(57)【要約】  本発明は、基底面転位や貫通螺旋転位の転位密度が低くて結晶品質に優れて、しかも、弾性歪の小さいＳｉＣ単結晶インゴットを提供する。本発明のＳｉＣ単結晶インゴットは、少なくともインゴットの高さ方向に対する相対位置が０．２〜０．８の範囲内から任意にＳｉＣ単結晶基板を切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度と貫通螺旋転位密度とがそれぞれ所定の値以下であり、また、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数が所定の値以下であることを特徴とする。
2017057742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶上に炭化珪素ＳｉＣ単結晶を備えるＳｉＣ単結晶インゴットであって、
インゴット先端の結晶成長端面が凸面形状を有しており、
該インゴットの種結晶側底面をゼロとし、該インゴットの側面から該インゴットの直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面の高さを１として、インゴットの高さ方向における相対的な高さが少なくとも０．２〜０．８の範囲内にある部分からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度は１０００個/cm2以下であると共に、貫通螺旋転位密度は５００個/cm2以下であり、かつ、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数は０．２０以下であることを特徴とするＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項２】
前記インゴットの種結晶側底面をゼロとし、前記インゴットの側面から前記インゴットの直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面の高さを１として、インゴットの高さ方向における相対的な高さが少なくとも０．２〜０．９の範囲内にある部分からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度が１０００個/cm2以下であると共に、貫通螺旋転位密度が５００個/cm2以下であり、かつ、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数が０．２０以下であることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項３】
前記インゴットの種結晶側底面をゼロとし、前記インゴットの側面から前記インゴットの直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面の高さを１として、インゴットの高さ方向における相対的な高さが少なくとも０．２〜０．８の範囲内にある部分からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度が５００個/cm2以下であると共に、貫通螺旋転位密度は３００個/cm2以下であり、かつ、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数は０．１５以下であることを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項４】
前記インゴットの種結晶側底面をゼロとし、前記インゴットの側面から前記インゴットの直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面の高さを１として、インゴットの高さ方向における相対的な高さが少なくとも０．２〜０．９の範囲内にある部分からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度が５００個/cm2以下であると共に、貫通螺旋転位密度が３００個/cm2以下であり、かつ、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数が０．１５以下であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項５】
口径４インチ以上６インチ未満のＳｉＣ単結晶基板を得る大きさを有する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ＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項６】
口径６インチ以上のＳｉＣ単結晶基板を得る大きさを有する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ＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項７】
前記基板の表面で観察される基底面転位密度と貫通螺旋転位密度との合計は１０００個/cm2以下であ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ＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項８】
実質的に単一ポリタイプを有することを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項９】
インゴット高さの位置にあたる結晶成長端面の中心点Ｏと、インゴットの側面から直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面上の外周点Ｅとの高さの差（Ｏ−Ｅ）が、１ｍｍ以上７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
【請求項１０】
インゴット高さが２５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、種結晶上に炭化珪素単結晶を備えた炭化珪素単結晶インゴットに関し、詳しくは、基底面転位や貫通螺旋転位の転位密度が低くて結晶品質に優れて、しかも、弾性歪の小さい炭化珪素単結晶インゴットに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（SiC）は、２．２〜３．３ｅＶの広い禁制帯幅を有するワイドバンドギャップ半導体である。SiCは優れた物理的、化学的特性を有するので、例えば、半導体素子、高周波電子デバイス、高耐圧・高出力電子デバイス、青色から紫外にかけての短波長光デバイス等のＳｉＣデバイスの作製の研究開発が盛んに行われている。【０００３】
ＳｉＣデバイスの実用化を進めるため、大口径のＳｉＣ単結晶を製造することが不可欠であり、現在、大口径のＳｉＣ単結晶の多くは、種結晶を用いた昇華再結晶法（改良レーリー法、改良型レーリー法等と呼ばれる）によって成長させたバルクのＳｉＣ単結晶から得られている。昇華再結晶法では、結晶育成用の坩堝本体内にＳｉＣの昇華原料が収容され、坩堝の蓋体にはＳｉＣ単結晶からなる種結晶が取り付けられ、断熱材で覆われた坩堝が、二重石英管の内部に設置される。そして、雰囲気制御をしながら、誘導加熱コイルにより昇華原料側を高温にし、種結晶側を低温にして、成長方向に温度勾配を形成して原料を昇華させて、種結晶上に再結晶ＳｉＣ単結晶を成長させる。そして、略円柱状をしたＳｉＣのバルク単結晶（SiC単結晶インゴット）を得た後、一般には、３００〜６００μｍ程度の厚さに切り出してＳｉＣ単結晶基板を製造する。更に、このようなＳｉＣ単結晶基板上に熱ＣＶＤ法等によりＳｉＣエピタキシャル膜を成長させたエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハが、ＳｉＣデバイスの作製用に用いられている。【０００４】
現在では、改良レーリー法で製造したＳｉＣ単結晶インゴット（以下、単にインゴットと言う場合がある）から、口径５１ｍｍ（２インチ）から１００ｍｍのＳｉＣ単結晶基板（同様に、単に単結晶基板や基板と言う場合がある）が得られるようになり、１５０ｍｍウェハの開発に成功した例も報告されている（例えば非特許文献１参照）。このように、１００ｍｍ〜１５０ｍｍ基板（４インチ〜６インチ基板）を用いたデバイスの本格的な実用化が進められているなかで、転位密度等の指標で表されるＳｉＣ単結晶基板の品質は、デバイスの性能や量産時の歩留まりに大きな影響を与えるため、以前にも増して重要視されるようになっている。【０００５】
この改良レーリー法では、坩堝内が２０００℃を超える温度に達してＳｉＣ単結晶の成長が行われるため、得られたインゴットには不可避的な内部応力が発生し、それは最終的な単結晶基板の内部に弾性歪又は転位（塑性歪）として残留すると考えられる。
ここで、現在市販されているＳｉＣ単結晶基板には、基底面転位（BPD）が２×１０３〜２×１０４(個/cm2)、貫通螺旋転位（TSD）が８×１０２〜１０３(個/cm2)、貫通刃状転位（TED）が５×１０３〜２×１０４(個/cm2)存在するとの報告がある（非特許文献２ 参照）。このうち、例えば、ＢＰＤはデバイスの酸化膜不良を引き起こして絶縁破壊の原因となり、また、ＴＳＤはデバイスのリーク電流の原因となることが知られており、高性能ＳｉＣデバイスの作製のためには、これらＢＰＤやＴＳＤの少ないＳｉＣ単結晶が求められる。【０００６】
そこで、転位密度を低減させる技術として、例えば、所定の成長圧力及び基板温度で初期成長層としてのＳｉＣ単結晶を成長させた後、基板温度及び圧力を徐々に減じながら結晶成長を行うことで、マイクロパイプと共にＴＳＤの少ないＳｉＣ単結晶を得る方法が開示されている（特許文献１参照）。また、所定の成長圧力、及び基板温度によってＳｉＣ単結晶を初期成長層として成長させた後、基板温度はそのまま維持し、減圧して成長速度を高めて結晶成長させることで、マイクロパイプの発生を抑え、かつ、ＴＳＤ等の転位密度を少なくさせる方法がある（特許文献２参照）。また、成長結晶の種結晶近傍領域における添加元素の濃度を種結晶中の添加元素濃度に合わせることにより、マイクロパイプ欠陥や転位欠陥の密度を低減する方法が開示されている（特許文献８参照）。また、炭化珪素を成長させるときに、種結晶基板及び原料粉末が内部に設置された処理容器に加えられる振動の周波数を制限することによって、欠陥を低減する方法が開示されている（特許文献９参照）。しかしながら、いずれもＴＳＤの低減効果は十分でなく、高性能ＳｉＣデバイスの作製のためには更なる低減が必要である。また、ＢＰＤの低減については、これらの方法では何も触れられていない。【０００７】
また、基板の弾性歪が大きく、基板面内の結晶方位にずれが生じていると、エピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハを得る際のエピタキシャル成長プロセスにおいてステップフロー異常等の問題を引き起こし、デバイス特性に影響を与えてしまう。大きな弾性歪はＳｉＣ単結晶基板の反りを引き起こすことにもなる。このような基板の反りは、リソグラフプロセスでの焦点ずれや、エピタキシャル成長プロセス中の裏面への原料ガス回り込み等の問題を生じるほか、ウェハ搬送等でのハンドリング障害や、チャックによる吸着時に破損してしまうことにもなり兼ねない。【０００８】
そこで、単結晶インゴットの内部応力を緩和する成長技術のひとつとして、種結晶又はその上に成長させるＳｉＣ単結晶の周辺に配置された温度勾配制御部材と、種結晶又はＳｉＣ単結晶と上記温度勾配制御部材との間に設置された局所的温度勾配緩和部材とを備えた単結晶製造装置を用いる方法が開示されている（特許文献３参照）。しかしながら、この単結晶製造装置に係る技術の目的は、種結晶の直上に成長する単結晶中に発生する温度勾配の極大値を小さくし、成長結晶内のクラック発生と伝播を抑制するためのものであり、成長インゴット中で基板化される部位の成長条件は、それまでの従来法と本質的に変わらない。【０００９】
また、ＳｉＣ単結晶インゴットやＳｉＣ単結晶基板を２０００℃程度の高温で焼鈍することで、インゴットや基板の内部応力を緩和する方法が知られている（例えば特許文献４及び５参照）。しかしながら、これらの方法によれば、弾性歪を軽減させる効果はあると考えられるが、ＳｉＣ単結晶に対して外部から高温の熱負荷を掛けて原子の再配置を行わせることは、昇温や冷却での過程を含めて、新たな温度分布を形成することになる。そのため、温度不均衡によって結晶内部に強い応力場が生み出されて、新たに転位を発生させてしまう。ちなみに、特許文献５の実施例における焼鈍後の結晶の転位密度増加は、その現象を示すものと言える。【００１０】
一方で、本発明者らは、転位密度が低く、かつ弾性歪みが小さいＳｉＣ単結晶基板を得ることに成功している（特許文献６参照）。従来からラマン分光法により応力の大きさを定量的に測定することが知られていたが（特許文献７参照）、デバイス歩留まりに影響する弾性歪みの評価方法は明らかにされていなかった。特許文献６は、デバイス歩留まりに影響する弾性歪みの評価方法を明確にした。特許文献６に開示されたＳｉＣ単結晶ウェハは、詳しくは、口径が１００ｍｍ以上（４インチ以上）のＳｉＣ単結晶基板において、その表面で観察されるＢＰＤ密度が５００個/cm2以下、及びＴＳＤ密度が３００個/cm2以下であり、しかも、基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）で表されるラマン指数が０．１５以下のものである。このようなＳｉＣ単結晶基板の製造において、結晶成長過程におけるインゴットの温度変化を抑えて、内部応力の発生を小さくすることで、弾性歪と転位（塑性歪）の低減が実現されていると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２８４５９９号公報
【特許文献２】特開２００７−１１９２７３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３９３４７号公報
【特許文献４】特開２００６−２９０７０５号公報
【特許文献５】特開２００５−９３５１９号公報
【特許文献６】特開２０１５−５９０７２号公報
【特許文献７】特表２０１５−５１４６７３号公報
【特許文献８】ＷＯ２０１０／０４４４８４号公報
【特許文献９】特開２０１３−６７５２３号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】A.A.Burk et al．，Mater.Sci．Forum，717-720，(2012) pp75-80
【非特許文献２】大谷昇、ＳｉＣ及び関連ワイドギャップ半導体研究会第１７回講演会予稿集、２００８、ｐ８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、ＳｉＣデバイスの歩留まりや性能を向上させる上で、ＳｉＣ単結晶基板のＢＰＤ密度やＴＳＤ密度の低下は特に重要であるが、単にこれらの転位密度が低いだけでは十分でない。すなわち、ＳｉＣ単結晶基板の弾性歪が大きいと、良好なエピタキシャル薄膜を形成することができず、また、基板の反りを発現して様々な問題を引き起こしてしまう。【００１４】
特許文献６に記載されたＳｉＣ単結晶基板であれば、これらの課題を解決できる点で極めて有用な技術であると言える。ところが、特許文献６に開示されたＳｉＣ単結晶インゴットは、良質なエピタキシャル薄膜を形成できる基板を取り出せるバルク領域が少ないので、このような転位密度が低く、かつ弾性歪みが小さいＳｉＣ単結晶基板は、ひとつのＳｉＣ単結晶インゴットから取り出せる数が限られている。この点で、特許文献６に開示されたＳｉＣ単結晶インゴットは、まだ改良の余地がある。【００１５】
そこで、本発明者らは、更なる研究開発を進めた結果、改良レーリー法（種結晶を用いた昇華再結晶法）による結晶成長過程でのインゴットの温度変化の制御と共に、結晶成長方向におけるインゴットの温度勾配の最適化を図ることで、インゴット略全体としてＢＰＤ密度及びＴＳＤ密度が低く、かつ、弾性歪みが小さいものが得られることを見出した。【００１６】
したがって、本発明の目的は、基底面転位や貫通螺旋転位の転位密度が低くて結晶品質に優れて、しかも、弾性歪も小さく、実用的な高さを備えたＳｉＣ単結晶インゴットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）種結晶上に炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶を備えるＳｉＣ単結晶インゴットであって、インゴット先端の結晶成長端面が凸面形状を有しており、該インゴットの種結晶側底面をゼロとし、該インゴットの側面から該インゴットの直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面の高さを１として、インゴットの高さ方向における相対的な高さが少なくとも０．２〜０．８の範囲内にある部分からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度が１０００個/cm2以下であると共に、貫通螺旋転位密度が５００個/cm2以下であり、かつ、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数が０．２０以下であることを特徴とするＳｉＣ単結晶インゴット。
（２）前記インゴットの種結晶側底面をゼロとし、前記インゴットの側面から前記インゴットの直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面の高さを１として、インゴットの高さ方向における相対的な高さが少なくとも０．２〜０．９の範囲内にある部分からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度が１０００個/cm2以下であると共に、貫通螺旋転位密度が５００個/cm2以下であり、かつ、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数が０．２０以下であることを特徴とする（１）に記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
（３）前記インゴットの種結晶側底面をゼロとし、前記インゴットの側面から前記インゴットの直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面の高さを１として、インゴットの高さ方向における相対的な高さが少なくとも０．２〜０．８の範囲内にある部分からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度が５００個/cm2以下であると共に、貫通螺旋転位密度が３００個/cm2以下であり、かつ、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数が０．１５以下であることを特徴とする（１）に記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
（４）前記インゴットの種結晶側底面をゼロとし、前記インゴットの側面から前記インゴットの直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面の高さを１として、インゴットの高さ方向における相対的な高さが少なくとも０．２〜０．９の範囲内にある部分からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、該基板の表面で観察される基底面転位密度が５００個/cm2以下であると共に、貫通螺旋転位密度が３００個/cm2以下であり、かつ、該基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）であるラマン指数が０．１５以下であることを特徴とする（１）〜（３）のうちいずれかに記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
（５）口径４インチ以上６インチ未満のＳｉＣ単結晶基板を得る大きさを有することを特徴とする（１）〜（４）のうちいずれかに記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
（６）口径６インチ以上のＳｉＣ単結晶基板を得る大きさを有することを特徴とする（１）〜（４）のうちいずれかに記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
（７）前記基板の表面で観察される基底面転位密度と貫通螺旋転位密度との合計が１０００個/cm2以下であることを特徴とする（１）〜（６）のうちいずれかに記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
（８）実質的に単一ポリタイプを有することを特徴とする（１）〜（７）のうちいずれかに記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
（９）インゴット高さの位置にあたる結晶成長端面の中心点Ｏと、インゴットの側面から直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面上の外周点Ｅとの高さの差（Ｏ−Ｅ）が、１ｍｍ以上７ｍｍ以下であることを特徴とする（１）〜（８）のうちいずれかに記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
（１０）インゴット高さが２５ｍｍ以上であることを特徴とする（１）〜（９）のうちいずれかに記載のＳｉＣ単結晶インゴット。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の炭化珪素（SiC）単結晶インゴットは、略全体において基底面転位や貫通螺旋転位の転位密度が低くて結晶品質に優れて、しかも、弾性歪も小さく、実用的な高さを備える。そのため、本発明のＳｉＣ単結晶インゴットによれば、インゴット略全体から基底面転位と貫通螺旋転位の転位密度が低く、しかも、弾性歪の小さいＳｉＣ単結晶基板を数多く切り出すことができ、また、このようなＳｉＣ単結晶基板であれば、ＳｉＣデバイスの歩留まりや性能を向上させることができる。特に、本発明では、上記のような特性を有するＳｉＣ単結晶基板を口径が１００ｍｍ以上の大口径基板で実現しているため、ＳｉＣデバイスのコストを抑えることができて、ＳｉＣデバイスの普及拡大に貢献するものであると言える。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、改良レーリー法によりＳｉＣ単結晶を成長させるのに用いた結晶成長装置の模式説明図である。
【図２】図２は、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を抑制するための結晶成長装置の一例を示す模式説明図である。
【図３】図３は、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を抑制するための結晶成長装置の一例を示す模式説明図である。
【図４】図４は、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を抑制するための結晶成長装置の一例を示す模式説明図である。
【図５】図５は、インゴットにおける結晶成長方向の温度勾配Δｔ2を模式的に示した説明図であり、（ａ）は従来例を表し、（ｂ）は本発明の場合を表す。
【図６】図６は、インゴットの形状を説明するための模式図である。
【図７】図７は、ＳｉＣ単結晶基板の表面におけるエッチピットを計測した位置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明におけるＳｉＣ単結晶インゴットは、インゴット先端の結晶成長端面が凸面形状を有しており、該インゴットの種結晶側底面をゼロとし、該インゴットの側面から直径の１０％内側の位置における結晶成長端面の高さを１としたときに、インゴットの高さ方向において前記高さに対する相対的な高さ（以下、この高さを単に「相対的な高さ」といい、この「相対的な高さ」を有する位置を単に「相対的な高さ位置」という。）が少なくとも０．２〜０．８の範囲内、好ましくは０．２〜０．９の範囲内の部分で、基底面転位（BPD）密度と貫通螺旋転位（TSD）密度が低く、しかも弾性歪の小さいＳｉＣ単結晶を備えている。なお、前述した相対的な高さが１である点（以下、「外周点」ともいう。）は、一般に、インゴットの結晶成長方向先端の加工代を考慮して、インゴットの有効高さ（Ｈ’）と呼ばれることもある。
【００２１】
このうち、ＢＰＤ密度については、口径４インチ以上６インチ未満のＳｉＣ単結晶基板を得ることができるＳｉＣ単結晶インゴット（以下、「６インチ未満基板用インゴット」と呼ぶ）の場合、上記高さ方向における前記相対的な高さ位置が少なくとも０．２〜０．８の範囲内にある部分からインゴットの横断面方向（すなわち、種結晶表面に平行な方向）に切り出したＳｉＣ単結晶基板は、いずれも５００個/cm2以下、好ましくは３００個/cm2以下、より好ましくは１００個/cm2以下である。また、口径６インチ以上のＳｉＣ単結晶基板を得ることができるＳｉＣ単結晶インゴット（以下、「６インチ以上基板用インゴット」と呼ぶ）の場合、前記相対的な高さ位置の範囲内の部分から切り出したＳｉＣ単結晶基板は、いずれも１０００個/cm2以下、好ましくは５００個/cm2以下、より好ましくは３００個/cm2以下である。
【００２２】
また、ＴＳＤ密度については、６インチ未満基板用インゴットの場合、前記相対的な高さ位置の範囲から切り出したＳｉＣ単結晶基板は、いずれも３００個/cm2以下、好ましくは２００個/cm2以下、より好ましくは１００個/cm2以下である。また、６インチ以上基板用インゴットの場合、前記相対的な高さ位置の範囲から切り出したＳｉＣ単結晶基板は、いずれも５００個/cm2以下、好ましくは３００個/cm2以下、より好ましくは２００個/cm2以下である。
【００２３】
ここで、ＢＰＤ、ＴＳＤともに、その密度が１００個/cm2を下回るレベルにまで低下すれば、デバイスへの悪影響は実質的に皆無になるになると考えられる。本発明に係るいずれの基板用のインゴットにおいても、それぞれある特定の部分から限定的にこのような極低転位密度の基板を得ることはできる。本発明によれば、前述したようなインゴットの高さ方向における相対的な高さ位置の範囲内で満たすことができるＢＰＤ密度とＴＳＤ密度の最小値は、現時点において、６インチ未満基板用インゴットの場合、ＢＰＤ密度が２０個/cm2であり、ＴＳＤ密度が６０個/cm2である。また、本発明によれば、６インチ以上基板用インゴットでは、ＢＰＤ密度の最小値が７０個/cm2であり、ＴＳＤ密度の最小値が９０個/cm2であり、これらの値が転位密度の実質的な下限値になる。
【００２４】
また、上述したように、ＢＰＤとＴＳＤはどちらもデバイス実用上の障害となる。そのため、いずれの基板用のインゴットの場合でも、ＢＰＤとＴＳＤの合計密度で１０００個/cm2以下であるのがよく、その場合に顕著なデバイス性能と歩留りの向上が期待でき、好ましくはＢＰＤとＴＳＤの合計密度が５００個/cm2以下であるのがよく、より好ましくは３００個/cm2以下であるのがよい。
【００２５】
一方、弾性歪については、特許文献６に記載された方法を用いて測定される。すなわち、弾性歪は、上記相対的な高さ位置の範囲内からＳｉＣ単結晶基板を任意に切り出したときに、その基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を表すラマン指数により評価する。一般に、弾性歪の評価方法としては、例えば、Ｘ線による格子常数の精密測定のほか、いくつかの方法が存在するが、これらの測定方法では、弾性歪はベクトルで表現されるため、デバイスへの影響度を評価するには高度な解析技術が必要であり、また、測定自体も時間や技能を要してしまう。これに対して、上記ラマン指数は、ＳｉＣのラマン散乱光ピークの波長の逆数について、基板の中心部と周辺部とでそれぞれ測定した値の差分値で表されるものであり、ベクトルである弾性歪をスカラーに単純化して表現でき、測定時間が短く、しかも、基板のサイズによらずに評価することができる。なお、基板の中心部と周辺部については、後述する実施例のとおり、代表的には、前者は基板の中心（中心点）であり、後者は基板のエッジ（外周）から中心方向に２ｍｍ離れた位置とすることができる。
【００２６】
ここで、ラマン指数の符号が正であってその値が大きいほど、ＳｉＣ単結晶基板の弾性歪は大きいことを表す。基板の弾性歪は、基板表面のステップ方向や高さを乱す原因となり、その表面に形成されるエピタキシャル薄膜の品質を低下させてしまう。本発明においては、上記相対的な高さ位置の範囲内から切り出したＳｉＣ単結晶基板について、６インチ未満基板用インゴットの場合、ラマン指数は、いずれも０．１５以下、好ましくは０．１０以下である。また、６インチ以上基板用インゴットの場合、ラマン指数は、いずれも０．２０以下、好ましくは０．１５以下である。なお、ＳｉＣ単結晶基板におけるラマン指数は、通常、正の値であるが、特殊な製造条件で製造されたものでは負になる場合もあり得る。マイナス側で大きな絶対値を取ることは一般に考え難いが、仮に−０．２０よりも小さくなると、やはりデバイス作製上の影響があるため、いずれの基板用のインゴットにおいてもラマン指数の下限値は−０．２０とすることができる。
【００２７】
本発明においては、前述の通り、６インチ未満基板用インゴットと６インチ以上基板用インゴットでは、切り出されたＳｉＣ単結晶基板の転位密度や弾性歪を異なる条件で規定している。この理由は、例えば、口径が６インチ以上（150mm以上）のＳｉＣ単結晶基板は、量産、安価型のデバイス作製に使用されることが多く、その一方で、口径が６インチ未満である４〜５インチ（100〜125mm）のＳｉＣ単結晶基板は、高性能デバイスの作製用として使用されることもあり、より高品質が求められることである。
【００２８】
ここで、６インチ未満基板用インゴットの具体的な大きさは、外周加工や端面加工等の形状処理の程度等によっても変わる。但し、一般には、改良レーリー法による結晶成長後であって、形状処理が施される前の状態（as-grown）において、インゴットの直径は、作製する基板サイズより４ｍｍ以上１２ｍｍ以下の範囲でひとまわり大きいものであるのが好ましい。この基板サイズのプラス分である下限側の４ｍｍは、基板に加工する際に最低限必要な加工代の意味であり、反対に基板サイズのプラス分である上限側の１２ｍｍは、これ以上大きくなると加工コストが過大になってしまうためである。したがって、６インチ以上基板用インゴットの場合でも同様に、作製する基板サイズに対して４ｍｍ以上１２ｍｍ以下の範囲でひとまわり大きくなるようにすればよい。但し、６インチ以上基板用インゴットについて、デバイスの生産性の観点では基板の口径が大きいほど望ましく、その意味では上限は存在しないが、現在の製造技術では、インゴットの口径が３００ｍｍを超えると、結晶成長自体が困難であり、同時に加工コストが甚大となり、例えばチップ当たりの基板費用は却って上昇してしまう。そのため、６インチ以上基板用インゴットの場合、成長させる前記インゴットの口径の上限は３００ｍｍ以下であるのが望ましい。
【００２９】
なお、本発明において転位密度及びラマン指数を評価する際には、インゴットの高さ方向における相対的な高さ位置が少なくとも０．２〜０．８或いは０．２〜０．９の範囲内にある部分から任意にＳｉＣ単結晶基板を切り出して、公知の方法によりインゴットを加工し、鏡面に仕上げた状態で評価した。また、ＢＰＤ及びＴＳＤの転位密度は、溶融ＫＯＨによるエッチングを行い、光学顕微鏡を用いて計測した。詳しくは、いずれも実施例で記載したとおりである。
【００３０】
本発明において、上記のように結晶品質に優れて、しかも弾性歪の小さいＳｉＣ単結晶インゴットが得られる理由としては、改良レーリー法において、“1）結晶成長中にインゴットの側面からの入熱を制御して、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を可及的に抑制すること”、及び、“2）結晶成長方向の温度勾配を比較的小さくしながら、昇華原料から昇華したＳｉとＣとからなる蒸気の成長表面における過飽和度を保つようにして結晶成長を行うこと”が挙げられる。これらについて、以下でそれぞれ説明する。
【００３１】
先ず、“1）結晶成長中にインゴットの側面からの入熱を制御して、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を可及的に抑制すること”〔以下“1）の作用”と言う〕は、先の特許文献６において検討されており、最終的に転位や弾性歪となるＳｉＣ単結晶インゴットの内部応力は、ＳｉＣ単結晶の成長時の成長表面で発生するのみならず、成長後の結晶の温度分布の変化によって増大すると考えられる。すなわち、成長中のある時点におけるＳｉＣ単結晶インゴットは、その時点の温度分布によって内部応力が発生している状態にあり、その内部応力の一部は既に転位に変換されている。もしも、この時の温度分布が維持されたまま、成長が完了すれば、この温度分布を反映した転位密度と弾性歪を有するＳｉＣ単結晶基板を製造することができる。
【００３２】
しかしながら、実際の製造条件下では、結晶成長に伴って幾つかの理由により温度分布が変化し、ＳｉＣ単結晶インゴットに新たな応力が発生する。この新たに発生した応力によりＢＰＤは増殖し、また、成長表面における原子配列の変化によりＴＳＤを発生させる原因となり、更には弾性歪も増加してしまう。
【００３３】
そこで、結晶成長中にインゴット側面からの入熱を制御することにより、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を抑制し、成長中のＢＰＤやＴＳＤの増殖を抑えると共に、弾性歪の低減を図るようにする。具体的には、以下のような３つの手段が挙げられる。これらはいずれか１つの手段を採用してＳｉＣ単結晶の結晶成長を行うようにしてもよく、２つ以上を組み合わせて結晶成長を行うようにしてもよい。なお、実際のＳｉＣ単結晶成長において、２０００℃以上になる坩堝内の様子を実測することは不可能であり、有限要素手法を用いてインゴットの温度や内部応力を解析し、また、実際に得られたＳｉＣ単結晶の品質評価を積み重ねる以外には現時点で手段がなく、結晶成長中のインゴット側面の入熱の状態を定量的に表現することは難しい。
【００３４】
“1）の作用”に係る第１の手段として、結晶成長に先駆けて、坩堝のまわりを取り囲む断熱材を２２５０℃以上、好ましくは２４５０℃以上の温度で熱処理を施した上で、坩堝内でＳｉＣ単結晶の結晶成長を行うようにする。これは、インゴットに温度分布変化を発生させる原因のひとつとして、結晶成長を行う坩堝の外側に配置された断熱材の特性劣化により、インゴット側面からの入熱が変動することに対応するものである。
【００３５】
一般に、昇華再結晶法によるＳｉＣ単結晶の製造に用いられる断熱材としては、黒鉛製のフェルト、又は黒鉛製の成形断熱材が使われることが多く、これらの製造の際に、熱処理される温度は通常１０００℃以下であり、高温処理品であったとしても高々２０００℃である。ところが、ＳｉＣ単結晶の成長時に坩堝は最高で２４００℃以上になり、結晶成長中に断熱材の黒鉛化等の反応が起こり、断熱特性が低下すると考えられる。また、坩堝内部からは昇華ガス成分が漏洩し、その成分は断熱材と熱化学的な反応を起こして黒鉛を劣化させて、やはり断熱特性が低下する。加えて、この断熱材の劣化に伴い、実際にＳｉＣ単結晶インゴットを製造する際の装置制御における温度フィードバックにより、誘導加熱コイルに投入される電流が上昇すると、断熱特性の低下によって坩堝温度が下がったと判断される。その結果、劣化の進行が軽度な部分と劣化が進んだ部分とで温度差が生じて、インゴット内の温度分布に影響を与えて、新たな内部応力の発生につながってしまう。
【００３６】
そこで、予め断熱材を熱処理して黒鉛繊維等の黒鉛化度を高めておくことで、このような結晶成長中のインゴットの温度分布変化の発生を抑えるようにする。この断熱材の熱処理としては、例えば、断熱材だけを別途不活性雰囲気中で熱処理するようにしてもよく、結晶成長時と同様にして坩堝に取り付けた上で、結晶成長前に誘導加熱により熱処理するようにしてもよい。なお、この事前に行う熱処理温度の上限は、超高温環境では黒鉛自体の昇華が生じてしまうことや効果が飽和するなどの観点から、３０００℃程度を上限値とすることができる。
【００３７】
また、“1）の作用”に係る第２の手段としては、例えば、種結晶が取り付けられる坩堝蓋体の種結晶取付け領域のまわりに熱伝導率の高い部材（以下、熱流束制御部材と言う）を配設して、坩堝から熱流束制御部材に流れる熱を増加させることにより、坩堝からインゴット側壁、そしてインゴットから種結晶取付け領域という熱流束を減少させて、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を抑制するようにする。結晶成長中のインゴットの温度分布変化を発生させる、もう一つの大きな原因は、高温の原料側から低温の種結晶側に向かう熱の流れが坩堝を形成する黒鉛部材を通じて、インゴット側面に入射することによるインゴットの熱量変化である。ＳｉＣ単結晶の成長に伴い、インゴット側面の面積が増加することから、このような熱の流れを無視することはできない。前記第２の手段は、このような熱の流れに起因するインゴットの温度分布変化を抑制する。
【００３８】
ここで、熱流束制御部材の取付け方法については特に制限はない。例えば、図２に示したように、坩堝蓋体４を、種結晶取付け領域4aを形成する部材と、これを取り囲む熱流束制御部材１５との２つから構成する。更に、種結晶取付け領域4aを形成する部材に比べて熱伝導率の高い部材を用いて熱流束制御部材１５を形成して、結晶成長中のインゴット１６の側面からの入熱を制御しても良い。また、図３に示したように、坩堝蓋体４の外側を覆う断熱材６の一部を熱流束制御部材１５として、坩堝蓋体４の種結晶取付け領域4aのまわりを取り囲むようにしたり、図４に示したように、坩堝本体３の側壁部分の一部に熱流束制御部材１５を配置して、坩堝蓋体４の種結晶取付け領域4aのまわりを熱流束制御部材１５で取り囲むようにしてもよい。
【００３９】
熱流束制御部材の熱伝導率は、種結晶取付け領域を形成する部材の室温熱伝導率＝λ1とし、熱流束制御部材の室温熱伝導率＝λ2としたときに、１．１×λ1≦λ2の関係を満たすことが好ましい。より好ましくは１．２×λ1≦λ2である。具体的には、坩堝蓋体における種結晶取付け領域を形成する部材が等方性黒鉛からなる場合、例えば、ピッチ含浸黒鉛やＣＶＤ黒鉛等からなる熱流束制御部材を用いることができる。なお、熱流束制御部材の室温熱伝導率λ2が種結晶取付け領域を形成する部材の室温熱伝導率λ1の１．８倍を超えるようになると、成長表面の温度分布に大きな変化が生じてしまい、安定成長が難しくなると考えられることから、この値をこれらの比の上限とすることができる。
【００４０】
更に、“1）の作用”に係る第３の手段としては、二重石英管の内部に設置した結晶育成用の坩堝の周辺空間における雰囲気ガスの熱伝導率を向上させて、坩堝から雰囲気中へ放散される熱量を増加させることである。ここで、高熱伝導のガス成分として、一般には、水素がよく知られているが、水素は坩堝を形成する黒鉛やＳｉＣをエッチングするなどの影響を及ぼすことから、ヘリウム等の希ガスを用いるのがよい。具体的には、断熱材で覆われた坩堝と二重石英管との間に形成される周辺空間の雰囲気中にヘリウムが１０vol%以上含まれる場合に意図した効果が生じ、ヘリウムが２０vol%以上の場合により大きな効果が得られる。ヘリウム濃度の上限については、コストのほか、ＳｉＣ単結晶に求められる電気伝導度（すなわち雰囲気中のドーパント濃度）の関係から決めることができるが、ヘリウムガスの濃度が５０vol%以上となると、この場合も成長表面の温度分布にも大きな変化が生じ、安定成長が難しくなるおそれがあり、この値が実質的に上限値となる。
【００４１】
次に、“2）結晶成長方向の温度勾配を比較的小さくしながら、昇華原料から昇華したＳｉとＣとからなる蒸気の成長表面における過飽和度を保つようにして結晶成長を行うこと”〔以下“2）の作用”と言う〕については、以下のような考え方に基づく。一般に、改良レーリー法では、成長するＳｉＣ単結晶の成長面の形状は、成長面近傍の温度分布を制御することで決めることができ、通常、インゴット先端の結晶成長端面が凸面形状を有するように温度分布を制御する。詳しくは、成長結晶の周辺部における成長表面の任意の地点の温度ｔＰと、この点と種結晶からの距離が等しいインゴット中心部の温度ｔＣとの差（Δｔ1＝ｔＰ−ｔＣ）が正となるように、成長空間内において、成長方向に向かって適度な凸形状の等温線を形成する。これは、結晶成長面においてその中心部から周辺部に向けて結晶成長がなされるようにすることで、多結晶の発生を制御すると同時に、目的とするポリタイプを安定成長させて、欠陥の少ない良質な単一ポリタイプのＳｉＣ単結晶インゴットを製造するためである。
【００４２】
ところが、このような成長方向と垂直な平面内の温度差Δｔ1がより大きくなると、単結晶内部に形成される内部応力が増すことになる。すなわち、凸性の強さと内部応力の強さは相間し、特に、インゴットの周辺部における内部応力（円周方向成分）が増して、結晶が大口径化すれば内部応力の絶対値はそれにつれて大きくなってしまう。つまり、欠陥の少ない良質なＳｉＣ単結晶を得ることと内部応力の発生を小さくすることは、両立が極めて難しい課題である。
【００４３】
そこで、本発明者らは、結晶成長面の凸形状を維持しつつ、結晶成長方向の温度勾配Δｔ2を比較的小さくすることで、内部応力の発生を抑えることについて検討した。この点について模式図で示すと図５のようになり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に比べて結晶成長方向の温度勾配Δｔ2が小さい状態を表している。これらは等温線ｉの凸形状は同じであるが、ある厚みを有したＳｉＣ単結晶基板を成長方向（図中の太矢印方向）に対して垂直に切り出したときに、結晶成長方向の等温線の間隔と基板の中心部から周辺部に向けての等温線の間隔は、いずれも図５（ｂ）の方が疎になる。つまり、図５（ｂ）のインゴット１６は、図５（ａ）のインゴット１６に比べて内部応力が軽減されることになる。
【００４４】
ただし、結晶成長方向の温度勾配が小さくなると、一般に、結晶成長速度が低下してしまうと共に、成長表面における過飽和度が過小化して、単一ポリタイプ成長が阻害される等の成長異常を引き起こす危険がある。そこで、昇華原料から昇華したＳｉとＣとからなる蒸気の成長表面における過飽和度を保つようにして、結晶成長を行うようにする。この過飽和度を保つ方法としては、例えば、i）誘導加熱電流の周波数を小さくし、かつ、昇華原料が充填される坩堝本体の側壁の厚みを薄くして、昇華原料自体を直接的に誘導加熱して高温にし、昇華を促進させる方法や、ii）成長空間の制御圧力を低くし、昇華ガスの拡散を促進して、成長面に到達する昇華原料の到達量を増やす方法や、iii）昇華原料の充填量を多くして坩堝本体における原料の総表面積を増やすことで、同じ温度条件下での昇華量を増加させる方法等を挙げることができる。
【００４５】
また、結晶成長方向の温度勾配Δｔ2を比較的小さくする方法として、直接的には、誘導加熱コイルにより加熱される昇華原料側の温度ｔＥと種結晶側の温度ｔＳを調整することで温度差Δｔ2を従来より小さくすることができる。それ以外にも、例えば、種結晶が取り付けられる坩堝蓋体４に配される断熱材６の抜熱孔１７のサイズを調整して種結晶側の温度ｔＳを比較的高温にしたり、坩堝本体底部の測温孔を大きくして、昇華原料側を相対的に低温にする等の方法を用いることができる。また、この温度勾配Δｔ2の具体的な値については、結晶育成用の坩堝の大きさや坩堝本体の側壁の厚みをはじめ、断熱材の種類やその厚み等によっても変動するため、一概に規定するのは難しい。しかし、例えば、口径４インチのＳｉＣ単結晶基板が得られるインゴットを製造する際に、従来法では温度差Δｔ2が２５０℃となるように設定していたものを、本発明では、温度差Δｔ2を９０〜２１０℃に設定することによって、前記相対的な高さ位置が少なくとも０．２〜０．８の範囲内にある部分から切り出したＳｉＣ単結晶基板の表面で観察されるＢＰＤ密度を５００個/cm2以下とし、且つＴＳＤ密度を３００個/cm2以下とすることができる。
【００４６】
また、本発明によれば、口径４インチのＳｉＣ単結晶基板が得られるインゴットを製造する際に、前記温度差Δｔ2が１４０〜２１０℃となるように設定することによって、前記相対的な高さ位置が少なくとも０．２〜０．９の範囲内にある部分から切り出したＳｉＣ単結晶基板の表面で観察されるＢＰＤ密度を５００個/cm2以下とし、且つＴＳＤ密度を３００個/cm2以下とすることができる。
【００４７】
本発明では、結晶成長方向の温度勾配を小さくしながら、成長表面における過飽和度を保つようにすることで、実質的な結晶成長を従来法と同程度となるようにする。好ましくは、成長速度が０．１０ｍｍ／ｈ以上０．６０ｍｍ／ｈ以下となるように過飽和度を維持する。より好ましくは、成長速度が０．１５ｍｍ／ｈ以上０．６０ｍｍ／ｈ以下となるように過飽和度を維持する。
【００４８】
また、得られたＳｉＣ単結晶インゴットは、従来法と同程度の凸形状を有するようにする。好ましくは、図６に示したように、インゴットの先端の位置に相当する結晶成長端面の中心点Ｏと、インゴットの側面から直径の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面上の外周点Ｅとの高さの差Δｈ（＝Ｏ−Ｅ）が１ｍｍ以上７ｍｍ以下となるように、インゴット先端の結晶成長端面が凸面形状を有するようにする。更に、インゴットの高さＨについては、好ましくは、形状処理が施される前の状態（as-grown）で、６インチ未満基板用インゴットの場合には２５ｍｍ以上であり、口径６インチ以上基板用インゴットの場合には３５ｍｍ以上である。これらインゴット高さの上限は特に限定されないが、１回の結晶成長に投入できる昇華原料を増やすためには坩堝を大きくする必要があり、それはコスト的には不利であることなどを考慮すると、現時点においては実質的には１００ｍｍが上限値である。なお、ここで言うインゴットの高さＨは種結晶を含めたものである。
【００４９】
本発明によれば、基底面転位や貫通螺旋転位の転位密度が低くて結晶品質に優れて、弾性歪の小さいＳｉＣ単結晶インゴットを生産性良く得ることができる。しかも、実質的に単一のポリタイプを有したものにすることができ、例えば、電子デバイス向けに好適とされる良質な４Ｈ型ＳｉＣ単結晶インゴットを得ることができる。そのため、本発明のＳｉＣ単結晶インゴットから高性能のＳｉＣデバイスを作製することが可能になり、工業的規模でデバイスを作製した場合でも高い歩留りを確保することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明について実施例等に基づき具体的に説明する。なお、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。【００５１】
先ず、図１には、本発明に係るＳｉＣ単結晶インゴットの製造に用いた単結晶成長装置が模式的に示されており、実施例及び比較例では、それぞれ下記の条件のもと、昇華原料１を誘導加熱により昇華させ、種結晶２上に再結晶させて、改良レーリー法による結晶成長を行った。このうち、種結晶２は、結晶育成用の坩堝５を形成する黒鉛製の坩堝蓋体４の内側に取り付けられ、昇華原料１は黒鉛製の坩堝本体３の内部に充填され、この黒鉛製の坩堝５は、熱シールドのためにそのまわりを断熱材６で被覆されて、二重石英管７の内部に入れられて、黒鉛支持台座８の上に設置された。【００５２】
そして、真空排気装置１２及び圧力制御装置１３を用いて、二重石英管７の内部を１．０×１０−４Ｐａ未満まで真空排気した後、配管１０を介してマスフローコントローラ１１で制御しながら、二重石英管７の内部に純度９９．９９９９％以上の高純度Ａｒガスを流入させ、真空排気装置１２及び圧力制御装置１３を用いて二重石英管内を所定の圧力に保ちながら、誘導加熱用のワークコイル９に高周波電流を流して、坩堝本体の下部を目標温度まで昇温させた。窒素ガス(Ｎ２)についても同様に、配管１０を介してマスフローコントローラ１１で制御しながら流入させ、雰囲気ガス中の窒素分圧を制御して、ＳｉＣ結晶中に取り込まれる窒素元素の濃度を調整した。ここで、坩堝温度の計測は、坩堝蓋体４の上部の断熱材６と坩堝本体３の下部の断熱材６とにそれぞれ直径２〜１５ｍｍの光路を設けて、放射温度計１４により温度を測定し、坩堝蓋体４の上部温度（放射温度計14-1による温度）を種結晶温度とし、坩堝本体３の下部温度（放射温度計14-2による温度）を原料温度とした。その後、二重石英管７内の圧力を成長圧力まで減圧し、この状態を所定の時間維持して、それぞれ結晶成長を実施するようにした。【００５３】
（実施例１：口径４インチ以上６インチ未満基板用インゴットの発明例）
実施例１は、口径４インチ以上６インチ未満基板用インゴットの発明例である。実施例１を製造するために、結晶成長中にインゴットの側面からの入熱を制御して、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を可及的に抑制するために（すなわち、前記“1）の作用”を得るために）、先に示した第１の手段及び第２の手段を採用した。また、結晶成長方向の温度勾配を比較的小さくしながら、成長表面における過飽和度を保つようにして結晶成長を行うために（すなわち、前記“2）の作用”を得るために）、結晶成長方向の温度勾配Δｔ2を従来法よりも小さくしながら、成長空間の制御圧力を低くし、昇華ガスの拡散を促進して、成長面に到達する昇華原料の到達量を増やすことによって（すなわち、前記方法ii）を用いて）結晶成長を行った。実施例１の具体的な製造条件は以下の通りである。【００５４】
先ず、市販の黒鉛製フェルト（予め2000℃で熱処理されたもの）を一式用意して、この黒鉛製フェルトを高純度アルゴン雰囲気中、２３００℃で１２時間の熱処理を行い、断熱材６として使用した。また、坩堝蓋体４については、図２に示されるように、種結晶２が取り付けられる種結晶取付け領域4aのまわりを熱流束制御部材１５で取り囲むようにして一体に形成されたものを用いた。ここで、種結晶取付け領域4aは直径１０１ｍｍを有した等方性黒鉛材（室温熱伝導率125w/m・K）から形成され、また、熱流束制御部材１５はこれと同心円状をした直径１３０ｍｍのドーナツ形状をして、ピッチ含浸黒鉛材（室温熱伝導率140w/m・K）から形成されたものである。【００５５】
種結晶２としては、（０００１）面を主面とし、＜０００１＞軸が＜１１−２０＞方向に４°傾いた、口径１０１ｍｍの４Ｈ型の単一ポリタイプで構成されたＳｉＣ単結晶の種結晶基板（厚さ1200μm）を使用した。これを上記の坩堝蓋体４の種結晶取付け領域4aに取り付け、坩堝本体３には昇華原料とするＳｉＣ粉末をおよそ１６００ｇ充填して、これら坩堝５のまわりを上記で熱処理した黒鉛製フェルトで覆い、図１に示した単結晶成長装置を組み立てた。【００５６】
次いで、上述したように二重石英管７の内部の真空排気を行った後、二重石英管７の内部に高純度Ａｒガスを流入させて、石英管内圧力を通常成長よりも低い圧力である０．６７ｋＰａで維持しながら、窒素ガスの分圧は１８０Ｐａから９０Ｐａの範囲で変化させて、結晶成長の際にインゴット全体で最適な導電性が維持されるようにした。そして、ワークコイル９に高周波電流を流して、坩堝蓋体４の上部温度が２１００℃、坩堝本体３の下部温度が２２００℃になるようにした。このときの種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2は１５０℃であり、これは、やはり通常成長よりも温度差が小さい条件になる。【００５７】
実施例１に係るＳｉＣ単結晶インゴットは、この状態を８０時間保持することによって製造した。なお、種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2は、実製造を模したシミュレーションから求めた値であり、以下の実施例、比較例においても同様である。【００５８】
上記のようにして得られた実施例１のＳｉＣ単結晶インゴットは、インゴット先端の結晶成長端面は凸面形状を有しており、口径Ｄが１０７．１ｍｍ、外周点Ｅ（図６に示したように、インゴットの側面から中心に向けて直径（口径Ｄ）の１０％内側の位置にあたる結晶成長端面上の点Ｅ）の高さ（有効高さＨ’）が３２．２ｍｍであった。また、実施例１のインゴットの高さＨ（結晶成長端面における中心点Ｏの高さ）は３６．４ｍｍであり、中心点Ｏと外周点Ｅとの高さの差ｈは４．３ｍｍであった。更に、実施例１のＳｉＣ単結晶インゴットについて、ラマン分光のスペクトルにより表面のポリタイプを同定した。更にまた、外観観察により、この発明例には亜粒界などのマクロ欠陥も存在しないことが確認されたので、実施例１は４Ｈ型の単一ポリタイプを有していることが分かった。【００５９】
実施例１のＳｉＣ単結晶インゴットのそれぞれについて、図６に示したように、種結晶側の底面をゼロ（０）とし、外周点Ｅの高さを１としたときに、インゴットの高さ方向に対する相対的な高さ位置が０．２〜０．９の範囲から、次のようにして、口径４インチのＳｉＣ単結晶基板を８枚作製した。【００６０】
すなわち、実施例１のＳｉＣ単結晶インゴットの外形を研削した後に、マルチワイヤーソーを用いて実施例１のＳｉＣ単結晶インゴットのそれぞれから板状体の基板を切り出した。次いで、ダイヤモンド砥粒を用いて前記板状体の基板を研磨し、最終的には平均粒径０．２５μｍのダイヤモンド砥粒を用いたバフ研磨を行い、種結晶と同じくオフ角度４°の（０００１）面を有し、口径１００ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの鏡面基板を作製した。このとき、ＳｉＣ単結晶インゴットの高さ方向に対する相対的な高さ位置が０．２にあたる位置から加工して仕上げたものを１１番基板とし、相対的な高さ位置が０．３にあたるものを１２番基板として、以降、０．１刻みで１１〜１８番のＳｉＣ単結晶基板を得た（種結晶側が１１番基板、インゴット先端側が１８番基板）。【００６１】
実施例１のＳｉＣ単結晶インゴットから作製した前記１１〜１８番のＳｉＣ単結晶基板について、先ず、ラマン分光測定器（日本分光社製NRS-7100、分解能±0.05cm-1）を用いて、ラマンシフトを測定した。このラマン測定の光源は５３２ｎｍのグリーンレーザーであり、これをサンプルであるＳｉＣ単結晶基板の表面のφ２μｍのスポットに照射した。１つの測定箇所につき、測定光をスポット間隔１０μｍにて横８列×縦９列の計７２点照射し、その平均値をその測定箇所の散乱光データとした。１枚の基板につき、１つの測定箇所の中心が基板の中心であり（基板の中心部Ａ）、もう１つの測定箇所の中心は、基板のエッジ（外周）から中心方向に２ｍｍ離れた位置（エッジから直径上2mm内側の位置）であり（基板の周辺部Ｂ）、この２箇所でラマン散乱光の波長を測定した。そして、それぞれ波数（波長の逆数）の差分〔つまり、基板の中心部で測定されたラマンシフト値（Ａ）と周辺部で測定されたラマンシフト値（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）〕をラマン指数とした。結果を表１に示す。【００６２】
また、実施例１のＳｉＣ単結晶インゴットから作製した前記１１〜１８番のＳｉＣ単結晶基板について、溶融ＫＯＨエッチングを行い、光学顕微鏡によってＢＰＤ密度およびＴＳＤ密度を計測した。ここでは、J.Takahashi et al., Journal of CrystalGrowth, 135(1994), 61-70に記載された方法に従い、５３０℃の溶融ＫＯＨに各基板を１０分間浸漬し、貝殻型のエッチピットをＢＰＤ、中型・大型の六角形状のエッチピットをＴＳＤとして、エッチピット形状から転位欠陥を分類した。【００６３】
ここで、転位密度の算出方法としては、図７に示したように、図の上下、左右で対称関係にある基板上の５２点について、その点が測定エリアの中心となるように、ＴＳＤについては２０７３μｍ×１６０１μｍの測定エリア内で計数し、ＢＰＤ等のＴＳＤ以外の転位については６６３μｍ×５２５μｍの測定エリア内で計数し、それぞれ平均値を基板の転位密度とした。尚、ＴＳＤによるエッチピットのサイズは、ＢＰＤによるエッチピットのサイズよりも大きいので、ＴＳＤの計数の対象となる測定エリアがＢＰＤの計数の対象となる測定エリアよりも広くした。また、図７に示したｄの値は、実施例１のような１００ｍｍ（口径４インチ）基板については３．２５ｍｍとしているが、後述する１５０ｍｍ（口径６インチ）以上の基板については４．８ｍｍとした。これら以外においても適当なｄを選ぶことにより、口径の影響を受けずに転位密度を正確に評価することができる。【００６４】
実施例１のＳｉＣ単結晶インゴットから作製した１１〜１８番のＳｉＣ単結晶基板の各転位密度の測定結果を表１に示す。【００６５】
【表１】
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【００６６】
この実施例１におけるＳｉＣ単結晶の成長条件は、種結晶側と昇華原料側との温度差を比較的小さくしているが、成長圧力を低くしたことにより、従来と同等の成長速度が確保され、同程度のインゴット高さを得ることができた。また、インゴットの凸形状についても従来品と同等であり、ポリタイプの安定性も確保できている。加えて、表１に示した結果から分かるように、このような結晶成長によれば、得られたインゴットの縦方向（結晶成長方向）と、それと垂直な横方向面内における温度差が小さくなり、内部応力が低減されて、いずれの転位密度も低く、かつ、ラマン指数（弾性歪）が小さいＳｉＣ単結晶インゴットの製造が可能になると考えられる。【００６７】
（実施例２：口径６インチ以上基板用インゴットの発明例）
次に、実施例２の単結晶成長について説明する。実施例２の結晶成長の技術思想も実施例１と同様であり、結晶成長中にインゴットの側面からの入熱を制御して、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を可及的に抑制するために（すなわち、前記“1）の作用”を得るために）、先に示した第１の手段及び第２の手段を採用した。また、結晶成長方向の温度勾配を比較的小さくしながら、成長表面における過飽和度を保つようにして結晶成長を行うために（すなわち、前記“2）の作用”を得るために）、結晶成長方向の温度勾配Δｔ2を従来法よりも小さくしながら、成長空間の制御圧力を低くし、昇華ガスの拡散を促進して、成長面に到達する昇華原料の到達量を増やすことによって（すなわち、前記方法ii）を用いて）して結晶成長を行った。但し、実施例２では口径１５０ｍｍ超の単結晶インゴットの実施例２の製造を行った。実施例２の具体的な製造条件は以下の通りである。【００６８】
先ず、市販の黒鉛製フェルト（予め2000℃で熱処理されたもの）を１式用意して、この黒鉛製フェルトを高純度アルゴン雰囲気中、２５５０℃で１６時間の熱処理を行い、断熱材６として使用した。また、坩堝蓋体４については、図２に示されるように、種結晶２が取り付けられる種結晶取付け領域4aのまわりを熱流束制御部材１５で取り囲むようにして一体に形成されたものを用いた。ここで、種結晶取付け領域4aは直径１５５ｍｍを有した等方性黒鉛材（室温熱伝導率125w/m・K）から形成され、また、熱流束制御部材１５はこれと同心円状をした直径１３０ｍｍのドーナツ形状をして、ピッチ含浸黒鉛材（実施例１のピッチ含浸黒鉛材よりもさらに嵩密度を上昇させた材質であり室温熱伝導率150w/m・K）から形成されたものである。【００６９】
種結晶２としては、（０００１）面を主面とし、＜０００１＞軸が＜１１−２０＞方向に４°傾いた、口径１５４ｍｍの４Ｈ型の単一ポリタイプで構成されたＳｉＣ単結晶の種結晶基板（厚さ1400μm）を使用した。これを上記の坩堝蓋体４の種結晶取付け領域4aに取り付け、坩堝本体３には昇華原料とするＳｉＣ粉末をおよそ３３００ｇ充填して、これら坩堝５のまわりを上記で熱処理した黒鉛製フェルトで覆い、図１に示した単結晶成長装置を組み立てた。【００７０】
次いで、実施例１とほぼ同様の条件にして、単結晶インゴットの製造を行った。成長中の石英管内は、通常成長よりも低い圧力である０．６７ｋＰａで維持しながら、窒素ガスの分圧は１８０Ｐａから９０Ｐａの範囲で変化させて、結晶成長の際にインゴット全体で最適な導電性が維持されるようにした。そして、ワークコイル９に高周波電流を流して、坩堝蓋体４の上部温度が２１００℃、坩堝本体３の下部温度が２１５０℃になるようにした。このときの種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2は１４５℃であり、これは、やはり通常成長よりも温度差が小さい条件になる。実施例２に係るＳｉＣ単結晶インゴットは、この状態を１００時間保持することによって製造した。【００７１】
上記のようにして得られた実施例２のＳｉＣ単結晶インゴットは、インゴット先端の結晶成長端面は凸面形状を有しており、口径Ｄが１５７．７ｍｍ、外周点Ｅの高さＨ’が３８．３ｍｍであった。また、実施例２のインゴットの高さＨは４１．２ｍｍであり、中心点Ｏと外周点Ｅとの高さの差ｈは２．９ｍｍであった。更に、実施例２のＳｉＣ単結晶インゴットについて、ラマン分光のスペクトルにより表面のポリタイプを同定した。更にまた、外観観察により、この発明例には亜粒界などのマクロ欠陥も存在しないことが確認されたので、実施例２は４Ｈ型の単一ポリタイプを有していることが分かった。【００７２】
実施例２のＳｉＣ単結晶インゴットのそれぞれについて、実施例１と同様にインゴット内の相対的な高さ位置を有する、口径１５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの鏡面基板８枚に加工し（種結晶側から順に数えて２１〜２８番の基板であり、相対的な高さ位置が０．２〜０．９の範囲のもの）、品質の評価を行った。実施例２のＳｉＣ単結晶インゴットから得られた基板の品質の評価結果を表２に示す。表２から分かるように、この実施例２においても、転位密度が低く、かつ、ラマン指数（弾性歪）が小さいＳｉＣ単結晶インゴットが得られている。【００７３】
【表２】
2017057742.tif 000004
【００７４】
（実施例３：口径６インチ以上基板用インゴットの発明例）
次に、口径６インチ以上基板用インゴットの発明例としての実施例３の単結晶成長について説明する。実施例３の結晶成長の技術思想も実施例１と同様であり、結晶成長中にインゴットの側面からの入熱を制御して、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を可及的に抑制するために（すなわち、前記“1）の作用”を得るために）、先に示した第１の手段及び第２の手段を採用した。また、結晶成長方向の温度勾配を比較的小さくしながら、成長表面における過飽和度を保つようにして結晶成長を行うために（すなわち、前記“2）の作用”を得るために）、結晶成長方向の温度勾配Δｔ2を従来法よりも小さくしながら、成長空間の制御圧力を低くし、昇華ガスの拡散を促進して、成長面に到達する昇華原料の到達量を増やすことによって（すなわち、前記方法ii）を用いて）結晶成長を行った。実施例３では口径１００ｍｍ基板を得るための単結晶インゴットの製造を行った。【００７５】
先ず、市販の黒鉛製フェルト（予め2000℃で熱処理されたもの）を１式用意して、この黒鉛製フェルトを高純度アルゴン雰囲気中、２５５０℃で４８時間の熱処理を行い、断熱材６として使用した。また、坩堝蓋体４については、図２に示されるように、種結晶２が取り付けられる種結晶取付け領域4aのまわりを熱流束制御部材１５で取り囲むようにして一体に形成されたものを用いた。ここで、種結晶取付け領域4aは直径１０６ｍｍを有した等方性黒鉛材（室温熱伝導率125w/m・K）から形成され、また、熱流束制御部材１５はこれと同心円状をした直径９４ｍｍのドーナツ形状をして、ピッチ含浸黒鉛材（実施例２と同じ材質であり室温熱伝導率150w/m・K）から形成されたものである。【００７６】
この実施例３においては、坩堝内部からの昇華ガスの漏洩による断熱材の劣化を防止するために、坩堝を構成する部材同士（坩堝本体と蓋体）の締結部分は市販の黒鉛用接着剤（アレムコ社製グラフィボンドなど）を用いて密着させ、ガス漏れの原因を極力排除した。但し、意図してガスが通るようにした構造部分は接着していない。このように、意図しないガス漏洩を抑制したことにより、断熱材劣化による温度勾配変化が抑制され、結晶の温度場の変化はさらに小さくなる。【００７７】
また、この実施例３において、種結晶２としては、（０００１）面を主面とし、＜０００１＞軸が＜１１−２０＞方向に４°傾いた、口径１０２ｍｍの４Ｈ型の単一ポリタイプで構成されたＳｉＣ単結晶の種結晶基板（厚さ1200μm）を使用した。これを上記の坩堝蓋体４の種結晶取付け領域4aに取り付け、坩堝本体３には昇華原料とするＳｉＣ粉末をおよそ２３００ｇ充填して、これら坩堝５のまわりを上記で熱処理した黒鉛製フェルトで覆い、図１に示した単結晶成長装置を組み立てた。【００７８】
次いで、単結晶インゴットの製造を行った。成長中の石英管内は、通常成長よりも低い圧力である０．４０ｋＰａで維持しながら、窒素ガスの分圧は１８０Ｐａから９０Ｐａの範囲で変化させて、結晶成長の際にインゴット全体で最適な導電性が維持されるようにした。そして、ワークコイル９に高周波電流を流して、坩堝蓋体４の上部温度が２１００℃、坩堝本体３の下部温度が２１２５℃になるようにした。このときの種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2は１２５℃であり、これは、やはり通常成長よりも温度差が小さい条件になる。この状態を１５０時間保持して、実施例３に係るＳｉＣ単結晶インゴットを製造した。【００７９】
上記のようにして得られたＳｉＣ単結晶インゴットは、インゴット先端の結晶成長端面は凸面形状を有しており、口径Ｄが１０８．５ｍｍ、外周点Ｅの高さＨ’が５５．６ｍｍであった。また、インゴットの高さＨは５７．４ｍｍであり、中心点Ｏと外周点Ｅとの高さの差ｈは１．８ｍｍであった。更に、この得られたＳｉＣ単結晶インゴットは、ラマン分光のスペクトルにより表面のポリタイプを同定し、更にまた、外観観察により亜粒界などのマクロ欠陥も存在しないことから、４Ｈ型の単一ポリタイプを有していることが分かった。【００８０】
得られたＳｉＣ単結晶インゴットについて、実施例１と同様にインゴット内の相対的な高さ位置を有する、口径１００ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの鏡面基板８枚に加工し（種結晶側から順に数えて３１〜３８番の基板であり、相対的位置は０．２〜０．９の範囲）、品質の評価を行った。評価結果を表３に示す。表３から分かるように、この実施例３においても、転位密度が低く、かつ、ラマン指数（弾性歪）が小さいＳｉＣ単結晶インゴットが得られている。【００８１】
【表３】
2017057742.tif 000005
【００８２】
（実施例４：口径６インチ以上基板用インゴットの発明例）
次に、口径６インチ以上基板用インゴットの発明例としての実施例４の単結晶成長について説明する。実施例４の結晶成長の技術思想も実施例１と同様であり、結晶成長中にインゴットの側面からの入熱を制御して、結晶成長中のインゴットの温度分布変化を可及的に抑制するために（すなわち、前記“1）の作用”を得るために）、先に示した第１の手段及び第２の手段を採用した。また、結晶成長方向の温度勾配を比較的小さくしながら、成長表面における過飽和度を保つようにして結晶成長を行うために（すなわち、前記“2）の作用”を得るために）、結晶成長方向の温度勾配Δｔ2を従来法よりも小さくしながら、成長空間の制御圧力を低くし、昇華ガスの拡散を促進して、成長面に到達する昇華原料の到達量を増やすことによって（すなわち、前記方法ii）を用いて）結晶成長を行った。実施例４では口径１５０ｍｍ基板（口径６インチ基板）を得るための単結晶インゴットの製造を行った。【００８３】
先ず、市販の黒鉛製フェルト（予め2000℃で熱処理されたもの）を１式用意して、この黒鉛製フェルトを高純度アルゴン雰囲気中、２５５０℃で４８時間の熱処理を行い、断熱材６として使用した。また、坩堝蓋体４については、図２に示されるように、種結晶２が取り付けられる種結晶取付け領域4aのまわりを熱流束制御部材１５で取り囲むようにして一体に形成されたものを用いた。ここで、種結晶取付け領域4aは直径１５５ｍｍを有した等方性黒鉛材（室温熱伝導率125w/m・K）から形成され、また、熱流束制御部材１５はこれと同心円状をした直径１４０ｍｍのドーナツ形状をして、ピッチ含浸黒鉛材（実施例２と同じ材質であり室温熱伝導率150w/m・K）から形成されたものである。【００８４】
この実施例４においては、坩堝内部からの昇華ガスの漏洩による断熱材の劣化を防止するために、実施例３と同じく坩堝を構成する部材同士を市販の黒鉛用接着剤で密着させた。但し、意図してガスが通るようにした構造部分は接着していない。このように、意図しないガス漏洩を抑制したことにより、断熱材劣化による温度勾配変化が抑制され、結晶の温度場変化はさらに小さくなる。【００８５】
また、この実施例４において、種結晶２としては、（０００１）面を主面とし、＜０００１＞軸が＜１１−２０＞方向に４°傾いた、口径１５４ｍｍの４Ｈ型の単一ポリタイプで構成されたＳｉＣ単結晶の種結晶基板（厚さ1400μm）を使用した。これを上記の坩堝蓋体４の種結晶取付け領域4aに取り付け、坩堝本体３には昇華原料とするＳｉＣ粉末をおよそ５８００ｇ充填して、これら坩堝５のまわりを上記で熱処理した黒鉛製フェルトで覆い、図１に示した単結晶成長装置を組み立てた。【００８６】
次いで、単結晶インゴットの製造を行った。二重石英管７の内部流入させる高純度Ａｒガスにはヘリウムガスを２５vol%含有させ、ガスの熱伝導により実施例１〜３よりもさらに小さな温度勾配を狙った。成長中の石英管内は、通常成長よりも低い圧力である０．２７ｋＰａで維持しながら、窒素ガスの分圧は１８０Ｐａから９０Ｐａの範囲で変化させて、結晶成長の際にインゴット全体で最適な導電性が維持されるようにした。そして、ワークコイル９に高周波電流を流して、坩堝蓋体４の上部温度が２１２０℃、坩堝本体３の下部温度が２１３０℃になるようにした。このときの種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2は１０５℃であり、これは、やはり通常成長よりも温度差が小さい条件になる。この状態を２００時間保持して、実施例４に係るＳｉＣ単結晶インゴットを製造した。【００８７】
上記のようにして得られたＳｉＣ単結晶インゴットは、インゴット先端の結晶成長端面は凸面形状を有しており、口径Ｄが１５９．１ｍｍ、外周点Ｅの高さＨ’が７９．４ｍｍであった。また、インゴットの高さＨは８０．９ｍｍであり、中心点Ｏと外周点Ｅとの高さの差ｈは１．５ｍｍであった。このインゴットの表面はディンプル状の炭化面が散在していた。これは長時間成長によって、成長プロセスが完了する前に原料をほぼ使い果たしたことによるものである。ディンプルは存在するものの、その点を除けば、表面には亜粒界などのマクロ欠陥は存在せず、外観は良質であった。【００８８】
上記のとおり、表面が炭化していた為、得られたＳｉＣ単結晶インゴットは表面を研削して正常な結晶を露出させた後に、ラマン分光のスペクトルにより表面のポリタイプを同定し、４Ｈ型の単一ポリタイプを有していることが分かった。【００８９】
ここで、得られたＳｉＣ単結晶インゴットについて、実施例１と同様の基板化加工を行ったが、表面の炭化痕が完全に無くなるまでインゴット先端の結晶成長端面を８ｍｍ程度平面研削する必要があったため、インゴットの高さ方向に対する相対的な高さ位置０．９の基板は作製できなかった。そのため、０．２〜０．８の相対的な高さ位置を有する、口径１５０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの鏡面基板７枚に加工し（種結晶側から順に数えて４１〜４７番）、品質の評価を行った。評価結果を表４に示す。表４から分かるように、この実施例４においても、上記相対的な高さ位置０．２〜０．８の範囲で転位密度が低く、かつ、ラマン指数（弾性歪）が小さいＳｉＣ単結晶インゴットが得られている。【００９０】
なお、実施例４では相対的な高さ位置０．９の基板が加工できなかったものの、インゴットの絶対高さが高いために基板の取れ枚数は多く、高さの低いインゴットよりも生産性において有利である。さらに適切に成長条件を調整することにより、原料枯渇を防げる範囲で成長高さを増加させ、生産効率を最大化することも可能であると考えられる。【００９１】
【表４】
2017057742.tif 000006
【００９２】
（比較例１）
次に、比較例１について説明する。比較例１では、石英管内圧力を１．３３ｋＰａとした以外は実施例１と同様にしてＳｉＣ単結晶インゴットを製造した。すなわち、結晶成長方向の温度差を１５０℃として、通常成長よりも温度差が小さい条件にし、成長圧力は通常成長と同程度にした。また、使用した種結晶や昇華原料のほか、坩堝５、断熱材６についてはいずれも実施例１と同じ条件で結晶成長を行った。【００９３】
得られたＳｉＣ単結晶インゴットは、インゴット先端の結晶成長端面は凸面形状を有しており、口径Ｄが１０３．７ｍｍ、外周点Ｅの高さＨ’が１６．７ｍｍであった。また、インゴットの高さＨは２０．６ｍｍであり、中心点Ｏと外周点Ｅとの高さの差ｈは３．９ｍｍであった。そして、このＳｉＣ単結晶インゴットから、実施例１と同様にインゴット内の相対的な高さ位置を有する、口径１００ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの鏡面基板を８枚加工して（種結晶側から順に数えて５１〜５８番の基板であり、相対的な高さ位置は０．２〜０．９の範囲）、品質の評価を行った。評価結果を表５に示す。【００９４】
表５から分かるように、この比較例１では、種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2に対して成長圧力が高いため、成長速度が極端に小さくなり、実施例１の場合の５０％程度の高さのインゴットとなった。インゴット内部における結晶成長方向の温度勾配は、実施例１と同様に低いため、ラマン指数はいずれの基板においても比較的低い値を示したものの、ＢＰＤ密度やＴＳＤ密度が高い基板が含まれており、なかでも基板番号が５５〜５８番の成長後半部分では、転位密度が多い結晶となっていた。【００９５】
一方、結晶成長面の凸形状は従来と同等であるため、成長中盤である５４番の基板まではポリタイプの安定性が確保できていた。しかし、種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2が小さいため、５５番の基板の位置付近で成長表面における過飽和度が低下し、成長表面の昇華あるいは炭化が発生して、炭化を起点に転位や異種ポリタイプが生成したと考えられる。先で述べたような転位密度の増加は、これらのことが影響していると考えられる。【００９６】
【表５】
2017057742.tif 000007
【００９７】
（比較例２）
次に、比較例２について説明する。比較例２では、種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2は２５０℃とし、石英管内圧力を１．３３ｋＰａとした以外は実施例１と同様にしてＳｉＣ単結晶インゴットを製造した。すなわち、結晶成長方向の温度差、及び、成長圧力は通常成長と同程度にした。また、使用した種結晶や昇華原料のほか、坩堝５、断熱材６についてはいずれも実施例１と同じ条件で結晶成長を行った。【００９８】
得られたＳｉＣ単結晶インゴットは、インゴット先端の結晶成長端面は凸面形状を有しており、口径Ｄが１０７．５ｍｍ、外周点Ｅの高さＨ’が３３．１ｍｍであった。また、インゴットの高さＨは３７．７ｍｍであり、中心点Ｏと外周点Ｅとの高さの差ｈは４．６ｍｍであった。そして、このＳｉＣ単結晶インゴットから、実施例１と同様にインゴット内の相対的な高さ位置を有する、口径１００ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの鏡面基板を８枚加工して（種結晶側から順に数えて６１〜６８番の基板であり、相対的な高さ位置は０．２〜０．９の範囲）、品質の評価を行った。評価結果を表６に示す。【００９９】
表６から分かるように、この比較例２では、種結晶温度と原料温度との温度差Δｔ2は比較的大きいが、成長圧力は実施例１に比べて高いため、実施例１とほぼ同程度の高さのインゴットが成長した。また、結晶成長面の凸形状が確保されており、４Ｈポリタイプが成長全般に亘って安定していた。しかしながら、上記のとおり実施例１に比べて結晶成長方向の温度勾配Δｔ2が大きく、しかも成長方向と垂直な平面内の温度差（面内温度勾配）Δｔ1も大きいことから、いずれの基板もラマン指数と転位密度が共に高い結果を示した。【０１００】
【表６】
2017057742.tif 000008
【０１０１】
（比較例３）
次に、比較例３について説明する。比較例３では、成長面の温度勾配（Δｔ1）の縮小のため、坩堝蓋体４に配される断熱材６に設ける抜熱孔１７のサイズを小さくした。この条件変更に伴い、結晶成長方向の温度勾配（Δｔ2）も小さくなり、およそ２３０℃となった。それ以外は比較例２と同様にして結晶成長を行った。【０１０２】
得られたＳｉＣ単結晶インゴットは、口径Ｄが１０８．９ｍｍであり、外周点Ｅの高さＨ’が３４．９ｍｍであったが、インゴットの高さＨが２９．８ｍｍであり（すなわち中心点Ｏと外周点Ｅとの高さの差ｈは-5.1mm）、外周部が多結晶化して凹型にせり上がった形状をしていた。そのため、実施例１と同様にインゴット内の相対的な高さ位置でいうと種結晶側から４番目の基板（種結晶側から順に数えて７１〜７４番の基板であり、相対的な高さ位置は０．２〜０．５の範囲）までしか作製できなかった。品質の評価結果を表７に示す。【０１０３】
この比較例３では、上記のとおり成長表面の凸形状が確保できず、７２番の基板以降では異種ポリタイプが混在し、成長中盤以降ではインゴット外周部が多結晶していた。すなわち、面内温度勾配が小さいため、基板が切出せた範囲の結晶では比較的小さなラマン指数を示したが、異種ポリタイプの混在により、それ以降の基板における転位密度は極めて高い結果であった。【０１０４】
【表７】
2017057742.tif 000009
【符号の説明】
【０１０５】
１    昇華原料
２    種結晶
３    坩堝本体
４    坩堝蓋体
4a    種結晶取付け領域
５    結晶育成用坩堝
６    断熱材
７    二重石英管
８    黒鉛支持台座
９    ワークコイル
１０    配管
１１    マスフローコントローラ
１２    真空排気装置
１３    圧力制御装置
１４    放射温度計
１５    熱流束制御部材
１６    ＳｉＣ単結晶インゴット
１７    抜熱孔
【図１】
2017057742.tif 000010
【図２】
2017057742.tif 000011
【図３】
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【図４】
2017057742.tif 000013
【図５】
2017057742.tif 000014
【図６】
2017057742.tif 000015
【図７】
2017057742.tif 000016
【国際調査報告】
2017057742.tif 000017
2017057742.tif 000018