碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法技术

提供能获得高品位的碳化硅单晶的碳化硅单晶晶片的制造方法及碳化硅单晶晶片。通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其中，晶片所包含的位错密度为3500个/cm

【技术实现步骤摘要】
碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法
本专利技术涉及碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法。
技术介绍
碳化硅(以下也称为SiC)与Si相比具有约3倍的带隙、约2倍的饱和漂移速度、约10倍的绝缘击穿场强的优异物性值，并且是具有较大的导热率的半导体，因此期望用作实现大大超过当前使用的Si单晶半导体的性能的下一代高电压/低损耗半导体元件的材料。当前，升华法被用作制造市售化的碳化硅单晶的方法之一。当前市售的碳化硅单晶晶片大多数是通过升华法制造的，但是升华法是通过将原料和晶种设置在密闭容器中而制作的，因此能够通过一次生长来制作的碳化硅块的数量是有限的。因而，由于该制作法的构造上的原因，不能形成长条晶体，因此存在由块制作的晶片的制造成本高的缺点。作为制造碳化硅单晶的另一种方法，已知HTCVD(高温化学气相沉积)法等的气相生长法(例如，参照专利文献1)。在气相生长法(气体生长法)中，如果持续向晶种供给原料气体，则理论上可以制造无限长的SiC单晶。如果能够高速且长条地生长SiC单晶，则能够降低其价格。另外，在晶种的表面(生长面)上存在温度梯度的情况下，例如，存在周缘部为高温、中央部为低温这样的温度梯度的情况下，在高温部分中几乎不进行生长，而在低温部分中进行生长，因此提出了将晶种的表面形状照着等温线作成凸曲面以促进生长的方法(参照专利文献2)。尽管碳化硅单晶衬底通过以上那样的方法制造，但是由于在通常压力下不具有液相，另外，升华温度极高等，所以难以进行如不包含位错、堆垛层错等的晶体缺陷的高品质的晶体生长。因此，对于碳化硅单晶，尚未实现通过生长Si单晶而商业化的、没有位错且具有大口径的单晶的制造技术。当在晶片上生长外延膜时，由于这样在碳化硅单晶晶片中固有的这些位错在该外延膜中传播，所以降低使用该外延膜形成的半导体元件的耐电压和可靠性。因而，需要位错少的、而且位错即便存在也没有不均匀的碳化硅单晶晶片。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012－240894号公报专利文献2：日本特许第6235875号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题由于衬底晶片中的位错传播到元件中，因此当使用以当前制法制作的位错密度在面内不均匀的碳化硅晶片来制作元件的情况下，存在元件的成品率根据区域而劣化的不良情况，这是当前的问题。此外，在制造元件的工艺中，当元件产品的成品率方面产生面内区域上的偏差时，如果使用当前晶片，则无法区分是工艺引起的还是晶片引起的，从而使工艺改善长期化，导致投入的预算和时间方面不利，这也是当前的问题。鉴于上述情况，本专利技术的目的在于，提供能够获得高品位的碳化硅单晶的碳化硅单晶晶片的制造方法及碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法。用于解决问题的方案用于达成上述目的的本专利技术的第1方面是一种碳化硅单晶晶片，其特征在于：晶片中所包含的位错密度为3500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述位错密度的差小于平均值的50％。由于衬底晶片中的位错传播到元件中，在使用以当前制法制作的位错密度在面内不均匀的碳化硅单晶晶片制作元件的情况下，存在元件的成品率根据区域而劣化的不良情况，这是当前的问题。然而，如果采用本专利技术的碳化硅单晶晶片，即，晶片中所包含的位错密度为3500个/cm2以下，且位错密度分布在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述位错密度的差小于平均值的50％的碳化硅单晶晶片，则由于面内的均匀性在上述元件制作中良好，因此在任何区域都能提高成品率而减少次品，可以避免上述问题。此外，在制作元件的工艺中，当元件产品的成品率方面产生面内区域上的偏差时，如果使用当前晶片，则无法区分是工艺引起的还是晶片引起的，从而使工艺改善长期化，这也是当前的问题。然而，如果使用上述本专利技术的碳化硅单晶晶片，则由于不存在晶片引起的成品率劣化因素，因此，当存在不良情况时可能特化为工艺因素，迅速进行工艺改善，在投入的预算和时间上具有优势，从而可以避免上述问题。另外，本专利技术的第2方面是一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的刃状位错密度为3000个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述刃状位错密度的差小于平均值的50％。另外，本专利技术的第3方面是一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的螺旋位错密度为500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部、及所述晶片的中间部分的比较中，所述螺旋位错密度的差小于50％。本专利技术的第4方面是第1至第3方面的任一方面所记载的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的位错中，同一种位错彼此的距离以150μm以上的一定距离以上分散而不挨近。这样的第1至第3方面的碳化硅单晶晶片，位错少且存在的位错均匀分布，是高品位的碳化硅单晶晶片，能够抑制利用外延膜形成在其上的半导体元件的耐电压和可靠性的下降。另外，第1至第4方面的碳化硅单晶晶片是以气相生长法制造的单晶晶片，这可以通过晶体中所包含的Ta、Ti、Nb为1×1014/cm3以上来证实，例如，在通过升华法制造的碳化硅单晶晶片中不会存在1×1014/cm3以上的Ta、Ti、Nb。本专利技术的第5方面是一种碳化硅单晶锭的制造方法，其中，向放置了由碳化硅构成的晶种的空间供给包含氢气、甲硅烷及烃气体的原料气体，并且使甲硅烷分压为4kPa以上，将所述空间内加热至2400℃～2700℃的温度，使碳化硅单晶在所述晶种上生长，所述制造方法的特征在于：以使所述碳化硅单晶的生长晶体表面的径向温度梯度为0.1℃/mm以下，且所述生长晶体表面的曲率半径为4.5m以上的方式，控制所述空间内的温度控制和所述原料气体的供给，从而获得经生长的碳化硅单晶的生长长度为3mm以上，且内部应力为10MPa以下的碳化硅单晶锭。本专利技术的第6方面是一种碳化硅单晶晶片的制造方法，其特征在于：通过第5方面的碳化硅单晶锭的制造方法获得碳化硅单晶锭，将其切割而获得碳化硅单晶晶片。专利技术效果依据本专利技术，提供了位错少、且存在的位错均匀分布的高品位的碳化硅单晶晶片及碳化硅单晶锭的制造方法。附图说明图1是制造本实施方式所涉及的碳化硅单晶的制造装置的剖面图。图2是示出本实施方式所涉及的碳化硅单晶的制造工序的制造装置的剖面图。图3是示出SiC单晶的内部应力与径向的温度梯度的关系，以及SiC单晶的内部应力与生长晶体表面的形状所呈现的曲率半径的关系的图表。图4是说明位错的相互作用的图。图5是示出晶片中心部、晶片中间部、晶片端部的部位的图像的图。图6是说明实施例1的碳化硅单晶的图。图7是说明比较例的碳化硅单晶的图。图8是说明实施例2的碳化硅单晶的图。具体实施方式以下，基于实施方式，对本专利技术进行说明。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅单晶晶片，其特征在于：晶片中所包含的位错密度为3500个/cm

【技术特征摘要】
20190924 JP 2019-1734631.一种碳化硅单晶晶片，其特征在于：晶片中所包含的位错密度为3500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部及所述晶片的中间部分的比较中，所述位错密度的差小于平均值的50％。


2.一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其特征在于：
所述晶片中所包含的刃状位错密度为3000个/cm2以下，
在所述晶片的中心部、所述晶片的端部及所述晶片的中间部分的比较中，所述刃状位错密度的差小于平均值的50％。


3.一种通过气相生长法来制造的碳化硅单晶晶片，其特征在于：所述晶片中所包含的螺旋位错密度为500个/cm2以下，在所述晶片的中心部、所述晶片的端部及所述晶片的中间部分的比较中，所述螺旋位错密度的差小于50％。


4.根据权利要求1至3的任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：镰田功穗，土田秀一，星乃纪博，德田雄一郎，冈本武志，
申请(专利权)人：一般财团法人电力中央研究所，株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本;JP