特許 7464806 ＳｉＣ半導体基板及びその製造方法及びその製造装置

(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】2024-04-02

(45)【発行日】2024-04-10

(54)【発明の名称】ＳｉＣ半導体基板及びその製造方法及びその製造装置

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240403BHJP

   C23C 14/34 20060101ALI20240403BHJP

   C30B 23/06 20060101ALI20240403BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C23C14/34 A

C30B23/06

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020556060

(86)(22)【出願日】2019-11-05

(86)【国際出願番号】 JP2019043204

(87)【国際公開番号】W WO2020095873

(87)【国際公開日】2020-05-14

【審査請求日】2022-02-22

(31)【優先権主張番号】P 2018208476

(32)【優先日】2018-11-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】503092180

【氏名又は名称】学校法人関西学院

(73)【特許権者】

【識別番号】000241485

【氏名又は名称】豊田通商株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137338

【弁理士】

【氏名又は名称】辻田 朋子

(74)【代理人】

【識別番号】100196313

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 大輔

(72)【発明者】

【氏名】金子 忠昭

(72)【発明者】

【氏名】芦田 晃嗣

(72)【発明者】

【氏名】井原 知也

(72)【発明者】

【氏名】堂島 大地

【審査官】西田 彩乃

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１８８３８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１２５５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５６１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１８８３８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】夫馬弘雄ほか，ＳｉＣ半導体，豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー，1995年，Vol. 30, No. 2

【文献】A.S.Segal et al.，Growth of silicon carbide by sublimation sandwich method in the atmosphere of inert gas，Journal of crystal growth，2000年，No. 208，pp. 431-441

【文献】児島一聡ほか，4H-SiCホモエピタキシャル成長における表面モフォロジーのオフ角依存性，表面科学，2014年，No.2，pp. 78-83

【文献】YUUKI Ishida et al.，Investigation of giant step bunching in 4H-SiC homoepitaxial growth: Proposal of cluster effect model，Japanese journal of applied physics，2015年，No.54

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ ２９／３６

Ｃ２３Ｃ １４／３４

Ｃ３０Ｂ ２３／０６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳｉＣ基板をＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含み、
前記成長工程は、Ｓｉ蒸気圧空間を介して排気される原料供給空間に前記ＳｉＣ基板を配置して成長させる、ＳｉＣ半導体基板の製造方法。

【請求項2】

前記成長工程は、前記原料供給空間内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置して成長させる、請求項１に記載のＳｉＣ半導体基板の製造方法。

【請求項3】

ＳｉＣ基板をＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含み、
前記成長工程は、ＳｉＣ製の容器内に、前記ＳｉＣ基板及びＳｉ蒸気供給源を配置して成長させる、ＳｉＣ半導体基板の製造方法。

【請求項4】

前記成長工程は、１６００℃以上の温度で行う、請求項１～３の何れかに記載のＳｉＣ半導体基板の製造方法。

【請求項5】

ＳｉＣ基板にＳｉ原子及びＣ原子を供給して成長させる原料供給空間を有するＳｉＣ製の原料容器と、
前記原料供給空間を加熱可能な高温真空炉と、を備え、
前記原料供給空間は、Ｓｉ原子供給源と、Ｃ原子供給源と、を有し、
前記Ｓｉ原子供給源及び前記Ｃ原子供給源は、前記原料供給空間内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう配置され、前記Ｓｉ原子供給源として、前記ＳｉＣ製の容器内に配置されるＳｉ蒸気供給源を含み、
前記原料供給空間は、準閉鎖空間である、ＳｉＣ半導体基板の製造装置。

【請求項6】

前記原料供給空間内には、前記ＳｉＣ基板に向かって温度が下がるような温度勾配が設けられている、請求項５に記載のＳｉＣ半導体基板の製造装置。

【請求項7】

さらに、前記ＳｉＣ半導体基板の製造装置は、Ｓｉ蒸気圧環境が形成されるＳｉ蒸気圧空間を備え、
前記原料供給空間は、前記Ｓｉ蒸気圧環境を介して排気される、請求項５又は６に記載のＳｉＣ半導体基板の製造装置。

【請求項8】

前記Ｓｉ蒸気圧空間を有する浸炭容器と、を備える、請求項７に記載のＳｉＣ半導体基板の製造装置。

【請求項9】

前記高温真空炉は、前記原料供給空間を加熱可能な本加熱室と、
前記本加熱室に接続する予備加熱室と、
前記原料供給空間を移動させる移動手段と、を有し、
前記移動手段は、前記本加熱室と前記予備加熱室の間を移動可能に構成されている、請求項５～８の何れかに記載のＳｉＣ半導体基板の製造装置。

【請求項10】

ＳｉＣ基板をＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含み、
前記成長工程は、Ｓｉ蒸気圧空間を介して排気される原料供給空間に前記ＳｉＣ基板を配置して成長させる、ＳｉＣ半導体基板の表面に１ユニットセル高さのステップを配列させる方法。

【請求項11】

ＳｉＣ基板をＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含み、
前記成長工程は、ＳｉＣ製の容器内に、前記ＳｉＣ基板及びＳｉ蒸気供給源を配置して成長させる、ＳｉＣ半導体基板の表面に１ユニットセル高さのステップを配列させる方法。

【請求項12】

前記成長工程は、原料供給空間内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置して成長させる、請求項１０又は請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

請求項１～４の何れかに記載の製造方法により製造されたＳｉＣ半導体基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステップ高さが制御された成長層を有するＳｉＣ半導体基板及びその製造方法及びその製造装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ（炭化珪素）半導体デバイスは、Ｓｉ（シリコン）やＧａＡｓ（ガリウムヒ素）半導体デバイスに比べて高耐圧及び高効率、高温動作が可能であるため、産業化に向けて開発が進められている。

【0003】

通常、デバイス製造に用いられる（０００１）から僅かな傾斜を設けたＳｉＣ基板の表面には、ステップ－テラス構造が形成されている。従来、ＳｉＣ基板の表面制御においては、デバイス製造プロセス中にステップが束化（バンチング）して、ステップバンチングが形成されてしまうことが問題視されてきた。

【0004】

このステップバンチングは、ＳｉＣ半導体デバイスの特性に悪影響を与えることが知られている。具体的には、（１）ステップバンチングが形成された表面にエピタキシャル成長を行うと、エピタキシャル成長層（以下、エピ層という）の表面にステップバンチング起因の欠陥が発生する場合があること、（２）エピ層表面に酸化膜を形成して製造されるＭＯＳＦＥＴ等のＳｉＣ半導体デバイスにおいて、ステップバンチングの存在は動作性能および信頼性に致命的な影響を与える場合があること、がそれぞれ知られている。

【0005】

このような問題に対し、ステップバンチングの発生を抑制する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法において「『格子乱れ層』を３ｎｍ以下にしたＳｉＣ単結晶基板のガスエッチング後の表面に、ＳｉＣのエピタキシャル成長に必要とされる量のＳｉＨ_４ガスとＣ_３Ｈ_８ガスとを濃度比Ｃ／Ｓｉが０．７～１．２で同時に供給することによって、ステップバンチングフリーのＳｉＣエピタキシャルウェハを提供する技術」が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１３－３４００７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、上述した（１）及び（２）のステップバンチングの問題をさらに先に進めると、ＳｉＣ基板表面に形成されるステップ高さを制御して、デバイス製造に好ましい表面を提供することが望ましい。すなわち、ステップ高さが制御されれば、エピタキシャル成長や酸化膜形成において、ステップ-テラス構造に起因した問題に寄与することができ、結果としてデバイスの動作性能および信頼性を向上させることができる。

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ステップバンチングの発生は抑制できるとされるものの、ＳｉＣ基板表面のステップ高さを制御可能な成長手法ではなかった。

【0009】

本発明は、ステップ高さが制御された成長層を有するＳｉＣ半導体基板及びその製造方法及びその製造装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、本発明の一態様のＳｉＣ半導体基板の製造方法は、ＳｉＣ基板をＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含む。

【0011】

このように、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下でＳｉＣ基板を成長させることにより、成長層のステップ高さが制御されたＳｉＣ半導体基板を提供することができる。

【0012】

この態様において、前記成長工程は、Ｓｉ蒸気圧空間を介して排気される原料供給空間に前記ＳｉＣ基板を配置して成長させる。
このように、原料供給空間は、Ｓｉ蒸気圧空間を介して排気（真空引き）されることにより、原料供給空間内のＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境を長時間維持することができる。

【0013】

前記配置工程は、前記原料供給空間内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置して成長させる。
このような原子数比Ｓｉ／Ｃで、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置することにより、原料供給空間内に容易にＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境を形成することができる。

【0014】

この態様において、前記成長工程は、１６００℃以上の温度で行う。
このような、温度領域で成長させることにより、高速にＳｉＣ基板を成長させることができる。

【0015】

また、本発明はＳｉＣ半導体基板にも関する。すなわち、本発明の一態様のＳｉＣ半導体基板は、１ユニットセル高さのステップが配列した成長層を備える。
このように、１ユニットセル高さのステップが配列していることにより、エピタキシャル成長時にステップバンチング起因の欠陥が発生する問題や、ＭＯＳＦＥＴ等におけるステップ-テラス構造に起因した問題等の解決に寄与し、結果として動作性能および信頼性を向上させることができる。

【0016】

この態様において、前記成長層は、４Ｈ－ＳｉＣであることを特徴とする。

【0017】

また、本発明は、上述したＳｉＣ半導体基板の製造装置にも関する。すなわち、本発明の一態様のＳｉＣ半導体基板の製造装置は、ＳｉＣ基板にＳｉ原子及びＣ原子を供給して成長させる原料供給空間と、Ｓｉ蒸気圧環境が形成されるＳｉ蒸気圧空間と、前記原料供給空間を加熱可能な高温真空炉と、を備え、前記原料供給空間は、前記Ｓｉ蒸気圧空間を介して排気される。
このように、原料供給空間はＳｉ蒸気圧空間を介して排気（真空引き）されることにより、原料供給空間内を成長に好ましい原子数比Ｓｉ／Ｃを長時間維持することができる。

【0018】

この態様において、前記原料供給空間は、Ｓｉ原子供給源と、Ｃ原子供給源と、を有し、前記Ｓｉ原子供給源及び前記Ｃ原子供給源は、前記原料供給空間内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう配置される。
このような構成とすることにより、原料供給空間内にＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境を形成することができる。

【0019】

この態様において、前記原料供給空間内には、前記ＳｉＣ基板に向かって温度が下がるような温度勾配が設けられている。
このような温度勾配が設けられていることにより、ＳｉＣ基板にＳｉ原子とＣ原子を輸送することができ、成長速度を向上させることができる。

【0020】

この態様において、前記原料供給空間を有する原料容器と、前記Ｓｉ蒸気圧空間を有する浸炭容器と、を備える。

【0021】

この態様において、前記高温真空炉は、前記原料供給空間を加熱可能な本加熱室と、前記本加熱室に接続する予備加熱室と、前記原料供給空間を移動させる移動手段と、を有し、前記移動手段は、前記本加熱室と前記予備加熱室の間を移動可能に構成されている。
このように、原料供給空間を本加熱室から予備加熱室へ移動可能な構成とすることにより、ＳｉＣ基板を急速に昇温及び降温させることが可能である。

【0022】

また、本発明は、ＳｉＣ半導体基板の基底面転位を低減する方法にも関する。すなわち、本発明の一態様のＳｉＣ半導体基板の基底面転位を低減する方法は、ＳｉＣ基板を成長させる成長工程を含むＳｉＣ半導体基板の製造方法において、ＳｉＣ基板をＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含む、ＳｉＣ半導体基板の表面に１ユニットセル高さのステップを配列させる方法である。

【0023】

この態様において、前記成長工程は、原料供給空間内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置して成長させる。

【発明の効果】

【0024】

開示した技術によれば、ステップ高さが制御された成長層を有するＳｉＣ半導体基板及びその製造方法及びその製造装置を提供することができる。

【0025】

他の課題、特徴及び利点は、図面及び特許請求の範囲とともに取り上げられる際に、以下に記載される発明を実施するための形態を読むことにより明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】一実施の形態のＳｉＣ半導体基板の製造方法の成長工程の説明図である。

【図2】一実施の形態のＳｉＣ半導体基板の製造方法の成長工程の説明図である。

【図3】一実施の形態のＳｉＣ半導体基板の製造方法の成長工程の説明図である。

【図4】一実施の形態のＳｉＣ半導体基板の製造方法で用いる高温真空炉の概略図である。

【図5】一実施の形態のＳｉＣ半導体基板の製造方法の実施例１で観察されるＳｉＣ基板表面のＳＥＭ像である。

【図6】一実施の形態のＳｉＣ半導体基板の製造方法の比較例１で観察されるＳｉＣ基板表面のＳＥＭ像である。

【図7】一実施の形態のＳｉＣ半導体基板の製造方法の成長工程の成長条件を説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明を、図面に示した好ましい一実施形態について、図１～図７を用いて詳細に説明する。本発明の技術的範囲は、添付図面に示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、適宜変更が可能である。

【0028】

［ＳｉＣ半導体基板の製造方法］
以下、本発明の一実施形態であるＳｉＣ半導体基板の製造方法について詳細に説明する。

【0029】

本発明に係るＳｉＣ半導体基板の製造方法は、ＳｉＣ基板１０をＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含む。このように、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下でＳｉＣ基板１０を成長させることにより、ステップ１２高さが制御された成長層１１を有するＳｉＣ半導体基板を製造することができる。

【0030】

＜ＳｉＣ基板＞
ＳｉＣ基板１０としては、何れのポリタイプのものも用いることができる。ＳｉＣ半導体デバイスの基板としては昇華法等で作製したバルク結晶から加工したＳｉＣ基板１０を用いる。

【0031】

本明細書中の説明においては、ＳｉＣ基板１０の半導体素子を作る面（具体的には成長層１１を堆積する面）を主面といい、この主面に相対する面を裏面という。また、主面及び裏面を合わせて表面という。

【0032】

なお、主面としては、（０００１）面や（０００－１）面から数度（例えば、０．４～８°）のオフ角を設けた表面を例示することができる。（なお、本明細書では、ミラー指数の表記において、“－”はその直後の指数につくバーを意味する）。

【0033】

原子レベルで平坦化されたＳｉＣ基板１０の表面には、ステップ－テラス構造が確認される。このステップ－テラス構造は、１分子層以上の段差部位であるステップ１２と、{０００１}面が露出した平坦部位であるテラス１３と、が交互に並んだ階段構造となっている。

【0034】

ステップ１２は、１分子層（０．２５ｎｍ）が最小高さ（最小単位）であり、この１分子層が複数層重なることで、様々なステップ高さを形成している。本明細書中の説明においては、ステップ１２が束化（バンチング）して巨大化し、各ポリタイプの１ユニットセルを超えた高さを有するものをマクロステップバンチング（ＭＳＢ：Ｍａｃｒｏ Ｓｔｅｐ Ｂｕｎｃｈｉｎｇ）という。

【0035】

すなわち、ＭＳＢとは、４Ｈ-ＳｉＣの場合には４分子層を超えて（５分子層以上）バンチングしたステップ１２であり、６Ｈ-ＳｉＣの場合には６分子層を超えて（７分子層以上）バンチングしたステップ１２である。

【0036】

このＭＳＢは、エピ層表面にＭＳＢ起因の欠陥が発生することや、ＭＯＳＦＥＴの酸化膜信頼性の阻害要因の一つであるため、ＳｉＣ基板１０の表面に形成されていないことが望ましい。

【0037】

＜成長工程＞
本発明の実施形態に係る成長工程は、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させることにより、ＭＳＢが形成されたＳｉＣ基板１０上にＭＳＢが形成されていない成長層１１を成長させることができる（図１参照）。

【0038】

この成長工程では、昇華法を採用することができる。昇華法とは、原料とＳｉＣ基板１０を原料供給空間Ｓ１（成長空間）内に配置し加熱することで、原料から昇華した原料ガスをＳｉＣ基板１０上に輸送して再結晶化・成長させる手法である。

【0039】

すなわち、原料供給空間Ｓ１内には、ＳｉＣ基板１０に加えて、原料となるＳｉ原子供給源及びＣ原子供給源が配置されており、これらを加熱することで原料供給空間Ｓ１内にＳｉＣ基板１０の原料となるＳｉ原子及びＣ原子を供給する。このＳｉ原子及びＣ原子がＳｉＣ基板１０表面に輸送され再結晶化することにより、成長層１１が形成される。

【0040】

また、本発明の実施形態に係る成長工程では、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２を介して排気（真空引き）される原料供給空間Ｓ１にＳｉＣ基板１０が配置されることが望ましい。すなわち、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２を有する浸炭容器３０内に、原料供給空間Ｓ１を有する原料容器２０を配置され、さらにこの原料容器２０内にＳｉＣ基板１０が配置されることが望ましい。

【0041】

原料容器２０は、上容器２１と、この上容器２１に嵌合可能な下容器２２と、を備え、この容器内にＳｉＣ基板１０を成長させる原料供給空間Ｓ１を有している。この時、上容器２１と下容器２２の嵌合部には、微小な間隙２３が形成されており、この間隙２３から原料容器２０内が排気（真空引き）される。

【0042】

Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源としては、Ｓｉ基板等のＳｉ原子を供給可能な材料や黒鉛等のＣ原子を供給可能な材料、ＳｉＣ基板等のＳｉ原子及びＣ原子を供給可能な材料を採用することができる。また、原料容器２０の少なくとも一部を多結晶ＳｉＣ（Ｐｏｌｙ-ＳｉＣ）で形成することにより、原料容器２０自体をＳｉ原子供給源及びＣ原子供給源とすることができる。

【0043】

図２（ａ）は、多結晶ＳｉＣ製の原料容器２０を採用し、加えて原料供給空間Ｓ１内にＳｉ基板２４を配置した形態を示している。この場合には、原料容器２０及びＳｉ基板２４が原料供給空間Ｓ１内にＳｉ原子を供給し、原料容器２０がＣ原子を供給する形態となっている。

【0044】

このＳｉ原子供給源及びＣ原子供給源の配置はこの形態に限られず、原料供給空間Ｓ１内にＳｉ原子及びＣ原子を供給可能な形態であればよい。例えば、原料容器２０は多結晶ＳｉＣ以外の材料を採用しても良いし、原料供給空間Ｓ１内にＳｉ材料，Ｃ材料，ＳｉＣ材料を配置する形態を採用しても良い。
なお、原料に多結晶ＳｉＣを用いる場合には、多結晶ＳｉＣ(原料)と単結晶ＳｉＣ(ＳｉＣ基板１０)の蒸気圧差(化学ポテンシャル差)を成長駆動力とすることができる。

【0045】

また、原料供給空間Ｓ１内には、ＳｉＣ基板１０に向かって温度が下がるような温度勾配が設けられていることが望ましい。この温度勾配を成長駆動力として、ＳｉＣ基板１０へのＳｉ原子及びＣ原子の輸送が起こるため、成長層１１の成長速度が上昇する。

【0046】

さらに、ＳｉＣ基板１０に効率よくＳｉ原子とＣ原子を到達させるために、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源をＳｉＣ基板１０に近接させても良い。図２（ａ）においては、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源となる多結晶ＳｉＣ製の上容器２１をＳｉＣ基板１０と平行に近接配置した形態を示している。

【0047】

このＳｉＣ基板１０主面と上容器２１天面との距離Ｌは、好ましくは０．５～２０ｍｍの範囲に、より好ましくは０．７～１０ｍｍの範囲に設定されている。

【0048】

この距離Ｌが０．５ｍｍ以上である場合には、ＳｉＣ基板１０主面と上容器２１天面の温度差が大きくなる。その結果成長駆動力が大きくなり成長速度が増大する。
一方、距離Ｌが２０ｍｍ以下である場合には、原料と基板との距離が近くなり、原料ガスの輸送が効率良く行われ、成長速度が増大する。

【0049】

また、図２（ａ）に示すように、原料容器２０はＳｉ蒸気圧環境が形成されるＳｉ蒸気圧空間Ｓ２内に配置されている。このように、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２内に原料供給空間Ｓ１が配置され、Ｓｉ蒸気圧環境の空間を介して原料容器２０内が排気（真空引き）されることで、原料供給空間Ｓ１内からＳｉ原子が減少することを抑制することができる。これにより、原料供給空間Ｓ１内を成長に好ましい原子数比Ｓｉ／Ｃを長時間維持することができる。

【0050】

すなわち、原料供給空間Ｓ１から直接排気する場合には、間隙２３からＳｉ原子が排気されてしまう。この場合には、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが著しく減少することにより、成長に適切な環境が維持されない。
一方、Ｓｉ蒸気圧環境のＳｉ蒸気圧空間Ｓ２を介して原料容器２０内を排気する場合には、原料供給空間Ｓ１からＳｉ原子が排気されることを抑制して、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃを保つことができる。

【0051】

Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２は、加熱時にＳｉ蒸気圧環境が形成されていれば良く、例えば、浸炭容器３０を用いてＳｉ蒸気圧環境を形成することができる。
この浸炭容器３０は、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２内に原料容器２０を収容可能な形態であればよく、例えば、上容器３１と、この上容器３１に嵌合可能な下容器３２と、を備えている。この浸炭容器３０は、原料容器２０と同様に、上容器３１と下容器３２の嵌合部には、微小な間隙３３が形成されており、この間隙３３から排気（真空引き）される。

【0052】

この浸炭容器３０の内壁面は、複数の層から構成されており、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２内部側から外部側に向かって順に、タンタルシリサイド層（ＴａＳｉ_２又はＴａ_５Ｓｉ_３等）、タンタルカーバイド層（ＴａＣ又はＴａ_２Ｃ）、タンタル層（Ｔａ）を有している。

【0053】

このように内側から、タンタルシリサイド層、タンタルカーバイド層、タンタル層が形成されていることにより、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２内に存在するＣ原子を浸炭容器３０自体に取り込む（浸炭させる）ことができる。また、タンタルシリサイド層は、加熱することで浸炭容器３０のＳｉ蒸気圧空間Ｓ２にＳｉ原子を供給する。その結果、加熱時にＳｉ蒸気圧空間Ｓ２内を高純度のＳｉ蒸気圧環境（Ｓｉ雰囲気）とすることができる。
なお、Ｃ原子を取り込み、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２にＳｉ蒸気圧環境を形成可能であれば、浸炭容器３０として採用することができる。

【0054】

また、原料容器２０及び浸炭容器３０は、６インチウェハや８インチウェハを収納可能な直径に形成されることが望ましい。

【0055】

図２（ｂ）は、成長機構の概要を示す説明図である。ＳｉＣ基板１０を配置した原料供給空間Ｓ１を、１４００℃以上２３００℃以下の温度範囲で加熱することで、以下１）～５）の反応が持続的に行われ、結果として成長が進行すると考えられる。

【0056】

１） Ｐｏｌｙ-ＳｉＣ（ｓ）→Ｓｉ（ｖ）＋Ｃ（s）
２） ２Ｃ（ｓ）＋Ｓｉ（ｖ）→ＳｉＣ_２（ｖ）
３） Ｃ（ｓ）＋２Ｓｉ（ｖ）→Ｓｉ_２Ｃ（ｖ）
４） Ｓｉ（ｖ）＋ＳｉＣ_２（ｖ）→２ＳｉＣ（ｓ）
５） Ｓｉ_２Ｃ（ｖ）→Ｓｉ（ｖ）＋ＳｉＣ（ｓ）

【0057】

１）の説明:原料容器２０（Ｐｏｌｙ-ＳｉＣ（ｓ））が加熱されることで、熱分解によってＳｉＣからＳｉ原子（Ｓｉ（ｖ））が脱離する。
２）及び３）の説明:Ｓｉ原子（Ｓｉ（ｖ））が脱離することで残存したＣ（Ｃ（ｓ））は、原料供給空間Ｓ１内のＳｉ蒸気（Ｓｉ（ｖ））と反応することで、Ｓｉ_２Ｃ又はＳｉＣ_２等となって原料供給空間Ｓ１内に昇華する。
４）及び５）の説明:昇華したＳｉ_２Ｃ又はＳｉＣ_２等が、温度勾配（及び化学ポテンシャル差）によってＳｉＣ基板１０のテラス１３に到達・拡散し、ステップ１２に到達することで下地のＳｉＣ基板１０の多型を引き継いで成長する（ステップフロー成長）。

【0058】

本発明の実施形態に係る成長工程における成長環境は、ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境であることを特徴とする。以下、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境及びＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境について詳細に説明する。なお、本明細書におけるＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境及びＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境とは、理論的な熱平衡環境から導かれた成長速度と成長温度の関係を満たす近熱平衡蒸気圧環境を含む。

【0059】

ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境とは、ＳｉＣ（固相）とＳｉ（液相）と気相の三相が平衡状態となっているときの蒸気圧の環境のことを言う。
言い換えれば、本明細書における「ＳｉＣ－Ｓｉ蒸気圧環境」とは、ＳｉＣ（固体）とＳｉ（液相）とが気相を介して相平衡状態となっているときの蒸気圧の環境を指す。
ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境は、例えば、原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える準閉鎖空間が熱処理されることで形成される。具体的には、化学量論比１：１を満たすＳｉＣ製の原料容器２０内に、化学量論比１：１を満たすＳｉＣ基板１０と、Ｓｉ蒸気供給源（Ｓｉ基板やＳｉペレット等）と、を配置した場合には、原料容器２０内の原子数比Ｓｉ／Ｃは１を超える。
なお、本明細書における「準閉鎖空間」とは、容器内の真空引きは可能であるが、容器内に発生した蒸気の少なくとも一部を閉じ込め可能な空間のことをいう。この準閉鎖空間は、原料容器２０内や浸炭容器３０内に形成することができる。

【0060】

また、ＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境とは、ＳｉＣ（固相）とＣ（固相）と気相の三相が平衡状態となっているときの蒸気圧の環境のことを言う。
言い換えれば、本明細書における「ＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境」とは、ＳｉＣ（固相）とＣ（固相）とが気相を介して相平衡状態となっているときの蒸気圧の環境を指す。
ＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境は、例えば、原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である準閉鎖空間が熱処理されることで形成される。具体的には、化学量論比１：１を満たすＳｉＣ製の原料容器２０内に、化学量論比１：１を満たすＳｉＣ基板１０を配置した場合には、原料容器２０内の原子数比Ｓｉ／Ｃは１となる。また、Ｃ蒸気供給源（Ｃペレット等）を配置して原子数比Ｓｉ／Ｃを１以下としても良い。

【0061】

ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境の気相中の原子数比Ｓｉ／Ｃは、ＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境の気相中の原子数比Ｓｉ／Ｃよりも大きい。

【0062】

本手法においては、ＳｉＣ原料とＳｉＣ基板間の蒸気圧環境がＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境となる条件下で、多結晶ＳｉＣ(ＳｉＣ原料)と単結晶ＳｉＣ(ＳｉＣ基板１０)の蒸気圧差（化学ポテンシャル差）や温度勾配を成長駆動力として、ＳｉＣ基板１０を成長させている。

【0063】

ここで、ＳｉＣ原料とＳｉＣ基板の蒸気圧差を成長量とした場合、ＳｉＣの成長速度は以下の数１で求められる。

【0064】

【数1】

【0065】

ここで、ＴはＳｉＣ原料側の温度、ｍ_ｉは気相種（Ｓｉ_ｘＣ_ｙ）の１分子の質量、ｋはボルツマン定数である。
また、Ｐ原料_ｉ－Ｐ基板_ｉは、原料ガスが過飽和な状態となって、ＳｉＣとして析出した成長量であり、原料ガスとしてはＳｉＣ，Ｓｉ_２Ｃ，ＳｉＣ_２が想定される。

【0066】

このＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境は、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置して加熱することで形成することができる。
以下、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境を形成する原料供給空間Ｓ１の配置について詳細に説明する。

【0067】

本手法においては、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境は、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置することで形成することができる。対して、ＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境は、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下となるよう配置することで形成される。

【0068】

すなわち、加熱前にＳｉ原子供給源をＣ原子供給源より多く原料供給空間Ｓ１内に配置しておくことで、原料供給空間Ｓ１内にＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境を形成することができる。
なお、Ｓｉ原子供給源としてＳｉ基板２４を示したが、Ｓｉ原子を供給して原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃを上昇させる材料であれば当然に採用することができる。

【0069】

一方で、ＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境は、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下となるよう、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置して加熱することで形成することができる。
図３（ａ）は、ＳｉＣ製の原料容器２０内に、ＳｉＣ基板１０のみを配置した形態を示している。

【0070】

本手法における加熱温度は、好ましくは１４００～２２００℃の範囲で設定され、より好ましくは１６００～２０００℃の範囲で設定される。
図２及び図３の形態においては、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源から加熱温度に応じたＳｉ原子とＣ原子の平衡蒸気圧が発生し、原料供給空間Ｓ１内を満たす。

【0071】

本手法における成長速度は、上記温度領域によって制御することができ、０．００１～１μｍ／ｍｉｎの範囲で選択することが可能である。
本手法における成長量は、好ましくは５～１５μｍであり、より好ましくは８～１０μｍである。
本手法における成長時間は、所望の成長量となるよう任意の時間に設定することができる。例えば、成長速度が１０ｎｍ／ｍｉｎの時に、成長量を１０μｍとしたい場合には、成長時間は１００分間成長させればよい。
本手法における真空度（本加熱室４１）は、１０^－５～１０Ｐａであり、より好ましくは１０^－３～１Ｐａである。
本手法においては、成長中に不活性ガスを導入することも可能である。この不活性ガスは、Ａｒ等を選択することができ、この不活性ガスを１０^－５～１００００Ｐａの範囲で導入することによって、高温真空炉４０（本加熱室４１）の真空度を調整することができる。

【0072】

本発明のＳｉＣ半導体基板の製造方法によれば、ＳｉＣ基板１０をＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含む。このように、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下でＳｉＣ基板を成長させることにより、１ユニットセル高さのステップ１２が配列した成長層１１を成長させることができる。

【0073】

また、本発明のＳｉＣ半導体基板の製造方法によれば、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２を介して排気（真空引き）される原料供給空間Ｓ１にＳｉＣ基板１０を配置して成長させる。このように、原料供給空間Ｓ１は、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２を介して排気されることにより、原料供給空間Ｓ１内のＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境を長時間維持することができる。

【0074】

なお、図１においては、耐圧層であるエピ層を有さないＳｉＣ基板１０に対して本発明に係る成長工程を施した例を示したが、耐圧層であるエピ層を有したＳｉＣ基板１０に対して本発明に係る成長工程を施すことも当然に可能である。

【0075】

また、本発明は、ＳｉＣ基板を成長させる成長工程を含むＳｉＣ半導体基板の製造方法において、ＳｉＣ基板をＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させることにより、ＳｉＣ半導体基板の表面に１ユニットセル高さのステップを配列させる方法である。

【0076】

また、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境は、例えば、原料供給空間内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるよう、Ｓｉ原子供給源及びＣ原子供給源を配置して成長させることで形成される。

【0077】

［ＳｉＣ半導体基板］
本発明の一実施形態のＳｉＣ半導体基板は、１ユニットセル高さのステップ１２が配列した成長層１１を備えることを特徴とする。４Ｈ－ＳｉＣ（０００１）面側に成長させた成長層１１の表面は、図５に示すように、＜１１－２０＞方向に沿って１００μｍ以上の範囲にわたって、ＭＳＢは形成されておらず、１ｎｍ（１ユニットセル）高さのステップ１２が、１４ｎｍのテラス１３幅で配列している。なお、このステップ高さやテラス幅は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や特開２０１５－１７９０８２号公報に記載の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像コントラストを評価する手法により確認することができる。

【0078】

このようにステップ１２高さを１ユニットセルに制御された成長層１１を有することにより、成長層１１上に耐圧層であるエピ層を形成する場合には、エピ層表面にステップバンチング起因の欠陥が発生することを抑制することができる。
また、成長層１１を耐圧層とする場合には、ＭＯＳＦＥＴにおいてステップ-テラス構造に起因した問題が発生することがなく、結果として動作性能および信頼性を向上させることができる。すなわち、好ましい酸化絶縁膜形成に寄与することができる。

【0079】

［ＳｉＣ半導体基板の製造装置］
以下、本発明に係るＳｉＣ半導体基板の製造装置について、図４を参照して詳細に説明する。この実施形態に係る製造装置は、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２を有する浸炭容器３０と、原料供給空間Ｓ１を有する原料容器２０と、原料供給空間Ｓ１を加熱可能な高温真空炉４０備える。なお、同実施形態において、先のＳｉＣ半導体基板及びその製造方法と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。

【0080】

図４は、本発明に係るＳｉＣ半導体基板の製造方法の成長工程で用いられる高温真空炉４０（ＳｉＣ半導体基板の製造装置）の一例である。
この高温真空炉４０は、本加熱室４１と、予備加熱室４２と、浸炭容器３０を予備加熱室４２から本加熱室４１へ移動可能な移動手段４３（移動台）と、を備えている。本加熱室４１は、ＳｉＣ基板１０を１０００℃以上２３００℃以下の温度に加熱することができる。予備加熱室４２は、ＳｉＣ基板１０を本加熱室４１で加熱する前に予備加熱を行うための空間である。

【0081】

本加熱室４１には、真空形成用バルブ４４と、不活性ガス注入用バルブ４５と、真空計４６と、が接続されている。真空形成用バルブ４４は、本加熱室４１内を排気して真空引きする真空引ポンプと接続されており、本加熱室４１内の真空度を調整することができる。また、不活性ガス注入用バルブ４５は、本加熱室４１内に不活性ガス（例えば、Ａｒ等）を導入し、この圧力を調整することができる。真空計４６は、本加熱室４１内の真空度を測定することができる。

【0082】

また、本加熱室４１の内部には、ヒータ４７が備えられている。さらに、本加熱室４１の側壁及び天井には熱反射金属板が固定されており（図示せず）、この熱反射金属板は、ヒータ４７の熱を本加熱室４１の略中央部に向けて反射させるように構成されている。
これにより、ＳｉＣ基板１０を加熱し、１０００℃以上２３００℃以下の温度まで昇温させることができる。なお、ヒータ４７としては、例えば、抵抗加熱式のヒータ又は高周波誘導加熱式のヒータを用いることができる。

【0083】

予備加熱室４２は、本加熱室４１と接続されており、移動手段４３により浸炭容器３０を移動可能に構成されている。これにより、原料供給空間Ｓ１が、本加熱室４１から予備加熱室４２へ、又は予備加熱室４２から本加熱室４１へ搬送される。
なお、この予備加熱室４２には、本加熱室４１のようなヒータ４７は設けられておらず、本加熱室４１の余熱により昇温される。例えば、本加熱室４１が２０００℃の場合、予備加熱室４２は１０００℃程度まで昇温し、浸炭容器３０等の脱ガス処理を行えるよう構成されている。

【0084】

また、本加熱室４１と予備加熱室４２間の搬送は、移動手段４３により最短１分程で完了するため、１～１０００℃／ｍｉｎでの昇温・降温を実現することができる。このように急速昇温及び急速降温が行えるため、従来の装置では困難であった、昇温中及び降温中の低温成長履歴を持たない表面形状を観察することが可能である。
また、図５においては、本加熱室４１の下方に予備加熱室４２を配置しているが、これに限られず、任意の方向に設置することができる。

【0085】

移動手段４３は、浸炭容器３０を配置する台であり、この浸炭容器３０との接触部より微小な熱を逃がしている。これにより、浸炭容器３０内乃至原料供給空間Ｓ１内に温度勾配が生まれ、ＳｉＣ基板１０の成長駆動力となっている。図５に示したように、下から浸炭容器３０を支持する場合には、浸炭容器３０の底面方向に（上から下に）向かって温度が下がるように温度勾配が設けられる。
なお、この温度勾配は、移動手段４３の設計を変更することで任意の方向に設けることができ、例えば、移動手段４３に吊り下げ式等を採用した場合には、熱が上方向に逃げるため、温度勾配は、浸炭容器３０の天面方向に（下から上に）向かって温度が下がるように僅かな温度勾配が設けられることとなる。

【0086】

本発明によれば、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２を介して排気（真空引き）される原料供給空間Ｓ１にＳｉＣ基板１０を配置する配置工程と、ＳｉＣ基板１０をＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程と、を含む。
このように、ＳｉＣ基板１０を成長させる原料供給空間Ｓ１は、Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２を介して排気（真空引き）されることで、原料供給空間Ｓ１内のＳｉ原子が排気されることを抑制して、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃを成長に適した比率に保つことができる。
さらに、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下でＳｉＣ基板１０を成長させることにより、ＳｉＣ基板１０表面にＭＳＢが形成されることを抑制することができる。この時、ＳｉＣ基板１０に「格子乱れ層」が存在する場合においても、ＭＳＢが形成されることを抑制することができる。

【実施例】

【0087】

以下の方法で実施例１、比較例１のＳｉＣ半導体基板を製造した。
＜実施例１＞
（配置工程）
以下の条件で、ＳｉＣ基板１０を原料供給空間Ｓ１及びＳｉ蒸気圧空間Ｓ２内に配置した（図２（ａ）参照）。
［ＳｉＣ基板１０］
多型:４Ｈ－ＳｉＣ
オフ方向及びオフ角:＜１１－２０＞方向４°オフ
成長面:（０００１）面
基板サイズ:横幅１０ｍｍ×縦幅１０ｍｍ×厚み０．３ｍｍ
格子乱れ層:５μｍ
なお、格子乱れ層の深さはＳＥＭ－ＥＢＳＤにて確認した。ＴＥＭ及びμＸＲＤで確認しても良い。

【0088】

［原料供給空間Ｓ１］
原料容器２０材料:多結晶ＳｉＣ
原料容器２０サイズ:直径６０ｍｍ×高さ４ｍｍ
Ｓｉ基板２４:横幅１０ｍｍ×縦幅１０ｍｍ×厚み０．２ｍｍ
このようにＳｉ基板２４を原料容器２０内に配置することにより、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが、１を超えるように設定されている（ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境）。

【0089】

［Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２］
浸炭容器３０のタンタルシリサイド層:ＴａＳｉ_２又はＴａ_５Ｓｉ_３
浸炭容器３０のタンタルカーバイド層:ＴａＣ又はＴａ_２Ｃ
浸炭容器３０のタンタル層:Ｔａ
浸炭容器３０サイズ:直径１６０ｍｍ×高さ６０ｍｍ

【0090】

（成長工程）
上記条件で配置したＳｉＣ基板１０を、以下の条件で成長させた。
昇温レート:１０℃／ｍｉｎ
加熱温度：１８００℃
加熱時間:６０ｍｉｎ
成長速度:６８ｎｍ／ｍｉｎ
本加熱室真空度:１０^－５Ｐａ
降温レート:１０００℃／ｍｉｎ

【0091】

図５は、上記条件で成長させた実施例１のＳｉＣ基板１０表面のＳＥＭ像である。図５（ａ）は倍率×１０００で観察したＳＥＭ像であり、図５（ｂ）は倍率×１０００００で観察したＳＥＭ像である。
この実施例１のＳｉＣ基板１０表面には、ＭＳＢは形成されておらず、１．０ｎｍ（フルユニットセル）のステップ１２が、１４ｎｍのテラス１３幅で規則正しく配列している。なお、ステップ１２高さは、ＡＦＭにより測定した。
また、この実施例１のようにステップ１２高さが抑制可能な成長環境は、加熱温度と成長速度の関係からＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境であることがわかっている（図７参照）。

【0092】

＜比較例１＞
（配置工程）
以下の条件で、ＳｉＣ基板１０を原料供給空間Ｓ１及びＳｉ蒸気圧空間Ｓ２内に配置した（図３（ａ）参照）。
［ＳｉＣ基板１０］
実施例１と同様のＳｉＣ基板１０を用いた。
［原料供給空間Ｓ１］
実施例１と同様の原料容器２０を用いた。Ｓｉ基板２４は配置せず、原料容器２０内にはＳｉＣ基板１０のみを配置した。その結果、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下となるよう設定されている（ＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境）。
［Ｓｉ蒸気圧空間Ｓ２］
実施例１と同様の浸炭容器３０を用いた。

【0093】

（成長工程）
上記条件で配置したＳｉＣ基板１０を、実施例１と同様の条件で成長させた。

【0094】

図６は、上記条件で成長させた比較例１のＳｉＣ基板１０表面のＳＥＭ像である。図６（ａ）は倍率×１０００で観察したＳＥＭ像であり、図６（ｂ）は倍率×１０００００で観察したＳＥＭ像である。
この比較例１のＳｉＣ基板１０表面には、ステップ端がジグザグ形状のＭＳＢが形成されており、高さ３ｎｍのステップ１２が、平均４２ｎｍのテラス１３幅で配列している。なお、ステップ１２高さは、ＡＦＭにより測定した。
また、この比較例１のようにＭＳＢが形成される成長環境は、加熱温度と成長速度の関係からＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境であることがわかっている（図７参照）。

【0095】

図７は、本発明に係るＳｉＣ半導体基板の製造方法にて成長させた加熱温度と成長速度の関係を示すグラフである。このグラフの横軸は温度の逆数であり、このグラフの縦軸は成長速度を対数表示している。原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるように設定して（図２（ａ）参照）成長させた結果を○印で示し、原料供給空間Ｓ１内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１又は１未満となるよう設定して（図３（ａ）参照）成長させた結果を×印で示している。○印箇所のＳｉＣ基板１０表面は何れもＭＳＢが形成されておらず、ステップ１２は１ユニットセルの高さであった。一方、×印箇所のＳｉＣ基板１０表面は何れもＭＳＢが形成されていた。

【0096】

また図７のグラフでは、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境におけるＳｉＣ基板成長の熱力学計算の結果を破線（アレニウスプロット）で、ＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境におけるＳｉＣ基板成長の熱力学計算の結果を二点鎖線（アレニウスプロット）にて示している。

【0097】

すなわち、破線は、ＳｉＣ（固相）とＳｉ（液相）と気相の三相が平衡状態となるような蒸気圧環境において、多結晶ＳｉＣを原料として単結晶ＳｉＣを成長させた際の熱力学計算の結果である。具体的には、数１を用いて、以下の条件（ｉ）～（ｉｖ）で熱力学計算を行った。（ｉ）体積一定のＳｉＣ+Ｓｉ系であること，（ｉｉ）成長駆動力は、原料供給空間Ｓ１内の温度勾配と、多結晶ＳｉＣと単結晶ＳｉＣの蒸気圧差（化学ポテンシャル差）であること，（ｉｉｉ）原料ガスは、ＳｉＣ，Ｓｉ_２Ｃ，ＳｉＣ_２であること，（ｉｖ）原料がステップ１２に吸着する吸着係数は０．００１であること。

【0098】

また、二点鎖線は、ＳｉＣ（固相）とＣ（固相）と気相の三相が平衡状態となるような蒸気圧環境において、多結晶ＳｉＣを原料として単結晶ＳｉＣを成長させた際の熱力学計算の結果である。具体的には、数１を用いて、以下の条件（ｉ）～（ｉｖ）で熱力学計算を行った。（ｉ）体積一定のＳｉＣ+Ｃ系であること，（ｉｉ）成長駆動力は、原料供給空間Ｓ１内の温度勾配と、多結晶ＳｉＣと単結晶ＳｉＣの蒸気圧差（化学ポテンシャル差）であること，（ｉｉｉ）原料ガスはＳｉＣ，Ｓｉ_２Ｃ，ＳｉＣ_２であること，（ｉｖ）原料がステップ１２に吸着する吸着係数は０．００１であること。

【0099】

なお、熱力学計算に用いた各化学種のデータはＪＡＮＡＦ熱化学表の値を採用した。

【0100】

その結果、ＳｉＣ基板１０をＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させた図７の○印箇所の条件においては、ＭＳＢの形成が分解・抑制されており、成長層１１表面に１ｎｍ（１ユニットセル）高さのステップ１２が整列していることがわかる。
一方で、ＳｉＣ基板１０をＳｉＣ-Ｃ平衡蒸気圧環境下で成長させた図７の×印箇所の条件においては、ＭＳＢが形成されていることがわかる。

【0101】

本発明のＳｉＣ半導体基板の製造方法によれば、ＳｉＣ基板１０をＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で成長させる成長工程を含むことにより、１ユニットセル高さのステップ１２が配列した成長層１１を成長させることができる。

【符号の説明】

【0102】

１０ ＳｉＣ基板
１１ 成長層
１２ ステップ
１３ テラス
２０ 原料容器
２４ Ｓｉ基板
２５ Ｃ原子吸蔵部材
３０ 浸炭容器
４０ 高温真空炉
４１ 本加熱室
４２ 予備加熱室
４３ 移動手段
Ｓ１ 原料供給空間
Ｓ２ Ｓｉ蒸気圧空間
ＭＳＢ マクロステップバンチング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】