SiC单晶、SiC晶片以及半导体器件制造技术

本发明专利技术涉及一种SiC单晶，其包含具有{0001}面内方向(主要与＜11-20＞方向平行的方向)的柏氏矢量的位错的密度为3700cm/cm2以下的低位错密度区域(A)。这样的SiC单晶是采用以下的方法得到的：从a面生长晶体切出高偏置角的c面生长籽晶，进行c面生长使得被导入至c面刻面的螺旋位错密度在规定范围内，从得到的c面生长晶体中切出低偏置角的c面生长晶体，进行c面生长使得被导入至c面刻面的螺旋位错密度在规定范围内。SiC晶片以及半导体器件由这样的SiC单晶得到。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SiC单晶、SiC晶片以及半导体器件
本专利技术涉及SiC单晶、SiC晶片以及半导体器件，进一步详细地说，涉及位错密度比以往低的SiC单晶、和由这样的SiC单晶制造的SiC晶片以及半导体器件。
技术介绍
SiC(碳化硅)为人所知的有具 有六方晶系晶体结构的高温型(α型)、和具有立方晶系晶体结构的低温型(β型)。SiC与Si相比，所具有的特征是不仅耐热性高，而且具有宽的带隙(band gap)，绝缘击穿电场强度较大。因此，由SiC单晶构成的半导体作为代替Si半导体的下一代功率器件的候选材料而为人们所期待。特别地，α型SiC与β型SiC相比，由于带隙较宽，因而作为超低电力损耗功率器件的半导体材料而引人注目。作为α型SiC的主要的晶面，具有{0001}面(下面也将其称为“c面”)、和垂直于{0001}面的{1-100}面以及{11-20}面(下面也将它们总称为“a面”)。一直以来，作为得到α型SiC单晶的方法，为人所知的有c面生长法以及a面生长法。在此，所谓“C面生长法”，是指将以C面或者相对于C面的偏置角(offset angle)在规定范围的面为生长面而露出的SiC单晶用作籽晶，并采用升华再析出法等方法使SiC单晶在生长面上生长的方法。另外，所谓“a面生长法”，是指将以a面或者相对于a面的偏置角在规定范围的面为生长面而露出的SiC单晶用作籽晶，并使SiC单晶在生长面上生长的方法。为了实现高性能的SiC功率器件，降低在SiC器件中产生的漏电流和抑制耐压的降低是必须条件(参照非专利文献I)，从而需要降低成为其原因的SiC单晶中的位错密度。作为SiC单晶中存在的位错，有显微缩孔(miCTopipe)、贯通型螺旋位错、基底面位错、贯通型刃型位错等。其中，显微缩孔由于SiC单晶的高品质化技术的发展，目前正在被消灭，所以贯通型螺旋位错、基底面位错、贯通型刃型位错正在成为下一个降低对象。在这3种位错中，基底面位错的大部分和贯通型刃型位错都具有{0001}面内方向的柏氏矢量(表示位错线周围的原子不一致的取向的矢量)。因此，这些位错是一边维持晶格畸变方式、一边在晶体中改变方向而能够相互转换的位错。因此，单凭降低基底面位错或者贯通型刃型位错之中的任一方，一般地说，这些将招致另一方的位错的增大。这一现象也得到专利文献I的证实。在该文献中，记载着如果在基底面位错密度:10000个/cm2、刃型位错密度:10000个/cm2的晶片上使单晶生长，则基底面位错密度成为:500个/cm2，刃型位错密度成为19500个/cm2，以基底面位错的降低换了取刃型位错的增加。因此，使用这样的晶体，难以制作高性能的SiC器件。该文献与本专利技术的气相法不同，是采用溶剂外延法(液相法)得到的晶体。另一方面，位错线为人所知的是柏氏矢量一方面守恒，而另一方面其方向发生变化(柏氏矢量守恒定律)。根据该柏氏矢量守恒定律，基底面位错密度减小、相应地刃型位错密度增大的原则并不取决于气相法和液相法等制造方法，不会发生改变。最近，为了抑制双极性器件的正向劣化，特别对于在外延生长中将基底面位错转换成贯通型刃型位错进行了许多的尝试(非专利文献2)，但结果是如前述那样增大的贯通型刃型位错可能导致漏电流的增大(非专利文献I)。我们沿C面、以及与C面垂直的面切出采用在a面上反复生长后进行c面生长的所谓反复a面生长(RAF)法(专利文献2)而得到的晶体，并根据这些X射线形貌图像进行了3维位错的结构解析(非专利文献3)。之所以能够进行这样的位错结构的解析，主要的理由是采用RAF法使晶体中的位错密度降低，与以往的SiC相比，可以得到清晰的位错图像。然而，作为功率器件用SiC单晶，基底面位错密度和贯通型刃型位错的密度依然较高。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2010-089983号公报专利文献2:日本特开2003-119097号公报非专利文献 非专利文献I:H.Fujiwara et al., Mater.Sc1.ForumVol.679-680(2011)，pp.694-697非专利文献2:B.Kallinger et al., Mater.Sc1.ForumVol.645-648(2010)，pp.299-302非专利文献3:D.Nakamura et al., Journal of Crystal Growth304 (2007) 57-63非专利文献4:Μ.Dadley et al., 2011 International Conference on SiliconCarbide and Related Materials Abstract Book p.178非专利文献5:S.Wang et al.，Mater.Res.Soc.Proc.339 (1994) 735
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术所要解决的课题在于:提供具有{0001}面内方向(主要与< 11-20 >方向平行的方向)的柏氏矢量的位错(主要为基底面位错和贯通型刃型位错)、以及在它们之中混合有与< 0001 >方向平行的方向的柏氏矢量的混合位错(参照非专利文献4)的密度较小的SiC单晶、以及由这样的SiC单晶制造的SiC晶片以及半导体器件。用于解决课题的手段为了解决上述的课题，本专利技术的SiC单晶的要旨是:包含具有{0001}面内方向的柏氏矢量的位错的密度在3700cm/cm3以下的低位错密度区域(A)。在此，之所以将位错密度设定为每单位体积的位错线长度，是因为在基底面位错的情况下，其表面密度是依赖于基板的偏置角的指标，与此相对照，体积密度是不依赖于基板的偏置角的指标。SiC单晶也可以进一步包含具有与< 0001 >方向平行的方向的柏氏矢量的位错的密度在740cm/cm3以下的低位错密度区域(B)。本专利技术的SiC晶片的要旨是:由本专利技术的SiC单晶切出，且晶片表面的面积的50%以上由所述低位错密度区域(A)构成。再者，本专利技术的半导体器件由使用本专利技术的SiC晶片制造而成的器件所构成。专利技术的效果从反复进行a面生长所得到的SiC单晶中切出偏置角较大的c面生长基板，并在偏置方向上游侧设置螺旋位错发生区域。如果将其用作籽晶而进行C面生长，则不会将方向转换成生长方向而使籽晶中含有的位错以及从螺旋位错发生区域漏出的位错沿偏置方向下游侧排出，而且单晶的生长得以进行。接着，从得到的c面生长晶体中切出偏置角较小的c面生长基板，并在偏置方向上游侧设置螺旋位错发生区域。如果将其用作籽晶而再度进行c面生长，则位错从籽晶和螺旋位错发生区域的漏出受到抑制，而且单晶的生长得以进行。此时，如果在籽晶的表面形成螺旋位错发生区域，从而使被导入至位于偏置方向上游侧的c面刻面内的螺旋位错密度处在规定的范围，则与以往的方法相比，基底面位错和贯通型刃型位错的密度显著降低。为了在SiC单晶基板上制作功率器件而形成杂质较少的外延层，但在通常使用的4°偏置基板中，基底面位错的大致100%转换成贯通型刃型位错。如果使用基底面位错和贯通型刃型位错两者合计的密度较小的本专利技术的SiC单晶而进行外延生长，则外延层中的贯通位错的密度极端减小，从而可以制作高性能的SiC器件。【附图说明】图1是表示基底面位错密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC单晶，其特征在于：包含具有{0001}面内方向的柏氏矢量的位错的体积密度为3700cm/cm3以下的低位错密度区域(A)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.02 JP 2011-2653421.一种SiC单晶，其特征在于:包含具有{0001}面内方向的柏氏矢量的位错的体积密度为3700cm/cm3以下的低位错密度区域(A)。2.根据权利要求1所述的SiC单晶，其特征在于:所述具有{0001}面内方向的柏氏矢量的位错是具有平行于< 11-20 >方向的方向上的柏氏矢量的位错。3.根据权利要求1所述的SiC单晶，其特征在于:所述具有{0001}面内方向的柏氏矢量的位错的体积密度是通过X射线形貌法测定得到的值。4.根据权利要求2所述的SiC单晶，其特征在于:在所述低位错密度区域(A)中，贯通型刃型位错的体积密度为1200cm/cm3以下。5.根据权利要求4所述的SiC单晶，其特征在于:所述贯通型刃型位错的体积密度是采用以下的(a)或者(b)的步骤测定得到的值； (a) (1)从所述SiC单晶中，大致垂直于{0001}面、且大致平行于{1-100}面而切出晶片B，所述晶片B能够确保厚度为100 μ π!~1000 μ m、且体积为0.03cm3以上的测定区域； (2)对于所述晶片B，就{11-20}面衍射进行基于透射配置的X射线形貌测定； (3)求出所述晶片B的{11-20}面衍射图像中含有的所述贯通型刃型位错的全长，并由所述全长算出所述体积密度； (b) (1)对于所述SiC单晶的大致平行于{0001}面的表面，就{11-28}面衍射进行基于反射配置的X射线形貌测定； (2)通过将所述晶片B的{11-28}面衍射中含有的贯通型刃型位错图像(小的白色点)的每I平方厘米的个数乘以Icm而算出所述体积密度。6.根据权利要求2所述的SiC单晶，其特征在于:在所述低位错密度区域(A)中，具有平行于< 11-20 >方向的方向上的柏氏矢量的基底面位错的体积密度为2500cm/cm3以下。7.根据权利要求6所述的SiC单晶，其特征在于:所述具有平行于<11-20 >方向的方向上的柏氏矢量的基底面位错的体积密度是采用以下的步骤进行测定所得到的值； (1)从所述SiC单晶中切出大致平行于{0001}面的晶片A，所述晶片A能够确保厚度为100 μ m~1000 μ m、且体积为0.03cm3以上的测定区域； (2)对于所述晶片A，就晶体学上等价的3个{1-100}面衍射进行基于透射配置的X射线形貌测定； (3)将所述晶片A的3个{1-100}面衍射图像中含有的所述具有平行于<11-20 >方向的方向上的柏氏矢量的基底面位错的全长相加，将其除以2而求出位错的平均全长，并由所述平均全长算出所述体积密度。8.根据权利要求2所述的SiC单晶，其特征在于:所述SiC单晶进一步包含具有平行于< 0001 >方向的方向上的柏氏矢量的位错的体积密度在740cm/cm3以下的低位错密度区域⑶。9.根据权利要求8所述的SiC单晶，其特征在于:所述具有平行于<0001 >方向的方向上的柏氏矢量的位错的体积密度是采用以下的步骤进...

【专利技术属性】
技术研发人员：郡司岛造，浦上泰，安达步，
申请(专利权)人：株式会社电装，丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP