[发明专利]n型SiC单晶基板及其制造方法以及SiC外延晶片

说明书

本公开提供一种n型SiC单晶基板，该n型SiC单晶基板是将施主和受主共同掺杂进去的基板，基板的外周部的施主浓度与受主浓度之差小于中央部的施主浓度与受主浓度之差，并且外周部的施主浓度与受主浓度之差小于3.0×10¹⁹/cm³。

技术领域

本发明涉及一种n型SiC单晶基板及其制造方法以及SiC外延晶片。

本申请基于2016年9月26日在日本提出申请的专利申请2016－186907号要求优先权，将其内容援引至此。

背景技术

碳化硅(SiC)与硅(Si)相比，绝缘击穿电场大一个数量级，带隙约大3倍。并且，碳化硅(SiC)与硅(Si)相比，具有热导率高3倍左右等特性。根据这样的特性，期待着碳化硅(SiC)向功率器件、高频器件、高温工作器件等的应用。

SiC单晶具有3C－SiC、4H－SiC、6H－SiC等多型，即具有各种晶体结构。多型是源于作为从c轴方向(＜000－1＞方向)观察SiC的晶体结构时的最表面结构没有差异而产生的。

这些多型中，特别是4H－SiC单晶的迁移率高。因此，期待着利用于功率器件。

制作SiC功率器件等时，根据器件结构，不仅需要n型单晶基板，还需要p型单晶基板。然而，出于容易制造等理由，与p型单晶基板相比，关于n型SiC单晶的低电阻化等，进行了大量的研究。因此，在使用SiC单晶基板制作功率器件等电子器件的情况下，通常使用低电阻的n型SiC单晶基板作为衬底基板。

一般地，在n型SiC单晶基板中，使用氮作为施主元素。掺杂于SiC单晶中的氮原子通过取代碳原子而作为施主发挥作用。

在SiC功率器件中，重要的是减小单晶基板的电阻率而降低器件的电阻值。通过增大所掺杂的氮的浓度能够降低n型SiC单晶基板的电阻率。

然而，氮的浓度越高，则堆垛层错越增多。已报道了尤其在使氮的浓度大于2×10¹⁹/cm³时，在晶体生长中会使堆垛层错更加增多，会显著降低结晶性(专利文献1)。

另一方面，在专利文献1和非专利文献1中公开了通过将施主元素与受主元素共同掺杂进去能够减少在n型SiC单晶基板(生成态(as-grown)基板)的晶体生长中发生的堆垛层错。特别是专利文献1中公开了通过使从基板的施主元素的浓度减去受主元素的浓度而得的值(以下，有时称为“施主浓度－受主浓度”)为1×10²¹/cm³以下，能够在n型SiC单晶基板中大幅抑制堆垛层错(专利文献1和非专利文献1)。

另一方面，还报道了在使用将氮浓度设为2.0×10¹⁹/cm³以上的4H－SiC单晶基板的外延膜的生长过程中等，在实施了1000℃以上的热处理的情况下，单晶基板中形成了许多双重堆垛层错(双层肖克利型堆垛层错(double Shockley type stacking faults))(非专利文献2、3)。

另外，非专利文献3中公开了当氮浓度变高时，容易生成由热处理引起的双层肖克利型堆垛层错(DSSF)。

这样，虽然为了低电阻化而希望提高氮浓度，但若氮浓度变高则由热处理引起的双层肖克利型堆垛层错会大量生成，存在这样的矛盾。

对此，专利文献2和专利文献3中记载了通过对这样的低电阻的SiC单晶基板进行热处理而产生的双层肖克利型堆垛层错，是与因机械应力等而产生的通常的堆垛层错不同的堆垛层错。此外，报道了通过对低电阻率的基板的表面、背面以及外周侧面进行研磨以使其具有预定的表面粗糙度，能够抑制双层肖克利型堆垛层错的产生(专利文献2、专利文献3)。