KR100827970B1 - 탄화규소 단결정, 탄화규소 기판 및 탄화규소 단결정의제조방법 - Google Patents

탄화규소 단결정, 탄화규소 기판 및 탄화규소 단결정의제조방법 Download PDF

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Abstract

억셉터로서의 기능을 갖는 제 1 도펀트와, 도너로서의 기능을 갖는 제 2 도펀트를 함유하는 SiC 단결정 (2a) 으로서, 제 1 도펀트의 함유량이 5×1015 개/㎤ 이상이고, 제 2 도펀트의 함유량이 5×1015개/㎤ 이상으로, 제 1 도펀트의 함유량이 제 2 도펀트의 함유량보다도 많은 SiC 단결정 (2a) 이다. 탄소와 규소를 함유하는 재료 중에 금속 붕화물을 혼합하여 원료 (2) 를 제작하는 공정, 원료 (2) 를 기화시키는 공정, 탄소와 규소와 붕소와 질소를 함유하는 혼합 가스를 생성하는 공정, 및 혼합 가스를 종결정 기판 (1) 의 표면 상에서 재결정시켜 붕소와 질소를 함유하는 탄화규소 단결정 (2a) 을 종결정 기판 (1) 의 표면 상에 성장시키는 공정을 포함하는, 탄화규소 단결정 (2a) 의 제조방법이다.
탄화규소 단결정, 탄화규소 기판

Description

탄화규소 단결정, 탄화규소 기판 및 탄화규소 단결정의 제조방법 {SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL, SILICON CARBIDE SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD FOR SILICON CARBIDE SINGLE CRYSTAL}
도 1 은 본 발명에 사용되는 SiC 단결정 성장 장치의 바람직한 일례의 모식적인 단면도.
도 2 는 본 발명의 SiC 기판의 바람직한 일례의 모식적인 사시도.
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊
1 : SiC 종결정 기판
3 : SiC 단결정 잉곳
5 : 성장 장치
6 : 석영관
7 : 도가니
8 : 뚜껑
9 : 펠트
10 : 워크 코일
본 발명은 탄화규소 (SiC) 단결정, SiC 기판 및 SiC 단결정의 제조방법에 관한 것으로, 특히 고저항율을 나타내는 p 형의 SiC 단결정, SiC 기판 및 SiC 단결정의 제조방법에 관한 것이다.
SiC 는 규소 (Si) 에 비하여 밴드갭이 약 3 배, 절연파괴전압이 약 10 배, 전자포화속도가 약 2 배, 또한 열전도율이 약 3 배 크고, Si 에 없는 물성을 갖고 있다. 또한, SiC 는 열적 또한 화학적으로 안정된 반도체 재료로서, 이들 물성을 살려, 최근에는 Si 디바이스의 물리적인 한계를 타파하는 파워 디바이스나 고온에서 동작하는 내환경 디바이스 등으로의 응용이 기대되어 있다.
또한, 광디바이스 연구에 있어서는 단파장화를 목표로 한 질화갈륨 (GaN) 계의 재료개발이 이루어지고 있는데, SiC 는 GaN 에 대한 격자부정합이 다른 화합물 반도체에 비하여 훨씬 작기 때문에, SiC 기판은 GaN 층의 에피택셜 성장용의 기판으로서 주목되고 있다.
이러한 일렉트로닉스의 분야에서는, 사용 목적에 따라 기판의 전기전도 특성을 제어할 필요가 있고, 예를 들어, 반도체 레이저용의 기판으로는 저저항율의 기판이 필요하게 되어, 고주파 디바이스용의 기판으로는 기생용량저감 및 소자분리 등의 이유로부터, 고저항율 (반절연성) 의 기판이 필요하게 된다.
저저항율의 SiC 기판은, 예를 들어, 개량 레일리법에 있어서 분위기 가스인 아르곤 가스에 질소 가스를 혼합함으로써 비교적 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 고저항율의 SiC 기판은, 예를 들어, 미국특허 5611955호 명세서, 일본 특허공표공보 2003-500321호 및 일본 공개특허공보 2003-104798호에 기재되어 있는 바나듐을 함유시킨 고저항율의 SiC 단결정을 절단함으로써 제조된다. 이 바나듐을 함유시킨 고저항율의 SiC 단결정은, 고순도의 SiC 결정분말 중에 고순도의 금속 바나듐을 첨가하여, 금속 바나듐을 SiC 와 함께 승화시켜 SiC 단결정 중에 바나듐을 함유시킴으로써 제조된다.
그러나, 금속 바나듐의 승화속도가 크기 때문에, SiC 단결정의 성장 초기에 많은 바나듐이 SiC 단결정 중에 넣어져, SiC 단결정 중에 똑같이 바나듐을 함유시킬 수 없었다. 또한, 성장 초기 시, SiC 단결정 중에 함유되는 바나듐의 양이 고용 한계를 초과하여, 석출물의 발생과 함께 결정성을 열화시키기 때문에, 이 성장 초기에서의 결정성의 열화가 그 후에 성장되는 SiC 단결정에도 악영향을 주었다. 그 결과, 고저항율의 SiC 단결정을 안정적으로 제조할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, SiC 단결정을 절단하여 얻어지는 SiC 기판의 저항율에도 큰 편차가 생긴다는 문제가 있었다.
그래서, 일본 공개특허공보 2003-104798호에 있어서는, 바나듐을 함유하는 SiC 결정을 미리 제조해 놓고, 이것을 분말상으로 한 것을 원료로 하여 개량 레일리법에 의해 바나듐을 함유하는 SiC 단결정을 다시 성장시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에 있어서는, 바나듐을 함유하는 SiC 결정을 미리 제조할 필요가 있기 때문에, 고저항율의 SiC 단결정을 효율적으로 제조할 수 없다는 문제가 있었다.
또한, 상기한 바나듐 첨가가 아니라, SiC 단결정의 순도를 향상시키는 것에 의해서도, 고저항율의 SiC 기판을 제작할 수 있다. 예를 들어, 화학기상증착 (CVD) 법의 연장인 고온 CVD 법을 사용하여 제작된 SiC 단결정은 고순도로 되기 쉽다. 그러나, 고순도의 SiC 단결정을 얻기 위해서는, 그 성장 프로세스 (원료, 성장 장치 등) 도 고순도화할 필요가 있는데, 성장 프로세스를 안정적으로 계속 고순도화하는 것은 매우 곤란하였다.
본 발명의 목적은, 고저항율을 나타내는 SiC 단결정 및 SiC 기판을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은, 안정적으로 고저항율을 나타내는 SiC 단결정을 제조할 수 있는 SiC 단결정의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 억셉터로서의 기능을 갖는 제 1 도펀트와, 도너로서의 기능을 갖는 제 2 도펀트를 함유하는 SiC 단결정으로서, 제 1 도펀트의 함유량이 5×1015 개/㎤ 이상이고, 제 2 도펀트의 함유량이 5×1015 개/㎤ 이상이고, 제 1 도펀트의 함유량이 제 2 도펀트의 함유량보다도 많은 SiC 단결정이다.
여기서, 본 발명의 SiC 단결정에 있어서는, 제 1 도펀트의 함유량이 1×1016 개/㎤ 이상 1×1017 개/㎤ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 SiC 단결정에 있어서는, 제 2 도펀트의 함유량이 1×1016 개/㎤ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 SiC 단결정에 있어서는, 제 1 도펀트의 함유량과 제 2 도펀트의 함유량의 차가 5×1016 개/㎤ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 SiC 단결정에 있어서는, 제 1 도펀트가 붕소이고, 제 2 도펀트가 질소인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 SiC 단결정의 25℃ 에서의 저항율이 1×104Ωcm 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 SiC 단결정의 25℃ 에서의 저항율이 1×107Ωcm 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 상기에 기재된 SiC 단결정으로 이루어지는 SiC 기판이다.
또한 본 발명은, 탄소와 규소를 함유하는 재료 중에 금속 붕화물을 혼합하여 원료를 제작하는 공정, 원료를 기화시키는 공정, 탄소와 규소와 붕소와 질소를 함유하는 혼합 가스를 생성하는 공정, 및 혼합 가스를 종결정 기판의 표면 상에서 재결정시켜 붕소와 질소를 함유하는 탄화규소 단결정을 종결정 기판의 표면 상에 성장시키는 공정을 포함하는, 탄화규소 단결정의 제조방법이다.
여기서, 본 발명의 SiC 단결정의 제조방법에 있어서는, 금속 붕화물이, 붕화티탄, 붕화지르코늄, 붕화하프늄, 붕화탄탈 및 붕화니오브의 군으로부터 선택된 1 종류 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 고저항율을 나타내는 SiC 단결정 및 SiC 기판을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 고저항율을 나타내는 SiC 단결정을 안정적 으로 제조할 수 있는 SiC 단결정의 제조방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시형태의 설명
본 발명은, 억셉터로서의 기능을 갖는 제 1 도펀트와, 도너로서의 기능을 갖는 제 2 도펀트를 함유하는 SiC 단결정으로서, 제 1 도펀트의 함유량이 5×1015 개/㎤ 이상이고, 제 2 도펀트의 함유량이 5×1015 개/㎤ 이상이고, 제 1 도펀트의 함유량이 제 2 도펀트의 함유량보다도 많은 SiC 단결정이다. 이것은 본 발명자가 예의 검토한 결과, SiC 단결정 중에 있어서의 억셉터로서의 기능을 갖는 제 1 도펀트와 도너로서의 기능을 갖는 제 2 도펀트의 함유량이 모두 5×1015 개/㎤ 이상인 경우에는, 제 1 도펀트 및 제 2 도펀트가 SiC 단결정 중에 도입된 전자를 산란시키는 경향이 커지는 것을 발견하고, 또한, 억셉터로서의 기능을 갖는 제 1 도펀트의 함유량을 도너로서의 기능을 갖는 제 2 도펀트의 함유량보다도 많게 하여 도너로서의 기능을 갖는 제 2 도펀트를 억셉터로서의 기능을 갖는 제 1 도펀트로 보상하여 SiC 단결정 중에서의 전자의 이동도를 낮춤으로써 순수한 p 형 SiC 단결정보다도 더욱 고저항율화된 것이다.
여기서, SiC 단결정 중에서의 제 1 도펀트의 함유량은 1×1016 개/㎤ 이상 1×1017 개/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 제 1 도펀트의 함유량이 1×1016 개/㎤ 보다도 적은 경우에는 SiC 단결정 중에서의 제 1 도펀트의 함유량이 지나치게 적어 제 1 도펀트에 의한 전자의 산란이 불충분해져 SiC 단결정이 보다 높은 저항율을 나타내지 않는 경향이 있고, 1×1017 개/㎤ 보다도 많은 경우에는 SiC 단결정의 결정성이 악화되는 경향이 있기 때문이다.
또한, SiC 단결정 중에서의 제 2 도펀트의 함유량은 1×1016 개/㎤ 이상인 것이 바람직하다. 제 2 도펀트의 함유량이 1×1016 개/㎤ 보다도 적은 경우에는 SiC 단결정 중에서의 제 2 도펀트의 함유량이 지나치게 적어 제 2 도펀트에 의한 전자의 산란이 불충분해져 SiC 단결정이 보다 높은 저항율을 나타내지 않는 경향이 있기 때문이다.
또한, 제 1 도펀트의 함유량과 제 2 도펀트의 함유량의 차가 5×1016 개/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 제 1 도펀트의 함유량과 제 2 도펀트의 함유량의 차가 5×1016 개/㎤ 보다도 큰 경우에는, 제 1 도펀트와 제 2 도펀트의 보상에 의한 캐리어수의 감소가 충분하지 않아, SiC 단결정의 저항율이 낮아지는 경향이 있기 때문이다.
여기서, 억셉터로서의 기능을 갖는 제 1 도펀트란, SiC 단결정 중에서 전자수용체로서 기능하는 도펀트를 말한다. 제 1 도펀트로서는, 예를 들어 붕소, 알루미늄 또는 갈륨 등이 있는데, 그 중에서도 붕소가 바람직하다. 붕소는 깊은 준위를 갖기 때문에, 붕소를 함유하는 SiC 단결정은 고저항율을 나타내기 쉽기 때문이다.
또한, 도너로서의 기능을 갖는 제 2 도펀트란, SiC 단결정 중에서 전자공급 체로서 기능하는 도펀트를 말한다. 제 2 도펀트로서는, 예를 들어 질소 또는 인 등이 있는데, 그 중에서도 질소가 바람직하다. 제 2 도펀트로서 질소를 사용한 경우에는, SiC 단결정의 제조가 용이해지는 경향이 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 SiC 단결정의 25℃ 에 있어서의 저항율은, 1×104Ωcm 이상인 것이 바람직하고, 1×107Ωcm 이상인 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 SiC 단결정의 25℃ 에서의 저항율이 1×104Ωcm 이상인 경우에는 절연성 기판을 필요로 하는 반도체 디바이스의 기판에 본 발명의 SiC 단결정을 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 25℃ 에서의 저항율이 1×107Ωcm 이상인 경우에는 절연성 기판을 필요로 하는 반도체 디바이스의 기판에 본 발명의 SiC 단결정을 더욱 바람직하게 이용할 수 있다.
이러한 본 발명의 SiC 단결정의 제조방법의 바람직한 일례로서, 탄소와 규소를 함유하는 재료 중에 금속 붕화물을 혼합하여 원료를 제작하는 공정과, 원료를 기화시키는 공정과, 탄소와 규소와 붕소와 질소를 함유하는 혼합 가스를 생성하는 공정과, 혼합 가스를 종결정 기판의 표면 상에서 재결정시켜 붕소와 질소를 함유하는 SiC 단결정을 종결정 기판의 표면 상에 성장시키는 공정을 포함하는 제조방법이 있다.
여기서, 금속 붕화물로서는, 붕화티탄, 붕화지르코늄, 붕화하프늄, 붕화탄탈, 붕화니오브, 붕화알루미늄, 붕화이테르븀, 붕화우란, 붕화가드륨, 붕화칼슘, 붕화크롬, 붕화규소, 붕화코발트, 붕화스트론튬, 붕화텅스텐, 붕화철, 붕화구리, 붕화토륨, 붕화니켈, 붕화바륨, 붕화마그네슘, 붕화망간, 붕화몰리브덴, 붕화바나듐 또는 붕화세륨 등이 있다.
그 중에서도, 금속 붕화물로서는, 붕화티탄, 붕화지르코늄, 붕화하프늄, 붕화탄탈 및 붕화니오브의 군으로부터 선택된 1 종류 이상이 사용되는 것이 바람직하다. 이들 금속 붕화물은, 붕소 단체보다도 증기압이 낮기 때문에, 금속 붕소를 사용한 경우와 비교하여, SiC 단결정의 성장 초기에 많은 붕소가 SiC 단결정 중에 삽입되지 않아, SiC 단결정 중에 똑같이 붕소를 삽입할 수 있는 경향이 있기 때문이다. 또한, 이들 금속 붕화물 중의 붕소는 원자의 크기가 탄소와 별로 다르지 않기 때문에 붕소는 SiC 단결정 중의 탄소사이트에 삽입되기 쉬워지는 경향이 있지만, 금속 붕화물 중의 금속은 규소 및 탄소보다도 큰 원자이기 때문에 SiC 단결정 중의 규소사이트 및 탄소사이트에 삽입되기 어려운 경향에 있기 때문이다.
탄소와 규소를 함유하는 재료 중에 금속 붕화물이 혼합된 원료를 예를 들어 2000℃ 이상 2800℃ 이하로 가열하여 기화시킨 기화 가스에 질소 가스를 혼합하여, 탄소와 규소와 붕소와 질소를 함유하는 혼합 가스를 생성한다. 여기서, 혼합 가스 중에서의 붕소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 2×10-3 mol% 이상으로 함으로써, SiC 단결정 중에서의 붕소의 함유량을 5×1015 개/㎤ 이상으로 할 수 있다. 또한, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 2×10-3mol% 이상으로 함으로써, SiC 단결정 중에서의 질소의 함유량을 5× 1015 개/㎤ 이상으로 할 수 있다. 그리고 금속 붕화물의 혼합량을 조절함으로써, 혼합 가스 중에서의 붕소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 4×10-3mol% 이상 4×10-1mol% 이하로 한 경우에는, SiC 단결정중에서의 붕소의 함유량을 1×1016 개/㎤ 이상 1×1017 개/㎤ 이하로 할 수 있다. 또한, 질소 가스의 혼합량을 조절함으로써, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 4×10-3mol% 이상으로 한 경우에는, SiC 단결정 중에서의 질소의 함유량을 1×1016 개/㎤ 이상으로 할 수 있다. 그리고, 금속 붕화물의 혼합량과 질소 가스의 혼합량을 적절히 조절함으로써, SiC 단결정 중에서의 붕소와 질소의 함유량의 차를 5×1016 개/㎤ 이하로 할 수 있다.
그리고, 이 혼합 가스를 종결정 기판의 표면 상에서 재결정시킴으로써, 종결정 기판의 표면 상에 SiC 단결정을 성장시켜, 본 발명의 SiC 단결정을 제조할 수 있다.
이렇게 하여 제조된 SiC 단결정을 절단함으로써 본 발명의 SiC 기판을 제조할 수 있다.
예
(실시예 1)
도 1 에 본 발명에 사용되는 SiC 단결정 성장 장치의 모식적인 단면도를 나 타낸다. 이 성장 장치 (5) 는, 석영관 (6) 의 내부에 설치된 흑연제의 도가니 (7) 와, 도가니 (7) 의 상단 개구부를 폐쇄하는 뚜껑 (8) 과, 도가니 (7) 와 뚜껑 (8) 의 주위에 설치된 열 시일드 (shield) 를 위한 흑연제의 펠트 (9) 와, 석영관 (6) 의 외주를 둘러싸도록 설치된 워크 코일 (10) 을 포함한다. 그리고, SiC 로 이루어지는 종결정 기판 (1) 이 뚜껑 (8) 의 하면 중앙에 장착되어 있고, 원료 (2) 가 도가니 (7) 의 내부에 충전되어 있다.
원료 (2) 는, SiC 결정 분말에 붕화티탄 (TiB2) 을 원료 (2) 중의 규소의 물질량에 대하여 2×10-2mol% 혼합함으로써 제조되었다. 그리고, 도가니 (7) 의 내부의 압력이 10-5Pa 가 될 때까지 일단 감압한 후에 아르곤 (Ar) 가스를 도입하여, 도가니 (7) 의 내부를 압력 1×105Pa 의 Ar 가스분위기로 하였다.
그리고, 워크 코일 (10) 에 고주파 전류를 흘려보냄으로써 원료 (2) 를 2200℃ 로 가열하고, 도가니 (7) 의 내부 압력을 1.3×103Pa 까지 감압함으로써 원료 (2) 를 기화시켜, 이 기화 가스에 질소 가스를 혼합함으로써 혼합 가스를 얻었다. 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량은 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 2×10-2 mol% 이었다. 또한, 워크 코일 (10) 에 의한 가열은, 원료 (2) 로부터 SiC 종결정 기판 (1) 에 걸쳐 서서히 저온으로 되도록 온도구배를 형성하여 행하여졌다. 그 후, 혼합 가스가, SiC 종결정 기판 (1) 의 표면 상에서 재결정함으로써 SiC 단결정 (2a) 이 성장되어, SiC 단결정 잉곳 (3) 이 얻어졌다.
이 SiC 단결정 잉곳 (3) 을 400㎛ 의 두께로 절단하여, 구경 2인치의 도 2 에 나타내는 원판상의 SiC 기판 (4) 을 제조하였다. 그리고, 이 SiC 기판 (4) 중의 붕소와 질소의 함유량을 SIMS (2차 이온질량분석법) 에 의해서 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 1×1017 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 5×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 5×1016 개/㎤ 이었다. 또한, SiC 기판의 저항율은 1×105Ωcm 이었다.
(실시예 2)
혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 3.5×10-2mol% 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 SiC 기판을 제조하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이 SiC 기판 중의 붕소와 질소의 함유량을 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 1×1017 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 8×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 2×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율은 1×106Ωcm 이었다.
(실시예 3)
TiB2 를 도 1에 나타내는 원료 (2) 중의 규소의 물질량에 대하여 0.4×10-2mol% 혼합하여, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 0.4×10-2mol% 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 SiC 기판을 제조하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이 SiC 기판 중의 붕소와 질소의 함유량을 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 2×1016 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 1×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 1×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율은 1×107Ωcm 이었다.
(실시예 4)
TiB2 를 도 1 에 나타내는 원료 (2) 중의 규소의 물질량에 대하여 2×10-3mol% 혼합하여, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 2×10-3mol% 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 SiC 기판을 제조하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이 SiC 기판 중의 붕소와 질소 의 함유량을 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 1×1016 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 5×1015 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 5×1015 개/㎤ 이었다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율은 1×107Ωcm 이었다.
(실시예 5)
TiB2 를 도 1에 나타내는 원료 (2) 중의 규소의 물질량에 대하여 1.9×10-3mol% 혼합하여, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 2×10-3mol% 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 SiC 기판을 제조하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이 SiC 기판 중의 붕소와 질소의 함유량을 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 9.5×1015 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 5×1015 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 4.5×1015 개/㎤ 이었다. 또한 이 SiC 기판의 저항율은 5×109Ω cm 이었다.
(실시예 6)
TiB2 를 도 1 에 나타내는 원료 (2) 중의 규소의 물질량에 대하여 1.02×10-3mol% 혼합하여, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 2×10-3mol% 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 SiC 기판을 제조하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이 SiC 기판 중의 붕소와 질소의 함유량을 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 5.1×1015 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 5.0×1015 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 1.0×1014 개/㎤ 이었다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율은 1.0×1011Ωcm 이었다.
(실시예 7)
TiB2 를 도 1 에 나타내는 원료 (2) 중의 규소의 물질량에 대하여 2×10-2mol% 혼합하여, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 1.6×10-2mol% 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 SiC 기판을 제조하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이 SiC 기판 중의 붕소와 질소의 함유량을 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 1×1017 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 4×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 6×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율은 1.1×102Ωcm 이었다.
(비교예 1)
TiB2 를 도 1 에 나타내는 원료 (2) 중의 규소의 물질량에 대하여 0.98×10-3mol% 혼합하여, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 1×10-3mol% 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 SiC 기판을 제조하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이 SiC 기판 중의 붕소와 질소의 함유량을 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 4.9×1015 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 2.5×1015 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 2.4×1015 개/㎤ 이었다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율은 1×104Ωcm 이었다.
(비교예 2)
TiB2 를 도 1 에 나타내는 원료 (2) 중의 규소의 물질량에 대하여 2×10-3mol% 혼합하여, 혼합 가스 중에서의 질소의 함유량을 혼합 가스 중에서의 규소의 함유량의 1×10-2mol% 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 SiC 기판을 제조하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 이 SiC 기판 중의 붕소와 질소의 함유량을 측정하여, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차를 산출하였다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율을 측정하였다. 이들 결과를 표 1 에 나타낸다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 이 SiC 기판 중의 붕소의 함유량은 1×1016 개/㎤ 이고, 질소의 함유량은 2.5×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차는 -1.5×1016 개/㎤ 이었다. 또한, 이 SiC 기판의 저항율은 1×10-1Ωcm 이었다.
Figure 112005061364650-pat00001
표 1 에 나타내는 바와 같이, 붕소의 함유량이 5×1015 개/㎤ 이상이고, 질소의 함유량이 5×1015 개/㎤ 이상으로, 붕소의 함유량이 질소의 함유량보다도 많은 실시예 1∼7 의 SiC 기판은, 붕소의 함유량과 질소의 함유량이 모두 5×1015 개/㎤ 미만인 비교예 1 의 SiC 기판, 및 붕소의 함유량이 질소의 함유량보다도 적은 비교예 2 의 SiC 기판보다도 상당히 큰 저항율을 나타내었다.
또한, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차가 5×1016 개/㎤ 이하인 실시예 1∼6 의 SiC 기판은, 그 차가 6×1016 개/㎤ 인 실시예 7 의 SiC 기판보다도 상당히 큰 저항율을 나타내었다.
또한, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼7 의 SiC 기판에 있어서는, 붕소의 함유량과 질소의 함유량의 차가 작아질수록 SiC 기판은 고저항율을 나타내는 경향이 있었다.
또, 상기 실시예에 있어서는 금속 붕화물로서 TiB2 를 사용하였지만, TiB2 이외의 금속 붕화물을 사용하여도 상기 실시예와 동일한 효과가 얻어지는 것은 말할 필요도 없다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고저항율을 나타내는 p 형의 SiC 단결정 및 SiC 기판을 안정적으로 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 디바이스 분야에서의 고주파 디바이스, 특히, 동작주파수가 높은 스위칭 소자에 바람직하게 이용된다.
여기서 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시인 것으로서, 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니고 특허청구범위에 의해 나타나며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명에 따르면, 고저항율을 나타내는 SiC 단결정 및 SiC 기판을 제공할 수 있으며, 안정적으로 고저항율을 나타내는 SiC 단결정을 제조할 수 있는 SiC 단결정의 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 억셉터로서의 기능을 갖는 제 1 도펀트 및 도너로서의 기능을 갖는 제 2 도펀트를 함유하는 탄화규소 단결정 (2a) 으로서,
    상기 제 1 도펀트의 함유량은 5×1015 개/㎤ 이상이고, 상기 제 2 도펀트의 함유량은 5×1015 개/㎤ 이상이며,
    상기 제 1 도펀트의 함유량은 상기 제 2 도펀트의 함유량보다도 많으며,
    상기 제 1 도펀트의 함유량과 상기 제 2 도펀트의 함유량의 차가 5×1016 개/㎤ 이하이며,
    상기 제 1 도펀트는 붕소이고, 상기 제 2 도펀트는 질소이며,
    25℃ 에서의 저항율이 1×104Ωcm 이상인 것을 특징으로 하는, 탄화규소 단결정 (2a).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도펀트의 함유량은 1×1016 개/㎤ 이상 1×1017 개/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는, 탄화규소 단결정 (2a).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 도펀트의 함유량은 1×1016 개/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는, 탄화규소 단결정 (2a).
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    25℃ 에서의 저항율이 1×107Ωcm 이상인 것을 특징으로 하는, 탄화규소 단결정 (2a).
  8. 제 1 항에 기재된 탄화규소 단결정 (2a) 으로 이루어지는, 탄화규소 기판 (4).
  9. 탄소와 규소를 함유하는 재료 중에 금속 붕화물을 혼합하여 원료 (2) 를 제 작하는 공정,
    상기 원료 (2) 를 기화시키는 공정,
    탄소와 규소와 붕소와 질소를 함유하는 혼합 가스를 생성하는 공정, 및
    상기 혼합 가스를 종결정 (種結晶) 기판 (1) 의 표면 상에서 재결정시켜, 붕소와 질소를 함유하는 탄화규소 단결정 (2a) 을 상기 종결정 기판 (1) 의 표면 상에 성장시키는 공정을 포함하는, 탄화규소 단결정 (2a) 의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속 붕화물은, 붕화티탄, 붕화지르코늄, 붕화하프늄, 붕화탄탈 및 붕화니오브의 군으로부터 선택된 1 종류 이상인 것을 특징으로 하는, 탄화규소 단결정 (2a) 의 제조방법.
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