[发明专利]碳化硅单晶的制造方法

说明书

本发明提供一种利用升华再结晶法的SiC单晶的制造方法，其更加正确地检测出坩埚内的原料的加热状态，可以在控制生长条件的同时制造SiC单晶。所述方法的特征在于，为了得到在感应加热线圈上流通的高频电流，其具有：将交流电流转换成直流电流的转换器装置和将从转换器装置输出的直流电流进行高频转换而得到高频电流的逆变器装置，预先把握下述直流等效电阻值(DCV/DCI)的经时变化与在生长后的碳化硅单晶上形成的微管密度的关系，上述直流等效电阻值(DCV/DCI)通过在碳化硅单晶生长时的由所述转换器装置转换的直流电压值(DCV)和直流电流值(DCI)来算出，基于所述预先把握的直流等效电阻值与微管密度的关系，调节所述转换器装置的DCV或者DCI中的至少一者。

技术领域

本发明涉及碳化硅单晶的制造方法。

背景技术

SiC(碳化硅)是具有2.2～3.3eV的宽禁带宽度的宽禁带半导体，出于其优良的物理、化学特性，从1960年代开始就作为器件材料而被进行研究开发。特别是近年来，作为面向覆盖从青色到紫外的短波长光学器件、高频电子器件、高耐压/大功率电子器件的材料，SiC备受瞩目。但是，SiC难以制造优质的大口径单晶，这是妨碍SiC器件的实用化的主要原因之一。

以往，在研究室程度的规模下，例如通过升华再结晶法(瑞利法)得到过能够制作半导体元件的尺寸的SiC单晶。但是，通过该方法得到的单晶的面积小，其尺寸、形状、以及多型体、杂质载流子浓度的控制也不容易。另一方面，还进行了：通过使用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition：CVD)在硅(Si)等不同种类基板上进行异质外延生长，从而使立方SiC单晶生长。虽然通过该方法可得到大面积的单晶，但SiC与Si的晶格失配也有约20％等，因此仅能生长包含大量缺陷(～107/cm²)的SiC单晶，不能得到高品质的SiC单晶。

于是，为了解决这些问题，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瑞利法(参考非专利文献1)。如果使用该改良型的升华再结晶法(改良瑞利法)，则可在控制SiC单晶的多型体(6H型、4H型、15R型等)、形状、载体类型以及浓度的同时使SiC单晶生长。另外，SiC中存在200种以上的多型体，但就晶体的生产率和电子器件性能这点而言4H多型体一直最为优良，商业生产的SiC单晶多数为4H。另外，就导电性而言，从氮作为掺杂剂而易于处理的方面出发，大多数情况下单晶块是以n型导电性来培育的。但是，在通信器件用途中，几乎不含掺杂剂元素且电阻率高的晶体也被制造。

目前，从通过升华再结晶法制作的SiC单晶上切割出口径从51mm(2英寸)至100mm的SiC单晶晶片，用于功率电子领域等的器件制作。另外，150mm晶片也开始上市(参考非专利文献2)，并期待使用有100mm或150mm晶片的器件的真正的实用化。鉴于这样的状况，与晶片成本的降低相关的、SiC晶块的生产率以及晶体生长成品率的提高技术的重要性越来越高。

SiC单晶块的主要制造方法为如上所述的改良瑞利法。溶液生长(参考非专利文献3)和高温CVD法(参考非专利文献4)等也以研究水平在进行，但在生产率(每个晶块的晶片的可提取片数、良质晶块的生长成功率)和品质这些点上还不及改良瑞利法。但是，改良瑞利法是在2000℃以上的超高温下进行的工艺，另外，其是诸如利用气相来进行原料供给等，对生长条件的控制存在技术难点。SiC晶片制造商各公司的准确数值未被公开，但据说每个晶块的晶片的可提取片数、良质晶块的生长成功率不及Si等完成度较高的产业，现状是：从追求商业利益的观点出发，在SiC单晶的生产率上正在寻求进一步的提高。

为了上述目的，关于利用升华再结晶法制造的SiC单晶块的制造条件正在被积极地进行研究开发。这些多数涉及作为生长容器的坩埚的材质和结构、原料的纯度和粒径、气氛气体成分和种类，但可以说原料和生长表面的温度对于晶体生长的成功率和成品率而言最为重要。这是由于：不仅是SiC，在单晶的生长中，温度对原料的升华或熔融、单晶的凝固或再结晶这两者的条件产生直接影响。在SiC单晶生长中，当然也通过辐射温度计等一般的方法来测定坩埚的温度。