特開 2024-88302 ＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハ

(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】P2024088302

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】ＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハ

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240625BHJP

   C30B 23/02 20060101ALI20240625BHJP

   C30B 33/02 20060101ALN20240625BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B23/02

C30B33/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203405

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000004455

【氏名又は名称】株式会社レゾナック

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100137017

【弁理士】

【氏名又は名称】眞島 竜一郎

(72)【発明者】

【氏名】野口 駿介

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077AA03

4G077AB01

4G077AB02

4G077AB09

4G077AB10

4G077BE08

4G077DA02

4G077DA18

4G077ED02

4G077ED06

4G077FE17

4G077HA12

(57)【要約】

【課題】基板の反りを抑えつつ、デバイスへの悪影響の少ない、ＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハを提供することを目的とする。
【解決手段】本実施形態にかかるＳｉＣ基板は、ＳｉＣ基板の表面に対して結晶面が第１方向に０．５°以上１０°以下のオフセット角を有し、（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで第１測定点を確認すると転位が確認され、前記第１測定点は、前記ＳｉＣ基板の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心から前記第１方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点であり、前記転位は、前記転位に外接し面積が最小となる長方形の長軸長を短軸長で割ったアスペクト比が５以上の第１転位と、前記アスペクト比が３未満の第２転位とを有し、前記第１測定点は、前記第１転位の密度が前記第２転位の密度より大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ基板の表面に対して結晶面が第１方向に０．５°以上１０°以下のオフセット角を有し、
（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで第１測定点を測定すると転位が確認され、
前記第１測定点は、前記ＳｉＣ基板の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心から前記第１方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点であり、
前記転位は、前記転位に外接し面積が最小となる長方形の長軸長を短軸長で割ったアスペクト比が５以上の第１転位と、前記アスペクト比が３未満の第２転位とを有し、
前記第１測定点は、前記第１転位の密度が前記第２転位の密度より大きい、ＳｉＣ基板。

【請求項2】

（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで第２測定点を測定すると転位が確認され、
前記第２測定点は、前記測定領域の中心から前記第１方向と反対方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点であり、
前記第２測定点における前記転位の密度は、前記第１測定点における前記転位の密度より小さい、請求項１に記載のＳｉＣ基板。

【請求項3】

前記第２測定点の転位は、前記第１転位と前記第２転位とを有し、
前記第２測定点は、前記第２転位の密度が前記第１転位の密度より大きい、請求項２に記載のＳｉＣ基板。

【請求項4】

前記ＳｉＣ基板の直径が１４０ｍｍ以上である、請求項１に記載のＳｉＣ基板。

【請求項5】

前記ＳｉＣ基板の直径が１９０ｍｍ以上である、請求項１に記載のＳｉＣ基板。

【請求項6】

中心から半径１７．５ｍｍの円周と重なる位置にある支持面で支持した際に、
上面のうち厚み方向から見て前記支持面と重なる第１点を繋ぐ面を第１基準面とし、前記第１基準面より上方を正とした際に、ＢＯＷが４０μｍ以下である、請求項１に記載のＳｉＣ基板。

【請求項7】

中心から半径１７．５ｍｍの円周と重なる位置にある支持面で支持した際に、
上面のうち厚み方向から見て前記支持面と重なる第１点を繋ぐ面を第１基準面とした際に、ＷＡＲＰが１００μｍ以下である、請求項１に記載のＳｉＣ基板。

【請求項8】

（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで、第１測定点、第２測定点、第３測定点及び第４測定点を測定すると、それぞれ転位が確認され、
前記第１測定点は、ＳｉＣ基板の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心から第１方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点であり、
前記第２測定点は、前記測定領域の中心から前記第１方向と反対方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点であり、
前記第３測定点は、前記ＳｉＣ基板の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心から前記第１方向と直交する第２方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点であり、
前記第４測定点は、前記測定領域の中心から前記第２方向と反対方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点であり、
前記転位は、前記転位に外接し面積が最小となる長方形の長軸長を短軸長で割ったアスペクト比が５以上の第１転位と、前記アスペクト比が３未満の第２転位とを有し、
前記第１測定点、前記第２測定点、前記第３測定点及び前記第４測定点はそれぞれ、前記第１転位の密度が前記第２転位の密度より大きい、ＳｉＣ基板。

【請求項9】

請求項１に記載のＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の表面に成膜されたＳｉＣエピタキシャル層と、を有する、ＳｉＣエピタキシャルウェハ。

【請求項10】

請求項８に記載のＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の表面に成膜されたＳｉＣエピタキシャル層と、を有する、ＳｉＣ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、ＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハに関する。

【背景技術】

【0002】

炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。そのため炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。このため、近年、上記のような半導体デバイスにＳｉＣエピタキシャルウェハが用いられるようになっている。

【0003】

ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板の表面にＳｉＣエピタキシャル層を積層することで得られる。以下、ＳｉＣエピタキシャル層を積層前の基板をＳｉＣ基板と称し、ＳｉＣエピタキシャル層を積層後の基板をＳｉＣエピタキシャルウェハと称する。ＳｉＣ基板は、ＳｉＣインゴットから切り出される。

【0004】

ＳｉＣ基板は、転位を含む。転位は、ＳｉＣデバイスに致命的な欠陥を引き起こすデバイスキラー欠陥となる場合がある。例えば、基底面転位（Ｂａｓａｌ ｐｌａｎｅ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＢＰＤ）は、デバイスキラー欠陥の一つである。バイポーラデバイスに順電流を印加すると、ＢＰＤを起点として積層欠陥が拡張し、高抵抗な積層欠陥となる。デバイス内に生じた高抵抗部は、デバイスの信頼性を低下させる。ＢＰＤは、その近傍で少数キャリアが再結合すると積層欠陥を形成しながら拡張する性質がある。

【0005】

例えば、特許文献１には、ＳｉＣ基板に含まれる転位を少なくできる炭化珪素単結晶の製造方法が記載されている。また例えば、特許文献２には、デバイスに影響の大きい部分の転位密度を下げることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２２－６４０１５号公報

【特許文献2】特開２０１５－２３１９５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＳｉＣ基板は、サイズが大きくなるほど反りやすくなる。ＳｉＣ基板の反りは、センサーの検出不良や吸着不良等の不良の原因となる場合がある。またＳｉＣエピタキシャルウェハの反りは、半導体デバイスのプロセスに悪影響を及ぼす場合がある。

【0008】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、基板の反りを抑えつつ、デバイスへの悪影響の少ない、ＳｉＣ基板及びＳｉＣエピタキシャルウェハを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

発明者は鋭意検討の結果、転位は欠陥の原因となりうるが、反りの原因となる応力を緩和する一因となることを見出した。そして、発明者は、転位の中でも応力緩和への寄与が大きい転位と、応力緩和への寄与が小さい転位とがあることを見出した。本開示は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0010】

（１）第１の態様にかかるＳｉＣ基板は、ＳｉＣ基板の表面に対して結晶面が第１方向に０．５°以上１０°以下のオフセット角を有する。このＳｉＣ基板は、（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで第１測定点を測定すると転位が確認される。前記第１測定点は、前記ＳｉＣ基板の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心から前記第１方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点である。前記転位は、前記転位に外接し面積が最小となる長方形の長軸長を短軸長で割ったアスペクト比が５以上の第１転位と、前記アスペクト比が３未満の第２転位とを有する。前記第１測定点は、前記第１転位の密度が前記第２転位の密度より大きい。

【0011】

（２）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで第２測定点を測定すると転位が確認される。前記第２測定点は、前記測定領域の中心から前記第１方向と反対方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点である。前記第２測定点における前記転位の密度は、前記第１測定点における前記転位の密度より小さくてもよい。

【0012】

（３）上記態様にかかるＳｉＣ基板において、前記第２測定点の転位は、前記第１転位と前記第２転位とを有してもよい。前記第２測定点は、前記第２転位の密度が前記第１転位の密度より大きくてもよい。

【0013】

（４）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、直径が１４０ｍｍ以上でもよい。

【0014】

（５）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、直径が１９０ｍｍ以上でもよい。

【0015】

（６）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、中心から半径１７．５ｍｍの円周と重なる位置にある支持面で支持した際に、上面のうち厚み方向から見て前記支持面と重なる第１点を繋ぐ面を第１基準面とし、前記第１基準面より上方を正とした際に、ＢＯＷが４０μｍ以下でもよい。

【0016】

（７）上記態様にかかるＳｉＣ基板は、中心から半径１７．５ｍｍの円周と重なる位置にある支持面で支持した際に、上面のうち厚み方向から見て前記支持面と重なる第１点を繋ぐ面を第１基準面とした際のＷＡＲＰが１００μｍ以下でもよい。

【0017】

（８）第２の態様にかかるＳｉＣ基板は、（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで、第１測定点、第２測定点、第３測定点及び第４測定点を測定すると、それぞれ転位が確認される。前記第１測定点は、ＳｉＣ基板の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心から第１方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点である。前記第２測定点は、前記測定領域の中心から前記第１方向と反対方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点である。前記第３測定点は、前記ＳｉＣ基板の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心から前記第１方向と直交する第２方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点である。前記第４測定点は、前記測定領域の中心から前記第２方向と反対方向に、前記ＳｉＣ基板の半径の１／２の長さ分シフトした点である。前記転位は、前記転位に外接し面積が最小となる長方形の長軸長を短軸長で割ったアスペクト比が５以上の第１転位と、前記アスペクト比が３未満の第２転位とを有する。前記第１測定点、前記第２測定点、前記第３測定点及び前記４測定点はそれぞれ、前記第１転位の密度が前記第２転位の密度より大きい。

【0018】

（９）第３の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、上記態様にかかるＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の表面に成膜されたＳｉＣエピタキシャル層と、を有する。

【発明の効果】

【0019】

上記態様にかかるＳｉＣ基板は、基板の反りが小さく、デバイスへの悪影響が少ない。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態に係るＳｉＣ基板の平面図である。

【図2】本実施形態に係るＳｉＣ基板の断面図である。

【図3】本実施形態に係るＳｉＣ基板の第１転位の一例である。

【図4】本実施形態に係るＳｉＣ基板の第２転位の一例である。

【図5】本実施形態に係るＳｉＣ基板のＢＯＷの評価方法を説明するための断面図である。

【図6】本実施形態に係るＳｉＣ基板のＷＡＲＰの評価方法を説明するための断面図である。

【図7】ＳｉＣインゴットの昇華法に用いられる製造装置の一例である。

【図8】第１変形例に係るＳｉＣ基板の断面図である。

【図9】本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの断面図である。

【図10】第１変形例に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本実施形態にかかるＳｉＣ基板等について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本実施形態の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0022】

まず方向について規定する。ＳｉＣ基板の広がる面内の一方向をＸ方向とし、同じ面内でＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。Ｘ方向は、例えば、結晶面１０ｃが第１面１０ａに対して所定のオフセット角で傾く方向である。Ｘ方向は、第１方向の一例であり、オフセット方向と言われる場合もある。Ｘ方向は、例えば、＜１１－２０＞方向である。Ｙ方向は、例えば、＜１－１００＞方向である。Ｚ方向は、ＳｉＣ基板に対して垂直な方向であり、Ｘ方向及びＹ方向と直交する。

【0023】

図１は、本実施形態に係るＳｉＣ基板１０の平面図である。図２は、本実施形態に係るＳｉＣ基板１０の断面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面であり、ＳｉＣ基板１０のＸＺ断面である。

【0024】

ＳｉＣ基板１０は、結晶面１０ｃが第１面１０ａに対して傾いており、結晶面１０ｃと第１面１０ａとの間にオフセット角θを有する。オフセット角θは、例えば、０．５°以上１０°以下である。ＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣからなる。ＳｉＣの結晶構造は、４Ｈ、６Ｈ、３Ｃ、１５Ｒのうちから選択されるいずれでもよい。ＳｉＣ基板１０は、ｎ型でも、ｐ型でも、半絶縁性基板でもよい。

【0025】

ＳｉＣ基板１０の平面視形状は略円形である。ＳｉＣ基板１０は、結晶軸の方向を把握するためのオリエンテーションフラットＯＦもしくはノッチを有してもよい。オリエンテーションフラットＯＦは、例えば、Ｙ方向に対して直交する。

【0026】

ＳｉＣ基板１０の直径は、特に問わない。ＳｉＣ基板１０は、直径が大きいほど反りやすくなる。ＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、１４０ｍｍ以上である。ＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、１４９ｍｍ以上１５１ｍｍ以下でもよい。またＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、１９０ｍｍ以上でもよく、１９９ｍｍ以上２０１ｍｍ以下でもよい。ＳｉＣ基板１０の直径は、例えば、２４０ｍｍ以上でもよく、２４９ｍｍ以上２５１ｍｍ以下でもよいし、２９０ｍｍ以上でもよく、２９９ｍｍ以上３０１ｍｍ以下でもよい。

【0027】

ＳｉＣ基板１０の厚みは、特に問わない。ＳｉＣ基板１０は、厚みが薄いほど反りやすくなる。ＳｉＣ基板１０の厚みは、例えば、３００μｍ以上６５０μｍ以下である。ＳｉＣ基板１０の厚みは、例えば、４８０μｍ以上５２０μｍ以下でもよく、３９０μｍ以上４１０μｍ以下でもよく、３４０μｍ以上３６０μｍ以下でもよい。ＳｉＣ基板１０の厚みは、例えば、ＳｉＣ基板１０の直径が１９９ｍｍ以上２０１ｍｍ以下のとき、４８０μｍ以上５２０μｍ以下でもよく、３９０μｍ以上４１０μｍ以下でもよく、３４０μｍ以上３６０μｍ以下でもよい。

【0028】

ＳｉＣ基板１０は、内部に転位を有する。転位は、結晶内部で原子の並びが乱れた部分である。転位は、例えば、貫通刃状転位（ＴＥＤ）、貫通らせん転位（ＴＳＤ）、基底面転位（ＢＰＤ）などがある。転位の種類は光学顕微鏡、電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて、溶融ＫＯＨエッチングによって現れたエッチピットの形状から判別することができる。

【0029】

ＳｉＣ基板１０の第１測定点Ｐ１を測定すると転位が確認される。第１測定点Ｐ１は、ＳｉＣ基板１０の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心Ｃから＋Ｘ方向に、ＳｉＣ基板１０の半径の１／２の長さ分シフトした位置である。

【0030】

ＳｉＣ基板１０の外周端は、ベベル（外周端の傾斜部）を含むＳｉＣ基板１０全体の最外周である。ＳｉＣ基板１０の外周端から５ｍｍの範囲は、デバイス取得領域外であり、測定領域外となる。ＳｉＣ基板１０の外周端から５ｍｍの範囲は、外乱等により製造条件が乱れる場合があり、結晶内の転位密度等が安定しない。中心Ｃは、ＳｉＣ基板１０の幾何中心でもある。

【0031】

第１測定点Ｐ１は、測定領域の中心Ｃよりオフセット下流側にある。オフセット上流側は、ステップフロー成長の起点となる側であり、この反対側となるステップフロー成長が進行する方向がオフセット下流側である。図１では、－Ｘ方向がオフセット上流側に対応し、＋Ｘ方向がオフセット下流側に対応する。ＳｉＣ基板１０の第１測定点Ｐ１は、例えば、１辺が０．２５ｍｍの正方形の領域である。

【0032】

ＳｉＣ基板１０の転位は、（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで測定できる。無転位部のＸ線回折強度に対して強度差が無転位部の強度の５％以上となる部分を転位とする。Ｘ線の侵入深さは、例えば、１５０μｍ以下である。ＳｉＣ基板１０の転位の転位密度は、例えば、１００／ｃｍ^２以上１０００／ｃｍ^２未満であり、１０００ｃｍ^２以上５０００／ｃｍ^２未満であってもよく、５０００／ｃｍ^２以上１００００／ｃｍ^２以下であってもよい。転位密度は、転位の個数をカウントし、反射トポグラフィー像の面積で除することで算出できる。転位密度は、例えば、複数の測定点（例えば、２測定点、又は、４測定点）で測定された平均として求められる。

【0033】

ＳｉＣ基板１０は、第１転位と第２転位とを有する。第１測定点Ｐ１の反射トポグラフィー像には、第１転位と第２転位とが確認される。図３は、本実施形態に係るＳｉＣ基板の第１転位１の一例である。図４は、本実施形態に係るＳｉＣ基板の第２転位２の一例である。

【0034】

第１転位１は、アスペクト比が５以上の転位である。第１転位１のアスペクト比は、転位に外接し面積が最小となる長方形を描き、長軸長Ｌ１を短軸長Ｗ１で割って求められる。第１転位１は、例えば、成長面の滑りにより導入されるＢＰＤである。

【0035】

第２転位２は、アスペクト比が３未満の転位である。第２転位２のアスペクト比は、転位に外接し面積が最小となる長方形を描き、長軸長Ｌ２を短軸長Ｗ２で割って求められる。第２転位２は、例えば、転位の曲がりにより導入されるＢＰＤである。

【0036】

第１測定点Ｐ１は、第１転位１の密度が第２転位２の密度より大きい。第１転位１の密度及び第２転位２の密度は、転位密度と同様に、それぞれの転位の個数をカウントし、反射トポグラフィー像の面積で除することで算出できる。第１転位１は、第２転位２よりアスペクト比が大きく、一方向に延びる。そのため、第１転位１は、ＳｉＣ基板１０内において一方向に加わる応力を緩和する効果が第２転位より大きい。第１測定点Ｐ１において第１転位１の密度が第２転位２の密度より大きいと、ＳｉＣ基板１０内に生じる応力が緩和され、ＳｉＣ基板１０の反りを小さくできる。

【0037】

ＳｉＣ基板１０の第２測定点Ｐ２を測定しても転位が確認される。第２測定点Ｐ２は、ＳｉＣ基板１０の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心Ｃから－Ｘ方向に、ＳｉＣ基板１０の半径の１／２の長さ分シフトした位置である。

【0038】

第２測定点Ｐ２における転位の密度は、例えば、第１測定点Ｐ１における転位の密度より小さい。第２測定点Ｐ２における転位密度は、例えば、１０００／ｃｍ^２以上であり、第１測定点Ｐ１における転位密度は、例えば、２０００／ｃｍ^２以上である。

【0039】

ＳｉＣ基板１０のオフセット下流側は、オフセット上流側より応力が残留しやすくなる場合がある。ＳｉＣインゴットの成長面を凸面となるように結晶成長を行うと、オフセット下流側に応力が集中するためである。ＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣインゴットを切り出すことで得られる。応力が残留しやすいオフセット下流側に位置する第１測定点Ｐ１に、オフセット上流側に位置する第２測定点Ｐ２より多くの転位を導入すると、ＳｉＣ基板１０内の応力をより解消できる。またオフセット上流側の転位は、結晶成長時に下流側に至る場合がある。オフセット上流側の転位が少ないと、ＳｉＣ基板１０が高品質になる。

【0040】

第２測定点Ｐ２の反射トポグラフィー像にも、第１転位と第２転位とが確認される。第２測定点Ｐ２において、第１転位の密度が第２転位の密度より大きくてもよく、第２転位の密度が第１転位の密度より大きくてもよい。例えば、第２測定点Ｐ２における第２転位の密度は、第１転位の密度より大きい。第２転位は成長条件によらず種結晶から引き継がれて導入されることが多い。これに対して、第１転位は成長条件により低減させることができる。例えば、成長時にＳｉＣインゴットの径方向の温度勾配を小さくすることで、第１転位を低減できる。第２転位の密度の比率が第１転位の密度の比率より相対的に高いと全体の転位数は抑制され、ＳｉＣ基板１０はより高品質になる。

【0041】

またＳｉＣ基板１０は、第３測定点Ｐ３、第４測定点Ｐ４及び中心Ｃからなる群から選択されるいずれの位置で測定しても転位が確認される。第３測定点Ｐ３は、ＳｉＣ基板１０の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心ＣからＹ方向に、ＳｉＣ基板１０の半径の１／２の長さ分シフトした位置である。第４測定点Ｐ４は、ＳｉＣ基板１０の外周端から５ｍｍ以上内側の測定領域の中心Ｃから－Ｙ方向に、ＳｉＣ基板１０の半径の１／２の長さ分シフトした位置である。

【0042】

第３測定点Ｐ３、第４測定点Ｐ４及び中心Ｃのいずれの位置の反射トポグラフィー像でも、第１転位１と第２転位２とが確認される。それぞれの測定点において、第１転位１の密度は、第２転位２の密度より大きいことが好ましい。またＳｉＣ基板１０の中心Ｃよりオフセット下流側（＋Ｘ方向）の測定領域のいずれの位置においても、第１転位１の密度は、第２転位２の密度より大きいことが好ましい。

【0043】

ＳｉＣ基板１０は、中心Ｃから半径１７．５ｍｍの円周と重なる位置にある支持面５で支持した際に、ＢＯＷが４０μｍ以下であり、好ましくはＢＯＷが２０μｍ以下であり、より好ましくはＢＯＷが１０μｍ以下である。またＳｉＣ基板１０は、中心Ｃから半径１７．５ｍｍの円周と重なる位置にある支持面５で支持した際に、好ましくはＢＯＷが－４０μｍ以上であり、より好ましくはＢＯＷが－２０μｍ以上であり、さらに好ましくはＢＯＷが－１０μｍ以上である。またＳｉＣ基板１０は、中心Ｃから半径１７．５ｍｍの円周と重なる位置にある支持面５で支持した際に、好ましくはＢＯＷが－４０μｍ以上４０μｍ以下であり、より好ましくはＢＯＷが－２０μｍ以上２０μｍ以下であり、さらに好ましくはＢＯＷが－１０μｍ以上１０μｍ以下である。ＢＯＷが上記範囲を満たすと、搬送エラーを低減できる。搬送エラーは、例えば、センサーの検出不良、吸着不良、他部材との接触等である。

【0044】

図５は、本実施形態にかかるＳｉＣ基板１０を支持面５で支持した場合のＢＯＷの評価方法を説明するための断面図である。図５に示すように、ＳｉＣ基板１０を支持面５で支持すると、ＳｉＣ基板１０の中心Ｃは最外周より平坦面Ｆから離れた位置にある。図５に示すＳｉＣ基板１０は、支持面５で支持することで、上に凸にたわんでいる。ＳｉＣ基板１０は、支持面５で支持した際に、下に凸となってもよい。上に凸の場合、ＢＯＷは正となり、下に凸の場合、ＢＯＷは負となる。

【0045】

ＢＯＷは、ウェハの中心Ｃの高さを測定しており、この高さは３点基準平面に対する符号付き距離で規定される。３点基準平面より上の場合はプラス、下の場合はマイナスとなる。基準平面を第１基準面Ｓｒ１と称する。第１基準面Ｓｒ１は、第１面１０ａのうち厚み方向から見て支持面５と重なる第１点６を繋ぐ面である。第１点６は、例えば、厚み方向から見て、支持面５と重なる部分である。第１点６は、支持面５が複数の場合は、複数ある。例えば、第１基準面Ｓｒ１は、複数の第１点６を繋ぐ面である。ＢＯＷは、第１面１０ａの中心Ｃの第１基準面Ｓｒ１に対する高さ方向の位置として求められる。ＢＯＷの絶対値は、中心Ｃを通り第１基準面Ｓｒ１（平坦面Ｆ）と平行な第１面Ｓ１と３点基準平面（第１基準面Ｓｒ１）との距離として求められる。

【0046】

本実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、上記の支持面で支持した場合のＷＡＲＰが１００μｍ以下であることが好ましく、ＷＡＲＰが６０μｍ以下であることがより好ましく、ＷＡＲＰが３０μｍ以下であることがさらに好ましく、ＷＡＲＰが２０μｍ以下であることが特に好ましい。

【0047】

図６は、本実施形態にかかるＳｉＣ基板１０のＷＡＲＰの評価方法を説明するための断面図である。

【0048】

ＷＡＲＰは、３点基準平面から第１面１０ａの最高点ｈｐと最低点ｌｐまでの距離の合計であり、常に正の値となる。ＷＡＲＰは、例えば、最高点ｈｐを通り３点基準平面（第１基準面Ｓｒ１）（平坦面Ｆ）と平行な第２面Ｓ２と、最低点ｌｐを通り３点基準平面（第１基準面Ｓｒ１）（平坦面Ｆ）と平行な第３面Ｓ３と、の距離として求められる。最高点ｈｐは中心Ｃと一致する場合があり、この場合、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２とは一致する。ＷＡＲＰが大きいほど、ＳｉＣ基板１０は変形していると判断される。

【0049】

次いで、ＳｉＣ基板１０の製造方法について説明する。ＳｉＣ基板１０は、ＳｉＣインゴットを所定の厚みでスライスすることで得られる。例えば、ＳｉＣ基板１０の主面が（０００１）面に対して０．５°以上１０°以下のオフセット角を有するように、ＳｉＣインゴットをスライスする。

【0050】

ＳｉＣインゴットは、例えば、昇華法で作製される。図７は、ＳｉＣインゴットの昇華法に用いられる製造装置の一例である。製造装置２０は、坩堝２１と台座２２とヒータ２３とを有する。台座２２には種結晶２５が貼り付けられ、坩堝２１内の種結晶２５と対向する位置に原料２６が配置される。ＳｉＣインゴット２７は、種結晶２５上に結晶成長する。ＳｉＣインゴット２７は、原料２６から昇華したＳｉＣガスが、種結晶２５の表面で再結晶することで得られる。

【0051】

種結晶２５には、結晶格子の曲率半径が１３０ｍ以上の種結晶を用いる。結晶格子の曲率半径が所定値以上の種結晶２５は、格子の反りが小さい。そのため、結晶格子の曲率半径が所定値以上の種結晶２５を用いると、結晶成長時に種結晶の格子の反りに起因した基底面転位が導入されにくい。第２転位は、種結晶の格子の反りに起因して生じることが多いことから、当該種結晶２５から結晶成長したＳｉＣインゴット２７内には、第１転位が相対的に導入されやすい。

【0052】

ＳｉＣインゴット２７を作製する際において、原料２６の温度は、例えば、２０００℃以上２５００℃以下とし、種結晶２５の温度は、例えば、１９００℃以上２４００℃以下とする。またＳｉＣインゴット２７の成膜面の温度が以下の式（１）の関係を満たすように、ＳｉＣインゴット２７を結晶成長する。ＳｉＣインゴット２７の温度は、ヒータ２３の配置、出力等を調整することで調整できる。

【0053】

（「端部平均温度」－「成長面中心温度」）／「結晶半径」＞０．７℃／ｃｍ…（１）
「端部平均温度」は、ＳｉＣインゴット２７の成長面を平面視した際の外周の平均温度である。「成長面中心温度」は、ＳｉＣインゴット２７の成長面を平面視した際の中心の温度である。

【0054】

式（１）の関係を満たすと、ＳｉＣインゴットの成長面の中心と外周端とで結晶成長速度が異なる。その結果、ＳｉＣインゴット２７内に第１転位１を第２転位２より選択的に導入できる。

【0055】

ＳｉＣインゴット２７の結晶成長中に、坩堝２１を０．１ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下の速度で回転させてもよい。坩堝２１内は、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスで充填されている。坩堝２１内の圧力は、例えば、０．１ｔｏｒｒ以上１００ｔｏｒｒ以下である。

【0056】

またＳｉＣインゴット２７を作製した後に、ＳｉＣインゴット２７をアニールする。アニールは、最高温度が１５００℃以上となるように行う。アニールは、ＳｉＣインゴット２７の径方向に温度勾配をつけて行う。ＳｉＣインゴット２７のオフセット上流側の径方向の温度勾配は０．７℃／ｃｍ未満とし、ＳｉＣインゴット２７のオフセット下流側の径方向の温度勾配は０．７℃／ｃｍ以上とする。アニールは、例えば、３０分以上行う。上記の条件でアニールを行うと、ＳｉＣインゴット２７内に第１転位１を第２転位２より選択的に導入できる。

【0057】

ついで、作製したＳｉＣインゴット２７をスライスし、その表面をたとえばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）など研磨処理をすることで、ＳｉＣ基板１０が得られる。ＳｉＣ基板１０の表面の粗さは、たとえば、２乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）が１ｎｍよりも小さいことが好ましい。ＳｉＣインゴット２７を上記の条件で作製することで、ＳｉＣ基板１０の第１測定点ｐ１における第１転位１の密度が第２転位２の密度より大きくなる。

【0058】

上述のように、本実施形態に係るＳｉＣ基板１０は、反りにくい。これは、従来欠陥の原因となるとして低減することが求められている転位をＳｉＣ基板１０に意図的に導入したためである。またＳｉＣ基板１０に導入する転位を第１転位１とすることで、より効果的にＳｉＣ基板１０にかかる応力を緩和することができる。

【0059】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0060】

図８は、第１変形例に係るＳｉＣ基板１１の断面図である。ＳｉＣ基板１１の平面図は、図１に示すＳｉＣ基板１０の平面図と同一である。

【0061】

ＳｉＣ基板１１は、結晶面１１ｃが第１面１１ａに対して傾いていない。結晶面１１ｃと第１面１１ａとの間のオフセット角θは０°である。なお、オフセット角は、厳密に０°である場合に限られない。オフセット角θが０．１°未満であれば、オフセット角θが０°とほぼ同等であり、オフセット角θは０．１°未満でもよい。ＳｉＣ基板１１は、結晶面１１ｃがオフセット角θを有さない点を除き、ＳｉＣ基板１０と同様である。

【0062】

ＳｉＣ基板１１は、内部に転位を有する。ＳｉＣ基板１１は、第１転位１と第２転位２とを有する。ＳｉＣ基板１１は、第１測定点Ｐ１、第２測定点Ｐ２、第３測定点Ｐ３及び第４測定点Ｐ４のそれぞれにおいて、第１転位１の密度が第２転位２の密度より大きい。ＳｉＣ基板１１の中心Ｃを（３－３０１６）を回折面とするＸ線の反射トポグラフィーで測定すると転位が確認される。第１変形例に係るＳｉＣ基板１１は、ＳｉＣ基板１０と同様に、反りにくい。

【0063】

図８のＳｉＣ基板１１の場合、中心Ｃがオフセット上流に位置し、中心Ｃから外周側に向かうほどオフセット下流となる。そのため、第１測定点Ｐ１、第２測定点Ｐ２、第３測定点Ｐ３及び第４測定点Ｐ４は、中心Ｃよりオフセット下流に位置する。

【0064】

ＳｉＣ基板１１は、ＳｉＣインゴットをスライスすることで得られる。ＳｉＣ基板１１が切り出されるＳｉＣインゴットの結晶成長時において、結晶中央部はオフセット上流に位置し、結晶中央部から半径の１／２だけシフトした点は、結晶中央部よりオフセット下流側に位置する。そのため、第１実施形態と同様に、オフセット上流側とオフセット下流側との間に温度勾配をつけて、ＳｉＣインゴットの結晶成長を行う。

【0065】

温度勾配は、図７の成長装置において、種結晶２５と対向する位置に、円板状の断熱部材を設置することで実現できる。種結晶２５と対向する位置に円板状の断熱材を設置すると、部分的にフラットな温度分布を作ることができる。例えば、断熱材の位置及び大きさを調整することで、ＳｉＣインゴット２７の中心近傍の径方向の温度勾配を０．７℃／ｃｍ未満とし、ＳｉＣインゴット２７においてオフセット下流側に位置する結晶中央部から半径の１／２だけシフトした点における径方向の温度勾配を０．７℃／ｃｍ以上とすることができる。

【0066】

断熱部材の径は例えば種結晶２５の直径の１／２で良く、断熱材と種結晶２５との距離は例えば８０ｍｍで良い。また、成長後は、上記構成（所定の断熱材を所定の位置に配置）でアニールすることで、ＳｉＣインゴットの中心近傍の径方向の温度勾配を０．７℃／ｃｍ未満とし、ＳｉＣインゴット２７のオフセット下流側に位置する結晶中央部から半径の１／２だけシフトした点における径方向の温度勾配を０．７℃／ｃｍ以上とすることができる。ＳｉＣ基板１１が切り出されるＳｉＣインゴットを上記の条件で作製することで、ＳｉＣ基板１１の第１測定点ｐ１、第２測定点ｐ２、第３測定点ｐ３、第４測定点ｐ４のそれぞれにおける第１転位１の密度が第２転位２の密度より大きくなる。

【0067】

ＳｉＣ基板１１の中心Ｃにおける転位の密度は、例えば、第１測定点Ｐ１、第２測定点Ｐ２、第３測定点Ｐ３及び第４測定点Ｐ４における転位の密度より小さい。中心Ｃにおける転位密度は、例えば、１０００／ｃｍ^２以上であり、第１測定点Ｐ１、第２測定点Ｐ２、第３測定点Ｐ３及び第４測定点Ｐ４における転位密度は、例えば、２０００／ｃｍ^２以上である。

【0068】

ＳｉＣ基板１１の中心Ｃにおいて、第１転位の密度が第２転位の密度より大きくてもよく、第２転位の密度が第１転位の密度より大きくてもよい。例えば、ＳｉＣ基板１１の中心Ｃにおける第２転位の密度は、第１転位の密度より大きい。

【0069】

また図９は、本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハ３０の断面図である。ＳｉＣエピタキシャルウェハ３０は、ＳｉＣ基板１０とＳｉＣエピタキシャル層１５とを有する。ＳｉＣエピタキシャルウェハ３０は、ＳｉＣ基板１０の第１面１０ａにＳｉＣエピタキシャル層１５を成膜することで作製できる。ＳｉＣエピタキシャルウェハ３０の直径は、ＳｉＣ基板１０の直径と略同一である。

【0070】

ＳｉＣエピタキシャルウェハ３０は、ＳｉＣデバイスに用いることができる。ＳｉＣデバイスは、例えば、ダイオード、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、接合型電界効果電界トランジスタ（ＪＦＥＴ）、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）等である。またＳｉＣデバイスは、ＬＥＤ、自動車、電車等のパワーコンディショナーとして用いることができる。

【0071】

ここでは、一例として、ＳｉＣ基板１０上にＳｉＣエピタキシャル層１５を有するＳｉＣエピタキシャルウェハ３０を示したが、図１０に示すように、ＳｉＣ基板１１上にＳｉＣエピタキシャル層１５を有するＳｉＣエピタキシャルウェハ３１としてもよい。

【0072】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【実施例0073】

「実施例１」
まずＳｉＣインゴットを昇華法で作製した。種結晶は、結晶格子の曲率半径が１３０ｍ以上のものを用い、結晶成長面が（０００１）面に対して４°のオフセット角を有するものを用いた。実施例１では、ＳｉＣインゴットを成長する際に、ＳｉＣインゴットの成長面の温度が式（１）を満たすように行った。具体的には、（「端部平均温度」－「成長面中心温度」）／「結晶半径」＝１．１℃／ｃｍとなるように、ＳｉＣインゴットを成長させた。端部平均温度は、４つの端部の平均温度である。４つの測定点のうちの第１端部は、成長面中心からオフセット下流方向にある成長面の端部である。他の３つの端部のそれぞれは、中心を軸に第１端部から９０度、１８０度、２７０度回転させた位置にある。成長面中心と端部平均温度を測定する４つの端部は同じ高さ位置となるようにして、温度を求めた。

【0074】

次いで、作製後のＳｉＣインゴットをアニールした。ＳｉＣインゴットのオフセット上流側の径方向の温度勾配は０．５℃／ｃｍとし、ＳｉＣインゴットのオフセット下流側の径方向の温度勾配は１．５℃／ｃｍとした。ＳｉＣインゴットのオフセット上流側の径方向の温度勾配は、中心からオフセット上流方向にあるＳｉＣインゴットの上流端部温度と中心温度との差分を、ＳｉＣインゴットの結晶半径で割って求められる。ＳｉＣインゴットのオフセット下流側の径方向の温度勾配は、中心からオフセット下流方向にあるＳｉＣインゴットの下流端部温度と中心温度との差分を、ＳｉＣインゴットの結晶半径で割って求められる。

【0075】

作製したＳｉＣインゴットを厚さ６００μｍにスライスし、その表面をＣＭＰ研磨し、仕上がり厚が５００μｍ±２０μｍになるように実施例１のＳｉＣ基板を作製した。ＳｉＣ基板の厚みは５００μｍであった。ＳｉＣ基板の直径は２００ｍｍであった。ＳｉＣ基板の第１測定点及び第２測定点の転位密度を求めた。また実施例１のＳｉＣ基板のＢｏｗ及びＷａｒｐを測定した。

【0076】

次いで、実施例１のＳｉＣ基板を所定の搬送路で搬送して、搬送エラー率を求めた。搬送路の高さは２ｍｍであり、搬送ロボットの厚みは１．５ｍｍとした。搬送のストローク幅は５０μｍとした。搬送のストローク幅は、ＳｉＣ基板を浮かして搬送する際に、搬送方向と直交する上下方向におけるＳｉＣ基板の移動幅を意味する。実施例１のウェハは、搬送エラー率が０％であった。

【0077】

「実施例２～４」
実施例２～４では、ＳｉＣインゴットの成長時の温度条件及びアニール時の温度条件を変更した点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様にして、同様の評価を行った。

【0078】

「比較例１」
比較例１では、ＳｉＣインゴットの成長時の温度条件及びアニール時の温度条件を変更した点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様にして、同様の評価を行った。

【0079】

「比較例２，３」
比較例２，３では、種結晶に結晶格子の曲率半径が１３０ｍ以上のものを用いなかった点と、ＳｉＣインゴットの成長時の温度条件を変更し、ＳｉＣインゴットをアニールしなかった点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様にして、同様の評価を行った。

【0080】

実施例１～４及び比較例１～３のＳｉＣインゴットの成長条件及びアニール条件を以下の表１にまとめた。表１において、成長温度勾配は、（「端部平均温度」－「成長面中心温度」）／「結晶半径」で求められ、上流温度勾配は、（「上流端部温度」－「中心温度」）／「結晶半径」で求められ、下流温度勾配は、（「下流端部温度」－「中心温度」）／「結晶半径」で求められる。

【0081】

【表1】

【0082】

また実施例１～４及び比較例１～３の評価結果を以下の表２にまとめた。表２における比率は、第１転位密度と第２転位密度の比率であり、「第１転位密度」：「第２転位密度」で表す。

【0083】

【表2】

【0084】

実施例１～４は、第１測定点における第１転位の密度が第２転位の密度より大きく、搬送エラー率が低かった。これに対し、比較例１～３は、第１測定点における第１転位の密度が第２転位の密度より小さく、搬送エラー率が高かった。これは、実施例１～４は、第１転位によってＳｉＣ基板の反りが抑制されたためと考えられる。実施例１～４のＳｉＣ基板の反りが抑制されていることは、実施例１～４のＢｏｗ及びＷａｒｐが比較例１～３のＢｏｗ及びＷａｒｐよりも小さいことからも確認できる。

【符号の説明】

【0085】

１…第１転位、２…第２転位、５…支持面、６…第１点、１０，１１…ＳｉＣ基板、１５…ＳｉＣエピタキシャル層、２０…製造装置、２１…坩堝、２２…台座、２３…ヒータ、２５…種結晶、２６…原料、２７…ＳｉＣインゴット、Ｐ１…第１測定点、Ｐ２…第２測定点、Ｐ３…第３測定点、Ｐ４…第４測定点、Ｃ…中心、１０ａ，１１ａ…第１面、１０ｃ，１１ｃ…結晶面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】