JP2013525254A - 制御された炭化ケイ素成長方法およびその方法により作製された構造 - Google Patents
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Abstract
Description
(背景技術)
炭化ケイ素(SiC)は、多くの魅力的な電気的および熱物理学的性質を有する。炭化ケイ素は、特にそれの物理的強度および化学的侵食に対する高い耐性の理由で有用である。炭化ケイ素は、また放射線耐性、高いブレークダウン電界、比較的広いバンド幅、高い飽和電子ドリフト速度、高温特性および青、紫および紫外のスペクトル域における高エネルギー光子の吸収・放射を含む優れた電子特性を有する。SiCは、そのいくつかの性質のお陰で、高電力密度の固体デバイスの作製に適したものとなっている。
本発明の実施の形態は、比較的少ないマイクロパイプ欠陥を有する半絶縁性炭化ケイ素(SiC)の成長方法を提供する。マイクロパイプ欠陥は、溶解度の低い不純物が析出することで生じ、しばしば単純に「マイクロパイプ」と呼ばれる。発明の実施の形態は、例えば光伝導スイッチなど半絶縁性SiC構造が適した応用のためのバルク結晶、ウエハおよびデバイスなどのSiC構造を提供できる。光伝導材料は、高電圧を支えるために通常は絶縁性であるが、光励起によって伝導性となって高電圧応用に適した高速の調整されたスイッチングが可能であるべきである。本発明の実施の形態は、SiC結晶のための2部構成の(two−part)成長プロセスを提供し、それによって例えばバナジウムなどの低溶解度ドーパントの析出を最小化する。
以下の詳細な説明は、発明の特定の実施の形態を示す添付図面を参照する。異なる構造および動作を有するその他の実施の形態も本発明の範囲から外れることがない。
Claims (54)
- 炭化ケイ素の結晶を成長させる方法であって、
犠牲基板をソース材料と一緒に成長ゾーンに配置する工程と、
前記犠牲基板の上に炭化ケイ素を成長させる工程と、
前記犠牲基板を最終基板で置き換える工程と、
少なくとも前記炭化ケイ素の結晶を作製するための前記ソース材料を用いて、前記最終基板上に炭化ケイ素を成長させる工程と、
を含む前記方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記ソース材料が低溶解度不純物を含んでおり、前記炭化ケイ素の結晶が実質的に均一な濃度の低溶解度不純物を含んでおり、前記犠牲基板上への炭化ケイ素の成長は、前記犠牲基板上の炭化ケイ素中で低溶解度不純物の析出が終る時点を過ぎるまで前記炭化ケイ素を成長させる工程を含んでいる前記方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記低溶解度不純物がバナジウムを含んでいる前記方法。
- 請求項3に記載の方法であって、前記バナジウムの濃度が1×1015cm−3よりも大きい前記方法。
- 請求項2に記載の方法であって、第2の不純物が成長ゾーンに導入されて、前記炭化ケイ素の結晶が実質的に均一な濃度の第2の不純物を含んでいる前記方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記炭化ケイ素が6H、4H、15Rおよび3Cの結晶多形のうちから選ばれたものである前記方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記低溶解度不純物が周期群IB、IIB、IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIBおよびIIIAのうちから選ばれたものである前記方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記低溶解度不純物がバナジウムおよびクロムのうちの1つである前記方法。
- 請求項5に記載の方法であって、前記低溶解度不純物がバナジウムを含んでいる前記方法。
- 請求項9に記載の方法であって、前記第2の不純物が窒素を含んでいる前記方法。
- 請求項9に記載の方法であって、さらに前記炭化ケイ素の結晶をカットして、半導体デバイスを作製するのに使用するためのバナジウムをドープされた炭化ケイ素のウエハを作製する工程を含む前記方法。
- 請求項10に記載の方法であって、前記バナジウムが少なくとも5×1016cm−3の濃度を有し、さらに結晶長の少なくとも一部分にわたって約1から約3の値までの範囲の値を有するバナジウム対窒素の比率が保持されている前記方法。
- 請求項11に記載の方法であって、さらにウエハをカットして少なくとも1つの半導体デバイスを作製する工程を含む前記方法。
- 請求項13に記載の方法であって、少なくとも1つの半導体デバイスが光伝導スイッチを含んでいる前記方法。
- 実質的に均一な濃度の低溶解度不純物を有する炭化ケイ素結晶であって、
犠牲基板を、低溶解度不純物を含むソース材料と一緒に反応炉中に設置する工程と、
前記犠牲基板上に炭化ケイ素を成長させる工程と、
前記犠牲基板を最終基板で置き換える工程と、
少なくとも前記炭化ケイ素結晶を作製するための前記ソース材料を用いて、前記最終基板上に炭化ケイ素を成長させる工程と、
を含むプロセスによって形成された炭化ケイ素結晶。 - 請求項15に記載の炭化ケイ素結晶から切り出された炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項16に記載の炭化ケイ素ウエハであって、少なくとも50mmの寸法および少なくとも50μmの厚さを有し、前記炭化ケイ素ウエハの少なくとも35%にわたって1mm2のマイクロパイプの無い領域を含んでいる前記炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項16に記載の炭化ケイ素ウエハであって、各々が5個に等しいかそれより少ないマイクロパイプを含む10mm×10mm×1mmの体積を複数個含んでいる前記炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項16に記載の炭化ケイ素ウエハであって、各々が5個に等しいかそれより少ないマイクロパイプを含む100mm3の大きさの幾何学的体積を複数個含む前記炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項16に記載のウエハをカットすることによって作製された半導体デバイス。
- 請求項15に記載の炭化ケイ素結晶であって、前記低溶解度不純物がバナジウムを含んでいる前記炭化ケイ素結晶。
- 請求項15に記載の炭化ケイ素結晶であって、実質的に均一な濃度の第2の不純物を有する前記炭化ケイ素結晶。
- 請求項22に記載の炭化ケイ素結晶であって、前記低溶解度不純物がバナジウムを含んでいる前記炭化ケイ素結晶。
- 請求項23に記載の炭化ケイ素結晶であって、前記第2の不純物が窒素を含んでいる前記炭化ケイ素結晶。
- 請求項24に記載の炭化ケイ素結晶であって、バナジウムが少なくとも5×1016cm−3の濃度を有し、さらに結晶長の少なくとも一部分にわたって約1から約3の値までの範囲の値を有するバナジウム対窒素の比率が保持されている前記炭化ケイ素結晶。
- 請求項23に記載の炭化ケイ素結晶から切り出されたバナジウムをドープされた炭化ケイ素のウエハ。
- 請求項25に記載のウエハをカットすることによって少なくとも部分的に作製された半導体デバイス。
- 請求項26に記載のウエハをカットすることによって少なくとも部分的に作製された光伝導スイッチ。
- 6H、4H、15Rおよび3Cを含むグループから選ばれた結晶多形の少なくとも50mmの寸法を有する半絶縁性炭化ケイ素結晶であって、
周期群IB、IIB、IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIBおよびIIIAの1つから選ばれた、実質的に均一な濃度の不純物と、
5個に等しいかそれより少ないマイクロパイプを含む10mm×10mm×1mmの大きさの複数個の体積と、
を含んでいる半絶縁性炭化ケイ素結晶。 - 請求項29に記載の半絶縁性炭化ケイ素結晶であって、不純物がバナジウムおよびクロムのうちの1つである前記半絶縁性炭化ケイ素結晶。
- 請求項29に記載の半絶縁性炭化ケイ素結晶であって、不純物が1×1015cm−3よりも大きい濃度のバナジウムを含んでいる前記半絶縁性炭化ケイ素結晶。
- 請求項29に記載の半絶縁性炭化ケイ素結晶であって、不純物が5×1016cm−3に等しいかそれより大きい濃度のバナジウムを含んでおり、また半絶縁性炭化ケイ素結晶は、さらに結晶長の少なくとも一部分にわたって約1から約3の値までの範囲の値を有するバナジウム対窒素の比率が保持されるように窒素をドープされている前記半絶縁性炭化ケイ素結晶。
- 請求項32に記載の半絶縁性炭化ケイ素結晶から切り出された炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項32に記載の半絶縁性炭化ケイ素ウエハをカットすることによって作製された半導体デバイス。
- 請求項33に記載の半絶縁性炭化ケイ素ウエハをカットすることによって少なくとも部分的に作製された光伝導スイッチ。
- 6H、4H、15Rおよび3Cを含むグループから選ばれた結晶多形の少なくとも50mmの寸法を有する半絶縁性炭化ケイ素結晶であって、
周期群IB、IIB、IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIBおよびIIIAの1つから選ばれた、実質的に均一な濃度の不純物と、
5個に等しいかそれより少ないマイクロパイプを含む100mm3の大きさの複数個の体積と、
を含んでいる半絶縁性炭化ケイ素結晶。 - 請求項36に記載の半絶縁性炭化ケイ素結晶であって、不純物がバナジウムおよびクロムのうちの1つである前記半絶縁性炭化ケイ素結晶。
- 請求項36に記載の半絶縁性炭化ケイ素結晶であって、不純物が1×1015cm−3よりも大きい濃度のバナジウムを含んでいる前記半絶縁性炭化ケイ素結晶。
- 請求項36に記載の半絶縁性炭化ケイ素結晶であって、不純物が5×1016cm−3に等しいかそれより大きい濃度のバナジウムを含んでおり、また半絶縁性炭化ケイ素結晶は、さらに結晶長の少なくとも一部分にわたって約1から約3の値までの範囲の値を有するバナジウム対窒素の比率が保持されるように窒素をドープされている前記半絶縁性炭化ケイ素結晶。
- 請求項39に記載の炭化ケイ素結晶から切り出された炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項40に記載の炭化ケイ素結晶ウエハをカットすることによって作製された半導体デバイス。
- 請求項40に記載の炭化ケイ素結晶ウエハをカットすることによって少なくとも部分的に作製された光伝導スイッチ。
- 6H、4H、15Rおよび3Cを含むグループから選ばれた結晶多形の、少なくとも50mmの寸法および少なくとも50μmの厚さを有する半絶縁性炭化ケイ素ウエハであって、半絶縁性炭化ケイ素結晶が、
周期群IB、IIB、IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIBおよびIIIAの1つから選ばれた、実質的に均一な濃度の不純物と、
炭化ケイ素ウエハの少なくとも35%にわたってマイクロパイプの無い1mm3のサイズの複数個の体積と、
を含んでいる半絶縁性炭化ケイ素ウエハ。 - 請求項43に記載の半絶縁性炭化ケイ素ウエハであって、不純物がバナジウムおよびクロムのうちの1つである前記半絶縁性炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項43に記載の半絶縁性炭化ケイ素ウエハであって、不純物が1×1015cm−3よりも大きい濃度のバナジウムを含んでいる前記半絶縁性炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項43に記載の半絶縁性炭化ケイ素ウエハであって、不純物が5×1016cm−3に等しいかそれより大きい濃度のバナジウムを含んでおり、また前記半絶縁性炭化ケイ素結晶は、さらに結晶長の少なくとも一部分にわたって約1から約3の値までの範囲の値を有するバナジウム対窒素の比率が保持されるように窒素をドープされている前記半絶縁性炭化ケイ素ウエハ。
- 請求項43に記載の半絶縁性炭化ケイ素ウエハをカットすることによって作製された半導体デバイス。
- 請求項43に記載の半絶縁性炭化ケイ素ウエハをカットすることによって少なくとも部分的に作製された光伝導スイッチ。
- 半絶縁性炭化ケイ素の、少なくとも10mm×10mm×1mmの寸法を有する実質的にマイクロパイプの無いダイであって、
6H、4H、15Rおよび3Cを含むグループから選ばれた結晶多形と、
周期群IB、IIB、IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIIIBおよびIIIAの1つから選ばれた、実質的に均一な濃度の不純物と、
を含む半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイ。 - 請求項49に記載の半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイであって、不純物がバナジウムおよびクロムのうちの1つである前記半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイ。
- 請求項49に記載の半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイであって、不純物が1×1015cm−3よりも大きい濃度のバナジウムを含んでいる前記半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイ。
- 請求項49に記載の半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイであって、不純物が5×1016cm−3に等しいかそれより大きい濃度のバナジウムを含んでおり、また半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイが、さらにダイ全体にわたって約1から約3の値までの範囲の値を有するバナジウム対窒素の比率が保持されるように窒素をドープされている前記半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイ。
- 請求項49に記載の半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイから作製された半導体デバイス。
- 請求項49に記載の半絶縁性炭化ケイ素の実質的にマイクロパイプの無いダイから作製された光伝導スイッチ。
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