[发明专利]碳化硅的晶体生长方法

说明书

本发明的利用溶液法的碳化硅的晶体生长方法中，作为Si‑C溶液的收容部，使用以SiC为主要成分的坩埚。使Si‑C溶液中含有金属元素M(M为选自由La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Lu组成的第一组、由Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu组成的第二组、由Al、Ga、Ge、Sn、Pb、Zn组成的第三组的至少一组中的至少一种金属元素)，加热坩埚，使源于作为坩埚的主要成分的SiC的Si和C从与Si‑C溶液接触的坩埚表面的高温区域向Si‑C溶液内溶出。由此，抑制在与Si‑C溶液接触的坩埚表面的SiC多晶的析出。

技术领域

本发明涉及碳化硅的晶体生长方法，更详细而言涉及如下技术：抑制坩埚内的Si-C溶液的组成变动，还抑制在坩埚内壁析出的多晶、添加金属元素M与碳C结合而形成的金属碳化物的产生，从而能够得到低缺陷且高品质的单晶碳化硅。

背景技术

碳化硅(SiC)为宽禁带半导体材料，导热性及化学稳定性优良，从绝缘击穿特性及饱和漂移速度等晶体管特性的观点出发，也具有作为功率器件的优良的基本物理特性。出于这样的原因，SiC作为新一代用于功率器件的材料的期待增高，并且也报道了SiC功率器件的产品化。

然而，SiC基板与Si基板相比价格更高，并且存在单晶基板的低缺陷化、高品质化不充分的问题。

难以制造低缺陷且高品质的SiC单晶基板的主要理由在于，在常压下不发生熔化。在作为半导体器件用基板而广泛使用的Si的情况下，常压下的熔点为1414℃，能够从该Si熔体通过CZ法(直拉单晶制造法)、FZ法(悬浮区熔法)得到低缺陷、高品质且大口径的单晶。

与此相对，在SiC的情况下，在常压下加热时，其在2000℃左右的温度下升华，因此无法采用利用CZ法、FZ法的晶体生长方法。因此，目前对于SiC单晶而言，主要通过以改良Lely法为代表的升华法来进行制造。

但是，即使使用通过升华法得到的SiC单晶来制作功率器件，其特性也未必充分。其原因在于SiC单晶的低缺陷化不容易。利用升华法的晶体生长为自气相的析出现象，生长速度慢、且反应空间内的温度控制也难。近年来，经各种研究开发机构全力改良、改善，结果处于如下的状况：虽然微管的位错密度降低，但仍以高密度内含贯通螺旋位错、刃型位错、基底面位错等对器件的电特性造成影响的晶格缺陷。

因此，最近，利用溶液法的碳化硅的晶体生长方法受到关注(例如参照专利文献1～3等)。如上所述，SiC本身在常压下不发生熔化。因此，在利用溶液法的SiC单晶的制造方法中，使C从坩埚下方的高温部溶解到石墨坩埚内的Si熔体中，使SiC籽晶与该Si-C熔体接触，在SiC籽晶上进行外延生长从而得到SiC单晶。这样的溶液法中，在极其接近热平衡的状态下进行SiC的晶体生长，因此与通过升华法得到的SiC单晶相比可得到低缺陷的SiC晶体。

用于得到SiC单晶的溶液法有各种方法，非专利文献1(SiCパワーデバイス最新技術(SiC功率器件最新技术))中大致分为如下四种：(a)溶剂移动晶体生长法(TSM：Traveling Solvent Method)、(b)缓慢冷却法(SCT：Slow Cooling Technique)、(c)蒸气气相固相法(VLS：Vapor Liquid Solid)、(d)顶部籽晶溶液生长法(TSSG：Top SeededSolution Growth)。本说明书中使用的术语“溶液法”是指顶部籽晶溶液生长法(TSSG：TopSeeded Solution Growth)。

利用溶液法的SiC单晶的制造方法中，虽然在石墨坩埚内形成Si熔体，但C在Si熔体中的溶解度极小，为1原子％左右，因此一般为了使C易于溶解而在Si熔体中添加过渡金属等(参照专利文献1～3等)。

考虑如下事项来确定这样的添加元素的种类和量：有助于C的溶解；SiC以初晶形式从溶液中析出且其余以液相形式良好地平衡；添加元素不使碳化物、其他相析出；SiC的结晶多型中的目标多型稳定地析出；以及得到尽量提高单晶的生长速度的溶液组成。