DE102018130046A1

DE102018130046A1 - BEWERTUNGSVERFAHREN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN VON SiC-EPITAXIALWAFERN

Info

Publication number: DE102018130046A1
Application number: DE102018130046.8A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Nishihara; Koji Kamei
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2019-06-06
Also published as: CN109887853B; US20190172758A1; JP2019099438A; US11315839B2; CN109887853A; JP6986944B2; US20220223482A1

Abstract

Ein Bewertungsverfahren für einen SiC-Epitaxialwafer beinhaltet: einen ersten Beobachtungsschritt des Herstellens eines SiC-Epitaxialwafers einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr, des Bestrahlens einer Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr mit Anregungslicht und des Beobachtens einer mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenbereich von 430 nm oder weniger.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bewertungsverfahren und ein Herstellungsverfahren für einen SiC-Epitaxialwafer.
Es wird die Priorität der am 6. Dezember 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-234586 beansprucht, deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Siliziumkarbid (SiC) weist ein um eine Größenordnung größeres dielektrisches Durchbruchfeld, eine dreimal größere Bandlücke und eine etwa dreimal höhere Wärmeleitfähigkeit auf als Silizium (Si). Daher wird die Anwendung von Siliziumkarbid (SiC) auf Stromversorgungsgeräte, Hochfrequenzgeräte, Hochtemperatur-Betriebsgeräte und dergleichen erwartet.
Um die praktische Anwendung von SiC-Bauelementen zu fördern, ist die Etablierung hochwertiger SiC-Epitaxialwafer und hochwertiger epitaktischer Wachstumstechniken erforderlich.
Eine SiC-Vorrichtung wird auf einem SiC-Epitaxialwafer mit einem SiC-Substrat und einer auf dem Substrat gestapelten Epitaxialschicht gebildet. Das SiC-Substrat kann durch Verarbeiten eines massiven Einkristalls aus SiC erhalten werden, der mit einem Sublimationsrekristallisationsverfahren oder dergleichen gezüchtet wurde. Die Epitaxialschicht wird durch ein CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) gebildet und wird zu einem aktiven Bereich der Vorrichtung.
Genauer gesagt wird die Epitaxialschicht auf dem SiC-Substrat gebildet, das eine Ebene mit einem Ausschnitt in einer <11-20>-Richtung von einer (0001)-Ebene als Wachstumsoberfläche aufweist. Die Epitaxialschicht durchläuft auf dem SiC-Substrat ein Stufenflusswachstum (Wachstum in lateraler Richtung aus Atomstufen) und wird zu 4H-SiC.
In einem SiC-Epitaxialwafer ist als einer von Device Killer Defekten, die tödliche Defekte in einem SiC-Gerät verursachen, eine Basalebenenversetzung (BPD) bekannt. Aufgrund einer Rekombinationsenergie von Minderheitsträgern, die fließen, wenn ein Durchfluss an eine bipolare Vorrichtung angelegt wird, wird die BPD durch die Epitaxialschicht aus dem SiC-Substrat verlängert und zu einem hochohmigen Stapelfehler. Darüber hinaus wird, wenn ein hoher Widerstandsanteil in der Vorrichtung gebildet wird, die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verringert. Daher wurde eine Reduktion der BPD, die durch die Epitaxialschicht erreicht wurde, durchgeführt.
Die meisten BPDs im SiC-Substrat können in Einfädelkantenversetzungen (TED) umgewandelt werden, die beim Bilden der Epitaxialschicht keine Defektdehnung verursachen. Derzeit kann ein Umwandlungsverhältnis von 99,9% oder mehr realisiert werden, und Gerätefehler durch BPDs in der Epitaxialschicht können nahezu ignoriert werden. Auf der anderen Seite wurde festgestellt, dass BPDs im SiC-Substrat, die in TEDs umgewandelt wurden, Stapelfehler in der Epitaxialschicht bilden, wenn ein großer Strom in Vorwärtsrichtung fließt. Ohne dies zu unterdrücken, auch wenn das Umwandlungsverhältnis in TEDs erhöht wird, kann nicht gesagt werden, dass die durch BPDs verursachten Gerätefehler vollständig beseitigt werden. Daher gilt es als für diese Unterdrückung als effektiv, Minderheitsträger in der Nähe von BPDs im Substrat nicht zu rekombinieren.
In den Patentdokumenten 1 und 2 wird beschrieben, dass durch das Stapeln einer mit Verunreinigungen in hoher Konzentration dotierten Epitaxialschicht auf einem SiC-Substrat die Wahrscheinlichkeit, dass ein Minderheitsträger BPDs im Substrat erreicht, wenn ein Vorwärtsstrom an eine Vorrichtung angelegt wird, unterdrückt werden kann und die Bildung von Stapelfehlern, die aufgrund der Verlängerung hochohmig sind, verhindert werden kann.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
Patentdokumente

Patentdokument 1: PCT Internationale Veröffentlichung Nr. WO2017/094764
Patentdokument 2: PCT Internationale Veröffentlichung Nr. WO2017/104751

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Aufgaben
BPDs in einer Epitaxialschicht werden im Allgemeinen durch ein Photolumineszenzverfahren (PL-Verfahren) identifiziert. So wird beispielsweise ein SiC-Epitaxialwafer mit Anregungslicht bei 313 nm bestrahlt, und die bestrahlte Oberfläche wird durch einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm oder mehr beobachtet. Wenn sich ein BPD in der bestrahlten Oberfläche befindet, emittiert die Position Licht.
Andererseits sind in einem Fall, in dem eine hochkonzentrierte Epitaxialschicht verwendet wird, BPDs in der hochkonzentrierten Epitaxialschicht unsichtbar, da die Lichtemission durch die Umgebung stärker wird als die Lichtemission der BPDs im Wellenlängenband.
Das heißt, es konnten in einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht vorhandene BPDs nicht identifiziert werden.
Durch die Verwendung eines Wafers, in dem wie vorstehend beschrieben eine hochkonzentrierte Epitaxialschicht auf dem SiC-Substrat gestapelt ist, ist es möglich zu verhindern, dass sich BPDs ausdehnen und zu hochohmigen Stapelfehlern werden, wenn ein Vorwärtsstrom auf eine Vorrichtung angelegt wird, bei der die Leitung durch Minderheitsträger verursacht wird, wie beispielsweise eine bipolare Vorrichtung. Aus Sicht der Qualitätskontrolle besteht jedoch das Problem, dass BPDs, die nicht in TEDs umgewandelt wurden, aufgrund der hochkonzentrierten Epitaxialschicht nicht identifiziert werden können.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorgenannten Probleme gemacht, und ein Ziel ist es, ein Bewertungsverfahren und ein Herstellungsverfahren für einen SiC-Epitaxialwafer zu erhalten, das in der Lage ist, eine Basalebenenversetzung (BPD) in einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht zu bewerten.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Als Ergebnis intensiver Untersuchungen fanden die Erfinder heraus, dass, wenn eine mit Anregungslicht bestrahlte Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 430 nm oder weniger beobachtet wird, BPDs im Vergleich zu den anderen Regionen dunkel aussehen. Bei der Methode des Standes der Technik werden BPDs durch Lichtemission identifiziert, während in der vorliegenden Erfindung BPDs als dunkle Linien identifiziert werden. Ein Erkennungsprozess solcher BPDs ist anders und kann nicht durch die Idee erreicht werden, einfach das Wellenlängenband des Bandpassfilters zu ändern.
Die vorliegende Erfindung bietet die folgenden Möglichkeiten, um die oben genannten Probleme zu lösen.
(1) Gemäß einem ersten Aspekt umfasst ein Bewertungsverfahren für einen SiC-Epitaxialwafer: einen ersten Beobachtungsschritt des Herstellens eines SiC-Epitaxialwafers mit einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr, des Bestrahlens einer Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht der Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr mit Anregungslicht und des Beobachtens einer mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 430 nm oder weniger.
Der erste Aspekt beinhaltet vorzugsweise die folgenden Merkmale. Die folgenden Merkmale werden vorzugsweise miteinander kombiniert.
(2) Bei der Bewertungsmethode eines SiC-Epitaxialwafers gemäß dem Aspekt kann im ersten Beobachtungsschritt ein Defekt beobachtet werden, der sich in einer Versatzrichtung erstreckt und ein Seitenverhältnis von mehr als 1 aufweist.
(3) Das Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers gemäß dem Aspekt kann ferner beinhalten: einen zweiten Beobachtungsschritt des Beobachtens der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von mehr als 430 nm; und einen ersten Bestimmungsschritt des Vergleichens eines Beobachtungsergebnisses des ersten Beobachtungsschritts mit einem Bewertungsergebnis des zweiten Beobachtungsschritts.
(4) Das Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers gemäß dem Aspekt kann ferner beinhalten: einen dritten Beobachtungsschritt des Durchführens einer Oberflächenbeobachtung auf einer Oberfläche, die die gleiche ist wie die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche, vor ihrer Bestrahlung mit dem Anregungslicht; und einen zweiten Bestimmungsschritt des Vergleichens eines Beobachtungsergebnisses des ersten Beobachtungsschritts mit einem Bewertungsergebnis des dritten Beobachtungsschritts.
(5) Bei der Bewertungsmethode eines SiC-Epitaxialwafers nach dem Aspekt kann im ersten Beobachtungsschritt das Vorhandensein oder Fehlen und die Position einer basalen Ebenenversetzung des Wafers nachgewiesen werden.
(6) Das Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers gemäß dem Aspekt kann ferner beinhalten: einen dritten Beobachtungsschritt des Durchführens einer Oberflächenbeobachtung auf einer Oberfläche, die die gleiche ist wie die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche, vor ihrer Bestrahlung mit dem Anregungslicht; und einen dritten Bestimmungsschritt des Vergleichens der Bewertungsergebnisse des ersten, zweiten und dritten Beobachtungsschritts, wobei im dritten Bestimmungsschritt ein Defekt, der nur im Beobachtungsergebnis des ersten Beobachtungsschritts beobachtet wird, als Basalebenenversetzung bestimmt wird.
(7) Bei dem Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach dem Aspekt wird im dritten Bestimmungsschritt ein Defekt, der in allen ersten bis dritten Beobachtungsschritten beobachtet wird, als prismatischer Stapelfehler und ein Defekt, der nur in den Beobachtungsergebnissen des ersten und zweiten Beobachtungsschrittes beobachtet wird, als Basalebenenstapelfehler bestimmt.
(8) Gemäß einem zweiten Aspekt beinhaltet ein Herstellungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers die Schritte: Stapeln einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr auf einer Oberfläche eines SiC-Substrats; Auswerten der hochkonzentrierten Epitaxialschicht unter Verwendung des Bewertungsverfahrens eines SiC-Epitaxialwafers nach dem vorstehend genannten Aspekt; und Stapeln einer Driftschicht auf die hochkonzentrierte Epitaxialschicht.
Der zweite Aspekt beinhaltet vorzugsweise die folgenden Merkmale. Die folgenden Merkmale werden vorzugsweise miteinander kombiniert.
(9) Das Herstellungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers gemäß dem Aspekt kann ferner beinhalten: einen Schritt des Stapelns einer Pufferschicht einer niedrigeren Verunreinigungskonzentration als die der hochkonzentrierten Epitaxialschicht zwischen dem SiC-Substrat und der hochkonzentrierten Epitaxialschicht.
(10) Das Herstellungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers gemäß dem Aspekt kann ferner beinhalten: einen Schritt zum Bestimmen, ob das erhaltene Ergebnis des ersten Beobachtungsschritts nach dem vorgenannten Schritt zum Bewerten der hochkonzentrierten Epitaxialschicht ein Akzeptanzkriterium erfüllt oder nicht, und beim Schritt zum Stapeln der Driftschicht wird die Driftschicht auf der das Akzeptanzkriterium erfüllende hochkonzentrierte Epitaxialschicht gestapelt.
Auswirkungen der Erfindung
Mit dem Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach dem Aspekt ist es möglich, eine Basalebenenversetzung (BPD) in der hochkonzentrierten Epitaxialschicht zu bewerten.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht, die an derselben Position beobachtet wird, wobei (a) ein von einem Konfokalmikroskop aufgenommenes Bild einer Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht ist, (b) ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm zeigt und (c) ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm zeigt.
2 ist eine Ansicht einer Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 1 × 10¹⁶ cm^-3, die an der gleichen Position beobachtet wird, worin (a) ein von einem Konfokalmikroskop aufgenommenes Bild einer Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht ist, (b) ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche an der Position über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm und (c) ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm zeigt.
3 ist eine Vergleichsansicht zwischen einem Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm und einem Ergebnis der Oberflächenbeobachtung durch das Konfokalmikroskop, nachdem die Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht an gleicher Stelle mit KOH geätzt wurde.
4 ist eine Ansicht einer Zusammenfassung der Ergebnisse der Beobachtung der Oberfläche, die mit dem Anregungslicht an der gleichen Position bestrahlt wird, indem das Wellenlängenband des Bandpassfilters geändert wird.
5 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm zeigt, das sich aus der Änderung der Verunreinigungskonzentration der hochkonzentrierten Epitaxialschicht ergibt.
6 ist eine Ansicht, die die Messergebnisse einer BPD im Falle einer Umwandlung in einen TED in der Epitaxialschicht an zwei Punkten im ersten Beobachtungsschritt zeigt.
7 ist eine Ansicht eines an der gleichen Position beobachteten prismatischen Stapelfehlers, wobei (a) ein Bild der Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht des Konfokalmikroskops ist, (b) ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm zeigt und (c) ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm zeigt.
8 ist eine Ansicht von Basalebenenstapelfehlern, die an der gleichen Position beobachtet werden, wobei (a) ein Bild der Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht ist, das vom Konfokalmikroskop aufgenommen wird, (b) ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm zeigt und (c) ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm zeigt.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den in der folgenden Beschreibung verwendeten Zeichnungen gibt es zum besseren Verständnis der Merkmale der vorliegenden Erfindung Fälle, in denen charakteristische Abschnitte aus Gründen der Zweckmäßigkeit vergrößert werden und die Abmessungen, das Verhältnis und dergleichen der einzelnen Bestandteile gleich oder von der Realität abweichen können. Die in der folgenden Beschreibung dargestellten Materialien, Abmessungen und dergleichen sind lediglich Beispiele, und die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt und kann in entsprechend modifizierter Weise in einem Bereich verkörpert werden, der den Kern nicht verändert.
„Herstellungsverfahren für SiC Epitaxialwafer“.
Ein Herstellungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers gemäß der Ausführungsform beinhaltet einen Schritt zum Stapeln einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr auf einem SiC-Substrat, einen Schritt zum Bewerten der hochkonzentrierten Epitaxialschicht unter Verwendung eines vorbestimmten Bewertungsverfahrens eines SiC-Epitaxialwafers und einen Schritt zum Stapeln einer Driftschicht auf der hochkonzentrierten Epitaxialschicht.
(Schritt des Stapelns hochkonzentrierter Epitaxialschichten)
Zuerst wird das SiC-Substrat vorbereitet. Ein Verfahren zur Herstellung des SiC-Substrats ist nicht besonders eingeschränkt. So kann beispielsweise das SiC-Substrat durch Schneiden eines durch ein Sublimationsverfahren oder dergleichen erhaltenen SiC-Blocks erhalten werden. In dieser Anmeldung bedeutet der SiC-Epitaxialwafer einen Wafer nach der Bildung eines Epitaxialfilms, und das SiC-Substrat einen Wafer vor der Bildung der Epitaxialschicht.
Im SiC-Substrat sind BPDs entlang einer (0001)-Ebene (c-Ebene) vorhanden. Die Anzahl der BPDs, die einer Wachstumsoberfläche des SiC-Substrats ausgesetzt sind, ist vorzugsweise so klein wie möglich, aber nicht besonders begrenzt. Nach dem derzeitigen Stand der Technik beträgt die Anzahl der BPDs auf der Oberfläche (Wachstumsoberfläche) eines 6-Zoll-SiC-Substrats etwa 500 bis 5000 pro 1 cm².
Anschließend wird die hochkonzentrierte Epitaxialschicht epitaktisch auf dem SiC-Substrat aufgewachsen. Als Dotierungsverunreinigungen können Stickstoff, Bor, Titan, Vanadium, Aluminium, Gallium, Phosphor oder dergleichen verwendet werden. Die hochkonzentrierte Epitaxialschicht ist eine durch epitaktisches Wachstum gebildete Schicht und eine Schicht mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr. Durch die Stapelschicht ist es in einem Fall, in dem ein Strom in Vorwärtsrichtung einer bipolaren Vorrichtung mit BPDs fließt, möglich zu verhindern, dass die Minderheitsträger die BPDs erreichen. Dadurch kann die Bildung von Shockley-Stapelstörungen und die Erweiterung der Störungen unterdrückt werden. Das heißt, es kann eine Verschlechterung der Eigenschaften des Gerätes in Vorwärtsrichtung unterdrückt werden.
Die Dicke der hochkonzentrierten Epitaxialschicht beträgt vorzugsweise 0,1 µm oder mehr, vorzugsweise 1 µm oder mehr und noch bevorzugter 3 µm oder mehr.
Darüber hinaus kann eine Pufferschicht mit einer Verunreinigungskonzentration, die gleich oder niedriger ist als die der hochkonzentrierten Epitaxialschicht, zwischen dem SiC-Substrat und der hochkonzentrierten Epitaxialschicht gestapelt werden. Die Pufferschicht ist eine Schicht zur Verminderung des Unterschiedes in der Trägerkonzentration zwischen der hochkonzentrierten Epitaxialschicht und dem SiC-Substrat.
(Schritt zur Bewertung der hochkonzentrierten Epitaxialschicht: Erster Beobachtungsschritt)
Anschließend wird als Schritt zur Bewertung der hochkonzentrierten Epitaxialschicht (erster Beobachtungsschritt) bewertet, ob BPDs in der hochkonzentrierten Epitaxialschicht vorhanden sind oder nicht. Im ersten Beobachtungsschritt wird die Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr mit Anregungslicht bestrahlt und die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 430 nm oder weniger beobachtet.
Als Lichtquelle des Anregungslichts kann vorzugsweise eine Quecksilberlampe verwendet werden. Die Bestrahlungszeit kann nach Bedarf gewählt werden, beträgt jedoch vorzugsweise 10 msec oder mehr und 100 sec oder weniger und vorzugsweise 200 msec oder mehr und 10 sec oder weniger. Wenn das Anregungslicht ausreichend ausgestrahlt wird, wird der Kontrast zwischen dem BPD und den anderen Bereichen deutlich. Allerdings entsteht „der verstärkte Hintergrund PL“ durch das inzwischen vorhandene Anregungslicht, was gleichzeitig zu einer Verringerung der Detektionsempfindlichkeit führt. Daher ist es vorzuziehen, die Intensität des ausgestrahlten Anregungslichts auf ein niedriges Niveau zu reduzieren. Insbesondere ist die Intensität des Anregungslichts vorzugsweise 1 Wcm^-2 oder weniger und stärker bevorzugt 500 mWcm^-2 oder weniger. Das ausgestrahlte Anregungslicht weist vorzugsweise eine Wellenlänge von 280 nm oder mehr und 375 nm oder weniger auf. Wenn nicht ein Laser, sondern die Quecksilberlampe verwendet wird, kann die Intensität des ausgestrahlten Anregungslichts auf ein niedriges Niveau reduziert werden. In den nachfolgend beschriebenen Beobachtungsbeispielen wurde die Quecksilberlampe zur Bestrahlung verwendet.
1 ist eine Ansicht einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr in dem beobachteten SiC-Epitaxialwafer. (a) in 1 zeigt ein von einem Konfokalmikroskop aufgenommenes Bild einer Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht an einer vorbestimmten Position, (b) in 1 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche, die mit dem Anregungslicht an der Position über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm bestrahlt wird, und (c) in 1 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche, die mit dem Anregungslicht an der Position über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm bestrahlt wird.
Wie in 1 dargestellt, wurden bei der hochkonzentrierten Epitaxialschicht auch dann keine BPDs identifiziert, wenn die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm beobachtet wurde. Darüber hinaus wurden BPDs auch dann nicht identifiziert, wenn die Oberflächenbeobachtung mit dem Konfokalmikroskop durchgeführt wurde. Im Gegensatz dazu wurden BPDs bei der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm als dunkel beobachtet.
Andererseits ist 2 eine Ansicht einer Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁶ cm^-3 in dem beobachteten SiC-Epitaxialwafer. (a) in 2 zeigt ein von einem Konfokalmikroskop aufgenommenes Bild einer Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht an einer vorbestimmten Position, (b) in 2 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche, die mit dem Anregungslicht an der Position über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm bestrahlt wird, und (c) in 2 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche, die mit dem Anregungslicht an der Position über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm bestrahlt wird.
Wie in 2 dargestellt, wurde bei der Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration, die der der Driftschicht entspricht (ca. 1 × 10¹⁶ cm^-3), bei der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm die Lichtemission durch BPDs (Photolumineszenzlicht) beobachtet.
Wie in 2 dargestellt, wurde auch in der Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von etwa 1 × 10¹⁶ cm^-3 die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm beobachtet.
Auch in diesem Fall wurde beobachtet, dass BPDs dunkel waren. Das heißt, obwohl der Beobachtungszustand von BPDs zwischen Lichtemission und Absorption unterschiedlich ist, konnte bestätigt werden, dass BPDs durch die Beobachtung über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm identifiziert wurden. Darüber hinaus konnten BPDs auch in der Schicht nicht mit dem Konfokalmikroskop identifiziert werden.
3 ist eine Vergleichsansicht zwischen einem Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm und einem Ergebnis der Oberflächenbeobachtung durch das Konfokalmikroskop, nachdem die Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht an gleicher Stelle mit KOH geätzt wurde. Wenn die Epitaxialschicht mit BPDs mit KOH geätzt wird, werden Gruben an Stellen erzeugt, an denen BPDs vorhanden sind. Wie in 3 dargestellt, haben das Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm und das Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht, die mit KOH geätzt und mit dem Konfokalmikroskop beobachtet wurde, eine Korrespondenzbeziehung. Das heißt, auch unter diesem Gesichtspunkt konnte bestätigt werden, dass BPDs durch die Beobachtung über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm identifiziert wurden.
In 1 wurden BPDs mit dem Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm identifiziert. Der im ersten Beobachtungsschritt verwendete Bandpassfilter ist jedoch nicht auf das Wellenlängenband beschränkt, und es kann ein Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 430 nm oder weniger verwendet werden.
4 ist eine Ansicht einer Zusammenfassung der Ergebnisse der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche im SiC-Epitaxialwafer mit der hochkonzentrierten Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr durch Änderung des Wellenlängenbandes des Bandpassfilters. Wie in 4 dargestellt, konnten BPDs bei Verwendung des Bandpassfilters mit einem Wellenlängenband von 420 nm oder weniger identifiziert werden. Wenn jedoch der Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von mehr als 420 nm verwendet wurde, konnten BPDs nicht identifiziert werden. Hier kann ein Bandpassfilter mit einer bestimmten Wellenlänge Licht eines Wellenlängenbandes von etwa ± 10 nm einer bestimmten Wellenlänge durchlassen. Das heißt, wenn BPDs durch den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm identifiziert werden können, können die BPDs auch durch den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 430 nm identifiziert werden. Daher kann im ersten Beobachtungsschritt der Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 430 nm oder weniger verwendet werden.
Die Verunreinigungskonzentration der hochkonzentrierten Epitaxialschicht beträgt vorzugsweise 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr und 2 × 10¹⁹ cm^-3 oder weniger und stärker bevorzugt 1 × 10¹⁹ cm^-3 oder weniger. Wenn die Verunreinigungskonzentration der hochkonzentrierten Epitaxialschicht zu hoch ist, steigt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens anderer Defekte als BPDs.
5 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberflächen über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm in den drei SiC-Epitaxialwafern mit der hochkonzentrierten Epitaxialschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr. Es werden Ergebnisse der Bewertung der SiC-Epitaxialwafer mit der hochkonzentrierten Epitaxialschicht mit unterschiedlichen Verunreinigungskonzentrationen dargestellt. Wie in 5 dargestellt, können BPDs identifiziert werden, indem der erste Beobachtungsschritt bei jeder Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 bis 1 × 10¹⁹ cm^-3 durchgeführt wird.
In der Methode kann es Fälle geben, in denen andere Fehler als BPDs identifiziert werden. Dies kann erreicht werden, wenn das Vorhandensein oder Fehlen von BPDs bestimmt werden kann. Bevorzugter ist es jedoch, die Positionen der BPDs zu identifizieren. Daher ist es bevorzugter, dass BPDs von anderen Defekten unterschieden werden können.
Eine der Unterscheidungsmethoden ist eine Unterscheidung unter Verwendung der Form der zu identifizierenden Fehler (erste Unterscheidungsmethode).
Eine BPD ist eine Versetzung, die auf einer (0001)-Ebene (c-Ebene) vorliegt, die die Basisebene eines SiC-Substrats ist. Im Allgemeinen weist das SiC-Substrat eine Oberfläche mit einem Versatzwinkel in einer <11-20>-Richtung von (0001) als Wachstumsoberfläche auf. Daher werden BPDs beobachtet, die sich in Versatzrichtung erstrecken. Das heißt, eine BPD ist ein Defekt mit einer Hauptachse eines auf die Richtung <11-20> bezogenen Neigungswinkels von 45° oder weniger.
Daher ist es vorzuziehen, dass ein Defekt dadurch unterschieden wird, dass ein Defekt bestimmt wird, der sich in Versatzrichtung erstreckt und ein Seitenverhältnis größer als 1 als BPD aufweist. Abhängig von der Genauigkeit der Unterscheidung von Mängeln kann das Seitenverhältnis 1,5 oder mehr oder 2,0 oder mehr betragen. Hier ist das Seitenverhältnis ein Wert, der durch Division der Länge der Hauptachse eines zu messenden Fehlers durch die Länge der Nebenachse erhalten wird.
Wie in 1 dargestellt, beträgt das Seitenverhältnis, wenn eine auf eine BPD folgende Epitaxialschicht vom SiC-Substrat sich bis zur Oberfläche der Epitaxialschicht erstreckt, 2,0 oder mehr. Andererseits ist das Seitenverhältnis, wenn die BPD in der Epitaxialschicht in einen TED umgewandelt wird, in einigen Fällen kleiner als 2,0. 6 zeigt die Ergebnisse der Messung eines BPD im Falle der Umwandlung in einen TED in der Epitaxialschicht im ersten Beobachtungsschritt. Das Seitenverhältnis der in (a) in 6 dargestellten BPD beträgt 1,67, und das Seitenverhältnis der in (b) in 6 dargestellten BPD beträgt 1,85.
Als weitere Methode zur Unterscheidung einer BPD von anderen Defekten gibt es eine Methode zum Vergleich der anderen Bewertungsergebnisse. So beinhaltet beispielsweise ein zweites Unterscheidungsverfahren ferner einen zweiten Beobachtungsschritt zum Beobachten der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 430 nm oder mehr und einen ersten Bestimmungsschritt zum Vergleichen des Beobachtungsergebnisses des ersten Beobachtungsschritts mit einem Bewertungsergebnis des zweiten Beobachtungsschritts. Darüber hinaus beinhaltet beispielsweise ein drittes Unterscheidungsverfahren weiterhin einen dritten Beobachtungsschritt zur Durchführung einer Oberflächenbeobachtung auf einer Oberfläche, die derjenigen entspricht, die mit dem Anregungslicht mit einem Mikroskop oder dergleichen bestrahlt wird, und einen zweiten Bestimmungsschritt zum Vergleichen des Beobachtungsergebnisses des ersten Beobachtungsschritts mit einem Auswertungsergebnis des dritten Beobachtungsschritts.
Als Defekt mit einer ähnlichen Form wie eine BPD gibt es prismatische Stapelfehler (Karottenfehler), Basalebenenstapelfehler und dergleichen. 7 ist eine Ansicht eines beobachteten prismatischen Stapelfehlers. (a) in 7 ist ein von einem Konfokalmikroskop aufgenommenes Bild der Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht an einer vorbestimmten Position, (b) in 7 ist ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche, die mit dem Anregungslicht an der Position bestrahlt wird, über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm, und (c) in 7 ist ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche, die über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm mit dem Anregungslicht an der Position bestrahlt wird.
Darüber hinaus ist 8 eine Ansicht der beobachteten Basalebenenstapelfehler. (a) in 8 ist ein von einem Konfokalmikroskop aufgenommenes Bild der Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht an einer vorbestimmten Position, (b) in 8 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche, die mit dem Anregungslicht an der Position über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm bestrahlt wird, und (c) in 8 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung der Oberfläche, die mit dem Anregungslicht an der Position über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 420 nm bestrahlt wird.
Wie in 7 dargestellt, kann ein prismatischer Stapelfehler mit dem Konfokalmikroskop identifiziert werden. Wenn die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm beobachtet wird, emittiert der prismatische Stapelfehler darüber hinaus kein Licht und erscheint dunkel. Das heißt, durch Durchführen des zweiten Beobachtungsschritts und/oder des dritten Beobachtungsschritts und Durchführen des ersten Bestimmungsschritts und/oder des zweiten Bestimmungsschritts können ein prismatischer Stapelfehler und ein BPD voneinander unterschieden werden. Das heißt, eine BPD ist nicht diejenige, die durch eine Oberflächenbeobachtung vor der Bestrahlung ohne Bandpassfilter oder durch die Verwendung des Bandpassfilters mit einem Wellenlängenband von 660 nm bestätigt werden kann.
Wie in 8 dargestellt, kann ein Basalebenenstapelfehler mit dem Konfokalmikroskop nicht identifiziert werden.
Wenn andererseits die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche über den Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 660 nm beobachtet wird, emittiert der Basalebenenstapelfehler kein Licht und erscheint dunkel. Das heißt, ein Basalebenenstapelfehler kann durch Ausführen des zweiten Beobachtungsschritts und des ersten Bestimmungsschritts unterschieden werden.
Ein dritter Bestimmungsschritt zum Vergleichen der Bewertungsergebnisse der ersten, zweiten und dritten Beobachtungsschritte kann durchgeführt werden, um einen Defekt zu bestimmen, der nur im Beobachtungsergebnis des ersten Beobachtungsschritts als Basalebenenversetzung beobachtet wird, um einen Defekt zu bestimmen, der in allen ersten bis dritten Beobachtungsschritten als prismatischer Stapelfehler beobachtet wird, und um einen Defekt zu bestimmen, der nur in den Beobachtungsergebnissen der ersten und zweiten Beobachtungsschritte als Basalebenenstapelfehler beobachtet wird.
Wie vorstehend beschrieben, können bei Verwendung des Bewertungsverfahrens eines SiC-Epitaxialwafers gemäß der Ausführungsform Basalebenenversetzungen (BPDs) auch dann bewertet werden, wenn die hochkonzentrierte Epitaxialschicht gestapelt ist.
Darüber hinaus können die mit der Auswertemethode gemessenen BPDs mit einer Bildanalysesoftware automatisch erkannt oder quantitativ gezählt werden.
(Schritt des Stapelns der Driftschicht)
Schließlich ist es vorzuziehen, dass die Driftschicht auf der hochkonzentrierten Epitaxialschicht gestapelt wird. Die Driftschicht wird nach einem bekannten Verfahren gestapelt. Die Verunreinigungskonzentration der Driftschicht ist niedriger als die der hochkonzentrierten Epitaxialschicht und liegt unter 1 × 10¹⁷ cm^-3. Die Driftschicht ist eine Schicht, auf der eine SiC-Vorrichtung gebildet wird. Wenn BPDs in die Driftschicht einbezogen werden, verursachen die BPDs eine Verschlechterung der Eigenschaften der SiC-Vorrichtung in Vorwärtsrichtung. In diesem Zusammenhang kann durch die Umwandlung der BPDs in TEDs an der Schnittstelle zwischen Substrat und Epitaxialschicht die Anzahl der in der Driftschicht enthaltenen BPDs reduziert werden. Da die Driftschicht auf der hochkonzentrierten Epitaxialschicht gestapelt ist, wird zudem die Verschlechterung der Eigenschaften durch die BPDs im Substrat unterdrückt.
Darüber hinaus können im Schritt der Bewertung der hochkonzentrierten Epitaxialschicht vorgegebene Akzeptanzkriterien für das Vorhandensein oder Fehlen von BPDs, die Positionen von BPDs und/oder die Anzahl der BPDs bezüglich der in der hochkonzentrierten Epitaxialschicht vorhandenen BPDs angegeben werden. So kann beispielsweise ein Schritt zum Bestimmen, ob das Ergebnis des ersten Beobachtungsschritts ein vorgegebenes Abnahmekriterium erfüllt oder nicht, vorgesehen werden, um die Driftschicht nur auf der das Abnahmekriterium erfüllenden hochkonzentrierten Epitaxialschicht zu stapeln. Alternativ kann in einem Fall, in dem das vorgegebene Abnahmekriterium nicht erfüllt ist, ein zusätzlicher Schritt zum Ausgleich des nicht erfüllten Kriteriums durchgeführt werden, und danach kann die Driftschicht gestapelt werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es nach dem Herstellungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers gemäß der Ausführungsform möglich, BPDs daran zu hindern, eine Verschlechterung der Eigenschaften der Vorrichtung zu verursachen. Darüber hinaus können trotz der hochkonzentrierten Epitaxialschicht das Vorhandensein oder Fehlen und die Positionen von BPDs identifiziert werden, so dass die Qualitätskontrolle des SiC-Epitaxialwafers einfach durchgeführt werden kann.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein hervorragendes Bewertungsverfahren und ein Herstellungsverfahren für einen SiC-Epitaxialwafer zu erhalten, der in der Lage ist, eine Basalebenenversetzung (BPDs) in einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht zu bewerten.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben und veranschaulicht wurden, ist zu verstehen, dass diese exemplarisch für die Erfindung sind und nicht als einschränkend anzusehen sind. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung begrenzt anzusehen und nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017234586 [0002]
WO 2017/094764 [0009]
WO 2017/104751 [0009]

Claims

Bewertungsverfahren für einen SiC-Epitaxialwafer, umfassend: einen ersten Beobachtungsschritt des Herstellens eines SiC-Epitaxialwafers mit einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr, des Bestrahlens einer Oberfläche der hochkonzentrierten Epitaxialschicht der Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr mit Anregungslicht und des Beobachtens einer mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von 430 nm oder weniger.
Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach Anspruch 1, wobei im ersten Beobachtungsschritt ein Fehler beobachtet wird, der sich in einer Versatzrichtung erstreckt und ein Seitenverhältnis von mehr als 1 aufweist.
Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten Beobachtungsschritt des Beobachtens der mit dem Anregungslicht bestrahlten Oberfläche über einen Bandpassfilter mit einem Wellenlängenband von mehr als 430 nm; und einen ersten Bestimmungsschritt des Vergleichens eines Beobachtungsergebnisses des ersten Beobachtungsschritts mit einem Bewertungsergebnis des zweiten Beobachtungsschritts.
Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen dritten Beobachtungsschritt des Durchführens einer Oberflächenbeobachtung auf einer Oberfläche, die die gleiche ist wie die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche, vor ihrer Bestrahlung mit dem Anregungslicht; und einen zweiten Bestimmungsschritt des Vergleichens eines Beobachtungsergebnisses des ersten Beobachtungsschritts mit einem Bewertungsergebnis des dritten Beobachtungsschritts.
Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach Anspruch 1, wobei der SiC-Epitaxialwafer ein SiC-Substrat und die auf dem Substrat gestapelte Epitaxialschicht beinhaltet sowie An- oder Abwesenheit und eine Position einer Basalebenenversetzung des Wafers im ersten Beobachtungsschritt erfasst werden.
Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen dritten Beobachtungsschritt des Durchführens einer Oberflächenbeobachtung auf einer Oberfläche, die die gleiche ist wie die mit dem Anregungslicht bestrahlte Oberfläche, vor ihrer Bestrahlung mit dem Anregungslicht; und einen dritten Bestimmungsschritt des Vergleichens der Bewertungsergebnisse des ersten, zweiten und dritten Beobachtungsschritts, wobei im dritten Bestimmungsschritt ein Defekt, der nur im Beobachtungsergebnis des ersten Beobachtungsschritts beobachtet wird, als Basalebenenversetzung bestimmt wird.
Bewertungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach Anspruch 6, wobei im dritten Bestimmungsschritt ein Defekt, der in allen ersten bis dritten Beobachtungsschritten beobachtet wird, als prismatischer Stapelfehler bestimmt wird, und ein Defekt, der nur in den Beobachtungsergebnissen der ersten und zweiten Beobachtungsschritte beobachtet wird, als Basalebenenstapelfehler bestimmt wird.
Herstellungsverfahren für einen SiC-Epitaxialwafer, umfassend die Schritte: Stapeln einer hochkonzentrierten Epitaxialschicht einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder mehr auf einer Oberfläche eines SiC-Substrats; Auswerten der hochkonzentrierten Epitaxialschicht unter Verwendung des Bewertungsverfahrens eines SiC-Epitaxialwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und Stapeln einer Driftschicht auf die hochkonzentrierte Epitaxialschicht.
Herstellungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Schritt des Stapelns einer Pufferschicht einer niedrigeren Verunreinigungskonzentration als die der hochkonzentrierten Epitaxialschicht zwischen dem SiC-Substrat und der hochkonzentrierten Epitaxialschicht.
Herstellungsverfahren eines SiC-Epitaxialwafers nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Schritt des Bestimmens, ob das erhaltene Ergebnis des ersten Beobachtungsschritts ein Akzeptanzkriterium erfüllt oder nicht, nach dem Schritt des Bewertens der hochkonzentrierten Epitaxialschicht, wobei in dem Schritt des Stapelns der Driftschicht die Driftschicht auf der das Akzeptanzkriterium erfüllenden hochkonzentrierten Epitaxialschicht gestapelt wird.