JP2003321298A

JP2003321298A - ＳｉＣ単結晶及びその製造方法，エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ及びその製造方法，並びにＳｉＣ電子デバイス

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Publication number: JP2003321298A
Application number: JP2002128725A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Nakamura; 大輔中村; Hiroyuki Kondo; 宏行近藤
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-11
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP3776374B2

Abstract

(57)【要約】【課題】転位及び欠陥をほとんど含まず高品質なＳｉ
Ｃ単結晶及びその製造方法，並びに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ウエハ及びその製造方法，並びにリーク電流
及び耐圧低下の発生がほとんどないＳｉＣ電子デバイス
を提供すること。【解決手段】｛０００１｝面から傾斜角度１°〜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
作製する。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１°〜９
０°傾いた面を第ｎ成長面として露出させた第ｎ種結晶
を作製して，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成長結晶作製することを特徴とす
るＳｉＣ単結晶の製造方法。

Description

【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単結晶及びその製造方法，並びにエ
ピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ及びその製造方法，並
びに該エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハを用いたＳｉ
Ｃ電子デバイスに関する。

【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｛１１−２
０｝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Ｓｉ
Ｃ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単結晶及びその製造方法，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ウエハ及びその製造方
法，並びにリーク電流及び耐圧低下の発生がほとんどな
いＳｉＣ電子デバイス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１°〜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４
５°〜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１°〜９０°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ー
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１°〜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４
５°〜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１°〜９０°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ー
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。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立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），又は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。

【００１２】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ことを特徴とするＳｉＣ単結晶にあ
る（請求項８）。

【００１３】本発明のＳｉＣ単結晶は，上記第１の発明
の製造方法によって作製されたものである。そのため，
上記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３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
９）。

【００１５】第１の発明の製造方法により製造されたＳ
ｉＣ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Ｓ
ｉＣウエハを作製することができる。

【００１６】次に，第４の発明は，第３の発明の製造方
法により作製されたことを特徴とするエピタキシャル膜
付きＳｉＣウエハにある（請求項１１）。

【００１７】上記エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ
は，第３の発明の製造方法によって製造される。そのた
め，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。

【００１８】次に，第５の発明は，第４の発明のエピタ
キシャル膜付きＳｉＣウエハを用いたことを特徴とする
ＳｉＣ電子デバイスにある（請求項１２）。

【００１９】本発明のＳｉＣ電子デバイスは，第４の発
明のエピタキシャル膜付きＳｉＣウエハを用いており，
上述したように，該エピタキシャル膜付きＳｉＣウエハ
は，転位及び欠陥が少なく高品質である。そのため，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
１°〜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，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，ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ
（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，７
０°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，１
０°以上であることが好ましい（請求項３）。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２
０°以下であることが好ましい（請求項４）。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，第ｎ成長工程（但し，ｎ≠Ｎ）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
が好ましい（請求項５）。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｛０００
１｝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６）この場合には十分な成長高さが得られるため大口径のＳ
ｉＣ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．ＢＶ
ｏｌ．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７）。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，ｔｓｅｅ
ｄ＝Ａ^1/2×２／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３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１０）。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，ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐ
ｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（化学気相堆積法）法，上記
ＰＶＥ法は，ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＥｐｉｔ
ａｘｙ（昇華エピタキシー）法，上記ＬＰＥ法は，Ｌｉ
ｑｕｉｄＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ（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／ｃｍ
³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Ｓｉ
Ｃ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，｛０００
１｝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（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎ
ｇ），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２１００〜２４０
０℃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１
０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２１００〜２４
００℃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２
５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２
５３，即ち＜１−１００＞方向を有し，かつ｛０００
１｝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１
５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Ｓｉ
Ｃ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２
０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＜１１−２
０＞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１
５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，ＲＩ
Ｅ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ），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２
０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＜１−１
００＞方向に第２傾斜方向２５３を有し，かつ｛０００
１｝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｛０
００１｝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＜００
０１＞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｛０００
１｝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｛００
０１｝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Ｓｉ
Ｈ₄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Ｓｉ
Ｃ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Ｓ
ｉＣ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Ｓｉ
Ｃ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，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤宏行愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BE08 DA02 DB04 DB07 EA02 ED05 HA12 SA04 5F045 AA03 AB06 AC01 AC07 AD18 AE23 AF02 AF13 BB12 HA03

Claims

【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１°〜９
０°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｛０００
１｝面から傾斜角度１°〜９０°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ー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又は２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，１０°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４】請求項１において，ｎ＝Ｎ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５】請求項１又は４において，第ｎ成長工程
（但し，ｎ≠Ｎ）においては，上記第ｎ成長面と｛００
０１｝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６】請求項１〜５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７】請求項１〜６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８】請求項１〜７のいずれか１項に記載の製
造方法により作製されたことを特徴とするＳｉＣ単結
晶。
【請求項９】請求項１〜７のいずれか１項に記載の製
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１０】請求項９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Ｓ
ｉＣウエハの製造方法。
【請求項１１】請求項９又は１０に記載の製造方法に
より作製されたことを特徴とするエピタキシャル膜付き
ＳｉＣウエハ。
【請求項１２】請求項１１に記載のエピタキシャル膜
付きＳｉＣウエハを用いたことを特徴とするＳｉＣ電子
デバイス。