碳化硅襯底、碳化硅錠以及制造碳化硅襯底和碳化硅錠的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供具有高度均勻的特性的碳化硅襯底和碳化硅錠以及制造所述碳化硅襯底和所述碳化硅錠的方法。制造碳化硅錠的方法包括：準(zhǔn)備底部襯底的準(zhǔn)備步驟(S10)，所述底部襯底由單晶碳化硅制成并在偏離角方向上具有0.1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的<11-20>方向或<1-100>方向；和在所述底部襯底的表面上生長(zhǎng)碳化硅層的成膜步驟(S20)。在所述成膜步驟(S20)中，在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的所述碳化硅層的表面上形成具有(0001)小平面的區(qū)域，所述上游側(cè)為在所述偏離角方向上在所述底部襯底的<0001>方向軸與所述底部襯底的所述表面之間相交的角為銳角的一側(cè)。
【專利說(shuō)明】碳化娃襯底、碳化娃錠以及制造碳化娃襯底和碳化娃錠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳化硅襯底、碳化硅錠以及制造碳化硅襯底和碳化硅錠的方法，更特別地，涉及諸如雜質(zhì)濃度的特性的變化小的碳化硅襯底和碳化硅錠以及制造所述碳化硅襯底和所述碳化硅錠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為用于代替硅(Si)的下一代半導(dǎo)體材料，常規(guī)已經(jīng)對(duì)碳化硅(SiC)進(jìn)行了研究。制造由碳化硅制成的襯底的常規(guī)方法是已知的，其中在籽晶襯底上生長(zhǎng)碳化硅單晶以形成碳化硅錠，并對(duì)所述碳化硅錠進(jìn)行切片以制造襯底。在該方法中，以(0001)面(所謂的C面)或相對(duì)于c面具有10°以下偏離角的結(jié)晶面作為生長(zhǎng)表面準(zhǔn)備籽晶，并在籽晶的生長(zhǎng)表面上生長(zhǎng)碳化硅單晶(參見(jiàn)例如日本特開(kāi)2004-323348號(hào)公報(bào)(下文中稱作專利文獻(xiàn)I))。當(dāng)在這種籽晶的生長(zhǎng)表面上生長(zhǎng)碳化硅單晶時(shí)，在已生長(zhǎng)的碳化硅單晶的表面的中央部附近形成(0001)小平面。
[0003]在專利文獻(xiàn)I中，為了防止形成異質(zhì)多形態(tài)晶體或不同表面取向的晶體并防止產(chǎn)生螺旋位錯(cuò)，準(zhǔn)備包含能夠產(chǎn)生螺旋位錯(cuò)的區(qū)域的位錯(cuò)控制籽晶，并在所述位錯(cuò)控制籽晶上生長(zhǎng)碳化硅單晶。此外，在專利文獻(xiàn)I中的生長(zhǎng)碳化硅單晶的步驟中，在碳化硅單晶的表面上形成C面小平面，并以(0001)小平面疊蓋螺旋位錯(cuò)產(chǎn)生區(qū)域的方式生長(zhǎng)碳化硅單晶。根據(jù)專利文獻(xiàn)1，通過(guò)以如上所述的方式生長(zhǎng)碳化硅單晶，能夠抑制異質(zhì)多形態(tài)晶體或不同表面取向晶體的形成并能夠異質(zhì)在碳化硅單晶中產(chǎn)生螺旋位錯(cuò)。專利文獻(xiàn)I還建議，在生長(zhǎng)碳化硅單晶的步驟中，通過(guò)控制反應(yīng)氣體的濃度分布或通過(guò)控制籽晶的溫度分布，對(duì)(0001)小平面的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)以疊蓋螺旋位錯(cuò)產(chǎn)生區(qū)域。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2004-323348號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問(wèn)題
[0008]與碳化硅單晶表面的其他部分相比，氮(N)在晶體生長(zhǎng)期間相對(duì)更易于被引入到碳化硅單晶表面上的(0001)小平面內(nèi)。因此，在生長(zhǎng)碳化硅單晶期間，在其上已經(jīng)形成(0001)小平面的表面下面的區(qū)域中形成氮濃度高于其他區(qū)域中的高濃度氮區(qū)域。期望的是，在錠和由錠形成的襯底中，碳化硅中的氮濃度盡可能均勻，因?yàn)槠鋵?duì)碳化硅單晶的諸如導(dǎo)電性和光透過(guò)性的特性有影響。然而，在利用常規(guī)方法形成的碳化硅錠中，未對(duì)(0001)小平面的布置和尺寸進(jìn)行特別調(diào)整以得到具有均勻氮濃度的錠和襯底。由此，在制得的碳化硅錠中，盡管可以將(0001)小平面布置在靠近錠端部的位置，但在錠內(nèi)部形成特定尺寸的高濃度氮區(qū)域。結(jié)果，將高濃度氮區(qū)域布置在從錠切出的襯底中具有均勻氮濃度的區(qū)域、(即高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域)中。即，常規(guī)上難以形成具有均勻氮濃度的區(qū)域以作為碳化硅襯底中包含襯底中心區(qū)域的大區(qū)域。
[0009]為了解決這種問(wèn)題而完成了本發(fā)明，且本發(fā)明的目的是提供一種具有均勻特性的碳化硅襯底和碳化硅錠以及制造所述碳化硅襯底和所述碳化硅錠的方法。
[0010]解決問(wèn)題的技術(shù)方案[0011]本發(fā)明人基于碳化硅晶體生長(zhǎng)的詳細(xì)研究而完成了本發(fā)明。即，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將在相對(duì)于(0001)面的規(guī)定方向(偏離角方向)上具有0.1°以上且10°以下、更優(yōu)選1°以上且10°以下的偏離角的碳化硅襯底用作底部襯底(籽晶襯底)，并在所述底部襯底的表面上生長(zhǎng)碳化硅單晶時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)底部襯底的偏離角方向和偏離角并進(jìn)一步調(diào)節(jié)生長(zhǎng)晶體的步驟中的加工條件，可在生長(zhǎng)表面的端部處形成在已生長(zhǎng)的碳化硅單晶的生長(zhǎng)表面上形成的(0001)小平面，并可進(jìn)一步形成尺寸與底部襯底的平面尺寸相比足夠小的(0001)小平面。因此，在形成的碳化硅單晶中，能夠降低位于(0001)小平面下面的部分(高濃度氮區(qū)域)的比例，由此形成具有相對(duì)低氮濃度的大區(qū)域?；谶@些發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅錠的方法包括:準(zhǔn)備底部襯底的步驟，所述底部襯底由單晶碳化硅制成并在偏離角方向上具有0.1°以上且10°以下、更優(yōu)選1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向；以及在所述底部襯底的表面上生長(zhǎng)碳化硅層的步驟。在所述生長(zhǎng)碳化硅層的步驟中，在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的所述碳化硅層的表面上形成具有(0001)小平面的區(qū)域，所述上游側(cè)為在所述偏離角方向上在所述底部襯底的〈0001〉方向軸與所述底部襯底的所述表面之間相交的角為銳角的一側(cè)。
[0012]通過(guò)以此方式在錠的端部處形成易于引入氮的(0001)小平面，能夠?qū)⒕哂邢鄬?duì)高氮濃度的區(qū)域(位于(0001)小平面下面的高濃度氮區(qū)域)布置在碳化硅錠的端部處。由此，能夠形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(除了高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域)以作為包含碳化硅錠中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從錠切出碳化硅襯底時(shí)，能夠易于得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域的碳化硅襯底。由于能夠以此方式在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(其中引入少量氮的具有穩(wěn)定濃度的區(qū)域)，所以能夠在襯底表面上有效地形成半導(dǎo)體器件。
[0013]當(dāng)從具有在其中央部形成的特定尺寸的高濃度氮區(qū)域的碳化硅錠切出碳化硅襯底時(shí)，例如，具有低氮濃度的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域)包圍碳化硅襯底表面上的高濃度氮區(qū)域。由此，當(dāng)在碳化硅襯底的具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域中的表面上形成器件時(shí)，在除了高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域中形成器件(即，在除了高濃度氮區(qū)域和高濃度氮區(qū)域與低濃度氮區(qū)域之間的邊界區(qū)域之外的區(qū)域中形成器件)，從而導(dǎo)致襯底的利用效率下降。然而，根據(jù)本發(fā)明，將高濃度氮區(qū)域布置在碳化硅襯底的端部，并由此在碳化硅襯底表面的中央部中形成低濃度氮區(qū)域。可以僅在低濃度氮區(qū)域中形成器件，由此有效地利用襯底。
[0014]利用上述制造碳化硅錠的方法制造根據(jù)本發(fā)明的碳化硅錠。在此情況中，能夠形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(除了高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域)以作為包含碳化硅錠的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從碳化硅錠切出碳化硅襯底時(shí)，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域的碳化硅襯底。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法包括使用上述制造碳化硅錠的方法準(zhǔn)備碳化硅錠的步驟和對(duì)所述碳化硅錠進(jìn)行切片的步驟。[0016]在此情況中，在碳化硅錠中，能夠形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(除了高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域)以作為包含碳化硅錠中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)在切片步驟中從碳化硅錠切出碳化硅襯底時(shí)，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域的碳化硅襯底。
[0017]利用上述制造碳化硅襯底的方法制造根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底。因此，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域的碳化硅襯底。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅錠的方法包括:準(zhǔn)備底部襯底的步驟，所述底部襯底由單晶碳化硅制成并在偏離角方向上具有0.1°以上且10°以下、更優(yōu)選1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向；以及在所述底部襯底的表面上生長(zhǎng)碳化硅層的步驟。在所述生長(zhǎng)碳化硅層的步驟中，在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的所述碳化硅層的表面上形成具有(0001)小平面的區(qū)域，所述上游側(cè)為在所述偏離角方向上在所述底部襯底的〈0001〉方向軸與所述底部襯底的所述表面之間相交的角為銳角的一側(cè)。在生長(zhǎng)碳化硅層的步驟之后的碳化硅層中，每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)位于具有(0001)小平面的區(qū)域下面的部分的透過(guò)率小于每單位厚度的相同光穿過(guò)碳化硅層中除了位于具有(0001)小平面的區(qū)域下面的所述部分之外的部分的透過(guò)率。
[0019]通過(guò)以此方式在錠的端部處形成易于引入氮的(0001)小平面，將由于在生長(zhǎng)碳化硅層期間從小平面向其中引入的氮而具有下降的光透過(guò)率的區(qū)域布置在錠的端部(位于(0001)小平面下面的部分)。由此，能夠形成包含碳化硅錠中心部的其他部分以作為具有相對(duì)高透過(guò)率的區(qū)域。因此，當(dāng)從錠切出碳化硅襯底時(shí)，能夠易于得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)高光透過(guò)率的區(qū)域的碳化硅襯底。由于能夠以此方式在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)高光透過(guò)率的區(qū)域(其中引入少量氮的具有穩(wěn)定的氮濃度和透過(guò)率的區(qū)域)，所以能夠在襯底表面上有效形成半導(dǎo)體器件。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅錠包含:底部襯底，其由單晶碳化硅制成并在偏離角方向上具有0.1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向；和在所述底部襯底的表面上形成的碳化硅層。在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的所述碳化硅層的表面上形成具有(0001)小平面的區(qū)域，所述上游側(cè)為在所述偏離角方向上在所述底部襯底的〈0001〉方向軸與所述底部襯底的所述表面之間相交的角為銳角的一側(cè)。
[0021]在上述碳化硅錠的碳化硅層中，位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的部分可以是高濃度氮區(qū)域，所述高濃度氮區(qū)域的氮濃度高于所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的部分之外的部分的氮濃度。
[0022]通過(guò)以此方式在錠的端部處形成易于引入氮的(0001)小平面，能夠?qū)⒕哂邢鄬?duì)高氮濃度的區(qū)域(位于(0001)小平面下面的高濃度氮區(qū)域)布置在碳化硅錠的端部處。由此，能夠形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(除了高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域)以作為包含碳化硅錠中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從錠切出碳化硅襯底時(shí)，能夠易于得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域的碳化硅襯底。由于能夠以此方式在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(其中引入少量氮的具有穩(wěn)定的氮濃度的區(qū)域)，所以能夠在襯底表面上有效形成半導(dǎo)體器件。[0023]通過(guò)對(duì)上述碳化硅錠進(jìn)行切片得到根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底。因此，能夠易于得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(或具有高透過(guò)率的區(qū)域)的碳化硅襯底。[0024]在從碳化硅錠除去高濃度氮區(qū)域之后，通過(guò)對(duì)碳化硅錠進(jìn)行切片得到根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底。通過(guò)以此方式提前除去高濃度氮區(qū)域(具有低光透過(guò)率的區(qū)域)，使用僅包含氮濃度低于高濃度氮區(qū)域的區(qū)域(透過(guò)率高于高濃度氮區(qū)域的區(qū)域)的碳化硅錠形成碳化硅襯底。因此，能夠得到氮濃度和光透過(guò)率的變化更小的碳化硅襯底。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底包含高濃度氮區(qū)域，所述高濃度氮區(qū)域的氮濃度相對(duì)高于在〈11-20〉方向或〈1-100〉方向上在一個(gè)端部處形成的其他部分中的氮濃度。所述高濃度氮區(qū)域可以形成在上游側(cè)的端部處，所述上游側(cè)為在〈11-20〉方向或〈1-100〉方向(偏離角方向)上在所述碳化硅襯底的〈0001〉方向軸與所述碳化硅襯底的表面之間相交的角為銳角的一側(cè)。通過(guò)在生長(zhǎng)用于形成碳化硅襯底的碳化硅錠時(shí)以此方式控制(0001)小平面的布置，能夠易于將高濃度氮區(qū)域布置在碳化硅襯底的端部處。
[0026]有益效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明，能夠得到具有高度均勻的特性如氮濃度的碳化硅錠和碳化硅襯底?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明制造碳化硅錠的方法的流程圖。
[0029]圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明制造碳化硅襯底的方法的流程圖。
[0030]圖3是說(shuō)明圖1中所示的成膜步驟的實(shí)例的示意圖。
[0031]圖4是根據(jù)本發(fā)明的碳化硅錠的示意性平面圖。
[0032]圖5是沿圖4中所示的線V-V的示意性橫截面圖。
[0033]圖6是顯示從圖4和圖5中所示的碳化娃錠切出的碳化娃襯底的示意性平面圖。
[0034]圖7是用于實(shí)施圖1中所示的成膜步驟的晶體生長(zhǎng)裝置的示意性橫截面圖。
[0035]圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底的另一個(gè)實(shí)例的示意性平面圖。
[0036]圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的碳化硅錠的第一變體的示意性平面圖。
[0037]圖10是顯示從圖9中所示的碳化娃錠切出的碳化娃襯底的示意性平面圖。
[0038]圖11是顯示圖10中所示的碳化硅襯底的變體的示意性平面圖。
[0039]圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明的碳化硅錠的第二變體的示意性平面圖。
[0040]圖13是顯示從圖12中所示的碳化娃錠切出的碳化娃襯底的示意性平面圖。
[0041]圖14是顯示圖13中所示的碳化硅襯底的變體的示意性平面圖。
[0042]圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的碳化硅錠的第三變體的示意性平面圖。
[0043]圖16是顯示從圖15中所示的碳化娃錠切出的碳化娃襯底的示意性平面圖。
[0044]圖17是顯示圖16中所示的碳化硅襯底的變體的示意性平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下文中參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。應(yīng)注意，在下圖中相同或相應(yīng)的部分用相同的標(biāo)號(hào)表示，并不再重復(fù)其說(shuō)明。
[0046]參考圖1~8，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅錠和碳化硅襯底的方法進(jìn)行說(shuō)明。[0047]如圖1中所示，在根據(jù)本發(fā)明制造碳化硅錠(下文中也稱作錠)的方法中，首先實(shí)施準(zhǔn)備步驟(SlO)。具體地，將例如圖3中所示的支持構(gòu)件2布置在用于形成錠的晶體生長(zhǎng)裝置的處理容器內(nèi)，并將充當(dāng)用于形成錠的籽晶襯底的底部襯底I安裝在支持構(gòu)件2上。底部襯底I具有圓形平面形狀。底部襯底I是包含主表面的碳化硅(SiC)襯底，所述主表面具有相對(duì)于(0001)面設(shè)置為0.1°以上且10°以下、更優(yōu)選0.5°以上且8°以下的偏離角。在本說(shuō)明書(shū)中，單個(gè)面取向用(hkil)表示，且將包括(hkil)和在晶體幾何學(xué)方面與其等價(jià)的面取向的總面取向用{hkil}表示。各個(gè)方向用[hkil]表示,且將包括[hkil]和在晶體幾何學(xué)方面與其等價(jià)的方向的方向用<hkil>表示。盡管在晶體幾何學(xué)方面通常將
(橫杠)附加到表示負(fù)指數(shù)的數(shù)字頂上，但在本說(shuō)明書(shū)中將負(fù)號(hào)(_)附加在表示指數(shù)的數(shù)字之前。
[0048]然后，實(shí)施成膜步驟(S20)。具體地，在將晶體生長(zhǎng)裝置的處理容器中的壓力和氣氛設(shè)定為規(guī)定條件之后，在對(duì)底部襯底I進(jìn)行加熱的同時(shí)，利用升華重結(jié)晶法等在底部襯底I的表面4上生長(zhǎng)碳化硅單晶。以此方式形成如圖3~5中所示的碳化硅錠10。在該成膜步驟(S20)中，在錠10的表面上形成(0001)小平面5 (下文中也稱作小平面5)。以當(dāng)從錠10的上表面觀察時(shí)將小平面5布置在一個(gè)外周端部的方式設(shè)置用于成膜步驟(S20)的加工條件。后面對(duì)加工條件進(jìn)行說(shuō)明。
[0049]與小平面5的下面相連的區(qū)域是高濃度氮區(qū)域6，所述高濃度氮區(qū)域6的氮濃度相對(duì)高于其他區(qū)域的氮濃度，因?yàn)閺男∑矫嬉肫渲械牡牧勘纫肫渌麉^(qū)域中的量大。即，在生長(zhǎng)碳化硅以形成錠10期間，與其他區(qū)域相比，相對(duì)更大量的氮被從已生長(zhǎng)的碳化硅表面上的小平面5引入碳化硅，高濃度氮區(qū)域6的氮濃度比作為其他區(qū)域的低濃度氮區(qū)域7的氮濃度相對(duì)更高。
[0050]小平面5位于箭頭26所示的偏離角方向上的端部處。能夠使用任意方法(加工條件)以此方式將小平面5布置在錠10的端部處。例如，在如圖7中所示的包含坩堝11和加熱盤(pán)管12的晶體生長(zhǎng)裝 置中，以在底部襯底I的表面上生長(zhǎng)的錠10的最上生長(zhǎng)表面(圖7中錠10的與放置底部襯底I的表面相反的表面，或者錠10的面對(duì)圖7中的箭頭13所示的方向的表面，所述方向是原料氣體的供應(yīng)方向)總是平坦的方式(以底部襯底I的表面與錠10的最上生長(zhǎng)表面相互平行的方式)生長(zhǎng)錠10。優(yōu)選的是，充當(dāng)籽晶襯底的底部襯底I的主表面(在其上生長(zhǎng)用于變?yōu)殄V10的晶體的表面)在相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向上傾斜1°以上且10°以下。可以將主表面的傾斜角設(shè)定為0.1°以上且10°以下。通過(guò)使用這種底部襯底1，如圖7中所示，僅在錠10的端部處的小區(qū)域中產(chǎn)生(0001)小平面5。盡管未顯示圖3中所示的支持構(gòu)件2并將底部襯底I直接布置在圖7中所示的晶體生長(zhǎng)裝置中的坩堝11的內(nèi)壁上，但是可以如圖3中所示將支持構(gòu)件2布置在底部襯底I上，并可以利用插入其間的支持構(gòu)件2將底部襯底I固定在坩堝11的內(nèi)壁上。
[0051]此處，使得錠10的最上生長(zhǎng)表面盡可能平坦(例如使得最上生長(zhǎng)表面在垂直于晶體生長(zhǎng)方向的方向上延伸)是在錠10端部處產(chǎn)生盡可能小的(0001)小平面5的條件。為了制備平坦的最上生長(zhǎng)表面，在圖7中所示的錠10的最上生長(zhǎng)表面上的中央部14、端部15和最外周部16的溫度是重要的。端部15在錠10的端部區(qū)域中并位于距坩堝11的內(nèi)壁為錠10的直徑的10%以內(nèi)的距離處。當(dāng)將中央部14的溫度表示為Ta，將端部15的溫度表示為Tb，并將最外周部16的溫度表示為Tc時(shí)，優(yōu)選的是，這些溫度之間的關(guān)系滿足關(guān)系式Tc > Tb ^ Ta，且溫度Tb與溫度Ta之間的溫度梯度((溫度Ta與溫度Tb之差的絕對(duì)值)/(中央部14與端部15之間的距離))為10°C /cm以下。
[0052]為了滿足這種溫度條件，需要降低在底部襯底I的背面?zhèn)?即圖7中坩堝11的上表面?zhèn)?上的溫度分布(使得溫度變化更小)。具體地，優(yōu)選使用例如其中形成在坩堝11的上表面?zhèn)壬系纳峥椎闹睆酱笥阱V10的寬度的結(jié)構(gòu)。因此，在錠10表面上的中央部14與端部15之間的曲率半徑能夠等于或大于錠10的半徑的三倍。例如，按如下計(jì)算曲率半徑。首先，在中央部14與端部15之間以5mm的間距測(cè)量錠10的高度(從底部襯底I的表面到錠10的表面的距離)。然后，根據(jù)各間距之間的高度差，計(jì)算與間距之間的錠10的表面相對(duì)應(yīng)的弧的半徑。然后，將在中央部14與端部15之間的各間距之間計(jì)算的弧的半徑的最小半徑定義為曲率半徑。
[0053]利用如下測(cè)量方法可以測(cè)量錠10的表面的平坦性。即，在距錠10的表面的中心5mm間距的十字方向(優(yōu)選5mm間距的矩陣)上布置的多個(gè)位置(測(cè)量點(diǎn))處測(cè)量錠10的表面距參考表面的高度。然后，測(cè)量相鄰的測(cè)量點(diǎn)之間的高度差。此外，根據(jù)由該高度差和測(cè)量點(diǎn)之間的距離確定的正切(tan)，確定與相鄰測(cè)量點(diǎn)之間的錠10表面的傾斜相對(duì)應(yīng)的角度。優(yōu)選的是，由此確定的多個(gè)角度平均為10°以下。進(jìn)一步優(yōu)選的是，所有測(cè)量的角度都為10°以下。不將測(cè)量點(diǎn)布置在距錠10的最外周部為錠10直徑的10%以內(nèi)距離的區(qū)域內(nèi)。
[0054]關(guān)于溫度Tc與溫度Tb之間的關(guān)系，優(yōu)選的是，溫度Tb與溫度Tc之差的絕對(duì)值為rc以上且50°C以下(更具體地，溫度Tc高于溫度Tb，并且溫度Tb與溫度Tc之差為1°C以上且50°C以下)。如果所述差的絕對(duì)值小于1°C，則碳化硅多晶可能附著到并生長(zhǎng)在由石墨制成的坩堝11的內(nèi)周表面上，從而阻止單晶錠的生長(zhǎng)。如果所述差超過(guò)50°C，則由于源自坩堝11的輻射熱等的影響，錠10的末端表面部分的溫度也會(huì)升高。中央部14與端部15之間的溫度差由此變大，從而導(dǎo)致不能保持錠10的表面的平坦性。
[0055]通過(guò)在這種條件下生長(zhǎng)晶體，錠10的表面變平坦，且僅在錠10的端部處產(chǎn)生(0001)小平面5。優(yōu)選的是，(0001)小平面5的寬度(底部襯底I在偏離方向上的寬度)等于或小于錠10的直徑的10%。
[0056]為了按上述將(0001)小平面5布置在錠10的端部處，優(yōu)選在整個(gè)生長(zhǎng)錠10的過(guò)程期間具有在錠10的徑向上不存在溫度分布的環(huán)境(在徑向上的溫度差小的狀態(tài))。為了該目的，除了在生長(zhǎng)的初期之外，需要在溫度升高步驟期間以及在生長(zhǎng)的中后期期間分別按如下仔細(xì)管理溫度。
[0057]例如，當(dāng)將普通的高頻加熱坩堝用于加熱坩堝11時(shí)，對(duì)坩堝11的側(cè)表面進(jìn)行加熱。由此，在溫度升高步驟中，傾向于在錠10的徑向上產(chǎn)生溫度分布。因此，在坩堝11的底表面的溫度在I個(gè)小時(shí)以內(nèi)從室溫達(dá)到2000°c以上的情況中，優(yōu)選將坩堝在40kPa以上且IOOkPa以下的氣氛壓力和預(yù)定生長(zhǎng)溫度下保持5分鐘以上以使得溫度分布均勻，然后將氣氛壓力降至預(yù)定生長(zhǎng)壓力。
[0058]在生長(zhǎng)的中后期期間，將錠10生長(zhǎng)至Icm以上的高度，由此最上生長(zhǎng)表面的溫度變得高于生長(zhǎng)初期期間的溫度。結(jié)果，錠10的最上生長(zhǎng)表面與原料之間的溫度梯度變得不太陡。這造成在端部15和最外周部16處的溫度環(huán)境從生長(zhǎng)初期期間的狀態(tài)發(fā)生變化，這可以包括端部15的溫度Tb與最外周部16的溫度Tc之間的大小關(guān)系反轉(zhuǎn)。錠10在這種狀態(tài)下具有凹入形狀，使得(OOOl)小平面5從錠10的端部朝中央部移動(dòng)。
[0059]因此，在生長(zhǎng)的中后期期間，需要通過(guò)使得坩堝11的側(cè)表面的溫度高于生長(zhǎng)初期期間的溫度，或者通過(guò)提高從坩堝11的上側(cè)散逸的熱量而始終保持滿足溫度Tc〉溫度Tb的條件的環(huán)境。另外，由于錠10的凹入表面形狀提高了發(fā)生裂紋的可能性，所以優(yōu)選的是，錠10具有平坦或輕微凸起的表面形狀。進(jìn)一步優(yōu)選的是，提前使得錠10的原料的最上表面平坦，從而防止原料的填充深度的變化。
[0060]利用如上所述方法形成的根據(jù)本發(fā)明的錠10具有小尺寸的(0001)小平面5和高度平坦的表面。由此，發(fā)生位錯(cuò)的可能性在錠10的全部表面上基本均勻，并隨著錠10的生長(zhǎng)而均勻下降。即，在根據(jù)本發(fā)明的錠10中，可以在基本整個(gè)區(qū)域上降低位錯(cuò)。
[0061]僅在錠10的端部處產(chǎn)生小平面的替代方法可以是使得產(chǎn)生小平面的部分的溫度高于其他部分的溫度。即，優(yōu)選的是，在圖7中小平面?zhèn)榷瞬?7的溫度Td和小平面?zhèn)茸钔庵懿?8的溫度Te滿足關(guān)系Te > Td,并且小平面?zhèn)榷瞬?7與小平面?zhèn)茸钔庵懿?8之間的溫度差(即Te-Td)為20°C以上且100°C以下。此外，由于中央部14與端部15之間的大溫度差增大了小平面區(qū)域，所以優(yōu)選將中央部14與端部15之間的溫度梯度設(shè)定為20°C /cm以下。
[0062]還優(yōu)選僅在小平面?zhèn)榷瞬?7與小平面?zhèn)茸钔庵懿?8之間產(chǎn)生相對(duì)大的溫度差，同時(shí)在錠10的外周部的其他部分中將端部15與最外周部16之間的溫度差設(shè)定為20°C以下。為了實(shí)現(xiàn)該目的，例如可以僅對(duì)形成小平面5的部分進(jìn)行加熱。如果利用感應(yīng)加熱法對(duì)坩堝11進(jìn)行加熱，則例如通過(guò)將坩堝11的中心線從用于加熱的盤(pán)管12的中心線向形成(0001)小平面5的側(cè)移動(dòng)指定的距離(例如約Imm以上且5mm以下)，能夠?qū)嵤┻@種加熱。另外，不考慮加熱方法，與其他部分的厚度相比，可僅在接近形成小平面5的區(qū)域的部分中提高坩堝11周圍的絕熱材料的厚度(可以從其他部分的絕熱材料的厚度提高約2_以上且約IOcm以下)。替代方法可以是在面對(duì)形成小平面5的部分的區(qū)域中對(duì)在坩堝11的上部中為了散熱而形成的孔(散熱孔)進(jìn)行填充。
[0063]將小平面5布置在錠10的端部處的替代方法例如可以是如圖3中所示在支持構(gòu)件2中布置溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件3，并與其他部分的溫度相比，改變形成小平面5的區(qū)域(底部襯底I的端部)的加熱溫度。通過(guò)諸如電加熱器的加熱構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)這種溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件3。將小平面5布置在錠10的端部處的替代方法例如可以是僅向形成小平面5的區(qū)域供應(yīng)用于在底部襯底I上生長(zhǎng)碳化硅的原料氣體，或者可以是通過(guò)對(duì)用于從處理容器的內(nèi)部排放用于生長(zhǎng)碳化硅的原料氣體的排放單元的布置進(jìn)行調(diào)節(jié)而使得在形成小平面5的區(qū)域中碳化硅的生長(zhǎng)速率高于其他區(qū)域的生長(zhǎng)速率。
[0064]接下來(lái)，實(shí)施后處理步驟(S30)。具體地，將由此形成的錠10從處理容器中移出，并實(shí)施需要的后處理如對(duì)表面層進(jìn)行研磨、在錠10上形成指示錠10的晶體取向的標(biāo)記和進(jìn)一步將底部襯底I與錠10分離。
[0065]關(guān)于在得到的錠10中已經(jīng)生長(zhǎng)碳化硅晶體的部分的最上表面9 (參見(jiàn)圖5)，優(yōu)選的是，在圖5中所示的橫截面中的最大曲率半徑等于或大于圖4中所示的錠10的平面形狀的外接圓(如果錠10具有如圖4中所示的圓形平面形狀，則為形成錠10的平面形狀的外周的圓)的半徑的三倍。
[0066]將高濃度氮區(qū)域6布置在箭頭26所示的偏離角方向上的上游側(cè)。偏離角方向是其中設(shè)置底部襯底I的偏離角的方向，且例如為〈11-20〉方向或〈1-100〉方向。當(dāng)?shù)撞恳r底I的〈0001〉方向軸與底部襯底I的表面4相交時(shí)，將其中〈0001〉方向軸相對(duì)于表面4的法線傾斜的方向定義為上游側(cè)，并將與所述上游側(cè)相反的方向定義為下游側(cè)。高濃度氮區(qū)域6中的氮濃度等于或大于低濃度氮區(qū)域7中的氮濃度的1.1倍。例如，能夠利用SIMS對(duì)氮濃度進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0067]而且，每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)高濃度氮區(qū)域6的透過(guò)率低于每單位厚度的相同光穿過(guò)錠10中除了高濃度氮區(qū)域6之外的低濃度氮區(qū)域7的透過(guò)率。例如，利用FTIR(傅里葉變換紅外光譜儀)能夠測(cè)量光透過(guò)率。
[0068]例如，能夠?qū)⒁r底20的厚度設(shè)定為400 μ m,且利用可見(jiàn)光光譜儀能夠測(cè)量具有上述波長(zhǎng)的光在襯底20的厚度方向上穿過(guò)襯底20的高濃度氮區(qū)域6的透過(guò)率，以及具有上述波長(zhǎng)的光在襯底20的厚度方向上穿過(guò)襯底20的低濃度氮區(qū)域7的透過(guò)率。
[0069]根據(jù)這種錠10，由于將具有相對(duì)高氮濃度的高濃度氮區(qū)域6布置在錠10的端部處，所以能夠形成具有相對(duì)低氮濃度的低濃度氮區(qū)域7以作為包含錠10的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠易于得到在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成相對(duì)低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。
[0070]接下來(lái)，使用由此得到的錠10，以通過(guò)圖2中所示的工藝制造圖6中所示的碳化硅襯底20。參考圖2，將對(duì)制造碳化硅襯底20的方法進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0071]在根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底的方法中，首先按圖2中所示實(shí)施錠準(zhǔn)備步驟(S40)。在該步驟(S40)中，準(zhǔn)備由碳化硅制成并通過(guò)實(shí)施圖1中所示的步驟而得到的錠10。
[0072]接下來(lái)，實(shí)施切片步驟(S50)。具體地，在步驟(S50)中，以任意方式對(duì)錠10進(jìn)行切片。例如，利用線鋸或利用具 有布置在其表面上的硬磨粒如金剛石的切割構(gòu)件(例如內(nèi)徑刀刃)能夠?qū)嵤┣衅?。能夠在任意方向如沿底部襯底I的表面4的方向(沿圖5中的直線8的方向)上對(duì)錠10進(jìn)行切片。在此情況中，能夠?qū)⒏邼舛鹊獏^(qū)域6布置在已切出的碳化硅襯底20的端部處?；蛘?，可以沿由底部襯底I的偏離角方向和底部襯底I的表面4的法線限定的面對(duì)錠10進(jìn)行切片(即，使得圖5中所示的錠10的橫截面為碳化硅襯底20的主表面)。
[0073]接下來(lái)，實(shí)施后處理步驟(S60)。具體地，對(duì)通過(guò)切片而得到的襯底的表面和/或背面進(jìn)行研磨并拋光以將表面精加工成任意表面狀態(tài)如鏡面狀態(tài)。因此，得到諸如圖6中所示的碳化硅襯底20。在碳化硅襯底20中，在包含主表面的中央部的大部分中形成低濃度氮區(qū)域7，并將高濃度氮區(qū)域6布置在端部處。如圖8中所示，通過(guò)研磨等可以將高濃度氮區(qū)域6除去，以在碳化硅襯底20的外周中形成凹部21。在此情況中，在碳化硅襯底20的基本整個(gè)表面上形成低濃度氮區(qū)域7，由此得到具有均勻特性的碳化硅襯底20。
[0074]根據(jù)這種碳化硅襯底20，能夠易于在碳化硅襯底20的表面上形成具有高度均勻的特性的碳化硅外延層。
[0075]如果在圖1中所示的后處理步驟(S30)中通過(guò)研磨等將高濃度氮區(qū)域6從錠10除去之后實(shí)施圖2中所示的制造碳化硅襯底的方法，則能夠得到諸如圖8中所示的不含高濃度氮區(qū)域的碳化硅襯底20，即具有形成在整個(gè)表面上的低濃度氮區(qū)域的碳化硅襯底20。除了已經(jīng)將圖6中所示的高濃度氮區(qū)域6除去之外，圖8中所示的碳化硅襯底20基本具有與圖6中所示的碳化硅襯底20類似的結(jié)構(gòu)。結(jié)果，圖8中所示的碳化硅襯底20具有在高濃度氮區(qū)域6所位于的外周端部中部分形成的凹部21。當(dāng)通過(guò)在沿圖5中的直線8的方向上對(duì)錠10進(jìn)行切片而得到這種碳化硅襯底20時(shí)，凹部21位于在碳化硅襯底20的偏離角方向上的端部處。
[0076]盡管將具有圓形平面形狀的襯底用作上述制造錠10和碳化硅襯底20的方法中的底部襯底1，但是能夠?qū)⒕哂辛硪环N任意形狀的襯底用作底部襯底I。如果將具有方形平面形狀的襯底用作底部襯底1，則例如能夠如圖9中所示得到具有基本方形平面形狀的錠10。在此情況中同樣，通過(guò)在圖1中所示的成膜步驟(S20)中控制加工條件，當(dāng)對(duì)錠10進(jìn)行二維觀察時(shí)能夠?qū)⑿∑矫?布置在端部處。沿圖9中的線V-V的橫截面類似于圖5中所示的橫截面。優(yōu)選的是，得到的錠10的最上表面的最大曲率半徑(圖5中最上表面9的最大曲率半徑)等于或大于圖9中所示錠10的平面形狀的外接圓25的半徑的三倍。 [0077]在此情況中同樣，通過(guò)在與底部襯底I的表面4平行的方向(即圖5中用直線8所示的方向)上對(duì)錠10進(jìn)行切片，能夠得到具有諸如圖10中所示的平面形狀的碳化硅襯底20。在圖10中所示的碳化硅襯底20中同樣，將高濃度氮區(qū)域6布置在端部處，并將低濃度氮區(qū)域7形成在其他區(qū)域中。這種碳化硅襯底20具有與圖6中所示的碳化硅襯底20類似的效果。
[0078]另外，通過(guò)研磨等將高濃度氮區(qū)域6從圖10中所示的碳化硅襯底20除去，能夠如圖11中所示得到具有形成在其整個(gè)表面上的低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20?？梢栽谛纬慑V10的步驟(具體地，圖1中所示的后處理步驟(S30))中提前將高濃度氮區(qū)域6從錠10除去。這種碳化硅襯底20具有與圖8中所示的碳化硅襯底20類似的效果。
[0079]或者，能夠?qū)⒂商蓟鑶尉е瞥刹⒕哂兄T如圖12中所示的矩形平面形狀的襯底用作用于形成錠10的底部襯底I。在此情況中同樣，利用圖1中所示的制造錠10的方法能夠形成具有諸如圖12中所示的平面形狀的錠10。沿圖12中的錠10的線V-V的橫截面形狀基本與圖5中所示的錠10類似。優(yōu)選的是，圖12中所示的錠10的最上表面9 (參見(jiàn)圖5)的最大曲率半徑等于或大于圖12中所示的錠10的平面形狀的外接圓25的半徑的三倍。
[0080]然后，通過(guò)對(duì)圖12中所示的錠10進(jìn)行切片并利用圖2中所示的方法對(duì)錠10進(jìn)行后處理，能夠得到具有諸如圖13中所示的矩形平面形狀的碳化硅襯底20。在平行于圖12的圖的平面的方向(沿底部襯底的表面的方向)上實(shí)施切片。在這種碳化硅襯底20中同樣，將高濃度氮區(qū)域6形成在端部處，并將低濃度氮區(qū)域7形成在大的其他區(qū)域中。這種碳化硅襯底20具有與圖6中所示的襯底類似的效果。
[0081]此外，通過(guò)從圖13中所示的碳化硅襯底20除去高濃度氮區(qū)域6，如圖14中所示，能夠得到具有形成在其整個(gè)表面上的低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。在此情況中，通過(guò)在形成圖12中所示的錠10的步驟中從錠10除去高濃度氮區(qū)域6且其后對(duì)錠10進(jìn)行切片，可以得到圖14中所示的碳化硅襯底20。
[0082]或者，能夠?qū)⒕哂辛呅纹矫嫘螤畹囊r底用作底部襯底I。當(dāng)將這種襯底用作底部襯底I時(shí)，能夠得到具有諸如圖15中所示的六邊形平面形狀的錠10。在這種錠10中同樣，能夠?qū)?0001)小平面5布置在已經(jīng)生長(zhǎng)錠10的晶體的最上表面9 (參見(jiàn)圖5)的端部處。圖15中所示的錠10沿線V-V的橫截面圖與圖5中所示的橫截面圖類似。優(yōu)選的是，得到的錠10的最上表面9的最大曲率半徑(圖5中的最上表面9的最大曲率半徑)等于或大于圖15中所示的錠10的平面形狀的外接圓25的半徑的三倍。
[0083]然后，通過(guò)利用圖2中所示的方法對(duì)圖15中所示的錠10進(jìn)行切片并加工，能夠得到具有諸如圖16中所示的六邊形平面形狀的碳化硅襯底20。在平行于圖15中的圖的平面的方向(沿底部襯底I的表面的方向)上實(shí)施切片。在這種碳化硅襯底20中同樣，將高濃度氮區(qū)域6布置在端部處，并將低濃度氮區(qū)域7形成在其他區(qū)域中。這種襯底具有與圖6中所示的襯底類似的效果。
[0084]此外，通過(guò)研磨等從圖16中所示的碳化硅襯底20除去高濃度氮區(qū)域6，如圖17中所示，能夠得到具有形成在其整個(gè)表面上的低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。在此情況中，通過(guò)在形成圖15中所示的錠10的步驟中從錠10除去高濃度氮區(qū)域6且其后對(duì)錠10進(jìn)行切片，可以得到圖17中所示的碳化硅襯底20。
[0085]盡管在上述實(shí)施方案中已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的一些特征進(jìn)行了說(shuō)明，但現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的特征進(jìn)行說(shuō)明。
[0086]如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅錠10的方法包括:準(zhǔn)備底部襯底I的步驟，所述底部襯底I由單晶碳化硅制成并在偏離角方向上具有0.1°以上且10°以下、更優(yōu)選1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向(準(zhǔn)備步驟S10);和在底部襯底I的表面上生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(成膜步驟S20)。在所述成膜步驟(S20)中，在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的碳化硅層的表面上形成具有(0001)小平面5的區(qū)域，所述上游側(cè)為在所述偏離角方向上在底部襯底I的〈0001〉方向軸與底部襯底I的表面4之間相交的角為銳角的一側(cè)。
[0087]通過(guò)以此方式在錠10的端部處形成易于引入氮的(0001)小平面5，能夠?qū)⒕哂邢鄬?duì)高氮濃度的區(qū)域(位于(00 01)小平面下面的高濃度氮區(qū)域6)布置在碳化硅錠10的端部處。由此，能夠形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(除了高濃度氮區(qū)域之外的低濃度氮區(qū)域7)以作為包含碳化硅錠10的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠易于得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。由于能夠以此方式在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成低濃度氮區(qū)域7(即其中引入少量氮的具有穩(wěn)定濃度的區(qū)域)，所以能夠以更高的襯底利用效率在碳化硅襯底20的表面上有效地形成半導(dǎo)體器件。
[0088]在上述制造碳化硅錠的方法中，在生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(成膜步驟(S20))之后的碳化硅層中，位于具有(0001)小平面的區(qū)域下面的部分是高濃度氮區(qū)域6，所述高濃度氮區(qū)域6的濃度高于在所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的所述部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的氮濃度。
[0089]在此情況中，高濃度氮區(qū)域6形成在具有(0001)小平面5的區(qū)域的下面，并將氮濃度低于高濃度氮區(qū)域6中的低濃度氮區(qū)域7形成在包含錠中央部的其他部分中。因此，通過(guò)對(duì)這種碳化硅錠10進(jìn)行切片能夠易于得到具有形成在包含表面中央部的大區(qū)域中的低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。
[0090]在上述制造碳化硅錠的方法中，高濃度氮區(qū)域6在偏離角方向(沿圖3中的箭頭26的方向)上的寬度等于或小于底部襯底I在所述偏離角方向上的寬度的1/10。在此情況中，高濃度氮區(qū)域6的尺寸相對(duì)于整個(gè)碳化硅錠10足夠小。由此，在得自碳化硅錠10的碳化硅襯底20的表面(主表面)上能夠降低由高濃度氮區(qū)域6占據(jù)的面積。因此，能夠在碳化硅襯底20的表面上形成足夠大尺寸的低濃度氮區(qū)域7 (具有穩(wěn)定的氮濃度)。而且，在對(duì)碳化硅錠10的外周進(jìn)行研磨和成形的步驟中能夠容易地將高濃度氮區(qū)域6除去，由此抑制對(duì)碳化硅錠10進(jìn)行加工所需要的時(shí)間的增加。
[0091]上述制造碳化硅錠的方法還包括除去高濃度氮區(qū)域的步驟(圖1中的后處理步驟(S30))。在此情況中，能夠在碳化硅錠10的大部分中形成低濃度氮區(qū)域7。結(jié)果，能夠在從碳化硅錠10切出的碳化硅襯底20的整個(gè)表面上形成低濃度氮區(qū)域7，由此得到具有穩(wěn)定的氮濃度和高均勻性的碳化硅襯底20。
[0092]在上述制造碳化硅錠的方法中，每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)高濃度氮區(qū)域6的透過(guò)率低于每單位厚度的相同光穿過(guò)所述碳化硅層(在底部襯底I上生長(zhǎng)的碳化硅層)中除了所述高濃度氮區(qū)域之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的透過(guò)率。
[0093]穿過(guò)碳化硅錠10的上述光透過(guò)率傾向于隨氮濃度的增大而降低。由此，高濃度氮區(qū)域6和除了高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域7)關(guān)于光透過(guò)率特性也具有不同值。因此，根據(jù)本發(fā)明，由于將具有相對(duì)低的光透過(guò)率的區(qū)域(高濃度氮區(qū)域6)布置在碳化硅錠10的端部處，所以關(guān)于光透過(guò)率特性，也能夠形成具有相對(duì)高的光透過(guò)率的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域7)以作為包含碳化硅錠10的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從碳化硅錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)高光透過(guò)率的區(qū)域的碳化硅襯底20。
[0094]在上述制造碳化硅錠10的方法中，位于具有(0001)小平面的區(qū)域下面的部分(高濃度氮區(qū)域6)的微管密度高于在碳化硅層中除了位于具有(0001)小平面的區(qū)域下面的部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的微管密度。在此情況中，由于將具有相對(duì)高微管密度的高濃度氮區(qū)域6布置在碳化硅錠10的端部處，所以關(guān)于微管密度特性，也能夠形成具有相對(duì)低微管密度的區(qū) 域(低濃度氮區(qū)域7)以作為包含碳化硅錠10的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從碳化硅錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低微管密度的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域7)的碳化硅襯底20。
[0095]在上述制造碳化硅錠10的方法中，在生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(成膜步驟(S20))之后碳化硅層的表面(圖5中所示的最上表面9)的最大曲率半徑等于或大于底部襯底I的平面形狀的外接圓25的半徑的三倍。優(yōu)選的是，碳化硅層的表面(圖5中的最上表面9)的最大曲率半徑為在碳化硅層中包含距底部襯底I的表面最遠(yuǎn)的部分的區(qū)域(最上表面)的最大曲率半徑。
[0096]在此情況中，形成在底部襯底I上的碳化硅層能夠具有足夠大的體積，由此確保碳化硅錠10的足夠大的體積。由此，當(dāng)從碳化硅錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠有效地得到具有大面積的碳化硅襯底20?？稍谄矫嫘螤畲笥诘撞恳r底I的平面形狀的條件下(例如以平面形狀隨距底部襯底I的距離增大而變大的方式或在隨著距底部襯底I的距離增大側(cè)壁向外傾斜的條件下)，形成碳化硅層(包含高濃度氮區(qū)域6和低濃度氮區(qū)域7的碳化硅外延生長(zhǎng)層)。
[0097]利用上述制造碳化硅錠10的方法制造根據(jù)本發(fā)明的碳化硅錠10。在此情況中，能夠形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域7)以作為包含碳化硅錠10的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從碳化硅錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。
[0098]如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底20的方法包括:使用根據(jù)上述制造碳化硅錠10的方法準(zhǔn)備碳化硅錠的步驟(S40);以及對(duì)所述碳化硅錠10進(jìn)行切片的步驟(切片步驟(S50))。
[0099]在此情況中，在碳化硅錠10中，形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(除了高濃度氮區(qū)域之外的低濃度氮區(qū)域7)以作為包含碳化硅錠10的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)在切片步驟(S50)中從碳化硅錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。
[0100]在上述制造碳化硅襯底的方法中在準(zhǔn)備碳化硅錠的步驟(錠準(zhǔn)備步驟(S40))中，在生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(成膜步驟(S20))之后的碳化硅層中，位于具有(0001)小平面的區(qū)域下面的部分可以是高濃度氮區(qū)域6，所述高濃度氮區(qū)域6的氮濃度高于在所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的所述部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的氮濃度。上述制造碳化硅襯底的方法，在對(duì)碳化硅錠10進(jìn)行切片的切片步驟(S50)之前，可還包括從碳化硅錠10除去高濃度氮區(qū)域6的步驟(例如通過(guò)研磨將包括在圖1中的后處理步驟(S30)中的高濃度氮區(qū)域6除去的步驟)。
[0101]從不同的觀點(diǎn)來(lái)看，如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅襯底20的方法包括使用上述制造碳化硅錠10的方法準(zhǔn)備碳化硅錠的步驟(錠準(zhǔn)備步驟S40)。在準(zhǔn)備碳化硅錠的步驟(錠準(zhǔn)備步驟(S40))中，在生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(成膜步驟(S20))之后的碳化硅層中，位于具有(0001)小平面的區(qū)域下面的部分可以是高濃度氮區(qū)域6，所述高濃度氮區(qū)域6的氮濃度高于在所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的所述部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的氮濃度。所述方法還包括:從碳化硅錠10除去高濃度氮區(qū)域6的步驟(例如通過(guò)研磨將包括在圖1中的后處理步驟(S30)中的高濃度氮區(qū)域6除去的步驟)；以及在實(shí)施除去高濃度氮區(qū)域6的步驟之后對(duì)碳化硅錠10進(jìn)行切片的步驟(切片步驟(S50))。
[0102]在此情況中，將高濃度氮區(qū)域6從切出碳化硅襯底20的碳化硅錠10除去，由此提高碳化硅錠10中的氮濃度、透過(guò)率等的均勻性。
[0103]利用上述制造碳化硅襯底的方法制造根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底10。因此，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。
[0104]根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅錠的方法包括:準(zhǔn)備底部襯底I的步驟，所述底部襯底I由單晶碳化硅制成并在偏離角方向(圖3中箭頭26所示的方向)上具有0.1°以上且10°以下、更優(yōu)選1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向(準(zhǔn)備步驟(SlO));和在底部襯底I的表面上生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(成膜步驟(S20))。在所述成膜步驟(S20)中，在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的碳化硅層的表面上形成具有(0001)小平面5的區(qū)域，所述上游側(cè)為在所述偏離角方向上在底部襯底I的〈0001〉方向軸與底部襯底I的表面4之間相交的角為銳角的一側(cè)。在成膜步驟(S20)之后的碳化硅層中，每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)位于具有、(0001)小平面5的區(qū)域下面的部分(高濃度氮區(qū)域6)的透過(guò)率小于每單位厚度的相同光穿過(guò)在碳化硅層中除了位于具有(OOOl)小平面5的區(qū)域下面的部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的透過(guò)率。
[0105]通過(guò)以此方式在碳化硅錠10的端部處形成易于引入氮的(0001)小平面5，將由于在生長(zhǎng)碳化硅層期間從(0001)小平面5向其中引入氮而具有下降的透過(guò)率的區(qū)域(高濃度氮區(qū)域6)布置在碳化硅錠10的端部處((0001)小平面5下面的部分)。由此，能夠形成包含碳化硅錠10的中心部的其他部分(低濃度氮區(qū)域7)以作為具有相對(duì)高的光透過(guò)率的區(qū)域。因此，當(dāng)從碳化硅錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠易于得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)高的光透過(guò)率的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域7)的碳化硅襯底20。由于能夠以此方式在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)高的光透過(guò)率的區(qū)域(其中引入少量氮的具有穩(wěn)定的氮濃度和透過(guò)率的區(qū)域)，所以能夠在襯底表面上有效形成半導(dǎo)體器件。
[0106]根據(jù)本發(fā)明的碳化硅錠10包含:底部襯底1，其由單晶碳化硅制成并在偏離角方向上具有0.1°以上且10°以下、更優(yōu)選1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向；和在所述底部襯底I的表面上形成的碳化硅層。在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的碳化硅層的表面上形成有具有(0001)小平面5的區(qū)域，所述上游側(cè)為在偏離角方向上在底部襯底的〈0001〉方向軸與底部襯底I的表面4之間相交的角為銳角的一側(cè)。
[0107]在碳化硅錠10的碳化硅層中，位于具有(0001)小平面5的區(qū)域下面的部分可以是高濃度氮區(qū)域6，所述高濃度氮區(qū)域6的氮濃度高于所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的所述部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的氮濃度。
[0108]通過(guò)以此方式在錠10的端部處形成易于引入氮的(0001)小平面5，能夠?qū)⒕哂邢鄬?duì)高氮濃度的區(qū)域(位于(0001)小平面5下面的高濃度氮區(qū)域6)布置在碳化硅錠10的端部處。由此，能夠形成具有相對(duì)低氮濃度的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域7)以作為包含碳化硅錠10的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng) 從錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，易于得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成低濃度氮區(qū)域7的碳化硅襯底20。
[0109]在碳化硅錠10中，高濃度氮區(qū)域6中的氮濃度可以等于或大于除了位于具有(0001)小平面5的區(qū)域下面的部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)中的氮濃度的1.1倍。
[0110]在此情況中，通過(guò)氮濃度、光透過(guò)率等能夠容易地將高濃度氮區(qū)域6和低濃度氮區(qū)域7相互區(qū)分。因此，當(dāng)通過(guò)研磨將高濃度氮區(qū)域6從碳化硅錠10除去時(shí)，或當(dāng)從碳化硅錠10切出碳化硅襯底20以在碳化硅襯底20的表面上形成器件時(shí)，能夠容易地在除了高濃度氮區(qū)域6之外的區(qū)域中形成器件(或能夠不在高濃度氮區(qū)域6與低濃度氮區(qū)域7之間的邊界部分上形成器件)。
[0111]在碳化硅錠10中，高濃度氮區(qū)域6在偏離角方向上的寬度可以等于或小于底部襯底I在偏離角方向上的寬度的1/10。在此情況中，高濃度氮區(qū)域6的尺寸小，由此能夠確保除了高濃度氮區(qū)域6之外的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域7)的尺寸足夠大。
[0112]在碳化硅錠10中，每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)高濃度氮區(qū)域6的透過(guò)率可以低于每單位厚度的相同光穿過(guò)碳化硅層中除了高濃度氮區(qū)域之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的透過(guò)率。
[0113]在此情況中，通過(guò)光透過(guò)率能夠容易地將高濃度氮區(qū)域6和低濃度氮區(qū)域7相互區(qū)分。因此，通過(guò)研磨能夠容易地將高濃度氮區(qū)域6從碳化硅錠10除去。
[0114]在碳化硅錠10中，穿過(guò)高濃度氮區(qū)域6的透過(guò)率可以比穿過(guò)碳化硅層中除了高濃度氮區(qū)域之外的低濃度氮區(qū)域7的透過(guò)率低5%以上。在此情況中，通過(guò)透過(guò)率差能夠容易地將高濃度氮區(qū)域6和低濃度氮區(qū)域7相互區(qū)分。
[0115]在碳化硅錠10中，位于具有(0001)小平面的區(qū)域下面的部分(高濃度氮區(qū)域6)的微管密度可以高于在碳化硅層中除了位于具有(0001)小平面5的區(qū)域下面的部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的微管密度。在此情況中，形成除了位于具有(0001)小平面5的區(qū)域下面的部分之外的部分(具有相對(duì)低微管密度的低濃度氮區(qū)域7)以作為包含碳化硅錠10的中心部的大區(qū)域。由此，當(dāng)從錠10切出碳化硅襯底20時(shí)，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低微管密度的區(qū)域的碳化硅襯底20。
[0116]在碳化硅錠10中，位于具有(0001)小平面5的區(qū)域下面的部分(高濃度氮區(qū)域6)的微管密度可以等于或大于碳化硅層中除了位于具有(0001)小平面5的區(qū)域下面的部分之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的微管密度的1.2倍。
[0117]在此情況中，除了位于具有(0001)小平面5的區(qū)域下面的部分之外的低濃度氮區(qū)域7因此具有相對(duì)低的微管密度。由此，能夠得到在包含中心部的大區(qū)域中具有下降的微管密度的碳化硅錠10。
[0118]在碳化娃徒10中，碳化娃層的表面(圖5中所不的最上表面9)的最大曲率半徑可以等于或大于底部襯底I的平面形狀的外接圓25的半徑的三倍。在此情況中，形成在底部襯底I上的碳化硅層具有足夠大的體積，由此確保碳化硅錠10的體積足夠大。
[0119]通過(guò)對(duì)碳化硅錠10進(jìn)行切片得到根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底20。因此，能夠容易地得到其中在包含襯底中央部的大區(qū)域中形成具有相對(duì)低氮濃度的低濃度氮區(qū)域7 (或具有高光透過(guò)率的區(qū)域)的碳化硅 襯底20。
[0120]在將高濃度氮區(qū)域6從碳化硅錠10除去之后，可通過(guò)對(duì)碳化硅錠10進(jìn)行切片而得到根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底20。因此，由于提前將高濃度氮區(qū)域6 (具有低光透過(guò)率的區(qū)域)除去，所以使用碳化硅錠10形成碳化硅襯底20，在所述碳化硅錠10中在其大區(qū)域中形成氮濃度低于高濃度氮區(qū)域6的低濃度氮區(qū)域7 (光透過(guò)率比高濃度氮區(qū)域中更高的區(qū)域)(或在所述碳化硅錠10中僅形成低濃度氮區(qū)域7)。因此，能夠得到氮濃度和光透過(guò)率的變化更小的碳化硅襯底20。
[0121]在碳化硅襯底20中，氮濃度可以相對(duì)于平均值變化10%以下。在此情況中，氮濃度的變化足夠小，從而不會(huì)不利地影響碳化硅襯底20的特性，由此確保具有均勻特性的碳化硅襯底20。
[0122]在碳化硅襯底20中，位錯(cuò)密度可以相對(duì)于平均值變化80%以下。此外，低濃度氮區(qū)域7中的位錯(cuò)密度可以相對(duì)于平均值變化80%以下。在這種位錯(cuò)密度的變化下，能夠抑制碳化硅襯底20的主表面中的特性變化，從而不存在實(shí)用上的問(wèn)題。
[0123]在根據(jù)本發(fā)明的碳化硅襯底20中，在〈11-20〉方向或〈1_100>方向上的一個(gè)端部處形成有氮濃度相對(duì)高于其他部分的高濃度氮區(qū)域6。高濃度氮區(qū)域6可以形成在上游側(cè)的端部處，所述上游側(cè)為在所述〈11-20〉方向或〈1-100〉方向(偏離角方向)上碳化硅襯底20的〈0001〉方向軸與碳化硅襯底20的表面之間相交的角為銳角的一側(cè)。因此，當(dāng)生長(zhǎng)用于形成碳化硅襯底20的碳化硅錠10時(shí)，通過(guò)控制(0001)小平面的布置能夠易于將高濃度氮區(qū)域6布置在碳化硅襯底20的端部處。
[0124]碳化硅襯底20可以具有4英寸以上的尺寸(例如在進(jìn)行二維觀察時(shí)的最大寬度)。當(dāng)應(yīng)用于具有4英寸以上尺寸的碳化硅襯底20時(shí)，在器件的制造效率方面本發(fā)明能夠具有特別顯著的效果。
[0125]在碳化硅襯底20中，高濃度氮區(qū)域6中的氮濃度可以等于或大于其他部分中的氮濃度的1.1倍。在此情況中，通過(guò)光透過(guò)率等能夠容易地將高濃度氮區(qū)域6和除了高濃度氮區(qū)域之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)相互區(qū)分。
[0126]在碳化硅襯底20中，高濃度氮區(qū)域6在〈11-20〉方向或〈1_100>方向上的寬度可以等于或小于碳化硅襯底20在相同方向上的寬度的1/10。在此情況中，高濃度氮區(qū)域6的尺寸小，由此確保除了高濃度氮區(qū)域6之外的區(qū)域(低濃度氮區(qū)域7)的尺寸足夠大。
[0127]在碳化硅襯底20中，每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)高濃度氮區(qū)域6的透過(guò)率可以低于每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)除了高濃度氮區(qū)域之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的透過(guò)率。此外，穿過(guò)高濃度氮區(qū)域6的透過(guò)率可以比穿過(guò)除了高濃度氮區(qū)域之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的透過(guò)率低5%以上。
[0128]在此情況中，通過(guò)透過(guò)率能夠容易地將高濃度氮區(qū)域6和低濃度氮區(qū)域7相互區(qū)分。因此，當(dāng)在碳化硅襯底20的表面上形成器件時(shí)，所述器件能夠容易地形成在除了高濃度氮區(qū)域6之外的區(qū)域中(或能夠不形成在高濃度氮區(qū)域6與其他區(qū)域之間的邊界部分上)。
[0129]在碳化硅襯底20中，高濃度氮區(qū)域6的微管密度可以高于除了高濃度氮區(qū)域之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的微管密度。此外，在碳化硅襯底20中，高濃度氮區(qū)域6的微管密度可以等于或大于除了高濃度氮區(qū)域之外的部分(低濃度氮區(qū)域7)的微管密度的1.2 倍。
[0130]在此情況中，在占據(jù)碳化硅襯底的大部分的低濃度氮區(qū)域7中微管密度下降。由此，當(dāng)在碳化娃襯底20的表面上形成碳化娃外延層時(shí),在碳化娃外延層中能夠抑制由碳化硅襯底20中的微管造成的缺陷的發(fā)生。
[0131]在碳化硅襯底中，氮濃度可以相對(duì)于平均值變化10%以下。在此情況中，氮濃度的變化足夠小，從而不會(huì)不利地影響碳化硅襯底的特性，由此確保具有均勻特性的碳化硅襯
。
[0132]在碳化硅襯底中，位錯(cuò)密度可以相對(duì)于平均值變化80%以下。此外，低濃度氮區(qū)域中的位錯(cuò)密度可以相對(duì)于平均值變化80%以下。在這種位錯(cuò)密度的變化下，能夠抑制碳化硅襯底的主表面中的特性變化，從而不存在實(shí)用上的問(wèn)題。
[0133]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的制造碳化硅錠的方法，能夠?qū)⑿∑矫娌贾迷谔蓟桢V10的端部處。在此情況中，通過(guò)僅對(duì)錠10的端部進(jìn)行研磨并然后對(duì)錠10進(jìn)行切片，能夠得到在整個(gè)表面上不具有小平面的襯底20。小平面與除了小平面之外的區(qū)域在氮的摻雜量和主位錯(cuò)方面相互不同。盡管所述差別不會(huì)對(duì)尺寸小于4英寸的襯底20造成大的影響，但是會(huì)明顯影響具有4英寸以上尺寸的襯底，從而使得本發(fā)明的效果特別顯著。
[0134]當(dāng)對(duì)襯底20進(jìn)行拋光步驟時(shí)，碳化硅襯底中的氮摻雜量對(duì)CMP的拋光速率有影響。由此優(yōu)選的是，襯底20中的氮摻雜量均勻。當(dāng)襯底具有4英寸以上的尺寸時(shí)，襯底20的翹曲和TTV也隨襯底尺寸的增大而增大。氮摻雜量的影響也變得顯著。即，當(dāng)襯底中的氮摻雜量的面內(nèi)變化變小時(shí)，由諸如氮的雜質(zhì)造成的內(nèi)部應(yīng)力分布的變化變小，從而改善翹曲和TTV。 [0135]此外，形成器件的步驟(例如熱處理步驟)也受到氮的摻雜量等的影響。即，氮的摻雜量不同改變了襯底的光吸收率，從而在對(duì)襯底進(jìn)行加熱時(shí)造成局部溫差。因?yàn)闊醾鲗?dǎo)的效果，這種溫差不會(huì)明顯影響具有小尺寸的襯底20。然而，當(dāng)襯底具有4英寸以上的大直徑時(shí)，熱傳導(dǎo)的影響隨溫度升高而變小，由此在襯底20中易于產(chǎn)生溫度分布。因此，溫度條件在襯底的面內(nèi)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致不能在襯底表面上形成均勻的膜。在得自根據(jù)本發(fā)明的錠10的襯底中能夠抑制這種問(wèn)題的發(fā)生，因?yàn)榈膿诫s量高度均勻。
[0136]能夠利用SMS測(cè)量氮摻雜量(氮濃度)。在根據(jù)本發(fā)明的由碳化硅制成的錠10中，例如，在氮摻雜量高的部分中的氮濃度等于或大于其他區(qū)域中的氮濃度的1.5倍。
[0137]如果從根據(jù)本發(fā)明的錠10切出的襯底20具有400 μ m的厚度，則優(yōu)選的是，具有400nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)襯底20的透過(guò)率滿足如下條件。即，當(dāng)利用可見(jiàn)光光譜儀在襯底20的多個(gè)部分(例如包含中央部的10個(gè)部分)處測(cè)量光透過(guò)率時(shí)，優(yōu)選的是，平均光透過(guò)率為20%以上且65%以下。還優(yōu)選的是，在襯底主表面的大部分(面積比等于或大于70%的區(qū)域)中，局部透過(guò)率在平均透過(guò)率的±20%以內(nèi)。還優(yōu)選的是，襯底20的折射率為2.5以上且2.8以下。
[0138]通過(guò)利用熔融鹽KOH作為腐蝕溶液進(jìn)行腐蝕而對(duì)襯底表面進(jìn)行處理以使得位錯(cuò)可視化，對(duì)襯底的位錯(cuò)密度進(jìn)行測(cè)量。具體地，將熔融鹽KOH加熱至500°C，并將襯底20在熔融鹽KOH的溶液中浸潰約I~10分鐘。結(jié)果，在襯底20的表面中形成與位錯(cuò)相對(duì)應(yīng)的蝕坑。然后，利用Nomarski差分干涉顯微鏡對(duì)蝕坑的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)并將其除以測(cè)量范圍的面積，以計(jì)算每單位面積的蝕坑數(shù)目(即每單位面積的位錯(cuò)數(shù)目)。
[0139]如果在作為底部襯底I的位錯(cuò)密度的微管密度(MPD)為10~IOOcnT2且蝕坑密度(EPD)為I~5E4cnT2的條件下，對(duì)通過(guò)在距底部襯底I為20mm距離的位置中對(duì)根據(jù)本發(fā)明的錠10進(jìn)行切片而得到的襯底20測(cè)量位錯(cuò)數(shù)目，則相對(duì)于底部襯底1，微管密度和蝕坑密度下降至約1/2~約1/20。
實(shí)施例
[0140]為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，按如下制造錠和襯底并對(duì)其特性進(jìn)行測(cè)量。
[0141](試樣)
[0142]在本發(fā)明的實(shí)施例和比較例中按如下制備碳化硅錠和通過(guò)對(duì)所述碳化硅錠進(jìn)行切片而得到的碳化硅襯底的試樣。
[0143]<對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和比較例中的底部襯底進(jìn)行取樣>
[0144]為了制造碳化硅錠，準(zhǔn)備具有如下條件的碳化硅單晶襯底以作為底部襯底。具體地，為了制造根據(jù)本發(fā)明的錠，準(zhǔn)備六個(gè)4H-SiC單晶襯底(三個(gè)用于實(shí)施例且三個(gè)用于比較例)以作為底部襯底I。底部襯底I具有50~180mm的直徑和100~2000 μ m的厚度。底部襯底I具有800 μ m的厚度。底部襯底I的主表面在相對(duì)于(0001)面的〈11_20>方向上具有4°的偏離角。至少對(duì)各底部襯底I的在其上生長(zhǎng)晶體的表面進(jìn)行鏡面拋光。作為位錯(cuò)密度，底部襯底I具有10~IOOcnT2的微管密度(MPD)和I~5E4cnT2的蝕坑密度(EPD)。按如下測(cè)量這些位錯(cuò)密度。即，在將各底部襯底I在通過(guò)加熱至500°c而熔融的KOH中浸潰I~10分鐘之后,通過(guò)利用Nomarski差分干涉顯微鏡對(duì)底部襯底的表面進(jìn)行觀察,對(duì)蝕坑的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)。然后，根據(jù)觀察的區(qū)域的面積和計(jì)數(shù)的數(shù)目計(jì)算每單位面積的蝕坑的數(shù)目。[0145](實(shí)驗(yàn)方法)
[0146]制造錠:
[0147]〈實(shí)施例的錠〉
[0148]通過(guò)在實(shí)施例中的各底部襯底的表面上形成碳化硅外延層制造了實(shí)施例的碳化硅錠。具體地，將底部襯底I和作為底部襯底I的原料的粉末形式的SiC引入由石墨制成的坩堝中。將原料與底部襯底之間的距離設(shè)定在IOmm~IOOmm的范圍內(nèi)。將普通的生長(zhǎng)方法如升華法或改進(jìn)的Rayleigh法用于制造。具體地，將這種坩堝布置在加熱坩堝中并升高溫度。在溫度升高期間，將氣氛的壓力設(shè)定在50kPa到大氣壓的范圍內(nèi)。在晶體生長(zhǎng)期間，將坩堝下部的溫度設(shè)定在2200°C以上~2500°C以下的范圍內(nèi)，并將坩堝上部的溫度設(shè)定在2000°C以上~2350°C以下的范圍內(nèi)。將坩堝下部的溫度設(shè)定得高于坩堝上部的溫度。在升高晶體生長(zhǎng)時(shí)的溫度之后，將氣氛壓力控制在0.1~20kPa的范圍內(nèi)。將He、Ar、N2中的任一種或包含He、Ar、N2中的兩種以上的混合氣體用作氣氛氣體。在此情況中將Ar+N2的氣體用作氣氛氣體。在冷卻期間，將氣氛壓力升至50kPa到大氣壓的范圍內(nèi)，然后降低加熱坩堝的溫度。
[0149]在晶體生長(zhǎng)期間，以在底部襯底I的表面上生長(zhǎng)的錠10的最上生長(zhǎng)表面(圖7中的錠10的與放置底部襯底I的表面相反的表面，或錠10的面對(duì)圖7中的箭頭13所示的方向的表面，其中在所述方向上供應(yīng)原料氣體)如圖7中所示始終平坦的方式生長(zhǎng)錠10。具體地，如同參考圖7所述的，當(dāng)將圖7中的錠10的中央部14的溫度表示為Ta，將端部15的溫度表示為Tb，并將最外周部16的溫度表示為Tc時(shí)，以這些溫度之間的關(guān)系滿足關(guān)系式Tc > Tb ^ Ta的方式生長(zhǎng)晶體，且溫度Tb與溫度Ta之間的溫度梯度((溫度Ta與溫度Tb之差的絕對(duì)值)/(中央部14與端部15之間的距離))為10°C /cm以下。具體地，使得位于坩堝上表面?zhèn)鹊臍种械纳峥椎闹睆酱笥阱V10的直徑。將由以此方式在底部襯底上生長(zhǎng)的碳化硅制成的錠移出。
[0150]〈比較例的錠〉
[0151 ] 通過(guò)在比較例中的各底部襯底的表面上形成碳化硅外延層制造比較例的碳化硅錠。除了將氈直接布置在坩堝的上表面上并且在氈的中心部中形成的散熱孔具有20mm的直徑之外，基本以與上述制造實(shí)施例的錠的方式類似的方式制造了比較例的錠。因此，散熱效果僅在散熱孔附近更大，從而導(dǎo)致在形成的錠的中央部14與端部15之間的溫度梯度為IO0C /cm以上。將比較例的由以此方式生長(zhǎng)的碳化硅制成的錠移出。
[0152]測(cè)量錠的最上表面的平坦性:
[0153]對(duì)于實(shí)施例和比較例的錠測(cè)量表面的平坦性。通過(guò)在除了相對(duì)于外周側(cè)的錠的直徑在10%范圍以內(nèi)的區(qū)域之外的(中央部的)區(qū)域中測(cè)量錠的高度(從底部襯底的表面到錠的表面的距離)確定各個(gè)錠的平坦性。盡管優(yōu)選在錠的全部表面上具有高度分布，但僅需要在十字方向上從錠的中心起以Imm~5mm的間距測(cè)量錠的高度。
[0154]在十字方向上按如下測(cè)量平坦性。即，從錠10的表面的中心起以5mm間距在十字方向上(優(yōu)選以5mm間距的矩陣)布置的多個(gè)位置處測(cè)量錠10的表面的高度。然后，計(jì)算相鄰測(cè)量點(diǎn)之間的高度差。此外，根據(jù)由該高度差和測(cè)量點(diǎn)之間的距離確定的正切(tan)，確定與相鄰測(cè)量點(diǎn)之間的錠的表面的傾斜相對(duì)應(yīng)的角度(傾斜角)。
[0155]測(cè)量襯底:
[0156]在按上述測(cè)量表面形狀之后，將實(shí)施例和比較例的錠形成為圓柱狀。然后，利用線鋸在沿底部襯底的表面的方向上對(duì)各個(gè)錠進(jìn)行切片，從而制造碳化硅襯底。所述襯底具有400μπι~500μπι的厚度。在切片之后，對(duì)碳化硅襯底的兩個(gè)表面都進(jìn)行鏡面拋光加工。因此，碳化硅襯底具有350 μ m~420 μ m的厚度。
[0157]測(cè)量氮的濃度:
[0158]關(guān)于由此制備的襯底，對(duì)位于錠的(0001)小平面下面并具有相對(duì)高氮濃度的區(qū)域(高濃度氮區(qū)域)和其他區(qū)域中的氮濃度進(jìn)行測(cè)量。利用SIMS(二次離子質(zhì)譜法)進(jìn)行測(cè)量。將測(cè)量的厚度設(shè)定為10 μ m以抑制測(cè)量偏差。
[0159]測(cè)量透過(guò)率:
[0160]關(guān)于由此制備的襯底，對(duì)穿過(guò)高濃度氮區(qū)域和穿過(guò)其他區(qū)域的透過(guò)率進(jìn)行測(cè)量。利用可見(jiàn)光光譜儀測(cè)量具有400nm~500nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光穿過(guò)各個(gè)區(qū)域的透過(guò)率。
[0161]測(cè)量位錯(cuò)密度:
[0162]關(guān)于由此制備的襯底，對(duì)表面的位錯(cuò)密度進(jìn)行測(cè)量。具體地，按如下進(jìn)行測(cè)量。首先，將碳化硅襯底在加熱至500°C的熔融鹽KOH溶液中浸潰約I~10分鐘。然后，利用Nomarski差分干涉顯微鏡對(duì)碳化硅襯底的表面進(jìn)行觀察，對(duì)形成的蝕坑的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)。優(yōu)選通過(guò)拍攝整個(gè)表面的繪圖(ma pping)照片，對(duì)蝕坑的總數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)并計(jì)算每單位面積的平均密度來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)。例如，當(dāng)使用具有2英寸直徑的碳化硅襯底時(shí)，例如，通過(guò)在包括襯底中央部和在十字方向上距中央部約18mm距離的位置的總共五個(gè)點(diǎn)處對(duì)每單位面積的蝕坑數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)并取其平均值，可以采用五個(gè)以上測(cè)量點(diǎn)的平均蝕坑密度作為蝕坑密度。各個(gè)被評(píng)價(jià)的碳化硅襯底為距制備的錠的底部襯底的最上表面20mm距離的位置中的襯底，并將其與底部襯底數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
[0163](結(jié)果)
[0164]關(guān)于錠:
[0165]在實(shí)施例的錠中，將(0001)小平面布置在底部襯底的偏離角方向上的端部(上游側(cè)的端部)的最上表面上。當(dāng)進(jìn)行二維觀察時(shí)(0001)小平面在偏離角方向上的寬度，當(dāng)錠的直徑為163mm時(shí)為12.5mm,當(dāng)錠的直徑為115mm時(shí)為11mm，且當(dāng)錠的直徑為63mm時(shí)為
5.5mm。錠的高度的平均值，當(dāng)錠的直徑為163mm時(shí)為13mm，當(dāng)錠的直徑為115mm時(shí)為8mm，且當(dāng)錠的直徑為63mm時(shí)為4mm。表示表面平坦性的傾斜角在各種情況中平均等于或小于10°，指示足夠程度的平坦性。
[0166]另一方面，在比較例的錠中，在錠的最上表面的中央部中產(chǎn)生(0001)小平面。
(0001)小平面在偏離角方向上的寬度在錠直徑的12%~45%的范圍內(nèi)。指示表面平坦性的傾斜角平均超過(guò)10°。
[0167]關(guān)于襯底:
[0168]在從實(shí)施例的錠切出的襯底中，在位于(0001)小平面下面的區(qū)域(位于襯底端部處的區(qū)域)中形成了具有相對(duì)高氮濃度的高濃度氮區(qū)域。高濃度氮區(qū)域的位置基本與小平面的位置相同。盡管在錠的高度方向上存在分布，但是高濃度氮區(qū)域的寬度相對(duì)于錠直徑在3~9.5%的范圍內(nèi)。
[0169]在從比較例的錠切出的襯底中，同樣地，在位于(0001)小平面下面的區(qū)域(位于襯底中央部中的區(qū)域)中形成了高濃度氮區(qū)域。比較例中的高濃度氮區(qū)域的位置也基本與小平面的位置相同。高濃度氮區(qū)域的尺寸在錠的高度方向上存在分布，且高濃度氮區(qū)域的寬度相對(duì)于錠直徑在5~45%的范圍內(nèi)。比較例中高濃度區(qū)域的寬度(尺寸)也等于或小于錠直徑的10%，但僅在距底部襯底的表面位置為5mm以下的區(qū)域中。這是因?yàn)椋谠搮^(qū)域中由于生長(zhǎng)的碳化硅的總量仍然小，所以相對(duì)保持生長(zhǎng)的碳化硅的表面的平坦性，且這是與其中在晶體生長(zhǎng)期間始終保持平坦性的實(shí)施例不同的結(jié)果。
[0170]關(guān)于氮濃度:
[0171]在實(shí)施例的襯底中，高濃度氮區(qū)域的氮濃度為1.2E19cnT3，其他區(qū)域的氮濃度為8E18~lE19cm_3。在除了高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域中的任意五個(gè)點(diǎn)中的氮濃度相對(duì)于這五個(gè)點(diǎn)的平均濃度在20%的范圍以內(nèi)。
[0172]在比較例的襯底中，高濃度氮區(qū)域的氮濃度為1.2E19cm_3，其他區(qū)域的氮濃度為8E18 ~lE19cm_3。
[0173]關(guān)于透過(guò)率:
[0174]在實(shí)施例和比較例的襯底中，具有400nm~500nm波長(zhǎng)的光穿過(guò)高濃度氮區(qū)域的透過(guò)率為10~20%。穿過(guò)襯底中的其他區(qū)域的透過(guò)率為25~35%。在與本實(shí)驗(yàn)中不同的從輕微摻雜有氮的錠切出的碳化硅襯底中，穿過(guò)高濃度氮區(qū)域的透過(guò)率為35~45%，且穿過(guò)其他區(qū)域的透過(guò)率為45~65%。根據(jù)透過(guò)率的波長(zhǎng)特性進(jìn)行計(jì)算而得到的各個(gè)碳化硅襯底的折射率在兩個(gè)實(shí)例中都為 2.5~2.8。
[0175]關(guān)于位錯(cuò)密度:
[0176]對(duì)通過(guò)在距底部襯底為20mm距離的位置中對(duì)錠進(jìn)行切片而得到的襯底進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)作為位錯(cuò)密度，底部襯底具有10~IOOcnT2的微管密度(MPD)和I~5E4cnT2的蝕坑密度(EPD)時(shí)，在實(shí)施例的襯底中，相對(duì)于在除了高濃度氮區(qū)域之外的區(qū)域中的底部襯底，MPD和EI3D兩者都可以下降至1/2~1/20。
[0177]另一方面，在比較例的襯底中，MTO和EI3D在1/2~2.5的范圍內(nèi)下降或增大。
[0178]應(yīng)理解，本文中公開(kāi)的實(shí)施方案和實(shí)施例在任何方面都是示例性和非限制性的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書(shū)的權(quán)項(xiàng)確定，而不是由上述說(shuō)明限定，且旨在包括在與權(quán)利要求書(shū)的權(quán)項(xiàng)等價(jià)的范圍和含義內(nèi)的所有變體。
[0179]工業(yè)實(shí)用性
[0180]將本發(fā)明特別有利地應(yīng)用于制造碳化硅錠和碳化硅襯底的方法。
[0181]附圖標(biāo)記
[0182]1:底部襯底；2:支持構(gòu)件；3:溫度調(diào)節(jié)構(gòu)件；4:表面；5:小平面；6:高濃度氮區(qū)域；7:低濃度氣區(qū)域；8:直線；9:最上表面；10 定；11:樹(shù)禍；12:盤(pán)管；13:箭頭；14:中央部；15:端部；16:最外周部；17:小平面?zhèn)鹊纳隙瞬浚?8:小平面?zhèn)鹊淖钔庵懿浚?0:碳化娃襯底；21:凹部；25:外接圓；26:箭頭。
【權(quán)利要求】
1.一種制造碳化硅錠的方法，包括: 準(zhǔn)備底部襯底(I)的步驟(SlO)，所述底部襯底(I)由單晶碳化硅制成并在偏離角方向上具有0.1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向；以及 在所述底部襯底(I)的表面上生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(S20)， 在所述生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(S20)中，在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的所述碳化硅層的表面上形成具有(0001)小平面的區(qū)域，所述上游側(cè)為在所述偏離角方向上在所述底部襯底的〈0001〉方向軸與所述底部襯底的所述表面之間相交的角為銳角的一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造碳化硅錠的方法，其中 在所述生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(S20)之后的所述碳化硅層中，位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的部分是高濃度氮區(qū)域(6)，所述高濃度氮區(qū)域(6)的氮濃度高于所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的所述部分之外的部分(7)的氮濃度。
3.如權(quán)利要求2所述的制造碳化硅錠的方法，其中 所述高濃度氮區(qū)域(6)在所述偏離角方向上的寬度等于或小于所述底部襯底(I)在所述偏離角方向上的寬度的1/10。
4.如權(quán)利要求2或3所述的制造碳化硅錠的方法，還包括除去所述高濃度氮區(qū)域(6)的步驟(S30)。
5.如權(quán)利要求2~4中任 一項(xiàng)所述的制造碳化硅錠的方法，其中 每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)所述高濃度氮區(qū)域(6)的透過(guò)率低于每單位厚度的所述光穿過(guò)所述碳化硅層中除了所述高濃度氮區(qū)域之外的部分(7)的透過(guò)率。
6.如權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的制造碳化硅錠的方法，其中 位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的部分(6)的微管密度高于所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的所述部分之外的部分(7)的微管山/又ο
7.如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的制造碳化硅錠的方法，其中 在所述生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(S20)之后所述碳化硅層的表面的最大曲率半徑等于或大于所述底部襯底(I)的平面形狀的外接圓半徑的三倍。
8.一種制造碳化娃襯底的方法，包括: 使用權(quán)利要求1的制造碳化硅錠的方法準(zhǔn)備碳化硅錠(10)的步驟(S40)，其中 在所述準(zhǔn)備碳化硅錠(10)的步驟(S40)中，在所述生長(zhǎng)碳化硅層的步驟(S20)之后的所述碳化硅層中，位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的部分是高濃度氮區(qū)域(6)，所述高濃度氮區(qū)域(6)的氮濃度高于所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的所述部分之外的部分(7)的氮濃度，所述方法還包括: 從所述碳化硅錠(10)除去所述高濃度氮區(qū)域(6)的步驟；以及 在實(shí)施所述除去所述高濃度氮區(qū)域(6)的步驟之后對(duì)所述碳化硅錠(10)進(jìn)行切片的步驟(S50)。
9.一種碳化娃錠,包含:底部襯底(I)，其由單晶碳化硅制成并在偏離角方向上具有0.1°以上且10°以下的偏離角，所述偏離角方向是相對(duì)于(0001)面的〈11-20〉方向或〈1-100〉方向；和 在所述底部襯底(I)的表面(4)上形成的碳化硅層， 在上游側(cè)的端部處在已生長(zhǎng)的所述碳化硅層的表面上形成有具有(0001)小平面(5)的區(qū)域，所述上游側(cè)為在所述偏離角方向上在所述底部襯底的〈0001〉方向軸與所述底部襯底⑴的所述表面⑷之間相交的角為銳角的一側(cè)。
10.如權(quán)利要求9所述的碳化硅錠，其中 在所述碳化硅層中，位于具有所述(0001)小平面(5)的所述區(qū)域下面的部分是高濃度氮區(qū)域(6)，所述高濃度氮區(qū)域(6)的氮濃度高于所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面(5)的所述區(qū)域下面的所述部分之外的部分(7)的氮濃度。
11.如權(quán)利要求10所述的碳化硅錠，其中 所述高濃度氮區(qū)域(6)在所述偏離角方向上的寬度等于或小于所述底部襯底(I)在所述偏離角方向上的寬度的1/10。
12.如權(quán)利要求 10或11所述的碳化硅錠，其中 每單位厚度的具有450nm以上且500nm以下的波長(zhǎng)的光穿過(guò)所述高濃度氮區(qū)域(6)的透過(guò)率低于每單位厚度的所述光穿過(guò)所述碳化硅層中除了所述高濃度氮區(qū)域之外的部分(7)的透過(guò)率。
13.如權(quán)利要求9~12中任一項(xiàng)所述的碳化硅錠，其中 位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的部分(6)的微管密度高于所述碳化硅層中除了位于具有所述(0001)小平面的所述區(qū)域下面的所述部分(6)之外的部分(7)的微管密度。
14.如權(quán)利要求9~13中任一項(xiàng)所述的碳化硅錠，其中 所述碳化硅層的表面的最大曲率半徑等于或大于所述底部襯底(I)的平面形狀的外接圓半徑的三倍。
15.一種碳化硅襯底，其通過(guò)對(duì)權(quán)利要求9的碳化硅錠(10)進(jìn)行切片而得到。
16.一種碳化硅襯底，其通過(guò)在從權(quán)利要求10的碳化硅錠(10)除去所述高濃度氮區(qū)域(6)之后對(duì)所述碳化硅錠(10)進(jìn)行切片而得到。
17.如權(quán)利要求16所述的碳化硅襯底，其中 氮濃度相對(duì)于平均值變化10%以下。
18.如權(quán)利要求16所述的碳化硅襯底，其中 位錯(cuò)密度相對(duì)于平均值變化80%以下。
19.一種碳化硅襯底，包含在〈11-20〉方向或〈1-100〉方向上的一個(gè)端部處形成的高濃度氮區(qū)域(6)，所述高濃度氮區(qū)域(6)的氮濃度相對(duì)高于其他部分的氮濃度。
【文檔編號(hào)】C30B29/36GK103476975SQ201280019349
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月20日
【發(fā)明者】佐佐木信, 西口太郎 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社