[发明专利]碳化硅单晶晶片、和碳化硅单晶锭的制造方法

说明书

提供一种SiC单晶晶片，其是从采用升华再结晶法生长出的SiC单晶锭制作出的SiC单晶晶片，在作为器件制作用晶片的情况下实现了高的器件性能和器件制作的成品率。一种SiC单晶晶片，其特征在于，表面的基底面位错密度为1000个/cm²以下，贯通螺旋位错密度为500个/cm²以下，并且拉曼位移值为0.2以下。另外，一种SiC单晶锭的制造方法，其特征在于，在单晶生长中控制来自单晶锭侧面的热量输入，一边抑制单晶锭的温度分布变化一边进行结晶生长。

技术领域

本发明涉及基底面位错和贯通螺旋位错的密度低且拉曼指数小的、晶体品质高的碳化硅单晶晶片、以及能够得到该晶片的碳化硅单晶锭的制造方法。

背景技术

碳化硅(SiC)是具有2.2～3.3eV的宽禁带宽度的宽带隙半导体，由于其优异的物理、化学特性，作为耐环境性半导体材料正在进行研究开发。特别是近年来，作为面向从蓝色到紫外的短波长光器件、高频电子器件、高耐压-高输出电子器件的材料，SiC受到关注，正在积极地进行研究开发。但是，据认为SiC难以制造优质的大口径单晶，至今为止妨碍了SiC器件的实用化。

以往，在研究室程度的规模下，采用例如升华再结晶法(Lely法)得到了能够制作半导体元件的尺寸的SiC单晶。但是，采用该方法得到的单晶的面积小，其尺寸、形状以及晶体多型(polytype)、杂质载流子浓度的控制也不容易。另一方面，也曾进行了下述工作：通过采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition：CVD)在硅(Si)等异种基板上进行异质外延生长而使立方晶的SiC单晶生长。该方法可得到大面积的单晶，但由于SiC与Si的晶格失配度竟有约20％等等，只能生长出包含很多缺陷(约10⁷/cm²)的SiC单晶，得不到高品质的SiC单晶。

因此，为解决这些问题，曾提出了使用SiC单晶晶片作为籽晶来进行升华再结晶的改良型的Lely法(参照非专利文献1)。如果采用该改良Lely法，则能够一边控制SiC单晶的晶体多型(6H型、4H型、15R型等)、形状、载流子类型和浓度，一边使SiC单晶生长。再者，虽然SiC存在200以上的晶体多型，但在晶体的生产率和电子器件性能的点上，认为4H多型最优异，被商业生产的SiC单晶大多为4H。另外，关于导电性，从作为掺杂物的氮容易操作的方面来看，单晶锭基本都是以n型导电性来培育。但是，在通信器件用途上，也制造了几乎不含掺杂元素的、电阻率高的晶体。

现在，从采用改良Lely法制作的SiC单晶切取口径为51mm(2英寸)～100mm的SiC单晶晶片，被提供给电力电子领域等的器件制作。而且，也曾报告过150mm晶片的开发成功(参照非专利文献2)，期待使用100mm或150mm晶片的器件的正式实用化。在这样的状况下，由位错密度等指标表示的晶片的品质，对器件的性能、量产时的成品率给予很大的影响，因此近年来非常重视。

改良型的Lely法，在生长中的单晶锭中产生不可避免的内部应力，其在最终所得到的单晶晶片内部以弹性应变或位错(塑性应变)的形式残留。目前市售的SiC晶片，存在2×10³～2×10⁴(个/cm²)的基底面位错(以下称为BPD)、8×10²～10³(个/cm²)的贯通螺旋位错(以下称为TSD)、5×10³～2×10⁴(个/cm²)的贯通刃状位错(以下称为TED)(参照非专利文献3)。

近年来，曾报告了根据关于晶体缺陷与器件的调查，BPD会引起器件的氧化膜不良，成为绝缘击穿的原因(参照非专利文献4)。另外，曾报告了在双极型器件等中，由BPD引发层积缺陷，并已知成为器件特性劣化的原因(参照非专利文献5)。另外，TSD成为器件的漏电流的原因(参照非专利文献6)，并且，报告了使栅氧化膜寿命降低(参照非专利文献7)。因此，为了制作高性能SiC器件，需要BPD和TSD少的SiC单晶。