[發(fā)明專利]碳化硅單晶、碳化硅晶片和半導(dǎo)體器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280023709.2
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN103635615A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郡司島造;浦上泰;安達步
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社電裝;豐田自動車株式會社
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;H01L29/161
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 陳建全

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳化硅單晶、碳化硅晶片及半導(dǎo)體器件，更詳細(xì)而言涉及基底面位錯的直線性高且基底面位錯高度取向的碳化硅單晶以及由這樣的碳化硅單晶制造的碳化硅晶片及半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

碳化硅（SiC）已知有具有六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)的高溫型（α型）和具有立方晶系的晶體結(jié)構(gòu)的低溫型（β型）。碳化硅與硅相比具有如下特點：不僅耐熱性高，而且還具有寬的能隙，并且絕緣擊穿電場強度大。因此，由碳化硅單晶構(gòu)成的半導(dǎo)體作為代替硅半導(dǎo)體的下一代功率器件的候選材料而備受期待。特別是，α型碳化硅由于比β型碳化硅的能隙寬，所以其作為超低功耗功率器件的半導(dǎo)體材料而備受注目。

α型碳化硅具有作為其主要晶面的{0001}面（以下也將其稱為“c面”）和與{0001}面垂直的{1-100}面及{11-20}面（以下也將它們總稱為“a面”）。

一直以來，作為獲得α型碳化硅單晶的方法，已知有c面生長法（c-plane?growth?method）。這里，“c面生長法”是指如下方法：作為籽晶，使用使c面或與c面的偏斜角（offset?angle）為規(guī)定的范圍的面作為生長面露出的碳化硅單晶，并且利用升華再析出法等方法使碳化硅單晶在生長面上生長。

然而，在利用c面生長法得到的單晶中，存在微管缺陷（直徑為數(shù)μm～100μm左右的管狀的空隙）、c軸貫通型螺旋位錯（以下簡稱為“螺旋位錯”）等缺陷在與<0001>方向平行的方向上極為多發(fā)這樣的問題。另外，在c面生長晶體中，在c面內(nèi)存在大量基底面位錯，它們與c軸方向的螺旋位錯復(fù)雜地纏結(jié)在一起（非專利文獻1）。

特別是，基底面位錯由于位錯彼此纏結(jié)而在{0001}面內(nèi)大幅彎曲。在如此基底面位錯彎曲的情況下，當(dāng)從單晶取出用于制造器件的基板（通常為了形成外延生長膜而以使其與{0001}面有4°～8°的偏斜角的方式進行切片）時，有時一條基底面位錯會在基板表面上多個部位露出（參照圖15）。其結(jié)果是，當(dāng)形成外延生長膜時，由多個部位繼承位錯（非專利文獻2、3）。

另外，在基底面位錯彎曲的情況下，基底面位錯在結(jié)晶學(xué)上朝向各個方向。當(dāng)使用這樣的單晶來制作器件、使器件工作時，工作中基底面位錯分解為朝向結(jié)晶學(xué)上穩(wěn)定的方向（<11-20>方向）的局部位錯，從而形成疊層缺陷（堆垛層錯，stacking?fault）（參照圖16），有時還會引起器件的特性劣化（雙極器件的正向劣化現(xiàn)象）（非專利文獻4）。

為了使一條線與平面多處交叉，該線必須不能為直線。為了使交叉部位減小，該線優(yōu)選為直線。因此，從幾何學(xué)上也可知：為了防止基底面位錯在基板表面上多個部位露出，優(yōu)選在降低基底面位錯的數(shù)密度、總長度的同時將其直線性地設(shè)置（參照圖17）。另外，由于基底面位錯在朝向結(jié)晶學(xué)上穩(wěn)定的方向的情況下難以分解為局部位錯，因此優(yōu)選使基底面位錯向上述那樣的結(jié)晶學(xué)上穩(wěn)定的方向取向化（參照圖18）。由此，可認(rèn)為對于器件特性的影響也會減小。

另一方面，如專利文獻1所述，通過在重復(fù)a面生長后使c面生長的方法（RAF法），能夠降低晶體中的位錯密度。另外，非專利文獻5中記載了：使用RAF法，基底面位錯會有取向化的趨勢。然而，在該文獻中，用于判斷有無取向性或直線性的尺度并不明確。此外，位錯密度依然高，而且與貫通缺陷的纏結(jié)多發(fā)，并且雖然在各個位錯內(nèi)部分地確認(rèn)到了取向化的趨勢，但是直線性不強，彎曲部分也多。另外，這樣的區(qū)域限于亞毫米級的區(qū)域。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2003-119097號公報

非專利文獻

非專利文獻1：S.Wang?et?al.,Mater.Res.Soc.Symp.Proc.339(1994)735

非專利文獻2：I.Kamata?et?al.,Materials?Science?Forum?vols.645-648(2010)pp.303-306

非專利文獻3：B.Kallinger?et?al.,ICSCRM2009Technical?Digest?Tu-2A-2

非專利文獻4：R.E.Stahlbush?et?al.,Materials?Science?Forum?vols.645-648(2010)pp.271-276

非專利文獻5：D.Nakamura?et?al.,Journal?of?Crystal?Growth304(2007)57-63

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的問題