JP2016508948A - 低転位密度を有するｓｉｃ結晶 - Google Patents

Abstract

ＳｉＣ結晶を形成する方法であって、当該方法は、ＳｉＣの種を成長容器内に配置する工程と、成長容器を加熱する工程と、成長容器を真空排気する工程と、を含み、上記種は、温度及び圧力勾配、並びに種の成長面からと、種の縁部周辺と、種の背後空間へと流れるガス流の結果として浮揚され、前記ガス流は真空システムによってポンプ輸送される。

Description

関連出願

本願は、２０１３年８月９日出願の米国特許出願第１３／９６３，９８９号及び２０１３年２月５日出願の米国特許出願第６１／７６１，１７９号の利益を主張する。

１．技術分野
本開示は、低転位密度数を有する炭化ケイ素の製造並びに物理気相輸送成長の間ＳｉＣ種を支持するための方法及び装置に関する。

２．背景技術
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、結晶性半導体材料であり、材料科学、電子工学及び物理学に精通した者には、その広いバンドギャップ特性、更に、超高硬度、高熱伝導性、及び化学的不活性といった特性に関して有利であると認識されている。これらの特性は、ＳｉＣを、パワー半導体デバイスの作製にとって非常に魅力的な半導体としており、ケイ素のようなより一般的な材料から生産されたデバイスに勝るパワー密度及び性能強化が可能となる。

最も一般的なＳｉＣの形態は、原子の立方晶配列又は六方晶配列からなる。Ｓｉ層とＣ層の積層は、ポリタイプとして知られる多くの形態をとり得る。炭化ケイ素結晶の種類は、積層シーケンスにおける繰り返し単位の数を示す数字と、それに続く結晶様式を表す文字によって示される。例えば、３Ｃ−ＳｉＣポリタイプとは、繰り返し単位が３で、かつ立方（Ｃ）格子であることを指し、４Ｈ−ＳｉＣポリタイプとは、繰り返し単位が４で、かつ六方（Ｈ）格子であることを指す。

炭化ケイ素ポリタイプが異なると、材料特性（最も顕著には電気特性）において多少のバリエーションが生じる。４Ｈ−ＳｉＣポリタイプは、比較的広いバンドギャップを有する一方で、３Ｃ−ＳｉＣはより狭いバンドギャップを有し、他のほとんどのポリタイプのバンドギャップは、これらの間に収まる。高性能パワーデバイス用途に関しては、バンドギャップが広い場合には、理論上は、前記材料に、相対的に高いパワー性能、及び熱伝導性能を提供する、より高い能力があることになる。

ＳｉＣ結晶は、天然には産生しないため、合成する必要がある。ＳｉＣ結晶の成長は、昇華／物理気相輸送法（ＰＶＴ）、又は化学気相堆積法によって行うことができる。

昇華によるＳｉＣの成長は、非常に困難である。昇華によるＳｉ／Ｃ化学種の蒸気流の生成には、２，０００℃を超える温度が必要であり、これにより、反応器セルの構成部品及び炉の設計に大きな制限が加わる。元来は、アチソン法のような製法により形成されたＳｉＣ研磨材が、前記結晶のためのＳｉ原子源及びＣ原子源として使用されていたが、技術が進歩したため、複数のグループによって、ＳｉＣ結晶の成長専用のＳｉＣ原料粉末を合成する手段が開発された。成長は、一般に真空チャンバ内の黒鉛製容器の中で行われる。この黒鉛製容器を、抵抗法、又は誘導法のいずれかにより加熱する。容器は、容積内に制御された温度勾配を形成するように、注意して断熱される。種結晶が使用され、この種結晶の形状は一般に板状又はディスク状である。種結晶は、典型的には、その成長面が原料物質に対向するように配向される。容器内での種結晶の配置は、容器が加熱されたときに、種が相対的に低温の位置にある一方で、Ｓｉ−Ｃ原料物質がより高温の位置にあるように、設計される。容器が原料物質を昇華させるのに十分な温度まで加熱されたとき、この蒸気は、より温度の低い領域へ向かって移動し、種結晶上で凝縮する。概念としては単純と思われるものの、ＳｉＣの成長は実際には非常に複雑であり、実務者には、実行が非常に困難なものとして認識されている。

歴史的には、ＳｉＣの昇華に基づいた結晶成長における初期の発展は、Ｌｅｌｙ（米国特許第２，８５４，３６４号）によって最初に記載され、その種結晶を使用しない結晶成長法によって、小さな六方晶ＳｉＣの板状晶がもたらされた。１９７０年代及び１９８０年代には、デバイス生産に魅力的なサイズの最初の結晶を生産する技術が、ロシアにて、Ｔａｉｒｏｖ及びＴｓｖｅｔｋｏｖによって生み出された（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，５２（１９８１）ｐ．１４６〜５０及びＰｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｐｏｌｙｔｙｐｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ｉｎ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｙｔｙｐｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｐ．Ｋｒｉｓｈｎａ，ｅｄ．，Ｐｅｒｇａｍｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，ｐ．１１１（１９８３））。彼らの手法では、Ｌｅｌｙの結晶が種として使用され、上述したような昇華及び輸送によって成長させた。これらの成果により、種の選択、圧力制御、及び温度勾配によって、ポリタイプを制御するための方法が示された。その後に、Ｄａｖｉｓ（米国特許第４，８６６，００５号）は、原料物質の賢明な選択及び勾配制御による改善を発表した。Ｔａｉｒｏｖ、Ｔｓｖｅｔｋｏｖ、及びＤａｖｉｓの方法に対する改良が、今日に至るまで発表され続けている。

より大きな結晶を生産する方法が出現すると、焦点も結晶中の欠陥を制御することへと移った。欠陥は、インクルージョン及び結晶転位として分類することができる。ＳｉＣ結晶における、主要な結晶欠陥は、らせん転位である。らせん転位の中でも、マイクロパイプ又はホローコアらせん転位（hollow core screw dislocation）として知られる、特別な場合がある。加えて、基底面転位及び貫通刃状転位がある。これらの欠陥は、多くの発生源に由来するものである。例えば、種結晶内に包含されていた欠陥が、新しく成長した結晶容積へと移行する場合がある。温度勾配及び熱膨張の不一致から生じた、種及び成長中の結晶にかかる応力が、転位の形成をもたらす場合もある。昇華での蒸気流が、ＳｉＣを形成するために必要な蒸気流から化学量論的に逸脱していると、不安定なポリタイプの成長をもたらすことがあり、ひいては、成長後の結晶中におけるポリタイプのインクルージョンにつながり、これにより、ポリタイプの境界において転位の形成が引き起こされる。各転位間の相互作用でさえ、転位を形成させたり、又は消滅させたりする場合がある。

すでに示した方法によって生産されたＳｉＣ結晶は、転位濃度が大きい。本出願の時点で一般的に報告されている、らせん転位濃度及び基底面濃度の値は、名目上それぞれ５，０００〜１０，０００／ｃｍ^２である。転位は、最も一般的には、結晶の対称軸に対して垂直な平面で結晶を薄片化することによって評価される。露出した結晶表面を、３５０〜５００℃の範囲の温度で、水酸化カリウムなどの溶融塩を用いてエッチングすることで、転位が発現する。それぞれの種類の転位は、特有の形状を有しているため、区別してカウントすることができる。転位は、一般的に、検査面積で割った数として、カウントされ、報告される。この評価方法は、結晶平面上に形成される平面状半導体デバイスに含有される欠陥の容易な相関付けが可能であるため、有用である。文献には、観察平面内に転位が均一に分布しているわけではないことを示す多くの例がある。特に、今日では、直径１００ｍｍの円よりも広い、又はそれと等しい区画に対する検査が求められるため、転位のカウント数が多く、全ての転位を１つずつカウントすることが、全く現実的でないものとなっている。したがって、エッチングされた領域をサンプリングして、転位の量を決定する。しかしながら、大きな結晶を伴う転位濃度を求める際、不正確なサンプリング方法によって誤差が引き起こされる場合がある。ほとんどの報告において、サンプリング方法の詳細が提供されないため、報告された結果の再現は、不可能でないとしても、大抵は困難である。

固体物理学及び半導体デバイス分野で経験を有する科学者たちには、転位によって、材料の理論上の特性を下回るデバイス性能がもたらされることが知られている。それ故、近年、半導体ＳｉＣ結晶の品質を改善することに焦点を当て、結晶成長に由来する欠陥を減少させることができる因子を特定し、制御することに努力が払われている。

一旦、十分に大きい結晶が生産されると、平面的な作製方法を使用する半導体デバイスの作製に便利であるように、結晶を切断して、ウェハへと加工しなければならない。多くの半導体結晶（例えば、ケイ素、ヒ化ガリウムなど）の開発、及びウェハ製品への商品化が成功しているため、バルク状の結晶からウェハを作製する方法は既知である。ウェハ作製に対する一般的な手法及び要件、並びに標準的な評価方法の考察は、Ｗｏｌｆ ａｎｄ Ｔａｕｂｅｒ，Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ＶＬＳＩ Ｅｒａ，Ｖｏｌ．１−Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｐｔｅｒ １（Ｌａｔｔｉｃｅ Ｐｒｅｓｓ−１９８６）に見出すことができる。

その硬度のために、ＳｉＣからのウェハ基板の作製では、ケイ素又はヒ化ガリウムのような他の一般的な半導体結晶の加工と比較して、特有の課題が提起される。機械に変更を加えなければならず、かつ研磨剤の選択は一般的に使用される材料の範疇を超えて変更する必要がある。実質的な表面下の損傷は、鏡面研磨したＳｉＣウェハ上で観察可能であり、この表面下の損傷は、シリコン産業で使用されているものに類似した、化学的に増強した機械的研磨法を使用して、減少又は除去することができることが報告されている（Ｚｈｏｕ，Ｌ．，ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１４４，ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ １９９７，ｐｐ．Ｌ１６１〜Ｌ１６３）。

ＳｉＣウェハ上に半導体デバイスを構築するためには、更なる結晶性ＳｉＣ膜を、ウェハ上に堆積して、必要な導電性値及び導体の種類を有するデバイス活性領域を形成しなければならない。典型的には、この作業は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法を使用して行われる。１９７０年代より、ＣＶＤエピタキシーによるＳｉＣの成長のための技術が、ロシア、日本、及び米国のグループから発表されてきた。ＣＶＤによるＳｉＣの成長に関する、最も一般的なケミストリーは、ケイ素含有原料ガス（例えば、モノシラン又はクロロシランなど）と、炭素含有原料ガス（例えば、炭化水素ガスなど）との混合物である。欠陥の少ないエピタキシャル層の成長の鍵となる要素は、結晶の対称軸から遠ざかるように基板表面を傾斜させて、基板の結晶によって確立された積層順で、表面に化学原子を付着させることを可能にすることである。この傾斜が適切でないときは、ＣＶＤ法によって、表面に３次元的な欠陥が生じ、このような欠陥により、半導体デバイスが動作しなくなる。クラック、表面下の損傷、ピット、粒子、傷、又は汚染等の表面の欠陥は、ＣＶＤ法によるウェハの結晶構造の再現を妨げる（例えば、Ｐｏｗｅｌｌ ａｎｄ Ｌａｒｋｉｎ，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ｂ）２０２，５２９（１９９７）を参照されたい）。研磨及び洗浄工程を使用して、表面欠陥を最小化したウェハを作製することが重要である。これらの表面欠陥の存在においては、基底面転位及び立方ＳｉＣインクルージョン等の数個の欠陥がエピタキシャル膜に発生し得る（例えば、Ｐｏｗｅｌｌ，ｅｔ．ａｌ．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｔｈｉｒｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｖｏｌｕｍｅ １，ｐｐ．ＩＩ−３〜ＩＩ−８，Ｓａｎｄｉａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，ＮＭ ＵＳＡ，９〜１４ Ｊｕｎｅ １９９６を参照）。

ＳｉＣにおける欠陥は、その欠陥の上に形成された半導体デバイスの動作を制限し、又は破壊することが知られている。Ｎｅｕｄｅｃｋ及びＰｏｗｅｌｌは、中空コアらせん転位（マイクロパイプ）がＳｉＣダイオードの電圧阻止性能を厳しく制限したことを報告した（Ｐ．Ｇ．Ｎｅｕｄｅｃｋ ａｎｄ Ｊ．Ａ．Ｐｏｗｅｌｌ，ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１５，ｎｏ．２，ｐｐ．６３〜６５，（１９９４））。Ｎｅｕｄｅｃｋは、１９９４年に、らせん転位及び形態的なエピタキシー欠陥に起因するパワーデバイスの機能の制限に焦点を当てて、結晶（ウェハ）及びエピタキシー由来の欠陥がパワーデバイスに与える影響について考察している（Ｎｅｕｄｅｃｋ，Ｍａｔ．Ｓｃｉ．Ｆｏｒｕｍ，Ｖｏｌｓ ３３８〜３４２，ｐｐ１１６１〜１１６６（２０００））。Ｈｕｌｌは、ダイオードがらせん転位密度の低い基板上に作製されたとき、高電圧ダイオードの逆バイアスでの漏れ電流の分布が、より低い値へ変化することについて報告した（Ｈｕｌｌ，ｅｔ．ａｌ．，Ｍａｔ．Ｓｃｉ．ｆｏｒｕｍ，Ｖｏｌ．６００〜６０３，ｐ．９３１〜９３４（２００９））。Ｌｅｎｄｅｎｍａｎｎは、バイポーラダイオードにおける順電圧劣化は、基板での基底面転位に由来した、エピ層における基底面転位と関連があることを報告している（Ｌｅｎｄｅｎｍａｎｎ ｅｔ．ａｌ．，Ｍａｔ．Ｓｃｉ．Ｆｏｒｕｍ，Ｖｏｌｓ ３３８〜３４２，ｐｐ．１１６１〜１１６６（２０００））。

４Ｈ−ＳｉＣ結晶の成長に関する現代技術は、転位の全種類の同時制御を可能にする結晶成長プロセスの商業的方法を開発することに成功していない。

先行技術に開示されている様々な方法は、しばしば結晶成長に用いられる具体的な工程又は欠陥の濃度の評価及び繰返し性の実証に用いられる方法に関する詳細が欠けている。

近年、炭化ケイ素及び窒化ガリウムのより大きな結晶を成長させることが望ましくなっている。現在、ほとんどの成長プロセスは、物理気相輸送法（ＰＶＴ）昇華法のような、気相輸送法を使用している。

例えば、ＳｉＣの結晶は、一般的に固体黒鉛から形成される反応器セル内でＰＶＴによって成長される。セルは、一般的に直角シリンダであり、黒鉛のグレードは、それぞれの膨張係数の違いによって付与される応力を最小限に抑えるため、その熱膨張係数がＳｉＣの熱膨張係数に近くなるように選択される。ＳｉＣ種結晶は、一般的に、ディスク形状で提供される。種結晶は、研磨されおり、成長面の反対側を、成長温度において安定な材料でコーティングすることができる。保護炭素コーティングの存在は、結晶成長プロセス中の種の変質を抑制するために重要であり、これは保護がないときに種中に空隙（「熱蒸発キャビティ（thermal evaporation cavities）」）が形成することを示す。

種は通常、円筒形の反応器セル及び種ウェハの平面の長軸が名目上互いに直角になるように配向される。大部分のＰＶＴ反応器セルにおいて、種結晶は、蒸気流量の制御及び成長中に種をデブリ及び汚染のない状態に維持することを促進するため、Ｓｉ／Ｃ源供給材料の上に配置される。この種のＰＶＴ反応器セル配置において、種は、一般的には反応器セルの蓋への種の固定又は機械的取付けによって、蒸気源上に支持される。種は、接着剤、セメント、保持リング等によって蓋に取付けされてもよい。ただし、種を反応器セルの蓋又はシードホルダーに取付ける行為は、結晶成長中に望ましくない影響を招き得る。

例えば、取付けプロセスの間に、コーティングされた種の裏面の引っ掻きが起こる場合がある。更に、取付けプロセスの間に、種と反応器セルの天井界面との間に空隙が発生する場合がある。かかる発生は、種裏面の蒸発キャビティの形成を増幅し、欠陥形成を生じる場合がある。更に、種と蓋との間の熱膨張の差は、種に応力を生じ得る。例えば、日本国特開第２０１１−２０８６０号公報の考察を参照。

反応器セル内の種結晶を、蒸気流が種表面で凝縮するように温度を制御できる位置に支持することが重要である。しかし、反応器セルは一般的に種結晶と異なる材料から作製されることから、固定取付け法はしばしば成長中に結晶に応力を生じる。例えば、種が反応器セル又は蓋に接着剤を使用して取付けられる場合、取付けプロセス中に種が曲がる可能性があり、これは結晶中に望ましくない応力を生じる。

結果として、成長中に種結晶を支持するための代替方法の開発が試みられてきた。例えば、日本国特開第２０１１−２０８６０号は、圧力差を利用して種を蓋部上に保持する真空を作っている。ただし、結晶とホルダーとの間の接触により、依然として結晶への応力が成長中に起こり得る。具体的には、圧力差による力（pressure differential forces）は種を変形する場合がある。更に、蓋の表面が平滑かつ平坦ではない場合、種の裏面に圧力点を生じ、それによって種内にひずみを生じるであろう。同様に、種と蓋との間で意図せずに捕捉され得る粒子状物質は、圧力点を生じるであろう。蓋が完全に平坦で、種が完全に蓋と接触する場合でも、種が蓋と接触したときに、種の裏側が冷却され、その結果種が湾曲して蓋から離れ、封止が破壊されると予想される。湾曲は結晶が応力を受ける原因にもなり、成長する結晶に欠陥を生じる。

日本国特開第２０１１−２０８６０号に開示されるアプローチには、別の問題がある。例えば、圧力差によって種が持ち上げられたとき、それがるつぼから出る気流を阻止し、その結果るつぼ内の圧力及び温度の上昇を招く。少なくとも上記の理由から、るつぼから出る気体の流れを維持することが好ましい。更に、結晶は成長するにつれて重くなり、ある時点で、圧力差が結晶を蓋上に維持できないほど重くなると考えられ、その時点で結晶が落下して、結晶温度の突然の変化を生じ、るつぼからの気体の流れの再開により、るつぼ内の圧力及び温度が低下する。

したがって、当該技術分野において、マイクロパイプ、らせん転位及び基底面転位のような欠陥の低減を生じる、応力が最小限に抑えられた結晶成長が得られるＳｉＣ結晶成長の方法が必要とされている。

以下の概要は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的な理解を提供するために含まれる。この発明の概要は、本発明の広範な概要ではないため、本発明の鍵となる要素若しくは重要な要素を具体的に特定したり、又は本発明の範囲を詳細に記述したりする意図のものではない。この発明の概要の唯一の目的は、以下に提示するより詳細な説明に対する導入部として、簡潔な形式にて本発明のいくつかの概念を提示することである。

本発明の様々な実施形態は、気相ベースの結晶成長中の種結晶の支持、より具体的には、結晶成長中に種結晶が外部応力を受けない気相輸送成長方法に関する。

本発明の一態様によると、ＳｉＣ結晶を形成する方法が提供され、該方法は、六方晶ポリタイプのＳｉＣのバルク結晶から得た種結晶を断熱された黒鉛製容器のシェルフ上に配置し、それによって黒鉛製容器の天井と種の裏面との間の空間を画定する工程と、断熱された黒鉛製容器内にケイ素及び炭素原子源を配置する工程であって、前記ケイ素及び炭素原子源がＳｉＣ結晶を成長させるために種結晶へ輸送するためのものである、工程と、黒鉛製容器を炉の内部に配置する工程と、炉を約２，０００℃〜約２，５００℃の温度に加熱する工程と、誘導炉を約０．０１ｋＰａ〜約１３ｋＰａ（約０．１トル〜約１００トル）の圧力まで真空排気し、その間にガス流を種結晶の下から種結晶の周縁を通って黒鉛製容器の天井と種の裏面との間の空間の中心へ向け、それによってケイ素及び炭素原子源から種への気相輸送を促進すると同時に、種の裏面が黒鉛製容器のいかなる部分とも接触するのを防ぐ、工程と、を含む。

更なる態様によると、厚さ０．１〜５０ｍｍで、成長における窒素濃度が１×１０^１５〜１×１０^１９／ｃｍ^３のＳｉＣ結晶成長を可能とするように、真空炉内の温度が維持される方法が開示される。

その他の態様によると、結晶成長のための種が提供され、その種は、（１１〜２０）結晶配向に向かって０〜４度のオフ角を有する４Ｈ−ＳｉＣポリタイプであり、種結晶の窒素濃度は約１×１０^１６／ｃｍ^３〜約８×１０^１８／ｃｍ^３である。

更なる態様は、約１／ｃｍ^２未満の平均マイクロパイプ密度を有する４Ｈ−ＳｉＣ基板を提供し、この４Ｈ−ＳｉＣ基板は約５，０００／ｃｍ^２未満のらせん転位密度を有し、４Ｈ−ＳｉＣ基板で実施した少なくとも９の測定から求めたときに、この４Ｈ−ＳｉＣ基板は約５，０００／ｃｍ^２未満の基底面転位密度を有する。これらの測定は同時に実施される。上記の基板は、種結晶として、又は半導体素子の製造において基板として、使用できる。

更に別の態様は、温度及び圧力勾配、並びに種の成長面からと、種の縁部周辺と、種の背後空間内へと、のガス流（真空システムによってポンプ輸送される）の結果として種が浮揚する物理気相輸送法によるＳｉＣ結晶に適した反応器セルを提供する。反応器セルは、種の裏面が容器のいかなる部分と接触することも防止するように作製される。例えば、蓋は、種の周縁端部と接触し、種の裏面が蓋の表面に触れるのを防止するように構成された周縁リング延在部と共に構築されてもよい。

更に、ＳｉＣ結晶を形成するための炉システムが提供され、当該システムは、その上部の蓋と、その上部に蓋を有する断熱された黒鉛製容器を有するためのシェルフと、種結晶を支持するためのシェルフとを有する断熱された黒鉛製容器であって、当該シェルフが天井の下方に位置付けされ、種の裏面が蓋の表面と接触するのを防止するように構成されている、黒鉛製容器と；ガス流を種結晶の周縁から種結晶の背後空間の中心へ向ける手段と；蒸気流束が蓋を通過できるように構成された真空排気経路と；黒鉛製容器を約２，０００℃〜約２，５００℃の温度に加熱するためのヒーターと；黒鉛製容器の内部を約０．０１ｋＰａ〜約１３ｋＰａ（約０．１トル〜約１００トル）の圧力に維持するための真空ポンプと；炉に不活性ガス及び／又はドーピングガスを充満するためのガス注入口と、を備える。蓋は、種の裏面が蓋の表面と接触するのを防止するために種の周縁端部と係合するように構成された延在部を包含してもよい。

更なる態様は、ＳｉＣの種を成長容器内に配置する工程と、成長容器を加熱する工程と、成長容器を真空排気する工程と、を含む。物理気相輸送によるＳｉＣ結晶成長のための方法にも関し、上記種は、温度及び圧力勾配の結果として浮揚するが、その裏面が蓋の表面と接触することが防止され、ガスは種の成長面からと、種の縁部周辺と、種の背後空間へと流れ、真空システムによってポンプ輸送される。

本発明のその他の態様及び特徴は、以下の図を参照した詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明及び図は、本発明の様々な非限定例及び様々な実施形態を提供し、本発明は添付の請求項によって定義されることが理解されるべきである。

本明細書に組み込まれ、かつその一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示するものであり、説明と共になって、本発明の原理を説明し、例示する役割を果たすものである。これらの図面は、例示的な実施形態の主要な特徴を図表的に示すことを意図したものである。これらの図面は、実際の実施形態の全ての特徴を示すことを意図したものではなく、示された要素の相対的な寸法を示すことを意図したものでもない。また、これらの図面は、一定の縮尺ではない。

物理気相輸送によるＳｉＣ結晶成長のための先行技術の構成の概略図である。 一実施形態に従った物理気相輸送によるＳｉＣ結晶成長のための構成の概略図である。 別の実施形態に従った物理気相輸送によるＳｉＣ結晶成長のための構成の概略図である。 更に別の実施形態に従った物理気相輸送によるＳｉＣ結晶成長のための構成の概略図である。 更に別の実施形態に従った物理気相輸送によるＳｉＣ結晶成長のための構成の概略図である。

以下は、本発明の実施形態による製造方法の例を提供し、この方法により、低いマイクロパイプ密度、らせん転位密度及び基底面転位密度を示しながら、比較的大きな直径を有する基材が得られる。開示される実施形態によると、種は成長中に容器のいかなる部分にも物理的に取付けられておらず、むしろ拘束境界内を自由に移動できる。拘束境界は、処理中の種の水平移動（膨張及び収縮）及び垂直移動を可能にするが、垂直移動は、種の裏面が蓋の表面に触れるのを防止するように制限される。いくつかの実施形態において、垂直移動は、プロセス容器内に差圧及び／又は上向きのガス流を作ることによって促進される。いくつかの実施形態において、種の裏面は、延長リング、Ｏリング、又は種の周縁端部と接触し、それによって種の裏面と蓋の表面との間の空間を維持する類似の構成体（constract）を有することによって、蓋の表面との接触が防止される。かかる成長を達成方法の例を、図２〜４に例証される実施形態と共に、以下に記載する。当然、本開示の範囲及び／又は精神から逸脱することなく本明細書に記載の結果を達成するその他の方法を使用してもよい。

本発明の特徴は、１／ｃｍ^２未満のマイクロパイプ密度と、５，０００／ｃｍ^２未満のらせん転位密度と、５，０００／ｃｍ^２未満の基底面転位密度と、を示す４Ｈ−ＳｉＣ結晶／ウェハを製造する方法の実施例に関する以下の記述から理解できる。すなわち、本開示の結晶は、３種類の低欠陥密度要求全てを同時に示す。４Ｈ−ＳｉＣ結晶は、７６ｍｍもの小さい直径又は１５０ｍｍまで及び１５０ｍｍ超の直径の種を使用して成長させることができる。

以下の実施形態によると、プロセスはＳｉＣ種から始まり、この種は一般的に成長結晶とほぼ同じ直径の円形ウェハの形状である。種結晶は、炭素面を研磨及び／又はエッチングし、炭素面に機械的損傷がないことを確実とする。種上での成長を改善するため、結晶成長用に改良した構成を使用する。必要な改良を完全に理解するため、先行技術による成長構成を最初に論じる。

図１は、物理気相輸送によるＳｉＣ結晶の成長の一般的構成であって、先行技術を示す。ＳｉＣ結晶成長用に構成されたＰＶＴ反応器セル４０を例示する。反応器セル４０は、一般的に、黒鉛製の蓋５５を有する黒鉛製容器から形成される。顆粒化されたＳｉＣ又はケイ素及び炭素材料４２は、セルの底に配置される。容器の上方部に位置付けされているのは種結晶４８で、これはセルの蓋の内側に物理的に取付けされるか又は接着されている。容器全体４０は、黒鉛フェルト又は発泡体のような断熱材５４で包囲される。反応器セル４０は、真空ポンプによって排気される真空炉７０内に配置される。真空炉７０は、セルが抵抗加熱される場合には鋼で構成されてもよく、又はセルが誘導加熱される場合には石英、ガラス又はその他の誘電材料で構成されてもよい。表示の実施形態において、真空炉はガラスで構成され、ＲＦ誘導コイル７２によって加熱される。ケイ素及び炭素は原料物質４２から蒸発し、種４８の上に凝縮する。種上に凝縮しなかったケイ素及び炭素は、反応容器から真空炉内へと拡散する。この拡散は、反応容器の内部と真空炉との間の圧力勾配によって推進される。真空炉に注入されている気体、例えば、窒素、アルゴン、及びドーパントは、黒鉛製るつぼの壁を通って反応容器内へ拡散する。この拡散は、真空チャンバと反応容器の内部との間の濃度勾配によって推進される。

本明細書に記載の方法の実施形態は、種結晶成長のための先行の方法又は装置よりも優れる数点の利点を提供する。上記のように、ほとんどの先行技術は、種の裏面とるつぼ若しくは反応器セルとの間を接触させるか、又は種を蓋に接続する。本発明者らは、かかる接触は不要であり、かつ結晶形成に有害となり得ることを見出した。本発明者らは、意外にも、種とセルとの間の接触を最少化することによって、成長中に結晶に付与される応力も最少化されることを見出した。本発明者らは、意外にも、低い結晶欠陥密度によって証明される成長結晶の質の改善も見出した。

開示される新規支持体の様々な構成は、取付けプロセス中の種結晶の損傷又は屈曲を最小限に抑え、かつ種結晶が反応器セルから機械的に分離されていることから、種結晶は成長中に反応器セルとは無関係に膨張及び収縮し得る。以下は、改善された結晶成長を達成するための種支持体の例である。

ここで図２を参照すると、ＳｉＣ結晶成長用に構成された、本発明の一実施形態によるＰＶＴ反応器セルが例示されている。反応器セル４０は、好ましくは、黒鉛製の蓋５５を有する黒鉛製容器から形成される。セルは、図２で「ｄ」と表記される内径を有し、この内径は種４８の直径よりもわずかに大きい。加えて、シェルフ４６がセルの上方部に設けられる。シェルフ４６は、図２で「ｄ_ｓ」と表記される内径を有し、この内径は種４８の直径よりもわずかに小さい。シェルフ４６は、容器の側壁に接着された黒鉛のリングとして作製できる。あるいは、シェルフ４６は、容器と一体で作製されてもよく、例えば、容器は、容器４０の内部側壁の一体部分としてシェルフと共に形成されてもよい。当然、シェルフの壁は垂直である必要はなく、点線によって示すように傾斜していてもよく、その場合、直径「ｄ_ｓ」は、シェルフの原料側で種側よりも大きな値を有することができる。

シェルフ４６は、物理的な取付けを行うことなく、種結晶４８をその周縁端部で支持するために使用される。より正確には、種４８は、シェルフ４６の上に載るように、容器内側に単に配置される。続いて、黒鉛製保持器５３は、種の上に自由空間を維持するが、種が有界空間内で自由に垂直移動できるように、種と接触することなく種の上に配置される。保持器５３は、種の裏面が蓋５５の表面と接触する程に垂直移動するのを防止するように構成される。いくつかの実施形態では、保持器５３は蓋５５の一部として形成される。例えば、保持器５３は、機械加工されるか又は蓋５５と一体に作製された環延在部であってもよい。

場合により、１個のガスチャンネルリング５０が黒鉛製保持器又はスペーサ５３の底部に提供され、別の１個が種の下に提供され、ガスを蓋５５と種４８との間の間隙３１に導くために使用される。ガスチャンネルリング５０の例をコールアウトに示し、種と対向する表面上に設けられ、ガス流を補佐する溝５７を例示する。ガスチャンネルリングは、一般的に平座金の形状であり、その下側、すなわち、種４８と対向する側にチャンネル５７を有する。第２のコールアウトは、溝５７が種に対向する表面上及びリング５０の外縁上に提供されたリング５０の変形を例示する。この実施例では、ガスは蓋５５内のガスコレクタ６１を通ってセル４０を出る。ただし、ガスコレクタは、半径方向を基準としてセル上部から外へ出る方向にガスのコンダクタンスを増大する任意の形状又は材料であることができる。一般的に、この構成は、図２に破線で示すように、種４８の下からと、種の周辺及びガスチャンネルリング５０を通って間隙３１へと、容器の上部から外へとの、ガス流を発生するように構成されている。ガスチャンネル取付部品及びガスコレクタは、ＳｉＣ結晶成長に使用されるプロセス温度及び化学に適合する材料、例えば、黒鉛、モリブデン等で構築されるべきである。この全体的配列は、蓋と種の裏面との間の間隙３１を維持するように、種がその垂直運動を制限されることを可能にする。この方法で、種の裏面は蓋と決して接触せず、そのような接触によって生じ得る応力が回避される。更に、この配列により、加熱及び冷却時にセルから種に応力を付与することなく、種が自由に膨張及び収縮することができる。

図３は、シェルフ４６をセル４０の一体部分として形成するための別の実施形態を例示する。具体的には、セル４０は、その内径が種４８よりもわずかに小さく、図２の実施形態の直径ｄ_ｓに近いように作製される。セル４０の上方部分は、種４８の直径よりもわずかに大きい直径、すなわち、図２の実施形態の直径ｄに近い直径を有するように作製される。上記の２つの直径間の差がシェルフ４６を形成し、その上に種４８が載せられる。したがって、理解できるように、シェルフ４６の製造に種々の構成を使用することができ、種がシェルフ上に静止姿勢で配置され、その結果種が物理的制約を受けることなく自由に膨張及び収縮できるという条件で、使用される特定の構成は必須ではない。更に、シェルフは、種が垂直方向にわずかに自由移動し得るが、蓋の表面との接触が妨げられるように、セル４０の上部からある距離下方に位置付けされるべきである。

図３に例示される別の変形は、コールアウトに示すガスフローリング５０の変形である。コールアウトに示すように、ガスフローリング５０は平座金の形状であり、種４８からのセットバックを生じるようにその底面に設けられた隆起又はその他の延在部５８を有し、その結果、ガスはガスフローリング５０と種４８との間を流れるように導かれる。

図４は、更に別の実施形態を例示し、ここで保持器５３及び上部ガスフローリング５０は蓋５５に組み込まれる。コールアウトに示すように、蓋５５は延在部５３と一体に形成され、これは保持器リング５３として機能する。ガスフローチャンネル５９は、延在部５３の底部に形成され、ガスフローリング５０内でチャンネル５７として機能する。蓋５５が容器の上部に配置されたとき、蓋５５と種４８との間に間隙３１を形成する。ガスフローリングの底は、ガスが種の下から入ることを可能とする。更に、以前の実施形態のように、種４８が垂直に移動するためのセットバック空間が存在するが、種の垂直移動は、種の裏面が蓋の表面に触れることのないように延在部５３によって制限される。更に、蓋５５を通って容器からガスをポンプ排出できるようにするため、蓋５５には孔６１が設けられている。

図５は、図４の実施形態の別の変形を例示する。図５の実施形態によると、蓋５５は、延在部５３と一体に形成され、これは保持器リング５３として機能する。ガスフロー孔５９は、延在部５３の側壁上に形成され、ガスフローリング５０内でチャンネル５７として機能する。種の下に配置されたリング５０は、破線矢印によって例示されるように、種の下から種の上へのガス流を可能にする垂直チャンネルへとつながる水平チャンネルを有する。

以下の記載は、使用される特定の実施形態に関係なく、適用される。容器４０全体は、黒鉛フェルト又は発泡体のような断熱材５４で包囲される。断熱材の厚さ、熱伝導性、及び多孔性は、反応器セル内に所望の温度分布を達成するように選択される。ＳｉＣ結晶の成長のための構成は、真空炉７０に接続する窒素源８４へのバルブ８２を制御するため、及び真空炉７０にも接続するアルゴンガス源８８へのバルブ８６を制御するための、コントローラ８０を包含できる。真空炉７０内部の真空は、真空ポンプ９２につながるバルブ９０によって制御される。この実施形態において、コントローラ８０は、真空炉に流れるアルゴン及び／又は窒素流量にかかわらず、真空炉７０内のユーザー設定の真空度を維持するように、真空バルブ９０及びポンプ９２を制御するように構成される。例えば、チャンバへの窒素流量が増大すると、コントローラ８０は真空バルブ９０を開けて炉からの真空排気を増大し、設定された真空度を維持する。コントローラ８０は、ＲＦ誘導コイル７２への印加電力等のヒーターの運転制御も行う。

セル４０に原料物質４２及び種４８を仕込んだ後、セルは封止されて、ＲＦ誘導炉７０内に配置される。炉はポンプ９２を用いて真空排気され、それによって炉７０の内部とセル４０の内部との間に圧力差を生じる。しかし、セル４０は、蓋がセルを完全に密閉しないように構築されており、そのためセル４０内部からのガス状物質は炉の内部に漏れ、ポンプ排出される。同様に、セル４０の壁はいくらか通気性であり、炉７０の内部に漏出する。結果として、ポンプ９２のポンピング動作は、セル４０の内部と炉７０の内部との間に圧力差を生じることによって、セル４０の内部の真空排気も行う。

その後、炉７０に、アルゴンのような非酸化性ガスを充満する。圧力を大気圧近く（６７〜９３ｋＰａ（５００〜７００トル））に設定し、容器を約１，６００〜２，５００℃に加熱する。圧力を、その後バルブ９０の適切な設定値まで低下し、気相輸送プロセスを開始する。成長結晶の伝導率を制御するため、窒素又はその他のドーパントガスを炉に添加することができる。この時点で、圧力、温度及び窒素流量は、バルクＳｉＣ結晶を種上に形成するために必要な条件を達成するように制御される。残った成長結晶の厚さは、５〜５０ｍｍの範囲である。圧力の代表値は０．０１〜１ｋＰａ（０．１〜１０．０トル）の範囲であり、温度は２，０００〜２，５００℃の範囲である。

原料から種結晶への気相輸送を促進する温度、圧力及びガス流の条件において、種の対称軸に平行な温度勾配が存在し、成長面は種の裏側よりも高温であると考えられる。種の熱膨張は裏側よりも成長側の方が大きいことから、これは種の湾曲を引き起こすと考えられる。すなわち、種の成長面の面積が、裏側よりも大きくなり、その結果、種はその中心がその周縁よりも低くなって湾曲する。種は単にシェルフ４６に載っており、機械的又は物理的に保持されていないことから、この膨張及び湾曲は制約されない−シェルフレベルでの容器の直径は、種が膨張できるほど十分に大きく、種の上方には種の垂直移動を可能にする十分な空間がある。

同時に、原料材料を含有する成長細胞容積は、成長炉の差動排気作用により、種の上の間隙３１よりも高い圧力にあることから、種の全域で、種の対称軸と平行に圧力勾配も確立される。セル４０はガス流が上方部分又は蓋を経て上向きとなるように構成されることから、種の下からのガスは、上向きに、種の周縁の週辺を流れている。この組み合わせの結果、種全体に浮力が生じ、種を浮揚させるか又は種が保持器５３上のガスチャンネル取付具５０と接触するまで、種を上方に浮上させる。種は、成長結晶の重量が浮力に勝る時点までこの位置を維持し、その時点で種は下に流れて、シェルフ４６、又は設けられている場合にはクッションリング５１上に載ると考えられる。その浮揚位置において、種はその周縁端部を保持器リング５３に対して押圧され、その結果、種の裏面は蓋の底面と接触することができない。

成長プロセスの終了時に、圧力を約８０ｋＰａ（約６００トル）に上昇する。これはそれ以上の気相輸送を抑制する。続いて、炉を室温まで冷却する。容器を開けたとき、種結晶と同じポリタイプのＳｉＣの単結晶が、種結晶の上に形成されている。

この方法によって成長した結晶から新たな種を作ることができ、この新たな種を使用して新たな結晶を調製できる。成長した結晶の各世代は、転位密度の低減を示すことが確認される。

本発明の有益な特徴は、シェルフ、保持器、及び蓋／ガスコレクタによって画定される種閉じ込め区画と、種上方の間隙と、適切なガス流及び差圧を促進して種の浮揚を開始するためのガスチャンネル取付具／ガスコレクタと、を含むセル設計である。

結晶中の転位を評価するために、結晶をスライスし、全てのスライス片を研磨する。マイクロパイプは、最初に溶融塩エッチングで発現し、手動及び自動化された方法でカウントするか、又は研磨スライス片をレーザー光散乱分光計及び画像処理アルゴリズムによって走査してマイクロパイプをカウントすることによって、試験できる。このような方法は、Ｊ．Ｗａｎ，ｅｔ．ａｌ．，「Ａ Ｎｅｗ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｐｉｐｅｓ ｉｎ ＳｉＣ Ｗａｆｅｒｓ」Ｐｒｏｃ．２００５ Ｉｎｔ’ｌ Ｃｏｎｆ．Ｏｎ ＳｉＣ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｒｕｍ（２００６），ｐ．４４７，及びＪ．Ｗａｎ，ｅｔ ａｌ．，「Ａ Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｐｉｐｅ Ｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｉｎｇ ｉｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｎｄ Ｓｅｍｉ−Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ Ｗａｆｅｒｓ，」Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．３４（１０），ｐ．１３４２に記載されている。欠陥の総数をカウントした後、この値を測定したスライス片の面積で割って、欠陥密度を単位面積当たりの個数で導出する。

らせん転位及び基底面転位は、上記の溶融塩エッチング又はＸ線トポグラフィーを必要とする。カウントは、一般的に、スライス片上の数か所の区域をサンプリングし、欠陥を数えることによって実施される。欠陥の報告に一般的に使用される方法は、ウェハの中心、ウェハ半径の５０％で９０度離れた４部位及びウェハ半径の＞８０％で９０度離れ、半径の５０％の点の方に４５度回転した４部位での測定からなる。各部位における総数を合計し、次いで合計値を測定面積で除して、欠陥密度を単位面積当たりの個数で導出する。より大きいウェハのサンプリング方法はウェハの評価にとって重要であることから、しばしば、欠陥の総数だけでなく部位のカウント値も報告することが適切である。

黒鉛製容器を形成し、合計で約８５０グラムのケイ素と炭素との原料混合物を仕込む。直径約１０２ｍｍの４Ｈ−ＳｉＣ種を、Ｃ面を原料に向けて上記の方法によりセル内に固定する。この黒鉛アセンブリを黒鉛フェルトで包み、ＲＦ誘導加熱した真空炉内に配置する。真空チャンバをベース圧力まで真空排気した後、アルゴンガスを充満する。圧力を８０ｋＰａ（６００Ｔ）に設定し、黒鉛製容器の蓋に焦点を合わせた高温計による読取で約２２００℃の温度を達成するまでシステムを加熱した。この時点でＮ２ガスをチャンバに送り、圧力を１ｋＰａ（１０Ｔ）未満に低下させて、原料の昇華を開始した。Ｎ２ガス流量は、３−８Ｅ１８／ｃｍ^３の範囲内の結晶中窒素濃度をもたらすレベルに設定した。約１００時間後に圧力を８０ｋＰａ（６００Ｔ）に上昇して昇華を停止し、次いでシステムを冷却して結晶を回収した。

得られた結晶は、ＡＧ１０４５と呼ばれ、先細り側で長さ１５ｍｍであった。結晶をスライスして、直径が１００ｍｍで、＜１１〜２０＞に向かってオフ角が４度であるウェハを作製した。ウェハを、ダイヤモンド研磨剤を使用して研磨して、平滑な鏡面を得た。ウェハで抵抗率測定を実施し、その値は０．０１７〜０．０２０Ω・ｃｍの範囲であった。

研磨したウェハ内のマイクロパイプを、レーザー光散乱分光計を使用して評価した。検査したウェハ領域は、外側２ｍｍを除外した。下の表に、マイクロパイプ総数及びマイクロパイプ密度（ＭＰＤ）の測定値を示す。

スライス片の１つを溶融ＫＯＨ中でエッチングし、欠陥を発現させた。転位を、半径及び角度によって定められたウェハ上の９の部位で測定した。試験箇所は、ウェハの中心、ウェハ半径の５０％で９０度離れた４部位及びウェハ半径の＞８０％で９０度離れ、かつ半径の５０％の点の方に４５度回転した４部位での測定からなる。各部位で顕微鏡画像を撮影し、エッチピット密度（（ＥＰＤ）、全ての貫通転位、基底面転位及びらせん転位の合計）、基底面転位密度及びらせん転位密度を画像から決定した。データを下表に示す：

本明細書に記載した工程及び技術は、いずれかの特定の装置に本来的に関連するものではなく、構成要素の任意の好適な組み合わせによって実装されてもよいことが理解されるべきである。更に、本明細書に記載の教示に従って、汎用の様々な種類の装置を使用してもよい。本発明を、具体的な実施例と関連させて説明したが、これらの実施例は、あらゆる点で、制限的なものではなく、例示的なものであることを意図している。当業者は、本発明の実践のために多くの異なる組み合わせが好適となるであろうことを、理解するであろう。

更に、本明細書の検討及び本明細書に開示した発明の実践から、本発明の他の実装が、当業者にとっては明らかとなるであろう。上述した実施形態の様々な態様、及び／又は構成は、単独で又は任意の組み合わせで使用されてもよい。本明細書及び各実施例は例示的なものとしてのみ解釈され、本発明の真の範囲及び趣旨は、次の特許請求の範囲によって示されることが意図されている。

Claims (26)

1. ＳｉＣ結晶を形成する方法であって、該方法が、
   ａ．断熱された黒鉛製容器のシェルフ上に種結晶を配置し、それによって前記黒鉛製容器の天井と前記種の裏面との間の空間を画定する工程と、
   ｂ．ケイ素及び炭素原子源を前記断熱された黒鉛製容器内に配置する工程であって、前記ケイ素及び炭素原子源が前記ＳｉＣ結晶を成長させるために前記種結晶へ輸送するためのものである、工程と、
   ｃ．前記黒鉛製容器を炉の内側に配置する工程と、
   ｄ．前記炉を真空排気し、８０ｋＰａ（６００トル）を超える圧力まで不活性ガスを充満する工程と、
   ｅ．前記炉を約２，０００℃〜約２，５００℃の温度に加熱する工程と、
   ｆ．前記誘導炉を約０．０１ｋＰａ〜約１３ｋＰａ（約０．１トル〜約１００トル）の圧力に真空排気し、その一方で前記種結晶の下から前記種結晶の周縁を通って前記黒鉛製容器の天井と前記種の裏面との間の空間の中心へガス流を向け、それによって前記種の裏面が前記天井に接触するのを防止しながら、前記ケイ素及び炭素原子源から前記種への気相輸送を促進する工程と、を含む、方法。
2. ドーパントガスを前記炉内に流す工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 厚さ０．１〜５０ｍｍ及び窒素濃度１×１０^１５〜１×１０^１９／ｃｍ^３の結晶成長を可能にするように温度及び圧力が維持される、請求項２に記載の方法。
4. 前記種結晶が、（１１〜２０）結晶配向に向かって０〜４度のオフ角を有する４Ｈ−ＳｉＣ結晶であり、前記種結晶の窒素濃度が約１×１０^１６／ｃｍ^３〜約８×１０^１８／ｃｍ^３である、請求項２に記載の方法。
5. 前記種の裏面が前記天井と接触するのを防止する工程が、前記種の上に保持リングを挿入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記種と前記保持リングとの間にガスチャンネルリングを挿入する工程を更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記種と前記シェルフとの間に、第２のガスチャンネルリングを挿入する工程を更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 請求項１に記載の方法から作製したＳｉＣ結晶から切り出した４Ｈ−ＳｉＣ基板であって、前記４Ｈ−ＳｉＣ基板が約１／ｃｍ^２未満の平均マイクロパイプ密度を有し、前記４Ｈ−ＳｉＣ基板が約５，０００／ｃｍ^２未満のらせん転位密度を有し、前記４Ｈ−ＳｉＣ基板で実施した少なくとも９の測定から求めたときに、前記４Ｈ−ＳｉＣ基板が約５，０００／ｃｍ^２未満の基底面転位密度を有する、４Ｈ−ＳｉＣ基板。
9. 物理気相輸送法によるＳｉＣ結晶に適した反応器セルであって、温度及び圧力勾配、並びに種の成長面からと、前期種の縁部周辺と、前期種の背後空間内へと、のガス流の結果として前期種が浮揚され、前記ガス流が真空システムによってポンプ輸送され、前記種の浮揚が、前期種の裏面が前記反応器セルの天井表面と接触できないように制限される、反応器セル。
10. 黒鉛製容器及び黒鉛製蓋を含み、シェルフが前記黒鉛製容器の上方区画に形成され、前記蓋の底面が天井を形成する、請求項９に記載の反応器セル。
11. 前記シェルフの上方で前記種を覆ってはまるように構成された保持器リングを更に含む、請求項１０に記載の反応器セル。
12. 前記保持器リングが前記蓋と一体に形成される、請求項１１に記載の反応器セル。
13. 前記保持器リング上に設けられたガスフローチャンネルを更に含む、請求項１１に記載の反応器セル。
14. 前記蓋がガス排気孔を含む、請求項１０に記載の反応器セル。
15. 前記容器が前記種の内径よりもわずかに小さい内径を有し、前記容器の上方区画が前記種の内径よりも大きい内径を有するように作製され、前記種の内径よりもわずかに小さい内径から前記種の内径よりも大きい直径への遷移が前記シェルフを画定する、請求項１０に記載の反応器セル。
16. ＳｉＣ結晶であって、該ＳｉＣ結晶が、
    ａ．六方晶ポリタイプのＳｉＣのバルク結晶から形成された種結晶と、
    ｂ．前記種上に成長し、約０．１ｍｍ〜約５０ｍｍの厚さを有するＳｉＣ結晶の層であって、前記ＳｉＣ結晶の層の窒素濃度が約１×１０^１５／ｃｍ^３〜約１×１０^１９／ｃｍ^３である、ＳｉＣ結晶の層と、を含み
    前記結晶が、前記結晶で実施した少なくとも９の測定から求めたときに約１／ｃｍ^２未満の平均マイクロパイプ密度と、約５，０００／ｃｍ^２未満のらせん転位密度と、約５，０００／ｃｍ^２未満の基底面転位と、を有する、ＳｉＣ結晶。
17. ＳｉＣ結晶を形成するための炉システムであって、該システムが、
    ａ．その上方部分の蓋と、種結晶を支持するためのシェルフとを有する断熱された黒鉛製容器であって、前記シェルフは前記上方部分に近接しているが、前記シェルフ上に配置された種が蓋と接触できないような十分な距離で蓋の下方に位置付けされている、黒鉛製容器と、
    ｂ．ガス流を前記種結晶の周縁から前記種結晶の背後空間へ向ける手段と、
    ｃ．蒸気流束が前記蓋を通過できるように構成された真空排気経路と、
    ｄ．前記黒鉛製容器を約２，０００℃〜約２，５００℃の温度に加熱するためのヒーターと、
    ｅ．前記黒鉛製容器の内部を約０．０１ｋＰａ〜約１３ｋＰａ（約０．１トル〜約１００トル）の圧力に維持するための真空ポンプと、
    ｆ．前記炉に不活性ガスを充満するためのガス注入口と、を備える、炉システム。
18. 前記シェルフの上方に位置付けされた保持器リングを更に含む、請求項１７に記載の炉システム。
19. 前記保持リングが複数のガスフローチャンネルを備える、請求項１８に記載の炉システム。
20. 前記保持リングが複数の隆起を備える、請求項１８に記載の炉システム。
21. 前記ガス流を向ける手段がガスチャンネルリングを含む、請求項１８に記載の炉システム。
22. 前記ガス流を向ける手段が、前記種の下方の第１ガスチャンネルリング位置と、前記種の上方に位置付けされた第２ガスチャンネルリングとを含む、請求項１７に記載の炉システム。
23. 前記蓋が、その底面から延在し、かつ前記種の周縁端部と係合するように構成された直径を有する保持リングを備える、請求項１７に記載の炉システム。
24. 前記蓋が、ガス流導管を更に備える、請求項２３に記載の炉システム。
25. 前記ガス流導管が、前記保持リング上に形成されたチャンネルを含む、請求項２４に記載の炉システム。
26. 前記蓋が複数のガス流孔を更に含む、請求項２５に記載の炉システム。

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