CN112639177A - SiC单晶、SiC晶锭的制造方法和SiC晶片的制造方法 - Google Patents

SiC单晶、SiC晶锭的制造方法和SiC晶片的制造方法 Download PDF

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CN112639177A
CN112639177A CN201980053250.2A CN201980053250A CN112639177A CN 112639177 A CN112639177 A CN 112639177A CN 201980053250 A CN201980053250 A CN 201980053250A CN 112639177 A CN112639177 A CN 112639177A
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Abstract

该SiC单晶，穿过俯视中心并沿着<1‑100>方向切断的切断面中的原子排列面、和穿过俯视中心并沿着垂直于所述<1‑100>方向的<11‑20>方向切断的切断面中的原子排列面，向同一方向弯曲。

Description

SiC单晶、SiC晶锭的制造方法和SiC晶片的制造方法
技术领域
本发明涉及SiC单晶、SiC晶锭的制造方法和SiC晶片的制造方法。
本申请基于2018年8月13日在日本提出的特愿2018-152391号要求优先权，将其内容援引于此。
背景技术
碳化硅(SiC)与硅(Si)相比，绝缘破坏电场大一个数量级，带隙大3倍。另外，碳化硅(SiC)具有与硅(Si)相比热传导性高3倍左右等特性。碳化硅(SiC)被期待应用于功率器件、高频器件、高温工作器件等。
在半导体等器件中，使用在SiC晶片上形成了外延膜的SiC外延晶片。通过化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition：CVD)在SiC晶片上设置的外延膜，成为SiC半导体器件的活性区域。
因此，要求没有裂纹等破损、缺陷少的高品质SiC晶片。再者，本说明书中SiC外延晶片是指形成外延膜后的晶片。本说明书中SiC晶片是指形成外延膜前的晶片。
例如，专利文献1记载了通过使晶片的翘曲量和晶体取向的偏移量在预定范围内，会使形成在SiC晶片上的外延膜变得良好。
另外，专利文献2记载了通过使晶片面内的生长面取向的偏移在预定范围内，可得到质量良好的外延薄膜。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2011-219296号公报
专利文献2：日本特开2011-16721号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，如专利文献1和专利文献2记载的那样，仅通过控制预定方向上的晶格偏移的程度，有时无法充分地抑制基底面位错(BPD)的产生。基底面位错(BPD)是SiC晶片的致命缺陷之一，被认为是在基底面产生滑移的原因之一。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制基底面位错(BPD)的产生的SiC单晶。
用于解决课题的手段
本发明人进行认真研究的结果，发现SiC单晶的原子排列面(晶格面)的形状会对在SiC单晶上进行结晶生长的结晶生长部分中的基底面位错(BPD)的产生频率带来影响。
即、本发明为解决上述课题，提供以下技术手段。
(1)第1技术方案涉及的SiC单晶，穿过俯视中心并沿着<1-100>方向切断的切断面中的原子排列面、和穿过俯视中心并沿着垂直于所述<1-100>方向的<11-20>方向切断的切断面中的原子排列面，向同一方向弯曲。
(2)上述技术方案涉及的SiC单晶，在沿着穿过俯视中心并以[1-100]方向为基准多次旋转且每次旋转30°而得的6条边切断的各个切断面中，原子排列面可以向同一方向弯曲。
(3)上述技术方案涉及的SiC单晶，在任意的切断面中，原子排列面可以向同一方向弯曲。
(4)上述技术方案涉及的SiC单晶，所述原子排列面的每单位长度的弯曲量的最大值与最小值之差可以为4μm/cm以下。
(5)上述技术方案涉及的SiC单晶，穿过俯视中心并沿着<1-100>方向切断的切断面中的原子排列面的弯曲量、与穿过俯视中心并沿着垂直于所述<1-100>方向的<11-20>方向切断的切断面中的原子排列面的弯曲量之差可以为60μm以下。
(6)上述技术方案涉及的SiC单晶，俯视下的直径可以为140mm以上。
(7)上述技术方案涉及的SiC单晶，厚度可以为500μm以上。
(8)第2技术方案涉及的SiC晶锭的制造方法，将上述技术方案涉及的SiC单晶作为晶种，在所述晶种的C面((000-1)面)上或与C面形成0～10°偏离角的面上，使SiC单晶进行结晶生长。
(9)上述技术方案涉及的SiC晶锭的制造方法中，所述晶种的厚度可以为1mm以上。
(10)第3技术方案涉及的SiC晶片的制造方法，对采用上述技术方案涉及的SiC晶锭的制造方法制作的SiC晶锭进行切片。
发明的效果
如果使用上述技术方案涉及的SiC单晶进行结晶生长，则能够在结晶生长部分内抑制基底面位错(BPD)的产生。
附图说明
图1是本实施方式的SiC单晶的一例的俯视图。
图2是穿过俯视中心并沿着[1-100]方向将本实施方式的SiC单晶切断的切断面的一例的截面示意图。
图3是穿过俯视中心并沿着[11-20]方向将本实施方式的SiC单晶切断的切断面的一例的截面示意图。
图4是示意性地表示本实施方式的SiC单晶的原子排列面的一例的图。
图5是示意性地表示原子排列面的弯曲方向因方向而不同的SiC单晶的原子排列面的一例的图。
图6是用于对原子排列面的弯曲量的测定方法的一例进行具体说明的图。
图7是用于对原子排列面的弯曲量的测定方法的一例进行具体说明的图。
图8是用于对原子排列面的弯曲量的测定方法的一例进行具体说明的图。
图9是用于对原子排列面的弯曲量的测定方法的一例进行具体说明的图。
图10示出根据多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径的例子。
图11是用于对原子排列面的弯曲量的测定方法的另一例进行具体说明的图。
图12A是用于对原子排列面的弯曲量的测定方法的另一例进行具体说明的图。
图12B是用于导出图12A中的Δθ/2的补充图。
图12C是用于补充图12A的图。
图13是升华法所使用的制造装置的一例的示意图。
图14是用于在实施例1涉及的SiC晶种中根据多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径的图。
图15是用于在实施例1涉及的生长后SiC单晶中根据多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径的图。
图16是用于在比较例1涉及的SiC晶种中根据多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径的图。
图17是用于在比较例1涉及的生长后的SiC单晶中根据多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径的图。
图18是表示对实施例1涉及的SiC晶种的晶格面的相对位置测定出的测定值的图。
图19是表示对实施例1涉及的生长后的SiC单晶的晶格面的相对位置测定出的测定值的图。
图20是表示对比较例1涉及的SiC晶种的晶格面的相对位置测定出的测定值的图。
图21是表示对比较例1涉及的生长后的SiC单晶的晶格面的相对位置测定出的测定值的图。
图22A是表示在预定的SiC单晶上使单晶进行结晶生长时，单晶的[1-100]方向的切断面中的原子排列面的弯曲量的绝对值与结晶生长部分内所含的BPD密度的关系的图。
图22B是表示在预定的SiC单晶上使单晶进行结晶生长时，单晶的[11-20]方向的切断面中的原子排列面的弯曲量的绝对值与结晶生长部分内所含的BPD密度的关系的图。
图22C是表示单晶的[1-100]方向的弯曲量d1和[11-20]方向的弯曲量d2的相对值、以及结晶生长部分内所含的BPD的密度的图。
具体实施方式
以下，适当参照附图对本实施方式的优选例进行详细说明。以下的说明中使用的附图，方便起见有时会将特征部分放大显示，各构成要素的尺寸、比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材质、尺寸、数量、数值、量、比率、位置、特性等只是一例，本发明并不限定于此，可以在不改变其主旨的范围内适当变更来实施。另外，以下的例子是为了更好地理解发明的主旨而对优选例进行具体说明的例子，只要没有特别指定，就不限定本发明。在不脱离本发明的主旨的范围内，可以对长度、位置、形状、数、量和材料等进行省略、追加、置换以及其它变更。
“SiC单晶”
图1是本实施方式涉及的SiC单晶的一例的俯视图。图2是穿过俯视中心并沿着[1-100]方向将本实施方式的SiC单晶切断的切断面的截面示意图。图2中上侧为[000-1]方向、即在与<0001>方向垂直地切断时出现碳面(C面、(000-1)面)的方向。另外，图3是穿过俯视中心并沿着与图2所示的[1-100]方向正交的[11-20]方向将本实施方式的SiC单晶切断的切断面的截面示意图。图3中上侧也是[000-1]方向、即在与<0001>方向垂直地切断时出现碳面(C面、(000-1)面)的方向。图2和图3中，作为代表<1-100>方向和与该<1-100>正交的<11-20>方向的方向，分别选择[1-100]方向和[11-20]方向进行图示。另外，以下的说明中，使用[1-100]方向和[11-20]方向进行说明。图2和图3均示出SiC单晶的一部分。
本说明书中，所谓“俯视中心”是指，在作为评价对象的SiC单晶俯视为圆形、或一部分欠缺但如果假设弥补该欠缺部分则成为圆形(例如具有折边的SiC晶片)的情况下，该圆形的中心。但并不限定于该情况。例如，SiC单晶锭在采用公知方法(例如升华法)进行结晶生长的情况下，由于与结晶生长方向垂直的截面为圆形，因此在以与结晶生长方向垂直的截面切断的晶片或切断体的情况下俯视为圆形，所以该情况下“俯视中心”是指该圆形的中心。另一方面，在将SiC单晶锭沿着与结晶生长方向交叉的方向(排除垂直方向)切断的晶片或切断体的情况下俯视为椭圆形，因此该情况下“俯视中心”是指该椭圆形的长轴与短轴的交点。
晶体取向和原子排列面(晶格面)作为密勒指数使用以下的括弧来表述。()和{}在表示面时使用(特别地也可以称为面指数)。()在表现特定的面时使用，{}在表现基于结晶对称性的等价的面的总称(集合面)时使用。另一方面，<>和[]在表示方向时使用(特别地也可以称为方向指数)。[]在表现特定的方向时使用，<>在表现基于结晶对称性的等价的方向时使用。由与面指数相同的指数表述的方向指数，表示该面的法线方向。
SiC单晶1是多个原子A排列而成的单晶。因此，如图2和图3所示，如果微观地观察SiC单晶的切断面，则形成有多个原子A排列而成的原子排列面2。在图中，切断面中的原子排列面2可以描绘为在与将沿着切断面排列的原子A连接而得到的切断方向大致平行的方向上延伸的线。
切断面中的原子排列面2的形状不取决于SiC单晶1的最表面的形状，有时会成为凸形、凹形。另外，原子排列面2的形状有时会根据切断方向而有所不同。作为原子排列面2的形状，例如有图4所示的形状或图5所示的形状等。图4所示的形状是向中心凹陷的凹形。图5所示的形状是在预定的切断面为凹形、在不同的切断面为凸形的薯片型(鞍型)的形状。即、原子排列面2的形状有在任意的切断方向上为相同形状的，和根据切断方向而形状不同的。
原子排列面2的形状通过X射线衍射(XRD)来测定。换言之，原子排列面2的形状可以基于X射线衍射(XRD)来确定。测定的面根据测定的方向确定。如果将测定方向设为〔hkil〕，则测定面需要满足(mh mk min)的关系。在此，m为0以上的整数，n为自然数。例如，在[11-20]方向测定的情况下，选择m＝0且n＝4的(0004)面、m＝2且n＝16的(22-416)面等。另一方面，在[1-100]方向测定的情况下，选择m＝0且n＝4的(0004)面、m＝3且n＝16的(3-3016)面等。即、测定面可以是根据测定方向而不同的面，原子排列面也可以不必是相同的面。通过满足上述关系，能够防止将结晶生长时影响少的a面或m面方向的晶格弯曲误认为结晶生长时影响大的c面方向的晶格弯曲。另外，测定可以选择C面和Si面中任一面，但在一个样品中测定方向不变。
X射线衍射数据例如沿着预定的方向在中心、2个端部、2个中心与端部的中点共计5个点取得。在原子排列面2弯曲的情况下，X射线的衍射方向发生改变，因此在中心和其以外的部分输出的X射线衍射图像的峰的ω角的位置发生变动。可以根据该衍射峰的位置变动求出原子排列面2的弯曲方向。另外，也可以根据衍射峰的位置变动求出原子排列面2的曲率半径，还可以求出原子排列面2的弯曲量。
再者，取得X射线衍射数据的数量和位置并不仅限于上述例子。例如，也可以在穿过晶片W的中心的同一直线上的9个点取得X射线衍射数据。除了上述5个点以外，取得X射线衍射数据的位置可以任意选择。例如，例如，优选沿着预定方向在“中心、端部、中心与端部的中点”各自的中点取得X射线衍射数据。
(原子排列面的弯曲量的测定方法(方法1)的具体说明)
对于在以将俯视为圆形的圆柱状的SiC单晶(锭)相对于结晶方向垂直切片而得到的圆板状的试料(以下称为晶片W)作为评价对象的情况下，根据其外周端部分的XRD测定值测定原子排列面弯曲大小的方法进行具体说明。
图6是晶片W的截面示意图。图6示意性地示出穿过俯视中心并沿着原子排列面的测定方向、例如[1-100]方向切断的切断面。将晶片W的半径设为r，截面的横向的长度则为2r。另外，图6也图示出晶片W中的原子排列面22的形状。如图6所示，晶片W自身的形状平坦，但原子排列面22有时会弯曲。图6所示的原子排列面22左右对称，弯曲成凹型。该对称性是由于晶锭的制造条件通常相对于中心轴(俯视下穿过圆的中心，在结晶生长方向上延伸的轴)具有对称性。再者，该对称性并不必须是完全对称，而是指允许因制造条件的波动等引起的偏差的近似的对称性。
接着，对晶片W的两个外周端部进行XRD，求出测定的2个点之间的X射线衍射峰角度之差Δθ。即、求出晶片W的两个外周端部的X射线衍射峰角度之差Δθ。如图7所示，该Δθ成为所测定的2个点的原子排列面22的斜率(即切线的斜率)之差。X射线衍射测定中使用的衍射面，如上所述结合切断面选择合适的面。
下面，参照图8对根据所得到的Δθ求出弯曲的原子排列面22的曲率半径的方法进行说明。图8示出假设晶片W的原子排列面22的曲面为圆的一部分，与测定的2处的原子排列面相切的圆C。由图8可知，几何学上，包含以切点为两端的圆弧的扇型的中心角φ，与所测定的X射线衍射峰角度之差Δθ相等。原子排列面22的曲率半径与该圆弧的半径R相对应。圆弧的半径R通过以下的关系式求出。
Figure BDA0002941235690000081
然后，根据该圆弧的半径R和晶片W的半径r，求出原子排列面22的弯曲量d。如图9所示，原子排列面22的弯曲量d对应于圆弧的半径R减去从圆弧中心引至晶片W表面的垂线的距离而得到的值。从圆弧中心引至晶片W表面的垂线的距离，根据勾股定理来计算，以下的式子成立。再者，本说明书中将曲率半径为正(凹面)时的弯曲量d定义为正值，将曲率半径为负(凸面)时的弯曲量d定义为负值。
Figure BDA0002941235690000091
如上所述，也可以仅根据XRD的晶片W的两个外侧端部的测定值来测定R。但该情况下，在测定部位存在局部变形等时，不能说一定没有看错形状的可能性。因此，在多个部位进行X射线衍射峰角度的测定，根据以下的式子换算每单位长度的曲率。例如，为了提高精度，优选在包括中心、端部、中心与端部的中点的5处以上进行X射线衍射峰角度的测定，更优选在9处以上进行测定。
Figure BDA0002941235690000092
图10示出由多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径的例子。图10的横轴表示自晶片中心起的相对位置，纵轴表示各测定点的相对于晶片中心衍射峰角的相对衍射峰角度。图10是对晶片的〔1-100〕方向进行测定，将测定面设为(3-3016)的例子。测定部位在5处进行。5个点基本上直线排列，由该斜率求出dθ/dr＝8.69×10-4deg/mm。将该结果应用于上式，由此能够计算出是R＝66m的凹面。然后，根据该R和晶片的半径r(75mm)，求出原子排列面的弯曲量d为42.6μm。
至此，以原子排列面的形状为凹面的例子进行了说明，但在凸面的情况下也可以同样求出。凸面的情况下，R被计算为负值。
(原子排列面的弯曲量的另一测定方法(方法2)的说明)
原子排列面的弯曲量也可以采用其他方法求出。图11示意性地示出穿过俯视中心并沿着原子排列面的测定方向、例如[1-100]方向切断的晶片W的切断面。图11中，以原子排列面22的形状弯曲成凹状的情况为例进行说明。
如图11所示，在晶片W的中心和从晶片W的中心离开距离x的位置这2处(图11中用符号○表示的2处)，测定X射线衍射的衍射峰。根据晶锭的制造条件的对称性，晶片W的形状可以近似为左右对称，能够推定出原子排列面22在晶片W的俯视中心是平坦的。因此，如图12A具体所示，如果将晶片W的中心与从晶片W的中心离开距离x的位置的原子排列面22的斜率之差设为Δθ，则晶片W的中心的切线、与将晶片W的中心和在原子排列面22上从晶片W的中心离开距离x的位置连结的直线的斜率之差为(Δθ/2)。因此，以晶片W的中心为基准离开距离x的位置的原子排列面22的相对位置y可以由以下的式子表示。图12B表示用于导出图12A中的Δθ/2的补充图。图12A和图12B中的点P、Q、S、T、U、V、V表示相同的位置。图12B中，圆C与图6同样地，是假定原子排列面22的曲面是圆的一部分而与原子排列面相切的圆。将圆C的半径设为R。点O表示圆C的中心。直线LP是点P的切线，直线LT是点T的切线，直线LT’是穿过点V并与直线LT平行的直线。点H表示线段PT的中点。将穿过点O和点H的直线与切线LT的交点设为Z。由于线段PH＝线段TH，线段ZH是共通的，∠PHZ＝∠THZ＝90°，因此△PZH与△TZH是全等的。所以∠HPZ＝∠HTZ。另外，根据错角的关系，∠HPQ＝∠HTZ。∠PZS＝Δθ，根据错角的关系，∠PZS＝∠QPZ＝∠HPZ+∠HPQ＝2∠HTZ，因此可得到∠HTZ＝Δθ/2。∠HTZ＝∠PTS，y/x＝tan∠PTS，因此可得到以下式子。
Figure BDA0002941235690000101
如图12C所示，改变自中心起的距离x的位置(x0、x1、x2)进行多处测定，由此可以在各个点求出晶片中心和测定点处的原子排列面22的相对的原子位置。
该方法在各个测定位置求出原子排列面中的原子的相对位置。因此，能够求出局部的原子排列面的弯曲量(y0、y1、y2)。另外，可以将晶片W整体中原子排列面22的相对的原子位置表示为图表，有利于从感觉上来把握原子排列面22、22a、22b的排列。
另一方面，由于各个点的测定分别基于在1个部位的测定值，因此根据衍射条件，有时会部分地产生难以测定的位置(特别是晶片的一个端部附近)，并且如果存在结晶性差的部分，则有时容易包含误差。为此，在现有的测定技术中，与该方法作为测定原子排列面22的翘曲大小的方法使用相比，优选在得到用于从感觉上把握原子排列面的排列的参考值时使用。
本实施方式涉及的SiC单晶1中，穿过俯视中心并沿着[1-100]方向切断的切断面中的原子排列面2(以下称为[1-100]方向原子排列面)、和穿过俯视中心并沿着[11-20]方向切断的切断面中的原子排列面2(以下称为[11-20]方向原子排列面)，向同一方向弯曲。即、[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面均为凸形或凹形。也就是说，图4所示的技术方案满足本实施方式的SiC单晶的条件。另一方面，图5所示的技术方案不满足本实施方式的SiC单晶的条件。在此，该弯曲的关系并不一定需要在[1-100]方向与[11-20]方向之间成立，只要在至少一组的<1-100>方向与垂直于该<1-100>方向的<11-20>方向之间满足该关系即可。
[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面的形状，优选相对于使SiC单晶进行结晶生长的层叠面均为凹形。在此，层叠面是指SiC单晶的结晶生长方向上的SiC单晶的面，与碳面相对应。
如果使用[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面均向同一方向弯曲的SiC单晶1，则在该SiC单晶1上进行结晶生长的结晶生长部分中的BPD密度变低。其理由尚不明确，但如果[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面向不同方向弯曲，则如图5所示，原子排列面2发生应变。如果原子排列面2发生应变，则在产生温度变化时会在多个方向上产生应力，原子排列面2容易发生变形。认为原子排列面2的变形会引起结晶面的滑动，成为BPD的原因。
另外，[1-100]方向原子排列面的弯曲量d1(参照图2)与[11-20]方向原子排列面的弯曲量d2(参照图3)之差的大小(|d2-d1|)，优选为60μm以下，更优选为40μm以下，进一步优选为20μm以下。
在此，原子排列面2的弯曲量是指SiC单晶1的俯视中心的原子位置与SiC单晶1的端部的[000-1]方向的原子位置之差。将原子排列面2朝向俯视中心凹陷的凹形的情况下的弯曲量设为正，将朝向俯视中心突出的凸形的情况下的弯曲量设为负。
弯曲量d1与弯曲量d2之差小意味着原子排列面2的形状在预定方向上具有各向异性。例如，在[1-100]方向上的原子排列面的弯曲量d1与[11-20]方向上的原子排列面的弯曲量d2之差大的情况下，原子排列面2会成为向预定方向较大弯曲的形状。如果原子排列面2的形状在预定方向上具有大的各向异性，则在产生温度变化时，在该方向上容易产生应力集中。应力集中有可能会引起结晶面的滑动，成为BPD的原因。
再者，如图5所示原子排列面2为薯片型(鞍型)的情况下，弯曲量d1表示为负值，弯曲量d2表示为正值。例如，使用正数α、β，将弯曲量d1设为-α，将弯曲量d2设为β。弯曲量d1与弯曲量d2之差的绝对值为α+β。即、弯曲量d1与弯曲量d2之差的大小，必然大于弯曲量d1的大小和弯曲量d2的大小。
另外，从不使原子排列面2产生变形的观点出发，优选不仅是两个方向的切断面中的原子排列面2的弯曲方向相同，而且更多方向的切断面中的原子排列面2的弯曲方向都相同。
至此为止，以[1-100]方向和[11-20]方向为例进行了说明，但根据结晶的对称性，可以说在<1-100>方向和与其正交的<11-20>方向的、正交的两个方向的组合中也是同样的。
例如，SiC单晶1的晶体结构为六方晶。因此，优选沿着相对于中心对称的6个方向切断的切断面中的弯曲方向相同。具体而言，优选沿着穿过俯视中心并以[1-100]方向为基准多次旋转且每次旋转30°而得的6个方向切断的各个切断面中的原子排列面2的弯曲方向相同。
另外，进一步优选任意的切断面中的原子排列面2向同一方向弯曲。图4所示的技术方案相当于任意的切断面中的原子排列面2向同一方向弯曲的情况。
另外，从避免应力集中的观点出发，优选不仅是两个方向的切断面中的原子排列面2的弯曲量d1、d2之差少，而且更多的切断面中的原子排列面2的弯曲量之差也少。例如，优选沿着以[1-100]方向为基准多次旋转且每次旋转30°而得的6个方向切断的各个切断面中的原子排列面2的弯曲量之差少，或沿着以[1-100]方向为基准多次旋转且每次旋转15°而得的12个方向切断的各个切断面中的原子排列面2的弯曲量之差少。
作为弯曲量的具体例，优选将沿着穿过俯视中心并以[1-100]方向为基准多次旋转且每次旋转30°而得的6个方向切断的各个切断面中的原子排列面2的弯曲量的最大值与最小值之差设为60μm以下，更优选设为40μm以下，进一步优选设为20μm以下。更优选沿着穿过俯视中心并以[1-100]方向为基准多次旋转且每次旋转20°而得的9个方向切断的各个切断面中的原子排列面2的弯曲量的最大值与最小值之差为上述范围。
另外，任意的切断面中的原子排列面2的弯曲量的最大值与最小值之差优选为60μm以下，更优选为40μm以下，进一步优选为20μm以下。
另外，从进一步抑制原子排列面2变形的观点出发，优选原子排列面2的弯曲量的绝对值也小。具体而言，原子排列面2的外周方向上的每单位长度的弯曲量的最大值与最小值之差优选为4μm/cm以下，更优选为3μm/cm以下，进一步优选为2μm/cm以下。在此，“每单位长度的弯曲量”是指弯曲量除以SiC单晶的直径而得到的值。
另外，SiC单晶1的俯视下的直径优选为140mm以上，进一步优选为150mm以上。
如果SiC单晶1的尺寸变大，则在俯视中心和端部，结晶生长的条件产生差异，使高品质的结晶生长的难度变高。例如，与4英寸的SiC单晶相比，6英寸的SiC单晶不仅是以相似形形状变大，而且结晶生长的难度非常高。换言之，随着SiC单晶1的俯视下的尺寸越大，越需要从难以产生BPD的状态开始进行结晶生长。即、越是俯视下的直径大的SiC单晶1，通过满足预定条件，抑制BPD的价值越高。
另外，SiC单晶1的厚度优选为500μm以上，更优选为750μm以上，进一步优选为1mm以上。如果SiC单晶1的厚度为500μm以上，则能够抑制SiC单晶1自身的翘曲。这里提到的“翘曲”是指晶片的变形度。晶片越平坦则翘曲越小，晶片例如越向结晶生长方向弯曲则翘曲越大。如果SiC单晶1自身翘曲，则难以精确地估算原子排列面2的弯曲量。作为SiC单晶1的翘曲量，优选在任意的方向上为5μm以下，更优选为3μm以下。在此，SiC单晶1的翘曲量是指在外部的平坦面载置SiC单晶1时，从SiC单晶1的面之中平坦面侧的面即载置面向平坦面引下的垂线的距离的最大值。即、将SiC单晶1的预定面作为载置面，将外部的平坦的面作为平坦面。以载置面与平坦面接触的方式载置SiC单晶1时，将载置面与平坦面的距离的最大值称为翘曲量。
如上所述，如果使用本实施方式的SiC单晶进行结晶生长，则能够抑制在结晶生长部分产生基底面位错(BPD)。
“SiC单晶、SiC晶锭和SiC晶片的制造方法”
作为SiC单晶的制造方法之一，已知有升华法。升华法是将通过加热原料而产生的原料气体在单晶(晶种)上再结晶化，得到大的单晶(锭)的方法。以下，在本说明书中有时会将再结晶化了的SiC单晶称为SiC晶锭。
图13是大致示出升华法所使用的制造装置的一例的截面的截面示意图。制造装置100具有坩埚10和线圈20。在坩埚10与线圈20之间，可以具有通过线圈20的感应加热而发热的发热体(省略图示)。本实施方式涉及的SiC单晶、SiC晶锭和SiC晶片的制造方法不限于图13所示的制造装置，可以使用任意的制造装置。
坩埚10具有在与原料G相对的位置设置的结晶设置部11。坩埚10可以在内部具有从结晶设置部11向原料G扩径的锥形导向件12。图13中，为了便于理解，同时图示出原料G、晶种5和从晶种5生长的SiC晶锭6。
当对线圈20施加交流电流时，坩埚10被加热，由原料G产生原料气体。产生的原料气体沿着锥形导向件12向设置于结晶设置部11的晶种5供给。通过向晶种5供给原料气体，在晶种5的主面上使SiC晶锭6进行结晶生长。晶种5的结晶生长面是碳面(C面)、或从碳面设有0～10°的偏离角的面。晶种5的结晶生长面更优选为碳面、或从碳面设有0～5°的偏离角的面。
晶种5与本实施方式的SiC单晶1相对应。晶种5是将已制作的SiC晶锭的一部分切下而使用的。因此，晶种5可以从已制作的SiC晶锭中选择符合预定条件的晶种。
即、作为晶种5，使用从穿过俯视中心[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面向同一方向弯曲的SiC晶锭切下的晶种。
从晶种5生长的SiC晶锭6，继承晶种5的大部分晶体信息。因此，通过预先设定晶种5的原子排列面的弯曲方向，能够将SiC晶锭6的原子排列面的弯曲方向也控制在预定范围。
另外，晶种5优选使用通过RAF法(repeated a-face method)法制作的晶种。RAF法是指在进行至少一次a面生长后，进行c面生长的方法。如果采用RAF法，则能够制作螺旋位错、层叠缺陷和BPD少的SiC单晶。这是由于在进行a面生长后的SiC单晶具有的螺旋位错、层叠缺陷和BPD，不会继承到进行c面生长后的SiC单晶。
另外，晶种5的厚度优选为1mm以上，更优选为2mm以上，进一步优选为3mm以上。如果晶种5的厚度厚，则能够避免晶种5自身弯曲。如果晶种5弯曲，则在晶种5上生长的SiC晶锭6会受到晶种5自身的弯曲以及晶种5内的原子排列面2的弯曲的影响。即、即使晶种5的原子排列面2具有预定的弯曲面，该弯曲面有时也不会被SiC晶锭6继承。
接着，使用粘接剂等将准备好的晶种5固定于结晶设置部11。粘接剂优选使用在粘接剂的表面形状各向异性少的粘接剂，优选在贴附前后不使晶种5向特定的方向变形的粘接剂。如果粘接剂具有各向异性，则在结晶生长时由于粘接剂的各向异性的影响而在生长后的SiC晶锭6内施加应力，原子排列面有时会变形。
然后，加热坩埚10，使原料G升华。在使原料G升华时，优选使结晶设置部11相对于原料G沿周向相对地旋转，以使得SiC晶锭6不产生周向的各向异性。旋转速度优选为0.1rpm以上，更优选为0.3rpm以上，进一步优选为0.5rpm以上。另外，优选减少生长时的生长面的温度变化。通过减小生长面的温度变化，晶种5的原子排列面2的形状被SiC晶锭6继承。
如上所述，晶种5的原子排列面2满足预定条件，因此可抑制SiC晶锭6内的BPD的产生。所以，能够得到BPD密度少的优质的SiC晶锭6。另外，由于所得到的SiC晶锭6的原子排列面2也满足预定的条件，因此可以切下一部分，再次作为晶种5使用。
最后，将所得到的SiC晶锭6切片，制作SiC晶片。关于切断的方向，在垂直于<0001>或与其形成0～10°偏角的方向上切断，制作具有与C面平行或与C面形成0～10°偏角的面的晶片。晶片的表面加工可以在(0001)面侧即Si面侧实施镜面加工。Si面通常是进行外延生长的面。SiC晶锭6由于BPD少，因此能够得到BPD少的SiC晶片。通过使用作为致命缺陷的BPD少的SiC晶片，能够得到高品质的SiC外延晶片，能够提高SiC器件的成品率。
以上，对本发明的优选实施方式进行了详细说明，但本发明并不限定于特定的实施方式，可以在权利要求的范围内所记载的本发明的主旨范围内进行各种变形、变更。
实施例
(实施例1)
实施例1中，准备了由<1-100>原子排列面和与该<1-100>正交的<11-20>原子排列面均向同一方向弯曲的4H-SiC单晶构成的晶种。晶种的直径为16cm。作为晶种使用了相对于碳面的弯曲方向在[1-100]方向和[11-20]方向上都是凹状的SiC单晶。
对于该晶种，由多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径。X射线衍射测定的[1-100]方向和[11-20]方向的测定结果分别示于图14。在图中，绘制了XRD的测定点的测定结果。图14的横轴是自晶种的俯视中心起的相对位置，纵轴表示各测定点相对于晶种的中心衍射峰角的相对衍射峰角度。采用上述(原子排列面的弯曲量的测定方法的具体说明)中说明的方法测定了原子排列面。根据该X射线衍射测定结果，计算出在[1-100]方向为曲率半径205m、弯曲量13.7μm的凹面，在[11-20]方向为曲率半径556m、弯曲量5.1μm的凹面。即、弯曲量在任一方向上都是正值，原子排列面2为朝向俯视中心凹陷的凹形。
将该晶种以原子排列面相对于层叠面成为凹形的方式，设置在与原料相对的位置。然后加热坩埚，使原料升华，在晶种的层叠面上使SiC单晶结晶生长约20mm，得到SiC晶锭。
由SiC晶锭制作晶片，通过KOH蚀刻求出BPD密度，BPD密度为350个/cm-2。另外，关于由所得到的SiC晶锭制作的晶片，采用与SiC晶种同样的方法，通过X射线衍射(XRD)确认了[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面的形状。
对于该晶片，由多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径。X射线衍射测定的[1-100]方向和[11-20]方向的测定结果示于图15。在图中，绘制了XRD的测定点的测定结果。图15的横轴是自晶片的俯视中心起的相对位置，纵轴表示各测定点相对于晶片的中心衍射峰角的相对衍射峰角度。如图15所示，所得到的晶片(SiC晶锭)与晶种同样地均向同一方向弯曲。计算出在[1-100]方向为曲率半径180m、弯曲量15.6μm的凹面，在[11-20]方向为曲率半径1380m、弯曲量2.0μm的凹面。即、弯曲量在任一方向上都是正值，原子排列面2为朝向俯视中心凹陷的凹形。
如上所述，通过使用原子排列面为朝向俯视中心凹陷的凹形的晶种，制作出原子排列面为朝向俯视中心凹陷的凹形的SiC晶锭和晶片。
另外，对于实施例1的结晶，采用另一测定方法测定了原子面排列。该另一方法是在上述(原子排列面的弯曲量的另一测定方法的说明)中说明的方法。采用该方法，对于与实施例1相同的晶种和由该晶种得到的晶片(SiC晶锭)，测定了[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面的形状。将其结果分别示于图18和图19。在图中，绘制了测定位置的晶格面相对位置。确认了所得到的SiC晶锭与晶种同样地均向同一方向弯曲。
(比较例1)
比较例1中，准备了<1-100>原子排列面和<11-20>原子排列面向不同的方向弯曲的晶种。晶种的直径为16cm。作为晶种使用了相对于碳面的弯曲方向在[1-100]方向和[11-20]方向上不同的SiC单晶。
对于该晶种，由多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径。X射线衍射测定的[1-100]方向和[11-20]方向的测定结果分别示于图16。在图中，绘制了XRD的测定点的测定结果。根据该X射线衍射测定的结果，求出在[1-100]方向为曲率半径-764m、弯曲量-3.7μm的凸面，在[11-20]方向为曲率半径93m、弯曲量30.2μm的凹面。即、弯曲量在[1-100]方向上为负，在[11-20]方向上为正，原子排列面2成为在一方的切断面为凸形、在不同的切断面为凹形的薯片型(鞍型)的形状。
然后，与实施例1同样地在比较例1的晶种的层叠面上使SiC单晶结晶生长约20mm，得到SiC晶锭。
所得到的SiC晶锭内的BPD密度高达3360个/cm-2。另外，对于由所得到的SiC晶锭制作的晶片，采用与晶种相同的方法通过X射线衍射(XRD)确认了[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面的形状。对于该晶片，由多个XRD的测定点求出原子排列面的曲率半径。X射线衍射测定的[1-100]方向和[11-20]方向的测定结果分别示于图17。在图中，绘制了XRD的测定点的测定结果。根据该X射线衍射测定结果，计算出在[1-100]方向为曲率半径-138m、弯曲量-20.4μm的凸面，在[11-20]方向为曲率半径71m、弯曲量39.6μm的凹面。即、弯曲量在[1-100]方向上为负，在[11-20]方向上为正，原子排列面2成为在一方的切断面为凸形、在不同的切断面为凹形的薯片型(鞍型)的形状。
如上所述，在比较例1中，通过使用原子排列面成为在一方的切断面为凸形、在不同的切断面为凹形的薯片型(鞍型)的晶种，制作了薯片型(鞍型)SiC晶锭和晶片。
另外，对于比较例1的结晶，与实施例1同样地采用在(原子排列面的弯曲量的另一测定方法的说明)中说明的方法，对于与比较例1相同的晶种和由该晶种得到的晶片测定了[1-100]方向原子排列面和[11-20]方向原子排列面的形状。其结果分别示于图20和图21。确认了所得到的晶片和SiC晶锭与晶种同样地，[1-100]原子排列面和[11-20]原子排列面的形状向不同的方向弯曲。
再者，上述图18～图21所示的原子排列面中的原子的相对位置的测定结果，是用于从感觉上把握原子排列面的排列的参考数据。
(参考研究例)
准备多个[1-100]方向原子排列面的弯曲量与[11-20]方向原子排列面的弯曲量不同的晶种，在该晶种上使SiC单晶生长。然后，求出从晶种生长的结晶生长部分内所含的BPD密度。晶种使用了直径为16cm的SiC单晶。另外，在晶种上使SiC单晶结晶生长约20mm。
图22A和图22B是表示在预定的SiC单晶上使单晶进行结晶生长时，结晶生长部分内所含的BPD密度的关系的图。图22A是表示穿过俯视中心并沿着[1-100]方向切断的切断面中的原子排列面2的弯曲量d1的绝对值、与结晶生长部分内所含的BPD密度的关系的图。横轴是沿着[1-100]方向切断的切断面中的原子排列面2的弯曲量d1的绝对值，纵轴是结晶生长部分内所含的BPD密度。图22B是表示穿过俯视中心并沿着[11-20]方向切断的切断面中的原子排列面2的弯曲量d2的绝对值、与结晶生长部分内所含的BPD的密度的关系的图。横轴是沿着[11-20]方向切断的切断面中的原子排列面2的弯曲量d2的绝对值。图22C是表示弯曲量d1和弯曲量d2的相对值、以及结晶生长部分内所含的BPD的密度的图。横轴是弯曲量d1和弯曲量d2的相对值。
如图22A和图22B所示，在弯曲量d1、d2与BPD之间没有确认到相关性。与此相对，如图22C所示，在弯曲量d1和弯曲量d2的相对值与BPD之间观察到相关性。确认了当弯曲量d1和弯曲量d2的相对值变大时，BPD的产生频率有变高的倾向。换言之，如果使用弯曲量d1与弯曲量d2之差在预定范围内的SiC单晶，则BPD密度降低。
附图标记说明
1…SiC单晶、2…原子排列面、5…晶种、6…SiC晶锭、10…坩埚、11…结晶设置部、12…锥形导向件、20…线圈、100…制造装置、A…原子、G…原料

Claims (10)

1.一种SiC单晶，
穿过俯视中心并沿着<1-100>方向切断的切断面中的原子排列面、和穿过俯视中心并沿着垂直于所述<1-100>方向的<11-20>方向切断的切断面中的原子排列面，向同一方向弯曲。
2.根据权利要求1所述的SiC单晶，
在沿着穿过俯视中心并以[1-100]方向为基准多次旋转且每次旋转30°而得的6条边切断的各个切断面中，原子排列面向同一方向弯曲。
3.根据权利要求1或2所述的SiC单晶，
在任意的切断面中，原子排列面向同一方向弯曲。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的SiC单晶，
所述原子排列面的每单位长度的弯曲量的最大值与最小值之差为4μm/cm以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的SiC单晶，
穿过俯视中心并沿着<1-100>方向切断的切断面中的原子排列面的弯曲量、与穿过俯视中心并沿着垂直于所述<1-100>方向的<11-20>方向切断的切断面中的原子排列面的弯曲量之差为60μm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的SiC单晶，
俯视下的直径为140mm以上。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的SiC单晶，
厚度为500μm以上。
8.一种SiC晶锭的制造方法，
将权利要求1～7中任一项所述的SiC单晶作为晶种，在所述晶种的C面即(000-1)面上或与C面形成0～10°偏离角的面上，使SiC单晶进行结晶生长。
9.根据权利要求8所述的SiC晶锭的制造方法，
所述晶种的厚度为1mm以上。
10.一种SiC晶片的制造方法，
对采用权利要求9所述的SiC晶锭的制造方法制造的SiC晶锭进行切片。
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