SiC單晶的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及SiC單晶的制造方法。
【背景技術】
[0002] SiC單晶在熱、化學方面非常穩定、機械強度優異、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、高的熱導率等優異的物理性質。因此，可實現在Si單晶、 GaAs單晶等現有半導體材料中不能實現的尚輸出、尚頻、耐電壓、耐環境性等，作為可進行 大電力控制、節能的功率器件材料、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的新一代的半導體材料的期待正在高漲。
[0003] 作為SiC單晶的生長方法，代表性的已知有氣相法、艾奇遜（Acheson)法和溶液 法。在氣相法中，例如在升華法中，雖然在所生長的單晶中容易產生被稱作微管缺陷的中空 貫通狀的缺陷、層疊缺陷等晶格缺陷和多晶型，但是以往大量SiC體單晶通過升華法制造， 也進行了降低生長晶體的缺陷的嘗試（專利文獻1)。在艾奇遜法中，由于使用硅石和焦炭 作為原料在電爐中進行加熱，因此，由于原料中的雜質等而不可能得到結晶性高的單晶。
[0004] 溶液法為如下方法：在石墨坩堝中形成Si熔液或熔化了合金的Si熔液，使C溶解 到該熔液中，使SiC結晶層在設置于低溫部的晶種基板上析出并生長。由于溶液法與氣相 法相比進行在接近熱平衡的狀態下的晶體生長，因此與升華法相比可期待低缺陷化。因此， 最近，提出了一些基于溶液法的SiC單晶的制造方法，提出了得到晶體缺陷少的SiC單晶的 方法（專利文獻2)。
[0005] 現有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :特開2006-290635號公報
[0008] 專利文獻2 :特開2013-252979號公報
【發明內容】
[0009] 發明所要解決的課題
[0010] 根據專利文獻1和2中記載的方法，雖然能夠在一定程度上降低生長晶體中的穿 透位錯密度，但是需要在晶種基板與生長晶體之間形成濃度傾斜層（緩沖層），對于穩定地 進行穿透位錯密度的降低還不夠。因此，期望不形成緩沖層且穿透位錯密度小的SiC單晶 的制造方法。
[0011] 用于解決課題的手段
[0012] 本發明以SiC單晶的制造方法為對象，該制造方法為使用具有從內部向表面溫度 降低的溫度梯度的Si-c溶液，使SiC單晶自SiC晶種基板生長的SiC單晶的制造方法，其 包括：
[0013] 所述Si-c溶液包含Si和Cr，
[0014] 將所述晶種基板中的硼密度Bs與所述生長的SiC單晶中的硼密度B g的硼密度差 Bs_Bg設為 1 X 10 17個 /cm 3 以上，
[0015] 將所述晶種基板中的鉻密度Crs與所述生長的SiC單晶中的鉻密度Cr』勺鉻密度 差(^-〇 ；5設為1\1016個/〇113以上，并且
[0016] 將所述晶種基板的氮密度Ns與所述生長的SiC單晶的氮密度Ng的氮密度差N g_Ns 設為 3. 5 X 1018個 /cm3~5. 8 X 10 18個 /cm3。
[0017] 發明效果
[0018] 根據本發明的方法，能夠得到不形成緩沖層且穿透位錯密度小的SiC單晶。
【附圖說明】
[0019] 圖1是可在本發明的方法中使用的基于溶液法的單晶制造裝置的截面示意圖。
[0020] 圖2是實施例中所生長的SiC單晶的穿透位錯的觀察照片。
[0021] 圖3是比較例中所生長的SiC單晶的穿透位錯的觀察照片。
[0022] 圖4是表示晶種基板和生長晶體的氮密度差與生長晶體的穿透位錯密度的關系 的圖。
[0023] 附圖標記說明
[0024] 100單晶制造裝置
[0025] 10 石墨坩堝
[0026] 12 石墨軸
[0027] 14 晶種基板
[0028] 18 隔熱材料
[0029] 22 高頻線圈
[0030] 22A上段高頻線圈
[0031] 22B下段高頻線圈
[0032] 24 Si-C 溶液
[0033] 26 石英管
【具體實施方式】
[0034] 在本說明書中，（000-1)面等表示中的"-1"為將本來在數字上方賦予橫線進行表 示之處表示為"-1"。
[0035] 在通過溶液法使SiC單晶生長的情況下，通常，生長晶體中可能含有氮。由于氮使 SiC的晶格常數變化，因此如果在晶種基板與生長晶體之間氮密度不同，則晶格常數的差 變大，可成為在生長晶體中產生新的穿透位錯的原因。因此，以往進行了：消除晶種基板與 生長晶體之間的氮密度差，或者在晶種基板與生長晶體之間形成使氮密度連續變化的緩沖 層，緩和由晶格常數的不同引起的形變。
[0036] 但是，即使消除晶種基板與生長晶體之間的氮密度差，也不清楚將氮密度差具體 減小至何種程度的范圍內才可以。另外，為了在溶液法中形成緩沖層，在生長過程中需要 加入氮氣等氮原料，可成為生長條件混亂的原因等，在溶液法中精度良好地形成緩沖層是 不容易的。另外，如果形成緩沖層，則在微觀方面降低了形變，但由于沒有減小晶種基板與 生長晶體之間的氮密度差，也沒有減少晶種基板與生長晶體的全部晶體所包含的形變的總 量，因此難以穩定地減少穿透位錯。
[0037] 本發明人鑒于上述課題，對不需要在晶種基板與生長晶體之間形成緩沖層且能夠 制造穿透位錯密度小的SiC單晶的方法進行了專心研究，發現了本發明的方法。
[0038] 已知的是，在使用通過升華法生長的SiC單晶作為晶種基板、使用Si-Cr系溶劑作 為Si-c溶液、通過溶液法使SiC單晶生長的情況下，考慮B和Cr的影響，將晶種基板與生 長晶體的氮密度差控制在規定范圍，對于抑制新的穿透位錯的產生、得到穿透位錯密度低 的SiC單晶是有效的。
[0039] 本發明的方法以SiC單晶的制造方法為對象，該制造方法為使用具有從內部向表 面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液使SiC單晶自SiC晶種基板生長的SiC單晶的制造方 法，其包括：所述Si-C溶液包含Si和Cr，將所述晶種基板中的硼密度B s與所述生長的SiC 單晶中的硼密度Bg的硼密度差B S-Bg設為1 X 10 17個/cm3以上，將所述晶種基板中的鉻密度 Crs與所述生長的SiC單晶中的鉻密度Cr g的鉻密度差Cr g-Crs設為1 X 10 16個/cm 3以上， 并且將所述晶種基板的氮密度Ns與所述生長的SiC單晶的氮密度N g的氮密度差Ng-Ns設為 3. 5 X 1018個 /cm 3~5. 8 X 10 18個 /cm 3。
[0040] 根據本公開的方法，能夠以在晶種基板與生長晶體之間基本上不形成緩沖層的方 式，使穿透位錯密度小的SiC單晶生長。在本說明書中，在穿透位錯中包含穿透螺型位錯和 穿透刃型位錯。
[0041] 另外，以往，由于晶種基板與生長晶體之間的晶格常數差所引起的形變的影響，晶 體生長厚度越厚，穿透位錯密度越易于增大，但根據本發明的方法，即使在使SiC單晶較厚 地生長的情況下，也能夠得到穿透位錯密度小的SiC單晶。特別地，即使是優選為1_厚以 上、更優選為2mm厚以上、進一步優選為3mm厚以上的厚度，也能夠得到穿透位錯密度小的 SiC單晶。根據本發明的方法，在使厚的SiC單晶生長時，由于不需要形成緩沖層，因此與形 成緩沖層的情況相比，也可以縮短生長時間。
[0042] 不受理論束縛，但如果相對于晶種基板，生長晶體包含更多的Cr、包含更少的B， 則均相對于晶種基板在增加生長晶體的晶格常數的方向上起作用。另一方面，如果相對于 晶種基板，生長晶體包含更多的氮，則相對于晶種基板在減小生長晶體的晶格常數的方向 上起作用。因此可認為，通過N的作用減小了因 Cr和B的作用而晶格常數增加的部分的晶 格常數，能夠減小晶種基板與生長晶體之間的晶格常數的差，能夠得到穿透位錯密度小的 SiC單晶。以下，進行詳細地說明。
[0043] SiC單晶中的氮密度越大，則SiC的晶格常數變得越小。因此，相對于晶種基板的 氮密度，生長晶體的氮密度變得越大，則相對于晶種基板的晶格常數，生長晶體的晶格常數 變得越小。
[0044] 在通過溶液法使SiC單晶生長的情況下，通常，使用通過升華法所生長的SiC單晶 作為晶種基板。通過升華法所生長的SiC單晶一般含有氮和硼，特別是可具有高于通過溶 液法所生長的SiC單晶的硼密度。
[0045] 在使用通過升華法所生長的晶種基板，利用溶液法使SiC單晶生長的情況下，相 對于晶種基板的硼密度，生長晶體的硼密度可變小。SiC單晶中的硼密度越小，則SiC的晶 格常數變得越大。
[0046] 通過升華法