(57)【要約】  炭化ケイ素の制御された成長方法およびその方法によって作製された構造が開示される。炭化ケイ素（ＳｉＣ)の結晶の成長は、犠牲基板（１０４）をソース材料（１０２）と一緒に成長ゾーンに置くことによって可能である。ソース材料（１０２）は、低溶解度不純物を含む。次にソース材料（１０２）をコンディショニングするために、犠牲基板（１０４）上にＳｉＣが成長させられる。犠牲基板（１０４）は、次に最終基板（１２０）で置き換えられて、最終基板（１２０）上へのＳｉＣ成長が行われる。炭化ケイ素の単結晶が得られるが、炭化ケイ素の結晶は、実質的に少ないマイクロパイプ欠陥を有する。そのような結晶は、さらに低溶解度不純物を実質的に均一な濃度で含んでおり、ウエハ（２００，３００）および／またはＳｉＣダイ（２０２，３０２）を作製するために用いられる。
2013525254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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９】
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１０】
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１１】
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１２】
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１３】
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１４】
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。
【請求項１５】
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１６】
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１７】
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１８】
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１９】
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２０】
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２１】
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２２】
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２３】
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２４】
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２５】
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２６】
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２７】
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２８】
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。
【請求項２９】
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３０】
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３１】
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３２】
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３３】
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３４】
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３５】
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。
【請求項３６】
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３７】
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３８】
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３９】
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４０】
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４１】
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４２】
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。
【請求項４３】
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４４】
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４５】
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４６】
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４７】
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４８】
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。
【請求項４９】
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５０】
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５１】
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５２】
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５３】
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５４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（説明）
（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。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣは、しばしばシード付きの昇華成長プロセスによって作製される。典型的な炭化ケイ素成長技術では、ソース材料および基板の両方が反応るつぼの内部に置かれる。るつぼを加熱したときに生じる温度勾配によって、ソース材料から基板への物質気体の移動が促され、続いて基板上への凝縮およびバルク結晶の成長がもたらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多くの用途で、結晶は、高い電気抵抗を有することが望まれる。ＳｉＣ中には、ドーパントとして不純物を導入することができ、それらドーパントが電気抵抗を含む特定の性質を制御できることが知られている。直前で述べたような昇華プロセスでＳｉＣが作製される場合、ドーパントは、多様な方法のうちの任意のやり方で反応炉中に導入でき、それによってこのプロセスで作製されるＳｉＣ結晶中にドーパントが存在するようにできる。このプロセスは、特別な応用に合わせて適切なドーパント濃度を提供するように制御される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（発明の開示）
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。
【０００５】
いくつかの実施の形態で、ＳｉＣ結晶は、犠牲（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ）基板をソース材料と一緒に成長ゾーンに配置することによって成長させられる。成長ゾーンは、一例として反応るつぼの内側であり、それは、次に加熱された反応炉中に置かれる。そのような例では、ＳｉＣ結晶を成長させるために、物理気相輸送法（ＰＶＴ）が用いられる。ソース材料をコンディショニングするために犠牲基板上にＳｉＣが成長させられる。いくつかの実施の形態で、ソース材料は、低溶解度不純物を含んでおり、犠牲基板上のＳｉＣ中で低溶解度不純物の析出が終る時点を過ぎるまで反応が行われる。次に犠牲基板が最終基板と置き換えられて、最終基板上に少なくともソース材料を用いたＳｉＣの成長が行われる。炭化ケイ素の単結晶が作製される。いくつかの実施の形態で、炭化ケイ素の結晶は、低溶解度不純物を実質的に均一な濃度で含む。結晶は、各種の結晶多形、例えば６Ｈ、４Ｈ、１５Ｒおよび３Ｃのうちの任意のものでよい。
【０００６】
発明のいくつかの実施の形態で、低溶解度不純物は、周期群IＢ、IIＢ、IIIＢ、IVＢ、VＢ、VIＢ、VIIＢ、VIIIＢおよびIIIＡのうちから選ばれる。いくつかの実施の形態で、低溶解度不純物は、バナジウムである。いくつかの実施の形態で、低溶解度不純物は、クロムである。低溶解度不純物がバナジウムである実施の形態で、バナジウムの濃度は、１×１０１５ｃｍ−３よりも大きくできる。低溶解度不純物の可能な濃度の全範囲を活用するためには、結晶中のバックグラウンド不純物の濃度を非常に低く保つことが必要である。低溶解度不純物がバナジウムである実施の形態では、結晶を第２の不純物でドープすることができる。いくつかの実施の形態で、窒素が第２の不純物として使える。バナジウムと窒素が用いられる実施の形態で、結晶は、バナジウムが少なくとも５×１０１６ｃｍ−３の濃度を有し、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維持されるようにドープできる。
【０００７】
発明の実施の形態は、低いマイクロパイプ（ｍｉｃｒｏｐｉｐｅ）濃度を有し、および／またはかなりの大きさのマイクロパイプの無い領域を有するＳｉＣ結晶を作製できる。いくつかの実施の形態で、少なくとも５０ｍｍの寸法で、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（ｖｏｌｕｍｅ）を複数個含むバルク結晶が得られる。いくつかの実施の形態で、バルク結晶は、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有する。結晶は、炭化ケイ素のウエハに切り出すことができる。いくつかの実施の形態で、少なくとも５０μｍの厚さを有するウエハが作製される。いくつかの実施の形態で、従ってこれらのウエハは、少なくとも５０ｍｍの寸法および少なくとも５０μｍの厚さを有し、また炭化ケイ素ウエハの少なくとも３５％でマイクロパイプの無い１ｍｍ３の大きさの体積を複数個有する。発明の実施の形態に従って作製されたウエハは、デバイス形成に使用するダイに切り出すことができる。一例として、光伝導スイッチをこのようにして作製できる。
【０００８】
いくつかの実施の形態で、デバイスに使用するためのダイがウエハから、結晶からまたはその他のやり方で作製できる。少なくともいくつかの実施の形態における炭化ケイ素ダイは、実質的にマイクロパイプが無く、少なくとも１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの大きさを有する。いくつかの実施の形態で、ダイは、５×１０１６ｃｍ−３に等しいかそれより高濃度のバナジウムをドープされ、またダイ全体にわたっておよそ１からおよそ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る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】結晶を作製するための方法および発明の例示的実施の形態に従って成長させられた結晶を示す図。分かりやすくするために、図１は、図１Ａ、図１Ｂおよび図１Ｃの３枚に３つに分けて示されている。
【図２】本発明の実施の形態に従う例示的ウエハを示す図。図２のウエハは、また発明の例示的実施の形態に従ってデバイスを形成するためにウエハから切り出されるダイも示している。
【図３】本発明の実施の形態に従う別の例示的ウエハを示す図。図３のウエハは、また発明の例示的実施の形態に従ってデバイスを形成するためにウエハから切り出されるダイも示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（発明を実施するための最良のモード（単数または複数））
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。
【００１１】
本発明の実施の形態は、高電圧スイッチング、光スイッチングなどの用途および電気的に受動的な基板のための半絶縁性結晶の形の、低溶解度不純物をドープされた炭化ケイ素（ＳｉＣ）の生産を提供する。結晶中の低溶解度不純物（単一または複数）の濃度は、結晶長の少なくとも実質的な部分にわたって実質的に均一である。多様なＳｉＣの結晶多形が使用できる。例えば、６Ｈ、４Ｈ、１５Ｒおよび３Ｃの結晶多形を使用できる。多様な低溶解度不純物をドーパントとして使用できる。周期群IＢ、IIＢ、IIIＢ、IVＢ、VＢ、VIＢ、VIIＢ、VIIIＢおよびIIIＡのうちから選ばれた不純物を使用できる。例えば、バナジウムまたはクロムを使用できる。いくつかの実施の形態で、ドーピングは、別の不純物による補償を含む。例えば、窒素を第２の不純物として使用できる。
【００１２】
ここに述べた例示的実施の形態で、半絶縁性性質を有する６ＨのＳｉＣ結晶用ドーパントとしてバナジウム（Ｖ）および窒素（Ｎ）が使用される。この結晶は、物理気相輸送プロセスを利用してるつぼ中でＳｉＣソース材料から成長させられる。るつぼ中のＳｉＣソース材料は、固体、粉末または気体を含む多様な形態の任意のもので提供できるが、これらに限定されない。結果の結晶は、１７ｍｍまでの結晶長にわたって８．３×１０１６から３．３×１０１７ｃｍ−３の範囲に留まるバナジウム濃度を有することができる。結晶は、同じ長さにわたって６．０×１０１６から１．２×１０１７ｃｍ−３の範囲に留まる窒素濃度を有することができる。この実施の形態が本発明の実施の形態がどのように実施されるかの一例でしかないということは強調し過ぎることがない。
【００１３】
バナジウムなどの低溶解度不純物の析出は、不純物の濃度が不純物の溶解限度を超えるときに発生する。析出は、通常結晶の長さに沿って不純物の空乏化を伴う。不純物の析出は、最終的な結晶中のドーパント分布を不均一にし、さらに高密度のマイクロパイプまたはマイクロパイプ欠陥と呼ばれる高いパイプ密度の原因となる。マイクロパイプは、実質的に結晶構造内部の小さいチューブ状空洞である。
【００１４】
発明の例示的実施の形態で、析出は、２部構成の成長プロセスを使用することで回避される。バナジウムと窒素をドープする例では、プロセスの第１部において犠牲基板上に成長させられるＳｉＣ犠牲層中に過剰なバナジウムの析出が許容される。プロセスのこの第１部は、るつぼ中の材料を、それがソース材料であるかあるいはるつぼ自体からの材料であるかに関わらず、それ以上の析出を防止するようにコンディショニングする。犠牲基板は、次にその上にプロセスの第２部で最終的な結晶を成長させる最終基板で取って代わられる。プロセスのこの第２部で、結晶は、バナジウムの濃度よりも少ない濃度の窒素をドープされて、バナジウムによる窒素の完全な補償が実現されるようにされる。窒素は、気体としてるつぼに導入できる。コンディショニングされた材料を使用することで析出が無くなることによって、より均一なドーパント濃度およびマイクロパイプの密度低減がもたらされる。いくつかの実施の形態で、バナジウム濃度は、センチメートル当たり１０倍も変化しない、あるいは変化の大きさは、１桁よりも小さい。
【００１５】
図１は、発明の例示的実施の形態に従う結晶の成長プロセスを示す。ここでバナジウムが低溶解度不純物である。図１Ａで、るつぼ１００は、ＳｉＣソース材料１０２を含む。この例では、るつぼの内側が成長ゾーンとなる。ソース材料１０２は、バナジウムをドープされている。犠牲基板１０４がるつぼの蓋１１０に固定される。犠牲基板を取り付けられた蓋は、るつぼ１００の上に置かれ、それによって基板は、るつぼのなかでソース材料の上方に吊るされる形となる。そしてるつぼ１００が加熱される。
【００１６】
図１Ｂに進むと、それを過ぎるとバナジウムの析出が終る時点に成長結晶１１２が達するまで結晶成長が行われる。この時点で下方のソース材料１０２は、システムの熱分布に合致するように適切にコンディショニングされている。初期のソース材料が変質して化学量論的平衡状態に達している。結晶１１２の成長を停止すべき時点は、ソース材料１０２中のバナジウム濃度およびるつぼのタイプおよびサイズなどのパラメータに従って変化する。しかし、結晶１１２の不純物析出を調べながら犠牲成長を行うことによって、この時点を予め決めることができる。一例として、結晶１１２は、数ミリメートルの長さにまで達することができる。
【００１７】
図１Ｃでは、犠牲基板が破棄されて、最終基板１２０がるつぼの蓋１１０に固定されている。この時点で、この例では窒素である補償ドーパントがシステム中に導入される。補償ドーパントは、気体として導入できる。最終基板上への成長が開始されて、最終ＳｉＣ結晶が得られる。ソース材料および／またはるつぼ材料のコンディショニングによって、ソース材料からの化学量論的により均一なフラックス流入が許容され、制御されたドーピング分布が実現される。この説明に関して、「ソース材料」という用語は、成長ゾーンに最初に置かれたソース材料を指すか、あるいは成長ゾーンがるつぼ内部にある場合には、るつぼ自体からの材料を含むか含むことができるソース材料を指す。
【００１８】
特定のシステム・パラメータに依存するが、上述のように作製されたＶドープのＳｉＣ結晶は、バナジウム濃度が１×１０１５ｃｍ−３よりも大きい結晶をもたらす。いくつかの実施の形態で、バナジウム濃度は、５×１０１５ｃｍ−３より大きい。いくつかの実施の形態で、バナジウム濃度は、１×１０１６ｃｍ−３より大きい。いくつかの実施の形態で、結晶は、バナジウムが少なくとも５×１０１６ｃｍ−３の濃度を有し、また少なくとも結晶の一部分にわたっておよそ１からおよそ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ドープできる。低溶解度不純物の可能な濃度の全範囲を活用するために、結晶のバックグラウンド不純物の濃度を非常に低く保つ必要がある。このことは、ベーキング、洗浄、ゲッタリング、化学浄化およびクリーン環境の維持など高純度入力技術を用いて行われる。
【００１９】
例示的実施の形態で、低いマイクロパイプ密度および／またはかなりの大きさのマイクロパイプ無しの領域を有する結晶が作製される。いくつかの実施の形態で、少なくとも５０ｍｍの寸法で、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のサイズの体積を複数個含むバルク結晶が得られる。いくつかの実施の形態で、バルク結晶は、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少なくとも１００ｍｍ３のサイズの体積を複数個有する。いくつかの実施の形態で、１つの体積中のマイクロパイプの数は、３マイクロパイプに等しいかそれよりも少ない。
【００２０】
結晶は、炭化ケイ素のウエハに切り出すことができる。いくつかの実施の形態で、少なくとも５０μｍの厚さを有するウエハが得られる。いくつかの実施の形態で、従ってこれらのウエハは、少なくとも５０ｍｍの大きさおよび少なくとも５０μｍの厚さを有し、さらに炭化ケイ素ウエハの少なくとも３５％、４０％、４５％または５０％にわたってマイクロパイプの無い１ｍｍ３のサイズの体積を複数個有する。
【００２１】
図２は、発明の実施の形態に従って作られた結晶から切り出された実質的に円形のウエハを模式的に示す。ウエハ２００は、ダイに切り出すことができ、ダイ２０２を用いてデバイスを形成できる。一例として、このようにして光伝導スイッチを作製できる。作動するデバイスを形成するためには、これに限定するわけではないが、ウエハをカットする前に半導体材料の付加的な層堆積を含む更なる処理が必要となる。使用に供するために、完成デバイスを、回路中でのマウントおよび／または接続のための適切なコンタクトを備えたパッケージにカプセル封入することも必要である。
【００２２】
図３は、発明の実施の形態に従って作られた結晶から切り出された実質的に矩形のウエハを模式的に示す。ウエハ３００は、ここでもダイに切り出すことができ、ダイ３０２を用いてデバイスを形成できる。発明の実施の形態に従うウエハは、各種の形状およびサイズのものでよい。
【００２３】
例示的な実施の形態で、デバイスとして使用するためのダイは、ウエハから、結晶からまたはその他のやり方で作製できる。そのような実施の形態での炭化ケイ素ダイは、実質的にマイクロパイプ無しで、少なくとも１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの大きさを有する。いくつかの実施の形態で、ダイは、５×１０１６ｃｍ−３に等しいかまたはそれよりも大きい濃度にバナジウムをドープでき、さらにダイ全体にわたっておよそ１からおよそ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できる。
【００２４】
ここで使用される用語は、特別な実施の形態を説明する便宜上のものであって、発明を限定する意図のものではない。ここで使用される単数形の名詞は、文脈のなかで特に指示しない限り、同様に複数形も包含することが意図されている。さらに理解すべきことは、「含む」および／または「含んでいる」という表現は、この明細書で使用される場合、言及された構造、工程、操作、要素および／またはコンポネントの存在を意味するのであるが、１または複数のその他の構造、工程、操作、要素、コンポネントおよび／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないということである。さらに「より小さい」および「より大きい」などの比較的な量的表現は、量的概念を包含することを意図しているので、「より小さい」は、最も厳密な数学的意味での「より小さい」だけでなく、「等しいかより小さい」の意味も含む。
【００２５】
さらに指摘すべきことは、この開示全体を通して、「上方に」、「下に」、「内部に」、「上に載って」および構造や部分の相対的位置を意味するその他の用語を用いて図面および説明が参照されることである。これらの用語は、単に便宜的に使用され、読者の視点から見える構造の相対的位置を意味するだけのものである。この開示の文脈で別の要素の上に置かれたり配置されたりした要素は、実際の製品のなかでデバイスや機器の向きによっては観察者に対してその相手の要素の横や下に位置することもあるが機能的には同じ場所にある。それらの用語を使用する任意の議論は、向きおよび配置のいろんな可能性を網羅することを意図する。
【００２６】
特定の実施の形態についてここに図示し説明してきたが、同じ目的を達成すると見込まれる任意の配置であれば、示された特定の実施の形態に置き換わることができ、また本発明が他の環境にあっては別の用途を有することを当業者であれば理解できる。本出願は、本発明の任意の翻案または変形をカバーすることを意図している。以下の請求項は、発明の範囲をここに説明した特定の実施の形態に限定することを全く意図していない。
【図１Ａ】
2013525254.tif 000003
【図１Ｂ】
2013525254.tif 000004
【図１Ｃ】
2013525254.tif 000005
【図２】
2013525254.tif 000006
【図３】
2013525254.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月25日(2013.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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９】
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１０】
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１１】
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１２】
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１３】
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１４】
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。
【請求項１５】
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１６】
請求項１５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１７】
請求項１５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１８】
請求項１５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１９】
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２０】
請求項１９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２１】
請求項１９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２２】
請求項１９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２３】
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２４】
請求項２３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２５】
請求項２３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２６】
請求項２３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２７】
請求項２３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２８】
請求項２３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。
【国際調査報告】
2013525254.tif 000008
2013525254.tif 000009
2013525254.tif 000010
2013525254.tif 000011