[发明专利]碳化硅单晶、碳化硅晶片和半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶、碳化硅晶片及半导体器件，更详细而言涉及基底面位错的直线性高且基底面位错高度取向的碳化硅单晶以及由这样的碳化硅单晶制造的碳化硅晶片及半导体器件。

背景技术

碳化硅（SiC）已知有具有六方晶系的晶体结构的高温型（α型）和具有立方晶系的晶体结构的低温型（β型）。碳化硅与硅相比具有如下特点：不仅耐热性高，而且还具有宽的能隙，并且绝缘击穿电场强度大。因此，由碳化硅单晶构成的半导体作为代替硅半导体的下一代功率器件的候选材料而备受期待。特别是，α型碳化硅由于比β型碳化硅的能隙宽，所以其作为超低功耗功率器件的半导体材料而备受注目。

α型碳化硅具有作为其主要晶面的{0001}面（以下也将其称为“c面”）和与{0001}面垂直的{1-100}面及{11-20}面（以下也将它们总称为“a面”）。

一直以来，作为获得α型碳化硅单晶的方法，已知有c面生长法（c-plane growth method）。这里，“c面生长法”是指如下方法：作为籽晶，使用使c面或与c面的偏斜角（offset angle）为规定的范围的面作为生长面露出的碳化硅单晶，并且利用升华再析出法等方法使碳化硅单晶在生长面上生长。

然而，在利用c面生长法得到的单晶中，存在微管缺陷（直径为数μm～100μm左右的管状的空隙）、c轴贯通型螺旋位错（以下简称为“螺旋位错”）等缺陷在与<0001>方向平行的方向上极为多发这样的问题。另外，在c面生长晶体中，在c面内存在大量基底面位错，它们与c轴方向的螺旋位错复杂地缠结在一起（非专利文献1）。

特别是，基底面位错由于位错彼此缠结而在{0001}面内大幅弯曲。在如此基底面位错弯曲的情况下，当从单晶取出用于制造器件的基板（通常为了形成外延生长膜而以使其与{0001}面有4°～8°的偏斜角的方式进行切片）时，有时一条基底面位错会在基板表面上多个部位露出（参照图15）。其结果是，当形成外延生长膜时，由多个部位继承位错（非专利文献2、3）。

另外，在基底面位错弯曲的情况下，基底面位错在结晶学上朝向各个方向。当使用这样的单晶来制作器件、使器件工作时，工作中基底面位错分解为朝向结晶学上稳定的方向（<11-20>方向）的局部位错，从而形成叠层缺陷（堆垛层错，stacking fault）（参照图16），有时还会引起器件的特性劣化（双极器件的正向劣化现象）（非专利文献4）。

为了使一条线与平面多处交叉，该线必须不能为直线。为了使交叉部位减小，该线优选为直线。因此，从几何学上也可知：为了防止基底面位错在基板表面上多个部位露出，优选在降低基底面位错的数密度、总长度的同时将其直线性地设置（参照图17）。另外，由于基底面位错在朝向结晶学上稳定的方向的情况下难以分解为局部位错，因此优选使基底面位错向上述那样的结晶学上稳定的方向取向化（参照图18）。由此，可认为对于器件特性的影响也会减小。

另一方面，如专利文献1所述，通过在重复a面生长后使c面生长的方法（RAF法），能够降低晶体中的位错密度。另外，非专利文献5中记载了：使用RAF法，基底面位错会有取向化的趋势。然而，在该文献中，用于判断有无取向性或直线性的尺度并不明确。此外，位错密度依然高，而且与贯通缺陷的缠结多发，并且虽然在各个位错内部分地确认到了取向化的趋势，但是直线性不强，弯曲部分也多。另外，这样的区域限于亚毫米级的区域。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-119097号公报

非专利文献

非专利文献1：S.Wang et al.,Mater.Res.Soc.Symp.Proc.339(1994)735

非专利文献2：I.Kamata et al.,Materials Science Forum vols.645-648(2010)pp.303-306

非专利文献3：B.Kallinger et al.,ICSCRM2009Technical Digest Tu-2A-2

非专利文献4：R.E.Stahlbush et al.,Materials Science Forum vols.645-648(2010)pp.271-276

非专利文献5：D.Nakamura et al.,Journal of Crystal Growth304(2007)57-63

发明内容

发明所要解决的问题