(57)【要約】  α型（六方晶）炭化ケイ素単結晶から、前述の炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面に対し全体として０．４〜２度のオフ角となるようにウェハを切り出す工程と、上記ウェハを反応容器内に配置する工程と、上記反応容器内にケイ素源ガスと炭素源ガスを供給する工程と、上記ケイ素源ガスと前記炭素源ガスとを反応させて、上記ウェハ上にα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させる工程と、を備える炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。かかる製造方法によれば、絶縁破壊特性、耐熱性、耐放射線性等に優れたパワーデバイス等の電子デバイスや、レーザーダイオード等の光学デバイスやその基板などに特に好適であり、マクロな三角ピットや多型の混入がなく表面が平坦で基底面転位も少なく劈開性も良好な高品質のα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶ウェハが提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
α型（六方晶）炭化ケイ素単結晶から、前記炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面に対し全体として０．４〜２度のオフ角となるようにウェハを切り出す工程と、
前記ウェハを反応容器内に配置する工程と、
前記反応容器内にケイ素源ガスと炭素源ガスを供給する工程と、
前記ケイ素源ガスと前記炭素源ガスとを反応させて、前記ウェハ上にα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させる工程と、を備える炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項２】
前記炭化ケイ素単結晶から切り出された前記ウェハは、前記ウェハの全面積の８０％以上でオフ角が０．４〜２度であることを特徴とする請求項１記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項３】
前記炭化ケイ素単結晶から切り出したウェハ表面が加工損傷を含まないようにエピタキシャル成長前に表面処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項４】
前記炭素源ガス（Ｃ）と前記ケイ素源ガス（Ｓｉ）の供給比（Ｃ／Ｓｉ）は、０．５〜１．４であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項５】
１５５０〜１７００℃において、前記炭素源ガスと前記ケイ素源ガスとを反応させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項６】
ウェハの中心から周辺に向けて略同心円状にオフ角を０度から増加させ、オフ角が０．４度未満の面積をウェハ中心付近の領域に限定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項７】
前記オフ角が０．４〜１度であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項８】
ウェハ表面の全面で表面粗さが２ｎｍ以下であり、かつ平坦であることを特徴とする炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項９】
前記表面粗さが１．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１０】
α型（六方晶）炭化ケイ素単結晶から、前記炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面に対して全体として０．４〜２度のオフ角となるようにウェハを切り出す工程と、
前記ウェハを反応容器内に配置する工程と、
前記反応容器内にケイ素源ガスと炭素源ガスを供給する工程と、
前記ケイ素源ガスと前記炭素源ガスとを反応させて、前記ウェハ上にα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させる工程と、を備える製造方法により得られることを特徴とする炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１１】
前記炭化ケイ素単結晶から切り出された前記ウェハは、前記ウェハの全面積の８０％以上でオフ角が０．４〜２度であることを特徴とする請求項１０記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１２】
前記炭化ケイ素単結晶から切り出したウェハ表面が加工損傷を含まないようにエピタキシャル成長前に表面処理を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１３】
前記炭素源ガス（Ｃ）と前記ケイ素源ガス（Ｓｉ）の供給比（Ｃ／Ｓｉ）は、０．５〜１．４であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１４】
１５５０〜１７００℃において、前記炭素源ガスと前記ケイ素源ガスとを反応させることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電子デバイス、光学デバイス等として特に好適な炭化ケイ素単結晶ウェハ並びに上記炭化ケイ素単結晶ウェハを効率よく製造し得る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  炭化ケイ素は、ケイ素に比し、バンドギャップが大きく、絶縁破壊特性、耐熱性、耐放射線性等に優れることから、小型で高出力の半導体等の電子デバイス材料として、また、光学的特性に優れた他の化合物半導体との接合性に優れることから、光学デバイス材料として注目されてきている。かかる炭化ケイ素の結晶の中でも、炭化ケイ素単結晶は、炭化ケイ素多結晶に比し、ウェハ等のデバイスに応用した際にウェハ内特性の均一性等に特に優れるという利点がある。【０００３】  炭化ケイ素単結晶ウェハを用いて発光デバイス、電子デバイスなどを作製する場合、通常ウェハに薄膜をエピタキシャル成長させる必要がある。例えばα型炭化ケイ素単結晶ウェハの（０００１）ｃ面上にα型炭化ケイ素をエピタキシャル成長させるには、１７００〜１８００℃以上の高温でＣＶＤ成長が行われている。これは１７００℃より低温で成長を行うと三角ピット欠陥の発生等により成長表面の平坦性が著しく損なわれるからである。しかし、１７００〜１８００℃以上で成長させた場合、ウェハを維持するサセプター等部材の消耗が激しく、また消耗した部材から発生する不純物により、エピタキシャル成長した膜の電気特性が低下する傾向がある。【０００４】  一方、ウェハの（０００１）ｃ面に対し数度傾いた、いわゆるオフ角を有するウェハを用いると、１５００〜１６００℃でも欠陥のないエピタキシャル成長が可能になる。しかし、オフ角が大きいとバルク単結晶の利用率の低下が著しくなり、特にウェハが大口径になるほど問題となる。例えば〔０００１〕ｃ軸方向に成長させた、結晶径が５０ｍｍで結晶高さ２０ｍｍのバルク単結晶から、結晶多型が６Ｈのウェハで現在一般的な３．５度のオフ角を設けてウェハを作製する場合、バルク単結晶の利用率は８４％となり１６％相当が未利用となる。そして結晶径が１００ｍｍに拡大した場合には利用率が更に６９％にまで低下することとなり、ウェハ価格の上昇につながって好ましくない。また、オフ角が大きいと成長面のｃ面転位密度が大きくなるため、素子特性の低下が問題となる。更にオフ角が大きいと作製された素子を劈開により分離することが困難になる。これはレーザーダイオード等劈開面そのものを利用する光学デバイスにおいては特に重要な問題である。【０００５】  上記問題を解決する手段としていくつかの技術が提案されているが、バルク炭化ケイ素単結晶の利用率の向上と素子特性の向上の点で改善の余地が残されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】米国特許４９１２０６４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  そのため、バルク炭化ケイ素単結晶の利用率の向上と素子特性の向上、さらに劈開性の向上を図ることができる炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法及びその製造方法により得られた炭化ケイ素単結晶ウェハが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】（１）α型（六方晶）炭化ケイ素単結晶から、上記炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面に対し全体として０．４〜２度のオフ角となるようにウェハを切り出す工程と、上記ウェハを反応容器内に配置する工程と、上記反応容器内にケイ素源ガスと炭素源ガスを供給する工程と、上記ケイ素源ガスと上記炭素源ガスとを反応させて、上記ウェハ上にα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させる工程と、を備える炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。【０００８】（２）上記炭化ケイ素単結晶から切り出された上記ウェハは、上記ウェハの全面積の８０％以上でオフ角が０．４〜２度である上記（１）記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。【０００９】（３）上記炭化ケイ素単結晶から切り出したウェハ表面が加工損傷を含まないようにエピタキシャル成長前に表面処理を行う上記（１）または（２）に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。【００１０】（４）上記炭素源ガス（Ｃ）と上記ケイ素源ガス（Ｓｉ）の供給比（Ｃ／Ｓｉ）は、０．５〜１．４である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。【００１１】（５）１５５０〜１７００℃において、上記炭素源ガスと上記ケイ素源ガスとを反応させる上記（１）〜（４）のいずれかに記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。【００１２】（６）ウェハの中心から周辺に向けて略同心円状にオフ角を０度から増加させ、オフ角が０．４度未満の面積をウェハ中心付近の領域に限定する上記（１）〜（５）のいずれかに記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。【００１３】（７）上記オフ角が０．４〜１度である上記（１）〜（６）のいずれかに記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。【００１４】（８）ウェハ表面の全面で表面粗さが２ｎｍ以下であり、かつ平坦である炭化ケイ素単結晶ウェハ。【００１５】（９）上記表面粗さが１．５ｎｍ以下である上記（８）に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。【００１６】（１０）α型（六方晶）炭化ケイ素単結晶から、上記炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面に対して全体として０．４〜２度のオフ角となるようにウェハを切り出す工程と、上記ウェハを反応容器内に配置する工程と、
上記反応容器内にケイ素源ガスと炭素源ガスを供給する工程と、上記ケイ素源ガスと上記炭素源ガスとを反応させて、上記ウェハ上にα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させる工程と、を備える製造方法により得られる炭化ケイ素単結晶ウェハ。【００１７】（１１）上記炭化ケイ素単結晶から切り出された上記ウェハは、上記ウェハの全面積の８０％以上でオフ角が０．４〜２度である上記（１０）記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。【００１８】（１２）上記炭化ケイ素単結晶から切り出したウェハ表面が加工損傷を含まないようにエピタキシャル成長前に表面処理を行う上記（１０）または（１１）に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。【００１９】（１３）上記炭素源ガス（Ｃ）と上記ケイ素源ガス（Ｓｉ）の供給比（Ｃ／Ｓｉ）は、０．５〜１．４である上記（１０）〜（１２）のいずれかに記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。【００２０】（１４）１５５０〜１７００℃において、上記炭素源ガスと上記ケイ素源ガスとを反応させる上記（１０）〜（１３）のいずれかに記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、六方晶炭化ケイ素単結晶の（０００１）面を示すための概略図である。
【図２】図２は、実施例１にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の微分干渉顕微鏡像を示す図である。
【図３】図３は、実施例１にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の１μｍ角の原子間力顕微鏡像を示す図である。
【図４】図４は、図３中の白線上での粗さ曲線を示す図である。
【図５】図５は、比較例１にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の微分干渉顕微鏡像を示す図である。
【図６】図６は、比較例２にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の微分干渉顕微鏡像を示す図である。
【図７】図７は、実施例１〜３、比較例３〜５にかかるウェハのオフ角と表面粗さ（相対値）との関係を示す図である。
【図８】図８は、実施例５にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の微分干渉顕微鏡像を示す図である。
【図９】図９は、実施例５にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の１μｍ角の原子間力顕微鏡像を示す図である。
【図１０】図１０は、図９中の白線上での粗さ曲線を示す図である。
【図１１】図１１は、比較例６にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の微分干渉顕微鏡像を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例８にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の１．４μｍ角の原子間力顕微鏡像を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２中の白線上での粗さ曲線を示す図である。
【図１４】図１４は、比較例７にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の微分干渉顕微鏡像を示す図である。
【図１５】図１５は、実施例９にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の微分干渉顕微鏡像を示す図である。
【図１６】図１６は、実施例９にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の１．４μｍ角の原子間力顕微鏡像を示す図である。
【図１７】図１７は、図１６中の白線上での粗さ曲線を示す図である。
【図１８】図１８は、比較例８にかかる炭化ケイ素単結晶ウェハ表面の微分干渉顕微鏡像を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】  以下に実施の形態を挙げて本発明を説明する。尚、本発明は以下の実施の形態に限定されないことはいうまでもない。【００２３】  本明細書において、「炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面」とは、図１に示すような六方晶炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直行するいずれか一つの面をいう。また、「オフ角」とは、六方晶炭化ケイ素単結晶の（０００１）ｃ面から、傾斜させた際の傾斜角度をいう。【００２４】  炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法の実施形態について説明する：
（イ）まずバルク状のα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶を用意する。【００２５】（ロ）用意した炭化ケイ素単結晶から、炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面に対し全体として０．４〜２度のオフ角でウェハを切り出す。オフ角が０．４度未満になると図７に示すように炭化ケイ素のエピタキシャル成長表面に１．５ｎｍ以上の凹凸が多数発生して良好な素子の作製が困難となるからである。またオフ角が２度を超えるとバルク結晶の利用率低下が無視できなくなるからである。例えば〔０００１〕ｃ軸方向に成長させた、結晶径が５０ｍｍで結晶高さ２０ｍｍのバルク単結晶から、結晶多型が６Ｈのウェハで現在一般的な３．５度のオフ角を設けてウェハを作製する場合のバルク単結晶の利用率は８４％であり、オフ角が２度の場合は９１％である。一方、オフ角が０．４度の場合は９８％にまで結晶利用率の増加を図ることが出来る。以上よりウェハの利用率の観点からは、オフ角は０．４〜１．２が好ましく、０．４〜０．８がさらに好ましい。そして、基板欠陥由来の欠陥発生を防止するために、切り出したウェハに表面処理を行いウェハ表面の加工損傷を取り除く。表面処理方法としては、例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）、水素エッチング等が挙げられる。【００２６】（ハ）次に、上記ウェハを化学蒸着（ＣＶＤ）装置内に配置する。化学蒸着装置としては横型ホットウォールＣＶＤ装置等が挙げられる。上記ウェハを配置するサセプターの構成部材としては、耐熱性が高く、また部材を直接高周波で誘導加熱できる点で、高純度黒鉛が望ましい。金属不純物等の漏出や高温下での損耗を更に小さくするため、部材表面を高純度の炭化ケイ素や炭化タンタル等でコーティングすることも、好適に行われる。【００２７】（ニ）そして、反応容器内を反応温度まで加熱した後、ケイ素源ガスと炭素源ガスを供給する。ケイ素源ガスとしては、モノシラン、モノクロロシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン等が挙げられるが、反応性が高く腐食性副生成物が発生しない点でモノシランガスを用いることが好ましい。炭素源ガスとしては、アセチレン、エチレン、エタン、プロパン等が挙げられるが、炭素源として高効率である点でプロパンガスを用いることが好ましい。また、キャリアガスとしては水素（Ｈ２）ガスを用いることが好ましい。炭素源ガス中の炭素（Ｃ）と、ケイ素源ガス中のケイ素（Ｓｉ）の供給比（Ｃ／Ｓｉ）は０．５〜１．４とすることが好ましい。Ｃ／Ｓｉが０．５未満となると気相中でケイ素が析出して良好なエピタキシャル成長が困難になり、１．４を超えると基板表面の僅かな結晶欠陥から目視できるマクロな三角ピット欠陥等が容易に発生するようになるからである。なお、成長初期に上記Ｃ／Ｓｉで成長を行い、その後上記Ｃ／Ｓｉと異なる条件で異なる層を引き続き成長させること等が可能である。また、昇温や降温の途中に基板表面のエッチングを行ったり、あるいはエッチングを抑える目的で適当なガスを導入する等が好適に行われる。また、成長中に目的の電気特性が得られるように適量の不純物を含むガスを混入することも可能である。【００２８】（ホ）ケイ素源ガスと炭素源ガスとを反応させて、ウェハ上に炭化ケイ素単結晶をエピタキ���ャル成長させる。例えば、ウェハを回転させながら水素ガスを流し、圧力を０〜２００ｍｂａｒに保ったまま昇温することが好ましい。基板のエッチングを抑える目的で、１３００〜１４００℃を超えたところで適量のプロパンガスを導入する。さらに、１５５０〜１７００℃まで昇温し、かかる温度に維持し目的の成長速度等に好適な減圧状態で上記Ｃ／Ｓｉとなる適量のシランガスとプロパンガスを導入して目的の膜厚が得られるのに必要な時間エピタキシャル成長を行う。一般に１７００℃までの温度範囲内であれば、成長温度を高めるにつれて、また導入するシランガスとプロパンガスの量を増加させるにつれて、エピタキシャル層の成長速度は速くなる。この場合、成長速度が早すぎると欠陥が発生しやすくなり、鏡面膜を得ることが困難になる。そのため、欠陥が発生しない範囲で、成長速度ができるだけ早くなる条件を選ぶことが製造効率の面から望ましい。また、より平坦なエピタキシャル成長面を得る目的から成長速度を調整することは特に４Ｈのケイ素面において有効である。【００２９】  以上のようにして、炭化ケイ素単結晶ウェハが製造される。（０００１）ｃ軸に垂直な基板を用いた炭化ケイ素単結晶のエピタキシャル成長では、ケイ素面を用いたエピタキシャル成長の方が一般に炭素面でのエピタキシャル成長よりも広い範囲で不純物量の制御が容易である。そのため、ケイ素面でのエピタキシャル成長膜の方が炭素面に比較してより広い範囲で電気特性の制御が可能である。一方、ケイ素面では一般的に炭素面に比較して表面ステップのバンチングが生じやすい。つまり、平坦なエピタキシャル成長面を得ることは一般に炭素面よりも困難とされている。しかしながら、本発明の実施形態にかかる製造方法によれば、ケイ素面及び炭素面のいずれかに依存せずに極めて平坦なエピタキシャル成長面を得ることができる。【００３０】  また本発明の実施形態にかかる製造方法によれば、大口径のウェハ、例えばウェハの直径が５０ｍｍ以上の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造に際しても、極めて平坦なエピタキシャル成長面を得ることができる。即ち、ウェハの直径が５０ｍｍ以上の炭化ケイ素単結晶ウェハが提供される。さらに、α型炭化ケイ素単結晶が４Ｈ，６Ｈのいずれであっても、上記と同様にして炭化ケイ素単結晶ウェハを製造することができる。【００３１】（実施形態の変形例）
バルク結晶の利用率の向上と、基板欠陥の伝播を低減する観点からは、オフ角を０．４〜１度で出来るだけ小さくしたウェハを炭化ケイ素単結晶から切り出すことが好ましい。また、ウェハ面内でオフ角が分布を持つ場合、炭化ケイ素単結晶から切り出したウェハの全面積の８０％以上でオフ角が０．４〜２度となるように、炭化ケイ素単結晶からウェハを切り出すことが好ましい。具体的には、ウェハの全面で一定のオフ角とすることが困難な場合、ウェハの中心から周辺に向けて略同心円状にオフ角を０度から増加させ、オフ角が０．４度未満の面積をウェハ中心付近（全体の面積の２０％以下）の狭い領域に限定すると都合がよい。【００３２】またはウェハの一端部から中心に向けて略同心円状にオフ角を０度から増加させ、オフ角が０．４度未満の面積をウェハの一端部付近（全体の面積の２０％以下）の狭い領域に限定することも同様に都合がよい。実施形態に沿って実質的にウェハの全面でオフ角を０．４度以上とすることで、ウェハの面内に通常存在するオフ角やオフ方向の分布に依らず、常にウェハの全面でマクロな凹凸のない極めて平坦なエピタキシャル成長面を得ることができる。【００３３】（炭化ケイ素単結晶ウェハ）
炭化ケイ素単結晶ウェハは、上記実施形態にかかる炭化ケイ素単結晶の製造方法により製造される。ノマルスキー（微分干渉）光学顕微鏡により炭化ケイ素単結晶ウェハの表面観察を行うと、オフ角が極めて小さいにも関わらず従来報告されているようなマクロな三角ピット等の表面欠陥は全く見られない。さらに上記炭化ケイ素単結晶ウェハは、オフ角が０．４度以上の領域において、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による表面の凹凸が２ｎｍを超えず極めて平坦である。また、オフ角が０．４度未満の場合に発生するような線状あるいは点状の、長さがミクロンオーダーを越えるマクロな凹凸は一切見られない。さらに、基板から引き継がれる基底面転位の数も１０／ｃｍ２以下と極めて少ない。そのため、高品質な素子の製造が可能となる。なお、表面粗さについては光学的測定のように検出領域もしくは測定スポット径が大きいと粗さが平均化され小さく見積もられる。また測定領域が狭いほど一般的には粗さの最大値（最大高さ：Ｒｙ）は小さくなる。そこで、本明細書において「表面粗さ」とはＡＦＭにより１μｍ角以上の測定領域で求められたＲｙとし、Ｒｙが十分小さく上記のようなマクロな凹凸も見られない表面を平坦な面と定義する。【００３４】  炭化ケイ素単結晶ウェハを用いた電子デバイスで期待されるものとしてＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電界効果トランジスタが挙げられる。ＭＯＳ構造のゲート酸化膜（絶縁膜）は通常エピタキシャル成長膜を熱酸化することによりエピタキシャル成長膜表面に形成される。したがって、一定膜厚で耐圧が一定の酸化膜を作製するためには、酸化前のエピタキシャル成長膜表面は、この酸化膜厚のオーダーに比較して十分に平坦にすることが好ましい。上記ゲート酸化膜の厚みは２０〜６０ｎｍが一般的であることから、酸化膜厚の許容される変動幅が１０％とすると、エピタキシャル成長膜の表面粗さは２〜６ｎｍ程度以下であることが必要となる。この場合、本発明にかかる炭化ケイ素単結晶の表面粗さは上記の通り２ｎｍを超えることがない。そのため、本発明にかかる炭化ケイ素単結晶は電子デバイス、特にＭＯＳ電界効果トランジスタの製造に好適に用いられる。【００３５】（用途）
本発明の炭化ケイ素単結晶ウェハは、マクロな三角ピットや多型の混入がなく、表面が平坦で基底面転位も少なく、極めて高品質である。そのため、耐高電圧、絶縁破壊特性、耐熱性、耐放射線性等に優れた、電子デバイス、特にパワーデバイスや発光ダイオード等に好適に用いられる。
【実施例】
【００３６】  以下に実施例及び比較例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。【００３７】（実施例１）ケイ素面
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．４度の６Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハのケイ素面表面を鏡面研磨後、水素中１４００℃で３０分間、加熱エッチングしたものを用いた。
成長条件：炭化タンタルでコーティングした黒鉛からなり、ガス流路の断面が縦３ｃｍ、横１７ｃｍであるサセプターを備えた、横型ホットウォールＣＶＤ装置内に上記ウェハを配置した。そして、ウェハを回転させながら水素７０ｓｌｍを流し、圧力を１２０ｍｂａｒに保ったまま昇温した。１４００℃を超えたところでプロパンガス８ｓｃｃｍを導入した。さらに１６５０℃まで昇温し、１６５０℃を維持して、モノシランガス２０ｓｃｃｍを導入して１．５時間エピタキシャル成長を行った。原料ガスの供給比（Ｃ／Ｓｉ）は１．２であった。
結果：図２に示すように、ウェハ全面でマクロな三角ピット等の欠陥のない鏡面膜が得られた。また、高さ２ｎｍ以上、幅２μｍ以上の凹凸が容易に観察、認識可能であるノマルスキー（微分干渉）光学顕微鏡で観察したところ、ウェハの中心から周辺部に至るまで線状または点状の凹凸を示す領域が全く認められず、平坦であることが確認された。エピタキシャル層の膜厚は７．２μｍであった。表面粗さを原子間力顕微鏡で測定した結果、図３に示すように１μｍ角範囲で、凹凸最大値（Ｒｙ）は１．１６５ｎｍであった。また図３中の白線上の粗さ曲線は図４に示す通りとなった。【００３８】（比較例１）ケイ素面
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．２度の６Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハのケイ素面表面を鏡面研磨後、水素中１４００℃で３０分間加熱エッチングしたものを用いた。
成長条件：実施例１と同様に行った。
結果：膜厚は６．８μｍだが、図５に示すように、ウェハ全面に高さ５ｎｍ〜１０ｎｍの線状起伏部が約２０μｍ間隔でほぼ平行に多数発生した。【００３９】（比較例２）ケイ素面
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．０４度の６Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハのケイ素面表面を鏡面研磨後、シリカコロイドによりＣＭＰ研磨を８時間行ったものを用いた。
成長条件：実施例１と同様に行った。
結果：膜厚は７．２μｍだが、図６に示すように、ウェハ全面に高さ２０ｎｍ程度の点状降起部（直径１００〜２００μｍ）が多数発生した。【００４０】（実施例２、３、比較例３、４、５）ケイ素面
実験：オフ角がそれぞれ０．１度（比較例３）、０．２度（比較例４）、０．３度（比較例５）、０．６度（実施例２）、１．２度（実施例３）である６Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意した他は実施例１と同様に実験を行った。得られたエピタキシャル膜の表面粗さを原子間力顕微鏡を用いて２０μｍ角範囲で測定し、凹凸最大値（Ｒｙ）を求めた。
結果：ウェハのオフ角と表面粗さ（相対値）との関係を図７に示す。オフ角を０．４度以上に設定することでオフ角が小さくても極めて平坦な表面の炭化ケイ素単結晶が得られることが示された。【００４１】（実施例４）ケイ素面
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．４度の６Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハのケイ素面表面を鏡面研磨後、シリカコロイドによりＣＭＰ研磨を８時間行ったものを用いた。
成長条件：実施例１と同様に行った。
結果：ウェハ全面でマクロな三角ピット等の欠陥のない鏡面膜が得られた。エピタキシャル層の膜厚は７．１μｍであった。【００４２】（実施例５）炭素面
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．４度の６Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハの炭素面表面を鏡面研磨後、酸素中に１１００℃で５時間加熱した後に表面の生成した酸化膜をフッ酸で除去し、さらにシリカコロイドによりＣＭＰ研磨を８時間行ったものを用いた。
成長条件：実施例１と同様の条件でエピタキシャル成長を行った。
結果：図８に示したようにウェハ全面でマクロな三角ピット等のない鏡面膜が得られた。エピタキシャル層の膜厚は３．７μｍであった。表面粗さを原子間力顕微鏡で測定した結果、図９に示すように１μｍ角範囲で、凹凸最大値（Ｒｙ）は０．７４８ｎｍであった。また図９中の白線上の粗さ曲線は図１０に示す通りとなった。その他、炭素面について、ケイ素面と同様に、オフ角度をもつウェハを複数用意してエピタキシャル成長させた結果、図７に示す結果と類似する傾向が得られることを確認した。【００４３】（比較例６）ケイ素面
ウェハ：ＣＭＰ研磨を行なわなかった以外は実施例４と同様のものを用いた。
成長条件：実施例１と同様に行った
結果：図１１に示すように、１辺の長さが１ｍｍ前後で深さ１μｍ前後の三角形状のピット欠陥がウェハ全面に多数発生した。【００４４】（実施例６，７）ケイ素面
原料ガスの供給比（Ｃ／Ｓｉ）をそれぞれ０．８（実施例６）、１．４（実施例７）にした以外は、実施例１と同様に実験を行った。
その結果、実施例１と同様の結果が得られ、原子間力顕微鏡による表面粗さも２ｎｍを超えず平坦であった。【００４５】（実施例８）ケイ素面
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．４度の４Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハのケイ素面表面を鏡面研磨後、水素中１３００℃で６０分間、加熱エッチングしたものを用いた。【００４６】成長条件：実施例１と同様のホットウォールＣＶＤ装置内に上記ウェハを配置した。そして、ウェハを回転させながら水素７０ｓｌｍを流し、圧力を１２０ｍｂａｒに保ったまま昇温した。１４００℃を超えたところでプロパンガス８ｓｃｃｍを導入した。さらに１６５０℃まで昇温し、１６５０℃を維持して、モノシランガス３４ｓｃｃｍとプロパンガス８ｓｃｃｍを導入して１．５時間エピタキシャル成長を行った。原料ガスの供給比（Ｃ／Ｓｉ）は０．７であった。その後昇温時と同じ圧力と雰囲気のもとで降温した。【００４７】結果：ウェハ全面でマクロな三角ピット等の欠陥のない鏡面膜が得られた。エピタキシャル層の膜厚は３．８μｍであった。ノマルスキー（微分干渉）光学顕微鏡で観察したところ、実施例１と同様に、ウェハの中心から周辺部に至るまで線状又は点状の、長さがミクロンオーダーを越えるマクロな凹凸を示す領域が全く認められなかった。得られたエピタキシャル膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定した結果、図１２に示すように１．４μｍ角範囲で、凹凸最大値（Ｒｙ）は１．８５ｎｍであった。また図１２中の白線上の粗さ曲線は図１３に示す通りとなった。【００４８】（比較例７）ケイ素面
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．３度の４Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハのケイ素面表面を鏡面研磨後、水素中１３００℃で６０分間、加熱エッチングしたものを用いた。【００４９】成長条件：実施例８と同様に行った。【００５０】結果：膜厚は３．７μｍだが、図１４に示すように、ウェハのほぼ全面に高さ１０ｎｍ〜２０ｎｍの線状起伏部が１００〜２００μｍ間隔でほぼ平行に多数発生した。【００５１】（実施例９：炭素面）
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．４度の４Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハの炭素面表面を鏡面研磨後、酸素中に１１００℃で５時間加熱した後に表面の生成した酸化膜をフッ酸で除去し、さらに水素中１４００℃で３０分間、加熱エッチングした後に、シリカコロイドによりＣＭＰ研磨を８時間行ったものを用いた。【００５２】成長条件：実施例１と同様の条件でエピタキシャル成長を行った。【００５３】結果：ウェハ全面でマクロな三角ピット等の欠陥のない鏡面膜が得られた。エピタキシャル層の膜厚は２．８μｍであった。ノマルスキー（微分干渉）光学顕微鏡で観察したところ、図１５に示したように、実施例１と同様に、ウェハの中心から周辺部に至るまで線状又は点状の、長さがミクロンオーダーを越えるマクロな凹凸を示す領域が全く認められなかった。得られたエピタキシャル膜の表面粗さを原子間力顕微鏡で測定した結果、図１６に示すように１．４μｍ角範囲で、凹凸最大値（Ｒｙ）は１．６３ｎｍであった。また図１６中の白線上の粗さ曲線は図１７に示す通りとなった。【００５４】（比較例８）炭素面
ウェハ：ウェハとしては、オフ角０．３度の４Ｈウェハ（直径５０．８ｍｍ）を用意し、用意したウェハの炭素面表面を鏡面研磨後、酸素中に１１００℃で５時間加熱した後に表面の生成した酸化膜をフッ酸で除去し、さらに水素中１４００℃で３０分間、加熱エッチングした後に、シリカコロイドによりＣＭＰ研磨を８時間行ったものを用いた。【００５５】成長条件：実施例９と同様に行った。【００５６】結果：膜厚は３．０μｍだが、図１８に示すように、ウェハのほぼ全面に高さ５ｎｍ〜１０ｎｍの線状起伏部が２０〜１００μｍ間隔でほぼ平行に多数発生した。【００５７】本出願は、同出願人により先にされた日本国特許出願、すなわち、特願２００４−１５８１１３号（出願日２００４年５月２７日）及び特願２００４−３３８０５８号（出願日２００４年１１月２２日）に基づく優先権主張を伴うものであって、これらの明細書を参照のためにここに組み込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【００５８】  本発明によれば、バルク炭化ケイ素単結晶の利用率の向上と素子特性の向上、及び劈開性の向上を図ることができる炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法及びその製造方法により得られた炭化ケイ素単結晶ウェハが得られる。
【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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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年3月1日(2006.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】α型（六方晶）炭化ケイ素単結晶から、前記炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面に対し全体として０．４〜２度のオフ角となるようにウェハを切り出す工程と、
前記ウェハを反応容器内に配置する工程と、
前記反応容器内にケイ素源ガスと炭素源ガスを供給する工程と、
前記ケイ素源ガスと前記炭素源ガスとを１５５０〜１７００℃において反応させて、前記ウェハ上にα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させる工程と、を備える炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項２】前記炭化ケイ素単結晶から切り出された前記ウェハは、前記ウェハの全面積の８０％以上でオフ角が０．４〜２度であることを特徴とする請求項１記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項３】前記炭化ケイ素単結晶から切り出したウェハ表面が加工損傷を含まないようにエピタキシャル成長前に表面処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項４】前記炭素源ガス（Ｃ）と前記ケイ素源ガス（Ｓｉ）の供給比（Ｃ／Ｓｉ）は、０．５〜１．４であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項５】（削除）
【請求項６】ウェハの中心から周辺に向けて略同心円状にオフ角を０度から増加させ、オフ角が０．４度未満の面積をウェハ中心付近の領域に限定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項７】前記オフ角が０．４〜１度であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項８】ウェハ表面の全面で表面粗さ（Ｒｙ）が２ｎｍ以下であり、かつ平坦であることを特徴とする炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項９】前記表面粗さ（Ｒｙ）が１．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１０】α型（六方晶）炭化ケイ素単結晶から、前記炭化ケイ素単結晶の〔０００１〕ｃ軸に直交して得られる平面に対して全体として０．４〜２度のオフ角となるようにウェハを切り出す工程と、
前記ウェハを反応容器内に配置する工程と、
前記反応容器内にケイ素源ガスと炭素源ガスを供給する工程と、
前記ケイ素源ガスと前記炭素源ガスとを１５５０〜１７００℃において反応させて、前記ウェハ上にα型（六方晶）炭化ケイ素単結晶をエピタキシャル成長させる工程と、を備える製造方法により得られることを特徴とする炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１１】前記炭化ケイ素単結晶から切り出された前記ウェハは、前記ウェハの全面積の８０％以上でオフ角が０．４〜２度であることを特徴とする請求項１０記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１２】前記炭化ケイ素単結晶から切り出したウェハ表面が加工損傷を含まないようにエピタキシャル成長前に表面処理を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１３】前記炭素源ガス（Ｃ）と前記ケイ素源ガス（Ｓｉ）の供給比（Ｃ／Ｓｉ）は、０．５〜１．４であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハ。
【請求項１４】（削除）
【請求項１５】ウェハ表面の全面で表面粗さ（Ｒｙ）が２ｎｍ以下であり、かつ平坦であるウェハが得られることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【請求項１６】前記表面粗さ（Ｒｙ）が１．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の炭化ケイ素単結晶ウェハの製造方法。
【国際調査報告】
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