[發明專利]SiC單晶及其制造方法

有效

• 申請號: 201380020512.8
• 申請日: 2013-04-05
• 公開（公告）號: CN104246026B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 旦野克典
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: C30B29/36
• 分類號: C30B29/36;C30B19/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 劉航,段承恩

技術領域

本發明涉及適合作為半導體元件的SiC單晶及其制造方法，更詳細地講，涉及貫穿位錯少的高品質的SiC單晶以及采用熔液法的高品質SiC單晶制造方法。

背景技術

SiC單晶在熱學、化學上非常穩定，機械強度優異，抗放射線，而且與Si單晶相比，具有高的絕緣擊穿電壓、高的熱導率等的優異的物性。因此，能夠實現在采用Si單晶、GaAs單晶等的已有的半導體材料時不能夠實現的高輸出、高頻率、耐電壓、耐環境性等，作為能夠實現大功率控制、節能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、車載用高溫器件材料、耐放射線器件材料等的寬范圍的下一代的半導體材料，期待在提高。

以往，作為SiC單晶的生長法，代表性的已知氣相法、艾奇遜(Acheson)法、以及熔液法。氣相法之中，例如升華法，有在生長了的單晶中容易產生被稱為微管缺陷的中空貫穿狀的缺陷和層積缺陷等的晶格缺陷以及晶體多型的缺點，但由于晶體的生長速度大，因此以往SiC塊單晶的多數是采用升華法制造的。另外，也進行了降低生長晶體的缺陷的嘗試，曾提出了采用升華法在(11-20)面以及(1-100)面上反復進行結晶生長來降低在＜0001＞方向傳播的位錯密度的方法(專利文獻1)。采用艾奇遜法時，由于作為原料使用硅石和焦炭并在電爐中加熱，因此由于原料中的雜質等而導致不能夠得到結晶性高的單晶。

熔液法，是在石墨坩堝中使C溶解于Si熔液或者將合金熔化到Si熔液并向該熔液中溶解C，在設置于低溫部的籽晶基板上使SiC結晶層析出并使其生長的方法。熔液法，與氣相法相比，進行在接近于熱平衡的狀態下的結晶生長，因此能夠期待低缺陷化。因此，最近，提出了好幾種采用熔液法的SiC單晶制造方法(專利文獻2)，提出了得到結晶缺陷少的SiC單晶的方法(專利文獻3)。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1:特開2003-119097號

專利文獻2:特開2008-105896號

專利文獻3:特開平6-227886號

發明內容

如專利文獻1～3所記載，在升華法或者熔液法中，降低生長晶體的缺陷的嘗試曾被進行。但是，為了穩定地得到能夠作為半導體元件使用的高品質的SiC單晶，上述方法尚不充分，特別是高合格率地制造不含貫穿位錯的SiC單晶依然困難。在升華法中，難以得到大致不含或者完全不含貫穿位錯的單晶，在熔液法中，籽晶的位錯容易傳播，也難以得到在與籽晶的生長面垂直的方向的生長晶體中大致不含或者完全不含貫穿位錯的單晶。

本發明是解決上述課題的發明，其目的是提供降低了貫穿螺旋位錯、貫穿刃型位錯、以及微管缺陷這些貫穿位錯密度的高品質的SiC單晶、以及這樣的SiC單晶的制造方法。

本發明為一種采用熔液法的SiC單晶制造方法，使SiC籽晶接觸具有從內部向表面溫度降低的溫度梯度的Si-C熔液而使SiC單晶生長，該制造方法包括：

使Si-C熔液的表面區域的溫度梯度成為10℃/cm以下；

使SiC籽晶的(1-100)面接觸Si-C熔液；以及

在籽晶的(1-100)面上以小于20×10^-4cm²/h·℃的、SiC單晶的生長速度相對于溫度梯度的比(單晶的生長速度/溫度梯度)使SiC單晶生長。

本發明為一種SiC單晶，其是以SiC籽晶為基點而生長出的SiC單晶，(0001)面中的貫穿位錯密度比籽晶的(0001)面中的貫穿位錯密度小。

根據本發明，能夠得到(0001)面中的貫穿位錯密度小的SiC單晶。

附圖說明

圖1是在本發明中能夠使用的采用熔液法的單晶制造裝置的截面模式圖。

圖2是本發明涉及的、在(1-100)面上生長出的SiC單晶的生長面的外觀照片。

圖3是從本發明涉及的以籽晶為基點的(1-100)面生長晶體切取(0001)面，進行了熔融堿腐蝕的(0001)面的顯微鏡照片。

圖4是對圖3的籽晶部分進行了放大觀察的照片。

圖5是對圖3的生長晶體部分進行了放大觀察的照片。

圖6是(11-20)面生長出的晶體的生長面的外觀照片。

圖7是(1-100)面生長出的晶體的生長面的外觀照片。

圖8是表示(1-100)面生長中的、基于Si-C熔液的表面區域的溫度梯度以及單晶生長速度/溫度梯度的比的、生長條件范圍的圖。

具體實施方式