SiC单晶及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及作为半导体元件合适的SiC单晶及其制造方法，更详细而言，本发明设 及缺陷少的局质量Si C单晶W及基于溶液法的局质量S i C单晶的制造方法。
【背景技术】
[0002] SiC单晶在热学、化学方面非常稳定，机械强度优异，耐放射线方面强，而且与Si单 晶相比，具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等优异的物性。因此，可实现Si单晶和GaAs单 晶等现有半导体材料不能实现的高输出、高频、耐电压、耐环境性等，作为可进行大电力控 制和节能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、车载用高溫器件材料、耐放射 线器件材料等运样宽范围中的新一代的半导体材料的期待正在高涨。
[0003] W往，作为SiC单晶的生长方法，已知的有代表性的气相法、艾奇逊(Acheson)法和 溶液法。在气相法中，例如在升华法中，虽然具有在所生长的单晶中容易产生被称作微管缺 陷的中空贯穿状的缺陷、层叠缺陷等晶格缺陷和多晶型的缺点，但是由于晶体的生长速度 快，因此W往SiC块状单晶大多通过升华法制造。另外，也进行了减少生长晶体的缺陷的尝 试，提出了利用升华法在（11-20)面和（1-100)面反复进行晶体生长，由此减少缺陷的方法 (专利文献1)。由于在艾奇逊法中使用娃石和焦炭作为原料并在电炉中进行加热，因此，因 原料中的杂质等而不可能得到结晶性高的单晶。
[0004] 溶液法为如下方法:在石墨相蜗中形成Si烙液或将合金烙化在Si烙液中，使C溶解 到该烙液中，使SiC晶体层在设置于低溫部的晶种基板上析出并生长。由于溶液法与气相法 相比进行接近热平衡状态下的晶体生长，因此可期待低缺陷化。因此，最近，提出了一些基 于溶液法的SiC单晶的制造方法，提出了得到具有平坦性优异的生长表面的SiC单晶的方法 (专利文献2)、得到晶体缺陷少的SiC单晶的方法(专利文献3)。
[000引现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:特开2003-119097号公报 [000引专利文献2:特开2007-197231号公报
[0009] 专利文献3:特开平6-227886号公报
【发明内容】
[0010] 发明所要解决的课题
[0011] 如专利文献1~3所记载的那样，在升华法或溶液法中，进行了提高生长表面的平 坦性和减少生长晶体的缺陷的尝试。但是，为了稳定地得到能够作为半导体元件使用的高 质量的SiC单晶，上述方法仍不充分，特别是高产率地制造贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微 管缺陷、基底面位错和层叠缺陷减少的SiC单晶依然是困难的。在升华法中，难W得到几乎 不包含或完全不包含贯穿位错的单晶，在溶液法中，晶种的位错易于传播至生长晶体，也难 W得到贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷、基底面位错和层叠缺陷的密度都小的高质 量的SiC单晶。
[0012] 本发明解决了上述课题，目的在于提供一种贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺 陷、基底面位错和层叠缺陷的密度减小的SiC单晶，W及运样的SiC单晶的制造方法。
[0013] 用于解决课题的手段
[0014] 本发明为SiC单晶的制造方法，其为使SiC晶种基板与具有从内部向表面溫度降低 的溫度梯度的Si-C溶液接触W使SiC单晶生长的SiC单晶的制造方法，其包括：W(l-lOO)面 作为生长面使SiC单晶生长的第1工序，使{0001}面从生长的SiC单晶露出的第2工序，和使 用使{0001}面露出了的SiC单晶作为晶种，W {0001}面作为生长面使SiC单晶生长的第3工 序。
[0015] 另外，本发明为SiC单晶，其中，贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷和基底面 位错的密度分别为10个/cm2w下，并且层叠缺陷的密度为10个/cmW下。
[0016] 发明效果
[0017] 根据本发明，能够得到贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷、基底面位错和层 叠缺陷的密度小的SiC单晶。
【附图说明】
[0018] 图1是说明根据本发明的方法的示意图。
[0019] 图2是W晶种基板作为基点生长的SiC晶体的断面示意图的一个例子。
[0020] 图3是W晶种基板作为基点生长的SiC晶体的断面示意图的一个例子。
[0021] 图4是在进行m面生长的情况下，使与作为相对于生长方向的侧面的（000-1)面相 接的外周部的一部分为粗糖状态时的晶体生长面的示意图。
[0022] 图5是示出连续进行15小时SiC晶体生长时基于Si-C溶液的表面区域的溫度梯度 的晶种基板厚度与晶体生长速度的关系的图。
[0023] 图6是示出连续进行24小时SiC晶体生长时基于Si-C溶液的表面区域的溫度梯度 的晶种基板厚度与晶体生长速度的关系的图。
[0024] 图7是表示可在本发明中得到的晶体厚度与晶体生长速度的关系的示意图。
[0025] 图8是可在本发明中使用的单晶制造装置的剖面示意图。
[0026] 图9是从生长面观察的实施例1的第1工序的第一次工序(A)中得到的SiC晶体的照 片。
[0027] 图10是从生长面观察的实施例1的第1工序中得到的SiC晶体的照片。
[0028] 图11是对实施例1中生长的SiC晶体进行了烙融碱蚀刻的面的显微镜照片。
[0029] 图12是对在实施例1中作为晶种基板使用的通过升华法制作的SiC单晶进行了烙 融碱蚀刻的面的显微镜照片。
[0030] 图13是从生长面观察的实施例2的第1工序的第一次工序(A)中得到的SiC晶体的 照片。
[0031] 图14是对比较例1中进行（1-100)面生长的SiC晶体进行了蚀刻的面的显微镜观察 照片。
[0032] 图15示出（1-100)面生长中的单晶生长速度/溫度梯度之比与Si-C溶液的表面区 域的溫度梯度的最佳生长条件范围。
[0033] 图16是实施例中生长的SiC晶体的断面透射图像。
[0034] 图17是实施例中生长的SiC晶体的断面透射图像。
【具体实施方式】
[0035] 在本说明书中，（1-100)面等的表达中的"-Γ是将原本在数字上方赋予横线而表 达之处表达为"-Γ。
[0036] 如上述专利文献1所记载的那样，W往，认为RAF生长法对于晶体的低缺陷化是有 效的，进行了利用升华法反复进行（11-20)面(也称作a面)生长和（1-100)面(也称作m面)生 长，由此制作缺陷减少的晶体。但是，即使通过RAF法也难W得到无缺陷的单晶，另外，需要 (11-20)面和（1-100)面的反复生长，因此期望可进一步减小缺陷密度并且简便的制造方 法。
[0037] 本发明人对于在基于溶液法的SiC单晶的制造中，与W往相比能够减少可在生长 晶体中产生的贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷、基底面位错和层叠缺陷的高质量的 SiC单晶进行了专屯、研究。
[0038] 其结果，发现了如下的SiC单晶的制造方法：使用溶液法进行W晶种基板的（1-100)面(也称作m面)作为基点的m面生长，进而从m面生长的SiC单晶切出{0001}面，使用切 出了 {0001}面的SiC单晶作为晶种基板，使用溶液法进行^{0001}面(也称作C面)作为基点 的C面生长。
[0039] 通过使用溶液法进行m面生长，能够得到与晶种相比，几乎不包含或完全不包含贯 穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷的SiC单晶。另外，根据该方法可知，通过一次m面生 长，可得到与晶种相比，贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷大幅度减少的SiC单晶，而 不需要改变生长面使单晶反复生长。
[0040] 而且发现，通过使{0001}面从m面生长的SiC单晶露出，使用使{0001}面露出了的 SiC单晶作为晶种，使用溶液法进行^{0001}面(也称作C面)作为基点的C面生长，可得到不 仅贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错和微管缺陷下，统一称作贯穿位错)低，而且基底面位错 和层叠缺陷的密度也低的SiC单晶。
[0041] 本发明WSiC单晶的制造方法为对象，该制造方法为使SiC晶种基板与具有从内部 向表面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接触W使SiC单晶生长的SiC单晶的制造方法，其包 括：W(l-lOO)面作为生长面使SiC单晶生长的第1工序，使{0001}面从生长的SiC单晶露出 的第2工序，和使用使{0001}面露出了的SiC单晶作为晶种，^{0001}面作为生长面使SiC单 晶生长的第3工序。
[0042] 在第1工序中，使SiC晶种基板的（1-100)面与Si-C溶液接触，使SiC单晶在晶种基 板的（1-100)面上生长。在第2工序中，使{0001}面从生长的SiC单晶露出。接着，在第3工序 中，使用使{0001}面露出了的SiC单晶作为晶种，^{0001}面作为基点进行晶体生长。
[0043] 在第2工序中，使{0001}面从生长的SiC单晶露出的方法可W是任意方法，例如可 通过切出和/或抛光来进行。利用抛光对露出的{0001}进行镜面加工，通过第3工序进行 {0001}面生长。
[0044] 根据本方法，能够得到贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷和基底面位错的各 自密度为10个/cm2 W下、优选为5个/cm2 W下、更优选为1个/cm2 W下、进一步优选为0个/cm2 并且层叠缺陷的密度为10个/cmW下、优选为5个/cmW下、更优选为1个/cmW下、进一步优 选为0个/cm的SiC单晶。
[004引在根据本发明的SiC单晶的制造方法中使用溶液法。用于制造 SiC单晶的溶液法是 指如下方法:在相蜗内形成从Si-C溶液的内部向溶液的表面溫度降低的溫度梯度，由此使 Si-C溶液的表面区域过饱和，W与Si-C溶液接触的晶种基板作为基点，使SiC单晶在晶种基 板上生长。
[0046] 在本方法的第1工序中，可使用通常用于SiC单晶制造的质量的SiC单晶作为晶种 基板。例如，可使用通过升华法常规制作的SiC单晶作为晶种基板。在通过运样的升华法常 规制作的SiC单晶中，通常包含许多贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷、基底面位错和 层叠缺陷。根据本方法，能够得到贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、微管缺陷、基底面位错和层 叠缺陷的密度分别小于晶种基板所包含的密度、优选运些密度为零的SiC单晶。
[0047] 如图1所示，在本方法中，使用具有（1-100)面的SiC晶种1，使用溶液法W该（1-100)面作为基点使SiC单晶进行（1-100)面生长，从而得到（1-100)面生长晶体2。接着，使 {0001}面从(1-100)面生长晶体2露出，得到{0001}面生长用的SiC晶体3。接着，使用{0001} 面生长用的SiC晶体3作为晶种，进一步使SiC单晶进行{0001}面生长，得到{0001}面生长晶 体5。
[0048] 在（1-100)面生长用的SiC晶种1中，通常包含包括贯穿螺旋位错、贯穿刃型位错、 微管缺陷、基底面位错和层叠缺陷的缺陷。作为贯穿位错4,图示了可在垂直于C轴的方向传 播的线状缺陷。在（1-100)面生长晶体2中，虽然可包含基底面位错和层叠缺陷，但是由于贯 穿螺旋位错、贯穿刃型位错和微管缺陷非常少或者完全不包含，因此在W该SiC单晶的 {0001}面作为基点进一步使晶体生长时，能够得到不仅几乎不包含或完全不包含贯穿螺旋 位错、贯穿刃型位错和微管缺陷，而且也几乎不包含或完全不包含基底面位错和层叠缺陷 的质量非常高的SiC单晶。
[0049] 运是由于在进行{0001}面生长时，在成为生长基点的晶种的{0001}面中的贯穿位 错非常少或者完全不包含，因此从具有{0001}面的晶种向生长晶体传播的贯穿位错非常少 或者完全没有，并且晶种可包含的基底面位错和层叠缺陷难W向{0001}面生长晶体5中传 播。
[0050] 表1中示出4H- SiC单晶中的主要缺陷的性质。
[0051 ]表1 4H-Sic单晶中的主要缺陷的性质
[0052]
[0053] 第1工序中使用的具有（1-100)面的SiC晶种基板例如可W为板状、圆盘状、圆柱 状、棱柱状、圆锥台状或棱锥台状等任意形状。可使用（1-100)面作为与Si-C溶液面接触的 晶种基板的底面，可使用相对侧的顶面作为保持于石墨轴等的晶种保持轴的面。
[0054]在根据本发明的方法中，在第1工序中，使SiC晶种基板的（1-100)面与Si-C溶液接 触，使SiC单晶在晶种基板的（1-100)面上生长。此时，晶种基板的（1-100)面包括偏离 (off set)角度优选为± 10° W内、更优选为± 5° W内、进一步优选为± 1° W内的面，再进一 步优选为正面O'ust surface)。
[005引另外，在根据本发明的方法中，在第3工序中，使SiC晶种的{00(Π }面与Si-C溶液接 触，使SiC单晶在晶种的{0001}面上生长。此时，晶种的{0001}面包含偏离角度优选为±8° W内、更优选为±4° W内、进一步优选为± 1° W内的面，再进一步优选为正面。
[0056] 在第3工序中，在使超过500WI1厚的晶体生长时，生长面优选为(000-1)面(C面）。
[0057] 在根据本发明的方法中，为了得到厚的生长晶体，优选进行SiC单晶的反复生长。 特别地，更优选在第1工序中反复进行m面生长。
[0058] 为了通过根据本发明的方法的第3工序得到大口径的C面生长晶体，需要具有规定 面积的C面的SiC单晶作为晶种，因此，需要规定厚度(长度）的m面生长晶体。为了得到规定 厚度的m面生长晶体，提高生长速度、延长生长时间W及反复多次地进行生长是有效的。但 是，由于在m面生长中易于产生夹杂物，因此难W提高生长速度，另外，如果过度延长生长时 间，则如下述说明的那样，生长晶体中可产生多晶。因此，在m面生长中，反复多次地进行生 长是更有效的。
[0059] 在基于溶液法进行SiC单晶的反复生长的情况下，使用生长的晶体作为晶种，进而 使SiC单晶生长。但是，在用作晶种的生长晶体中，有时包含多晶部。如果W包含多晶的生长 晶体作为基点进而使晶体生长，则有时由于最终产生大量多晶而得不到单晶SiC，因此举出 了对成为晶种的生长晶体的生长面进行抛光来除去多晶的对策。然而，为了抑制多晶的产 生，有时仅对成为晶种的生长晶体的生长面进行抛光是不够的。
[0060] 而且，本发明人发现，在进行反复生长时，除去相对于生长晶体的生长方向的侧面 的多晶部和/或结晶性低的单晶部对于抑制其后的晶体生长中的多晶产生是有效的。
[0061] 根据本发明的方法的第1工序和/或第3工序也可W包括：
[0062] (A)W晶种作为起点使SiC晶体生长的工序，
[0063] (B)从相对于工序(A)或工序(C)中生长的SiC晶体的生长方向的侧面除去多晶部 和/或结晶性低的单晶部中的至少一部分的工序，和
[0064] (C)W工序(A)中生长的SiC晶体或工序(B)中得到的SiC晶体作为起点使SiC晶体 生长的工序。工序(B)和工序(C)可进行1次或2次W上。
[0065] 在工序(A)中，W晶种(其为SiC单晶)作为基点使SiC晶体生长。但是，在生长的SiC 晶体中，不仅可包含结晶性良好的单