[发明专利]单晶4H‑SiC衬底及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及能够减少晶体缺陷的单晶4H-SiC衬底及其制造方法。

背景技术

近年，带隙、击穿电场强度、饱和漂移速度、热传导系数比硅相对更大的碳化硅（以下记为SiC）主要作为电力控制用的功率器件材料被注目。使用该SiC的功率器件能大幅降低电力损失并进行小型化等，能够实现电源电力变换时的节能化，因此成为电动车的高性能化、太阳能电池系统等的高功能性化等实现低碳社会的关键器件。

根据SiC功率器件的规格掺杂浓度以及膜厚大致可既定，通常比体材料（bulk）单晶衬底要求更高的精度。因此，在4H-SiC体材料单晶衬底上预先通过热CVD法（热化学气相沉积法）等来外延生长半导体器件的有源区。这里所谓有源区是晶体中掺杂浓度以及膜厚被精密控制的区域。

4H-SiC体材料单晶衬底中内含在c轴方向传播的螺旋位错、边缘位错以及在垂直于c轴方向传播的位错（基面位错）。这些位错传播入在衬底上生长的外延膜。还在外延生长时导入新的位错环、层叠缺陷。这些晶体缺陷有时使使用该SiC衬底的器件的耐电压特性、可靠性、产率下降，危害其实用化。

另外，作为单晶3C-SiC衬底的制造方法，提出了通过形成成为在平坦面散布表面坑的表面状态的单晶3C-SiC层，来减少晶体缺陷的方法（例如，参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1： 日本特开2011-225421号公报。

发明内容

发明要解决的问题

因为是立方晶系的3C-SiC与是六方晶系的4H-SiC的晶体结构即原子排列不同，所以生长条件差异很大。例如，与3C-SiC的生长温度是1000~1100℃相对地，4H-SiC的生长温度是1600~1800℃的非常高的温度。因此，降低单晶3C-SiC衬底的晶体缺陷的方法不能适用于单晶4H-SiC衬底，在单晶4H-SiC衬底中减少晶体缺陷的方法并未已知。

本发明为了解决上述问题而成，目的是得到能够减少晶体缺陷的单晶4H-SiC衬底及其制造方法。

解决问题的方案

本发明涉及的单晶4H-SiC衬底的制造方法包括：准备具有平坦性的4H-SiC体材料单晶衬底的工序；以及在所述4H-SiC体材料单晶衬底上外延生长具有凹部的第一单晶4H-SiC层的工序，所述第一单晶4H-SiC层的膜厚为X[μm]时，所述凹部的直径Y[μm]是0.2×X[μm]以上、2×X[μm]以下，且所述凹部的深度Z[nm]是0.95×X[μm]+0.5[nm]以上、10×X[μm]以下。

发明的效果

通过本发明能够减少晶体缺陷。

附图说明

图1是示出涉及本发明实施方式1的单晶4H-SiC衬底的制造方法的截面图；

图2是示出涉及本发明实施方式1的单晶4H-SiC衬底的制造方法的截面图；

图3是用光学显微镜观察在单晶4H-SiC层的生长表面形成的凹部的显微镜摄像；

图4是示出凹部的直径和外延膜的膜厚的关系的图；

图5是示出凹部的深度和外延膜的膜厚的关系的图；

图6是示出单晶4H-SiC层的表面凹部的密度与缺陷密度的关系的图；

图7是示出涉及本发明实施方式2的单晶4H-SiC衬底的制造方法的截面图。

具体实施方式

参照附图，对涉及本发明的实施方式的单晶4H-SiC衬底及其制造方法进行说明。有时对相同或者相对应的构成要素附上相同的符号，省略反复说明。

实施方式1

以下，关于涉及本发明的实施方式1的单晶4H-SiC衬底的制造方法进行说明。图1以及图2是示出涉及本发明实施方式1的单晶4H-SiC衬底的制造方法的截面图。

首先，如图1所示，准备对于成为主面的（0001）面（C面）具有向着<11-20>方向的4度的取向差角的4H-SiC体材料单晶衬底1。这里，取向差角不限于4度，在2度~10度的范围内即可。