JP2010254521A - 炭化珪素単結晶基板の製造方法、及び炭化珪素単結晶基板 - Google Patents
炭化珪素単結晶基板の製造方法、及び炭化珪素単結晶基板 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】炭化珪素単結晶インゴット成長表面に現れる{0001}ファセット面の面積が大きなインゴットを作製し、そのインゴットを切断・研磨することにより、基板の全面積領域が成長時の{0001}ファセット領域に相当するインゴット部分で構成されるようにする。
【選択図】なし
Description
(1) 炭化珪素単結晶からなる種結晶上に炭化珪素単結晶インゴットを成長させる工程を包含する昇華再結晶法を用いた炭化珪素単結晶基板の製造方法であり、種結晶として、結晶成長面が{0001}面から1°未満のオフセット角を有する種結晶基板を用い、また、成長容器として、側壁の厚さが少なくとも35mmの黒鉛製坩堝を用いて、得られる炭化珪素単結晶の体積抵抗率を制御するための不純物を結晶成長雰囲気に添加した状態で結晶成長を行い、炭化珪素単結晶インゴットを得て、得られた炭化珪素単結晶インゴットを切断及び研磨することで、口径が50mm以上であり、尚且つ、主面が実質的に炭化珪素単結晶インゴット由来の{0001}面ファセットからなる炭化珪素単結晶基板を得ることを特徴とする炭化珪素単結晶基板の製造方法、
(2) 前記種結晶基板の結晶成長面が、{0001}面から0.5°未満のオフセット角を有する(1)に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法、
(3) 体積抵抗率を制御するための不純物が窒素であり、成長結晶中の窒素濃度が3×1018/cm3以上、6×1020/cm3以下であり、かつ、得られる炭化珪素単結晶基板の体積抵抗率の平均値が0.0005Ωcm以上0.05Ωcm以下である(1)又は(2)に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法、
(4) 側壁の厚さが少なくとも50mmの黒鉛製坩堝を用いて炭化珪素単結晶インゴットを結晶成長させて、3インチ口径基板以上のサイズを有する炭化珪素単結晶基板を得る(1)〜(3)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法、
(5) 側壁の厚さが少なくとも60mmの黒鉛製坩堝を用いて炭化珪素単結晶インゴットを結晶成長させて、100mm口径基板以上のサイズを有する炭化珪素単結晶基板を得る(1)〜(3)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法、
(6) 側壁の厚さが少なくとも75mmの黒鉛製坩堝を用いて炭化珪素単結晶インゴットを結晶成長させて、150mm口径基板以上のサイズを有する炭化珪素単結晶基板を得る(1)〜(3)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法、
(7) (1)〜(6)のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板上に、炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶エピタキシャル基板の製造方法、
(8) 炭化珪素単結晶インゴットから切断し、研磨して得られる炭化珪素単結晶基板であって、主面が実質的に炭化珪素単結晶インゴット由来の{0001}面ファセットからなることを特徴とする炭化珪素単結晶基板、
である。
まず初めに、昇華再結晶法、あるいは別称、改良型レーリー法について説明する。図1に、昇華再結晶法の単結晶成長装置の概略図を示す。主として黒鉛からなる坩堝を用い、この坩堝内にアチソン法等々により作製したSiC結晶原料粉末を充填し、その対向位置にSiC単結晶からなる種結晶を配置する。アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で、概ね133Pa〜13.3kPaの範囲の圧力に調整し、2000〜2400℃に加熱される。この際、原料粉末と種結晶間に、原料粉末の温度が高くなるように温度勾配を制御することにより、原料粉末の昇華及び種結晶上への再結晶化を誘起し、種結晶上への単結晶成長が実現される。
図1に示す単結晶成長装置を用いて、以下に記すSiC単結晶成長を実施した。なお、図1はSiC単結晶成長装置の一例であり、本発明の構成要件を規定するものではない。まず、この単結晶成長装置について簡単に説明する。結晶成長は、種結晶として用いたSiC単結晶1の上に、原料であるSiC粉末2を昇華再結晶化させることにより行われる。種結晶のSiC単結晶1は、坩堝3(主として黒鉛製)の上部(主として黒鉛製)の内面に取り付けられる。原料のSiC粉末2は、黒鉛製坩堝3の内部に充填されている。このような坩堝3は、二重石英管4の内部に設置され、円周方向の温度ムラを解消するために、1rpm未満の回転速度で坩堝を回転可能な機構になっており、結晶成長中はほぼ一定速度で常に回転するようになっている。坩堝3の周囲には、熱シールドのための断熱保温材5が設置されている。二重石英管4は、真空排気装置6により高真空排気(10-3Pa以下)することができ、かつ内部雰囲気をアルゴンガスにより圧力制御することができる。また、二重石英管4の外周には、ワークコイル7が設置されており、高周波電流を流すことにより坩堝3を加熱し、原料及び種結晶を所望の温度に加熱することができる。坩堝温度の計測は、坩堝の上部方向の中央部に直径2〜4mmの光路8を設け坩堝上部からの輻射光を取りだし、二色温度計9を用いて行う。
4Hポリタイプの種結晶の口径が80mmであり、この種結晶を用いてSiC単結晶インゴットを成長させたこと以外は、実施例1とほぼ同様な成長条件にて、単結晶成長を実施した。なお、使用した坩堝は、結晶成長部分の内径は80mm、外径は182mmであり、側壁の厚さは51mmである。また、種結晶は、(000-1)面から<11-20>方向に0.5°のオフセット角を有していた。更には、成長速度は0.19mm/時間であった。得られた単結晶は、口径については坩堝内壁を侵食するように、成長前の坩堝内径(80mm)よりもやや拡大しており、計測の結果、概ね82mmであった。
4Hポリタイプの種結晶の口径が110mmであり、この種結晶を用いてSiC単結晶インゴットを成長させたこと以外は、実施例1とほぼ同様な成長条件にて、単結晶成長を実施した。なお、種結晶は(000-1)ジャスト面でオフセット角はほぼゼロである。また、使用した坩堝は、結晶成長部分の内径は110mm、外径は236mmであり、側壁の厚さは63mmである。更には、成長速度は0.12mm/時間であった。得られた単結晶は、口径については坩堝内壁を侵食するように、成長前の坩堝内径(110mm)よりもやや拡大しており、計測の結果、概ね113mmであった。
4Hポリタイプの種結晶の口径が160mmであり、この種結晶を用いてSiC単結晶インゴットを成長させたこと以外は、実施例1とほぼ同様な成長条件にて、単結晶成長を実施した。なお、種結晶は(000-1)ジャスト面でオフセット角はほぼゼロである。また、使用した坩堝は、結晶成長部分の内径は160mm、外径は324mmであり、側壁の厚さは82mmである。更には、成長速度は0.10mm/時間であった。得られた単結晶は、口径については坩堝内壁を侵食するように、成長前の坩堝内径(160mm)よりもやや拡大しており、計測の結果、概ね164mmであった。
4Hポリタイプの種結晶の口径が60mmであり、この種結晶を10枚準備し、それらを用いて実施例1とほぼ同様な成長条件にて、単結晶成長を10回実施した。なお、種結晶は、(000-1)面から<11-20>方向に0.5°の微小オフセット角を有していた。また、使用した坩堝の結晶成長部分の内径は60mm、外径は134mmであり、側壁の厚さは37mmである。
種結晶として、(000-1)面から<11-20>方向に16.0°のオフセット角を有した種結晶を使用したこと以外は全て実施例5とほぼ同様な成長条件にて、単結晶成長を10回実施した。
坩堝として、結晶成長部分の内径は60mm、外径は90mmであり、側壁の厚さは15mmである坩堝を使用した以外は全て実施例5とほぼ同様な成長条件にて、単結晶成長を10回実施した。
2 SiC結晶粉末原料
3 坩堝
4 二重石英管(水冷)
5 断熱材
6 真空排気装置
7 ワークコイル
8 測温用窓
9 二色温度計(放射温度計)
10 坩堝側壁厚さ
Claims (8)
- 炭化珪素単結晶からなる種結晶上に炭化珪素単結晶インゴットを成長させる工程を包含する昇華再結晶法を用いた炭化珪素単結晶基板の製造方法であり、
種結晶として、結晶成長面が{0001}面から1°未満のオフセット角を有する種結晶基板を用い、また、成長容器として、側壁の厚さが少なくとも35mmの黒鉛製坩堝を用いて、得られる炭化珪素単結晶の体積抵抗率を制御するための不純物を結晶成長雰囲気に添加した状態で結晶成長を行い、炭化珪素単結晶インゴットを得て、
得られた炭化珪素単結晶インゴットを切断及び研磨することで、口径が50mm以上であり、尚且つ、主面が実質的に炭化珪素単結晶インゴット由来の{0001}面ファセットからなる炭化珪素単結晶基板を得ることを特徴とする炭化珪素単結晶基板の製造方法。 - 前記種結晶基板の結晶成長面が、{0001}面から0.5°未満のオフセット角を有する請求項1に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 体積抵抗率を制御するための不純物が窒素であり、成長結晶中の窒素濃度が3×1018/cm3以上、6×1020/cm3以下であり、かつ、得られる炭化珪素単結晶基板の体積抵抗率の平均値が0.0005Ωcm以上0.05Ωcm以下である請求項1又は2に記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 側壁の厚さが少なくとも50mmの黒鉛製坩堝を用いて炭化珪素単結晶インゴットを結晶成長させて、3インチ口径基板以上のサイズを有する炭化珪素単結晶基板を得る請求項1〜3のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 側壁の厚さが少なくとも60mmの黒鉛製坩堝を用いて炭化珪素単結晶インゴットを結晶成長させて、100mm口径基板以上のサイズを有する炭化珪素単結晶基板を得る請求項1〜3のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 側壁の厚さが少なくとも75mmの黒鉛製坩堝を用いて炭化珪素単結晶インゴットを結晶成長させて、150mm口径基板以上のサイズを有する炭化珪素単結晶基板を得る請求項1〜3のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の炭化珪素単結晶基板上に、炭化珪素薄膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする炭化珪素単結晶エピタキシャル基板の製造方法。
- 炭化珪素単結晶インゴットから切断し、研磨して得られる炭化珪素単結晶基板であって、主面が実質的に炭化珪素単結晶インゴット由来の{0001}面ファセットからなることを特徴とする炭化珪素単結晶基板。
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