晶体生长装置、碳化硅单晶的制造方法、碳化硅单晶基板和碳化硅外

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107109694 A(43)申请公布日 2017.08.29

(21)申请号 201580069705.1(22)申请日 2015.12.17

(30)优先权数据

2015-009432 2015.01.21 JP

PCT/JP2015/070519 2015.07.17 JP(85)PCT国际申请进入国家阶段日

2017.06.20(86)PCT国际申请的申请数据

PCT/JP2015/085350 2015.12.17(87)PCT国际申请的公布数据

WO2016/117251 JA 2016.07.28(71)申请人 住友电气工业株式会社

地址 日本大阪府大阪市(72)发明人 原田真　堀勉　佐佐木将　

岸田哲也　(54)发明名称

晶体生长装置、碳化硅单晶的制造方法、碳化硅单晶基板和碳化硅外延基板(57)摘要

一种晶体生长装置(50)，其包含：腔室(20)，所述腔室(20)包含进气口(21)、排气口(22)、焊接部、和被构造成能够用水冷却至少包括所述焊接部的部分的水冷部；与所述排气口(22)连接的排气泵(30)；配置在所述排气口(22)与所述排气泵(30)之间的露点仪(40)，并且所述露点仪(40)被构造成能够测定通过所述排气口(22)的气体的露点。

(74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限

责任公司 11219

代理人 王海川　穆德骏(51)Int.Cl.

C30B 29/36(2006.01)C23C 14/06(2006.01)C23C 14/24(2006.01)C23C 16/42(2006.01)C23C 16/44(2006.01)C30B 23/06(2006.01)H01L 21/205(2006.01)

权利要求书1页 说明书9页 附图7页

CN 107109694 ACN 107109694 A

权　利　要　求　书

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1.一种晶体生长装置，其包含：腔室，所述腔室包括进气口、排气口、焊接部、和被构造成能够用水冷却至少包括所述焊接部的部分的水冷部；

与所述排气口连接的排气泵；

配置在所述排气口与所述排气泵之间的露点仪，所述露点仪被构造成能够测定通过所述排气口的气体的露点。

2.根据权利要求1所述的晶体生长装置，其中，所述腔室还包括被构造成允许光透过的窗部，并且所述窗部通过所述焊接部与所述水冷部接合。3.一种碳化硅单晶的制造方法，所述方法包括：准备腔室、生长容器、原料和晶种的步骤，所述腔室包括进气口、排气口、焊接部、和被构造成能够用水冷却至少包括所述焊接部的部分的水冷部，所述生长容器配置在所述腔室内，所述原料配置在所述生长容器内，所述晶种配置为在所述生长容器内面对所述原料；和

通过升华所述原料而在所述晶种上生长碳化硅单晶的步骤，在所述生长步骤中，通过所述排气口的气体的露点维持在-40℃以下。4.根据权利要求3所述的碳化硅单晶的制造方法，其中，在所述生长步骤中，通过所述排气口的所述气体的露点维持在-50℃以下。5.根据权利要求3所述的碳化硅单晶的制造方法，其中，在所述生长步骤中，通过所述排气口的所述气体的露点维持在-60℃以下。6.根据权利要求3所述的碳化硅单晶的制造方法，其中，在所述生长步骤中，通过所述排气口的所述气体的露点维持在-80℃以下。7.一种碳化硅单晶基板，其中，

所述碳化硅单晶基板具有100mm以上的直径，

所述碳化硅单晶基板具有1×1017cm-3以下的氧浓度，所述碳化硅单晶基板具有2×104cm-2以下的位错密度，且所述碳化硅单晶基板具有2.0％以下的堆垛层错面积比率。8.根据权利要求7所述的碳化硅单晶基板，其中，所述直径为150mm以上。

9.根据权利要求7所述的碳化硅单晶基板，其中，所述直径为200mm以上。10.一种碳化硅外延基板，其包含：

权利要求7至9中任一项所述的碳化硅单晶基板；和

配置在所述碳化硅单晶基板上并且氧浓度为1×1017cm-3以下的外延层。

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晶体生长装置、碳化硅单晶的制造方法、碳化硅单晶基板和碳

化硅外延基板

技术领域

[0001]本公开涉及晶体生长装置、碳化硅单晶的制造方法、碳化硅单晶基板和碳化硅外延基板。

背景技术

[0002]美国专利第7314520号(专利文献1)公开了直径为76mm以上的碳化硅单晶基板的制造方法。

[0003]现有技术文献[0004]专利文献[0005]专利文献1：美国专利第7314520号发明内容

[0006]本公开的晶体生长装置包含：腔室，所述腔室包括进气口、排气口、焊接部、和被构造成能够用水冷却至少包括所述焊接部的部分的水冷部；与所述排气口连接的排气泵；配置在所述排气口与所述排气泵之间的露点仪，所述露点仪被构造成能够测定通过所述排气口的气体的露点。

[0007]本公开的碳化硅单晶的制造方法包括：准备腔室、生长容器、原料和晶种的步骤，所述腔室包括进气口、排气口、焊接部、和被构造成能够用水冷却至少包括所述焊接部的部分的水冷部，所述生长容器配置在所述腔室内，所述原料配置在所述生长容器内，所述晶种配置为在所述生长容器内面对所述原料；和通过升华所述原料而在所述晶种上生长碳化硅单晶的步骤。在所述生长步骤中，通过所述排气口的气体的露点维持在-40℃以下。[0008]本公开的碳化硅单晶基板具有100mm以上的直径，具有1×1017cm-3以下的氧浓度，具有2×104cm-2以下的位错密度，且具有2.0％以下的堆垛层错面积比率。附图说明

[0009]图1是显示本公开的示例性碳化硅单晶基板的示意俯视图。

[0010]图2是显示碳化硅单晶基板的氧浓度与位错密度和堆垛层错面积比率各自的示例性关系的图。

[0011]图3是显示本公开的晶体生长装置的示例性构造的示意剖视图。[0012]图4是显示本公开的外延生长装置的示例性构造的示意剖视图。[0013]图5是沿着图4的V-V线取的示意剖视图。

[0014]图6是示意性显示本公开的碳化硅单晶的制造方法的流程图。

[0015]图7是显示生长晶体的氧浓度与生长气氛的露点之间的示例性关系的图。[0016]图8是显示本公开的示例性碳化硅外延基板的示意剖视图。[0017]图9是显示图3的IX区域周围的示例性构造的示意剖视图。

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CN 107109694 A[0018]

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图10是显示窗部的示例性构造的示意俯视图。

具体实施方式

[0019][本公开的实施方式的说明][0020]首先，列举并说明本公开的实施方式。[0021]本公开的晶体生长装置包含：具有进气口和排气口的腔室；与所述排气口连接的排气泵；配置在所述排气口与所述排气泵之间的露点仪，所述露点仪被构造成能够测定通过所述排气口的气体的露点。[0022]通常，将真空计装在晶体生长装置上以管理晶体生长期间的真空度。此外，在诸如高纯氩(Ar)气的气流下进行晶体生长。因此，以往没有注意在生长期间杂质从气氛的混入。然而，根据本发明人的研究，在单晶的生长期间氧被吸纳到单晶中，从而引起位错和堆垛层错。换句话说，当氧的量大时，易于发生二维核生长，由此导致位错和堆垛层错增加。在这种情况下被吸纳到单晶中的氧的一部分来源于生长期间的气氛中包含的非常少量的水分。这样的水分不能使用真空计进行识别。因此，如上所述将露点仪附接在晶体生长装置上以管理腔室内的露点，从而控制被吸纳到单晶中的氧的量。通过减少被吸纳到单晶中的氧，能抑制二维核生长的发生。因此，能生长位错和堆垛层错减少的单晶。[0023]在此，本公开的腔室包括：焊接部；和被构造成能够用水冷却至少包括焊接部的部分的水冷部。

[0024][1]具体而言，本公开的晶体生长装置包含：腔室，所述腔室包括进气口、排气口、焊接部、和被构造成能够用水冷却至少包括所述焊接部的部分的水冷部；与所述排气口连接的排气泵；配置在所述排气口与所述排气泵之间的露点仪，所述露点仪被构造成能够测定通过所述排气口的气体的露点。

[0025]碳化硅晶体在非常高的温度下生长。因此，所述腔室需要部分或全部地用水冷却。当焊接部位于用水冷却的部分时，水冷用水可能从所述焊接部进入腔室。如上所述，碳化硅晶体在高温下生长，使得热循环施加于焊接部。由于这种热循环，在焊接部中可以形成非常小的针孔。难以使用真空计检测这样的非常小的针孔的存在。根据如上所述包括露点仪的本公开的晶体生长装置，可以检测由非常小的针孔所引起的水分值的增加。[0026][2]腔室还可以包括被构造成允许光透过的窗部，并且窗部可以通过焊接部与水冷部接合。根据这种构造，例如透过窗部的光被辐射温度计接受，从而能测定腔室内的温度。将窗部与水冷部接合的焊接部的劣化能够由露点仪检测。[0027][3]本公开的碳化硅单晶的制造方法包括：准备腔室、生长容器、原料和晶种的步骤，所述腔室包括进气口、排气口、焊接部、和被构造成能够用水冷却至少包括所述焊接部的部分的水冷部，所述生长容器配置在所述腔室内，所述原料配置在所述生长容器内，所述晶种配置为在所述生长容器内面对所述原料；和通过升华所述原料而在所述晶种上生长碳化硅单晶的步骤。在所述生长步骤中，通过所述排气口的气体的露点维持在-40℃以下。[0028]在所述制造方法中，通过升华法生长碳化硅单晶。升华法也称为升华再结晶法、改进的Lely法等。通过如上所述将通过排气口的气体的露点维持在-40℃以下，能将生长容器内的气氛的露点维持在-40℃以下。通过以这种方式严格管理生长容器内的水分，能减少被吸纳到单晶中的氧。通过减少被吸纳到单晶中的氧，能抑制二维核生长的发生。因此，能减

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少碳化硅单晶中的位错和堆垛层错。[0029]据认为，引起露点升高的水分来源于当配置在腔室内的构件暴露于大气时所附着的水分。因此，例如为了实现-40℃以下的露点，期望例如通过把要配置在腔室内的构件在低露点环境下储存预定的时间或通过在生长之前对所述构件进行加热干燥而预先充分减少附着于所述构件的水分。此外，在腔室的焊接部不应存在针孔。[0030][4]在生长步骤中，通过排气口的气体的露点优选维持在-50℃以下。[0031][5]在生长步骤中，通过排气口的气体的露点优选维持在-60℃以下。[0032][6]在生长步骤中，通过排气口的气体的露点优选维持在-80℃以下。[0033][7]本公开的碳化硅单晶基板具有100mm以上的直径，具有1×1017cm-3以下的氧浓度，具有2×104cm-2以下的位错密度，且具有2.0％以下的堆垛层错面积比率。

[0034]晶体中氧浓度为1×1017cm-3以下表明生长过程中的二维核生长已受到抑制。在氧浓度为1×1017cm-3以下的碳化硅单晶基板中，位错密度可以为2×104cm-2以下并且堆垛层错面积比率可以为2.0％以下。在此，通过使用例如露点仪严格管理晶体生长期间的水分，能够实现1×1017cm-3以下的氧浓度。例如通过SIMS(二次离子质谱法)可以测定基板中的氧浓度。对于SIMS的一次离子，可以使用铯(Cs)离子。[0035]在上述碳化硅单晶基板中，位错密度为2×104cm-2以下。可以如下测定位错密度。首先，例如使用熔融氢氧化钾(KOH)等蚀刻碳化硅单晶基板。在这种情况下，例如熔融KOH的温度为约500℃至约530℃，并且蚀刻时间为约5分钟至约10分钟。接着，使用光学显微镜等观察碳化硅单晶基板的主表面以对蚀坑的数目进行计数。通过用蚀坑的数目除以碳化硅单晶基板的主表面的面积，可以算出位错密度。[0036]在上述碳化硅单晶基板中，堆垛层错面积比率为2.0％以下。可以如下测定堆垛层错面积比率。当碳化硅单晶基板的主表面不对应于(0001)面时，则首先对主表面进行研磨以露出主表面上的(0001)面。接着，采用PL(光致发光)图谱或PL成像将主表面中的堆垛层错可视化。激发光源可以使用例如YAG激光器的第四谐波(266nm)等。测定环境可以在室温下。在具有堆垛层错的区域中，带边发射弱于没有堆垛层错的区域。通过利用该特性，可以将堆垛层错可视化。通过以这种方式将堆垛层错可视化，测定具有堆垛层错的区域的面积。通过用具有堆垛层错的区域的面积的总和除以主表面的面积，可以算出堆垛层错面积比率。

[0037][8]碳化硅单晶基板的直径可以为150mm以上。[0038][9]碳化硅单晶基板的直径可以为200mm以上。[0039][10]本公开的碳化硅外延基板包括：[7]至[9]中任一项所述的碳化硅单晶基板；和配置在碳化硅单晶基板上并且氧浓度为1×1017cm-3以下的外延层。

[0040]氧浓度为1×1017cm-3以下表明外延生长过程中的二维核生长已受到抑制。因此，与碳化硅单晶基板一样，能减少外延层中的位错和堆垛层错。[0041]根据以上所述，提供各自的位错和堆垛层错减少的碳化硅单晶基板和碳化硅外延基板。

[0042][本公开的实施方式的详情]

[0043]虽然以下详细地说明本公开的一种实施方式(以下称为“本实施方式”)，但本实施方式不限于此。在以下说明中，相同或相应的要素给予相同的参考符号并且不重复说明。关

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于本说明书中的晶体学表示，个别取向由[]表示，集合取向由<>表示，并且个别面由()表示，集合面由{}表示。在此，虽然具有负晶体学指数的面通常通过将“-”(棒)放在数字上方来表示，但在本说明书中负晶体学指数通过将负号放在数字之前来表示。[0044][第一实施方式：碳化硅单晶基板][0045]第一实施方式涉及碳化硅单晶基板。图1是显示本实施方式的示例性碳化硅单晶基板的示意俯视图。碳化硅单晶基板100的直径为100mm以上。碳化硅单晶基板100的直径可以为150mm以上，或可以为200mm以上。据认为，随着直径越大，越容易产生位错和堆垛层错。因此，预期在本实施方式中减少位错和堆垛层错的效果随着直径越大而越显著。直径的上限没有特别限制。直径的上限可以例如为250mm。碳化硅单晶基板100的厚度也没有特别限制。碳化硅单晶基板100的厚度可以例如为100μm以上且10mm以下。[0046]期望碳化硅单晶基板100的多型为4H-SiC，因为4H-SiC在电子迁移率、介电强度等方面比其它多型优异。碳化硅单晶基板100通过对碳化硅单晶锭进行切割而获得。碳化硅单晶基板100可以具有主表面101，所述主表面101对应于(0001)面或(000-1)面、或相对于(0001)面或(000-1)面倾斜预定角度的面。当主表面101对应于相对于(0001)面或(000-1)面倾斜的面时，该面可以在<11-20>方向上倾斜。相对于(0001)面或(000-1)面的倾斜角也称为“偏角”。偏角可以例如为1°以上且8°以下。偏角的上限可以为7°、6°或5°。偏角的下限可以为2°或3°。

[0047]本实施方式的碳化硅单晶基板100具有1×1017cm-3以下的氧浓度。据认为，通过以具有1×1017cm-3以下的氧浓度的方式生长碳化硅单晶，抑制二维核生长的发生，由此导致位错和堆垛层错减少。图2为对调查由本发明人使用升华法制造的碳化硅单晶基板100中的氧浓度与位错密度和堆垛层错面积比率各自之间的关系所得结果进行作图而得到的图。图2中各点的具体数值示于表1中。[0048][表1]

[0049]

位错密度堆垛层错面积比率cm-2％1×10401×10402×10413×10451×10510

[0050]在以下的图2和图7中，将“10的幂”表示为“E+00”。例如，在图2和图7中，“E+17”表示“1017”。在图2中，横轴表示氧浓度，右侧纵轴表示位错密度，左侧纵轴表示堆垛层错面积比率。

[0051]如图2所示，随着氧浓度变低，位错密度和堆垛层错面积比率减小。当氧浓度从1×1019cm-3减至1×1017cm-3时，位错密度和堆垛层错面积比率二者都急剧减小。此后，位错密度和堆垛层错面积比率稳定在低值。从图2明显看出，通过将氧浓度控制在1×1017cm-3以下，碳化硅单晶基板100可以具有2×104cm-2以下的位错密度和2.0％以下的堆垛层错面积比率。氧浓度越低越优选。氧浓度优选为1×1016cm-3以下并更优选为1×1015cm-3以下。通过降

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氧浓度cm-3

1×10151×10161×10171×10181×1019

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低氧浓度，位错密度可以为1×104cm-2以下。此外，通过降低氧浓度，堆垛层错面积比率可以为1％以下。

[0052][碳化硅外延基板][0053]根据本实施方式，还提供碳化硅外延基板。图8是显示本实施方式的碳化硅外延基板的示例性构造的示意剖视图。如图8所示，碳化硅外延基板1000包括碳化硅单晶基板100和配置在碳化硅单晶基板100上的外延层1001。如上所述，碳化硅单晶基板100具有100mm以上的直径，具有1×1017cm-3以下的氧浓度，具有2×104cm-2以下的位错密度，且具有2.0％以下的堆垛层错面积比率。

[0054]外延层1001为在碳化硅单晶基板100的主表面101上外延生长的碳化硅单晶层。碳化硅单晶基板100的性质被传递给外延层1001。然而，同样在外延生长中，当有大量的氧时，可以发生二维核生长，这导致位错和堆垛层错增加。因此，与碳化硅单晶基板100一样，为了获得位错和堆垛层错减少的外延层1001，外延层1001的氧浓度也需要为1×1017cm-3以下。此外，与碳化硅单晶基板100一样，可以通过SIMS测定外延层1001的氧浓度。外延层1001的氧浓度越小越优选，因为能减少位错和堆垛层错。外延层1001的氧浓度优选为1×1016cm-3以下，更优选为1×1015cm-3以下。

[0055]外延层1001可以含有例如氮作为掺杂剂。外延层1001的氮浓度例如为1×1014cm-3以上且1×1016cm-3以下。外延层1001的厚度例如为1μm以上。外延层1001的厚度可以为10μm以上，或可以为20μm以上。此外，外延层1001的厚度例如为200μm以下。外延层的厚度可以为150μm以下，或可以为100μm以下。[0056][第二实施方式：晶体生长装置][0057]第二实施方式涉及晶体生长装置。本实施方式的晶体生长装置包含：使用升华法生长单晶的单晶生长装置；使用气相外延法如CVD(化学气相沉积)法在基板上生长外延层的外延生长装置；等等。[0058][单晶生长装置]

[0059]图3是显示本实施方式的单晶生长装置的示例性构造的示意剖视图。图3中的箭头91表示气体的流动路径。如图3所示，晶体生长装置50包含具有进气口21和排气口22的腔室20。腔室20可以由例如不锈钢等制成。排气口22经排气管32与排气泵30连接。露点仪40配置在排气管32处。露点仪40配置在排气管32中并且在排气口22与排气泵30之间。通过排气口22的气体的露点由露点仪40测定。由露点仪40测定的露点可以被认为是腔室20内的露点。为了抑制露点仪40的劣化，可以在排气口22与露点仪40之间配置过滤器(未显示)。[0060]露点仪40可以为任何露点仪，只要该露点仪能够测定在0℃至-80℃范围内的露点即可。例如，可以使用由密析尔仪表提供的“EAX-TX-100”等。或者，可以采用精确度和测量范围与EAX-TX-100相当的露点仪。[0061]在腔室20中，配置生长容器10、电阻加热器2和绝热材料15。生长容器10、电阻加热器2和绝热材料15例如由石墨制成。生长容器10包括基座3和收容部4。基座3被构造成能够保持晶种11。晶种11例如为具有4H-SiC的多型的碳化硅单晶基板。基座3也起到收容部4的盖的功能。收容部4例如为有底的圆筒状。收容部4能够收容原料12。原料12例如为碳化硅多晶粉末。在生长容器10中，原料12与晶种11彼此面对。[0062]在晶体生长装置50中，通过电阻加热器2在生长容器10中形成预定的温度梯度。可

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以使用辐射温度计(未显示)了解生长容器10的各部分的温度。电阻加热器2和绝热材料15设有孔，以允许生长容器10的各温度测定部发出的光透过。辐射温度计经设置在腔室20内的窗部23(观察窗口)接受生长容器10发出的光而测定温度。如以下图9和图10所示，窗部23包含例如由石英制成的窗材料202。因为绝热材料15设有孔，因此将热循环施加在窗部23周围。因此，窗部23周围的焊接部310被劣化，结果外部空气和水分可能从焊接部310进入腔室20。这样的异常也能被露点仪40检测到。

[0063]图9是显示图3的IX区域周围的示例性构造的示意剖视图。腔室20包括焊接部310。此外，腔室20包括被构造成能够用水冷却包括焊接部310的部分的水冷部320。换句话说，本公开的腔室20包含进气口21、排气口22、焊接部310、和被构造成能够用水冷却至少包含焊接部310的部分的水冷部320。

[0064]水冷部320包含外壁321、内壁322、和水流动路径323。水流动路径323位于外壁321与内壁322之间。水能够在水流动路径323内流动。虽然图9中只显示了窗部23的周边，但水冷部320可以延伸到其它未显示的部分。也就是说，腔室20被构造成能够部分或全部地用水冷却。

[0065]窗部23包含圆筒部201、窗材料202、法兰203、螺钉204、和O形环205(垫圈)。圆筒部201例如可以由不锈钢制成。圆筒部201通过焊接部310与水冷部320接合。在外壁321与圆筒部201接触的部分和内壁322与圆筒部201接触的部分各自设置有焊接部310。位于窗部23与水冷部320之间的边界处的焊接部310暴露于剧烈的热循环。由此，可能在例如内壁322侧处的焊接部310中造成非常小的针孔，结果水分进入腔室20而降低晶体品质。[0066]通过紧固螺钉204将窗材料202和法兰203与圆筒部201一体化。窗材料202例如可以为由石英制成的板等。法兰203例如可以由不锈钢等制成。O形环205配置在窗材料202与圆筒部201之间。通过紧固螺钉204，O形环205被窗材料202和圆筒部201压缩，从而密封窗部23。O形环205例如可以由金属如铜制成，或可以由具有预定耐热性的橡胶等制成。[0067]图10是显示窗部的示例性构造的示意俯视图。窗材料202和法兰203各自可以具有例如圆形的平面形状。窗材料202从法兰203的中央露出。被加热的生长容器10发出的光透过窗材料202射到腔室20的外部。也就是说，本公开的腔室20还包含被构造成允许光透过的窗部23，并且窗部23通过焊接部310与水冷部320接合。这种光被辐射温度计接受，从而测定生长容器10的各部分的温度。

[0068]从图3中显示的进气口21引入惰性气体如Ar气、氦(He)气、或氮(N2)气。当然，期望引入的气体的露点也为-40℃以下。引入的惰性气体通过排气泵30排到外部。可以根据引入的气体的流量和排气泵30的排气性能调节生长容器10内的压力。[0069]当生长容器10内的温度和压力满足预定的条件时，原料12升华并在晶种11上再沉积。由此，碳化硅单晶13在晶种11上生长。在晶体生长装置50中，通过排气口22的气体的露点能够由露点仪40测定和监测。由此，能够在抑制来源于非常少量的水分的氧混入的同时生长碳化硅单晶13。通过抑制碳化硅单晶13中氧的吸纳量，能够抑制二维核生长的发生。结果，减少碳化硅单晶13中的位错和堆垛层错。[0070][外延生长装置]

[0071]图4是显示本实施方式的外延生长装置的示例性构造的示意剖视图。图4和图5中显示的晶体生长装置200是卧式热壁CVD装置。如图4所示，晶体生长装置200包含发热体

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152、绝热材料153、石英管154、和感应加热线圈155。发热体152、绝热材料153和石英管154包含在腔室120内。[0072]如图4所示，设置了两个发热体152。发热体152各自具有包含曲面部157和平坦部156的半圆筒状中空结构。两个平坦部156被配置成彼此面对。被两个平坦部156包围的空间作为反应室150。一个平坦部156设有凹部。基板支架160设在凹部中。基板支架160被构造成能够保持碳化硅单晶基板100。此外，基板支架160能旋转。如上所述，碳化硅单晶基板100具有100mm以上的直径，具有1×1017cm-3以下的氧浓度，具有2×104cm-2以下的位错密度，且具有2.0％以下的堆垛层错面积比率。

[0073]绝热材料153被设置成包围发热体152的外周部。反应室150通过绝热材料153而与外部绝热。石英管154被设置成包围绝热材料153的外周部。感应加热线圈155沿着石英管154的外周部缠绕。当向感应加热线圈155供给交流电时，发热体152被感应加热。以这种方式，能够控制反应室150内的温度。当生长外延层1001时，反应室150内的温度例如为约1500℃至约1700℃。

[0074]图5是沿着图4的V-V线取的示意剖视图。图5中的箭头92表示气体的流动路径。腔室120具有进气口121和排气口122。排气口122经排气管132与排气泵130连接。露点仪140配置在排气管132中并且在排气口122与排气泵130之间。通过排气口122的气体的露点由露点仪140测定。由露点仪140测定的露点可以被认为是腔室120内的露点。[0075]在腔室120内，原料气体和载气从引入管131引入。期望这些气体的露点也为-40℃以下。原料气体例如包括硅烷(SiH4)气体、丙烷(C3H8)气体等。原料气体例如可以包含氨(NH3)气等作为掺杂气体。载气例如可以为氢气(H2)等。为了改善外延层1001中的载流子浓度的面内均一性，优选在供应至反应室150之前将原料气体中的氨气预先热分解。例如，可以使用例如预加热结构158将氨气热分解。预加热结构158例如可以是从外部加热的细长的管、或者内部设有电加热线圈的腔室等。预加热结构158的内壁表面的温度例如可以为约1300℃至约1600℃。

[0076]根据原料气体和载气的流量以及排气泵130的排气性能调节反应室150内的压力。当生长外延层时，反应室150内的压力例如为约5kPa至约20kPa。[0077]在晶体生长装置200中，能够在测定和监测腔室120内的露点的同时生长外延层1001。因此，能够控制外延层1001中要被吸纳的氧的量。通过进行外延生长以实现1×1017cm-3以下的氧浓度，能够抑制二维核生长的发生。因此，也能减少外延层1001中的位错和堆垛层错。

[0078]以上述方式，能制造碳化硅外延基板1000，其包含：碳化硅单晶基板100；和配置在碳化硅单晶基板100上并且氧浓度为1×1017cm-3以下的外延层1001。[0079][第三实施方式：碳化硅单晶的制造方法][0080]第三实施方式涉及碳化硅单晶的制造方法。图6是示意性显示所述制造方法的流程图。如图6所示，所述制造方法包括准备步骤(S10)和晶体生长步骤(S20)。以下将对各个步骤进行说明。

[0081][准备步骤(S10)]

[0082]在准备步骤(S10)中，例如首先准备图3中显示的晶体生长装置50。具体而言，准备：腔室20，其包含进气口21、排气口22、焊接部310、和被构造成能够用水冷却至少包括焊

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接部310的部分的水冷部320；与排气口22连接的排气泵30；和配置在排气口22与排气泵30之间的露点仪40。[0083]此外，在准备步骤(S10)中，准备生长容器10。在此，期望通过将生长容器10在低露点环境下储存预定的时间或通过对生长容器10进行加热干燥，预先充分减少附着于生长容器10的水分。在此，低露点环境是指例如露点为-40℃以下的环境。预定时间例如为约1小时至约48小时。[0084]接着，在生长容器10内配置晶种11和原料12。同样地，期望例如通过将晶种11和原料12在低露点环境下储存预定的时间而预先减少附着于晶种11和原料12的水分。在生长容器10中，晶种11配置成面对原料12。例如，可以使用胶粘剂将晶种11粘接在基座3上。在这种情况下，期望在粘接后加热胶粘剂以减少水分。根据碳化硅单晶13的目标直径选择晶种11的直径。晶种11的直径例如为100mm以上。在将晶种11和原料12配置在生长容器10内之后，将生长容器10配置在腔室20内。[0085][晶体生长步骤(S20)]

[0086]在晶体生长步骤(S20)中，原料12在生长容器10内升华，从而在晶种11上生长碳化硅单晶13。

[0087]通过电阻加热器2加热生长容器10。在这种情况下，将晶种11周围的温度调节到例如约2000℃至约2300℃。此外，将原料12周围的温度调节到例如约2300℃至约2500℃。[0088]从进气口21引入惰性气体例如Ar气。引入的气体通过排气泵30从排气口22排出。根据引入的气体的流量和排气泵30的排气性能调节腔室20内的压力。通过排气口22的气体的露点由露点仪40监测。在本实施方式中，在维持高于原料12开始升华的压力的压力的状态下使气体流动的同时，维持待机状态直到通过排气口22的气体的露点变为-40℃以下。在通过排气口22的气体的露点变为-40℃以下后，将腔室20内的压力降低至例如5kPa以下。由此，原料12开始升华。升华的原料在晶种11上再沉积并生长为碳化硅单晶13。[0089]在本实施方式中，通过排气口22的气体的露点在晶体生长期间始终维持在-40℃以下。图7为对调查由本发明人使用升华法生长的碳化硅单晶13中的氧浓度与通过排气口22的气体的露点之间的关系所得结果进行作图而得到的图。图7中各点的具体数值示于表2中。

[0090][表2]

[0091]

氧浓度cm-3

1×10185×10172×10175×10151×1014

[0092]在图7中，横轴表示晶体生长期间腔室20内的露点，即通过排气口22的气体的露点，而纵轴表示生长后的碳化硅单晶13的氧浓度。如图7所示，随着露点降低，氧浓度减小。特别是当露点变为-40℃以下时，氧浓度急剧降低至1×1017cm-3以下。通过如上所述将氧浓

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露点℃0-20-40-60-80

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度设定为1×1017cm-3以下，可以抑制二维核生长的发生，否则二维核生长导致位错和堆垛层错增加。如图7和表2所示，随着露点降低，能够减少氧浓度。因此，可以说在晶体生长步骤(S20)中，通过排气口22的气体的露点优选维持在-50℃以下，更优选维持在-60℃以下，特别优选维持在-80℃以下。

[0093]在本文中公开的实施方式在任何方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求项而不是上述实施方式限定，并意图包括在所述权利要求项的等同范围和含义内的任何变更。[0094]标号说明[0095]2：电阻加热器；3：基座；4：收容部；10：生长容器；11：晶种；12：原料；13：单晶；15，153：绝热材料；20，120：腔室；21，121：进气口；22，122：排气口；23：窗部(观察窗口)；30，130：排气泵；32，132：排气管；40，140：露点仪；50，200：晶体生长装置；91，92：箭头；100：碳化硅单晶基板；101：主表面；131：引入管；150：反应室；152：发热体；154：石英管；155：感应加热线圈；156：平坦部；157：曲面部；158：预加热结构；160：基板支架；201：圆筒部；202：窗材料；203：法兰；204：螺钉；205：O形环(垫圈)；310：焊接部；320：水冷部；321：外壁；322：内壁；323：水流动路径；1000：碳化硅外延基板；1001：外延层。

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图4

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图5

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图6

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图10

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