SiC單晶及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及作為半導體元件合適的SiC單晶及其制造方法，更詳細而言，設及不包 含夾雜物的高質量的SiC單晶W及基于溶液法的不包含夾雜物的高質量的SiC單晶的制造 方法。
【背景技術】
[0002] SiC單晶在熱學、化學方面非常穩定，機械強度優異，耐福射線方面強，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Si單晶和 GaAs單晶等現有半導體材料不能實現的高輸出、高頻、耐電壓、耐環境性等，作為可進行大 電力控制和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、 耐福射線器件材料等運樣寬范圍中的新一代的半導體材料的期待正在高漲。
[0003] W往，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，雖然存在在所生長的單晶中容易產生被稱作微管缺陷 的中空貫穿狀的缺陷、層疊缺陷等晶格缺陷和多晶型體運樣的缺點，但是由于晶體的生成 速度大，因此W往大多SiC塊狀單晶通過升華法制造。在艾奇遜法中，由于使用娃石和焦炭 作為原料并在電爐中進行加熱，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:在石墨相蝸中形成Si烙液或將合金烙化在Si烙液中，使C溶解 到該烙液中，使SiC晶體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，因此可期待低缺陷化。因此，最近，已提出了 一些基于溶液法的SiC單晶的制造方法，提出了一種用于W快的生長速度得到SiC單晶的 SiC單晶的制造方法(專利文獻1)。
[0005] 現有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1:特開2013-147397號公報
【發明內容】
[000引發明所要解決的課題
[0009] 但是，在W往提出的基于溶液法的SiC單晶的制造方法中，在使具有大的生長厚度 的SiC單晶生長時，有時產生夾雜物。
[0010] 用于解決課題的手段
[0011] 本發明為SiC單晶，其為通過溶液法而生長的SiC單晶，其中，SiC單晶的{0001}生 長面中的{1-100}面構成的外周部的合計長度Μ與SiC單晶的生長面的外周長度P滿足M/P< 0.70的關系，并且SiC單晶的生長方向的長度為2mmW上。
[0012] 另外，本發明為SiC單晶的制造方法，其是在相蝸內使保持于晶種保持軸的SiC晶 種基板與具有從內部向表面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接觸W使SiC單晶生長的SiC 單晶的制造方法，該制造方法包括：
[0013] W晶種基板的{0001}面為基點使SiC單晶生長，使得其具有2mmW上的生長方向的 長度，和
[0014] 使自<11-20〉方向的熱損失低于自<1-100〉方向的熱損失，
[001引晶種基板的直徑S相對于相蝸內徑C的比例即S/C滿足0.17<S/C<1.0的關系。
[0016] 發明效果
[0017] 根據本發明，可得到具有大的生長厚度并且不包含夾雜物的SiC單晶。
【附圖說明】
[0018] 圖1是在具有六邊形的SiC晶體生長面上形成的階梯式流動（step-flow)生長部的 示意圖。
[0019] 圖2是從生長面觀察的根據本發明的SiC單晶的顯微鏡照片。
[0020] 圖3是示出檢查生長晶體中有無夾雜物時的生長晶體的切出部位的示意圖。
[0021] 圖4是具有凹形狀的晶體生長面的SiC單晶錠的剖面示意圖。
[0022] 圖5是從晶種基板側(下側)觀察的使晶種基板14保持于在側面具有凹凸形狀的圓 柱狀的晶種保持軸12的情形的示意圖。
[0023] 圖6是從晶種基板側(下側)觀察的使晶種基板14保持于剖面具有六邊形的晶種保 持軸12的情形的示意圖。
[0024] 圖7是從晶種保持軸側(上側)觀察的使晶種基板14保持于剖面具有六邊形的晶種 保持軸12的情形的示意圖。
[0025] 圖8是從晶種保持軸側(上側)觀察的將保溫材料8配置在保持有晶種基板14的晶 種保持軸12周圍的情形的示意圖。
[0026] 圖9是從晶種保持軸側(上側)觀察的將晶種保持軸12穿過相蝸上部的蓋（隔熱材 料18)的六邊形的開口部28的情形的示意圖。
[0027] 圖10是形成于晶種基板與Si-C溶液之間的彎液面的剖面示意圖。
[0028] 圖11是表示可在本發明中使用的基于溶液法的單晶制造裝置的一例的剖面示意 圖。
[0029] 圖12是在實施例中W晶種基板14為基點生長的SiC單晶的從側面觀察的外觀照 片。
[0030] 圖13示出實施例中得到的生長晶體的剖面的光學顯微鏡照片。
[0031] 圖14是在比較例中W晶種基板14為基點生長的SiC單晶的從側面觀察的外觀照 片。
[0032] 圖15是從生長面觀察的比較例中生長的SiC單晶的外觀照片。
[0033] 圖16是得到的生長晶體的剖面的光學顯微鏡照片。
[0034] 圖17是表示實施例和比較例中得到的SiC晶體的晶體生長厚度與M/P的關系的圖。
【具體實施方式】
[0035] 在本說明書中，（1-100)面等的表述中的"-Γ是將原本在數字上賦予橫線而表述 之處表達為"-Γ。
[0036] 在基于溶液法的SiC單晶的生長中，由于生長界面的不穩定性，有時在生長界面在 SiC生長晶體中產生夾雜物。
[0037] 在本說明書中，夾雜物是指SiC單晶生長中使用的Si-C溶液在生長晶體中的卷入 物(卷香
[0038] 在基于溶液法的SiC單晶生長中，為了 W不產生夾雜物的方式使晶體生長，在生長 面進行同屯、圓狀的階梯式流動生長是有效的。圖1中示出生長面上的階梯式流動生長部1的 示意圖。如圖1所示，通過在生長面上進行同屯、圓狀的階梯式流動生長，得到了穩定的界面， 變得易于抑制夾雜物的產生。
[0039] 另一方面，由于SiC單晶為六方晶，因此生長晶體易于具有六方柱形狀，如圖1所 示，在使{0001}面生長的情況下，晶體生長面2易于具有六邊形。
[0040] 運樣，已知：當使SiC單晶在{0001}面上生長時，由于生長晶體易于生長成具有具 備六邊形形狀的生長面，因此即使進行用于抑制夾雜物的階梯式流動生長，在該六邊形生 長面的外周部與生長面上的同屯、圓狀的階梯式流動生長部之間的間隙處也可產生夾雜物。 特別地，還已知：在得到具有2mmW上的大的生長厚度的SiC單晶時，易于引起夾雜物的產 生。
[0041] 基于運樣的認識，本發明人等進行了專屯、研究，發現了運樣的SiC單晶，其是具有 2mmW上的生長方向的長度的SiC單晶，具有{0001}面的生長面，并且具有該生長面中的{1- 100}面所構成的外周部的合計長度Μ與生長面的外周長度P滿足M/P^ 0.70的關系的形狀。
[0042] 本發明WSiC單晶為對象，該SiC單晶是通過溶液法生長的SiC單晶，其中，SiC單晶 的{0001}生長面中的{1-100}面所構成的外周部的合計長度Μ與SiC單晶的生長面的外周長 度P滿足M/P< 0.70的關系，并且SiC單晶的生長方向的長度為2mmW上。
[0043] 根據本發明的SiC單晶的生長面為{0001}面，即，可W為(0001)面(也稱作Si面)或 (000-1)面(也稱作C面）。優選地，根據本發明的SiC單晶的生長面為(000-1)面。
[0044] 根據本發明的SiC單晶的生長厚度為2mmW上，優選為3mmW上，更優選為4mmW上， 進一步優選為5mmW上，再進一步優選為6mmW上。根據本發明，可得到在上述厚度的全部范 圍內不包含夾雜物的SiC單晶。
[0045] 根據本發明的SiC單晶的直徑優選為12mmW上，更優選為25mmW上，進一步優選為 45mmW上，再進一步優選為50mmW上。根據本發明，可得到在上述直徑的全部范圍內不包含 夾雜物的SiC單晶。
[0046] 溶液法是指使SiC晶種與具有從內部向表面溫度降低的溫度梯度的Si-C溶液接觸 從而使SiC單晶生長的SiC單晶的制造方法。通過形成從Si-C溶液的內部向溶液的表面溫度 降低的溫度梯度，可使Si-C溶液的表面區域過飽和，W與Si-C溶液接觸的晶種為基點使SiC 單晶生長。
[0047] 圖2示出從晶體生長面2觀察的根據本發明的SiC單晶的顯微鏡照片。如圖2所示， 在生長晶體的{0001}生長面上，{1-100}面所構成的外周部3為直線狀，在生長面的外周部， W大概60°的間隔形成6個部位。如果將{1-100}面構成的外周部3的各自長度設為m，則{1- 100}面的合計長度Μ是指W大概60°的間隔在6個部位所形成的直線部分的長度m的合計。由 于在晶體生長面2中，{1-100}面構成的外周部3之間的部分具有曲線形狀，因此可與{1- 100}面構成的直線狀的外周部3明確地區分開。
[004引通常，在通過溶液法使SiC單晶進行{0001}面(C面)生長的情況下，由于<11-20〉方 向的生長快，<1-100〉方向的生長慢，因此，在生長晶體的側面，{1-100}面(m面)增多，如圖1 所示，晶體生長面2易于W具有六邊形形狀的方式生長。在生長晶體的側面僅由{1-100}面 構成的情況下，生長面成為六邊形，其外周部由形成生長晶體的生長面即{0001}面與生長 晶體的側面即{1-100}面的邊界的邊構成。生長厚度越大，在生長晶體的側面上出現越多的 {1-100}面，在具有2mmW上的生長方向的厚度的SiC晶體中，運樣的趨勢變得明顯。
[0049] 在根據本發明的SiC單晶中，生長晶體的側面不僅具有{1-100}面(m面），還具有 {11-20}面(a面），在生長面中，{1-100}面構成的外周部的合計長度Μ與生長面的外周長度P 滿足Μ/Ρ<0.70的關系。
[0050] 在經{0001}面生長的SiC單晶的生長面中，通過相對于外周長度Ρ，{1-100}面構成 的外周部的合計長度Μ滿足上述比例，則生長面的形狀接近圓形。由于生長面的形狀越接近 圓形，生長面的外周部與生長面中的同屯、圓狀的階梯式流動生長部的形狀的差別變得越 小，因此，能夠得到抑制了可在生長面的外周部與階梯式流動生長部之間產生的夾雜物的 SiC單晶。
[0051 ]在根據本發明的SiC單晶中，M/P的上限值為0.70 W下，優選為0.60 W下。M/P的值 越小，可使生長晶體的生長面的形狀越接近圓形。
[0052] 在根據本發明的SiC單晶中，M/P的下限值為0或大于0。在使用圓盤狀的晶種基板 而生長的SiC單晶的情況下，生長初期的M/P的值可W為0或接近0的值，隨著生長厚度增大， M/P的值可成為0.10W上或0.20W上。
[0053] Μ和P的長度例如可基于觀察的生長面的顯微鏡圖像，使用圖像處理軟件來測定。
[0054] SiC晶體中有無夾雜物的判斷可通過使用光學顯微鏡的觀察來進行。例如，如圖3 (a)所示，可相對于生長方向水平地切割生長晶體40,切出如圖3(b)所示的1mm厚度左右的 厚度的生長晶體42,從下方照射光并由透射圖像觀察生長晶體42的整個面是否為連續的晶 體，從而檢查有