碳化硅单晶的制造方法和碳化硅基板与流程

本公开涉及碳化硅单晶的制造方法和碳化硅基板。

背景技术：

许多碳化硅基板(晶圆)使用升华法(所谓的“改良Lely法”)进行制造(例如，参见日本特开2004-269297号公报(专利文献1)和日本特开2004-338971号公报(专利文献2))。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-269297号公报

专利文献2：日本特开2004-338971号公报

技术实现要素：

本公开的一种实施方式的碳化硅单晶的制造方法包括以下步骤：准备具有粘接部和阶梯部的支撑构件，所述阶梯部配置在所述粘接部的周缘的至少一部分处；在所述阶梯部上配置缓冲材料，所述粘接部和所述缓冲材料构成支撑面；在所述支撑面上配置种晶并将所述粘接部与所述种晶互相粘接；和在所述种晶上生长单晶。

本公开的一种实施方式的碳化硅基板具有150mm以上的直径，并且包括：直径为50mm的中心区域；和外周区域，所述外周区域沿外周端形成并且与所述外周端的距离在10mm以内，如果假定基准取向表示在所述中心区域内的任意三点处测定的晶面取向的平均值，则所述基准取向与在所述外周区域内的任意点处测定的晶面取向之间的偏差为200角秒以下。

附图说明

图1为示意性显示本公开的一种实施方式的碳化硅单晶的制造方法的流程图。

图2为说明本公开的一种实施方式的碳化硅单晶的制造方法的一部分的示意剖视图。

图3为显示本公开的一种实施方式的示例性支撑构件的平面示意图。

图4为显示本公开的一种实施方式的另一种示例性支撑构件的平面示意图。

图5为显示本公开的一种实施方式的示例性支撑构件的示意剖视图。

图6为显示本公开的一种实施方式的碳化硅基板的示例性构造的平面示意图。

图7为说明晶面取向的偏差的示例性测定方法的示意图。

具体实施方式

[本公开的实施方式的说明]

首先，列出本公开的实施方式并进行说明。在以下的说明中，相同或相应的要素给予相同的参考符号并且不重复说明。关于本说明书中的结晶学记载，个别取向由[]表示，集合取向由<>表示，个别面由()表示，和集合面由{}表示。通常，结晶学上的负指数应该是将“-”(横杠)放在数字上方来表示，但在本说明书中将负号放在数字之前来表示。

升华法是原料在高温下升华并且升华的原料在种晶上重结晶的晶体生长方法。通常，在这种方法中，原料被收容在生长容器(例如，石墨构成的坩埚)的下部，并且将种晶粘接并固定在位于生长容器的上部的支撑构件(例如，坩埚的盖子)上。近年来伴随着这样的升华法的进展，已经开始确立了大量生产各自具有约100mm以下(例如，约4英寸)的直径的碳化硅(SiC)基板的技术。然而，为了SiC功率器件的真正普及，有必要大量生产各自具有更大的直径、即直径为150mm以上(例如，6英寸以上)的SiC基板。

为了提供更大直径的基板，减少晶体缺陷是至关重要的，因为随着基板直径变得更大，晶体缺陷增加。以往已经提出了各种方法来减少晶体缺陷。例如，专利文献1提出在升华法中在种晶与台座(支撑构件)之间配置应力缓冲材料。因此，因种晶与台座之间的热膨胀系数的差异而产生的热应力被应力缓冲材料缓和，从而防止在生长的SiC单晶中的晶格面中的应变和宏观缺陷。

另一方面，专利文献2提出在种晶与台座之间设置缓冲构件并且在不使用胶粘剂的情况下将缓冲构件与台座连接。因此，因种晶与缓冲构件之间热膨胀系数的差异而导致的缓冲构件的弯曲是可接受的，从而防止生长的晶体的晶格面中的应变。

然而，这些方法的各个方法都不足以作为大量生产大直径基板的技术，因为可能降低晶体生长速度。用作上述应力缓冲材料或缓冲构件的石墨片具有多个石墨层在彼此之上互相层叠的结构。这样的石墨片在石墨层的面内方向(片的面内方向)上显示出高热导率，但在石墨层的层叠方向(片的厚度方向)上显示出相对低的热导率。例如，面内方向的热导率为约134W/(m·K)，而层叠方向的热导率仅为约4.7W/(m·K)。因为石墨片在厚度方向上具有这样的低热导率，所以当将石墨片设置在种晶与台座之间时，在石墨片的厚度方向上造成大的温差，结果，生长的晶体与原料之间的温差变小，从而降低晶体生长速度。

另外，上述方法还缺乏生产稳定性。具体而言，当将与石墨片粘接的种晶固定到台座上时，所述种晶可能会剥离而从所述台座上落下来。这是由于以下原因：在石墨片中，石墨层之间的断裂强度低，当生长的晶体的质量增加时或当由于种晶与石墨片之间的热膨胀系数的差异而引起热应力时，容易导致石墨层之间的断裂。如果种晶部分剥离但没有从台座落下来，则种晶(SiC)升华到在剥离部分处的低温侧(台座侧)，结果在生长的晶体中形成微细的贯通孔。当生长大直径单晶时，这种现象尤为明显。

[1]本公开的一种实施方式的碳化硅单晶的制造方法包括以下步骤：准备具有粘接部和阶梯部的支撑构件，所述阶梯部配置在所述粘接部的周缘的至少一部分处；在所述阶梯部上配置缓冲材料，所述粘接部和所述缓冲材料构成支撑面；在所述支撑面上配置种晶并将所述粘接部与所述种晶互相粘接；和在所述种晶上生长单晶。

根据以上说明，可以制造大直径(例如，直径为150mm以上)的SiC基板。在所述制造方法中，首先，在粘接部处将种晶与支撑构件直接粘接。通过以这种方式在其间不设置缓冲材料的情况下将种晶与支撑构件直接粘接，可以稳定地保持种晶而不引起诸如落下的问题。另外，因为没有缓冲材料位于粘接部，所以在支撑构件与种晶之间不引起大的温差，从而可以维持原料与生长的晶体之间的温差。因此，可以实现适合大量生产的晶体生长速度。

根据本发明人的研究，当生长大直径的SiC单晶时，有可能在SiC单晶的外周附近引起因支撑构件与种晶之间的热膨胀系数的差异而产生的热应力。在所述制造方法中，在粘接部的周缘的至少一部分处(例如，对应于SiC单晶的外周的支撑构件的区域)设置阶梯部，并且在阶梯部上配置缓冲材料(例如石墨片)。通过这样做，可以有效缓和在种晶的外周附近引起的热应力。也就是说，可以减少在SiC单晶的外周中的晶体缺陷。在此，假设术语“阶梯部”代表(在从种晶离开的方向上)凹陷至低于粘接部(面)的部分。

[2]所述支撑面具有圆形的平面形状，并且如果设所述支撑面的直径为d₁，则所述阶梯部可以位于包含所述支撑面的中心点且直径为0.5d₁以上的中心区域的外侧。

通过确保粘接部的直径为0.5d₁以上，就可以通过支撑构件稳定地支撑种晶。此外，在晶体生长期间，可以通过粘接部消散提供给SiC单晶和种晶的热。根据上述构造，粘接部包括与种晶和SiC单晶各自的中心附近对应的部分。因此，在SiC单晶中，当在平面视图中观察时，可以形成中心附近的温度比它周围的温度低的温度分布。以这种方式，在中心附近的晶体生长速度比它周围的高，从而可以提供具有凸状外形的SiC单晶，所述凸状外形从晶体品质的观点考虑是理想的。也就是说，根据上述构造，可以改善晶体品质。

[3]在所述配置缓冲材料的步骤中，所述缓冲材料可以以相对于所述支撑构件的中心轴成轴对称的方式配置。

为了制造具有良好的晶体品质的SiC单晶，期望在SiC单晶内形成轴对称的温度分布。在这种情况下，施加于SiC单晶的热应力也是轴对称的，使得可以通过如上所述的以轴对称的方式配置缓冲材料而有效地缓和热应力。

[4]在所述配置缓冲材料的步骤中，所述缓冲材料可以以相对于所述支撑构件的中心点成点对称的方式配置。

根据这种实施方式，当在SiC单晶中形成点对称的温度分布时，可以有效地缓和热应力。

[5]所述支撑构件包括具有所述粘接部的第一支撑构件、和与所述第一支撑构件接合的第二支撑构件，并且所述支撑构件可以在所述第一支撑构件与所述第二支撑构件互相接合的部分的周缘的至少一部分处具有所述阶梯部。

这样，同样根据其中支撑构件由两个部件构成的实施方式，同上述[1]一样，可以在实现适合大量生产的晶体生长速度的同时减少SiC单晶的外周中的晶体缺陷。另外，根据这种实施方式，第一支撑构件也可以由具有与种晶的热膨胀系数接近的热膨胀系数的材料构成，从而也可以减少热应力的产生。

[6]所述缓冲材料可以具有0.1mm以上且2.0mm以下的厚度。如果厚度小于0.1mm，则缓和热应力的效果可能降低。另外，因为缓冲材料的厚度方向上的热导率通常低于支撑构件的垂直方向上的热导率，所以在缓冲构件的厚度大于2mm的部分的温差变大，这样可能降低缓和SiC单晶中的外周附近的热应力的效果。

[7]所述种晶可以具有150mm以上的直径。因此可以制造直径为150mm以上的大直径基板。

[8]本公开的一种实施方式的碳化硅基板具有150mm以上的直径，并且包括：直径为50mm的中心区域；和外周区域，所述外周区域沿外周端形成并且与所述外周端的距离在10mm以内，如果假定基准取向表示在所述中心区域内的任意三点处测定的晶面取向的平均值，则所述基准取向与在所述外周区域内的任意点处测定的晶面取向之间的偏差为200角秒以下。

以往各自具有150mm以上直径的大直径SiC基板在器件制造期间一直遭受基板在其外周区域经常破裂的问题，因此没有实际用途。例如，当在运输过程中受到过度的力时或当因碰撞装置的一部分而受到冲击时，常规的大直径SiC基板容易破裂。

当本发明人使用上述制造方法制造直径为150mm以上的SiC基板时，在器件制造过程中这种SiC基板破裂的可能性意外地非常低。本发明人详细分析了使用常规制造方法得到的SiC基板与使用本公开的一种实施方式的制造方法得到的SiC基板之间的差异，结果发现所述差异是由基板的外周区域处的晶面取向的偏差引起的。

具体而言，揭示了当假定基准取向表示在基板的中心区域内的任意三点处测定的晶面取向的平均值时，当基准取向与在基板的外周区域内的任意点处测定的晶面取向之间的偏差为200角秒以下时，基板不破裂，而当该偏差大于200角秒时，基板容易破裂。可以说，晶面取向的偏差(应变)与基板破裂之间的这样的相关性正是由于通过本公开的一种实施方式的制造方法得到未破裂的基板而检测出的。具体而言，在破裂的基板中，晶面已经从周围的束缚中解放，这样起初就不能检测晶面取向的偏差。

在此，“角秒”是角度单位，并且表示“1/3600°”。晶面取向可以通过例如双晶X-射线衍射法进行测定。此外，期望“外周区域内的任意点”属于具有通过例如X-射线形貌术指定的最大晶格面倾斜(格子面傾斜)的外周区域部分。

[9]上述[8]中的碳化硅基板可以具有0.3mm以上且0.4mm以下的厚度。

通过将基板的厚度设定为0.4mm以下，或许能降低器件的制造成本。另一方面，通过将基板的厚度设定为0.3mm以上，便于器件制造过程中的操作性(ハンドリング)。一般而言，具有较大直径的较薄SiC基板更可能破裂。因此，以往，很难实现直径为150mm以上且厚度为0.5mm以下的基板。然而，当如上面[8]中所述，晶面取向的偏差为200角秒以下时，即使直径大且厚度小的基板在器件制造过程中也不会破裂。

[10]在[8]或[9]中的碳化硅基板中，在中心区域内的任意三点处测定的(0004)面的X-射线摇摆曲线的半宽度的平均值与在外周区域内的任意点处测定的(0004)面的X-射线摇摆曲线的半宽度之差的绝对值为20角秒以下。

[本公开的实施方式的详情]

以下对本公开的实施方式(以下也称为“本实施方式”)进行详细说明；然而，本实施方式不应该限于这些。

[碳化硅单晶的制造方法]

图1为示意性显示本实施方式的制造方法的流程图。图2为说明该制造方法的一部分的示意剖视图。如图1和图2中所示，所述制造方法包括：准备具有粘接部Bp和阶梯部Sp的支撑构件20b的步骤(S101)；在阶梯部Sp上配置缓冲材料2的步骤(S102)；在支撑面Sf上配置种晶10并将粘接部Bp与种晶10互相粘接的步骤(S103)；和在种晶10上生长单晶11的步骤(S104)。以下将对各个步骤进行说明。

[准备支撑构件的步骤(S101)]

在这个步骤中，准备具有粘接部Bp和在粘接部Bp的周缘的至少一部分处的阶梯部Sp的支撑构件。所述支撑构件由例如石墨构成并且可以起到坩埚30(参照图2)的盖子的作用。

图3为显示示例性支撑构件的平面示意图。如图3所示，支撑构件20a具有圆形的平面形状，并且具有粘接部Bp和凹陷至低于粘接部Bp的阶梯部Sp。如下所述，在各个阶梯部Sp处配置缓冲材料2，由此粘接部Bp和缓冲材料2构成支撑面Sf(参照图2)。在图3中，设置了四个阶梯部Sp；然而，阶梯部Sp的数量没有特别限制，只要阶梯部Sp设置在支撑构件20a的至少一部分处即可。

在图3中，支撑构件20a的直径(即，支撑面Sf的直径)示为d₁。随着直径d₁更大，可以更稳定地支撑大直径的种晶。本实施方式旨在制造大直径(例如，直径为150mm以上)的单晶。因此，优选直径d₁为150mm以上，更优选为175mm以上，特别优选为200mm以上。应该说明的是，直径d₁可以为300mm以下。

在这种情况下，优选在中心区域CR1外侧设置各阶梯部Sp，所述中心区域CR1包含支撑构件20a的平面视图中的中心点Cp并且具有0.5d₁以上的直径。这是因为在确保用于粘接部Bp的面积的同时，可以缓和在单晶11的外周区域内产生的热应力。中心区域CR1的直径更优选为0.6d₁以上，并且特别优选为0.7d₁以上。这是因为通过增大粘接部Bp的面积，热从单晶11的中心附近消散，从而便于将单晶11的外形控制为凸形。如果单晶11的外形可以在生长初期形成为凸形，则更有可能抑制不同种类的多型体混入其中。

为了使单晶11生长成凸形，期望在单晶11中形成轴对称的温度分布。因此，根据这种温度分布，优选阶梯部Sp以相对于支撑构件20a的中心轴Ax成轴对称的方式设置，使得以面向由于温度分布而有可能产生热应力的部分的方式配置缓冲材料2。

此外，更期望在单晶11中这样引起的温度分布是同心圆状的，即与单晶11的中心点呈点对称。图4为显示适合于这种情况的示例性支撑构件的平面示意图。在图4中显示的支撑构件20b中，阶梯部Sp以相对于支撑构件20b的中心点Cp成点对称的方式设置，从而包围粘接部Bp。支撑构件20b可以应对同心圆状的温度分布，从而改善单晶11的晶体品质。

所述支撑构件可以由例如两个部件构成。图5为显示由两个部件构成的示例性支撑构件的示意剖视图。支撑构件20c包括第一支撑构件21和第二支撑构件22。第二支撑构件22由例如石墨构成。期望具有粘接部Bp的第一支撑构件21由具有与种晶10的热膨胀系数接近的热膨胀系数的材料构成。例如，第一支撑构件21可以由SiC单晶或SiC多晶体构成。当然，第一支撑构件21可以与第二支撑构件22一样由石墨构成。

第一支撑构件21和第二支撑构件22可以通过例如胶粘剂、嵌合结构等互相接合。在此，示例性的合适的胶粘剂为碳胶粘剂。碳胶粘剂是指通过在有机溶剂中分散石墨微粒而得到的胶粘剂。其具体例子为由日本日清纺化学株式会社制造的“ST-201”等。也可以通过热处理将这样的碳胶粘剂碳化以牢固地将目标物体互相粘接。例如，可以以如下方式将碳胶粘剂碳化：将碳胶粘剂暂时保持在约150℃以上且约300℃以下的温度下以将有机溶剂蒸发，然后保持在约500℃以上且约1000℃以下的高温下。

[配置缓冲材料的步骤(S102)]

在这个步骤中，在阶梯部Sp上配置缓冲材料2，缓冲材料2可以与阶梯部Sp粘接，或者可以只是置于其上。通过如图2中所示在阶梯部Sp上配置缓冲材料2，粘接部Bp和缓冲材料2构成支撑面Sf。如上所述，缓冲材料2优选以相对于支撑构件的中心轴Ax成轴对称的方式配置，并且更优选以相对于支撑构件的中心点Cp成点对称的方式配置。

(缓冲材料)

对于缓冲材料2，具有耐热性和良好的柔软性的材料是合适的，例如石墨片。优选缓冲材料2具有0.1mm以上且2.0mm以下的厚度。如果厚度小于0.1mm，则可能降低缓和热应力的效果。另一方面，如果厚度大于2.0mm，则在缓冲材料2的厚度方向上的温差变大，从而可能导致缓和SiC单晶中的外周附近的热应力的效果降低。为了有效缓和热应力，缓冲材料2的厚度更优选为0.1mm以上且1.0mm以下，并且特别优选为0.2mm以上且0.8mm以下。当缓冲材料为片状时，可以将多个缓冲材料互相层叠来使用。在这种情况下，假定缓冲材料的厚度是指互相层叠的多个缓冲材料的厚度的总和。

[将粘接部与种晶粘接的步骤(S103)]

如图2或图5中所示，在这个步骤中，将支撑构件的粘接部Bp与种晶10互相粘接。可以使用例如上述碳胶粘剂进行粘接。与粘接部Bp一起构成支撑面Sf的缓冲材料2可以不与种晶10粘接。然而，期望在缓冲材料2与种晶10之间没有间隙形成。这是因为以下原因：如果它们之间有间隙，则种晶10(SiC)升华到间隙中的低温侧(支撑构件侧)，结果可能在种晶10中形成微细的贯通孔。例如，通过以与用于粘接部Bp的方式相同的方式使用胶粘剂，可以以在缓冲材料2与种晶10之间不形成间隙的方式将它们互相紧密接合。

(种晶)

可以通过将例如多型体4H或6H的SiC锭(单晶)切片成预定厚度来准备种晶10。多型体4H对器件特别有用。例如可以使用线锯等进行切片。如图2所示，其上要生长单晶11的种晶10的主面(下文中也称为“生长面”)例如可以对应于(0001)面(所谓的“Si面”)或可以对应于(000-1)面(所谓的“C面”)。

种晶10的生长面期望可以是通过以相对于{0001}面1°以上且10°以下倾斜切片而得到的面。也就是说，期望种晶10相对于{0001}面的偏角为1°以上且10°以下。这是因为通过以这种方式限制种晶10的偏角，可以抑制诸如基面位错的晶体缺陷。所述偏角更优选为1°以上且8°以下，并且特别优选为2°以上且8°以下。偏离方向例如为〈11-20〉方向。

种晶10具有例如圆形的平面形状。如上所述，本实施方式旨在抑制当生长大直径的SiC单晶时变得明显的晶体缺陷。因此，在使用较大直径的种晶10生长较大直径的SiC单晶时，本实施方式显然更优于现有技术。如下所述，在采用直径为150mm的种晶的实验中，本发明人证实了本实施方式优于现有技术。如果种晶的直径大于150mm，则预计这种差别将进一步增大。因此，种晶10的直径优选为150mm以上，更优选为175mm以上(例如，7英寸以上)，并且特别优选为200mm以上(例如，8英寸以上)。应该说明的是，种晶10的直径可以为300mm以下(例如，12英寸以下)。

种晶10的厚度可以例如为0.5mm以上且5mm以下。本实施方式可以适用于厚度为0.5mm以上且2mm以下的薄种晶。这是因为随着种晶变薄，更有可能引入应变。

如图2所示，要与粘接部Bp粘接的种晶10的主面(下文中也称为“粘接面”)优选被施以增加表面粗糙度的处理，以便增加与支撑构件(粘接部Bp)的粘接强度。这样的处理的例子包括采用具有相对大的粒度的磨粒的研磨处理。例如，可以使用平均粒度为约5μm以上且约50μm以下(优选为10μm以上且30μm以下；更优选为12μm以上且25μm以下)的金刚石浆料进行研磨。假定在本文中“平均粒度”是指通过激光衍射散射法测定的中值粒径(所谓的“D50”)。

或者，粘接面可以为通过切片形成且没有被研磨的原态切片面(アズスライス面)。这样的原态切片面也具有大的表面粗糙度并且从粘接强度的观点考虑可能是更好的。

[生长单晶的步骤(S104)]

如图2所示，在这个步骤中，在种晶10的生长面上生长单晶11。图2显示了示例性的升华法。虽然图2中显示了支撑构件20b，但也可以各自使用上述的支撑构件20a和支撑构件20c。

首先，原料1收容在坩埚30的底部。关于原料1，可以使用常规的SiC原料。其例子包括通过粉碎SiC多晶体或单晶而得到的粉末。

其次，以使得种晶10的生长面面向原料1的方式在坩埚30的上部配置支撑构件20b。如上所述，在这种情况下，支撑构件20b可以起到坩埚30的盖子的作用。在坩埚30的周围配置绝热材料31。这些被配置在由例如石英构成的腔(チャンバー)33内。在腔33的上端部和下端部，配置有由不锈钢构成的凸缘35并设有观察窗口34。例如，通过观察窗口34，可以使用非接触式温度计如辐射温度计(高温计)来测定和监控坩埚30的底部或顶部的温度。在此，底部的温度反映了原料1的温度，而顶部的温度反映了种晶10和单晶11各自的温度。坩埚30内的温度环境通过提供给配置在腔33周围的高频线圈32的电流量来控制。例如，将坩埚30的底部温度设定为约2200℃以上且约2400℃以下，将坩埚30的顶部温度设定为约2000℃以上且约2200℃以下。因此，原料1在图2的纵向上升华，从而升华物在种晶10上沉积，生长为单晶11。

通过将氩(Ar)气供给到腔33内在Ar气氛中进行晶体生长。如果在这种情况下与Ar一起供给适量的氮(N₂)气的话，则氮起到掺杂剂的作用而赋予单晶11n型导电型。腔33内的压力条件优选为0.1kPa以上且大气压以下，并且从晶体生长速度的观点考虑更优选为10kPa以下。

如图2所示，在本实施方式中，种晶10与支撑构件20b直接粘合，且在粘接部Bp处没有缓冲材料2介于其间。这抑制例如在晶体生长期间种晶10落下等问题的发生，并且实现了适合大量生产的晶体生长速度。

在这种情况下，在种晶10的外周处产生热应力；然而，缓冲材料2配置在面向外周的部分，因而缓和热应力。因此，在维持晶体品质的同时，甚至可以生长150mm以上的大直径的SiC单晶。

以上，在对升华法进行说明的同时对本实施方式进行了说明；然而，本实施方式不应限于升华法，而是可广泛适用于在固定于支撑构件的种晶上生长单晶的单晶制造方法。例如，本实施方式可适用于同升华法一样从气相生长单晶的方法如采用各种原料气体的CVD(化学气相沉积)，并且也可适用于从液相生长单晶的方法如助熔剂法、液相外延、布里奇曼法或切克劳斯基法(Czochralski method)。

[碳化硅基板]

接下来，下面对本实施方式的SiC基板进行说明。图6为显示本实施方式的SiC基板的概观的平面示意图。如图6所示，SiC基板100为直径d₂为150mm以上的基板，并且包括：直径为50mm的中心区域CR2；和外周区域OR，所述外周区域OR沿外周端OE形成并且与所述外周端OE的距离在10mm以内。通常通过将经由上述制造方法得到的单晶11(锭)切片而得到SiC基板100。因此，中心区域CR2与外周区域OR之间的晶面取向的偏差小，从而不管是否使用150mm以上的大直径的基板，在器件制造过程中发生破裂的可能性都非常小。

SiC基板100的厚度例如为约0.1mm以上且约0.6mm以下。考虑到器件的材料成本，更优选SiC基板100具有较小的厚度。然而，在SiC基板较薄时，SiC基板更有可能破裂，从而降低器件产率而可能增加器件的制造成本。特别是在150mm以上的大直径基板的情况下，考虑到基板的操作性，有必要确保基板有一定的厚度。因此，根据现有技术，很难实现直径为150mm以上且厚度为0.5mm以下的SiC基板。

相比之下，如后述的评价中所示，即使当SiC基板具有0.4mm以下的厚度时本实施方式的SiC基板在器件制造过程中也没有破裂。因此，SiC基板100的厚度优选为约0.5mm以下，并且更优选为约0.4mm以下。因此，可以降低器件的材料成本。然而，考虑到基板的操作性，SiC基板100的厚度优选为约0.2mm以上并且更优选为约0.3mm以上。换句话说，SiC基板100的厚度优选为约0.2mm以上且约0.5mm以下，并且最优选为约0.3mm以上且约0.4mm以下。应该说明的是，SiC基板的直径可以为300mm以下。

(测定晶面取向偏差的方法)

中心区域CR2与外周区域OR之间的晶面取向的偏差可以使用例如双晶X-射线衍射法进行测定。然而，这种测定方法只是示例性的，且任何方法都可以使用，只要可以使用该方法测定晶面取向的偏差即可。

图7为说明晶面取向的偏差的示例性测定方法的示意图。SiC基板100中各自以“X”形标记的图例表示晶面取向的测定点。测定点mp1、测定点mp2和测定点mp3属于中心区域CR2，而测定点mp4属于外周区域OR。各个测定点的晶面取向在图7的下部示意性示出。图7中的箭头表示X射线的入射和反射。晶面cf例如为{0001}面。在图7中，例如测定点mp1的晶面取向被表示为ω1(°)。

在本实施方式中，通过将属于中心区域CR2的三个测定点的晶面取向进行平均来确定基准取向ωa。基准取向ωa可以根据下面的式(1)来计算：

ωa＝(ω1+ω2+ω3)/3...式(1)

这样做时，可以任意选择三个测定点mp1、mp2和mp3；然而，期望以测定点之间的距离相等的方式对它们进行选择。

接下来，测定属于外周区域OR的测定点mp4处的晶面取向ω4。ω4与ωa之间的偏差Δω可以根据下面的式(2)来计算：

Δω＝|ω4-ωa|...式(2)

在本实施方式中，偏差Δω为200角秒以下。考虑到器件的产率，偏差Δω更优选为100角秒以下，并且特别优选为50角秒以下。偏差Δω越小越好并且偏差Δω理想地为0°；然而，从生产性的观点考虑，偏差Δω的下限值可以设定为约10角秒。

以例如下面的程序进行上述测定。首先，采用X-射线形貌术来指定在外周区域OR内具有最大晶格面倾斜的部分，从该部分选择测定点mp4，然后采用双晶X-射线衍射法测定晶格面倾斜(Δω)。

此外，可以在测定点mp1、测定点mp2、测定点mp3和测定点mp4处进行X-射线摇摆曲线(XRC)测定。假定衍射面为(0004)面。测定各测定点处的半宽度(FWHM：Full Width at Half Maximum)。所述测定在以下条件下进行：

X-射线源：CuKα

衍射角：17.85°

扫描速度：0.1°/分钟

取样间隔：0.002°。

所述测定在以各测定点为中心的1mm×1mm的区域内进行。将测定点mp1、测定点mp2和测定点mp3处的FWHM平均，从而求出这三个点处的FWHM的平均值。求出所述FWHM的平均值与测定点mp4的FWHM之差的绝对值。下文中，将这样求出的差的绝对值称为“ΔFWHM”。ΔFWHM也作为中心区域内的晶面取向与外周区域内的晶面取向之间的偏差的指标。

在本实施方式中，ΔFWHM为20角秒以下。根据本发明人的研究，ΔFWHM大于20角秒的基板在器件制造期间破裂的可能性高。另一方面，ΔFWHM为20角秒以下的基板抗破裂性高。ΔFWHM越小越好，并且ΔFWHM理想地为0角秒。ΔFWHM的上限可以为19角秒，可以为18角秒，可以为17角秒，或可以为16角秒。ΔFWHM的下限可以为0角秒，可以为5角秒，可以为10角秒，或可以为15角秒。

[评价]

SiC基板在如下所述的制造条件α、β和γ下进行制造，并且对晶面取向的偏差和器件制造过程中的操作性(基板能否承受制造过程而不破裂)进行评价。在以下说明中，将在制造条件α下得到的基板记为例如“基板α1”。

[制造条件α]

[准备支撑构件的步骤(S101)]

如图2和图4所示，准备由石墨构成并具有圆形的平面形状的支撑构件20b。在此，支撑构件20b的直径d₁为150mm，并在包含中心点Cp并且直径为75mm的中心区域CR1(粘接部Bp)外侧形成阶梯部Sp。以凹陷至低于粘接部Bp 1.05mm的方式形成阶梯部Sp。

[配置缓冲材料的步骤(S102)]

如图2和图4所示，在阶梯部Sp上配置缓冲材料2(厚度为1.0mm的石墨片)，并且使用碳胶粘剂将缓冲材料2与支撑构件20b互相粘接。因此，形成由粘接部Bp和缓冲材料2构成的支撑面Sf。

[将粘接部与种晶粘接的步骤(S103)]

准备直径为150mm且厚度为1.5mm的SiC种晶10。种晶10具有多型体4H的晶体结构，并且具有相对于(0001)面偏离4°角的生长面。上述碳胶粘剂被涂布于种晶10的粘接面(生长面相反侧的面)，并且粘附于支撑面Sf。接下来，将这样在其上粘附有种晶10的支撑构件20b保持在设定为200℃的恒温箱内5小时以蒸发碳胶粘剂中包含的有机溶剂。然后，使用高温炉在750℃下将在其上粘附有种晶10的支撑构件20b加热10小时以将碳胶粘剂碳化。因此，将粘接部Bp、缓冲材料2与种晶10互相粘接。

[生长单晶的步骤(S104)]

如图2所示，将作为原料1的SiC粉末收容在由石墨构成的坩埚30的底部，且将其上粘附有种晶10的支撑构件20b配置在坩埚30的顶部。接下来，将绝热材料31配置在坩埚30周围，并将它们安装在高频式加热器中由石英构成的腔33内。

将腔33抽真空，然后供给Ar气以将腔33内的压力调节至1.0kPa。此外，在使用高温计(未显示)从设置在腔33上下部的两个观察窗口34监控坩埚30的底部和顶部的温度的同时，将坩埚30底部的温度升高到2300℃且将坩埚30顶部的温度升高到2100℃。在这些压力条件和温度条件下将SiC单晶11生长50小时。以这种方式，得到最大直径为165mm且高度为15mm的单晶11。

[基板的制作]

对单晶11的侧面进行磨削，然后通过线锯将单晶11切片成十个基板。此外，对基板的切片面进行镜面研磨，从而得到基板α1至α10，它们是厚度为350μm且直径为150mm的镜面晶圆。

[晶面取向偏差的测定]

根据上述方法测定基板α1至α10各自的晶面取向的偏差Δω。结果示于表1中。如表1中所示，基板α1至α10各自的Δω为200角秒以下。

[ΔFWHM的测定]

在各基板α1至α10中，根据上述方法测定ΔFWHM。结果示于表1中。如表1中所示，基板α1至α10各自的ΔFWHM为20角秒以下。

[表1]

[器件的制作]

使用基板α1至α10制作MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，用以下两个标准“A”和“B”评价它们在器件制造过程中的操作性。结果示于表1中。如表1所示，各基板α1至α10中均没有产生裂纹并且它们的操作性良好。

A：基板中未产生裂纹

B：基板中产生裂纹。

[制造条件β]

在制造条件β中，如现有技术中一样使用没有阶梯部的支撑构件。将碳胶粘剂涂布于种晶10的粘接面，并将粘接面的整个面粘附于该支撑构件。除此之外，在与制造条件α同样的条件下生长单晶11并得到基板β1至β10。

根据上述方法测定各基板β1至β10的晶面取向的偏差Δω。结果示于表2中。如表2所示，在各基板β1至β10中，中心区域与外周区域之间的晶面取向的偏差为约220角秒至约250角秒。

此外，在各基板β1至β10中，根据上述方法测定ΔFWHM。结果示于表2中。如表2所示，在各基板β1至β10中，ΔFWHM为大于20角秒。

[表2]

使用基板β1至β10制作MOSFET，并且根据上述两个标准对它们在器件制造过程中的操作性进行评价。结果示于表2中。如表2所示，全部的基板β1至β10在制造期间均破裂，从而造成器件制作的困难。

[制造条件γ]

在制造条件γ中，使用碳胶粘剂将上述石墨片粘附于种晶10的粘接面的整个面，然后将种晶10与支撑构件20b在该石墨片置于其间的情况下互相粘接。除这些之外，在与制造条件α同样的条件下生长单晶11。

结果，在制造条件γ中，种晶10的一部分在晶体生长期间从支撑构件20b剥离，这导致在单晶11中产生许多微细的贯通孔。因此，没有能得到可用于制造器件的基板。

可以说，由上述实验结果证实了以下事项。

第一，所述SiC单晶的制造方法适合于大量生产大直径基板，所述方法包括：准备具有粘接部Bp和阶梯部Sp的支撑构件20b的步骤(S101)，所述阶梯部Sp配置在粘接部Bp的周缘的至少一部分处；在阶梯部Sp上配置缓冲材料2的步骤(S102)，粘接部Bp和缓冲材料2构成支撑面Sf；在支撑面Sf上配置种晶10并将粘接部Bp与种晶10粘接的步骤(S103)；和在种晶10上生长单晶11的步骤(S104)。

第二，所述SiC基板在器件制造过程中破裂的可能性很低并且可以实际使用，所述SiC基板的直径d₂为150mm以上，所述SiC基板包括：直径为50mm的中心区域CR2；和外周区域OR，所述外周区域OR沿外周端OE形成并且与所述外周端OE的距离在10mm以内，其中如果假定基准取向ωa表示在中心区域CR2内的任意三点处测定的晶面取向的平均值，则基准取向ωa与在外周区域OR内的任意点处测定的晶面取向之间的偏差为200角秒以下。

在本文中公开的实施方式在任何方面都是示例性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求项而不是上述实施方式限定，并且旨在包括在与所述权利要求项等价的范围和含义内的任何变更。

标号说明

1：原料；2：缓冲材料；10：种晶；11：单晶；20a，20b，20c：支撑构件；21：第一支撑构件；22：第二支撑构件；30：坩埚；31：绝热材料；32：高频线圈；33：腔；34：观察窗口；35：凸缘；100：基板；Bp：粘接部；Sp：阶梯部；Sf：支撑面；Cp：中心点；CR1，CR2：中心区域；OR：外周区域；OE：外周端；d₁，d₂：直径；mp1，mp2，mp3，mp4：测定点；cf：晶面；ω1，ω2，ω3，ω4：晶面取向；ωa：基准取向；Δω：偏差。