SiC单晶的制造方法技术

在本发明专利技术中，通过溶液法制造SiC单晶时，作为用作Si‑C溶液的收容部的坩埚，使用以SiC为主要成分的氧含量为100ppm以下的坩埚。另外，在其他方式中，在作为Si‑C溶液的收容部的坩埚内收容以SiC为主要成分的氧含量为100ppm以下的烧结体。作为它们的主要成分的SiC成为Si和C的来源，通过加热使Si和C溶出到Si‑C溶液中，但由于氧含量为100ppm以下，因此，Si‑C溶液中的气体产生得到抑制。其结果是，能够长期稳定地制造低缺陷且高品质的SiC单晶。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SiC单晶的制造方法
本专利技术涉及碳化硅(SiC)的晶体生长技术，更详细而言，涉及能够长期稳定地制造低缺陷且高品质的SiC单晶的技术。
技术介绍
碳化硅(SiC)为宽带隙半导体材料，导热性及化学稳定性优良，从绝缘击穿特性及饱和漂移速度等晶体管特性的观点出发，也具有作为功率器件的优良的基本物理特性。出于这样的理由，SiC作为下一代的功率器件用的材料的期待增高，还报道了SiC功率器件的产品化。然而，SiC基板与Si基板相比，价格昂贵，并且存在单晶基板的低缺陷化、高品质化不充分的问题。难以制造低缺陷且高品质的SiC单晶基板的主要理由在于，在常压下不发生熔化。在作为半导体器件用基板而广泛使用的Si的情况下，常压下的熔点为1414℃。能够由该Si熔液通过CZ法、FZ法得到低缺陷、高品质且大口径的单晶。与此相对，在SiC的情况下，在常压下加热时，其在约2000℃的温度下发生升华，因此无法采用利用CZ法、FZ法的晶体生长方法。因此，目前，SiC单晶主要通过以改良雷利(Lely)法为代表的升华法来制造。升华法是目前SiC单晶的量产化的唯一方法，通过该方法制造的4英寸直径的SiC单晶基板被广泛销售，还有将6英寸直径的SiC单晶基板进行量产化的报道。但是，即使使用通过升华法得到的SiC单晶来制作功率器件，其特性也未必可以说很充分。其原因在于，SiC单晶的低缺陷化并不容易。利用升华法的晶体生长为从气相开始的析出现象，生长速度慢，且反应空间内的温度管理也难。近年来，经各种研究开发机构全力改良、改善，结果处于如下的状况：虽然微管的位错密度降低，但仍以高密度内含贯通螺旋位错、刃型位错、基底面位错等对器件的电特性造成影响的晶格缺陷。因此，最近，利用溶液法的碳化硅的晶体生长方法受到关注(例如参照专利文献1～3等)。如上所述，SiC本身在常压下不发生熔化。因此，在利用溶液法的SiC单晶的制造方法中，使C从坩埚下方的高温部溶解到石墨坩埚内的Si熔液中，使SiC籽晶与该Si-C熔液接触，在SiC籽晶上进行外延生长而得到SiC单晶。这样的溶液法中，在极其接近热平衡的状态下进行SiC的晶体生长，因此，可得到与通过升华法得到的SiC单晶相比为低缺陷的SiC单晶。用于得到SiC单晶的溶液法有各种方法，在非专利文献1(SiC功率器件最新技术(SiCパワーデバイス最新技術))中，大致分为(a)溶剂移动晶体生长法(TSM：TravelingSolventMethod)、(b)缓慢冷却法(SCT：SlowCoolingTechnique)、(c)蒸气气相固相法(VLS：VaporLiquidSolid)、(d)顶部籽晶溶液生长法(TSSG：TopSeededSolutionGrowth)这四种。本说明书中使用的术语“溶液法”是指顶部籽晶溶液生长法(TSSG：TopSeededSolutionGrowth)。利用溶液法的SiC单晶的制造方法中，虽然在石墨坩埚内形成Si熔液，但C在Si熔液中的溶解度极小，为约1原子％，因此，一般为了使C易于溶解而在Si熔液中添加过渡金属等(参照专利文献1～3等)。作为添加元素，以Ti、Cr、Ni、Fe等过渡金属为代表，还报道了Al、Sn、Ga等低熔点金属、以及各种稀土元素等。这样的添加元素的种类和量考虑如下事项来确定：促进C的溶解；使SiC以初晶的形式从溶液中析出且余量以液相形式良好地平衡；不使添加元素析出为碳化物或其他相；SiC的结晶多型中的目标多型稳定地析出；以及制成尽可能地提高单晶的生长速度的溶液组成；等。利用现有方法的溶液法进行的SiC单晶的生长通常通过下述步骤来进行。首先，将Si原料收容到由碳或石墨构成的坩埚中，将其在惰性气体气氛下加热，使其熔化。C成分从坩埚供给至Si熔液中，形成Si-C溶液。也有时将碳化合物与Si原料一起收容到坩埚中并使其熔融。使C成分充分地溶解在这样的Si-C溶液中后，使SiC的籽单晶与溶液接触，利用在溶液整体中所形成的温度梯度使单晶生长。然而，在这样的现有的溶液法中存在如下所述的问题。第一是随着SiC的单晶生长，从Si-C溶液中逐渐失去Si成分，溶液组成逐渐发生变化的问题。在SiC的单晶生长中溶液组成发生变化时，SiC的析出环境当然会发生变化。其结果是，难以长期、稳定地持续进行SiC的单晶生长。第二是C从坩埚过量溶入的问题。随着SiC的单晶生长，从Si-C溶液中逐渐失去Si成分，另一方面，C被持续地从坩埚供给。因此，导致C相对过量地溶入到Si-C溶液中这样的结果，溶液中的Si/C组成比发生变化。第三是SiC多晶在与Si-C溶液接触的坩埚表面(内壁面)析出的问题。如上所述，C从坩埚过量地溶入到Si-C溶液中时，容易在坩埚内壁面产生微细的SiC多晶。并且，这样的SiC多晶(杂晶)漂浮在SiC溶液中，到达晶体生长中的SiC单晶与Si-C溶液的固液界面附近，结果阻碍单晶生长。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-264790号公报专利文献2：日本特开2004-002173号公报专利文献3：日本特开2006-143555号公报非专利文献非专利文献1：“SiC功率器件最新技术”第1节1.2SiC溶液生长的方法41～43页(Science&Technology株式会社、2010年5月14日出版)。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题本专利技术是鉴于这样的现有方法所存在的问题而完成的，其目的在于提供用于与现有的使用石墨坩埚的方法相比通过减少S-C溶液的组成变动并且还抑制在坩埚的内壁析出的多晶的产生来得到低缺陷且高品质的SiC单晶的技术。用于解决问题的方法为了解决上述问题，本专利技术的第一方式的SiC单晶的制造方法是利用溶液法的碳化硅的晶体生长方法，其特征在于，使用以SiC为主要成分的氧含量为100ppm以下的坩埚作为Si-C溶液的收容部，对上述坩埚进行加热，使以作为该坩埚的主要成分的SiC为来源的Si和C从与上述Si-C溶液接触的坩埚表面的高温区域溶出到上述Si-C溶液中，从上述坩埚的上部使SiC籽晶与上述Si-C溶液接触，从而使SiC单晶在该SiC籽晶上生长。本专利技术的第二方式的SiC单晶的制造方法是利用溶液法的碳化硅的晶体生长方法，其特征在于，在作为Si-C溶液的收容部的坩埚内收容以SiC为主要成分的氧含量为100ppm以下的烧结体，对上述坩埚进行加热，使以作为该烧结体的主要成分的SiC为来源的Si和C从与上述Si-C溶液接触的烧结体表面溶出到上述Si-C溶液中，从上述坩埚的上部使SiC籽晶与上述Si-C溶液接触，从而使SiC单晶在该SiC籽晶上生长。优选在上述Si-C溶液中预先添加具有提高C在该Si-C溶液中的溶解度的效果的金属元素M。例如，上述金属M为第一金属元素M1(M1为选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Lu的组中的至少一种金属元素)和第二金属元素M2(M2为选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu的组中的至少一种金属元素)中的至少一者的金属元素。优选上述金属M为上述第一金属元素M1和上述第二金属元素M2这两者的金属元素，将该金属M在上述Si-C溶液中的总含量中设定为1原子％～80原子％。另外，优选将上述第一金属元素M1在上述Si-C溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC单晶的制造方法，其是利用溶液法的碳化硅的晶体生长方法，其特征在于，使用以SiC为主要成分的氧含量为100ppm以下的坩埚作为Si‑C溶液的收容部，对所述坩埚进行加热，使以作为该坩埚的主要成分的SiC为来源的Si和C从与所述Si‑C溶液接触的坩埚表面的高温区域溶出到所述Si‑C溶液中，从所述坩埚的上部使SiC籽晶与所述Si‑C溶液接触，从而使SiC单晶在该SiC籽晶上生长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.06 JP 2015-1560081.一种SiC单晶的制造方法，其是利用溶液法的碳化硅的晶体生长方法，其特征在于，使用以SiC为主要成分的氧含量为100ppm以下的坩埚作为Si-C溶液的收容部，对所述坩埚进行加热，使以作为该坩埚的主要成分的SiC为来源的Si和C从与所述Si-C溶液接触的坩埚表面的高温区域溶出到所述Si-C溶液中，从所述坩埚的上部使SiC籽晶与所述Si-C溶液接触，从而使SiC单晶在该SiC籽晶上生长。2.一种SiC单晶的制造方法，其是利用溶液法的碳化硅的晶体生长方法，其特征在于，在作为Si-C溶液的收容部的坩埚内收容以SiC为主要成分的氧含量为100ppm以下的烧结体，对所述坩埚进行加热，使以作为该烧结体的主要成分的SiC为来源的Si和C从与所述Si-C溶液接触的烧结体表面溶出到所述Si-C溶液中，从所述坩埚的上部使SiC籽晶与所述Si-C溶液接触，从而使SiC单晶在该SiC籽晶上生长。3.如权利要求1或2所述的SiC单晶的制造方法，其中，在所述Si-C溶液中预先添加具有提高C在该Si-C溶液中的溶解度的效果的金属元素M。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：新谷尚史，滨口优，山形则男，山田修，美浓轮武久，
申请(专利权)人：信越化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP