JP6147543B2 - ＳｉＣ単結晶及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳｉＣ単結晶及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、歩留まりの高いＳｉＣ単結晶の製造方法、並びに、このような方法を用いて製造されるＳｉＣ単結晶に関する。

ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、六方晶系の結晶構造を持つ高温型（α型）と、立方晶系の結晶構造を持つ低温型（β型）が知られている。ＳｉＣは、Ｓｉに比べて、耐熱性が高いだけでなく、広いバンドギャップを持ち、絶縁破壊電界強度が大きいという特徴がある。そのため、ＳｉＣ単結晶からなる半導体は、Ｓｉ半導体に代わる次世代パワーデバイスの候補材料として期待されている。特に、α型ＳｉＣは、β型ＳｉＣよりバンドギャップが広いので、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料として注目されている。

α型ＳｉＣは、その主要な結晶面として｛０００１｝面（以下、これを「ｃ面」ともいう）と、｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面（ｍ面）及び｛１１−２０｝面（狭義のａ面）とを有している。なお、本発明において「ａ面」というときは、広義のａ面、すなわち「ｍ面と狭義のａ面の総称」を表し、ｍ面と狭義のａ面とを区別する必要があるときは、それぞれ「｛１−１００｝面」又は「｛１１−２０｝面」という。
従来より、α型ＳｉＣ単結晶を得る方法として、ｃ面成長法が知られている。ここで、「ｃ面成長法」とは、ｃ面又はｃ面に対するオフセット角が所定の範囲にある面を成長面として露出させたＳｉＣ単結晶を種結晶に用いて、昇華再析出法などの方法により成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させる方法をいう。

しかしながら、ｃ面成長法により得られる単結晶中には、＜０００１＞方向に平行な方向にマイクロパイプ欠陥（直径数μｍ〜１００μｍ程度の管状の空隙）やｃ軸貫通型螺旋転位（以下、単に「螺旋転位」という）などの欠陥が非常に多く発生するという問題があった。
高性能なＳｉＣパワーデバイスを実現するためには、ＳｉＣ半導体に生じるリーク電流を低減することが必須条件である。ＳｉＣ単結晶に生じるマイクロパイプ欠陥、螺旋転位などの欠陥は、このリーク電流を増大させる原因と考えられている。

そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、ｃ面からの傾きが約６０°〜約１２０°である面（例えば、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面など）を成長面として露出する種結晶を用いて、ＳｉＣ単結晶を成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法（以下、このような成長方法を「ａ面成長法」という）が開示されている。
同文献には、
（１）ｃ面から約６０〜１２０°傾いている結晶面上にＳｉＣを成長させると、その結晶面上に原子積層の配列が現れているため、元の種結晶と同じ種類の多形構造を持つ結晶が容易に成長する点、
（２）このような方法を用いた場合、螺旋転位は発生しない点、及び、
（３）種結晶がｃ面に滑り面を有する転位を含む場合、この転位は、成長結晶に引き継がれる点、
が記載されている。

また、特許文献２には、｛１０−１０｝面を成長面とする種結晶を用いてＳｉＣを成長させ、次いで、得られた単結晶から｛０００１｝ウェハを取り出し、このウェハを種結晶に用いてＳｉＣを成長させるＳｉＣ単結晶の成長方法が開示されている。
同文献には、このような方法により、
（１）マイクロパイプ欠陥の少ないＳｉＣ単結晶が得られる点、及び、
（２）アチソン結晶に比べて十分大きな｛０００１｝ウェハが得られるので、これを種結晶として用いることにより、容易に大型の結晶を成長させることができる点、
が記載されている。

また、特許文献３には、互いに直交する方向に複数回のａ面成長を行った後、最後にｃ面成長させるＳｉＣ単結晶の製造方法が開示されている。
同文献には、
（１）ａ面成長の繰り返し回数が多くなるほど、成長結晶中の転位密度が指数関数的に減少する点、
（２）ａ面成長においては、積層欠陥の発生が避けられない点、及び、
（３）最後にｃ面成長を行うと、マイクロパイプ欠陥及び螺旋転位が発生しないだけでなく、積層欠陥がほとんど存在しないＳｉＣ単結晶が得られる点、
が記載されている。

ａ面成長法は、螺旋転位密度の低いＳｉＣ単結晶が得られるという利点がある。しかしながら、ａ面成長法は、ｃ面にほぼ平行な高密度の積層欠陥が生成しやすいという問題がある。ＳｉＣ単結晶中に積層欠陥が発生すると、積層欠陥を横切る方向の電気抵抗が増大する。そのため、このような積層欠陥を高密度に有するＳｉＣ単結晶は、パワーデバイス用の半導体として使用することができない。

一方、ａ面成長を少なくとも１回以上行った後、ｃ面成長を行うと、螺旋転位及び積層欠陥をほとんど持たないＳｉＣ単結晶を作製できると考えられている。

ＳｉＣデバイスの低コスト化は、単結晶の大口径化開発が重要となっている。
しかしながら、前述の手法により、基板を大口径化するには、ａ面成長する結晶のｃ面内方向の大きさ、つまり、ａ面成長する際の種結晶のｃ面内方向の長さや成長高さも増大させる必要がある。その結果、
（１）成長結晶が割れやすい、及び、
（２）成長したａ面成長結晶からｃ面成長用種結晶を取り出す際の歩留まりが低い、
という問題がある。

特開平０５−２６２５９９号公報 特開平０８−１４３３９６号公報 特開２００３−１１９０９７号公報

本発明が解決しようとする課題は、より大きな単結晶を高い歩留まりで製造することが可能なＳｉＣ単結晶の製造方法、並びに、このような方法により得られたＳｉＣ単結晶を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、
（ａ）成長面の平面形状が略長方形状であり、
（ｂ）成長方向が｛０００１｝面に対して略平行であり、かつ、
（ｃ）前記成長面の長辺と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₁が、１°≦θ₁≦３０°である
種結晶を用いて、前記成長面上にＳｉＣ単結晶を成長方向が｛０００１｝面に対して略平行となるようにａ面成長させるａ面成長工程
を備えていることを要旨とする。

また、本発明に係るＳｉＣ単結晶は、
（ａ）略直方体状の形状を有し、
（ｂ）｛０００１｝面が成長方向に略平行であり、かつ、
（ｃ）前記成長方向に略平行な面の内、最も広い面（Ａ）と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₃が、１°≦θ₃≦３０°である
ことを要旨とする。

（削除）

ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる場合において、成長面の平面形状が略長方形状であり、かつ、オフセット角θ₁が所定の範囲にある種結晶を用いると、最も広い面（Ａ）のオフセット角θ₃がθ₁にほぼ等しい直方体状のＳｉＣ単結晶（成長させた状態のままのインゴット）が得られる。このＳｉＣ単結晶を最も広い面（Ａ）に略平行にスライスすると、最も広い面（Ｂ）のオフセット角がθ₃にほぼ等しいＳｉＣ単結晶基板が得られる。
本発明に係る方法により得られるＳｉＣ単結晶からｃ面成長用種結晶を切り出す場合、ＳｉＣ単結晶の最も広い面（Ａ）に対してほぼ平行にスライスすることができるので、材料歩留まりが高くなる。また、最も広い面（Ａ）での異種多形の発生が抑制され、結晶割れの起点をなくすことができる。更に、所定の面積及び枚数の基板を取り出すために必要なＳｉＣ単結晶の体積が最小となるので、ａ面成長後の降温時又は加工時に単結晶が割れる確率も低くなる。

本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための模式図である。 図３（ａ）は、＜１−１００＞方向にａ面成長させたＳｉＣ単結晶の模式図である。図３（ｂ）は、＜１１−２０＞方向にａ面成長させたＳｉＣ単結晶の模式図である。 図４（ａ）は、種結晶の平面図（左図）、及び従来の方法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶の平面図（右図）である。図４（ｂ）は、種結晶の平面図（左図）、及び本発明に係る方法を用いて製造されたＳｉＣ単結晶の平面図（右図）である。 従来のＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための模式図である。

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 用語の定義］
「ａ面（広義のａ面）」とは、｛１−１００｝面（ｍ面）又は｛１１−２０｝面（狭義のａ面）をいう。
「ａ面成長」とは、成長方向が｛０００１｝面に対して略平行となるように、単結晶を成長させることをいう。
「成長方向」とは、単結晶全体のマクロな成長の方向をいう。例えば、成長面が単一の平面からなる場合、成長方向とは、成長面の法線方向をいう。
「成長方向が｛０００１｝面に対して略平行」とは、成長方向と｛０００１｝面とのなす角の内、小さい方が２０°以下であることをいう。以下同様に、「なす角」とは、小さい方を指す。

「ｃ面」とは、｛０００１｝面をいう。
「ｃ面に略平行な面」とは、ｃ面に対するオフセット角が２０°以下である面をいう。
「ｃ面に対するオフセット角」とは、ある面の法線ベクトルとｃ面の法線ベクトルとのなす角をいう。
「ｃ面成長」とは、ｃ面に略平行な面を成長面として、単結晶を成長させることをいう。

「平面形状が略長方形状」とは、角部の角度が８０°〜１００°の範囲にある四角形、又は、その四角形の角部の全部又は一部をｒ面取り又はｃ面取りした形状をいう。本発明において、「長方形」というときは、正方形も含まれる。
「略直方体状」とは、面間の角度が８０°〜１００°の範囲にある六面体（一つの面が、成長後の曲面形状である場合を含む）、又は、その六面体の稜線又は角部の全部又は一部をｒ面取り又はｃ面取りした形状をいう。本発明において、「直方体」というときは、立方体も含まれる。

「オフセット方向」とは、｛０００１｝面の法線ベクトルをある面に投影したベクトルに対して平行な方向をいう。
「オフセット角θ₁」とは、成長面の平面形状が略長方形状の種結晶（最後のａ面成長用種結晶）の長辺と、｛０００１｝面とのなす角をいう。
「オフセット角θ₂」とは、ＳｉＣ単結晶からｃ面に略平行にスライスされたＳｉＣ単結晶基板の最も広い面（Ｂ）と、｛０００１｝面とのなす角をいう。

「オフセット角θ₃」とは、略直方体状の形状を有するＳｉＣ単結晶の成長方向に略平行な面の内、最も広い面（Ａ）と、｛０００１｝面とのなす角をいう。
「オフセット角θ₄」とは、成長方向に対して垂直方向の断面に現れる｛１−１００｝面ファセット痕の長辺と、｛０００１｝面とのなす角をいう。
「オフセット角θ₅」とは、成長方向に対して垂直方向の断面に現れる｛１−１００｝面ファセット痕の伸長方向と、｛０００１｝面の法線ベクトルとのなす角をいう。

「最も広い面（Ａ）」とは、ａ面成長させることにより得られたＳｉＣ単結晶の成長方向に対して略平行な面の内、面積が最大である面をいう。
オフセット角や面間の平行・非平行を定義する場合において、ＳｉＣ単結晶の表面が機械加工により整えられているときには、「最も広い面（Ａ）」とは、機械加工により整えられた後の面をいう。一方、ＳｉＣ単結晶の表面が未加工面であり、凹凸がある場合、「最も広い面（Ａ）」とは、凹凸間の平均的な高さに位置する仮想的な平面をいう。
「最も広い面（Ｂ）」とは、成長面の平面形状が略長方形状の種結晶を用いてａ面成長させることにより得られたＳｉＣ単結晶を、ａ面成長工程における成長方向及び前記成長面の長辺に対して略平行にスライスすることにより形成される面をいう。

［２． ＳｉＣ単結晶の製造方法（１）］
図１に、本発明の第１の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための模式図を示す。図１において、本実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、ａ面成長用種結晶製造工程と、ａ面成長工程と、基板製造工程と、ｃ面成長工程（図示せず）とを備えている。

［２．１． ａ面成長用種結晶製造工程］
ａ面成長用種結晶製造工程は、後述するａ面成長工程（最後のａ面成長工程）に用いられる種結晶を製造する工程である。
最後のａ面成長工程に用いられる種結晶（以下、これを「種結晶（Ｌ）」ともいう）を切り出すための単結晶は、特に限定されるものではなく、種々の履歴を持つ単結晶を用いることができる。

種結晶（Ｌ）を切り出すための単結晶としては、例えば、
（ａ）ｃ面成長法により得られる単結晶、
（ｂ）単なるａ面成長法（成長方向を問わない１回のａ面成長）により得られる単結晶、
（ｃ）互いに直行する方向に複数回のａ面成長を繰り返す方法（繰り返しａ面成長法）により得られる単結晶、
などがある。
特に、繰り返しａ面成長法による単結晶は、他の方法による単結晶に比べて螺旋転位密度が低いので、種結晶（Ｌ）を切り出すための単結晶として好適である。

図１に示す例において、まず、最後のａ面成長前に行われるａ面成長用の種結晶（Ａ）１０を切り出す。この種結晶（Ａ）１０は、繰り返しａ面成長法による単結晶から切り出されたものでも良く、あるいは、単なるａ面成長法若しくはｃ面成長法による単結晶から切り出されたものでも良い。

この種結晶（Ａ）１０の表面に、ＳｉＣ単結晶１２をａ面成長させる。ＳｉＣ単結晶１２の成長方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。ＳｉＣ単結晶１２の成長方法としては、例えば、昇華再析出法、ＣＶＤ法、溶液法などがある。

次に、ＳｉＣ単結晶１２（＋種結晶（Ａ）１０）を、その成長方向に対してほぼ平行にスライスし、種結晶（Ｌ）を切り出すための基板１４、１４…を得る。この場合、基板１４、１４の切り出し方向は、特に限定されるものではなく、目的に応じて任意に選択することができる。特に、図１に示すように、最後のａ面成長工程における成長方向がＳｉＣ単結晶１２の成長方向と直交するように（すなわち、「繰り返しａ面成長」となるように）、基板１４、１４…を切り出すのが好ましい。

さらに、この基板１４、１４…から、それぞれ、
（ａ）成長面の平面形状が略長方形状であり、
（ｂ）成長方向が｛０００１｝面に対して略平行であり（すなわち、成長面が｛０００１｝面に対して略垂直であり）、かつ、
（ｃ）オフセット角θ₁が、１°≦θ₁≦３０°である
種結晶（Ｌ）１６、１６…を切り出す。
図１の上から３列目の図において、基板１４、１４…のハッチングを施した部分が廃棄される部分となる。

［２．２． ａ面成長工程］
ａ面成長工程は、種結晶（Ｌ）を用いて、最後のａ面成長を行う工程である。
すなわち、ａ面成長工程は、図１に示すように、
（ａ）成長面の平面形状が略長方形状であり、
（ｂ）成長方向が｛０００１｝面に対して略平行であり、かつ、
（ｃ）前記成長面の長辺と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₁が、１°≦θ₁≦３０°である
種結晶（Ｌ）１６、１６…を用いて、前記成長面上にＳｉＣ単結晶１８、１８…をａ面成長させる工程である。

ＳｉＣ単結晶１８、１８…の成長方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。ＳｉＣ単結晶１８、１８…の成長方法としては、例えば、昇華再析出法、ＣＶＤ法、溶液法などがある。
また、ＳｉＣ単結晶１８、１８…を成長させる際、種結晶（Ｌ）１６、１６…の周囲は、自由空間であっても良く、あるいは、種結晶（Ｌ）１６、１６…の周囲にガイドを設け、ＳｉＣ単結晶１８、１８…の成長方向に対して垂直方向（横方向）の拡大を抑制しても良い。

特に、最後のａ面成長工程は、種結晶（Ｌ）１６、１６…の成長面形状と略同一の形状のＳｉＣ単結晶１８、１８…が成長するように、ＳｉＣ単結晶１８、１８…の成長空間を取り囲むガイド（図示せず）を配置し、成長面上にＳｉＣ単結晶１８、１８…をａ面成長させるものが好ましい。
ガイドを用いてＳｉＣ単結晶１８、１８…の横方向の拡大を抑制すると、
（ａ）異種多形の発生がより抑制され、割れの起点を一層低減できる、
（ｂ）不要部分の成長に消費される原料が少なくなるので、材料歩留まりが向上する、
という利点がある。

最後のａ面成長工程において、成長方向は、｛０００１｝面に対して略平行であればよい。すなわち、最後のａ面成長工程の成長方向は、＜１−１００＞方向、＜１１−２０＞方向、あるいは、｛０００１｝面に対して略平行な方向であって、これら以外の方向のいずれであっても良い。
例えば、成長方向が＜１−１００＞方向である場合、成長方向に対して略垂直な断面において、その断面の中心部に、その断面の長辺に略平行方向に伸長した形状の｛１−１００｝面ファセット痕を有するＳｉＣ単結晶が得られる（図３（ａ）参照）。
また、成長方向が＜１１−２０＞方向である場合、成長方向に対して略垂直な断面において、その断面の短辺側の両端部に、その短辺に略平行方向に伸長した形状の｛１−１００｝面ファセット痕を有するＳｉＣ単結晶が得られる（図３（ｂ）参照）。

［２．３． 基板製造工程］
基板製造工程は、（最後の）ａ面成長工程で得られたＳｉＣ単結晶を、ａ面成長工程における成長方向に対して略平行にスライスし、ＳｉＣ単結晶基板を得る工程である。
基板製造工程は、必ずしも必要ではなく、ａ面成長工程で得られた単結晶をそのまま各種の用途に用いることができる。しかしながら、ｃ面又はｃ面に略平行な面を使用する場合には、得られたＳｉＣ単結晶をａ面成長工程における成長方向に対して略平行にスライスし、最も広い面（Ｂ）がｃ面又はｃ面に略平行な面からなるＳｉＣ単結晶基板を得る。

ＳｉＣ単結晶を成長方向に対して略平行にスライスする場合、最も広い面（Ｂ）と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角θ₂）は、目的に応じて任意に選択することができる。
図１に示す例において、（最後の）ａ面成長工程で得られたＳｉＣ単結晶１８、１８…は、ａ面成長方向における成長方向及び種結晶（Ｌ）１６、１６…の長辺に対して略平行にスライスされている。その結果、最も広い面（Ｂ）と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₂が、θ₁にほぼ等しいＳｉＣ単結晶基板２０ａ、２０ａ…が得られる。
ここで、「θ₂が、θ₁にほぼ等しい」とは、｜θ₂−θ₁｜＜２°であることをいう。θ₂＝θ₁であるのが最も歩留まりが高いが、必要に応じて上記の範囲でも良い。

また、ＳｉＣ単結晶を成長方向に対して略平行にスライスする場合、最も広い面（Ｂ）のオフセット方向は、目的に応じて任意に選択することができる。
例えば、（最後の）ａ面成長工程における成長方向が＜１−１００＞方向である場合、最も広い面（Ｂ）のオフセット方向は、＜１１−２０＞方向となる。
この場合、
（ａ）（最後の）ａ面成長工程での成長結晶中の転位線の、スライス後の最も広い面（Ｂ）への露出密度を最も小さくすることができる、及び、
（ｂ）一般的に用いられているオフセット方向となる
という利点がある。

あるいは、（最後の）ａ面成長工程における成長方向が＜１１−２０＞方向である場合、最も広い面（Ｂ）のオフセット方向は、＜１−１００＞方向となる。
この場合、
（ａ）（最後の）ａ面成長工程での成長結晶中の転位線の、スライス後の最も広い面（Ｂ）への露出密度を最も小さくすることができる、及び、
（ｂ）ｃ面成長時に基底面転位の密度を小さくすることができる
という利点がある。

図１に示す例の場合、ＳｉＣ単結晶基板２０ａ、２０ａ…を切り出す際の材料ロスは、最小となる。また、ＳｉＣ単結晶１８、１８の大きさが相対的に小さくなるので、これを製造するための坩堝も若干小さくすることができ、かつ、割れも発生しにくい。

［２．４． ｃ面成長工程］
ｃ面成長工程は、ＳｉＣ単結晶基板を種結晶として用い、最も広い面（Ｂ）を成長面として、ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させる工程である。
ｃ面成長工程は、必ずしも必要ではなく、基板製造工程で得られたＳｉＣ単結晶基板２０ａ、２０ａ…をそのまま各種の用途に用いることができる。
しかしながら、ＳｉＣ単結晶基板２０ａ、２０ａ…を製造するまでの過程が、いわゆる「繰り返しａ面成長法」に該当する場合、ＳｉＣ単結晶基板２０ａ、２０ａ…中の螺旋転位密度は極めて低い。そのため、これをｃ面成長用の種結晶として用いると、螺旋転位密度の低いＳｉＣ単結晶を製造することができる。

ｃ面成長工程におけるＳｉＣ単結晶の成長方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。ＳｉＣ単結晶の成長方法としては、例えば、昇華再析出法、ＣＶＤ法、溶液法などがある。

［３． ＳｉＣ単結晶の製造方法（２）］
図２に、本発明の第２の実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための模式図を示す。なお、図２中、図１に対応する部分については、図１と同一の符号を用いた。図２において、本実施の形態に係るＳｉＣ単結晶の製造方法は、ａ面成長用種結晶製造工程と、ａ面成長工程と、基板製造工程と、ｃ面成長工程（図示せず）とを備えている。

［３．１． ａ面成長用種結晶製造工程］
ａ面成長用種結晶製造工程、ａ面成長工程（最後のａ面成長工程）に用いられる種結晶（Ｌ）１６、１６…を製造する工程である。ａ面成長用種結晶製造工程の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

［３．２． ａ面成長工程］
ａ面成長工程は、種結晶（Ｌ）１６、１６…を用いて、最後のａ面成長を行う工程である。ａ面成長工程の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

［３．３． 基板製造工程］
基板製造工程は、（最後の）ａ面成長工程で得られたＳｉＣ単結晶１８、１８…を、ａ面成長工程における成長方向に対して略平行にスライスし、ＳｉＣ単結晶基板２０ａ’、２０ａ’…を得る工程である。

本実施の形態において、図２に示すように、（最後の）ａ面成長工程で得られたＳｉＣ単結晶１８、１８…は、ａ面成長方向における成長方向と略平行に、かつ、種結晶（Ｌ）１６、１６…の長辺に対して非平行となるようにスライスされている。その結果、最も広い面（Ｂ）と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₂が、θ₁より大きいＳｉＣ単結晶基板２０ａ’、２０ａ’…が得られる。ここで、「θ₂がθ₁より大きい」とは、θ₂≧θ₁＋２（°）であることをいう。

図２に示す例の場合、ＳｉＣ単結晶基板２０ａ’、２０ａ’…を切り出す際の材料ロスは、図１に比べて大きくなる。しかしながら、不要部分を大きく増大させることなく、オフセット角θ₂のより大きな基板を製造することができる。なお、図２の上から６列目の図において、ハッチングを施した部分が廃棄される部分となる。
基板製造工程のその他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

［３．４． ｃ面成長工程］
ｃ面成長工程は、ＳｉＣ単結晶基板２０ａ’、２０ａ’…を種結晶として用い、最も広い面（Ｂ）を成長面として、ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させる工程である。
ｃ面成長工程の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

［４． ＳｉＣ単結晶］
本発明に係るＳｉＣ単結晶は、本発明に係る方法により得られるものであって、
（ａ）略直方体状の形状を有し、
（ｂ）｛０００１｝面が成長方向に略平行であり、かつ、
（ｃ）前記成長方向に略平行な面の内、最も広い面（Ａ）と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₃が、１°≦θ₃≦３０°である
ことを特徴とする。

上述したように、最後のａ面成長工程において、成長方向は、｛０００１｝面に対して略平行であればよい。そのため、最後のａ面成長工程の成長方向は、＜１−１００＞方向、＜１１−２０＞方向、あるいは、｛０００１｝面に対して略平行な方向であって、これら以外の方向となる。
図３（ａ）に、＜１−１００＞方向にａ面成長させたＳｉＣ単結晶の模式図を示す。図３（ｂ）に、＜１１−２０＞方向にａ面成長させたＳｉＣ単結晶の模式図を示す。

図３（ａ）に示すように、最後のａ面成長工程においてＳｉＣ単結晶１８ａを＜１−１００＞方向にａ面成長させると、成長方向に対して略垂直な断面において、断面の中心部に、断面の長辺に略平行方向に伸長した形状の｛１−１００｝面ファセット痕が形成される。｛１−１００｝面ファセット痕は、窒素の取り込み量が多いので、他の部分に比べ色が濃くなっている。
この場合、種結晶（Ｌ）のオフセット角θ₁を最適化すると、｛１−１００｝面ファセット痕の長辺と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₄が、１°≦θ₄であるＳｉＣ単結晶１８ａが得られる。
このようなＳｉＣ単結晶１８ａは、窒素の取り込み量が多いことにより、低抵抗であり、そのような基板を高い歩留まりで得ることができるという利点がある。

一方、図３（ｂ）に示すように、最後のａ面成長工程においてＳｉＣ単結晶１８ｂを＜１１−２０＞方向にａ面成長させると、成長方向に対して略垂直な断面において、断面の短辺側の両端部に、短辺に略平行方向に伸長した形状の｛１−１００｝面ファセット痕が形成される。
この場合、種結晶（Ｌ）のオフセット角θ₁を最適化すると、｛１−１００｝面ファセット痕の伸長方向と｛０００１｝面の法線ベクトルとのなす角（オフセット角）θ₅が、１°≦θ₅であるＳｉＣ単結晶１８ｂが得られる。
このようなＳｉＣ単結晶１８ｂは、窒素の取り込みムラが少ないことにより、抵抗のバラツキが小さく、そのような基板を高い歩留まりで得ることができるという利点がある。

さらに、最後のａ面成長工程において、種結晶（Ｌ）の成長面形状と略同一の形状のＳｉＣ単結晶が成長するように、ＳｉＣ単結晶の成長空間を取り囲むガイドを配置すると、略直方体状の形状を有し、かつ、側面部の少なくとも一部が未加工の面からなるＳｉＣ単結晶が得られる。すなわち、成長直後の状態において、略直方体状の形状を有するＳｉＣ単結晶が得られる。そのため、材料歩留まりが向上する。
ここで、「側面」とは、ＳｉＣ単結晶の表面の内、成長方向に略平行な面をいう。

［５． ＳｉＣ単結晶基板］
本発明に係るＳｉＣ単結晶をある方向に対して平行にスライスすると、ＳｉＣ単結晶基板が得られる。この場合、スライス方向を最適化すると、ＳｉＣ単結晶基板の最も広い面（Ｂ）が、ＳｉＣ単結晶の最も広い面（Ａ）に対して略平行であるＳｉＣ単結晶基板が得られる。

［６． 作用］
上述したように、従来の手法を用いて基板を大口径化しようとする場合、
（１）成長結晶が割れやすい、及び、
（２）成長したａ面成長結晶からｃ面成長用種結晶を取り出す際の歩留まりが低い、
という問題がある。

（１）のａ面成長結晶に生じる割れの原因の一つとして、成長結晶周囲の異種多形間界面が応力集中点となることが挙げられる。
すなわち、図４（ａ）に示すように、単結晶をａ面成長（図４（ａ）中、ｚ軸方向への成長）させる場合であっても、種結晶（Ｌ）１６’に対し、成長結晶がｃ軸方向（図４（ａ）中、ｙ軸方向）に拡大成長することがある。また、拡大を抑制しても、僅かな種結晶（Ｌ）１６’の方位の傾きにより、ｃ軸方向への成長成分が生じる場合がある。この時、用いられている種結晶（Ｌ）１６’の成長面の長辺と、｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）が小さいと、拡大方向（ｙ軸方向）へは、いわゆるオン成長となる。しかしながら、ｃ軸方向への成長の際には、ｃ軸方向に種結晶（Ｌ）１６’の多形を継承させるための螺旋転位が無いことから、拡大部分に異種多形１７、１７…が発生する。

種結晶（Ｌ）１６’として４Ｈ型のＳｉＣを用い、成長させた成長結晶のｃ軸方向側の側面、つまりＳｉ面側とＣ面側とでは、６Ｈ型などの異種多形１７が発生しやすい。Ｓｉ面側では、拡大部分全部が６Ｈ型になるが、特にＣ面側では４Ｈと６Ｈが混在した結晶になりやすい。この場合、４Ｈと６Ｈの界面での不整合が単結晶側面に垂直方向への切り欠き（割れ）となる。

（２）のａ面成長結晶から切り出すｃ面成長用種結晶の歩留まりが低くなってしまう原因としては、以下が挙げられる。
図５に、従来のＳｉＣ単結晶の製造方法を説明するための模式図を示す。なお、図５中、図１に対応する部分については、図１と同一の符号を付した。

図５に示すように、大口径のｃ面種結晶２０ｂ、２０ｂ…を取り出せるようなａ面成長結晶１８、１８…を得るためには、単結晶成長用坩堝や単結晶育成炉の大きさの限界から、必然的にｃ軸方向の長さをｃ面内方向の長さに対して相対的に短くすることになる。そして、ａ面成長結晶１８、１８…からｃ面種結晶２０ｂ、２０ｂ…を取り出す際に、ｃ面から数度のオフセット角を成すように切り出す必要がある。換言すれば、螺旋転位発生領域を設けて、ファセットをこれに重なるように成長させる必要がある。そのため、単純に直方体状のａ面成長結晶１８、１８…からｃ面成長種結晶２０ｂ、２０ｂ…を取り出すと、オフセット角θ₂の大きさに応じたロス（図５の上から４列目の図面において、ハッチングを施した領域）が生じることになる。

これに対し、ＳｉＣ単結晶をａ面成長させる場合において、成長面の平面形状が略長方形状であり、かつ、オフセット角θ₁が所定の範囲にある種結晶を用いると、最も広い面（Ａ）のオフセット角θ₃がθ₁にほぼ等しい直方体状のＳｉＣ単結晶（成長させた状態のままのインゴット）が得られる。このＳｉＣ単結晶を最も広い面（Ａ）に略平行にスライスすると、最も広い面（Ｂ）のオフセット角θ₂がθ₃（すなわち、θ₁）にほぼ等しいＳｉＣ単結晶基板が得られる。
本発明に係る方法により得られるＳｉＣ単結晶からｃ面成長用種結晶を切り出す場合、ＳｉＣ単結晶の最も広い面に（Ａ）対してほぼ平行にスライスすることができるので、材料歩留まりが高くなる。また、所定の面積及び枚数の基板を取り出すために必要なＳｉＣ単結晶の体積が最小となるので、ａ面成長中に単結晶が割れる確率も低くなる。

さらに、図４（ｂ）に示すように、種結晶（Ｌ）１６は、長辺部にオフセット角θ₁が設けられているので、拡大方向（ｙ軸方向）へは、いわゆるオフセット成長となり、螺旋転位が無くても、種結晶（Ｌ）１６の多形を継承した単結晶が成長しやすくなる。その結果、成長結晶の拡大部分に異種多形１７、１７…が発生しにくくなる。また、異種多形１７、１７…が発生した場合であっても、発生箇所は、図４（ｂ）に示すように、単結晶の角部近傍となり、内部応力がほとんど生じない部位である。その結果、ａ面成長後の降温時又は加工時に単結晶が割れる確率が低くなる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

本発明に係るＳｉＣ単結晶及びその製造方法、並びに、ＳｉＣ基板基板は、超低電力損失パワーデバイスの半導体材料及びその製造に用いることができる。

Claims (11)

1. （ａ）成長面の平面形状が略長方形状であり、
   （ｂ）成長方向が｛０００１｝面に対して略平行であり、かつ、
   （ｃ）前記成長面の長辺と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₁が、１°≦θ₁≦３０°である
   種結晶を用いて、前記成長面上にＳｉＣ単結晶を成長方向が｛０００１｝面に対して略平行となるようにａ面成長させるａ面成長工程
   を備えたＳｉＣ単結晶の製造方法。
2. 前記ａ面成長工程は、前記成長面と略同一の形状の前記ＳｉＣ単結晶が成長するように、前記ＳｉＣ単結晶の成長空間を取り囲むガイドを配置し、前記成長面上に前記ＳｉＣ単結晶をａ面成長させるものである
   請求項１に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
3. 前記ａ面成長工程で得られた前記ＳｉＣ単結晶を、前記ａ面成長工程における成長方向及び前記長辺に対して略平行にスライスし、最も広い面（Ｂ）と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₂が、｜θ₂−θ₁｜＜２°であるＳｉＣ単結晶基板を得る基板製造工程
   をさらに備えた請求項１又は２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
4. 前記ａ面成長工程で得られた前記ＳｉＣ単結晶を、前記ａ面成長工程における成長方向と略平行に、かつ、前記長辺に対して非平行にスライスし、最も広い面（Ｂ）と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₂が、θ₂≧θ₁＋２（°）であるＳｉＣ単結晶基板を得る基板製造工程
   をさらに備えた請求項１又は２に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
5. 前記ａ面成長工程は、前記成長方向が＜１−１００＞方向であり、
   前記基板製造工程は、前記最も広い面（Ｂ）のオフセット方向が＜１１−２０＞方向となるように、前記ＳｉＣ単結晶をスライスするものである
   請求項３又は４に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
6. 前記ａ面成長工程は、前記成長方向が＜１１−２０＞方向であり、
   前記基板製造工程は、前記最も広い面（Ｂ）のオフセット方向が＜１−１００＞方向となるように、前記ＳｉＣ単結晶をスライスするものである
   請求項３又は４に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
7. 前記ＳｉＣ単結晶基板を種結晶として用い、前記最も広い面（Ｂ）を成長面として、ＳｉＣ単結晶をｃ面成長させるｃ面成長工程
   をさらに備えた請求項３から６までのいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶の製造方法。
8. （ａ）略直方体状の形状を有し、
   （ｂ）｛０００１｝面が成長方向に略平行であり、かつ、
   （ｃ）前記成長方向に対して略平行な面の内、最も広い面（Ａ）と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₃が、１°≦θ₃≦３０°である
   ＳｉＣ単結晶。
9. 前記成長方向に対して略垂直な断面において、前記断面の中心部に、前記断面の長辺に略平行方向に伸長した形状の｛１−１００｝面ファセット痕を有し、
   ｛１−１００｝面ファセット痕の長辺と｛０００１｝面とのなす角（オフセット角）θ₄が、１°≦θ₄である
   請求項８に記載のＳｉＣ単結晶。
10. 前記成長方向に対して略垂直な断面において、前記断面の短辺側の両端部に、前記短辺に略平行方向に伸長した形状の｛１−１００｝面ファセット痕を有し、
    前記｛１−１００｝面ファセット痕の伸長方向と｛０００１｝面の法線ベクトルとのなす角（オフセット角）θ₅が、１°≦θ₅である
    請求項８に記載のＳｉＣ単結晶。
11. 側面部の少なくとも一部が未加工の面からなる請求項８から１０までのいずれか１項に記載のＳｉＣ単結晶。

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