DE10247017B4

DE10247017B4 - SiC-Einkristall, Verfahren zur Herstellung eines SiC-Einkristalls, SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm und Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers, der einen Epitaxiefilm aufweist

Info

Publication number: DE10247017B4
Application number: DE10247017A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Nakamura; Tadashi Ito; Hiroyuki Kariya Kondo; Masami Kariya Naito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: DE10247017A1; SE523917C2; SE0202992L; US6890600B2; SE0202992D0; US20030070611A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30), wobei das Verfahren N-Wachstumsschritte enthält, N eine natürliche Zahl größer oder gleich 3 ist, jeder Wachstumsschritt als n-Wachstumsschritt ausgedrückt ist, n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist, und das Verfahren die Schritte umfasst:
Ausbilden eines ersten Impfkristalls (1) aus einem unbearbeiteten SiC-Einkristall, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene des unbearbeiteten SiC-Einkristalls oder Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche (15) bei einem ersten Wachstumsschritt freigelegt wird, wobei n = 1 gilt;
Ausbilden eines ersten gezüchteten Kristalls (10) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche (15) bei dem ersten Wachstumsschritt;
Ausbilden eines n-Impfkristalls (2) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10), so dass eine n-Wachstumsfläche (25) eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen SiC-Einkristall, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Einkristalls, und betrifft einen SiC-Wafer, der einen Epitaxiefilm aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Wafers.
Heute wird erwartet, dass ein SiC-Halbleiter, der einen SiC-Einkristall verwendet, eines der Materialen für die Leistungsvorrichtung der nächsten Generation wird und einen Si-Halbleiter ersetzt. Allerdings wird gemäß Studienberichten bis jetzt angenommen, dass die Kristallbaufehler in dem SiC-Einkristall, wie zum Beispiel ein Mikroröhrenfehler, eine Schraubenversetzung, eine Stufenversetzung und ein Stapelfehler, die Ursache für den Leckstrom und die Durchbruchsspannungsverringerung des SiC-Halbleiters sind. Daher ist es unvermeidlich den Leckstrom zu verringern und die Durchbruchsspannungsverringerung zu unterdrücken, um eine hohe Leistung der SiC-Leistungsvorrichtung zu verwirklichen. Ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm wird insbesondere für Leistungsvorrichtungen verwendet. Daher wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm, der nicht nur keine Kristallbaufehler in dem SiC-Einkristallwafer enthält, auf dem der Epitaxiefilm platziert ist, sondern auch in dem Epitaxiefilm, dringend benötigt.
Im übrigen sind {1-100}, {11-20} und {0001} so genannte Ebenenindizes der Kristallebenen. Obwohl das Symbol "-" herkömmlicherweise über der Zahl der Ebenenindizes platziert ist, wird das Symbol links von der Zahl in der vorliegenden Beschreibung und der Zeichnung der vereinfachten Dokumenterstellung halber platziert. <0001>, <11-20> und <1-100> stellen Richtungen in einem Kristall dar, und in Bezug auf die Richtungen ist auch das Symbol "-" auf dieselbe Weise wie in den Ebenenindizes platziert.
Ein SiC-Einkristall enthält eine {0001}-Ebene (c-Ebene) als eine Hauptebenenorientierung, und ebenso eine {1-100}-Ebene (a-Ebene) und eine {11-20}-Ebene (a-Ebene), die senkrecht auf die {0001}-Ebene stehen. Herkömmlicherweise wurde als Verfahren zum Erlangen eines SiC-Einkristalls das so genannte c-Ebenen-Wachstumsverfahren verwendet. In dem Verfahren wird ein Impfkristall verwendet, in dem eine Fläche, die eine {0001}-Ebene (c-Ebene) des hexagonalen Systems ist, oder eine Neigung kleiner als 10 Grad zu der {0001}-Ebene aufweist, als eine Impfkristallfläche freigelegt, und ein SiC-Einkristall wird auf die Fläche durch eine Sublimations-Wiederausfällungstechnik (sublimation-reprecipitation technique) aufgewachsen und so weiter.
Allerdings enthält der SiC-Einkristall, der auf einer c-Ebene aufgewachsen ist, d. h. in eine <0001>-Richtung unter Verwendung einer {0001}-Ebene als eine Impfkristallebene Mikroröhrenfehler (bzw. micropipe defects) mit einer Dichte von 10° bis 10³ cm^–2, Schraubenversetzungen mit einer Dichte von 10³ bis 10⁴ cm^–2 und Stufenversetzungen mit einer Dichte von 10⁴ bis 10⁵ cm^–2 in der im Wesentlichen mit der <0001>-Richtung parallelen Richtung. Darüber hinaus erbt der Epitaxiefilm die Defekte und Versetzungen, die sich auf der Fläche des SiC-Einkristallwafers zeigen, wenn ein SiC- Einkristallwafer von dem Kristall erzeugt wird, der auf einer c-Ebene aufgewachsen ist, und ein Epitaxiefilm auf dem Substrat abgeschieden wird. Daher existieren Versetzungen in dem Epitaxiefilm im Wesentlichen mit der gleichen Dichte wie in dem SiC-Einkristallwafer und beeinflussen unerwünschterweise eine Vielfalt an Vorrichtungscharakteristiken.
Um obige Probleme anzugehen, wird in der JP-A-5-262599 ein Verfahren zum Erhalt eines gezüchteten Kristalls 90 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf einem Impfkristall 9, das eine Impfkristallfläche 95 aufweist, die eine a-Ebene mit einer Neigung von 60 bis 120 Grad (vorzugsweise 90 Grad) zu einer {0001}-Ebene aufweist, offengelegt, wie in 6 gezeigt. Es hat sich herausgestellt, dass im Wesentlichen weder Mikroröhrenfehler noch Schraubenversetzungen in dem auf der a-Ebene aufgewachsenen Kristall 90 enthalten sind.
Allerdings enthält der Kristall 90, der auf der a-Ebene aufgewachsen ist, Stapelfehler 91, die auf den {0001}-Ebenen mit einer Dichte von 10² bis 10⁴ cm^–2 in die Richtung im Wesentlichen parallel zu der Richtung des Kristallwachstums angesiedelt sind. Darüber hinaus enthält der Kristall 90 Stufenversetzungen 92 mit hoher Dichte, die Burgers-Vektoren parallel oder senkrecht zu einer <0001>-Richtung aufweisen, und im Wesentlichen parallel zu der Richtung des Kristallwachstums sind. Wenn ein SiC-Einkristallwafer von dem Kristall 90 erzeugt wird, der auf der a-Ebene aufgewachsen ist und ein Epitaxiefilm auf dem Substrat abgeschieden wird, enthält der Epitaxiefilm Versetzungen und Stapelfehler, die durch die Stufenversetzungen 92 und die Stapelfehler 91 verursacht werden, die mit hoher Dichte in dem auf die a-Ebene aufgewachsenen Kristall 90 enthalten sind. Eine aus einem SiC-Wafer mit Epitaxiefilm hergestellte SiC-Leistungsvorrichtung weist einen relativ hohen Durchlasswiderstand und einen relativ großen Leckstrom in umgekehrter Richtung auf. Daher kann die Leistung der Vorrichtung in nicht wünschenswerter Weise beeinflusst werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen qualitativ hochwertigen SiC-Einkristall bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten enthält, ein Verfahren zur Herstellung des qualitativ hochwertigen SiC-Einkristalls bereitzustellen, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten in dem SiC-Einkristallwafer und dem Epitaxiefilm enthält, und ein Verfahren zum Herstellen des SiC-Wafers mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Einkristalls. Das Verfahren enthält N Wachstumsschritte, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Wenn jeder Wachstumsschritt in einem n-Wachstumsschritt ausgedrückt ist, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene oder einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene als eine erste Wachstumsebene freigelegt wird, und ein erster gezüchteter Kristall wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsebene ausgebildet.
Bei einem Zwischenwachstumsschritt, d. h. bei n = 2, 3, ..., oder (N – 1), wird ein n-Impfkristall aus einem (n – 1)-gezüchtetem Kristall ausgebildet, so dass eine n-Wachstumsfläche eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche aufweist, und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene, und ein n-gezüchteter Kristall ist durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der n-Wachstumsfläche des n-Impfkristalls ausgebildet. Bei einem letzten Wachstumsschritt, d. h. bei n = N, wird ein letzter Impfkristall aus einem (N – 1)-gezüchteten Kristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene des (N – 1)-gezüchteten Kristalls als letzte Wachstumsfläche freigelegt wird, und ein letzter SiC-Einkristall wird auf die letzte Wachstumsfläche des letzten Impfkristalls aufgewachsen.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein qualitativ hochwertiger SiC-Einkristall, der durch das in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren ausgebildet wird. Der SiC-Einkristall enthält eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines SiC-Impfkristalls zum Wachsen eines SiC-Einkristallingots. Das Verfahren enthält (N – 1)-Wachstumsschritte, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist, und einen Schritt zum Ausbilden eines SiC-Impfkristalls, der nach den (N – 1)-Wachstumsschritten ausgeführt wird. Wenn jeder Wachstumsschritt durch einen n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis (N – 1) ist, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene, oder einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene als eine erste Wachstumsfläche freigelegt wird, und ein erster gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche ausgebildet wird.
Bei einem Zwischenwachstumsschritt, d. h. bei n = 2, 3, ..., oder (N – 1) wird ein n-Impfkristall von einem (n – 1)-gezüchteten Kristall ausgebildet, so dass eine n-Wachstumsfläche eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche aufweist und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls aufweist, und ein n-gezüchteter Kristall wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der n-Wachstumsfläche des n-Impfkristalls ausgebildet. Bei dem Schritt zum Ausbilden des SiC-Impfkristalls nach den (N – 1)-Wachstumsschritten wird eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene des (N – 1)-gezüchteten Kristalls als eine letzte Wachstumsfläche freigelegt.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein qualitativ hochwertiger SiC-Impfkristall, der durch das in dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren ausgebildet wird. Der SiC-Impfkristall ist derselbe Kristall wie der letzte Impfkristall, der in dem ersten Aspekt beschrieben ist. Daher enthält der SiC-Impfkristall eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern. Somit ist es möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Einkristall unter Verwendung des SiC-Impfkristalls bereitzustellen.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers mit einem Epitaxiefilm. Das Verfahren enthält N- Wachstumsschritte, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, und einen Filmabscheidungsschritt, bei dem der Epitaxiefilm abgeschieden wird. Wenn jeder Wachstumsschritt als n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene oder einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene als eine erste Wachstumsfläche freiliegt, und ein erster Wachstumskristall wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche ausgebildet.
Bei einem nachfolgenden Wachstumsschritt, d. h. bei n = 2, 3, ..., oder N wird ein n-Impfkristall von einem (n – 1)-gezüchteten Kristall ausgebildet, so dass eine n-Wachstumsfläche eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls aufweist, und ein n-gezüchteter Kristall ist durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die n-Wachstumsfläche des n-Impfkristalls ausgebildet. Bei dem Filmabscheidungsschritt wird ein SiC-Einkristallwafer mit einer freiliegenden Filmabscheidungsfläche von einem N-gezüchteten Kristall ausgebildet, d. h. n = N, und ein Epitaxiefilm wird auf der Filmabscheidungsfläche des SiC-Einkristallwafers abgeschieden. Daher ist es möglich, einen SiC-Wafer bereitzustellen, der einen SiC-Einkristallwafer und einen Epitaxiefilm enthält, wobei beide eine relativ kleine Anzahl an Defekten und Versetzungen enthalten.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein anderes Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers mit Epitaxiefilm. Das Verfahren enthält (N + α)-Wachstumsschritte, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei und α ein natürliche Zahl ist, und einen Filmabscheidungsschritt, bei dem der Epitaxiefilm abgeschieden wird. Wenn jeder Wachstumsschritt bei den Wachstumsschritten als ein n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis (N + α) ist, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene oder einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene als eine erste Wachstumsfläche freiliegt, und ein erster gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche ausgebildet wird.
Bei einem ersten nachfolgenden Wachstumsschritt, d. h. bei n = 2, 3, ..., oder N, wird ein n-Impfkristall von einem (n – 1)-gezüchteten Kristall ausgebildet, so dass eine n-Wachstumsfläche ein Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls aufweist, und ein n-gezüchteter Kristall wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die n-Wachstumsfläche des n-Impfkristalls ausgebildet. Bei einem zweiten nachfolgenden Wachstumsschritt, d. h. bei n = N + 1, N + 2, ..., oder N + α, wird ein n-Impfkristall von einem (n – 1)-gezüchteten Kristall ausgebildet, so dass eine n-Wachstumsfläche eine Neigung von 0 bis 45 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls aufweist, und ein n-gezüchteter Kristall wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der n-Wachstumsfläche des n-Impfkristalls ausgebildet.
Bei einem Filmabscheidungsschritt wird ein SiC-Einkristallwafer mit einer freiliegenden Filmabscheidungsfläche von einem (N + α)-gezüchteten Kristall ausgebildet, d. h. n = N + α, und ein Epitaxiefilm wird auf der Filmabscheidungsfläche des SiC-Wafers abgeschieden. Daher ist es möglich, einen SiC-Wafer bereitzustellen, der einen SiC-Einkristallwafer und einen Epitaxiefilm enthält, wobei beide eine relativ kleine Anzahl an Defekten und Versetzungen aufweisen, wie in dem Verfahren des fünften Aspekts.
Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm, der durch die in dem fünften und sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren ausgebildet ist. Der SiC-Wafer mit dem Epitaxiefilm enthält eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern.
Ein achter Aspekt, welcher nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft, sondern lediglich deren Erläuterung dient, ist eine elektronische SiC-Vorrichtung, die unter Verwendung des SiC-Wafers mit Epitaxiefilm, der in dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ausgebildet wird. Der SiC-Wafer mit dem Epitaxiefilm enthält eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen und Stufenversetzungen, so dass die elektronische SiC-Vorrichtung, bei der der SiC-Wafer verwendet wird, ebenfalls exzellente Vorrichtungscharakteristiken aufweist, wie zum Beispiel einen relativ niedrigen Durchlasswiderstand und einen relativ kleinen Leckstrom in umgekehrter Richtung.
Ein neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines SiC-Einkristalls. Das Verfahren enthält N-Wachstumsschritte, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Wenn jeder Wachstumsschritt als ein n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene als eine erste Wachstumsfläche freigelegt ist, und ein erster gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche ausgebildet wird.
Bei einem nachfolgenden Wachstumsschritt, d. h. bei n = 2, 3, ..., oder N, wenn eine n-Neigungsrichtung als die Richtung eines Vektors definiert ist, der durch Projizieren des Normalenvektors einer n-Wachstumsfläche auf eine {0001}-Ebene eines (n – 1)-gezüchteten Kristalls erzeugt wird, wird ein n-Impfkristall von einem (n – 1)-gezüchteten Kristall ausgebildet, so dass eine n-Wachstumsfläche eine n-Neigungsrichtung aufweist, die in eine Richtung zeigt, die durch Rotieren einer (n – 1)-Neigungsrichtung um 30 bis 150 Grad um eine <0001>-Richtung als Rotationsachse definiert ist, und eine Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls aufweist. Ein n-gezüchteter Kristall wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die n-Wachstumsfläche des n-Impfkristalls ausgebildet.
Ein zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein qualitativ hochwertiger Einkristall, der durch das in dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren ausgebildet wird. Der SiC-Einkristall enthält eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern.
Ein elfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers mit einem Epitaxiefilm. In dem Verfahren wird ein SiC-Einkristallwafer aus einem in dem zehnten Aspekt beschriebenen SiC-Einkristall ausgebildet, so dass eine Filmabscheidungsfläche freigelegt ist, und ein Epitaxiefilm auf der Filmabscheidungsfläche abgeschieden wird.
Ein zwölfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der SiC-Wafer mit Epitaxiefilm, der durch das in dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren ausgebildet wird. Der in dem zehnten Aspekt beschriebene SiC-Einkristall enthält eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern, so dass der SiC-Wafer mit Epitaxiefilm ebenso eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern enthält.
Ein dreizehnter Aspekt, welcher nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft, sondern lediglich deren Erläuterung dient, ist eine elektronische SiC-Vorrichtung, die unter Verwendung des SiC-Wafers mit Epitaxiefilm ausgebildet ist, der in dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Der SiC-Wafer mit Epitaxiefilm enthält eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen und Stufenversetzungen, daher weist die elektronische SiC-Vorrichtung, in der der SiC-Wafer verwendet wird, exzellente Vorrichtungscharakteristiken auf, wie zum Beispiel einen kleinen Durchlasswiderstand und einen relativ kleinen Leckstrom in umgekehrter Richtung.
Obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung deutlicher.
1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen ersten Wachstumsschritt der ersten bis vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen Zwischenwachstumsschritt der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen letzten Wachstumsschritt der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht, die Ebenen und Ebenenrichtungen eines SiC-Einkristalls zeigt;
5 ist eine Querschnittsansicht, die das Verfahren zum Ausbilden eines SiC-Einkristalls auf einem SiC-Impfkristall unter Verwendung der Sublimations-Wiederausfällungstechnik zeigt, die in der ersten bis vierten Ausführungsform und der vierzehnten bis achtzehnten Ausführungsform verwendet wird;
6 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die die Beziehung zwischen einem a-Ebene-Wachstum und jede der Stufenversetzungen und Stapelfehler in einem vorgeschlagenen Verfahren zeigt;
7 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen nachfolgenden Wachstumsschritt der vierten Ausführungsform zeigt;
8 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen Filmabscheidungswachstumsschritt der vierten, fünften und achtzehnten Ausführungsform zeigt;
9 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen ersten Wachstumsschritt der fünften Ausführungsform zeigt;
10 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen ersten nachfolgenden Wachstumsschritt der fünften Ausführungsform zeigt;
11 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die einen zweiten nachfolgenden Wachstumsschritt der fünften Ausführungsform zeigt;
12 ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Kennlinie in die umgekehrte Richtung einer elektronischen Vorrichtung zeigt, die den SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm gemäß einer Ausgestaltung verwendet, welche nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet sondern lediglich deren Erläuterun dient;
13 ist ein Graph, der die Strom-Spannungs-Kennlinie in Vorwärtsrichtung einer elektronischen Vorrichtung zeigt, die den SiC-Wafer mit Epitaxiefilm gemäß der Ausgestaltung verwendet;
14 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die die Ebenenrichtung einer ersten Wachstumsfläche der vierzehnten bis achtzehnten Ausführungsform zeigt;
15 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die die Wachstumsrichtung und die Orientierung der Versetzungen in einem ersten gezüchteten Kristall der vierzehnten bis achtzehnten Ausführungsformen zeigt;
16 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die eine erste Neigungsrichtung und eine zweite Neigungsrichtung der vierzehnten bis achtzehnten Ausführungsform zeigt;
17 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die die Ebenenrichtung einer zweiten Wachstumsfläche der vierzehnten bis achtzehnten Ausführungsform zeigt; und
18 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die die Wachstumsrichtung in einem zweiten gezüchteten Kristall der vierzehnten bis achtzehnten Ausführungsform zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird detailliert mit Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, sind in einer ersten Ausführungsform ein gereinigter SiC-Einkristall und ein SiC-Impfkristall zum Herstellen des gereinigten SiC-Einkristalls ausgebildet. Das Verfahren zur Ausbildung des gereinigten SiC-Einkristalls und des Impfkristalls enthält N-Wachstumsschritte, und jeder Wachstumsschritt wird durch einen n-Wachstumsschritt ausgedrückt, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von 1 bis N ist.
Ein Beispiel des Verfahrens, in dem N = 3, stellt sich wie folgt dar. Wie in 1 gezeigt, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall 1 benutzt, bei dem eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene oder einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene als eine erste Wachstumsfläche freigelegt wird, und ein erster gezüchteter Kristall 10 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche 15 ausgebildet. Die erste Wachstumsfläche 15 ist vorzugsweise die {1-100}-Ebene oder die {11-20}-Ebene. In diesem Fall wird der erste gezüchtete Kristall 10 in einer <1-100>-Richtung oder eine <11-20>-Richtung ausgebildet, was ein a-Ebene-Wachstum ist. Daher ist es möglich, weiter wirkungsvoll Lochdefekte zu verringern, die andernfalls in dem ersten gezüchteten Kristall 10 enthalten sind und in eine <0001>-Richtung orientiert sind.
Dann wird, wie in 2 gezeigt, bei einem Zwischenwachstumsschritt, d. h. einem zweiten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 2, ein zweiter Impfkristall 2 ausgebildet, so dass eine zweite Wachstumsfläche 25 eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche 15 und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Dann wird ein zweiter gezüchteter Kristall 20 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 25 des zweiten Impfkristalls 2 ausgebildet. Es ist vorzuziehen, dass die zweite Wachstumsfläche 25 eine Neigung von 80 bis 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche 15 und eine Neigung von 80 bis 90 Grad zu der {0001}-Ebene aufweist. In diesem Fall ist es möglich, weiter wirkungsvoll Stufenversetzungen zu verringern, die einen Burgers-Vektor parallel oder senkrecht zu einer <0001>-Richtung des zweiten gezüchteten Kristalls 20 aufweisen.
Nachfolgend wird, wie in 3 gezeigt, bei einem letzten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 3, ein letzter Impfkristall 3 ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 als eine letzte Wachstumsfläche 35 freigelegt wird, und ein letzter SiC-Einkristall 30 wird auf die letzte Wachstumsfläche 35 des letzten Impfkristalls 3 aufgewachsen. Die letzte Wachstumsfläche 35 ist vorzugsweise die {0001}-Ebene. In diesem Fall ist es möglich zu verhindern, dass Stapelfehler in dem letzten SiC-Einkristall 30 erzeugt werden, da ein SiC-Einkristall in einer <0001>-Richtung auf der letzen Wachstumsfläche 35 aufgewachsen wird.
Das Beispiel des Verfahrens wird detailliert beschrieben. Zunächst wird ein roher SiC-Einkristall, der durch eine Sublimations-Wiederausfällungstechnik vorbereitet wird, ausgebildet. Wie in 4 gezeigt, weist ein SiC-Einkristall eine {0001}-Ebene, eine {1-100}-Ebene und eine {11-20}-Ebene als eine Hauptebene auf. Sowohl die {1-100}-Ebene als auch die {11-20}-Ebene stehen senkrecht auf der {0001}-Ebene. Eine <0001>- Richtung, eine <1-100>-Richtung und eine <11-20>-Richtung sind die Richtungen jeweils senkrecht auf die {0001}-Ebene, die {1-100}-Ebene und die {11-20}-Ebene. Wie in 1 gezeigt, wird der rohe SiC-Einkristall gesägt, so dass die {1-100}-Ebene des rohen SiC-Einkristalls als die erste Wachstumsfläche 15 freiliegt. Die erste Wachstumsfläche 15 wird verarbeitet und poliert. Als Nächstes wird die erste Wachstumsfläche 15 chemisch gereinigt, um Fremdkörper zu entfernen, und Schichten, die im Prozess aufgrund des Sägens und des Polierens beschädigt wurden, werden durch reaktives Ionenätzen (RIE) und opfernde Oxidation eliminiert. Dann wird die erste Wachstumsfläche 15 thermisch geätzt und der erste Impfkristall 1 wird so ausgebildet, dass er eine Dicke von 3 mm aufweist.
Nachfolgend werden, wie in 5 gezeigt, der erste Impfkristall 1 und das SiC-Rohmaterialpulver 82 in einem Tiegel 8 platziert, so dass sie sich gegenüberliegen. Zu diesem Zeitpunkt ist der erste Impfkristall 1 an der Innenfläche der Abdeckung 85 des Tiegels 8 mit einem Kleber und so weiter befestigt. Dann wird der Tiegel 8 in einer inerten Niederdruckatmosphäre auf 2100 bis 2400°C erhitzt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur des SiC-Rohmaterialpulvers 82 so eingestellt, dass sie um 20 bis 200°C höher ist als die des ersten Impfkristalls 1, und so wird das SiC-Rohmaterialpulver 82 in dem Tiegel 8 durch das Erhitzen sublimiert und wird auf dem ersten Impfkristall 1, der kälter ist als das SiC-Rohmaterialpulver 82, abgeschieden, um den ersten gezüchteten Kristall 10 herzustellen.
Dann wird, wie in den 1 und 2 gezeigt, der zweite Impfkristall 2 auf dieselbe Weise wie der erste Impfkristall 1 ausgebildet, so dass die zweite Wachstumsfläche 25 eine {11-20}-Ebene ist, die eine Neigung von 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche 15 und einer {0001}-Ebene aufweist. Dann wird der zweite Impfkristall 2 auf dieselbe Weise wie der erste Impfkristall 1 gezüchtet, um den zweiten gezüchteten Kristall 20 zu erhalten.
Als Nächstes wird, wie in den 2 und 3 gezeigt, der letzte Impfkristall 3 (dritter Impfkristall), in dem eine {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 die letzte Wachstumsfläche 35 ist (dritte Wachstumsfläche), auf dieselbe Weise wie der erste Impfkristall und der zweite Impfkristall 2 ausgebildet. Dann wird der letzte SiC-Einkristall 30 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die letzte Wachstumsfläche 35 des letzten Impfkristalls 3 ausgebildet.
Bei dem ersten Wachstumsschritt des Beispiels des Verfahrens wird eine {1-100}-Ebene als die erste Wachstumsfläche 15 verwendet. Daher wird der erste gezüchtete Kristall 10 in die Richtung senkrecht auf die erste Wachstumsfläche 15 ausgebildet, und das ist ein so genanntes a-Ebene-Wachstum. Somit werden im Wesentlichen weder Mikroröhrenfehler noch Schraubenversetzungen in dem ersten gezüchteten Kristall 10 neu erzeugt. Allerdings existieren Mikroröhrenfehler, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und die komplexen Versetzungen zwischen ihnen in dem ersten Impfkristall 1. Daher werden Stufenversetzungen, die einen Burgers-Vektor parallel oder senkrecht auf eine <0001>-Richtung aufweisen, von der ersten Wachstumsfläche 15 vererbt und existieren in dem ersten Wachstumskristall 10. Die Stufenversetzungen existieren, um sich in die Richtung parallel zu der Richtung des Wachstums des ersten gezüchteten Kristalls 10 zu erstrecken.
Bei dem Zwischenwachstumsschritt wird der zweite Impfkristall 2 ausgebildet, so dass die zweite Wachstumsfläche 25 eine {11-20}-Ebene ist, die eine Neigung von 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche 15 und einer {0001}-Ebene des ersten Wachstumskristalls 10 aufweist. Daher werden Stufenversetzungen, die in dem ersten gezüchteten Kristall 10 existieren, kaum auf der zweiten Wachstumsfläche 25 des zweiten Impfkristalls 2 freigelegt, und somit sind fast alle Stufenversetzungen, die andernfalls von dem zweiten Impfkristall 2 vererbt werden, nicht in dem zweiten gezüchteten Kristall 20 enthalten, wenn ein SiC-Einkristall auf die zweite Wachstumsfläche 25 gewachsen wird. Außerdem wird der zweite Impfkristall 2 im Wesentlichen in die Richtung des a-Ebene-Wachstums bei dem Zwischenwachstumsschritt gewachsen. Daher werden im Wesentlichen weder Mikroröhrenfehler noch Schraubenversetzungen in dem zweiten gezüchteten Kristall 20 erneut erzeugt. Allerdings wird bei dem Zwischenwachstumsschritt der zweite Impfkristall im Wesentlichen in die Richtung der a-Ebene gewachsen, so werden unweigerlich Stapelfehler erzeugt, was einzigartig für einen Kristall ist, der auf eine a-Ebene gewachsen wird.
Bei dem letzten Wachstumsschritt wird der letzte Impfkristall 3 ausgebildet, bei dem eine {0001}-Ebene des zweiten Wachstumskristalls 20 als die letzte Wachstumsfläche 35 freigelegt wird. Daher ist eine relativ kleine Anzahl an Stufenversetzungen, die einen Burgers-Vektor parallel oder senkrecht auf eine <0001>-Richtung aufweisen, auf der letzten Wachstumsfläche 35 freigelegt. Somit werden keine Stufenversetzungen, die einen Burgers-Vektor senkrecht auf eine <0001>-Richtung aufweisen, in dem letzten SiC-Einkristall 30 erzeugt. Darüber hinaus werden im Wesentlichen weder Mikroröhrenfehler, was Defekte sind, die einen Burgers- Vektor parallel zu der <0001>-Richtung aufweisen, noch Schraubenversetzungen, was Versetzungen sind, die einen Burgers-Vektor parallel zu der <0001>-Richtung aufweisen, in dem letzten SiC-Einkristall 30 erzeugt. Darüber hinaus wird bei dem letzten Wachstumsschritt ein SiC-Einkristall auf die letzte Wachstumsfläche 35 in die <0001>-Richtung aufgewachsen. Daher wird eine relativ kleine Anzahl an Stapelfehlern, die in dem letzten Impfkristall 3 dicht enthalten sind, in dem letzten SiC-Einkristall 30 erzeugt. Der Grund ist, dass im Wesentlichen keine Stapelfehler beim Wachstum in eine <0001>-Richtung vererbt werden.
Darüber hinaus werden in dem Beispiel des Verfahrens Fremdkörper und im Prozess beschädigte Schichten beseitigt, bevor jeder SiC-Einkristall auf der ersten Wachstumsfläche 15 der zweiten Wachstumsfläche 25 und der letzten Wachstumsfläche 35 ausgebildet ist. Daher ist es möglich zu verhindern, dass Versetzungen in jedem gezüchteten Kristall 10, 20 und dem letzten SiC-Einkristall 30 durch die Fremdkörper und die im Prozess beschädigten Schichten erzeugt werden. Zum Beispiel kann Polieren, chemische Reinigung, RIE und opfernde Oxidation als Verfahren zur Beseitigung der anheftenden Fremdkörper und der im Prozess beschädigten Schichten verwendet werden.
Bei dem ersten Wachstumsschritt und dem Zwischenwachstumsschritt ist es vorzuziehen, dass jede Fläche der Impfkristalle 1, 2 thermisch geätzt wird. So ist es möglich, weiter zu verhindern, dass Versetzungen in jedem gezüchteten Kristall 10, 20 durch die Fremdkörper und die im Prozess beschädigten Schichten, die auf jeder Wachstumsfläche 15, 25 angesiedelt sind, verursacht werden. Es ist vorzuziehen, dass das thermische Ätzen bei einer Wachstumstemperatur oder bei einer Temperatur innerhalb ±400°C von der Wachstumstemperatur ausgeführt wird. Alternativ wird jede Fläche der Impfkristalle 1, 2 durch Einleiten eines Ätzgases in einen Behälter, der für ein Wachstum verwendet wird, geätzt. Das Ätzgas kann zum Beispiel H₂ oder HCl sein.
Es wird vorgezogen, dass die Sublimations-Wiederausfällungstechnik für das Aufwachsen jedes SiC-Einkristalls 10, 20, 30 auf jeden Impfkristall 1, 2, 3 in der ersten Ausführungsform verwendet wird. In diesem Fall wird eine ausreichende Wachstumshöhe erreicht, so dass ein SiC-Einkristall und ein SiC-Impfkristall mit einem großen Durchmesser hergestellt werden kann.
In dem Beispiel des Verfahrens weist jeder der Kristalle, erster Impfkristall 1, der Zwischenimpfkristall 2 und der letzte Impfkristall 3, eine Dicke von 1 mm oder größer auf. Daher ist es möglich zu verhindern, dass Versetzungen in dem gezüchteten Kristall 10, 20, 30, aufgrund der durch die Differenz der thermischen Expansion zwischen jedem Impfkristall 1, 2, 3 und der den Impfkristall berührenden Abdeckung 85 verursachten Spannung, erzeugt werden. Das heißt, es ist durch ausreichendes Verdicken der Impfkristalle 1, 2, 3 möglich zu verhindern, dass die Spannung die Gitter, die die Impfkristalle 1, 2, 3 bilden, versetzt, und Versetzungen in einem gezüchteten Kristall erzeugt. Insbesondere in dem Fall, dass die Wachstumsflächen 15, 25, 35 der Impfkristalle 1, 2, 3 einen Bereich A größer als 500 mm² aufweisen, müssen die Impfkristalle 1, 2, 3 viel dicker als 1 mm sein. Die minimale Dicke t_impf, die benötigt wird, wird durch die Gleichung t_impf = A^1/2 × 2/π bereitgestellt. In der Gleichung ist das Symbol π die Kreiszahl.
Wie beschrieben, enthält der letzte Impfkristall 3 weder Mikroröhrenfehler noch Schraubenversetzungen. Zusätzlich wird eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen mit einem Burgers-Vektor parallel oder senkrecht auf eine <0001>-Richtung auf der Wachstumsfläche 35 des SiC-Impfkristalls 3 freigelegt. Der SiC-Impfkristall 3 ist so ausgebildet, dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene als die letzte Wachstumsfläche 35 freigelegt ist, um einen SiC-Einkristall auf der letzten Wachstumsfläche 35 im Wesentlichen in eine <0001>-Richtung zu züchten. Daher enthält der letzte SiC-Einkristall 30, der durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der letzten Wachstumsfläche 35 des SiC-Impfkristalls 3 gewonnen wird, eine relativ kleine Anzahl von Stapelfehlern. Somit ist es gemäß des Verfahrens der ersten Ausführungsform möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Impfkristall bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern enthält, um einen qualitativ hochwertigen SiC-Einkristall auszubilden. Wenn darüber hinaus erst einmal der Impfkristall hergestellt ist, können ähnliche Impfkristalle wiederholt ausgebildet werden, so dass es möglich ist, einfach und massiv den qualitativ hochwertigen, defektfreien SiC-Einkristall herzustellen.
Überdies kann ein anderer Impfkristall (Vervielfältigungsimpfkristall), in dem eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene des bei dem letzten Wachstumsschritt ausgebildeten SiC-Einkristalls als eine andere Wachstumsfläche freigelegt ist (Vervielfältigungswachstumsfläche), durch Sägen des Einkristalls 30 ausgebildet werden, und ein anderer SiC-Einkristall (vervielfältigter Einkristall) kann unter Verwendung des anderen Impfkristalls ausgebildet werden. Daher ist es möglich, einen SiC-Einkristall mit genauso hoher Qualität wie den letzten SiC-Einkristall 30 unter Verwendung des anderen Impfkristalls zu vervielfältigen. Außerdem kann ein SiC-Einkristall, der eine gleich hohe Qualität wie der letzte SiC-Einkristall aufweist, wieder und wieder vervielfältigt werden durch Widerholen der Bildung von einem Impfkristall durch Sägen eines SiC-Einkristalls und das Wachstum des Impfkristalls in der gleichen wie oben beschriebenen Weise.
Somit ist es gemäß dem Verfahren der ersten Ausführungsform möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Einkristall, der eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Einkristalls bereitzustellen, und es ist auch möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Impfkristall, der eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Impfkristalls bereitzustellen. Der SiC-Einkristall ist in ausgezeichneter Weise als Material für eine Leistungsvorrichtung der nächsten Generation vorteilhaft.
In dem Beispiel des Verfahrens wird der Zwischenwachstumsschritt nur einmalig ausgeführt, d. h. N = 3. Allerdings kann dieser wiederholt ausgeführt werden, wie nachfolgend beschrieben. Der zweite gezüchtete Kristall 20 wird unter Verwendung einer {11-20}-Ebene als die zweite Wachstumsfläche 25 bei dem Zwischenwachstumsschritt ausgebildet. Dann wird eine {1-100}-Ebene, die eine Ebene mit einer Neigung von 90 Grad zu der zweiten Wachstumsfläche 25 und einer {0001}-Ebene ist, als eine dritte Wachstumsfläche eines dritten Wachstumsschritts des zweiten gezüchteten Kristalls 20 ausgebildet. Als Nächstes wird ein dritter gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der dritten Wachstumsfläche ausgebildet. Ähnlich kann der Zwischenwachstumsschritt wiederholt von dem dritten gezüchteten Kristall in Folge ausgeführt werden, ein vierter Wachstumsschritt, ein fünfter Wachstumsschritt, ... und ein (N - 1)-Schritt. Wenn die Anzahl der Zwischenwachstumsschritte erhöht wird, verringert sich die so genannte Versetzungsdichte eines erzielten gezüchteten Kristalls exponentiell.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform ist ein Verfahren zum Ausbilden eines gereinigten SiC-Einkristalls und eines SiC-Impfkristalls, der benutzt wird, um einen gereinigten SiC-Einkristall herzustellen. Das Verfahren enthält einen Zwischenwachstumsschritt, bei dem ein {0001}-Ebene-Wachstum zusätzlich zu dem ersten Wachstumsschritt, dem Zwischenwachstumsschritt und dem letzten Wachstumsschritt ausgeführt wird, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden. Insbesondere wird bei dem Zwischenwachstumsschritt, der das {0001}-Ebene-Wachstum enthält, ein n-Impfkristall so ausgebildet, dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene eines (n – 1)-Kristalls als eine n-Wachstumsfläche freigelegt wird, und ein SiC-Einkristall wird auf die n-Wachstumsfläche aufgewachsen.
Ein Beispiel des Verfahrens ist folgendes. Ein erster Wachstumsschritt wird auf die gleiche Weise, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ausgeführt. Dann wird ein zweiter Impfkristall 2 bei einem zweiten Wachstumsschritt so ausgebildet, dass eine zweite Wachstumsfläche 25 eine {11-20}-Ebene ist, die eine Neigung von 90 Grad zu einer ersten Wachstumsfläche 15 und einer {0001}-Ebene eines ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Dann wird ein zweiter gezüchteter Kristall 20 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 25 ausgebildet. Als Nächstes wird ein dritter Impfkristall, bei dem eine {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 eine dritte Wachstumsfläche ist, bei einem dritten Wachstumsschritt ausgebildet, bei dem ein {0001}-Ebene-Wachstum ausgeführt wird. Dann wird ein dritter Wachstumskristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der dritten Wachstumsfläche ausgebildet. Dann wird ein vierter Impfkristall bei einem vierten Wachstumsschritt so ausgebildet, dass eine vierte Wachstumsfläche eine {1-100}-Ebene ist, die eine Neigung von 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des dritten gezüchteten Kristalls aufweist. Dann wird ein vierter gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der vierten Wachstumsfläche ausgebildet.
Ein anderes Beispiel ist folgendes. Nachdem ein erster Wachstumsschritt auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ausgeführt wird, wird ein zweiter Impfkristall so ausgebildet, dass eine {0001}-Ebene eines ersten gezüchteten Kristalls 10 als eine zweite Wachstumsfläche bei einem zweiten Wachstumsschritt freigelegt wird, bei dem ein {0001}-Ebene-Wachstum ausgeführt wird. Dann wird ein zweiter Wachstumskristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche ausgebildet. Dann wird ein dritter Impfkristall bei einem dritten Wachstumsschritt so ausgebildet, dass eine {11-20}-Ebene, die eine Neigung von 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls aufweist, als eine dritte Wachstumsfläche freigelegt wird. Danach wird ein dritter gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die dritte Wachstumsfläche ausgebildet.
Auch gemäß des Verfahrens der zweiten Ausführungsform ist es möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Einkristall, der eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Einkristalls bereitzustellen. Es ist auch möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Impfkristall, der eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Impfkristalls bereitzustellen.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform gleicht der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass jeder SiC-Einkristall 10, 20, 30 auf jede Wachstumsfläche 15, 25, 35 durch chemische Dampfabscheidung (CVD) gewachsen wird. In der ersten Ausführungsform wird eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik zum Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf jedem Impfkristall verwendet. Allerdings ist das Verfahren, das zum Aufwachsen des SiC-Einkristalls in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht auf die Sublimation-Wiederausfällungstechnik beschränkt. Jedes Verfahren, das das Ziehen eines Einkristallingots mit ausreichender Wachstumshöhe ermöglicht, kann angewendet werden. In der dritten Ausführungsform wird jeder SiC-Einkristall 10, 20, 30 auf jede Wachstumsfläche 15, 25, 35 mittels CVD aufgewachsen, wobei eine Mischung aus Silangas (SiH₄) und Propangas (C₃H₈) als Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) enthaltendes Ausgangsgas verwendet wird.
Mit einem CVD verwendenden Wachstum ist es möglich, ein SiC-Einkristall hoher Qualität bereitzustellen, das eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Versetzungen und so weiter aufweist. Zusätzlich kann das Ausgangsgas kontinuierlich zugeführt werden, so dass es möglich ist, ein zur Neige gehen des Ausgangsgases während eines Wachstums zu verhindern. Daher wird eine ausreichende Wachstumshöhe erhalten, so dass das Wachstum unter Verwendung von CVD den Vorteil der Verringerung der Herstellungskosten aufweist. Zum Beispiel kann ein SiC-Einkristall mit einer Länge von länger als 50 mm in Richtung des Wachstums mit einem Wachstumsschritt unter Verwendung von CVD aufgewachsen werden, und ein SiC-Wafer mit einem großen Durchmesser kann ebenso durch Sägen des SiC-Einkristalls ausgebildet werden. Bezüglich CVD wird eine detaillierte Beschreibung in Mater. Sci. Eng. B Vol. 61–62 (1999) 113–120 und so weiter gegeben.
Vierte Ausführungsform
Wie in den 1, 7 und 8 gezeigt, wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm in einer vierten Ausführungsform ausgebildet. Bei dem Herstellungsverfahren der vierten Ausführungsform wird ein SiC-Einkristallingot durch Wiederholen Schrittes zum Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf einem SiC-Impfkristall ausgebildet. Dann wird ein SiC-Einkristallwafer aus dem Ingot ausgebildet. Schließlich wird der SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm durch Abscheiden eines Epitaxiefilms auf dem SiC-Einkristallwafer ausgebildet. Insbesondere enthält das Verfahren N-Wachstumsschritte, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Nach den Wachstumsschritten wird eine Epitaxiefilm bei einem Filmabscheidungsschritt abgeschieden. In der vierten Ausführungsform wird jeder Wachstumsschritt als ein n-Wachstumsschritt ausgedrückt, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist.
Ein Beispiel des Verfahrens, bei dem N = 2, lautet wie folgt. Wie in 1 gezeigt, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall 1 aus einem unbehandeltem SiC-Einkristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene oder eine {11-20}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche 15 freigelegt ist, und ein erster gezüchteter Kristall 10 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche 15 ausgebildet wird. Die erste Wachstumsfläche 15 ist vorzugsweise die {1-100}-Ebene oder die {11-20}-Ebene. In diesem Fall wird der erste gezüchtete Kristall 10 in einer <1-100>-Richtung oder eine <11-20>-Richtung ausgebildet, was ein a-Ebene-Wachstum darstellt. Daher ist es möglich, weiter wirkungsvoll Lochdefekte, die in dem ersten gezüchteten Kristall 10 enthalten sind, und in eine <0001>-Richtung orientiert sind, wirkungsvoll zu verringern.
Dann wird, wie in 1 und 7 gezeigt, bei einem nachfolgenden Wachstumsschritt, d. h. bei einem zweiten Wachstumsschritt, bei n = 2, ein zweiter Impfkristall 2 aus dem ersten gezüchteten Kristall 10 ausgebildet, so dass eine zweite Wachstumsfläche 25 eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche 15 und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Dann wird ein zweiter gezüchteter Kristall 20 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 25 des zweiten Impfkristalls 2 ausgebildet. Es ist vorzuziehen, dass die zweite Wachstumsfläche 25 eine Neigung von 80 bis 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche 15 und eine Neigung von 80 bis 90 Grad zu der {0001}-Ebene aufweist. In diesem Fall ist es möglich, Stufenversetzungen, die einen Burgers-Vektor parallel oder senkrecht zu einer <0001> Richtung in dem zweiten gezüchteten Kristall 20 aufweisen, weiter wirkungsvoll zu verringern.
Dann wird, wie in 7 und 8 gezeigt, bei einem Filmabscheidungsschritt ein SiC-Einkristallwafer 73 mit einer freigelegten Filmabscheidungsfläche 735 aus dem zweiten gezüchteten Kristall 20 ausgebildet, und ein Epitaxiefilm 730 wird auf der Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 abgeschieden, um einen SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm auszubilden. Es ist vorzuziehen, dass die Filmabscheidungsfläche 735 eine Neigung von 0,2 bis 20 Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 aufweist, eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 aufweist oder eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 aufweist. In diesem Fall ist es möglich, die Erzeugung von Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen und Stufenversetzungen in dem Epitaxiefilm 730 zu unterdrücken. In dem Fall, dass die Filmabscheidungsfläche 735 eine Neigung kleiner als 0,2 Grad zu der {0001}-Ebene aufweist, könnte die Abscheidung des Epitaxiefilms 730 schwierig werden.
Das Beispiel des Verfahrens wird detailliert beschrieben. Ein erster Impfkristall 1, der eine erste Wachstumsfläche 15 aufweist, ein erster gezüchteter Kristall 10, ein zweiter Impfkristall 2, der eine zweite Wachstumsfläche 25 aufweist, und ein zweiter gezüchteter Kristall 20, werden auf dieselbe wie in der ersten Ausführungsform beschriebenen Weise ausgebildet. Dann wird, wie in den 7 und 8 gezeigt, ein SiC-Einkristallwafer 73 durch Sägen des zweiten gezüchteten Kristalls 20 ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von x Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 als eine Filmabscheidungsfläche 735 freigelegt ist. Die Filmabscheidungsfläche 735 wird mit Flächenbehandlungen wie Polieren, chemische Reinigung, RIE und opferndes Oxidieren in der gleichen Weise behandelt wie der erste Impfkristall 1 in der ersten Ausführungsform. Nachfolgend wird ein SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm durch Abscheiden eines Epitaxiefilms 730 auf der Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 mittels CVD abgeschieden.
Insbesondere wird die Abscheidung ausgeführt, während SiH₄-Gas und C₃H₈-Gas, welche die Ausgangsgase darstellen, und H₂-Gas, das ein Trägergas ist, jeweils in ein Reaktionsgefäß mit 5 ml/min, 5 ml/min und 10 l/min zugeführt werden, und während die Temperatur eines Suszeptors, der den SiC-Einkristallwafer 73 hält, bei 1550°C gehalten wird. Der Neigungswinkel x und der Atmosphärendruck während der Abscheidung sind 5 Grad und 30 kPa.
Die Dichte der in dem Epitaxiefilm 730 des SiC-Wafers 4 enthaltenen Defekte wurde wie folgt gemessen. Der Epitaxiefilm 730 wurde mit geschmolzenem KOH geätzt, und die Anzahl der durch das Ätzen, erzeugten Ätzgruben wurde gezählt. Es wurde herausgefunden, dass die Anzahl der Ätzgruben, die den Versetzungen entsprechen, 10² bis 10³/cm² ist.
Bei dem ersten Wachstumsschritt des Beispiels des Verfahrens wird eine {1-100}-Fläche als die erste Wachstumsfläche 15 verwendet. Daher wird der erste gezüchtete Kristall 10 in der Richtung senkrecht auf die erste Wachstumsfläche 15 ausgebildet, und das ist ein so genanntes a-Ebene-Wachstum. Somit werden im Wesentlichen weder Mikroröhrenfehler noch Schraubenversetzungen in dem ersten gezüchteten Kristall 10 erneut erzeugt. Allerdings existieren Mikroröhrenfehler, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und die komplexen Versetzungen zwischen ihnen in dem ersten Impfkristall 1. Daher werden Stufenversetzungen mit einem Burgers-Vektor parallel oder senkrecht zu einer <0001>-Richtung von der ersten Wachstumsfläche 15 vererbt und existieren in dem ersten Wachstumskristall 10. Die Stufenversetzungen existieren in die Richtung parallel zur Richtung des Wachstums des ersten gezüchteten Kristalls 10.
Bei dem nachfolgenden Wachstumsschritt wird der zweite Impfkristall 2 ausgebildet, so dass die zweite Wachstumsfläche 25 eine {11-20}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 ist, die eine Neigung von 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche 15 und einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Daher werden Stufenversetzungen, die in dem ersten gezüchteten Kristall 10 existieren, kaum auf der zweiten Wachstumsfläche 25 freigelegt, so dass fast alle ansonsten von dem zweiten Impfkristall 2 vererbten Versetzungen von dem zweiten gezüchteten Kristall 20 ausgeschlossen sind, wenn ein SiC-Einkristall auf die zweite Wachstumsfläche 25 aufgewachsen wird. Darüber hinaus wird der zweite Impfkristall 2 im Wesentlichen in die Richtung des a-Ebene-Wachstums bei dem Zwischenwachstumsschritt gewachsen. Somit werden im Wesentlichen weder Mikroröhrenfehler noch Schraubenversetzungen in dem zweiten gezüchteten Kristall 20 erzeugt. Stapelfehler können bei dem ersten und zweiten Wachstumsschritt erzeugt werden, da jeder Schritt ein a-Ebene-Wachstum ist. Allerdings kann die Anzahl der Stapelfehler durch ausreichendes Dickermachen der ersten und zweiten Impfkristalle 1, 2 verringert werden, da die Beanspruchung in den Kristallen 1, 2 während des a-Ebene-Wachstums verringert ist.
Bei dem Filmabscheidungsschritt wird der SiC-Einkristallwafer 73 ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 5 Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten Wachstumskristalls 20 als die Filmabscheidungsfläche 735 freigelegt ist. Daher ist eine relativ kleine Anzahl an Stufenversetzungen, die jeweils einen Burgers-Vektor parallel oder senkrecht zu einer <0001>-Richtung des zweiten Wachstumskristalls 20 aufweisen, auf der Filmabscheidungsfläche 735 freigelegt. Daher werden im Wesentlichen keine Stufenversetzungen, die jeweils einen Burgers-Vektor senkrecht zu einer <0001>-Richtung des Epitaxiefilms 730 aufweisen, in dem Epitaxiefilm 730 erzeugt. Außerdem werden im Wesentlichen weder Mikroröhrenfehler noch Schraubenversetzungen, die jeweils einen Burgers-Vektor parallel zur <0001>-Richtung des Epitaxiefilms 730 aufweisen, in dem Epitaxiefilm 730 erzeugt.
In dem Beispiel des Verfahrens werden Fremdkörper und im Prozess beschädigte Schichten beseitigt, bevor ein SiC-Einkristall auf der ersten Wachstumsfläche 15, der zweiten Wachstumsfläche 25 und der Filmabscheidungsfläche 735 ausgebildet wird. Daher ist es möglich zu verhindern, dass Versetzungen in dem gezüchteten Kristall 10, 20 und dem Epitaxiefilm 730 durch die Fremdkörper und die im Prozess beschädigten Schichten erzeugt werden.
Vorzugsweise enthält der Epitaxiefilm 730 Störstellen mit einer Konzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10²⁰/cm³. In diesem Fall wirken die Störstellen als Donator oder Akzeptor, und der SiC-Wafer 4 mit dem Epitaxiefilm 730 kann für eine Halbleitervorrichtung und so weiter verwendet werden. Im Falle, dass die Konzentration der Störstellen niedriger als 1 × 10¹³/cm³ ist, sind die Störstellen nicht in der Lage, ausreichend Träger bereitzustellen, so dass die Vorrichtungscharakteristik des SiC-Wafers 4 mit dem Epitaxiefilm 730 inakzeptabel werden könnte. In dem Fall andererseits, dass die Konzentration der Störstellen höher als 1 × 10²⁰/cm³ ist, verdichten sich die Störstellen, und demzufolge könnten Versetzungen und Stufenfehler in dem Epitaxiefilm 730 erzeugt werden. Es wird bevorzugt, dass die Störstellen aus mindestens einem der Elemente Stickstoff, Bor und Aluminium bestehen. In diesem Fall ist es möglich, den Epitaxiefilm 730 einen p-Typ- oder einen n-Typ-Halbleiter werden zu lassen, so dass der SiC-Wafer 4 mit dem Epitaxiefilm 730 für eine Halbleitervorrichtung wie zum Beispiel eine Diode verwendet werden kann.
Gemäß dem Verfahren der vierten Ausführungsform ist es möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm, der eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern aufweist, und ein Verfahren zum Herstellen des SiC-Wafers bereitzustellen. Der SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm ist als ein Material für zum Beispiel die Leistungsvorrichtung der nächsten Generation äußerst vorteilhaft.
In dem Beispiel des Verfahrens wird der nachfolgende Wachstumsschritt nur einmalig ausgeführt, d. h. N = 2. Allerdings kann dieser wiederholt wie folgt ausgeführt werden. Ein zweiter gezüchteter Kristall 20 wird unter Verwendung einer {11-20}-Ebene eines ersten Wachstumskristalls 10 als eine zweite Wachstumsfläche 25 bei einem ersten nachfolgenden Wachstumsschritt ausgebildet. Dann wird eine {1-100}-Ebene, die eine Neigung von 90 Grad zu der zweiten Wachstumsfläche 25 und einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 aufweist, als eine dritte Wachstumsfläche bei einem dritten Wachstumsschritt freigelegt. Als Nächstes wird ein dritter gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die dritte Wachstumsfläche ausgebildet. Ähnlich kann der nachfolgende Wachstumsschritt wiederholt von dem dritten gezüchteten Kristall in Folge ausgeführt werden, ein vierter Wachstumsschritt, ein fünfter Wachstumsschritt, ... und ein (N – 1)ter Schritt. Da die Anzahl der aufeinanderfolgenden Wachstumsschritte erhöht ist, verringert sich die sogenannte Versetzungsdichte eines erhaltenen gezüchteten Kristalls exponentiell.
Fünfte Ausführungsform
Wie in den 8 und 9 bis 11 gezeigt, wird in einer fünften Ausführungsform ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm ausgebildet. In dem Herstellungsverfahren der fünften Ausführungsform wird, wie auch in der vierten Ausführungsform, ein SiC-Einkristallingot durch Wiederholen eines Schrittes des Aufwachsens eines SiC-Einkristalls auf einem SiC-Impfkristall ausgebildet. Dann wird aus dem Ingot ein SiC-Einkristallwafer ausgebildet. Schließlich wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm durch Abscheiden eines Epitaxiefilms auf den SiC-Einkristallwafer ausgebildet. Insbesondere enthält das Verfahren (N + α) Wachstumsschritte, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, und α eine natürliche Zahl ist. Nach dem Wachstumsschritt wird ein Epitaxiefilm bei einem Filmabscheidungsschritt abgeschieden. Jeder Wachstumsschritt wird durch einen n-Wachstumsschritt ausgedrückt, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis (N + α) ist.
Ein Beispiel des Verfahrens, in dem N = 2 und α = 1, stellt sich wie folgt dar. Wie in 9 gezeigt, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall 1 aus einem unbearbeiteten SiC-Einkristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene des unbearbeiteten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche 15 freigelegt ist, und ein erster gezüchteter Kristall 10 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche 15 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet wird. Dann wird, wie in 9 und 10 gezeigt, bei einem ersten nachfolgenden Wachstumsschritt, welcher ein zweiter Wachstumsschritt ist, d. h. bei n = 2, ein zweiter Impfkristall 5 von dem ersten gezüchteten Kristall 10 so ausgebildet, dass eine zweite Wachstumsfläche 55 eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche 15 und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Dann wird ein zweiter gezüchteter Kristall 50 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 55 des zweiten Impfkristalls 5 auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet.
Dann wird, wie in den 10 und 11 gezeigt, bei einem zweiten nachfolgenden Wachstumsschritt, welcher ein dritter Wachstumsschritt ist, d. h. bei n = 3, ein dritter Impfkristall 6 aus dem zweiten gezüchteten Kristall 50 so ausgebildet, dass eine dritte Wachstumsfläche 65 eine Neigung von 0 bis 45 Grad zu der zweiten Wachstumsfläche 55 und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 50 aufweist. Als Nächstes wird ein dritter gezüchteter Kristall 60 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 55 des zweiten Impfkristalls 5 ausgebildet. Dann wird, wie in 8 und 11 gezeigt, bei einem Filmabscheidungsschritt ein SiC-Einkristallwafer 73 mit einer freigelegten Filmabscheidungsfläche 735 aus dem dritten gezüchteten Kristall 60 ausgebildet, und ein Epitaxiefilm 730 wird auf der Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 abgeschieden.
Das Beispiel des Verfahrens wird detailliert beschrieben. Zunächst wird ein SiC-Einkristall durch eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik ausgebildet. Der SiC-Einkristall wird so gesägt, dass eine {1-100}-Ebene des SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche 50 freigelegt ist, und ein erster Impfkristall 1, der eine Dicke von 3 mm aufweist, wird auf die gleiche Weise wie die erste Ausführungsform ausgebildet. Ein erster Wachstumskristall 10 ist durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf dem ersten Impfkristall 1 unter Verwendung eines SiC-Rohmaterialpulvers auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet.
Dann wird, wie in den 9 und 10 gezeigt, ein zweiter Impfkristall 5 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass eine zweite Wachstumsfläche 55 eine {11-20}-Ebene ist, die eine Neigung von 90 Grad zu der ersten Wachstumsfläche und einer {0001}-Ebene des ersten Wachstumskristalls 10 aufweist. Dann wird ein SiC-Einkristall auf die zweite Wachstumsfläche 55 auf dieselbe Weise wie der erste gezüchtete Kristall 10 aufgewachsen, um einen zweiten gezüchteten Kristall 50 auszubilden. Der zweite gezüchtete Kristall 50 ist ausgebildet, um ungefähr die halbe Länge des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufzuweisen.
Dann wird, wie in den 10 und 11 gezeigt, ein dritter Impfkristall 6 aus dem zweiten gezüchteten Kristall 50 auf dieselbe Weise wie die ersten und der zweiten Impfkristalle 1, 5 ausgebildet, so dass eine dritte Wachstumsfläche 65 eine Neigung von y Grad zu der zweiten Wachstumsfläche 55 und eine Neigung von 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 50 aufweist. Dann wird ein SiC-Einkristall auf der dritten Wachstumsfläche 65 auf dieselbe Weise wie in den ersten und zweiten gezüchteten Kristallen 10, 50 ausgebildet, um einen dritten gezüchteten Kristall 60 auszubilden. Der Neigungswinkel y kann beliebig in einem Bereich zwischen 0 und 45 Grad bestimmt werden, und der Winkel y ist 0 Grad in der fünften Ausführungsform.
Nachfolgend wird, wie in den 8 und 11 gezeigt, ein SiC-Einkristallwafer 73 durch Sägen des dritten gezüchteten Kristalls 60 ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von z Grad zu einer {0001}-Ebene des dritten gezüchteten Kristalls 60 als eine Filmabscheidungsfläche 735 freigelegt wird. Dann wird ein Epitaxiefilm 730 auf der Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform abgeschieden, um einen SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm auszubilden. Der Offsetwinkel z ist 5 Grad in der fünften Ausführungsform.
Die Dichte der in dem Epitaxiefilm 730 des SiC-Wafers 4 enthaltenen Defekte wurde auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform gemessen. Es hat sich herausgestellt, dass der in der fünften Ausführungsform ausgebildete Epitaxiefilm 70 eine kleine Anzahl an Ätzgruben entsprechend der Versetzungen wie die des SiC-Wafers 4, der in der ersten Ausführungsform ausgebildet ist, aufweist. Gemäß dem Herstellungsverfahren der fünften Ausführungsform ist es auch möglich, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist.
Bei dem zweiten nachfolgenden Wachstumsschritt weist die dritte Wachstumsfläche 65 eine Neigung von 0 Grad zu der zweiten Wachstumsfläche 55 auf, das heißt, parallel zu der zweiten Wachstumsfläche 55, und weist eine Neigung von 90 Grad zu der {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 50 auf. Daher besteht keine Notwendigkeit, den zweiten Wachstumskristall 50 relativ lang zu machen, so dass es möglich ist, den dritten Impfkristall 6 in relativ kurzer Zeit und mit niedrigen Kosten herzustellen. Demzufolge ist es möglich, die Zeit und die Kosten für die Herstellung des SiC-Wafers 4 mit einem Epitaxiefilm zu verringern.
In dem Beispiel des Verfahrens wird der erste und der zweite Wachstumsschritt jeweils nur einmalig ausgeführt, d. h. N = 2 und α = 1. Allerdings können sie wiederholt ausgeführt werden. Wenn der erste nachfolgende Wachstumsschritt wiederholt ausgeführt wird, verringert sich die so genannte Versetzungsdichte in einem erhaltenen gezüchteten Kristall exponentiell, wie in dem nachfolgenden Wachstumsschritt der vierten Ausführungsform. Wenn die Versetzungsdichte bei dem ersten nachfolgenden Wachstumsschritt genug verringert wird, wird ein Impfkristall mit einer extrem niedrigen Versetzungsdichte unter Verwendung eines solch kleinen Winkels wie y bei dem zweiten nachfolgenden Wachstumsschritt erhalten.
Sechste Ausführungsform
In einer sechsten Ausführungsform wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm unter Verwendung einer {1-100}-Ebene als eine Filmabscheidungsfläche hergestellt. Ein zweiter gezüchteter Kristall 20 wird auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet. Ein SiC-Einkristallwafer 73, bei dem eine {1-100}-Ebene als eine Filmabscheidungsfläche 735 freigelegt ist, wird durch Sägen des zweiten gezüchteten Kristalls 20 auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform ausgebildet. Die Filmabscheidungsfläche 735 des zweiten SiC-Einkristallwafers 73 wird mit den Flächenbehandlungen wie in der vierten Ausführungsform behandelt. Ein SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm wird durch Abscheiden eines Epitaxiefilms 730 auf der Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 unter Verwendung des CVD-Verfahrens ausgebildet. Auch in der sechsten Ausführungsform ist es möglich, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist, bereitzustellen.
Siebte Ausführungsform
In einer siebten Ausführungsform wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm unter Verwendung einer {11-20}-Ebene als eine Filmabscheidungsfläche hergestellt. Ein zweiter gezüchteter Kristall 20 wird auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet. Ein SiC-Einkristallwafer 73, bei dem eine {11-20}-Ebene als eine Filmabscheidungsfläche 735 freigelegt ist, wird aus dem zweiten gezüchteten Kristall 20 durch Sägen auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform ausgebildet. Die Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 wird mit denselben Flächenbehandlungen wie die vierte Ausführungsform behandelt. Ein SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm wird durch Abscheiden eines Epitaxiefilms 730 auf der Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 unter Verwendung des CVD-Verfahrens ausgebildet. Auch in dieser Ausführungsform ist es möglich, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist.
Achte Ausführungsform
In einer achten Ausführungsform wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm unter Verwendung eines physikalischen Dampf-Epitaxieverfahrens (PVE) hergestellt. Ein SiC-Einkristallwafer 73 wird aus einem zweiten gezüchteten Kristall 20 ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 5 Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 als eine Filmabscheidungsfläche 735 auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform freigelegt wird. Die Filmabscheidungsfläche 735 wird mit denselben Flächenbehandlungen wie in der vierten Ausführungsform behandelt. Ein SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm wird durch Abscheiden eines Epitaxiefilms 730 auf die Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 unter Verwendung des PVE-Verfahrens ausgebildet.
Insbesondere sind der SiC-Einkristallwafer 73 und eine aus hochreinem polykristallinem SiC hergestellte Platte in einem mit TaC beschichteten Graphittiegel platziert, so dass sie sich gegenüberstehen, und der Tiegel wird in einer inerten Tiefdruckatmosphäre unter Verwendung von Ar-Gas mit 100 Pa-Atmosphärendruck auf ungefähr 1800°C erhitzt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Temperaturgradient von 5 bis 10°C/cm verwendet, so dass die Temperatur des SiC-Einkristallwafers 73 niedriger als die der aus hochreinem polykristallinem SiC hergestellten Platte ist. Auch in der achten Ausführungsform ist es möglich, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten enthält.
Neunte Ausführungsform
In einer neunten Ausführungsform wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm unter Verwendung des Flüssigphasenepitaxieverfahrens (LPE) hergestellt. Ein SiC-Einkristallwafer 73 wird aus einem zweiten gezüchteten Kristall 20 ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 5 Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 als eine Filmabscheidungsfläche 735 in derselben Weise wie in der vierten Ausführungsform freiliegt. Die Filmabscheidungsfläche 735 wird mit den gleichen Flächenbehandlungen wie die vierte Ausführungsform behandelt. Ein SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm wird durch Abscheiden eines Epitaxiefilms 730 auf der Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers 73 unter Verwendung des LPE-Verfahrens ausgebildet. Insbesondere ist der SiC-Einkristallwafer 73 am Boden des hochreinen Graphittiegels befestigt, der weniger als 1 ppm Verunreinigungen enthält. Dann wird hochreines Siliziumpulver, das weniger als 10 ppb Verunreinigungen enthält, in den Tiegel gepackt, und der Tiegel wird in einer inerten Hochdruckatmosphäre unter Verwendung von Ar-Gas mit 1,0 MPa Atmosphärendruck auf 1800°C erhitzt. Auch in der neunten Ausführungsform ist es möglich, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist.
Zehnte Ausführungsform
In einer zehnten Ausführungsform wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm, der Stickstoff in dem Epitaxiefilm als eine Störstelle enthält, hergestellt. Ein SiC-Einkristallwafer 73 wird aus einem zweiten gezüchteten Kristall 20 so ausgebildet, dass eine {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 als eine Filmabscheidungsfläche 735 auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform freigelegt ist. Die Filmabscheidungsfläche 735 wird mit denselben Flächenbehandlungen wie in der vierten Ausführungsform behandelt. Dann wird bei einem Filmabscheidungsschritt N₂-Gas mit einem Durchfluss von 0,5 ml/min (0,5 sccm) eingeleitet, wenn ein Epitaxiefilm 730 durch das CVD-Verfahren auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform abgeschieden wird. Auf diese Weise wird ein SiC-Wafer 4 mit dem Epitaxiefilm 730, der Stickstoff als Störstelle enthält, hergestellt. Die Konzentration der in dem Epitaxiefilm 730 enthaltenen Störstellen ist 1,5 × 10¹⁶/cm³ – 1 × 10¹⁸/cm³. Auch in der zehnten Ausführungsform ist es möglich, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist.
Elfte Ausführungsform
In einer elften Ausführungsform wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm, der Aluminium als Störstellen in dem Epitaxiefilm enthält, hergestellt. Ein SiC-Einkristallwafer 73 wird aus einem zweiten gezüchteten Kristall 20 so ausgebildet, dass eine {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 als eine Filmabscheidungsfläche 735 auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform freigelegt ist. Die Filmabscheidungsfläche 735 wird mit denselben Flächenbehandlungen wie in der vierten Ausführungsform behandelt. Dann wird in einem Filmabscheidungsschritt (CH₃)₃Al-Gas mit einem Durchfluss von 0,01 ml/min (0,01 sccm) zugeführt, wenn ein Epitaxiefilm 730 durch das CVD-Verfahren auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform abgeschieden wird. Die Konzentration der in dem Epitaxiefilm 730 enthaltenen Störstellen ist 1 × 10¹⁸/cm³ – 2 × 10¹⁸/cm³. Auf diese Weise wird ein SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm 730, der Aluminium als Störstelle enthält, hergestellt. Auch in der elften Ausführungsform ist es möglich, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist.
Zwölfte Ausführungsform
In einer zwölften Ausführungsform wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm, der Bor als Störstellen in dem Epitaxiefilm enthält, hergestellt. Ein SiC-Einkristallwafer 73 wird aus einem zweiten gezüchteten Kristall 20 ausgebildet, so dass eine {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 als eine Filmabscheidungsfläche 735 auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform freigelegt ist. Die Filmabscheidungsfläche 735 wird mit denselben Flächenbehandlungen wie in der vierten Ausführungsform behandelt. Dann wird bei einem Filmabscheidungsschritt B₂H₆-Gas mit einem Durchsatz von 0,001 ml/min (0,001 sccm) zugeführt, wenn ein Epitaxiefilm durch das CVD-Verfahren auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform abgeschieden wird. Die Konzentration der in dem Epitaxiefilm 730 enthaltenen Störstellen ist 2 × 10¹⁸/cm³ – 3 × 10¹⁸/cm³. Auf diese Weise wird ein SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm 730, der Bor als Störstelle enthält, hergestellt. Auch in dieser Ausführungsform ist es möglich, einen SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist.
Ausgestaltung
In einer Ausgestaltung, welche die ursprüngliche dreizehnte Ausführungsform ersetzt, wird eine Schottky-Diode unter Verwendung des SiC-Wafers 4 mit dem Epitaxiefilm 730 der vierten Ausführungsform hergestellt. Ein SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm 730 wird auf dieselbe Weise wie in der vierten Ausführungsform hergestellt. Dann wird eine Schottky- Diode unter Verwendung des SiC-Wafers 4 hergestellt. Insbesondere wird Ni durch Aufdampfen und thermisches Behandeln bei 900°C in Vakuumatmosphäre abgeschieden, um eine Elektrode mit ohmschen Kontakt auszubilden. Als Nächstes wird eine andere Elektrode durch Aufdampfen ausgebildet, um eine Schottky-Verbindung herzustellen. Die Strom-Spannungs-Kennlinien in Sperr- und Durchlassrichtung der Schottky-Diode werden gemessen. Die Ergebnisse sind in den 12 und 13 gezeigt. Die 12 und 13 zeigen die Strom-Spannungs-Kennlinie jeweils in Sperr- und Durchlassrichtung. Wie durch 12 gezeigt, ist der Sperrstrom I_R, der ein Leckstrom in der Sperrrichtung der Schottky-Diode ist, 10^–8 A/cm^–2 oder kleiner bei einer Sperrspannung V_R kleiner als 100 V. Andererseits steigt der Durchlassstrom I_F, wie in 13 gezeigt, steil an, das heißt, der Durchlasswiderstand ist extrem niedrig. Daher ermöglicht der SiC-Wafer 4 mit dem Epitaxiefilm 730 eine qualitativ hochwertige elektronische Vorrichtung bereitzustellen.
Vierzehnte Ausführungsform
Wie in den 14 bis 18 gezeigt, wird ein gereinigter SiC-Einkristall in einer vierzehnten Ausführungsform ausgebildet. Das Verfahren zur Herstellung des gereinigten SiC-Einkristalls enthält N-Wachstumsschritte und jeder Wachstumsschritt wird in einem n-Wachstumsschritt ausgedrückt, wobei n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist. In der vierzehnten Ausführungsform wird eine Neigungsrichtung einer Wachstumsfläche als die Richtung eines Vektors definiert, der durch Projizieren des Normalenvektors der Wachstumsfläche auf eine {0001}-Ebene eines gezüchteten Kristalls, von dem die Wachstumsfläche freigelegt ist, erzeugt wird.
Ein Beispiel des Verfahrens, bei dem N = 2, lautet wie folgt. Wie in 14 gezeigt, wird bei einem ersten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 1, ein erster Impfkristall 1 aus einem unbehandelten SiC-Einkristall ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von α Grad zu einer {0001}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls und eine erste Neigungsrichtung 153 parallel zu einer <11-20>-Richtung des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche 15 freigelegt ist, und ein erster gezüchteter Kristall 10 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche 15 ausgebildet wird, wie in 15 gezeigt.
Dann wird, wie in den 16 und 17 gezeigt, bei einem darauffolgenden Wachstumsschritt, d. h. bei n = 2, ein zweiter Impfkristall 2 aus dem ersten gezüchteten Kristall 10 ausgebildet, so dass eine zweite Wachstumsfläche 25 eine zweite Neigungsrichtung 253 aufweist, das heißt parallel zu einer <1-100>-Richtung, was die Richtung ist, die durch Rotieren der ersten Neigungsrichtung 153, parallel zu einer <11-20>-Richtung, um β Grad um eine <0001>-Richtung als Rotationsachse in dem ersten gezüchteten Kristall 10 ausgebildet wird, und eine Neigung von γ Grad zu einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Dann wird, wie in 18 gezeigt, der zweite gezüchtete Kristall 20 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die zweite Wachstumsfläche 25 des zweiten Impfkristalls 2 ausgebildet.
Das Beispiel des Verfahrens wird detailliert beschrieben. Zunächst wird ein unbehandelter SiC-Einkristall durch eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik ausgebildet. Wie in 14 gezeigt, wird der unbehandelte Einkristall so gesägt, dass eine Ebene mit einer Neigung von 60 Grad, d. h. α = 60, zu einer {0001}- Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls und eine erste Neigungsrichtung 153 parallel zu einer <11-20>-Richtung des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche 15 freigelegt ist. Die erste Wachstumsfläche 15 wird verarbeitet und poliert. Als Nächstes wird die erste Wachstumsfläche 15 chemisch gereinigt, um Fremdkörper zu entfernen, und aufgrund des Sägens und des Polierens im Prozess beschädigte Schichten werden durch RIE und opfernde Oxidation beseitigt, um einen ersten Impfkristall mit einer Dicke von 2 mm herzustellen.
Nachfolgend wird ein erster gezüchteter Kristall 10 durch eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet. Wie in 15 gezeigt, gibt es in dem ersten Wachstumskristall 10 viele Versetzungen 105, wobei jede davon einen Burgers-Vektor parallel oder senkrecht zu einer <0001>-Richtung des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Die Versetzungen 105 werden durch die auf der ersten Wachstumsfläche 15 des ersten Impfkristalls 1 freigelegten Defekte erzeugt. Fast alle Versetzungen 105 sind parallel zu der ersten Neigungsrichtung 153.
Dann wird, wie in den 16 und 17 gezeigt, der zweite Impfkristall 2 auf dieselbe Weise wie der erste Impfkristall 1 ausgebildet, so dass eine zweite Wachstumsfläche 25 eine zweite Neigungsrichtung 253 aufweist, die parallel zu einer <1-100>-Richtung ist, was eine Richtung ist, die durch Rotieren der ersten Neigungsrichtung 153 parallel zu einer <11-20>-Richtung um 90 Grad, d. h. β = 90, um die <0001>-Richtung als Rotationsachse in dem ersten gezüchteten Kristall 10 definiert ist, und eine Neigung von 60 Grad, d. h. γ = 60, zu einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Der zweite Impfkristall 2 wird verarbeitet, um ein Impfkristall von 2 mm aufzuweisen.
Nachfolgend wird ein zweiter gezüchteter Kristall 20 durch eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet. Der zweite Wachstumskristall 20 wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 25 ausgebildet, auf der eine relativ kleine Anzahl an Defekten freigelegt ist. Daher enthält auch der zweite gezüchtete Kristall 20 eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten. Die Dichte der Defekte, die in dem SiC-Einkristall enthalten sind, der durch das Beispiel des Verfahrens ausgebildet ist, wurde gemessen. Ein aus dem SiC-Einkristall hergestelltes c-Ebene-Substrat wurde mit geschmolzenem KOH geätzt, und die Anzahl der durch das Ätzen erzeugten Ätzgruben wurde gezählt. Es hat sich herausgestellt, dass die Anzahl der Gruben entsprechend der Versetzungen 5 × 10² bis 1 × 10³/cm² war.
Bei dem ersten Wachstumsschritt des Beispiels des Verfahrens wird der erste Impfkristall 1 so ausgebildet, dass eine Ebene mit einer Neigung von 60 Grad zu einer {0001}-Ebene als die erste Wachstumsfläche 15 freigelegt ist, und der erste gezüchtete Kristall 10 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche 15 des ersten Impfkristalls 1 ausgebildet ist. Daher existieren in dem ersten gezüchteten Kristall 10 viele Versetzungen 105, die von der ersten Wachstumsfläche 15 vererbt werden. Allerdings ist es möglich, die meisten Versetzungen 105 so zu orientieren, dass sie parallel zu der ersten Neigungsrichtung 153 sind, was die Richtung des Vektors ist, der durch Projizieren des Normalenvektors 151 der ersten Wachstumsfläche 15 auf die {0001}-Ebene definiert ist.
Bei dem zweiten Wachstumsschritt wird der zweite Impfkristall 2 auf dieselbe Weise wie der erste Impfkristall 1 ausgebildet, so dass die zweite Wachstumsfläche 25 die zweite Neigungsrichtung 253 aufweist und eine Neigung von 60 Grad zu der {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Daher wird eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen 105 auf der zweiten Wachstumsfläche 25 freigelegt, wenn die zweite Wachstumsfläche 25 des ersten gezüchteten Kristalls 10 freigelegt ist. Wie oben beschrieben ist der Grund, dass die meisten Versetzungen 105 in dem ersten gezüchteten Kristall 10 parallel zu der ersten Neigungsrichtung 153 sind, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Versetzungen 105 auf der zweiten Wachstumsfläche 25 freigelegt sind, verringert ist.
Der zweite Wachstumskristall 20 ist als ein letzter SiC-Einkristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 25 des zweiten Impfkristalls 2 ausgebildet, wie in 18 gezeigt. Wie oben beschrieben, ist eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten auf der zweiten Wachstumsfläche 25 freigelegt, so dass der zweite gezüchtete Kristall 20 eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen und Defekten aufweist.
In dem Beispiel des Verfahrens werden Fremdkörper und im Prozess beschädigte Schichten beseitigt, bevor jeder SiC-Einkristall auf der ersten Wachstumsfläche 15 und der zweiten Wachstumsfläche 25 ausgebildet wird. Daher ist es möglich zu verhindern, dass die anderenfalls durch die Fremdkörper und die im Prozess beschädigten Schichten verursachten Versetzungen in jedem gezüchteten Kristall 10, 20 erzeugt werden. Jeder Impfkristall 1, 2 hat eine Dicke von 1 mm oder größer.
Daher ist es möglich zu verhindern, dass die Versetzungen und Defekte, die in den gezüchteten Kristallen 10, 20 aufgrund des durch die Differenz der thermischen Expansion zwischen dem Impfkristall 1, 2 und einer Abdeckung 85 erzeugt werden, die die Impfkristalle 1, 2 berührt, wie in 5 gezeigt, wenn die gezüchteten Kristalle 10, 20 durch die Sublimation-Wiederausfällungstechnik ausgebildet werden.
Entsprechend der vierzehnten Ausführungsform ist es möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Einkristall, der eine relativ kleine Anzahl an Defekten und Versetzungen enthält, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Einkristalls bereitzustellen.
Fünfzehnte Ausführungsform
Eine fünfzehnte Ausführungsform gleicht dem Beispiel des Verfahrens der vierzehnten Ausführungsform mit Ausnahme davon, dass ein SiC-Einkristall mit dem Neigungswinkel γ hergestellt wird, der bei dem zweiten Wachstumsschritt der vierzehnten Ausführungsform von 60 Grad auf 90 Grad verändert wird. Zunächst wird ein unbehandelter SiC-Einkristall auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform vorbereitet. Ein erster Impfkristall 1, der eine Dicke von 2 mm aufweist, wird aus dem unbehandelten SiC-Einkristall auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform ausgebildet. Ein erster gezüchteter Kristall 10 wird auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform ausgebildet.
Dann wird, wie in den 16 und 17 gezeigt, ein zweiter Impfkristall 2 auf dieselbe Weise wie der erste Impfkristall 1 ausgebildet, so dass eine zweite Wachstumsfläche 25 eine zweite Neigungsrichtung 253 aufweist, die parallel zu einer <1-100>-Richtung verläuft, was die Richtung ist, die durch Rotieren einer ersten Neigungsrichtung 153 parallel zu einer <11-20>-Richtung um 90 Grad um eine <0001>-Richtung als Rotationsachse in dem ersten gezüchteten Kristall 10 definiert ist, und eine Neigung von 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Dann wird ein zweiter gezüchteter Kristall 20 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 25 des zweiten Impfkristalls 2 ausgebildet, wie in 18 gezeigt. Auch in der fünfzehnten Ausführungsform wird ein qualitativ hochwertiger SiC-Einkristall mit einer relativ kleinen Anzahl an Defekten und Versetzungen bereitgestellt.
Sechzehnte Ausführungsform
Eine sechzehnte Ausführungsform gleicht dem Beispiel des Verfahrens der vierzehnten Ausführungsform mit Ausnahme davon, dass ein gereinigter SiC-Einkristall mit den Neigungswinkeln α und γ hergestellt wird, die jeweils bei dem ersten und zweiten Wachstumsschritt der vierzehnten Ausführungsform von 60 Grad auf 90 Grad verändert werden. Zunächst wird ein unbehandelter SiC-Einkristall auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform bereitgestellt. Dann wird der unbehandelte SiC-Einkristall so gesägt, dass eine Ebene mit einer Neigung von 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls und ein erster Neigungswinkel 153 parallel zu einer <11-20>-Richtung des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche 15 freigelegt ist. Die erste Wachstumsfläche 15 wird verarbeitet und poliert. Als Nächstes wird auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform die erste Wachstumsfläche 15 chemisch gereinigt, um Fremdkörper zu entfernen, und die aufgrund des Sägens und Polierens im Prozess beschädigten Schichten werden durch RIE und opfernde Oxidation beseitigt, um den ersten Impfkristall herzustellen, der eine Dicke von 2 mm aufweist. Dann wird ein erster gezüchteter Kristall 10 auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform ausgebildet.
Dann wird, wie in den 16 und 17 gezeigt, ein zweiter Impfkristall 2 auf dieselbe Weise wie der erste Impfkristall 1 ausgebildet, so dass eine zweite Wachstumsfläche 25 eine zweite Neigungsrichtung 253 aufweist, die parallel zu einer <1-100>-Richtung verläuft, was die Richtung ist, die durch Rotieren eines ersten Neigungswinkels 153 parallel zu einer <11-20>-Richtung um 90 Grad um eine <0001>-Richtung als Rotationsachse in dem ersten gezüchteten Kristall 10 definiert ist, und eine Neigung von 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Dann wird ein zweiter gezüchteter Kristall 20 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 25 des zweiten Impfkristalls 2 ausgebildet, wie in 18 gezeigt. Auch in der sechzehnten Ausführungsform wird ein qualitativ hochwertiger SiC-Einkristall mit einer relativ kleinen Anzahl an Defekten und Versetzungen bereitgestellt.
Siebzehnte Ausführungsform
Eine siebzehnte Ausführungsform gleicht dem Beispiel des Verfahrens der vierzehnten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass ein letzter SiC-Einkristall durch viermaliges Wiederholen des Wachstumsschrittes hergestellt wird, d. h. N = 4. Zunächst wird ein unbehandelter SiC-Einkristall auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform bereitgestellt. Dann wird ein erster Impfkristall 1 aus dem unbehandelten SiC-Einkristall auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des nicht behandelten SiC-Einkristalls und eine erste Neigungsrichtung 153, parallel zu einer <11-20>-Richtung des unbehandelten SiC-Einkristalls, als eine erste Wachstumsfläche 15 freigelegt ist. Ein erster gezüchteter Kristall 10 wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche 15 des ersten Impfkristalls 1 ausgebildet.
Dann wird bei einem zweiten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 2, ein zweiter Impfkristall 2 aus einem ersten gezüchteten Kristall 10 auf dieselbe Weise wie in der vierzehnten Ausführungsform ausgebildet, so dass eine zweite Wachstumsfläche 25 eine zweite Neigungsrichtung 253 aufweist, die parallel zu einer <1-100>-Richtung ist, was die Richtung ist, die durch Rotieren der ersten Neigungsrichtung 153, parallel zu einer <11-20>-Richtung, um 90 Grad um eine <0001>-Richtung als die Rotationsachse in dem ersten gezüchteten Kristall 10 definiert ist, und eine Neigung von 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des ersten gezüchteten Kristalls 10 aufweist. Dann wird durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der zweiten Wachstumsfläche 25 des zweiten Impfkristalls 2 ein zweiter gezüchteter Kristall 20 ausgebildet.
Dann wird bei einem dritten Wachstumsschritt, d. h. bei n = 3, ein dritter Impfkristall, der eine Dicke von 2 mm aufweist, auf dieselbe Weise wie der zweite Impfkristall 2 so ausgebildet, dass eine dritte Wachstumsfläche eine dritte Neigungsrichtung aufweist, die parallel zu einer <11-20>-Richtung verläuft, was die Richtung ist, die durch Rotieren der zweiten Neigungsrichtung 253 parallel zu einer <1-100>-Richtung um 90 Grad um eine <0001>-Richtung als Rotationsachse in dem zweiten gezüchteten Kristall 20 definiert ist, und eine Neigung von 3 Grad zu einer {0001}-Ebene des zweiten gezüchteten Kristalls 20 aufweist. Dann wird ein dritter gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der dritten Wachstumsfläche des dritten Impfkristalls auf dieselbe Weise wie die ersten und zweiten gezüchteten Kristalle ausgebildet. Der dritte gezüchtete Kristall enthält eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Versetzungen und so weiter.
Dann wird bei dem viertem Wachstumsschritt, d. h. bei n = 4, ein vierter Impfkristall, der eine Dicke von 2 mm aufweist, auf dieselbe Weise wie der dritte Impfkristall ausgebildet, so dass eine vierte Wachstumsfläche eine vierte Neigungsrichtung aufweist, die parallel zu einer <1-100>-Richtung ist, was die Richtung ist, die durch Rotieren der dritten Neigungsrichtung, parallel zu einer <11-20>-Richtung, um 90 Grad um eine <0001>-Richtung als die Rotationsachse in dem dritten gezüchteten Kristall definiert ist, und eine Neigung von 3 Grad zu einer {0001}-Ebene des dritten gezüchteten Kristalls aufweist. Dann wird ein vierter gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der vierten Wachstumsfläche des vierten Impfkristalls auf dieselbe Weise wie der erste, zweite und dritte Impfkristall ausgebildet. Der vierte gezüchtete Kristall enthält eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Versetzungen und so weiter.
Achtzehnte Ausführungsform
In einer achtzehnten Ausführungsform wird ein SiC-Wafer mit einem Epitaxiefilm unter Verwendung eines SiC-Einkristalls gemäß der sechzehnten Ausführungsform hergestellt.
Als erstes wird ein qualitativ hochwertiger SiC-Einkristall 20, der gemäß der sechzehnten Ausführungsform bereitgestellt ist, vorbereitet. Drei Typen von SiC-Einkristallwafern werden aus dem SiC-Einkristall 20 ausgebildet. Die Wafer weisen jeweils eine Fläche mit einer Neigung von 5 Grad zu einer {0001}-Ebene in eine <11-20>-Richtung, eine Fläche parallel zu einer {1-100}-Ebene und eine Fläche parallel zu einer {11-20}-Ebene als eine freigelegte Filmabscheidungsfläche 735 auf. Die freigelegte Filmabscheidungsfläche 735 des SiC-Einkristallwafers wird mit Flächenbehandlungen, wie Verarbeitung, Polieren, chemische Reinigung, RIE und opfernde Oxidation auf die gleiche Weise wie der erste Impfkristall der vierzehnten Ausführungsform behandelt.
Wie in 8 gezeigt, wird der SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm durch Abscheiden eines Epitaxiefilms 730 auf die Filmabscheidungsfläche 735 unter Verwendung des CVD-Verfahrens ausgebildet. Insbesondere wird die Abscheidung ausgeführt, während SiH₄-Gas und C₃H₈-Gas, welche Ausgangsgase sind, und H₂-Gas, das ein Trägergas ist, jeweils in ein Reaktionsgefäß mit 5 ml/min, 5 ml/min und 10 l/min eingeleitet werden, und während die Temperatur des die SiC-Wafer haltenden Suszeptors und der Atmosphärendruck jeweils auf 1550°C und 10 kPa gehalten werden. Die Dichte an Defekten, wie zum Beispiel Mikroröhrenfehlern, Versetzungen und Einschließung ist relativ klein in dem Epitaxiefilm 730, so dass ein qualitativ hochwertiger SiC-Wafer 4 mit einem Epitaxiefilm bereitgestellt werden kann.
In dem Verfahren der vierzehnten Ausführungsform wird bei dem ersten Wachstumsschritt, d. h. n = 1, der erste Impfkristall 1 ausgebildet, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene als die erste Wachstumsfläche 15 freigelegt ist und der erste gezüchtete Kristall 10 durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche 15 ausgebildet ist. Daher existieren in dem ersten gezüchteten Kristall 10 viele Versetzungen. Der Ursprung der Versetzungen sind hauptsächlich Defekte, die sich auf der ersten Wachstumsfläche 15 zeigen. Allerdings ist es bei dem ersten Wachstumsschritt möglich, die Richtungen der meisten Versetzungen so zu orientieren, dass sie parallel zu der ersten Neigungsrichtung 151 sind.
Dann wird bei dem nachfolgenden Wachstumsschritt, d. h. n = 2, 3, ... oder N, ein n-Impfkristall aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall ausgebildet, so dass eine n-Wachstumsfläche eine n-Neigungsrichtung hat, die die Richtung zeigt, die durch Rotieren einer (n – 1)-Neigungsrichtung um 30 bis 150 Grad um eine <0001>-Richtung als die Rotationsachse beschrieben ist, und so dass die n-Wachstumsfläche eine Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene aufweist. Dann wird ein n-gezüchteter Kristall durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die n-Wachstumsfläche des n-Impfkristalls ausgebildet. Daher werden die Versetzungen, die in dem (n – 1)-gezüchteten Kristall existieren, kaum auf der n-Wachstumsfläche freigelegt. Der Grund ist, dass die meisten Versetzungen in dem (n – 1)-gezüchteten Kristall parallel zu der (n – 1)-Neigungsrichtung sind, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass die Versetzungen auf der n-Wachstumsfläche freigelegt sind, verringert ist. Somit vererbt der n-gezüchtete Kristall eine relativ kleine Anzahl an Versetzungen von der n-Wachstumsfläche, das heißt, eine relativ kleine Anzahl an Defekten existiert in dem n-gezüchteten Kristall. Der nachfolgende Wachstumsschritt kann lediglich einmal ausgeführt oder wiederholt werden, d. h. N = 2. Wie in der siebzehnten Ausführungsform verringert sich, wenn die Anzahl der nachfolgenden Wachstumsschritte erhöht ist, die so genannte Versetzungsdichte eines erhaltenen gezüchteten Kristalls exponentiell.
Entsprechend dem Verfahren der vierzehnten Ausführungsform ist es möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Einkristall bereitzustellen, der eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Einkristalls bereitzustellen. Darüber hinaus ist es gemäß der achtzehnten Ausführungsform möglich, einen qualitativ hochwertigen SiC-Wafer bereitzustellen, der einen Epitaxiefilm aufweist, der eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Wafers bereitzustellen.
Wie oben beschrieben, enthält der SiC-Einkristall, der unter Verwendung des Verfahrens der vierzehnten Ausführungsform hergestellt ist, eine relativ kleine Anzahl an Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Stapelfehlern. Daher wird eine relativ kleine Anzahl an Defekten und Versetzungen auf der Filmabscheidungsfläche eines SiC-Einkristallwafers, der aus dem SiC-Einkristall ausgebildet ist, freigelegt, so dass der Epitaxiefilm, der auf dem SiC-Einkristallwafer ausgebildet ist, ebenso eine relativ kleine Anzahl an Defekten und Versetzungen aufweist. Daher ist eine elektronische Vorrichtung aus SiC, in der ein SiC-Wafer mit einem SiC-Einkristallwafer und dem Epitaxiefilm verwendet wird, dahingehend ausgezeichnet, dass der Durchlasswiderstand relativ niedrig ist und der Leckstrom relativ klein ist.
Bei dem Verfahren der vierzehnten Ausführungsform weist die erste Wachstumsfläche 15 eine Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene bei dem ersten Wachstumsschritt auf. Wenn die Neigung kleiner als 1 Grad ist, ist die Neigung so klein, dass der erste gezüchtete Kristall im Wesentlichen ein so genannter c-Ebenen-gewachsener Kristall wird, und Mikroröhrenfehler, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen, Stapelfehler und so weiter in dichter Weise erzeugt werden. Außerdem zeigt die n-Neigungsrichtung die Richtung, die durch Rotieren der (n – 1)-Neigungsrichtung um 30 bis 150 Grad um eine <0001>-Richtung als Rotationsachse bei dem nachfolgenden Wachstumsschritt definiert ist. Wenn der Rotationswinkel kleiner als 30 Grad ist, wird die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Versetzungen, die in dem (n – 1)-gezüchteten Kristall enthalten sind, auf der n-Wachstumsfläche zeigen, so hoch, dass die in dem n-gezüchteten Kristall enthaltenen Versetzungen kaum verringert werden, selbst wenn der nachfolgende Wachstumsschritt wiederholt ausgeführt wird. Daher ist der Rotationswinkel weiter vorzugsweise 60 Grad oder größer. Dasselbe passiert in dem Fall, dass der Rotationswinkel größer als 135 Grad ist, so dass der Rotationswinkel weiter vorzugsweise 120 Grad oder kleiner ist.
Ferner wird in dem Verfahren der vierzehnten Ausführungsform bevorzugt, dass die n-Neigungsrichtung in die Richtung zeigt, die durch Rotieren der (n – 1)-Neigungsrichtung um 90 Grad um eine <0001>-Richtung als die Rotationsachse bei einem oder mehreren nachfolgenden Wachstumsschritt definiert ist. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Versetzungen, die in dem (n – 1)-gezüchteten Kristall enthalten sind, auf der n-Wachstumsfläche freigelegt sind, so klein, dass die Anzahl der Versetzungen und Defekte, die in dem n-gezüchteten Kristall erzeugt werden, verringert ist, und wenn die Anzahl der nachfolgenden Wachstumsschritte erhöht wird, verringert sich die Versetzungsdichte des gezüchteten Kristalls.
Wie in der vierzehnten bis achtzehnten Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass Fremdkörper, die an jeder Wachstumsfläche 15, 25 und der Filmabscheidungsfläche 735 kleben, und im Prozess beschädigte Schichten, die in den Flächen 15, 25, 735 angesiedelt sind, beseitigt werden, bevor jeder SiC-Einkristall auf den Flächen 15, 25, 735 ausgebildet wird. Auf diese Weise ist es möglich zu verhindern, dass Versetzungen in jedem gezüchteten Kristall 10, 20 und einem Epitaxiefilm 730 durch Fremdkörper und im Prozess beschädigte Schichten erzeugt werden.
Bei dem Verfahren der vierzehnten Ausführungsform ist es vorzuziehen, dass die n-Wachstumsfläche bei n = 1, 2, ..., oder N eine Neigung von kleiner als 70 Grad zu einer {0001}-Ebene aufweist. Auf diese Weise besteht keine Notwendigkeit, einen langen Kristall zu ziehen, so dass die Kosten verringert werden können. Darüber hinaus wird bevorzugt, dass die n-Wachstumsfläche bei n = 1, 2, ..., oder N eine Neigung von 10 Grad oder größer zu der {0001}-Ebene aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, noch wirkungsvoller Lochdefekte, wie Mikroröhrenfehler, Schraubenversetzungen und Stufenversetzungen zu verringern. Wenn die Neigung kleiner als 10 Grad ist, können die Lochdefekte dicht erzeugt werden. Darüber hinaus ist bevorzugt, dass die N-Wachstumsfläche bei n = N eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu der {0001}-Ebene aufweist. Auf diese Weise wird der letzte SiC-Einkristall im Wesentlichen in die Richtung des Wachstums auf einer c-Ebene aufgewachsen, und wird ein so genannter c-Ebene-Wachstumskristall, der heutzutage viel zur Herstellung von elektronischen Vorrichtungen aus SiC verwendet wird. Daher ist es möglich, den SiC-Einkristall bei der Herstellung von elek tronischen Vorrichtungen aus SiC vorteilhaft einzusetzen.
Bei dem Verfahren der vierzehnten Ausführungsform wird bevorzugt, dass eine n-Wachstumsfläche eine Neigung zwischen 60 und 90 Grad zu einer {0001}-Ebene bei mindestens einem Wachstumsschritt mit Ausnahme eines N-Wachstumsschritts aufweist, bei dem n = N. Auf diese Weise ist es möglich, wirkungsvoll die Versetzungen in dem Kristall zu verringern. Im Allgemeinen neigen in einem Fall, dass ein Kristall auf eine Wachstumsfläche aufgewachsen wird, die eine Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene aufweist, die Richtungen der Versetzungen, die in einem gezüchteten Kristall erzeugt werden, dazu im Wesentlichen parallel zu der Richtung der Neigung zu werden. Wenn die Neigung einer Wachstumsfläche größer als 60 Grad zu einer {0001}-Ebene ist, werden fast alle Versetzungen im Wesentlichen in die Richtung der Neigung orientiert. Daher ist es durch Einstellen der Neigung einer Wachstumsfläche zwischen 60 und 90 Grad zu einer {0001}-Ebene möglich, fast alle Versetzungen im Wesentlichen in die Richtung der Neigung zu orientieren, und es wird einfacher zu verhindern, dass die Versetzungen auf der Wachstumsfläche eines Impfkristalls freigelegt werden, der bei dem nächsten Schritt ausgebildet wird. Im Gegensatz werden in dem Fall, dass die Neigung einer Wachstumsfläche kleiner als 60 Grad zu einer {0001}-Ebene ist, Versetzungen, die nicht parallel zu der Richtung der Neigung verlaufen, auf der Wachstumsfläche des bei dem nächsten Schritt ausgebildeten Impfkristalls freigelegt, und Versetzungen und Defekte können in einem gezüchteten Kristall erzeugt werden.
Der Wachstumsschritt, bei dem eine Wachstumsfläche eine Neigung zwischen 60 und 90 Grad zu einer {0001}- Ebene aufweist, kann wiederholt ausgeführt werden. Wenn allerdings erst einmal Versetzungen in einem Kristall ausreichend verringert sind, wird eine große Neigung bei einem späteren Wachstumsschritt nicht benötigt, und es ist möglich, einen qualitativ ausreichenden Kristall mit exzellenter Reproduzierbarkeit unter Verwendung einer Neigung von zum Beispiel 1 bis 20 Grad herzustellen. Wenn außerdem die Neigung einer Wachstumsfläche klein ist, besteht keine Notwendigkeit, einen langen Kristall bei dem entsprechenden Wachstumsschritt zu züchten, und die Herstellungskosten können verringert werden.
In dem Verfahren der vierzehnten Ausführungsform wird bevorzugt, dass eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik für das Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf jeden Impfkristall verwendet wird. Auf diese Weise wird eine ausreichende Wachstumshöhe erreicht, so dass ein SiC-Einkristall mit einem großen Durchmesser hergestellt werden kann, und ein qualitativ hochwertiger SiC-Einkristall mit überragender Reproduzierbarkeit und Effektivität hergestellt werden kann. Das Verfahren, das für das Aufwachsen des SiC-Einkristalls in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist nicht auf die Sublimation-Wiederausfällungstechnik beschränkt. Jedes andere Verfahren, das einen Einkristallingot mit ausreichender Wachstumshöhe züchten kann, kann verwendet werden. Zum Beispiel kann ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren bei einem Temperaturbereich größer als 2000°C verwendet werden, wie in Mater. Sci. Eng. B Vol. 61–62 (1999) 113–120 offengelegt.
Bei dem Verfahren der vierzehnten Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Dicke jedes Impfkristalls 1 mm oder größer ist. Auf diese Weise ist es möglich, Versetzungen und Defekte, die in einem gezüchteten Kristall durch die Spannung aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnung zwischen dem Impfkristall und dem Werkzeug, das den Impfkristall hält, zu verhindern. Das heißt, es ist möglich, die Beanspruchung daran zu hindern, die den Impfkristall bildenden Gitter zu versetzen, und Versetzungen und Defekte in einem gezüchteten Kristall durch ausreichendes Verdicken des Impfkristalls zu verhindern. Darüber hinaus muss insbesondere in dem Fall, dass die Wachstumsfläche eines Impfkristalls einen Bereich A größer als 500 mm² aufweist, der Impfkristall viel dicker als 1 mm sein. Die in dem obigen Fall benötigte Minimaldicke t_impf wird durch die Gleichung t_impf = A^1/2 × 2/π bereitgestellt. In der Gleichung ist das Symbol π die Kreiskonstante.
In der achtzehnten Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Filmabscheidungsfläche 735 eine Fläche ist, die eine Neigung von 0,2 bis 20 Grad zu einer {0001}-Ebene aufweist, eine Fläche, die eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene aufweist und eine Fläche, die eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die Erzeugung von Mikroröhrenfehlern, Schraubenversetzungen und Stufenversetzungen in dem Epitaxiefilm 730 zu unterdrücken. In dem Fall, dass die Filmabscheidungsfläche 735 eine Fläche wäre, die eine Neigung kleiner als 0,2 Grad von einer {0001}-Ebene aufweist, kann die Abscheidung des Epitaxiefilms 730 schwierig werden.
In dem Fall, dass ein SiC-Wafer 4, mit dem Epitaxiefilm 730 entweder unter Verwendung einer Fläche, die eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene oder einer Fläche, die eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {10-20}-Ebene als die Filmabscheidungsfläche 735 aufweist, weist eine Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistorvorrichtung (MOSFET), die unter Verwendung des SiC-Wafers 4 mit dem Epitaxiefilm 730 hergestellt wird, eine außerordentlich verringerte Anzahl an Grenzschichtniveaus bei der Grenzschicht zwischen dem Oxid und dem SiC-Einkristall des SiC-Wafers 4 auf, so dass der SiC-Wafer zur Herstellung von MOSFET-Vorrichtungen vorteilhaft ist.
In der achtzehnten Ausführungsform wird ein Verfahren CVC, PVD oder LPE zur Abscheidung des Epitaxiefilms 730 verwendet. Daher ist es möglich, einfach die Dicke und die Störstellenkonzentration des Epitaxiefilms 730 zu steuern. Die Dicke und die Störstellenkonzentration sind wichtige Auslegungsparameter bei der Herstellung von Vorrichtungen, die den SiC-Wafer 4 verwenden.
Darüber hinaus ist es möglich, dem Epitaxiefilm 730 zu erlauben, Störstellen mit einer Konzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10²⁰/cm³ zu enthalten. In diesem Fall wirken die Störstellen als Donator oder Akzeptor, und der SiC-Wafer 4 mit dem Epitaxiefilm 730 kann für eine Halbleitervorrichtung und so weiter verwendet werden. In dem Fall, dass die Konzentration der Störstellen kleiner als 1 × 10¹³/cm³ ist, sind die Störstellen nicht in der Lage, ausreichend Träger zuzuführen, so dass die Vorrichtungscharakteristiken der Vorrichtungen, die den SiC-Wafer 4 verwenden, inakzeptabel werden können. Wenn andererseits die Konzentration der Störstelle höher als 1 × 10²⁰/cm³ ist, verdichten sich die Störstellen, und als Ergebnis können Versetzungen und Stapelfehler in dem Epitaxiefilm 730 erzeugt werden.
In der achtzehnten Ausführungsform kann die Störstelle ein Element oder mehrere der Elemente Stickstoff, Bor und Aluminium sein. In diesem Fall ist es möglich, den Epitaxiefilm 730 einen p-Typ- oder einen n-Typ-Halbleiter werden zu lassen, so dass der SiC-Wafer 4 mit dem Epitaxiefilm 730 für eine Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel eine Diode oder einen Transistor, verwendet werden kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30), wobei das Verfahren N-Wachstumsschritte enthält, N eine natürliche Zahl größer oder gleich 3 ist, jeder Wachstumsschritt als n-Wachstumsschritt ausgedrückt ist, n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist, und das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden eines ersten Impfkristalls (1) aus einem unbearbeiteten SiC-Einkristall, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene des unbearbeiteten SiC-Einkristalls oder Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche (15) bei einem ersten Wachstumsschritt freigelegt wird, wobei n = 1 gilt; Ausbilden eines ersten gezüchteten Kristalls (10) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche (15) bei dem ersten Wachstumsschritt; Ausbilden eines n-Impfkristalls (2) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10), so dass eine n-Wachstumsfläche (25) eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche (15) und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) bei einem Zwischenwachstumsschritt aufweist, wobei n = 2, 3, ..., oder (N – 1) gilt; Ausbilden eines n-gezüchteten Kristalls (20) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der n-Wachstumsfläche (25) bei dem Zwischenwachstumsschritt; Ausbilden eines letzten Impfkristalls (3) aus einem (N – 1)-gezüchteten Kristall (20), so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene des (N – 1)-gezüchteten Kristalls (20) als letzte Wachstumsfläche (35) bei einem letzten Wachstumsschritt freigelegt wird, wobei n = N gilt; und Ausbilden eines letzten SiC-Einkristalls (30) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der letzten Wachstumsfläche (35) bei dem letzten Wachstumsschritt.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: Ausbilden eines Duplikationsimpfkristalls durch Sägen des letzten SiC-Einkristalls, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene des letzten SiC-Einkristalls als eine Duplikationswachstumsfläche freigelegt wird; und Ausbilden eines duplizierten SiC-Einkristalls durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der Duplikationswachstumsfläche.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schritt des Ausbildens eines n-Impfkristalls (2) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10), so dass eine n-Wachstumsfläche (25) eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) bei einem Zwischenwachstumsschritt aufweist, bei dem n = 2, 3, ... oder (N – 2).
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Schritt des Ätzens jeder Fläche (15, 25) der Impfkristalle (1, 2) unter Verwendung einer thermischen Ätzung oder eines Ätzgases, bevor jeder SiC-Einkristall bei dem ersten Wachstumsschritt und dem Zwischenwachstumsschritt gezüchtet wird, wobei das thermische Ätzen bei jeder Wachstumstemperatur der gezüchteten Kristalle (10, 20) oder bei einer Temperatur innerhalb ±400°C von jeder Wachstumstemperatur ausgeführt wird, wobei das Ätzen unter Verwendung des Ätzgases durch Zuführen eines Ätzgases in jeden Behälter ausgeführt wird, der für das Aufwachsen der gezüchteten Kristalle (10, 20) verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik zum Aufwachsen einer der SiC-Einkristalle auf der entsprechenden Wachstumsfläche (15, 25, 35) verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine chemische Dampfabscheidung unter Verwendung eines Ausgangsgases, das Silizium und Kohlenstoff enthält, zum Aufwachsen einer der SiC-Einkristalle auf der entsprechenden Wachstumsfläche (15, 25, 35) verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der letzte SiC-Einkristall (30) so ausgebildet wird, dass er eine Länge größer als 50 mm in eine Wachstumsrichtung des SiC-Einkristalls aufweist, der auf der letzten Wachstumsfläche aufgewachsen wird (35).
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Impfkristalle (1, 2, 3) so ausgebildet wird, dass er eine Dicke von 1 mm oder größer aufweist.
Gereinigter SiC-Einkristall (30), hergestellt nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 8.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Impfkristalls (3), wobei das Verfahren (N – 1) Wachs tumsschritte enthält, N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist, jeder Wachstumsschritt als ein n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis (N – 1) ist, und das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden eines ersten Impfkristalls (1) aus einem unbehandelten SiC-Einkristall, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls oder eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche (15) bei einem ersten Wachstumsschritt freigelegt wird, wobei n = 1 gilt; Ausbilden eines ersten gezüchteten Kristalls (10) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche (15) bei dem ersten Wachstumsschritt; Ausbilden eines n-Impfkristalls (2) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10), so dass eine n-Wachstumsfläche (25) eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche (15) und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) bei einem Zwischenwachstumsschritt aufweist, wobei n = 2, 3, ... oder (N – 1) gilt; Ausbilden eines n-gezüchteten Kristalls (20) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die n-Wachstumsfläche (25) bei dem Zwischenwachstumsschritt; Ausbilden eines letzten Impfkristalls (3), so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {0001}-Ebene eines (N – 1)-gezüchteten Kristalls (20) als eine letzte Wachstumsfläche (35) freigelegt wird.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Impfkristalls (3) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Schritt des Ätzens jeder Fläche (15, 25) der Impfkristalle (1, 2) unter Verwendung von thermischem Ätzen oder einem Ätzgas, bevor jeder SiC-Einkri stall bei dem ersten Wachstumsschritt und dem Zwischenwachstumsschritt aufgewachsen wird, wobei das thermische Ätzen bei jeder Wachstumstemperatur der gezüchteten Kristalle (10, 20) oder einer Temperatur innerhalb von ±400°C von jeder Wachstumstemperatur ausgeführt wird, wobei das Ätzen unter Verwendung des Ätzgases durch Zuführen eines Ätzgases in jeden Behälter ausgeführt wird, der zum Aufwachsen des gezüchteten Kristalls (10, 20) verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Impfkristalls (3) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik zum Aufwachsen einer der SiC-Einkristalle auf die entsprechende Wachstumsfläche verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Impfkristalls (3) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Impfkristalle (1, 2, 3) so ausgebildet wird, dass er eine Dicke von 1 mm oder größer aufweist.
Gereinigter SiC-Impfkristall (3), hergestellt nach dem Verfahren eines der Ansprüche 10 bis 13.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm (730), wobei das Verfahren N-Wachstumsschritte enthält, N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, jeder Wachstumsschritt als ein n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist, und das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden eines ersten Impfkristalls (1) aus einem unbehandelten SiC-Einkristall, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls oder einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}- Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche (15) bei einem ersten Wachstumsschritt freigelegt wird, wobei n = 1 gilt; Ausbilden eines ersten gezüchteten Kristalls (10) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche (15) bei dem ersten Wachstumsschritt; Ausbilden eines n-Impfkristalls (2) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10), so dass eine n-Wachstumsfläche (25) eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche (15) und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) bei einem nachfolgenden Wachstumsschritt aufweist, wobei dem n = 2, 3, ... oder N gilt; Ausbilden eines n-gezüchteten Kristalls (20) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der n-Wachstumsfläche (25) bei dem nachfolgenden Wachstumsschritt; Ausbilden eines SiC-Einkristallwafers (73) aus einem N-gezüchteten Kristall (20), so dass eine Filmabscheidungsfläche (735) bei einem Filmabscheidungsschritt freigelegt wird; und Ausbilden eines Epitaxiefilms (730) auf der Filmabscheidungsfläche (735) bei dem Filmabscheidungsschritt.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm (730), wobei das Verfahren (N + α)-Wachstumsschritte enthält, N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, α eine natürliche Zahl ist, jeder Wachstumsschritt als ein n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis (N + α) ist, und das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden eines ersten Impfkristalls (1) aus einem unbehandelten SiC-Einkristall, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls oder einer Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}- Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche (15) bei einem ersten Wachstumsschritt freigelegt wird, wobei n = 1 gilt; Ausbilden eines ersten gezüchteten Kristalls (10) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche (15) bei dem ersten Wachstumsschritt; Ausbilden eines n-Impfkristalls (5) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10), so dass eine n-Wachstumsfläche (55) eine Neigung von 45 bis 90 Grad zu einer (n – 1)-Wachstumsfläche (15) und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) bei einem ersten nachfolgenden Wachstumsschritt aufweist, wobei n = 2, 3, ... oder N gilt; Ausbilden eines n-gezüchteten Kristalls (50) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der n-Wachstumsfläche (55) bei dem ersten nachfolgenden Wachstumsschritt; Ausbilden eines n-Impfkristalls (6) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (50), so dass eine n-Wachstumsfläche (65) eine Neigung von 0 bis 45 Grad zu einer (n -1)-Wachstumsfläche (55) und eine Neigung von 60 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls (50) bei einem zweiten nachfolgenden Wachstumsschritt aufweist, wobei n = (N + 1), (N + 2), ... oder (N + α) gilt; Ausbilden eines n-gezüchteten Kristalls (60) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf eine n-Wachstumsfläche (65) bei dem zweiten nachfolgenden Wachstumsschritt; Ausbilden eines SiC-Einkristallwafers (73) aus einem (N + α)-gezüchteten Kristall (60), so dass eine Filmabscheidungsfläche (735) bei einem Filmabscheidungsschritt freigelegt wird; und Ausbilden eines Epitaxiefilms (730) auf der Filmabscheidungsfläche (735) bei dem Filmabscheidungsschritt.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm (730) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sublimation-Wiederausfällungstechnik zum Aufwachsen einer der SiC-Einkristalle auf der entsprechenden Wachstumsfläche verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm (730) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Impfkristalle (1, 5, 6) ausgebildet wird, um eine Dicke von 1 mm oder größer aufzuweisen.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm (730) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Flächen, die eine Neigung von 0,2 bis 20 Grad zu einer {0001}-Ebene aufweist, eine Ebene, die eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene aufweist, und eine Fläche, die eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene aufweist, als die Filmabscheidungsfläche (730) freigelegt wird.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das CVD-, PVD- oder LPE-Verfahren zur Ausbildung des Epitaxiefilms (730) auf der Filmabscheidungsfläche (735) bei dem Filmabscheidungsschritt verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm (730) nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Epitaxiefilm (730) mit einer Konzentration von 1 × 10¹³ bis 1 × 10²⁰/cm³ bei dem Filmabscheidungsschritt mit Störstellen dotiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm (730) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element oder mehrere Elemente der Elemente Stickstoff, Bor und Aluminium als Störstellen verwendet werden.
SiC-Wafer (4) mit einem Epitaxiefilm (730), hergestellt nach dem Verfahren des Anspruchs 15.
SiC-Wafer (4) mit einem Epitaxiefilm (730), hergestellt nach dem Verfahren eines der Ansprüche 16 bis 22.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (20), wobei das Verfahren N-Wachstumsschritte enthält, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, jeder Wachstumsschritt als ein n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, n eine Ordnungszahl entsprechend einer natürlichen Zahl von eins bis N ist, eine n-Neigungsrichtung (153, 253) als die Richtung eines Vektors definiert ist, der durch Projizieren des Normalenvektors (151, 251) einer n-Wachstumsfläche (15, 25) auf eine {0001}-Ebene eines (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) erzeugt wird, und das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden eines ersten Impfkristalls (1) aus einem unbehandelten SiC-Einkristall, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des unbehandelten SiC-Einkristalls als eine erste Wachstumsfläche (15) bei einem ersten Wachstumsschritt freigelegt wird, wobei n = 1 gilt; Ausbilden eines ersten gezüchteten Kristalls (10) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der ersten Wachstumsfläche (15) des ersten Impfkristalls (1); Ausbilden eines n-Impfkristalls (2) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10), so dass eine n-Wachstumsfläche (25) eine Neigungsrichtung (253) aufweist, die in eine Richtung zeigt, die durch Rotieren einer (n – 1)-Neigungsrichtung (153) um 30 bis 150 Grad um eine <0001>-Richtung als eine Rotationsachse in dem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10) definiert ist und eine Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) bei einem nachfolgenden Wachstumsschritt aufweist, wobei n = 2, 3, ... oder N gilt; und Ausbilden eines n-gezüchteten Kristalls (20) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der n-Wachstumsfläche (25) des n-Impfkristalls (2) bei dem nachfolgenden Wachstumsschritt.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (20) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachstumsfläche (15, 25) so ausgebildet wird, dass sie eine Neigung kleiner als 70 Grad zu der entsprechenden {0001}-Ebene aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (20) nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wachstumsfläche (15, 25) so ausgebildet wird, dass sie eine Neigung von 10 Grad oder größer zu der entsprechenden {0001}-Ebene aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (20) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die N-Wachstumsfläche (25) so ausgebildet wird, dass sie eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu der entsprechenden {0001}-Ebene bei dem Schritt der Ausbildung des N-Impfkristalls aufweist, wobei n = N gilt.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (20) nach Anspruch 25 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Wachstumsflächen (15), die bei den ersten bis (N – 1)-ten Wachstumsschritten ausgebildet werden, so ausgebildet wird, dass sie eine Neigung zwischen 60 und 90 Grad zu der entsprechenden {0001}-Ebene aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (20) nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Sublimation-Wiederausfällungstechnik zum Aufwachsen einer der SiC-Einkristalle auf den entsprechenden Impfkristall verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines gereinigten SiC-Einkristalls (20) nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Impfkristalle (1, 2) so ausgebildet wird, dass er eine Dicke von 1 mm oder größer aufweist.
Gereinigter SiC-Einkristall (20), hergestellt nach dem Verfahren eines der Ansprüche 25 bis 31.
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit einem Epitaxiefilm (730), wobei das Verfahren N-Wachstumsschritte enthält, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, jeder Wachstumsschritt als ein n-Wachstumsschritt ausgedrückt wird, n eine Ordnungszahl entsprechend der natürlichen Zahl von eins bis N ist, eine n-Neigungsrichtung (153, 253) als die Richtung eines Vektors definiert ist, der durch Projizieren des Normalenvektors (151, 251) einer n-Wachstumsfläche (15, 25) auf eine {0001}-Ebene eines (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) erstellt wird, und das Verfahren die Schritte enthält: Ausbilden eines ersten Impfkristalls (1) aus einem unbehandelten SiC-Kristall, so dass eine Ebene mit einer Neigung von 1 bis 90 Grad von einer {0001}-Ebene des unbehandelten SiC-Kristalls als eine erste Wachs tumsfläche (15) bei einem ersten Wachstumsschritt freigelegt wird, wobei n = 1 gilt; Ausbilden eines ersten gezüchteten Kristalls (10) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf die erste Wachstumsfläche (15) des ersten Impfkristalls (1); Ausbilden eines n-Impfkristalls (2) aus einem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10), so dass eine n-Wachstumsfläche (25) eine n-Neigungsrichtung (253) aufweist, die in eine Richtung zeigt, die durch Rotieren einer (n – 1)-Neigungsrichtung (153) um 30 bis 150 Grad um eine <0001>-Richtung als eine Rotationsachse in dem (n – 1)-gezüchteten Kristall (10) definiert ist, und eine Neigung von 1 bis 90 Grad zu einer {0001}-Ebene des (n – 1)-gezüchteten Kristalls (10) bei einem nachfolgenden Wachstumsschritt aufweist, wobei n = 2, 3, ... oder N gilt; Ausbilden eines n-gezüchteten Kristalls (20) durch Aufwachsen eines SiC-Einkristalls auf der n-Wachstumsfläche (25) des n-Impfkristalls (2) bei dem nachfolgenden Wachstumsschritt; Ausbilden eines SiC-Einkristallwafers (73) aus dem n-gezüchteten Kristall (20), so dass eine Filmabscheidungsfläche (735) freigelegt wird; und Abscheiden eines Epitaxiefilms (730) auf der Filmabscheidungsfläche (735) des SiC-Einkristallwafers (73).
Verfahren zur Herstellung eines SiC-Wafers (4) mit dem Epitaxiefilm (730) nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Flächen, die eine Neigung von 0,2 bis 20 Grad zu einer {0001}-Ebene, eine Fläche, die eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {1-100}-Ebene und eine Ebene, die eine Neigung von 20 Grad oder kleiner zu einer {11-20}-Ebene aufweist, als die Filmabscheidungsfläche (735) freigelegt wird.
SiC-Wafer (4) mit einem Epitaxiefilm (730), hergestellt nach dem Verfahren eines der Ansprüche 33 und 34.