(57)【要約】オフ角度の小さな炭化珪素単結晶基板上に、高品質で基底面転位の少ない炭化珪素単結晶薄膜を有したエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハを製造する方法を提供する。熱ＣＶＤ法により炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハを製造する方法であって、前記製造方法は、エピタキシャル成長炉内にエッチングガスを流して炭化珪素単結晶基板の表面を算術平均粗さＲａ値が０．５nm以上３．０nm以下となるようにエッチングした後、エピタキシャル成長を開始して、炭化珪素単結晶基板の表面における基底面転位の９５％以上を貫通刃状転位に変換することを特徴とする。
2017018533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル成長炉内に珪素系材料ガス及び炭素系材料ガスを流して、熱ＣＶＤ法により炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハを製造する方法であって、
エピタキシャル成長を開始する前に、エピタキシャル成長炉内にエッチングガスを流して、炭化珪素単結晶基板の表面を算術平均粗さＲａ値が０．５nm以上３．０nm以下となるように予めエッチングすることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項２】
前記エッチングの後、珪素系材料ガス及び炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、前記エッチングされた前記炭化珪素単結晶基板の表面上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてバッファー層を形成し、
引き続き前記バッファー層上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてデバイス動作層を形成するに際し、前記バッファー層を形成した時の前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスのＳｉ原子数に対するＣ原子数の比Ｃ／Ｓｉよりも高いＣ／Ｓｉにすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項３】
前記Ｃ／Ｓｉを０．３以上０．６以下にして、前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、１６００℃以上１７００℃以下の成長温度、及び、２kPa以上１０kPa以下の成長圧力にて、炭化珪素を前記炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル成長させて厚さ０．５μm以上１μm以下のバッファー層を形成することを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項４】
前記Ｃ／Ｓｉを１．０以上２．０以下にして、前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、１６００℃以上１７００℃以下の成長温度、及び、２kPa以上１０kPa以下の成長圧力にて、前記デバイス動作層を形成することを特徴とする請求項２又は３に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項５】
前記エッチングガスが水素ガスを含むことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項６】
前記炭化珪素単結晶基板は、（０００１）面に対して＜１１−２０＞方向へ傾けたオフ角度が２°以上４°以下であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項７】
前記炭化珪素単結晶基板の表面における基底面転位の９５％以上が、前記バッファー層と前記炭化珪素単結晶基板の界面で貫通刃状転位に変換されることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（SiC）は、耐熱性及び機械的強度に優れ、物理的、化学的に安定なことから、耐環境性半導体材料として注目されている。また、近年、高周波高耐圧電子デバイス等の基板としてＳｉＣ単結晶基板の需要が高まっている。【０００３】
ＳｉＣ単結晶基板を用いて、電力デバイス、高周波デバイス等を作製する場合には、通常、基板上に熱ＣＶＤ法（熱化学蒸着法）と呼ばれる方法を用いてＳｉＣ薄膜をエピタキシャル成長させたり、イオン注入法により直接ドーパントを打ち込んだりするのが一般的である。しかし、後者の場合には、注入後に高温でのアニールが必要となるため、エピタキシャル成長による薄膜形成が多用されている。【０００４】
ここで、ＳｉＣエピタキシャル膜上に存在する欠陥としては、三角形欠陥、キャロット欠陥、コメット欠陥等があり、これらはいわゆるキラー欠陥としてデバイスの特性を劣化させるものとして知られている。更に近年、エピタキシャル膜中の基底面転位がデバイス特性に影響を及ぼすものとして問題になっている。この基底面転位は、ＳｉＣ単結晶基板中に存在しているものの一部がエピタキシャル成長層へ引き継がれたものであるが、通常２つの部分転位に分解し、その間に積層欠陥を伴っていることが知られている（非特許文献１参照）。また、デバイス内部にこの積層欠陥が存在すると信頼性に悪影響を与えるため（非特許文献２参照）、エピタキシャル成長層内の基底面転位の低減が重要な課題となっている。【０００５】
図１は、ＳｉＣ単結晶基板中に存在する基底面転位の模式図であり、符号１が基底面転位を示している。このようなＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣのエピタキシャル成長が開始される時、転位は基底面上（b方向）を進むよりもエピタキシャル成長方向（a方向）に進んだ方が、自己の持つ弾性エネルギーが小さくなる（転位の長さが短くなる）ため、バーガーズベクトルが等しい刃状転位に変換され易くなる。その結果、一般に、ＳｉＣ単結晶基板の基底面転位の９０〜９３％程度は、基板／エピタキシャル膜界面で貫通刃状転位に変換される。しかし、例えば、（０００１）面に対して４°のオフ角度を有した４°オフ基板中の基底面転位密度は４０００ヶ/cm2程度であることから、変換されずに７〜１０％程度エピタキシャル膜中に残る（引き継がれる）基底面転位密度は２８０〜４００ヶ/cm2程度となる。【０００６】
一方、デバイスの電極の大きさは現在２〜３mm角程度以上になっているため、１つのデバイスに少なくとも１０個の基底面転位が含まれていることになり、デバイス特性及び歩留まりを落とす要因となる。基底面転位密度を下げる効果的な方法は、基板のオフ角度をより小さくすることであるが、基板上に存在するステップの数が減少するため、エピタキシャル成長時に所謂ステップフロー（step-flow）成長が起こり難くなる。その結果、上述のキラー欠陥が増加し、これによるデバイス特性や歩留まりの劣化が問題となる。【０００７】
従って、今後デバイスへの応用が期待されるエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハであるが、基底面転位から貫通刃状転位への変換効率を更に上げて、基板からエピタキシャル成長層へ引き継がれる基底面転位を低減し、かつキラー欠陥の増加を抑える必要がある。上述したように、基板のオフ角度をより小さくして基底面転位密度を下げる方法もあるが、現状の技術では、キラー欠陥をデバイス実用レベルまで抑制するためには４°オフ程度の基板を用いるのが限界であり、その結果エピタキシャル膜中に残存する基底面転位の低減が不十分となり、デバイス特性の劣化や歩留まりの低下が生じてしまう。【０００８】
なお、ＳｉＣ単結晶基板を溶融ＫＯＨでエッチングし、その上にエピタキシャル成長を行うことで、該基板の基底面転位が貫通刃状転位に変換することが知られている（非特許文献３参照）。しかしながら、このような方法では、ＳｉＣ単結晶基板のエッチングとＳｉＣのエピタキシャル成長とを個別に行う必要があって処理が煩雑になるほか、溶融ＫＯＨにより深いエッチング痕が形成されるためその後のエピタキシャル成長でもこの痕が残り、平滑な表面が得られない。また、エピタキシャル成長層とＳｉＣ単結晶基板との界面での基底面転位から貫通刃状転位への変換効率を十分に高めるのが難しい。【０００９】
特許文献１には、炭化珪素単結晶基板上に、炭化珪素単結晶薄膜からなり表面粗さのRa値が0.5nm以上1.0nm以下である少なくとも１つの抑止層を形成し、欠陥の発生を抑止する方法を開示している。特許文献１は、表面粗さのRa値を上記範囲内にすることによって、ステップに取り込まれる原子の数を増やし、ステップフローが促進されることを開示する。しかし、特許文献１には、炭化珪素単結晶基板のエッチングと、基底面転位の減少との関係について開示も示唆も無い。また、特許文献１には、基底面転位が貫通刃状転位に変換される変換率の定量的な評価が行われていない。【００１０】
特許文献２には、水素エッチング処理された炭化珪素単結晶基板の表面上に、炭化珪素結晶からなるバッファー層をエピタキシャル成長させてバッファー層を形成し、前記バッファー層の表面を水素エッチング処理し、前記バッファー層の表面上に炭化珪素結晶をエピタキシャル成長させて仕上層を形成する工程が開示されている。前記バッファー層形成工程により、炭化珪素単結晶基板からの基底面欠陥の伝播が抑制され、水素エッチング処理されたバッファー層の表面上に仕上層を形成することにより、上記炭化珪素単結晶基板に起因する基底面転位の伝播がさらに低減され、かつ、上記バッファー層に起因する欠陥も低減された仕上層を形成できることが開示されている。しかし、特許文献２に開示された製造方法では、バッファー層の水素エッチングを省略した場合、半導体基板の生産の歩留まりが低くなるおそれがある。【００１１】
特許文献３には、（０００１）面に対して＜１１−２０＞方向又は＜１−１００＞方向のいずれかであるオフ角方向におけるオフ角が０．１°以上１０°以下であり、単結晶炭化珪素からなるベース基板に炭化珪素層を形成させる炭化珪素インゴットの製造方法が開示されている。しかし、特許文献３には、前記ベース基板のエッチングと、基底面転位の減少との関係について開示も示唆も無い。また、特許文献３には、基底面転位が貫通刃状転位に変換される変換率の定量的な評価が行われていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−７４６６４号公報
【特許文献２】特開２００９−２１８５７５号公報
【特許文献３】特開２０１２−２４０８９２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】X.J.Ning et al.: Journal of American Ceramics Soc.Vol.80(1997) p.1645.
【非特許文献２】H. Fujiwara et al.: Applied Physics Letters Vol.87(2005) 051912
【非特許文献３】Z.Zhang et al.: Applied Physics Letters. Vol.87 151913 (2005)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、実用的なオフ角度のＳｉＣ単結晶基板を用いたエピタキシャル成長においても、エピタキシャル成長層中に残存する基底面転位を低減した高品質エピタキシャル膜を有するエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを得ることができるエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、熱ＣＶＤ法によりＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣをエピタキシャル成長させてエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを製造する際、以下のようにしてエピタキシャル成長層中に残存する基底面転位を低減できることを見出した。【００１６】
すなわち、エピタキシャル成長前に成長炉内にエッチングガスを流してＳｉＣ単結晶基板をエッチングして、その表面に基底面転位を起点とした短いステップバンチングを形成することによって、ＳｉＣ単結晶基板の表面の算術平均粗さＲａ値を所定の値にしてから、エピタキシャル成長を開始することにより、ＳｉＣ単結晶基板の表面の基底面転位を効果的に貫通刃状転位に変換することができる。更に、前述した基底面転位から貫通刃状転位への変換を安定して行うために、所定のバッファー層を形成することで、基底面転位をより低減して、なおかつキラー欠陥の増加を抑制できることを、本発明者らは見出し、本発明を完成した。【００１７】
本発明の要旨は、下記の通りである。
（１）エピタキシャル成長炉内に珪素系材料ガス及び炭素系材料ガスを流して、熱ＣＶＤ法により炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハを製造する方法であって、エピタキシャル成長を開始する前に、エピタキシャル成長炉内にエッチングガスを流して、炭化珪素単結晶基板の表面を算術平均粗さＲａ値が０．５nm以上３．０nm以下となるように予めエッチングすることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
（２）前記エッチングの後、珪素系材料ガス及び炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、前記エッチングされた前記炭化珪素単結晶基板の表面上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてバッファー層を形成し、引き続き前記バッファー層上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてデバイス動作層を形成するに際し、前記バッファー層を形成した時の前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスのＳｉ原子数に対するＣ原子数の比Ｃ／Ｓｉよりも高いＣ／Ｓｉにすることを特徴とする（１）に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
（３）前記Ｃ／Ｓｉを０．３以上０．６以下にして、前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、１６００℃以上１７００℃以下の成長温度、及び、２kPa以上１０kPa以下の成長圧力にて、炭化珪素を前記炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル成長させて厚さ０．５μm以上１μm以下のバッファー層を形成することを特徴とする（２）に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
（４）前記Ｃ／Ｓｉを１．０以上２．０以下のＣ／Ｓｉ比にして、前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、１６００℃以上１７００℃以下の成長温度、及び、２kPa以上１０kPa以下の成長圧力にて、前記デバイス動作層を形成することを特徴とする（２）又は（３）に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
（５）前記エッチングガスが水素ガスを含むことを特徴とする（１）〜（４）のうちいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
（６）前記炭化珪素単結晶基板は、（０００１）面に対して＜１１−２０＞方向へ傾けたオフ角度が２°以上４°以下であることを特徴とする（１）〜（５）のうちいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
（７）前記炭化珪素単結晶基板の表面における基底面転位の９５％以上が、前記バッファー層と前記炭化珪素単結晶基板の界面で貫通刃状転位に変換されることを特徴とする（１）〜（６）のうちいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、例えば４°程度の実用的なオフ角度を有するＳｉＣ単結晶基板上でのエピタキシャル膜において、その中に残存する基底面転位を低減した高品質なエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを提供することが可能である。また、本発明の製造方法では、ＣＶＤ法を用いるため、装置構成が容易で制御性にも優れ、均一性、再現性の高いエピタキシャル膜を得ることができる。さらに、本発明のエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを用いたデバイスは、基底面転位密度が低減された高品質エピタキシャル膜上に形成されるため、その特性及び歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術によってＳｉＣエピタキシャル成長を開始した時のＳｉＣ単結晶基板の基底面転位のふるまいを示す図である。
【図２】従来技術によるＳｉＣエピタキシャル膜の成長シーケンスを示す図である。
【図３】本発明のエッチングを行った上でＳｉＣエピタキシャル成長を行う成長シーケンスを示す図である。
【図４】本発明の一例によって成長前処理エッチングを行った直後のＳｉＣ単結晶基板の表面状態を光学顕微鏡により観察した写真である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の方法により基板の基底面転位の貫通刃状転位への変換が促進されることを示す図。
【図６】本発明の例によるＳｉＣエピタキシャル膜の成長シーケンスを示す図である。
【図７Ａ】本発明によりＳｉＣ単結晶基板の基底面転位が貫通刃状転位に変換されるにあたってバッファー層の平坦性が影響することを示す図であって、バッファー層の平坦性が保てない場合を示す。
【図７Ｂ】本発明によりＳｉＣ単結晶基板の基底面転位が貫通刃状転位に変換されるにあたってバッファー層の平坦性が影響することを示す図であって、バッファー層の平坦性が保たれる場合を示す。
【図８】エピタキシャル膜の表面を溶融ＫＯＨでエッチングした時に現れるエッチピットを示す光学顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な内容について述べるが、以下の実施形態に限定されない。
【００２１】
本発明のエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハの製造方法におけるエピタキシャル成長で好適に用いることができる装置は、横型の熱ＣＶＤ装置である。ＣＶＤ法は、装置構成が簡単であり、ガスのon/offで成長を制御できるため、エピタキシャル膜の制御性、再現性に優れた成長方法である。
【００２２】
先ず、参考のため、従来のエピタキシャル膜成長の製造方法を利用したＳｉＣ単結晶基板上へのエピタキシャル成長について述べる。図２において、従来のエピタキシャル膜成長を行う際の典型的な成長シーケンスを、ガスの導入タイミングと併せて示す。
【００２３】
エピタキシャル成長炉にＳｉＣ単結晶基板をセットし、成長炉内を真空排気した後、水素ガスを導入して圧力を５k〜２０kPaに調整する。その後、圧力を一定に保ちながら水素ガス流量と成長炉の温度を上げ、成長温度である１５５０〜１６５０℃に達した後、毎分１００〜２００Lの水素ガス中でt1の時間ＳｉＣ単結晶基板表面のエッチングを行う。水素ガスを用いたこのエッチングは、ＳｉＣ単結晶基板の表面に形成された酸化膜の除去や加工等による変質層の除去などを目的とするものであり、エッチング時間（t1）は通常１０分程度である。また、この時にエッチングされるＳｉＣ単結晶基板の量（厚さ）は１０〜５０nm程度であり、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板の表面粗さのＲａ値は０．１〜０．２nm程度である。なお、表面粗さＲａは、JIS B0601-1994に規定の算術平均粗さを表す。
【００２４】
エッチング終了後、材料ガスであるＳｉＨ4とＣ3Ｈ8とをエピタキシャル成長炉に導入して成長を開始する。ＳｉＨ4流量は毎分１００〜１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量は毎分５０〜７０cm3であり（材料ガス中のSi原子数に対するC原子数の比（C/Si比）は1〜2程度）、成長速度は毎時〜１０μmである。この成長速度は、通常利用されるエピタキシャル層の膜厚が１０μm程度であるため、生産性を考慮して決定されたものである。そして、一定時間成長し、所望の膜厚が得られた時点でＳｉＨ4とＣ3Ｈ8の導入を止め、水素ガスのみ流した状態で温度を下げる。温度が常温まで下がった後、水素ガスの導入を止め、成長室内を真空排気し、不活性ガスを成長室に導入して、成長室を大気圧に戻してから、ＳｉＣ単結晶基板を取り出す。
【００２５】
（本発明におけるエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハの製造方法）
次に、本発明におけるエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハの製造方法について、図３の成長シーケンスを用いて説明する。
【００２６】
［実施形態１］
（エッチング工程）
ＳｉＣ単結晶基板をエピタキシャル成長炉にセットし、ＳｉＣ単結晶基板の表面のエッチングを開始するまでの条件は、図２に示した内容と同様である。従って、使用するエッチングガス、エッチングガスの圧力条件、エッチング時の温度、ガス流量は、従来技術におけるエッチング工程の条件と同じである。但し、エッチング時間t2は０．５〜１．５時間程度として、ＳｉＣ単結晶基板の表面に基底面転位を起点とした短いステップバンチングが形成されるようにする。エッチング量は５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。このエッチング量は、以下で示す短いステップバンチングを発生させるために必要な量であり、少なすぎるとステップバンチング密度が不足して十分な基底面転位の変換効率が得られず、多すぎると表面荒れが発生し、この場合も基底面転位の変換効率が下がる。
【００２７】
エッチング後のＳｉＣ単結晶基板の表面の様子を示す写真を図４に示す。図４において観察される長さ０．５〜１mm程度の縦線（紙面の上下方向の線）が短いステップバンチングを表し、この線の部分が凸形状になっている。この短いステップバンチングの中央にはＳｉＣ単結晶基板の基底面転位が存在していることが確認されており、基底面転位周辺の結晶状態が変化しているため、エッチングの進行が遅くなり、基底面転位周辺の部分が凸形状になったと考えられる。この状況を図５で説明する。
【００２８】
図５（ａ）は図１と同じ状態を表し、エッチング前、あるいは従来技術のように殆どエッチングが行われていない場合のＳｉＣ単結晶基板表面の断面模式図である。符号１がＳｉＣ単結晶基板の基底面転位であり、符号２が基底面転位周辺で結晶状態が変化しているステップである。
【００２９】
エッチング進行中の状態を図５（ｂ）に模式的に示す。基底面転位の表面出口近傍のステップ２'は結晶状態が変化しているため、エッチングによる後退量が小さく、ステップ３は基底面転位が存在しない通常の結晶状態であることから、ステップ２'よりも後退量は大きくなる。そして、エッチング終了時には、図５（ｃ）に示されるように、基底面転位の表面出口近傍のステップ２'（図５（ｂ））は殆どエッチングされないが、通常の結晶状態のステップ３（図５（ｂ））はエッチングされて、前記ステップ２'のエッチング後のステップ２'’の位置まで後退する（図５（ｃ）の符号３’）このように、エッチング終了後、基底面転位が表面に出る部分で、複数のステップが合体して段差が大きくなっている。この結果、図４に示すような短いステップバンチングが形成されたものと考えられる。
【００３０】
図３におけるエッチング時間t2と短いステップバンチングが生じたエッチング後のＳｉＣ単結晶基板の表面粗さＲａ値との関係を事前に求めることができる。エッチング時間t2と表面粗さＲａ値との関係に基づいて、Ｒａ値が０．５nm以上３．０nm以下になるようなエッチング時間t2を０．５〜１．５時間（ｈｏｕｒ）程度にしても良い。t2を０．５〜１．５時間程度とすることにより、エッチング量が５００ｎｍ〜１０００ｎｍとなり、そのときのRaが０．５nm〜３．０nmである。従ってRaがこの範囲を外れた場合、或いはエッチング時間が０．５〜１．５時間を満たさない場合、上述したエッチング量が５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下では無い場合と同様に、基底面転位の変換効率が改善されない。
【００３１】
図３に示すように、エッチング後は、図２の場合と同様の手順でＳｉＣのエピタキシャル成長を行うことができる。このように、ＳｉＣ単結晶基板の表面粗さＲａ値が０．５nm以上３．０nm以下になるようにエッチングを実施してエピタキシャル成長を行うことで、４°程度のオフ角を持ったＳｉＣ単結晶基板上のエピタキシャル膜において、膜中に残存する基底面転位をＳｉＣ単結晶基板中の値の５％以下まで低減した良好なエピタキシャル膜が得られるようになる。
【００３２】
これを再び図５（ｃ）を用いて説明する。図１で説明したように、Ｒａ値が０．５nm以上３．０nm以下になるようなエッチングを行っていない状態でも、通常、ＳｉＣ単結晶基板の基底面転位の大部分は貫通刃状転位に変換される。しかし、図５（ｃ）の符号１'で示した基底面転位に注目すると、上記Ｒａ値となるようにエッチングした後では、この転位の出口におけるテラス（すなわち、ステップ２'’上のテラス２'’a）が広がっているため、基底面転位は、基底面方向（図１のｂ方向）には一層進行し難く、より貫通刃状転位に変換され易くなる。すなわち、基底面転位は図１に示したａ方向に進み易くなる。このようにＳｉＣ単結晶基板のエッチングによって基底面転位近傍に形成されたステップの集合部１０が、ＳｉＣ単結晶基板の基底面転位をより効率よく貫通刃状転位に変換することを見出し、それが必然的に短いステップバンチングを伴うため、表面のRa値と変換効率が関連付けられたことが本発明に繋がっている。
【００３３】
本発明によれば、基底面転位が貫通刃状転位に変換する変換率は従来９０〜９３％程度であったのに対して、９５％以上とすることができる。また、Ｒａ値に関して、その値が小さすぎる場合、このような転位の変換効果の改善が見られず、反対に大き過ぎるとテラス部分もエッチングされていることになるため、転位が変換されずに基底面方向（図１のｂ方向）に進行する確率が上がると考えられ、Ｒａ値には最適値が存在する。
【００３４】
このＳｉＣ単結晶基板のエッチングは、エピタキシャル成長炉内にエッチングガスを流して行うようにすればよく、代表的には水素ガスをエッチングガスとして用いることができ、毎分１００〜２００L程度の流量でエッチングを行うようにすればよい。水素ガス以外にも、例えば、ヘリウムやアルゴン等をエッチングガスとして用いるようにしてもよい。また、エッチングの際の温度や圧力については図２や図３で示したような成長炉内の条件を採用することができ、具体的には、温度は１５００℃以上１７００℃以下であるのがよく、圧力は１kPa以上２０kPa以下であるのがよい。
【００３５】
［実施形態２］
（バッファー層の形成工程）
本発明の第２実施形態では、第１実施形態におけるＳｉＣ単結晶基板のエッチング後に、エピタキシャル成長炉内に珪素系及び炭素系の材料ガスを流してＳｉＣをエピタキシャル成長させて、バッファー層とデバイス動作層とを形成する手順について、図６の成長シーケンスを用いて説明する。ＳｉＣ単結晶基板をセットし、ＳｉＣ単結晶基板表面のエッチングが終了するまでは図３と同様である。エッチング終了後、材料ガスであるＳｉＨ4とＣ3Ｈ8とを導入して成長を開始するが、先ず、バッファー層を形成し、次いで、デバイス動作層を形成する。このバッファー層は、貫通刃状転位への変換を促進させて、基底面転位を低減させる役割を主に担い、デバイス動作層はデバイスの形成に用いられるものである。
【００３６】
このようにエピタキシャル成長開始時にバッファー層を形成することで、デバイス動作層を成長させた後のエピタキシャル膜において、膜中に残存する基底面転位が効果的に低減した良好な膜が得られるようになる。これは、詳しくは下記で説明するように、バッファー層としてエピタキシャル膜を低いＣ／Ｓｉ比で成長させ、ＳｉＣ単結晶基板上に平坦性の高いエピタキシャル膜を形成することで、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位が安定して貫通刃状転位に変換するためである。これを図７Ａ、Ｂで説明する。
【００３７】
図７Ａは、エッチング終了後のＳｉＣ単結晶基板上に、デバイス動作層を形成するような場合と同様のＣ／Ｓｉ比でエピタキシャル層４を成長させた場合を示しているが、ＳｉＣ単結晶基板の基底面転位１の近傍で短いステップバンチングが発生している部分２''では、結晶状態が乱れているためステップフロー成長が進行し難くなる。その結果、特に成長初期において膜厚が増加し、符号５に示すようにエッジ部分が盛り上がり、逆にその下部６では裾野のようにして膜厚が減少する。このようになると、ＳｉＣ単結晶基板の基底面転位１は、ｂ方向に進んだ方が短くなるという状況が発生するため、基底面転位のままでエピタキシャル膜に残存することになり、成長前エッチングを最適化した効果が低減される。このような状態のバッファー層では表面のＲａ値は３nmを超えている。
【００３８】
一方、図７Ｂのように、エッチング終了後のＳｉＣ単結晶基板に対してエピタキシャル層を低いＣ／Ｓｉ比で成長させることで、平坦性や均一性の高いエピタキシャル膜４を形成させることができる。これにより、ステップの集合部１０が発生している部分２''においても符号４のような平坦な状態になっていると考えられ、前記エピタキシャル膜４はエッチング等を行わなくても基底面転位１'が貫通刃状転位に変換しやすい状態に維持される。すなわち、エッチングで短いステップバンチングを伴うステップの集合部１０を形成し、基底面転位の変換効率を上げたＳｉＣ単結晶基板に対し、その効果をより確実にするためには、低いＣ／Ｓｉ比で成長し、平坦性の高いエピタキシャル膜４をバッファー層として形成することが重要になる。この場合のバッファー層の表面Ｒａ値は、１〜３nmである。
【００３９】
本発明により、４°程度といった実用的なオフ角度を持ったＳｉＣ単結晶基板上のエピタキシャル膜において、膜中に残存する基底面転位を低減した良好なエピタキシャル膜が得られるようになる。エッチング終了後のＳｉＣ単結晶基板に対して成長させるバッファー層の厚さは、エッチングにより短いステップバンチングを形成したＳｉＣ単結晶基板の基底面転位の変換が完了できる厚さとするために０．５μm以上１μm以下である。このバッファー層は低いＣ／Ｓｉ比で成長するため厚くなると成長時間が長くなり、また、Ｃ／Ｓｉ比の揺らぎによる成長膜の安定性が問題となること等を考慮して、膜厚の上限を決めている。
【００４０】
また、バッファー層を成長する際の材料ガス中のＳｉ原子数に対するＣ原子数の比（C/Si比）は０．３以上０．６以下である。これは前述の通り、ステップフロー成長を促進するために必要であり、０．６より大きいとその効果が小さくなり、０．３より小さいとＳｉドロップレットの発生が問題となるからである。例えば、珪素系の材料ガスとしてＳｉＨ4を用い、炭素系の材料ガスとしてＣ3Ｈ8を用いる場合、バッファー層を成長させる際のＳｉＨ4流量は毎分５０〜６０cm3であり、Ｃ3Ｈ8流量は毎分６〜１０cm3である。
【００４１】
また、バッファー層のエピタキシャル膜の成長温度に関しては、１６００℃未満であると膜の品質を低下させ、１７００℃を超えると表面からの原子の再蒸発が大きくなることから、エピタキシャル膜の成長温度は１６００℃以上１７００℃以下とする。成長時の圧力も膜の品質に影響を与え、低すぎると表面粗さが増加し、高すぎるとＳｉドロップレットの発生が問題となるため、バッファー層を形成する際の圧力は２kPa以上１０kPa以下とする。
【００４２】
［実施形態３］
（デバイス動作層の形成工程）
第３実施形態では、第２実施形態によるバッファー層形成後、デバイス動作層が、使用されるデバイスの用途に応じた成長条件で成長させる。尚、バッファー層形成工程とデバイス動作層との間に前記バッファー層をエッチングする工程を入れず、前記バッファー層を形成した時の珪素系材料ガス及び炭素系材料ガスのＣ／Ｓｉよりも高いＣ／Ｓｉ値にて、珪素系材料ガス及び炭素系材料ガスを流して、前記バッファー層上に直接的に炭化珪素をエピタキシャル成長させてデバイス動作層を形成する。
【００４３】
具体的には、材料ガス中のＳｉ原子数に対するＣ原子数の比（C/Si比）は１．０以上２．０以下であるのがよく、成長温度は１６００℃以上１７００℃以下であるのがよく、成長圧力は２kPa以上１０kPa以下であるのがよい。このデバイス動作層の厚さについても用途等に応じて適宜設定することができるが、好適には５μm以上５０μm以下であるのがよい。なお、バッファー層やデバイス動作層の形成に用いる材料ガスとして、上記の成長シーケンスではＳｉＨ4とＣ3Ｈ8の場合を例示したが、材料ガスはこれらに制限されず、例えば、珪素系の材料ガスとしてＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＣｌ4等を用いたり、炭素系の材料ガスとしてＣ2Ｈ4、ＣＨ4等を用いることができる。また、これらのエピタキシャル膜を成長する際に、Ｎ2等のドーピングガスを併せて流すようにしても勿論構わない。
【００４４】
本発明で用いるＳｉＣ単結晶基板のオフ角度については、好ましくは、（０００１）面に対して＜１１−２０＞方向へ傾けたオフ角度が２°以上４°以下であるのがよい。オフ角度が４°より大きいと基板内の基底面転位がオフ角度を付けられた表面と交わる角度が大きくなり、エピタキシャル成長時に基底面方向（図１中のｂ方向）に進んでもそれと垂直方向（図１中のａ方向）へ進んでも転位の長さがあまり変わらなくなるため本発明の効果が現れ難くい。反対に、２°より小さいと初期状態での基底面転位の数が少ない上、テラスが広すぎることによるステップフロー成長の阻害等の悪影響が大きくなる。
【００４５】
このようにして成長させたエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハ上に好適に形成されるデバイスとしては特に制限はないが、例えばショットキーバリアダイオード、ＰＩＮダイオード、ＭＯＳダイオード、ＭＯＳトランジスタ等を挙げることができ、なかでも電力制御用に用いられるデバイスを得るのに好適である。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例等に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。【００４７】
(参考例１)
先ず、ＳｉＣ単結晶基板の表面を算術平均粗さＲａ値が０．５nm以上３．０nm以下となるようにエッチングした後、バッファー層を設けずに、直接デバイス動作層を形成した例を参考例１〜４として示す。【００４８】
４インチ（100mm）ウェハ用ＳｉＣ単結晶インゴットから、約４００μmの厚さでスライスした、粗削りとダイヤモンド砥粒による通常研磨及び化学機械研磨（CMP）を実施した、４Ｈ型のポリタイプを有するＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、以下のようなエピタキシャル成長を実施した。このＳｉＣ単結晶基板は（０００１）面に対して＜１１−２０＞方向へ傾けたオフ角度が４°である。【００４９】
成長の手順としては図６の成長シーケンスのようにし、具体的には、エピタキシャル成長炉に上記ＳｉＣ単結晶基板をセットし、成長炉内を真空排気した後、水素ガスを導入しながら圧力を１０kPaに調整した。その後、圧力を一定に保ちながら水素ガスの流量と成長炉の温度を上げ、最終的に水素ガスは毎分１５０L、成長炉の温度は１６３５℃にした。その後圧力を２kPaに調整して水素ガス中でＳｉＣ単結晶基板のエッチングを４０分行った。このとき、予め同じ条件でエッチングしたＳｉＣ単結晶基板の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した結果に基づけば、このエッチング後のＳｉＣ単結晶基板の表面粗さＲａ値は０．５nmになる。エッチング後、成長炉の温度を１６５０℃に上げ、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にして成長を開始し、エピタキシャル層の厚さが１０μmになるまで成長させた（C/Si比は1.3）。成長したエピタキシャル層はデバイス動作のためのデバイス動作層であり、基底面転位の変換効率を更に上げるためのバッファー層は成長させていない。【００５０】
このようにしてエピタキシャル成長を行った膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットが現れたデバイス動作層の表面の光学顕微鏡写真を図８に示す。図８の写真の矢印が基底面転位によるエッチピットであり、他のピットは貫通らせん転位あるいは貫通刃状転位によるものである。このような方法により、得られたエピタキシャル膜内の基底面転位密度を評価して、ＳｉＣ単結晶基板の基底面転位密度と比較したところ、この参考例１では、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位でエピタキシャル膜に引き継がれたものは全体の３．５％であった。つまり、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の９６．５％が変換されたことになり、これらは貫通刃状転位に変換したと考えられる。なお、エピタキシャル膜の成長条件や変換効率についてまとめたものを表１、２に示す。【００５１】
(参考例２)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガス中でのエッチング開始までは参考例１と同様であるが、この参考例２ではエッチング時間を６０分とし、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板の表面粗さＲａ値が１．３nmになるようにした。エッチング後は参考例１と同様にエピタキシャル成長を行った(バッファー層の形成は無し)。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９７％であった。【００５２】
(参考例３)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガス中でのエッチング開始までは参考例１と同様であるが、この参考例３ではエッチング時間を８０分とし、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板の表面粗さＲａ値が３．０nmになるようにした。エッチング後は参考例１と同様にエピタキシャル成長を行った(バッファー層の形成は無し)。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９７％であった。【００５３】
(参考例４)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角が２°であること以外は、水素ガスによるエッチング、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値、及びエピタキシャル成長の条件は参考例１と同様である(バッファー層の形成は無し)。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９６％であった。【００５４】
(実施例１)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例１と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１６５０℃に上げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分６．７cm3（C/Si比は0.4）であり、成長圧力は６kPaとして、膜厚０．５μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００５５】
バッファー層を成長させた後、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長させた。そして、成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９８．５％であった。【００５６】
(実施例２)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例２と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１６５０℃に上げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分５cm3(C/Si比は0.3)であり、成長圧力は６kPaとして、膜厚０．８μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００５７】
バッファー層を成長させた後、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長させた。そして、成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９８％であった。【００５８】
(実施例３)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例３と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１６５０℃に上げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分１０cm3(C/Si比は0.6)であり、成長圧力は６kPaとして、膜厚１μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００５９】
バッファー層を成長させた後、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長させた。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９７．８％であった。【００６０】
(実施例４)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角が２°である以外は実施例１と同様にしてエッチング、エピタキシャル膜の成長を行った。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９７．５％であった。【００６１】
(比較例１)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガス中でのエッチングまでは参考例１と同様であるが、エッチング時間を１０分とし、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板の表面粗さＲａ値が０．２nmになるようにした。エッチング後は参考例１と同様にエピタキシャル成長を行った(バッファー層の形成は無し)。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９１％であり、参考例に比べて変換効率は落ちていた。【００６２】
(比較例２)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガス中でのエッチングまでは参考例１と同様であるが、エッチング時間を１００分とし、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板の表面粗さＲａ値が４nmになるようにした。エッチング後は参考例１と同様にエピタキシャル成長を行った(バッファー層の形成は無し)。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９０．５％であり、参考例に比べて変換効率は落ちていた。【００６３】
(比較例３)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例１と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１６５０℃に上げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分１６．７cm3（C/Si比は1.0）であり、成長圧力は６kPaとして、膜厚０．５μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００６４】
バッファー層を成長させた後、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長させた。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッ チングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９３．５％であった。これは、バッファー層成長時のＣ／Ｓｉ比が高く、膜の平坦性が悪化したため、変換効率が低下したと考えられる。【００６５】
(比較例４)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例１と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１６５０℃に上げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分６．７cm3（C/Si比は0.4）であり、成長圧力は６kPaとして、膜厚２μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００６６】
バッファー層を成長させた後、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長させた。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９３％であった。これは、バッファー層の膜厚が大きく成長時間が長くなったため、Ｃ／Ｓｉ比の揺らぎにより膜の平坦性が悪化して、変換効率が低下したと考えられる。【００６７】
(比較例５)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例１と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１５８０℃に下げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分６．７cm3（C/Si比は0.4）であり、成長圧力は６kPaとして、膜厚０．５μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００６８】
バッファー層を成長させた後、成長炉の温度を１６５０℃に上げて、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長させた。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９１％であった。これは、バッファー層を低い温度で成長させたため、ステップフロー成長が均一に進行せずに膜の平坦性が悪化して、変換効率が低下したと考えられる。【００６９】
(比較例６)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例１と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１７２０℃に上げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分６．７cm3（C/Si比は0.4）であり、成長圧力は６kPaとして、膜厚０．５μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００７０】
バッファー層を成長させた後、成長炉の温度を１６５０℃に下げて、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長させた。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９０．５％であった。これは、バッファー層を高い温度で成長させたため、表面からの原子の再蒸発が大きく膜の平坦性が悪化して、変換効率が低下したと考えられる。【００７１】
(比較例７)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例１と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１６５０℃に上げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分６．７cm3（C/Si比は0.4）であり、成長圧力は１．５kPaとして、膜厚０．５μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００７２】
バッファー層を成長させた後、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長させた。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９１％であった。これは、バッファー層を低い圧力で成長したことによる表面荒れにより膜の平坦性が悪化し、変換効率が低下したと考えられる。【００７３】
(比較例８)
参考例１と同様にスライス、粗削り、研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する４インチ（100mm）のＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、エピタキシャル成長を実施した。ＳｉＣ単結晶基板のオフ角は４°である（オフ方向は参考例１と同じ）。水素ガスによるエッチングや、エッチング後のＳｉＣ単結晶基板のＲａ値は参考例１と同様である。エッチング後、成長炉の温度を１６５０℃に上げて、バッファー層を成長させた。成長条件はＳｉＨ4流量が毎分５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量が毎分６．７cm3（C/Si比は0.4）であり、成長圧力は１２kPaとして、膜厚０．５μmのＳｉＣエピタキシャル膜を得た。【００７４】
バッファー層を成長させた後、ＳｉＨ4流量を毎分１５０cm3、Ｃ3Ｈ8流量を毎分６５cm3にし（C/Si比は1.3）、圧力を２kPaにして、デバイス動作のためのエピタキシャル層（デバイス動作層）を１０μm成長した。成長後のエピタキシャル膜を溶融ＫＯＨでエッチングし、エッチピットによる転位密度の評価を行ったところ、ＳｉＣ単結晶基板表面の基底面転位の変換率は９１．２％であった。これは、バッファー層を高い圧力で成長したことによるＳｉドロップレットの発生により膜の平坦性が悪化し、変換効率が低下したと考えられる。【００７５】
上記参考例１〜４、実施例１〜４及び比較例１〜８の条件と評価結果を表１及び表２に示す。【００７６】
【表１】
2017018533.tif 000003
【００７７】
【表２】
2017018533.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００７８】
この発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板上へのエピタキシャル成長において、基底面転位の少ない高品質エピタキシャル膜を有するエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを作成することが可能である。そのため、このようなエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハ上に電子デバイスを形成すれば、デバイスの特性及び歩留まりが向上することが期待できる。
【図１】
2017018533.tif 000005
【図２】
2017018533.tif 000006
【図３】
2017018533.tif 000007
【図４】
2017018533.tif 000008
【図５】
2017018533.tif 000009
【図６】
2017018533.tif 000010
【図７Ａ】
2017018533.tif 000011
【図７Ｂ】
2017018533.tif 000012
【図８】
2017018533.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月11日(2016.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル成長炉内に珪素系材料ガス及び炭素系材料ガスを流して、熱ＣＶＤ法により炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハを製造する方法であって、
エピタキシャル成長を開始する前に、エピタキシャル成長炉内にエッチングガスを流して、前記炭化珪素単結晶基板の表面を算術平均粗さＲａ値が０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下となるように前記炭化珪素単結晶基板の表面を５００ｎｍ〜１０００ｎｍエッチングして、
前記炭化珪素単結晶基板の表面に基底面転位を起点としたステップバンチングを形成することを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項２】
前記エッチングの後、珪素系材料ガス及び炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、前記エッチングされた前記炭化珪素単結晶基板の表面上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてバッファー層を形成し、
引き続き前記バッファー層上に炭化珪素をエピタキシャル成長させてデバイス動作層を形成するに際し、前記バッファー層を形成した時の前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスのＳｉ原子数に対するＣ原子数の比Ｃ／Ｓｉよりも高いＣ／Ｓｉにすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項３】
前記Ｃ／Ｓｉを０．３以上０．６以下にして、前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、１６００℃以上１７００℃以下の成長温度、及び、２ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の成長圧力にて、炭化珪素を前記炭化珪素単結晶基板上にエピタキシャル成長させて厚さ０．５μｍ以上１μｍ以下のバッファー層を形成することを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項４】
前記Ｃ／Ｓｉを１．０以上２．０以下にして、前記珪素系材料ガス及び前記炭素系材料ガスを前記エピタキシャル成長炉内に供給して、１６００℃以上１７００℃以下の成長温度、及び、２ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の成長圧力にて、前記デバイス動作層を形成することを特徴とする請求項２又は３に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項５】
前記エッチングガスが水素ガスを含むことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項６】
前記炭化珪素単結晶基板は、（０００１）面に対して＜１１−２０＞方向へ傾けたオフ角度が２°以上４°以下であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項７】
前記炭化珪素単結晶基板の表面における基底面転位の９５％以上が、前記バッファー層と前記炭化珪素単結晶基板の界面で貫通刃状転位に変換されることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶ウェハの製造方法。
【国際調査報告】
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