碳化硅单晶及其制造方法技术

在SiC单晶(6)的生长中添加重金属元素，将其添加密度设定为1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅单晶及其制造方法
[0001]与关联申请的相互参照
[0002]本申请基于2018年6月19日申请的日本专利申请号2018-116384号，其记载内容通过参照被纳入于此。


[0003]本申请涉及碳化硅(以下，称为SiC)单晶及其制造方法。

技术介绍

[0004]一直以来，通过向由SiC单晶构成的种晶的生长面上供给SiC原料气体并使SiC单晶在种晶上生长为块状的块体晶体生长法来进行SiC单晶的晶体生长。但是，就块体晶体生长法而言，由于在使SiC单晶生长的反应容器内存在温度分布的环境下制作SiC单晶，因此起因于温度分布而产生热应力，在SiC单晶中作为晶体缺陷的位错产生或者增殖。
[0005]因此，在专利文献1中，为了防止在SiC单晶内产生无用的热应力，提出了下述方法：通过将成为保持种晶的基座的种晶保持器预先进行退火来抑制种晶保持器的形状变化，从而使作用于种晶的应力成为最小限度。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本专利第4845142号公报

技术实现思路

[0009]然而，即使通过退火能够抑制种晶保持器的形状变化，也由于种晶保持器的材质与SiC不同，难以将作用于SiC单晶的应力完全除去。另外，为了使SiC单晶生长，需要在SiC单晶内产生温度分布，通过该SiC单晶自身所具有的温度分布也会产生应力。
[0010]因此，导致在SiC单晶内一定程度的密度的位错产生或者增殖。进而，在将通过生长而得到的SiC单晶进行切片加工而制成圆板形状的晶片时，因残留应力而产生翘曲。另外，在所得到的晶片上通过外延生长而进行SiC的晶体生长的情况下，在超过1000℃的温度下进行，在该升温过程中也引起位错的产生或增殖。
[0011]本申请的目的是提供能够抑制位错的产生或增殖的SiC单晶及其制造方法。
[0012]用于解决课题的手段
[0013]就本申请的1个观点中的SiC单晶而言，至少在外周部中，添加有具有大于铁的比重的重金属元素，使上述重金属元素的添加密度成为1
×
10
15
cm-3
以上。
[0014]像这样，重金属元素的添加密度设定为1
×
10
15
cm-3
以上的SiC单晶是不易因SiC单晶的生长中产生的热应力而产生位错的SiC单晶。因此，即使是在将SiC单晶切片而制成晶片并在其上使SiC层外延生长的情况下，也变得不易产生位错。通过设定为这样的构成，可制成能够抑制位错的产生或增殖的SiC单晶。
[0015]需要说明的是，对各构成要素等标注的带括弧的参照符号表示该构成要素等与后
述的实施方式中记载的具体的构成要素等的对应关系的一个例子。
附图说明
[0016]图1是第1实施方式所涉及的SiC单晶制造装置的截面图。
[0017]图2是表示在将SiC单晶切片而形成的晶片上使SiC层外延生长的状态的图。
[0018]图3是将在外周部和中央部使重金属元素的添加密度不同的结构的SiC单晶切片而制作的晶片的立体图。
具体实施方式
[0019]以下，基于图对本申请的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的各实施方式相互中，对彼此相同或者均等的部分标注同一符号而进行说明。
[0020](第1实施方式)
[0021]首先，对本实施方式所涉及的SiC单晶的制造中使用的SiC单晶制造装置进行说明。
[0022]图1中所示的SiC单晶制造装置1是用于通过长条生长来制造SiC单晶锭的装置，按照图1的纸面上下方向朝向天地方向的方式设置。
[0023]具体而言，SiC单晶制造装置1经由气体供给口2流入来自气体供给源3的包含SiC原料气体的供给气体3a，同时经由气体排出口4将未反应气体排出，从而在由SiC单晶基板制成的种晶5上使SiC单晶6生长。
[0024]在SiC单晶制造装置1中，具备气体供给源3、真空容器7、绝热材料8、加热容器9、基座10、旋转提升机构11及第1、第2加热装置12、13。
[0025]气体供给源3从气体供给口2与载气一起供给含有Si及C的SiC原料气体例如硅烷等硅烷系气体与丙烷等烃系气体的混合气体。通过该气体供给源3等而构成相对于种晶5从下方供给SiC原料气体的气体供给机构。
[0026]另外，在本实施方式的情况下，从气体供给源3除了供给SiC原料气体以外，还供给包含具有大于Fe(铁)的比重的重金属原子的气体。作为具有大于Fe的比重的重金属原子，可列举出例如Nb(铌)、Ta(钽)、Mo(钼)、W(钨)、Ir(铱)等。
[0027]真空容器7由石英玻璃等构成，被制成如下结构：形成具有中空部的筒形状、在本实施方式的情况下形成圆筒形状，可进行供给气体3a的导入导出。另外，真空容器7被制成如下结构：容纳SiC单晶制造装置1的其他构成要素，并且可以通过将该容纳的内部空间的压力进行抽真空来减压。在该真空容器7的底部设置有供给气体3a的气体供给口2，在上部、具体而言在侧壁的上方位置形成有贯通孔7a，在该贯通孔7a内嵌入有供给气体3a中的未反应气体等废气的气体排出口4。
[0028]绝热材料8形成具有中空部的筒形状、本实施方式的情况下形成圆筒形状，相对于真空容器7同轴地配置。绝热材料8通过制成与真空容器7相比直径缩小的圆筒形状并配置于真空容器7的内侧，从而抑制从绝热材料8的内侧的空间向真空容器7侧的传热。绝热材料8例如由仅石墨、或者将表面利用TaC(碳化钽)或NbC(碳化铌)等高熔点金属碳化物涂敷而得到的石墨等构成，被制成不易被热蚀刻的材料。
[0029]加热容器9是构成成为反应容器的坩埚的容器，由具有中空部的筒形状、本实施方
式的情况下由圆筒形状构成。通过加热容器9的中空部，构成使SiC单晶6在种晶5的表面生长的反应室。加热容器9例如由仅石墨、或者将表面利用TaC或NbC等高熔点金属碳化物涂敷而得到的石墨等构成，被制成不易被热蚀刻的容器。该加热容器9按照将基座10包围的方式配置。并且，经由加热容器9的内周面与种晶5及基座10的外周面之间，供给气体3a中的未反应气体等废气被导至气体排出口4侧。通过该加热容器9，在将来自气体供给口2的供给气体3a导至种晶5之前，将SiC原料气体分解。
[0030]需要说明的是，在绝热材料8及加热容器9中的上部、具体而言在侧壁的上方位置形成有贯通孔8a、9a，通过在贯通孔内嵌入气体排出口4，从而变得可以从加热容器9的内侧向真空容器7的外侧进行废气的排出。
[0031]基座10是用于设置种晶5的构件。基座10的设置种晶5的一面被制成圆形状，按照基座10的中心轴与加热容器9的中心轴或后述的旋转提升机构11的轴11a的中心轴成为同轴的方式配置。基座10例如由仅石墨、或者将表面利用TaC或NbC等高熔点金属碳化物涂敷而得到的石墨等构成，被制成不易被热蚀刻的基座。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳化硅单晶，其至少在外周部(H2)中，添加有具有铁以上的比重的重金属元素，所述重金属元素的添加密度成为1
×
10
15
cm-3
以上。2.根据权利要求1所述的碳化硅单晶，其中，所述重金属元素的添加密度为1
×
10
16
cm-3
以上。3.根据权利要求1所述的碳化硅单晶，其中，所述重金属元素的添加密度为5.0
×
10
18
cm-3
以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的碳化硅单晶，其中，所述重金属元素为钽或铌。5.根据权利要求1～4中任一项所述的碳化硅单晶，其中，添加有氮，所述氮的添加密度被设定为1
×
10
18
cm-3
以上。6.根据权利要求5所述的碳化硅单晶，其中，在所述重金属元素的添加密度最高的位置处，成为所述氮的添加密度与所述重金属元素的添加密度之比的氮的添加密度/重金属元素的添加密度为2.0以上。7.根据权利要求1～6中任一项所述的碳化硅单晶，其中，作为轻金属元素添加有钒或钛，所述钒或所述钛的添加量为5.0
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10
14
cm-3
以下。8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：徳田雄一郎，上东秀幸，星乃纪博，土田秀一，镰田功穗，
申请(专利权)人：一般财团法人电力中央研究所，
类型：发明
国别省市：