[发明专利]碳化硅单晶的生长方法有效

专利信息
申请号: 200880025381.1 申请日: 2008-11-18
公开(公告)号: CN101796227A 公开(公告)日: 2010-08-04
发明(设计)人: 寺岛由纪夫;藤原靖幸 申请(专利权)人: 丰田自动车株式会社
主分类号: C30B29/36 分类号: C30B29/36;C30B9/06
代理公司: 北京市中咨律师事务所 11247 代理人: 段承恩;田欣
地址: 日本*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 碳化硅 生长 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及采用溶液法的新型的碳化硅单晶生长方法,更详细地讲, 涉及采用使用了新型的熔融液(有时也称为溶液)的溶液法的碳化硅单晶 的生长方法,该生长方法实现了晶体生长表面的形态(morphology)的提 高,并且生长速度较大。

背景技术

碳化硅(SiC)单晶在热学、化学上非常稳定,机械强度也优异,也能 耐受辐射线,而且与Si相比具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等的优异 的物性,通过添加杂质,也容易进行p、n传导型的电子控制,并且具备具 有宽的禁带宽度(对于6H型的单晶SiC为约3.0eV,对于4H型的单晶SiC为 约3.3eV)这一特征。因此能够实现硅(Si)、镓砷(GaAs)等的已有的 半导体材料所不能实现的高温、高频、耐电压和耐环境性,作为下一代的 半导体材料,对其期待提高。

以往,作为碳化硅单晶的生长方法,代表性的方法已知气相法、艾奇 逊(Acheson)法以及溶液法。

在作为气相法的代表例的升华法和化学气相沉积法(CVD)之中,升 华法除了晶体产生各种的缺陷还容易多晶化,CVD法由于原料供给被限定 为气体,因此生成的晶体为薄膜,难以制造块状单晶。

另外,在艾奇逊法中,由于使用硅石和焦炭作为原料在电炉中加热, 因此由于原料中的杂质等而不能够高纯度化。

另外,溶液法是在石墨坩埚中将含硅的合金熔化,从石墨坩埚熔化碳 到该熔融液中,在设置于低温部的晶种(籽晶;seed crystal)基板上通过 溶液析出而生长碳化硅晶体层的方法。并且已知虽然溶液法的生长速度低, 但作为得到块状单晶的方法是合适的。

因此,最近进行了各种的提高采用不具有气相法、艾奇逊法的上述问 题的溶液法进行的碳化硅单晶生长方法的生长速度的研讨。

另外,特开2000-264790公报记载了一种碳化硅单晶的制造方法,其中, 将含有过渡金属之中的至少一种元素、Si和C的原料熔融制成熔融液,在使 单晶的碳化硅晶种与熔融液接触的同时将熔融液冷却为温度低于熔融液的 液相线温度的熔融液状态,使碳化硅单晶析出生长。并且,具体地例举出 的过渡金属是Fe、Co、Ni(以上在VIII族)、Ti、Zr、Hf(以上在IVb族)、 V、Nb、Ta(以上在Vb族)、Cr、Mo以及W(以上在VIb族),但具体 公开的组成只是过渡金属为Mo、Cr、Co的情形。可是,关于析出的单晶 的品质,对测定法和确认手段未公开,对晶体生长表面的宏观缺陷未辨识。

特开2004-2173号公报记载了一种碳化硅单晶的制造方法,其中,在含 有Si、C和M(M:Mn或Ti的一方)并且Si与M的原子比由Si1-XMX表示, 在M为Mn时0.1≤X≤0.7、在M为Ti时0.1≤X≤0.25的合金的不含有未溶解 的C的熔融液中,浸渍碳化硅的晶种基板,通过晶种基板周边的合金熔融 液的过冷而使碳化硅处于过饱和状态,由此在晶种基板上生长出碳化硅晶 种。而且,对于特开2000-264790公报所记载的碳化硅单晶的制造方法,记 载了:由于作为原料加入的碳而导致碳化硅容易多晶化。

特开2006-143555号公报记载了一种碳化硅单晶的制造方法,其中,在 合金的熔融液中浸渍碳化硅的晶种基板,使晶种基板周边的合金熔融液处 于碳化硅的过饱和状态,由此在晶种基板上生长碳化硅晶种,所述合金含 有Si、C和M(M:Fe或Co的一方),并且将M的摩尔浓度设为[M]、 Si的摩尔浓度设为[Si]时,[M]/([M]+[Si])的值在M为Fe时 为0.2~0.7、在M为Co时为0.05~0.25。可是,对于晶体生长表面的宏观缺 陷未辨识。

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