DE112018000035T5

DE112018000035T5 - Verfahren zur Qualitätsbewertung eines SiC-Einkristallkörpers und Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristallblocks unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE112018000035T5
Application number: DE112018000035.4T
Authority: DE
Inventors: Masashi Nakabayashi; Shoji Ushio
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-02-28
Also published as: US20200010974A1; US11078596B2; WO2018181788A1; JP6437173B1; CN109196146B; CN109196146A; JPWO2018181788A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bewertung der Qualität eines SiC-Einkristalls, das in der Lage ist, die Qualität des SiC-Einkristalls durch ein zerstörungsfreies und einfaches Verfahren zu bewerten, und ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Einkristallblocks bereitgestellt, das in der Lage ist, einen SiC-Einkristallblock mit weniger Versetzung und hoher Qualität bei guter Reproduzierbarkeit unter Verwendung desselben herzustellen.Ein Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers basierend auf dem Graphen einer zweiten Polynomgleichung, die durch Differenzieren einer ersten Polynomgleichung erhalten wird, wobei die erste Polynomgleichung die Beziehung zwischen einem Peakverschiebungswert und einer Position des Messpunkts annähert und der Peakverschiebungswert durch eine Röntgenschwenkkurvenmessung erhalten wird. Darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Einkristallblocks, das einen SiC-Einkristallblock durch ein Sublimationsumkristallisationsverfahren herstellt, wobei als Impfkristall der nach dem Bewertungsverfahren bewertete SiC-Einkristallkörper verwendet wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers, der aus einem scheibenförmigen Siliziumkarbid-Einkristall besteht, und ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Einkristall-Blocks unter Verwendung desselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung auf ein zerstörungsfreies Verfahren zur Bewertung eines SiC-Einkristallkörpers, der den Grad der Versetzung oder dergleichen bewerten kann, und ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbideinkristallblocks unter Verwendung eines Impfkristalls, der unter Verwendung des Bewertungsverfahrens bewertet wird.
HINTERGRUND
Siliziumkarbid (SiC) ist ein Halbleiter mit breiter Bandlücke, welches eine große verbotene Bandbreite und Eigenschaften aufweist, die weit über herkömmliches Silizium (Si) hinausgehen, wie Spannungsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit usw. Daher wurde SiC aktiv erforscht und als Halbleitermaterial der nächsten Generation entwickelt.
Eine der Techniken zum Züchten eines Siliziumkarbid-Einkristalls (SiC-Einkristall) ist ein Sublimationsumkristallisationsverfahren, bei dem ein in einen Tiegel gegebenes Rohmaterialpulver aus SiC erhitzt wird, um Sublimationsgas zu erzeugen, und ein SiC-Einkristall auf einem im Tiegel gegenüberliegenden Impfkristall aus SiC umkristallisiert wird (auch als verbessertes Rayleigh-Verfahren bezeichnet).
Mit anderen Worten wird bei diesem Verfahren ein Impfkristall an dem den Tiegel bildenden Tiegeldeckel befestigt, das Rohmaterialpulver aus SiC in den Behälterhauptkörper (Tiegelhauptkörper) des Tiegels eingebracht, und das Rohmaterialpulver aus SiC vorübergehend in einen Hochvakuumzustand versetzt, dann in eine inerte Atmosphäre gebracht, um einen Temperaturgradienten in Wachstumsrichtung herzustellen, so dass die Temperatur auf der Rohpulverseite hoch wird und die Temperatur auf der Impfkristallseite niedrig wird, um das Rohmaterialpulver zu sublimieren. Somit wird ein massiver SiC-Einkristall (SiC-Einkristallblock) auf dem Impfkristall gezüchtet. In diesem Fall ist es nicht nur möglich, das Auftreten von Polykristallen zu kontrollieren, sondern auch SiC-Einkristalle des gewünschten Polytyps stabil zu züchten, indem die Kristallendfläche an der Spitze des Blocks so stabilisiert wird, dass sie eine konvexe Form aufweist. Daher wird der Temperaturgradient auch in der Ebene erhalten, dass die Differenz zwischen der Temperatur t_P an einem beliebigen Punkt auf der Wachstumsfläche an der Außenseite des Zuchtkristalls und der Temperatur tc in der Mitte des Blocks, wo der Abstand von diesem Punkt gleich dem Abstand vom Impfkristall (Δt = t_P - tc) ist, in der Regel positiv ist, so dass im Wachstumsraum im Tiegel in Richtung der Wachstumsrichtung eine moderate konvexe Isotherme gebildet wird.
Es wird eine im Wesentlichen zylindrische Masse an einkristallinem SiC (SiC-Einkristallblock) erhalten, die anschließend auf eine vorbestimmte Dicke ausgeschnitten wird, um ein SiC-Einkristallsubstrat herzustellen. Darüber hinaus wird ein epitaktischer SiC-Einkristallwafer durch Anwendung eines thermischen CVD-Verfahrens oder dergleichen auf das resultierende SiC-Einkristallsubstrat gezüchtet, um einen epitaktischen SiC-Einkristallwafer zu bilden, der zur Herstellung verschiedener SiC-Vorrichtungen einschließlich einer Stromvorrichtung verwendet werden kann.
Das Kristallwachstum durch eine solche Sublimationsumkristallisationsmethode erfordert eine Temperatur von mehr als 2.000°C. Darüber hinaus wird das Kristallwachstum durch Bereitstellung eines Temperaturgradienten zwischen dem Impfkristall und dem Rohmaterialpulver durchgeführt. Daher sind Versetzungen und dergleichen unvermeidlich in dem so erhaltenen SiC-Einkristall vorhanden, und auch die innere Spannung bleibt erhalten. Es ist bekannt, dass eine solche Versetzung auch die Eigenschaften der Vorrichtung und dergleichen beeinflusst. Darüber hinaus verursacht die Eigenspannung Probleme wie Rissbildung bei der Verarbeitung von SiC-Einkristallen und Verzug bei der Formung zu einem Substrat. Dementsprechend wurde ein Verfahren zur Reduzierung der Versetzung und der Eigenspannung eines SiC-Einkristalls durch Optimierung der Wachstumsbedingungen wie Druck und Temperatur im Sublimationsumkristallisationsverfahren intensiv untersucht.
Inzwischen wurde auch die Forschung und Entwicklung für ein Verfahren zur Beurteilung der Kristallqualität in Bezug auf die Versetzungsdichte vorangetrieben. Die häufigste Methode zur Beurteilung der Dichte und Verteilung der Versetzung ist das chemische Ätzen. Wenn beispielsweise ein SiC-Einkristall mehrere Minuten lang in geschmolzenes Kaliumhydroxid (KOH) bei etwa 530°C
eingetaucht wird, wird die Oberfläche des SiC-Einkristalls durch Alkali erodiert. Da in diesem Fall der Teil, in dem eine bestimmte Art von Kristalldefekt vorliegt, aufgrund seiner hohen chemischen Aktivität schneller erodiert als der normale Kristallteil, werden sogenannte Ätzgruben gebildet. Abhängig von Form, Größe, Dichte und Verteilung der Ätzgruben können Art und Dichte von Kristalldefekten und dergleichen bewertet werden (siehe NPL1).
Darüber hinaus sind als Kristallbewertung nach dem Prinzip der Röntgenbeugung die Bewertung einer Beugungslinie anhand der vollen Breite bei einem Halbmaximum (FWHM) und die Kristallbewertung durch die Röntgentopographie bekannt. Diese Methoden beschränken sich nicht nur auf SiC-Materialien, sondern sind weit verbreitet. So wird beispielsweise ein Verfahren berichtet, bei dem Versetzungen, die in einem SiC-Einkristallsubstrat enthalten sind, identifiziert und die Versetzungsdichte durch Reflexionsröntgentopographie mit einem MoKa-Strahl als Röntgenquelle und einer asymmetrischen Reflexionsfläche als Beugungsfläche aus dem resultierenden röntgentopographischen Bild gemessen wird (siehe PTL1). Darüber hinaus wurde auch ein Verfahren zum Bewerten der Abweichung der Kristallorientierung eines SiC-Einkristallsubstrats basierend auf dem Winkel, der mit der Röntgeneinfallsrichtung gebildet wird, wenn sich während der Röntgenschwenkkurvenmessung ein Beugungspeak zeigt, berichtet (siehe z.B. PTL2, NPLs 2 und 3).
[ZITATLISTE]
[PATENTLITERATUR]

[PTL1] Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2014-2104
[PTL2] Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2011-219296

(NICHTPATENTIERTLITERATUR)

[NPL1] N. Ohtani, et al., Journal of Crystal Growth, Bd. 286 (2006) S. 55-60
[NPL2] J. W. Lee, et al., Journal of Crystal Growth, Vol. 310 (2008) S. 4126-4131
[NPL3] N. Ohtani, et al., Journal of Crystal Growth, Bd. 386 (2014) S. 9-15

ZUSAMMENFASSUNG
(TECHNISCHE AUFGABE)
Als Verfahren zur Beurteilung der Qualität eines SiC-Einkristalls wird heute im Allgemeinen ein chemisches Ätzverfahren unter Einsatz von geschmolzenem KOH verwendet. Da es sich jedoch um einen zerstörerischen Prüfprozess handelt, darf ein geätztes SiC-Einkristallsubstrat beispielsweise nicht zur Herstellung einer Vorrichtung verwendet werden. Da die Bildung von Ätzgruben durch diese chemische Ätzung durch Anisotropie (Kristallorientierung, Winkel) und Konzentration von Verunreinigungen wie Stickstoff beeinflusst wird, ist es schwierig, SiC-Einkristalle mit unterschiedlichen Eigenschaften im gleichen Maßstab zu bewerten.
Andererseits ist es nach dem Prinzip der Röntgenbeugung möglich, eine zerstörungsfreie Bewertung durchzuführen. Insbesondere wird in PTL2 eine Abweichung (Peakverschiebungs) der <0001>-Kristallorientierung an einer Vielzahl von Messpunkten auf dem Durchmesser des SiC-Einkristallsubstrats gemessen, die auf der Grundlage der Position in Durchmesserrichtung aufgetragen werden, und der durchschnittliche Peakverschiebungs-Betrag (sec/mm) wird aus der Neigung der linearen Approximationsgleichung des resultierenden Graphen erhalten. Da Eigenspannung unvermeidlich ist, die im SiC-Einkristall aufgrund der oben beschriebenen Eigenschaften der Züchtungsmethode erzeugt wird, die zu einer Kristalldeformation führt, kann ein solches Verfahren ein sehr effektives Mittel sein, um die Form der Basalfläche des SiC-Einkristalls zu bewerten (eine konvexe oder konkave Form der Basalfläche, die Größe eines Verformungswinkels davon, usw.). Die Form einer solchen Basalfläche hängt jedoch vom Gleichgewicht von Versetzung und Spannung im SiC-Einkristall ab und wird auch durch das Kristallwachstum durch die Sublimationsumkristallisationsmethode und deren Abkühlungsprozess beeinflusst. Dementsprechend ist es unmöglich, die Informationen über die dem Kristall selbst innewohnende Qualität, wie beispielsweise die Versetzung, direkt zu erhalten.
Andererseits ist es nach der Methode von PTL1 möglich, sehr genaue Informationen zu erhalten, wie z.B. die Fähigkeit, Versetzungen für jeden Typ zu klassifizieren und zu zählen. Im Gegensatz zur chemischen Ätzmethode, die nach der Bildung von Ätzgruben auswertet, können SiC-Einkristalle mit unterschiedlichen Eigenschaften auf der gleichen Skala bewertet werden. Im Allgemeinen dauert es jedoch relativ lange (mehrere Stunden bis mehrere Dutzend Stunden), die Messung der hochauflösenden Röntgen-Topographie und auch die Bildanalyse durchzuführen. Dementsprechend ist es praktisch schwierig, die Versetzung auf der Oberfläche (Hauptoberfläche) des SiC-Einkristallsubstrats als Ganzes zu beurteilen. Daher ist es beispielsweise unmöglich, eine Vorrichtung herzustellen, nachdem man alle Stellen erfasst hat, an denen sich die Versetzungen auf die Hauptoberfläche des SiC-Einkristallsubstrats und dergleichen konzentrieren.
Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung intensiv an einem Verfahren gearbeitet, das in der Lage ist, die Qualität eines SiC-Einkristalls zu bewerten und sich für die Herstellung von Vorrichtungen oder dergleichen mit einem zerstörungsfreien und einfachen Verfahren eignet. Dadurch können die Informationen über die Konzentration von Versetzungen erhalten werden, indem die Abweichung (Peakverschiebungs) der Kristallorientierung in Durchmesserrichtung, wie in der oben genannten PTL2 beschrieben, mit Hilfe einer Polynomgleichung angenähert und die Polynomgleichung weiter differenziert wird. So haben wir die vorliegende Erfindung gemacht.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bewertung der Qualität eines SiC-Einkristalls bereitzustellen, das die Qualität eines SiC-Einkristalls mit einem zerstörungsfreien und einfachen Verfahren bewerten kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines SiC-Einkristallblocks bereitzustellen, das einen hochwertigen SiC-Einkristallblock mit weniger Versetzung erhalten kann, indem als Impfkristall der nach dem obigen Verfahren bewertete SiC-Einkristall verwendet wird.
(LÖSUNG DER AUFGABE)
Mit anderen Worten lautet der Kern der vorliegenden Erfindung wie folgt.

(1) Ein Verfahren zum Bewerten der Qualität eines aus einem scheibenförmigen Siliziumkarbid-Einkristall zusammengesetzten SiC-Einkristallkörpers, umfassend das Messen einer Röntgenschwenkkurve einer Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers auf einer vorbestimmten Beugungsoberfläche; das Erhalten eines Winkels Ω an einer Vielzahl von Messpunkten P_n auf einem Durchmesser der Hauptoberfläche, wobei Ω ein Winkel zwischen einer Röntgeneinfallsrichtung und der Hauptoberfläche ist, wenn sich ein Beugungspeak zeigt; und das Berechnen der Differenz (Ω_n- Ω₀) als jeweiliger Peakverschiebungswert, wobei Ω₀ ein Winkel bei einem bestimmten Referenzmesspunkt P₀ und Ω_n ein Winkel bei einem anderen Messpunkt P_n als Po unter diesen Messpunkten ist; das Erhalten einer Beziehung zwischen der Position des Messpunktes P_n (X) und dem Peakverschiebungswert (Y) auf dem Durchmesser der Hauptfläche als erste Polynomgleichung; das lineare Differenzieren der ersten Polynomgleichung, um eine zweite Polynomgleichung zu erhalten, und das Bewerten der Qualität des SiC-Einkristallkörpers basierend auf diesen Polynomgleichungen.
(2) Das Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach (1), wobei, wenn die zweite Polynomgleichung als ein Graph ausgedrückt wird, worin die Y-Achse die Neigung der ersten Polynomgleichung anzeigt und die X-Achse die Position des Messpunkts P_n auf dem Durchmesser der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers anzeigt, die Qualität bewertet wird, indem bestimmt wird, ob der Graph der zweiten Polynomgleichung Y = 0 schneidet oder nicht.
(3) Das Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach (2), wobei die Qualität dadurch bewertet wird, das bestimmt wird, ob ein Graph, der die zweite Polynomgleichung darstellt, Y = 0 zweimal schneidet oder nicht.
(4) Das Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach (2) oder (3), wobei die Qualität dadurch bewertet wird, dass bestimmt wird, ob eine Funktion eines Peakverschiebungswertes (Y) in der ersten Polynomgleichung einen Extremwert aufweist.
(5) Das Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach einem der Punkte (1) bis (4), wobei, wenn die zweite Polynomgleichung als Graph ausgedrückt wird, worin die Y-Achse die Neigung der ersten Polynomgleichung anzeigt und die X-Achse die Position des Messpunktes auf dem Durchmesser der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers anzeigt, die Qualität durch die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Neigung (Y) bewertet wird.
(6) Das Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach einem der Punkte (1) bis (5), worin der Grad der ersten Polynomgleichung 4 oder mehr beträgt.
(7) Das Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach einem der Punkte (1) bis (6), worin der - Referenzmesspunkt Po ein Mittelpunkt der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers ist.
(8) Das Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach einem der Punkte (1) bis (7), worin die Versetzung des SiC-Einkristallkörpers eine basale Oberflächenversetzung ist.
(9) Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliziumcarbid-Einkristallblocks, bei dem ein Siliziumcarbid-Einkristall auf einem Impfkristall durch ein Sublimationsumkristallisationsverfahren aufgewachsen wird, wobei eine Röntgenschwenkkurvenmessung einer Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers, die aus einem scheibenförmigen Siliziumkarbid-Einkristall zusammengesetzt ist, zuvor auf einer vorbestimmten Beugungsoberfläche durchgeführt wird; ein Winkel Ω an einer Vielzahl von Messpunkten P_n auf einem Durchmesser der Hauptoberfläche erhalten wird, worin Ω ein Winkel ist, der zwischen einer Röntgeneinfallsrichtung und der Hauptoberfläche gebildet wird, wenn sich ein Beugungspeak zeigt; die Differenz (Ω_n- Ω₀) als jeweiliger Peakverschiebungswert berechnet wird, wobei Ω₀ ein Winkel bei einem bestimmten Referenzmesspunkt P₀ und Ω_n ein Winkel bei einem anderen Messpunkt P_n als P₀ unter diesen Messpunkten ist; eine Beziehung zwischen der Position des Messpunktes P_n (X) auf dem Durchmesser der Hauptfläche und dem Peakverschiebungswert (Y) als erste Polynomgleichung erhalten wird; die erste Polynomgleichung linear differenziert wird, um eine zweite Polynomgleichung zu erhalten, und wenn die so erhaltene zweite Polynomgleichung als ein Graph ausgedrückt wird, worin die Y-Achse die Neigung der ersten Polynomgleichung anzeigt und die X-Achse die Position des Messpunkts P_n auf dem Durchmesser der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers anzeigt, der SiC-Einkristallkörper, dessen Graph Y = 0 nicht zweimal oder öfter schneidet, als Impfkristall verwendet wird.

(VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG)
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Qualität des SiC-Einkristalls mit einem zerstörungsfreien und einfachen Verfahren zu bewerten. So ist es beispielsweise möglich, den bewerteten SiC-Einkristall als SiC-Einkristallsubstrat für die Gerätefertigung zu verwenden. Durch die Verwendung eines SiC-Einkristallsubstrats mit weniger Versetzungen ist es möglich, SiC-Bauelemente mit hervorragenden Eigenschaften und hoher Ausbeute herzustellen. Die Verwendung des SiC-Einkristallsubstrats mit bekanntem Versetzungszustand macht es einfach, Vorrichtungen separat herzustellen, den Anwendungsbereich zu sichern oder dergleichen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von SiC-Einkristallblock ist es durch die Verwendung eines SiC-Einkristalls, der nach dem obigen Verfahren zur Qualitätsbewertung ermittelt wurde, möglich, einen hochwertigen SiC-Einkristallblock mit geringerer Versetzung und ausgezeichneter Reproduzierbarkeit herzustellen. Dementsprechend hat die vorliegende Erfindung einen sehr hohen industriellen Nutzen.
Figurenliste

[1] 1 ist ein schematisches Erklärungsdiagramm, der ein Beispiel für einen Messpunkt P_n zur Berechnung eines Peakverschiebungswertes auf der Hauptoberfläche eines SiC-Einkristallkörpers darstellt.
[2] 2 ist ein schematisches Erklärungsdiagramm, der eine Positionsbeziehung zwischen dem Röntgenmesssystem und dem SiC-Einkristallkörper in A - Ein Querschnitt in 1 darstellt.
[3] 3 ist eine erklärende Ansicht, die schematisch den Zustand (Idealzustand) der Grundfläche des SiC-Einkristallkörpers darstellt.
[4] 4 ist ein Graph, der schematisch den Zusammenhang zwischen der Position (X) des Messpunktes P_n auf dem Durchmesser des SiC-Einkristallkörpers und dem in 3 dargestellten Peakverschiebungswert (Y) darstellt.
[5] 5 ist eine Grafik, die das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 11 in Beispielen veranschaulicht.
[6] 6 ist eine Grafik, die das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 12 in Beispielen veranschaulicht.
[7] 7 ist eine Grafik, die das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 13 in Beispielen veranschaulicht.
[8] 8 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung veranschaulicht, die durch Differenzierung des ersten Polynoms des Substrats 11 in 5 erhalten wird.
[9] 9 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung veranschaulicht, die durch Differenzierung des ersten Polynoms des Substrats 12, das in 6 dargestellt ist, erhalten wird.
[10] 10 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung veranschaulicht, die durch die Differenzierung des ersten Polynoms des Substrats 13 in 7 erhalten wird.
[11] 11 ist ein Graph, der das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 21 in Beispielen veranschaulicht.
[12] 12 ist ein Graph, der das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 22 in Beispielen veranschaulicht.
[13] 13 ist ein Graph, der das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 23 in Beispielen veranschaulicht.
[14] 14 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung veranschaulicht, die durch Differenzierung des ersten Polynoms des Substrats 21, das in 11 dargestellt ist, erhalten wird.
[15] 15 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung veranschaulicht, die durch Differenzierung der ersten Polynomgleichung des Substrats 22, wie in 12 dargestellt, erhalten wird.
[16] 16 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung veranschaulicht, die durch Differenzierung der ersten Polynomgleichung des Substrats 23 gemäß 13 erhalten wird.
[17] 17 ist ein Graph, der das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 31 in Beispielen veranschaulicht.
[18] 18 ist ein Graph, der das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 32 in Beispielen veranschaulicht.
[19] 19 ist ein Graph, der das Ergebnis der Peakverschiebungsmessung des Substrats 33 in Beispielen veranschaulicht.
[20] 20 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung veranschaulicht, die durch Differenzierung der ersten Polynomgleichung des in 17 dargestellten Substrats 31 erhalten wird.
[21] 21 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung darstellt, die durch Differenzierung der ersten Polynomgleichung des in 18 dargestellten Substrats 32 erhalten wird.
[22] 22 ist ein Graph, der eine zweite Polynomgleichung darstellt, die durch Differenzierung der ersten Polynomgleichung des in 19 dargestellten Substrats 33 erhalten wird.
[23] 23 ist ein schematisches Erklärungsdiagramm, der einen Abschnitt veranschaulicht, in dem Ätzgruben der Basalflächenversetzung nach dem KOH-Ätzen des Substrats in Beispielen gezählt werden.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung wird eine Röntgenschwenkkurvenmessung (Röntgen-Rocking-Curve-Messung) einer Hauptoberfläche eines SiC-Einkristallkörpers, der aus einem scheibenförmigen Siliziumkarbideinkristall besteht, auf einer vorbestimmten Beugungsoberfläche durchgeführt, und es wird der Winkel Ω erhalten, der zwischen der Einfallsrichtung des Röntgenstrahls an dem Beugungspeak mit maximierter Intensität des gebeugten Röntgenstrahls und der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers gebildet wird. Die Messung der Röntgenschwenkkurve kann ähnlich wie bei der allgemeinen Methode durchgeführt werden, einschließlich der Positionsbeziehung zwischen dem Röntgenmesssystem und der Messprobe. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein solcher Winkel Ω an einer Vielzahl von Messpunkten P_n (n ist eine ganze Zahl von 0 oder mehr) auf dem Durchmesser auf der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers 1 erhalten, für den ein Beispiel in 1 dargestellt ist. In diesem Fall wird zwar die Qualitätsbewertung nach der vorliegenden Erfindung zuverlässiger, wenn die Winkel Ω der Messpunkte P_n auf zwei oder mehr Durchmessern erhalten werden, es kann aber auch die Messung auf einem einzigen Durchmesser eine hinreichend zuverlässige Bewertung liefern.
Mit anderen Worten, wie in 2 dargestellt, werden die 2Θ-Achsen des Röntgenstrahlers 2 und des Röntgendetektors 3 zunächst an einem bestimmten Messpunkt P_n auf der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers 1 befestigt, um die Sollbeugungsbedingungen zu erfüllen. Als Röntgenquelle wird im Allgemeinen ein Kα₁-Strahl von Mo verwendet, die jedoch nicht besonders darauf beschränkt ist. Obwohl es auch möglich ist, die Beugungsfläche beliebig auszuwählen, wird in der Regel die Reflexion der {0001}-Oberfläche mit starker Reflexionsintensität verwendet. In diesem Fall kann die tatsächliche Reflexionsbedingung auch abhängig von Zweck und Kristallinität gewählt werden, z.B. 0004-Reflexion und 00012-Reflexion, solange der SiC-Einkristallkörper vom 4H-Polytyp ist. Wenn die Oberfläche eine höhere Ordnung aufweist, wird die mit dem Röntgenstrahl bestrahlte Fläche kleiner, und die Messgenauigkeit des an dem Beugungspeak gebildeten Winkels Ω wird verbessert. ω̅ ist ein Winkel, der zwischen der Hauptfläche des SiC-Einkristallkörpers 1 und der Röntgenstrahlungsachse gebildet wird. Die Röntgenbeugungsdaten werden unter Änderung des Winkels ω̅ gemessen, um die Neigung (d.h. einen gebildeten Winkel Ω) zu bestimmen, bei dem die Intensität des gebeugten Röntgenbildes maximal wird.
Der Messpunkt P_n kann beispielsweise geändert werden, indem der SiC-Einkristallkörper 1 in die durch den Pfeil in 2 angegebene Richtung bewegt wird, um den an der Vielzahl von Messpunkten P_n gebildeten Winkel Ω auf den Durchmesser des SiC-Einkristallkörpers 1 zu erhalten. Ein Referenzmesspunkt Po ist ein bestimmter Messpunkt unter den Messpunkten P_n. Der Referenzmesspunkt Po ist vorzugsweise ein Mittelpunkt O auf der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers 1. Die Differenz (Ω_n - Ω₀), bei der Ω₀ ein Winkel am Referenzmesspunkt P₀ und Ω_n ein Winkel am von Po verschieden Messpunkt P_n ist, wird erhalten und als Peakverschiebungswert betrachtet.
Unter der Annahme, dass alle Basalflächen im SiC-Einkristallkörper 1 eben sind, beträgt der Peakverschiebungswert 0 (Null) über die gesamte Hauptfläche. Bei der Sublimationsumkristallisationsmethode wird jedoch, wie oben beschrieben, sowohl in der Ebene als auch in der Wachstumsrichtung ein Temperaturgradient bereitgestellt. Dementsprechend ist die Grundfläche 1a des SiC-Einkristallkörpers im Allgemeinen 1 konzentrisch (konvex) verzogen, wie in 3 schematisch dargestellt. In diesem Fall sind die Peakverschiebungswerte im Halbkreisbereich auf der einen Seite positiv und im Halbkreisbereich auf der über den Mittelpunkt O des SiC-Einkristallkörpers 1 gelegenen gegenüberliegenden Seite negativ. Daher wird die Beziehung zwischen der Position (X) des Messpunktes P_n auf dem Durchmesser des SiC-Einkristallkörpers 1 und dem Peakverschiebungswert (Y) als linearer Graph (Linie mit positiver Neigung) ausgedrückt, wie in 4 dargestellt. Darüber hinaus kann die Grundfläche 1a des SiC-Einkristallkörpers 1 manchmal einen konzentrisch vertieften Zustand aufweisen, der im Gegensatz zu dem in 3 dargestellten Zustand steht. In diesem Fall wird der in 4 dargestellte lineare Graph als gerade Linie mit negativer Neigung dargestellt. 3 und 4 zeigen schematisch einen idealen Kristallzustand, der die Existenz von Versetzungen und dergleichen ignoriert.
Bei der eigentlichen Untersuchung umfassen die SiC-Einkristallkörper jedoch beispielsweise solche, bei denen es schwierig ist, den Zusammenhang zwischen der Position (X) des Messpunktes P_n auf dem Durchmesser und dem Peakverschiebungswert (Y) als linearen Graphen auszudrücken, z.B. im Falle von 6, der später in Beispiel 1 beschrieben wird. Besonders bemerkenswert ist die Tendenz bei einem SiC-Einkristallkörper, der zu einem SiC-Einkristallsubstrat mit großem Durchmesser, wie beispielsweise 100 mm oder mehr, geformt wird. Mit anderen Worten umfassen die Graphen Informationen über die Qualität des SiC-Einkristalls: So zeigt beispielsweise ein Graph des Peakverschiebungswertes (Y) mit Wellenbildung und einem lokalen Maximalwert oder einem Minimalwert (d.h. einem Extremwert) der Funktion an, dass die Grundflächen nicht regelmäßig angeordnet sein können, und der Punkt, der eine Änderung der Neigung des Peakverschiebungswertes (Y) aufweist oder einen Wendepunkt aufweist, zeigt an, dass sich Versetzungen in diesem Punkt konzentrieren können.
Daher wird in der vorliegenden Erfindung die Beziehung zwischen der Position (X) des Messpunktes P_n auf dem Durchmesser der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers und dem Peakverschiebungswert (Y) als eine erste Polynomgleichung bestimmt, die linear differenziert wird, um eine zweite Polynomgleichung zu erhalten, was im Gegensatz zum Stand der Technik ist, wo die Beziehung als lineare Grafik bestimmt wird. Bei der Erlangung der ersten Polynomgleichung ist es hier vorzuziehen, sie durch eine Polynomgleichung vierten Grades oder höher zu approximieren. Mit zunehmendem Grad der Polynomgleichung steigt die Genauigkeit der Approximation. Wenn der Grad jedoch mehr als notwendig erhöht wird, wird die Berechnung kompliziert und es ist wahrscheinlicher, dass sie durch Messfehler, lokale Verschlechterung oder dergleichen beeinträchtigt wird, was zu Datenschwankungen führt. Dementsprechend ist es vorzuziehen, eine Polynomgleichung neunten Grades oder weniger zu verwenden.
Darüber hinaus kann bei der Annäherung an die erste Polynomgleichung die Polynomgleichung unter Verwendung eines Bestimmungskoeffizienten als Orientierung bestimmt werden. Als dieser Bestimmungskoeffizient kann beispielsweise der Bestimmungskoeffizient R² von Excel (Microsoft Excel 2007), hergestellt von Microsoft Japan Co. Ltd., einer universellen Tabellenkalkulationssoftware, verwendet werden, und vorzugsweise wird die Näherung so bestimmt, dass der Bestimmungskoeffizient R² 0,96 oder mehr beträgt (In den folgenden Beispielen wurde dieser Bestimmungskoeffizient R² von Excel verwendet). Wenn beispielsweise der Bestimmungskoeffizient R² kleiner als 0,96 ist, soll der Grad der Polynomgleichung optimiert werden, oder wenn hervortretende Daten vorliegen, sollen die Daten erneut überprüft werden, z.B. durch erneute Messungen an mehreren Messpunkten vor und hinter dem Punkt.
Die zweite Polynomgleichung, die durch lineare Differenzierung der ersten Polynomgleichung erhalten wird, kann als ein Graph ausgedrückt werden, in dem die Y-Achse die Neigung der ersten Polynomgleichung anzeigt und die X-Achse die Position des Messpunkts P_n auf dem Durchmesser der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers anzeigt. Wenn der Graph der zweiten Polynomgleichung Y = 0 überschreitet (wenn sie Y = 0 überschneidet), hat sie einen Punkt, an dem die Neigung des Peakverschiebungswertes in der ersten Polynomgleichung gleich Null ist, d.h. sie hat einen Krümmungspunkt, was bedeutet, dass kristalline Anomalien auftreten sollen. Insbesondere wird aufgrund der Art der Sublimationsumkristallisationsmethode davon ausgegangen, dass die Umgebung des Kristallwachstums konzentrisch ausgerichtet (oder verändert) ist. Daher bilden typischerweise die Krümmungspunkte auf der aus der ersten Polynomgleichung bestehenden Peakverschiebungskurve konzentrische Kreise, und es wird davon ausgegangen, dass die Versetzungen dicht vorhanden sind, wenn der Graph des zweiten Polynoms Y = 0 zweimal passiert (Y = 0 zweimal schneidet).
Für Graphen, die auf der zweiten Polynomgleichung basieren, ist es auch möglich, den Versetzungsgrad aus der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) relativ vorherzusagen. Mit anderen Worten stellt die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) die Größe der Wellenform des Graphs des Peakverschiebungswertes (Y) in der ersten Polynomgleichung dar, und diejenige mit einer größeren Differenz wird als relativ größer angesehen als die mit einer kleineren Differenz.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Erfindung der Zustand (Verformung des Kristalls) der Basallfläche des SiC-Einkristallkörpers direkt beobachtet, indem der Zustand des Wendepunktes der aus der ersten Polynomgleichung bestehenden Peakverschiebungskurve untersucht wird. Eine solche Verformung des Kristalls ist auf komplexe Faktoren zurückzuführen, aber es wird typischerweise angenommen, dass sie durch die Versetzungsdichte der Basaloberfläche beeinflusst wird. Daher ist es möglich, die Menge der Versetzung der Basaloberfläche im SiC-Einkristallkörper zu bestimmen, z.B. durch das folgende Verfahren.
Zunächst wird bestätigt, ob der Graph der zweiten Polynomgleichung Y = 0 passiert (d.h. Vorhandensein oder Fehlen eines Wendepunktes der Peakverschiebungskurve, die aus der ersten Polynomgleichung besteht) (im Folgenden als primäre Bewertung bezeichnet). Es wird angenommen, dass diejenigen, die Y = 0 passieren, eine große Menge an Basalflächenversetzung beinhalten, und diejenigen, die Y = 0 nicht passieren, eine kleine Menge an Basalflächenversetzung. Für diejenigen, die Y = 0 überschreiten, kann der Versetzungsgrad anhand der Anzahl der Passagen weiter ausgewertet werden. Bei denjenigen, die zweimal oder öfter durchlaufen, wird davon ausgegangen, dass es sich insbesondere um dichte Versetzungen handelt. Darüber hinaus kann bei denen, die nur einmal durchlaufen, die Neigung aufgrund des Vorhandenseins des lokalen Maximalwertes bei der Annäherung an die erste Polynomgleichung als Null erscheinen. Daher wird empfohlen, in einem Diagramm der zweiten Polynomgleichung, die durch Y = 0 verläuft, zu untersuchen, ob sie durch die Konzentration der Versetzung verursacht wird oder nicht, indem bestimmt wird, ob die Daten des Peakverschiebungswertes der ersten Polynomgleichung mit einer Wellenbildung verbunden sind oder nicht, die zu einem Extremwert in der Funktion führt.
Als nächstes wird für die Primärauswertung die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) des Graphen der zweiten Polynomgleichung [d.h. die Änderung der Neigung der Peakverschiebungskurve, die sich aus der ersten Polynomgleichung zusammensetzt (der Betrag der Änderung des Wertes der zweiten Polynomgleichung)]] erhalten und der im SiC-Einkristallkörper enthaltene Versetzungsbetrag als Ganzes basierend auf dem Grad der Differenz (nachfolgend als Sekundärauswertung bezeichnet) bewertet. Mit anderen Worten kann es in diejenigen eingeteilt werden, die sehr große Mengen an Versetzungen beinhalten und solche, die nicht solche großen Mengen an Versetzungen durch primäre Bewertung beinhalten, und die sekundäre Bewertung kann die Menge an Versetzungen weiter bewerten.
Die Bewertung auf der Grundlage einer solchen primären Bewertung und einer sekundären Bewertung kann an einem einzigen SiC-Einkristallkörper durchgeführt oder für eine Vielzahl von einkristallinen SiC-Körpern relativ ausgewertet werden. Da es möglich ist, z.B. zerstörungsfrei Informationen über die Versetzung im SiC-Einkristallkörper zu gewinnen, kann der bewertete SiC-Einkristallkörper als SiC-Einkristallsubstrat für die Geräteherstellung verwendet werden.
Wird dagegen ein nach der vorliegenden Erfindung bewerteter SiC-Einkristallkörper als Impfkristall in einem Sublimationsumkristallisationsverfahren verwendet, kann ein hochwertiger SiC-Einkristallblock mit weniger Versetzung mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, einen SiC-Einkristall mit geringerer Versetzung wie z.B. Basalflächenversetzung als Impfkristall zu verwenden, um einen hochwertigen SiC-Einkristallblock mit geringerer Versetzung zu erhalten. Die Qualität des Impfkristalls wird jedoch nicht immer von dem entstehenden SiC-Einkristallblock übernommen. Deshalb ist die Verbesserung der Qualität des SiC-Einkristallblocks schwierig. Mit anderen Worten kann die Qualität der erhaltenen SiC-Einkristallblock nicht allein aufgrund der Versetzungsdichte des Impfkristalls vorhergesagt werden. Die nach der vorliegenden Erfindung bewerteten SiC-Einkristallkörper, insbesondere diejenigen, bei denen der Graph der zweiten Polynomgleichung Y = 0 zweimal oder öfter nicht passiert, werden zur Unterdrückung der Versetzungsdichte des erhaltenen SiC-Einkristallblocks verwendet. Denn wie vorstehend beschrieben ist es bei der Methode zur Bewertung der vorliegenden Erfindung durch Beobachtung des Zustands der Grundfläche des SiC-Einkristallkörpers (Verformung des Kristalls) möglich, diejenigen mit geringer Wellenbildung der Kristalle auszuwählen. Schließlich wird es möglich, einen hochwertigen SiC-Einkristallblock mit guter Reproduzierbarkeit herzustellen.
In der vorliegenden Erfindung kann der zu bewertende SiC-Einkristallkörper aus einem scheibenförmigen SiC-Einkristall wie einem SiC-Einkristallsubstrat oder dergleichen bestehen. Wenn die Dicke jedoch dünner wird, kann die Steifigkeit abnehmen und der Peakverschiebungswert und eine Neigung können geändert werden. Es besteht die Befürchtung, dass, wenn der SiC-Einkristallkörper zu dünn gemacht wird, die Peakverschiebung durch die Verarbeitungsdehnung beeinflusst werden könnte. Um eine genauere und reproduzierbarere Messung unter Vermeidung solcher Einflüsse zu ermöglichen, beträgt die Dicke des SiC-Einkristallkörpers daher vorzugsweise 0,5 mm oder mehr, vorzugsweise 1,0 mm oder mehr. Der Kristall hat eine ausreichende Steifigkeit, wenn er dicker wird, und er wird weniger wahrscheinlich durch den Oberflächenzustand oder die Änderung der Dicke beeinflusst. Dementsprechend ist es von Vorteil, wenn die Dicke des zu bewertenden SiC-Einkristallkörpers erhöht wird. Es ist jedoch nicht notwendig, ihn dicker als nötig zu machen, solange er die Steifigkeit beibehält, um die Messung nicht zu beeinträchtigen. Unter Berücksichtigung der obigen Überlegungen kann man sagen, dass die obere Grenze der Dicke des SiC-Einkristallkörpers im Wesentlichen 3 mm beträgt.
Da die Peakverschiebung als relativer Wert zum Referenzmesspunkt ausgewertet wird, kann sie z.B. unabhängig vom Ausschaltwinkel des SiC-Einkristallsubstrats ausgewertet werden. Mit anderen Worten kann selbst ein SiC-Einkristallsubstrat, das aus einem gewachsenen Block mit unterschiedlichen Ausrichtungswinkeln ausgeschnitten wurde, durch das Verfahren zur Bewertung der vorliegenden Erfindung miteinander verglichen werden.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf sie beschränkt.
Beispiel 1
Das aus SiC-Einkristallblock ausgeschnittene SiC-Einkristallsubstrat, das durch ein Sublimationsumkristallisationsverfahren mit einem Impfkristall hergestellt wurde, wurde wie folgt bewertet.
Zunächst wurden drei SiC-Einkristallsubstrate aus verschiedenen SiC-Einkristallblöcken hergestellt (Substrate 11, 12 und 13). Alle sind Substrate mit einem Durchmesser von 100 mm, mit einer (0001-Oberfläche als Hauptfläche, und beide Seiten wurden schließlich durch Polieren mit einer Diamantschlämme mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 µm hochglanzpoliert. Die Dicke nach dem Polieren beträgt etwa 1,12 mm.
In Bezug auf diese SiC-Einkristallsubstrate wird, wie in 1 dargestellt, der Mittelpunkt O auf der (0001)-Oberfläche, die die Hauptfläche ist, als Referenzmesspunkt Po genommen, und die Röntgenschwenkkurvenmessung wurde an acht Messpunkten P₀ bis P₈ durchgeführt, die in einem Abstand von 12 mm auf dem Durchmesser angeordnet waren, wobei der Referenzmesspunkt Po ein Mittelpunkt ist, und es wurde der Winkel Ω zwischen der Einfallsrichtung des Röntgenstrahls und der Hauptfläche, wenn sich der Beugungspeak zeigt, berechnet. Die Röntgenquelle des für die Messung verwendeten Röntgendiffraktometers (SmartLab der Firma Rigaku Corporation) war Kα₁-Strahl von Mo, und unter der Bedingung der Größe des Röntgenbestrahlungsflecks 1 mm × 4 mm wurde die Position (der gebildete Winkel Ω) mit maximierter Intensität des gebeugten Röntgenbildes durch 0004-Reflexion bestimmt. Anschließend wurde die Differenz (Ω_n - Ω₀) zwischen dem am Referenzmesspunkt Po gebildeten Winkel Ω₀ und dem an den anderen Messpunkten P_n gebildeten Winkel Ω_n als Peakverschiebungswert berechnet. Die Ergebnisse der Peakverschiebungsmessung sind in 5 (Substrat 11), 6 (Substrat 12) und 7 (Substrat 13) dargestellt.
Bezüglich des Ergebnisses der Peakverschiebungsmessung wird die Approximation der Beziehung zwischen der Position (X) des Messpunkts P_n jedes Substrats und dem Peakverschiebungs-Wert (Y) durch eine Polynomgleichung fünfter Ordnung wie folgt ausgedrückt (erste Polynomgleichung). Alle von ihnen hatten einen Bestimmungskoeffizienten R² von 0,98 oder mehr.
Substrat 11: Bestimmungskoeffizient R² = 0,99>
Y = 4,82197 × 10⁰⁷ × X⁵ + 1,11390 × 10^-05 × X⁴ - 2,25898 × 10^-03 × X³-5,87409 × 10^-02 × X² - 1,10509 × X - 3,81586
Substrat 12: Bestimmungskoeffizient R² = 0,98>
Y= - 7, 87186 × 10^-08 × X⁵ + 9, 91579 × 10^-06 × X⁴ - 2, 41675 × 10^-03 × X³-5,27713 × 10^-03 × X² + 4,41008 × X - 5,24975
Substrat 13: Bestimmungskoeffizient R² = 1,00>
Y = - 1,28613 × 10^-06 × X⁵ + 1,20904 × 10^-04 × X⁴ + 1,29586 × 10^-03 × X³ - 4,05824 × 10^-01 × X² + 1,36766 × 10 × X - 2,29461 × 10
Anschließend werden diese ersten Polynomgleichungen in eine Polynomgleichung vierter Ordnung (eine zweite Polynomgleichung) differenziert, und die Ergebnisse des Graphen werden in 8 (Substrat 11), 9 (Substrat 12), 10 (Substrat 13) dargestellt. In diesen Graphen zeigt die Y-Achse die Neigung der ersten Polynomgleichung und die X-Achse die Position des Messpunkts P_n auf der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallsubstrats an. In Bezug auf die in den 8 bis 10 dargestellten Graphen wurde überprüft, ob diese Graphen Y = 0 (Schnittpunkt mit Y = 0) passieren oder nicht, und die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) wurde ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. [Tabelle 1]

AUSWERTUNG DER ZWEITEN POLYNOMGLEICHUNG

ANZAHL DER PASSAGEN VON Y = 0 MAXIMUM - MINIMUM BEWERTUNGS-RANG

SUBSTRAT 11 0 8,28 1

SUBSTRAT 12 2 19,44 3

SUBSTRAT 13 0 8,71 2
Wie in Tabelle 1 dargestellt, durchläuft der Graph der zweiten Polynomgleichung (9) in Substrat 12 zweimal Y = 0, und die größte Menge an basalen Oberflächenversetzungen ergibt sich im Vergleich mit diesen Substraten. Die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) des Substrats 13 ist größer als die des Substrats 11, obwohl die Differenz zwischen Substrat 11 und Substrat 13 gering ist, deren Graphen Y = 0 nicht ein einziges Mal überschreiten. Daher wird angenommen, dass die in Substrat 13 enthaltenen Versetzungen größer sind als die in Substrat 11. Wenn man also in aufsteigender Reihenfolge der Anzahl der Versetzungen der basalen Oberfläche bewertet, war die Reihenfolge Substrat 11, Substrat 13 und Substrat 12.
Zur Bestätigung wurden die vorgenannten drei Substrate (SiC-Einkristallsubstrate) in einem Kaliumhydroxidbad bei 520°C für 5 Minuten geätzt, und die aus der durch die KOH-Ätzung erzeugten Basalflächenversetzung abgeleiteten Ätzgruben wurden an 5 in 23 dargestellten Punkten gezählt, um die Versetzungsdichte der Basalflächen zu erhalten. Mit anderen Worten betrug die Anzahl der Punkte, an denen die Ätzgruben gezählt wurden, insgesamt fünf, einschließlich des Mittelpunktes X₀ des Substrats und der Punkte X₁ bis X₄ , die jeweils in einem Abstand von 30 mm vom Mittelpunkt X₀ auf zueinander orthogonalen Durchmessern liegen. Die aus der Basalflächenversetzung stammenden Ätzgruben wurden in einer Fläche von 250 µm × 250 µm um den jeweiligen Messpunkt herum als Mittelpunkt gezählt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle 2]

AUSWERTUNG DURCH KOH-ÄTZEN

BASISOBERFLÄCHE ÜBERTRAGUNGSDICHTE (Übertragungen/ cm²) BEWERTUNGS-RANG

SUBSTRAT 11 249 1

SUBSTRAT 12 8720 3

SUBSTRAT 13 263 2
Wie in Tabelle 2 dargestellt, ergab die Bewertung der Versetzungsdichte der Basaloberfläche des Substrats durch KOH-Ätzen, dass die Versetzungsdichte der Basaloberfläche des Substrats 12 sehr hoch war und Substrat 11 und Substrat 13 etwa auf dem gleichen Niveau lagen. Mit anderen Worten steht das Bewertungsergebnis durch Ätzen, das eine zerstörerische Prüfung ist, in guter Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Bewertungsmethode nach der vorliegenden Erfindung. In der Nähe, in der der zweite Graph des Substrats 12 Y = 0 passiert, ist die Anzahl der Versetzungen der Basaloberfläche sehr groß, was den Gesamtmittelwert der Versetzungsdichte der Basaloberfläche des Substrats 12 erhöhen soll.
Beispiel 2
Wie in Beispiel 1 wurden drei SiC-Einkristallsubstrate aus verschiedenen SiC-Einkristallblöcken hergestellt (Substrate 21, 22 und 23). Alle sind jedoch Substrate mit einem Durchmesser von 150 mm, mit (0001)-Oberfläche als Hauptfläche, von denen beide Seiten schließlich durch Polieren mit einer Diamantschlämme mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 µm hochglanzpoliert wurden. Die Dicke nach dem Polieren beträgt etwa 1,43 mm.
In Bezug auf diese SiC-Einkristallsubstrate wurde, wie in Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass die Röntgen-Schwenkkurvenmessung an dreizehn Messpunkten P0 bis P₁₂ durchgeführt wurde, einschließlich des Referenzmesspunkts P0, der der Mittelpunkt O der (0001)-Oberfläche als Hauptfläche ist, und von Punkten, die in einem Abstand von 12 mm auf dem Durchmesser angeordnet waren, wobei dieser Referenzmesspunkt Po als Mittelpunkt dient, der Winkel Ω, der zwischen der Einfallsrichtung des Röntgenstrahls und der Hauptfläche bei der Darstellung des Beugungspeaks gebildet wurde, berechnet, und es wurde der Peakverschiebungswert unter Berücksichtigung des Mittelpunktes O der (0001)-Oberfläche als Referenzmesspunkt P0 berechnet. Die Ergebnisse der Peakverschiebungsmessung sind in 11 (Substrat 21), 12 (Substrat 22) und 13 (Substrat 23) dargestellt.
Darüber hinaus wurde in Bezug auf die in den 11, 12 und 13 dargestellten Ergebnisse der Peakverschiebungsmessung die Beziehung zwischen der Position (X) des Messpunktes P_n jedes Substrats und dem Peakverschiebungswert (Y) durch eine Polynomgleichung fünfter Ordnung angenähert, um eine erste Polynomgleichung zu erhalten, die weiter differenziert wurde, um eine zweite Polynomgleichung aus der Polynomgleichung vierter Ordnung zu erhalten. Die Ergebnisse sind in 14 (Substrat 21), 15 (Substrat 22) und 16 (Substrat 23) dargestellt. Der Bestimmungskoeffizient R² beim Annähern der ersten Polynomgleichung in Bezug auf Substrat 21 betrug 0,99, der Bestimmungskoeffizient R² beim Annähern der ersten Polynomgleichung auf Substrat 22 betrug 0,96, und der Koeffizient R² beim Annähern der ersten Polynomgleichung auf Substrat 23 betrug 0,99.
Für die vorstehend erhaltenen Graphen der zweiten Polynomgleichung von 14 (Substrat 21), 15 (Substrat 22) und 16 (Substrat 23) wurde bestimmt, ob diese Graphen durch Y = 0 (Schnitt mit Y = 0) verlaufen oder nicht, und die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) wurde ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. [Tabelle 3]

AUSWERTUNG DER ZWEITEN POLYNOMGLEICHUNG

ANZAHL DER PASSAGEN DURCH Y = 0 MAXIMUM - MINIMUM BEWERTUNGS-RANG

SUBSTRAT 21 0 11,52 1

SUBSTRAT 22 2 26,92 3

SUBSTRAT 23 2 23,64 2
Wie in Tabelle 3 dargestellt, durchläuft der Graph der zweiten Polynomgleichung (15) in Substrat 22 zweimal Y = 0, und es wird angenommen, dass das Substrat im Vergleich zu Substrat 21 die größere Anzahl von Basalflächenversetzungen beinhaltet. Andererseits ist die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) für Substrat 21, dessen Grafik Y = 0 nie schneidet, nicht mehr als 1/2 der Differenz von Substrat 22. Daher gilt Substrat 21 als ein hochwertiges SiC-Einkristallsubstrat mit weniger Versetzung als das von Substrat 22. Substrat 23 hat die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert, die größer ist als die von Substrat 21 und dessen Grafik Y = 0 zweimal durchläuft. Wie aus dem Graphen von 13 ersichtlich ist, gibt es jedoch keine Wellenbildung der Peakverschiebung, wie beispielsweise die Funktion mit einem Extremwert. Somit ist ein so großer Unterschied auf das Auftreten des lokalen Maximalwertes der Näherungsfunktion zurückzuführen. Es wurde festgestellt, dass die Qualität des Kristalls von Substrat 23 besser war als die von Substrat 22, wenn man bedenkt, dass es in dieser Peakverschiebung keine Wellenbildung gab.
Anschließend wurden zur Bestätigung die vorgenannten drei Substrate (SiC-Einkristallsubstrate) in einem Kaliumhydroxidbad bei 520°C für 5 Minuten geätzt, und die aus der durch die KOH-Ätzung erzeugten Basalflächenversetzung abgeleiteten Ätzgruben wurden an 5 in 23 dargestellten Punkten gezählt, um die Versetzungsdichte der Basalflächen zu erhalten. Mit anderen Worten betrug die Anzahl der Punkte, an denen die Ätzgruben gezählt wurden, insgesamt fünf, einschließlich des Mittelpunktes X₀ des Substrats und der Punkte X₁ bis X₄ , die jeweils in einem Abstand von 30 mm vom Mittelpunkt X₀ auf zueinander orthogonalen Durchmessern liegen. Die geätzten Gruben, die aus der Versetzung der Basaloberfläche stammen, wurden in einer Fläche von 250 µm × 250 µm um den jeweiligen Messpunkt herum als Mittelpunkt gezählt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. [Tabelle 4]

AUSWERTUNG DURCH KOH-ÄTZEN

BASISOBERFLÄCHE ÜBERTRAGUNGSDICHTE (Übertragungen/ cm²) BEWERTUNGS-RANG

SUBSTRAT 21 1052 1

SUBSTRAT 22 17050 3

SUBSTRAT 23 5982 2
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, hatte Substrat 21 die niedrigste Versetzungsdichte der Basaloberfläche, Substrat 23 die nächstniedrigere Dichte und Substrat 22 die höchste Dichte. Wenn die Messergebnisse der in den 11 bis 13 dargestellten Peakverschiebung vorübergehend linear approximiert und die Neigungen der Geraden [durchschnittlicher Peakverschiebungsbetrag (sec/mm)] verglichen wurden, hatte Substrat 23 die größte Neigung unter den drei Substraten und auch eine relativ große Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der zweiten Polynomgleichung. Das Substrat 22 unterscheidet sich jedoch entscheidend von dem Substrat 23, da es keine Wellen in der Peakverschiebung gibt und ein solcher Unterschied deutlich in der Versetzungsdichte der Basaloberfläche auftritt.
Daher wurde unter Verwendung dieser Substrate 21, 22 und 23 als Impfkristalle ein SiC-Einkristallblock durch ein Sublimationsumkristallisationsverfahren hergestellt. Die Herstellungsbedingungen waren üblich und ein Substrat als Impfkristall wurde an der Innenfläche eines graphithaltigen Tiegeldeckels befestigt, der einen Tiegel bildete, so dass die C-Oberfläche die Kristallwachstumsfläche sein sollte, und das SiC-Rohmaterialpulver wurde in einen graphithaltigen Tiegel gefüllt. Der Tiegeldeckel und der Tiegelgrundkörper wurden mit einem Wärmedämmstoff abgedeckt und auf die Graphit-Trägerplattform im Inneren des Doppelquarzrohres gelegt. Für das Kristallwachstum wurde das Innere des Doppelquarzrohrs evakuiert und dann ein elektrischer Strom durch eine Arbeitsspule angelegt, die um das Doppelquarzrohr herum angeordnet war, während hochreines Ar-Gas floss und der Druck im Inneren des Doppelquarzrohrs auf einem vorbestimmten Druck gehalten wurde, um den unteren Teil des Tiegelkörpers auf die Zieltemperatur von 2.400°C und den oberen Teil des Tiegeldeckels auf die Zieltemperatur von 2.000°C zu erwärmen, und der Druck im Doppelquarzrohr 7 wurde auf steigenden Druck gebracht, d. h. 1,33 kPa, und der Kristall wurde 80 Stunden lang gezüchtet. In diesen Substraten 21 bis 23 war die Oberflächenaufrauung auf der C-Oberfläche aufgetreten und die Vertiefungen waren auf der Si-Oberfläche durch die vorherige KOH-Ätzung entstanden. Es ist jedoch möglich, ein solches Substrat als Impfkristall für das Kristallwachstum nach dem Sublimationsumkristallisationsverfahren zu verwenden.
Substrate mit einem Durchmesser von 150 mm wurden aus den drei wie vorstehend beschriebenen SiC-Einkristallblöcken unter den gleichen Verarbeitungsbedingungen wie die Substrate 21, 22 und 23 hergestellt, wobei Substrate 31 ein Substrat war, das aus SiC-Einkristallblöcken unter Verwendung von Substrate 21 als Impfkristall erhalten wurde, Substrate 32 aus einem SiC-Einkristallblöcken unter Verwendung von Substrate 22 als Impfkristall erhalten wurde und Substrate 33 aus einem SiC-Einkristallblöcken unter Verwendung von Substrate 23 als Impfkristall erhalten wurde.
In Bezug auf diese Substrate 31, 32 und 33 wurden die Peakverschiebungswerte auf die gleiche Weise berechnet wie im Falle der Substrate 21, 22 und 23, um erste Polynomgleichungen zu erhalten, von denen jede eine Näherungsgleichung fünfter Ordnung war. Die Ergebnisse der Peakverschiebungsmessung sind in 17 (Substrat 31), 18 (Substrat 32) und 19 (Substrat 33) dargestellt. Darüber hinaus wurde die erste Polynomgleichung differenziert, um eine zweite Polynomgleichung zu erhalten, die aus einer Polynomgleichung vierter Ordnung besteht. Die Ergebnisse sind in 20 (Substrat 31), 21 (Substrat 32) und 22 (Substrat 33) dargestellt. Der Bestimmungskoeffizient R² beim Annähern der ersten Polynomgleichung in Bezug auf das Substrat 31 ist 0,99, der Bestimmungskoeffizient R² beim Annähern der ersten Polynomgleichung auf dem Substrat 32 ist 0,97 und der Bestimmungskoeffizient R² beim Annähern der ersten Polynomgleichung in Bezug auf das Substrat 33 ist 0,99.
Für die Graphen der zweiten Polynomgleichung von 20 (Substrat 31), 21 (Substrat 32) und 22 (Substrat 33) wurde bestätigt, ob diese Graphen durch Y = 0 (Schnittpunkt mit Y = 0) verlaufen oder nicht, und die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) wurde ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. [Tabelle 5]

AUSWERTUNG DER ZWEITEN POLYNOMGLEICHUNG

ANZAHL DER PASSAGEN DURCH Y = 0 MAXIMUM - MINIMUM BEWERTUNGS-RANG

SUBSTRAT 31 1 5,30 1

SUBSTRAT 32 2 17,10 3

SUBSTRAT 33 1 16,09 2
Wie in Tabelle 5 dargestellt, geht die zweite Polynomgleichung des Substrats 31 einmal durch Y = 0. Es liegt daran, dass an dieser Stelle ein Maximalwert auftrat, da, wie das Ergebnis der in 17 dargestellten Peakverschiebungsmessung zeigt, tatsächlich keine Wellenbildung des Peakverschiebungswertes vorliegt, so dass die Funktion einen Extremwert hat. Gleiches gilt für das Substrat 33. Daher ist es möglich, die Graphen der ersten Polynomgleichung und der zweiten Polynomgleichung umfassend zu beurteilen, und der einzelne Durchgang über Y = 0 des Substrats 31 und des Substrats 33 kann zum Zeitpunkt der Qualitätsbewertung vernachlässigt werden. Andererseits geht die zweite Polynomgleichung des Substrats 32 zweimal durch Y = 0, und es wird davon ausgegangen, dass die Qualität des als Impfkristall verwendeten Substrats 22 übernommen wurde, wie es war. Das Substrat 31 weist den niedrigsten Wert hinsichtlich der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Neigung (Y) der zweiten Polynomgleichung auf.
Unter den drei Impfkristallen der Substrate 21 bis 23, die ursprünglich in Beispiel 2 hergestellt wurden, war es daher möglich, durch die Verwendung von Substrat 21 als Impfkristall einen hochwertigen SiC-Einkristallblock mit der geringsten Versetzung herzustellen. Durch die Verwendung von Substrat 23 kann man sagen, dass SiC-Einkristallblöcke mit der an Substrat 21 heranreichenden Qualität hergestellt werden können.
Um diesen Punkt zu bestätigen, wurde die Versetzungsdichte der Basaloberfläche durch KOH-Ätzen für die drei Substrate (SiC-Einkristallsubstrat) der Substrate 31 bis 33 bestimmt, die aus jedem SiC-Einkristallblock in gleicher Weise wie in Beispiel 1 ausgeschnitten wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt, und die Versetzungsdichte der Basaloberfläche des Substrats 31 ist viel geringer als die des Substrats 32, und das Substrat 33 war ein Substrat mit einer an Substrat 31 heranreichenden niedrigen Versetzungsdichte. [Tabelle 6]

AUSWERTUNG DURCH KOH-ÄTZEN

BASISOBERFLÄCHE ÜBERTRAGUNGSDICHTE (Übertragungen/ cm²) BEWERTUNGS-RANG

SUBSTRAT 31 453 1

SUBSTRAT 32 15950 3

SUBSTRAT 33 2420 2
Vergleichsbeispiel 1

Die Ergebnisse der in Beispiel 1 erhaltenen Peakverschiebungsmessung wurden wie bei der in PTL2 und dergleichen beschriebenen konventionellen Methode linear approximiert, anstatt durch eine Polynomgleichung fünfter Ordnung approximiert zu werden. Dann wurde die Neigung der so erhaltenen Geraden [d.h. der durchschnittliche Peakverschiebungsbetrag (sec/mm)] und die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Peakverschiebungswerts (Messdaten) ermittelt, um die Substrate 11, 12 und 13 zu bewerten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. [Tabelle 7]

	KONVENTIONELLES VERFAHREN ZUR PEAKVERSCHIEBUNGS-ANALYSE
	NEIGUNG DER LINEAREN NÄHERUNGSLINIE	MAXIMUM-MINIMAL	BEWERTUNGS-RANG
SUBSTRAT 11	-3,32	348,84	2
SUBSTRAT 12	0,35	163,44	1
SUBSTRAT 13	3,86	389.16	3

Wie in Tabelle 7 dargestellt, weist Substrat 12 nach der konventionellen Peakverschiebungsmethode zur Auswertung die höchste Qualität auf, das zweite ist Substrat 11 und das letzte ist Substrat 13. Sie stimmt jedoch nicht mit dem Bewertungsergebnis der Versetzungsdichte der Basaloberfläche durch die in Tabelle 2 in Beispiel 1 dargestellte KOH-Ätzung überein. Mit anderen Worten kann verstanden werden, dass die Höhe der Versetzung mit der herkömmlichen Methode zur Bewertung der Peakverschiebung nicht bewertet werden kann, obwohl die Form der Grundfläche des SiC-Einkristalls erfasst werden kann.
Wie vorstehend beschrieben ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, die Qualität von SiC-Einkristallen mit einem zerstörungsfreien und einfachen Verfahren zu bewerten. Darüber hinaus können unter Verwendung der vorliegenden Erfindung Impfkristalle, die im Sublimationsumkristallisationsverfahren verwendet werden, ermittelt werden, und es kann ein hochwertiger SiC-Einkristallblock mit weniger Versetzung mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1.: SiC-Einkristallkörper
1a.: Basalfläche
2.: Röntgenstrahler
3.: Röntgendetektor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

N. Ohtani, et al., Journal of Crystal Growth, Bd. 286 (2006) S. 55-60 [0008]
J. W. Lee, et al., Journal of Crystal Growth, Vol. 310 (2008) S. 4126-4131 [0008]
N. Ohtani, et al., Journal of Crystal Growth, Bd. 386 (2014) S. 9-15 [0008]

Claims

Verfahren zum Bewerten der Qualität eines aus einem scheibenförmigen Siliziumkarbid-Einkristall zusammengesetzten SiC-Einkristallkörpers, umfassend das Durchführen einer Röntgenschwenkkurvenmessung einer Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers auf einer vorbestimmten Beugungsoberfläche; das Erhalten eines Winkels Ω an einer Vielzahl von Messpunkten P_n auf einem Durchmesser der Hauptoberfläche, wobei Ω ein Winkel zwischen einer Röntgeneinfallsrichtung und der Hauptoberfläche ist, wenn sich ein Beugungspeak zeigt; und das Berechnen der Differenz (Ω_n- Ω₀) als jeweiliger Peakverschiebungswert, wobei Ω₀ ein Winkel bei einem bestimmten Referenzmesspunkt Po und Ω_n ein Winkel bei einem anderen Messpunkt P_n als Po unter diesen Messpunkten ist; das Erhalten einer Beziehung zwischen der Position des Messpunktes P_n (X) auf dem Durchmesser der Hauptfläche und dem Peakverschiebungswert (Y) als erste Polynomgleichung; das lineare Differenzieren der ersten Polynomgleichung, um eine zweite Polynomgleichung zu erhalten, und das Bewerten der Qualität des SiC-Einkristallkörpers basierend auf diesen Polynomgleichungen.
Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach Anspruch 1, wobei, wenn die zweite Polynomgleichung als ein Graph ausgedrückt wird, worin die Y-Achse die Neigung der ersten Polynomgleichung anzeigt und die X-Achse die Position des Messpunkts P_n auf dem Durchmesser der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers anzeigt, die Qualität bewertet wird, indem bestimmt wird, ob der Graph der zweiten Polynomgleichung Y = 0 schneidet oder nicht.
Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach Anspruch 2, wobei die Qualität dadurch bewertet wird, das bestimmt wird, ob ein Graph, der die zweite Polynomgleichung darstellt, Y = 0 zweimal schneidet oder nicht.
Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach den Ansprüchen 2 oder 3, wobei die Qualität dadurch bewertet wird, dass bestimmt wird, ob eine Funktion eines Peakverschiebungswertes (Y) in der ersten Polynomgleichung einen Extremwert aufweist.
Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn die zweite Polynomgleichung als Graph ausgedrückt wird, worin die Y-Achse die Neigung der ersten Polynomgleichung anzeigt und die X-Achse die Position des Messpunktes auf dem Durchmesser der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers anzeigt, die Qualität durch die Differenz zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der Neigung (Y) bewertet wird.
Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Grad der ersten Polynomgleichung 4 oder mehr beträgt.
Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Referenzmesspunkt Po ein Mittelpunkt der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers ist.
Verfahren zum Bewerten der Qualität eines SiC-Einkristallkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Versetzung des SiC-Einkristallkörpers eine basale Oberflächenversetzung ist.
Verfahren zur Herstellung eines Siliziumcarbid-Einkristallblocks, bei dem ein Siliziumcarbid-Einkristall auf einem Impfkristall durch ein Sublimationsumkristallisationsverfahren aufgewachsen wird, wobei eine Röntgenschwenkkurvenmessung einer Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers, die aus einem scheibenförmigen Siliziumkarbid-Einkristall zusammengesetzt ist, zuvor auf einer vorbestimmten Beugungsoberfläche durchgeführt wird; ein Winkel Ω an einer Vielzahl von Messpunkten P_n auf einem Durchmesser der Hauptoberfläche erhalten wird, worin Ω ein Winkel ist, der zwischen einer Röntgeneinfallsrichtung und der Hauptoberfläche gebildet wird, wenn sich ein Beugungspeak zeigt; die Differenz (Ω_n- Ω₀) als jeweiliger Peakverschiebungswert berechnet wird, wobei Ω₀ ein Winkel bei einem bestimmten Referenzmesspunkt Po und Ω_n ein Winkel bei einem anderen Messpunkt P_n als Po unter diesen Messpunkten ist; eine Beziehung zwischen der Position des Messpunktes P_n (X) auf dem Durchmesser der Hauptfläche und dem Peakverschiebungswert (Y) als erste Polynomgleichung erhalten wird; die erste Polynomgleichung linear differenziert wird, um eine zweite Polynomgleichung zu erhalten, und wenn die so erhaltene zweite Polynomgleichung als ein Graph ausgedrückt wird, worin die Y-Achse die Neigung der ersten Polynomgleichung anzeigt und die X-Achse die Position des Messpunkts P_n auf dem Durchmesser der Hauptoberfläche des SiC-Einkristallkörpers anzeigt, der SiC-Einkristallkörper, dessen Graph Y = 0 nicht zweimal oder öfter schneidet, als Impfkristall verwendet wird.