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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024081427
(43)【公開日】2024-06-18
(54)【発明の名称】炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素単結晶
(51)【国際特許分類】
C30B 29/36 20060101AFI20240611BHJP
C30B 25/16 20060101ALI20240611BHJP
【ＦＩ】
C30B29/36 A
C30B25/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022195054
(22)【出願日】2022-12-06
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】榊原 聡真
(72)【発明者】
【氏名】神田 貴裕
【テーマコード（参考）】
4G077
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077AB01
4G077BE08
4G077DB04
4G077DB07
4G077DB21
4G077EA03
4G077EA05
4G077HA12
4G077TJ04
(57)【要約】
【課題】成長速度の向上と高品質化を両立できるＳｉＣ単結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】ＳｉＣ原料ガスとなるシランおよびプロパンの原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８については目標流量で一定となるように制御しつつ、全圧Ｐｔｏｔａｌを４０ｋＰａ以上に上昇させることでＳｉＣ単結晶６の結晶表面付近のシランおよびプロパンの分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を上昇させる。
【選択図】図１
【解決手段】ＳｉＣ原料ガスとなるシランおよびプロパンの原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８については目標流量で一定となるように制御しつつ、全圧Ｐｔｏｔａｌを４０ｋＰａ以上に上昇させることでＳｉＣ単結晶６の結晶表面付近のシランおよびプロパンの分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を上昇させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化珪素単結晶（６）の製造方法であって、
反応室を構成する中空形状の加熱容器（９）内に種結晶（５）を配置することと、
前記反応室を加熱しつつ前記種結晶の表面に炭化珪素原料ガスを含む供給ガス（３ａ）を供給することで、前記種結晶の表面上に炭化珪素単結晶（６）を成長させることと、を含み、
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素原料ガスの流量を目標流量に制御しつつ、前記加熱容器の内部圧力となる前記供給ガスの全圧を４０ｋＰａ以上に制御して前記炭化珪素単結晶を成長させる、炭化珪素単結晶の製造方法。
反応室を構成する中空形状の加熱容器（９）内に種結晶（５）を配置することと、
前記反応室を加熱しつつ前記種結晶の表面に炭化珪素原料ガスを含む供給ガス（３ａ）を供給することで、前記種結晶の表面上に炭化珪素単結晶（６）を成長させることと、を含み、
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素原料ガスの流量を目標流量に制御しつつ、前記加熱容器の内部圧力となる前記供給ガスの全圧を４０ｋＰａ以上に制御して前記炭化珪素単結晶を成長させる、炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項2】
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素単結晶のインゴットを形成し、前記炭化珪素単結晶の成長方向において該炭化珪素単結晶中の転位密度を減少させていく、請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項3】
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記全圧を５０ｋＰａ以上に制御する、請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項4】
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記全圧を大気圧以下に制御する、請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項5】
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素原料ガスとしてシランとプロパンを用い、前記シランの分圧を３ｋＰａ～３０ｋＰａとし、前記プロパンの分圧を前記シランと前記プロパンに含まれるＣとＳｉとの比であるＣ／Ｓｉが１となる圧力とする、請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
【請求項6】
一面側がＳｉ面、他面側がＣ面とされた炭化珪素単結晶であって、
前記Ｃ面側の方が前記Ｓｉ面側よりも、基底面転位密度が小さくなっており、前記Ｓｉ面側から前記Ｃ面側に向う方向において、１８０ｃｍ－２／ｍｍ以上の低下率で転位密度が低下している、炭化珪素単結晶。
前記Ｃ面側の方が前記Ｓｉ面側よりも、基底面転位密度が小さくなっており、前記Ｓｉ面側から前記Ｃ面側に向う方向において、１８０ｃｍ－２／ｍｍ以上の低下率で転位密度が低下している、炭化珪素単結晶。
【請求項7】
前記転位密度が１００ｃｍ－２以下になっている、請求項６に記載の炭化珪素単結晶。
【請求項8】
混入された金属不純物の濃度について、Ｂが１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｔｉが７×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｖが５×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下になっている請求項６または７に記載の炭化珪素単結晶。
【請求項9】
ｎ型不純物となる窒素が含まれており、該窒素によるｎ型不純物濃度が５～９×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３またはそれ以上になっている請求項６または７に記載の炭化珪素単結晶。
【請求項10】
ｐ型不純物となるアルミニウムが含まれており、該アルミニウムによるｐ型不純物濃度が１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下になっている請求項６または７に記載の炭化珪素単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶の製造方法およびＳｉＣ単結晶に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ＳｉＣ単結晶の結晶成長では、反応容器の外部から種結晶の成長面上にＳｉＣ原料ガスを供給するガス供給法や、坩堝内に配置したＳｉＣ原料を昇華させることで種結晶にＳｉＣ原料ガスを供給する昇華法を用いてＳｉＣ単結晶を種結晶の上に成長させている。そして、種結晶の上に成長させたＳｉＣ単結晶のインゴットをウェハ状にスライスしてＳｉＣ基板を形成し、ＳｉＣデバイスの製造に用いている。
【0003】
ＳｉＣデバイスの品質に影響を与える項目としてＳｉＣ基板の転位密度がある。種結晶の表面上への結晶成長により長尺なＳｉＣ単結晶が得られるが、転位密度が大きいと、高品質なＳｉＣ基板が得られず、ＳｉＣデバイスの製造においても製品歩留まりを悪化させたり、高精度デバイスの製造に適用できなくなる。このため、特許文献１では、ＳｉＣ原料ガスのＣ／Ｓｉ原子比を調整することで、種結晶となる基板からＳｉＣ単結晶へのマイクロパイプの継続が低減されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００７－２６３６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に示すＳｉＣ単結晶の製造方法によれば、転位密度が小さくして高品質なＳｉＣ単結晶にできる。しかしながら、ＳｉＣ単結晶の製造効率を高めるには、ＳｉＣ単結晶の成長速度を向上させることが必要である。原料ガス流量を増加させるなどによってＳｉＣ単結晶の成長速度を向上させることはできるが、原料の収率が悪くなると共に余剰に投入した原料により気中核生成を促進し、結晶品質を悪化させる。このため、ＳｉＣ単結晶の成長速度の向上と高品質化の両立が課題となる。
【0006】
なお、このような課題は、ガス成長法だけでなく、昇華法においても発生する。
【0007】
本開示は、成長速度の向上と高品質化を両立できるＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することを第１の目的とする。また、本開示は、ＳｉＣデバイスの製造に適した高品質なＳｉＣ単結晶を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ＳｉＣ単結晶（６）の製造方法であって、反応室を構成する中空形状の加熱容器（９）内に種結晶（５）を配置することと、反応室を加熱しつつ種結晶の表面にＳｉＣ原料ガスを含む供給ガス（３ａ）を供給することで、種結晶の表面上にＳｉＣ単結晶（６）を成長させることと、を含み、ＳｉＣ単結晶を成長させることでは、ＳｉＣ原料ガスの流量である原料流量を目標流量に制御しつつ、加熱容器の内部圧力となる供給ガスの全圧を４０ｋＰａ以上に制御してＳｉＣ単結晶を成長させる。
【0009】
このように、ＳｉＣ原料ガスの原料流量については目標流量となるように制御しつつ、供給ガスの全圧を上昇させ、ＳｉＣ単結晶の結晶表面付近のＳｉＣ原料ガスに含まれる各種ガスの分圧を上昇させている。原料流量を増加させずに分圧を向上させているため、原料の収率の悪化や余剰に投入した原料により気中核生成が促進されることが抑制され、結晶品質の悪化を抑制することが可能となる。また、ＳｉＣ単結晶の成長表面温度を下げることによって成長速度を上昇させている訳では無いため、ＳｉＣ単結晶の成長表面でのマイグレーション不足を発生させることも抑制される。したがって、ＳｉＣ単結晶の成長速度の向上と高品質化の両立を図ることが可能になる。
【0010】
また、請求項６に記載の発明は、一面側がＳｉ面、他面側がＣ面とされたＳｉＣ単結晶であって、Ｃ面側の方がＳｉ面側よりも、基底面転位密度が小さくなっており、Ｓｉ面側からＣ面側に向う方向において、１８０ｃｍ－２／ｍｍ以上の低下率で転位密度が低下している。
【0011】
このように、ＳｉＣ原料ガスの原料流量については目標流量となるように制御しつつ、供給ガスの全圧を上昇させ、ＳｉＣ単結晶の結晶表面付近のＳｉＣ原料ガスに含まれる各種ガスの分圧を上昇させてＳｉＣ単結晶を成長させると、転位密度を低下させられる。具体的には、Ｓｉ面側からＣ面側に向う方向において、１８０ｃｍ－２／ｍｍ以上の低下率で転位密度が低下させることができる。したがって、例えば高電圧パワーデバイスに適用可能なほどＳｉＣ単結晶の高品質化が可能となる。
【0012】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置の概略断面図である。
【図2】ＳｉＣ単結晶の成長量（ｍｍ）と転位密度（ｃｍ－２）との関係の変化を示した図である。
【図3】供給ガスの全圧（ｋＰａ）が成長速度に及ぼす影響を示した図である。
【図4】任意の一定の成長量での供給ガスの全圧（ｋＰａ）に対する転位密度（ｃｍ－２）の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
（第１実施形態）
まず、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造に用いるＳｉＣ単結晶製造装置について説明する。
まず、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造に用いるＳｉＣ単結晶製造装置について説明する。
【0016】
【0017】
具体的には、ＳｉＣ単結晶製造装置１は、ガス供給口２を通じてガス供給源３からのＳｉＣ原料ガスを含む供給ガス３ａを流入させると共に、ガス排出口４を通じて未反応ガスを排出することで、ＳｉＣ単結晶基板からなる種結晶５上にＳｉＣ単結晶６を成長させる。
【0018】
ＳｉＣ単結晶製造装置１には、ガス供給源３、真空容器７、断熱材８、加熱容器９、台座１０、回転引上機構１１、第１、第２加熱装置１２、１３および圧力調整部１４が備えられている。
【0019】
ガス供給源３は、ＳｉおよびＣを含有するＳｉＣ原料ガス、例えばシラン（ＳｉＨ４）等のシラン系ガスとプロパン（Ｃ３Ｈ８）等の炭化水素系ガスの混合ガスを少なくとも含む供給ガス３ａを筒状のガス供給口２より供給する。このガス供給源３等により、加熱容器９の外部より、種結晶５の下方からＳｉＣ原料ガスを供給するガス供給機構が構成されている。
【0020】
ガス供給源３は、供給ガス３ａとして、少なくともＳｉＣ原料ガスの供給を行えればよいが、キャリアガスを共に供給することで、ＳｉＣ原料ガスを希釈して流速を高めたり、原料ガス濃度を調整したりすることなども可能である。また、キャリアガスに加えて、もしくはキャリアガスに代えてエッチングガスを供給することもできる。エッチングガスを供給すれば、ＳｉＣ原料ガスの流速や濃度の調整に加えて、付着させたくない場所への副生成物の付着を抑制することが可能となる。キャリアガスとしては、例えばＨｅ、Ａｒなどの不活性ガスを用いることができ、エッチングガスとしては、例えばＨ２やＨＣｌなどを用いることができる。さらに、成長させるＳｉＣ単結晶６にドーパントを導入する場合には、例えばＮ２（窒素）のようなｎ型ドーパントとなるＮ源を導入することもできる。勿論、Ｎ源のようなｎ型ドーパントに限らず、ｐ型ドーパントとなるＡｌ（アルミニウム）源やＢ（ホウ素）源を導入することもできる。
【0021】
なお、ここでは、ＳｉＣ単結晶製造装置１の下方位置に備えられたガス供給口２を通じてガス供給源３から供給ガス３ａが供給される形態を挙げている。しかしながら、ＳｉＣ原料ガス、キャリアガス、エッチングガスは１つのガス供給口２を通じて供給される形態だけでなく、別々の供給口から供給される形態であっても良い。
【0022】
真空容器７は、石英ガラスなどで構成され、中空部を有する筒形状、本実施形態の場合は円筒形状をなしており、供給ガス３ａの導入導出が行える構造とされている。また、真空容器７は、ＳｉＣ単結晶製造装置１の他の構成部品を収容すると共に、その収容している内部空間の圧力を真空引きすることにより減圧できる構造とされている。この真空容器７の底部に供給ガス３ａのガス供給口２が設けられ、側壁の上方位置にガス排出口４が設けられている。
【0023】
断熱材８は、中空部を有する筒形状、本実施形態の場合は有底円筒形状をなしており、真空容器７に対して同軸的に配置されている。断熱材８は、真空容器７よりも径が縮小された円筒形状部分を有し、真空容器７の内側に配置されることで、断熱材８の内側の空間から真空容器７側への伝熱を抑制している。断熱材８は、例えば黒鉛のみ、もしくは、表面をＴａＣ（炭化タンタル）やＮｂＣ（炭化ニオブ）などの高融点金属炭化物にてコーティングした黒鉛などで構成され、熱エッチングされにくいものとされている。
【0024】
断熱材８は、底部の中心部に、底部を貫通する導入孔８ａが形成されており、導入孔８ａがガス供給口２に繋げられ、ガス供給口２から導入された供給ガス３ａが導入孔８ａを通じて断熱材８内に導かれるようになっている。
【0025】
加熱容器９は、ＳｉＣ原料ガスを加熱分解してＳｉＣ単結晶６を成長させる反応室を構成する坩堝であり、中空部を有する筒形状、本実施形態の場合は有底円筒形状で構成されている。加熱容器９の中空部が種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶６を成長させる成長空間となる。加熱容器９は、例えば黒鉛のみ、もしくは、表面をＴａＣやＮｂＣなどの高融点金属炭化物にてコーティングした黒鉛などで構成され、熱エッチングされにくいものとされている。この加熱容器９は、台座１０を囲むように配置されている。この加熱容器９により、ガス供給口２からの供給ガス３ａを種結晶５に導くまでに、ＳｉＣ原料ガスを分解している。
【0026】
加熱容器９は、底部の中心部に、底部を貫通する導入孔９ａが形成されており、導入孔９ａがガス供給口２や導入孔８ａに繋げられ、ガス供給口２や導入孔８ａから導入された供給ガス３ａが導入孔９ａを通じて加熱容器９内に導かれるようになっている。
【0027】
台座１０は、種結晶５を設置するための部材である。台座１０は、種結晶５が設置される一面が種結晶５の形状と対応する形状とされている。また、台座１０は、台座１０の中心軸が加熱容器９の中心軸や後述する回転引上機構１１のシャフト１１ａの中心軸と同軸となるように配置されている。本実施形態の場合、台座１０を種結晶５と同じ径の円柱形状部材で構成することで、種結晶５が設置される一面が円形状とされており、その円の中心線Ｃが加熱容器９の中心軸などと同軸とされている。台座１０は、例えば黒鉛のみ、もしくは、表面をＴａＣやＮｂＣなどの高融点金属炭化物にてコーティングした黒鉛などで構成され、熱エッチングされにくいものとされている。
【0028】
この台座１０のガス供給口２側の一面に、種結晶５が貼り付けられ、種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶６が成長させられる。また、台座１０は、種結晶５が配置される面と反対側の面においてシャフト１１ａに連結されており、シャフト１１ａの回転に伴って回転させられ、シャフト１１ａが引き上げられることに伴って紙面上方に引き上げ可能となっている。
【0029】
回転引上機構１１は、パイプ材などで構成されるシャフト１１ａを介して台座１０の回転および引上げを行う。シャフト１１ａは、本実施形態では上下に伸びる直線状で構成されており、一端が台座１０のうちの種結晶５の貼付面と反対側の面に接続され、他端が回転引上機構１１の本体に接続されている。このシャフト１１ａも、例えば黒鉛のみ、もしくは、表面をＴａＣやＮｂＣなどの高融点金属炭化物にてコーティングした黒鉛などで構成され、熱エッチングされにくいものとされている。このような構成により、台座１０、種結晶５およびＳｉＣ単結晶６の回転および引き上げが行え、ＳｉＣ単結晶６の成長面が所望の温度分布となるようにしつつ、ＳｉＣ単結晶６の成長に伴って、その成長表面の温度を成長に適した温度に調整できるようになっている。
【0030】
第１、第２加熱装置１２、１３は、例えば誘導加熱用コイルや直接加熱用コイルなどの加熱コイルによって構成され、真空容器７の周囲を囲むように配置されていて、加熱容器９の加熱を行う。本実施形態の場合、第１、第２加熱装置１２、１３を誘導加熱用コイルによって構成している。これら第１、第２加熱装置１２、１３は、対象場所をそれぞれ独立して温度制御できるように構成されており、第１加熱装置１２は、加熱容器９に対応した位置に配置され、第２加熱装置１３は、台座１０と対応した位置に配置されている。したがって、第１加熱装置１２によって加熱容器９の下方部分の温度を制御して、ＳｉＣ原料ガスを加熱して分解することができる。また、第２加熱装置１３によって台座１０や種結晶５およびＳｉＣ単結晶６の周囲の温度をＳｉＣ単結晶６の成長に適した温度に制御することができる。なお、ここでは、加熱装置を第１、第２加熱装置１２、１３によって構成したが、第１加熱装置１２のみとしても良いし、これらの配置場所を適宜変更しても良い。
【0031】
圧力調整部１４は、ＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力、つまりＳｉＣ単結晶６の成長空間のガス圧を調整する機構である。ＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力は、真空容器７内のガス圧であり、真空容器７内においてはいずれの場所もほぼ同圧と見做すことができる。圧力調整部１４は、この真空容器７内のガス圧を調整することで、成長空間のガス圧を調整している。具体的には、圧力調整部１４は、ガス排出口４に配置されており、圧力調整バルブ１４ａ、圧力検出器１４ｂおよび制御部１４ｃを有している。
【0032】
圧力調整バルブ１４ａは、電磁弁などで構成され、制御部１４ｃにて開度が制御されることにより、ガス排出口４を通じて排出されるガスの流量を調整してＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力を調整する。圧力検出器１４ｂは、ガス排出口４を通じてＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力を検出し、内部圧力に応じた検出信号を制御部１４ｃに入力する。制御部１４ｃは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えたマイクロコンピュータによって構成されている。制御部１４ｃは、圧力検出器１４ｂの検出信号に基づいて、圧力調整バルブ１４ａの制御信号を出力することで、ＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力が目標圧力となるように制御する。
【0033】
このようにして、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１が構成されている。続いて、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶製造装置１を用いたＳｉＣ単結晶６の製造方法について説明する。
【0034】
まず、台座１０の一面に種結晶５を貼り付ける。種結晶５としては、一面側がＳｉ面、その反対面となる他面側がＣ面、より詳しくは（０００－１）Ｃ面に対して４°もしくは８°などの所定のオフ角を有する４Ｈ－ＳｉＣで構成されたオフ基板を用意している。そして、Ｓｉ面側を台座１０に向け、台座１０と反対側となるＳｉＣ単結晶６の成長面側をＣ面側として、台座１０に貼り付ける。
【0035】
続いて、加熱容器９内に台座１０および種結晶５を配置する。そして、第１、第２加熱装置１２、１３を制御し、加熱容器９を加熱することで所望の温度分布を付ける。すなわち、供給ガス３ａに含まれるＳｉＣ原料ガスが加熱分解されて種結晶５の表面に供給され、かつ、種結晶５の表面においてＳｉＣ原料ガスが再結晶化されつつ、加熱容器９内において再結晶化レートよりも昇華レートの方が高くなるような温度分布とする。具体的には、加熱容器９内の２０００℃以上の高温、好ましくは少なくとも一部が２５００℃以上となる環境とする。例えば、加熱容器９の底部の温度を２８００±１００℃程度、種結晶５の表面の温度を２５００±１００℃程度とする。
【0036】
さらに、ＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力、つまり真空容器７を所望の目標圧にしつつ、ガス供給口２を通じてＳｉＣ原料ガスを含む供給ガス３ａを導入する。ＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力が目標圧となるように制御することで、シラン等のシラン系ガスやプロパン等の炭化水素系ガスを温度に合わせた分圧に制御できる。また、必要に応じてＨｅやＡｒなどの不活性ガスによるキャリアガスやＨ２やＨＣｌなどのエッチングガスを導入し、流速や原料ガス濃度を調整して、副生成物が生成し難くなる条件となるようにしている。これにより、供給ガス３ａが図１中の矢印で示したように流動して種結晶５に供給され、供給ガス３ａ中に含まれる原料ガスにより、種結晶５の表面にＳｉＣ単結晶６が成長させられる。
【0037】
そして、回転引上機構１１により、シャフト１１ａを介して台座１０や種結晶５およびＳｉＣ単結晶６を回転させつつ、ＳｉＣ単結晶６の成長レートに合せて引上げる。これにより、ＳｉＣ単結晶６の成長表面の高さがほぼ一定に保たれ、成長表面温度の温度分布を制御性良く制御することが可能となる。
【0038】
ここで、本発明者らは、ＳｉＣ単結晶を成長させる際に、成長速度の向上と高品質化の両立を図るべく鋭意検討を行い、ＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力、つまり供給ガス３ａの圧力を制御するという方法を見出した。以下、これについて説明する。なお、以下の説明において、すべてのガスを含む供給ガス３ａの全圧力のことを全圧Ｐｔｏｔａｌと言う。全圧Ｐｔｏｔａｌは、ＳｉＣ単結晶製造装置１の内部圧力であるが、ＳｉＣ単結晶製造装置１の内部のどの場所でもほぼ同圧になるため、ＳｉＣ単結晶６の成長面に印加される圧力、つまり反応室を構成する加熱容器９の内部圧力に相当する。
【0039】
本実施形態で説明するＳｉＣ単結晶製造装置１は、ガス供給法に基づき、ＨＴＣＶＤ（高温化学気相成長）法によってＳｉＣ単結晶６を製造している。ＨＴＣＶＤ法は、高純度のＳｉＣ原料ガスを用いて、２０００℃以上の高温下で減圧気相成長によってＳｉＣ単結晶６を製造する手法である。このＨＴＣＶＤ法における結晶成長速度などは、以下に示す数式で表される。
【0040】
【数1】
【0041】
【数2】
【0042】
【数3】
【0043】
【数4】
【0044】
上記数式４で示されるように、成長速度ＧＲを上昇させるには、全圧Ｐｔｏｔａｌを上昇させる、もしくは原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を増加させて分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を上昇させれば良い。また、ＳｉＣ単結晶６の成長表面温度Ｔを下げることによっても、成長速度ＧＲを上昇させることが可能である。
【0045】
しかしながら、成長速度ＧＲを上昇させる手法として、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を増加させて分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を向上させると、原料の収率が悪くなると共に余剰に投入した原料により気中核生成を促進し、結晶品質を悪化させる。一方、成長表面温度Ｔを下げて成長速度ＧＲを上昇させようとすると、ＳｉＣ単結晶６の成長表面でのマイグレーション不足により品質が悪化することが確認された。このため、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を増加させて分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を向上させる手法や成長表面温度Ｔを下げる手法では、成長速度ＧＲを上昇させられても結晶品質を確保できず、ＳｉＣ単結晶６の成長速度の向上と高品質化の両立を図ることが困難である。
【0046】
これに対して、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を目標流量で一定となるように制御しつつ、全圧Ｐｔｏｔａｌを上昇させてＳｉＣ単結晶６の結晶表面付近の分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を上昇させると、両者を両立できることが分かった。
【0047】
原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を目標流量となるように制御していることから、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面でのマイグレーション不足が抑制され、ＳｉＣ単結晶６の高品質化が可能になる。そして、全圧Ｐｔｏｔａｌを上昇させることでＳｉＣ単結晶６の結晶表面付近の分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を上昇させているため、ＳｉＣ単結晶６の成長速度ＧＲを向上させることが可能となる。これにより、ＳｉＣ単結晶６の成長速度の向上と高品質化の両立を図ることが可能になる。
【0048】
適用可能な全圧Ｐｔｏｔａｌについては、低すぎると原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を多くすることが必要になって効率が低下することから、４０ｋＰａ以上、好ましくは５０ｋＰａ以上としている。また、全圧Ｐｔｏｔａｌを高くするほどＳｉＣ単結晶６の成長速度を高くできて高効率になるが、ＳｉＣ単結晶製造装置１からのガス漏れの抑制のために全圧Ｐｔｏｔａｌを大気圧よりも低い減圧雰囲気とするのが好ましい。ただし、専用の耐圧、耐熱容器を準備すればこの限りではない。
【0049】
以下、実験結果を参照して、ＳｉＣ単結晶６の成長速度の向上と高品質化の両立が図れる理由を説明する。
【0050】
まず、全圧Ｐｔｏｔａｌを異ならせた場合において、ＳｉＣ単結晶６の成長量（ｍｍ）と転位密度（ｃｍ－２）との関係の変化を調べた。図２は、その結果を示している。この図に示すように、全圧Ｐｔｏｔａｌを５０ｋＰａ、７０ｋＰａ、９０ｋＰａと３つの異なる値に設定した。ここでは原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を一定の目標流量とし、これらの流量比を一定として実験を行っている。ここでは、一例として、原料流量ｆＳｉＨ４および原料流量ｆＣ３Ｈ８をＳｉ：Ｃの原料比に対応した流量としている。また、キャリアガスやエッチングガスを適宜導入し、圧力調整部１４にて全圧Ｐｔｏｔａｌを調整して一定圧力としている。また、シランの分圧ＰＳｉＨ４を３ｋＰａ～３０ｋＰａ、プロパンの分圧ＰＣ３Ｈ８を分圧ＰＳｉＨ４に対応してＣ／Ｓｉが１となる圧力としている。そして、それぞれの圧力下においてＳｉＣ単結晶６を成長させた場合の成長量、つまり種結晶５の表面からの成長方向の距離、図１で言えば中心線Ｃに沿う方向の距離と、その成長量の位置での転位密度を測定した。転位密度については、測定対象とする成長量の場所でＳｉＣ単結晶６を切断した後、ＫＯＨ融液で１時間切断表面をエッチングし、欠陥をピット形状として観測することによって測定している。転位密度は、単位面積ｃｍ２当たりに含まれる様々な転位の数を表している。この転位には、マイクロパイプや基底面転位（ＢＰＤ）などの転位が含まれる。また、転位については、寸法にかかわらず光学顕微鏡などによって測定可能である。切断したＳｉＣ単結晶６の表面全域について転位密度を測定する必要は無く、所定の範囲において数カ所測定することで、測定対象とする成長量での転位密度を得ることができる。
【0051】
図２に示すように、本実験では、ＳｉＣ単結晶６の成長初期、つまり成長量が０ｍｍ近傍においては、転位密度が１０００ｃｍ－２程度となっている。しかしながら、成長量が５ｍｍ近傍においては、転位密度が１００ｃｍ－２以下と１／１０以下、換言すれば一桁以上低減されていた。転位密度の低下率で言えば、５ｍｍの成長量で１０００ｃｍ－２から１００ｃｍ－２以下に減少していることから、１８０ｃｍ－２／ｍｍ以上の低下率になる。さらに、成長量が１０ｍｍを超えても転位密度の低下率は小さくなるものの徐々に転位密度が低下しており、１００ｃｍ－２以下を維持できていた。
【0052】
ＳｉＣ単結晶６からＳｉＣ基板を切り出してデバイス製造が行われる。適用されるデバイスの仕様などにより、要求される転位密度が異なるが、転位密度が１００ｃｍ－２以下はＭＯＳＦＥＴなどの高電圧パワーデバイスにも適用可能な高品質なＳｉＣ基板である。また、高電圧パワーデバイス以外の用途であれば、転位密度が２００ｃｍ－２以下のＳｉＣ基板を適用することも十分可能である。ＳｉＣ単結晶６の成長量が２．５ｍｍ以上において転位密度が２００ｃｍ－２以下にできており、高電圧パワーデバイス以外の用途に適用可能な程度に高品質化が可能になっていることが分かる。また、ＳｉＣ単結晶６の成長量が５ｍｍ以上となる場所では、転位密度が１００ｃｍ－２以下という高電圧パワーデバイスに適用可能なほど高品質化が可能になることが分かる。
【0053】
図２に示すように、全圧Ｐｔｏｔａｌにかかわらず、成長量に対する転位密度の変化は同様の傾向になっており、成長量が大きくなるに連れて転位密度が低減している。これは、全圧Ｐｔｏｔａｌの変化は転位密度に影響を及ぼさず、全圧Ｐｔｏｔａｌが異ならせたとしても、成長量に応じて転位密度を低減させられることを意味している。したがって、全圧Ｐｔｏｔａｌを上昇させ、ＳｉＣ単結晶６の結晶表面付近の分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を上昇させたとしても、転位密度を増大させないで済み、ＳｉＣ単結晶６の高品質化が可能になる。
【0054】
次に、全圧Ｐｔｏｔａｌが成長速度ＧＲに及ぼす影響について調べた。図３は、その結果を示している。なお、この実験については、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８、キャリアガスおよびエッチングガスの条件については図２の実験と同条件としており、全圧Ｐｔｏｔａｌについても５０ｋＰａ、７０ｋＰａ、９０ｋＰａと３つの異なる値に設定した。
【0055】
図３に示すように、ＳｉＣ単結晶６の成長速度ＧＲは全圧Ｐｔｏｔａｌに依存するという結果となり、全圧Ｐｔｏｔａｌが大きくなるほど成長速度ＧＲが大きくなる。したがって、全圧Ｐｔｏｔａｌを上昇させれば、成長速度ＧＲを上昇させられることが分かる。
【0056】
さらに、任意の一定の成長量での全圧Ｐｔｏｔａｌに対する転位密度の変化について調べた。図４は、その結果を示している。なお、この実験についても、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８、キャリアガスおよびエッチングガスの条件については図２の実験と同条件としており、全圧Ｐｔｏｔａｌについても５０ｋＰａ、７０ｋＰａ、９０ｋＰａと３つの異なる値に設定した。
【0057】
図４に示すように、ある成長量での成長速度ＧＲに対する転位密度については、全圧Ｐｔｏｔａｌが異なっていても変化がなかった。具体的には、全圧Ｐｔｏｔａｌが５０ｋＰａ、７０ｋＰａ、９０ｋＰａいずれの場合においても、すべて転位密度が１００ｃｍ－２以下となっていた。これは、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を一定としている場合、ある成長量での成長速度ＧＲに対する転位密度が一定になることを意味している。つまり、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を一定としていれば、全圧Ｐｔｏｔａｌが異なっていてもＳｉＣ単結晶６の品質を劣化させないようにでき、高電圧パワーデバイスに適用可能なほどＳｉＣ単結晶６ノ高品質化が可能になる。
【0058】
以上説明したように、本実施形態では、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８については目標流量で一定となるように制御しつつ、全圧Ｐｔｏｔａｌを４０ｋＰａ以上に上昇させることでＳｉＣ単結晶６の結晶表面付近の分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を上昇させている。
【0059】
このように、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８を増加させずに分圧ＰＳｉＨ４、ＰＣ３Ｈ８を上昇させているため、原料の収率の悪化や余剰に投入した原料により気中核生成が促進されることが抑制され、結晶品質の悪化を抑制することが可能となる。また、成長表面温度Ｔを下げることによって成長速度ＧＲを上昇させている訳では無いため、ＳｉＣ単結晶６の成長表面でのマイグレーション不足を発生させることも抑制される。したがって、ＳｉＣ単結晶６の成長速度ＧＲの向上と高品質化の両立を図ることが可能になる。
【0060】
また、ＳｉＣ単結晶６の成長に用いる種結晶５は、一面側をＳｉ面、他面側をＣ面として、Ｓｉ面が台座１０側に向けられ、Ｃ面がＳｉＣ単結晶６の成長面とされるが、得られたＳｉＣ単結晶６については、Ｓｉ面よりもＣ面の方が転位密度が減少した状態になる。つまり、種結晶５の表面から成長したＳｉＣ単結晶６は、種結晶５側となるＳｉＣ単結晶６の成長初期の位置で種結晶５よりもＢＰＤ密度が低下したのち、ＳｉＣ単結晶６の成長方向、つまり種結晶５から離れる方向に沿って転位密度が増加しない。そして、ＳｉＣ単結晶６の成長が進むにつれて転位密度が減少し、好ましくは、その後も転位密度が増加せずにＳｉＣ単結晶６を成長させられる。このような構成になっていれば、成長が進むほど、より品質の良いＳｉＣデバイスの製造に適したＳｉＣ単結晶６にできる。また、ＳｉＣ単結晶６をスライスしてＳｉＣ基板を製造した場合には、転位密度が少なくデバイス特性の良好なＳｉＣ基板とすることが可能となる。
【0061】
具体的に、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８が目標流量で一定となるように制御しつつ、全圧Ｐｔｏｔａｌを４０ｋＰａ以上、好ましくは５０ｋＰａ以上としてＳｉＣ単結晶６を製造し、ＳｉＣ単結晶６をスライスしてＳｉＣ基板を製造した。このようにして製造したＳｉＣ基板ついて調べたところ、キャリアライフタイムは５ｎｓ以下、Ｃ（炭素）空孔を意味するカーボンベーカンシー（Ｖｃ）濃度は１×１０１５ｃｍ－３以上となっており、転位密度が抑制された高品質なものとなっていた。ガス供給法によってＳｉＣ単結晶６を成長させる場合、昇華法と比較してＶｃ濃度が高くなる傾向にあるが、本実施形態の製造方法によれば、よりＶｃ濃度を高くできる。Ｖｃがホールとの再結合中心となるため、Ｖｃ濃度が高いことでダイオードの順方向劣化の原因である１ＳＳＦ（Single-Shockley型積層欠陥）の拡張を抑制することが可能になる。
【0062】
また、意図的なドーパントではない不純物として混入された金属不純物の合計濃度が２×１０１５ａｔｍ／ｃｍ３以下となっていて、デバイス特性の良好なＳｉＣ基板が得られていた。より詳しくは、Ａｌ（アルミニウム）が１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｂ（ボロン）が１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｔｉ（チタン）が７×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｖ（バナジウム）が５×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下であった。この金属不純物濃度は、ＳｉＣウェハを半導体デバイス形成に用いる場合に、良好なデバイス特性が得られるレベルの少なさであった。
【0063】
さらに、ドーパントとしてｎ型不純物となるＮをドープすべく、供給ガス３ａにＮ２を導入してＳｉＣ単結晶６を製造し、ＳｉＣ単結晶６をスライスしてＳｉＣ基板を製造した。その結果、ｎ型不純物濃度が５～９×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３もしくはそれ以上のＳｉＣ基板が得られた。このような高濃度のＳｉＣ基板は、例えば高電圧パワーデバイスとしてｎ型ＭＯＳＦＥＴなどを製造する際のドレイン領域を構成する部分として利用することができる。また、転位密度が小さな高品質なＳｉＣ基板であることから、その表面にドリフト層をエピタキシャル成長させた場合にも、ドリフト層の転位密度を小さくできる。このため、ＢＰＤが１ＳＳＦに拡張することが抑制され、オン抵抗の増大を抑制できる高電圧パワーデバイスとすることが可能になる。
【0064】
同様に、ドーパントとしてｐ型不純物となるＡｌをドープすべく、供給ガス３ａにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を導入してＳｉＣ単結晶６を製造し、ＳｉＣ単結晶６をスライスしてＳｉＣ基板を製造した。その結果、ｐ型不純物濃度が１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下のＳｉＣ基板が得られた。このような高濃度のＳｉＣ基板は、高電圧パワーデバイスとしてＩＧＢＴなどを製造する際のコレクタ領域を構成する部分として利用することができる。また、転位密度が小さな高品質なＳｉＣ基板であることから、その表面にドリフト層をエピタキシャル成長させた場合にも、ドリフト層の転位密度を小さくでき、ｎ型不純物をドープする場合と同様の効果が得られる。
【0065】
（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【0066】
すなわち、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８については目標流量となるように制御しつつ、全圧Ｐｔｏｔａｌを上昇させることでＳｉＣ単結晶６の結晶表面付近の分圧ＰＳｉＨ４を上昇させられるＳｉＣ単結晶製造装置１であれば、どのような構造でも良い。例えば、図１に示したＳｉＣ単結晶製造装置１は一例を示したに過ぎず、加熱容器９や断熱材８の構造など、部分的に構成が異なっていても構わない。そして、ＳｉＣ単結晶製造装置１の全圧Ｐｔｏｔａｌを制御する機構として図１に示したガス排出口４に圧力調整部１４を備えるようにしたが、これに限らず、ガス排出口４と異なる場所に圧力調整部１４を備えた構造としても良い。
【0067】
また、原料流量ｆＳｉＨ４、ｆＣ３Ｈ８について、「目標流量に制御する」もしくは「目標流量で一定となるように制御する」とは、目標流量から全く変化がない場合に限らず、フィードバック制御などの各種制御によって目標流量となるように調整される場合も含む。同様に、全圧Ｐｔｏｔａｌを上昇させることについては、４０ｋＰａ以上の目標圧となるように制御できればよく、目標圧から全く変化がない場合に限らず、フィードバック制御などの各種制御によって目標圧となるように調整される場合も含まれる。
【0068】
また、図１中では、種結晶５の表面上に形成されたインゴット状のものをＳｉＣ単結晶６として図示してあるが、ＳｉＣ単結晶６は、インゴットであっても、それを切り出したウェハ状のＳｉＣ基板であっても、いずれの形態であっても良い。
【0069】
また、上記実施形態では、種結晶５に対して下方側からＳｉＣ原料ガスを含む供給ガス３ａを供給するアップフロー方式のＳｉＣ単結晶成長装置や製造方法を例に挙げた。しかしながら、これに限らず、ガス供給機構の構成については、サイドフロー方式であってもダウンフロー方式であっても良い。さらに、上記実施形態では、ＳｉＣ単結晶製造装置１としてガス供給法が適用される構成を例に挙げたが、昇華法が適用される構成であっても良い。
【0070】
さらに、上記実施形態では、ＳｉＣ単結晶６をｎ型ドープもしくはｐ型ドープとする場合を一例に挙げたが、不純物ドープを制限して半絶縁性とすることも可能である。その場合、Ｎなどのｎ型不純物やＡｌなどのｐ型不純物のドープ源となるＮ２やＴＭＡを導入しないようにすれば良く、その場合、ｎ型不純物あるいはｐ型不純物の濃度がＢが１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｔｉが７×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｖが５×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下の半絶縁性のＳｉＣ単結晶６を製造することができる。
【0071】
また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、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特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
【0072】
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。
【0073】
また、本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
（本開示の説明）
上記の通りの実施形態についての説明から明らかなように、本明細書には、少なくとも以下の開示事項が開示されている。
［観点１］
炭化珪素単結晶（６）の製造方法であって、
反応室を構成する中空形状の加熱容器（９）内に種結晶（５）を配置することと、
前記反応室を加熱しつつ前記種結晶の表面に炭化珪素原料ガスを含む供給ガス（３ａ）を供給することで、前記種結晶の表面上に炭化珪素単結晶（６）を成長させることと、を含み、
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素原料ガスの流量を目標流量に制御しつつ、前記加熱容器の内部圧力となる前記供給ガスの全圧を４０ｋＰａ以上に制御して前記炭化珪素単結晶を成長させる、炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点２］
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素単結晶のインゴットを形成し、前記炭化珪素単結晶の成長方向において該炭化珪素単結晶中の転位密度を減少させていく、観点１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点３］
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記全圧を５０ｋＰａ以上に制御する、観点１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点４］
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記全圧を大気圧以下に制御する、観点１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点５］
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素原料ガスとしてシランとプロパンを用い、前記シランの分圧を３ｋＰａ～３０ｋＰａとし、前記プロパンの分圧を前記シランと前記プロパンに含まれるＣとＳｉとの比であるＣ／Ｓｉが１となる圧力とする、観点１ないし４のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点６］
一面側がＳｉ面、他面側がＣ面とされた炭化珪素単結晶であって、
前記Ｃ面側の方が前記Ｓｉ面側よりも、基底面転位密度が小さくなっており、前記Ｓｉ面側から前記Ｃ面側に向う方向において、１８０ｃｍ－２／ｍｍ以上の低下率で転位密度が低下している、炭化珪素単結晶。
［観点７］
前記転位密度が１００ｃｍ－２以下になっている、観点６に記載の炭化珪素単結晶。
［観点８］
混入された金属不純物の濃度について、Ｂが１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｔｉが７×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｖが５×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下になっている観点６または７に記載の炭化珪素単結晶。
［観点９］
ｎ型不純物となる窒素が含まれており、該窒素によるｎ型不純物濃度が５～９×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３またはそれ以上になっている観点６ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶。
［観点１０］
ｐ型不純物となるアルミニウムが含まれており、該アルミニウムによるｐ型不純物濃度が１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下になっている観点６ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶。
（本開示の説明）
上記の通りの実施形態についての説明から明らかなように、本明細書には、少なくとも以下の開示事項が開示されている。
［観点１］
炭化珪素単結晶（６）の製造方法であって、
反応室を構成する中空形状の加熱容器（９）内に種結晶（５）を配置することと、
前記反応室を加熱しつつ前記種結晶の表面に炭化珪素原料ガスを含む供給ガス（３ａ）を供給することで、前記種結晶の表面上に炭化珪素単結晶（６）を成長させることと、を含み、
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素原料ガスの流量を目標流量に制御しつつ、前記加熱容器の内部圧力となる前記供給ガスの全圧を４０ｋＰａ以上に制御して前記炭化珪素単結晶を成長させる、炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点２］
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素単結晶のインゴットを形成し、前記炭化珪素単結晶の成長方向において該炭化珪素単結晶中の転位密度を減少させていく、観点１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点３］
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記全圧を５０ｋＰａ以上に制御する、観点１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点４］
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記全圧を大気圧以下に制御する、観点１ないし３のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点５］
前記炭化珪素単結晶を成長させることでは、前記炭化珪素原料ガスとしてシランとプロパンを用い、前記シランの分圧を３ｋＰａ～３０ｋＰａとし、前記プロパンの分圧を前記シランと前記プロパンに含まれるＣとＳｉとの比であるＣ／Ｓｉが１となる圧力とする、観点１ないし４のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
［観点６］
一面側がＳｉ面、他面側がＣ面とされた炭化珪素単結晶であって、
前記Ｃ面側の方が前記Ｓｉ面側よりも、基底面転位密度が小さくなっており、前記Ｓｉ面側から前記Ｃ面側に向う方向において、１８０ｃｍ－２／ｍｍ以上の低下率で転位密度が低下している、炭化珪素単結晶。
［観点７］
前記転位密度が１００ｃｍ－２以下になっている、観点６に記載の炭化珪素単結晶。
［観点８］
混入された金属不純物の濃度について、Ｂが１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｔｉが７×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下、Ｖが５×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３以下になっている観点６または７に記載の炭化珪素単結晶。
［観点９］
ｎ型不純物となる窒素が含まれており、該窒素によるｎ型不純物濃度が５～９×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３またはそれ以上になっている観点６ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶。
［観点１０］
ｐ型不純物となるアルミニウムが含まれており、該アルミニウムによるｐ型不純物濃度が１×１０１１ａｔｍ／ｃｍ３以下になっている観点６ないし８のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶。
【符号の説明】
【0074】
１ ＳｉＣ単結晶製造装置
３ ガス供給源
３ａ 供給ガス
５ 種結晶
６ ＳｉＣ単結晶
１０ 台座
１４ 圧力調整部
１４ａ 圧力調整バルブ
１４ｂ 圧力検出器
１４ｃ 制御部
３ ガス供給源
３ａ 供給ガス
５ 種結晶
６ ＳｉＣ単結晶
１０ 台座
１４ 圧力調整部
１４ａ 圧力調整バルブ
１４ｂ 圧力検出器
１４ｃ 制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2023-09-05
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0004】
【特許文献1】特開２００７－２６９６２７号公報