JP5841339B2 - 100ミリメートル高純度半絶縁単結晶炭化珪素ウエハ - Google Patents
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Description
なお、本発明は、同一譲受人に譲渡された米国特許第6,814,801号及び米国特許出願公開第20050022727号及び第2005022724号に関連がある。また、本発明は、同一譲受人に譲渡された米国特許第6,218,680号、第6,396,080号、第6,403,982号、第6,639,247号、及び第6,507,046号に明記されている発明にも関連がある。
先に引用した特許及び出願に明記されているように、半絶縁炭化珪素は、半絶縁性を生ずる深準位の状態を得るためにバナジウムをドーパントとして用いることなく生産できることが発見されている。
したがって、炭化珪素の大きな単結晶を成長させる速度を高め、これらを成長させることができる直径を増大し、大きな結晶における欠陥密度を低下させることが、相変わらず必要であり、望ましい目標となっている。
当業者には十分に理解されようが、「単結晶」(又はそれと同等の「モノクリスタル」)という用語は、特にここに記載し特許請求するサイズの結晶については、これらが小面積、小領域、又は少量の他のポリタイプの炭化珪素を含有していても、このような大きな結晶に適用可能とする。つまり、単一のポリタイプが圧倒的に支配する、大きな高品質結晶ウエハを、ここでは「単結晶」と呼ぶ。
本発明によるウエハは、高周波電力デバイス、高電力デバイス、高温デバイス、光電デバイス、及びIII族窒化物堆積に適している。
ここで用いる場合、ウエハの直径とは、個々のウエハ各々の上でANSI認証のデジタル・キャリパを用いて手作業で行う幅測定法で、表面を横切る直線寸法のことである。
軸はずれ表面方位とは、格子構造内における結晶面に対するウエハの表面の方位のことである。表面方位は、ウエハの中心において、インゴット当たり1枚のウエハのサンプル上で、x−線角度計を用いて測定する。
副フラットは、主フラットよりも長さが短いフラットであり、主フラットに対する副フラットの位置がウエハの面を特定する。好適な実施形態では、個々のウエハ各々の炭素面に、半導体業界における定義及び特性と一致する光学キャラクタ認識互換フォントをレーザでマークする。
本発明は、したがって、ウエハと、上述のエピタキシャル層とを組み込んだデバイスを含み、殆どの状況において、比較的大きな複数のこのようなデバイスがウエハ上に形成され、最終使用のために個々のデバイスに分離される前に、ウエハ上で検査される可能性がある。
その半絶縁特性において、ウエハの窒素原子濃度は、約2×1015cm−3未満であり、バナジウム濃度は1×1014cm−3未満である。
好適な実施形態では、ウエハの抵抗率は、常温において少なくとも約50,000Ω−cmである。
別の実施形態では、ウエハは、ドナー・ドーパントと、アクセプタ・ドーパントと、真性点欠陥とを備えることができる。一実施形態では、第1導電型のドーパント数は、別の(第2)導電型のドーパント数よりも大きく、優勢な第1の型のドーパントを補償するように作用する真性点欠陥の数は、第1の型のドーピングが第2の型のドーピングを支配する数値差よりも大きく、遷移元素の濃度は、1×1016cm−3である。
最初に、本発明者はいずれの特定の理論にも縛られることを望んでいないが、一態様では、熱力学的な意味で、適切な方法を最良に理解することができる。先に注記したように、本発明の目的の1つは、炭化珪素において半絶縁性を得るために、バナジウムの使用を回避することである。代わりに、本発明は、炭化珪素内に十分に大きな濃度の点欠陥状態を作成し、通常の半導体処理及びデバイス製造後に残留する濃度がなおも、半絶縁性を得るのに必要な数値を超過するようにしている。
別の言い方をすれば、本方法は、加熱した結晶を、十分に高い速度で冷却して常温に近づけて、加熱工程によって生じた欠陥を含むがこれらには限定されない欠陥が十分な移動度を有し、結晶に再度アニールされる温度範囲において費やす時間を短縮することにより、このように加熱及び冷却を受けていないものと全く同じように成長した炭化珪素結晶におけるこのような状態の濃度よりも高い、点欠陥に関する深準位の濃度を有する炭化珪素結晶を生成することを含む。
好適な実施形態では、結晶を大気圧において約2,000℃〜2,400℃の間の温度まで加熱する。これらの温度は、大気圧において有用な範囲となる。2400℃よりも高い温度では、炭化珪素は議論の余地がない程の高い速度で昇華することが多く、したがって2400℃よりも高い温度は、大気圧では優位性が劣り、不利となる。
加熱工程の間、結晶を少なくとも約2分の期間高温に維持することが好ましい。この間隔には、実用上及び機能的な考慮がある。実用上の観点からは、殆どの状況下では、炭化珪素結晶をこの温度まで加熱するに数分かかる。機能的な観点からは、これは、結晶が生成することが望ましい状態に対して平衡又は略平衡状態に達するのに十分な時間を与える。加熱時間は、現在では、所望の数の状態を有する結晶において熱的平衡又は略平衡を得るのに十分な時間と表現するのが、機能的には最良である。尚、結晶は、平衡という用語の最も適正な又は厳格な意味では、完全な平衡に達する必要なないが、ここでこの用語を用いるのは、結晶が所与の温度に到達し、所望数の状態を生ずるのに十分な時間その温度に維持する状態を記載するためである。
本発明は、基板ウエハ又は単結晶原石上で実行することができ、基板は、その大きな表面対堆積比のために、当な又は破滅的な熱応力を受けることなく、本発明において有用な比較的高い速度で冷却することが可能であるので、基板の方が好ましい実施形態である。しかしながら、この実用的観点以外に、追加の状態を形成できる態様には、ウエハと原石との間には概念的な差はない。したがって、本発明は、炭化珪素原石を少なくとも約2,000℃の温度に加熱する工程と、毎分約30℃の速度で、加熱した原石を冷却して常温に近づける工程と、次いで原石から炭化珪素ウエハを薄切りし、次いで薄切りしたウエハ上に1つ以上の半導体のエピタキシャル層を堆積する工程を備えることもできる。
いずれの場合でも、本発明は更に、ウエハ及び1つ以上のエピタキシャル層を備えており、本発明の実施形態の方法にしたがって形成されたウエハ及びエピタキシャル層を組み込んだデバイスも備えることができる。
2番目に高い線は、12で示されており、低い方の温度を表し(これは正確ではなく相対的な温度として理解すべきであるが、好適な実施形態では約1200℃である)、高い方の温度線10と共に、ある温度範囲(矢印11で表す)を規定し、その範囲では、結晶をこの温度範囲内に、平衡又は略平衡状態に近づくのに十分な時間期間にわたって残留させると、温度線10よりも高い温度で形成された状態が解消すると予測される。したがって、ここに記載する発明は、一旦多数の状態が生成されたならば、結晶が温度範囲11内で費やす時間を最短に抑える。先に注記したように、結晶が図1において11で模式的に示す温度範囲内にある間冷却速度を毎分約30℃〜150℃の間に維持することは、特に有用である。
どのような理由においても、通常、製造前、保存、出荷、又は使用中であっても、結晶は常に常温に冷却されていると予想することができる。しかしながら、線10が表す温度よりも高く結晶が加熱され、次いで十分に速く、線12が表す温度未満の温度に冷却されるのであれば、絶えず常温に達しているか否かには無関係に、本発明の作用効果が得られる。
シード結晶は、好ましくは、得られる成長結晶において望まれるポリタイプに応じて、炭化珪素の3C、4H、6H、及び15Rポリタイプから選択したポリタイプを有する。シード結晶上に凝縮する炭化珪素の種は、シード結晶と同じポリタイプの炭化珪素結晶を成長させるのが最適である。
通例、炭化珪素ソース・パウダは、約2000℃〜2500℃の温度に維持する。一方、シード結晶は、ソース・パウダよりも低い温度である、約50℃〜350℃の間の温度に維持する。
あるいは、点欠陥の数を増大させる工程は、ソース・ガスからの炭化珪素のCVD成長に必要な温度よりも高いが、環境条件(ambient condition)の下で高速の炭化珪素の昇華が発生してしまう不利な温度よりは低い温度に炭化珪素結晶を加熱することにより、点欠陥の濃度、及びその結果生ずる結晶内の状態を熱力学的に増大させ、次いで加熱した結晶を十分に高い速度で冷却して常温に近づけ、加熱工程によって生じた欠陥を含むがこれらには限定されない欠陥が十分な移動度を有し、結晶に再度アニールされる温度範囲において費やす時間を短縮することにより、このように加熱及び冷却を受けていないものの全く同じように成長した炭化珪素結晶におけるこのような状態の濃度よりも高い、点欠陥に関する深準位の濃度を有する炭化珪素結晶を生成する、前述の方法を採用することができる。
したがって、本発明の方法は、別の実施形態では、結晶内に組み込まれる可能性がある窒素を制御するために昇華成長室において成長する炭化珪素結晶にパシベーションを設ける方法として記載しても適切である。発明した方法の第2実施形態は、水素を含む環境ガスを成長室に導入し、水素環境の成長室において、炭化珪素ソース・パウダを昇華まで加熱することを含む。ソース・パウダを加熱しつつ、同時に炭化珪素シード結晶を水素雰囲気の成長室において、ソース・パウダの温度未満の第2温度に加熱し維持する。シード結晶の温度は、ソース・パウダから昇華した種がシード結晶上に凝縮するように十分に低くする。加熱、昇華、及び凝縮工程は、所望量の炭化珪素結晶の成長がシード結晶上で生ずるまで継続する。水素の環境濃度は、成長室において、窒素の混入に対抗して、成長する炭化珪素結晶にパシベーションを与え、これによって、水素のパシベーションが、成長する炭化珪素結晶に組み込まれる窒素の量を制御するのに十分な程度に維持する。
更に別の態様では、本発明は、炭化珪素の昇華成長、限定ではないが、炭化珪素自体に関して記載することができる。
図7は、Bakin et al., State of the Art in Defect Control of Bulk SiC(バルクSiCの欠陥制御における技術的現状)、 Invited Talk at the 1998 High Temperature Electronic Materials, Devices and Sensors Conference (1998), San Diego, Californima, pp. 2-13に明記されているような、マイクロパイプの別の顕微鏡写真である。図1及び図2は、例示の目的のため、そして本発明に対する文脈(context)を与えるために含まれている。
言い換えると、常温において基板欠陥によって生じた応力がありシードが平面であると、シードをアニールすることにより、応力が緩和され、ウエハが平面から逸脱することになる。
温度勾配及びその他の条件(圧力、キャリア・ガス等)を適性に維持すれば、全体的な熱力学が、シード結晶24と同じプロトタイプで、蒸発種が最初にシード結晶24上に凝縮し、次いで成長する結晶26上に凝縮するように促進する。
図12aは、全体的に30で示す結晶シードを示し、3つの異なる種類の成長面が、それぞれ、31、32、及び33で示されている。矢印31で示されている成長面は凹状であり、本発明によれば、成長面が10μmよりも多く平面よりも逸脱している場合、過剰に凹状であると見なされる。
適切な平面が矢印32によって示されており、結晶の使用可能な区域全体にわたって延びており、その境界が矢印34で示されている。
したがって、ある実施形態では、相応の実施形態において、通常直径で表現する、結晶の絶対寸法を含むように、本発明を説明する。その中でも直径が50mm(2インチ)、75mm(3インチ)、及び100mmの単結晶が好ましい。
別の意味では、ある種の電力デバイスは、デバイスが同等の従来のデバイスよりも通例物理的に遥かに小さい半導体の関連においてでも、一部のデバイスはそれでもなお比較的大きくなければならず、したがって大きな基板及び欠陥のない大きな単結晶を必要とするというような性質を有する。本発明は、このような大きなデバイスに必要な大きな結晶に関してその利点が得られる。つまり、以前の単結晶は、高品質であっても、ここに記載し本発明の結晶の絶対寸法と一致することができなければ、本発明の評価には無関係である。
ここでも再び、目的は、昇華成長の間、シードにおける望ましくない欠陥の発生を防止するように、シード結晶の性質及び位置決めを用いることにより、これらの欠陥が成長するバルク結晶内に伝搬するのを防止することである。
先に注記したように、この実施形態は、実施形態以前の利点を含むことができる。即ち、結晶は熱的な目的のためには十分に「厚く」することがおでき、望ましい滑らかな表面を得るために両面ラッピングを施すことができる。
いずれの特定の表現や承認にも捕らわれることなく、本発明者は、厚さが10mm程度の小さい結晶では、ここに開示し特許請求の範囲に記載する形状(平面)特性を呈したことが全くなかったと確信する。500μmの下限に関して、これは、本発明を、500μm凹状に成長を行い次いで平面化する成長プロセスから区別する、合理的な一般的境界を表す。
つまり、ギャップには所望の材料であれば、固体でも、液体でも、気体でも、任意のものを充填することができ、あるいは、要求される目的に適しており、特に昇華成長を妨害しないのであれば、真空であっても可能である。
加えて、本明細書に記載する方法は、互いに排他的ではなく相補的であり、したがって、工程のいくつかを同時に又は順次用いて所望の結果を達成することができる。更に、本方法は、窒化ガリウム、窒化アルミニウム・ガリウム、及び窒化アルミニウムのようなその他の半導体材料についても同様の利点を有する。
この場合も、本実施形態の技法は、成長の間シード結晶の利権からの昇華を防止するという目標と一貫性がある。何故なら、そのような昇華は、シード結晶内に又はこれを貫通し、その後成長するバルク単結晶内に又はこれを貫通する欠陥を発生する原因となるからである。
この実施形態の更に別の実施形態では、本方法は、しかるべき材料を用いてシード結晶をシード・ホルダに接合することを含むことができる。
Claims (60)
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記シード結晶を加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記シード結晶と前記シード・ホルダとの間の距離を低減させることによりもたらされる、前記シード結晶と前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項1記載の方法において、該方法は、シード昇華成長システムにおいて単結晶を生成するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項1記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップ
を含んでいることを特徴とする方法。 - 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
成長の前に、シード結晶の両面をラッピング仕上げするステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記シード結晶を加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記シード結晶のラッピング仕上げによりもたらされる、前記シード結晶とシード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項4記載の方法において、ラッピング仕上げするステップは、シード結晶の両面を平面から10μm未満だけの逸脱する表面となるように、ラッピング仕上げすることを特徴とする方法。
- 請求項4記載の方法において、ラッピング仕上げするステップは、シード結晶の両面を平面から5μm未満のだけ逸脱する表面となるように、ラッピング仕上げすることを特徴とする方法。
- 請求項4記載の方法において、ラッピング仕上げするステップは、シード結晶の両面を平面から2μm未満だけ逸脱する表面となるようにラッピング仕上げするステップからなることを特徴とする方法。
- 請求項4記載の方法において、該方法は、
固い表面とともに研磨スラリを用いてシード結晶をラッピング仕上げして、材料の大部分を迅速に取り除くステップと、
その後にシード結晶を研磨して、最終的な半導体材料の表面を形成するステップと
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項4記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
厚みが少なくとも1.4mmのシード結晶を提供するステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記シード結晶を加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記シード結晶の前記厚みによりもたらされる、前記シード結晶とシード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶を成長させる、加熱するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項10記載の方法において、該方法は、平面から10μm未満だけ逸脱しているシード・ホルダ上に成長用のシード結晶を配置するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項10記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素基板のシード結晶上で前記バルク結晶を成長させるステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
高温接着剤により、シード・ホルダ上にシードを配置させるステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記シードを加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記高温接着剤により前記シードを配置させることによりもたらされる、前記シードとシード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項13記載の方法において、該方法は、グラファイト接着剤により、シード・ホルダ上に前記シードを配置させるステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項13記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
成長状態下におけるシード・ホルダの温度均一性を改善するために、有機材料をグラファイトのシード・ホルダに適用するステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記グラファイトのシード・ホルダ上にあるシードを加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、改善された温度均一性によりもたらされる、前記シード結晶と前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法において、該方法は、フェノール樹脂をシード・ホルダに適用するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項16記載の方法において、該方法は、アルコール及びフェノール樹脂の混合物を用いて、シード・ホルダの密度を増大させるステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項16記載の方法において、該方法は、フルフリルアルコール及びフェノール樹脂の2.5:1混合物を用いて、シード・ホルダの密度を増大させるステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項16記載の方法において、該方法は、シード・ホルダの熱膨張係数を炭化珪素シードの熱膨張係数と一致させるステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項16記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
シード・ホルダの熱膨張係数と炭化珪素からなるシードの熱膨張係数とを選択的に合致させるステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記炭化珪素からなるシードを加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記熱膨張係数を合致させることによりもたらされる、前記炭化珪素からなるシードと前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項22記載の方法において、該方法は、炭素のシード・ホルダを炭化珪素のシード材料と合致させるステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項22記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
シード・ホルダとシード結晶を、平面から10μm未満だけ逸脱しているシード・ホルダに対向する表面に供給するステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、 前記シード結晶を加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記平坦なシード・ホルダに対向する表面によりもたらされる、前記シード結晶と前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項25記載の方法において、該方法は、シード・ホルダに対向する表面であって、平面から5μm未満だけ逸脱している表面を有するシード結晶からバルク単結晶を成長させるステップを備えていることを特徴とする方法。
- 請求項25記載の方法において、該方法は、シード・ホルダに対向する表面であって、平面から2μm未満だけ逸脱している表面を有するシード結晶からバルク単結晶を成長させるステップを備えていることを特徴とする方法。
- 請求項25記載の方法において、該方法は、シード・ホルダに対向する表面であって、平面から1μm未満だけ逸脱している表面を有するシード結晶からバルク単結晶を成長させるステップを備えていることを特徴とする方法。
- 請求項25記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
シード結晶のシード・ホルダに対向する表面とシード・ホルダとを、シード結晶とシード・ホルダとの間の距離が10μmを超えないように、互いに適合させるステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記シード結晶を加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記シード・ホルダに対向する表面を適合させることによりもたらされる、前記シード結晶と前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項30記載の方法において、該方法は、シード結晶とシード・ホルダとの間の距離が5μmを超えないようにするステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、該方法は、シード結晶とシード・ホルダとの間の距離が2μmを超えないようにするステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、該方法は、バルク単結晶をシード結晶とほぼ同一の直径に成長させるステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、シード結晶のシード・ホルダに対向する表面とシード・ホルダとを適合させるステップは、シード・ホルダに対向する表面であって、平面から10μm未満だけ逸脱している表面を有するシード結晶を準備するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、シード結晶のシード・ホルダに対向する表面とシード・ホルダとを適合させるステップは、シード・ホルダに対向する表面であって、平面から5μm未満だけ逸脱している表面を有するシード結晶を準備するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、シード結晶のシード・ホルダに対向する表面とシード・ホルダとを適合させるステップは、シード・ホルダに対向する表面であって、平面から2μm未満だけ逸脱している表面を有するシード結晶を準備するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、シード結晶のシード・ホルダに対向する表面とシード・ホルダとを適合させるステップは、シードに対向する表面であって、平面から10μm未満だけ逸脱している表面を有するシード・ホルダを準備するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、シード結晶のシード・ホルダに対向する表面とシード・ホルダとを適合させるステップは、シードに対向する表面であって、平面から5μm未満だけ逸脱している表面を有するシード・ホルダを準備するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、シード結晶のシード・ホルダに対向する表面とシード・ホルダとを適合させるステップは、シードに対向する表面であって、平面から2μm未満だけ逸脱している表面を有するシード・ホルダを準備するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、該方法は、少なくとも2インチの直径のシード結晶をラッピング仕上げするステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項30記載の方法において、該方法は、少なくとも100mmの直径のシード結晶をラッピング仕上げするステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
シード・ホルダに取り付けられたシード結晶を提供するステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記シード結晶を加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記シード結晶と前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況を提供するために、結晶の有用領域を超える最初の10mm以下の成長において、凹状表面を示す局所化された領域が生じないようにし、結晶の成長の間、平坦部をやや凸状の成長表面に保持しつつ、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップ
を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項43記載の方法において、該方法は、結晶の有用領域を超えて最初の500μm未満の結晶成長の間、平坦部をやや凸状の成長表面に保持するステップを備えていることを特徴とする方法。
- 請求項43記載の方法において、該方法は、凸状部の半径が40cmを超えない凸状表面を有するように、平坦部をやや凸状の成長表面に保持するステップを備えていることを特徴とする方法。
- 請求項43記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
炭化珪素のシード結晶の裏面がシード・ホルダから、放射性熱転移に十分な距離だけ離間させるステップであって、該放射性熱転移がシード結晶とシード・ホルダとの間の伝導性熱転移を上回るようにする、ステップと、
前記シード結晶を加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記炭化珪素のシード結晶の裏面を前記シード・ホルダから離間させることによりもたらされる、前記シード結晶と前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項47記載の方法において、該方法は、シード結晶と該シード結晶の直後のシード・ホルダとの間に真空状態を保持するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項47記載の方法において、該方法は、シード結晶と該シード結晶の直後のシード・ホルダとの間にガス充満の空間を保持するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項47記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
結晶成長の間にシード・ホルダがひずみを生じないようにするために結晶成長の前にシード・ホルダをアニールするステップであって、シード内の温度差を最小化又は除去して、成長中のバルク単結晶に欠陥が生じたり伝搬することがないようにする、ステップと、
その後、シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
その後、前記アニールすることによりもたらされる、前記シードと前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で前記シード結晶を用いてシード成長を開始するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項51記載の方法において、該方法は、バルク単結晶をシード結晶とほぼ同一の直径に成長させるステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項51記載の方法において、該方法は、少なくとも2インチの直径の炭化珪素のシード結晶を用いて成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項51記載の方法において、該方法は、少なくとも100mmの直径の炭化珪素のシード結晶を用いて成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項51記載の方法において、該方法は、少なくとも2500℃で約30分間、シード・ホルダをアニールするステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項51記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 高品質の炭化珪素のバルク単結晶を生成する方法であって、
シード結晶からの炭化珪素の昇華に対して蒸気バリアを提供する低多孔性の支持材料であって、シード結晶と支持材料との間の熱導電性の差を最小化し、シード結晶内の温度差を最小化又は排除し、成長中の結晶に欠陥が生じたり伝搬したりしないように、シード結晶の裏面からの蒸気移動を最小化又は排除する支持材料で、シード・ホルダ上にシード結晶を位置決めするステップと、
シード結晶とシード・ホルダは10μm以下で互いに適合し、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の伝導熱伝搬が、シード・ホルダに隣接する炭化珪素シード結晶の実質的にすべての表面の上のこれらの間の放射熱伝搬よりも優勢になるまで、炭化珪素シード結晶とシード・ホルダとの間の距離を低減させるステップと、
前記シード結晶を加熱し、続いて前記バルク単結晶を加熱するステップであって、前記熱導電性の差を最小化することによりもたらされる、前記シード結晶と前記シード・ホルダの界面における一貫した熱状況の下で、前記バルク単結晶の成長の昇華を引き起こす、加熱するステップと、
を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項57記載の方法において、該方法は、シード・ホルダ上のシードを、高温接着剤を用いて位置決めするステップを含んでいることを特徴とする方法。
- 請求項57記載の方法において、支持材料は、炭化珪素のシード結晶の熱膨張係数にほぼ同一の熱膨張係数を有していることを特徴とする方法。
- 請求項57記載の方法において、該方法は、3C、4H、6H及び15Rポリタイプからなるグループから選択されたポリタイプの炭化珪素のシード結晶で成長を開始するステップを含んでいることを特徴とする方法。
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