本发明专利技术提供一种基面位错和穿透螺旋位错的位错密度低，晶体品质优异，而且弹性应变小的SiC单晶锭。本发明专利技术的SiC单晶锭，其特征在于，至少从相对于锭的高度方向的相对位置为0.2～0.8的范围内任意切取SiC单晶基板时，在该基板表面观察到的基面位错密度与穿透螺旋位错密度分别为预定值以下，并且，在该基板的中心部测定出的拉曼位移值(A)与在周边部测定出的拉曼位移值(B)之差(A‑B)即拉曼指数为预定值以下。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SiC单晶锭
本专利技术涉及在籽晶上具备碳化硅单晶的碳化硅单晶锭，详细而言，涉及基面位错和穿透螺旋位错的位错密度低且晶体品质优异，而且弹性应变小的碳化硅单晶锭。
技术介绍
碳化硅(SiC)是具有2.2～3.3eV的宽禁带宽度的宽带隙半导体。由于SiC具有优异的物理、化学特性，例如在制作半导体元件、高频电子器件、高耐压和高输出电子器件、从蓝色到紫外的短波长光器件等的SiC器件的研究开发正在盛行。为了推进SiC器件的实用化，不可缺少的是制造大口径的SiC单晶，现在，大口径SiC单晶大多是由块体SiC单晶得到的，所述块体SiC单晶由使用籽晶的升华再结晶法(被称为改良瑞利法、改良型瑞利法等)生长而成。升华再结晶法中，在晶体培养用的坩埚主体内收纳SiC的升华原料，在坩埚盖体安装由SiC单晶构成的籽晶，用绝热材料覆盖了的坩埚被设置在双重石英管的内部。并且，一边控制气氛，一边采用感应加热线圈使升华原料侧成为高温，并使籽晶侧成为低温，沿生长方向形成温度梯度，使原料升华，在籽晶上生长再结晶SiC单晶。并且，在得到呈大致圆柱状的SiC的块体单晶(SiC单晶锭)后，一般切取为300～600μm左右的厚度，从而制造SiC单晶基板。而且，在这样的SiC单晶基板上采用热CVD法等生长了SiC外延膜的外延SiC单晶晶片，被用于SiC器件的制作用。现在，由采用改良瑞利法制造出的SiC单晶锭(以下，有时简单称为锭)可得到口径51mm(2英寸)～100mm的SiC单晶基板(同样地有时简单称为单晶基板或基板)，曾报道了成功开发出150mm晶片的例子(参照例如非专利文献1)。这样，在使用100mm～150mm基板(4英寸～6英寸基板)的器件正式推进实用化的过程中，用位错密度等指标表示的SiC单晶基板的品质会对器件的性能、量产时的成品率造成重大影响，因此其品质与以前相比更加受到重视。该改良瑞利法中，坩埚内达到超过2000℃的温度进行SiC单晶的生长，因此在得到的锭中产生不可避免的内部应力，认为这会在最终的单晶基板内部作为弹性应变或位错(塑性应变)残留。在此，有报道称，现在市售的SiC单晶基板中存在2×103～2×104(个/cm2)的基面位错(BPD)、8×102～103(个/cm2)的穿透螺旋位错(TSD)、5×103～2×104(个/cm2)的穿透刃状位错(TED)(参照非专利文献2)。其中，已知例如BPD会引起器件的氧化膜不良从而成为绝缘击穿的原因，另外，TSD会成为器件的漏电流的原因，为了制作高性能SiC器件，需求这些BPD和TSD少的SiC单晶。因此，作为降低位错密度的技术，例如，公开了以预定的生长压力和基板温度使作为初期生长层的SiC单晶生长，然后一边逐渐减小基板温度和压力一边进行晶体生长(结晶生长)，由此与得到微管和TSD少的SiC单晶的方法(参照专利文献1)。另外，有采用预定的生长压力和基板温度使SiC单晶作为初期生长层生长，然后原样地维持基板温度，减压并提高生长速度进行晶体生长，由此抑制微管的产生，并且减少TSD等位错密度的方法(参照专利文献2)。另外，公开了使生长晶体的籽晶附近区域的添加元素浓度配合籽晶中的添加元素浓度，由此降低微管缺陷和位错缺陷密度的方法(参照专利文献8)。另外，公开了使碳化硅生长时，限制向内部设置有籽晶基板和原料粉末的处理容器施加的振动频率，由此降低缺陷的方法(参照专利文献9)。但是，这些方法降低TSD的效果都不充分，为了制作高性能SiC器件需要进一步降低。另外，对于BPD的降低，在这些方法中均未涉及。另外，如果基板的弹性应变大，基板面内的晶体取向产生不一致(偏差)，则在得到外延SiC单晶晶片时的外延生长工艺中会引起台阶流异常等问题，对器件特性造成影响。大的弹性应变也会引起SiC单晶基板的翘曲。这样的基板翘曲会产生平版印刷工艺中的焦点偏差、外延生长工艺中向背面的原料气体蔓延等问题，此外还可能造成晶片搬运等中的处理障碍、由夹具进行吸附时的破损。因此，作为缓和单晶锭的内部应力的生长技术之一，公开了一种使用单晶制造装置的方法，所述单晶制造装置具备：在籽晶或其上生长的SiC单晶的周边配置的温度梯度控制构件、以及在籽晶或SiC单晶与上述温度梯度控制构件之间设置的局部温度梯度缓和构件(参照专利文献3)。但是，该单晶制造装置涉及的技术目的是减小在籽晶的正上方生长的单晶中产生的温度梯度的极大值，用于抑制生长晶体内的裂纹产生和传播，在生长锭中基板化的部位的生长条件，与迄今为止的现有方法没有本质变化。另外，已知通过将SiC单晶锭、SiC单晶基板在2000℃左右的高温下退火，来缓和锭和基板的内部应力的方法(例如参照专利文献4和5)。但是，认为根据这些方法，存在减轻弹性应变的效果，但对于SiC单晶从外部施加高温的热负荷进行原子的再配置，这包括升温和冷却下的过程，会形成新的温度分布。因此，由于温度不均衡而在晶体内部产生出强的应力场，从而产生新的位错。顺便一提，可以说专利文献5的实施例中的退火后的晶体的位错密度增加就显示了该现象。另一方面，本专利技术人成功地得到了位错密度低、并且弹性应变小的SiC单晶基板(参照专利文献6)。一直以来已知采用拉曼光谱法定量地测定应力大小(参照专利文献7)，但影响器件成品率的弹性应变的评价方法尚不明确。专利文献6使影响器件成品率的弹性应变的评价方法变得明确。专利文献6所公开的SiC单晶晶片，详细而言在口径为100mm以上(4英寸以上)的SiC单晶基板中，在其表面观察到的BPD密度为500个/cm2以下、并且TSD密度为300个/cm2以下，而且，用在基板的中心部测定的拉曼位移值(A)与在周边部测定的拉曼位移值(B)之差(A-B)所表示的拉曼指数为0.15以下。认为在这样的SiC单晶基板的制造中，通过抑制晶体生长过程中的锭的温度变化，减小内部应力的产生，实现了弹性应变与位错(塑性应变)的降低。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2002-284599号公报专利文献2：日本特开2007-119273号公报专利文献3：日本特开2013-139347号公报专利文献4：日本特开2006-290705号公报专利文献5：日本特开2005-93519号公报专利文献6：日本特开2015-59072号公报专利文献7：日本特表2015-514673号公报专利文献8：WO2010/044484号公报专利文献9：日本特开2013-67523号公报非专利文献非专利文献1：A.A.Burketal.,Mater.Sci.Forum,717-720,(2012)pp75-80非专利文献2：大谷升，SiC和相关宽带隙半导体研究会第17次演讲会预备稿集，2008，p8
技术实现思路
如上所述，在使SiC器件的成品率和性能提高方面，SiC单晶基板的BPD密度和TSD密度的下降特别重要，但仅靠这些位错密度低并不足够。即，如果SiC单晶基板的弹性应变大，则无法形成良好的外延薄膜，并且出现基板的翘曲从而引发各种问题。若为专利文献6所记载的SiC单晶基板，则在能够解决这些课题方面可说是极为有用的技术。然而，专利文献6所公开的SiC单晶锭，取出能够形成优质外延薄膜的基板的块状区域少，所以这样的位错密度低、并且弹性应变小的SiC单晶基板，从一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种SiC单晶锭，是在籽晶上具备SiC单晶的SiC单晶锭，其特征在于，锭顶端的晶体生长端面具有凸面形状，将该锭的籽晶侧底面设为零，并将从该锭侧面向内侧移动该锭直径的10％的位置的晶体生长端面的高度设为1，从锭的高度方向上的相对高度至少处于0.2～0.8的范围内的部分任意切取SiC单晶基板，此时，在该基板表面观察到的基面位错密度为1000个/cm
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.02 JP 2015-196622;2016.03.03 JP 2016-041621.一种SiC单晶锭，是在籽晶上具备SiC单晶的SiC单晶锭，其特征在于，锭顶端的晶体生长端面具有凸面形状，将该锭的籽晶侧底面设为零，并将从该锭侧面向内侧移动该锭直径的10％的位置的晶体生长端面的高度设为1，从锭的高度方向上的相对高度至少处于0.2～0.8的范围内的部分任意切取SiC单晶基板，此时，在该基板表面观察到的基面位错密度为1000个/cm2以下，且穿透螺旋位错密度为500个/cm2以下，并且，在该基板的中心部测定的拉曼位移值(A)与在周边部测定的拉曼位移值(B)之差(A-B)即拉曼指数为0.20以下。2.根据权利要求1所述的SiC单晶锭，其特征在于，将所述锭的籽晶侧底面设为零，并将从所述锭侧面向内侧移动所述锭直径的10％的位置的晶体生长端面的高度设为1，从锭的高度方向上的相对高度至少处于0.2～0.9的范围内的部分任意切取SiC单晶基板，此时，在该基板表面观察到的基面位错密度为1000个/cm2以下，且穿透螺旋位错密度为500个/cm2以下，并且，在该基板的中心部测定的拉曼位移值(A)与在周边部测定的拉曼位移值(B)之差(A-B)即拉曼指数为0.20以下。3.根据权利要求1所述的SiC单晶锭，其特征在于，将所述锭的籽晶侧底面设为零，并将从所述锭侧面向内侧移动所述锭直径的10％的位置的晶体生长端面的高度设为1，从锭的高度方向上的相对高度至少处于0.2～0.8的范围内的部分任意切取SiC单晶基板，此时，在该基板表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：中林正史，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP
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