(57)【要約】【課題】特定の転位種が特定の領域に偏って存在するＳｉＣ単結晶、並びに、このようなＳｉＣ単結晶を用いて作製されるＳｉＣウェハ及びＳｉＣ基板、並びに、ＳｉＣデバイスを提供すること。【解決手段】ＳｉＣ単結晶は、ｃ面に略平行な面内において、特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位が偏って分布する領域（Ａ）、及び、特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位が偏って分布する領域（Ｂ）を有する。前記領域（Ａ）は、ファセット部に対して＜１−１００＞方向に位置し、前記領域（Ｂ）は、ファセット部に対して＜１１−２０＞方向に位置する。ＳｉＣ基板は、ＳｉＣ単結晶からｃ面に対して略平行にＳｉＣウェハを切り出し、前記領域（Ａ）又は前記領域（Ｂ）が主として含まれるように前記ＳｉＣウェハから切り出すことにより得られる。ＳｉＣデバイスは、このＳｉＣ基板を用いて作製される。【選択図】図１
2014159355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃ面に略平行な面内において、
（ａ）特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位が偏って分布する領域（Ａ）、及び、
（ｂ）特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位が偏って分布する領域（Ｂ）
を有するＳｉＣ単結晶。
【請求項２】
ファセット部を含み、
前記領域（Ａ）は、前記ファセット部に対して＜１−１００＞方向に位置し、
前記領域（Ｂ）は、前記ファセット部に対して＜１１−２０＞方向に位置する
請求項１に記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項３】
前記ファセット部が前記ＳｉＣ単結晶の端部に存在し、その反対方向に前記領域（Ａ）又は前記領域（Ｂ）が存在する請求項２に記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項４】
請求項３に記載のＳｉＣ単結晶からｃ面に略平行にスライスされ、スライスされた面のオフセット方向が＜１−１００＞方向であり、前記領域（Ａ）を前記ファセット部の反対側端部に有するＳｉＣウェハ。
【請求項５】
請求項３に記載のＳｉＣ単結晶からｃ面に略平行にスライスされ、スライスされた面のオフセット方向が＜１１−２０＞方向であり、前記領域（Ｂ）を前記ファセット部の反対側端部に有するＳｉＣウェハ
【請求項６】
前記ファセット部が前記ＳｉＣ単結晶の略中央に存在する請求項２に記載のＳｉＣ単結晶。
【請求項７】
請求項６に記載のＳｉＣ単結晶からｃ面に略平行にスライスされ、スライスされた面のオフセット方向が＜１−１００＞方向であるＳｉＣウェハ。
【請求項８】
請求項６に記載のＳｉＣ単結晶からｃ面に略平行にスライスされ、スライスされた面のオフセット方向が＜１１−２０＞方向であるＳｉＣウェハ。
【請求項９】
オリエンタルフラット部（ウェハの方位の目印である欠損部）を前記領域（Ｂ）の方向に形成した請求項４、５、７又は８のいずれか１項に記載のＳｉＣウェハ。
【請求項１０】
請求項１から３まで、又は、請求項６のいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶からｃ面に対して略平行にＳｉＣウェハを切り出し、
前記領域（Ａ）又は前記領域（Ｂ）が主として含まれるように前記ＳｉＣウェハから切り出すことにより得られるＳｉＣ基板。
【請求項１１】
前記領域（Ａ）を含み、オフセット方向が前記バーガースベクトル（Ａ）と略垂直方向である請求項１０に記載のＳｉＣ基板。
【請求項１２】
前記領域（Ｂ）を含み、
オフセット方向が前記バーガースベクトル（Ｂ）と略垂直方向である
請求項１０に記載のＳｉＣ基板。
【請求項１３】
請求項４、５、又は、７から９までのいずれか１項に記載のＳｉＣウェハを用いて作製されるＳｉＣデバイス。
【請求項１４】
請求項１０から１２にまでのいずれか１項に記載のＳｉＣ基板を用いて作製されるＳｉＣデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ単結晶、ＳｉＣウェハ、ＳｉＣ基板、及び、ＳｉＣデバイスに関し、さらに詳しくは、特定の転位種が特定の領域に偏って存在するＳｉＣ単結晶、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されたＳｉＣウェハ及びＳｉＣ基板、並びに、このようなＳｉＣウェハ又はＳｉＣ基板を用いて作製されるＳｉＣデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣは、Ｓｉに代わる次世代パワーデバイス用の基板材料として注目されている。しかしながら、ＳｉＣは、Ｓｉに比べ未だに多くの転位が存在するため、これらがデバイス特性に与える影響は大きい。そのため、ＳｉＣ単結晶中の転位を低減する方法に関し、従来から種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、成長結晶中のマイクロパイプや螺旋転位を低減する目的で、中心軸方向が＜０００１＞方向から±１０°以内、頂角が２０°以上９０°以下の錘形の種結晶を用いる方法が開示されている。
特許文献２には、成長面を｛０００１｝面から２０°以上のオフセット角を付けて繰り返し成長させる方法が開示されている。
さらに、特許文献３には、オフセット上流部から下流部への転位の流入を防ぐため、成長面上にある｛０００１｝面下位部から、｛０００１｝面最上位部に向かう方向に沿って、成長面のオフセット角が小さくなるように成長面形状を加工した種結晶を用いる方法が提案されている。
【０００４】
デバイス特性を向上するには、結晶中の転位を可能な限り少なくすることが望ましい。一方で、ＳｉＣ単結晶中において全体的に転位を低減する以外に、特定の転位種ごとへの作り分けや、特定のバーガースベクトルごとへの作り分けの方法も、デバイス特性向上の有効手段と考えられる。
【０００５】
ＳｉＣ中の転位としては、螺旋転位、刃状転位、基底面転位が存在する。それぞれの転位種がデバイスに与える影響については、螺旋転位や刃状転位などの貫通転位はリーク電流を増大させること、基底面転位はバイポーラデバイスの順方向劣化を生じさせることなどが報告されている。そこで特定の転位種を低減したＳｉＣ単結晶を製造できれば、作製するデバイスの種類に合わせ、それらを用いることで、それらのデバイスにおいて問題となっている特性を改善できる。
【０００６】
また、エピタキシャル成長において、基板中に存在する基底面転位の刃状転位への変換率を向上させる試みがなされている。しかしながら、すべての基底面転位を刃状転位に変換させることは達成されていない。これは、基底面転位の中でもバーガースベクトルの方向が複数存在し、基板のオフセット方向に平行方向のバーガースベクトルを有する基底面転位は、刃状転位に変換しにくいためと考えられる。
【０００７】
そこで、特定方向のバーガースベクトルを有する基底面転位（オフセット方向に平行方向のバーガースベクトルを有する基底面転位を含まない）を主とする基板を作製すれば、刃状転位への変換効率を向上することができると考えられる。
しかしながら、これまで、特定の転位種を主に含むように成長させる方法や、特定のバーガースベクトルのみを含むように成長させる具体的な手法は知られていない。また、ウェハ面内において、特定の領域に特定の転位種や特定のバーガースベクトルを有する転位種のみを形成する試みがなされた例は、従来にはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−０４５４９９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２５２３２号公報
【特許文献３】特開２０１２−０４６３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、特定の転位種が特定の領域に偏って存在するＳｉＣ単結晶、このようなＳｉＣ単結晶から切り出されたＳｉＣウェハ及びＳｉＣ基板、並びに、このようなＳｉＣウェハ又はＳｉＣ基板を用いて作製されるＳｉＣデバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明に係るＳｉＣ単結晶は、
ｃ面に略平行な面内において、
（ａ）特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位が偏って分布する領域（Ａ）、及び、
（ｂ）特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位が偏って分布する領域（Ｂ）
を有することを要旨とする。
【００１１】
本発明に係るＳｉＣウェハは、本発明に係るＳｉＣ単結晶から、特定の方向に切り出されたものからなる。
本発明に係るＳｉＣ基板は、
本発明に係るＳｉＣ単結晶からｃ面に対して略平行にＳｉＣウェハを切り出し、
前記領域（Ａ）又は前記領域（Ｂ）が主として含まれるように前記ＳｉＣウェハから切り出すことにより得られるものからなる。
さらに、本発明に係るＳｉＣデバイスは、本発明に係るＳｉＣウェハ又はＳｉＣ基板を用いて作製されたものからなる。
【発明の効果】
【００１２】
ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させる場合において、種結晶の形状（すなわち、成長初期のｃ面ファセット形状、ｃ面ファセットに螺旋転位を供給するための領域の大きさなど）及び成長条件を最適化すると、特定方向のバーガースベクトルを持つ特定の転位種が特定の領域に偏って存在するＳｉＣ単結晶が得られる。このようなＳｉＣ単結晶からＳｉＣ基板を切り出す場合において、切り出し位置や大きさを最適化すると、特定の転位種を主として含む（換言すれば、特定の転位種を実質的に含まない、又は、特定の転位種が少ない）ＳｉＣ基板が得られる。
【００１３】
このようなＳｉＣ基板を用いてＳｉＣデバイスを作製すると、特定の転位種に起因する特性劣化を抑制することができる。同様に、このようなＳｉＣ基板を種結晶に用いてＳｉＣ単結晶を成長させ、これを用いてＳｉＣデバイスを作製すると、特定の転位種に起因する特性劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るＳｉＣ単結晶からｃ面に略平行に切り出されたＳｉＣウェハ（左図）、並びに、ＳｉＣウェハから切り出されたＳｉＣ基板（右上図及び右下図）の模式図である。
【図２】透過Ｘ線トポグラフによる各種転位の判別方法を説明するための透過Ｘ線トポグラフ像の一例である。
【図３】ＳｉＣウェハの同一領域において撮影された透過Ｘ線トポグラフ像（左図）及び反射Ｘ線トポグラフ像（右図）である。
【００１５】
【図４】ファセット部に対して［−１１００］方向にある領域であって、刃状転位が偏在している同一領域において撮影された（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像である。
【図５】ＳｉＣウェハの模式図（左上図）、並びに、ファセット部に対して［−１１００］方向にある領域において撮影された（２−２０１０）回折反射Ｘ線トポグラフ像（左下図）、及び、これと同一領域において撮影された（１１−２８）回折反射Ｘ線トポグラフ像（右上図）である。
【００１６】
【図６】ファセット部に対して［０１−１０］方向にある領域であって、刃状転位が偏在している同一領域において撮影された（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像である。
【図７】ファセット部に対して［−１０１０］方向にある領域であって、刃状転位が偏在している同一領域において撮影された（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像である。
【００１７】
【図８】ファセット部に対して［−２１１０］方向にある領域であって、基底面転位が偏在している同一領域において撮影された（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像である。
【図９】ファセット部に対して［−１２−１０］方向にある領域であって、基底面転位が偏在している同一領域において撮影された（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像である。
【図１０】実施例２で得られたＳｉＣ単結晶の転位分布図である。
【図１１】実施例３で得られたＳｉＣ単結晶の転位分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  用語の定義］
「ｃ面」とは、｛０００１｝面をいう。
「ｃ面に略平行な面」とは、ｃ面に対するオフセット角が２０°以下である面をいう。
「ｃ面成長」とは、ｃ面に略平行な面を成長面として、単結晶を成長させることをいう。
【００１９】
「オフセット角」とは、ある面の法線ベクトルとｃ面の法線ベクトルとのなす角をいう。
「オフセット方向」とは、ある面の法線ベクトルをｃ面に投影したベクトルに対して平行な方向をいう。
「オフセット基板」とは、成長面のオフセット角が０．５°以上３０°以下である単結晶からなる基板をいう。
「オンセット基板」とは、成長面のオフセット角が０．５°未満である単結晶からなる基板をいう。
【００２０】
「ファセット部」とは、ｃ面ファセットが形成される領域をいう。
「ｃ面ファセット」とは、単結晶の成長過程において、結晶学的に最上位の｛０００１｝面がある領域をいう。
【００２１】
「貫通刃状転位（又は、単に「刃状転位」）」とは、転位線が｛０００１｝面（基底面）に対して略垂直であり、＜１１−２０＞方向に平行な方向のバーガースベクトルを有する転位をいう。
「基底面転位」とは、
（ａ）転位線が｛０００１｝面（基底面）上にあり、＜１１−２０＞方向に平行な方向のバーガースベクトルを有する刃状転位、
（ｂ）転位線が｛０００１｝面（基底面）上にあり、＜１１−２０＞方向に平行な方向のバーガスベクトルを有する螺旋転位、又は、
（ｃ）（ａ）と（ｂ）の混合転位
をいう。
「貫通螺旋転位」とは、転位線が｛０００１｝面（基底面）に対して略垂直であり、＜０００１＞方向に平行な方向のバーガースベクトルを有する転位をいう。
【００２２】
［２．  ＳｉＣ単結晶］
本発明に係るＳｉＣ単結晶は、
ｃ面に略平行な面内において、
（ａ）特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位が偏って分布する領域（Ａ）、及び、
（ｂ）特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位が偏って分布する領域（Ｂ）
を有する。
【００２３】
［２．１．  領域（Ａ）、領域（Ｂ）］
図１の左図に、本発明に係るＳｉＣ単結晶からｃ面に略平行に切り出されたＳｉＣウェハの模式図を示す。
図１に示す例において、ＳｉＣウェハは、半楕円形を呈しており、半楕円のほぼ下部にファセット部がある。ＳｉＣウェハ上には、特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位が偏って分布している領域（Ａ）と、特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位が偏って分布している領域（Ｂ）とがある。
【００２４】
領域（Ａ）では、特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位の数がそれ以外の刃状転位の数より多い。
製造条件を最適化すると、ウェハ上のある領域において、特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位の数（ｎe）とそれ以外の刃状転位の数（ｎother）の和に対する、特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位の数の割合（＝ｎe×１００／(ｎe＋ｎother)（％））は、８０％以上、あるいは、９０％以上となる。
【００２５】
領域（Ｂ）では、特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位の数がそれ以外の基底面転位の数より多い。
製造条件を最適化すると、ウェハ上のある領域において、特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位の数（ｎb）とそれ以外の基底面転位の数（ｎother）の和に対する、特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位の数の割合（＝ｎb×１００／(ｎb＋ｎother)（％））は、８０％以上、あるいは、９０％以上となる。
【００２６】
［２．２．  バーガースベクトル］
後述する方法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶から切り出されたＳｉＣウェハ上には、一般に、複数個の領域（Ａ）と領域（Ｂ）が存在する。
個々の領域（Ａ）において、多数派を占める転位種のバーガースベクトル（Ａ）は、それぞれ特定の方向を向いている。また、領域（Ａ）は、ファセット部に対して＜１−１００＞方向の位置に発生する。
同様に、個々の領域（Ｂ）において、多数派を占める転位種のバーガースベクトル（Ｂ）は、それぞれ特定の方向を向いている。また、領域（Ｂ）は、ファセット部に対して＜１１−２０＞方向の位置に発生する。
【００２７】
個々の領域（Ａ）に含まれる刃状転位の内、多数派を占めるもののバーガースベクトル（Ａ）は、以下の様になる。ファセット部の中心から見て、特定の＜１−１００＞方向にある領域（Ａ）では、バーガースベクトル（Ａ）は、その特定の＜１−１００＞方向に垂直な方向を向いている。具体的には、このようなバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位の割合は、刃状転位全体の８０％以上、９０％以上、あるいは、９５％以上になっている。
【００２８】
同様に、個々の領域（Ｂ）に含まれる基底面転位の内、多数派を占めるもののバーガースベクトル（Ｂ）は、以下の様になる。ファセット部の中心から見て、特定の＜１１−２０＞方向にある領域（Ｂ）では、バーガースベクトル（Ｂ）は、その特定の＜１１−２０＞方向と平行な方向を向いている。具体的には、このようなバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位の割合は、基底面転位全体の８０％以上、あるいは、９０％以上になっている。
【００２９】
ここで、「ファセット部の中心」とは、ファセット痕（ドープ濃度が異なり、色が濃い領域）の重心をいう。
【００３０】
図１の左図に示す例において、ＳｉＣウェハは、紙面の縦方向（ｙ方向）が［−１１００］方向であり、紙面の横方向（ｘ方向）が［１１−２０］方向である。
領域（Ａ）は、［−１１００］方向（ウエハの上部、ｙ軸方向）、［０１−１０］方向（ウェハの右側、ｘ軸に対して約３０°傾いた方向）、及び、［−１０１０］方向（ウェハの左側、ｘ軸に対して約１５０°傾いた方向）に形成されている。
一方、領域（Ｂ）は、［−１２−１０］方向（ウェハの右上斜め、ｘ軸に対して約６０°傾いた方向）、及び、［−２１１０］方向（ウェハの左上斜め、ｘ軸に対して約１２０°傾いた方向）に形成されている。
【００３１】
［−１１００］方向にある領域（Ａ）は、［１１−２０］方向又は［−１−１２０］方向のバーガースベクトルを持つ刃状転位を多く含む。
同様に、［０１−１０］方向にある領域（Ａ）は、［２−１−１０］方向又は［−２１１０］方向のバーガースベクトルを持つ刃状転位を多く含む。
同様に、［−１０１０］方向にある領域（Ａ）は、［−１２−１０］方向又は［１−２１０］方向のバーガースベクトルを持つ刃状転位を多く含む。
【００３２】
また、［−１２−１０］方向にある領域（Ｂ）は、［−１２−１０］方向又は［１−２１０］方向のバーガースベクトルを持つ基底面転位を多く含む。
同様に、［−２１１０］方向にある領域（Ｂ）は、［−２１１０］方向又は［２−１−１０］方向のバーガスベクトルを持つ基底面転位を多く含む。
【００３３】
［２．３．  ファセット部］
ファセット部は、ＳｉＣ単結晶の製造方法に応じて、その発生位置が異なる。
例えば、オフセット基板を用いてＳｉＣ単結晶を製造した場合、ファセット部は単結晶の端部に形成される。また、その反対方向（単結晶の中心の周りに１８０°回転した方向）には、相対的に他の領域よりも広く、かつ、特定方向のバーガースベクトルを持つ特定の転位種を多く含む領域が形成される。
【００３４】
反対方向に形成される領域は、主な偏在転位種が刃状転位である場合（すなわち、領域（Ａ）が形成される場合）と、主な偏在転位種が基底面転位である場合（すなわち、領域（Ｂ）が形成される場合）とがある。
反対方向に形成される領域が領域（Ａ）となるか、あるいは、領域（Ｂ）となるかは、ＳｉＣ単結晶を製造する際に用いられる種結晶のオフセット方向により異なる。
【００３５】
一方、オンセット基板を用いてＳｉＣ単結晶を製造した場合、ファセット部は、単結晶の中央部に形成される。この場合、ファセット部を中心として、特定方向のバーガースベクトルを持つ特定の転位種を多く含む領域が放射状に形成される。
【００３６】
［３．  ＳｉＣウェハ］
上述したＳｉＣ単結晶を適当な厚さにスライスすると、ＳｉＣウェハが得られる。このとき、スライスする方向を最適化すると、オフセット方向、領域（Ａ）、あるいは領域（Ｂ）の位置を任意に制御することができる。
【００３７】
例えば、ファセット部がＳｉＣ単結晶の端部に存在し、その反対方向に領域（Ａ）又は領域（Ｂ）が存在するＳｉＣ単結晶の場合、このＳｉＣ単結晶をｃ面に略平行にスライスすると、スライスされた面のオフセット方向が＜１−１００＞方向であり、領域（Ａ）をファセット部の反対側端部に有するＳｉＣウェハを切り出すことができる。
このようなＳｉＣウェハは、｛１１−２０｝面がウェハ面に垂直な向きとなる。また、ＳｉＣでは、｛１１−２０｝面内方向のキャリアの易動度が高いことが知られている。例えば、ウェハ面に垂直方向のトレンチ構造を形成するデバイスでは、＜１−１００＞方向のオフセットで最大の易動度が得られ、このようなデバイスにおいて基板の基底面転位密度を少なくしたものを多く作れるという利点がある。
【００３８】
また、ファセット部がＳｉＣ単結晶の端部に存在し、その反対方向に領域（Ａ）又は領域（Ｂ）が存在するＳｉＣ単結晶の場合、このＳｉＣ単結晶をｃ面に略平行方向にスライスすると、スライスされた面のオフセット方向が＜１１−２０＞方向であり、領域（Ｂ）をファセット部の反対側端部に有するＳｉＣウェハを切り出すことができる。
このようなＳｉＣウェハは、通常のオフセット方向を有しているので、一般的なデバイスに対して刃状転位が相対的に少ないものを多く作ることができるという利点がある。
【００３９】
また、ファセット部がＳｉＣ単結晶の略中央に存在するＳｉＣ単結晶の場合、このＳｉＣ単結晶をｃ面に略平行にスライスすると、スライスされた面のオフセット方向が＜１−１００＞方向であるＳｉＣウェハを切り出すことができる。
このようなＳｉＣウェハは、｛１１−２０｝面内方向へのキャリア易動を有するトレンチゲート構造のデバイスにおいて、転位種ごと、バーガースベクトルごとのデバイスへの影響を調べることができるという利点がある。
【００４０】
また、ファセット部がＳｉＣ単結晶の略中央に存在するＳｉＣ単結晶の場合、このＳｉＣ単結晶をｃ面に略平行にスライスすると、スライスされた面のオフセット方向が＜１１−２０＞方向であるＳｉＣウェハを切り出すことができる。
このようなＳｉＣウェハは、一般的なデバイスに対して転位種ごと、バーガースベクトルごとのデバイスの影響を調べることができるという利点がある。
【００４１】
さらに、このようにして得られたＳｉＣウェハにおいて、オリエンタルフラット部（ウェハの方位の目印である欠損部）を前記領域（Ｂ）の方向に形成することができる。
このようなＳｉＣウェハは、オリエンタルフラット部を領域（Ｂ）の方向に形成したので、ウェハの欠損部に領域（Ｂ）を割り当てることになる。その結果、ウェハの欠損部に領域（Ｂ）を割り当てない場合と比較して、相対的に基底面転位が少ないウェハとすることができる。
【００４２】
［４．  ＳｉＣ基板］
本発明に係るＳｉＣ基板は、
本発明に係るＳｉＣ単結晶からｃ面に対して略平行にＳｉＣウェハを切り出し、
前記領域（Ａ）又は前記領域（Ｂ）が主として含まれるように前記ＳｉＣウェハから切り出すことにより得られるものからなる。
【００４３】
図１の右上図、及び、右下図に、ＳｉＣウェハから切り出されたＳｉＣ基板の模式図を示す。
図１の左図に示すウェハの［−１１００］方向に位置する領域から、所定の大きさの基板を切り出すと、図１の右上図に示すように、特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位を主として含むＳｉＣ基板が得られる。
同様に、図１の左図に示すウェハの［−１２−１０］方向に位置する領域から、所定の大きさの基板を切り出すと、図２の右下図に示すように、特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位を主として含むＳｉＣ基板が得られる。
【００４４】
「領域（Ａ）が主として含まれる」とは、ＳｉＣ基板の面積の５０％以上が領域（Ａ）からなることをいう。
ＳｉＣ基板の大きさや切り出し位置を最適化すると、ＳｉＣ基板内における特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位の数（ｎe）とそれ以外の刃状転位の数（ｎother）の和に対する、特定方向のバーガースベクトル（Ａ）を持つ刃状転位の数の割合（＝ｎe×１００／(ｎe＋ｎother)（％））は、８０％以上、あるいは、９０％以上となる。
【００４５】
「領域（Ｂ）が主として含まれる」とは、ＳｉＣ基板の面積の５０％以上が領域（Ｂ）からなることをいう。
ＳｉＣ基板の大きさや切り出し位置を最適化すると、ＳｉＣ基板内における特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位の数（ｎb）とそれ以外の基底面転位の数（ｎother）の和に対する、特定方向のバーガースベクトル（Ｂ）を持つ基底面転位の数の割合（＝ｎb×１００／(ｎb＋ｎother)（％））は、８０％以上、あるいは、９０％以上となる。
【００４６】
ＳｉＣ基板に含まれる特定方向のバーガースベクトルを持つ転位種の割合は、ＳｉＣ基板の大きさや切り出し位置に依存する。上述したように、領域（Ａ）及び領域（Ｂ）は、それぞれ、ファセット部に対して特定方向に形成される。そのため、ＳｉＣ基板の切り出し位置が特定方向からずれるほど、あるいは、ＳｉＣ基板の大きさが大きくなるほど、特定方向のバーガースベクトルを持つ転位種の割合は低くなる。
【００４７】
また、ＳｉＣ単結晶からＳｉＣウェハ及びＳｉＣ基板を切り出す場合において、ウェハ及び基板のオフセット方向は、任意に選択できる。
例えば、領域（Ｂ）からＳｉＣ基板を切り出す場合、オフセット方向が基底面転位のバーガースベクトル（Ｂ）と略垂直方向となるようにウェハ及び基板を切り出すことができる。このようなＳｉＣ基板の表面にエピタキシャル膜を形成すると、ほとんどの基底面転位を刃状転位に変換することができる。
また、領域（Ａ）からＳｉＣ基板を切り出す場合、オフセット方向が刃状転位のバーガースベクトル（Ａ）と略垂直となるように、ウェハ及び基板を切り出すこともできる。このようなＳｉＣ基板の表面にエピタキシャル膜を形成すると、基板のオフセット角の大きさにかかわらず、基板の刃状転位を基底面転位に変換させることなく、そのまま刃状転位としてエピタキシャル膜を成膜することができる。
【００４８】
［５．  ＳｉＣデバイス］
本発明に係るＳｉＣデバイスは、本発明に係るＳｉＣ基板を用いて作製される。
本発明に係るＳｉＣ基板は、特定方向のバーガースベクトルを持つ特定の転位種を主として含む（換言すれば、本発明に係るＳｉＣ基板は、特定方向のバーガースベクトルを持つ特定の転位種が少ない、又は、これを実質的に含まない）。そのため、特定の転位種に起因するデバイスの特性劣化を抑制することができる。
【００４９】
例えば、領域（Ａ）を含むＳｉＣ基板上にバイポーラデバイスを作製すると、基底面転位が少ないために、順方向劣化を抑制することができる。
【００５０】
［６．  ＳｉＣ単結晶の製造方法］
本発明に係るＳｉＣ単結晶は、特定の構造を備えたＳｉＣ種結晶の成長面上に、ＳｉＣ単結晶を成長させることにより得られる。
本発明に係るＳｉＣ単結晶を製造するためには、ＳｉＣ種結晶及び成長方法は、以下の条件を満たしている必要がある。
【００５１】
第１に、ＳｉＣ種結晶は、｛０００１｝面からのオフセット角が６０〜９０°である面を成長面として成長させたＳｉＣ単結晶（いわゆる、ａ面成長結晶）から切り出す必要がある。ａ面成長結晶は、螺旋転位密度が低いので、これを種結晶に用いて新たに単結晶を成長させると、良質の単結晶が得られる。
第２に、ＳｉＣ種結晶は、いわゆるｃ面成長用の種結晶である必要がある。この場合、ＳｉＣ種結晶は、オフセット基板又はオンセット基板のいずれであっても良い。
【００５２】
第３に、ＳｉＣ種結晶は、成長面が３個以上の非平行な平面で構成されており、かつ、ｃ面ファセットが形成される領域（各平面の交点近傍の領域）を除き、各面の交線（稜線）と｛０００１｝面とのなす角が２．３°以上である必要がある。
各平面間の稜線の角度を所定の値以下とすると、成長初期におけるｃ面ファセット形状を小さくすることができる。また、ｃ面ファセット形状が小さくなるため、ｃ面ファセットに螺旋転位を供給するための領域（例えば、螺旋転位の供給源となる螺旋転位発生可能領域）を小さくすることができる。
【００５３】
第４に、ＳｉＣの成長においては、ファセット位置が種結晶上の特定位置から大きく動かないように温度分布を制御して、成長面形状を維持して成長させる必要がある。
【００５４】
ＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。ＳｉＣ単結晶の成長方法としては、例えば、昇華再析出法、ＣＶＤ法、溶液法などがある。
このようなＳｉＣ単結晶を用いてＳｉＣ単結晶を成長させると、転位密度が低減するだけでなく、特定方向のバーガースベクトルを有する特定の転位種が特定の領域に偏って分布しているＳｉＣ単結晶が得られる。
【００５５】
［７．  作用］
ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させる場合において、種結晶の形状（すなわち、成長初期のｃ面ファセット形状、ｃ面ファセットに螺旋転位を供給するための領域の大きさなど）及び成長条件を最適化すると、特定方向のバーガースベクトルを持つ特定の転位種が特定の領域に偏って存在するＳｉＣ単結晶が得られる。このようなＳｉＣ単結晶からＳｉＣ基板を切り出す場合において、切り出し位置や大きさを最適化すると、特定の転位種を主として含む（換言すれば、特定の転位種を実質的に含まない、又は、特定の転位種が少ない）ＳｉＣ基板が得られる。
【００５６】
このようなＳｉＣ基板を用いてＳｉＣデバイスを作製すると、特定の転位種に起因する特性劣化を抑制することができる。同様に、このようなＳｉＣ基板を種結晶に用いてＳｉＣ単結晶を成長させ、これを用いてＳｉＣデバイスを作製すると、特定の転位種に起因する特性劣化を抑制することができる。
【００５７】
具体的には、領域（Ａ）を含むＳｉＣ基板を用いてデバイスを作製すると、基底面転位に起因するデバイス特性の劣化を抑制することができる。
また、領域（Ｂ）を含むＳｉＣ基板を用いてデバイスを作製する場合において、ＳｉＣ基板のオフセット方向を制御すると、エピタキシャル膜形成時において基底面転位を刃状転位に効率よく変換することができる。
【００５８】
また、本発明に係るＳｉＣ単結晶は、転位密度の分布が予測可能である。そのため、転位密度の高い低品質部分から切り出されたＳｉＣ基板を用いて作製されたデバイスに対してのみ品質検査を行うことができる。すなわち、デバイスの品質検査を簡略化できる。
また、本発明に係るＳｉＣ単結晶から切り出されたＳｉＣウェハを用いると、透過トポグラフを用いて転位密度をウェハ全体で評価することができる。
さらに、バーガースベクトルが揃った領域を種結晶に用いると、その表面に形成される単結晶や薄膜から容易に転位を排出することができる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
［１．  試料の作製］
方向を変えながらａ面成長を５回繰り返した結晶から、オフセット方向が＜１−１００＞方向であるｃ面成長用の種結晶を切り出した。次いで、成長面が３個の平面で構成され、かつ、平面間の稜線と｛０００１｝面とのなす角が２．７°となるように、種結晶の表面を加工した。さらに、３つの平面の交点近傍には、螺旋転位を発生可能な螺旋転位発生可能領域を形成した。
得られた種結晶を用いて、昇華再析出法によりＳｉＣ単結晶を成長させた。成長は、螺旋転位発生可能領域内にあり、３つの平面によって形成される｛０００１｝面の最上位点の近傍が、成長中、常に最も低温になるように、｛０００１｝面最上位点をるつぼの中心近くに配置して行った。
【００６０】
［２．  試験方法］
ＳｉＣ単結晶から、ｃ面に略平行となるようにＳｉＣウェハを切り出した。このＳｉＣウェハに対し、透過Ｘ線トポグラフ及び反射Ｘ線トポグラフによる転位の解析を行った。
【００６１】
［３．  結果］
［３．１．  透過Ｘ線トポグラフによる各種転位の判別］
図２に、透過Ｘ線トポグラフによる各種転位の判別方法を説明するための透過Ｘ線トポグラフ像の一例を示す。図２の中央図は、比較的転位密度の小さい結晶の（１−１００）面回折の透過Ｘ線トポグラフ像である。また、図２の左図（小さな図）は、転位密度の大きい従来の結晶の透過Ｘ線トポグラフ像である。
【００６２】
図２に示すように、基底面転位は、一般に試料の厚さ以上の長さを有し、かつ、コントラストが中程度の線として現れる。刃状転位（貫通刃状転位）は、試料の厚さ程度の長さを有し、かつ、コントラストの弱い線として現れる。さらに、貫通螺旋転位は、バーガースベクトルが｛０００１｝面内方向成分を含む場合、コントラストの強い点状に現れる。
【００６３】
ここで、従来の結晶（高転位密度結晶）においては、ｃ面に略平行な基板を用いて透過Ｘ線トポグラフ像により刃状転位を観察することは一般的ではなかった。これは、基底面転位が高密度に存在する従来の結晶においては、図２の左図に示すように、短く、かつコントラストの弱い刃状転位の明瞭な像が得られなかったためである。
しかしながら、転位密度が小さくなると、図２の中央図に示すように、ｃ面に略平行な基板であっても透過Ｘ線トポグラフにより刃状転位を観察することができる。
【００６４】
図３に、ＳｉＣウェハの同一領域において撮影された透過Ｘ線トポグラフ像（左図）及び反射Ｘ線トポグラフ像（右図）を示す。
図３左図の透過トポグラフ像において、
（ａ）長さが短く、かつ、コントラストの弱い線を小さな細線の丸で表示し、
（ｂ）長さが短く、かつ、コントラストの強い線を大きな太線の丸で表示した。
左図で求めた丸印の位置を刃状転位や螺旋転位の判別に用いられる反射トポグラフ像に重ね合わせた結果、小さな細線の丸は刃状転位、大きな太線の丸は螺旋転位であることが確認された。この結果は、転位密度が小さくなると、ｃ面に略平行な基板の透過Ｘ線トポグラフ像によっても、刃状転位を観察できることを示している。
【００６５】
［３．２．  刃状転位のバーガースベクトルの向きの特定］
［３．２．１．  ［−１１００］方向にある領域］
転位のバーガースベクトルの向きを求めるために、等価な３つの透過Ｘ線トポグラフ回折を行った。図４に、ファセット部に対して［−１１００］方向にある領域であって、刃状転位が偏在している同一領域の（１−１００）面回折像（左上図）、（−１０１０）面回折像（中央上図）、及び、（０１−１０）面回折像（右上図）を示す。
【００６６】
この領域では、主に刃状転位が観察された。同一領域において撮影された３つの等価な回折像の内、（１−１００）面回折のみ転位像が消滅している。このことは、これらの刃状転位が回折のｇベクトル（回折面の法線ベクトル）と垂直方向のバーガースベクトル、すなわち、［１１−２０］方向（正方向及び負方向は、同一方向とする。以下同様。）のバーガースベクトルを有することを示唆している。
【００６７】
図５に、ＳｉＣウェハの模式図（左上図）、並びに、ファセット部に対して［−１１００］方向にある領域において撮影された（２−２０１０）回折反射Ｘ線トポグラフ像（左下図）、及び、これと同一領域において撮影された（１１−２８）回折反射Ｘ線トポグラフ像（右上図）を示す。
（１１−２８）回折反射Ｘ線トポグラフ像（図５右上図）においては、点線の丸印で囲まれた刃状転位と、実線の丸印で囲まれた刃状転位が観察されている。一方、これと同一領域について撮影された（２−２０１０）回折反射Ｘ線トポグラフ像（図５左下図）においては、点線の丸印で囲まれた刃状転位は消滅している。
【００６８】
点線の丸印で囲まれた刃状転位の数は、観察視野内において合計１００個であった。また、これらの転位が（２−２０１０）面回折で消滅していることから、バーガースベクトルの向きが［１１−２０］方向（紙面の水平（ｘ軸）方向）であることがわかる。
一方、実線の丸印で囲まれた刃状転位の数は、観察視野内において合計３個であった。また、これらの転位が双方の回折像において消滅していないことから、バーガースベクトルの向きが［−１２−１０］方向（ｘ軸方向から６０°傾いた方向）又は［−２１１０］方向（ｘ軸方向から１２０°傾いた方向）であることがわかる。
図５より、［−１１００］方向にある領域の刃状転位は、９７％が同一方向のバーガースベクトルを有していることがわかる。
【００６９】
［３．２．２．  ［０１−１０］方向にある領域］
図６に、ファセット部に対して［０１−１０］方向にある領域であって、刃状転位が偏在している同一領域の（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像を示す。
この領域では、主に刃状転位が観察された。同一領域において撮影された３つの等価な回折像の内、（０１−１０）面回折のみ転位像が消滅している。このことは、これらの刃状転位が回折のｇベクトルと垂直方向のバーガースベクトル、すなわち、［−２１１０］方向のバーガースベクトルを有することを示唆している。
【００７０】
［３．２．３．  ［−１０１０］方向にある領域］
図７に、ファセット部に対して［−１０１０］方向にある領域であって、刃状転位が偏在している同一領域の（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像を示す。
この領域では、主に刃状転位が観察された。同一領域において撮影された３つの等価な回折像の内、（−１０１０）面回折のみ転位像が消滅している。このことは、これらの刃状転位が回折のｇベクトルと垂直方向のバーガースベクトル、すなわち、［１−２１０］方向のバーガースベクトルを有することを示唆している。
【００７１】
［３．３．  基底面転位のバーガースベクトルの向きの特定］
［３．３．１．  ［−２１１０］方向にある領域］
図８に、ファセット部に対して［−２１１０］方向にある領域であって、基底面転位が偏在している同一領域の（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像を示す。
この領域では、主に基底面転位が観察された。同一領域において撮影された３つの等価な回折像の内、（０１−１０）面回折のみ転位像が消滅している。このことは、これらの基底面転位は、［−２１１０］方向に伸び、かつ、回折のｇベクトルと垂直方向のバーガースベクトル、すなわち、［−２１１０］方向のバーガースベクトルを有することを示唆している。
【００７２】
［３．３．２．  ［−１２−１０］方向にある領域］
図９に、ファセット部に対して［−１２−１０］方向にある領域であって、基底面転位が偏在している同一領域の（１−１００）面回折像、（−１０１０）面回折像、及び、（０１−１０）面回折像を示す。
この領域では、主に基底面転位が観察された。同一領域において撮影された３つの等価な回折像の内、（−１０１０）面回折のみ転位像が消滅している。このことは、これらの基底面転位は、［−１２−１０］方向に伸び、かつ、回折のｇベクトルと垂直方向のバーガースベクトル、すなわち、［−１２−１０］方向のバーガースベクトルを有することを示唆している。
【００７３】
［３．４．  画像処理による判別法］
前述のような透過Ｘ線トポグラフ像から、特定方向のバーガースベクトルを有する転位の密度を調べる作業は、画像処理などを利用することにより迅速に行うことができる。
各トポグラフ像から転位種ごとの特徴（長さやコントラスト）に基づき、転位の判別を行う。トポグラフ像を一定の大きさの区画に分割し、その中での各転位の数密度を求める。それぞれの区画の中の転位は２方向のバーガースベクトルの転位の数密度であるため、３つの透過なトポグラフ像を用いて、その区画内における一種類のバーガースベクトルの数密度を求めることになる。
【００７４】
仮に３つの方向のバーガースベクトルの数密度を、それぞれ、ｘ、ｙ、ｚとする。また、各トポグラフ像の同一区画における転位の数密度をａ、ｂ、ｃとする。このとき、これらの変数は、ａ＝ｘ＋ｙ、ｂ＝ｙ＋ｚ、ｃ＝ｚ＋ｘと表せる。
この方程式を解くと、ｘ＝（ａ＋ｃ−ｂ）／２、ｙ＝（ａ＋ｂ−ｃ）／２、ｚ＝（ｃ＋ｂ−ａ）／２となる。すなわち、同一区画における３つのトポグラフ像から、特定方向のバーガースベクトルを持つ転位の数密度を求めることができる。
図１の左図に示すＳｉＣ単結晶の転位構造は、このようなトポグラフ像を用いた転位解析により得られたものである。
【００７５】
（実施例２）
［１．  試料の作製］
方向を変えながらａ面成長を５回繰り返した結晶から、オフセット方向が＜１１−２０＞方向であるｃ面成長用の種結晶を切り出した。次いで、成長面が３個の平面で構成され、かつ、平面間の稜線と｛０００１｝面とのなす角が２．７°となるように、種結晶の表面を加工した。さらに、３つの平面の交点近傍には、螺旋転位を発生可能な螺旋転位発生可能領域を形成した。
得られた種結晶を用いて、昇華再析出法によりＳｉＣ単結晶を成長させた。成長は、螺旋転位発生可能領域にあり、３つの平面によって形成される｛０００１｝面の最上位点の近傍が、成長中、最も低温になるように、｛０００１｝面最上位点を坩堝の中心近くに配置して行った。
【００７６】
［２．  結果］
実施例１と同様にＸ線トポグラフを用いて転位種の分布、及びバーガースベクトルの向きを調べた。その結果、＜１−１００＞方向には主に刃状転位が観察され、各領域においてバーガースベクトルの向きが特定方向（ファセット部から見たその領域への方向に垂直な方向）を向いていることが確認された。また、＜１１−２０＞方向には特定方向（ファセット部から見たその領域への方向に平行な方向）のバーガースベクトルを持った基底面転位領域が観察された（図１０参照）。
【００７７】
（実施例３）
［１．  試料の作製］
方向を変えながらａ面成長を５回繰り返した結晶から、オンセットｃ面成長用の種結晶（種結晶の底面がオンセット）を切り出した。次いで、成長面側が３個の平面で構成され、かつ、平面間の稜線と｛０００１｝面とのなす角が２．７°となるように、種結晶の表面を加工した。さらに、３つの平面の交点近傍には、螺旋転位を発生可能な螺旋転位発生可能領域を形成した。
得られた種結晶を用いて、昇華再析出法によりＳｉＣ単結晶を成長させた。オンセット基板を用いた成長では、成長中のファセットが特に大きくなりやすい。そこで、これを抑制するために、３つの平面によって形成される｛０００１｝面の最上位点の近傍の成長速度をより促進するために、同領域に相当する種結晶保持台座の部位（中心近傍）を薄く加工し、放熱性を向上させて成長を行った。
【００７８】
［２．  結果］
実施例１と同様にＸ線トポグラフを用いて転位種の分布、及びバーガースベクトルの向きを調べた。その結果、ファセット部を中心とする放射状の転位分布が観察された。＜１−１００＞方向には主に刃状転位が観察され、各領域においてバーガースベクトルの向きが特定方向（ファセット部から見たその領域への方向に垂直な方向）を向いていることが確認された。また、＜１１−２０＞方向には特定方向（ファセット部から見たその領域への方向に平行な方向）のバーガースベクトルを持った基底面転位領域が観察された（図１１参照）。
【００７９】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明に係るＳｉＣ単結晶、及び、ＳｉＣ基板は、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料の製造に用いることができる。
【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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