碳化硅单晶基板及其制法_4

文档序号:8385622阅读:来源:国知局
步优选为50%W下。另外,当将使所述第一半圆区域分成2份的半径设定为r//时,如 果对夹持该半径IV/而具有±45°的中屯、角的扇形区域8a'进行定义(图2),则在该扇形 区域8a'内的多个测定点观察得到的螺旋位错密度的平均值为在第二半圆区域8b内的多 个测定点观察得到的螺旋位错密度的平均值的70%W下,优选为40%W下,更优选为30% W下。
[0091] 该样一来,在求出第一半圆区域8aW及第二半圆区域8b中各自的螺旋位错密度 的平均值时,其测定方法并没有特别的限制,但最一般地说,可W采用浸溃于500°C左右的 烙融KOH中而使基板表面侵蚀,然后用光学显微镜观察腐蚀坑的形状而测量螺旋位错密度 的方法。而且可W在各区域的多个测定点进行采用该光学显微镜的螺旋位错密度的测量, 从而求出各自的平均值。
[0092]此时,为了合适地判断是否是W直径为边界的单侧的第一半圆区域8a与相反 侧的第二半圆区域8b相比、螺旋位错得W降低的基板,例如可W如W下那样选择各区域的 测定点,测量螺旋位错密度而求出各自的平均值。此外,下述测定点的选择是它的一个例 子,当然并不局限于此。
[0093]也就是说,在基板内选择包含如上述那样特定的直径在内的使基板的圆周24 等分的12根直径,则如图5所示,当将从基板的中屯、点0W放射状延伸的24根半径ri~ r24当作将该中屯、点0设定为零而分别具有0~1的刻度的轴(假想轴)时,在第一半圆区 域8a观察得到的螺旋位错密度的平均值是从在下述i)~iii)的合计27个测定点测得的 值的平均求出的。同样,在第二半圆区域8b观察得到的螺旋位错密度的平均值是从在下述 iv)~V)的合计22个测定点测得的值的平均求出的。此外,在该例子中,直径上的测定 点包含在第一半圆区域8a内。
[0094]U中屯、点0
[0095] ii)ai~ai3
[0096] iii)bi~bi3
[0097] iv)ai4~a24
[009引 v)bi4~b24
[0099] 记号a和b所附带的数字与半径ri~r24所附带的编号相对应,例如a拟及b1为 半径ri上存在的测定点。其中,a是在各半径中刻度处于超过0且在0. 5W下的范围内的测 定点,b是在各半径中刻度处于超过0. 5且在1W下的范围内的测定点。该里,刻度0相当 于基板的中屯、点0,刻度1表示与基板的圆周上的点相当的位置。另外,具有同一记号的24 个测定点对于每一个记号a、b分别存在于同一圆上。此外,处于直径上的2个半径中的 一个为ri,将在第一半圆区域内与之邻接的半径设定为r,,该样沿圆周方向依次决定半径r 的编号。也就是说,半径ri~r13是存在于第一半圆区域8a内的半径,半径r14~r24是存 在于第二半圆区域8b内的半径。
[0100] 而且在本发明的SiC单晶基板8中,例如在第二半圆区域8b观察得到的螺旋位错 密度的平均值为1250个/cm2左右,与此相对照,在第一半圆区域8a观察得到的螺旋位错密 度的平均值为950个/cm2W下。具体地说,在第二半圆区域8b观察得到的螺旋位错密度 的平均值主要在800~1500个/cm2的范围内,与此相对照,在第一半圆区域8a观察得到 的螺旋位错密度的平均值为600个/皿2^下,优选为400个/cm2W下。也就是说,在第一 半圆区域8a观察得到的螺旋位错密度的平均值为在第二半圆区域8b观察得到的螺旋位错 密度的平均值的80%W下,优选为60%W下,进一步优选为50%W下。此外,在第一半圆区 域8a的多个测定点观察得到的螺旋位错密度的平均值理论上虽然可W说W0. 1个/cm2为 下限,但考虑到因原料中含有的杂质和来自石墨相蜗壁面的石墨对生长面的附着等生长扰 乱因子而使螺旋位错不可避免地发生等,目前可W认为1个/cm2为实质上的下限。
[0101] 另外,在合适地判断是否为扇形区域8a'与第二半圆区域8b相比、螺旋位错得W 进一步降低的基板时,在该扇形区域8a'观察得到的螺旋位错密度的平均值可W从在图5 所示的测定点中的下述i)、Vi)W及vii)的合计15个测定点测得的值的平均求出。
[0102] i)中屯、点 0
[010 引 vi)a4~ai0
[0104] vi;L)b4~bio
[0105] 而且在扇形区域8a'观察得到的螺旋位错密度的平均值为400个/cm2W下,优选 为250个/皿2^下,在扇形区域8a'观察得到的螺旋位错密度的平均值为在第二半圆区域 8b观察得到的螺旋位错密度的平均值的70%W下,优选为40%W下,更优选为30%W下。 关于在该扇形区域8a'的多个测定点观察得到的螺旋位错密度的平均值的下限,与第一半 圆区域8a的情况同样。
[0106] 在本发明中,由于利用上述的螺旋位错的结构变换,因而不会受到所得到的块状 SiC单晶5的晶型多型的限制。因此,w具有代表性的晶型多型即4H型为代表,也可w适 用于得到細型、3C型等块状SiC单晶的情况,特别地,在可W获得作为功率器件应用加W 重视的4H型SiC单晶基板8方面是有利的。另外,由于可W使用利用了通常使用的升华再 结晶法的碳化娃单晶制造装置,因而例如可W-边使用高纯度气体配管和质量流量控制器 而控制向生长气氛中供给的氮气量等,一边根据用途的不同而适当地向结晶中进行氮渗杂 等。再者,关于所得到的SiC单晶基板8的口径,虽然受到块状SiC单晶5的制造装置等的 制约,但在适用本发明的想法方面没有理论上的限制。
[0107] 本发明的SiC单晶基板8是部分降低了螺旋位错的基板,特别地,在第一半圆区 域8a观察得到的螺旋位错密度为在W前的基板中观察得到的螺旋位错密度的大约80%W下,或者与80%W下相当。因此,如果使用螺旋位错得W降低的半圆区域,则可W制作由 螺旋位错引起的漏电流和氧化膜寿命降低较少的高性能器件,从而可W容易地实现高性能 SiC器件的制作。如果举出一个例子,则对于MOSFET和J阳T等的制作是合适的。而且在晶 体管中,在可W得到使氧化膜可靠性显著提高等高品质器件方面也是有利的。再者,由于容 易进行与螺旋位错的分布相适应的器件制作,因而也可W提高整个器件制作的成品率。
[010引实施例
[0109] 下面基于实施例等,就本发明进行更具体的说明。此外,本发明并不局限于W下的 实施例的内容。
[0110] 图6是为了制造本发明的实施例的用于获得SiC单晶基板8的块状SiC单晶5的 装置,表示采用改良Lely法(升华再结晶法)的单晶生长装置的一个例子。结晶生长采用 如下的方法来进行;通过感应加热而使SiC的升华原料10升华,从而在SiC巧晶1上再结 晶。巧晶1安装在石墨盖12的内表面,升华原料10填充于石墨相蜗11的内部。该石墨相 蜗11W及石墨盖12为了进行热屏蔽而用石墨制拉15覆盖,设置在两重石英管13内部的 石墨支持椿14上。在采用真空排气装置19对石英管13的内部进行真空排气后,一边用质 量流量控制器18进行控制一边经由配管17流入高纯度Ar气W及氮气,然后一边采用真空 排气装置19调整石英管内压力(生长气氛压力),一边向工作线圈16通W高频电流,对石 墨相蜗11加热而进行结晶生长。该里,生长温度设定为SiC巧晶1的温度。
[0111] (实施例1)
[0112] 首先,从预先得到的块状SiC单晶切出口径为75mm的基板,进行镜面研磨而准备 相对于(0001)面具有4度偏离角的巧晶1。也就是说,作为巧晶1的该SiC巧晶基板的法 线与[0001]方向之间具有0s= 4°的偏离角,且其偏离方向ds为[11 - 20]方向。将该 巧晶1安装在上述说明的单晶生长装置的石墨盖12的内表面,并设置于填充有升华原料10 的石墨相蜗11中,在用石墨制拉15覆盖后,装载在石墨支持椿14上而设置于两重石英管 13的内部。
[0113] 然后,在对两重石英管13的内部进行真空排气后,作为气氛气体流入高纯度Ar 气,从而将石英管内压力设定为80kPa。在该压力下,向工作线圈16通W电流而使温度上 升,从而使巧晶1的温度上升至2200°C。然后,花费30分钟使生长气氛压力减压至1. 3kPa, 从而进行将巧晶1的(000 - 1)面设定为结晶生长面的20小时的结晶生长〔生长工序(i))。 根据在同样的条件下另行结晶生长而测定的结果进行估计,经过该20小时的结晶生长而 在巧晶上生长出厚度为6mm的SiC单晶(初期生长层。(生长速度为300ym/h)。此外,在 该结晶生长中导入适量的氮,使生长结晶中的氮浓度约为IX l〇i9cnT3,在包含此后的结晶 生长的全部生长工序中,使该氮流量保持至生长结束。
[0114] 在如上述那样生长厚度为6mm的SiC单晶后,接着W1. 3kPa/h的压力变化速度、 和0°CA的温度变化速度,用4小时使生长条件发生变化,保持6. 5Wa的生长气氛压力、和 2200°C的巧晶温度而进行20小时的结晶生长〔生长工序(ii))。根据另外进行的结晶生长 的结果来估计,经过该20小时的结晶生长而生长出厚度为1. 6mm的SiC单晶(结构变换层 3)(生长速度80ym/h)。
[0115] 接着W1. 3kPa/h的压力变化速度、和5°CA的温度变化速度,用4小时使生长条 件发生变化,用4小时使生长条件发生变化,保持1. 3Wa的生长气氛压力、和2220°C的巧 晶温度而进行30小时的结晶生长〔生长工序(iii))。同样,根据另外的结晶生长中的结果 进行估计,经过该30小时的结晶生长而生长出厚度为9mm的SiC单晶(主要生长结晶4) (生长速度300ym/h)。然后,便得到了口径大约为75mm、高度为16. 6mm的块状SiC单晶 (锭)5。
[0116] 对于上述得到的块状SiC单晶5,采用X射线结晶方位测定装置对方位进行确认, 同时W相对于结晶生长的方向大致垂直的方式从在生长工序(iii)中生长的主要生长结
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