JP2021004173A - Method of manufacturing hexagonal crystal compound semiconductor - Google Patents

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Abstract

To provide a method of manufacturing a hexagonal crystal compound semiconductor whose strain is accurately evaluated.SOLUTION: A method of manufacturing a hexagonal crystal compound semiconductor comprises a process (S100) of preparing a substrate, a process (S200) of calculating a first phase difference, a process (S300) of growing a compound semiconductor layer in a homoepitaxial growth manner; and a process (S400) of calculating a second phase difference. In the process (S100) of preparing the substrate, a substrate of a hexagonal crystal compound semiconductor is prepared which has a hexagonal crystal structure, has birefringence, and includes a first principal plane. In the process (S200) of calculating the first phase difference, the first principal plane is irradiated with light to be transmitted through the substrate, and the light is transmitted through the substrate along a <0001> direction in the substrate so as to calculate the first phase difference generated through the birefringence. In the process (S400) of calculating the second phase difference, a surface of the compound semiconductor layer is irradiated with light, which is transmitted through the compound semiconductor layer and substrate along the <0001> direction in the compound semiconductor layer and in the substrate so as to calculate the second phase difference generated through the birefringence.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本開示は、六方晶化合物半導体の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for producing a hexagonal compound semiconductor.

特開2013−203653号公報には、光弾性法を用いて化合物半導体基板の残留歪を評価することが開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-203653 discloses that the residual strain of a compound semiconductor substrate is evaluated by using a photoelastic method.

特開2013−203653号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-203653

特開2013−203653号公報では、窒化ガリウム(GaN)などのIII族窒化物半導体について開示しているが、当該六方晶化合物半導体よりなる基板の表面に化合物半導体膜をエピタキシャル成長させた後の残留歪については特に考慮されていない。上述したGaNや炭化珪素(SiC)、窒化アルミニウム(AlN)といった六方晶化合物半導体では、化合物半導体膜のエピタキシャル成長工程を含む製造工程において、残留歪の影響により基板の割れといった問題が発生しており、歪が正確に評価された化合物半導体が求められている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-203653 discloses a group III nitride semiconductor such as gallium nitride (GaN), but residual strain after epitaxially growing a compound semiconductor film on the surface of a substrate made of the hexagonal compound semiconductor. Is not particularly considered. In hexagonal compound semiconductors such as GaN, silicon carbide (SiC), and aluminum nitride (AlN) described above, problems such as substrate cracking occur due to the influence of residual strain in the manufacturing process including the epitaxial growth step of the compound semiconductor film. There is a demand for compound semiconductors whose strain has been accurately evaluated.

本開示の目的は、歪が正確に評価された六方晶化合物半導体の製造方法を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a method for producing a hexagonal compound semiconductor whose strain has been accurately evaluated.

本発明の一態様に係る六方晶化合物半導体の製造方法は、基板を準備する工程と、第1の位相差を算出する工程と、化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる工程と、第2の位相差を算出する工程とを備える。基板を準備する工程では六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有し、第1主面と当該第1主面と反対側の第2主面と側面とを含む六方晶化合物半導体の基板を準備する。第1の位相差を算出する工程では、第1主面に基板を透過する光を照射し、基板中の<0001>方向に沿って基板に光を透過させ、複屈折により生じる第1の位相差を算出する。化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる工程では、予め決定されている成長条件に基づき、第1主面上に化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる。第2の位相差を算出する工程では、化合物半導体層の表面に光を照射し、基板中の<0001>方向に沿って化合物半導体層および基板に光を透過させ、複屈折により生じる第2の位相差を算出する。 The method for producing a hexagonal compound semiconductor according to one aspect of the present invention includes a step of preparing a substrate, a step of calculating a first phase difference, a step of homoepitaxially growing a compound semiconductor layer, and a second phase difference. It includes a calculation process. In the process of preparing the substrate, a hexagonal compound semiconductor substrate having a hexagonal crystal structure, having birefringence, and including a first main surface and a second main surface and a side surface opposite to the first main surface is provided. prepare. In the step of calculating the first phase difference, the first main surface is irradiated with light transmitted through the substrate, the light is transmitted through the substrate along the <0001> direction in the substrate, and the first position generated by birefringence is generated. Calculate the phase difference. In the step of homoepitaxially growing the compound semiconductor layer, the compound semiconductor layer is homoepitaxially grown on the first main surface based on predetermined growth conditions. In the step of calculating the second phase difference, the surface of the compound semiconductor layer is irradiated with light, the light is transmitted to the compound semiconductor layer and the substrate along the <0001> direction in the substrate, and the second phase is generated by birefringence. Calculate the phase difference.

本開示によれば、六方晶の結晶構造を備える六方晶化合物半導体について、当該六方晶化合物半導体中を<0001>方向に沿って光が透過することにより、六方晶化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響を低減し、歪に起因した光弾性効果による複屈折の位相差を測定することができる。このため、歪が正確に評価された六方晶化合物半導体を得ることができる。 According to the present disclosure, with respect to a hexagonal compound semiconductor having a hexagonal crystal structure, light is transmitted through the hexagonal compound semiconductor along the <0001> direction, which is caused by the crystal structure of the hexagonal compound semiconductor. The influence of natural birefringence can be reduced, and the phase difference of birefringence due to the photoelastic effect caused by distortion can be measured. Therefore, a hexagonal compound semiconductor whose strain has been accurately evaluated can be obtained.

図1は、化合物半導体の歪評価方法を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing a strain evaluation method for a compound semiconductor. 図2は、評価装置の基本構成を説明するための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the basic configuration of the evaluation device. 図3は、評価装置の構成例を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the evaluation device. 図4は、化合物半導体中を透過する光の方向を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the direction of light transmitted through the compound semiconductor. 図5は、化合物半導体の製造方法を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a method for manufacturing a compound semiconductor.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Explanation of Embodiments of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

(1) 本発明の一態様に係る六方晶化合物半導体の製造方法は、基板を準備する工程と、第1の位相差を算出する工程と、化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる工程と、第2の位相差を算出する工程とを備える。基板を準備する工程では、六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有し、第1主面と当該第1主面と反対側の第2主面と側面とを含む六方晶化合物半導体の基板を準備する。第1の位相差を算出する工程では、第1主面に基板を透過する光を照射し、基板中の<0001>方向に沿って基板に光を透過させ、複屈折により生じる第1の位相差を算出する。化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる工程では、予め決定されている成長条件に基づき、第1主面上に化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる。第2の位相差を算出する工程では、化合物半導体層の表面に光を照射し、化合物半導体層中および基板中の<0001>方向に沿って化合物半導体層および基板に光を透過させ、複屈折により生じる第2の位相差を算出する。上記化合物半導体は、たとえば炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)などである。 (1) The method for producing a hexagonal compound semiconductor according to one aspect of the present invention includes a step of preparing a substrate, a step of calculating a first phase difference, a step of homoepitaxially growing a compound semiconductor layer, and a second step. It includes a step of calculating the phase difference. In the process of preparing a substrate, a hexagonal compound semiconductor substrate having a hexagonal crystal structure, having birefringence, and including a first main surface and a second main surface and side surfaces opposite to the first main surface. Prepare. In the step of calculating the first phase difference, the first main surface is irradiated with light transmitted through the substrate, the light is transmitted through the substrate along the <0001> direction in the substrate, and the first position generated by birefringence is generated. Calculate the phase difference. In the step of homoepitaxially growing the compound semiconductor layer, the compound semiconductor layer is homoepitaxially grown on the first main surface based on predetermined growth conditions. In the second step of calculating the phase difference, the surface of the compound semiconductor layer is irradiated with light, and light is transmitted to the compound semiconductor layer and the substrate along the <0001> direction in the compound semiconductor layer and the substrate, resulting in birefringence. The second phase difference caused by the above is calculated. The compound semiconductor is, for example, silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), or the like.

このようにすれば、六方晶化合物半導体中を<0001>方向に沿って光が透過する状態での複屈折による位相差を算出するので、六方晶化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減されたデータを得ることができる。このため、当該自然複屈折の影響を低減した状態で、複屈折により生じる位相差により歪が評価された六方晶化合物半導体を得ることができる。また、化合物半導体基板に化合物半導体層が形成される前後で複屈折により生じる位相差により歪を評価できるので、化合物半導体層の形成プロセスによる歪への影響を評価できるとともに、化合物半導体層が形成された化合物半導体基板(エピタキシャル層付基板)での歪の発生状況を確認できる。そして、化合物半導体層が形成された後の歪と、化合物半導体層を形成する前の歪とを比較して、エピタキシャル成長の際に発生した歪の量を把握することにより、エピタキシャル成長における成長条件の適否を判断することが可能となる。 In this way, the phase difference due to birefringence in a state where light is transmitted along the <0001> direction in the hexagonal compound semiconductor is calculated, so that natural birefringence due to the crystal structure of the hexagonal compound semiconductor is calculated. Data with reduced impact can be obtained. Therefore, it is possible to obtain a hexagonal compound semiconductor whose distortion is evaluated by the phase difference caused by the birefringence while the influence of the natural birefringence is reduced. Further, since the strain can be evaluated by the phase difference caused by double refraction before and after the compound semiconductor layer is formed on the compound semiconductor substrate, the influence of the compound semiconductor layer forming process on the strain can be evaluated and the compound semiconductor layer is formed. It is possible to confirm the state of occurrence of strain on the compound semiconductor substrate (substrate with epitaxial layer). Then, by comparing the strain after the compound semiconductor layer is formed with the strain before the compound semiconductor layer is formed and grasping the amount of strain generated during the epitaxial growth, the suitability of the growth conditions in the epitaxial growth is determined. Can be judged.

(2) 上記六方晶化合物半導体の製造方法において、基板は、第1主面が{0001}面に対して傾斜している。この場合、基板がいわゆるオフ基板であるため、単に第1主面に対して垂直な方向から光を照射しても基板内部での<0001>方向に沿って光を透過させることは難しい。そのため、事前に基板の第1主面が{0001}面に対してなす傾斜角度(オフ角度)および傾斜方向(オフ方向)を測定しておくことで、第1主面と周囲の空気との界面での光の屈折などを考慮して当該基板内部での光の透過方向を<0001>方向にすることが可能な本実施形態に係る六方晶化合物半導体の製造方法が有効である。 (2) In the method for producing a hexagonal compound semiconductor, the first main surface of the substrate is inclined with respect to the {0001} surface. In this case, since the substrate is a so-called off substrate, it is difficult to transmit light along the <0001> direction inside the substrate even if light is simply irradiated from a direction perpendicular to the first main surface. Therefore, by measuring the inclination angle (off angle) and the inclination direction (off direction) formed by the first main surface of the substrate with respect to the {0001} surface in advance, the first main surface and the surrounding air can be brought into contact with each other. The method for producing a hexagonal compound semiconductor according to the present embodiment, which can set the light transmission direction inside the substrate to the <0001> direction in consideration of the refraction of light at the interface, is effective.

(3) 上記六方晶化合物半導体の製造方法において、第1の位相差を算出する工程では、予め測定された第1主面の{0001}面に対する傾斜角度および傾斜方向の情報に基づき、光の第1主面に対する入射角度が決定されている。さらに、第2の位相差を算出する工程では、上記情報に基づき、光の化合物半導体層の表面に対する入射角度が決定されている。 (3) In the step of calculating the first phase difference in the above method for manufacturing a hexagonal compound semiconductor, light is measured based on information on the tilt angle and tilt direction of the first main plane with respect to the {0001} plane. The angle of incidence with respect to the first main surface is determined. Further, in the step of calculating the second phase difference, the incident angle of light with respect to the surface of the compound semiconductor layer is determined based on the above information.

この場合、基板に反りが発生しているなど、基板の形状が平坦でないときでも、予め基板のオフ角度およびオフ方向といった情報を得ておくことで、結果的に六方晶化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減された、正確な歪の評価を行うことができる。したがって、エピタキシャル成長における成長条件の適否を精度よく判断することが可能になる。 In this case, even when the shape of the substrate is not flat, such as when the substrate is warped, by obtaining information such as the off angle and off direction of the substrate in advance, the crystal structure of the hexagonal compound semiconductor can be obtained as a result. Accurate strain evaluation can be performed with the effect of natural birefringence reduced. Therefore, it is possible to accurately determine the suitability of the growth conditions in epitaxial growth.

(4) 本発明の一態様に係る六方晶化合物半導体の製造方法は、基板を準備する工程と、第1の位相差を算出する工程と、第1の最大値と第1の標準偏差とを算出する工程と、化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる工程と、第2の位相差を算出する工程と、第2の最大値と第2の標準偏差とを算出する工程と、成長条件を変更する工程とを備える。基板を準備する工程では、六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有し、第1主面と当該第1主面と反対側の第2主面と側面とを含む六方晶化合物半導体の基板を準備する。第1の位相差を算出する工程では、第1主面の複数箇所に基板を透過する光を照射し、基板中の<0001>方向に沿って基板に光を透過させ、複屈折により生じる第1の位相差を算出する。第1の最大値と第1の標準偏差とを算出する工程では、上記複数個所における第1の位相差について、第1の最大値と第1の標準偏差とを算出する。化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる工程では、第1主面上に化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる。第2の位相差を算出する工程では、化合物半導体層の表面の複数箇所に光を照射し、化合物半導体層中および基板中の<0001>方向に沿って化合物半導体層および基板に光を透過させ、複屈折により生じる第2の位相差を算出する。第2の最大値と第2の標準偏差とを算出する工程では、複数個所における第2の位相差について、第2の最大値と第2の標準偏差とを算出する。成長条件を変更する工程では、第1の最大値より第2の最大値が大きく、かつ、第1の標準偏差より第2の標準偏差が大きいという条件が成立したときに成長条件を変更する。 (4) The method for producing a hexagonal compound semiconductor according to one aspect of the present invention includes a step of preparing a substrate, a step of calculating a first phase difference, and a first maximum value and a first standard deviation. A step of calculating, a step of homoepitically growing a compound semiconductor layer, a step of calculating a second phase difference, a step of calculating a second maximum value and a second standard deviation, and a step of changing growth conditions. And. In the process of preparing a substrate, a hexagonal compound semiconductor substrate having a hexagonal crystal structure, having birefringence, and including a first main surface and a second main surface and side surfaces opposite to the first main surface. Prepare. In the step of calculating the first phase difference, light transmitted through the substrate is irradiated to a plurality of locations on the first main surface, the light is transmitted to the substrate along the <0001> direction in the substrate, and the light is transmitted to the substrate, which is generated by birefringence. Calculate the phase difference of 1. In the step of calculating the first maximum value and the first standard deviation, the first maximum value and the first standard deviation are calculated for the first phase difference at the plurality of locations. In the step of homoepitaxially growing the compound semiconductor layer, the compound semiconductor layer is homoepitaxially grown on the first main surface. In the second step of calculating the phase difference, light is applied to a plurality of locations on the surface of the compound semiconductor layer to allow light to pass through the compound semiconductor layer and the substrate along the <0001> direction in the compound semiconductor layer and the substrate. , The second phase difference caused by birefringence is calculated. In the step of calculating the second maximum value and the second standard deviation, the second maximum value and the second standard deviation are calculated for the second phase difference at a plurality of locations. In the step of changing the growth condition, the growth condition is changed when the condition that the second maximum value is larger than the first maximum value and the second standard deviation is larger than the first standard deviation is satisfied.

このようにすれば、六方晶化合物半導体中を<0001>方向に沿って光が透過するので、六方晶化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折を低減できる。また、基板の第1主面の複数個所について位相差を算出することにより、基板における歪の大きさおよびばらつきに位相差の大きさおよびばらつきが相関しているため、化合物半導体基板の面内での歪の分布状態を評価することができる。つまり、当該自然複屈折の影響を低減した状態で、複屈折により生じる位相差により基板の面内における歪の分布状況が評価された六方晶化合物半導体を得ることができる。 In this way, since light is transmitted through the hexagonal compound semiconductor along the <0001> direction, natural birefringence due to the crystal structure of the hexagonal compound semiconductor can be reduced. Further, by calculating the phase difference at a plurality of locations on the first main surface of the substrate, the magnitude and variation of the strain on the substrate are correlated with the magnitude and variation of the phase difference, so that the magnitude and variation of the phase difference are correlated with each other. It is possible to evaluate the distribution state of the strain of. That is, it is possible to obtain a hexagonal compound semiconductor in which the distribution state of strain in the plane of the substrate is evaluated by the phase difference caused by the birefringence while the influence of the natural birefringence is reduced.

また、化合物半導体基板に化合物半導体層が形成される前後で複屈折により生じる位相差により歪を評価できるので、化合物半導体層の形成プロセスによる歪への影響を評価できるとともに、化合物半導体層が形成された化合物半導体基板(エピタキシャル層付基板)での歪の発生状況を確認できる。 Further, since the strain can be evaluated by the phase difference caused by double refraction before and after the compound semiconductor layer is formed on the compound semiconductor substrate, the influence of the compound semiconductor layer forming process on the strain can be evaluated and the compound semiconductor layer is formed. It is possible to confirm the state of occurrence of strain on the compound semiconductor substrate (substrate with epitaxial layer).

さらに、化合物半導体層が形成される前後での位相差の最大値と標準偏差とを対比することで、化合物半導体層の成膜工程による歪の影響を評価し、歪の増大を抑制するように当該成膜工程での成長条件を調整することが可能になる。そのため、歪が抑制されたエピタキシャル層付基板を得ることができる。 Furthermore, by comparing the maximum value of the phase difference before and after the compound semiconductor layer is formed with the standard deviation, the effect of strain due to the film formation process of the compound semiconductor layer is evaluated, and the increase in strain is suppressed. It becomes possible to adjust the growth conditions in the film forming process. Therefore, it is possible to obtain a substrate with an epitaxial layer in which distortion is suppressed.

(5) 上記六方晶化合物半導体の製造方法において、基板は、第1主面が{0001}面に対して傾斜している。この場合、基板がいわゆるオフ基板であるため、単に第1主面に対して垂直な方向から光を照射しても基板内部での<0001>方向に沿って光を透過させることは難しい。そのため、事前に基板の第1主面が{0001}面に対してなす傾斜角度(オフ角度)および傾斜方向(オフ方向)を測定しておくことで、第1主面と周囲の空気との界面での光の屈折などを考慮して当該基板内部での光の透過方向を<0001>方向にすることが可能な本実施形態に係る六方晶化合物半導体の製造方法が有効である。 (5) In the method for producing a hexagonal compound semiconductor, the first main surface of the substrate is inclined with respect to the {0001} surface. In this case, since the substrate is a so-called off substrate, it is difficult to transmit light along the <0001> direction inside the substrate even if light is simply irradiated from a direction perpendicular to the first main surface. Therefore, by measuring the inclination angle (off angle) and the inclination direction (off direction) formed by the first main surface of the substrate with respect to the {0001} surface in advance, the first main surface and the surrounding air can be brought into contact with each other. The method for producing a hexagonal compound semiconductor according to the present embodiment, which can set the light transmission direction inside the substrate to the <0001> direction in consideration of the refraction of light at the interface, is effective.

(6) 上記六方晶化合物半導体の製造方法において、第1の位相差を算出する工程では、第1主面の複数個所について、予め測定された第1主面の{0001}面に対する傾斜角度および傾斜方向の情報に基づき、光の第1主面に対する入射角度が決定されている。さらに、第2の位相差を算出する工程では、化合物半導体層の表面の複数個所について、上記情報に基づき、光の化合物半導体層の表面に対する入射角度が決定されている。 (6) In the step of calculating the first phase difference in the method for producing a hexagonal compound semiconductor, the inclination angle and the inclination angle of the first main surface with respect to the {0001} surface measured in advance for a plurality of positions of the first main surface are The angle of incidence of the light with respect to the first main surface is determined based on the information in the inclination direction. Further, in the second step of calculating the phase difference, the incident angles of light with respect to the surface of the compound semiconductor layer are determined based on the above information at a plurality of locations on the surface of the compound semiconductor layer.

この場合、基板に反りが発生しているなど、基板の形状が平坦でないときでも、予め基板のオフ角度およびオフ方向といった情報を得ておくことで、結果的に六方晶化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減された、正確な歪の評価を行うことができる。したがって、基板の面内における歪の分布状況およびエピタキシャル成長における成長条件の適否を精度よく判断することが可能になる。 In this case, even when the shape of the substrate is not flat, such as when the substrate is warped, by obtaining information such as the off angle and off direction of the substrate in advance, the crystal structure of the hexagonal compound semiconductor can be obtained as a result. Accurate strain evaluation can be performed with the effect of natural birefringence reduced. Therefore, it is possible to accurately determine the strain distribution in the plane of the substrate and the suitability of the growth conditions in epitaxial growth.

(7) 上記化合物半導体の製造方法において、基板の直径は100mm以上である。このような比較的大きな直径の化合物半導体基板において、歪に起因する問題の発生が懸念されるため、上記化合物半導体の製造方法を適用することが好ましい。 (7) In the method for producing a compound semiconductor, the diameter of the substrate is 100 mm or more. Since there is a concern that problems due to strain may occur in such a compound semiconductor substrate having a relatively large diameter, it is preferable to apply the above method for producing a compound semiconductor.

(8) 上記化合物半導体の製造方法において、化合物半導体は炭化珪素単結晶である。炭化珪素(SiC)では、歪による基板の割れなどが問題となっていることから、上述した製造方法を適用することが好ましい。 (8) In the method for producing a compound semiconductor, the compound semiconductor is a silicon carbide single crystal. Since silicon carbide (SiC) has a problem of cracking of the substrate due to strain, it is preferable to apply the above-mentioned manufacturing method.

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態(以降、本実施形態と称する)の詳細について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
[Details of Embodiments of the present invention]
Hereinafter, the details of the embodiment of the present disclosure (hereinafter referred to as the present embodiment) will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are given the same reference numbers, and the description thereof will not be repeated.

<評価方法の概略>
図1に示すように、本実施形態に係る炭化珪素基板の評価方法は、六方晶化合物半導体の歪評価方法の一例であって、準備工程(S10)と、評価工程(S20)とを備える。準備工程(S10)は、六方晶化合物半導体の基板を準備する工程である。準備工程(S10)では、六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有する六方晶化合物半導体からなる基板を準備する。基板は、第1主面と、当該第1主面と反対側の第2主面と、側面とを含む。基板として、たとえば炭化珪素(SiC)単結晶からなる炭化珪素基板を測定装置のステージ上に設置する。なお、基板としてはGaN基板やAlN基板を用いてもよい。ここで準備する基板としては、表面が(0001)面に対して傾斜しているオフ基板を用いることができる。また、基板の直径は100mm以上としてもよく、150mm以上としてもよく、200mm以上としてもよい。基板の直径は400mm以下としてもよく、300mm以下としてもよい。また、基板として、ベース基板と当該ベース基板表面上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャル層付基板を用いてもよい。あるいは、基板として、エピタキシャル層が形成されていない化合物半導体からなる基板を用いてもよい。以下では、基板として炭化珪素基板を用いた場合を代表例として説明する。
<Outline of evaluation method>
As shown in FIG. 1, the method for evaluating a silicon carbide substrate according to the present embodiment is an example of a method for evaluating strain of a hexagonal compound semiconductor, and includes a preparation step (S10) and an evaluation step (S20). The preparation step (S10) is a step of preparing a substrate of a hexagonal compound semiconductor. In the preparation step (S10), a substrate made of a hexagonal compound semiconductor having a hexagonal crystal structure and having birefringence is prepared. The substrate includes a first main surface, a second main surface opposite to the first main surface, and side surfaces. As the substrate, for example, a silicon carbide substrate made of a silicon carbide (SiC) single crystal is installed on the stage of the measuring device. As the substrate, a GaN substrate or an AlN substrate may be used. As the substrate prepared here, an off-board whose surface is inclined with respect to the (0001) plane can be used. Further, the diameter of the substrate may be 100 mm or more, 150 mm or more, or 200 mm or more. The diameter of the substrate may be 400 mm or less, or 300 mm or less. Further, as the substrate, a base substrate and a substrate with an epitaxial layer having an epitaxial layer formed on the surface of the base substrate may be used. Alternatively, a substrate made of a compound semiconductor on which an epitaxial layer is not formed may be used as the substrate. In the following, a case where a silicon carbide substrate is used as the substrate will be described as a typical example.

次に、評価工程(S20)を実施する。基板に光を透過させる工程および位相差を算出する工程に対応する評価工程(S20)では、光弾性効果を利用して基板の歪を評価する。具体的には、評価工程(S20)では、基板の表面に光を照射し、基板の内部を<0001>方向に沿って当該光が透過することにより、自然複屈折の影響を低減した状態で光弾性を利用して歪を評価する。異なる観点から言えば、評価工程(S20)に含まれる基板に光を透過させる工程では、第1の主面に基板を透過する光を照射し、基板中の<0001>方向に沿って基板に光を透過させる。位相差を算出する工程では、複屈折により生じる位相差を算出する。当該位相差は歪の評価に利用される。 Next, the evaluation step (S20) is carried out. In the evaluation step (S20) corresponding to the step of transmitting light through the substrate and the step of calculating the phase difference, the strain of the substrate is evaluated by utilizing the photoelastic effect. Specifically, in the evaluation step (S20), the surface of the substrate is irradiated with light, and the light is transmitted through the inside of the substrate along the <0001> direction to reduce the influence of natural birefringence. Evaluate strain using photoelasticity. From a different point of view, in the step of transmitting light through the substrate included in the evaluation step (S20), the first main surface is irradiated with the light transmitted through the substrate, and the substrate is irradiated along the <0001> direction in the substrate. Allows light to pass through. In the step of calculating the phase difference, the phase difference caused by birefringence is calculated. The phase difference is used for evaluation of distortion.

また、評価工程(S20)では、炭化珪素基板の表面の複数個所に対して光を照射することにより、炭化珪素基板の複数個所における歪を評価する。なお、光弾性を利用した歪の具体的な評価方法は任意の手法を採用できるが、具体的な評価方法の一例については後述する。 Further, in the evaluation step (S20), strain is evaluated at a plurality of locations on the silicon carbide substrate by irradiating a plurality of locations on the surface of the silicon carbide substrate with light. Any method can be adopted as a specific evaluation method of strain using photoelasticity, but an example of a specific evaluation method will be described later.

<評価装置の構成>
上述した評価方法を実施するための測定装置の基本構成を図2に示す。図2に示すように、測定装置100は、制御用コントローラ10と、入射側光学系41と、受光側光学系42と、サンプルである炭化珪素基板1を搭載するステージ24と、光軸調整部43〜45とを備える。入射側光学系41は、光源21と、レンズ22と、偏光子23とを含む。受光側光学系42は、検光子25と、レンズ26と、受光器27とを含む。光源21と受光器27との間で、光源21側からレンズ22、偏光子23、ステージ24、検光子25、レンズ26がこの順番で配置されている。
<Structure of evaluation device>
FIG. 2 shows a basic configuration of a measuring device for carrying out the above-mentioned evaluation method. As shown in FIG. 2, the measuring device 100 includes a control controller 10, an incident side optical system 41, a light receiving side optical system 42, a stage 24 on which a sample silicon carbide substrate 1 is mounted, and an optical axis adjusting unit. It includes 43 to 45. The incident side optical system 41 includes a light source 21, a lens 22, and a polarizer 23. The light receiving side optical system 42 includes an analyzer 25, a lens 26, and a light receiving receiver 27. Between the light source 21 and the receiver 27, the lens 22, the polarizer 23, the stage 24, the analyzer 25, and the lens 26 are arranged in this order from the light source 21 side.

光軸調整部43は、入射側光学系41から炭化珪素基板1に入射した光が炭化珪素基板1中を透過するときの光軸を調整するため、入射側光学系41から炭化珪素基板1への入射光が炭化珪素基板1の表面に対してなす角度(入射角)を変更する。たとえば、光軸調整部43は、入射側光学系41をステージ24に対して移動させるように構成されていてもよい。光軸調整部44は、ステージ24に保持された炭化珪素基板1を透過した光の光軸と、受光側光学系42が受光するように設定された光軸とが重なるように、受光側光学系42をステージ24に対して移動させる。光軸調整部45は、炭化珪素基板1中を透過するときの光軸を調整するためステージ24を移動させる。たとえば、光軸調整部45は、上記入射角を変更するためにステージ24を入射側光学系41に対して移動させてもよい。光軸調整部43〜45は制御用コントローラ10に接続され、当該制御用コントローラ10からの制御信号により制御される。 The optical axis adjusting unit 43 adjusts the optical axis when the light incident on the silicon carbide substrate 1 from the incident side optical system 41 passes through the silicon carbide substrate 1, so that the optical axis adjusting unit 43 moves from the incident side optical system 41 to the silicon carbide substrate 1. The angle (incident angle) formed by the incident light of the silicon carbide substrate 1 with respect to the surface of the silicon carbide substrate 1 is changed. For example, the optical axis adjusting unit 43 may be configured to move the incident side optical system 41 with respect to the stage 24. The optical axis adjusting unit 44 receives light-receiving side optics so that the optical axis of light transmitted through the silicon carbide substrate 1 held on the stage 24 and the optical axis set to receive light by the light-receiving optical system 42 overlap. The system 42 is moved with respect to the stage 24. The optical axis adjusting unit 45 moves the stage 24 in order to adjust the optical axis when transmitting through the silicon carbide substrate 1. For example, the optical axis adjusting unit 45 may move the stage 24 with respect to the incident side optical system 41 in order to change the incident angle. The optical axis adjusting units 43 to 45 are connected to the control controller 10 and are controlled by a control signal from the control controller 10.

なお、測定装置100では、上記光軸調整部43、44の組と、光軸調整部45とのいずれか一方のみを設置してもよい。これらの光軸調整部43〜45を用いてステージ24に搭載された炭化珪素基板1への光の入射角を変化させることにより、炭化珪素基板1中を透過する光の光軸の方向を変更できる。このため、結果的に炭化珪素基板1の内部を透過する光の進行方向を<0001>方向に沿った方向とすることが可能になる。 In the measuring device 100, only one of the set of the optical axis adjusting units 43 and 44 and the optical axis adjusting unit 45 may be installed. By changing the angle of incidence of light on the silicon carbide substrate 1 mounted on the stage 24 by using these optical axis adjusting units 43 to 45, the direction of the optical axis of the light transmitted through the silicon carbide substrate 1 is changed. it can. Therefore, as a result, the traveling direction of the light transmitted through the inside of the silicon carbide substrate 1 can be set to the direction along the <0001> direction.

光軸調整部43〜45は任意の構成を採用できる。たとえば、流体圧力により駆動するシリンダや電導モータなどを光軸調整部43〜45として用いることができる。たとえば光軸調整部43として、入射側光学系41が搭載された架台のステージ24に対する傾き角を変更するように、架台に接続された油圧シリンダを用いてもよい。同様に、光軸調整部44として、受光側光学系42が搭載された架台のステージ24に対する傾き角を変更するように、架台に接続された油圧シリンダを用いてもよい。光軸調整部43として、偏光子23とステージ24との間に配置され光の進行方向を変更するミラーと、光の進行方向を変更するため当該ミラーの配置を調整するモータなどの駆動部とを含む光学モジュールを用いてもよい。光軸調整部44として、上記光軸調整部43と同様にステージ24と検光子25との間に配置されたミラーと駆動部とを含む光学モジュールを用いてもよい。 Any configuration can be adopted for the optical axis adjusting units 43 to 45. For example, a cylinder or a conductive motor driven by fluid pressure can be used as the optical axis adjusting units 43 to 45. For example, as the optical axis adjusting unit 43, a hydraulic cylinder connected to the gantry may be used so as to change the inclination angle of the gantry on which the incident side optical system 41 is mounted with respect to the stage 24. Similarly, as the optical axis adjusting unit 44, a hydraulic cylinder connected to the gantry may be used so as to change the tilt angle of the gantry on which the light receiving side optical system 42 is mounted with respect to the stage 24. As the optical axis adjusting unit 43, a mirror arranged between the polarizer 23 and the stage 24 to change the traveling direction of light, and a driving unit such as a motor that adjusts the arrangement of the mirror to change the traveling direction of light. An optical module containing the above may be used. As the optical axis adjusting unit 44, an optical module including a mirror and a driving unit arranged between the stage 24 and the analyzer 25 may be used as in the optical axis adjusting unit 43.

また、光軸調整部45として、たとえば入射側光学系41からの入射光に対するステージ24の傾き角度を変更するモータを用いてもよい。この場合、ステージ24の上記入射光に対する傾き角度を互いに交差する2方向について変更できるように、当該モータは2つ配置されてもよい。具体的には、ステージ24を第1軸周りに回転させる第1のモータと、当該第1のモータの回転軸に接続されたステージ24とが第1基体上に搭載され、当該第1基体を上記第1軸と異なる方向に延びる第2軸周りに回転させる第2のモータが第1基体に接続されている、といった構成を採用してもよい。 Further, as the optical axis adjusting unit 45, for example, a motor that changes the tilt angle of the stage 24 with respect to the incident light from the incident side optical system 41 may be used. In this case, two motors may be arranged so that the tilt angle of the stage 24 with respect to the incident light can be changed in two directions intersecting each other. Specifically, a first motor that rotates the stage 24 around the first axis and a stage 24 connected to the rotation axis of the first motor are mounted on the first substrate, and the first substrate is mounted. A configuration may be adopted in which a second motor that rotates around a second axis extending in a direction different from that of the first axis is connected to the first substrate.

光源21、偏光子23および検光子25は、光源21からステージ24上の炭化珪素基板を透過して受光器27に到達する評価用の光の光軸に対して交差する方向(好ましくは垂直な方向)において、回転可能に構成されている。偏光子23および検光子25の当該回転角度は、制御用コントローラ10により制御可能になっている。たとえば、偏光子23および検光子25を回転させるモータなどの駆動装置は制御用コントローラ10により制御される。 The light source 21, the polarizer 23, and the analyzer 25 are oriented in a direction (preferably perpendicular to the optical axis of the evaluation light) that passes through the silicon carbide substrate on the stage 24 from the light source 21 and reaches the receiver 27. In the direction), it is configured to be rotatable. The rotation angles of the polarizer 23 and the analyzer 25 can be controlled by the control controller 10. For example, a driving device such as a motor that rotates the polarizer 23 and the analyzer 25 is controlled by the control controller 10.

光源21は制御用コントローラ10からの制御信号に応じて評価用の光を出射する。光源21としては任意の光源を用いることができるが、たとえばレーザダイオードなどの光源を用いることができる。ステージ24は、上記光の光軸に対して交差する方向において移動可能に構成されている。ステージ24の移動は制御用コントローラ10により制御される。たとえば、ステージ24を移動させるためリニアガイドなどの従来周知の駆動装置を用いることができ、当該駆動装置は制御用コントローラ10により制御される。たとえば、当該駆動装置は、上述した光軸調整部45とステージ24との両方を光の光軸に対して交差する方向に移動可能に構成されていてもよい。 The light source 21 emits light for evaluation in response to a control signal from the control controller 10. Any light source can be used as the light source 21, but for example, a light source such as a laser diode can be used. The stage 24 is configured to be movable in a direction intersecting the optical axis of the light. The movement of the stage 24 is controlled by the control controller 10. For example, a conventionally known drive device such as a linear guide can be used to move the stage 24, and the drive device is controlled by the control controller 10. For example, the driving device may be configured so that both the optical axis adjusting unit 45 and the stage 24 described above can be moved in a direction intersecting the optical axis of light.

受光器27は、レンズ22、偏光子23、炭化珪素基板1、検光子25およびレンズ26を透過した光を受光する。受光器27での光の検出データは、制御用コントローラ10に送信される。制御用コントローラ10では、光源21からの光の発光強度、受光器27からの光の検出データ(受光強度のデータ)、偏光子23および検光子25の回転角度などのデータから、炭化珪素基板1において光が照射された位置での歪を評価する。 The light receiver 27 receives light transmitted through the lens 22, the polarizer 23, the silicon carbide substrate 1, the analyzer 25, and the lens 26. The light detection data in the receiver 27 is transmitted to the control controller 10. In the control controller 10, the silicon carbide substrate 1 is based on data such as the light emission intensity from the light source 21, the light detection data from the light receiver 27 (light reception intensity data), and the rotation angles of the polarizer 23 and the analyzer 25. The distortion at the position where the light is irradiated is evaluated.

図2に示した測定装置の構成例を図3に示す。図3に示すように、測定装置の構成例では、制御用コントローラ10は制御IOバス11および駆動回路31、33、34、35を介して、光源21、偏光子23、ステージ24、検光子25と接続されている。また、制御用コントローラ10は制御IOバス11、AD変換器38、可変ゲイン増幅器37、IV(電流−電圧)変換器36を介して受光器27と接続されている。また、制御用コントローラ10は制御IOバス11および駆動回路39を介して光軸調整部43〜45と接続されている。入射側光学系41は架台に搭載される。当該架台のステージ24に対する傾き角を変更するように油圧シリンダを含む光軸調整部43が当該架台に接続されている。また、受光側光学系42も別の架台に搭載される。当該別の架台のステージに対する傾き角を変更するように油圧シリンダを含む光軸調整部44が当該別の架台に接続されている。また、上述のように2つのモータを含む光軸調整部45がステージ24に接続されている。光源21は任意の光源を利用できるが、たとえばレーザダイオードである。受光器27は任意の構成を採用できるが、たとえばフォトダイオードである。 A configuration example of the measuring device shown in FIG. 2 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the configuration example of the measuring device, the control controller 10 passes through the control IO bus 11 and the drive circuits 31, 33, 34, 35, and the light source 21, the polarizer 23, the stage 24, and the analyzer 25. Is connected to. Further, the control controller 10 is connected to the receiver 27 via the control IO bus 11, the AD converter 38, the variable gain amplifier 37, and the IV (current-voltage) converter 36. Further, the control controller 10 is connected to the optical axis adjusting units 43 to 45 via the control IO bus 11 and the drive circuit 39. The incident side optical system 41 is mounted on a gantry. An optical axis adjusting unit 43 including a hydraulic cylinder is connected to the gantry so as to change the inclination angle of the gantry with respect to the stage 24. Further, the light receiving side optical system 42 is also mounted on another frame. An optical axis adjusting unit 44 including a hydraulic cylinder is connected to the other gantry so as to change the tilt angle of the other gantry with respect to the stage. Further, as described above, the optical axis adjusting unit 45 including the two motors is connected to the stage 24. The light source 21 can use any light source, such as a laser diode. The receiver 27 may adopt any configuration, for example a photodiode.

ステージ24は図3の紙面に垂直なX軸方向および紙面の上下方向に沿うY軸方向において移動可能になっている。また、上述のように光軸調整部43〜45によりステージ24は光の光軸に対して相対的に傾斜可能に構成されている。偏光子23および検光子25はたとえばパルスモータ(図示せず)を駆動回路33、35により制御することで回転可能になっている。制御用コントローラ10には、たとえばデータなどを表示する表示用ディスプレイや、測定データを記録するための記憶装置などが接続されていてもよい。 The stage 24 is movable in the X-axis direction perpendicular to the paper surface of FIG. 3 and in the Y-axis direction along the vertical direction of the paper surface. Further, as described above, the stage 24 is configured to be tiltable relative to the optical axis of light by the optical axis adjusting units 43 to 45. The polarizer 23 and the analyzer 25 can be rotated by, for example, controlling a pulse motor (not shown) by drive circuits 33 and 35. For example, a display for displaying data or the like, a storage device for recording measurement data, or the like may be connected to the control controller 10.

<評価方法の詳細>
以下、図3に示した測定装置を用いた炭化珪素基板の評価方法の一例の詳細を説明する。
<Details of evaluation method>
Hereinafter, details of an example of an evaluation method for a silicon carbide substrate using the measuring device shown in FIG. 3 will be described.

準備工程(S10):
まず、評価対象である炭化珪素基板1を図3に示した測定装置のステージ24上に設置する。炭化珪素基板1としては、図4に示すように点線2で示される(0001)面に対して表面4がオフ角だけ傾斜しているオフ基板を用いる。なお、炭化珪素基板1として表面4が(0001)面に対して傾斜していない基板を用いてもよい。
Preparation step (S10):
First, the silicon carbide substrate 1 to be evaluated is installed on the stage 24 of the measuring device shown in FIG. As the silicon carbide substrate 1, as shown in FIG. 4, an off substrate whose surface 4 is inclined by an off angle with respect to the (0001) surface shown by the dotted line 2 is used. As the silicon carbide substrate 1, a substrate whose surface 4 is not inclined with respect to the (0001) plane may be used.

炭化珪素基板に対する光の入射方向を調整する工程(S30):
次に、評価用の光が炭化珪素基板1に入射する方向が、図4において矢印3で示すように、炭化珪素基板1の内部を透過する光の進行方向が(0001)面に対して垂直な<0001>方向となった状態における測定データを得るべく、予め決定された条件を満足するように、入射側光学系41、ステージ24、受光側光学系42の相対的な配置を決定する。なお、この工程では、ステージ24を固定して入射側光学系41を移動させてもよいし、入射側光学系41を固定してステージ24を移動させてもよい。
Step of adjusting the incident direction of light on the silicon carbide substrate (S30):
Next, the direction in which the evaluation light is incident on the silicon carbide substrate 1 is perpendicular to the (0001) plane in the traveling direction of the light transmitted through the inside of the silicon carbide substrate 1 as shown by the arrow 3 in FIG. In order to obtain the measurement data in the <0001> direction, the relative arrangements of the incident side optical system 41, the stage 24, and the light receiving side optical system 42 are determined so as to satisfy the predetermined conditions. In this step, the stage 24 may be fixed and the incident side optical system 41 may be moved, or the incident side optical system 41 may be fixed and the stage 24 may be moved.

測定工程(S21):
ステージ24にセットされた炭化珪素基板1に対して、光源21から光を照射する。照射する光としては、たとえば赤外線を用いることができる。このとき、偏光子23と検光子25との方位を平行状態として同期回転させ、炭化珪素基板1での透過光強度を偏光角Φの関数として測定する。さらに、偏光子23と検光子25との方位を直交させた状態で同期回転させ、炭化珪素基板1での透過光強度を偏光角Φの関数として測定する。
Measurement step (S21):
The silicon carbide substrate 1 set on the stage 24 is irradiated with light from the light source 21. As the light to be irradiated, for example, infrared rays can be used. At this time, the orientations of the polarizer 23 and the analyzer 25 are synchronized and rotated in a parallel state, and the transmitted light intensity on the silicon carbide substrate 1 is measured as a function of the polarization angle Φ. Further, the polarizer 23 and the analyzer 25 are synchronously rotated in a state of being orthogonal to each other, and the transmitted light intensity on the silicon carbide substrate 1 is measured as a function of the polarization angle Φ.

複屈折の位相差と主振動方位角の評価工程(S22):
複屈折の位相差δ(単位:ラジアン)と、主振動方位角Ψとを、上述した測定点でのデータから算出する。算出方法は任意の方法を用いることができるが、たとえば以下のような方法を用いる。
Evaluation step of birefringence phase difference and main vibration azimuth (S22):
The phase difference δ (unit: radian) of birefringence and the principal vibration azimuth Ψ are calculated from the data at the above-mentioned measurement points. Any method can be used for the calculation method, and for example, the following method is used.

偏光子23と検光子25の方位が直交状態および平行状態での試料の透過光強度をそれぞれI(Φ)、I||(Φ)とする。また、上述のように偏光子23と検光子25とを同期回転させるときの偏光角をΦとする。このとき、試料としての炭化珪素基板1の複屈折の位相差δと、主振動方位角Ψに対して次の数式(1)に示す関係が成り立つ。 Let I (Φ) and I || (Φ) be the transmitted light intensities of the sample when the orientations of the polarizer 23 and the analyzer 25 are orthogonal and parallel, respectively. Further, as described above, the polarization angle when the polarizer 23 and the analyzer 25 are synchronously rotated is Φ. At this time, the relationship shown in the following mathematical formula (1) is established for the birefringence phase difference δ of the silicon carbide substrate 1 as a sample and the main vibration azimuth angle Ψ.

(Φ)=I(Φ)/{I(Φ)+I||(Φ)}=sin{2(Φ―Ψ)}{sin(δ/2)} 数式(1)
上記の式で示されるI(Φ)をsine、cosine変換することにより、複屈折の位相差δと、主振動方位角Ψとを求める。たとえば、以下のような数式(2)〜(5)に基づき測定点での位相差δと主振動方位角Ψとを求めることができる。
I r (Φ) = I ⊥ (Φ) / {I ⊥ (Φ) + I || (Φ)} = sin 2 {2 (Φ-Ψ)} {sin 2 (δ / 2)} Equation (1)
Sine and I r (Φ) represented by the above formula, by cosine transform, the phase difference δ birefringence obtains a main vibration azimuth [psi. For example, the phase difference δ and the main vibration azimuth Ψ at the measurement point can be obtained based on the following mathematical formulas (2) to (5).

δ=2sin-1{16(Isin +Icos )}1/4 数式(2)
Ψ=(1/4)tan-1(Isin/Icos) 数式(3)
sin=(−1/4)sin4Ψ{sin2(δ/2)} 数式(4)
cos=(−1/4)cos4Ψ{sin2(δ/2)} 数式(5)
炭化珪素基板1中での光の進行方向が、図4に示すように炭化珪素基板1の<0001>方向に沿う方向にセットされた状態では、炭化珪素の結晶構造に起因する自然複屈折を低減できるので、上述の位相差の値が相対的に小さくなる。そして、上記のように自然複屈折が抑制された条件で測定を行っているため、光弾性を利用して、複屈折により生じる位相差により歪を高精度で評価することができる。一方、炭化珪素基板1中での光の進行方向が上記<0001>方向に沿っていない場合には、上記自然複屈折の影響が相対的に大きくなり、上述した位相差の値が相対的に大きくなって歪の正確な測定も難しくなる。
δ = 2 sin -1 {16 (I sin 2 + I cos 2 )} 1/4 formula (2)
Ψ = (1/4) tan -1 (I sin / I cos ) Formula (3)
I sin = (-1/4) sin4Ψ {sin 2 (δ / 2)} Formula (4)
I cos = (-1/4) cos4Ψ {sin 2 (δ / 2)} Formula (5)
When the traveling direction of light in the silicon carbide substrate 1 is set along the <0001> direction of the silicon carbide substrate 1 as shown in FIG. 4, natural birefringence due to the crystal structure of silicon carbide occurs. Since it can be reduced, the above-mentioned phase difference value becomes relatively small. Since the measurement is performed under the condition that the natural birefringence is suppressed as described above, the strain can be evaluated with high accuracy by the phase difference caused by the birefringence by utilizing the photoelasticity. On the other hand, when the traveling direction of light in the silicon carbide substrate 1 is not along the <0001> direction, the influence of the natural birefringence becomes relatively large, and the above-mentioned phase difference value becomes relatively large. As it becomes larger, it becomes difficult to accurately measure the strain.

このように炭化珪素基板1中での光の進行方向を<0001>方向に沿った方向とするためには、炭化珪素基板1の周囲の大気と炭化珪素基板1との屈折率差を考慮する必要がある。すなわち、大気側から炭化珪素基板1中へ光が侵入するときに光が屈折する。当該大気と炭化珪素基板1との界面での光の屈折は、たとえばスネルの法則に基づき検討することができる。 In order to make the traveling direction of light in the silicon carbide substrate 1 along the <0001> direction in this way, the difference in refractive index between the atmosphere around the silicon carbide substrate 1 and the silicon carbide substrate 1 is taken into consideration. There is a need. That is, the light is refracted when the light enters the silicon carbide substrate 1 from the atmosphere side. The refraction of light at the interface between the atmosphere and the silicon carbide substrate 1 can be examined, for example, based on Snell's law.

ここで、炭化珪素基板1のような化合物半導体基板では、基板に反りなどの形状不良が発生している場合がある。そのような場合、ステージ24に搭載された炭化珪素基板1の主面内の位置により、ステージ24の基準面に対する当該主面の傾きが異なる。したがって、上記スネルの法則を用いて炭化珪素基板1中での光の進行方向が<0001>方向になるように、入射側光学系41からの光の炭化珪素基板1に対する入射方向を予め決定しても、実際の炭化珪素基板1中での光の進行方向が<0001>方向からずれる場合がある。 Here, in the compound semiconductor substrate such as the silicon carbide substrate 1, there is a case where the substrate has a shape defect such as warpage. In such a case, the inclination of the main surface with respect to the reference surface of the stage 24 differs depending on the position of the silicon carbide substrate 1 mounted on the stage 24 in the main surface. Therefore, the incident direction of the light from the incident side optical system 41 with respect to the silicon carbide substrate 1 is determined in advance so that the traveling direction of the light in the silicon carbide substrate 1 is the <0001> direction using the above Snell's law. However, the traveling direction of the light in the actual silicon carbide substrate 1 may deviate from the <0001> direction.

そこで、本実施形態では、炭化珪素基板1の主面における1つの測定点に対して、予め炭化珪素基板1の主面の各位置での(0001)面からのオフ方向およびオフ角度を調べる。炭化珪素基板1中での光の進行方向が<0001>方向になるように入射光の入射角を決定し、上記工程(S30)、工程(S21)、工程(S22)を実施する。炭化珪素基板1の主面の各位置での(0001)面からのオフ方向およびオフ角度の測定は、たとえばX線回折法などにより行うことができる。このようにすれば、炭化珪素基板1の形状が平坦ではない場合であっても、炭化珪素基板1の表面における測定点で自然複屈折の影響が低減された位相差δと主振動方位角Ψとのデータを得ることができる。 Therefore, in the present embodiment, the off direction and the off angle from the (0001) plane at each position of the main surface of the silicon carbide substrate 1 are examined in advance with respect to one measurement point on the main surface of the silicon carbide substrate 1. The incident angle of the incident light is determined so that the traveling direction of the light in the silicon carbide substrate 1 is in the <0001> direction, and the above steps (S30), (S21), and (S22) are carried out. The off-direction and off-angle measurement from the (0001) plane at each position of the main plane of the silicon carbide substrate 1 can be performed by, for example, an X-ray diffraction method. In this way, even when the shape of the silicon carbide substrate 1 is not flat, the phase difference δ and the principal vibration azimuth Ψ in which the influence of natural birefringence is reduced at the measurement points on the surface of the silicon carbide substrate 1 are reduced. And data can be obtained.

たとえば、オフ角が4°である炭化珪素基板に対して、波長が950nmの光を照射する場合を考える。この場合、たとえば入射側の空気の屈折率n1を1とし、出射側の炭化珪素の屈折率n2を2.2と考える。これらの条件をスネルの法則に適用すると、上記炭化珪素基板1の主面の法線に対して9°傾いた方向から光を炭化珪素基板1の主面に照射した場合に、炭化珪素中の光の進行方向がほぼ<0001>方向と平行になると考えられる。なお、炭化珪素基板1の主面における複数の測定点のそれぞれについて、ステージ24上に搭載された炭化珪素基板1の反り等の形状を考慮して光の照射方向を予め決定しておく。 For example, consider a case where a silicon carbide substrate having an off angle of 4 ° is irradiated with light having a wavelength of 950 nm. In this case, for example, the refractive index n1 of the air on the incident side is assumed to be 1, and the refractive index n2 of the silicon carbide on the exit side is considered to be 2.2. When these conditions are applied to Snell's law, when the main surface of the silicon carbide substrate 1 is irradiated with light from a direction inclined by 9 ° with respect to the normal of the main surface of the silicon carbide substrate 1, the silicon carbide is contained. It is considered that the traveling direction of light is substantially parallel to the <0001> direction. The light irradiation direction is determined in advance for each of the plurality of measurement points on the main surface of the silicon carbide substrate 1 in consideration of the shape such as the warp of the silicon carbide substrate 1 mounted on the stage 24.

上述した2種類の透過光強度のデータを、炭化珪素基板1の表面における複数測定点において測定する。測定点は、たとえば炭化珪素基板1の表面において格子状に配置されていてもよい。測定点の間の間隔はたとえば0.1mm以上50mm以下としてもよく、0.3mm以上2mm以下としてもよく、0.4mm以上0.6mm以下としてもよい。 The above-mentioned two types of transmitted light intensity data are measured at a plurality of measurement points on the surface of the silicon carbide substrate 1. The measurement points may be arranged in a grid pattern on the surface of the silicon carbide substrate 1, for example. The distance between the measurement points may be, for example, 0.1 mm or more and 50 mm or less, 0.3 mm or more and 2 mm or less, or 0.4 mm or more and 0.6 mm or less.

上記のようにして各測定点につき複屈折の位相差δを求めることで、基板全体の複数の測定点に関して当該位相差δの最大値と標準偏差とを求めることができる。 By obtaining the birefringence phase difference δ for each measurement point as described above, the maximum value and standard deviation of the phase difference δ can be obtained for a plurality of measurement points of the entire substrate.

残留歪の評価工程(S23):
次に、炭化珪素基板1の残留歪を評価する。評価方法としては、任意の方法を採用できるが、たとえば日本国特許第3156382号(特開平5−339100号公報)に開示された方法を用いることができる。具体的には、炭化珪素基板の残留歪は、半径方向の歪Srと接線方向の歪Stとの差の絶対値|Sr−St|によって算定できる。この算定において、|Sr−St|は以下の数式(6)、(7)に示すように算定できる。
Residual strain evaluation step (S23):
Next, the residual strain of the silicon carbide substrate 1 is evaluated. Any method can be adopted as the evaluation method, and for example, the method disclosed in Japanese Patent No. 3156382 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-339100) can be used. Specifically, the residual strain of the silicon carbide substrate can be calculated by the absolute value | Sr-St | of the difference between the strain Sr in the radial direction and the strain St in the tangential direction. In this calculation, | Sr-St | can be calculated as shown in the following mathematical formulas (6) and (7).

|Sr−St|=kδ[{cos2Ψ/(P11−P12)}2+{(sin2Ψ)/P44}1/2 数式(6)
ただし、上記数式(6)において、
k=λ/(πdn ) 数式(7)
である。ここで、測定に用いる光の波長をλとし、測定に用いる炭化珪素基板1の厚さをdとし、炭化珪素基板1の屈折率をnとし、炭化珪素基板1の光弾性定数をP11、P12、P44とした。ここで、屈折率nは、光を<0001>方向に沿って透過させた場合の屈折率である。
| Sr-St | = kδ [{cos2Ψ / (P 11- P 12 )} 2 + {(sin2Ψ) / P 44 } 1/2 Formula (6)
However, in the above formula (6),
k = λ / (πdn 0 3 ) Formula (7)
Is. Here, the wavelength of the light used for the measurement is λ, the thickness of the silicon carbide substrate 1 used for the measurement is d, the refractive index of the silicon carbide substrate 1 is n 0, and the photoelastic constant of the silicon carbide substrate 1 is P 11. , P 12 , and P 44 . Here, the refractive index n 0 is the refractive index when light is transmitted along the <0001> direction.

このように、光弾性法を用いて、炭化珪素基板1の複屈折によって生じる位相差δと主振動方位角Ψを求めることにより、炭化珪素基板1の歪を求めることができる。なお、上述した測定工程(S21)から残留歪の評価工程(S23)までが図1に示した評価工程(S20)に対応する。 In this way, the strain of the silicon carbide substrate 1 can be obtained by obtaining the phase difference δ and the principal vibration azimuth Ψ caused by the birefringence of the silicon carbide substrate 1 by using the photoelastic method. The above-mentioned measurement step (S21) to the residual strain evaluation step (S23) correspond to the evaluation step (S20) shown in FIG.

<評価方法の作用効果>
上記のような評価方法によれば、炭化珪素基板1中を<0001>方向に沿って評価用の光が透過したときのデータを測定結果として得ることができるので、炭化珪素基板1の結晶構造に起因する自然複屈折の影響を低減した状態で、歪(残留歪)を評価できる。
<Effect of evaluation method>
According to the evaluation method as described above, the data when the light for evaluation is transmitted along the <0001> direction in the silicon carbide substrate 1 can be obtained as the measurement result, so that the crystal structure of the silicon carbide substrate 1 can be obtained. The strain (residual strain) can be evaluated in a state where the influence of natural birefringence caused by the above is reduced.

ここで、立方晶の化合物半導体結晶は、光学的に等方である。よって、屈折率の異方性は存在しない。そのため、どのような方向から光を透過させても自然複屈折は生じず、結晶の歪みを正確に測定することが容易である。 Here, the cubic compound semiconductor crystal is optically isotropic. Therefore, there is no refractive index anisotropy. Therefore, natural birefringence does not occur regardless of the direction in which light is transmitted, and it is easy to accurately measure crystal strain.

一方、六方晶の化合物半導体では、上述した炭化珪素のように、光が<0001>方向と平行に透過した場合と、<0001>方向と交差する方向に沿って透過した場合との屈折率は異なる。その結果、六方晶の化合物半導体中を透過する光の光軸が<0001>方向から一定の角度以上外れている場合には、自然複屈折の影響が無視できなくなり、結晶の歪みを正確に評価することが容易ではない。六方晶の化合物半導体中において光を透過させる方向は、<0001>方向から±3°以内が好ましく、±2°以内がより好ましく、±1°以内がさらに好ましい。 On the other hand, in a hexagonal compound semiconductor, the refractive index is different when light is transmitted parallel to the <0001> direction and when light is transmitted along a direction intersecting the <0001> direction, as in the case of silicon carbide described above. different. As a result, when the optical axis of the light transmitted through the hexagonal compound semiconductor deviates from the <0001> direction by a certain angle or more, the influence of natural birefringence cannot be ignored, and the crystal distortion is accurately evaluated. It's not easy to do. The direction in which light is transmitted in the hexagonal compound semiconductor is preferably within ± 3 °, more preferably within ± 2 °, and even more preferably within ± 1 ° from the <0001> direction.

また、上記評価方法では、評価工程(S20)において、炭化珪素基板1の表面の複数個所の測定点に対して光を照射することにより、炭化珪素基板1の複数個所における歪を評価する。具体的には、評価工程(S20)は、上記複数個所において複屈折によって生じる位相差δを求める工程と、複数個所における位相差δについて最大値と標準偏差とを算出する工程とを含む。また異なる観点から言えば、基板に光を透過させる工程(S21)では、第1主面の複数個所に対して光を照射する。複屈折により生じる位相差を算出する工程(S22)では、複数個所における位相差を算出する。なお、評価工程(S20)は上記複数個所において主振動方位角Ψを求める工程を含んでいてもよい。この場合、炭化珪素基板1の表面における歪の分布状態を評価することができる。 Further, in the above evaluation method, in the evaluation step (S20), strain at a plurality of points of the silicon carbide substrate 1 is evaluated by irradiating light at a plurality of measurement points on the surface of the silicon carbide substrate 1. Specifically, the evaluation step (S20) includes a step of obtaining the phase difference δ caused by birefringence at the plurality of locations and a step of calculating the maximum value and the standard deviation of the phase difference δ at the plurality of locations. From a different point of view, in the step (S21) of transmitting light through the substrate, light is irradiated to a plurality of locations on the first main surface. In the step (S22) of calculating the phase difference caused by birefringence, the phase difference at a plurality of locations is calculated. The evaluation step (S20) may include a step of obtaining the main vibration azimuth angle Ψ at the plurality of locations. In this case, the strain distribution state on the surface of the silicon carbide substrate 1 can be evaluated.

上記評価方法において、炭化珪素基板1は、第1主面としての表面4が{0001}面に対して傾斜しているオフ基板であってもよい。この場合、評価工程(S20)では、図4に示すように表面4が{0001}面に対して傾斜する角度であるオフ角に対応し、炭化珪素基板1中を光が表面4に対して傾いた方向(矢印3に示される方向)である<0001>方向に沿って透過する。上記評価方法は、図4の矢印3に示すように炭化珪素基板1中を光が<0001>方向に沿って透過するように、炭化珪素基板1の表面4に対して、光の照射方向を傾いた方向にセットする工程(S30)を含んでいてもよい。この場合、オフ基板である炭化珪素基板1に対して、自然複屈折の影響を低減した条件で歪の評価を行うことができる。 In the above evaluation method, the silicon carbide substrate 1 may be an off substrate in which the surface 4 as the first main surface is inclined with respect to the {0001} surface. In this case, in the evaluation step (S20), as shown in FIG. 4, light corresponds to the off angle, which is the angle at which the surface 4 is inclined with respect to the {0001} surface, and light is emitted from the surface 4 in the silicon carbide substrate 1. It penetrates along the <0001> direction, which is the inclined direction (direction indicated by arrow 3). In the above evaluation method, the light irradiation direction is set with respect to the surface 4 of the silicon carbide substrate 1 so that the light is transmitted through the silicon carbide substrate 1 along the <0001> direction as shown by the arrow 3 in FIG. The step (S30) of setting in the inclined direction may be included. In this case, it is possible to evaluate the strain of the silicon carbide substrate 1 which is an off substrate under the condition that the influence of natural birefringence is reduced.

異なる観点から言えば、上記歪評価方法では、評価工程(S20)において、主面の各測定点について、予め測定された主面の{0001}面に対する傾斜角度(オフ角度)および傾斜方向(オフ方向)の情報に基づき、光の主面に対する入射角度が決定されている。この場合、炭化珪素基板1に反りが発生しているなど、当該炭化珪素基板1の形状が平坦でないときでも、各測定点について当該形状も考慮したオフ角度およびオフ方向(見かけのオフ角度およびオフ方向)を予め得ておくことで、結果的に炭化珪素の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減された、正確な歪の評価を行うことができる。 From a different point of view, in the above strain evaluation method, in the evaluation step (S20), for each measurement point of the main surface, the inclination angle (off angle) and the inclination direction (off) with respect to the {0001} surface of the main surface measured in advance. The angle of incidence of light with respect to the main surface is determined based on the information of direction). In this case, even when the shape of the silicon carbide substrate 1 is not flat, such as when the silicon carbide substrate 1 is warped, the off-angle and off-direction (apparent off-angle and off) in consideration of the shape of each measurement point. By obtaining the direction) in advance, it is possible to accurately evaluate the strain in which the influence of natural birefringence due to the crystal structure of silicon carbide is reduced as a result.

上記評価方法において、評価対象である基板は、化合物半導体基板としての炭化珪素基板1と、炭化珪素基板上にホモエピタキシャル成長された化合物半導体層としての炭化珪素エピタキシャル層とを含んでいもてよい。この場合、エピタキシャル層が形成された炭化珪素基板(エピタキシャル層付炭化珪素基板)での歪の発生状況を確認できる。 In the above evaluation method, the substrate to be evaluated may include a silicon carbide substrate 1 as a compound semiconductor substrate and a silicon carbide epitaxial layer as a compound semiconductor layer homoepitaxially grown on the silicon carbide substrate. In this case, it is possible to confirm the state of occurrence of strain on the silicon carbide substrate (silicon carbide substrate with an epitaxial layer) on which the epitaxial layer is formed.

<化合物半導体の製造方法>
以下、上述した評価方法を応用した六方晶化合物半導体の製造方法を説明する。図5に示すように、六方晶化合物半導体の製造方法では、まず基板準備工程(S100)を実施する。この工程(S100)は、化合物半導体装置を製造するために用いる化合物半導体基板を準備する。以下、六方晶化合物半導体の一例として炭化珪素を例に説明する。工程(S100)では、六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有し、第1主面としての表面4と当該第1主面と反対側の第2主面と側面とを含む六方晶化合物半導体の基板を準備する。ここでは化合物半導体基板の例として炭化珪素基板を準備する。炭化珪素基板としては、(0001)面(C面)に対する表面のオフ角度が0°超え8°以下のオフ基板を用いる。炭化珪素基板の直径はたとえば100mm以上とする。炭化珪素基板の直径は150mm以上でもよく、200mm以上でもよい。炭化珪素基板の厚さはたとえば200μm以上1mm以下としてもよい。炭化珪素基板の直径は300mm以下でもよい。
<Manufacturing method of compound semiconductor>
Hereinafter, a method for producing a hexagonal compound semiconductor to which the above-mentioned evaluation method is applied will be described. As shown in FIG. 5, in the method for manufacturing a hexagonal compound semiconductor, a substrate preparation step (S100) is first carried out. In this step (S100), a compound semiconductor substrate used for manufacturing a compound semiconductor device is prepared. Hereinafter, silicon carbide will be described as an example of a hexagonal compound semiconductor. In the step (S100), a hexagonal compound having a hexagonal crystal structure, having birefringence, and including a surface 4 as a first main surface and a second main surface and side surfaces opposite to the first main surface. Prepare a semiconductor substrate. Here, a silicon carbide substrate is prepared as an example of a compound semiconductor substrate. As the silicon carbide substrate, an off substrate having a surface off angle of more than 0 ° and 8 ° or less with respect to the (0001) plane (C plane) is used. The diameter of the silicon carbide substrate is, for example, 100 mm or more. The diameter of the silicon carbide substrate may be 150 mm or more, or 200 mm or more. The thickness of the silicon carbide substrate may be, for example, 200 μm or more and 1 mm or less. The diameter of the silicon carbide substrate may be 300 mm or less.

次に、第1の位相差を算出する工程としての検査工程(S200)を実施する。この工程(S200)では、図1〜図4に示した評価方法を用いて炭化珪素基板の歪を評価する。具体的には、炭化珪素基板の表面における複数個所について、予め炭化珪素基板の主面の各位置での(0001)面からのオフ方向およびオフ角度を調べる。当該オフ角度およぼオフ方向に基づき、炭化珪素基板中での光の進行方向が<0001>方向になるように入射光の入射角を予め決定しておき、上記工程(S30)、工程(S21)、工程(S22)を実施する。この結果、測定点での自然複屈折が抑制された位相差の値が得られる。また、このとき主振動方位角Ψを同時に求めてもよい。その後、上述した残留歪の評価工程(S23)で説明したように歪を求める。 Next, an inspection step (S200) as a step of calculating the first phase difference is carried out. In this step (S200), the strain of the silicon carbide substrate is evaluated using the evaluation methods shown in FIGS. 1 to 4. Specifically, the off direction and the off angle from the (0001) plane at each position of the main surface of the silicon carbide substrate are examined in advance for a plurality of locations on the surface of the silicon carbide substrate. Based on the off angle and the off direction, the incident angle of the incident light is determined in advance so that the traveling direction of the light in the silicon carbide substrate is the <0001> direction, and the steps (S30) and (S21) described above. ), Step (S22) is carried out. As a result, a value of the phase difference in which the natural birefringence at the measurement point is suppressed can be obtained. At this time, the main vibration azimuth angle Ψ may be obtained at the same time. After that, the strain is obtained as described in the above-mentioned residual strain evaluation step (S23).

異なる観点から言えば、この工程(S200)では、第1主面としての表面4に基板を透過する光を照射し、図4に示すように基板中の<0001>方向に沿って基板に光を透過させ、複屈折により生じる第1の位相差δを算出する。上記工程(S200)は第1主面としての表面4の複数個所としての複数の測定点において実施されてもよい。なお、複数の測定点のそれぞれに関して、複屈折の位相差δの最大値と標準偏差とを求め、歪の分布のばらつきや歪の大きさを評価してもよい。このように上記最大値と標準偏差とを求める工程(S210)は、第1の最大値と第1の標準偏差とを算出する工程に対応する。 From a different point of view, in this step (S200), the surface 4 as the first main surface is irradiated with light transmitted through the substrate, and as shown in FIG. 4, the substrate is illuminated along the <0001> direction in the substrate. Is transmitted, and the first phase difference δ caused by birefringence is calculated. The step (S200) may be performed at a plurality of measurement points as a plurality of locations on the surface 4 as the first main surface. The maximum value and standard deviation of the birefringence phase difference δ may be obtained for each of the plurality of measurement points, and the variation in strain distribution and the magnitude of strain may be evaluated. The step (S210) of obtaining the maximum value and the standard deviation in this way corresponds to the step of calculating the first maximum value and the first standard deviation.

次に、化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる工程としての成膜工程(S300)を実施する。この工程(S300)では、予め決定されている成長条件に基づき、炭化珪素基板の表面4上に化合物半導体層としての炭化珪素エピタキシャル層を形成する。炭化珪素エピタキシャル層の成膜条件は従来周知の任意の条件を採用できる。 Next, a film forming step (S300) is carried out as a step of homoepitaxially growing the compound semiconductor layer. In this step (S300), a silicon carbide epitaxial layer as a compound semiconductor layer is formed on the surface 4 of the silicon carbide substrate based on predetermined growth conditions. As the film forming condition of the silicon carbide epitaxial layer, any conventionally known condition can be adopted.

次に、成膜後の検査工程(S400)を実施する。第2の位相差を算出する工程としての工程(S400)では、上記検査工程(S200)と同様の評価方法を用いて、上記基板準備工程において準備されたベース基板としての炭化珪素基板の表面に炭化珪素エピタキシャル層が形成された炭化珪素エピ基板について歪の評価を行う。異なる観点から言えば、この工程(S400)では、化合物半導体層としての炭化珪素エピタキシャル層の表面に光を照射し、炭化珪素エピタキシャル層中および基板中の<0001>方向に沿って炭化珪素エピタキシャル層および基板に光を透過させ、複屈折により生じる第2の位相差δを算出する。上記工程(S400)は、炭化珪素エピタキシャル層の表面の複数個所である複数の測定点において実施されてもよい。 Next, the inspection step (S400) after the film formation is carried out. In the step (S400) as the step of calculating the second phase difference, the surface of the silicon carbide substrate as the base substrate prepared in the substrate preparation step is subjected to the same evaluation method as in the inspection step (S200). The strain of the silicon carbide epi substrate on which the silicon carbide epitaxial layer is formed is evaluated. From a different point of view, in this step (S400), the surface of the silicon carbide epitaxial layer as the compound semiconductor layer is irradiated with light, and the silicon carbide epitaxial layer in the silicon carbide epitaxial layer and along the <0001> direction in the substrate. Then, light is transmitted through the substrate, and the second phase difference δ caused by birefringence is calculated. The above step (S400) may be performed at a plurality of measurement points at a plurality of locations on the surface of the silicon carbide epitaxial layer.

この検査工程(S400)での歪の評価においては、上記検査工程(S200)と同様に複屈折の位相差を評価してもよいし、歪の値を直接評価してもよい。あるいは、複数の測定点に関して複屈折の位相差δの最大値と標準偏差とを評価してもよい。このように上記最大値と標準偏差とを求める工程(S410)は、第2の最大値と第2の標準偏差とを算出する工程に対応する。 In the evaluation of the strain in the inspection step (S400), the phase difference of the birefringence may be evaluated as in the inspection step (S200), or the strain value may be directly evaluated. Alternatively, the maximum value and standard deviation of the birefringence phase difference δ may be evaluated for a plurality of measurement points. The step (S410) of obtaining the maximum value and the standard deviation in this way corresponds to the step of calculating the second maximum value and the second standard deviation.

次に、成膜条件を変更する条件が成立したかどうかを判別する工程(S500)を実施する。この工程(S500)では、工程(S200)と工程(S400)とでそれぞれ求めたデータを比較して、成膜工程(S300)での成膜により歪が増加している場合には成膜条件を変更する条件が成立したと判別する。この工程(S500)では、たとえば工程(S210)で求めた複屈折の位相差δの最大値である第1の最大値より工程(S410)で求めた複屈折の位相差δの最大値である第2の最大値の方が大きいとういう条件が成立したか否かを判別してもよい。また、工程(S500)での判別条件として、工程(S210)で求めた第1の標準偏差より工程(S410)で求めた第2の標準偏差が大きいという条件を上記最大値に関する条件に加えて採用してもよい。この工程(S500)においてYESと判断された場合、成膜条件を変更する工程(S600)に進み、次回に実施される工程(S300)における成膜条件を変更する。成長条件を変更する工程としての工程(S600)の後、後述する後処理工程(S700)に進む。また、工程(S500)においてNOと判断された場合、そのまま後処理工程(S700)に進む。 Next, a step (S500) of determining whether or not the conditions for changing the film forming conditions are satisfied is performed. In this step (S500), the data obtained in each of the steps (S200) and the step (S400) are compared, and if the strain is increased due to the film formation in the film formation step (S300), the film formation conditions It is determined that the condition for changing is satisfied. In this step (S500), for example, it is the maximum value of the birefringence phase difference δ obtained in the step (S410) from the first maximum value which is the maximum value of the birefringence phase difference δ obtained in the step (S210). It may be determined whether or not the condition that the second maximum value is larger is satisfied. Further, as a discrimination condition in the step (S500), a condition that the second standard deviation obtained in the step (S410) is larger than the first standard deviation obtained in the step (S210) is added to the condition relating to the maximum value. It may be adopted. If YES is determined in this step (S500), the process proceeds to the step of changing the film forming conditions (S600), and the film forming conditions in the next step (S300) are changed. After the step (S600) as a step of changing the growth conditions, the process proceeds to a post-treatment step (S700) described later. If NO is determined in the step (S500), the process proceeds to the post-treatment step (S700) as it is.

次に、後処理工程(S700)を実施する。この後処理工程(S700)では、形成された炭化珪素エピタキシャル層に対するイオン注入や電極、配線などの導電体層の形成などを行う。炭化珪素基板の表面には複数の炭化珪素半導体素子が同時に形成される。その後、炭化珪素基板を個々の素子に分割し、化合物半導体の一例としての炭化珪素半導体装置を得ることができる。なお、分割された素子(炭化珪素半導体装置)を、所定の機能を実現するためのモジュール(たとえば電力制御用のモジュール)などに組込んで半導体モジュールを構成してもよい。 Next, the post-treatment step (S700) is carried out. In this post-treatment step (S700), ion implantation into the formed silicon carbide epitaxial layer and formation of a conductor layer such as an electrode and wiring are performed. A plurality of silicon carbide semiconductor elements are simultaneously formed on the surface of the silicon carbide substrate. After that, the silicon carbide substrate can be divided into individual devices to obtain a silicon carbide semiconductor device as an example of a compound semiconductor. A semiconductor module may be configured by incorporating the divided elements (silicon carbide semiconductor device) into a module (for example, a module for power control) for realizing a predetermined function.

<化合物半導体の製造方法の作用効果>
上述した六方晶化合物半導体の製造方法によれば、化合物半導体中を<0001>方向に沿って光が透過する状態での位相差δを算出するので、化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減された位相差δを得ることができる。このため、当該自然複屈折の影響を低減した状態で、複屈折により生じる位相差δにより歪が評価された化合物半導体の一例としての炭化珪素基板を得ることができる。また、化合物半導体基板に化合物半導体層としての炭化珪素エピタキシャル層が形成される前後で複屈折により生じる位相差δにより歪を評価できるので、炭化珪素エピタキシャル層の成膜工程(S300)による歪への影響を評価できる。さらに、炭化珪素エピタキシャル層が形成されたエピタキシャル層付炭化珪素基板での歪の発生状況を確認できる。そして、炭化珪素エピタキシャル層が形成された後の歪と、炭化珪素エピタキシャル層を形成する前の歪とを比較して、エピタキシャル成長の際に発生した歪の量を把握することにより、エピタキシャル成長における成長条件の適否を判断することが可能となる。
<Effect of manufacturing method of compound semiconductor>
According to the method for producing a hexagonal compound semiconductor described above, the phase difference δ in a state where light is transmitted along the <0001> direction in the compound semiconductor is calculated, so that natural birefringence due to the crystal structure of the compound semiconductor is calculated. It is possible to obtain a phase difference δ in which the influence of Therefore, it is possible to obtain a silicon carbide substrate as an example of a compound semiconductor whose strain is evaluated by the phase difference δ generated by the birefringence while the influence of the natural birefringence is reduced. Further, since the strain can be evaluated by the phase difference δ generated by the double refraction before and after the silicon carbide epitaxial layer as the compound semiconductor layer is formed on the compound semiconductor substrate, the strain due to the film forming step (S300) of the silicon carbide epitaxial layer can be evaluated. The impact can be evaluated. Further, it is possible to confirm the state of occurrence of strain in the silicon carbide substrate with the epitaxial layer on which the silicon carbide epitaxial layer is formed. Then, by comparing the strain after the silicon carbide epitaxial layer is formed with the strain before the silicon carbide epitaxial layer is formed and grasping the amount of strain generated during the epitaxial growth, the growth conditions in the epitaxial growth are obtained. It becomes possible to judge the suitability of.

また、基板の表面4の複数個所について位相差を算出するとともに、基板における歪の大きさおよびばらつきに位相差δの大きさおよびばらつきが相関しているため、基板の面内での歪の分布状態を評価することができる。つまり、当該自然複屈折の影響を低減した状態で、複屈折により生じる位相差δにより基板の面内における歪の分布状況が評価された化合物半導体を得ることができる。 Further, since the phase difference is calculated for a plurality of locations on the surface 4 of the substrate and the magnitude and variation of the phase difference δ are correlated with the magnitude and variation of the strain on the substrate, the strain distribution in the surface of the substrate. The condition can be evaluated. That is, it is possible to obtain a compound semiconductor in which the distribution state of strain in the plane of the substrate is evaluated by the phase difference δ generated by the birefringence in a state where the influence of the natural birefringence is reduced.

上記六方晶化合物半導体の製造方法において、基板は、第1主面である表面4が{0001}面に対して傾斜している。また、工程(S200)では、表面4の複数個所について、予め測定された表面4の{0001}面に対する傾斜角度(オフ角度)および傾斜方向(オフ方向)の情報に基づき、光の表面4に対する入射角度がそれぞれ決定されている。さらに、工程(S400)では、化合物半導体層としてのエピタキシャル層の表面の複数個所について、上記情報に基づき、エピタキシャル層の表面に対する光の入射角度が決定されている。 In the method for producing a hexagonal compound semiconductor, the surface 4 of the substrate, which is the first main surface, is inclined with respect to the {0001} surface. Further, in the step (S200), with respect to the surface 4 of the light at a plurality of locations of the surface 4, based on the information of the inclination angle (off angle) and the inclination direction (off direction) with respect to the {0001} surface of the surface 4 measured in advance. The incident angles are determined respectively. Further, in the step (S400), the incident angles of light with respect to the surface of the epitaxial layer are determined at a plurality of locations on the surface of the epitaxial layer as the compound semiconductor layer based on the above information.

この場合、基板に反りが発生しているなど、基板の形状が平坦でないときでも、予め基板のオフ角度およびオフ方向といった情報を得ておくことで、結果的に化合物半導体中を<0001>方向に沿って光が透過したときの光弾性を利用して正確に歪を評価することができる。つまり、結果的に六方晶化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減された、正確な歪の評価を行うことができる。したがって、基板の面内における歪の分布状況およびエピタキシャル成長における成長条件の適否を精度よく判断することが可能になる。 In this case, even when the shape of the substrate is not flat, such as when the substrate is warped, by obtaining information such as the off angle and the off direction of the substrate in advance, as a result, the direction in the compound semiconductor is <0001>. The strain can be accurately evaluated by utilizing the photoelasticity when light is transmitted along the line. That is, as a result, it is possible to accurately evaluate the strain in which the influence of natural birefringence due to the crystal structure of the hexagonal compound semiconductor is reduced. Therefore, it is possible to accurately determine the strain distribution in the plane of the substrate and the suitability of the growth conditions in epitaxial growth.

上記六方晶化合物半導体の製造方法では、工程(S500)、工程(S600)を備えているため、炭化珪素エピタキシャル層が形成される前後での位相差δの最大値と標準偏差とを対比することで、炭化珪素エピタキシャル層の成膜工程による歪の影響を評価し、歪の増大を抑制するように工程(S300)での成膜条件を調整することが可能になる。そのため、歪が抑制されたエピタキシャル層付基板を得ることができる。 Since the method for producing a hexagonal compound semiconductor includes steps (S500) and steps (S600), the maximum value of the phase difference δ before and after the silicon carbide epitaxial layer is formed is compared with the standard deviation. Therefore, it is possible to evaluate the influence of strain due to the film forming step of the silicon carbide epitaxial layer and adjust the film forming conditions in the step (S300) so as to suppress the increase in strain. Therefore, it is possible to obtain a substrate with an epitaxial layer in which distortion is suppressed.

上記六方晶化合物半導体の製造方法では、上記工程(S200)および工程(S400)を基板表面または炭化珪素エピタキシャル層の面内の複数の測定点において実施するので、基板の面内において化合物半導体の結晶構造に起因する自然複屈折の影響が低減された、正確な歪の評価を行うことができる。 In the method for producing a hexagonal compound semiconductor, the steps (S200) and (S400) are carried out at a plurality of measurement points on the surface of the substrate or in the plane of the silicon carbide epitaxial layer, so that the crystal of the compound semiconductor is crystallized in the plane of the substrate. Accurate strain evaluation can be performed with the influence of natural birefringence due to the structure reduced.

上記六方晶化合物半導体の製造方法において、基板の直径は100mm以上である。このような比較的大きな直径の化合物半導体基板において、歪に起因する問題の発生が懸念されるため、上記化合物半導体の製造方法を適用することが好ましい。 In the method for producing a hexagonal compound semiconductor, the diameter of the substrate is 100 mm or more. Since there is a concern that problems due to strain may occur in such a compound semiconductor substrate having a relatively large diameter, it is preferable to apply the above method for producing a compound semiconductor.

上記六方晶化合物半導体の製造方法において、六方晶化合物半導体は炭化珪素単結晶である。炭化珪素では、歪による基板の割れなどが特に問題となっていることから、上述した製造方法を適用することが好ましい。 In the method for producing a hexagonal compound semiconductor, the hexagonal compound semiconductor is a silicon carbide single crystal. Since cracking of the substrate due to strain is a particular problem with silicon carbide, it is preferable to apply the above-mentioned manufacturing method.

(実施例)
上述した評価方法の効果を検証するため、以下のような実験を行った。
(Example)
In order to verify the effect of the evaluation method described above, the following experiments were conducted.

<炭化珪素基板>
評価対象として、直径150mm、(0001)面に対する表面のオフ角が4°であるポリタイプ4Hの炭化珪素基板を準備した。炭化珪素基板の厚さは350μmとした。
<Silicon carbide substrate>
As an evaluation target, a polytype 4H silicon carbide substrate having a diameter of 150 mm and a surface off-angle of 4 ° with respect to the (0001) plane was prepared. The thickness of the silicon carbide substrate was 350 μm.

また、後述するように歪の評価工程を行ってから、当該炭化珪素基板に対して以下の条件で炭化珪素エピタキシャル層を形成した。 Further, after performing a strain evaluation step as described later, a silicon carbide epitaxial layer was formed on the silicon carbide substrate under the following conditions.

シラン(SiH4)およびプロパン(C38)を原料ガスとし、窒素(N2)あるいはアンモニア(NH3)をドーパントガスとし、水素(H2)をキャリアガスとして用いたCVD法によってエピタキシャル膜を成長する。上記のように主面は(0001)面に対してオフしているため、エピタキシャル膜はステップフロー成長により形成されている。そのため、エピタキシャル膜は炭化珪素基板と同様に4H型の炭化珪素からなり、異種ポリタイプの混在が抑制されたものとなっている。エピタキシャル膜の厚さは、たとえば10μm以上50μm以下程度である。 Epitaxial film by CVD method using silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) as raw material gas, nitrogen (N 2 ) or ammonia (NH 3 ) as dopant gas, and hydrogen (H 2 ) as carrier gas. To grow. Since the main surface is off with respect to the (0001) surface as described above, the epitaxial film is formed by step flow growth. Therefore, the epitaxial film is made of 4H type silicon carbide like the silicon carbide substrate, and the mixture of different polytypes is suppressed. The thickness of the epitaxial film is, for example, about 10 μm or more and 50 μm or less.

上述したエピタキシャル膜の成長工程では、C/Si比が1未満の原料ガスを用いて、炭化珪素基板の主面上にエピタキシャル成長させる。先ず、成膜装置において炭化珪素基板が内部に配置されたチャネル内をガス置換する。その後、キャリアガスを流しながら、チャネル内を所定の圧力、たとえば60mbar〜100mbar(6kPa〜10kPa)に調整する。キャリアガスは、たとえば水素(H2)ガス、アルゴン(Ar)ガス、ヘリウム(He)ガス等でよい。キャリアガス流量は、たとえば50slm〜200slm程度でよい。ここで流量の単位「slm(Standard Liter per Minute)」は、標準状態(0℃、101.3kPa)における「L/min」を示している。 In the above-described epitaxial film growth step, a raw material gas having a C / Si ratio of less than 1 is used for epitaxial growth on the main surface of the silicon carbide substrate. First, in the film forming apparatus, the inside of the channel in which the silicon carbide substrate is arranged is gas-replaced. Then, while flowing the carrier gas, the pressure in the channel is adjusted to a predetermined pressure, for example, 60 mbar to 100 mbar (6 kPa to 10 kPa). The carrier gas may be, for example, hydrogen (H 2 ) gas, argon (Ar) gas, helium (He) gas, or the like. The carrier gas flow rate may be, for example, about 50 slm to 200 slm. Here, the unit of flow rate "slm (Standard liter per Minute)" indicates "L / min" in the standard state (0 ° C., 101.3 kPa).

次にチャネルを囲むように配置された誘導加熱コイルに所定の交流電流を供給することにより、当該チャネルの周囲に配置された発熱体6を誘導加熱する。チャネル内部にはサセプタが配置されている。サセプタ上には炭化珪素基板が載置される。これにより、チャネルおよび炭化珪素基板が載置されるサセプタが所定の反応温度にまで加熱される。このときサセプタは、たとえば1500℃〜1750℃程度まで加熱される。 Next, the heating element 6 arranged around the channel is induced and heated by supplying a predetermined alternating current to the induction heating coil arranged so as to surround the channel. A susceptor is arranged inside the channel. A silicon carbide substrate is placed on the susceptor. As a result, the susceptor on which the channel and the silicon carbide substrate are placed is heated to a predetermined reaction temperature. At this time, the susceptor is heated to, for example, about 1500 ° C to 1750 ° C.

<評価方法>
上記炭化珪素基板に対して、上述のように炭化珪素エピタキシャル層を形成する前と後とのそれぞれのタイミングで、本実施形態に係る評価方法を用いて歪の評価を行った。評価方法では、図3に示した構成の測定装置を用い、波長が950nmの光を炭化珪素基板に照射して測定を行った。このとき、各測定点について、予めオフ角度およびオフ方向をX線回折法を用いて測定しておいた。測定は、一例として、直径が150mmの炭化珪素基板の表面において、10mm間隔の格子状に配置された複数の測定点に対して実施した。なお、測定点の数は約170点である。そして、位相差δについて、最大値と平均値、および標準偏差を算出した。
<Evaluation method>
The strain of the silicon carbide substrate was evaluated by using the evaluation method according to the present embodiment at each timing before and after forming the silicon carbide epitaxial layer as described above. In the evaluation method, the measuring device having the configuration shown in FIG. 3 was used to irradiate the silicon carbide substrate with light having a wavelength of 950 nm for measurement. At this time, the off-angle and the off-direction of each measurement point were measured in advance by using the X-ray diffraction method. As an example, the measurement was performed on a plurality of measurement points arranged in a grid pattern at intervals of 10 mm on the surface of a silicon carbide substrate having a diameter of 150 mm. The number of measurement points is about 170 points. Then, for the phase difference δ, the maximum value, the average value, and the standard deviation were calculated.

<評価結果>
エピタキシャル成長前:
複屈折の位相差δ(単位:ラジアン)について、最大値は0.425、平均値は0.149、標準偏差は0.065であった。
<Evaluation result>
Before epitaxial growth:
For the birefringence phase difference δ (unit: radians), the maximum value was 0.425, the mean value was 0.149, and the standard deviation was 0.065.

エピタキシャル成長後:
複屈折の位相差δについて、最大値は0.395、平均値は0.140、標準偏差は0.060であった。
After epitaxial growth:
For the birefringence phase difference δ, the maximum value was 0.395, the average value was 0.140, and the standard deviation was 0.060.

上記のエピタキシャル成長を行う前後のデータより、当該エピタキシャル成長を実施したことによる上記位相差δの最大値の変化量は0.030、平均値の変化量は0.009、標準偏差の変化量は0.005であった。上記データよりエピタキシャル成長前後での歪の変化は充分小さいことがわかる。このように、本実施形態に係る評価方法を用いて、炭化珪素基板についてエピタキシャル成長後前後での歪の状態を評価することができた。 From the data before and after the epitaxial growth, the change in the maximum value of the phase difference δ by the epitaxial growth is 0.030, the change in the mean value is 0.009, and the change in the standard deviation is 0. It was 005. From the above data, it can be seen that the change in strain before and after epitaxial growth is sufficiently small. As described above, using the evaluation method according to the present embodiment, it was possible to evaluate the state of strain of the silicon carbide substrate before and after the epitaxial growth.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims rather than the embodiments described above, and is intended to include meaning equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

1 炭化珪素基板
2 点線
3 矢印
4 表面
10 制御用コントローラ
11 制御IOバス
21 光源
22,26 レンズ
23 偏光子
24 ステージ
25 検光子
27 受光器
31〜35,39 駆動回路
36 IV変換器
37 可変ゲイン増幅器
38 AD変換器
41 入射側光学系
42 受光側光学系
43〜45 光軸調整部
100 測定装置
1 Silicon carbide substrate 2 Dot line 3 Arrow 4 Surface 10 Control controller 11 Control IO bus 21 Light source 22, 26 Lens 23 Polarizer 24 Stage 25 Detector 27 Receiver 27 Receiver 31-5, 39 Drive circuit 36 IV converter 37 Variable gain amplifier 38 AD converter 41 Incident side optical system 42 Light receiving side optical system 43 to 45 Optical axis adjustment unit 100 Measuring device

Claims (3)

六方晶の結晶構造を備え、複屈折を有し、第1主面と前記第1主面と反対側の第2主面と側面とを含む六方晶化合物半導体の基板を準備する工程と、
前記第1主面に前記基板を透過する光を照射し、前記基板中の<0001>方向に沿って前記基板に前記光を透過させ、前記複屈折により生じる第1の位相差を算出する工程と、
予め決定されている成長条件に基づき、前記第1主面上に化合物半導体層をホモエピタキシャル成長させる工程と、
前記化合物半導体層の表面に前記光を照射し、前記化合物半導体層中および前記基板中の<0001>方向に沿って前記化合物半導体層および前記基板に前記光を透過させ、前記複屈折により生じる第2の位相差を算出する工程と、を備え、
前記六方晶化合物半導体は炭化珪素単結晶である、六方晶化合物半導体の製造方法。
A step of preparing a substrate of a hexagonal compound semiconductor having a hexagonal crystal structure, having birefringence, and including a first main surface and a second main surface and a side surface opposite to the first main surface.
A step of irradiating the first main surface with light transmitted through the substrate, transmitting the light through the substrate along the <0001> direction in the substrate, and calculating the first phase difference caused by the birefringence. When,
A step of homoepitaxially growing a compound semiconductor layer on the first main surface based on predetermined growth conditions, and
The surface of the compound semiconductor layer is irradiated with the light, the light is transmitted to the compound semiconductor layer and the substrate along the <0001> direction in the compound semiconductor layer and the substrate, and the light is transmitted to the compound semiconductor layer and the substrate, and the birefringence is generated. It includes a step of calculating the phase difference of 2 and
A method for producing a hexagonal compound semiconductor, wherein the hexagonal compound semiconductor is a silicon carbide single crystal.
前記基板は、前記第1主面が{0001}面に対して傾斜している、請求項1に記載の六方晶化合物半導体の製造方法。 The method for producing a hexagonal compound semiconductor according to claim 1, wherein the first main surface of the substrate is inclined with respect to the {0001} surface. 前記第1の位相差を算出する工程では、予め測定された前記第1主面の{0001}面に対する傾斜角度および傾斜方向の情報に基づき、前記光の前記第1主面に対する入射角度が決定されており、
前記第2の位相差を算出する工程では、前記情報に基づき、前記光の前記化合物半導体層の表面に対する入射角度が決定されている、請求項2に記載の六方晶化合物半導体の製造方法。
In the step of calculating the first phase difference, the incident angle of the light with respect to the first main surface is determined based on the information on the inclination angle and the inclination direction of the first main surface with respect to the {0001} surface measured in advance. Has been
The method for producing a hexagonal compound semiconductor according to claim 2, wherein in the step of calculating the second phase difference, the incident angle of the light with respect to the surface of the compound semiconductor layer is determined based on the information.
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