(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長炉内の炭化珪素単結晶基板上に、熱ＣＶＤ法により炭化珪素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法において、
エピタキシャル成長の開始前に成長炉に流す成長前雰囲気ガスが、水素ガスを含有し残部が不活性ガス及び不可避的不純物であり、
前記水素ガスが不活性ガスに対し０．１〜１０．０体積％含有することを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
【請求項２】
前記成長前雰囲気ガスが、さらにシラン系ガス又は炭化水素系ガスの少なくともいずれかを、合計で前記不活性ガスに対し０．１〜１．０体積％含む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ウエハの製造方法。
【請求項３】
前記成長前雰囲気ガスが、さらに塩化珪素系ガス、塩素化炭化水素ガス及び四塩化炭素ガスの少なくとも１種を、合計で前記不活性ガスに対し０．１〜１．０体積％含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
【請求項４】
前記不活性ガスがアルゴンガス又はヘリウムガスであ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ウエハの製造方法。
【請求項５】
前記シラン系ガスの成分は、ＳｉｘＨｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）で表わされる化合物からな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ウエハの製造方法。
【請求項６】
前記炭化水素系ガスの成分は、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）で表わされる化合物からな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ウエハの製造方法。
【請求項７】
前記塩化珪素系ガスの成分は、ＳｉｘＨｙＣｌｚ（但し、ｘ、ｚは１以上の整数；ｙは０以上の整数）で表わされる化合物からなることを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
【請求項８】
前記塩素化炭化水素ガスの成分は、ＣｘＨｙＣｌｚ（但し、ｘ、ｙ、ｚは１以上の整数）で表わされる化合物からなることを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
【請求項９】
前記炭化珪素単結晶基板は、（0001）面に対して＜11-20＞方向へ傾けた角度が４°以下のオフ角度を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
【請求項１０】
グラファイト製の成長炉を用いた誘導加熱方式の熱ＣＶＤ法により炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
【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ウエハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素(以下、SiCと表記する)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エピタキシャルSiCウエハの需要が高まっている。【０００３】
SiC単結晶基板（以下、SiC基板という。）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、SiC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】
前記SiCのエピタキシャル膜を成長する際、SiC基板表面に結晶の乱れが存在すると、それに起因した積層欠陥がエピタキシャル膜中に形成されるため、エピタキシャル膜中にはその積層欠陥といわゆる通常のエピタキシャル欠陥が存在することになる。前記積層欠陥と前記エピタキシャル欠陥との兼ね合いにより、エピタキシャル炭化珪素ウエハがその上に形成される電子デバイスに対する影響、すなわち、エピタキシャル炭化珪素ウエハの性能が決まる。【０００５】
前記エピタキシャル欠陥としては、三角形欠陥、キャロット欠陥、コメット欠陥等が代表的なものとして知られている。これらはデバイス内部に存在するとデバイス特性や信頼性を劣化させる、いわゆるキラー欠陥として作用するため、その低減が強く求められている。現状、上記エピタキシャル欠陥は1cm2当たり数個〜10個程度のレベルであるが、デバイス内に含まれるエピタキシャル欠陥数は実質的にゼロでなければならないため、現在5mm角程度よりも大きい面積を持つデバイスは歩留まりが極端に低下し、その作成は難しい状況にある。【０００６】
近年、三角形欠陥とキャロット欠陥においては、構造解析が進み、その形成原因が明らかになりつつあるが（非特許文献１参照）、コメット欠陥は3C-SiCで形成されていることは判明しているものの、成因は不明の点が多い（非特許文献２参照）。さらにエピタキシャル欠陥の半数程度はコメット欠陥であり、他の欠陥よりも大きな面積を占める傾向があることから、早急にその低減策を確立する必要がある。今後デバイスへの応用が期待されるエピタキシャルSiCウエハであるが、特にコメット欠陥を低減しないと、比較的小面積のデバイスは作成できるものの、5mm角程度以上の面積を持つ大型デバイスに対応することは困難である。【０００７】
特許文献１は、カーボンの供給を抑制した反応室内条件下にＳｉＣ基板をアルゴン雰囲気下にてエピタキシャル成長温度まで昇温させて基板表面をアルゴン処理することによって、Ｓｉドロップレットを抑制することを特徴としている。
特許文献２は、不活性ガス雰囲気又は真空において、１７００℃〜２２００℃で炭化珪素基板を加熱処理することで、当該炭化珪素基板の基底面転位の先端部を貫通刃状転位に転換することによって、基底面転位をより確実に貫通刃状転位に転換することを特徴としている。
特許文献３は、０．４°〜５°のオフ角で傾斜させた４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板を研磨し、水素雰囲気下で、前記研磨後の基板を１４００〜１６００℃にしてその表面を清浄化することによって、ステップバンチングの発生を抑制することを特徴としている。
特許文献４は、＜０００１＞面からの傾斜角が５°よりも小さな炭化珪素バルク基板を還元性ガス雰囲気中で所定の温度及び所定の処理時間の条件でアニールし、前記還元性ガス雰囲気中で基板温度を低下することによって、キャロット欠陥及び三角欠陥密度を低減することを特徴としている。【０００８】
前述したように、前記積層欠陥と前記エピタキシャル欠陥との兼ね合いにより、エピタキシャル炭化珪素ウエハの性能が決まる。しかし、特許文献１〜４に開示された発明は、三角形欠陥、キャロット欠陥等のエピタキシャル欠陥の抑制のみ或いはＳｉＣエピタキシャル膜の平坦性のみを着目してなされたものであって、積層欠陥の低減の効果が不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２７４８９９号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４６１６８号公報
【特許文献３】特開２０１１−４９４９６号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１１／１４２０７４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】H.Tsuchida et al. : Phys. Status Solidi B246, No7, 1553 (2009).
【非特許文献２】T.Okada et al. : Materials Science and Engineering A361 67 (2003).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、SiC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ウエハを製造する際に、積層欠陥及びコメット欠陥を従来よりも更に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ウエハを得ることができる方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、エピタキシャルSiCウエハにおけるエピタキシャル膜中のコメット欠陥の形成原因の一つが、エピタキシャル成長前にSiC基板上に飛来したグラファイトの粒子を核として発生した3C-SiCであることを突き止めた。すなわち、SiCのエピタキシャル膜を成長させる際には、通常、成長前にキャリアガスとして水素を流して成長時の圧力雰囲気を形成するが、例えば成長炉がグラファイト製であると、この水素ガスによってグラファイトがエッチングされ、グラファイト粒子がSiC基板上に飛来してコメット欠陥を形成する要因になると考えた。【００１３】
一方、成長前にキャリアガスとして水素を流してSiC基板をエッチングすることにより、前記SiC基板表面の結晶の乱れが除去される。この水素ガスの作用により、積層欠陥を低減できると考えた。【００１４】
そこで、エピタキシャル成長前に水素ガスのようなエッチング作用のあるガスを微量流し、エピタキシャル成長前の雰囲気を形成してグラファイト粒子の発生を抑えつつSiC基板表面をエッチングすれば、コメット欠陥及び積層欠陥を低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。【００１５】
即ち、本発明の目的は、以下の構成により達成される。
（１）成長炉内の炭化珪素単結晶基板上に、熱ＣＶＤ法により炭化珪素をエピタキシャル成長させるエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法において、
エピタキシャル成長の開始前に成長炉に流す成長前雰囲気ガスが、水素ガスを含有し残部が不活性ガス及び不可避的不純物であり、
水素ガスが不活性ガスに対し０．１〜１０．０体積％含有することを特徴とするエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
（２）成長前雰囲気ガスが、さらにシラン系ガス又は炭化水素系ガスの少なくともいずれかを、合計で前記不活性ガスに対し０．１〜１．０体積％含むことを特徴とする（１）に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
（３）成長前雰囲気ガスが、さらに塩化珪素系ガス、塩素化炭化水素ガス及び四塩化炭素ガスの少なくとも１種を、合計で不活性ガスに対し０．１〜１．０体積％含むことを特徴とする（１）又は（２）に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
（４）不活性ガスがアルゴンガス又はヘリウムガスであ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ウエハの製造方法。
（５）シラン系ガスの成分は、ＳｉｘＨｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）で表わされる化合物からな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ウエハの製造方法。
（６）炭化水素系ガスの成分は、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）で表わされる化合物からな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ウエハの製造方法。
（７）塩化珪素系ガスの成分は、ＳｉｘＨｙＣｌｚ（但し、ｘ、ｚは１以上の整数；ｙは０以上の整数）で表わされる化合物からなることを特徴とする（３）に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
（８）塩素化炭化水素ガスの成分は、ＣｘＨｙＣｌｚ（但し、ｘ、ｙ、ｚは１以上の整数）で表わされる化合物からなることを特徴とする（３）に記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
（９）炭化珪素単結晶基板は、（0001）面に対して＜11-20＞方向へ傾けた角度が４°以下のオフ角度を有することを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
（１０）グラファイト製の成長炉を用いた誘導加熱方式の熱ＣＶＤ法により炭化珪素をエピタキシャル成長させることを特徴とする（１）〜（９）のいずれに記載のエピタキシャル炭化珪素ウエハの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエピタキシャルSiCウエハの製造方法によれば、エピタキシャル膜中のコメット欠陥等のエピタキシャル欠陥及び積層欠陥を従来よりも更に低減して、高品質エピタキシャル膜を有するエピタキシャルSiCウエハを提供することが可能になる。【００１７】
また、本発明の製造方法では、熱ＣＶＤ法によりエピタキシャル膜を形成するため、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SiCウエハが得られる。【００１８】
さらに、本発明によって得られたエピタキシャルSiCウエハを用いたデバイスは、コメット欠陥を低減し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】本発明の第１実施形態によりエピタキシャル成長を行なう際の成長シーケンスを示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態によりエピタキシャル成長を行なう際の成長シーケンスを示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態によりエピタキシャル成長を行なう際の成長シーケンスを示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の一方法により製造されたエピタキシャル炭化珪素ウエハの表面状態を示す光学顕微鏡写真であり、（ｂ）は本発明の製造条件を満たさない成長前雰囲気ガスを用いて製造されたエピタキシャル炭化珪素ウエハの表面状態を示す光学顕微鏡写真である。
【図５】従来のエピタキシャル成長を行なう際の典型的な成長シーケンスを示す図である。
【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。
先ず、SiC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でエピタキシャル成長の膜厚を制御できるため、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。なかでも、本発明は、グラファイト製の成長炉を備えた誘導加熱方式の熱CVD法により、炭化珪素をエピタキシャル成長させる際に適用するのがより好適である。
【００２１】
図５に、従来のエピタキシャル膜成長を行なう際の典型的なCVD法による成長シーケンスを、ガスの導入タイミングと併せて示す。先ず、成長炉にSiC基板をセットし、成長炉内を真空排気した後、水素ガス（キャリアガス）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、成長温度である1550〜1650℃に達した後、材料ガスであるSiH4及びC2H4と、ドーピングガスであるN2とを導入して成長を開始する。この時の珪素系材料ガスであるSiH4の流量は毎分40〜50cm3、炭素系材料ガスであるC2H4の流量は毎分20〜40cm3であり(C/Si比は0.8〜2.0程度)、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。所望膜厚が得られた時点でSiH4、C2H4及びN2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基板を取り出す。
【００２２】
（第１実施形態）
次に、本発明によってエピタキシャル膜成長を行なう際の成長シーケンスの一実施形態を図１に示す。成長炉にSiC基板をセットし、成長炉内を真空排気した後、不活性ガス（図１ではアルゴンガス）及び水素ガスからなる成長前雰囲気ガスを導入して圧力を1×104〜3×104Paに調整する。前記水素ガスの流量は、前記成長前雰囲気ガス中の水素ガス濃度が不活性ガスに対し０．１〜１０．０体積％になるように調整する。
【００２３】
その後、圧力を一定に保ちながら成長炉の温度を上げ、成長温度である1550〜1650℃に達した後、アルゴンガスの導入を止めると同時に、必要であれば水素ガス（キャリアガス）の流量を調整し、材料ガスであるSiH4及びC2H4と、ドーピングガスであるN2とを導入して成長を開始する。その後のプロセスは従来法と同様である。このように、成長直前まで水素ガスを大量に流さないことで、成長炉を構成しているグラファイト部材のエッチングを防止し、成長前基板上に飛来するグラファイト粒子の発生を抑えることができるため、成長が完了したエピタキシャル膜表面におけるコメット欠陥を低減することができる。
【００２４】
従来、SiC基板表面には、研磨等による傷や加工変質層が存在し、これらがエピタキシャル欠陥を誘起するため、エピタキシャル成長前に成長炉内でSiC基板をある程度エッチングすることが必要であった。一方で、CVD用のキャリアガスには自然対流が少なく、材料ガスの拡散速度が大きいという理由で水素ガスが多用されているが、水素ガスはSiCに対するエッチング性も有するためSiCのCVDにはより好適に用いられてきた。この成長前のSiC基板のエッチングは、一般に、成長炉内部の温度が成長温度に達する間、および成長温度に達した後にある程度の時間をとることによって行われているが、それによりたとえダメージのない表面が得られたとしても、前述の通り水素ガスによるグラファイト部材のエッチングでグラファイト粒子は発生するため、それを原因とするコメット欠陥の発生は抑えられなかった。
【００２５】
一方、キャリアガスにアルゴンガスのような不活性ガスのみを成長前雰囲気ガスとして用いれば、グラファイト部材のエッチングの問題は低減されるが、SiC基板表面の傷や加工変質層の除去が不十分になり、積層欠陥が増加することが懸念される。
【００２６】
そこで、本発明においては、多少のエッチング性を付与する目的で、エピタキシャル成長の開始直前まで、不活性ガスに対する割合で水素ガスを０．１〜１０体積％含有する、不活性ガスを主成分とした成長前雰囲気ガスを成長炉内に流すようにする。
例えば、図１に示したシーケンスのように、アルゴンガスに対する割合で水素ガスを０．１〜１０体積％含有する成長前雰囲気ガスを成長炉内に流す。このような成長前雰囲気ガスを流すことにより、エピタキシャル成長時と同じ圧力条件を形成し、成長炉内のガスを成長前雰囲気ガスから成長雰囲気ガスに切り替えることで、エピタキシャル成長を開始することができる。
尚、前記成長雰囲気ガスとは、成長炉内に水素ガスと共に導入される、材料ガスやドーピングガス（N2）を含有するガスである。これらの成分からなるガスを「成長雰囲気ガス」と呼ぶ。
【００２７】
エピタキシャル成長の成長直前まで流す成長前雰囲気ガスについては、上述のように不活性ガスを主成分とするものであり、このうち不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等の希ガスが適しており、より好適にはアルゴンガスあるいはヘリウムガスである。窒素ガスも不活性ガスではあるが、SiCに対してはドーピングガスとして作用し、成長直前まで流すと、成長が開始された時にドーピング密度の制御が不安定になるため不適当である。
なお、不活性ガスとして、例えばアルゴンガスとヘリウムガスの混合ガスの使用も考えられるが、これらのガスの使用目的は、グラファイト部材のエッチングを防止するためのものであるから、敢えて両者を混合する必要はない。
【００２８】
また、エピタキシャル膜を成長させるSiC基板については、（0001）面に対して＜11-20＞方向へオフ角度を有するものであるのが望ましい。その角度は大きい方が、表面に現れるステップの密度が高くなるため、いわゆるステップフロー成長が起こりやすくなり、欠陥の少ないエピタキシャル膜が得られる。しかし、オフ角度が大きくなると、インゴットからの収率が低下する、基底面転位密度が大きくなる等の不具合が発生することから、オフ角度を小さくすることが必要になっており、現在の主流は４°以下である。本発明は、直接オフ角度の大小と関連するものではないため、４°以下のオフ角度を有するSiC基板上のエピタキシャル成長にも適用することができ、その結果コメット欠陥を始めとしたエピタキシャル欠陥の少ない、高品質エピタキシャルSiCウエハを得ることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
さらに、成長前のSiC基板表面からの珪素原子あるいは炭素原子の蒸発が問題になるような場合には、成長前雰囲気ガスは、シラン系ガス又は炭化水素系ガス（以下、「材料ガス」という。）の少なくともいずれかを含有していても良い。
【００３０】
この場合、材料ガスが多すぎると表面状態が不安定になるため、材料ガスの流量は、不活性ガスの流量に対する割合で、シラン系又は炭化水素系の材料ガスのいずれか一方或いは両方の合計が０．１体積％以上１．０体積％以下の間が好適である。
尚、前記シラン系ガスは、ＳｉｘＨｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）で表わされる化合物からなるガスであっても良い。
また、前記炭化水素系ガスは、ＣｘＨｙ（ｘ、ｙは１以上の整数）で表わされる化合物からなるガスであっても良い。
第２実施形態の成長シーケンスを図２に示す。図２は、シラン系ガスとしてＳｉＨ４ガスを用い、炭化水素系ガスとしてＣ２Ｈ４ガスを用いた場合の成長シーケンスを示す。
【００３１】
（第３実施形態）
また、SiC基板表面のエッチング性を高めて積層欠陥を低減する目的で、成長前雰囲気ガスが、さらに塩化珪素系ガス、塩素化炭化水素ガス及び四塩化炭素ガスの少なくとも１種を、合計で不活性ガスに対し０．１〜１．０体積％含んでいても良い。
また、前記塩化珪素系ガスは、ＳｉｘＨｙＣｌｚ（但し、ｘ、ｚは１以上の整数；ｙは０以上の整数）で表わされる化合物からなるガスであっても良い。
第３実施形態の成長シーケンスを図３に示す。図３は、シラン系ガスとしてＳｉＨ４ガスを用い、炭化水素系ガスとしてＣ２Ｈ４ガスを用い、更に、塩化珪素系ガス、塩素化炭化水素ガス及び四塩化炭素ガスの少なくとも１種を用いた場合の成長シーケンスを示す。
【００３２】
このようにしてエピタキシャル膜を成長させたエピタキシャルSiCウエハについて、当該ウエハ上に好適に形成されるデバイスは、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、これらに制限されず、なかでも、特に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】
【００３３】
以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれらの内容に制限されない。【００３４】
（発明例：試料Ｎｏ．１〜８１）
（SiC単結晶基板の調製）
4インチ(100mm)ウエハ用SiC単結晶インゴットから、約400μmの厚さでスライスし、ラッピングとダイヤモンド砥粒による通常のポリッシングを実施してSiC単結晶基板を準備する。このSiC単結晶基板のポリタイプは4H、面方位は（0001）Si面、基板のオフ角は4°である（オフ方向は＜11-20＞方向。以下、特に断りのない限り同様である）。このようにポリッシングを行った場合、表面の加工変質層の厚さは数百nm程度以下である。その後、仕上げ研磨としてCMPを実施するが、研磨スラリーとしてシリカ等の研磨剤粒子および酸を含むものを用い、加工圧やスラリーのpHを適宜調整して、研磨速度を50〜100nm/hr.程度に調整した後、上記加工変質層が除去でき、かつ研磨傷も残らないような研磨時間でCMPを行った。それにより、表面粗さのRaが0.1nm以下で、かつ原子ステップが現れるような、すなわち表面の加工変質層が除去された状態が得られた。
前記したように調製されたSiC単結晶基板を用いて、発明例である試料Ｎｏ．１〜８１の炭化珪素ウエハを以下の製造方法により製造した。【００３５】
（エピタキシャル成長の手順）
誘導加熱方式の熱ＣＶＤ装置を構成するグラファイト製の成長炉にSiC単結晶基板をセットし、成長炉内を真空排気した後、表１〜表４に示す成分の成長前雰囲気ガスを導入しながら圧力を1.0×104 Pa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1600℃まで上げ、温度が安定した時点で、前記成長前雰囲気ガスに含有される不活性ガス、ＳｉＣｌ４及びＣＣｌ４ガスを止めると同時に、水素ガス（キャリアガス）を毎分150L、SiH4流量を毎分40cm3、C2H4流量を毎分20cm3にして成長炉に導入し成長を開始した。SiCのエピタキシャル膜が厚さ10μｍ成長した後、SiH4、及びC2H4の導入を止めて、水素ガスのみ流した状態で温度を下げた。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、基板を取り出した。【００３６】
発明例の試料の炭化珪素ウエハの欠陥密度の測定結果を表１〜表４に示す。表１〜表４に示すように、成長前雰囲気ガスの組成が本発明の製造方法の条件を満たす発明例は、いずれもエピタキシャル欠陥数が４未満、コメット欠陥数が２以下、積層欠陥数が３以下であった。【００３７】
なお、これらの欠陥密度の測定については、微分干渉型顕微鏡を用い、ウエハ表面を、その直径方向（縦、横）に100倍程度の倍率で観察して各欠陥数をカウントし、その数を観察面積で割って1cm2当たりの数で表すことが一般的である。また、積層欠陥密度は、フォトルミネッセンスにより約420nm、460nmの波長で発光する欠陥の1cm2当たりの数で表している。【００３８】
発明例である試料Ｎｏ．３３の炭化珪素ウエハの表面の光学顕微鏡写真を図４（ａ）に示す。図４（ａ）より、表面荒れや欠陥の少ない良好な膜が得られていることが分かる。【００３９】
(比較例：試料Ｎｏ．８２〜９４)
前記発明例と同様にスライス、粗削り、通常研磨および仕上げ研磨を行った、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、SiCのエピタキシャル成長を実施した。このSiC単結晶基板の面方位は（0001）Si面、オフ角は4°である。基板の研磨状態は発明例の試料Ｎｏ．１〜８１と同様である。比較例の炭化珪素ウエハの製造の際、試料Ｎｏ．８４を除き、発明例と同様な条件で不活性ガスを導入しながら圧力を1.0×104 Paに調整した。その後の手順、ガス流量、温度等は実施例1と同様で、成長膜厚は10μｍであった。【００４０】
試料Ｎｏ．８４の炭化珪素ウエハのエピタキシャル成長の手順としては、グラファイト製の成長炉に基板をセットし、成長炉内を真空排気した後、不活性ガスは用いずに、水素ガスのみを毎分150L導入しながら圧力を1.0×104 Paに調整した。その後の手順、ガス流量、温度等は実施例1と同様で、成長膜厚は10μｍであった。
試料Ｎｏ．８４のエピタキシャル膜は、エピタキシャル欠陥密度が9ヶ/cm2であり、コメット欠陥の密度は6ヶ/cm2と多く、傷や加工変質層が除去された基板であっても、水素ガスによるエッチングで発生したグラファイト粒子が、成長前基板表面に飛来したことに起因する欠陥増加が見られた。【００４１】
試料Ｎｏ．８２、８３、８６、８７、８９〜９４は、水素を含有しない成長前雰囲気ガスを用いて製造された炭化珪素ウエハである。水素ガスを含有する成長前雰囲気ガスを用いて製造された試料Ｎｏ．８４、８５、８８に比べて、試料Ｎｏ．８２、８３、８６、８７、８９〜９４は、積層欠陥の欠陥密度が明らかに増加している。【００４２】
一方、試料Ｎｏ．８５は、水素ガスを含有する成長前雰囲気ガスを用いて製造された炭化珪素ウエハであるが、エピタキシャル欠陥密度が6.5ヶ/cm2であり、コメット欠陥の密度は4ヶ/cm2と多い。図４（ｂ）は、試料Ｎｏ．８５の炭化珪素ウエハの表面の光学顕微鏡写真であり、その表面にはコメット欠陥が形成されている。このように、試料Ｎｏ．８５には、使用された成長前雰囲気ガスに水素ガスの割合が多いことによるグラファイト部材のエッチングの影響が現れていた。【００４３】
また、試料Ｎｏ．８６は、エピタキシャル欠陥密度が7.8ヶ/cm2であり、コメット欠陥の密度は4.5ヶ/cm2と多く、SiH4ガスの割合が多いことにより、基板上でSiのドロップレット等が発生したことによる欠陥増加の影響が現れていた。
試料Ｎｏ．８７は、エピタキシャル欠陥密度が8.5ヶ/cm2であり、コメット欠陥の密度は4ヶ/cm2と多く、C2H4ガスの割合が多いことにより、基板の表面状態が不安定になったことによる欠陥増加の影響が現れていた。【００４４】
試料Ｎｏ．８２、８５〜８７、９１、９２においては、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用した。一方、試料８３、８８〜９０、９３、９４においては、アルゴンガスの代わりにヘリウムガスを使用し、他の条件は発明例と同様にして、エピタキシャル成長を行った。試料Ｎｏ．８８のエピタキシャル成長膜は、エピタキシャル欠陥密度が7ヶ/cm2、コメット欠陥の密度は5.5ヶ/cm2であり、試料Ｎｏ．８９のエピタキシャル成長膜は、エピタキシャル欠陥密度が8.8ヶ/cm2、コメット欠陥の密度は5.8ヶ/cm2であり、試料Ｎｏ．９０のエピタキシャル成長膜は、エピタキシャル欠陥密度が8.5ヶ/cm2、コメット欠陥の密度は4.3ヶ/cm2であった。【００４５】
以上の実施例においては、成長前雰囲気ガスとして、アルゴンガスまたはヘリウムガスと水素ガスとの混合ガス、及び、アルゴンガスまたはヘリウムガスと水素ガス及び材料ガスとの混合ガス、をそれぞれ成長直前まで流し、エピタキシャル成長時にこれらの成長前雰囲気ガスを止めると同時に水素ガス（キャリアガス）と材料ガスとを流して成長を開始している。しかしながら、これらのガスの停止および導入を徐々に行うこともできる。また、材料ガスは、SiH4ガスとC2H4ガスのみではなく、珪素系の材料ガスとしてSi2H6やクロロシランガス、炭素系の材料ガスとしてC3H8等を使用することもできる。更にドーピングガスとしてN2ガスを材料ガスと同時に流しながら成長させることもできる。【００４６】
【表１】
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【００４７】
【表２】
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【００４８】
【表３】
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【００４９】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００５０】
この発明によれば、SiC単結晶基板上へのSiCのエピタキシャル成長において、エピタキシャル欠陥、特にコメット欠陥を低減し、且つ積層欠陥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ウエハ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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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