(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳｉＣ半導体自立基板上に形成される電子デバイスの耐電圧、オン抵抗、素子寿命等のばらつきを抑えて歩留まりを向上させることが可能なＳｉＣ半導体自立基板及びＳｉＣ半導体電子デバイスを提供する。【解決手段】ＳｉＣ半導体自立基板を構成するＳｉＣ半導体結晶３は六方晶系であり、ＳｉＣ半導体結晶３の格子定数のばらつきを、ＳｉＣ半導体自立基板の主面内のａ軸方向の格子定数の標準偏差をａ軸方向の格子定数の平均値で除した値とするとき、格子定数のばらつきが±５５ｐｐｍ以下である。【選択図】図３
2012121749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ半導体結晶からなるＳｉＣ半導体自立基板であって、
前記ＳｉＣ半導体結晶は六方晶系であり、
前記ＳｉＣ半導体結晶の格子定数のばらつきを、前記ＳｉＣ半導体自立基板の主面内のａ軸方向の格子定数の標準偏差を前記ａ軸方向の格子定数の平均値で除した値とするとき、前記格子定数のばらつきが±５５ｐｐｍ以下である
ことを特徴とするＳｉＣ半導体自立基板。
【請求項２】
前記格子定数のばらつきは、前記ＳｉＣ半導体自立基板の最外周から半径方向に２ｍｍ内側までの領域を除いた主面内でのばらつきである
ことを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣ半導体自立基板。
【請求項３】
前記ＳｉＣ半導体結晶には、前記ＳｉＣ半導体結晶の導電性を制御する不純物が添加されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＳｉＣ半導体自立基板。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のＳｉＣ半導体自立基板上に形成された電子デバイス用エピタキシャル層を備える
ことを特徴とするＳｉＣ半導体電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ半導体自立基板及びＳｉＣ半導体電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）は、耐熱性に優れ、機械的強度が高く、放射線に強い等の物理的・化学的性質を備えることから、耐環境性半導体材料として注目されている。また近年、青色から紫外にかけての短波長光デバイスや高耐圧の高周波電子デバイス等を形成する基板としてＳｉＣ半導体自立基板の需要が高まっている。
【０００３】
例えば特許文献１には、高品質のＳｉＣ単結晶を備えるＳｉＣ単結晶基板を得る方法として、成長面に幅が０．７ｍｍ以上２ｍｍ未満の溝を有するＳｉＣ単結晶育成用種結晶を用い、昇華再結晶法により、種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させ、貫通転位密度を１×１０４ｃｍ−２以下に低減したＳｉＣ単結晶インゴットの成長方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９２７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳｉＣ半導体自立基板の貫通転位密度を低減しただけでは解決できない新たな課題があることがわかった。すなわち、本発明者の更なる研究によれば、上記のようなＳｉＣ半導体自立基板を用いて電子デバイスを形成し、実装して複数の素子を形成すると、これらの中に、耐電圧、オン抵抗、素子寿命等が極端に劣る素子が含まれており、素子間で大きなばらつきが生じてしまうことがわかった。耐電圧、オン抵抗、素子寿命等が設計値に対して大きくばらつくと、歩留まりの低下を招くおそれがある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、ＳｉＣ半導体自立基板を用いて形成される電子デバイスの耐電圧、オン抵抗、素子寿命等のばらつきを抑えて歩留まりを向上させることが可能なＳｉＣ半導体自立基板及びＳｉＣ半導体電子デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、ＳｉＣ半導体結晶からなるＳｉＣ半導体自立基板であって、前記ＳｉＣ半導体結晶は六方晶系であり、前記ＳｉＣ半導体結晶の格子定数のばらつきを、前記ＳｉＣ半導体自立基板の主面内のａ軸方向の格子定数の標準偏差を前記ａ軸方向の格子定数の平均値で除した値とするとき、前記格子定数のばらつきが±５５ｐｐｍ以下であるＳｉＣ半導体自立基板が提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、前記格子定数のばらつきは、前記ＳｉＣ半導体自立基板の最外周から半径方向に２ｍｍ内側までの領域を除いた主面内でのばらつきである第１の態様に記載のＳｉＣ半導体自立基板が提供される。
【０００９】
本発明の第３の態様によれば、前記ＳｉＣ半導体結晶には、前記ＳｉＣ半導体結晶の導電性を制御する不純物が添加されている第１又は第２の態様に記載のＳｉＣ半導体自立基板が提供される。
【００１０】
本発明の第４の態様によれば、第１から第３の態様のいずれかに記載のＳｉＣ半導体自
立基板上に形成された電子デバイス用エピタキシャル層を備えるＳｉＣ半導体電子デバイスが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＳｉＣ半導体自立基板を用いて形成される電子デバイスの耐電圧、オン抵抗、素子寿命等のばらつきを抑えて歩留まりを向上させることが可能なＳｉＣ半導体自立基板及びＳｉＣ半導体電子デバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るＳｉＣ半導体自立基板の製造に用いられるＳｉＣ種基板に対して平滑化を行う平滑化加工装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＳｉＣ半導体自立基板の製造に用いられるＳｉＣ種基板のステップテラス構造を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＳｉＣ半導体自立基板の製造に用いられるＳｉＣ半導体結晶製造装置の概略構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るショットキーバリアダイオードとして構成されるＳｉＣ半導体電子デバイスの概略断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るＳｉＣ種基板面内のステップ高さ及びテラス幅の測定箇所を示す平面図である。
【図６】従来技術に係るＳｉＣ半導体結晶の結晶成長過程を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜知見＞
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明者が得た知見について説明する。
【００１４】
本発明者によれば、高品質のＳｉＣ半導体自立基板を得るためにＳｉＣ半導体結晶中の貫通転位密度を低減させても、高性能の電子デバイスを得るのに充分ではない。すなわち、本発明者が、貫通転位密度を低減させたＳｉＣ半導体結晶を備えるＳｉＣ半導体自立基板を用いて電子デバイスを形成し、得られた複数の素子の耐電圧、オン抵抗、素子寿命等の特性を調べたところ、各素子が得られた基板面内の位置に応じて素子間に顕著な特性のばらつきがみられ、これら複数の素子の中には極端に特性の劣るものが含まれていた。このような特性のばらつきは、歩留まり低下に繋がるおそれがある。
【００１５】
そこで、本発明者はさらに研究を進め、上記基板面内での素子の特性のばらつきが、電子デバイス製造工程中における電子デバイス用エピタキシャル層の成長過程で新たに発生した転位のためであること、また、このような転位が、ＳｉＣ半導体自立基板面内の格子定数のばらつきに起因していることを突き止めた。本発明者の考察によれば、ＳｉＣ半導体自立基板面内の格子定数のばらつきは、ＳｉＣ半導体結晶の形成時に以下のメカニズムによって発生する。
【００１６】
ＳｉＣ半導体自立基板を構成するＳｉＣ半導体結晶は、一般的に、ＳｉＣの｛０００１｝面基板を種結晶として用い、昇華再結晶法により形成される。すなわち、上記ＳｉＣ種基板をるつぼ内に配置し、同じくるつぼ内に配置したＳｉＣ原料粉末を加熱昇華させ、昇華ガスをＳｉＣ種基板に付着させることで、ＳｉＣ種基板上にＳｉＣ半導体結晶を成長させる。このとき、ＳｉＣ半導体結晶の導電性を制御するため、ＳｉＣ半導体結晶中に不純物を添加しながら成長させていく。ＳｉＣ半導体結晶中の導電性は、ＳｉＣ半導体結晶構造中の珪素（Ｓｉ）原子又は炭素（Ｃ）原子の位置を不純物元素によって置換させることで制御することができる。
【００１７】
上記のＳｉＣ種基板上にＳｉＣ半導体結晶が成長する様子を、図６に示す。ＳｉＣ種基
板５２は、例えばオフ角度の付いていない｛０００１｝面基板である。図６（ａ）に示すように、ＳｉＣ種基板５２表面は、凹凸面５１を有している。凹凸面５１の上面（テーブル面）５１ｃはｃ面（（０００１）面）であり、本来の結晶成長面である。凹凸面５１の核側面（ファセット面）５１ｆは、結晶成長方向であるｃ軸（［０００１］軸）に対して傾角を持った面であり、例えば（１１−２２）面、（１−１０２）面、（１１−２３）面、（１１−２５）面等である。
【００１８】
図６（ｂ）に示すように、ＳｉＣ種基板５２上にＳｉＣ半導体結晶６３を成長させる際、上記のような凹凸面５１はあたかも二次元核形成による島状核のように作用し、上面５１ｃの結晶成長速度よりも核側面５１ｆの結晶成長速度が遅くなる。このため、ＳｉＣ半導体結晶６３中の核側面領域６１ｆでの不純物の取り込みが比較的多くなり、ＳｉＣ半導体結晶６３中の上面領域６１ｃよりも不純物濃度が上がってしまう。
【００１９】
ＳｉＣ半導体結晶６３の成長がさらに進むにつれ、核側面５１ｆ上に形成されるＳｉＣ半導体結晶６３の成長面の傾斜がなだらかになって不純物濃度は減少していくが、図６（ｃ）に示すように、例えば核側面５１ｆの形成する凹部が埋まってＳｉＣ半導体結晶６３の表面が略平坦になる頃にまで不純物濃度の偏りの影響が続き、ＳｉＣ半導体結晶６３の厚さ方向に伸びる不純物濃度の高い核側面領域６１ｆ，６２ｆ，６３ｆと、不純物濃度が低くて略一定の上面領域６１ｃ，６２ｃ，６３ｃと、が混在した状態でＳｉＣ半導体結晶６３が形成されてしまう。核側面領域６１ｆ，６２ｆ，６３ｆでは、高濃度の不純物の影響により、結晶格子の歪みが他の領域より大きくなっている。なお、図６において、断面に散点状に付した点の濃淡によって、不純物濃度の高低を表している。
【００２０】
このような不純物濃度の高い核側面領域６１ｆ，６２ｆ，６３ｆは、ＳｉＣ半導体結晶６３の表面若しくは表面近傍にまで達し、ＳｉＣ半導体結晶６３の表面若しくは表面近傍に不純物濃度の異なる領域が表れて、ＳｉＣ半導体自立基板の面内の格子定数のばらつきが発生する原因となっていると考えられる。
【００２１】
本発明者は、上記課題を解決すべく、さらに鋭意研究を重ねた。その結果、格子定数のばらつきを所定値以下に抑えることで、耐電圧、オン抵抗、素子寿命等のばらつきを低減することができるとの知見を得た。また、ＳｉＣ種基板に所定の平滑化加工を施すと、凹凸面に起因する格子定数のばらつきを低減することができるとの知見を得るに至った。本発明は、発明者が見出した上記知見に基づくものである。
【００２２】
＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態に係るＳｉＣ半導体自立基板について説明する。ここで自立基板とは、自らの形状を保持できるだけでなく、ハンドリングに不都合が生じない程度の強度を有する基板をいう。
【００２３】
（１）ＳｉＣ半導体自立基板
一実施形態に係るＳｉＣ半導体自立基板は、不純物を含む六方晶系のＳｉＣ半導体結晶から構成される直径２インチの自立基板であって、ＳｉＣ半導体電子デバイスを形成する主面を備えている。ＳｉＣ半導体電子デバイスを形成する主面は、例えばＳｉ（０００１）面である。この場合、反対側の主面はＣ（０００−１）面である。ＳｉＣ半導体電子デバイスを形成する主面側の基板面内の格子定数のばらつきは、所定の範囲内、例えば±５５ｐｐｍ以下、好ましくは±２５ｐｐｍ以下、より好ましくは±１５ｐｐｍ以下となっているのがよい。係る格子定数のばらつきは、具体的にはａ軸方向の格子定数のばらつき、つまり、ａ軸長のばらつきである。
【００２４】
ａ軸長は、Ｘ線回折による測定データから算出することができる。Ｘ線回折の測定デー
タの取得にあたっては、実際に電子デバイスが形成される基板面内の領域、例えばＳｉＣ半導体自立基板の最外周から半径方向に２ｍｍ内側までの領域を除いた基板面内の複数個所で測定を行う。上記格子定数のばらつきは、基板面内における複数の測定データから算出されるａ軸方向の格子定数の標準偏差を平均値で除した値である。以下に、ａ軸長の算出方法及び測定データの取得方法について詳述する。
【００２５】
ＳｉＣ半導体結晶が備える六方晶系の結晶格子のａ軸長は、Ｘ線回折により得られるＳｉＣ（０００６）の面間隔ｄ０００６と、ＳｉＣ（２０−２４）の面間隔ｄ２０−２４との測定結果から、次式（１）及び（２）により算出される。式（１）はｃ軸長を算出する式であり、式（２）はｃ軸長からａ軸長を算出する式である。
ｃ＝６×ｄ０００６      …（１）
【００２６】
【数１】
2012121749.tif 000003
【００２７】
格子定数の測定に、ＳｉＣ（０００６）とＳｉＣ（２０−２４）とを用いたのは、より誤差の少ない測定が可能だからである。
【００２８】
上記のＳｉＣ（０００６）の面間隔ｄ０００６及びＳｉＣ（２０−２４）の面間隔ｄ２０−２４は、例えばスペクトリス株式会社製のＸ’Ｐｅｒｔ  ＭＲＤを用いたＸ線回折により測定することができる。Ｘ線管球の陽極材を銅（Ｃｕ）とし、加速電圧を４５ｋＶ、フィラメントに流す電流を４０ｍＡとすることが好ましい。Ｘ線管球の先の光学系は、１／２°のダイバージェンススリット、Ｘ線ミラー、Ｇｅ（２２０）２結晶モノクロメータ、横幅０．２ｍｍ×縦幅０．２ｍｍのクロススリットコリメータの順に配置して構成することができる。また、例えば直径が２インチのＳｉＣ半導体自立基板を測定する場合、基板の直径方向に１ｍｍ間隔で測定し、格子定数の基板面内の分布が得られるように測定することが好ましい。ここで最外周から２ｍｍ内側までの領域は評価対象外とすることが望ましい。
【００２９】
（２）ＳｉＣ半導体自立基板の製造方法
次に、一実施形態に係るＳｉＣ半導体自立基板の製造方法について、以下に説明する。本実施形態においては、直径２インチのＳｉＣ種基板の表面に光触媒反応による平滑化加工を施し、ＳｉＣ種基板の平滑化された面上にＳｉＣ半導体結晶を成長させてＳｉＣ半導体自立基板を形成する。
【００３０】
（ＳｉＣ種基板の平滑化加工）
まずは、本実施形態に係るＳｉＣ種基板の光触媒反応型化学的加工法による平滑化加工について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るＳｉＣ半導体自立基板の製造に用いられるＳｉＣ種基板に対して平滑化を行う平滑化加工装置を示す概略構成図である。
【００３１】
光触媒反応型化学的加工法は、ラジカル捕捉剤が添加された水溶液中で光触媒活性を有する薄膜を被処理基板の表面に対向配置し、前記薄膜に光を照射して前記薄膜上で酸化力を有する活性種を生成し、前記活性種と前記表面の原子とを化学反応させ、前記表面を溶
出可能な化合物へと変化させて除去することにより、前記表面を平滑化する方法である。
【００３２】
図１に示す平滑化加工装置は、水溶液１０を収容する容器１１と、光触媒薄膜としての二酸化チタン（ＴｉＯ２）薄膜５が形成された光触媒膜支持体としての石英（ＳｉＯ２）基板６と、ＴｉＯ２薄膜５が形成された面とは反対側の面から石英基板６を透過してＴｉＯ２薄膜５に紫外線ＵＶを照射する紫外線照射手段（図示せず）とを備えている。水溶液１０には、例えば溶存酸素量の高い水（Ｈ２Ｏ）に、ラジカル捕捉剤としてのメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を所定量添加したものを用いることができる。ＴｉＯ２薄膜５は、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気下で、所定圧力、所定温度に保った石英基板６に対し、マグネトロンスパッタ法により、ＴｉＯ２焼成体をターゲットとするスパッタを行い形成する。
【００３３】
上記の平滑化加工装置により平滑化加工を施す被処理基板としては、例えばＳｉ（０００１）面を主面１とするＳｉＣ種基板２を用いる。ＳｉＣ種基板２の主面１には、例えば機械的に鏡面研磨処理が施されてはいるが、主面１は例えば図６に示す凹凸面５１と同様の凹凸部を有している。
【００３４】
水溶液１０中でＴｉＯ２薄膜５をＳｉＣ種基板２の主面１に接触させ、ＴｉＯ２薄膜５に石英基板６側から紫外線ＵＶを照射する。このとき、ＴｉＯ２薄膜５の表面では紫外線ＵＶの照射により水酸ラジカル（ヒドロキシラジカル：ＯＨ＊）が生成し、生成した水酸ラジカルがＳｉＣ種基板２の主面１のＳｉ原子と主に反応し、酸化珪素（ＳｉＯ２）を形成する。反応後、例えばフッ化水素（ＨＦ）の水溶液（フッ化水素酸）により、ＳｉＣ種基板２の主面１から、光触媒反応で形成されたＳｉＯ２を除去する。
【００３５】
ＳｉＣ種結晶２の主面１が有する凹凸部において、活性種が優先的に凸部に吸着し、表面原子と反応してＳｉＯ２を形成していく。このように、反応が進むにつれて主面１は平滑化され、図２に示すようなステップｓとテラスｔとからなるステップテラス構造が主面１に形成される。このとき、メタノールの添加量（濃度）を調整することにより、ＴｉＯ２薄膜５の表面から活性種が拡散可能な距離を制御することができ、ＳｉＣ種基板２を所定の平滑度、つまり所定のステップ高さとテラス幅を有するように平滑化することができる。
【００３６】
以上により、本実施形態に係るＳｉＣ種基板２の平滑化加工を終了する。
【００３７】
（ＳｉＣ半導体結晶の形成）
次に、平滑化加工を施したＳｉＣ種基板２の主面１（被加工面）上での、昇華再結晶法によるＳｉＣ半導体結晶の形成について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係るＳｉＣ半導体自立基板の製造に用いられるＳｉＣ半導体結晶製造装置の概略図である。
【００３８】
図３に示すＳｉＣ半導体結晶製造装置は、真空容器２０と、真空容器２０内に配設され、断熱材２３により囲われた高純度黒鉛製るつぼ２１と、真空容器２０を介して高純度黒鉛製るつぼ２１内に雰囲気ガスを導入するガス導入管２８と、高純度黒鉛製るつぼ２１内に導入されたガスを排気する真空排気装置２６と、を備えている。真空容器２０の外壁には、誘導加熱により高純度黒鉛製るつぼ２１内を加熱するワークコイル２７が配設されている。高純度黒鉛製るつぼ２１の上部には蓋体２２が設けられ、蓋体２２の下面、すなわち高純度黒鉛製るつぼ２１内に向いた面には、平滑化加工の施されたＳｉＣ種基板２が主面１（被加工面）を下にして取りつけられている。ＳｉＣ種基板２の主面１と対向する高純度黒鉛製るつぼ２１の底部には、ＳｉＣ原料粉末４が充填されている。
【００３９】
本実施形態では、上記のＳｉＣ半導体結晶製造装置にて、ＳｉＣ種基板２上にＳｉＣ半導体結晶３を形成する。すなわち、高純度黒鉛製るつぼ２１内を真空排気装置２６により真空排気し、ワークコイル２７に電流を流して誘導加熱によりるつぼ２１内を予備加熱して、ＳｉＣ原料粉末４を所定温度とする。次に、雰囲気ガスとして、例えば高純度のＡｒガスを高純度黒鉛製るつぼ２１内に導入し、高純度黒鉛製るつぼ２１内を所定圧力に保ったまま、さらに処理温度となるまで昇温する。その後、所定時間、高純度黒鉛製るつぼ２１内を同温度に保つ。これにより、ＳｉＣ原料粉末４が昇華され、発生したＳｉＣの昇華ガスが平滑化加工を施したＳｉＣ種基板２の主面１に付着して、ＳｉＣ半導体結晶３が成長していく。
【００４０】
このとき、ＳｉＣ半導体結晶３の導電性を制御するため、Ａｒガス中に不純物元素を含むガスを添加したり、或いはＳｉＣ原料粉末４中に予め不純物を混合したりして、ＳｉＣ半導体結晶３中に不純物をドーピングしながら成長させる。ＳｉＣ半導体結晶３のキャリア型は不純物元素の種類によって決まり、さらに不純物濃度を制御することにより、ＳｉＣ半導体結晶３の導電性を制御することができる。例えば、キャリア型をｎ型とする場合は窒素（Ｎ）等を不純物元素としてドーピングすることができ、ｐ型とする場合はホウ素（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）等をドーピングすることができる。これらの不純物は置換型不純物として作用する。
【００４１】
このとき、ＳｉＣ半導体結晶３を成長させるＳｉＣ種基板２の主面１は、ステップテラス構造を有している。したがって、ＳｉＣ半導体結晶３の成長過程は、ステップフロー成長となる。つまり、図２に示したテラスｔにおける二次元核の発生頻度が少なく、ステップｓ端での成長が支配的となる。これにより、ＳｉＣ種基板２と略同一の良質な結晶構造を有し、不純物濃度のばらつきの少ないＳｉＣ半導体結晶３を形成することができる。
【００４２】
ＳｉＣ半導体結晶３を所定時間成長させた後、ＳｉＣ半導体結晶３の形成を終了する。以上により、ＳｉＣ半導体結晶３のインゴットが得られる。こうして得られたインゴットを、ＳｉＣ半導体結晶３の成長方向（ｃ軸方向）に対して垂直に所定の厚さでスライスして基板を切出し、基板表面に鏡面研磨等を施して、ＳｉＣ半導体電子デバイスを形成するＳｉ面（主面）を備えるＳｉＣ半導体自立基板を製造する。
【００４３】
（３）ＳｉＣ半導体電子デバイスの製造方法
続いて、一実施形態に係るＳｉＣ半導体電子デバイスの製造方法について、以下に説明する。本実施形態においては、先に製造したＳｉＣ半導体自立基板上に電子デバイス用エピタキシャル層としてのＳｉＣ層を形成してＳｉＣ半導体電子デバイスを製造する。
【００４４】
図４に、本実施形態に係るＳｉＣ半導体電子デバイスを例示する。本実施形態に係るＳｉＣ半導体電子デバイスは、例えばショットキーバリアダイオードとして構成されており、ＳｉＣ半導体自立基板がチップ状にダイシングされたＳｉＣ半導体結晶基板３３と、ＳｉＣ半導体結晶基板３３の表面のＳｉ面上に形成された電子デバイス用エピタキシャル層としてのＳｉＣ層３４と、ＳｉＣ層３４上に形成されエッチング等により成形されたショットキー電極３２と、ＳｉＣ半導体結晶基板３３の裏面のＣ面に形成されたオーミック電極３１と、を備えている。
【００４５】
（ＳｉＣ層の形成）
ＳｉＣ層３４は、例えばエピタキシャル成長法により、ＳｉＣ半導体自立基板上に形成される。エピタキシャル成長の手法は、液相であっても気相であってもよい。本実施形態では、気相のエピタキシャル成長法、つまり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化
学気相成長）法により、ＳｉＣ層３４を形成する場合について説明する。ＣＶＤ法は、ＳｉＣのエピタキシャル成長において一般的な手法のひとつであり、成長速度が比較的大き
く、エピタキシャル層の層厚等、各種特性の制御性や再現性に優れる。
【００４６】
本実施形態に係るＣＶＤ装置は、例えばホットウォール型ＣＶＤ装置として構成され、石英等により構成される反応炉と、反応炉内に設けられ、基板を載置するグラファイト製のサセプタと、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）ガス、Ｃ原料ガスとしてのプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガス、Ｓｉ原料ガスとしてのモノシラン（ＳｉＨ４）ガス、ドーパントガスとしての窒素（Ｎ２）ガスをそれぞれ反応炉内に供給するキャリアガス供給系と、Ｃ原料ガス供給系と、Ｓｉ原料ガス供給系と、ドーパントガス供給系と、反応炉内に供給されたガスを排気するドライポンプと、を備えている。サセプタ近傍の反応炉外壁には、誘導加熱によりサセプタを加熱する高周波誘導加熱装置が配設されている（いずれも図示せず）。
【００４７】
ＳｉＣ層３４は、上記のＣＶＤ装置を用いて、以下により形成される。すなわち、反応炉内のサセプタ上に、Ｓｉ面を上にしてＳｉＣ半導体自立基板を載置し、ドライポンプにより反応炉内を例えば３×１０−５Ｐａ以下の真空度になるまで減圧する。続いて、キャリアガス供給系よりＨ２ガスを所定の流量で供給し、反応炉内を所定圧力とするとともに、高周波誘導加熱装置にてサセプタの加熱を開始する。サセプタが所定温度となったら、Ｈ２ガスの供給を継続したまま所定時間保持して予備加熱を行い、その後、更にサセプタの温度を処理温度まで上昇させる。次に、サセプタを処理温度に維持したまま、Ｃ３Ｈ８ガスを反応炉内に供給する。次いで、ＳｉＨ４ガス及びＮ２ガスを反応炉内に供給する。Ｃ３Ｈ８ガスとＳｉＨ４ガスとのそれぞれの流量は、形成するＳｉＣ層３４のＣ／Ｓｉ比が所望の値となるよう制御する。各ガスの供給を所定時間維持し、所定膜厚のＳｉＣ層３４を形成する。
【００４８】
所定時間が経過し、所定膜厚のＳｉＣ層３４が得られたら、ＳｉＨ４ガス及びＮ２ガスの供給を停止し、続いてＣ３Ｈ８ガスの供給を停止する。次に、高周波誘導加熱装置による誘導加熱を停止し、Ｈ２ガスの気流中でサセプタを冷却する。サセプタが充分に冷却されたら、Ｈ２ガスの供給を停止して、反応炉内を真空排気し、ＳｉＣ層３４が形成されたＳｉＣ半導体自立基板を処理炉内から取り出す。
【００４９】
（電極の形成）
次に、ＳｉＣ半導体自立基板（後のＳｉＣ半導体結晶基板３３）の両面に電極を形成し、ＳｉＣ層３４をデバイス形成用のドリフト層として、例えばショットキーバリアダイオードとして構成されるＳｉＣ半導体電子デバイスを形成する。すなわち、ＳｉＣ半導体自立基板のＣ面（ＳｉＣ層３４の形成面と反対側の面）に、例えばニッケル（Ｎｉ）を真空蒸着し、接触抵抗の低減のため例えば８００℃で熱処理を行って、オーミック電極３１を形成する。また、ＳｉＣ半導体自立基板のＳｉ面側のＳｉＣ層３４上に、例えばチタン（Ｔｉ）を真空蒸着し、エッチング等により成形して、例えば電極サイズが２００μｍのショットキー電極３２を形成する。
【００５０】
その後、ＳｉＣ層３４及び電極３１，３２が形成されたＳｉＣ半導体自立基板を所定サイズのチップ状にダイシングし、ショットキーバリアダイオードとして構成されるＳｉＣ半導体電子デバイスを得る。
【００５１】
（４）一実施形態に係る効果
一実施形態によれば、以下に示すひとつまたは複数の効果を奏する。
【００５２】
本実施形態によれば、ＳｉＣ半導体自立基板が備えるＳｉＣ半導体結晶３は六方晶系の結晶格子を備え、結晶格子の格子定数のばらつきを、ＳｉＣ半導体自立基板の面内のａ軸方向の格子定数の標準偏差を平均値で除した値とするとき、格子定数のばらつきが±５５ｐｐｍ以下である。これによって、ＳｉＣ半導体自立基板を用いて電子デバイスを形成し
た場合、格子定数のばらつきに起因する、耐電圧、オン抵抗、素子寿命等のばらつきを抑えて電子デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、ＳｉＣ半導体電子デバイスは、格子定数のばらつきを±５５ｐｐｍ以下としたＳｉＣ半導体自立基板上に形成されたＳｉＣ層３４を備える。これによって、ＳｉＣ層３４の成長過程での転位の発生を抑制することができ、良質なＳｉＣ層３４を形成することができる。また、このＳｉＣ層３４を備えるＳｉＣ半導体デバイスの歩留まりを向上させることが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、ＳｉＣ半導体結晶３を成長させるＳｉＣ種基板２の主面１に、光触媒反応型化学的加工法による平滑化加工を施す。これによって、ＳｉＣ種基板２の主面１がステップテラス構造となり、この主面１上に、ステップフロー成長によりＳｉＣ半導体結晶３を成長させることができ、ＳｉＣ半導体結晶３中の不純物濃度のばらつきを抑制して、格子定数のばらつきを±５５ｐｐｍ以下に抑えることができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、ＳｉＣ種基板２の光触媒反応型化学的加工法による平滑化加工を、所定の添加量に調整されたメタノール水溶液中で行う。これによって、ＳｉＣ種基板２のステップ高さとテラス幅を所定値に制御することができ、所望のＳｉＣ半導体結晶３を形成することができる。
【００５６】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５７】
例えば、上述の実施形態においては、格子定数のばらつきを所定範囲内としたＳｉＣ半導体自立基板の主面はＳｉ（０００１）面であったが、Ｃ（０００−１）面、或いはその他の低指数面等でもよく、更には、主面はＳｉ（０００１）面等に対して所定方向に所定のオフ角度で傾斜させた傾斜面であってもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態においては、ＳｉＣ種基板２上に結晶成長させたＳｉＣ半導体結晶３の部分をスライス等してＳｉＣ半導体自立基板としたが、ＳｉＣ種基板を含む形、つまり、ＳｉＣ種基板とその上に成長させたＳｉＣ半導体結晶とでＳｉＣ半導体自立基板が構成されていてもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態においては、ＳｉＣ半導体自立基板に導電性を付与する不純物（ドーパント）を添加したが、意図的には不純物を添加しないＳｉＣ半導体自立基板であってもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態においては、ＳｉＣ半導体電子デバイスとして、ＳｉＣ半導体自立基板を用いてショットキーバリアダイオードを形成したが、これに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化物半導体電
界効果トランジスタ）や、ＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor FET：金属絶
縁物半導体ＦＥＴ）、ＭＥＳＦＥＴ（Metal- Semiconductor FET：金属半導体ＦＥＴ）等にも本発明を適用することができ、パワー用途の半導体電子デバイスに有用である。
【００６１】
また、上述の実施形態においては、ＳｉＣ半導体結晶製造装置によりＳｉＣ半導体結晶を製造する際、雰囲気ガスとしてＡｒガスを用いることとしたが、雰囲気ガスはこれに限らず、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の不活性ガスを用いることも可能である。
【００６２】
また、上述の実施形態においては、電子デバイス用エピタキシャル層を形成する際、Ｃ原料ガスとしてＣ３Ｈ８ガスを用いることとしたが、Ｃ原料ガスはこれに限らず、例えばエタン（Ｃ２Ｈ４）ガス等の他の炭化水素系のガスを用いることも可能である。また、Ｓｉ原料ガスとして、ＳｉＨ４ガス以外にも、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガス、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）ガスのような水素化珪素系のガスや塩化珪素系のガス等を用いることも可能である。
【００６３】
また、上述の実施形態においては、直径２インチのＳｉＣ半導体自立基板の例について説明したが、ＳｉＣ半導体自立基板の直径は２インチ以上とすることが好ましい。ＳｉＣ半導体自立基板の直径は、製造時に用いる平滑化加工前のＳｉＣ種基板の直径に依存し、大口径のＳｉＣ種基板を用いることで、それに伴い大口径のＳｉＣ半導体自立基板を得ることができる。
【実施例】
【００６４】
次に、本発明に係る実施例について比較例とともに説明する。
【００６５】
（１）ステップテラス構造の形状評価
まず、上述の実施形態に係るＳｉＣ種基板２の平滑化加工と同様、光触媒反応型化学的加工法を用いて、ＳｉＣ種基板の主面に平滑化加工を施した。光触媒薄膜として用いたＴｉＯ２薄膜は、マグネトロンスパッタ法により、以下の条件にて形成した。
処理圧力（全圧）：３Ｐａ（Ａｒガス１００％雰囲気）
基板温度：３００℃
プラズマ出力：３００Ｗ
処理時間：２４分
【００６６】
ＳｉＣ種基板には、オフ角度の付いていない２インチの４Ｈ−ＳｉＣ基板を用いた。このＳｉＣ種基板に対して、メタノール濃度の異なる水溶液中でそれぞれ光触媒反応型化学的加工法による平滑化加工を行って、実施例に係るＳｉＣ種基板のサンプル１〜３を作成した。平滑化加工時の詳細条件を、以下に示す。
メタノール濃度
サンプル１：  １ｖｏｌ％
サンプル２：１５ｖｏｌ％
サンプル３：４０ｖｏｌ％
紫外線照射時間：２時間
ＳｉＯ２除去：２５％  ＨＦ水溶液
【００６７】
上記実施例に係るＳｉＣ種基板のサンプル１〜３、及び比較例として平滑化加工を施さないＳｉＣ種基板を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）により観察し
、ステップ高さとテラス幅とを測定した。図５に示すように、実施例に係る各サンプル及び比較例における測定箇所は、各基板面内の中心及び中心から上下左右それぞれ１５ｍｍの位置の、合計５箇所とした。上記実施例に係る各サンプルおよび比較例におけるステップ平均高さとテラス平均幅を以下に示す。
サンプル１（１ｖｏｌ％メタノール水溶液）
ステップ平均高さ：約２６．３ｎｍ，テラス平均幅：≧３５ｎｍ
サンプル２（１５ｖｏｌ％メタノール水溶液）
ステップ平均高さ：約０．４５ｎｍ，テラス平均幅：≧３３５ｎｍ
サンプル３（４０ｖｏｌ％メタノール水溶液）
ステップ平均高さ：約０．２９ｎｍ，テラス平均幅：≧１２５０ｎｍ
比較例（平滑化加工なし）
ステップ、テラスとも観察されず
【００６８】
実施例に係るＳｉＣ種基板のサンプル１〜３及び比較例の観察によって、平滑化加工前には認められなかったステップテラス構造が、平滑化加工により形成されていることがわかった。さらに、メタノールの濃度を高めるにつれて、ステップ高さが減少し、テラス幅が増加して、基板表面の平滑度が増していることがわかった。
【００６９】
（２）格子定数のばらつき評価
次に、上述の実施形態と同様の手法により、実施例に係るＳｉＣ種基板のサンプル１〜３及び比較例に係るＳｉＣ種基板の主面（Ｓｉ（０００１）面）に、ＳｉＣ半導体結晶を成長させた。ＳｉＣ半導体結晶の成長条件は、以下のとおり、実施例に係るすべてのサンプル及び比較例で同一とした。
高純度黒鉛製るつぼ内圧力：１５．０ｋＰａ
雰囲気ガス：高純度Ａｒガス（純度９９．９９９５％）
不純物：５０％濃度の窒素（Ａｒガス導入時にＮ２ガスを添加）
予備加熱温度：２０００℃
処理温度：２３５０℃（処理時間：約１６時間）
＊高純度黒鉛製るつぼ内の温度勾配：１０℃／ｃｍ）
【００７０】
このようにして得られた各ＳｉＣ半導体結晶のインゴットを切出し、ＳｉＣ半導体自立基板をそれぞれ形成した。
【００７１】
実施例に係るサンプル１〜３及び比較例に係るＳｉＣ種基板から得られた各ＳｉＣ半導体自立基板について、上述の実施形態と同様、Ｘ線回折により、ＳｉＣ（０００６）の面間隔ｄ０００６及びＳｉＣ（２０−２４）の面間隔ｄ２０−２４の面内分布をそれぞれ測定し、ａ軸長のばらつきを算出した。結果を、以下に示す。
サンプル１（１ｖｏｌ％メタノール水溶液）：±５４．２３ｐｐｍ
サンプル２（１５ｖｏｌ％メタノール水溶液）：±２３．７５ｐｐｍ
サンプル３（４０ｖｏｌ％メタノール水溶液）：±１２．４６ｐｐｍ
比較例（平滑化加工なし）：±６５．６３ｐｐｍ
【００７２】
平滑化加工を施した実施例に係るＳｉＣ種基板のサンプル１〜３より得られたＳｉＣ半導体自立基板の格子定数のばらつき、より具体的にはａ軸長のばらつきは、平滑化加工を施さない比較例に比べて低減されることがわかった。また、高濃度メタノール水溶液中で平滑化し、ＳｉＣ種基板のＳｉ面（平滑化加工の被処理面かつＳｉＣ半導体結晶の形成面）の平滑度が高かったサンプルを用いるほど、得られるＳｉＣ半導体自立基板の格子定数のばらつきが低減されることがわかった。
【００７３】
（３）ショットキーバリアダイオードの良品率評価
実施例に係るＳｉＣ種基板のサンプル１〜３及び比較例に係るＳｉＣ種基板から得られた各ＳｉＣ半導体自立基板上に、上述の実施形態と同様、エピタキシャル成長法により、ＳｉＣ層を形成した。以下のとおり、ＳｉＣ層の成長条件は、すべてのＳｉＣ半導体自立基板で同一とした。
高純度黒鉛製るつぼ内圧力：１３．３ｋＰａ
キャリアガス：Ｈ２ガス  ２０ｓｌｍ
Ｃ原料ガス：Ｃ３Ｈ８ガス  ２．４ｓｃｃｍ
Ｓｉ原料ガス：ＳｉＨ４ガス  ６．０ｓｃｃｍ    （Ｃ／Ｓｉ比：１．２）
ドーパントガス：Ｎ２ガス  １．０ｓｃｃｍ
（不純物濃度：１．１×１０１６ｃｍ−３）
予備加熱温度：１４００℃（保持時間：５分）
処理温度：１５００℃（処理時間：３０分）
【００７４】
上記条件下で、層厚が６．０μｍのＳｉＣ層を形成した。その後、上述の実施形態と同様の手法により、各電極を形成しダイシングして、ショットキーバリアダイオードをそれぞれ得た。
【００７５】
このようにして得られたショットキーバリアダイオードそれぞれについて、電流・電圧測定（Ｉ−Ｖ測定）を行って、リーク電流値、逆方向電圧での耐圧とそのばらつき範囲を調査するとともに、ショットキーバリアダイオードの良・不良判定を行った。判定においては、各ショットキーバリアダイオードに２００Ｖの逆方向電圧を印加したときに流れる電流値が１μＡ／ｃｍ２以下のものを良品とし、全品に対する良品率（％）を算出した。
【００７６】
格子定数のばらつきが少ないＳｉＣ半導体自立基板を用いたショットキーバリアダイオードほど、リーク電流値が低く、耐圧が高かった。また、耐圧のばらつき範囲も狭く、良品率が高かった。以下の表に、上記耐圧のばらつき範囲（Ｖ）及び良品率（％）を、これまでに示してきた測定データとともに示す。
【００７７】
【表１】
2012121749.tif 000004
【００７８】
以上の結果から、ＳｉＣ半導体自立基板の主面内の格子定数のばらつきを所定値以下とすることで、ＳｉＣ半導体自立基板から得られるＳｉＣ半導体電子デバイスの特性のばらつきを低減できることがわかった。上述の評価結果から、格子定数のばらつきが±５５ｐｐｍを超えた辺りから、ショットキーバリアダイオードの良品率が急激に落ち込んでいることがわかる。よって、格子定数のばらつきの許容範囲としては、実施例に係るサンプル１〜３それぞれの結果から、例えば±５５ｐｐｍ以下、好ましくは±２５ｐｐｍ以下、より好ましくは±１５ｐｐｍ以下である。
【００７９】
また、上記結果から、格子定数のばらつきを低減するには、光触媒反応型化学的加工法により、ＳｉＣ種基板に平滑化加工を施すことが有効であることがわかった。さらに、平滑化加工を行う水溶液中のメタノール濃度を調整することで、ＳｉＣ種基板の平滑度（ステップ高さ及びテラス幅）を制御することが可能であることがわかった。
【符号の説明】
【００８０】
１  主面（Ｓｉ面）
２  ＳｉＣ種基板
３  ＳｉＣ半導体結晶
３１  オーミック電極
３２  ショットキー電極
３３  ＳｉＣ半導体結晶基板
３４  ＳｉＣ層（電子デバイス用エピタキシャル層）
【図１】
2012121749.tif 000005
【図２】
2012121749.tif 000006
【図３】
2012121749.tif 000007
【図４】
2012121749.tif 000008
【図５】
2012121749.tif 000009
【図６】
2012121749.tif 000010