CN110739239B - SiC器件的制造方法及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够容易地检测工艺过程中产生的缺陷的SiC器件的制造方法。本发明的一个技术方案涉及的SiC器件的制造方法包括：离子注入工序，对具有外延层的SiC外延晶片的所述外延层进行离子注入；和评价工序，在所述离子注入工序后，对所述SiC外延晶片的缺陷进行评价，所述评价工序包括：表面检查工序，进行所述SiC外延晶片的表面检查；PL检查工序，对所述SiC外延晶片的表面照射激发光，进行光致发光测定；以及判定工序，根据通过所述表面检查检测出的表面缺陷像以及通过所述PL检查工序检测出的PL缺陷像，判定所述缺陷的程度。
Description
技术领域
本发明涉及SiC器件的制造方法及评价方法。本申请基于2018年7月19日在日本提出申请的特愿2018-136251要求优先权，在此援用其内容。
背景技术
碳化硅(SiC)具有特征性的特性。例如与硅(Si)相比，绝缘击穿电场大一个数量级，带隙大3倍，热导率高3倍左右。因此，碳化硅(SiC)被期待着应用于功率器件、高频器件、高温工作器件等。
但是，SiC器件还存在应该解决的许多课题。
作为课题之一，有制造工艺的高效化，另外，良率的改善也是课题之一。SiC的晶体生长技术当前仍处在发展过程中，因此，基板中存在许多晶体缺陷。这些晶体缺陷成为使SiC器件的特性劣化的器件致命缺陷，成为阻碍良率的重大因素。
作为晶体缺陷使SiC器件的特性劣化的例子，有耐压不良、氧化膜击穿等。专利文献1所记载的发明包括确定SiC外延晶片的缺陷部的位置的工序。缺陷部的位置通过光致发光测定来确定。确定了缺陷部的SiC外延晶片在安装元件后进行耐压测定。
在专利文献1所记载的发明以外，也正进行以改善半导体薄膜制造的良率为目的的发明。专利文献2记载了预测以及推定氧化物半导体薄膜的迁移率以及应力(stress)耐性的评价装置。这些评价通过光致发光测定来进行。
专利文献3记载了对SiC块状(bulk)单晶基板中的包含了6H型的堆垛结构的缺陷区域进行判别的缺陷评价方法。该缺陷评价通过光致发光测定来进行。6H型的堆垛结构已知是会产生电流泄漏(current leak)的原因的缺陷。
专利文献4记载了通过光致发光测定来确定晶体缺陷的位置的缺陷检测方法。在该缺陷检测方法中，特征在于，对半导体试料照射激发光，使半导体试料相对于激发光进行扫描。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2016-25241号公报
专利文献2：日本特开2015-56583号公报
专利文献3：日本特开2011-220744号公报
专利文献4：日本特开2017-11100号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在专利文献1以及2所记载的光致发光测定中，无法充分地确定会对器件产生影响的缺陷。例如，无法发现氧化膜因损伤等而被击穿的缺陷。发生了氧化膜击穿的缺陷部成为泄漏(leak)的原因。
另外，专利文献3以及4所记载的光致发光测定是对SiC锭或者SiC晶片进行的。因此，无法确定在SiC晶片上形成器件的过程中产生的工艺缺陷。
本发明的目的在于获得能够容易地检测在工艺过程中产生的缺陷的SiC器件的制造方法。
用于解决问题的技术方案
本发明人进行了深入研究，结果发现了通过对通过进行表面检查来检测出的表面缺陷像和通过PL检查工序检测出的PL缺陷像进行对照，能够对表面缺陷像中的由耐压不良、氧化膜击穿引起的缺陷和不是由耐压不良、氧化膜击穿引起的缺陷进行分类。本发明为了解决上述问题而提供以下的技术方案。
(1)第一技术方案涉及的SiC器件的制造方法包括：离子注入工序，对具有外延层的SiC外延晶片的所述外延层进行离子注入；和评价工序，在所述离子注入工序之后，对所述SiC外延晶片的缺陷进行评价，所述评价工序包括：表面检查工序，进行所述SiC外延晶片的表面检查；PL检查工序，在所述表面检查工序之后，对包含通过所述表面检查检测出的缺陷的区域照射激发光，进行光致发光测定；以及判定工序，根据通过所述表面检查检测出的表面缺陷像以及通过所述PL检查工序检测出的PL缺陷像，判定所述缺陷的程度。
(2)上述技术方案涉及的SiC器件的制造方法也可以还包括：耐压测定工序，在所述评价工序之后，对所制作的各SiC器件施加电压，进行耐压测定。
(3)在上述技术方案涉及的PL检查工序中，也可以在进行发光的发光部的亮度S与不发光的非发光部的发光强度N之比为4.0以上的情况下，将在所述评价工序中进行了评价的所述缺陷判断为不良。
(4)在上述技术方案涉及的PL检查工序中，也可以在进行发光的发光部的亮度S与不发光的非发光部的发光强度N之比为2.0以上的情况下，将在所述评价工序中进行了评价的所述缺陷判断为不良。
(5)第二技术方案涉及的SiC器件的评价方法包括：表面检查工序，进行SiC外延晶片的表面检查；PL检查工序，对SiC外延晶片的表面照射激发光，进行光致发光测定；以及判定工序，根据通过所述表面检查检测出的表面缺陷像以及通过所述PL检查工序检测出的PL缺陷像，判定缺陷的程度。
发明效果
根据上述技术方案涉及的SiC器件的制造方法，能够容易地检测在SiC器件制造中在工艺过程中产生的缺陷。
附图说明
图1是离子注入工序前的SiC晶片的表面检查像(左)和表面检查工序时的SiC外延晶片的表面检查像且是离子注入工序后的SiC外延晶片的表面示意图(右)。
图2是观察与SiC外延晶片上的某位置处的表面缺陷像(左)相同的位置而得到的PL缺陷像。
图3是观察与SiC外延晶片上的某位置处的表面缺陷像(左)相同的位置而得到的PL缺陷像。
图4是观察与SiC外延晶片上的某位置处的表面缺陷像(左)相同的位置而得到的PL缺陷像。
图5是观察与SiC外延晶片上的某位置处的表面检查像(左)相同的位置而得到的PL检查像。
图6是测定存在图2、图3、图4中观察到的缺陷的各器件的栅极-源极间漏电流Igss的结果。
图7是测定存在图2、图3、图4中观察到的缺陷的各器件的漏极截止电流(cut-offcurrent)Idss的结果。
具体实施方式
以下，适当参照附图对本发明的实施方式的优选例子进行详细的说明。对于以下的说明中使用的附图，有时为了使本发明的特征容易理解而方便起见放大显示了成为特征的部分，各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中例示的材质、尺寸等是一个例子，本发明并不限定于那些例子，能够在不改变本发明的宗旨的范围内适当进行变更来实施。
“SiC器件的制造方法”
本实施方式涉及的SiC器件的制造方法包括离子注入工序和评价工序。以下，对SiC器件的制造方法进行具体的说明。在本实施方式中，按各工艺对SiC器件的制造方法的工艺过程进行详细的说明。
(晶片准备工序)
首先准备SiC基板。SiC基板通过将单晶的SiC锭切片来获得。接着，在SiC基板的一面层叠由SiC形成的外延层。将层叠了外延层的SiC基板称为SiC外延晶片。
(离子注入工序)
在离子注入工序中，对SiC外延晶片的外延层进行离子注入。外延层的被进行了离子注入的部分成为p型或者n型的半导体。在p型的情况下，铝、硼等作为杂质离子被离子注入到外延层。在n型的情况下，磷、氮等作为杂质离子被离子注入到外延层。被进行了离子注入的部分例如成为MOSFET的源极区域、漏极区域。对于离子注入工序，一边对SiC外延晶片的一面进行图案化，一边分为多次来进行该离子注入工序。
在离子注入工序中，有时会产生晶体缺陷。该晶体缺陷可能成为SiC器件的耐压不良的原因。
在离子注入工序之后，进行碳化膜形成工序、活化退火工序、氧化工序、氧化膜剥离工序。
碳化膜形成工序按以下步骤进行。首先，在晶片两面涂敷抗蚀剂。接着，对晶片进行坚膜(hard bake，硬烘)。进一步，通过在Ar气氛中对涂敷于晶片两面的抗蚀剂膜进行高温处理，从而形成碳化膜。碳化膜成为保护SiC外延晶片的保护膜。
在活化退火工序中，以预定的温度对SiC外延晶片进行加热。通过活化退火，注入到外延层的杂质被活化，成为载流子。在氧化工序中，进行SiC晶片两面的氧化。
氧化工序是为了除去碳化膜而进行的。
在氧化膜剥离工序中，将所形成的氧化膜剥离。氧化膜剥离工序不限定于该例子，例如通过氢氟酸处理等来将所形成的氧化膜剥离。氧化膜的膜质差，会在表面存在较多的颗粒(particle)。通过剥离该氧化膜，成为高品质的SiC外延晶片。
在碳化膜形成工序、活化退火工序、氧化工序、氧化膜剥离工序中，颗粒的附着是可能成为SiC器件的不良的原因的缺陷。
另外，有时在碳化膜形成工序中没有适当地形成保护膜。当没有适当地形成保护膜时，会成为在SiC外延层产生损伤等的原因。损伤等也成为SiC器件的不良的原因。
(评价工序)
本实施方式涉及的SiC器件的制造方法中，在离子注入工序后进行评价工序。评价工序包括表面检查工序、PL检查工序以及判定工序。
(表面检查工序)
在表面检查工序中，在进行了离子注入工序后，检测SiC外延晶片的表面的缺陷(损伤)。表面检查工序中对入射到SiC外延晶片的表面的光的反射光进行计测。表面检查工序使用光学显微镜、电子显微镜、扫描探针显微镜等来进行。在表面检查工序中，检测宽度1μm～1000μm的缺陷。其中，宽度10μm～1mm的缺陷能够通过表面检查工序中测定的光学检查来对缺陷的种类进行分类。能够分类的缺陷的种类可以举出掉落物(downfall)、胡萝卜(carrot)、大凹痕(large-pit)、直线型缺陷、三角缺陷、刮擦、浅痕、凹痕(pit)等。
图1是在离子注入工序前的SiC外延层和表面检查工序时的SiC外延层中对同一部位的表面进行了表面检查而得到的图。图1的(a)是离子注入工序前的SiC外延层的表面图像。图1的(b)是表面检查工序中测定的SiC外延层的表面图像。如图1的(a)所示，在离子注入工序前没有确认到缺陷。也即是，图1的(b)所示的缺陷是因离子注入工序以后的工艺而产生的缺陷。
通过表面检查工序，能够确定这些缺陷的位置坐标。使用表面检查装置，例如以SiC外延晶片的定向平面(orientation flat)部为基准观察基板整个面，确定缺陷的位置坐标。进行表面检查工序时，用于观察SiC外延晶片的基准可以为任意的基准。
本实施方式涉及的SiC器件的制造方法以及评价方法中，也可以为了对照而对离子注入工序前的SiC外延晶片的表面进行表面检查。离子注入工序前的SiC外延晶片的表面检查中，能够进行与表面检查工序同样的检查。
(PL检查工序)
PL检查工序中对进行了离子注入的SiC外延晶片实施PL测定。在PL检查工序中，使用光致发光检查装置。检查时的激发光波长为270nm～380nm即可。优选为310nm～365nm，更优选为365nm。可以使用氦-镉(He-Cd)激光器(λ＝325nm)、汞-氙(Hg-Xe)UV(Ultra Violet)灯(λ＝314nm)、N2激光器(λ＝365nm)等来作为激发光。
受光波长优选为420nm～750nm，更优选为660nm。受光波长能够使用低带通滤波器(日语：ローパスバンドフィルタ)等来控制。低带通滤波器是将特定波长以下的波截止的滤波器。通过限制受光波长，能够除去由预定缺陷以外的状况引起的发光。
对包含通过表面检查工序检测出的缺陷的区域进行本实施方式涉及的PL检查工序。图2的(a)、图3的(a)、图4的(a)是缺陷的表面检查像。图2的(b)、图3的(b)、图4的(b)是对包含通过表面检查工序检测出的缺陷的区域进行PL检查而得到的PL检查像。图2的(a)和图2的(b)、图3的(a)和图3的(b)、图4的(a)和图4的(b)分别是对相同的区域进行了检查的像。
图2的(b)所示的PL检查像中，在与通过表面检查像确认到的缺陷相同的位置存在看上去白的亮点。图3的(b)所示的PL检查像没有达到图2的(b)所示的PL检查像的程度，在与通过表面检查像确认到的缺陷相同的位置存在看上去微白的亮点。图4的(b)所示的PL检查像中，在与通过表面检查像确认到的缺陷相同的位置没有看到亮点。
通常，通过PL检查检测的光致发光光是因激发光而被从价带激发到导带的电子在返回到价带时所产生的光。因此，并不是仅仅因为存在表面缺陷就会发光。因此，既存在如图2的(b)所示那样产生强的发光的情况，也存在如图4的(b)所示那样不发光的情况。
另外，相反地，即使是在表面没有缺陷的部分，也能确认到光致发光光。图5是对基板进行了表面检查以及PL检查的像。图5的(a)是表面检查图像，图5的(b)是PL检查图像。尽管在图5的(a)中没有检测出表面缺陷，但在图5的(b)中会如白的烟雾状(haze)那样测定出光致发光光。换言之，在仅进行了PL检查的情况下，会测定到如图2的(b)所示那样起因于表面缺陷的发光和如图5的(b)所示那样起因于外延层内部的发光，无法将它们区分。
(判定工序)
在判定工序中，根据通过表面检查工序检测的缺陷像以及通过PL检查工序检测的PL缺陷像，判定缺陷的程度。
如图2～图4所示，即使在表面检查工序中检测出类似的缺陷，在PL检查工序中所观察到的也会存在不同。发明人发现了PL检查工序中所观察到的不同与SiC器件中的氧化膜击穿以及耐压不良之间的相关性。
图6是进行了通过表面检查工序确定的缺陷处的氧化膜击穿试验而得到的氧化膜击穿试验结果。图7是进行了通过表面检查工序确定的缺陷处的耐压泄漏试验的耐压泄漏试验结果。在图6以及图7中，凹痕(Pit)A是在图2的(b)所示的PL检查图像中观察到强的发光的缺陷，凹痕B是在图3的(b)所示的PL检查图像中观察到弱的发光的缺陷，凹痕C是在图4的(b)所示的PL检查图像中没有观察到发光的缺陷。
对于氧化膜击穿试验以及耐压泄漏试验，制作MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)来作为SiC器件，对MOSFET进行了氧化膜击穿试验以及耐压泄漏试验。通过测定栅极-源极间漏电流(Igss)，判定了所生成的器件是否发生氧化膜击穿。将漏极-源极间短路，对栅极-源极间施加了电压Vgs。进行了所施加的电压为10V和15V这两种方式的电压施加。
另外，通过测定漏极截止电流(Idss)，判定了所生成的器件是否为耐压不良。将栅极-源极间短路，对漏极-源极间施加了电压。进行了施加电压为10V和800V这两种方式的电压施加。
如图6以及图7所示，凹痕A发生了氧化膜击穿以及耐压不良。凹痕B没有发生氧化膜击穿，但在施加了800V的电压时发生了耐压不良。凹痕C没有发生氧化膜击穿以及耐压不良。换言之，通过对由表面检查确定的缺陷进行PL检查，能够判定缺陷的程度。在此，将呈现氧化膜击穿的栅极-源极间漏电流的阈值设为1.0×10-7A，将呈现耐压不良的漏极截止电流的阈值设为了1.0×10-3A。此外，这些阈值可以根据所要求的性能来适当地设定。
在此，PL检查像中的发光程度的程度也可以从所获得的测定图像以目视的方式进行分析，但优选为了提高严密性而根据缺陷与正常部之间的对比度比来进行判定。另外，通过使用对比度比，检测的自动化成为可能。
在图2的(b)所示的PL缺陷像中，进行发光的发光部(凹痕A)的亮度S与不发光的非发光部的发光强度N之比(S/N比)为9.00527。另外，在图3的(b)所示的PL缺陷像中，进行发光的发光部(凹痕B)的S/N比为3.07779。另外，在图4的(b)所示的PL缺陷像中，进行发光的发光部(凹痕C)的S/N比为1.67965。
因此，在PL检查工序中，优选在S/N比为4.0以上的情况下将缺陷判断为不良，更优选在2.0以上的情况下将缺陷判断为不良。
当在S/N比为4.0以上的情况下将缺陷判断为不良时，至少能除去会引起氧化膜击穿以及耐压不良的缺陷。另外，当在S/N比为2.0以上的情况下将缺陷判断为不良时，能够除去会引起耐压不良的缺陷。
(栅极氧化膜形成工序)
在通过上述检查确定了不良部位后，进行栅极氧化膜形成工序。在栅极氧化膜形成工序中，例如在含氧的气氛中以预定的温度对SiC外延晶片进行加热。通过加热，外延晶片的两面被热氧化。在栅极氧化膜上形成栅电极，得到SiC器件。
(耐压测定工序)
也可以对在SiC外延晶片上制作的各SiC器件施加电压，进一步进行耐压测定。耐压测定是在背面焊盘电极和源极焊盘电极之间施加预定的电压。通过进行耐压测定工序，能够测定在表面检查工序以及PL检查工序中无法确定的缺陷。
如上所述，根据本实施方式涉及的SiC器件的评价方法以及SiC器件的制造方法，能够判定成为氧化膜击穿以及耐压不良的原因的致命缺陷。仅通过利用了光致发光的PL检查，难以进行准确的判定。与此相对，本实施方式涉及的SiC器件的评价方法以及SiC器件的制造方法中，通过分别确认表面缺陷像以及PL缺陷像，能够更高精度地判定成为氧化膜击穿以及耐压不良的原因的致命缺陷。
Claims (3)
1.一种SiC器件的制造方法，包括：
离子注入工序，对具有外延层的SiC外延晶片的所述外延层进行离子注入；和
评价工序，在所述离子注入工序之后，对所述SiC外延晶片的缺陷进行评价，
所述评价工序包括：
表面检查工序，进行所述SiC外延晶片的表面检查；
PL检查工序，在所述表面检查工序之后，对包含通过所述表面检查检测出的缺陷的区域照射激发光，进行光致发光测定；以及
判定工序，根据通过所述表面检查检测出的表面缺陷像以及通过所述PL检查工序检测出的PL缺陷像，判定所述缺陷的程度，
在所述PL检查工序中，在进行发光的发光部的亮度S与不发光的非发光部的发光强度N之比为2.0以上且小于4.0的情况下，将在所述评价工序中进行了评价的所述缺陷判断为不良。
2.根据权利要求1所述的SiC器件的制造方法，还包括：
耐压测定工序，在所述评价工序之后，对所制作的各SiC器件施加电压，进行耐压测定。
3.一种SiC器件的评价方法，包括评价工序，
所述评价工序包括：
表面检查工序，进行SiC外延晶片的表面检查；
PL检查工序，对SiC外延晶片的表面照射激发光，进行光致发光测定；以及
判定工序，根据通过所述表面检查检测出的表面缺陷像以及通过所述PL检查工序检测出的PL缺陷像，判定缺陷的程度，
在所述PL检查工序中，在进行发光的发光部的亮度S与不发光的非发光部的发光强度N之比为2.0以上且小于4.0的情况下，将在所述评价工序中进行了评价的所述缺陷判断为不良。
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