(57)【要約】      （修正有）【課題】デバイスの歩留まり、安定性を高めるための、高品質SiC単結晶基板、高品質SiC単結晶基板製造用種結晶並びに高品質のSiC単結晶基板の製造方法を提供する。【解決手段】種結晶表面の転位の表面終端部に、最大径が3μm以上のエッチピットを形成する。種結晶のポリタイプは4H型又は6H型、形状は実質的に円板とし、直径が50mm超で、厚みが0.6mm以上とする。その面方位は、｛0001｝、または、｛0001｝から0.5°以上10°以内の角度を有するＳｉＣ単結晶成長用種結晶、該ＳｉＣ単結晶の製造方法、ＳｉＣ単結晶基板。【選択図】図３
2008115036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶表面の転位の表面終端部にエッチピットを形成してなることを特徴とするSiC単結晶成長用種結晶。
【請求項２】
前記エッチピットの最大径が3μm以上である請求項1記載のSiC単結晶成長用種結晶。
【請求項３】
前記種結晶のポリタイプが、4H型又は6H型である請求項1又は2に記載のSiC単結晶成長用種結晶。
【請求項４】
前記種結晶が、実質的に円板状であり、該円板の直径が50mm超である請求項1〜3のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用種結晶。
【請求項５】
前記種結晶の面方位が｛0001｝である請求項1〜4のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用種結晶。
【請求項６】
前記種結晶の面方位が｛0001｝から0.5°以上10°以内の角度を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用種結晶。
【請求項７】
前記種結晶の厚みが0.6mm以上である請求項1〜6のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用種結晶。
【請求項８】
種結晶を用いた昇華再結晶法により、単結晶SiCを成長させる方法において、請求項1〜7にいずれか一項に記載の種結晶を用いることを特徴とするSiC単結晶の製造方法。
【請求項９】
請求項8記載の方法により得られたSiC単結晶を切断し、研磨することを特徴とするSiC単結晶基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項9記載の方法で得られるSiC単結晶基板であって、該SiC単結晶基板を5mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が5μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で50%以下であることを特徴とするSiC単結晶基板。
【請求項１１】
請求項9記載の方法で得られるSiC単結晶基板であって、該SiC単結晶基板を5mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が5μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で10%以下であることを特徴とするSiC単結晶基板。
【請求項１２】
前記転位対又は転位列以外の転位の基板内転位密度が8000/cm2以下である請求項10又は11に記載のSiC単結晶基板。
【請求項１３】
前記SiC単結晶基板において、窒素原子が1×1018cm-3以上含まれている請求項10〜12のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板。
【請求項１４】
請求項10〜13のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板上に、エピタキシャル成長薄膜が3μm〜30μmの厚さで形成されてなることを特徴とするエピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板。
【請求項１５】
前記エピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板の薄膜表面を5mm角の領域に分割した各領域内において、表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が5μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で50%以下であることを特徴とする請求項14記載のエピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質SiC単結晶基板、高品質SiC単結晶基板製造用種結晶（SiC単結晶成長用種結晶）及び高品質のSiC単結晶基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、SiC単結晶を利用するSiC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として、有望視されている。また、青色発光ダイオードやレーザーダイオード用の基板としても応用が期待されている。
SiC単結晶は物理的、化学的に安定で、しかも高温や放射線に耐えられる素材であるため、耐環境性半導体材料としての応用が期待されている。また、SiCパワーデバイスは、従来のSiデバイスに比較して、デバイスでの電力の損失を大幅に低減できることから、特に、省エネルギーデバイスとして着目されている。
しかしながら、大面積を有する高品質のSiC単結晶を、工業的規模で安定的に供給し得る結晶成長技術は、未だに確立されていない。それ故、SiCは、上述のような多くの利点及び可能性を有する半導体材料にもかかわらず、広く実用に供されることがなかった。
【０００３】
現在比較的大口径で、高品質のSiC単結晶を得る方法として、SiC単結晶基板を種結晶として用いて、昇華再結晶を行う、改良レーリー法が知られている(非特許文献1)。この方法では、種結晶を用いているため結晶の核形成過程が制御でき、また、不活性ガスによる雰囲気圧力を調整することにより、結晶の成長速度等を再現性良く制御できる。改良レーリー法を用いれば、SiC単結晶の結晶多形(6H型、4H型等)及び、キャリア型、及び濃度を制御しながら、SiC単結晶を成長させることができる。既にこの方法により、口径2インチ(約50mm)から3インチ(約75mm)のSiC単結晶が製造され、基板として加工され、エピタキシャル薄膜成長、デバイス試作に供されている。しかしながら、現在市販されているSiC単結晶基板は、品質面での問題が多く、今後SiC単結晶及びデバイスを実用化していくためには、結晶品質の改善が必須である。
【０００４】
高性能で、安定した特性のSiCパワーデバイスを実現するためには、上記SiC半導体に生じるリーク電流等の、不安定性を克服することが、不可欠である。これらの不安定性の原因は、SiC単結晶基板の品質に関係していると考えられている。この品質の劣化は、主として、基板内に形成されている結晶欠陥、即ち、マイクロパイプ欠陥、転位欠陥等に起因するものと考えられる。マイクロパイプ欠陥については、特にその低減について各種取り組みがなされ、マイクロパイプ欠陥の無い基板が作成できているとの報告もされてきたが、転位欠陥の低減については、特許文献1、特許文献2、特許文献3等に開示されているように、成長結晶面を変換する等の特殊な方法によるものが殆どで、簡便で工業的に有効な手段はない。
【０００５】
特許文献1には、良質のSiC単結晶を得るための方法が開示されている。即ち、種結晶のSiC単結晶基板上にSiC単結晶を成長させる昇華再結晶法において、種結晶として｛0001｝面より約60°〜約120°の角度だけずれた結晶面を露出させてあるSiC単結晶からなる種結晶を使用することが効果的であるとされている。また、特許文献2には、｛0001｝面から約60°〜約120°傾いたSiC単結晶の結晶面を第1の種結晶として使用して成長させた第1のSiC単結晶から、新たに｛0001｝ウエハを取り出し、これを第2の種結晶とし、結晶を成長させる方法が開示されている。また、特許文献3には、欠陥の少ない結晶を製造する方法が開示されている。即ち、第1成長工程、第(n-1)成長工程、n成長工程でそれぞれ、異なった結晶面を切り出して、種結晶として切り出して成長させるとしている。
最終的にデバイスを製造する場合に一般的には、｛0001｝面近傍の面を使用するとされており、常に種結晶上に結晶を成長させることを基本とする、昇華再結晶法においては、いずれも、異なった面を切り出して、種として成長し、再度｛0001｝面上に最終的に成長させる方法は、量産を前提として工程としては、不適切と考えられる。
【０００６】
したがって、現在までは、転位密度が8000/cm2を下回るものは市場にも殆ど提供されていないのが現状である。
また、｛0001｝面近傍での成長において、転位同士の相互作用により高温で形成されると考えられる、転位が近接した転位対や転位列等の欠陥は、特にデバイスの特性に影響すると考えられるが、効率的な低減方法は提案されていない。
【０００７】
非特許文献2には、SiC単結晶の評価が記載されている。溶融KOHエッチングによって結晶に含まれている欠陥を調べると、転位に対応するエッチピットが多数発生するとされている。
【特許文献１】特開平5-262599号公報
【特許文献２】特開平8-143396号公報
【特許文献３】特開2003-119097号公報
【非特許文献１】Yu. M. Tairov and V. F. Tsvetkov, Journal of Crystal Growth, vol.52 (1981) pp.146-150
【非特許文献２】社団法人電気学会電子材料研究会1988年9月5日  資料番号EFM-88-24  p.24
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、SiC結晶基板を用いたデバイスは、Siに代わる次世代のパワーデバイスとして、期待されているものの、デバイス特性の安定性、歩留まりが十分ではなく、その原因は、基板の欠陥特に、マイクロパイプが第1の原因とされてきた。しかし、マイクロパイプが皆無の基板を用いてもなお、広く普及するためには、デバイス特性の安定性、歩留まりは、十分でないとされている。また、欠陥として着目されている転位の低減についても、効率的な方法が見出せていないのが現状である。また、転位が存在しても、デバイスの動作、特性安定性に問題のない場合もあり、どのような欠陥をどの程度低減させることが有効かも明確ではない。
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、デバイスの歩留まり、安定性を高めるための、高品質SiC単結晶基板、高品質SiC単結晶基板製造用種結晶並びに高品質のSiC単結晶基板の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板表面に終端する転位を低減すること、また、基板表面に終端を有する転位の内、その間隔が接近している転位対あるいは、転位列のある領域を低減することにより、デバイス品質の安定性、歩留まりを向上させることを可能とするものである。
即ち、本発明は、
(1)  種結晶表面の転位の表面終端部にエッチピットを形成してなることを特徴とするSiC単結晶成長用種結晶、
(2)  前記エッチピットの最大径が3μm以上である前記(1)記載のSiC単結晶成長用種結晶、
(3)  前記種結晶のポリタイプが、4H型又は6H型である前記(1)又は(2)に記載のSiC単結晶成長用種結晶、
(4)  前記種結晶が、実質的に円板状であり、該円板の直径が50mm超である前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用種結晶、
(5)  前記種結晶の面方位が｛0001｝である前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用種結晶、
(6)  前記種結晶の面方位が｛0001｝から0.5°以上10°以内の角度を有する前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用種結晶、
(7)  前記種結晶の厚みが0.6mm以上である前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載のSiC単結晶成長用種結晶、
(8)  種結晶を用いた昇華再結晶法により、単結晶SiCを成長させる方法において、前記(1)〜(7)にいずれか一項に記載の種結晶を用いることを特徴とするSiC単結晶の製造方法、
(9)  前記(8)記載の方法により得られたSiC単結晶を切断し、研磨することを特徴とするSiC単結晶基板の製造方法、
(10)  前記(9)記載の方法で得られるSiC単結晶基板であって、該SiC単結晶基板を5mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が5μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で50%以下であることを特徴とするSiC単結晶基板、
(11)  前記(9)記載の方法で得られるSiC単結晶基板であって、該SiC単結晶基板を5mm角の領域に分割した各領域内において、基板表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が5μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で10%以下であることを特徴とするSiC単結晶基板、
(12)  前記転位対又は転位列以外の転位の基板内転位密度が8000/cm2以下である前記(10)又は(11)に記載のSiC単結晶基板、
(13)  前記SiC単結晶基板において、窒素原子が1×1018cm-3以上含まれている前記(10)〜(12)のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板、
(14)  前記(10)〜(13)のいずれか一項に記載のSiC単結晶基板上に、エピタキシャル成長薄膜が3μm〜30μmの厚さで形成されてなることを特徴とするエピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板、
(15)  前記エピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板の薄膜表面を5mm角の領域に分割した各領域内において、表面に終端を有する転位の中で、終端の転位位置の間隔が5μm以下である転位対又は転位列が存在する領域の割合が、基板面内で50%以下であることを特徴とする前記(14)記載のエピタキシャル成長膜付SiC単結晶基板、
である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、種結晶表面に転位の終端を有する個所にエッチピットを形成することで、種結晶上に成長する結晶に転位を引き継ぐことを抑制するができる。また、近接する転位は、エッチピットを適切なサイズにすることで、複数の転位の終端個所を一箇所のエッチピットとすることができる。この種結晶上に成長させた結晶の転位対又は転位列を低減することができる。即ち、本発明により製造された結晶から、切断、加工された基板においては、表面に終端する転位密度を低減すること、また、転位対又は転位列の無い領域を拡大することができ、この基板を使用して製造されるデバイスは、電気的な特性の安定し、高い歩留まりを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明では、SiC基板上にデバイスを製造するための高品質の基板を提供するものである。欠陥の無い基板が理想ではあるが、工業的に生産することは極めて困難である上、複雑な工程もしくは、生産性の極めて低い方法となり、実用的ではない。特に、欠陥の内、デバイス特性の安定性に大きく寄与するマイクロパイプは、0.1個/cm2以下の基板が製造可能となってきており、それを種結晶として用いて、結晶を成長させることで、同等のマイクロパイプ密度を維持することが可能とする開発が進んできた。しかしながら、デバイスの品質安定性は、マイクロパイプの存在しないところでも十分なレベルに到達してはいない。基板の欠陥としては、転位が問題として考えられるが、8×103/cm2レベル以上の数があっても、デバイスによっては動作が確認されている場合があり、品質安定性劣化との関係が不明であった。
【００１３】
基板の中に存在する転位の内、転位の相互作用により、近接する転位対あるいは転位列に着目し、それらの欠陥が存在する領域を低減することが、デバイス製造において、安定性の高いデバイスを高い歩留まりで製造できることを見出した。特に5μm以下の近接した転位対又は転位列が、デバイスの安定性を左右することを見出した。さらに好ましくは、10μm以下の近接する転位対又は転位列を低減することで、さらにデバイスの品質の安定性が確保できると考えられる。領域を定めるのに5mm角としたのは、SiCを基板として用いて製造する半導体の特性の利点を活かすためには、5mm角程度の大きさあるいはそれ以上の大きさのデバイスが有効であるためである。5mm角より大きいサイズのデバイスでも、全体に占める、転位対、転位列の無い領域の面積が大きいことが、有効であることは同様である。デバイスの安定性を考慮して、歩留まりが最低約50%以上であれば、Siデバイスを置き換えるのに可能な実用性として考えられるので、転位対、転位列が存在する領域が50%以下の基板を実用可能な基板とした。さらに実用化を加速するための低コスト化、品質安定化のためには、10%以下が好ましく、デバイス工程での高温での熱処理等を考慮すると、転位対、転位列の無い領域の転位密度は8000/cm2以下が好ましく、4000/cm2以下がさらに好ましい。
【００１４】
改良レーリー法では、種結晶を用いて、その種結晶上に結晶を成長させる。そのため、種結晶表面に終端を有する転位が存在すると、その転位欠陥を引き継いで成長される。また、成長中の熱応力等によりに新たな転位が発生すこともある。また、転位は応力場を持っているために、転位同士の相互作用により、成長中に近接して存在するものが増加する。デバイスの製造においては、そのような転位対等の欠陥が存在する場合には、総転位数が同じならば、転位対又は転位列が一様に分散することより、特定な領域に密集していることが、デバイスの歩留まり、安定性が高まることが明らかとなっている。本発明の転位対又は転位列の存在する領域を低減にするためには、種結晶から引き継いで発生する転位対又は転位列を低減させると同時に、成長中の結晶の転位を移動させて、密集させることが有効である。
【００１５】
種結晶から引き継いで発生する転位を低減させる方法の一つとしては、種結晶の表面をエッチングし、転位に対応するエッチピットを形成したものを種結晶とすることが有効である。ピット内の結晶面での成長が、種全体の面に垂直に成長する結晶方位とは異なるために、表面に貫通する転位を引き継ぎ難い。さらにエッチピットの大きさを大きくすることで、隣接する転位対もしくは転位列のピットが合体し、たとえ、転位ピットからの転位発生があっても、引き継ぐ転位の総数が減少する。隣接する転位ピットを合体させるためには、ピットの最大径を3μm以上とすることが好ましい。さらに好ましく5μm以上とすることが好ましい。20μm超では、ピット内での結晶成長で新たな欠陥を生じる可能性が高くなるため、20μm以下にすることが望ましい。なお、エッチピットの大きさは、同一のエッチング条件でも転位の種類により異なるが、ここでは、最大径のものに着目して、サイズを決定することが有効であることが判った。前述したように、転位が基板表面に終端した位置にピットを形成するためには、溶融KOHエッチングすることが有効である。エッチピットのサイズの制御は、エッチングの温度と時間を調整することにより行う。例えば、溶融KOHの温度を530℃と固定し、種結晶基板の浸漬時間は5分程度を基準として、エッチピットのサイズを顕微鏡で観察しながら、浸漬時間を長くして、最適な条件を決定することができる。図2にはエッチピットの径が2μmで、ピットの間隔が4μmの例を、図3にはエッチピットの径が6μmでピットの間隔が4μmであり、2つのピットが合体している例と単独のエッチピットの例を模式的に示している。
【００１６】
成長中の転位を移動させて、欠陥の少ない領域を増大させる方法としては、成長中の結晶の温度を制御することにより、移動させることが可能である。SiC結晶中の転位の移動の活性化エネルギーは極めて高く、単に高温にするだけでは、十分な移動が期待できない。成長中の結晶の中心から周辺部への温度勾配(周辺が高温)を5〜20℃/cm程度つけることが、成長中の転位の移動には有効である。そのときの結晶の温度は2000℃以上であることが好ましい。転位の移動は、転位の相互作用により、存在する領域を偏在させると同時に、転位の消滅確率が増えることになり、総転位密度の低減にも効果がある。
【００１７】
種結晶として用いる結晶としては、総転位密度が、30000/cm2以下であることが好ましく、また転位対もしくは転位列に含まれない転位密度が15000/cm2以下であることが好ましい。但し、結晶内の転位の数が極端に少なくなると、結晶成長における、結晶構造の維持が不安定となり、多結晶や、多形の異なった欠陥が入り易くなる。特に、｛0001｝面方位もしくは｛0001｝方位から10°以内の種結晶を用いた場合、安定した成長のためには、最終的に成長させた結晶の転位の密度としては、転位対、転位列を含めた総転位密度として好ましくは300/cm2程度以上さらに好ましくは1000/cm2程度以上であることが安定して、工業的に結晶成長を行う製造方法として適している。種結晶の厚みは、種の温度の均一性を確保するためには、0.3mm程度以上が好ましく、0.6ｍｍ以上がさらに好ましい。厚い種結晶では、温度、熱分布の制御の条件は異なるが、種結晶が厚くなることの問題は特にはなく、一度成長させたインゴット表面を、必要に応じて研磨を行い、エッチングして、エッチピットを形成して、種として成長させ、インゴットを長尺化することが可能である。量産可能な種結晶の厚さの上限は、生産性を考慮すると、種結晶の直径と同程度までと考えられる。
【００１８】
一方、デバイスを製造した場合の特性の安定性を確保するためには、結晶中の転位密度が低減していることが好ましく、転位列がなく、8000/cm2以下の転位密度の領域であれば、ダイオード等の欠陥に比較的敏感でないデバイスでは、顕著な歩留まり低下は、認められない。本発明の方法で製造した結晶から切り出した基板をエッチングして、転位エッチピットを形成し、種結晶として結晶成長することで、さらなる転位の低減を図ることが可能である。このように種結晶に転位エッチピットを形成する結晶成長を2回あるいは3回以上繰り返すことで、転位密度、転位分布をさらに改善することができる。
【００１９】
上記の転位の配置の制御、結晶安定性の効果を得るためには、不純物として、窒素原子が含まれていることが、さらに有用であり、1×1018cm-3以上含まれていることが好ましく、5×1018cm-3以上含まれていることがさらに好ましい。特に4H型の結晶を製造する場合には、窒素原子が１×1018cm-3以上含まれていることで、新たな欠陥を生じることなく、上記効果を得るためには好適である。窒素の含有の上限は8×1020cm-3以下であり、これより高濃度では、結晶性の劣化が顕著となる。
【００２０】
結晶のパワーデバイスの製造については、4H型の結晶が一般に用いられているが、6H型の結晶についても、転位対、転位列の制御については、上記と同様な手法が有効である。また、使用される結晶面は、｛0001｝面もしくは｛0001｝面から10°以内の傾きの面で製造されることが、デバイス特性面から優れている。基板の生産性、工業生産の観点からは、同一結晶方位の結晶を製造し、その結晶から成長方向にほぼ垂直もしくは、垂直から10°以内に切り出して、種結晶とし、さらに、デバイス用の基板もしくは種用の基板をその上に成長させることの繰り返しが、好ましい。特に｛0001｝基底面内に転位線が存在する転位については、0.5°以上10°以下の傾角を持った面を種基板とすることで、転位の終端部を表面に位置し、エッチピットが形成される。傾角は、10°以下が好ましく、さらに好ましくは8°以下である。10°超では、種結晶基板上への安定した結晶成長が困難となる。デバイスを作成する場合は、通常エピタキシャル成長膜を形成するが、その場合は、｛0001｝面より角度をわずかにつけた面、すなわち0.5°以上10°以下の角度をつけた面が好ましい。成長面に対して、平行に切断することが、もっとも多くの基板を切り出せるので、対応する傾角をつけることが好ましい。
【００２１】
SiCエピタキシャル薄膜は、デバイスを製造する場合には、通常基板の上面に形成されるが、基板の欠陥を引き継ぐことが知られており、結晶基板表面の転位分布を上記した手法により、制御しておくことが重要である。エピタキシャル成長中に転位対、転位列を移動させたり、消滅させることは、困難である。デバイスを製造する場合のエピタキシャル薄膜の厚みは、3μm〜30μmが一般的である。
【００２２】
結晶のサイズは、デバイスを製造する場合、また結晶を製造する場合にも、大口径であることが、製造の低コスト化を実現し易く、好ましいが、結晶欠陥の制御がより困難となる。直径50mm超の結晶では、特に上記転位欠陥の制御による結晶の高品質化が効果的であり、60mm超では、他の方法では特に欠陥の少ない結晶の製造が困難となっている。また75mm超のさらに大型の結晶では、結晶成長中に歪が入り易く、総転位密度を低減することが困難となるので、転位の分布に着目した本発明による、結晶の高品質化が有用である。直径250mm超の結晶では、結晶欠陥が導入され、量産として現実的ではない。したがって、直径250mm以下の結晶サイズが有効である。
【００２３】
種結晶から成長する結晶の長さについては、15mm以上200mm以下が好ましい。15mm以下では、毎回使用される、種結晶を多量に消費することとなり、また結晶成長を行うための坩堝の加熱、冷却の回数が頻繁となり、生産性の観点から、不適である。生産性の観点からは、長い方が好ましいが、200mm超では、坩堝の温度制御の安定性の確保が困難となり、歩留まりの低下が顕著となる。成長時間が長くなると、その間に突発的な異常、例えば、供給される電源の不安定性や、振動等で、結晶成長が不安定となり、新たな欠陥を発生させる確率は高くなる。
【実施例１】
【００２４】
(実施例1)
種結晶として直径52mm、厚さ1mmで、｛0001｝面を有し4H型のSiC単結晶基板を用意した。種結晶の総転位密度は約12000/cm2程度である。その種結晶を約530℃に加熱したKOH融液に浸漬してエッチングを行い、一個の転位ピットとして径の最大が約6μmとなるよう、エッチング時間を調整した。図3にエッチピットの分布の例を示しており、終端が4μmの間隔で存在していた転位のピットは合体していた。終端が6μm以上離れている転位は、単一のエッチピットを形成していた。
【００２５】
次に、図4に示す装置を用いて、種結晶1を黒鉛製坩堝3の蓋4の内面に取り付けた。黒鉛製坩堝3の内部には、SiC結晶原料粉末2を洗浄後、充填した。次いで、原料を充填した黒鉛製坩堝3を、蓋4で閉じ、黒鉛製フェルト7で被覆した後、黒鉛製支持棒6の上に乗せ、二重石英管5の内部に設置した。その後、石英管内部を真空排気した後、雰囲気ガスとして高純度Arガスに約7%の窒素ガスを含む混合ガスを流入させ、石英管内圧を一定の減圧に保ちながら、ワークコイルに電流を流し、原料温度を目標温度である2400℃まで、上昇させ、基板上に結晶を成長させた。成長速度は平均約1mm/時であった。坩堝温度の計測は、坩堝上部及び下部を覆うフェルトの中央部に直径2〜4mmの光路を設け、2色温度計を用いて行った。坩堝下部の温度を原料温度、坩堝上部の温度を種温度とした。成長時間は約25時間で、結晶の高さは約25mmであった。
【００２６】
成長した結晶から、厚さ0.4mmの｛0001｝面方位の基板をワイヤソーで切り出し、洗浄、研磨した。基板はいずれも4H型の単結晶であり、多結晶が混在していないことが、X線回折並びにX線トポグラフ撮影により確認された。研磨された基板を、KOHでエッチングして、転位分布を観察した。基板の領域分割を図1に模式的に示した。基板の中心を中央の5mm角メッシュ(45番)の中心として、基板全体を5mm角に分割した。基板端部で、5mm角メッシュが欠ける部分(03、12番等)は除き、基板内に完全に含まれるメッシュのみを領域(図1の網掛け部分)としてカウントした。それぞれの領域の中で、転位ピットが5μm以下の間隔で存在する領域がある番号を順次積算し、総メッシュ(端部に欠けの無いもの)で除してパーセントを計算した。その結果、9%が、転位対、転位列が含まれている領域であることが判明した。また、転位対、転位列の無い領域の平均の転位密度は3000/cm2であった。基板サイズは種結晶とほぼ同等で直径52mmであった。なお、種結晶の転位対、転位列が含まれている領域は60%であった。
【実施例２】
【００２７】
(実施例2)
実施例1と同様に、基板サイズが直径70mmの基板を種結晶として使用し、坩堝のサイズの口径の大きいものを準備して、結晶成長を行った。種結晶の総転位密度は約14000/cm2程度である。また転位対、転位列が含まれている領域は80%であった。その種結晶を約530℃に加熱したKOH融液に浸漬してエッチングを行い、一個の転位ピットとして径の最大が約10μmとなるよう、エッチング時間を調整した。その結果、実施例1と同様の転位分布の観察により、24%が、転位対、転位列が含まれている領域であることが判明した。また、転位対、転位列の無い領域の平均の転位密度は5000/cm2となった。なお、基板サイズは直径約72mmであった。
【実施例３】
【００２８】
(実施例3)
実施例2で記載した方法で、結晶を作成し、そこから基板を切り出し、表面を研磨した後、基板表面に市販のSiC用のCVDエピタキシャル成長装置にて、SiC単結晶膜を2時間で約10μmの厚さで形成した。
基板の面方位は<0001>より4°傾斜させたものに成長させた。エピタキシャル成長膜の表面の転位分布を実施例1記載と同様の方法で、観察した。その結果、26%が、転位対、転位列が含まれている領域であることが判明した。また、転位対、転位列の無い領域の平均の転位密度は5500/cm2であった。基板の転位の分布とほぼ同等の水準の転位対、転位列の領域の数値となり、また、転位列のない部分の転位密度はやや増加しているが、ほぼ同程度の数値となっていた。
【実施例４】
【００２９】
(実施例4)
実施例１で記載した方法で、導入する窒素の含有量を変化させて、結晶成長時の4Hポリタイプの安定性を検討した。単結晶SiC基板の窒素含有量は二次イオン質量分析法により調べた。各条件で5回の成長を行った。各条件の場合分けで4H以外の結晶ポリタイプが観察された回数は、窒素原子が(1〜4)×1018cm-3含まれている場合が１回、窒素原子が(5〜9)×1018cm-3含まれている場合が0回、窒素原子が(1〜9)×1019cm-3含まれている場合が1回であった。また、回数で結晶タイプの変換は見られなかった。窒素原子が(5〜9)×1017cm-3の場合は、3回であった。
【実施例５】
【００３０】
(実施例5)
実施例1で記載した方法で得られた結晶から｛0001｝面方位から2°傾角をつけた厚み1.1mmの基板を切り出し、表面を研磨した後、同様に表面のエッチングを行い、ピットの最大径が6μmとなるように条件を設定した。実施例と同様の条件で結晶成長を行った。成長した結晶から、厚さ0.4mmの｛0001｝面方位の基板をワイヤソーで切り出し、洗浄、研磨した。同様の方法で転位分布を評価した結果、転位対、転位列が含まれている領域は6%であることが判明した。また、転位対、転位列の無い領域の平均の転位密度は1200/cm2であった。エッチピットを形成した種結晶を用いた結晶成長を複数回繰り返すことで、更なる結晶の転位分布、転位密度の改善を図ることができることが明らかとなった。
【００３１】
(比較例1)
比較例として種結晶を研磨後、エッチングしないもの(エッチピットのないもの)を使用し、実施例1と同様に、結晶成長させた。種結晶は、実施例1で使用した種結晶の隣接部の基板を使用しているので、転位密度、転位分布は、ほぼ同一水準と考えられる。成長した結晶から、厚さ0.4mmの｛0001｝面方位の基板をワイヤソーで切り出し、洗浄、研磨した。転位分布を同様に観察した結果、基板の転位対、転位列が含まれている領域は60%と、初期の状態とほぼ同等であった。転位対、転位列が含まれていない領域の転位密度も8000/cm2であった。実施例1と同様の結晶成長を行っているが、種結晶にエッチピットが形成されていない場合には、転位分布の改善は殆ど見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明における、領域分割を説明する図
【図２】本発明における、エッチピットの形成を説明する図
【図３】本発明における、近接するエッチピットの合体を説明する図
【図４】発明の製造方法に用いられる単結晶成長装置の一例を示す構成図
【符号の説明】
【００３３】
1  単結晶SiC種結晶
2  SiC粉末原料
3  黒鉛製坩堝
4  黒鉛製坩堝蓋
5  二重石英管
6  支持棒
7  黒鉛製フェルト
8  ワークコイル
9  Arガス配管
10  Arガス用マスフローコントローラ
11  窒素ガス配管
12  窒素ガス用マスフローコントローラ
13  真空排気装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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