JP2001294499A - モザイク性の小さな炭化珪素単結晶ウエハ - Google Patents
モザイク性の小さな炭化珪素単結晶ウエハInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶ウエハ上に高品質
なエピタキシャル薄膜を成長させ、その薄膜を用いて高
性能なデバイスを歩留り良く作製する。 【解決手段】 エピタキシャル薄膜成長とそのデバイス
作製に使用される口径５０ｍｍ以上のＳｉＣ単結晶ウエ
ハであって、ウエハ面内の任意の２点間での結晶方位の
ずれが６０秒／ｃｍ以下であるモザイク性の小さな炭化
珪素単結晶ウエハ。
なエピタキシャル薄膜を成長させ、その薄膜を用いて高
性能なデバイスを歩留り良く作製する。 【解決手段】 エピタキシャル薄膜成長とそのデバイス
作製に使用される口径５０ｍｍ以上のＳｉＣ単結晶ウエ
ハであって、ウエハ面内の任意の２点間での結晶方位の
ずれが６０秒／ｃｍ以下であるモザイク性の小さな炭化
珪素単結晶ウエハ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエピタキシャル薄膜
を用いて作製される光デバイスあるいは電子デバイス用
の基板として使用される良質で大型のＳｉＣ単結晶ウエ
ハに関するものである。
を用いて作製される光デバイスあるいは電子デバイス用
の基板として使用される良質で大型のＳｉＣ単結晶ウエ
ハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素（ＳｉＣ）は、耐熱性及び機械
的強度に優れ、物理的、化学的に安定なことから、耐環
境性半導体材料として注目されている。また近年、青色
から紫外にかけての短波長光デバイス、高周波高耐圧電
子デバイス等の基板ウエハとしてＳｉＣ単結晶ウエハの
需要が高まっている。
的強度に優れ、物理的、化学的に安定なことから、耐環
境性半導体材料として注目されている。また近年、青色
から紫外にかけての短波長光デバイス、高周波高耐圧電
子デバイス等の基板ウエハとしてＳｉＣ単結晶ウエハの
需要が高まっている。
【０００３】ＳｉＣ単結晶ウエハを用いて発光デバイ
ス、電子デバイスなどを作製する場合に、通常ウエハ上
に薄膜（例えば、ＳｉＣ薄膜あるいはＧａＮ薄膜）をエ
ピタキシャル成長させる必要がある。これらの薄膜は、
ＧａＮの場合、一般にＭＯＣＶＤ法（有機金属化学蒸着
法）やＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）と呼ばれる薄
膜成長法で、また、ＳｉＣの場合は、熱ＣＶＤ法（熱化
学蒸着法）や液相エピタキシャル成長法と呼ばれる方法
により、ＳｉＣ基板上に堆積される。この際、高品質な
エピタキシャル薄膜を得るには、薄膜を成長させるＳｉ
Ｃ基板の面方位が重要なパラメータとなっている。例え
ば、Ｋｉｍｏｔｏらは、高品質のＳｉＣエピタキシャル
薄膜を得るには、（０００１）面を有するＳｉＣ基板に
特定のオフ角度を付ける必要のあること示している（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，Ｖｏｌ．７５，ｐ．８５０-８５９（１９９
４））。また、ＧａＮエピタキシャル薄膜成長において
は、ＳｉＣ基板の面方位が（０００１）面からずれた場
合には、ステップバンチングと呼ばれる現象により巨大
ステップが成長表面に出現し、組成ムラ、欠陥発生等の
原因となることが示されている（Ｔ．Ｎｉｓｈｉｄａ
ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．１９５，ｐ．４１-４７（１９
９８））。そこで通常、ＳｉＣ薄膜あるいはＧａＮ薄膜
のエピタキシャル成長の際には、これら所望の面方位に
切り出したＳｉＣ単結晶ウエハが基板として用いられ
る。この際、基板の面方位は０．５°以下、より好まし
くは０．２５°以下の角度精度で制御される必要があ
る。これ以上面方位角度がずれた場合には、所望の薄膜
特性を得ることが難しくなる。
ス、電子デバイスなどを作製する場合に、通常ウエハ上
に薄膜（例えば、ＳｉＣ薄膜あるいはＧａＮ薄膜）をエ
ピタキシャル成長させる必要がある。これらの薄膜は、
ＧａＮの場合、一般にＭＯＣＶＤ法（有機金属化学蒸着
法）やＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）と呼ばれる薄
膜成長法で、また、ＳｉＣの場合は、熱ＣＶＤ法（熱化
学蒸着法）や液相エピタキシャル成長法と呼ばれる方法
により、ＳｉＣ基板上に堆積される。この際、高品質な
エピタキシャル薄膜を得るには、薄膜を成長させるＳｉ
Ｃ基板の面方位が重要なパラメータとなっている。例え
ば、Ｋｉｍｏｔｏらは、高品質のＳｉＣエピタキシャル
薄膜を得るには、（０００１）面を有するＳｉＣ基板に
特定のオフ角度を付ける必要のあること示している（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，Ｖｏｌ．７５，ｐ．８５０-８５９（１９９
４））。また、ＧａＮエピタキシャル薄膜成長において
は、ＳｉＣ基板の面方位が（０００１）面からずれた場
合には、ステップバンチングと呼ばれる現象により巨大
ステップが成長表面に出現し、組成ムラ、欠陥発生等の
原因となることが示されている（Ｔ．Ｎｉｓｈｉｄａ
ｅｔ ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．１９５，ｐ．４１-４７（１９
９８））。そこで通常、ＳｉＣ薄膜あるいはＧａＮ薄膜
のエピタキシャル成長の際には、これら所望の面方位に
切り出したＳｉＣ単結晶ウエハが基板として用いられ
る。この際、基板の面方位は０．５°以下、より好まし
くは０．２５°以下の角度精度で制御される必要があ
る。これ以上面方位角度がずれた場合には、所望の薄膜
特性を得ることが難しくなる。
【０００４】そこで現在、ＳｉＣ単結晶よりＸ線回折等
の手法を使って精度良く所望の面方位の基板を取り出
し、その上にＳｉＣ薄膜あるいはＧａＮ薄膜のエピタキ
シャル成長が行われている。しかしながら、このように
精度良く切り出されたＳｉＣ単結晶ウエハを基板として
用いても、薄膜あるいはその上に作製されたデバイスは
部分的には良質な特性を示すものの、ウエハ全面に渡っ
て良質な特性を得るのは困難であった。
の手法を使って精度良く所望の面方位の基板を取り出
し、その上にＳｉＣ薄膜あるいはＧａＮ薄膜のエピタキ
シャル成長が行われている。しかしながら、このように
精度良く切り出されたＳｉＣ単結晶ウエハを基板として
用いても、薄膜あるいはその上に作製されたデバイスは
部分的には良質な特性を示すものの、ウエハ全面に渡っ
て良質な特性を得るのは困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、Ｓｉ
Ｃ単結晶基板上へのエピタキシャル薄膜成長において、
良質なエピタキシャル薄膜が得られるように所望の面方
位を有したＳｉＣ単結晶基板を用いても、ウエハの全面
に渡って良質な薄膜を得ることは困難であった。また、
このことは、製造装置の改造やプロセス条件の改善によ
って解決できるものではなかった。
Ｃ単結晶基板上へのエピタキシャル薄膜成長において、
良質なエピタキシャル薄膜が得られるように所望の面方
位を有したＳｉＣ単結晶基板を用いても、ウエハの全面
に渡って良質な薄膜を得ることは困難であった。また、
このことは、製造装置の改造やプロセス条件の改善によ
って解決できるものではなかった。
【０００６】そこで、本発明は、上記問題点を解決した
ＳｉＣ単結晶ウエハを提供することを目的とする。
ＳｉＣ単結晶ウエハを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、モザイク性の
小さなＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いることによ
り、上記課題を解決できることを見い出し、完成したも
のである。即ち、本発明は、 （１） エピタキシャル薄膜成長用基板として用いられ
る口径５０ｍｍ以上の炭化珪素単結晶ウエハであって、
ウエハ面内の任意の２点間での成長面方位のずれが６０
秒／ｃｍ以下である炭化珪素単結晶ウエハ （２） ウエハ面内の任意の２点間での成長面方位のず
れが３０秒／ｃｍ以下である（１）記載の炭化珪素単結
晶ウエハ （３） ウエハ面内の任意の２点間での任意の結晶面方
位のずれが６０秒／ｃｍ以下である（１）記載の炭化珪
素単結晶ウエハ （４） ウエハ面内の任意の２点間での任意の結晶面方
位のずれが３０秒／ｃｍ以下である（１）記載の炭化珪
素単結晶ウエハである。
小さなＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いることによ
り、上記課題を解決できることを見い出し、完成したも
のである。即ち、本発明は、 （１） エピタキシャル薄膜成長用基板として用いられ
る口径５０ｍｍ以上の炭化珪素単結晶ウエハであって、
ウエハ面内の任意の２点間での成長面方位のずれが６０
秒／ｃｍ以下である炭化珪素単結晶ウエハ （２） ウエハ面内の任意の２点間での成長面方位のず
れが３０秒／ｃｍ以下である（１）記載の炭化珪素単結
晶ウエハ （３） ウエハ面内の任意の２点間での任意の結晶面方
位のずれが６０秒／ｃｍ以下である（１）記載の炭化珪
素単結晶ウエハ （４） ウエハ面内の任意の２点間での任意の結晶面方
位のずれが３０秒／ｃｍ以下である（１）記載の炭化珪
素単結晶ウエハである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明では、ＳｉＣ単結晶基板上
に高品質のエピタキシャル薄膜を作製する際に、モザイ
ク性が小さなＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いる。
前述したように、例えばＳｉＣエピタキシャル薄膜ある
いはＧａＮエピタキシャル薄膜の品質は、用いるＳｉＣ
基板の面方位により大きく変化する。そこで通常、所望
の面方位に切り出したＳｉＣ単結晶ウエハを基板として
用いる。しかしながら、高品質な薄膜は基板の一部での
み得られ、ウエハ全面に渡って高品質な薄膜を得ること
は困難であった。発明者らは、この原因として、基板と
して用いられているＳｉＣ単結晶ウエハのモザイク性を
考察した。現在市販されているＳｉＣ単結晶ウエハに
は、モザイク性といわれる結晶方位の微小なずれが存在
する。この結晶方位のずれは高分解能のＸ線回折、ある
いはＸ線トポグラフィー等により調べられている。例え
ば、Ｇｌａｓｓら（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔ
ａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．１３２，ｐ．５０４-５
１２（１９９３））、あるいはＴｕｏｍｉｎｅｎら（Ｍ
ａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏ
ｌ．３３９，ｐ．７２９-７３４（１９９４））は、高
分解能のＸ線回折装置を用いて、ＳｉＣ単結晶ウエハの
モザイク性について調べている。彼等によれば、ＳｉＣ
単結晶ウエハのモザイク性は、ＳｉＣ単結晶ウエハが微
小に方位が異なる多数のドメインから成っていることに
起因している。このことを図１に模式的に示した。図１
は（０００１）面ＳｉＣ単結晶ウエハが多数のドメイン
から成り、その〔０００１〕ｃ軸が、各ドメイン毎に僅
かに異なっていることを示している。Ｇｌａｓｓら、あ
るいはＴｕｏｍｉｎｅｎらによれば、市販のＳｉＣ単結
晶ウエハにおける、各ドメイン間の（０００１）面方位
のずれは、１００〜２００秒／ｃｍと報告されている。
に高品質のエピタキシャル薄膜を作製する際に、モザイ
ク性が小さなＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いる。
前述したように、例えばＳｉＣエピタキシャル薄膜ある
いはＧａＮエピタキシャル薄膜の品質は、用いるＳｉＣ
基板の面方位により大きく変化する。そこで通常、所望
の面方位に切り出したＳｉＣ単結晶ウエハを基板として
用いる。しかしながら、高品質な薄膜は基板の一部での
み得られ、ウエハ全面に渡って高品質な薄膜を得ること
は困難であった。発明者らは、この原因として、基板と
して用いられているＳｉＣ単結晶ウエハのモザイク性を
考察した。現在市販されているＳｉＣ単結晶ウエハに
は、モザイク性といわれる結晶方位の微小なずれが存在
する。この結晶方位のずれは高分解能のＸ線回折、ある
いはＸ線トポグラフィー等により調べられている。例え
ば、Ｇｌａｓｓら（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔ
ａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．１３２，ｐ．５０４-５
１２（１９９３））、あるいはＴｕｏｍｉｎｅｎら（Ｍ
ａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏ
ｌ．３３９，ｐ．７２９-７３４（１９９４））は、高
分解能のＸ線回折装置を用いて、ＳｉＣ単結晶ウエハの
モザイク性について調べている。彼等によれば、ＳｉＣ
単結晶ウエハのモザイク性は、ＳｉＣ単結晶ウエハが微
小に方位が異なる多数のドメインから成っていることに
起因している。このことを図１に模式的に示した。図１
は（０００１）面ＳｉＣ単結晶ウエハが多数のドメイン
から成り、その〔０００１〕ｃ軸が、各ドメイン毎に僅
かに異なっていることを示している。Ｇｌａｓｓら、あ
るいはＴｕｏｍｉｎｅｎらによれば、市販のＳｉＣ単結
晶ウエハにおける、各ドメイン間の（０００１）面方位
のずれは、１００〜２００秒／ｃｍと報告されている。
【０００９】発明者らは、従来、所望の面方位を有する
ＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いてもウエハ全面に
渡って高品質な膜が得られなかった原因が、ＳｉＣ単結
晶ウエハのモザイク性に起因していることを実験的に見
い出した。Ｅｌｌｉｓｏｎらの論文（Ｄｉａｍｏｎｄ
ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏ
ｌ．６，ｐ．１３６９-１３７３（１９９７））に記載
されているように、ＳｉＣ単結晶に上記したような大き
なモザイク性が存在すると、ウエハ加工（研削、研磨工
程）の際に、ウエハの反り等の好ましくない現象を伴っ
て、結晶面方位のズレがウエハ面内で生じる（このよう
な現象はｃｒｙｓｔａｌ ｂｅｎｄｉｎｇと呼ばれてい
る）。この結晶面方位のズレは、直径５０ｍｍのウエハ
においては、両端の領域で０．７°以上にも達する。従
って、このようなモザイク性の大きなＳｉＣ単結晶ウエ
ハをＳｉＣ薄膜あるいはＧａＮ薄膜のエピタキシャル成
長に用いた場合には、ウエハ面内全域に渡って所望の面
方位で結晶成長を行うことが困難となる。また、モザイ
ク性の大きなＳｉＣ単結晶ウエハでは、図１に示される
ように、各ドメインの境界は結晶学的には不整合な界面
となっており、一般に高密度の転位欠陥網が存在する
（この領域は小傾角粒界と呼ばれる）。高密度に転位欠
陥が存在する領域上にエピタキシャル薄膜を成長した場
合には、やはり品質が劣化することは避け難く、このこ
ともウエハ全域に渡って高品質なエピタキシャル薄膜を
作製することを困難なものとしていた。
ＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いてもウエハ全面に
渡って高品質な膜が得られなかった原因が、ＳｉＣ単結
晶ウエハのモザイク性に起因していることを実験的に見
い出した。Ｅｌｌｉｓｏｎらの論文（Ｄｉａｍｏｎｄ
ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏ
ｌ．６，ｐ．１３６９-１３７３（１９９７））に記載
されているように、ＳｉＣ単結晶に上記したような大き
なモザイク性が存在すると、ウエハ加工（研削、研磨工
程）の際に、ウエハの反り等の好ましくない現象を伴っ
て、結晶面方位のズレがウエハ面内で生じる（このよう
な現象はｃｒｙｓｔａｌ ｂｅｎｄｉｎｇと呼ばれてい
る）。この結晶面方位のズレは、直径５０ｍｍのウエハ
においては、両端の領域で０．７°以上にも達する。従
って、このようなモザイク性の大きなＳｉＣ単結晶ウエ
ハをＳｉＣ薄膜あるいはＧａＮ薄膜のエピタキシャル成
長に用いた場合には、ウエハ面内全域に渡って所望の面
方位で結晶成長を行うことが困難となる。また、モザイ
ク性の大きなＳｉＣ単結晶ウエハでは、図１に示される
ように、各ドメインの境界は結晶学的には不整合な界面
となっており、一般に高密度の転位欠陥網が存在する
（この領域は小傾角粒界と呼ばれる）。高密度に転位欠
陥が存在する領域上にエピタキシャル薄膜を成長した場
合には、やはり品質が劣化することは避け難く、このこ
ともウエハ全域に渡って高品質なエピタキシャル薄膜を
作製することを困難なものとしていた。
【００１０】これらの問題を解決する方法として、本発
明では、エピタキシャル薄膜成長の際に、モザイク性の
小さなＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いた。モザイ
ク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハとは、ウエハ内の任意
の２点間において、成長面方位のずれが６０秒／ｃｍ以
下、より好ましくは３０秒／ｃｍ以下、さらに好ましく
は、ウエハ内の任意の２点間において、任意の結晶面方
位のずれが６０秒／ｃｍ以下、より好ましくは３０秒／
ｃｍ以下のものを指す。
明では、エピタキシャル薄膜成長の際に、モザイク性の
小さなＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いた。モザイ
ク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハとは、ウエハ内の任意
の２点間において、成長面方位のずれが６０秒／ｃｍ以
下、より好ましくは３０秒／ｃｍ以下、さらに好ましく
は、ウエハ内の任意の２点間において、任意の結晶面方
位のずれが６０秒／ｃｍ以下、より好ましくは３０秒／
ｃｍ以下のものを指す。
【００１１】発明者らは、ＳｉＣ単結晶ウエハのモザイ
ク性が小さな場合、すなわちウエハ内の任意の２点間に
おいて、成長面方位のずれが６０秒／ｃｍ以下の場合に
は、ウエハ加工の際に上記ｃｒｙｓｔａｌ ｂｅｎｄｉ
ｎｇ効果が小さくなり、直径５０ｍｍのウエハにおいて
も、両端の領域で面方位のズレが０．５°以下となるこ
とを見い出した。
ク性が小さな場合、すなわちウエハ内の任意の２点間に
おいて、成長面方位のずれが６０秒／ｃｍ以下の場合に
は、ウエハ加工の際に上記ｃｒｙｓｔａｌ ｂｅｎｄｉ
ｎｇ効果が小さくなり、直径５０ｍｍのウエハにおいて
も、両端の領域で面方位のズレが０．５°以下となるこ
とを見い出した。
【００１２】次に、モザイク性の小さなＳｉＣ単結晶ウ
エハの製造方法の一例を説明する。ここでは種結晶を用
いた昇華再結晶法により作製した。昇華再結晶法では黒
鉛るつぼ内でＳｉＣ粉末原料を昇華させ、低温部に置か
れた種結晶上に再結晶化させることによりＳｉＣ単結晶
を製造する。成長は通常アルゴン等の不活性ガス中で行
う。発明者らは、種結晶として、（０００１）面を有す
る口径５０ｍｍのＳｉＣ単結晶ウエハを用意し、成長温
度２２００〜２４００℃で単結晶成長を約２０時間行っ
た。この際、成長結晶内部に存在する温度勾配が成長中
常に１５℃／ｃｍ以下となるように、るつぼの設計及び
成長条件の選択を行った。このような低温度勾配の条件
下では、新たに成長結晶に小傾角粒界が導入されること
はなく、成長結晶のモザイク性は増加しない。また、モ
ザイク性を増加させないためには、成長結晶への異種ポ
リタイプインクルージョンや黒鉛インクルージョン、Ｓ
ｉ液滴等が成長表面に付着することも防止する必要があ
る。
エハの製造方法の一例を説明する。ここでは種結晶を用
いた昇華再結晶法により作製した。昇華再結晶法では黒
鉛るつぼ内でＳｉＣ粉末原料を昇華させ、低温部に置か
れた種結晶上に再結晶化させることによりＳｉＣ単結晶
を製造する。成長は通常アルゴン等の不活性ガス中で行
う。発明者らは、種結晶として、（０００１）面を有す
る口径５０ｍｍのＳｉＣ単結晶ウエハを用意し、成長温
度２２００〜２４００℃で単結晶成長を約２０時間行っ
た。この際、成長結晶内部に存在する温度勾配が成長中
常に１５℃／ｃｍ以下となるように、るつぼの設計及び
成長条件の選択を行った。このような低温度勾配の条件
下では、新たに成長結晶に小傾角粒界が導入されること
はなく、成長結晶のモザイク性は増加しない。また、モ
ザイク性を増加させないためには、成長結晶への異種ポ
リタイプインクルージョンや黒鉛インクルージョン、Ｓ
ｉ液滴等が成長表面に付着することも防止する必要があ
る。
【００１３】さらに発明者らは、ＳｉＣ単結晶を成長さ
せる際に、成長結晶の形状を成長方向に対して凸形状に
することが、モザイク性の改善に有効であることを見い
出した。このことを図２を用いて説明する。図２は、Ｓ
ｉＣ単結晶中の小傾角粒界を構成する転位欠陥が結晶成
長中、どのように成長結晶中を伝播していくかを模式的
に表わしたものである。成長結晶のモザイク性の改善に
は、転位欠陥が結晶成長中、成長表面に垂直に伝播して
いくことを利用する。図２に示したように、ＳｉＣ単結
晶の成長形状を成長方向に対して凸形状にした場合、小
傾角粒界（転位欠陥の集合体）は成長表面に垂直に伝播
し、結果として結晶の外周方向に移動することになる。
小傾角粒界が結晶周辺部へ移動すると、中心部には小傾
角粒界密度の低い領域、すなわちモザイク性の改善され
た領域が形成される。このように、低温度勾配の条件下
でＳｉＣ単結晶の成長形状を制御して成長を行うと、成
長したＳｉＣ単結晶のモザイク性は、用いた種結晶のそ
れよりも改善される（中心部にモザイク性の改善された
部分が形成される）。
せる際に、成長結晶の形状を成長方向に対して凸形状に
することが、モザイク性の改善に有効であることを見い
出した。このことを図２を用いて説明する。図２は、Ｓ
ｉＣ単結晶中の小傾角粒界を構成する転位欠陥が結晶成
長中、どのように成長結晶中を伝播していくかを模式的
に表わしたものである。成長結晶のモザイク性の改善に
は、転位欠陥が結晶成長中、成長表面に垂直に伝播して
いくことを利用する。図２に示したように、ＳｉＣ単結
晶の成長形状を成長方向に対して凸形状にした場合、小
傾角粒界（転位欠陥の集合体）は成長表面に垂直に伝播
し、結果として結晶の外周方向に移動することになる。
小傾角粒界が結晶周辺部へ移動すると、中心部には小傾
角粒界密度の低い領域、すなわちモザイク性の改善され
た領域が形成される。このように、低温度勾配の条件下
でＳｉＣ単結晶の成長形状を制御して成長を行うと、成
長したＳｉＣ単結晶のモザイク性は、用いた種結晶のそ
れよりも改善される（中心部にモザイク性の改善された
部分が形成される）。
【００１４】こうしてモザイク性の改善されたＳｉＣ単
結晶から再度、（０００１）面を有するＳｉＣ単結晶ウ
エハを種結晶として準備し、この種結晶上に上記のモザ
イク性の改善される条件で再びＳｉＣ単結晶を成長す
る。この単結晶成長→種結晶切りだし→単結晶成長のプ
ロセスを幾度か繰り返すことによって、モザイク性の改
善された領域は拡大し、最終的にはウエハ全域に渡って
モザイク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを製造すること
ができる。
結晶から再度、（０００１）面を有するＳｉＣ単結晶ウ
エハを種結晶として準備し、この種結晶上に上記のモザ
イク性の改善される条件で再びＳｉＣ単結晶を成長す
る。この単結晶成長→種結晶切りだし→単結晶成長のプ
ロセスを幾度か繰り返すことによって、モザイク性の改
善された領域は拡大し、最終的にはウエハ全域に渡って
モザイク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを製造すること
ができる。
【００１５】モザイク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを
作製するには、上記の昇華再結晶法以外の方法、例えば
溶液成長法あるいは高温の化学的気相成長法等を利用す
ることも考えられるが、これらの方法においても、成長
の際の結晶内部の温度勾配を小さく保ち、且つ結晶の成
長形状を成長方向に対して凸形状に保てば、モザイク性
の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを製造できる。
作製するには、上記の昇華再結晶法以外の方法、例えば
溶液成長法あるいは高温の化学的気相成長法等を利用す
ることも考えられるが、これらの方法においても、成長
の際の結晶内部の温度勾配を小さく保ち、且つ結晶の成
長形状を成長方向に対して凸形状に保てば、モザイク性
の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを製造できる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例により具体的に説明す
る。
る。
【００１７】実施例１ ウエハ内の１ｃｍ離れた２点間での（０００１）面方位
のズレが４０秒／ｃｍ以下というモザイク性の小さな口
径５０ｍｍの６Ｈ型ＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用
いて、ＳｉＣのエピタキシャル成長を行った。基板の面
方位は（０００１）面から＜１１-２０＞方向に３．５
°オフしたものを使用した。このＳｉＣ単結晶ウエハ
は、従来技術で製造されたＳｉＣ単結晶ウエハ（ウエハ
内の１ｃｍ離れた２点間での（０００１）面方位のズレ
が１５０秒／ｃｍ以上）を種結晶として、昇華再結晶法
により、単結晶成長→種結晶切りだし→単結晶成長のプ
ロセスを１８回繰り返すことにより製造した。この際、
成長結晶内部の温度勾配を１５℃／ｃｍ以下となるよう
にし、且つ結晶の成長形状を成長方向に対して凸形状に
なるようにした。
のズレが４０秒／ｃｍ以下というモザイク性の小さな口
径５０ｍｍの６Ｈ型ＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用
いて、ＳｉＣのエピタキシャル成長を行った。基板の面
方位は（０００１）面から＜１１-２０＞方向に３．５
°オフしたものを使用した。このＳｉＣ単結晶ウエハ
は、従来技術で製造されたＳｉＣ単結晶ウエハ（ウエハ
内の１ｃｍ離れた２点間での（０００１）面方位のズレ
が１５０秒／ｃｍ以上）を種結晶として、昇華再結晶法
により、単結晶成長→種結晶切りだし→単結晶成長のプ
ロセスを１８回繰り返すことにより製造した。この際、
成長結晶内部の温度勾配を１５℃／ｃｍ以下となるよう
にし、且つ結晶の成長形状を成長方向に対して凸形状に
なるようにした。
【００１８】ＳｉＣエピタキシャル薄膜の成長条件は、
成長温度１５００℃、シラン（ＳｉＨ4）、プロパン
（Ｃ3Ｈ8）、水素（Ｈ2）の流量が、それぞれ０．３ｍ
ｌ／ｍｉｎ、０．２ｍｌ／ｍｉｎ、３．０ｌ／ｍｉｎで
あった。成長圧力は大気圧とした。成長時間は２時間
で、膜厚としては約５μｍ成長した。
成長温度１５００℃、シラン（ＳｉＨ4）、プロパン
（Ｃ3Ｈ8）、水素（Ｈ2）の流量が、それぞれ０．３ｍ
ｌ／ｍｉｎ、０．２ｍｌ／ｍｉｎ、３．０ｌ／ｍｉｎで
あった。成長圧力は大気圧とした。成長時間は２時間
で、膜厚としては約５μｍ成長した。
【００１９】成長後、ノマルスキー光学顕微鏡、原子間
力顕微鏡により、得られたエピタキシャル薄膜表面の欠
陥密度（ピット、異種ポリタイプインクルージョンに起
因する表面欠陥等）を調べたところ、周辺部、中央部共
にほぼ同様な、低欠陥密度（欠陥密度：８×１０3個／
ｃｍ2）のＳｉＣエピタキシャル薄膜が成長していた。
力顕微鏡により、得られたエピタキシャル薄膜表面の欠
陥密度（ピット、異種ポリタイプインクルージョンに起
因する表面欠陥等）を調べたところ、周辺部、中央部共
にほぼ同様な、低欠陥密度（欠陥密度：８×１０3個／
ｃｍ2）のＳｉＣエピタキシャル薄膜が成長していた。
【００２０】本発明の実施例では、（０００１）面Ｓｉ
Ｃ単結晶ウエハを基板として用いたＳｉＣエピタキシャ
ル薄膜成長を例にとり説明したが、低モザイク性の効果
は、成長する結晶面が（０００１）面以外の場合（例え
ば（１１-２０）面等）においても有効である。
Ｃ単結晶ウエハを基板として用いたＳｉＣエピタキシャ
ル薄膜成長を例にとり説明したが、低モザイク性の効果
は、成長する結晶面が（０００１）面以外の場合（例え
ば（１１-２０）面等）においても有効である。
【００２１】比較例１ 比較例として、モザイク性の大きな口径５０ｍｍの６Ｈ
型ＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いてＳｉＣエピタ
キシャル薄膜成長を行った。基板は、実施例１のモザイ
ク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを製造する工程で、最
初に種結晶として使用したＳｉＣ単結晶ウエハを切り出
すために用いた、従来技術により製造されたＳｉＣ単結
晶から同様に切り出したＳｉＣ単結晶ウエハである。基
板の面方位は（０００１）面から＜１１-２０＞方向に
３．５°オフとした。このウエハ内の１ｃｍ離れた２点
間での（０００１）面方位のズレは１５０秒／ｃｍ以上
であった。
型ＳｉＣ単結晶ウエハを基板として用いてＳｉＣエピタ
キシャル薄膜成長を行った。基板は、実施例１のモザイ
ク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを製造する工程で、最
初に種結晶として使用したＳｉＣ単結晶ウエハを切り出
すために用いた、従来技術により製造されたＳｉＣ単結
晶から同様に切り出したＳｉＣ単結晶ウエハである。基
板の面方位は（０００１）面から＜１１-２０＞方向に
３．５°オフとした。このウエハ内の１ｃｍ離れた２点
間での（０００１）面方位のズレは１５０秒／ｃｍ以上
であった。
【００２２】成長条件は実施例１と同じとし、成長後、
得られたエピタキシャル薄膜の表面をノマルスキー光学
顕微鏡、原子間力顕微鏡により観察したところ、中央部
（欠陥密度：９×１０3個／ｃｍ2）に比べ、周辺部（外
周から約１２ｍｍの領域）において約２倍の欠陥密度と
なった。
得られたエピタキシャル薄膜の表面をノマルスキー光学
顕微鏡、原子間力顕微鏡により観察したところ、中央部
（欠陥密度：９×１０3個／ｃｍ2）に比べ、周辺部（外
周から約１２ｍｍの領域）において約２倍の欠陥密度と
なった。
【００２３】実施例２ ここではＳｉＣ単結晶基板上にＧａＮのエピタキシャル
薄膜を成長させる場合について述べる。実施例１で使用
した、モザイク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを切り出
すために用いたＳｉＣ単結晶から同様に切り出した口径
５０ｍｍの６Ｈ型ＳｉＣ単結晶ウエハを基板として使用
した。ウエハ内の１ｃｍ離れた２点間での（０００１）
面方位のズレは４０秒／ｃｍ以下であった。面方位は
（０００１）面ジャスト方位とした。
薄膜を成長させる場合について述べる。実施例１で使用
した、モザイク性の小さなＳｉＣ単結晶ウエハを切り出
すために用いたＳｉＣ単結晶から同様に切り出した口径
５０ｍｍの６Ｈ型ＳｉＣ単結晶ウエハを基板として使用
した。ウエハ内の１ｃｍ離れた２点間での（０００１）
面方位のズレは４０秒／ｃｍ以下であった。面方位は
（０００１）面ジャスト方位とした。
【００２４】このＳｉＣ単結晶ウエハ上にＧａＮ薄膜を
ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。成長条
件は、成長温度１０５０℃、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、アンモニア（ＮＨ3）、シラン（ＳｉＨ4）をそれ
ぞれ、５４×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、４．０ｌ／ｍｉ
ｎ、２２×１０-11ｍｏｌ／ｍｉｎ流した。また、成長
圧力は大気圧とした。成長時間は６０分間で、ｎ型の窒
化ガリウムを３μｍの膜厚に成長させた。
ＭＯＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させた。成長条
件は、成長温度１０５０℃、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、アンモニア（ＮＨ3）、シラン（ＳｉＨ4）をそれ
ぞれ、５４×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、４．０ｌ／ｍｉ
ｎ、２２×１０-11ｍｏｌ／ｍｉｎ流した。また、成長
圧力は大気圧とした。成長時間は６０分間で、ｎ型の窒
化ガリウムを３μｍの膜厚に成長させた。
【００２５】得られたＧａＮ薄膜の表面状態を調べる目
的で、成長表面をノマルスキー光学顕微鏡、原子間力顕
微鏡により観察した。ウエハ全面に渡って非常に平坦な
モフォロジーが得られ、全面に渡って高品質なＧａＮ薄
膜が形成されているのが分かった。
的で、成長表面をノマルスキー光学顕微鏡、原子間力顕
微鏡により観察した。ウエハ全面に渡って非常に平坦な
モフォロジーが得られ、全面に渡って高品質なＧａＮ薄
膜が形成されているのが分かった。
【００２６】比較例２ 比較例として、モザイク性の大きな口径５０ｍｍの６Ｈ
型ＳｉＣ単結晶ウエハを基板に用いてＳｉＣエピタキシ
ャル薄膜成長を行った。基板は、比較例１で使用したモ
ザイク性の大きなＳｉＣ単結晶ウエハを切り出すために
用いたＳｉＣ単結晶から同様に切り出したＳｉＣ単結晶
ウエハである。ウエハ内の１ｃｍ離れた２点間での（０
００１）面方位のズレは１５０秒／ｃｍ以上であった。
面方位は（０００１）面ジャスト方位とした。
型ＳｉＣ単結晶ウエハを基板に用いてＳｉＣエピタキシ
ャル薄膜成長を行った。基板は、比較例１で使用したモ
ザイク性の大きなＳｉＣ単結晶ウエハを切り出すために
用いたＳｉＣ単結晶から同様に切り出したＳｉＣ単結晶
ウエハである。ウエハ内の１ｃｍ離れた２点間での（０
００１）面方位のズレは１５０秒／ｃｍ以上であった。
面方位は（０００１）面ジャスト方位とした。
【００２７】成長条件は実施例２と同じとした。成長
後、表面をノマルスキー光学顕微鏡、原子間力顕微鏡に
より観察したところ、中央部では、非常に平坦なモフォ
ロジーを観察できたが、周辺部（外周から約１６ｍｍの
領域）においては高さ０．１μｍ以上の巨大ステップが
観測された。このような巨大ステップの周辺では、組成
ムラや欠陥発生が起きやすく好ましくない。
後、表面をノマルスキー光学顕微鏡、原子間力顕微鏡に
より観察したところ、中央部では、非常に平坦なモフォ
ロジーを観察できたが、周辺部（外周から約１６ｍｍの
領域）においては高さ０．１μｍ以上の巨大ステップが
観測された。このような巨大ステップの周辺では、組成
ムラや欠陥発生が起きやすく好ましくない。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＳｉＣ単結晶ウエハを基板としてエピタキシャル薄
膜成長する場合に、ウエハ全面に渡って高品質な薄膜が
作製可能である。このようなウエハ全面に渡って高品質
な薄膜を用いれば、光学的特性の優れた発光素子、電気
的特性の優れた電子デバイスを歩留り良く作製すること
ができる。
ば、ＳｉＣ単結晶ウエハを基板としてエピタキシャル薄
膜成長する場合に、ウエハ全面に渡って高品質な薄膜が
作製可能である。このようなウエハ全面に渡って高品質
な薄膜を用いれば、光学的特性の優れた発光素子、電気
的特性の優れた電子デバイスを歩留り良く作製すること
ができる。
【図１】 ＳｉＣ単結晶ウエハのモザイク性を模式的に
表わしたものである。
表わしたものである。
【図２】 ＳｉＣ単結晶成長中の成長結晶形状を制御す
ることにより、モザイク性の改善された部分が拡大する
様子を模式的に表わしたものである。
ることにより、モザイク性の改善された部分が拡大する
様子を模式的に表わしたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藍郷 崇 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 矢代 弘克 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4G077 AB02 BE08 DA02 DA18 ED05 ED06 FG13 HA12 5F045 AA03 AB06 AB14 AC01 AC08 AC12 AD14 AD18 AF02 BB12 CA12 CB01
Claims (4)
- 【請求項１】 エピタキシャル薄膜成長用基板として用
いられる口径５０ｍｍ以上の炭化珪素単結晶ウエハであ
って、ウエハ面内の任意の２点間での成長面方位のずれ
が６０秒／ｃｍ以下であることを特徴とするモザイク性
の小さな炭化珪素単結晶ウエハ。 - 【請求項２】 ウエハ面内の任意の２点間での成長面方
位のずれが３０秒／ｃｍ以下である請求項１記載の炭化
珪素単結晶ウエハ。 - 【請求項３】 ウエハ面内の任意の２点間での任意の結
晶面方位のずれが６０秒／ｃｍ以下である請求項１記載
の炭化珪素単結晶ウエハ。 - 【請求項４】 ウエハ面内の任意の２点間での任意の結
晶面方位のずれが３０秒／ｃｍ以下である請求項１記載
の炭化珪素単結晶ウエハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000105134A JP4664464B2 (ja) | 2000-04-06 | 2000-04-06 | モザイク性の小さな炭化珪素単結晶ウエハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000105134A JP4664464B2 (ja) | 2000-04-06 | 2000-04-06 | モザイク性の小さな炭化珪素単結晶ウエハ |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010229089A Division JP5152293B2 (ja) | 2010-10-08 | 2010-10-08 | モザイク性の小さな炭化珪素単結晶ウエハの製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001294499A true JP2001294499A (ja) | 2001-10-23 |
| JP4664464B2 JP4664464B2 (ja) | 2011-04-06 |
Family
ID=18618552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000105134A Expired - Lifetime JP4664464B2 (ja) | 2000-04-06 | 2000-04-06 | モザイク性の小さな炭化珪素単結晶ウエハ |
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-
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- 2000-04-06 JP JP2000105134A patent/JP4664464B2/ja not_active Expired - Lifetime
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