CN112626618A - 碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供能获得高品位的碳化硅单晶的碳化硅单晶晶片的制造方法及碳化硅单晶晶片。通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其中，晶片所包含的位错密度为3500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述KOH蚀坑密度的差小于平均值的50％。

Description

碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法
技术领域
本发明涉及碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法。
背景技术
碳化硅(以下也称为SiC)与Si相比具有约3倍的带隙、约2倍的饱和漂移速度、约10倍的绝缘击穿场强的优异物性值，并且是具有较大的导热率的半导体，因此期望用作实现大大超过当前使用的Si单晶半导体的性能的下一代高电压/低损耗半导体元件的材料。
当前，升华法被用作制造市售化的碳化硅单晶的方法之一。
当前市售的碳化硅单晶晶片大多数是通过升华法制造的，但是升华法是通过将原料和晶种设置在密闭容器中而制作的，因此能够通过一次生长来制作的碳化硅块的数量是有限的。因而，由于该制作法的构造上的原因，不能形成长条晶体，因此存在由块制作的晶片的制造成本高的缺点。
作为制造碳化硅单晶的另一种方法，已知HTCVD(高温化学气相沉积)法等的气相生长法(例如，参照专利文献1)。在气相生长法(气体生长法)中，如果持续向晶种供给原料气体，则理论上可以制造无限长的SiC单晶。如果能够高速且长条地生长SiC单晶，则能够降低其价格。
另外，在晶种的表面(生长面)上存在温度梯度的情况下，例如，存在周缘部为高温、中央部为低温这样的温度梯度的情况下，在高温部分中几乎不进行生长，而在低温部分中进行生长，因此提出了将晶种的表面形状照着等温线作成凸曲面以促进生长的方法(参照专利文献2)。
尽管碳化硅单晶衬底通过以上那样的方法制造，但是由于在通常压力下不具有液相，另外，升华温度极高等，所以难以进行如不包含位错、堆垛层错等的晶体缺陷的高品质的晶体生长。因此，对于碳化硅单晶，尚未实现通过生长Si单晶而商业化的、没有位错且具有大口径的单晶的制造技术。
当在晶片上生长外延膜时，由于这样在碳化硅单晶晶片中固有的这些位错在该外延膜中传播，所以降低使用该外延膜形成的半导体元件的耐电压和可靠性。因而，需要位错少的、而且位错即便存在也没有不均匀的碳化硅单晶晶片。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－240894号公报
专利文献2：日本特许第6235875号公报。
发明内容
发明要解决的问题
由于衬底晶片中的位错传播到元件中，因此当使用以当前制法制作的位错密度在面内不均匀的碳化硅晶片来制作元件的情况下，存在元件的成品率根据区域而劣化的不良情况，这是当前的问题。此外，在制造元件的工艺中，当元件产品的成品率方面产生面内区域上的偏差时，如果使用当前晶片，则无法区分是工艺引起的还是晶片引起的，从而使工艺改善长期化，导致投入的预算和时间方面不利，这也是当前的问题。
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供能够获得高品位的碳化硅单晶的碳化硅单晶晶片的制造方法及碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法。
用于解决问题的方案
用于达成上述目的的本发明的第1方面是一种碳化硅单晶晶片，其特征在于：晶片中所包含的位错密度为3500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述位错密度的差小于平均值的50％。
由于衬底晶片中的位错传播到元件中，在使用以当前制法制作的位错密度在面内不均匀的碳化硅单晶晶片制作元件的情况下，存在元件的成品率根据区域而劣化的不良情况，这是当前的问题。然而，如果采用本发明的碳化硅单晶晶片，即，晶片中所包含的位错密度为3500个/cm2以下，且位错密度分布在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述位错密度的差小于平均值的50％的碳化硅单晶晶片，则由于面内的均匀性在上述元件制作中良好，因此在任何区域都能提高成品率而减少次品，可以避免上述问题。
此外，在制作元件的工艺中，当元件产品的成品率方面产生面内区域上的偏差时，如果使用当前晶片，则无法区分是工艺引起的还是晶片引起的，从而使工艺改善长期化，这也是当前的问题。然而，如果使用上述本发明的碳化硅单晶晶片，则由于不存在晶片引起的成品率劣化因素，因此，当存在不良情况时可能特化为工艺因素，迅速进行工艺改善，在投入的预算和时间上具有优势，从而可以避免上述问题。
另外，本发明的第2方面是一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的刃状位错密度为3000个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述刃状位错密度的差小于平均值的50％。
另外，本发明的第3方面是一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的螺旋位错密度为500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述螺旋位错密度的差小于50％。
本发明的第4方面是第1至第3方面的任一方面所记载的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的位错中，同一种位错彼此的距离以150μm以上的一定距离以上分散而不挨近。
这样的第1至第3方面的碳化硅单晶晶片，位错少且存在的位错均匀分布，是高品位的碳化硅单晶晶片，能够抑制利用外延膜形成在其上的半导体元件的耐电压和可靠性的下降。
另外，第1至第4方面的碳化硅单晶晶片是以气相生长法制造的单晶晶片，这可以通过晶体中所包含的Ta、Ti、Nb为1×1014/cm3以上来证实，例如，在通过升华法制造的碳化硅单晶晶片中不会存在1×1014/cm3以上的Ta、Ti、Nb。
本发明的第5方面是一种碳化硅单晶锭的制造方法，其中，向放置了由碳化硅构成的晶种的空间供给包含氢气、甲硅烷及烃气体的原料气体，并且使甲硅烷分压为4kPa以上，将所述空间内加热至2400℃～2700℃的温度，使碳化硅单晶在所述晶种上生长，所述制造方法的特征在于：以使所述碳化硅单晶的生长晶体表面的径向温度梯度为0.1℃/mm以下，且所述生长晶体表面的曲率半径为4.5m以上的方式，控制所述空间内的温度控制和所述原料气体的供给，从而获得经生长的碳化硅单晶的生长长度为3mm以上，且内部应力为10MPa以下的碳化硅单晶锭。
本发明的第6方面是一种碳化硅单晶晶片的制造方法，其特征在于：通过第5方面的碳化硅单晶锭的制造方法获得碳化硅单晶锭，将其切割而获得碳化硅单晶晶片。
发明效果
依据本发明，提供了位错少、且存在的位错均匀分布的高品位的碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法。
附图说明
图1是制造本实施方式所涉及的碳化硅单晶的制造装置的剖面图。
图2是示出本实施方式所涉及的碳化硅单晶的制造工序的制造装置的剖面图。
图3是示出SiC单晶的内部应力与径向的温度梯度的关系，以及SiC单晶的内部应力与生长晶体表面的形状所呈现的曲率半径的关系的图表。
图4是说明位错的相互作用的图。
图5是示出晶片中心部、晶片中间部、晶片端部的部位的图像的图。
图6是说明实施例1的碳化硅单晶的图。
图7是说明比较例的碳化硅单晶的图。
图8是说明实施例2的碳化硅单晶的图。
具体实施方式
以下，基于实施方式，对本发明进行说明。
本发明的碳化硅单晶晶片，是一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其中，所述晶片中所包含的位错密度为3500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述位错密度的差小于平均值的50％；或者，
是一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其中，晶片中所包含的刃状位错密度，即通过光致发光测定或者X射线形貌学测定等的方法来评价的刃状位错密度为3000个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述刃状位错密度的差小于平均值的50％；或者，
是一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其中，晶片中所包含的螺旋位错密度，即通过光致发光测定或者X射线形貌学测定等的方法来评价的螺旋位错密度为500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述螺旋位错密度的差小于50％。
这样的本发明的碳化硅单晶晶片，是以气相生长法制造的碳化硅单晶晶片，与现有的碳化硅单晶晶片相比，位错的存在密度极少，且存在的位错均匀分布。
晶片中所包含的位错密度，可以通过晶片所包含的KOH蚀坑密度、即在实施KOH蚀刻处理后评价的蚀坑密度，或者通过晶片所包含的位错衬度密度、即利用光致发光测定或者X射线形貌学测定等的方法评价的位错衬度密度来评价。
在此，KOH蚀坑是在实施KOH蚀刻处理后通过光学显微镜观察而评价的蚀坑密度，相当于总位错密度。
另外，位错衬度密度是通过光致发光测定或者X射线形貌学测定等的方法来评价的，相当于总位错密度。X射线形貌学可以利用衍射g＝11－28或者同等的衍射g＝－1－128来评价。
另一方面，刃状位错密度仅是刃状位错的密度，螺旋位错密度仅是螺旋位错的密度，通过光致发光测定或者X射线形貌学测定等的方法来进行评价。
由于通过气相生长法制造，因此可以通过一次气相生长而较廉价地制造。在此，目前市售的利用升华法的碳化硅单晶晶片包含数千个/cm2以上的位错；即便与此相比，位错也较少且均匀分布。需说明的是，通过在升华法中反复进行90°旋转晶种的方位的晶体生长而排除位错的RAF法制造的单晶晶片，有可能与本发明相同程度地减少位错，但是可以预想到其制造成本极高。
在此，气相生长法具体而言是指，向放置了由碳化硅构成的晶种的空间供给氢气、甲硅烷及烃气体等的原料气体的生长碳化硅单晶的气相生长法。
另外，为了通过这样的气相生长法生长如上述的位错密度小的碳化硅单晶，必需特别设法极力减少施加在生长晶体上的应力而使之生长，作为优选生长条件，设法使甲硅烷分压为4kPa以上，加热至2400℃～2700℃的温度，进而将生长晶体表面的径向上的温度梯度控制在0.1℃/mm以下，且使生长晶体表面的曲率半径保持4.5m以上的平坦性等，实施精密控制以将经生长的晶体中的应力抑制在10MPa以下非常重要。
因而，本发明的碳化硅单晶晶片通过如下的碳化硅单晶的制造方法制造，例如通过向放置了由碳化硅构成的晶种的空间供给氢气、甲硅烷、及烃气体等的原料气体，并且设法使甲硅烷分压为4kPa以上，加热至2400℃～2700℃的温度，进而将生长晶体表面的径向温度梯度控制在0.1℃/mm以下，并且使生长晶体表面的曲率半径保持4.5m以上的平坦性等，实施精密控制以将晶体中的应力抑制在10MPa以下，来使碳化硅单晶生长在所述晶种上。
这样制造的碳化硅单晶形成为圆柱状的锭，例如，在从晶种沿生长方向生长3mm以上的情况下，碳化硅单晶锭的生长侧表面的晶体位错密度减少至例如晶种中的晶体位错密度的1/10或者更小。
本发明的碳化硅单晶晶片是从这样的碳化硅单晶锭进行切片，并研磨而制造的。
本发明的碳化硅单晶晶片，通过在气相生长法中非常均匀地控制晶种的生长面的温度梯度，且以使生长面尽可能形成平坦面形状的方式控制生长，使得碳化硅单晶的内部应力处于尽可能缓和的状态，由此抑制了位错的发生，另外，发现由于因应力得到缓和的晶体生长而产生的位错彼此的相互作用的吸引力等，引起了合体或对湮灭，从而实现了本发明的碳化硅单晶晶片。
本发明的高品位的碳化硅单晶晶片能够抑制利用外延膜形成在其上的半导体元件的耐电压和可靠性的下降。
以下，将说明本发明的高品位的碳化硅单晶晶片的一个制造例。
首先，对碳化硅单晶晶片的制造装置的一个例子进行说明。图1是制造装置的剖面图。
制造装置I通过高温气相生长法来使SiC单晶进行块生长。制造装置I具备：供给原料气体的原料气体供给工具1；支撑由SiC构成的晶种(以下，第1晶种50a)的基座10；在内部容纳基座10的隔热容器20；容纳隔热容器的密闭容器30；以及加热隔热容器20内的线圈40(加热工具)。
原料气体供给工具1由碳化硅的原料气体供给装置2和成为从原料气体供给装置2供给的原料气体的流路的管道3构成。管道3中，供给口4设置在铅直方向的上表面，来自原料气体供给装置2的原料气体从供给口4向后述的第1晶种50a供给。
需说明的是，原料气体没有特别限定，只要在第1晶种50a上析出SiC即可。例如，可以使用由SiH4、C3H8气体以及作为载气的H2气体组成的原料气体。
基座10支撑由SiC构成的第1晶种50a。基座10具备支撑第1晶种50a的圆柱状的支撑部11和与支撑部11的铅直方向的上表面连接的轴部12。支撑部11在其下表面具有成为与上述的管道3的供给口4相向的平面表面的支撑面13。基座10在该支撑面13上粘接有第1晶种50a。支撑部11的材料没有特别限定，但是也可以由石墨或碳化硅形成。
基座10可以通过移动机构14在铅直方向上上下移动。即，移动机构14使轴部12上下移动，从而整个基座10能够上下移动。原料气体从供给口4供给到粘接在支撑面13的第1晶种50a。因此，第1晶种50a在被基座10向上方移动的同时被供给原料气体而进行晶体生长。
需说明的是，基座10不一定必须能够上下移动，也可以固定配置在密闭容器30内。
隔热容器20是在内部容纳基座10的容器，由隔热材料形成。作为隔热材料没有特别限定，可以使用例如氧化铝、氧化锆、热解碳、黑铅(石墨)等。
隔热容器20形成为圆筒状，具有内部空间21。隔热容器20承载于管道3的供给口4的开口边缘部，内部空间21经由供给口4与管道3连通。
在隔热容器20的内部空间21中容纳有基座10。基座10的轴部12插入形成在密闭容器30的上表面的盖体32的插入孔33。如上所述基座10能够上下移动，因此支撑部11能够在内部空间21内上下移动。
密闭容器30是在内部容纳隔热容器20的容器。对材料没有特别限定，但是可以使用例如石英、金属等。另外，在密闭容器30中形成有排出路31，以使从供给口4供给的原料气体从排出路31排出。
此外，密闭容器30的上部的开口部34被盖体32关闭。盖体32能够由与密闭容器30同样的材料形成。在制造SiC单晶时，密闭容器30被盖体32气密地关闭，另一方面，在进行经生长的SiC单晶的回收、新晶种的设置及维护等的操作时，打开盖体32，进行这些操作。
加热工具加热隔热容器20内。通过加热工具设定隔热容器20内的温度。具体而言，作为加热工具，可使用线圈40。
线圈40对隔热容器20进行感应加热。尽管没有特别图示，但是线圈40与交流电源连接，供给高频交流电流。线圈40用作为使隔热容器20内的温度为例如1500℃以上的高温的主要热源。此外，尽管没有特别图示，但是在使用由金属构成的密闭容器30的情况下，线圈40配置在密闭容器30的内侧且隔热容器20的外侧。
另外，尽管没有特别图示，但是在基座10的支撑部11设有冷却机构，可以使第1晶种50a散热。
在上述结构的SiC单晶的制造装置I中，通过线圈40将隔热容器20的内部设定为高温。另一方面，通过基座10的冷却机构，第1晶种50a被设定为相对低温。而且通过向第1晶种50a供给原料气体，使SiC单晶在第1晶种50a上晶体生长。此时，第1晶种50a在被基座10向上方提拉的同时晶体生长。
在本实施方式中，通过对隔热容器20的材质和形状以及配置、密闭容器30的材质和形状、线圈40的形状和配置、冷却机构的配置等下工夫，将沿着与基座10的支撑部11的支撑面13平行的晶种50a的表面的面上从中心到端部的沿着径向的温度梯度设定得尽可能小。温度梯度越小，生长晶体内的应力就越小，而为了实现本发明的碳化硅单晶晶片，内部应力必须至少为10MPa以下。为了生长这样的内部应力得到缓和的晶体，根据后述的实验可知，需要使径向的温度梯度为0.15℃/mm以下，优选为0.1℃/mm以下。
另外，在使温度梯度均匀的同时，对包含SiC的原料气体从原料气体供给装置2向密闭容器30内的供给下工夫，使得在晶种50a上生长的SiC单晶51的生长面尽可能成为平坦面形状，从而将SiC单晶51内的应力尽可能地缓和。
为了实现本发明的碳化硅单晶晶片，内部应力必须至少为10MPa以下。为了生长这样的内部应力得到缓和的晶体，根据后述的实验可知，以使相当于生长面的半径的曲线的曲率半径为4000mm以上、优选为4500mm以上、进一步优选为5000mm以上的方式进行晶体生长为宜。
接着，利用图2，对通过上述制造装置I进行的本实施方式的SiC单晶的制造方法进行说明。
首先，使SiC单晶51在第1晶种50a上生长。具体而言，从原料气体供给装置2向密闭容器30内的第1晶种50a供给包含SiC的原料气体。若从第1晶种50a表面晶体生长至一定长度，则该生长面52的形状成为平坦面形状，整个生长面52晶体生长。而且，直到达到长度L为止，SiC单晶51都以保持该生长面52的形状的状态生长。在此所说的长度L是能够由制造装置I制造的SiC单晶51的最大长度。
另外，在本实施方式的生长工序中，通过移动机构14一边将支撑部11向上方(与原料气体的供给口4相反的方向)提拉一边进行SiC单晶51的晶体生长。支撑部11的提拉是以与SiC单晶51的生长速度相同的速度(实质上大致相同的速度)进行。因而，SiC单晶51的表面(生长面52)相对于供给口4的相对位置总是恒定的。
例如，利用移动机构14，使第1晶种50a的表面位于供给口4的附近(参照图1)。然后，SiC单晶51晶体生长，而支撑部11与该生长速度相应地向上方提拉。因此，SiC单晶51的生长面52，如图2所示，处于与最初第1晶种50a的表面所位于的供给口4附近相同的位置。即，生长面52不会从供给口4向管道3内突出。
图3中示出在改变温度梯度和原料气体供给的同时使SiC单晶51生长时，SiC单晶51的内部应力与径向的温度梯度的关系、以及SiC单晶51的内部应力与生长晶体表面的形状所呈现的曲率半径的关系。
如图3(a)所示，温度梯度和内部应力大致成比例，温度梯度越小，内部应力就越小，可知为了使内部应力至少为10MPa以下，需要使径向的温度梯度为0.15℃/mm以下、优选为0.1℃/mm以下。
另外，如图3(b)所示，相当于半径的曲线的曲率半径越大，即越接近平坦面形状，内部应力就越小，可知为了使内部应力至少为10MPa以下，最好以使相当于生长面的半径的曲线的曲率半径为4000mm以上、优选为4500mm以上、进一步优选为5000mm以上的方式进行晶体生长。
在内部应力明显大的情况下，有时生长晶体无法承受应力而发生破裂。例如，通过计算及实验已经明确，当内部应力为30MPa以上时，在生长晶体上发生破裂。
通过组合这样的条件，可以实现本发明的碳化硅单晶晶片。
如上所述，确认若可以制造内部应力为10MPa以下的SiC单晶51，则位错的数量少，且位错的分布均匀。
在此，位错有TSD(Threading Screw Dislocation：穿透螺旋位错)、TED(Threading Edge Dislocation：穿透刃状位错)、TMD(Threading Mixed Dislocation：穿透混合位错)、及BPD(Basal Plane Dislocation：基平面位错)，TSD有2种，TED有6种，TMD有12种，BPD有6种。如果简单定义位错的错动方向，则TSD有两种类型，正方向和负方向。晶体学上，使用柏氏矢量(Burgers vector)这一观念定义为＋c及－c等，但是这里只是简单地定义为正方向和负方向。对正方向和负方向的TSD而言吸引力起作用，而在相同符号时排斥力起作用。TMD也同样在c轴方向具有正方向和负方向分量，同样在不同符号时作用吸引力起作用，而相同符号时排斥力起作用。
如上所述，观察应力得到缓和的SiC单晶51的位错时，对于穿透位错可以确认以下事项。
如图4(a)所示，可知相反符号的TSD以彼此的距离近的位置存在时，发生相互作用而湮灭，但是相反符号的TSD彼此的距离分开一定程度时难以发生相互作用，另外，当相同符号的TSD彼此存在于附近时，互相排斥而分开距离。这些作用尽管以TSD彼此来说明，但是在TSD和TMD间、以及TMD彼此也起同样的作用。
另外，对于其他位错也同样，应力得到缓和的SiC单晶51进行生长时，处于近距离的位错彼此按照位错的符号而起到相互作用，在相反符号的情况下吸引力起作用而湮灭，而在相同符号的情况下因排斥力而分散，因此可知在一定生长时间之后，位错形成比刚刚生长后减少、且分散的状态。
在晶体生长没有充分进行的状态下，位错彼此不会因排斥力或者吸引力而移动以使位错分散，但是在晶体生长充分进行的状态下，反复发生位错彼此的湮灭、合体、排斥，使位错间的距离分散。若位错密度为3500个/cm2(35个/mm2)左右，则位错间的距离估计为167μm左右，因此，即便考虑到各个位错的位置的波动等，位错间的距离也估计为150μm左右。图4(b)示出分散在晶片中的位错的概念图。如图4(a)所示，示出反复进行位错彼此的湮灭、合体及排斥，具有+和-的位错均匀分散在晶片面内，相互的距离成为150μm以上的情况。另外，位错的分布在晶片中心部、端部、中间部相同，没有不均匀。但是，在TSD和TED或者BPD等的不同类型位错间没有起到相互作用，因此必需在相同种类的位错间定义位错间距离的分散程度。此外，在存在小倾角晶界、空隙、夹杂物(inclusion)、微管等的大型晶体缺陷的区域中，由于被施加局部应力，所以处于上述位错间相互作用不能充分起作用的环境，因此成为没能实现位错的分散的状态。然而，存在那样的大型缺陷的区域根本不是晶片的有效区域，因为在制作器件等的情况下，大型缺陷的负面影响很大。因此，认为从定义分散的区域排除大型缺陷周边的区域也没有问题。
第一，本发明的碳化硅单晶晶片的位错的密度，通过在实施KOH蚀刻处理后评价的蚀坑密度(≈总位错密度)来规定。晶片的蚀坑密度为3500个/cm2以下，更优选为1750个/cm2以下，且在晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述蚀坑密度的差小于平均值的50％。
需说明的是，在图5中示出晶片中心部、晶片中间部、晶片端部的部位的图像。对于晶片100，成为晶片中心部100A、晶片中间部100B及晶片端部100C。
第二，本发明的碳化硅单晶晶片的位错的密度，通过利用光致发光测定或者X射线形貌学测定等的方法评价的位错衬度密度(≈总位错密度)来规定。晶片的位错衬度密度为3500个/cm2以下，更优选为1750个/cm2以下，且在晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述蚀坑密度的差小于平均值的50％。
第三，本发明的碳化硅单晶晶片的位错的密度，通过晶片中所包含的刃状位错密度来规定。刃状位错密度例如通过光致发光测定或者X射线形貌学测定等的方法来测定。本发明的晶片中，刃状位错密度为3000个/cm2以下，更优选为1500个/cm2以下，且，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述刃状位错密度的差小于平均值的50％。
第四，本发明的碳化硅单晶晶片的位错的密度，通过晶片中所包含的螺旋位错密度来规定。螺旋位错密度例如通过光致发光测定或者X射线形貌学测定等的方法来测定。本发明的晶片中，螺旋位错密度为500个/cm2以下，更优选为250个/cm2以下，且，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述刃状位错密度的差小于平均值的50％。
为了制作元件，会对所述晶片施以各种工艺。作为工艺，经过如以下列举的多项。(1)通过利用化学气相生长装置的外延生长，形成将n型的杂质浓度控制得较低的漂移层或控制并混入了p型的杂质的层等的工序。(2)打入杂质离子的工序。(3)为了激活打入的离子，以2000℃以上的高温进行热处理的工序。(4)形成氧化膜从而形成绝缘膜的工序。仅留下必要的部分而除去剩余不需要的部分的抗蚀剂涂敷、蚀刻工序。蒸镀金属的电极形成工序。通过将这些工序依次处理来制造半导体元件。而且在元件开发的过程中，制造的元件的特性上可能会出现不良情况，次品的发生概率被称为成品率，会影响产品的成本等。
由于衬底晶片中的位错传播到元件中，因此当使用以当前制法制作的位错密度在面内不均匀的碳化硅晶片来制作元件的情况下，存在元件的成品率根据区域而劣化的不良情况，这是问题之一。如果采用本发明的碳化硅单晶晶片，即采用其特征在于晶片所包含的位错密度为3500个/cm2以下，且位错密度分布在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述位错密度的差小于平均值的50％的碳化硅单晶晶片，则因为上述元件制作中面内的均匀性良好，所以在任何区域都可以提高成品率而减少次品，可以避免该问题。
另外，在晶片面内成品率有局部劣化的情况下，必需找出其原因并进行改善以确定工艺。此时，如果晶片的某个区域出现不良情况，则需要对于不良情况由于工艺的哪一工序而发生，重复进行试行错误的实验，以确定其起因工艺并进行改善。然而，如果无法区分晶片中的某个区域的不良情况是工艺引起的还是晶片的位错分布引起的，则要花费大量精力来改善工艺，在人力、时间、物质上要投入庞大的资源，这是一个大问题。
另一方面，如果使用本发明的晶片，则由于不存在成品率的因晶片引起的局部劣化因素，因此可以在存在不良情况时特化为工艺因素，迅速进行工艺改善，在投入的预算和时间方面有优势，可以避免该问题。
(实施例1)
若以如图6(a)所示的晶种表面温度(0.06℃/mm左右的温度梯度)及原料气体流速使SiC单晶51生长，则如图6(b)所示，获得曲率半径为4932mm且稍向上凸(略微凸面)的SiC单晶。单晶的内部应力可由图3推断为10Mpa以下。
测定了该SiC单晶的中心部、端部及中间部分(半径R的1/2)的位置处的TSD密度。将结果示于图6(c)中。
其结果可知，无论置于哪个位置，TSD密度都是2000个/cm2以下，几乎数量相同，相对于晶种的5000个/cm2～6000个/cm2，减少30％左右，并且分布均匀化。
(比较例)
若以如图7(a)所示的晶种表面温度(0.08℃/mm左右的温度梯度)及原料气体流速使SiC单晶51生长，则如图7(b)所示，获得曲率半径为606mm且向下凸(凹面)的SiC单晶。单晶的内部应力可由图3推断为30Mpa左右。
测定了该SiC单晶的中心部、端部及中间部分(半径R的1/2)的位置处的TSD密度。将结果示于图7(c)中。
其结果可知，尽管TSD密度在端部减少40％左右，但是在中心部及中间部分(半径R的1/2)，TSD密度与晶种为同等或略有增加，既没有发现数量的减少，也没有发现分布的均匀化。
(实施例2)
在图8示出实施例2。图是调查通过气体法生长的晶体中(2.5mm生长位置)和晶种中的位错密度的结果。可以看出，晶种是通过通常的生长法即升华法来生长的晶体，位错密度的分布在晶体面内较大。相对于此，可以看出，在通过气体法生长2.5mm而得的晶体中，位错密度大幅减少，而且，成为与晶体面内的部位无关，均偏差少的位错密度。根据该结果，从实施例也可以明白，通过气体法生长的晶体中，位错的分布均匀化。
[产业上的可利用性]
本发明可用于制造碳化硅单晶的产业领域。
符号说明
I 碳化硅单晶的制造装置；1 原料气体供给工具；10 基座；20隔热容器；30 密闭容器；40 线圈(加热工具)；50a 第1晶种；50b第2晶种；51 单晶。

Claims (6)

1.一种碳化硅单晶晶片，其特征在于：晶片中所包含的位错密度为3500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部及所述晶片的中间部分的比较中，所述位错密度的差小于平均值的50％。
2.一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其特征在于：
所述晶片中所包含的刃状位错密度为3000个/cm2以下，
在所述晶片的中心部、所述晶片的端部及所述晶片的中间部分的比较中，所述刃状位错密度的差小于平均值的50％。
3.一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的螺旋位错密度为500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部及所述晶片的中间部分的比较中，所述螺旋位错密度的差小于50％。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的位错中，同一种位错彼此的距离以150μm以上的一定距离以上分散而不挨近。
5.一种碳化硅单晶锭的制造方法，其中，向放置了由碳化硅构成的晶种的空间供给包含氢气、甲硅烷及烃气体的原料气体，并且使甲硅烷分压为4kPa以上，将所述空间内加热至2400℃～2700℃的温度，使碳化硅单晶在所述晶种上生长，所述制造方法的特征在于：
以使所述碳化硅单晶的生长晶体表面的径向温度梯度为0.1℃/mm以下，且所述生长晶体表面的曲率半径为4.5m以上的方式，控制所述空间内的温度控制和所述原料气体的供给，从而获得经生长的碳化硅单晶的生长长度为3mm以上，且内部应力为10MPa以下的碳化硅单晶锭。
6.一种碳化硅单晶晶片的制造方法，其特征在于：通过权利要求5所述的碳化硅单晶锭的制造方法获得碳化硅单晶锭，将其切割而获得碳化硅单晶晶片。
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