碳化硅單晶以及碳化硅單晶的制造方法
【專利說明】碳化硅單晶以及碳化硅單晶的制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本發(fā)明基于2013年2月20日提出的日本專利申請(qǐng)2013-31239號(hào)，這里引用其記載內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及碳化硅(以下稱為SiC)單晶和SiC單晶的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]以前，作為高品質(zhì)SiC單晶晶片，有的被專利文獻(xiàn)I所公開。在專利文獻(xiàn)I所公開的SiC單晶晶片中，將對(duì)器件特性產(chǎn)生不良影響的位錯(cuò)密度設(shè)定為規(guī)定值以下，具體地說，在具有3英寸直徑的晶片中，將位錯(cuò)密度設(shè)定為2500cm 2以下，從而使其適合于器件的制作。這里所說的所謂位錯(cuò)，是指上升為線狀的結(jié)晶缺陷，成為對(duì)象的位錯(cuò)是具有與c軸平行的方向的螺旋位錯(cuò)。
[0005]然而，本發(fā)明人基于實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行了潛心的研究，結(jié)果可知:即使如專利文獻(xiàn)I所示的那樣，僅將螺旋位錯(cuò)密度設(shè)定為規(guī)定值以下，也不會(huì)成為對(duì)可以抑制漏電流的器件的制作合適的SiC單晶。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特表2008-515748號(hào)公報(bào)(對(duì)應(yīng)于美國(guó)專利7，314，520號(hào)公報(bào))

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于:提供對(duì)可以抑制漏電流的器件的制作合適的高品質(zhì)的SiC單晶以及SiC單晶的制造方法。
[0010]本發(fā)明的第I方式涉及一種SiC單晶，其包含螺旋位錯(cuò)；在所述螺旋位錯(cuò)中，將柏氏矢量b滿足b > < 0001 > +1/3 < 11-20 >的位錯(cuò)設(shè)定為L(zhǎng)位錯(cuò)，所述L位錯(cuò)密度為300個(gè)/cm2以下。
[0011]在所述SiC單晶中，將即使在螺旋位錯(cuò)中也可能導(dǎo)致漏電流的發(fā)生的L位錯(cuò)密度設(shè)定為300個(gè)/cm2以下。由此，能夠制成對(duì)可以抑制漏電流的器件的制作合適的高品質(zhì)的SiC單晶。
[0012]本發(fā)明的第2方式涉及一種SiC單晶的制造方法，其包括以下工序:準(zhǔn)備由所述第I方式的SiC單晶構(gòu)成、且表面與{0001}面平行或者相對(duì)于{0001}面具有規(guī)定的偏離角(off angle)的基板；將所述基板作為籽晶，使SiC單晶在所述表面生長(zhǎng)。
[0013]本發(fā)明的第3方式涉及一種SiC單晶的制造方法，其包括以下工序:準(zhǔn)備由所述第I方式的SiC單晶構(gòu)成、且表面相對(duì)于{0001}面在< 11-20 >方向具有10度以內(nèi)的偏離角的基板；將所述基板作為籽晶，使SiC單晶在所述表面生長(zhǎng)。
[0014]本發(fā)明的第4方式涉及一種SiC單晶的制造方法，其包括以下工序:第I工序，準(zhǔn)備由所述第I方式的SiC單晶構(gòu)成、且表面相對(duì)于{0001}面在< 11-20 >方向具有10度以內(nèi)的偏離角的基板，將所述基板作為籽晶，使SiC單晶在所述表面生長(zhǎng)；以及第2工序，從所述第I工序中生長(zhǎng)而成的SiC單晶上切出表面相對(duì)于{0001}面在< 11-20 >方向具有10度以內(nèi)的偏離角的基板，將所述基板作為籽晶，使SiC單晶在所述表面生長(zhǎng)；而且將所述第I工序和第2工序反復(fù)進(jìn)行多次。
[0015]這樣一來，通過將所述第I方式的SiC單晶用作籽晶，進(jìn)而使新的SiC單晶生長(zhǎng)，從而可以制造繼承了成為基底的軒晶的品質(zhì)的尚品質(zhì)SiC單晶。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明的上述或其它目的、構(gòu)成、優(yōu)點(diǎn)參照下述的附圖，并根據(jù)以下的詳細(xì)說明，可以變得更加清楚。在附圖中，
[0017]圖1是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的SiC單晶的示意剖視圖。
[0018]圖2A是表示在圖1的區(qū)域Rl中的L位錯(cuò)以及于L位錯(cuò)的周圍發(fā)生的螺旋狀畸變(spiral distort1n)的情況的放大示意圖。
[0019]圖2B是表示圖2A所示的螺旋狀畸變的方向的示意圖。
[0020]圖2C是表示圖2B所示的螺旋狀畸變的方向即柏氏矢量的詳細(xì)情況的圖。
[0021]圖3A是表示在圖1的區(qū)域R2中的nL位錯(cuò)以及于nL位錯(cuò)的周圍發(fā)生的螺旋狀畸變的情況的放大示意圖。
[0022]圖3B是表示圖3A所示的螺旋狀畸變的方向的示意圖。
[0023]圖3C是表示圖3B所示的螺旋狀畸變的方向即柏氏矢量的詳細(xì)情況的圖。
[0024]圖4是表示SiC單晶的結(jié)晶方位(crystal orientat1n)的示意圖。
[0025]圖5是表示使用SiC單晶調(diào)查構(gòu)成PN 二極管時(shí)的漏電流的結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026](第I實(shí)施方式)
[0027]下面參照附圖，就本發(fā)明的第I實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1所示的本實(shí)施方式的SiC單晶I是例如以與{0001}面平行或者相對(duì)于{0001}面設(shè)定規(guī)定偏離角的方式，將采用升華再結(jié)晶法或者氣體供給法等形成的SiC單晶錠切出成基板狀而得到的。此外，在此例舉切出成基板狀的SiC單晶I進(jìn)行了說明，但在本發(fā)明所說的SiC單晶中，并不局限于切出成基板狀的SiC單晶，既包含錠狀的SiC單晶，也包含從錠上去除不需要部分這一結(jié)構(gòu)的SiC單晶。
[0028]該SiC單晶I含有螺旋位錯(cuò)2。在該結(jié)晶中，關(guān)于該螺旋位錯(cuò)2的密度、即沿與螺旋位錯(cuò)2垂直的方向切斷SiC單晶I時(shí)每Icm2存在的螺旋位錯(cuò)2的數(shù)量，滿足后述關(guān)系。
[0029]本發(fā)明人通過進(jìn)行各種各樣的實(shí)驗(yàn)而就螺旋位錯(cuò)2的密度與漏電流之間的關(guān)系進(jìn)行了調(diào)查。例如，在調(diào)查有無漏電流時(shí)，構(gòu)成通常使用的結(jié)構(gòu)、具體地說為PN 二極管，就施加所希望的電壓時(shí)有無漏電流的發(fā)生進(jìn)行了調(diào)查。例如，關(guān)于PN 二極管，通過對(duì)SiC單晶I離子注入雜質(zhì)而構(gòu)成，使其雜質(zhì)濃度為I X 121Cm 3。結(jié)果確認(rèn):雖然螺旋位錯(cuò)2的密度和漏電流存在相關(guān)關(guān)系，但即使螺旋位錯(cuò)2的密度相等，漏電流也不會(huì)恒定，有適合于器件制作和不適合于器件制作的情況。
[0030]然后，進(jìn)一步進(jìn)行了潛心的研究，結(jié)果還可知:螺旋位錯(cuò)2也分種類，即使在螺旋位錯(cuò)2中，也有畸變大者和畸變小者，對(duì)于畸變小者，難以導(dǎo)致漏電流的發(fā)生，而畸變大者，則有可能導(dǎo)致漏電流的發(fā)生。
[0031]以前，與畸變的大小無關(guān)而作為相同的螺旋位錯(cuò)2加以認(rèn)識(shí)。在專利文獻(xiàn)I中，規(guī)定了 Ic螺旋位錯(cuò)密度。根據(jù)通常的螺旋位錯(cuò)的定義，相當(dāng)于柏氏矢量b = Ic =< 0001 >。但是，并沒有柏氏矢量的測(cè)定方法的詳細(xì)記述。因此，沒有考慮畸變的大小，將所有的螺旋位錯(cuò)2看作是相同的而規(guī)定了螺旋位錯(cuò)2的密度。然而，基于本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，可知在就SiC單晶是否適合于器件制作而以螺旋位錯(cuò)2的密度進(jìn)行規(guī)定的情況下，甚至需要考慮螺旋位錯(cuò)2的畸變的大小而進(jìn)行規(guī)定。也就是說，不考慮螺旋位錯(cuò)2的畸變的大小而將所有的螺旋位錯(cuò)2看作是一樣相同的螺旋位錯(cuò)2，此時(shí)即便使螺旋位錯(cuò)2的密度在規(guī)定值以下，也不能得到對(duì)可以抑制漏電流的器件的制作合適的SiC單晶。
[0032]圖2A?圖2C以及圖3A?圖3C是表示畸變的大小不同的螺旋位錯(cuò)2的圖。參照?qǐng)D2A?圖2C而就畸變較大的螺旋位錯(cuò)2進(jìn)行說明，參照?qǐng)D3A?圖3C而就畸變較小的螺旋位錯(cuò)2進(jìn)行說明。此外，在以下的說明中，將螺旋位錯(cuò)2中可能導(dǎo)致漏電流發(fā)生的畸變較大的位錯(cuò)稱為leakage (L:泄漏)位錯(cuò)2a，將難以導(dǎo)致漏電流發(fā)生的畸變較小的位錯(cuò)稱為negligibly leakage (nL:極小的泄漏)位錯(cuò) 2b。
[0033]如圖2A以及圖3A所示，在螺旋位錯(cuò)2的周圍，以螺旋位錯(cuò)2的位錯(cuò)芯為中心而以螺旋狀的方式產(chǎn)生畸變。而且經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的結(jié)果是:在圖2A所示的L位錯(cuò)2a中，螺旋狀畸變較大，與之相比較，在圖3A所示的nL位錯(cuò)2b中，螺旋狀畸變較小。
[0034]關(guān)于這些L位錯(cuò)2a和nL位錯(cuò)2b，螺旋狀畸變的方向即柏氏矢量表示為圖2B和圖3B所示的方向bl、b2。另外，如果示意表示這些柏氏矢量bl、b2，則可以分別如圖2C和圖3C那樣表不。
[0035]從根本上說，螺旋位錯(cuò)2正如由圖4所示的六方晶構(gòu)成的SiC單晶I的結(jié)晶方位的示意圖所表示的那樣，為具有c軸成分
[0001]的位錯(cuò)。而且進(jìn)行了各種各樣的研究以及對(duì)SiC單晶I進(jìn)行解析的結(jié)果，確認(rèn)螺旋位錯(cuò)2除了 c軸成分
[0001]以外，往往還存在與[1-100]相伴的位錯(cuò)、和與1/3[11-20]相伴的位錯(cuò)。
[0036]具體地說，關(guān)于通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的L位錯(cuò)2a，柏氏矢量bl由< 0001 >方向的矢量c和< 1-100 >方向的矢量m構(gòu)成。另外，關(guān)于nL位錯(cuò)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構(gòu)成。
[0037]因此，關(guān)于柏氏矢量b小于確認(rèn)的nL位錯(cuò)2b的螺旋位錯(cuò)2，可以作為難以導(dǎo)致漏電流發(fā)生的nL位錯(cuò)2b來掌握。也就是說，只要柏氏矢量b在至少將< 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，就可以說是nL位錯(cuò)2b。這意味著滿足b彡< 0001 > +1/3 < 11-20 >，即滿足b2彡c 2+2a.c+a2 (其中，矢量?jī)?nèi)積a.c=a