に、焼鈍用容器１６を断熱材１４で覆い包んだ後、これをチャンバー１０内に配置する。次に、チャンバー１０の空洞部１２内の空気を排気して、たとえば、４×１０−３Ｐａ以下の減圧状態とした後、高純度のアルゴン（Ａｒ）ガスなどの不活性ガスまたは窒素ガス１２を導入して９．３×１０４Ｐａ程度のガス圧として、チャンバー１０の空洞部１２内を不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気とする。
【００４４】
不活性ガスまたは窒素ガスは、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスまたは窒素（Ｎ２）ガスが好ましい。これらのガスは、炭化珪素と特別な反応を起こさず、また、冷却材として使用することができ、焼鈍後の冷却を効率的に行うことができる。また、これらのガスを適宜混合して使用することにより、チャンバー１０の空洞部１２内を理想的な温度分布となるように調整することができる。
【００４５】
不活性ガスまたは窒素ガスのガス圧力としては、常圧（大気圧）近傍とすることが好ましく、６．５×１０４Ｐａ以上１×１０５Ｐａ以下とすることが好ましい。ガス圧力をこの範囲とすることにより、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制することができるとともに、チャンバー１０を耐圧構造とする必要がなく、製造コストを下げることができる。
ガス圧力を６．５×１０４Ｐａよりも小さくした場合には、炭化珪素単結晶材２０の表面から昇華が起こりやすくなるので好ましくない。逆に、ガス圧力を１×１０５Ｐａよりも大きくした場合には、チャンバー１０を耐圧構造とする必要が生じるので、チャンバー１０の製造コストが高価となり好ましくない。
【００４６】
チャンバー１０の空洞部１２内を不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気としてガス圧を一定に保持した状態で、高周波加熱コイルにより焼鈍用容器１６を加熱して、炭化珪素単結晶材２０を所定の焼鈍温度とする。この状態で焼鈍用容器１６を一定時間保持することにより、炭化珪素単結晶材２０の焼鈍（アニール）を行う。
【００４７】
充填材粉末１８が炭化珪素系材料と固結防止材との混合物からなる場合、炭化珪素単結晶材２０を焼鈍する焼鈍温度を１０００℃以上２０００℃以下とすることが望ましい。前記焼鈍温度が高温であるほど焼鈍の処理時間を短縮することができるが、前記焼鈍温度を２０００℃超とした場合には、炭化珪素単結晶材２０の蒸気圧が高まり、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制できなくなり、これに付随する欠陥生成が避け難くなるので好ましくない。また、前記焼鈍温度が１０００℃未満では、焼鈍に時間がかかりすぎることとなり、好ましくない。
【００４８】
なお、充填材粉末１８が炭化珪素のみからなる場合、炭化珪素単結晶材２０を焼鈍する焼鈍温度を１０００℃以上１５００℃以下とすることが望ましい。前記焼鈍温度を２０００℃超とした場合には、炭化珪素単結晶材２０と充填材粉末１８との間で焼結反応が生じる場合があるので好ましくない。
【００４９】
前記焼鈍は、焼鈍用容器２６の輻射により行われるのではなく、充填材粉末１８を介して熱伝導により行われる。その結果、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に徐々に加熱することができ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部との間の温度差（温度勾配）を極力小さくするように加熱することができる。
【００５０】
焼鈍用容器１６の側面１６ｆの表面温度が均一になるように加熱することにより、炭化珪素単結晶材２０を側面２０ｃ側から均等に加熱することができる。
また、焼鈍用容器１６の上面１６ｈと下面１６ｇの表面温度が均一になるように加熱することにより、炭化珪素単結晶材２０の上面２０ｅ側と下面２０ｄ側から均等に加熱することができる。
さらに、焼鈍用容器１６の上面１６ｈと下面１６ｇの表面温度を、焼鈍用容器１６の側面１６ｆの表面温度より高くなるように温度調整することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に加熱することができる。
【００５１】
なお、たとえば、高周波加熱コイルの位置、巻き方および巻き数などを調節することにより、焼鈍用容器１６の上面１６ｈと下面１６ｇの表面温度を、焼鈍用容器１６の側面１６ｆの表面温度より高くなるように温度勾配をつけることができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の口径が大きい場合でも、より精密に温度制御を行って適切に温度勾配をつけるように加熱することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に加熱することができる。
また、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に加熱することにより、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度勾配も小さくすることができる。
【００５２】
前記焼鈍（アニール）後、焼鈍用容器１６の温度を徐々に降温して室温とする。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を抑制することができる。
炭化珪素単結晶材２０の大きさに係らず、少なくとも−５℃／分の冷却速度またはそれよりも遅くした冷却速度で室温まで冷却することが好ましい。冷却速度が−５℃／分よりも速い冷却速度で冷却した場合には、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部との間で温度のバラツキが発生し、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を抑制することができない。
【００５３】
炭化珪素単結晶材２０の口径が大きいほど、前記冷却速度を遅くすることが好ましい。炭化珪素単結晶材２０の口径が大きい場合に冷却速度を速くした場合には、炭化珪素単結晶材２０の各部分ごとに温度のバラツキが発生して、残留応力を発生させる場合がある。
具体的には、炭化珪素単結晶材２０の口径が直径３インチ以上の場合には、−３℃／分より遅くした冷却速度とすることが好ましい。これにより、炭化珪素単結晶材２０の部分ごとの温度のバラツキを抑制して、残留応力を抑制することができる。
【００５４】
以上のようにして焼鈍を行った炭化珪素単結晶インゴット２２（炭化珪素単結晶材２０）は残留応力が抑制されているので、切断などの工程を行っても割れる確率が小さく、また潜在的なクラックを発生させないで高品質の炭化珪素単結晶ウェーハを形成することができる。
なお、炭化珪素単結晶材２０として、略円柱状の炭化珪素単結晶インゴット２２を用いた例で説明したが、炭化珪素単結晶ウェーハ（炭化珪素単結晶材２０）に対して本実施形態で示した焼鈍を行っても良い。
【００５５】
また、本実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法を用いて焼鈍を行って形成した炭化珪素単結晶ウェーハ（炭化珪素単結晶材２０）上に、炭化珪素および／または金属窒化物をエピタキシャル成長させて薄膜エピタキシャル層を形成することにより、昇華ガスによる欠陥およびクラックの発生を抑制した炭化珪素単結晶ウェーハを作製することができる。
さらに、前記炭化珪素単結晶ウェーハを基板として用いて金属膜および絶縁膜を形成することにより、昇華ガスによる欠陥およびクラックの発生を抑制した炭化珪素半導体（デバイス）を作製することができる。
【００５６】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、焼鈍用容器１６の収容部１９に、焼鈍用容器１６から離間するように炭化珪素単結晶材２０を配置し、焼鈍用容器１６と炭化珪素単結晶材２０との間に炭化珪素単結晶材２０全体を覆うように熱伝導性の充填材粉末１８を充填した後、焼鈍用容器１６を外部から加熱して、炭化珪素単結晶材２０を焼鈍する構成なので、充填材粉末１８を介して熱伝導を有効に利用して焼鈍（アニール）することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００５７】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填材粉末１８が、少なくとも炭化珪素を含む構成なので、前記炭化珪素から昇華ガスを発生させることにより、焼鈍処理した炭化珪素単結晶材２０に昇華ガスによる欠陥を生成させることなく、効果的な応力緩和により加工時のクラック発生率を大幅に低減することができる。
【００５８】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填材粉末１８が平均粒径３ｍｍ以下である構成なので、充填材粉末１８を介して熱伝導を有効に利用して焼鈍（アニール）することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００５９】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填材粉末１８が炭化珪素、Ｓｉ２Ｃ、ＳｉＣ２、グラファイト、ＴａＣまたはＨｆＣの少なくとも１つを含む構成なので、充填材粉末１８を介して熱伝導を有効に利用して焼鈍（アニール）することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６０】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填材粉末１８が炭化珪素系材料と固結防止材との混合物からなり、前記炭化珪素系材料の質量をＡ、前記固結防止材の質量をＢとしたときに、充填材粉末１８における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０超１．０未満の範囲とされている構成なので、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制するとともに、焼結反応を抑制して、炭化珪素単結晶材２０を取り出しやすくすることができる。また、熱伝導を有効に利用して炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６１】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、前記炭化珪素系材料が、炭化珪素、Ｓｉ２ＣまたはＳｉＣ２の少なくとも１つである構成なので、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制することができる。また、熱伝導を有効に利用して炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６２】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、前記固結防止材が、グラファイト（黒鉛）、ＴａＣまたはＨｆＣの少なくとも１つである構成なので、炭化珪素単結晶材２０と充填材粉末１８と間の焼結反応を抑制して、炭化珪素単結晶材２０を取り出しやすくすることができる。また、熱伝導を有効に利用して炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６３】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、焼鈍用容器１６がグラファイトまたは炭化珪素からなる構成なので、熱伝導を有効に利用して焼鈍（アニール）することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６４】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、前記焼鈍用容器が炭化珪素またはＴａＣによって被覆されたグラファイトからなる構成なので、熱伝導を有効に利用して焼鈍（アニール）することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６５】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、炭化珪素単結晶材２０の焼鈍が抵抗加熱法または高周波誘導加熱法によって行われる構成なので、熱伝導を有効に利用して焼鈍（アニール）することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６６】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填材粉末１８が炭化珪素系材料と前記固結防止材との混合物からなる場合、炭化珪素単結晶材２０を焼鈍する焼鈍温度を１０００℃以上２０００℃以下とする構成なので、炭化珪素単結晶材２０と充填材粉末１８とを焼結させず、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６７】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填材粉末１８が炭化珪素のみからなる場合、炭化珪素単結晶材２０を焼鈍する焼鈍温度を１０００℃以上１５００℃以下とする構成なので、炭化珪素単結晶材２０と充填材粉末１８とを焼結させず、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００６８】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、炭化珪素単結晶材２０が前記焼鈍温度で焼鈍された後、前記焼鈍用容器の収容部に前記炭化珪素単結晶材全体を覆うように充填材粉末が充填された状態で、−５℃／分より遅い冷却速度で室温まで冷却される構成なので、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減しながら、冷却することができる。これにより、クラックを生じないようにすることができる。
【００６９】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、炭化珪素単結晶材２０の口径が３インチ以上の場合、前記冷却速度を−３℃／分より遅くする構成なので、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減しながら、冷却することができる。これにより、クラックを生じないようにすることができる。
【００７０】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気下で焼鈍される構成なので、ガスの成分を炭化珪素と特別な反応を起こさせることなく炭化珪素単結晶材２０を焼鈍することができるとともに、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減しながら、冷却することができる。これにより、クラックを生じないようにすることができる。
【００７１】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気のガス圧力が６．５×１０４Ｐａ以上１×１０５Ｐａ以下である構成なので、ガスの成分を炭化珪素と特別な反応を起こさせることなく炭化珪素単結晶材２０を焼鈍することができるとともに、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減しながら、冷却することができる。これにより、クラックを生じないようにすることができる。
【００７２】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、不活性ガスまたは窒素ガスがアルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも１つを主成分とするガスである構成なので、ガスの成分を炭化珪素と特別な反応を起こさせることなく炭化珪素単結晶材２０を焼鈍することができるとともに、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減しながら、冷却することができる。これにより、クラックを生じないようにすることができる。
【００７３】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填材粉末１８にＡｌ（アルミニウム）、Ｂ（ホウ素）または重金属の少なくとも１つを有する不純物が含まれており、前記不純物の含有量が２．５質量％以下である構成なので、充填材粉末１８を介して熱伝導を有効に利用して焼鈍（アニール）することにより、炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００７４】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、炭化珪素単結晶材２０が炭化珪素単結晶インゴット２２または炭化珪素単結晶ウェーハである構成なので、熱伝導を有効に利用して炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００７５】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶ウェーハは、先に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法によって焼鈍される構成なので、残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００７６】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶ウェーハは、先に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法によって焼鈍されて残留応力が低減された炭化珪素単結晶インゴット２２に、切断、面取り、鏡面研磨、ＣＭＰのいずれか１以上の加工が施されて形成される構成なので、製造工程の途中でクラックが生じないように製造することができ、製造効率を向上させることができる。
【００７７】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶ウェーハは、先に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法によって焼鈍されて残留応力が低減された炭化珪素単結晶ウェーハからなる基板上に炭化珪素および／または金属窒化物からなる薄膜エピタキシャル層が形成されてなる構成なので、製造工程の途中でクラックが生じないように製造することができ、製造効率を向上させることができる。
【００７８】
本発明の実施形態である炭化珪素半導体は、先に記載の炭化珪素単結晶材の焼鈍方法によって焼鈍されて残留応力が低減された炭化珪素単結晶ウェーハからなる基板上に金属膜および絶縁膜が形成されてなる構成なので、製造工程の途中でクラックが生じないように製造することができ、製造効率を向上させることができる。
【００７９】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法の別の一例を説明するための図であって、炭化珪素単結晶材を収容した焼鈍用容器の垂直断面図である。
実施形態２は、充填材粉末１８として炭化珪素とグラファイト（黒鉛）とからなる混合物を用いたことを除いては、実施形態１と同様の構成とされている。なお、実施形態１で示された部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
【００８０】
図２に示すように、焼鈍用容器１６の収容部１９には、略中心部に略円柱状の炭化珪素単結晶インゴット２２（炭化珪素単結晶材２０）が配置されており、炭化珪素単結晶材２０と焼鈍用容器１６との間には充填材粉末１８が充填されている。
図２に示すように、平面視円形状の炭化珪素単結晶材２０は、円筒状の焼鈍用容器１６の軸ｍと同軸状になるように配置されている。
【００８１】
充填材粉末１８が充填された領域において、炭化珪素単結晶材２０の表面から５ｍｍの距離にある位置が点線で示されており、点線で囲まれた領域を近接領域２８、近接領域以外の領域が周辺領域２９とされている。なお、近接領域２８には充填材粉末１８ｂが充填され、周辺領域２９には充填材粉末１８ａが充填されている。
【００８２】
近接領域２８の充填材粉末１８ｂは、炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０以上０．０８未満となるようにされている。このように炭化珪素単結晶材２０の近傍で炭化珪素系材料の割合を減らすように充填することにより、炭化珪素単結晶材２０と炭化珪素系材料との間の焼結反応を抑制することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０を取り出しやすくすることができる。
近接領域２８の炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）を０．０８以上とした場合には、炭化珪素単結晶材２０と接する炭化珪素系材料の割合が高くなり、炭化珪素単結晶材２０と炭化珪素系材料とが焼結するおそれが発生する。
【００８３】
周辺領域２９の充填材粉末１８ａは炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０．０８以上１．０以下となるようにされている。このように炭化珪素単結晶材２０から離れた位置で炭化珪素系材料の割合を増やすように充填することにより、焼鈍用容器１６内に十分な量の炭化珪素系材料を確保して蒸気圧を発生させて炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制することができる。
周辺領域２９の炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）を０．０８未満とした場合には、充填材粉末１８に含まれる炭化珪素系材料の量が少なく、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制するのに必要な蒸気圧を形成することができない。そのため、炭化珪素単結晶材２０から昇華ガスが発生して欠陥が形成される場合が生ずる。
【００８４】
近接領域２８と周辺領域２９で充填材粉末１８の炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）を変えて充填する方法は次のとおりである。ここで、炭化珪素系材料と炭化珪素粉末、固結防止材としてグラファイト（黒鉛）粉末を用い、近接領域２８の炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）を０、周辺領域２９の炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が１となる場合を用いて説明する。
まず、焼鈍用容器１６の内底部側に、第１層として炭化珪素粉末を充填する。次に、円筒形の仕切りを中央において、前記円筒形の仕切りの内側に５ｍｍの深さとなるようにグラファイト（黒鉛）粉末を充填し、外側に炭化珪素粉末を充填して第２層を形成する。次に、黒鉛（グラファイト）粉末上に中央に炭化珪素単結晶材２０を配置した後、前記円筒形のしきりの内側にグラファイト（黒鉛）粉末を充填し、外側に炭化珪素粉末を充填して第３層を形成する。これにより、炭化珪素単結晶材２０がグラファイト（黒鉛）粉末に埋まる。円筒形の仕切りを取り除いた後、最後に、第４層として炭化珪素粉末を充填する。
【００８５】
これにより、炭化珪素単結晶材２０に接する近接領域２８はグラファイト（黒鉛）粉末のみで構成することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０と炭化珪素粉末と間の焼結反応を抑制することができる。炭化珪素単結晶材２０を取り出しやすくすることができる。
また、焼鈍用容器１６の内壁面１６ｃと接触する周辺領域は炭化珪素粉末のみで構成することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制する炭化珪素の蒸気圧を形成することができる。
さらに、炭化珪素粉末とグラファイト（黒鉛）粉末はどちらも安価な材料であるので、製造コストを低減できる。
【００８６】
なお、本実施形態では近接領域と周辺領域の２つの領域に分割して、各領域の充填材粉末の炭化珪素比率を変えて充填する構成としたが、たとえば、口径の大きさが異なる２つの円筒形の仕切りを用いて、近接領域と周辺領域の間に中間領域を設けて、炭化珪素単結晶材から離れるに従って、段階的に炭化珪素の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が大きくなるように、充填材粉末１８を充填してもよい。
【００８７】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、炭化珪素単結晶材２０から離れるに従って、充填材粉末１８における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が大きくなるように、充填材粉末１８を充填する構成なので、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制するとともに、焼結反応を抑制して、炭化珪素単結晶材２０を取り出し易くすることができる。また、熱伝導を有効に利用して炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００８８】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、充填材粉末１８における前記炭化珪素系材料の質量比率Ａ／（Ａ＋Ｂ）が炭化珪素単結晶材２０の近接領域２８では０以上０．０８未満であり、近接領域以外の領域２９では０．０８以上１．０以下となるように充填材粉末１８を充填する構成なので、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制するとともに、焼結反応を抑制して、炭化珪素単結晶材２０を取り出し易くすることができる。また、熱伝導を有効に利用して炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
【００８９】
本発明の実施形態である炭化珪素単結晶材の焼鈍方法は、近接領域２８が炭化珪素単結晶材２０の表面から５ｍｍ未満となる領域である構成なので、炭化珪素単結晶材２０からの昇華ガスの発生を抑制するとともに、焼結反応を抑制して、炭化珪素単結晶材２０を取り出しやすくすることができる。また、熱伝導を有効に利用して炭化珪素単結晶材２０を全方向から均等に、かつ、炭化珪素単結晶材２０の表面と内部の間の温度差（温度勾配）を極力小さくして、加熱することができる。これにより、炭化珪素単結晶材２０の残留応力を低減し、クラックを生じないようにすることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例】
【００９０】
（実施例１）
炭化珪素単結晶材として所定の単結晶育成工程で得られた口径３インチの炭化珪素単結晶インゴットを用い、図１に示したグラファイトからなる焼鈍用容器の内部に平均粒径０．２ｍｍの炭化珪素粉末からなる充填材粉末とともに配置した。これを炭素繊維製の断熱材で覆った後、チャンバーの内部の高周波加熱コイルの間に配置した。また、断熱材に孔部を設け、前記孔部から焼鈍用容器の表面温度が測定できるように、表面温度測定計を配置した。
【００９１】
次に、チャンバーの内部を減圧状態とした後、Ａｒガスを導入した。Ａｒガスのガス圧を９．３×１０４Ｐａとした状態で、高周波加熱コイルにより、焼鈍用容器を加熱して、炭化珪素単結晶インゴットの温度（焼鈍温度）を１５００℃とした。この状態で、５０時間保持して、焼鈍を行った。その後、冷却速度を−３℃／分として室温まで冷却した。
【００９２】
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（実施例１サンプル）を取り出した。炭化珪素単結晶インゴットと充填材粉末との間で焼結はなかった。また、クラックの発生はほとんどなく、クラック発生率は１０％であった。後述する比較例１の焼鈍しない場合に比べて、大幅な改善効果があった。なお、単結晶インゴットをアニールした場合のクラック発生率は、同一条件で１０個のインゴットを作製したときに、クラックが発生したインゴット数から算出した。
また、炭化珪素単結晶インゴットは、表面が粗くなることはなく、成長直後と同様の光沢を保ち、欠陥の発生はなかった。さらに、不純物濃度をＥＳＣＡで測定したが、２．５質量％以下であった。
【００９３】
次に、円筒加工（平面研削含む）、インゴット切断、面取り（ベベリング）、研磨（ＣＭＰ含む）からなる所定の工程で炭化珪素単結晶ウェーハの形成を行った。この工程を行っても、クラックの発生はほとんどなかった。
さらに、炭化珪素および／または金属窒化物からなる薄膜エピタキシャル層を所定の工程で成膜して炭化珪素半導体（デバイス）の作製を行った。この工程を行っても、クラックの発生はほとんどなかった。
【００９４】
（実施例２）
焼鈍温度を１０００℃とし、保持時間を１００時間とした他は実施例１と同様にして、焼鈍を行った。
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（実施例２サンプル）を取り出した。焼結はなかった。また、クラックの発生はほとんどなく、クラック発生率は１０％であった。さらに、欠陥の発生もなかった。
次に、所定の工程で炭化珪素単結晶ウェーハの形成を行った。この工程を行ったところ、クラック（割れ）の発生はほとんどなかった。
さらに、所定の工程で炭化珪素半導体（デバイス）の作製を行った。この工程を行ったところ、クラックの発生はほとんどなかった。
【００９５】
（実施例３）
充填材粉末として黒鉛粉末を用い、焼鈍温度を１５００℃、処理時間を５０時間としたほかは実施例１と同様にして焼鈍を行った。
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（実施例３サンプル）を取り出した。焼結はなく、また、クラックの発生はほとんどなく、クラック発生率は１０％であった。欠陥の発生はなかった。
次に、所定の工程で炭化珪素単結晶ウェーハの形成を行った。この工程を行っても、クラックの発生はほとんどなかった。
さらに、所定の工程で炭化珪素半導体（デバイス）の作製を行った。この工程を行っても、クラックの発生はほとんどなかった。
【００９６】
（実施例４）
炭化珪素の質量比率が０．５の炭化珪素粉末とグラファイト（黒鉛）粉末からなる混合物を用い、焼鈍用容器の内部に均一に充填して、焼鈍温度を１５００℃、処理時間を５０時間としたほかは実施例１と同様にして焼鈍を行った。
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（実施例４サンプル）を取り出した。焼結はなく、また、クラックの発生はほとんどなく、クラック発生率は１０％であった。欠陥の発生はなかった。
次に、所定の工程で炭化珪素単結晶ウェーハの形成を行った。この工程を行っても、クラックの発生はほとんどなかった。
さらに、所定の工程で炭化珪素半導体（デバイス）の作製を行った。この工程を行っても、クラックの発生はほとんどなかった。
【００９７】
（実施例５）
充填材粉末として炭化珪素粉末とグラファイト（黒鉛）粉末からなる混合物を用い、炭化珪素単結晶インゴットの近接領域でグラファイト（黒鉛）の質量比率を高め、その周辺領域で炭化珪素の質量比率を高めるように充填して、焼鈍温度を２０００℃、焼鈍の処理時間を２０時間としたほかは実施例１と同様にして焼鈍を行った。
【００９８】
前記充填材粉末の充填は、具体的には、次のようにして行った。まず、焼鈍用容器の内底部側に、第１層として炭化珪素粉末を充填した。次に、円筒形の仕切りを中央において、前記円筒形の仕切りの内側に５ｍｍの深さとなるようにグラファイト（黒鉛）粉末を充填し、外側に炭化珪素粉末を充填して第２層を形成した。次に、黒鉛（グラファイト）粉末上に中央に炭化珪素単結晶材を配置した後、前記円筒形のしきりの内側にグラファイト（黒鉛）粉末を充填し、外側に炭化珪素粉末を充填して第３層を形成した。これにより、炭化珪素単結晶材がグラファイト（黒鉛）粉末に埋まった。円筒形の仕切りを取り除いた後、最後に、第４層として炭化珪素粉末を充填した。
【００９９】
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（実施例５サンプル）を取り出した。焼結はなく、また、クラックの発生はほとんどなく、クラック発生率は１０％であった。欠陥の発生はなかった。
次に、所定の工程で炭化珪素単結晶ウェーハの形成を行った。この工程を行っても、クラックの発生はほとんどなかった。
さらに、所定の工程で炭化珪素半導体（デバイス）の作製を行った。この工程を行っても、クラックの発生はほとんどなかった。
【０１００】
（比較例１）
充填材粉末を充填しない他は実施例１と同様にして、焼鈍を行った。
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（比較例１サンプル）を取り出した。焼結はなかった。しかし、クラックの発生が多く見られ、クラック発生率は９０％であった。
【０１０１】
次に、所定の工程で炭化珪素単結晶ウェーハの形成を行った。この工程を行ったところ、クラック（割れ）の発生が多く見られ、クラック発生率は９０％であった。
さらに、所定の工程で炭化珪素半導体（デバイス）の作製を行った。この工程を行ったところ、ほとんどクラック（割れ）が生じた。
【０１０２】
（比較例２）
焼鈍温度を１８００℃とした他は実施例１と同様にして、焼鈍を行った。
焼鈍した炭化珪素単結晶インゴットを取り出そうとしたが、炭化珪素粉末が焼結により結合し、炭化珪素単結晶インゴットを取り出すことができなかった。
【０１０３】
（比較例３）
焼鈍温度を１０００℃とし、保持時間を５０時間とした他は実施例１と同様にして、焼鈍を行った。
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（比較例３サンプル）を取り出した。焼結はなかった。しかし、クラックの発生が多く見られ、クラック発生率は９０％であった。欠陥の発生はなかった。
次に、所定の工程で炭化珪素単結晶ウェーハの形成を行った。この工程を行ったところ、クラック（割れ）の発生が多く見られた。
さらに、所定の工程で炭化珪素半導体（デバイス）の作製を行った。この工程を行ったところ、クラックの発生が多く見られた。
【０１０４】
（比較例４）
充填材粉末として黒鉛粉末を用い、焼鈍温度を１８００℃、処理時間を５０時間としたほかは実施例１と同様にして焼鈍を行った。
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（比較例４サンプル）を取り出した。焼結はなく、また、クラックの発生はほとんどなく、クラック発生率は１０％であった。しかし、炭化珪素単結晶インゴットの表面が粗くなるとともに、表面が粗くなった部分の内部に多数の欠陥が生じていた。
【０１０５】
（比較例５）
冷却速度を−６℃／分としたほかは実施例５と同様にして焼鈍を行った。
冷却後、焼鈍した炭化珪素単結晶インゴット（比較例５サンプル）を取り出した。焼結はなかった。しかし、クラックの発生が多く見られ、クラック発生率は９０％であった。欠陥の発生はなかった。
次に、所定の工程で炭化珪素単結晶ウェーハの形成を行った。この工程を行ったところ、クラック（割れ）の発生が多く見られた。
さらに、所定の工程で、炭化珪素半導体（デバイス）の作製を行った。この工程を行ったところ、クラックの発生が多く見られた。
以上の条件と結果について表１にまとめた。
【０１０６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、炭化珪素単結晶材の焼鈍方法、炭化珪素単結晶ウェーハおよび炭化珪素半導体に関するものであって、炭化珪素半導体（デバイス）の量産実用化にコスト的・品質的に大きく寄与すると期待されるので、大電力パワーデバイス、耐高温素子材料、耐放射線素子材料、高周波素子材料等に使用可能な高品質な炭化珪素単結晶材を製造・利用する産業において利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の炭化珪素単結晶材の焼鈍用装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の炭化珪素単結晶材の焼鈍用容器に充填する充填材粉末の充填方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…チャンバー、１２…空洞部、１４…断熱材、１６…焼鈍用容器、１６ａ…本体部、１６ｂ…蓋、１６ｃ…内壁面、１６ｄ…内底面、１６ｅ…天井面、１６ｆ…外壁面、１６ｇ…下面、１６ｈ…上面、１８、１８ａ、１８ｂ…充填材粉末、１９…収容部、２０…炭化珪素単結晶材、２０ｃ…側面、２０ｄ…下面、２０ｅ…上面、２２…炭化珪素単結晶インゴット、２８…近接領域、２９…周辺領域。
【図１】
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【図２】
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