碳化硅单晶衬底和其制造方法技术

在本发明专利技术中，制造碳化硅单晶衬底(10)的方法包括以下步骤。制备具有主表面(2a)并且由碳化硅制成的籽晶(2)，以及碳化硅原材料(3)。通过在维持在碳化硅原材料(3)中的任意两点之间的温度梯度为30℃/cm或更小的同时，升华碳化硅原材料(3)，使碳化硅单晶(1)在主表面(2a)上生长。籽晶(2)的主表面(2a)为{0001}面或相对于{0001}面具有10°或更小偏离角的面，并且主表面(2a)具有20/cm2或更大的螺旋位错密度。因此，提供能实现提高的晶体质量的碳化硅单晶衬底和其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，并且更具体地涉及能实现提高的晶体 质量的碳化娃单晶衬底和其制造方法。
技术介绍
近年来，碳化硅越来越多地被采用为半导体器件如M0SFET(金属氧化物半导体场 效应晶体管）的材料以获得半导体器件的更高的击穿电压、更低的损耗、在高温环境中的 使用等。碳化硅是比传统的广泛用作半导体器件的材料的硅具有更宽的禁带的宽禁带半导 体。因此，通过采用碳化硅作为半导体器件的材料，可以实现半导体器件的更高的击穿电 压、更低的导通电阻等。由碳化硅制成的半导体器件与由硅制成的半导体器件相比，具有当 在高温环境下使用时性能劣化小的优点。 例如，日本专利特开2001-294499号公报（专利文献1)公开了制造碳化硅单晶的 方法的实例。根据该公开，当利用升华再结晶方法生长碳化硅单晶时，设计坩锅并且选择生 长条件使得在生长期间在生长晶体中的温度梯度始终为15°C或更小，从而制造其中在晶片 表面中的任意两点之间的与（0001)面的取向差为40秒/cm或更小的碳化硅单晶晶片。 日本专利特开2010-235390号公报（专利文献2)陈述当使用位错控制籽晶使碳 化硅单晶在生长表面上生长时，在c面小面中引入了高密度螺旋位错。据陈述，由此抑制了 不同多型或不同取向的晶体在c面小面上的产生，从而提供具有低缺陷密度的均匀碳化硅 单晶。 此外，日本专利特开5-262599号公报（专利文献3)描述了当通过升华制造碳化 硅单晶时使用具有偏离{0001}面约60°至约120°的角度的暴露面的籽晶。据陈述，由此 生长了其中没有混入其它多型的碳化硅单晶。 引用列表 专利文献 专利文献1 :日本专利特开2001-294499号公报 专利文献2 :日本专利特开2010-235390号公报 专利文献3 :日本专利特开5-262599号公报
技术实现思路
技术问题 然而，如果如在日本专利特开2001-294499号公报中描述的那样将在碳化硅单晶 中的温度梯度简单地设定为15°C/cm或更小，则可能产生不同的多型，并且不能充分提高 碳化硅单晶晶体质量。如果如在日本专利特开2010-235390号公报中描述的那样在c面 小面中简单地引入螺旋位错，则不能降低面中的面取向差，并且不能充分提高碳化硅单晶 的晶体质量。此外，如果如在日本专利特开5-262599号公报中描述的那样使用具有偏离 {0001}面约60°至约120°的角度的暴露面的籽晶，则在碳化硅单晶中产生层错而使碳化 硅单晶的晶体质量劣化。 已经提出本专利技术以解决上述问题，并且本专利技术的目的是提供能实现提高的晶体质 量的。 技术方案 根据本专利技术的制造碳化硅单晶衬底的方法包括以下步骤。制备籽晶和碳化硅原材 料，籽晶具有主表面并且由碳化硅制成。通过在维持在碳化硅原材料中任意两点之间的温 度梯度为30°C/cm或更小的同时，升华碳化硅原材料，在主表面上生长碳化硅单晶1。籽 晶的主表面是{0001}面或相对于{0001}面具有10°或更小偏离角的面，并且主表面具有 20/cm2或更大的螺旋位错密度。 根据本专利技术的碳化硅单晶衬底具有主表面。主表面具有100mm或更大的最大尺 寸。在主表面中的彼此相距lcm的任意两点之间的{0001}面取向差为35秒或更小。 有益效果 根据本专利技术，可以提供能实现提高的晶体质量的。【附图说明】 图1是示意性示出根据本专利技术的一个实施例的碳化硅单晶衬底的结构的示意性 透视图。 图2是示意性示出根据本专利技术的实施例的碳化硅单晶衬底的结构的示意性截面 图。 图3是示意性示出根据本专利技术的实施例的碳化硅单晶衬底的结构的示意性平面 图。 图4是示意性示出根据本专利技术的实施例的制造碳化硅单晶衬底的方法的流程图。 图5是示意性示出根据本专利技术的实施例的制造碳化硅单晶衬底的装置的结构的 示意性截面图。 图6是示意性示出根据本专利技术的实施例的制造碳化硅单晶衬底的方法的示意性 截面图。 图7是概念性示出碳化硅单晶的螺旋生长的示意性截面图。 图8是概念性示出碳化硅单晶的螺旋生长的示意性透视图。 图9是示出用于测量在碳化硅原材料中的温度梯度的第一步骤的示意性截面图。 图10是示出用于测量在碳化硅原材料中的温度梯度的第二步骤的示意性截面 图。 图11是示出用于测量在碳化硅原材料中的温度梯度的第三步骤的示意性截面 图。 图12是示出用于测量在碳化硅原材料中的温度梯度的第四步骤的示意性截面 图。【具体实施方式】 以下将参照附图描述本专利技术的实施例。在以下附图中，使用相同引用编号指示相 同或对应的部分并且将不重复其描述。关于在本文中晶体学的标记，个别取向、集合取向、 个别面和集合面分别示于[]，〈>，0和{}中。虽然在晶体学中负的指数通常由具有在其上 的横线的数字表示，但是在本文中在数字前添加负号以指示结晶学中的负的指数。在 表示角时，采用其中全方位角被定义为360度的系统。 首先将描述本专利技术的实施例的概要。 作为关于制造晶体质量良好的碳化硅单晶的方法的勤奋研究的结果，专利技术人做出 以下发现，并且构想了本专利技术。 在碳化娃晶体生长期间，籽晶的堆叠结构以台阶流动生长（step-flowgrowth)和 螺旋生长两种生长模式转移至生长晶体。螺旋生长主要发生在小面部中，并且使用螺旋位 错作为堆叠结构的信息的供应源。因此，当螺旋位错密度低时，籽晶的晶体结构不能被充分 转移至生长晶体，由此在生长晶体的生长表面的小面部中，不同多型的产生增加。换句话 说，为了抑制不同的多型的产生，籽晶的主表面需要具有特定密度的螺旋位错。特别地，为 了在抑制不同多型产生的同时制造具有100mm或更大的大直径的碳化硅单晶衬底，需要控 制在籽晶的主表面中的螺旋位错密度使得其高于或等于该特定密度。另外，为了降低在具 有100mm或更大的直径的碳化硅单晶衬底中的面取向差，需要控制在碳化硅原材料中的温 度分布使得其小于或等于特定温度梯度。 作为勤奋研究的结果，专利技术人发现通过使用在其主表面中具有20/cm2或更大螺旋 位错密度的籽晶，并且通过在维持在碳化硅原材料中任意两点之间的温度梯度为30°C/cm 或更小的同时，通过升华碳化硅原材料，在籽晶的主表面上生长碳化硅单晶，可以制造碳化 娃单晶衬底，其中在碳化娃单晶衬底的主表面中的彼此相距lcm的任意两点之间的{0001} 面取向差为35秒或更小，其中可以抑制不同多型的混入，并且其中主表面具有100mm或更 大的最大尺寸以提供大的直径。 (1)根据本实施例的制造碳化硅单晶衬底10的方法包括以下步骤。制备籽晶2和 碳化硅原材料3,籽晶2具有主表面2a并且由碳化硅制成。通过在维持在碳化硅原材料3 中的任意两点之间的温度梯度为30°C/cm或更小的同时，升华碳化硅原材料3,在主表面2a 上生长碳化硅单晶1。籽晶2的主表面2a是{0001}面或相对于{0001}面具有10°或更 小的偏离角的面，并且主表面2a具有20/cm2或更大的螺旋位错密度。 根据本实施例的制造碳化硅单晶衬底10的方法，可以制造碳化硅单晶衬底10,其 中在主表面10a中的彼此相距lcm的任意两点之间的{0001}面取向差为35秒或更小，其 中可以抑制不同多型的混入，并且其中主表面l〇a具有100mm或更大的最大尺寸。 (2)优选地，在本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造碳化硅单晶衬底的方法，包括以下步骤：制备籽晶和碳化硅原材料，所述籽晶具有主表面并且由碳化硅制成；和通过在维持在所述碳化硅原材料中的任意两点之间的温度梯度为30℃/cm或更小的同时，升华所述碳化硅原材料，来在所述主表面上生长碳化硅单晶，所述籽晶的所述主表面是{0001}面或相对于{0001}面具有10°或更小的偏离角的面，所述主表面具有20/cm2或更大的螺旋位错密度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀勉，川濑智博，佐佐木信，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP