SiC單晶、其制造方法、SiC晶片和半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】當(dāng)通過重復(fù)a面生長(zhǎng)來制造具有大的{0001}面直徑的SiC單晶時(shí)，實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，使得Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積(S1)對(duì)生長(zhǎng)面的總面積(S2)之比S小面(=S1×100/S2)保持在20%以下。a面生長(zhǎng)優(yōu)選為以{11-20}面作為基準(zhǔn)，在相差大約60°或約120°的方向上重復(fù)a面生長(zhǎng)的{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法，或者優(yōu)選為交替重復(fù){11-20}面生長(zhǎng)與{1-100}面生長(zhǎng)的交替生長(zhǎng)法。
【專利說明】SiC單晶、其制造方法、SiC晶片和半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及SiC單晶及其制造方法以及SiC晶片和半導(dǎo)體器件。更具體地，本發(fā)明涉及含有很少不同取向的晶體塊或很少異質(zhì)多型晶體塊的SiC單晶及其制造方法以及從所述SiC單晶切出的SiC晶片和半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]在SiC(碳化硅)中，具有六方晶系晶體結(jié)構(gòu)的高溫型(α型)和具有立方晶系晶體結(jié)構(gòu)的低溫型(β型)是已知的。與Si相比，SiC的特征在于具有高耐熱性、寬帶隙和高介電擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度?；谒鲈?，預(yù)期包含SiC單晶的半導(dǎo)體為取代Si半導(dǎo)體的下一代功率器件的候選材料。特別地，α型SiC的帶隙比β型SiC的帶隙更寬，因此α型SiC作為超低電力損失功率器件的半導(dǎo)體材料引起了關(guān)注。
[0003]作為主要的晶面，α型SiC具有{0001}面(下文中也稱作“c面”)、以及與{0001}面垂直的{1-100}面(m面)和{11-20}面(狹義的a面)。在本發(fā)明中，“a面”是指廣義的a面，即“m面和狹義的a面的統(tǒng)稱”。當(dāng)需要對(duì)m面和狹義的a面進(jìn)行區(qū)分時(shí)，分別將其稱作 “{1-100}面”和 “{11-20}面”。
[0004]作為得到α型SiC單晶的方法，至今已知的有c面生長(zhǎng)法。此處引用的“c面生長(zhǎng)法”是指使用其中c面或?qū)面的偏離角在預(yù)定范圍內(nèi)的a面露出以作為生長(zhǎng)面的SiC單晶作為籽晶、并通過升華析出法等在生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶的方法。
[0005]然而，問題在于，在通過c面生長(zhǎng)法得到的單晶中，在平行于〈0001〉方向的方向上產(chǎn)生大量缺陷如微管缺陷(直徑為約幾μ m到100 μ m的管狀空隙)和貫通型螺旋位錯(cuò)(下文中還僅稱作“螺旋位錯(cuò)”)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)高性能的SiC功率器件，降低在SiC半導(dǎo)體中產(chǎn)生的泄漏電流是必須的條件。認(rèn)為在SiC單晶中產(chǎn)生的缺陷如微管缺陷和螺旋位錯(cuò)造成這種泄漏電流的增大。
[0007]于是，為了解決該問題，已經(jīng)提出了各種建議。
[0008]例如，專利文獻(xiàn)I公開了一種通過使用具有自c面傾斜約60°~約120°并露出以作為生長(zhǎng)面的面(例如{1-100}面或11-20面)的籽晶來生長(zhǎng)SiC單晶的SiC單晶生長(zhǎng)方法(下文中將這種生長(zhǎng)方法稱作“a面生長(zhǎng)法”)。
[0009]上述文獻(xiàn)教導(dǎo)了:
[0010](I)當(dāng)在自c面傾斜約60°~約120°的晶面上生長(zhǎng)SiC時(shí)，在晶面上呈現(xiàn)原子層陣列，由此使得易于生長(zhǎng)具有與原始籽晶相同類型的多型結(jié)構(gòu)的晶體；
[0011](2)當(dāng)使用該方法時(shí)，不會(huì)發(fā)生螺旋位錯(cuò)；以及
[0012](3)當(dāng)籽晶包含在c面上具有滑移面的位錯(cuò)時(shí)，該位錯(cuò)被攜帶至生長(zhǎng)晶體。
[0013]專利文獻(xiàn)2公開了一種SiC單晶的生長(zhǎng)方法，包括如下步驟:
[0014]通過使用具有{10-10}面作為生長(zhǎng)面的籽晶生長(zhǎng)SiC ；
[0015]從得到的單晶取出{0001}晶片；以及
[0016]通過使用該晶片作為籽 晶而生長(zhǎng)SiC。[0017]上述文獻(xiàn)教導(dǎo)了，通過該方法，
[0018](I)得到具有很少微管缺陷的SiC單晶；以及
[0019](2)由于得到了比艾奇遜(Acheson)晶體大得多的{0001}晶片，所以將其用作籽晶以容易地生長(zhǎng)大尺寸晶體。
[0020]專利文獻(xiàn)3和4公開了一種制造SiC單晶的方法，包括如下步驟:
[0021]在正交方向上實(shí)施多次a面生長(zhǎng)；和
[0022]在最后實(shí)施c面生長(zhǎng)。 [0023]上述文獻(xiàn)教導(dǎo)了:
[0024](I)隨著a面生長(zhǎng)的重復(fù)次數(shù)的增大，生長(zhǎng)晶體中的位錯(cuò)密度呈指數(shù)方式下降；
[0025](2)不能避免在a面生長(zhǎng)期間發(fā)生疊層缺陷；以及
[0026](3)當(dāng)在最后實(shí)施c面生長(zhǎng)時(shí)，不發(fā)生微管缺陷和螺旋位錯(cuò)并得到幾乎不具有疊層缺陷的SiC單晶。
[0027]此外，專利文獻(xiàn)5公開了一種SiC單晶的生長(zhǎng)方法，其中將具有如下晶面的籽晶用于升華析出法中，所述晶面自垂直于SiC單晶的(0001)基面的面在(OOO-1)C面方向上具有5°~30°的偏離角。
[0028]上述文獻(xiàn)教導(dǎo)了:
[0029](I)當(dāng)使用相對(duì)于(000-1) C面方向偏離的面時(shí)，與使用相對(duì)于(0001) Si面方向偏離的面時(shí)相比，幾乎不得到具有不同晶體取向的晶粒；
[0030](2)當(dāng)使用相對(duì)于(000-1)C面方向偏離的面時(shí)，與垂直于(0001)基面的非極性面相比，很少產(chǎn)生這種顆粒；以及
[0031](3)當(dāng)相對(duì)于(OOO-1)C面方向的偏離角太大時(shí)，易于產(chǎn)生多型的混合物并產(chǎn)生大量晶體缺陷。
[0032]a面生長(zhǎng)法具有得到具有低螺旋位錯(cuò)密度的SiC單晶的優(yōu)勢(shì)。然而，a面生長(zhǎng)法的問題在于，傾向于生成幾乎與c面平行的高密度疊層缺陷。當(dāng)在SiC單晶中產(chǎn)生疊層缺陷時(shí)，在橫穿疊層缺陷的方向上的電阻增大。因此，以高密度具有這種疊層缺陷的SiC單晶不能用作功率器件用半導(dǎo)體。
[0033]同時(shí)，認(rèn)為當(dāng)在將a面生長(zhǎng)實(shí)施至少一次之后實(shí)施c面生長(zhǎng)時(shí)，能夠制造幾乎不具有螺旋位錯(cuò)且不具有疊層缺陷的SiC單晶。
[0034]為了通過使用利用a面生長(zhǎng)和c面生長(zhǎng)的組合的方法制造具有大的{0001}面直徑的襯底，必須生長(zhǎng)在{11-20}面的生長(zhǎng)方向和自所述面傾斜90°的{1-100}面的生長(zhǎng)方向兩個(gè)生長(zhǎng)方向上都延長(zhǎng)的晶體。然而，在{11-20}面生長(zhǎng)和{1-100}面生長(zhǎng)中，通常在生長(zhǎng)面上產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體。
[0035]為了解決該問題，如同專利文獻(xiàn)5所公開的，提出使用自垂直于基面的面在(OOO-1)C面方向上具有5°~30°的偏離角的晶面。然而，當(dāng)偏離角小時(shí)，不可能完全抑制不同取向的晶體的產(chǎn)生。當(dāng)偏離角大時(shí)，從籽晶的C面?zhèn)鹊亩瞬肯蛲鈧?cè)生長(zhǎng)的異質(zhì)多型層隨晶體的生長(zhǎng)而擴(kuò)大到生長(zhǎng)晶體中。因此，切出{0001}面襯底時(shí)的最終收率下降，且難以切出大直徑的襯底。
[0036]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0037]專利文獻(xiàn)[0038][專利文獻(xiàn)I]日本特開平05-262599號(hào)公報(bào)
[0039][專利文獻(xiàn)2]日本特開平08-143396號(hào)公報(bào)
[0040][專利文獻(xiàn)3]日本特開2003-119097號(hào)公報(bào)
[0041][專利文獻(xiàn)4]日本特開2003-321298號(hào)公報(bào)
[0042][專利文獻(xiàn)5]日本特開平07-267795號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0043]本發(fā)明的目的是提供一種SiC單晶、其制造方法、從這種SiC單晶切出的SiC晶片以及半導(dǎo)體器件，所述SiC單晶含有很少不同取向的晶體或很少異質(zhì)多型晶體且由其能夠切出具有大的{0001}面直徑的襯底。
[0044]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明制造SiC單晶的方法具有如下構(gòu)成:
[0045](a)所述制造SiC單晶 的方法重復(fù)n(n≥2)次a面生長(zhǎng)步驟；
[0046](b)第Ia面生長(zhǎng)步驟是通過使用具有第一生長(zhǎng)面的第一籽晶在所述第一生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)的步驟，所述第一生長(zhǎng)面自(0001)面的偏離角為80°~100° ；
[0047](C)第k a面生長(zhǎng)步驟(2≤k≤η)是如下步驟:從在第(k_l) a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出具有第k生長(zhǎng)面的第k籽晶，并在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差45°~135°、且自{0001}面的偏離角為80°~100° ；
[0048](d)所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I < k < η)是如下步驟:在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，使得由等式(A)表示的Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在20%以下，
[0049]S/>B (0Zo)=S1XIOOZS2 (A)
[0050]其中S1為通過將Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯投影在第k生長(zhǎng)面上而得到的面積的總面積與通過將夾在所述Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯之間的{1-100}面小面投影在第k生長(zhǎng)面上而得到的面積的總面積之和，且
[0051]S2是所述第k生長(zhǎng)面的總面積。
[0052]本發(fā)明的SiC單晶是通過本發(fā)明的a面生長(zhǎng)法而得到的，且在除自外周20%的區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)不含不同取向的晶體塊或異質(zhì)多型晶體塊。
[0053]本發(fā)明的SiC晶片是從本發(fā)明的SiC單晶切出的，且其最寬的面自{0001}面的偏離角的絕對(duì)值為30°以下。
[0054]此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是通過使用本發(fā)明的SiC單晶或SiC晶片而制造的。
[0055]當(dāng)實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)時(shí)，形成由{1-100}面小面、Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯和C面?zhèn)鹊臉O性面階梯構(gòu)成的區(qū)域(小面區(qū)域)。
[0056]在SiC單晶的a面生長(zhǎng)的情況下，當(dāng)使用自{1-100}面的偏離角在預(yù)定范圍內(nèi)的晶面作為生長(zhǎng)面時(shí)，在生長(zhǎng)晶體表面的幾乎中央部形成小面區(qū)域。當(dāng)將自{11-20}面的偏離角在預(yù)定范圍內(nèi)的晶面用作生長(zhǎng)面時(shí)，在生長(zhǎng)晶體表面的兩端形成小面區(qū)域。在此情況下，傾向于主要從在小面區(qū)域內(nèi)具有Si面?zhèn)葮O性面階梯的區(qū)域(Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域)產(chǎn)生異質(zhì)多型晶體或不同取向的晶體。
[0057]因此，當(dāng)將在生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，使得由等式(A)表示的Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在20%以下的步驟重復(fù)兩次以上時(shí)，能夠制造含有很少不同取向的晶體或很少異質(zhì)多型晶體的大直徑的a面生長(zhǎng)晶體。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0058]圖1是通過在{1-100}面上生長(zhǎng)SiC而得到的生長(zhǎng)晶體的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中下)、透視圖(右上)和部分放大的右側(cè)視圖(右下)；
[0059]圖2是通過在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC而得到的生長(zhǎng)晶體的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中下)和透視圖(右上)，以及{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法的概念圖(右下)；
[0060]圖3(a)~3(d)是用于說明僅通過〈11_20>正位生長(zhǎng)(onset-growth)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法(Lk〈理論最大值)的示意圖；
[0061]圖4(a)~4(d)是用于說明僅通過〈11_20>正位生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法(Lk~理論最大值)的示意圖；
[0062]圖5(a)~5(c)是用于說明通過〈11_20>偏離生長(zhǎng)(offset-growth)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法(Lk〈理論最大值)的示意圖；
[0063]圖6(a)~6(c)是用于說明通過〈11_20>偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法(Lk~理論最大值)的示意圖；
[0064]圖7(a)~7(m)是用于說明作為{11_20}面選擇性生長(zhǎng)法的一種的生長(zhǎng)晶體殘留法的流程圖；
[0065]圖8是以使得在c軸方向 上變得不對(duì)稱的方式在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)；
[0066]圖9 (a)是說明用于降低靠近Si面?zhèn)鹊臏囟鹊姆椒ǖ母拍顖D，圖9(b)是說明用于選擇性提高生長(zhǎng)晶體表面的一部分的SiC氣體濃度的方法的概念圖，且圖9(c)是說明用于生長(zhǎng)平坦的{1-100}面的方法的概念圖；
[0067]圖10是通過使用不對(duì)稱籽晶在{11-20}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)；
[0068]圖11是通過使用通過將籽晶片段的Si面?zhèn)冉雍显谝黄鸲玫降淖丫г趝1-100}面生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左中)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中中)、透視圖(右上)和部分放大的右側(cè)視圖(右中)，以及通過將籽晶片段的Si面?zhèn)冉雍显谝黄鸲玫降淖丫У钠矫鎴D(左下)；
[0069]圖12是已平坦生長(zhǎng){1-100}面的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)；
[0070]圖13是以使得其在{0001}面方向變得凸起并對(duì)c面方向的中心變得對(duì)稱的方式在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中下)和透視圖(右上)，以及顯示“r”與“L”之間的關(guān)系的示意圖(右下)；
[0071]圖14是以使得其在{0001}面方向變得凸起并對(duì)c面方向的中心變得不對(duì)稱的方式在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)；
[0072]圖15是通過使用氮摻雜量下降的生長(zhǎng)法在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)；
[0073]圖16(a)、16(b)和16(c)分別是通過使用本發(fā)明的a面生長(zhǎng)法制造的SiC單晶的平面圖、正視圖和透視圖；
[0074]圖17(a)和17(b)是在a面上生長(zhǎng)的SiC單晶中形成的{1-100}面的小面痕跡的示意圖，且圖17(c)和17(d)是包含Si面?zhèn)葮O性面階梯的{1-100}面的小面痕跡(條狀小面痕跡)的示意圖；
[0075]圖18是顯示Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率與生長(zhǎng)面內(nèi)所占的不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的面積率之間的關(guān)系的圖；
[0076]圖19是通過使用通過將籽晶片段的Si面?zhèn)冉雍显谝黄鸲玫降淖丫г趝11-20}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左中)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中中)、透視圖(右上)和部分放大的右側(cè)視圖(右中)，以及通過將籽晶片段的Si面?zhèn)冉雍显谝黄鸲玫降淖丫У钠矫鎴D(左下)；
[0077]圖20是通過使用通過將虛擬籽晶臨近主籽晶放置而得到的籽晶在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左中)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右中)和透視圖(右上)，以及通過將虛擬籽晶接合至主籽晶而得到的籽晶的平面圖(左下)；且
[0078]圖21是通過使用通過將虛擬籽晶臨近主籽晶放置而得到的籽晶在{11-20}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左中)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右中)和透視圖(右上)，以及通過將虛擬籽晶接合至主籽晶而得到的籽晶的平面圖(左下)。
【具體實(shí)施方式】
[0079]下文中將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0080][1.術(shù)語(yǔ)的定義]
[0081][1.1.a 面生長(zhǎng)]
[0082]術(shù)語(yǔ)“生長(zhǎng)面”是指用于生長(zhǎng)由SiC構(gòu)成的新單晶的籽晶的面。
[0083]術(shù)語(yǔ)“a面生長(zhǎng)”是指通過使用自{11-20}面或{1-100}面的偏離角在預(yù)定范圍內(nèi)的面作為生長(zhǎng)面來生長(zhǎng)由SiC構(gòu)成的新單晶。
[0084]術(shù)語(yǔ)“ {11-20}面生長(zhǎng)(或〈11-20〉生長(zhǎng))”是指通過使用自{11-20}面的偏離角在預(yù)定范圍內(nèi)的面作為生長(zhǎng)面來生長(zhǎng)由SiC構(gòu)成的新單晶。
[0085]術(shù)語(yǔ)“ {1-100}面生長(zhǎng)(或〈1-100〉生長(zhǎng))”是指通過使用自{1-100}面的偏離角在預(yù)定范圍內(nèi)的面作為生長(zhǎng)面來生長(zhǎng)由SiC構(gòu)成的新單晶。
[0086]術(shù)語(yǔ)“生長(zhǎng)方向”是指SiC單晶的宏觀生長(zhǎng)方向，通常是垂直于SiC籽晶的底面的方向或垂直于固定所述SiC籽晶的籽晶底座的方向。
[0087][1.2.偏離角]`
[0088]術(shù)語(yǔ)“自{0001}面的偏離角”是指籽晶生長(zhǎng)面的法線矢量與{0001}面的法線矢量之間的角。
[0089]術(shù)語(yǔ)“自{11-20}面的偏離角”是指通過將籽晶生長(zhǎng)面的法線矢量投影在{0001}面上而得到的矢量b與在{0001}面內(nèi)的〈11-20〉軸中與矢量b形成的角最小的〈11-20〉軸之間的角。在此情況下，術(shù)語(yǔ)“正偏離角”是指在以〈11-20〉軸作為基準(zhǔn)的條件下矢量b在順時(shí)針方向上。[0090]術(shù)語(yǔ)“自{1-100}面的偏離角”是指通過將籽晶生長(zhǎng)面的法線矢量投影在{0001}面上而得到的矢量b’與在{0001}面內(nèi)的〈1-100〉軸中與矢量b’形成的角最小的〈1-100〉軸之間的角。在此情況下，術(shù)語(yǔ)“正偏離角”是指在以〈1-100〉軸作為基準(zhǔn)的條件下矢量b’在順時(shí)針方向上。
[0091][1.3.小面區(qū)域]
[0092]圖1顯示了通過在{1-100}面上生長(zhǎng)SiC而得到的生長(zhǎng)晶體的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中下)、透視圖(右上)和部分放大的右側(cè)視圖(右下)。
[0093]α型SiC單晶具有由{0001}面(c面)代表的極性面和非極性面如{11_20}面和{1-100}面。將{0001}面分為由(000-1)面表示的碳原子露出的面(C面)和由(0001)面表示的硅原子露出的面(Si面)。碳原子和硅原子兩者都從{11-20}面和{1-100}面露出。
[0094]當(dāng)在a面上生長(zhǎng)SiC時(shí)，具有最小表面能的{1-100}面小面呈現(xiàn)在生長(zhǎng)晶體的表面上。{1-100}面小面呈現(xiàn)在幾乎垂直于〈1-100〉軸的表面上。
[0095]例如，當(dāng)在{1-100}面上生長(zhǎng)SiC時(shí)，{1-100}面小面呈現(xiàn)在生長(zhǎng)晶體表面的幾乎中央部，如圖1中所示。同時(shí)，當(dāng)在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC時(shí)，{1-100}面小面呈現(xiàn)在生長(zhǎng)晶體的表面的兩端(自〈11-20〉軸傾斜30°的方向)，如圖2中所示。
[0096]生長(zhǎng)晶體的表面通常是彎曲的。這是因?yàn)?，生長(zhǎng)晶體的表面傾向于符合彎曲的等溫面。由于{1-100}面小面是平面，所以在幾乎垂直于〈1-100〉軸的位置中的整個(gè)彎曲表面不能被{1-100}面小面覆蓋。a面生長(zhǎng) 不是如C面生長(zhǎng)一樣在階梯在小面面內(nèi)方向上擴(kuò)展的同時(shí)進(jìn)行生長(zhǎng)的螺旋生長(zhǎng)，而是階梯在小面內(nèi)的各個(gè)點(diǎn)處在垂直于小面的方向上伸展的生長(zhǎng)。因此，與{0001}面小面不同,在{1-100} 面小面內(nèi)易于形成階梯。因此,在a面生長(zhǎng)期間的生長(zhǎng)晶體的彎曲表面上，除了沿〈0001〉方向的曲面設(shè)置多個(gè)平坦的{1-100}面小面之外，在{1-100}面小面之間通常還形成平行于{0001}面的極性面階梯。
[0097]極性面階梯的法線矢量不一定完全平行于〈0001〉軸。認(rèn)為在大部分情況下其向〈1-100〉軸方向傾斜。至于在{1-100}面小面之間形成的極性面階梯，自生長(zhǎng)晶體的表面的頂點(diǎn)處的{1-100}面小面，在C面?zhèn)确较蛏系碾A梯和在Si面?zhèn)确较蛏系碾A梯在相反方向上取向。
[0098]術(shù)語(yǔ)“C面?zhèn)鹊臉O性面階梯”是指在{1-100}面小面之間形成的極性面階梯中具有向C面?zhèn)葍A斜的面(即，其法線矢量具有[000-1]方向分量的面)的階梯。
[0099]術(shù)語(yǔ)“Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯”是指在{1-100}面小面之間形成的極性面階梯中具有向Si面?zhèn)葍A斜的面(即，其法線矢量具有[0001]方向分量的面)的階梯。
[0100]術(shù)語(yǔ)“小面區(qū)域”是指包含{1-100}面小面、C面?zhèn)鹊臉O性面階梯和Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯的區(qū)域。
[0101]術(shù)語(yǔ)“Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域”是指在小面區(qū)域內(nèi)，包含Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯和夾在Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯之間的{1-100}面小面的區(qū)域。
[0102][2.制造SiC單晶的方法(I)]
[0103]根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的制造SiC單晶的方法具有如下構(gòu)成:
[0104](a)所述制造SiC單晶的方法重復(fù)n(n≥2)次a面生長(zhǎng)步驟；
[0105](b)第Ia面生長(zhǎng)步驟是通過使用具有第一生長(zhǎng)面的第一籽晶在所述第一生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)的步驟，所述第一生長(zhǎng)面自(OOOl)面的偏離角為80°~100° ；
[0106](C)第k a面生長(zhǎng)步驟(2 < k < η)是如下步驟:從在第(k_l) a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出具有第k生長(zhǎng)面的第k籽晶，并在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差45°~135°、且自{0001}面的偏離角為80°~100° ；
[0107](d)所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I < k < η)是如下步驟:在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，使得由等式(A)表示的Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在20%以下，
[0108]S 小面(^^SiXlOO/^ (A)
[0109]其中S1為通過將Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯投影在第k生長(zhǎng)面上而得到的面積的總面積與通過將夾在所述Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯之間的{1-100}面小面投影在第k生長(zhǎng)面上而得到的面積的總面積之和，且
[0110]S2是所述第k生長(zhǎng)面的總面積。
[0111][2.1.a面生長(zhǎng)步驟]
[0112]根據(jù)本實(shí)施方式的制造SiC單晶的方法重復(fù)n(n ^ 2)次a面生長(zhǎng)步驟。在第二次之后的a面生長(zhǎng)步驟中，使用從在先前的a面生長(zhǎng)步驟中得到的生長(zhǎng)晶體切出的籽晶。
[0113]用于第k a面生長(zhǎng)步驟(KkSn)的第k籽晶具有第k生長(zhǎng)面，所述第k生長(zhǎng)面自{0001}面的偏離角為80°~100°。當(dāng)自第k生長(zhǎng)面的{0001}面的偏離角小于80°或大于100°時(shí)，切出{0001}面襯 底時(shí)的最終收率下降。自第k生長(zhǎng)面的{0001}面的偏離角更優(yōu)選大于85°~小于95°。
[0114]第k a面生長(zhǎng)步驟(2η)的生長(zhǎng)方向相對(duì)于第(k_l) a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向應(yīng)在45°~135°的范圍內(nèi)，只要將Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在預(yù)定范圍內(nèi)即可。
[0115]為了得到能夠從其切出含有很少不同取向的晶體或很少異質(zhì)多型晶體、具有大的{0001}面直徑的襯底的SiC單晶，第k a面生長(zhǎng)步驟(2η)的生長(zhǎng)方向優(yōu)選為:
[0116](I)與其中實(shí)施{11-20}面生長(zhǎng)的第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約60°或約120°的方向({11-20}面選擇性生長(zhǎng)法)；或
[0117](2)與其中實(shí)施{11-20}面生長(zhǎng)或{1-100}面生長(zhǎng)的第(k_l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約90°的方向({11-20}面和{1-100}面交替生長(zhǎng)法。下文中簡(jiǎn)稱作“交替生長(zhǎng)法”)。
[0118][2.2.Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S小面]
[0119]當(dāng)在a面上生長(zhǎng)SiC單晶時(shí)，通常在生長(zhǎng)晶體中產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了大量生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)并對(duì)產(chǎn)生位點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在大部分情況下產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的位點(diǎn)處于小面區(qū)域內(nèi)，如圖1中所示。還發(fā)現(xiàn)，主要在小面區(qū)域中的Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域中產(chǎn)生這些晶體。在圖1中所示的{1-100}面生長(zhǎng)中，由于通常不對(duì)生長(zhǎng)面的形狀進(jìn)行控制，所以Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域具有30%~40%的大面積率。在此情況下，不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生概率非常高且這些晶體對(duì)生長(zhǎng)面的面積率明顯提高，如圖18中所示。一旦產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體，則隨著生長(zhǎng)的進(jìn)行，它們可能最大擴(kuò)大至Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的尺寸。因此，這對(duì)于制造大直徑的a面生長(zhǎng)襯底是要解決的嚴(yán)重問題。
[0120]盡管產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的詳細(xì)原因未知，但可設(shè)想如下。
[0121]即，如圖1中所示，當(dāng)在a面上生長(zhǎng)SiC時(shí)，在生長(zhǎng)晶體的表面上形成包含極性面階梯的小面區(qū)域。據(jù)認(rèn)為，當(dāng)像這樣形成極性面階梯時(shí)，即使晶體的主要生長(zhǎng)面在〈11-20〉方向或〈1-100〉方向上，在極性面階梯中仍產(chǎn)生〈0001〉方向的生長(zhǎng)成分。當(dāng)生長(zhǎng)晶體的表面垂直于{0001}面時(shí)，由于在晶體多型的層在晶體表面露出的同時(shí)生長(zhǎng)晶體，所以異質(zhì)多型難以產(chǎn)生。
[0122]然而，在a面生長(zhǎng)中，如果在生長(zhǎng)晶體的表面上產(chǎn)生〈0001〉方向的生長(zhǎng)成分，則在晶體表面上不存在〈0001〉方向上的貫通型螺旋位錯(cuò)，所述貫通型螺旋位錯(cuò)是用于在〈0001〉方向上傳輸晶體多型的階梯供應(yīng)源。因此認(rèn)為，異質(zhì)多型在極性面階梯上產(chǎn)生并且作為不同取向的晶體變粗糙。
[0123]此外據(jù)稱，在SiC單晶的生長(zhǎng)中，在露出Si面的籽晶上難以生長(zhǎng)4H多型SiC。認(rèn)為如下事實(shí)與此相關(guān):在Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域中通常產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體。
[0124]在本發(fā)明中，在第k a面生長(zhǎng)步驟中(KkSn)中，在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，使得由上述等式(A)表示的Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在20%以下。因此，不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生頻率和這些晶體的尺寸可以明顯下降，如圖18中所示。此外，由于收率提高，所以能夠從得到的生長(zhǎng)晶體切出具有大的{0001}面直徑的襯底。
[0125]不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生頻率以及擴(kuò)大程度隨S/>B變大而變大。因此，為了降低產(chǎn)生頻率并防止擴(kuò)大，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率s/>B越小越好。S/>B更優(yōu)選為10%以下，更優(yōu)選5%以下。
[0126]為了在抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生的同時(shí)在不降低收率的條件下制造具有大的{0001}面直徑的a面生`長(zhǎng)襯底，必須在〈0001〉軸方向上自a面不提供大偏離角的條件下將會(huì)變?yōu)椴煌∠虻木w或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生區(qū)域的Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在小值下的同時(shí)，在至少兩個(gè)不同方向上生長(zhǎng)襯底且實(shí)施二維擴(kuò)大。
[0127]實(shí)現(xiàn)這種低S/>B值的方法包括:
[0128](I)通過將小面區(qū)域自身的形成面積縮小來降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積的方法；或
[0129](2)降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域?qū)π∶鎱^(qū)域之比的方法。
[0130]作為具體手段，如下方法是有效的。
[0131][3.a面生長(zhǎng)法的實(shí)例(I): {11-20}面選擇性生長(zhǎng)法]
[0132][3.1.概述]
[0133]用于在抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生的同時(shí)制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底的第一實(shí)例是{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法。
[0134]{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法是其中在與作為基準(zhǔn)的{11-20}面相差約60°或約120°的方向上重復(fù)a面生長(zhǎng)的方法。
[0135]即，{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法是如下方法:所述第Ia面生長(zhǎng)步驟是通過使用具有所述第一生長(zhǎng)面的所述第一籽晶在{11-20}面上生長(zhǎng)所述SiC單晶的步驟，所述第一生長(zhǎng)面自{11-20}面的偏離角~15°，且[0136]所述第k a面生長(zhǎng)步驟(2<k<n)是如下步驟:從在所述第(k_l)a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出具有所述第k生長(zhǎng)面的所述第k籽晶，并通過使用所述第k籽晶在{11-20}面上生長(zhǎng)所述SiC單晶，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與所述第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約60°或約120°、且自所述{11-20}面的偏離角ekS-15°~
.15。。
[0137]通過重復(fù)這種生長(zhǎng)，制造在{0001}面方向上具有更大長(zhǎng)度的第k籽晶以提高直徑。
[0138]圖2顯示了通過在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC而得到的生長(zhǎng)晶體的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中下)和透視圖(右上)，以及{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法的概念圖(右下)。
[0139]當(dāng)在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC單晶時(shí)，如圖2的左下圖中所示，在生長(zhǎng)晶體的表面的兩端(即，相對(duì)于〈11-20〉軸傾斜30°的方向)呈現(xiàn)小面區(qū)域。另外，與{1-100}面生長(zhǎng)相t匕，小面區(qū)域自身的形成面積大大減小。結(jié)果，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積隨此而變小，且能夠在將S/>B保持在20%以下的同時(shí)生長(zhǎng)SiC單晶。另外，由于Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域形成在生長(zhǎng)的晶體的端部，所以在生長(zhǎng)晶體的中央部產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的概率極低。此外，通常，與籽晶相比，生長(zhǎng)晶體通常在擴(kuò)大的同時(shí)生長(zhǎng)。然而，在{11-20}面生長(zhǎng)中，通常在生長(zhǎng)晶體的擴(kuò)大部分中形成小面區(qū)域。在此情況下，在籽晶正上方的生長(zhǎng)晶體中幾乎能夠完全抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生。
[0140]因此，如圖2的右下圖中所示，當(dāng)選擇性地重復(fù){11-20}面生長(zhǎng)時(shí)，能夠在抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生的同時(shí)，確實(shí)地制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。
[0141][3.2.偏離角 0J
[0142]在第k a面生長(zhǎng)步驟中(I≤k≤n)，自第k生長(zhǎng)面的{11-20}面的偏離角0&應(yīng)為-15°~15°。當(dāng)Θ,的絕對(duì)值大于15°時(shí)，生長(zhǎng)方向變得接近于〈1-100〉方向，由此小面區(qū)域的形成面積擴(kuò)大。由此，在生長(zhǎng)晶體的中心部產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的概率變高。
[0143]偏離角0k可以為零。然而，在{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法中，制造具有預(yù)定的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底所需要的重復(fù)次數(shù)大于交替生長(zhǎng)法的重復(fù)次數(shù)。因此，優(yōu)選以在重復(fù)次數(shù)少的條件下得到具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底的方式選擇最佳的偏離角ek。為此，第k生長(zhǎng)面的偏離角ek和第(k+Ι)生長(zhǎng)面的偏離角0k+1 (KkSn-1)具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向優(yōu)選為增大在第(k+Ι)籽晶的第(k+Ι)生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度Lk+1的方向。通過輕微提高Θ k+1能夠大大減少重復(fù)次數(shù)。
[0144]絕對(duì)值不一定需要與θ η的絕對(duì)值相同。然而，當(dāng)I Θη卜I Θ k| (2 ^ η)時(shí)，偏離角中的一個(gè)不會(huì)變得極大。結(jié)果，{1-100}面小面難以擴(kuò)大，且可進(jìn)一步抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生。
[0145]為了有效制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底，所述第k a面生長(zhǎng)步驟(l^k^ η-l)優(yōu)選是如下步驟:在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC的{11-20}面生長(zhǎng)，使得如下表達(dá)式(I)的關(guān)系成立，
[0146]Hk > LkSin (60° +1 Θ k | +1 Θ k+11) (I)[0147]其中Hk是在第k a面生長(zhǎng)步驟中的生長(zhǎng)高度，
[0148]Lk是在第k籽晶的第k生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度，且
[0149]Θ ,和Θ k+1具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向是增大在第(k+1)籽晶的第(k+1)生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度Lk+1的方向。<[0150]所述第k a面生長(zhǎng)步驟(2 ≤ k ≤ n)優(yōu)選是如下步驟:從所述第(k-l)生長(zhǎng)晶體切出具有如下表達(dá)式(2)的關(guān)系的第k籽晶，并在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)，
[0151]Lk ~Hk-1/cos(30。-| Θk-1|-| θk|) ⑵
[0152]其中Hk-1是在第(k-1) a面生長(zhǎng)步驟中的生長(zhǎng)高度，
[0153]Lk是在第k籽晶的第k生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度，且
[0154]Θ k-1和Θ k具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向是增大Lk的方向。
[0155]此處，表達(dá)式(1)顯示，將SiC單晶生長(zhǎng)至至少得到在{0001}面方向的長(zhǎng)度Lk+1大于Lk的第(k+1)籽晶所需要的高度Hk。
[0156]表達(dá)式(2)顯示，從得到的第(k-1)生長(zhǎng)晶體切出Lk幾乎等于表達(dá)式(2)的右邊的第k籽晶。在表達(dá)式(2)中，“~”是指Lk不一定需要完全等于表達(dá)式(2)的右邊且在切出第k籽晶時(shí)可以存在由各種原因造成的誤差(例如，第k籽晶的外周部的倒角和切出籽晶時(shí)的角度誤差)。
[0157]可以從第(k-1)生長(zhǎng)晶體切出Lk大于Lk-1且小于表達(dá)式(2)的右邊的第k籽晶。
[0158]表達(dá)式(1)和(2)不一定同時(shí)滿足。然而，當(dāng)實(shí)施籽晶的切出和晶體的生長(zhǎng)而同時(shí)滿足表達(dá)式(1)和(2)時(shí)，能夠在重復(fù)次數(shù)少的條件下制造具有相對(duì)大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。
[0159]為了更有效地制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底，所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I≤k≤n-l)優(yōu)選是如下步驟:在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)，使得滿足如下表達(dá)式(3)，
[0160]Hk ≥ Lktan(60。+|Θ k| +1 Θ k+1|) (3)
[0161]其中Hk是在第k a面生長(zhǎng)步驟中的生長(zhǎng)高度，
[0162]Lk是在第k籽晶的第k生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度，且
[0163]Θk ,和Θ k+1具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向是增大在第(k+1)籽晶的第(k+1)生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度Lk+1的方向。
[0164]所述第k a面生長(zhǎng)步驟(2 ≤ k ≤n)優(yōu)選是如下步驟:從第(k-l)生長(zhǎng)晶體切出第k籽晶使得滿足如下表達(dá)式(4)，并在第k生長(zhǎng)面上實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)，
[0165]Lk ^ Lk-1/sin (30° -| Θ k-1| -|Θ k |) (4)
[0166]其中Lk-1是在第(k-1)籽晶的第(k-1)生長(zhǎng)面的(0001)面方向的長(zhǎng)度，
[0167]Lk是在第k籽晶的第k生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度，且
[0168]Θ k-1和Θ k具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向是增大Lk的方向。
[0169]此處，表達(dá)式(3)顯示，將SiC單晶生長(zhǎng)至至少?gòu)牡趉生長(zhǎng)晶體切出具有最大Lk+1的第(k+1)籽晶所需要的生長(zhǎng)高度Hk。
[0170]表達(dá)式(4)顯示，從得到的第(k-1)生長(zhǎng)晶體切出具有最大Lk的第k籽晶。在表達(dá)式(4)中，“~”是指Lk不一定需要完全等于理論最大值且在切出第k籽晶時(shí)可以存在由各種原因造成的誤差(例如，第k籽晶的外周部的倒角和切出籽晶時(shí)的角度誤差)。
[0171]可以從第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出Lk大于Llri且小于表達(dá)式⑷的右邊的第k籽晶。
[0172]表達(dá)式(3)和表達(dá)式(4)不一定需要同時(shí)滿足。然而，當(dāng)實(shí)施籽晶的切出和晶體的生長(zhǎng)而同時(shí)滿足表達(dá)式(3)和(4)時(shí)，能夠在重復(fù)次數(shù)少的條件下制造具有相對(duì)大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。使用表達(dá)式(3)和表達(dá)式(4)的a面生長(zhǎng)法的優(yōu)勢(shì)在于，與使用表達(dá)式(I)和表達(dá)式(2)的a面生長(zhǎng)法相比，能夠在重復(fù)次數(shù)更少的條件下制造具有更大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。
[0173][3.3.{0001}面的直徑擴(kuò)大的實(shí)例]
[0174]下文中將對(duì)通過使用{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法來擴(kuò)大{0001}面的直徑的具體方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0175][3.3.1僅通過〈11-20〉正位生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑(I)]
[0176]第一實(shí)例是僅通過〈11-20〉正位生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法，其中切出尺寸比理論上能夠取出的尺寸更小的籽晶并重復(fù)在籽晶的{11-20}面上的生長(zhǎng)。術(shù)語(yǔ)“〈11-20〉正位生長(zhǎng)”是指使用0k=O的籽晶的{11-20}面生長(zhǎng)。圖3顯示了僅通過〈11-20〉正位生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法(Lk〈理論最大值)的示意圖。
[0177]如圖3(a)中所示，首先準(zhǔn)備第一籽晶10a，其第一生長(zhǎng)面為(11_20)面且其在第一生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為U。用于切出第一籽晶IOa的SiC單晶的歷史沒有特別限制且可以使用具有各種歷史的SiC單晶。
[0178]然后，通過使用該第一籽晶IOa在第一生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶。此時(shí)，生長(zhǎng)SiC單晶，直至HAUsineO。。SiC單晶 的生長(zhǎng)方法沒有特別限制且可以使用已知的方法(例如升華析出法)。從得到的第一生長(zhǎng)晶體12a切出第二籽晶10b，所述第二籽晶IOb的第二生長(zhǎng)面為(2-1-10)面且其在第二生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2(~Hi/coUO。)。
[0179]然后，如圖3(b)中所示，通過使用第二籽晶IOb在第二生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶，直至!12凡2&1160°。從得到的第二生長(zhǎng)晶體12b切出第三籽晶10c，所述第三籽晶IOc的第三生長(zhǎng)面為(1-210)面且其在第三生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3(~H2/COs30° )。
[0180]然后,如圖3(c)中所不，通過使用第二籽晶IOc在第二生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶,直至比凡38化60°。從得到的第三生長(zhǎng)晶體12c切出第四籽晶10d，所述第四籽晶IOd的第四生長(zhǎng)面為(-1-210)面且其在第四生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)4(~H3/Cos30° )。
[0181]最后，如圖3(d)中所示，通過使用第四籽晶IOd在第四生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶，直至H4=L4。由此得到{0001}面的直徑為約L4的a面生長(zhǎng)襯底。
[0182]如上所述，每次重復(fù)〈11-20〉正位生長(zhǎng)，{0001}面的直徑都擴(kuò)大。另外，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域始終形成在生長(zhǎng)晶體的端部。因此，能夠在抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生的同時(shí)，制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。
[0183]在圖3中所示的實(shí)例中，將{11-20}面生長(zhǎng)實(shí)施總共四次。{11-20}面生長(zhǎng)的重復(fù)次數(shù)不限于四次且能夠根據(jù){0001}面所需要的直徑選擇最佳重復(fù)次數(shù)。
[0184][3.3.2僅通過〈11-20〉正位生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑(2)]
[0185]第二實(shí)例是僅通過〈11-20〉正位生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法，其中切出具有理論上能夠取出的最大尺寸的籽晶并重復(fù)在籽晶的{11-20}面上的生長(zhǎng)。圖4顯示了僅通過〈11-20〉正位生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法(Lk~理論最大值)的示意圖。
[0186]如圖4(a)中所示，首先準(zhǔn)備第一籽晶10a，其第一生長(zhǎng)面為(11_20)面且其在第一生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為U。用于切出第一籽晶IOa的SiC單晶的歷史沒有特別限制且可以使用具有各種歷史的SiC單晶。
[0187]然后，通過使用該第一籽晶IOa在第一生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶。此時(shí)，生長(zhǎng)SiC單晶，直至H1 SLitaneO°。SiC單晶的生長(zhǎng)方法沒有特別限制且可以使用已知的方法(例如升華析出法)。從得到的第一生長(zhǎng)晶體12a切出第二籽晶10b，所述第二籽晶IOb的第二生長(zhǎng)面為(2-1-10)面且其在第二生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2(~Ι^/--η30° )。
[0188]然后，如圖4(b)中所示，通過使用第二籽晶IOb在第二生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶，直至H2≤L2tan60°。從得到的第二生長(zhǎng)晶體12b切出第三籽晶10c，所述第三籽晶IOc的第三生長(zhǎng)面為(1-210)面且其在第三生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3(~L2/sin30° )。
[0189]然后,如圖4(c)中所不，通過使用第二籽晶IOc在第二生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶,直至H3≤L3tan60°。從得到的第三生長(zhǎng)晶體12c切出第四籽晶10d，所述第四籽晶IOd的第四生長(zhǎng)面為(-1-210)面且其在第四生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)4(~L3/sin30° )。
[0190]最后，如圖4(d)中所示，通過使用第四籽晶IOd在第四生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶，直至H4=L4。由此得到{0001}面的直徑為約L4的a面生長(zhǎng)襯底。
[0191]如上所述，每次重復(fù)〈11-20〉正位生長(zhǎng)，{0001}面的直徑都擴(kuò)大。另外，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域始終形成在生長(zhǎng)晶體的端部。因此，能夠在抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生的同時(shí)，制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。當(dāng)生長(zhǎng)SiC單晶，直至Lk變?yōu)槔碚撋系淖畲笾禃r(shí)，能夠在重復(fù)次數(shù)更少的條件下制造具有大的(0001)面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。
[0192]在圖4中所示的實(shí)例中，將{11-20}面生長(zhǎng)實(shí)施總共四次。{11-20}面生長(zhǎng)的重復(fù)次數(shù)不限于四次且能夠根據(jù){0001}面所需要的直徑選擇最佳重復(fù)次數(shù)。
[0193][3.3.3通過〈11-20〉偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑(3)]
[0194]第三實(shí)例是通過〈11-20〉偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法，其中切出尺寸比理論上能夠取出的尺寸更小的籽晶并重復(fù)在籽晶的{11-20}面上的生長(zhǎng)。術(shù)語(yǔ)“〈11-20〉偏離生長(zhǎng)”是指使用滿足O的籽晶的{11-20}面生長(zhǎng)。圖5顯示了通過〈11-20〉偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法(Lk〈理論最大值)的示意圖。
[0195]如圖5(a)中所示，首先準(zhǔn)備第一籽晶10a，所述第一籽晶IOa的生長(zhǎng)方向?yàn)閇11-20]方向、其第一生長(zhǎng)面具有Θ i的偏離角且其在第一生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)p用于切出第一籽晶IOa的SiC單晶的歷史沒有特別限制且可以使用具有各種歷史的SiC單晶。
[0196]然后，通過使用該第一籽晶IOa在第一生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶。此時(shí)，生長(zhǎng)SiC單晶，直至氏>1^&11(60° +I 9J + I θ2|)。SiC單晶的生長(zhǎng)方法沒有特別限制且可以使用已知的方法(例如升華析出法)。從得到的第一生長(zhǎng)晶體12a切出第二籽晶10b，所述第二籽晶IOb的生長(zhǎng)方向?yàn)閇2-1-10]方向、其第二生長(zhǎng)面具有Θ 2的偏離角且其在第二生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為匕Hi/cosGo。-1e11-1e2D0在此情況下，QjP θ2具有相反的符號(hào)且以增大L2的方式選擇其旋轉(zhuǎn)方向。
[0197]然后，如圖5(b)中所示，通過使用第二生長(zhǎng)籽晶IOb在第二生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶，直至H2 > L2Sin(60。+I θ2| + | θ3|)。從得到的第二生長(zhǎng)晶體12b切出第三籽晶10c，所述第三籽晶IOc的生長(zhǎng)方向?yàn)閇11-20]方向、其第三生長(zhǎng)面具有Θ 3的偏離角且其在第三生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3(~H2/cos(30° -1 θ2|-| θ3|)。在此情況下，02和Θ 3具有相反的符號(hào)且以增大L3的方式選擇其旋轉(zhuǎn)方向。
[0198]最后，如圖5(c)中所示，通過使用第三籽晶IOc在第三生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶，直至H3=L3。由此得到{0001}面的直徑為約L3的a面生長(zhǎng)襯底。
[0199]如上所述，每次重復(fù)〈11-20〉偏離生長(zhǎng)，{0001}面的直徑都擴(kuò)大。另外，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域始終形成在生長(zhǎng)晶體的端部。因此，能夠在抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生的同時(shí)，制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。能夠在偏離生長(zhǎng)的重復(fù)次數(shù)少于正位生長(zhǎng)的重復(fù)次數(shù)的條件下制造具有大的(0001)面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。
[0200]在圖5中所示的實(shí)例中,將{11-20}面生長(zhǎng)實(shí)施總共三次。{11-20}面生長(zhǎng)的重復(fù)次數(shù)不限于三次且能夠根據(jù){0001}面所需要的直徑選擇最佳重復(fù)次數(shù)。
[0201][3.3.4通過〈11-20〉偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑(4)]
[0202]第四實(shí)例是通過〈11-20〉偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法，其中切出具有理論上能夠切出的最大尺寸的籽晶并重復(fù)在籽晶的{11-20}面上的生長(zhǎng)。圖6顯示了通過〈11-20〉偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法(Lk~理論最大值)的示意圖。
[0203]如圖6(a)中所示，首先準(zhǔn)備第一籽晶10a，所述第一籽晶IOa的生長(zhǎng)方向?yàn)閇11-20]方向、其第一生長(zhǎng)面具有Θ i的偏離角且其在第一生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)p用于切出第一籽晶IOa的SiC單晶的歷史沒有特別限制且可以使用具有各種歷史的SiC單晶。
[0204]然后，通過使用該第一籽晶IOa在第一生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶。此時(shí)，生長(zhǎng)SiC單晶，直至H1 SLitan (60° +| θ」+ | θ2|)。SiC單晶的生長(zhǎng)方法沒有特別限制且可以使用已知的方法(例如升華析出法)。從得到的第一生長(zhǎng)晶體12a切出第二籽晶10b，所述第二籽晶IOb的生長(zhǎng)方向?yàn)閇2-1-10]方向、其第二生長(zhǎng)面具有Θ 2的偏離角且其在第二生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2( ^ iVsinGO。-| Θ J-| θ2|)0在此情況下，θ i和Θ 2具有相反的符號(hào)且以增大L2的方式選擇其旋轉(zhuǎn)方向。
[0205]然后，如圖6(b)中所示，通過使用第二籽晶10b，在第二生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶，直至H2 >L2tan(60。+ θ2| + | θ3|)。從得到的第二生長(zhǎng)晶體12b切出第三籽晶10c，所述第三籽晶IOc的生長(zhǎng)方向?yàn)閇11-20]方向、其第三生長(zhǎng)面具有Θ 3的偏離角且其在第三生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3(~L2/sin(30° -| θ2|-| θ3|)0在此情況下，θ 2和θ3具有相反的符號(hào)且以增大L3的方式選擇其旋轉(zhuǎn)方向。
[0206]最后，如圖6(c)中所示，通過使用第三籽晶IOc在第三生長(zhǎng)面上生長(zhǎng)SiC單晶，直至H3=L3。由此得到{0001}面的直徑為約L3的a面生長(zhǎng)襯底。
[0207]如上所述，每次重復(fù)〈11-20〉偏離生長(zhǎng)，{0001}面的直徑都擴(kuò)大。另外，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域始終形成在生長(zhǎng)晶體的端部。因此，能夠在抑制不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生的同時(shí)，制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。當(dāng)實(shí)施SiC單晶的偏離生長(zhǎng)，直至Lk變?yōu)槔碚撋系淖畲笾禃r(shí)，能夠在重復(fù)次數(shù)更少的條件下制造具有更大的(0001)面直徑的a面生長(zhǎng)襯底。
[0208]在圖6所示的實(shí)例中，將{11-20}面生長(zhǎng)實(shí)施總共三次。{11-20}面生長(zhǎng)的重復(fù)次數(shù)不限于三次且能夠根據(jù){0001}面所需要的直徑選擇最佳重復(fù)次數(shù)。
[0209][3.3.5通過〈11-20〉正位生長(zhǎng)或〈11_20>偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑:生長(zhǎng)晶體殘留法(5)]
[0210]第五實(shí)例是通過〈11-20〉正位生長(zhǎng)或〈11-20〉偏離生長(zhǎng)來擴(kuò)大{0001}面的直徑的方法，其中將大部分生長(zhǎng)晶體直接用作籽晶(生長(zhǎng)晶體殘留法)。
[0211]具體地，生長(zhǎng)晶體殘留法是如下方法:所述第k a面生長(zhǎng)步驟(2≤k≤n)是如下步驟:對(duì)在所述第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-1)生長(zhǎng)晶體沿所述第k生長(zhǎng)面進(jìn)行切割，使得所述第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體的大部分殘留，并通過使用所述第k生長(zhǎng)面露出的所述第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體作為所述第k籽晶實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與所述第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約60°或約120°、且自所述{11-20}面的偏離角0,為-15°~15°。
[0212]圖7顯示了作為{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法的一種的生長(zhǎng)晶體殘留法的流程圖。
[0213]如圖7(a)中所示，首先準(zhǔn)備第一籽晶10a。所述第一籽晶IOa應(yīng)具有第一生長(zhǎng)面，所述第一生長(zhǎng)面自{11-20}面的偏離角~15°。在圖7(a)中所示的實(shí)例中，第一籽晶IOa為θ1=0的正位襯底。此外，第一籽晶IOa可以為以使得第一生長(zhǎng)面露出的方式從錠薄切的襯底，或可以為其表面已經(jīng)被加工而使得第一生長(zhǎng)面露出的錠。
[0214]使用該第一籽晶IOa以在[11-20]方向上在{11_20}面上生長(zhǎng)SiC單晶(第Ia面生長(zhǎng)步驟)。由此，如圖7(b)中所示，得到第一生長(zhǎng)晶體12a。在此情況下，可在第一生長(zhǎng)晶體12a的兩端分別生長(zhǎng)不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體14a和16a。
[0215]然后，如圖7(b)中所示，對(duì)包含第一籽晶IOa的第一生長(zhǎng)晶體12a沿第二生長(zhǎng)面^2線)進(jìn)行切割，所述第二生長(zhǎng)面具有與第Ia面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約60°或約120°的生長(zhǎng)方向并且自{11-20}面的偏離角θ2為-15°~15°。優(yōu)選以不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體14a和16a不在第二生長(zhǎng)面上露出且第一生長(zhǎng)晶體12a(+第一籽晶IOa)的大部分殘留的方式選擇M2線的位置。
[0216]還可以對(duì)第一生長(zhǎng)晶體12a (+第一籽晶IOa)沿如下線進(jìn)行切割:
[0217](I)輪廓線(N2線)，其用于使得直徑擴(kuò)大之后的晶體的形狀接近于作為目的的最終形狀(圖7的實(shí)例中的圓形)和/或
[0218](2)變?yōu)榈谌L(zhǎng)面的線(M3線)。
[0219]然后，在對(duì)第一生長(zhǎng)晶體12a(+第一籽晶IOa)沿M2線并任選地沿N2線和M3線進(jìn)行切割之后，如圖7(c)中所示，將得到的晶體直接用作第二籽晶IOb以在[2-1-10]方向上在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC單晶(第2a面生長(zhǎng)步驟)。由此，如圖7(d)中所示，得到第二生長(zhǎng)晶體12b。此外，在此情況下，可在第二生長(zhǎng)晶體12b的兩端分別生長(zhǎng)不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體14b和16b。
[0220]然后，類似地重復(fù)如下步驟:
[0221](I)對(duì)第二生長(zhǎng)晶體12b (+第二籽晶IOb)沿第三生長(zhǎng)面(M3線)并任選地沿輪廓線(N3線、^3線)進(jìn)行切割，使得第二生長(zhǎng)晶體12b (+第二籽晶IOb)的大部分殘留的步驟(圖 7(e))；
[0222](2)通過將第二生長(zhǎng)晶體12b(+第二籽晶IOb)直接用作第三籽晶IOc而在[1-210]方向上在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC的步驟(圖7(f))；[0223](3)對(duì)第三生長(zhǎng)晶體12c(+第三籽晶10c)沿第四生長(zhǎng)面(M4線)并任選地沿輪廓線(N4線)進(jìn)行切割，使得第三生長(zhǎng)晶體12c (+第三籽晶IOc)的大部分殘留的步驟(圖7(g))；
[0224](4)通過將第三生長(zhǎng)晶體12c(+第三籽晶IOc)直接用作第四籽晶IOd而在[-1-120]方向上在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC的步驟(圖7(h))；
[0225](5)對(duì)第四生長(zhǎng)晶體12d(+第四籽晶IOd)沿第五生長(zhǎng)面(M5線)并任選地沿輪廓線(N5線)進(jìn)行切割，使得第四生長(zhǎng)晶體12d(+第四籽晶IOd)的大部分殘留的步驟(圖7⑴);以及
[0226](6)通過將第四生長(zhǎng)晶體12d(+第四籽晶IOd)直接用作第五籽晶IOe而在[-2110]方向上在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC的步驟(圖7(j))。
[0227]此外，實(shí)施如下步驟:
[0228](7)對(duì)第五生長(zhǎng)晶體12e(+第五籽晶IOe)沿第六生長(zhǎng)面(M6線)并任選地沿輪廓線(N6線)進(jìn)行切割，使得第五生長(zhǎng)晶體12e(+第五籽晶IOe)的大部分殘留的步驟(圖7(k));以及
[0229](8)通過將第五生長(zhǎng)晶體12e(+第五籽晶IOe)直接用作第六籽晶IOf而在[-12-10]方向上在{11-20}面上生長(zhǎng)SiC的步驟(圖7(1))。
[0230]最后，對(duì)第六生長(zhǎng)晶體12f進(jìn)行成形以得到如圖7(m)中所示的圓形SiC單晶12g。
[0231]生長(zhǎng)晶體殘留法能夠減少直至制造具有大直徑的{0001}面的生長(zhǎng)次數(shù)。
[0232]此外，通常，當(dāng)通過使用在生長(zhǎng)面內(nèi){0001}面方向的長(zhǎng)度L大的籽晶生長(zhǎng)晶體時(shí)，應(yīng)力變大且生長(zhǎng)晶體傾向于破裂。與此相比，由于使用具有相對(duì)大的L的籽晶的生長(zhǎng)次數(shù)減少，所以生長(zhǎng)晶體殘留法能夠降低破裂的概率。
[0233][3.4.減少異質(zhì)多型晶體或不同取向的晶體的其他方法]
[0234]由于在{11-20}面選擇性生長(zhǎng)法中Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域形成在生長(zhǎng)晶體的端部，所以僅通過該方法可得到高品質(zhì)單晶。當(dāng)將后述方法中能夠應(yīng)用于{11-20}面生長(zhǎng)的一種或多種方法與{11-20}面的選擇性生長(zhǎng)法組合使用時(shí)，能夠進(jìn)一步降低異質(zhì)多型晶體或不同取向的晶體的產(chǎn)生概率。
[0235][4.a面生長(zhǎng)法的實(shí)例⑵:交替生長(zhǎng)法]
[0236][4.1.概述]
[0237]交替生長(zhǎng)法是交替地重復(fù){11-20}面生長(zhǎng)和{1-100}面生長(zhǎng)，其中{1-100}面生長(zhǎng)的生長(zhǎng)方向與{11-20}面生長(zhǎng)的生長(zhǎng)方向相差約90°。
[0238]即，交替生長(zhǎng)法是如下方法:所述第Ia面生長(zhǎng)步驟是通過使用具有第一生長(zhǎng)面的第一籽晶實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)的步驟，所述第一生長(zhǎng)面自{1-100}面或{11-20}面的偏離角Θ I為-15°~15°，且
[0239]所述第k a面生長(zhǎng)步驟(2 < k < η)是如下步驟:從在所述第(k_l) a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出具有所述第k生長(zhǎng)面的所述第k籽晶，并使用所述第k籽晶實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)或{1-100}面生長(zhǎng)，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與所述第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約90°、且自所述{11-20}面或{1-100}面的偏離角ek為-15°~15°。
[0240]通過重復(fù)上 述生長(zhǎng)，能夠依次制造在{0001}面方向的長(zhǎng)度更大的第k籽晶而提高直徑。
[0241]由于上面已經(jīng)對(duì)偏離角91;進(jìn)行了詳細(xì)描述，所以省略其說明。
[0242]當(dāng)實(shí)施{1-100}面生長(zhǎng)時(shí)，小面區(qū)域形成在生長(zhǎng)晶體的表面的幾乎中央部。因此，為了得到高品質(zhì)的晶體，必須在{1-100}面生長(zhǎng)時(shí)采取將Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率s/>B保持在預(yù)定范圍內(nèi)的另外的手段。
[0243]同時(shí)，當(dāng)實(shí)施{11-20}面生長(zhǎng)時(shí)，小面區(qū)域形成在生長(zhǎng)晶體的表面的端部，且S/>B自然變小并能夠保持在預(yù)定范圍內(nèi)。因此。為了得到高品質(zhì)晶體，不一定需要采取將Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在預(yù)定范圍內(nèi)的另外的手段。然而，當(dāng)采取這種手段時(shí)，能夠進(jìn)一步降低不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生概率。 [0244]這種手段包括如下手段。下述手段可以單獨(dú)使用或以兩種以上組合的方式使用，只要其物理上可行即可。
[0245][4.2降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B的方法]
[0246][4.2.1c軸方向的不對(duì)稱生長(zhǎng)法]
[0247]降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B的手段的第一實(shí)例是c軸方向的不對(duì)稱生長(zhǎng)法。
[0248]即，c軸方向的不對(duì)稱生長(zhǎng)法是如下方法:所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I SkSn)是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)，使得{1-100}面小面的最頂部相對(duì)于所述第k生長(zhǎng)面的C軸方向的中心位于靠近Si面?zhèn)取?br>
[0249]此處，術(shù)語(yǔ)“c軸方向的中心”是指垂直于{0001}面的線與生長(zhǎng)晶體的表面之間的交點(diǎn)的中心。
[0250]圖8顯示了以使得其在c軸方向上不對(duì)稱生長(zhǎng)的方式在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)。
[0251]如圖8中所示，當(dāng)在{1-100}面生長(zhǎng)時(shí){0001}面小面的最頂部相對(duì)于c軸方向的中心位于靠近Si面?zhèn)葧r(shí)，能夠降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積。結(jié)果，能夠抑制由于不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生而造成的生長(zhǎng)晶體的劣化。
[0252]盡管未示出，但是當(dāng)在{11-20}面生長(zhǎng)時(shí){0001}面小面的最頂部也位于靠近Si面?zhèn)葧r(shí)，能夠進(jìn)一步降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積?？梢詫軸方向上的不對(duì)稱生長(zhǎng)應(yīng)用于{1-100}面生長(zhǎng)和{11-20}面生長(zhǎng)中的一者或兩者。
[0253]關(guān)于c軸方向上的不對(duì)稱生長(zhǎng)，存在各種方法。第一種方法是在{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)時(shí)使得Si面?zhèn)鹊臏囟鹊陀赾軸方向的中心處的溫度。
[0254]降低Si面?zhèn)鹊臏囟鹊姆椒ㄊ侨缦路椒?所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I≤k≤η)是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)，使得相對(duì)于所述第k生長(zhǎng)面的c軸方向的中心，靠近Si面?zhèn)鹊臏囟茸兊玫陀谒鯿軸方向的中心處的溫度。
[0255]作為降低靠近Si面?zhèn)鹊臏囟鹊姆椒?，例如，存在圖9(a)中所示的方法。即，將原料24裝入坩堝22中，并將籽晶26固定在坩堝22的頂部。已知的是，當(dāng)生長(zhǎng)SiC單晶時(shí)，必須將生長(zhǎng)面保持為特定程度的凸起。為此，對(duì)坩堝結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)坩堝在爐子中的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，且在坩堝內(nèi)的單晶附近在坩堝中心附近的溫度變得最低。盡管在圖中未顯示坩堝的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，但推測(cè)采用其中坩堝中心附近的溫度變得最低的結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)籽晶26的中心從坩堝22的中心發(fā)生位移、且將Si面?zhèn)纫苿?dòng)從而接近坩堝22的中心時(shí)，靠近Si面?zhèn)鹊臏囟认陆?。結(jié)果，生長(zhǎng)晶體30的{1-100}面小面的最頂部位移至靠近Si面?zhèn)?。由此，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積減小。
[0256]實(shí)施c軸方向的不對(duì)稱生長(zhǎng)的第二種方法是如下方法:在{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)時(shí)，使得靠近Si面?zhèn)鹊腟iC氣體濃度高于c軸方向的中心處的濃度。
[0257]提高靠近Si面?zhèn)鹊腟iC氣體濃度的方法是如下方法:所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I ^ k ^ η)是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)，使得相對(duì)于所述第k生長(zhǎng)面的c軸方向的中心，靠近Si面?zhèn)鹊腟iC氣體濃度變得高于所述c軸方向的中心處的濃度。
[0258]作為提高靠近Si面?zhèn)鹊腟iC氣體濃度的方法，例如，存在圖9(b)中所示的方法。gp，將原料24裝入坩堝22中，并將籽晶26固定在坩堝22的頂部。此外，將升華氣體導(dǎo)管28設(shè)置在原料24的上部，從而優(yōu)先向生長(zhǎng)晶體表面的特定位點(diǎn)供應(yīng)SiC氣體。此時(shí)，當(dāng)以優(yōu)先將SiC氣體供應(yīng)至靠近Si面?zhèn)鹊姆绞皆O(shè)置升華氣體導(dǎo)管28的端部時(shí)，在升華氣體導(dǎo)管28的端部附近的SiC氣體的濃度變得最高。結(jié)果，生長(zhǎng)晶體30的{1-100}面小面的最頂部位移至靠近Si面?zhèn)?。此外，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積由此減小。
[0259]實(shí)施c軸方向的不對(duì)稱生長(zhǎng)的第三種方法是其中將靠近Si面?zhèn)鹊拈L(zhǎng)度大的不對(duì)稱籽晶用作{11-20}面生長(zhǎng)時(shí)的籽晶的方法。
[0260]即，使用不對(duì)稱籽晶的方法是如下方法:當(dāng)所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I < k < η)是實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)的步驟時(shí)，所述第k a面生長(zhǎng)步驟是通過使用所述第k籽晶實(shí)施所述SiC的{11-20}面生長(zhǎng)的步驟，所述第k籽晶相對(duì)于c軸方向的中心在靠近Si面?zhèn)鹊拈L(zhǎng)度大于靠近C面?zhèn)鹊拈L(zhǎng)度。
[0261]圖10顯示了通過使用不對(duì)稱籽晶在{11-20}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖 (右下)和透視圖(右上)。
[0262]如上所述，在{11-20}面生長(zhǎng)時(shí)在生長(zhǎng)晶體的兩端形成小面區(qū)域。此時(shí)，如圖10中所示，當(dāng)使得在籽晶的靠近Si面?zhèn)鹊拈L(zhǎng)度變大時(shí)，小面區(qū)域位移至靠近Si面?zhèn)惹襸1-100}面小面的最頂部同時(shí)位移至靠近Si面?zhèn)取Ｒ虼?，與使用對(duì)稱籽晶時(shí)相比，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積減小。
[0263][4.2.2.Si面?zhèn)葮O性面階梯消滅法(接合的籽晶)]
[0264]降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B的手段的第二實(shí)例是消滅Si面?zhèn)葮O性面階梯自身的方法。
[0265]即，Si面?zhèn)葮O性面階梯消滅法是如下方法:所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I < k < η)是通過使用所述第k籽晶實(shí)施SiC的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)的步驟，所述第k籽晶是通過將至少兩個(gè)籽晶片段以其Si面彼此相向的方式接合在一起而得到的。
[0266]通過Si面彼此相向的各籽晶片段可以是單塊籽晶片段或以其Si面面向相同方向的方式接合在一起的多個(gè)籽晶片段的集合體。
[0267]圖11顯示了通過使用通過將籽晶片段的Si面?zhèn)冉雍显谝黄鸲玫降淖丫г趝1-100}面生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左中)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中中)、透視圖(右上)和部分放大的右側(cè)視圖(右中)，以及通過將籽晶片段的Si面?zhèn)冉雍显谝黄鸲玫降淖丫У钠矫鎴D(左下)。
[0268]當(dāng)通過將兩個(gè)籽晶片段以其Si面彼此相向的方式接合在一起而得到籽晶時(shí)，在籽晶的C軸方向的端面變?yōu)镃面。當(dāng)通過使用該籽晶實(shí)施{1-100}面生長(zhǎng)時(shí)，在{1-100}面小面之間形成的所有階梯都變?yōu)镃面?zhèn)葮O性面階梯。即，根據(jù)該方法，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域基本上消失。結(jié)果，不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生概率大大下降。
[0269]圖19顯示了通過使用通過將籽晶片段的Si面?zhèn)冉雍显谝黄鸲玫降淖丫г趝11-20}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左中)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中中)、透視圖(右上)和部分放大的右側(cè)視圖(右中)，以及通過將籽晶片段的Si面?zhèn)冉雍显谝黄鸲玫降淖丫У钠矫鎴D(左下)。
[0270]通常，如圖2中所示，在{11-20}面生長(zhǎng)中小面呈現(xiàn)在生長(zhǎng)晶體表面的兩端且Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域形成在Si面?zhèn)?。然后，以其Si面?zhèn)缺舜讼嘞虻姆绞綄⒆丫卧O(shè)置在籽晶上的形成有小面的兩端部分。
[0271]此處，籽晶的中央部分由在不接合Si面?zhèn)鹊那闆r下得到的單塊籽晶構(gòu)成。其基于如下原因:
[0272](a)從生長(zhǎng)晶體切出的{0001}面晶片的收率變高，因?yàn)閱螇K生長(zhǎng)晶體不含低品質(zhì)接合界面；且
[0273](b)在中央部分未形成小面。
[0274]在像這樣設(shè)置的籽晶中，籽晶的兩端部分的c軸方向的兩個(gè)端面都變?yōu)镃面。當(dāng)通過使用該籽晶實(shí)施{11-20}面生長(zhǎng)時(shí)，在生長(zhǎng)晶體的兩端的{1-100}面小面之間形成的所有階梯都變?yōu)镃面?zhèn)葮O性面階梯。即，根據(jù)該方法，即使在{11-20}面生長(zhǎng)中，也能夠基本上消滅Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域。結(jié)果，不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生概率明顯下降。在{1-100}面生長(zhǎng)的情況下，通過接合Si面?zhèn)榷a(chǎn)生生長(zhǎng)晶體中的接合界面。另一方面，在{11-20}面生長(zhǎng)的情況下，由于 這種接合界面不存在于生長(zhǎng)晶體的中央部，所以取出的{0001}面的晶片的收率變高。
[0275]Si面?zhèn)葮O性面階梯消滅法可以應(yīng)用于{1-100}面生長(zhǎng)和{11-20}面生長(zhǎng)中的一者或兩者。
[0276][4.2.3.{1-100}面的平坦生長(zhǎng)法]
[0277]降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B的手段的第三實(shí)例是在{1-100}面生長(zhǎng)時(shí)在最頂部附近平坦生長(zhǎng){1-100}面的方法。
[0278]{1-100}面的平坦生長(zhǎng)法更具體地是如下方法:當(dāng)所述第k a面生長(zhǎng)步驟(l^k^n)是實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)的步驟時(shí)，所述第k a面生長(zhǎng)步驟是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)，使得在小面區(qū)域內(nèi)具有Imm以下高度差的區(qū)域的面積占小面區(qū)域的總面積的90%以上。
[0279]術(shù)語(yǔ)“具有Imm以下高度差的區(qū)域”是包含{1_100}面小面的最頂部和與此相鄰的{1-100}面小面的區(qū)域、以及距{1-100}面小面的最頂部在Imm以內(nèi)的區(qū)域(即，其中極性面階梯的數(shù)目相對(duì)少的區(qū)域)。
[0280]圖12顯示了已平坦生長(zhǎng){1-100}面的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)。
[0281]如圖12中所示，當(dāng)在{1-100}面生長(zhǎng)的情況下從開始生長(zhǎng)到生長(zhǎng)結(jié)束將生長(zhǎng)面保持平坦時(shí)，{1-100}面小面的最頂部變寬且“其中具有Imm以下高度差的區(qū)域”擴(kuò)大。結(jié)果，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積減小。由此，不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生概率明顯下降。[0282]作為平坦生長(zhǎng){1-100}面的方法，例如存在圖9(c)中所示的方法。即，將原料24裝入坩堝22中，并將籽晶26固定在坩堝22的頂部。此外，將均熱板32安裝在與生長(zhǎng)晶體30的表面相對(duì)的位置處。當(dāng)安裝均熱板32時(shí)，在生長(zhǎng)晶體30的表面附近，在水平面內(nèi)的溫度差變小。結(jié)果，生長(zhǎng)晶體30的表面變平坦。由此，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積減小。
[0283][4.2.4(0001}面方向的凸起生長(zhǎng)法][0284]降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B的手段的第四實(shí)例是在{1-100}面生長(zhǎng)時(shí)在{0001}面方向上生長(zhǎng){1-100}面凸起的方法。
[0285]凸起生長(zhǎng)法具體地是如下方法:當(dāng)所述第k a面生長(zhǎng)步驟(I < k < η)是實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)的步驟時(shí)，所述第k a面生長(zhǎng)步驟是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)，使得所述第k生長(zhǎng)晶體的表面在{0001}面方向變得凸起，即當(dāng)“L”表示所述第k生長(zhǎng)晶體的{0001}面方向的長(zhǎng)度、且“r”表示所述第k生長(zhǎng)晶體的表面的{0001}面方向的曲率時(shí)，滿足r〈L。
[0286]當(dāng)實(shí)施凸起生長(zhǎng)時(shí)，生長(zhǎng)晶體的表面可以相對(duì)于c面方向的中心呈對(duì)稱或不對(duì)稱地生長(zhǎng)。
[0287]即，當(dāng)實(shí)施凸起生長(zhǎng)時(shí)，第k a面生長(zhǎng)步驟(I≤k≤η)可以是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)，使得{1-100}面小面的最頂部相對(duì)于所述第k生長(zhǎng)面的C面方向的中心位于端部側(cè)。
[0288]術(shù)語(yǔ)“c面方向的中心”是指平行于{0001}面的線與生長(zhǎng)晶體的表面之間的交點(diǎn)的中心。
[0289]術(shù)語(yǔ)“凸起”是指當(dāng)“L”表示生長(zhǎng)晶體的{0001}面方向的長(zhǎng)度、且“r”表示生長(zhǎng)晶體的表面的{0001}面方向的曲率(其中穿過生長(zhǎng)面的中心并垂直于生長(zhǎng)面的平面與生長(zhǎng)晶體的表面相交的線段的曲率)時(shí)，滿足r<L。
[0290]圖13顯示了以使得在{0001}面方向變得凸起并且相對(duì)于c面方向的中心變得對(duì)稱的方式，在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(中下)和透視圖(右上)，以及顯示“r”與“L”之間的關(guān)系的示意圖(右下)。
[0291]如圖13中所示，當(dāng)實(shí)施{1-100}面生長(zhǎng)時(shí)，如果生長(zhǎng)晶體而使得在{0001}面方向變得凸起，則在小面區(qū)域的{0001}面方向的寬度變小。結(jié)果，小面區(qū)域自身的面積減小。由此，Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積也減小。
[0292]圖14顯示了以使得在{0001}面方向變得凸起并且相對(duì)于c面方向的中心變得不對(duì)稱的方式在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)。
[0293]如圖14中所示，當(dāng)以使得在{0001}面方向變得凸起并相對(duì)于c面方向的中心變得不對(duì)稱的方式在{1-100}面上生長(zhǎng)SiC單晶時(shí)，減小的Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域向生長(zhǎng)晶體的端部移動(dòng)。因此，可以抑制在生長(zhǎng)晶體的中央附近產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體。
[0294]為了生長(zhǎng)凸起晶體，更具體地，如圖9(b)中所示，存在通過使用升華氣體導(dǎo)管28提高在生長(zhǎng)晶體30的表面的特定位點(diǎn)的SiC氣體濃度的方法。
[0295][4.2.5氮摻雜量下降的生長(zhǎng)法]
[0296]降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B的手段的第五實(shí)例是在{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)時(shí)降低氮摻雜量的方法。[0297]這種氮摻雜量下降的生長(zhǎng)法具體地是如下方法:所述第k a面生長(zhǎng)步驟(l^k^n)是在氮?dú)夥謮簽?%以下的氣氛中實(shí)施SiC的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)的步驟。
[0298]通常，為了降低在襯底上制造的器件的電阻，通常在向生長(zhǎng)氣氛中引入氮的同時(shí)實(shí)施SiC單晶的生長(zhǎng)。氮摻雜在用于切出晶片的c面生長(zhǎng)時(shí)是必要的，但在作為高品質(zhì)化工序的a面生長(zhǎng)時(shí)不是必要的。
[0299]相反，當(dāng)在摻雜氮的同時(shí)實(shí)施a面生長(zhǎng)時(shí)，如果氮的摻雜量大，則不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生頻率提高。因此，氮?dú)夥謮簝?yōu)選為5%以下。氮?dú)夥謮焊鼉?yōu)選為1%以下。
[0300]圖15顯示了通過使用氮摻雜量下降的生長(zhǎng)法在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左下)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右下)和透視圖(右上)。
[0301]當(dāng)在摻雜氮的同時(shí)實(shí)施a面生長(zhǎng)時(shí)，通過減少氮摻雜量從而降低不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體在Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域中的產(chǎn)生頻率。
[0302]考慮其原因如下:
[0303](I)當(dāng)減少氮摻雜量時(shí)，如圖15中所示，在小面區(qū)域的{0001}面方向的寬度輕微下降且Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積也相應(yīng)減??；以及
[0304](2)盡管詳細(xì)原因未知，但當(dāng)在氮摻雜量小的條件下實(shí)施{1-100}面生長(zhǎng)時(shí)，不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的產(chǎn)生頻率自身下降。
`[0305][4.2.6.虛擬籽晶放置法]
[0306]降低Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B的手段的第六實(shí)例是如下方法:在{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)時(shí)將虛擬籽晶臨近主籽晶放置。
[0307]虛擬籽晶放置法具體地是如下方法:第k a面生長(zhǎng)步驟(I < k < η)是通過將虛擬籽晶臨近主籽晶放置來制造所述第k籽晶并通過使用所述第k籽晶實(shí)施所述SiC的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)的步驟。
[0308]主籽晶變?yōu)槠浜穸韧ㄟ^重復(fù)生長(zhǎng)而提高的塊體。
[0309]該方法在如下方面與上述Si面?zhèn)葮O性面階梯消滅法不同。即，虛擬籽晶可以為普通的薄籽晶。虛擬籽晶的表面不需要被研磨，因?yàn)樽罱K將虛擬籽晶從生長(zhǎng)晶體中切除。此外，虛擬籽晶的晶體取向沒有限制。虛擬籽晶可以為單塊籽晶片段或接合在一起的多個(gè)籽晶片段的集合體。
[0310]圖20顯示了通過使用通過將虛擬籽晶臨近主籽晶放置而得到的籽晶在{1-100}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左中)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右中)和透視圖(右上)，以及通過將虛擬籽晶接合至主籽晶而得到的籽晶的平面圖(左下)。
[0311]當(dāng)通過使用通過將虛擬籽晶放置在主籽晶的Si面?zhèn)壬隙玫降淖丫砩L(zhǎng)SiC單晶時(shí)，在主籽晶上生長(zhǎng)的晶體上，表面的〈0001>方向的曲率變小且Si面?zhèn)葮O性面階梯選擇性地形成在虛擬籽晶上。即，根據(jù)該方法，即使當(dāng)在Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域中產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體時(shí)，在主籽晶上生長(zhǎng)的晶體仍難以受到這些晶體的影響。
[0312]圖21顯示了通過使用通過將虛擬籽晶臨近主籽晶放置而得到的籽晶在{11-20}面上生長(zhǎng)的SiC單晶的平面圖(左中)、正視圖(左上)、右側(cè)視圖(右中)和透視圖(右上)，以及通過將虛擬籽晶接合至主籽晶而得到的籽晶的平面圖(左下)。[0313]當(dāng)通過使用通過將虛擬籽晶放置在主籽晶的{0001}面方向的兩端部而得到的籽晶來生長(zhǎng)SiC單晶時(shí)，在主籽晶上生長(zhǎng)的晶體上，表面的{0001}方向的曲率變小、且小面傾向于選擇性地形成在虛擬籽晶上。即，根據(jù)該方法，即使當(dāng)在Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域中產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體時(shí)，在主籽晶上生長(zhǎng)的晶體仍難以受到這些晶體的影響。
[0314]上述虛擬籽晶放置法可以應(yīng)用于{1-100}面生長(zhǎng)和{11-20}面生長(zhǎng)中的一者或兩者。
[0315][5.制造SiC單晶的方法(2)]
[0316]根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的制造SiC單晶的方法包括a面生長(zhǎng)步驟和c面生長(zhǎng)步驟。
[0317][5.1.a面生長(zhǎng)步驟]
[0318]a面生長(zhǎng)步驟是重復(fù)兩次以上a面生長(zhǎng)，使得Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在預(yù)定值以下的步驟。
[0319]至于a面生長(zhǎng)步驟的細(xì)節(jié)，由于其與第一實(shí)施方式的細(xì)節(jié)相同，所以省略其說明。
[0320][5.2.c面生長(zhǎng)步驟]
[0321]c面生長(zhǎng)步驟是如下步驟:從第n a面生長(zhǎng)步驟中得到的所述第η生長(zhǎng)晶體切出具有第(η+1)生長(zhǎng)面的第(η+1)籽晶，并在所述第(η+1)生長(zhǎng)面上實(shí)施所述SiC單晶的c面生長(zhǎng)，所述第(η+1)生長(zhǎng)面自{0001}面的偏離角的絕對(duì)值為30°以下。
[0322]當(dāng)在c面生長(zhǎng)時(shí)偏離 角的絕對(duì)值太大時(shí)，需要更大的生長(zhǎng)高度以將攜帶至生長(zhǎng)晶體的疊層缺陷從第η生長(zhǎng)晶體排出到生長(zhǎng)晶體的外部。當(dāng)偏離角的絕對(duì)值變得太大時(shí)，可能在生長(zhǎng)晶體中產(chǎn)生新的疊層缺陷。因此，自{0001}面的偏離角的絕對(duì)值優(yōu)選為30°以下。
[0323]通過根據(jù)第一實(shí)施方式的方法得到的a面生長(zhǎng)晶體具有大的{0001}面直徑并包含很少不同取向的晶體或很少異質(zhì)多型晶體。因此，當(dāng)從a面生長(zhǎng)晶體切出用于c面生長(zhǎng)的籽晶并通過使用籽晶來實(shí)施c面生長(zhǎng)時(shí)，能夠制造具有大的{0001}面直徑并具有很少缺陷的c面生長(zhǎng)晶體。
[0324][6.SiC單晶:a面生長(zhǎng)晶體]
[0325]當(dāng)使用根據(jù)第一實(shí)施方式的方法時(shí)，得到具有很少缺陷的a面生長(zhǎng)晶體。更具體地說，得到在除自外周20%的區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)不含不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的SiC單晶。
[0326][6.1.不同取向的晶體塊和異質(zhì)多型晶體塊]
[0327]圖16顯示了通過使用本發(fā)明的a面生長(zhǎng)法制造的SiC單晶的平面圖(圖16(a))、正視圖(圖16(b))和透視圖(圖16(c))。
[0328]當(dāng)通過使用本發(fā)明的a面生長(zhǎng)法制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)晶體時(shí)，如果將制造條件優(yōu)化，則在生長(zhǎng)晶體的外周部形成Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域。因此，即使不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的核形成在Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域中并隨SiC的生長(zhǎng)而生長(zhǎng)成塊狀，其仍存在于生長(zhǎng)晶體的外周部。
[0329]術(shù)語(yǔ)“自外周20%的區(qū)域”是指如圖16(a)~16(c)中所示，從生長(zhǎng)晶體的表面到對(duì)應(yīng)于0.2X的距離的區(qū)域。“X”是從生長(zhǎng)晶體的中心到表面的距離。
[0330]術(shù)語(yǔ)“不含不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體”是指不含具有超過Imm3體積的塊狀的不同取向的晶體或塊狀的異質(zhì)多型晶體。
[0331]當(dāng)對(duì)制造條件進(jìn)一步優(yōu)化時(shí)，得到在除自外周10%的區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)不含不同取向的晶體塊或異質(zhì)多型晶體塊的SiC晶體，或基本不含不同取向的晶體塊或異質(zhì)多型晶體塊的SiC單晶。
[0332][6.2.直徑]
[0333]根據(jù)本發(fā)明的a面生長(zhǎng)法能夠有效地制造具有大的{0001}面直徑的a面生長(zhǎng)晶體。更具體地說，當(dāng)對(duì)制造條件進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，得到具有IOOmm以上或150mm以上的{0001}面直徑的SiC單晶。
[0334][6.3.小面痕跡]
[0335]圖17顯示了在a面上生長(zhǎng)的SiC單晶中形成的{1-100}面的小面痕跡的示意圖(圖17(a)和17(b))，以及包含Si面?zhèn)葮O性面階梯的{1-100}面的小面痕跡(圖17(c)和17 (d))的不意圖。
[0336]當(dāng)實(shí)施{11-20}面的生長(zhǎng)時(shí)，小面區(qū)域形成在生長(zhǎng)晶體的端部。因此，如圖17(a)中所示，{1-100}面的小面痕跡(畫有陰影線的區(qū)域)呈現(xiàn)在生長(zhǎng)晶體的端部。
[0337]同時(shí)，當(dāng)實(shí)施{1-100}面的生長(zhǎng)時(shí)，如圖17(b)中所示，{1-100}面的小面痕跡呈現(xiàn)在生長(zhǎng)晶體的中央部。由于{1-100}面的小面痕跡包含Si面?zhèn)葮O性面階梯、且為傾向于產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的區(qū)域，所以小面痕跡的體積率越低越好。
`[0338]在上述a面生長(zhǎng)法中，當(dāng)采取將小面區(qū)域的面積自身縮小的手段時(shí)，能夠降低{1-100}面的小面痕跡的體積率({1-100}面的小面痕跡的體積對(duì)生長(zhǎng)晶體的體積之比)。更具體地，通過優(yōu)化制造條件，得到{1-100}面的小面痕跡的體積率為40%以下或20%以下的SiC單晶。
[0339]當(dāng)實(shí)施a面生長(zhǎng)時(shí)，Si面?zhèn)葮O性面階梯通常形成在小面區(qū)域內(nèi)。當(dāng)Si面?zhèn)葮O性面階梯形成在小面區(qū)域內(nèi)時(shí)，呈現(xiàn)具有條狀的小面痕跡。
[0340]當(dāng)實(shí)施{11-20}面的生長(zhǎng)時(shí)，如圖17(c)中所示，在兩端形成的小面痕跡中，包含Si面?zhèn)葮O性面階梯的{1-100}面的小面痕跡(下文中也稱作“條狀小面痕跡”)占據(jù)靠近Si面?zhèn)?由粗虛線包圍的區(qū)域)。
[0341]類似地，當(dāng)實(shí)施{1-100}面的生長(zhǎng)時(shí)，在中央形成的小面痕跡中，條狀小面痕跡占據(jù)靠近Si面?zhèn)?。由于條狀小面痕跡是其中傾向于產(chǎn)生不同取向的晶體或異質(zhì)多型晶體的區(qū)域，所以其體積率越低越好。
[0342]在上述a面生長(zhǎng)法中，當(dāng)采取將小面區(qū)域的面積自身縮小的手段或?qū)i面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域縮小的手段時(shí)，能夠降低條狀小面痕跡的體積率(條狀小面痕跡的體積對(duì)生長(zhǎng)晶體的體積之比)。更具體地，通過優(yōu)化制造條件，能夠得到條狀小面痕跡的體積率為20%以下或10%以下的SiC單晶。
[0343][7.SiC晶片、SiC單晶(c面生長(zhǎng)晶體)]
[0344]根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的SiC晶片是從通過使用a面生長(zhǎng)法得到的SiC單晶(a面生長(zhǎng)晶體)切出的，且其最寬的面基本為{0001}面(B卩，自{0001}面的偏離角的絕對(duì)值為30°以下的面)。
[0345]得到的SiC晶片可以直接用于各種目的?；蛘?，可以通過使用得到的SiC晶片作為籽晶而制造SiC單晶(c面生長(zhǎng)晶體)。[0346]此外，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的SiC晶片是從按上述得到的SiC單晶(c面生長(zhǎng)晶體)切出的。得到的SiC晶片可以用于各種目的。
[0347][8.半導(dǎo)體器件]
[0348]根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是通過使用本發(fā)明的SiC單晶或SiC晶片而制造的。半導(dǎo)體器件的具體實(shí)例包括(a) LED和(b)功率器件用二極管和晶體管。
[0349]盡管已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于此，而是可以在不背離本發(fā)明的主旨或范圍的條件下進(jìn)行各種改變。
[0350]根據(jù)本發(fā)明的SiC單晶制造方法能夠用于制造SiC單晶，所述SiC單晶能夠用作超低電力損失的功率器件 用半導(dǎo)體材料。
【權(quán)利要求】
1.一種制造SiC單晶的方法，具有如下構(gòu)成: (a)所述制造SiC單晶的方法重復(fù)n(n≥2)次a面生長(zhǎng)步驟； (b)第Ia面生長(zhǎng)步驟是通過使用具有第一生長(zhǎng)面的第一籽晶在所述第一生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)的步驟，所述第一生長(zhǎng)面自(OOOl)面的偏離角為80°~100° ； (C)第k a面生長(zhǎng)步驟(2 < k < η)是如下步驟:從在第(k-1) a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出具有第k生長(zhǎng)面的第k籽晶，并在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差45°~135°、且自{0001}面的偏離角為80°~100° ； (d)所述第k a面生長(zhǎng)步驟(1≤ k ≤ η)是如下步驟:在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)，使得由等式(A)表示的Si面?zhèn)刃∶鎱^(qū)域的面積率S/>B保持在20%以下， S 小面(%)=S1X100/S2 (A) 其中S1為通過將Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯投影在第k生長(zhǎng)面上而得到的面積的總面積與通過將夾在所述Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯之間的{1-100}面小面投影在第k生長(zhǎng)面上而得到的面積的總面積之和，且 S2是所述第k生長(zhǎng)面的總面積。
2.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法， 其中所述第Ia面生長(zhǎng)步驟是通過使用具有所述第一生長(zhǎng)面的所述第一籽晶在{11-20}面上生長(zhǎng)所述SiC單晶的步驟，所述第一生長(zhǎng)面自{11-20}面的偏離角Q1為-15°~15°，且 所述第k a面生長(zhǎng)步驟(2 ≤k ≤η)是如下步驟:從在所述第(k_l) a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出具有所述第k生長(zhǎng)面的所述第k籽晶，并通過使用所述第k籽晶實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與所述第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約60°或約120°、且自所述{11-20}面的偏離角ekS-15°~15°。
3.如權(quán)利要求2所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(l≤k≤η-1)是如下步驟:在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC的{11-20}面生長(zhǎng)，使得如下表達(dá)式(I)的關(guān)系成立，
Hk > LkSin(60° +I 0k| + | 0k+1|) (I) 其中Hk是在第k a面生長(zhǎng)步驟中的生長(zhǎng)高度， Lk是在第k籽晶的第k生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度，且 9,和0k+1具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向是增大在第(k+Ι)籽晶的第(k+Ι)生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度Lk+1的方向。
4.如權(quán)利要求2所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(2<k<n)是如下步驟:從所述第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出具有如下表達(dá)式(2)的關(guān)系的第k籽晶，并在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)， Lk ~Hh/cosGO。-1eiJ-1ekI) (2) 其中Hlri是在第(k-Ι)生長(zhǎng)步驟中的生長(zhǎng)高度， Lk是在第k籽晶的第k生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度，且 θ η和Θ k具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向是增大Lk的方向。
5.如權(quán)利要求2所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(l≤k≤n-1)是如下步驟:在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)，使得滿足如下表達(dá)式(3)，
Hk ^ Lktan(60° +1 Θ k | +1 Θ k+11) (3) 其中Hk是在第k a面生長(zhǎng)步驟中的生長(zhǎng)高度， Lk是在第k籽晶的第k生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度，且 9,和0k+1具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向是增大在第(k+Ι)籽晶的第(k+Ι)生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度Lk+1的方向。
6.如權(quán)利要求2所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(2<k<n)是如下步驟:從第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出第k籽晶使得滿足如下表達(dá)式(4)，并在第k生長(zhǎng)面上實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)， Lk ~LkVsin(30° -1eiJ-1ekI) ⑷ 其中Llrl是在第(k-Ι)籽晶的第(k-Ι)生長(zhǎng)面的(0001)面方向的長(zhǎng)度， Lk是在第k籽晶的第k生長(zhǎng)面的{0001}面方向的長(zhǎng)度，且 θ η和Θ k具有相反的符號(hào)且其旋轉(zhuǎn)方向是增大Lk的方向。
7.如權(quán)利要求2所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(2<k<n)是如下步驟:對(duì)在所述第(k-1) a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體沿所述第k生長(zhǎng)面進(jìn)行切割，使得所述第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體的大部分殘留，并通過使用所述第k生長(zhǎng)面露出的所述第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體作為所述第k籽晶實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與所述第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約60°或約120°、且自所述{11-20}面的偏離角0,為-15°~15°。
8.如權(quán)利要求2所述的制造SiC單晶的方法，其中IΘη| = | 0k|(2≤k≤η)。
9.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法， 其中所述第Ia面生長(zhǎng)步驟是通過使用具有第一生長(zhǎng)面的第一籽晶實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)的步驟，所述第一生長(zhǎng)面自{1-100}面或{11-20}面的偏離角~15°，且 所述第k a面生長(zhǎng)步驟(2 < k < η)是如下步驟:從在所述第(k_l) a面生長(zhǎng)步驟中得到的第(k-Ι)生長(zhǎng)晶體切出具有所述第k生長(zhǎng)面的所述第k籽晶，并使用所述第k籽晶實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)或{1-100}面生長(zhǎng)，所述第k生長(zhǎng)面的生長(zhǎng)方向與所述第(k-l)a面生長(zhǎng)步驟的生長(zhǎng)方向相差約90°、且自所述{11-20}面或{1-100}面的偏離角Θ k 為-15。~15°。
10.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(KkSn)是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)，使得{1-100}面小面的最頂部相對(duì)于所述第k生長(zhǎng)面的C軸方向的中心位于靠近Si面?zhèn)取?br>
11.如權(quán)利要求10所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(I ≤ k ≤ η)是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)，使得相對(duì)于所述第k生長(zhǎng)面的c軸方向的中心，靠近Si面?zhèn)鹊臏囟茸兊玫陀谒鯿軸方向的中心處的溫度。
12.如權(quán)利要求10所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(l^k^n)是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)，使得相對(duì)于所述第k生長(zhǎng)面的c軸方向的中心，靠近Si面?zhèn)鹊腟iC氣體濃度變得高于所述c軸方向的中心處的濃度。
13.如權(quán)利要求10所述的制造SiC單晶的方法，其中當(dāng)所述第ka面生長(zhǎng)步驟(l^k^n)是實(shí)施所述SiC單晶的{11-20}面生長(zhǎng)的步驟時(shí)，所述第k a面生長(zhǎng)步驟是通過使用所述第k籽晶實(shí)施所述SiC的{11-20}面生長(zhǎng)的步驟，所述第k籽晶相對(duì)于c軸方向的中心在靠近Si面?zhèn)鹊拈L(zhǎng)度大于靠近C面?zhèn)鹊拈L(zhǎng)度。
14.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(I SkSn)是通過使用所述第k籽晶實(shí)施SiC的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)的步驟，所述第k籽晶是通過將至少兩個(gè)籽晶片段以其Si面彼此相向的方式接合在一起而得到的。
15.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中當(dāng)所述第ka面生長(zhǎng)步驟(l^k^n)是實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)的步驟時(shí)，所述第k a面生長(zhǎng)步驟是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)，使得在小面區(qū)域內(nèi)具有Imm以下高度差的區(qū)域的面積占小面區(qū)域的總面積的90%以上。
16.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(KkSn)是通過使用所述第k籽晶實(shí)施SiC的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)的步驟，所述第k籽晶是通過將虛擬籽晶臨近主籽晶放置而得到的。
17.如權(quán)利要求1所 述的制造SiC單晶的方法，其中當(dāng)所述第ka面生長(zhǎng)步驟(l^k^n)是實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)的步驟時(shí)，所述第k a面生長(zhǎng)步驟是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)，使得所述第k生長(zhǎng)晶體的表面在{0001}面方向變得凸起，即當(dāng)“L”表示所述第k生長(zhǎng)晶體的{0001}面方向的長(zhǎng)度、且“r”表示所述第k生長(zhǎng)晶體的表面的{0001}面方向的曲率時(shí)，滿足r〈L。
18.如權(quán)利要求17所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(I ^ k ^ η)是如下步驟:實(shí)施所述SiC單晶的{1-100}面生長(zhǎng)，使得{1-100}面小面的最頂部相對(duì)于所述第k生長(zhǎng)面的c面方向的中心位于端部側(cè)。
19.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(KkSn)是在氮?dú)夥謮簽?%以下的氣氛中實(shí)施SiC的{1-100}面生長(zhǎng)或{11-20}面生長(zhǎng)的步驟。
20.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，其中所述第ka面生長(zhǎng)步驟(I SkSn)是通過使用具有所述第k生長(zhǎng)面的所述第k籽晶在所述第k生長(zhǎng)面上實(shí)施SiC單晶的a面生長(zhǎng)的步驟，所述第k生長(zhǎng)面自{0001}面的偏離角為大于85°至小于95°。
21.如權(quán)利要求1所述的制造SiC單晶的方法，還包括如下構(gòu)成: (e)所述制造SiC單晶的方法包括如下c面生長(zhǎng)步驟:從所述第η生長(zhǎng)晶體切出具有第(η+1)生長(zhǎng)面的第(η+1)籽晶，并在所述第(η+1)生長(zhǎng)面上實(shí)施所述SiC單晶的c面生長(zhǎng)，所述第(η+1)生長(zhǎng)面自{0001}面的偏離角的絕對(duì)值為30°以下。
22.—種SiC單晶，其是通過權(quán)利要求1的方法而得到，且在除自外周20%的區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)不含不同取向的晶體塊或異質(zhì)多型晶體塊。
23.如權(quán)利要求22所述的SiC單晶，其在除自外周10%的區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)不含所述不同取向的晶體塊或所述異質(zhì)多型晶體塊。
24.如權(quán)利要求22所述的SiC單晶，其中{0001}面的直徑為IOOmm以上。
25.如權(quán)利要求22所述的SiC單晶，其中{0001}面的直徑為150mm以上。
26.如權(quán)利要求22所述的SiC單晶，其中{1-100}面的小面痕跡的體積率為40%以下。
27.如權(quán)利要求22所述的SiC單晶，其中{1-100}面的小面痕跡的體積率為20%以下。
28.如權(quán)利要求22所述的SiC單晶，其中包含Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯的{1-100}面的小面痕跡的體積率為20%以下。
29.如權(quán)利要求22所述的SiC單晶，其中包含Si面?zhèn)鹊臉O性面階梯的{1-100}面的小面痕跡的體積率為10%以下。
30.一種SiC晶片，其是從權(quán)利要求22的SiC單晶切出的，且其最寬的面自{0001}面的偏離角的絕對(duì)值為30°以下。
31.一種SiC單晶，其是通過使用權(quán)利要求30的SiC晶片實(shí)施c面生長(zhǎng)而得到。
32.—種SiC晶片，其是從權(quán)利要求31的SiC單晶切出的。
33.一種半導(dǎo)體器件，其是通過使用權(quán)利要求22的SiC單晶而制造的。
34.如權(quán)利要求33所述·的半導(dǎo)體器件，其為二極管、晶體管或LED。
【文檔編號(hào)】C30B29/36GK103582723SQ201280027744
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月5日
【發(fā)明者】郡司島造, 重藤啟輔, 浦上泰, 山田正德, 安達(dá)步, 小林正和 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田中央研究所, 株式會(huì)社電裝, 昭和電工株式會(huì)社