[发明专利]SiC单晶、其制造方法、SiC晶片和半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及SiC单晶及其制造方法以及SiC晶片和半导体器件。更具体地，本发明涉及含有很少不同取向的晶体块或很少异质多型晶体块的SiC单晶及其制造方法以及从所述SiC单晶切出的SiC晶片和半导体器件。

背景技术

在SiC(碳化硅)中，具有六方晶系晶体结构的高温型(α型)和具有立方晶系晶体结构的低温型(β型)是已知的。与Si相比，SiC的特征在于具有高耐热性、宽带隙和高介电击穿电场强度。基于所述原因，预期包含SiC单晶的半导体为取代Si半导体的下一代功率器件的候选材料。特别地，α型SiC的带隙比β型SiC的带隙更宽，因此α型SiC作为超低电力损失功率器件的半导体材料引起了关注。

作为主要的晶面，α型SiC具有{0001}面(下文中也称作“c面”)、以及与{0001}面垂直的{1-100}面(m面)和{11-20}面(狭义的a面)。在本发明中，“a面”是指广义的a面，即“m面和狭义的a面的统称”。当需要对m面和狭义的a面进行区分时，分别将其称作“{1-100}面”和“{11-20}面”。

作为得到α型SiC单晶的方法，至今已知的有c面生长法。此处引用的“c面生长法”是指使用其中c面或对c面的偏离角在预定范围内的a面露出以作为生长面的SiC单晶作为籽晶、并通过升华析出法等在生长面上生长SiC单晶的方法。

然而，问题在于，在通过c面生长法得到的单晶中，在平行于<0001>方向的方向上产生大量缺陷如微管缺陷(直径为约几μm到100μm的管状空隙)和贯通型螺旋位错(下文中还仅称作“螺旋位错”)。

为了实现高性能的SiC功率器件，降低在SiC半导体中产生的泄漏电流是必须的条件。认为在SiC单晶中产生的缺陷如微管缺陷和螺旋位错造成这种泄漏电流的增大。

于是，为了解决该问题，已经提出了各种建议。

例如，专利文献1公开了一种通过使用具有自c面倾斜约60°～约120°并露出以作为生长面的面(例如{1-100}面或11-20面)的籽晶来生长SiC单晶的SiC单晶生长方法(下文中将这种生长方法称作“a面生长法”)。

上述文献教导了：

(1)当在自c面倾斜约60°～约120°的晶面上生长SiC时，在晶面上呈现原子层阵列，由此使得易于生长具有与原始籽晶相同类型的多型结构的晶体；

(2)当使用该方法时，不会发生螺旋位错；以及

(3)当籽晶包含在c面上具有滑移面的位错时，该位错被携带至生长晶体。

专利文献2公开了一种SiC单晶的生长方法，包括如下步骤：

通过使用具有{10-10}面作为生长面的籽晶生长SiC；

从得到的单晶取出{0001}晶片；以及

通过使用该晶片作为籽晶而生长SiC。

上述文献教导了，通过该方法，

(1)得到具有很少微管缺陷的SiC单晶；以及

(2)由于得到了比艾奇逊(Acheson)晶体大得多的{0001}晶片，所以将其用作籽晶以容易地生长大尺寸晶体。

专利文献3和4公开了一种制造SiC单晶的方法，包括如下步骤：

在正交方向上实施多次a面生长；和

在最后实施c面生长。

上述文献教导了：

(1)随着a面生长的重复次数的增大，生长晶体中的位错密度呈指数方式下降；

(2)不能避免在a面生长期间发生叠层缺陷；以及

(3)当在最后实施c面生长时，不发生微管缺陷和螺旋位错并得到几乎不具有叠层缺陷的SiC单晶。

此外，专利文献5公开了一种SiC单晶的生长方法，其中将具有如下晶面的籽晶用于升华析出法中，所述晶面自垂直于SiC单晶的(0001)基面的面在(000-1)C面方向上具有5°～30°的偏离角。

上述文献教导了：

(1)当使用相对于(000-1)C面方向偏离的面时，与使用相对于(0001)Si面方向偏离的面时相比，几乎不得到具有不同晶体取向的晶粒；

(2)当使用相对于(000-1)C面方向偏离的面时，与垂直于(0001)基面的非极性面相比，很少产生这种颗粒；以及

(3)当相对于(000-1)C面方向的偏离角太大时，易于产生多型的混合物并产生大量晶体缺陷。