DE69916177T2

DE69916177T2 - Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristalls

Info

Publication number: DE69916177T2
Application number: DE69916177T
Authority: DE
Inventors: Atsuto Aichi-gun Aichi-ken Okamoto; Naohiro Aichi-gun Aichi-ken Sugiyama; Toshihiko Aichi-gun Aichi-ken Tani; Nobuo Aichi-gun Aichi-ken Kamiya; Hiroaki Aichi-gun Aichi-ken Wakayama; Yoshiaki Aichi-gun Aichi-ken Fukushima; Kazukuni Kariya-shi Hara; Fusao Kariya-shi Hirose; Shoichi Kariya-shi Onda; Kunihiko Kariya-shi Hara; Takashi Kariya-shi Onoda; Haruyoshi Kariya-shi Kuriyama; Takeshi Kariya-shi Hasegawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: DE69916177D1; EP0967304A1; EP0967304B1; US6214108B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumcarbid-Einkristallen (SiC-Einkristallen), in denen Mikrolunkerfehler geschlossen sind, sowie Siliziumcarbid-Einkristalle mit geschlossenen Mikrolunkerfehlern, die mit dem Verfahren hergestellt worden sind.
Wenn ein SiC-Einkristall mit dem modifizierten Lely-Verfahren (Sublimationsverfahren) unter Verwendung eines SiC-Einkristalls als Impfkristall hergestellt wird, erstrecken sich hohle Röhren, die als Mikrolunkerfehler bezeichnet werden, mit einem Durchmesser im Bereich von weniger als 1 μm bis mehreren μm in etwa entlang der Wachstumsrichtung und sind in einem gewachsenen Kristall enthalten. Ein SiC-Einkristall mit Mikrolunkerfehlern ist nicht als Substrat zur Herstellung elektronischer Vorrichtungen geeignet, da der Mikrolunkerfehler die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung signifikant verschlechtert. Daher ist eine Verringerung der Mikrolunkerfehler ein wichtiges Ziel bei der Herstellung des SiC-Einkristalls.
Verfahren zur Verringerung der Mikrolunkerfehler wurden in der US-PS 5,679,153 und der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 5-262599 (japanisches Patent 2804860) vorgeschlagen.
In dem in der US-PS 5,679,153 beschriebenen Verfahren wird eine epitaxiale Schicht mit verminderten Mikrolunkerfehlern (Fehlerdichte: 0 bis 50 cm^–2) auf einem SiC-Substrat mit Mikrolunkerfehlern (Fehlerdichte: 50 bis 400 cm^–2) unter Nutzung eines Phänomens wachsen gelassen, bei dem die Mikrolunkerfehler in der epitaxialen Schicht auf dem SiC-Substrat durch eine Flüssigphasenepitaxie aus einer Schmelze von SiC in Silizium geschlossen werden.
In dem in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 5-262599 (japanisches Patent 2804860) beschriebenen Verfahren wird ein Einkristall, der beim Alkaliätzen keinerlei hexagonale Ätzgruben aufweist, d. h. ein Einkristall, der keine Mikrolunkerfehler aufweist, auf dem Impfkristall unter Verwendung einer Ebene, die senkrecht zur (0001)-Ebene liegt, als Wachstumsebene des Impfkristalls wachsen gelassen.
In den beiden vorstehend beschriebenen Verfahren wird der Einkristall neu auf dem Impfkristall wachsen gelassen und Mikrolunkerfehler in der wachsenden Schicht werden vermindert.
In dem erstgenannten Verfahren muss eine epitaxiale Schicht mit einer Dicke von 20 bis 75 μm durch die Flüssigphasenepitaxietechnik wachsen gelassen werden, um Abschnitte zu erhalten, die keine Mikrolunkerfehler enthalten, und unterhalb dieses Dickenbereichs liegen nach wie vor Mikrolunkerfehler vor. Wenn ferner der Einkristall durch ein Sublimationsverfahren unter Verwendung der vorstehend gebildeten epitaxialen Schicht als Impfkristall erneut wachsen gelassen wird, besteht die Möglichkeit, dass die Sublimation von den geschlossenen Abschnitten von Mikrolunkerfehlern erneut Mikrolunkerfehler-Öffnungen erzeugt, da die geschlossenen Abschnitte der Mikrolunkerfehler dünn sind. Daher ist es schwierig, einen Impfkristall herzustellen und die Sublimationswachstumsbedingungen in geeigneter Weise so zu steuern, dass in den geschlossenen Abschnitten eine Sublimation verhindert wird.
Obwohl das letztgenannte Verfahren zur Hemmung einer Erzeugung von Mikrolunkerfehlern effektiv ist, werden in dem gewachsenen Einkristall Stapelfehler neu erzeugt. Es ist bekannt, dass die Substrate mit Stapelfehlern eine Anisotropie des Elektronentransports aufweisen. Daher ist der Kristall nicht als Substrat für elektronische Vorrichtungen geeignet.
Die EP 0 922 792 A1 beschreibt einen SiC-Einkristall und ein Verfahren zu dessen Herstellung, bei dem ein Komplex, der durch Stapeln einer polykristallinen β-SiC-Platte auf der Oberfläche eines α-SiC-Einkristall-Basismaterials in einem engem Kontaktzustand mittels einer polierten Fläche gebildet wird oder in einer schichtartigen Weise durch ein thermisches CVD-Verfahren wachsen gelassen wird, in einem Temperaturbereich von 1850 bis 2400°C wärmebehandelt wird, wodurch Polykristalle der polykristallinen kubischen β-SiC-Platte in einen Einkristall umgewandelt werden und der Einkristall, der in der gleichen Richtung orientiert ist wie die Kristallachse des α-SiC-Einkristall-Basismaterials, wachsen gelassen wird.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend genannten Probleme gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nicht die Unterdrückung der Erzeugung und Ausbreitung von Mikrolunkerfehlern in einer neu gewachsenen Schicht, sondern es zu ermöglichen, die in einem Siliziumcarbid-Einkristall vorliegenden Mikrolunkerfehler innerhalb des Kristalls zu schließen.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung eines Siliziumcarbid-Einkristalls nach Anspruch 1 und den Siliziumcarbid-Einkristall nach Anspruch 29 gelöst. Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In der vorliegenden Erfindung wird mindestens ein Abschnitt einer Oberfläche eines Siliziumcarbid-Einkristalls mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet, um die Mikrolunkerfehler-Öffnungen zu verschließen, und dann wird der Einkristall einer Wärmebehandlung unterworfen, um die in dem Siliziumcarbid-Einkristall vorliegenden Mikrolunkerfehler zu schließen.
Folglich können die in einem Siliziumcarbid-Einkristall vorliegenden Mikrolunkerfehler durch Beschichten mindestens eines Abschnitts der Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls mit einem Beschichtungsmaterial und dann Wärmebehandeln des Siliziumcarbid-Einkristalls geschlossen werden. Durch dieses Verfahren werden Mikrolunkerfehler, die in dem Siliziumcarbid-Einkristall vorliegen, innerhalb des Siliziumcarbid-Einkristalls und nicht in einer neu gewachsenen Schicht auf dem Siliziumcarbid-Einkristall geschlossen. Der Siliziumcarbid-Einkristall umfasst ein Einkristallsubstrat, einen Einkristallrohling oder dergleichen.
Wenn ferner die Wärmebehandlung derart durchgeführt wird, dass das Innere der Mikrolunkerfehler mit Siliziumcarbiddämpfen gesättigt wird, können die Mikrolunkerfehler geschlossen werden. Insbesondere können die Mikrolunkerfehler, die in einem Siliziumcarbid-Einkristall vorliegen, durch Bilden von Siliziumcarbid, vorzugsweise eines Siliziumcarbid-Einkristalls oder von Siliziumcarbid, das in der gleichen Richtung orientiert ist wie die Kristallachse des Siliziumcarbid-Einkristalls, eines epitaxialen 3C-SiC-Films (nachstehend steht die arabische Zahl für die Wiederholungsperiode eines Si-C-Paars in der <0001>-Achsenrichtung, C steht für ein kubisches System, H für ein hexagonales System und R für ein rhomboedrisches System) oder eines epitaxialen Siliziumcarbidfilms mit dem gleichen/einem unterschiedlichen Polytyp auf mindestens einer Oberfläche davon und dann Durchführen einer Wärmebehandlung mit dem Siliziumcarbid-Einkristall geschlossen werden.
Folglich wirken Kristalle der gebildeten Schicht während der Abscheidung in röhrenförmigen Hohlräumen als Matrize, so dass Mikrolunkerfehler durch Bilden des Siliziumcarbid-Einkristalls, des orientierten Siliziumcarbids und des epitaxialen 3C-SiC-Films effizienter geschlossen werden können.
Als weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung wird anschließend ein Oberflächenschutzmaterial, das eine Oberfläche eines Beschichtungsmaterials schützt, auf dem Beschichtungsmaterial bereitgestellt, und dann wird die Wärmebehandlung durchgeführt. Während der Wärmebehandlung ist das Beschichtungsmaterial durch das Oberflächenschutzmaterial vor einem thermischen Ätzen geschützt, so dass das Beschichtungsmaterial vor einer Entfernung durch Sublimation geschützt ist und geschlossene Hohlräume sicher gebildet werden können. Als Ergebnis verändert sich die Dicke des Beschichtungsmaterials verglichen mit dem Zustand vor der Wärmebehandlung nicht, so dass das Ausmaß der Entfernung einfach erkannt werden kann, wenn das Beschichtungsmaterial nach der Bildung geschlossener Hohlräume entfernt wird.
Darüber hinaus kann die Wärmebehandlung nach dem Bereitstellen des Oberflächenschutzmaterials auf dem Beschichtungsmaterial und dann Fixieren des Siliziumcarbid-Einkristalls auf einer Auflage durchgeführt werden, die in einem Tiegel installiert wird, in dem ein Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial vorliegt. Als Folge davon wird die Zuführung der Siliziumcarbiddämpfe zu dem Beschichtungsmaterial in einer bevorzugten Umgebung durchgeführt, so dass das thermische Ätzen des Beschichtungsmaterials effektiver beschränkt wird. Es besteht die Möglichkeit, dass das Beschichtungsmaterial sublimiert, wenn zwischen dem Oberflächenschutzmaterial und dem Beschichtungsmaterial eine mehrere μm große Öffnung vorliegt. Andererseits wird die Sublimation des Beschichtungsmaterials selbst beim Vorliegen der Öffnung beschränkt, wenn die Wärmebehandlung unter einem Sättigungsdampfdruck von Siliziumcarbiddämpfen durchgeführt wird.
Ferner kann das Oberflächenschutzmaterial aus einer Substanz, die einen hohen Schmelzpunkt aufweist, einem Kohlenstoffmaterial, einem Siliziumcarbidsubstrat, oder einem Siliziumcarbidpulver hergestellt sein. Die Substanz, die einen hohen Schmelzpunkt aufweist, wie z. B. Wolfram oder Tantal, das Kohlenstoffmaterial und das Siliziumcarbid sind bevorzugt, da sie bei der Wärmebehandlung stabil sind.
Andererseits können Mikrolunkerfehler durch vorhergehendes Füllen der Mikrolunkerfehler mit einem Siliziumcarbidmaterial unter Verwendung eines superkritischen Fluids und dergleichen vor der Wärmebehandlung effizienter geschlossen werden. Die Mikrolunkerfehler können ferner durch Beschichten der Oberfläche eines Siliziumcarbid-Einkristalls nach dem Füllen der Mikrolunkerfehler mit dem Siliziumcarbidmaterial effizient geschlossen werden.
Das Beschichtungsmaterial kann z. B. aus Siliziumcarbidsubstraten oder Siliziumcarbidpulvern, 3C-SiC, Siliziumcarbid-Einkristallen/Polykristallen mit dem gleichen/einem unterschiedlichen Polytyp wie der Siliziumcarbid-Einkristall, Materialien, die einen hohen Schmelzpunkt aufweisen (wie z. B. Wolfram), Kohlenstoffmaterialien (z. B. Graphit) oder Mischmaterialien aus einem Silizium-enthaltenden Material und dem Kohlenstoffmaterial oder dergleichen ausgebildet sein, mit der Maßgabe, dass das Beschichtungsmaterial von einer amorphen oder polykristallinen SiC-Schicht oder -Platte verschieden ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Gitterorientierung des Beschichtungsmaterials dieser Ein/Polykristalle mit der Orientierung der Kristallachse des Siliziumcarbid-Einkristalls zusammenfällt, der Mikrolunkerfehler aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Schritt zum Ätzen der Oberfläche eines Siliziumcarbid-Einkristalls und einen Schritt zum anschließenden Beschichten der Oberfläche des Einkristalls umfasst. Wenn die Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls geätzt wird, wird die Kristallspannung in der Umgebung von Öffnungen der Mikrolunkerfehler beseitigt, wodurch der Effekt des Schließens von Mikrolunkerfehlern verstärkt wird.
Es ist erforderlich, dass Öffnungen von Mikrolunkerfehlern in einem Siliziumcarbid-Einkristall durch den vorstehend beschriebenen Beschichtungsschritt vollständig geschlossen werden.
Ferner können Siliziumcarbid-Einkristallsubstrate, die Mikrolunkerfehler enthalten, vor der gleichzeitigen Wärmebehandlung laminiert werden, oder die Siliziumcarbid-Einkristallsubstrate können mittels eines Beschichtungsmaterials vor der gleichzeitigen Wärmebehandlung laminiert werden. Dieses Verfahren ist zur gleichzeitigen Herstellung einer Mehrzahl von Siliziumcarbid-Einkristallsubstraten mit im Wesentlichen keinen Mikrolunkerfehlern bei vernünftigen Kosten geeignet, da die Mikrolunkerfehler in dem jeweiligen Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat gleichzeitig geschlossen werden.
Ferner können in dem Wärmebehandlungsschritt durch Wiederholen eines Schritts des Anhebens der Temperatur des Siliziumcarbid-Einkristalls und eines Schritts des Absenkens der angehobenen Temperatur des Siliziumcarbid-Einkristalls wiederholt werden. In diesem Fall kann das Siliziumcarbid in geschlossenen Hohlräumen der Mikrolunkerfehler erneut in einer Menge sublimiert werden, die der Dampfdruckdifferenz aufgrund der Temperaturdifferenz entspricht, die durch eine erneute Erhöhung der Temperatur verursacht wird, und es kann in einer Menge wieder abgeschieden werden, die der Dampfdruckdifferenz aufgrund der Temperaturdifferenz entspricht, die durch eine erneute Absenkung der Temperatur verursacht wird. Demgemäß können Mikrolunkerfehler effizienter geschlossen werden.
Darüber hinaus kann das Innere der Mikrolunkerfehler dadurch mit Siliziumcarbiddämpfen gesättigt werden, dass ein Siliziumcarbid-Einkristall in einen Tiegel mit einem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial eingebracht wird und der sublimierte Siliziumcarbiddampf von dem Ausgangsmaterial unter den optimalen Bedingungen der Wärmebehandlung in die Mikrolunker zugeführt wird.
In einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Siliziumcarbid-Einkristall auf einer Auflage eines Deckels fixiert, der in einem Tiegel installiert wird, der ein Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial enthält, und anschließend wird das Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial durch eine Wärmebehandlung sublimiert. Gleichzeitig werden die sublimierten Siliziumcarbiddämpfe zur Bildung eines aus Siliziumcarbid hergestellten Beschichtungsmaterials auf der Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls zugeführt. Die Wärmebehandlung wird weiter fortgesetzt, um die in dem Siliziumcarbid-Einkristall vorliegenden Mikrolunkerfehler innerhalb des Kristalls zu schließen.
Folglich können Mikrolunkerfehler, die in einem Siliziumcarbid-Einkristall vorliegen, auch dadurch innerhalb des Kristalls geschlossen werden, dass der Siliziumcarbid-Einkristall in einen Tiegel eingebracht wird, um einen Siliziumcarbid-Einkristall durch das Sublimationsverfahren wachsen zu lassen, darin ein Beschichtungsmaterial auf dem Siliziumcarbid-Einkristall ausgebildet wird und die Wärmebehandlung weiter fortgesetzt wird.
Ferner besteht ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, dass die Wärmebehandlung dadurch durchgeführt wird, dass in einem Behälter eine Inertgasatmosphäre aufrechterhalten wird und Stickstoffgas in den Behälter eingeführt wird.
Wenn ein Kristall auf diese Weise durch Einführen des Stickstoffgases gewachsen ist, kann zwischen einem mit Stickstoff dotierten Beschichtungsmaterial und einem Substratkristall eine heterolytische Grenzfläche gebildet werden, so dass die Mikrolunkerfehler, die in Siliziumcarbid-Einkristallen vorliegen, effizient geschlossen werden können.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Wärmebehandlung derart durchgeführt wird, dass die Temperaturdifferenz ΔT (= T₀ – T_S) im Bereich von –200°C bis 200°C liegt, wobei die Temperaturen des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials und des Siliziumcarbid-Einkristalls T₀ (°C) bzw. T_S (°C) sind.
Die Wärmebehandlung wird gewöhnlich bei ΔT ≥ 0 durchgeführt. Wenn die Wärmebehandlung jedoch bei ΔT < 0 durchgeführt wird, kann eine Rekristallisation zwischen dem Siliziumcarbid-Einkristall und einer Auflage eines Deckels oder die Erzeugung rissartiger Fehler aufgrund der Rekristallisation verhindert werden.
Als weiteres Verfahren zur Verhinderung der vorstehend beschriebenen Rekristallisation und rissartigen Fehler wird die Wärmebehandlung unter Verringerung der Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbidmaterial und einem Siliziumcarbid-Einkristall (beispielsweise |ΔT| ≤ 10°C) und Anheben des Drucks der Behandlungsumgebung (= 1,0 × 10⁵ Pa) durchgeführt.
Ein Siliziumcarbid-Einkristall, der mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugt worden ist, ist als Wafer für elektronische Vorrichtungen geeignet oder wird als Impfkristall zur Bildung eines neuen Siliziumcarbid-Einkristalls ohne Mikrolunkerfehler verwendet, da die Mikrolunkerfehler dieses Einkristalls geschlossen sind.
Der mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erzeugte Siliziumcarbid-Einkristall ist als Impfkristall und ferner als Wafer für elektronische Vorrichtungen geeignet, da dieser Einkristall im Wesentlichen keine Mikrolunkerfehler aufweist.
Ein Siliziumcarbid-Einkristall mit geschlossenen Hohlräumen, bei dem die Mikrolunkerfehler zumindest teilweise geschlossen sind, ist nützlich, da Siliziumcarbid-Einkristallsubstrate ohne Mikrolunkerfehler aus Abschnitten entnommen werden können, bei denen die Mikrolunkerfehler geschlossen sind. Ein Siliziumcarbid-Einkristall, bei dem beide Enden von Mikrolunkerfehlern geschlossen sind, ist zur Verringerung der Kosten vorteilhafter, da die Siliziumcarbid-Einkristallsubstrate ohne Mikrolunkerfehler von beiden Enden des Siliziumcarbid-Einkristalls entnommen werden können.
Zur Verwendung eines Siliziumcarbid-Einkristalls als Impfkristall mittels der Sublimationstechnik ist es erforderlich, den Kristall in einem Ausmaß von etwa 50 μm oder mehr, vorzugsweise von etwa 75 μm oder mehr pro Oberfläche in dem Polier- und Entfernungsschritt zu polieren, um eine aufgrund des Polierens beschädigte Schicht zu entfernen.
Ferner kann die Oberfläche des Impfkristalls während des Sublimationswachstums abhängig von den Bedingungen thermisch geätzt werden. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, werden bei der Herstellung eines Impfkristalls aus einem Siliziumcarbid-Einkristall, der geschlossene Hohlräume aufweist, bei denen die Länge des geschlossenen Abschnitts 75 μm oder weniger beträgt, durch das Polieren und das thermische Ätzen während des Wachstums eines Einkristalls möglicherweise Öffnungen erzeugt.
Wenn daher der Siliziumcarbid-Einkristall verwendet wird, der geschlossene Hohlräume aufweist, bei denen die Länge des geschlossenen Abschnitts größer als 75 μm ist, bestehen keine Bedenken hinsichtlich der Erzeugung solcher Öffnungen durch Polieren und thermisches Ätzen.
1 ist eine Schnittansicht einer Wärmebehandlungsvorrichtung, die zur Herstellung eines Siliziumcarbid-Einkristalls in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet wird.
2 ist eine Ansicht, die einen Siliziumcarbid-Einkristall zeigt, bei dem eine Oberfläche in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet worden ist.
3 ist eine Ansicht, die den Siliziumcarbid-Einkristall nach der Wärmebehandlung in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
4A bis 4D sind Ansichten, die einen Mechanismus zum Schließen von Mikrolunkerfehlern in der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigen.
5 ist eine Ansicht, die einen Siliziumcarbid-Einkristall zeigt, dessen Oberfläche in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet worden ist.
6 ist eine Schnittansicht, die einen Siliziumcarbid-Einkristall nach der Wärmebehandlung in der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Ansicht, die einen Siliziumcarbid-Einkristall zeigt, der in der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform nach dem Füllen der Mikrolunkerfehler mit dem Siliziumcarbidmaterial mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet worden ist.
8 ist eine Schnittansicht einer Wärmebehandlungsvorrichtung, die den Fall zeigt, bei dem erfindungsgemäße SiC-Substrate vor der Durchführung der Wärmebehandlung laminiert werden.
9 ist eine Ansicht, die einen Siliziumcarbid-Einkristall zeigt, der eine Oberfläche aufweist, die mit einem Oberflächenschutzmaterial auf einem Beschichtungsmaterial ausgestattet ist.
10 ist eine Ansicht, die ein Profil einer Wärmebehandlung mit einem Heizzyklus zeigt.
11 ist eine Tabelle der Ergebnisse von Bewertungsindices für das Schließphänomen, die zur Quantifizierung der nachstehend genannten Ergebnisse eingeführt worden sind.
12 ist eine Tabelle der Ergebnisse von Bewertungsindices für das Schließphänomen, die zur Quantifizierung der nachstehend genannten Ergebnisse eingeführt worden sind.
13 ist eine Tabelle der Ergebnisse von Bewertungsindices für das Schließphänomen, die zur Quantifizierung der nachstehend genannten Ergebnisse eingeführt worden sind.
Nachstehend werden die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Wärmebehandlungsvorrichtung, die zum Schließen von Mikrolunkerfehlern in einem SiC-Substrat 1 (Siliziumcarbid-Einkristall) verwendet wird.
Diese Wärmebehandlungsvorrichtung ist aus einem Tiegel 2 mit einem offenen oberen Ende und einem Deckel 3 aufgebaut, der das offene Ende des Tiegels 2 bedeckt. Der Tiegel 2 und der Deckel 3 sind im Allgemeinen aus Graphit ausgebildet.
Der Tiegel 2 enthält ein Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4, das zur Durchführung der Wärmebehandlung zum Schließen von Mikrolunkerfehlern in stabiler Weise mit hervorragender Reproduzierbarkeit verwendet wird. Das SiC-Substrat 1 wird auf dem Deckel 3 derart gehalten, dass es dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 gegenüber liegt, wenn das Öffnungsende des Tiegels 2 mit dem Deckel 3 bedeckt wird. Nachstehend wird die gehaltene Oberfläche des SiC-Substrats 1 als Befestigungsoberfläche und die der Befestigungsoberfläche gegenüber liegende Oberfläche als nicht-Befestigungsoberfläche bezeichnet.
Obwohl dies nicht in der 1 gezeigt ist, ist ein mittels Widerstandsheizung geheizter exothermer Körper, der aus Graphit hergestellt ist, um die äußere Oberfläche des Tiegels 2 bereitgestellt, was die Steuerung der Temperatur im Tiegel 2 und insbesondere der Temperatur des SiC-Substrats 1 und der Temperatur des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials 4 ermöglicht. Ferner ist der Tiegel 2, obwohl dies nicht in der 1 gezeigt ist, in einem Behälter aufgenommen, der den Umgebungsdruck steuern kann, wodurch die Einführung eines Inertgases und dergleichen in den Tiegel 2 und die Steuerung des Umgebungsdrucks möglich wird.
Ferner ist die nicht-Befestigungsoberflächenseite des SiC-Substrats 1, wie es in der 1 gezeigt ist, mit einem Beschichtungsmaterial 5 beschichtet. Dieses Beschichtungsmaterial kann auf dem SiC-Substrat 1 z. B. mit einem Gasphasenwachstumsverfahren wie z. B. einem chemischen Aufdampfverfahren (CVD-Verfahren), einem Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren), einem Sputteraufdampfverfahren, einem Sublimationsverfahren und dergleichen oder mit einem Flüssigphasenwachstumsverfahren, wie z. B. einem Flüssigphasenepitaxieverfahren (LPE-Verfahren) und dergleichen abgeschieden werden.
Das Beschichtungsmaterial 5 kann aus SiC mit der gleichen Kristallstruktur wie das SiC-Substrat 1 und aus SiC mit einer von der Kristallform des SiC-Substrats 1 verschiedenen Kristallform zusammengesetzt sein. Wenn das Material des SiC-Substrats 1 zu einem hexagonalen System gehört, ist als Beschichtungsmaterial ein Siliziumcarbid mit einem kubischen System geeignet.
Zusätzlich zu einem SiC-Einkristall können als Beschichtungsmaterial SiC-Sinterkörper, Kohlenstoffmaterialien (z. B. Graphit, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Fullerene und dergleichen), Mischmaterialien aus den Silizium-enthaltenden Materialien und Kohlenstoffmaterialien, und Substanzen mit hohem Schmelzpunkt (z. B. Wolfram, Wolframcarbid, Bornitrid und dergleichen) verwendet werden.
Wenn die Orientierung des vorstehend genannten Beschichtungsmaterials aus einem Einkristall oder Polykristall mit der Kristallachse des SiC-Substrats zusammenfällt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Mikrolunkerfehler geschlossen werden.
Wenn das Beschichtungsmaterial 5 aus einem Siliziumcarbid mit kubischem System (3C-SiC) ausgebildet wird, kann sowohl das folgende Verfahren als auch das vorstehend beschriebene Abscheidungsverfahren eingesetzt werden, bei dem ein Organosiliziumpolymer, z. B. Polymethylcarbosilan, Polycarbosilan und dergleichen, das in einem organischen Lösungsmittel gelöst ist, einheitlich auf das SiC-Substrat 1 aufgebracht wird, das organische Lösungsmittel verdampft und dann das Polymer unter Vakuum oder in einer nichtoxidierenden Umgebung wie z. B. Ar, N₂ und dergleichen bei einer Temperatur von 600 bis 1500°C thermisch zersetzt wird, um das SiC-Substrat 1 mit 3C-SiC zu beschichten.
In der 1 ist die nicht-Beschichtungsseitenoberfläche des SiC-Substrats 1 mit dem Beschichtungsmaterial 5 beschichtet. Es kann jedoch mindestens eine von beiden Oberflächen des SiC-Substrats 1 mit dem Beschichtungsmaterial 5 beschichtet werden und die nicht-Befestigungsseitenoberfläche muss nicht notwendigerweise beschichtet werden. Ferner kann das Beschichtungsmaterial 5 auf dem SiC-Substrat 1 vor der nachstehend beschriebenen Wärmebehandlung ausgebildet werden und es kann auch während der Wärmebehandlung auf der Oberfläche des SiC-Substrats 1 ausgebildet werden.
Die Dicke dieses Beschichtungsmaterials 5 kann im Bereich von mehreren zehn Nanometern (nm) bis mehreren Millimetern (mm) ausgewählt werden. Vorzugsweise wird die Dicke im Hinblick auf die Freiheitsgrade der Wärmebehandlungsbedingungen und die Herstellungskosten zum Schließen der Mikrolunkerfehler im Bereich von mehreren Mikrometern (μm) bis mehreren hundert Mikrometern (μm) ausgewählt.
Die Dicke des SiC-Substrats 1 kann willkürlich ausgewählt werden und beträgt vorzugsweise mindestens 100 μm oder mehr, da bei einem dickeren SiC-Substrat 1 eine größere Menge von Substraten ohne Mikrolunkerfehler auf einmal erzeugt werden kann. Wenn das SiC-Substrat 1 zu dünn wird, besteht die Möglichkeit einer Verformung und eines Brechens, wodurch ein reibungsloser Herstellungsprozess unterbrochen wird.
Das so strukturierte SiC-Substrat 1 wird in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und dann wird eine Wärmebehandlung durchgeführt.
Wenn dabei die Temperaturen des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials 4 und des SiC-Substrats 1 T₀ (°C) bzw. T_S (°C) betragen und die Temperaturdifferenz und der Abstand zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substratkristall 1 ΔT (= T₀ – T_S) bzw. L (cm) sind, dann können die Temperaturdifferenz ΔT im Bereich von –200°C bis 200°C, der Temperaturgradient (ΔT/L) im Bereich von –100 bis 100°C/cm und die Temperatur T_S des Substratkristalls 1 im Bereich von 1800 bis 2500°C als Temperaturbedingungen für die Wärmebehandlung ausgewählt werden.
Es ist auch zulässig, dass die Temperatur T_S des SiC-Substrats 1 auf eine gegebene Temperatur angehoben und dann die Temperatur im Zeitverlauf abgesenkt wird, und ferner kann ein Heizzyklus derart wiederholt werden, dass die Temperatur des SiC-Substrats 1 nach dem Temperaturanstieg abgesenkt und dann die Temperatur erneut angehoben wird.
Durch Wiederholen dieses Heizzyklus können Mikrolunkerfehler 6 durch Dämpfe effizient geschlossen werden, die erzeugt werden, wenn die Temperatur angehoben wird, und die wieder abgeschieden werden, wenn die Temperatur abgesenkt wird. Ferner kann das Oberflächenschutzmaterial aus einer Substanz mit hohem Schmelzpunkt, einem Kohlenstoffmaterial, einem Siliziumcarbidsubstrat oder einem Siliziumcarbidpulver hergestellt sein. Die Substanz mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Wolfram oder Tantal, das Kohlenstoffmaterial und das Siliziumcarbid sind bevorzugt, da sie bei der Wärmebehandlung stabil sind.
Mit der Maßgabe, dass die Temperaturen des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials 4 und des SiC-Substrats 1 T₀ (°C) bzw. T_S (°C) sind, werden diese Temperaturen verändert, wie es in dem Wärmebehandlungstemperaturprofil von 10 gezeigt ist.
Insbesondere wird die Temperatur T₀ des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials auf die Sublimationstemperatur von Siliziumcarbid oder höher angehoben und für einen vorgegebenen Zeitraum gehalten und dann im Zeitverlauf abgesenkt.
Die Temperatur T_S des SiC-Substrats 1 wird auf eine relativ hohe Temperatur (z. B. 1800 bis 2500°C) angehoben und auf eine relativ niedrige Temperatur abgesenkt, und danach wird die Temperatur durch Wiederholen des Anheben und Absenkens der Temperatur verändert. Insbesondere wird die Temperatur T_S des SiC-Substrats 1 durch Wiederholen eines Heizzyklus von hoch zu niedrig verändert, der einen Temperaturanhebungsschritt und einen Temperaturabsenkungsschritt umfasst. Gemäß der 10 kann dieser Vorgang, obwohl das Angeben und das Absenken der Temperatur zweimal gezeigt sind, mehr als zweimal wiederholt werden. Ferner kann während des Veränderns der Temperatur von hoch zu niedrig und von niedrig zu hoch ein Zeitraum bereitgestellt werden, in dem die Temperatur festgelegt ist, so dass es nicht erforderlich ist, dass das Anheben und das Absenken der Temperatur immer durchgeführt wird. Ferner muss eine Temperatur in einem Temperaturanhebungsschritt oder einem Temperaturabsenkungsschritt nicht der Temperatur in einem anderen Temperaturanhebungsschritt oder Temperaturabsenkungsschritt entsprechen. Beispielsweise kann die Temperatur, wie es in der 10 durch die Pfeile (ΔT1, ΔT2) gezeigt ist, Schritt für Schritt abgesenkt werden. Obwohl ferner die Anzahl der Heizzyklen entsprechend der Temperatur T_S und der Geschwindigkeit des Anhebens und Absenkens der Temperatur zweckmäßig ausgewählt werden kann, wird der Heizzyklus unter Berücksichtigung der Herstellungskosten vorzugsweise mehr als zweimal wiederholt. Darüber hinaus beträgt die Gesamtzeit für die Wärmebehandlung vorzugsweise zwischen 3 und 48 Stunden.
Der Dampfdruck kann im Bereich von 1 × 10^–8 bis 1 × 10⁹ Pa ausgewählt werden.
Das SiC-Substrat 1 ist vor und nach der vorstehend beschriebenen Wärmebehandlung in der 2 bzw. der 3 gezeigt. Wie es in diesen Figuren gezeigt ist, sind die Mikrolunkerfehler 6, die Öffnungen auf der Oberfläche des SiC-Substrats aufweisen, zumindest von einer Oberfläche des SiC-Substrats 1 her geschlossen. Bei diesem Aufbau kann die Länge des geschlossenen Abschnitts der Mikrolunkerfehler 6 von der Oberfläche des SiC-Substrats 1 her größer als 75 μm gemacht werden. Gemäß dieser Figur verbleiben geschlossene Hohlräume 7. Es ist jedoch möglich, dass die Länge der Mikrolunkerfehler 6 abhängig von den Wärme behandlungsbedingungen (beispielsweise einer Erhöhung der Wärmebehandlungszeit und dergleichen) wesentlich verringert wird, da die geschlossenen Hohlräume 7 entsprechend der Wärmebehandlungszeit und der Anzahl der Wiederholungen des Anhebens und Absenkens der Temperatur nach und nach geschlossen werden.
Folglich können die Mikrolunkerfehler 6 in dem SiC-Substrat 1 durch eine Wärmebehandlung geschlossen werden, welche die vorstehend genannten Temperaturbedingungen und Umgebungsdruckbedingungen erfüllt.
Der Mechanismus, durch den die Mikrolunkerfehler 6 auf diese Weise geschlossen werden, könnte folgendermaßen sein.
Es wird angenommen, dass sich ein Schraubenversetzungskern mit großen Burgers-Vektoren zu einem hohlen Kern verformt, bei dem es sich um den Mikrolunkerfehler handelt, um die große elastische Spannungsenergie desselben zu beseitigen (vgl. F. C. Frank, Acta Cryst. 4 (1951) 497)).
Es wird angenommen, dass beim Schließphänomen von Mikrolunkerfehlern 6 bezüglich des vorstehend beschriebenen Mechanismus das umgekehrte Phänomen stattfindet. Ein vermutetes Schließmodell der Mikrolunkerfehler 6 wird unter Bezugnahme auf die 4A bis 4D beschrieben.
Gemäß der 4A wird ein SiC-Substrat 1, das Mikrolunkerfehler 6 enthält und auf dem ein epitaxialer 3C-SiC-Film ausgebildet ist, auf einem aus Graphit hergestellten Deckel 3 angeordnet. Wenn dieses System in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet wird, wird eine Wärmebehandlung unter geeigneten Druck- und Temperaturbe dingungen durchgeführt. Dann werden, wie es in der 4B gezeigt ist, Dämpfe von Si, SiC₂, Si₂C und dergleichen, wie es durch die Pfeile in der Figur gezeigt ist, von der Umgebung der Mikrolunkerfehler 6 und von dem 3C-SiC-Film und dem Graphitdeckel sublimiert, um bei der Temperatur einen ausgewogenen Dampfdruck aufrechtzuerhalten.
Im Hinblick auf die Beobachtungen mit einem Transmissionselektronenmikroskop wird vermutet, dass an der Grenzfläche zu dem Graphitdeckel 3 und an der Grenzfläche zu dem Beschichtungsmaterial der Mikrolunkerfehler, d. h. eine Schraubenversetzung mit großen Burgers-Vektoren (Superschraubenversetzung), zu einem Aggregatkörper (der Stapelfehler und Kantenversetzungen enthält) von mehreren Schraubenversetzungen mit einem Burgers-Vektor abgebaut wird, der gleich oder kleiner als 1c ist (c entspricht der c-Achsenlänge eines Einheitsgitters, z. B. c = 1,5 nm für 6H-SiC), und Mikrolunkerfehler durch die Bewegung der aufbauenden Atome zu Stellen in den hohlen Kernen verkürzt werden, obwohl der Grund dafür noch nicht geklärt worden ist. Es wird jedoch angenommen, dass die Bewegung der aufbauenden Atome oder dergleichen an diesen Stellen stattfindet, da es energetisch günstiger ist, das kristalline Material an diesen Stellen zu bilden als die Innenfläche des hohlen Kerns beizubehalten. Tatsächlich ist es möglich, dass die Bewegung die Oberflächenenergie verringert und die erzeugte Spannungsenergie an diesen Stellen während der Wärmebehandlung um diese Stellen verteilt werden kann. Die Bewegung der aufbauenden Atome oder dergleichen, die durch die Sublimation und/oder das Diffusionsphänomen stattfindet, ist in den 4C und 4D gezeigt.
Es wird angenommen, dass eine Abfolge der Vorgänge des Beschichtens mit dem Beschichtungsmaterial 5 auf mindestens einer Oberfläche eines SiC-Substrats 1 mit Mikrolunkerfehlern 6 in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform (einschließlich auch des Falls, bei dem es einfach auf dem Graphitdeckel 2 montiert wird) und des anschließenden Durchführens einer Wärmebehandlung dazu dienen kann, die großen Burgers-Vektoren der Mikrolunkerfehler 6 zu mehreren Schraubenversetzungen mit einem Burgers-Vektor von gleich oder kleiner als 1c abzubauen. Als Folge davon können die Mikrolunkerfehler 6 geschlossen werden.
Durch Herausschneiden eines Bereichs aus dem so erhaltenen SiC-Substrat 1, das keine Mikrolunkerfehler 6 enthält (beispielsweise eines Substrats parallel zur (0001)-Ebene (auf der Achse liegendes Substrat) oder eines Substrats, das in einem vorgegebenen Winkel bezüglich der (0001)-Ebene geneigt ist (nicht auf der Achse liegend)), kann ein SiC-Substrat 1 mit im Wesentlichen keinen Mikrolunkerfehlern 6 erhalten werden. Wenn das so erhaltene SiC-Substrat 1 vor der Anwendung zur Herstellung einer Vorrichtung einer Verarbeitungsbehandlung und einer chemischen Reinigungsbehandlung unterworfen wird, kann eine Hochleistungsvorrichtung mit niedrigem Energieverlust, hoher Frequenz, hoher Geschwindigkeit und Umweltbeständigkeit erzeugt werden. Ferner kann das SiC-Substrat 1 auch als Impfkristall in einer Kristallwachstumstechnik verwendet werden. Ferner sind einmal geschlossene Mikrolunkerfehler in energetischer Hinsicht stabil und daher werden selbst dann, wenn ein Siliziumcarbid-Einkristall 1 mit geschlossenen Mikrolunkerfehlern als Impfkristall für das Wachstum eines Einkristalls verwendet wird und ein Siliziumcarbid-Einkristall darauf mit einem Sublimationsverfahren wachsen gelassen wird, Mikrolunkerfehler nicht wieder erzeugt. Daher kann eine große Zahl von SiC-Substraten (beispielsweise Wafer für elektronische Vorrichtungen), die keine Mikrolunkerfehler aufweisen, aus einem einzelnen Einkristallrohling mit hoher Qualität und großer Höhe herausgeschnitten werden, der unter Verwendung eines Siliziumcarbid-Einkristalls mit geschlossenen Mikrolunkerfehlern als Impfkristall gewachsen ist.
Da ferner Mikrolunkerfehler in dem SiC-Substrat 1 geschlossen werden können, ist für eine große Anzahl von Wachstumsexperimenten zur Vergrößerung des Substratdurchmessers unter Beibehaltung einer hohen Qualität nicht viel Arbeit erforderlich und folglich können die Herstellungskosten in hohem Maß verringert werden.
Die Kristallstruktur des SiC-Substrats 1 kann vom 6H-Polytyp, 4H-Polytyp oder einem anderen Polytyp sein.
Als SiC-Substrat 1 kann zur Bereitstellung des gleichen Effekts nicht nur ein Substrat verwendet werden, das parallel zur (0001)-Ebene liegt (auf der Achse liegendes Substrat), sondern beispielsweise auch ein Substrat, das in einem vorgegebenen Winkel bezüglich der Ebene geneigt ist (nicht auf der Achse liegendes Substrat).
Ferner ist in den nachstehenden Beispielen ein SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 1 mm oder weniger veranschaulicht. Es kann jedoch auch ein Substrat mit einer Dicke von 1 mm oder mehr verwendet werden. Insbesondere dann, wenn die vorliegende Erfindung auf einen Einkristallrohling angewandt wird, wird gleichzeitig eine große Zahl von Einkristallsubstraten ohne jegliche Mikrolunkerfehler erhalten, wodurch eine solche Anwendung für ein industrielles Verfahren effektiv ist.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Wärmebehandlungsvorrichtung zum Schließen von Mikrolunkerfehlern beschrieben. Das SiC-Substrat 1 wird in den oberen Teil des Tiegels 2 eingebracht, in dem der Deckel 3 angeordnet ist, und das Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 wird in den unteren Abschnitt eingebracht, wie es in der 1 gezeigt ist, jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine andere Vorrichtung angewandt werden, wie z. B. eine Vorrichtung, in der ein Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 in dem oberen Abschnitt des Tiegels 2 und das SiC-Substrat 1 im unteren Abschnitt eingebracht wird. Obwohl vorstehend die Wärmebehandlungsvorrichtung des vertikalen Typs beschrieben worden ist, kann in der vorliegenden Erfindung auch eine Wärmebehandlungsvorrichtung des horizontalen Typs verwendet werden. Alternativ kann auch ein bekanntes Induktionsheizverfahren als Heizverfahren eingesetzt werden, das die gleichen Effekte bereitstellt.
Ferner ist es auch möglich, wie es in der 8 gezeigt ist, dass eine Mehrzahl von SiC-Substraten 1 mit Mikrolunkerfehlern 6 mittels Beschichtungsmaterialien 5 laminiert wird und die Beschichtungsmaterialien 5 ferner auf der oberen und unteren Fläche dieses Laminats angeordnet werden, die gleichzeitig in dem Tiegel 2 erhitzt werden. Durch das vorstehend genannte Verfahren kann eine Mehrzahl von SiC-Substraten 1 gleichzeitig wärmebehandelt werden und die Mikrolunkerfehler 6 können effizient geschlossen werden.
Als Variation der ersten Ausführungsform kann das SiC-Substrat 1, wie es in der 9 gezeigt ist, unter der Bedingung in einem Tiegel 2 angeordnet werden, dass eine Kohlenstoffplatte 9 als Oberflächenschutzmaterial auf ein Beschichtungsmaterial 5 aufgelegt wird.
Als Folge davon kann durch die Kohlenstoffplatte 9 verhindert werden, dass eine Oberfläche des Beschichtungsmaterials 5 während der Wärmebehandlung thermisch geätzt wird, so dass die Dicke des Beschichtungsmaterials 5 verglichen mit dem Zustand vor der Wärmebehandlung nicht verändert wird. Demgemäß kann verhindert werden, dass sich geschlossene Hohlräume 7 wieder öffnen, wenn das Beschichtungsmaterial 5 durch Polieren und dergleichen nach der Bildung geschlossener Hohlräume 7 entfernt wird, da das Ausmaß der Entfernung erkannt werden kann.
Während der Wärmebehandlung wird das Beschichtungsmaterial 5 durch die Kohlenstoffplatte 9 vor einem thermischen Ätzen geschützt, so dass das Beschichtungsmaterial 5 vor einer Entfernung durch Sublimation bewahrt wird und geschlossene Hohlräume sicher gebildet werden können.
Wenn die Wärmebehandlung mit einem in dem Tiegel 2 angeordneten Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 durchgeführt wird, kann das Innere eines Behälters mit einer Sättigungsdampfdruckumgebung von Siliziumcarbiddämpfen gefüllt werden. Als Folge davon wird verhindert, dass das Beschichtungsmaterial 5 durch eine kleine Öffnung zwischen der Kohlenstoffplatte 9 und dem Beschichtungsmaterial 5 sublimiert (wenn die Oberfläche des Beschichtungsmaterials 5 und dergleichen eine Rauhigkeit von mehreren μm aufweist), so dass die Dicke des Beschichtungsmaterials 5 vor einer Änderung vor und nach der Behandlung bewahrt wird.
Ferner kann das Oberflächenschutzmaterial aus einer Substanz mit hohem Schmelzpunkt, einem Kohlenstoffmaterial, einem Siliziumcarbidsubstrat oder einem Siliziumcarbidpulver hergestellt werden. Die Substanz mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Wolfram oder Tantal, das Kohlenstoffmaterial und das Siliziumcarbid sind bevorzugt, da sie bei der Wärmebehandlung stabil sind.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist Siliziumcarbid beschrieben, jedoch können auch andere Kristalle, wie z. B. Materialien mit Hohlkernfehlern wie z. B. ZnS und dergleichen verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
Nachstehend wird die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. Im Gegensatz zur vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform werden in dieser zweiten Ausführungsform Mikrolunkerfehler 6, die in einem SiC-Substrat 1 vorliegen, mit einem Siliziumcarbidmaterial 8 gefüllt, bevor das SiC-Substrat in eine Wärmebehandlungsvorrichtung eingebracht wird, so dass es möglich ist, dass die geschlossenen Hohlräume, die nach der Wärmebehandlung in der ersten Ausführungsform verbleiben, effizienter verkleinert werden können, wie es nachstehend beschrieben ist.
Zum Füllen der Mikrolunkerfehler 6 mit dem SiC-Material kann ein superkritisches Fluid verwendet werden. Ein superkritisches Fluid ist ein Material in einem Zustand, der weder als Gas noch als Flüssigkeit klassifiziert werden kann, und das durch einen steilen Anstieg der Gasdichte bei einer Temperatur und einem Druck erzeugt wird, welche die jeweiligen kritischen Werte übersteigen. Eine superkritische Extraktion wurde beispielsweise eingesetzt, um Coffein aus Kaffee oder Nicotin aus Tabak zu entfernen.
Ein superkritisches Fluid ist eine Substanz mit einem Lösungsvermögen, das dem einer Flüssigkeit äquivalent ist, und mit sehr guten Diffusionseigenschaften und einer niedrigen Viskosität, die denjenigen eines Gases nahe kommen. Da es ferner keine Oberflächenspannung aufweist, kann eine Reaktionsvorstufe einfach in feine Poren transportiert werden, deren Größe unter dem Mikrometerbereich liegt.
Insbesondere kann die hier verwendete Lösung durch Lösen eines Organosiliziumpolymers (Reaktionsvorstufe), wie z. B. von Polycarboxysilanen (beispielsweise Polymethylcarbosilan), in einem superkritischen Fluid, wie z. B. Kohlendioxid und dergleichen, hergestellt werden. Die Löslichkeit kann in diesem Fall durch die Temperatur, den Druck und Schleppmittel (Zusätze) gesteuert werden. Das vorstehend genannte superkritische Fluid kann zusätzlich zu Kohlendioxid z. B. Methan, Ethan, Ethylen, Propan, Butan, Methanol, Aceton und dergleichen sein. Als Schleppmittel können Xylol, Toluol und dergleichen verwendet werden.
Wenn beispielsweise superkritisches Kohlendioxid verwendet wird, wird das vorstehend beschriebene Organosiliziumpolymer zuerst unter Temperatur- und Druckbedingungen, welche die kritischen Punkte überschreiten (kritische Temperatur: 31,1°C, kritischer Druck: 7,4 × 10⁶ Pa), wie z. B. 35 bis 350°C und 7,6 × 10⁶ bis 6,1 × 10⁷ Pa, in Mikrolunkerfehler 6 eindringen gelassen. Wenn die Eindringbehandlung mehrere Male wiederholt wird, kann eine Wärmebehandlung zum Schließen von Mikrolunkerfehlern in dem folgenden Schritt effektiv durchgeführt werden, da die Beschichtungs- und Füllmenge des SiC-Materials in den Mikrolunkerfehlern 6 erhöht werden kann. Das superkritische Fluid wird dann durch Senken der Temperatur und des Drucks auf Normaltemperatur und Normaldruck gasförmig gemacht, so dass es entfernt werden kann, und dann wird das Organosilizium bei einer Temperatur von 600 bis 1500°C unter Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Umgebung wie z. B. Ar, N₂ und dergleichen zersetzt. Demgemäß kann die SiC-Beschichtungsschicht auf der Innenwand der Mikrolunkerfehler 6 ausgebildet werden.
Ferner ist es auch möglich, dass die Mikrolunkerfehler 6 mit einem Siliziumcarbidmaterial 8 gefüllt werden und dann die nicht-Befestigungsseite des SiC-Substrats 1 in der gleichen Weise wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit einem Beschichtungsmaterial 5 beschichtet wird.
Anschließend wird das so aufgebaute SiC-Substrat 1 in einer Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und es wird eine Wärmebehandlung darin durchgeführt. Bei diesem Verfahren sind die Temperatur- und Druckbedingungen der Umgebung während der Wärmebehandlung durch die Wärmebehandlungsvorrichtung mit denjenigen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform identisch.
Das SiC-Substrat 1 vor und nach der Wärmebehandlung in der zweiten Ausführungsform ist in der 5 bzw. 6 gezeigt. Die 5 und 6 entsprechen den 2 und 3 der ersten Ausführungsform. Wie es in diesen Figuren gezeigt ist, werden in der zweiten Ausführungsform Mikrolunkerfehler 6 mit Öffnungen auf der Oberfläche des SiC-Substrats 1 wie in der ersten Ausführungsform mindestens von einer Oberfläche des SiC-Substrats 1 her geschlossen. Bei dieser Struktur kann die geschlossene Länge der Mikrolunkerfehler 6 von der Oberfläche des SiC-Substrats 1 her größer als 75 μm gemacht werden.
In der 6 sind geschlossene Hohlräume 7 zurückgeblieben. Es ist jedoch möglich, dass die Länge im Wesentlichen aller Mikrolunkerfehler 6 wie in der ersten Ausführungsform abhängig von den Wärmebehandlungsbedingungen (beispielsweise einer Erhöhung der Wärmebehandlungszeit und dergleichen) verringert wird, da die geschlossenen Poren 7 entsprechend der Wärmebehandlungszeit und der Anzahl der Wiederholungen des Anhebens/Absenkens der Temperatur nach und nach geschlossen werden. Folglich können die Mikrolunkerfehler 6 in dem SiC-Substrat 1 durch eine Wärmebehandlung geschlossen werden, welche die vorstehend genannten Temperaturbedingungen und Umgebungsdruckbedingungen erfüllt.
Wie in der ersten Ausführungsform wird vermutet, dass der Mechanismus, durch den Mikrolunkerfehler 6 geschlossen werden, wie folgt ist.
In der zweiten Ausführungsform kann eine Sublimation von der Innenwand der Mikrolunkerfehler 6 verhindert werden, da die Mikrolunkerfehler 6 mit dem Siliziumcarbidmaterial 8 gefüllt sind.
Wenn die Mikrolunkerfehler 6 nicht mit dem Siliziumcarbidmaterial 8 gefüllt sind, wie in der ersten Ausführungsform, findet eine Sublimation von Dämpfen auch in der Innenwand der Mikrolunkerfehler 6 statt, wie es in der 4B gezeigt ist. Da in der zweiten Ausführungsform die Mikrolunkerfehler 6 mit dem Siliziumcarbidmaterial 8 gefüllt sind, wie es in der 7 gezeigt ist, sublimiert das Siliziumcarbidmaterial 8 in den Mikrolunkerfehlern 6, so dass eine Sublimation der Dämpfe von der Innenwand der Mikrolunkerfehler 6 verhindert wird.
Durch diesen Mechanismus können die Mikrolunkerfehler 6 aufgrund einer fehlenden Sublimation in deren Innenwänden effizient geschlossen werden.
Nachstehend werden experimentelle Beispiele für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass die Beispiele 4 und 7 lediglich Vergleichsbeispiele sind.
Beispiel 1
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 300 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 50 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Ein epitaxialer 3C-SiC-Film wurde mit einem CVD-Verfahren derart, dass er eine Dicke von etwa 20 μm aufwies, auf dem Substratkristall 1 als Beschichtungsmaterial 5 ausgebildet.
Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler 6 vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substratkristalls 1 verwendet und der epitaxiale 3C-SiC-Film wurde mit der (111)-Ebene als Wachstumsebene ausgebildet.
Dann wurde der Substratkristall 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet. In diesem Beispiel wurde das Siliziumcarbidmaterial 4 nicht eingebracht. Als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 6,7 × 10⁴ Pa, einer Temperatur des Substrats 1 von etwa 2200°C und einer Temperaturdifferenz ΔT (ΔT = Temperatur des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials – Temperatur des Siliziumcarbidsubstrats) zwischen dem Abschnitt, an dem das Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial angeordnet wird, und dem Substrat 1 von 0°C durchgeführt.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 70% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Seite der Substratoberfläche her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte. Daher kann festgestellt werden, dass einmal geschlossene Mikrolunkerfehler in energetischer Hinsicht stabil sind.
Beispiel 2
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 300 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 50 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt und ein epitaxialer 3C-SiC-Film wurde mit einem CVD-Verfahren derart, dass er eine Dicke von etwa 20 μm aufwies, auf dem Substratkristall 1 als Beschichtungsmaterial 5 ausgebildet.
Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler 6 vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substrats 1 verwendet und der epitaxiale 3C-SiC-Film wurde mit der (111)-Ebene als Wachstumsebene ausgebildet.
Dann wurde der Substratkristall 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa und einer Substrattemperatur von etwa 2200°C durchgeführt. Diese Wärmebehandlung unter den vorstehend genannten Bedingungen wurde auf zwei Arten bei einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 100°C bzw. 120°C durchgeführt.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass unter den Bedingungen, bei denen die Wärmebehandlung bei einer Temperaturdifferenz ΔT von 100°C durchgeführt wurde, 70% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats her geschlossen waren. Dagegen waren unter den Bedingungen, bei denen die Wärmebehandlung bei einer Temperaturdifferenz ΔT von 120°C durchgeführt wurde, 75% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats her geschlossen.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 3
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 300 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 50 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Ein epitaxialer 3C-SiC-Film wurde mit einem CVD-Verfahren derart, dass er eine Dicke von etwa 5 μm aufwies, auf dem Substrat 1 als Beschichtungsmaterial 5 ausgebildet.
Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterterenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler 6 nicht vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substratkristalls 1 verwendet und der epitaxiale 3C-SiC-Film wurde mit der (111)-Ebene als Wachstumsebene ausgebildet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa, einer Substrattemperatur von etwa 2200°C und einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 100°C durchgeführt.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 50% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Seite der Substratoberfläche her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 4
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 300 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 50 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Eine 3C-SiC-Schicht wurde durch insgesamt viermaliges Wiederholen einer Reihe von Schritten des Aufbringens von Polymethylcarbosilan, das in Xylol gelöst war, auf die Oberfläche des Substrats 1, des Trocknens und dann des Erhitzens in einer Ar-Umgebung bei 1200°C und des Durchführens einer thermischen Zersetzung in einer Dicke von etwa 20 μm als Beschichtungsmaterial 5 auf dem Substratkristall 1 ausgebildet.
Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler 6 vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa, einer Substrattemperatur von etwa 2200°C und einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 100°C durchgeführt.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 70% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substratkristall 1 vorlagen, mindestens von einer Seite der Oberfläche des Substratkristalls her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 5
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 300 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Ein epitaxialer 3C-SiC-Film wurde mit einem CVD-Verfahren derart, dass er eine Dicke von etwa 5 μm aufwies, auf dem Substrat 1 als Beschichtungsmaterial 5 ausgebildet.
Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler 6 vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substrats 1 verwendet und der epitaxiale 3C-SiC-Film wurde mit der (111)-Ebene als Wachstumsebene ausgebildet.
Dann wurde der Substratkristall 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa durchgeführt. Dabei wur de die Wärmebehandlung gemäß eines Temperaturprogramms zum linearen Variieren der Temperatur durchgeführt, so dass die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 zu Beginn der Wärmebehandlung 20°C und nach 24 Stunden 65°C betrug. Die Wärmebehandlung wurde weitere 2 Stunden durchgeführt, wobei die Temperaturdifferenz ΔT konstant bei 65°C gehalten wurde. Die Temperatur T_S des Substrats 1 wurde so variiert, dass sie zu Beginn der Wärmebehandlung 2285°C und nach 24 Stunden 2230°C betrug.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von beiden Seiten des Substrats her geschlossen waren. Ferner hatten 45% der Mikrolunkerfehler eine Länge von 20 μm oder weniger.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 6
Die Wärmebehandlung wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 2 durchgeführt (beispielsweise unter den Bedingungen bezüglich der Temperatur, des Umgebungsdrucks und dergleichen), jedoch wurde die Dicke des SiC-Substrats 1 so geändert, dass sie 900 μm betrug und die Dicke des epitaxialen 3C-SiC-Films wurde so geändert, dass sie 2 μm betrug. Vor der Wärmebehandlung waren die Öffnungen der Mikrolunkerfehler 6 nicht vollständig von dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 40% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 7
Es wurde eine Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet, bei der ein Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 im oberen Abschnitt eines Tiegels 2 und das SiC-Substrat 1 im unteren Abschnitt des Tiegels 2 angeordnet wurde.
Das Substrat 1 (Dicke: 300 μm) wurde am Boden des Tiegels auf einem Deckel angeordnet und darauf wurde ein polykristallines 3C-SiC-Substrat mit einer Dicke von 0,3 mm angeordnet. Eine Spannvorrichtung, mit der das polykristalline Substrat auf dem Substrat fixiert bzw. auf das Substrat gepresst werden kann, wurde in den Tiegel eingebracht, um dessen Bewegung auf dem Substratkristall während des Verfahrens bei dem verminderten Druck oder dergleichen zu unterdrücken. Der Schritt zum Schließen der Mikrolunkerfehler wurde unter den Bedingungen eines Umgebungsdrucks von 6,7 × 10⁴ Pa, einer Temperatur von 2230°C, einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 20°C und einer Wärmebehandlungszeit von 12 Stunden durchgeführt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 80% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde der Substratkristall 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 8
Als Vergleichsbeispiel zu Beispiel 7 wurde die Wärmebehandlung unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 7 durchgeführt, jedoch wurde ein 6H-SiC-Einkristallsubstrat mit einer Dicke von 0,3 mm und vom gleichen Polytyp wie das Substrat 1 anstelle des polykristallinen 3C-SiC-Substrats angeordnet.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 50% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 9
Als Vergleichsbeispiel zu Beispiel 5 wurde die Wärmebehandlung unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 5 durchgeführt, jedoch wurde die Dicke des Substrats 1 so geändert, dass sie 250 μm betrug, und ein epitaxialer 6H-SiC-Film mit einer Dicke von 10 μm und vom gleichen Polytyp wie das Substrat 1 wurde als Beschichtungsmaterial 5 des Substrats 1 ausgebildet. Die Öffnungen der Mikrolunkerfehler 6 wurden vor der Wärmebehandlung vollständig verschlossen.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Ab schnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 10
Als Vergleichsbeispiel zu Beispiel 5 wurde die Wärmebehandlung unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 5 durchgeführt, jedoch war das SiC-Substrat 1, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 enthielt, vom 4H-Polytyp, und ein epitaxialer 3C-SiC-Film mit einer Dicke von 10 μm wurde auf dem auf der Achse liegenden (0001)-Substrat und auf dem um 8° nicht auf der Achse liegenden (0001)-Substrat (die jeweils eine Dicke von 300 μm aufwiesen) als Beschichtungsmaterial 5 des Substrats 1 ausgebildet. Die Öffnungen der Mikrolunkerfehler 6 wurden vor der Wärmebehandlung vollständig verschlossen.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 80% der Mikrolunkerfehler, die in den jeweiligen Substraten 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche der jeweiligen Substrate her geschlossen waren.
Ferner wurden die jeweiligen Substrate zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 11
Als Vergleichsbeispiel zu Beispiel 5 wurde die Wärmebehandlung unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 5 durchgeführt, jedoch war das SiC-Substrat 1 vom 6H-Polytyp und ein Wolframfilm mit einer Dicke von 10 μm wurde mit einem Sputteraufdampfverfahren auf dem auf der Achse liegenden (0001)-Substrat (Dicke: 200 μm) als Beschichtungsmaterial 5 des Substratkristalls 1 ausgebildet. Die Öffnungen der Mikrolunkerfehler 6 wurden vor der Wärmebehandlung vollständig verschlossen.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 70% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substratkristall 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 12
Vier 4H-SiC-Substrate 1 mit einer Dicke von 300 μm und Mikrolunkerfehlern mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 wurden hergestellt und ein epitaxialer 3C-SiC-Film mit einer Dicke von 10 μm wurde als Beschichtungsmaterial 5 auf jedem der Substrate 1 ausgebildet und so wurden die Öffnungen der Mikrolunkerfehler 6 vollständig verschlossen. Ferner wurden die folgenden Oberflächenschutzmaterialien jeweils auf dem Beschichtungsmaterial 5 angeordnet: (0) Kein Oberflächenschutzmaterial, (1) Tantal (Dicke: 10 μm, mit einem Sputteraufdampfverfahren ausgebildet), (2) eine Graphitplatte (Dicke: 800 μm, mit einem Klebstoff auf Kohlenstoffbasis fixiert), (3) ein polykristallines 3C-SiC-Substrat (Dicke: 500 μm, mit einem Klebstoff auf Kohlenstoffbasis fixiert). Die Wärmebehandlung wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 5 durchgeführt.
Die durch den vorstehenden Schritt erhaltenen Substrate wurden parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberflächen wurden poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 80% der Mikrolunkerfehler im Fall von (0) und 90 bis 100% der Mikrolunkerfehler im Fall von (1), (2) oder (3), die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Beispiel 13
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 900 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Als Oberfläche des Substrats 1 wurde die (0001)-Ebene verwendet. Dieses Substrat 1 wurde nicht im Vorhinein mit dem Beschichtungsfilm beschichtet.
Das Substrat 1 wurde in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa und einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 100°C durchgeführt. Diese Wärmebehandlung entspricht einem gebräuchlichen Sublimationsverfahren.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 30% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Die Oberfläche des Substrats 1 wurde genau untersucht, wobei gefunden wurde, dass eine Schicht gebildet wurde, die eine von dem Mutterkristall, der das Substrat 1 bildete, verschiedene Farbe aufwies. Diese Schicht wurde mittels Ramanspektroskopie als 3C-SiC identifiziert.
Dabei wird angenommen, dass der andere Polytyp (3C-SiC) in der anfänglichen Stufe des Wachstums bei der Sublimationsverarbeitung auf der Oberfläche des Substrats 1 gebildet worden ist, und die Mikrolunkerfehler durch die danach durchgeführte Wärmebehandlung kontinuierlich gefüllt worden sind.
Andererseits wurde selbst in den Bereichen, in denen die 3C-SiC-Schicht nicht in der durch das Sublimationsverfahren gewachsenen Schicht gebildet worden ist, festgestellt, dass Mikrolunkerfehler von der Befestigungsseite des Substrats 1 her geschlossen worden sind. Dies zeigt, dass die Wärmebehandlung der Mikrolunkerfehler unter den Bedingungen eines gesättigten SiC-Dampfs zum Schließen der Mikrolunkerfehler effektiv ist.
Folglich können selbst in dem Zustand, bei dem die Öffnungen von Mikrolunkerfehlern 6 nicht verschlossen werden, die Öffnungen von Mikrolunkerfehlern durch die Durchführung der Wärmebehandlung unter Verwendung der Sublimationsverarbeitung geschlossen werden, bei dem die Mikrolunkerfehler mit SiC-Dämpfen gesättigt werden.
Beispiel 14
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 300 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 50 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Ein epitaxialer 3C-SiC-Film wurde mit einem CVD-Verfahren derart, dass er eine Dicke von etwa 4 μm aufwies, auf der Oberfläche dieses Substrats 1 ausgebildet. Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass die Mikrolunkerfehler vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substrats 1 verwendet und der epitaxiale 3C-SiC-Film wurde mit der (111)-Ebene als Wachstumsebene ausgebildet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 12 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 6,7 × 10⁴ Pa durchgeführt. Dabei wurde die Wärmebehandlung unter den Bedingungen einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 20°C zu Beginn der Wärmebehandlung und einer konstanten Temperatur T_S des Substrats 1 von 2230°C durchgeführt.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 15
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 500 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 50 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Ein epitaxialer 3C-SiC-Film wurde mit einem CVD-Verfahren derart, dass er eine Dicke von etwa 10 μm aufwies, auf der Oberfläche dieses Substrats 1 als Beschichtungsmaterial 5 ausgebildet. Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterterenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass die Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substratkristalls 1 verwendet und der epitaxiale 3C-SiC-Film wurde mit der (111)-Ebene als Wachstumsebene ausgebildet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 2,0 × 10⁸ Pa durchgeführt. Dabei wurde die Wärmebehandlung unter den Bedingungen einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 0°C zu Beginn der Wärmebehandlung und einer konstanten Temperatur T_S des Substrats 1 von 2200°C durchgeführt.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substratkristalls 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Folglich können Mikrolunkerfehler auch dann geschlossen werden, wenn die Wärmebehandlung bei einem sehr hohen Druck durchgeführt wird.
Beispiel 16
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 300 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Epitaxiale 3C-SiC-Filme wurden auf beiden Oberflächen des Substrats 1 derart mit einem CVD-Verfahren ausgebildet, dass die Dicke auf der Befestigungsseite etwa 12 μm und die Dicke auf der nicht-Befestigungsseite etwa 4 μm betrug. Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass die Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler 6 vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substrats 1 verwendet und die epitaxialen 3C-SiC-Filme auf beiden Seiten wurden mit der (111)-Ebene als Wachstumsebene ausgebildet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa durchgeführt. Dabei wurde die Wärmebehandlung gemäß eines Temperaturprogramms zum linearen Variieren der Temperatur durchgeführt, so dass die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 zu Beginn der Wärmebehandlung 20°C und nach 24 Stunden 42°C betrug. Die Temperatur T_S des Substrats 1 wurde so variiert, dass sie zu Beginn der Wärmebehandlung 2230°C und nach 24 Stunden 2208°C betrug.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von mindestens einer Oberfläche des Substratkristalls 1 her geschlossen waren. Ferner waren 41% der Mikrolunkerfehler von beiden Oberflächen des Substrats 1 her geschlossen.
Ferner wurde der Substratkristall 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 17
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 700 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 50 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Eine amorphe SiC-Schicht wurde durch Bestrahlen der Oberfläche des Substrats 1 mit einem Hochgeschwindigkeits-Ar-Ionenstrahl in einer Dicke von etwa 5 μm ausgebildet. Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass die Mikrolunkerfehler 6 nicht mit der amorphen SiC-Schicht verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substrats 1 verwendet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa durchgeführt. Dabei wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden unter den Bedingungen einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 60°C und einer T_S von 2230°C durchgeführt.
Der durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substratkristall wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 70% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von mindestens einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
In diesem Beispiel wurde die amorphe SiC-Schicht durch eine Ionenimplantierung gebildet, jedoch kann amorphes SiC auch laminiert und auf dem Substrat 1 angeordnet werden.
Beispiel 18
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 700 μm, einer Stickstoffatomkonzentration von 8,8 × 10¹⁷ Atomen/cm³ und Mikrolunkerfehlern mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 wurde hergestellt. Als Oberfläche des Substrats 1 wurde die (0001)-Ebene verwendet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde als Inertgas Stickstoffgas eingebracht und die Wärmebehandlung wurde 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa durchgeführt. Dabei wurde die Wärmebehandlung unter den Bedingungen einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 65°C und einer T_S von 2230°C durchgeführt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 80% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von mindestens einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Die Stickstoffkonzentration in den Kristallbereichen, die auf dem Substrat 1 ausgebildet worden sind, wurde gemessen und betrug 1,3 × 10¹⁸ Atome/cm³. Daher können während des Wachstums in einer Sublimationsverarbeitung selbst dann, wenn eine Schicht des gleichen Polytyps, die mit Fremdatomen dotiert ist, die von den SiC-Bestandteilen verschieden sind, auf der Substratoberfläche ausgebildet wird, Mikrolunkerfehler durch eine anschließend kontinuierlich durchgeführte Wärmebehandlung geschlossen werden.
In diesem Beispiel wurde die amorphe SiC-Schicht durch eine Ionenimplantierung gebildet, jedoch kann amorphes SiC auch laminiert und auf dem Substrat 1 angeordnet werden.
Beispiel 19
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 700 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Die Oberfläche dieses Substrats 1 wurde 10 min bei 500°C einer Ätzung in geschmolzenem Alkali (KOH) unterworfen. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Oberfläche des Substrats 1 verwendet.
Auf der geätzten Oberfläche des Substrats 1 wurde ein epitaxialer 3C-SiC-Film mit einem CVD-Verfahren aufgebracht. Die Dicke des epitaxialen 3C-SiC-Films betrug an dem Abschnitt, an dem keine Ätzgrube ausgebildet worden ist, etwa 20 μm und die (111)-Ebene bil dete die Wachstumsebene. Die Öffnungen der Mikrolunkerfehler 6 waren vor der Wärmebehandlung vollständig verschlossen.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa durchgeführt. Dabei wurde die Wärmebehandlung gemäß eines Temperaturprogramms zum Variieren der Temperatur so durchgeführt, so dass die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 zu Beginn der Wärmebehandlung 20°C und nach 24 Stunden 65°C betrug. Die Wärmebehandlung wurde weitere 2 Stunden durchgeführt, wobei die Temperaturdifferenz ΔT konstant bei 65°C gehalten wurde. Die Temperatur T_S des Substrats 1 wurde so variiert, dass sie zu Beginn der Wärmebehandlung 2285°C und nach 24 Stunden 2225°C betrug.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von beiden Oberflächen des Substrats 1 her geschlossen waren. Ferner hatten 50% oder mehr der Mikrolunkerfehler eine Länge von 20 μm oder weniger.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Folglich können die Mikrolunkerfehler auch durch Ätzen der Oberfläche des Substrats 1, wobei ein epitaxialer 3C-SiC-Film gebildet wird, und Durchführen der Wärmebehandlung geschlossen werden.
Beispiel 20
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 300 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 30 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt. Graphitplatten wurden unter Verwendung eines Klebstoffs auf Kohlenstoffbasis auf beide Seiten des Substrats 1 geklebt, um das Sub strat 1 sandwichartig dazwischen anzuordnen. Dabei wurde als Oberfläche des Substrats 1 die (0001)-Ebene verwendet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 24 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa durchgeführt. Dabei wurde die Wärmebehandlung unter den Bedingungen einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 65°C und einer Temperatur T_S des Substrats 1 von 2230°C durchgeführt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 90% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von mindestens einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren. Ferner waren 50% der Mikrolunkerfehler von beiden Oberflächen des Substrats 1 her geschlossen.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Folglich können die Mikrolunkerfehler auch geschlossen werden, wenn auf beiden Seiten des Substrats 1 Graphitplatten angeordnet werden und die Wärmebehandlung. durchgeführt wird.
Beispiel 21
Es wurde eine Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet, bei der das Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 im oberen Abschnitt des Tiegels 2 und das SiC-Substrat 1 im unteren Abschnitt (Deckel) des Tiegels 2 angeordnet war. In dem im Beispiel 20 beschriebenen Verfahren wurde das Substrat 1 (Dicke: 300 μm), das mit dem von Beispiel 20 identisch war, unter Verwendung eines Klebstoffs auf Kohlenstoffbasis auf den Deckel aufgebracht, auf die nicht-Befestigungsoberfläche des Substratkristalls wurde in Xylol gelöstes Polymethylcarb oxysilan aufgebracht und die Graphitplatte wurde darauf aufgebracht. Die Wärmebehandlung wurde unter den gleichen Behandlungsbedingungen wie im Beispiel 20 durchgeführt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von mindestens einer Seite der Wachstumsoberfläche her geschlossen waren. Ferner waren 65% der Mikrolunkerfehler von beiden Oberflächen des Substrats 1 her geschlossen.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 22
In dem im Beispiel 20 beschriebenen Verfahren wurde das Substrat 1 (Dicke: 300 μm), das mit dem von Beispiel 20 identisch war, unter Verwendung des Klebstoffs auf Kohlenstoffbasis auf den Deckel 3 aufgebracht, ein SiC-Pulver oder ein SiC-Substrat wurde auf der nicht-Befestigungsoberfläche des Substrats 1 angeordnet und eine Graphitplatte wurde darauf angeordnet. Eine (Druck-) Spannvorrichtung, mit der das SiC-Pulver oder das SiC-Substrat auf dem Substrat 1 fixiert werden kann, wurde in den Tiegel eingebracht, um dessen Bewegung auf dem Substratkristall während des Verfahrens bei dem verminderten Druck oder dergleichen zu unterdrücken und die Wärmebehandlung wurde unter den gleichen Behandlungsbedingungen wie im Beispiel 20 durchgeführt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 60% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von beiden Oberflächen des Substrats 1 her geschlossen waren.
Beispiel 23
Es wurde eine Wärmebehandlungsvorrichtung verwendet, bei der das Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 im oberen Abschnitt des Tiegels 2 und das Substrat 1 im unteren Abschnitt (Deckel) des Tiegels 2 angeordnet war. Als erstes wurde auf dem Deckel ein polykristallines 3C-SiC-Substrat mit einer Dicke von 0,3 mm angeordnet, ein 4H-SiC-Substrat 1 (Dicke: 300 μm) mit Mikrolunkerfehlern mit einer Fehlerdichte von etwa 30 cm^–2 wurde darauf angeordnet und darauf wurde ein weiteres polykristallines 3C-SiC-Substrat mit einer Dicke von 0,3 mm angeordnet. Auf diese Weise wurden 5 Substrate und 6 polykristalline 3C-SiC-Substrate abwechselnd laminiert. Eine (Druck-)Spannvorrichtung, mit der die jeweiligen Substrate fixiert werden können, wurde in den Tiegel eingebracht, um die Bewegung der Substrate während des Verfahrens bei dem verminderten Druck zu unterdrücken. Der Schritt zum Schließen der Mikrolunkerfehler wurde unter den Bedingungen eines Umgebungsdrucks von 6,7 × 10⁴ Pa, einer Temperatur von 2230°C, einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 20°C und einer Wärmebehandlungsdauer von 12 Stunden durchgeführt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass 50 bis 80% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von mindestens einer Oberfläche der jeweiligen Substrate her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 zur Entfernung der Siliziumcarbidkristalle, die während der Wärmebehandlung gebildet worden sind, parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
Beispiel 24
Als erstes wurden zwei 300 μm dicke 4H-SiC-Substrate 1 mit Mikrolunkerfehlern mit einer Fehlerdichte von etwa 30 cm^–2 hergestellt. In Gegenwart der vorstehend beschriebenen Substrate 1 wurde eine Xylollösung, die 15 Gew.-% Polycarbosilan enthielt, bei 170°C in superkritischem Kohlendioxid gelöst. Der Retentionsdruck und die Retentionszeit wurden auf 2,5 × 10⁷ Pa bzw. 2 Stunden eingestellt. Anschließend wurden die Temperatur und der Druck auf Raumtemperatur und Atmosphärendruck zurückgeführt und das superkritische Kohlendioxid wurde zur Entfernung verdampft. Anschließend wurden die Substrate in einer Ar-Atmosphäre bei 1200°C erhitzt, um eine thermische Zersetzung zu bewirken. Dieser Vorgang wurde dreimal wiederholt, um die Mikrolunkerfehler mit dem Siliziumcarbidmaterial zu füllen.
Dann wurde eines der Substrate 1 mit einem epitaxialen 3C-SiC-Film mit einer Dicke von etwa 20 μm beschichtet, während das andere Substrat kein derartiges Beschichtungsmaterial aufwies. Die beiden Substrate 1 wurden dann einer Wärmebehandlung unter den gleichen Behandlungsbedingungen unterworfen (Umgebungsdruck: 1,3 × 10² Pa, Temperatur des Substrats 1: 2200°C, Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1: 100°C, Wärmebehandlungsdauer: 24 Stunden).
Die durch den vorstehenden Schritt erhaltenen Substrate wurden parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat vorlagen, von mindestens einer Oberfläche der Substrate her geschlossen waren. Von den Mikrolunkerfehlern waren 80% (beschichtetes Substrat) und 50% (nicht-beschichtetes Substrat) von beiden Seiten der jeweiligen Substrate her geschlossen.
Beispiel 25
Als erstes wurde ein 300 μm dickes 6H-SiC-Substrat 1 mit Mikrolunkerfehlern mit einer Fehlerdichte von etwa 30 cm^–2 hergestellt. Die Oberfläche des vorstehend beschriebenen Substrats 1 wurde mit einem epitaxialen 3C-SiC-Film mit einer Dicke von etwa 20 μm beschichtete und einer Wärmebehandlung unterworfen. Die Wärmebehandlung wurde für insgesamt 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa durchgeführt. Die Temperatur des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials 4 wurde bei 2300°C gehalten und die Temperatur des Substrats 1 wurde auf 2280°C angehoben, anschließend auf 2230°C abgesenkt, erneut auf 2280°C angehoben und auf 2230°C abgesenkt. Dieses Anheben und Absenken der Temperatur (Wärmezyklusbehandlung) wurde fünfmal wiederholt. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit in diesem Zyklus betrug etwa 5,3°C/min und die Temperaturabsenkungsgeschwindigkeit etwa 1,3°C/min. Nach der Wärmezyklusbehandlung wurde die Temperatur des Substrats 1 im Zeitverlauf gesenkt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat vorlagen, von mindestens einer Oberfläche des Substrats her geschlossen waren.
Beispiel 26
Ein 500 μm dickes 6H-SiC-Substrat 1 mit Mikrolunkerfehlern mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 wurde hergestellt. Beide Oberflächen des Substrats 1 wurden derart mit einem CVD-Verfahren mit epitaxialen 3C-SiC-Filmen beschichtet, dass deren Dicke auf der Befestigungsseite etwa 20 μm und auf der nicht-Befestigungsseite etwa 10 μm betrug. Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass die Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler 6 vollständig mit dem epitaxialen 3C-SiC-Film verschlossen waren. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substrats 1 verwendet und der epitaxiale 3C-SiC-Film wurde mit der (111)-Ebene als Wachstumsebene ausgebildet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet und als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde eine Wärmebehandlung für 12 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 6,7 × 10⁴ Pa durchgeführt. Dabei wurde die Wärmebehandlung bei einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von –10°C und einer konstanten Temperatur T_S des Substrats von 2230°C durchgeführt. Insbesondere wurde die Wärmebehandlung so durchgeführt, dass die Temperatur des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials 4 niedriger war als die Temperatur des Substrats 1.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass alle Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, von mindestens einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Ferner wurde das Substrat 1 parallel zur (0001)-Ebene poliert und mit einem optischen Polarisationsmikroskop untersucht. Als Ergebnis wurde erhalten, dass in dem Abschnitt, bei dem die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, ein eindeutiges Doppelbrechungsinterferenzmuster, das der inneren Spannung in der Umgebung von Mikrolunkerfehlern entspricht, nicht mehr festgestellt werden konnte.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen 1 bis 25 fand eine Rekristallisation des Substrats 1 statt und aufgrund der Rekristallisation zwischen der Befestigungsseite (Graphitplatte im Beispiel 20) und dem Substrat 1 lagen rissartige Fehler vor. Es wurde jedoch gefunden, dass das Auftreten dieser Phänomene in dem vorliegenden Beispiel verhindert werden kann.
In dem vorliegenden Beispiel ist die Temperaturbeziehung zwischen dem Substrat 1 und dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 bei der Durchführung der Wärmebehandlung anders als bei der herkömmlichen Sublimationsverarbeitung, bei der die Wärmebehandlung bei einem Temperaturgradienten durchgeführt wird, der dazu führt, dass die Temperatur des Substrats 1 niedriger ist als die Temperatur des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials 4, umgekehrt. Daher kann gefolgert werden, dass das vorliegende Beispiel zur Verhinderung einer Rekristallisation des Substrats 1 oder von rissartigen Fehlern aufgrund der Rekristallisation effektiv ist.
Beispiel 27
Die in den Beispielen 1 bis 26 erhaltenen SiC-Substrate 1, bei denen die Mikrolunkerfehler geschlossen worden sind, wurden parallel zur (0001)-Ebene geschnitten und poliert und erneut als Impfkristalle für das Sublimationswachstum verwendet, und es wurden Einkristalle mit hoher Qualität wachsen gelassen.
Als Folge davon wuchsen Einkristalle ohne Mikrolunkerfehler und es wurde kein Phänomen festgestellt, bei dem sich die geschlossenen Mikrolunkerfehler erneut öffnen. Ferner wurde in die gewachsenen Schichten kein neuer Mikrolunkerfehler eingebracht.
Folglich können die Einkristalle ohne Mikrolunkerfehler auch durch die Verwendung eines der Substrate 1, die in den Beispielen 1 bis 26 erhalten worden sind, als Impfkristall mit geschlossenen Mikrolunkerfehlern und Wachsenlassen des Siliziumcarbid-Einkristalls auf dem Impfkristall erzeugt werden.
Die so erzeugten Siliziumcarbid-Einkristalle können herausgeschnitten und poliert werden, um ein SiC-Substrat bereitzustellen, das zur Herstellung von Vorrichtungen verwendet werden kann.
Die Beispiele 1 bis 26 zeigen, dass die Mikrolunkerfehler effektiv geschlossen werden können und zum Vergleich werden nachstehend Vergleichsbeispiele beschrieben.
Vergleichsbeispiel 1
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 900 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt und es wurde keine Beschichtung darauf ausgebildet. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substrats 1 verwendet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet. Als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 1,3 × 10² Pa, einer Temperatur des Substrats 1 von etwa 2200°C und einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 und dem Substrat 1 von 65°C durchgeführt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass nur wenige % der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren.
Vergleichsbeispiel 2
Ein 6H-SiC-Substrat 1 mit einer Dicke von 900 μm, das Mikrolunkerfehler mit einer Fehlerdichte von etwa 40 cm^–2 enthielt, wurde hergestellt und es wurde keine Beschichtung darauf ausgebildet. Dabei wurde die (0001)-Ebene als Ebene des Substrats 1 verwendet.
Dann wurde das Substrat 1 in der in der 1 gezeigten Wärmebehandlungsvorrichtung angeordnet. In dem vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde das Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 nicht angeordnet. Als Schritt zum Schließen von Mikrolunkerfehlern wurde die Wärmebehandlung 6 Stunden bei einem Umgebungsdruck von 6,7 × 10⁴ Pa, einer Temperatur des Substrats 1 von etwa 2600°C und einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Abschnitt, an dem das Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial 4 angeordnet werden sollte, und dem Substrat 1 von 0°C durchgeführt.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde kein Schließen der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat 1 vorlagen, festgestellt. Es wurde festgestellt, dass die Oberfläche des Substrats 1 carbonisiert worden war und die Mikrolunkerfehler geöffnet wa ren. Dies zeigt, dass die Mikrolunkerfehler nicht in einem Zustand geschlossen werden können, bei dem das Innere der Mikrolunkerfehler nicht gesättigt ist.
Vergleichsbeispiel 3
Anders als in dem vorstehend genannten Beispiel 3 betrug die Dicke des SiC-Substrats 1 300 μm und ein nicht-orientierter polykristalliner 3C-SiC-Film wurde in einer Dicke von 5 μm als Beschichtungsmaterial 5 des Substrats 1 ausgebildet.
Das Substrat 1 wurde unter Verwendung eines optischen Differentialinterferenzmikroskops, eines optischen Polarisationsmikroskops und eines Rasterelektronenmikroskops untersucht, wobei gefunden wurde, dass SiC-Körner wie Inseln gewachsen waren und an den Öffnungsabschnitten der Mikrolunkerfehler wurden eine Korngrenze und rissartige Fehler festgestellt. Daraus wurde geschlossen, dass die Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler nicht vollständig verschlossen worden sind.
Dieses Substrat 1 wurde einer Wärmebehandlung unter den gleichen Behandlungsbedingungen wie im Beispiel 3 unterworfen.
Das durch den vorstehenden Schritt erhaltene Substrat wurde parallel zur <0001>-Achsenrichtung geschnitten, die Schnittoberfläche wurde poliert und mit einem Mikroskop unter Transmissionshellfeldbedingungen untersucht. Als Ergebnis wurde gefunden, dass nur 30% der Mikrolunkerfehler, die in dem Substrat vorlagen, mindestens von einer Oberfläche des Substrats 1 her geschlossen waren. Dies zeigt, dass die Wärmebehandlung des Substrats, bei dem die Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerfehler vollständig mit dem Beschichtungsmaterial verschlossen waren, zum Schließen der Mikrolunkerfehler effektiv ist.
Darüber hinaus ist es verglichen mit dem Beispiel 3 klar, dass eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass Mikrolunkerfehler geschlossen werden, wenn die Orientierung des Beschichtungsmaterials auf dem Einkristall (oder Polykristall) mit der Kristallachse des SiC-Substrats zusammenfällt.
Es werden Bewertungsindices für das Schließphänomen eingeführt, um die vorstehend genannten Ergebnisse zu quantifizieren. Die Indices sind folgendermaßen definiert.
Schließrate = (Gesamtzahl der geschlossenen Mikrolunkerfehler)/(Gesamtzahl der Mikrolunkerfehler) × 100 (%).
Durchschnittliche Schließlänge = (Summe der geschlossenen Länge)/(Gesamtzahl der Mikrolunkerfehler) × 100 (%).
Schließlängenrate = (durchschnittliche Schließlänge)/(Dicke des SiC-Substrats) × 100 (%).
Die Ergebnisse der Bewertung sind in den 11, 12 und 13 gezeigt.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumcarbid-Einkristalls, das die Schritte des Herstellens eines Siliziumcarbid-Einkristalls (1) mit Mikrolunkerdefekten, des Beschichtens mindestens eines Abschnitts einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) mit einem Beschichtungsmaterial (5), das von einer amorphen oder polykristallinen SiC-Schicht oder -Platte verschieden ist, und des mindestens partiellen Schließens der Mikrolunkerdefekte, die in dem Siliziumcarbid-Einkristall (1) vorliegen, innerhalb des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) zur Bildung mindestens partiell geschlossener Hohlräume durch die Durchführung einer Wärmebehandlung umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich zur Durchführung einer Wärmebehandlung ein Inneres der Mikrolunkerdefekte mit Siliziumcarbiddämpfen gesättigt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Ausbildens eines Siliziumcarbids auf mindestens einem Abschnitt der Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Anordnens eines Siliziumcarbidsubstrats oder eines Siliziumcarbidpulvers auf einer Oberfläche oder beiden Oberflächen des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Ausbildens eines Siliziumcarbids, das den gleichen/einen unterschiedlichen Polytyp aufweist wie der Siliziumcarbid-Einkristall, auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Ausbildens eines epitaxialen Siliziumcarbidfilms, der mit einer Kristallachse des Siliziumcarbid-Einkristalls ausgerichtet ist und den gleichen/einen unterschiedlichen Po lytyp aufweist wie der Siliziumcarbid-Einkristall (1), auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Ausbildens eines 3C-Polytyp-Siliziumcarbids auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Ausbildens eines 3C-Polytyp-Siliziumcarbids, das mit einer Kristallachse des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) ausgerichtet ist, auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls umfasst.
Herstellüngsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Ausbildens einer Substanz, die aus der Gruppe bestehend aus Wolfram, Tantal, Wolframcarbid und Bornitrid ausgewählt ist, auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Anordnens eines Kohlenstoffmaterials auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Beschichtens einen Schritt des Anordnens eines Kohlenstoffmaterials mittels eines Silizium-enthaltenden Materials auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) umfasst.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner einen Schritt des Ätzens der Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls umfasst, dem der Schritt des Beschichtens folgt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Schritt des Beschichtens einen Schritt des vollständigen Verschließens der Öffnungsabschnitte der Mikrolunkerdefekte in dem Siliziumcarbid-Einkristall (1) mit dem Beschichtungsmaterial (5) umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Herstellens ein Schritt zur Herstellung einer Mehrzahl von Siliziumcarbid-Einkristallen (1) mit Mikrolunkerdefekten ist, und das ferner einen Schritt des Laminierens der Mehrzahl von Siliziumcarbid-Einkristallen (1) umfasst, und wobei die Wärmebehandlung gleichzeitig mit der Mehrzahl von Siliziumcarbid-Einkristallen (1) durchgeführt wird, die in dem Laminierungsschritt laminiert werden.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Schritt des Herstellens ein Schritt zur Herstellung einer Mehrzahl von Siliziumcarbid-Einkristallen (1) mit Mikrolunkerdefekten ist, und das ferner einen Schritt des Laminierens der Mehrzahl von Siliziumcarbid-Einkristallen (1) mittels des Beschichtungsmaterials (5) umfasst, und wobei die Wärmebehandlung gleichzeitig mit der Mehrzahl von Siliziumcarbid-Einkristallen (1) durchgeführt wird, die in dem Laminierungsschritt laminiert werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, das zwischen dem Schritt des Beschichtens und dem Schritt des Schließens den Schritt des Bereitstellens eines Oberflächenschutzmaterials (9) auf dem Beschichtungsmaterial (5) umfasst, das eine Oberfläche des Beschichtungsmaterials (5) schützt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, das ferner einen Schritt des Fixierens des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) auf einer Auflage umfasst, die in einem Tiegel installiert wird, in dem ein Siliciumcarbid-Ausgangsmaterial vor der Wärmebehandlung aufgenommen wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das Oberflächenschutzmaterial (9) aus einer Substanz hergestellt ist, die aus der Gruppe bestehend aus Wolfram, Tantal, Wolframcarbid und Bornitrid ausgewählt ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem das Oberflächenschutzmaterial (9) aus einem Kohlenstoffmaterial, einem Siliziumcarbidsubstrat oder einem Siliziumcarbidpulver hergestellt ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Beschichtens weggelassen wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 20, das zwischen dem Schritt des Herstellens und dem Schritt des Schließens den Schritt des Füllens eines Inneren der Mikrolunkerdefekte mit einem Siliziumcarbidmaterial umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, das zwischen dem Schritt des Herstellens und dem Schritt des Beschichtens den Schritt des Füllens eines Inneren der Mikrolunkerdefekte mit einem Siliziumcarbidmaterial umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 20, bei dem der Wärmebehandlungsschritt einen Schritt des Wiederholens eines Schritts zum Anheben der Temperatur des Siliziumcarbid-Einkristalls und einen Schritt zum Absenken der Temperatur des Siliziumcarbid-Einkristalls ausgehend von der angehobenen Temperatur umfasst.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, das zwischen dem Schritt des Beschichtens und dem Schritt des Schließens den Schritt des Fixierens des Siliziumcarbid-Einkristalls auf einer Auflage (3) umfasst, die in einem Tiegel (2) installiert wird, in dem ein Siliciumcarbid-Ausgangsmaterial (4) aufgenommen wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 24, bei dem der Schritt des Beschichtens zwischen dem Schritt des Fixierens und dem Schritt des Schließens durchgeführt wird, wobei der Schritt des Beschichtens das Sublimieren des Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials durch die Durchführung einer Wärmebehandlung und das Zuführen des sublimierten Siliziumcarbid-Ausgangsmaterials zur Bildung eines aus Siliziumcarbid hergestellten Beschichtungsmaterials (5) auf mindestens einem Abschnitt einer Oberfläche des Siliziumcarbid-Einkristalls (1) umfasst, und wobei die Wärmebehandlung in dem Schritt des Schließens weiter fortgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 25, bei dem die Wärmebehandlung durch Einbringen von Stickstoffgas in eine Inertgasumgebung eines Behälters durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 24, bei dem die Wärmebehandlung durch Halten der Temperaturdifferenz zwischen dem Siliziumcarbid-Einkristall und dem Siliziumcarbid-Ausgangsmaterial im Bereich von –200°C bis 200°C durchgeführt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumcarbid-Einkristalls, bei dem ein neuer Siliziumcarbid-Einkristall unter Verwendung eines Siliziumcarbid-Einkristall mit geschlosse nen Mikrolunkerdefekten als Impfkristall wachsen gelassen wird, der durch das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27 erhältlich ist.
Ein Siliziumcarbid-Einkristall mit geschlossenen Hohlräumen, bei dem mindestens ein Teil der Mikrolunkerdefekte geschlossen ist und der durch das Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28 erhältlich ist.
Siliziumcarbid-Einkristall nach Anspruch 29, bei dem die Länge eines Abschnitts, der in den geschlossenen Hohlräumen geschlossen ist, mehr als 75 μm beträgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem der Wärmebehandlungsschritt einen Schritt des Wiederholens eines Schritts des Anhebens der Temperatur des Siliziumcarbid-Einkristalls und einen Schritt des Absenkens der Temperatur des Siliziumcarbid-Einkristalls ausgehend von der angehobenen Temperatur umfasst.