特許 7557701 ＳｉＣ基板の製造方法、その製造装置、及び、エピタキシャル成長方法

(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】2024-09-19

(45)【発行日】2024-09-30

(54)【発明の名称】ＳｉＣ基板の製造方法、その製造装置、及び、エピタキシャル成長方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/36 20060101AFI20240920BHJP

   C30B 23/06 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

C30B29/36 A

C30B23/06

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021516243

(86)(22)【出願日】2020-04-24

(86)【国際出願番号】 JP2020017642

(87)【国際公開番号】W WO2020218482

(87)【国際公開日】2020-10-29

【審査請求日】2023-02-27

(31)【優先権主張番号】P 2019086713

(32)【優先日】2019-04-26

(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

【審査官】森坂 英昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５８８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１８８３８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１１２６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０２０６９４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ １／００ － ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相対する２つのＳｉＣ単結晶基板をＳｉＣ材料で構成された本体容器内に配置し加熱し、一方のＳｉＣ単結晶基板から他方のＳｉＣ単結晶基板に原料を輸送する、ＳｉＣ基板の製造方法。

【請求項2】

一方の前記ＳｉＣ単結晶基板が高温側、他方の前記ＳｉＣ単結晶基板が低温側となるよう前記２つのＳｉＣ単結晶基板を加熱する、請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記２つのＳｉＣ単結晶基板を準閉鎖空間に配置し加熱する、請求項１又は２に記載の製造方法。

【請求項4】

前記２つのＳｉＣ単結晶基板を原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える準閉鎖空間に配置し加熱する、請求項１～３の何れかに記載の製造方法。

【請求項5】

前記２つのＳｉＣ単結晶基板を原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である準閉鎖空間に配置し加熱する、請求項１～４の何れかに記載の製造方法。

【請求項6】

複数のＳｉＣ単結晶基板を収容可能な本体容器を備え、
前記本体容器は、隣り合う２つの前記ＳｉＣ単結晶基板を相対するよう設置可能な設置具と、Ｓｉ蒸気供給源と、を有する、ＳｉＣ基板の製造装置。

【請求項7】

前記本体容器は、Ｓｉ原子及びＣ原子を含む材料で構成される、請求項６に記載の製造装置。

【請求項8】

前記設置具は、Ｓｉ原子及びＣ原子を含む材料で構成される、請求項６又は７に記載の製造装置。

【請求項9】

前記設置具は、隣り合う２つの前記ＳｉＣ単結晶基板を略平行となるよう設置可能である、請求項６～８の何れかに記載の製造装置。

【請求項10】

隣り合う２つの前記ＳｉＣ単結晶基板における一方の前記ＳｉＣ単結晶基板が高温側、他方の前記ＳｉＣ単結晶基板が低温側となるよう前記本体容器を加熱可能な加熱炉をさらに備える、請求項６～９の何れかに記載の製造装置。

【請求項11】

前記加熱炉は、前記本体容器を収容可能な高融点容器を有する、請求項１０に記載の製造装置。

【請求項12】

前記高融点容器は、Ｓｉ蒸気供給材料を有する、請求項１１に記載の製造装置。

【請求項13】

ＳｉＣ材料で構成された本体容器内で、一方のＳｉＣ単結晶基板から、他方のＳｉＣ単結晶基板に原料を輸送し、前記他方のＳｉＣ単結晶基板の多形を引き継いで結晶成長させる、エピタキシャル成長方法。

【請求項14】

一方のＳｉＣ単結晶基板が高温側、他方のＳｉＣ単結晶基板が低温側となるよう加熱する、請求項１３に記載のエピタキシャル成長方法。

【請求項15】

Ｓｉ蒸気圧空間を介して排気される原料輸送空間に前記ＳｉＣ単結晶基板を配置して成長させる、請求項１３又は１４に記載のエピタキシャル成長方法。

【請求項16】

前記ＳｉＣ単結晶基板を準閉鎖空間に配置し加熱する、請求項１３～１５の何れかに記載のエピタキシャル成長方法。

【請求項17】

前記ＳｉＣ単結晶基板を原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える準閉鎖空間に配置し加熱する、請求項１３～１６の何れかに記載のエピタキシャル成長方法。

【請求項18】

前記ＳｉＣ単結晶基板を原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である準閉鎖空間に配置し加熱する、請求項１３～１６の何れかに記載のエピタキシャル成長方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＳｉＣ基板の製造方法、その製造装置、及び、エピタキシャル成長方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＳｉＣ（炭化シリコン）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であり、さらに高温動作が可能であるため、高性能半導体デバイスとして注目されている。

【0003】

通常、ＳｉＣ半導体デバイスは、ＳｉＣ結晶成長を経て作製される。ＳｉＣ結晶成長には様々な成長方法が提案されている。

【0004】

特許文献１に記載の気相エピタキシャル成長方法は、ＴａＣを含む材料で構成されるＴａＣ容器に、ＳｉＣ多結晶を含む材料で構成されるＳｉＣ容器を収容し、当該ＳｉＣ容器の内部に下地基板を収容した状態において、当該ＴａＣ容器内がＳｉ蒸気圧となるように、かつ、温度勾配が発生する環境でＴａＣ容器を加熱する。その結果、ＳｉＣ容器の内面がエッチングされることで昇華したＣ原子と、雰囲気中のＳｉ原子と、が結合することで、下地基板上に３Ｃ－ＳｉＣ単結晶のエピタキシャル層が成長する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】再表２０１７－１８８３８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、結晶成長における原料であるＳｉＣ容器が成長プロセスを経る毎に消耗するため、経済性の観点において改善の余地がある。

【0007】

本発明は、新規なＳｉＣ基板の製造方法及び製造装置、及び、エピタキシャル成長方法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】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明は、相対する２つのＳｉＣ単結晶基板を加熱し、一方の前記ＳｉＣ単結晶基板から他方の前記ＳｉＣ単結晶基板に原料を輸送する。
これにより、相対するＳｉＣ単結晶基板表面を互いに結晶成長の原料とすることができるため、経済性に優れたＳｉＣ基板の製造方法を実現することができる。

【0009】

本発明の好ましい形態では、一方の前記ＳｉＣ単結晶基板が高温側、他方の前記ＳｉＣ単結晶基板が低温側となるよう前記２つのＳｉＣ単結晶基板を加熱する。
これにより、２つのＳｉＣ単結晶基板の間における温度勾配を駆動力とする原料輸送を実現することができる。

【0010】

本発明の好ましい形態では、前記２つのＳｉＣ単結晶基板を準閉鎖空間に配置し加熱する。
これにより、２つのＳｉＣ単結晶基板の間における原料輸送を準閉鎖空間において実現することができる。

【0011】

本発明の好ましい形態では、前記２つのＳｉＣ単結晶基板をＳｉＣ材料で構成された本体容器内に配置し加熱する。
これにより、ＳｉＣ単結晶基板間に形成される原料輸送空間において、Ｓｉ元素を含む気相種及びＣ元素を含む気相種の蒸気圧を発生させることができる。

【0012】

本発明の好ましい形態では、前記２つのＳｉＣ単結晶基板を、原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える準閉鎖空間に配置して加熱する。
これにより、ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で原料が好適に輸送される。なお、ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境の詳細については、後述する。

【0013】

本発明の好ましい形態では、前記２つのＳｉＣ単結晶基板を原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である準閉鎖空間に配置し加熱する。
これにより、ＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境下で原料が好適に輸送される。なお、ＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境の詳細については、後述する。

【0014】

上記課題を解決するため、本発明は、複数のＳｉＣ単結晶基板を収容可能な本体容器を備え、前記本体容器は、隣り合う２つの前記ＳｉＣ単結晶基板を相対するよう設置可能な設置具を有する。
これにより、相対するＳｉＣ単結晶基板表面を互いに結晶成長の原料とすることができるため、経済性に優れたＳｉＣ基板の製造装置を実現することができる。

【0015】

本発明の好ましい形態では、前記本体容器は、Ｓｉ原子及びＣ原子を含む材料で構成される。
これにより、ＳｉＣ単結晶基板間に形成される原料輸送空間において、Ｓｉ元素を含む気相種及びＣ元素を含む気相種の蒸気圧を発生させることができる。

【0016】

本発明の好ましい形態では、前記設置具は、Ｓｉ原子及びＣ原子を含む材料で構成される。
これにより、原料輸送空間において、Ｓｉ元素を含む気相種及びＣ元素を含む気相種の蒸気圧を発生させることができる。

【0017】

本発明の好ましい形態では、前記設置具は、隣り合う２つの前記ＳｉＣ単結晶基板を略平行となるよう設置可能である。
これにより、隣接するＳｉＣ単結晶基板の間における原料輸送のフラックスを略一様にすることができ得る。

【0018】

本発明の好ましい形態では、前記本体容器は、Ｓｉ蒸気供給源を有する。
これにより、原料輸送空間を、ＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境とすることができる。

【0019】

本発明の好ましい形態では、隣り合う２つの前記ＳｉＣ単結晶基板における一方の前記ＳｉＣ単結晶基板が高温側、他方の前記ＳｉＣ単結晶基板が低温側となるよう前記本体容器を加熱可能な加熱炉をさらに備える。
これにより、２つのＳｉＣ単結晶基板の間における温度勾配を駆動力とする原料輸送を実現することができる。

【0020】

本発明の好ましい形態では、前記加熱炉は、前記本体容器を収容可能な高融点容器を有する。
これにより、所望の蒸気圧環境を保持することができる。

【0021】

また、本発明は、エピタキシャル成長方法にも関する。すなわち、本発明の一態様のエピタキシャル成長方法は、一方のＳｉＣ単結晶基板から、他方のＳｉＣ単結晶基板に原料を輸送し、前記他方のＳｉＣ単結晶基板の多形を引き継いで結晶成長させる。

【0022】

本発明の好ましい形態では、一方のＳｉＣ単結晶基板が高温側、他方のＳｉＣ単結晶基板が低温側となるよう加熱する。

【0023】

本発明の好ましい形態では、Ｓｉ蒸気圧空間を介して排気される原料輸送空間に前記ＳｉＣ単結晶基板を配置して成長させる。

【0024】

本発明の好ましい形態では、前記ＳｉＣ単結晶基板を準閉鎖空間に配置し加熱する。

【0025】

本発明の好ましい形態では、前記ＳｉＣ単結晶基板を原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える準閉鎖空間に配置し加熱する。

【0026】

本発明の好ましい形態では、前記ＳｉＣ単結晶基板を原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である準閉鎖空間に配置し加熱する。

【0027】

本発明の好ましい形態では、前記高融点容器は、Ｓｉ蒸気供給材料を有する。
これにより、所望の蒸気圧環境を保持することができる。

【発明の効果】

【0028】

開示した技術によれば、新規なＳｉＣ基板の製造方法及びその製造装置、及び、エピタキシャル成長方法を提供することができる。

【0029】

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】

【0030】

【図1】本発明の一実施形態のＳｉＣ基板の製造方法の説明図である。

【図2】本発明の一実施形態のＳｉＣ基板の製造方法の説明図である。

【図3】本発明の一実施形態のＳｉＣ基板の製造方法の説明図である。

【図4】本発明の一実施形態のＳｉＣ基板の製造装置の説明図である。

【図5】本発明の一実施形態のＳｉＣ基板の製造装置の説明図である。

【図6】参考例１におけるＳｉＣ基板におけるＢＰＤ数の評価に関する説明図。

【図7】参考例２におけるＳｉＣ基板表面のＳＥＭ像である。

【図8】参考例２におけるＳｉＣ基板表面のＳＥＭ像である。

【図9】参考例３におけるＳｉＣ基板の成長速度と加熱温度との相関図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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９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。

【0032】

《ＳｉＣ基板の製造方法》
以下、本発明の一実施形態のＳｉＣ基板の製造方法（以下、単に製造方法という。）について詳細に説明する。

【0033】

本発明は、相対するＳｉＣ単結晶基板１１及び１２を加熱し、ＳｉＣ単結晶基板１１及びＳｉＣ単結晶基板１２の間において原料を輸送することで、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２のエッチング及び結晶成長を行う製造方法として把握することができる。

【0034】

具体的には、製造方法は、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２を相対させて設置する設置工程と、加熱によりＳｉＣ単結晶基板１１及び１２間で原料輸送を行う加熱工程と、を含む。

【0035】

〈設置工程〉
本発明の一実施形態に係る設置工程は、一方のＳｉＣ単結晶基板１１と、他方のＳｉＣ単結晶基板１２と、を相対（対峙）させて設置する工程である。これらのＳｉＣ単結晶基板１１及び１２は、好ましくは、隣り合うよう、かつ、略平行となるよう設置される。

【0036】

〈ＳｉＣ単結晶基板〉
以下、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２の詳細について、説明する。

【0037】

ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２としては、昇華法等で作製したインゴットから円盤状にスライスしたＳｉＣウエハや、ＳｉＣ単結晶を薄板状に加工したＳｉＣ基板を例示することができる。なお、ＳｉＣ単結晶の結晶多形としては、何れのポリタイプのものも採用することができる。

【0038】

ＳｉＣ単結晶基板表面としては、（０００１）面や（０００－１）面から数度（例として、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）。

【0039】

原子レベルで平坦化されたＳｉＣ単結晶基板表面には、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と、{０００１}面が露出した平坦部位であるテラスと、が交互に並んだ階段構造となっている。

【0040】

ステップは、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（Ｍａｃｒｏ Ｓｔｅｐ Ｂｕｎｃｈｉｎｇ：ＭＳＢ）という。

【0041】

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である。

【0042】

ＭＳＢは、成長層形成時の表面にＭＳＢ起因の欠陥が発生することや、ＳｉＣ半導体デバイスにおける酸化膜信頼性の阻害要因の１つであるため、ＳｉＣ単結晶基板表面には形成されていないことが望ましい。

【0043】

ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２の大きさとしては、数センチ角のチップサイズから、６インチ、８インチ等、６インチ以上のウェハサイズを例示することができる。

【0044】

ＳｉＣ単結晶基板１１は、主面１１３（図示せず。）及び裏面１１４を有する。また、ＳｉＣ単結晶基板１２は、主面１２３及び裏面１２４（図示せず。）を有する。

【0045】

本明細書中の説明において、表面は、主面及び裏面の双方のことをいう。片面は、主面及び裏面の何れか一方のことをいい、他の片面は片面に相対する同一の基板の面のことをいう。
本明細書中の説明において、成長層１１１は、処理前のＳｉＣ単結晶基板１１上に形成された層のことをいう。成長層１２１は、処理前のＳｉＣ単結晶基板１２上に形成された層のことをいう。

【0046】

ＳｉＣ単結晶基板表面上に形成される成長層の表面は、好ましくは、基底面転位（Ｂａｓａｌ Ｐｌａｎｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＢＰＤ）密度が限りなく低減されている。そのため、ＳｉＣ単結晶基板表面は、好ましくは、ＢＰＤ密度が限りなく低減されている。また、成長層の形成において、ＢＰＤは、好ましくは、貫通刃状転位（Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ：ＴＥＤ）を含む他の欠陥・転位に変換される。

【0047】

〈加熱工程〉
本発明の一実施形態に係る加熱工程は、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２を加熱し、例として、ＳｉＣ単結晶基板１１からＳｉＣ単結晶基板１２に原料を輸送する原料輸送工程を含む。このとき、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２の間に、原料輸送空間Ｓ０が形成される。

【0048】

加熱工程は、例として、一方のＳｉＣ単結晶基板１１が高温側、他方のＳｉＣ単結晶基板１２が低温側となるよう、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２の間に、温度勾配を有する原料輸送空間Ｓ０を形成する。

【0049】

図１に示すように、ＳｉＣ単結晶基板１１が温度勾配の高温側に設置されることで、一方のＳｉＣ単結晶基板１１（裏面１１４）のエッチングと、他方のＳｉＣ単結晶基板１２（主面１２３）における成長層１２１の形成と、が同時に行われる。

【0050】

図２に示すように、ＳｉＣ単結晶基板１１が温度勾配の低温側に設置されることで、裏面１１４における成長層１１１の形成と、主面１２３のエッチングと、が同時に行われる。

【0051】

加熱工程は、好ましくは、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２を準閉鎖空間において加熱する。なお、本明細書中の説明において、準閉鎖空間とは、空間内部の真空引きは可能であるが、空間内部で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。

【0052】

（原料輸送工程）
図３に示すように、本実施形態に係る原料輸送空間Ｓ０において、以下の１）～５）の反応に基づく原料輸送が持続的に行われ、例として成長層１２１が形成される、と把握することができる。

【0053】

１） 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）

【0054】

１）の説明:ＳｉＣ単結晶基板１１の裏面１１４が熱分解されることで、裏面１１４からＳｉ原子（Ｓｉ（ｖ））が脱離する。
２）及び３）の説明:Ｓｉ原子（Ｓｉ（ｖ））が脱離することで裏面１１４に残存したＣ（Ｃ（ｓ））は、原料輸送空間Ｓ０内のＳｉ蒸気（Ｓｉ（ｖ））と反応することで、Ｓｉ_２Ｃ又はＳｉＣ_２等となって原料輸送空間Ｓ０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、温度勾配によってＳｉＣ単結晶基板１２の主面１２３のテラスに到達・拡散し、ステップに到達することで主面１２３の多形を引き継いで成長層１２１が成長・形成される（ステップフロー成長）。

【0055】

原料輸送工程は、ＳｉＣ単結晶基板１１からＳｉ原子を熱昇華させるＳｉ原子昇華工程と、ＳｉＣ単結晶基板１１の裏面１１４に残存したＣ原子を原料輸送空間Ｓ０内のＳｉ原子と結合させることで昇華させるＣ原子昇華工程と、を含む。

【0056】

原料輸送工程は、原料の輸送元としてのＳｉＣ単結晶基板表面を、Ｓｉ原子昇華工程及びＣ原子昇華工程に基づきエッチングするエッチング工程を含む。

【0057】

原料輸送工程は、原料の輸送先としてのＳｉＣ単結晶基板表面において、上記ステップフロー成長に基づく成長層形成を行う成長工程を含む。

【0058】

成長工程は、原料輸送空間Ｓ０中を拡散したＳｉ_２Ｃ又はＳｉＣ_２等が輸送先において過飽和となり凝結する、と把握することができる。
成長工程は、物理気相輸送（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）に基づく、と把握することができる。

【0059】

本発明の一実施形態に係る原料輸送の駆動力は、形成された温度勾配に起因するＳｉＣ単結晶基板１１及び１２間の蒸気圧差である、と把握することができる。
よって、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２のそれぞれの表面における温度差のみならず、相対するＳｉＣ材料の表面等の結晶構造に起因する化学ポテンシャル差も、原料輸送の駆動力である、と把握することができる。

【0060】

本発明の一実施形態に係る原料輸送は、輸送元又は輸送先がＳｉＣ単結晶基板でなくともよい。具体的には、準閉鎖空間を形成するＳｉＣ材料は、輸送元又は輸送先となり得る。

【0061】

本発明の一実施形態に係る原料輸送は、ドーパントガス供給手段を用いて、準閉鎖空間内にドーパントガスを供給することにより、成長層１１１のドーピング濃度を調整することができる。一方、ドーパントガスを供給しない場合には、準閉鎖空間内のドーピング濃度を引き継いで成長層１１１又は１２１が形成される。

【0062】

本発明の一実施形態に係る原料輸送は、好ましくは、Ｓｉ元素を含む気相種及びＣ元素を含む気相種を有する環境下で行われ、より好ましくは、ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境下で行われ、より好ましくは、ＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境下で行われる。

【0063】

本明細書中の説明において、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のことをいう。また、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のことをいう。

【0064】

本発明の一実施形態に係るＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境は、原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える準閉鎖空間が加熱されることで形成される。また、本発明の一実施形態に係るＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境は、原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である準閉鎖空間が加熱されることで形成される。

【0065】

本発明の一実施形態に係る加熱温度は、好ましくは、１４００～２３００℃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。

【0066】

本発明の一実施形態に係る加熱時間は、所望のエッチング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、エッチング速度が１μｍ／ｍｉｎの時に、エッチング量を１μｍとしたい場合には、加熱時間は１分間となる。

【0067】

本発明の一実施形態に係る温度勾配は、例として、０．１～５℃／ｍｍの範囲で設定される。

【0068】

本発明の一実施形態に係る温度勾配は原料輸送空間Ｓ０において一様であることが望ましい。

【0069】

本発明の一実施形態に係るエッチング量及び成長量は、例として、０．１～２０μｍの範囲であるが、必要に応じて、適宜、変更される。

【0070】

本発明の一実施形態に係るエッチング速度及び成長層の成長速度は、上記温度領域によって制御することができ、例として、０．００１～２μｍ／ｍｉｎの範囲で設定できる。

【0071】

本発明の一実施形態に係るエッチング量及び成長量は同等である、と把握することができる。

【0072】

本発明の一実施形態に係る加熱工程は、エッチング工程に基づきＳｉＣ単結晶基板表面上のＭＳＢの形成を分解・抑制するバンチング分解工程を含む、と把握することができる。

【0073】

本発明の一実施形態に係るエッチング工程においてエッチングされるＳｉＣ単結晶基板上の表面層は、例として、機械的な加工（例えば、スライスや研削・研磨）やレーザー加工を経て、傷や潜傷、歪み等の加工ダメージが導入された歪層Ｅ２１１である、と把握することができる。

【0074】

《ＳｉＣ基板の製造装置》
以下、本発明の一実施形態であるＳｉＣ基板の製造装置（以下、単に製造装置という。）について、図４及び図５を用いて詳細に説明する。なお、先の製造方法に示した構成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。

【0075】

図４に示すように、製造装置は、本体容器２０、加熱炉３０及び高融点容器４０を備える。

【0076】

〈本体容器〉
本体容器２０は、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２を収容可能であり、加熱処理時にＳｉ元素を含む気相種及びＣ元素を含む気相種の蒸気圧を内部空間に発生させる構成であればよい。

【0077】

本体容器２０は、例として、ＳｉＣ多結晶を含む材料で構成されている。本発明の一実施形態では、本体容器２０の全体がＳｉＣ多結晶で構成されている。このため、本体容器２０の少なくとも一部は、原料輸送における輸送元又は輸送先となり得る。

【0078】

加熱処理された本体容器２０内の環境は、Ｓｉ元素を含む気相種及びＣ元素を含む気相種の混合系の蒸気圧環境となることが望ましい。このＳｉ元素を含む気相種としては、Ｓｉ，Ｓｉ_２，Ｓｉ_３，Ｓｉ_２Ｃ，ＳｉＣ_２，ＳｉＣを例示することができる。また、Ｃ元素を含む気相種としては、Ｓｉ_２Ｃ，ＳｉＣ_２，ＳｉＣ，Ｃを例示することができる。

【0079】

本体容器２０のドーパント及びドーピング濃度は、形成したい成長層１１１又は１２１のドーパント及びドーピング濃度に合わせて選択することができる。ドーパントとしては、Ｎ元素を例示することができる。

【0080】

また、本体容器２０の加熱処理時に、内部空間にＳｉ元素を含む気相種及びＣ元素を含む気相種の蒸気圧を発生させる構成であれば、その構造を採用することができる。例として、内面の一部にＳｉＣ多結晶が露出した構成や、本体容器２０内に別途、ＳｉＣ多結晶を設置する構成等を示すことができる。

【0081】

本体容器２０は、図４に示すように、互いに嵌合可能な上容器２３及び下容器２４を備える嵌合容器である。上容器２３と下容器２４の嵌合部には、微小な間隙２５が形成されており、この間隙２５から本体容器２０内の排気（真空引き）が可能なよう構成されている。

【0082】

本体容器２０は、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２の間に形成される原料輸送空間Ｓ０を有する。原料輸送空間Ｓ０は、Ｓｉ蒸気圧空間を介して排気される（図５等参照）。原料輸送空間Ｓ０における原料輸送機構は、上述の通りである。

【0083】

〈Ｓｉ蒸気供給源〉
本体容器２０は、Ｓｉ蒸気供給源２６（図４において図示せず、図５においては図示）を有する。Ｓｉ蒸気供給源２６は、本体容器２０内の準閉鎖空間の原子数比Ｓｉ／Ｃを、１を超えるよう調整する目的で用いられる。Ｓｉ蒸気供給源としては、固体のＳｉ（Ｓｉ片やＳｉ粉末等のＳｉペレット）やＳｉ化合物を例示することができる。

【0084】

例えば、本発明の一実施形態のように、本体容器２０の全体がＳｉＣ多結晶で構成されている場合には、Ｓｉ蒸気供給源２６を設置することで、本体容器２０内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える。具体的には、化学量論比１：１を満たすＳｉＣ多結晶の本体容器２０内に、化学量論比１：１を満たすＳｉＣ単結晶基板１１及び１２と、Ｓｉ蒸気供給源２６と、を設置した場合には、本体容器２０内の原子数比Ｓｉ／Ｃは１を超えることとなる。

【0085】

本発明の一実施形態に係るＳｉＣ-Ｓｉ平衡蒸気圧環境は、原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える準閉鎖空間が加熱されることで形成される。また、本発明の一実施形態に係るＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境は、原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である準閉鎖空間が加熱されることで形成される。

【0086】

〈設置具〉
設置具２１及び２２は、ＳｉＣ単結晶基板１１の少なくとも一部を本体容器２０の中空に保持可能な構成であればよい。例として、１点支持や３点支持、外周縁を支持する構成や一部を挟持する構成等、慣用の支持手段であれば当然に採用することができる。設置具２１及び２２の材料は、好ましくは、ＳｉＣ材料である。本発明の一実施形態では、設置具２１及び２２を用いる場合について例示するが、設置具２１のみによっても、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２を相対するよう設置可能であることは勿論である。

【0087】

設置具２１及び２２は、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２が隣り合うよう、かつ、略平行となるよう、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２を保持する。

【0088】

設置具２１及び２２は、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２が所定距離、離間するようＳｉＣ単結晶基板１１及び１２を保持する。このとき、所定距離は、好ましくは１００ｍｍ以下、より好ましくは５０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下、さらに好ましくは、７ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以下、さらに好ましくは３.５ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下、さらに好ましくは２．７ｍｍ以下である。当該所定距離は、好ましくは０.７ｍｍ以上、より好ましくは１.０ｍｍ以上、より好ましくは１.２ｍｍ以上、さらに好ましくは１.５ｍｍ、さらに好ましくは１．７ｍｍ以上である。

【0089】

〈加熱炉〉
加熱炉３０は、本体容器２０の上容器２３から下容器２４に向かって温度が下がる／上がるよう温度勾配を形成するよう加熱する構成となっている。これにより、ＳｉＣ単結晶基板１１の厚み方向に温度勾配が形成される。そのため、例として、設置具２１をＳｉＣ単結晶基板１１及び１２の間に設け、設置具２２をＳｉＣ単結晶基板１２及び下容器２４の間に設けることで、原料輸送空間Ｓ０を形成することができる。

【0090】

加熱炉３０は、図４に示すように、被処理物（ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２等）を１０００℃以上２３００℃以下の温度に加熱することが可能な本加熱室３１と、被処理物を５００℃以上の温度に予備加熱可能な予備室３２と、本体容器２０を収容可能な高融点容器４０と、この高融点容器４０を予備室３２から本加熱室３１へ移動可能な移動手段３３（移動台）と、を備えている。

【0091】

本加熱室３１は、平面断面視で正六角形に形成されており、その内側に高融点容器４０が設置される。

【0092】

本加熱室３１内は、加熱ヒータ３４（メッシュヒータ）が備えられている。また、本加熱室３１の側壁や天井には多層熱反射金属板が固定されている（図示せず。）。多層熱反射金属板は、加熱ヒータ３４の熱を本加熱室３１の略中央部に向け反射させるように構成されている。

【0093】

加熱ヒータ３４は、本加熱室３１内において、被処理物が収容される高融点容器４０を取り囲むように設置される。このとき、加熱ヒータ３４の外側に多層熱反射金属板が設置されることで、１０００℃以上２３００℃以下の温度範囲における昇温が可能となる。

【0094】

加熱ヒータ３４は、例として、抵抗加熱式のヒータや高周波誘導加熱式のヒータを採用することができる。

【0095】

加熱ヒータ３４は、高融点容器４０内に温度勾配を形成可能な構成を採用してもよい。
加熱ヒータ３４は、例として、上側（若しくは下側）に多くのヒータが設置されるよう構成してもよい。また、加熱ヒータ３４は、上側（若しくは下側）に向かうにつれて幅が大きくなるように構成してもよい。あるいは、加熱ヒータ３４は、上側（若しくは下側）に向かうにつれて供給される電力を大きくすることが可能なよう構成してもよい。

【0096】

本加熱室３１には、本加熱室３１内の排気を行う真空形成用バルブ３５と、本加熱室３１内に不活性ガスを導入する不活性ガス注入用バルブ３６と、本加熱室３１内の真空度を測定する真空計３７と、が接続されている。

【0097】

真空形成用バルブ３５は、本加熱室３１内を排気して真空引きする真空引ポンプと接続されている（図示せず。）。この真空形成用バルブ３５及び真空引きポンプにより、本加熱室３１内の真空度は、好ましくは、１０Ｐａ以下、より好ましくは、１Ｐａ以下、最も好ましくは、１０^－３Ｐａ以下に調整することができる。この真空引きポンプとしては、ターボ分子ポンプを例示することができる。

【0098】

不活性ガス注入用バルブ３６は、不活性ガス供給源と接続されている（図示せず。）。
この不活性ガス注入用バルブ３６及び不活性ガス供給源により、本加熱室３１内に不活性ガスを１０^－５～１０^４Ｐａの範囲で導入することができる。この不活性ガスとしては、Ａｒ等を選択することができる。

【0099】

不活性ガス注入用バルブ３６は、本体容器２０内にドーパントガスを供給可能なドーパントガス供給手段である。すなわち、不活性ガスにドーパントガス（例として、Ｎ_２等）を選択することにより、成長層１１１のドーピング濃度を高めることができる。

【0100】

予備室３２は、本加熱室３１と接続されており、移動手段３３により高融点容器４０を移動可能に構成されている。なお、本実施形態の予備室３２には、本加熱室３１の加熱ヒータ３４の余熱により昇温可能なよう構成されている。例として、本加熱室３１を２０００℃まで昇温した場合には、予備室３２は１０００℃程度まで昇温され、被処理物（ＳｉＣ単結晶基板１１や本体容器２０、高融点容器４０等）の脱ガス処理を行うことができる。

【0101】

移動手段３３は、高融点容器４０を載置して、本加熱室３１及び予備室３２間を移動可能に構成されている。

【0102】

移動手段３３による本加熱室３１と予備室３２間の搬送は、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。これにより、急速昇温及び急速降温が行えるため、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４においては、本加熱室３１の下方に予備室３２を設置しているが、これに限られず、何れの方向に設置してもよい。

【0103】

本実施形態に係る移動手段３３は、高融点容器４０を載置する移動台である。この移動台と高融点容器４０の接触部と、が熱の伝播経路となる。これにより、移動台と高融点容器４０の接触部側が低温側となるよう高融点容器４０内に温度勾配を形成することができる。

【0104】

本実施形態の加熱炉３０では、高融点容器４０の底部が移動台と接触しているため、高融点容器４０の上容器４１から下容器４２に向かって温度が下がるように温度勾配が設けられる。

【0105】

温度勾配の方向は、移動台と高融点容器４０の接触部の位置を変更することで、任意の方向に設定することができる。例として、移動台に吊り下げ式等を採用して、接触部を高融点容器４０の天井に設ける場合には、熱が上方向に逃げる。そのため、温度勾配は、高融点容器４０の上容器４１から下容器４２に向かって温度が上がるように温度勾配が設けられることとなる。なお、この温度勾配は、ＳｉＣ単結晶基板１１及び１２の厚さ方向に沿って形成されていることが望ましい。また、上述したように、加熱ヒータ３４の構成により、温度勾配を形成してもよい。

【0106】

〈高融点容器〉
本実施形態に係る加熱炉３０内のＳｉ元素を含む気相種の蒸気圧環境は、高融点容器４０及びＳｉ蒸気供給材料４４を用いて形成している。例として、本体容器２０の周囲にＳｉ元素を含む気相種の蒸気圧の環境を形成可能な方法であれば、本発明のＳｉＣ基板の製造装置に採用することができる。

【0107】

高融点容器４０は、好ましくは、本体容器２０を構成する材料の融点と同等若しくはそれ以上の融点を有する、高融点材料を含んで構成されている。

【0108】

高融点容器４０は、例として、汎用耐熱部材であるＣ、高融点金属であるＷ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔａ，Ｍｏ、炭化物であるＴａ_９Ｃ_８，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ，ＺｒＣ，Ｔａ_２Ｃ，ＴｉＣ，ＷＣ，ＭｏＣ、窒化物であるＨｆＮ，ＴａＮ，ＢＮ，Ｔａ_２Ｎ，ＺｒＮ，ＴｉＮ、ホウ化物であるＨｆＢ_２，ＴａＢ_２，ＺｒＢ_２，ＮＢ_２，ＴｉＢ_２、ＳｉＣ多結晶等を例示することができる。

【0109】

図５に示すように、高融点容器４０は、本体容器２０と同様に、互いに嵌合可能な上容器４１と、下容器４２と、を備える嵌合容器であり、本体容器２０を収容可能に構成されている。上容器４１と下容器４２の嵌合部には、微小な間隙４３が形成されており、この間隙４３から高融点容器４０内の排気（真空引き）が可能なよう構成されている。

【0110】

高融点容器４０は、高融点容器４０内にＳｉ元素を含む気相種の蒸気圧を供給可能なＳｉ蒸気供給材料４４を有している。

【0111】

〈Ｓｉ蒸気供給材料〉
Ｓｉ蒸気供給材料４４は、加熱処理時にＳｉ蒸気を高融点容器４０内に発生させる構成であればよく、例として、固体のＳｉ（Ｓｉ片やＳｉ粉末等のＳｉペレット）やＳｉ化合物を例示することができる。

【0112】

Ｓｉ蒸気供給材料４４は、例として、高融点容器４０の内壁を被覆する薄膜である。

【0113】

高融点容器４０がＴａＣ等の金属化合物である場合、Ｓｉ蒸気供給材料４４は、例として、高融点容器４０を構成する金属原子及びＳｉ原子のシリサイド材料である。

【0114】

高融点容器４０は、その内側にＳｉ蒸気供給材料４４を有することにより、本体容器２０内Ｓｉ元素を含む気相種の蒸気圧環境を維持することができる。これは、本体容器２０内のＳｉ元素を含む気相種の蒸気圧と、本体容器２０外のＳｉ元素を含む気相種の蒸気圧と、がバランスされるため、と把握することができる。

【0115】

参考例１～３を、以下に示す。
《参考例１》
以下の条件で、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を本体容器２０に収容し、さらに本体容器２０を高融点容器４０に収容した。

【0116】

〈ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０〉
多形:４Ｈ－ＳｉＣ
基板サイズ:横幅（１０ｍｍ）、縦幅（１０ｍｍ）、厚み（０．３ｍｍ）
オフ方向及びオフ角:＜１１－２０＞方向４°オフ
成長面:（０００１）面
ＭＳＢの有無:無し

【0117】

〈本体容器２０〉
材料:ＳｉＣ多結晶
容器サイズ:直径（６０ｍｍ）、高さ（４ｍｍ）
ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０とＳｉＣ材料との距離：２ｍｍ
容器内の原子数比Ｓｉ／Ｃ:１以下

【0118】

〈高融点容器４０〉
材料:ＴａＣ
容器サイズ:直径（１６０ｍｍ）、高さ（６０ｍｍ）
Ｓｉ蒸気供給材料４４（Ｓｉ化合物）:ＴａＳｉ_２

【0119】

上記条件で配置したＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を、以下の条件で加熱処理した。
加熱温度：１７００℃
加熱時間:３００ｍｉｎ
温度勾配:１℃／ｍｍ
成長速度:５ｎｍ／ｍｉｎ
本加熱室３１の真空度:１０^－５Ｐａ

【0120】

図６は、成長層Ｅ１１において、ＢＰＤから他の欠陥・転位（ＴＥＤ等）に変換した変換率を求める手法の説明図である。
図６（ａ）は、加熱工程により成長層Ｅ１１を成長させた様子を示している。この加熱工程では、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０に存在していたＢＰＤが、ある確率でＴＥＤに変換される。そのため、成長層Ｅ１１の表面には、１００％変換されない限り、ＴＥＤとＢＰＤが混在していることとなる。
図６（ｂ）は、ＫＯＨ溶解エッチング法を用いて成長層Ｅ１１中の欠陥を確認した様子を示している。このＫＯＨ溶解エッチング法は、約５００℃に加熱した溶解塩（ＫＯＨ等）にＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を浸し、転位や欠陥部分にエッチピットを形成し、そのエッチピットの大きさ・形状により転位の種類を判別する手法である。この手法により、成長層Ｅ１１表面に存在しているＢＰＤ数を得る。
図６（ｃ）は、ＫＯＨ溶解エッチング後に成長層Ｅ１１を除去する様子を示している。
本手法では、エッチピット深さまで機械研磨やＣＭＰ等により平坦化した後、熱エッチングにより成長層Ｅ１１を除去して、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０の表面を表出させている。
図６（ｄ）は、成長層Ｅ１１を除去したＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０に対し、ＫＯＨ溶解エッチング法を用いてＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０中の欠陥を確認した様子を示している。この手法により、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０表面に存在しているＢＰＤ数を得る。

【0121】

図６に示した一連の順序により、成長層Ｅ１１表面に存在するＢＰＤの数（図６（ｂ）参照）と、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０表面に存在するＢＰＤの数（図６（ｄ））と、を比較することで、加熱工程中にＢＰＤから他の欠陥・転位に変換したＢＰＤ変換率を得ることができる。

【0122】

参考例１の成長層Ｅ１１表面に存在するＢＰＤの数は約０個ｃｍ^－２であり、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０表面に存在するＢＰＤの数は１０００個ｃｍ^－２であった。
すなわち、表面にＭＳＢが存在しないＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である準閉鎖空間に配置し加熱することによりＢＰＤが低減・除去される、と把握することができる。

【0123】

参考例１では、本体容器２０内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下となるよう、本体容器２０内に、ＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境が形成されている。
上記の方法におけるエッチング工程を含む加熱工程と、本発明の一実施形態に係るエッチング工程を含む加熱工程と、は同一の反応素過程に基づくため、本発明の一実施形態に係るエッチング工程においてもＢＰＤが低減・除去され得る、と把握することができる。

【0124】

《参考例２》
以下の条件で、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を本体容器２０に収容し、さらに本体容器２０を高融点容器４０に収容した

【0125】

〈ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０〉
多形:４Ｈ－ＳｉＣ
基板サイズ:横幅（１０ｍｍ）、縦幅（１０ｍｍ）、厚み（０．３ｍｍ）
オフ方向及びオフ角:＜１１－２０＞方向４°オフ
成長面:（０００１）面
ＭＳＢの有無:有り

【0126】

〈本体容器２０〉
材料:ＳｉＣ多結晶
容器サイズ:直径（６０ｍｍ）、高さ（４ｍｍ）
ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０とＳｉＣ材料との距離：２ｍｍ
Ｓｉ蒸気供給源２６:Ｓｉ片
容器内の原子数比Ｓｉ／Ｃ:１を超える

【0127】

本体容器２０内に、ＳｉＣ単結晶基板と共にＳｉ片を収容することで、容器内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える。

【0128】

〈高融点容器４０〉
材料:ＴａＣ
容器サイズ:直径１６０ｍｍ×高さ６０ｍｍ
Ｓｉ蒸気供給材料４４（Ｓｉ化合物）:ＴａＳｉ_２

【0129】

上記条件で配置したＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を、以下の条件で加熱処理した。
加熱温度：１８００℃
加熱時間:６０ｍｉｎ
温度勾配:１℃／ｍｍ
成長速度:６８ｎｍ／ｍｉｎ
本加熱室３１真空度:１０^－５Ｐａ

【0130】

図７は、成長層Ｅ１１の成長前のＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０表面のＳＥＭ像である。図７（ａ）は倍率×１０００で観察したＳＥＭ像であり、図７（ｂ）は倍率×１０００００で観察したＳＥＭ像である。
この成長層Ｅ１１の成長前のＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０表面には、ＭＳＢが形成されており、高さ３ｎｍ以上のステップが、平均４２ｎｍのテラス幅で配列していることが把握することができる。なお、ステップ高さは、ＡＦＭにより測定した。

【0131】

図８は、成長層Ｅ１１の成長後のＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０表面のＳＥＭ像である。図８（ａ）は倍率×１０００で観察したＳＥＭ像であり、図８（ｂ）は倍率×１０００００で観察したＳＥＭ像である。
この参考例２の成長層Ｅ１１表面には、ＭＳＢは形成されておらず、１．０ｎｍ（フルユニットセル）のステップが、１４ｎｍのテラス幅で規則正しく配列していることが把握することができる。なお、ステップ高さは、ＡＦＭにより測定した。

【0132】

そのため、表面にＭＳＢが存在するＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える準閉鎖空間に配置し加熱することによりＭＳＢが分解された成長層Ｅ１１が形成される、と把握することができる。

【0133】

参考例２では、本体容器２０内の原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超えるようＳｉ蒸気供給源２６が設置されているため、本体容器２０内に、ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境が形成されている。
上記の方法におけるエッチング工程を含む加熱工程と、本発明の一実施形態に係るエッチング工程を含む加熱工程と、は同一の反応素過程に基づくため、本発明の一実施形態に係るエッチング工程においてもＳｉＣ単結晶基板表面上のＭＳＢは分解され得る、と把握することができる。

【0134】

《参考例３》
図９は、本発明に係るＳｉＣ単結晶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。ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える空間（本体容器２０内）に配置して、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０に成長層Ｅ１１を成長させた結果を〇印で示す。また、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である空間（本体容器２０内）に配置して、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０に成長層Ｅ１１を成長させた結果を×印で示している。

【0135】

また、図９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。

【0136】

本手法においては、ＳｉＣ原料とＳｉＣ基板間の蒸気圧環境が、ＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境又はＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境となる条件下で、化学ポテンシャル差や温度勾配を成長駆動力として、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を成長させている。この化学ポテンシャル差は、ＳｉＣ多結晶とＳｉＣ単結晶の表面で発生する気相種の分圧差を例示することができる。

【0137】

ここで、ＳｉＣ原料（輸送元）とＳｉＣ基板（輸送先）から発生する蒸気の分圧差を成長量とした場合、ＳｉＣ成長速度は以下の数１で求められる。

【0138】

【数1】

【0139】

ここで、ＴはＳｉＣ原料側の温度、ｍ_ｉは気相種（Ｓｉ_xＣ_ｙ）の分子量、ｋはボルツマン定数である。
また、Ｐ_輸送元ｉ－Ｐ_輸送先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。

【0140】

すなわち、破線は、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環境において、ＳｉＣ多結晶を原料としてＳｉＣ単結晶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平衡蒸気圧環境であること，（ｉｉ）成長駆動力は、本体容器２０内の温度勾配と、ＳｉＣ多結晶とＳｉＣ単結晶の蒸気圧差（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ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０のステップに吸着する吸着係数は０．００１であること。

【0141】

また、二点鎖線は、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環境において、ＳｉＣ多結晶を原料としてＳｉＣ単結晶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平衡蒸気圧環境であること，（ｉｉ）成長駆動力は、本体容器２０内の温度勾配と、ＳｉＣ多結晶とＳｉＣ単結晶の蒸気圧差（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ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０のステップに吸着する吸着係数は０．００１であること。
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。

【0142】

この図９のグラフによれば、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を原子数比Ｓｉ／Ｃが１を超える空間（本体容器２０内）に配置して、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０に成長層Ｅ１１を成長させた結果（〇印）は、ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境におけるＳｉＣ成長の熱力学計算の結果と傾向が一致していることがわかる。
また、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０を原子数比Ｓｉ／Ｃが１以下である空間（本体容器２０内）に配置して、ＳｉＣ単結晶基板Ｅ１０に成長層Ｅ１１を成長させた結果（×印）は、ＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境におけるＳｉＣ成長の熱力学計算の結果と傾向が一致していることを把握することができる。

【0143】

ＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境下においては、１９６０℃の加熱温度で１．０μｍ／ｍｉｎ以上の成長速度を達成することが推定される。また、２０００℃以上の加熱温度で２．０μｍ／ｍｉｎ以上の成長速度を達成することが推定される。
一方、ＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境下においては、２０００℃の加熱温度で１．０μｍ／ｍｉｎ以上の成長速度を達成することが推定される。また、２０３０℃以上の加熱温度で２．０μｍ／ｍｉｎ以上の成長速度を達成することが推定される。

【0144】

本発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板表面におけるエッチング及び成長層形成のそれぞれを、雰囲気を変えることなく加熱条件を調整することで、自在に実施することができる。これにより、ＳｉＣ半導体プロセスの最適化を図ることができる。

【0145】

また、本発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板の片面において成長層が形成される傍ら、他の片面においてエッチングが行われるため、ＳｉＣ単結晶基板の変形や破損を抑制しつつ、成長層直下の下地基板層が薄いＳｉＣ基板を製造することができる。

【0146】

また、本発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板表面がＳｉＣ－Ｓｉ平衡蒸気圧環境下でエッチングされることにより、ＭＳＢの形成が抑制され、表面平坦化されたＳｉＣ単結晶基板を製造することができ得る。

【0147】

また、本発明によれば、ＳｉＣ単結晶基板表面がＳｉＣ－Ｃ平衡蒸気圧環境下でエピタキシャル成長することにより、ＳｉＣ半導体デバイスの耐圧層として好適に機能するＢＰＤフリーな成長層を有する、ＳｉＣ単結晶基板を製造することができ得る。

【符号の説明】

【0148】

Ｓ０ 原料輸送空間
１１、１２、Ｅ１０ ＳｉＣ単結晶基板
１１３、１２３ 主面
１１４、１２４ 裏面
１１１、１２１、Ｅ１１ 成長層
２０ 本体容器
２１、２２ 設置具
２３、４１ 上容器
２４、４２ 下容器
２５、４３ 間隙
２６ Ｓｉ蒸気供給源
３０ 加熱炉
４０ 高融点容器
４４ Ｓｉ蒸気供給材料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】