专利名称：碳化硅晶锭、碳化硅衬底及其制造方法、坩锅以及半导体衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种碳化硅(SiC)晶锭、SiC衬底、制造SiC晶锭的方法、制造SiC衬底的方法、坩锅以及半导体衬底。
背景技术：
近年来，已经采用SiC衬底用作制造半导体器件的半导体衬底。SiC具有比已经普遍采用的Si (硅)大的带隙宽度。因此，采用SiC衬底的半导体器件有利地具有高耐压、低导通电阻，或具有在高温环境下较少可能劣化的特性。
为了有效率地制造这种半导体器件，在某种程度上需要大的衬底尺寸。根据美国专利No. 7314520(专利文献1)，可以制造76mm(3英寸)或更大的SiC衬底。
引用列表
专利文献
PTL 1 美国专利 No. 7314520。 发明内容
技术问题
在制造诸如公开于上述专利文献1中的相对大尺寸的SiC衬底时，会出现如下问题。
通过从对应于在不易受堆叠缺陷的(0001)面处生长而获取的、基本上为圆柱形 (当从生长面观察时，其基本上是圆形的)的SiC晶锭切片来制造具有很少缺陷的SiC衬底。因此，在制造具有(0001)面作为主表面的矩形SiC衬底的情况下，将基本上平行于生长面来切割SiC衬底。这意味着除了 SiC晶锭中内接矩形区域之外的部分将不用于SiC衬底，这对SiC晶锭来说是一种浪费。换言之，当由这种SiC晶锭生产的SiC衬底时，这种SiC 晶锭的浪费是明显的。这导致SiC衬底的制造成本高的问题。
此外，在上述情况下，从圆柱形SiC晶锭加工具有矩形主表面的SiC衬底是繁琐的。该繁琐的加工过程导致SiC衬底的制造成本高的问题。
本发明旨在解决上述问题且本发明的一个目的是提供一种SiC晶锭及其制造方法以及一种坩锅，从而可以降低SiC衬底的制造成本。本发明的另一目的是提供一种SiC 衬底及其制造方法以及一种半导体衬底，从而可以降低成本。
问题的解决方案
本发明的碳化硅(SiC)晶锭包括具有四个边的底面，该四个边在与底面的延伸方向相交的方向上从底面延伸，且生长面与侧面连接，并位于相对于底面的相反侧。
根据本发明的SiC晶锭，获得基本上为矩形固体的SiC晶锭。通过在平行于底面或者与底面相交的方向上对晶锭进行切片，可以制造四边形SiC衬底。由于生长面以及四个侧面中的每一个的面取向与底面的面取向不同，所以可以容易地生产基于侧面、底面和生长面中任一者的具有所期望面取向的主表面的SiC衬底。对于制造具有所期望的形状、 所期望的取向等的SiC衬底来说，可以制造SiC晶锭，这允许减少材料浪费以及减少处理工序。因此，可以实现SiC晶锭，其允许降低SiC衬底的制造成本。
优选地，对于上述SiC晶锭来说，底面、侧面和生长面中至少一个是{0001}面、 {1-100}面、{11-20}面或相对于这些面具有10°以内的倾斜的面。
因为可以基于这些面来制造SiC衬底，所以有利于制造具有所期望的面取向等的 SiC衬底。因此，可以实现SiC晶锭，其允许降低SiC衬底的制造成本。
优选地，上述SiC晶锭还包括被形成为接触底面的籽晶衬底。接触底面的籽晶衬底的主表面对应于{0001}面，或相对于该面具有10°以内的倾斜。
即使通过具有籽晶衬底的SiC晶锭以及在籽晶衬底上形成的具有底面、侧面和生长面的晶体，也能在制造SiC衬底中减少SiC晶锭的材料浪费并减少处理工序。此外，因为籽晶衬底的主表面具有上述面取向，所以可以使SiC晶锭的结晶度良好。
本发明的SiC衬底由上述SiC晶锭来生产。因为本发明的SiC衬底基于SiC晶锭的底面、四个侧面或生长面来生产，所以可以减少晶锭的材料浪费以及减少处理工序。因此，可以以较低成本来制造SiC衬底。
在上述SiC衬底的制造方法中，SiC衬底包括具有相对于{0001}面的大于或等于 50°且小于或等于65°的偏离角的主表面。因此，与生产在具有{0001}面的主表面的SiC 衬底上的装置相比，制造的SiC衬底允许较高沟道迁移率。
本发明的坩埚包括第一部分和第二部分。第一部分形成其中设置原材料的区域。 第二部分连接至第一部分，并形成其中设置籽晶衬底以面对原材料的区域。第二部分的横截面形状是四边形或倒角四边形。
根据本发明的坩埚，可以通过经由加热而使第一部分中设置的材料升华以在第二部分中设置的籽晶衬底上沉积材料气体来生长SiC晶锭。因为第二部分具有四边形或倒角四边形截面形状(水平横截面)，所以生长在籽晶衬底上的SiC晶锭可以具有四边形或倒角四边形截面(水平方向上的面形状)。通过使用本发明的坩埚，可以制造基本上矩形固体的 SiC晶锭。因此，如上所述，利用本发明的坩埚制造的SiC晶锭允许降低SiC衬底的制造成本。
优选地，上述坩埚中，第一和第二部分由石墨形成。因为石墨在高温下稳定，所以可以抑制坩埚中裂缝的产生。此外，因为石墨是SiC晶锭的组成元素，所以由于坩埚的一部分升华而导致引入到SiC晶锭中的任何石墨将不用作杂质。因此，可以使所制造的SiC晶锭的结晶度良好。
本发明的SiC晶锭的制造方法涉及一种利用上述的任何坩埚来制造碳化硅晶锭的方法。用于制造本发明的SiC晶锭的方法包括以下步骤在第一部分中设置原材料；在第二部分内设置籽晶衬底；以及通过经由加热而升华原材料以使原材料气体沉积在籽晶衬底上来生长SiC晶锭。
根据本发明的SiC晶锭的制造方法，由于使用上述坩埚，所以可以制造基本上为矩形固体的SiC晶锭。因此，如上所述，可以制造SiC晶锭，其允许降低SiC衬底的制造成本。
优选地，在上述SiC晶锭的制造方法中，坩埚中的第二部分的横截面形状中的四边形或倒角四边形的四个边中的至少一个对应于<0001〉方向、<1-100>方向、<11-20>方向或相对于这些方向具有10°以内的倾斜方向。
因为在坩埚的第二部分中设置籽晶衬底中，第二部分的四边形或倒角四边形中的每个边指示上述方向，所以每个边能够起到取向平面、凹槽等的作用。因此，可以制造具有 <0001〉方向、<1-100>方向、<11-20>方向或相对于这些指定方向具有10°以内倾斜方向的 SiC晶淀。
本发明的SiC衬底的制造方法包括通过上述制造SiC晶锭的方法来制造SiC晶锭并且从该SiC晶锭切片SiC衬底的步骤。
根据本发明的SiC衬底的制造方法，SiC衬底可以基于SiC晶锭的底面、生长面或四个侧面中的任何一个来制造。因此，可以降低SiC晶锭的材料浪费。此外，可以减少处理工序。因此，可以降低成本的方式制造SiC衬底。
优选地，在上述SiC衬底的制造方法的切片步骤中，利用线锯，从SiC晶锭切片SiC 衬底。这有利于SiC衬底的制造。
通过在同一平面上对准多个上述SiC衬底并且将这些衬底组合，来获得本发明的半导体衬底。
与多个SiC衬底中的每一个相比，本发明的半导体衬底具有大的面积。与单独使用上述SiC衬底中的每个的情况相比，在上述SiC衬底用于半导体衬底的情况下，可以更有效率地制造采用SiC的半导体器件。因此，能够降低成本。
本发明的有益效果
根据本发明的SiC晶锭及其制造方法以及坩埚，可以降低SiC衬底的制造成本。此外，根据本发明的SiC衬底及其制造方法以及半导体衬底，可以降低成本。
图1是本发明第一实施例的SiC晶锭的示意性透视图。
图2是本发明第一实施例的坩埚的示意性截面图。
图3是沿着图2的线III-III截取的截面图。
图4是本发明第一实施例的另一坩埚的示意性截面图。
图5是本发明第一实施例的另一坩埚的示意性截面图。
图6是本发明第一实施例的另一坩埚的示意性截面图。
图7是本发明第一实施例的SiC晶锭的制造步骤的示意性截面图。
图8是沿着图7的线VIII-VIII截取的截面图。
图9是本发明第二实施例的SiC晶锭的示意性透视图。
图10是本发明第三实施例的SiC晶锭的示意性透视图。
图11是本发明第四实施例的SiC晶锭的示意性透视图。
图12是本发明第五实施例的SiC晶锭的示意性透视图。
图13是描述{03-38}面的示意图。
图14是本发明第六实施例的半导体衬底的构造的示意性平面图。
图15是沿着图14的线XV-XV截取的示意性截面图。
图16是本发明第六实施例的半导体衬底的制造方法的示意性流程图。
图17是形成图16的连接部分的步骤的示意性流程图。
图18是本发明第六实施例的半导体衬底的制造方法中的第一步骤的示意性截面图。
图19是本发明第六实施例的半导体衬底的制造方法中的第二步骤的示意性截面图。
图20是本发明第六实施例的半导体衬底的制造方法中的第三步骤的示意性截面图。
图21是本发明第六实施例的半导体衬底的制造方法中的第一步骤的第一变型例的示意性截面图。
图22是本发明第六实施例的半导体衬底的制造方法中的第一步骤的第二变型例的示意性截面图。
图23是本发明第六实施例的半导体衬底的制造方法中的第一步骤的第三变型例的示意性截面图。
具体实施方式
基于附图来描述本发明的实施例。在附图中，相同或相应的元件具有分配的相同附图标记，且将不重复对其说明。在本说明书中， ，0和{}分别指示组取向、个体平面和组平面。此外，虽然指示晶体学含义的负指数可借助"-"(横杠)置于数字上方，但是在本说明书中也将减号置于数字之前来表示相同含义。
(第一实施例)
图1是本发明第一实施例的SiC晶锭的示意性透视图。首先参考图1来说明根据本发明实施例的SiC晶锭10a。
如图1中所示，SiC晶锭IOa包括籽晶衬底11以及在籽晶衬底11上形成的晶体 12。晶体12包括底面12a、四个侧面12b、12c、12d和12e以及生长面12f。
底面1 接触籽晶衬底11。底面1 具有四个边。即，底面1 基本上是四边形的。在本实施例中，底面1 具有矩形形状，优选正方形形状。相交的底面12a的四个边中的每一个的顶点都可以是成圆形的。即，底面12a可以是倒角四边形。
四个侧面12b、12c、12d和1 在与底面1 的延伸方向相交的方向上从底面1 延伸。在本实施例中，四个侧面12b、12c、12d和1 从底面1 大致垂直(优选垂直)延伸。四个侧面12b、12c、12d和12e中的每一个优选具有四边形形状，更优选具有矩形形状。
生长面12f与四个侧面Ub、12c、12d和1 连接，且位于相对于底面12a的相反侧。生长面12f在与四个侧面12b、12c、12d和12e的延伸方向相交的方向上延伸。在籽晶衬底11上生长晶体12时，生长面12f对应于最外表面。本实施例中的生长面12f在相对于底面12a的相反方向上向上凸起。换言之，生长面12f不是水平面而是成圆形的。
本实施例的底面12a、侧面12b、12c、12d和1 以及生长面12f未被加工。在这种情况下，四个侧面12b、12c、12d和12e不是模糊的而是镜面的。此外，四个侧面12b、12c、 12d和12e以及生长面12f没有抛光、剪切等造成的任何划痕。
底面12a、侧面12b、12c、12d和12e以及生长面12f中的至少一个优选为{0001} 面(c面)、{1-100}面(m面)、{11-20}面(a面)或相对于这些面具有10°以内的倾斜的面。例如，图1中的X方向、y方向和Z方向分别对应于<11-20>方向(a轴方向)、<1-100> 方向(m轴方向)和<0001〉方向(c轴方向)。在这种情况下，底面1 是{0001}面。侧面 12b和12d是{11-20}面。侧面12c和12e是{1-100}面。生长面12f是相对于{0001}面具有10°以内的倾斜的面。
{0001}面、{1-100}面和{11-20}面是SiC衬底中通常的面。考虑到从SiC晶锭制造SiC衬底的制造步骤的处理变化，通过设定底面12a、侧面12b、12c、12d和12e以及生长面12f中的至少一个以使其相对于这些面具有小于或等于10°的偏离取向变化，能够有利于在从SiC晶锭IOa制造的SiC衬底上形成外延生长层。
籽晶衬底11形成在晶体12的底面12a下方。籽晶衬底11具有主表面11a。主表面Ila接触晶体12的底面12a。
主表面Ila优选地对应于{0001}面，或相对于该面具有10°以内的倾斜。因为堆叠缺陷不容易产生在主表面Ila上形成的晶体12处，所以可以提高晶体12的结晶度。
本实施例中的底面12a、四个侧面12b、12c、12d和12e以及生长面12f彼此之间具有基本平行或基本垂直的关系。虽然本实施例中的SiC晶锭IOa是除了生长面12f的凸起(曲面)之外的矩形固体，但是本发明的SiC晶锭不限于这种形状。本发明的SiC晶锭的每个拐角(每侧的区域)可以是成圆形的。
参考图1来举例说明SiC晶锭IOa的尺寸。四个侧面12b、12c、12d和12e的宽度 W大于或等于15mm，优选大于或等于60mm，且更优选大于或等于100mm。四个侧面12b的高度H例如大于或等于15mm，优选大于或等于30mm，更优选大于或等于50mm。
参考图2-6来说明本实施例的坩埚100。本实施例的坩埚是制造图1中所示的SiC 晶锭的坩埚。图2是本实施例的坩埚的示意性截面图。图3是沿着图2的线III-III截取的截面图。图4-6是本实施例中的另一坩埚的示意性截面图。图4-6对应于沿图2中的线 III-III截取的截面图。
如图2和3中所示，坩埚100包括第一部分101和第二部分102。第一部分101形成第一区域R1，在所述第一区域Rl中设置原材料。第一部分101相对地位于上部区。第二部分102连接到第一部分101。第二部分102形成第二区域R2，在所述第二区域R2中设置籽晶衬底，以便面对原材料。第二部分102相对地位于下部。第一部分101和第二部分102 一体地形成。第一部分101包括用于设置籽晶的主体以及盖子，并且可以形成为使主体和盖子分1 O
如图3中所示，第二部分102的横截面形状(水平横截面)是四边形(在本实施例中是矩形，优选正方形)。换言之，第二部分102的内周面10 的横截面形状(水平横截面)是四边形(在本实施例中是矩形，优选正方形)。
如图4和5中所示，第二部分102的横截面形状(水平横截面)可以是倒角四边形(在本实施例中是矩形，优选正方形)。如图4中所示，倒角可以是与两个边相交的角度为45°的45°斜面(C)，或者如图5中所示，可以是与两个边相交的角度是成圆角的圆角斜面(R)。在第二部分102具有倒角四边形截面的情况下，可以抑制生长晶体12的拐角处的应力集中。
如图3-5中所示，第一部分101的横截面形状(水平横截面)可以是圆形的，或如图6中所示为四边形或另外的形状。
当从上部观察时(从第二部分102侧观察)，第一部分101的内周面IOla优选地包括在第二部分102的内周面10 上整体突出的区域。虽然在图2-6中，由第一部分101 的内周面IOla包围的第一区域Rl的横截面大于由第二部分102的内周面10 包围的第二区域R2的横截面，但是它们的横截面也可以相同。换言之，第一部分101的内周面IOla 和第二部分102的内周面10 可以位于同一曲面或同一平面上。
第二部分102的高度(图2中的高度L)优选约等于要生长的碳化硅晶锭IOa的高度(图1中的高度H)。
虽然在图2-6中，第一部分101的外周面和第二部分102的外周面(坩埚100的外周面100b)位于同一曲面或同一平面上，但是该外周面可以具有不同的形状。
虽然不特别限定于此，但是第一和第二部分101和102的材料优选包括碳(C)，更优选由C形成。这种材料例如包括石墨。换言之，坩埚100优选由石墨制成。因为碳是SiC 晶锭的组成元素，所以任何由于坩埚的一部分升华而引入到SiC晶锭中的碳将不会成为杂质。因此，可以使所制造的SiC晶锭IOOa的结晶度良好。具体地，由于石墨在高温下稳定， 所以可以抑制坩埚中裂缝的形成。
接下来，参考图1、7和8来描述本实施例的SiC晶锭IOa的制造方法。在本实施例中的SiC晶锭IOa的制造方法中，利用图2和3中所示的坩埚100来生产SiC晶锭10a。 图7是本实施例的SiC晶锭的制造步骤的截面图。图8是沿图7的线VIII-VIII截取的截面图。
如图7和8中所示，原材料17设置在坩埚100的第一部分101(第一区域Rl)中。 在本实施例中，原材料17设置在坩埚100的下部处的第一区域Rl中。原材料17可以是粉末或烧结体。例如，准备多晶SiC粉末或SiC烧结体。
随后，籽晶衬底11设置在坩埚100的第二部分102(第二区域R2)中。在本实施例中，籽晶衬底11设置在位于坩埚100的上部处的第二区域R2中，以便面对原材料17。
籽晶衬底11具有主表面11a，其优选对应于{0001}面、{1-100}面、{11-20}面或相对于这些面具有10°以内的倾斜的面。在这种情况下，在下文描述的生长步骤中，生长晶体12可以具有与{0001}面、{1-100}面、{11-20}面或相对于这些面具有10°以内的倾斜的面相对应的生长面12f。
籽晶衬底11的主表面Ila可以为圆形或四边形。不具体限制籽晶衬底11的成分， 且可以与要生长的晶体12的成分相同或不同。从提高生长晶体12的结晶度考虑，优选准备与籽晶衬底11的成分相同的晶体12。
籽晶衬底11布置在第二部分102中，使得构成坩埚100中的第二部分的横截面形状的四边形或倒角四边形的四个边中的至少一个边(例如，在图3中的箭头U或V的方向上)对应于在生长步骤中进行生长的SiC晶锭IOa的<0001〉方向，<1-100>方向，<11_20> 方向或相对于这些方向具有10°以内的倾斜的方向。在这种情况下，具有其中布置坩埚 100的第二部分102的籽晶衬底11的、基本上为四边形形状的面的边也用作取向平面、凹槽等。如上阐述地限定四边形或倒角四边形中的至少一侧的方向的原因是为了生长晶体12 使得底面12a、侧面12b、12c、12d和12e以及生长面12f中的至少一个对应于{0001}面、 {1-100}面、{11-20}面或相对于这些面具有10°以内的倾斜的面。
接下来，通过经由加热而升华原材料17以在籽晶衬底11上沉积氢气来生长晶体12。
具体而言，通过加热器部，将原材料17的温度加热到原材料17升华的温度。通过这种加热，原材料17升华以产生升华气体。这种升华气体在设定温度低于原材料气体17 的温度的籽晶衬底11的表面处再次固化。作为生长温度的实例，原材料17的温度保持在 2300°C至M00°C，且籽晶衬底11的温度保持在2100°C至2200°C处。因此，晶体12生长在籽晶衬底11上。在生长期间，可以将生长温度保持在预定温度或在生长期间以特定速率来改变生长温度。
因为在生长步骤中，坩埚100的第二部分102具有四边形的横截面形状，所以可以在籽晶衬底11上生长具有四边形横截面的晶体12。
在生长步骤中，晶体12在<0001〉方向、<1-100>方向，<11_20>方向或相对于这些方向具有10°以内的倾斜的方向上生长。因此，晶体12的生长面12f(或底面12a)将对应于{0001}面、{1-100}面、{11-20}面或相对于这些面具有10°以内的倾斜的面。
然后，将坩埚100的内部冷却至室温。取出具有由坩埚100制造的籽晶衬底11且在籽晶衬底11上形成的晶体12的SiC晶锭10a。因此，可以制造如图1中所示的SiC晶锭 10a。
在本实施例中的SiC晶锭IOa没有经过晶体12生长之后布置该形状的处理。因此，本实施例的SiC晶锭IOa的四个侧面12b、12c、12d和1 是镜面的而不是模糊的。此外，四个侧面12b、12c、12d和1 和生长面12f没有抛光、剪切等留下的任何划痕。
在本实施例的SiC晶锭IOa的制造方法中，利用图3所示的坩埚100来执行制造。 但本发明不限于此。例如，可以使用图4-6中所示的坩埚100。
以下将描述本发明的SiC晶锭IOa及其制造方法以及坩埚100的效果。
本发明人着重强调的是具有基本上四边形的平面形状的SiC衬底的有利方面在于以下方面具有圆形平面形状的SiC衬底必须具有取向平面和/或凹槽，其被形成为指示平面方向。但是，具有四边形的平面形状的SiC衬底即使在没有形成取向平面或凹槽的情况下也能通过端面(侧面)的切割方法来指示面取向。
此外，在具有四边形的平面形状的多个SiC衬底的情况下，多个SiC衬底可以在平面中对准，并且减少它们之间的空间。因此，在平面中对准多个SiC衬底以与下层衬底组合的情况下生产晶片的情形中，可以适当地使用具有四边形的平面形状的衬底。
本发明人致力于研究降低来源于SiC晶锭的具有四边形的平面形状的SiC衬底的制造成本的方法。因此，发明人达到了在晶体生长期间制造基本上为矩形固体的SiC晶锭 IOa的本发明。
借助具有基本上为矩形固体形状的SiC晶锭10a，可以通过在平行于底面12a的方向上进行切片而制造具有四边形的平面形状的SiC衬底。
此外，因为四个侧面12b、12c、12d和12e中的每一个的面取向都与底面12a的面取向不同，所以可以容易地形成具有用于主表面的所期望的面取向的SiC衬底。
通过实现基本上为矩形固体形状的SiC晶锭10a，可以容易地制造四边形SiC衬底。作为勤奋研究以实现这样的SiC晶锭IOa的结果，完成了坩埚100，在所述坩埚100中， 用于设置籽晶衬底11的第二部分102具有四边形或倒角四边形横截面。
一种可能的方法是从常规制造的、基本上为圆柱形的SiC晶锭切片具有最大内接矩形固体的SiC晶锭。然而，如果在这种情况下生产基本上为矩形固体形状的SiC晶锭，将浪费具有基本上为圆柱形的SiC晶锭的材料的大致1/3。在通过如本实施例中的晶体生长来制造基本上为矩形固体形状的SiC晶锭IOa的情况下，虽然将浪费用于校正SiC晶锭IOa 的表面粗糙度、位移等的区域，但是可以有效地使用至少约95%的SiC晶锭10a。因此，可以降低SiC晶锭IOa的材料浪费。
此外，本实施例的SiC晶锭IOa能够消除形成取向平面、凹槽等的处理工序、修正形状的处理工序、对圆形衬底进行划片的处理工序等。因此，可以缩短用于处理所需的时间。
根据本实施例的SiC晶锭IOa及其制造方法以及坩埚100，可以减少材料浪费并减轻处理工序。因此，可以实现允许降低SiC衬底的制造成本的SiC晶锭。
(第二实施例)
图9是本发明第二实施例中的SiC晶锭IOb的示意性透视图。如图9中所示，本实施例的SiC晶锭IOb具有与图1中所示的第一实施例的SiC晶锭IOa的构造基本上相类似的构造，且不同之处在于生长面12f被处理。本实施例中的生长面12f是平坦的面。生长面12f优选对应于{0001}面、{1-100}面、{11-20}面或相对于这些面具有10°以内的倾斜的面。
四个侧面12b、12c、12d和12e是镜面的而不是模糊的。此外，四个侧面12b、12c、 12d和1 没有抛光、剪切等留下的划痕。
本实施例中的SiC晶锭IOb的制造方法具有与第一实施例中的SiC晶锭IOa的制造方法的构成基本上相类似的构成，且不同之处在于还包括处理生长面12f的步骤。并不具体限制该处理方法，且通过抛光等来实现平坦化。
(第三实施例)
图10是本发明第三实施例中的SiC晶锭IOc的示意性透视图。如图10中所示， 本实施例的SiC晶锭IOc具有与图1中所示的第一实施例的SiC晶锭IOa的构造基本上相类似的构造，且不同之处在于不存在籽晶衬底11。
本实施例中的SiC晶锭IOc的制造方法具有与第一实施例中的SiC晶锭IOa的制造方法的构成基本上相类似的构成，且不同之处在于还包括去除籽晶衬底11的步骤。该去除步骤可以通过仅去除籽晶衬底11或去除籽晶衬底11和生长晶体12的一部分来实施。
不具体限制去除方法，且该方法可以包括机械去除方法，诸如切割、研磨、解理等。 切割包括通过具有金刚石电沉积轮的外周切割刃的切片机等、至少从SiC晶锭IOa上机械地去除籽晶衬底11。研磨包括在磨石旋转时将表面与其接触，以在厚度方向上研磨掉。解理包括沿晶格面划分晶体。也可以采用诸如蚀刻的化学去除方法。
(第四实施例)
图11是根据本发明第四实施例的SiC晶锭IOd的示意性透视图。如图11中所示， 本实施例的SiC晶锭IOd具有与图9中所示的第二实施例的SiC晶锭IOb的构造基本上相类似的构造，且不同之处在于不存在籽晶衬底11。
本实施例中的SiC晶锭IOd的制造方法具有与第二实施例的SiC晶锭IOb的制造方法的构成基本上相类似的构成，且不同之处在于还包括去除籽晶衬底11的步骤。去除步骤与第三实施例相同，所以不再重复对其的描述。
应注意的是，第一实施例的SiC晶锭IOa在生长步骤后根本没有经过加工处理。在生长步骤之后，第二实施例的SiC晶锭IOb仅具有加工的生长面12f。在生长步骤之后，第三实施例的SiC晶锭IOc本身根本不具有经过加工处理的晶体12，或者仅底面1 经过加工。在生长步骤之后，第四实施例的SiC晶锭IOd仅具有经过加工的生长面12f或者仅具有经过加工的生长面12f和底面12a。然而，本发明的SiC晶锭不限于第一至第四实施例的构造。本发明的SiC晶锭必须具有经过加工处理的底面12a、侧面Ub、12c、12d和12e以及生长面12f中的至少一个。
(第五实施例)
图12是本发明第五实施例的SiC衬底的示意性透视图。参考图12来说明本实施例的SiC衬底。
本发明的SiC衬底20由第一至第四实施例的SiC晶锭IOa-IOd中的任一种来生产。SiC衬底20具有主表面20a。主表面20a优选是四边形，更优选是矩形。
主表面20a相对于{0001}面优选具有大于或等于50°且小于或等于65°的偏离角。通过利用这种SiC衬底20来生产金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，可以获得具有在沟道区域处具有降低的界面态形成且具有降低的导通电阻的M0SFET。
主表面20a的取向偏离和SiC衬底20的<1_100>方向或<11_20>方向之间的角度优选小于或等于5°。<1-100>方向和<11-20>方向是SiC衬底20中典型的偏离取向。 通过将在SiC衬底20的制造步骤中由切片中的变化等造成的偏离取向的变化设定为小于或等于5°，可以有利于在SiC衬底20上形成外延生长层。
主表面20a在SiC衬底20的<1_100>方向上相对于{03-38}面的偏离角还优选大于或等于-3°且小于或等于5°。因此，当利用SiC衬底20生产MOSFET时可以进一步提高沟道迁移率。
“主表面20a在<1-100>方向上相对于{03-38}面的偏离角”是指主表面20a的法线在由<1-100>方向和<0001〉方向限定的投影面上的正交投影与{03-38}面的法线之间的角度。在上述正交投影平行接近<1-100>方向的情况下，其符号是正的，且在上述正交投影平行接近<0001>方向的情况下，其符号是负的。
参考图13，{03-38}面是{0001}面和{1-100}面之间的平面，且角度α约为 55° (54.7° )。换言之，{03-38}面是指相对于<0001〉轴方向具有约35° (35.3° )倾斜的平面。因此，与{0001}面相同，{03-38}面具有暴露Si的平面(Si平面)的面极性以及暴露C的平面(C面)的面极性。图13是描述{03-38}面的示意图。
主表面20a的面取向不具体限于上述面取向，且在考虑制造容易性的情况下，可以对应于{0001}面等。
本实施例的SiC衬底的制造方法基本上类似于第一至第四实施例的SiC晶锭 10a-20d的制造方法，且不同之处还包括从SiC晶锭10a-20d切片SiC衬底20的步骤。
虽然并未具体限制切片方法，但是可采用诸如切割的机械去除方法。切割是指利用具有外周切割刃的切割器、具有内切割刃的切片机、线锯等，从SiC晶锭IOa-IOd切片SiC 衬底20。为了使切片容易，特别优选利用线锯从SiC晶锭IOa-IOd切片SiC衬底20。
实施切片步骤以使得主表面20a具有所期望的面取向。因此，可平行于或不平行于SiC晶锭IOa-IOd的底面1 来切片衬底。
在切片步骤中，可以在SiC晶锭IOa-IOd的所有表面进行加工之后切片SiC衬底 20。
在SiC衬底20切片下来之后，可以对主表面20a和相对于主表面20a的相反侧处的面进行抛光、表面处理等。不具体限定抛光方法和表面处理方法，可以采用任何方法。
(第六实施例)
参考图14和图15，本实施例的半导体衬底180包括多个SiC衬底111_119 (碳化硅衬底)以及连接部150，多个SiC衬底111-119中的每个具有单晶结构。SiC衬底111-119 对应于第五实施例的SiC衬底20。连接部150包括由SiC制成的生长层130，且其基本上由本实施例的生长层130形成。生长层130将SiC衬底111-119的背面(相对于图14中所示的表面的相反表面)相互连接，由此相互固定SiC衬底111-119。SiC衬底111-119分别具有在同一平面上的暴露的正面。例如，SiC衬底111和112分别具有正面Fl和F2(图 15)。因此，半导体衬底180具有的表面大于SiC衬底111-119中的每个衬底的表面。因此， 在使用半导体衬底180的情况下，与仅使用SiC衬底111-119中的每个衬底的情况相比，可以更高效地制造使用SiC的半导体器件。
接下来，将描述本实施例的半导体衬底180的制造方法。为了简化说明，虽然可以仅举例说明SiC衬底111-119中的SiC衬底111和112，但是也同样应用于SiC衬底 113-119。
参考图18，准备均具有单晶结构的SiC衬底111(第一碳化硅衬底)和SiC衬底 112(第二碳化硅衬底)(图16:步骤S 10)。SiC衬底111具有彼此相反的正面Fl (第一正面)和背面Bl (第一背面)。SiC衬底112具有彼此相反的正面F2(第二正面)和背面 B2(第二背面)。具体而言，例如，SiC衬底111和112由第五实施例的SiC衬底20的制造方法来准备。优选地，背面Bl和B2中的每个具有的粗糙度Ra不大于100 μ m。背面Bl和 B2中的每个可以是由第五实施例的上述切片形成的表面(所谓的“切片表面”)，即在切片后没有进行抛光处理的表面。优选地，正面Fl和F2中的每个已经在第五实施例的切片步骤(切片)之后进行了抛光。
接下来，将SiC衬底111和112放置在处理腔室中的第一加热体81上，并在一个方向(图18中的向上的方向)上暴露背面B 1和B2中的每个(图16:步骤S20)。S卩，在平面图中，SiC衬底111和112并排地布置。
优选地，这种布置通过将背面Bl和B2设置在同一平面上或通过将正面Fl和F2 设置在同一平面上来实现。
此外，SiC衬底111和112之间的最小空间(图18中横向方向上的最小空间)优选为5mm或更小，更优选Imm或更小，且进一步优选100 μ m或更小，且特别优选10 μ m或更小。具体而言，例如，具有相同矩形形状的衬底可以以矩阵的形式布置，并且其之间具有Imm 或更小的间距。
接下来，连接部150 (图1 被形成为将背面Bl和B2彼此连接(图16 步骤S30)。 形成连接部150的步骤包括形成生长层130(图1 的步骤。对于形成生长层130的步骤来说，使用升华方法，优选使用近间隔升华方法。下文详细描述形成连接部150的步骤。
首先，在一个方向(图18中向上的方向)上暴露的背面Bl和B2中的每个和在相对于背面B 1和B2的一个方向上(图18中的上侧)设置的固体原材料120的表面SS被布置成彼此面对，并且在它们之间提供空间Dl (图17 步骤S31)。优选地，空间Dl具有小于升华方法中的升华气体的平均自由程的平均值，且例如为Iym或更大且Icm或更小。这种升华气体是由固体SiC的升华而形成的气体，并且例如包括Si、Si2C和SiC2。
固体原材料120由SiC形成，且优选为一块碳化硅的固体物质，具体而言例如为 SiC晶片。固体原材料120不具体限制SiC的晶体结构。此外，固体原材料120的表面SS 优选地具有Imm或更小的粗糙度Ra。
为了更可靠地提供空间Dl (图18)，可以使用间隔器83(图21)，其具有对应于空间Dl的高度。这种方法在空间Dl的平均值约为100 μ m或更大时特别有效。
接着，通过第一加热体181将SiC衬底111和112加热至预定衬底温度。通过第二加热体182将固体原材料120加热至预定原材料温度。当固体原材料120由此加热到原材料温度时，SiC在固体原材料的表面SS处升华以产生升华气体(图17 步骤S3》。由此产生的气体从一个方向供应至背面Bl和B2中的每个(从图18中的上方)上。
优选地，衬底温度被设定为低于原材料温度，且更优选设定为使得温度之间的差 l°c或更高且100°C或更低。此外，衬底温度优选为1800°C或更高且2500°C或更低。
参考图19，如上提供的气体被固化并因此在背面Bl和B2中的每个上再结晶(图 17:步骤S3； )。以此方式，生长层130p被形成为将背面Bl和B2彼此连接。此外，固体原材料120(图18)被消耗并减少尺寸以成为固体原材料120p。
主要参考图20，随着升华进行，固体原材料120p (图19)被用完。因此，生长层130 被形成为用作将背面Bl和B2彼此连接在一起的连接部150。接下来，可以执行对正面Fl 和F2中的每个进行抛光的步骤。在此情况下，可以在正面Fl和F2上形成高质量的外延生长层。
在生长层130的形成中，可以通过降低气氛压力来获得处理腔室中的气氛。在这种情况下，气氛压力优选高于10-1 并低于104Pa。
气氛可以是惰性气体。可用的示例性惰性气体是诸如He或Ar的惰性气体；氮气或惰性气体与氮气的混合气体。当使用混合气体时，氮气的比例例如为60%。此外，处理腔室中的压力优选是50kPa或更低，且更优选IOkPa或更低。
此外，包括生长层130p的生长层130优选具有单晶结构。更优选地，背面Bl上的生长层130具有相对于背面Bl的晶面倾斜10°或更小的晶面，且背面B2上的生长层130 具有相对于背面B2的晶面倾斜10°的晶面。可以通过在背面Bl和B2上外延生长生长层 130来容易地实现这些角度关系。
SiC衬底111、112中的每个的晶体结构优选为六方晶系，且更优选为4H_SiC或 BH-SiC0此外，优选的是，SiC衬底111、112以及生长层130由具有相同晶体结构的SiC单晶制成。
当SiC衬底(SiC衬底111、112等)和生长层130由具有相同晶体结构的SiC单晶制成时，会在它们之间存在晶体学特性差异。这种特性的示例包括缺陷密度、晶体质量以及杂质浓度。这将在下文描述。
生长层130可以具有比SiC衬底111-119的缺陷密度大的缺陷密度。因此，不管生长层130的尺寸是否大于SiC衬底111-119中的每个衬底的尺寸，都能容易地形成基本上由生长层130构成的连接部150。具体而言，生长层130可以具有比SiC衬底111-119的微管密度大的微管密度。此外，生长层130可以具有比SiC衬底111-119的螺旋位错密度大的螺旋位错密度。此外，生长层130可以具有比SiC衬底111-119的螺旋刃位错密度大的螺旋刃位错密度。此外，生长层130可以具有比SiC衬底111-119的基面位错密度大的基面位错密度大。此外，生长层130可以具有比SiC衬底111-119的复合位错密度大的复合位错密度。此外，生长层130可以具有比SiC衬底111-119的堆叠缺陷密度大的堆叠缺陷密度。此外，生长层130可以具有比SiC衬底111-119的点缺陷密度大的点缺陷密度。
此外，生长层130的晶体质量可以低于SiC衬底111-119的晶体质量。因此，不管生长层130的尺寸是否大于SiC衬底111-119中的每个衬底的尺寸，都能容易地形成基本上由生长层130构成的连接部150。具体而言，生长层130的X射线摇摆曲线的半峰全宽可以大于SiC衬底111-119的半峰全宽。
此外，SiC衬底111和112中的每个衬底的浓度优选与生长层130的杂质浓度不同。更优选地，生长层130具有的杂质浓度高于SiC衬底111和112中的每个衬底的杂质浓度。应注意的是，SiC衬底111、112中的每个衬底中的杂质浓度例如是5X IO16CnT3或更大且5X IO19CnT3或更小。此外，生长层130具有的杂质浓度例如是5X IO16CnT3或更大且 5X IO21CnT3或更小。对于杂质来说，例如可以使用氮或磷。应注意的是，生长层130中包括的杂质以及SiC衬底111和112中的每个衬底中包括的杂质可以彼此不同。
更优选地，正面Fl相对于SiC衬底111的{0001}面具有50°或更大且65°或更小的偏离角，以及正面F2相对于SiC衬底的{0001}面具有50°或更大且65°或更小的偏离角。
更优选地，正面Fl的偏离取向与SiC衬底111的<1_100>方向之间的角度是5° 或更小，以及正面F2的偏离取向与SiC衬底112的<1-100>方向之间的角度是5°或更小。
更优选地，正面Fl在SiC衬底111的<1-100>方向上、相对于{03-38}面具有-3° 或更大且5°或更小的偏离角，以及正面F2在SiC衬底112的<1-100>方向上、相对于 {03-38}面具有-3°或更大且5°或更小的偏离角。
应当注意，“表面Fl在<1-100>方向上、相对于{03-38}面的偏离角”是指正面Fl 的法线到由<1-100>方向和<0001〉方向限定的投影面上的正交投影与{03-38}面的法线之间的角度。在正交投影平行接近<ι-ιοο>方向的情况下，其符号是正的，而在正交投影平行接近<0001〉方向的情况下，其符号是负的。这同样适用于“表面F2在<1-100>方向上、 相对于103-38}面的偏离角”的情况。
此外，正面Fl的偏离取向与衬底111的<11-20>之间的角度是5°或更小。正面 F2的偏离取向与衬底112的<11-20>之间的角度是5°或更小。
根据本发明，SiC衬底111和112利用其间的连接部150被组合为一个半导体衬底 180，如图15中所示。具体而言，本实施例的半导体衬底180通过将第五实施例的多个SiC 衬底20在同一平面上对准并组合来获得。半导体衬底180包括其中形成诸如晶体管的半导体器件的、作为衬底面的每个SiC衬底的正面Fl和F2这两者。换言之，与单独使用SiC 衬底111和112中的任一个的情况相比，半导体衬底180具有较大的衬底面。因此，可以通过半导体衬底180来高效率地制造采用SiC的半导体器件。
此外，因为在背面Bl和B2上形成的生长层130也由与SiC衬底111和112相同的SiC制成，所以SiC衬底和生长层130的物理性质彼此接近。因此，可以抑制由它们之间物理性质不同而导致的半导体衬底180翘曲或裂缝。
此外，使用升华方法允许生长层130形成得快速且具有高质量。当使用的升华方法是近间隔升华方法时，可以更均勻地形成生长层130。
此夕卜，当背面Bl和B2中的每个以及固体原材料120的表面之间的空间Dl (图18) 的平均值是Icm或更小时，可以降低生长层130的膜厚度的分布。此外，当空间Dl的平均值是Imm或更小时，可以进一步减小生长层130的膜厚度的分布。只要空间Dl的平均值是 1 μ m或更大，则可以确保用于SiC升华的足够空间。
在形成生长层130的步骤中(图20)，SiC衬底111和112的温度被设定为低于固体原材料120的温度(图18)。这使升华的SiC能有效率地固化在SiC衬底111和112上。
此外，执行形成生长层130的步骤(图18-图20)以使生长层130将背面B 1和 B2互相连接。这使SiC衬底111和112仅通过生长层130来连接。换言之，SiC衬底111 和112通过这种同质材料来连接。
此外，设置SiC衬底111和112的步骤优选执行为使SiC衬底111和112之间的最小空间为Imm或更小。因此，生长层130可以形成为将SiC衬底111的背面B 1与SiC 衬底112的背面B2更可靠地彼此连接。
此外，生长层130优选具有单晶结构。因此，生长层130具有的物理性质接近均具有单晶结构的SiC衬底111和112的物理性质。
更优选地，背面Bl上的生长层130具有相对于背面Bl的晶面倾斜10°或更小的晶面。此外，背面B2上的生长层130具有相对于背面B2的晶面倾斜10°或更小的晶面。 因此，生长层130具有与SiC衬底111和112中的每个衬底的各向异性相接近的各向异性。
此外，优选地，SiC衬底111和112中的每个具有的杂质浓度与生长层130的杂质浓度不同。因此，可以获得具有不同杂质浓度的两层结构的半导体衬底180(图15)。
此外，生长层130中的杂质浓度优选高于SiC衬底111和112中的每个衬底的杂质浓度。这使得生长层130的电阻率小于SiC衬底111和112的电阻率。因此，可以获得适于制造其中电流在生长层130的厚度方向上流动的半导体器件(即，垂直型半导体器件) 的半导体衬底180。
优选地，正面Fl相对于SiC衬底111的{0001}面具有大于或等于50°且小于或等于65°的偏离角，且正面F2相对于SiC衬底112的{0001}面具有大于或等于50°且小于或等于65°的偏离角。因此，与正面Fl和F2中的每个对应于{0001}面的情况相比，正面Fl和F2中的每个中的沟道迁移率可以更高。
更优选地，正面Fl的偏离取向与SiC衬底111的<1-100>方向之间的角度是5° 或更小，以及正面F2的偏离取向与SiC衬底112的<1-100>方向之间的角度是5°或更小。 这使得正面Fl和F2中的每个中的沟道迁移率更高。
此外，正面Fl优选在SiC衬底111的<1-100>方向上、相对于{03-38}面具有大于或等于-3°且小于或等于5°的偏离角，且正面F2优选在SiC衬底112的<1-100>方向上、相对于103-38}面具有大于或等于-3°且小于或等于5°的偏离角。这使得进一步提高正面Fl和F2中的每个中的沟道迁移率。
更优选地，正面Fl的偏离取向与SiC衬底111的<11_20>方向之间的角度是5° 或更小，以及正面F2的偏离取向与SiC衬底112的<11-20>方向之间的角度是5°或更小。这使得与对应于10001}面的正面Fl和F2中的每个的情况相比，使正面Fl和F2中的每个中的沟道迁移率更高。
在上述说明中，SiC晶片示例为固体原材料120，但固体原材料120并不限于此，且可以例如是SiC粉末或SiC烧结体。
此外，作为第一和第二加热体181、182，可以使用任何加热体，只要其能够加热目标物体即可。例如，加热体可以是采用石墨加热器的电阻加热类型或者电感加热类型。
在图18中，背面Bl和B2中的每个以及固体原材料120的表面SS之间提供的空间沿全部延伸。但是，在本说明书中，表述“所提供的空间”具有更广的含义，以指示空间具有超过零的平均值。因此，该表述可以涵盖在背面B 1和B2中的每个以及固体原材料120 的表面SS之间提供空间的同时其间存在部分接触的情况。下文描述与这种情况相对应的两种变型例。
参考图22的变型例，通过用作固体原材料120的SiC晶片的翘曲来确保空间。更具体地，在本变型例中，提供作为平均值的、超过零的空间D2，但可以局部地为零。进一步优选地，如与空间Dl的平均值一样，空间D2的平均值被设定为小于升华方法中的用于升华气体的平均自由程。例如，平均值不小于1 μ m且不大于1cm。
参考图23的变型例，通过SiC衬底111-113中的每个衬底的翘曲来确保空间。更具体地，在本变型例中，提供作为平均值的、超过零的空间D3，但可以局部地为零。更优选地，如与空间Dl的平均值一样，空间D3的平均值设定为小于升华方法中的用于升华气体的平均自由程。例如，平均值不小于Iym且不大于1cm。
此外，可以通过组合图22和图23中所示的各个方法，即通过作为固体原材料120 的SiC晶片的翘曲和SiC衬底111-113中的每个衬底的翘曲这两者来确保空间。
在上述空间的平均值不大于100 μ m时，图22和23中所示的每个方法或这些方法的组合特别有效。
接下来，说明适合于制造上述半导体衬底180的方法的制造条件的研究结果。
首先回顾在生长层130形成中，SiC衬底111、112的每个衬底温度。应当注意到，处理腔室中的压力通过利用真空泵从处理腔室中排气而从大气压力来被减少，并保持在1 处。此外，背面Bl和B2中的每个以及固体原材料120的表面SS之间的空间Dl (图18)设定为50 μ m。此外，SiC衬底111、112的温度被设定为低于固体原材料120的温度100°C。 其结果示于下表。
表1
1600 "C1800 "C2000 "C2 500 "C3000 "C未组合良好良好良好衬底的结晶度降低
从这些结果中发现，为了将SiC衬底111和112彼此组合，1600°C的衬底温度太低，以及1800°C或更高的衬底温度是优选的。还发现，为了防止衬底结晶度降低，3000°C的衬底温度太高，以及2500°C或更低的衬底温度是优选的。这样，发现衬底温度优选不小于 1800°C并不大于 2500°C。
第二，研究相对于固体原材料120的温度，SiC衬底111、112中的每个衬底的温度应该被设定为多低，即它们之间的温度差是多少。应注意到，处理腔室中的压力通过利用真空泵从处理腔室中排气而从大气压力来降低，并保持在1 处。此外，衬底温度被固定为 2000°C。此外，背面Bl和B2中的每个以及固体原材料120的表面SS之间的空间Dl (图 18)设定为50 μ m。其结果示于下表。
表2
ο. rcrc10°C100°C500 "C低生长速率良好良好良好大的膜厚度的分布
从这些结果中发现，为了确保生长层130的足够的生长速率，在它们之间的温度差为0. 1°C时，它们的温度差太低，且在温度差为1°C或更高时温度差是优选的。还发现，为了抑制生长层130的分布的膜厚度，在它们之间的温度差是500°C时，它们之间的温度差太大，且在它们之间的温度差100°C或更低时是优选的。这样，发现它们之间的温度差优选不小于1°C且不大于IOO0Co
第三，研究生长层130形成中的气氛压力。应注意到，将上述其间的温度差设定为 100°C。此外，衬底温度被固定在2000°C处。此外，背面B 1和B2中的每个以及固体原材料 120的表面SS之间的空间Dl (图18)被设定为50 nm。结果示于下表中。
表3
IOOkPaIOkPaIkPaIOOPaIPa0. IPa未组合复合衬底中的强度低良好良好良好良好
根据这些结果发现，为了将SiC衬底111和112彼此组合，在压力为IOOkI3a时压力太高，以及压力为50kl^或更低时压力是优选的，且在压力是lOltfa或更低时压力是特别优选的。
第四，研究背面B 1和B2中的每个以及固体原材料120的表面SS之间的空间 Dl (图18)。应注意到，处理腔室中的压力通过利用真空泵从处理腔室中排气而从大气压力来降低，并保持在1 处。此外，衬底温度保持在2000°C处。上述温度差被设定为50°C。
结果，当空间Dl = 5cm,生长层130的膜厚度的分布太高，而当空间Dl = 1cm、1mm、 500 μ m或1 μ m时，可以将生长层130的膜厚度的分布设定为足够低。这样发现，为了实现足够小的生长层130的膜厚度的分布，空间Dl优选为Icm或更小。
考虑的是，用于空间Dl的适当值与升华方法中的升华气体的平均自由程相关联。 具体而言，优选考虑的是，空间Dl的平均值被设定得小于该平均自由程。例如，在1 的压力以及2000°C的温度下，严格说来，根据原子半径和分子半径，原子和分子的平均自由程大约为几厘米至几十厘米。因此，在实践中，上述距离优选地被设定为小于或等于几厘米。
第五，研究背面B 1和B2中的每个的粗糙度。应注意到，气氛压力被设定为IPa 且衬底温度被设定为2000°C。因此，当粗糙度Ra是Ra = 500 μ m,在生长层130的表面处产生明显的不平整，而当Ra= 10(^111、111111或0. Inm时，不平整性足够小。这样发现，为了将生长层130的表面处的不平整性设定为足够小，背面Bl和B2中的每个的粗糙度不大于IOOym0此外，在背面B 1和B2中的每个是所谓的“切片表面”的情况下，可将不平整性设定为足够小。
此外，还应注意的是，在气氛压力为1 和衬底温度为2000°C的情况下，可以采用下面的示例性条件而没有任何问题。
用于形成生长层130的持续时间可以是1分钟、1小时、3小时或M小时。作为气氛气体，采用He、Ar、N2或60%浓度的队的惰性气体气氛是可利用的。此外，替代惰性气体气氛，通过降低大气空气的压力而获得的气氛是可利用的。此外，可以单晶、多晶、烧结体或SiC粉末的形式来使用固体原材料120(图18)。此外，在SiC衬底111和112中的每个具有(03-38)的面取向的情况下，对于固体原材料120的表面SS(图18)的面取向，可利用 (0001)、(03-38)、(11-20)或者(1-100)的面取向。此外，作为固体原材料120 (图18)中的杂质，可以使用5X 1015cm_3、8X IO18CnT3 ^ 5 X IO2W3浓度的氮或磷。此外，在SiC衬底 111和112中的每个具有4H多型的情况下，可以使用4H、6H、15R或3C的多型作为固体原材料120的多型。
虽然已经描述了本发明的实施例和实例，但实施例和实例中的每个的特征可以适当地组合。此外，应理解的是，本文公开的实施例和实例在每个方面都是用于举例说明，且不应理解为是对本发明的限制。本发明的范围由随附的权利要求限定，而不是由上述说明书限定，且落入在权利要求的限制或边界或者这样的划界和边界的等效内的所有改变因此意图由权利要求来涵盖。
附图标记列表
10a, 10b, 10c, IOd =SiC 晶锭；11 籽晶衬底；lla，20a 主表面；12 晶体；12a 底面；12b，12c，12d，12e 侧面；12f 生长面；17 原材料；20 :SiC衬底；100 坩埚；IOOb 外周面；101 第一部分；101a，10 内周面；102 第二部分；Rl 第一区域；R2 第二区域；111 SiC衬底(第一碳化硅衬底)；112:SiC衬底(第二碳化硅衬底)；113-119 :SiC衬底；120， 120p 固体原材料；130，130p 生长层；150 连接部；180 半导体衬底；181 第一加热体； 182 第二加热体。
权利要求
1.一种碳化硅晶锭(10a, 10b, 10c, 10d)，包括具有四个边的底面(1 ),从所述底面(12a)沿着与所述底面(12a)的延伸方向相交的方向延伸的四个侧面 (12b, 12c, 12d, 12e)；以及生长面(12f)，所述生长面(12f)与所述侧面(12b，12c，12d，12e)连接，并位于相对于所述底面(12a)的相反侧。
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭(10a,10b, 10c, 10d)，其中，所述底面(1 )、所述侧面(12b，12c，12d，12e)以及所述生长面(12f)中的至少一个是{0001}面，{1-100}面，{11-20}面，或者相对于该{0001}面、{1-100}面和{11-20}面具有10°以内的倾斜的面。
3.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭(10a，10b，10c，IOd)，还包括与所述底面(12a) 接触地形成的籽晶衬底(11)，其中，与所述底面(12a)接触的所述籽晶衬底(11)的主面(Ila)对应于{0001}面或者相对于该10001}面具有10°以内的倾斜。
4.一种碳化硅衬底(20)，其由根据权利要求1所述的碳化硅晶锭(10a，10b, 10c, 10d) 制成。
5.根据权利要求4所述的碳化硅衬底(20)，其包括主面OOa)，所述主面(20a)相对于 {0001}面具有大于或等于50°且小于或等于65°的偏离角。
6.一种坩埚(100)，包括第一部分(101)，所述第一部分(101)形成有用于在其中设置原材料(17)的区域；以及第二部分(102)，所述第二部分(10 与所述第一部分(101)相连接，所述第二部分形成有用于在其中以面对所述原材料(17)的方式布置籽晶衬底(11)的区域，所述第二部分(10 具有四边形或倒角四边形的横截面形状。
7.根据权利要求6所述的坩埚(100)，其中，所述第一和第二部分(101,10 由石墨制成。
8.一种利用根据权利要求6所述的坩埚(100)制造碳化硅晶锭(10a，10b，10c，IOd)的方法，所述方法包括如下各步骤将原材料(17)放置在所述第一部分(101)中；将籽晶衬底(11)放置在所述第二部分(10 中；以及通过加热升华所述原材料(17)以使原材料气体积淀在所述籽晶衬底(11)上来生长碳化硅晶锭(10a, 10b, 10c, 10d)。
9.根据权利要求8所述的制造碳化硅晶锭(10a，10b，10c，IOd)的方法，其中，所述坩埚(100)中的所述第二部分(10 的所述四边形或倒角四边形的横截面形状的各边中的至少一个对应于在所述的生长步骤中生长的所述碳化硅晶锭(10a，10b, 10c, 10d) 的<0001〉方向，<1-100>方向，<11-20>方向，或者相对于该<0001〉方向、<1-100>方向、 <11-20>方向具有10°以内的倾斜的方向。
10.一种碳化硅衬底00)的制造方法，包括以下各步骤通过根据权利要求8所述的制造碳化硅晶锭的方法来制造碳化硅晶锭(10a，10b, 10c,IOd)；以及从所述碳化硅晶锭(10a，10b，10c，IOd)切片得到碳化硅衬底^))。
11.根据权利要求10所述的碳化硅衬底00)的制造方法，其中，在所述的切片步骤中，利用线锯从所述碳化硅晶锭(10a，10b，10c，IOd)上切片得到所述碳化硅衬底00)。
12.—种半导体衬底(180)，通过在同一平面上将多个根据权利要求4所述的碳化硅衬底00)对准并且将该多个衬底相连接来获得所述半导体衬底(180)。
全文摘要
一种SiC晶锭(10a)，其设置有底面(12a)，其具有四个边；四个侧面(12b，12c，12d，12e)，该四个侧面在与所述底面(12a)的方向相交的方向上从所述底面(12a)延伸；以及生长面(12f)，其与所述侧面(12b，12c，12d，12e)连接，并位于相对于所述底面(12a)的相反侧上。所述底面(12a)、所述侧面(12b，12c，12d，12e)以及所述生长面(12f)中的至少一个是{0001}面、{1-100}面、{11-20}面或相对于这些面具有10°以内的倾斜的面。
文档编号H01L29/12GK102549715SQ201080042620
公开日2012年7月4日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月24日
发明者井上博挥, 佐佐木信, 冲田恭子, 原田真, 并川靖生, 藤原伸介, 西口太郎 申请人:住友电气工业株式会社