DE112012002126T5 - SiC-Einkristall, SiC-Wafer und Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein SiC-Einkristall mit wenigstens einem Orientierungsbereich, in dem eine Basalebenen-Versetzung eine starke Linearität besitzt und in drei kristallografisch äquivalente <11-20>-Richtungen orientiert ist, und ein SiC-Wafer und ein Halbleitervorrichtung, die aus dem SiC-Einkristall hergestellt sind. Das SiC-Einkristall durch Verwenden eines Impfkristalls, in dem der Offset-Winkel an einem oberen Ende einer {0001}-Ebene klein ist und der Offset-Winkel auf einer Offset-Richtungs-Strömungsabwärtsseite groß ist, und durch Wachsen eines weiteren Kristalls auf dem Impfkristall hergestellt werden.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft: ein SiC-Einkristall, einen SiC-Wafer und eine Halbleitervorrichtung, insbesondere ein SiC-Einkristall mit einer stark linearen und stark orientierten Basalebenen-Versetzung und einen SiC-Wafer und eine Halbleitervorrichtung, die aus einem solchen SiC-Einkristall hergestellt sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei SiC (Siliziumcarbid) sind ein Hochtemperaturtyp (α-Typ) mit einer hexagonalen Kristallstruktur und ein Niedertemperaturtyp (β-Typ) mit einer kubischen Kristallstruktur bekannt. SiC ist im Vergleich zu Si durch einen hohen thermischen Widerstand, eine breite Bandlücke und eine hohe Durchschlagsfeldstärke gekennzeichnet. Aus diesem Grund wird in einem Halbleiter mit einem SiC-Einkristall ein mögliches Material einer Leistungsvorrichtung der nächsten Generation gesehen, das einen Si Halbleiter ersetzt. insbesondere besitzt ein α-SiC eine Bandlücke, die breiter als die von β-SiC ist, so dass das α-SiC die Aufmerksamkeit als ein Halbleitermaterial einer Leistungsvorrichtung mit sehr geringem Leistungsverlust auf sich zieht.
  • SiC vom α-Typ besitzt eine {0001}-Ebene (nachfolgend als ”c-Ebene” bezeichnet) als die Hauptkristallebene und eine {1-100}-Ebene und eine {11-20}-Ebene (nachfolgend zusammenfassend als ”a-Ebene” bezeichnet) senkrecht zu der {0001}-Ebene.
  • Ein c-Ebenen-Wachstumsverfahren ist bisher als ein Verfahren zur Gewinnung eines α-SiC-Einkristalls bekannt. Das hier genannte ”c-Ebene Wachstumsverfahren” ist ein Verfahren, bei dem als ein Impfkristall ein SiC-Einkristall verwendet wird, in dem eine c-Ebene oder a-Ebene mit einem Offset-Winkel gegenüber der c-Ebene in einem vorbestimmten Bereich als eine Wachstumsebene exponiert ist, und zum Wachsen eines SiC-Einkristalls über die Wachstumsebene durch ein Sublimationswiederausfällungsverfahren oder dergleichen.
  • Das Problem war jedoch, dass in einem durch das c-Ebenen-Wachstumsverfahren gewonnenen Einkristall eine große Anzahl von Defekten wie etwa Mikroröhren-Defekten (röhrenförmige Fehlstellen von etwa einigen μm bis 100 μm im Durchmesser) und Gewindeschraubenversetzungen (nachfolgend einfach als ”Schraubenversetzungen” bezeichnet) in der zu der <0001>-Richtung parallelen Richtung erzeugt werden. Unterdessen existieren in einem von der c-Ebene aus gewachsenen Kristall viele Basalebenen-Versetzungen in der c-Ebene, die zudem in komplexer Weise mit den Schraubenversetzungen in der c-Achsenrichtung verschlungen sind (Nichtpatentliteratur 1).
  • Insbesondere krümmt sich eine Basalebenen-Versetzung großteils in der {0001}-Ebene durch Verschlingung zwischen Versetzungen. Wenn sich eine Basalebenen-Versetzung auf diese Weise krümmt, wenn ein Substrat (das üblicherweise so geschnitten ist, dass es einen Offset-Winkel von 4° bis 8° bezüglich einer {0001}-Ebene bildet, um eine epitaktische Schicht zu bilden) zur Herstellung einer Vorrichtung aus einem Einkristall genommen wird, passiert es manchmal, dass eine Basalebenen-Versetzung an mehreren Stellen an der Oberfläche des Substrats exponiert wird (siehe 15). Dadurch geht die Versetzung von den mehreren Stellen aus, wenn die epitaktische Schicht gebildet wird (Nichtpatentliteratur 2 und 3).
  • Ferner ist, wenn sich eine Basalebenen-Versetzung krümmt, die Basalebenen-Versetzung kristallografisch in verschiedene Richtungen orientiert. Wenn eine Vorrichtung mit einem solchen Einkristall hergestellt wird und die Vorrichtung betrieben wird, bildet sich durch die Auflösung der Basalebenen-Versetzung zu Teilversetzungen, die in einer kristallografisch stabilen Richtung (<11-20>-Richtung) ausgerichtet sind, während des Betriebs ein Stapelfehler (siehe 16) und es kann manchmal zu einer Verschlechterung der Vorrichtungseigenschaften (ein Vorwärtsverschlechterungsphänomen in einer bipolaren Vorrichtung) kommen (Nichtpatentliteratur 4).
  • Eine Linie darf keine gerade Linie sein, um eine Ebene an mehreren Stellen zu schneiden. Es wäre besser, wenn eine Linie geradlinig wäre, um die Anzahl der Durchstoßpunkte zu verringern. Folglich ist es aus geometrischen Gründen klar, dass es besser ist, die Punktdichte und die Gesamtlänge einer Basalebenen-Versetzung zu verringern und sie geradlinig zu machen, um so zu verhindern, dass die Basalebenen-Versetzung an mehreren Stellen einer Substratoberfläche exponiert wird (siehe 17). Ferner löst sich, wenn eine Basalebenen-Versetzung in eine kristallografisch stabile Richtung orientiert ist, die Basalebenen-Versetzung kaum in mehrere Versetzungen auf, so dass es wünschenswert ist, die Basalebenen-Versetzung in eine solche kristallografisch stabile Richtung zu orientieren (siehe 18). Es wird geschätzt, dass der Einfluss auf die Eigenschaften einer Vorrichtung dadurch verringert werden können.
  • Ferner, wie es in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, ist es möglich, eine Versetzungsdichte in einem Kristall durch Verwenden eines Verfahrens (RAF-Verfahren) zu verringern, in dem ein c-Ebenen-Wachstum nach einem wiederholten a-Ebenenwachstum durchgeführt wird. Ferner ist es in der Nichtpatentliteratur 5 beschrieben, dass eine Basalebenen-Versetzung die Tendenz hat, durch das RAF-Verfahren ausgerichtet zu werden. In der Literatur ist jedoch eine Messung zur Beurteilung der Existenz der Ausrichtung und Linearität nicht nahegelegt. Ferner ist eine Versetzungsdichte immer noch hoch, eine Verschlingung mit einer Verschraubung tritt häufig auf. Obwohl die Orientierungsneigung teilweise in jeder der Versetzungen erkannt wird, ist die Linearität nicht stark ausgeprägt und viele gekrümmte Teile existieren. Ferner ist ein solcher Bereich auf einen Bereich in der Größenordnung von Submillimetern begrenzt.
  • [Zitierliste]
  • [Patenliteratur]
    • [Patentliteratur 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-119097
  • [Nichtpatentliteratur]
    • [Nichtpatentliteratur 1] S. Wang et al., Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 339 (1994) 735
    • [Nichtpatentliteratur 2] I. Kamata et al., Materials Science Forum, Bände 645–648 (2010) pp. 303–306
    • [Nichtpatentliteratur 3] B. Kallinger et al., ICSCRM2009 Technical Digest Tu-2A-2
    • [Nichtpatentliteratur 4] R. E. Stahlbush et al., Materials Science Forum, Bände 645–648 (2010) pp. 271–276.
    • [Nichtpatentliteratur 5] D. Nakamura et al., Journal of Crystal Growth 304 (2007) 57–63
  • KURZSARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ein durch die vorliegende Erfindung zu lösendes Problem ist es, ein SiC-Einkristall mit einer stark linearen Basalebenen-Versetzung, die stark zu einer stabilen <11-20>-Richtung orientiert ist, und einen SiC-Wafer und eine Halbleitervorrichtung, die aus einem solchen SiC-Einkristall hergestellt sind, bereitzustellen.
  • Um das obige Problem zu lösen, besitzt ein SiC-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung die folgende Konfiguration:
    • (1) das SiC-Einkristall besitzt wenigstens einen Orientierungsbereich, in dem eine Basalebenen-Versetzung eine starke Linearität besitzt und die zu drei kristallografisch äquivalenten <11-20>-Richtungen orientiert ist; und
    • (2) der ”Orientierungsbereich” ist ein Bereich, der durch die folgenden Verfahrensweisen beurteilt wird,
    • (a) ein Wafer mit der Oberfläche nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene wird aus dem SiC-Einkristall geschnitten,
    • (b) eine Röntgentopografiemessung durch eine Transmissionsanordnung wird an dem Wafer durchgeführt, und Röntgentopogramme, die den drei kristallografisch äquivalenten {1-100}-Ebenen-Beugungen entsprechen, werden fotografiert,
    • (c) jedes der drei Röntgentopogramme wird in ein digitales Bild umgewandelt, das durch Quantifizierung der Helligkeit jedes Punktes in dem Bild gewonnen wird, und jedes der drei digitalen Bilder wird in einen quadratischen Messbereich mit einer Seitenlänge L von jeweils 10 ± 0.1 mm unterteilt,
    • (d) eine zweidimensionale Fouriertransformation wird auf jedes der digitalen Bilder in den drei Messbereichen angewendet, die einem identischen Bereich auf dem Wafer entsprechen, und ein Leistungsspektrum (Spektrum der Amplitude A eines Fourierkoeffizienten) wird gewonnen,
    • (e) jedes der drei Leistungsspektren wird in eine Funktion in Polarkoordinaten umgewandelt, und eine Funktion Aave.(θ) einer Winkel-(Richtungs-)Abhängigkeit einer mittleren Amplitude A wird gewonnen (0° ≤ θ ≤ 180°),
    • (f) ein Integrationswert A'ave.(θ) der drei Aave.(θ)'s ist in einem Schaubild (x-Achse: θ, y-Achse: A'ave.) gezeigt, und das Verhältnis eines Spitzenwerts A'ave.(θ) zu einem Rauschen B.G.(θi) (= A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis) wird für jeden θi's (i = 1 bis 3), der den drei <1-100>-Richtungen entspricht, berechnet, und
    • (g) wenn alle der drei Verhältnisse A'ave.(θi)/B.G.(θi) 1.1 oder größer sind, wird der Bereich des Wafers, der den drei Messbereichen entspricht, als ein ”Orientierungsbereich” beurteilt.
  • Ein SiC-Wafer gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Wafer, der aus einer nahezu parallelen {0001}-Ebene von dem SiC-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung geschnitten ist.
  • Ferner umfasst eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung, die unter Verwendung des SiC-Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
  • Wenn ein SiC-Einkristall durch Wachsen auf einer c-Ebene gebildet wird, indem ein Impfkristall verwendet wird, in dem der Offset-Winkel einer Oberfläche bestimmte Bedingungen erfüllt, ist es möglich, das SiC-Einkristall mit einer stark linearen Basalebenen-Versetzung, die stark in einer <11-20>-Richtung orientiert ist, zu gewinnen.
  • Wenn ein Wafer nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus einem solchen SiC-Einkristall geschnitten wird, ist die Anzahl der Basalebenen-Versetzungen, die auf der Waferoberfläche exponiert sind, relativ verringert. Dadurch verringert sich, selbst wenn ein SiC-Einkristall durch Verwenden eines solchen Wafers als ein Impfkristall durch Aufwachsen gebildet wird oder eine epitaktische Schicht auf der Waferoberfläche gebildet wird, die Anzahl der Versetzungen, die sich durch Wachstum ergeben, oder eine epitaktische Schicht.
  • Ferner ist es möglich, wenn eine Halbleitervorrichtung durch Verwenden eines solchen SiC-Einkristalls hergestellt wird, die Erzeugung eines durch die Auflösung einer gekrümmten Basalebenen-Versetzung bewirkten Stapelfehlers während der Verwendung und die durch die Erzeugung der Stapelfehler bewirkte Verschlechterung der Vorrichtungseigenschaften zu verhindern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Lang-Verfahrens (Transmissionsanordnungstopografie);
  • 2A ist schematische Darstellung, die Kristallebenen eines hexagonalen Systems zeigt;
  • 2B ist schematische Darstellung, die Kristallebenen eines hexagonalen Systems zeigt;
  • 3A ist ein Beispiel eines digitalisierten Röntgentopogramms (Basalebenen-Versetzungsbild) (obere Figur) und eine schematische Darstellung der Kristallorientierung (untere Figur);
  • 3B ist ein Leistungsspektrum (Spektrum der Amplitude A eines Fourierkoeffizienten), das durch Anwenden der zweidimensionalen Fouriertransformation auf das digitale Bild in 3A gewonnen wird;
  • 3C ist ein Schaubild, das die Winkelabhängigkeit einer mittleren Amplitude zeigt;
  • 4A bis 4K sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der zweidimensionalen Fouriertransformation eines Bildes; 4A ist ein digitales Bild und 4B sind 4K sind Sinuswellenformen, die das digitale Bild in 4A bilden;
  • 5A ist ein durch die Fouriertransformation gewonnenes Leistungsspektrum;
  • 5B ist ein Beispiel von Sinuswellenformen bei verschiedenen Punkten;
  • 6A ist eine Schnittansicht eines SiC-Impfkristalls;
  • 6B ist eine Schnittansicht eines durch Verwenden des in 6A gezeigten SiC-Impfkristalls gewachsenen SiC-Einkristalls;
  • 7A ist ein Bild ((-1010)-Ebenen-Beugung) in einem Messbereich von 10-mm zum Quadrat aus der Mitte eines Röntgentopogramms eines in Beispiel 1 gewonnenen Einkristalls;
  • 7B ist ein Leistungsspektrum (Spektrum der Amplitude A eines Fourierkoeffizienten), das durch Fouriertransformation des Röntgentopogramms in 7A gewonnen wird;
  • 7C ist eine Kennlinie, die die Winkel-θ-Abhängigkeit einer mittleren Amplitude Aave. zeigt, die aus dem Leistungsspektrum in 7B gewonnen wird;
  • 8A ist ein Bild ((1-100)-Ebenen-Beugung) in einem Messbereich von 10-mm zum Quadrat, das von dem Zentrum eines Röntgentopogramms eines Einkristalls gewonnen wird, das in Beispiel 1 gewonnen wird;
  • 8B ist ein Leistungsspektrum das durch Fouriertransformation des Röntgentopogramms in 8A gewonnen wird;
  • 8C ist eine Kennlinie, die die Winkel-θ-Abhängigkeit einer mittleren Amplitude Aave. zeigt, die durch das Leistungsspektrum in 8B gewonnen wird;
  • 9A ist ein Bild ((01-10)-Ebenen-Beugung) in einem Messbereich of 10-mm zum Quadrat, das von dem Zentrum eines Röntgentopogramms eines Einkristalls gewonnen wird, das in Beispiel 1 gewonnen wird;
  • 9B ist ein Leistungsspektrum, das durch Fouriertransformation des Röntgentopogramms in 9A gewonnen wird;
  • 9C ist eine Kennlinie, die die Winkel-θ-Abhängigkeit einer mittleren Amplitude Aave. zeigt, die durch das Leistungsspektrum in 9B gewonnen wird;
  • 10A to 10C sind Kennlinien die die Winkel-θ-Abhängigkeit einer mittleren Amplituden Aave. zeigt, die in den 7C, 8C bzw. 9C gezeigt sind;
  • 10D ist der Integrationswert A'ave. der 10A bis 10C;
  • 11 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung eines A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisses aus einem Integrationswert A'ave.(θ) zeigt;
  • 12A ist ein Röntgentopogramm und an Orientierungsintensität in einem Bereich abseits einer Facette;
  • 12B ist ein Röntgentopogramm und an Orientierungsintensität in einem Bereich in der Umgebung einer Facette;
  • 13A ist ein Bild ((-1010)-Ebenen-Beugung) in einem Messbereich von 10 Quadratmillimetern, das aus einem Röntgentopogramm eines Einkristalls, das in Vergleichsbeispiel 1 gewonnen wird;
  • 13B ist ein Leistungsspektrum, das durch Fouriertransformation des Röntgentopogramms in 13A gewonnen wird;
  • 13C ist ein Schaubild, das die Winkel-θ-Abhängigkeit einer mittleren Amplitude Aave. zeigt, die aus dem Leistungsspektrum in 13B gewonnen wird;
  • 14 ist eine Kennlinie, die die Messbereichsgrößenabhängigkeit der Orientierungsintensitäten B von Einkristallen, die in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 gewonnen werden;
  • 15 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand der Erzeugung von mehreren Randversetzungen von einer gekrümmten Basalebenen-Versetzung zeigt;
  • 16 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand der Erzeugung eines ein Stapelfehler durch die Auflösung einer Basalebenen-Versetzung in partielle Versetzungen zeigt;
  • 17 ist schematische Darstellung, die den Zustand der Erzeugung einer Randversetzung aus einer geradlinigen Basalebenen-Versetzung zeigt; und
  • 18 ist eine schematische Darstellung einer in der <11-20>-Richtung stabilisierten Basalebenen-Versetzung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend ist eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich erläutert.
  • [1. SiC-Einkristall]
  • Ein SiC-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt den folgenden Aufbau:
    • (1) das SiC-Einkristall besitzt wenigstens einen Orientierungsbereich, in dem eine Basalebenen-Versetzung eine starke Linearität besitzt und zu den drei kristallografisch äquivalenten <11-20>-Richtungen orientiert ist; und
    • (2) der ”Orientierungsbereich” bedeutet einen Bereich, der durch die folgenden Verfahrensweisen beurteilt wird:
    • (a) ein Wafer mit einer zu einer {0001}-Ebene nahezu parallelen Oberfläche wird aus dem SiC-Einkristall geschnitten,
    • (b) eine Röntgentopografiemessung in Transmissionsanordnung wird an dem Wafer durchgeführt, und Röntgentopogramme, die den drei kristallografisch äquivalenten {1-100}-Ebenen-Beugungen entsprechen, werden fotografiert,
    • (c) jedes der drei Röntgentopogramme wird in ein digitales Bild umgewandelt, das durch Quantifizierung der Helligkeit jedes Punktes des Bildes gewonnen wird, und jedes der drei digitalen Bilder wird in einen quadratischen Messbereich mit einer Seitenlänge L von 10 ± 0.1 mm aufgeteilt,
    • (d) eine zweidimensionale Fouriertransformation wird von jedem der digitalen Bilder in den drei Messbereichen, die einem identischen Bereich auf dem Wafer entsprechen, durchgeführt, und ein Leistungsspektrum (Spektrum der Amplitude A eines Fourierkoeffizienten) wird gewonnen,
    • (e) jedes der drei Leistungsspektren wird in eine Funktion in Polarkoordinaten umgewandelt, und eine Funktion Aave.(θ) einer Winkel-(Richtungs-)Abhängigkeit einer mittleren Amplitude A wird gewonnen (0° ≤ θ ≤ 180°)
    • (f) ein Integrationswert A'ave.(θ) der drei Aave.(θ)'s wird in einem Diagramm (x-Achse: θ, y-Achse: A'ave.) gezeigt, und das Verhältnis eines Spitzenwerts A'ave.(θi) zu einem Rauschen B.G.(θi) (= A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis) wird für jeden der drei θi's (i = 1 bis 3), die den drei <1-100>-Richtungen entsprechen, berechnet, und
    • (g) wenn alle drei A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse größer oder gleich 1.1 sind, wird der Bereich des Wafers, der den drei Messbereichen entspricht, als ein ”Orientierungsbereich” beurteilt.
  • [1.1. Orientierungsbereich]
  • Ein ”Orientierungsbereich” bedeutet einen Bereich, in dem eine Basalebenen-Versetzung eine starke Linearität besitzt und in drei kristallografisch äquivalenten <11-20>-Richtungen orientiert ist. Ob eine Linearität stark ist und eine Basalebenen-Versetzung stark orientiert ist oder nicht, kann durch Berechnen eines A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisses aus einem Röntgentopogramm beurteilt werden. Die Einzelheiten des Beurteilungsverfahrens sind weiter unten beschrieben. Ein SiC-Einkristall muss nur wenigstens einen solchen Orientierungsbereich im Inneren aufweisen.
  • Wenn ein SiC-Einkristall durch Wachsen auf einer c-Ebene gebildet wird, wird im Allgemeinen ein Offset-Substrat als Impfkristall verwendet. Eine c-Ebenen-Facette als die Wachstumsspitze existiert an einem Ende eines Offset-Substrats auf der Strömungsaufwärtsseite in der Offset-Richtung. Um die Erzeugung von heterogenen Polytypen zu verhindern, muss eine Schraubenversetzung, die dazu dient, den Polytyp eines Impfkristalls in einer Wachstumsrichtung zu übernehmen, in einer c-Ebenen-Facette existieren. Als ein Verfahren zur Erzeugung einer Schraubenversetzung in einer c-Ebenen-Facette existiert ein Verfahren zur Erzeugung eines Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereichs zum Beispiel an einem Ende eines Impfkristalls auf der Strömungsaufwärtsseite in einer Offset-Richtung.
  • Wenn ein c-Ebenen-Wachstum durch Verwenden eines solchen Impfkristalls durchgeführt wird, verbleibt eine tief gefärbte Spur einer c-Ebenen-Facette (Facettenmarkierung), verursacht durch eine relativ große Menge an gefangenem Stickstoff, auf der Strömungsaufwärtsseite in einer Offset-Richtung eines gewachsenen Kristalls. Ferner werden ein Stapelfehler und eine Basalebenen-Versetzung, die in einem Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich in einem Impfkristall vorhanden sind, durch ein gewachsenes Kristall in Übereinstimmung mit Wachstum und Ausströmung in Richtung der Strömungsabwärtsseite in einer Offset-Richtung übernommen, so dass die Dichten der Schraubenversetzung und der Basalebenen-Versetzung zunehmen. Dadurch neigt die Basalebenen-Versetzung durch ein existierendes c-Ebenen-Wachstumsverfahren dazu, sich selbst in einem Bereich abseits einer Facettenmarkierung zu krümmen, und deren Orientierung verschlechtert sich.
  • Im Gegensatz dazu ist es durch Verwenden eines weiter unten beschriebenen Verfahrens möglich, ein SiC-Einkristall mit wenigstens einem Orientierungsbereich zu gewinnen, der in einem Bereich existiert, in dem keine Facettenmarkierung vorhanden ist. Ein Bereich, in dem eine Facettenmarkierung existiert, entspricht einem Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich und ist daher immanent ungeeignet zur Herstellung einer Vorrichtung. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass in einem Bereich, in dem keine Facettenmarkierung existiert, ein Orientierungsbereich existiert.
  • Ferner ist es möglich, wenn ein SiC-Einkristall durch ein weiter unten beschriebenes Verfahren hergestellt wird und ein Offset-Substrat mit einer c-Ebenen-Facette an einem Ende für ein Impfkristall verwendet wird, ein SiC-Einkristall mit wenigstens einem Orientierungsbereich zu gewinnen, der sich in etwa in der Mitte des SiC-Einkristalls befindet. Hier bedeutet ”in etwa in der Mitte eines SiC-Einkristalls” in der Umgebung der Mitte der Oberfläche eines nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus dem SiC-Einkristall geschnittenen Wafers. Da eine Vorrichtung im Allgemeinen in einem Bereich gebildet wird, der ein Ende eines Wafers nicht enthält, ist es wünschenswert, dass sich ein Orientierungsbereich in etwa in der Mitte eines Einkristalls befindet.
  • Ferner ist es durch Verwenden eines weiter unten beschriebenen Verfahrens möglich, ein SiC-Einkristall mit einer Orientierungsintensität B, die mit zunehmendem Abstand von einer Facettenmarkierung größer wird, zu gewinnen.
  • ”Mit einer Orientierungsintensität B, die mit zunehmendem Abstand von einer Facettenmarkierung größer wird” bedeutet insbesondere, dass:
    • (1) ein SiC-Einkristall einen ersten Orientierungsbereich besitzt, dessen Abstand zu einer Facettenmarkierung L1 ist, und einen zweiten Bereich besitzt, dessen Abstand zu der Facettenmarkierung L2 (> L1) ist; und
    • (2) eine Orientierungsintensität B (= ein Mittelwert der drei A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse), die dem zweiten Orientierungsbereich entspricht, größer als die Orientierungsintensität B ist, die dem ersten Orientierungsbereich entspricht.
  • Ein ”Abstand (L1 oder L2) zwischen einer Facettenmarkierung und einem Orientierungsbereich” bedeutet einen Abstand zwischen der Mitte einer Facettenmarkierung, die auf der Oberfläche eines Wafers erscheint, und der Mitte eines Orientierungsbereichs, wenn der Wafer nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus einem SiC-Einkristall geschnitten wird. Ein Bereich, in dem eine Facettenmarkierung existiert, entspricht einem Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich und ist daher immanent ungeeignet zur Herstellung einer Vorrichtung. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass ein Orientierungsbereich in einem Bereich abseits einer Facettenmarkierung existiert. Ferner ist es möglich, die Orientierung und Linearität einer Basalebenen-Versetzung in einer der <11-20>-Richtungen zu verbessern, indem die <11-20>-Richtung in die Nähe der Offset-Richtung gebracht wird.
  • [1.2. Flächenverhältnis des Orientierungsbereichs]
  • Das ”Flächenverhältnis eines Orientierungsbereichs (%)” bedeutet die Proportion der Summe (S) der Flächen von Orientierungsbereichen zur Summe (S0) der Flächen von Messbereichen (= S × 100/S0), die in einem Wafer enthalten sind, der nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus einem SiC-Einkristall geschnitten ist.
  • Um einen Wafer nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus einem SiC-Einkristall zu schneiden und eine Hochleistungs-Halbleitervorrichtung mit hoher Ausbeute durch Verwenden des ausgeschnittenen Wafers herzustellen, ist es besser, wenn das Flächenverhältnis eines Orientierungsbereichs auf das höchstmögliche Maß erhöht wird.
  • Das Flächenverhältnis eines Orientierungsbereichs ist vorzugsweise 50% oder größer, besser vorzugsweise 70% oder größer und noch besser vorzugsweise 90% oder mehr.
  • Durch Verwenden eines weiter unten beschriebenen Verfahrens ist es möglich, ein SiC-Einkristall mit einem relativ großen Orientierungsbereich zu gewinnen. Ferner ist es durch Optimierung der Herstellungsbedingungen möglich, ein SiC-Einkristall zu gewinnen, das ein Flächenverhältnis eines Orientierungsbereichs von wenigstens einem Wafer von 50% oder größer erlaubt, wenn ein oder mehrere Wafer aus dem SiC-Einkristall geschnitten werden.
  • [1.3. Orientierungsintensität B]
  • Eine ”Orientierungsintensität B” bedeutet den Mittelwert aus drei A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnissen (i = 1 bis 3), die drei kristallografisch äquivalenten <1-100>-Richtungen entsprechen. Es zeigt sich, dass eine Basalebenen-Versetzung eine umso stärkere Linierarität und eine umso stärkere Orientierung in der <11-20>-Richtung besitzt, je höher Orientierungsintensität B ist.
  • Wenn ein weiter unten beschriebenes Verfahren verwendet wird, ist es durch Optimierung der Herstellungsbedingungen möglich, ein SiC-Einkristall zu gewinnen, das wenigstens einen Orientierungsbereich mit einer Orientierungsintensität B von 1.2 oder höher enthält.
  • Um einen Wafer in einer nahezu parallelen {0001}-Ebene aus einem SiC-Einkristall auszuschneiden und eine Hochleistungs-Halbleitervorrichtung mit hoher Ausbeute durch Verwenden des ausgeschnittenen Wafers herzustellen, ist es besser, wenn die Orientierungsintensität B eines Orientierungsbereich auf das höchstmögliche Maß erhöht wird. Eine Orientierungsintensität B ist vorzugsweise 1.3 oder höher, besser vorzugsweise 1.4 oder höher und noch besser 1.5 oder höher.
  • Ferner ist es besser, wenn das Flächenverhältnis eines Orientierungsbereichs mit einer solch hohen Orientierungsintensität B auf das höchstmögliche Maß erhöht wird.
  • [1.4. Stapelfehler]
  • ”Ohne Stapelfehler” bedeutet, dass ein planar projizierter, ebener Defektbereich in einem Röntgentopogramm, das einer {1-100}-Ebenen-Beugung entspricht, nicht enthalten ist.
  • Wenn ein SiC-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verwenden eines weiter unten beschriebenen Verfahrens hergestellt wird, bewegt sich ein Stapelfehler, der in einem Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich enthalten ist, kaum in Richtung der Strömungsabwärtsseite in der Offset-Richtung heraus, so dass eine Stapelfehlerdichte unmittelbar nach der Herstellung niedrig ist. Ferner bewegt sich gleichzeitig auch eine Basalebenen-Versetzung kaum heraus und die Umwandlung eines Randes eines Stapelfehlers in eine Schraubenversetzung tritt nicht auf, so dass eine Wechselwirkung zwischen Versetzungen kaum auftritt. Dadurch ist eine Basalebenen-Versetzung stark orientiert, d. h. eine Basalebenen-Versetzung verringert, und die Erzeugung eines durch die Auflösung der Basalebenen-Versetzung verursachter Stapelfehler wird verhindert.
  • [2. Beurteilungsverfahren eines Orientierungsbereichs]
  • Ein ”Orientierungsbereich” wird durch die folgenden Verfahrensweisen beurteilt.
  • [2.1. Verarbeitung einer Probe: Verfahrensweise (a)]
  • Zuerst wird ein Wafer mit der Oberfläche nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus einem SiC-Einkristall geschnitten.
  • In der vorliegenden Erfindung basiert die Verfahrensweise auf der Prämisse, dass eine allgemeine Verarbeitung einer Probe zur Abbildung einer Basalebenen-Versetzung ({0001}-Ebenenversetzung) durch Röntgentopografie durchgeführt wird. Insbesondere wird eine Verarbeitung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
  • Das heißt, ein Wafer mit einem Offset-Winkel von 10° oder kleiner wird durch Schneiden eines SiC-Einkristalls nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene ausgeschnitten. Ein Wafer mit einer zur Röntgentopografiemessung geeigneten Dicke wird durch Schleifen und Polieren und somit Abflachen der Waferoberfläche und anschließendem Entfernen einer Defektschicht auf der Oberfläche erzeugt. Zur Entfernung einer Defektschicht wird vorzugsweise eine CMP-Behandlung verwendet.
  • Wenn ein Wafer zu dünn ist, befindet sich ein Messbereich in der Dickenrichtung, so dass eine Durchschnittsversetzungsstruktur in einem Kristall nicht bewertet werden kann und der Messwert einer Orientierungsintensität dazu neigt zu variieren. Wenn hingegen ein Wafer zu dick ist, dringen Röntgenstrahlen kaum hindurch. Folglich beträgt die Dicke eines Wafers vorzugsweise 100 bis 1,000 μm, besser vorzugsweise 500 ± 200 μm und noch besser vorzugsweise 500 ± 100 μm.
  • [2.2. Röntgentopografie: Verfahrensweise (b)]
  • Sukzessive wird die Röntgentopografiemessung in Transmissionsanordnung des Wafers durchgeführt und werden die Röntgentopogramme, die drei kristallografisch äquivalenten {1-100}-Ebenen-Beugungen entsprechen, fotografiert.
  • In der vorliegenden Erfindung basiert die Verfahrensweise auf der Prämisse, dass die Messung unter gewöhnlichen Röntgentopografiemessbedingungen zur Erfassung eines Basalebenen-Versetzungsbildes durchgeführt wird. Insbesondere wird die Messung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
    Anordnung: Transmissionsanordnung (Lang-Verfahren, siehe 1), und
    Beugungsbedingungen und Messebene: {1-100}-Ebenen-Beugung wird verwendet.
    Dies ist eine Beugung, die hauptsächlich der Erfassung einer Versetzung dient, und ein Defekt mit einem Burgersvektor in einer {0001}-Ebenen-Richtung und ein {0001}-Ebenen-Stapelfehler kann ebenfalls erfasst werden. Ein identischer Bereich eines Kristalls wird durch die Kombination von drei kristallografisch äquivalenten Ebenen mit unterschiedlichen Winkeln gemessen. Die drei Ebenen sind eine (1-100)-Ebene, eine (-1010)-Ebene, und eine (01-10)-Ebene. Siehe 2A.
  • Ein Lang-Verfahren (Transmissionsanordnungstopografie) ist ein Mittel, um dazu in der Lage zu sein: eine Defektverteilung eines gesamten Wafers zu fotografieren und zur Qualitätsuntersuchung eines Wafer verwendet zu werden. Das Lang-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem eine große Synchrotronstrahlungseinrichtung verwendet wird, und ein Verfahren, bei dem ein kleiner Röntgenstrahl-Generator auf Laborebene verwendet wird. Die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Messung kann mit beiden Verfahren durchgeführt werden. Eine auf das letztgenannte Verfahren angewendete Technik ist hier erläutert.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, werden von einer Röntgenquelle 22 ausgesendete Röntgenstrahlen mit einem ersten Spalt 24 ausgerichtet und eingeengt und auf eine Probe 26 gerichtet. Die auftreffenden Röntgenstrahlen bestrahlen einen streifenförmigen Bereich der Probe 26. Wenn eine Orientierung in einer Probenebene und ein Einfallswinkel so eingestellt sind, dass Beugungsbedingungen einer Gitterebene eines Kristalls erfüllt sind, tritt Beugung in dem gesamten Bestrahlungsbereich auf.
  • Eine Röntgenröhre mit Mo als der Anode wird als die Röntgenquelle 22 verwendet, und die Beugungsbedingungen sind speziell auf die Wellenlänge Kα1 in den Kα-Strahlen charakteristischer Röntgenstrahlen abgestimmt. Ein zweiter Spalt 28 dient der Blockierung von primären Röntgenstrahlen, die durch die Probe 26 dringen, wodurch die Breite in geeigneter Weise verringert ist, um so nur die gebeugten Röntgenstrahlen hindurch zu lassen und das durch gestreute Röntgenstrahlen verursachte Rauschen zu verringern. Ein Film (oder eine Kernemulsionsplatte) 30 ist auf der Rückseite des zweiten Spalts 28 angeordnet, und ein Röntgenstrahldetektor 32 ist ferner auf dessen (deren) Rückseite angeordnet.
  • Mit dieser Anordnung kann durch Abtasten der Probe 26 parallel zu der Probenebene zusammen mit dem Film 30 ein Beugungsbild gewonnen werden, das sich über die gesamte Probe 26 erstreckt.
  • Eine so gewonnene Topografie wir als Quertopografie gezeichnet. Die Topografie wird manchmal auch als Projektionstopografie bezeichnet, da ein dreidimensionales Defektbild zweidimensional projiziert wird.
  • Als ein Verfahren zur Erfassung einer Versetzung mit einem Burgersvektor in einer {0001}-Ebenen-Richtung wird allgemein auch eine {11-20}-Ebenen-Beugung verwendet. Durch die {11-20}-Ebenen-Beugung kann jedoch kein Stapelfehler in einer {0001}-Ebene erfasst werden.
  • Ferner wird, während eine Versetzung mit Burgersvektoren der drei Hauptachsenrichtungen in einer {0001}-Ebene sogar in einer Messebene durch die {11-20}-Ebenen-Beugung erfasst werden kann, wird nur eine Versetzung mit Burgersvektoren von zwei Hauptachsenrichtungen in den drei Hauptachsenrichtungen in einer Messebene durch {1-100}-Ebenen-Beugung erfasst.
  • In der vorliegenden Erfindung wird daher eine {1-100}-Ebenen-Beugung, die dazu geeignet ist, auch einen Stapelfehler zu erfassen, verwendet, und die Messung bei drei kristallografisch äquivalente Kristallebenen mit unterschiedlichen Winkeln durchgeführt.
  • [2.3. Digitalisierung und Bildverarbeitung eines Topografiebildes: Verfahrensweise (c)]
  • Sukzessive wird jedes der drei Röntgentopogramme in ein digitales Bild umgewandelt, das durch Quantifizierung der Helligkeit jedes Punktes in dem Bild gewonnen wird, und jedes der drei digitalen Bilder wird in einen Messbereich mit einer Größe von 10 ± 0.1 mm unterteilt.
  • In der vorliegenden Erfindung basiert die Verfahrensweise auf der Prämisse, dass eine allgemeine Bildverarbeitung zur Durchführung Bildanalyse durchgeführt wird. Insbesondere werden eine Digitalisierung und Bildverarbeitung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
    • (1) Ein auf einem Film oder einer Nuklearemulsionsplatte gewonnenes Topografiebild wird mit einem Abtaster oder dergleichen digitalisiert. Die Abtastbedingungen bei der Digitalisierung sind nachstehend gezeigt: Auflösung: 512 Pixel/cm oder mehr in der aktuellen Größe eines Films, und Modus: Graustufe.
    • (2) Ein digitalisiertes Topografiebild (Digitalbild) ist in einen quadratischen Messbereich mit jeweils einer Seitenlänge L von 10 ± 0.1 mm unterteilt. Wenn ein Wafer relativ groß ist, wird die Waferoberfläche in Quadrate unterteilt und mehrere Messbereiche werden genommen. Allgemein ist, wenn ein Messbereich zu klein ist, die Messung örtlich begrenzt und das Ergebnis, das einer durchschnittlichen Struktur einer Versetzung in einem Kristall entspricht, wird nicht gewonnen. Im Gegensatz dazu ist, wenn ein Messbereich zu groß ist, ein Basalebenen-Versetzungsbild zu dünn und undeutlich und es ist schwierig, eine Orientierung zu prüfen.
    • (3) Die Graustufe eines digitalen Bildes wird so eingestellt, dass es möglich ist, ein klares Basalebenen-Versetzungsbild zu gewinnen. Insbesondere wird der Teil einer Basalebenen-Versetzung auf am dunkelsten (schwarz) eingestellt, und ein anderer Teil als die Versetzung wird auf am hellsten (weiß) eingestellt.
    • (4) Die Anzahl von Pixeln auf einer Seite wird auf 512 Pixel eingestellt. Wenn die Anzahl von Pixeln zu klein ist, wird kein klares Basalebenen-Versetzungsbild gewonnen. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Anzahl von Pixeln zu groß ist, die Fouriertransformation langsam.
  • [2.4. Bildanalyse: Verfahrensweise (d)]
  • Sukzessive wird eine zweidimensionale Fouriertransformation auf jedes der drei digitalen Bilder in dem Messbereich angewendet, der einem identischen Bereich auf einem Wafer entspricht, und es wird ein Leistungsspektrum (Spektrum der Amplitude A eines Fourierkoeffizienten) gewonnen.
  • Das Prinzip der Bildanalyse durch zweidimensionale Fouriertransformation wird ausführlich in der nachfolgend beispielhaft aufgeführten Literatur beschrieben;
    • (1) Toshiharu Enomae, ”Novel techniques for analyzing physical properties of paper using image processing”, Kami Parupu Gijutsu Times (Pulp and Paper Technology Times), 48 (11), 1–5 (2005) (Reference Literature 1),
    • (2) Enomae, T., Han, Y.-H. and Isogai, A., ”Fiber Orientierung distribution of paper surface calculated by image analysis”, Proceedings of International Papermaking and Environment Conference, Tianjin, P. R. China (May 12–14), Book 2, 355–368 (2004) (Reference Literature 2),
    • (3) Enomae, T., Han, Y.-H. and Isogai, A., ”Nondestructive determination of fiber orientation distribution of fiber surface by image analysis”, Nordic Pulp Research Journal 21(2): 253–259 (2006) (Reference Literature 3),
    • (4) http://psl.fp.a.u-tokyo.ac.jp/hp/enomae/FiberOri/ (as of April, 2011) (Reference URL 1).
  • [2.5. Berechnung des A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisses: Verfahrensweisen (e) bis (g)]
  • Sukzessive wird jedes der drei Leistungsspektren in eine Funktion in Polarkoordinaten umgewandelt und eine Funktion Aave.(θ) der Winkel-(Richtungs-)Abhängigkeit einer mittleren Amplitude A wird gewonnen (0° ≤ θ ≤ 180°) (Verfahrensweise (e)). Bei der Umwandlung in eine Funktion in Polarkoordinaten wird die folgende Verarbeitung durchgeführt. In einem Leistungsspektrum wird eine mittlere Amplitude A bei einem Winkel θ gegen den Uhrzeigersinn von 0° der x-Achsenrichtung berechnet. Das heißt, θ wird in einem Bereich von 0° bis 180° gleichmäßig geteilt, und der Mittelwert der Amplituden der Fourierkoeffizienten von der Mitte bis zum Ende des Leistungsspektrums wird bei jedem Winkel gewonnen.
  • Sukzessive wird ein Integrationswert A'ave.(θ) der drei Aave.(θ) in einem Diagramm (x-Achse: θ, y-Achse: A'ave.) gewonnen, und das Verhältnis eines Spitzenwerts A'ave.(θi) zu einem Rauschen B.G.(θi) (= A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis) wird bei jedem der drei θi (i = 1 bis 3), die den drei <1-100>-Richtungen entsprechen, berechnet (Verfahrensweise (f)). Wenn alle der drei so gewonnenen A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse 1.1 oder größer sind, wird der Bereich des Wafers, der den drei Messbereichen entspricht, als ein ”Orientierungsbereich” beurteilt (Verfahrensweise (g)).
  • 3A zeigt ein Beispiel eines digitalisierten Röntgentopogramms (Basalebenen-Versetzungsbildes). Ein Leistungsspektrum wird durch zweidimensionale Fouriertransformation des digitalen Bildes gewonnen (3B). Das Leistungsspektrum wird in eine Funktion in Polarkoordinaten umgewandelt, ein Mittelwert der Amplituden wird bei einem Winkel (Periodizitätsrichtung) gewonnen, und eine Funktion Aave.(θ) der Winkel-(Richtungs-)Abhängigkeit der mittleren Amplitude wird gewonnen (3C). Die Verarbeitung wird bei jedem der unter den drei Beugungsbedingungen gewonnenen Basalebenen-Versetzungsbilder durchgeführt, und die Funktionen Aave.(θ) der Winkelabhängigkeit der drei gewonnenen mittleren Amplituden wird integriert.
  • In dem Diagramm eines Integrationswerts A'ave.(θ) wird das Verhältnis eines Spitzenwerts A'ave.(θi) zu einem Rauschen B.G.(θi) (= A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis) für jeden der drei θi's (i = 1 bis 3), die den <1-100>-Richtungen entsprechen, berechnet.
  • Ein ”Rauschen B.G.(θi)” bedeutet den Abstand von der x-Achse zu einer Rauschlinie an der Position von θi. Eine ”Rauschlinie” bedeutet eine Tangente, die das untere Ende der Kurve des Integrationswerts A'ave.(θ) in der Umgebung von θi berührt (siehe 11).
  • Wenn an jedem der drei θi (i = 1 to 3), die den <1-100>-Richtungen entsprechen, ein deutlicher Peak gezeigt ist, wird durch geeignete Bildverarbeitung der Bereich auf dem Wafer, der den Messbereichen entspricht, als ein ”Orientierungsbereich” beurteilt.
  • Ein ”deutlicher Peak” bedeutet, dass ein A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis (i = 1 bis 3) 1.1 oder größer ist.
  • Bei der Fouriertransformation erscheint ein Peak in einer Richtung senkrecht zu einer tatsächlichen Orientierungsrichtung. In einer Kristallstruktur eines hexagonalen Systems wie etwa SiC ist die Richtung senkrecht zu der <11-20>-Richtung die <1-100>-Richtung (2B). Das heißt, dass ein Peak in der <1-100>-Richtung durch Fouriertransformation bedeutet, dass eine Basalebenen-Versetzung zu der <11-20>-Richtung orientiert ist. Ferner, dass eine Orientierungsintensität B (= Mittelwert der drei A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse) groß ist, bedeutet, dass die Orientierung einer Basalebenen-Versetzung zu der <11-20>-Richtung stark ist.
  • [2.6. Ausführliche Erläuterung der zweidimensionalen Fouriertransformation]
  • Eine Welle such wie etwa eine Schallwelle, eine elektromagnetische Welle oder eine seismische Welle kann durch die Kombination von Winkelfunktionen (sin, cos) unterschiedlicher Beträge (Amplituden), Frequenzen und Phasen ausgedrückt werden. Ebenso kann, wie es in den 4A bis 4K gezeigt ist, das in 4A gezeigte Bild auch durch die Überlagerung der Winkelfunktionen (4B bis 4K) mit einer Periodizität in verschiedene Richtungen und verschiedenen Frequenzen ausgedrückt werden.
  • Die Fouriertransformation einer Schallwelle oder dergleichen bedeutet, einen Fourierkoeffizienten zu finden, der die Information der Phase und der Amplitude einer Winkelfunktion mit einer bestimmten Frequenz enthält. Entsprechend bedeutet die Fouriertransformation eines Bildes, wenn das Bild in eine Funktion der Helligkeit in zweidimensionalen Koordinaten umgewandelt wird, das Finden
    • (a) der Periodizität in einer bestimmten Richtung in den zweidimensionalen Koordinaten, und
    • (b) eines Fourierkoeffizienten, der die Information der Phase und der Amplitude einer Winkelfunktion mit einer bestimmten Frequenz enthält.
  • Die Fouriertransformierte F(kx, ky) eines Bildes f(x, y) mit einer Größe von N × N Pixeln wird durch die folgenden Gleichung (1) dargestellt. Hier ist f die Helligkeit bei einer Koordinate (x, y) und kann durch Repräsentation eines digitalen Bildes durch eine Bitmap und Entnehmen der Information der Helligkeit an jedem Punkt aus den Bilddaten gewonnen werden. k ist eine Frequenz. [Numerische Gleichung 1]
    Figure DE112012002126T5_0002
  • Ein durch den Ausdruck (1) berechneter Fourierkoeffizient F(kx, ky) ist im Allgemeinen eine komplexe Zahl und wird als Punkt F(kx, ky) = a + ib in einer komplexen Ebene repräsentiert. In einer komplexen Ebene ist ein zwischen einer Linie, die einen Ursprung mit a + ib verbindet, und der realen Achse gebildeter Winkel die Phase der trigonometrischen Funktion der Frequenz mit einer Periode von der Mitte eines Bildes zu der Richtung einer Koordinate (x, y). √(a2 + b2), der der Abstand vom Ursprung zu a + ib ist, repräsentiert die Amplitude A der Welle der trigonometrischen Funktion.
  • Ein Leistungsspektrum (5A) (Spektrum der Amplitude A eines Fourierkoeffizienten) bedeutet ein Spektrum, das durch Plotten einer Amplitude A = √(a2 + b2) nach Beseitigen der Phaseninformation auf einer Karte gewonnen wird, die die Höhe einer Frequenz und die Richtung der Periodizität repräsentiert. In einem Leistungsspektrum zeigt eine Koordinate näher bei der Mitte eine grobere Periodizität mit großer Wellenlänge. Ferner bedeutet ein Peak in einem umgebenden Teil nahe einer Seite die Existenz einer feinen Periodizität mit einer kurzen Wellenlänge. Der durch Teilen der Länge einer Seite eines Bildes durch einen Abstand bezüglich einer Mitte gewonnene Quotient repräsentiert die Wellenlänge der Periodizität. Ferner bedeutet die Richtung vom Ursprung zu einer Koordinate die Richtung, in der die Periodizität wiederholt wird. Die Helligkeit jeder Koordinate repräsentiert die Amplitude der Welle der trigonometrischen Funktion.
  • Wenn zum Beispiel eine zweidimensionale Fouriertransformation auf ein Bild regelmäßig angeordneter Partikel oder dergleichen angewendet und ein Leistungsspektrum gewonnen wird, erscheint ein deutlicher Punkt und der Beitrag einer bestimmten Frequenz in einer bestimmten Periodizität kann in bemerkenswerter Weise erfasst werden. Ferner kann eine zweidimensionale Fouriertransformation nicht nur auf ein regelmäßiges Bild angewendet werden, sondern auch auf die Untersuchung der Orientierung einer Faser. Ferner kann sie auf die Untersuchung der Richtung und der Intensität bei der Orientierung nicht nur einer Faser, sondern auch aller Bilder angewendet werden, die die Beobachtung der Richtung und der Bewegung erlauben (Referenzliteratur 1 bis 3). In einem solchen Leistungsspektrum wird kein deutlicher Punkt in einem Abstand von einer Mitte, sondern eine verschwommene Intensitätsverteilung, die anisotrop und ungleichmäßig von der Mitte des Spektrums verteilt ist, beobachtet. Wenn die Orientierung einer Faser in einem Bild schwach ist, wird ein isotropes Leistungsspektrum gewonnen. Im Gegensatz dazu erscheint in einem Leistungsspektrum, wenn die uniaxiale Orientierung stark ist, eine Ellipse oder ein Peak, die bzw. der sich in einer Richtung senkrecht zu einer Orientierungsrichtung stark abflacht.
  • Hier wird eine Amplitude A eines Leistungsspektrums bei jeder Koordinate durch eine Funktion A(θ, r) in Polarkoordinaten repräsentiert (3B). Hier ist θ ein Winkel, der durch eine Linie, die die Mitte eines Spektrums mit der Koordinate davon verbindet, und eine Linie in der horizontalen Richtung gebildet wird. Ferner repräsentiert r einen Abstand von der Mitte des Spektrums zu der Koordinate davon.
  • Bezüglich eines gegebenen Winkels θ, werden die A(θ, r) für alle Abstände r gemittelt und wird die θ-Abhängigkeit Aave.(θ) der mittleren Amplitude gewonnen. Dabei befindet sich θ im Bereich von 0° bis 180°, da 180° bis 360° äquivalent zu 0° bis 180° ist. Insbesondere wird nach der zweidimensionalen Fouriertransformation der Winkel von 0° bis 180° gleichmäßig unterteilt, die Amplitude A (rcosθ, rsinθ) eines Fourierkoeffizienten bei einen Abstand r bezüglich jedes Winkels θ gewonnen, und ein Mittelwert Aave.(θ) bezüglich r gewonnen. Dies wird durch Gleichung (2) ausgedrückt. [Numerische Gleichung 2]
    Figure DE112012002126T5_0003
  • Wie es oben beschrieben ist, erreicht Aave.(θ) einen Maximalwert oder zeigt einen steilen Peak bei einem bestimmten θ und ist das θ, bei dem ein solcher Maximalwert oder ein solcher steiler Peak erscheint, ein θ in einer Richtung senkrecht zu der Orientierungsrichtung in einem Bild vor Fouriertransformation, wenn eine stark abgeflachte Ellipse oder ein Peak in ein Leistungsspektrum erscheint.
  • Als ein Verfahren zur Gewinnung der Intensität der Orientierung existiert auch ein Verfahren, bei dem Aave.(θ) als eine Kurve in Polarkoordinaten gezogen wird, die eine Kurve durch eine Ellipse approximiert, und ein lange Achse/kurze Achse-Verhältnis gewonnen wird (Referenzliteratur 1 to 3). Bei der Fouriertransformation eines in der vorliegenden Erfindung gewonnenen Basalebenen-Versetzungsbildes zeigt jedoch Aave.(θ) einen relativ steilen Maximalwert und ist keine uniaxiale Orientierung, so dass eine Ellipsenapproximation, die im Fall einer gewöhnlichen Faserorientierung anwendbar ist, nicht angewendet werden kann.
  • In der vorliegenden Erfindung wird daher bezüglich Aave.(θ), gewonnen durch zweidimensionale Fouriertransformation, die Orientierung einer Basalebenen-Versetzung durch die nachfolgend gezeigten spezifischen Verfahrensweisen bewertet:
    • (1) bezüglich dreier kristallografisch äquivalenter{1-100}-Ebenen mit unterschiedlichen Winkeln in einer {0001}-Ebene wird eine Röntgentopografie durch {1-100}-Ebenen-Beugung angewendet und werden drei Röntgentopogramme einer Basalebenen-Versetzung gewonnen. Von den Röntgentopogrammen werden drei Aave.(θ), die der {1-100}-Ebenen-Beugung entsprechen, gewonnen,
    • (2) der Integrationswert A'ave.(θ) der drei Aave.(θ), die durch Fouriertransformation gewonnen wird, wird gewonnen, und
    • (3) wenn der Integrationswert A'ave.(θ) grafisch dargestellt wird, wird in dem Fall, in dem der A'ave.(θ) einen deutlichen Peak bei jedem der drei θ' zeigt, die der <1-100>-Richtung entsprechen, beurteilt, dass die Basalebenen-Versetzung in die <11-20>-Richtung orientiert ist.
  • [2.7. Verwendete Software zur zweidimensionalen Fouriertransformation]
  • In der vorliegenden Erfindung wird die von den Autoren der Referenzliteratur 1 bis 3 entwickelte Fiber Orientation Analysis Version 8.13 verwendet, um die Fouriertransformation auf ein Basalebenen-Versetzungsbild anzuwenden. Die Fouriertransformationssoftware führt die Behandlung der Entnahme von Informationen zur Helligkeit jedes Punktes aus den Bilddaten, die Anwendung der Fouriertransformation und die Gewinnung eines Leistungsspektrums und Aave.(θ) durch. Ausführliche Verfahrensweisen sind in der Referenzliteratur 1 bis 3 und der Referenz URL 1 beschrieben. Um die Fouriertransformation mit der Software auf ein Bild anzuwenden, wird das Bild zuvor in eine Bitmap umgewandelt, um die numerische Information der Helligkeit zu entnehmen. Um die schnelle Fouriertransformation anzuwenden, wird die Pixelzahl auf einer Seite eines Bildes zuvor so eingestellt, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches von vier ist.
  • Fouriertransformation wird einmalig entschieden, so dass jede Software verwendet werden kann, so lange die Software die gleiche Verarbeitung ausführen kann. Das spezifische Merkmal der vorliegenden Software, die zur Bewertung der Orientierung entwickelt wurde, ist jedoch dazu geeignet, Aave.(θ) zu gewinnen. Wenn mit einer anderen Software Aave.(θ) nicht automatisch gewonnen werden kann, ist es notwendig, ein Leistungsspektrum zu verwenden, das durch Abbilden der Helligkeit auf (x, y)-Koordinaten gewonnen werden kann, und die gleiche Berechnung in Übereinstimmung mit der Gleichung (2) durchzuführen.
  • [3. Herstellungsverfahren des SiC-Einkristalls]
  • Ein SiC-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden und kann zum Beispiel unter Verwendung eines SiC-Impfkristalls, das die folgenden Bedingungen erfüllt, und Wachsen eines neuen Kristalls auf der Oberfläche des SiC-Impfkristalls hergestellt werden:
    • (1) das SiC-Impfkristall besitzt eine Hauptwachstumsebene, die mehrere Sub-Wachstumsebenen umfasst,
    • (2) eine Richtung (Hauptrichtung) mit den mehreren Sub-Wachstumsebenen existiert in einer beliebigen Richtung von einem obersten Teil einer {0001}-Ebene, der in der Hauptwachstumsebene des SiC-Impfkristalls existiert, in Richtung des äußeren Umfangs der Hauptwachstumsebene, und
    • (3) wenn die Sub-Wachstumsebenen, die von der Seite des obersten Teils der {0001}-Ebene in Richtung des äußeren Umfangs entlang der Hauptrichtung existieren, als eine erste Sub-Wachstumsebene, eine zweite Sub-Wachstumsebene, -----, und eine n-te Sub-Wachstumsebene (n ≥ 2) in Folge definiert sind, existiert die Beziehung θk < θk+1 zwischen der Offset-Winkel θk der k-ten Sub-Wachstumsebene (1 ≤ k ≤ n – 1) und dem Offset-Winkel θk+1 der (k + 1)-ten Sub-Wachstumsebene.
  • Hier bedeutet eine ”Hauptwachstumsebene” eine Ebene, die einen Teil exponierter Ebenen eines SiC-Impfkristalls bildet und eine Komponente einer Ofenmittenachse/Rohmaterial-Richtung in ihrem Normalenvektor 'a' besitzt. Eine ”Ofenmittenachse/Rohmaterial-Richtung” in einem Sublimationswiederausfällungsverfahren ist eine Richtung von einem SiC-Impfkristall zu einem Rohmaterial und eine Richtung parallel zur Mittenachse eines Ofens. Mit anderen Worten, eine ”Ofenmittenachse/Rohmaterial-Richtung” repräsentiert eine Makrowachstumsrichtung eines SiC-Einkristalls und bedeutet allgemein eine Richtung senkrecht zur Bodenebene eines SiC-Impfkristalls oder einer Oberfläche eines Impfkristallsockels, um das SiC-Impfkristall zu befestigen.
  • Eine ”Sub-Wachstumsebene” bedeutet eine einzelne Ebene, die eine Hauptwachstumsebene bildet. Eine Sub-Wachstumsebene kann entweder eine flache Ebene oder eine gekrümmte Ebene sein.
  • Ein ”Offset-Winkel θ” bedeutet ein Winkel, der durch einen Normalenvektor 'a' einer Sub-Wachstumsebene und einen Normalenvektor 'p' einer {0001}-Ebene eines SiC-Impfkristalls gebildet ist.
  • Ein ”{0001}-Ebenen-Neigungswinkel β” bedeutet ein Winkel, der durch einen Vektor 'q' einer Ofenmittenachse/Rohmaterial-Richtung und einen Normalenvektor 'p' einer {0001}-Ebene eines SiC-Impfkristalls gebildet ist.
  • Eine ”Sub-Wachstumsebene” Neigungswinkel α” bedeutet ein Winkel, der durch einen Vektor 'q' einer Ofenmittenachse/Rohmaterial-Richtung und einen Normalenvektor 'a' einer Sub-Wachstumsebene gebildet wird.
  • Eine ”Strömungsabwärtsseite in der Offset-Richtung” bedeutet eine Seite in einer der Richtung der Spitze eines Vektor 'b', der durch Projektion eines Normalenvektor 'p' einer {0001}-Ebene auf eine Sub-Wachstumsebene gebildet wird, entgegengesetzten Richtung.
  • 6A zeigt ein Beispiel einer Schnittansicht eines SiC-Impfkristalls, das die oben genannten Bedingungen erfüllt. 6B zeigt eine Schnittansicht eines SiC-Einkristalls, das durch Verwenden des SiC-Impfkristalls 12b hergestellt ist.
  • In 6A besitzt das SiC-Impfkristall 12b einen rechteckigen Querschnitt und zwei Neigungsebenen X2X3 und X3X4 mit unterschiedlichen Neigungswinkeln an der oberen linken Ecke. Ferner ist in dem SiC-Impfkristall 12b der {0001}-Ebenen-Neigungswinkel β > 0 und das SiC-Impfkristall 12b ein so genanntes Offset-Substrat.
  • Der oberste Teil der {0001}-Ebene ist der Punkt X3. Für den Sub-Wachstumsebenen-Neigungswinkel α1 der X3X4-Ebene gilt die Beziehung α1 ≤ β. Ferner ist der Sub-Wachstumsebenen-Neigungswinkel α2 der X4X5-Ebene Null. Der Punkt X5 ist ein Punkt mit dem größten Abstand von dem Punkt X3 und ist ferner der unterste Teil der {0001}-Ebene des äußeren Umfangs der Hauptwachstumsebene.
  • Die Normalenvektoren der X1X2-Ebene bzw. der X5X6-Ebene sind jeweils senkrecht zum Vektor 'q'. Ferner ist die X1X6-Ebene eine Ebene, die an einem Ofen oder einem Impfkristallsockel (nicht in der Figur gezeigt) anliegt. Folglich enthält die Hauptwachstumsebene die X2X3-Ebene, die X3X4-Ebene und die X4X5-Ebene. Ferner ist die Richtung von dem Punkt X3 des obersten Teils der {0001}-Ebene zu dem Punkt X5 am äußeren Umfang der Hauptwachstumsebene eine Richtung (Hauptrichtung) mit mehrere Sub-Wachstumsebenen. In den Sub-Wachstumsebenen, die entlang der Hauptrichtung existieren, ist die Sub-Wachstumsebene, die den obersten Teil der {0001}-Ebene enthält, die X3X4-Ebene und die Ebene ist die erste Sub-Wachstumsebene. Die zweite Sub-Wachstumsebene ist die X4X5-Ebene und genügt der Beziehung θ1 < θ2.
  • Das SiC-Impfkristall 12b enthält fast keine Schraubenversetzung. Ein SiC-Einkristall, das keine Schraubenversetzung enthält, wie es zum Beispiel in der Patentliteratur 1 beschrieben ist, wird durch Aufwachsen auf einem Impfkristall mit einer Wachstumsebene nahezu senkrecht zu einer {0001}-Ebene gewonnen. Folglich wird auf den Oberflächen der X2X3-Ebene und der X3X4-Ebene ein Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich (dargestellt durch die dicke Linie in 6A) gebildet.
  • Der Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich wird durch die folgenden Verfahren gebildet:
    • (1) ein Verfahren zur wenigstens einmaligen Durchführung eines a-Ebenen-Wachstums unter Verwendung eines SiC-Impfkristalls, das eine Schraubenversetzung enthält, und zur anschließenden Exponierung einer Ebene nahezu senkrecht zu einer c-Achse als einer Wachstumsebene, so dass ein Bereich, der die Schraubenversetzung enthält, auf der Wachstumsebene bleiben kann (Schraubenversetzungsbeibehaltungsverfahren),
    • (2) ein Verfahren zum Ausschneiden eines SiC-Impfkristalls, das eine Ebene als eine Wachstumsebene exponiert, die einen Winkel von 8° gegenüber einer c-Ebene bildet, und Bilden einer Schleifebene, die sich in einem Winkel von 10° bis 20° gegenüber der Wachstumsebene am Ende der Wachstumsebene in die Offset-Richtung neigt (Schleifverfahren),
    • (3) ein Verfahren zum Anordnen eines SiC-Impfkristalls mit einer relativ hohen Schraubenversetzungsdichte (Impfkristall mit hoher Versetzungsdichte) und eines SiC-Impfkristalls mit einer relativ niedrigen Schraubenversetzungsdichte (Impfkristall mit niedriger Versetzungsdichte) so, dass die Wachstumsebenen dieser Impfkristalle in einer identischen Ebene angeordnet werden können (Bondingverfahren), und
    • (4) ein Verfahren zur Bildung eines Rückziehteils (eine geneigte Ebene, eine Stufe, eine gekrümmte Fläche, eine kegelförmige Vertiefung, eine keilförmige Kerbe, etc.) zur Bildung einer Schraubenversetzung bei einem Teil der Wachstumsebene eines Impfkristalls und zum vorübergehenden Wachstum eines SiC-Einkristalls bei dem Rückziehteil (Verfahren des vorübergehenden Wachstums) (vergleiche die japanischen Patente Nr. 3764462 und JP-A Nr. 2010-235390 ).
  • Wie es in 6A gezeigt ist, ist es durch teilweises Ändern des Offset-Winkels einer Hauptwachstumsebene eines SiC-Impfkristalls 12b und Wachsen ein SiC-Einkristalls, indem diese verwendet wird, möglich, das Auswandern einer Schraubenversetzung oder einer Basalebenenrandversetzung zu verhindern und eine Schraubenversetzungsdichtenverteilung in einem gewachsenen Kristall zu steuern.
  • Das heißt, wenn der Offset-Winkel θ1 einer ersten Sub-Wachstumsebene (X3X4-Ebene) relativ verkleinert wird, wird eine auf der ersten Sub-Wachstumsebene oder in der Umgebung von ihr in einem Impfkristall exponierte Schraubenversetzung nahezu gefolgt von einem gewachsenen Kristall. Dadurch ist es möglich, sicher eine Schraubenversetzung in einer c-Ebenen-Facette zu liefern, die auf der ersten Sub-Wachstumsebene oder in der Umgebung davon existiert, wodurch verhindert werden kann, dass ein heterogener Polytyp und ein unterschiedlich orientiertes Kristall in dem gewachsenen Kristall erzeugt werden. Durch weitere Verkleinerung des Offset-Winkels θ1 ist es möglich, fast vollständig zu verhindern, dass eine Schraubenversetzung und eine Basalebenenrandversetzung zur Strömungsabwärtsseite in der Offset-Richtung in dem gewachsenen Kristall auswandert.
  • Im Gegensatz dazu verringert sich, wenn sich der Offset-Winkel θ2 einer zweiten Sub-Wachstumsebene (X4X5-Ebene) relativ vergrößert, die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Schraubenversetzung in einem Impfkristall, die auf der zweiten Sub-Wachstumsebene exponiert ist, von einem gewachsenen Kristall wie es vorliegt verringert, und es ist wahrscheinlich, dass sich die Schraubenversetzung in eine Basalebenenrandversetzung umwandelt. Eine Basalebenenrandversetzung besitzt die Eigenschaft, dass es wahrscheinlich ist, dass sie in Richtung der Strömungsabwärtsseite (Punkt-X5-Seite) in der Offset-Richtung wandert. Dadurch ist es möglich, die Schraubenversetzungsdichte in dem gewachsenen Kristall auf der zweiten Sub-Wachstumsebene zu verringern. Ferner ist es wahrscheinlich, dass die Erzeugung einer neuen Schraubenversetzung verhindert wird.
  • In einem SiC-Impfkristall 12b werden ferner geneigte Ebenen X2X3 und X3X4 so gebildet, dass ein oberster Teil X3 einer {0001}-Ebene innerhalb einer Hauptwachstumsebene gebildet werden kann. Wenn ein Kristall durch Wachsen gebildet wird, indem man er hierfür verwendet, wie es in 6B gezeigt ist, ist es selbst dann, wenn sich ein gewachsenes Kristall in einer radialen Richtung ausdehnt, nicht wahrscheinlich, dass eine c-Ebenen-Facette von einem Bereich mit hoher Schraubenversetzungsdichte abweicht. Dadurch ist es möglich, die Erzeugung eines durch die vorübergehende Verringerung einer Schraubenversetzungsdichte verursachten heterogenen Polytyps zu verhindern.
  • Ferner ist es wahrscheinlich, dass, wenn ein SiC-Impfkristall 12b einer solchen Form aus einem Einkristall geschnitten wird, das unter Verwendung einer Ebene als einer Wachstumsebene gebildet ist, die nahezu senkrecht zu einer c-Ebene ist und ein SiC-Einkristall unter deren Verwendung durch Wachsen gebildet wird, eine Basalebenen-Versetzung, die in einem gewachsenes Kristall verbleibt, in die <11-20>-Richtung orientiert ist. Ferner ist es möglich ein SiC-Einkristall, das einen Bereich enthält, der nur wenige Stapelfehler enthält, zu gewinnen. Dies liegt vermutlich daran, dass eine Versetzung, die zum Ursprung einer Basalebenen-Versetzung wird, und eine Schraubenversetzung, die sich in einen Stapelfehler umwandelt, in dem Impfkristall selbst nur in geringer Anzahl vorkommen, eine Schraubenversetzung kaum von einem Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich auswandert, der am Ende eines Impfkristall gebildet ist, und die Verschlingung einer Basalebenen-Versetzung mit einer Schraubenversetzung nicht auftritt.
  • [4. SiC-Wafer]
  • Ein SiC-Wafer gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Wafer, der nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus einem SiC-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung geschnitten ist.
  • Die Oberfläche eines Wafers ist nicht notwendigerweise vollständig parallel zu einer {0001}-Ebene, sondern kann gegenüber einer {0001}-Ebene ein wenig geneigt sein. Der erlaubte Neigungsgrad (Offset-Winkel) variiert in Übereinstimmung mit der Verwendung eines Wafers, beträgt aber normalerweise etwa 0° bis 10°.
  • Ein gewonnener Wafer wird so wie er ist für verschiedene Anwendungen verwendet oder in dem Zustand der Bildung einer dünnen Schicht auf einer Oberfläche. Wenn eine Halbleitervorrichtung zum Beispiel unter Verwendung eines Wafers hergestellt wird, wird eine epitaktische Schicht auf einer Waferoberfläche gebildet. Als epitaktische wird insbesondere SiC, Nitrid wie etwa GaN oder dergleichen verwendet.
  • [5. Halbleitervorrichtung]
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung die unter Verwendung eines SiC-Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Als eine Halbleitervorrichtung gibt es insbesondere:
    • (a) eine LED, oder
    • (b) eine Diode oder einen Transistor für eine Leistungsvorrichtung.
  • [6. Effekt des SiC-Einkristalls, des SiC-Wafers und der Halbleitervorrichtung]
  • Wenn ein SiC-Einkristall durch Aufwachsen auf einer c-Ebene gebildet wird, indem ein Impfkristall verwendet wird, bei dem der Offset-Winkel einer Oberfläche bestimmte Bedingungen erfüllt, ist es möglich, das SiC-Einkristall mit einer stark linearen Basalebenen-Versetzung zu gewinnen, die stark in eine stabile <11-20>-Richtung orientiert ist.
  • Wenn ein Wafer nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus einem solchen SiC-Einkristall geschnitten wird, verringert sich relativ die Anzahl der Basalebenen-Versetzungen, die auf einer Waferoberfläche exponiert sind. Dadurch verringert sich selbst dann, wenn ein SiC-Einkristall unter Verwendung eines solchen Wafers als ein Impfkristall durch Aufwachsen gebildet wird oder eine epitaktische Schicht auf einer Waferoberfläche gebildet wird, die Anzahl der Versetzungen, auf die das gewachsene Kristall oder die epitaktische Schicht folgt, ebenfalls.
  • Ferner ist es möglich, wenn ein Halbleitervorrichtung durch Verwenden eines solchen SiC-Einkristall hergestellt wird, die Erzeugung eines Stapelfehlers, der durch die Auflösung einer Basalebenen-Versetzung während der Verwendung verursacht ist, und die Verschlechterung der Vorrichtungseigenschaften, verursacht durch die Erzeugung des Stapelfehlers, zu verhindern.
  • [Beispiele]
  • (Beispiel 1)
  • [1. Probenherstellung]
  • Ein Schritt zum Bilden eines SiC-Einkristalls durch Wachsen auf einer Wachstumsebene nahezu senkrecht zu einer c-Ebene, ein Schritt zum Entnehmen eines Impfkristalls mit einer Wachstumsebene nahezu senkrecht zu sowohl der letzten Wachstumsebene als auch der c-Ebene aus dem gewonnenen SiC-Einkristall, und ein Schritt zum erneuten Bilden eines SiC-Einkristalls durch Verwenden des Impfkristalls wurden wiederholt. Ein c-Ebene-Offset-Substrat wurde aus dem gewonnenen SiC-Einkristall entnommen und zu der in 6A gezeigten Form verarbeitet. Ein Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich wurde auf der X2X3-Ebene und der X3X4-Ebene auf der Wachstumsebene gebildet. Durch dessen Verwendung wurde ein SiC-Einkristall durch ein Sublimationswiederausfällungsverfahren hergestellt. Das gewonnene Einkristall wurde nahezu parallel (Offset-Winkel: 8°) zu einer {0001}-Ebene geschnitten und die Oberfläche wurde einer Abflachungsbehandlung und einer Behandlung zur Entfernung einer Defektschicht unterzogen, wodurch ein Wafer mit einer Dicke von 500 μm gewonnen wurde. Die Defektschicht wurde durch eine CMP-Behandlung entfernt.
  • [2. Testverfahren]
  • [2.1. Röntgentopografiemessung]
  • Bezüglich der drei Ebenen, einer (-1010)-Ebene, einer (1-100)-Ebene und einer (01-10)-Ebene, die kristallografisch äquivalente und unterschiedliche Ebenenorientierungen haben, die untereinander Winkel von 60° bilden, wurden {1-100}-Ebenen-Beugungsbilder gemessen und Röntgentopogramme auf lichtempfindlichen Filmen gewonnen. In den gewonnenen drei Röntgentopogrammen wurden Basalebenen-Versetzungsbilder, die sich geradlinig in der {0001}-Ebene erstrecken, beobachtet.
  • Die Messbedingungen der Röntgentopografie sind wie folgt:
    Röntgenröhre: Mo-Target,
    Spannung: 60 kV,
    Stromstärke: 300 mA,
    {1-100}-Ebenen-Beugung (2θ: 15,318°),
    Breite des zweiten Spalts: 2 mm,
    Abtastgeschwindigkeit: 2 mm/s,
    Anzahl der Abtastungen: 300.
  • [2.2. Bild-Vorverarbeitung]
  • Die Röntgentopogramme wurden mit einem Abtaster gelesen und dadurch digitalisiert. Die Abtastbedingung war eine Graustufe, und die Auflösung lag bei etwa 1000 Pixel/cm. Ein quadratischer Messbereich mit einer Seitenlänge L von jeweils 10 bis 20 mm wurde aus der Umgebung der Mitte jedes der digitalisierten Röntgentopogramme entnommen. Die Graustufe wurde so korrigiert, dass eine Basalebenen-Versetzungsstelle am dunkelsten sein kann und eine Nicht-Versetzungsstelle am hellsten sein kann. Die Auflösung eines Bildes wurde so verringert, dass die Anzahl der Pixel auf einer Seite des Bildes 512 Pixel sein können, und das Bild wurde in eine Bilddatei eines Bitmap-Formats umgewandelt.
  • [2.3. Orientierungsmessung durch Fouriertransformation]
  • Die vorverarbeiteten drei digitalen Bilder wurden mit Fiber Orientation Analysis Version 8.13 als Fouriertransformationssoftware verarbeitet, und ein Leistungsspektrum und ein Aave.(θ) wurden für jedes der drei digitalen Bilder gewonnen. Ferner wurden die für die drei Bilder gewonnenen Aave.(θ) integriert. Weiterhin wurden durch Verwenden des Integrationswerts A'ave.(θ) A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse bei drei θi (i = 1 bis 3), die der <1-100>-Richtung entsprechen, gewonnen, und es wurde eine Orientierungsintensität B gewonnen.
  • [3. Ergebnis]
  • Die 7A bis 9C zeigen Bilder in Messbereichen von 10 Millimetern zum Quadrat, entnommen von den Mitten der Röntgentopogramme des in Beispiel 1 gewonnenen Einkristalls, Leistungsspektren davon bzw. Aaves.(θ). Die 7A bis 7C entsprechen der (-1010)-Ebenen-Beugung, die 8A bis 8C entsprechen der (1-100)-Ebenen-Beugung, und die 9A bis 9C entsprechen der (01-10)-Ebenen-Beugung. Die Richtung nach oben der Figuren ist die Offset-Strömungsabwärtsrichtung und ist eine Richtung, die von der [-1010]-Richtung zu der [-1-120]-Richtung um einen Winkel von einigen Grad geneigt ist. Aus den 7A bis 9C sieht man, dass klare Linien in den Richtungen erkannt werden, die der <1-100>-Richtung in den Leistungsspektren entsprechen.
  • 10D zeigt den Integrationswert A'ave.(θ) der drei Aave.(θ) (10A bis 10C), gewonnen in den 7A bis 9C. Ferner zeigt 11 ein Beispiel eines Verfahrens zur Berechnung von A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnissen aus dem Integrationswert A'ave.(θ).
  • Aus 10D ist ersichtlich, dass ein in Beispiel 1 gewonnenes Einkristall deutliche Peaks bei den drei θ' zeigt, die der <1-100>-Richtung entsprechen. Wie es in 11 gezeigt ist, beträgt das A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis bei θI, der der [-1100]-Richtung entspricht, 1.82. Das A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis bei θI, der der [-1010]-Richtung entspricht, beträgt 1.54. Ferner beträgt das A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis bei θI, der der [0-110]-Richtung entspricht, 1.43. Aus diesen Ergebnissen folgt, dass die Basalebenen-Versetzung zu drei <11-20>-Richtungen orientiert ist. Ferner beträgt die Orientierungsintensität B, die der Mittelwert daraus ist, 1.60. Ferner ist der durch die Basalebenen-Versetzung in der [-1-120]-Richtung, die die <11-20>-Richtung ist, die den kleinsten Winkel mit der Offset-Strömungsabwärtsrichtung bildet, bewirkte Peak, der größte.
  • Eine entsprechende Behandlung wurde auf einen Bereich von 12 mm zum Quadrat, einen Bereich von 14 mm zum Quadrat, einen Bereich von 16 mm zum Quadrat, einen Bereich von 18 mm zum Quadrat, und einen Bereich von 20 mm zum Quadrat angewendet, und jeweilige Integrationswerte A'ave.(θ) wurden gewonnen. Von jedem der gewonnenen Integrationswerte A'ave.(θ) wurden A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse bei drei θi (i = 1 bis 3), die der <1-100>-Richtung entsprechen, gewonnen, und eine Orientierungsintensität B wurde gewonnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Im Fall von Beispiel 1 sind, unabhängig von der Größe des Messbereichs, deutliche Peaks bei den drei O; gezeigt, die der <1-100>-Richtung entsprechen. Ferner nimmt mit zunehmendem Messbereich das A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis ab. Dies liegt daran, dass eine Basalebenen-Versetzung relativ undeutlich wird, wenn sich ein Messbereich vergrößert. [Tabelle I]
    L (mm) A'ave.(θi)/B.G.(θi) Verhältnis B
    θ1[-1100] θ2[-1010] θ3[0-110]
    10 1.82 1.54 1.43 1.60
    12 1.61 1.50 1.39 1.50
    14 1.53 1.39 1.37 1.43
    16 1.34 1.34 1.41 1.37
    18 1.22 1.27 1.26 1.25
    20 1.12 1.29 1.13 1.18
    L (mm): Länge einer Messbereichsseite
    B: Orientierungsintensität
  • Ein Röntgentopogramm wurde in mehrere Bereiche von 10 Millimeter zum Quadrat unterteilt, und die Orientierungsintensitäten wurden gleichermaßen gewonnen. Dadurch werden hohe Orientierungsintensitäten von 1.5 oder mehr in den Flächenverhältnissen von 90% oder mehr, die den Mittenbereich umfassen, gewonnen. Im Gegensatz dazu zeigt eine Orientierungsintensität in einem Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich einen niedrigen Wert.
  • 12A zeigt ein Röntgentopogramm und eine Orientierungsintensität in einem Bereich abseits einer Facette. Ferner zeigt 12B ein Röntgentopogramm und eine Orientierungsintensität in einem Bereich angrenzend an eine Facette. Aus den 12A und 12B geht hervor, dass sich die Linearität und Orientierung einer Basalebenen-Versetzung in der Umgebung einer Facette verschlechtern.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • [1. Probenherstellung]
  • Ein Schritt zum Bilden eines SiC-Einkristall durch Aufwachsen auf einer Wachstumsebene nahezu senkrecht zu einer c-Ebene, ein Schritt zum Entnehmen eines Impfkristalls mit einer Wachstumsebene nahezu senkrecht zu sowohl der letzten Wachstumsebene als auch der c-Ebene von dem gewonnen SiC-Einkristall und ein Schritt zum erneuten Bilden eines SiC-Einkristall durch Verwenden des Impfkristalls wurden wiederholt. Ein c-Ebene-Offset-Substrat wurde aus dem gewonnen SiC-Einkristall entnommen. Hier wurde eine solche Verarbeitung, wie sie in 6A gezeigt ist (Verarbeitung, um den Offset-Winkel der X3X4-Ebene kleiner als den der X4X5-Ebene zu machen) nicht angewendet. Ferner wurde ein Schraubenversetzungs-Erzeugungsbereich bei der X2X3-Ebene und ein bestimmter Teil von X3 zu der Offset-Strömungsabwärtsseite (der zu X4 reichende Teil in 6A) gebildet. Ein SiC-Einkristall wurde unter Verwendung des c-Ebenen-Offset-Substrats hergestellt. Hier ist die Röntgentopografie eines Kristalls, beschrieben in der Nichtpatentliteratur 5, ein Röntgentopogramm, das durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung gewonnen werden kann, und es wird geschätzt, dass die die Orientierung und Linearität des Basalebenen-Versetzungsbildes die höchsten sind und das Kristall eine hohe Qualität besitzt. Ein Wafer wurde von dem gewonnen Einkristall den gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 folgend hergestellt.
  • [2. Testverfahren]
  • Den gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 folgend wurden A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse bei drei θI, die der <1-100>-Richtung entsprechen, und eine Orientierungsintensität B gewonnen.
  • [3. Ergebnis]
  • Die 13A bis 13C zeigen das Bild auf einem Messbereich von 10 mm zum Quadrat bei einem Teil, wo die Orientierungsintensität einer Basalebenen-Versetzung vom Ergebnis am höchsten ist in den gemessenen Röntgentopogrammen eines Einkristalls, gewonnen in Vergleichsbeispiel 1, das Leistungsspektrum davon und Aave.(θ). Hier entsprechen die 13A bis 13C der (0-110)-Ebenen-Beugung. Wie es in 13B gezeigt ist, ist in dem Leistungsspektrum keine klare Linie in den Richtungen, die der <1-100>-Richtung entsprechen, erkennbar.
  • Der Integrationswert A'ave.(θ) zeigt Peaks bei zwei O der [-1100]-Richtung und der [0-110]-Richtung in drei θI' (i = 1 bis 3), die der <1-100>-Richtung entsprechen. Die A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse sind jedoch relativ klein. Ferner ist kein deutlicher Peak bei 0I, der der [-1010]-Richtung entspricht, gezeigt. Das A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis bei θI, der der [-1100]-Richtung entspricht, beträgt 1.18. Das A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis bei θI, der der [-1010]-Richtung entspricht, beträgt 1,03. Ferner, beträgt das A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis bei θI, der der [0-110]-Richtung entspricht, 1,27. Aus den Ergebnissen folgt, dass die Orientierung einer Basalebenen-Versetzung in der <11-20>-Richtung niedrig ist. Ferner beträgt die Orientierungsstärke B, die der Mittelwert davon ist, 1.16.
  • Eine entsprechende Verarbeitung wurde auf einen Bereich von 12 mm zum Quadrat, einen Bereich von 14 mm zum Quadrat, einen Bereich von 16 mm zum Quadrat, einen Bereich von 18 mm zum Quadrat und einen Bereich von 20 mm zum Quadrat angewendet, und der jeweilige Integrationswert A'ave.(θ) wurde gewonnen. Aus jedem der gewonnen Integrationswerte A'ave.(θ) wurden die A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse bei drei θI, die der <1-100>-Richtung entsprechen, gewonnen, und eine Orientierungsintensität B wurde gewonnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • Im Falle des Vergleichsbeispiels 1 ist unabhängig von der Größe des Messbereichs kein deutlicher Peak bei wenigstens einem θi der drei θI, die der <1-100>-Richtung entsprechen, gezeigt. Ferner nehmen mit zunehmendem Messbereich die A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse ab. Natürlich ist die Orientierungsintensität in einem weiteren Bereich kleiner als jene, wenn sie durch Standardisierung der Größe der Messbereiche verglichen werden. [Tabelle 2]
    L (mm) A'ave.(θi)/B.G.(θi) Verhältnis B
    θ1[-1100] θ2[-1010] θ3[0-110]
    10 1.18 1.03 1.27 1.16
    12 1.11 1.06 1.13 1.10
    14 1.27 1.06 1.22 1.19
    16 1.18 1.04 1.00 1.07
    18 1.10 1.00 1.08 1.06
    20 1.05 1.03 1.08 1.05
    L (mm): Länge einer Messbereichsseite
    B: Orientierungsintensität
  • 14 zeigt die Messbereichsgrößenabhängigkeit der Orientierungsintensitäten B in den Einkristallen in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 gewonnenen Einkristallen. Es wurde festgestellt, dass, wenn die Länge L (mm) auf einer Seite eines Messbereichs durch eine x-Achse dargestellt wird, eine Orientierungsintensität B durch eine y-Achse dargestellt wird und die Orientierungsintensität B bei der Größe jedes Messbereichs aufgetragen wird, die Beziehung zwischen L und B in Beispiel 1 und in Vergleichsbeispiel 1 durch eine gerade Linie approximiert werden kann. Im Falle von Beispiel 1 wird der lineare Approximationsausdruck y = –0.041x + 2.01 gewonnen. Ferner wird in dem Fall des Vergleichsbeispiels 1 der lineare Approximationsausdruck y = –0.011x + 1.27 gewonnen. Es wird vermutet, dass der Grund, weswegen eine Orientierungsintensität B mit zunehmendem Messbereich abnimmt, der ist, dass eine Basalebenen-Versetzung in einem Röntgentopogramm mit zunehmendem Messbereich unklar wird.
  • Obwohl die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung oben ausführlich erläutert sind, ist die vorliegende Erfindung keineswegs auf die Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Bereichs, der nicht vom Geist der vorliegenden Erfindung abweicht, auf verschiedene Weise modifiziert werden.
  • Ein SiC-Einkristall gemäß der vorliegenden Erfindung kann als ein Halbleitermaterial einer Leistungsvorrichtung mit sehr geringem Leistungsverlust verwendet werden.

Claims (12)

  1. SiC-Einkristall mit der folgenden Konfiguration: (1) das SiC-Einkristall besitzt wenigstens einen Orientierungsbereich, in dem eine Basalebenen-Versetzung eine starke Linearität besitzt und zu drei kristallografisch äquivalenten <11-20>-Richtungen orientiert ist; und (2) der ”Orientierungsbereich” bedeutet ein Bereich, der durch die folgende Verfahrensweise beurteilt wird, (a) ein Wafer mit der Oberfläche nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene wird aus dem SiC-Einkristall geschnitten, (b) eine Röntgentopografiemessung in Transmissionsanordnung wird an dem Wafer durchgeführt, und Röntgentopogramme, die den drei kristallografisch äquivalenten {1-100}-Ebenen-Beugungen entsprechen, werden fotografiert, (c) jedes der drei Röntgentopogramme wird in ein digitales Bild umgewandelt, das durch Quantifizierung der Helligkeit jedes Punktes in dem Bild gewonnen wird, und jedes der drei digitalen Bilder wird in einen quadratisch Messbereich mit einer Seitenlänge L von 10 ± 0.1 mm unterteilt, (d) eine zweidimensionale Fouriertransformation wird auf die digitalen Bilder in den drei Messbereichen, die einem identischen Bereich auf dem Wafer entsprechen, angewendet, und ein Leistungsspektrum (Spektrum der Amplitude A eines Fourierkoeffizienten) wird gewonnen, (e) jedes der drei Leistungsspektren wird in eine Funktion in Polarkoordinaten umgewandelt, und eine Funktion Aave.(θ) einer Winkel-(Richtungs-)Abhängigkeit einer mittleren Amplitude A wird gewonnen (0° ≤ θ ≤ 180°), (f) ein Integrationswert A'ave.(θ) der drei Aave.(θ) wird in einem Schaubild (x-Achse: θ, y-Achse: A'ave.) gezeigt, und das Verhältnis eines Spitzenwerts A'ave.(θi) zu einem Rauschen B.G.(θi) (= A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnis) wird für jede der drei θi's (i = 1 bis 3), die den drei <1-100>-Richtungen entsprechen, berechnet, und (g) wenn alle der drei A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse 1.1 oder größer sind, wird der Bereich des Wafers, der den drei Messbereichen entspricht, als ein ”Orientierungsbereich” beurteilt.
  2. SiC-Einkristall nach Anspruch 1, wobei sich der wenigstens eine Orientierungsbereich in einem Bereich in dem SiC-Einkristall befindet, in dem sich keine Facettenmarkierung befindet.
  3. SiC-Einkristall nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Orientierungsbereich nahezu in die Mitte des SiC-Einkristalls angeordnet ist.
  4. SiC-Einkristall nach Anspruch 1, wobei das SiC-Einkristall ein ersten Orientierungsbereich besitzt, dessen Abstand zu einer Facettenmarkierung L1 in dem SiC-Einkristall ist, und ein zweiten Bereich besitzt, dessen Abstand zu der Facettenmarkierung L2 (> L1) ist; und eine Orientierungsintensität B (= Mittelwert der drei A'ave.(θi)/B.G.(θi) Verhältnisse), der dem zweiten Orientierungsbereich entspricht, größer als die Orientierungsintensität B ist, die dem ersten Orientierungsbereich entspricht.
  5. SiC-Einkristall nach Anspruch 1, wobei ein Spitzenwert A'ave.(θi), der der <1-100>-Richtung in einem Leistungsspektrum entspricht, das die Orientierung einer Basalebenen-Versetzung zu der <11-20>-Richtung reflektiert, die den kleinsten Winkel mit einer Offset-Strömungsabwärtsrichtung bildet, der größte ist.
  6. SiC-Einkristall nach Anspruch 1, wobei in dem wenigstens einen Wafer, der aus dem SiC-Einkristall geschnitten ist, das Verhältnis der Summe (S) der Flächen der Orientierungsbereiche zu der Summe (So) der Flächen der Messbereiche (= S × 100/S0) 50% oder mehr ist.
  7. SiC-Einkristall nach Anspruch 1, wobei in dem wenigstens einen Orientierungsbereich eine Orientierungsintensität B (= Mittelwert der drei A'ave.(θi)/B.G.(θi)-Verhältnisse) 1.2 oder größer ist.
  8. SiC-Einkristall nach Anspruch 1, wobei das SiC-Einkristall keinen Stapelfehler enthält.
  9. SiC-Wafer, der nahezu parallel zu einer {0001}-Ebene aus dem SiC-Einkristall nach Anspruch 1 ausgeschnitten ist.
  10. SiC-Wafer nach Anspruch 9, wobei eine epitaktische Schicht über einer Oberfläche gebildet ist.
  11. Halbleitervorrichtung, hergestellt durch Verwenden des SiC-Wafers nach Anspruch 9.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Halbleitervorrichtung eine Diode, ein Transistor, oder eine LED ist.
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