(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
六方晶のＳｉＣ単結晶よりなるＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてバルク状のＳｉＣ単結晶を製造する製造方法において，該製造方法はＮ回（ＮはＮ≧２の自然数）の成長工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮで終わる序数）として表した場合，
ｎ＝１である第１成長工程においては，｛０００１｝面から傾斜角度６０°〜９０°傾いた面を第１成長面として露出させた第１種結晶を作製して，該第１種結晶の上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製し，
ｎ＝２，３，．．．，Ｎである連続成長工程においては，第ｎ成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面に投影したベクトルの方向を第ｎ傾斜方向とした場合に，第（ｎ−１）傾斜方向から＜０００１＞を回転軸として４５°〜１３５°回転したところに第ｎ傾斜方向を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度１０°〜９０°（ただし，１０°を除く）傾いた面を第ｎ成長面として露出させた第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶から作製して，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第ｎ成長結晶を作製し，
上記連続成長工程の第ｎ成長工程においては，上記第ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が６０°〜９０°である成長工程を１回以上有することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１において，上記第ｎ成長面（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）と｛０００１｝面との傾斜角度は，７０°未満であることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項１において，ｎ＝Ｎ（ただし，Ｎ＝２を除く）である第Ｎ成長工程においては，上記第Ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が２０°以下であることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において，上記各種結晶上でのＳｉＣ単結晶の成長には昇華再析出法を用いることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において，上記各種結晶の厚みは，１ｍｍ以上であることを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載の製造方法により作製されたＳｉＣ単結晶より成膜面を露出するＳｉＣウエハを作製し，該ＳｉＣウエハの上記成膜面上にエピタキシャル膜を成膜することを特徴とするエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハの製造方法。
【請求項７】
請求項６において，上記成膜面は，｛０００１｝面からオフセット角度０．５°〜２０°の面，｛１−１００｝面からオフセット角度２０°以下の面，又は｛１１−２０｝面からオフセット角度２０°以下の面であることを特徴とするエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，結晶中に転位及び欠陥をほとんど含有しないＳｉＣ単結晶の製造方法，並びにエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
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材料として期待されている。高性能な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を低減すること，及び耐圧低下を抑制することが必須条件である。これまでの研究報告によれば，上記ＳｉＣ単結晶に生じるマイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，積層欠陥等の欠陥が，ＳｉＣ半導体のリーク電流や耐圧低下等の原因となっていると考えられている。
また，上記パワーデバイスの用途には，特にエピタキシャル膜を有するＳｉＣウエハが用いられる。そのため，ＳｉＣ単結晶中のみならず，エピタキシャル膜中にも上記欠陥を含まないエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハの開発が望まれている。
【０００３】
図７に示すごとく，ＳｉＣ単結晶は主要な面方位として｛０００１｝面（ｃ面）と，｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面（ａ面）及び｛１１−２０｝面（ａ面）とを有している。
従来より上記ＳｉＣ単結晶を得る方法としては，まず，六方晶の｛０００１｝面（ｃ面）又は｛０００１｝面からオフセット角度１０°以内の面を種結晶面として露出するＳｉＣ種結晶を用いて，昇華再析出法等により種結晶面上にＳｉＣ単結晶を成長させる，いわゆるｃ面成長を行う方法が用いられてきた。
【０００４】
しかし，上記のように｛０００１｝面を種結晶面とし，＜０００１＞方向に成長させてなるＳｉＣバルク単結晶（ｃ面成長結晶）中には，＜０００１＞方向に略平行にマイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位がそれぞれ１０0〜１０3ｃｍ-2，１０3〜１０4ｃｍ-2，１０4〜１０5ｃｍ-2程度含まれるという問題があった。さらに，このｃ面成長結晶からＳｉＣウエハを作製してエピタキシャル膜を成膜すると，該エピタキシャル膜中にはＳｉＣウエハの表面に露出する欠陥及び転位が継承される。これにより，上記エピタキシャル膜中にもＳｉＣウエハと略同密度の転位が存在し，各種デバイス特性に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００５】
一方，特開平５−２６２５９９号公報には，ＳｉＣ単結晶の｛０００１｝面からの傾きが６０〜１２０°（好ましくは９０°）の面を種結晶面として，この種結晶をａ面成長させて，成長結晶（ａ面成長結晶）を得る方法が開示されている。そして，このａ面成長結晶中には，マイクロパイプ欠陥や螺旋転位が含まれないことを明らかにした。
【０００６】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記ａ面成長結晶中には，積層欠陥が｛０００１｝面内であって成長方向と略平行に１０2〜１０4ｃｍ-1という高密度で含まれる。また，＜０００１＞方向に平行及び直交なバーガースベクトルを持つ刃状転位が成長方向に略平行に高密度に含まれる。そして，このａ面成長結晶からＳｉＣウエハを作製しエピタキシャル膜を成膜すると，該エピタキシャル膜中にａ面成長結晶に含まれる高密度の刃状転位及び積層欠陥から転位及び積層欠陥が継承される。このようにＳｉＣ単結晶及びエピタキシャル膜中に転位及び積層欠陥を高密度に含有するＳｉＣ単結晶は，オン抵抗が高くなり，また，逆方向リーク電流を生じるため，デバイス動作に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，転位及び欠陥をほとんど含まず高品質なＳｉＣ単結晶の製造方法，並びにＳｉＣ単結晶及びエピタキシャル膜中に欠陥及び転位をほとんど含有しないエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハの製造方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
第１の発明は，六方晶のＳｉＣ単結晶よりなるＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてバルク状のＳｉＣ単結晶を製造する製造方法において，該製造方法はＮ回（ＮはＮ≧２の自然数）の成長工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮで終わる序数）として表した場合，
ｎ＝１である第１成長工程においては，｛０００１｝面から傾斜角度６０°〜９０°傾いた面を第１成長面として露出させた第１種結晶を作製して，該第１種結晶の上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製し，
ｎ＝２，３，．．．，Ｎである連続成長工程においては，第ｎ成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面に投影したベクトルの方向を第ｎ傾斜方向とした場合に，第（ｎ−１）傾斜方向から＜０００１＞を回転軸として４５°〜１３５°回転したところに第ｎ傾斜方向を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度１０°〜９０°（ただし，１０°を除く）傾いた面を第ｎ成長面として露出させた第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶から作製して，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第ｎ成長結晶を作製し，
上記連続成長工程の第ｎ成長工程においては，上記第ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が６０°〜９０°である成長工程を１回以上有することを特徴とするＳｉＣ単結晶の製造方法にある（請求項１）。
【０００９】
次に，本発明の作用効果につき説明する。
本発明の上記第１成長工程においては，｛０００１｝面から傾斜角度６０°〜９０°傾いた面を第１成長面として露出させた第１種結晶を作製して，該第１種結晶の上記第１成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶を作製する。
そのため，上記第１成長結晶中には主として上記第１成長面の表面から継承される転位が多数存在する。ここで，該転位の発生源は主として第１成長面に露出した欠陥（転位，マイクロパイプ欠陥）である。上記第１成長工程においては，上記転位の方向の大部分を第１成長面の法線ベクトルを｛０００１｝面に投影したベクトルの方向である第１傾斜方向に略平行にそろえることができる。
【００１０】
次に，上記連続成長工程においては，第（ｎ−１）傾斜方向から＜０００１＞を回転軸として４５°〜１３５°回転したところに第ｎ傾斜方向を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度１０°〜９０°（ただし，１０°を除く）傾いた面を第ｎ成長面として露出させた第ｎ種結晶を第（ｎ−１）成長結晶から作製して，該第ｎ種結晶の上記第ｎ成長面上にＳｉＣ単結晶を成長させ第ｎ成長結晶作製する。上記連続成長工程の第ｎ成長工程においては，上記第ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が６０°〜９０°である成長工程を１回以上有する。
そのため，上記第ｎ成長面には，第（ｎ−１）成長結晶中に存在する転位はほとんど露出されない。第（ｎ−１）成長結晶中の転位の多くは｛０００１｝面内の第（ｎ−１）傾斜方向に平行に存在しており，該転位が上記第ｎ成長面に露出する確率は小さくなるからである。それ故，上記第ｎ成長結晶中には第ｎ成長面から転位が継承されることはほとんどなく，転位及び欠陥はほとんど発生しない。
また，上記連続成長工程は，１回（Ｎ＝２のとき），複数回繰り返して行うことができる。そして，連続成長工程の回数を増やす毎に，得られる成長結晶のいわゆる転位密度を指数関数的に減少させることができる。
【００１１】
このように，本発明によれば，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質なＳｉＣ単結晶の製造方法を提供することができる。
【００１３】
上記第１の発明によって作製されたＳｉＣ単結晶は，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず高品質である。それ故，高性能なパワーデバイスとして利用することができる。
【００１４】
次に，第２の発明は，第１の発明の製造方法により作製されたＳｉＣ単結晶より成膜面を露出するＳｉＣウエハを作製し，該ＳｉＣウエハの上記成膜面上にエピタキシャル膜を成膜することを特徴とするエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハの製造方法にある（請求項６）。
【００１５】
第１の発明の製造方法により製造されたＳｉＣ単結晶は，上述のごとくマイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位，及び積層欠陥をほとんど含まず，高品質である。そのため，上記ＳｉＣウエハの成膜面には上記欠陥及び転位はほとんど露出せず，エピタキシャル膜中へも転位が継承されることはほとんどない。それ故，転位及び欠陥の少ない高品質なエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハを作製することができる。
【００１７】
上記第２の発明の製造方法によって製造される上記エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハは，ＳｉＣ単結晶及びエピタキシャル膜中に転位や欠陥をほとんど含んでいない。それ故，高性能なＳｉＣ電子デバイスに利用することができる。
【００１９】
上記エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハを用いた上記ＳｉＣ電子デバイスは，オン抵抗が低く，またリーク電流の発生もなく優れている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
上記第１の発明（請求項１）においては，上記第１成長面と｛０００１｝との傾斜角度は６０°〜９０°である。１°未満の場合には，傾斜角度が小さすぎて，上記第ｎ成長結晶は，いわゆるｃ面成長結晶と同等のものとなり，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位等が高密度で発生する。また、傾斜角度が６０°未満の場合には，傾斜方向と平行でない転位が次工程の種結晶の成長面に露出し，成長結晶に転位や欠陥を生じるおそれがある。
また，上記第ｎ傾斜方向は，上記第（ｎ−１）傾斜方向から＜０００１＞を回転軸として４５°〜１３５°回転したところにある。４５°未満の場合には，第（ｎ−１）成長結晶が第ｎ成長面に露出する確率が高くなり，上記連続成長工程を繰り返しても，第ｎ成長結晶に含まれる転位はほとんど減少しない。そのため，より好ましくは６０°以上がよい。また，１３５°を超える場合も同様で，より好ましくは１２０°以下がよい。
【００２１】
また，上記連続成長工程において，上記第ｎ傾斜方向を，＜０００１＞を回転軸として第（ｎ−１）傾斜方向から９０°回転させたところとする成長工程を１回以上含むことが好ましい。
この場合には，転位が第ｎ成長面上に露出する確率が非常に小さくなり，第ｎ成長結晶に転位及び欠陥が生じるおそれが少なくなる。なお，成長工程回数を増やすごとに成長結晶中の転位密度は小さくなる。
【００２２】
また，上記各成長面の上にＳｉＣ単結晶を成長させる前には，各成長面の表面の付着物や加工変質層を除去しておくことが好ましい。
この場合には，上記付着物や加工変質層に起因する各成長面から各成長結晶に継承される転位を防ぐことができる。なお，上記付着物や加工変質層を除去する方法としては，例えば研磨，化学洗浄，Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ），犠牲酸化等がある。
【００２３】
次に，上記第ｎ成長面（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）と｛０００１｝面との傾斜角度は，７０°未満であることが好ましい（請求項２）。
この場合には，結晶を高く成長させる必要がなく，コストダウンを図ることができる。７０°以上の場合には，結晶を高く成長させる必要があり，製造コストが高くなるおそれがある。
【００２４】
次に，上記第ｎ成長面（ｎ＝１，２，．．．，Ｎ）と｛０００１｝面との傾斜角度は，１０°以上であることが好ましい。
この場合には，マイクロパイプ欠陥，螺旋転位及び刃状転位等の貫通欠陥を減少させることができる。１０°未満の場合には，これら貫通欠陥が高密度で発生するおそれがある。
【００２５】
次に，ｎ＝Ｎ（ただし，Ｎ＝２を除く）である第Ｎ成長工程においては，上記第Ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が２０°以下であることが好ましい（請求項３）。
この場合には，上記ＳｉＣ単結晶は最終的に略ｃ面成長方向に成長し，現在デバイス作製用として広く用いられている，いわゆるｃ面成長結晶となる。そのため，上記ＳｉＣ単結晶をＳｉＣ電子デバイス作製上有効なものとすることができる。
【００２６】
次に，上記連続成長工程の第ｎ成長工程においては，上記第ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が６０°〜９０°である成長工程を１回以上有する。
この場合には，結晶中の転位を効率よく減らすことができる。
一般に，｛０００１｝面より１°〜９０°の傾斜角度をもった成長面上に結晶を成長させると，成長結晶中に生じる転位の方向は傾斜方向に略平行になる場合が多い。この成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が６０°を超えると該転位のほとんど全てが傾斜方向に略平行となる。そのため，上記第ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度を６０°〜９０°とした場合には，ほとんど全ての転位を傾斜方向に平行にすることことができ，次工程の種結晶の成長面に転位がほとんど露出しないようにすることが容易になる。
上記第ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が６０°未満の場合には，傾斜方向と平行でない転位が次工程の種結晶の成長面に露出し，成長結晶に転位や欠陥を生じるおそれがある。
【００２７】
また，上記第ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度が６０°〜９０°である成長工程は，少なくとも１回以上行うことができるが，結晶中の転位が充分に低減された後の成長工程においては，もはや傾斜角度を大きくする必要はなく，例えば１〜２０°という小さい傾斜角度でも充分に高品質な結晶を再現性良く作製することができる。また，上記第ｎ成長面と｛０００１｝面との傾斜角度を小さくすると結晶の高さを高くする必要がなくなるため，コストダウンを図ることができる。
【００２８】
上記各種結晶上でのＳｉＣ単結晶の成長には昇華再析出法を用いることが好ましい（請求項４）
この場合には十分な成長高さが得られるため大口径のＳｉＣ単結晶を作製することができると共に，再現性よく，且つ生産性よく高品質のＳｉＣ単結晶を作製することができる。
なお，本発明において使用できるＳｉＣ単結晶成長手法は昇華再析出法に限らず，十分な成長高さのバルク状単結晶を成長できる手法であれば全て適用できる。例えば，Ｍａｔｅｒ．  Ｓｃｉ．  Ｅｎｇ．  Ｂ  Ｖｏｌ．６１−６２（１９９９）１１３−１２０に示されているような２０００℃を越える温度域での化学気相堆積法も用いることができる。
【００２９】
上記各種結晶の厚みは，１ｍｍ以上であることが好ましい（請求項５）。
この場合には，上記種結晶と種結晶を固定している物体との熱膨張差による応力によって成長結晶に生じる転位及び積層欠陥を防止することができる。即ち，上記種結晶の厚みを充分大きくすることにより，上記応力が種結晶を構成する格子を歪めて，成長結晶に転位及び積層欠陥が発生することを防止することができる。また，特に，上記種結晶の成長面の面積Ａが５００ｍｍ2を越える場合には，上記種結晶の厚みを１ｍｍよりさらに大きくする必要がある。このときの必要最低限の厚みをｔｓｅｅｄとすると，ｔｓｅｅｄ＝Ａ1/2×２／πの式が与えられる。なお，上記種結晶及び成長結晶とは，本発明におけるすべての種結晶及びすべての成長結晶を含む概念である。
【００３０】
また，第２の発明において，上記成膜面は，｛０００１｝面からオフセット角度０．５°〜２０°の面，｛１−１００｝面からオフセット角度２０°以下の面，又は｛１１−２０｝面からオフセット角度２０°以下の面であることが好ましい（請求項７）。
この場合には，上記エピタキシャル膜中へのマイクロパイプ欠陥，螺旋転位，刃状転位の発生をほとんど抑制することができる。なお，｛０００１｝面からオフセット角度０．５°未満の面を成膜面とした場合には，上記エピタキシャル膜の成膜が困難になるおそれがある。
【００３１】
また，｛１−１００｝面からオフセット角度２０°以下の面，又は｛１１−２０｝面からオフセット角度２０°以下の面を上記成膜面として上記エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハを作製した場合には，該エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハは，その酸化膜とＳｉＣ単結晶との間の界面に発生する界面準位が著しく低減され，ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）デバイスを作製する上で有効である。なお，上記｛１−１００｝面又は｛１１−２０｝面からオフセット角度２０°以下の面は，それぞれ｛１−１００｝面，又は｛１１−２０｝面を含む概念である。
【００３２】
ここで，｛１−１００｝，｛１１−２０｝及び｛０００１｝は，いわゆる結晶面の面指数を表している。上記面指数において，「−」記号は通常数字の上に付されるが，本明細書及び図面においては書類作成の便宜上のため数字の左側に付した。また，＜０００１＞，＜１１−２０＞，及び＜１−１００＞は，結晶内の方向を表し，「−」記号の取り扱いについては，上記面指数と同様である。
【００３３】
また，上記エピタキシャル膜の成膜には，ＣＶＤ法，ＰＶＥ法，又はＬＰＥ法を用いることができる。ここで上記ＣＶＤ法は，Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（化学気相堆積法）法，上記ＰＶＥ法は，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｅｐｉｔａｘｙ（昇華エピタキシー）法，上記ＬＰＥ法は，Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ（液相エピタキシー）法をいう。
この場合には，デバイス作製上重要な設計パラメータである膜厚及び膜中の不純物濃度を容易に制御することができる。
【００３４】
また，上記エピタキシャル膜に１×１０13〜１×１０20／ｃｍ3の不純物を含有させることができる。
この場合には，上記不純物がドナーやアクセプタ等の役割を果たし，上記エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハを半導体デバイス等として用いることができる。上記不純物の含有量が１×１０13／ｃｍ3未満の場合には，上記不純物は充分な量のキャリアを供給することができず，上記エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハのデバイス特性が低下するおそれがある。一方，１×１０20／ｃｍ3を越える場合には，上記不純物が凝集し，その結果上記エピタキシャル膜中に転位や積層欠陥が発生するおそれがある。
【００３５】
また，上記不純物はその構成元素として，窒素，ホウ素又はアルミニウムの１種以上を含有することができる。
この場合には，上記エピタキシャル膜をｐ又はｎ型半導体とすることができる。そのため，上記エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハをダイオード及びトランジスタ等の半導体デバイスとして利用することができる。
【００３６】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるＳｉＣ単結晶及びその製造方法につき説明する。
本発明のＳｉＣ単結晶の製造方法は，図１〜図５に示すごとく，六方晶のＳｉＣ単結晶よりなるＳｉＣ種結晶上にＳｉＣ単結晶を成長させてバルク状のＳｉＣ単結晶を製造する製造方法である。該製造方法はＮ回（本例ではＮ＝２）の成長工程を含み，各成長工程を第ｎ成長工程（ｎは自然数であって１から始まりＮで終わる序数）として表す。
【００３７】
図１に示すごとく，ｎ＝１である第１成長工程においては，｛０００１｝面から＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３へ傾斜角度α（本例ではα＝６０°）傾いた面を第１成長面１５として露出させた第１種結晶１を作製する。そして，図２に示すごとく該第１種結晶１の上記第１成長面１５上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶１０を作製する（第１成長工程）。
【００３８】
次に，図３及び図４に示すごとく，ｎ＝２である連続成長工程においては，第２成長面２５の法線ベクトル２５１を｛０００１｝面に投影したベクトルの方向を第２傾斜方向２５３とした場合に，＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３から＜０００１＞を回転軸としてβ（本例ではβ＝９０°）回転したところ，即ち＜１−１００＞方向に第２傾斜方向２５３を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度γ（本例ではγ＝６０°）傾いた面を第２成長面２５として露出させた第２種結晶２を第１成長結晶１０から作製する。そして，図５に示すごとく該第２種結晶２の上記第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させ第２成長結晶２０を作製し，最終的なＳｉＣ単結晶とする（連続成長工程）。
【００３９】
以下，本例につき詳細に説明する。
本例は，図１〜図７に示すごとく，ＳｉＣ単結晶よりなる種結晶上に昇華再析出法によりＳｉＣ単結晶を成長させて，ＳｉＣ単結晶を製造する例である。また，本例は上記のごとくＮ＝２，即ち２回の成長工程を含む例である。
【００４０】
まず，昇華再析出法により成長したＳｉＣ単結晶を準備した。図７に示すごとく，ＳｉＣ単結晶は，主要な面方位として｛０００１｝面と，｛０００１｝面に垂直な｛１−１００｝面及び｛１１−２０｝面とを有している。また，｛０００１｝面に垂直な方向が＜０００１＞方向，｛１−１００｝面に垂直な方向が＜１−１００＞方向，｛１１−２０｝面に垂直な方向が＜１１−２０＞である。
【００４１】
図１に示すごとく，上記ＳｉＣ単結晶の｛０００１｝面から＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３へ傾斜角度α（α＝６０°）傾いた面を第１成長面１５として露出するように上記ＳｉＣ単結晶を切断し，さらにこの第１成長面１５を加工，研磨した。また，第１成長面１５の表面を化学洗浄して付着物を除去し，ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ），犠牲酸化により，切断・研磨に伴う加工変質層を除去し，これを第１種結晶１とした。なお，第１種結晶１の厚みは２ｍｍである。
【００４２】
次に，図６に示すごとく，上記第１種結晶１とＳｉＣ原料粉末７５とをこれらが対向するように坩堝６内に配置した。このとき，上記第１種結晶１は坩堝６の蓋体６５の内側面に接着剤を介して固定した。そして上記坩堝６を減圧不活性雰囲気中で２１００〜２４００℃に加熱した。このとき，ＳｉＣ原料粉末７５側の温度を第１種結晶１側の温度より２０〜２００℃高く設定した。これにより，坩堝６内のＳｉＣ原料粉末７５が加熱により昇華し，該ＳｉＣ原料粉末７５より低温の第１種結晶１上に堆積し，第１成長結晶１０を得た（第１成長工程）。
【００４３】
図２に示すごとく，上記第１成長結晶中１０には，＜０００１＞方向に平行及び直交するバーガースベクトルをもつ転位１０５が多数存在する。該転位は第１種結晶１の第１成長面１５に露出していた欠陥が上記第１成長結晶１０中に継承された結果生じたものである。そして該転位１０５の方向はほとんど全てが第１傾斜方向１５３に平行になっている。
【００４４】
次に，図３及び図４に示すごとく，＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３から＜０００１＞を回転軸として＞β（本例ではβ＝９０°）回転したところ，即ち＜１−１００＞方向に第２傾斜方向２５３を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度γ（本例ではγ＝６０°）傾いた面を第２成長面２５として露出させた第２種結晶２を第１種結晶１と同様にして作製した。なお，このときの第２種結晶の厚みは２ｍｍとした。
【００４５】
次に，図６に示すごとく，この第２種結晶２とＳｉＣ原料粉末７５とをこれらが対向するように坩堝６内に配置した。このとき，上記第２種結晶２は坩堝６の蓋体６５の内側面に接着剤を介して固定した。そして，上記坩堝６を減圧不活性雰囲気中で２１００〜２４００℃に加熱した。このとき，ＳｉＣ原料粉末７５側の温度を第２種結晶２側の温度より２０〜２００℃高く設定した。これにより，坩堝６内のＳｉＣ原料粉末７５が加熱により昇華し，該ＳｉＣ原料粉末７５より低温の第２種結晶２上に堆積し，第２成長結晶２０を得た（連続成長工程）。
図６に示すごとく，上記第２成長結晶２０は，表面に欠陥をほとんど露出していない第２成長面２５上に上記のようにして結晶を成長させたものである。そのため，第２成長結晶２０中にも転位及び欠陥はほとんど継承されず，高品質であった。
【００４６】
次に，上記のようにして作製したＳｉＣ単結晶中に含まれる欠陥密度を調べるために，上記ＳｉＣ単結晶から作製したＣ面基板にＫＯＨエッチングを施し，これによって生じたエッチピット数を測定した。
その結果，転位に対応するエッチピット数は，５×１０2〜１×１０3／ｃｍ2であり，非常に少なかった。
【００４７】
以下，本例の作用効果につき説明する。
本例の第１成長工程においては，｛０００１｝面から，＜１１−２０＞方向へ傾斜角度６０°傾いた面を第１成長面１５として露出させた第１種結晶１を作製して，該第１種結晶１の上記第１成長面１５上にＳｉＣ単結晶を成長させ第１成長結晶１０を作製している。
そのため，上記第１成長結晶１０中には第１成長面１５の表面から継承される転位１０５が多数存在するが，該転位１０５の方向の大部分を第１成長面１５の法線ベクトル１５１を｛０００１｝面に投影したベクトルの方向である第１傾斜方向１５３に略平行な方向にそろえることができる。
【００４８】
次に，第２成長工程においては，＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３から＜０００１＞を回転軸として９０°回転したところに第２傾斜方向２５３，即ち＜１−１００＞方向を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度６０°傾いた面を第２成長面２５として露出させた第２種結晶２を第１種結晶１と同様にして作製した。
そのため，上記のように第１成長結晶１０から第２傾斜方向２５３に｛０００１｝面より傾斜角度６０°傾いた面を第２成長面２５として露出させたとき，この第２成長面の表面には，第（ｎ−１）成長結晶中に存在する転位はほとんど露出しない。上述したごとく，上記第１成長結晶１０中の転位１０５の大部分は｛０００１｝面内の第１傾斜方向１５３に平行に存在しており，上記転位１０５が第２成長面２５に露出する確率は小さいからである。
【００４９】
続いて，この第２種結晶２を上記第１種結晶と同様にして成長させ，図５に示すごとく該第２種結晶２の上記第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させ第２成長結晶２０を作製し，最終的なＳｉＣ単結晶とした。
上述したごとく，上記第２成長面２５の表面には転位及び欠陥はほとんど露出していないため，第２成長結晶１０中には第２成長面２５から転位が継承されることはほとんどなく，転位及び欠陥はほとんど発生せず，高品質である。
【００５０】
また，本例においては，上記第１成長面１５及び第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させる前に，付着物や加工変質層を取り除いている。そのため，上記付着物や加工変質層に起因し各成長面１５，２５から各成長結晶１０，２０に継承される転位を防ぐことができる。
【００５１】
また，上記各種結晶の厚みを１ｍｍ以上にしている。
そのため，上記各種結晶１，２と種結晶が接触している蓋体６５との熱膨張差による応力によって成長結晶１０，２０に生じる転位及び積層欠陥を防止することができる。
【００５２】
このように，本例によれば，欠陥及び転位をほとんど含有せず，高品質なＳｉＣ単結晶及びその製造方法を提供することができる。
【００５３】
（実施例２）
本例では，実施例１の第２成長工程における傾斜角度γを９０°に変更してＳｉＣ単結晶を作製した例を示す。
まず，実施例１と同様のＳｉＣ単結晶を準備した。このＳｉＣ単結晶から実施例１と同様にして第１種結晶１を作製した。なお，第１種結晶１の厚みは２ｍｍである。そして，さらに実施例１と同様にして第１成長結晶１０を得た（第１成長工程）。
【００５４】
次に，図３及び図４に示すごとく，＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３から＜０００１＞を回転軸としてβ（本例ではβ＝９０°）回転したところ，即ち＜１−１００＞方向に第２傾斜方向２５３を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度γ（本例ではγ＝９０°）傾いた面を第２成長面２５として露出させた第２種結晶２を第１種結晶１と同様にして作製した。そして，この第２種結晶２を上記第１種結晶と同様にして成長させ，図５に示すごとく該第２種結晶２の上記第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させ第２成長結晶２０を作製し，最終的なＳｉＣ単結晶とした（連続成長工程）。
本例においても，実施例１と同様にマイクロパイプ欠陥，転位等が非常に少なく，高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができた。
【００５５】
（実施例３）
本例では，実施例１の第１成長工程及び第２成長工程における傾斜角度α及びγを共に９０°としてＳｉＣ単結晶を作製した例を示す。
まず，実施例１と同様のＳｉＣ単結晶を準備した。そして，上記ＳｉＣ単結晶の｛０００１｝面から＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３へ傾斜角度α（α＝９０°）傾いた面を第１成長面１５として露出するように上記ＳｉＣ単結晶を切断し，さらにこの第１成長面１５を加工，研磨した。また，実施例１と同様にして第１成長面１５の表面を化学洗浄して付着物を除去し，ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ），犠牲酸化により，切断・研磨に伴う加工変質層を除去し，これを第１種結晶１とした。なお，第１種結晶１の厚みは２ｍｍである。続いて，さらに実施例１と同様にして第１成長結晶１０を得た（第１成長工程）。
【００５６】
次に，図３及び図４に示すごとく，＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３から＜０００１＞を回転軸としてβ（本例ではβ＝９０°）回転したところ，即ち＜１−１００＞方向に第２傾斜方向２５３を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度γ（本例ではγ＝９０°）傾いた面を第２成長面２５として露出させた第２種結晶２を第１種結晶１と同様にして作製した。そして，この第２種結晶２を上記第１種結晶と同様にして成長させ，図５に示すごとく該第２種結晶２の上記第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させ第２成長結晶２０を作製し，最終的なＳｉＣ単結晶とした（連続成長工程）。
本例においても，実施例１及び２と同様にマイクロパイプ欠陥，転位等が非常に少なく，高品質のＳｉＣ単結晶を得ることができた。
【００５７】
（実施例４）
本例においては，Ｎ＝４，即ち成長工程を４回行ってＳｉＣ単結晶を作製した例を示す。
まず，実施例１と同様のＳｉＣ単結晶を準備した。
第１成長工程においては，実施例１〜３と同様にして上記ＳｉＣ単結晶より｛０００１｝面から＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３へ傾斜角度α（本例ではα＝９０°）傾いた面を第１成長面１５として露出させた第１種結晶１を作製し，該第１種結晶１の第１成長面１５上にＳｉＣ単結晶を成長させて第１成長結晶１０を得た。
【００５８】
次に，ｎ＝２である第２成長工程においては，実施例１〜３と同様に，＜１１−２０＞方向である第１傾斜方向１５３から＜０００１＞を回転軸としてβ（本例ではβ＝９０°）回転したところ，即ち＜１−１００＞方向に第２傾斜方向２５３を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度γ（本例ではγ＝９０°）傾いた面を第２成長面２５として露出させた第２種結晶２を第１成長結晶１０から作製する。そして，該第２種結晶２の第２成長面２５上にＳｉＣ単結晶を成長させて第１成長結晶２０を得た。
【００５９】
次に，ｎ＝３である第３成長工程においては，＜１−１００＞方向である第２傾斜方向１５３から＜０００１＞を回転軸として９０°回転したところ，即ち＜１１−２０＞方向に第３傾斜方向を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度３°傾いた面を第３成長面として露出させた第３種結晶を第２種結晶２と同様にして作製した。なお，このときの第３種結晶の厚みは２ｍｍとした。そして，この第３種結晶を上記第１及び第２種結晶と同様に成長させ，第３成長結晶を作製した。
第３成長結晶は，マイクロパイプ欠陥，転位等が非常に少なく，高品質であった。
【００６０】
次に，ｎ＝４である第４成長工程においては，＜１１−２０＞方向である第３傾斜方向から＜０００１＞を回転軸として９０°回転したところ，即ち＜１−１００＞方向に第４傾斜方向を有し，かつ｛０００１｝面から傾斜角度３°傾いた面を第４成長面として露出させた第４種結晶を第３種結晶と同様にして作製した。なお，このときの第４種結晶の厚みは２ｍｍとした。そして，この第４種結晶を上記第１〜第３種結晶と同様に成長させ，第４成長結晶を作製した。
第４成長結晶は，マイクロパイプ欠陥，転位等が非常に少なく，第３成長結晶と同等以上に高品質であった。
【００６１】
（実施例５）
本例では，エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハを作製する例を示す。
本例のエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ４の製造方法は，図８に示すごとく，ＳｉＣ単結晶より成膜面３５を露出するＳｉＣウエハ３を作製し，該ＳｉＣウエハ３の上記成膜面３５上にエピタキシャル膜３０を成膜する。
【００６２】
まず，実施例３で得られた高品質のＳｉＣ単結晶２０を準備した。このＳｉＣ単結晶２０の｛０００１｝面から＜１１−２０＞方向へ５°傾いた面，｛１−１００｝面，及び｛１１−２０｝面を成膜面として露出した，３種類のＳｉＣウエハを作製した。このＳｉＣウエハの成膜面に，上記実施例１における第１種結晶の作製時と同様に加工，研磨，化学洗浄，ＲＩＥ，犠牲酸化等の表面処理を施した。
【００６３】
そして，図８にしめすごとく，化学気相堆積法により上記ＳｉＣウエハ３の成膜面３５上にエピタキシャル膜３０を成膜し，エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ４を作製した。具体的には，原料ガスとしてＳｉＨ4ガス及びＣ3Ｈ8ガスを５ミリリットル／分にて，またキャリアガスとしてＨ2ガスを１０リットル／分にてそれぞれ反応管に導入し，ＳｉＣウエハを保持しているサセプタの温度を１５５０℃，雰囲気圧を１０ｋＰａとして成膜を行った。
【００６４】
本例におけるエピタキシャル膜３０中のマイクロパイプ欠陥，転位，インクルージョン等の欠陥密度は非常に小さく，高品質のエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ４を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１〜５にかかる，第１成長面の面方位を示す説明図。
【図２】実施例１〜５にかかる，第１成長結晶の成長方向及び転位の方向を示す説明図。
【図３】実施例１〜５にかかる，第１傾斜方向と第２傾斜方向の関係を示す説明図。
【図４】実施例１〜５にかかる，第２成長面の面方位を示す説明図。
【図５】実施例１〜５にかかる，第２成長結晶の成長方向を示す説明図。
【図６】実施例１〜５にかかる，昇華再析出法によるＳｉＣ単結晶の成長方法を示す説明図。
【図７】実施例１にかかる，ＳｉＣ単結晶の主要な面方位を示す説明図。
【図８】実施例５にかかる，エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハの説明図。
【符号の説明】
１．．．第１種結晶，
１５．．．第１成長面，
１５１．．．法線ベクトル（第１成長工程），
１５３．．．第１傾斜方向，
１０．．．第１成長結晶，
２．．．第２種結晶，
２５．．．第２成長面，
２５１．．．法線ベクトル（第２成長工程），
２５３．．．第２傾斜方向，
２０．．．第２成長結晶，
３．．．ＳｉＣウエハ，
３５．．．成膜面，
３０．．．エピタキシャル膜，
４．．．エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ，
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003776374.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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