CN102597338A - 碳化硅衬底及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硅衬底，其能够减少使用该碳化硅衬底的半导体器件的制造成本，以及该碳化硅衬底的制造方法。具体地，一种碳化硅衬底的制造方法，包括：制备(S10)每个均由碳化硅(SiC)构成的多个单晶体(1)的步骤；形成(S20)集合体的步骤；将单晶体彼此连接(S30)的步骤；以及对集合体进行切片(S60)的步骤。在步骤(S20)中，通过布置多个SiC单晶锭并且其间插入有包含Si的硅(Si)层，以形成单晶体的集合体。在步骤(S30)中，通过加热集合体将所述至少一部分形成为碳化硅，并且经由Si层中被形成为碳化硅的该部分将相邻的SiC单晶锭彼此连接。在步骤(S60)中，对其中SiC单晶锭彼此连接的集合体进行切片。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅衬底和碳化硅衬底的制造方法，并且更具体地，涉及具有经由连接层彼此连接的多个单晶区域的碳化硅衬底，以及碳化硅衬底的制造方法。
背景技术
近年来，为了实现半导体器件的高击穿电压、低损耗和高温环境下的利用，已经开始采用碳化硅作为用于半导体器件的材料。碳化硅是具有比传统上用作半导体器件的材料的硅的带隙更大带隙的宽带隙半导体。因此，通过采用碳化硅作为半导体器件的材料，半导体器件能够具有高击穿电压、减小的导通电阻等等。此外，有利的是，与采用硅作为其材料的半导体器件相比，采用碳化硅作为其材料的半导体器件因而具有即使在高温环境下也更少劣化的特性。
在这样的环境下，已经对用于制造半导体器件的碳化硅晶体以及碳化硅衬底的制造方法进行了各种研究，并且已经提出了各种想法(例如，参见M.Nakabayashi等人“Growth of Crack-free 100mm-diameter4H-SiC Crystals with Low Micropipe Densities”，Mater.Sci.Forum，2009年，卷600-603，第3-6页(非专利文献1))。
引用列表
非专利文献
NPL 1：M.Nakabayashi等人“Growth of Crack-free 100mm-diameter4H-SiC Crystals with Low Micropipe Densities”，Mater.Sci.Forum，2009年，卷600-603，第3-6页
发明内容
技术问题
然而，碳化硅在大气压力下不具有液相。此外，其晶体生长温度为2000℃或更高，该温度是非常高的。这使得难以控制和稳定生长条件。因此，难以在将碳化硅单晶的质量保持为高的同时使碳化硅单晶具有大的直径。因此，不容易获得具有大直径的高质量的碳化硅衬底。制造这样的具有大直径的碳化硅衬底方面的这个困难不仅导致碳化硅衬底的制造成本的增加，而且导致了使用碳化硅衬底时在一个批次生产的半导体器件的减少。因此，不利的是，半导体器件的制造成本增加。认为能够通过高效地利用高制造成本的碳化硅单晶作为衬底来减少半导体器件的制造成本。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳化硅衬底以及碳化硅衬底的制造方法，其中每一种均实现了使用碳化硅衬底制造半导体器件的成本的减少。
解决问题的技术方案
本发明的用于制造碳化硅衬底的方法包括以下步骤：制备每个均由碳化硅(SiC)制成的多个单晶体；形成集合体(collected body)；将单晶体彼此连接；以及对集合体进行切片。在形成集合体的步骤中，布置多个单晶体并且在其间插入包含硅(Si)的连接层，以形成包括单晶体的集合体。在将单晶体彼此连接的步骤中，经由连接层的至少一部分通过连接层将相邻的单晶体彼此连接，通过加热集合体将该至少一部分形成为碳化硅。在对集合体进行切片的步骤中，对其中单晶体彼此连接的集合体进行切片。
因此，通过形成为碳化硅的连接层将多个SiC单晶体彼此连接，以形成碳化硅的大的锭。然后，对该锭进行切片。以该方式，能够高效地获得多个碳化硅衬底，其中每一个均具有比通过对一个单晶体进行切片获得的锭的尺寸更大的尺寸。当具有这样的大尺寸的碳化硅衬底来制造半导体器件时，与传统衬底中的情况相比，能够在一个碳化硅衬底中形成更多半导体器件(芯片)，结果，能够减少半导体器件的制造成本。
此外，由于对如上所述形成的大的锭进行切片以获得本发明的碳化硅衬底，因此，与通过将每个均具有相对薄的厚度的单晶体彼此连接来一个接一个地形成碳化硅衬底的情况相比，能够一次制造多个碳化硅衬底。因此，与通过连接每个均具有薄的厚度的单晶体来一个接一个地形成碳化硅衬底的情况相比，能够减少碳化硅衬底的制造成本。
根据本发明的碳化硅衬底包括：每个均由碳化硅制成的多个单晶区域；以及连接层。该连接层由碳化硅制成，位于多个单晶区域之间，并且将单晶区域彼此连接。单晶区域中的每一个形成为从碳化硅衬底的第一主表面延伸到碳化硅衬底的与第一主表面相反的第二主表面。单晶区域在从第一主表面到第二主表面的厚度方向上基本上具有相同的结晶度。多个单晶区域在第一主表面中的晶体取向方面彼此不同。连接层的结晶度低于单晶区域中的每一个的结晶度。
利用上述构造，通过连接层彼此连接多个单晶区域。因此，能够实现具有面积比由一个单晶区域构成的碳化硅衬底的面积更大的主表面的碳化硅衬底。因此，能够在半导体器件的形成过程中，从一个碳化硅衬底获得更多半导体器件。这导致半导体器件的制造成本的减少。
此外，单晶区域在从第一主表面到第二主表面的厚度方向上基本上具有相同的结晶度。因此，当形成垂直型器件时，碳化硅衬底的厚度方向上的性质不会引起问题。
本发明的有利效果
根据本发明，能够提供一种碳化硅衬底和碳化硅衬底的制造方法，通过其中每一种均能够减少半导体器件的制造成本。
附图说明
图1是示出根据本发明的用于制造碳化硅衬底的方法的流程图。
图2是用于图示用于制造图1中所示的碳化硅衬底的方法的示意图。
图3是沿着图2中的线III-III截取的示意性横截面图。
图4是用于图示用于制造图1中所示的碳化硅衬底的方法的示意图。
图5是用于图示用于制造图1中所示的碳化硅衬底的方法的示意图。
图6是用于图示用于制造图1中所示的碳化硅衬底的方法的示意图。
图7是用于图示用于制造图1中所示的碳化硅衬底的方法的示意图。
图8是用于图示用于制造图1中所示的碳化硅衬底的方法的示意图。
图9是用于图示图1中所示的步骤(S20)中的SiC单晶锭的另一示例性布置的示意性平面图。
图10是用于图示图1中所示的步骤(S20)中的SiC单晶锭的又一示例性布置的示意性平面图。
图11是示出图1的步骤(S20)中的工艺的变化的示意性横截面图。
图12是示出图1中的步骤(S20)中的工艺的另一变化的示意性横截面图。
图13是示出图1中的步骤(S20)中的工艺的又一变化的示意性横截面图。
图14是示出图1中的步骤(S20)中的工艺的又一变化的示意性横截面图。
图15是示出图1中的步骤(S20)中的工艺的又一变化的示意性横截面图。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施例。应注意的是，在下面提及的附图中，相同或对应的部分被给予相同的附图标记并且不重复地进行描述。
参考图1至图8，下面描述根据本发明的用于制造碳化硅衬底的方法。
如图1中所示，首先通过制备多个单晶体来执行步骤(S10)。具体地，如图2中所示，制备多个碳化硅(SiC)单晶锭1。
接下来，通过布置多个单晶体并且将含硅层插入其间来执行步骤(S20)。具体地，如图2中所示，多个SiC单晶锭1被设置为其相对的端表面彼此面对同时将Si层2插入其间。这里，图2是示出通过将SiC单晶锭1布置为彼此面对同时将Si层2插入其间来构造的集合体的示意性透视图。如从图2和图3中理解的，在该步骤(S20)中，SiC单晶锭1设置为其相对的端表面与Si层2接触。可以使用任何类型的层作为Si层2，只要该层是包含Si作为其主要成分的层。例如，可以使用包含Si作为其主要成分的片型构件，或者通过将Si衬底切割为预定形状而形成的物体来作为Si层2。或者，可以使用借助于例如CVD方法等等在SiC单晶锭1的端表面上形成的Si膜来作为Si层2。
此外，如图2中所示地布置的SiC单晶锭1优选地具有几乎相同的晶体取向。例如，在图2中所示的集合体中，每个SiC单晶锭1可以具有与C面、Si面或任何其它晶面对应的主表面(上主表面)。虽然如上所述，多个SiC单晶锭1优选地具有相同的晶体取向，但是在处理的步骤中引入的误差等等使得其难以具有完全相同的晶体取向。因此，多个SiC单晶锭1优选地具有下述晶体取向。例如，具有预定晶体取向的一个SiC单晶锭1被视为基准。其它SiC单晶锭1具有对应的晶体取向，该对应的晶体取向中的每一个具有不超过5°，更优选地不超过1°的偏离角(夹角)。
接下来，如图1中所示，通过在包含碳的气氛中执行热处理来执行步骤(S30)。具体地，利用作为气氛的包含碳的气体来加热集合体。例如，可以在下述条件下执行热处理：采用诸如乙炔或丙烷的烃气体作为气氛气体；气压被设定为不小于1Pa并且不大于大气压；加热温度被设定为不小于1400℃并且不大于1900℃；并且加热保持时间被设定为不小于10分钟并且不大于6小时。
结果，从气氛提供的碳与Si层2中的硅彼此反应以在Si层2(参见图3)的上端和下端形成SiC层3，如图4中所示。这里，图4是图示集合体的状态的示意性横截面图，该集合体是经受图1的步骤(S30)中的工艺的对象。应注意的是，图4对应于图3。
如图4中所示，相邻的SiC单晶锭1通过SiC层3彼此连接。SiC层3可以通过由Si层2的部分熔融引起的SiC的液相外延来形成。可以使用任何热处理条件用于形成SiC层3。
接下来，如图1中所示，执行步骤(S40)以扩展SiC部分。具体地，通过执行热处理，在图4中所示的SiC层3之间剩余的Si层2(参见图4)被转换为SiC层4，如图5中所示。
在该步骤(S40)中，可以使用任何方法来将Si层2转换为SiC层4。示例性方法是沿着SiC单晶锭1之间的区域(将形成SiC层4的区域)(在图5中的向上/向下方向或者在集合体的厚度方向上)形成温度梯度，以使用所谓的近距离升华方法从SiC层3侧到Si层2侧生长SiC层。替代方法是形成沿着图5中的区域的向上/向下方向的温度分布，以借助于溶液生长从SiC层3侧生长SiC。此外，在该步骤(S40)中，可以在下述条件下执行热处理：乙炔、丙烷等等被用作碳化硅气体，即气氛气体；气压被设定为不小于1Pa并且不大于大气压；加热温度被设定为不小于1400℃并且不大于1900℃；并且加热保持时间被设定为小于10分钟并且不大于6小时。
接下来，如图1中所示，执行后处理步骤(S50)。具体地，从如上所述从Si层2(参见图2)转换为SiC层3、4的区域(以下，也称为“连接层”)移除剩余的硅(Si)，从而连接层包含SiC作为其主要成分。在该步骤(S50)中，如例如图6中所示，由SiC单晶锭1和连接层构成的集合体被放置在热处理炉10中的衬托器(susceptor)11上，并且在热处理炉10中利用处于减小的压力下的气氛通过衬托器11由加热器12进行加热。应注意的是，可以通过使用真空泵13经由连接到热处理炉10的管道14排出气氛气体来调整热处理炉10中的压力。结果，硅从连接层升华，从而连接层能够包含SiC作为其主要成分。
应注意的是，在该后处理步骤(S50)中，如图7中所示，由SiC单晶锭1和连接层构成的集合体(也称为“连接锭”)可以浸泡在氢氟酸-硝酸溶液(hydrofluoric-nitric acid solution)21中以从连接层移除硅。这里，图6是用于图示后处理步骤(S50)中的示例性工艺的示意图。图7是用于图示后处理步骤(S50)中的另一示例性工艺的示意图。
接下来，如图1中所示，执行切片步骤(S60)。具体地，通过在步骤(S10)-(S50)使用连接层连接多个SiC单晶锭1获得的集合体(连接的锭)被切割以获得具有表现出适合的面取向的主表面的SiC组合衬底30(参见图8)。结果，如图8中所示，这样获得的SiC组合衬底30具有第一区域31和第二区域32，该第一区域31和第二区域32两者通过组合区域33彼此连接。可用于该步骤(S60)的装置是采用线锯或刀(诸如内周切割刃刀或者外周切割刃刀)的任何传统已知的切割装置。以该方式，能够获得根据本发明的SiC组合衬底30。
这里，图8中所示的组合区域33对应于图6中所示的SiC层3、4。此外，第一区域31和第二区域32是图6中所示的SiC单晶锭1的部分。此外，第一区域31和第二区域32具有在某种程度上类似但是不完全平行的预定晶体取向(例如，<0001>方向)。晶体取向中的这样的差异能够借助于例如通过采用X射线衍射对于特定面的衍射取向测量来检测。例如，能够使用用于检测峰取向的移位的方法来检测晶体取向的差异，该方法借助于使用极图方法执行的全向测量。
此外，第一区域31和第二区域32在其厚度方向上具有基本上相同的结晶度。这里，能够从借助于XRD评估测量的衍射角的半宽来评估结晶度。此外，表述“在其厚度方向上具有基本上相同的结晶度”具体地意图表示厚度方向上的上述数据的变化等于或小于预定值(例如，数据的变化等于或小于相对于平均值的±10％)。此外，基于如上述评估结晶度的方法，组合区域33的结晶度低于第一区域31和第二区域32中的每一个的结晶度。
应注意的是，在图1中所示的步骤(S20)中，如图2中所示，多个SiC单晶锭1以矩阵形式布置在列和行中，但是他们能够布置为另外的形式。参考图9和图10，下面描述具有SiC单晶锭1的集合体的构造的变化。图9和图10的每一个均是示出通过布置多个SiC单晶锭1形成的集合体的示意性平面图。
例如，如图9中所示，在包括多个SiC单晶锭1的集合体中，在图1的步骤(S20)中，多个SiC单晶锭1被布置在预定方向(图9中的向上/向下方向)上的多个列中(虽然在图9中提供了两列，但是可以提供三列或更多列)，并且Si层2插入其间。每个SiC单晶锭1与Si层2接触。集合体可以被构造为使得在预定方向上的Si层2的位置在各列之间可以不同。在该情况下，Si层2被构造为在SiC单晶锭1中的每一个的角部处在三个方向上延伸。另一方面，在图2和图3中所示的集合体中的SiC单晶锭1的布置中，Si层2从角部在四个方向上延伸。因此，图9中所示的布置提供了与角部相邻的Si层2的较小的体积。这能够限制在SiC单晶锭1将通过(从Si层2获得的)SiC层3、4彼此连接的结构中由于角部处的Si层2的大体积导致没有充分地从Si层2形成SiC层3、4的问题(即，不能够形成其中相邻的SiC单晶锭1通过SiC层3、4充分地彼此连接的结构的问题)的发生。
此外，可以在图1的步骤(S20)中采用如图10中所示的包括在集合体中的多个SiC单晶锭1的布置。在图10中，每个SiC单晶锭1具有六边形的平面形状。集合体被构造为使得每个均具有该六边形平面形状(即，外部形状为六边形柱)的SiC单晶锭1的端表面彼此面对并且使得Si层2插入其间。同样在这样的构造中，Si层2在SiC单晶锭1中的每一个的角部处在三个方向上延伸，从而获得与图9中所示的集合体中的效果类似的效果。
此外，在上述用于制造碳化硅衬底的方法中，在步骤(S20)中，可以提供帽构件5来覆盖用作连接层的Si层2，如图11或图12中所示。应注意的是，图11和图12中的每一个均对应于图3。参考图11和图12，下面描述图1的步骤(S20)中包括SiC单晶锭1的集合体的构造的变化。
如图11和12中所示，在用作加工对象并且具有被插入在SiC单晶锭1之间的Si层2的集合体中，可以提供帽构件5来覆盖Si层2。示例的、可用的帽构件5是由SiC制成的衬底。帽构件5基本上具有平面形状，只要其被构造为沿着Si层2的平面形状覆盖Si层2的上端表面。例如，可以沿着Si层2的上端布置每个均具有相对相对小尺寸的多个衬底(例如，SiC衬底)。这能够限制在执行热处理以将Si层2转换为SiC层3等等时(当执行步骤(S30)或步骤(S40)时)Si从SiC层3、4升华和耗损。
此外，如图12中所示，帽Si层6可以被设置在帽构件5下面。这样设置的帽Si层6允许提高帽构件5和每个SiC单晶锭1之间的粘附性。代替帽Si层6，可以设置由碳(C)制成的层(帽碳层)。
此外，如图13中所示，代替使用帽构件5，可以采用下面的构造。即，提供布置有多个SiC单晶锭1的第二层42来覆盖布置有另一组多个SiC单晶锭1的第一层41的上表面。第一层41和第二层42彼此堆叠并且在其间插入中间Si层7。在第一层41和第二层42中的每一个中，相邻SiC单晶锭1的端表面中的每一个与将成为连接层的Si层2接触。
在该情况下，优选的是，当在平面视图中看时，第一层41中与SiC单晶锭1的端表面接触的Si层2的位置相对于第二层42中的Si层2的位置移位(它们仅在其区域的一部分处彼此重叠并且Si层2的大部分在区域的其余部分处没有重叠)。以该方式，对于第一层41，第二层42能够用作提供与由上述帽构件所提供的效果类似的效果的构件。此外，利用通过堆叠两层或三层SiC单晶锭1获得的结构，能够获得更大的SiC单晶集合体(组合锭)。
下面参考图14和图15描述图1的步骤(S20)中的另一变化。图14和图15中的每一个均对应于图3。
如图14中所示，在图1的步骤(S20)中，SiC单晶锭1被布置在基底材料45上，并且在其间具有间隔46。此外，设置帽Si层6以覆盖间隔46。在帽Si层6上，设置由SiC制成的帽构件5。在该状态下，图14中所示的整个集合体被加热到预定温度，从而使帽Si层6熔融。该温度是帽Si层6熔融的温度(高于硅的熔点的温度)并且低于碳化硅升华的温度。在该热处理中，例如，加热温度可以被设定为不小于1400℃并且不大于1900℃，更优选地，不小于1500℃并且不大于1800℃。此外，由于帽Si层6的熔融而形成的Si熔融流入到图14中所示的间隔46中。此外，温度降低到硅的熔点以下，从而固化已经流入到间隔46中的Si熔融。
结果，如图15中所示，在SiC单晶锭1之间的间隔中，流入Si层52被提供为固体。此外，上述帽构件5覆盖流入Si层52的上端表面。以该方式，能够获得其中SiC单晶锭1如图2和图3中所示地彼此组合的集合体。这样的流入Si层52也能够通过执行图1中所示的步骤(S30)至步骤(S50)而转换为SiC层。结果，能够获得其中SiC单晶锭1通过由SiC层构成的连接层(组合层)彼此连接的单晶锭集合体(组合锭)。然后，执行图1的步骤(S60)，从而获得SiC组合衬底。应注意的是，可以适当地组合上述实施例的各个构造。
下面描述本发明的特征构造，其中的一些已经在上面进行了描述。
根据本发明的用制造碳化硅衬底的方法是用于制造SiC组合衬底的方法。该方法包括：制备每个均由碳化硅(SiC)制成的多个单晶体的步骤(S10)；形成集合体的步骤(图1中的步骤(S20))；将单晶体彼此连接的步骤(图1中的步骤(S60))；以及对集合体进行切片的步骤(图1中的步骤(S60))。在形成集合体的步骤(S20)中，通过布置多个单晶体(SiC单晶锭1)并且在其间插入包含硅(Si)的连接层(Si层2、中间Si层7或者流入Si层52)来形成包括单晶体的集合体。在将SiC单晶锭1彼此连接的步骤(S30)中，经由连接层的至少一部分通过连接层(Si层2、中间Si层7或者流入Si层52)将SiC单晶锭1彼此连接，通过加热集合体将该至少一部分形成为碳化硅。在对集合体进行切片的切片步骤(S60)中，对其中SiC单晶锭1彼此连接的集合体进行切片。
因此，通过SiC层3、4将多个SiC单晶锭1彼此连接，该SiC层3、4中的每一个均用作形成为碳化硅的连接层，以形成碳化硅的大的锭(组合锭)。然后，对该锭进行切片。以该方式，能够高效地获得多个碳化硅衬底(SiC组合衬底30)，其中每一个均具有比通过对一个单晶体进行切片获得的碳化硅衬底的尺寸更大的尺寸。当采用具有这样的大尺寸的SiC组合衬底30来制造半导体器件时，与传统衬底中的情况相比，能够从一个SiC组合衬底30形成更多半导体器件(芯片)。结果，能够减少半导体器件的制造成本。
此外，对如上所述形成的大的锭进行切片以获得本发明的碳化硅衬底(SiC组合衬底30)。因此，与通过将具有相对薄的厚度的单晶体彼此连接来一个接一个地形成SiC组合衬底(碳化硅衬底)的情况相比，能够一次制造多个SiC组合衬底。因此，与通过连接每个均具有薄厚度的单晶体来一个接一个地形成碳化硅衬底(SiC组合衬底)的情况相比，能够减少SiC组合衬底30的制造成本。
用于制造碳化硅衬底的方法可以进一步包括：在连接步骤(图1中的步骤(S30))之后和切片步骤(图1中的步骤(S60)之前)从连接层移除硅的步骤(图1中的步骤(S50))。
在该情况下，在每个均用作连接层的SiC层3、4中没有剩余任何硅(Si)。这抑制了由于SiC层3、4(SiC组合衬底30中的组合区域33)中剩余的硅导致的问题的发生。例如，如果在用作碳化硅衬底(SiC组合衬底30)的连接层的组合区域33中剩余硅，则当对于SiC组合衬底30等的热处理中的温度处于硅的熔点附近时，硅会从组合区域33释放到外部。当硅被这样从组合区域33释放到外部时，组合区域33的密度减小，从而很可能导致组合区域33中的硬度减小。组合区域33中的硬度的减小会导致SiC组合衬底30的损坏或者会导致释放硅，从而为SiC组合衬底30上的工艺带来不利的影响。然而，通过执行上述步骤(S50)，能够抑制上述问题的发生。
在用于制造碳化硅衬底的方法中的连接步骤(图1中的步骤(S30))中，可以采用液相外延方法(LPE)方法来将连接层(Si层2、中间Si层7或者流入Si层52)的该至少一部分形成为碳化硅。在该情况下，能够确保将Si层2的该部分形成为碳化硅。
在用于制造碳化硅衬底的方法中的连接步骤(图1中的步骤(S30))中，连接层(Si层2和中间Si层7)的一部分被形成为碳化硅。此外，用于制造碳化硅衬底的方法可以进一步包括下述步骤(图1中的步骤(S40))：在图1的步骤(S30)之后，即在连接步骤之后，通过加热集合体以在连接层延伸的方向上(例如，在是Si层2延伸的方向的厚度方向上)形成温度梯度，以从连接层中形成为碳化硅的部分(SiC层3)到连接层中没有形成为碳化硅的部分(例如，图4的Si层2)生长碳化硅。此外，在连接步骤(图1中的步骤(S30))中，可以在包含碳的气氛中加热集合体。
在该情况下，能够增加连接层中形成为碳化硅的碳化硅的比例。因此，能够以由这样形成为碳化硅的连接层(图6的SiC层3、4，也称为连接层)提供的改进的强度来将SiC单晶锭1彼此连接。
在用于制造碳化硅衬底的方法中的形成集合体的步骤(图1中的步骤(S20))中，可以使用包含硅作为其主要成分的片型构件作为连接层(Si层2或者中间Si层7)。在该情况下，片型构件被设置在SiC单晶锭1之间，从而容易地构成了集合体。
在用于制造碳化硅衬底的方法中，形成集合体的步骤(图1中的步骤(S20))可以包括：如图14中所示地布置多个SiC单晶锭1并且在其间具有间隔的步骤；设置连接构件(图14中的帽Si层6)以覆盖该间隔的步骤，该连接构件包含硅作为其主要成分；以及通过加热和熔融连接构件(帽Si层6)并且使熔融的连接构件流入该间隔中来形成连接层(流入Si层52)的步骤。
在该情况下，熔融的连接构件流入间隔中，从而利用熔融的帽Si层6完整地填充该间隔。被这样填充有流入Si层52的间隔允许连接构件(即，流Si层52)可靠地接触SiC单晶锭1的端表面(间隔处的表面)。因此，通过将流Si层52形成为碳化硅获得的部分能够更可靠地接触SiC单晶锭1。
在用于制造碳化硅衬底的方法中的形成集合体的步骤(图1中的步骤(S20))中，可以采用化学气相沉积方法(CVD)方法来形成连接层(Si层2或者中间Si层7)。在该情况下，不同于制备片型连接层并且将其分别地布置在SiC单晶锭1之间的步骤，可以在多个SiC单晶锭1之间插入的预定间隔中使用CVD方法一次地形成Si层2。因此，能够简化形成集合体的步骤(图1中的步骤(S20))，这使得减少了SiC组合衬底30的制造成本。
在用于制造碳化硅衬底的方法中的连接步骤(图1中的步骤(S30))中，可以在提供覆盖构件(帽构件5)以覆盖连接层(Si层2、中间Si层7或者流Si层52)的端表面的情况下加热集合体。在该情况下，当在图1中的步骤(S30)中将连接层(Si层2)的一部分形成为碳化硅时，抑制了硅从Si层2的释放，并且抑制了Si层2，即连接层被暂时地熔融和从其中设置Si层2的区域(SiC单晶锭1之间的间隔)泄漏。
在用于制造碳化硅衬底的方法中，覆盖构件(帽构件5)可以包含碳化硅(SiC)和碳(C)中的一种作为其主要成分。在该情况下，帽构件5由具有足够高的熔点的材料构成。因此，能够防止由于在步骤(S30)中执行的热处理而损坏帽构件5。
在用于制造碳化硅衬底的方法中的连接步骤(图1中的步骤(S30))中，可以在帽构件5和集合体之间设置中间层(帽Si层6)。在该情况下，不同于帽构件5的材料，可以选择对于集合体(用作连接层的Si层2和SiC单晶锭1)具有优异的粘附性的材料作为中间层的材料。因此，用作连接层的Si层2的端表面能够被帽构件5和帽Si层6牢固地覆盖。
在用于制造碳化硅衬底的方法中，中间层(帽Si层6)可以包含硅(Si)和碳(C)中的一种作为其主要成分。特别地，在硅被用于中间层的情况下，能够进一步改进中间层和集合体之间的粘附性。
是根据本发明的碳化硅衬底的SiC组合衬底30包括：每个均由碳化硅制成的多个单晶区域(图8中的第一区域31和第二区域32)；以及连接层(组合区域33)。组合区域33由碳化硅(SiC)制成，位于该多个单晶区域(第一区域31和第二区域32)之间，并且将单晶区域(第一区域31和第二区域32)彼此连接。单晶区域(第一区域31和第二区域32)形成为从SiC组合衬底30的第一主表面(图8中的上主表面)延伸到SiC组合衬底30的与第一主表面相反的第二主表面(SiC组合衬底30的下背侧表面)。单晶区域(第一区域31和第二区域32)中的结晶度在从第一主表面到第二主表面的厚度方向上基本上相同。多个单晶区域(第一区域31和第二区域32)在第一主表面中的晶体取向方面彼此不同。组合区域33的结晶度低于单晶区域中的每一个(第一区域31和第二区域32)的结晶度。
利用上述构造，通过组合区域33连接多个单晶区域(第一区域31和第二区域32)。因此，能够实现具有面积比由一个单晶区域构成的碳化硅衬底的面积更大的主表面的碳化硅衬底(SiC组合衬底30)。因此，能够在半导体器件的形成过程中，从一个碳化硅衬底获得更多半导体器件。这使得减少了半导体器件的制造成本。
此外，单晶区域(第一区域31和第二区域32)在从第一主表面到第二主表面的厚度方向上具有基本上相同的结晶度。因此，当形成垂直型器件时，由于SiC组合衬底30的厚度方向上的局部较低的结晶度，不会发生任何问题。
这里公开的实施例在任何方面都是示例性和非限制性的。本发明的范围由权利要求来限定，而不是由上述实施例来限定，并且本发明意在包括落入与权利要求等价的范围以及含义内的任何修改。
工业适用性
本发明特别有利地应用于具有通过组合每个均由碳化硅制成的多个单晶体而获得的结构的衬底。
附图标记列表
1：SiC单晶锭；2：Si层；3，4：SiC层；5：帽构件；6：帽Si层；7：中间Si层；10：热处理炉；11：衬托器；12：加热器；13：真空泵；14：管道；21；氢氟酸-硝酸溶液；30：SiC组合衬底；31：第一区域；32：第二区域；33：组合区域；41：第一层；42：第二层；45：基底材料；46：间隔；52：流入Si层。
Claims (12)
1.一种用于制造碳化硅衬底的方法，包括以下步骤：
制备每个均由碳化硅制成的多个单晶体(1)(S10)；
通过布置所述多个单晶体(1)并且在其间插入连接层(2，7，52)来形成包括所述单晶体(1)的集合体(S20)，所述连接层(2，7，52)包含硅；
经由所述连接层(2，7，52)的至少一部分，通过所述连接层(2，7，52)将相邻的单晶体(1)彼此连接(S30)，通过加热所述集合体将所述至少一部分形成为碳化硅；以及
对其中所述单晶体(1)彼此连接的所述集合体进行切片(S60)。
2.根据权利要求1所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中，在连接的步骤(S30)中，使用液相外延方法来将所述连接层(2，7，52)的所述至少一部分形成为碳化硅。
3.根据权利要求1所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中：
在连接的步骤(S30)中，将所述连接层(2，7，52)的一部分形成为碳化硅，
所述方法进一步包括下述步骤：通过在连接的步骤(S30)之后加热所述集合体以在所述连接层(2，7，52)延伸的方向上形成温度梯度，来从所述连接层(2，7，52)中的形成为碳化硅的所述部分到所述连接层(2，7，52)中没有形成为碳化硅的部分生长碳化硅。
4.根据权利要求1所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中，在连接的步骤(S30)中，在包含碳的气氛下加热所述集合体。
5.根据权利要求1所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中，在形成所述集合体的步骤(S20)中，使用包含硅作为其主要成分的片型构件作为所述连接层(2，7)。
6.根据权利要求1所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中：形成所述集合体的步骤(S20)包括下述步骤：
布置所述多个单晶体(1)并且在其间具有间隔，
设置连接构件(6)以覆盖所述间隔，所述连接构件(6)包含硅作为其主要成分，以及
通过加热和熔融所述连接构件(6)并且使因此熔融的所述连接构件(6)流入所述间隔中，来形成所述连接层(52)。
7.根据权利要求1所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中，在形成所述集合体的步骤(S20)中，使用化学气相沉积方法来形成所述连接层(2，7)。
8.根据权利要求1所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中，在连接的步骤(S30)中，在设置覆盖构件(5)以覆盖所述连接层(2，52)的端表面的情况下加热所述集合体。
9.根据权利要求8所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中，所述覆盖构件(5)包含硅和碳中的一种作为其主要成分。
10.根据权利要求8所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中，在连接的步骤(S30)中，在所述覆盖构件(5)和所述集合体之间设置中间层(6)。
11.根据权利要求10所述的用于制造碳化硅衬底的方法，其中，所述中间层(6)包含碳化硅和碳中的一种作为其主要成分。
12.一种碳化硅衬底(30)，包括：
多个单晶区域(31，32)，所述多个单晶区域(31，32)每个均由碳化硅制成；以及
连接层(33)，所述连接层(33)由碳化硅制成，位于所述多个单晶区域(31，32)之间，并且将所述单晶区域(31，32)彼此连接，
所述单晶区域(31，32)中的每一个形成为从所述碳化硅衬底的第一主表面延伸到所述碳化硅衬底的与所述第一主表面相反的第二主表面，
所述单晶区域(31，32)在从所述第一主表面到所述第二主表面的厚度方向上具有相同的结晶度，
所述多个单晶区域(31，32)在所述第一主表面中的晶体取向方面彼此不同，
所述连接层(33)的结晶度低于所述单晶区域(31，32)中的每一个的结晶度。
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