CN105074059A - 碳化硅单晶以及碳化硅单晶的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包含螺旋位错(2)的碳化硅单晶，将所述螺旋位错中柏氏矢量b满足b＞＜0001＞+1/3＜11-20＞的位错设定为L位错(2a)。所述L位错由于畸变较大，可能导致漏电流的发生，因而将碳化硅单晶中的所述L位错密度设定为300个/cm²以下，优选设定为100个/cm²以下，由此能够制成对可以抑制漏电流的器件的制作合适的高品质的碳化硅单晶。

Description

碳化硅单晶以及碳化硅单晶的制造方法

相关申请的交叉引用

本发明基于2013年2月20日提出的日本专利申请2013-31239号，这里引用其记载内容。

技术领域

本发明涉及碳化硅(以下称为SiC)单晶和SiC单晶的制造方法。

背景技术

以前，作为高品质SiC单晶晶片，有的被专利文献1所公开。在专利文献1所公开的SiC单晶晶片中，将对器件特性产生不良影响的位错密度设定为规定值以下，具体地说，在具有3英寸直径的晶片中，将位错密度设定为2500cm^-2以下，从而使其适合于器件的制作。这里所说的所谓位错，是指上升为线状的结晶缺陷，成为对象的位错是具有与c轴平行的方向的螺旋位错。

然而，本发明人基于实验等进行了潜心的研究，结果可知：即使如专利文献1所示的那样，仅将螺旋位错密度设定为规定值以下，也不会成为对可以抑制漏电流的器件的制作合适的SiC单晶。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2008-515748号公报(对应于美国专利7,314,520号公报)

发明内容

本发明的目的在于：提供对可以抑制漏电流的器件的制作合适的高品质的SiC单晶以及SiC单晶的制造方法。

本发明的第1方式涉及一种SiC单晶，其包含螺旋位错；在所述螺旋位错中，将柏氏矢量b满足b＞＜0001＞+1/3＜11-20＞的位错设定为L位错，所述L位错密度为300个/cm²以下。

在所述SiC单晶中，将即使在螺旋位错中也可能导致漏电流的发生的L位错密度设定为300个/cm²以下。由此，能够制成对可以抑制漏电流的器件的制作合适的高品质的SiC单晶。

本发明的第2方式涉及一种SiC单晶的制造方法，其包括以下工序：准备由所述第1方式的SiC单晶构成、且表面与{0001}面平行或者相对于{0001}面具有规定的偏离角(offangle)的基板；将所述基板作为籽晶，使SiC单晶在所述表面生长。

本发明的第3方式涉及一种SiC单晶的制造方法，其包括以下工序：准备由所述第1方式的SiC单晶构成、且表面相对于{0001}面在＜11-20＞方向具有10度以内的偏离角的基板；将所述基板作为籽晶，使SiC单晶在所述表面生长。

本发明的第4方式涉及一种SiC单晶的制造方法，其包括以下工序：第1工序，准备由所述第1方式的SiC单晶构成、且表面相对于{0001}面在＜11-20＞方向具有10度以内的偏离角的基板，将所述基板作为籽晶，使SiC单晶在所述表面生长；以及第2工序，从所述第1工序中生长而成的SiC单晶上切出表面相对于{0001}面在＜11-20＞方向具有10度以内的偏离角的基板，将所述基板作为籽晶，使SiC单晶在所述表面生长；而且将所述第1工序和第2工序反复进行多次。

这样一来，通过将所述第1方式的SiC单晶用作籽晶，进而使新的SiC单晶生长，从而可以制造继承了成为基底的籽晶的品质的高品质SiC单晶。

附图说明

本发明的上述或其它目的、构成、优点参照下述的附图，并根据以下的详细说明，可以变得更加清楚。在附图中，

图1是本发明的第1实施方式的SiC单晶的示意剖视图。

图2A是表示在图1的区域R1中的L位错以及于L位错的周围发生的螺旋状畸变(spiraldistortion)的情况的放大示意图。

图2B是表示图2A所示的螺旋状畸变的方向的示意图。

图2C是表示图2B所示的螺旋状畸变的方向即柏氏矢量的详细情况的图。

图3A是表示在图1的区域R2中的nL位错以及于nL位错的周围发生的螺旋状畸变的情况的放大示意图。

图3B是表示图3A所示的螺旋状畸变的方向的示意图。

图3C是表示图3B所示的螺旋状畸变的方向即柏氏矢量的详细情况的图。

图4是表示SiC单晶的结晶方位(crystalorientation)的示意图。

图5是表示使用SiC单晶调查构成PN二极管时的漏电流的结果的图。

具体实施方式

(第1实施方式)

下面参照附图，就本发明的第1实施方式进行说明。图1所示的本实施方式的SiC单晶1是例如以与{0001}面平行或者相对于{0001}面设定规定偏离角的方式，将采用升华再结晶法或者气体供给法等形成的SiC单晶锭切出成基板状而得到的。此外，在此例举切出成基板状的SiC单晶1进行了说明，但在本发明所说的SiC单晶中，并不局限于切出成基板状的SiC单晶，既包含锭状的SiC单晶，也包含从锭上去除不需要部分这一结构的SiC单晶。

该SiC单晶1含有螺旋位错2。在该结晶中，关于该螺旋位错2的密度、即沿与螺旋位错2垂直的方向切断SiC单晶1时每1cm²存在的螺旋位错2的数量，满足后述关系。

本发明人通过进行各种各样的实验而就螺旋位错2的密度与漏电流之间的关系进行了调查。例如，在调查有无漏电流时，构成通常使用的结构、具体地说为PN二极管，就施加所希望的电压时有无漏电流的发生进行了调查。例如，关于PN二极管，通过对SiC单晶1离子注入杂质而构成，使其杂质浓度为1×10²¹cm^-3。结果确认：虽然螺旋位错2的密度和漏电流存在相关关系，但即使螺旋位错2的密度相等，漏电流也不会恒定，有适合于器件制作和不适合于器件制作的情况。

然后，进一步进行了潜心的研究，结果还可知：螺旋位错2也分种类，即使在螺旋位错2中，也有畸变大者和畸变小者，对于畸变小者，难以导致漏电流的发生，而畸变大者，则有可能导致漏电流的发生。

以前，与畸变的大小无关而作为相同的螺旋位错2加以认识。在专利文献1中，规定了1c螺旋位错密度。根据通常的螺旋位错的定义，相当于柏氏矢量b＝1c＝＜0001＞。但是，并没有柏氏矢量的测定方法的详细记述。因此，没有考虑畸变的大小，将所有的螺旋位错2看作是相同的而规定了螺旋位错2的密度。然而，基于本发明人发现的结果，可知在就SiC单晶是否适合于器件制作而以螺旋位错2的密度进行规定的情况下，甚至需要考虑螺旋位错2的畸变的大小而进行规定。也就是说，不考虑螺旋位错2的畸变的大小而将所有的螺旋位错2看作是一样相同的螺旋位错2，此时即便使螺旋位错2的密度在规定值以下，也不能得到对可以抑制漏电流的器件的制作合适的SiC单晶。

图2A～图2C以及图3A～图3C是表示畸变的大小不同的螺旋位错2的图。参照图2A～图2C而就畸变较大的螺旋位错2进行说明，参照图3A～图3C而就畸变较小的螺旋位错2进行说明。此外，在以下的说明中，将螺旋位错2中可能导致漏电流发生的畸变较大的位错称为leakage(L：泄漏)位错2a，将难以导致漏电流发生的畸变较小的位错称为negligiblyleakage(nL：极小的泄漏)位错2b。

如图2A以及图3A所示，在螺旋位错2的周围，以螺旋位错2的位错芯为中心而以螺旋状的方式产生畸变。而且经实验确认的结果是：在图2A所示的L位错2a中，螺旋状畸变较大，与之相比较，在图3A所示的nL位错2b中，螺旋状畸变较小。

关于这些L位错2a和nL位错2b，螺旋状畸变的方向即柏氏矢量表示为图2B和图3B所示的方向b1、b2。另外，如果示意表示这些柏氏矢量b1、b2，则可以分别如图2C和图3C那样表示。

从根本上说，螺旋位错2正如由图4所示的六方晶构成的SiC单晶1的结晶方位的示意图所表示的那样，为具有c轴成分[0001]的位错。而且进行了各种各样的研究以及对SiC单晶1进行解析的结果，确认螺旋位错2除了c轴成分[0001]以外，往往还存在与[1-100]相伴的位错、和与1/3[11-20]相伴的位错。

具体地说，关于通过实验确认的L位错2a，柏氏矢量b1由＜0001＞方向的矢量c和＜1-100＞方向的矢量m构成。另外，关于nL位错2b，柏氏矢量b2由＜0001＞方向的矢量c和1/3＜11-20＞方向的矢量a构成。

因此，关于柏氏矢量b小于确认的nL位错2b的螺旋位错2，可以作为难以导致漏电流发生的nL位错2b来掌握。也就是说，只要柏氏矢量b在至少将＜0001＞方向的矢量c和1/3＜11-20＞方向的矢量a合在一起的大小以下，就可以说是nL位错2b。这意味着满足b≤＜0001＞+1/3＜11-20＞，即满足b²≤c²+2a·c+a²(其中，矢量内积a·c＝a×c×cos90度＝0)的关系。此外，关于各矢量的大小，在4H-SiC的情况下，矢量c为1.008nm，矢量a为0.309nm，矢量m为3^0.5×a＝0.535nm。

另一方面，在柏氏矢量b超过将＜0001＞方向的矢量c和1/3＜11-20＞方向的矢量a合在一起的大小的情况下，由于有可能不成为nL位错2b，因而作为L位错2a来掌握。也就是说，如果柏氏矢量b超过将＜0001＞方向的矢量c和1/3＜11-20＞方向的矢量a合在一起的大小，则作为L位错2a来掌握。只要满足b＞＜0001＞+1/3＜11-20＞，即满足b²＞c²+2a·c+a²(其中，矢量内积a·c＝a×c×cos90度＝0)的关系，就设定为L位错2a。

这样一来，将螺旋位错2区分为L位错2a和nL位错2b，在SiC单晶1中进行离子注入而形成PN二极管，从而通过实验就L位错2a的密度和nL位错2b的密度与有无漏电流的发生进行了调查。结果确认：关于是否发生漏电流，主要依赖于L位错2a的密度，关于nL位错2b，即使较多地存在，也不太可能导致漏电流的发生。

具体地说，如图5所示，如果确认构成二极管时的漏电流，则只要L位错2a的密度在100个/cm²以下，就几乎不会发生漏电流。另外，只要L位错2a的密度在300个/cm²以下，虽然稍稍发生漏电流，但对制作的器件几乎不会产生影响。因此，在此情况下，也可以说SiC单晶1适合器件的制作。相反，如果L位错2a的密度达1000个/cm²左右，则将发生漏电流。在此情况下，由于对制作的器件产生影响，因而可以说不适合器件的制作。

此外，螺旋位错2为L位错2a和nL位错2b之中的哪一种，可以通过大角度会聚束电子衍射法(LACBED)加以确认。另外，即使通过透射电子显微镜(TEM)观察和X射线形貌等其它方法，也可以确认螺旋位错2为L位错2a和nL位错2b之中的哪一种。

因此，在SiC单晶1中，将螺旋位错2中柏氏矢量b满足b＞＜0001＞+1/3＜11-20＞的L位错2a的密度设定为300个/cm²以下，优选设定为100个/cm²以下。由此，能够制成对可以抑制漏电流的器件的制作合适的高品质的SiC单晶1。

对于这样高品质的SiC单晶1，例如可以采用以下的方法进行制造。首先，使用露出{1-100}面的籽晶，使SiC单晶在其生长面即{1-100}面上生长。接着，由该SiC单晶制作露出{11-20}面的籽晶。其次，使SiC单晶在该籽晶的生长面即{11-20}面上生长。接着，以与{0001}面平行或者相对于{0001}面设置规定的偏离角的方式由该SiC单晶切出，由此便可以制作出基板状的SiC单晶。该SiC单晶因为是由所谓的a面生长结晶制作的，所以根本几乎没有包含螺旋位错2。

如果将这样高品质的SiC单晶用作籽晶，进而采用升华再结晶法和气体供给法等生长新的SiC单晶锭，则制成为继承了成为基底的籽晶的品质的高品质SiC单晶锭。特别地，如果SiC单晶的表面相对于{0001}面具有规定的偏离角，则通过台阶流动生长，可以抑制异质多型(heterogeneouspolymorphism)的形成，而且可以制造更高品质的SiC单晶锭。以与{0001}面平行或者相对于{0001}面设置规定的偏离角的方式由该SiC单晶锭切出，由此便可以制作出基板状的SiC单晶1。从中可以筛选L位错2a的密度进一步满足上述范围的SiC单晶。由此，可以得到适合于本实施方式所说明的器件制作的高品质的SiC单晶1。

另外，通过将在＜11-20＞方向相对于{0001}面的规定的偏离角设定为10度以内，籽晶中存在的螺旋位错2的L位错2a的柏氏矢量b容易由＜0001＞+＜1-100＞变换为＜0001＞+1/3＜11-20＞，因而可以将L位错2a变换为nL位错2b，而且是更有效的。其原理是因为：螺旋位错2的方向因生长而容易从＜1-100＞方向向＜11-20＞方向取向。

再者，越是反复进行将在＜11-20＞方向相对于{0001}面的规定的偏离角设定为10度以内的生长，就越容易使柏氏矢量b变换为＜0001＞+1/3＜11-20＞，从而可以使L位错2a按指数函数地变换为nL位错2b，因而是更加有效的。其原理与上述同样地是因为：螺旋位错2的方向因生长而容易从＜1-100＞方向向＜11-20＞方向取向。

在上述生长中，如果使偏离角大于10度，则存在发生堆垛层错的问题，因而不能制成适合于器件制作的高品质的SiC单晶。

正如以上所说明的那样，在本实施方式中，将螺旋位错2区分为L位错2a和nL位错2b，并将L位错2a的密度设定为300个/cm²以下，优选设定为100个/cm²以下。由此，能够制成对可以抑制漏电流的器件的制作合适的高品质的SiC单晶1。

(其它实施方式)

本发明并不局限于上述的实施方式，可以在权利要求书所记载的范围内进行适当的变更。

例如，上述实施方式中说明的SiC单晶1的面方位和制造方法等是任意的，至少可以使SiC单晶1中的L位错2a的密度在上述实施方式所说明的范围内。另外，在制造SiC单晶锭时，有时也局部设置使螺旋位错2主动发生的螺旋位错的可能发生区域，在其以外的部分构成螺旋位错2的密度减小的低密度螺旋位错区域。在此情况下，关于器件制作中使用的低密度螺旋位错区域，只要L位错2a的密度在上述实施方式所说明的范围内即可。

此外，在上述实施方式中，作为对SiC单晶1形成的器件的一个例子，制作PN二极管而就有无漏电流的发生进行了调查，但即使对于MOSFET等其它元件，有无漏电流的发生的关系也与PN二极管同样。因此，只要L位错2a的密度在上述实施方式所说明的范围内，就可以说SiC单晶1也适合于除二极管以外的其它器件的制作。

另外，在表示矢量的情况下，本来应该将所希望的英文字母标注为粗体，或者在英文字母的上方标注右向箭头，但由于存在基于电子申请的表现上的限制，因而在所希望的英文字母前加上矢量。另外，在表示结晶的方位的情况下，本来应该在所希望的数字的上方标注“-”(bar)，但由于存在基于电子申请的表现上的限制，因而在本说明书中，在所希望的数字前标注“-”。

Claims (5)

1.一种碳化硅单晶，其是包含螺旋位错(2)的碳化硅单晶；其中，

在所述螺旋位错中，将柏氏矢量b满足b＞＜0001＞+1/3＜11-20＞的位错设定为L位错(2a)，所述L位错密度为300个/cm²以下。

2.根据权利要求1所述的碳化硅单晶，其中，所述L位错密度为100个/cm²以下。

3.一种碳化硅单晶的制造方法，其包括以下工序：

准备由权利要求1或2所述的碳化硅单晶构成、且表面与{0001}面平行或者相对于{0001}面具有规定的偏离角的基板；

将所述基板作为籽晶，使碳化硅单晶在所述表面生长。

4.一种碳化硅单晶的制造方法，其包括以下工序：

准备由权利要求1或2所述的碳化硅单晶构成、且表面相对于{0001}面在＜11-20＞方向具有10度以内的偏离角的基板；

将所述基板作为籽晶，使碳化硅单晶在所述表面生长。

5.一种碳化硅单晶的制造方法，其包括以下工序：

第1工序，准备由权利要求1或2所述的碳化硅单晶构成、且表面相对于{0001}面在＜11-20＞方向具有10度以内的偏离角的基板，将所述基板作为籽晶，使碳化硅单晶在所述表面生长；以及

第2工序，从所述第1工序中生长而成的碳化硅单晶上切出表面相对于{0001}面在＜11-20＞方向具有10度以内的偏离角的基板，将所述基板作为籽晶，使碳化硅单晶在所述表面生长；

而且将所述第1工序和第2工序反复进行多次。