(57)【要約】【課題】結晶欠陥の少ない高品質な炭化ケイ素成長層を形成可能な単結晶基板、および、高品質な炭化ケイ素成長層を有する炭化ケイ素基板を提供すること。【解決手段】第１結晶面と前記第１結晶面と対向する第２結晶面とを内面に含み延在方向が＜１１０＞方向である複数の第１溝と、延在方向が前記第１溝と交差し前記第１溝が深さ方向に変位して形成されている複数の第２溝と、を備える下地基板を有し、前記第２溝の横断面形状は、直線同士が１８０°未満の開口角で開いた形状であることを特徴とする単結晶基板。また、前記第１結晶面と前記第２結晶面とがなす角度が７０．６°超であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１結晶面と前記第１結晶面と対向する第２結晶面とを内面に含み延在方向が＜１１０＞方向である複数の第１溝と、延在方向が前記第１溝と交差し前記第１溝が深さ方向に変位して形成されている複数の第２溝と、を備える下地基板を有し、
前記第２溝の横断面形状は、直線同士が１８０°未満の開口角で開いた形状であることを特徴とする単結晶基板。
【請求項２】
前記下地基板は、
前記第１溝と、前記第２溝と、を備える第１領域と、
第３結晶面と前記第３結晶面と対向する第４結晶面とを内面に含み延在方向が前記第１溝と異なる複数の第３溝と、延在方向が前記第３溝と交差し前記第３溝が深さ方向に変位して形成されている複数の第４溝と、を備える第２領域と、
を有する請求項１に記載の単結晶基板。
【請求項３】
互いに隣り合い、かつ、交互に配置されるように、前記第１領域および前記第２領域を有する請求項２に記載の単結晶基板。
【請求項４】
前記第１領域および前記第２領域は、それぞれ正方形である請求項２または３に記載の単結晶基板。
【請求項５】
前記第１結晶面と前記第２結晶面とがなす角度が７０．６°超である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の単結晶基板。
【請求項６】
前記第１結晶面と前記第２結晶面とがなす角度が１００°以上１７６°以下である請求項５に記載の単結晶基板。
【請求項７】
前記下地基板は、さらに、前記第１溝同士の間に設けられている第１平坦面としてＳｉ｛１００｝面を備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の単結晶基板。
【請求項８】
さらに、前記第１平坦面上に設けられている炭化ケイ素下地膜を有する請求項７に記載の単結晶基板。
【請求項９】
前記下地基板は、シリコン、多結晶炭化ケイ素またはダイヤモンドを含む請求項１ないし６のいずれか１項に記載の単結晶基板。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の単結晶基板と、
前記単結晶基板上に成膜されている炭化ケイ素成長層と、
を有することを特徴とする炭化ケイ素基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶基板および炭化ケイ素基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、Ｓｉに比べ２倍以上のバンドギャップ（２．３６〜３．２３ｅＶ）を有するワイドバンドギャップ半導体であり、高耐圧デバイス用材料として注目されている。
【０００３】
ところが、ＳｉＣは、Ｓｉとは異なり、結晶化温度が高温であるため、Ｓｉ基板と同様の液相からの引上げ法による単結晶インゴット作成が困難である。そのため、昇華法によりＳｉＣの単結晶インゴットを形成する方法が提案されているが、かかる昇華法においては、大口径で結晶欠陥の少ない基板を形成することが非常に難しい。一方、ＳｉＣ結晶の中でも立方晶ＳｉＣ（３Ｃ−ＳｉＣ）は、比較的低温で形成可能であるため、基板上にエピタキシャル成長を行う方法が提案されている。
【０００４】
このエピタキシャル成長を用いたＳｉＣ基板の製造方法の１つとして、気相中において、Ｓｉ基板上に３Ｃ−ＳｉＣを成長させるヘテロエピタキシャル技術が検討されている。例えば、非特許文献１には、Ｓｉ（１００）基板において［００１］方向を［１１０］方向へ４°程度傾けてなるオフセット基板を用い、その表面上にＳｉＣをエピタキシャル成長させることが開示されている。これにより、ＳｉＣ成長層において、反位相領域界面（APB : Anti-phase boundary）と呼ばれる結晶欠陥の低減を図ることができる。
【０００５】
また、特許文献１には、平行な一方向に延在する複数の起伏と、基板の厚さ方向にうねっている起伏（うねり）と、を有する炭化ケイ素単結晶層をエピタキシャル成長させる単結晶基板が開示されている。このような「うねり」を設けることにより、エピタキシャル成長によって伝搬する面欠陥を互いに会合させ、消滅させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Journal of Crystal Growth 78 (1986) 538-544.
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３４２０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、うねりを有する単結晶基板は、うねりの曲率を高精度に制御することが難しい。このため、うねりの曲率が不均一になり、基板の反り等が発生する。このような基板の変形は、炭化ケイ素成長層に結晶欠陥を発生させる等、品質の低下を招く。
【０００９】
本発明の目的は、結晶欠陥の少ない高品質な炭化ケイ素成長層を形成可能な単結晶基板、および、高品質な炭化ケイ素成長層を有する炭化ケイ素基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の単結晶基板は、第１結晶面と前記第１結晶面と対向する第２結晶面とを内面に含み延在方向が＜１１０＞方向である複数の第１溝と、延在方向が前記第１溝と交差し前記第１溝が深さ方向に変位して形成されている複数の第２溝と、を備える下地基板を有し、
前記第２溝の横断面形状は、直線同士が１８０°未満の開口角で開いた形状であることを特徴とする。
【００１１】
これにより、第２溝ではその形状が再現性よく形成され易いため、第２溝同士の間で形状の個体差が発生し難い。その結果、単結晶基板に反り等の変形が発生するのを抑制したり、単結晶基板上に成長させる炭化ケイ素成長層において結晶欠陥が発生するのを抑制したりすることができる。したがって、結晶欠陥の少ない高品質な炭化ケイ素成長層を形成可能な単結晶基板が得られる。
【００１２】
本発明の単結晶基板では、前記下地基板は、
前記第１溝と、前記第２溝と、を備える第１領域と、
第３結晶面と前記第３結晶面と対向する第４結晶面とを内面に含み延在方向が前記第１溝と異なる複数の第３溝と、延在方向が前記第３溝と交差し前記第３溝が深さ方向に変位して形成されている複数の第４溝と、を備える第２領域と、
を有することが好ましい。
【００１３】
これにより、単結晶基板上に成長させた炭化ケイ素成長層に生じる結晶欠陥についても等方的に発生するため、一方向に向かって顕著に進展する結晶欠陥の発生を抑制することができる。その結果、単結晶基板上に成長させる炭化ケイ素成長層の膜厚が薄い場合でも、高品質な炭化ケイ素成長層の形成を可能にする。
【００１４】
本発明の単結晶基板では、互いに隣り合い、かつ、交互に配置されるように、前記第１領域および前記第２領域を有することが好ましい。
【００１５】
これにより、炭化ケイ素成長層の特性についても等方的になるため、炭化ケイ素成長層に形成する素子の向き等を考慮しなくても、一定の特性を有する半導体素子を形成可能な炭化ケイ素成長層の形成を可能にする。
【００１６】
本発明の単結晶基板では、前記第１領域および前記第２領域は、それぞれ正方形であることが好ましい。
【００１７】
これにより、第１領域および第２領域の形状が等方的になるため、結晶欠陥の発生を抑制するとともに、炭化ケイ素成長層の特性についても等方的になる、という効果がより顕著になる。
【００１８】
本発明の単結晶基板では、前記第１結晶面と前記第２結晶面とがなす角度が７０．６°超であることが好ましい。
【００１９】
これにより、単結晶基板を下地にして炭化ケイ素をエピタキシャル成長させたとき、炭化ケイ素結晶内における結晶欠陥を効率よく消滅または低減させることができる。その結果、高品質な炭化ケイ素成長層が得られる。
【００２０】
本発明の単結晶基板では、前記第１結晶面と前記第２結晶面とがなす角度が１００°以上１７６°以下であることが好ましい。
これにより、結晶欠陥をより効率よく消滅または低減させることができる。
【００２１】
本発明の単結晶基板では、前記下地基板は、さらに、前記第１溝同士の間に設けられている第１平坦面としてＳｉ｛１００｝面を備えることが好ましい。
これにより、例えば第１溝に隣接してシード層を安定的に設けることができる。
【００２２】
本発明の単結晶基板では、さらに、前記第１平坦面上に設けられている炭化ケイ素下地膜を有することが好ましい。
【００２３】
これにより、単結晶基板上に炭化ケイ素成長層を成長させるとき、炭化ケイ素下地膜から第１溝に向かって炭化ケイ素成長層を効率よく安定的に成長させることができる。その結果、より高品質な炭化ケイ素成長層が得られる。
【００２４】
本発明の単結晶基板では、前記下地基板は、シリコン、多結晶炭化ケイ素またはダイヤモンドを含むことが好ましい。
これにより、より高品質な炭化ケイ素成長層を形成することができる。
【００２５】
本発明の炭化ケイ素基板は、本発明の単結晶基板と、
前記単結晶基板上に成膜されている炭化ケイ素成長層と、
を有することを特徴とする。
【００２６】
これにより、炭化ケイ素成長層のワイドバンドギャップと結晶欠陥の少なさとを活かし、パワーデバイスを形成し得る半導体層を備えた炭化ケイ素基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る炭化ケイ素基板を示す透過斜視図である。
【図２】図１に示す炭化ケイ素基板に含まれる第１実施形態に係る単結晶基板を示す斜視図である。
【図３】図２に示す単結晶基板の上面を示す平面図である。
【図４】図２に示す単結晶基板のＳｉ（１１０）面を示す平面図である。
【図５】図２に示す単結晶基板のＳｉ（１−１０）面を示す平面図である。
【図６】図１に示す炭化ケイ素基板の断面図であって、結晶欠陥の一例を模式的に示した図である。
【図７】第２実施形態に係る単結晶基板のＳｉ（１１０）面を示す平面図である。
【図８】第２実施形態に係る単結晶基板のＳｉ（１−１０）面を示す平面図である。
【図９】図７に示す単結晶基板を含む炭化ケイ素基板の部分拡大断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る単結晶基板の上面を示す平面図である。
【図１１】本発明の単結晶基板の製造方法の実施形態を説明するための図である。
【図１２】本発明の単結晶基板の製造方法の実施形態を説明するための図である。
【図１３】本発明の単結晶基板の製造方法の実施形態を説明するための図である。
【図１４】本発明の単結晶基板の製造方法の実施形態を説明するための図である。
【図１５】本発明の単結晶基板の製造方法の実施形態を説明するための図である。
【図１６】本発明の単結晶基板の製造方法の実施形態を説明するための図である。
【図１７】本発明の単結晶基板の製造方法の実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、単結晶基板および炭化ケイ素基板を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
＜炭化ケイ素基板＞
まず、本発明の炭化ケイ素基板の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る炭化ケイ素基板を示す透過斜視図である。
【００３０】
炭化ケイ素基板１０（本発明の炭化ケイ素基板の実施形態）は、単結晶基板１（本発明の単結晶基板の実施形態）と、単結晶基板１上に成膜された炭化ケイ素成長層４と、を有している。この炭化ケイ素成長層４は、そのワイドバンドギャップと結晶欠陥の少なさを活かし、例えば後述するパワーデバイスを形成し得る半導体層として用いられる。
【００３１】
かかる炭化ケイ素成長層４としては、例えば、立方晶炭化ケイ素（３Ｃ−ＳｉＣ）で構成された半導体層が挙げられる。立方晶炭化ケイ素は、バンドギャップ値が２．３６ｅＶ以上と広く、熱伝導率や絶縁破壊電界が高いため、パワーデバイス用のワイドバンドギャップ半導体として特に好適に用いられる。なお、炭化ケイ素成長層４は、３Ｃ−ＳｉＣで構成された半導体層に限定されず、４Ｈ−ＳｉＣや６Ｈ−ＳｉＣで構成された半導体層であってもよい。
【００３２】
そして、後述する単結晶基板１を用いることにより、結晶欠陥が少なく高品質な炭化ケイ素成長層４を形成することができる。
【００３３】
なお、炭化ケイ素基板１０を用いて製造されるパワーデバイスとしては、例えば昇圧コンバーター用のトランジスターやダイオード等が挙げられる。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）、絶縁ゲート型バイポーラー・トランジスター（ＩＧＢＴ）、ショットキーバリアーダイオード（ＳＢＤ）等が挙げられる。
【００３４】
以下、単結晶基板１についてさらに詳述する。
（単結晶基板の第１実施形態）
図２は、図１に示す炭化ケイ素基板１０に含まれる第１実施形態に係る単結晶基板１を示す斜視図である。また、図３は、図２に示す単結晶基板１の上面を示す平面図である。また、図４は、図２に示す単結晶基板のＳｉ（１１０）面を示す平面図である。また、図５は、図２に示す単結晶基板のＳｉ（１−１０）面を示す平面図である。
【００３５】
本実施形態に係る単結晶基板１は、下地基板２を有している。このような単結晶基板１は、例えば炭化ケイ素成長層４をエピタキシャル成長させるための下地として用いられる。
【００３６】
下地基板２は、単結晶の基板であれば、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、多結晶炭化ケイ素基板、ダイヤモンド基板、サファイア基板、石英基板、または任意の基板にこれらの結晶を成膜した複合基板である。
【００３７】
このうち、下地基板２は、シリコン、多結晶炭化ケイ素またはダイヤモンドを含むことが好ましく、これらを主材料とする結晶材料で構成されるのがより好ましい。このような下地基板２は、いずれも立方晶を含み、炭化ケイ素を成長させるための下地として好適なものである。このため、かかる下地基板２を用いることにより、より高品質な炭化ケイ素成長層４を形成させることができる。
【００３８】
下地基板２の厚さは、炭化ケイ素成長層４を形成する工程のハンドリングに耐え得る程度の機械的強度を有するように適宜設定されるが、一例として１００μｍ以上２ｍｍ以下程度が好ましい。
【００３９】
図１に示す下地基板２には、一例として、主面がＳｉ（００１）面の単結晶シリコン基板を挙げている。そして、下地基板２の下面２ａは、Ｓｉ（００１）面の平坦面となっている。
【００４０】
一方、下地基板２の上面２ｂは、Ｓｉ（００１）面を凹没させてなる複数の第１溝２２を含んでいる。各第１溝２２は、［１１０］方向に延在するとともに、［１１０］方向と直交（交差）する方向に並んでいる。これにより、上面２ｂは、並列する複数の第１溝２２で覆われることとなり、隣り合う第１溝２２同士の境界に位置する稜線２２ａを凸部（山）とし、第１溝２２の底２２ｂを凹部（谷）とする凹凸形状を有する面になっている。また、図２、図３では、稜線２２ａを実線で、底２２ｂを破線で示している。
【００４１】
なお、複数の第１溝２２は、互いに平行であることが好ましいが、製造誤差程度のずれは許容される。また、部分的に非平行な部分が含まれていてもよく、途中で湾曲または屈曲していてもよい。
【００４２】
ここで、各第１溝２２は、横断面形状がＶ字状になっている。すなわち、各第１溝２２は、第１結晶面２２１と、この第１結晶面２２１と対向する第２結晶面２２２と、を内面に含んでいる。そして、各第１溝２２は、このような第１結晶面２２１と第２結晶面２２２とで構成されるＶ字状の横断面形状を維持しながら、［１１０］方向に延在している。なお、第１結晶面２２１と第２結晶面２２２とが対向しているとは、双方が第１溝２２の内面に位置するとともに、第１溝２２の底２２ｂを挟んで互いに反対側に位置していることをいう。
【００４３】
なお、第１溝２２の開口角θ１（図４参照）、すなわち、第１結晶面２２１と第２結晶面２２２とがなす角度は、好ましくは７０．６°超とされる。このような開口角θ１を有する第１溝２２は、その第１溝２２を上面２ｂに含む単結晶基板１を下地にして炭化ケイ素をエピタキシャル成長させたとき、炭化ケイ素結晶内における結晶欠陥を効率よく消滅または低減させることができる。これにより、高品質な炭化ケイ素成長層４が得られる。
【００４４】
図６は、図１に示す炭化ケイ素基板１０の断面図であって、結晶欠陥の一例を模式的に示した図である。
【００４５】
第１溝２２では、前述したように、第１結晶面２２１と第２結晶面２２２とが互いに向かい合っている。図６に示す例では、第１結晶面２２１に端を発する結晶欠陥９１が、Ｓｉ（１１１）面と平行に進展している。一方、第２結晶面２２２に端を発する結晶欠陥９２は、Ｓｉ（１−１１）面と平行に進展している。そして、結晶欠陥９１と結晶欠陥９２は、会合点９３において会合し、消滅している。このように、第１溝２２を有する単結晶基板１上に成長させた炭化ケイ素成長層４では、互いに異なる方向に進展する結晶欠陥９１、９２を会合させ、消滅または低減させることができる。
【００４６】
なお、第１溝２２の開口角θ１が前記下限値を下回ると、開口角θ１が狭すぎるため、結晶欠陥９１、９２が会合する確率が低下し、結晶欠陥９１、９２を十分に低減させることができないおそれがある。
【００４７】
また、第１溝２２の開口角θ１は、１００°以上１７６°以下であるのがより好ましく、１５０°以上１７５°以下であるのがさらに好ましく、１６６°以上１７４°以下であるのが特に好ましい。これにより、結晶欠陥９１、９２をより効率よく消滅または低減させることができる。なお、第１溝２２の開口角θ１が前記上限値を上回ると、第１溝２２を設けたことによる効果が薄れてしまうため、結晶欠陥９１、９２が会合する確率が低下し、結晶欠陥９１、９２を十分に低減させることができないおそれがある。
【００４８】
第１溝２２の開口角θ１は、第１溝２２の幅や第１溝２２の形成時間等に応じて調整可能である。例えば、第１溝２２の幅を広くすることにより、第１溝２２の開口角θ１を大きくすることができ、一方、第１溝２２の幅を狭くすることにより、第１溝２２の開口角θ１を小さくすることができる。また、第１溝２２の形成時間を長くすることにより、第１溝２２を深くすることができるので、第１溝２２の開口角θ１を小さくすることができ、一方、第１溝２２の形成時間を短くすることにより、第１溝２２を浅くすることができるので、第１溝２２の開口角θ１を大きくすることができる。
【００４９】
また、第１溝２２の幅Ｗ１（図４参照）は、特に限定されないが、０．１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましく、０．２μｍ以上２０μｍ以下であるのがより好ましい。第１溝２２の幅Ｗ１を前記範囲内に設定することにより、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４の膜厚が薄い場合でも、結晶欠陥をより効率よく消滅または低減させることができる。
【００５０】
なお、本実施形態に係る第１溝２２は、前述したように横断面形状がいわゆるＶ字状になっている。これは、図４において、第１溝２２の底２２ｂを挟んで第１結晶面２２１と第２結晶面２２２とが前述した開口角θ１で開くように対向しており、かつ、第１結晶面２２１および第２結晶面２２２が側面から直線状に見える状態をいう。このような形状の第１溝２２では、第１結晶面２２１および第２結晶面２２２が平坦面であることに等しいので、その形状が再現性よく形成され易い。つまり、第１溝２２同士の間で形状の個体差が発生し難い。例えば、横断面形状がＵ字状、すなわち、第１結晶面２２１および第２結晶面２２２が曲面である場合、溝の形状を形成する際に、再現性が低くなり易い。このため、単結晶基板１に反り等の変形が発生し易くなったり、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４において結晶欠陥が発生し易くなるおそれがある。
【００５１】
一方、下地基板２の上面２ｂは、前述した複数の第１溝２２に加え、延在方向が第１溝２２と直交（交差）し、第１溝２２が深さ方向に変位して形成されている複数の第２溝２４を含んでいる。各第２溝２４は、［１−１０］方向に延在するとともに、［１−１０］方向と直交する方向に並んでいる。すなわち、図５に示すように、第１溝２２の稜線２２ａが下地基板２の厚さ方向に変位することによって折れ線が形成され、この折れ線が［１−１０］方向に延在することによって各第２溝２４が形成されている。これにより、上面２ｂは、平面視において第１溝２２と重なるように並列する複数の第２溝２４で覆われることとなり、隣り合う第２溝２４同士の境界に位置する稜線２３ａを凸部（山）とし、第２溝２４の底２３ｂを凹部（谷）とする凹凸形状を有する面になっている。
【００５２】
なお、複数の第２溝２４は、互いに平行であることが好ましいが、製造誤差程度のずれは許容される。また、部分的に非平行な部分が含まれていてもよく、途中で湾曲または屈曲していてもよい。
【００５３】
このように本実施形態に係る第２溝２４は、横断面形状がいわゆるＶ字状になっている。これは、図５において、第２溝２４の底２３ｂを挟んで稜線２２ａ同士が１８０°未満の開口角θ２で開くように対向しており、かつ、各稜線２２ａが直線である状態をいう。換言すれば、図５に示す下地基板２は、第１結晶面２２１とこの第１結晶面２２１と対向する第２結晶面２２２とを内面に含み延在方向が［１１０］方向である複数の第１溝２２と、延在方向が第１溝２２と直交し第１溝２２が深さ方向に変位して形成されている複数の第２溝２４と、を備えており、第２溝２４の横断面形状は直線同士が１８０°未満の開口角θ２で開いた形状である。このような形状の第２溝２４では、各稜線２２ａが直線であるため、その形状が再現性よく形成され易い。つまり、第２溝２４同士の間で形状の個体差が発生し難い。例えば、横断面形状がＵ字状、すなわち、各稜線２２ａが曲線である場合、溝の形状を形成する際に、再現性が低くなり易いのに対し、横断面形状がＶ字状であれば、このような課題を解消することができる。このため、単結晶基板１において反り等の変形が発生するのを抑制したり、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４において結晶欠陥が発生するのを抑制したりすることができる。
【００５４】
また、第２溝２４の横断面形状がいわゆるＶ字状になっていることで、第２溝２４の底２３ｂを挟んだ両側に端を発する結晶欠陥同士を会合させ、消滅または低減させることができる。
【００５５】
また、第１溝２２に加えて第２溝２４を設けることにより、前述した第１溝２２では低減させることができない方向に進展する結晶欠陥同士を会合させ、消滅または低減させることができる。したがって、単結晶基板１では、結晶欠陥を効率よく低減させることができ、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４の膜厚が薄い場合でも、高品質な炭化ケイ素成長層４の形成を可能にする。
【００５６】
また、第２溝２４の開口角θ２（図５参照）、すなわち、稜線２２ａの変位に伴って形成される折れ線の角度は、第１溝２２の開口角θ１より大きい角度とされ、好ましくは１５０°以上とされ、より好ましくは１６０°以上１７８°以下とされ、さらに好ましくは１６６°以上１７４°以下とされる。このような開口角θ２を有する第２溝２４は、その第２溝２４を上面２ｂに含む単結晶基板１を下地にして炭化ケイ素をエピタキシャル成長させたとき、炭化ケイ素結晶内における結晶欠陥を効率よく消滅または低減させることができる。これにより、高品質な炭化ケイ素成長層４が得られる。
【００５７】
なお、第２溝２４の開口角θ２が前記下限値を下回ると、開口角θ２が狭すぎるため、結晶欠陥が会合する確率が低下し、結晶欠陥を十分に低減させることができないおそれがある。一方、第２溝２４の開口角θ２が前記上限値を上回ると、第２溝２４を設けたことによる効果が薄れてしまうため、結晶欠陥が会合する確率が低下し、結晶欠陥を十分に低減させることができないおそれがある。
【００５８】
第２溝２４の開口角θ２は、第２溝２４の幅や第２溝２４の形成時間等に応じて調整可能である。例えば、第２溝２４の幅を広くすることにより、第２溝２４の開口角θ２を大きくすることができ、一方、第２溝２４の幅を狭くすることにより、第２溝２４の開口角θ２を小さくすることができる。また、第２溝２４の形成時間を長くすることにより、第２溝２４を深くすることができるので、第２溝２４の開口角θ２を小さくすることができ、一方、第２溝２４の形成時間を短くすることにより、第２溝２４を浅くすることができるので、第２溝２４の開口角θ２を大きくすることができる。
【００５９】
また、第２溝２４の幅Ｗ２（図５参照）は、特に限定されないが、第１溝２２の幅Ｗ１の２倍以上１０００倍以下であるのが好ましく、４倍以上８００倍以下であるのがより好ましい。第２溝２４の幅Ｗ２を前記範囲内に設定することにより、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４の膜厚が薄い場合でも、結晶欠陥をより効率よく消滅または低減させることができる。
【００６０】
なお、第２溝２４の延在方向が第１溝２２の延在方向と直交しているとは、延在方向同士がなす角度が８５°以上９５°以下の範囲内であることをいう。
【００６１】
また、下地基板２を構成する単結晶が立方晶である場合、例えば、（００１）面、（０１０）面、（００１）面、（−１００）面、（０−１０）面、（００−１）面等は、互いに等価な面である。したがって、本願明細書におけるＳｉ（００１）面は、これらの等価な面に置き換え得る。すなわち、本願発明におけるＳｉ（００１）面は、その面のみに限定されるものではないことから、これらの等価な面をまとめて記載する場合に、代表的にＳｉ｛１００｝面と記載する。なお、本願明細書ではＳｉ（００１）面とその他の面や方向との間に所定の関係があることを記載しているが、Ｓｉ（００１）面がそれと等価な面に置き換えられた場合には、前述した所定の関係が維持されるように、その他の面や方向についても置き換えられることとなる。
【００６２】
同様に、例えば、（１１１）面、（−１１１）面、（１−１１）面、（１１−１）面、（−１−１１）面、（−１１−１）面等は、互いに等価な面である。したがって、本願明細書におけるＳｉ（１１１）面やＳｉ（１−１１）面は、これらの等価な面に置き換え得るため、本願では、これらの等価な面をまとめて記載する場合に、代表的にＳｉ｛１１１｝面と記載する。なお、本願明細書ではＳｉ（１１１）面やＳｉ（１−１１）面とその他の面や方向との間に所定の関係があることを記載しているが、Ｓｉ（１１１）面やＳｉ（１−１１）面がそれと等価な面に置き換えられた場合には、前述した所定の関係が維持されるように、その他の面や方向についても置き換えられることとなる。
【００６３】
同様に、例えば、［１１０］方向、［１０１］方向、［０１１］方向、［１−１０］方向、［１０−１］方向、［０１−１］方向等は、互いに等価な方向である。したがって、本願明細書における［１１０］方向や［１−１０］方向は、これらの等価な方向に置き換え得るため、本願では、これらの等価な方向をまとめて記載する場合に、代表的に＜１１０＞方向と記載する。なお、本願明細書では、［１１０］方向や［１−１０］方向とその他の面や方向との間に所定の関係があることを記載しているが、［１１０］方向や［１−１０］方向がそれと等価な方向に置き換えられた場合には、前述した所定の関係が維持されるように、その他の面や方向についても置き換えられることとなる。
【００６４】
（単結晶基板の第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る単結晶基板１について説明する。
【００６５】
図７は、第２実施形態に係る単結晶基板のＳｉ（１１０）面を示す平面図である。また、図８は、第２実施形態に係る単結晶基板のＳｉ（１−１０）面を示す平面図である。また、図９は、図７に示す単結晶基板を含む炭化ケイ素基板の部分拡大断面図である。
【００６６】
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００６７】
本実施形態に係る単結晶基板１は、下地基板２の形状が異なるとともに、炭化ケイ素下地膜３をさらに備える以外、第１実施形態に係る単結晶基板１と同様である。
【００６８】
本実施形態に係る下地基板２の上面２ｂは、第１溝２２および第２溝２４に加え、第１溝２２同士の間に設けられている第１平坦面２１としてＳｉ（００１）面と、第２溝２４同士の間に設けられている第２平坦面２３としてＳｉ（００１）面と、を備えている。すなわち、本実施形態に係る上面２ｂでは、［１１０］方向に延在する第１平坦面２１と、［１１０］方向に延在する第１溝２２とが、［１１０］方向と直交する方向に交互に並んでいる。また、上面２ｂでは、これと重なるように、［１−１０］方向に延在する第２平坦面２３と、［１−１０］方向に延在する第２溝２４とが、［１−１０］方向と直交する方向に交互に並んでいる。
【００６９】
また、本実施形態に係る単結晶基板１は、第１平坦面２１上に設けられた炭化ケイ素下地膜３をさらに備えている。炭化ケイ素下地膜３は、単結晶基板１上に炭化ケイ素成長層４をエピタキシャル成長させるとき、シード層として機能する。このため、炭化ケイ素下地膜３をさらに備えることで、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４の膜厚が薄い場合でも、より高品質な炭化ケイ素成長層４が得られる。
【００７０】
ここで、第１平坦面２１は、炭化ケイ素下地膜３を成膜するための領域となる。すなわち、第１平坦面２１が設けられることにより、例えば第１溝２２に隣接して炭化ケイ素下地膜３のようなシード層を安定的に設けることができる。これにより、炭化ケイ素下地膜３をシード層として炭化ケイ素成長層４を成長させるとき、炭化ケイ素下地膜３から第１溝２２に向かって炭化ケイ素成長層４を効率よく安定的に成長させることができる。その結果、より高品質な炭化ケイ素成長層４が得られる。
【００７１】
なお、第１平坦面２１は、下面２ａ（裏面）と平行であってもよく、非平行であってもよい。平行である場合には、第１平坦面２１に対して均一な厚さの炭化ケイ素下地膜３を設け易いため、第１溝２２に向かって成長する炭化ケイ素成長層４についても、結晶欠陥の少ないものが得られる。
【００７２】
また、第１平坦面２１と第１結晶面２２１とのなす角度αは、第１平坦面２１とＳｉ（１−１１）面とのなす角度よりも大きいことが好ましい。Ｓｉ（１−１１）面は、結晶欠陥と平行な面であるため、第１平坦面２１と第１結晶面２２１とのなす角度を、Ｓｉ（１−１１）面とのなす角度よりも大きい角度に設定することで、結晶欠陥同士をより高い確率で会合させ、消滅または低減させることができる。
【００７３】
また、第１平坦面２１と第２結晶面２２２とのなす角度も、第１平坦面２１と第１結晶面２２１とのなす角度と同様である。
【００７４】
また、各図では、第１平坦面２１がＳｉ（００１）面である例を図示しているが、第１平坦面２１はこの面に限定されず、Ｓｉ（００１）面が所定の角度で傾斜している面であってもよい。一例として、Ｓｉ（００１）面が［１１０］方向に０°超５４．７°未満の角度で傾斜している面が挙げられる。このように傾斜させた面を第１平坦面２１とすることにより、第１溝２２のみならず、第１平坦面２１においても、結晶欠陥を消滅または低減させることができる。その結果、より結晶欠陥が少なく、高品質な炭化ケイ素成長層４を形成することができる。
【００７５】
なお、Ｓｉ（００１）面からの傾斜角度は、１°以上１５°以下であるのがより好ましく、２°以上１０°以下であるのがさらに好ましい。これにより、上記効果がより顕著になり、炭化ケイ素成長層４のさらなる高品質化が図られる。
【００７６】
第１溝２２の周期Ｃ（図９参照）、すなわち第１溝２２の幅Ｗ１と第１平坦面２１の幅Ｗ３との合計は、特に限定されないが、０．１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましく、０．２μｍ以上２０μｍ以下であるのがより好ましい。第１溝２２の周期Ｃを前記範囲内に設定することにより、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４の膜厚が薄い場合でも、結晶欠陥をより効率よく消滅または低減させることができる。
【００７７】
また、第１溝２２の幅Ｗ１は、第１溝２２の周期Ｃの５％以上９５％以下であるのが好ましく、３０％以上８５％以下であるのがより好ましい。第１溝２２の周期Ｃに対する第１溝２２の幅Ｗ１の割合を前記範囲内に設定することにより、第１溝２２の幅Ｗ１と第１平坦面２１の幅Ｗ３とのバランスが最適化される。その結果、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４の膜厚が薄い場合でも、結晶欠陥をより効率よく消滅または低減させることができる。
【００７８】
炭化ケイ素下地膜３は、下地基板２の上面２ｂのうち、第１平坦面２１上に設けられている。この炭化ケイ素下地膜３は、例えばシリコン単結晶基板の表面を改質してなる炭化膜であってもよく、下地基板２の上面２ｂにＳｉＣを成膜して得られた炭化ケイ素膜であってもよい。
【００７９】
炭化ケイ素下地膜３の結晶構造は、特に限定されないが、例えば、立方晶ＳｉＣ（３Ｃ−ＳｉＣ）とされる。なお、３Ｃ−ＳｉＣ以外の結晶、例えば、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣであってもよい。
【００８０】
また、炭化ケイ素下地膜３の厚さは、特に限定されないが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましく、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるのがより好ましく、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるのがさらに好ましい。炭化ケイ素下地膜３の厚さを前記範囲内に設定することにより、シード層として必要かつ十分な厚さとなる。
【００８１】
なお、炭化ケイ素下地膜３の厚さが前記下限値を下回ると、炭化ケイ素下地膜３の厚さがシード層として不十分になるおそれがある。一方、炭化ケイ素下地膜３の厚さが前記上限値を上回ると、炭化ケイ素下地膜３の厚さが厚くなり過ぎるため、エピタキシャル成長の条件等によっては、炭化ケイ素下地膜３の影響が炭化ケイ素成長層４に及んでしまうおそれがある。
【００８２】
また、炭化ケイ素下地膜３の厚さは、例えば、エリプソメトリ法等の光学的手法を用いた測定法により計測する、あるいは、単結晶基板１の断面を電子顕微鏡や光学顕微鏡等で観察し、観察像上において炭化ケイ素下地膜３の厚さを計測する、等の方法によって求められる。
【００８３】
また、炭化ケイ素下地膜３は、その全体が単結晶であることが好ましいが、必ずしもそれに限定されず、多結晶、微結晶、アモルファス晶であってもよい。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
（単結晶基板の第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る単結晶基板１について説明する。
図１０は、第３実施形態に係る単結晶基板の上面を示す平面図である。
【００８５】
以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００８６】
本実施形態に係る単結晶基板１は、下地基板２の形状が異なる以外、第１実施形態に係る単結晶基板１と同様である。
【００８７】
本実施形態に係る下地基板２の上面２ｂは、複数の領域に分けられている。図１０に示す例では、この複数の領域が、第１領域５１と第２領域５２とで占められている。
【００８８】
このうち、第１領域５１は、第１実施形態と同様、複数の第１溝２２と、それに直交する複数の第２溝２４と、を含んでいる。前述したように、各第１溝２２は、［１１０］方向に延在するとともに、［１１０］方向と直交する方向に並んでいる。一方、各第２溝２４は、［１−１０］方向に延在するとともに、［１−１０］方向と直交する方向に並んでいる。
【００８９】
一方、第２領域５２は、第１領域５１を［００１］方向を軸として９０°回転させたものである。具体的には、第２領域５２は、複数の第３溝２６と、それと直交する複数の第４溝２８と、を含んでいる。
【００９０】
ここで、各第３溝２６は、延在方向が異なる以外、各第１溝２２と同様である。すなわち、各第３溝２６は、横断面形状がＶ字状になっている。そして、各第３溝２６は、［１−１０］方向に延在するとともに、［１−１０］方向と直交する方向に並んでいる。また、各第３溝２６は、第３結晶面２６１と、この第３結晶面２６１と対向する第４結晶面２６２と、を内面に含んでいる。そして、各第３溝２６は、このような第３結晶面２６１と第４結晶面２６２とで構成されるＶ字状の横断面形状を維持しながら、［１−１０］方向に延在している。なお、第３結晶面２６１と第４結晶面２６２とが対向しているとは、双方が第３溝２６の内面に位置するとともに、第３溝２６の底を挟んで互いに反対側に位置していることをいう。
【００９１】
また、各第４溝２８は、延在方向が異なる以外、各第２溝２４と同様である。すなわち、各第４溝２８は、横断面形状がＶ字状になっている。そして、各第４溝２８は、［１１０］方向に延在するとともに、［１１０］方向と直交する方向に並んでいる。すなわち、第３溝２６の稜線が下地基板２の厚さ方向に変位することによって折れ線が形成され、この折れ線が［１１０］方向に延在することによって各第４溝２８が形成されている。これにより、第２領域５２は、平面視において第３溝２６と重なるように並列する複数の第４溝２８で覆われることとなる。
【００９２】
すなわち、下地基板２は、第１溝２２と第２溝２４とを備える第１領域５１と、第３結晶面２６１とこの第３結晶面と対向する第４結晶面２６２とを内面に含み延在方向が第１溝２２と異なる（本実施形態では９０°異なる）複数の第３溝２６と、延在方向が第３溝２６と直交し第３溝２６が深さ方向に変位して形成されている複数の第４溝２８と、を備える第２領域５２と、を有している。
【００９３】
このような第１領域５１および第２領域５２は、［１−１０］方向において交互に配置されている。さらに、第１領域５１および第２領域５２は、［１１０］方向においても交互に配置されている。その結果、第１領域５１および第２領域５２は、互いに隣り合い、かつ、交互に配置されている（市松模様）。
【００９４】
このような第１領域５１および第２領域５２を設けることにより、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４の等方性を高めることができる。つまり、第１領域５１と第２領域５２とが交互に配置されていることで、単結晶基板１全体では形状が等方的になる。このため、その上に成長させた炭化ケイ素成長層４に生じる結晶欠陥についても等方的に発生するため、一方向に向かって顕著に進展する結晶欠陥の発生を抑制することができる。その結果、単結晶基板１上に成長させる炭化ケイ素成長層４の膜厚が薄い場合でも、高品質な炭化ケイ素成長層４の形成を可能にする。
【００９５】
また、炭化ケイ素成長層４の特性についても等方的になるため、炭化ケイ素成長層４に形成する素子の向き等を考慮しなくても、一定の特性を有する半導体素子を形成することができる。
【００９６】
第１領域５１および第２領域５２の形状は、特に限定されず、長方形のような四角形、六角形、八角形等であってもよいが、特に正方形であるのが好ましい。これにより、第１領域５１および第２領域５２の形状が等方的になるため、前述した効果がより顕著になる。
【００９７】
また、第１領域５１および第２領域５２がそれぞれとり得る最大長さは、単結晶基板１のサイズや溝の幅等に応じて適宜設定されるが、一例として３ｍｍ以上５ｃｍ以下であるのが好ましく、５ｍｍ以上３ｃｍ以下であるのがより好ましい。これにより、製造難易度が高くなり過ぎるのを抑えつつ、より等方性の高い炭化ケイ素成長層４を形成し得る単結晶基板１が得られる。
【００９８】
以上のような第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９９】
なお、本実施形態に係る第３溝２６は、その延在方向が第１溝２２と９０°異なっているが、この角度は０°超であれば特に限定されないが、８０〜１００°程度であるのが好ましい。
【０１００】
＜単結晶基板の製造方法＞
次に、図７、８に示す単結晶基板１を製造する方法の一例について説明する。
【０１０１】
図１１〜図１７は、それぞれ本発明の単結晶基板の製造方法の実施形態を説明するための図である。
【０１０２】
［１］まず、単結晶母材１００を用意する。単結晶母材１００は、下地基板２の原料となるため、例えば、前述した下地基板２と同様の単結晶材料が挙げられる。
【０１０３】
次いで、単結晶母材１００の表面にマスク用被膜１１０’を設ける。ここでは、まず、単結晶母材１００の表面全体を覆うようにマスク用被膜１１０’を成膜する（図１１参照）。マスク用被膜１１０’は、後述する単結晶母材１００のエッチング処理において耐性を有する材料で構成される。かかる材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
【０１０４】
次に、マスク用被膜１１０’の表面に感光性を有する被膜を形成する。そして、この感光性被膜に露光・現像処理を施すことにより、パターニングを施す。これにより、目的とする領域のみに設けられたレジスト膜１３０が得られる（図１１参照）。
【０１０５】
次に、パターニングされたレジスト膜１３０を介してマスク用被膜１１０’にエッチング処理を施す。これにより、マスク用被膜１１０’のうち、レジスト膜１３０に覆われていない領域がエッチングされる。その結果、後述する工程において形成しようとする第２溝２４に対応する領域に設けられた第１マスク１１０が得られる（図１２参照）。そして、単結晶母材１００とその表面の一部に設けられた第１マスク１１０とを備えるマスク付き母材１２０が得られる。
その後、レジスト膜１３０を除去する。
【０１０６】
［２］次に、図１３に示すように、単結晶母材１００の表面に第２マスク３０を形成する。この第２マスク３０は、単結晶母材１００の表面のうち第１マスク１１０で覆われていない領域に形成される。なお、第２マスク３０は、第１マスク１１０の表面に形成されてもよいが、図１３では省略している。
【０１０７】
第２マスク３０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、単結晶母材１００の表面を改質（炭化処理）することによって形成する方法、単結晶母材１００の上面に炭化ケイ素を成膜して形成する方法等が挙げられる。
【０１０８】
炭化処理は、炭素系ガス雰囲気中で単結晶母材１００を加熱することにより行われる。炭化処理によれば、単結晶母材１００の一部を炭化ケイ素に転化させるため、他の方法と比較して結晶性の高い第２マスク３０を形成することができる。
【０１０９】
炭素系ガス雰囲気は、炭素系ガスを含む処理ガスで構成される。炭素系ガスとしては、炭素を含むガスであれば限定されないものの、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）の他、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ４Ｈ１０）、イソブタン（ｉ−Ｃ４Ｈ１０）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ５Ｈ１２）等の炭化水素系ガスが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１１０】
また、これらの炭化水素系ガスとその他のガスとの混合ガスであってもよい。その他のガスとしては、例えば、ケイ化水素系ガス、塩化ケイ素系ガス、炭化ケイ素系ガス等が挙げられる。
【０１１１】
さらに、これらの処理ガスに対して、キャリアガス等の任意のガスが混合されてもよい。キャリアガスとしては、例えば、水素、窒素、ヘリウム、アルゴン等が挙げられる。キャリアガスが用いられる場合、処理ガス中の炭素系ガスの濃度は、炭化処理の速度等に応じて適宜設定されるものの、一例として０．１体積％以上３０体積％以下であるのが好ましく、０．３体積％以上５体積％以下であるのがより好ましい。
【０１１２】
炭化処理における単結晶母材１００の加熱温度は、５００℃以上１４００℃以下であるのが好ましく、８００℃以上１３００℃以下であるのがより好ましく、９５０℃以上１２００℃以下であるのがさらに好ましい。また、炭化処理における単結晶母材１００の加熱時間は、前記加熱温度に曝される時間が０．５分以上であるのが好ましく、１分以上１２０分以下であるのがより好ましく、３分以上９０分以下であるのがさらに好ましい。
【０１１３】
加熱条件を前記範囲内に設定することにより、前述したような厚さの第２マスク３０を形成することができる。また、付加される熱エネルギーを最適化することによって、炭化ケイ素への転化速度が最適化されるため、良質な第２マスク３０を形成することができる。
【０１１４】
また、炭化処理は、常圧雰囲気、加圧雰囲気または減圧雰囲気のいずれで行われてもよいが、好ましくは単結晶母材１００を納めた処理室内を排気しつつ、処理ガスを導入した状態で行うようにすればよい。一例として、処理ガス中の炭素系ガスの導入量は、１０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下とされる。
【０１１５】
一方、炭化ケイ素の成膜処理では、例えばＣＶＤ法、蒸着法のような気相成膜法が用いられる。
【０１１６】
［３］次に、単結晶母材１００にエッチング処理を施す。これにより第２溝２４を形成する（図１４参照）。
【０１１７】
このエッチング処理では、単結晶母材１００の上面のうち、第１マスク１１０の下方（第１マスク１１０に臨む領域）が除去されるようにエッチングされる。
【０１１８】
このようなエッチング処理としては、例えば、第２マスク３０を設けたマスク付き母材１２０をＳｉの昇華温度以上で加熱する処理が挙げられる。これにより、単結晶母材１００に含まれるＳｉ原子が昇華し易くなり、単結晶母材１００と第１マスク１１０との隙間から外部に排出される。その結果、第１マスク１１０の下方がエッチングされ、図１４に示すような第２溝２４が形成される。
【０１１９】
なお、加熱温度は、単結晶母材１００が置かれる空間の圧力等に応じて若干異なるものの、Ｓｉ原子が昇華し得る温度でかつＳｉの融点以下の温度とされ、９００℃以上１４００℃以下の範囲であればよい。また、加熱時間は前記加熱温度に応じて適時設定されるが、加熱温度に曝される時間が０．５分以上６０分以下であることが好ましい。
【０１２０】
また、マスク付き母材１２０の加熱は、常圧雰囲気や加圧雰囲気において行われてもよいが、減圧雰囲気または還元雰囲気において行うことが好ましい。これにより、Ｓｉ原子の昇華が促進されたり、酸化が防止されるため、単結晶母材１００の変性を抑えつつエッチング処理を施すことができる。
【０１２１】
この減圧雰囲気の圧力は大気圧未満であれば特に限定されないが、例えば０．５Ｐａ以下とされる。
以上のようにして、第１マスク１１０の下方に第２溝２４が形成される。
【０１２２】
なお、単結晶母材１００の上面のうち、第２マスク３０が成膜されている領域では、エッチングが抑制される。このため、この領域には前述した第２平坦面２３が形成されることとなる。
【０１２３】
また、エッチング処理では、上記の加熱処理に代えて、第２マスク３０を設けたマスク付き母材１２０をエッチングガスに曝す処理が用いられてもよい。
【０１２４】
［４］次に、第１マスク１１０を除去する（図１５参照）。
第１マスク１１０の除去には、例えばエッチング処理が用いられる。
【０１２５】
［５］次に、第２マスク３０を除去する。
第２マスク３０の除去には、例えばエッチング処理、機械研磨処理等が用いられる。
以上のようにして、第２溝２４および第２平坦面２３が形成される（図１６参照）。
【０１２６】
［６］次に、第２溝２４および第２平坦面２３を形成した単結晶母材１００に対し、工程［１］〜［４］と同様のプロセスを施す。これにより、第１溝２２および第１平坦面２１が形成される（図１７参照）。
【０１２７】
以上のようにして単結晶基板１が得られる。なお、最終的には第２マスク３０と同様のマスクが残るが、これが炭化ケイ素下地膜３となる。したがって、下地基板２と炭化ケイ素下地膜３とを備える単結晶基板１が得られる。
【０１２８】
＜炭化ケイ素基板の製造方法＞
次に、図１に示す炭化ケイ素基板１０を製造する方法の一例について説明する。
【０１２９】
炭化ケイ素基板１０は、単結晶基板１上に炭化ケイ素成長層４をエピタキシャル成長させることで製造される。
【０１３０】
炭化ケイ素成長層４は、例えば処理室内に単結晶基板１を収納し、原料ガスを導入しつつ単結晶基板１を加熱することにより成長する。その結果、図１に示す炭化ケイ素基板１０が得られる。
【０１３１】
原料ガスとしては、炭素を含むガスとケイ素を含むガスとを所定の割合にて混合してなる混合ガス、炭素とケイ素とを所定の割合で含む炭素およびケイ素を含むガス、炭素を含むガスとケイ素を含むガスと炭素およびケイ素を含むガスとを所定の割合にて混合してなる複数種混合ガス等が挙げられる。
【０１３２】
このうち、炭素を含むガスとしては、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）の他、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、ノルマルブタン（ｎ−Ｃ４Ｈ１０）、イソブタン（ｉ−Ｃ４Ｈ１０）、ネオペンタン（ｎｅｏ−Ｃ５Ｈ１２）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１３３】
また、ケイ素を含むガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１３４】
さらに、炭素およびケイ素を含むガスとしては、メチルシラン（ＳｉＨ３ＣＨ３）、ジメチルシラン（ＳｉＨ２（ＣＨ３）２）、トリメチルシラン（ＳｉＨ（ＣＨ３）３）等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１３５】
また、エピタキシャル成長における加熱温度、すなわち、エピタキシャル成長時の単結晶基板１の温度は、６００℃以上１４００℃以下であるのが好ましく、８００℃以上１３５０℃以下であるのがより好ましく、９５０℃以上１１００℃以下であるのがさらに好ましい。なお、エピタキシャル成長における加熱時間は、炭化ケイ素成長層４の目的とする厚さに応じて適宜設定される。
【０１３６】
また、エピタキシャル成長における処理室内の圧力は、特に限定されないが、１×１０−４Ｐａ以上大気圧（１００ｋＰａ）以下であるのが好ましく、１×１０−３Ｐａ以上１０ｋＰａ以下であるのがより好ましい。
【０１３７】
以上のようにして高品質な炭化ケイ素成長層４を有する炭化ケイ素基板１０を効率よく得ることができる。
【０１３８】
このような高品質な炭化ケイ素基板１０は、例えば高性能のパワーデバイスを製造可能な半導体基板として好適に用いられる。
【０１３９】
以上、本発明に係る単結晶基板および炭化ケイ素基板を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明に係る単結晶基板および炭化ケイ素基板は、それぞれ、上述した実施形態に任意の要素が付加されたものであってもよい。また、前述した単結晶基板の製造方法は、任意の工程が追加されたものであってもよい。
【実施例】
【０１４０】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．炭化ケイ素基板の製造
（実施例１）
＜１＞まず、単結晶母材としてＳｉ（００１）面を主面とする６インチ（直径１５０ｍｍ、厚さ０．６２５ｍｍ）のシリコンウエハーを用意した。そして、表面をフッ酸等で洗浄した。
【０１４１】
次に、シリコンウエハーの全面にマスク用被膜を成膜した。続いて、マスク用被膜上にレジスト膜を形成した後、マスク用被膜をエッチングした。これにより、目的とする形状にパターニングされた第１マスクを有するマスク付き母材を得た。
【０１４２】
＜２＞次に、マスク付き母材の表面に第２マスクを形成した。なお、第２マスクの形成ではエチレンガスを使用し、１０００℃で６０分間加熱することにより、シリコンウエハーの表面を炭化させる処理を行った。
【０１４３】
＜３＞次に、第２マスクを設けたマスク付き母材にエッチング処理を施した。これにより、［１−１０］方向に延在する第２溝と第２平坦面とを形成した。このエッチング処理では、減圧雰囲気においてマスク付き母材を１０００℃で３０分間加熱する処理を行った。
【０１４４】
＜４＞次に、エッチング処理により第１マスクを除去した。
＜５＞次に、研磨処理により第２マスクを除去した。
＜６＞次に、工程＜１＞〜＜４＞と同様にして第１溝と第１平坦面とを形成した。
【０１４５】
＜７＞次に、得られた単結晶基板上に炭化ケイ素成長層をエピタキシャル成長させた。これにより、炭化ケイ素基板を得た。なお、エピタキシャル成長では、原料ガスとしてエチレンガスおよびジクロロシランガスを使用し、１０００℃で２時間加熱することにより、炭化ケイ素成長層を得るようにした。
【０１４６】
（実施例２〜１２）
単結晶基板の製造条件を表１または表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして炭化ケイ素基板を得た。
【０１４７】
（実施例１３〜１７）
単結晶基板の製造条件を表２に示すように変更した。具体的には、前記第３実施形態のように、第１領域と、第１領域に形成した第１溝および第２溝をそれぞれ９０°回転させてなる第３溝および第４溝を備えた第２領域と、を備えるように製造条件を変更した。
【０１４８】
（比較例１）
単結晶基板の製造条件を表１に示すように変更するとともに、第２溝の横断面形状をＵ字状にした以外は、実施例１と同様にして炭化ケイ素基板を得た。
【０１４９】
（比較例２）
第２溝を省略した以外は、比較例１と同様にして炭化ケイ素基板を得た。
【０１５０】
なお、表１および表２における「Ｖ字」とは、溝の横断面形状がＶ字状（直線同士が１８０°未満の開口角で開口している）であることを指し、「Ｕ字」とは、溝の横断面形状がＵ字状（曲線によって溝が形成されている）であることを指す。
【０１５１】
２．炭化ケイ素基板の評価
２．１  結晶欠陥の密度
各実施例および各比較例で得られた炭化ケイ素基板について、結晶欠陥の密度を測定した。なお、結晶欠陥の密度は、炭化ケイ素基板の中心部の表面を原子間力顕微鏡（AFM : Atomic Force Microscope）で観察することにより測定した。
【０１５２】
次いで、比較例２で得られた炭化ケイ素基板の結晶欠陥の密度を１としたとき、各実施例および各比較例で得られた炭化ケイ素基板の結晶欠陥の密度の相対値を算出した。そして、算出結果を以下の評価基準に照らして評価した。
【０１５３】
＜結晶欠陥の密度の評価基準＞
◎：結晶欠陥の密度の相対値が０．５未満である
○：結晶欠陥の密度の相対値が０．５以上０．７５未満である
△：結晶欠陥の密度の相対値が０．７５以上１未満である
×：結晶欠陥の密度の相対値が１以上である
評価結果を表１、２に示す。
【０１５４】
２．２  結晶欠陥の分布
各実施例および各比較例で得られた炭化ケイ素基板について、結晶欠陥の分布を評価した。なお、結晶欠陥の分布は、炭化ケイ素基板の中心部と周辺部の表面をそれぞれ原子間力顕微鏡で観察することにより評価した。
【０１５５】
具体的には、まず、中心部と周辺部とで結晶欠陥の密度を測定した。次に、その差を算出した。そして、比較例２で得られた炭化ケイ素基板の結晶欠陥の差を１としたとき、各実施例および各比較例で得られた炭化ケイ素基板の結晶欠陥の差の相対値を算出した。そして、算出結果を以下の評価基準に照らして評価した。
【０１５６】
＜結晶欠陥の分布の評価基準＞
◎：結晶欠陥の差の相対値が０．５未満である
○：結晶欠陥の差の相対値が０．５以上０．７５未満である
△：結晶欠陥の差の相対値が０．７５以上１未満である
×：結晶欠陥の差の相対値が１以上である
評価結果を表１、２に示す。
【０１５７】
【表１】
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【０１５８】
【表２】
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【０１５９】
表１から明らかなように、各実施例で得られた炭化ケイ素基板は、結晶欠陥の密度が相対的に低いことが認められた。このことから、本発明によれば、高品質な炭化ケイ素成長層を製造し得る単結晶基板が得られることが認められた。
【０１６０】
また、表２から明らかなように、互いに溝の延在方向を異ならせた第１領域および第２領域を設けることによって、中央部と周辺部とで結晶欠陥の差を抑えられることが認められた。
【符号の説明】
【０１６１】
１…単結晶基板、２…下地基板、２ａ…下面、２ｂ…上面、３…炭化ケイ素下地膜、４…炭化ケイ素成長層、１０…炭化ケイ素基板、２１…第１平坦面、２２…第１溝、２２ａ…稜線、２２ｂ…底、２３…第２平坦面、２３ａ…稜線、２３ｂ…底、２４…第２溝、２６…第３溝、２８…第４溝、３０…第２マスク、５１…第１領域、５２…第２領域、９１…結晶欠陥、９２…結晶欠陥、９３…会合点、１００…単結晶母材、１１０…第１マスク、１１０’…マスク用被膜、１２０…マスク付き母材、１３０…レジスト膜、２２１…第１結晶面、２２２…第２結晶面、２６１…第３結晶面、２６２…第４結晶面、Ｃ…周期、α…角度、θ１…開口角、θ２…開口角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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