KR20120024767A - 탄화규소 잉곳, 탄화규소 기판, 이들의 제조 방법, 도가니, 및 반도체 기판 - Google Patents

탄화규소 잉곳, 탄화규소 기판, 이들의 제조 방법, 도가니, 및 반도체 기판 Download PDF

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신 하라다
다로 니시구치
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야스오 나미카와
신스케 후지와라
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Abstract

SiC 잉곳(10a)은 4개의 변를 갖는 바닥면(12a)과, 바닥면(12a)으로부터 바닥면(12a)의 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)과, 측면(12b, 12c, 12d, 12e)과 접속되고, 바닥면(12a)과 반대측의 성장면(12f)을 구비한다. 바닥면(12a), 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 성장면(12f) 중 적어도 하나는 {0001}면, {1-100}면, {11-20}면, 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면이다.

Description

탄화규소 잉곳, 탄화규소 기판, 이들의 제조 방법, 도가니, 및 반도체 기판{SILICON CARBIDE INGOT, SILICON CARBIDE SUBSTRATE, METHODS FOR MANUFACTURING THE INGOT AND THE SUBSTRATE, CRUCIBLE, AND SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
본 발명은 탄화규소(SiC) 잉곳, SiC 기판, 이들의 제조 방법, 도가니, 및 반도체 기판에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 제조에 이용되는 반도체 기판으로서 SiC 기판의 채용이 진행되고 있다. SiC는 보다 일반적으로 이용되고 있는 Si(실리콘)에 비해 큰 밴드갭을 갖는다. 이 때문에 SiC 기판을 이용한 반도체 장치는 내압이 높고, 온 저항이 낮으며, 또한 고온 환경하에서의 특성 저하가 작다고 하는 이점을 갖는다.
반도체 장치를 효율적으로 제조하기 위해서는, 어느 정도 이상의 기판 크기가 요구된다. 미국 특허 제7314520호 명세서(특허문헌 1)에 의하면, 76 ㎜(3인치) 이상의 SiC 기판을 제조할 수 있다고 되어 있다.
미국 특허 제7314520호 명세서
그러나, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 어느 정도 이상의 크기의 SiC 기판을 제조하는 경우, 이하의 문제가 있다.
결함이 적은 SiC 기판은 통상, 적층 결함이 생기기 어려운 (0001)면 성장에서 얻어진 대략 원기둥형(성장면에서 봤을 때 대략 원형)의 SiC 잉곳으로부터 잘라내어짐으로써 제조된다. 이 때문에, (0001)면을 주면으로 하는 직사각형의 SiC 기판을 제조하는 경우에는, 성장면에 대하여 대략 평행하게 잘라내어지게 된다. 그러나, SiC 잉곳에서 내접하는 직사각형 이외의 부분은 SiC 기판에 사용되지 않기 때문에, SiC 잉곳의 낭비가 된다. 즉, SiC 잉곳으로 SiC 기판을 제작하면, SiC 잉곳의 낭비가 많이 생긴다. 이에, SiC 기판을 제조하기 위해 비용을 요한다는 문제가 있다.
또한, 상기의 경우, 원기둥형의 SiC 잉곳으로부터 직사각형의 주면을 갖는 SiC 기판으로 가공하기 위해 많은 절차가 요구된다. 이 점에서도, SiC 기판의 제조에 비용을 요한다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 일 목적은 SiC 기판을 제조할 때에 비용을 저감할 수 있는 SiC 잉곳, 그 제조 방법, 및 도가니를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 비용을 저감할 수 있는 SiC 기판, 그 제조 방법, 및 반도체 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 탄화규소(SiC) 잉곳은 4개의 변을 갖는 바닥면과, 바닥면으로부터, 바닥면의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 4개의 측면과, 측면과 접속되고, 바닥면과 반대측에 위치하는 성장면을 구비한다.
본 발명의 SiC 잉곳에 의하면, 대략 직방체의 SiC 잉곳을 실현한다. 이것에 의해, 바닥면에 대하여 평행 또는 교차하는 방향으로 잘라냄으로써, 사각형의 SiC 기판을 제조할 수 있다. 또한, 성장면 및 4개의 측면 각각의 면방위는 바닥면의 면방위와 상이하기 때문에, 측면, 바닥면 및 성장면 중 어느 하나에 기초하여 원하는 면방위를 주면으로서 갖는 SiC 기판을 용이하게 형성할 수 있다. 이에, 원하는 형상, 원하는 면방위 등을 갖는 SiC 기판을 제조할 때에, 재료 낭비를 저감할 수 있고, 가공 절차를 저감할 수 있는 SiC 잉곳을 제조할 수 있다. 따라서, SiC 기판을 제조할 때에 비용을 저감할 수 있는 SiC 잉곳을 실현할 수 있다.
상기 SiC 잉곳에서 바람직하게는, 바닥면, 측면 및 성장면 중 적어도 하나는 {0001}면, {1-100}면, {11-20}면, 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면이다.
이것에 의해, 이들 면을 바탕으로 SiC 기판이 생기기 때문에, 원하는 면방위 등을 갖는 SiC 기판을 보다 용이하게 제조할 수 있다. 이에, SiC 기판을 제조할 때에 비용을 저감할 수 있는 SiC 잉곳을 실현할 수 있다.
상기 SiC 잉곳에서 바람직하게는, 바닥면에 접하도록 형성된 종기판을 더 구비하고, 종(種)기판에서 바닥면과 접하는 주면이 {0001}면, 또는 이 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는다.
종기판과, 이 종기판 위에 형성된 상기 바닥면, 측면 및 성장면을 갖는 결정을 구비한 SiC 잉곳이어도, SiC 기판을 제조할 때에, SiC 잉곳 재료의 낭비를 저감할 수 있고, 가공 절차를 보다 저감할 수 있다. 또한, 종기판의 주면이 상기 면방위를 갖고 있기 때문에, SiC 잉곳의 결정성을 양호하게 할 수 있다.
본 발명의 SiC 기판은 상기 SiC 잉곳으로부터 제작된다. 본 발명의 SiC 기판은 SiC 잉곳의 바닥면, 4개의 측면 또는 성장면 중 어느 하나를 바탕으로 하여 제작되기 때문에, 잉곳 재료의 낭비를 저감할 수 있고, 가공 절차를 저감할 수 있다. 따라서, 비용을 저감하여 SiC 기판을 제조할 수 있다.
상기 SiC 기판의 제조 방법에 있어서 바람직하게는, {0001}면에 대한 오프각이 50˚ 이상 65˚ 이하인 주면을 갖는다. 이것에 의해, 주면이 {0001}면인 SiC 기판에 디바이스를 제작한 경우에 비해, 채널 이동도를 높일 수 있는 SiC 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 도가니는 제1 부분과, 제2 부분을 구비한다. 제1 부분은 원료를 내부에 배치하는 영역을 형성한다. 제2 부분은 제1 부분과 접속되며, 원료와 대향하도록 종기판을 내부에 배치하는 영역을 형성한다. 제2 부분의 단면 형상은 사각형 또는 모따기된 사각형이다.
본 발명의 도가니에 의하면, 제1 부분에 배치된 원료를 가열함으로써 승화시키고, 제2 부분에 배치된 종기판에 원료 가스를 석출함으로써 SiC 잉곳을 성장시킬 수 있다. 제2 부분의 단면 형상(수평 단면)이 사각형 또는 모따기된 사각형이기 때문에, 종기판 위에 성장시키는 SiC 잉곳의 단면 형상(수평 방향의 면 형상)을 사각형 또는 모따기된 사각형으로 할 수 있다. 이에, 본 발명의 도가니를 이용함으로써, 대략 직방체의 SiC 잉곳을 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 도가니를 이용하여 제조된 SiC 잉곳은 전술한 바와 같이, SiC 기판을 제조할 때에 비용을 저감할 수 있다.
상기 도가니에 있어서 바람직하게는, 제1 및 제2 부분은 그래파이트이다. 그래파이트는 고온에서 안정적이기 때문에, 도가니의 균열을 억제할 수 있다. 또한, 그래파이트는 SiC 잉곳의 구성 원소이기 때문에, 만약에 도가니의 일부가 승화되어 SiC 잉곳에 혼입된 경우라도, 불순물이 되는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 제조하는 SiC 잉곳의 결정성을 양호하게 할 수 있다.
본 발명의 SiC 잉곳 제조 방법은 상기 어느 하나의 도가니를 이용하여 탄화규소 잉곳을 제조하는 방법으로서, 이하의 공정을 포함한다. 제1 부분의 내부에 원료를 배치한다. 제2 부분의 내부에 종기판을 배치한다. 원료를 가열함으로써 승화시키고, 종기판에 원료 가스를 석출함으로써 SiC 잉곳을 성장시킨다.
본 발명의 SiC 잉곳 제조 방법에 의하면, 상기 도가니를 이용하기 때문에, 대략 직방체의 SiC 잉곳을 제조할 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이, SiC 기판을 제조할 때에 비용을 저감할 수 있는 SiC 잉곳을 제조할 수 있다.
상기 SiC 잉곳 제조 방법에 있어서 바람직하게는, 도가니의 제2 부분의 단면 형상의 사각형 또는 모따기된 사각형의 각 변 중 적어도 하나의 변은 성장시키는 공정에서 성장하는 탄화규소 잉곳의 <0001> 방향, <1-100> 방향, <11-20> 방향, 또는 이들 방향에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 방향에 대응하는 것이다.
이것에 의해, 도가니의 제2 부분에 종기판을 배치할 때에, 제2 부분의 사각형 또는 모따기된 사각형의 각 변이 상기 방향을 나타내기 때문에, 오리엔테이션 플랫, 노치 등의 역할을 할 수 있다. 이에, <0001> 방향, <1-100> 방향, <11-20> 방향, 또는 이들 방향에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 방향을 특정하여 SiC 잉곳을 제작할 수 있다.
본 발명의 SiC 기판 제조 방법은 상기 SiC 잉곳 제조 방법에 의해 SiC 잉곳을 제조하는 공정과, SiC 잉곳으로부터 SiC 기판을 잘라내는 공정을 포함한다.
본 발명의 SiC 기판 제조 방법에 의하면, SiC 잉곳의 바닥면, 성장면 또는 4개의 측면 중 어느 하나를 바탕으로 하여 SiC 기판을 제조할 수 있다. 이에 SiC 잉곳 재료의 낭비를 저감할 수 있고, 가공 절차를 저감할 수 있다. 따라서, 비용을 저감하여 SiC 기판을 제조할 수 있다.
상기 SiC 기판의 제조 방법에 있어서 바람직하게는, 잘라내는 공정에서는, SiC 잉곳으로부터 와이어소(wire saw)를 이용하여 SiC 기판을 잘라낸다. 이것에 의해, 보다 용이하게 SiC 기판을 제조할 수 있다.
본 발명의 반도체 기판은 상기 SiC 기판을 동일 평면 위에 복수개 나열하여, 일체화 처리를 함으로써 얻어진다.
본 발명의 반도체 기판에 의하면, 복수의 SiC 기판 각각에 비해 큰 표면을 갖는다. 이 때문에, 상기 SiC 기판 각각을 단독으로 이용하는 경우에 비해, 반도체 기판을 이용하는 경우, SiC를 이용한 반도체 장치를 보다 효율적으로 제조할 수 있다. 따라서, 비용을 저감할 수 있다.
본 발명의 SiC 잉곳, 그 제조 방법 및 도가니에 의하면, SiC 기판을 제조할 때에 비용을 저감할 수 있다. 또한, 본 발명의 SiC 기판, 그 제조 방법, 및 반도체 기판에 의하면, 비용을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에서의 SiC 잉곳을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에서의 도가니를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 2에서의 선 III-III을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에서의 다른 도가니를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에서의 다른 도가니를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태에서의 다른 도가니를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태에서의 SiC 잉곳을 제조하는 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7에서의 선 VIII-VIII를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태의 SiC 잉곳을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에서의 SiC 잉곳을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에서의 SiC 잉곳을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시형태의 SiC 기판을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 13은 {03-38}면을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시형태에서의 반도체 기판의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 15는 도 14의 선 XV-XV를 따라 취한 개략 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제6 실시형태에서의 반도체 기판의 제조 방법의 개략 흐름도이다.
도 17은 도 16에서의 결합부를 형성하는 공정의 개략 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시형태에서의 반도체 기판의 제조 방법의 제1 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제6 실시형태에서의 반도체 기판의 제조 방법의 제2 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제6 실시형태에서의 반도체 기판의 제조 방법의 제3 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제6 실시형태에서의 반도체 기판의 제조 방법의 제1 공정의 제1 변형예를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 22는 본 발명의 제6 실시형태에서의 반도체 기판의 제조 방법의 제1 공정의 제2 변형예를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 23은 본 발명의 제6 실시형태에서의 반도체 기판의 제조 방법의 제1 공정의 제3 변형예를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에서 동일 또는 상당하는 부분에는, 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는다. 또한, 본 명세서 내에서는 집합 방위를 <>, 개별 면을 (), 집합 면을 {}로 각각 나타내고 있다. 또한, 마이너스 지수에 대해서는, 결정학상, "-"(바)를 숫자 위에 붙이게 되어 있지만, 본 명세서 내에서는 숫자 앞에 마이너스 부호를 붙이고 있다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에서의 SiC 잉곳을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태의 SiC 잉곳(10a)에 대해서 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, SiC 잉곳(10a)은 종기판(11)과, 종기판(11) 위에 형성된 결정(12)을 구비한다. 결정(12)은 바닥면(12a)과, 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)과, 성장면(12f)을 포함한다.
바닥면(12a)은 종기판(11)과 접해 있다. 바닥면(12a)은 4개의 변을 갖고 있다. 즉, 바닥면(12a)은 대략 사각형이다. 본 실시형태에서는, 바닥면(12a)은 직사각형이며, 정사각형인 것이 바람직하다. 바닥면(12a)의 4개의 변 각각이 교차하는 꼭짓점 부분은 둥그스름할 수도 있다. 즉, 바닥면(12a)은 모따기된 사각형이어도 좋다.
4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)은 바닥면(12a)으로부터, 바닥면(12a)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장된다. 본 실시형태에서는, 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)은, 바닥면(12a)으로부터, 대략 수직, 바람직하게는 수직으로 연장된다. 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 각각은 사각형인 것이 바람직하고, 직사각형인 것이 보다 바람직하다.
성장면(12f)은 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)과 접속되고, 바닥면(12a)과 반대측에 위치한다. 성장면(12f)은 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장된다. 성장면(12f)이란, 종기판(11) 위에 결정(12)을 성장시켰을 때에 최외측 표면이 되는 면이다. 본 실시형태의 성장면(12f)은 바닥면(12a)과 반대측 방향으로 돌출되어 있다. 다시 말하면, 성장면(12f)은 수평면이 아니고, 곡면형이다.
본 실시형태의 바닥면(12a), 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 성장면(12f)은 가공되지 않는다. 이 경우, 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)은 표면이 거칠지 않고, 경면이다. 또한, 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 성장면(12f)에는 연마 흠집, 전단 흠집 등이 남아 있지 않다.
바닥면(12a), 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 성장면(12f) 중 적어도 하나는 {0001}면(c면), {1-100}면(m면), {11-20}면(a면), 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면인 것이 바람직하다. 예컨대, 도 1에서의 X 방향은 <11-20> 방향(a축 방향)이고, Y 방향은 <1-100> 방향(m축 방향)이며, Z 방향은 <0001> 방향(c축 방향)이다. 이 경우, 바닥면(12a)은 {0001}면이고, 측면(12b, 12d)은 {11-20}면이며, 측면(12c, 12e)은 {1-100}면이고, 성장면(12f)은 {0001}면으로부터 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면이다.
{0001}면, {1-100}면 및 {11-20}면은 SiC 기판에서의 대표적인 면이다. 그리고, SiC 잉곳(10a)으로부터 SiC 기판의 제조 공정에서의 가공 변동 등을 고려하여, 바닥면(12a), 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 성장면(12f) 중 적어도 하나를, 이들 면으로부터 오프 방위의 변동을 10˚ 이하로 함으로써, SiC 잉곳(10a)으로 제조한 SiC 기판 위에의 에피택셜 성장층의 형성 등을 용이하게 할 수 있다.
종기판(11)은 결정(12)의 바닥면(12a) 아래에 형성된다. 종기판(11)은 주면(11a)을 갖는다. 주면(11a)은 결정(12)의 바닥면(12a)과 접한다.
주면(11a)은 {0001}면, 또는 이 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 것이 바람직하다. 이 주면(11a) 위에 형성되는 결정(12)은 적층 결함이 생기기 어렵기 때문에, 결정(12)의 결정성을 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에서의 바닥면(12a), 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e), 및 성장면(12f)은 서로 대략 평행 또는 대략 수직의 관계를 갖는다. 본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10a)은 성장면(12f)이 볼록한(곡면인) 점을 제외하고 직방체이지만, 본 발명의 SiC 잉곳은 이 형상에 한정되지 않는다. 본 발명의 SiC 잉곳에서의 각 코너(각 변의 부분)는 둥그스름할 수도 있다.
여기서, 도 1을 참조하여, SiC 잉곳(10a)의 크기의 일례를 든다. 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)의 폭(W)은 예컨대 15 ㎜ 이상이고, 바람직하게는 60 ㎜ 이상이며, 보다 바람직하게는 100 ㎜ 이상이다. 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)의 높이(H)는, 예컨대 15 ㎜ 이상이고, 바람직하게는 30 ㎜ 이상이며, 보다 바람직하게는 50 ㎜ 이상이다.
계속해서, 도 2?도 6을 참조하여, 본 실시형태에서의 도가니(100)에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서의 도가니(100)는 도 1에 도시하는 SiC 잉곳을 제조하기 위한 도가니이다. 또한, 도 2는 본 실시형태에서의 도가니를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 3은 도 2에서의 선 III-III을 따라 취한 단면도이다. 도 4?도 6은 본 실시형태에서의 다른 도가니를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 4?도 6은 도 2에서의 선 III-III을 따라 취한 단면도에 상당한다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 도가니(100)는 제1 부분(101)과, 제2 부분(102)을 구비한다. 제1 부분(101)은 원료를 내부에 배치하는 제1 영역(R1)을 형성한다. 제1 부분(101)은 상대적으로 아래쪽에 위치한다. 제2 부분(102)은 제1 부분(101)과 접속된다. 제2 부분(102)은 원료와 대향하도록 종기판을 내부에 배치하는 제2 영역(R2)을 형성한다. 제2 부분(102)은 상대적으로 위쪽에 위치한다. 제1 부분(101)과 제2 부분(102)은 일체 형성되어 있다. 또한, 제1 부분(101)은 종기판을 배치하기 위한 본체부와, 덮개부를 가지며, 본체부와 덮개부가 분리 가능하도록 형성되어 있어도 좋다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제2 부분(102)의 단면 형상(수평 단면)은 사각형(본 실시형태에는 직사각형, 바람직하게는 정사각형)이다. 다시 말하면, 제2 부분(102)의 내주면(102a)의 단면 형상(수평 단면)은 사각형(본 실시형태에서는 직사각형, 바람직하게는 정사각형)이다.
도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 제2 부분(102)의 단면 형상(수평 단면)은 모따기된 사각형(본 실시형태에서는 직사각형, 바람직하게는 정사각형)이어도 좋다. 모따기는 도 4에 도시하는 바와 같이, 교차하는 2변의 각도가 45˚가 되는 45˚ 모따기(C)여도 좋고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 교차하는 2변의 각도를 라운딩한 라운드 모따기(R)여도 좋다. 제2 부분(102)의 단면 형상이 모따기된 사각형인 경우, 성장시키는 결정(12)의 코너에 응력이 집중하는 것을 억제할 수 있다.
제1 부분(101)의 단면 형상(수평 단면)은 도 3?도 5에 도시하는 바와 같이 원형이어도 좋고, 도 6에 도시하는 바와 같이 사각형이어도 좋으며, 또 다른 형상이어도 좋다.
제1 부분(101)의 내주면(101a)은 위쪽[제2 부분(102)측]에서 봤을 때, 제2 부분(102)의 내주면(102a)에 투영한 모든 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 도 2?도 6에서는, 제2 부분(102)의 내주면(102a)으로 둘러싸이는 제2 영역(R2)의 단면적보다 제1 부분(101)의 내주면(101a)으로 둘러싸이는 제1 영역(R1)의 단면적은 크지만, 동일한 크기여도 좋다. 즉, 제1 부분(101)의 내주면(101a)과 제2 부분(102)의 내주면(102a)은 동일 곡면 또는 동일 평면 위에 위치하여도 좋다.
또한, 제2 부분(102)의 높이[도 2에서의 높이(L)]는 성장시키는 SiC 잉곳(10a)의 높이[도 1에서의 높이(H)]와 같은 정도인 것이 바람직하다.
또한, 도 2?도 6에서는, 제1 부분(101)의 외주면과 제2 부분(102)의 외주면[도가니(100)의 외주면(100b)]은 동일 곡면 위 또는 동일 평면 위에 위치하지만, 다른 형상이어도 좋다.
제1 및 제2 부분(101, 102)의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 탄소(C)를 포함하는 것이 바람직하고, C로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 이러한 재료로서, 예컨대 그래파이트를 들 수 있다. 즉, 도가니(100)는 그래파이트제인 것이 바람직하다. C는 SiC 잉곳의 구성 원소이기 때문에, 만약에 도가니(100)의 일부가 승화되어 SiC 잉곳(10a)에 혼입된 경우라도, 불순물이 되는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 제조하는 SiC 잉곳(10a)의 결정성을 양호하게 할 수 있다. 특히, 그래파이트는 고온에서 안정적이기 때문에, 도가니의 균열을 억제할 수 있다.
계속해서, 도 1, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10a) 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10a) 제조 방법은 도 2 및 도 3에 도시하는 도가니(100)를 이용하여 SiC 잉곳(10a)을 제조한다. 또한, 도 7은 본 실시형태에서의 SiC 잉곳을 제조하는 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 8은 도 7에서의 선 VIII-VIII를 따라 취한 단면도이다.
우선, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 도가니(100)의 제1 부분(101)의 내부[제1 영역(R1)]에 원료(17)를 배치한다. 본 실시형태에서는, 원료(17)는 도가니(100)의 하부의 제1 영역(R1)에 설치된다. 원료(17)는 분말이어도, 소결체여도 좋고, 예컨대 다결정 SiC 분말 또는 SiC 소결체를 준비한다.
다음에, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 도가니(100)의 제2 부분(102)의 내부[제2 영역(R2)]에 종기판(11)을 배치한다. 본 실시형태에서는, 도가니(100) 내에서, 원료(17)와 대향하도록, 도가니(100) 상부의 제2 영역(R2)에 종기판(11)을 배치한다.
종기판(11)은 {0001}면, {1-100}면, {11-20}면, 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 주면(11a)을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 후술하는 성장시키는 공정에서, {0001}면, {1-100}면, {11-20}면, 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면이 성장면(12f)이 되는 결정(12)을 성장시킬 수 있다.
종기판(11)의 주면(11a)은 원형이어도, 사각형이어도 좋다. 또한, 종기판(11)의 조성은 특별히 한정되지 않고, 성장시키는 결정(12)과 동일한 조성이어도 좋으며, 다른 조성이어도 좋다. 성장시키는 결정(12)의 결정성을 향상시키는 관점에서, 동일한 조성인 결정(12)을 종기판(11)으로서 준비하는 것이 바람직하다.
도가니(100)의 제2 부분(102)의 단면 형상의 사각형 또는 모따기된 사각형의 각 변 중 적어도 하나의 변(예컨대, 도 3에서의 화살표 U 또는 화살표 V의 방향)이 성장시키는 공정에서 성장하는 SiC 잉곳(10a)의 <0001> 방향, <1-100> 방향, <11-20> 방향, 또는 이들 방향에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 방향이 되도록, 종기판(11)을 제2 부분(102)의 내부에 배치한다. 이 경우에는, 도가니(100)의 제2 부분(102)의 종기판(11)이 배치되는 대략 사각형 면의 변이 오리엔테이션 플랫 등의 역할도 한다. 또한, 제2 부분(102)의 사각형 또는 모따기된 사각형의 각 변 중 적어도 하나의 변의 방향을 상기한 바와 같이 규정한 것은, 바닥면(12a), 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 성장면(12f) 중 적어도 하나가 {0001}면, {1-100}면, {11-20}면, 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면이 되도록 결정(12)을 성장시키기 위해서이다.
다음에, 도가니(100) 내에서, 원료(17)를 가열함으로써 승화시키고, 종기판(11)에 원료 가스를 석출함으로써 결정(12)을 성장시킨다.
구체적으로는, 원료(17)가 승화하는 온도까지 원료(17)를 가열부에 의해 가열한다. 이 가열에 의해, 원료(17)가 승화하여 승화 가스를 생성한다. 이 승화 가스를, 원료(17)보다 저온에 설치되어 있는 종기판(11)의 표면에 재차 고화시킨다. 성장 온도의 일례를 들면, 예컨대 원료(17)의 온도를 2300℃?2400℃로 유지하고, 종기판(11)의 온도를 2100℃?2200℃로 유지한다. 이것에 의해, 종기판(11) 위에 결정(12)이 성장한다. 성장 온도는 성장 시에 일정 온도로 유지되는 경우도 있지만, 성장 시에 일정 비율로 변하는 경우도 있다.
이 성장시키는 공정에서는, 도가니(100)의 제2 부분(102)의 단면 형상이 사각형이기 때문에, 단면 형상이 사각형인 결정(12)을 종기판(11) 위에 성장시킬 수 있다.
이 성장시키는 공정에서는, <0001> 방향, <1-100> 방향, <11-20> 방향, 또는 이들 방향에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 방향으로 결정(12)을 성장시킨다. 이것에 의해, 결정(12)의 성장면(12f)[또는 바닥면(12a)]은 {0001}면, {1-100}면, {11-20}면, 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면이 된다.
다음에, 도가니(100)의 내부를 실온까지 냉각한다. 그리고, 도가니(100)로부터 제조한 종기판(11)과, 종기판(11) 위에 성장시킨 결정(12)을 구비한 SiC 잉곳(10a)을 취출한다. 이것에 의해, 도 1에 도시하는 SiC 잉곳(10a)을 제조할 수 있다.
본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10a)은, 결정(12)을 성장시킨 후에, 형상을 정리하기 위한 가공을 하지 않는다. 이 때문에, 본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10a)에서의 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)은 표면이 거칠지 않고, 경면이다. 또한, 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 성장면(12f)에는 연마 흠집, 전단 흠집 등이 남아 있지 않다.
또한, 본 실시형태의 SiC 잉곳(10a) 제조 방법에서는, 도 3에 도시하는 도가니(100)를 이용하여 제조했지만, 특별히 이것에 한정되지 않고, 예컨대 도 4?도 6에 도시하는 바와 같은 도가니(100)를 이용하여 제조하여도 좋다.
계속해서, 본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10a), 그 제조 방법 및 도가니(100)의 효과에 대해서 설명한다.
본 발명자는 평면 형상이 대략 사각형인 SiC 기판이 이하의 점에서 유리한 것에 착안하였다. 즉, 평면 형상이 원형인 SiC 기판은 면 방향을 표시하기 위해, 오리엔테이션 플랫이나 노치를 형성해야 한다. 그러나, 평면 형상이 사각형인 SiC 기판은 그 단부면(측면)을 잘라내는 방법 등에 의해 오리엔테이션 플랫이나 노치를 형성하지 않아도 면방향을 표시할 수 있다.
또한, 복수의 SiC 기판의 평면 형상이 사각형이면, 간극이 형성되는 것을 저감하여 복수의 SiC 기판을 평면형으로 나열할 수 있다. 이에, 복수의 SiC 기판을 평면형으로 나열하여 하지 기판과 일체화시켜 웨이퍼를 제작하는 경우에, 평면 형상이 사각형인 기판을 적합하게 이용할 수 있다.
그래서, 본 발명자는 SiC 잉곳으로부터, 평면 형상이 사각형인 SiC 기판을 제조할 때에, 비용을 저감하는 수단에 대해서 예의 연구하였다. 그 결과, 결정 성장에서 대략 직방체인 SiC 잉곳(10a)을 제조한다고 하는 본 발명의 완성에 이르렀다.
대략 직방체인 SiC 잉곳(10a)에 의해, 바닥면(12a)에 대하여 평행하게 잘라냄으로써, 평면 형상이 사각형인 SiC 기판을 제조할 수 있다.
또한, 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 각각의 면방위는 바닥면(12a)의 면방위와 상이하기 때문에, 원하는 면방위를 주면으로서 갖는 SiC 기판을 용이하게 형성할 수 있다.
이에, 대략 직방체인 SiC 잉곳(10a)을 실현함으로써, 용이하게 사각형의 SiC 기판을 제조할 수 있다. 그리고, 이러한 SiC 잉곳(10a)을 실현하기 위해 예의 연구한 결과, 종기판(11)을 배치하기 위한 제2 부분(102)의 단면 형상을 사각형 또는 모따기된 사각형으로 한 도가니(100)의 완성에 이르렀다.
한편, 이러한 대략 직방체인 SiC 잉곳(10a) 제조 방법으로서, 종래 제조되었던 대략 원기둥형의 SiC 잉곳으로부터 내접하는 최대의 대략 직방체의 SiC를 잉곳을 잘라내는 기술이 고려된다. 그러나, 이 경우, 대략 직방체의 SiC 잉곳을 형성하면, 대략 원기둥형의 SiC 잉곳 재료의 약 1/3은 낭비가 된다. 본 실시형태와 같이, 결정 성장에서 대략 직방체의 SiC 잉곳(10a)을 제조하는 경우에는, SiC 잉곳(10a)의 면 거칠기, 변위 등을 수정하는 부분은 낭비가 되지만, 예컨대 SiC 잉곳(10a)의 95% 이상 정도를 유효하게 사용할 수 있다. 이에, SiC 잉곳(10a) 재료의 낭비를 저감할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 SiC 잉곳(10a)은 오리엔테이션 플랫, 노치 등의 형성을 위한 가공 절차, 형상을 변경하기 위한 가공 절차, 원형 기판을 다이싱하는 절차 등도 생략할 수 있다. 이 때문에, 가공 시간을 단축할 수 있다.
이상으로부터, 본 실시형태의 SiC 잉곳(10a), 그 제조 방법 및 도가니(100)에 의하면, 재료의 낭비를 저감할 수 있고, 가공 절차를 저감할 수 있기 때문에, SiC 기판을 제조할 때에, 비용을 저감할 수 있는 SiC 잉곳(10a)을 실현할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 9는 본 발명의 제2 실시형태의 SiC 잉곳(10b)을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10b)은 기본적으로는 도 1에 도시하는 제1 실시형태의 SiC 잉곳(10a)과 같은 구성을 갖고 있지만, 성장면(12f)이 가공되는 점에서 상이하다. 본 실시형태에서의 성장면(12f)은 평탄한 면이다. 이러한 성장면(12f)은 {0001}면, {1-100}면, {11-20}면, 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면인 것이 바람직하다.
또한, 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)은 표면이 거칠지 않고, 경면이다. 또한, 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)에는 연마 흠집, 전단 흠집 등이 남아 있지 않다.
본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10b)의 제조 방법은 기본적으로는 제1 실시형태에서의 SiC 잉곳(10a)의 제조 방법과 같은 구성을 갖고 있지만, 성장면(12f)을 가공하는 공정을 더 포함하는 점에서 상이하다. 가공하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 연마 등에 의해 평탄화된다.
(제3 실시형태)
도 10은 본 발명의 제3 실시형태에서의 SiC 잉곳(10c)을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10c)은 기본적으로는 도 1에 도시하는 제1 실시형태의 SiC 잉곳(10a)과 같은 구성을 갖고 있지만, 종기판(11)을 구비하지 않는 점에서 상이하다.
본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10c)의 제조 방법은 기본적으로는 제1 실시형태에서의 SiC 잉곳(10a)의 제조 방법과 같은 구성을 갖고 있지만, 종기판(11)을 제거하는 공정을 더 포함하는 점에서 상이하다. 또한, 제거하는 공정에서는, 종기판(11)만을 제거하여도 좋고, 종기판(11) 및 성장시킨 결정(12)의 일부를 제거하여도 좋다.
제거하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 절단, 연삭, 벽개 등 기계적인 제거 방법을 이용할 수 있다. 절단이란, 전착 다이아몬드휠의 외주날을 갖는 슬라이서 등으로 기계적으로 SiC 잉곳(10a)으로부터 적어도 종기판(11)을 제거하는 것을 말한다. 연삭이란, 지석을 회전시키면서 표면에 접촉시켜, 두께 방향으로 깎아내는 것을 말한다. 벽개란, 결정 격자면을 따라 결정을 분할하는 것을 말한다. 또한, 에칭 등 화학적인 제거 방법을 이용하여도 좋다.
(제4 실시형태)
도 11은 본 발명의 제4 실시형태에서의 SiC 잉곳(10d)을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10d)은 기본적으로는 도 9에 도시하는 제2 실시형태의 SiC 잉곳(10b)과 같은 구성을 갖고 있지만, 종기판(11)을 구비하고 있지 않은 점에서 상이하다.
본 실시형태에서의 SiC 잉곳(10d)의 제조 방법은 기본적으로는 제2 실시형태에서의 SiC 잉곳(10b)의 제조 방법과 같은 구성을 갖고 있지만, 종기판(11)을 제거하는 공정을 더 포함하는 점에서 상이하다. 또한, 제거하는 공정은 제3 실시형태와 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다.
여기서, 제1 실시형태의 SiC 잉곳(10a)은 성장시키는 공정 후, 가공을 전혀 하지 않는다. 제2 실시형태의 SiC 잉곳(10b)은 성장시키는 공정 후, 성장면(12f)만 가공한다. 제3 실시형태의 SiC 잉곳(10c)은 성장시키는 공정 후, 결정(12) 자체는 전혀 가공하지 않거나, 바닥면(12a)만 가공한다. 제4 실시형태의 SiC 잉곳(10d)은 성장시키는 공정 후, 성장면(12f)만 가공하거나, 성장면(12f) 및 바닥면(12a)만 가공한다. 그러나, 본 발명의 SiC 잉곳은 제1 실시형태?제4 실시형태의 형상만으로 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 SiC 잉곳은 바닥면(12a), 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 성장면(12f) 중 적어도 하나의 면이 가공되지 않는 것이 좋다.
(제5 실시형태)
도 12는 본 발명의 제5 실시형태의 SiC 기판을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 12를 참조하여, 본 실시형태에서의 SiC 기판(20)을 설명한다.
본 발명의 SiC 기판(20)은 제1 실시형태?제4 실시형태 중 어느 하나의 SiC 잉곳(10a?10d)으로 제작된다. SiC 기판(20)은 주면(20a)을 갖고 있다. 주면(20a)은 사각형인 것이 바람직하고, 직사각형인 것이 보다 바람직하다.
주면(20a)은 {0001}면에 대한 오프각이 50˚ 이상 65˚ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 SiC 기판(20)을 이용하여 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor: 전계 효과 트랜지스터)를 제작하면, 채널 영역에서의 계면 준위의 형성이 저감되고, 온 저항이 저감된 MOSFET를 얻을 수 있다.
주면(20a)의 오프 방위와 SiC 기판(20)의 <1-100> 방향 또는 <11-20> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하인 것이 보다 바람직하다. <1-100> 방향 및 <11-20> 방향은 SiC 기판(20)에서의 대표적인 오프 방위이다. 그리고, SiC 기판(20)의 제조 공정에서의 슬라이스 가공의 변동 등에 기인한 오프 방위의 변동을 5˚ 이하로 함으로써, SiC 기판(20) 위에의 에피택셜 성장층의 형성 등을 용이하게 할 수 있다.
SiC 기판(20)의 <1-100> 방향에서의 {03-38}면에 대한 주면(20a)의 오프각은 -3˚ 이상 5˚ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. 이것에 의해, SiC 기판(20)을 이용하여 MOSFET를 제작한 경우에서의 채널 이동도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
또한, 「<1-100> 방향에서의 {03-38}면에 대한 주면(20a)의 오프각」이란, <1-100> 방향 및 <0001> 방향에 의해 정해진 사영면에 대한 주면(20a)의 법선의 정사영과, {03-38}면의 법선이 이루는 각도이고, 그 부호에 있어서, 상기 정사영이 <1-100> 방향에 대하여 평행하게 근접하는 경우는 플러스이며, 상기 정사영이 <0001> 방향에 대하여 평행하게 근접하는 경우는 마이너스이다.
또한, 도 13을 참조하면, {03-38}면은 {0001}면과 {1-100}면 사이의 면이며, α가 약 55˚(54.7˚)이다. 환언하면, {03-38}면이란, <0001> 축방향에 대하여 약 35˚(35.3˚)의 경사를 갖는 면이다. 이에, {03-38}면은 {0001}면과 마찬가지로, Si가 노출되는 면(Si면)과, C가 노출되는 면(C면)의 극성을 갖고 있다. 또한, 도 13은 {03-38}면을 설명하기 위한 도면이다.
여기서, 주면(20a)의 면방위는 상기에 특별히 한정되지 않고, 제조의 용이성을 고려하여, {0001}면 등의 면이어도 좋다.
본 실시형태에서의 SiC 기판의 제조 방법은 기본적으로는 제1 실시형태?제4 실시형태의 SiC 잉곳(10a?10d) 제조 방법과 같지만, SiC 잉곳(10a?10d)으로부터 SiC 기판(20)을 잘라내는 공정을 더 포함하는 점에서 상이하다.
잘라내는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 절단 등 기계적인 제거 방법을 이용할 수 있다. 절단이란, 외주날을 갖는 슬라이서, 내주날을 갖는 슬라이서, 와이어소 등으로 기계적으로 SiC 잉곳(10a?10d)으로부터 SiC 기판(20)을 잘라내는 것을 말한다. 특히, 용이하게 잘라내기 위해, SiC 잉곳(10a?10d)으로부터 와이어소를 이용하여 SiC 기판(20)을 잘라내는 것이 바람직하다.
이 잘라내는 공정에서는, 주면(20a)이 원하는 면방위를 갖도록 잘라낸다. 이 때문에, SiC 잉곳(10a?10d)의 바닥면(12a)과 평행하게 잘라내어도, 비평행하게 잘라내어도 좋다.
또한, 이 잘라내는 공정에서는, SiC 잉곳(10a?10d)의 모든 면을 표면 가공한 후, SiC 기판(20)을 잘라내어도 좋다.
또한, SiC 기판(20)을 잘라낸 후에, 주면(20a) 및 주면(20a)과 반대측의 면에 대해서, 연마나 표면 처리 등을 더 실시하여도 좋다. 연마하는 방법 및 표면 처리 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 임의의 방법을 채용할 수 있다.
(제6 실시형태)
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 실시형태의 반도체 기판(180)은 단결정 구조를 갖는 복수의 SiC 기판(111?119)(탄화규소 기판)과, 결합부(150)를 갖는다. SiC 기판(111?119)은 제5 실시형태의 SiC 기판(20)이다. 결합부(150)는, SiC로 이루어지는 성장층(130)을 포함하고, 본 실시형태에서는 실질적으로 성장층(130)으로 이루어진다. 성장층(130)은 SiC 기판(111?119)의 이면(도 14에 도시되는 면과 반대의 면)을 서로 연결하고, 이것에 의해 SiC 기판(111?119)은 서로 고정되어 있다. SiC 기판(111?119) 각각은 동일 평면 위에서 노출된 표면을 가지며, 예컨대 SiC 기판(111 및 112) 각각은 표면(F1 및 F2)(도 15)을 갖는다. 이것에 의해 반도체 기판(180)은 SiC 기판(111?119) 각각에 비해 큰 표면을 갖는다. 따라서 SiC 기판(111?119) 각각을 단독으로 이용하는 경우에 비해, 반도체 기판(180)을 이용하는 경우, SiC를 이용한 반도체 장치를 보다 효율적으로 제조할 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 반도체 기판(180)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 이하에서 설명을 간략화하기 위해 SiC 기판(111?119) 중 SiC 기판(111 및 112)에 대해서만 언급하는 경우가 있지만, SiC 기판(113?119)도 SiC 기판(111 및 112)과 마찬가지로 취급된다.
도 18을 참조하면, 단결정 구조를 갖는 SiC 기판(111)(제1 탄화규소 기판), 및 SiC 기판(112)(제2 탄화규소 기판)이 준비된다(도 16: 단계 S10). SiC 기판(111)은 서로 대향하는 표면(F1)(제1 표면) 및 이면(B1)(제1 이면)을 가지며, SiC 기판(112)은 서로 대향하는 표면(F2)(제2 표면) 및 이면(B2)(제2 이면)을 갖는다. 구체적으로는, 예컨대 제5 실시형태의 SiC 기판(20)의 제조 방법에 따라, SiC 기판(111 및 112)이 준비된다. 바람직하게는, 이면(B1 및 B2)의 거칠기가 Ra로서 100 ㎛ 이하이다. 이면(B1 및 B2) 각각은 상기 제5 실시형태에서의 잘라내는 공정(슬라이스)에 의해 형성된 면(소위 애즈 슬라이스면), 즉 상기 슬라이스 후에 연마가 이루어지지 않은 면이어도 좋다. 또한, 바람직하게는 표면(F1 및 F2) 각각은 상기 제5 실시형태에서의 잘라내는 공정(슬라이스) 후에 연마가 이루어진 면이다.
다음에, 처리실 내에서 제1 가열체(181) 위에, 이면(B1 및 B2) 각각이 한 방향(도 18에서의 상방향)으로 노출하도록 SiC 기판(111 및 112)이 배치된다(도 16: 단계 S20). 즉 SiC 기판(111 및 112)이 평면에서 봤을 때 나란히 배치된다.
바람직하게는, 상기한 배치는 이면(B1 및 B2) 각각이 동일 평면 위에 위치하거나 또는 표면(F1 및 F2) 각각이 동일 평면 위에 위치하도록 이루어진다.
또한, 바람직하게는 SiC 기판(111 및 112) 사이의 최단 간격(도 18에서의 가로 방향의 최단 간격)은 5 ㎜ 이하가 되고, 보다 바람직하게는 1 ㎜ 이하가 되며, 더 바람직하게는 100 ㎛ 이하가 되고, 더 바람직하게는 10 ㎛ 이하가 된다. 구체적으로는, 예컨대 동일한 직사각형 형상을 갖는 기판이 1 ㎜ 이하의 간격을 두고 매트릭스 형태로 배치되면 좋다.
다음에, 이면(B1 및 B2)을 서로 연결하는 결합부(150)(도 15)가 형성된다(도 16: 단계 S30). 이 결합부(150)를 형성하는 공정은 성장층(130)(도 15)을 형성하는 공정을 포함한다. 이 성장층(130)을 형성하는 공정에는, 승화법이 이용되고, 바람직하게는 근접 승화법이 이용된다. 이하에 이 결합부(150)를 형성하는 공정에 대해서 자세히 설명한다.
우선, 한 방향(도 18에서의 상방향)으로 노출하는 이면(B1 및 B2) 각각과, 이면(B1 및 B2)에 대하여 한 방향(도 18에서의 상방향)에 배치된 고체 원료(120)의 표면(SS)이 간격(D1)을 두고 대향한다(도 17: 단계 S31). 바람직하게는, 간격(D1)의 평균값은 승화법에서의 승화 가스의 평균 자유 행정보다 작아져, 예컨대 1 ㎛ 이상 1 ㎝ 이하가 된다. 이 승화 가스는 고체 SiC가 승화함으로써 형성되는 가스로서, 예컨대 Si, Si2C, 및 SiC2을 포함한다.
고체 원료(120)는 SiC로 이루어지고, 바람직하게는 한 덩어리의 탄화규소의 고형물이며, 구체적으로는, 예컨대 SiC 웨이퍼이다. 고체 원료(120)의 SiC의 결정 구조는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 바람직하게는 고체 원료(120)의 표면(SS)의 거칠기는 Ra로서 1 ㎜ 이하이다.
또한, 간격(D1)(도 18)을 보다 확실하게 형성하기 위해, 간격(D1)에 대응하는 높이를 갖는 스페이서(183)(도 21)가 이용되어도 좋다. 이 방법은 간격(D1)의 평균값이 100 ㎛ 정도 이상인 경우에 특히 유효하다.
다음에, 제1 가열체(181)에 의해 SiC 기판(111 및 112)이 정해진 기판 온도까지 가열된다. 또한, 제2 가열체(182)에 의해 고체 원료(120)가 정해진 원료 온도까지 가열된다. 고체 원료(120)가 원료 온도까지 가열됨으로써, 고체 원료의 표면(SS)에서 SiC가 승화함으로써, 승화물, 즉 기체가 발생하다(도 17:단계 S32). 이 기체는 한 방향(도 18에서의 상방향)에서, 이면(B1 및 B2) 각각의 위에 공급된다.
바람직하게는 기판 온도는 원료 온도보다 낮아지고, 보다 바람직하게는 양 온도의 차는 1℃ 이상 100℃ 이하가 된다. 또한, 바람직하게는 기판 온도는 1800℃ 이상 2500℃ 이하이다.
도 19를 참조하면, 상기한 바와 같이 공급된 기체는 이면(B1 및 B2) 각각의 위에서, 고화됨으로써 재결정화된다(도 17: 단계 S33). 이것에 의해, 이면(B1 및 B2)을 서로 연결하는 성장층(130p)이 형성된다. 또한, 고체 원료(120)(도 18)는 소모되어 작아짐으로써 고체 원료(120p)가 된다.
주로 도 20을 참조하면, 승화가 더 진행함으로써, 고체 원료(120p)(도 19)가 소실된다. 이것에 의해, 이면(B1 및 B2)을 서로 연결하는, 결합부(150)로서의 성장층(130)이 형성된다. 그 후, 표면(F1, F2) 각각을 연마하는 공정을 실시하여도 좋다. 이 경우, 표면(F1, F2) 위에 고품질의 에피택셜 성장층을 형성할 수 있다.
성장층(130)이 형성될 때, 처리실 내의 분위기는 대기 분위기를 감압함으로써 얻어진 분위기이어도 좋다. 이 경우, 분위기의 압력은 바람직하게는, 10-1 Pa보다 높고 104 Pa보다 낮다.
상기한 분위기는 불활성 가스여도 좋다. 불활성 가스로서는, 예컨대 He, Ar 등의 희가스, 질소 가스, 또는 희가스와 질소 가스의 혼합 가스를 이용할 수 있다. 이 혼합 가스가 이용되는 경우, 질소 가스의 비율은 예컨대 60%이다. 또한, 처리실 내의 압력은 바람직하게는 50 kPa 이하가 되고, 보다 바람직하게는 10 kPa 이하이다.
또한, 바람직하게는 성장층(130p)을 포함하는 성장층(130)은 단결정 구조를 갖는다. 보다 바람직하게는, 이면(B1)의 결정면에 대하여 이면(B1) 위의 성장층(130)의 결정면의 기울기는 10˚ 이내이고, 또한 이면(B2)의 결정면에 대하여 이면(B2) 위의 성장층(130)의 결정면의 기울기는 10˚ 이내이다. 이들의 각도 관계는 이면(B1 및 B2) 각각에 대하여 성장층(130)이 에피택셜 성장함으로써 용이하게 실현된다.
또한, SiC 기판(111, 112)의 결정 구조는 육방정계인 것이 바람직하고, 4H-SiC 또는 6H-SiC인 것이 보다 바람직하다. 또한, SiC 기판(111, 112)과 성장층(130)은 동일한 결정 구조를 갖는 SiC 단결정으로 이루어지는 것이 바람직하다.
SiC 기판[SiC 기판(111, 112) 등]과, 성장층(130)이 동일한 결정 구조를 갖는 SiC 단결정으로 이루어지는 경우에, 양자 사이에 결정학적인 특성의 차이가 존재하여도 좋다. 이러한 특성으로서는, 예컨대 결함 밀도, 결정의 품질, 및 불순물 농도가 있다. 이것에 대해서, 이하에 설명한다.
성장층(130)의 결함 밀도는 SiC 기판(111?119)의 결함 밀도보다 커도 좋고, 따라서 실질적으로 성장층(130)으로 이루어지는 결합부(150)는 그 크기가 SiC 기판(111?119) 각각에 비해 큼에도 불구하고, 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로는, 성장층(130)의 마이크로파이프 밀도는 SiC 기판(111?119)의 마이크로 파이프 밀도보다 커도 좋다. 또한, 성장층(130)의 관통 나선 전위 밀도는 SiC 기판(111?119)의 관통 나선 전위 밀도보다 커도 좋다. 또한, 성장층(130)의 관통 칼날 전위 밀도는 SiC 기판(111?119)의 관통 칼날 전위 밀도보다 커도 좋다. 또한, 성장층(130)의 기저면 전위 밀도는 SiC 기판(111?119)의 기저면 전위 밀도보다 커도 좋다. 또한, 성장층(130)의 혼합 전위 밀도는 SiC 기판(111?119)의 혼합 전위 밀도보다 커도 좋다. 또한, 성장층(130)의 적층 결함 밀도는 SiC 기판(111?119)의 적층 결함 밀도보다 커도 좋다. 또한, 성장층(130)의 점 결함 밀도는 SiC 기판(111?119)의 점 결함 밀도보다 커도 좋다.
또한, 성장층(130)의 결정의 품질은, SiC 기판(111?119)의 결정의 품질보다 낮아도 좋고, 따라서 실질적으로 성장층(130)으로 이루어지는 결합부(150)는, 그 크기가 SiC 기판(111?119) 각각에 비해 큼에도 불구하고, 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로는, 성장층(130)의 X선 로킹 커브의 반치폭은 SiC 기판(111?119)의 X선 로킹 커브의 반치폭보다 커도 좋다.
또한, 바람직하게는 SiC 기판(111 및 112) 각각의 농도와, 성장층(130)의 불순물 농도는 서로 상이하다. 보다 바람직하게는, SiC 기판(111 및 112) 각각의 불순물 농도보다, 성장층(130)의 불순물 농도가 높다. 또 SiC 기판(111, 112)의 불순물 농도는 예컨대 5×1016 ㎝-3 이상 5×1019 ㎝-3 이하이다. 또한, 성장층(130)의 불순물 농도는 예컨대 5×1016 ㎝-3 이상 5×1021 ㎝-3 이하이다. 또한, 상기한 불순물로서는 예컨대 질소 또는 인을 이용할 수 있다. 또한, 성장층(130)에 포함되는 불순물과, SiC 기판(111 및 112)에 포함되는 불순물은 서로 상이하여도 좋다.
또한, 바람직하게는 SiC 기판(111)의 {0001}면에 대한 표면(F1)의 오프각은 50˚ 이상 65˚ 이하이며, SiC 기판(112)의 {0001}면에 대한 표면(F2)의 오프각은 50˚ 이상 65˚ 이하이다.
보다 바람직하게는, 표면(F1)의 오프 방위와 SiC 기판(111)의 <1-100> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하이고, 표면(F2)의 오프 방위와 기판(112)의 <1-100> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하이다.
더 바람직하게는, SiC 기판(111)의 <1-100> 방향에서의 {03-38}면에 대한 표면(F1)의 오프각은 -3˚ 이상 5˚ 이하이며, SiC 기판(112)의 <1-100> 방향에서의 {03-38}면에 대한 표면(F2)의 오프각은 -3˚ 이상 5˚ 이하이다.
또한, 상기에 있어서, 「<1-100> 방향에서의 {03-38}면에 대한 표면(F1)의 오프각」이란, <1-100> 방향 및 <0001> 방향에 의해 정해진 사영면에 대한 표면(F1)의 법선의 정사영과, {03-38}면의 법선이 이루는 각도이며, 그 부호에 있어서, 상기 정사영이 <1-100> 방향에 대하여 평행하게 근접하는 경우는 플러스이고, 상기 정사영이 <0001> 방향에 대하여 평행하게 근접하는 경우는 마이너스이다. 또한 「<1-100> 방향에서의 {03-38}면에 대한 표면(F2)의 오프각」에 대해서도 같다.
또한, 바람직하게는 표면(F1)의 오프 방위와 기판(111)의 <11-20> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하이며, 표면(F2)의 오프 방위와 기판(112)의 <11-20> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하이다.
본 실시형태에 의하면, 도 15에 도시하는 바와 같이, SiC 기판(111 및 112)이 결합부(150)를 통해 하나의 반도체 기판(180)으로서 일체화된다. 즉, 본 실시형태의 반도체 기판(180)은 제5 실시형태의 SiC 기판(20)을 동일 평면 위에 복수개 나열하여, 일체화 처리를 함으로써 얻어진다. 반도체 기판(180)은 트랜지스터 등의 반도체 장치가 형성되는 기판면으로서, SiC 기판 각각이 갖는 표면(F1 및 F2) 양쪽 모두를 포함한다. 즉, 반도체 기판(180)은 SiC 기판(111 및 112) 중 어느 하나가 단체(單體)로 이용되는 경우에 비해, 보다 큰 기판면을 갖는다. 따라서 반도체 기판(180)에 의해, SiC를 이용한 반도체 장치를 효율적으로 제조할 수 있다.
또한, 이면(B1 및 B2) 각각의 위에 형성되는 성장층(130)이 SiC 기판(111 및 112)과 마찬가지로 SiC로 이루어지기 때문에, SiC 기판과 성장층(130) 사이에서 모든 물성이 가까워진다. 따라서, 이 모든 물성의 차이에 기인한 반도체 기판(180)의 휘어짐이나 균열을 억제할 수 있다.
또한, 승화법을 이용함으로써, 성장층(130)을 높은 품질이면서, 고속으로 형성할 수 있다. 또한, 승화법이 특히 근접 승화법이라면, 성장층(130)을 보다 균일하게 형성할 수 있다.
또한, 이면(B1 및 B2) 각각과 고체 원료(120)의 표면과의 간격(D1)(도 18)의 평균값이 1 ㎝ 이하인 것에 의해, 성장층(130)의 막 두께 분포를 작게 할 수 있다. 또한, 간격(D1)의 평균값이 1 ㎜ 이하인 것에 의해, 성장층(130)의 막 두께 분포를 더 작게 할 수 있다. 또한, 이 간격(D1)의 평균값이 1 ㎛ 이상인 것에 의해, SiC가 승화하는 공간을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 성장층(130)(도 20)을 형성하는 공정에서, SiC 기판(111 및 112)의 온도는 고체 원료(120)(도 18)의 온도보다 낮아진다. 이것에 의해, 승화된 SiC를 SiC 기판(111 및 112) 위에서 효율적으로 고화시킬 수 있다.
또한, 성장층(130)을 형성하는 공정(도 18?도 20)은 성장층(130)이 이면(B1 및 B2)을 연결하도록 실시된다. 이것에 의해, 성장층(130)만으로 SiC 기판(111 및 112)을 연결할 수 있다. 즉, SiC 기판(111 및 112)을 균질한 재료로 연결할 수 있다.
또한, 바람직하게는 SiC 기판(111 및 112)을 배치하는 공정은 SiC 기판(111 및 112) 사이의 최단 간격이 1 ㎜ 이하가 되도록 실시된다. 이것에 의해, 성장층(130)을, SiC 기판(111)의 이면(B1)과, SiC 기판(112)의 이면(B2)을 보다 확실하게 연결하도록 형성할 수 있다.
또한, 바람직하게는 성장층(130)은 단결정 구조를 갖는다. 이것에 의해, 성장층(130)의 모든 물성을, 동일하게 단결정 구조를 갖는 SiC 기판(111 및 112) 각각의 모든 물성에 근접시킬 수 있다.
보다 바람직하게는, 이면(B1)의 결정면에 대하여 이면(B1) 위의 성장층(130)의 결정면의 기울기는 10˚ 이내이다. 또한, 이면(B2)의 결정면에 대하여 이면(B2) 위의 성장층(130)의 결정면의 기울기는 10˚ 이내이다. 이것에 의해 성장층(130)의 이방성을 SiC 기판(111 및 112) 각각의 이방성에 근접시킬 수 있다.
또한, 바람직하게는 SiC 기판(111 및 112) 각각의 불순물 농도와, 성장층(130)의 불순물 농도는 서로 상이하다. 이것에 의해, 불순물 농도가 상이한 2층 구조를 갖는 반도체 기판(180)(도 15)을 얻을 수 있다.
또한, 바람직하게는 SiC 기판(111 및 112) 각각의 불순물 농도보다 성장층(130)의 불순물 농도가 높다. 따라서 SiC 기판(111 및 112) 각각의 저항률에 비해, 성장층(130)의 저항률을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 성장층(130)의 두께 방향으로 전류를 흘리는 반도체 장치, 즉 종형의 반도체 장치의 제조에 적합한 반도체 기판(180)을 얻을 수 있다.
또한, 바람직하게는 SiC 기판(111)의 {0001}면에 대한 표면(F1)의 오프각은 50˚ 이상 65˚ 이하이며, SiC 기판(112)의 {0001}면에 대한 표면(F2)의 오프각은 50˚ 이상 65˚ 이하이다. 이것에 의해, 표면(F1 및 F2)이 {0001}면인 경우에 비해, 표면(F1 및 F2)에서의 채널 이동도를 높일 수 있다.
보다 바람직하게는, 표면(F1)의 오프 방위와 SiC 기판(111)의 <1-100> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하이며, 표면(F2)의 오프 방위와 SiC 기판(112)의 <1-100> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하이다. 이것에 의해, 표면(F1 및 F2)에서의 채널 이동도를 보다 높일 수 있다.
더 바람직하게는, SiC 기판(111)의 <1-100> 방향에서의 {03-38}면에 대한 표면(F1)의 오프각은 -3˚ 이상 5˚ 이하이며, SiC 기판(112)의 <1-100> 방향에서의 {03-38}면에 대한 표면(F2)의 오프각은 -3˚ 이상 5˚ 이하이다. 이것에 의해, 표면(F1 및 F2)에서의 채널 이동도를 더 높일 수 있다.
또한, 바람직하게는 표면(F1)의 오프 방위와 SiC 기판(111)의 <11-20> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하이며, 표면(F2)의 오프 방위와 SiC 기판(112)의 <11-20> 방향이 이루는 각은 5˚ 이하이다. 이것에 의해, 표면(F1 및 F2)이 {0001}면인 경우에 비해, 표면(F1 및 F2)에서의 채널 이동도를 높일 수 있다.
또한, 상기에서 고체 원료(120)로서 SiC 웨이퍼를 예시했지만, 고체 원료(120)는 이것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 SiC 분체 또는 SiC 소결체여도 좋다.
또한, 제1 및 제2 가열체(181, 182)로서는, 대상물을 가열할 수 있는 것이면 이용할 수 있고, 예컨대 그래파이트 히터를 이용하는 저항 가열 방식의 것, 또는 유도 가열 방식의 것을 이용할 수 있다.
또한, 도 18에서는, 이면(B1 및 B2) 각각과, 고체 원료(120)의 표면(SS) 사이는 전체에 걸쳐 간격을 둔다. 그러나 본 명세서에 있어서 「간격을 둔다」라는 것은 보다 넓은 의미를 가지며, 상기 간격의 평균값이 제로를 초과하도록 한다는 것이다. 따라서, 이면(B1 및 B2)과, 고체 원료(120)의 표면(SS) 사이가 일부 접촉하면서, 이면(B1 및 B2) 각각과 고체 원료(120)의 표면(SS) 사이에 간격을 두는 경우도 있을 수 있다. 이 경우에 상당하는 2개의 변형예에 대해서, 이하에 설명한다.
도 22를 참조하면, 이 예에서는, 고체 원료(120)로서의 SiC 웨이퍼의 휘어짐에 의해, 상기 간격이 확보된다. 보다 구체적으로는, 본 예에 있어서, 간격(D2)은 국소적으로는 제로가 되지만, 평균값으로서는 반드시 제로를 초과한다. 또한, 바람직하게는 간격(D1)의 평균값과 마찬가지로, 간격(D2)의 평균값은 승화법에서의 승화 가스의 평균 자유 행정보다 작아져, 예컨대 1 ㎛ 이상 1 ㎝ 이하가 된다.
도 23을 참조하면, 이 예에서는, SiC 기판(111?113)의 휘어짐에 의해, 상기 간격이 확보된다. 보다 구체적으로는, 본 예에 있어서, 간격(D3)은 국소적으로는 제로가 되지만, 평균값으로서는 반드시 제로를 초과한다. 또한, 바람직하게는 간격(D1)의 평균값과 마찬가지로, 간격(D3)의 평균값은 승화법에서의 승화 가스의 평균 자유 행정보다 작아져, 예컨대 1 ㎛ 이상 1 ㎝ 이하가 된다.
또한, 도 22 및 도 23 각각의 방법의 조합에 의해, 즉 고체 원료(120)로서의 SiC 웨이퍼의 휘어짐과, SiC 기판(111?113)의 휘어짐의 양쪽 모두에 의해, 상기 간격이 확보되어도 좋다.
이상, 도 22 및 도 23 각각의 방법, 또는 양 방법의 조합에 의한 방법은 상기 간격의 평균값이 100 ㎛ 이하인 경우에 특히 유효하다.
다음에, 상기한 반도체 기판(180)의 제조에 적합한 제조 조건을 검토한 결과에 대해서, 이하에 설명한다.
첫번째, 성장층(130)이 형성될 때의 SiC 기판(111, 112)의 기판 온도를 검토하였다. 또한, 처리실 내의 압력은 진공 펌프에 의해 배기됨으로써 대기압으로부터 감압되어 1 Pa로 유지되었다. 또한, 이면(B1 및 B2) 각각과, 고체 원료(120)의 표면(SS)과의 간격 D1(도 18)은 50 ㎛이였다. 또한, SiC 기판(111, 112)의 온도는 고체 원료(120)의 온도에 비해, 100℃만큼 낮았다. 그 결과를 이하에 나타낸다.
Figure pct00001
이 결과로부터, SiC 기판(111 및 112)을 일체화하기 위해서는, 기판 온도가 1600℃이면 너무 낮고, 1800℃ 이상이 바람직한 것을 알았다. 또한, 기판의 결정성이 저하되는 것을 방지하기 위해서는, 기판 온도가 3000℃이면 너무 높고, 2500℃ 이하가 바람직한 것을 알았다. 이상으로부터, 기판 온도는 1800℃ 이상 2500℃ 이하가 바람직한 것을 알았다.
두번째, 고체 원료(120)의 온도에 비해 SiC 기판(111, 112)의 온도를 어느 정도 낮춰야 하는지, 그 온도차를 검토하였다. 또한, 처리실 내의 압력은 진공 펌프에 의해 배기됨으로써 대기압으로부터 감압되어 1 Pa로 유지되었다. 또한, 기판 온도는 2000℃로 고정되었다. 또한, 이면(B1 및 B2) 각각과, 고체 원료(120)의 표면(SS)의 간격 D1(도 18)은 50 ㎛이였다. 그 결과를 이하에 나타낸다.
Figure pct00002
이 결과로부터, 성장층(130)의 성장 속도를 충분히 확보하기 위해서는, 온도차가 0.1℃이면 너무 작고, 1℃ 이상이 바람직한 것을 알았다. 또한, 성장층(130)의 막 두께 분포를 억제하기 위해서는, 온도차가 500℃이면 너무 크고, 100℃ 이하가 바람직한 것을 알았다. 이상으로부터, 온도차는 1℃ 이상 100℃ 이하가 바람직한 것을 알았다.
세번째, 성장층(130)이 형성될 때의 분위기의 압력을 검토하였다. 또한, 전술한 온도차는 100℃였다. 또한, 기판 온도는 2000℃로 고정되었다. 또한, 이면(B1 및 B2) 각각과, 고체 원료(120)의 표면(SS)의 간격(D1)(도 18)은 50 ㎛이였다. 그 결과를 이하에 나타낸다.
Figure pct00003
이 결과로부터, SiC 기판(111 및 112)을 일체화하기 위해서는, 압력이 100 kPa이면 너무 높고, 50 kPa 이하가 바람직하며, 10 kPa 이하가 특히 바람직한 것을 알았다.
네번째, 이면(B1 및 B2) 각각과, 고체 원료(120)의 표면(SS)과의 간격(D1)(도 18)을 검토하였다. 또한, 처리실 내의 압력은 진공 펌프에 의해 배기됨으로써 대기압으로부터 감압되어 1 Pa로 유지되었다. 또한, 기판 온도는 2000℃로 고정되었다. 또한 전술한 온도차는 50℃였다.
그 결과, 간격(D1)=5 ㎝인 경우는 성장층(130)의 막 두께 분포가 너무 커졌지만, 간격(D1)=1 ㎝, 1 ㎜, 500 ㎛, 또는 1 ㎛인 경우는 성장층(130)의 막 두께 분포를 충분히 작게 할 수 있었다. 이 결과로부터, 성장층(130)의 막 두께 분포를 충분히 작게 하기 위해서는, 간격(D1)은 1 ㎝ 이하가 바람직한 것을 알았다.
또한, 상기한 간격(D1)의 적정한 값은 승화법에서의 승화 가스의 평균 자유 행정에 관계되어 있다고 생각된다. 구체적으로는, 간격(D1)의 평균값이 이 평균 자유 행정보다 작은 것이 바람직하다고 생각된다. 예컨대, 압력 1 Pa, 온도 2000℃ 아래에서는, 원자, 분자의 평균 자유 행정은 엄밀하게는 원자 반경, 분자 반경에 의존하지만, 대략 수 ㎝?수십 ㎝ 정도이며, 따라서 현실적으로는 간격(D1)을 수 ㎝ 이하로 하는 것이 바람직하다.
다섯번째, 이면(B1 및 B2)의 거칠기를 검토하였다. 또한, 분위기의 압력은 1 Pa로, 기판 온도는 2000℃로 고정되었다. 그 결과, 거칠기인 Ra가 Ra=500 ㎛인 경우는 성장층(130)의 표면에 큰 단차가 생겼지만, Ra=100 ㎛, 1 ㎛, 또는 0.1 ㎚인 경우는 이 단차를 충분히 작게 할 수 있었다. 이 결과로부터, 성장층(130)의 표면의 단차를 충분히 작게 하기 위해서는, 이면(B1 및 B2)의 거칠기는 100 ㎛ 이하가 바람직한 것을 알았다. 또한, 이면(B1 및 B2) 각각이 소위 애즈 슬라이스면이어도, 상기 단차를 충분히 작게 할 수 있었다.
또한, 분위기의 압력이 1 Pa, 기판 온도가 2000℃의 아래에서, 예컨대 이하의 여러 가지 조건을 문제없이 이용할 수 있는 것을 확인하였다.
성장층(130)의 형성 시간으로서, 1분, 1시간, 3시간, 또는 24시간을 이용할 수 있었다. 또한, 분위기 가스로서, He, Ar, N2, 또는 60% 농도의 N2을 이용한 불활성 가스 분위기를 이용할 수 있고, 또한 불활성 가스 분위기 대신에, 대기 분위기를 감압함으로써 얻어진 분위기를 이용할 수도 있었다. 또한, 고체 원료(120)(도 18)의 형태로서, 단결정, 다결정, 소결체, 또는 SiC 분말을 이용할 수 있었다. 또한, SiC 기판(111 및 112)이 (03-38)의 면방위를 갖는 경우에, 고체 원료(120)의 표면(SS)(도 18)의 면방위로서, (0001), (03-38), (11-20), 또는 (1-100)을 이용할 수 있었다. 또한, 고체 원료(120)(도 18)가 갖는 불순물로서, 5×1015 ㎝-3, 8×1018 ㎝-3 또는 5×1021 ㎝-3의 농도로, 질소 또는 인을 이용할 수 있었다. 또한, SiC 기판(111 및 112)의 폴리타입이 4H인 경우에, 고체 원료(120)의 폴리 타입으로서, 4H, 6H, 15R, 또는 3C를 이용할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명했지만, 각 실시형태 및 실시예의 특징을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정되어 있다. 또한, 이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구범위에서 정해지며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
10a, 10b, 10c, 10d: SiC 잉곳 11: 종기판
11a, 20a: 주면 12: 결정
12a: 바닥면 12b, 12c, 12d, 12e: 측면
12f: 성장면 17: 원료
20: SiC 기판 100: 도가니
100b: 외주면 101: 제1 부분
101a, 102a: 내주면 102: 제2 부분
R1: 제1 영역 R2: 제2 영역
111: SiC 기판(제1 탄화규소 기판) 112: SiC 기판(제2 탄화규소 기판)
113?119: SiC 기판 120, 120p: 고체 원료
130, 130p: 성장층 150: 결합부
180: 반도체 기판 181: 제1 가열체
182: 제2 가열체

Claims (12)

  1. 4개의 변을 갖는 바닥면(12a)과,
    상기 바닥면(12a)으로부터, 상기 바닥면(12a)의 연장 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 4개의 측면(12b, 12c, 12d, 12e)과,
    상기 측면(12b, 12c, 12d, 12e)과 접속되고, 상기 바닥면(12a)과 반대측에 위치하는 성장면(12f)
    을 구비하는 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d).
  2. 제1항에 있어서, 상기 바닥면(12a), 상기 측면(12b, 12c, 12d, 12e) 및 상기 성장면(12f) 중 적어도 하나는 {0001}면, {1-100}면, {11-20}면, 또는 이들 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 면인 것인 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d).
  3. 제1항에 있어서, 상기 바닥면(12a)에 접하도록 형성된 종(種)기판(11)을 더 구비하고,
    상기 종기판(11)에서 상기 바닥면(12a)과 접하는 주면(11a)은 {0001}면, 또는 이 면에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 것인 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d).
  4. 제1항에 기재된 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d)으로 제작된 탄화규소 기판(20).
  5. 제4항에 있어서, {0001}면에 대한 오프각이 50˚ 이상 65˚ 이하인 주면(20a)을 갖는 탄화규소 기판(20).
  6. 원료(17)를 내부에 배치하는 영역을 형성하는 제1 부분(101)과,
    상기 제1 부분(101)과 접속되고, 상기 원료(17)와 대향하도록 종기판(11)을 내부에 배치하는 영역을 형성하는 제2 부분(102)
    을 구비하며,
    상기 제2 부분(102)의 단면 형상은 사각형 또는 모따기된 사각형인 것인 도가니(100).
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 부분(101, 102)은 그래파이트인 것인 도가니(100).
  8. 제6항에 기재된 도가니(100)를 이용하여 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 제1 부분(101)의 내부에 원료(17)를 배치하는 공정과,
    상기 제2 부분(102)의 내부에 종기판(11)을 배치하는 공정과,
    상기 원료(17)를 가열함으로써 승화시키고, 상기 종기판(11)에 원료 가스를 석출함으로써 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d)을 성장시키는 공정
    을 포함하는 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d) 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 도가니(100)의 상기 제2 부분(102)의 단면 형상인 상기 사각형 또는 모따기된 사각형의 각 변 중 적어도 하나의 변은 상기 성장시키는 공정에서 성장하는 상기 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d)의 <0001> 방향, <1-100> 방향, <11-20> 방향, 또는 이들 방향에 대하여 10˚ 이내의 기울기를 갖는 방향인 것인 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d) 제조 방법.
  10. 제8항에 기재된 탄화규소 잉곳 제조 방법에 의해 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d)을 제조하는 공정과,
    상기 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d)으로부터 탄화규소 기판(20)을 잘라내는 공정
    을 포함하는 탄화규소 기판(20) 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 잘라내는 공정에서는, 상기 탄화규소 잉곳(10a, 10b, 10c, 10d)으로부터 와이어소(wire saw)를 이용하여 상기 탄화규소 기판(20)을 잘라내는 것인 탄화규소 기판(20) 제조 방법.
  12. 제4항에 기재된 탄화규소 기판(20)을 동일 평면 위에 복수개 나열하여, 일체화 처리를 함으로써 얻어지는 반도체 기판(180).
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