DE112017000725T5

DE112017000725T5 - Siliziumkarbit-Einkristallsubstrat

Info

Publication number: DE112017000725T5
Application number: DE112017000725.9T
Authority: DE
Inventors: Kyoko Okita; Takashi Sakurada; Eiryo Takasuka; Shunsaku UETA; Sho Sasaki; Naoki Kaji; Hidehiko Mishima; Hirokazu Eguchi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-10-31
Also published as: JP6729605B2; JPWO2017138383A1; JP2020172433A; WO2017138383A1; US11535953B2; US11781246B2; JP6969635B2; US20230081506A1; US20210054529A1; CN108495957A; CN108495957B

Abstract

In einem Fall, in dem ein Detektor 6 in einer [11-20]-Richtung positioniert ist, in der ein erster Messbereich 31, der eine Mitte O einer Hauptfläche 11 enthält, mit einem Röntgenstrahl in einer Richtung innerhalb von ±15° bezogen auf eine [-1-120] Richtung bestrahlt und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich 31 unter Verwendung des Detektors gemessen wird, ist ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines ersten Intensitätsprofils 1 größer als oder gleich 1500. In einem Fall, in dem der Detektor 6 in einer Richtung parallel zu einer [-1100]-Richtung positioniert ist, in der der erste Messbereich 31 mit einem Röntgenstrahl in einer Richtung innerhalb von ±6° bezogen auf eine [1-100]-Richtung bestrahlt und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich 31 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen wird, ist ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines zweiten Intensitätsprofils 2 größer als oder gleich 1500. Ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert EH1 und dem Mindestwert EL1 der Energie, bei der das erste Intensitätsprofil 1 einen Höchstwert angibt, ist kleiner als oder gleich 0,06 keV.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat. Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 9. Februar 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-022388, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Stand der Technik
Beispielsweise beschreibt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-120419 (Patentdokument 1) ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristalls unter Verwendung eines Sublimationsverfahrens.
Zitationsliste
Patentdokument
PTD 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-120419
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hauptfläche, die in einer <11-20>-Richtung bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist. In einem Fall, in dem ein Detektor in einer [11-20]-Richtung positioniert ist, bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in der ein erster Messbereich, der eine Mitte der Hauptfläche aufweist, mit Röntgenstrahlen in einer Richtung innerhalb von ±15° bezogen auf eine [-1-120]-Richtung bestrahlt wird und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich unter Verwendung des Detektors gemessen wird, ist ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines ersten Intensitätsprofils des gebeugten Röntgenstrahls in einem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV zu einer Hintergrundintensität des ersten Intensitätsprofils größer als oder gleich 1500. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in einer Richtung parallel zu einer [-1100]-Richtung positioniert ist, in der der erste Messbereich mit einem Röntgenstrahl in einer Richtung innerhalb von ±6° bezogen auf eine [1-100]-Richtung bestrahlt wird und ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich unter Verwendung des Detektors gemessen wird, ist ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines zweiten Intensitätsprofils des gebeugten Röntgenstrahls in einem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV zu einer Hintergrundintensität des zweiten Intensitätsprofils größer als oder gleich 1500. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in der [11-20]-Richtung positioniert ist und eine mit dem Röntgenstrahl zu bestrahlende Position in einem Bereich von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung geändert wird, beträgt ein Absolutwert einer Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der Energie, bei der das erste Intensitätsprofil einen Höchstwert in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV angibt, kleiner als oder gleich 0,06 keV.
Figurenliste

1 zeigt ist eine schematische Draufsicht einer Konfiguration eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Konfiguration des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
3 zeigt eine schematische Vorderansicht eines Verfahrens zur Messung eines ersten Intensitätsprofils.
4 zeigt eine schematische Draufsicht des Verfahrens zur Messung des ersten Intensitätsprofils.
5 zeigt ein beispielhaftes erstes Intensitätsprofil.
6 zeigt eine schematische Draufsicht des Verfahrens zur Messung des ersten Intensitätsprofils.
7 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Verfahren zur Messung des ersten Intensitätsprofils darstellt.
8 zeigt ein beispielhaftes erstes Intensitätsprofil.
9 zeigt eine Beziehung zwischen einem Winkel eines Detektors und der Energie, bei der der Höchstwert des ersten Intensitätsprofils angezeigt wird.
10 zeigt eine schematische Vorderansicht eines Verfahrens zur Messung eines zweiten Intensitätsprofils.
11 zeigt eine schematische Draufsicht, die das Verfahren zur Messung des zweiten Intensitätsprofils darstellt.
12 zeigt ein beispielhaftes zweites Intensitätsprofil.
13 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Verfahren zur Messung des zweiten Intensitätsprofils darstellt.
14 zeigt eine schematische Draufsicht, die das Verfahren zur Messung des zweiten Intensitätsprofils darstellt.
15 zeigt ein beispielhaftes zweites Intensitätsprofil.
16 zeigt eine Beziehung zwischen einem Winkel des Detektors und der Energie, bei der der Höchstwert des zweiten Intensitätsprofils angezeigt wird.
17 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Verfahren zur Messung eines dritten Intensitätsprofils darstellt.
18 zeigt ein beispielhaftes drittes Intensitätsprofil.
19 zeigt eine schematische Draufsicht, die ein Verfahren zur Messung eines vierten Intensitätsprofils darstellt.
20 zeigt ein beispielhaftes viertes Intensitätsprofil.
21 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Konfiguration einer Herstellungsvorrichtung für einen Siliziumkarbid-Einkristallingot.
22 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die ein Verfahren zur Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats darstellt.
23 zeigt eine Beziehung zwischen einer Heizleistung und einer Länge eines Siliziumkarbid-Einkristalls in einem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem]
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit verringerter Spannung bereitzustellen.
[Vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit verringerter Spannung bereitgestellt werden.
[Zusammenfassung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
Zunächst wird im Nachfolgenden eine Zusammenfassung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Hinsichtlich der kristallographischen Bezeichnungen der vorliegenden Beschreibung wird eine einzelne Orientierung durch [], eine Gruppenorientierung durch < >, eine einzelne Ebene durch () und eine Gruppenebene durch {} dargestellt. Ein negativer Index wird üblicherweise kristallographisch durch Setzen eines „-“ (Strich) über einer Zahl dargestellt, jedoch wird dieser in der vorliegenden Beschreibung durch Setzen eines negativen Vorzeichens vor der Zahl ausgedrückt.

(1) Ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Hauptfläche 11, die in einer <11-20>-Richtung bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist. Bei Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu der Hauptfläche 11, in einem Fall, in dem ein Detektor 6 in einer [11-20]-Richtung positioniert ist, in der ein erster Messbereich 31, der eine Mitte der Hauptfläche 11 enthält, mit einem Röntgenstrahl in einer Richtung innerhalb von ±15° bezogen auf eine [-1-120]-Richtung bestrahlt und ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich 31 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen wird, ist ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines ersten Intensitätsprofils 1 des gebeugten Röntgenstrahls in einem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV zu der Hintergrundintensität des ersten Intensitätsprofils 1 größer als oder gleich 1500. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche 11 in einem Fall, in dem der Detektor 6 in einer Richtung parallel zu einer [-1100]-Richtung positioniert ist, in der der erste Messbereich 31 mit einem Röntgenstrahl in einer Richtung innerhalb von ±6° bezogen auf eine [1-100]-Richtung bestrahlt und ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich 31 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen wird, ist ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines zweiten Intensitätsprofils 2 des gebeugten Röntgenstrahls in einem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV zu einer Hintergrundintensität eines zweiten Intensitätsprofils 2 größer als oder gleich 1500. In der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche 11 in einem Fall, in dem der Detektor 6 in der [11-20]-Richtung positioniert ist und eine Position, die mit dem Röntgenstrahl bestrahlt wird, in einem Bereich von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung geändert wird, beträgt ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert EH1 und der Mindestwert EL1 der Energie, bei der das erste Intensitätsprofil 1 einen Höchstwert in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV angibt, weniger als oder gleich 0,06 keV.

Normalerweise wird ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat erhalten, indem ein Siliziumkarbid-Einkristallingot derart geschnitten wird, dass das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat eine Hauptfläche aufweist, die einer gewünschten Ebene entspricht, (beispielsweise eine Ebene, die um 4° bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist). In einer ausführlichen Analyse einer Kristallgitteranordnung eines tatsächlichen Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats wird das Kristallgitter ausgerichtet, um eine gewünschte Ebene in der Hauptfläche des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats zu bilden; jedoch kann in einer Hochindex-Kristallebene das Kristallgitter nicht ausgerichtet werden, um eine theoretische Gitterebene eines hexagonalen Siliziumkarbids zu bilden. Insbesondere sind beispielsweise im Fall eines idealen hexagonalen Siliziumkarbids Siliziumatome oder Kohlenstoffatome in einer bestimmten Hochindex-Kristallebene angeordnet, die durch eine nachstehend beschriebene Kristallebene (1) angegeben ist. Jedoch müssen in dem Fall eines tatsächlichen hexagonalen Siliziumkarbids die Siliziumatome oder Kohlenstoffatome nicht in der zuvor beschriebenen bestimmten Hochindex-Kristallebene angeordnet werden, und können in einer Ebene, die bezogen auf die zuvor beschriebene bestimmte Hochindex-Kristallebene geneigt ist, angeordnet sein. Dies hat vermutlich folgenden Grund: die Kristallgitteranordnung innerhalb des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats ist dreidimensional verspannt und weicht somit von der theoretischen Kristallgitteranordnung des hexagonalen Siliziumkarbids ab. Es sollte beachtet werden, dass die Hochindex-Kristallebene beispielsweise eine (1-10X)-Ebene betrifft (wobei X = 3, 5, 7, 10 oder der gleichen).
[Formel 1] $(\begin{matrix} 1 - 1 & 0 & 10 \end{matrix}) \dots Kristallebene$
Um ein hochqualitatives Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einer geringen dreidimensionalen Verspannung zu erhalten, ist es wünschenswert, dass das Wachstum eines Siliziumkarbid-Einkristallingots mit einer geringen Änderung in der thermischen Umgebung der Kristallfläche in dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristallingots durchgeführt wird, während eine Wachstumsfläche davon so flach wie möglich gehalten wird. Zur Realisierung einer solchen Kristallwachstumsumgebung wird beispielsweise Folgendes in Betracht gezogen: Verwenden einer Siliziumkarbid-Einkristallherstellungsvorrichtung, die Heizvorrichtungen mit einer 5-Zonen-Struktur aufweist; und individuelles Steuern der jeweiligen Heizleistung der Heizvorrichtungen, um eine Temperaturverteilung der Wachstumsfläche des Siliziumkarbid-Einkristallingots zu verringern und eine Temperaturänderung der Wachstumsfläche zu verringern. Insbesondere wird beispielsweise in einem Bereich, in dem die Länge des Siliziumkarbid-Einkristallingots 0 bis 25 mm beträgt, eine Thermofluidsimulation bei jeweils 1 mm durchgeführt, um dadurch die Temperaturverteilungen in der Wachstumsfläche des Ingots und in dem Ausgangsmaterial zu berechnen und eine Temperaturverteilung um einen Schmelztiegel zu berechnen. Anschließend werden die jeweiligen Heizleistungen, die den Heizvorrichtungen zugeführt werden, bestimmt, um die Temperaturverteilungen in der Wachstumsfläche des Siliziumkarbid-Einkristallingots und in dem Ausgangsmaterial zu verringern und die Temperaturänderungen der Wachstumsfläche und der Ausgangsmaterialfläche zu verringern. Die Thermofluidsimulation dient der Berechnung einer Temperaturverteilung in einem Ofen unter Verwendung von Wärmeleitfähigkeiten und Emissivitäten von Elementen, wie beispielsweise dem Schmelztiegel und einem Wärmeisolator, einem Impfkristall und einem Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial. Durch Steuern der entsprechenden Heizleistungen der Heizvorrichtung auf der Grundlage des Ergebnisses der Thermofluidsimulation kann, wie nachstehend beschrieben, ein Siliziumkarbid-Einkristallingot mit geringer Spannung erhalten werden. Folglich kann ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit verringerter Spannung erhalten werden.

(2) In dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gemäß Punkt (1), bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche 11, beträgt in einem Fall, in dem der Detektor 6 in der Richtung parallel zu der [-1100]-Richtung positioniert ist und die Position, die mit dem Röntgenstrahl bestrahlt wird, in einem Bereich von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung geändert wird, ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert EH2 und dem Mindestwert EL2 der Energie, bei der das zweite Intensitätsprofil 2 einen Höchstwert in dem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV angibt, weniger als oder gleich 0,08 keV.
(3) In dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gemäß Punkt (1) oder (2) kann die Hauptfläche 11 einen Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm aufweisen. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche 11, in einem Fall, in dem der Detektor 6 in der [11-20]-Richtung positioniert ist, in der ein zweiter Messbereich 32 mit einer Position, die um 10 mm von einer Außenkante der Hauptfläche 11 entfernt angeordnet ist, mit einem Röntgenstrahl in der Richtung innerhalb von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung bestrahlt wird, und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem zweiten Messbereich 32 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen wird, ist ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines dritten Intensitätsprofils 3 des gebeugten Röntgenstrahls in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV zu einer Hintergrundintensität des dritten Intensitätsprofils 3 größer als oder gleich 1500. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche 11 in einem Fall, in dem der Detektor 6 in der [-1100]-Richtung positioniert ist, in der der zweite Messbereich 32 mit einem Röntgenstrahl in der Richtung innerhalb von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung bestrahlt und ein gebeugter Röntgenstrahl von dem zweiten Messbereich 32 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen wird, ist ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines vierten Intensitätsprofils 4 des gebeugten Röntgenstrahls in dem Bereich von 8,0 keV zu 9,5 keV zu einer Hintergrundintensität des vierten Intensitätsprofils 4 größer als oder gleich 1500. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche 11 in einem Fall, in dem der Detektor 6 in der [11-20]-Richtung positioniert ist, und die Position, die mit dem Röntgenstrahl bestrahlt wird, in dem Bereich von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung bestrahlt wird, beträgt ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Energie, bei der das dritte Intensitätsprofil 3 einen Höchstwert in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV angibt, weniger als oder gleich 0,06 keV.

In dem Fall der Herstellung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10, das die Hauptfläche 11 mit einem Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm aufweist, ist es schwieriger, die Temperaturverteilung der Wachstumsfläche des Siliziumkarbid-Einkristallingots zu verringern und die Temperaturänderung der Wachstumsfläche zu verringern, verglichen mit dem Fall, in dem der Höchstdurchmesser der Hauptfläche 11 kleiner als 100 mm ist. Gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren kann die Spannung auch in einem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat verringert werden, das eine Hauptfläche 11 mit einem Höchstdurchmesser von mehr als oder gleich 100 mm aufweist.

(4) In dem Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gemäß Punkt (3), bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche 11, beträgt in einem Fall, in dem der Detektor 6 in der Richtung parallel zu der [-1100]-Richtung positioniert ist, und die Position, die mit dem Röntgenstrahl bestrahlt wird, in dem Bereich von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung geändert wird, ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Energie, bei der das vierte Intensitätsprofil 4 einen Höchstwert in dem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV anzeigt, weniger als oder gleich 0,08 keV.

[Detaillierte Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung]
Im Nachfolgenden werden Einzelheiten der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Zunächst wird ein Aufbau eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 gemäß der Ausführungsform beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass in den nachfolgend beschriebenen Figuren die gleichen oder sich entsprechende Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht wiederholt beschrieben werden.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen: eine erste Hauptfläche 11; eine zweite Hauptfläche 12 gegenüber der ersten Hauptfläche 11; und eine Außenkante 15. Die Außenkante 15 des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 weist zum Beispiel eine erste Abflachung 13 und einen Krümmungsabschnitt 14 auf. Die erste Abflachung 13 erstreckt sich beispielsweise entlang einer ersten Richtung 101. Die Außenkante 15 kann eine zweite Abflachung (nicht dargestellt) aufweisen. Die zweite Abflachung erstreckt sich beispielsweise entlang einer zweiten Richtung 102 senkrecht zu der ersten Richtung 101. Die erste Richtung 101 ist beispielsweise eine <11-20>-Richtung. Die zweite Richtung 102 ist beispielsweise eine <1-100>-Richtung.
Die erste Hauptfläche 11 entspricht einer Ebene, die in einer Abweichungsrichtung bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist. Die erste Hauptfläche 11 entspricht einer Ebene, die um mehr als oder gleich 0,5° und weniger als oder gleich 8° bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist. Die Abweichungsrichtung ist beispielsweise die <11-20>-Richtung. Beispielsweise kann die Abweichungsrichtung eine Richtung sein, die um einen Winkel von ±5° bezogen auf die <11-20>-Richtung in der (0001)-Ebene geneigt ist. Ein Abweichungswinkel Φ1 (siehe 2) kann mehr als oder gleich 1° oder mehr als oder gleich 2° betragen. Der Abweichungswinkel Φ1 kann weniger als oder gleich 7° oder weniger als oder gleich 6° betragen.
Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 ist aus einem Siliziumkarbid-Einkristall gebildet. Der Siliziumkarbid-Einkristall weist zum Beispiel einen Polytyp 4H-SiC auf. 4H-SiC ist anderen Polytypen hinsichtlich der Elektronenbeweglichkeit, der dielektrischen Festigkeit und der gleichen überlegen. Das Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 enthält beispielsweise eine n-Verunreinigung, wie zum Beispiel Stickstoff. Der Leitfähigkeitstyp des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 ist beispielsweise ein n-Typ.
Wie in 1 gezeigt, weist die erste Hauptfläche 11 einen Höchstdurchmesser 16 (Durchmesser) von mehr als oder gleich 100 mm auf. Der Höchstdurchmesser 16 kann größer als oder gleich 150 mm, größer als oder gleich 200 mm oder größer als oder gleich 250 mm sein. Der obere Grenzwert des Höchstdurchmessers 16 ist nicht besonders beschränkt. Der obere Grenzwert des Höchstdurchmessers 16 kann beispielsweise 300 mm betragen.
Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Bewertung einer dreidimensionalen Spannung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 beschrieben.
Die dreidimensionale Spannung des Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats 10 kann quantitativ durch Verwenden eines Energiedispersions-Röntgenstrahldiffraktometers (Modellnummer: D2 CRYSO), beispielsweise von Bruker, bewertet werden. Wie in 3 gezeigt, sind ein Röntgenstrahler 5 und ein Detektor 6 derart angeordnet, dass sie der ersten Hauptfläche 11 zugewandt sind. Der Röntgenstrahler 5 ist ausgebildet, um einen Röntgenstrahl auf die erste Hauptfläche 11 zu emittieren. Der Röntgenstrahler 5 umfasst beispielsweise eine Röntgenstrahlröhre (Rhodium). Der Röntgenstrahler 5 ist derart konfiguriert, dass er beispielsweise einen weißen Röntgenstrahl emittiert. Der Detektor 6 ist derart konfiguriert, dass er einen gebeugten Röntgenstrahl von der ersten Hauptfläche 11 erfasst. Der Detektor 6 ist beispielsweise ein Energiedispersionsdetektor.
Zunächst wird ein Verfahren zur Messung einer (0008)-Ebene, die parallel zur (0001)-Ebene verläuft, beschrieben.
Bei Betrachtung von einem ersten Messbereich 31, der den Mittelpunkt O der ersten Hauptfläche 11 aufweist, ist der Röntgenstrahler 5, wie in 4 gezeigt, in einer [-1-120]-Richtung positioniert. Es wird angenommen, dass die [11-20]-Richtung, [-1100]-Richtung, [-1-120]-Richtung und die [1-100]-Richtung in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 jeweils 0°, 90°, 180° und 270° entsprechen. Bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 ist der Röntgenstrahler 5 an einer Position bei 180° angeordnet. Ein einfallender Röntgenstrahl 7 wird von dem Röntgenstrahler 5 auf den ersten Messbereich 31 emittiert. Bei Betrachtung von dem ersten Messbereich 31, der den Mittelpunkt O der ersten Hauptfläche 11 aufweist, ist der Detektor 6 in der [11-20] Richtung positioniert. Aus Sicht in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 ist, mit anderen Worten, der Detektor 6 an einer Position bei 0° positioniert. Ein gebeugter Röntgenstrahl 8, der durch den ersten Messbereich 31 gebeugt wird, wird durch den Detektor 6 gemessen.
In dem Fall, in dem die erste Hauptfläche 11 einer Ebene entspricht, die um 4° in der <11-20>-Richtung bezogen auf die (0001)-Ebene abweicht, beträgt ein Höhenwinkel Φ3 des Röntgenstrahlers 5 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 (mit anderen Worten, der Winkel Φ3 zwischen dem einfallenden Röntgenstrahl 7 und der ersten Hauptfläche 11: siehe 3) beispielsweise 29,889°. Ein Höhenwinkel Φ2 des Detektors 6 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 (mit anderen Worten, der Winkel Φ2 zwischen dem gebeugten Röntgenstrahl 8 und der ersten Hauptfläche 11: siehe 3) beträgt beispielsweise 67,765°.
In dem Fall, in dem die erste Hauptfläche 11 einer Ebene entspricht, die um 8° in der <11-20>-Richtung bezogen auf die (0001)-Ebene abweicht, beträgt ein Höhenwinkel Φ3 des Röntgenstrahlers 5 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 (mit anderen Worten, der Winkel Φ3 zwischen dem einfallenden Röntgenstrahl 7 und der ersten Hauptfläche 11: siehe 3) beispielsweise 29,91°. Der Höhenwinkel Φ2 des Detektors 6 relativ zur ersten Hauptfläche 11 (mit anderen Worten, der Winkel Φ2 zwischen dem gebeugten Röntgenstrahl 8 und der ersten Hauptfläche 11: siehe 3) beträgt beispielsweise 75,756°.
5 zeigt ein beispielhaftes Intensitätsprofil (erstes Intensitätsprofil) des gebeugten Röntgenstrahls, der mit dem Röntgenstrahler 5 und dem Detektor 6 gemessen wird, die, wie in 4 gezeigt, positioniert sind. Die horizontale Achse repräsentiert die Energie des gebeugten Röntgenstrahls. Die vertikale Achse repräsentiert die Intensität des gebeugten Röntgenstrahls. Wie in 5 gezeigt, weist das erste Intensitätsprofil 1 einen Höchstwert bei einer Energie zwischen einer ersten Energie E1 und einer zweiten Energie E2 auf. Die erste Energie E1 beträgt beispielsweise 6,9 keV. Die zweite Energie E2 beträgt beispielsweise 11,7 keV. Die erste Energie E1 kann 7,7 keV betragen. Die zweite Energie E2 kann 10,4 keV betragen. Der Höchstwert des ersten Intensitätsprofils 1 in dem Bereich zwischen der ersten Energie E1 und der zweiten Energie E2 ergibt sich aus der (0008)-Ebene. Wird der Abweichungswinkel der ersten Hauptfläche 11 geändert, ändert sich die Energie, bei der der Höchstwert des Intensitätsprofils angezeigt wird. Beispielsweise in dem Fall, in dem die erste Hauptfläche 11 einer Ebene entspricht, die um 4° in der <11-20>-Richtung bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist, beträgt die Energie, die der (0008)-Ebene entspricht, 8,84 keV, während in dem Fall, in dem die erste Hauptfläche 11 einer Ebene entspricht, die um 8° in der <11-20>-Richtung bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist, die Energie, die der (0008)-Ebene entspricht, 8,03 keV beträgt.
Auf der Grundlage des ersten Intensitätsprofils 1 werden eine Intensität IP1 des Höchstwerts des Intensitätsprofils in dem Bereich zwischen der ersten Energie E1 und der zweiten Energie E2 und eine Hintergrundintensität IN1 davon gemessen. Die Hintergrundintensität IN1 ist eine Intensität des Intensitätsprofils bei der zweiten Energie E2. In ähnlicher Weise wird zwischen der ersten Energie E1 und der zweiten Energie E2 die Energie E (180°) gemessen, bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt. Es sollte beachtet werden, dass, wie in 5 gezeigt, die Intensität (etwa 1,6) des Höchstwerts des ersten Intensitätsprofils 1 in dem Bereich zwischen der ersten Energie E1 und der zweiten Energie E2 verschieden von der Intensität (etwa 2,1) des Höchstwerts des ersten Intensitätsprofils 1 in dem gesamten Messbereich sein kann.
Anschließend wird die Position des Röntgenstrahlers 5 in einer Ebene parallel zur ersten Hauptfläche 11 geändert. Wie in 6 gezeigt, ist in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 der Röntgenstrahler 5 an einer Position von (180-θ1)° positioniert. Der Winkel θ1 beträgt beispielsweise 15°. Das heißt, in der Richtung senkrecht zur ersten Hauptfläche 11 ist der Röntgenstrahler 5 an einer Position von 165° positioniert. Der Höhenwinkel Φ3 (siehe 3) des Röntgenstrahlers 5 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 ist der gleiche wie jener in dem Fall, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position von 180° positioniert ist. Der Detektor 6 ist in der gleichen Weise wie in dem Fall positioniert, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 180° positioniert ist. Mit der obigen Positionierung wird der erste Messbereich 31 mit dem einfallenden Röntgenstrahl 7 von dem Röntgenstrahler 5 bestrahlt und der gebeugte Röntgenstrahl 8, der durch den ersten Messbereich 31 gebeugt wird, wird durch den Detektor 6 gemessen.
Auf diese Weise wird das erste Intensitätsprofil des gebeugten Röntgenstrahls in dem Fall erhalten, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 165° positioniert ist. Auf der Grundlage des ersten Intensitätsprofils werden die Intensität IP1 des Höchstwerts des ersten Intensitätsprofils in dem Bereich zwischen der ersten Energie E1 und der zweiten Energie E2 und die Hintergrundintensität IN1 davon gemessen. In ähnlicher Weise wird die Energie E (165°), bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt, gemessen.
Anschließend wird die Position des Röntgenstrahlers 5 in der Ebene parallel zu der ersten Hauptfläche 11 geändert. Wie in 7 gezeigt, ist in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 der Röntgenstrahler 5 an einer Position bei (180+θ1)° angeordnet. Der Winkel θ1 beträgt beispielsweise 15°. Das heißt, in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 ist der Röntgenstrahler 5 an einer Position von 195° positioniert. Der Höhenwinkel Φ3 (siehe 3) des Röntgenstrahlers 5 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 ist der gleiche wie in dem Fall, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 180° angeordnet ist. Der Detektor 6 ist in der gleichen Weise wie in dem Fall angeordnet, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 180° positioniert ist. Mit der obigen Positionierung wird der erste Messbereich 31 mit dem einfallenden Röntgenstrahl 7 von dem Röntgenstrahler 5 bestrahlt und der gebeugte Röntgenstrahl 8, der durch den ersten Messbereich 31 gebeugt wird, wird durch den Detektor 6 gemessen.
Auf diese Weise wird das erste Intensitätsprofil des gebeugten Röntgenstrahls in dem Fall erhalten, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 195° angeordnet ist. Auf der Grundlage des ersten Intensitätsprofils werden die Intensität IP1 des Höchstwerts des ersten Intensitätsprofils in dem Bereich zwischen der ersten Energie E1 und der zweiten Energie E2 und die Hintergrundintensität IN1 davon gemessen. In ähnlicher Weise wird die Energie E (195°) gemessen, bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt.
Wie in 8 gezeigt, kann die Energie E (195°), bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt, in dem Fall, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position von 195° angeordnet ist, verschieden von der Energie E (180°) sein, bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert in dem Fall angibt, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 180° positioniert ist. Ist beispielsweise die Anordnung des Kristallgitters des Siliziumkarbids in der Richtung von 195° unterschiedlich zu einer Anordnung des Kristallgitters des Siliziumkarbids in der Richtung von 180°, ist die Energie E (195°), bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt, unterschiedlich zu der Energie E (180°), bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt. Mit anderen Worten wird mit abnehmender dreidimensionaler Spannung des Siliziumkarbid-Einkristalls ein Unterschied zwischen der Energie E (195°), bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt, und der Energie E (180°), bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt, kleiner.
Wie zuvor beschrieben, werden durch Ändern der Position des Röntgenstrahlers 5 in einem Abstand von 5° in dem Bereich von 180° ±15° sieben erste Intensitätsprofile gemessen. Auf der Grundlage eines jeden der sieben ersten Intensitätsprofile werden die Intensität IP1 des Höchstwerts des ersten Intensitätsprofils in dem Bereich zwischen der ersten Energie E1 und der zweiten Energie E2 und die Hintergrundintensität IN1 davon gemessen. In allen ersten Intensitätsprofilen ist ein Verhältnis (das heißt, IP1/IN1) der maximalen Intensität des ersten Intensitätsprofils 1 in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV zu der Hintergrundintensität des ersten Intensitätsprofils 1 größer als oder gleich 1500, und noch bevorzugter größer als oder gleich 2000, und noch bevorzugter größer als oder gleich 2500.
Mit anderen Worten ist in dem Fall, in dem der Detektor 6 in der <11-20>-Richtung angeordnet ist, in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11, in der der erste Messbereich 31, der die Mitte O der Hauptfläche 11 aufweist, mit einem Röntgenstrahl in der Richtung innerhalb von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung bestrahlt wird, und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich 31 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen wird, das Verhältnis der maximalen Intensität des ersten Intensitätsprofils 1 des gebeugten Röntgenstrahls in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV zu der Hintergrundintensität des ersten Intensitätsprofils 1 größer als oder gleich 1500.
9 zeigt die Energie, bei der der Höchstwert des ersten Intensitätsprofils in dem Fall angezeigt wird, in dem die Position des Röntgenstrahlers 5 innerhalb der ersten Hauptfläche 11 geändert wird. Die vertikale Achse der 9 repräsentiert die Energie, bei der der Höchstwert des ersten Intensitätsprofils zwischen der ersten Energie und der zweiten Energie angegeben wird. Die horizontale Achse der 9 repräsentiert die Position des Röntgenstrahlers 5. Während die Position des Röntgenstrahlers 5 in einem Abstand von 5° in dem Bereich von 180° ±15° geändert wird, wird die Energie, bei der der Höchstwert des ersten Intensitätsprofils des gebeugten Röntgenstrahls in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV angegeben wird, gemessen.
Wie in 9 gezeigt, ändert sich die Energie, bei der die maximale Intensität angegeben wird, wenn die Position des Röntgenstrahlers 5 geändert wird. Wird der Röntgenstrahler 5 in einem Abstand von 5° in dem Bereich von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung (das heißt, 180°) geändert, werden der Höchstwert EH1 und der Mindestwert EL1 der Energie, bei der der Höchstwert des ersten Intensitätsprofils angegeben wird, bestimmt. Wenn der Röntgenstrahler 5 in dem Bereich von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung geändert wird, ist ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert EH1 und dem Mindestwert EL1 der Energie, bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV angibt, beispielsweise kleiner als oder gleich 0,06 keV, vorzugsweise kleiner als oder gleich 0,05 keV und noch bevorzugter kleiner als oder gleich 0,04 keV. Mit abnehmender dreidimensionaler Spannung des Siliziumkarbid-Einkristalls wird der Absolutwert einer Differenz 111 zwischen dem Höchstwert EH1 und dem Mindestwert EL1 der Energie, bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert angibt, kleiner.
Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Messung einer bestimmten Hochindex-Kristallebene gemessen, die durch die zuvor beschriebene Kristallebene (1) angegeben wird. Mit anderen Worten ist die zuvor beschriebene bestimmte Hochindex-Kristallebene eine Ebene, die um 66° in der Richtung der (0001)-Ebene bezogen auf die (1-100)-Ebene geneigt ist.
Wie in 10 gezeigt, sind der Röntgenstrahler 5 und der Detektor 6 derart angeordnet, dass sie der ersten Hauptfläche 11 zugewandt sind. Wie in 11 gezeigt, ist bei Betrachtung von dem Mittelpunkt O der ersten Hauptfläche 11 der Röntgenstrahler 5 in der [1-100]-Richtung positioniert. Mit anderen Worten ist bei Betrachtung in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 270° angeordnet. Der erste Messbereich 31 wird mit dem einfallenden Röntgenstrahl 7 von dem Röntgenstrahler 5 bestrahlt. Bei Betrachtung von dem Mittelpunkt O der ersten Hauptfläche 11 ist der Detektor 6 in einer Richtung parallel zu der [-1100]-Richtung positioniert. Mit anderen Worten ist der Detektor 6 in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 an der Position bei 90° oder 270° angeordnet. Der gebeugte Röntgenstrahl 8, der durch den ersten Messbereich 31 gebeugt wird, wird durch den Detektor 6 gemessen.
In dem Fall, in dem die erste Hauptfläche 11 einer Ebene entspricht, die um 4° in der <11-20>-Richtung bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist, beträgt der Höhenwinkel Φ3 des Röntgenstrahlers 5 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 (mit anderen Worten, der Winkel Φ3 zwischen dem einfallenden Röntgenstrahl 7 und der ersten Hauptfläche 11: siehe 10) beispielsweise 29,907°. Der Höhenwinkel Φ2 des Detektors 6 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 (mit anderen Worten, der Winkel Φ2 zwischen dem gebeugten Röntgenstrahl 8 und der ersten Hauptebene 11: siehe 10) beträgt beispielsweise 101,810°. Der Höhenwinkel Φ2 ist ein Winkel bei Betrachtung von der Seite der [-1100]-Richtung. In dem Fall, in dem der Höhenwinkel Φ2 größer als 90° ist, ist der Detektor 6 auf einer Seite gegenüber der [-1100]-Richtung Betrachtung von dem Mittelpunkt O angeordnet. Das heißt, der Detektor 6 ist an der Position bei 270° positioniert.
In dem Fall, in dem die erste Hauptfläche 11 einer Ebene entspricht, die um 8° in der <11-20>-Richtung bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist, beträgt der Höhenwinkel Φ3 des Röntgenstrahlers 5 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 (mit anderen Worten, der Winkel Φ3 zwischen dem einfallenden Röntgenstrahl 7 und der ersten Hauptfläche 11: siehe 10) beispielsweise 29,91°. Der Höhenwinkel Φ2 des Detektors 6 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 (mit anderen Worten, der Winkel Φ2 zwischen dem gebeugten Röntgenstrahl 8 und der ersten Hauptfläche 11: siehe 10) beträgt beispielsweise 103,939°. Da der Höhenwinkel Φ2 größer als 90° ist, ist der Detektor 6 an der Position bei 270° positioniert.
12 zeigt ein beispielhaftes Intensitätsprofil (das zweite Intensitätsprofil) des gebeugten Röntgenstrahls, der mit dem Röntgenstrahler 5 und dem Detektor 6 gemessen wird, die wie in 11 gezeigt, positioniert sind. Die horizontale Achse repräsentiert die Energie des gebeugten Röntgenstrahls. Die vertikale Achse repräsentiert die Intensität des gebeugten Röntgenstrahls. Wie in 12 gezeigt, weist das zweite Intensitätsprofil 2 einen Höchstwert bei einer Energie zwischen einer dritten Energie E3 und einer vierten Energie E4 auf. Die dritte Energie E3 beträgt beispielsweise 8,0 keV. Die vierte Energie E4 beträgt beispielsweise 9,5 keV. Die vierte Energie E4 kann 9,3 keV betragen. Der Höchstwert des zweiten Intensitätsprofils 2 in dem Bereich zwischen der dritten Energie E3 und der vierten Energie E4 ergibt sich aus der Kristallebene, die durch die zuvor beschriebene Kristallebene (1) angegeben ist. Ändert sich der Abweichungswinkel der ersten Hauptfläche 11, ändert sich die Energie, bei der der Höchstwert des Intensitätsprofils angegeben wird. Beispielsweise beträgt in dem Fall, in dem die erste Hauptfläche 11 einer Ebene entspricht, die um 4° in der <11-20>-Richtung bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist, die Energie, die der Kristallebene entspricht, die durch die zuvor beschriebene Kristallebene (1) angegeben ist, 8,48 keV, während in dem Fall, in dem die erste Hauptfläche 11 einer Ebene entspricht, die um 8° in der <11-20>-Richtung bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist, beträgt die Energie, die der Kristallebene entspricht, die durch die zuvor beschriebene Kristallebene (1) eingegeben ist, 8,36 keV.
Auf der Grundlage des zweiten Intensitätsprofils 2 werden eine maximale Intensität IP2 des Intensitätsprofils in dem Bereich zwischen der dritten Energie E3 und der vierten Energie E4 und eine Hintergrundintensität IN2 davon gemessen. Die Hintergrundintensität IN2 ist eine Intensität des Intensitätsprofils bei beispielsweise der vierten Energie E4. In ähnlicher Weise wird zwischen der dritten Energie E3 und der vierten Energie E4 die Energie E (270°), bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert angibt, gemessen.
Anschließend wird die Position des Röntgenstrahlers 5 in der Ebene parallel zu der ersten Hauptfläche 11 geändert. Wie in 13 gezeigt, ist in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 der Röntgenstrahler 5 an einer Position bei (270+θ2)° angeordnet. Der Winkel θ2 beträgt beispielsweise 6°. Das heißt, in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 ist der Röntgenstrahler 5 an einer Position bei 276° angeordnet. Der Höhenwinkel Φ3 (siehe 3) des Röntgenstrahlers 5 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 ist der gleiche wie in dem Fall, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 270° positioniert ist. Der Detektor 6 ist in der gleichen Weise angeordnet, wie in dem Fall, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 270° angeordnet ist. Mit der obigen Positionierung wird der erste Messbereich 31 mit dem einfallenden Röntgenstrahl 7 von dem Röntgenstrahler 5 bestrahlt und der gebeugte Röntgenstrahl 8, der durch den ersten Messbereich 31 gebeugt wird, wird durch den Detektor 6 gemessen.
Dementsprechend wird das zweite Intensitätsprofil des gebeugten Röntgenstrahls in dem Fall erhalten, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 276° positioniert ist. Auf der Grundlage des zweiten Intensitätsprofils werden die maximale Intensität IP2 des Intensitätsprofils in dem Bereich zwischen der dritten Energie E3 und der vierten Energie E4 und die Hintergrundintensität IN2 davon gemessen. In ähnlicher Weise wird die Energie E (276°), bei der das zweite Intensitätsprofil 2 einen Höchstwert angibt, gemessen.
Anschließend wird die Position des Röntgenstrahlers 5 in der Ebene parallel zu der ersten Hauptfläche 11 geändert. Wie in 14 gezeigt, ist in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 der Röntgenstrahler 5 an einer Position bei (270-θ2)° angeordnet. Der Winkel θ2 beträgt beispielsweise 6°. Das heißt, in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 ist der Röntgenstrahler 5 an einer Position bei 264° angeordnet. Der Höhenwinkel Φ3 (siehe 3) des Röntgenstrahlers 5 bezogen auf die erste Hauptfläche 11 ist der gleiche wie in dem Fall, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 270° angeordnet ist. Der Detektor 6 wird in der gleichen Weise wie in dem Fall positioniert, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 270° angeordnet ist. Mit der obigen Positionierung wird der erste Messbereich 31 mit dem einfallenden Röntgenstrahl 7 von dem Röntgenstrahler 5 bestrahlt und der gebeugte Röntgenstrahl 8, der durch den ersten Messbereich 31 gebeugt wird, durch den Detektor 6 gemessen.
Auf diese Weise wird das zweite Intensitätsprofil des gebeugten Röntgenstrahls in dem Fall erhalten, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 264° angeordnet ist. Auf der Grundlage des zweiten Intensitätsprofils werden die maximale Intensität IP2 des Intensitätsprofils in dem Bereich zwischen der dritten Energie E3 und der vierten Energie E4 und der Hintergrundintensität IN2 davon gemessen. In ähnlicher Weise wird die Energie E (264°), bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert angibt, gemessen.
Wie in 15 gezeigt, kann die Energie E (276°), bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert in dem Fall angibt, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 276° angeordnet ist, unterschiedlich zu der Energie E (270°) sein, bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert in dem Fall angibt, in dem der Röntgenstrahler 5 an der Position bei 270° angeordnet ist. Ist beispielsweise eine Anordnung des Kristallgitters des Siliziumkarbids in der Richtung bei 276° unterschiedlich zu einer Anordnung des Kristallgitters des Siliziumkarbids in der Richtung bei 270°, unterscheidet sich die Energie E (276°), bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert anzeigt, von der Energie E (270°), bei der das erste Intensitätsprofil 1 den Höchstwert anzeigt. Mit anderen Worten wird mit abnehmender dreidimensionaler Spannung des Siliziumkarbid-Einkristalls eine Differenz zwischen der Energie E (276°), bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert anzeigt, und der Energie E (270°) bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert anzeigt, kleiner.
Wie zuvor beschrieben, werden durch Ändern der Position des Röntgenstrahlers 5 in einem Abstand von 2° in dem Bereich von 270°±6° sieben zweite Intensitätsprofile gemessen. Auf der Grundlage jedes der sieben zweiten Intensitätsprofile werden die maximale Intensität IP2 des zweiten Intensitätsprofils in dem Bereich zwischen der dritten Energie E3 und der vierten Energie E4 und der Hintergrundintensität IN2 davon gemessen. In allen zweiten Intensitätsprofilen ist ein Verhältnis (das heißt, IP2/IN2) der maximalen Intensität des zweiten Intensitätsprofils 2 in dem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV zu der Hintergrundintensität des zweiten Intensitätsprofils 2 beispielsweise größer als oder gleich 1500, noch bevorzugter größer als oder gleich 2000 und noch bevorzugter größer als oder gleich 2500.
Mit anderen Worten, ist in dem Fall, in dem der Detektor 6 in der Richtung parallel zu der [-1100]-Richtung in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 angeordnet ist, in der der erste Messbereich 31 mit einem Röntgenstrahl in der Richtung innerhalb von ±6°, bezogen auf die [1-100]-Richtung bestrahlt und in der der gebeugte Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich 31 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen wird, das Verhältnis der maximalen Intensität des zweiten Intensitätsprofils 2 des gebeugten Röntgenstrahls in dem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV zu der Hintergrundintensität des zweiten Intensitätsprofils 2 größer als oder gleich 1500.
16 zeigt die Energie, bei der der Höchstwert des zweiten Intensitätsprofils in dem Fall angegeben ist, in dem die Position des Röntgenstrahlers 5 innerhalb der ersten Hauptfläche 11 geändert wird. Die vertikale Achse der 16 zeigt die Energie, bei der der Höchstwert des zweiten Intensitätsprofils zwischen der dritten Energie und der vierten Energie angegeben ist. Die horizontale Achse der 16 zeigt die Position des Röntgenstrahlers 5. Während die Position des Röntgenstrahlers 5 in einem Abstand von 2° in dem Bereich von 270°±6° geändert wird, wird die Energie, bei der der Höchstwert des zweiten Intensitätsprofils angegeben wird, gemessen.
Wie in 16 gezeigt, ändert sich die Energie, bei der der Höchstwert angegeben wird, wenn die Position des Röntgenstrahlers 5 geändert wird. Wird der Röntgenstrahler 5 in einem Abstand von 2° in dem Bereich von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung (das heißt, 270°) geändert, werden der Höchstwert EH2 und der Mindestwert EL2 der Energie, bei der der Höchstwert des zweiten Intensitätsprofils angegeben wird, bestimmt. Wird der Röntgenstrahler 5 in dem Bereich von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung geändert, beträgt ein Absolutwert einer Differenz 112 zwischen dem Höchstwert EH2 und dem Mindestwert EL2 der Energie, bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert in dem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV angibt, weniger als oder gleich 0,08 keV, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,07 keV und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,06 keV. Mit abnehmender dreidimensionaler Spannung des Siliziumkarbid-Einkristalls wird der Absolutwert der Differenz 112 zwischen dem Höchstwert EH2 und dem Mindestwert EL2 der Energie, bei der das zweite Intensitätsprofil 2 den Höchstwert angibt, kleiner.
Als nächstes kann ein Intensitätsprofil des gebeugten Röntgenstrahls von einem zweiten Messbereich 32 gemessen werden. Der zweite Messbereich 32 umfasst eine Position, die um 10 mm von der Außenkante 15 der ersten Hauptfläche 11 entfernt angeordnet ist. Das Intensitätsprofil des gebeugten Röntgenstrahls von dem zweiten Messbereich 32 wird durch das gleiche Verfahren gemessen wie das Verfahren zur Messung des Intensitätsprofils des gebeugten Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich 31.
Wie in 17 gezeigt, ist in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 der Detektor 6 in der <11-20>-Richtung angeordnet, wird der zweite Messbereich 32 mit der Stelle, die um 10 mm von der Außenkante 15 der Hauptfläche 11 entfernt angeordnet ist, mit einem Röntgenstrahl in der Richtung innerhalb von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung bestrahlt, und wird ein gebeugter Röntgenstrahl von dem zweiten Messbereich 32 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen. Auf diese Weise wird ein Intensitätsprofil (das dritte Intensitätsprofil 3) des gebeugten Röntgenstrahls erhalten (siehe 18).
Wie in 18 gezeigt, ist ein Verhältnis (das heißt, IP3/IN3) der maximalen Intensität IP3 des dritten Intensitätsprofils 3 des gebeugten Röntgenstrahls in dem Bereich der ersten Energie E1 zur zweiten Energie E2 zu der Hintergrundintensität IN3 des dritten Intensitätsprofils 3 beispielsweise größer als oder gleich 1500, vorzugsweise größer als oder gleich 2000, und noch bevorzugter größer als oder gleich 2500. Die erste Energie E1 beträgt beispielsweise 6,9 keV. Die zweite Energie E2 beträgt beispielsweise 11,7 keV. Die erste Energie E1 kann 7,7 keV sein. Die zweite Energie E2 kann 10,4 keV sein. Der Höchstwert des dritten Intensitätsprofils 3 in dem Bereich zwischen der ersten Energie E1 und der zweiten Energie E2 ergibt sich aus der (0008)-Ebene.
Wie in 19 gezeigt, ist der Detektor 6 in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 in der Richtung parallel zu der [-1100]-Richtung positioniert, wird der zweite Messbereich 32 mit einem Röntgenstrahl in der Richtung innerhalb von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung bestrahlt und ein gebeugter Röntgenstrahl von dem zweiten Messbereich 32 unter Verwendung des Detektors 6 gemessen. Auf diese Weise wird ein Intensitätsprofil (das vierte Intensitätsprofil 4) des gebeugten Röntgenstrahls erhalten (siehe 20).
Wie in 20 gezeigt, ist ein Verhältnis (das heißt, IP4/IN4) der maximalen Intensität IP4 des vierten Intensitätsprofils 4 des gebeugten Röntgenstrahls in dem Bereich der dritten Energie E3 zur vierten Energie E4 zu der Hintergrundintensität IN4 des vierten Intensitätsprofils 4 beispielsweise größer als oder gleich 1500, vorzugsweise größer als oder gleich 2000, und noch bevorzugter größer als oder gleich 2500. Die dritte Energie E3 beträgt beispielsweise 8,0 keV. Die vierte Energie E4 beträgt beispielsweise 9,5 keV. Die vierte Energie E4 kann 9,3 keV betragen. Der Höchstwert des vierten Intensitätsprofils 4 in dem Bereich zwischen der dritten Energie E3 und der vierten Energie E4 ergibt sich aus der Kristallebene, die durch die zuvor beschriebene Kristallebene (1) angegeben wird.
In dem Fall, in dem der Detektor 6 in der Richtung senkrecht zu der ersten Hauptfläche 11 in der <11-20>-Richtung positioniert ist und die Position, die mit dem Röntgenstrahl bestrahlt wird, in dem Bereich von ±15° bezogen auf die[-1-120]-Richtung bestrahlt wird, beträgt der Höchstwert einer Differenz 111 zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Energie, bei der das dritte Intensitätsprofil 3 den Höchstwert in dem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV angibt, beispielsweise weniger als oder gleich 0,06 keV, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,05 keV, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,04 keV (siehe 9).
In dem Fall, in dem der Detektor 6 in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche 11 in der Richtung parallel zu der [-1100]-Richtung angeordnet ist und die Position, die mit dem Röntgenstrahl bestrahlt wird, in dem Bereich von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung bestrahlt wird, beträgt der Absolutwert einer Differenz 112 zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Energie, bei dem das vierte Intensitätsprofil 4 den Höchstwert in dem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV angibt, beispielsweise weniger als oder gleich 0,08 keV, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,07 keV, und noch bevorzugter weniger als oder gleich 0,06 keV (siehe 16).
Im Nachfolgenden wird eine Konfiguration einer Herstellungsvorrichtung für einen Siliziumkarbid-Einkristallingot beschrieben.
Wie in 21 gezeigt, umfasst eine Herstellungsvorrichtung 100 für einen Siliziumkarbid-Einkristallingot im Wesentlichen einen Schmelztiegel 74, einen Wärmeisolator 60, einen Ofenkörper 76, eine erste Heizvorrichtung 41, eine zweite Heizvorrichtung 42, eine dritte Heizvorrichtung 43, eine vierte Heizvorrichtung 44, eine fünfte Heizvorrichtung 45, ein erstes Strahlungsthermometer 51, ein zweites Strahlungsthermometer 52, ein drittes Strahlungsthermometer 53, ein viertes Strahlungsthermometer 54 und ein fünftes Strahlungsthermometer 55. Der Schmelztiegel 74 weist einen Impfkristallhalteabschnitt 70 und einen Ausgangsmaterialaufnahmeabschnitt 71 auf. Die erste Heizvorrichtung 41, die zweite Heizvorrichtung 42, die dritte Heizvorrichtung 43, die vierte Heizvorrichtung 44 und die fünfte Heizvorrichtung 45 sind im Wärmeisolators 60 angeordnet. Der Wärmeisolator 60 ist innerhalb des Ofenkörpers 76 angeordnet. Das erste Strahlungsthermometer 51, das zweite Strahlungsthermometer 52, das dritte Strahlungsthermometer 53, das vierte Strahlungsthermometer 54 und das fünfte Strahlungsthermometer 55 sind außerhalb des Ofenkörpers 76 angeordnet.
Der Wärmeisolator 60 ist mit einem ersten Durchgangsloch 61, einem zweiten Durchgangsloch 62, einem dritten Durchgangsloch 63, einem vierten Durchgangsloch 64 und einem fünften Durchgangsloch 65 ausgebildet. Das erste Strahlungsthermometer 51 ist an einer Position angeordnet, die einer oberen Fläche 83 des Schmelztiegels 74 zugewandt ist, und derart ausgebildet, dass es eine Temperatur in der Nähe der Mitte der oberen Oberfläche 83 über ein erstes Fenster 91 misst. Das zweite Strahlungsthermometer 52 ist an einer Position angeordnet, dass es einem oberen Abschnitt einer Seitenfläche 84 des Schmelztiegels 74 zugewandt ist, und derart ausgebildet, dass es eine Temperatur in dem oberen Abschnitt der Seitenfläche 84 über ein zweites Fenster 92 misst. Das dritte Strahlungsthermometer 53 ist an einer Position angeordnet, dass es einem unteren Abschnitt der Seitenfläche 84 des Schmelztiegels 74 zugewandt ist, und derart ausgebildet, dass es eine Temperatur in dem unteren Abschnitt der Seitenfläche 84 über ein drittes Fenster 93 misst. Das vierte Strahlungsthermometer 54 ist an einer Position angeordnet, die einer Bodenfläche 85 des Schmelztiegels 74 zugewandt ist, und derart ausgebildet, dass es eine Temperatur in der Nähe der Mitte der Bodenfläche 85 über ein viertes Fenster 94 misst. Das fünfte Strahlungsthermometer 55 ist an einer Position angeordnet, die der Bodenfläche 85 des Schmelztiegels 74 zugewandt ist und derart ausgebildet, dass es eine Temperatur außerhalb der Bodenfläche 85 über ein fünftes Fenster 95 misst.
Ein Steuerpunkt 77, der durch das dritte Strahlungsthermometer 53 gemessen wird, ist beispielsweise ein Abschnitt der Seitenfläche 84 des Schmelztiegels 74. Die Temperatur des Steuerpunkts 77 wird durch das dritte Strahlungsthermometer 53 gemessen, und die dritte Heizvorrichtung 43 wird einer Rückkopplungssteuerung unterzogen. Der Steuerpunkt 77 kann ein anderer als der Schmelztiegel 74 sein. Der Steuerpunkt 77 kann beispielsweise ein Abschnitt einer Heizung sein. In ähnlicher Weise wird für jede der anderen Heizvorrichtungen die Temperatur eines Steuerpunkts durch ein entsprechendes Strahlungsthermometer gemessen und zu der Heizvorrichtung zurückgeführt. Es kann die gleiche Anzahl von Steuerpunkten wie die Anzahl der Heizvorrichtungen vorgesehen sein, und die Heizvorrichtungen können einzeln einer Rückkopplungssteuerung in Übereinstimmung mit den entsprechenden Steuerpunkten unterzogen werden. Die Heizvorrichtungen können über eine Master-Slave-Steuerung gesteuert werden, bei der eine Master-Heizvorrichtung bestimmt wird und ein Teil der Heizvorrichtungen Ausgaben in bestimmten Verhältnissen in Bezug auf die Ausgabe der Master-Heizvorrichtung bereitstellt. Es können mehrere Master-Heizvorrichtungen in der Master-Slave-Steuerung vorgesehen sein. Auf der Zeitachse können die Rückkopplungssteuerung und die Master-Slave-Steuerung kombiniert werden.
Der Ausgangsmaterialaufnahmeabschnitt 71 ist ausgebildet, um ein Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 73 aufzunehmen. Der Impfkristallhalteabschnitt 70 ist ausgebildet, um einen Impfkristall 72, der aus einem Siliziumkarbid-Einkristall gebildet ist, zu halten. Jede der ersten bis fünften Heizvorrichtungen 41 bis 45 ist beispielsweise eine Widerstandsheizvorrichtung. Jede der ersten bis fünften Heizvorrichtungen 41 bis 45 kann zum Beispiel eine Hochfrequenz-Induktionsheizspule sein.
Im Nachfolgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallsubstrats beschrieben.
Wie in 21 gezeigt, ist das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 73 in dem Ausgangsmaterialaufnahmeabschnitt 71 vorgesehen. Das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 73 ist beispielsweise polykristallines Siliziumkarbidpulver. Der Impfkristall 72 wird beispielsweise unter Verwendung eines Haftmittels an dem Impfkristallhalteabschnitt 70 befestigt. Der Impfkristall 72 ist beispielsweise aus einem hexagonalen Siliziumkarbid-Einkristall vom Polytyp 4H gebildet. Der Durchmesser der Oberfläche des Impfkristalls 72 beträgt beispielsweise mehr als oder gleich 100 mm, und noch bevorzugter mehr als oder gleich 150 mm. Die Oberfläche des Impfkristalls 72 entspricht einer Ebene, die um mehr als oder gleich 0,5° und weniger als oder gleich 8° bezogen auf die (0001)-Ebene geneigt ist. Der Impfkristall 72 ist derart angeordnet, dass er der Fläche 82 des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 73 zugewandt ist. Wie zuvor beschrieben, werden der Impfkristall 72 und das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 73 in dem Schmelztiegel 74 angeordnet.
Anschließend wird der Schmelztiegel 74 auf eine Temperatur von etwa mehr als oder gleich 2000° C und weniger als oder gleich 2400° C erhitzt. Während die Temperatur des Schmelztiegels 74 erhöht wird, wird der Druck eines Atmosphärengases in dem Ofenkörper 76 beispielsweise auf etwa 80 kPa gehalten. Das Atmosphärengas umfasst ein Inertgas, wie beispielsweise Argongas, Heliumgas oder Stickstoffgas. Als nächstes wird ein Druck des Atmosphärengases in dem Ofenkörper 76 auf beispielsweise 1,7 kPa verringert. Auf diese Weise beginnt das Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 73 zu sublimieren und wird an der Oberfläche des Impfkristalls 72 rekristallisiert, der an der Stelle angeordnet ist, die der Oberfläche des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 73 zugewandt ist. Folglich beginnt ein Siliziumkarbid-Einkristall auf der Oberfläche des Impfkristalls 72 zu wachsen. Während des Wachstums des Siliziumkarbid-Einkristalls wird der Druck in dem Ofenkörper 76 auf beispielsweise mehr als oder gleich 0,5 kPa und weniger als oder gleich 5 kPa für etwa 100 Stunden aufrechterhalten. Durch Sublimieren des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 73, wie zuvor beschrieben, wird ein Siliziumkarbid-Einkristall 80 (siehe 22) auf dem Impfkristall 72 gezüchtet.
In dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls wird die Temperatur der Oberfläche 81 (siehe 22) des Siliziumkarbid-Einkristalls 80 so gehalten, dass sie niedriger als die Temperatur der Oberfläche 82 (siehe 22) des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials ist. Insbesondere ist in einer Richtung von dem Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial 73 in Richtung des Impfkristalls 72 ein Temperaturgradient derart vorgesehen, dass die Temperatur der Oberfläche 81 des Siliziumkarbideinkristalls 80 niedriger wird als die Temperatur der Oberfläche 82 des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 73.
Wie zuvor beschrieben, ist es zur Erzielung eines hochqualitativen Siliziumkarbid-Einkristalls mit wenig Spannung wünschenswert, dass das Aufwachsen des Siliziumkarbid-Einkristalls 80 mit einer geringen Änderung in der thermischen Umgebung der Kristalloberfläche in dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls fortschreitet, während die Wachstumsfläche 81 des Siliziumkarbid-Einkristalls 80 so flach wie möglich gehalten wird. Insbesondere wird in dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls die Temperaturverteilung der Wachstumsoberfläche 81 des Siliziumkarbid-Einkristalls 80 (das heißt, eine Differenz zwischen der Höchst- und Mindesttemperatur der Wachstumsfläche 81) auf einem solchen Wert gehalten, dass dieser immer niedriger als oder gleich 5° C ist. In dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls wird eine Temperatur einer Mitte 79 der Wachstumsfläche 81 (das heißt, eine Differenz zwischen der Höchst- und Mindesttemperatur der Mitte 79 der Wachstumsfläche 81 während einer Zeitdauer von dem Beginn des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls 80 bis zum Ende des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls 80) auf einem solchen Wert gehalten, dass dieser immer kleiner als oder gleich 3° C ist.
In dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls wird eine Temperaturverteilung des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 73 (das heißt, eine Differenz zwischen der Höchst- und Mindesttemperatur in dem gesamten Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial) immer auf weniger als oder gleich 20° C gehalten. In dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls wird eine Temperatur der Mitte 78 der Oberfläche 82 des Siliziumkarbid-Ausgangsmaterials 73 (das heißt, eine Differenz zwischen der Höchst- und Mindesttemperatur der Mitte 78 der Oberfläche 82 während der Zeitdauer von dem Beginn des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls 80 bis zum Ende des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls 80) auf immer weniger als oder gleich 5° C gehalten.
In dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls werden zur Realisierung der zuvor beschriebenen Bedingungen die optimalen Werte der Heizleistungen der ersten bis fünften Heizvorrichtungen 41 bis 45 durch eine thermische Fluidsimulation berechnet. Insbesondere in einem Bereich, in dem die Länge des Siliziumkarbid-Einkristalls 0 bis 25 mm beträgt, wird die Thermofluidsimulation für jeweils 1 mm durchgeführt, wodurch die optimalen Werte der Heizvorrichtungsleistungen der ersten bis fünften Heizvorrichtung 41 bis 45 berechnet werden.
Als nächstes werden als Beispiel die optimalen Werte der Heizvorrichtungsleistungen der ersten bis fünften Heizvorrichtung in dem Schritt des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls beschrieben. In 23 zeigt die vertikale Achse jeweils die Heizvorrichtungsleistung der ersten bis fünften Heizvorrichtung 41 bis 45, während die horizontale Achse die Länge 113 (siehe 22) des auf dem Impfkristall 72 gewachsenen Siliziumkarbid-Einkristalls 80 darstellt. Mit anderen Worten entspricht die horizontale Achse der Wachstumszeit.
Wie in 23 gezeigt, weist, wenn die Länge des Siliziumkarbid-Einkristalls 1 mm beträgt (direkt nach dem Beginn des Wachsens des Siliziumkarbid-Einkristalls), von den fünf Heizvorrichtungen die Heizleistung der zweiten Heizvorrichtung 42 einen Höchstwert und die Heizleistung der vierten Heizvorrichtung 44 einen Mindestwert auf. Die Heizleistungen der ersten Heizvorrichtung 41 und der fünften Heizvorrichtung 45 sind größer als die Heizleistung der dritten Heizvorrichtung 43. Die Heizleistung der ersten Heizvorrichtung 41 ist im Wesentlichen gleich der Heizleistung der fünften Heizvorrichtung 45.
Beträgt die Länge des Siliziumkarbid-Einkristalls 1 mm bis 3 mm, nimmt die Heizleistung der zweiten Heizvorrichtung 42 zu. Die Heizleistungen der ersten Heizvorrichtung 41, der dritten Heizvorrichtung 43 und der vierten Heizvorrichtung 44 nehmen ab. Nachdem die Länge des Siliziumkarbid-Einkristalls in etwa 3 mm wird, werden die Heizleistungen der zweiten Heizvorrichtung 42 und der fünften Heizvorrichtung 45 abgesenkt. Anschließend wird die Heizleistung der zweiten Heizvorrichtung 42 erhöht. Nachdem die Länge des Siliziumkarbid-Einkristalls etwa 3 mm wird, werden die Heizleistungen der ersten Heizvorrichtung 41, der dritten Heizvorrichtung 43 und der vierten Heizvorrichtung 44 vorübergehend erhöht. Anschließend werden die Heizleistung der ersten Heizvorrichtung 41, der dritten Heizvorrichtung 43 und der vierten Heizvorrichtung 44 abgesenkt.
Wenn, wie in 23 gezeigt, die Länge des Siliziumkarbid-Einkristalls als Folge des Wachstums des Siliziumkarbid-Einkristalls etwa 3 mm beträgt, wird die Heizleistung der ersten Heizvorrichtung 41 vorübergehend erhöht, dann jedoch allmählich verringert. Wenn andererseits die Länge des Siliziumkarbid-Einkristalls als Folge des Wachstums des Siliziumkarbid-Einkristalls etwa 3 mm beträgt, wird die Heizleistung der zweiten Heizvorrichtung 42 vorübergehend verringert, dann jedoch allmählich erhöht. Wenn die Länge des Siliziumkarbid-Einkristalls 25 mm beträgt (am Ende des Wachstums des Siliziumkarbid-Einkristalls), weist von den fünf Heizvorrichtungen die Heizleistung der zweiten Heizvorrichtung 42 den Höchstwert und die Heizleistung der vierten Heizvorrichtung 44 den Mindestwert auf. Die Heizleistung der fünften Heizvorrichtung 45 ist größer als die Heizleistung der dritten Heizvorrichtung 43. Die Heizleistung der ersten Heizvorrichtung 41 ist kleiner als die Heizleistung der dritten Heizvorrichtung 43.
Nach Beendigung des Kristallwachstums des Siliziumkarbid-Einkristalls 80 wird der Siliziumkarbid-Einkristall 80 abgekühlt. Nachdem die Temperatur des Siliziumkarbid-Einkristalls 80 in etwa Zimmertemperatur erreicht hat, wird der Siliziumkarbid-Einkristall 80 aus der Herstellungsvorrichtung 100 entnommen. Der Siliziumkarbid-Einkristall 80 wird beispielsweise unter Verwendung einer Drahtsäge geschnitten, um ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat 10 zu erhalten (siehe 1).
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurde dargestellt, dass die Anzahl der Zonen der Heizvorrichtungen, die hinsichtlich der Heizleistung individuell gesteuert werden können, 5 ist; jedoch ist die Anzahl der Zonen nicht auf 5 beschränkt. Beispielsweise kann die Anzahl der Zonen der Heizvorrichtungen 6, 7 oder 8 sein, indem die Heizvorrichtung auf der Seite der oberen Fläche, die Heizvorrichtungen auf der Seite der Seitenfläche und die Heizvorrichtungen auf der Seite der Bodenfläche weiter unterteilt werden. Durch Erhöhen der Anzahl der Zonen der Heizvorrichtungen kann die Temperatur des Siliziumkarbid-Einkristalls sehr genau gesteuert werden. Auf diese Weise kann ein Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einer noch geringeren Spannung erhalten werden.
Die hier offenbarten Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung und sind in keiner Hinsicht als einschränkend zu erachten. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Begriffe der Ansprüche definiert und nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung entsprechend den Begriffen der Ansprüche umfassen.
Bezugszeichenliste
1: erstes Intensitätsprofil; 2: zweites Intensitätsprofil; 3: drittes Intensitätsprofil; 4: viertes Intensitätsprofil; 5: Röntgenstrahler; 6: Detektor; 7: einfallender Röntgenstrahl (Röntgenstrahlung); 8: gebeugte Röntgenstrahlung; 10: Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat; 11: erste Hauptfläche (Hauptfläche); 12: zweite Hauptfläche; 13: erste Abflachung; 14: Krümmungsabschnitt; 15: äußerer Rand; 16: Höchstdurchmesser; 31: erster Messbereich; 32: zweiter Messbereich; 41: erste Heizvorrichtung; 42: zweite Heizvorrichtung; 43: dritte Heizvorrichtung; 44: vierte Heizvorrichtung; 45: fünfte Heizvorrichtung; 51: erstes Strahlungsthermometer; 52: zweites Strahlungsthermometer; 53: drittes Strahlungsthermometer; 54: viertes Strahlungsthermometer; 55: fünftes Strahlungsthermometer; 60: Wärmeisolator; 61: erstes Durchgangsloch; 62: zweites Durchgangsloch; 63: drittes Durchgangsloch; 64: viertes Durchgangsloch; 65: fünftes Durchgangsloch; 70: Impfkristallhalteabschnitt; 71: Ausgangsmaterialaufnahmeabschnitt; 72: Impfkristall; 73: Siliziumkarbid-Ausgangsmaterial; 74: Schmelztiegel; 76: Ofenkörper; 77: Steuerpunkt; 78, 79, O: Mitte; 80: Siliziumkarbid-Einkristall; 81: Wachstumsfläche (Oberfläche); 82: Fläche; 83: obere Fläche; 84: Seitenfläche; 85: Bodenfläche; 91: erstes Fenster; 92: zweites Fenster; 93: drittes Fenster; 94: viertes Fenster; 95: fünftes Fenster; 100: Herstellungsvorrichtung; 101: erste Richtung (Abweichungsrichtung); 102: zweite Richtung; 111, 112: Differenz; 113: Länge; E1: erste Energie; E2: zweite Energie; E3: dritte Energie; E4: vierte Energie; EH1, EH2: Höchstwert; EL1, EL2: Mindestwert; IN1, IN2, IN3, IN4: Hintergrundintensität; IP1, IP2, IP3, IP4: maximale Intensität

Claims

Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat mit einer Hauptfläche, die in einer <11-20>-Richtung bezogen auf eine (0001)-Ebene geneigt ist, wobei in einer Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in einem Fall, in dem ein Detektor in einer [11-20]-Richtung positioniert ist, in der ein erster Messbereich, der eine Mitte der Hauptfläche enthält, mit einem Röntgenstrahl in einer Richtung innerhalb ±15° bezogen auf eine [-1-120]-Richtung bestrahlt und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich unter Verwendung des Detektors gemessen wird, ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines ersten Intensitätsprofils des gebeugten Röntgenstrahls in einem Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV zu einer Hintergrundintensität des ersten Intensitätsprofils größer als oder gleich 1500 ist, in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in einer Richtung senkrecht zu einer [-1100]-Richtung angeordnet ist, in der der erste Messbereich mit einem Röntgenstrahl in einer Richtung innerhalb von ±6° bezogen auf eine [1-100]-Richtung bestrahlt und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem ersten Messbereich unter Verwendung des Detektors gemessen wird, ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines zweiten Intensitätsprofils des gebeugten Röntgenstrahls in einem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV zu einer Hintergrundintensität des zweiten Intensitätsprofils größer als oder gleich 1500 ist, in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in der [11-20]-Richtung positioniert ist und eine mit dem Röntgenstrahl zu bestrahlende Position in einem Bereich von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung geändert wird, ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Energie, bei der das erste Intensitätsprofil einen Höchstwert im Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV angibt, kleiner als oder gleich 0,06 keV ist.
Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat nach Anspruch 1, wobei in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in der Richtung parallel zu der [-1100]-Richtung angeordnet ist und die mit dem Röntgenstrahl zu bestrahlende Position in einem Bereich von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung geändert wird, ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Energie, bei der das zweite Intensitätsprofil einen Höchstwert in dem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV anzeigt, kleiner als oder gleich 0,08 keV ist.
Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptfläche einen Höchstdurchmesser von mehr oder gleich 100 mm aufweist, in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in der [11-20]-Richtung angeordnet ist, in der ein zweiter Messbereich mit einer Position, die um 10 mm von einer Außenkante der Hauptfläche entfernt ist, mit einem Röntgenstrahl in der Richtung innerhalb von ±15° bezogen auf die [-1-120]-Richtung bestrahlt und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem zweiten Messbereich unter Verwendung des Detektors gemessen wird, ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines dritten Intensitätsprofils des gebeugten Röntgenstrahls im Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV zu einer Hintergrundintensität des dritten Intensitätsprofils größer als oder gleich 1500 ist, in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in der [-1100]-Richtung angeordnet ist, in der der zweite Messbereich mit einem Röntgenstrahl in der Richtung innerhalb von ±6° bezogen auf die [1-100] Richtung bestrahlt und in der ein gebeugter Röntgenstrahl von dem zweiten Messbereich unter Verwendung des Detektors gemessen wird, ein Verhältnis einer maximalen Intensität eines vierten Intensitätsprofils des gebeugten Röntgenstrahls in dem Bereich von 8,0 keV bis 9,5 keV zu einer Hintergrundintensität des vierten Intensitätsprofils größer als oder gleich 1500 ist, und in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in der Richtung [11-20] angeordnet ist und die mit dem Röntgenstrahl zu bestrahlende Position im Bereich von ±15° bezogen auf die [-1-120] Richtung geändert wird, ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Energie, bei der das dritte Intensitätsprofil einen Höchstwert im Bereich von 6,9 keV bis 11,7 keV angibt, kleiner als oder gleich 0,06 keV ist.
Siliziumkarbid-Einkristallsubstrat nach Anspruch 3, wobei in der Richtung senkrecht zu der Hauptfläche, in einem Fall, in dem der Detektor in der Richtung parallel zu der [-1100]-Richtung angeordnet ist und die mit dem Röntgenstrahl zu bestrahlende Position in dem Bereich von ±6° bezogen auf die [1-100]-Richtung geändert wird, ein Absolutwert einer Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Energie, bei der das vierte Intensitätsprofil einen Höchstwert in dem Bereich von zeigt 8,0 keV bis 9,5 keV angibt, kleiner als oder gleich 0,08 keV ist.