(57)【要約】本発明は、オフ角度が６°乃至それ以下の基板を用いたエピタキシャル成長において、ステップ−バンチングの発生を抑えた高品質エピタキシャル膜を有するエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板、及びその製造方法を提供するものである。オフ角度が６°以下である炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶薄膜を形成したエピタキシャル炭化珪素単結晶基板であって、前記炭化珪素単結晶薄膜表面の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板エピタキシャル炭化珪素単結晶基板、及びその製造方法である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オフ角度が６°以下である炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶薄膜を形成したエピタキシャル炭化珪素単結晶基板であって、前記炭化珪素単結晶薄膜表面の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板。
【請求項２】
オフ角度が６°以下である炭化珪素単結晶基板上に、熱化学蒸着法で炭化珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際に、炭素と珪素を含む材料ガスを流すと同時に塩化水素ガスを流し、材料ガス中の珪素原子数に対する塩化水素ガス中の塩素原子数の比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が１．０より大きく２０．０より小さくすることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法。
【請求項３】
前記炭化珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長する際の、材料ガス中に含まれる、炭素と珪素の原子数比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．５以下であ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基板の製造方法。
【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（ＳｉＣ）単結晶基板及びそ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が、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】
近年、ＳｉＣデバイス技術の発展に伴い、ＳｉＣエピタキシャル基板に対しても、より高品質で大口径のものが求められてきている。エピタキシャル成長に用いられるＳｉＣ基板は、エピタキシャル成長の安定性、再現性の点からオフ角度の付いたものが使用されており、通常は８°である。このようなＳｉＣ基板は、表面が（０００１）面になっているＳｉＣインゴットから所望の角度をつけて切り出すことによって作成されており、オフ角度が大きいほど１個のインゴットから得られる基板の数は減少し、また、インゴットの大口径化と共に、長尺化は困難となる。したがって、大口径ＳｉＣ基板を効率よく製造するためには、オフ角度を小さくすることが必須となり、現在３インチ（７５ｍｍ）以上の口径を持つＳｉＣ基板に関しては、６°あるいはそれ以下のオフ角度を持った基板が主流であり、その基板を用いたエピタキシャル成長の研究が行われている。【０００５】
しかし、オフ角度が小さくなると共に、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ステップ−フロー（ｓｔｅｐ−ｆｌｏｗ）成長が起こり難くなり、その結果、ステップ（ｓｔｅｐ）同士が集合する、所謂ステップ−バンチング（ｓｔｅｐ−ｂｕｎｃｈｉｎｇ）が発生する。【０００６】
そこで、ステップ−バンチングの発生を抑える方法として、非特許文献１では、エピタキシャル成長を行う際に材料ガス（原料ガス）中に含まれる炭素と珪素の原子数比（Ｃ／Ｓｉ比）を下げる方法が報告されている。また、特許文献１では、成長初期のＣ／Ｓｉ比を０．５〜１．０に下げることで、らせん転位を起点とした渦巻成長の発生を抑え、周囲の大量のステップフローに覆われる確率を高めて、エピタキシャル欠陥を減らすことができるとしている。【０００７】
しかし、Ｃ／Ｓｉ比を下げると、残留窒素がエピタキシャル膜中に取り込まれ易くなり、これがドナーとして作用するため、膜の純度を上げることが困難となり、実用には適さない。【０００８】
また、特許文献２には、結晶欠陥密度が低く、結晶性のよいエピタキシャル薄膜を得るために、塩化水素ガスを添加した雰囲気中でエピタキシャル層を成長させることが開示されている。これは、添加した塩化水素によるエッチング作用（基板表面の清浄化）によって、エピタキシャル薄膜を単に結晶欠陥密度を低くして結晶性をよくするというものである。具体的には、オフ角度が８°のＳｉＣ基板に、３〜３０ｍＬ／ｍｉｎのＨＣｌ、０．３ｍＬ／ｍｉｎのＳｉＨ４のガスを含む条件（Ｃｌ／Ｓｉ比にすると、１０〜１００となる。）、即ち、成長中にＣｌ／Ｓｉ比が１００という塩化水素の割合を多くしてエッチング作用が促進する条件で、エピタキシャル成長させている。また、特許文献３では、熱ＣＶＤ法によるエピタキシャル成長の場合、部分的に立方晶（３Ｃ構造）のＳｉＣが形成されるという問題があるとし、前記問題を解決するために、珪素の水素化ガス、炭化水素ガス及びキャリヤガスと共に、ＨＣｌガスを同時に供給することが開示され、従来よりも小さい傾斜角度で傾いた（オフ角度が小さい）傾斜基板を用いて、ＳｉＣエピタキシャル層を成長できるとしている。【０００９】
なお、エピタキシャル成長させる前のＳｉＣ基板であるが、Ｃｌ２ガスやＨＣｌガスを用いてＳｉＣ基板の表面をエッチングして平滑にすることが特許文献４に開示されている。【００１０】
また、特許文献５には、１２００℃程度の低い温度のＣＶＤ法による場合には珪素粒子が気相中に形成するという問題が発生し、前記問題を解決するために、ＨＣｌガスを添加することにより、反応を安定にし、珪素粒子が気相中に形成しないように作用することが開示されている。また、特許文献６では、低温ＣＶＤ法における原料ガスの反応を促進し、９００℃以下の低温域においてもＳｉＣ結晶膜を形成させるために、原料ガスにＨＣｌガスを混合している。また、低温ＣＶＤ法であるので、基板温度が１４００℃以下の温度で鏡面成長が可能であるとしている。さらに、特許文献７では、炭化珪素単結晶膜の表面を平坦にするために原料ガスにＨＣｌガスを添加しており、表面粗度が約５ｎｍの膜が作製されている。この表面粗度は、基板温度が１３５０℃としたＣＶＤ法で、シラン（ＳｉＨ４）０．２ＣＣＭの流量に対してＨＣｌガスが３ＣＣＭの流量（Ｃｌ／Ｓｉ比で１５である。）とすることにより得られている。【００１１】
したがって、今後デバイスへの応用が期待されるＳｉＣエピタキシャル成長基板であるが、基板の大口径化に伴い、オフ角度の小さい基板を使用するようになると、現状技術では、ステップ−バンチングの残ったエピタキシャル膜上にデバイスを作製することになる。本発明者らは、オフ角度の小さな基板上にデバイスを作製して詳細に検討した結果、次のようなことが明らかになった。このようなエピタキシャル膜の表面には多数の凸凹が生じており、デバイス電極下での電解集中を引き起こし易くなる。特に、ショットキーバリアダイオード、ＭＯＳトランジスタ等への応用を考えた場合、この電解集中はゲートリーク電流として顕著になり、デバイス特性を劣化させることになる。
【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２０００−００１３９８号公報
【特許文献３】特開２００６−３２１６９６号公報
【特許文献４】特開２００６−２６１５６３号公報
【特許文献５】特開昭４９−３７０４０号公報
【特許文献６】特開平２−１５７１９６号公報
【特許文献７】特開平４−２１４０９９号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，Ｖｏｌ．４２，ｐ．Ｌ８４６（２００３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のように、従来技術で得られるオフ角度の小さいＳｉＣ基板、即ち、６°以下のオフ角度のＳｉＣ基板では、ステップ−バンチングの発生を抑えた高品質エピタキシャル膜が得られず、デバイス特性やデバイス歩留が十分でないという問題があることが明らかになってきた。【００１５】
また、ＳｉＣ基板にエピタキシャル膜を成長させる方法に関し、上記の特許文献に記載されているような方法が知られている。【００１６】
しかしながら、特許文献２及び３は、６°以下のオフ角度のＳｉＣ基板にエピタキシャル成長する場合に、ステップ−バンチングの発生を抑えることを開示するものではない。実際に、本発明者らが、これらの文献に開示される条件を検討したところ、６°以下のオフ角度のＳｉＣ基板では、ステップ−バンチングの発生を抑えた高品質エピタキシャル膜が得られず、デバイス特性やデバイス歩留が十分ではない。また、同様に、特許文献５〜７と同様の条件を検討したが、基板温度が低く、６°以下のオフ角度のＳｉＣ基板では、ステップ−バンチングの発生を抑えた高品質エピタキシャル膜、即ち、サブｎｍレベル以下の表面粗度となるような平坦な表面を有するエピタキシャル膜が得られず、デバイス特性やデバイス歩留が十分ではない。【００１７】
本発明は、上記オフ角度が６°乃至それ以下の基板を用いたエピタキシャル成長において、ステップ−バンチングの発生を抑えた高品質エピタキシャル膜を有するエピタキシャルあ単結晶基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、エピタキシャル成長時に流す材料ガス（原料ガス）中に、特定の条件で塩化水素ガスを添加することで上記課題を解決できることを見出し、完成したものである。更に、前記方法により、ステップ−バンチングの発生が抑えられた結果、オフ角度が６°以下のＳｉＣ基板を用いたエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板を作製できるようになり、該エピタキシャルＳｉＣ単結晶基板を用いてデバイス特性やデバイス歩留を詳細に検討した。オフ角度が６°以下のＳｉＣ基板を用いたエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板で、炭化珪素単結晶薄膜表面が、表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下のものが得られていなかったので、該表面粗さレベルにおけるデバイス特性やデバイス歩留は知られていなかったが、本発明者らは、上記方法で作製したエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板を用いて検討した結果、炭化珪素単結晶薄膜表面が、表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であると、デバイス特性やデバイス歩留が顕著に向上することを見出した。【００１９】
即ち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）オフ角度が６°以下である炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶薄膜を形成したエピタキシャル炭化珪素単結晶基板であって、前記炭化珪素単結晶薄膜表面の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板。
（２）オフ角度が６°以下である炭化珪素単結晶基板上に、熱化学蒸着法で炭化珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際に、炭素と珪素を含む原料ガスを流すと同時に塩化水素ガスを流し、原料ガス中の珪素原子数に対する塩化水素ガス中の塩素原子数の比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が１．０より大きく２０．０より小さくすることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法。
（３）前記炭化珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長する際の、原料ガス中に含まれる、炭素と珪素の原子数比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．５以下であることを特徴とする上記（２）に記載のエピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板のオフ角度が６°乃至それ以下であっても、ステップ−バンチングの発生を抑え、表面粗さのＲａ値の小さい高品質なエピタキシャル膜を有するＳｉＣ単結晶基板を提供することが可能である。【００２１】
また、本発明の製造方法は、熱ＣＶＤ法であるため、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が得られる。【００２２】
さらに、本発明のエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板を用いたデバイスは、表面粗さＲａ値の小さい、平坦性に優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】
【００２３】
【図１】本発明の一例によるＳｉＣエピタキシャル膜の成長シーケンスを示す。
【図２】本発明の一例によって成長されたＳｉＣエピタキシャル膜の表面状態の光学顕微鏡像を示す。
【図３】本発明の一例によって成長されたＳｉＣエピタキシャル膜の表面ＡＦＭ像を示す。
【図４】本発明の一例によって成長されたＳｉＣエピタキシャル膜上に形成されたショットキーバリアダイオードの順方向特性を示す。
【図５】本発明の他の一例によって成長されたＳｉＣエピタキシャル膜の表面状態の光学顕微鏡像を示す。
【図６】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７】従来技術によって成長されたＳｉＣエピタキシャル膜の表面状態の光学顕微鏡像を示す。
【図８】従来技術によって成長されたＳｉＣエピタキシャル膜の表面ＡＦＭ像を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の具体的な内容について述べる。
まず、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。
本発明で好適にエピタキシャル成長に用いる装置は、横型の熱ＣＶＤ装置である。熱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。
【００２５】
図６に、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。まず、成長炉に基板をセットし、成長炉内を真空排気した後、水素ガスを導入して圧力を１×１０４〜３×１０４Ｐａに調整する。その後、圧力を一定に保ちながら成長炉の温度を上げ、１４００℃程度で１０〜３０分間、水素中あるいは塩化水素を導入して塩化水素中での基板のエッチングを行う。これは、研磨等に伴う基板表面の変質層を取り除き、清浄な表面を出すためのものである。前記基板のエッチング工程は、炭化珪素単結晶膜の成長前に基板表面を清浄にするために好ましいが、該工程が無くても本発明の効果が得られる。例えば、既に、清浄な表面を有する基板であれば、基板のエッチング工程はなくてもよい。その後、温度を成長温度である１５００〜１６００℃又は１５００〜１６５０℃に上げ、材料ガス（原料ガス）であるＳｉＨ４とＣ２Ｈ４を導入して成長を開始する（即ち、１５００℃以上で成長させるという熱ＣＶＤ法である。）。ＳｉＨ４流量は毎分４０〜５０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量は毎分２０〜４０ｃｍ３又は３０〜４０ｃｍ３であり、成長速度は毎時６〜７μｍ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。一定時間成長し、所望の膜厚が得られた時点でＳｉＨ４とＣ２Ｈ４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、基板を取り出す。
【００２６】
次に、本発明の内容を図６の成長シーケンスで説明する。ＳｉＣ単結晶基板をセットし、水素あるいは塩化水素中でのエッチングまでは、図６と同様である。その後、１５００〜１６００℃又は１５００〜１６５０℃の成長温度に上げ、材料ガスであるＳｉＨ４とＣ２Ｈ４を流して成長を開始するが、この時同時にＨＣｌガスも導入する。ＳｉＨ４流量は毎分４０〜５０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量は毎分２０〜４０ｃｍ３又は３０〜４０ｃｍ３であり、ＨＣｌの流量は、ガス中のＳｉとＣｌの原子数の比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が１．０〜２０．０になるようにして、毎分４０〜１０００ｃｍ３程度が好ましい。成長速度はＨＣｌガスを流さない場合とほぼ同じであり、所望の膜厚が得られた時点でＳｉＨ４とＣ２Ｈ４及びＨＣｌの導入を止める。その後の手順は、ＨＣｌガスを流さない場合と同様である。このように、原料ガスとＨＣｌガスを同時に流すことにより、６°乃至それ以下という小さいオフ角を持った基板上であっても、表面のステップ−バンチングの発生が抑えられた良好なエピタキシャル膜が得られるようになる。
【００２７】
これは以下のように考えられる。成長表面でのステップ−フローを阻害する一因として、ＳｉＨ４の分解により発生したＳｉ原子が気相中で結合し、それが核となってＳｉドロップレット（ｄｒｏｐｌｅｔ）を形成して、基板上に付着することが考えられる。あるいは、過剰のＳｉ原子が成長表面で凝集する可能性も否定できない。特に、基板のオフ角度が小さくなり、テラスの幅が大きくなるに従い、上記の現象は顕著になってくると思われる。それが、ＨＣｌガスを導入することにより、ＨＣｌが分解して発生したＣｌが、気相中でＳｉ−Ｃｌの形を取ることにより、Ｓｉ同士の結合を抑え、あるいは成長表面での過剰ＳｉをＳｉＨｘＣｌｙの形で再蒸発させる等の効果が得られ、その結果、ステップ−フロー成長が、小さいオフ角を持った基板上でも持続したためと考えられる。
【００２８】
一方、オフ角度の小さなＳｉＣ基板上にエピタキシャル成長を行う際、ＨＣｌを使用するものとして、前述したように、特許文献２及び３に提案される方法がある。しかし、特許文献２の方法の場合は、基板表面の清浄化によるエピタキシャル膜の品質向上（エッチピット密度の減少）を目的としている。その実施例においては、８°オフ角度の基板を用いた場合であり、６°乃至それ以下のオフ角度を持った基板上にエピタキシャル成長する際のステップ−バンチング発生防止に関するものではない。また、特許文献３の方法の場合は、６°以下のオフ角を持った基板上エピタキシャル成長の場合も含まれているが、ＨＣｌを添加する効果として、ＨＣｌのエッチングにより基板表面に強制的にステップを形成することを挙げており、ステップが増加することで、表面での３Ｃ−ＳｉＣの発生が防げるとしている。したがって、ＨＣｌが分解して発生したＣｌとＳｉとの反応を利用して、表面粗さＲａを０．５ｎｍ以下とする本発明とは基本的に異なる。
【００２９】
即ち、本発明では、エピタキシャル成長中に、その原料ガスとともにＨＣｌガスを導入するものであるが、前述のように、本発明では、ＨＣｌのエッチング作用を利用するのではなく、気相中でＳｉ−Ｃｌの形をとり、Ｓｉ同士の結合を抑制するという作用を利用するものであるので、エピタキシャル膜の成長速度はＨＣｌを導入にない場合とほぼ同様に十分大きい。具体的には、エッチング作用が殆ど起こらないような、ＨＣｌ導入量の少ない条件（Ｃｌ／Ｓｉ比で１．０〜２０．０の範囲）である。特許文献２では、前述のように、オフ角度が８°のＳｉＣ基板ではあるが、Ｃｌ／Ｓｉ比にすると１０〜１００となる範囲で成長中にＨＣｌを導入するとしている。しかしながら、成長中にＣｌ／Ｓｉ比が２０を超えるというようなＨＣｌを多量に導入する条件を含むので、本発明の上記効果が得られない。本発明の効果を得るためには、成長中に導入するＨＣｌの量はＣｌ／Ｓｉ比で２０．０を超えないようにすることが重要である。
【００３０】
本発明により、６°乃至それ以下という小さいオフ角度（即ち、０°〜６°のオフ角度である。）を持った基板上であっても、表面のステップ−バンチングの発生が抑えられた良好なエピタキシャル膜が得られるようになったが、成長するエピタキシャル層の厚さについては、通常形成されるデバイスの耐圧、エピタキシャル膜の生産性等を考慮した場合、５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。また、オフ角度が０°超でオフ角度を有する基板がエピタキシャル膜の成長し易さの点から好ましい。さらに、基板のオフ角度については、１°以下であると、表面に存在するステップの数が少なくなり、本発明の効果が現れ難くなるため、１°より大きく６°以下が好ましい。また、成長時のガス中に含まれるＣｌ／Ｓｉ比は、１．０より小さいとＨＣｌガスを添加した効果が現れず、２０．０より大きいとＨＣｌガスによるエッチングが行われて来るため、１．０から２０．０の間が望ましいが、より好適には４．０〜１０．０の間である。更に好ましいＣｌ／Ｓｉ比は、４．０以上１０．０未満である。
【００３１】
さらに、材料ガスにおけるＣ／Ｓｉ比は、ステップ−フロー成長を促進するため１．５以下が望ましいが、１．０より小さいと、所謂サイト−コンペティション（ｓｉｔｅ−ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ）効果で、残留窒素の取り込みが大きくなり、エピタキシャル膜の純度が下がるため、より好適には１．０〜１．５の間である。
【００３２】
また、本発明では、オフ角度が６°以下であるＳｉＣ基板は、直径２インチ以上（直径５０ｍｍ以上）のサイズである方が、本発明の効果がより顕著に得られる。ＳｉＣ基板が小さい場合（例えば、直径２インチ（直径５０ｍｍ）未満では）、熱ＣＶＤ法における基板の加熱は全基板表面に均一に行うことが容易であり、その結果、ステップ−バンチングの発生が起きにくい。
【００３３】
よって、本発明の条件でＨＣｌを導入しても、ステップ−バンチングの発生の抑制効果を発揮できない場合がある。但し、小さなＳｉＣ基板でも加熱法が不均一あると、ステップ−バンチングの発生が起きやすくなるので、本発明の効果が顕著に得られる。一方、ＳｉＣ基板が大きくなり、直径２インチ（直径５０ｍｍ）以上になると、基板表面全体を均一に加熱すること（均一な温度に保つこと）が難しくなるので、結晶成長の速度が場所によって異なるようになり、その結果、ステップ−バンチングが発生しやすいようになる。したがって、このようなステップ−バンチングが発生しやすいような大きなＳｉＣ基板では、本発明の条件でＨＣｌを導入することでステップ−バンチングの発生を抑制するという効果を十分発揮できる。
【００３４】
そして、本発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板にエピタキシャル膜を成長する際に所定の流量のＨＣｌガスを存在させることにより、表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下といった高品質のＳｉＣ単結晶薄膜を得ることができる。尚、表面粗さＲａはＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に準拠する算術平均粗さである。本発明の製造方法においてより最適な条件とすれば、表面粗（Ｒａ値）が０．４ｎｍ以下の更に高品質のＳｉＣ単結晶薄膜を容易に得ることができる。
【００３５】
更に、本発明によって、表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下を含む表面粗さの異なる種々のエピタキシャル膜を有するＳｉＣ単結晶基板を作製し、それぞれのデバイス特性やデバイス歩留を調べた。その結果、下記の実施例にも示すように、ＳｉＣ単結晶薄膜表面が、表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下、好ましくは０．４ｎｍ以下であると、デバイス特性やデバイス歩留が顕著に向上することを見出した。
【００３６】
このようにして成長されたエピタキシャル基板上に好適に形成されるデバイスは、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、特に電力制御用に用いられるデバイスである。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
２インチ（５０ｍｍ）ウェーハ用ＳｉＣ単結晶インゴットから、約４００μｍの厚さでスライスし、粗削りとダイヤモンド砥粒による通常研磨を実施した、４Ｈ型のポリタイプを有するＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面に、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。成長の手順としては、成長炉に基板をセットし、成長炉内を真空排気した後、水素ガスを毎分１５０Ｌ導入しながら圧力を１．０×１０４Ｐａに調整した。その後、圧力を一定に保ちながら成長炉の温度を上げ、１５５０℃に到達した後、塩化水素を毎分１０００ｃｍ３流し、２０分間基板のエッチングを行った。エッチング後、温度を１６００℃まで上げ、ＳｉＨ４流量を毎分４０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量を毎分２２ｃｍ３（Ｃ／Ｓｉ＝１．１）、ＨＣｌ流量を毎分２００ｃｍ３（Ｃｌ／Ｓｉ＝５．０）にしてエピタキシャル層を１０μｍ成長した。この時の成長速度は毎時７μｍ程度であった。【００３８】
このようにしてエピタキシャル成長を行った膜の表面の光学顕微鏡写真を図３に、また表面ＡＦＭ像を図３に示す。図２から、表面は鏡面になっており、ステップ−バンチングが生じていないことが分かる。また、図３から、表面粗さのＲａ値は０．２１ｎｍであることが分かり、これは８°オフ基板上のエピタキシャル成長膜の値とほぼ同等であった。このようなエピタキシャル膜を用いてショットキーバリアダイオード（直径２００μｍ）を形成した際の、ダイオードの順方向特性を図４に示す。図４から、電流の立ち上がり時の直線性は良好であり、ダイオードの性能を示すｎ値が１．０１と、ほぼ理想的な特性が得られていることが分かった。また、前記と同様に、同基板上にショットキーバリアオードを更に１００個作製して同じ評価を行ったところ、全て不良なく同様の特性を示した。【００３９】
（実施例２）
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ（５０ｍｍ）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。成長手順、温度等は、実施例１と同様であるが、ガス流量は、ＳｉＨ４流量を毎分４０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量を毎分２２ｃｍ３（Ｃ／Ｓｉ＝１．１）、ＨＣｌ流量を毎分４００ｃｍ３（Ｃｌ／Ｓｉ＝１０．０）にして、エピタキシャル層を１０μｍ成長した。成長後のエピタキシャル膜の光学顕微鏡写真を図５に示す。図５から、この条件の場合もステップ−バンチングの生じていない良好な膜であることが分かる。また、ＡＦＭ評価から、表面粗さのＲａ値は０．１６ｎｍであった。成長後、実施例１と同様にショットキーバリアダイオードを形成し、成長中にＨＣｌを添加しない、従来の方法による４°オフ基板上のエピタキシャル膜上に形成したショットキーバリアダイオードと共に逆方向の耐圧を評価した。それぞれのダイオードを１００個評価した結果は、本発明によるエピタキシャル膜上のダイオードの耐圧（中央値）が３４０Ｖ、従来方法によるエピタキシャル膜（表面粗さのＲａ値：２．５ｎｍ）上のダイオードの耐圧（中央値）が３２０Ｖであり、本発明によるエピタキシャル膜上のダイオードの方が優れた特性を示していた。本発明によるエピタキシャル膜上に作製した１００個のダイオードは、全て不良のないものであった。従来方法によるエピタキシャル膜上に作製した１００個のダイオードの内、５個の不良が発生した。【００４０】
（実施例３）
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ（５０ｍｍ）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。成長手順、温度等は、実施例１と同様であるが、ガス流量は、ＳｉＨ４流量を毎分４０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量を毎分２８ｃｍ３（Ｃ／Ｓｉ＝１．４）、ＨＣｌ流量を毎分２００ｃｍ３（Ｃｌ／Ｓｉ＝５．０）にして、エピタキシャル層を１０μｍ成長した。成長後のエピタキシャル膜はステップ−バンチングの生じていない良好な膜であり、表面粗さのＲａ値は０．２３ｎｍであった。実施例１と同様にショットキーバリアダイオードを形成し、ｎ値を求めると１．０１であり、この場合もほぼ理想的な特性が得られていることが分かった。また、前記と同様に、同基板上にショットキーバリアオードを更に１００個作製して同じ評価を行ったところ、全て不良なく同様の特性を示した。【００４１】
（実施例４）
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ（５０ｍｍ）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２°である。成長手順、温度等は、実施例１と同様であるが、ガス流量は、ＳｉＨ４流量を毎分４０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量を毎分２０ｃｍ３（Ｃ／Ｓｉ＝１．０）、ＨＣｌ流量を毎分４００ｃｍ３（Ｃｌ／Ｓｉ＝１０．０）にして、エピタキシャル層を１０μｍ成長した。成長後のエピタキシャル膜はステップ−バンチングの生じていない良好な膜であり、表面粗さのＲａ値は０．２６ｎｍであった。実施例１と同様に形成したショットキーバリアダイオードのｎ値は１．０２であり、この場合もほぼ理想的な特性が得られていることが分かった。また、前記と同様に、同基板上にショットキーバリアオードを更に１００個作製して同じ評価を行ったところ、全て不良なく同様の特性を示した。【００４２】
（実施例５）
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ（５０ｍｍ）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。基板のオフ角度は６°である。成長手順、温度等は、実施例１と同様であるが、ガス流量は、ＳｉＨ４流量を毎分４０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量を毎分２２ｃｍ３（Ｃ／Ｓｉ＝１．１）、ＨＣｌ流量を毎分２００ｃｍ３（Ｃｌ／Ｓｉ＝５．０）にして、エピタキシャル層を１０μｍ成長した。成長後のエピタキシャル膜はステップ−バンチングの生じていない良好な膜であり、表面粗さのＲａ値は０．１９ｎｍであった。このエピタキシャル膜と、従来の方法により形成した６°オフ基板上のエピタキシャル膜を用い、実施例２と同様にショットキーバリアダイオードの逆方向耐圧を５０個評価した。結果は、本発明によるエピタキシャル膜上のダイオードの耐圧（中央値）が３５０Ｖ、従来方法によるエピタキシャル膜（表面粗さのＲａ値：２ｎｍ）上のダイオードの耐圧（中央値）が３３０Ｖであり、本発明を用いたエピタキシャル膜上のダイオードの方が優れた特性を示していた。本発明によるエピタキシャル膜上に作製した１００個のダイオードは、全て不良ないものであった。従来方法によるエピタキシャル膜上に作製した１００個のダイオードの内、５個の不良が発生した。【００４３】
（実施例６〜１７）
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ（５０ｍｍ）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。成長手順、温度等は、実施例１と同様であり、基板のオフ角度、Ｃ／Ｓｉ比、Ｃｌ／Ｓｉ比を表１のように変えてエピタキシャル層を１０μｍ成長した。成長後のエピタキシャル膜はステップ−バンチングの生じていない良好な膜であり、表１には成長後のエピタキシャル膜表面粗さのＲａ値および実施例１と同様に形成したショットキーバリアダイオードのｎ値も示してある。Ｒａ値は全て０．４ｎｍ以下と、平坦性に優れた膜が得られていることが分かり、また、ｎ値も１．０３以下で、ほぼ理想的なダイオード特性が得られていた。なお、実施例１〜１７においては、成長前に塩化水素による基板のエッチングを行っているが、このプロセスを省略しても、成長後のＲａ値に変化は見られなかった。また、実施例６は、Ｒａ値が０．４ｎｍで、ｎ値が１．０３となっているが、基板のオフ角度が付いていないので、結晶成長速度が遅く、オフ角度が付いている基板を用いた場合に比べて１０μｍの厚さに成膜するのに長時間かかっている。【００４４】
【表１】
2010087518.tif 000003
【００４５】
（比較例）
比較例として、実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ（５０ｍｍ）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。基板のオフ角度は６°である。成長手順、温度等は、実施例１と同様であるが、ガス流量は、ＳｉＨ４流量を毎分４０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量を毎分２２ｃｍ３（Ｃ／Ｓｉ＝１．１）にして、ＨＣｌは流さずにエピタキシャル層を１０μｍ成長した。成長後のエピタキシャル膜の光学顕微鏡写真を図７に、表面ＡＦＭ像を図８に示す。図７、図８から、成長後の表面は皺状になっており、ステップ−バンチングが生じていることが分かる。また、図８から、表面粗さのＲａ値は１．９ｎｍであり、実施例１〜５に比べ、約一桁大きい値であった。実施例５の場合に示したように、このようなエピタキシャル膜上にショットキーバリアダイオードを形成し、逆方向の耐圧を評価したところ、本発明によるエピタキシャル膜上のダイオードに比べ、特性は劣っていた。同様に１００個のショットキーバリアダイオードを作製し、その内８個の不良が発生した。【００４６】
更に、基板のオフ角度が７°であるＳｉＣ単結晶基板を実施例１と同様に作製し、原料ガスと同時にＨＣｌを流した場合とＨＣｌを流さなかった場合について、実施例１と同様にエピタキシャル膜を成長させた。オフ角度が大きいのでステップ−バンチングがそもそも発生し難いので、ＨＣｌを添加しなくても成長表面が平坦であり、ＨＣｌを添加しても同じ平坦性を有する成長表面であった。【００４７】
また、実施例１における結晶成長時の温度は、１６００℃であるが、１５００℃及び１６５０℃でそれぞれ同様に結晶成長させたが、同じ結果を得ている。１４５０℃で実施例１と同様に結晶成長させたが、ショットキーバリアダイオードを作製すると不良発生率が大きくなった。また、１７００℃で実施例１と同様に結晶成長させたが、表面粗さのＲａ値が０．４を超えるものしか得られなかった。したがって、結晶性成長時の温度範囲は好ましくは、１５００〜１６５０℃とするとよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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、ステップ−バンチング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単結晶基板を作成することが可能である。そのため、このような基板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。本実施例においては、材料ガスとしてＳｉＨ４及びＣ２Ｈ４を用いているが、Ｓｉ源としてトリクロルシランを用い、Ｃ源としてＣ３Ｈ８等を用いた場合についても同様である。
【図１】
2010087518.tif 000004
【図４】
2010087518.tif 000005
【図６】
2010087518.tif 000006
【図２】
2010087518.tif 000007
【図３】
2010087518.tif 000008
【図５】
2010087518.tif 000009
【図７】
2010087518.tif 000010
【図８】
2010087518.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月4日(2010.10.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記のように、従来技術で得られるオフ角度の小さいＳｉＣ基板、即ち、４°以下のオフ角度のＳｉＣ基板では、ステップ−バンチングの発生を抑えた高品質エピタキシャル膜が得られず、デバイス特性やデバイス歩留が十分でないという問題があることが明らかになってきた。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明は、オフ角度が４°乃至それ以下の基板を用いたエピタキシャル成長において、ステップ−バンチングの発生を抑えた高品質エピタキシャル膜を有するエピタキシャル単結晶基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明は、エピタキシャル成長時に流す材料ガス（原料ガス）中に、特定の条件で塩化水素ガスを添加することで上記課題を解決できることを見出し、完成したものである。更に、前記方法により、ステップ−バンチングの発生が抑えられた結果、オフ角度が４°以下のＳｉＣ基板を用いたエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板を作製できるようになり、該エピタキシャルＳｉＣ単結晶基板を用いてデバイス特性やデバイス歩留を詳細に検討した。オフ角度が４°以下のＳｉＣ基板を用いたエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板で、炭化珪素単結晶薄膜表面が、表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下のものが得られていなかったので、該表面粗さレベルにおけるデバイス特性やデバイス歩留は知られていなかったが、本発明者らは、上記方法で作製したエビタキシャルＳｉＣ単結晶基板を用いて検討した結果、炭化珪素単結晶薄膜表面が、表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であると、デバイス特性やデバイス歩留が顕著に向上することを見出した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
即ち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）オフ角度が４°以下である炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶薄膜を形成したエピタキシャル炭化珪素単結晶基板であって、前記炭化珪素単結晶薄膜表面の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板。
（２）オフ角度が４°以下である炭化珪素単結晶基板上に、熱化学蒸着法で炭化珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際に、炭素と珪素を含む原料ガスを流すと同時に塩化水素ガスを流し、原料ガス中に含まれる炭素と珪素の原子数比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．５以下であると共に、原料ガス中の珪素原子数に対する塩化水素ガス中の塩素原子数の比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が１．０より大きく２０．０より小さくすることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明によれば、基板のオフ角度が４°乃至それ以下であっても、ステップ−バンチングの発生を抑え、表面粗さのＲａ値の小さい高品質なエピタキシャル膜を有するＳｉＣ単結晶基板を提供することが可能である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次に、本発明の内容を図１の成長シーケンスで説明する。ＳｉＣ単結晶基板をセットし、水素あるいは塩化水素中でのエッチングまでは、図６と同様である。その後、１５００〜１６００℃又は１５００〜１６５０℃の成長温度に上げ、材料ガスであるＳｉＨ４とＣ２Ｈ４を流して成長を開始するが、この時同時にＨＣｌガスも導入する。ＳｉＨ４流量は毎分４０〜５０ｃｍ３、Ｃ２Ｈ４流量は毎分２０〜４０ｃｍ３又は３０〜３０ｃｍ３であり、ＨＣｌの流量は、ガス中のＳｉとＣｌの原子数の比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が１．０〜２０．０になるようにして、毎分４０〜１０００ｃｍ３程度が好ましい。成長速度はＨＣｌガスを流さない場合とほぼ同じであり、所望の膜厚が得られた時点でＳｉＨ４とＣ２Ｈ４及びＨＣｌの導入を止める。その後の手順は、ＨＣｌガスを流さない場合と同様である。このように、原料ガスとＨＣｌガスを同時に流すことにより、４°乃至それ以下という小さいオフ角を持った基板上であっても、表面のステップ−バンチングの発生が抑えられた良好なエピタキシャル膜が得られるようになる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
本発明により、４°乃至それ以下という小さいオフ角度（即ち、０°〜４°のオフ角度である。）を持った基板上であっても、表面のステップ−バンチングの発生が抑えられた良好なエピタキシャル膜が得られるようになったが、成長するエピタキシャル層の厚さについては、通常形成されるデバイスの耐圧、エピタキシャル膜の生産性等を考慮した場合、５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。また、オフ角度が０°超でオフ角度を有する基板がエピタキシャル膜の成長し易さの点から好ましい。さらに、基板のオフ角度については、１°以下であると、表面に存在するステップの数が少なくなり、本発明の効果が現れ難くなるため、１°より大きく４°以下が好ましい。また、成長時のガス中に含まれるＣｌ／Ｓｉ比は、１．０より小さいとＨＣｌガスを添加した効果が現れず、２０．０より大きいとＨＣｌガスによるエッチングが行われて来るため、１．０から２０．０の間が望ましいが、より好適には４．０〜１０．０の間である。更に好ましいＣｌ／Ｓｉ比は、４．０以上１０．０未満である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
さらに、材料ガスにおけるＣ／Ｓｉ比は、ステップ−フロー成長を促進するため１．５以下であるが、１．０より小さいと、所謂サイト−コンペティション（site-competition）効果で、残留窒素の取り込みが大きくなり、エピタキシャル膜の純度が下がるため、より好適には１．０〜１．５の間である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
また、本発明では、オフ角度が４°以下であるＳｉＣ基板は、直径２インチ以上（直径５０ｍｍ以上）のサイズである方が、本発明の効果がより顕著に得られる。ＳｉＣ基板が小さい場合（例えば、直径２インチ（直径５０ｍｍ）未満では）、熱ＣＶＤ法における基板の加熱は全基板表面に均一に行うことが容易であり、その結果、ステップ−バンチングの発生が起きにくい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
（実施例６〜１７）
実施例１と同様にスライス、粗削り、通常研磨を行った、４Ｈ型のポリタイプを有する２インチ（５０ｍｍ）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。成長手順、温度等は、実施例１と同様であり、基板のオフ角度、Ｃ／Ｓｉ比、Ｃｉ／Ｓｉ比を表１のように変えてエピタキシャル層を１０μｍ成長した。成長後のエピタキシャル膜はステップ−バンチングの生じていない良好な膜であり、表１には成長後のエピタキシャル膜表面粗さのＲａ値および実施例１と同様に形成したショットキーバリアダイオードのｎ値も示してある。Ｒａ値は全て０．５ｎｍ以下と、平坦性に優れた膜が得られていることが分かり、また、ｎ値も１．０３以下で、ほぼ理想的なダイオード特性が得られていた。なお、実施例１〜１７においては、成長前に塩化水素による基板のエッチングを行っているが、このプロセスを省略しても、成長後のＲａ値に変化は見られなかった。また、実施例６は、Ｒａ値が０．５ｎｍで、ｎ値が１．０３となっているが、基板のオフ角度が付いていないので、結晶成長速度が遅く、オフ角度が付いている基板を用いた場合に比べて１０μｍの厚さに成膜するのに長時間かかっている。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
【表１】
2010087518.tif 000012
【手続補正１３】
【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】
オフ角度が４°以下である炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶薄膜を形成したエピタキシャル炭化珪素単結晶基板であって、前記炭化珪素単結晶薄膜表面の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板。
【請求項２】
オフ角度が４°以下である炭化珪素単結晶基板上に、熱化学蒸着法で炭化珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際に、炭素と珪素を含む材料ガスを流すと同時に塩化水素ガスを流し、材料ガス中に含まれる炭素と珪素の原子数比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．５以下であると共に、材料ガス中の珪素原子数に対する塩化水素ガス中の塩素原子数の比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が１．０より大きく２０．０より小さくすることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月26日(2011.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明は、エピタキシャル成長時に流す材料ガス（原料ガス）中に、特定の条件で塩化水素ガスを添加することで上記課題を解決できることを見出し、完成したものである。更に、前記方法により、ステップ−バンチングの発生が抑えられた結果、オフ角度が４°以下のＳｉＣ基板を用いたエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板を作製できるようになり、該エピタキシャルＳｉＣ単結晶基板を用いてデバイス特性やデバイス歩留を詳細に検討した。オフ角度が４°以下のＳｉＣ基板を用いたエピタキシャルＳｉＣ単結晶基板で、炭化珪素単結晶薄膜表面が、エピタキシャル成長後の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下のものが得られていなかったので、該表面粗さレベルにおけるデバイス特性やデバイス歩留は知られていなかったが、本発明者らは、上記方法で作製したエビタキシャルＳｉＣ単結晶基板を用いて検討した結果、炭化珪素単結晶薄膜表面が、エピタキシャル成長後の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であると、デバイス特性やデバイス歩留が顕著に向上することを見出した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
即ち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）オフ角度が４°以下である炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶薄膜を形成したステップ−バンチングの発生を抑制するエピタキシャル炭化珪素単結晶基板であって、前記炭化珪素単結晶薄膜表面のエピタキシャル成長後の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板。
（２）オフ角度が４°以下である炭化珪素単結晶基板上に、熱化学蒸着法で炭化珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際に、炭素と珪素を含む原料ガスを流すと同時に塩化水素ガスを流し、原料ガス中に含まれる炭素と珪素の原子数比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．５以下であると共に、原料ガス中の珪素原子数に対する塩化水素ガス中の塩素原子数の比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が１．０より大きく２０．０より小さくすることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本発明によれば、基板のオフ角度が４°乃至それ以下であっても、ステップ−バンチングの発生を抑え、エピタキシャル成長後の表面粗さのＲａ値の小さい高品質なエピタキシャル膜を有するＳｉＣ単結晶基板を提供することが可能である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
そして、本発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板にエピタキシャル膜を成長する際に所定の流量のＨＣｌガスを存在させることにより、エピタキシャル成長後の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下といった高品質のＳｉＣ単結晶薄膜を得ることができる。尚、表面粗さＲａはＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に準拠する算術平均粗さである。本発明の製造方法においてより最適な条件とすれば、表面粗（Ｒａ値）が０．４ｎｍ以下の更に高品質のＳｉＣ単結晶薄膜を容易に得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
更に、本発明によって、エピタキシャル成長後の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下を含む表面粗さの異なる種々のエピタキシャル膜を有するＳｉＣ単結晶基板を作製し、それぞれのデバイス特性やデバイス歩留を調べた。その結果、下記の実施例にも示すように、ＳｉＣ単結晶薄膜表面が、エピタキシャル成長後の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下、好ましくは０．４ｎｍ以下であると、デバイス特性やデバイス歩留が顕著に向上することを見出した。
【手続補正６】
【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】
オフ角度が４°以下である炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素単結晶薄膜を形成したステップ−バンチングの発生を抑制するエピタキシャル炭化珪素単結晶基板であって、前記炭化珪素単結晶薄膜表面のエピタキシャル成長後の表面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下であることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板。
【請求項２】
オフ角度が４°以下である炭化珪素単結晶基板上に、熱化学蒸着法で炭化珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる際に、炭素と珪素を含む材料ガスを流すと同時に塩化水素ガスを流し、材料ガス中に含まれる炭素と珪素の原子数比（Ｃ／Ｓｉ比）が１．５以下であると共に、材料ガス中の珪素原子数に対する塩化水素ガス中の塩素原子数の比（Ｃｌ／Ｓｉ比）が１．０より大きく２０．０より小さくすることを特徴とするエピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法。
【国際調査報告】
2010087518.tif 000013
2010087518.tif 000014
2010087518.tif 000015
2010087518.tif 000016