特許 7230551 炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法

(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】

(24)【登録日】2023-02-20

(45)【発行日】2023-03-01

(54)【発明の名称】炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20230221BHJP

   C30B 25/20 20060101ALI20230221BHJP

   C23C 16/42 20060101ALI20230221BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20230221BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20230221BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B25/20

C23C16/42

H01L21/205

H01L21/66 P

H01L21/66 N

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019020643

(22)【出願日】2019-02-07

(65)【公開番号】P2020128303

(43)【公開日】2020-08-27

【審査請求日】2021-10-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊東 洋典

【審査官】山本 一郎

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１８５９１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１４００５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００７－５２５４０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

Ｃ３０Ｂ ２５／２０

Ｃ２３Ｃ １６／４２

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上に設けられかつ｛０００１｝面に対して第１方向に第１角度で傾斜した主面を有する炭化珪素エピタキシャル層と、前記炭化珪素エピタキシャル層に設けられかつ前記第１方向に延びる欠陥とを有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程を備え、
前記欠陥は、第１欠陥領域と、第２欠陥領域とを有し、
前記第１方向を前記主面に投影した第２方向において、前記第２欠陥領域は、前記第１欠陥領域よりも長く、
前記第２方向における前記第２欠陥領域の長さと、前記第１角度の正接との積として、前記炭化珪素エピタキシャル層の厚みを算出する工程とを備え、
前記第２欠陥領域は、前記主面の中央を中心とする半径５０ｍｍ以内の円領域において上位２０％の長さを有する、炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法。

【請求項2】

前記第２方向における前記第２欠陥領域の長さを、前記主面に平行でありかつ前記第２方向に垂直な第３方向における前記第２欠陥領域の長さで除した値は、２よりも大きい、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法。

【請求項3】

炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上に設けられかつ｛０００１｝面に対して第１方向に第１角度で傾斜した主面を有する炭化珪素エピタキシャル層と、前記炭化珪素エピタキシャル層に設けられかつ前記第１方向に延びる欠陥とを有する炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程と、
前記第１方向を前記主面に投影した第２方向における前記欠陥の長さと、前記第１角度の正接との積として、前記炭化珪素エピタキシャル層の厚みを算出する工程とを備え、
前記主面に対して垂直な方向から見て、前記主面の中央を中心とする半径５０ｍｍ以内の円領域において前記欠陥を検出する工程をさらに備え、
前記欠陥は、複数の欠陥領域を有し、
前記円領域において上位２０％の長さを有する前記複数の欠陥領域を用いて、前記第２方向における前記欠陥の長さが決定される、炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法。

【請求項4】

前記欠陥の起点は前記炭化珪素基板と前記炭化珪素エピタキシャル層との境界に位置し、かつ前記欠陥の終点は前記主面に位置する、請求項３に記載の炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

国際公開２０１７／０５６６９１号（特許文献１）には、炭化珪素単結晶基板上に炭化珪素層をエピタキシャル成長させる方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開２０１７／０５６６９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の目的は、欠陥の検査とともに、炭化珪素エピタキシャル層の厚みを測定可能な炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法は以下の工程を備えている。炭化珪素基板と、炭化珪素基板上に設けられかつ｛０００１｝面に対して第１方向に第１角度で傾斜した主面を有する炭化珪素エピタキシャル層と、炭化珪素エピタキシャル層に設けられかつ第１方向に延びる欠陥とを有する炭化珪素エピタキシャル基板が準備される。第１方向を主面に投影した第２方向における欠陥の長さと、第１角度の正接との積として、炭化珪素エピタキシャル層の厚みが算出される。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、欠陥の検査とともに、炭化珪素エピタキシャル層の厚みを測定可能な炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法の炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程を示す平面模式図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法を概略的に示すフローチャートである。

【図3】図３は、図１の領域ＩＩＩの拡大図である。

【図4】図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。

【図5】図５は、円領域に存在する欠陥を示す模式図である。

【図6】図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面模式図である。

【図7】図７は、図５のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面模式図である。

【図8】図８は、第２方向における欠陥領域の長さと、欠陥領域との関係を示す図である。

【図9】図９は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造装置の構成を示す一部断面模式図である。

【図10】図１０は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。

【図11】図１１は、炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［本開示の実施形態の概要］
まず本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”－”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。

【0009】

（１）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法は以下の工程を備えている。炭化珪素基板４０と、炭化珪素基板４０上に設けられかつ｛０００１｝面に対して第１方向１０１に第１角度θで傾斜した主面１を有する炭化珪素エピタキシャル層３０と、炭化珪素エピタキシャル層３０に設けられかつ第１方向１０１に延びる欠陥１０とを有する炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される。第１方向１０１を主面１に投影した第２方向１０２における欠陥１０の長さと、第１角度θの正接との積として、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みが算出される。

【0010】

（２）上記（１）に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法において、第２方向１０２における欠陥１０の長さを、主面１に平行でありかつ第２方向１０２に垂直な第３方向１０３における欠陥１０の長さで除した値は、２よりも大きくてもよい。

【0011】

（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法は、主面１に対して垂直な方向から見て、主面１の中央５を中心とする半径５０ｍｍ以内の円領域６において欠陥１０を検出する工程をさらに備えていてもよい。欠陥１０は、複数の欠陥領域を有している。円領域６において上位２０％の長さを有する複数の欠陥領域を用いて、第２方向１０２における欠陥１０の長さが決定されてもよい。

【0012】

（４）上記（１）から（３）のいずれかに係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法において、欠陥１０の起点６１は炭化珪素基板４０と炭化珪素エピタキシャル層３０との境界に位置し、かつ欠陥１０の終点６２は主面１に位置していてもよい。

【0013】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」とも記す）について説明する。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではない。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。

【0014】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層の厚みの測定方法について説明する。
まず、炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程（Ｓ１０：図２）が実施される。図１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００は、第１主面１と、外縁部９とを有している。第１主面１は、第２方向１０２および第３方向１０３の各々の方向に沿って２次元的に広がっている。図１に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向から見て、外縁部９は、第１主面１を取り囲んでいる。外縁部９は、たとえばオリエンテーションフラット７１と、円弧状部７２とを有している。オリエンテーションフラット７１は、第２方向１０２に沿って延在している。円弧状部７２は、オリエンテーションフラット７１に連なっている。

【0015】

第３方向１０３は、たとえば＜１－１００＞方向である。第３方向１０３は、たとえば［１－１００]方向であってもよい。第２方向１０２は、第１主面１に対して平行であり、かつ第３方向１０３に対して垂直な方向である。第２方向１０２は、たとえば＜１１－２０＞方向を第１主面１に平行な平面に投影した方向である。別の観点から言えば、第２方向１０２は、たとえば＜１１－２０＞方向成分を含む方向である。第２方向１０２は、たとえば[１１－２０]方向成分を含む方向であってもよい。第１主面１の最大径（直径）は、たとえば１５０ｍｍ以上である。最大径は、２００ｍｍ以上でもよいし、２５０ｍｍ以上でもよい。最大径の上限は特に限定されない。最大径は、たとえば３００ｍｍ以下であってもよい。

【0016】

図１に示されるように、第１主面１は、中央５を有している。第１主面１が円の場合、第１主面１の中央５は、当該円の中心である。第１主面１が円ではない場合、第１主面１の中央５は、第１主面１に対して垂直な方向から見て、円弧状部７２に内接する正三角形の中心である。第１主面１は、円領域６と、外周領域７とを有している。円領域６は、第１主面１の中央５を中心とする半径５０ｍｍ以内の領域である。外周領域７は、円領域６を取り囲む領域である。外周領域７は、円領域６に連なっている。第１主面１に対して垂直な方向から見て、第１主面１の径方向における、円領域６と外周領域７との境界８と、中央５との距離（第１距離１１１）は５０ｍｍである。第１主面１に対して垂直な方向から見て、第１主面１の径方向における、円弧状部７２と、中央５との距離（第２距離１１２）は、たとえば７５ｍｍである。

【0017】

図３は、図１の領域ＩＩＩの拡大図である。図３に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００には、欠陥１０がある。欠陥１０は、たとえばキャロット欠陥である。欠陥１０は、三角欠陥であってもよい。欠陥１０は、第２方向１０２に延在している。具体的には、欠陥１０は、横長である。第２方向１０２における欠陥１０の長さ（第１長さＸ１）は、第３方向１０３における欠陥１０の長さ（第２長さＹ）よりも大きい。第２長さＹは、第２方向１０２に向かうにつれて小さくなっていてもよい。第１長さＸ１は、特に限定されないが、たとえば５０μｍ以上５００μｍ以下である。

【0018】

第２方向１０２における欠陥１０の長さを、第３方向１０３における欠陥１０の長さで除した値は、たとえば２よりも大きい。第２方向１０２における欠陥１０の長さを、第３方向１０３における欠陥１０の長さで除した値は、たとえば４よりも大きくてもよいし、８よりも大きくてもよい。第２方向１０２における欠陥１０の長さを、第３方向１０３における欠陥１０の長さで除した値の上限は、特に限定されないが、たとえば２０以下であってもよい。

【0019】

欠陥１０は、炭化珪素エピタキシャル層３０を構成する炭化珪素のポリタイプとは異なるポリタイプの炭化珪素により構成されていてもよい。炭化珪素エピタキシャル層３０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。欠陥１０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば３Ｃである。欠陥１０を構成する炭化珪素のポリタイプは、３Ｃに限定されない。欠陥１０を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば６Ｈなどであってもよい。

【0020】

図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。図４に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板４０と、炭化珪素エピタキシャル層３０と、欠陥１０とを有している。炭化珪素エピタキシャル層３０は、炭化珪素基板４０上にある。炭化珪素基板４０は、第３主面３と、第３主面３と反対側の第４主面４とを有する。炭化珪素エピタキシャル層３０は、第３主面３上に設けられている。炭化珪素エピタキシャル層３０は、第３主面３と接する。炭化珪素エピタキシャル層３０は、第３主面３と接する第２主面２と、第２主面２と反対側の第１主面１とを有する。炭化珪素基板４０および炭化珪素エピタキシャル層３０の各々を構成する炭化珪素のポリタイプは、たとえば４Ｈである。欠陥１０は、炭化珪素エピタキシャル層３０にある。欠陥１０は、炭化珪素エピタキシャル層３０に接している。欠陥１０は、炭化珪素基板４０上に位置している。

【0021】

炭化珪素基板４０は、たとえば炭化珪素単結晶から構成される。炭化珪素基板４０は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板４０の導電型は、たとえばｎ型である。第３主面３は、たとえば｛０００１｝面に対して２°以上６°以下の第１角度θで傾斜した面である。第３主面３が｛０００１｝面に対して傾斜している場合、第３主面３の傾斜方向は、たとえば＜１１－２０＞方向である。炭化珪素基板４０の厚みは、たとえば３５０μｍ以上５００μｍ以下である。

【0022】

炭化珪素エピタキシャル層３０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素エピタキシャル層３０の導電型は、たとえばｎ型である。炭化珪素エピタキシャル層３０が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素基板４０が含むｎ型不純物の濃度より低くてもよい。ｎ型不純物の濃度は、たとえば水銀プローブ方式のＣ－Ｖ測定装置により測定される。プローブの面積は、たとえば０．００５ｃｍ²である。

【0023】

第１主面１は、｛０００１｝面に対して第１方向１０１に第１角度θで傾斜した面である。第１方向１０１は、オフ方向である。第１角度θは、オフ角である。第１主面１は、たとえば｛０００１｝面に対して２°以上６°以下の第１角度θで傾斜した面である。具体的には、第１主面１は、（０００１）面に対して２°以上６°以下の第１角度θで傾斜した面である。第１主面１は、（０００－１）面に対して２°以上６°以下の第１角度θで傾斜した面であってもよい。第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。なお、第１方向１０１は、＜１１－２０＞方向に限定されない。第１方向１０１は、たとえば＜１－１００＞方向であってもよいし、＜１－１００＞方向成分と＜１１－２０＞方向成分とを有する方向であってもよい。第１角度θは、第１主面１が｛０００１｝面に対して傾斜している角度である。第１角度θは、３°以上であってもよい。第１角度θは、５°以下であってもよい。

【0024】

図４において破線で記載された面は、｛０００１｝面である。別の観点から言えば、破線で記載された面は、基底面である。第４方向１０４は、｛０００１｝面に対して垂直な方向である。第４方向１０４は、たとえば［０００１］方向である。第１方向１０１は、第４方向１０４に対して垂直な方向である。第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。第１方向１０１は、たとえば[１１－２０]方向であってもよい。第２方向１０２は、第１方向１０１を第１主面１に投影した方向である。第１主面１の法線方向は、第５方向１０５である。第５方向１０５は、たとえば［０００１］方向に対して第１方向１０１に第１角度θで傾斜した方向である。第３主面３は、｛０００１｝面に対して第１方向１０１に第１角度θで傾斜した面である。

【0025】

図４に示されるように、欠陥１０は、炭化珪素エピタキシャル層３０に設けられている。欠陥１０は、第１方向１０１（オフ方向）に延びている。欠陥１０は、起点６１と、終点６２と、第１傾斜部６４と、第２傾斜部６３と、第１側部６５とを有している。炭化珪素基板４０は、貫通らせん転位５１を有している。貫通らせん転位５１は、第３主面３と第４主面４との間を貫通している。起点６１は、貫通らせん転位５１に連なっていてもよい。起点６１は、たとえば炭化珪素基板４０と炭化珪素エピタキシャル層３０との境界（第２主面２）に位置している。終点６２は、第１主面１に位置していてもよい。

【0026】

第１傾斜部６４は、起点６１から終点６２に向かって延在している。別の観点から言えば、第１傾斜部６４は、起点６１および終点６２の各々に連なっている。第１傾斜部６４は、｛０００１｝面に沿って延在している。第２傾斜部６３は、第１傾斜部６４に対して傾斜していてもよい。第２傾斜部６３は、第１傾斜部６４に連なっていてもよい。第２傾斜部６３は、終点６２に連なっていてもよい。第１側部６５は、第１傾斜部６４および第２傾斜部６３の各々に連なっている。第１側部６５は、起点６１に連なっていてもよい。第１側部６５は、第１主面１から離間していてもよい。第１側部６５は、貫通らせん転位５１に連なっていてもよい。第１側部６５は、貫通らせん転位５１の伸長方向に沿って伸長していてもよい。

【0027】

次に、炭化珪素エピタキシャル層の厚みを算出する工程（Ｓ２０：図２）が実施される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みＴは、第２方向１０２における欠陥１０の長さ（第１長さＸ１）と、第１角度θとに基づいて算出される。第１主面１に沿った平面と、第１傾斜部６４とがなす角度は、第１角度θと等しい。炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みＴは、欠陥１０の第１長さＸ１と第１角度θの正接との積（つまり、Ｔ＝Ｘ１×ｔａｎθ）として算出される。たとえば第１角度θが４．１°であり、かつ欠陥１０の第１長さＸ１が８５．１μｍの場合、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みは、８５．１μｍ×ｔａｎ４．１°＝約６．１μｍとして求められる。

【0028】

図５は、円領域に存在する欠陥を示す模式図である。図５に示されるように、円領域６には、欠陥１０が存在する。欠陥１０は、複数の欠陥領域（第１欠陥領域１１～第１０欠陥領域２０）を有している。欠陥領域の数は、特に限定されないが、たとえば５以上であってもよいし、１０以上であってもよいし、１００以上であってもよい。本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法は、第１主面１に対して垂直な方向から見て、円領域６において欠陥１０を検出する工程をさらに有している。円領域６において、複数の欠陥領域が特定される。具体的には、欠陥１０は、たとえば、第１欠陥領域１１と、第２欠陥領域１２と、第３欠陥領域１３と、第４欠陥領域１４と、第５欠陥領域１５と、第６欠陥領域１６と、第７欠陥領域１７と、第８欠陥領域１８と、第９欠陥領域１９と、第１０欠陥領域２０とを有している。

【0029】

図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面模式図である。図６に示されるように、欠陥１０の起点６１は、炭化珪素エピタキシャル層３０と炭化珪素基板４０との境界に位置していなくてもよい。具体的には、欠陥１０の起点６１は、第１主面１と第３主面３との間に位置していてもよい。この場合、貫通らせん転位５１の一部は、炭化珪素エピタキシャル層３０内に伸長している。図６に示す欠陥１０（第９欠陥領域１９）の第２方向１０２における長さ（第９欠陥領域長さＸ２）は、図４に示す欠陥１０の第２方向１０２における長さ（第１長さＸ１）よりも小さい。

【0030】

図７は、図５のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った断面模式図である。図７に示されるように、欠陥１０は、さらに第２側部６６を有していてもよい。第１傾斜部６４は、第２側部６６に連なっている。第１傾斜部６４は、終点６２に連なっていない。第２側部６６は、終点６２に連なっている。図７に示す欠陥１０（第１０欠陥領域２０）の第２方向１０２における長さ（第１０欠陥領域長さＸ３）は、図３に示す欠陥１０の第２方向１０２における長さ（第１長さＸ１）よりも小さい。以上のように、複数の欠陥領域のいくつかにおいては、第２方向１０２における欠陥領域の長さは、第１長さＸ１よりも小さくてもよい。

【0031】

次に、欠陥１０が複数の欠陥領域を有する場合における欠陥１０の長さの決定方法について説明する。

【0032】

第２方向１０２における欠陥１０の長さは、たとえば円領域６において上位２０％の長さを有する複数の欠陥領域を用いて決定される。具体的には、まず、円領域６に存在する全ての欠陥領域（第１欠陥領域１１から第１０欠陥領域２０）が特定される（図５参照）。次に、第１欠陥領域１１から第１０欠陥領域２０の各々の第２方向１０２における長さが測定される。測定された欠陥領域の長さの長い順に数えて上位２０％長さを有する複数の欠陥領域が特定される。

【0033】

図８は、第２方向１０２における欠陥領域の長さと、欠陥領域との関係を示す図である。図８に示されるように、横軸の左側から右側に向かって欠陥領域の長さが小さくなるように欠陥領域の長さを整理する。本実施形態の例においては、１０個の欠陥領域の中で上位２０％（つまり２個）の欠陥領域が特定される。具体的には、第１欠陥領域１１および第２欠陥領域１２が、上記２０％の長さを有する欠陥領域として特定される。図５に示されるように、たとえば第１欠陥領域１１の長さ（第１欠陥領域長さＸ４）と、第２欠陥領域１２の長さ（第２欠陥領域長さＸ５）との平均値が、第２方向１０２における欠陥１０の長さとされる。

【0034】

上記においては、円領域６において上位２０％の長さを有する複数の欠陥領域を用いて欠陥１０の長さを決定したが、欠陥１０の長さの決定方法は、これに限定されない。たとえば、円領域６において上位１０％の長さを有する複数の欠陥領域を用いて欠陥１０の長さを決定してもよいし、円領域６において最大の長さを有する欠陥領域を用いて欠陥１０の長さを決定してもよい。

【0035】

（欠陥の測定方法）
次に、欠陥の測定方法について説明する。欠陥１０の観察には、たとえば共焦点微分干渉顕微鏡を備える欠陥検査装置を用いることができる。共焦点微分干渉顕微鏡を備える欠陥検査装置としては、たとえばレーザーテック株式会社製のＷＡＳＡＶＩシリーズ「ＳＩＣＡ ６Ｘ」を用いることができる。対物レンズの倍率は、１０倍である。欠陥検査装置の検出感度の閾値は、標準試料を用いて取り決められる。欠陥検査装置を用いることにより、欠陥１０の形状を定量的に評価することができる。

【0036】

具体的には、まず炭化珪素エピタキシャル層３０の第１主面１が複数の観察領域に分割される。一つの観察領域は、たとえば１．３ｍｍ×１．３ｍｍの正方形領域である。観察領域における画像が撮影される。各観察領域の画像が所定の方法で処理されることで、当該画像中において欠陥１０が特定される。次に、欠陥１０に外接する長方形に基づいて、第２方向１０２における欠陥１０の長さ（第１長さＸ１）が求められる。欠陥１０が複数の欠陥領域を有する場合には、複数の欠陥領域の各々の第２方向１０２における長さが求められる。上述のように、円領域６において上位２０％の長さを有する複数の欠陥領域を用いて、第２方向１０２における欠陥１０の長さが決定されてもよい。

【0037】

（炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置）
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００の構成について説明する。

【0038】

図９に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造装置２００は、たとえばホットウォール方式の横型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置である。製造装置２００は、反応室３０１と、発熱体３０３、石英管３０４、断熱材２０５、誘導加熱コイル２０６とを主に有している。

【0039】

発熱体３０３は、たとえば筒状の形状を有しており、内部に反応室３０１を形成している。発熱体３０３は、たとえば黒鉛製である。断熱材２０５は、発熱体３０３の外周を取り囲んでいる。断熱材２０５は、石英管３０４の内周面に接するように石英管３０４の内部に設けられている。誘導加熱コイル２０６は、たとえば石英管３０４の外周面に沿って巻回されている。誘導加熱コイル２０６は、外部電源（図示せず）により、交流電流が供給可能に構成されている。これにより、発熱体３０３が誘導加熱される。結果として、反応室３０１が発熱体３０３により加熱される。

【0040】

反応室３０１は、発熱体３０３に取り囲まれて形成された空間である。反応室３０１内には、炭化珪素基板４０が配置される。反応室３０１は、炭化珪素基板４０を加熱可能に構成されている。反応室３０１には、炭化珪素基板４０を保持するサセプタ２１０が設けられている。サセプタ２１０は、回転軸２１２の周りを自転可能に構成されている。

【0041】

製造装置２００は、ガス導入口２０７およびガス排気口２０８を有している。ガス排気口２０８は、排気ポンプ（図示せず）に接続されている。図９中の矢印は、ガスの流れを示している。ガスは、ガス導入口２０７から反応室３０１に導入され、ガス排気口２０８から排気される。反応室３０１内の圧力は、ガスの供給量と、ガスの排気量とのバランスによって調整される。

【0042】

製造装置２００は、たとえば、シラン（ＳｉＨ_４）とプロパン（Ｃ_３Ｈ_８）とアンモニア（ＮＨ_３）と水素（Ｈ_２）とを含む混合ガスを、反応室３０１に供給可能に構成されたガス供給部（図示せず）を有している。具体的には、ガス供給部は、プロパンガスを供給可能なガスボンベと、水素ガスを供給可能なガスボンベと、シランガスを供給可能なガスボンベと、アンモニアガスを供給可能なガスボンベとを有していてもよい。製造装置２００は、キャリアガスである水素ガスのみを反応室３０１に供給前に加熱可能な予備加熱部（図示せず）を有していてもよい。

【0043】

（炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法）
次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法に用いられる炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法について説明する。

【0044】

まず、炭化珪素基板４０を準備する工程が実施される。たとえば昇華法により、ポリタイプ４Ｈの炭化珪素単結晶が製造される。次に、たとえばワイヤーソーによって、炭化珪素単結晶をスライスすることにより、炭化珪素基板４０が準備される。炭化珪素基板４０は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含んでいる。炭化珪素基板４０の導電型は、たとえばｎ型である。

【0045】

図１０に示されるように、炭化珪素基板４０は、第３主面３と、第３主面３の反対側にある第４主面４とを有する。第３主面３は、たとえば｛０００１｝面に対して第１角度θだけ第１方向１０１に傾斜した面である。第１角度θは、たとえば２°以上６°以下である。第１方向１０１は、たとえば＜１１－２０＞方向である。炭化珪素基板４０の第３主面３の最大径は、たとえば１５０ｍｍである。

【0046】

次に、炭化珪素基板４０がサセプタ２１０に配置される（図９参照）。次に、反応室３０１が、たとえば１６３０℃程度に昇温される。次に、たとえばシランとプロパンとアンモニアと水素とを含む混合ガスが反応室３０１に導入される。具体的には、シランガスの流量は、たとえば１１５ｓｃｃｍとなるように調整される。プロパンガスの流量は、たとえば５７．６ｓｃｃｍとなるように調整される。アンモニアガスの流量は、たとえば２．５×１０^－２ｓｃｃｍとなるように調整される。水素ガスの流量は、１００ｓｌｍとなるように調整される。混合ガスは、図９の矢印の方向に沿って流れる。反応室３０１に混合ガスを導入することにより、炭化珪素基板４０上に炭化珪素エピタキシャル層３０がエピタキシャル成長により形成される。

【0047】

図１１に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層３０のある領域（第１領域）においては、貫通らせん転位５１が炭化珪素エピタキシャル層３０を貫通するように伸長する。図４に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層３０の第１領域とは異なる第２領域においては、貫通らせん転位５１に連なる欠陥１０が形成される。つまり、炭化珪素基板４０が複数の貫通らせん転位５１を含む場合、複数の貫通らせん転位５１の中のいくつかの貫通らせん転位５１は、炭化珪素エピタキシャル層３０において貫通らせん転位５１として伸長し、その他の貫通らせん転位５１は、欠陥１０に転換される。

【0048】

以上のように、炭化珪素基板４０と、炭化珪素エピタキシャル層３０、欠陥１０とを有する炭化珪素エピタキシャル基板１００が準備される（図４および図１１参照）。炭化珪素エピタキシャル層３０は、炭化珪素基板４０上に設けられている。炭化珪素エピタキシャル層３０の第１主面１は、｛０００１｝面に対して第１方向１０１に第１角度θで傾斜した主面である。

【0049】

次に、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の厚みの測定方法の作用効果について説明する。

【0050】

炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造工程においては、一般的に、炭化珪素エピタキシャル層３０の検査と、欠陥１０の検査とが行われる。炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定は、一般的に、ＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて行われる。欠陥１０の検査は、たとえばＳＩＣＡなどの表面欠陥測定装置を用いて行われる。つまり、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定と、欠陥１０の検査とは、別々に実施される。

【0051】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法によれば、第１方向１０１を主面に投影した第２方向１０２における欠陥１０の長さと、第１角度θとに基づいて、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みが算出される。つまり、欠陥１０の検査とともに、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みを測定することができる。

【0052】

またＦＴＩＲにおいては、炭化珪素基板４０の不純物濃度と炭化珪素エピタキシャル層３０の不純物濃度との差に起因した屈折率差によって生じる赤外光の干渉スペクトルに基づいて、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みが算出される。炭化珪素基板４０の不純物濃度と炭化珪素エピタキシャル層３０の不純物濃度との差が小さくなると、屈折率の差が小さくなるため、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みを正確に測定することが困難になる。

【0053】

一方、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法によれば、赤外光の干渉スペクトルではなく、欠陥１０の長さと第１角度θとに基づいて、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みが算出される。そのため、炭化珪素基板４０の不純物濃度と炭化珪素エピタキシャル層３０の不純物濃度との差が小さい場合であっても、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みを正確に測定することができる。たとえば炭化珪素エピタキシャル層３０の不純物濃度を炭化珪素基板４０の不純物濃度で除した値が０．５よりも大きく１よりも小さい場合において、ＦＴＩＲよりも本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法を用いることが望ましい。

【0054】

さらにまたＦＴＩＲにおいては、赤外光の干渉スペクトルのピーク間隔は、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みに反比例する。炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みが小さくなると、赤外光の干渉スペクトルのピーク間隔は広くなるため、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みを正確に測定することが困難になる。

【0055】

一方、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法によれば、赤外光の干渉スペクトルではなく、欠陥１０の長さと第１角度θとに基づいて、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みが算出される。そのため、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みが小さい場合であっても、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みを正確に測定することができる。たとえば炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みが５μｍ以下程度の場合において、ＦＴＩＲよりも本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法を用いることが望ましい。

【0056】

また本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法によれば、円領域６において上位２０％の長さを有する複数の欠陥領域を用いて、第２方向１０２における欠陥１０の長さが決定されてもよい。これにより、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定精度を向上することができる。

【0057】

さらに本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法によれば、欠陥１０の起点６１は炭化珪素基板４０と炭化珪素エピタキシャル層３０との境界に位置し、かつ欠陥１０の終点６２は主面に位置していてもよい。これにより、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定精度を向上することができる。

【実施例】

【0058】

（サンプル準備）
まず、サンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００を準備した。サンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、上述の炭化珪素エピタキシャル基板１００の製造方法によって準備された。

【0059】

（評価方法）
次に、サンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みを測定した。炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定は、上述の方法により行われた。すなわち、円領域６において上位２０％の長さを有する複数の欠陥領域を用いて、第２方向１０２における複数の欠陥領域の各々の長さを決定した。複数の欠陥領域の各々の長さの測定は、レーザーテック株式会社製のＷＡＳＡＶＩシリーズ「ＳＩＣＡ ６Ｘ」を用いて行った。

【0060】

サンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素エピタキシャル層３０の円領域６に存在する上位２０％の長さを有するキャロット欠陥１０の個数は、それぞれ９個、２５個および８個であった。第１主面１の第１角度θは、炭化珪素基板４０のスペックシートに記載されている値とした。サンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素エピタキシャル層３０の第１主面１の第１角度θは、それぞれ３．９°、４．０°および３．８°であった。上記測定とは別に、サンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みをＦＴＩＲによって測定した。

【0061】

（評価結果）
サンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素エピタキシャル層３０の円領域６に存在する上位２０％の長さを有するキャロット欠陥１０の長さの平均値は、１２２．３μｍ、１５５．３μｍおよび１８１．３μｍであった。キャロット欠陥１０の第２方向１０２の長さ（第１長さＸ１）の平均値と、第１角度θとに基づいて、炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みを算出した。炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの計算値は、キャロット欠陥１０の第１長さＸ１の平均値と、第１主面１の第１角度θのタンジェントとの積により求められた。

【0062】

【表1】

【0063】

表１に示されるように、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法により測定されたサンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みは、それぞれ８．３μｍ、１０．９μｍおよび１２．０μｍであった。一方、ＦＴＩＲによって測定されたサンプル１～３に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００の炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定値は、それぞれ８．３μｍ、１０．９μｍおよび１２．０μｍであった。

【0064】

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法により測定された炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの計算値と、ＦＴＩＲによって測定された炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定値とを比較した。その結果、本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定方法により測定された炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの計算値は、ＦＴＩＲによって測定された炭化珪素エピタキシャル層３０の厚みの測定値とほぼ同じであることが確かめられた。

【0065】

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0066】

１ 第１主面（主面）
２ 第２主面
３ 第３主面
４ 第４主面
５ 中央
６ 円領域
７ 外周領域
８ 境界
９ 外縁部
１０ 欠陥（キャロット欠陥）
１１ 第１欠陥領域
１２ 第２欠陥領域
１３ 第３欠陥領域
１４ 第４欠陥領域
１５ 第５欠陥領域
１６ 第６欠陥領域
１７ 第７欠陥領域
１８ 第８欠陥領域
１９ 第９欠陥領域
２０ 第１０欠陥領域
３０ 炭化珪素エピタキシャル層
４０ 炭化珪素基板
５１ 貫通らせん転位
６１ 起点
６２ 終点
６３ 第２傾斜部
６４ 第１傾斜部
６５ 第１側部
６６ 第２側部
７１ オリエンテーションフラット
７２ 円弧状部
１００ 炭化珪素エピタキシャル基板
１０１ 第１方向
１０２ 第２方向
１０３ 第３方向
１０４ 第４方向
１０５ 第５方向
１１１ 第１距離
１１２ 第２距離
２００ 製造装置
２０５ 断熱材
２０６ 誘導加熱コイル
２０７ ガス導入口
２０８ ガス排気口
２１０ サセプタ
２１２ 回転軸
３０１ 反応室
３０３ 発熱体
３０４ 石英管
Ｔ 厚み
Ｘ１ 第１長さ
Ｘ２ 第９欠陥領域長さ
Ｘ３ 第１０欠陥領域長さ
Ｘ４ 第１欠陥領域長さ
Ｘ５ 第２欠陥領域長さ
Ｙ 第２長さ
θ 第１角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】