DE602005004280T2

DE602005004280T2 - Verfahren zum ziehen von sic-einkristallen und sic-einkristall

Info

Publication number: DE602005004280T2
Application number: DE602005004280T
Authority: DE
Inventors: Tsunenobu Kimoto; Hiromu Shiomi; Hiroaki Toyota-shi SAITOH
Original assignee: Sixon Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2025-05-14
Also published as: DE602005004280D1; WO2005111277A1; EP1751329A1; JP4694144B2; CN1950548A; JP2005324994A; US20070221119A1; CN102337587A; EP1751329B1

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur epitaxialen Züchtung eines SiC-Einkristalls, insbesondere eines 4H-SiC-Einkristalls, auf einem SiC-Einkristallsubstrat, insbesondere einem 4H-SiC-Einkristallsubstrat.
TECHNISCHER HINTERGRUND
SiC weist einen im Vergleich mit Si größeren Energiebandabstand auf, daher werden verschiedene Techniken zur Erzeugung von SiC-Einkristallen hoher Güte, die sich als Halbleitermaterial usw. eignen, in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2003-300797 , der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2003-300796 , der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr., 2003-342099 , der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2001-181095 , der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 10-17399 usw. vorgeschlagen.
Jedoch waren die genannten Techniken mit den folgenden Problemen behaftet:

(1) Es kam leicht zu Kristalldefekten, welche die Eigenschaften der Halbleitereinrichtungen herabsetzten (Stapelfehler, Dreiecksfehler und andere Oberflächenfehler).
(2) Die Kristallwachstumsrate war niedrig.
(3) Die Flachheit der epitaxialen Kristallwachstumsebene (die Oberflächenmorphologie) war schlecht.

Besonders die Verhütung der oben unter (1) genannten Oberflächenfehler ist eine Hauptvoraussetzung für die praktische Verwendung als Halbleitermaterial.
Wie bereits bekannt, werden, wenn die SiC-(0001)-Ebene (die Bodenebene eines hexagonalen Kristalls) zur epitaxialen Wachstumsebene gemacht wird, SiC-Kristalle (polygonal) mit unterschiedlichen Kristallstrukturen leicht in der Wachstumsebene gemischt und es kann kein qualitativ hochwertiger Kristall erhalten werden.
Daher wird eine Stufenzüchtung (Steg Flow Growth) durchgeführt, bei der die Wachstumsebene in einem Winkel von einigen Grad zur (0001)-Ebene geneigt ist (abweicht). Auch bei Anwendung dieses Verfahrens war es jedoch äußerst schwierig, das Auftreten von Defekten, die für die Eigenschaften der Einrichtung kritisch sind, wie Dreiecksdefekte oder Carrot-Defekte (Device Killer), vollständig zu vermeiden und ein stabiles epitaxiales Wachstum zu erreichen.
Als Grund dafür wird angenommen, dass bei der Stufenzüchtung das Kristallwachstum in der lateralen Richtung schrittweise vonstatten geht. Bei Substraten mit kleinen Abweichungswinkeln ist jedoch die Terrassenfläche groß, so dass leicht Ausgangspunkte für Defekte auf den Terrassenflächen entstehen und die Defekte, die von diesen Ausgangspunkten aus wachsen, in die epitaxiale Wachstumsschicht aufgenommen werden. Ferner werden auch Nadellöcher bzw. -lunker aufgrund von großen Verwindungen, die so genannten „Mikropipes" bzw. Mikroröhrchen, die in der <0001>-Axialrichtung verlaufen, an die Wachstumsschicht weitergegeben.
Im Gegensatz dazu war es auch üblich, die (11-20)-Ebene zur Wachstumsebene zu machen. Obwohl das Auftreten von Mikropipes vermieden werden kann, sind am Ende eine große Zahl von Stapelfehlern eingeschlossen. Dies wird zu einer Ursache für die Verschlechterungen der Eigenschaften der Einrichtung.
Um dieses Problem zu lösen, offenbart die japanische Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2003-300797 , eine Ebene, die zur (11-20)-Ebene mit einem Abweichungswinkel von mindestens 3 Grad bis nicht mehr als 60 Grad in einem Bereich von –45 Grad bis 45 Grad in beliebiger Richtung in der <1-100>-Axialrichtung mit der <0001>-Achse als Zentrum geneigt ist, zur epitaxialen Dünnschicht-Wachstumsebene zu machen. Dies verbessert die Wachstumsrate des SiC-Einkristalls, bringt aber das Problem mit sich, dass der Zufluss von Verunreinigungen nicht verringert werden kann.
Insbesondere wird ein Kristallzüchtungsverfahren, das die genannten Probleme löst, für einen 4H-SiC-Einkristall, den Kristall-Polyeder, der sich im Hinblick auf die Eigenschaften einer Einrichtung am besten als Halbleitermaterial eignet, gesucht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens für die epitaxiale Züchtung eines 4H-SiC-Einkristalls, das ein Wachstum eines SiC-Einkristalls mit geringen Defekten und wenig Verunreinigungen, der als Halbleitermaterial verwendet werden kann, mit einer praxistauglichen Wachstumsrate ermöglicht, sowie eines 4H-SiC-Einkristalls, der anhand dieses Verfahrens erhalten wird.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Züchten eines SiC-Einkristalls geschaffen, welches das Züchten eines 4H-SiC-Einkristalls auf einem 4H-SiC-Einkristallsubstrat durch epitaxiales Wachstum unter Neigung einer epitaxialen Wachstumsebene des Substrats mit einem Abweichungswinkel von mindestens 12 Grad und weniger als 18 Grad in einer <11-20>-Axialrichtung zu einer (0001)-Ebene des 4H-SiC-Einkristalls umfasst.
Vorzugsweise beträgt der Abweichungswinkel mindestens 12 Grad und höchstens 25 Grad.
Alternativ dazu beträgt der Abweichungswinkel mindestens 12 Grad und höchstens 18 Grad.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein SiC-Einkristall geschaffen, der nach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung gezüchtet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Diese und weitere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, für die auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird, deutlicher, wobei:
1 eine Ansicht der Kristallstruktur ist, die den Abweichungswinkel, der in der vorliegenden Erfindung definiert ist, in einem hexagonalen SiC-Kristall zeigt.
2 ein Graph ist, der die Wachstumsrate eines SiC-Einkristalls, der durch epitaxiales Wachstum erhalten wird, wobei der Abweichungswinkel und das C/Si-Verhältnis auf verschiedene Weise geändert werden, in Bezug auf das C/Si-Verhältnis zeigt, und
3 ein Graph ist, der die Konzentration von Verunreinigungen eines durch epitaxiales Wachstum unter verschiedenen Veränderungen des Abweichungswinkels und des C/Si-Verhältnisses erhaltenen SiC-Kristalls in Bezug auf das C/Si-Verhältnis zeigt.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM FÜR DIE DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
Wie oben erläutert, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Züchten eines SiC-Einkristalls geschaffen, welches das Züchten eines 4H-SiC-Einkristalls auf einem 4H-SiC-Einkristallsubstrat durch epitaxiales Wachstum unter Neigung einer epitaxialen Wachstumsebene des Substrats mit einem Abweichungswinkel von mindestens 12 Grad und weniger als 30 Grad zur (0001)-Ebene des 4H-SiC-Einkristalls in einer <11-20>-Axialrichtung umfasst.
1 zeigt die epitaxiale Wachstumsebene, die in der vorliegenden Erfindung definiert ist. Die Figur zeigt die hexagonale Kristallstruktur eines SiC-Einkristalls. Die Substratebene, d. h. die Wachstumsebene, ist zur Bodenebene des hexagonalen Kristalls, d. h. der (0001)-Ebene, in der <11-20>-Axialrichtung exakt mit einem Abweichungswinkel geneigt.
Der Abweichungswinkel beträgt vorzugsweise mindestens 12 Grad und höchstens 25 Grad, am stärksten bevorzugt mindestens 12 Grad und höchstens 18 Grad.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein SiC-Einkristall, der anhand des obigen Verfahrens gezüchtet wurde, geschaffen.
Die Erfinder haben die vorliegende Erfindung auf der Basis der neuen Erkenntnis durchgeführt, dass es bei Verwendung eines Substrats mit einer Ebene, die zur (0001)-Ebene eines 4H-SiC-Einkristalls mit einem Abweichungswinkel von mindestens 12 Grad und weniger als 30 Grad in der <11-20>-Axialrichtung geneigt ist, als epitaxialer Wachstumsebene möglich ist, einen 4H-SiC-Einkristall mit wenig Verunreinigungen mit einer praxistauglichen Wachstumsrate zu züchten.
In der Vergangenheit war es, wie beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2003-300797 offenbart, üblich, ein epitaxiales Züchten auf einem Substrat unter Verwendung einer Ebene, die zur 4H-SiC-Einkristall (0001)-Ebene um etwa 8 Grad in der <11-20>-Axialrichtung geneigt ist, als Wachstumsebene durchzuführen. Im Falle einer zur (0001) leicht geneigten Ebene mit einem Abweichungswinkel von 1 Grad bis 10 Grad war die Wachstumsebene stufenförmig und als (0001)-Terrasse ausgebildet, daher kam es leicht zu Oberflächenfehlern in der Wachstumsschicht, dem so genannten „Steg Bunching". Ferner wurde die Wachstumsebene leicht durch Normabweichungen auf den Terrassenverunreinigungen und -teilchen gestört.
Im Gegensatz dazu ist die Wachstumsrate gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verbessert, und gleichzeitig kann eine äußerst flache Wachstumsebene ohne Aufrauung der epitaxialen Wachstumsfläche erreicht werden. Eine Wachstumsebene mit einem Abweichungswinkel von 12 Grad oder mehr ist keine Stufe und (0001)-Terrasse, sondern eine eigene Ebene, die durch diesen Abweichungswinkel bestimmt wird. In diesem Fall gibt es keine Vermischung mit anderen Polytypen, auch wenn es an der Wachstumsfläche zur Bildung eines zweidimensionalen Keims kommt. Wegen dieses zweidimensionalen Wachstums kommt es außerdem auch zu keinen Dreiecksdefekten.
Die Dreiecksdefekte, die an einer Wachstumsebene mit einem Abweichungswinkel von 4 bis 8 Grad leicht auftraten, sind gemäß der vorliegenden Erfindung praktisch eliminiert, da der Abweichungswinkel mindestens 12 bis unter 30 Grad groß gemacht wird. Der Grund dafür ist, dass, wenn der Abweichungswinkel größer gemacht wird, die Terrassenbreite der Kristallwachstumsebene kleiner wird und die Ausgangspunkte für das Auftreten von Defekten auf der Terrasse stark verringert sind. Da die Dichte der freien Bindungsarme an der Kristalloberfläche sich ferner von derjenigen der (0001)-Ebene unterscheidet, ändert sich auch die Auswirkung des Zuflusses von Verunreinigungen. Genauer wird die Zufuhr von N-Atomen unterdrückt und die Erzeugung eines Kristalls hoher Reinheit wird erleichtert.
Durch Übernahme des Abweichungswinkels der vorliegenden Erfindung kann im Vergleich zu herkömmlichen Substraten mit einem Abweichungswinkel von etwa 8 Grad eine qualitativ äußerst hochwertige epitaxiale Wachstumsschicht mit wenigen verbliebenen Verunreinigungen (Donoren und Akzeptoren) erhalten werden. Genauer wird, wenn der Abweichungswinkel etwa 15 Grad beträgt, der Kristall mit der höchsten Reinheit erhalten.
In der vorliegenden Erfindung werden dadurch, dass das C/Si-Verhältnis (Verhältnis von SiC-Materialgasen, wie Silangas und Propangas, in der Mischung), eine der Bedingungen für epitaxiales Kristallwachstum, niedrig eingestellt wird, die im Substrat vorhanden Mikropipes dissoziiert. Dies wird selbst in herkömmlichen Substraten mit 8 Grad-Abweichungswinkel beobachtet, aber dadurch, dass der Abweichungswinkel groß gemacht wird, wird die Energie, die nötig ist, damit Mikropipes durch die <0001>-Axialrichtung hindurch verlaufen, höher (die Verlagerungslinie wird länger), wird die Fortpflanzung von Mikropipes in der <0001>-Axialrichtung behindert, und wird die Dissoziation von Mikropipes im Vergleich zu den herkömmlichen Substraten mit einem Abweichungswinkel von 8 Grad gefördert.
Der Abweichungswinkel von mindestens 12 Grad wirkt sich so aus, dass Defekte und Verunreinigungen verringert werden, aber wenn der Abweichungswinkel zu groß wird, kommt es leicht zu Stapelfehlern und die Konzentration der verbliebenen Verunreinigungen nimmt im Gegenteil zu, so dass der Abweichungswinkel auf unter 30 Grad beschränkt wurde.
Beispiele
Beispiel 1
Ein Substrat mit einer Ebene, die zur (0001)-Ebene eines 4H-SiC-Einkristals mit einem Abweichungswinkel von 15 Grad in der <11-20>-Axialrichtung geneigt war, als epitaxiale Wachstumsebene wurde vorbereitet. Dieses Substrat wurde durch Inscheiben schneiden eines 4H-SiC-Einkristalls als Impfkristall, der anhand von Sublimation unter Verwendung der (0001)-Ebene als Wachstumsebene in einer um 15 Grad in Bezug auf die (0001)-Axialrichtung geneigten Ebene gezüchtet worden war, um einen Wafer zu erzeugen, und Polieren der Wafer-Oberfläche erhalten. Die Dicke des Substrats betrug etwa 380 μm.
Das epitaxiale Züchten wurde durch chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD) durchgeführt. Das verwendete System war ein horizontales Heißwand-CVD-System. Das Substrat wurde in einen Graphit-Suszeptor, der von einem Graphit-Isolator umgeben war, geladen, dann wurde der Reaktor auf etwa 1 × 10^–4 Pa oder weniger evakuiert.
Dann wurde ein Trägergas, das aus 8 slm Wasserstoffgas und 0,8 slm Argongas bestand, in den Reaktor eingeführt, und eine Hochfrequenz-Induktionserwärmung wurde verwendet, um den Graphit-Suszeptor zu erwärmen. Der erwärmte Graphit-Suszeptor erwärmte das Substrat. Als die Substrattemperatur 1350°C bis 1550°C erreichte, wurde das Substrat etwa 1 Minute bis etwa 30 Minuten lang so gehalten. Aufgrund dessen wurde die Substratoberfläche vom Wasserstoffgas geätzt, und die verbliebenen Verunreinigungen auf der Oberfläche wurden entfernt und die Oberfläche wurde eingeebnet.
Dann wurde ein Materialgas aus Silangas und Propangas in den Reaktor eingeführt, und ein SiC-Einkristall wurde epitaktisch gezüchtet. Die Wachstumsbedingungen waren eine Silangas-Strömungsrate von 2 scm³, eine Propangas-Strömungsrate von 1 scm³ (C/Si-Verhältnis gleich 1,5), eine Substrattemperatur von 1550°C und ein Druck von 80 Torr. Der Kristall wurde unter diesen Bedingungen etwa 2 Stunden lang aufwachsen gelassen. Infolgedessen wurde eine epitaxiale SiC-Einkristall-Wachstumsschicht mit einer Dicke von 8 μm erhalten. Die Wachstumsrate war 4 μm/h.
Die Oberflächenrauigkeit der erhaltenen epitaxialen Wachstumsschicht wurde von mit einem Abstoßungskraft-Mikroskop (AFM) gemessen. Demgemäß war die Flachheit im Hinblick auf RMS mit 0,1 nm äußerst hoch. Die Oberflächenrauigkeit des Substrats vor dem Aufwachsen war 0,2 nm im Hinblick auf RMS, so dass die Oberfläche der Wachstumsschicht im Hinblick auf die Flachheit im Vergleich mit der Substratoberfläche verbessert war.
Die Oberfläche der Wachstumsschicht wurde mit einem optischen Normanski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß waren keine Dreiecksdefekte oder andere Device-Killer zu erkennen.
Ferner wurden in dem epitaxialen Substrat durch Vakuumdampfabscheidung Nickelektroden gebildet, um Schottky-Elektroden zu bilden. Diese Schottky-Elektroden wurden verwendet, um die Konzentration von Verunreinigungen in der epitaxialen Wachstumsschicht anhand des Kapazitäts-Spannungs-Verfahrens zu messen. Demgemäß war die Donordichte 3 × 10¹³ cm^–3 oder ein extrem kleiner Zufluss von Verunreinigungen und eine extrem hohe Qualität.
Beispiel 2
Das gleiche Substrat wie in Beispiel 1 und das gleiche CVD-System und die gleichen Bedingungen wurden für die epitaxiale Züchtung eines 4H-SiC-Einristalls verwendet. Jedoch wurde in den Wachstumsbedingungen die Strömungsrate von Propangas in 0,67 scm³ geändert, und das C/Si-Verhältnis wurde etwa 1,0. Infolgedessen wurde die aufgewachsene Dicke 8,8 μm und die Wachstumsrate wurde auf 4,4 μm/h verbessert.
Die Oberfläche der Wachstumsschicht wurde mit einem optischen Normarski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß waren, wie in Beispiel 1, keine Dreiecksdefekte zu erkennen.
Die Oberflächenrauigkeit war im Hinblick auf RMS 0,1 nm.
Beispiel 3
Es wurden das gleiche Substrat wie in Beispiel 1 und das gleiche CVD-System und die gleichen Bedingungen für das epitaxiale Wachstum eines 4H-SiC-Einkristalls verwendet. Jedoch wurde in den Wachstumsbedingungen die Strömungsrate von Propangas in 0,33 scm³ geändert, und das C/Si-Verhältnis wurde etwa 0,5. Infolgedessen wurde die aufgewachsene Dicke 3,5 μm und die Wachstumsrate wurde 1,75 μm/h.
Die Oberfläche der Wachstumsschicht wurde mit einem optischen Normanski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß waren, wie in Beispiel 1, keine Dreiecksdefekte zu erkennen. Ferner wurde bestätigt, dass das Mikropipe, das im Substrat vorhanden gewesen war, in der epitaxialen Wachstumsschicht dissoziiert und verschwunden war.
Die Oberflächenrauigkeit im Hinblick auf RMS war 0,1 nm.
Beispiel 4
Ein Substrat mit einer Ebene, die zur (0001)-Ebene eines 4H-SiC-Einkristalls mit einem Abweichungswinkel von 25 Grad in der <11-20>-Axialrichtung geneigt war, als epitaxiale Wachstumsebene wurde vorbereitet. Dieses Substrat wurde durch Inscheibenschneiden eines 4H-SiC-Einkristalls als Impfkristall, der anhand von Sublimation unter Verwendung der (0001)-Ebene als Wachstumsebene in einer um 25 Grad in Bezug auf die (0001)-Axialrichtung geneigten Ebene gezüchtet worden war, um einen Wafer zu erzeugen, und Polieren der Wafer-Oberfläche erhalten. Die Dicke des Substrats betrug etwa 380 μm.
Unter Verwendung dieses Substrats und des gleichen CVD-Systems und der gleichen Bedingungen wurde ein 4H-SiC-Einkristall epitaktisch gezüchtet. Die Wachstumsbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1. Infolgedessen wurde die aufgewachsene Dicke 8,6 μm, und die Wachstumsrate wurde auf 4,3 μm/h verbessert.
Die Oberfläche der Wachstumsschicht wurde mit einem optischen Normanski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß waren, wie in Beispiel 1, keine Dreiecksdefekte zu erkennen.
Beispiel 5
Das gleiche Substrat wie in Beispiel 4 und das gleiche CVD-System und die gleichen Bedingungen wurden für das epitaxiale Züchten eines 4H-SiC-Einkristalls verwendet. Jedoch wurde in den Wachstumsbedingungen die Strömungsrate von Propangas in 0,67 scm³ geändert und das C/Si-Verhältnis wurde etwa 1,0. Infolgedessen wurde die Aufwuchsdicke 9,4 μm und die Wachstumsrate wurde auf 4,7 μm/h verbessert.
Die Oberfläche der aufgewachsenen Schicht wurde mit einem optischen Normanski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß waren, wie im Beispiel 1, keine Dreiecksdefekte zu erkennen.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Substrat mit einer Ebene, die zur (0001)-Ebene eines 4H-SiC-Einkristalls mit einem Abweichwinkel von 8 Grad in der <11-20>-Axialrichtung geneigt war, als epitaxialer Wachstumsebene wurde vorbereitet. Dieses Substrat wurde durch Inscheibenschneiden eines 4H-SiC-Einkristalls als Impfkristall, der anhand von Sublimation unter Verwendung der (0001)-Ebene als Wachstumsebene in einer um 8 Grad in Bezug auf die (0001)-Axialrichtung geneigten Ebene gezüchtet worden war, um einen Wafer zu erzeugen, und Polieren der Wafer-Oberfläche erhalten. Die Dicke des Substrats betrug etwa 380 μm.
Unter Verwendung dieses Substrats und des gleichen CVD-Systems und der gleichen Bedingungen wie in den Beispielen der Erfindung wurde ein 4H-SiC-Einkristall epitaktisch gezüchtet.
Unter den Wachstumsbedingungen wurde die Propangas-Strömungsrate in 0,67 scm³ geändert, und das C/Si-Verhältnis wurde etwa 1,0. Infolgedessen wurde die aufgewachsene Dicke 6,7 um, und die Wachstumsrate war 3,35 μm/h.
Die Oberfläche der Wachstumsschicht wurde mit einem optischen Normanski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß wurde das Vorhandensein von Dreiecksdefekten bestätigt.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Substrat mit einer Ebene, die zur (0001)-Ebene eines 4H-SiC-Einkristalls mit einem Abweichwinkel von 4 Grad in der <11-20>-Axialrichtung geneigt war, als epitaxialer Ebene wurde vorbereitet. Dieses Substrat wurde durch Inscheibenschneiden eines 4H-SiC-Einkristalls als Impfkristall, der anhand von Sublimation unter Verwendung der (0001)-Ebene als Wachstumsebene in einer um 4 Grad in Bezug auf die (0001)-Axialrichtung geneigten Ebene gezüchtet worden war, um einen Wafer zu erzeugen, und Polieren der Wafer-Oberfläche erhalten. Die Dicke des Substrats betrug etwa 380 μm.
Unter Verwendung dieses Substrats und des gleichen CVD-Systems und der gleichen Bedingungen wie in den Beispielen der Erfindung wurde ein 4H-SiC-Einkristall epitaktisch gezüchtet.
Unter den Wachstumsbedingungen wurde die Propangas-Strömungsrate auf 0,67 scm³ eingestellt, und das C/Si-Verhältnis auf etwa 1,0. Infolgedessen wurde die aufgewachsene Dicke 8,4 μm, und die Wachstumsrate war 4,2 μm/h.
Die Oberfläche der Wachstumsschicht wurde mit einem optischen Normanski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß wurde das Vorhandensein von Dreiecksdefekten bestätigt.
Die Oberflächenrauigkeit wurde mit einem Abstoßungskraft-Mikroskop (AFM) gemessen. Demgemäß wurde gefunden, dass sie im Hinblick auf RMS bei 1,4 nm lag. Da die Oberflächenrauigkeit des Substrats in RMS 0,1 bis 0,2 nm war, hatte sich die Oberfläche der Wachstumsschicht im Hinblick auf die Flachheit sogar gegenüber der Substratoberfläche erheblich verschlechtert.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Substrat mit einer Ebene, die zur (0001)-Ebene eines 4H-SiC-Einkristalls mit einem Abweichwinkel von 30 Grad in der <11-20>-Axialrichtung geneigt war, als epitaxialer Ebene wurde vorbereitet. Dieses Substrat wurde durch Inscheibenschneiden eines 4H-SiC-Einkristalls als Impfkristall, der anhand von Sublimation unter Verwendung der (0001)-Ebene als Wachstumsebene in einer um 30 Grad in Bezug auf die (0001)-Axialrichtung geneigten Ebene gezüchtet worden war, um einen Wafer zu erzeugen, und Polieren der Wafer-Oberfläche erhalten. Die Dicke des Substrats betrug etwa 380 μm.
Unter Verwendung dieses Substrats und des gleichen CVD-Systems und der gleichen Bedingungen wie in den Beispielen der Erfindung wurde ein 4H-SiC-Einkristall epitaktisch gezüchtet.
Unter den Wachstumsbedingungen wurde die Propangas-Strömungsrate auf 0,67 scm³ eingestellt, und das C/Si-Verhältnis war etwa 1,0. Infolgedessen wurde die aufgewachsene Dicke 9,8 um, und die Wachstumsrate war 4,9 μm/h.
Die Oberfläche der Wachstumsschicht wurde mit einem optischen Normanski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß wurde das Vorhandensein von Defekten bestätigt.
Die Oberflächenrauigkeit wurde mit einem AFM gemessen. Demgemäß wurde gefunden, dass sie mit 0,1 nm im Hinblick auf RMS äußerst flach war.
Vergleichsbeispiel 4
Ein Substrat mit einer Ebene, die zur (0001)-Ebene eines 4H-SiC-Einkristalls mit einem Abweichwinkel von 45 Grad in der <11-20>-Axialrichtung geneigt war, als epitaxialer Ebene wurde vorbereitet. Dieses Substrat wurde durch Inscheibenschneiden eines 4H-SiC-Einkristalls als Impfkristall, der anhand von Sublimation unter Verwendung der (0001)-Ebene als Wachstumsebene in einer um 45 Grad in Bezug auf die (0001)-Axialrichtung geneigten Ebene gezüchtet worden war, um einen Wafer zu erzeugen, und Polieren der Wafer-Oberfläche erhalten. Die Dicke des Substrats betrug etwa 380 μm.
Unter Verwendung dieses Substrats und des gleichen CVD-Systems und der gleichen Bedingungen wie in den Beispielen der Erfindung wurde ein 4H-SiC-Einkristall epitaktisch gezüchtet.
Unter den Wachstumsbedingungen wurde die Propangas-Strömungsrate auf 0,67 scm³ eingestellt, und das C/Si-Verhältnis war etwa 1,0. Infolgedessen wurde die aufgewachsene Dicke 12 μm, und die Wachstumsrate war 6 μm/h.
Die Oberfläche der Wachstumsschicht wurde mit einem optischen Normanski-Mikroskop betrachtet. Demgemäß wurde das Vorhandensein von Defekten bestätigt.
Die Oberflächenrauigkeit wurde mit einem AFM gemessen. Demgemäß wurde gefunden, dass sie mit 0,1 nm im Hinblick auf RMS äußerst flach war.
In den oben erläuterten Beispielen 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurde ein epitaxiales Züchten durchgeführt, wobei der Abweichungswinkel auf verschiedene Weise von 1 Grad bis 45 Grad geändert wurde und das C/Si-Verhältnis im Bereich von 0,5 bis 2,0 geändert wurde. Die Änderungen der Wachstumsrate und die Verunreinigungskonzentrationen im Bezug auf die C/Si-Verhältnisse der erhaltenen epitaxialen 4H-SiC-Einkristall-Wachstumsschichten sind in 2 und 3 dargestellt. Es zeigt sich, dass dadurch, dass der Abweichungswinkel auf mindestens 12 Grad und weniger als 30 Grad eingestellt wird, wie in der vorliegenden Erfindung, die Wachstumsrate verbessert ist und gleichzeitig die Verunreinigungskonzentration verringert ist.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren zum epitaxialen Züchten eines 4H-SiC-Einristalls, welches das Züchten eines SiC-Einkristalls, der sich zur Verwendung als Halbleitermaterial eignet, mit wenig Defekten und wenig Verunreinigungen mit einer praxistauglichen Wachstumsrate ermöglicht, sowie ein dadurch erhaltener 4H-SiC-Einkristall geschaffen.

Claims

Verfahren zum Züchten eines SiC-Einkristalls, umfassend das Züchten eines 4H-SiC-Einkristalls auf einem 4H-SiC-Einkristallsubstrat durch epitaxiales Wachstum, wobei eine epitaxiale Wachstumsebene des Substrats von einer (0001)-Ebene des 4H-SiC-Einkristalls um einen Abweichungswinkel von mindestens 12 Grad und höchstens 18 Grad in einer <11-20>-Achsenrichtung geneigt ist.