碳化硅單晶基板及其制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種從采用升華再結(jié)晶法生長(zhǎng)而成的塊狀碳化娃單晶切出的碳化娃 單晶基板，詳細(xì)地說(shuō)，設(shè)及在將基板對(duì)半分所得到的某一單側(cè)的半圓區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的螺旋位 錯(cuò)比在另一方的半圓區(qū)域產(chǎn)生的螺旋位錯(cuò)少、從而螺旋位錯(cuò)部分降低的碳化娃單晶基板及 其制法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化娃（SiC)是具有2. 2~3. 3eV的寬的禁帶寬度的寬帶隙半導(dǎo)體，由于其優(yōu)良 的物理、化學(xué)特性，正在作為耐環(huán)境性半導(dǎo)體材料進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。特別是近年來(lái)，它作為從 藍(lán)色到紫外的短波長(zhǎng)光器件、高頻電子器件、高耐壓和高輸出功率電子器件等的材料而引 人注目，基于SiC的器件（半導(dǎo)體元件）制作的研究開(kāi)發(fā)正方興未艾。
[000引在進(jìn)行SiC器件的實(shí)用化的情況下，制造大口徑的SiC單晶是不可或缺的，其多數(shù) 采用通過(guò)升華再結(jié)晶法（Lely法或者改良型Lely法）而使塊狀SiC單晶生長(zhǎng)的方法。也 就是說(shuō)，將SiC的升華原料收納在相蝸內(nèi)，在相蝸的蓋體上安裝由SiC單晶構(gòu)成的巧晶，然 后使原料升華，從而通過(guò)再結(jié)晶而在巧晶上生長(zhǎng)SiC單晶。而且在得到呈大致圓柱狀的SiC 塊狀單晶（SiC單晶錠）后，一般通過(guò)切成300~600ym左右的厚度而制造SiC單晶基板， W供電力電子學(xué)領(lǐng)域等的SiC器件的制作。
[0004] 可是，在SiC單晶中，除被稱之為微管（micropipe)的貫通于生長(zhǎng)方向的中空孔狀 缺陷W外，還存在位錯(cuò)缺陷、堆煤層錯(cuò)等結(jié)晶缺陷。該些結(jié)晶缺陷由于使器件性能降低，因 而該種降低在SiC器件的應(yīng)用方面成為重要的課題。
[0005] 其中，位錯(cuò)缺陷包括貫通刃型位錯(cuò)、基底面位錯(cuò)W及螺旋位錯(cuò)。例如，有報(bào)告稱在 市售的SiC單晶基板中，螺旋位錯(cuò)存在8X102~3X10 3(個(gè)/cm2)左右，貫通刃型位錯(cuò)存在 5X103~2X10 4(個(gè)/cnO左右，基底面位錯(cuò)存在2X103~2X10 4(個(gè)/cnO左右（參照非 專利文獻(xiàn)1)。
[0006] 近年來(lái)，進(jìn)行了有關(guān)SiC結(jié)晶缺陷和器件性能的研究和調(diào)查，正在明確各種缺陷 所產(chǎn)生的影響。其中，已經(jīng)報(bào)告了螺旋位錯(cuò)成為器件產(chǎn)生漏電流的原因或者使柵極氧化膜 壽命降低等（參照非專利文獻(xiàn)2W及3)，為了制作高性能的SiC器件，要求至少使螺旋位錯(cuò) 降低的SiC單晶基板。
[0007] 而且關(guān)于SiC單晶中的螺旋位錯(cuò)的降低，例如有采用亞穩(wěn)定溶劑外延法（MSE法） 將其減少至67(個(gè)/cm2)的報(bào)告例（參照非專利文獻(xiàn)4)。另外，還報(bào)告了在采用化學(xué)氣相 沉積法（CVD法）的外延生長(zhǎng)中，螺旋位錯(cuò)分解成化ank型堆煤層錯(cuò)的內(nèi)容（參照非專利 文獻(xiàn)5)。然而，在該些方法中，SiC單晶的生長(zhǎng)速度均為幾ym/虹，在采用升華再結(jié)晶法的 SiC單晶通常的生長(zhǎng)速度的10分之1W下，因而難W確立為工業(yè)生產(chǎn)方法。
[000引另一方面，在升華再結(jié)晶法中，已經(jīng)報(bào)告了如下的方法；在W規(guī)定的生長(zhǎng)壓力和基 板溫度使作為初期生長(zhǎng)層的SiC單晶生長(zhǎng)之后，一邊慢慢地減少基板溫度和壓力，一邊進(jìn) 行結(jié)晶生長(zhǎng)，由此便得到微管和螺旋位錯(cuò)少的SiC單晶（參照專利文獻(xiàn)1)。然而，由該方法 得到的SiC單晶的螺旋位錯(cuò)密度為103~10 4(個(gè)/cm2)(參照專利文獻(xiàn)1的說(shuō)明書[發(fā)明 的效果]一欄），考慮到在高性能SiC器件中的應(yīng)用，有必要使螺旋位錯(cuò)進(jìn)一步降低。
[0009] 另外，還報(bào)告了如下的方法：在通過(guò)規(guī)定的生長(zhǎng)壓力和基板溫度使SiC單晶生長(zhǎng) 為初期生長(zhǎng)層之后，基板溫度就那樣維持不變，通過(guò)減壓W提高生長(zhǎng)速度而進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)， 由此可抑制微管的發(fā)生，而且使螺旋位錯(cuò)等位錯(cuò)密度得W減少（參照專利文獻(xiàn)2)。然而，即 使采用該方法，螺旋位錯(cuò)的降低效果也不充分。
[0010] 此外，已經(jīng)報(bào)告了在升華再結(jié)晶法中，除具有< 0001 >的柏氏矢量的螺旋位錯(cuò)W 夕F，還由具有1/3 < 11 - 20 > (0001)的柏氏矢量且在基底面內(nèi)傳播的貫通刃型位錯(cuò)生成 復(fù)合螺旋位錯(cuò)（參照非專利文獻(xiàn)6)。然而，該現(xiàn)象是在結(jié)晶生長(zhǎng)中偶然發(fā)生的，在本發(fā)明人 等所了解的限度內(nèi)，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行控制的報(bào)告例。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [001引專利文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)1 ;日本特開(kāi)2002-284599號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)2 ;日本特開(kāi)2007-119273號(hào)公報(bào)
[0015] 非專利文獻(xiàn)
[0016] 非專利文獻(xiàn)1 ;大谷升，SiCW及相關(guān)寬帶隙半導(dǎo)體研究會(huì)第17次演講會(huì)預(yù)稿集， 2008, p8
[0017] 非專利文獻(xiàn)2 ;坂東等，SiCW及相關(guān)寬帶隙半導(dǎo)體研究會(huì)第19次演講會(huì)預(yù)稿集， 2010, P140-141
[0018] 非專利文獻(xiàn)3 ;山本等，SiCW及相關(guān)寬帶隙半導(dǎo)體研究會(huì)第19次演講會(huì)預(yù)稿集， 2010,pll-12
[0019] 非專利文獻(xiàn)4 ;長(zhǎng)田等，SiCW及相關(guān)寬帶隙半導(dǎo)體研究會(huì)第18次演講會(huì)預(yù)稿集， 2009, P68-69
[0020] 非專利文獻(xiàn) 5 ;H.Tsuchidaetal. ,JournalofCrystalGrowth, 310, (2008)， 757-765
[0021] 非專利文獻(xiàn)6 ;D.P'Jakamuraetal.JournalofCrystalGrowth304 (2007) 57-63

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022] 發(fā)明所要解決的課題
[0023] 于是，本發(fā)明人等使用在工業(yè)生產(chǎn)中比較有利的升華再結(jié)晶法，為得到使螺旋位 錯(cuò)降低的SiC單晶基板而進(jìn)行了潛屯、的研究，結(jié)果新近發(fā)現(xiàn)；令人吃驚的是，在使塊狀SiC 單晶生長(zhǎng)時(shí)，通過(guò)在其一部分中采用規(guī)定的生長(zhǎng)條件，從而在由此后生長(zhǎng)的SiC單晶W具 有規(guī)定主面的方式切出的SiC單晶基板中，在將基板對(duì)半分所得到的某一單側(cè)的半圓區(qū)域 內(nèi)產(chǎn)生的螺旋位錯(cuò)比在剩下的半圓區(qū)域產(chǎn)生的螺旋位錯(cuò)少。
[0024] 該樣一來(lái)，只要是在一部分中螺旋位錯(cuò)降低的SiC單晶基板，通過(guò)在基板內(nèi)進(jìn)行 器件的分別制作，就可W制作高性能的SiC器件，另外，也有助于器件制作的成品率的提 局，因而完成了本發(fā)明。
[0025] 因此，本發(fā)明的目的在于提供碳化娃單晶基板及其制法，該碳化娃單晶基板是從 采用升華再結(jié)晶法生長(zhǎng)而成的塊狀碳化娃單晶得到的基板，其中，在將基板對(duì)半分所得到 的某一單側(cè)的半圓區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的螺旋位錯(cuò)比在剩下的半圓區(qū)域產(chǎn)生的螺旋位錯(cuò)少，從而螺 旋位錯(cuò)部分降低。
[0026] 用于解決課題的手段
[0027] 也就是說(shuō)，本發(fā)明的要旨如下所示。
[002引 （1) 一種碳化娃單晶基板，其特征在于：其是從采用升華再結(jié)晶法生長(zhǎng)而成的塊 狀碳化娃單晶切出的碳化娃單晶基板，其中，在該基板的單側(cè)一半的半圓區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè) 定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值為在剩下一半的半圓區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得 到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值的80%W下。
[0029] (2)根據(jù)上述（1)所述的碳化娃單晶基板，其特征在于：具有通過(guò)該基板的中屯、點(diǎn) 0的法線n與[0001]方向所成的角度0"超過(guò)0°且在12°W下的主面，當(dāng)從中屯、點(diǎn)0使 [0001]方向軸向主面投影而得到假想方向V，并將與該假想方向V正交的基板的直徑設(shè)定 為R^，且W該直徑為邊界而定義左右2個(gè)半圓區(qū)域時(shí)，在任一方的半圓區(qū)域即第一半圓 區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值為在另一方的半圓區(qū)域即第二半 圓區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值的80%W下。
[0030] (3)根據(jù)上述（2)所述的碳化娃單晶基板，其特征在于：所述在第一半圓區(qū)域內(nèi)的 多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值為在第二半圓區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得 到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值的60%W下。
[0031] (4)根據(jù)上述（2)所述的碳化娃單晶基板，其特征在于：所述在第一半圓區(qū)域內(nèi)的 多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值為在第二半圓區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得 到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值的50%W下。
[003引妨根據(jù)上述似~（4)中任一項(xiàng)所述的碳化娃單晶基板，其特征在于：當(dāng)將使所 述第一半圓區(qū)域分成2份的半徑設(shè)定為r//，且對(duì)夾持該半徑IV/而具有±45°的中屯、角的 扇形區(qū)域進(jìn)行定義時(shí)，在扇形區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值為在 第二半圓區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值的40%W下。
[003引 做根據(jù)上述似~（4)中任一項(xiàng)所述的碳化娃單晶基板，其特征在于：當(dāng)將使所 述第一半圓區(qū)域分成2份的半徑設(shè)定為r//，且對(duì)夾持該半徑IV/而具有±45°的中屯、角的 扇形區(qū)域進(jìn)行定義時(shí)，在扇形區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值為在 第二半圓區(qū)域內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值的30%W下。
[0034] (7)根據(jù)上述（2)~化）中任一項(xiàng)所述的碳化娃單晶基板，其特征在于：具有與所 述所成的角度相當(dāng)?shù)钠x角（offangle),且其偏離方向d"為< 11 - 20 >方向。
[0035] (8)根據(jù)上述（2)~（4)中任一項(xiàng)所述的碳化娃單晶基板，其特征在于：對(duì)于包含 所述直徑在內(nèi)的使基板的圓周24等分的12根直徑，當(dāng)將從基板的中屯、點(diǎn)0W放射狀延 伸的24根半徑ri~r24當(dāng)作將該中屯、點(diǎn)0設(shè)定為零而分別具有0~1的刻度的軸時(shí)，在所 述第一半圓區(qū)域觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值是在下述i)~iii)的合計(jì)27個(gè)測(cè)定 點(diǎn)測(cè)得的值的平均，而且在所述第二半圓區(qū)域觀察得到的螺旋位錯(cuò)密度的平均值是在下述 iv)~V)的合計(jì)22個(gè)測(cè)定點(diǎn)測(cè)得的值的平均。
[0036] i)中屯、點(diǎn)0
[0037] ii)ai~ai3
[003引 iii)bi~bi3
[0039] iv)ai4~a24
[0040]