SiC單晶及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適合作為半導(dǎo)體元件的SiC單晶及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] SiC單晶在熱和化學(xué)方面非常穩(wěn)定、機械強度優(yōu)異、耐放射線方面強，而且與Si單 晶相比具有高的絕緣擊穿電壓、高的熱導(dǎo)率等優(yōu)異的物理性質(zhì)。因此，可實現(xiàn)Si單晶和 GaAs單晶等現(xiàn)有的半導(dǎo)體材料不能實現(xiàn)的尚輸出、尚頻、耐電壓、耐環(huán)境性等，作為可進(jìn)行 大電力控制和節(jié)能的功率器件材料、高速大容量信息通信用器件材料、車載用高溫器件材 料、耐放射線器件材料等這樣寬范圍中的新一代的半導(dǎo)體材料的期待正在高漲。
[0003] 為了實現(xiàn)被期待應(yīng)用于電力系統(tǒng)等的超高耐壓元件，嘗試了用于制造高質(zhì)量的低 電阻P型SiC單晶的各種對策。在專利文獻(xiàn)1中，提出了一種使用以Si、Cr和Al的總量為 基準(zhǔn)計包含0. 1~20原子％的Al的Si-C溶液的基于溶液法的p型SiC單晶的制造方法。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :特開2009-184879號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的課題
[0008] 但是，在試圖使用基于專利文獻(xiàn)1等的溶液法的現(xiàn)有技術(shù)來制作低電阻p型SiC 單晶時，在生長結(jié)晶中易于產(chǎn)生夾雜物（inclusion)，另外，得到高質(zhì)量的SiC單晶是困難 的。特別地，在低電阻P型SiC單晶的制作中，在使用添加了較多量的Al的Si-C溶液的情 況下，在生長結(jié)晶內(nèi)易于產(chǎn)生夾雜物，得到高質(zhì)量的SiC單晶是困難的。因此，需要不包含 夾雜物的低電阻P型SiC單晶。
[0009] 用于解決課題的手段
[0010] 本公開以SiC單晶的制造方法為對象，該制造方法是使SiC晶種基板與具有從內(nèi) 部向表面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接觸以使SiC單晶生長的SiC單晶的制造方法， 其包括：
[0011] 作為Si-C溶液，使用包含Si、Cr和A1，且以Si、Cr和Al的總量為基準(zhǔn)，包含3原 子％以上的Al的Si-C溶液，以及，
[0012] 設(shè)定Si-C溶液的表面區(qū)域的溫度梯度y Ce /cm)，使得滿足式⑴：
[0013] y ^ 0. 15789X+21. 52632 (1)
[0014] (式中，X表示Si-C溶液中的Al含量（原子％))。
[0015] 本公開還以不包含夾雜物且具有150ι?Ω · cm以下的電阻率的p型SiC單晶為對 象。
[0016] 發(fā)明效果
[0017] 根據(jù)本公開，能夠得到不包含夾雜物的低電阻P型SiC單晶。
【附圖說明】
[0018] 圖1是示出可在本公開的方法中使用的基于溶液法的單晶制造裝置的一個例子 的截面示意圖。
[0019] 圖2是示出在檢查生長結(jié)晶中有無夾雜物時的生長結(jié)晶的切出位置的示意圖。
[0020] 圖3是在晶種基板與Si-C溶液之間形成的彎液面的截面示意圖。
[0021] 圖4是實施例中得到的生長結(jié)晶的截面的光學(xué)顯微鏡照片。
[0022] 圖5是比較例中得到的生長結(jié)晶的截面的光學(xué)顯微鏡照片。
[0023] 圖6是示出基于Si-C溶液中的Al含量與溫度梯度的關(guān)系的實施例和比較例中得 到的生長結(jié)晶中有無夾雜物的圖。
[0024] 附圖標(biāo)記說明
[0025] 100 單晶制造裝置
[0026] 10 坩堝
[0027] 12 晶種保持軸
[0028] 14 晶種基板
[0029] 18 隔熱材料
[0030] 22 高頻線圈
[0031] 22A 上段高頻線圈
[0032] 22B 下段高頻線圈
[0033] 24 Si-C 溶液
[0034] 26 石英管
[0035] 34 彎液面
[0036] 40 SiC生長結(jié)晶
[0037] 42 切出的生長結(jié)晶
【具體實施方式】
[0038] 在本說明書中，（000-1)面等的表達(dá)中的"-1"是將原本在數(shù)字的上方賦予橫線而 表達(dá)之處表達(dá)為"-1"。
[0039] 在基于溶液法的SiC單晶的生長中，為了使低電阻p型SiC單晶生長，向Si-C溶 液中添加了較多量的Al。在使用Al添加量多的Si-C溶液時，在生長結(jié)晶中產(chǎn)生夾雜物，不 能得到高質(zhì)量的低電阻P型SiC單晶。
[0040] 為了得到不包含夾雜物的低電阻P型SiC單晶，本發(fā)明人進(jìn)行了專心研究，發(fā)現(xiàn)通 過配合Al添加量的增加來提高生長結(jié)晶的結(jié)晶化速度，能夠使低電阻p型SiC單晶不包含 夾雜物地生長。
[0041] 本公開以SiC單晶的制造方法為對象，其是使SiC晶種基板與具有從內(nèi)部向表面 溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接觸以使SiC單晶生長的SiC單晶的制造方法，其包括：
[0042] 作為Si-C溶液，使用包含Si、Cr和A1，且以Si、Cr和Al的總量為基準(zhǔn)，包含3原 子％以上的Al的Si-C溶液；以及，設(shè)定Si-C溶液的表面區(qū)域的溫度梯度y (°C /cm)，使得 滿足式（1):
[0043] y ^ 0. 15789X+21. 52632 (I)
[0044] (式中，x表示Si-C溶液中的Al含量（原子％ ))。
[0045] 在本公開的方法中，使用溶液法。溶液法是指使SiC晶種基板與具有從內(nèi)部向表 面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接觸以使SiC單晶生長的SiC單晶的制造方法。通過 形成從Si-C溶液的內(nèi)部向溶液的表面溫度降低的溫度梯度，使Si-C溶液的表面區(qū)域過飽 和，以與Si-C溶液接觸的晶種基板為基點，能夠使SiC單晶生長。
[0046] 在本說明書中，夾雜物是指在SiC單晶生長中使用的Si-C溶液（金屬溶劑）的卷 入生長結(jié)晶內(nèi)的成分。
[0047] 通常，在SiC的單晶生長中，在Si-C溶液中添加了摻雜劑的條件下提高Si-C溶液 的表面區(qū)域的溫度梯度時，由于夾雜物的產(chǎn)生及多晶化等，不能得到高質(zhì)量的單晶。但是， 令人驚訝地認(rèn)發(fā)現(xiàn)，在使用包含Si、Cr和Al的Si-C溶液，且以Si、Cr和Al的總量為基準(zhǔn)， 包含3原子％以上的Al的Si-C溶液的情況下，通過設(shè)定Si-C溶液的表面區(qū)域的溫度梯度 y(°C/cm)，使得滿足式（I) :y彡0· 15789χ+21·52632(1)(式中，X表示Si-C溶液中的Al含 量（原子％ ))，由此能夠使不包含夾雜物的低電阻P型SiC單晶生長。
[0048] 不受理論束縛，推測在使用Al的含量多的Si-C溶液、在低的溫度梯度下使SiC單 晶生長的情況下，包含Al的溶劑金屬難以結(jié)晶化，導(dǎo)致作為夾雜物卷入生長結(jié)晶中，但在 高的溫度梯度下使SiC單晶生長的情況下，包含Al的溶劑金屬易于結(jié)晶化，可得到不包含 夾雜物的高質(zhì)量的單晶。
[0049] 在本公開的方法中，Si-C溶液是指將包含Si、Cr和Al的熔液作為溶劑的溶解有 C的溶液，且以Si、Cr和Al的總量為基準(zhǔn)，包含3原子％以上的Al的溶液。
[0050] 在Si-C溶液中，以Si、Cr和Al的總量為基準(zhǔn)，包含3原子％以上、優(yōu)選5原子％ 以上、更優(yōu)選7原子％以上、進(jìn)一步優(yōu)選10原子％以上的A1。通過使Si-C溶液含有這樣的 范圍的Al量，能夠得到低電阻的p型SiC單晶。
[0051] Si-C溶液中所包含的Al量的上限，以Si、Cr和Al的總量為基準(zhǔn)，優(yōu)選為50原子％ 以下，更優(yōu)選為41原子％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為33原子％以下，進(jìn)一步更優(yōu)選為20原子％以 下，進(jìn)一步更優(yōu)選為15原子％以下，進(jìn)一步更優(yōu)選為10原子％以下。通過使Si-C溶液含 有這樣的范圍的Al量，能夠使