JP2008028178A

JP2008028178A - Evaluation method of single crystal substrate

Info

Publication number: JP2008028178A
Application number: JP2006199553A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Saito; 広明斎藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-02-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evaluation method of substrates capable of detecting dislocation on the surface and the inside of the substrate. <P>SOLUTION: The evaluation method of a substrate 10 includes the steps of: applying alkali etching to the surface of a growth layer (epitaxial layer) 12 formed on the single crystal substrate 10 to form first etch pits 14 to the surface of the growth layer, removing part or all of the growth layer by anisotropic dry etching to transfer the first etch pits 14 to an exposed observing face, and applying the alkali etching to the observing face to form second etch pits 16. The method detects dislocation existing in the surface and the inside of the substrate 10 on the basis of the first etch pits 14 and the second etch pits 16 formed to the observing face. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板の評価方法に関する。 The present invention relates to a substrate evaluation method.

これまでの炭化珪素単結晶基板の評価方法には、溶融水酸化カリウムを用いたアルカリエッチングによって評価する方法がある。
この方法では、基板に転位が存在すると、その転位部分では結晶性が悪いために選択的にエッチングされてエッチピットが形成することを利用し、形成されたエッチピットの形状を観察したり、エッチピットの数を数え上げたりすることで、基板に含まれる転位を評価することができる（例えば、非特許文献１参照。）。
R.yakimova et al, 「Perferential etching of SiC crystals」, Diamond and Related Materials 6(1997)1456-1458 As a conventional evaluation method for a silicon carbide single crystal substrate, there is a method for evaluating by alkali etching using molten potassium hydroxide.
In this method, if dislocations exist in the substrate, the dislocation portion has poor crystallinity and is selectively etched to form etch pits, so that the shape of the formed etch pits can be observed or etched. By counting up the number of pits, dislocations contained in the substrate can be evaluated (for example, see Non-Patent Document 1).
R. yakimova et al, `` Perferential etching of SiC crystals '', Diamond and Related Materials 6 (1997) 1456-1458

しかしながら、上記の方法では、結晶最表面に現れている転位はエッチピットとして出現するが、結晶内部の転位については、正確に確認することができない。そのため、転位の数などが目標値以下であるとして品質をクリアした基板であっても、基板内部に存在する転位によって、実際には目標とする品質でない基板の可能性がある。 However, in the above method, dislocations appearing on the outermost surface of the crystal appear as etch pits, but dislocations inside the crystal cannot be accurately confirmed. For this reason, even if the substrate has cleared the quality because the number of dislocations is less than the target value, there is a possibility that the substrate does not actually have the target quality due to the dislocation existing inside the substrate.

また、上記の方法では、基板内における転位の伝播の様子については評価することができない。
例えば、結晶成長においては、圧力変動や温度分布などの結晶成長条件や、結晶の表面処理状態などによって、転位が増加したり、逆に減少したり、或いは、転位の種類が転換したりする。その原因を推定するには、結晶成長方向において、転位がどのように変異しているのか、連続的に追跡する必要がある。 In addition, the above method cannot evaluate the state of dislocation propagation in the substrate.
For example, in crystal growth, dislocations increase or decrease, or the type of dislocation changes depending on crystal growth conditions such as pressure fluctuation and temperature distribution, and the surface treatment state of the crystal. In order to estimate the cause, it is necessary to continuously track how dislocations are mutated in the crystal growth direction.

本発明の課題は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、基板の表面及び内部の転位を検出できる基板の評価方法を提供することである。
また、転位の伝播の様子を確認できる基板の評価方法を提供することである。 An object of the present invention is to solve such a conventional problem, and to provide a substrate evaluation method capable of detecting dislocations inside and inside the substrate.
Another object of the present invention is to provide a substrate evaluation method that can confirm the state of dislocation propagation.

アルカリエッチングは、一般に表面の化学ポテンシャルが他の部位に比べて高いところで選択的にエッチングされる。このため、転位の存在する周辺部分などひずみが存在する部分が、選択的にエッチングされる。これにより、転位が存在する基板にアルカリエッチングを施すことによって、転位部分にエッチピットと呼ばれる凹部が形成される。このエッチピットの数を確認すれば、転位の存在を把握することができる。 Alkaline etching is generally selectively etched where the chemical potential of the surface is higher than other sites. For this reason, a portion where strain exists, such as a peripheral portion where dislocation exists, is selectively etched. Thus, a recess called an etch pit is formed in the dislocation portion by performing alkali etching on the substrate on which the dislocation exists. By confirming the number of etch pits, the existence of dislocations can be grasped.

しかし、アルカリエッチングは、結晶最表面に露出している転位が起点となり進行するので、結晶最表面に存在する転位については確認することができるが、結晶内部に存在する転位については、確認することができない。
例えば、結晶内部に存在する転位についても、アルカリエッチングによってエッチピットを形成して確認しようとすると、連続で長時間エッチングを行うことになり、その結果、エッチング初期に表れたエッチピットのサイズが巨大化し、エッチング面がエッチング初期に発生したエッチピットによって大きく荒れてしまう。したがって、この方法によって結晶内部の転位を観察することは殆ど不可能である。 However, since alkali etching proceeds from the dislocations exposed on the outermost surface of the crystal, the dislocations existing on the outermost surface of the crystal can be confirmed, but the dislocations existing inside the crystal must be confirmed. I can't.
For example, dislocations existing in the crystal will be etched continuously by forming an etch pit by alkaline etching, and as a result, etching will be performed continuously for a long time. As a result, the size of the etch pit that appeared in the initial stage of etching is huge. As a result, the etched surface is greatly roughened by etch pits generated in the early stage of etching. Therefore, it is almost impossible to observe dislocations inside the crystal by this method.

また、アルカリエッチングによって、エッチング初期のエッチピットを観察した後、次に観察したい結晶内部が最表面に表出するまで機械研磨し、その面を再度アルカリエッチングすることによって、結晶内部の転位を確認する方法では、研磨厚さを精密に制御する非常に緻密な機械研磨技術が要求される。また、機械研磨後の最表面は、表面ひずみの少ない鏡面の状態に磨き上げないと、研磨歪みを起点としたエッチピットを新たに発生させる原因となる。更に、結晶成長過程における転位伝播を比較するためには、完全に同じ観察位置を正確に同定する必要がある。
これらの状況を勘案すると、機械研磨を用いるこの方法では、個々の作業工程が複雑であり、且つ繰り返し工程を必要とするため、作業性が低下する。 Also, after observing the etch pits at the initial stage of etching by alkali etching, mechanical polishing is performed until the inside of the crystal to be observed next appears on the outermost surface, and then the surface is alkali etched again to confirm dislocations inside the crystal. This method requires a very fine mechanical polishing technique that precisely controls the polishing thickness. Further, if the outermost surface after mechanical polishing is not polished to a mirror surface state with little surface distortion, it causes a new generation of etch pits starting from the polishing distortion. Furthermore, in order to compare dislocation propagation in the crystal growth process, it is necessary to accurately identify the exact same observation position.
Considering these situations, in this method using mechanical polishing, each work process is complicated and requires a repetitive process, so that workability is lowered.

更には、結晶内部の転位を評価するその他の方法としては、放射光によるＸ線トポグラフィなどを用いる方法も考えられるが、専用の大型測定装置を必要とし、定常的な評価手法には向かない。 Furthermore, as another method for evaluating dislocations inside the crystal, a method using X-ray topography by synchrotron radiation may be considered, but it requires a dedicated large measuring device and is not suitable for a steady evaluation method.

そこで、請求項１に記載の単結晶基板を評価方法では、単結晶基板上に形成された成長層の表面をアルカリエッチングし、前記成長層の表面に第１のエッチピットを形成する工程と、異方性ドライエッチングにより前記成長層の一部又は全部を除去し、表出した観察面に第１のエッチピットを転写する工程と、前記観察面をアルカリエッチングし、第２のエッチピットを形成する工程と、を備え、前記観察面に形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットとにより、基板の表面及び内部に存在する転位を検出する。 Therefore, in the method for evaluating a single crystal substrate according to claim 1, the step of alkali etching the surface of the growth layer formed on the single crystal substrate and forming a first etch pit on the surface of the growth layer; Removing a part or all of the growth layer by anisotropic dry etching, transferring a first etch pit to the exposed observation surface, and alkali-etching the observation surface to form a second etch pit And detecting dislocations existing on the surface and inside of the substrate by the first etch pit and the second etch pit formed on the observation surface.

請求項１に記載の単結晶基板の評価方法では、まず、成長層の最表面に存在する転位を検出するために、アルカリエッチングを行って第１のエッチピットを形成する。次に、異方性ドライエッチングを施し成長層の一部又は全部を除去し、観察面を表出させる。このとき、ドライエッチングとして異方性ドライエッチングを採用するので、第１のエッチピットの位置及び形状が、略そのまま観察面に転写された形で形成される。その後、異方性ドライエッチングにより表出した観察面の表面をアルカリエッチングして第２のエッチピットを形成すると、観察面には、第１のエッチピットと第２のエッチピットが存在することとなる。
観察面に形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットを電子顕微鏡などで観察することで、成長層表面と基板内部（成長層内部を含む。以下同様。）とに存在する転位を検出することができる。 In the method for evaluating a single crystal substrate according to the first aspect, first, in order to detect dislocations existing on the outermost surface of the growth layer, first etching pits are formed by performing alkali etching. Next, anisotropic dry etching is performed to remove a part or all of the growth layer to expose the observation surface. At this time, since anisotropic dry etching is employed as dry etching, the position and shape of the first etch pit are formed in a form that is transferred to the observation surface as it is. Thereafter, when the second etch pit is formed by alkali etching the surface of the observation surface exposed by anisotropic dry etching, the first etch pit and the second etch pit are present on the observation surface. Become.
By observing the first etch pit and the second etch pit formed on the observation surface with an electron microscope or the like, dislocations existing on the surface of the growth layer and the inside of the substrate (including the inside of the growth layer; the same applies hereinafter) Can be detected.

なお、異方性ドライエッチングは、エッチング速度を予め測定しておくなどの方法によって、エッチング深さを制御することが容易であるので、観察面を正確に表出させることができる。 In anisotropic dry etching, since it is easy to control the etching depth by a method of measuring the etching rate in advance, the observation surface can be accurately expressed.

したがって、請求項１に記載の発明によれば、基板表面及び基板内部に存在する転位を正確に確認することができる。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, dislocations existing on the substrate surface and inside the substrate can be accurately confirmed.

請求項２に記載の発明は、前記観察面に形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットの数を検出することにより、基板の表面及び内部に存在する転位の数を検出することを特徴とする請求項１に記載の基板の評価方法である。 The invention according to claim 2 detects the number of dislocations existing on the surface and inside of the substrate by detecting the number of first etch pits and second etch pits formed on the observation surface. The substrate evaluation method according to claim 1, wherein:

請求項１に記載の各工程を経て、形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットの数を検出することによって、基板表面のみならず、基板内部に存在する転位の数を検出することができる。 By detecting the number of first etch pits and second etch pits formed through the respective steps according to claim 1, the number of dislocations existing in the substrate as well as the substrate surface is detected. be able to.

請求項３に記載の発明は、前記観察面に形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットとの位置関係を検出することにより、転位の伝播の状態を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板の評価方法である。 The invention according to claim 3 is characterized in that the state of dislocation propagation is detected by detecting the positional relationship between the first etch pit and the second etch pit formed on the observation surface. A method for evaluating a substrate according to claim 1 or 2.

本発明では、成長層（エピ層）表面に転位が存在すれば、第１のエッチピットが形成され、この第１のエッチピットは異方性ドライエッチングによって、観察面に略同一の形状及び位置に転写（形成）される。更に、異方性ドライエッチングにより表出した観察面に対して２回目のアルカリエッチングを行うと、観察面において転位が存在すれば観察面に第２のエッチピットが形成される。 In the present invention, if dislocations exist on the surface of the growth layer (epi layer), a first etch pit is formed. This first etch pit is formed by anisotropic dry etching to have substantially the same shape and position on the observation surface. Is transferred (formed). Further, when the second alkali etching is performed on the observation surface exposed by anisotropic dry etching, if there is a dislocation on the observation surface, a second etch pit is formed on the observation surface.

ここで、第１のエッチピットが形成され、且つ第２のエッチピットも形成されている場合には、観察面に存在する転位が成長層表面にまで伝播していることがわかる。一方で、第１のエッチピットが形成されているが、第２のエッチピットが形成されていない場合には、観察面と最表層の間のいずれかの部分から新たに転位が発生していることがわかる。逆に、第１のエッチピットは形成されていないが、第２のエッチピットが形成されている場合には、観察面に存在した転位が、成長層表面まで伝播せず消滅していることがわかる。
また、第１のエッチピットと第２のエッチピットの位置関係が、結晶面のオフ角度から予想されるものと大きくずれている場合には、転位の種類が伝播の途中で変異しているか、転位の成長方向が変化している、ということがわかる。 Here, it can be seen that when the first etch pit is formed and the second etch pit is also formed, dislocations existing on the observation surface propagate to the growth layer surface. On the other hand, when the first etch pit is formed but the second etch pit is not formed, dislocations are newly generated from any part between the observation surface and the outermost layer. I understand that. On the contrary, the first etch pit is not formed, but when the second etch pit is formed, dislocations existing on the observation surface may disappear without propagating to the growth layer surface. Recognize.
Also, if the positional relationship between the first etch pit and the second etch pit is significantly different from that expected from the off-angle of the crystal plane, the type of dislocation is mutated during propagation, It can be seen that the direction of dislocation growth is changing.

このように、請求項３に記載の発明によれば、転位の伝播の状態を正確に検出することができる。 Thus, according to the third aspect of the present invention, it is possible to accurately detect the state of dislocation propagation.

請求項４に記載の発明は、同条件のアルカリエッチングを施すことによって形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットの位置関係を検出することにより、単結晶基板から成長層の表面まで伝播した貫通転位を判別し、判別された１つの貫通転位に起因する第１のエッチピットの底頂部と第２のエッチピットの底頂部の位置を検出し、検出した第１のエッチピットの底頂部と第２のエッチピットの底頂部の間の水平方向の距離と、異方性ドライエッチングによって除去した深さとから、貫通転位の角度を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板の評価方法である。 The invention according to claim 4 detects from the single crystal substrate to the surface of the growth layer by detecting the positional relationship between the first etch pit and the second etch pit formed by performing alkali etching under the same conditions. The propagating threading dislocation is discriminated, and the positions of the bottom top of the first etch pit and the bottom top of the second etch pit caused by the discriminated one threading dislocation are detected, and the bottom of the detected first etch pit is detected. 4. The threading dislocation angle is obtained from the horizontal distance between the top and the bottom top of the second etch pit and the depth removed by anisotropic dry etching. The method for evaluating a substrate according to any one of the preceding items.

基板に発生する転位の角度は、基板のオフ角度と等しいことが多いが、圧力変動や温度分布などの結晶成長条件や、結晶の表面処理状態などによって、必ずしも同じであると断定することはできない。したがって、正確な転位の角度を評価することが望まれる。
本発明の基板の評価方法では、第１のエッチピットと第２のエッチピットを形成する際のアルカリエッチングを同条件とすれば、転位に沿ってエッチピットが形成されるため正確な転位の角度を確認することができる。 The angle of dislocation generated in the substrate is often equal to the off-angle of the substrate, but it cannot be determined that it is necessarily the same depending on the crystal growth conditions such as pressure fluctuation and temperature distribution, the surface treatment state of the crystal, etc. . Therefore, it is desirable to evaluate an accurate dislocation angle.
In the substrate evaluation method according to the present invention, if the alkali etching at the time of forming the first etch pit and the second etch pit is made the same condition, the etch pit is formed along the dislocation. Can be confirmed.

請求項５に記載の発明は、前記単結晶基板が、炭化珪素単結晶基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板の評価方法である。 The invention according to claim 5 is the substrate evaluation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the single crystal substrate is a silicon carbide single crystal substrate.

本発明の基板の評価方法は、炭化珪素単結晶基板にも適用することができ、炭化珪素単結晶基板の転位の伝播の様子や、転位の数、或いは転位角度を正確に把握することができる。 The substrate evaluation method of the present invention can also be applied to a silicon carbide single crystal substrate, and can accurately grasp the dislocation propagation state, the number of dislocations, or the dislocation angle of the silicon carbide single crystal substrate. .

本発明によれば、基板の表面及び内部の転位を検出でき、また転位の伝播の様子を確認することのできる基板の評価方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the evaluation method of the board | substrate which can detect the surface and the internal dislocation of a board | substrate, and can confirm the mode of propagation of a dislocation can be provided.

本発明の基板の評価方法は、単結晶基板上に形成された成長層（以下「エピ層」と称する場合がある。）の表面をアルカリエッチングし、前記成長層の表面に第１のエッチピットを形成する工程と、異方性ドライエッチングにより前記成長層の一部又は全部を除去し、表出した観察面に第１のエッチピットを転写する工程と、前記観察面をアルカリエッチングし、第２のエッチピットを形成する工程と、を備え、基板の表面及び内部に存在する転位を検出する。
以下、図１を参照しながら、本発明の基板２０の評価方法を説明する。 According to the substrate evaluation method of the present invention, the surface of a growth layer (hereinafter sometimes referred to as an “epi layer”) formed on a single crystal substrate is alkali-etched, and a first etch pit is formed on the surface of the growth layer. A step of removing a part or all of the growth layer by anisotropic dry etching, transferring a first etch pit to the exposed observation surface, alkali-etching the observation surface, A step of forming two etch pits, and detecting dislocations existing in and on the surface of the substrate.
Hereinafter, the evaluation method of the substrate 20 of the present invention will be described with reference to FIG.

図１（Ａ）に示すように転位の種類は、タイプ（ａ）〜（ｅ）の５種類に大きく分けることができる。
タイプ（ａ）の転位は、単結晶基板１０に存在していた転位が成長層（エピ層）１２でもそのまま角度を変えずに伝播しているものである。タイプ（ｂ）の転位は、単結晶基板１０には転位が存在していなかったのに、エピ層１２では転位が発生しているものである。タイプ（ｃ）の転位は、単結晶基板１０に存在していた転位がエピ層１２では消滅しているものである。タイプ（ｄ）の転位は、単結晶基板１０に存在していた転位がエピ層１２では種類を変化させて伝播しているものである。タイプ（ｅ）の転位は、単結晶基板１０に存在していた転位がエピ層１２では進展方向を変化させて伝播しているものである。 As shown in FIG. 1A, the types of dislocations can be roughly divided into five types (a) to (e).
The type (a) dislocations are those in which the dislocations existing in the single crystal substrate 10 are propagated without changing the angle even in the growth layer (epi layer) 12. The type (b) dislocations are those in which no dislocations exist in the single crystal substrate 10 but dislocations occur in the epi layer 12. The type (c) dislocations are those in which dislocations existing in the single crystal substrate 10 have disappeared in the epi layer 12. The type (d) dislocations are those in which dislocations existing in the single crystal substrate 10 are propagated in the epi layer 12 while changing the type. The dislocations of type (e) are those in which dislocations existing in the single crystal substrate 10 are propagated in the epi layer 12 while changing the propagation direction.

図１（Ｂ）に示すように、エピ層１２表面にアルカリエッチングを施し、形成されたエッチピットの形状を観察すれば、エピ層１２表面に存在する転位を評価することができるので、タイプ（ｃ）以外の転位については、転位の数を数えることはできる。しかし、結晶内部に存在するタイプ（ｃ）の転位については、存在を確認することができない。また、タイプ（ｂ）〜（ｅ）の転位については、単結晶基板に存在していた転位とは性質を変えているのにもかかわらず、転位の伝播の様子を確認することができない。 As shown in FIG. 1B, dislocations existing on the surface of the epi layer 12 can be evaluated by performing alkali etching on the surface of the epi layer 12 and observing the shape of the formed etch pits. For dislocations other than c), the number of dislocations can be counted. However, the existence of the type (c) dislocation existing in the crystal cannot be confirmed. Further, regarding the dislocations of types (b) to (e), the dislocation propagation state cannot be confirmed although the properties are different from those of the dislocations existing in the single crystal substrate.

そこで本発明では、図１（Ｂ）に示すように単結晶基板１０上に形成された成長層１２の表面をアルカリエッチングし、前記成長層の表面に第１のエッチピット１４を形成した後に、図１（Ｃ）に示すように異方性ドライエッチングを施し、成長層の一部又は全部を除去して、表出した観察面に第１のエッチピット１４を転写する。なお、図１（Ｃ）では、異方性ドライエッチングによって成長層（エピ層）１２の全部を除去して、単結晶基板１０を表出させている。その後、図１（Ｄ）に示すように、異方性ドライエッチングによって表出された観察面（図１では単結晶基板）を再度アルカリエッチングし、第２のエッチピット１６を形成する。 Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1B, the surface of the growth layer 12 formed on the single crystal substrate 10 is alkali-etched, and the first etch pits 14 are formed on the surface of the growth layer. As shown in FIG. 1C, anisotropic dry etching is performed to remove part or all of the growth layer, and the first etch pits 14 are transferred to the exposed observation surface. In FIG. 1C, all of the growth layer (epi layer) 12 is removed by anisotropic dry etching to expose the single crystal substrate 10. Thereafter, as shown in FIG. 1D, the observation surface (single crystal substrate in FIG. 1) exposed by anisotropic dry etching is again alkali etched to form second etch pits 16.

得られた第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６を確認することで、成長層１２の表面のみならず、基板２０の内部に存在する転位を検出することができる。詳しくは、第１のエッチピットと第２のエッチピットの数を検出することにより、基板２０の表面及び内部に存在する転位の数を検出することができ、第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６の位置関係を検出することにより、転位の伝播の状態を検出することができる。更に、検出した第１のエッチピット１４の底頂部Ａ_１と第２のエッチピット１６の底頂部Ａ_２の間の水平方向の距離Ａと、異方性ドライエッチングによって除去した深さＢとから、貫通転位の角度を求めることができる。
以下では、本発明の基板の評価方法の各工程について、詳細に説明する。 By confirming the obtained first etch pit 14 and second etch pit 16, dislocations existing not only on the surface of the growth layer 12 but also in the substrate 20 can be detected. Specifically, by detecting the number of first etch pits and second etch pits, the number of dislocations existing on the surface and inside of the substrate 20 can be detected. The state of dislocation propagation can be detected by detecting the positional relationship of the etch pits 16. Furthermore, from a Sokoitadaki portion A ₁ of the first etch pit 14 having detected the horizontal distance A between the Sokoitadaki portion A ₂ of the second etch pits 16, the depth B is removed by anisotropic dry etching The angle of threading dislocation can be obtained.
Below, each process of the evaluation method of the board | substrate of this invention is demonstrated in detail.

−エッチピット形成工程−
図１（Ｂ）に示すように、転位を含む第１の単結晶基板１０の表面に、アルカリエッチングを施し、エッチピット１４を形成する。転位部は結晶性が悪いために選択的にエッチングされるので、エッチピット１４が形成される。
なお、本発明ではオフ角度を有している単結晶基板に適用することができる。 -Etch pit formation process-
As shown in FIG. 1B, alkali etching is performed on the surface of the first single crystal substrate 10 including dislocations to form etch pits 14. Since the dislocation portion is selectively etched because of poor crystallinity, an etch pit 14 is formed.
Note that the present invention can be applied to a single crystal substrate having an off angle.

形成するエッチピット径は、エッチピットが形成されたことが確認できれば特に限定されないが、０．５μｍ〜５μｍであることが、異なるエッチピットが複数重なり合いにくく、個々の転位の数や種類を正確に判別し易いとの観点から好ましく、０．５μｍ〜２．０μｍであることがより好ましい。
アルカリエッチングの条件としては、例えば、炭化珪素単結晶を溶融した水酸化カリウムでエッチングする場合には、４２０℃〜４９０℃程度で行うことが好ましい。珪素単結晶を水酸化カリウム水溶液でエッチングする場合には、６０℃〜１１０℃程度で行うことが好ましい。 The diameter of the etch pit to be formed is not particularly limited as long as it can be confirmed that the etch pit has been formed. However, it is difficult to overlap a plurality of different etch pits, and the number and type of individual dislocations can be accurately determined. It is preferable from a viewpoint that it is easy to discriminate | determine, and it is more preferable that it is 0.5 micrometer-2.0 micrometers.
As the conditions for alkaline etching, for example, when etching with potassium hydroxide in which a silicon carbide single crystal is melted, it is preferably performed at about 420 ° C. to 490 ° C. When etching a silicon single crystal with an aqueous potassium hydroxide solution, it is preferably performed at about 60 ° C to 110 ° C.

エッチングの時間は、所望のエッチピット径に合わせて、また単結晶の種類やエッチング温度などの条件に応じて、適宜調節することが好ましい。
また、アルカリに浸漬した後は、超純水で充分に洗浄し、乾燥する。 It is preferable to appropriately adjust the etching time according to the desired etch pit diameter and according to conditions such as the type of single crystal and the etching temperature.
Moreover, after being immersed in an alkali, it is sufficiently washed with ultrapure water and dried.

−異方性ドライエッチング−
図１（Ｃ）に示すように異方性ドライエッチングを施し、成長層１２の一部又は全部を除去して、表出した観察面に第１のエッチピット１４を転写する。異方性ドライエッチングでは、基板の水平面では垂直方向へのエッチングが進行するのに対し、垂直面ではエッチングが抑制され、結果として垂直方向のトレンチが実現できる。このとき、表面にエッチピット１４のような窪みが存在すると、この面から一様に削り取られるため、異方性ドライエッチング後の面には、エッチピット１４が転写される。
なお、図１（Ｃ）では成長層１２の全部を除去して、単結晶基板１０表面を表出させているが、成長層１２の一部のみを除去して、成長層中の転位の伝播の様子を観察することもできる。 -Anisotropic dry etching-
As shown in FIG. 1C, anisotropic dry etching is performed to remove a part or all of the growth layer 12, and the first etch pits 14 are transferred to the exposed observation surface. In anisotropic dry etching, etching proceeds in the vertical direction on the horizontal surface of the substrate, whereas etching is suppressed on the vertical surface, and as a result, a vertical trench can be realized. At this time, if there is a depression such as the etch pit 14 on the surface, the surface is scraped uniformly from the surface, so that the etch pit 14 is transferred to the surface after anisotropic dry etching.
In FIG. 1C, the entire growth layer 12 is removed to expose the surface of the single crystal substrate 10, but only a part of the growth layer 12 is removed to propagate dislocations in the growth layer. You can also observe the situation.

異方性ドライエッチングとしては、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）放電、ＨＷＰ（ヘリコン波プラズマ）放電、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＩＣＰ（高密度誘導型プラズマ）など、方法については制限無く適用することができるが、異方性ドライエッチング後の観察面の表面が粗いと、次工程で２回目のアルカリエッチングを行う際に、凹凸を起点にエッチピットを発生させ得るので、ドライエッチングの条件を適宜調節し、エッチング面を平滑にすることが望ましい。 As anisotropic dry etching, methods such as ECR (electron cyclotron resonance) discharge, HWP (helicon wave plasma) discharge, RIE (reactive ion etching), and ICP (high density induction plasma) should be applied without limitation. However, if the surface of the observation surface after anisotropic dry etching is rough, etch pits can be generated starting from irregularities when performing the second alkali etching in the next step. It is desirable to adjust and smooth the etched surface.

具体的には、ドライエッチング条件は、エッチピット径が拡大し難く、エッチング後の表面荒れが少なくなるような条件となるように調節することが望ましい。
例えば、炭化珪素の基板を異方性ドライエッチングする場合には、ＳＦ_６ガス、を用いることが、エッチピット径が拡大し難く、エッチング後の表面荒れが少なくなるとの観点から好ましく、更に、圧力、バイアス電圧などの条件を調節することが好ましい。 Specifically, it is desirable to adjust the dry etching conditions so that the etch pit diameter is difficult to increase and the surface roughness after etching is reduced.
For example, in the case of anisotropic dry etching of a silicon carbide substrate, it is preferable to use SF ₆ gas from the viewpoint that the etch pit diameter is difficult to increase and the surface roughness after etching is reduced. It is preferable to adjust conditions such as a bias voltage.

−２回目のアルカリエッチング−
図１（Ｄ）に示すように、異方性ドライエッチングによって表出された観察面（図１（Ｃ）では単結晶基板）を再度アルカリエッチングし、第２のエッチピット１６を形成する。
第２のエッチピット１６を形成する際のアルカリエッチング条件は、第１のアルカリエッチングの条件と異なる条件であってもよいが、下記に説明するように転位の角度を測定する場合には、第１のアルカリエッチング条件（温度、時間、アルカリ濃度）と同条件にする必要がある。 -Second alkali etching-
As shown in FIG. 1D, the observation surface (single crystal substrate in FIG. 1C) exposed by anisotropic dry etching is again alkali etched to form second etch pits 16.
The alkali etching conditions for forming the second etch pits 16 may be different from the conditions for the first alkali etching, but when measuring the dislocation angle as described below, It is necessary to make the same conditions as the alkali etching conditions (temperature, time, alkali concentration).

−検出−
図１（Ｄ）に示すように、観察面には、第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６が形成されている。したがって、エッチピットの総数を数え上げることによって、成長層表面に存在する転位の数だけでなく、基板内部に存在する転位の数も確認することができる。その結果、転位の数などが目標値以下であるとして品質をクリアした基板については、高い信頼性をもって取り扱うことができる。 -Detection-
As shown in FIG. 1D, a first etch pit 14 and a second etch pit 16 are formed on the observation surface. Therefore, by counting the total number of etch pits, not only the number of dislocations existing on the growth layer surface but also the number of dislocations existing inside the substrate can be confirmed. As a result, a substrate that has cleared the quality because the number of dislocations is below the target value can be handled with high reliability.

また、観察面に形成された第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６の位置関係を検出することにより、転位の伝播の状態を検出することができる。
例えば、観察面に第１のエッチピット１４が形成され、且つ第２のエッチピット１６も形成されている場合には、観察面に存在する転位が成長層１２表面にまで伝播していることがわかり、タイプ（ａ）の転位であることが確認できる。一方で、第１のエッチピット１４が形成されているが、第２のエッチピット１６が形成されていない場合には、成長層１２の途中で新たに転位が発生していることがわかり、タイプ（ｂ）の転位であることが確認できる。逆に、第１のエッチピット１４は形成されていないが、第２のエッチピット１６が形成されている場合には、観察面に存在した転位が、成長層１２表面まで伝播せず消滅していることがわかり、タイプ（ｃ）の転位であることが確認できる。
また、第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６の位置関係が、結晶面のオフ角度から予想されるものと大きくずれている場合には、転位の種類が伝播の途中で変異しているタイプ（ｄ）の転位であるか、転位の成長方向が変化しているタイプ（ｅ）の転位であることがわかる。このとき第２のエッチピット１６の形成位置が、予想されるエッチピット形状と同じであるが距離が異なる場合にはタイプ（ｅ）であり、予想されるエッチピット形状と異なるのであればタイプ（ｄ）である。
このように、観察面に形成された第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６の位置関係と形状を検出することにより、転位の伝播の状態を検出できる。 Further, by detecting the positional relationship between the first etch pit 14 and the second etch pit 16 formed on the observation surface, it is possible to detect the state of dislocation propagation.
For example, when the first etch pit 14 is formed on the observation surface and the second etch pit 16 is also formed, dislocations existing on the observation surface may propagate to the surface of the growth layer 12. Clearly, it can be confirmed that it is a dislocation of type (a). On the other hand, when the first etch pit 14 is formed but the second etch pit 16 is not formed, it can be seen that dislocations are newly generated in the middle of the growth layer 12, and the type It can be confirmed that this is the dislocation (b). Conversely, when the first etch pit 14 is not formed, but the second etch pit 16 is formed, dislocations existing on the observation surface disappear without propagating to the surface of the growth layer 12. It can be seen that this is a dislocation of type (c).
In addition, when the positional relationship between the first etch pit 14 and the second etch pit 16 is greatly different from that expected from the off-angle of the crystal plane, the type of dislocation changes during propagation. It can be seen that this is a dislocation of type (d) or a dislocation of type (e) in which the growth direction of the dislocation changes. At this time, if the formation position of the second etch pit 16 is the same as the expected etch pit shape but the distance is different, it is of type (e), and if it is different from the expected etch pit shape, the type ( d).
Thus, the state of dislocation propagation can be detected by detecting the positional relationship and the shape of the first etch pit 14 and the second etch pit 16 formed on the observation surface.

更に、観察面に形成された第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６の位置関係を検出することにより、転位の角度を正確に測定することができる。その方法について、図２を参照しながら説明する。
まず、観察面に形成された第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６の位置関係を検出することによって単結晶基板１０から成長層１２の表面まで伝播した貫通転位を判別する。次に、判別された１つの貫通転位に起因する第１のエッチピット１４の底頂部Ａ_１と第２のエッチピット１６の底頂部Ａ_２の位置を検出し、検出した第１のエッチピット１４の底頂部Ａ_１と第２のエッチピット１６の底頂部Ａ_２の間の水平方向の距離Ａを測定する。更に、異方性ドライエッチングによって除去した深さＢを確認する。
第１のエッチピット１４と第２のエッチピット１６を形成する際のアルカリエッチングを同条件とすることで、第１のエッチピットの深さと第２のエッチピットの深さが同じになるので、異方性ドライエッチングによって除去した深さＢを用い、図２に示すように、貫通転位の角度θを、ｔａｎθ＝（Ａ／Ｂ）（すなわち、θ＝ｔａｎ^−１（Ａ／Ｂ））から正確に求めることができる。
このように、本発明の方法であれば、貫通転位が螺旋転位であっても、その角度を正確に確認することができる。 Furthermore, by detecting the positional relationship between the first etch pits 14 and the second etch pits 16 formed on the observation surface, the dislocation angle can be accurately measured. The method will be described with reference to FIG.
First, the threading dislocation propagated from the single crystal substrate 10 to the surface of the growth layer 12 is determined by detecting the positional relationship between the first etch pit 14 and the second etch pit 16 formed on the observation surface. Next, to detect the position of the Sokoitadaki portion A ₂ of the first Sokoitadaki portion A ₁ and the second etch pits 16 of the etch pit 14 due to one of threading dislocations is determined, the first etch pit 14 detected to Sokoitadaki portion a ₁ and measuring the horizontal distance a between the Sokoitadaki portion a ₂ of the second etch pit 16. Further, the depth B removed by anisotropic dry etching is confirmed.
By making the alkali etching at the time of forming the first etch pit 14 and the second etch pit 16 the same condition, the depth of the first etch pit and the depth of the second etch pit are the same. Using the depth B removed by anisotropic dry etching, the threading dislocation angle θ is changed from tan θ = (A / B) (ie, θ = tan ⁻¹ (A / B)), as shown in FIG. It can be determined accurately.
Thus, according to the method of the present invention, even if the threading dislocation is a screw dislocation, the angle can be accurately confirmed.

図１に示した基板２０の評価方法の手順を示したのが図３である。 FIG. 3 shows the procedure of the method for evaluating the substrate 20 shown in FIG.

−その他の工程−
図１（Ａ）では、転位のタイプを５種類挙げたが、このような転位のタイプのほかに、成長層１２の途中で転位が消滅する場合や、成長層１２の途中で転位が新たに発生する場合などもある。そのため、積層方向において、成長層を細分化し、異方性ドライエッチングとアルカリエッチングとを繰り返し行うことで、転位の伝播の様子や転位の変異の様子を連続的に追跡することも重要である。
このように転位の様子を連続的に追跡するには、除去したエピ層の断面を観察面とし、その観察面に２回目のアルカリエッチングを施し、さらに、異方性ドライエッチングで成長層の一部を除去して、３回目のアルカリエッチングを施す、というように、異方性ドライエッチングとアルカリエッチングとを繰り返し行う。
この方法についての手順を図４に示す。 -Other processes-
In FIG. 1A, five types of dislocations are listed. In addition to such dislocation types, dislocations disappear in the middle of the growth layer 12, or dislocations are newly generated in the middle of the growth layer 12. It may occur. Therefore, it is also important to continuously track dislocation propagation and dislocation variation by subdividing the growth layer in the stacking direction and repeatedly performing anisotropic dry etching and alkali etching.
In order to continuously track the state of dislocations in this way, a cross section of the removed epi layer is used as an observation surface, the observation surface is subjected to a second alkali etching, and further, an anisotropic dry etching is performed on one of the growth layers. The anisotropic dry etching and the alkali etching are repeatedly performed such that the portion is removed and the third alkali etching is performed.
The procedure for this method is shown in FIG.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の主旨から逸脱しない限り適宜変更することができる。従って本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, reagents, substance amounts and ratios, operations, and the like shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the following specific examples.

［実施例１］
使用したＳｉＣ基板は、ｎ型４Ｈ−ＳｉＣで、８°のオフ角を有する（０００１）面の２インチウェハである。このＳｉＣ基板は厚さが３５０μｍであり、このＳｉＣ基板の表面に５μｍのＳｉＣのエピタキシャル層を形成した。
基板の不純物密度は、５×１０^１８ｃｍ^−３であり、エピタキシャル層の不純物密度は、１×１０^１６ｃｍ^−３であった。 [Example 1]
The SiC substrate used is n-type 4H—SiC and is a (0001) plane 2-inch wafer having an off angle of 8 °. The SiC substrate had a thickness of 350 μm, and a 5 μm SiC epitaxial layer was formed on the surface of the SiC substrate.
The impurity density of the substrate was 5 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , and the impurity density of the epitaxial layer was 1 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ .

＜アルカリエッチング＞
溶融ＫＯＨに、上記エピ層を形成したＳｉＣ基板を４９０℃で１分間浸漬し、エッチングを行い、エッチピットを形成した。浸漬後、超純水で充分に超音波洗浄し、乾燥した。 <Alkaline etching>
The SiC substrate on which the above-mentioned epi layer was formed was melted in molten KOH at 490 ° C. for 1 minute and etched to form etch pits. After immersion, the sample was sufficiently ultrasonically cleaned with ultrapure water and dried.

＜異方性ドライエッチング＞
引き続き、融合結合型（ＩＣＰ）ＲＩＥにより、表面層を除去した。エッチングにはＳＦ_６ガスを用いた。以下のエッチング条件で行った。
・ガス流量：７ｓｓｃｍ
・圧力：０．１Ｐａ
・バイアス電圧：５０Ｗ
・ステージ温度：常温（２０℃） <Anisotropic dry etching>
Subsequently, the surface layer was removed by fusion bond type (ICP) RIE. For etching, SF ₆ gas was used. The following etching conditions were used.
・ Gas flow rate: 7 sscm
・ Pressure: 0.1 Pa
・ Bias voltage: 50W
・ Stage temperature: Normal temperature (20 ℃)

このときのエッチング速度は１５０ｎｍ／分であった。上記条件下で、４０分間エッチングを行い、エピ層の全部を除去した。 At this time, the etching rate was 150 nm / min. Etching was performed for 40 minutes under the above conditions to remove the entire epi layer.

＜２回目のアルカリエッチング＞
溶融ＫＯＨに、エピ層を除去したＳｉＣ基板を４９０℃で１分間浸漬し、エッチングを行い、エッチピットを形成した。浸漬後、超純水で充分に超音波洗浄し、乾燥した。 <Second alkali etching>
The SiC substrate from which the epi layer was removed was immersed in molten KOH at 490 ° C. for 1 minute, and etching was performed to form etch pits. After immersion, the sample was sufficiently ultrasonically cleaned with ultrapure water and dried.

＜転位の評価＞
光学顕微鏡にて、２回のアルカリエッチングを施した試料の表面を観察した。その結果を、図５に示す。この試料では、転位の上記タイプ（ａ）と（ｃ）が存在することが明らかとなり、１回目のアルカリエッチングで形成されたエッチピットと、２回目のアルカリエッチングにより形成されたエッチピットを明確に判別することができた。
詳細には、図５に示す光学顕微鏡写真では、転位の数が１５個確認され、そのうち、タイプ（ａ）の転位は１４個、タイプ（ｃ）の転位は１個であった。タイプ（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）の転位は確認されなかった。 <Evaluation of dislocation>
The surface of the sample subjected to the alkali etching twice was observed with an optical microscope. The result is shown in FIG. In this sample, it is clear that the dislocation types (a) and (c) exist, and the etch pits formed by the first alkaline etching and the etch pits formed by the second alkaline etching are clearly shown. I was able to determine.
Specifically, in the optical micrograph shown in FIG. 5, the number of dislocations was confirmed to be 15. Among them, there were 14 dislocations of type (a) and 1 dislocation of type (c). Dislocations of types (b), (d), and (e) were not confirmed.

更に、タイプ（ａ）の転位（貫通転位）について転位の角度を求めるため、第１のエッチピットの底頂部と第２のエッチピットの底頂部の間の水平方向の距離Ａを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって確認したところ、８５０ｎｍであった。また、異方性ドライエッチングによって除去した膜厚Ｂは６０００ｎｍであった。その結果、タイプ（ａ）の貫通転位の角度は、ｔａｎθ＝（８５０／６０００）から、θ＝８．０６°であることが判明した。 Further, in order to obtain the dislocation angle for the dislocation (threading dislocation) of type (a), the horizontal distance A between the bottom top of the first etch pit and the bottom top of the second etch pit is expressed as scanning electron. It was 850 nm when confirmed with the microscope (SEM). The film thickness B removed by anisotropic dry etching was 6000 nm. As a result, it was found that the threading dislocation angle of type (a) was θ = 8.06 ° from tan θ = (850/6000).

［比較例１］
実施例１と同様のＳｉＣ基板を用いて、実施例１と同様の条件でアルカリエッチングを行い、その後、超純水で充分に超音波洗浄し、乾燥した。しかしながら、その後の異方性ドライエッチング及び２回目のアルカリエッチングは行わなかった。 [Comparative Example 1]
Alkaline etching was performed using the same SiC substrate as in Example 1 under the same conditions as in Example 1, and then sufficiently ultrasonically cleaned with ultrapure water and dried. However, subsequent anisotropic dry etching and second alkali etching were not performed.

アルカリエッチング後の基板表面を実施例１と同様の方法によって観察した。その様子を図６に示す。
図６に示す光学顕微鏡写真では、転位の数が全部で２０個確認されたが、転位のタイプを分類することはできなかった。また基板表面に表出していないタイプ（ｃ）の転位が存在するかについては確認することができなかった。 The substrate surface after alkali etching was observed by the same method as in Example 1. This is shown in FIG.
In the optical micrograph shown in FIG. 6, the number of dislocations was confirmed to be 20 in total, but the type of dislocation could not be classified. Moreover, it was not possible to confirm whether or not the type (c) dislocations not present on the substrate surface exist.

本発明の基板の評価方法の工程を説明する図であり、（Ａ）は基板に存在する転位の種類を説明する図であり、（Ｂ）は１回目のアルカリエッチングを施した後の基板の様子を示す図であり、（Ｃ）は異方性ドライエッチングを施した後の基板の様子を示す図であり、（Ｄ）は２回目のアルカリエッチングを施した後の基板の様子を示す図である。It is a figure explaining the process of the evaluation method of the board | substrate of this invention, (A) is a figure explaining the kind of dislocation which exists in a board | substrate, (B) is a board | substrate after performing the 1st alkali etching. It is a figure which shows a mode, (C) is a figure which shows the mode of the board | substrate after performing anisotropic dry etching, (D) is a figure which shows the mode of the board | substrate after performing the 2nd alkali etching. It is. 本発明の基板の評価方法において、転位角度の測定を説明する図である。It is a figure explaining the measurement of a dislocation angle in the evaluation method of the board | substrate of this invention. 本発明の基板の評価方法の手順について一例を示した図である。It is the figure which showed an example about the procedure of the evaluation method of the board | substrate of this invention. 本発明の基板の評価方法の手順について他の一例を示した図である。It is the figure which showed another example about the procedure of the evaluation method of the board | substrate of this invention. 実施例１において、得られた試料の表面を観察したときの光学顕微鏡写真である。In Example 1, it is an optical microscope photograph when the surface of the obtained sample is observed. 比較例１において、得られた試料の表面を観察したときの光学顕微鏡写真である。In Comparative example 1, it is an optical microscope photograph when the surface of the obtained sample is observed.

符号の説明Explanation of symbols

１０単結晶基板
１２成長層（エピ層）
１４第１のエッチピット
１６第２のエッチピット
２０基板 10 Single crystal substrate 12 Growth layer (epi layer)
14 First etch pit 16 Second etch pit 20 Substrate

Claims

単結晶基板上に形成された成長層の表面をアルカリエッチングし、前記成長層の表面に第１のエッチピットを形成する工程と、
異方性ドライエッチングにより前記成長層の一部又は全部を除去し、表出した観察面に第１のエッチピットを転写する工程と、
前記観察面をアルカリエッチングし、第２のエッチピットを形成する工程と、を備え、
前記観察面に形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットとにより、基板の表面及び内部に存在する転位を検出する基板の評価方法。 A step of alkali-etching the surface of the growth layer formed on the single crystal substrate to form a first etch pit on the surface of the growth layer;
Removing a part or all of the growth layer by anisotropic dry etching, and transferring a first etch pit to the exposed observation surface;
And a step of alkali-etching the observation surface to form a second etch pit,
A method for evaluating a substrate, wherein dislocations existing on and in the surface of the substrate are detected by a first etch pit and a second etch pit formed on the observation surface.

前記観察面に形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットの数を検出することにより、基板の表面及び内部に存在する転位の数を検出することを特徴とする請求項１に記載の基板の評価方法。 The number of dislocations existing on the surface and inside of the substrate is detected by detecting the number of first etch pits and second etch pits formed on the observation surface. Evaluation method of the substrate.

前記観察面に形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットとの位置関係を検出することにより、転位の伝播の状態を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板の評価方法。 The dislocation propagation state is detected by detecting a positional relationship between the first etch pit and the second etch pit formed on the observation surface. Evaluation method of the substrate.

同条件のアルカリエッチングを施すことによって形成された第１のエッチピットと第２のエッチピットの位置関係を検出することにより、観察面から成長層の表面まで伝播した貫通転位を判別し、
判別された１つの貫通転位に起因する第１のエッチピットの底頂部と第２のエッチピットの底頂部の位置を検出し、
検出した第１のエッチピットの底頂部と第２のエッチピットの底頂部の間の水平方向の距離と、異方性ドライエッチングによって除去した深さとから、貫通転位の角度を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板の評価方法。 By detecting the positional relationship between the first etch pit and the second etch pit formed by performing alkali etching under the same conditions, the threading dislocation propagated from the observation surface to the surface of the growth layer is determined,
Detecting the position of the bottom top of the first etch pit and the bottom top of the second etch pit due to the one threading dislocation determined;
The threading dislocation angle is obtained from the horizontal distance between the detected bottom top of the first etch pit and the bottom top of the second etch pit and the depth removed by anisotropic dry etching. The method for evaluating a substrate according to any one of claims 1 to 3.

単結晶基板が、炭化珪素単結晶基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板の評価方法。 The method for evaluating a substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the single crystal substrate is a silicon carbide single crystal substrate.