(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状の炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ単結晶体の品質を評価する方法であって、
前記ＳｉＣ単結晶体の主面を所定の回折面でＸ線ロッキングカーブ測定して、回折ピークを示すときのＸ線の入射方向と前記主面とのなす角度をΩとしたときに、前記主面の直径上の複数の測定点Ｐｎでこの角度Ωを求めて、これら測定点Ｐｎのなかのある基準測定点Ｐ０での角度ΩＯとそれ以外の測定点Ｐｎでの角度Ωｎとの差（Ωｎ−ΩＯ）をそれぞれピークシフト値として算出して、
前記主面の直径上での測定点Ｐｎの位置（Ｘ）と前記ピークシフト値（Ｙ）との関係を第１の多項式として求め、該第１の多項式を一次微分して第２の多項式を求めて、これらの多項式をもとに、前記ＳｉＣ単結晶体の品質を評価することを特徴とするＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
【請求項２】
前記第２の多項式を、Ｙ軸が前記第１の多項式の傾きを示し、Ｘ軸が前記ＳｉＣ単結晶体の主面の直径上での測定点Ｐｎの位置を示すグラフとして表したときに、該第２の多項式のグラフがＹ＝０を通過するか否かを判別して品質を評価する請求項１に記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
【請求項３】
前記第２の多項式のグラフが、Ｙ＝０を２回通過するか否かを判別して品質を評価する請求項２に記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
【請求項４】
前記第１の多項式におけるピークシフト値（Ｙ）の関数が極値を有するか否かを判断して品質を評価する請求項２又は３に記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
【請求項５】
前記第２の多項式を、Ｙ軸が前記第１の多項式の傾きを示し、Ｘ軸が前記ＳｉＣ単結晶体の主面の直径上での測定点の位置を示すグラフとして表したときに、前記傾き（Ｙ）の最大値と最小値との差により品質を評価する請求項１〜４のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
【請求項６】
前記第１の多項式の次数は４次以上である請求項１〜５のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
【請求項７】
前記基準測定点Ｐ０が、前記ＳｉＣ単結晶体の主面の中心点である請求項１〜６のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
【請求項８】
前記ＳｉＣ単結晶体の転位が基底面転位である請求項１〜７のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
【請求項９】
昇華再結晶法により種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶インゴットの製造方法であって、
予め、円板状の炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ単結晶体の主面を所定の回折面でＸ線ロッキングカーブ測定して、回折ピークを示すときのＸ線の入射方向と前記主面とのなす角度をΩとしたときに、前記主面の直径上の複数の測定点Ｐｎでこの角度Ωを求めて、これら測定点Ｐｎのなかのある基準測定点Ｐ０での角度ΩＯとそれ以外の測定点Ｐｎでの角度Ωｎとの差（Ωｎ−ΩＯ）をそれぞれピークシフト値として算出して、
前記主面の直径上での測定点Ｐｎの位置（Ｘ）と前記ピークシフト値（Ｙ）との関係を第１の多項式として求め、該第１の多項式を一次微分して第２の多項式を求めて、得られた第２の多項式について、Ｙ軸が前記第１の多項式の傾きを示し、Ｘ軸が前記ＳｉＣ単結晶体の主面の直径上での測定点の位置を示すグラフとして表したときに、該グラフがＹ＝０を２回以上通過しないＳｉＣ単結晶体を種結晶として用いるようにすることを特徴とする炭化珪素単結晶インゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円板状の炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ単結晶体の品質評価方法、及びこれを利用した炭化珪素単結晶インゴットの製造方法に関し、詳しくは、非破壊で転位の多寡等を評価することができるＳｉＣ単結晶体の品質評価方法、及びこれを利用して評価した種結晶を用いるようにした炭化珪素単結晶インゴットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（SiC）は、広い禁制帯幅を有するワイドバンドギャップ半導体であり、耐電圧性や耐熱性等で従来のシリコン（Si）をはるかに凌ぐ特性を有することから、次世代の半導体材料として研究開発が盛んに進められている。【０００３】
炭化珪素単結晶（SiC単結晶）を成長させる技術のひとつとして、坩堝内に装填したＳｉＣの原料粉末を加熱して昇華ガスを発生させ、坩堝内に対向配置したＳｉＣの種結晶上にＳｉＣ単結晶を再結晶させる昇華再結晶法がある（改良型レーリー法とも呼ばれる）。【０００４】
すなわち、この方法では、坩堝を構成する坩堝蓋体に種結晶を取り付け、坩堝の容器本体（坩堝本体）にＳｉＣの原料粉末を配置して、一旦、高真空状態にした後に、不活性雰囲気にして、原料粉末側が高温となり、種結晶側が低温となるように成長方向に温度勾配を形成して原料粉末を昇華させることで、種結晶上にバルク状のＳｉＣ単結晶（SiC単結晶インゴット）を成長させる。その際、インゴット先端の結晶成長端面が凸面形状を有するようにすることで、多結晶の発生を制御することができると共に、目的とするポリタイプのＳｉＣ単結晶を安定して成長させることができることから、通常は、成長結晶の周辺部における成長表面の任意の地点の温度ｔＰと、この点と種結晶からの距離が等しいインゴット中心部の温度ｔＣとの差（Δｔ＝ｔＰ−ｔＣ）が正となるように面内方向にも温度勾配を設けて、坩堝内の成長空間において、成長方向に向かって適度な凸形状の等温線が形成されるようにする。【０００５】
そして、略円柱状をしたＳｉＣのバルク単結晶（SiC単結晶インゴット）を得た後は、所定の厚さに切り出してＳｉＣ単結晶基板が製造され、また、得られたＳｉＣ単結晶基板に対して、更に熱ＣＶＤ法等によりＳｉＣエピタキシャル膜を成長させてエピタキシャルＳｉＣ単結晶ウェハとすることで、パワーデバイスをはじめとして各種ＳｉＣデバイスの作製に供される。【０００６】
このような昇華再結晶法による結晶成長には２０００℃を超える温度が必要であり、しかも、種結晶と原料粉末との間に温度勾配を設けて結晶成長が行われることから、得られるＳｉＣ単結晶には如何しても転位等が含まれてしまい、内部応力も残留してしまう。これらの転位はデバイスの特性等にも影響することが分かっており、また、内部応力はＳｉＣ単結晶を加工する際に発生する割れの問題や基板にしたときの反り等の問題を引き起こしてしまう。そのため、昇華再結晶法における圧力や温度等の成長条件の最適化を図るなどして、ＳｉＣ単結晶の転位や内部応力を低減させるための方法が鋭意研究されている。【０００７】
一方で、転位密度に関して結晶の品質を評価する方法についても研究開発が進められている。転位密度や分布を評価する方法として最も一般的なものは、化学エッチングである。例えば、５３０℃程度の溶融水酸化カリウム（KOH）中に数分間ＳｉＣ単結晶を浸漬すると、ＳｉＣ単結晶の表面がアルカリにより侵食される。このとき、ある種の結晶欠陥の存在する部分は化学的に活性度が高いため、正常結晶部よりも速く浸食されて、所謂エッチピットが形成される。このエッチピットの形状や大きさ、密度、分布により、結晶欠陥の種類、密度などを評価することができる（非特許文献１参照）。【０００８】
また、Ｘ線回折の原理を用いた結晶評価として、回折線の半値幅（Full width at halfmaximum：FWHM）による評価や、Ｘ線トポグラフィによる結晶評価が知られている。これらはＳｉＣ材料に限らず広く採用されている方法であり、例えば、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た反射Ｘ線トポグラフィにより、得られたＸ線トポグラフィ像からＳｉＣ単結晶基板に含まれる転位を同定し、転位密度を計測する方法が報告されている（特許文献１参照）。また、Ｘ線ロッキングカーブ測定において回折ピークを示すときのＸ線の入射方向とのなす角度に基づいて、ＳｉＣ単結晶基板の結晶方位のずれを評価する方法も報告されている（例えば特許文献２、非特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４-２１０４号公報
【特許文献２】特開２０１１-２１９２９６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】N. Ohtani, et al., Journal of Crystal Growth, vols.286 (2006) pp.55-60
【非特許文献２】J. W. Lee, et al., Journal of Crystal Growth, vols.310 (2008) pp.4126-4131
【非特許文献３】N. Ohtani, et al., Journal of Crystal Growth, vols.386 (2014) pp.9-15
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＳｉＣ単結晶の品質を評価する方法として、現在、一般的には溶融ＫＯＨによる化学エッチング法が利用されているが、これは破壊検査であるため、例えばエッチングしたＳｉＣ単結晶基板をデバイス作製用として使用することはできない。しかも、この化学エッチングによるエッチピットの形成は、異方性（結晶方位、オフ角度）や窒素等の不純物濃度によって影響を受けるため、これらの性状の異なるＳｉＣ単結晶を同じ尺度で評価するのは困難である。【００１２】
一方で、Ｘ線回折の原理を用いれば、非破壊で評価することができる。なかでも特許文献２では、ＳｉＣ単結晶基板の直径上の複数の測定点で＜０００１＞結晶方位のずれ（ピークシフト）を測定し、直径方向での位置に基づきプロットして、得られたグラフの線形近似式の傾きから平均ピークシフト量（秒/mm）を求めており、ＳｉＣ単結晶は上述したような成長方法の特性により内部応力が発生して結晶変形することが不可避であることから、このような方法はＳｉＣ単結晶の基底面の形状（基底面の凸形状又は凹形状やその変形角度の大きさ等）を評価する上で極めて有効な手段である。ところが、このような基底面の形状は、ＳｉＣ単結晶内の転位と応力のつり合いによるものであり、また、昇華再結晶法による結晶成長とその冷却の過程、更には基板製造のための加工等によっても影響を受けるため、結晶そのものが有する品質、例えば転位の情報等を直接得ることまではできない。【００１３】
これに対して、特許文献１の方法によれば、転位を種類毎に分類してカウントできるなど、精度の高い情報を得ることができる。しかも、エッチピットを形成した上で評価するような化学エッチング法の場合と異なり、性状の異なるＳｉＣ単結晶であっても同じ尺度で評価することが可能になる。しかしながら、一般に高分解能Ｘ線トポグラフィの測定は比較的長時間（数時間〜数十時間）を要し、更にその画像解析にも長い時間が掛かってしまうことから、ＳｉＣ単結晶基板の表面（主面）全体での転位を評価するのは事実上困難である。そのため、例えば、ＳｉＣ単結晶基板の主面において転位が集中する箇所等を全て把握した上でデバイス作製を行うようなことはできない。【００１４】
そこで、本発明者らは、デバイス作製等に相応しいといったＳｉＣ単結晶の品質について、非破壊でかつ簡便な方法により評価することができる方法について鋭意検討した結果、先の特許文献２で記載されるような直径方向での結晶方位のずれ（ピークシフト）を多項式で近似し、更にその多項式を微分することで、転位が集中するなどの情報を得ることができるようになることを見出し、本発明を完成した。【００１５】
したがって、本発明の目的は、非破壊でかつ簡便な方法により、ＳｉＣ単結晶の品質を評価することができるＳｉＣ単結晶の品質評価方法を提供することにある。【００１６】
また、本発明の別の目的は、上記の方法によって評価したＳｉＣ単結晶を種結晶として用いることで、転位が少なく、品質の高いＳｉＣ単結晶インゴットが得られるようになるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）円板状の炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ単結晶体の品質を評価する方法であって、  前記ＳｉＣ単結晶体の主面を所定の回折面でＸ線ロッキングカーブ測定して、回折ピークを示すときのＸ線の入射方向と前記主面とのなす角度をΩとしたときに、前記主面の直径上の複数の測定点Ｐｎでこの角度Ωを求めて、これら測定点Ｐｎのなかのある基準測定点Ｐ０での角度ΩＯとそれ以外の測定点Ｐｎでの角度Ωｎとの差（Ωｎ−ΩＯ）をそれぞれピークシフト値として算出して、
前記主面の直径上での測定点Ｐｎの位置（Ｘ）と前記ピークシフト値（Ｙ）との関係を第１の多項式として求め、該第１の多項式を一次微分して第２の多項式を求めて、これらの多項式をもとに、前記ＳｉＣ単結晶体の品質を評価することを特徴とするＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
（２）前記第２の多項式を、Ｙ軸が前記第１の多項式の傾きを示し、Ｘ軸が前記ＳｉＣ単結晶体の主面の直径上での測定点Ｐｎの位置を示すグラフとして表したときに、該第２の多項式のグラフがＹ＝０を通過するか否かを判別して品質を評価する（１）に記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
（３）前記第２の多項式のグラフが、Ｙ＝０を２回通過するか否かを判別して品質を評価する（２）に記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
（４）前記第１の多項式におけるピークシフト値（Ｙ）の関数が極値を有するか否かを判断して品質を評価する（２）又は（３）に記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
（５）前記第２の多項式を、Ｙ軸が前記第１の多項式の傾きを示し、Ｘ軸が前記ＳｉＣ単結晶体の主面の直径上での測定点の位置を示すグラフとして表したときに、前記傾き（Ｙ）の最大値と最小値との差により品質を評価する（１）〜（４）のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
（６）前記第１の多項式の次数は４次以上である（１）〜（５）のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
（７）前記基準測定点Ｐ０が、前記ＳｉＣ単結晶体の主面の中心点である（１）〜（６）のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
（８）前記ＳｉＣ単結晶体の転位が基底面転位である（１）〜（７）のいずれかに記載のＳｉＣ単結晶体の品質評価方法。
（９）昇華再結晶法により種結晶上に炭化珪素単結晶を成長させる炭化珪素単結晶インゴットの製造方法であって、
予め、円板状の炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ単結晶体の主面を所定の回折面でＸ線ロッキングカーブ測定して、回折ピークを示すときのＸ線の入射方向と前記主面とのなす角度をΩとしたときに、前記主面の直径上の複数の測定点Ｐｎでこの角度Ωを求めて、これら測定点Ｐｎのなかのある基準測定点Ｐ０での角度ΩＯとそれ以外の測定点Ｐｎでの角度Ωｎとの差（Ωｎ−ΩＯ）をそれぞれピークシフト値として算出して、
前記主面の直径上での測定点Ｐｎの位置（Ｘ）と前記ピークシフト値（Ｙ）との関係を第１の多項式として求め、該第１の多項式を一次微分して第２の多項式を求めて、得られた第２の多項式について、Ｙ軸が前記第１の多項式の傾きを示し、Ｘ軸が前記ＳｉＣ単結晶体の主面の直径上での測定点の位置を示すグラフとして表したときに、該グラフがＹ＝０を２回以上通過しないＳｉＣ単結晶体を種結晶として用いるようにすることを特徴とする炭化珪素単結晶インゴットの製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、非破壊で、かつ簡便な方法により、ＳｉＣ単結晶の品質を評価することができるようになる。そのため、例えば、評価したＳｉＣ単結晶をデバイス作製のためのＳｉＣ単結晶基板として利用することが可能になり、転位の少ないＳｉＣ単結晶基板を用いれば、特性に優れたＳｉＣデバイスを歩留まり良く製造することができ、また、転位の状態が分かったＳｉＣ単結晶基板を用いることで、デバイスの作り分けや使用領域の確保等を容易に行うことができるようになる。【００１９】
また、本発明におけるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法では、上記の品質評価方法を用いて選別したＳｉＣ単結晶を種結晶として用いることで、転位が少ない良質なＳｉＣ単結晶インゴットを再現性に優れて製造することが可能になり、工業的に極めて利用価値の高い発明である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、ＳｉＣ単結晶体の主面においてピークシフト値を算出するための測定点Ｐｎの例を示す模式説明図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面におけるＸ線測定系とＳｉＣ単結晶体との位置関係を示す模式説明図である。
【図３】図３は、ＳｉＣ単結晶体における基底面の様子（理想状態）を模式的に示した説明図である。
【図４】図４は、図３に示したＳｉＣ単結晶体の直径上での測定点Ｐｎの位置（Ｘ）とピークシフト値（Ｙ）との関係を模式的に示したグラフである。
【図５】図５は、実施例における基板１１のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例における基板１２のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例における基板１３のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、図５に示した基板１１の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図９】図９は、図６に示した基板１２の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図１０】図１０は、図７に示した基板１３の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例における基板２１のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例における基板２２のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例における基板２３のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１１に示した基板２１の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図１５】図１５は、図１２に示した基板２２の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図１６】図１６は、図１３に示した基板２３の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図１７】図１７は、実施例における基板３１のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、実施例における基板３２のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図１９】図１９は、実施例における基板３３のピークシフト測定の結果を示すグラフである。
【図２０】図２０は、図１７に示した基板３１の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図２１】図２１は、図１８に示した基板３２の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図２２】図２２は、図１９に示した基板３３の第１の多項式を微分して得られた第２の多項式を表すグラフである。
【図２３】図２３は、実施例において基板をＫＯＨエッチングして基底面転位のエッチピットをカウントした個所を示す模式説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明においては、円板状の炭化珪素単結晶からなるＳｉＣ単結晶体の主面を所定の回折面でＸ線ロッキングカーブ測定を行い、回折Ｘ線の強度が最大となる回折ピークでのＸ線の入射方向とＳｉＣ単結晶体の主面とのなす角度Ωを求める。このＸ線ロッキングカーブの測定は、Ｘ線測定系と測定試料との位置関係を含めて、一般的な方法と同様にすることができるが、本発明では、図１に例を示したように、ＳｉＣ単結晶体１の主面において直径上の複数の測定点Ｐｎ（ｎは０以上の整数）でこの角度Ωを求めるようにする。その際、２以上の直径で測定点Ｐｎの角度Ωを求めるようにすることで本発明による品質評価がより一層確実なものとなるが、ひとつの直径で測定しても、十分に信頼性のある評価ができる。
【００２２】
すなわち、図２に示したように、先ずは、ＳｉＣ単結晶体１の主面のある測定点Ｐｎにおいて、Ｘ線照射器２とＸ線検出器３の２θ軸を目的とする回折条件に合うように固定する。Ｘ線源としては、一般に、ＭｏのＫα１線が用いられるが、特にこれに制限されない。また、回折面についても任意に選択することができるが、通常は反射強度の強い｛０００１｝面の反射を用いる。この場合でも、実際の反射条件は、例えばＳｉＣ単結晶体が４Ｈポリタイプであれば０００４反射や０００１２反射など、目的や結晶性に応じて選択すればよい。より高次の面であればＸ線の照射面積は小さくなり、回折ピークでのなす角度Ωの測定精度は向上する。ωはＳｉＣ単結晶体１の主面とＸ線照射軸とのなす角度であり、このなす角ωを変化させながらＸ線回折データを測定し、回折Ｘ線の強度が最大になる傾き（すなわち、なす角度Ω）を探す。
【００２３】
測定点Ｐｎの変更は、例えば、図２中の矢印で示した方向にＳｉＣ単結晶体１を移動させて行えばよく、ＳｉＣ単結晶体１の直径上の複数の測定点Ｐｎでそれぞれなす角度Ωを求めるようにする。そして、これら測定点Ｐｎのなかのある測定点を基準測定点Ｐ０とし、好適には、ＳｉＣ単結晶体１の主面における中心点Ｏを基準測定点Ｐ０として、その基準測定点Ｐ０での角度ΩＯとそれ以外の測定点Ｐｎでの角度Ωｎとの差（Ωｎ−ΩＯ）を求めて、この差（Ωｎ−ΩＯ）をそれぞれの測定点Ｐｎでのピークシフト値とする。
【００２４】
ここで、ＳｉＣ単結晶体１における基底面が全て平坦であるとした場合、ピークシフト値は主面全体で０（ゼロ）となるが、先に述べたように、昇華再結晶法では、成長方向への温度勾配と共に面内方向にも温度勾配が設けられることから、ＳｉＣ単結晶体１の基底面1aは、図３に模式的に示したように、同心円状に反った状態（上に凸）になるのが一般的である。そして、この場合のピークシフト値は、ＳｉＣ単結晶体１の中心点Ｏを挟んで片側の半円領域では正の値となり、反対側の半円領域では負の値となることから、ＳｉＣ単結晶体１の直径上での測定点Ｐｎの位置（Ｘ）とピークシフト値（Ｙ）との関係は図４に示したような線形グラフ（傾きが正の直線）として表される。また、ＳｉＣ単結晶体１の基底面1aは、図３で示したものとは逆に、同心円状に凹んだ状態を示すこともある。この場合には、図４で示した線形グラフは、傾きが負の直線として表される。なお、図３及び図４は、転位の存在等を無視して理想的な結晶状態を模式的に示したものである。
【００２５】
ところが、実際にＳｉＣ単結晶体について調べると、例えば後述する実施例１で説明する図６のように、直径上での測定点Ｐｎの位置（Ｘ）とピークシフト値（Ｙ）との関係を線形グラフで表すのが難しいようなものが含まれる。特に、１００ｍｍ口径以上のＳｉＣ単結晶基板を得るような大口径のＳｉＣ単結晶体の場合には、その傾向は顕著になる。つまり、ピークシフト値（Ｙ）のグラフがうねりを伴い、関数の局所的な最大値や最小値（すなわち極値）を有するものは、基底面が規則的に並ばないことを示して、ピークシフト値（Ｙ）の傾きが変化したり、変曲点を示す場所には転位が集中しているなど、ＳｉＣ単結晶の品質に関する情報が含まれると考えられる。
【００２６】
そこで、本発明では、ＳｉＣ単結晶体における主面の直径上での測定点Ｐｎの位置（Ｘ）とピークシフト値（Ｙ）との関係について、従来のように線形グラフとして捉えるのではなく、第１の多項式として求め、また、この第１の多項式を一次微分して第２の多項式を求めるようにする。ここで、第１の多項式を求めるにあたり、好ましくは、４次以上の次数の多項式で近似するようにするのがよい。多項式の次数が増えれば近似の精度が上がるが、必要以上に次数を増やせば計算が煩雑になると共に、測定誤差や局所的な品質劣化等の影響を受け易くなって、データの揺らぎが生じることから、９次以下の多項式で求めるようにするのがよい。
【００２７】
また、第１の多項式を近似する際には、決定係数を目安にしながら多項式を決定するようにしてもよい。この決定係数には、例えば汎用の表計算ソフトである日本マイクロソフト株式会社製エクセル（Microsoft Excel 2007）の決定係数Ｒ２を利用することができ、好ましくは、決定係数Ｒ２が０．９６以上となるように近似式を求めるのがよい（下記実施例ではこのエクセルの決定係数Ｒ２を利用した）。例えば、決定係数Ｒ２が０．９６を下回る場合には、多項式の次数の最適化を行うようにしたり、突出したデータが存在するようなときには、その前後で測定点を増やして再度測定を行うなど、データの見直しを図るようにしてもよい。
【００２８】
第１の多項式を一次微分して得られる第２の多項式は、Ｙ軸が第１の多項式の傾きを示し、Ｘ軸がＳｉＣ単結晶体の主面の直径上での測定点Ｐｎの位置を示すグラフとして表すことができる。そのため、この第２の多項式のグラフがＹ＝０を通過すれば（Y＝0と交差すれば）、第１の多項式におけるピークシフト値の傾きがゼロとなる場所、すなわち変曲点を有することから、結晶性の異常が生じていると予想される。特に、昇華再結晶法の性質上、結晶成長の環境は同心円状に揃う（若しくは変化する）と推察されることから、典型的には、第１の多項式からなるピークシフト曲線の変曲点は同心円となり、第２の多項式のグラフがＹ＝０を２回通過（Y=0と２回交差）するときに、転位が密集して存在すると考えられる。
【００２９】
また、第２の多項式に基づくグラフについては、傾き（Ｙ）の最大値と最小値との差から発生している転位の量を相対的に予測することもできる。すなわち、この傾き（Ｙ）の最大値と最小値との差は、第１の多項式におけるピークシフト値（Ｙ）のグラフのうねりの大小を表すものであり、この差が大きいものは小さいものに比べて転位の量が相対的に多いと考えられる。
【００３０】
上述したように、本発明では、第１の多項式からなるピークシフト曲線の変曲点の様子を調べることで、直接的には、ＳｉＣ単結晶体の基底面の状態（結晶の変形）を観察している。このような結晶の変形は複合的な要因によるものであるが、代表的には基底面転位密度が影響していると考えられる。そのため、例えば、次のような手順によって、ＳｉＣ単結晶体に含まれる基底面転位の多寡を評価することができる。
【００３１】
先ずは、第２の多項式のグラフがＹ＝０を通過するか否か（すなわち第１の多項式からなるピークシフト曲線の変曲点の有無）を確認する（以下、一次評価という）。Ｙ＝０を通過するものは基底面転位の量が非常に多く、Ｙ＝０を一度も通過しないものは基底面転位の量が少ないと判断できる。Ｙ＝０を通過するものは、その通過の回数によって更に転位の量が評価でき、２回又は２回以上通過するものは、特に転位が密集していると判断される。また、１回だけ通過するものについては、第１の多項式を近似する際に極大値の存在によって傾きがゼロとして現れることもあり得る。そこで、第２の多項式のグラフがＹ＝０を通過するものについては、更に、第１の多項式におけるピークシフト値のデータが関数での極値を有するようなうねりを伴うかどうかを確認して、転位の集中によるものかどうかを判断するのがよい。
【００３２】
次に、一次評価したものについては、それぞれ第２の多項式のグラフの傾き（Ｙ）の最大値と最小値との差〔すなわち第１の多項式からなるピークシフト曲線の傾きの変化（第２の多項式の値の変化量）〕を求めて、この差の大小からＳｉＣ単結晶体に含まれる転位の量を全体的に評価する（以下、二次評価という）。すなわち、一次評価により転位の量がかなり多いものとそうではないものとに分類でき、二次評価によって、更に転位の量を評価することができる。
【００３３】
このような一次評価及び二次評価に基づく評価は、単独のＳｉＣ単結晶体で行ってもよく、複数のＳｉＣ単結晶体について相対的に評価するようにしてもよい。また、これらの評価では、非破壊でＳｉＣ単結晶体に含まれる転位の情報を得ることができることから、例えば、評価したＳｉＣ単結晶体をデバイス作製のためのＳｉＣ単結晶基板として利用することが可能である。
【００３４】
一方、本発明によって評価したＳｉＣ単結晶体を昇華再結晶法における種結晶として用いれば、転位の少ない良質なＳｉＣ単結晶インゴットを再現性良く製造することができるようになる。
一般に、基底面転位等の転位が少ないＳｉＣ単結晶を種結晶として使用することは、転位の少ない良質なＳｉＣ単結晶インゴットを得る上で有利であるが、必ずしも、種結晶の品質が得られるＳｉＣ単結晶インゴットにそのまま引き継がれる分けではなく、ＳｉＣ単結晶インゴットの品質向上を難しくさせている所以でもある。つまり、種結晶の転位密度だけでは、得られるＳｉＣ単結晶インゴットの品質を予測することはできないが、本発明によって評価したＳｉＣ単結晶体、特に、第２の多項式のグラフがＹ＝０を２回以上通過しないＳｉＣ単結晶体を種結晶として用いることで、得られるＳｉＣ単結晶インゴットの転位密度が抑えられるようになる。これは、上述したように、本発明の評価方法では、ＳｉＣ単結晶体の基底面の状態（結晶の変形）を観察することで、結晶のうねりが小さいものを選別でき、結果的に、良質なＳｉＣ単結晶インゴットを再現性良く製造することが可能になる。
【００３５】
本発明において、評価する対象のＳｉＣ単結晶体は、ＳｉＣ単結晶基板等のような円板状のＳｉＣ単結晶からなるものであればよいが、厚さが薄くなるにつれて剛性が低下し、ピークシフトの値や傾きが変化するおそれがあり、また、ＳｉＣ単結晶体を薄くし過ぎると、加工歪によりピークシフトが影響を受けるおそれもある。そのため、これらの影響を回避して、より正確に再現性のある測定ができるようにするためには、ＳｉＣ単結晶体の厚みは０．５ｍｍ以上であるのがよく、好ましくは１．０ｍｍ以上の厚さを有しているのがよい。より厚くなれば十分な剛性を有し、表面状態や多少の厚みの変化による影響を受け難くなることから、評価する対象のＳｉＣ単結晶体の厚みが厚くなれば有利であるが、測定に影響しない程度の剛性が確保できていれば、必要以上に厚くする必要はないことなどを考慮すると、ＳｉＣ単結晶体の厚みの上限は実質的には３ｍｍであると言える。
【００３６】
また、ピークシフトは基準測定点に対する相対値で評価するので、例えばＳｉＣ単結晶基板のオフ角度に関係なく評価することができる。すなわち、オフ角度の異なる成長インゴットから切り出したＳｉＣ単結晶基板であっても、本発明の評価方法を用いれば互いに比較することが可能である。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明はこれらの内容に制限されるものではない。【００３８】
（実施例１）
種結晶を用いた昇華再結晶法により製造されたＳｉＣ単結晶インゴットから切り出されたＳｉＣ単結晶基板について、以下のようにして評価を行った。
先ず、異なるＳｉＣ単結晶インゴットから切り出されたＳｉＣ単結晶基板を３枚用意した（基板１１、基板１２、及び基板１３）。これらはいずれも口径１００ｍｍ基板であって、（０００１）面を主面とし、表裏面ともに最終的に平均粒径０．５μｍのダイヤモンドスラリーでポリッシュされて、鏡面に仕上げられており、研磨後の厚さは約１．１２ｍｍである。【００３９】
これらのＳｉＣ単結晶基板について、図１に示したように、主面である（０００１）面の中心点Ｏを基準測定点Ｐ０とし、この基準測定点Ｐ０を中心に直径上に１２ｍｍ間隔で並ぶＰ０〜Ｐ８の８箇所の測定点でＸ線ロッキングカーブ測定を行い、回折ピークを示すときのＸ線の入射方向と主面とのなす角度Ωを求めた。詳しくは、測定に使用したＸ線回折装置（株式会社リガク製SmartLab）のＸ線源はＭｏのＫα１線であり、Ｘ線照射スポットサイズ１ｍｍ×４ｍｍの条件で、０００４反射の回折Ｘ線の強度が最大になる位置（なす角度Ω）を求めた。次いで、基準測定点Ｐ０でのなす角度ΩＯとそれ以外の測定点Ｐｎでのなす角度Ωｎとの差（Ωｎ−ΩＯ）をそれぞれピークシフト値として算出した。ピークシフト測定の結果を図５（基板１１）、図６（基板１２）、図７（基板１３）に示す。【００４０】
上記ピークシフト測定の結果について、それぞれの基板の測定点Ｐｎの位置（Ｘ）とピークシフト値（Ｙ）との関係を５次の多項式で近似すると次のように表される（第１の多項式）。これらはいずれも決定係数Ｒ２が０．９８以上であった。
＜基板１１：決定係数Ｒ２＝０．９９＞
Y=4.82197×10-07×X5+1.11390×10-05×X4-2.25898×10-03×X3-5.87409×10-02×X2-1.10509×X-3.81586
＜基板１２：決定係数Ｒ２＝０．９８＞
Y=-7.87186×10-08×X5+9.91579×10-06×X4-2.41675×10-03×X3-5.27713×10-03×X2+4.41008×X-5.24975
＜基板１３：決定係数Ｒ２＝１．００＞
Y=-1.28613×10-06×X5+1.20904×10-04×X4+1.29586×10-03×X3-4.05824×10-01×X2+1.36766×10×X-2.29461×10【００４１】
次いで、これらの第１の多項式を微分して４次の多項式とし（第２の多項式）、グラフにした結果を図８（基板１１）、図９（基板１２）、図１０（基板１３）に示す。これらのグラフは、Ｙ軸が第１の多項式の傾きを表し、Ｘ軸がＳｉＣ単結晶基板の主面での測定点Ｐｎの位置を表す。そこで、図８〜１０に示したグラフについて、これらのグラフがＹ＝０を通過（Y=0と交差）するかどうかを確認すると共に、傾き（Ｙ）の最大値と最小値との差を求めた。結果を表１に示す。【００４２】
【表１】
0006437173.tif 000002
【００４３】
表１に示したように、基板１２では第２の多項式のグラフ（図９）がＹ＝０を２回通過しており、これらの基板のなかでは最も基底面転位が多く含まれる。また、Ｙ＝０を一度も通過しない基板１１と基板１３とでは、僅かな差であるものの基板１３の方が基板１１に比べて傾き（Ｙ）の最大値と最小値の差が大きく、基板１１に比べて転位が多く含まれると考えられる。したがって、基底面転位の数が少ない順で評価すれば、基板１１、基板１３、基板１２の評価順位という結果であった。【００４４】
確認のために、上記３枚の基板（SiC単結晶基板）について、５２０℃の水酸化カリウム浴中で５分間エッチングし、ＫＯＨエッチングにより生成した基底面転位由来のエッチピットを図２３に示した５箇所でカウントして基底面転位密度を求めた。すなわち、エッチピットをカウントした場所は、基板の中心点Ｘ０と、互いに直交する直径上でそれぞれ中心点Ｘ０から３０ｍｍの距離にあるＸ１〜Ｘ４との合計５箇所であり、各測定点を中心にした２５０μｍ×２５０μｍの正方形領域で基底面転位由来のエッチピットをカウントした。結果を表２に示す。【００４５】
【表２】
0006437173.tif 000003
【００４６】
表２に示したとおり、ＫＯＨエッチングによって基板の基底面転位密度を評価した結果、基板１２の基底面転位密度が非常に多く、基板１１と基板１３は同程度であった。すなわち、破壊検査であるエッチングによる評価結果は、本発明の評価方法による結果とよく一致しており、基板１２の第２のグラフがＹ＝０を通過する付近では基底面転位の数が非常に多く、これが基板１２の基底面転位密度の全面平均値を引き上げていると考えられる。【００４７】
（実施例２）
実施例１と同様に、異なるＳｉＣ単結晶インゴットから切り出されたＳｉＣ単結晶基板を３枚用意した（基板２１、基板２２、及び基板２３）。但し、これらはいずれも口径１５０ｍｍ基板であって、（０００１）面を主面とし、表裏面ともに最終的に平均粒径０．５μｍのダイヤモンドスラリーでポリッシュされて、鏡面に仕上げられて、研磨後の厚さは約１．４３ｍｍである。【００４８】
これらのＳｉＣ単結晶基板について、主面である（０００１）面の中心点Ｏを基準測定点Ｐ０とし、この基準測定点Ｐ０を中心に直径上に１２ｍｍ間隔で並ぶＰ０〜Ｐ１２の１３箇所の測定点でＸ線ロッキングカーブ測定を行うようにした以外は実施例１と同様にし、回折ピークを示すときのＸ線の入射方向と主面とのなす角度Ωを求めて、（０００１）面の中心点Ｏを基準測定点Ｐ０としたときのピークシフト値を算出した。ピークシフト測定の結果を図１１（基板２１）、図１２（基板２２）、図１３（基板２３）に示す。【００４９】
また、図１１、図１２、及び図１３に示したピークシフト測定の結果について、それぞれの基板の測定点Ｐｎの位置（Ｘ）とピークシフト値（Ｙ）との関係を５次の多項式で近似して第１の多項式を得て、更に、これらの第１の多項式を微分して４次の多項式からなる第２の多項式を求めた。結果を図１４（基板２１）、図１５（基板２２）、及び図１６（基板２３）に示す。なお、基板２１に係る第１の多項式を近似した際の決定係数Ｒ２は０．９９であり、基板２２に係る第１の多項式を近似した際の決定係数Ｒ２は０．９６、基板２３に係る第１の多項式を近似した際の決定係数Ｒ２は０．９９であった。【００５０】
上記で得られた図１４（基板２１）、図１５（基板２２）、及び図１６（基板２３）の第２の多項式のグラフについて、これらのグラフがＹ＝０を通過（Y=0と交差）するかどうかを確認すると共に、傾き（Ｙ）の最大値と最小値との差を求めた。結果を表３に示す。【００５１】
【表３】
0006437173.tif 000004
【００５２】
表３に示したように、基板２２では第２の多項式のグラフ（図１５）がＹ＝０を２回通過しており、基板２１に比べて基底面転位が多く含まれると考えられる。これに対して、Ｙ＝０を一度も通過しない基板２１については、傾き（Ｙ）の最大値と最小値の差についても基板２２の１／２以下であることから、基板２２に比べて転位が少なく品質の高いＳｉＣ単結晶基板であると考えられる。一方、基板２３については、最大値と最小値の差については基板２１よりも大きく、Ｙ＝０を２度通過している。しかし、図１３のグラフから明らかなように、実際には、関数が極値を有するようなピークシフトのうねりはなく、近似関数の極大値が現れたことによるものである。この、ピークシフトにうねりが無いという点を最重要視し、基板２３の結晶の品質は基板２２よりも優れていると判断した。【００５３】
次に、転位密度の確認のために、上記３枚の基板（SiC単結晶基板）について、５２０℃の水酸化カリウム浴中で５分間エッチングし、ＫＯＨエッチングにより生成した基底面転位由来のエッチピットを図２３に示した５箇所でカウントして基底面転位密度を求めた。すなわち、エッチピットをカウントした場所は、基板の中心点Ｘ０と、互いに直交する直径上でそれぞれ中心点Ｘ０から３０ｍｍの距離にあるＸ１〜Ｘ４との合計５箇所であり、各測定点を中心にした２５０μｍ×２５０μｍの正方形領域で基底面転位由来のエッチピットをカウントした。結果を表４に示す。【００５４】
【表４】
0006437173.tif 000005
【００５５】
表４から明らかなように、基板２１の基底面転位密度が最も低く、次に少ないのは基板２３であり、最も密度が高いのは基板２２であった。図１１〜１３に示されたピークシフト測定の結果を仮に線形近似してその直線の傾き〔平均ピークシフト量（秒/mm）〕を比較した場合に、基板２３は３つの基板の中で傾きが最も大きく、また、第二の多項式の最大値−最小値も比較的大きな値であった。ところが、ピークシフトにうねりが無いという点が基板２２と基板２３の決定的な違いであり、その違いが基底面転位密度にもはっきりと表れている。【００５６】
そこで、これらの基板２１、２２、及び２３をそれぞれ種結晶として用いて、昇華再結晶法によりＳｉＣ単結晶インゴットを製造した。製造条件は共通とし、坩堝を形成する黒鉛製の坩堝蓋体の内面に種結晶とする基板をＣ面が結晶成長面となるように取り付け、ＳｉＣ原料粉末を同じく坩堝を形成する黒鉛製の坩堝本体に装填して、これらの坩堝蓋体及び坩堝本体を断熱材で被膜して、二重石英管の内部の黒鉛支持台座の上に設置した。結晶成長にあたっては、二重石英管の内部を真空排気した後、高純度Ａｒガスを流入させて、二重石英管内の圧力を所定の圧力に保ちながら、二重石英管の周りに設置されたワークコイルに高周波電流を流して、坩堝本体の下部を目標温度である２４００℃まで上昇させ、坩堝蓋体の上部を目標温度である２０００℃まで上昇させて、二重石英管７内の圧力を成長圧力である１．３３ｋＰａにして、８０時間の結晶成長を行った。なお、これらの基板２１〜２３は、先のＫＯＨエッチングにより、Ｃ面には微小な面荒れが発生し、Ｓｉ面にはピットが現れているが、昇華再結晶法による結晶成長ではこのような基板を種結晶として用いることは可能である。【００５７】
上記のようにして製造した３つのＳｉＣ単結晶インゴットから、基板２１、２２及び２３と同じ加工条件で口径１５０ｍｍ基板を作製し、基板２１を種結晶として用いたＳｉＣ単結晶インゴットから得られたものを基板３１とし、基板２２を種結晶として用いたＳｉＣ単結晶インゴットから得られたものを基板３２とし、基板２３を種結晶として用いたＳｉＣ単結晶インゴットから得られたものを基板３３とした。【００５８】
そして、これらの基板３１、３２、及び３３について、基板２１、２２、２３の場合と同様にピークシフト値を算出して、それぞれ５次の近似式からなる第１の多項式を得た。ピークシフト測定の結果を図１７（基板３１）、図１８（基板３２）、及び図１９（基板３３）に示す。また、これらの第１の多項式を微分して４次の多項式からなる第２の多項式を求めた。結果を図２０（基板３１）、図２１（基板３２）、及び図２２（基板３３）に示す。なお、基板３１に係る第１の多項式を近似した際の決定係数Ｒ２は０．９９であり、基板３２に係る第１の多項式を近似した際の決定係数Ｒ２は０．９７であり、基板３３に係る第１の多項式を近似した際の決定係数Ｒ２は０．９９であった。【００５９】
上記で得られた図２０（基板３１）、図２１（基板３２）、及び図２２（基板３３）の第２の多項式のグラフについて、これらのグラフがＹ＝０を通過（Y=0と交差）するかどうかを確認すると共に、傾き（Ｙ）の最大値と最小値との差を求めた。結果を表５に示す。【００６０】
【表５】
0006437173.tif 000006
【００６１】
表５に示したように、基板３１の第２の多項式はＹ＝０を１回通過しているが、図１７に示したピークシフト測定の結果を見ても明らかなように、実際には関数が極値を有するようなピークシフト値のうねりはなく、近似関数の極大値がこの位置に現れたことによるものである。基板３３についても同様である。そのため、第１の多項式と第２の多項式のグラフを総合的に判断し、基板３１と基板３３のＹ＝０の１回通過は品質評価に際して無視することができる。これに対して基板３２の第２の多項式はＹ＝０を２回通過しており、種結晶として用いた基板２２の品質をそのまま引き継いだと考えられる。また、第２の多項式の傾き（Ｙ）の最大値と最小値の差については、基板３１が最も低い値を示している。
したがって、この実施例２で初めに用意した基板２１〜２３の３枚の種結晶の中では基板２１を種結晶として用いることで、最も転位の少ない良質なＳｉＣ単結晶インゴットを製造することができ、基板２３を用いた場合には基板２１に次ぐ品質のＳｉＣ単結晶インゴットを製造することができたと言える。【００６２】
この点を確認するために、それぞれのＳｉＣ単結晶インゴットから切り出した基板３１〜３３の３枚の基板（SiC単結晶基板）について、実施例１と同様にしてＫＯＨエッチングにより基底面転位密度を求めた。結果は表６に示したとおりであり、基板３１の基底面転位密度は基板３２に比べて極めて少なく、基板３３は基板３１に次ぐ転位密度の低い基板であった。【００６３】
【表６】
0006437173.tif 000007
【００６４】
（比較例１）
上記実施例１で得られたピークシフト測定の結果について、５次の多項式で近似するのではなく、特許文献２等に記載される従来法のように、線形近似した。そして、得られた直線の傾き〔すなわち平均ピークシフト量（秒/mm）〕と、ピークシフト値（測定データ）の最大値と最小値の差を求めて、基板１１、１２、及び１３の評価を行った。結果を表７に示す。【００６５】
【表７】
0006437173.tif 000008
【００６６】
表７に示したとおり、従来のピークシフト評価方法によれば、基板１２が最も品質が高く、次いで基板１１、最後に基板１３という順序になる。ところが、先の実施例１における表２で示したＫＯＨエッチングによる基底面転位密度の評価結果とは一致していない。つまり、従来のピークシフト評価方法は、ＳｉＣ単結晶の基底面の形状を捉えることはできるものの、転位の量の評価はできないことが分かる。【００６７】
以上のように、本発明によれば、非破壊で、かつ簡便な方法により、ＳｉＣ単結晶の品質を評価することができる。また、本発明を利用すれば、昇華再結晶法で用いる種結晶をスクリーニングすることができ、しかも、転位が少ない良質なＳｉＣ単結晶インゴットを再現性良く製造することが可能になる。
【符号の説明】
【００６８】
１：ＳｉＣ単結晶体、1a：基底面、２：Ｘ線照射器、３：Ｘ線検出器。
【要約】
非破壊でかつ簡便な方法により、ＳｉＣ単結晶の品質を評価することができるＳｉＣ単結晶の品質評価方法、及びこれを利用して転位が少なく、品質の高いＳｉＣ単結晶インゴットを再現性良く製造することができるＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法を提供する。
Ｘ線ロッキングカーブ測定により得られたピークシフト値を測定点の位置との関係から多項式で近似し、この第１の多項式を微分して得られた第２の多項式のグラフをもとに、ＳｉＣ単結晶体の品質を評価するＳｉＣ単結晶体の品質評価方法であり、また、これによって評価したＳｉＣ単結晶体を種結晶として用いて昇華再結晶法によりＳｉＣ単結晶インゴットを製造するＳｉＣ単結晶インゴットの製造方法である。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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