制造碳化硅单晶的方法技术

制造ＳｉＣ单晶的方法，包括下列步骤：使第一ＳｉＣ单晶在由ＳｉＣ单晶形成的第一晶种上在第一生长方向上生长；在与第一生长方向平行或倾斜的方向上设定在第一晶种上生长的第一ＳｉＣ单晶，并在与第一生长方向垂直的截面中的长轴方向上切割所述设定的第一ＳｉＣ单晶，以获得第二晶种；使用第二晶种以在其上在第二生长方向上生长第二ＳｉＣ单晶，至厚度大于所述截面中的长轴长度；在与第二生长方向平行或倾斜的方向上设定在第二晶种上生长的第二ＳｉＣ单晶，并在与第二生长方向垂直的截面中的长轴方向上切割所述设定的第二ＳｉＣ单晶，以获得第三晶种；使用第三晶种以在其上生长第三ＳｉＣ单晶；并以暴露出｛０００１｝晶面的方式切割在第三晶种上生长的第三ＳｉＣ单晶，由此获得ＳｉＣ单晶。该方法能在不损害结晶度的情况下有效增大晶体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造碳化硅(SiC )单晶的方法，特别涉及通过旨在制造具 有大尺寸和优异品质的SiC单晶的生长方法实现晶体生长的制造SiC单晶 的方法。
技术介绍
SiC是物理和化学稳定并具有宽的能带隙的材料，其物理和化学稳定 性可通过高的热导率、通常优异的耐热性和机械强度并耐受辐射线表现出 来。因此，其可用作即使在升高的温度也可用的环境防护装置的材料、防 辐射线装置的材料、专用于功率控制的功率器件的材料、短波长发光器件 的材料等。近年来，其已经作为专用于功率控制的功率器件引起普遍关注， 并一直在进行引人注目的itA。为了使SiC单晶广泛用作专用于功率控制的功率器件的材料，自然要 求该晶体完全无缺陷，如位错。为了降低该器件的成本，也要求它是大直 径晶片。为了制造具有大直径且没有任何明显缺陷的这种晶片，具有大直径和 低缺陷密度的晶种是必不或缺的。但是，品质优异的普遍可得的SiC晶种是通过升华和重结晶方法(不使用晶种)和所谓的Lely方法制成的晶体(Lely晶体)。Lely方法难以 增加直径，并且只能制造最多接近1平方厘米的晶体。迄今可得的大SiC单晶是如下制造的使用Leyly晶体作为晶种，使 用^皮称作改性Lely方法的升华和重结晶法，在相同方向上(主要在c-轴方 向上)重复晶体生长，并使晶体在a-轴方向上一点点扩大。因此，a-轴方向上的尺寸扩大必然需要大量时间。由尺寸为大约1英 寸的晶体制造尺寸为2英寸的晶体例如需要超过1年的时间。为了解决上文提到的问题，已经公开了通过如贴砖那样边靠边地连接 小晶种来实现晶体生长的方法(参考JP-A HEI 11-268989和WO-A 2003-527298 );通过连接SiC单晶来制备晶种的方法(参考JP-A 2001-253799 );和包括在能够制造大直径晶片的Si基底上生长立方SiC， 将生长的立方SiC与Si基底剥离，然后对立方SiC施以热处理由此将其转 化成六方SiC (例如4H-型)的方法(参看JP-A HEI 11-268995 )。当使通过连接小晶种而获得的材料生长为晶种或基底时，长成的产物 的品质因发生晶体缺陷(如源自所得接点边界面的位错或微管)而降低。 当使用Si基底获得大直径晶体时，这种晶体不能获得完全令人满意的品质， 因为在热处理后仍然存在由于Si和SiC的晶格常数之间的不匹配而发生的 晶体缺陷。本专利技术旨在提供能够在不留下晶体缺陷的情况下有效实现晶体扩大的 SiC单晶制造方法。
技术实现思路
已经为实现上述目的而完成了本专利技术，并包括下列方面。 具体而言，本专利技术的第一方面提供了制造SiC单晶的方法，包括下列 步骤使第一 SiC单晶在由SiC单晶形成的第一晶种上在第一生长方向上 生长；在与第一生长方向平行或倾斜的方向上设定在第一晶种上生长的第 一SiC单晶，并在与第一生长方向垂直的截面中的长轴方向上切割所述设 定的第一SiC单晶，以获得第二晶种；使用第二晶种以在其上在第二生长5方向上生长第二SiC单晶，至厚度大于所述截面中的长轴长度；在与第二 生长方向平行或倾斜的方向上设定在第二晶种上生长的第二 SiC单晶，并 在与第二生长方向垂直的截面中的长轴方向上切割所述i殳定的第二 SiC单 晶，以获得第三晶种；使用第三晶种以在其上生长第三SiC单晶；并以暴 露出{0001}晶面的方式切割在第三晶种上生长的第三SiC单晶，由此获得 SiC单晶。本专利技术的第二方面包括第一方面的构造，其中在第一晶种上以大于第 一晶种表面的直径的厚度生长第一 SiC单晶。本专利技术的第三方面包括第一或第二方面的构造，其中所述与第一或第 二生长方向平行或倾斜的方向与该第一或第二生长方向具有0。或更大且 小于90°的角。本专利技术的第四方面包括第一至第三方面任一方面的构造，其中生长的 第三SiC单晶的厚度大于第三晶种表面的长轴长度。本专利技术的第五方面包括第一至第四方面的构造，其中由第一至第四方 面的任一方面中的任何生长步骤获得晶种。本专利技术的第六方面包括第一至第五方面任一方面的构造，其中如下使 SiC单晶生长将晶种的晶体生长部分的温度设为1800'C至2300"C，并将 SiC单晶原材料的温度设为2000。C至2400。C并高于晶体生长部分的温度。本专利技术的第七方面提供了通过第一至第六方面任一方面的方法获得的 SiC单晶。本专利技术的第八方面提供了通过第七方面的方法获得的SiC单晶，其中 它具有由{0001}构成的、或相对于{0001}形成了±30°偏差的取向。本专利技术的第九方面提供了使用第七或第八方面的SiC单晶的半导体器件。本专利技术的第十方面提供了由第九方面的半导体器件形成的倒相器。 单晶制造方法包括在高温下向由SiC单晶形成的晶种供应来自作为原 材料的SiC的蒸气，以引发SiC单晶生长。在该方法中，通过与生长方向平行或倾斜地切割生长的晶体而获得大的晶种。用晶种使单晶生长，然后以与上述相同的方式切割该单晶，由此制造更大的晶种，并重复单晶的生 长，从而可以在不损害结晶度的情况下有效获得大的单晶。根据下文中参照附图给出的描述，本领域技术人员可以明显看出本发 明的上述和其它目的、特征和优点。附图简述图l显示了本专利技术中用于晶体生长的装置的截面的一个实例。 图2是显示晶体切割方向的示例图。本专利技术的最佳实施方式本专利技术涉及的SiC单晶制造方法基本上是包括下述步骤的方法在超 过2000"C的高温向由SiC单晶形成的晶种供应来自作为原材料的SiC的升 华气体，由此在晶种上实现SiC单晶生长。这种生长方法可用于旨在生长单晶的所有方法，例如使用硅烷或丙烷 作为原材料代替升华气体的化学气相沉积法(CVD法)，或使用Si熔体 作为溶剂实现生长的液相生长法。本专利技术涉及包括下列步骤的方法用第一晶种生长第一单晶，由其制 造第二晶种，生长第二单晶，由其制造第三晶种，和制造最终单晶产物，并重复这些步骤以制造单晶。该方法的特征在于通过特别选择切割相关生 成的单晶的方向，能够成功地使制成的晶种获得逐渐扩大的尺寸。具体而言，首先，本专利技术使由SiC单晶形成的晶种(第一晶种)生长 SiC单晶，优选达到大于晶种长轴的长度(生长厚度)。晶种是圆形、椭 圆形或矩形的。在是圆形的情况下，长轴是直径，在是椭圆形的情况下， 长轴是长轴长度，或在是矩形的情况下，长轴是长边的长度。要选择的晶 种优选尽可能充分地不含晶体缺陷。从第二次制造开始，通过本专利技术获得 的单晶可用作晶种。由因此获得的单晶制造晶种(第二晶种)。该晶种是通过在与生长方 向平行或倾斜的方向上切割单晶来制造的。平行或倾斜方向是指与生长轴向呈0°或更大且小于90。、优选0°或更大且45。或更小的角度。指定 这一具体范围的原因在于能够尽可能大地提高所述切割倾斜表面上的生长 轴向的长度。现在，下文描述第一晶种是圆形并在倾斜方向上进行切割的情况(参 看图2)。当第一晶种是圆形的并在倾斜方向上切割长成的单晶时，在第二晶种 中与生长方向垂直形成的截面是椭圆形的。使a代表第一晶种的圆的直径， b代表单晶的截取部分的高度，且第二晶种截面的短轴方向上的长度是a， 且长轴方向上的长度是32 + 1)2的平方根(图2(1))。使该第二晶种生长第二 SiC单晶。生长的单晶是具有椭圆截面的圓柱 体形状。其长度(生长厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造ＳｉＣ单晶的方法，包括下列步骤：　使第一ＳｉＣ单晶在由ＳｉＣ单晶形成的第一晶种上在第一生长方向上生长；　在与第一生长方向平行或倾斜的方向上设定在第一晶种上生长的第一ＳｉＣ单晶，并在与第一生长方向垂直的截面中的长轴方向上切割所 述设定的第一ＳｉＣ单晶，以获得第二晶种；　使用第二晶种以在其上在第二生长方向上生长第二ＳｉＣ单晶，至厚度大于所述截面中的长轴长度；　在与第二生长方向平行或倾斜的方向上设定在第二晶种上生长的第二ＳｉＣ单晶，并在与第二生长方向垂直的 截面中的长轴方向上切割所述设定的第二ＳｉＣ单晶，以获得第三晶种；　使用第三晶种以在其上生长第三ＳｉＣ单晶；并　以暴露出｛０００１｝晶面的方式切割在第三晶种上生长的第三ＳｉＣ单晶，由此获得ＳｉＣ单晶。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小柳直树，庄内智博，坂口泰之，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]