JP2004262709A - ＳｉＣ単結晶の成長方法 - Google Patents
ＳｉＣ単結晶の成長方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004262709A JP2004262709A JP2003054380A JP2003054380A JP2004262709A JP 2004262709 A JP2004262709 A JP 2004262709A JP 2003054380 A JP2003054380 A JP 2003054380A JP 2003054380 A JP2003054380 A JP 2003054380A JP 2004262709 A JP2004262709 A JP 2004262709A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- sic single
- plane
- crystal
- exposed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
【課題】結晶欠陥の低減及び大口径化が図られたＳｉＣ単結晶及びその成長方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るＳｉＣ単結晶の成長方法は、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法であって、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、が露出したＳｉＣ単結晶からなる種結晶３０上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットを斜め切りして作製された、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面、が露出する種結晶４６上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とする。
【選択図】 図５
【解決手段】本発明に係るＳｉＣ単結晶の成長方法は、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法であって、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、が露出したＳｉＣ単結晶からなる種結晶３０上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットを斜め切りして作製された、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面、が露出する種結晶４６上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させることを特徴とする。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体電子部品に適したＳｉＣ単結晶及びその成長方法、特に４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶及びその成長方法にに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、炭化珪素（ＳｉＣ）あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）等の軽元素で構成される化合物半導体の研究が盛んである。かかる化合物半導体は、軽元素で構成されているため、結合エネルギが強く、その結果、エネルギの禁制帯幅（バンドギャップ）が大きいことが特徴である。ＳｉＣは、このワイドバンドギャップの特長を活かして、高温でも動作する半導体デバイスの材料として注目を集めている。また、結合エネルギが強いため、絶縁破壊電圧が高いことから、パワーデバイスの材料としても優れている。一方、結合エネルギが強すぎて、大気圧では高温にしても融解せず、融液の再結晶化によるインゴットの作製が非常に困難である。
【０００３】
ＳｉＣ単結晶インゴットを成長させる方法としては、下記特許文献１及び特許文献２に記載されている、いわゆる改良型レーリー法が知られている。この改良型レーリー法は、黒鉛製のるつぼにＳｉＣ単結晶からなる種結晶を設置し、さらに減圧雰囲気下で原料ＳｉＣ粉末を昇華させて、種結晶上に目的規模のＳｉＣ単結晶を再結晶させるものである。
【０００４】
この改良型レーリー法をはじめとする、いわゆる昇華法においては、その種結晶として、主として［０００１］面を露出させたＳｉＣ単結晶基板が使用されている。しかしながら、面方位が［０００１］であるＳｉＣ単結晶基板を用いてＳｉＣ単結晶を成長させる場合、マイクロパイプと呼ばれる大型欠陥やらせん転位等である、＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に延びる貫通欠陥が単結晶の表面に到達するため、このＳｉＣ単結晶を用いて素子を作製すると、リーク電流等が発生する場合があった。
【０００５】
このようなマイクロパイプ等の貫通欠陥に関する問題を解消するための技術として、例えば、下記特許文献３に記載されているＳｉＣ単結晶の成長方法が知られている。この方法は、種結晶として［０００１］面より６０゜〜１２０゜の角度αだけずれた単結晶面を露出させたＳｉＣ単結晶を使用するものであり、より好ましくは［１−１００］面や［１１−２０］面を露出させたＳｉＣ単結晶を使用するものである。このような単結晶を使用すれば、単結晶の表面に到達する貫通欠陥を減少させることができる。また、ＳｉＣ単結晶の｛０００１｝面を利用する技術に関しては、既に様々な角度から研究が進められているため、［１−１００］面や［１１−２０］面を露出させたＳｉＣ単結晶を結晶成長方向に沿って切断して、貫通欠陥のない［０００１］面を得ることにより、下記特許文献３に記載されたＳｉＣ単結晶は｛０００１｝面に関する既存の様々な技術への適用が図られている。
【０００６】
しかしながら、特許文献３に記載された発明の発明者らが、上記非特許文献１において述べているように、［１−１００］面あるいは［１１−２０］面が露出したＳｉＣ単結晶を種結晶として使用する場合には、結晶多形（ポリタイプ）の制御ができ、貫通欠陥の結晶表面への到達を抑制できるものの、高密度の積層欠陥（スタッキングフォールト）がＳｉＣ単結晶の表面に露出するという問題があった。この積層欠陥は、結晶成長させる際に面状に広がるものであり、かかる積層欠陥が表面に露出したＳｉＣ単結晶を用いて素子を作製すると、上述した貫通欠陥が表面に露出したＳｉＣ単結晶を用いる場合同様、リーク電流等が発生するおそれがある。
【０００７】
そこで発明者らは、鋭意研究の末、［０３−３８］面、又は［０３−３８］面に対して約１０゜以内のオフ角だけ傾いた面を種結晶の成長面としてＳｉＣ単結晶を成長させることで、貫通欠陥及び積層欠陥を低減することを見いだし、下記特許文献４において開示した。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭５９−４８７９２号公報
【特許文献２】
特開平２−３０６９９号公報
【特許文献３】
特許第２８０４８６０号公報
【特許文献４】
国際公開第０１／１８２８６号パンフレット
【非特許文献１】
フィジカステイタスソリッド（ｂ）、２０２号、ｐｐ．１６３−１７５、１９９７年
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
また、上記特許文献３に開示された技術によって作製された、前述の［０００１］面を結晶成長面とするＳｉＣ単結晶インゴットには以下に示すような課題があった。｛１−１００｝インゴットを縦切りして｛０００１｝面を露出させた場合、その切断面の幅はインゴットの高さと同じとなる。しかしながら、一般に、精度よくＳｉＣ単結晶インゴットを作製しようとすると、インゴットの高さはせいぜいインゴットの口径と同じ長さくらいが限界である。そのため、切断面の断面積は、インゴットの高さの二乗程度にしかできないという問題があった。従って、露出する｛０００１｝断面のそれ以上の拡大化が図れず、この面を結晶成長面として作製される｛０００１｝単結晶インゴットの大口径化が著しく制限されてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、結晶欠陥の低減及び大口径化が図られたＳｉＣ単結晶及びその成長方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＳｉＣ単結晶の成長方法は、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法であって、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、が露出したＳｉＣ単結晶からなる第１の種結晶上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットを用意するステップと、ＳｉＣ単結晶インゴットを斜め切りして、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面が露出する第２の種結晶を作製するステップと、第２の種結晶上の露出面に４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させるステップとを備える。
【００１２】
このＳｉＣ単結晶の成長方法において、ＳｉＣ単結晶インゴットは、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、を露出させた第１の種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させて作製されており、ＳｉＣ単結晶の成長の際、貫通欠陥の結晶成長方向への伝播、及び＜０００１＞方向と垂直な面に広がる積層欠陥の伝播が抑制されている。そして、貫通欠陥及び積層欠陥が低減されたこのＳｉＣ単結晶インゴットを、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面、が露出するように斜め切りして得られる第２の種結晶の露出面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このように、斜め切りにより断面が露出する種結晶においては、縦切りにより断面が露出する種結晶より、その露出面の面積が大きいため、より大口径のＳｉＣインゴットを作製することができる。
【００１３】
また、第１及び第２の種結晶の露出面の少なくとも一方の面は、Ｓｉ原子の数よりＣ原子の数の方が多いことが好ましい。
【００１４】
また、オフ角α１が５゜以内であることが好ましい。さらに、オフ角α１が３゜以内であることが好ましい。すなわち、第１の種結晶の表面が｛０３−３８｝面に近くなるほど、表面に貫通欠陥及び積層欠陥が到達する事態を確実に抑制することができる。
【００１５】
本発明に係るＳｉＣ単結晶の成長方法は、黒鉛製のるつぼ内でＳｉＣ原料粉末を昇華させて、るつぼ内に設置された第３の種結晶上に４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を再結晶させるＳｉＣ単結晶の成長方法において、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、が露出したＳｉＣ単結晶からなる第４の種結晶上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットを用意するステップと、ＳｉＣ単結晶インゴットを斜め切りして、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面が露出する第３の種結晶を作製するステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
このＳｉＣ単結晶の成長方法においては、黒鉛製の坩堝内に設置する第４の種結晶の露出面が、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面であるため、この第４の種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させて作製されるＳｉＣ単結晶インゴットは、ＳｉＣ単結晶の成長の際に、貫通欠陥の結晶成長方向への伝播、及び＜０００１＞方向と垂直な面に広がる積層欠陥の伝播が抑制されている。そして、貫通欠陥及び積層欠陥が低減されたこのＳｉＣ単結晶インゴットを、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面、が露出するように斜め切りして得られる第２の種結晶の露出面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このように、斜め切りにより断面が露出する種結晶においては、縦切りにより断面が露出する種結晶より、その露出面の面積が大きいため、より大口径のＳｉＣインゴットを作製することができる。
【００１７】
本発明に係るＳｉＣ単結晶は、上記ＳｉＣ単結晶の成長方法により成長させたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るＳｉＣ単結晶及びその成長方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。また、実施形態及び実施例の説明で結晶の格子方向及び格子面を使用する場合があるが、ここで、格子方向及び格子面の記号の説明をしておく。個別方位は［ ］、集合方位は＜ ＞、個別面は（ ）、集合面は｛ ｝でそれぞれ示すことにする。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、明細書作成の都合上、数字の前に負号を付けることにする。なお、説明の便宜上、｛ａｂｃｄ｝面上又は（ａｂｃｄ）面上（ａ，ｂ，ｃ，ｄ：任意整数）に結晶成長させたＳｉＣ単結晶をそれぞれ｛ａｂｃｄ｝単結晶又は（ａｂｃｄ）単結晶と称する。
【００１９】
図１は、本実施形態の｛０３−３８｝単結晶を成長させるための結晶成長装置２を示す断面図である。結晶成長装置２は、主として、内部でＳｉＣ単結晶を成長させる黒鉛製の坩堝４と、坩堝４の熱が外部へ放射されるのを防止する熱シールド部材６と、この熱シールド部材６を包囲する水冷式の反応管８と、反応管８の周囲に巻回されるとともに坩堝４を加熱するための高周波コイル１０と、から構成されている。また、反応管８の頂上部には、アルゴンガスなどの不活性ガスを導入するためのガス導入管１２が介挿され、反応管８の底部には、不活性ガスを外部に排出するためのガス排出管１４が介挿されている。
【００２０】
坩堝４は、有底円筒形状をなしてＳｉＣ多結晶からなる原料１５を収容する収容部１６と、この収容部１６の上部開口を封止する蓋部１８と、蓋部１８に取り付けられるとともに種結晶３０が底面に固定された種結晶配置部２０と、から成る。ここで、本実施形態では、種結晶（第１の種結晶、第４の種結晶）３０として、｛０３−３８｝面が露出した４Ｈ型ポリタイプ（”Ｈ”は六方晶系、”４”は原子積層が４層で一周期となる結晶構造を意味する）のＳｉＣ単結晶を用いる。
【００２１】
続いて、図２を参照して、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶の（０３−３８）面について説明する。同図に示すように、（０３−３８）面は、［０００１］方向に対して約３５゜（３５．２６゜）の傾きを有し、［０００１］方向と垂直な面に対して約５５゜（５４．７４゜）の傾きを有している。
【００２２】
次に、図１〜図３を参照して、｛０３−３８｝単結晶の成長方法を説明する。
【００２３】
原料１５及び種結晶３０を収容した坩堝４を反応管８内に設置した後、反応管８内を約１時間ほど真空排気し、次に、ガス導入管１２より不活性ガスを導入して反応管８内を常圧（７６０Ｔｏｒｒ）にする。そして、再び反応管８内を約１０分ほど真空排気した後、ガス導入管１２より不活性ガスを導入して反応管８内を再度常圧（７６０Ｔｏｒｒ）にする。
【００２４】
以上の作業が終了した後、高周波コイル１０によって坩堝４を加熱し始める。この際、坩堝４の温度を約２０００℃にするとともに、種結晶３０の温度が原料１５の温度よりも約５０℃だけ低くなるように温度勾配をつける。同時に、反応管８内の圧力を約４Ｔｏｒｒまで低下させる。これにより、ＳｉＣ多結晶からなる原料１５が昇華し、原料１５のガスが種結晶３０に到達して、図３に示すように、種結晶３０の表面（露出面）３０ｕ上に直径約２インチの４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶４０を成長させることができる。なお、図３においては、理解容易のために種結晶３０の上方にＳｉＣ単結晶４０を位置させているが、実際は、図１から分かるように種結晶３０の下方にＳｉＣ単結晶４０が成長する。
【００２５】
ここで、図３を参照して、ＳｉＣ単結晶４０の成長過程を詳説する。通常、ＳｉＣ単結晶を成長させるに際して、＜０００１＞方向に延びるマイクロパイプやらせん転位等の貫通欠陥や、＜０００１＞方向と垂直な面に広がる積層欠陥がＳｉＣ単結晶の内部に含まれることが多い。そして、多数の貫通欠陥や積層欠陥が表面に露出したＳｉＣ単結晶を用いて素子を作製すると、リーク電流等が発生するおそれがある。
【００２６】
ここで、本実施形態のように｛０３−３８｝面を露出させた種結晶３０を用いると、種結晶３０の表面３０ｕは、上述のように、貫通欠陥４２（図中一点鎖線で示す）が延びる＜０００１＞方向に対して約３５゜の傾きを有することになる。そして、種結晶３０の径と同じ２インチ程度ＳｉＣ単結晶４０を成長させると、貫通欠陥４２が表面４０ｕに到達する事態が抑制される。
【００２７】
発明者らは、これは、種結晶３０の表面３０ｕからＳｉＣ単結晶４０へ伝播した貫通欠陥４２がＳｉＣ単結晶４０の側面４０ｓに到達するためであると考えてきたが、最近になって、実は種結晶３０とＳｉＣ単結晶４０との界面近傍において、貫通欠陥４２が｛０００１｝面内を伝播する転位に変形する場合があることを見出した。すなわち、貫通欠陥４２の１つであるマイクロパイプはｎｃ（ｎ＝３，４，５・・）のバーガースベクトルを有し、貫通欠陥４２の他の１つであるらせん転位はｎｃ（ｎ＝１，２）のバーガースベクトルを有するが、このバーガースベクトルｎｃが種結晶３０とＳｉＣ単結晶４０との界面において１ｃのバーガースベクトルを有するｎ個の刃状転位に分解され、この１ｃの微小バーガースベクトルを有する転位が｛０００１｝面内を［０１１０］方向に伝播するためであるとの考えに至った。そのため、貫通欠陥４２が、種結晶３０からＳｉＣ単結晶４０へ伝播してＳｉＣ単結晶４０を貫通する事態が抑制される。
【００２８】
また、種結晶３０の表面３０ｕは、積層欠陥４４（図中破線で示す）が広がる面、すなわち＜０００１＞方向と垂直な面に対して約５５゜の傾きを有する。このため、種結晶３０の径と同じ２インチ程度ＳｉＣ単結晶４０を成長させると、積層欠陥４４の多くはＳｉＣ単結晶４０の側面４０ｓに到達し、積層欠陥４４が表面４０ｕに到達する事態を抑制することができる。なお、種結晶３０の表面３０ｕは、Ｓｉ原子の数よりＣ原子の数の方が多い、いわゆるＣ面であることが好ましい。この場合、４Ｈ型の結晶を結晶全体亘って、再現性良く且つ容易に形成することができる。
【００２９】
続いて、以上のようにして作製した｛０３−３８｝単結晶４０を用いて、｛０００１｝単結晶を作製する方法について、図４を参照しつつ説明する。図４は、本実施形態の｛０００１｝単結晶を成長させるための結晶成長装置を示す断面図である。この結晶成長装置２Ａは、種結晶配置部２０に固定される種結晶が異なる点でのみ、図１に示した結晶成長装置２と異なる。すなわち、種結晶配置部２０に固定された種結晶４６は、上述の｛０３−３８｝単結晶インゴットをインゴットの長さ方向（すなわち、結晶成長方向）である＜０３−３８＞方向から３５．２６゜傾いた斜め方向に沿って切断して作製されたものであり、その露出面４６ｕは｛０００１｝面である。この｛０００１｝面は、積層欠陥が広がる面方位であるために積層欠陥の貫通はなく、また上述した理由により貫通欠陥も観察されない。
【００３０】
この結晶成長装置２Ａの種結晶配置部２０に種結晶４６（第２の種結晶、第３の種結晶）を取り付け、上述した｛０３−３８｝単結晶と同様の成長方法及び成長条件で種結晶４６上にＳｉＣ単結晶を成長させる。それにより、種結晶４６の露出面４６ｕである｛０００１｝上に、貫通欠陥及び積層欠陥が実質的に存在しない｛０００１｝単結晶が作製される。なお、｛０３−３８｝単結晶を斜め切りして露出する面は、Ｓｉ原子の数よりＣ原子の数の方が多い、いわゆるＣ面であることが好ましい。この場合、４Ｈ型の結晶を結晶全体亘って、再現性良く且つ容易に形成することができる。
【００３１】
ここで、斜め切りによって露出する｛０００１｝面の断面形状は、｛０３−３８｝単結晶が円柱である場合には略楕円形状となる。一方、従来の｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面上に成長させたＳｉＣ単結晶が円柱状である場合には、｛０００１｝面が露出する断面の形状は矩形状となる。図５は、この２つの断面形状を比較するために重畳させた図である。なお、図中のＡ線は、ＳｉＣ単結晶４８が｛０３−３８｝単結晶である場合に｛０００１｝面を露出させるための切断線であり、Ｂ線は、ＳｉＣ単結晶４８が｛１−１００｝単結晶である場合に｛０００１｝面を露出させるための切断線である。この図から明らかなように、同径の単結晶インゴットにおいては、｛０３−３８｝ＳｉＣ単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積は、｛１−１００｝単結晶及び｛１１−２０｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積よりも大きい。そのため、｛０３−３８｝単結晶を斜め切りすることにより種結晶を切り出して作製したインゴットは、｛１−１００｝単結晶又は｛１１−２０｝単結晶を縦切りすることにより種結晶を切り出して作製したインゴットより大口径となる。
【００３２】
上の説明においては、直径２インチの円形断面を有する種結晶４６上に、高さ２インチの円柱状インゴット作製する場合について説明したが、一般的に作製されている、種結晶の直径より短い高さを有するＳｉＣ単結晶においては、｛０３−３８｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積は、｛１−１００｝単結晶及び｛１１−２０｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積よりも大きくなる。また、元となるインゴットの形状が、円柱状でなく、角柱状や楕円柱状であっても、｛０３−３８｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積は、｛１−１００｝単結晶及び｛１１−２０｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積よりも大きくなる。
【００３３】
従って、｛０３−３８｝単結晶から｛０００１｝面が露出する種結晶４６を切り出して、その｛０００１｝面上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットは、貫通欠陥及び積層欠陥が低減されていると共に、従来より口径の大きいインゴットとなっている。このような大口径の｛０００１｝単結晶インゴットからは、表面積の大きな｛０００１｝ウェハを作製することができ、このウェハは既に様々な角度から研究が進められてきた｛０００１｝ウェハに関する技術に適用される。
【００３４】
なお、｛０３−３８｝単結晶を斜め切りして露出させる面は、厳密に｛０００１｝面であっても、｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α（α２）だけ傾いた面であってもよい。すなわち、｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α（α２）だけ傾いた面上にＳｉＣ単結晶を成長させる場合であっても、｛０３−３８｝単結晶を斜め切りすることで、縦切りする従来の単結晶に比べて断面積は大きくなる。そのため、このような場合であっても、従来よりも大口径の単結晶インゴットを作製することができる。
【００３５】
また、図６に示すように、種結晶３０の表面３０ｕを本実施形態のように｛０３−３８｝面とせず、この｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α（α１）だけ傾けた面としても、同様に、成長させられたＳｉＣ単結晶４０の表面４０ｕに貫通欠陥４２及び積層欠陥４４が到達する事態を抑制することができる。さらに、オフ角αは５゜以内であることが好ましく、より好適には、３゜以内であることが好ましい。すなわち、種結晶の表面が｛０３−３８｝面に近くなるほど、ＳｉＣ単結晶４０の表面４０ｕに貫通欠陥４２及び積層欠陥４４が到達する事態を確実に抑制することができる。
【００３６】
【実施例】
本発明のＳｉＣ単結晶及びその成長方法について、さらに実施例を用いて具体的に説明する。
【００３７】
［実施例１］
実施例１では、まず、（０３−３８）面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を種結晶３０として（０３−３８）単結晶を作製した。そして、この（０３−３８）単結晶を斜め切りして、｛０００１｝面が露出した２インチ径の４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を種結晶４６とした。この種結晶４６を結晶成長装置２Ａの種結晶配置部２０に固定して、露出面４６ｕにＳｉＣ単結晶を成長させて｛０００１｝単結晶インゴットを作製した。このときの成長速度は１ｍｍ／ｈであった。
【００３８】
このようにして得られたＳｉＣ単結晶をラマン分光分析したところ、表面全体が４Ｈ型になっていることが判明した。さらに、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットを厚さ約３３０μｍのウェハ状にスライスした後、ダイヤモンド砥石によって研磨処理を施して、ウェハの表裏面を鏡面状にした。目視により、このＳｉＣ単結晶のウェハは、表面全体が均質であり、端部からの多結晶化や結晶の多形化は起こっていないことが分かった。さらに、溶融水酸化カリウムを用いてウェハにエッチング処理を施して評価したところ、ウェハの表面に、マイクロパイプ（貫通欠陥）及び積層欠陥は観察されなかった。
【００３９】
［実施例２］
実施例２では、種結晶４６として、（０３−３８）面から（０００１）面の方向に１０゜傾いた面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣインゴットを約４４゜で斜め切りしたものを使用した。そして、反応管８内の圧力を４Ｔｏｒｒに保持し、原料１５の温度を約２３００゜にするとともに種結晶３０の温度を約２１７０゜にして、種結晶３０上に直径２インチのＳｉＣ単結晶４０を成長させた。そして、実施例１と同様に、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットをスライスしてウェハを作製し、このウェハにエッチング処理を施して評価したところ、マイクロパイプ（貫通欠陥）及び積層欠陥は観察されなかった。
【００４０】
［比較例１］
比較のために、種結晶４６として、（０３−３８）面から（０００１）面の方向に１５゜傾いた面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣインゴットを斜め切りして｛０００１｝面が露出したものを使用した。この比較例１でも、実施例１及び２と同様、反応管８内の圧力を４Ｔｏｒｒに保持し、原料１５の温度を約２３００゜にするとともに種結晶３０の温度を約２１７０゜にして、種結晶３０上に直径２インチのＳｉＣ単結晶４０を成長させた。そして、実施例１及び２と同様に、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットをスライスしてウェハを作製し、このウェハにエッチング処理を施して評価したところ、マイクロパイプ（貫通欠陥）が５０個／ｃｍ２の密度で確認された。
【００４１】
［比較例２］
比較のために、種結晶４６として、（０３−３８）面から（００１１）面の方向に１５゜傾いた面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣインゴットを斜め切りして｛０００１｝面が露出したものを使用した。この比較例２でも、実施例１及び２と同様、反応管８内の圧力を４Ｔｏｒｒに保持し、原料１５の温度を約２３００゜にするとともに種結晶３０の温度を約２１７０゜にして、種結晶３０上に直径２インチのＳｉＣ単結晶４０を成長させた。そして、実施例１及び２と同様に、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットをスライスしてウェハを作製し、このウェハにエッチング処理を施して評価したところ、マイクロパイプ（貫通欠陥）は確認されなかったが、積層欠陥が約１０００個／ｃｍの密度で確認された。
【００４２】
［比較例３］
比較のために、種結晶４６として、（０３−３８）面から（１１−２０）面の方向に１５゜傾いた面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣインゴットを斜め切りして｛０００１｝面が露出したものを使用した。この比較例３でも、実施例１及び２と同様、反応管８内の圧力を４Ｔｏｒｒに保持し、原料１５の温度を約２３００゜にするとともに種結晶３０の温度を約２１７０゜にして、種結晶３０上に直径２インチのＳｉＣ単結晶４０を成長させた。そして、実施例１及び２と同様に、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットをスライスしてウェハを作製し、このウェハにエッチング処理を施して評価したところ、マイクロパイプ（貫通欠陥）は確認されなかったが、積層欠陥が約５００個／ｃｍの密度で確認された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、結晶欠陥の低減及び大口径化が図られたＳｉＣ単結晶及びその成長方法を提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＳｉＣ単結晶を成長せせるための結晶成長装置を示す概略断面図である。
【図２】ＳｉＣ単結晶の（０３−３８）面を説明するために用いた図である。
【図３】ＳｉＣ単結晶内の貫通欠陥及び積層欠陥の状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るＳｉＣ単結晶を成長せせるための結晶成長装置を示す概略断面図である。
【図５】断面形状を説明するために用いた図である。
【図６】表面が｛０３−３８｝面からオフ角αだけ傾いた種結晶を示す図である。
【符号の説明】
２，２Ａ…結晶成長装置、４…るつぼ、６…熱シールド部材、８…反応管、１０…高周波コイル、１５…原料、２０…種結晶配置部、３０，４６…種結晶、３０ｕ，４６ｕ…種結晶表面（露出面）、４０…ＳｉＣ単結晶、４２…貫通欠陥、４４…積層欠陥。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体電子部品に適したＳｉＣ単結晶及びその成長方法、特に４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶及びその成長方法にに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、炭化珪素（ＳｉＣ）あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）等の軽元素で構成される化合物半導体の研究が盛んである。かかる化合物半導体は、軽元素で構成されているため、結合エネルギが強く、その結果、エネルギの禁制帯幅（バンドギャップ）が大きいことが特徴である。ＳｉＣは、このワイドバンドギャップの特長を活かして、高温でも動作する半導体デバイスの材料として注目を集めている。また、結合エネルギが強いため、絶縁破壊電圧が高いことから、パワーデバイスの材料としても優れている。一方、結合エネルギが強すぎて、大気圧では高温にしても融解せず、融液の再結晶化によるインゴットの作製が非常に困難である。
【０００３】
ＳｉＣ単結晶インゴットを成長させる方法としては、下記特許文献１及び特許文献２に記載されている、いわゆる改良型レーリー法が知られている。この改良型レーリー法は、黒鉛製のるつぼにＳｉＣ単結晶からなる種結晶を設置し、さらに減圧雰囲気下で原料ＳｉＣ粉末を昇華させて、種結晶上に目的規模のＳｉＣ単結晶を再結晶させるものである。
【０００４】
この改良型レーリー法をはじめとする、いわゆる昇華法においては、その種結晶として、主として［０００１］面を露出させたＳｉＣ単結晶基板が使用されている。しかしながら、面方位が［０００１］であるＳｉＣ単結晶基板を用いてＳｉＣ単結晶を成長させる場合、マイクロパイプと呼ばれる大型欠陥やらせん転位等である、＜０００１＞方向（ｃ軸方向）に延びる貫通欠陥が単結晶の表面に到達するため、このＳｉＣ単結晶を用いて素子を作製すると、リーク電流等が発生する場合があった。
【０００５】
このようなマイクロパイプ等の貫通欠陥に関する問題を解消するための技術として、例えば、下記特許文献３に記載されているＳｉＣ単結晶の成長方法が知られている。この方法は、種結晶として［０００１］面より６０゜〜１２０゜の角度αだけずれた単結晶面を露出させたＳｉＣ単結晶を使用するものであり、より好ましくは［１−１００］面や［１１−２０］面を露出させたＳｉＣ単結晶を使用するものである。このような単結晶を使用すれば、単結晶の表面に到達する貫通欠陥を減少させることができる。また、ＳｉＣ単結晶の｛０００１｝面を利用する技術に関しては、既に様々な角度から研究が進められているため、［１−１００］面や［１１−２０］面を露出させたＳｉＣ単結晶を結晶成長方向に沿って切断して、貫通欠陥のない［０００１］面を得ることにより、下記特許文献３に記載されたＳｉＣ単結晶は｛０００１｝面に関する既存の様々な技術への適用が図られている。
【０００６】
しかしながら、特許文献３に記載された発明の発明者らが、上記非特許文献１において述べているように、［１−１００］面あるいは［１１−２０］面が露出したＳｉＣ単結晶を種結晶として使用する場合には、結晶多形（ポリタイプ）の制御ができ、貫通欠陥の結晶表面への到達を抑制できるものの、高密度の積層欠陥（スタッキングフォールト）がＳｉＣ単結晶の表面に露出するという問題があった。この積層欠陥は、結晶成長させる際に面状に広がるものであり、かかる積層欠陥が表面に露出したＳｉＣ単結晶を用いて素子を作製すると、上述した貫通欠陥が表面に露出したＳｉＣ単結晶を用いる場合同様、リーク電流等が発生するおそれがある。
【０００７】
そこで発明者らは、鋭意研究の末、［０３−３８］面、又は［０３−３８］面に対して約１０゜以内のオフ角だけ傾いた面を種結晶の成長面としてＳｉＣ単結晶を成長させることで、貫通欠陥及び積層欠陥を低減することを見いだし、下記特許文献４において開示した。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭５９−４８７９２号公報
【特許文献２】
特開平２−３０６９９号公報
【特許文献３】
特許第２８０４８６０号公報
【特許文献４】
国際公開第０１／１８２８６号パンフレット
【非特許文献１】
フィジカステイタスソリッド（ｂ）、２０２号、ｐｐ．１６３−１７５、１９９７年
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
また、上記特許文献３に開示された技術によって作製された、前述の［０００１］面を結晶成長面とするＳｉＣ単結晶インゴットには以下に示すような課題があった。｛１−１００｝インゴットを縦切りして｛０００１｝面を露出させた場合、その切断面の幅はインゴットの高さと同じとなる。しかしながら、一般に、精度よくＳｉＣ単結晶インゴットを作製しようとすると、インゴットの高さはせいぜいインゴットの口径と同じ長さくらいが限界である。そのため、切断面の断面積は、インゴットの高さの二乗程度にしかできないという問題があった。従って、露出する｛０００１｝断面のそれ以上の拡大化が図れず、この面を結晶成長面として作製される｛０００１｝単結晶インゴットの大口径化が著しく制限されてしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、結晶欠陥の低減及び大口径化が図られたＳｉＣ単結晶及びその成長方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＳｉＣ単結晶の成長方法は、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法であって、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、が露出したＳｉＣ単結晶からなる第１の種結晶上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットを用意するステップと、ＳｉＣ単結晶インゴットを斜め切りして、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面が露出する第２の種結晶を作製するステップと、第２の種結晶上の露出面に４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させるステップとを備える。
【００１２】
このＳｉＣ単結晶の成長方法において、ＳｉＣ単結晶インゴットは、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、を露出させた第１の種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させて作製されており、ＳｉＣ単結晶の成長の際、貫通欠陥の結晶成長方向への伝播、及び＜０００１＞方向と垂直な面に広がる積層欠陥の伝播が抑制されている。そして、貫通欠陥及び積層欠陥が低減されたこのＳｉＣ単結晶インゴットを、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面、が露出するように斜め切りして得られる第２の種結晶の露出面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このように、斜め切りにより断面が露出する種結晶においては、縦切りにより断面が露出する種結晶より、その露出面の面積が大きいため、より大口径のＳｉＣインゴットを作製することができる。
【００１３】
また、第１及び第２の種結晶の露出面の少なくとも一方の面は、Ｓｉ原子の数よりＣ原子の数の方が多いことが好ましい。
【００１４】
また、オフ角α１が５゜以内であることが好ましい。さらに、オフ角α１が３゜以内であることが好ましい。すなわち、第１の種結晶の表面が｛０３−３８｝面に近くなるほど、表面に貫通欠陥及び積層欠陥が到達する事態を確実に抑制することができる。
【００１５】
本発明に係るＳｉＣ単結晶の成長方法は、黒鉛製のるつぼ内でＳｉＣ原料粉末を昇華させて、るつぼ内に設置された第３の種結晶上に４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を再結晶させるＳｉＣ単結晶の成長方法において、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、が露出したＳｉＣ単結晶からなる第４の種結晶上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットを用意するステップと、ＳｉＣ単結晶インゴットを斜め切りして、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面が露出する第３の種結晶を作製するステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
このＳｉＣ単結晶の成長方法においては、黒鉛製の坩堝内に設置する第４の種結晶の露出面が、｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面であるため、この第４の種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させて作製されるＳｉＣ単結晶インゴットは、ＳｉＣ単結晶の成長の際に、貫通欠陥の結晶成長方向への伝播、及び＜０００１＞方向と垂直な面に広がる積層欠陥の伝播が抑制されている。そして、貫通欠陥及び積層欠陥が低減されたこのＳｉＣ単結晶インゴットを、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面、が露出するように斜め切りして得られる第２の種結晶の露出面上にＳｉＣ単結晶を成長させる。このように、斜め切りにより断面が露出する種結晶においては、縦切りにより断面が露出する種結晶より、その露出面の面積が大きいため、より大口径のＳｉＣインゴットを作製することができる。
【００１７】
本発明に係るＳｉＣ単結晶は、上記ＳｉＣ単結晶の成長方法により成長させたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係るＳｉＣ単結晶及びその成長方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。また、実施形態及び実施例の説明で結晶の格子方向及び格子面を使用する場合があるが、ここで、格子方向及び格子面の記号の説明をしておく。個別方位は［ ］、集合方位は＜ ＞、個別面は（ ）、集合面は｛ ｝でそれぞれ示すことにする。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、明細書作成の都合上、数字の前に負号を付けることにする。なお、説明の便宜上、｛ａｂｃｄ｝面上又は（ａｂｃｄ）面上（ａ，ｂ，ｃ，ｄ：任意整数）に結晶成長させたＳｉＣ単結晶をそれぞれ｛ａｂｃｄ｝単結晶又は（ａｂｃｄ）単結晶と称する。
【００１９】
図１は、本実施形態の｛０３−３８｝単結晶を成長させるための結晶成長装置２を示す断面図である。結晶成長装置２は、主として、内部でＳｉＣ単結晶を成長させる黒鉛製の坩堝４と、坩堝４の熱が外部へ放射されるのを防止する熱シールド部材６と、この熱シールド部材６を包囲する水冷式の反応管８と、反応管８の周囲に巻回されるとともに坩堝４を加熱するための高周波コイル１０と、から構成されている。また、反応管８の頂上部には、アルゴンガスなどの不活性ガスを導入するためのガス導入管１２が介挿され、反応管８の底部には、不活性ガスを外部に排出するためのガス排出管１４が介挿されている。
【００２０】
坩堝４は、有底円筒形状をなしてＳｉＣ多結晶からなる原料１５を収容する収容部１６と、この収容部１６の上部開口を封止する蓋部１８と、蓋部１８に取り付けられるとともに種結晶３０が底面に固定された種結晶配置部２０と、から成る。ここで、本実施形態では、種結晶（第１の種結晶、第４の種結晶）３０として、｛０３−３８｝面が露出した４Ｈ型ポリタイプ（”Ｈ”は六方晶系、”４”は原子積層が４層で一周期となる結晶構造を意味する）のＳｉＣ単結晶を用いる。
【００２１】
続いて、図２を参照して、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶の（０３−３８）面について説明する。同図に示すように、（０３−３８）面は、［０００１］方向に対して約３５゜（３５．２６゜）の傾きを有し、［０００１］方向と垂直な面に対して約５５゜（５４．７４゜）の傾きを有している。
【００２２】
次に、図１〜図３を参照して、｛０３−３８｝単結晶の成長方法を説明する。
【００２３】
原料１５及び種結晶３０を収容した坩堝４を反応管８内に設置した後、反応管８内を約１時間ほど真空排気し、次に、ガス導入管１２より不活性ガスを導入して反応管８内を常圧（７６０Ｔｏｒｒ）にする。そして、再び反応管８内を約１０分ほど真空排気した後、ガス導入管１２より不活性ガスを導入して反応管８内を再度常圧（７６０Ｔｏｒｒ）にする。
【００２４】
以上の作業が終了した後、高周波コイル１０によって坩堝４を加熱し始める。この際、坩堝４の温度を約２０００℃にするとともに、種結晶３０の温度が原料１５の温度よりも約５０℃だけ低くなるように温度勾配をつける。同時に、反応管８内の圧力を約４Ｔｏｒｒまで低下させる。これにより、ＳｉＣ多結晶からなる原料１５が昇華し、原料１５のガスが種結晶３０に到達して、図３に示すように、種結晶３０の表面（露出面）３０ｕ上に直径約２インチの４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶４０を成長させることができる。なお、図３においては、理解容易のために種結晶３０の上方にＳｉＣ単結晶４０を位置させているが、実際は、図１から分かるように種結晶３０の下方にＳｉＣ単結晶４０が成長する。
【００２５】
ここで、図３を参照して、ＳｉＣ単結晶４０の成長過程を詳説する。通常、ＳｉＣ単結晶を成長させるに際して、＜０００１＞方向に延びるマイクロパイプやらせん転位等の貫通欠陥や、＜０００１＞方向と垂直な面に広がる積層欠陥がＳｉＣ単結晶の内部に含まれることが多い。そして、多数の貫通欠陥や積層欠陥が表面に露出したＳｉＣ単結晶を用いて素子を作製すると、リーク電流等が発生するおそれがある。
【００２６】
ここで、本実施形態のように｛０３−３８｝面を露出させた種結晶３０を用いると、種結晶３０の表面３０ｕは、上述のように、貫通欠陥４２（図中一点鎖線で示す）が延びる＜０００１＞方向に対して約３５゜の傾きを有することになる。そして、種結晶３０の径と同じ２インチ程度ＳｉＣ単結晶４０を成長させると、貫通欠陥４２が表面４０ｕに到達する事態が抑制される。
【００２７】
発明者らは、これは、種結晶３０の表面３０ｕからＳｉＣ単結晶４０へ伝播した貫通欠陥４２がＳｉＣ単結晶４０の側面４０ｓに到達するためであると考えてきたが、最近になって、実は種結晶３０とＳｉＣ単結晶４０との界面近傍において、貫通欠陥４２が｛０００１｝面内を伝播する転位に変形する場合があることを見出した。すなわち、貫通欠陥４２の１つであるマイクロパイプはｎｃ（ｎ＝３，４，５・・）のバーガースベクトルを有し、貫通欠陥４２の他の１つであるらせん転位はｎｃ（ｎ＝１，２）のバーガースベクトルを有するが、このバーガースベクトルｎｃが種結晶３０とＳｉＣ単結晶４０との界面において１ｃのバーガースベクトルを有するｎ個の刃状転位に分解され、この１ｃの微小バーガースベクトルを有する転位が｛０００１｝面内を［０１１０］方向に伝播するためであるとの考えに至った。そのため、貫通欠陥４２が、種結晶３０からＳｉＣ単結晶４０へ伝播してＳｉＣ単結晶４０を貫通する事態が抑制される。
【００２８】
また、種結晶３０の表面３０ｕは、積層欠陥４４（図中破線で示す）が広がる面、すなわち＜０００１＞方向と垂直な面に対して約５５゜の傾きを有する。このため、種結晶３０の径と同じ２インチ程度ＳｉＣ単結晶４０を成長させると、積層欠陥４４の多くはＳｉＣ単結晶４０の側面４０ｓに到達し、積層欠陥４４が表面４０ｕに到達する事態を抑制することができる。なお、種結晶３０の表面３０ｕは、Ｓｉ原子の数よりＣ原子の数の方が多い、いわゆるＣ面であることが好ましい。この場合、４Ｈ型の結晶を結晶全体亘って、再現性良く且つ容易に形成することができる。
【００２９】
続いて、以上のようにして作製した｛０３−３８｝単結晶４０を用いて、｛０００１｝単結晶を作製する方法について、図４を参照しつつ説明する。図４は、本実施形態の｛０００１｝単結晶を成長させるための結晶成長装置を示す断面図である。この結晶成長装置２Ａは、種結晶配置部２０に固定される種結晶が異なる点でのみ、図１に示した結晶成長装置２と異なる。すなわち、種結晶配置部２０に固定された種結晶４６は、上述の｛０３−３８｝単結晶インゴットをインゴットの長さ方向（すなわち、結晶成長方向）である＜０３−３８＞方向から３５．２６゜傾いた斜め方向に沿って切断して作製されたものであり、その露出面４６ｕは｛０００１｝面である。この｛０００１｝面は、積層欠陥が広がる面方位であるために積層欠陥の貫通はなく、また上述した理由により貫通欠陥も観察されない。
【００３０】
この結晶成長装置２Ａの種結晶配置部２０に種結晶４６（第２の種結晶、第３の種結晶）を取り付け、上述した｛０３−３８｝単結晶と同様の成長方法及び成長条件で種結晶４６上にＳｉＣ単結晶を成長させる。それにより、種結晶４６の露出面４６ｕである｛０００１｝上に、貫通欠陥及び積層欠陥が実質的に存在しない｛０００１｝単結晶が作製される。なお、｛０３−３８｝単結晶を斜め切りして露出する面は、Ｓｉ原子の数よりＣ原子の数の方が多い、いわゆるＣ面であることが好ましい。この場合、４Ｈ型の結晶を結晶全体亘って、再現性良く且つ容易に形成することができる。
【００３１】
ここで、斜め切りによって露出する｛０００１｝面の断面形状は、｛０３−３８｝単結晶が円柱である場合には略楕円形状となる。一方、従来の｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面上に成長させたＳｉＣ単結晶が円柱状である場合には、｛０００１｝面が露出する断面の形状は矩形状となる。図５は、この２つの断面形状を比較するために重畳させた図である。なお、図中のＡ線は、ＳｉＣ単結晶４８が｛０３−３８｝単結晶である場合に｛０００１｝面を露出させるための切断線であり、Ｂ線は、ＳｉＣ単結晶４８が｛１−１００｝単結晶である場合に｛０００１｝面を露出させるための切断線である。この図から明らかなように、同径の単結晶インゴットにおいては、｛０３−３８｝ＳｉＣ単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積は、｛１−１００｝単結晶及び｛１１−２０｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積よりも大きい。そのため、｛０３−３８｝単結晶を斜め切りすることにより種結晶を切り出して作製したインゴットは、｛１−１００｝単結晶又は｛１１−２０｝単結晶を縦切りすることにより種結晶を切り出して作製したインゴットより大口径となる。
【００３２】
上の説明においては、直径２インチの円形断面を有する種結晶４６上に、高さ２インチの円柱状インゴット作製する場合について説明したが、一般的に作製されている、種結晶の直径より短い高さを有するＳｉＣ単結晶においては、｛０３−３８｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積は、｛１−１００｝単結晶及び｛１１−２０｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積よりも大きくなる。また、元となるインゴットの形状が、円柱状でなく、角柱状や楕円柱状であっても、｛０３−３８｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積は、｛１−１００｝単結晶及び｛１１−２０｝単結晶に露出する｛０００１｝面の断面積よりも大きくなる。
【００３３】
従って、｛０３−３８｝単結晶から｛０００１｝面が露出する種結晶４６を切り出して、その｛０００１｝面上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットは、貫通欠陥及び積層欠陥が低減されていると共に、従来より口径の大きいインゴットとなっている。このような大口径の｛０００１｝単結晶インゴットからは、表面積の大きな｛０００１｝ウェハを作製することができ、このウェハは既に様々な角度から研究が進められてきた｛０００１｝ウェハに関する技術に適用される。
【００３４】
なお、｛０３−３８｝単結晶を斜め切りして露出させる面は、厳密に｛０００１｝面であっても、｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α（α２）だけ傾いた面であってもよい。すなわち、｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α（α２）だけ傾いた面上にＳｉＣ単結晶を成長させる場合であっても、｛０３−３８｝単結晶を斜め切りすることで、縦切りする従来の単結晶に比べて断面積は大きくなる。そのため、このような場合であっても、従来よりも大口径の単結晶インゴットを作製することができる。
【００３５】
また、図６に示すように、種結晶３０の表面３０ｕを本実施形態のように｛０３−３８｝面とせず、この｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α（α１）だけ傾けた面としても、同様に、成長させられたＳｉＣ単結晶４０の表面４０ｕに貫通欠陥４２及び積層欠陥４４が到達する事態を抑制することができる。さらに、オフ角αは５゜以内であることが好ましく、より好適には、３゜以内であることが好ましい。すなわち、種結晶の表面が｛０３−３８｝面に近くなるほど、ＳｉＣ単結晶４０の表面４０ｕに貫通欠陥４２及び積層欠陥４４が到達する事態を確実に抑制することができる。
【００３６】
【実施例】
本発明のＳｉＣ単結晶及びその成長方法について、さらに実施例を用いて具体的に説明する。
【００３７】
［実施例１］
実施例１では、まず、（０３−３８）面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を種結晶３０として（０３−３８）単結晶を作製した。そして、この（０３−３８）単結晶を斜め切りして、｛０００１｝面が露出した２インチ径の４Ｈ−ＳｉＣ単結晶を種結晶４６とした。この種結晶４６を結晶成長装置２Ａの種結晶配置部２０に固定して、露出面４６ｕにＳｉＣ単結晶を成長させて｛０００１｝単結晶インゴットを作製した。このときの成長速度は１ｍｍ／ｈであった。
【００３８】
このようにして得られたＳｉＣ単結晶をラマン分光分析したところ、表面全体が４Ｈ型になっていることが判明した。さらに、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットを厚さ約３３０μｍのウェハ状にスライスした後、ダイヤモンド砥石によって研磨処理を施して、ウェハの表裏面を鏡面状にした。目視により、このＳｉＣ単結晶のウェハは、表面全体が均質であり、端部からの多結晶化や結晶の多形化は起こっていないことが分かった。さらに、溶融水酸化カリウムを用いてウェハにエッチング処理を施して評価したところ、ウェハの表面に、マイクロパイプ（貫通欠陥）及び積層欠陥は観察されなかった。
【００３９】
［実施例２］
実施例２では、種結晶４６として、（０３−３８）面から（０００１）面の方向に１０゜傾いた面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣインゴットを約４４゜で斜め切りしたものを使用した。そして、反応管８内の圧力を４Ｔｏｒｒに保持し、原料１５の温度を約２３００゜にするとともに種結晶３０の温度を約２１７０゜にして、種結晶３０上に直径２インチのＳｉＣ単結晶４０を成長させた。そして、実施例１と同様に、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットをスライスしてウェハを作製し、このウェハにエッチング処理を施して評価したところ、マイクロパイプ（貫通欠陥）及び積層欠陥は観察されなかった。
【００４０】
［比較例１］
比較のために、種結晶４６として、（０３−３８）面から（０００１）面の方向に１５゜傾いた面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣインゴットを斜め切りして｛０００１｝面が露出したものを使用した。この比較例１でも、実施例１及び２と同様、反応管８内の圧力を４Ｔｏｒｒに保持し、原料１５の温度を約２３００゜にするとともに種結晶３０の温度を約２１７０゜にして、種結晶３０上に直径２インチのＳｉＣ単結晶４０を成長させた。そして、実施例１及び２と同様に、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットをスライスしてウェハを作製し、このウェハにエッチング処理を施して評価したところ、マイクロパイプ（貫通欠陥）が５０個／ｃｍ２の密度で確認された。
【００４１】
［比較例２］
比較のために、種結晶４６として、（０３−３８）面から（００１１）面の方向に１５゜傾いた面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣインゴットを斜め切りして｛０００１｝面が露出したものを使用した。この比較例２でも、実施例１及び２と同様、反応管８内の圧力を４Ｔｏｒｒに保持し、原料１５の温度を約２３００゜にするとともに種結晶３０の温度を約２１７０゜にして、種結晶３０上に直径２インチのＳｉＣ単結晶４０を成長させた。そして、実施例１及び２と同様に、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットをスライスしてウェハを作製し、このウェハにエッチング処理を施して評価したところ、マイクロパイプ（貫通欠陥）は確認されなかったが、積層欠陥が約１０００個／ｃｍの密度で確認された。
【００４２】
［比較例３］
比較のために、種結晶４６として、（０３−３８）面から（１１−２０）面の方向に１５゜傾いた面が露出した４Ｈ−ＳｉＣ単結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣインゴットを斜め切りして｛０００１｝面が露出したものを使用した。この比較例３でも、実施例１及び２と同様、反応管８内の圧力を４Ｔｏｒｒに保持し、原料１５の温度を約２３００゜にするとともに種結晶３０の温度を約２１７０゜にして、種結晶３０上に直径２インチのＳｉＣ単結晶４０を成長させた。そして、実施例１及び２と同様に、ＳｉＣ単結晶４０のインゴットをスライスしてウェハを作製し、このウェハにエッチング処理を施して評価したところ、マイクロパイプ（貫通欠陥）は確認されなかったが、積層欠陥が約５００個／ｃｍの密度で確認された。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、結晶欠陥の低減及び大口径化が図られたＳｉＣ単結晶及びその成長方法を提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＳｉＣ単結晶を成長せせるための結晶成長装置を示す概略断面図である。
【図２】ＳｉＣ単結晶の（０３−３８）面を説明するために用いた図である。
【図３】ＳｉＣ単結晶内の貫通欠陥及び積層欠陥の状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るＳｉＣ単結晶を成長せせるための結晶成長装置を示す概略断面図である。
【図５】断面形状を説明するために用いた図である。
【図６】表面が｛０３−３８｝面からオフ角αだけ傾いた種結晶を示す図である。
【符号の説明】
２，２Ａ…結晶成長装置、４…るつぼ、６…熱シールド部材、８…反応管、１０…高周波コイル、１５…原料、２０…種結晶配置部、３０，４６…種結晶、３０ｕ，４６ｕ…種結晶表面（露出面）、４０…ＳｉＣ単結晶、４２…貫通欠陥、４４…積層欠陥。
Claims (6)
- ４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法であって、
｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、が露出したＳｉＣ単結晶からなる第１の種結晶上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットを用意するステップと、
前記ＳｉＣ単結晶インゴットを斜め切りして、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面が露出する第２の種結晶を作製するステップと、
前記第２の種結晶上の露出面に４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させるステップとを備える、ＳｉＣ単結晶の成長方法。 - 前記第１及び第２の種結晶の露出面の少なくとも一方の面は、Ｓｉ原子の数よりＣ原子の数の方が多い、請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の成長方法。
- 前記オフ角α１が５゜以内である、請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の成長方法。
- 前記オフ角α１が３゜以内である、請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の成長方法。
- 黒鉛製のるつぼ内でＳｉＣ原料粉末を昇華させて、前記るつぼ内に設置された第３の種結晶上に４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を再結晶させるＳｉＣ単結晶の成長方法において、
｛０３−３８｝面、又は｛０３−３８｝面に対して約１０゜以内のオフ角α１だけ傾いた面、が露出したＳｉＣ単結晶からなる第４の種結晶上に、４Ｈ型ポリタイプのＳｉＣ単結晶を成長させたＳｉＣ単結晶インゴットを用意するステップと、
前記ＳｉＣ単結晶インゴットを斜め切りして、｛０００１｝面、又は｛０００１｝面に対して約１０゜以内のオフ角α２だけ傾いた面が露出する前記第３の種結晶を作製するステップとを備える、ＳｉＣ単結晶の成長方法。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載のＳｉＣ単結晶の成長方法により成長させた、ＳｉＣ単結晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003054380A JP2004262709A (ja) | 2003-02-28 | 2003-02-28 | ＳｉＣ単結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003054380A JP2004262709A (ja) | 2003-02-28 | 2003-02-28 | ＳｉＣ単結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004262709A true JP2004262709A (ja) | 2004-09-24 |
Family
ID=33118734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003054380A Pending JP2004262709A (ja) | 2003-02-28 | 2003-02-28 | ＳｉＣ単結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004262709A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007094155A1 (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | ＳｉＣ単結晶の製造方法 |
| US7387680B2 (en) | 2005-05-13 | 2008-06-17 | Cree, Inc. | Method and apparatus for the production of silicon carbide crystals |
| WO2009072378A1 (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ＡｌＮ結晶およびその成長方法 |
| JP2010184833A (ja) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶基板および炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ |
| JP2012072034A (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
| US20120132132A1 (en) * | 2010-11-29 | 2012-05-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of silicon carbide single crystal |
| WO2013021902A1 (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-14 | 住友電気工業株式会社 | 基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
| JP2014031313A (ja) * | 2013-09-26 | 2014-02-20 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶基板および炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ |
-
2003
- 2003-02-28 JP JP2003054380A patent/JP2004262709A/ja active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7387680B2 (en) | 2005-05-13 | 2008-06-17 | Cree, Inc. | Method and apparatus for the production of silicon carbide crystals |
| WO2007094155A1 (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | ＳｉＣ単結晶の製造方法 |
| WO2009072378A1 (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ＡｌＮ結晶およびその成長方法 |
| JP2009137777A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ＡｌＮ結晶およびその成長方法 |
| US8470091B2 (en) | 2009-02-12 | 2013-06-25 | Denso Corporation | SiC single crystal substrate, SiC single crystal epitaxial wafer, and SiC semiconductor device |
| JP2010184833A (ja) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶基板および炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ |
| JP2012072034A (ja) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
| US9145622B2 (en) | 2010-09-29 | 2015-09-29 | Denso Corporation | Manufacturing method of silicon carbide single crystal |
| US20120132132A1 (en) * | 2010-11-29 | 2012-05-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of silicon carbide single crystal |
| US9051663B2 (en) * | 2010-11-29 | 2015-06-09 | Denso Corporation | Manufacturing method of silicon carbide single crystal |
| WO2013021902A1 (ja) * | 2011-08-05 | 2013-02-14 | 住友電気工業株式会社 | 基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
| US8872189B2 (en) | 2011-08-05 | 2014-10-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Substrate, semiconductor device, and method of manufacturing the same |
| JPWO2013021902A1 (ja) * | 2011-08-05 | 2015-03-05 | 住友電気工業株式会社 | 基板、半導体装置およびこれらの製造方法 |
| US9093384B2 (en) | 2011-08-05 | 2015-07-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Substrate, semiconductor device, and method of manufacturing the same |
| US9117758B2 (en) | 2011-08-05 | 2015-08-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Substrate, semiconductor device, and method of manufacturing the same |
| US9490132B2 (en) | 2011-08-05 | 2016-11-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Substrate, semiconductor device, and method of manufacturing the same |
| JP2014031313A (ja) * | 2013-09-26 | 2014-02-20 | Denso Corp | 炭化珪素単結晶基板および炭化珪素単結晶エピタキシャルウェハ |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5577095B2 (ja) | ＳｉＣのＰＶＴ結晶成長方法 | |
| US8410488B2 (en) | Micropipe-free silicon carbide and related method of manufacture | |
| JP4603386B2 (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法 | |
| JP4818754B2 (ja) | 炭化珪素単結晶インゴットの製造方法 | |
| TW526300B (en) | SiC single crystal and method for growing the same | |
| JP4585359B2 (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法 | |
| JPWO2016088883A1 (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法及び炭化珪素単結晶基板 | |
| JP2008509872A (ja) | 大型炭化珪素単結晶の高品質成長のための種結晶および種結晶ホルダー | |
| WO2010007867A1 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法およびｉｉｉ族窒化物結晶 | |
| JP5162895B2 (ja) | 窒化アルミニウム結晶の製造方法、窒化アルミニウム結晶、窒化アルミニウム結晶基板および半導体デバイス | |
| US20130068157A1 (en) | Method of manufacturing silicon carbide crystal | |
| JP2004099340A (ja) | 炭化珪素単結晶育成用種結晶と炭化珪素単結晶インゴット及びその製造方法 | |
| WO2007080881A1 (ja) | 窒化アルミニウム結晶の製造方法、窒化アルミニウム結晶、窒化アルミニウム結晶基板および半導体デバイス | |
| JP4690906B2 (ja) | 炭化珪素単結晶育成用種結晶及びその製造方法並びに炭化珪素単結晶の製造方法 | |
| JP4253974B2 (ja) | ＳｉＣ単結晶およびその成長方法 | |
| JP4408247B2 (ja) | 炭化珪素単結晶育成用種結晶と、それを用いた炭化珪素単結晶の製造方法 | |
| JP2004262709A (ja) | ＳｉＣ単結晶の成長方法 | |
| US6376900B1 (en) | Single crystal SiC | |
| JP4304783B2 (ja) | ＳｉＣ単結晶およびその成長方法 | |
| JP4157326B2 (ja) | ４ｈ型炭化珪素単結晶インゴット及びウエハ | |
| JP5370025B2 (ja) | 炭化珪素単結晶インゴット | |
| JPH0797299A (ja) | ＳｉＣ単結晶の成長方法 | |
| Bakin | SiC Homoepitaxy and Heteroepitaxy | |
| JP2006124244A (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法および炭化珪素ウエハ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050512 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051116 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060919 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20061116 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20070327 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070821 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |