JP4978637B2

JP4978637B2 - 炭化珪素単結晶の製造方法

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Publication number: JP4978637B2
Application number: JP2009029584A
Authority: JP
Inventors: 弘紀渡辺; 泰男木藤; 正美内藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: US20100199910A1; JP2010184829A; US8980003B2

Description

本発明は、結晶欠陥を低減できる炭化珪素（以下、ＳｉＣという）単結晶の製造方法に関するものである。

従来より、ＳｉＣは、高耐圧デバイスへ応用できる材料として期待されている。このＳｉＣでは、結晶成長時に転位や積層欠陥などの結晶欠陥が発生することが課題としてあり、その課題を解決するために、様々な手法が提案されている。

例えば、特許文献１においては、４Ｈ−ＳｉＣの（０００１）面に対して＜１１−２０＞軸方向へ１２°以上かつ３０°未満のオフ角度で傾斜させた表面にエピタキシャル成長させることで、低欠陥、低不純物なＳｉＣ単結晶を得る手法が提案されている。

また、特許文献２では、（１−１００）面と（１１−２０）面を用いて順に結晶成長を行い、最後に（０００１）面で成長させることで、結晶欠陥を低減させるという手法が提案されている。

さらに、特許文献３では、ＳｉＣ単結晶表面に溝を形成しておき、溝側面において横方向にエピタキシャル成長させることで、結晶欠陥が＜０００１＞方向へ成長することを抑制し、結晶欠陥を低減させるという手法が提案されている。

特開２００５−３２４９９４号公報特開２００３−１１９０９７号公報特開２００５−３５０２７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたように、４Ｈ−ＳｉＣの（０００１）面に対して＜１１−２０＞軸方向へ１２°以上かつ３０°未満のオフ角度で傾斜させた表面にエピタキシャル成長させたとしても、転位の引継ぎを抑えることはできない。

また、特許文献２に記載されたように、様々な面を用いて結晶成長を行ったとしても、ａ面成長で生じた積層欠陥がｃ面成長で貫通らせん転位や貫通刃状転位を含む貫通転位（以下、単に貫通転位という）に変換し、欠陥が引き継がれるという問題がある。

さらに、特許文献３に記載されたように、溝側面において横方向にエピタキシャル成長させたとしても、転位の方向は成長方向に必ずしも平行にならないため、完全に＜０００１＞方向への転位の成長を防ぐことは困難である。

すなわち、従来の製造方法では、いずれの場合にも、結晶成長で欠陥が成長方向に引き継がれることを抑制できず、結晶欠陥を十分に抑制できないという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、結晶欠陥をより抑制することが可能なＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者らは、ＳｉＣ単結晶の成長方向と結晶欠陥の成長方向について様々な試作検討を行った。その結果、従来のように昇華法によるｃ面オフ基板を用いた結晶成長では、貫通転位が成長方向に対して様々な方向に傾いて成長するが、ＣＶＤ法によるｃ面オフ基板を用いたエピタキシャル成長では、引き継がれる貫通欠陥の成長方向が（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面に限定されるという現象を見出した。また、その成長方向は、エピタキシャル成長させる際の不純物濃度と密接な関係を有しているということについても見出した。なお、ここでいうｎとは、任意の整数であり、例えば、（１１−２ｎ）面には、（１１−２１）面、（１１−２２）面、（１１−２３）面等が含まれ、（１−１０ｎ）面には、（１−１０１）面、（１−１０２）面、（１−１０３）面等が含まれる。

図１３（ａ）は、ｃ面に対して所定のオフ角度傾斜させてエピタキシャル成長させた場合の不純物濃度と貫通転位の関係の一例を示した図である。具体的には、この図は、ｃ面に対して所定のオフ角度傾斜させたオフ基板に形成されていた様々な貫通転位について、オフ基板上にｎ型不純物として窒素を導入したエピタキシャル成長を行ったときの貫通転位の方向性を調べた結果を示してある。

図１３（ａ）から分かるように、オフ基板内の各貫通転位のｃ軸に対する角度θ（ただし、図１３（ｂ）に示すように、［０００１］方向を基準とし、オフ基板１００の表面に対する法線方向を正としたときの角度）が様々な角度にばらついているが、エピタキシャル膜１０１内の貫通転位１０２は不純物濃度に対応して一定方向に引き継がれている。成長させたエピタキシャル膜１０１の窒素濃度が例えば１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3であれば貫通転位１０２のｃ軸に対する角度θが１７±３°の範囲となり、（１１−２２）面もしくは（１１−２２）面に対して±３°の範囲内、例えば［１１−２３］方向に平行もしくは［１１−２３］方向に対して±３°の範囲内の方向に向いていることが判る。また、成長させたエピタキシャル膜１０１の窒素濃度が例えば１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上、例えば１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3であれば貫通転位１０２のｃ軸に対する角度θが２４±３°の範囲となり、（１１−２３）面もしくは（１１−２３）面に対して±３°の範囲内、例えば［１１−２２］方向に平行もしくは［１１−２２］方向に対して±３°の範囲内の方向に向いていることが判る。

図１４（ａ）、（ｂ）は、それぞれｃ面に対して所定のオフ角度傾斜させたオフ基板１００上にエピタキシャル膜１０１を成長させた時の貫通刃状転位１０２ａの方向を実際に実験を行って調べた結果を示している。この図に示されるように、不純物濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3という低濃度のときには、エピタキシャル膜１０１に形成された貫通刃状転位１０２ａは角度θが１７±３°の範囲内に含まれ、不純物濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3という高濃度のときには、エピタキシャル膜１０１に形成された貫通刃状転位１０２ａは角度θが２４±３°の範囲内に含まれていた。

このようなエピタキシャル成長させる際の不純物濃度と貫通転位の成長方向との関係は、不純物の種類に応じて変わるが、特定の不純物濃度における貫通転位の成長方向には依存性があり、その成長方向は一定範囲内に含まれる。

したがって、ｃ面オフ基板を用いたエピタキシャル成長では、引き継がれる貫通欠陥の成長方向が（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面に限定されるという現象を用い、エピタキシャル成長の方向と貫通転位が引き継がれる方向との関係に基づいて、結晶欠陥をより抑制することが可能となる。

以上の検討に基づき、（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面（但し、ｎは０以上の整数）を表面とするＳｉＣ基板（１）を用意したのち、このＳｉＣ基板（１）の（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面の上に、所定の不純物濃度のエピタキシャル膜（２）をＣＶＤ法にて成長させることにより、該エピタキシャル膜（２）の側面から貫通欠陥（３）を排出させ、貫通欠陥（３）を排出させたエピタキシャル膜（２）における（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面に対して昇華法によりＳｉＣ単結晶（４）をバルク状に成長させる。

このように、ＣＶＤ法によりエピタキシャル膜（２）を成長させるときには、成長させるエピタキシャル膜（２）の不純物濃度に応じて貫通転位（３）の成長方向を一定方向に規定できるという現象を利用し、エピタキシャル膜（２）の側面から貫通転位（３）を排出させることにより、エピタキシャル膜（２）の成長表面から貫通転位（３）をほぼ無くすことが可能となる。したがって、結晶欠陥をより抑制することが可能となる。そして、このようなエピタキシャル膜（２）を種結晶として昇華法によりＳｉＣ単結晶（４）をバルク成長させれば、結晶欠陥をより抑制することが可能となる。

そして、請求項１に記載の発明では、ＳｉＣ基板（１）の（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面（但し、ｎは０以上の整数）の上に、開口部（１２ａ）を有するマスク（１２）を配置し、マスク（１２）にてＳｉＣ基板（１）における（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面の一部を覆った状態でエピタキシャル膜（２）をＣＶＤ法にて成長させることで、該エピタキシャル膜（２）の側面から貫通欠陥（３）を排出させることを特徴としている。

このように、成長させるエピタキシャル膜（２）の不純物濃度に応じて貫通転位（３）の成長方向を一定方向に規定できるという現象を利用する場合に、マスク（１２）を用いることでエピタキシャル膜（２）の成長方向と貫通転位（３）の成長方向とを合わせることにより、より確実に貫通転位（３）を期待する方向に成長させることが可能となる。これにより、上記した効果をより確実に得ることが可能となる。

例えば、請求項２に記載したように、ＳｉＣ基板（１）の（１１−２ｎ）面上にエピタキシャル膜（２）を形成するときには［１−１００］を長手方向として開口部（１２ａ）を延設すると共に、該開口部（１２ａ）を複数本ストライプ状に並べた配置とし、ＳｉＣ基板（１）の（１−１０ｎ）面上にエピタキシャル膜（２）を形成するときには［１１−２０］を長手方向として開口部（１２ａ）を延設すると共に、該開口部（１２ａ）を複数本ストライプ状に並べた配置とすれば良い。

また、請求項３に記載したように、エピタキシャル膜（２）を成膜するとき、該エピタキシャル膜（２）の成長厚さｔを、貫通欠陥（３）が成長する方向に沿った方向のＳｉＣ基板（１）の幅をｄ、マスク（１２）の膜厚をｍ、該エピタキシャル膜（２）中で成長する貫通欠陥（３）がＳｉＣ基板（１）の表面である（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面に対して為す角度をΔθとすると、ｔ＞ｄ×ｔａｎΔθ＋ｍ（但し、Δθは、０°≦Δθ≦３°、ｍ≧０）を満たす厚さにすれば、エピタキシャル膜（２）の表面から貫通欠陥（３）を無くすことができる。

なお、請求項４に記載したように、ＳｉＣ基板（１）の表面を（１１−２２）面とする場合、エピタキシャル膜（２）をＣＶＤ法にて成長させることにより、該エピタキシャル膜（２）の側面から貫通欠陥（３）を排出させる際に、エピタキシャル膜（２）の不純物濃度を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3とすることができる。また、請求項５に記載したように、ＳｉＣ基板（１）の表面を（１１−２３）面とする場合、エピタキシャル膜（２）をＣＶＤ法にて成長させることにより、該エピタキシャル膜（２）の側面から貫通欠陥（３）を排出させる際に、エピタキシャル膜（２）の不純物濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上とすることができる。

さらに、請求項６に記載したように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のＳｉＣ単結晶の製造方法により得られたＳｉＣ単結晶から（０００１）面または（０００−１）面を切り出すことにより、表面が（０００１）面または（０００−１）面となる種結晶を形成し、その種結晶における（０００１）面または（０００−１）面の上に昇華法によりＳｉＣ単結晶（４）をバルク状に成長させるようにすることもできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造方法にてＳｉＣ単結晶を成長させるときの製造工程を示す断面図である。本発明の第２実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造方法にてＳｉＣ単結晶を成長させるときの製造工程中の様子を示したＳｉＣ単結晶の側面図である。図２に続く製造工程中の様子を示したＳｉＣ基板の斜視図である。図３に続く製造工程中の様子を示した断面図である。図４に続く製造工程中の様子を示した断面図である。図５に続く製造工程中の様子を示した断面図である。エピタキシャル成長厚さの設定を説明するための断面図である。本発明の第３実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造方法にてＳｉＣ単結晶を成長させるときの製造工程中の様子を示したＳｉＣ単結晶の側面図である。図８に続く製造工程中の様子を示したＳｉＣ基板の斜視図である。図９に続く製造工程中の様子を示した断面図である。図１０に続く製造工程中の様子を示した断面図である。本発明の第３実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造方法にてＳｉＣ単結晶を成長させるときの製造工程中の様子を示した斜視図である。（ａ）は、ｃ面に対して所定のオフ角度傾斜させてエピタキシャル成長させた場合の不純物濃度と貫通転位の関係の一例を示した図であり、（ｂ）は、オフ基板内の各貫通転位のｃ軸に対する角度θを示した模式図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれｃ面に対して所定のオフ角度傾斜させたオフ基板上にエピタキシャル膜を成長させた時の貫通刃状転位の方向を実際に実験を行って調べた結果を示す断面図である。

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、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造方法にてＳｉＣ単結晶を成長させるときの製造工程を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、ＳｉＣ単結晶基板として、表面が（１１−２２）面とされたＳｉＣ基板１を用意する。例えば、ｃ面オフ基板上にバルク状にＳｉＣ単結晶を結晶成長させ、そのＳｉＣ単結晶を（１１−２２）面において切り出すことで、表面が（１１−２２）面とされたＳｉＣ基板１を用意することができる。そして、このＳｉＣ基板１の表面にＣＶＤ法にてＳｉＣ単結晶からなるエピタキシャル膜２を成長させる。このとき、エピタキシャル膜２内の不純物として例えば窒素を用い、不純物濃度を例えば１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3とする。

このようにすれば、図１中に示したように、ＳｉＣ基板１内に含まれていた貫通転位３は、エピタキシャル膜２内においてｃ軸に対する角度θが（１１−２２）面もしくは（１１−２２）面に対して±３°の範囲内、例えば［１１−２３］方向に平行もしくは［１１−２３］方向に対して±３°の範囲内の方向に向く。このため、エピタキシャル膜２の成長方向に対して貫通転位３の成長方向を略垂直に曲げることが可能となり、エピタキシャル膜２を成長させると、成長したエピタキシャル膜２の側面に貫通転位３が排出される。したがって、エピタキシャル膜２の成長表面、つまり（１１−２２）面と平行な表面から貫通転位３を無くせる。

次に、図１（ｂ）に示すように、貫通転位３が無くなったエピタキシャル膜２の表面に対して、つまり（１１−２２）面の上に、昇華法により、ＳｉＣ単結晶４をバルク成長させる。このとき、エピタキシャル膜２の表面に貫通転位３が形成されていないため、その上に成長させたＳｉＣ単結晶４も貫通転位３が無い良好な結晶となる。そして、図中破線で示したように、ＳｉＣ単結晶４を（０００１）面または（０００−１）面等で切り出し、それを種結晶にして更に昇華法を用いてオフ成長させれば、（０００１）面または（０００−１）面等を成長面とするバルク状のＳｉＣ単結晶４を得ることもでき、それをウェハ状にスライスすれば、デバイス形成に適した（０００１）面、つまりｃ面を主表面とするＳｉＣウェハを得ることができる。

このように、ＣＶＤ法によりエピタキシャル膜２を成長させるときには、成長させるエピタキシャル膜２の不純物濃度に応じて貫通転位３の成長方向を一定方向に規定できるという現象を利用し、エピタキシャル膜２の側面から貫通転位３を排出させることにより、エピタキシャル膜２の成長表面から貫通転位３をほぼ無くすことが可能となる。そして、このようなエピタキシャル膜２を種結晶として昇華法によりＳｉＣ単結晶４をバルク成長させれば、結晶欠陥をより抑制することが可能となる。

なお、ここでは（１１−２２）面に対してエピタキシャル膜２を成長させる場合について説明したが、（１１−２ｎ）面の他の面や、（１−１０ｎ）面の上にエピタキシャル膜２を成長させる場合についても同様である。すなわち、ドーピングする不純物の種類と不純物濃度との関係から、貫通転位３の成長方向を特定し、貫通転位３をエピタキシャル膜２の側面から排出させるようにエピタキシャル膜２を成長させることで、エピタキシャル膜２の表面を貫通転位３の無い良好な表面にすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上述したように、（１１−２ｎ）面や（１−１０ｎ）面の上にＣＶＤ法によってエピタキシャル膜２を成長させた場合に、ドーピングする不純物の種類と不純物濃度との関係から、貫通転位３の成長方向を特定することができる。しかしながら、エピタキシャル膜２の成長方向と貫通転位３の成長方向とが全く異なる方向であった場合、エピタキシャル膜２の成長方向に引きずられて貫通転位３の成長方向が期待する方向からずれる可能性もある。このため、本実施形態では、エピタキシャル膜２の成長方向と貫通転位３の成長方向を合わせることで、より確実に貫通転位３がエピタキシャル膜２の側面側に成長し、エピタキシャル膜２の側面から排出されるようにする。

図２〜図６は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造方法にてＳｉＣ単結晶を成長させるときの製造工程中の様子を示した図である。図２は、紙面上方を［０００１］方向、紙面垂直方向を［１−１００］方向としたときのＳｉＣ単結晶１０の側面図である。また、図３は、ＳｉＣ基板１の斜視図であり、図４〜図６は、製造工程中の断面図である。

まず、図２に示すように、昇華法により［０００１］方向に成長させたバルク状のＳｉＣ単結晶１０を破線で示された（１１−２２）面において切り出すことで、表面が（１１−２２）面とされたＳｉＣ基板１を用意する。このとき、ＳｉＣ単結晶１０には、ｃ軸に対して平行に近い角度で成長した貫通転位３や基底面転位もしくは積層欠陥１１などが含まれているため、ＳｉＣ基板１にもそれらが含まれた状態となっている。

次に、図３に示すように、ＳｉＣ基板１の表面、つまり（１１−２２）面の上に炭素やＴａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）などの高融点金属もしくはその炭化物（ＴａＣ等）をマスク１２として配置したのち、マスク１２にストライプ状の開口部１２ａを形成する。各開口部１２ａは、エピタキシャル膜２を成長させる際の貫通転位３の成長方向に対する垂直方向、例えば［１−１００］を長手方向として延設されている。各開口部１２ａの間隔は任意であるが、各開口部１２ａの間隔がエピタキシャル膜２の横方向に成長させるのに必要な距離となるため、エピタキシャル膜２を成長させる時間などを考慮して決められている。

そして、図４に示す断面図のように、マスク１２にて覆った状態でＳｉＣ基板１の表面にＣＶＤ法にてエピタキシャル膜２を成長させる。このとき、エピタキシャル膜２内の不純物として例えば窒素を用い、不純物濃度を例えば１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3とする。

このようにすれば、マスク１２にて覆われた部分の上部では、図中矢印で示したようにエピタキシャル膜２が横方向に成長していくことになる。このため、エピタキシャル膜２の成長方向と貫通転位３の成長方向とが合わせられ、貫通転位３が確実に（１１−２２）面もしくは（１１−２２）面に対して±３°の範囲内、例えば［１１−２３］方向に平行もしくは［１１−２３］方向に対して±３°の範囲内の方向に向くようにできる。これにより、エピタキシャル膜２を成長させると、成長したエピタキシャル膜２の側面に貫通転位３が排出され、エピタキシャル膜２の成長表面、つまり（１１−２２）面と平行な表面から貫通転位３を無くせる。

なお、ＳｉＣ基板１中に形成されていた基底面転位もしくは積層欠陥１１については、エピタキシャル膜２中において引き継がれるときに、貫通転位３に変換される。このため、上記と同様、その貫通転位３も（１１−２２）面もしくは（１１−２２）面に対して±３°の範囲内、例えば［１１−２３］方向に平行もしくは［１１−２３］方向に対して±３°の範囲内の方向に向く。したがって、成長したエピタキシャル膜２の側面に貫通転位３が排出され、エピタキシャル膜２の成長表面、つまり（１１−２２）面と平行な表面から貫通転位３を無くせる。

その後、図５に示すように、貫通転位３が無くなったエピタキシャル膜２の表面に対して、つまり（１１−２２）面の上に、昇華法により、ＳｉＣ単結晶４をバルク成長させる。このとき、エピタキシャル膜２の表面に貫通転位３が形成されていないため、その上に成長させたＳｉＣ単結晶４も貫通転位３が無い良好な結晶となる。そして、図中破線で示したように、ＳｉＣ単結晶４を（０００１）面または（０００−１）面等で切り出し、それを種結晶にして、図６に示すように更に昇華法を用いてオフ成長させれば、（０００１）面または（０００−１）面等を成長面とするバルク状のＳｉＣ単結晶４を得ることもでき、それをウェハ状にスライスすれば、デバイス形成に適した（０００１）面、つまりｃ面を主表面とするＳｉＣウェハを得ることができる。

このように、成長させるエピタキシャル膜２の不純物濃度に応じて貫通転位３の成長方向を一定方向に規定できるという現象を利用する場合に、マスク１２を用いることでエピタキシャル膜２の成長方向と貫通転位３の成長方向とを合わせることにより、より確実に貫通転位３を期待する方向に成長させることが可能となる。これにより、第１実施形態の効果をより確実に得ることが可能となる。

なお、図４に示す工程において、エピタキシャル膜２の成長厚さについて特に説明していないが、エピタキシャル膜２の側面から貫通転位３を確実に排出させるためには、以下の関係を満たすようにエピタキシャル成長厚さｔを設定すればよい。図７は、この関係を説明するための断面図である。

すなわち、ＳｉＣ基板１の幅（口径）をｄ、マスク１２の膜厚をｍ、貫通転位３が（１１−２２）面からずれる角度をΔθとすると、ＳｉＣ基板１の最も端にあった貫通転位３が反対側の端に成長した場合に、ｔ＞ｄ×ｔａｎΔθ＋ｍ（但し、Δθは、０°≦Δθ≦３°、ｍ≧０）が成り立てば良い。例えば、Δθ＝３°と最大値をとる場合、ｍ＝０の場合には、ＳｉＣ基板１が４インチ基板であればエピタキシャル膜２の成長厚さｔを５．４ｍｍ以上、３インチ基板であればエピタキシャル膜２の成長厚さｔを４．０ｍｍ以上、２インチ基板であればエピタキシャル膜２の成長厚さｔを２．７ｍｍ以上、１インチ基板であればエピタキシャル膜２の成長厚さｔを１．４ｍｍ以上にすれば良い。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態と同様の手法を（１−１０２）面のＳｉＣ基板１に対して行ったものである。したがって、第２実施形態とほぼ同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８〜図１１は、本実施形態にかかるＳｉＣ単結晶の製造方法にてＳｉＣ単結晶を成長させるときの製造工程中の様子を示した図である。図８は、紙面上方を［０００１］方向、紙面垂直方向を［１１−２０］方向としたときのＳｉＣ単結晶１０の側面図である。また、図９は、ＳｉＣ基板１の斜視図であり、図１０〜図１１は、製造工程中の断面図である。

まず、図８に示すように、昇華法により［０００１］方向に成長させたバルク状のＳｉＣ単結晶１０を破線で示された（１−１０２）面において切り出すことで、表面が（１−１０２）面とされたＳｉＣ基板１を用意する。次に、図９に示すように、ＳｉＣ基板１の表面、つまり（１−１０２）面の上にマスク１２として配置したのち、マスク１２にストライプ状の開口部１２ａを形成する。

そして、図１０に示す断面図のように、マスク１２にて覆った状態でＳｉＣ基板１の表面にＣＶＤ法にてエピタキシャル膜２を成長させる。このとき、エピタキシャル膜２内の不純物として例えば窒素を用い、不純物濃度を例えば１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3とする。

このようにすれば、マスク１２にて覆われた部分の上部では、図中矢印で示したようにエピタキシャル膜２が横方向に成長していくことになる。このため、エピタキシャル膜２の成長方向と貫通転位３の成長方向とが合わせられ、ＳｉＣ基板１から引き継がれた貫通転位３もしくは基底面転位もしくは積層欠陥１１が変換された貫通転位３が確実に（１−１０２）面もしくは（１−１０２）面に対して±３°の範囲内、例えば［１−１０１］方向に平行もしくは［１−１０１］方向に対して±３°の範囲内の方向に向くようにできる。これにより、エピタキシャル膜２を成長させると、成長したエピタキシャル膜２の側面に貫通転位３が排出され、エピタキシャル膜２の成長表面、つまり（１−１０２）面と平行な表面から貫通転位３を無くせる。

その後、図１１に示すように、貫通転位３が無くなったエピタキシャル膜２の表面に対して、つまり（１１−２２）面の上に、昇華法により、ＳｉＣ単結晶４をバルク成長させる。このとき、エピタキシャル膜２の表面に貫通転位３が形成されていないため、その上に成長させたＳｉＣ単結晶４も貫通転位３が無い良好な結晶となる。そして、図中破線で示したように、ＳｉＣ単結晶４を（０００１）面または（０００−１）面等で切り出し、それを種結晶にして、更に昇華法を用いてオフ成長させれば、（０００１）面または（０００−１）面等を成長面とするバルク状のＳｉＣ単結晶４を得ることもでき、それをウェハ状にスライスすれば、デバイス形成に適した（０００１）面、つまりｃ面を主表面とするＳｉＣウェハを得ることができる。

このように、（１−１０２）面のＳｉＣ基板１に対して第２実施形態と同様の手法を適用しても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図１０に示す工程において、エピタキシャル膜２の成長厚さについて特に説明していないが、これについても第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第２、第３実施形態を組み合わせたものである。

まず、第２実施形態に示した図２〜図５の各工程を行う。これにより、図１２に示す斜視図のように、ＳｉＣ基板１上のエピタキシャル膜２の（１１−２２）面上において、バルク状に成長させられたＳｉＣ単結晶４を得ることができる。そして、図１２中に破線で示したように、ＳｉＣ単結晶４を（１−１０２）面で切り出す。この後、第３実施形態に示した図９〜図１０の各工程を行う。

このようにすれば、まず、第２実施形態のようにエピタキシャル膜２の成長方向と貫通転位３の成長方向とが合わせられ、貫通転位３が確実に（１１−２２）面もしくは（１１−２２）面に対して±３°の範囲内となる。さらに、仮に貫通転位３が残存していたとしても、第３実施形態のようにエピタキシャル膜２の成長方向と貫通転位３の成長方向とが合わせられ、貫通転位３が確実に（１−１０２）面もしくは（１−１０２）面に対して±３°の範囲内となる。

したがって、より確実にエピタキシャル膜２の側面から貫通転位３を排出することが可能となり、第１実施形態の効果をより確実に得ることが可能となる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、ＣＶＤ法によってエピタキシャル膜２を形成する際に、貫通転位３が（１１−２ｎ）面や（１−１０ｎ）面に沿って成長することを利用するものの一例を挙げて説明したが、（１１−２ｎ）面や（１−１０ｎ）面の他の面についても同様のことが言える。例えば（１１−２１）面等を利用することもでき、（１１−２１）面を利用する場合には、例えば貫通転位３が［１１−２６］方向に向くようにすることができる。

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、パソコン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。

１ＳｉＣ基板
２エピタキシャル膜
３貫通転位
４ＳｉＣ単結晶
１０ＳｉＣ単結晶
１１積層欠陥
１２マスク
１２ａ開口部

Claims

（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面（但し、ｎは０以上の整数）を表面とする炭化珪素基板（１）を用意する工程と、
前記炭化珪素基板（１）の前記（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面の上に、所定の不純物濃度のエピタキシャル膜（２）をＣＶＤ法にて成長させることにより、該エピタキシャル膜（２）の側面から貫通欠陥（３）を排出させる工程と、
前記貫通欠陥（３）を排出させた前記エピタキシャル膜（２）における前記（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面に対して昇華法により炭化珪素単結晶（４）をバルク状に成長させる工程と、を含み、
さらに、前記炭化珪素基板（１）の前記（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面（但し、ｎは０以上の整数）の上に、開口部（１２ａ）を有するマスク（１２）を配置する工程を含み、
前記マスク（１２）にて前記炭化珪素基板（１）における前記（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面の一部を覆った状態で前記エピタキシャル膜（２）をＣＶＤ法にて成長させることで、該エピタキシャル膜（２）の側面から貫通欠陥（３）を排出させる工程を行うことを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。
前記炭化珪素基板（１）の前記（１１−２ｎ）面上に前記エピタキシャル膜（２）を形成するときには［１−１００］を長手方向として前記開口部（１２ａ）を延設すると共に、該開口部（１２ａ）を複数本ストライプ状に並べた配置とし、
前記炭化珪素基板（１）の前記（１−１０ｎ）面上に前記エピタキシャル膜（２）を形成するときには［１１−２０］を長手方向として前記開口部（１２ａ）を延設すると共に、該開口部（１２ａ）を複数本ストライプ状に並べた配置とすることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
前記エピタキシャル膜（２）を成膜するとき、該エピタキシャル膜（２）の成長厚さｔを、前記貫通欠陥（３）が成長する方向に沿った方向の前記炭化珪素基板（１）の幅をｄ、前記マスク（１２）の膜厚をｍ、該エピタキシャル膜（２）中で成長する前記貫通欠陥（３）が前記炭化珪素基板（１）の表面である前記（１１−２ｎ）面もしくは（１−１０ｎ）面に対して前記為す角度をΔθとすると、
ｔ＞ｄ×ｔａｎΔθ＋ｍ（但し、Δθは、０°≦Δθ≦３°、ｍ≧０）を満たす厚さとすることを特徴とする請求項１または２に記載の炭化珪素単結晶の製造方法。
前記炭化珪素基板（１）を用意する工程では、前記炭化珪素基板（１）の表面を（１１−２２）面とし、
前記エピタキシャル膜（２）をＣＶＤ法にて成長させることにより、該エピタキシャル膜（２）の側面から貫通欠陥（３）を排出させる工程では、前記エピタキシャル膜（２）の不純物濃度を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3とすることを特徴とする請求項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。
前記炭化珪素基板（１）を用意する工程では、前記炭化珪素基板（１）の表面を（１１−２３）面とし、
前記エピタキシャル膜（２）をＣＶＤ法にて成長させることにより、該エピタキシャル膜（２）の側面から貫通欠陥（３）を排出させる工程では、前記エピタキシャル膜（２）の不純物濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上とすることを特徴とする請求項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。
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の炭化珪素単結晶の製造方法により得られた炭化珪素単結晶から（０００１）面または（０００−１）面を切り出すことにより、表面が（０００１）面または（０００−１）面となる種結晶を形成する工程と、
前記種結晶における前記（０００１）面または（０００−１）面の上に昇華法により炭化珪素単結晶（４）をバルク状に成長させる工程と、を含んでいることを特徴とする炭化珪素単結晶の製造方法。