[发明专利]碳化硅单晶的制造方法

说明书

在基于TSSG法的4H‑SiC单晶的培育中，无论有无掺杂均得到防止异种多型的混入、且具有良好形态学的4H‑SiC单晶。本发明人等在TSSG法的SiC单晶制造法中对离角给培育晶体产生的影响进行了深入研究，结果发现：使离角为60～68°的情况下，在进行4H‑SiC单晶培育时不易混入异种多型，此时，通过利用回熔法进行晶种表面的平滑化后进行晶体培育，从而可以得到具有良好形态学的培育晶体。

技术领域

本发明涉及适合作为宽间隙半导体器件用材料的、高品质的碳化硅单晶的基于液相生长法的制造方法。

背景技术

碳化硅(SiC)与作为电子器件等材料被广泛使用的硅(Si)相比，带隙·介质击穿电压大，可以期待作为超过使用Si基板的器件的功率器件的基板材料。由SiC单晶的铸锭切出而得到SiC基板。作为SiC铸锭的制造方法，已知有如下方法：使SiC晶体在气相中晶体生长的方法(气相生长法)；和，使SiC晶体在液相中生长的方法(液相生长法)。与气相生长法相比，液相生长法在接近于热平衡的状态下进行晶体生长，因此可期待得到缺陷密度小的高品质SiC单晶。

为了普及SiC作为面向功率器件的基板材料，必须使成为器件材料的SiC单晶的高品质化以改善器件的可靠性。利用液相生长法的SiC晶体制造中，需要得到无沟槽且具有平滑表面的SiC单晶。

液相生长法中，报道了如下TSSG(顶部籽晶提拉法(Top Seeded SolutionGrowth))法：使晶种用粘接剂粘附于保持轴，从上方与包含碳和硅的溶液接触，在晶种下面使晶体生长。TSSG法能实现通过保持轴的提拉带来的晶体的长尺寸化·大口径化，而且通过使保持轴旋转而可期待能够抑制生长面内中的生长不均。

TSSG法中，广泛进行了如下操作：在(000-1)面(被称为(000-1)on-axis面、just面)上使切出的晶种(也被称为on基板)与溶液接触，在(000-1)面上使晶体生长。与off基板(正面从(000-1)面倾斜的基板。将其倾斜角度称为离角)相比，on基板上的晶体培育具有如下特征：不易产生沟槽、表面粗糙，可以得到具有良好形态学的培育晶体。

另一方面，SiC的多晶型是指，化学计量上为相同的组成，且原子的层叠方式仅在轴向上不同的可以获得多种晶体结构的现象，作为SiC的多晶型，已知有3C型、4H型、6H型、15R型等。此处，C表示立方晶，H表示六方晶，R表示菱面体结构，数字表示层叠方向的一个周期中所含的正四面体结构层的数量。4H-SiC是指，具有4H型的多晶型的SiC晶体。作为功率器件的基板材料，优选晶系不混合存在的、由一个晶系所形成的基板。

在4H-SiC的on基板上使晶体生长的情况下，如前所述可以得到良好的形态学，但存在除4H-SiC以外容易生成异种多型的问题。

非专利文献1中，对4H-SiC单晶的各个面上进行晶体生长时的形态学进行了评价，结果报道了：使用添加有Al的溶液进行长期生长中，从(000-1)面倾斜了75.1°的(-110-1)面具有最光滑的表面，从(000-1)面倾斜了62°的(-110-2)面也具有良好的表面(非专利文献1)。

非专利文献2中记载了：利用了铝与氮的共掺杂的晶体培育方法。已知的是，铝添加至原料溶液时对培育晶体的多型稳定化和形态学稳定化有效。在共掺杂条件下，可以通过调整添加的铝与氮的量来改变基板的传导型。

另外，专利文献1中公开了如下方法：使面方位未知的4H-SiC晶种在C未饱和状态的熔液中回熔后，在回熔中的温度以上的温度下使晶体生长，从而将缺陷发生层在回熔中溶解去除，使降低了缺陷密度的SiC单晶生长。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2011/007458号

非专利文献