JP6037673B2 - SiC single crystal substrate and SiC epitaxial wafer evaluation method, SiC single crystal and SiC epitaxial wafer manufacturing method, and SiC single crystal - Google Patents
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Description
本発明は、SiC単結晶基板及びSiCエピタキシャルウェハの評価方法、SiC単結晶及びSiCエピタキシャルウェハの製造方法、並びに、SiC単結晶及びSiCエピタキシャルウェハに関する。 The present invention relates to a method for evaluating a SiC single crystal substrate and a SiC epitaxial wafer, a method for producing a SiC single crystal and a SiC epitaxial wafer, and a SiC single crystal and a SiC epitaxial wafer.
炭化珪素(SiC)は耐熱性に優れ、絶縁破壊電圧が大きく、エネルギーバンドギャップが広く、また、熱伝導度が高いなどの優れた性能を有するため、大電力パワーデバイス、耐高温半導体素子、耐放射線半導体素子、高周波半導体素子等への応用が可能である。シリコンが材料自体の物性限界から性能向上も限界に近づきつつあるため、シリコンよりも物性限界を大きくとれる炭化珪素が注目されている。近年は電力変換時のエネルギーロスを低減し、地球温暖化問題への対策となる省エネルギー技術として、炭化珪素材料を使ったパワーエレクトロニクス技術が期待を集めている。
その基盤技術としてSiC単結晶の成長技術の研究開発が精力的に進められている。
Silicon carbide (SiC) has excellent heat resistance, large breakdown voltage, wide energy band gap, and high thermal conductivity, so it has high power power devices, high-temperature semiconductor devices, Application to radiation semiconductor elements, high-frequency semiconductor elements, and the like is possible. Since silicon is approaching the limit of performance improvement from the physical property limit of the material itself, silicon carbide that can take a physical property limit larger than silicon has attracted attention. In recent years, power electronics technology using silicon carbide materials has been expected as an energy-saving technology to reduce energy loss during power conversion and to counter global warming issues.
Research and development of SiC single crystal growth technology has been vigorously advanced as the basic technology.
SiC単結晶を成長させる方法として、昇華再結晶法が広く用いられている。この方法は、例えば黒鉛製の坩堝内に配置した黒鉛台座に種結晶を取り付けると共に、坩堝底部に配した炭化珪素原料粉末を2000℃以上に加熱して昇華ガスを発生させ、その昇華ガスを原料部より数十〜数百℃低温にした種結晶上に再結晶化させることによって、種結晶上にSiC単結晶を成長させるものである(例えば、特許文献1〜3)。
また、他の方法として、珪素原料からの蒸発ガスを炭素材と反応させることによりSiC単結晶を製造する方法(特許文献4)なども知られている。
As a method for growing a SiC single crystal, a sublimation recrystallization method is widely used. In this method, for example, a seed crystal is attached to a graphite pedestal placed in a graphite crucible, and a silicon carbide raw material powder arranged on the bottom of the crucible is heated to 2000 ° C. or more to generate a sublimation gas, and the sublimation gas is used as a raw material. The SiC single crystal is grown on the seed crystal by recrystallization on the seed crystal that is lower by several tens to several hundreds of degrees C. than the part (for example, Patent Documents 1 to 3).
As another method, a method of manufacturing a SiC single crystal by reacting an evaporation gas from a silicon raw material with a carbon material (Patent Document 4) is also known.
SiCデバイスは、上述のような方法で製造したSiC単結晶(バルク単結晶)から加工して得られたSiC単結晶基板上に、化学的気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD)等によってデバイスの活性領域となるSiCエピタキシャル膜を成長させたSiCエピタキシャルウェハを用いて作製されるのが一般的である。
炭化珪素は多くの多形(ポリタイプ)を有するが、実用的なSiCデバイスは主に、キャリア移動度が高い六方晶の4H−SiCが使用されている。
The SiC device is formed on a SiC single crystal substrate obtained by processing from a SiC single crystal (bulk single crystal) manufactured by the method as described above, by chemical vapor deposition (CVD) or the like. In general, it is produced using a SiC epitaxial wafer on which a SiC epitaxial film serving as an active region is grown.
Although silicon carbide has many polymorphs (polytypes), practical SiC devices mainly use hexagonal 4H—SiC having high carrier mobility.
SiC単結晶には転位や積層欠陥などの多くの結晶欠陥が存在し、その結晶欠陥がエピタキシャル膜に伝播することが知られている。そのため、SiC単結晶中に含まれる結晶欠陥を評価することが重要である。 It is known that a SiC single crystal has many crystal defects such as dislocations and stacking faults, and the crystal defects propagate to the epitaxial film. Therefore, it is important to evaluate crystal defects contained in the SiC single crystal.
SiC単結晶中に含まれる結晶欠陥を非破壊で検出できる手法として、X線トポグラフィ法(例えば、特許文献5)が知られている。X線トポグラフィ法では、X線の回折現象を用いて単結晶中の結晶欠陥を可視化する。
インゴット内の転位分布を予測することは困難なので、SiC単結晶は、一部の単結晶基板(ウェハ)のみを検査する抜き取り検査は適切ではなく、全数検査が望ましい。この場合、破壊検査であるKOHエッチングは適していない。これに対して、X線トポグラフィ法は非破壊で検査できるので、単結晶基板(ウェハ)の全数検査が可能である。
An X-ray topography method (for example, Patent Document 5) is known as a method capable of nondestructively detecting crystal defects contained in an SiC single crystal. In the X-ray topography method, crystal defects in a single crystal are visualized using an X-ray diffraction phenomenon.
Since it is difficult to predict the dislocation distribution in the ingot, the SiC single crystal is not suitable for sampling inspection for inspecting only a part of the single crystal substrate (wafer), and 100% inspection is desirable. In this case, KOH etching which is a destructive inspection is not suitable. On the other hand, since the X-ray topography method can be inspected nondestructively, it is possible to inspect all the single crystal substrates (wafers).
SiC単結晶には線状の結晶欠陥として3種類の転位(貫通螺旋転位、貫通刃状転位、基底面転位)が内在することが知られている。貫通螺旋転位(Threading Sc
rew Dislocation:TSD)はc軸方向に伝播するバーガースベクトルが
<0001>あるいはその2倍の転位である。また、貫通刃状転位(ThreadingEdge Dislocation:TED)はc軸方向に伝播するバーガースベクトルが1/3<11−20>の転位である。更に、基底面転位(Basal Plane D
islocation:BPD)はc面((0001)面)に存在するバーガースベクトルが1/3<11−20>の転位である。
It is known that SiC single crystals contain three types of dislocations (through screw dislocations, through edge dislocations, and basal plane dislocations) as linear crystal defects. Threading Sc
rew Dislocation (TSD) is a dislocation whose Burgers vector propagating in the c-axis direction is <0001> or twice that. Further, threading edge dislocation (TED) is a dislocation whose Burgers vector propagating in the c-axis direction is 1/3 <11-20>. Furthermore, basal plane dislocation (Basal Plane D
islocation: BPD) is a dislocation whose Burgers vector existing on the c-plane ((0001) plane) is 1/3 <11-20>.
X線トポグラフィの転位像の強度Iは、回折ベクトル(g)とバーガースベクトル(b)との内積(g・b)となる(特許文献6)。従って、理論的には、回折ベクトルとバーガースベクトルとが直交以外の角度関係の場合には転位像を得ることが可能であり、回折ベクトルとバーガースベクトルとが平行に近いほど明瞭な転位像が得られることになる(例えば、特許文献7参照)。
X線トポグラフィでSiC単結晶基板の明瞭な転位像が得られ、転位の種類が識別でき、転位密度を計測することができれば、転位密度が低くて高品質のSiC単結晶基板のみを選別して、SiCエピタキシャルウェハを製造することが可能となる。また、X線トポグラフィでSiCエピタキシャルウェハにおける転位(例えば、基板とエピタキシャル膜との界面における転位)を観察することができれば、転位密度が低くて高品質のSiCエピタキシャルウェハのみを選別して、SiCデバイスを製造することが可能となる。
The intensity I of the dislocation image of the X-ray topography is an inner product (g · b) of the diffraction vector (g) and the Burgers vector (b) (Patent Document 6). Therefore, theoretically, a dislocation image can be obtained when the diffraction vector and the Burgers vector have an angular relationship other than orthogonal, and the clearer the dislocation image is obtained, the closer the diffraction vector and Burgers vector are parallel. (See, for example, Patent Document 7).
If a clear dislocation image of the SiC single crystal substrate can be obtained by X-ray topography, the type of dislocation can be identified, and the dislocation density can be measured, only the high-quality SiC single crystal substrate having a low dislocation density can be selected. It becomes possible to manufacture a SiC epitaxial wafer. If dislocations in the SiC epitaxial wafer can be observed by X-ray topography (for example, dislocations at the interface between the substrate and the epitaxial film), only a high-quality SiC epitaxial wafer having a low dislocation density is selected, and an SiC device is selected. Can be manufactured.
SiCデバイスで用いるSiCエピタキシャルウェハにおいて、SiCエピタキシャル膜が形成されるSiC単結晶としては、c面から<11−20>方向に10°以下のオフ角を有するものが用いられている。そのため、明瞭な転位像が得られたならば、ウェハ表面に対してほぼ垂直に伝播方向を有する貫通螺旋転位(TSD)及び貫通刃状転位(TED)は、ウェハ表面に対してほぼ平行にフィルムを配置する反射X線トポグラフィ像においては円形状の像として観察される。これに対して、ウェハ表面に対してほぼ平行に伝播方向を有する基底面転位(BPD)は、線状の像として観察される。
反射X線トポグラフィ像において、貫通転位(貫通螺旋転位及び貫通刃状転位)と基底面転位とでは異なる形状の像として識別可能なほどの明瞭な転位像が得られたならば、貫通転位及び基底面転位のそれぞれの転位密度を得ることが可能となる。
In the SiC epitaxial wafer used in the SiC device, as the SiC single crystal on which the SiC epitaxial film is formed, one having an off angle of 10 ° or less in the <11-20> direction from the c-plane is used. Therefore, if a clear dislocation image is obtained, threading screw dislocations (TSD) and threading edge dislocations (TED) having a propagation direction substantially perpendicular to the wafer surface are substantially parallel to the wafer surface. Is observed as a circular image. In contrast, basal plane dislocations (BPD) having a propagation direction substantially parallel to the wafer surface are observed as a linear image.
In the reflected X-ray topography image, if a clear dislocation image that can be discriminated as an image having a different shape between the threading dislocation (threading screw dislocation and threading edge dislocation) and the basal plane dislocation is obtained, It is possible to obtain the dislocation density of each plane dislocation.
しかしながら、従来、X線トポグラフィでは、転位密度が計測できるほど、高分解能のトポグラフィ像を得ることは容易ではなかった。例えば、反射X線トポグラフィでは、4結晶コリメータ(モノクロメータ)を用いないと、基底面転位(BPD)の像を得ることはできないと認識されていた(特許文献5の段落〔0051〕)。しかし、モノクロメータを用いると、入射X線強度が約1/100に低下し、画像を得るのに時間がかかるし、また、X線の分解能に異方性が生じてしまい明瞭な像が得られにくいという問題があった。 However, conventionally, in X-ray topography, it has not been easy to obtain a high-resolution topography image so that the dislocation density can be measured. For example, in reflection X-ray topography, it was recognized that a basal plane dislocation (BPD) image could not be obtained unless a four-crystal collimator (monochromator) was used (paragraph [0051] of Patent Document 5). However, when a monochromator is used, the incident X-ray intensity is reduced to about 1/100, and it takes time to obtain an image, and anisotropy occurs in the resolution of the X-ray, thereby obtaining a clear image. There was a problem that it was difficult to get.
また、X線源として、従来、X線トポグラフィを透過法で用いる場合には波長が短く、
透過力が強いMoKα線(0.71Å)が用いられ、反射法で用いる場合には波長が長く、結晶の中に深く浸透しないCuKα線(1.54Å)が用いられてきた(例えば、特許文献5)。すなわち、MoKα線は試料の内部の結晶構造を調べるのに用いられてきたのに対して、CuKα線は試料の表面の結晶構造を調べるのに用いられてきた。
このように、X線源は従来、MoKα線とCuKα線とでそれぞれ、透過法と反射法とに棲み分けられて用いられてきた。
従来、10μm程度の膜厚のSiCエピタキシャル膜を有するSiCエピタキシャルウェハにおいて、基板−エピタキシャル膜界面にある転位の観察は、CuKα線を用いた反射X線トポグラフィで足りていた。
しかしながら、近年、SiCエピタキシャル技術の進歩によって厚膜のSiCエピタキシャル膜の形成が可能になり、CuKα線の試料表面からの侵入深さは約11μmであるために、高耐圧用の厚膜のSiCエピタキシャル膜(例えば、厚さ30μm(通常は10μm程度))の基板−エピタキシャル膜界面にある転位を観察することはできないという問題が生じてきた。
In addition, as a conventional X-ray source, when X-ray topography is used in a transmission method, the wavelength is short,
MoKα rays (0.71Å) with strong transmission power are used, and when used in the reflection method, CuKα rays (1.54Å) that have a long wavelength and do not penetrate deeply into crystals have been used (for example, patent documents). 5). That is, MoKα rays have been used to examine the crystal structure inside the sample, whereas CuKα rays have been used to examine the crystal structure on the surface of the sample.
As described above, the X-ray source has been conventionally divided into the transmission method and the reflection method for the MoKα ray and the CuKα ray, respectively.
Conventionally, in a SiC epitaxial wafer having a SiC epitaxial film with a film thickness of about 10 μm, observation of dislocations at the substrate-epitaxial film interface has been sufficient by reflection X-ray topography using CuKα rays.
However, in recent years, it has become possible to form a thick SiC epitaxial film by the progress of SiC epitaxial technology, and the penetration depth of CuKα rays from the sample surface is about 11 μm. Therefore, a thick SiC epitaxial film for high withstand voltage is used. There has been a problem that dislocations at the substrate-epitaxial film interface of a film (for example, a thickness of 30 μm (usually about 10 μm)) cannot be observed.
このような状況において、本発明者らは従来、透過法と反射法とで棲み分けられてきたX線源の垣根を取り払って、反射X線トポグラフィでMoKα線を用い、転位像を取得しようと鋭意検討を行った。その結果、回折面として{1 2 −3 L}面(Lは整数)を
用いることにより、モノクロメータを用いないでも、貫通螺旋転位と基底面転位とが異なる形状の像として識別可能なほどの明瞭な転位像を得られることを見い出した。
ここで、反射法を用いる場合、試料とフィルムがほぼ平行になるように配置しなければならないため、回折線の射出角度が試料面に対してほぼ90°になることが望ましい。このため、回折面として、入射X線の侵入角度と回折線の射出角度とが異なる非対称反射面を使うことが必要となる。例えば、特許文献5では、回折面として非対称反射面(11−28)が用いられた。
本発明は、非対称反射面である{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用いるものである
。
なお、透過X線トポグラフィは転位密度の評価として有効ではない。透過X線トポグラフィでは、成長に影響しない深い位置に存在する転位も観察されてしまい、成長に影響する転位密度の計測が困難であり、また、回折面の関係で、貫通螺旋転位が観察しにくく、貫通螺旋転位の数え落としが生じやすいからである。また、一般に透過法では試料の厚さが2mm以上になると欠陥のコントラストが弱くなり、厚い結晶の評価には用いることできない。
In such a situation, the present inventors tried to acquire a dislocation image using MoKα rays in reflection X-ray topography by removing the barrier of the X-ray source that has been conventionally divided between the transmission method and the reflection method. We conducted an intensive study. As a result, by using the {1 2 -3 L} plane (L is an integer) as the diffraction plane, the threading screw dislocation and the basal plane dislocation can be identified as images having different shapes without using a monochromator. It was found that a clear dislocation image can be obtained.
Here, when the reflection method is used, since the sample and the film must be arranged so as to be substantially parallel to each other, it is desirable that the diffraction angle is approximately 90 ° with respect to the sample surface. For this reason, it is necessary to use an asymmetric reflection surface having a different incident X-ray intrusion angle and diffraction beam exit angle as the diffraction surface. For example, in Patent Document 5, an asymmetric reflection surface (11-28) is used as a diffraction surface.
The present invention uses a {1 2 -3 L} plane (L is an integer) which is an asymmetric reflection surface.
Transmission X-ray topography is not effective for evaluating dislocation density. In transmission X-ray topography, dislocations that exist in deep positions that do not affect growth are also observed, making it difficult to measure the dislocation density that affects growth, and it is difficult to observe threading screw dislocations due to the diffraction plane. This is because the threading screw dislocation is likely to be counted off. In general, in the transmission method, when the thickness of the sample is 2 mm or more, the defect contrast becomes weak and cannot be used for evaluating a thick crystal.
本発明は、モノクロメータを用いないで反射X線トポグラフィによってSiC単結晶基板及びSiCエピタキシャルウェハの転位密度を評価することができるSiC単結晶基板及びSiCエピタキシャルウェハの評価方法、及び、X線トポグラフィ像を用いて低転位密度が確認された種結晶を用いるSiC単結晶及びX線トポグラフィ像を用いて低転位密度が確認されたSiC単結晶基板を用いるSiCエピタキシャルウェハの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a method for evaluating a SiC single crystal substrate and a SiC epitaxial wafer, which can evaluate the dislocation density of a SiC single crystal substrate and a SiC epitaxial wafer by reflection X-ray topography without using a monochromator, and an X-ray topography image It is intended to provide a method for producing a SiC epitaxial wafer using a SiC single crystal using a seed crystal in which a low dislocation density is confirmed by using an SiC and a SiC single crystal substrate in which a low dislocation density is confirmed by using an X-ray topography image And
本発明は、低転位密度のSiC単結晶を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a SiC single crystal having a low dislocation density.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(1)反射X線トポグラフィによってSiC単結晶基板の転位を評価する方法であって、
X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶基板のX線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測することを特徴とするSiC単結晶基板の評価方法。
(2)回折面として{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用いることを特徴とする(1)
に記載のSiC単結晶基板の評価方法。
(3)前記SiC単結晶基板の結晶多形が4H型であって、前記Lが14、15、16又
は17のいずれかであることを特徴とする(2)に記載のSiC単結晶基板の評価方法。(4)前記SiC単結晶基板の結晶多形が4H型以外の六方晶あるいは三方晶であって、
前記Lが14,15,16,17が単位格子のc軸長さの比(4H以外の多形結晶のc軸長さ)/(4H結晶c軸長さ)で補正された指数を用いることを特徴とする(2)に記載のSiC単結晶基板の評価方法。
(5)反射X線トポグラフィによって、SiC単結晶基板上にSiCエピタキシャル膜が形成されたSiCエピタキシャルウェハの転位を評価する方法であって、
X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiCエピタキシャルウェハのX線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiCエピタキシャルウェハの転位密度を計測することを特徴とするSiCエピタキシャルウェハの評価方法。
(6)回折面として{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用いることを特徴とする(5)
に記載のSiCエピタキシャルウェハの評価方法。
(7)前記SiCエピタキシャルウェハの結晶多形が4H型であって、前記Lが14、1
5、16又は17のいずれかであることを特徴とする(6)に記載のSiCエピタキシャルウェハの評価方法。
(8)前記SiCエピタキシャルウェハの結晶多形が4H型以外の六方晶あるいは三方晶
であって、前記指数14,15,16,17が単位格子のc軸長さの比(4H以外の多形結晶のc軸長さ)/(4H結晶c軸長さ)で補正された指数を用いることを特徴とする(6)に記載のSiCエピタキシャルウェハの評価方法。
(9)坩堝内に配したSiC種結晶上に原料ガスを供給して、該SiC種結晶上にSiCの単結晶を成長させるSiC単結晶の製造方法において、
X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶基板を前記SiC種結晶として用いることを特徴とするSiC単結晶の製造方法。
(10)前記所定値として、基底面転位密度が1000個/cm2以下でかつ貫通螺旋転位密度が500個/cm2以下であることを特徴とする請求項9に記載のSiC単結晶の製造方法。
(11)SiC単結晶基板上に珪素含有ガス及び炭素含有ガスを供給してSiCエピタキシャル膜を形成してSiCエピタキシャルウェハを製造する方法であって、
X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶基板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶基板を用いることを特徴とするSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
(12)前記所定値として、基底面転位密度が1000個/cm2以下でかつ貫通螺旋転位密度が500個/cm2以下であることを特徴とする(11)に記載のSiCエピタキシャルウェハの製造方法。
(13) (9)又は(10)のいずれかに記載のSiC単結晶の製造方法によって製造さ
れた、基底面転位密度が1000個/cm2以下で、かつ、貫通螺旋転位密度が500個/cm2以下であることを特徴とするSiC単結晶。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
(1) A method for evaluating dislocations in a SiC single crystal substrate by reflection X-ray topography,
An X-ray topography image of an SiC single crystal substrate is obtained using MoKα rays as an X-ray source and an asymmetric reflection surface as a diffraction surface, and the dislocation density of the SiC single crystal substrate is measured using the X-ray topography image. A method for evaluating a SiC single crystal substrate, comprising:
(2) A {1 2 -3 L} plane (L is an integer) is used as a diffraction plane (1)
The evaluation method of the SiC single crystal substrate of description.
(3) The SiC single crystal substrate according to (2), wherein a crystal polymorph of the SiC single crystal substrate is a 4H type, and the L is any one of 14, 15, 16, or 17. Evaluation method. (4) The crystal polymorph of the SiC single crystal substrate is a hexagonal or trigonal crystal other than the 4H type,
L is 14, 15, 16, and 17 is an index corrected by a ratio of c-axis length of unit cell (c-axis length of polymorphic crystal other than 4H) / (4H crystal c-axis length). (1) The method for evaluating a SiC single crystal substrate according to (2).
(5) A method for evaluating dislocations in a SiC epitaxial wafer in which a SiC epitaxial film is formed on a SiC single crystal substrate by reflection X-ray topography,
Using an MoKα ray as an X-ray source and an asymmetric reflecting surface as a diffraction surface, obtaining an X-ray topography image of the SiC epitaxial wafer, and measuring the dislocation density of the SiC epitaxial wafer using the X-ray topography image A method for evaluating a SiC epitaxial wafer.
(6) A {1 2 -3 L} plane (L is an integer) is used as a diffraction plane (5)
The evaluation method of the SiC epitaxial wafer of description.
(7) The crystal polymorph of the SiC epitaxial wafer is 4H type, and the L is 14, 1
5. The SiC epitaxial wafer evaluation method according to (6), wherein the evaluation method is any one of 5, 16, and 17.
(8) The crystal polymorph of the SiC epitaxial wafer is a hexagonal or trigonal crystal other than 4H type, and the index 14, 15, 16, 17 is a ratio of c-axis lengths of unit cell (polymorph other than 4H) (6) The method for evaluating an SiC epitaxial wafer according to (6), wherein an index corrected by c-axis length of crystal / (4H crystal c-axis length) is used.
(9) In a method for producing a SiC single crystal, a raw material gas is supplied onto a SiC seed crystal arranged in a crucible, and a SiC single crystal is grown on the SiC seed crystal.
Using a MoKα ray as the X-ray source and an asymmetric reflection surface as the diffraction surface, a reflection X-ray topography image of the SiC single crystal plate is obtained, and the dislocation density of the SiC single crystal plate is measured using the X-ray topography image And a SiC single crystal substrate having a dislocation density of a predetermined value or less is used as the SiC seed crystal.
(10) The SiC single crystal according to claim 9, wherein, as the predetermined value, a basal plane dislocation density is 1000 pieces / cm 2 or less and a threading screw dislocation density is 500 pieces / cm 2 or less. Method.
(11) A method for producing a SiC epitaxial wafer by supplying a silicon-containing gas and a carbon-containing gas on a SiC single crystal substrate to form a SiC epitaxial film,
Using a MoKα ray as the X-ray source and an asymmetric reflection surface as the diffraction surface, a reflection X-ray topography image of the SiC single crystal substrate is obtained, and the dislocation density of the SiC single crystal substrate is measured using the X-ray topography image And using a SiC single crystal substrate having a dislocation density of a predetermined value or less.
(12) The SiC epitaxial wafer according to (11), wherein the predetermined value is a basal plane dislocation density of 1000 / cm 2 or less and a threading screw dislocation density of 500 / cm 2 or less. Method.
(13) The basal plane dislocation density produced by the method for producing an SiC single crystal according to any one of (9) and (10) is 1000 / cm 2 or less, and the threading screw dislocation density is 500 / SiC single crystal characterized by being 2 cm 2 or less.
本発明のSiC単結晶基板の評価方法、又は、SiCエピタキシャルウェハの評価方法によれば、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶基板のX線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶基板の転位密度(面密度)を計測する構成を採用したので、モノクロメータを用いないで、貫通転位と基底面転位とが異なる形状の像として識別可能なほどの明瞭な転位像を得るこ
とができ、この転位像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測することができる。また、MoKα線はCuKα線に比べて線幅が約1/2と狭いため、CuKα線を用いてきた従来の反射X線トポグラフィに比べて分解能が向上し、CuKα線では観察できなかった転位線が観察できる。また、モノクロメータを用いないため、入射X線強度は発生させた強度のままなので、モノクロメータを用いる従来の反射X線トポグラフィに比べて短時間でトポグラフィ像を得ることができる。また、MoKα線は、試料表面からの侵入深さが約55μmと深いため、従来の反射X線トポグラフィを用いた場合に比べて、SiC単結晶基板の深い位置に存在する転位(例えば、SiC単結晶基板上に膜厚10μm以上のエピタキシャル膜を有する試料についても界面近傍の転位)を評価することができる。また、モノクロメータを用いないため、異方性の小さいX線を用いた観察を行うことができ、特許文献5に記載されているような転位線向きとX線入射方向との関係を考慮する必要がない。
According to the SiC single crystal substrate evaluation method or the SiC epitaxial wafer evaluation method of the present invention, the MoKα ray is used as the X-ray source, the asymmetric reflection surface is used as the diffraction surface, and the X-ray topography of the SiC single crystal substrate is used. Since the image is obtained and the dislocation density (area density) of the SiC single crystal substrate is measured using the X-ray topography image, the threading dislocations and the basal plane dislocations have different shapes without using a monochromator. A clear dislocation image that can be discriminated as an image of the above can be obtained, and the dislocation density of the SiC single crystal substrate can be measured using this dislocation image. Also, since the line width of MoKα line is about 1/2 that of CuKα line, the resolution is improved compared to the conventional reflection X-ray topography using CuKα line, and dislocation lines that could not be observed with CuKα line. Can be observed. In addition, since the monochromator is not used, the incident X-ray intensity remains at the generated intensity, so that a topographic image can be obtained in a shorter time than conventional reflection X-ray topography using a monochromator. Further, since the penetration depth of the MoKα ray from the sample surface is as deep as about 55 μm, dislocations (for example, SiC single crystals) existing deeper in the SiC single crystal substrate than in the case of using the conventional reflection X-ray topography. The dislocation near the interface can also be evaluated for a sample having an epitaxial film with a thickness of 10 μm or more on the crystal substrate. In addition, since a monochromator is not used, observation using X-rays with small anisotropy can be performed, and the relationship between the dislocation line direction and the X-ray incident direction as described in Patent Document 5 is considered. There is no need.
本発明のSiC単結晶の製造方法によれば、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶板を前記SiC種結晶として用いる構成を採用したので、低転位密度のSiC種結晶を用いて転位が少ない高品質のSiC単結晶を製造することができる。 According to the method for producing a SiC single crystal of the present invention, a reflection X-ray topography image of a SiC single crystal plate is obtained using MoKα rays as an X-ray source and an asymmetric reflection surface as a diffraction surface, and the X-ray topography Since the dislocation density of the SiC single crystal plate is measured using an image and the SiC single crystal plate having a dislocation density equal to or lower than a predetermined value is used as the SiC seed crystal, the dislocation is made using the SiC seed crystal having a low dislocation density. It is possible to produce a high-quality SiC single crystal with a small amount.
本発明のSiCエピタキシャルウェハの製造方法によれば、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶基板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶基板を用いる構成を採用したので、低転位密度のSiC単結晶基板を用いて転位が少ない高品質のエピタキシャルウェハを製造することができる。 According to the method for producing an SiC epitaxial wafer of the present invention, a reflection X-ray topography image of a SiC single crystal substrate is obtained using MoKα rays as an X-ray source and an asymmetric reflection surface as a diffraction surface, and the X-ray topography Since the dislocation density of the SiC single crystal substrate is measured using an image and the structure using the SiC single crystal substrate having a dislocation density equal to or lower than a predetermined value is adopted, high quality with few dislocations using the SiC single crystal substrate having a low dislocation density The epitaxial wafer can be manufactured.
以下、本発明を適用したSiC単結晶基板の評価方法、SiCエピタキシャルウェハの評価方法、SiC単結晶の製造方法、SiCエピタキシャルウェハの製造方法、及び、SiC単結晶について、図面を用いてその構成を説明する。 Hereinafter, a method for evaluating a SiC single crystal substrate to which the present invention is applied, a method for evaluating a SiC epitaxial wafer, a method for manufacturing a SiC single crystal, a method for manufacturing a SiC epitaxial wafer, and a SiC single crystal will be described with reference to the drawings. explain.
〔SiC単結晶基板の評価方法〕
本発明のSiC単結晶基板の評価方法は、反射X線トポグラフィによってSiC単結晶基板の転位を評価する方法であって、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶基板のX線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ
像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測するものである。
[Evaluation method of SiC single crystal substrate]
The method for evaluating a SiC single crystal substrate of the present invention is a method for evaluating dislocations of a SiC single crystal substrate by reflection X-ray topography, using MoKα rays as an X-ray source, using an asymmetric reflection surface as a diffraction surface, An X-ray topography image of the SiC single crystal substrate is obtained, and the dislocation density of the SiC single crystal substrate is measured using the X-ray topography image.
本発明のSiC単結晶基板の評価方法で用いるX線トポグラフィは反射法によるものであり、使用できる反射X線トポグラフィ装置としてはX線源としてMoKα線を用いる点以外は特に制限はない。 The X-ray topography used in the method for evaluating a SiC single crystal substrate of the present invention is based on a reflection method, and the usable reflection X-ray topography apparatus is not particularly limited except that MoKα rays are used as an X-ray source.
4H−SiC結晶の回折面として用いる非対称反射面としては、{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用いることが好ましい。この反射面を利用することにより反射トポグラフに適した試料とフィルムの位置関係になるからである。すなわち、反射トポグラフにおいては、試料面に対し低角入射で回折条件を満足し、回折角(2θ)がほぼ90度近くになる格子面を選ぶ配置が適しているからである。特に、Lが14、15、16又は17のいずれかであることが好ましい。{1 2 ―3 L}面の中で高強度の転位像が得られるか
らである。
結晶多形が4H以外たとえば青色LED用基板として使用される6H−SiCに適用する場
合には指数Lを(4H以外の多形結晶のc軸長さ)/(4H結晶c軸長さ)で補正すれば適切な格子面の指数が得られる。たとえば4H−SiCの(12−3 16)に相当する6H−SiCの指数は(6Hのc軸長さ15.12Å)/(4H結晶c軸長さ10.05Å)x16=24となり(12−3 16)に相当する(12−3 24)が得られる。
同様に15Rでは(15Rのc軸長さ37.70Å)/(4H結晶c軸長さ10.05Å)x16=60となり(12−3 16)に相当する(12−3 60)が得られる。
As the asymmetric reflection surface used as the diffraction surface of the 4H—SiC crystal, it is preferable to use a {1 2 −3 L} plane (L is an integer). This is because the positional relationship between the sample and the film suitable for the reflective topograph is obtained by using this reflective surface. That is, in the reflection topograph, it is suitable to select a lattice plane that satisfies the diffraction condition at a low angle incidence with respect to the sample surface and has a diffraction angle (2θ) of nearly 90 degrees. In particular, it is preferable that L is any one of 14, 15, 16, or 17. This is because a high-intensity dislocation image can be obtained in the {1 2-3 L} plane.
When the crystal polymorph is other than 4H, such as 6H-SiC used as a blue LED substrate, the index L is (c-axis length of polymorphic crystal other than 4H) / (4H crystal c-axis length). If corrected, an appropriate index of the lattice plane can be obtained. For example, the index of 6H-SiC corresponding to (12-3 16) of 4H-SiC is (6H c-axis length 15.12 mm) / (4H crystal c-axis length 10.05 mm) x16 = 24 (12- (12-3 24) corresponding to 3 16) is obtained.
Similarly, in 15R, (15R c-axis length 37.70 mm) / (4H crystal c-axis length 10.05 mm) × 16 = 60, and (12-360) corresponding to (12-316) is obtained.
図1(a)に、X線源としてMoKα線(0.71Å)を用い、回折面の非対称反射面として{1 2 −3 16}面を用いて、SiC単結晶基板について反射X線トポグラフ
ィ装置を用いて得られた反射X線トポグラフィ像を示す。また、図1(b)は、同じSiC単結晶基板の同じ場所について、モノクロメータを用いない点以外は従来法のようにX線源としてCuKα線(1.54Å)を用い、回折面の非対称反射面として{1 1 −2
8}面を用いて得られた反射X線トポグラフィ像を示す。
FIG. 1A shows a reflection X-ray topography apparatus for a SiC single crystal substrate using MoKα rays (0.71Å) as an X-ray source and {1 2 −3 16} plane as an asymmetric reflection surface of a diffraction surface. The reflection X-ray topography image obtained using this is shown. In addition, FIG. 1B shows the asymmetry of the diffraction plane using CuKα rays (1.54 mm) as the X-ray source as in the conventional method except that the monochromator is not used at the same place on the same SiC single crystal substrate. {1 1 -2 as reflection surface
8 shows a reflection X-ray topography image obtained using the 8} plane.
図1(a)に示すトポグラフィ像において、円形状の像として得られているものは放射光によるトポグラフで螺旋転位であることが確認されている。一方コリメータを用いたCu波長による反射トポグラフ像でも放射光トポグラフと同じ回折パターンが得られており円形状の像が螺旋転位と確認されている。このコリメータを用いたCu波長による反射トポグラフ像との比較からMo波長で観察される円形状の像も貫通螺旋転位であることを確認している。また、線状(紐状)の像として得られているものは基底面転位である。転位像は、円形状のものと線状(紐状)のものとで明確に区別でき、貫通螺旋転位の転位密度と、基底面転位の転位密度を計測することができる。
このサンプルの場合、貫通螺旋転位の転位密度は468個/cm2であり、基底面転位の転位密度は92個/cm2であった。
In the topography image shown in FIG. 1 (a), what is obtained as a circular image is confirmed to be a screw dislocation by a topography by radiation light. On the other hand, the same diffraction pattern as that of the synchrotron radiation topograph is obtained also in the reflection topography image by the Cu wavelength using a collimator, and the circular image is confirmed to be a screw dislocation. From the comparison with the reflection topographic image by Cu wavelength using this collimator, it is confirmed that the circular image observed at the Mo wavelength is also a threading screw dislocation. Moreover, what is obtained as a linear (string-like) image is a basal plane dislocation. Dislocation images can be clearly distinguished between circular and linear (string-like) images, and the dislocation density of threading screw dislocations and the dislocation density of basal plane dislocations can be measured.
In the case of this sample, the dislocation density of threading screw dislocations was 468 pieces / cm 2 , and the dislocation density of basal plane dislocations was 92 pieces / cm 2 .
これに対して、従来の方法で得られた図1(b)に示すトポグラフィ像では、転位像はほとんど観察できない。従って、貫通螺旋転位の像と基底面転位の像との識別はできないし、それらの転位密度を計測することもできない。 On the other hand, in the topographic image shown in FIG. 1B obtained by the conventional method, a dislocation image can hardly be observed. Therefore, the threading screw dislocation image and the basal plane dislocation image cannot be distinguished, and the dislocation density thereof cannot be measured.
〔SiCエピタキシャルウェハの評価方法〕
本発明のSiCエピタキシャルウェハの評価方法は、反射X線トポグラフィによって、SiC単結晶基板上にSiCエピタキシャル膜が形成されたSiCエピタキシャルウェハの転位を評価する方法であって、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiCエピタキシャルウェハのX線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiCエピタキシャルウェハの転位密度を計測するものである。
[SiC epitaxial wafer evaluation method]
The SiC epitaxial wafer evaluation method of the present invention is a method for evaluating dislocations in a SiC epitaxial wafer in which a SiC epitaxial film is formed on a SiC single crystal substrate by reflection X-ray topography, and using MoKα rays as an X-ray source. The X-ray topography image of the SiC epitaxial wafer is obtained by using an asymmetric reflection surface as the diffraction surface, and the dislocation density of the SiC epitaxial wafer is measured using the X-ray topography image.
本発明のSiCエピタキシャルウェハの評価方法では、試料表面からの侵入深さが約55μmと深いMoKα線をX線源に用いるので、CuKα線を用いる従来の方法で界面の転位の情報を得ることができなかった、厚膜のSiCエピタキシャル膜を有するSiCエピタキシャルウェハに対して有効である。具体的には、CuKα線の試料表面からの侵入深さは約11μmなので、これよりも厚いSiCエピタキシャル膜(例えば、15μm以上、あるいは、20μm以上、あるいは、30μm以上)を有するSiCエピタキシャルウェハに対して有効である。 In the method for evaluating an SiC epitaxial wafer according to the present invention, MoKα rays having a penetration depth of about 55 μm from the sample surface are used as an X-ray source. Therefore, information on interface dislocations can be obtained by a conventional method using CuKα rays. This is effective for a SiC epitaxial wafer having a thick SiC epitaxial film that could not be formed. Specifically, since the penetration depth of the CuKα ray from the sample surface is about 11 μm, for SiC epitaxial wafers having SiC epitaxial films thicker than this (for example, 15 μm or more, 20 μm or more, or 30 μm or more) It is effective.
本発明のSiCエピタキシャルウェハの評価方法において用いるX線トポグラフィは反射法によるものであり、使用できる反射X線トポグラフィ装置としてはX線源としてMoKα線を用いる点以外は特に制限はない。 The X-ray topography used in the method for evaluating a SiC epitaxial wafer of the present invention is based on the reflection method, and the usable reflection X-ray topography apparatus is not particularly limited except that MoKα rays are used as an X-ray source.
回折面として用いる非対称反射面としては、{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用い
ることが好ましい。高強度の転位像が得られるからである。特に、Lが14、15、16又は17のいずれかであることが好ましい。より高強度の転位像が得られるからである。またこれら指数面はそれぞれ入射角が異なっていることから表1に示したようにX線の侵
入深さが異なる。これを利用しエピ膜の深さ方向の結晶性解析も可能である。また、基板―エピ界面の解析を行う場合膜厚に合わせて指数面を選択することができる。
図2(a)に、X線源としてMoKα線(0.71Å)を用い、回折面の非対称反射面として{1 2 −3 16}面を用いて、SiCエピタキシャルウェハについて反射X線
トポグラフィ装置を用いて得られた反射X線トポグラフィ像を示す。SiCエピタキシャル膜の膜厚は30μmであった。
また、図2(b)は、同じSiCエピタキシャルウェハの同じ場所について、モノクロメータを用いない点以外は従来法のようにX線源としてCuKα線(1.54Å)を用い、回折面の非対称反射面として{1 1 −2 8}面を用いて得られた反射X線トポグラ
フィ像を示す。
FIG. 2A shows a reflection X-ray topography apparatus for a SiC epitaxial wafer using MoKα rays (0.71Å) as an X-ray source and {1 2 −3 16} plane as an asymmetric reflection surface of the diffraction surface. The reflection X-ray topography image obtained by using is shown. The film thickness of the SiC epitaxial film was 30 μm.
FIG. 2 (b) shows an asymmetric reflection of a diffraction surface using CuKα rays (1.54 mm) as an X-ray source as in the conventional method except that a monochromator is not used at the same place on the same SiC epitaxial wafer. The reflection X-ray topography image obtained using {1 1 -2 8} plane as a plane is shown.
図2(a)に示すトポグラフィ像において、円形状の像として得られているものは貫通螺旋転位であり、線状(紐状)の像として得られているものは基底面転位である。転位像は、円形状のものと線状(紐状)のものとで明確に区別でき、貫通螺旋転位の転位密度と、基底面転位の転位密度を計測することができる。
このサンプルの場合、貫通螺旋転位の転位密度は324個/cm2であり、基底面転位の転位密度は60個/cm2であった。
In the topography image shown in FIG. 2A, what is obtained as a circular image is a threading screw dislocation, and what is obtained as a linear (string-like) image is a basal plane dislocation. Dislocation images can be clearly distinguished between circular and linear (string-like) images, and the dislocation density of threading screw dislocations and the dislocation density of basal plane dislocations can be measured.
In the case of this sample, the dislocation density of threading screw dislocations was 324 / cm 2 , and the dislocation density of basal plane dislocations was 60 / cm 2 .
これに対して、従来の方法で得られた図2(b)に示すトポグラフィ像では、転位像はほとんど観察できない。従って、貫通螺旋転位の像と基底面転位の像との識別はできないし、それらの転位密度を計測することもできない。 On the other hand, in the topography image shown in FIG. 2B obtained by the conventional method, a dislocation image can hardly be observed. Therefore, the threading screw dislocation image and the basal plane dislocation image cannot be distinguished, and the dislocation density thereof cannot be measured.
〔SiC単結晶の製造方法〕
本発明のSiC単結晶の製造方法は、坩堝内に配したSiC種結晶上に原料ガスを供給して、該SiC種結晶上にSiCの単結晶を成長させるSiC単結晶の製造方法において、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶板をSiC種結晶として用いるものである。
[Method for producing SiC single crystal]
A method for producing a SiC single crystal according to the present invention is a method for producing a SiC single crystal in which a raw material gas is supplied onto a SiC seed crystal disposed in a crucible and a SiC single crystal is grown on the SiC seed crystal. Using a MoKα ray as a radiation source and an asymmetric reflecting surface as a diffraction surface, a reflection X-ray topography image of the SiC single crystal plate is obtained, and the dislocation density of the SiC single crystal plate is measured using the X-ray topography image. An SiC single crystal plate having a dislocation density of a predetermined value or less is used as the SiC seed crystal.
本発明のSiC単結晶の製造方法は、昇華再結晶法、CVD法その他のSiC種結晶を用いてSiC単結晶を成長させる方法を利用するSiC単結晶の製造方法に適用できるが、一例として昇華再結晶法を利用した場合を例にあげて説明する。 The method for producing a SiC single crystal of the present invention can be applied to a method for producing a SiC single crystal using a sublimation recrystallization method, a CVD method, or other methods for growing a SiC single crystal using a SiC seed crystal. A case where the recrystallization method is used will be described as an example.
図3は、本発明のSiC単結晶の製造方法で用いる単結晶成長装置の一例の概略模式図である。
単結晶成長装置100は、真空容器1の内部に、断熱材2に覆われた坩堝3が配置されて概略構成されており、蓋部3aと本体部3bとからなる坩堝3の蓋部3aの台座4の一面4aにSiC種結晶Wが接合されている。
蓋部と台座は一体の部材として一つの材料で形成されていてもよく、別個の部材を組み合わることにより構成されていてもよい。
FIG. 3 is a schematic diagram of an example of a single crystal growth apparatus used in the method for producing a SiC single crystal of the present invention.
The single crystal growth apparatus 100 is generally configured by disposing a crucible 3 covered with a heat insulating material 2 inside a vacuum vessel 1, and has a lid 3 a of a crucible 3 composed of a lid 3 a and a body 3 b. A SiC seed crystal W is joined to one surface 4a of the base 4.
The lid portion and the pedestal may be formed of a single material as an integral member, or may be configured by combining separate members.
坩堝3は、蓋部3aと本体部3bとから構成されており、本体部3b内部に空洞部6を備えている。空洞部6内の上部には、SiC種結晶Wが固定される。また、空洞部6は、その下部にSiC種結晶W上にSiC単結晶を結晶成長させるのに十分な量の炭化珪素原料5を備えるとともに、その上部にSiC単結晶を結晶成長させるのに必要な空間を確保している。そのため、昇華再結晶法によって、SiC種結晶Wの成長面W1の上に、内底面6a側に向けてSiC単結晶を結晶成長させることができる。 The crucible 3 is comprised from the cover part 3a and the main-body part 3b, and is equipped with the cavity part 6 inside the main-body part 3b. The SiC seed crystal W is fixed to the upper part in the cavity 6. The cavity 6 is provided with a sufficient amount of the silicon carbide raw material 5 for growing a SiC single crystal on the SiC seed crystal W in the lower part and necessary for growing the SiC single crystal in the upper part. Secure space. Therefore, a SiC single crystal can be grown on the growth surface W1 of the SiC seed crystal W toward the inner bottom surface 6a by the sublimation recrystallization method.
蓋部3aと本体部3bとからなる坩堝3全体を覆うように断熱材2が設置されている。このとき、坩堝3の下部表面および上部表面の一部が露出するように孔部2a、2bを形成する。断熱材2は、坩堝3を安定的に高温状態に維持するためのものであり、例えば、炭素繊維製の材料を用いることができる。坩堝3を必要な程度に安定的に高温状態に維持することができる場合には、断熱材2は設置しなくてもよい。
断熱材2を巻き付けた坩堝3は真空容器1の内部中央の支持棒10上に設置されている。支持棒10は筒状とされており、この支持棒10の孔部10aを断熱材2に設けた孔部2aと合わせるようにする。これにより、真空容器1の下に配置された放射温度計9により、この支持棒10の孔部10aおよび断熱材2の下側の孔部2aを通して、坩堝3の下部表面の温度を観測できる構成とされている。同様に、真空容器1の上に配置された別の放射温度計9により、断熱材2の上側の孔部2bを通して、坩堝3の上部表面の温度を観測できる構成とされている。
真空容器1の内部のガス交換はまず、排出管8に接続した真空ポンプ(図示略)を用いて、真空容器1の内部の空気を排気して、たとえば、4×10−3Pa以下の減圧状態とする。真空ポンプとしては、例えば、ターボ分子ポンプなどを用いることができる。 その後、導入管7から真空容器1の内部に高純度Arガスを導入して、真空容器1の内部をAr雰囲気で9.3×104Paという環境とする。
The heat insulating material 2 is installed so that the whole crucible 3 consisting of the cover part 3a and the main-body part 3b may be covered. At this time, the holes 2a and 2b are formed so that the lower surface and a part of the upper surface of the crucible 3 are exposed. The heat insulating material 2 is for maintaining the crucible 3 stably in a high temperature state, and for example, a material made of carbon fiber can be used. In the case where the crucible 3 can be stably maintained at a high temperature as necessary, the heat insulating material 2 may not be installed.
The crucible 3 around which the heat insulating material 2 is wound is installed on a support rod 10 at the center inside the vacuum vessel 1. The support bar 10 has a cylindrical shape, and the hole 10 a of the support bar 10 is aligned with the hole 2 a provided in the heat insulating material 2. Accordingly, the radiation thermometer 9 disposed under the vacuum vessel 1 can observe the temperature of the lower surface of the crucible 3 through the hole 10a of the support rod 10 and the lower hole 2a of the heat insulating material 2. It is said that. Similarly, the temperature of the upper surface of the crucible 3 can be observed through another hole 2 b on the upper side of the heat insulating material 2 by another radiation thermometer 9 disposed on the vacuum vessel 1.
For gas exchange inside the vacuum vessel 1, first, air inside the vacuum vessel 1 is exhausted using a vacuum pump (not shown) connected to the discharge pipe 8, for example, reduced pressure of 4 × 10 −3 Pa or less. State. For example, a turbo molecular pump can be used as the vacuum pump. Thereafter, high-purity Ar gas is introduced into the vacuum vessel 1 from the introduction tube 7, and the inside of the vacuum vessel 1 is set to an environment of 9.3 × 10 4 Pa in an Ar atmosphere.
真空容器1の外側には、加熱手段11が配置されている。この加熱手段11は例えば、高周波加熱コイルであり、電流を流すことにより高周波を発生させて、真空容器1内の中
央に設置された坩堝3を、例えば、1900℃以上の温度に加熱することができる。これにより、坩堝3内の炭化珪素原料5を加熱して、炭化珪素原料5から昇華ガスを発生させる。
A heating unit 11 is disposed outside the vacuum vessel 1. The heating means 11 is, for example, a high-frequency heating coil, and generates a high frequency by passing an electric current to heat the crucible 3 installed in the center of the vacuum vessel 1 to a temperature of, for example, 1900 ° C. or higher. it can. Thereby, silicon carbide source material 5 in crucible 3 is heated to generate sublimation gas from silicon carbide source material 5.
本発明のSiC単結晶の製造方法では、上述のように概略構成された単結晶成長装置100を用いて、台座4の一面4aにSiC種結晶Wを接合し、SiC単結晶を製造する。 In the SiC single crystal manufacturing method of the present invention, the SiC seed crystal W is bonded to the one surface 4a of the pedestal 4 using the single crystal growth apparatus 100 schematically configured as described above to manufacture the SiC single crystal.
SiC種結晶Wとしては、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶板を用いる。具体的には例えば、図1(a)に示したようなSiC単結晶板を用いる。 As the SiC seed crystal W, a MoKα ray is used as an X-ray source, an asymmetric reflection surface is used as a diffraction surface, a reflection X-ray topography image of an SiC single crystal plate is obtained, and an SiC single crystal is obtained using the X-ray topography image. The dislocation density of the crystal plate is measured, and an SiC single crystal plate having a dislocation density of a predetermined value or less is used. Specifically, for example, a SiC single crystal plate as shown in FIG.
X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いた場合、貫通螺旋転位と基底面転位とで異なる形状の像として識別可能なほどの明瞭な転位像を得ることが可能となり、貫通螺旋転位、基底面転位それぞれの転位密度の計測が可能となる。 When MoKα ray is used as the X-ray source and an asymmetric reflection surface is used as the diffraction surface, it becomes possible to obtain a dislocation image that is distinct enough to be discriminated as an image of a different shape between the threading screw dislocation and the basal plane dislocation, It is possible to measure the dislocation density of each threading screw dislocation and basal plane dislocation.
本発明のSiC単結晶の製造方法において用いるX線トポグラフィは反射法によるものであり、使用できる反射X線トポグラフィ装置としてはX線源としてMoKα線を用いる点以外は特に制限はない。
回折面として用いる非対称反射面としては、{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用い
ることが好ましい。高強度の転位像が得られるからである。特に、Lが14、15、16又は17のいずれかであることが好ましい。より高強度の転位像が得られるからである。
The X-ray topography used in the method for producing a SiC single crystal of the present invention is based on a reflection method, and the usable reflection X-ray topography apparatus is not particularly limited except that MoKα rays are used as an X-ray source.
It is preferable to use a {1 2 -3 L} plane (L is an integer) as the asymmetric reflecting surface used as the diffractive surface. This is because a high-intensity dislocation image can be obtained. In particular, it is preferable that L is any one of 14, 15, 16, or 17. This is because a higher intensity dislocation image can be obtained.
転位密度の上限(所定値)としては、基底面転位密度が1000個/cm2以下でかつ貫通螺旋転位密度が500個/cm2以下であることが好ましい。これらの値以下であれば、SiCデバイスの作動に支障がないSiC単結晶を製造することができるからである。 As the upper limit (predetermined value) of the dislocation density, it is preferable that the basal plane dislocation density is 1000 pieces / cm 2 or less and the threading screw dislocation density is 500 pieces / cm 2 or less. This is because an SiC single crystal that does not hinder the operation of the SiC device can be produced if the value is less than these values.
〔SiCエピタキシャルウェハの製造方法〕
本発明のSiCエピタキシャルウェハの製造方法は、SiC単結晶基板上に珪素含有ガス及び炭素含有ガスを供給してSiCエピタキシャル膜を形成してSiCエピタキシャルウェハを製造する方法であって、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶基板のX線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶基板を用いるものである。
[SiC epitaxial wafer manufacturing method]
A method for producing a SiC epitaxial wafer according to the present invention is a method for producing a SiC epitaxial wafer by forming a SiC epitaxial film by supplying a silicon-containing gas and a carbon-containing gas on a SiC single crystal substrate. An X-ray topography image of a SiC single crystal substrate is obtained using MoKα rays and an asymmetric reflection surface as a diffraction surface, and the dislocation density of the SiC single crystal substrate is measured using the X-ray topography image. A SiC single crystal substrate having a predetermined value or less is used.
図4は、本発明のSiCエピタキシャルウェハの製造方法で用いるSiCエピタキシャルウェハ膜の成膜装置の一例の概略模式図である。
SiCエピタキシャルウェハ膜の成膜装置200は、複数のウェハ載置部21bを支持するプラネタリ21と熱輻射部材22との間に設けられた反応室24と、熱輻射部材22の中央部を貫通して反応室24内にガスを供給するガス供給部25と、プラネタリ21及び熱輻射部材22をそれぞれ加熱する高周波コイル26とを備えている。公転用回転軸21aは、ガス供給部25の直下に配置されている。
FIG. 4 is a schematic diagram of an example of a film forming apparatus for a SiC epitaxial wafer film used in the method for producing a SiC epitaxial wafer of the present invention.
The SiC epitaxial wafer film forming apparatus 200 penetrates through a reaction chamber 24 provided between a planetary 21 and a heat radiation member 22 that support a plurality of wafer mounting portions 21b, and a central portion of the heat radiation member 22. A gas supply unit 25 for supplying gas into the reaction chamber 24 and a high-frequency coil 26 for heating the planetary 21 and the heat radiation member 22 are provided. The revolution rotary shaft 21 a is disposed directly below the gas supply unit 25.
この構成によって、ガス供給部25を中心軸にしてSiC単結晶基板をプラネタリ21によって公転させるとともに、SiC単結晶基板の中心を軸にしてSiC単結晶基板自体をウェハ載置部21bによって自転させるようになっている。
このように、ウェハ載置部21bとプラネタリ21とを自公転せることにより、SiCエピタキシャルウェハの膜厚やキャリア濃度、温度分布の面内均一性を向上させる構成となっている。
また、高周波コイル26を反応室24の上下に配置する構成によって、基板を高温に加熱することができる。
With this configuration, the SiC single crystal substrate is revolved by the planetary 21 with the gas supply unit 25 as the central axis, and the SiC single crystal substrate itself is rotated by the wafer mounting unit 21b with the center of the SiC single crystal substrate as the axis. It has become.
In this way, the wafer mounting portion 21b and the planetary 21 are allowed to rotate and revolve to improve the in-plane uniformity of the film thickness, carrier concentration, and temperature distribution of the SiC epitaxial wafer.
Moreover, the substrate can be heated to a high temperature by the configuration in which the high-frequency coil 26 is disposed above and below the reaction chamber 24.
珪素含有ガス及び炭素含有ガスとしてはそれぞれ、例えば、シラン(SiH4)ガス、プロパン(C3H8)ガスを用いることができる。 As the silicon-containing gas and the carbon-containing gas, for example, silane (SiH 4 ) gas and propane (C 3 H 8 ) gas can be used, respectively.
本発明のSiCエピタキシャルウェハの製造方法は、SiC単結晶基板を研磨する工程(研磨工程)と、研磨後のSiC単結晶基板について転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶基板を選別する工程と、そのSiC単結晶基板の表面をガスエッチングする工程(エッチング工程)と、SiC単結晶基板上にSiCエピタキシャル膜を成膜する工程(成膜工程)と、を有する。研磨工程、エッチング工程及び成膜工程について
は通常行われている手順で行うことができる。
The SiC epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes a step of polishing a SiC single crystal substrate (polishing step), a dislocation density of the polished SiC single crystal substrate, and a dislocation density of a SiC single crystal substrate having a predetermined value or less. A step of gas-etching the surface of the SiC single crystal substrate (etching step), and a step of forming an SiC epitaxial film on the SiC single crystal substrate (deposition step). About a grinding | polishing process, an etching process, and a film-forming process, it can carry out in the procedure normally performed.
SiCエピタキシャルウェハ膜を成膜するSiC単結晶基板としては、X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いて、SiC単結晶基板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のものを用いる。 As the SiC single crystal substrate on which the SiC epitaxial wafer film is formed, a MoKα ray is used as an X-ray source, an asymmetric reflection surface is used as a diffraction surface, a reflection X-ray topography image of the SiC single crystal substrate is obtained, and the X The dislocation density of the SiC single crystal substrate is measured using a line topography image, and the dislocation density is less than a predetermined value.
X線源としてMoKα線を用い、回折面として非対称反射面を用いた場合、貫通螺旋転位及と基底面転位とで異なる形状の像として識別可能なほどの明瞭な転位像を得ることが可能となり、貫通螺旋転位、基底面転位それぞれの転位密度の計測が可能となる。 When MoKα rays are used as the X-ray source and an asymmetric reflection surface is used as the diffraction surface, it is possible to obtain a clear dislocation image that can be distinguished as an image having different shapes for the threading screw dislocation and the basal plane dislocation. It is possible to measure the dislocation densities of threading screw dislocations and basal plane dislocations.
本発明のSiCエピタキシャルウェハの製造方法で用いるX線トポグラフィは反射法によるものであり、使用できる反射X線トポグラフィ装置としてはX線源としてMoKα線を用いる点以外は特に制限はない。
回折面として用いる非対称反射面としては、{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用い
ることが好ましい。高強度の転位像が得られるからである。特に、Lが14、15、16又は17のいずれかであることが好ましい。より高強度の転位像が得られるからである。またこれら指数面はそれぞれ入射角が異なっていることから表1に示したようにX線の侵
入深さが異なる。これを利用しエピ膜の深さ方向の結晶性解析も可能である。また、基板―エピ界面の解析を行う場合膜厚に合わせて指数面を選択することができる。
The X-ray topography used in the manufacturing method of the SiC epitaxial wafer of the present invention is based on a reflection method, and the usable reflection X-ray topography apparatus is not particularly limited except that MoKα rays are used as an X-ray source.
It is preferable to use a {1 2 -3 L} plane (L is an integer) as the asymmetric reflecting surface used as the diffractive surface. This is because a high-intensity dislocation image can be obtained. In particular, it is preferable that L is any one of 14, 15, 16, or 17. This is because a higher intensity dislocation image can be obtained. Since these index planes have different incident angles, the penetration depth of X-rays is different as shown in Table 1. Using this, it is possible to analyze the crystallinity of the epi film in the depth direction. In addition, when analyzing the substrate-epi interface, the index plane can be selected according to the film thickness.
転位密度の上限(所定値)としては、基底面転位密度が1000個/cm2以下でかつ貫通螺旋転位密度が500個/cm2以下であることが好ましい。これらの値以下であれ
ば、SiCデバイスの作動に支障がないSiCエピタキシャルウェハを製造することができるからである。
As the upper limit (predetermined value) of the dislocation density, it is preferable that the basal plane dislocation density is 1000 pieces / cm 2 or less and the threading screw dislocation density is 500 pieces / cm 2 or less. This is because a SiC epitaxial wafer that does not hinder the operation of the SiC device can be manufactured if the value is below these values.
図2(a)は、研磨後の基底面転位密度が(150)個/cm2でかつ貫通螺旋転位密度
が(230)個/cm2のSiC単結晶基板を用いて製造したSiCエピタキシャルウェハ
の反射X線トポグラフィ像である。
上記した通り、SiCエピタキシャルウェハの貫通螺旋転位密度は324個/cm2であり、基底面転位密度は60個/cm2であった。
基底面転位密度が1000個/cm2以下でかつ貫通螺旋転位密度が500個/cm2以下のSiC単結晶基板を用いた結果、転位密度の低い高品質のSiCエピタキシャルウェハを製造することができた。
なお、上述した通り、本発明のSiCエピタキシャルウェハの製造方法で用いるX線トポグラフィでは、X線(MoKα線)は侵入深さが約65μmあるので、30μm厚のSiCエピタキシャル膜のみならず、SiCエピタキシャル膜とSiC単結晶基板との界面、さらに、SiC単結晶基板中にまで侵入してその転位情報をトポグラフィ像に反映する。従って、上記の貫通螺旋転位密度324個/cm2及び基底面転位密度は60個/cm2の値は、SiCエピタキシャル膜のみならず、界面及びSiC単結晶基板中の転位も含めたものであるから、SiCエピタキシャル膜中の転位密度はそれらの値よりも低い。
SiC単結晶基板の成長面に存在する基底面転位の一部はSiCエピタキシャル膜において積層欠陥に変換して、SiCエピタキシャル膜中の基底面転位密度は低下するのに対して、貫通転位の方はSiC単結晶基板からSiCエピタキシャル膜にそのまま伝播することが知られており、上記転位密度の値はそれを反映したものとなっている。
FIG. 2A shows an SiC epitaxial wafer manufactured using a SiC single crystal substrate having a basal plane dislocation density after polishing of (150) / cm 2 and a threading screw dislocation density of (230) / cm 2 . It is a reflection X-ray topography image.
As described above, the threading screw dislocation density of the SiC epitaxial wafer was 324 / cm 2 , and the basal plane dislocation density was 60 / cm 2 .
As a result of using an SiC single crystal substrate having a basal plane dislocation density of 1000 pieces / cm 2 or less and a threading screw dislocation density of 500 pieces / cm 2 or less, a high-quality SiC epitaxial wafer having a low dislocation density can be produced. It was.
As described above, in the X-ray topography used in the method for producing an SiC epitaxial wafer of the present invention, the X-ray (MoKα line) has a penetration depth of about 65 μm, so that not only the 30 μm thick SiC epitaxial film but also the SiC epitaxial film is used. The dislocation information is reflected in the topography image by penetrating into the interface between the film and the SiC single crystal substrate and further into the SiC single crystal substrate. Therefore, the values of the above threading screw dislocation density of 324 / cm 2 and the basal plane dislocation density of 60 / cm 2 include not only the SiC epitaxial film but also the dislocations in the interface and the SiC single crystal substrate. Therefore, the dislocation density in the SiC epitaxial film is lower than those values.
Some of the basal plane dislocations existing on the growth surface of the SiC single crystal substrate are converted into stacking faults in the SiC epitaxial film, and the basal plane dislocation density in the SiC epitaxial film is reduced, whereas threading dislocations are It is known that the SiC single crystal substrate propagates as it is to the SiC epitaxial film, and the value of the dislocation density reflects it.
〔SiC単結晶〕
本発明のSiC単結晶は、本発明のSiC単結晶の製造方法によって製造された、基底面転位密度が1000個/cm2以下で、かつ、貫通螺旋転位密度が500個/cm2以下のSiC単結晶である。
[SiC single crystal]
The SiC single crystal of the present invention is produced by the method for producing a SiC single crystal of the present invention, and has a basal plane dislocation density of 1000 / cm 2 or less and a threading screw dislocation density of 500 / cm 2 or less. Single crystal.
図1(a)に示したSiC単結晶は、本発明のSiC単結晶の製造方法によって製造されたものであって、本発明のSiC単結晶基板の評価方法によって計測された基底面転位密度が92個/cm2で、かつ、貫通螺旋転位密度が468個/cm2のSiC単結晶である。 The SiC single crystal shown in FIG. 1 (a) is manufactured by the SiC single crystal manufacturing method of the present invention, and the basal plane dislocation density measured by the SiC single crystal substrate evaluation method of the present invention is the same. The SiC single crystal has 92 pieces / cm 2 and a threading screw dislocation density of 468 pieces / cm 2 .
1 真空容器
3 坩堝
4 台座
5 炭化珪素原料
11 加熱手段
21 プラネタリ
21b ウェハ載置部
22 熱輻射部材
24 反応室
25 ガス供給部
100 単結晶成長装置
200 SiCエピタキシャルウェハ膜の成膜装置
W SiC種結晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum container 3 Crucible 4 Base 5 Silicon carbide raw material 11 Heating means 21 Planetary 21b Wafer mounting part 22 Thermal radiation member
24 Reaction chamber 25 Gas supply unit 100 Single crystal growth apparatus 200 SiC epitaxial wafer film deposition apparatus W SiC seed crystal
Claims (10)
X線源としてMoKα線を用い、回折面の非対称反射面として{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用いて、SiC単結晶基板のX線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測することを特徴とするSiC単結晶基板の評価方法。 A method for evaluating dislocations in a SiC single crystal substrate by reflection X-ray topography,
An X-ray topography image of a SiC single crystal substrate is obtained using MoKα rays as an X-ray source and a {1 2 -3 L} plane (L is an integer) as an asymmetric reflection surface of the diffraction surface, and the X-ray topography A method for evaluating a SiC single crystal substrate, comprising measuring dislocation density of the SiC single crystal substrate using an image.
X線源としてMoKα線を用い、回折面の非対称反射面として{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用いて、SiCエピタキシャルウェハのX線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiCエピタキシャルウェハの転位密度を計測することを特徴とするSiCエピタキシャルウェハの評価方法。 A method for evaluating dislocations in a SiC epitaxial wafer in which a SiC epitaxial film is formed on a SiC single crystal substrate by reflection X-ray topography,
An X-ray topography image of a SiC epitaxial wafer is obtained by using MoKα rays as an X-ray source and a {1 2 -3 L} plane (L is an integer) as an asymmetric reflection surface of the diffraction surface. A method for evaluating a SiC epitaxial wafer, comprising measuring the dislocation density of the SiC epitaxial wafer using
X線源としてMoKα線を用い、回折面の非対称反射面として{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用いて、SiC単結晶板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶基板を前記SiC種結晶として用いることを特徴とするSiC単結晶の製造方法。 In a method for producing a SiC single crystal, a raw material gas is supplied onto a SiC seed crystal arranged in a crucible, and a SiC single crystal is grown on the SiC seed crystal.
Using a MoKα ray as an X-ray source and a {1 2 -3 L} plane (L is an integer) as an asymmetric reflection surface of a diffraction surface , a reflection X-ray topography image of a SiC single crystal plate is obtained, and the X-ray A method for producing a SiC single crystal, wherein a dislocation density of a SiC single crystal plate is measured using a topography image, and a SiC single crystal substrate having a dislocation density of a predetermined value or less is used as the SiC seed crystal.
X線源としてMoKα線を用い、回折面の非対称反射面として{1 2 −3 L}面(Lは整数)を用いて、SiC単結晶基板の反射X線トポグラフィ像を得て、該X線トポグラフィ像を用いてSiC単結晶基板の転位密度を計測し、転位密度が所定値以下のSiC単結晶基板を用いることを特徴とするSiCエピタキシャルウェハの製造方法。 A method for producing a SiC epitaxial wafer by supplying a silicon-containing gas and a carbon-containing gas on a SiC single crystal substrate to form a SiC epitaxial film,
Using a MoKα ray as the X-ray source and a {1 2 -3 L} plane (L is an integer) as the asymmetric reflection surface of the diffraction surface , a reflection X-ray topography image of the SiC single crystal substrate is obtained, and the X-ray A method for producing an SiC epitaxial wafer, comprising measuring a dislocation density of a SiC single crystal substrate using a topography image, and using the SiC single crystal substrate having a dislocation density of a predetermined value or less.
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