碳化硅单晶基板及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种晶体品质高、尤其螺型位错密度非常低的SiC单晶的制造方法及通过该方法得到的SiC单晶锭。特别是，提供一种从通过升华再结晶法生长而成的块状的碳化硅单晶中切出的基板，该碳化硅单晶基板中，与中心部相比周边部的螺型位错密度小、局部地使螺型位错减少。本发明专利技术是采用了籽晶的利用升华再结晶法的SiC单晶的制造方法、及由此得到的SiC单晶锭。特别是，所述碳化硅单晶基板的特征在于，在将基板的直径设为R、定义以基板的中心点O为中心且具有0.5×R的直径的中心圆区域、和除去该中心圆区域后剩余的环状周边区域时，在所述环状周边区域中观察到的螺型位错密度的平均值为在所述中心圆区域中观察到的螺型位错密度的平均值的80%以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳化硅单晶基板及其制造方法
本专利技术涉及螺型位错少的、晶体品质高的碳化硅单晶的制造方法及由此得到的碳化硅单晶基板。从通过本专利技术的制造方法得到的碳化硅单晶经由加工及研磨工序制造的碳化硅单晶基板主要作为各种半导体电子器件或它们的基板使用。特别是，本专利技术涉及从用升华再结晶法生长而成的块状的碳化硅单晶中切出的碳化硅单晶基板，详细地讲，涉及与基板的中心部相比周边部的螺型位错少的碳化硅单晶基板。
技术介绍
碳化硅（SiC）是具有2.2～3.3eV的宽的禁带宽度的宽带隙半导体，从其优良的物理、化学特性开始一直在进行作为耐环境性半导体材料的研究开发。特别是近年来，作为从蓝色到紫外的短波长光器件、高频电子器件、高耐压及高功率电子器件等的材料而引人注目，利用SiC制作器件（半导体元件）的研究开发十分活跃。在进行SiC器件的实用化时，制造大口径的SiC单晶是不可缺的，其大部分采用通过升华再结晶法（瑞利法或改进型瑞利法）使块状SiC单晶生长的方法。也就是说，将SiC的升华原料收容在坩埚内，在坩埚的盖体中安装由SiC单晶构成的籽晶，通过使原料升华进行再结晶，使SiC单晶在籽晶上生长。然后，在得到大致为圆柱状的SiC的块状单晶（SiC单晶锭）后，一般通过切成300～600μm左右的厚度来制造SiC单晶基板，用于制作电力电子领域等的SiC器件。可是，在SiC单晶中，除了被称为“微管”的贯通生长方向的中空孔状缺陷，还存在位错缺陷、堆垛层错等晶体缺陷。这些晶体缺陷使器件性能减少，所以减少这些缺陷在SiC器件的应用上是重要的课题。其中，位错缺陷中包含贯通刀状位错、基底面位错及螺型位错。例如，据报告，在市场上出售的SiC单晶基板中，螺型位错存在8×102～3×103（个/cm2）左右，贯通刃状位错存在5×103～2×104（个/cm2）左右，基底面位错存在2×103～2×104（个/cm2）左右（参照非专利文献1）。近年来，进行了有关SiC的晶体缺陷和器件性能的研究及调查，逐渐弄清楚了各种缺陷所产生的影响。其中，报告了螺型位错为器件的漏电流的原因、或使门极氧化膜寿命下降等（参照非专利文献2及3），要制造高性能的SiC器件，至少需要减少了螺型位错的SiC单晶基板。另外，关于SiC单晶中的螺型位错的减少，例如，有利用亚稳定溶剂外延法（MSE法）减至67（个/cm2）的报告例（参照非专利文献4）。此外，在化学气相生长法（CVD法）中的外延生长中，报告了将螺型位错分解成外来（frank）型堆垛层错的内容（参照非专利文献5）。但是，这些方法中，SiC单晶的生长速度均为几μm/hr，为利用升华再结晶法进行的普通SiC单晶的生长速度的10分之1以下，因此难以确立为工业化的生产方法。另一方面，在升华再结晶法中，报告了在按规定的生长压力及基板温度使作为初期生长层的SiC单晶生长后，通过一边缓慢降低基板温度及压力一边进行晶体生长，得到微管与螺型位错均少的SiC单晶的方法（参照专利文献1）。但是，通过该方法得到的SiC单晶的螺型位错密度为103～104（个/cm2）（参照专利文献1的说明书［专利技术效果］一栏），如果考虑在高性能SiC器件中的应用，则需要进一步减少螺型位错。此外，报告了在根据规定的生长压力及基板温度使SiC单晶作为初期生长层生长后，原状维持基板温度，通过减压来提高生长速度使晶体生长，由此抑制微管的发生且减少螺型位错等位错密度的方法（参照专利文献2）。但是，根据该方法，螺型位错的减少效果也不充分。再者，在升华再结晶法中，还报告了除了具有〈0001〉的巴尔格矢量的螺型位错以外，还由具有1/3〈11－20〉（0001）的巴尔格矢量并沿着基底面内传播的贯通刃状位错生成复合螺型位错（参照非专利文献6）。可是，此现象在晶体生长中是偶然产生的，在本专利技术者们所知的范围内，还没有对其进行控制的报告例。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号公报非专利文献非专利文献1：大谷升，SiC及关联宽隙半导体研究会第17次讲演会预稿集、2008、p8非专利文献2：坂东等，SiC及关联宽隙半导体研究会第19次讲演会预稿集，2010，p140-141非专利文献3：山本等，SiC及关联宽隙半导体研究会第19次讲演会预稿集，2010，p11-12非专利文献4：长田等，SiC及关联宽隙半导体研究会第18次讲演会预稿集，2009，p68-69非专利文献5：H.Tsuchida等,JournalofCrystalGrowth,310,(2008),757-765非专利文献6：D.Nakamura等JournalofCrystalGrowth304(2007)57？63
技术实现思路
专利技术要解决的问题所以，本专利技术的目的在于，提供一种晶体品质高的、尤其螺型位错密度非常低的SiC单晶的制造方法。此外，本专利技术的另一目的在于，提供一种通过该方法得到的使螺型位错密度大大减少了的碳化硅单晶锭及碳化硅单晶基板。特别是，本专利技术的目的在于，提供一种从用升华再结晶法生长而成的块状的碳化硅单晶中切出的基板，即，与中心部相比周边部的螺型位错密度小、局部地使螺型位错减少了的碳化硅单晶基板。用于解决课题的手段本专利技术者们鉴于上述事情进行了深入研究，结果新发现了：在利用升华再结晶法进行的碳化硅（SiC）单晶的生长中，通过以特定的生长气氛及籽晶温度使碳化硅单晶生长到规定的厚度，能够将碳化硅单晶中所含的螺型位错结构变换成堆垛层错。另外，本专利技术者们惊奇地发现：在使块状SiC单晶生长时，通过在其一部分中采用规定的生长条件，在从其后生长而成的SiC单晶中切出的SiC单晶基板中，与基板的中心部相比周边部的螺型位错密度变少。而且，只要是局部地减少了螺型位错的SiC单晶基板，就可通过在基板内分开制作器件而制作高性能SiC器件，此外，还有助于提高器件制作的成品率，由此完成了本专利技术。也就是说，本专利技术的要点如下。（1）一种碳化硅单晶基板，其特征在于，是从通过升华再结晶法生长而成的块状的碳化硅单晶中切出的圆盘状的碳化硅单晶基板，在将基板的直径设为R、定义以基板的中心点O为中心且具有0.5×R的直径的中心圆区域、和除去该基板的该中心圆区域后剩余的环状周边区域时，在所述环状周边区域中观察到的螺型位错密度的平均值为在所述中心圆区域中观察到的螺型位错密度的平均值的80%以下。（2）根据上述（1）所述的碳化硅单晶基板，其中，在所述环状周边区域中观察到的螺型位错密度的平均值为在所述中心圆区域中观察到的螺型位错密度的平均值的60%以下。（3）根据上述（1）所述的碳化硅单晶基板，其中，在所述环状周边区域中观察到的螺型位错密度的平均值为在所述中心圆区域中观察到的螺型位错密度的平均值的50%以下。（4）根据上述（1）～（3）中任一项所述的碳化硅单晶基板，其中，在基板内任意选择将所述基板的圆周8等分的4条直径，在将以该基板的中心点O作为零、将从该中心点O放射状延伸的8条半径r1～r8分别当作具有从0到1的刻度的轴时，在所述中心圆区域中观察到的螺型位错密度的平均值为在下述i）～iii）的合计17个测定点测定的值的平均，此外，在所述环状周边区域中观察到的螺型位错密度的平均值为在下述iv）～v）的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅单晶基板，其特征在于，是从通过升华再结晶法生长而成的块状的碳化硅单晶中切出的圆盘状的碳化硅单晶基板，在将基板的直径设为R、定义以基板的中心点O为中心且具有0.5×R的直径的中心圆区域、和除去该基板的该中心圆区域后剩余的环状周边区域时，在所述环状周边区域中观察到的螺型位错密度的平均值为在所述中心圆区域中观察到的螺型位错密度的平均值的80%以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.29 JP 2011-186362;2012.04.09 JP 2012-08841.一种碳化硅单晶锭，其特征在于，其是通过升华再结晶法制造的碳化硅单晶锭，在锭的生长方向的截面中，具有螺型位错变换为堆垛层错的至少厚0.5mm的结构变换层、以及经由所述至少厚0.5mm的结构变换层生长而成的主要的晶体生长部分，在将从所述晶体生长部分中切出的基板的直径设为R、定义以基板的中心点O为中心且具有0.5×R的直径的中心圆区域、和除去该基板的该中心圆区域后剩余的环状周边区域时，在所述环状周边区域中观察到的螺型位错密度的平均值为500个/cm2以下。2.一种碳化硅单晶的制造方法，其特征在于，是通过使用了籽晶的升华再结晶法进行的碳化硅单晶的制造方法，具有以下工序：按3.9kPa以上且39.9kPa以下的第1生长气氛压力及籽晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤信也，藤本辰雄，柘植弘志，胜野正和，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：
国别省市：