(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ、又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣの何れかよりなる単結晶ＳｉＣ基板を高真空環境において加熱して、当該単結晶ＳｉＣ基板の表面に炭化層を形成させる炭化工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記単結晶ＳｉＣ基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスＳｉＣからなる犠牲成長層を生成させるアモルファスＳｉＣ形成工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記単結晶ＳｉＣ基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの少なくとも一部を再結晶させて単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる再結晶工程と、
を含むことを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記再結晶工程において、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの一部を再結晶させて前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる一方、残りのアモルファスＳｉＣを熱エッチングにより除去することを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において、前記単結晶ＳｉＣ基板は１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程で行われる加熱処理は、
前記単結晶ＳｉＣ基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において８００℃以上の温度で加熱する予備加熱工程と、
予め１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶ＳｉＣ基板を１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱する本加熱工程と、
を含むことを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記炭化工程において、前記単結晶ＳｉＣ基板は１０-3Ｐａ以下の減圧下で加熱されることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は１Ｐａ以下に維持されることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７までの何れか一項に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記単結晶ＳｉＣ基板は単結晶３Ｃ−ＳｉＣよりなり、前記炭化工程において前記炭化層は（００１）Ｓｉ面又は（００−１）Ｃ面に形成されることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１から７までの何れか一項に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記単結晶ＳｉＣ基板は単結晶４Ｈ−ＳｉＣ又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣよりなり、前記炭化工程において前記炭化層は（０００１）Ｓｉ面又は（０００−１）Ｃ面に形成されることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９までの何れか一項に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記炭化工程において、前記炭化層は（１１−２０）方向のオフ角が１°以下である面に形成されることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から７までの何れか一項に記載の製造方法で製造された表面改質単結晶ＳｉＣ基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に対し炭素フィード基板を対向させて積層体を構成する積層工程と、
前記積層体を、炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に収容する収容工程と、
前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と前記炭素フィード基板との間にシリコンの極薄溶融層を介在させつつ加熱することで、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に準安定溶媒エピタキシー法によって単結晶４Ｈ−ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層を形成する液相エピタキシャル成長工程と、
を含むことを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程において、前記単結晶ＳｉＣ基板は１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程で行われる加熱処理は、
前記単結晶ＳｉＣ基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において８００℃以上の温度で加熱する予備加熱工程と、
予め１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶ＳｉＣ基板を１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱する本加熱工程と、
を含むことを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１から１３までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は１Ｐａ以下に維持されることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１から１４までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記エピタキシャル成長工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１６】
請求項１１から１５までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記炭素フィード基板は、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、多結晶４Ｈ−ＳｉＣ、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ、アモルファスＳｉＣ、グラファイトの少なくとも何れかを含む基板であることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１７】
請求項１１から１６までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶ＳｉＣ基板の表面の一部にマスクを施すマスキング工程が行われ、
前記再結晶工程において、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層は、前記マスキング工程における非マスク領域に形成されている凹部の底部に生成されることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記マスキング工程において、前記マスクは前記単結晶ＳｉＣ基板の表面において一部の領域を取り囲むように施されることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記マスキング工程において、前記マスクは炭化タンタルによりなることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項２０】
請求項１１から１９までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶ＳｉＣ基板の表面を複数の領域に分割するように当該単結晶ＳｉＣ基板に溝加工を施す溝形成工程が行われることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項２１】
請求項１１から２０までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記積層工程の前に、前記炭素フィード基板において前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に対向する面を複数の領域に分割するように当該炭素フィード基板に溝加工を施す炭素フィード側溝形成工程が行われることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項２２】
請求項２０又は２１に記載の製造方法で製造されたエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板を前記溝に沿って切断する工程を含むことを特徴とする半導体チップの製造方法。
【請求項２３】
請求項２０から２２までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記溝加工はレーザ加工により行われることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項２４】
請求項１１から１９までの何れか一項に記載のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶ＳｉＣ基板の表面に複数の柱状の脚部を形成する脚部形成工程が行われ、
前記再結晶工程では、前記脚部のそれぞれの先端面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させ、
前記液相エピタキシャル成長工程では、複数の前記脚部の先端面に架橋するように前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層を形成させることを特徴とするエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項２５】
多結晶ＳｉＣ基板を高真空環境において加熱して、当該多結晶ＳｉＣ基板の表面に相当する各結晶の端部に炭化層を形成させる炭化工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記多結晶ＳｉＣ基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスＳｉＣからなる犠牲成長層を生成させるアモルファスＳｉＣ形成工程と、
前記嵌合容器に前記多結晶ＳｉＣ基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの少なくとも一部を再結晶させて単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる再結晶工程と、
を含むことを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項２６】
多結晶ＳｉＣ基板の表面の微小領域に真空中で電子ビームを照射して加熱することにより、当該微小領域に炭化層を形成させる炭化工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記多結晶ＳｉＣ基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスＳｉＣからなる犠牲成長層を生成させるアモルファスＳｉＣ形成工程と、
前記嵌合容器に前記多結晶ＳｉＣ基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの少なくとも一部を再結晶させて単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる再結晶工程と、
前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣを生成させた微小領域が相対的に突出した形状となるように、前記多結晶ＳｉＣ基板の表面を加工する加工工程と、
を含むことを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法であって、
前記炭化工程の前に、多結晶ＳｉＣ基板の表面を分割した複数の領域のそれぞれに凹部を形成する凹部形成工程が行われ、
前記炭化工程では、前記凹部形成工程によって形成された前記凹部の内底面の微小領域に真空中で電子ビームを照射して加熱することにより、当該微小領域に炭化層を形成させることを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項２８】
請求項２５から２７までの何れか一項に記載の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法であって、
前記再結晶工程において、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの一部を再結晶させて前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる一方、残りのアモルファスＳｉＣを熱エッチングにより除去することを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項２９】
請求項２５から２８までの何れか一項に記載の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法であって、
前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において、前記多結晶ＳｉＣ基板は１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されることを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法であって、
前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程で行われる加熱処理は、
前記多結晶ＳｉＣ基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において８００℃以上の温度で加熱する予備加熱工程と、
予め１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記多結晶ＳｉＣ基板を１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱する本加熱工程と、
を含むことを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項３１】
請求項２５から３０までの何れか一項に記載の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法であって、
前記炭化工程において、前記多結晶ＳｉＣ基板は１０-3Ｐａ以下の減圧下で加熱されることを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項３２】
請求項２５から３１までの何れか一項に記載の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法であって、
前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は１Ｐａ以下に維持されることを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項３３】
請求項２５から３２までの何れか一項に記載の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法であって、
前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることを特徴とする単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法。
【請求項３４】
請求項２５から３３までの何れか一項に記載の製造方法で製造された単結晶ＳｉＣ成長用種基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に対し、炭素フィード基板を対向させて積層体を構成する積層工程と、
炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記積層体を収容する収容工程と、
前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と前記炭素フィード基板との間にシリコンの極薄溶融層を介在させつつ加熱することで、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に準安定溶媒エピタキシー法によって単結晶４Ｈ−ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層を形成する液相エピタキシャル成長工程と、
を含むことを特徴とする単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程において、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板は１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されることを特徴とする単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程で行われる加熱処理は、
前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において８００℃以上の温度で加熱する予備加熱工程と、
予め１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板を１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱する本加熱工程と、
を含むことを特徴とする単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項３７】
請求項３４から３６までの何れか一項に記載の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記液相エピタキシャル成長工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は１Ｐａ以下に維持されることを特徴とする単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項３８】
請求項３４から３７までの何れか一項に記載の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記エピタキシャル成長工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることを特徴とする単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項３９】
請求項３４から３８までの何れか一項に記載の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法であって、
前記炭素フィード基板は、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、多結晶４Ｈ−ＳｉＣ、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ、アモルファスＳｉＣ、グラファイトの少なくとも何れかを含む基板であることを特徴とする単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法。
【請求項４０】
請求項３４から３９までの何れか一項に記載の製造方法で形成された単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板を前記凹部の境界で切断する工程を含むことを特徴とする半導体チップの製造方法。
【請求項４１】
請求項１に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法で製造されることで、
単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ、又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣの何れかよりなる単結晶ＳｉＣ基板が、
基板の厚み方向の少なくとも一側の表面において、少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質され、かつ当該表面が１．０ｎｍ以下の平均粗さに平坦化されていることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項４２】
請求項４１に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板であって、
前記単結晶ＳｉＣ基板は単結晶３Ｃ−ＳｉＣよりなり、その結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質された面は（００１）Ｓｉ面又は（００−１）Ｃ面であることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項４３】
請求項４１に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板であって、
前記単結晶ＳｉＣ基板は単結晶４Ｈ−ＳｉＣ又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣよりなり、その結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質された面は（０００１）Ｓｉ面又は（０００−１）Ｃ面であることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項４４】
請求項４１から４３までの何れか一項に記載の表面改質単結晶ＳｉＣ基板であって、
その結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質された面は、（１１−２０）方向のオフ角が１°以下の面であることを特徴とする表面改質単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項４５】
単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ、又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣの何れかよりなるとともに、基板の厚み方向の少なくとも一側の表面に溝が形成された単結晶ＳｉＣ基板と、
前記単結晶ＳｉＣ基板において前記溝が形成されている側の表面に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質され、かつ当該表面が１．０ｎｍ以下の平均粗さに平坦化されている平坦化結晶層と、
前記溝以外の位置において前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層される単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と、
を備えることを特徴とする単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項４６】
単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ、又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣの何れかよりなるとともに、基板の厚み方向の少なくとも一側の表面に複数の柱状の脚部が形成された単結晶ＳｉＣ基板と、
前記脚部のそれぞれの先端面に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質され、かつ当該表面が１．０ｎｍ以下の平均粗さに平坦化されている平坦化結晶層と、
前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層されるとともに、複数の前記脚部の先端面に架橋するように備えられた単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と、
を備えることを特徴とする単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項４７】
請求項４５又は４６に記載の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板であって、
前記単結晶ＳｉＣ基板は単結晶３Ｃ−ＳｉＣよりなり、前記平坦化結晶層が備えられる面は（００１）Ｓｉ面又は（００−１）Ｃ面であることを特徴とする単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項４８】
請求項４５又は４６に記載の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板であって、
前記単結晶ＳｉＣ基板は単結晶４Ｈ−ＳｉＣ又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣよりなり、前記平坦化結晶層が備えられる面は（０００１）Ｓｉ面又は（０００−１）Ｃ面であることを特徴とする単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項４９】
請求項４５から４８までの何れか一項に記載の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板であって、
前記平坦化結晶層が備えられる面は、（１１−２０）方向のオフ角が１°以下の面であることを特徴とする単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板。
【請求項５０】
厚み方向の少なくとも一側の表面に複数の凹部が形成された多結晶ＳｉＣ基板と、
前記凹部の内底面の一部に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質され、かつ当該表面が１．０ｎｍ以下の平均粗さに平坦化されている平坦化結晶層と、
前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層されるとともに、前記凹部の内底面を覆うように延出した形状の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と、
を備えることを特徴とする単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き多結晶ＳｉＣ基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主要には、単結晶又は多結晶のＳｉＣ基板の表面に、結晶多形が例えば４Ｈである単結晶ＳｉＣ層を生成させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、耐熱性及び機械的強度に優れ、放射線にも強く、不純物の添加によって電子や正孔の価電子制御も容易にできるとともに、広い禁制帯幅（６Ｈ型の単結晶ＳｉＣで約３．０ｅＶ、４Ｈ型の単結晶ＳｉＣで３．３ｅＶ）を有するという特徴を備えている。従って、ケイ素（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの既存の半導体材料では実現できない高温、高周波、耐電圧・耐環境性を実現することが可能であるとされ、次世代のパワーデバイス、高周波デバイス用半導体の材料として期待が高まっている。
【０００３】
この種の単結晶ＳｉＣの製造方法は、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１の方法は、まず、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉ原子及びＣ原子により構成された板材とを微少隙間を隔てて互いに平行に対峙させた状態とする。そして、大気圧以下の不活性ガス雰囲気、かつ、ＳｉＣ飽和蒸気雰囲気下で、上記ＳｉＣ単結晶基板側が上記板材よりも低温に保たれるように熱処理する。特許文献１の方法では、これにより、上記微小隙間内でＳｉ原子及びＣ原子を昇華再結晶させて上記ＳｉＣ単結晶基板上に単結晶を析出させるとともに、この析出単結晶を種結晶として上記板材を単結晶に変態させて、上記ＳｉＣ単結晶基板の結晶軸と同方位に配向された単結晶を一体に成長させる。
【特許文献１】特開平１１−３１５０００号公報
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような昇華再結晶法では、種結晶としての単結晶ＳｉＣ基板が有する欠陥（特に、「マイクロパイプ欠陥」と呼ばれる直径数ミクロンから０．１ｍｍ程度の管状の空隙）が、析出する単結晶のエピタキシャル構造に伝播し易く、これが、製造される単結晶ＳｉＣを前述のパワーデバイス等として用いる際の大きな障害となっている。
【０００５】
この点は特許文献２も指摘するところであり、これを解決する方法として以下のような炭素ケイ素エピタキシャル層の形成方法を提案している。即ち、特許文献２の炭素ケイ素エピタキシャル層の形成方法は、種晶添加昇華技術を用いて炭化ケイ素のバルク結晶を成長させる工程と、後記基板から後記第一のエピタキシャル層の成長部の中に伝播したマイクロパイプ欠陥を、後記第一のエピタキシャル層の溶融成長においてマイクロパイプ欠陥の複製をかなり減らすようにふさぐのに十分な厚みのものとなるまで、バルク結晶から製造された基板の上に炭化ケイ素の、第一のエピタキシャル層を、液相エピタキシー技術により形成する工程と、その後、化学蒸着により炭化ケイ素の前記第一のエピタキシャル層の上に炭化ケイ素の第二のエピタキシャル層を形成する工程と、を有する。特許文献２は、これにより、欠陥の少ない炭化ケイ素のエピタキシャル層を成長させることができるとする。
【特許文献２】特表平１０−５０９９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１及び２の方法は、ＳｉＣ単結晶基板上にＳｉＣ単結晶を成長させることが可能であるものの、その成長結晶の結晶多形を特定の結晶多形に、例えば半導体基板の電気特性として好ましい最も広い禁制帯幅（３．３ｅＶ）を持つ４Ｈ型の単結晶ＳｉＣに制御することができなかった。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、単結晶又は多結晶のＳｉＣ結晶基板の表面を特定の結晶多形（例えば４Ｈ）のＳｉＣ単結晶に改質することが可能な気相技術を提供するとともに、その改質された４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上に４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を液相エピタキシャル成長させる方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、基板の表面の研磨傷や研磨時に発生したストレスを含む基板の表面のダメージ層を改質することにより、結晶欠陥のないサブナノオーダーの原子レベルに平坦な単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を得るとともに、この単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層の上に、結晶欠陥の無い４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を厚み方向及び／又は水平方向に液相エピタキシャル成長させることにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００９】
（１）本発明の第１の観点によれば、以下のような表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法が提供される。即ち、この表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、炭化工程と、アモルファスＳｉＣ形成工程と、再結晶工程と、を含む。前記炭化工程では、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ、又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣの何れかよりなる単結晶ＳｉＣ基板を高真空環境において加熱して、当該単結晶ＳｉＣ基板の表面に炭化層を形成させる。前記アモルファスＳｉＣ形成工程では、炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記単結晶ＳｉＣ基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスＳｉＣからなる犠牲成長層を生成させる。前記再結晶工程では、炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記単結晶ＳｉＣ基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの少なくとも一部を再結晶させて単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる。なお、本明細書において「高真空環境」とは１０-2Ｐａ以下の真空環境を意味する。
【００１０】
これにより、元となる単結晶ＳｉＣ基板の結晶多形に関係なく、その表面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を形成することができる。従って、下地となる単結晶ＳｉＣ基板の結晶多形はコスト等を考慮して決定することが可能な一方で、半導体基板として好適な電気特性を有する単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層をその表面に形成することが可能になる。また、前記炭化工程において基板の不安定サイトやダメージ層を改質により除去できるので、結晶欠陥のないサブナノオーダーの原子レベルに平坦な単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を形成することができる。また、この表面改質単結晶ＳｉＣ基板は、種々のエピタキシャル成長法のための種基板として用いることで、極めて高品質なエピタキシャル成長結晶を得ることができる。
【００１１】
（２）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記再結晶工程において、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの一部を再結晶させて前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる一方、残りのアモルファスＳｉＣを熱エッチングにより除去することが好ましい。
【００１２】
これにより、余剰となったアモルファスＳｉＣ層を効果的に取り除くことができるので、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層の表面を良好に平坦化することができる。
【００１３】
（３）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において、前記単結晶ＳｉＣ基板は１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されることが好ましい。
【００１４】
これにより、アモルファスＳｉＣ形成工程及び再結晶工程を一層良好に且つ効率良く行うことができる。また、結晶多形が４Ｈの単結晶ＳｉＣ層を確実に生成することができる。
【００１５】
（４）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程で行われる加熱処理は、予備加熱工程と、本加熱工程と、を含む。前記予備加熱工程では、前記単結晶ＳｉＣ基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において８００℃以上の温度で加熱する。前記本加熱工程では、予め１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶ＳｉＣ基板を１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱する。
【００１６】
これにより、単結晶ＳｉＣ基板を嵌合容器に収容して事前に予備加熱しておき、予備加熱室から本加熱室へ移動させることで急速に昇温させて加熱処理を行うので、アモルファスＳｉＣ形成工程及び再結晶工程を短時間で効率良く行うことができるとともに、その制御も容易になる。
【００１７】
（５）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記炭化工程において、前記単結晶ＳｉＣ基板は１０-3Ｐａ以下の減圧下で加熱されることが好ましい。
【００１８】
これにより、炭化工程において他の不純物が単結晶ＳｉＣ基板（又は嵌合容器）に侵入することを防止でき、品質の良好な表面改質単結晶ＳｉＣ基板を得ることができる。
【００１９】
（６）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は１Ｐａ以下に維持されることが好ましい。
【００２０】
これにより、アモルファスＳｉＣ形成工程及び再結晶工程において他の不純物が単結晶ＳｉＣ基板（又は嵌合容器）に侵入することを防止でき、品質の良好な表面改質単結晶ＳｉＣ基板を得ることができる。
【００２１】
（７）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることが好ましい。
【００２２】
これにより、容器に炭素ゲッター機能を良好に発揮させて、その内部空間を高純度のシリコン雰囲気に保つことができる。
【００２３】
（８）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記単結晶ＳｉＣ基板が単結晶３Ｃ−ＳｉＣよりなる場合、前記炭化工程において前記炭化層を（００１）Ｓｉ面又は（００−１）Ｃ面に形成することができる。
【００２４】
（９）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記単結晶ＳｉＣ基板が単結晶４Ｈ−ＳｉＣ又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣよりなる場合、前記炭化工程において前記炭化層を（０００１）Ｓｉ面又は（０００−１）Ｃ面に形成することができる。
【００２５】
（１０）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記炭化工程において、前記炭化層は（１１−２０）方向のオフ角が１°以下である面に形成されることが好ましい。
【００２６】
これにより、原子レベルに平坦な単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を容易にかつ効率良く得ることができる。
【００２７】
（１１）本発明の第２の観点によれば、以下のようなエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法が提供される。即ち、このエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、積層工程と、収容工程と、液相エピタキシャル成長工程と、を含む。前記積層工程では、前記の製造方法で製造された表面改質単結晶ＳｉＣ基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に対し炭素フィード基板を対向させて積層体を構成する。前記収容工程では、前記積層体を、炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に収容する。前記液相エピタキシャル成長工程では、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と前記炭素フィード基板との間にシリコンの極薄溶融層を介在させつつ加熱することで、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に準安定溶媒エピタキシー法によって単結晶４Ｈ−ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層を形成する。
【００２８】
これにより、温度勾配がなく濃度勾配だけで成長の動力学が制御される準安定溶媒エピタキシー法を用いることで、エピタキシャル成長を自動的に安定化させることができ、高品質なエピタキシャル成長層を得ることができる。更に、系に温度勾配を形成する必要がないので、プロセスを行うための装置構成を簡素化でき、プロセス制御も簡単になる。加えて、溶媒の厚みが極めて小さいために炭素フィード基板からの炭素の拡散が良好であり、温度上昇によりケイ素の溶融層（溶媒）に対する炭素の溶解度を上昇させる必要がないので、プロセスの低温化が容易である。
【００２９】
（１２）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記液相エピタキシャル成長工程において、前記単結晶ＳｉＣ基板は１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されることが好ましい。
【００３０】
これにより、エピタキシャル成長工程を一層良好に且つ効率良く行うことができる。
【００３１】
（１３）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記液相エピタキシャル成長工程で行われる加熱処理は、予備加熱工程と、本加熱工程と、を含む。前記予備加熱工程では、前記単結晶ＳｉＣ基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において８００℃以上の温度で加熱する。前記本加熱工程では、予め１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶ＳｉＣ基板を１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱する。
【００３２】
これにより、単結晶ＳｉＣ基板を嵌合容器に収容して事前に予備加熱しておき、予備加熱室から本加熱室へ移動させることで急速に昇温させて加熱処理を行うので、液相エピタキシャル成長工程を短時間で効率良く行うことができるとともに、その制御も容易になる。
【００３３】
（１４）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記液相エピタキシャル成長工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は１Ｐａ以下に維持されることが好ましい。
【００３４】
これにより、液相エピタキシャル成長工程において他の不純物が単結晶ＳｉＣ基板（又は嵌合容器）に侵入することを防止でき、品質の良好なエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板を得ることができる。
【００３５】
（１５）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記エピタキシャル成長工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることが好ましい。
【００３６】
これにより、容器に炭素ゲッター機能を良好に発揮させて、その内部空間を高純度のシリコン雰囲気に保つことができる。
【００３７】
（１６）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記炭素フィード基板は、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、多結晶４Ｈ−ＳｉＣ、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ、アモルファスＳｉＣ、グラファイトの少なくとも何れかを含む基板であることが好ましい。
【００３８】
これにより、炭素フィード基板が単結晶４Ｈ−ＳｉＣよりも高い自由エネルギーを有することとなるので、前記液相エピタキシャル成長工程において単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層に対し炭素原子を良好に供給することができる。
【００３９】
（１７）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶ＳｉＣ基板の表面の一部にマスクを施すマスキング工程が行われる。前記再結晶工程において、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層は、前記マスキング工程における非マスク領域に形成されている凹部の底部に生成される。
【００４０】
これにより、液相エピタキシャル成長工程において極薄溶融層が凹部内に貯留される形となり、流失を防止して液相エピタキシャル成長工程を長時間行うことができる。
【００４１】
（１８）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記マスキング工程において、前記マスクは前記単結晶ＳｉＣ基板の表面において一部の領域を取り囲むように施されることが好ましい。
【００４２】
これにより、液相エピタキシャル成長工程において極薄溶融層が閉じ込められる形となり、流失を一層確実に防止して液相エピタキシャル成長工程を長時間行うことができる。
【００４３】
（１９）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記マスキング工程において、前記マスクは炭化タンタルによりなることが好ましい。
【００４４】
これにより、十分な耐熱性を有するマスクを実現できるとともに、マスクが単結晶ＳｉＣ基板に対して高温接合することを防止することができる。
【００４５】
（２０）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶ＳｉＣ基板の表面を複数の領域に分割するように当該単結晶ＳｉＣ基板に溝加工を施す溝形成工程が行われることが好ましい。
【００４６】
これにより、液相エピタキシャル成長工程で単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層が成長するのに伴って、前記単結晶ＳｉＣ基板の表面に含まれている欠陥の伝播する方向が、基板の厚み方向と垂直な向きに近づくように曲げられ、最終的には単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層の側面で欠陥の伝播が終端されることになる。従って、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層の表面に現れる欠陥を良好に抑制し、歩留まりの向上を実現できる。
【００４７】
（２１）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記積層工程の前に、前記炭素フィード基板において前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に対向する面を複数の領域に分割するように当該炭素フィード基板に溝加工を施す炭素フィード側溝形成工程が行われることが好ましい。
【００４８】
これにより、液相エピタキシャル成長工程で単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層が成長するのに伴って、前記単結晶ＳｉＣ基板の表面に含まれている欠陥の伝播する方向が、基板の厚み方向と垂直な向きに近づくように曲げられ、最終的には単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層の側面で欠陥の伝播が終端されることになる。従って、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層の表面に現れる欠陥を良好に抑制し、歩留まりの向上を実現できる。
【００４９】
（２２）本発明の第３の観点によれば、前記の製造方法で製造されたエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板を前記溝に沿って切断する工程を含む半導体チップの製造方法が提供される。
【００５０】
これにより、１枚の基板から多数の高品質の半導体チップを製造することができる。
【００５１】
（２３）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記溝加工はレーザ加工により行われることが好ましい。
【００５２】
これにより、正確な溝加工を実現することができる。
【００５３】
（２４）前記のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造においては、前記炭化工程の前に、前記単結晶ＳｉＣ基板の表面に複数の柱状の脚部を形成する脚部形成工程が行われる。前記再結晶工程では、前記脚部のそれぞれの先端面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる。前記液相エピタキシャル成長工程では、複数の前記脚部の先端面に架橋するように前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層を形成させる。
【００５４】
これにより、脚部の先端面に対向しない部分の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層は殆ど無欠陥領域とできるため、例えばパワーデバイスとして使用した場合に良好な特性を実現することができる。また、脚部の先端面に含まれる欠陥が単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層の成長に従って基板の厚み方向と垂直な向きに伝播し、隣り合う脚部の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層が接合する部分において伝播が終端して新たな欠陥が現れるが、当該欠陥は脚部の先端面に対応しない位置にあるため、半導体回路への悪影響を効果的に抑えることができる。これにより、高耐圧パワーデバイスの製造に好適なエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板を提供することができ、歩留まりの向上が実現できる。
【００５５】
（２５）本発明の第４の観点によれば、以下のような単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法が提供される。即ち、この単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法は、炭化工程と、アモルファスＳｉＣ形成工程と、再結晶工程と、を含む。前記炭化工程では、多結晶ＳｉＣ基板を高真空環境において加熱して、当該多結晶ＳｉＣ基板の表面に相当する各結晶の端部に炭化層を形成させる。前記アモルファスＳｉＣ形成工程では、炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記多結晶ＳｉＣ基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスＳｉＣからなる犠牲成長層を生成させる。前記再結晶工程では、前記嵌合容器に前記多結晶ＳｉＣ基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの少なくとも一部を再結晶させて単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる。
【００５６】
これにより、元となる基板としてコストの安い多結晶ＳｉＣ基板を使用しながら、その表面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を形成することができる。従って、半導体基板として好適な電気特性を有する４Ｈ−ＳｉＣ層を著しく安価に提供することができる。
【００５７】
（２６）本発明の第５の観点によれば、以下のような単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法が提供される。即ち、この単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法は、炭化工程と、アモルファスＳｉＣ形成工程と、再結晶工程と、加工工程と、を含む。前記炭化工程では、多結晶ＳｉＣ基板の表面の微小領域に真空中で電子ビームを照射して加熱することにより、当該微小領域に炭化層を形成させる。前記アモルファスＳｉＣ形成工程では、炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記多結晶ＳｉＣ基板を収容し、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記炭化層をシリコンと反応させてアモルファスＳｉＣからなる犠牲成長層を生成させる。前記再結晶工程では、前記嵌合容器に前記多結晶ＳｉＣ基板を収容した状態で、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら加熱することで、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの少なくとも一部を再結晶させて単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる。前記加工工程では、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣを生成させた微小領域が相対的に突出した形状となるように、前記多結晶ＳｉＣ基板の表面を加工する。
【００５８】
この方法により製造された単結晶ＳｉＣ成長用種基板に炭素フィード基板を積層させて液相エピタキシャル成長を行った場合、突出形状の先端に形成された単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と前記炭素フィード基板との間の距離が著しく小さくなるため、炭素フィード基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層との対向部分が局所的に大量に炭素を供給する結果、当該炭素フィード基板に孔が形成される。この結果、突出形状の先端の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層が炭素フィード基板の内部に入り込む形となり、炭素フィード基板の炭素供給能力を有効に利用して液相エピタキシャル成長を効率良く行うことができる。
【００５９】
（２７）前記の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記炭化工程の前に、多結晶ＳｉＣ基板の表面を分割した複数の領域のそれぞれに凹部を形成する凹部形成工程が行われる。前記炭化工程では、前記凹部形成工程によって形成された前記凹部の内底面の微小領域に真空中で電子ビームを照射して加熱することにより、当該微小領域に炭化層を形成させる。
【００６０】
この方法により製造された単結晶ＳｉＣ成長用種基板に炭素フィード基板を積層させて液相エピタキシャル成長を行った場合、各凹部の内底部の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を基点として、基板の厚み方向及びそれに垂直な方向に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層を形成することができる。この結果、多結晶ＳｉＣ基板を原料として、多数の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ半導体チップを切り出すことができる単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板を製造することができる。
【００６１】
（２８）前記の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法においては、前記再結晶工程において、前記犠牲成長層のアモルファスＳｉＣの一部を再結晶させて前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を生成させる一方、残りのアモルファスＳｉＣを熱エッチングにより除去することが好ましい。
【００６２】
これにより、余剰となったアモルファスＳｉＣ層を効果的に取り除くことができるので、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層の表面を良好に平坦化することができる。
【００６３】
（２９）前記の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法においては、前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において、前記多結晶ＳｉＣ基板は１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されることが好ましい。
【００６４】
これにより、アモルファスＳｉＣ形成工程及び再結晶工程を一層良好に且つ効率良く行うことができる。また、結晶多形が４Ｈの単結晶ＳｉＣ層を確実に生成することができる。
【００６５】
（３０）前記の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程で行われる加熱処理は、予備加熱工程と、本加熱工程と、を含む。前記予備加熱工程では、前記多結晶ＳｉＣ基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において８００℃以上の温度で加熱する。前記本加熱工程では、予め１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記多結晶ＳｉＣ基板を１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱する。
【００６６】
これにより、多結晶ＳｉＣ基板を嵌合容器に収容して事前に予備加熱しておき、予備加熱室から本加熱室へ移動させることで急速に昇温させて加熱処理を行うので、アモルファスＳｉＣ形成工程及び再結晶工程を短時間で効率良く行うことができるとともに、その制御も容易になる。
【００６７】
（３１）前記の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法においては、前記炭化工程において、前記多結晶ＳｉＣ基板は１０-3Ｐａ以下の減圧下で加熱されることが好ましい。
【００６８】
これにより、炭化工程において他の不純物が多結晶ＳｉＣ基板（又は嵌合容器）に侵入することを防止でき、品質の良好な単結晶ＳｉＣ成長用種基板を得ることができる。
【００６９】
（３２）前記の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法においては、前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は１Ｐａ以下に維持されることが好ましい。
【００７０】
これにより、アモルファスＳｉＣ形成工程及び再結晶工程において他の不純物が多結晶ＳｉＣ基板（又は嵌合容器）に侵入することを防止でき、品質の良好な単結晶ＳｉＣ成長用種基板を得ることができる。
【００７１】
（３３）前記の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法においては、前記アモルファスＳｉＣ形成工程及び前記再結晶工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることが好ましい。
【００７２】
これにより、容器に炭素ゲッター機能を良好に発揮させて、その内部空間を高純度のシリコン雰囲気に保つことができる。
【００７３】
（３４）本発明の第６の観点によれば、以下のような単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法が提供される。即ち、この単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法は、積層工程と、収容工程と、液相エピタキシャル成長工程と、を含む。前記積層工程では、前記の製造方法で製造された単結晶ＳｉＣ成長用種基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に対し、炭素フィード基板を対向させて積層体を構成する。前記収容工程では、炭素ゲッター効果を有する嵌合容器に前記積層体を収容する。前記液相エピタキシャル成長工程では、前記嵌合容器の内部をシリコンの飽和蒸気圧下かつ高温真空下とし、更に前記嵌合容器の内部圧力が外部圧力よりも高くなる状態を維持しながら、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と前記炭素フィード基板との間にシリコンの極薄溶融層を介在させつつ加熱することで、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層に準安定溶媒エピタキシー法によって単結晶４Ｈ−ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層を形成する。
【００７４】
これにより、温度勾配がなく濃度勾配だけで成長の動力学が制御される準安定溶媒エピタキシー法を用いることで、エピタキシャル成長を自動的に安定化させることができ、高品質なエピタキシャル成長層を得ることができる。更に、系に温度勾配を形成する必要がないので、プロセスを行うための装置構成を簡素化でき、プロセス制御も簡単になる。加えて、溶媒の厚みが極めて小さいために炭素フィード基板からの炭素の拡散が良好であり、温度上昇によりケイ素の溶融層（溶媒）に対する炭素の溶解度を上昇させる必要がないので、プロセスの低温化が容易である。
【００７５】
（３５）前記の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記液相エピタキシャル成長工程において、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板は１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されることが好ましい。
【００７６】
これにより、エピタキシャル成長工程を一層良好に且つ効率良く行うことができる。
【００７７】
（３６）前記の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記液相エピタキシャル成長工程で行われる加熱処理は、予備加熱工程と、本加熱工程と、を含む。前記予備加熱工程では、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板を収容した嵌合容器を、予備加熱室において８００℃以上の温度で加熱する。前記本加熱工程では、予め１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱されている本加熱室に前記予備加熱室から前記嵌合容器を移動することで、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板を１６００℃以上２０００℃以下の温度で加熱する。
【００７８】
これにより、単結晶ＳｉＣ成長用種基板を嵌合容器に収容して事前に予備加熱しておき、予備加熱室から本加熱室へ移動させることで急速に昇温させて加熱処理を行うので、液相エピタキシャル成長工程を短時間で効率良く行うことができるとともに、その制御も容易になる。
【００７９】
（３７）前記の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記液相エピタキシャル成長工程において、加熱時の前記嵌合容器の内部圧力は１Ｐａ以下に維持されることが好ましい。
【００８０】
これにより、液相エピタキシャル成長工程において他の不純物が単結晶ＳｉＣ基板（又は嵌合容器）に侵入することを防止でき、品質の良好な単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板を得ることができる。
【００８１】
（３８）前記の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記エピタキシャル成長工程において使用される嵌合容器は、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えることが好ましい。
【００８２】
これにより、容器に炭素ゲッター機能を良好に発揮させて、その内部空間を高純度のシリコン雰囲気に保つことができる。
【００８３】
（３９）前記の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、前記炭素フィード基板は、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、多結晶４Ｈ−ＳｉＣ、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ、アモルファスＳｉＣ、グラファイトの少なくとも何れかを含む基板であることが好ましい。
【００８４】
これにより、炭素フィード基板が単結晶４Ｈ−ＳｉＣよりも高い自由エネルギーを有することとなるので、前記液相エピタキシャル成長工程において単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層に対し炭素原子を良好に供給することができる。
【００８５】
（４０）本発明の第７の観点によれば、前記の製造方法で形成された単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板を前記凹部の境界で切断する工程を含む半導体チップの製造方法が提供される。
【００８６】
これにより、１枚の基板から多数の高品質の半導体チップを製造することができる。
【００８７】
（４１）本発明の第８の観点によれば、表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法で製造される、以下の構成の表面改質単結晶ＳｉＣ基板が提供される。即ち、この表面改質単結晶ＳｉＣ基板は、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ、又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣの何れかよりなる単結晶ＳｉＣ基板を備える。前記単結晶ＳｉＣ基板は、基板の厚み方向の少なくとも一側の表面において、少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質され、かつ当該表面が１．０ｎｍ以下の平均粗さに平坦化されている。
【００８８】
これにより、下地（母材）となる単結晶ＳｉＣ基板の結晶多形はコスト等を考慮して決定することが可能な一方で、その表面には、用途に応じて最適な結晶多形を形成することが可能になる。また表面が原子レベルで平坦化されているので、例えば高耐圧パワーデバイス用ウエハとしての用途に好適である。
【００８９】
（４２）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板においては、前記単結晶ＳｉＣ基板が単結晶３Ｃ−ＳｉＣよりなる場合、その結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質された面は（００１）Ｓｉ面又は（００−１）Ｃ面とすることができる。
【００９０】
（４３）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板においては、前記単結晶ＳｉＣ基板が単結晶４Ｈ−ＳｉＣ又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣよりなる場合、その結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質された面は（０００１）Ｓｉ面又は（０００−１）Ｃ面とすることができる。
【００９１】
（４４）前記の表面改質単結晶ＳｉＣ基板においては、その結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質された面は、（１１−２０）方向のオフ角が１°以下の面であることが好ましい。
【００９２】
これにより、原子レベルに平坦な単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を容易にかつ効率良く得ることができる。
【００９９】
（４５）本発明の第９の観点によれば、以下の構成の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板が提供される。即ち、この単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板は、単結晶ＳｉＣ基板と、平坦化結晶層と、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と、を備える。前記単結晶ＳｉＣ基板は、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ、又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣの何れかよりなるとともに、基板の厚み方向の少なくとも一側の表面に溝が形成されている。前記平坦化結晶層は、前記単結晶ＳｉＣ基板において前記溝が形成されている側の表面に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質され、かつ当該表面が１．０ｎｍ以下の平均粗さに平坦化されている。前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層は、前記溝以外の位置において前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層される。
【０１００】
これにより、高耐圧半導体ウエハとしての用途に好適な単結晶層付き単結晶ＳｉＣ基板を得ることができる。また、溝に沿ってウエハを切り出すことで半導体チップを得ることができる。
【０１０１】
（４６）本発明の第１０の観点によれば、以下の構成の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板が提供される。即ち、この単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板は、単結晶ＳｉＣ基板と、平坦化結晶層と、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と、を備える。前記単結晶ＳｉＣ基板は、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ、又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣの何れかよりなるとともに、基板の厚み方向の少なくとも一側の表面に複数の柱状の脚部が形成されている。前記平坦化結晶層は、前記脚部のそれぞれの先端面に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質され、かつ当該表面が１．０ｎｍ以下の平均粗さに平坦化されている。前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層は、前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層されるとともに、複数の前記脚部の先端面に架橋するように備えられる。
【０１０２】
これにより、架橋部において生じる結晶欠陥が半導体回路に与える影響を抑制できるので、例えばパワーデバイスの半導体ウエハとして使用した場合、良好な高耐圧を実現できる。
【０１０３】
（４７）前記の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板においては、前記単結晶ＳｉＣ基板が単結晶３Ｃ−ＳｉＣよりなる場合、前記平坦化結晶層が備えられる面は（００１）Ｓｉ面又は（００−１）Ｃ面とすることができる。
【０１０４】
（４８）前記の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板においては、前記単結晶ＳｉＣ基板は単結晶４Ｈ−ＳｉＣ又は単結晶６Ｈ−ＳｉＣよりなり、前記平坦化結晶層が備えられる面は（０００１）Ｓｉ面又は（０００−１）Ｃ面とすることができる。
【０１０５】
（４９）前記の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き単結晶ＳｉＣ基板においては、前記平坦化結晶層が備えられる面は、（１１−２０）方向のオフ角が１°以下の面であることが好ましい。
【０１０６】
これにより、原子レベルに平坦な単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を容易にかつ効率良く得ることができる。
【０１０７】
（５０）本発明の第１０の観点によれば、以下の構成の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き多結晶ＳｉＣ基板が提供される。即ち、この単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層付き多結晶ＳｉＣ基板は、多結晶ＳｉＣ基板と、平坦化結晶層と、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層と、を備える。前記多結晶ＳｉＣ基板は、厚み方向の少なくとも一側の表面に複数の凹部が形成される。前記平坦化結晶層は、前記凹部の内底面の一部に備えられるとともに、その少なくとも最表層部分の結晶多形が再結晶化により単結晶４Ｈ−ＳｉＣに改質され、かつ当該表面が１．０ｎｍ以下の平均粗さに平坦化されている。前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層は、前記平坦化結晶層に対して準安定溶媒液相エピタキシャル成長により積層されるとともに、前記凹部の内底面を覆うように延出した形状になっている。
【０１０８】
これにより、欠陥のない単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を安価な多結晶ＳｉＣ基板に形成することで、パワーデバイスに好適な半導体ウエハを低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０９】
次に、発明の実施の形態を説明する。まず図１から図１２までを参照して、第１実施形態に係る表面改質単結晶ＳｉＣ基板及びエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法について説明する。
【０１１０】
即ち、本実施形態の表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法においては、最初に、図１（ａ）に示すような所定の厚みの単結晶ＳｉＣ基板５（炭化ケイ素バルク基板）を用意する。この単結晶ＳｉＣ基板５は、切欠き等がなく真円度の高い円形の板状に形成されており、その直径は２インチ以上であることが好ましい。また、この単結晶ＳｉＣ基板５の結晶多形は、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈの何れであっても良い。
【０１１１】
そして、この単結晶ＳｉＣ基板５において、厚み方向の少なくとも一側の面を表面改質の対象とする。単結晶ＳｉＣ基板５の結晶多形が３Ｃである場合、表面改質の対象となる面は（００１）Ｓｉ面又は（００−１）Ｃ面であることが好ましい。一方、結晶多形が４Ｈ又は６Ｈである場合、表面改質の対象となる面は（０００１）Ｓｉ面又は（０００−１）Ｃ面であることが好ましい。また、表面改質の対象となる面は、その（１１−２０）方向のオフ角が１°以下の面（いわゆるジャスト面を含む）であることが好ましい。
【０１１２】
次に、前記単結晶ＳｉＣ基板５を高真空環境（具体的には、圧力が１０-2Ｐａ以下の環境）において加熱する。このときの加熱温度は、１６００℃以上２０００℃以下とすることが好ましく、１７００℃以上１９００℃以下とすることが更に好ましい。この加熱処理には、例えば図２及び図３に示す熱処理装置としての高温真空炉を用いることができる。以下、この高温加熱炉について説明する。
【０１１３】
図２に示すように、この高温真空炉１１は、被処理物を１０００℃以上２４００℃以下の温度に加熱することが可能な本加熱室２１と、被処理物を５００℃以上の温度に予備加熱可能な予備加熱室２２と、を備えている。予備加熱室２２は本加熱室２１の下方に配置され、本加熱室２１に対して上下方向に隣接している。また、高温真空炉１１は、予備加熱室２２の下方に配置された断熱室２３を備えている。この断熱室２３は予備加熱室２２に対して上下方向に隣接している。
【０１１４】
高温真空炉１１は真空チャンバ１９を備え、前記本加熱室２１と予備加熱室２２は、この真空チャンバ１９の内部に備えられている。真空チャンバ１９には真空形成装置としてのターボ分子ポンプ３４が接続されて、例えば１０-2Ｐａ以下、望ましくは１０-7Ｐａ以下の真空を真空チャンバ１９内に得ることができるようになっている。ターボ分子ポンプ３４と真空チャンバ１９との間には、ゲートバルブ２５が介設される。また、ターボ分子ポンプ３４には、補助のためのロータリーポンプ２６が接続される。
【０１１５】
高温真空炉１１は、予備加熱室２２と本加熱室２１との間で被処理物を上下方向に移動させることが可能な移動機構２７を備えている。この移動機構２７は、被処理物を支持可能な支持体２８と、この支持体２８を上下動させることが可能なシリンダ部２９と、を備えている。シリンダ部２９はシリンダロッド３０を備え、このシリンダロッド３０の一端が前記支持体２８に連結されている。また、高温真空炉１１は、真空度を測定するための真空計３１、及び、質量分析法を行うための質量分析装置３２が備えられる。
【０１１６】
前記真空チャンバ１９は、被処理物を保管しておくための図略のストック室と、搬送路６５を通じて接続されている。この搬送路６５は、ゲートバルブ６６によって開閉可能になっている。
【０１１７】
前記本加熱室２１は、平面断面視で正六角形に形成されるとともに、真空チャンバ１９の内部空間の上部に配置される。図３に示すように、本加熱室２１の内部には、加熱ヒータとしてのメッシュヒータ３３が備えられている。また、本加熱室２１の側壁や天井には第１多層熱反射金属板４１が固定され、この第１多層熱反射金属板４１によって、メッシュヒータ３３の熱を本加熱室２１の中央部に向けて反射させるように構成されている。
【０１１８】
これにより、本加熱室２１内において、加熱処理対象としての被処理物を取り囲むようにメッシュヒータ３３が配置され、更にその外側に多層熱反射金属板４１が配置されるレイアウトが実現されている。従って、被処理物を強力且つ均等に加熱し、１０００℃以上２４００℃以下の温度まで昇温させることができる。
【０１１９】
本加熱室２１の天井側は第１多層熱反射金属板４１によって閉鎖される一方、底面の第１多層熱反射金属板４１には貫通孔５５が形成されている。被処理物は、この貫通孔５５を介して、本加熱室２１と、この本加熱室２１の下側に隣接する予備加熱室２２との間で移動できるようになっている。
【０１２０】
前記貫通孔５５には、移動機構２７の支持体２８の一部が挿入されている。この支持体２８は、上から順に、第２多層熱反射金属板４２、第３多層熱反射金属板４３、及び第４多層熱反射金属板４４を互いに間隔をあけて配置した構成となっている。
【０１２１】
３つの多層熱反射金属板４２〜４４は、何れも水平に配置されるとともに、垂直方向に設けた柱部３５によって互いに連結されている。そして、第２多層熱反射金属板４２及び第３多層熱反射金属板４３とで挟まれたスペースに受け台３６が配置され、この受け台３６上に被処理物（例えば、前記単結晶ＳｉＣ基板５）を載置できるように構成されている。本実施形態において、この受け台３６はタンタルカーバイドにより構成されている。
【０１２２】
前記シリンダ部２９のシリンダロッド３０の端部にはフランジが形成されて、このフランジが第４多層熱反射金属板４４の下面に固定される。この構成により、前記シリンダ部２９を伸縮させることで、受け台３６上の被処理物（単結晶ＳｉＣ基板５）を前記３つの多層熱反射金属板４２〜４４とともに上下動させることができる。
【０１２３】
前記予備加熱室２２は、本加熱室２１の下側の空間を、多層熱反射金属板４６で囲うことにより構成されている。この予備加熱室２２は、平面断面視で円状となるように構成されている。なお、予備加熱室２２内には、前記メッシュヒータ３３のような加熱手段は備えられていない。
【０１２４】
図３に示すように、予備加熱室２２の底面部においては、前記多層熱反射金属板４６に貫通孔５６が形成されている。また、予備加熱室２２の側壁をなす多層熱反射金属板４６において、前記搬送路６５と対面する部位に通路孔５０が形成されている。更に、前記高温真空炉１１は、前記通路孔５０を閉鎖可能な開閉部材５１を備えている。
【０１２５】
予備加熱室２２の下側で隣接する前記断熱室２３は、上側が前記多層熱反射金属板４６によって区画され、下側及び側部が多層熱反射金属板４７によって区画されている。断熱室２３の下側を覆う多層熱反射金属板４７には貫通孔５７が形成されて、前記シリンダロッド３０を挿通できるようになっている。
【０１２６】
前記貫通孔５７の上端部に相当する位置において、多層熱反射金属板４７には収納凹部５８が形成される。この収納凹部５８には、前記支持体２８が備える第４多層熱反射金属板４４を収納可能になっている。
【０１２７】
多層熱反射金属板４１〜４４，４６，４７は何れも、金属板（タングステン製）を所定の間隔をあけて積層した構造になっている。前記開閉部材５１においても、通路孔５０を閉鎖する部分には、同様の構成の多層熱反射金属板が用いられている。
【０１２８】
多層熱反射金属板４１〜４４，４６，４７の材質としては、メッシュヒータ３３の熱輻射に対して十分な加熱特性を有し、また、融点が雰囲気温度より高い物質であれば、任意のものを用いることができる。例えば、前記タングステンのほか、タンタル、ニオブ、モリブデン等の高融点金属材料や、タングステンカーバイド、ジリコニウムカーバイド、タンタルカーバイド、ハフニウムカーバイド、モリブデンカーバイド等の炭化物を、多層熱反射金属板４１〜４４，４６，４７として用いることができる。また、その反射面に、金やタングステンカーバイド等からなる赤外線反射膜を更に形成しても良い。
【０１２９】
そして、支持体２８に備えられる多層熱反射金属板４２〜４４は、小さな貫通孔を多数有するパンチメタル構造のタングステン板を、当該貫通孔の位置を異ならせつつ所定の間隔をあけて積層した構造になっている。
【０１３０】
また、支持体２８の最も上層に備えられる第２多層熱反射金属板４２の積層枚数は、本加熱室２１の第１多層熱反射金属板４１の積層枚数よりも少なくなっている。
【０１３１】
この構成で、被処理物としての単結晶ＳｉＣ基板５を、真空チャンバ１９内の汚染を防止するために適宜の容器に収納する。なお、前記容器は後述の坩堝２であっても良いし、それ以外の容器であっても良い。そして、この状態で前記単結晶ＳｉＣ基板５を搬送路６５から真空チャンバ１９の内部へ導入し、予備加熱室２２内にある前記受け台３６上に載置する。この状態で前記メッシュヒータ３３を駆動すると、本加熱室２１が１，０００℃以上２，４００℃以下の所定の温度（今回は約１８００℃）に加熱される。またこのとき、前記ターボ分子ポンプ３４の駆動によって、真空チャンバ１９内の圧力は１０-3以下、好ましくは１０-5以下となるように調整されている。
【０１３２】
ここで前述したとおり、支持体２８の第２多層熱反射金属板４２の積層枚数は、前記第１多層熱反射金属板４１の積層枚数よりも少なくなっている。従って、メッシュヒータ３３が発生する熱の一部が第２多層熱反射金属板４２を介して予備加熱室２２に適度に供給（分配）され、予備加熱室２２内の単結晶ＳｉＣ基板５を５００℃以上の所定の温度（例えば８００℃）となるように予備加熱することができる。即ち、予備加熱室２２にヒータを設置しなくても予備加熱を実現でき、予備加熱室２２の簡素な構造が実現できている。
【０１３３】
上記の予備加熱処理を所定時間行った後、シリンダ部２９を駆動し、支持体２８を上昇させる。この結果、単結晶ＳｉＣ基板５が下側から貫通孔５５を通過して本加熱室２１内に移動する。これにより、直ちに本加熱処理が開始され、本加熱室２１内の単結晶ＳｉＣ基板５を所定の温度（約１８００℃）に急速に昇温させることができる。
【０１３４】
今回の処理では、前記単結晶ＳｉＣ基板５を上記の温度に加熱した状態で約５〜１０分間保持する。これにより、前記単結晶ＳｉＣ基板５の表面の炭素分子が昇華し、図１（ｂ）に示すように、単結晶ＳｉＣ基板５の表面にカーボンナノチューブ状の炭化層５ａが形成される。詳細に言えば、単結晶ＳｉＣ基板５の表面のダメージ層のケイ素と一部の炭化ケイ素を気相プロセスで昇華させることで、炭素リッチな組成に換えて炭化層５ａが形成され、ダメージ層が炭化層に改質される。
【０１３５】
なお、当初の単結晶ＳｉＣ基板５の表面には、結晶欠陥を含む不安定サイトと、基板の表面の研磨傷や研磨時に発生したストレスを含むダメージ層が存在する。しかしながら、本実施形態では上記の炭化工程によって、当該ダメージ層を含む単結晶ＳｉＣ基板５の表面部分を炭化により改質することができる。従って、前記不安定サイト及びストレスによる基板の表面平坦性への悪影響を良好に排除することができる。
【０１３６】
次に、この単結晶ＳｉＣ基板５を所定の坩堝（嵌合容器）２に収容し、前述の高温真空炉１１を用いて再び加熱処理を行う。
【０１３７】
図４（ａ）は坩堝を上方から撮影した外観写真であり、図４（ｂ）は坩堝の断面顕微鏡写真である。図４（ａ）に示すように、坩堝２は互いに嵌合可能な上容器２ａと下容器２ｂとを備えている。また、この坩堝２は、真空下で高温処理を行う場合に後述の炭素ゲッター効果を発揮するように構成されており、具体的には、タンタル金属からなるとともに、炭化タンタル層を内部空間に露出させるようにして備えている。
【０１３８】
更に詳細に説明すると、坩堝２は図４（ｂ）に示すように、その最表層の部分にＴａＣ層を形成し、このＴａＣ層の内側にＴａ2Ｃ層を形成し、更にその内側に基材としてのタンタル金属を配置した構成となっている。なお、図５に、タンタルと炭素の結合状態の温度依存性を示す状態図を示す。この図５でも判るように、前記坩堝２は、炭素濃度が高いＴａＣを最も表層の部分に配置するとともに、炭素濃度が若干低いＴａ2Ｃを内側に配置し、更に内側に、炭素濃度がゼロである基材のタンタル金属を配置した構成となっている。
【０１３９】
今回の処理では、前記坩堝２の内部に、前記単結晶ＳｉＣ基板５とともに、シリコン供給源としての図略のシリコンペレットを配置する。そして、当該坩堝２を前記高温真空炉１１によって加熱する。このときの加熱温度は、１６００℃以上２０００℃以下とすることが好ましく、１７００℃以上１９００℃以下とすることが更に好ましい。
【０１４０】
そして、前記坩堝２を図３の鎖線で示すように高温真空炉１１の予備加熱室２２に配置し、約８００℃に予備加熱する。次に、約１８００℃まで予め昇温させておいた本加熱室２１へ、予備加熱室２２内の坩堝２をシリンダ部２９の駆動によって移動させ、急速に昇温させる。今回の加熱処理では、この昇温させた状態を約１０〜２０分間保持することが好ましい。
【０１４１】
なお、本加熱室２１での加熱時において、坩堝２内の雰囲気は約１Ｐａ以下に維持されることが好ましい。また、上容器２ａと下容器２ｂとを嵌め合わせたときの嵌合部分の遊びは、約２ｍｍ以下であることが好ましい。これによって、実質的な密閉状態が実現され、前記本加熱室２１での加熱処理において坩堝２内のシリコン圧力を高めて外部圧力（本加熱室２１内の圧力）よりも高い圧力とし、不純物がこの嵌合部分を通じて坩堝２内に侵入するのを防止することができる。
【０１４２】
この昇温により、坩堝２の内部空間がシリコンの飽和蒸気圧に保たれる。また、前記坩堝２は上述したように、その表面が炭化タンタル層に覆われており、当該炭化タンタル層（ＴａＣ層）が坩堝２の内部空間に露出する構成になっている。従って、上述のように真空下で高温処理を続ける限りにおいて、坩堝２は図６に示すように、炭化タンタル層の表面から連続的に炭素原子を吸着して取り込む機能を奏する。この意味で、本実施形態の坩堝２は炭素原子吸着イオンポンプ機能（イオンゲッター機能）を有するということができる。これにより、加熱処理時に坩堝２内の雰囲気に含まれているシリコン蒸気及び炭素蒸気のうち、炭素蒸気だけが坩堝２に選択的に吸蔵されるので、坩堝２内を高純度のシリコン雰囲気に保つことができる。
【０１４３】
以上のシリコン雰囲気での加熱処理により、前記単結晶ＳｉＣ基板５の表面の炭化層５ａにシリコン分子が吸着反応する。具体的には、前記炭化層５ａの部分の炭素分子に過飽和シリコン分子が再結合し、炭化還元による成長反応が起こる。従って、加熱開始から５〜１０分程度経過した時点で、図１（ｃ）に示すように単結晶ＳｉＣ基板５の表面が改質され、アモルファスＳｉＣ層５ｂを生成することができる。なお、本明細書では、前記アモルファスＳｉＣ層５ｂを、将来的に取り除かれる成長層という意味で「犠牲成長層」と称することがある。
【０１４４】
また、アモルファスＳｉＣ層５ｂが形成されてからも条件を変えずに更に５〜１０分程度加熱を継続すると、当該アモルファスＳｉＣ層５ｂの一部において再結晶反応が起こり、図１（ｄ）のように単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層（再結晶層、平坦化結晶層）５ｃを生成することができる。
【０１４５】
なお、前記犠牲成長層としての前記アモルファスＳｉＣ層５ｂは熱的に不安定であるので、加熱処理が継続されると、前記再結晶反応が起きなかった余剰のアモルファスＳｉＣ層５ｂが熱エッチングにより分解され、除去される。この昇華反応により、図１（ｅ）のように、表面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃが形成された単結晶ＳｉＣ基板５（表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐ）を得ることができる。また、前記昇華反応によって、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃの表面を原子レベルに平坦化することができる。
【０１４６】
なお、前記再結晶層５ｃの結晶多形は、元の単結晶ＳｉＣ基板５の結晶多形の如何にかかわらず常に４Ｈとなる（単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃ）。即ち、元となる単結晶ＳｉＣ基板５として３Ｃ、４Ｈ、６Ｈの何れの結晶多形を用いた場合でも、当該基板の表面にできる単結晶の結晶多形を４Ｈとなるように制御することができる。従って、単結晶ＳｉＣ基板５についてはコスト等を考慮して最適な結晶多形を選択しつつ、それとは独立に、上述したように広い禁制帯幅（３．３ｅＶ）等の優れた特性を有する単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃを形成することができる。
【０１４７】
図７には、結晶多形が異なる３種類の単結晶ＳｉＣ基板のそれぞれについて上記の一連の工程を行ったときの結晶表面の分子結合の様子が示されている。なお、図７に示される結晶転移例１は単結晶３Ｃ−ＳｉＣ基板の場合であり、結晶転移例２は単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板の場合であり、結晶転移例３は６Ｈ−ＳｉＣ基板の場合である。また、図７の（ｉ）が処理前の状態（図１（ａ））、（ii）が再結晶工程（図１（ｂ））にそれぞれ対応している。
【０１４８】
この図７に沿って説明すると、処理前の状態では、３種類の結晶多形の基板表面はそれぞれ異なる結晶構造を有している（図７（ｉ））。しかしながら、炭化工程によってケイ素分子が昇華すると、ケイ素原子と炭素原子との結合が失われる。そして、前記アモルファスＳｉＣ形成工程によって炭素とケイ素が結び付いてアモルファスＳｉＣ層を形成し、更に再結晶工程を経ることで（図７（ii））、結晶多形が３Ｃ又は６Ｈの場合は４Ｈに転移し、結晶多形が４Ｈの単結晶からなる再結晶層が形成される。
【０１４９】
図８は、ＳｉＣ基板表面にＳｉＣ単結晶を生成させる場合において、当該単結晶の生成方法及び反応温度に対する結晶多形の依存性を示している。この図８に示すように、非熱平衡状態を用いる手法、即ちＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔ）によってＳｉＣ単結晶を生成させる場合、そのＳｉＣ単結晶の結晶多形は常に３Ｃになる。一方、近熱平衡状態を用いる手法としてのＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による場合、反応温度にもよるが、生成されるＳｉＣ単結晶の結晶多形は６Ｈが支配的である。一方、本実施形態においては、ＰＶＤ法と同じく近熱平衡状態を用いるが、その反応温度を１６００℃以上２０００℃以下とすることで、４Ｈの結晶多形を確実に実現することができる。なお、図８の「ＭＳＥ」とはＭＳＥ法（準安定溶媒エピタキシー）を意味しており、詳細は後述する。
【０１５０】
図９は、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板の表面にＳｉＣ単結晶を生成させる場合において、当該単結晶の生成方法を代表的な反応温度別に並べて示したものである。この図９に示すように、結晶成長温度が１４００℃以下の方法、例えば前記ＣＶＤ法及びＭＢＥ法では、元となる基板の結晶多形が４Ｈであっても、成長するＳｉＣ結晶の結晶多形は全て３Ｃとなる。また、結晶成長温度が２２００℃以上である方法、例えば前記ＰＶＤ法では、元の基板の結晶多形と無関係に、成長するＳｉＣ結晶の結晶多形は６Ｈとなるのが一般的である。一方、本実施形態の手法を用いて結晶成長温度を例えば１８００℃としてＳｉＣ単結晶を成長させた場合、結晶多形が４Ｈとなる。このように、本実施形態の方法は、結晶多形が４Ｈの単結晶を得られるという点で、他の育成方法に比較して有利である。
【０１５１】
なお、本実施形態の方法を用いて単結晶を成長させた場合、上述したとおり、元となる単結晶ＳｉＣ基板５の結晶多形の如何にかかわらず、生成されるＳｉＣ単結晶の結晶多形（少なくとも最表層部分の結晶多形）はすべて４Ｈであることが確認されている。この理由の１つを示すと考えられるのが図１０のグラフであり、このグラフは、ＳｉＣ単結晶の各結晶多形の自由エネルギーの温度に対する変化を６Ｈに対する相対値として示したものである。この図１０のグラフで示すとおり、４Ｈ−ＳｉＣの自由エネルギーが３Ｃ−ＳｉＣ及び６Ｈ−ＳｉＣの自由エネルギーより低くなる温度領域が存在しており、これは温度制御を適宜行うことで４Ｈの結晶多形となるように（もっと言えば、特定の結晶多形となるように）表面を改質できる可能性を示唆している。
【０１５２】
また、図１１は、単結晶６Ｈ−ＳｉＣ基板の（０００−１）Ｃ面に単結晶ＳｉＣを成長させる場合において、各結晶多形が発生する確率の温度による変化を示している。この図１１のグラフに示すように、１６００℃から２０００℃までの温度領域において、４Ｈ−ＳｉＣの発生確率は６Ｈ−ＳｉＣの発生確率よりも高い値となっており、本実施形態において生成される再結晶層５ｃの結晶多形が４Ｈとなる理由を示唆しているものと考えられる。
【０１５３】
また、本実施形態の方法により得られた表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐの単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃは、結晶欠陥や研磨傷等がなく、その表面平坦度がサブナノオーダー（１ｎｍ未満）即ち原子レベルであり、表面平均粗さが１．０ｎｍ以下を実現することができる。また、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃの表面は、ステップの高さが０．５ｎｍ（即ち、結晶多形が４Ｈ−ＳｉＣの場合の積層順位方向に対するユニットセル長）以下である面形状を実現することができる。また、上記の工程により、単結晶ＳｉＣ基板５の表面に存在する不純物を原子レベルでクリーニングして除去することもできる。
【０１５４】
従って、この表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐは、例えば準安定溶媒エピタキシー（ＭＳＥ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）等をはじめとした種々のエピタキシャル成長法のための種基板として用いることで、極めて高品質なエピタキシャル成長結晶を得ることができる。
【０１５５】
また、元となる単結晶ＳｉＣ基板５（図１（ａ））は、化学機械研磨工程（ＣＭＰ工程）が行われたものであっても良いし、この化学機械研磨工程を省略しても良い。即ち、化学機械研磨を行わなくても、上述の炭化工程等によって単結晶ＳｉＣ基板５の表面が良好に平坦化されるので、表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐの製造コスト及び工数を低減することができる。ただし、化学機械研磨を行った後の単結晶ＳｉＣ基板表面に対しても、当該化学機械研磨工程では除去が困難な表面内部の欠陥及び歪等の不安定領域を破壊して平坦化できるという意味で、本実施形態の一連の工程を行うことは有効である。
【０１５６】
次に、図１２を参照して、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐを種基板として液相エピタキシャル成長を行う方法について説明する。
【０１５７】
本実施形態の製造方法では、まず図１２（ｆ）に示すように、図１に示す工程を順に行って得られた表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐに対し炭素フィード基板７を積層させ、積層体８を構成する。炭素フィード基板７は、切欠き等がなく真円度の高い円形状に形成されており、その直径は単結晶ＳｉＣ基板５の直径と同一とされている。また、前記炭素フィード基板７は前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃに対向するように配置され、両者がズレなく一致するよう正確に位置決めされる。
【０１５８】
前記炭素フィード基板７は単結晶ＳｉＣの液相エピタキシャル成長に必要な炭素原子を供給するための基板であり、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶よりも高い自由エネルギーを有するものが用いられる。具体的には、例えば、単結晶３Ｃ−ＳｉＣ、多結晶４Ｈ−ＳｉＣ、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ、アモルファスＳｉＣ、又はグラファイトを炭素フィード基板７として用いることができる。本実施形態では、炭素フィード基板７として多結晶３Ｃ−ＳｉＣ基板を用いている。
【０１５９】
そして、この積層体８を、シリコン供給源としての図略のシリコンペレットとともに前記坩堝２に収容する。なお、シリコンの供給形態としては、前記シリコンペレットによることに代えて、例えば坩堝２の内壁に取り付けた板状のシリコンによって供給を行うようにしても良い。
【０１６０】
そして、この状態の坩堝２を、前述の高温真空炉１１によって加熱処理する。このときの加熱温度は、１６００℃以上２０００℃以下とすることが好ましく、１７００℃以上１９００℃以下とすることが更に好ましい。
【０１６１】
具体的には、前記坩堝２を図３の鎖線で示すように高温真空炉１１の予備加熱室２２に配置し、約８００℃に予備加熱する。次に、約１８００℃まで予め昇温させておいた本加熱室２１へ、予備加熱室２２内の坩堝２をシリンダ部２９の駆動によって移動させ、急速に昇温させる。この結果、前記シリコンペレットからシリコンが蒸発し、坩堝２の内部はシリコンの飽和蒸気圧に保たれる。
【０１６２】
なお、本加熱室２１での加熱時において、坩堝２内の雰囲気は約１Ｐａ以下に維持されることが好ましい。また、加熱時における坩堝２内のシリコン圧力を高め、外部圧力（本加熱室２１内の圧力）よりも高い圧力とすることが好ましい。これにより、不純物が坩堝２内に侵入するのを防止することができる。
【０１６３】
以上により、図１２（ｆ）に示すように、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃと炭素フィード基板７との間にシリコンの極薄溶融層４を介在させ、準安定溶媒エピタキシー法（ＭＳＥ）による液相エピタキシャル成長を行わせることができる。なお、前記極薄溶融層４の原料とするために、前記積層体８における単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃと炭素フィード基板７との間に例えばシリコン微細粉末を予め配置しておくことが好ましい。
【０１６４】
ここで、表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐ及び炭素フィード基板７は、直径が等しく且つ２インチ以上の大径に形成されており、互いに位置を合わせるように位置決めされている。従って、両者の間に極薄溶融層４を良好に保持させることができ、長時間の液相エピタキシャル成長が可能になる。
【０１６５】
更に、図１２（ｆ）の液相エピタキシャル成長工程で用いられる坩堝２は、前述のとおり、その表面の炭化タンタル層が炭素ゲッターとしての機能を果たす。従って、坩堝２の内部空間のシリコン蒸気及び炭素蒸気のうち、炭素のみが選択的に坩堝２の内部に吸蔵される。この結果、坩堝２内を高純度のシリコン雰囲気に保つことができ、良好な液相エピタキシャル成長が可能になる。
【０１６６】
以上の加熱処理により、図１２（ｇ）に示すように、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃの表面にマイクロパイプ欠陥のない原子レベルに平坦な単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを形成し、エピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｑを得ることができる。
【０１６７】
本実施形態では、温度勾配がなく濃度勾配だけで成長の動力学が制御される準安定溶媒エピタキシー法を用いることで、エピタキシャル成長を自動的に安定化させることができ、高品質な単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを得ることができる。更に、系に温度勾配を形成する必要がないので、プロセスを行うための装置構成を簡素化でき、プロセス制御も簡単になる。加えて、極薄溶融層４の厚みが極めて小さいために炭素フィード基板７からの炭素の拡散が良好であり、温度上昇により前記極薄溶融層４（溶媒）に対する炭素の溶解度を上昇させる必要がないので、プロセスの低温化が容易である。
【０１６８】
次に、図１３から図１５までを参照して、第２実施形態に係る表面改質単結晶ＳｉＣ基板及びエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法について説明する。なお、この第２実施形態及びそれ以降の説明において、前記第１実施形態と同一又は類似の部材には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【０１６９】
この第２実施形態では、まず、単結晶ＳｉＣ基板５を用意し、その表面を適宜の気相プロセスによって平坦化しておく（図１３（ａ））。この平坦化処理後の単結晶ＳｉＣ基板５が図１３（ｂ）に示される。なお、この単結晶ＳｉＣ基板５の結晶多形は、前記第１実施形態と同様に、３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣの何れであっても良い。
【０１７０】
なお、図１３（ａ）に対応する表面写真（前記平坦化処理前の基板表面を撮影した顕微鏡写真）が図１５（ａ）に示されており、基板表面に生じている傷及び凹凸を観察することができる。なお、適宜の方法を用いて傷及び凹凸の深さを測定したところ、その結果は１μｍ程度であった。一方、図１３（ｂ）に対応する表面写真（平坦化処理後の基板表面を撮影した顕微鏡写真）が図１５（ｂ）に示されており、極めて良好な平坦度（具体的には、平坦度が０．２５ｎｍ以下）の基板表面が得られていることが確認できる。
【０１７１】
次に、図１３（ｃ）で示すように、単結晶ＳｉＣ基板５の表面の一部にマスク１２を施すマスキング工程を行った上で、前述の炭化工程を行う。なお、この炭化工程を行う方法は図１（ｂ）で説明した方法と全く同様であるので、説明を省略する。
【０１７２】
前記マスク１２は、例えば炭化タンタルからなるものを用いることができる。本実施形態では、図１３（ｃ）で示すように、単結晶ＳｉＣ基板５の縁部を一周するようにマスクを施し、表面の中央側領域を取り囲むようなマスク１２を形成している。従って、前記炭化工程により、マスクが施されていない中央側領域に炭化層５ａを形成することができる。ただし、マスク１２は単結晶ＳｉＣ基板５を縁取りするように形成されることに限定されず、任意の形状のマスクを形成することができる。
【０１７３】
次に、図１３（ｄ）で示すように、前述のアモルファスＳｉＣ形成工程を行う。なお、このアモルファスＳｉＣ形成工程を行う方法は図１（ｃ）で説明した方法と全く同様であるので、説明を省略する。これにより、非マスク部分の炭化層５ａが改質され、アモルファスＳｉＣ層５ｂを形成することができる。
【０１７４】
また、図１３（ｄ）の状態から加熱を継続することにより、図１３（ｅ）で示すように、アモルファスＳｉＣ層５ｂの一部を再結晶させて単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃを生成させることができる。この再結晶工程で、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃは、前記マスキング工程における非マスク領域に形成された凹部１３ａの底部に生成される。
【０１７５】
更に加熱を継続することにより、前記アモルファスＳｉＣ層５ｂが熱分解されて除去される。更に前記マスク１２を適宜の方法で除去することにより、図１４（ｆ）に示す表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｒを得ることができる。なお、図１４（ｆ）に対応する表面写真（表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｒの表面を撮影した写真）を図１５（ｃ）に示す。
【０１７６】
この表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｒにおいては、その表面のうち前記マスク１２が施されなかった部分に凹部１３ａが形成され、この凹部１３ａの底部に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃが配置される。また、前記マスク１２に相当する部分においては土手状ないし堤状の凸部１３ｂが形成されている。従って、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃの周囲が凸部１３ｂで取り囲まれるような表面形状が実現されている。
【０１７７】
次に図１４（ｇ）に示すように、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｒに対して炭素フィード基板７を積層させて積層体８を構成し、これを坩堝２の内部に収容して、準安定溶媒エピタキシー法による液相エピタキシャル工程を行う。なお、坩堝２内において、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｒは前記凸部１３ｂを上に向けるようにして配置される。この液相エピタキシャル工程を行う方法は、前記第１実施形態において図１２（ｆ）で説明した方法と全く同様であるので、説明を省略する。
【０１７８】
この液相エピタキシャル工程において、前記極薄溶融層４は前記凹部１３ａの内部に貯留されるような形となり、外部への流出は凸部１３ｂによって阻止される。特に、前記マスキング工程において基板表面の中央領域を取り囲むように（閉じた形状の）マスク１２を形成したことにより、極薄溶融層４が前記凸部１３ｂによって閉じ込められることになる。従って、積層体８の側部からの極薄溶融層４の流失を抑制でき、長時間の液相エピタキシャル成長が可能になる。これにより、大口径の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを容易に形成することができる。この実施形態は特に、表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｒ及び炭素フィード基板７が小さい場合や非円形の板状である場合にも、両者の間に極薄溶融層４を長時間保持できる点で好適である。
【０１７９】
以上の工程により、図１４（ｈ）に示すように、凹部１３ａ内において単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃ上に単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを形成し、エピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｓを得ることができる。
【０１８０】
次に、図１６から図１９までを参照して、第３実施形態に係る表面改質単結晶ＳｉＣ基板及びエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法について説明する。
【０１８１】
本実施形態では、まず前述の実施形態と同様に、結晶多形が３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、又は６Ｈ−ＳｉＣである単結晶ＳｉＣ基板５を用意する。そして図１６（ａ）に示すように、この単結晶ＳｉＣ基板５の表面に、当該表面を複数の領域に分割するように複数本の溝１４を形成する（溝加工工程）。
【０１８２】
本実施形態は、この溝加工をレーザによって行うこととしている。具体的には、単結晶ＳｉＣ基板５が有する８００ｍｍ×８００ｍｍの表面領域に、大気中でＹＡＧレーザ（出力１３Ｗ）を照射し、これによって直線状の溝１４を１０ｍｍ間隔で縦横に形成した。前記レーザのスポット径は５０μｍであり、一往復の照射走査により形成された溝１４の溝幅は６０μｍ、溝深さは３２μｍであった。レーザの照射走査回数を増やし照射走査位置を必要に応じて広げることで、溝の深さ及び溝の幅を好ましい値に制御できることが確認できた。なお、この溝加工がされた基板表面の一例を撮影した写真を図１８に示す。
【０１８３】
なお、溝加工をレーザによって行うことに限定されず、例えば基板表面に所定のマスクを施し、マスク以外の部分を気相エッチング法でエッチングすることで溝を形成しても良い。
【０１８４】
この溝加工工程によって溝１４を形成した後は、前述の第１実施形態（図１）と全く同様に、炭化工程、アモルファスＳｉＣ形成工程、及び再結晶工程を行う。なお、炭化工程後の基板の様子が図１６（ｂ）に、アモルファスＳｉＣ形成工程後の様子が図１６（ｃ）に、再結晶工程後の様子が図１６（ｄ）にそれぞれ示される。そして、残存しているアモルファスＳｉＣ層５ｂを熱分解させて除去することにより、表面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃが形成されるとともに溝１４を有する表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｔを得ることができる。
【０１８５】
次に、図１７（ｆ）に示すように、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｔに炭素フィード基板７を積層して坩堝２内に収容し、前述と同様に準安定溶媒エピタキシー法によるエピタキシャル成長を行う。すると図１７（ｇ）に示すように、溝１４を形成した部分以外の表面において単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄが生成される。以上の工程を行うことにより、図１７（ｈ）に示すようなエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｕを得ることができる。このエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｕは、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃに積層されるとともに複数領域に分割された単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを有している。
【０１８６】
なお、図１７（ｇ）の液相エピタキシャル工程において、前記溝１４の部分では液相エピタキシャル成長が行われない。このことに伴い、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄが成長するのに伴って、前記単結晶ＳｉＣ基板５の表面に含まれている欠陥（具体的には螺旋転位や基底面転位及びＣ軸方位欠陥等）が伝播する方向が、基板の厚み方向と垂直な方向に近づくように曲げられる。そして、欠陥の伝播は、最終的には単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄの側面（前記溝１４に対応する部分）で終端されることになる。従って、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄの表面に現れる欠陥を良好に抑制して高品質の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを得ることができ、歩留まりの向上を実現できる。
【０１８７】
ここで、前述の溝形成工程で形成される溝１４の深さは、５０μｍ以上であることが好ましい。溝１４の深さが５０μｍを下回ると、液相エピタキシャル成長工程において溝１４の内部に成長反応が生じる場合がある。
【０１８８】
なお、エピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｕを前記溝１４に沿って切断することにより、１枚の基板を有効利用して多数の高品質の半導体チップを製造することができる。図１９（ａ）及び図１９（ｂ）には、円形の単結晶ＳｉＣ基板５に複数の溝１４を形成して、溝１４に囲まれた領域に単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを形成した例が示されている。この例においては、前記溝１４に沿ってエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｕを切断することで、半導体チップを得ることになる。
【０１８９】
次に図２０を参照して、前記第３実施形態の第１変形例を説明する。図２０（ａ）に示すように、この第１変形例において前記溝１４は、（単結晶ＳｉＣ基板５ではなく）炭素フィード基板７側に形成される。この溝加工は、炭素フィード基板７の前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃに対向する面を複数に分割するように行われる。一方、単結晶ＳｉＣ基板５には溝１４を形成せず、前述の第１実施形態（図１）の工程を同様に行うことにより、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐを製造する。
【０１９０】
そして、図２０（ｂ）に示すように、炭素フィード基板７と前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐとを積層させ、準安定溶媒エピタキシー法による液相エピタキシャル成長工程を行わせる。このとき、炭素フィード基板７は、前記溝１４を形成した面が表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｐの前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃに対向するように配置される。
【０１９１】
なお、前述の炭素フィード基板７に形成される溝１４は、その溝幅が１００μｍ以上であり、深さが５０μｍ以上であることが好ましい。上記の条件を満たさない場合、図２０（ｃ）の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄの形状が明瞭に現れないおそれがある。
【０１９２】
以上により、図２０（ｃ）に示すように、前記溝１４を形成した部分以外の領域に単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを有するエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｖを得ることができる。
【０１９３】
また、図２１の第２変形例に示されるように、単結晶ＳｉＣ基板５及び炭素フィード基板７の双方に溝１４を形成しても良い。この第２変形例では、図１６の工程を行うことにより、前記第３実施形態と同様の溝付きの表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｔを製造する。一方で、炭素フィード基板７には、前記第１変形例（図２０（ａ））と同様に溝１４を形成しておく。
【０１９４】
そして、表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｔと炭素フィード基板７とを、溝１４を形成した面がそれぞれ向かい合うように積層させ、準安定溶媒エピタキシー法による液相エピタキシャル成長工程を行わせる。以上により、図２１（ｂ）に示すように、前記溝１４を形成した部分以外の位置に単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを有するエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｗを得ることができる。
【０１９５】
以上に示した２つの変形例に係るエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｖ，６ｗは、前述の第３実施形態と同様に、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄの表面に現れる欠陥を良好に抑制することができる。従って、高品質の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを得ることができ、歩留まりの向上を実現できる。
【０１９６】
次に、図２２から図２５までを参照して、第４実施形態に係る表面改質単結晶ＳｉＣ基板及びエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法について説明する。
【０１９７】
本実施形態では、まず前述の実施形態と同様に、結晶多形が３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、又は６Ｈ−ＳｉＣである単結晶ＳｉＣ基板５を用意する。そして図１６（ａ）に示すように、この単結晶ＳｉＣ基板５の表面から突出させるようにして複数の脚部１６を形成する。この脚部１６は微細な円柱状に形成されており、その軸方向が前記単結晶ＳｉＣ基板５の厚み方向と平行となるように配置される。ただし、脚部１６は円柱状に限定されず、その断面形状は例えば楕円状、多角形状等であっても良い。
【０１９８】
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の状態の単結晶ＳｉＣ基板５の表面を示す平面図である。この図１６（ｂ）に示すように、前記脚部１６は、単結晶ＳｉＣ基板５の表面の中央の円形の領域の内部に、前記脚部１６を縦横にそれぞれ等間隔で配置している。この脚部１６の高さは、例えば５０μｍ程度に形成することができる。また、この脚部１６は、当該脚部１６の部分を残して前記単結晶ＳｉＣ基板５の表面を除去する加工を施すことで形成することができる。
【０１９９】
次に、前記脚部１６を形成した単結晶ＳｉＣ基板５に対して、前述の実施形態と同様に、炭化工程、アモルファスＳｉＣ形成工程、及び再結晶工程を行う。これらの工程を行う方法は、例えば第１実施形態と全く同様であるので、説明を省略する。以上により、前記脚部１６のそれぞれの先端面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃを形成して、図２２（ｃ）のような表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｘを得ることができる。
【０２００】
続いて、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｘに対し炭素フィード基板７を図２２（ｄ）に示すように積層する。前記炭素フィード基板７は、前記脚部１６の先端面に対向する第１壁７ａと、前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｘの周縁部分に対向する第２壁７ｂと、を備えている。前記第２壁７ｂは円筒状に形成されており、炭素フィード基板７を表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｘに対向させたとき、前記脚部１６の形成領域の周囲を取り囲むように備えられている。また、本実施形態では炭素フィード基板７は多結晶３Ｃ−ＳｉＣにより構成されており、その結晶方向は前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｘの厚み方向に沿うように配向されている。更に、前述の実施形態では、例えば図１７（ｆ）及び図１７（ｇ）に示すように炭素フィード基板７は表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｔに対して上部に配置されているが、本実施形態では図２２（ｄ）に示すように、炭素フィード基板７は表面改質単結晶ＳｉＣ基板６ｘに対して下部に配置されている。
【０２０１】
この構成で準安定溶媒エピタキシー法による液相エピタキシャル成長工程を行わせることにより、図２３（ｅ）に示すように、複数の脚部１６の先端面に架橋するように単結晶４Ｈ−ＳｉＣを液相エピタキシャル成長させたエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｙを得ることができる。図２３（ｆ）にはエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｙを基板表面側から見た平面図が示され、この図２３（ｆ）に示すように、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄは全ての脚部１６の先端面を覆うように一面に形成される。これは、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄが、基板の厚み方向に成長するとともに、当該厚み方向に垂直な方向にも良好に成長して炭素フィード基板７ｂにまで成長していることを意味している。
【０２０２】
図２３（ｆ）に示すように、全体として見た場合に単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄは円形状に成長する。なお、本来は単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄは正六角形に成長し、その辺に対応する縁部には（１−１００）ファセット面が現れる。ただし、本実施形態においては単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄの成長は、最終的には前記炭素フィード基板７の第２壁７ｂの内壁によって止められる。従って、第２壁７ｂの内壁形状に基づいて、最終的な単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄの形状を円形に制御することができる。
【０２０３】
なお、基板の厚み方向に垂直な方向に液相エピタキシャル成長している部分においては、脚部１６の先端面に含まれる各種の欠陥及びダメージは、当該単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄに殆ど影響しない。従って、良好な品質の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを得ることができる。
【０２０４】
以下、図２４及び図２５を用いて、本実施形態の特徴を説明する。図２４（ａ）には処理前の単結晶ＳｉＣ基板５が示されており、直線で模式的に示すように、当該単結晶ＳｉＣ基板５の内部には前述のとおり相当の数の欠陥が存在する。この欠陥とは、例えば螺旋転位、基底面転位、及びＣ軸方位欠陥等である。
【０２０５】
この点、本実施形態では、前記単結晶ＳｉＣ基板５に対して図２４（ｂ）に示すように脚部１６を加工した上で、炭化工程、アモルファスＳｉＣ形成工程、及び再結晶工程を行う。これにより、前記脚部１６のそれぞれの先端面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣが形成される。
【０２０６】
そして、前記準安定溶媒エピタキシー法による液相エピタキシャル成長工程を行うことにより、脚部１６の先端面の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層５ｃに対し単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを、基板の厚み方向及びそれに垂直な方向に成長させる。なお、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄが基板の厚みに垂直な方向（水平方向）に成長している部分については、前記基板の内部に存在する欠陥が伝播しないので、ほぼ無欠陥の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄが得られる。
【０２０７】
この液相エピタキシャル成長工程において、前記脚部１６の先端面に含まれる欠陥が伝播される方向は、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄの成長に伴って、基板の厚みと垂直な方向に近づくように曲げられる。そして、液相エピタキシャル成長工程を所定時間継続すると、互いに隣り合う脚部１６において、先端面の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄ同士が互いに結合する（図２４（ｄ））。この架橋の結果、図２３（ｅ）及び図２３（ｆ）で示すような大きな単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを形成することができる。
【０２０８】
また、前記欠陥の伝播は、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄ同士が互いに接合する箇所において終端される。即ち、互いに隣接する脚部１６上の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄ同士が結合するとき、その結合部分（継目）に新しい欠陥が現れることになる。しかしながら、この結合部分には前記脚部１６（導電層）が位置しないので、当該結合部分が下地の基板と直接接触することがない。従って、図２５（ａ）の領域Ａで囲った部分の拡大図である図２５（ｂ）に示すように、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄ同士の結合部分の欠陥を電流が通過したとしても、当該電流が下地側の単結晶ＳｉＣ基板５に直接伝導することはない。即ち、単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄに生じる欠陥を脚部１６と脚部１６の中間の位置に集めることで、半導体回路への悪影響を効果的に抑制することができる。これにより、高耐圧パワーデバイスの製造に好適なエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板６ｙを提供することができ、歩留まりの向上が実現できる。
【０２０９】
また、図２４（ｄ）の構成は、図２５（ｃ）に示すように、多数の小面積の伝導領域を並列に接続したものと捉えることができる。このように考えた場合、個々の単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄはそれぞれ無欠陥領域を備えているため、例えば高耐圧半導体ウエハとしての用途に好適である。
【０２１０】
次に、図２６から図２８までを参照して、第５実施形態に係る単結晶ＳｉＣ成長用種基板及び単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法について説明する。
【０２１１】
本実施形態では前述の実施形態と異なり、多結晶３Ｃ−ＳｉＣ基板の表面に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層を形成するものである。具体的には、図２６（ａ）に示すような多結晶ＳｉＣ基板１７を用意し、この多結晶ＳｉＣ基板１７を高真空環境下で加熱することで、前記多結晶ＳｉＣ基板１７の表面に相当する各結晶の端部に炭化層１７ａを形成する（図２６（ｂ））。
【０２１２】
次に、前記炭化層１７ａをアモルファスＳｉＣ層１７ｂに改質させるために、例えば前述の第１実施形態におけるアモルファスＳｉＣ形成工程と同様の処理を行う。なお、アモルファスＳｉＣ形成工程後の多結晶ＳｉＣ基板１７が図２６（ｃ）に示されている。
【０２１３】
更に、前記アモルファスＳｉＣ層１７ｂを再結晶させて単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層（再結晶層、平坦化結晶層）１７ｃとするために、前述の第１実施形態における再結晶工程と同様の処理を行う。なお、再結晶工程後の多結晶ＳｉＣ基板１７が図２６（ｄ）に示される。
【０２１４】
以上の一連の工程により、図２６（ｄ）に示すような単結晶ＳｉＣ成長用種基板１８ｐが得られる。この単結晶ＳｉＣ成長用種基板１８ｐにおいては、多結晶ＳｉＣ基板１７の表面に相当する各結晶の端部に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃが形成される。
【０２１５】
次に、図２７（ｅ）に示すように、単結晶ＳｉＣ成長用種基板１８ｐに対して炭素フィード基板７を対向させるように積層して積層体８を形成し、前述の実施形態と同様に、準安定溶媒エピタキシー法によるエピタキシャル成長を行う。
【０２１６】
すると、前記多結晶ＳｉＣ基板１７の（−１−１−１）Ｃ面での反応の場合は、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃから、前記多結晶ＳｉＣ基板１７の厚み方向及び厚みに垂直な方向に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層１７ｄが形成される（図２７（ｆ）及び図２８（ａ）を参照）。一方、（１１１）Ｓｉ面の反応の場合においても、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃから、前記多結晶ＳｉＣ基板１７の厚み方向及び厚みに垂直な方向に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層１７ｄが形成される（図２７（ｇ）及び図２８（ｂ）を参照）。
【０２１７】
以上のようにして、あたかも茸が群生するように形成された単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層１７ｄを有する多結晶ＳｉＣ基板（単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板１８ｑ）を製造することができる。
【０２１８】
次に、図２９及び図３０を参照して、第６実施形態に係る単結晶ＳｉＣ成長用種基板及び単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法について説明する。
【０２１９】
本実施形態では前記第５実施形態と異なり、図２９（ａ）に示すように、多結晶ＳｉＣ基板１７の表面の中央の微小領域に真空中で電子ビームを照射して加熱処理する。これにより、多結晶ＳｉＣ基板１７の表面の前記微小領域に炭化層１７ａを形成させるように構成されている。
【０２２０】
次に、前述の第１実施形態と同様にアモルファスＳｉＣ形成工程及び再結晶工程を行う。なお、アモルファスＳｉＣ形成工程後の多結晶ＳｉＣ基板１７が図２９（ｂ）に示され、再結晶工程後の様子が図２９（ｃ）に示される。
【０２２１】
続いて、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃが形成された部分（前記微小領域）を残すようにして、前記多結晶ＳｉＣ基板１７の表面を所定の深さだけ除去する加工を行う。この加工処理は、例えばレーザ加工によって行うことができる。この結果、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃが相対的に突出したような表面形状の単結晶ＳｉＣ成長用種基板１８ｒを得ることができる。
【０２２２】
次に、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板１８ｒに対し炭素フィード基板７を対向させるように積層し、図２９（ｅ）のように坩堝２に収納して加熱し、前記準安定溶媒エピタキシー法による液相エピタキシャル成長工程を行う。すると、突出形状の先端に形成された単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃと炭素フィード基板７との間の距離が著しく小さくなる。
【０２２３】
ここで一般的に、液相エピタキシャル成長速度は炭素フィード基板との距離に反比例するので、炭素フィード基板７は、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃと対向する部分が局所的に大量に炭素を供給することになる。この結果、炭素フィード基板７に穴が形成されるので、当該穴の内部に前記突出形状の先端の単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃが入り込む形となり、炭素フィード基板７の炭素供給能力を有効に利用して液相エピタキシャル成長を効率的に行うことができる。
【０２２４】
本実施形態では、図３０（ｆ）及び図３０（ｇ）に示すように、単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃの部分から単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層１７ｄが基板の厚み方向に成長するとともに、当該厚み方向と垂直な方向にも良好に成長している。そして、最終的には図３０（ｇ）に示すように、前記炭素フィード基板７の全体を置き換えるように単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層１７ｄを形成することができる。
【０２２５】
以上の一連の工程を行うことにより、基板の表面を単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層１７ｄで覆った構成の単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板１８ｓを製造することができる。
【０２２６】
次に、図３１から図３３までを参照して、第７実施形態に係る単結晶ＳｉＣ成長用種基板及び単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の製造方法を説明する。
【０２２７】
本実施形態では先ず、図３１（ａ）に示すように、前記多結晶ＳｉＣ基板１７の表面を分割するように複数の領域を設定し、この領域のそれぞれに凹部２０を形成する。この凹部２０の加工は、例えばレーザ加工によって行うことができる。なお、凹部２０を形成しなかった部分は相対的に突出する凸部３となる。凹部２０は平面視で正方形に形成されるとともに、前記凸部３は細長い直線状に形成されている。
【０２２８】
次に、図３１（ｂ）に示すように、各凹部２０において内底面のほぼ中央に位置する微小領域に真空中で電子ビームを照射し、当該微小領域を加熱して炭化し、炭化層１７ａを形成させる。更に、図３１（ｃ）に示すように、前記炭化層１７ａを改質してアモルファスＳｉＣ層１７ｂを形成する。更に、前記アモルファスＳｉＣ層１７ｂの一部を再結晶させることにより単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃを生成するとともに、残りのアモルファスＳｉＣ層１７ｂを熱分解して除去する。これにより、前記凹部２０の内底面の中央に単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃが局所的に形成された単結晶ＳｉＣ成長用種基板１８ｔが得られる。
【０２２９】
続いて、図３１（ｅ）に示すように、前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板１８ｔと炭素フィード基板７とを互いに対向させるように積層させ、準安定溶媒エピタキシー法による液相エピタキシャル成長工程を行う。これにより、前記単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層１７ｃの部分から単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層１７ｄが基板の厚み方向に成長するとともに、基板の厚み方向と垂直な方向にも良好に成長している。そして、最終的には図３２（ｆ）に示すように、前記凹部２０をほぼ埋めるようにして単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層１７ｄが形成される。以上により、単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板１８ｕを製造することができる。
【０２３０】
なお、単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板１８ｕを前記凹部２０の境界に沿って切断することにより、１枚の基板を有効利用して多数の高品質の半導体チップを製造することができる。図３３（ａ）及び図３３（ｂ）には、円形の単結晶ＳｉＣ基板５の表面領域を分割するように複数の凹部２０を形成するとともに、当該凹部２０の境界には凸部３を形成して、前記凹部２０に単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層５ｄを形成した例が示されている。この例においては、前記凸部３に沿って単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板１８ｕを切断することで、半導体チップを得ることになる。
【０２３１】
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、以上の構成は例えば以下のように変更することができる。
【０２３２】
嵌合容器としての坩堝２は、炭化タンタルに限定されない。例えばタンタル以外の金属であって、炭素元素に対するゲッター効果を有し、ＳｉＣ基板に対して高温接合せず、２０００℃程度の温度に対する耐熱性を有し、更に超高真空材料であるものがあれば、当該金属からなる坩堝２に変更することができる。
【０２３３】
同様に、前記マスク１２の材料は炭化タンタルによるものに限られず、高温環境でＳｉＣ基板に高温接合しない材料であって耐熱性を有する超高真空材料であれば、当該材料によるマスクに変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】第１実施形態に係る表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す工程図。
【図２】表面改質単結晶ＳｉＣ基板を製造するための加熱処理に用いられる高温真空炉を示す模式図。
【図３】高温真空炉の本加熱室及び予備加熱室を詳細に示す断面図。
【図４】炭素ゲッター効果を有する坩堝の外観写真及び断面写真。
【図５】タンタルと炭素の結合状態の温度依存性を示す状態図。
【図６】炭素ゲッター効果を説明する模式図。
【図７】元の基板の結晶多形別に結晶転位の様子を示す説明図。
【図８】ＳｉＣ基板表面にＳｉＣ単結晶を生成させる場合において、当該単結晶の生成方法及び反応温度に対する結晶多形の依存性を示す図。
【図９】単結晶４Ｈ−ＳｉＣ基板の表面にＳｉＣ単結晶を生成させる場合において、当該単結晶の生成方法を代表的な反応温度別に並べて示した説明図。
【図１０】ＳｉＣ単結晶の各結晶多形の自由エネルギーの温度変化を６Ｈに対する相対値として示したグラフ。
【図１１】単結晶６Ｈ−ＳｉＣ基板の（０００１）Ｓｉ面又は（０００−１）Ｃ面に単結晶ＳｉＣを成長させる場合において、各結晶多形が発生する確率の温度による変化を示すグラフ。
【図１２】前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板に対して液相エピタキシャル成長工程を行うことにより、エピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板を製造する様子を示す工程図。
【図１３】第２実施形態に係る表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す工程図。
【図１４】前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板に対して液相エピタキシャル成長工程を行うことにより、エピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板を製造する様子を示す工程図。
【図１５】基板の表面平坦化前後の顕微鏡写真、及び、表面改質単結晶ＳｉＣ基板の表面を撮影した写真。
【図１６】第３実施形態に係る表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す工程図。
【図１７】前記表面改質単結晶ＳｉＣ基板に対して液相エピタキシャル成長工程を行うことにより、エピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板を製造する様子を示す工程図。
【図１８】溝加工後の基板の表面を撮影した写真。
【図１９】エピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の一例を示す平面図及び断面図。
【図２０】第３実施形態の第１変形例に係るエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す工程図。
【図２１】第３実施形態の第２変形例に係るエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示す工程図。
【図２２】第４実施形態に係る表面改質単結晶ＳｉＣ基板の製造方法を示すとともに、当該表面改質単結晶ＳｉＣ基板に対する液相エピタキシャル成長工程を示す工程図。
【図２３】第４実施形態のエピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板の断面図及び平面図。
【図２４】第４実施形態における単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層の生成過程を示す説明図。
【図２５】第４実施形態の効果を説明する図。
【図２６】第５実施形態に係る単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法を示す工程図。
【図２７】前記単結晶ＳｉＣ成長用種基板に対して液相エピタキシャル成長工程を行うことにより、単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板を製造する様子を示す工程図。
【図２８】単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板における単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層を示す顕微鏡写真。
【図２９】第６実施形態に係る単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法を示すとともに、当該単結晶ＳｉＣ成長用種基板に対する液相エピタキシャル成長工程を示す工程図。
【図３０】液相エピタキシャル成長工程における単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層の成長の様子及び単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板を示す説明図。
【図３１】第７実施形態の単結晶ＳｉＣ成長用種基板の製造方法を示すとともに、当該単結晶ＳｉＣ成長用種基板に対する液相エピタキシャル成長工程を示す工程図。
【図３２】液相エピタキシャル成長工程における単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層の成長の様子及び単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板を示す説明図。
【図３３】単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板の一例を示す平面図及び断面図。
【符号の説明】
【０２３５】
２  坩堝（嵌合容器）
４  極薄溶融層
５  単結晶ＳｉＣ基板
５ａ  炭化層
５ｂ  アモルファスＳｉＣ層
５ｃ  単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層（再結晶層、平坦化結晶層）
５ｄ  単結晶４Ｈ−ＳｉＣエピ成長層
６ｐ  表面改質単結晶ＳｉＣ基板
６ｑ  エピ成長層付き単結晶ＳｉＣ基板
７  炭素フィード基板
８  積層体
１１  高温真空炉
１２  マスク
１７  多結晶ＳｉＣ基板
１７ａ  炭化層
１７ｂ  アモルファスＳｉＣ層
１７ｃ  単結晶４Ｈ−ＳｉＣ層
１７ｄ  単結晶４Ｈ−ＳｉＣ成長層
１８ｐ  単結晶ＳｉＣ成長用種基板
１８ｑ  単結晶成長層付き多結晶ＳｉＣ基板
２１  加熱室
２２  予備加熱室
【図１】
0005360639.tif 000002
【図２】
0005360639.tif 000003
【図３】
0005360639.tif 000004
【図５】
0005360639.tif 000005
【図６】
0005360639.tif 000006
【図７】
0005360639.tif 000007
【図８】
0005360639.tif 000008
【図９】
0005360639.tif 000009
【図１０】
0005360639.tif 000010
【図１１】
0005360639.tif 000011
【図１２】
0005360639.tif 000012
【図１３】
0005360639.tif 000013
【図１４】
0005360639.tif 000014
【図１６】
0005360639.tif 000015
【図１７】
0005360639.tif 000016
【図１９】
0005360639.tif 000017
【図２０】
0005360639.tif 000018
【図２１】
0005360639.tif 000019
【図２２】
0005360639.tif 000020
【図２３】
0005360639.tif 000021
【図２４】
0005360639.tif 000022
【図２５】
0005360639.tif 000023
【図２６】
0005360639.tif 000024
【図２７】
0005360639.tif 000025
【図２９】
0005360639.tif 000026
【図３０】
0005360639.tif 000027
【図３１】
0005360639.tif 000028
【図３２】
0005360639.tif 000029
【図３３】
0005360639.tif 000030
【図４】
0005360639.tif 000031
【図１５】
0005360639.tif 000032
【図１８】
0005360639.tif 000033
【図２８】
0005360639.tif 000034