[發(fā)明專利]SiC單晶、其制造方法、SiC晶片和半導(dǎo)體器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280027744.1
• 申請(qǐng)日: 2012-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN103582723B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郡司島造;重藤啟輔;浦上泰;山田正德;安達(dá)步;小林正和
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社豐田中央研究所;株式會(huì)社電裝;昭和電工株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C30B29/36
• 分類號(hào): C30B29/36;H01L21/203
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 楊海榮,穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及SiC單晶及其制造方法以及SiC晶片和半導(dǎo)體器件。更具體地，本發(fā)明涉及含有很少不同取向的晶體塊或很少異質(zhì)多型晶體塊的SiC單晶及其制造方法以及從所述SiC單晶切出的SiC晶片和半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

在SiC(碳化硅)中，具有六方晶系晶體結(jié)構(gòu)的高溫型(α型)和具有立方晶系晶體結(jié)構(gòu)的低溫型(β型)是已知的。與Si相比，SiC的特征在于具有高耐熱性、寬帶隙和高介電擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。基于所述原因，預(yù)期包含SiC單晶的半導(dǎo)體為取代Si半導(dǎo)體的下一代功率器件的候選材料。特別地，α型SiC的帶隙比β型SiC的帶隙更寬，因此α型SiC作為超低電力損失功率器件的半導(dǎo)體材料引起了關(guān)注。

作為主要的晶面，α型SiC具有{0001}面(下文中也稱作“c面”)、以及與{0001}面垂直的{1-100}面(m面)和{11-20}面(狹義的a面)。在本發(fā)明中，“a面”是指廣義的a面，即“m面和狹義的a面的統(tǒng)稱”。當(dāng)需要對(duì)m面和狹義的a面進(jìn)行區(qū)分時(shí)，分別將其稱作“{1-100}面”和“{11-20}面”。

作為得到α型SiC單晶的方法，至今已知的有c面生長法。此處引用的“c面生長法”是指使用其中c面或?qū)面的偏離角在預(yù)定范圍內(nèi)的a面露出以作為生長面的SiC單晶作為籽晶、并通過升華析出法等在生長面上生長SiC單晶的方法。

然而，問題在于，在通過c面生長法得到的單晶中，在平行于<0001>方向的方向上產(chǎn)生大量缺陷如微管缺陷(直徑為約幾μm到100μm的管狀空隙)和貫通型螺旋位錯(cuò)(下文中還僅稱作“螺旋位錯(cuò)”)。

為了實(shí)現(xiàn)高性能的SiC功率器件，降低在SiC半導(dǎo)體中產(chǎn)生的泄漏電流是必須的條件。認(rèn)為在SiC單晶中產(chǎn)生的缺陷如微管缺陷和螺旋位錯(cuò)造成這種泄漏電流的增大。

于是，為了解決該問題，已經(jīng)提出了各種建議。

例如，專利文獻(xiàn)1公開了一種通過使用具有自c面傾斜約60°～約120°并露出以作為生長面的面(例如{1-100}面或11-20面)的籽晶來生長SiC單晶的SiC單晶生長方法(下文中將這種生長方法稱作“a面生長法”)。

上述文獻(xiàn)教導(dǎo)了：

(1)當(dāng)在自c面傾斜約60°～約120°的晶面上生長SiC時(shí)，在晶面上呈現(xiàn)原子層陣列，由此使得易于生長具有與原始籽晶相同類型的多型結(jié)構(gòu)的晶體；

(2)當(dāng)使用該方法時(shí)，不會(huì)發(fā)生螺旋位錯(cuò)；以及

(3)當(dāng)籽晶包含在c面上具有滑移面的位錯(cuò)時(shí)，該位錯(cuò)被攜帶至生長晶體。

專利文獻(xiàn)2公開了一種SiC單晶的生長方法，包括如下步驟：

通過使用具有{10-10}面作為生長面的籽晶生長SiC；

從得到的單晶取出{0001}晶片；以及

通過使用該晶片作為籽晶而生長SiC。

上述文獻(xiàn)教導(dǎo)了，通過該方法，

(1)得到具有很少微管缺陷的SiC單晶；以及

(2)由于得到了比艾奇遜(Acheson)晶體大得多的{0001}晶片，所以將其用作籽晶以容易地生長大尺寸晶體。

專利文獻(xiàn)3和4公開了一種制造SiC單晶的方法，包括如下步驟：

在正交方向上實(shí)施多次a面生長；和

在最后實(shí)施c面生長。

上述文獻(xiàn)教導(dǎo)了：

(1)隨著a面生長的重復(fù)次數(shù)的增大，生長晶體中的位錯(cuò)密度呈指數(shù)方式下降；

(2)不能避免在a面生長期間發(fā)生疊層缺陷；以及

(3)當(dāng)在最后實(shí)施c面生長時(shí)，不發(fā)生微管缺陷和螺旋位錯(cuò)并得到幾乎不具有疊層缺陷的SiC單晶。

此外，專利文獻(xiàn)5公開了一種SiC單晶的生長方法，其中將具有如下晶面的籽晶用于升華析出法中，所述晶面自垂直于SiC單晶的(0001)基面的面在(000-1)C面方向上具有5°～30°的偏離角。

上述文獻(xiàn)教導(dǎo)了：

(1)當(dāng)使用相對(duì)于(000-1)C面方向偏離的面時(shí)，與使用相對(duì)于(0001)Si面方向偏離的面時(shí)相比，幾乎不得到具有不同晶體取向的晶粒；

(2)當(dāng)使用相對(duì)于(000-1)C面方向偏離的面時(shí)，與垂直于(0001)基面的非極性面相比，很少產(chǎn)生這種顆粒；以及

(3)當(dāng)相對(duì)于(000-1)C面方向的偏離角太大時(shí)，易于產(chǎn)生多型的混合物并產(chǎn)生大量晶體缺陷。