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，设及不包 含夹杂物的高质量的SiC单晶W及基于溶液法的不包含夹杂物的高质量的SiC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，耐福射线方面强，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理性质。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、 耐福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，代表性的已知有气相法、艾奇逊(Acheson)法和溶 液法。在气相法中，例如在升华法中，虽然存在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体运样的缺点，但是由于晶体的生成 速度大，因此W往大多SiC块状单晶通过升华法制造。在艾奇逊法中，由于使用娃石和焦炭 作为原料并在电炉中进行加热，因此，由于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 相比进行在接近热平衡的状态下的晶体生长，因此可期待低缺陷化。因此，最近，已提出了 一些基于溶液法的SiC单晶的制造方法，提出了一种用于W快的生长速度得到SiC单晶的 SiC单晶的制造方法(专利文献1)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:特开2013-147397号公报
【发明内容】
[000引发明所要解决的课题
[0009] 但是，在W往提出的基于溶液法的SiC单晶的制造方法中，在使具有大的生长厚度 的SiC单晶生长时，有时产生夹杂物。
[0010] 用于解决课题的手段
[0011] 本发明为SiC单晶，其为通过溶液法而生长的SiC单晶，其中，SiC单晶的{0001}生 长面中的{1-100}面构成的外周部的合计长度Μ与SiC单晶的生长面的外周长度P满足M/P< 0.70的关系，并且SiC单晶的生长方向的长度为2mmW上。
[0012] 另外，本发明为SiC单晶的制造方法，其是在相蜗内使保持于晶种保持轴的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，该制造方法包括：
[0013] W晶种基板的{0001}面为基点使SiC单晶生长，使得其具有2mmW上的生长方向的 长度，和
[0014] 使自<11-20〉方向的热损失低于自<1-100〉方向的热损失，
[001引晶种基板的直径S相对于相蜗内径C的比例即S/C满足0.17<S/C<1.0的关系。
[0016] 发明效果
[0017] 根据本发明，可得到具有大的生长厚度并且不包含夹杂物的SiC单晶。
【附图说明】
[0018] 图1是在具有六边形的SiC晶体生长面上形成的阶梯式流动（step-flow)生长部的 示意图。
[0019] 图2是从生长面观察的根据本发明的SiC单晶的显微镜照片。
[0020] 图3是示出检查生长晶体中有无夹杂物时的生长晶体的切出部位的示意图。
[0021] 图4是具有凹形状的晶体生长面的SiC单晶锭的剖面示意图。
[0022] 图5是从晶种基板侧(下侧)观察的使晶种基板14保持于在侧面具有凹凸形状的圆 柱状的晶种保持轴12的情形的示意图。
[0023] 图6是从晶种基板侧(下侧)观察的使晶种基板14保持于剖面具有六边形的晶种保 持轴12的情形的示意图。
[0024] 图7是从晶种保持轴侧(上侧)观察的使晶种基板14保持于剖面具有六边形的晶种 保持轴12的情形的示意图。
[0025] 图8是从晶种保持轴侧(上侧)观察的将保溫材料8配置在保持有晶种基板14的晶 种保持轴12周围的情形的示意图。
[0026] 图9是从晶种保持轴侧(上侧)观察的将晶种保持轴12穿过相蜗上部的盖（隔热材 料18)的六边形的开口部28的情形的示意图。
[0027] 图10是形成于晶种基板与Si-C溶液之间的弯液面的剖面示意图。
[0028] 图11是表示可在本发明中使用的基于溶液法的单晶制造装置的一例的剖面示意 图。
[0029] 图12是在实施例中W晶种基板14为基点生长的SiC单晶的从侧面观察的外观照 片。
[0030] 图13示出实施例中得到的生长晶体的剖面的光学显微镜照片。
[0031] 图14是在比较例中W晶种基板14为基点生长的SiC单晶的从侧面观察的外观照 片。
[0032] 图15是从生长面观察的比较例中生长的SiC单晶的外观照片。
[0033] 图16是得到的生长晶体的剖面的光学显微镜照片。
[0034] 图17是表示实施例和比较例中得到的SiC晶体的晶体生长厚度与M/P的关系的图。
【具体实施方式】
[0035] 在本说明书中，（1-100)面等的表述中的"-Γ是将原本在数字上赋予横线而表述 之处表达为"-Γ。
[0036] 在基于溶液法的SiC单晶的生长中，由于生长界面的不稳定性，有时在生长界面在 SiC生长晶体中产生夹杂物。
[0037] 在本说明书中，夹杂物是指SiC单晶生长中使用的Si-C溶液在生长晶体中的卷入 物(卷香
[0038] 在基于溶液法的SiC单晶生长中，为了 W不产生夹杂物的方式使晶体生长，在生长 面进行同屯、圆状的阶梯式流动生长是有效的。图1中示出生长面上的阶梯式流动生长部1的 示意图。如图1所示，通过在生长面上进行同屯、圆状的阶梯式流动生长，得到了稳定的界面， 变得易于抑制夹杂物的产生。
[0039] 另一方面，由于SiC单晶为六方晶，因此生长晶体易于具有六方柱形状，如图1所 示，在使{0001}面生长的情况下，晶体生长面2易于具有六边形。
[0040] 运样，已知：当使SiC单晶在{0001}面上生长时，由于生长晶体易于生长成具有具 备六边形形状的生长面，因此即使进行用于抑制夹杂物的阶梯式流动生长，在该六边形生 长面的外周部与生长面上的同屯、圆状的阶梯式流动生长部之间的间隙处也可产生夹杂物。 特别地，还已知：在得到具有2mmW上的大的生长厚度的SiC单晶时，易于引起夹杂物的产 生。
[0041] 基于运样的认识，本发明人等进行了专屯、研究，发现了运样的SiC单晶，其是具有 2mmW上的生长方向的长度的SiC单晶，具有{0001}面的生长面，并且具有该生长面中的{1- 100}面所构成的外周部的合计长度Μ与生长面的外周长度P满足M/P^ 0.70的关系的形状。
[0042] 本发明WSiC单晶为对象，该SiC单晶是通过溶液法生长的SiC单晶，其中，SiC单晶 的{0001}生长面中的{1-100}面所构成的外周部的合计长度Μ与SiC单晶的生长面的外周长 度P满足M/P< 0.70的关系，并且SiC单晶的生长方向的长度为2mmW上。
[0043] 根据本发明的SiC单晶的生长面为{0001}面，即，可W为(0001)面(也称作Si面)或 (000-1)面(也称作C面）。优选地，根据本发明的SiC单晶的生长面为(000-1)面。
[0044] 根据本发明的SiC单晶的生长厚度为2mmW上，优选为3mmW上，更优选为4mmW上， 进一步优选为5mmW上，再进一步优选为6mmW上。根据本发明，可得到在上述厚度的全部范 围内不包含夹杂物的SiC单晶。
[0045] 根据本发明的SiC单晶的直径优选为12mmW上，更优选为25mmW上，进一步优选为 45mmW上，再进一步优选为50mmW上。根据本发明，可得到在上述直径的全部范围内不包含 夹杂物的SiC单晶。
[0046] 溶液法是指使SiC晶种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 从而使SiC单晶生长的SiC单晶的制造方法。通过形成从Si-C溶液的内部向溶液的表面溫度 降低的溫度梯度，可使Si-C溶液的表面区域过饱和，W与Si-C溶液接触的晶种为基点使SiC 单晶生长。
[0047] 图2示出从晶体生长面2观察的根据本发明的SiC单晶的显微镜照片。如图2所示， 在生长晶体的{0001}生长面上，{1-100}面所构成的外周部3为直线状，在生长面的外周部， W大概60°的间隔形成6个部位。如果将{1-100}面构成的外周部3的各自长度设为m，则{1- 100}面的合计长度Μ是指W大概60°的间隔在6个部位所形成的直线部分的长度m的合计。由 于在晶体生长面2中，{1-100}面构成的外周部3之间的部分具有曲线形状，因此可与{1- 100}面构成的直线状的外周部3明确地区分开。
[004引通常，在通过溶液法使SiC单晶进行{0001}面(C面)生长的情况下，由于<11-20〉方 向的生长快，<1-100〉方向的生长慢，因此，在生长晶体的侧面，{1-100}面(m面)增多，如图1 所示，晶体生长面2易于W具有六边形形状的方式生长。在生长晶体的侧面仅由{1-100}面 构成的情况下，生长面成为六边形，其外周部由形成生长晶体的生长面即{0001}面与生长 晶体的侧面即{1-100}面的边界的边构成。生长厚度越大，在生长晶体的侧面上出现越多的 {1-100}面，在具有2mmW上的生长方向的厚度的SiC晶体中，运样的趋势变得明显。
[0049] 在根据本发明的SiC单晶中，生长晶体的侧面不仅具有{1-100}面(m面），还具有 {11-20}面(a面），在生长面中，{1-100}面构成的外周部的合计长度Μ与生长面的外周长度P 满足Μ/Ρ<0.70的关系。
[0050] 在经{0001}面生长的SiC单晶的生长面中，通过相对于外周长度Ρ，{1-100}面构成 的外周部的合计长度Μ满足上述比例，则生长面的形状接近圆形。由于生长面的形状越接近 圆形，生长面的外周部与生长面中的同屯、圆状的阶梯式流动生长部的形状的差别变得越 小，因此，能够得到抑制了可在生长面的外周部与阶梯式流动生长部之间产生的夹杂物的 SiC单晶。
[0051 ]在根据本发明的SiC单晶中，M/P的上限值为0.70 W下，优选为0.60 W下。M/P的值 越小，可使生长晶体的生长面的形状越接近圆形。
[0052] 在根据本发明的SiC单晶中，M/P的下限值为0或大于0。在使用圆盘状的晶种基板 而生长的SiC单晶的情况下，生长初期的M/P的值可W为0或接近0的值，随着生长厚度增大， M/P的值可成为0.10W上或0.20W上。
[0053] Μ和P的长度例如可基于观察的生长面的显微镜图像，使用图像处理软件来测定。
[0054] SiC晶体中有无夹杂物的判断可通过使用光学显微镜的观察来进行。例如，如图3 (a)所示，可相对于生长方向水平地切割生长晶体40,切出如图3(b)所示的1mm厚度左右的 厚度的生长晶体42,从下方照射光并由透射图像观察生长晶体42的整个面是否为连续的晶 体，从而检查有