(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロパイプ欠陥を有する炭化珪素単結晶を用意する工程と、
前記マイクロパイプ欠陥中を炭化珪素蒸気種で飽和状態にして熱処理を施すことにより、前記炭化珪素単結晶に存在するマイクロパイプ欠陥を閉塞させる工程と、を備え、
前記熱処理工程では、前記炭化珪素単結晶の温度を昇温させる工程と、前記炭化珪素単結晶の温度を前記昇温させた温度から降温させる工程とを、繰り返し行うことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロパイプ欠陥が閉塞された炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳｉＣ単結晶を種結晶として、改良レーリー法にてＳｉＣ単結晶を製造する際、マイクロパイプ欠陥（中空貫通欠陥）と呼ばれる直径サブμｍ乃至数μｍの中空貫通孔が略成長方向に沿って成長結晶中に内在される。マイクロパイプ欠陥はデバイスの電気的特性に悪影響を与えるため、マイクロパイプ欠陥があるＳｉＣ単結晶はデバイス形成用の基板に適さない。このため、マイクロパイプ欠陥を低減することが重要な課題となっている。
【０００３】
マイクロパイプ欠陥の低減方法として、米国特許第５、６７９、１５３号明細書や特開平５−２６２５９９号公報に示される方法が提案されている。
米国特許第５、６７９、１５３号明細書に示される方法は、シリコン中のＳｉＣ溶融を用いた液相エピタキシー法によって結晶成長させると、エピタキシャル成長途中でマイクロパイプ欠陥が閉塞されていくことを利用して、マイクロパイプ欠陥を有する種結晶（欠陥密度：５０〜４００ｃｍ-2）上にマイクロパイプ欠陥が低減されたエピタキシャル層（欠陥密度：０〜５０ｃｍ-2）を成長させている。
【０００４】
特開平５−２６２５９９号公報に示される方法は、種結晶の成長面として（０００１）面に垂直な面を使用することによって、アルカリエッチングに際し、六角形エッチピットが全く観察されない単結晶、つまりマイクロパイプ欠陥が存在しない単結晶を種結晶上に成長させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した２つの方法は共に、種結晶上に新たな単結晶を成長させ、その成長層のマイクロパイプ欠陥を低減するようにしている。
このため、前者の方法では、マイクロパイプ欠陥が無い部分を得るために、液相エピタキシー法にて２０〜７５μｍ以上のエピタキシャル層を成長させなければならず、また、その範囲以外では、依然としてマイクロパイプ欠陥が存在するという問題がある。また、このように形成されたエピタキシャル層を種結晶として、再び昇華法によって単結晶成長を行うと、マイクロパイプ欠陥が閉塞された部分が薄いことから、その閉塞された部分が昇華して再びマイクロパイプ欠陥の開口部を生じる可能性があり、種結晶の試料調整や昇華法成長条件の適正化が困難であるという問題もある。
【０００６】
一方、後者の方法では、マイクロパイプ欠陥の発生を抑制する点では効果があるが、成長させた単結晶に新たな積層欠陥が導入されるため、基板の電気的特性に異方性を生じ、電子デバイス用基板としては適さないという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされ、新たな成長層にてマイクロパイプ欠陥の発生、継承を抑制するのではなく、炭化珪素単結晶に存在しているマイクロパイプ欠陥を閉塞させることができるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
請求項１に記載の発明においては、マイクロパイプ欠陥を有する炭化珪素単結晶を用意する工程と、マイクロパイプ欠陥中を炭化珪素蒸気種で飽和状態にして熱処理を施すことにより、炭化珪素単結晶に存在するマイクロパイプ欠陥を閉塞させる工程とを備え、熱処理工程では、炭化珪素単結晶の温度を昇温させる工程と、炭化珪素単結晶の温度を昇温させた温度から降温させる工程とを、繰り返し行うことを特徴としている。
【０００８】
このように、マイクロパイプ欠陥中を炭化珪素蒸気種で飽和状態にして熱処理を施すことにより、炭化珪素単結晶に存在するマイクロパイプ欠陥を閉塞させることができる。さらに、熱処理工程において、炭化珪素単結晶の温度を昇温させる工程と炭化珪素単結晶の温度を昇温させた温度から降温させる工程を繰り返すことで、再度の昇温時にその温度差による平衡蒸気圧分だけ炭化珪素を再昇華させ、再度の降温時に転位の合体を進行させられるため、効率的に降温の蒸気圧分を再結晶化させてマイクロパイプ欠陥を閉塞させることができる。
【０００９】
例えば、炭化珪素単結晶の温度を１８００〜２５００℃の範囲内で、昇温・降温を繰り返すことによって上記効果が得ることができる。
なお、昇温・降温を繰り返すことによって、炭化珪素単結晶が高温・低温となる工程を繰り返させているが、繰り返される高温工程のそれぞれの温度や低温工程のそれぞれの温度が順に低くなるようにすれば、より効率的にマイクロパイプ欠陥を閉塞することができる。
【００１０】
また、マイクロパイプ欠陥中を効率よく炭化珪素蒸気種で飽和状態にするために、炭化珪素単結晶表面の少なくとも一部を被覆材料で被覆するようにしてもよい。この場合、被覆材料としては、炭化珪素単結晶と同じ結晶形のＳｉＣ、異なる結晶形のＳｉＣいずれも適用可能であるが、炭化珪素単結晶の材料が六方晶形の場合、立方晶形や菱面体晶形の炭化珪素が適している。また、被覆材料として、ＳｉＣ多結晶体、ＳｉＣ焼結体、アモルファスＳｉＣ、カーボン材料、金属材料、金属炭化物、金属窒化物及び金属酸化物を適用することもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図１に、基板結晶（炭化珪素単結晶）１のマイクロパイプ欠陥１ａを閉塞するのに用いる熱処理装置の概略断面図を示す。
熱処理装置は、上部が開口したるつぼ２と、るつぼ２の開口部を覆う蓋体３により構成されている。これらるつぼ２と蓋体３はグラファイトで構成されている。
【００１２】
るつぼ２内には、マイクロパイプ欠陥１ａを閉塞するための熱処理を再現性良く安定に行うための原料となる炭化珪素４が収容されている。基板結晶１は蓋体３の下面を載置面として支持されるようになっており、るつぼ２の開口部を蓋体３で覆ったときに、基板結晶１が炭化珪素４に対向配置されるようになっている。以下、基板結晶１の両表面のうち載置面側を載置面側表面といい、載置面の反対側を非載置面側表面という。
【００１３】
なお、図１において図示していないが、るつぼ２の外周には、グラファイト製の抵抗発熱体が配置されており、この抵抗発熱体によってるつぼ２内の温度、具体的には基板結晶１の温度や炭化珪素４の温度が調整可能となっている。また、図示しないが、るつぼ２は雰囲気の圧力を調整できる容器内に入れられており、るつぼ２内への不活性ガス等の導入や、雰囲気圧力の調整が可能となっている。
【００１４】
また、図１に示すように、基板結晶１の非載置面側が被覆材料５で覆われている。この被覆材料５は、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法やスパッタ蒸着法や昇華法などの気相成長法、液相エピタキシー（ＬＰＥ）法などの液相成長法によって基板結晶１上に堆積させられる。
被覆材料５には基板結晶１と同じ結晶形のＳｉＣ、異なる結晶形のＳｉＣいずれも適用可能であるが、基板結晶１の材料が六方晶形炭化珪素単結晶の場合、立方晶形や菱面体晶形の炭化珪素が適している。特に、基板結晶１の結晶形が６Ｈ−ＳｉＣの場合には、３Ｃ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、１５Ｒ−ＳｉＣが被覆材料５として適しており、４Ｈ−ＳｉＣの場合には、３Ｃ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、１５Ｒ−ＳｉＣが被覆材料５として適している。
【００１５】
この他、被覆材料５として、ＳｉＣ多結晶体、ＳｉＣ焼結体、アモルファスＳｉＣ、カーボン材料（例えば黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレン等）、金属材料（例えば、Ｗ、Ｍｏ等）、金属炭化物（例えば、ＴａＣ、ＨｆＣ等）、金属窒化物（例えば、窒化タングステン等）、金属酸化物（例えば、ジルコニア、アルミナ等）を適用することもできる。
【００１６】
なお、被覆材料５を立方晶形炭化珪素（３Ｃ−ＳｉＣ）で構成する場合には、上記堆積方法の他に、例えばポリメチルカルボシラン等、ポリカルボシラン類等の有機珪素高分子を溶解した有機溶媒を基板結晶１に均一塗布し有機溶媒を乾燥した後、真空中、あるいは、Ａｒ、Ｎ2 等の非酸化雰囲気中にて６００〜１５００℃で熱分解してもよい。
【００１７】
図１では、基板結晶１の非載置面側表面を被覆材料５で覆っているが、基板結晶１の両表面の少なくとも一方を被覆材料５で覆っていればよく、非載置面側表面である必要はない。また、後述する熱処理に先立って被覆材料５を基板結晶１上に形成してもよいが、熱処理工程中に基板結晶１の表面に成長させてもよい。この被覆材料５は、数十ｎｍ〜数ｍｍの範囲で選択することができるが、マイクロパイプ欠陥閉塞のための熱処理条件の自由度と製造コストを考慮すると、数μｍ〜数１００μｍの範囲で選択することが好ましい。
【００１８】
また、基板結晶１の厚さも任意に選択可能であるが、基板結晶１を厚くした方がよりマイクロパイプ欠陥１ａがないものを一度に多く形成できること、さらに基板結晶１が薄すぎると変形、破損の可能性があり製造プロセス中の操作性に難点があるということを考慮すると、少なくとも１００μｍ以上とするのが望ましい。
【００１９】
このように構成される基板結晶１を図１に示す熱処理装置内に配置したのち、熱処理を施す。
このとき、熱処理の温度条件としては、炭化珪素原料４と基板結晶１の温度をそれぞれＴｏ（℃）、Ｔｓ（℃）とすると、これらの温度を例えば図４に示す熱処理温度プロファイルのように変化させる。
【００２０】
具体的には、炭化珪素原料４の温度Ｔｏについては、炭化珪素の昇華温度程度若しくはそれ以上の温度まで昇温させたのち、所定時間ほぼその温度を保持し、その後時間に応じて低温化させる。
基板結晶１の温度Ｔｓについては、比較的高温な所定温度（例えば、１８００〜２５００℃）まで昇温したのち、その所定温度から比較的低温になるまで降温し、さらに昇温・降温を繰り返して温度を変化させる。つまり、高温工程と低温工程を繰り返し行うという熱サイクルを施すことによって、基板結晶１の温度Ｔｓを高温、低温に変化させている。なお、本図においては、昇温・降温を２回繰り返したものを示しているが、それ以上繰り返し行うこともできる。また、高温から低温に移行させる間、及び低温から高温に移行させる間等において、温度が一定となる時間を設けてもよく、常に昇温・降温を行う必要はない。さらに、高温工程と低温工程を繰り返し行うが、繰り返し行われる高温工程のそれぞれの温度、低温工程のそれぞれの温度をすべて同等の温度にする必要はなく、例えば本図の矢印（ΔＴ１、ΔＴ２）にて示されるように順に温度を低くしてもよい。さらに、熱サイクルの回数はＴｓの温度や高温・低温工程へ移行する昇温・降温速度によって適宜選択可能であるが、製造コストを考慮して２回以上、又、全熱処理時間は３乃至４８時間が望ましい。
【００２１】
また、雰囲気圧力の条件としては、１×１０-8〜１×１０9 Ｐａの範囲で適用可能である。
図２、図３に、それぞれ上記熱処理を施す前後の基板結晶１の様子を示す。  これらの図に示されるように、基板結晶１の表面に開口を有していたマイクロパイプ欠陥１ａは、基板結晶１の表面の少なくとも一方向から閉塞されている。このとき、マイクロパイプ欠陥１ａの閉塞される長さを基板結晶１の表面から７５μｍより大きくすることができた。この図では、閉塞孔７が残留している状態となっているが、閉塞孔７は熱処理時間や昇温・降温の繰り返し数に応じて徐々に閉塞されていくため、熱処理条件（例えば熱処理時間を増加させるなど）によっては、マイクロパイプ欠陥１ａを実質的に消滅させることも可能である。
【００２２】
このように、上記温度条件や雰囲気圧力条件を満たす熱処理によって、基板結晶１におけるマイクロパイプ欠陥１ａを閉塞することができる。
このようにマイクロパイプ欠陥１ａが閉塞されるメカニズムについては、以下のように推測される。
マイクロパイプ欠陥１ａは大きなバーガースベクトルを有するらせん転位芯が、大きな弾性歪みエネルギーを緩和するために中空貫通孔になったものと考えられている（Ｆ．Ｃ．Ｆｒａｎｋ．Ａｃｔａ．Ｃｒｙｓｔ．４（１９５１）４９７参照）。
【００２３】
マイクロパイプ欠陥１ａの閉塞現象は上記マイクロパイプ欠陥１ａのメカニズムとは逆の現象が起きていると推定される。マイクロパイプ欠陥１ａの閉塞推定モデルを図５に示す模式図に基づいて説明する。なお、図４中において、図５（ａ）〜（ｆ）に示す基板結晶１の各状態と対応する箇所を、それぞれ（ａ）〜（ｆ）で示す。
【００２４】
まず、図５（ａ）に示すように、被覆材料５として３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜が形成されたマイクロパイプ欠陥１ａを含む基板結晶１が黒鉛製の蓋体３に設置されている場合を考える。この状態で図１に示した熱処理装置に配置し、適当な温度・圧力条件にて熱処理を行うと、図５（ｂ）に示すように、その温度における平衡蒸気圧を保つために、マイクロパイプ欠陥１ａの周辺、３Ｃ−ＳｉＣ膜及び蓋体のグラファイトから、Ｓｉ、ＳｉＣ2 、Ｓｉ2 Ｃ等の蒸気種が図中の矢印のように昇華する。
【００２５】
その後、現在まだ理由は明らかではないが、蓋体３との界面及び３Ｃ−ＳｉＣ膜との界面において転位の移動が容易になり、他の転位と結合・消滅することで、図５（ｃ）に示すように、主にそれら界面付近８から弾性歪みが緩和される。その箇所においては、表面を有する中空孔であるよりも結晶化した方が表面を形成していることによる表面エネルギー不利の解消、もしくは結晶化することによる自由エネルギーの低下の少なくとも一方が実現できるため、エネルギー利得があり、図５（ｄ）に示すように、その箇所で再結晶化が進行したと推定される。
【００２６】
本実施形態のマイクロパイプ欠陥１ａを有する炭化珪素単結晶１の少なくとも一方の面を被覆材料５で被覆して（蓋体３に設置しただけの場合も含む）熱処理を行うことがマイクロパイプ欠陥１ａ（らせん転位）のバーガースベクトルを減じる役目を果たし、結果的にマイクロパイプ欠陥１ａが閉塞される効果を奏したと推定される。
【００２７】
そして、本実施形態においては、熱処理時において基板結晶１の温度を高温、低温に繰り返し変化させているため、  再度の昇温時には、図５（ｅ）に示すようにその温度差による平衡蒸気圧分だけ再昇華し、再度の降温時には、図５（ｆ）に示すように転位の合体が進行して弾性歪みが緩和され、効率的に降温の蒸気圧分だけが再結晶化される。
【００２８】
このため、高温工程と低温工程を繰り返さない場合と比べて、より効率的にマイクロパイプ欠陥１ａを閉塞させることができる。
こうようにして得られた基板結晶１からマイクロパイプ欠陥１ａの存在しない領域（例えば、（０００１）面に平行な基板もしくはオフアングル基板）を切り出すことによって、実質的に全くマイクロパイプ欠陥１ａのない基板結晶１を得ることが可能になる。こうして得られた基板結晶１を加工処理、化学洗浄処理したのちデバイスに供すれば、高性能の高耐圧、高周波数、高速、耐環境デバイスを作製することができる。また、再度、昇華法の種結晶として供することも可能となる。なお、一旦閉塞したマイクロパイプ欠陥１ａはエネルギー的には安定であることが実験により確認された。このため、マイクロパイプ欠陥１ａを閉塞した単結晶成長の種結晶として用いて、この種結晶上に炭化珪素単結晶を昇華法等によって成長させても再度マイクロパイプ欠陥１ａが発生することはなく、高品位長尺単結晶成長を行って得られた単結晶インゴットから数多くのマイクロパイプ欠陥１ａのない炭化珪素単結晶（例えば、デバイス形成用の基板）を切り出すことができる。
【００２９】
また、マイクロパイプ欠陥１ａを基板結晶１内で閉塞できるため、基板の大口径化プロセス、すなわち、基板口径を高品位を維持したまま順次拡大するための数多くの成長実験に多大な労力を要する必要がなくなり、製造コストが大幅に削減される。
なお、基板結晶１の結晶形は６Ｈ多形のもの、４Ｈ多形のもの、それ以外のものいずれにも適用可能である。
【００３０】
また、基板結晶１としては（０００１）面に平行な面（ジャスト面）のみでなく、例えば（０００１）面からある角度傾いたようなオフアングル基板を用いても同様な効果がある。
さらに、後述する実施例においては、基板結晶１として厚みが１ｍｍ以下のものを例に挙げて説明を行うが、それ以上の厚みの基板結晶１にも適用可能である。特に本発明を単結晶インゴットに適用すれば、マイクロパイプ欠陥１ａが全く存在しない多数枚の基板が一度に得られるため、工業的プロセスとして有効である。
【００３１】
マイクロパイプ欠陥閉塞のための熱処理装置として、図１に示すように、蓋体３が位置するるつぼ２の上部に基板結晶１を配置し、下部に炭化珪素４を配置する場合について説明したが、これ以外の装置、例えばるつぼ２の上部に炭化珪素４、下部に基板結晶１を配置する場合についても適用可能である。また、縦型の熱処理装置について述べたが、横型の熱処理装置にも適用可能である。さらに、加熱方式も従来周知の高周波誘導加熱方式を用いても、同様な効果が得られる。
【００３２】
なお、炭化珪素の単結晶成長について述べたが、それ以外の結晶、例えばＺｎＳ等の中空貫通欠陥を有する材料にも上記方法を適用することができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本実施形態における実施例について具体的に説明する。
（実施例１）
まず、欠陥密度が約４０ｃｍ-2のマイクロパイプ欠陥１ａを有する厚さ３００μｍの６Ｈ多形の基板結晶１を用意し、この基板結晶１の表面に被覆材料５として、３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜をＣＶＤ法にて約２０μｍの厚さで形成した。
【００３４】
微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥１ａの開口部は３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜によって完全に被覆されていた。なお、基板結晶１の表面として（０００１）ジャスト面を用いており、３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜は（１１１）面を成長面として形成されている。
【００３５】
次に、基板結晶１を図１に示した熱処理装置に配置し、マイクロパイプ欠陥閉塞工程として雰囲気圧力１．３３３×１０2 Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）で熱処理を６時間行った。このとき、炭化珪素原料４の温度を、２３００℃まで昇温したのち、その温度で保持した。また、基板結晶１の温度を、２２８０℃まで昇温させたのち、２２３０℃まで降温させ、再び２２８０℃まで昇温させたのち、２２３０℃まで降温させるという、同じ温度の昇温・降温を３回繰り返して高温と低温に変化させた。繰り返しにおける昇温温度は約３．３℃／ｍｉｎ、降温速度は約０．４℃／ｍｉｎとした。なお、熱処理工程の後には、基板結晶１の温度を時間経過と共に低温化させた。
【００３６】
このような工程を経て得られた単結晶インゴットを成長方向に平行に切断したのち切断面を研磨し、透過明視野にて顕微鏡観察を行った。その結果、基板結晶１に存在していたマイクロパイプ欠陥１ａのすべてが、基板結晶１の表面の両側から閉塞していた。そして、マイクロパイプ欠陥１ａのうちの６５％が、長さ２０μｍ以下となっていた。
【００３７】
さらに、熱処理時に形成された炭化珪素の結晶（成長結晶６）を除去すべく、基板結晶１を（０００１）面に平行に研磨して、直交偏光顕微鏡観察を行った。その結果、マイクロパイプ欠陥１ａが閉塞した部分では、もはやマイクロパイプ欠陥１ａ周辺に観察される特徴的な複屈折干渉パターンを示さなかった。このため、一旦閉塞したマイクロパイプ欠陥１ａはエネルギー的に安定であるといえる。
【００３８】
（実施例２）
まず、欠陥密度が約４０ｃｍ-2のマイクロパイプ欠陥１ａを有する厚さ３００μｍの６Ｈ多形の基板結晶１を用意する。なお、基板結晶１の表面として（０００１）ジャスト面を採用している。この基板結晶１には特に前もって被覆膜を形成していない。
【００３９】
次に、基板結晶１を図１に示した熱処理装置に配置し、マイクロパイプ欠陥閉塞工程として雰囲気圧力１．３３３×１０2 Ｐａで熱処理を６時間行った。このとき、炭化珪素原料４の温度を、２３００℃まで昇温したのち、その温度で保持した。また、基板結晶１の温度を、２２８０℃まで昇温させたのち、２２３０℃まで降温させ、再び２２８０℃まで昇温させたのち、２２３０℃まで降温させるという、同じ温度の昇温・降温を３回繰り返して高温と低温に変化させた。繰り返しにおける昇温温度は約３．３℃／ｍｉｎ、降温速度は約０．４℃／ｍｉｎとした。なお、熱処理工程の後には、基板結晶１の温度を時間経過と共に低温化させた。
【００４０】
このような工程を経て得られた単結晶インゴットを成長方向に平行に切断したのち切断面を研磨し、透過明視野にて顕微鏡観察を行った。その結果、基板結晶１に存在していたマイクロパイプ欠陥１ａの５０％が基板結晶１の表面の少なくとも一方向から閉塞していた。そして、マイクロパイプ欠陥１ａのうちの３０％が、長さ２０μｍ以下となっていた。
【００４１】
さらに、熱処理時に形成された炭化珪素の結晶を除去すべく、基板結晶１を（０００１）面に平行に研磨して、直交偏光顕微鏡観察を行った。その結果、マイクロパイプ欠陥１ａが閉塞した部分では、もはやマイクロパイプ欠陥１ａ周辺に観察される特徴的な複屈折干渉パターンを示さなかった。
また、基板結晶１の表面を鋭意観察すると、基板結晶１を構成する母結晶と結晶の色の違う層が形成されていることを発見した。この層をラマン散乱分光法にて同定した結果、３Ｃ−ＳｉＣであることが判明した。
【００４２】
つまり、昇華法の成長の初期段階において、基板結晶１の表面に異種多形（３Ｃ−ＳｉＣ）が形成され、その後連続的に熱処理を施すことにより、マイクロパイプ欠陥１ａが閉塞したのであると考えられる。
一方、昇華法成長層に３Ｃ−ＳｉＣ層が形成されていない領域でも、基板結晶１の載置面からマイクロパイプ欠陥１ａが閉塞されているものが観察された。このことは、マイクロパイプ欠陥１ａ中をＳｉＣ蒸気種の飽和状態にて熱処理することが、マイクロパイプ欠陥１ａが閉塞するために有効であることを示している。
【００４３】
このように、マイクロパイプ欠陥１ａの一端の開口部分が塞がれない状態であっても、マイクロパイプ欠陥１ａ内をＳｉＣ蒸気種で飽和状態にして昇華法による熱処理を行うことで、マイクロパイプ欠陥１ａを閉塞することができる。
（実施例３）
まず、欠陥密度が約４０ｃｍ-2のマイクロパイプ欠陥１ａを有する厚さ３００μｍの６Ｈ多形の基板結晶１を用意し、この基板結晶１の表面に被覆材料５として、３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜をＣＶＤ法にて約２０μｍの厚さで形成した。
【００４４】
微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥１ａの開口部は３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜によって完全に被覆されていた。なお、基板結晶１の表面として（０００１）ジャスト面を用いており、３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜は（１１１）面を成長面として形成されている。
【００４５】
次に、基板結晶１を図１に示した熱処理装置に配置し、マイクロパイプ欠陥閉塞工程として雰囲気圧力１．３３３×１０2 Ｐａで熱処理を６時間行った。このとき、炭化珪素原料４の温度を、２３００℃まで昇温したのち、その温度で保持した。また、基板結晶１の温度を、２２８０℃まで昇温させたのち、２２５０℃まで降温させ、再び２２６０℃まで昇温させたのち、２２３０℃まで降温させ、さらに２２４０℃まで昇温させたのち、２２１０℃まで降温させるという、順に降温温度が低くなる昇温・降温を３回繰り返して高温と低温に変化させた。繰り返しにおける昇温速度は約０．７℃／ｍｉｎ、降温速度は約０．２５℃／ｍｉｎとした。なお、熱処理工程の後には、基板結晶１の温度を時間経過と共に低温化させた。
【００４６】
このような工程を経て得られた単結晶インゴットを成長方向に平行に切断したのち切断面を研磨し、透過明視野にて顕微鏡観察を行った。その結果、基板結晶１に存在していたマイクロパイプ欠陥１ａのすべてが、基板結晶１の表面の両側から閉塞していた。そして、マイクロパイプ欠陥１ａのうちの８０％が、長さ２０μｍ以下となっていた。
【００４７】
さらに、熱処理時に形成された炭化珪素の結晶を除去すべく、基板結晶１を（０００１）面に平行に研磨して、直交偏光顕微鏡観察を行った。その結果、マイクロパイプ欠陥１ａが閉塞した部分では、もはやマイクロパイプ欠陥１ａ周辺に観察される特徴的な複屈折干渉パターンを示さなかった。
このように、繰り返し行われる高温工程のそれぞれの温度、低温工程のそれぞれの温度を順に低くすることによって、より効率的にマイクロパイプ欠陥１ａが閉塞できる。
【００４８】
（比較例）
まず、欠陥密度が約４０ｃｍ-2のマイクロパイプ欠陥１ａを有する厚さ３００μｍの６Ｈ多形の基板結晶１を用意し、この基板結晶１の表面に被覆材料５として、３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜をＣＶＤ法にて約２０μｍの厚さで形成した。
【００４９】
微分干渉顕微鏡、偏光顕微鏡、走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、マイクロパイプ欠陥１ａの開口部は３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜によって完全に被覆されていた。なお、基板結晶１の表面として（０００１）ジャスト面を用いており、３Ｃ−ＳｉＣエピタキシャル膜は（１１１）面を成長面として形成されている。
【００５０】
次に、基板結晶１を図１に示した熱処理装置に配置し、マイクロパイプ欠陥閉塞工程として雰囲気圧力１．３３３×１０2 Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）で熱処理を６時間行った。このとき、炭化珪素原料４の温度を、２３００℃まで昇温したのち、その温度で保持した。また、基板結晶１の温度を、２２３０℃まで昇温させたのち、その温度を保持した。
【００５１】
このような工程を経て得られた単結晶インゴットを成長方向に平行に切断したのち切断面を研磨し、透過明視野にて顕微鏡観察を行った。その結果、基板結晶１に存在していたマイクロパイプ欠陥１ａのすべてが、基板結晶１の表面の両側から閉塞していた。そして、マイクロパイプ欠陥１ａのうちの３５％が、長さ２０μｍ以下となっていた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかわる炭化珪素単結晶を製造するために用いられる熱処理装置の断面図である。
【図２】表面が被覆材料５で被覆されている炭化珪素単結晶１を示す図である。
【図３】熱処理後における炭化珪素単結晶１の様子を示す図である。
【図４】熱処理温度のプロファイルを示す図である。
【図５】マイクロパイプ欠陥１ａの閉塞メカニズムを説明するための図である。
【符号の説明】
１…炭化珪素単結晶（基板結晶）、１ａ…マイクロパイプ欠陥、２…るつぼ、
３…蓋材、４…炭化珪素原料、５…被覆材料、６…成長結晶、７…閉塞孔、
８…界面付近。
【図１】
0004103183.tif 000002
【図２】
0004103183.tif 000003
【図３】
0004103183.tif 000004
【図４】
0004103183.tif 000005
【図５】
0004103183.tif 000006