DE112017005752B4

DE112017005752B4 - SiC-Einkristallverbund und SiC-Block

Info

Publication number: DE112017005752B4
Application number: DE112017005752.3T
Authority: DE
Inventors: Yohei FUJIKAWA; Hideyuki Uehigashi
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: JP6839525B2; CN109952393A; WO2018092756A1; JP2018080072A; DE112017005752T5; US11618969B2; CN109952393B; US20190360118A1

Abstract

SiC-Einkristallverbund, mit:einem zentralen Abschnitt, der sich in Draufsicht in der Mitte befindet; und einem äußeren Umfangsabschnitt, der einen Außenumfang des zentralen Abschnitts umgibt,wobei Kristallebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts zueinander geneigt sind oder voneinander verschieden sind, undeine Grenze zwischen dem zentralen Abschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt vorliegt, wobei eine Richtung eines den zentralen Abschnitt bildenden Kristalls und eine Richtung eines den äußeren Umfangsabschnitt bildenden Kristalls über die Grenze hinweg voneinander verschieden sind, undwobei an einer Schnittstelle zwischen einer Geraden, die während des Kristallwachstums durch die Mitte parallel zu einer Versatzrichtung verläuft, und der Grenzedie Kristallebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts um 2° oder mehr zueinander geneigt sind, mit einer Richtung senkrecht zu Grenzebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts, wobei diese Richtung als (Dreh)Achse verwendet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen SiC-Einkristallverbund und einen SiC-Block bzw. SiC-Ingot.
HINTERGRUND TECHNIK
Siliciumcarbid (SiC) weist ein um eine Größenordnung größeres dielektrisches Durchschlagsfeld und eine dreimal größere Bandlücke als die von Silicium (Si) auf. Weiterhin weist Siliciumcarbid (SiC) bspw. die Eigenschaften, dass die Wärmeleitfähigkeit etwa dreimal höher ist als die von Silicium (Si). Es wird erwartet, dass Siliciumcarbid (SiC) für Leistungsbauelemente, Hochfrequenzbauteile, Hochtemperaturbetriebsbauteile und dergleichen verwendet werden wird.
Ein SiC-Wafer wird durch das Schneiden eines SiC-Blocks (Ingots) hergestellt. In den letzten Jahren gab es eine Nachfrage nach einer Vergrößerung des Durchmessers eines SiC-Wafers für die Züchtung eines SiC-Epitaxialfilms. Daher gibt es einen steigenden Bedarf nach einer Vergrößerung des Durchmessers und der Länge des SiC-Blocks selbst. So beschreibt beispielsweise das Patentdokument 1 eine Einkristallzüchtungsvorrichtung, die mit einem konischen Führungselement zum Vergrößern des Durchmessers eines SiC-Einkristalls versehen ist.
Wenn jedoch ein aus einem Impfkristall gezüchteter Einkristall und ein auf dem Führungselement gewachsener Polykristall miteinander in Kontakt kommen, verursacht der Kontakt Defekte, Polytyp-Einschlüsse, Risse und dergleichen, und es gibt Fälle, in denen sich die Qualität des SiC-Blocks verschlechtert.
Um ein derartiges Problem zu vermeiden, wird in Patentdokument 2 ein konisches Führungselement auf einer hohen Temperatur gehalten, um das Kristallwachstum von polykristallinem SiC auf der Oberfläche des Führungselements zu unterdrücken.
Zitatliste
Patentliteratur

[Patentdokument 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung JP 2002-60297 A
[Patentdokument 2] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung JP 2013-166672 A JP H11-268 989 A offenbart SiC-Einkristallverbünde mit einem einkristallinen Zentralbereich und einem diesen umgebenden Bereich, wobei die beiden Bereiche unterschiedliche kristallographische Orientierung aufweisen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Bei dem in Patentdokument 2 beschriebenen Verfahren ist jedoch eine Behandlung wie das Erhitzen des Führungselements erforderlich, so dass ein einfacheres Verfahren erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorgenannten Probleme gemacht und es ist ein Ziel, einen SiC-Einkristallverbund und einen SiC-Block bereitzustellen, womit ein SiC-Wafer hoher Qualität bereitgestellt werden kann.
Lösung des Problems
Als Ergebnis intensiver Untersuchungen fanden die vorliegenden Erfinder heraus, dass durch die Änderung des Kristallzustandes zwischen einem in der Draufsicht zentralen Abschnitt und einem äußeren Umfangsabschnitt das Hineingelangen eines durch Kontakt mit einem Polykristall erzeugten Defektes in den für einen SiC-Wafer verwendeten zentralen Abschnitt verhindert werden kann und somit ein hochqualitativer SiC-Wafer erhalten werden kann. Durch die vorliegende Erfindung werden also die folgenden Merkmale bereitgestellt, um die oben genannten Probleme zu lösen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten Patentansprüche definiert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem SiC-Einkristallverbund der vorliegenden Erfindung kann ein vorgegebener SiC-Block (SiC-Ingot) erhalten werden, und es kann ein SiC-Wafer von hoher Qualität erhalten werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines SiC-Einkristallverbundes gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht, die schematisch die Umgebung einer Grenze zwischen einem zentralen Abschnitt und einem äußeren Umfangsabschnitt in einem Fall veranschaulicht, in dem die Kristallebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts voneinander verschieden sind.
3 ist eine Ansicht, die schematisch die Umgebung einer Grenze zwischen dem zentralen Abschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt in einem Fall veranschaulicht, in dem die Kristallebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts zueinander geneigt sind.
4 ist eine mikroskopische Aufnahme eines Grenzbreichs einer Oberfläche eines SiC-Wafers, der einem Ätzen mit geschmolzener KOH unterworfen wurde, wobei der SiC-Wafer durch Züchten von SiC auf einem SiC-Einkristallverbund erhalten wurde, bei dem die Kristallebene des äußeren Umfangsabschnitts um 8° in Bezug auf die Kristallebene des zentralen Abschnitts geneigt ist.
5 ist eine Draufsicht eines anderen Beispiels des SiC-Einkristallverbunds gemäß dieser Ausführungsform.
6 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Blocks unter Verwendung des SiC-Einkristallverbunds als Impfkristall zeigt.
7 ist eine schematische Schnittansicht eines SiC-Blocks, der auf einem SiC-Einkristall gezüchtet wurde, gemäß Stand der Technik.
8 ist eine schematische Schnittansicht des auf dem SiC-Einkristallverbund gewachsenen SiC-Blocks gemäß dieser Ausführungsform.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden ein SiC-Einkristallverbund und ein SiC-Block, worauf sich die vorliegende Erfindung bezieht, jeweils unter geeignete Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten Zeichnungen kann es sein, dass charakteristische Abschnitte aus Gründen der Bequemlichkeit vergrößert dargestellt sind, und die Größenverhältnisse und dergleichen jedes Bestandteils können von der Realität abweichen.
1 ist eine schematische Darstellung eines SiC-Einkristallverbunds 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Teil (a) von 1 ist eine schematische Schnittansicht und Teil (b) von 1 ist eine schematische Draufsicht.
Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet der SiC-Einkristallverbund 10 einen zentralen Abschnitt 1, der sich in der Draufsicht in der Mitte befindet, und einen äußeren Umfangsabschnitt 2, der den äußeren Umfang des zentralen Abschnitts 1 umgibt. Zwischen dem zentralen Abschnitt 1 und dem äußeren Umfangsabschnitt 2 ist eine Grenze 3 ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass eine Kristallwachstumsoberfläche 1a des zentralen Abschnitts 1 einen Versatzwinkel (Offset-Winkel) von 2° oder mehr und 20° oder weniger in Bezug auf die {0001}-Ebene aufweist. Es ist also bevorzugt, dass die {0001}-Ebene, die eine Kristallebene des zentralen Abschnitts 1 ist, eine Neigung in Bezug auf die Kristallwachstumsoberfläche 1a aufweist. Die {0001}-Ebene ist hier eine Ebene, die eine (000-1)-C-Ebene und eine (0001)-Si-Ebene beinhaltet, und ist eine Ebene orthogonal zu einer <0001>-Richtung (c-Achsenrichtung). Diese Ebene wird manchmal als c-Ebene bezeichnet.
In dieser Beschreibung bezieht sich der „Versatzwinkel“ bzw. „Offset-Winkel“ auf einen Winkel zwischen einem Normalenvektor der Kristallwachstumsoberfläche 1a und einem Normalenvektor der {0001}-Ebene. Weiterhin bezieht sich „Offset oberhalb“ auf eine Richtung, in welche die Spitze eines Vektors, der durch Projizieren des Normalenvektors der { 0001 }-Ebene auf die Kristallwachstumsoberfläche 1a erhalten wird, zeigt, und „Offset unterhalb“ auf eine Richtung, die dem „Offset oberhalb“ entgegengesetzt ist. Weiterhin bezieht sich die „Kristallebene“ auf eine Ebene, die durch die Millerschen Indizes eines Kristalls definiert ist, und die „Kristallwachstumsoberfläche“ auf eine an der Oberfläche freiliegende Fläche während der Herstellung eines SiC-Blocks, und eine Fläche des SiC-Einkristallverbunds 10.
Bei der Herstellung eines SiC-Blocks auf der Kristallwachstumsoberfläche des SiC-Einkristallverbunds 10 durchläuft SiC ein Stufenwachstum (Step-Flow-Wachstum). Beim Stufenwachstum wächst der SiC-Block insgesamt in c-Ebenen-Richtung, während ein Kristall in a-Ebenen-Richtung wächst. Daher können Fehler und Versetzungen, die auf der Seite „Offset oberhalb“ erzeugt werden, dazu führen, dass sie zur Seite „Offset unterhalb“ abfließen. Dadurch können Defekte und Kristallversetzungen, die beim Kristallwachstum entstehen, nach außen abfließen gelassen werden und so ein hochqualitativer SiC-Block erhalten werden.
Der Versatzwinkel der Kristallwachstumsoberfläche 1a in Bezug auf die {0001}-Ebene ist 2° oder mehr und 20° oder weniger, und bevorzugt 3° oder mehr und 9° oder weniger. Wenn der Versatzwinkel zu klein ist, können Fehler nur schwer zur Seite „Offset unterhalb“ abfließen. Wenn die Defekte nicht zur Seite „Offset unterhalb“ abfließen und an der gleichen Stelle bleiben, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Defekte während des Wachstums abnehmen. Wenn weiterhin der Versatzwinkel zu klein ist, verläuft das Kristallwachstum in c-Achsen-Richtung und es werden tendenziell Polytypeinschlüsse erzeugt.
Wenn andererseits der Versatzwinkel zu groß ist, wird aufgrund eines Temperaturgradienten in einer c-Ebenen-Gleitrichtung (eine Richtung parallel zur {0001}-Ebene) eine Spannung ausgeübt, und es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass Basalebenenversetzungen gebildet werden. Zudem erhöht sich die Differenz zu einem Versatzwinkel (typischerweise 4° oder weniger) eines SiC-Wafers, der zur Herstellung einer Vorrichtung oder dergleichen verwendet wird. Daher ist es notwendig, den SiC-Wafer schräg aus dem SiC-Block zu schneiden, sodass die Anzahl der zu erhaltenden SiC-Wafer verringert wird.
Die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des Außenumfangsabschnitts 2 sind zueinander geneigt oder voneinander verschieden, und die Richtung des den zentralen Abschnitt 1 bildenden Kristalls und die Richtung des den äußeren Umfangsabschnitt 2 bildenden Kristalls sind über die Grenze 3 hinweg voneinander verschieden. Die Grenze 3 ist die Grenzfläche zwischen dem zentralen Abschnitt 1 und dem äußeren Umfangsabschnitt 2. Selbst wenn der zentrale Abschnitt 1 und der äußere Umfangsabschnitt 2 verbunden sind, sind der zentrale Abschnitt 1 und der äußere Umfangsabschnitt 2 als Kristalle nicht kontinuierlich. Die Grenze 3 ist kristallographisch also angenähert eine Kristallkorngrenze und entspricht einem Bereich, in dem die atomare Anordnung gestört ist.
Ein Einkristall, der aus dem zentralen Abschnitt 1 wächst, und ein Einkristall, der aus dem äußeren Umfangsabschnitt 2 wächst, sind nicht miteinander integriert. In dieser Beschreibung sind „Integration“ und „Verbinden“ nicht gleichbedeutend. „Integration“ bedeutet „Verbinden ohne Störung der Kristallanordnung“, und „Verbinden“ bedeutet „einen Zustand, in dem Kristalle ohne Lücken wie Hohlräume dazwischen verbunden sind“. „Verbinden“ ist also ein breiterer Begriff und „Integration“ bezeichnet unter den Zuständen des „Verbindens“ einen Zustand, in dem Kristallanordnungen auch verbunden sind. Wenn daher nach dem Kristallwachstum eine Grenze verbleibt, kann man sagen, dass die Kristalle nicht integriert sind. Die Grenze kann z.B. durch eine mikroskopische Aufnahme nach Oberflächenätzen bestätigt werden.
Es wird zunächst ein Fall beschrieben, bei dem sich die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des äußeren Umfangsabschnitts 2 voneinander unterscheiden. 2 ist eine schematische Ansicht, die die Umgebung einer Grenze B in 1 für den Fall veranschaulicht, dass sich die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des äußeren Umfangsabschnitts 2 voneinander unterscheiden. 2 ist also eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Grenze 3 zwischen dem zentralen Abschnitt 1 und dem äußeren Umfangsabschnitt 2.
In 2 sind eine Kristallebene C1 des zentralen Abschnitts 1 und eine Kristallebene C2 des äußeren Umfangsabschnitts 2 parallel zueinander. Andererseits haben die Kristallebenen C1 und C2 unterschiedliche Ebenenindizes.
Ein Beispiel für den Fall, dass die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des äußeren Umfangsabschnitts 2 voneinander verschieden sind, ist ein Fall, bei dem die Kristallebene C1 des zentralen Abschnitts 1 eine (000-1)-C-Ebene ist und die Kristallebene C2 des äußeren Umfangsabschnitts 2 eine (0001)-Si-Ebene ist. Die C-Ebene und die Si-Ebene können jeweils einen Versatzwinkel von 20° oder weniger aufweisen und können einen und einen Versatzwinkel von 9° oder weniger aufweisen.
Ein SiC-Einkristall weist polare Ebenen auf, die als Si-Ebene ((0001)-Si-Ebene) und C-Ebene ((000-1)-C-Ebene) bezeichnet werden, wobei die polaren Ebenen aufgrund eines Unterschieds in den baumelnden Bindungen (dangling bonds) unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Der Begriff polare Ebene bezieht sich auf eine Ebene, wo die Wahrscheinlichkeit der Exposition von Atomen, die einen Halbleiter bilden (Si und C im Falle von SiC), aus der Oberfläche eines Substrats heraus nicht gleich ist in Bezug auf eine ideale Ebene ohne Fehler oder dergleichen. Das heißt, auf der C-Ebene in einem SiC-Substrat ist hauptsächlich die C-Ebene aus der Oberfläche exponiert und die Wahrscheinlichkeit der Exposition von C ist höher als die von Si, während auf der Si-Ebene hauptsächlich die Si-Ebene aus der Oberfläche des Substrats exponiert ist, wobei die Wahrscheinlichkeit der Exposition von Si ist höher als die von C ist.
In dem SiC-Einkristall sind Schichten aus Siliciumatomen und Schichten aus Kohlenstoffatomen in der Richtung <0001> abwechselnd gestapelt. Daher ist die Reihenfolge der Schichten von Siliciumatomen und der Schichten von Kohlenstoffatomen zwischen einem ersten Einkristall, der auf der (000-1)-C-Ebene gewachsen ist, und einem zweiten Einkristall, der auf der (0001)-Si-Ebene gewachsen ist, umgekehrt. An dem Grenzbereich 3 ist daher ein Verbindungsbereich, der den ersten Einkristall mit dem zweiten Einkristall verbindet, als Korngrenze vorhanden, und die Kristalle sind nicht miteinander integriert.
Wenn weiterhin die Kristallebene die (000-1)-C-Ebene ist, wächst ein Einkristall mit den Polytypen 4H-SiC und 6H-SiC, und wenn die Kristallwachstumsoberfläche 4H ist, wird überwiegend 4H-SiC gebildet. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Kristallebene die (0001)-Si-Ebene ist, überwiegend 6H-SiC erzeugt, obwohl 15R-SiC darin eingemischt ist.
Daher wächst auf der Kristallebene C1 der (000-1)-C-Ebene 4H-SiC und 6H-SiC auf der Kristallebene C2 der (0001)-Si-Ebene. Der erste Einkristall, der auf der (000-1)-C-Ebene gewachsen ist, und der zweite Einkristall, der auf der (0001)-Si-Ebene gewachsen ist, unterscheiden sich also auch im Polytyp voneinander.
Obwohl die Beschreibung für den Fall der (000-1)-C-Ebene und der (0001)-Si-Ebene als Beispiel für den Fall erfolgte, dass die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des äußeren Umfangsabschnitts 2 voneinander verschieden sind, sind die Kristallebenen nicht auf diesen Fall eingeschränkt.
Es gibt beispielsweise einen Fall, bei dem die Kristallebene C1 des zentralen Abschnitts 1 (0001) ist und die Kristallebene C2 des äußeren Umfangsabschnitts 2 (1-10x) ist, und es gibt einen Fall, in dem die Kristallebene C1 des zentralen Abschnitts 1 (0001) ist und die Kristallebene C2 des äußeren Umfangsabschnitts 2 (11-2x) ist (wobei x eine ganze Zahl ist).
Da sich die Kristallebenen voneinander unterscheiden, verbleibt in beiden Fällen ein Verbindungsbereich als Korngrenze zwischen dem ersten Einkristall, der aus dem zentralen Abschnitt 1 wächst, und dem zweiten Einkristall, der aus dem äußeren Umfangsabschnitt 2 wächst. Die Richtung des den ersten Einkristall bildenden Kristalls und die Richtung des den zweiten Einkristall bildenden Kristalls sind also unterschiedlich, und die Kristalle sind nicht miteinander integriert.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des äußeren Umfangsabschnitts 2 zueinander geneigt sind. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung einer Grenze Ba, wobei es sich um einen Bereich der Grenze 3 zwischen dem zentralen Abschnitt 1 und dem äußeren Umfangsabschnitt 2 handelt, wenn die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des äußeren Umfangsabschnitts 2 zueinander geneigt sind.
In 3 haben die Kristallebene C1 des zentralen Abschnitts 1 und die Kristallebene C2 des äußeren Umfangsabschnitts 2 den gleichen Ebenenindex.
Andererseits sind die Kristallebene C1 und die Kristallebene C2 zueinander um einen Neigungswinkel θ mit/in einer Richtung senkrecht zu einer Begrenzungsebene 1A und einer Begrenzungsebene 2A zueinander geneigt, wobei diese Richtung als Achse bzw. Drehachse dient.
Wenn Kristalle auf Kristallebenen mit dem gleichen Ebenenindex gezüchtet werden, sind die Kristalle im Allgemeinen miteinander integriert, so dass die Grenzfläche zwischen den Kristallen nicht erkennbar ist. Wenn der Neigungswinkel θ jedoch 2° oder mehr beträgt, kann eine Spannung (Störung) des Kristalls während des Kristallwachstumsprozesses nicht abgebaut werden, und die Kristalle sind nicht miteinander integriert.
4 ist beispielsweise eine mikroskopische Aufnahme eines SiC-Wafers, der durch Züchten von SiC auf einem SiC-Einkristallverbund erhalten wurde, wobei die Kristallebene C2 des äußeren Umfangsabschnitts 2 um 8° in Bezug auf die Kristallebene C1 des zentralen Abschnitts 1 geneigt ist. Der auf dem zentralen Abschnitt 1 gewachsene Kristall ist ein erster Einkristall 21, und der auf dem äußeren Umfangsabschnitt 2 gewachsene Kristall ist ein zweiter Einkristall 22. 4 ist ein Bild, das durch Ätzen der Oberfläche des SiC-Wafers und Fotografieren der Oberfläche mit einem Mikroskop erhalten wurde.
Wie in 4 dargestellt ist, wird ein klarer Verbindungsbereich 23 zwischen dem ersten Einkristall 21 und dem zweiten Einkristall 22 bestätigt. Die Richtung des den ersten Einkristall 21 bildenden Kristalls und die Richtung des den zweiten Einkristall 22 bildenden Kristalls sind über den Verbindungsbereich 23 hinweg unterschiedlich. Daher ist der Verbindungsbereich 23 kristallographisch angenähert eine Kristallkorngrenze und entspricht einem Bereich, an dem die Atomanordnung gestört ist. Obwohl also der erste Einkristall 21 und der zweite Einkristall 22 miteinander verbunden sind, sind der erste Einkristall 21 und der zweite Einkristall 22 nicht als Kristalle miteinander integriert.
5 ist eine Draufsicht eines anderen Beispiels des SiC-Einkristallverbunds gemäß dieser Ausführungsform. Wie in 5 dargestellt ist, ist es schwierig, wenn der zentrale Abschnitt 1 kreisförmig ist, einen Neigungswinkel θ zwischen der Kristallebene des zentralen Abschnitts 1 und der Kristallebene des äußeren Umfangsabschnitts 2, wie in 3 dargestellt, an allen Punkten des kreisförmigen Grenzbereichs 3 zwischen dem zentralen Abschnitt 1 und dem äußeren Umfangsabschnitt 2 anzuwenden.
Wenn beispielsweise ein Neigungswinkel θ, wobei die Richtung senkrecht zur Grenzebene 1A und der Grenzebene 2A als Achse/Drehachse dient, auf die Schnitte B1 und B3 anwendbar ist, wobei eine gerade Linie durch die Mitte des SiC-Einkristalls parallel zur Versatzrichtung verläuft und die Grenze 3 schneidet, sind die Neigungsrichtungen an den anderen Schnitten B2 und B4 verändert, so dass der Neigungswinkel θ mit der Richtung senkrecht zu den Grenzebenen 1A und 2A als Achse nicht anwendbar ist.
In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Neigungswinkel θ zumindest an den Schnitten B1 und B3 zwischen einer Geraden L1, die während des Kristallwachstums parallel zur Versatzrichtung durch das Zentrum verläuft, und der Grenze 3 eine vorbestimmte Beziehung aufweist.
Defekte, die während des Kristallwachstums des SiC-Einkristall-Verbunds entstehen, fließen von der „Seite oberhalb“ zu der „Seite unterhalb“. Daher sind die Kristalle an den Schnitten B1 und B3 nicht kontinuierlich miteinander verbunden (nicht integriert), so dass verhindert werden kann, dass Defekte und Versetzungen, die in dem äußeren Umfangsabschnitt 2 erzeugt werden, sich zu dem zentralen Abschnitt 1 ausbreiten.
Dabei ist der Neigungswinkel θ bevorzugt 2° oder mehr, bevorzugter 4° oder mehr und noch bevorzugter 8° oder mehr. Die Obergrenze kann 180° oder weniger sein, so dass die Kristallebene des zentralen Abschnitts die C-Ebene sein kann und die Kristallebene des äußeren Umfangsabschnitts die Si-Ebene sein kann.
Weiterhin ist es, wie in 5 dargestellt ist, bevorzugt, dass der äußere Umfangsabschnitt 2 in eine Vielzahl von Teilen unterteilt wird, um den Bereich zu erweitern, in dem die vorbestimmte Beziehung des Neigungswinkels θ an der Grenze 3 erfüllt ist. Die Anzahl der Teile, in die der äußere Umfangsabschnitt 2 unterteilt ist, ist bevorzugt vier oder mehr und bevorzugter sechs oder mehr.
Wenn der äußere Umfangsabschnitt 2 in vier Teile unterteilt ist, kann die vorgegebene Beziehung des Neigungswinkels θ an den Schnitten B1 und B3 zwischen der durch die Mitte parallel zur Versatzrichtung verlaufenden Geraden L1 und der Grenze 3 und den Schnitten B2 und B4 zwischen einer Geraden L2 orthogonal zur Geraden L1 und der Grenze 3 erfüllt sein.
Wenn die vorbestimmte Beziehung des Neigungswinkels θ an den vier Schnitten B1, B2, B3 und B4 erfüllt ist, sind die Kristallebene C1 des zentralen Abschnitts 1 und die Kristallebene C2 des äußeren Umfangsabschnitts 2 so weit verzerrt, dass eine Spannung während des Kristallwachstumsprozesses an einer beliebigen Stelle der Kreisgrenze nicht abgebaut werden kann. Es kann daher verhindert werden, dass der erste Einkristall, der aus dem zentralen Abschnitt 1 wächst, und der zweite Einkristall, der aus dem äußeren Umfangsabschnitt 2 wächst, miteinander integriert werden.
Dabei ist der Neigungswinkel θ bevorzugt 2° oder mehr, bevorzugter 4° oder mehr und noch bevorzugter 8° oder mehr.
Ähnlich kann bei einer Aufteilung des äußeren Umfangsabschnitts 2 in sechs Teile die vorbestimmte Beziehung des Neigungswinkels θ an sechs Schnitten erfüllt sein. SiC weist eine sechsfach symmetrische Kristallstruktur auf. Wenn also die vorbestimmte Beziehung des Neigungswinkels θ an den sechs Schnitten erfüllt ist, kann verhindert werden, dass der erste Einkristall und der zweite Einkristall in allen symmetrischen Richtungen miteinander integriert werden.
Dabei ist der Neigungswinkel θ bevorzugt 2° oder mehr, bevorzugter 4° oder mehr und noch bevorzugter 8° oder mehr.
Nun werden die Vorteile der Nicht-Integration des ersten, aus dem zentralen Abschnitt 1 gewachsenen Einkristalls und des zweiten, aus dem äußeren Umfangsabschnitt 2 gewachsenen Einkristalls miteinander anhand der 6 bis 8 beschrieben. 6 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Blocks 20 unter Verwendung des SiC-Einkristallverbunds 10 als Impfkristall zeigt.
Ein in 6 dargestellter Tiegel 100 kann ein Rohmaterial G im unteren Teil des Tiegels aufnehmen. Der Tiegel 100 beinhaltet einen Kristallanordnungsabschnitt 101, der an einer dem Rohmaterial G zugewandten Position vorgesehen ist, und eine konisch zulaufende Führung 102, deren Durchmesser vom Kristallanordnungsabschnitt 101 zu dem Rohmaterial G hin zunimmt. Das durch Erhitzen des Rohmaterials G erzeugte Rohmaterialgas wird entlang der konisch zulaufenden Führung 102 zu dem SiC-Einkristallverbund 10 geführt, der auf dem Kristallanordnungsabschnitt 101 angeordnet ist. Durch die Zufuhr des Rohmaterialgases zu dem SiC-Einkristallverbund 10 wächst der SiC-Block 20 auf der Kristallwachstumsoberfläche des SiC-Einkristallverbunds 10 auf.
7 ist eine schematische Schnittansicht eines SiC-Blocks 40, der auf einem SiC-Einkristall 30 gemäß Stand der Technik gezüchtet wurde. Da der SiC-Einkristall 30 des Stands der Technik nicht in einen zentralen Abschnitt und einen äußeren Umfangsabschnitt unterteilt ist und eine gleichmäßige Kristallwachstumsoberfläche 30a aufweist, wächst der zu züchtende SiC-Block 40 gleichmäßig entsprechend der Temperaturverteilung in dem Tiegel und der Menge des zugeführten Rohmaterialgases. Beispielsweise wächst der SiC-Block 40 auf der Kristallwachstumsoberfläche 30a mit einem Versatzwinkel von 4° zur {0001 }-Ebene.
Mit fortschreitendem Wachstum und zunehmender Länge des Kristalls nimmt die Wärmedämmwirkung des gezüchteten Kristalls selbst zu, so dass die Temperatur der konisch zulaufenden Führung abnimmt. Dadurch präzipitieren Polykristalle an der Oberfläche der konischen Führung und beinflussen die Form des Endbereichs des gezüchteten Kristalls. Durch diesen Einfluss werden Defekte leicht in den äußeren Umfangsabschnitt des Blocks eingebracht.
Wenn Polykristalle A (siehe 6), die auf der konisch zulaufenden Führung 102 abgelagert sind, während des Kristallwachstumsprozesses mit dem SiC-Block 40 in Kontakt kommen, entstehen an den Kontaktbereichen Defekte, Polytypeinschlüsse, Risse und dergleichen. Diese Defekte breiten sich zum Inneren des SiC-Blocks 40 aus. Durch diesen Einfluss werden Defekte leicht in den äußeren Umfangsabschnitt des Blocks eingebracht, und die Qualität des SiC-Blocks 40 verschlechtert sich.
Andererseits ist 8 eine schematische Schnittansicht des auf dem SiC-Einkristallverbund 10 gewachsenen SiC-Block 20 gemäß dieser Ausführungsform.
Der auf dem SiC-Einkristallverbund 10 gewachsene SiC-Block 20 weist den Verbindungsbereich 23 zwischen dem ersten Einkristall 21, der auf dem zentralen Abschnitt 1 des SiC-Einkristallverbunds 10 gewachsen ist, und dem zweiten Einkristall 22, der auf dem äußeren Umfangsabschnitt 2 gewachsen ist, auf. Der Verbindungsbereich 23 ist weder ein Einkristall wie der erste Einkristall 21 und der zweite Einkristall 22 noch amorph, sondern ein Abschnitt, in dem Kristalle, die eine gewisse Kristallinität aufweisen, gestört sind.
Die Richtung des den ersten Einkristall 21 bildenden Kristalls und die Richtung des den zweiten Einkristall 22 bildenden Kristalls sind unterschiedlich, wobei der Verbindungsabschnitt 23 als Grenze dient. Das heißt, wenn der erste Einkristall 21 und der zweite Einkristall 22, die zueinander benachbart sind mit dem Verbindungsbereich 23 als Grenze, miteinander verglichen werden, kann die Kontinuität als Kristall nicht bestätigt werden, und der erste Einkristall 21 und der zweite Einkristall 22 sind nicht miteinander integriert. Das heißt, auch wenn der zweite Einkristall 22 auf der äußeren Umfangsseite des SiC-Blocks 20 mit dem Polykristall A in Kontakt kommt und ein Defekt erzeugt wird, breitet sich der Defekt nicht zum ersten Einkristall 21 aus, da die Kristallinität durch den Verbindungsbereich 23 unterteilt wird bzw. unterbrochen ist.
Dies kann auch an der in 4 dargestellten Oberfläche des Wafers bestätigt werden. In 4 befinden sich Defekte D im zweiten Einkristall 22. Die in 4 dargestellten Defekte D sind Basalebenenversetzungen (basal plane dislocations - BPDs). Die Defekte D sind in dem zweiten Einkristall 22 kontinuierlich in einer Richtung vorhanden. Dies liegt daran, dass die Basalebenenversetzungen entlang der (0001)-Ebene verlaufen. Andererseits breiten sich die Defekte D nicht über den Verbindungsbereich 23 auf den ersten Einkristall 21 aus. Man kann also sagen, dass sich Defekte in dem zweiten Einkristall 22 nicht zu dem ersten Einkristall 21 fortpflanzen.
Das heißt, auch wenn die Polykristalle A und der SiC-Block 20 während des Kristallwachstumsprozesses miteinander in Kontakt kommen, breiten sich die erzeugten Defekte aufgrund des Verbindungsbereichs 23 nicht auf den ersten Einkristall 21 aus. Durch Ausschneiden des ersten Einkristalls 21 mit einer Drahtsäge o.ä. kann also ein SiC-Wafer hoher Qualität hergestellt werden.
Bei Verwendung des SiC-Einkristallverbunds 10 gemäß dieser Ausführungsform besteht ein Vorteil darin, dass der SiC-Block 20 mit hoher Qualität verlängert werden kann.
Es ist bevorzugt, dass die Grenze 3 des SiC-Einkristallverbunds 10 nach innen mit 5% oder mehr des Durchmessers des SiC-Einkristallverbunds 10 von dem äußeren Umfangsende des SiC-Einkristallverbunds 10 vorgesehen wird. Der äußere Umfangsabschnitt eines Kristalls wird wie vorstehend beschrieben von der Umgebung beeinflusst, so dass Defekte tendenziell in diesen eingeführt werden. Indem die Grenze 23 von dem äußeren Umfangsende aus einwärts in einem gewissen Ausmaß vorgesehen wird, bleiben Defekte im Bereich des zweiten Einkristalls und erreichen nicht den Bereich des ersten Einkristalls. Wenn die Grenze 3 in dem entsprechenden Bereich vorgesehen ist, kann auch bei Längenzunahme die Bildung von Polytypeinschlüssen und Kleinwinkelkorngrenzen im Bereich des ersten Einkristalls verhindert werden. Um die Effizienz bei der Herstellung von SiC-Wafern nicht signifikant zu verringern, ist es außerdem bevorzugt, die Grenze 3 des SiC-Einkristallverbunds 10 nach außen ab einer Position von 30 % des Durchmessers des SiC-Einkristallverbunds 10 nach innen ab dem äußeren Umfangsende des SiC-Einkristallverbunds 10 vorzusehen. Die Beziehung zwischen der Position der Grenze B in dem SiC-Einkristallverbund 10 und der Position des Verbindungsbereichs 23 wird durch eine vorherige Untersuchung bestätigt.
Wie vorstehend beschrieben, werden gemäß dem SiC-Einkristallverbund 10 dieser Ausführungsform Defekte, die durch den Kontakt zwischen den Polykristallen und dem SiC-Block bei dem Kristallwachstumsprozess entstehen, daran gehindert, in das Innere des SiC-Blocks 20 einzudringen.
Gemäß dem SiC-Einkristallverbund 10 dieser Ausführungsform kann also ein SiC-Block, der den ersten Einkristall hoher Qualität aufweist, in dem zentralen Abschnitt erhalten werden, und ein SiC-Wafer hoher Qualität kann durch Ausschneiden des ersten Einkristalls erhalten werden.
Obwohl der SiC-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung vorstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurde, können verschiedene Abwandlungen an dem Aufbau vorgenommen werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(SiC-Einkristallverbund und Herstellungsverfahren von SiC-Blöcken)
Zunächst wird ein Herstellungsverfahren des SiC-Einkristallverbunds 10 beschrieben.
Es wird ausführlich der Fall beschrieben, bei dem sich die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des äußeren Umfangsabschnitts 2 des SiC-Einkristallverbunds 10 voneinander unterscheiden.
Zunächst wird die Mitte des bereits gebildeten SiC-Einkristalls mit einer Drahtsäge in eine kreisförmige Form geschnitten. Wenn beispielsweise die Kristallwachstumsoberfläche des bereits gebildeten SiC-Einkristalls auf der (000-1)-C-Ebene ist, befindet sich auch die Kristallwachstumsoberfläche des ausgeschnittenen zentralen Abschnitts 1 auf der (000-1)-C-Ebene.
Die Ausrichtung des äußeren Umfangsabschnitts 2, der nach dem Ausschneiden übrigbleibt, wird umgekehrt. Der zentrale Abschnitt 1 wird wieder in die Öffnung eingepasst, die durch Ausschneiden des zentralen Abschnitts 1 gebildet wurde. Da die Richtung des äußeren Umfangsabschnitts 2 umgekehrt ist, befindet sich dessen Kristallwachstumsoberfläche auf der (0001)-Si-Ebene.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch Ausschneiden des zentralen Abschnitts 1 aus dem SiC-Einkristall und Einpassen des ausgeschnittenen zentralen Abschnitts 1 in den äußeren Umfangsabschnitt 2, wobei die Richtung umgekehrt ist, der SiC-Einkristallverbund 10 gemäß dieser Ausführungsform erhalten werden.
Als nächstes wird der Fall, bei dem die Kristallebenen des zentralen Abschnitts 1 und des äußeren Umfangsabschnitts 2 des SiC-Einkristallverbunds 10 zueinander geneigt sind, ausführlich beschrieben.
Wie in 5 dargestellt ist, ist in diesem Fall der äußere Umfangsabschnitt 2 in eine Mehrzahl von Teilen unterteilt. Der unterteilte äußere Umfangsabschnitt 2 ist so angeordnet, dass die vorgegebene Beziehung des Neigungswinkels θ an der Berührungsstelle mit dem zentralen Abschnitt 1 erfüllt ist. Weiterhin wird durch Verbinden des Außenumfangs des zentralen Abschnitts 1 mit dem unterteilten äußeren Umfangsabschnitt 2 der SiC-Einkristallverbund 10 gemäß dieser Ausführungsform erhalten.
Anschließend wird ein Einkristall auf einer Oberfläche des SiC-Einkristallverbunds 10 gezüchtet, um den SiC-Block 20 herzustellen.
Als Herstellungsverfahren des SiC-Blocks 20 kann ein bekanntes Verfahren wie beispielsweise ein Sublimationsverfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann durch Verwendung des in 6 dargestellten Tiegels 100 der im Durchmesser vergrößerte SiC-Block 20 aus dem SiC-Einkristallverbund 10 hergestellt werden.
Aus dem schließlich erhaltenen SiC-Block 20 wird ein SiC-Wafer erhalten. Es gibt Fälle, in denen der zweite Einkristall 22, der auf der äußeren Umfangsseite des SiC-Blocks 20 gebildet wird, mit dem Polykristall A in Kontakt steht und die Qualität des Kristalls geringer ist als die des ersten Einkristalls 21.
Daher wird der SiC-Block 20 in eine vorbestimmte Form gebracht, indem der zweite Einkristall 22 des SiC-Blocks 20 mit einer Drahtsäge oder dergleichen entfernt wird. Weiterhin kann durch Schneiden des prozessierten SiC-Blocks in eine vorbestimmte Form in Dickenrichtung ein SiC-Wafer erhalten werden.
Bezugszeichenliste

1: zentraler Abschnitt
1a, 30a: Kristallwachstumsoberfläche
1A, 2A: Grenzebene
2: äußerer Umfangsabschnitt
3: Grenze
10: SiC-Einkristallverbund
20, 40: SiC-Block, SiC-Ingot
21: erster Einkristall
22: zweiter Einkristall
23: Verbindungsbereich
100: Tiegel
101: Kristallanordnungsbereich
102: konisch zulaufende Führung
B, Ba: Grenze
B1 bis B4: Schnitt
C1, C2: Kristallebene
D: Defekt
G: Rohmaterial

Claims

SiC-Einkristallverbund, mit: einem zentralen Abschnitt, der sich in Draufsicht in der Mitte befindet; und einem äußeren Umfangsabschnitt, der einen Außenumfang des zentralen Abschnitts umgibt, wobei Kristallebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts zueinander geneigt sind oder voneinander verschieden sind, und eine Grenze zwischen dem zentralen Abschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt vorliegt, wobei eine Richtung eines den zentralen Abschnitt bildenden Kristalls und eine Richtung eines den äußeren Umfangsabschnitt bildenden Kristalls über die Grenze hinweg voneinander verschieden sind, und wobei an einer Schnittstelle zwischen einer Geraden, die während des Kristallwachstums durch die Mitte parallel zu einer Versatzrichtung verläuft, und der Grenze die Kristallebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts um 2° oder mehr zueinander geneigt sind, mit einer Richtung senkrecht zu Grenzebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts, wobei diese Richtung als (Dreh)Achse verwendet wird.
SiC-Einkristallverbund, mit: einem zentralen Abschnitt, der sich in Draufsicht in der Mitte befindet; und einem äußeren Umfangsabschnitt, der einen Außenumfang des zentralen Abschnitts umgibt, wobei Kristallebenen des zentralen Abschnitts und des äußeren Umfangsabschnitts zueinander geneigt sind oder voneinander verschieden sind, und eine Grenze zwischen dem zentralen Abschnitt und dem äußeren Umfangsabschnitt vorliegt, wobei eine Richtung eines den zentralen Abschnitt bildenden Kristalls und eine Richtung eines den äußeren Umfangsabschnitt bildenden Kristalls über die Grenze hinweg voneinander verschieden sind, und wobei die Kristallebene des zentralen Abschnitts eine (000-1)-C-Ebene ist und die Kristallebene des äußeren Umfangsabschnitts eine (0001)-Si-Ebene ist.
SiC-Einkristallverbund nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Kristallwachstumsoberfläche des zentralen Abschnitts einen Offset-Winkel von 2° oder mehr und 20° oder weniger in Bezug auf eine { 0001 }-Ebene aufweist.
SiC-Einkristallverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Grenze nach innen hin mit 5% oder mehr des Durchmessers des SiC-Einkristallverbunds von einem äußeren Umfangsende des SiC-Einkristallverbunds vorgesehen ist.
SiC-Block, mit: einem ersten Einkristall, der sich in Draufsicht in der Mitte befindet; einem zweiten Einkristall, der einen Außenumfang des ersten Einkristalls umgibt; und einem Verbindungsbereich, der den ersten Einkristall und den zweiten Einkristall verbindet, wobei sich eine Richtung eines den ersten Einkristall bildenden Kristalls und eine Richtung eines den zweiten Einkristall bildenden Kristalls voneinander unterscheiden, wobei der Verbindungsbereich als Grenze dient, und wobei sich der erste Einkristall und der zweite Einkristall bezüglich des Polytyps voneinander unterscheiden.