九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 1 3 0 3 0 11 S

Ｂ Ｌ 番 号 ： 15（様式第 5 号）

X 線 ト ポ グ ラ フ ィ ー に よ る SiC ウ ェ ー ハ の 結 晶 欠 陥 評 価
X-ray Topographic Study on defects in SiC Wafers
山 下 任 1， 宮 坂 佳 彦 1， 佐 々 木 雅 之 1， 迫 秀 樹 1， 松 畑 洋 文 2， 山 口 博 隆 2

Tamotsu Yamashita, Yoshihiko Miyasaka, Masayuki Sasaki, Hideki Sako,
Hirofumi Matsuhata, Hirotaka Yamaguchi
1

技術研究組合2次 世 代 パ ワ ー エ レ ク ト ロ ニ ク ス 研 究 開 発 機 構 （ FUPET）産業技術総合研究所

先進パワーエレクトロニクス研究センター

English※１※２

先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ 、長 期 ト ラ イ ア ル ユ ー ス 、長 期 産 学 連 携 ユ ー ス ）課 題 は 、実 施 課 題
名 の 末 尾 に 期 を 表 す （ Ⅰ ）、（ Ⅱ ）、（ Ⅲ ） を 追 記 し て く だ さ い 。
利 用 情 報 の 開 示 が 必 要 な 課 題 は 、本 利 用 報 告 書 と は 別 に 利 用 年 度 終 了 後 二 年 以 内 に 研 究 成 果 公
開 ｛ 論 文 （ 査 読 付 ） の 発 表 又 は 研 究 セ ン タ ー の 研 究 成 果 公 報 で 公 表 ｝ が 必 要 で す 。 (ト ラ イ アルユース、及び産学連携ユースを除く)

１．概要（注：結論を含めて下さい）
4H-SiC エ ピ タ キ シ ャ ル ウ ェ ー ハ 上 の 巨 視 的 欠 陥 で あ る 台 形 欠 陥 に つ い て 、 Ⅹ 線 ト ポ グ
ラ フ ィ ー を 光 学 顕 微 鏡 観 察 と と も に 系 統 的 に 評 価 し 、発 生 原 因 に つ い て 調 べ た 。そ の 結
果 、台 形 欠 陥 起 点 に は 貫 通 転 位 や 基 底 面 転 位 が 存 在 す る こ と が わ か っ た 。こ れ ら の 転 位が 原 因 と な っ て 形 成 さ れ た 凹 凸 が エ ピ 成 長 時 に 下 流 側 に 面 状 に 広 が り 、エ ピ 膜 表 面 に 形状欠陥を引き起こしたと考えられる。
Trapezoidal-shaped defects in 4H-SiC epitaxial wafers have been studied by using X-ray
topography and optical microscopy.
trapezoidal-shaped defect.

We found a dislocation at the original point of theMorphological anomalies originating by the dislocations at thesubstrate surface are likely to be an origin of the macroscopic defects.
２．背景と目的
4H-SiC エピタキシャルウェーハ表面には様々な形態の欠陥が存在し、それらがデバイス特性の信頼性低下を引き起こす。そのため、各種欠陥の形態と形成原因、デバイス特性との対応付けを行うことが重要である。これまで我々は微分干渉顕微鏡、電子顕微鏡、フォトルミネッセンス等とともにⅩ線トポグラフィーを用いてウェーハ表面形態や内部の欠陥について評価してきた。昨年度は鈍角三角欠陥について詳細な解析を行った。今年度我々は、最近の 4H-SiC エピタキシャルウェーハ表面で顕著に観察される「台形欠陥」に着目した。台形欠陥は、上底と下底が[11-20]方向に垂直で、ステップフロー下流側（[11-20]側）の下底が上底より長いという特徴を有しているものである。この台形欠陥について内部構造の解析および起点構造解析を行った。
３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
解析には、[11-20]方向に 4°のオフ角を有する市販の 4H-SiC（Si 面）エピタキシャルウェーハを用いた。ウェーハ表面観察には共焦点微分干渉顕微鏡を用い、台形の上底と下底が[11-20]方向に垂直で、ステップフロー下流側（[11-20]側）の下底が上底より長い台形欠陥を解析の対象として選択した。Ⅹ線トポグラフィーは、ビームライン BL15 において、波長 0.15nm のⅩ線を用いて、反射配置で斜入射の回折条件（g=-1-128 および 11-28）で行われた。
４．実験結果と考察
台形欠陥の共焦点微分干渉顕微鏡観察例と概略図を図１に示した。また図２、図３には台形欠陥の上底中央近傍のⅩ線トポグラフを示した。図２，３中の点線は台形欠陥の輪郭に対応する。輪郭部分に結晶欠陥が対応している様子、および台形欠陥内部に別の鋭角三角欠陥等が形成されている様子は認められなかった。また図２では台形欠陥の上底中央に貫通螺旋転位が、図３では基底面転位が向きを変えた貫通刃状転位が各々確認された。これらの転位が原因となって基板表面に凹凸が形成され、それがエピ成長時に下流側に面状に広がり、エピ膜表面に形状欠陥を引き起こしたと考えられる。

(a)

3(b)

3(c)

3’(d)

3’

1121’

1’2’2’

24300um

44’4’300um

図1
台形欠陥の共焦点微分干渉顕微鏡像の例と概略図

図 2
TED 起点の台形欠陥のⅩ線トポグラフ像。破線は台形欠陥の輪郭を示す

図3
TED に変換された BPD 起点の台形欠陥のⅩ線トポグラフ像。破線は台形欠陥の輪郭を示す

５．今後の課題
昨年度の鈍角三角欠陥、今年度の台形欠陥の他にも形状の異なる巨視的欠陥がウェーハ表面観察で見出されており同様に他手法とⅩ線トポグラフィーを組み合わせた解析を進めている。今後はそれらの構造と発生原因を解明し、デバイス性能に与える影響を明確にする必要がある。
６．参考文献１）：山下任、宮坂佳彦、佐々木雅之、迫秀樹、松畑洋文、山口博隆、
九州シンクロトロン光研究センター県有ビームライン利用報告書（課題番号 1204021A）

７．論文発表・特許（注：本課題に関連するこれまでの代表的な成果）
Origin Analyses of Trapezoid-Shape Defects in 4deg. off 4H-SiC Epitaxial Wafers by Synchrotron
X-ray Topography；Material Science Forum, to be published.
８．キーワード（注：試料及び実験方法を特定する用語を２～３）
4H-SiC、Ｘ線トポグラフィー、台形欠陥

９．研究成果公開について（注：※２に記載した研究成果の公開について①と②のうち該当しない方を消してください。また、論文（査読付）発表と研究センターへの報告、または研究成果公報への原稿提出時期を記入してください（2013 年度実施課題は 2015 年度末が期限となります。）
長期タイプ課題は、ご利用の最終期の利用報告書にご記入ください。
① 論文（査読付）発表の報告：印刷中
論文（査読付）発表の報告：印刷中