(57)【要約】  炭化ケイ素単結晶の製造方法では、粉体作製工程Ｓ１において、炭化ケイ素源である炭化ケイ素粉体に対して、遷移金属原子として、バナジウム、ニオブ、タングステンの少なくともいずれか１つを含む金属材料を、炭化ケイ素粉体に混合し、昇華用原料５０を作製する。純化処理工程Ｓ２において純化された黒鉛坩堝１０に昇華用原料５０を配置し、昇華・成長工程Ｓ３が行われる。昇華・成長工程Ｓ３では、昇華された原料が種結晶上で成長して得られた炭化ケイ素の単結晶中のドナー濃度とアクセプター濃度とが等しくなるときの単結晶の成長高さに達した時点で、不活性雰囲気ガスに対して０．５〜１００ｐｐｍの窒素ガスを導入する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛で形成された黒鉛部材を有する製造装置を用いて、前記黒鉛部材に炭化ケイ素を含む原料を配置し、雰囲気ガス中において、前記原料を加熱昇華させ、種結晶上に前記炭化ケイ素の単結晶を成長させる炭化ケイ素単結晶の製造方法であって、
前記炭化ケイ素を含む炭化ケイ素源に対して遷移金属原子を含む金属材料を混合して前記原料を作製する工程と、
前記黒鉛部材を１００Ｐａ〜１００ｋＰａの不活性ガス雰囲気中、２０００℃以上の温度条件下に保持する純化処理工程と、
前記純化処理工程の後の前記黒鉛部材に前記原料を配置し、前記原料を加熱昇華させ、種結晶上に炭化ケイ素単結晶を成長させる工程と、を有する炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記炭化ケイ素源は、化学気相成長法によって製造された炭化ケイ素多結晶体である請求項１に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記ドナー原子は、窒素、リン、砒素の少なくともいずれか１つであり、
前記アクセプター原子は、ホウ素、アルミニウムの少なくともいずれか１つであり、
前記遷移金属原子は、チタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、タングステンの少なくともいずれか１つである請求項１または２に記載の炭化ケイ素単結晶の製造方法。
【請求項４】
雰囲気ガス中で、炭化ケイ素を含む原料を加熱昇華させ種結晶上に炭化ケイ素単結晶を成長させて得られる炭化ケイ素単結晶であって、
遷移金属原子を含み、
前記炭化ケイ素単結晶中のドナー原子の濃度と、アクセプター原子の濃度との差の絶対値が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、
前記炭化ケイ素単結晶中の前記遷移金属原子の濃度が、
１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である炭化ケイ素単結晶。
【請求項５】
抵抗率が１．０×１０８Ω・ｃｍ以上である請求項４に記載の炭化ケイ素単結晶。
【請求項６】
前記ドナー原子は、窒素、リン、砒素の少なくともいずれか１つであり、
前記アクセプター原子は、ホウ素、アルミニウムの少なくともいずれか１つであり、
前記遷移金属原子は、チタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、タングステンの少なくともいずれか１つである請求項４または５に記載の炭化ケイ素単結晶。
【請求項７】
温度２０００℃〜２３５０℃及び圧力１００Ｐａ〜１０ｋＰａの条件下において、炭化ケイ素よりも蒸気圧が高い遷移金属原子と、炭化ケイ素よりも蒸気圧が低い遷移金属原子とをそれぞれ少なくとも１つ含む請求項４又は５に記載の炭化ケイ素単結晶。
【請求項８】
前記遷移金属原子がバナジウム及びニオブの組み合わせである請求項４又は５に記載の炭化ケイ素単結晶。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶を加工して得られる炭化ケイ素単結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇華法を用いた炭化ケイ素単結晶の製造方法、この製造方法によって製造される炭化ケイ素単結晶、及びこの炭化ケイ素単結晶を加工して得られる炭化ケイ素単結晶基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波半導体デバイス用の基板材料としての炭化ケイ素単結晶を製造する技術が開示されている。この方法では、炭化ケイ素単結晶内に含まれる不純物濃度であるドナー濃度とアクセプター濃度を低減させることによって、１０５Ω・ｃｍ以上の高い抵抗特性（半絶縁特性）を実現することができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５０８８２１号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、ドナーとアクセプターの数量差を補償するように作用する真性点欠陥の数量をコントロールすることによって高抵抗化を図るものである。真性点欠陥数のコントロールは、技術的に困難であり、また、定量化技術についても有効な手法が確立されていない。更には、浅い準位のドナー若しくはアクセプターとなり得る不純物元素を非常に低い濃度で管理する必要がある。このため、原料材料や部材の管理にかかるコスト、真正点欠陥導入に要する工数などが歩留まりに見合わないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、コストや作業工数を増大させることなく製造することができる高い抵抗特性を有する炭化ケイ素単結晶を製造する炭化ケイ素単結晶の製造方法、この製造方法によって製造される炭化ケイ素単結晶、及びこの炭化ケイ素単結晶を加工して得られる炭化ケイ素単結晶基板を提供することを目的とする。
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明は、以下の特徴を有する。黒鉛で形成された黒鉛部材を有する製造装置を用いて、前記黒鉛部材に炭化ケイ素を含む原料を配置し、雰囲気ガス中において、前記原料を加熱昇華させ、種結晶上に前記炭化ケイ素の単結晶を成長させる炭化ケイ素単結晶の製造方法であって、前記炭化ケイ素を含む炭化ケイ素源に対して遷移金属原子を含む金属材料を混合して前記原料を作製する工程と、前記黒鉛部材を１００Ｐａ〜１００ｋＰａの不活性ガス雰囲気中、２０００℃以上の温度条件下に保持する純化処理工程と、前記純化処理工程の後の前記黒鉛部材に前記原料を配置し、前記原料を加熱昇華させ、種結晶上に炭化ケイ素単結晶を成長させる工程とを有することを要旨とする。
【０００７】
本発明によれば、純化処理工程により黒鉛部材の窒素濃度を低下させることにより、結晶成長の前半における窒素濃度をホウ素濃度に近づけることができる。これにより、ホウ素濃度と窒素濃度がほぼ同等の値になる領域、すなわち半絶縁特性を有する領域を拡大することができる。
【０００８】
また、本発明によれば、炭化ケイ素粉体に対して、遷移金属原子として、チタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、タングステンの少なくともいずれか１つを含む金属材料、またはこれらを含む金属材料を混合したものを添加することにより、結晶の成長反応の全般に亘って、ドープ量を安定化させることができる。これにより、ドナー原子又はアクセプター原子として働く窒素原子とホウ素原子の濃度差を補償できる。
【０００９】
上述した本発明の特徴では、前記炭化ケイ素源は、化学気相成長法によって製造された炭化ケイ素多結晶体であってもよい。
【００１０】
上述した本発明の特徴では、前記ドナー原子は、窒素、リン、砒素の少なくともいずれか１つであり、前記アクセプター原子は、ホウ素、アルミニウムの少なくともいずれか１つであり、前記遷移金属原子は、チタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、タングステンの少なくともいずれか１つとすることができる。また、前記遷移金属原子は、バナジウム及びニオブの組み合わせであってもよい。
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は、以下の特徴を有する。雰囲気ガス中で、炭化ケイ素を含む原料を加熱昇華させ種結晶上に炭化ケイ素単結晶を成長させて得られる炭化ケイ素単結晶であって、遷移金属原子を含み、ドナー原子の濃度と、アクセプター原子の濃度との差の絶対値が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、前記炭化ケイ素単結晶中の前記遷移金属原子の濃度が、１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを要旨とする。
【００１２】
また、本発明の特徴は、上述した炭化ケイ素単結晶を加工して得られる炭化ケイ素単結晶基板であることを要旨とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、不純物濃度・抵抗率と単結晶の成長高さとの関係を示したグラフであり、図１（ａ）は不純物濃度と成長高さとの関係を示し、図１（ｂ）は抵抗率と成長高さとの関係を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置の概略を説明する断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造方法を説明する流れ図である。
【図４】図４（ａ）乃至図４（ｃ）は、サンプルウェハの抵抗値の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る炭化ケイ素単結晶、炭化ケイ素単結晶の製造装置、及び炭化ケイ素単結晶の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）炭化ケイ素単結晶の成長とドーパント濃度の関係の説明、（２）炭化ケイ素単結晶の製造装置の説明、（３）炭化ケイ素単結晶の製造方法、（４）作用・効果、（５）その他の実施形態、について説明する。
【００１５】
なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
【００１６】
（１）炭化ケイ素単結晶の成長とドーパント濃度の関係の説明
まず、炭化ケイ素単結晶の成長とドーパント濃度の関係について説明する。図１は、不純物濃度・抵抗率と単結晶の成長高さとの関係を示したグラフである。具体的には、図１（ａ）は、不純物濃度と成長高さとの関係を示し、図１（ｂ）は抵抗率と成長高さとの関係を示している。
【００１７】
炭化ケイ素単結晶に含まれる不純物の中で電気抵抗に影響を及ぼすものとして、浅い準位のアクセプターであるホウ素と、浅い準位のドナーである窒素と、が挙げられる。ホウ素は、原料や坩堝等の黒鉛部材に含まれ、結晶成長中に除去することが困難である。このため、図１（ａ）に示すように、結晶成長高さに関わらずホウ素濃度は略一定となる。
【００１８】
一方、窒素は、原料、坩堝等の黒鉛部材および雰囲気ガス等に含まれる。成長結晶中の窒素濃度は、結晶成長に伴って低下し、最終的にはホウ素濃度以下になる。これに伴い、成長結晶の抵抗率は、図１（ｂ）に示すように、結晶成長に伴って増加していき、ホウ素濃度と窒素濃度とがほぼ同等の値になる領域（図１（ａ）の斜線部分）において半絶縁性を示し、その後は窒素濃度の低下に伴って低下する。従って、半絶縁性のウエハとして歩留まりを向上させるには、ホウ素濃度と窒素濃度がほぼ同等の値になる領域を拡大することが必要になる。
【００１９】
（２）炭化ケイ素単結晶の製造装置の説明
次に、実施形態として示す炭化ケイ素単結晶を製造する製造装置について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造装置の概略を説明する断面図である。
【００２０】
図２に示すように、炭化ケイ素単結晶の製造装置１は、黒鉛製坩堝１０（以下、適宜坩堝１０と略す）と、黒鉛製坩堝１０の少なくとも側面を覆う石英管２０と、石英管２０の外周側に配置された誘導加熱コイル３０とを有する。
【００２１】
黒鉛製坩堝１０は、反応容器本体１１および蓋体１２からなる。黒鉛製坩堝１０は、支持棒４０により石英管２０の内部に固定される。反応容器本体１１の底部１１ａには、炭化ケイ素を含む粉体である昇華用原料５０が収容される。石英管２０の両端はステンレス製のチャンバー２１によって密封されている。チャンバー２１の一部には、アルゴンガス（Ａｒガス）を流入させるアルゴンガス用流入口２２と、石英管２０内部のガスを排出する排出口２３とが形成されている。
【００２２】
蓋体１２は、反応容器本体１１の上部開口１１ｂを塞ぐとともに、反応容器本体１１の上端部の内周面に螺合により着脱自在に設けられる。蓋体１２の裏面側には、炭化ケイ素を含む種結晶６０が取り付けられている。この種結晶６０の支持手段は、ネジ止め等の機械的結合でも良く、接着剤による接合でも良い。
【００２３】
昇華用原料５０は、炭化ケイ素を含む粉体の炭化ケイ素原料である。黒鉛製坩堝１０の内部が所定の温度条件及び圧力条件になると、昇華用原料５０は、昇華して昇華ガスＧとなる。昇華用原料５０が、種結晶６０上に再結晶して成長することにより、炭化ケイ素単結晶が形成される。
【００２４】
誘導加熱コイル３０は、反応容器本体１１の底部１１ａに対応する高さ位置に配設された第１誘導加熱コイル３１と、蓋体１２の裏面に支持された種結晶６０に対応する高さ位置に配設された第２誘導加熱コイル３２とからなる。前記支持棒４０を移動させて黒鉛製坩堝１０の高さ位置を変えることにより、第１誘導加熱コイル３１の高さ位置に、反応容器本体１１の底部１１ａに収容された昇華用原料５０を対応させて配置させると共に、第２誘導加熱コイル３２の高さ位置に、蓋体１２に支持された種結晶６０を対応させて配置させることができる。
【００２５】
（３）炭化ケイ素単結晶の製造方法
実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造方法を図３を用いて説明する。図３に示すように、実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造方法では、炭化ケイ素からなる粉体状の昇華用原料５０を作製する粉体作製工程Ｓ１を行う。
【００２６】
粉体作製工程Ｓ１では、炭化ケイ素を含む炭化ケイ素源を用意する。実施形態では、炭化ケイ素源として、特開２００８−１２０６１７号公報に記載された化学気相成長法により製造された炭化ケイ素多結晶体を粉砕したものを使用することができる。
【００２７】
この炭化ケイ素粉体に対して、遷移金属原子として、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）の少なくともいずれか１つを含む金属材料、またはこれらを含む金属材料を混合したものを添加し、混合する。温度２０００℃〜２３５０℃及び圧力１００Ｐａ〜１０ｋＰａの条件下において、炭化ケイ素よりも蒸気圧が高い遷移金属原子（以下、高蒸気圧遷移金属原子と適宜称する）と、炭化ケイ素よりも蒸気圧が低い遷移金属原子（以下、低蒸気圧遷移金属原子と適宜称する）とをそれぞれ少なくとも１つ含むように、金属材料を添加することが好ましい。具体的には、例えば、高蒸気圧遷移金属原子としてバナジウムを含む金属材料と、低蒸気圧遷移金属原子としてニオブを含む金属材料とを炭化珪素粉体に添加する。
【００２８】
高蒸気圧遷移金属原子としては、例えば、チタン、バナジウムが挙げられる。低蒸気圧遷移金属原子としては、例えば、ニオブ、タンタル、タングステンが挙げられる。
【００２９】
遷移金属原子は、炭化ケイ素粉体に対して、例えば、０．００１〜０．１ａｔｏｍｓ％の割合で混合される。
【００３０】
また、坩堝１０などの黒鉛部材の純化処理工程Ｓ２を行う。坩堝１０や断熱材は、窒素が多く含まれる黒鉛部材であるため、純化処理工程Ｓ２によって黒鉛部材中に含まれる窒素を低減させる。
【００３１】
一般的に、黒鉛部材には、数百ｐｐｍ程度の窒素が含まれる。これらの窒素は気孔中ではなく、黒鉛層間にトラップされた状態か、または、炭素原子と置換された状態で存在している。この窒素を低減するために、結晶を成長させる前の黒鉛部材を純化する。
【００３２】
具体的には、坩堝１０および断熱材をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中に保持する。このとき、圧力を１００ｋＰａ以下、温度を２０００℃以上とし、５時間以上保持することが好ましい。なお、大気圧に近い圧力条件下においても、十分な窒素低減効果が得られる。
【００３３】
次に、配置工程Ｓ３を行う。純化処理工程Ｓ２を経た坩堝１０を構成する蓋体１２の裏面に炭化ケイ素単結晶からなる種結晶６０を取り付ける。また、反応容器本体１１内に炭化ケイ素からなる粉体状の昇華用原料５０を収容し、蓋体１２を反応容器本体１１に取り付ける。
【００３４】
次に、昇華・成長工程Ｓ４を行う。昇華・成長工程Ｓ４では、昇華用原料５０が昇華する温度（例えば、２５００℃程度）にまで坩堝１０を加熱する。昇華・成長工程は、加熱工程を構成している。昇華用原料５０が昇華して昇華ガスＧが発生し、種結晶６０の表面上から単結晶が成長する。
【００３５】
以上の工程により、遷移金属原子を含み、炭化ケイ素単結晶中のドナー原子の濃度と、アクセプター原子の濃度との差の絶対値が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、炭化ケイ素単結晶中の遷移金属原子の濃度が、１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である炭化ケイ素単結晶を製造することができる。また、抵抗率が１．０×１０８Ω・ｃｍ以上である炭化ケイ素単結晶を製造することができる。また、ドナー原子は、窒素、リン、砒素の少なくともいずれか１つであり、アクセプター原子は、ホウ素、アルミニウムの少なくともいずれか１つであり、遷移金属原子は、チタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、タングステンの少なくともいずれか１つである炭化ケイ素単結晶を製造することができる。また、高蒸気圧遷移金属原子と低蒸気圧遷移金属原子とをそれぞれ少なくとも１つ含む炭化ケイ素単結晶を製造することができる。
【００３６】
上述の製造方法により製造された炭化ケイ素単結晶を加工して炭化ケイ素単結晶基板を得てもよい。
【００３７】
（４）作用・効果
このように純化処理された製造装置１を用いて、雰囲気ガス中で炭化ケイ素を含む原料を加熱昇華させ種結晶６０上に単結晶を成長させることにより、炭化ケイ素単結晶中のドナー濃度とアクセプター濃度との差の絶対値が１．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にできる。
【００３８】
また、実施形態に係る炭化ケイ素単結晶の製造方法では、純化処理工程Ｓ２を行うことにより、結晶成長の前半において、窒素濃度をホウ素濃度に近づけることができ、ホウ素濃度と窒素濃度がほぼ同等の値になる領域を拡大することができる。
【００３９】
実施形態では、粉体作製工程Ｓ１において、炭化ケイ素源として、特開２００８−１２０６１７号公報に記載された化学気相成長法により製造された炭化ケイ素多結晶体を粉砕したものを使用することが好ましい。
【００４０】
この方法により作製された炭化ケイ素多結晶体は、他の方法によって製造された炭化ケイ素に比べて窒素濃度が低いため、結晶成長の前半において、窒素濃度をホウ素濃度に近づけ易く、ホウ素濃度と窒素濃度がほぼ同等の値になる領域を拡大することができる。
【００４１】
実施形態では、炭化ケイ素粉体に対して、遷移金属原子として、チタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、タングステンの少なくともいずれか１つを含む金属材料、またはこれらを含む金属材料を混合したものを添加することにより、結晶の成長反応の全般に亘って、ドープ量を安定化させることができる。これにより、ドナー原子又はアクセプター原子として働く窒素原子とホウ素原子の濃度差を補償することができる。
【００４２】
これにより、抵抗率１．０×１０８Ω・ｃｍ以上の抵抗値を有する炭化ケイ素単結晶を高い歩留まりで製造できる。よって、コストや作業工数を抑えることができる。また、抵抗率１．０×１０８Ω・ｃｍ以上の抵抗値を有する炭化ケイ素単結晶は、高周波半導体デバイス用の基板材料に好適である。
【００４３】
温度２０００℃〜２３５０℃及び圧力１００Ｐａ〜１０ｋＰａの条件下において、高蒸気圧遷移金属原子と、低蒸気圧遷移金属原子とをそれぞれ少なくとも１つ含むように、金属材料を添加し、混合することが好ましい。昇華・成長工程Ｓ４において、高蒸気圧遷移金属原子は、炭化ケイ素よりも蒸発しやすい。このため、結晶成長の前半において、高蒸気圧遷移金属原子は、炭化ケイ素単結晶に多くドープされる。従って、結晶成長の前半に製造された炭化ケイ素単結晶の抵抗値を向上させることができる。
【００４４】
一方、結晶成長の前半において、高蒸気圧遷移金属原子は、多くドープされるため、結晶成長の後半において、高蒸気圧遷移金属原子のドープ量は、減少しやすい。低蒸気圧遷移金属原子は、結晶成長全般に亘って、安定してドープされる。従って、成長後半において、低蒸気圧遷移金属原子は、高蒸気圧遷移金属原子よりも多くドープされる。これにより、低蒸気圧遷移金属原子は、高蒸気圧遷移金属原子のドープ量の低下を補うことができる。このため、高蒸気圧遷移金属原子のドープ量の低下に基づく、炭化ケイ素単結晶の抵抗率の低下を抑制することができる。
【００４５】
これらの結果、高蒸気圧遷移金属原子と低蒸気圧遷移金属原子とをそれぞれ少なくとも１つ含むように、金属材料を添加することによって、結晶成長全般に亘って、ドナー原子又はアクセプター原子として働く窒素原子とホウ素原子の濃度差をさらに補償することができる。すなわち、抵抗率１．０×１０８Ω・ｃｍ以上の抵抗値を有する炭化ケイ素単結晶を高い歩留まりでさらに製造できる。
【００４６】
（５）その他の実施形態
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が明らかとなる。例えば、本発明の実施形態は、次のように変更することができる。
【００４７】
炭化ケイ素源は、粉体であることが好ましく、特開２００８−１２０６１７号公報に記載された化学気相成長法により製造された炭化ケイ素多結晶体に限定されない。
【００４８】
純化処理工程Ｓ１は、結晶成長用の装置や一般的な真空加熱装置を用いても可能である。大型のチャンバーを備えた真空加熱装置を用いれば、一度に多数の黒鉛部材の純化処理が可能である。
【００４９】
このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００５０】
異なる条件で複数のサンプルウェハを作製し、抵抗値を測定した。実施例１のサンプルは、炭化ケイ素原料として、化学気相成長法により製造された窒素濃度が低い原料粉を使用した。実施例１では、黒鉛製坩堝などを純化する処理を行った。純化処理では、黒鉛製坩堝をアルゴンガス雰囲気中において、９０Ｐａ、２３００℃の条件下で１０時間保持した。【００５１】
実施例１では、この原料粉体に対して、市販の炭化バナジウムを０．０２ａｔｏｍｓ％、及び市販のニオブ金属を０．０５ａｔｏｍｓ％添加し、粉体混合機で均一に混合した。【００５２】
このようにして得られた炭化ケイ素原料粉を黒鉛製坩堝にセットし、結晶成長を行った。得られた単結晶インゴットの異なる位置から切り出したウェハのＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）分析を行った。また、切り出して得られたサンプルウェハの抵抗値を測定した。なお、切り出し位置は、ｈ０…種結晶の直上（すなわち、成長序盤位置）、ｈ１…結晶成長末端部（すなわち、成長終盤位置）とした。【００５３】
比較例１では、「純化処理あり」、「遷移金属元素の添加無し」とした。比較例２では、「純化処理なし」、「遷移金属元素（炭化バナジウム及びニオブ金属）の添加あり」とした。添加するドーパントの濃度と遷移金属元素の濃度を表１に示す。【００５４】
また、各サンプルウェハの抵抗値の測定結果を図４（ａ）乃至図４（ｃ）に示す。
【表１】
2012029952.tif 000003
【００５５】
実施例１において、ｈ０で切り出されたサンプルウェハにおけるバナジウムの濃度は、２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、ｈ１で切り出されたサンプルウェハにおけるバナジウムの濃度は、２．８×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。また、ｈ０のサンプルウェハにおけるニオブの濃度は、１．５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、ｈ１のサンプルウェハにおけるニオブの濃度は、１．９×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。【００５６】
すなわち、炭化バナジウムは、成長後半よりも成長前半において、より多くドープされ、結晶成長の進行とともにドープ量が減少する傾向があることが判った。一方、ニオブ金属は、結晶成長全般に亘って、１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の濃度であった。このように炭化バナジウムとニオブ金属とを組み合わせて添加することにより、成長全般に亘って、遷移金属濃度を１．０×１０１６前半〜１．０×１０１７前半に安定化できることがわかった。図５（ａ）に示すように、実施例１では、どの位置から切り出したサンプルウェハの抵抗値も１．０×１０８Ωｃｍ以上であった。【００５７】
比較例１では、図５（ｂ）に示すように、どの位置から切り出したサンプルウェハにおいても抵抗値がウェハ全面において１．０×１０８Ω以上になる固体は無かった。このことから、「純化処理」のみで遷移金属のドープが無い場合には、抵抗値が全面において、１．０×１０８Ω以上のウェハを作製することは困難であることが判った。【００５８】
比較例２のサンプルウェハの切り出し位置と抵抗値との関係を図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）に示す結果から、遷移金属原子を添加しても、純化処理を行わなければ、成長前半における窒素濃度が過剰になるため、成長前半において、抵抗値が１．０×１０８Ωｃｍ以上のウェハを作製することは困難であることが判った。成長が進行するに連れて、反応系における窒素濃度が減少するため、抵抗値が１．０×１０８Ωｃｍ以上になるが、歩留まりが悪い。【００５９】
以上の実施例より、黒鉛部材の純化処理工程を行うと共に、炭化バナジウム（ＶＣ）とニオブ金属（Ｎｂ）を同時に添加することにより、成長全般に亘って、ドープ量を安定化させることができ、その結果、全面に亘って抵抗値が１．０×１０８Ω以上のウェハを高い歩留まりで生成可能になった。【００６０】
なお、日本国特許出願第２０１０−１９６９７７号（２０１０年９月２日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、コストや作業工数を増大させることなく製造可能な、高い抵抗特性を有する炭化ケイ素単結晶、及びこの炭化ケイ素単結晶を加工して得られる単結晶基板を提供できる。また、コストや作業工数を増大させることなく高い抵抗特性を有する炭化ケイ素単結晶を製造できる製造方法を提供できる。
【図１】
2012029952.tif 000004
【図２】
2012029952.tif 000005
【図３】
2012029952.tif 000006
【図４】
2012029952.tif 000007
【国際調査報告】
2012029952.tif 000008
2012029952.tif 000009