TWI809003B - 碳化矽單晶之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係於利用TSSG法之4H-SiC單晶之培育中，不論有無摻雜，均防止異質多型之混入並且獲得具有良好形態之4H-SiC單晶。 本發明人等對TSSG法中之SiC單晶製造法中偏離角對培育結晶所造成之影響進行潛心研究，結果發現，於將偏離角設為60～68°之情形時，4H-SiC單晶培育時不易混入異質多型，此時，利用回熔法進行晶種表面之平滑化後再進行結晶培育，藉此可獲得具有良好形態之培育結晶。

Description

碳化矽單晶之製造方法

本發明係關於一種作為寬能隙半導體裝置用材料較佳之高品質碳化矽單晶之利用液相生長法之製造方法。

碳化矽(SiC)與被廣泛用作電子裝置等之材料之矽(Si)相比，帶隙、絕緣破壞電壓較大，期待其作為超越使用Si基板之裝置之功率裝置之基板材料。SiC基板係由SiC單晶錠切割而獲得。作為SiC鑄錠之製造方法，已知有使SiC結晶於氣相中結晶生長之方法(氣相生長法)、與使SiC結晶於液相中生長之方法(液相生長法)。液相生長法與氣相生長法相比，以更接近熱平衡之狀態進行結晶生長，故期待可獲得缺陷密度較小的高品質SiC單晶。

為了普及SiC作為面向功率裝置之基板材料，就提高裝置之可靠性而言，成為裝置材料之SiC單晶之高品質化必不可少。於利用液相生長法之SiC結晶製造中，要求獲得具有無凹溝之平滑表面之SiC單晶。

液相生長法中報告有一種TSSG(Top Seeded Solution Growth，頂晶熔鹽)法，其係將晶種利用接著劑貼附於保持軸，使晶種自上方與含有碳與矽之溶液接觸，從而使結晶於晶種下表面生長。TSSG法藉由保持軸之提拉能實現結晶之長條化、大口徑化，又，期待藉由使保持軸旋轉從而可抑制生長面內之生長不均。

TSSG法中，廣泛將由(000-1)面(亦稱為(000-1)同軸(on-axis)面、或just面)切割出之晶種(亦稱為同軸基板)與溶液接觸，從而使結晶於(000-1)面生長。同軸基板上之結晶培育有如下特徵：與偏軸基板(表面自(000-1)面傾斜之基板，將其傾斜角度稱為偏離角)相比，難以出現凹溝或表面粗糙，可獲得具有良好形態之培育結晶。

另一方面，所謂SiC之多晶型是指能獲得化學反應計量上為相同組成，且原子之積層樣式僅在軸方向上不同之多個結晶構造之現象，作為SiC之多晶型，已知有3C型、4H型、6H型、及15R型等。此處，C表示立方晶、H表示六方晶、R表示菱面體構造、數字表示積層方向之一週期中所包含之正四面體構造層數。所謂4H-SiC係表示具有4H型多晶型之SiC結晶。作為功率裝置之基板材料，較佳為不混合存在結晶系之僅包含一種結晶系之基板。

於使結晶於4H-SiC之同軸基板生長之情形時，如上所述可獲得良好之形態，但存在容易生成4H-SiC以外之異質多型之問題。

非專利文獻1中報告有對於使4H-SiC單晶以各種面進行結晶生長之情形時之形態進行評價，其結果為，於使用添加有Al之溶液之長時間生長時，自(000-1)面傾斜75.1°之(-110-1)面具有最平滑之表面，自(000-1)面傾斜62°之(-110-2)面具有良好之表面(非專利文獻1)。

非專利文獻2中揭示有一種利用鋁與氮之共摻雜之結晶培育方法。已知有若將鋁添加至原料溶液則對培育結晶之多型穩定化及形態穩定化有效。藉由在共摻雜條件中調整所添加之鋁與氮之量，可改變基板之傳導型。

又，專利文獻1中揭示有一種結晶生長方法，其係將面方位不明確的4H-SiC晶種於C不飽和狀態之熔融液中回熔後，藉由以回熔中之溫度以上之溫度使結晶生長，從而將缺陷產生層於回熔中溶解去除，使缺陷密度降低之SiC單晶生長。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開第2011/007458號 [非專利文獻]

[非專利文獻1] Takeshi Mitani等4人，「Morphological stability of 4H-SiC crystals in solution growth on {0001} and {110m} surfaces」，Journal of Crystal Growth，2017年6月，Volume 468，p.883-888 [非專利文獻2] Takeshi Mitani等7人，「4H-SiC Growth from Si-Cr-C Solution under Al and N Co-doping Conditions」，Materials Science Forum，2015年6月，Volumes 821-823，p.9-13

[發明所欲解決之問題]

然而，利用共摻雜所獲得之基板與利用單摻雜所獲得之基板相比，有電阻值變高之傾向。又，於(000-1)面生長時完全不添加鋁之情形時，無法防止異質多型之產生、或因凹溝生成所造成之形態之惡化。

即，利用摻雜之傳導型之控制中，為了實現多型穩定化及形態穩定化，大多使用複數種摻雜劑，結果引起結晶之電氣特性劣化之情形亦較多。因此，認為若即便不依賴摻雜亦可抑制異質多型之產生與形態之惡化，則可防止因過量與過多種類之摻雜所造成之結晶之電氣特性的變化等。

本發明係解決上述課題者，其目的在於：於利用TSSG法之SiC單晶培育中，不論有無摻雜，均防止異質多型之混入並且獲得具有良好形態之4H-SiC單晶。 [解決問題之技術手段]

本發明人等對TSSG法之SiC單晶製造法中，偏離角對培育結晶所造成之影響進行潛心研究，結果發現，將偏離角設為60～68°之情形時，4H-SiC單晶培育時不易混入異質多型，此時，利用回熔法進行晶種表面之平滑化後再進行結晶培育，藉此可獲得具有良好形態之培育結晶，從而完成了本發明。

本申請之發明係碳化矽單晶之製造方法，其特徵在於包含：回熔步驟，其使4H型碳化矽之晶種與含有矽及碳且碳濃度不飽和之原料溶液接觸，而使上述晶種之一部分溶解；及結晶培育步驟，其使4H型碳化矽單晶生長於上述晶種；且上述晶種之生長面係自(0001)面或(000-1)面之任一面於＜1-100＞方向上以60°以上且68°以下之角度傾斜之面。 [發明之效果]

根據本發明，於利用TSSG法之SiC單晶之培育中，不論有無摻雜，均可防止異質多型之混入並且獲得具有良好形態之4H-SiC單晶。

於本說明書中，(000-1)面等之記法中之「-1」係將原本在數字上標註橫線來表示之情況表示為「-1」。

使用圖式對本發明之實施形態進行說明。 圖1係表示實施本發明之SiC單晶之製造方法之結晶培育裝置1之概要的圖。結晶培育裝置1於坩堝3之內部具有含有矽與碳之原料溶液5，且晶種提拉軸7保持晶種9。藉由設置於坩堝3周圍之加熱器12，對原料溶液5進行加熱。

晶種9之下表面係與原料溶液5接觸且碳化矽單晶生長之生長面，如圖2所示，晶種9之生長面係自(0001)面或(000-1)面之任一面於＜1-100＞方向上傾斜60°以上且68°以下之面。

於本發明之碳化矽單晶之製造方法中，包含：回熔步驟，其使碳化矽之晶種9與含有矽及碳且碳濃度不飽和之原料溶液5接觸，而使晶種9之一部分溶解；及結晶培育步驟，其使碳化矽單晶之培育結晶生長於晶種9。

於回熔步驟中，由於原料溶液5之碳濃度不飽和，故而晶種9溶解。回熔步驟中，晶種9之表面凹凸消失，晶種9之下表面平滑化。再者，回熔步驟中，為了防止晶種9全部溶解，考慮到溶解速度，將晶種9之浸漬時間調整為僅使晶種9之一部分溶解之時間。

其後，於結晶培育步驟中，藉由於晶種9附近將原料溶液5設為過飽和狀態，而使碳化矽單晶生長於晶種9。

進行回熔步驟之方法無特別限定，於坩堝3為石墨製造且自坩堝3向原料溶液5供給碳之情形時，考慮使用使晶種與升溫途中之溫度T1之原料溶液5接觸之方法。由於來自坩堝之碳之溶解較慢，且升溫途中原料溶液之碳濃度經常處於不飽和狀態，故而若使其與晶種接觸，則來自坩堝之碳進行溶解之同時，來自晶種之SiC亦溶解。其後，將溫度T1升溫至溫度T2並保持一定時間使其穩定，藉此使來自坩堝之碳完全溶解，原料溶液中之碳濃度達到飽和，因此，進行於溫度T2使碳化矽單晶生長於晶種之結晶培育步驟。原料溶液5於回熔步驟中之溫度T1為1420℃以上且2100℃以下，較佳為1500℃以上且2000℃以下。又，結晶培育步驟中之溫度T2較佳為較T1高5℃以上，更佳為高50℃以上，進而較佳為高100℃以上。

此外，於坩堝3為石墨製造以外之情形時，減少添加時之碳源之量，在原料溶液5不飽和之狀態下進行回熔步驟，其後向原料溶液5供給碳源，提昇碳濃度，從而亦可進行結晶培育步驟。

於回熔步驟中晶種9之下表面平滑化，故而於其後之結晶培育步驟中形態變得良好。認為其係藉由晶種9之下表面之平滑化，於溶劑浸漬時被捕獲之環境氣體、或自溶劑中生成之氣泡容易自晶種9之下表面逸出，因此可抑制凹溝之形成，改善形態。

作為坩堝3，較佳為能夠向原料溶液5供給碳之石墨製造之石墨坩堝，但只要是能夠添加烴氣或固體之碳源，則亦可使用石墨坩堝以外之石英、氧化鋁、氧化鈦、氧化鉿、及氧化鋯等之坩堝。再者，為了使原料溶液5之溫度分佈更均勻，亦可使坩堝3旋轉。

原料溶液5藉由設置於坩堝3周圍之加熱器12而加熱，從而保持熔融狀態。結晶培育步驟中，原料溶液5之溫度T2較佳為1600℃以上且2100℃以下。

作為原料溶液5之矽源，可使用金屬矽、矽合金、及矽化合物等。又，作為原料溶液之碳源，可使用石墨、玻璃碳、及SiC等固體碳源、以及甲烷、乙烷、丙烷、及乙炔等烴氣等。

原料溶液5只要為含有用於SiC之結晶生長之矽與碳之溶液則無特別限定，較佳為使用於添加有添加元素之Si溶劑中溶解有碳之溶液。作為用作原料溶液之矽源之矽合金或矽化合物，可使用矽、與選自Ti、Cr、Sc、Ni、Al、Co、Mn、Ge、As、P、N、B、Dy、Y、Nb、Nd、Fe、V、Cu、Sn、Ga、Cu、及In中之至少1種添加元素之合金或化合物。尤其是就碳溶解度較大、蒸氣壓較小且化學性穩定之觀點而言，較佳為使用含有10莫耳%以上且60莫耳%以下Cr之Si-Cr合金系作為溶劑。Si-Cr合金系溶劑之Cr含量更佳為15莫耳%以上且50莫耳%以下，進而較佳為20莫耳%以上且40莫耳%以下。又，藉由將B、Al、Ga、及In等III族元素、以及N、P、As、及Sb等V族元素添加至Si溶劑或環境氣體中，可向培育結晶中摻雜添加元素，從而可將培育結晶變更為p型或n型，控制電氣特性。即，於SiC所含有之III族元素(受體)之合計濃度高於V族元素(供體)之合計濃度之情形時，SiC成為p型半導體；於V族元素之合計濃度高於III族元素之合計濃度之情形時，SiC成為n型半導體。

於本製造方法中，不論有無摻雜均可獲得具有良好形態之培育結晶，故而可減少已知有對培育結晶之多型穩定化及形態穩定化有效之鋁之添加量。具體而言，鋁於原料溶液5中之添加量較佳為原料溶液之3莫耳%以下，更佳為1莫耳%以下。本製造方法中，亦可於原料溶液中未添加鋁。

晶種提拉軸7之材質無特別限定，可由以碳為主成分之材料、例如石墨等形成。晶種9於晶種提拉軸7之前端利用含碳之接著劑等固定。晶種提拉軸部7在培育中將晶種9緩慢提拉至上方，使SiC單晶生長，從而如圖3所示般獲得培育結晶10。

生長後獲得之SiC單晶之直徑可與晶種9之直徑大致相同，較佳為以生長結晶之直徑大於晶種9之直徑之方式使結晶生長。使生長結晶之直徑擴大之角度(圖3之擴張角度11)較佳為35°～90°，更佳為60°～90°，進而較佳為78°～90°。藉由於晶種9之側面使原料溶液潤濕上升而形成彎液面，從而可使生長結晶之直徑擴大為大於晶種9之直徑。具體而言，藉由使晶種周圍之溶液溫度下降，使碳過飽和度增大，從而可提高於晶種側面方向上之生長速度，可擴大結晶直徑。

晶種9可使用4H-SiC。晶種9之厚度下限無特別限定，通常為0.1 mm以上。又，關於上限，若晶種9過厚則經濟性效率較差，故設為10 mm以下。

晶種9係以自(0001)面或(000-1)面之任一面於＜1-100＞方向上傾斜60°以上且68°以下之方式切斷而形成，將晶種9之切斷面與(0001)面或(000-1)面之任一面所成之角度稱作偏離角。晶種9之偏離角較佳為60°以上且68°以下，更佳為63°以上且68°以下，進而較佳為63°以上且64°以下。較佳為60°以上且68°以下之理由雖未必明確，但推測其原因在於表面原子構造之不同。

結晶生長中，較佳為使晶種9於與原料溶液5之液面平行之面旋轉。晶種9之最大旋轉速度較佳為10 rpm以上且300 rpm以下，更佳為20 rpm以上且200 rpm以下。又，晶種9之旋轉較佳為週期性反覆地進行正向旋轉與反向旋轉者，且其週期較佳為10秒以上且5分鐘以下，更佳為15秒以上且3分鐘以下，進而較佳為30秒以上且2分30秒以下。藉由週期性地更換旋轉方向，可抑制進行結晶生長時於晶種之生長表面之原料溶液之流動。

於回熔步驟及結晶培育步驟中，晶種培育裝置1較佳為氦氣、及氬氣等惰性氣體環境。又，為了獲得n型半導體之培育結晶，可含有氮氣0.01體積%以上且3.0體積%以下。

於結晶培育步驟中，至少與晶種9之結晶生長面接觸之原料溶液5需為過飽和狀態。作為獲得SiC之過飽和狀態之方法，能夠為使溶液蒸發而成為過飽和狀態之蒸發法；將晶種基板浸漬於飽和濃度之SiC溶液後，藉由過冷卻而成為過飽和狀態之冷卻法；將晶種基板浸漬於具有溫度梯度之SiC溶液中，並於低溫部使SiC結晶晶化之溫差法。

於使用溫差法之情形時，控制原料溶液5之加熱，或藉由晶種9進行冷卻等，而僅使晶種9之附近成為過飽和狀態，因此，晶種提拉軸7一面使晶種9於與原料溶液5之液面接觸之位置旋轉一面將其提拉，藉此於晶種9之結晶生長面析出SiC結晶。

於使用冷卻法或蒸發法之情形時，由於原料溶液5整體達到過飽和，故而能夠於晶種9浸漬於原料溶液5之內部之狀態下使結晶生長。

如圖4所示，於結晶培育步驟中，碳與矽自原料溶液5析出至晶種9之下表面(生長面)，形成包含4H-SiC之培育結晶15。圖4所示之態樣中，培育結晶15之直徑與晶種9之直徑大致相同。培育結晶15之下表面(表面)之偏離角與晶種9之下表面(生長面)之偏離角一致，均為自(0001)面或(000-1)面之任一面於＜1-100＞方向上傾斜60°以上且68°以下、較佳為傾斜63°以上且68°以下、更佳為傾斜63°以上且64°以下的面。

培育結晶15之厚度取決於生長速度或結晶培育步驟之時間，較佳為100 μm以上，更佳為1 mm以上，進而較佳為50 mm以上。培育結晶15越厚，越可以一次結晶培育獲得大量之SiC基板。

作為結晶培育步驟之時間，取決於培育結晶15所需之厚度與生長速度，通常多為1小時以上，亦可為4小時以上。

培育結晶15係自晶種提拉軸7切斷而成為SiC單晶錠。通常，晶種9係自SiC單晶錠切斷而得。SiC單晶錠之結晶生長方向與SiC單晶錠之長軸方向一致。再者，SiC單晶錠通常剖面為圓形。另一方面，SiC單晶錠亦可為剖面為六角形等多角形之多角柱。

藉由將SiC單晶錠以切斷面成為自(0001)面或(000-1)面之任一面於＜1-100＞方向上傾斜60°以上且68°以下、較佳為63°以上且68°以下、更佳為63°以上且64°以下之面之方式切割成薄板狀，從而可獲得4H型碳化矽單晶晶圓。切斷面可與培育結晶15之生長面平行，亦可傾斜。

即，本發明之實施形態之4H型碳化矽單晶晶圓之表面(鑄錠切斷面)係自(0001)面或(000-1)面之任一面於＜1-100＞方向上傾斜60°以上且68°以下、較佳為63°以上且68°以下、更佳為63°以上且64°以下之面。又，晶圓厚度較佳為100 μm以上，更佳為200 μm以上。晶圓直徑較佳為10 mm以上，更佳為50 mm以上，進而較佳為100 mm以上。

又，SiC單晶之鑄錠或晶圓所含有之鋁之濃度較佳為1×10¹⁹ 個/cm³ 以下，更佳為5×10¹⁸ 個/cm³ 以下。但是，於原料溶液中未添加鋁之情形時，來自原料之無法避免混入之鋁之濃度為1×10¹⁷ 個/cm³ 以下。再者，就精製技術之極限等方面而言，SiC單晶中之鋁濃度為1×10¹² 個/cm³ 以上。

又，於添加鋁作為用以獲得p型半導體之摻雜劑之情形時，SiC單晶中之鋁之濃度較佳為1×10¹⁷ 個/cm³ 以上，更佳為5×10¹⁷ 個/cm³ 以上。再者，SiC單晶中所含有之鋁或氮等元素之濃度可藉由次級離子質譜法儀等進行測定。

例如，作為本發明之實施形態之4H型碳化矽單晶，可列舉Al等受體之濃度為1×10¹⁷ 個/cm³ 以上且1×10¹⁹ 個/cm³ 以下之p型半導體、或N等供體之濃度為1×10¹⁷ 個/cm³ 以上，且供體濃度高於受體濃度之n型半導體。此外可列舉供體(例如B、Al、Ga及In)之合計濃度與受體(例如N、P、As及Sb)之合計濃度均為1×10¹⁷ 個/cm³ 以下之高純度半絕緣性碳化矽。

於本發明之製造方法中，不論有無摻雜，均可獲得具有良好形態之培育結晶。

根據本發明之製造方法所獲得之SiC單晶僅包含4H-SiC，且與共摻雜所得之結晶相比電阻值變小，故而由該SiC單晶所切割出之晶圓適合作為電子裝置之材料、尤其是功率裝置之基板材料。 [實施例]

[實施例1] 將4H-SiC單晶錠之自(000-1)面於[1-100]方向上傾斜63°之面以縱10 mm×橫10 mm×厚度1 mm之方式進行切割，從而獲得晶種。將切割面作為下端固定於碳製提拉軸並保持在電阻加熱爐上部。向設置於爐內中央之石墨坩堝準備矽及鉻之混合熔融液(鉻20莫耳%)並開始升溫。環境氣體為氦氣，並添加0.4體積%氮氣。為了使生長面平滑化，於升溫途中熔融液達到1764℃之時刻使晶種與熔融液接觸，使晶種下表面之凸部溶解。其後，藉由將爐內溫度穩定在目標溫度之1920℃，從而自晶種下端進行結晶生長。生長過程中，使提拉軸以30 rpm於正反方向上以30秒為週期進行旋轉。5小時後，將晶種自熔融液中提拉出，並將爐內進行冷卻。

將晶種自提拉軸切割後使用線鋸，以垂直於[11-20]方向之方式進行切片。將切斷面進行鏡面研磨，其後使用拉曼顯微鏡及光學顯微鏡進行分析。圖5係實施例1所獲得之結晶之剖面之光學顯微鏡圖像。下側之白色區域為晶種，其上方之顏色較深之區域為生長層(培育結晶)。生長層之厚度約為300 μm。根據拉曼散射光譜測定，確認到生長層整體為4H型SiC單晶。又，得知生長層幾乎無凹溝及溶劑內含物，可獲得具有良好形態之SiC單晶之生長層(培育結晶)。

[實施例2～7] 實施例2～7分別使用4H-SiC單晶錠，將自(000-1)面於[1-100]方向上傾斜60°、61°、62°、64°、65°、及68°之面切割出，除此以外，以與實施例1相同順序進行結晶培育。

[比較例1、2] 使用4H-SiC單晶錠，將自(000-1)面於[1-100]方向上傾斜62°、63°之面切割出，進而於熔融液穩定在1920℃後再使晶種與熔融液接觸，除此以外，以與實施例1相同順序進行結晶培育。

[比較例3] 使用4H-SiC單晶錠，將自(000-1)面於[1-100]方向上傾斜0°之面(即，(000-1)面)切割出，除此以外，以與實施例1相同順序進行結晶培育。

[比較例4] 於熔融液達到1920℃後再使晶種與熔融液接觸，除此以外，以與比較例3相同順序進行結晶培育。

[形態評價] 利用顯微鏡，對培育結晶中無凹溝之區域之面積進行觀察。 ◎：生長層面積之90%以上且100%以下為無凹溝之區域。 ○：生長層面積之30%以上且未達90%為無凹溝之區域。 △：生長層面積之0%以上且未達30%為無凹溝之區域。

[異質多型評價] 藉由拉曼散射光譜測定，對培育結晶中有無異質多型進行觀察。 〇：生長層未含有4H以外之多型。 ×：生長層含有4H以外之多型。

[表1]

於晶種之傾斜角度為60°以上且68°以下，且使晶種與升溫途中碳濃度不飽和之狀態之熔融液接觸而進行回熔步驟的實施例1～7中，即便僅摻雜氮，亦可獲得未產生異質多型且無凹溝之區域。尤其是傾斜角度為63°與64°之實施例1與4中，可獲得形態尤其良好之生長層。 圖5表示實施例1所獲得之生長層(培育結晶)之剖面之顯微鏡照片。實施例1所獲得之培育結晶具有整個面無凹溝之區域，且形態良好。

另一方面，於使晶種與穩定在目標溫度之狀態且碳濃度飽和之熔融液接觸，即，未進行回熔步驟之比較例1與比較例2中，生長層之整個面產生凹溝，且形態較差。認為其係因未進行回熔步驟故導致於溶劑浸漬時在晶種之下表面所捕獲之環境氣體、或溶劑中所生成之氣體以氣泡之形式殘存於晶種9之下表面之凹凸，因此，氣泡進入至培育結晶中，或氣泡部分之結晶生長速度變慢，導致形成凹溝且形態較差。

比較例3、4中，傾斜角度為0°，即於(000-1)面切斷之情形時雖獲得無凹溝之區域，但觀察到6H-SiC或15R-SiC之異質多型。於進行了回熔步驟之比較例3、與未進行回熔步驟之比較例4中，尤其是凹溝之產生頻率無變化，未觀察到對回熔步驟之形態之影響。

再者，實施例及比較例中，獲得氮原子之濃度高於鋁原子之濃度之n型半導體之4H-SiC。認為由於環境氣體中添加有氮氣，故而所獲得之培育結晶之氮原子之濃度應當為1×10¹⁷ 個/cm³ 以上，由於未向原料溶液添加鋁，故而所獲得之培育結晶之鋁濃度應當為1×10¹⁷ 個/cm³ 以下。

實施例及比較例中，雖未向原料溶液添加鋁，但已知有若將鋁添加至原料溶液，則對培育結晶之多型穩定化及形態穩定化有效，故而認為即便於原料溶液中添加有鋁之情形時，本發明之多型穩定化及形態穩定化之效果亦與實施例及比較例同樣地顯現。

又，實施例及比較例中，雖向環境氣體添加了氮氣，但根據非專利文獻2等，已知有氮原子使4H-SiC之培育結晶之多型不穩定化，故而認為即便於環境氣體不含有氮氣之情形時，本發明之多型穩定化之效果亦與實施例及比較例同樣地顯現。因此，認為即便於環境氣體未含有氮氣之情形時，根據本發明，亦可防止異質多型之混入並且獲得具有良好形態之4H-SiC單晶。

1‧‧‧結晶培育裝置 3‧‧‧坩堝 5‧‧‧原料溶液 7‧‧‧晶種提拉軸 9‧‧‧晶種 10‧‧‧培育結晶 11‧‧‧擴張角度 12‧‧‧加熱器 15‧‧‧培育結晶

圖1係表示本發明之結晶培育裝置1之概要之圖。 圖2係具有偏離角之晶種9之剖面之模式圖。 圖3係結晶培育步驟中之結晶培育裝置1之剖視圖。 圖4係具有偏離角之培育結晶15之剖面之模式圖。 圖5係實施例1之晶種、培育結晶之剖面之顯微鏡照片。

1‧‧‧結晶培育裝置

3‧‧‧坩堝

5‧‧‧原料溶液

7‧‧‧晶種提拉軸

9‧‧‧晶種

12‧‧‧加熱器

Claims (14)

1. 一種碳化矽單晶之製造方法，其特徵在於包含：回熔步驟，其於1420℃以上且2100℃以下之溫度T1下，使4H型碳化矽之晶種與含有矽及碳且碳濃度不飽和之原料溶液接觸，而使上述晶種之一部分溶解；及結晶培育步驟，其於較上述溫度T1高5℃以上之溫度T2下，使4H型碳化矽單晶生長於上述晶種；且上述晶種之生長面係自(0001)面或(000-1)面之任一面於<1-100>方向上以60°以上且68°以下之角度傾斜之面。
2. 如請求項1之碳化矽單晶之製造方法，其中上述晶種之生長面係自(0001)面或(000-1)面之任一面於<1-100>方向上以63°以上且64°以下之角度傾斜之面。
3. 如請求項1或2之碳化矽單晶之製造方法，其中上述原料溶液中之鋁濃度為3莫耳%以下。
4. 如請求項1或2之碳化矽單晶之製造方法，其中於上述原料溶液中未添加鋁，上述回熔步驟及上述結晶培育步驟係於含有氮氣0.01體積%以上且3.0體積%以下之惰性氣體環境中進行。
5. 如請求項1或2之碳化矽單晶之製造方法，其係進行1小時以上之上述結晶培育步驟。
6. 如請求項1或2之碳化矽單晶之製造方法，其中於上述結晶培育步驟中，以週期性反覆地進行正向旋轉與反向旋轉之方式使上述晶種於與上述原料溶液之液面平行之面內旋轉。
7. 一種碳化矽單晶之製造方法，其特徵在於包含：於石墨坩堝中加熱含有矽之原料溶液，使碳自石墨坩堝溶解至原料溶液中，獲得碳濃度不飽和之含有矽及碳之溶液之步驟；回熔步驟，其於1420℃以上且2100℃以下之溫度T1使碳化矽之晶種與碳濃度不飽和之上述溶液接觸，使上述晶種之一部分溶解；及結晶培育步驟，其於較上述溫度T1高5℃以上之溫度T2下，使碳化矽單晶生長於上述晶種；且上述晶種之生長面係自(0001)面或(000-1)面之任一面於<1-100>方向上傾斜60°以上且68°以下之面。
8. 一種4H型碳化矽單晶晶圓，其特徵在於：其表面係自(0001)面或(000-1)面之任一面於<1-100>方向上傾斜60°以上且68°以下之面，且鋁原子之濃度為1×10¹⁷個/cm³以下。
9. 如請求項8之4H型碳化矽單晶晶圓，其中上述表面係自(0001)面或(000-1)面之任一面於<1-100>方向上傾斜63°以上且68°以下之面。
10. 如請求項8或9之4H型碳化矽單晶晶圓，其中上述4H型碳化矽單晶晶圓中之氮原子之濃度為1×10¹⁷個/cm³以上，且上述4H型碳化矽單晶晶圓為n型半導體。
11. 如請求項8或9之4H型碳化矽單晶晶圓，其中上述4H型碳化矽單晶晶圓中之B、Al、Ga及In之濃度合計為1×10¹⁷個/cm³以下，且上述4H型碳化矽單晶晶圓中之N、P、As及Sb之濃度合計為1×10¹⁷個/cm³以下。
12. 如請求項8或9之4H型碳化矽單晶晶圓，其中晶圓之厚度為100μm以上。
13. 一種4H型碳化矽單晶，其特徵在於：於4H型碳化矽之晶種上具有4H型碳化矽之培育結晶，上述培育結晶之表面係自(0001)面或(000-1)面之任一面於<1-100>方向上傾斜60°以上且68°以下之面，且上述培育結晶中之鋁原子之濃度為1×10¹⁷個/cm³以下。
14. 如請求項13之4H型碳化矽單晶，其中上述培育結晶之厚度為100μm以上。