JP2022031674A - 炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化珪素基板、および炭化珪素基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル層の表面欠陥が抑制された炭化珪素エピタキシャル基板を提供する。
【解決手段】炭化珪素基板は、第１主面と、第２主面とを有し、かつポリタイプ４Ｈの炭化珪素により構成されている。第１主面の最大径は、１５０ｍｍ以上である。第１主面は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下＜１１－２０＞方向に傾斜した面である。炭化珪素基板のＴＴＶは、３μｍ以下である。第１主面は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれた第１中央領域を含む。第１中央領域の対角線の交点は、第１主面の中心と一致する。第１中央領域は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域からなる。９個の正方領域の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下である。
【選択図】なし

Description

本開示は、炭化珪素基板および炭化珪素エピタキシャル基板に関する。本出願は、２０１７年５月１９日に出願した日本特許出願である特願２０１７－０９９８５３号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

特開２０１６－２１０６８０号（特許文献１）には、フォトリソグラフィ工程におけるマスクパターンの位置ずれを抑制可能な炭化珪素単結晶基板が記載されている。

特開２０１６－２１０６８０号公報

本開示に係る炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面とを備え、かつポリタイプ４Ｈの炭化珪素により構成されている。第１主面の最大径は、１５０ｍｍ以上である。第１主面は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下＜１１－２０＞方向に傾斜した面である。炭化珪素基板のＴＴＶは、３μｍ以下である。第１主面は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれた第１中央領域を含む。第１中央領域の対角線の交点は、第１主面の中心と一致する。第１中央領域は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域からなる。９個の正方領域の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下である。交点を中心とする一辺が２５０μｍの正方形に囲まれた第２中央領域における算術平均粗さＳａは、０．１ｎｍ以下である。

本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル層とを備えている。炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面とを含み、かつポリタイプ４Ｈの炭化珪素により構成されている。炭化珪素エピタキシャル層は、第１主面に接する。炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、１０μｍ以上である。炭化珪素エピタキシャル層は、第１主面と接する第３主面と、第３主面と反対側の第４主面を含む。第４主面の最大径は、１５０ｍｍ以上である。第４主面は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下のオフ角度で＜１１－２０＞方向に傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル基板のＴＴＶは、３μｍ以下である。第４主面は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれた第１中央領域を含む。第１中央領域の対角線の交点は、第４主面の中心と一致する。第１中央領域は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域からなる。９個の正方領域の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下である。交点を中心とする一辺が２５０μｍの正方形に囲まれた第２中央領域における算術平均粗さＳａは、０．１２ｎｍ以下である。第４主面においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、＜１－１００＞方向の長さが２６μｍ以上である発光領域がない。

図１は、第１実施形態に係る炭化珪素基板の構造を示す平面模式図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った矢視断面模式図である。 図３は、ＴＴＶの測定方法を示すための基板の断面模式図である。 図４は、ＬＴＶの測定方法を示すための基板の断面模式図である。 図５は、第１実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を示す平面模式図である。 図６は、第１実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法に使用される研磨布の構成を示す断面模式図である。 図７は、第１実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を示す断面模式図である。 図８は、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構造を示す平面模式図である。 図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線に沿った矢視断面模式図である。 図１０は、研磨レートと接触角との関係を示す図である。 図１１は、ＴＴＶと接触角との関係を示す図である。 図１２は、ＬＴＶ（最大）と接触角との関係を示す図である。 図１３は、欠陥領域率と接触角との関係を示す図である。 図１４は、算術表面粗さＳａと接触角との関係を示す図である。

［本開示の実施形態の説明］
（１）本開示に係る炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面とを備え、かつポリタイプ４Ｈの炭化珪素により構成されている。第１主面の最大径は、１５０ｍｍ以上である。第１主面は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下＜１１－２０＞方向に傾斜した面である。炭化珪素基板のＴＴＶは、３μｍ以下である。第１主面は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれた第１中央領域を含む。第１中央領域の対角線の交点は、第１主面の中心と一致する。第１中央領域は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域からなる。９個の正方領域の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下である。交点を中心とする一辺が２５０μｍの正方形に囲まれた第２中央領域における算術平均粗さＳａは、０．１ｎｍ以下である。

（２）上記（１）に係る炭化珪素基板は、ＴＴＶは、２μｍ以下であってもよい。

（３）本開示に係る炭化珪素エピタキシャル基板は、炭化珪素基板と、炭化珪素エピタキシャル層とを備えている。炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面とを含み、かつポリタイプ４Ｈの炭化珪素により構成されている。炭化珪素エピタキシャル層は、第１主面に接する。炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、１０μｍ以上である。炭化珪素エピタキシャル層は、第１主面と接する第３主面と、第３主面と反対側の第４主面を含む。第４主面の最大径は、１５０ｍｍ以上である。第４主面は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下のオフ角度で＜１１－２０＞方向に傾斜した面である。炭化珪素エピタキシャル基板のＴＴＶは、３μｍ以下である。第４主面は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれた第１中央領域を含む。第１中央領域の対角線の交点は、第４主面の中心と一致する。第１中央領域は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域からなる。９個の正方領域の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下である。交点を中心とする一辺が２５０μｍの正方形に囲まれた第２中央領域における算術平均粗さＳａは、０．１２ｎｍ以下である。第４主面においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、＜１－１００＞方向の長さが２６μｍ以上である発光領域がない。

（４）上記（３）に係る炭化珪素エピタキシャル基板において、炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、３０μｍ以下である。
［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面に基づいて本開示の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。本明細書中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｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”－”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る炭化珪素基板の構成について説明する。

図１および図２に示されるように、第１実施形態に係る炭化珪素基板１０は、第１主面１１と、第２主面１２とを有している。第２主面１２は、第１主面１１と反対側にある。炭化珪素基板１０は、たとえばポリタイプ４Ｈの炭化珪素から構成されている。第１主面１１は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下＜１１－２０＞方向に傾斜した面である。つまり、第１主面１１のオフ角度θは、０°より大きく４°以下である。第１主面１１のオフ方向１０５は、＜１１－２０＞方向である。第１主面１１および第２主面１２は、それぞれ（０００１）面から４°以下程度オフした面および（０００－１）面から４°以下オフした面であってもよい。代替的に、第１主面１１および第２主面１２は、それぞれ（０００－１）面から４°以下程度オフした面および（０００１）面から４°以下オフした面であってもよい。第４方向１０４は、｛０００１｝面に垂直な方向である。

図１に示されるように、第１主面１１は、たとえば略円形を有している。第１主面１１は、第１中央領域１を含んでいる。第１中央領域１は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれている。第１中央領域１の対角線の交点は、第１主面１１の中心３と一致している。第１中央領域１は、たとえば厚み方向１０３から第１主面１１を見た場合に、中心３を回転対称中心とする正方形に囲まれた領域である。第１主面１１の外縁が円の場合は、第１主面１１の中心３は、当該円の中心である。第１主面１１の外縁が円弧状部と直線状のオリフラ部とを有する場合は、第１主面１１の中心３は、円弧状部に沿って形成される円の中心である。第１中央領域１の第１辺は、第１方向１０１に平行である。第１方向１０１は、オフ方向１０５を第１主面１１に投影した方向である。第１中央領域１の第１辺に連なる第２辺は、第２方向１０２に平行である。第２辺は、＜１－１００＞方向である。

図１に示されるように、第１中央領域１は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域２５からなる。正方領域２５は、第１方向１０１に沿って３個配置され、第２方向１０２に沿って３個配置される。言い換えれば、第１方向１０１を行とし、第２方向１０２を列とすれば、正方領域２５は、３行３列で配置されている。

厚み方向１０３とは、第２主面１２から第１主面１１に向かう方向である。第１主面１１が平面である場合、厚み方向１０３は、第１主面１１に対して垂直な方向である。第１主面１１が曲面である場合、厚み方向１０３は、たとえば第１主面１１の最小二乗平面に対して垂直な方向であってもよい。なお最小二乗平面とは、観測された物体の表面上の位置を表す座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）と、ある平面（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０）との最短距離の二乗の和が最小になるようにａ、ｂ、ｃおよびｄが決定された平面のことである。

厚み方向１０３から見た場合、第１主面１１の最大径１２０は、１５０ｍｍ以上である。最大径１２０は、たとえば２００ｍｍ以上であってもよいし、２５０ｍｍ以上であってもよい。最大径１２０の上限は、特に限定されないが、たとえば３００ｍｍである。最大径１２０は、第１主面１１の周縁上の異なる２点間の最長直線距離である。
（ＴＴＶ：Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）
ＴＴＶ＝｜Ｔ１－Ｔ２｜ ・・・（数１）
ＴＴＶは、たとえば以下の手順で測定される。まず、平坦な吸着面に炭化珪素基板１０の第２主面１２が全面吸着される。次に、第１主面１１全体の画像が光学的に取得される。図３および数１に示されるように、ＴＴＶとは、平坦な吸着面に第２主面１２を全面吸着させた状態で、第２主面１２から第１主面１１の最高点２１までの高さＴ１から、第２主面１２から第１主面１１の最低点２２までの高さＴ２を差し引いた値である。言い換えれば、ＴＴＶは、第２主面１２に対して垂直な方向において、第２主面１２と第１主面１１との最長距離から、第２主面１２と第１主面１１との最短距離を差し引いた値である。つまり、ＴＴＶは、最高点２１を通りかつ第２主面１２と平行な平面１１３と、最低点２２を通りかつ第２主面１２と平行な平面１１４との距離である。本実施形態に係る炭化珪素基板１０のＴＴＶは、３μｍ以下である。ＴＴＶは、２．５μｍ以下であってもよいし、２μｍ以下であってもよいし、１．８μｍ以下であってもよい。
（ＬＴＶ：Ｌｏｃａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）
ＬＴＶ＝｜Ｔ４－Ｔ３｜ ・・・（数２）
ＬＴＶは、たとえば以下の手順で測定される。まず、平坦な吸着面に炭化珪素基板１０の第２主面１２が全面吸着される。次に、ある局所的な領域（たとえば９個の正方領域２５の各々の画像が光学的に取得される。図４および数２に示されるように、ＬＴＶとは、平坦な吸着面に第２主面１２を全面吸着させた状態で、第２主面１２から第１主面１１の最高点２４までの高さＴ４から、第２主面１２から第１主面１１の最低点２３までの高さＴ３を差し引いた値である。言い換えれば、ＬＴＶは、第２主面１２に対して垂直な方向において、第２主面１２と第１主面１１との最長距離から、第２主面１２と第１主面１１との最短距離を差し引いた値である。つまり、ＬＴＶは、最高点２４を通りかつ第２主面１２と平行な平面１１６と、最低点２３を通りかつ第２主面１２と平行な平面１１７との距離である。上述の通り、第１中央領域１は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域２５からなる（図１参照）。９個の正方領域２５の各々のＬＴＶが測定され、その中の最大のＬＴＶが求められる。本実施形態に係る炭化珪素基板１０において、９個の正方領域２５の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下である。９個の正方領域２５の中で最大のＬＴＶは、０．９μｍ以下であってもよい。

ＴＴＶおよびＬＴＶは、炭化珪素基板１０の第１主面１１の平坦度を定量的に示す指標である。上記指標は、たとえばＣｏｒｎｉｎｇ Ｔｒｏｐｅｌ社製の「Ｔｒｏｐｅｌ ＦｌａｔＭａｓｔｅｒ（登録商標）」を用いることにより測定可能である。

（算術平均粗さＳａ）
算術平均粗さＳａは、二次元の算術平均粗さＲａを三次元に拡張したパラメータである。算術平均粗さＳａは、国際規格ＩＳＯ２５１７８に規定されている三次元表面性状パラメータである。算術平均粗さＳａは、たとえば白色干渉顕微鏡により測定することができる。白色干渉顕微鏡として、たとえばニコン社製のＢＷ－Ｄ５０７を用いることができる。対物レンズの倍率は、たとえば２０倍である。

図１に示されるように、第２中央領域２は、交点３を中心とする一辺が２５０μｍの正方形に囲まれた領域である。第２中央領域２は、第１中央領域１の相似形である。第２中央領域２の第１辺は、たとえば第１中央領域１の第１辺と平行である。同様に、第２中央領域２の第２辺は、たとえば第１中央領域１の第２辺と平行である。第２中央領域２における算術平均粗さＳａは、０．１ｎｍ以下である。第２中央領域２における算術平均粗さＳａは、０．０９ｎｍ以下であってもよい。

次に、第１実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法について説明する。

たとえば昇華法により製造された炭化珪素単結晶からなるインゴットがワイヤーソーによりスライスされることにより、炭化珪素基板１０が準備される。炭化珪素基板１０は、たとえばポリタイプ４Ｈの炭化珪素から構成されている。炭化珪素基板１０は、第１主面１１と、第１主面１１の反対側の第２主面１２とを有する。第１主面１１は、たとえば｛０００１｝面に対して＜１１－２０＞方向に４°以下オフした面である。第１主面１１および第２主面１２が研削された後、第１主面１１および第２主面１２に対して機械研磨およびＣＭＰ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が行われる。

次に、研磨装置の構成について説明する。研磨装置３０は、たとえばＣＭＰ装置である。図５に示されるように、研磨装置３０は、研磨ヘッド３１と液体供給部３２と、研磨布３４とを主に有している。研磨布３４は、定盤（図示せず）に固定されている。研磨布３４として、たとえばフジボウ愛媛社製スエード研磨布「Ｇ８０４Ｗ」を使用することができる。

図６に示されるように、研磨布３４の表面３５には、複数の孔３６が設けられている。断面視において、複数の孔３６の各々の幅１２１の平均値は、たとえば１００ｎｍである。複数の孔３６の各々の深さ１２２の平均値は、たとえば６００μｍである。研磨布３４の厚み１２３は、たとえば１ｍｍである。複数の孔３６の各々の幅は、それぞれ異なっていてもよい。同様に、複数の孔３６の各々の深さは、それぞれ異なっていてもよい。

次に、慣らし加工が実施される。具体的には、図５に示されるように、研磨布３４上に純水が供給されかつダミーの炭化珪素基板（次の研磨加工で研磨される炭化珪素基板とは異なる基板）が研磨布３４の表面３５に押し付けられた状態で、研磨ヘッド３１および研磨布３４が回転する。ダミー炭化珪素基板が研磨布３４に押し付けられる圧力は、たとえば２００ｇ／ｃｍ^２である。研磨布３４が固定されている定盤は、第１回転軸３７の周りを第１回転方向１０６に回転する。定盤の回転数は、たとえば５０ｒｐｍである。第１回転方向１０６は、研磨布３４の上方から見て、たとえば反時計回りである。

研磨ヘッド３１は、第２回転軸３８の周りを第２回転方向１０７に回転する。研磨ヘッド３１の回転数は、たとえば１００ｒｐｍである。第２回転方向１０７は、研磨布３４の上方から見て、たとえば反時計回りである。液体供給部３２から研磨布３４上に液体３３が供給される。液体３３は、たとえば純水である。純水には、砥粒が含まれていない。純水の流量は、たとえば１０００ｍｌ／分である。これにより、研磨布３４の表面３５の状態が変化し、表面３５の親水性が向上する。親水性が向上した表面３５に純水を滴下した場合、純水の接触角は、たとえば１°以下（ほぼ０°）となる。

次に、研磨加工が実施される。具体的には、図５に示されるように、研磨布３４上に研磨液が供給されかつ被加工物としての炭化珪素基板１０が研磨布３４の表面３５に押し付けられた状態で、研磨ヘッド３１および研磨布３４が回転する。炭化珪素基板１０が研磨布３４に押し付けられる圧力は、たとえば５００ｇ／ｃｍ^２である。研磨布３４が固定されている定盤は、第１回転軸３７の周りを第１回転方向１０６に回転する。定盤の回転数は、たとえば５０ｒｐｍである。第１回転方向１０６は、研磨布３４の上方から見て、たとえば反時計回りである。

研磨ヘッド３１は、第２回転軸３８の周りを第２回転方向１０７に回転する。研磨ヘッド３１の回転数は、たとえば１００ｒｐｍである。第２回転方向１０７は、研磨布３４の上方から見て、たとえば反時計回りである。液体供給部３２から研磨布３４上に液体３３が供給される。液体３３は、たとえば研磨液である。研磨液には、たとえばコロイダルシリカなどの砥粒が含まれている。研磨液として、たとえばフジミインコーポレーテッド社製「ＤＳＣ－０９０２」を使用することができる。研磨液の流量は、たとえば１０００ｍｌ／分である。

図７に示されるように、研磨加工において炭化珪素基板１０が研磨布３４の方向１０８に加圧されている。そのため、研磨布３４の一部が凹んだ状態で炭化珪素基板１０が研磨される。慣らし加工により研磨布３４の表面３５の親水性が向上しているため、炭化珪素基板１０に対してたとえば５００ｇ／ｃｍ^２以上の高い圧力をかけた場合であっても、液体３３（研磨液）が炭化珪素基板１０と研磨布３４の凹んだ部分との間に行き渡る。つまり、研磨工程においては、研磨布３４の表面３５における接触角が１°以下（ほぼ０°）の状態で、炭化珪素基板１０の研磨が行われる。これにより、高い研磨速度で、平坦性が高く、傷が少なく、かつ表面粗さの小さい炭化珪素基板を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の構成について説明する。

図８および図９に示されるように、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００は、炭化珪素基板１０と、炭化珪素エピタキシャル層２０とを有している。炭化珪素基板１０は、たとえば第１実施形態に係る炭化珪素基板であるが、第１実施形態に係る炭化珪素基板に限定されない。炭化珪素基板１０は、第１主面１１と、第２主面１２とを有している。第２主面１２は、第１主面１１と反対側にある。炭化珪素基板１０は、たとえばポリタイプ４Ｈの炭化珪素から構成されている。

図９に示されるように、炭化珪素エピタキシャル層２０は、第１主面１１に接している。炭化珪素エピタキシャル層２０は、第３主面１３と、第４主面１４とを有している。第３主面１３は、第１主面１１と接している。第４主面１４は、第３主面１３と反対側にある。第４主面１４は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下のオフ角度で＜１１－２０＞方向に傾斜した面である。つまり、第４主面１４のオフ角度θは、０°より大きく４°以下である。第４主面１４のオフ方向は、＜１１－２０＞方向である。第４主面１４および第３主面１３は、それぞれ（０００１）面から４°以下程度オフした面および（０００－１）面から４°以下オフした面であってもよい。代替的に、第４主面１４および第３主面１３は、それぞれ（０００－１）面から４°以下程度オフした面および（０００１）面から４°以下オフした面であってもよい。

炭化珪素エピタキシャル層２０の厚みは、１０μｍ以上である。炭化珪素エピタキシャル層２０の厚みは、特に限定されないが、たとえば１５μｍ以上であってもよいし、２０μｍ以上であってもよい。炭化珪素エピタキシャル層２０の厚みは、特に限定されないが、たとえば３０μｍ以下であってもよいし、２５μｍ以下であってもよい。

図８に示されるように、第４主面１４は、たとえば略円形を有している。第４主面１４は、第１中央領域６を含んでいる。第１中央領域６は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれている。第１中央領域６の対角線の交点は、第４主面１４の中心８と一致している。第４主面１４の外縁が円の場合は、第４主面１４の中心８は、当該円の中心である。第４主面１４の外縁が円弧状部と直線状のオリフラ部とを有する場合は、第４主面１４の中心８は、円弧状部に沿って形成される円の中心である。第１中央領域６は、たとえば厚み方向１０３から第４主面１４を見た場合に、中心８を回転対称中心とする正方形に囲まれた領域である。第１中央領域６の第１辺は、第１方向１０１に平行である。第１方向１０１は、＜１１－２０＞方向を第１主面１１に投影した方向である。第１中央領域６の第１辺に連なる第２辺は、第２方向１０２に平行である。第２辺は、＜１－１００＞方向である。

図８に示されるように、第１中央領域６は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域２５からなる。正方領域２５は、第１方向１０１に沿って３個配置され、第２方向１０２に沿って３個配置される。言い換えれば、第１方向１０１を行とし、第２方向１０２を列とすれば、正方領域２５は、３行３列で配置されている。

厚み方向１０３とは、第２主面１２から第４主面１４に向かう方向である。第４主面１４が平面である場合、厚み方向１０３は、第４主面１４に対して垂直な方向である。第４主面１４が曲面である場合、厚み方向１０３は、たとえば第４主面１４の最小二乗平面に対して垂直な方向であってもよい。なお最小二乗平面とは、観測された物体の表面上の位置を表す座標（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）と、ある平面（ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０）との最短距離の二乗の和が最小になるようにａ、ｂ、ｃおよびｄが決定された平面のことである。

厚み方向１０３から見た場合、第４主面１４の最大径１２０は、１５０ｍｍ以上である。最大径１２０は、たとえば２００ｍｍ以上であってもよいし、２５０ｍｍ以上であってもよい。最大径１２０の上限は、特に限定されないが、たとえば３００ｍｍである。最大径１２０は、第４主面１４の周縁上の異なる２点間の最長直線距離である。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００のＴＴＶは、３μｍ以下である。ＴＴＶは、２．５μｍ以下であってもよいし、２μｍ以下であってもよいし、１．８μｍ以下であってもよい。ＴＴＶの定義および測定方法は上述の通りである。図３において、第１主面１１は、第４主面１４に置き換えられる。

本実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板１００において、９個の正方領域２６の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下である。９個の正方領域２６の中で最大のＬＴＶは、０．９μｍ以下であってもよい。ＬＴＶの定義および測定方法は上述の通りである。図４において、第１主面１１は、第４主面１４に置き換えられる。

図８に示されるように、第２中央領域７は、交点３を中心とする一辺が２５０μｍの正方形に囲まれた領域である。第２中央領域７における算術平均粗さＳａは、０．１２ｎｍ以下である。第２中央領域７における算術平均粗さＳａは、０．１１ｎｍ以下であってもよい。算術平均粗さＳａの定義および測定方法は上述の通りである。

（フォトルミネッセンス測定方法）
第４主面１４においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、＜１－１００＞方向の長さが２６μｍ以上である発光領域がない。フォトルミネッセンス光の測定は、たとえばフォトデザイン社製のＰＬイメージング装置（ＰＬＩＳ－１００）を用いて行うことができる。入射光の波長は、たとえば３１３ｎｍである。受光フィルターは、たとえば７５０ｎｍのローパスフィルタである。露光時間は、たとえば５秒である。第４主面１４に存在する特定の欠陥領域は、フォトルミネッセンス光で観測した場合、白色の発光領域として識別され得る。第４主面１４においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、＜１－１００＞方向の長さが３０μｍ以上である発光領域がなくてもよいし、３４μｍ以上である発光領域がなくてもよい。発光領域は、第４主面１４の外周に連なる領域であってもよい。

次に、欠陥領域率の算出方法について説明する。上述のフォトデザイン社製のＰＬイメージング装置（ＰＬＩＳ－１００）を用いて、第４主面１４の全体の画像が取得される。当該画像に基づいて、発光領域の全体の面積が算出される。第４主面の全体の面積に対する発光領域の全体の面積が、欠陥領域率として求められる。第４主面１４の欠陥領域率は、たとえば５％以下である。第４主面１４の欠陥領域率は、３％以下であってもよいし、１％以下であってもよい。

次に、第２実施形態に係る炭化珪素エピタキシャル基板の製造方法について説明する。

たとえば第１実施形態に係る炭化珪素基板の製造方法を用いて、炭化珪素基板１０が準備される。次に、炭化珪素基板１０上に炭化珪素エピタキシャル層２０が形成される。具体的には、たとえばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、炭化珪素エピタキシャル層２０が炭化珪素基板１０の第１主面１１上にエピタキシャル成長する。エピタキシャル成長においては、原料ガスとしてたとえばシラン（ＳｉＨ₄）およびプロパン（Ｃ₃Ｈ₈）が用いられ、キャリアガスとしてたとえば水素（Ｈ₂）が用いられ、ドーパントガスとしてたとえば窒素（Ｎ₂）が用いられる。エピタキシャル成長中における炭化珪素基板１０の温度は、たとえば１４００℃以上１７００℃以下程度である。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板１００が製造される。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

炭化珪素基板の研磨レートを向上させるためには、炭化珪素基板に加える圧力を高くすることと、回転数を高くすることが有効である。しかしながら、高加圧および高回転数で研磨を行うと、炭化珪素基板の表面の中央部と研磨布との間に研磨液が入り込みづらくなる。そのため、炭化珪素基板の中央部よりも外周部が研磨されやすくなる。結果として、炭化珪素基板の中央部が凸形状となり、平坦性が悪化する。また炭化珪素基板の表面と研磨布との間に十分な研磨液が行き渡らないため、表面の傷が多くなり、表面粗さが悪化する。

本実施形態においては、研磨布の表面に対して慣らし加工が行われる。これにより、研磨布の表面の親水性を高めることができる。そのため、高加圧および高回転数で炭化珪素基板を研磨した場合においても、研磨液を炭化珪素基板の表面と研磨布との間に行き渡らせることができる。よって、炭化珪素基板の平坦性を向上し、表面の傷を低減し、かつ表面粗さを低減することができる。結果として、炭化珪素基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル層の表面欠陥の発生を抑制することができる。

サンプル１～３に係る炭化珪素基板１０を以下の条件で研磨した。サンプル１および２の研磨においては、スエード製の研磨布を使用した。サンプル１の研磨で使用した研磨布をフジボウ愛媛社製スエード研磨布「Ｇ８０４Ｗ」（スエード１）とした。サンプル２の研磨で使用した研磨布をニッタハース社製スエード研磨布「ｓｕｐｒｅｍｅ」（スエード２）とした。サンプル３の研磨で使用した研磨布をニッタハース社製不織布「ＳＵＢＡ８００」とした。

サンプル１の研磨前には、研磨布に対して慣らし加工が行われた。一方、サンプル２および３の研磨前には、研磨布に対して慣らし加工が行われなかった。定盤の直径を６００ｍｍとした。サンプル１の慣らし加工においては、研磨布３４上に純水が供給されかつダミーの炭化珪素基板が研磨布３４の表面３５に押し付けられた状態で、研磨ヘッド３１および研磨布３４を回転させた（図５参照）。第１主面１１の圧力を２００ｇ／ｃｍ^２とした。研磨布３４が固定されている定盤の回転数を５０ｒｐｍとした。研磨ヘッド３１の回転数を１００ｒｐｍとした。純水には、砥粒が含まれていない。純水の流量を１０００ｍｌ／分とした。慣らし加工の時間を４時間とした。

次に、サンプル１～３の研磨に使用する研磨布の表面の接触角を測定した。接触角の測定を液滴法により行った。具体的には、研磨布の表面に純水を滴下し、純水の表面と研磨布の表面との間の角度を測定した。サンプル１～３の研磨に使用する研磨布の接触角は、それぞれ０°、８５°および１３０°であった。サンプル１～３の研磨に使用する研磨布においては、慣らし加工を行うことで親水性が向上したため、接触角が小さくなったと考えられる。

次に、サンプル１～３に係る炭化珪素基板１０に対して研磨加工を実施した。研磨布３４上に研磨液が供給されかつ被加工物としての炭化珪素基板１０が研磨布３４の表面３５に押し付けられた状態で、研磨ヘッド３１および研磨布３４を回転させた。第１主面１１の圧力を５００ｇ／ｃｍ^２とした。研磨布３４が固定されている定盤の回転数を５０ｒｐｍとした。研磨ヘッド３１の回転数を１００ｒｐｍとした。研磨液として、フジミインコーポレーテッド社製「ＤＳＣ－０９０２」を使用した。研磨液の流量を１０００ｍｌ／分とした。サンプル１～３の研磨レートは、それぞれ１９０ｎｍ／時間、１２５ｎｍ／時間および７０ｎｍ／時間であった。

次に、サンプル１～３に係る炭化珪素基板１０のＴＴＶと、ＬＴＶ（最大）と、エピタキシャル成長前の算術表面粗さＳａとを測定した。ＴＴＶは、上述の方法により測定した。ＬＴＶ（最大）は、第１主面の第１中央領域１が含む一辺が３０ｍｍの９個の正方領域２５における最大のＬＴＶである。ＬＶＴは、上述の方法により測定した。エピタキシャル成長前の算術表面粗さＳａは、第１主面の第２中央領域２（図２参照）において測定した。第２中央領域２は、一辺が２５０μｍの正方形に囲まれた領域である。算術表面粗さＳａは、上述の方法により測定した。

表１に示されるように、サンプル１～３に係る炭化珪素基板１０のＴＴＶは、それぞれ１．６６５μｍ、３．１８１μｍおよび４．０７４μｍであった。サンプル１～３に係る炭化珪素基板１０のＬＴＶ（最大）は、それぞれ０．８３２１μｍ、１．２５９１μｍおよび１．７１９２μｍであった。サンプル１～３に係る炭化珪素基板１０のエピタキシャル成長前の算術表面粗さＳａは、それぞれ０．０８６ｎｍ、０．１４２ｎｍおよび０．１６６ｎｍであった。

次に、サンプル１～３に係る炭化珪素基板１０上に炭化珪素エピタキシャル層２０を形成した。その後、エピタキシャル成長後の算術表面粗さＳａおよび欠陥領域率を測定した。エピタキシャル成長後の算術表面粗さＳａは、第４主面の第２中央領域７（図８参照）において測定した。第２中央領域７は、一辺が２５０μｍの正方形に囲まれた領域である。算術表面粗さＳａおよび欠陥領域率は、上述の方法により測定した。

表１に示されるように、サンプル１～３のエピタキシャル成長後の算術表面粗さＳａは、それぞれ０．１０７ｎｍ、０．１８９ｎｍおよび０．２２５ｎｍであった。サンプル１～３の欠陥領域率は、それぞれ０％、６．１％および１０．４％であった。

図１０は、研磨レートと接触角との関係を示す図である。図１０に示されるように、接触角が小さくなるにつれて、研磨レートが高くなる。図１１は、ＴＴＶと接触角との関係を示す図である。図１１に示されるように、接触角が小さくなるにつれて、ＴＴＶが小さくなる。図１２は、ＬＴＶ（最大）と接触角との関係を示す図である。図１２に示されるように、接触角が小さくなるにつれて、ＬＴＶ（最大）が小さくなる。

図１３は、欠陥領域率と接触角との関係を示す図である。図１３に示されるように、接触角が小さくなるにつれて、欠陥領域率が小さくなる。図１４は、算術表面粗さＳａと接触角との関係を示す図である。図１４に示されるように、接触角が小さくなるにつれて、エピタキシャル成長前およびエピタキシャル成長後における算術表面粗さＳａが小さくなる。

以上の結果より、研磨布の表面に対して慣らし加工を行うことで接触角を低減可能であることが確認された。また低い接触角を有する研磨布で炭化珪素基板を研磨することにより、炭化珪素基板の研磨レートが向上することが確かめられた。さらに低い接触角を有する研磨布で炭化珪素基板を研磨することにより、炭化珪素基板の平坦性を向上させつつ表面粗さを低減可能であることが確認された。結果として、炭化珪素基板上に形成される炭化珪素エピタキシャル層の表面欠陥を抑制可能であることが確認された。

今回開示された実施の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説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

１，６ 第１中央領域、２，７ 第２中央領域、３，８ 交点、１０ 炭化珪素基板、１１ 第１主面、１２ 第２主面、１３ 第３主面、１４ 第４主面、２０ 炭化珪素エピタキシャル層、２１，２４ 最高点、２２，２３ 最低点、２５，２６ 正方領域、３０ 研磨装置、３１ 研磨ヘッド、３２ 液体供給部、３３ 液体、３４ 研磨布、３５ 表面、３６ 孔、３７ 第１回転軸、３８ 第２回転軸、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 厚み方向、１０４ 第４方向、１０５ オフ方向、１０６ 第１回転方向、１０７ 第２回転方向、１０８ 方向、１１０ 直線、１１３，１１４，１１６，１１７ 平面、１２０ 最大径、１２１ 幅、１２２ 深さ、１２３ 厚み。

Claims (4)

1. 第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを備え、かつポリタイプ４Ｈの炭化珪素により構成された炭化珪素基板であって、
   前記第１主面の最大径は、１５０ｍｍ以上であり、
   前記第１主面は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下＜１１－２０＞方向に傾斜した面であり、
   前記炭化珪素基板のＴＴＶは、３μｍ以下であり、
   前記第１主面は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれた第１中央領域を含み、前記第１中央領域の対角線の交点は、前記第１主面の中心と一致し、
   前記第１中央領域は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域からなり、
   前記９個の正方領域の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下である、炭化珪素基板。
2. 前記ＴＴＶは、２μｍ以下である、請求項１に記載の炭化珪素基板。
3. 第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面とを含み、かつポリタイプ４Ｈの炭化珪素により構成された炭化珪素基板と、
   前記第１主面に接する炭化珪素エピタキシャル層とを備えた炭化珪素エピタキシャル基板であって、
   前記炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、１０μｍ以上であり、
   前記炭化珪素エピタキシャル層は、前記第１主面と接する第３主面と、前記第３主面と反対側の第４主面を含み、
   前記第４主面の最大径は、１５０ｍｍ以上であり、
   前記第４主面は、｛０００１｝面に対して０°より大きく４°以下のオフ角度で＜１１－２０＞方向に傾斜した面であり、
   前記炭化珪素エピタキシャル基板のＴＴＶは、３μｍ以下であり、
   前記第４主面は、一辺が９０ｍｍの正方形に囲まれた第１中央領域を含み、前記第１中央領域の対角線の交点は、前記第１主面の中心と一致し、
   前記第１中央領域は、一辺が３０ｍｍの９個の正方領域からなり、
   前記９個の正方領域の中で最大のＬＴＶは、１μｍ以下であり、
   前記第４主面においては、フォトルミネッセンス光で観察した場合に、＜１－１００＞方向の長さが２６μｍ以上である発光領域がない、炭化珪素エピタキシャル基板。
4. 前記炭化珪素エピタキシャル層の厚みは、３０μｍ以下である、請求項３に記載の炭化珪素エピタキシャル基板。
   

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