特許 6597065 炭化珪素単結晶、炭化珪素単結晶ウェハ、炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ、電子デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6597065

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】炭化珪素単結晶、炭化珪素単結晶ウェハ、炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ、電子デバイス

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20191021BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20191021BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20191021BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20191021BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/36 A

   C23C16/42

   C23C14/06 B

   H01L21/205

【請求項の数】15

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-170814(P2015-170814)

(22)【出願日】2015年8月31日

(65)【公開番号】特開2017-48068(P2017-48068A)

(43)【公開日】2017年3月9日

【審査請求日】2017年10月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡本 武志

(72)【発明者】

【氏名】近藤 宏行

(72)【発明者】

【氏名】金村 高司

(72)【発明者】

【氏名】宮原 真一朗

(72)【発明者】

【氏名】海老原 康裕

(72)【発明者】

【氏名】恩田 正一

(72)【発明者】

【氏名】土田 秀一

(72)【発明者】

【氏名】鎌田 功穂

(72)【発明者】

【氏名】田沼 良平

【審査官】 村岡 一磨

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３７４５６６８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−１８４８３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５９３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２７３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 HARADA, Shunta et al.，Dislocation Conversion during SiC Solution Growth for High-quality Crystals，Materials Science Forum，２０１５年，Vols.821-823，P. 3-8

【文献】 NEUDECK, Philip G.，Electrical Impact of SiC Structural Crystal Defects on High Electric Field Devices，NASA/TM-1999-209647，１９９９年，p. 1-6

【文献】 恩田 正一，４Ｈ−ＳｉＣにおける結晶欠陥の微細構造とデバイス特性への影響に関する研究，筑波大学博士論文，２０１３年，P. 66-81

【文献】 山口 博隆，Ｘ線トポグラフィーによるＳｉＣの転位評価，平成２６年度 ＳＡＧＡ−ＬＳ実験技術セミナー〜Ｘ線トポグラフィの基礎と応用〜実施報告書，２０１４年，P. 31-48

【文献】 YAO, Yong-zhao，Materials Science Forum ，２０１４年，Vols. 778-780，p. 346-349

【文献】 姚永昭 ほか，高温KOH・NaOH蒸気エッチングを用いたSiC結晶貫通転位検出・分類技術のX線トポグラフィー検証及びSiC表面潜傷の評価，先端研究基盤共用・プラットフォーム形成事業フォトンファクトリーの産業利用促進利用報告書，２０１４年，P. 1-6

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在する炭化珪素単結晶（２、３）であって、
前記貫通転位のうち、前記バーガースベクトルと前記転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が４０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする炭化珪素単結晶。

【請求項2】

前記角度が０°より大きく２０°以内である前記貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が２０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶。

【請求項3】

前記角度が０°より大きく７°以内である前記貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が７°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶。

【請求項4】

転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在する炭化珪素単結晶ウェハ（１０１）であって、
前記貫通転位のうち、前記バーガースベクトルと前記転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が４０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする炭化珪素単結晶ウェハ。

【請求項5】

前記角度が０°より大きく２０°以内である前記貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が２０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。

【請求項6】

前記角度が０°より大きく７°以内である前記貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が７°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素単結晶ウェハ。

【請求項7】

炭化珪素単結晶基板（２）と、
前記炭化珪素単結晶基板上に形成されたエピタキシャル成長層（３）とを備える炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハであって、
前記炭化珪素単結晶基板および前記エピタキシャル成長層は、転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在し、
前記貫通転位のうち、前記バーガースベクトルと前記転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が４０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ。

【請求項8】

前記角度が０°より大きく２０°以内である前記貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が２０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項７に記載の炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ。

【請求項9】

前記角度が０°より大きく７°以内である前記貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が７°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項７に記載の炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ。

【請求項10】

転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在する炭化珪素単結晶基板（２）を備え、
前記炭化珪素単結晶基板は、前記貫通転位のうち、前記バーガースベクトルと前記転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が４０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする電子デバイス。

【請求項11】

炭化珪素単結晶基板（２）と、
前記炭化珪素単結晶基板上に形成されたエピタキシャル成長層（３）とを備え、
前記炭化珪素単結晶基板および前記エピタキシャル成長層は、転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在し、前記貫通転位のうち前記バーガースベクトルと前記転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が４０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする電子デバイス。

【請求項12】

前記角度が０°より大きく２０°以内である前記貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が２０°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の電子デバイス。

【請求項13】

前記角度が０°より大きく７°以内である前記貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、前記角度が７°よりも大きく９０°より小さい前記貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の電子デバイス。

【請求項14】

前記炭化珪素単結晶ウェハの直径は、１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶ウェハ。

【請求項15】

前記炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハの直径は、１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶、ＳｉＣ単結晶ウェハ、ＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハ、電子デバイスに関するものである。

【背景技術】

【0002】

高品質なＳｉＣ単結晶として、特許文献１に記載のものがある。この特許文献１のＳｉＣ単結晶は、螺旋転位を、ひずみが大きな転位とひずみが小さな転位とにバーガースベクトルのみを用いて区分けし、ひずみが大きな転位の密度が低くされていることを要件としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１５９３５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、本発明者がデバイス特性と貫通転位との関係を調べた結果、次のことがわかった。すなわち、ＳｉＣ単結晶中に存在する貫通転位には、バーガースベクトルの向きと転位線の向きとのなす角度が大きな転位がある。この角度が大きい転位がＳｉＣ単結晶中に多く存在すると、デバイス特性が著しく悪化することがわかった。

【0005】

本発明は上記点に鑑みて、デバイス特性を改善できる高品質なＳｉＣ単結晶、ＳｉＣ単結晶ウェハ、ＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハを提供することを目的とする。また、本発明は、デバイス特性が改善された電子デバイスを提供することを他の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在する炭化珪素単結晶（２、３）であって、
貫通転位のうち、バーガースベクトルと転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、その角度が４０°よりも大きく９０°より小さい貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴としている。

【0007】

このようにバーガースベクトルと転位線の向きとのなす角度（θ１）が大きいことでひずみが大きな貫通転位の密度が低い炭化珪素単結晶を電子デバイスに用いることで、デバイス特性を改善することができる。よって、これによれば、高品質な炭化珪素単結晶を提供できる。

【0008】

また、請求項４に記載の発明では、
転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在する炭化珪素単結晶ウェハ（１０１）であって、
貫通転位のうち、バーガースベクトルと転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、その角度が４０°よりも大きく９０°より小さい貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴としている。

【0009】

このようにひずみが大きな貫通転位の密度が低い炭化珪素単結晶ウェハを用いて電子デバイスを製造することで、デバイス特性を改善することができる。よって、これによれば、高品質な炭化珪素単結晶ウェハを提供できる。

【0010】

また、請求項７に記載の発明では、
炭化珪素単結晶基板（２）と、
炭化珪素単結晶基板上に形成されたエピタキシャル成長層（３）とを備える炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハであって、
炭化珪素単結晶基板およびエピタキシャル成長層は、転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在し、
貫通転位のうち、バーガースベクトルと転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、その角度が４０°よりも大きく９０°より小さい貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴としている。

【0011】

このようにひずみが大きな貫通転位の密度が低い炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハを用いて電子デバイスを製造することで、デバイス特性を改善することができる。よって、これによれば、高品質な炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハを提供できる。

【0012】

また、請求項１０に記載の発明では、
転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在する炭化珪素単結晶基板（２）を備え、
炭化珪素単結晶基板は、貫通転位のうち、バーガースベクトルと転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、その角度が４０°よりも大きく９０°より小さい貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴としている。

【0013】

また、請求項１１に記載の発明では、
炭化珪素単結晶基板（２）と、
炭化珪素単結晶基板上に形成されたエピタキシャル成長層（３）とを備え、
炭化珪素単結晶基板およびエピタキシャル成長層は、転位線（２１）がｃ面を貫通するとともに、バーガースベクトル（ｂｖ）が少なくともｃ軸方向の成分を有する貫通転位（２０）が存在し、貫通転位のうちバーガースベクトルと転位線の向きとのなす角度（θ１）が０°より大きく４０°以内である貫通転位の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、その角度が４０°よりも大きく９０°より小さい貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされていることを特徴としている。

【0014】

請求項１０、１１に記載の発明によれば、炭化珪素単結晶基板、または、炭化珪素単結晶基板およびエピタキシャル成長層は、ひずみが大きな貫通転位の密度が低いので、ひずみが大きな貫通転位の密度が高い場合と比較して、デバイス特性を改善できる。

【0015】

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態におけるＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハの断面図である。

【図2】第１実施形態におけるＭＯＳキャパシタの断面図である。

【図3】貫通転位を示す模式図である。

【図4】貫通転位のバーガースベクトルと転位線がなす角度と、ＭＯＳキャパシタの寿命との関係を示す図である。

【図5】他の実施形態におけるＳｉＣ単結晶ウェハの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。なお、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー（−）を付すべきであるが、電子出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付すものとする。

【0018】

（第１実施形態）
本実施形態では、ＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハと、このウェハを用いて製造されるＭＯＳキャパシタについて説明する。

【0019】

図１に示すように、ＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハ１は、ＳｉＣ単結晶基板２と、ＳｉＣ単結晶基板２の表面上にエピタキシャル成長によって形成されたＳｉＣエピタキシャル成長層３とを有する。以下では、ＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハ１をウェハ１とも言い、ＳｉＣ単結晶基板２を単結晶基板２とも言い、ＳｉＣエピタキシャル成長層３をエピ層３とも言う。単結晶基板２およびエピ層３を構成するＳｉＣ単結晶の結晶多形は４Ｈである。ウェハ１の表面１ａ（すなわち、エピ層３の表面３ａ）における｛０００１｝面に対する＜１１−２０＞方向のオフ角度は約４°である。エピ層３の導電型はｎ型である。なお、ＳｉＣ単結晶は、６Ｈ、３Ｃ等の他の結晶多形であってもよい。また、ウェハ１の表面１ａは、｛０００１｝面に対して＜１１−２０＞方向に１０°以内のオフ角が設定されていればよい。

【0020】

なお、ウェハ１としては、直径が１００ｍｍ以上または約１５０ｍｍ以上のものを用いることができる。また、ウェハ１は、マイクロパイプ密度が１個／ｃｍ^２未満、貫通刃状転位密度が３０００個／ｃｍ^２未満、積層欠陥密度が０．１個／ｃｍ^２未満、インクルージョン密度が１個／ｃｍ^３未満であることが好ましい。

【0021】

図２に示すように、ＭＯＳキャパシタ１０は、ＭＯＳ構造を有する電子デバイスである。ＭＯＳキャパシタ１０は、単結晶基板２と、ＳｉＣ単結晶基板２の表面上に形成されたｎ型ドリフト層としてのエピ層３と、エピ層３の表面３ａ上に形成された酸化膜４と、酸化膜４の表面上に形成された第１電極５と、ＳｉＣ単結晶基板２の裏面上に形成された第２電極６とを備えている。

【0022】

このＭＯＳキャパシタ１０は、図１に示すウェハ１の表面１ａ上に酸化膜４を形成し、酸化膜４の表面上に第１電極５を形成し、単結晶基板２の裏面上に第２電極６を形成した後、このウェハ１を所望のサイズにダイシングすることで製造される。ウェハ１の単結晶基板２およびエピ層３が、ＭＯＳキャパシタ１０の単結晶基板２およびエピ層３に対応する。このように、本明細書において、「基板」は、ダイシング前のウェハの状態を指す場合と、ウェハをダイシングした後の状態を指す場合とがある。また、本実施形態では、ウェハ１の単結晶基板２およびエピ層３と、ＭＯＳキャパシタ１０の単結晶基板２およびエピ層３とが、本発明のＳｉＣ単結晶に対応する。

【0023】

図１、２に示すように、ウェハ１、ＭＯＳキャパシタ１０の単結晶基板２およびエピ層３には、貫通転位２０が存在する。この貫通転位２０は、原子面が転位線２１の周りで螺旋状に配置された結晶欠陥である。この貫通転位２０は、転位線２１がＳｉＣ単結晶のｃ面を貫通し、バーガースベクトルが少なくともｃ軸方向の成分を有する転位である。

【0024】

ここで、ｃ面は｛０００１｝面であり、ｃ軸は＜０００１＞軸である。バーガースベクトルが少なくともｃ軸方向の成分を有するとは、バーガースベクトルがｃ軸方向の成分のみを有する場合と、バーガースベクトルがｃ軸方向の成分と他の軸方向の成分とを有する場合を含む意味である。バーガースベクトルがｃ軸方向の成分と他の軸方向の成分とを有する場合としては、ｂｖ＝ａ＋ｃ、ｂｖ＝ｍ＋ｃ、ｂｖ＝２ａ＋ｃの場合が挙げられる。ここで、ｂｖはバーガースベクトルを示し、ａは１／３＜１１−２０＞方向のベクトルを示し、ｃは＜０００１＞方向のベクトルを示し、ｍは＜１−１００＞方向のベクトルを示す。

【0025】

さらに、この貫通転位２０は、図３に示すように、バーガースベクトルｂｖの向きと転位線２１の向きとがずれている転位である。バーガースベクトルｂｖと転位線２１の向きとのなす角度θ１が大きいほど、ひずみが増加する。なお、この角度θ１の取り得る範囲は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい（０°＜θ１＜９０°）。

【0026】

そこで、本実施形態では、単結晶基板２およびエピ層３は、このような貫通転位２０のうちバーガースベクトルｂｖと転位線の向きとのなす角度θ１が０°より大きく４０°以内（０°＜θ１≦４０°）である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が４０°よりも大きな（θ１＞４０°）貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされている。好ましくは、単結晶基板２およびエピ層３は、角度θ１が２０°以内（０°＜θ１≦２０°）である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が２０°よりも大きな（θ１＞２０°）貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされる。さらに好ましくは、単結晶基板２およびエピ層３は、角度θ１が７°以内（０°＜θ１≦７°）である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が７°よりも大きな（θ１＞７°）貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされる。角度θ１が０°より大きく４０°以内とは、角度θ１が０°より大きく４０°以内の要件を満たす角度であることを意味し、角度θ１の大きさが均一である場合に限らず、不均一である場合も含まれる。角度θ１が２０°以内、７°以内についても同様である。

【0027】

バーガースベクトルｂｖは、ＬＡＣＢＥＤ法（大角度収束電子回折法：Large-angle convergent-beam electron diffraction）によって求められる。例えば、電子線をデフォーカスさせ試料に照射すると、転位周辺のひずみによりＨＯＬＺ線が分裂する。そこで、分裂したＨＯＬＺ線をシミュレーションにより指数付けする。ＨＯＬＺ線の指数と分裂数から貫通転位２０のバーガースベクトルｂｖを解析することが可能である。

【0028】

転位線２１の向きは、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡：transmission electron microscope）の３Ｄ（三次元）観察法によって求められる。通常のＴＥＭ観察では、電子線入射方向と垂直な方向の転位の傾きは評価可能であるが、平行な方向の傾きは評価できない。すなわち、電子線入射方向と平行な面内での転位の傾きは評価できない。そこで、入射電子線方向または試料を傾斜させることで、所定の入射方向と平行な方向の傾きを評価する。

【0029】

例えば、電子線回折像から入射方向を［１−１００］に合わせて観察することで、＜０００１＞軸から［１１−２０］方向の傾斜角度を観察できる。なお、＜０００１＞軸方向は電子線回折像から判断する。次に、電子線照射方向を＜０００１＞軸に対称に回転させる。これにより、観察される転位の傾きが変化する。その変化量から[１−１００]方向の傾きを計算し求める。

【0030】

転位線２１の向きは、共焦点機能を有するフォトルミネッセンス装置（３ＤＰＬ）を用いて求めたり、共焦点機能を有するラマン分光装置（３Ｄラマン）を用いて求めたりすることも可能である。

【0031】

バーガースベクトルｂｖと転位線２１のなす角度は、空間図形における二つのベクトルのなす角度を求める算出方法を用いて求められる。

【0032】

貫通転位２０の密度は、ＳｉＣ単結晶の所定の面における１ｃｍ^２当たりに存在する貫通転位２０の個数を数えることで求められる。例えば、エピ層３に対して、ＫＯＨを含む溶融塩を用いたエッチングを行い、ＴＥＭや光学顕微鏡を用いて、略六角形形状のエッチピットが観察された貫通転位２０の数を数える。観察する面としては、ｃ面から傾斜した面であって傾斜角度が１０°以下の面を用いる。観察する領域は、１ｃｍ×１ｃｍの大きさの領域である。なお、観察する領域は、１ｃｍ×１ｃｍの大きさ以上の領域であっても、１ｃｍ×１ｃｍの大きさ未満であってもよい。ただし、観察領域が十分な大きさを有していない場合、正確な転位密度を評価できないため、観察する領域は１ｃｍ×１ｃｍの大きさ以上の領域であることが好ましい。

【0033】

ここで、図４に、上記したＭＯＳキャパシタ１０の寿命と、単結晶基板２およびエピ層３に存在する貫通転位２０のバーガースベクトルｂｖと転位線２１とがなす角度θ１との関係について、本発明者が調べた実験結果を示す。

【0034】

この実験では、図４中の点Ｐ１〜Ｐ６のように、貫通転位２０の角度θ１が所定の大きさ以下のものの密度が所定の大きさであるウェハ１を用いた。また、実験で用いたウェハ１のうち点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のウェハ１については、各点の角度を超える貫通転位の密度が３０個／ｃｍ^２以下のものであった。例えば、点Ｐ３のウェハ１は、点Ｐ３の角度よりも大きな貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下のものであった。図４中の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３についての近似曲線ＴＬ１は、各点を最小二乗法により指数関数で近似することで求めたものである。

【0035】

また、図４中の点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６のウェハ１については、貫通転位２０のバーガースベクトルｂｖはａ＋ｃであった。また、点Ｐ３のウェハ１については、貫通転位２０のバーガースベクトルｂｖはｍ＋ｃであった。用いたウェハ１は、特許第３７４５６６８号に記載の製造方法によって製造されたものである。また、用いたウェハ１は、表面１ａが｛０００１｝面に対して＜１１−２０＞方向に約４°のオフ角が設定されたものである。また、密度を測定した貫通転位２０は、表面１ａに到達していたものである。

【0036】

ＭＯＳキャパシタ１０の寿命の測定では、ＭＯＳキャパシタ１０に対して逆方向に一定の電圧を印加し、リーク電流値が所定値に増加するまでの時間を測定した。

【0037】

図４に示す実験結果より、２０００秒以上の寿命を持つような高品質デバイスを作製するためには、角度θ１が０°より大きく４０°以内の貫通転位２０が３００個／ｃｍ^２以下に抑えられており、角度θ１が４０°より大きな貫通転位２０が３０個／ｃｍ^２以下に抑えられていればよいことがわかった。また、５０００秒以上の寿命を持つような高品質デバイスを作製するためには、角度θ１が０°より大きく２０°以内の貫通転位２０が３００個／ｃｍ^２以下に抑えられており、角度θ１が２０°より大きな貫通転位２０が３０個／ｃｍ^２以下に抑えられていればよいことがわかった。さらに、１００００秒以上の寿命を持つような高品質デバイスを作製するためには、角度θ１が０°より大きく７°以内の貫通転位２０が３００個／ｃｍ^２以下に抑えられており、角度θ１が７°より大きな貫通転位２０が３０個／ｃｍ^２以下に抑えられていればよいことがわかった。

【0038】

なお、図４は、ウェハ１に存在する貫通転位の角度θ１が特定の大きさ以下である場合の実験結果であるが、この実験結果より、角度θ１の大きさが不均一であっても、角度θ１が４０°よりも小さければ、２０００秒以上の寿命を持つ高品質なデバイスを作製できることが推測できる。

【0039】

以上の説明の通り、本実施形態のウェハ１は、単結晶基板２およびエピ層３に存在する貫通転位２０のうちバーガースベクトルｂｖと転位線２１の向きとのなす角度θ１が０°より大きく４０°以内である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が４０°よりも大きな貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされている。本実施形態のウェハ１は、好ましくは、角度θ１が２０°以内である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が２０°よりも大きな貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされる。本実施形態のウェハ１は、さらに好ましくは、角度θ１が７°以内である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が７°よりも大きな貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされる。

【0040】

このように、本実施形態のウェハ１は、ひずみが大きな貫通転位の密度が低くされている。したがって、本実施形態のウェハ１を用いて、ＭＯＳキャパシタ１０を製造することで、ＭＯＳキャパシタ１０の寿命を長くできる。

【0041】

また、本実施形態のＭＯＳキャパシタ１０は、単結晶基板２およびエピ層３に存在する貫通転位２０のうちバーガースベクトルｂｖと転位線２１の向きとのなす角度θ１が０°より大きく４０°以内である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が４０°よりも大きな貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされており、好ましくは、角度θ１が２０°以内である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が２０°よりも大きな貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされており、さらに好ましくは、角度θ１が７°以内である貫通転位２０の密度が３００個／ｃｍ^２以下とされ、角度θ１が７°よりも大きな貫通転位２０の密度が３０個／ｃｍ^２以下とされている。

【0042】

このように、ＭＯＳキャパシタ１０を構成する単結晶基板２およびエピ層３は、ひずみが大きな貫通転位の密度が低くなっている。このため、ひずみが大きな貫通転位の密度が高い場合と比較して、ＭＯＳキャパシタ１０の寿命を長くできる。すなわち、電子デバイスのデバイス特性を改善できる。

【0043】

なお、本実施形態では、ウェハ１およびＭＯＳキャパシタ１０のエピ層３の表面３ａが｛０００１｝面に対して＜１１−２０＞方向に１０°以内のオフ角が設定されており、この表面３ａに到達するように存在する貫通転位２０の角度θ１と密度を特定している。これは、ひずみが大きな貫通転位２０がエピ層３の表面３ａ近傍に存在する場合に、デバイス特性への影響が特に大きいと考えられるからである。ただし、ひずみが大きな貫通転位２０がエピ層３の表面３ａ近傍に存在する場合に限らず、エピ層３のうち表面３ａ近傍以外の部位に存在する場合においても、貫通転位２０がデバイス特性に悪影響を及ぼすと考えられる。したがって、角度θ１と密度を特定する貫通転位２０は、表面３ａに到達するように、エピ層３に存在するものに限られない。

【0044】

また、本実施形態のウェハ１は、特許第３７４５６６８号に記載の製造方法によって製造されたものであるが、他の製造方法によって製造されたものであってもよい。

【0045】

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

【0046】

（１）第１実施形態では、ＳｉＣ単結晶を用いて製造される電子デバイスの一例としてＭＯＳキャパシタ１０を挙げ、このＭＯＳキャパシタ１０の寿命について調べたが、他の電子デバイスの寿命についても図４と同様の結果が得られるものと考えられる。他の電子デバイスとしては、ＭＯＳキャパシタ以外のＭＯＳ構造を有する電子デバイスや、ダイオードを有する電子デバイスが挙げられる。ＭＯＳ構造を有する電子デバイスは、ＭＯＳキャパシタ１０と同様に、ＳｉＣ単結晶の上に酸化膜４を介して第１電極５を形成した構造のものである。例えば、ＭＯＳ構造を有する電子デバイスとしては、第１電極５をゲート電極とするＭＯＳＦＥＴなどが挙げられる。ダイオードを有する電子デバイスとしては、ショットキーダイオードやＰＮダイオードが挙げられる。例えば、図２における酸化膜４を除いた構造、すなわちエピ層３の表面３ａに第１電極５を形成し、第１電極５をエピ層３に対してショットキー接触させることでショットキーダイオードを構成できる。また、図２において、エピ層３の表層部にｐ型層を形成し、ｐ型層に対して第１電極５をオーミック接触させることでＰＮダイオードを構成できる。

【0047】

（２）第１実施形態では、ＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハ１を用いて電子デバイスを製造したが、図５に示すＳｉＣ単結晶ウェハ１０１を用いて電子デバイスを製造してもよい。このＳｉＣ単結晶ウェハ１０１は、ＳｉＣ単結晶が基板状にされたものであり、エピタキシャル成長層を有していないものである。すなわち、このＳｉＣ単結晶ウェハ１０１は、第１実施形態のウェハ１の単結晶基板２とエピ層３のうち単結晶基板２のみで構成されたものに相当する。

【0048】

このＳｉＣ単結晶ウェハ１０１は、第１実施形態のウェハ１の単結晶基板２と同様に、ひずみが大きな貫通転位の密度が低くなっている。このため、ＳｉＣ単結晶ウェハ１０１を用いて、電子デバイスを製造することで、第１実施形態と同様に、電子デバイスの寿命を長くできる。

【0049】

なお、このＳｉＣ単結晶ウェハ１０１は、表面１０１ａが｛０００１｝面に対して＜１１−２０＞方向に１０°以内のオフ角が設定されたものであり、この表面１０１ａに到達する貫通転位２０について、第１実施形態と同様の特定がされていることが好ましい。

【0050】

この場合に製造される電子デバイスは、ＳｉＣ単結晶基板とＳｉＣエピタキシャル成長層とを有する構造に限らず、ＳｉＣ単結晶基板を有しているが、エピタキシャル成長層を有してない構造のものでもよい。エピタキシャル成長層を有してない構造の電子デバイスとしては、例えば、図２に示すＭＯＳキャパシタ１０において、エピ層３が形成されておらず、エピ層３に相当する部位を単結晶基板２が構成する構造のものが挙げられる。このとき、単結晶基板２の表面がＳｉＣ単結晶ウェハ１０１の表面１０１ａに対応する。

【0051】

（３）上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0052】

１ ＳｉＣ単結晶エピタキシャルウェハ
２ ＳｉＣ単結晶基板
３ ＳｉＣエピタキシャル成長層
１０ ＭＯＳキャパシタ
２０ 貫通転位
２１ 転位線
１０１ ＳｉＣ単結晶ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】