(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面を備えたストライプの凸断面を有し、前記ストライプの上に炭化珪素層を新たに成長させた際に、ｃ軸方向に貫通する転位をストライプの部位でｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、ストライプ上の成長面をｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とし、
目印となるアライメントマークを基に、ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位を特定する
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記ストライプは間隔をあけて複数配され、複数の前記ストライプの間には間隔部が介在している
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記ストライプの上に炭化珪素層を新たに成長させることで、間隔部の部位の上に基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面を備えた第２ストライプの凸断面を形成し、
前記第２ストライプ上の成長面をｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とする
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記第２ストライプの前記傾斜角は、前記ストライプの前記傾斜角よりも小さい角度に設定されている
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項３もしくは請求項４に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記第２ストライプは間隔をあけて複数配され、複数の前記第２ストライプの間には第２間隔部が介在している
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記ストライプの上に炭化珪素層を新たに成長させることで、基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる一対の凹傾斜面及び溝間隔部を備えた溝凹部を形成し、
凹傾斜面上の成長面をｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とする
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項７】
基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面を備えた溝ストライプの凹断面を有し、前記溝ストライプは間隔をあけて複数配され、複数の前記溝ストライプの間には溝間隔部が介在し、
前記ストライプの上に炭化珪素層を新たに成長させることで、基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面を備えた第２ストライプの凸断面を前記溝間隔部に対応して形成し、前記第２ストライプは間隔をあけて複数配され、複数の前記第２ストライプの間には前記溝ストライプに対応して第２間隔部が介在し、
前記第２ストライプ上の成長面をｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とする
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
目印となるアライメントマークを基に、ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位を特定する
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項９】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記間隔部の目印となる間隔アライメントマークを基に、前記間隔部の部位を特定する
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項１０】
請求項６もしくは請求項７に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
前記溝間隔部の目印となる溝間隔アライメントマークを基に、前記溝間隔部の部位を特定する
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、
結晶成長主面が、前記基底面（０００１）より１０°以下の傾斜角を有している
ことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素単結晶を製造する炭化珪素単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、炭化珪素単結晶ウエハ、炭化珪素単結晶ウエハを用いて炭化珪素半導体素子を製造する炭化珪素半導体素子の製造方法ならびに炭化珪素半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００３】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、Ｓｉと比べてバンドギャップが約３倍、飽和ドリフト速度が約２倍、絶縁破壊電界強度が約１０倍と優れた物性値を有し、大きな熱伝導率を有する半導体であることから、現在用いられているＳｉ単結晶半導体の性能を大きく凌駕する次世代の高電圧・低損失半導体素子を実現する材料として期待されている。
【０００４】
現在、市販化されている炭化珪素単結晶を製造する方法にはいくつかの方法があるが、主として昇華法を用いる場合が多い。
【０００５】
昇華法では通常、坩堝内に原料の炭化珪素粉末を入れると共に、坩堝の内側上面に炭化珪素粉末と対面する形で炭化珪素種結晶を設置する。このとき、坩堝を２２００℃〜２４００℃程度まで加熱することで、炭化珪素粉末を昇華させる。昇華した炭化珪素粉末は、対面する炭化珪素種結晶上で再結晶化され、種結晶上に新たな炭化珪素単結晶が成長される。
【０００６】
炭化珪素単結晶を製造する方法としては、ほかに、原料としてＳｉＨ４等のＳｉを含んだガスと、Ｃ３Ｈ８またはＣ２Ｈ２等のＣを含んだガスとを用いて、昇華法と同様に種結晶上に新たな炭化珪素単結晶を得るいわゆるＨＴＣＶＤ法と呼ばれる製造方法も報告されている。
【０００７】
上記のような方法によって、炭化珪素単結晶が円柱形のバルク状の単結晶として得られた後に、これを通常３００μｍ〜４００μｍ程度の厚さにスライスすることにより、炭化珪素単結晶基板が製造される。この炭化珪素単結晶基板を用いて半導体素子を製造する場合には、その半導体素子の耐電圧等の要求仕様に基づいた所要の膜厚及びキャリヤ濃度を有する単結晶層を、基板表面からエピタキシャル成長させることにより製造する場合が多い。
【０００８】
炭化珪素単結晶基板は、以上のような方法で製造されているが、通常の圧力では液相を持たず、また、昇華温度が極めて高いこと等から、転位や積層欠陥等の結晶欠陥を含まないような高品質の結晶成長を行うことが困難である。このため、炭化珪素単結晶については、Ｓｉ単結晶成長で商用化されているような、転位を有さずかつ大きな口径を有する単結晶の製造技術が実現されていない。
【０００９】
現在市販されている炭化珪素単結晶基板には、１０２ｃｍ−２〜１０３ｃｍ−２程度のｃ軸方向に伝播する貫通らせん転位、１０２ｃｍ−２〜１０４ｃｍ−２程度のｃ軸方向に伝播する貫通刃状転位、１０２ｃｍ−２〜１０４ｃｍ−２程度のｃ軸と垂直方向に伝播する転位（基底面転位）が存在している。これらの転位密度は、その基板の品質によって大きく異なる。
【００１０】
また、炭化珪素単結晶基板に内在しているこれらの転位は、基板上にエピタキシャル膜を成長させる際に、このエピタキシャル膜中に伝播する。このとき、一部の転位は、エピタキシャル膜中に伝播する際にその伸張方向（伝播方向）を変える場合もあることが知られている。一方、基板上にエピタキシャル膜を成長させる際に、新たな転位ループや積層欠陥（８Ｈ型、３Ｃ型等）が生成することも知られている。
【００１１】
したがって、エピタキシャル膜中には、基板より伝播した転位や積層欠陥に加えて、エピタキシャル成長時に導入された転位や積層欠陥が含まれていることになる。これらの転位や積層欠陥は、そのエピタキシャル膜を用いて形成した半導体素子の耐電圧や信頼性を低下させる。
【００１２】
最近では、基板中の転位密度やエピタキシャル成長時の転位発生密度を低減させる技術開発が進められている。炭化珪素単結晶成長において、これまでに貫通らせん転位を低減するための手法が複数報告されている（特許文献１から特許文献５、非特許文献１から非特許文献４）。
【００１３】
特許文献１においては、基底面（０００１)と直交するプリズム面を結晶成長面とし、結晶成長方向と貫通らせん転位の伝播方向をほぼ直角にすることで、炭化珪素結晶成長領域の貫通らせん転位密度を低減する方法が示されている。
【００１４】
特許文献２においては、基底面（０００１）と直交する（１１−２０）面と（１−１００）面を結晶成長面とした炭化珪素結晶成長工程を交互に繰り返し、単結晶中の貫通らせん転位の密度を低減させ、得られた単結晶を切り出して基底面（０００１）を結晶成長面とした結晶成長を行い、貫通らせん転位密度の小さい炭化珪素単結晶を得る手法が示されている。
【００１５】
非特許文献１においては、結晶成長面を基底面（０００１）より５４．７４°傾いた（０３−３８）面を結晶成長面とした炭化珪素結晶成長を行うことで、貫通らせん転位の低減が可能なことが示されている。また、非特許文献１においては、（０３−３８）面を結晶成長面とした４Ｈ−ＳｉＣ（０３−３８）基板上への気相エピタキシャル成長において、基板中に含まれる貫通らせん転位が、エピタキシャル成長時に基底面内の欠陥に転換され、貫通らせん転位密度が低減されることが報告されている。
【００１６】
非特許文献２においては、炭化珪素単結晶基板を種結晶とし、基底面（０００１）を結晶成長面とする４Ｈ−ＳｉＣ昇華法結晶成長において、結晶成長方向がｃ軸より傾斜した領域において、貫通らせん転位が基底面内の欠陥に転換し、結果としてその領域における貫通らせん転位密度が低減されることが報告されている。
【００１７】
これらの報告は、炭化珪素結晶成長において、結晶成長面を基底面（０００１）より大きく傾斜された（例えば、５０°以上）場合には、基板内あるいは種結晶内の貫通らせん転位の低減が可能なことを示している。
【００１８】
これに対して、非特許文献３、非特許文献４においては、基底面（０００１）より０〜８°の傾斜角を有する結晶成長面に対する炭化珪素エピタキシャル成長においては、基板内の貫通らせん転位がエピタキシャル膜中にそのまま伝播することが報告されている。
【００１９】
一方、基板あるいは種結晶中に存在する基底面（０００１）内の拡張欠陥が表面に現れる密度は、幾何学的に、基底面（０００１）よりの傾斜角度が小さくなるにつれて小さくなる。このため、基板あるいは種結晶中に存在する基底面（０００１）内の拡張欠陥の密度を低減するためには、結晶成長面をなるべく小さくすることが有利である。
【００２０】
上記のことから、基板あるいは種結晶中に存在する貫通らせん転位を低減するためには基底面（０００１）よりの傾斜角度が大きな結晶成長面に対して炭化珪素結晶成長を行うことが必要であるのに対して、基板あるいは種結晶中に存在する基底面内拡張欠陥を低減するためには基底面（０００１）よりの傾斜角度が小さな結晶成長面に対して炭化珪素結晶成長を行うことが必要であり、その両立を実現することが課題となっていった。
【００２１】
一方、基板上への炭化珪素気相エピタキシャル成長において、基板に対してあらかじめ凹凸形状を付加することで、結晶欠陥の低減を図ることも報告されている。特許文献３においては、炭化珪素単結晶基板の表面に対して、オフアクシス方向（基底面（０００１）よりの傾斜方向）と直角もしくは非平行に方向付けられた側壁を有するストライプ状の凹凸形状を設けることによって、基板内の基底面転位を他種の欠陥に転換する割合を増大できることが報告されている。
【００２２】
特許文献４においては、炭化珪素単結晶基板の表面に対して、基底面（０００１）よりの傾斜方向と平行方向のストライプ状の凹凸形状を有する基板表面への結晶成長と、直角に方向付けられたストライプ状の凹凸を有する基板表面への結晶成長を交互に行うことで、基板内の結晶欠陥密度を低減することが示されている。
【００２３】
更に、特許文献５においては、基底面（０００１）から傾斜角を有する基板表面上へのエピタキシャル成長を行い、その後に基底面（０００１）からの傾斜方向にほぼ平行のストライプ状の凹凸形状を設け、第二のエピタキシャル成長を行うことで、基板内の欠陥密度を低減することが報告されている。
【００２４】
しかしながら、特許文献３から特許文献５の方法においては、基板に設けられたストライプ状の凹凸形状の側壁に対し垂直な方向の成長により、ある種の結晶欠陥が他種の結晶欠陥に転換できる、もしくは、ある種の結晶欠陥の密度が小さい領域を確保することができるものの、結晶全体での結晶欠陥の伝播方向の制御に至らず、欠陥密度を低減する効果は低い。
【００２５】
上述したように、従来の炭化珪素結晶成長技術では、結晶欠陥を他種の結晶欠陥に転換できたり、結晶欠陥の密度が小さい領域を確保することができるが、貫通する結晶欠陥の密度が低い領域を特定するまでには至っていないのが現状である。このため、デバイスの位置が結晶欠陥の位置に対応してしまうと、通電の妨げになる等の不具合が生じることが考えられる。デバイスを設ける際に、結晶欠陥が貫通しない部位を特定することができれば、結晶欠陥の位置を避けてデバイスを設けることができ、特に高い耐電圧性が求められるデバイスを適用する場合に有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開平５−２６２５９９号公報
【特許文献２】特開２００６−１８３６号公報
【特許文献３】特表２００７−５２９９００号公報
【特許文献４】特開２００５−３５０２７８号公報
【特許文献５】特開２００８−９４７００号公報
【非特許文献】
【００２７】
【非特許文献１】マテリアルサイエンスフォーラム（Materials Science Forum）  Ｖｏｌｓ．４３３−４３６  ２００３年  １９７頁〜２００頁
【非特許文献２】マテリアルサイエンスフォーラム（Materials Science Forum）  Ｖｏｌｓ．４５７−４６０  ２００４年  ９９頁〜１０２頁
【非特許文献３】ジャーナルオブクリスタルグロース（Journal of Crystal Growth）Ｖｏｌｓ．２６０  ２００４年  ２０９頁〜２１６頁
【非特許文献４】ジャーナルオブクリスタルグロース（Journal of Crystal Growth）Ｖｏｌｓ．２６９  ２００４年  ３６７頁〜３７６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、基板等に炭化珪素単結晶層を新たに形成するに際し、基板中に含まれる貫通らせん転位の伝播する位置を制御して貫通らせん転位の密度が低い領域を特定することができる炭化珪素単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００２９】
また、基板等に炭化珪素単結晶層を新たに形成するに際し、基板中に含まれる貫通らせん転位の伝播する位置を制御して貫通らせん転位の密度が低い領域を特定することができる炭化珪素単結晶の製造方法で製造された炭化珪素単結晶ウエハ、及び炭化珪素単結晶ウエハを用いた炭化珪素半導体素子の製造方法、及び炭化珪素半導体素子の製造方法で製造された炭化珪素半導体素子を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面を備えたストライプの凸断面を有し、前記ストライプの上に炭化珪素層を新たに成長させた際に、ｃ軸方向に貫通する転位をストライプの部位でｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、ストライプ上の成長面をｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とし、目印となるアライメントマークを基に、ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位を特定することを特徴とする。
【００３１】
請求項１に係る本発明では、ストライプの凸断面における８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面でｃ軸方向に貫通する転位をｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、ストライプ上の結晶成長面を、ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とすることができる。
そして、アライメントマークに基づいてｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位を確実に特定することができる。
【００３２】
この結果、基板等に炭化珪素単結晶層を新たに形成するに際し、基板中に含まれる貫通らせん転位の成長する位置を制御して貫通らせん転位の密度が低い領域を把握することができる炭化珪素単結晶の製造方法とすることが可能になる。貫通らせん転位の密度が低い領域を特定することにより、貫通らせん転位が貫通していない炭化珪素単結晶層の成長部位を特定することができる。
【００３３】
貫通らせん転位の密度が低い領域を特定することで、貫通らせん転位の密度が低い領域にデバイスを設けることができ、高い耐電圧性が求められるデバイスを適用する場合であっても、通電の妨げになる等の不具合の発生を抑制することができる。
【００３４】
そして、請求項２に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、前記ストライプは間隔をあけて複数配され、複数の前記ストライプの間には間隔部が介在していることを特徴とする。
【００３５】
請求項２に係る本発明では、複数のストライプにより、ｃ軸方向に貫通する転位をｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させ、複数のストライプの間の間隔部で欠陥を貫通させる。間隔部を介在させることで、ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域を広くすることができる。
【００３６】
また、請求項３に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、前記ストライプの上に炭化珪素層を新たに成長させることで、間隔部の部位の上に基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面を備えた第２ストライプの凸断面を形成し、前記第２ストライプ上の成長面をｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とすることを特徴とする。
【００３７】
請求項３に係る本発明では、間隔部の部位で貫通した欠陥を、更に、第２ストライプの傾斜面でｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させるので、ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域の特定を確実に行うことができる。
【００３８】
また、請求項４に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項３に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、前記第２ストライプの前記傾斜角は、前記ストライプの前記傾斜角よりも小さい角度に設定されていることを特徴とする。
【００３９】
請求項４に係る本発明では、第２ストライプの傾斜角がストライプの傾斜角よりも小さい角度に設定されているので、傾斜面が広くなり、より広い範囲でｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域を特定することができる。
【００４０】
また、請求項５に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項３もしくは請求項４に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、前記第２ストライプは間隔をあけて複数配され、複数の前記第２ストライプの間には第２間隔部が介在していることを特徴とする。
【００４１】
請求項５に係る本発明では、第２ストライプの間に第２間隔部が介在しているので、ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域を広くすることができる。
【００４２】
また、請求項６に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、前記ストライプの上に炭化珪素層を新たに成長させることで、基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる一対の凹傾斜面及び溝間隔部を備えた溝凹部を形成し、凹傾斜面上の成長面をｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とすることを特徴とする。
【００４３】
請求項６に係る本発明では、複数のストライプにより、ｃ軸方向に貫通する転位をｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させ、更に、ストライプの上でｃ軸方向に貫通する転位を凹傾斜面で溝凹部の内側に延びる方向の欠陥に変換させるので、ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域を広くすることができる。
【００４４】
上記目的を達成するための請求項７に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面を備えた溝ストライプの凹断面を有し、前記溝ストライプは間隔をあけて複数配され、複数の前記溝ストライプの間には溝間隔部が介在し、前記ストライプの上に炭化珪素層を新たに成長させることで、基底面（０００１）より８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面を備えた第２ストライプの凸断面を前記溝間隔部に対応して形成し、前記第２ストライプは間隔をあけて複数配され、複数の前記第２ストライプの間には前記溝ストライプに対応して第２間隔部が介在し、前記第２ストライプ上の成長面をｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とすることを特徴とする。
【００４５】
請求項７に係る本発明では、溝ストライプの凹断面における８０°以下の傾斜角を保って延びる傾斜面でｃ軸方向に貫通する転位をｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させて凹断面の内側に向けた方向に変換させてｃ軸方向に貫通する欠陥の密度を小さくし、溝間隔部を貫通するｃ軸方向の転位を第２ストライプの傾斜面でｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させ、周囲の欠陥の密度を小さくした状態で、第２ストライプ上の結晶成長面を、ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域とすることができる。
【００４６】
そして、請求項８に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項７に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、目印となるアライメントマークを基に、ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位を特定することを特徴とする。
【００４７】
請求項８に係る本発明では、アライメントマークに基づいてｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位を確実に特定することができる。
【００４８】
また、請求項９に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、前記間隔部の目印となる間隔アライメントマークを基に、前記間隔部の部位を特定することを特徴とする。
【００４９】
請求項９に係る本発明では、間隔アライメントマークに基づいて間隔部の部位を確実に特定することができる。
【００５０】
また、請求項１０に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項６もしくは請求項７に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、前記溝間隔部の目印となる溝間隔アライメントマークを基に、前記溝間隔部の部位を特定することを特徴とする。
【００５１】
請求項１０に係る本発明では、溝間隔アライメントマークに基づいて溝間隔部の部位を確実に特定することができる。
【００５２】
目印となるアライメントマーク（間隔アライメントマーク、溝間隔アライメントマーク）に基づいて、ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位（間隔部の部位、溝間隔部の部位）を特定することに加え、ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位にデバイスを配置する際の配置位置の目印としてアライメントマーク（間隔アライメントマーク、溝間隔アライメントマーク）を用いることができる。
【００５３】
また、請求項１１に係る本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法において、結晶成長主面が、前記基底面（０００１）より１０°以下の傾斜角を有していることを特徴とする。
【００５４】
また、炭化珪素単結晶ウエハは、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法により作製され、成長面で特定された、ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域の層をスライスすることにより得られる。
【００５５】
また、炭化珪素単結晶ウエハは、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の炭化珪素単結晶の製造方法により作製される。
【００５６】
これらにより、基板等に炭化珪素単結晶層を新たに形成するに際し、基板中に含まれる貫通らせん転位の成長する位置を制御して貫通らせん転位の密度が低い領域の炭化珪素単結晶層の成長部位を特定することができる炭化珪素単結晶の製造方法で製造された炭化珪素単結晶ウエハとなる。
【００５７】
また、炭化珪素半導体素子の製造方法は、上述した炭化珪素単結晶ウエハを用いて製造される。また、炭化珪素半導体素子は、上述した炭化珪素半導体素子の製造方法により得られる。
【００５８】
これらにより、貫通らせん転位の密度が低い領域の炭化珪素単結晶層の成長部位が特定された炭化珪素単結晶ウエハを用いた炭化珪素半導体素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００５９】
本発明の炭化珪素単結晶の製造方法は、基板等に炭化珪素単結晶層を新たに形成するに際し、基板中に含まれる貫通らせん転位の伝播する位置を制御して貫通らせん転位の密度が低い領域を特定することが可能になる。
【００６０】
また、炭化珪素単結晶ウエハは、貫通らせん転位の密度が低い領域の炭化珪素単結晶層の成長部位を特定することが可能な炭化珪素単結晶ウエハを得ることが可能になる。
【００６１】
また、炭化珪素半導体素子の製造方法、及び炭化珪素半導体素子の製造方法で製造された炭化珪素半導体素子は、貫通らせん転位の密度が低い領域の炭化珪素単結晶層の成長部位を特定することが可能な炭化珪素単結晶層を備えた半導体素子を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】第１実施例に係るストライプを形成した炭化珪素単結晶ウエハの外観図である。
【図２】第１実施例に係るストライプを形成した炭化珪素単結晶ウエハの平面図である。
【図３】ストライプの断面図である。
【図４】ストライプの平面図である。
【図５】第２実施例に係るストライプを形成した炭化珪素単結晶ウエハの外観図である。
【図６】第２実施例に係るストライプを形成した炭化珪素単結晶ウエハの平面図である。
【図７】ストライプの断面図である。
【図８】ストライプの平面図である。
【図９】一つの炭化珪素単結晶ウエハの外観図である。
【図１０】第３実施例の断面図である。
【図１１】第４実施例の断面図である。
【図１２】第５実施例の断面図である。
【図１３】第６実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
背景技術により、基底面（０００１）より０°〜８°の傾斜角（オフ角）を有する結晶成長面に対する炭化珪素気相エピタキシャル成長においては、基板内の貫通らせん転位がエピタキシャル膜中にそのまま伝播することが報告されている。これに対し、炭化珪素結晶成長において、基底面（０００１）より傾斜角の大きい（例えば、５０°以上）場合には、貫通らせん転位が基底面内欠陥に構造転換し、基板内あるいは種結晶内の貫通らせん転位の低減が可能なことが示されている。
【００６４】
本発明の炭化珪素単結晶ウエハの製造方法は、炭化珪素単結晶基板もしくはエピタキシャル膜付炭化珪素単結晶基板からなる炭化珪素単結晶ウエハ上に、以下に示す実施例のストライプを形成し、新たな炭化珪素単結晶層を気相成長法もしくは昇華法により成長させることにより実現される。以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
【００６５】
図１から図４に基づいて本発明の第１実施例を説明する。
【００６６】
図１には本発明の第１実施例に係るストライプを形成した炭化珪素単結晶ウエハの外観、図２には本発明の第１実施例に係るストライプを形成した炭化珪素単結晶ウエハの平面、図３にはストライプの断面、図４にはストライプの平面を示してある。
【００６７】
図１、図２に示すように、炭化珪素単結晶ウエハ１上には基底面（０００１）と平行な面に複数のストライプ２が連続して形成されている。即ち、基底面（０００１）より傾斜角の大きい傾斜の傾斜面２ａを保ちつつ延びる凸断面のストライプ２が複数備えられている。
【００６８】
図３、図４に示すように、ストライプ２を有した炭化珪素単結晶ウエハ１上に新たな炭化珪素単結晶層を成長させた場合、ストライプ２の傾斜面２ａにおける結晶成長方向は、傾斜面２ａに対し垂直方向となる。基底面（０００１）より傾斜角の大きいストライプ２の傾斜面２ａを貫通する貫通らせん転位４は、図３に示すように、基底面内の欠陥４ａに構造転換されて伝播し、隣接するストライプ２の傾斜面２ａからの成長面によって欠陥４ａの基底面（０００１）方向の行き場が失われる。結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の行き場が失われた基底面内の欠陥４ａは、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向へ伝播する。
【００６９】
このため、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４をｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、基底面（０００１）に平行な成長面で、ストライプ２の上側をｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位（ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域）ｘ１として特定することができる。
【００７０】
この結果、基板等に炭化珪素単結晶層を新たに形成するに際し、基板中に含まれる貫通らせん転位４の成長する位置を制御して貫通らせん転位４の密度が低い領域の炭化珪素単結晶層の成長部位を特定することができる炭化珪素単結晶の製造方法とすることが可能になる。
【００７１】
貫通らせん転位４の密度が低い領域の炭化珪素単結晶層の成長部位（ｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位ｘ１）を特定することで、貫通らせん転位のない部位ｘ１にデバイスを設けることができ、高い耐電圧性が求められるデバイスを適用する場合であっても、通電の妨げになる等の不具合の発生を抑制する（無くす）ことができる。
【００７２】
ストライプ２の結晶成長主面は、基底面（０００１）より１０°以下の傾斜角を有し、かつその表面が基底面（０００１）より８０°以下、好ましくは６０°以下の傾斜角αの傾斜面２ａを保ちつつ延びるストライプ状の凸断面が望ましい。また、その表面の傾斜面２ａの傾斜角αが８０°超えとなった場合、機械的強度が低下する。
【００７３】
ストライプ２の凸断面の高さｈは、１μｍ以上であることが望ましい。凸断面の高さｈが１μｍ未満であると、貫通らせん転位４から基底面内の欠陥４ａへの構造転換の効果がなく現実的ではない。
【００７４】
本発明に係る炭化珪素単結晶ウエハ１においては、炭化珪素単結晶基板と同一の結晶型のエピタキシャル膜付炭化珪素単結晶基板がストライプ形成対象に含まれている。また、本発明に係るストライプ形成対象となる炭化珪素単結晶ウエハ１は、半導体素子用の炭化珪素単結晶ウエハに限定されず、その他の用途に用いられる炭化珪素単結晶ウエハであってもよい。
【００７５】
炭化珪素単結晶ウエハ１上に、新たな炭化珪素単結晶層を成長させる工程において、炭化珪素単結晶層の品質が劣化しないために、基底面（０００１）よりの傾斜角（オフ角）は１０°以下（０°〜１０°）が望ましい。また、炭化珪素単結晶ウエハのオフアクシス方向としては、安定な結晶成長が得られることが知られている、<１１−２０>方向もしくは<１−１００>方向が望ましい。
【００７６】
ストライプ２の形成方法としては、半導体プロセス等で用いられるリソグラフィーが一般的である。炭化珪素単結晶ウエハ１上にマスクを形成し、マスクをパターニング後、開口部である炭化珪素単結晶ウエハ表面に対し、エッチング（例えば、ＣＦ４もしくはＳＦ６等のエッチングガスを用いた反応性プラズマによるドライエッチング）を行う。マスクとしては、炭化珪素単結晶ウエハ表面を1μｍ以上エッチング可能な選択比を有するマスク、もしくはエッチング条件であれば良く、例えば、マスクとしてレジスト膜はあらゆる形状のパターニングができるため、任意のストライプ２の形成が可能である。
【００７７】
一方、ＳｉＯ２膜、アルミニウム膜、ニッケル膜等の一般に炭化珪素に対し、選択比が高い材料をマスクとして用い、ストライプ２の凸断面の高さを１０μｍ以上にすることができる。この他、機械加工や放電加工、レーザー加工、電気化学エッチング等が適用可能であると考えられるが、原理的に本発明に記載されている貫通らせん転位４から基底面内の欠陥４ａ側への構造転換の効果を呈するものであれば、どのような方法でも本発明に適用可能である。
【００７８】
ストライプ２の凸断面の傾斜角（傾斜面２ａ）を形成する方法としては、いくつか方法がある。一般的な半導体用リソグラフィーでは、炭化珪素単結晶ウエハ上に形成したマスクのパターニングの際、マスクに傾斜角（テーパー角）を形成し、ドライエッチングによって開口部である炭化珪素単結晶ウエハ表面をエッチングし、マスクの形状を転写させる。
【００７９】
その他、炭化珪素単結晶に対しエッチング選択比の低いマスクを用いて、マスクを後退させ、開口部を拡大させることで、炭化珪素単結晶ウエハ上に傾斜角を有したストライプ２を形成する方法や、ドライエッチング工程においてストライプ２の傾斜面２ａに対し、エッチング保護膜を堆積させるエッチング条件によって、ストライプ２の傾斜角を制御する方法などがある。
【００８０】
ストライプ２の凸断面の任意の傾斜角（傾斜面２ａ）を形成するマスクとして、レジスト膜が望ましく、レーザー描画装置（３次元露光描画が可能な装置を含む）を用いてマスクの傾斜角を任意に制御することができる。ただし、同様な形状制御が可能であれば、どのような方法でも本発明に適用可能である。
【００８１】
ストライプ２の形成工程によって、ストライプ２の傾斜面２ａの表面に結晶欠陥や汚染等のダメージが誘起されることがあるが、エッチング工程中におけるアルゴンガスを用いたドライエッチングによる表面平坦化処理、エッチング工程後に１０００℃〜１４００℃程度の温度の酸素雰囲気中にて表面を酸化し、酸化膜をエッチングによって除去する処理、もしくは、新たな炭化珪素単結晶層を結晶させる工程において、１２００℃以上の高温水素エッチングや高温塩化水素エッチング等の単結晶成長前処理を行うことによって、ストライプ２の傾斜面２ａの表面の結晶欠陥や汚染等のダメージを除去することができる。
【００８２】
ストライプ２を形成した後の新たな炭化珪素単結晶層の結晶成長は、ストライプ２を形成した炭化珪素単結晶ウエハ１と同じ結晶型の単結晶成長であれば良く、気相成長法もしくは昇華法も含まれる。
【００８３】
気相成長法では、一般的に原料としてＳｉＨ４等のＳｉを含んだガスと、Ｃ３Ｈ８またはＣ２Ｈ２等のＣを含んだガスとを用いて、炭化珪素単結晶ウエハ上に新たな炭化珪素単結晶層を得ることができる。
【００８４】
また、昇華法では通常、坩堝内に原料の炭化珪素粉末を入れると共に、坩堝の内側上面に炭化珪素粉末と対面する形で炭化珪素種結晶を設置する。このとき、坩堝を２２００℃以上まで加熱することで、炭化珪素粉末を昇華させる。昇華した炭化珪素粉末は、対面する炭化珪素種結晶上で再結晶化され、種結晶上に新たな炭化珪素単結晶が成長される。
【００８５】
図５から図８に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００８６】
図５には本発明の第２実施例に係るストライプを形成した炭化珪素単結晶ウエハの外観、図６には本発明の第２実施例に係るストライプを形成した炭化珪素単結晶ウエハの平面、図７にはストライプの断面、図８にはストライプの平面を示してある。尚、図１から図４に示した第１実施例と同一部材には同一符号を付してある。
【００８７】
図５、図６に示すように、炭化珪素単結晶ウエハ１上には基底面（０００１）と平行な面（平面）３を挟んでストライプ２が複数形成されている。即ち、複数のストライプ２が間隔をあけて配され、複数のストライプ２の間には間隔部として平面３が介在し、平面３を挟んで基底面（０００１）より傾斜角の大きい傾斜の傾斜面２ａを保ちつつ延びる凸断面のストライプ２が複数備えられている。
【００８８】
図７、図８に示すように、ストライプ２及び間隔部としての平面３を有した炭化珪素単結晶ウエハ１上に新たな炭化珪素単結晶層を成長させた場合、ストライプ２の傾斜面２ａにおける結晶成長方向は、傾斜面２ａに対し垂直方向となる。
【００８９】
基底面（０００１）より傾斜角の大きいストライプ２の傾斜面２ａを貫通する貫通らせん転位４は、図７に示すように、平面３側に構造転換されて基底面内の欠陥４ａに構造転換されて伝播し、隣接するストライプ２の傾斜面２ａ側からの成長面によって、欠陥４ａの底面（０００１）方向の行き場が失われる。結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の行き場が失われた基底面内の欠陥４ａは、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向へ伝播する。
【００９０】
また、平面３を貫通する貫通らせん転位４は、図７に示すように、結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の基底面内の欠陥４ａに構造転換され、隣接するストライプ２の傾斜面２ａ側からの成長面によって、欠陥４ａの底面（０００１）方向の行き場が失われる。結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の行き場が失われた基底面内の欠陥４ａは、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向へ伝播する。
【００９１】
このため、平面３をｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４の密度を低くし、ストライプ２をｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４をｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、基底面（０００１）に平行な成長面で、ストライプ２の幅よりも広い範囲のストライプ２の上側をｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位（ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域）ｘ２として特定することができる。
【００９２】
この結果、基板等に炭化珪素単結晶層を新たに形成するに際し、基板中に含まれる貫通らせん転位４の成長する位置を制御して貫通らせん転位４の密度が低い領域の炭化珪素単結晶層の成長部位を特定することができる炭化珪素単結晶の製造方法とすることが可能になる。
【００９３】
貫通らせん転位４が貫通していない炭化珪素単結晶層の成長部位（ｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位ｘ２）を特定することで、貫通らせん転位のない部位ｘ２にデバイスを設けることができ、高い耐電圧性が求められるデバイスを適用する場合であっても、通電の妨げになる等の不具合の発生を抑制する（無くす）ことができる。
【００９４】
図９に基づいて上述した第１実施例のストライプ２を一つの炭化珪素単結晶ウエハに備えた状態の具体例を説明する。図９には一つの炭化珪素単結晶ウエハの外観を示してある。
【００９５】
図９に示すように、炭化珪素単結晶ウエハ部材２１の表面に、図１から図４で説明したストライプ２を形成し、外周の四隅に凹縁部２３を形成する。凹縁部２３には高さ方向の断面が十字に連続するアライメントマーク２４がそれぞれ設けられ、アライメントマーク２４の高さはストライプ２と同等の高さに設定されている。アライメントマーク２４は、炭化珪素単結晶ウエハ部材２１に新たな炭化珪素単結晶層を成長させた際、ｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位ｘ１であるストライプ２の上側の部位を特定する目印とされる。
【００９６】
つまり、アライメントマーク２４は、ｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位（ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位）ｘ１として、ストライプ２の上側の部位を特定するための目印とされる。アライメントマーク２４に基づいてｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位を確実に特定することができる。また、アライメントマーク２４は、ストライプ２と同等の高さに設定されているので、結晶成長の際にアライメントマーク２４が結晶面に覆われることが抑制される。また、アライメントマーク２４は凹縁部２３に設けられているので、結晶成長の後に炭化珪素単結晶層の表面を平坦化処理しても影響を受けることがない。
【００９７】
尚、図５から図８で説明したストライプ２及び平面３を形成した炭化珪素単結晶ウエハ１を適用し、アライメントマーク２４を、ｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位（ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位）ｘ２として、ストライプ２及び平面３の上側の部位を特定するための目印とすることも可能である。この場合、アライメントマーク２４は、ストライプ２の上側の部位を特定する目印になると共に、平面３の上側の部位を特定する目印（間隔アライメントマーク）となる。
【００９８】
凹縁部２３の形成方法は、ストライプ２の形成方法と同じく、半導体プロセス等で用いられるリソグラフィーの他、レーザー加工や電気化学エッチング等が適用可能である。
【００９９】
次に、具体的な製造方法の実施例を説明する。
【０１００】
以下の製造方法は、ｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位ｘ１を特定した炭化珪素単結晶ウエハ１（炭化珪素単結晶ウエハ部材２１）の製造方法に係る。この製造方法によれば、基板中に含まれる貫通らせん転位の成長する位置を制御し、ストライプ２上の基底面（０００１）に平行な成長面を、貫通らせん転位４が貫通していない炭化珪素単結晶層の成長部位として特定することができる。
【０１０１】
このため、貫通らせん転位が貫通していない炭化珪素単結晶層の成長部位を特定することで、貫通らせん転位のない部位にデバイスを設けることができ、高い耐電圧性が求められるデバイスを適用する場合であっても、通電の妨げになる等の不具合の発生を無くすことができる。その結果として、素子を組み込んだインバータ等の応用機器の信頼性を向上させることができる。
【０１０２】
デバイスの位置決めは、目印となるアライメントマーク２４を基に、ｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位ｘ１を特定することで行うことができる。
【０１０３】
炭化珪素単結晶ウエハの製造方法によって得られた元の炭化珪素単結晶ウエハよりも貫通らせん転位密度の小さい炭化珪素単結晶層からなる炭化珪素単結晶ウエハ、ならびに炭化珪素単結晶層をスライスすることで炭化珪素単結晶ウエハを得ることができる。また、炭化珪素単結晶ウエハを用いて炭化珪素半導体素子を製造することができる。
【０１０４】
炭化珪素単結晶ウエハ１を用いた本発明の炭化珪素半導体素子の製造方法によって製造可能な半導体素子には、ショットキーバリヤダイオード（ＳＢＤ）、接合電界効果トランジスタ（Ｊ−ＦＥＴ）、金属／酸化膜／半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）等のユニポーラ素子、及びｐｎダイオード、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のバイポーラ素子が含まれる。
【０１０５】
以下、上述した炭化珪素単結晶ウエハ部材２１の製造方法を工程順に説明する。
【０１０６】
炭化珪素単結晶ウエハの用意
炭化珪素単結晶基板、もしくは、基板上に基板と同一の結晶型のエピタキシャル膜を成長させた炭化珪素単結晶基板を用意する。ウエハ状の炭化珪素単結晶基板を切り出すインゴットの製法や、エピタキシャル膜の成長方法としては、既に各種の方法が開発、実用化され、市販されており、そのいずれの方法を用いて炭化珪素単結晶ウエハを用意してもよい。
【０１０７】
製造対象の炭化珪素単結晶ウエハにおけるエピタキシャル膜や基板の結晶型としては六方晶、結晶面としては基底面（０００１）、オフ角は基底面より０°〜１０°、オフアクシス方向としは〈１１−２０〉方向もしくは〈１−１００〉方向が望ましい。炭化珪素単結晶ウエハは、半導体用途のみでなく、その他の用途の炭化珪素単結晶ウエハが製造対象となる。
【０１０８】
炭化珪素単結晶ウエハ上に対するストライプ２の形成
図１に示したように、炭化珪素単結晶ウエハ１上に、半導体プロセスで用いられるリソグラフィーによって、８０°以下、好ましくは６０°以下の傾斜角αの傾斜面２ａを保った凸断面状のストライプ２を形成する。即ち、炭化珪素単結晶ウエハ１上にマスクを形成し、マスクをパターニング後、開口部である炭化珪素単結晶ウエハ１の表面をエッチングする。
【０１０９】
ストライプ２の形成方向は、〈１１−２０〉方向もしくは〈１−１００〉方向と平行に配置する。多くの場合、直径数インチ、例えば、２〜６インチの炭化珪素単結晶ウエハ部材２１上に、５ｍｍ２〜数ｃｍ２のストライプパターンを多数形成する。
【０１１０】
ストライプ２の凸断面の傾斜を形成するため、マスクにテーパー角を形成する。マスクのパターニング工程において、マスクの任意形状の制御が可能なレジスト膜を２μｍ以上塗布し、レーザー描画装置によって３次元的にパターニングを行う方法、もしくは、１００ｎｍ〜数μｍ程度のＳｉＯ２膜等をマスクとして用い、ウェットエッチング等のパターニングによってテーパー角を形成する方法が挙げられる。
【０１１１】
また、エッチング方法としては、ＣＦ4もしくはＳＦ6等のＦを含むエッチングガスを用いた反応性プラズマによるドライエッチングが挙げられる。ドライエッチングの工程において、エッチングレートおよびエッチング選択比を安定にするために、マスクのパターニングされた炭化珪素単結晶をエッチング支持台等に貼り付ける方法、基板電極を冷却する方法が挙げられる。
【０１１２】
ストライプ２を形成した後、炭化珪素単結晶ウエハ部材２１の周囲の四隅に凹縁部２３が形成され、ストライプ２の形成と同時に凹縁部２３にアライメントマーク２４が設けられる。
【０１１３】
ストライプ２を多数に形成した場合、新たな炭化珪素単結晶層が結晶成長される領域を矩形状に多数に分離するため、炭化珪素単結晶ウエハ部材２１の表面に、〈１１−２０〉方向と、それに交差する〈１−１００〉方向に、深さ５μｍ以上の溝を形成することも可能である。
【０１１４】
ストライプ２の形成工程によって、ストライプ２の傾斜および表面に結晶欠陥や汚染等のダメージが誘起されることがある。このため、エッチング工程中におけるアルゴンガスを用いたドライエッチングによる表面平坦化処理、エッチング工程後に１２００℃程度の温度の酸素雰囲気中にて表面を酸化し、酸化膜をエッチングによって除去する処理、もしくは、新たな炭化珪素単結晶層を結晶させる工程において、１５００℃程度の高温水素エッチングや高温塩化水素エッチング等の単結晶成長前処理を行う。これにより、ストライプ２の傾斜および表面の結晶欠陥や汚染等のダメージを除去することができる。
【０１１５】
炭化珪素単結晶ウエハ１上に対する新たな炭化珪素単結晶層の形成
ストライプ２を形成した後の新たな炭化珪素単結晶層の結晶成長は、炭化珪素単結晶ウエハと同じ結晶型の単結晶成長を行うため、気相成長法もしくは昇華法を用いる。ストライプ２の場合、図３に示したように、ストライプ２を形成した後の新たな炭化珪素単結晶層の結晶成長によって、炭化珪素単結晶ウエハ１内の貫通らせん転位４は、ストライプ２の傾斜面２ａを貫通する。傾斜面２ａを貫通した貫通らせん転位４は基底面方向の欠陥４ａに構造転換され、行き場が失われてｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向に伝播し、ストライプ２上にｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位ｘ１を特定することができる。貫通らせん転位４が貫通しない部位ｘ１は、アライメントマーク２４を目印にして位置が特定される。
【０１１６】
また、炭化珪素単結晶層に対してストライプを形成して、新たな炭化珪素単結晶層を形成する工程を２回以上繰り返すことが可能である。図１０から図１２に基づいてストライプを２回形成した実施例を説明する。図示の例は、図１から図４に示したストライプ２上に新たな炭化珪素単結晶層を形成した例を示してある。
【０１１７】
図１０にはストライプ及び第２ストライプを形成した状態の第３実施例の断面、図１１にはストライプ及び溝凹部を形成した状態の第４実施例の断面、図１２にはストライプ及び傾斜角の異なる第２ストライプを形成した状態の第５実施例の断面を示してある。
【０１１８】
図１０に基づいて第３実施例を説明する。
【０１１９】
図に示すように、炭化珪素単結晶ウエハ１の上部に第２ストライプ３１が形成され、第２ストライプ３１の間には第２間隔部として第２平面３２が形成されている。第２ストライプ３１を形成する位置（もしくは第２平面３２を形成する位置）は、図９に示した目印となるアライメントマーク２４を基に位置決めされる。
【０１２０】
即ち、第２平面３２を挟んで基底面（０００１）より傾斜角の大きい傾斜の傾斜面３１ａを保ちつつ延びる凸断面の第２ストライプ３１が複数備えられている。第２ストライプ３１は、基底面（０００１）より８０°以下、好ましくは６０°以下の傾斜角αの傾斜面３１ａを保ちつつ延びるストライプ状の凸断面となっている。
【０１２１】
ストライプ２で構造変換され、結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の行き場が失われた後にｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４を、更に、第２ストライプ３１の傾斜面３１ａでｃ軸に対して交差する第２平面３２の方向の基底面内の欠陥４ａに構造転換させる。
【０１２２】
また、第２平面３２を貫通する貫通らせん転位４は、結晶成長に伴って基底面内の欠陥４ａに構造転換され、第２ストライプ３１の傾斜面３１ａで構造転換された基底面内の欠陥４ａ、及び、第２平面３２を貫通する貫通らせん転位４から構造転換された基底面内の欠陥４ａは、隣接する第２ストライプ３１の傾斜面３１ａ側からの成長面により基底面（０００１）方向の行き場が失われた後、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向へ伝播する。
【０１２３】
このため、第２平面３２をｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４の密度を低くし、第２ストライプ３１をｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４をｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、基底面（０００１）に平行な成長面で、第２ストライプ３１の幅よりも広い範囲の第２ストライプ３１の上側をｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位（ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域）ｘ３として特定することができる。
【０１２４】
図１１に基づいて第４実施例を説明する。
【０１２５】
図に示すように、炭化珪素単結晶ウエハ１の上部に溝凹部３６が形成されている。溝凹部３６は、溝間隔部３７を挟んで基底面（０００１）より傾斜角の大きい傾斜の凹傾斜面３６ａが備えられている。凹傾斜面３６ａは、基底面（０００１）よりマイナス側に８０°以下、好ましくはマイナス側に６０°以下の傾斜角αを保っている形成されている。
【０１２６】
ストライプ２で構造変換され、結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の行き場が失われた後にｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４を、更に、凹傾斜面３６ａでｃ軸に対して交差する溝間隔部３７の方向の基底面内の欠陥４ａに構造転換させる。
【０１２７】
また、溝間隔部３７を貫通する貫通らせん転位４は、結晶成長に伴って基底面内の欠陥４ａに構造転換され、凹傾斜面３６ａで構造転換された基底面内の欠陥４ａ、及び、溝間隔部３７を貫通する貫通らせん転位４から構造転換された基底面内の欠陥４ａは、隣接する凹傾斜面３６ａ側からの成長面によって基底面（０００１）方向の行き場が失われた後、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向へ伝播する。
【０１２８】
このため、溝間隔部３７をｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４の密度を低くし、凹傾斜面３６ａ及びストライプ２が重なる部位をｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４をｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、基底面（０００１）に平行な成長面で、凹傾斜面３６ａ及びストライプ２が重なる範囲の上側をｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位（ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域）ｘ４として特定することができる。
【０１２９】
図１２に基づいて第５実施例を説明する。
【０１３０】
図に示すように、炭化珪素単結晶ウエハ１の上部に第２ストライプ４１が形成されている。第２ストライプ４１は、基底面（０００１）より８０°以下、好ましくは６０°以下の傾斜角βで、ストライプ２の傾斜面２ａの傾斜角αよりも小さい角度の傾斜面４１ａを保ちつつ延びるストライプ状の凸断面となっている。傾斜角βの角度は、１０°以上、好ましくは３０°以上で、ストライプ２の傾斜面２ａの傾斜角αよりも小さい角度が保たれている。
【０１３１】
ストライプ２で構造変換され、結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の行き場が失われた後にｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４を、更に、第２ストライプ４１の傾斜面４１ａでｃ軸に対して交差する方向の基底面内の欠陥４ａに構造転換させる。基底面内の欠陥４ａは、隣接する第２ストライプ４１の傾斜面４１ａの成長面によって基底面（０００１）方向の行き場が失われた後、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向へ伝播する。
【０１３２】
このため、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４を第２ストライプ４１でｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、基底面（０００１）に平行な成長面で、ストライプ２の幅よりの広い第２ストライプ４１の範囲の上側をｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位（ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域）ｘ５として特定することができる。
【０１３３】
図１３に基づいて、炭化珪素単結晶層に対してストライプを形成して、新たな炭化珪素単結晶層を形成する工程を２回以上繰り返す他の実施例を説明する。図１３には溝ストライプ及び図７に示したストライプ２、平面３を形成した状態の第６実施例の断面を示してある。
【０１３４】
図１３に基づいて第６実施例を説明する。
【０１３５】
図に示すように、炭化珪素単結晶ウエハには溝ストライプ５１が形成され、溝ストライプ５１は、基底面（０００１）よりマイナス側に８０°以下、好ましくはマイナス側に６０°以下の傾斜角αの傾斜面５１ａを保ちつつ延びるＶ型溝のストライプ状の凹断面となっている。溝ストライプ５１は間隔をあけて複数配され、複数の溝ストライプ５１の間には溝間隔部５２が介在している。
【０１３６】
溝ストライプ５１が形成された炭化珪素単結晶ウエハの上部に、図７に示したストライプ２及び平面３が形成される。即ち、溝ストライプ５１に対応して平面３が形成され、溝間隔部５２に対応してストライプ２が形成されている。
【０１３７】
基底面（０００１）より傾斜角の大きい溝ストライプ５１の傾斜面５１ａを貫通する貫通らせん転位４は、溝ストライプ５１の内側に構造転換されて基底面内の欠陥４ａに構造転換されて伝播し、対向する傾斜面５１ａからの成長面によって基底面（０００１）方向の行き場が失われる。結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の行き場が失われた欠陥４ａは、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向へ伝播して平面３を貫通する。
【０１３８】
また、溝間隔部５２を貫通する貫通らせん転位４は、ストライプ２の傾斜面２ａを貫通する。平面３を貫通してストライプ２の傾斜面２ａを貫通する貫通らせん転位４は、傾斜面２ａで基底面（０００１）方向の基底面内の欠陥４ａに構造転換され、基底面内の欠陥４ａは、結晶成長に伴って基底面（０００１）方向の行き場が失われた後、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４と同方向へ伝播する。
【０１３９】
このため、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４を溝ストライプ５１の傾斜面５１ａで内側に構造転換させることで、平面３をｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４の密度を低下させる。また、溝間隔部５２を貫通する貫通らせん転位４を、ストライプ２でｃ軸に対して交差する方向の欠陥に変換させることで、基底面（０００１）に平行な成長面で、ストライプ２の上側をｃ軸方向に貫通らせん転位４が貫通しない部位（ｃ軸方向に貫通する欠陥の密度が低い領域）ｘ６として特定することができる。平面３をｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４の密度を低下させているので、貫通らせん転位４が貫通しない部位ｘ６の範囲に余裕を持たせることができる。
【０１４０】
上述した第３実施例から第６実施例では、貫通らせん転位４が貫通していない炭化珪素単結晶層の成長部位ｘ（ｘ３、ｘ４、ｘ５、ｘ６）を特定することで、貫通らせん転位の密度の低い領域ｘにデバイスを設けることができ、高い耐電圧性が求められるデバイスを適用する場合であっても、通電の妨げになる等の不具合の発生を抑制する（無くす）ことができる。
【０１４１】
以上、実施形態及び実施例に基づき本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変形、変更が可能である。
【０１４２】
例えば、各実施例のストライプや溝ストライプ、平面、第２平面、溝間隔部の配置を種々変更して適宜組み合わせることが可能である。また、ｃ軸方向に貫通する貫通らせん転位４の密度が大幅に低減されている部位である、ストライプの間や、凹傾斜面の間の平面、第２平面、溝間隔部の上側の範囲を、ｃ軸方向に貫通する欠陥が生じない部位とみなして特定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
本発明は、炭化珪素単結晶の製造方法、炭化珪素単結晶ウエハ、炭化珪素半導体素子の製造方法、炭化珪素半導体素子の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１４５】
１  炭化珪素単結晶ウエハ
２  ストライプ
３  平面
４  貫通らせん転位
２１  炭化珪素単結晶ウエハ部材
２３  凹縁部
２４  アライメントマーク
３１、４１  第２ストライプ
３２  第２平面
３６  溝凹部
３７、５２  溝間隔部
５１  溝ストライプ
【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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