碳化硅单晶的制造方法技术

本发明专利技术提供一种SiC单晶的制造方法，其为利用上部设有温度测量用的孔的隔热材料包围生长容器，于该生长容器的上部的中心配置晶种基板，于生长容器的下部配置碳化硅原材料并使其升华而使SiC单晶在晶种基板上生长的方法，所述制造方法中，以使孔的中心位置与晶种基板的中心位置错开的方式，将孔相对于晶种基板的中心向外周侧的位置错开而设置，作为晶种基板，使用具有自作为基面的{0001}面仅倾斜了偏移角的主面的SiC单晶基板，在包含晶种基板的中心与孔的中心的剖视中，以使晶种基板的基面的法线矢量的与主面平行的分量的方向同孔的偏心方向为同一方向的方式，配置晶种基板而使SiC单晶生长。由此，提供一种减少了晶圆中央部的结晶性的劣化的碳化硅单晶的制造方法。

Manufacturing method of silicon carbide single crystal

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅单晶的制造方法
本专利技术涉及一种通过升华法而进行碳化硅的单晶生长的碳化硅单晶的制造方法。
技术介绍
近年来，电动汽车及电冷暖气机之中大量使用逆变电路，由于电力损失少，且相较于使用半导体Si晶体的元件可取得更高的耐压的特性，因此谋求一种碳化硅(以后，有时也称为SiC)的半导体晶体。作为SiC等的熔点高的晶体、难以进行液相生长的晶体的代表性且实际的生长方法，有升华法。升华法为在容器内以2000℃左右乃至2000℃以上的高温使固体原材料升华，从而使其在相对的晶种上进行晶体生长的方法(专利文献1)。然而，为了升华，SiC的晶体生长需要高温，进而使得生长装置需要在高温下进行温度控制。此外，为了使经升华的物质的压力稳定，需要稳定地控制容器内的压力。此外，SiC的晶体生长依赖于升华速度，与Si的柴可拉斯基法或GaAs等的LPE制造法等相比，生长速度相对而言相当地慢。因此，会花费长时间生长。所幸，由于现今的控制设备的发达、计算机及个人计算机等的发达，能够长时间稳定地进行压力及温度的调节。具体而言，基于SiC的升华法的生长方法使用如图7所示的SiC生长装置101而进行。该生长方法中，将碳化硅原材料103放入生长容器104内，使用加热器108进行加热，使其在配置在生长容器104内的晶种基板102上进行晶体生长(碳化硅单晶102a)。生长容器104配置在真空的石英管内或真空的腔室内，其被活性低的气体充满一次，为了提升SiC的升华速度，使其氛围低于大气压。于生长容器104的外侧配置有隔热材料105。在隔热材料105的一部分至少存在一个用于使用温度测量仪(高温计)107进行温度测量的孔106。因此，会有些许的热从孔中漏出。该孔位于与晶种基板102的中心部相对应的位置，如图8所示，晶种基板102的面内温度分布在中心部变得最低，单晶会从中心向外侧呈螺旋状生长，因此会产生许多穿透位错(螺旋位错)。生长容器104主要由碳材料构成，其具有通气性，使得生长容器内外的压力相等。实际上，于生长容器的下部配置有碳化硅原材料。该碳化硅原材料为固体，在高温下、减压下会升华。经升华的材料在相对(配置于上部)的晶种基板上作为单晶而生长。为SiC时，单晶有立方晶、六方晶等，进一步在六方晶之中，4H、6H等作为代表性的多型(polytype)而为人所知。多数情况下，在4H晶种上生长有4H，像这样，会生长出同型的单晶(专利文献2)。在通过如上所述的SiC单晶的生长方法而得到的SiC单晶中，会在中央形成小平面，以螺旋位错为驱动力而进行生长，且存在许多缺陷。随着重复生长，中央部的结晶性会不断劣化。使用存在有这种结晶性劣化的基板的元件的性能会显著降低。例如，在制作发光二极管时，会发生泄漏电流的增加及光度的降低。此外，有报告指出在高输出元件中无法维持耐压。因此，为了提升使用SiC单晶基板的元件的性能且提高晶圆内的产率，减少该中央部的结晶性的劣化是重要的。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-191399号公报专利文献2：日本特开2005-239465号公报
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题本专利技术鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种减少了晶圆中央部的结晶性的劣化的碳化硅单晶的制造方法。解决技术问题的技术手段为了达成上述目的，本专利技术提供一种碳化硅单晶的制造方法，其中，利用上部设有温度测量用的孔的隔热材料包围生长容器，于该生长容器内的上部的中心配置晶种基板，于所述生长容器的下部配置碳化硅原材料，使所述碳化硅原材料升华而使碳化硅单晶在所述晶种基板上生长，所述制造方法的特征在于，以使所述隔热材料的温度测量用的孔的中心的位置与配置于所述生长容器内的所述晶种基板的中心的位置错开的方式，将所述温度测量用的孔，相对于配置在所述生长容器内的所述晶种基板的中心向外周侧的位置错开而设置，作为所述晶种基板，使用具有自作为基面的{0001}面仅倾斜了偏移角的主面的碳化硅单晶基板，在包含所述生长容器内的所述晶种基板的中心与所述隔热材料的所述温度测量用的孔的中心的剖视中，以使所述晶种基板的基面的法线矢量的与所述晶种基板的主面平行的分量的方向，同所述温度测量用的孔的中心相对于所述晶种基板的中心的偏心方向为同一方向的方式，将所述晶种基板配置于所述生长容器内，从而使所述碳化硅单晶生长。如此，通过使温度测量用的孔偏心，将晶种基板上的最低温度区域自中心错开，扩大台阶流(step-flow)方向的SiC单晶生长区域，从而能够使减少了晶圆中央部的结晶性的劣化的SiC单晶生长。此时，能够将所述晶种基板的偏移角设为0.5～10度。若为这样的偏移角，则能够效率良好地进行台阶流生长。此外，能够以使所述隔热材料的温度测量用的孔的中心，相对于配置在所述生长容器内的所述晶种基板的中心，位于比该晶种基板的半径的1/3的位置更靠外周侧的方式，设置所述隔热材料的温度测量用的孔。若如此，则能够更确实地使碳化硅单晶在晶圆中央部沿台阶流方向生长，能够使减少了贯穿缺陷且减少了结晶性的劣化的碳化硅单晶生长。专利技术效果如上所述，根据本专利技术的碳化硅单晶的制造方法，能够制造减少了晶圆中央部的结晶性的劣化的碳化硅单晶。附图说明图1为示出能够实施本专利技术的碳化硅单晶的制造方法的SiC生长装置的一个实例的截面示意图。图2为示出本专利技术的晶种基板的位置与温度分布的关系的图表。图3为示出本专利技术的碳化硅单晶的制造方法的流程的一个实例的工序图。图4为示出本专利技术中的晶种基板的配置方向的说明图。图5为示出实施例中的晶圆面内应变分布的测定图。图6为示出比较例中的晶圆面内应变分布的测定图。图7为示出现有方法中使用的SiC生长装置的一个实例的截面示意图。图8为示出以往的SiC生长装置中的晶种基板的位置与温度分布的关系的图。具体实施方式如上所述，本申请的专利技术人为了减少晶圆中央部的结晶性的劣化而反复进行了研究，结果发现通过下述方式，晶圆中央部的结晶性的劣化得以减少，从而完成了本专利技术：在利用上部设有温度测量用的孔的隔热材料包围生长容器，于该生长容器内的上部的中心配置晶种基板，于所述生长容器的下部配置碳化硅原材料，使所述碳化硅原材料升华而使碳化硅单晶在所述晶种基板上生长的碳化硅单晶的制造方法中，以使所述隔热材料的温度测量用的孔的中心的位置与配置于所述生长容器内的所述晶种基板的中心的位置错开的方式，将所述温度测量用的孔，相对于配置在所述生长容器内的所述晶种基板的中心向外周侧的位置错开而设置，作为所述晶种基板，使用具有自作为基面的{0001}面仅倾斜了偏移角的主面的碳化硅单晶基板，在包含所述生长容器内的所述晶种基板的中心与所述隔热材料的所述温度测量用的孔的中心的剖视中，以使所述晶种基板的基面的法线矢量的与所述晶种基板的主面平行的分量的方向，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅单晶的制造方法，其中，利用上部设有温度测量用的孔的隔热材料包围生长容器，于该生长容器内的上部的中心配置晶种基板，于所述生长容器的下部配置碳化硅原材料，使所述碳化硅原材料升华而使碳化硅单晶在所述晶种基板上生长，所述制造方法的特征在于，/n以使所述隔热材料的温度测量用的孔的中心的位置与配置于所述生长容器内的所述晶种基板的中心的位置错开的方式，将所述温度测量用的孔，相对于配置在所述生长容器内的所述晶种基板的中心向外周侧的位置错开而设置，/n作为所述晶种基板，使用具有自作为基面的{0001}面仅倾斜了偏移角的主面的碳化硅单晶基板，/n在包含所述生长容器内的所述晶种基板的中心与所述隔热材料的所述温度测量用的孔的中心的剖视中，以使所述晶种基板的基面的法线矢量的与所述晶种基板的主面平行的分量的方向，同所述温度测量用的孔的中心相对于所述晶种基板的中心的偏心方向为同一方向的方式，将所述晶种基板配置于所述生长容器内，从而使所述碳化硅单晶生长。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180313 JP 2018-0452271.一种碳化硅单晶的制造方法，其中，利用上部设有温度测量用的孔的隔热材料包围生长容器，于该生长容器内的上部的中心配置晶种基板，于所述生长容器的下部配置碳化硅原材料，使所述碳化硅原材料升华而使碳化硅单晶在所述晶种基板上生长，所述制造方法的特征在于，
以使所述隔热材料的温度测量用的孔的中心的位置与配置于所述生长容器内的所述晶种基板的中心的位置错开的方式，将所述温度测量用的孔，相对于配置在所述生长容器内的所述晶种基板的中心向外周侧的位置错开而设置，
作为所述晶种基板，使用具有自作为基面的{0001}面仅倾斜了偏移角的主面的碳化硅单晶基板，
在包含所述生长容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥亨，池田均，松本雄一，青山徹郎，
申请(专利权)人：信越半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP