JP2013118242A - Crystal fault detection method and silicon carbide semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素基板の結晶欠陥検出方法と炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for detecting crystal defects in a silicon carbide substrate and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
高耐圧、低損失および高耐熱を実現できる次世代のスイッチング素子として、炭化珪素(SiC)を用いた半導体素子が有望視されており、インバータなどのパワー半導体装置への適用が期待されている。しかし、SiC半導体装置には解決すべき多くの課題が残されており、その一つが歩留まりの改善である。SiCの結晶成長技術は現在も発展途上にあるので、基板中に多くの結晶欠陥が存在し、これらの結晶欠陥が半導体装置の特性を劣化させるデバイスキラー欠陥となり、歩留まりを阻害する大きな要因となっている。 Semiconductor elements using silicon carbide (SiC) are promising as next-generation switching elements that can achieve high breakdown voltage, low loss, and high heat resistance, and are expected to be applied to power semiconductor devices such as inverters. However, many problems to be solved remain in the SiC semiconductor device, and one of them is improvement in yield. Since the SiC crystal growth technology is still under development, many crystal defects exist in the substrate, and these crystal defects become device killer defects that deteriorate the characteristics of the semiconductor device, which is a major factor that hinders the yield. ing.
歩留まりを改善するためには、ウエハプロセスの前に結晶欠陥の少ない基板を選別(スクリーニング)することが必要である。また、SiCの基板品質を改善するためには、各種欠陥とデバイス特性の相関調査を実施し、どの種類の欠陥がデバイスキラー欠陥になるのかを特定し、基板・エピタキシャルメーカーにフィードバックすることが必要となる。 In order to improve the yield, it is necessary to select (screen) a substrate having few crystal defects before the wafer process. In addition, in order to improve the substrate quality of SiC, it is necessary to conduct a correlation survey between various defects and device characteristics, identify which types of defects become device killer defects, and feed back to the substrate / epitaxial manufacturer It becomes.
基板の欠陥を検出する方法として、例えば特許文献1には、予め撮影した基板上の無欠陥領域の画像と検査画像とを比較し、不一致部分を欠陥として検出する方法が開示されている。
As a method for detecting a defect in a substrate, for example,
パワーデバイスに使用されるSiC基板は、一般的に、SiCバルク上にエピタキシャル層が形成された構成である。SiCバルク中にはマイクロパイプと呼ばれる中空構造のらせん転位が存在し、マイクロパイプが素子特性を劣化させるデバイスキラー欠陥になることが知られている。マイクロパイプが存在するバルクにエピタキシャル成長した場合、エピタキシャル層表面までマイクロパイプが引き継がれるので、特許文献1に記載されているような従来の欠陥検出方法によって当該欠陥を検出することが可能である。
A SiC substrate used for a power device generally has a configuration in which an epitaxial layer is formed on a SiC bulk. It is known that in a SiC bulk, there exists a screw dislocation having a hollow structure called a micropipe, and the micropipe becomes a device killer defect that deteriorates element characteristics. When epitaxial growth is performed in a bulk in which micropipes are present, the micropipes are inherited to the surface of the epitaxial layer, so that the defects can be detected by a conventional defect detection method as described in
しかしながら、マイクロパイプの中には、エピタキシャル成長中に閉塞され、エピタキシャル層の表面には顕れないものがある。このようなマイクロパイプは、デバイスキラー欠陥になるにもかかわらず、特許文献1に記載の欠陥検出方法では検出することが出来ない。
However, some micropipes are plugged during epitaxial growth and do not appear on the surface of the epitaxial layer. Such a micropipe cannot be detected by the defect detection method described in
この問題を解決する方法として、特許文献2には、SiCエピタキシャル層表面をアルカリエッチングした後、SF6をガスソースとした異方性ドライエッチングを行うことにより、SiCエピタキシャル層表面では観察できない欠陥を顕在化させる方法が開示されている。
As a method for solving this problem,
また、例えば特許文献3では、SiC基板の除去したい部分にイオン注入を行い、その後加熱処理を行うことにより、速やかにSiC基板をエッチングする技術が開示されている。
For example,
しかしながら、アルカリエッチングは一般的に破壊検査でありSiC基板に大きなダメージを与えるため、特許文献2の方法で検査を行ったSiC基板はデバイスに使用することが出来ないという問題がある。また、アルカリエッチングの後のドライエッチング処理でSF6ガスを用いると、時間を要するためスループットが低下する他、SF6ガスは温室効果の高いガスであるため、デバイス量産フローに使うことは環境に大きな影響を与えるという問題がある。
However, since alkali etching is generally a destructive inspection and causes a large damage to the SiC substrate, there is a problem that the SiC substrate inspected by the method of
また、特許文献3では、エッチングレートを向上させるために、熱処理前にエッチング箇所にイオン注入を実施しているため、工程が増えてしまう。また、選択的にイオン注入を行う場合に必要なマスクを形成する工程も必要になり、製造コストが増加し、スループットが低下するという問題がある。
Moreover, in
本発明は上述の問題に鑑み、簡便な工程により、基板を破壊することなくSiCエピタキシャル層の内部に形成された欠陥を検出する方法と、当該結晶欠陥検出方法を用いたSiC半導体装置の製造方法の提供を目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a method for detecting defects formed inside an SiC epitaxial layer without destroying the substrate by a simple process, and a method for manufacturing an SiC semiconductor device using the crystal defect detection method. The purpose is to provide.
本発明の結晶欠陥検出方法は、(a)表面にエピタキシャル層を形成したSiC基板を準備する工程と、(b)SiC基板をアニール処理して、エピタキシャル層の表面にCリッチ層を形成する工程と、(c)工程(b)の後、ドライエッチングによりCリッチ層を除去する工程と、(d)工程(c)の後、エピタキシャル層表面の欠陥を検査する工程とを備える。 In the crystal defect detection method of the present invention, (a) a step of preparing a SiC substrate having an epitaxial layer formed on the surface, and (b) a step of annealing the SiC substrate to form a C-rich layer on the surface of the epitaxial layer And (c) after step (b), a step of removing the C-rich layer by dry etching, and (d) after step (c), a step of inspecting defects on the surface of the epitaxial layer.
本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、(a)表面にエピタキシャル層を形成したSiC基板を準備する工程と、(b)エピタキシャル層に各チップの所定の素子構成要素を形成するための所定の処理を行う工程と、(c)工程(b)の後、SiC基板をアニール処理して、エピタキシャル層の表面にCリッチ層を形成する工程と、(d)工程(c)の後、ドライエッチングによりCリッチ層を除去する工程と、(e)工程(d)の後、エピタキシャル層表面の欠陥を検査する工程と、(f)工程(e)の後、工程(e)の検査結果に基づき各チップのスクリーニングを行う工程とを備える。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present invention includes (a) a step of preparing an SiC substrate having an epitaxial layer formed on the surface thereof, and (b) a predetermined step for forming predetermined element components of each chip in the epitaxial layer. (C) After step (b), the SiC substrate is annealed to form a C-rich layer on the surface of the epitaxial layer, and (d) step (c) is followed by dry processing. A step of removing the C-rich layer by etching, a step of (e) inspecting defects on the surface of the epitaxial layer after the step (d), and (f) after the step (e), in the inspection result of the step (e). And a step of screening each chip.
本発明の結晶欠陥検出方法は、(a)表面にエピタキシャル層を形成したSiC基板を準備する工程と、(b)SiC基板をアニール処理して、エピタキシャル層の表面にCリッチ層を形成する工程と、(c)工程(b)の後、ドライエッチングによりCリッチ層を除去する工程と、(d)工程(c)の後、エピタキシャル層表面の欠陥を検査する工程とを備えるので、簡便な工程により基板を破壊することなく、エピタキシャル層の内部に閉塞された欠陥を露出させて検査することが出来る。 In the crystal defect detection method of the present invention, (a) a step of preparing a SiC substrate having an epitaxial layer formed on the surface, and (b) a step of annealing the SiC substrate to form a C-rich layer on the surface of the epitaxial layer And (c) a step of removing the C-rich layer by dry etching after step (b), and a step of (d) inspecting defects on the surface of the epitaxial layer after step (c). Without destroying the substrate by the process, it is possible to expose and inspect the defects blocked inside the epitaxial layer.
また、本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、(a)表面にエピタキシャル層を形成したSiC基板を準備する工程と、(b)エピタキシャル層に各チップの所定の素子構成要素を形成するための所定の処理を行う工程と、(c)工程(b)の後、SiC基板をアニール処理して、エピタキシャル層の表面にCリッチ層を形成する工程と、(d)工程(c)の後、ドライエッチングによりCリッチ層を除去する工程と、(e)工程(d)の後、エピタキシャル層表面の欠陥を検査する工程と、(f)工程(e)の後、工程(e)の検査結果に基づき各チップのスクリーニングを行う工程と、を備えるので、簡便な工程により基板を破壊することなく、エピタキシャル層の内部に閉塞された欠陥を露出させて検査することができる。また、欠陥検出検査をデバイス作製プロセス内で行うことにより、デバイス作製プロセス後の特性評価試験のコストやスループットを改善することが出来る。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present invention includes (a) a step of preparing a SiC substrate having an epitaxial layer formed on the surface thereof, and (b) a method for forming predetermined element components of each chip in the epitaxial layer. (C) After step (b), after the step (b), the SiC substrate is annealed to form a C-rich layer on the surface of the epitaxial layer, and (d) after step (c) A step of removing the C-rich layer by dry etching, a step of (e) inspecting defects on the surface of the epitaxial layer after the step (d), and (f) an inspection of step (e) after the step (e). And a step of screening each chip based on the result, so that the defect blocked in the epitaxial layer can be exposed and inspected without destroying the substrate by a simple process. Further, by performing the defect detection inspection in the device manufacturing process, the cost and throughput of the characteristic evaluation test after the device manufacturing process can be improved.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る結晶欠陥検出方法の工程を示すフローチャートであり、図2〜4は、実施の形態1に係る結晶欠陥検出方法を適用したSiCエピタキシャルウェハの断面図である。以下、図1と図2〜4に沿って、実施の形態1に係る結晶欠陥検出方法を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a flowchart showing the steps of the crystal defect detection method according to the first embodiment, and FIGS. 2 to 4 are cross-sectional views of the SiC epitaxial wafer to which the crystal defect detection method according to the first embodiment is applied. Hereinafter, the crystal defect detection method according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
まず、n型のSiC基板1の上にn型のSiCドリフト層2をエピタキシャル成長させ、SiCエピタキシャルウェハを準備する(図1のステップS1、図2)。ここで、SiCドリフト層2の厚みは、デバイス作成時に所望の耐圧を確保するのに必要とされる厚みよりも1〜3μm程度厚く形成する。このSiCエピタキシャルウェハが被検査体となる。SiC基板1とSiCドリフト層2には、SiCドリフト層2のエピタキシャル成長中に閉塞されたマイクロパイプ欠陥3が内在しており、さらにSiCドリフト層2の表面付近には様々な欠陥が存在している。
First, an n-type
次に、SiCドリフト層2表面の欠陥を検出するための第1欠陥検査を実施する(図1のステップS2)。第1欠陥検査では、例えばSiCドリフト層2表面の画像をCCDで撮影し、これを事前に撮影したSiC基板表面の無欠陥画像と比較することによって欠陥を検出する。
Next, a first defect inspection for detecting defects on the surface of the
その後、SiCエピタキシャルウェハに高温アニール処理を実施する(図1のステップS3、図3)。これにより、SiCドリフト層2表面からSiが蒸発してCリッチ層4が形成される。ここでは、1600℃以上2000℃未満でアニール処理を行うことが望ましい。1600℃未満ではSiが蒸発せず、後工程でSiCドリフト層2のエッチングが困難になってしまう。また、2000℃以上でアニール処理を行うと、SiCエピタキシャルウェハにストレスがかかって破損したり、格子ひずみによって新たな欠陥が発生したりして、ウェハ品質が劣化するおそれがある。
Thereafter, a high temperature annealing process is performed on the SiC epitaxial wafer (step S3 in FIG. 1, FIG. 3). Thereby, Si evaporates from the surface of the
次に、例えばO2ガス等、Cと反応性の高いガスをソースとしてエッチング処理を行い、SiCドリフト層2の表面からCリッチ層4を除去する(図1のステップS4、図4)。この工程を経て、図2の段階ではSiCドリフト層2の内部に閉塞されていたマイクロパイプ欠陥3がSiCドリフト層2の表面に露出する。なお、高温アニール処理とCリッチ層4を除去するエッチング処理によって、光学上では検出しにくい欠陥にコントラストをつけることも可能である。
Next, for example, an etching process is performed using a gas having high reactivity with C, such as O 2 gas, to remove the C rich layer 4 from the surface of the SiC drift layer 2 (steps S4 and 4 in FIG. 1). Through this step, the
その後、SiCドリフト層2表面の欠陥を検査する第2欠陥検査を実施する(図1のステップS5)。第1欠陥検査と同様の手法を用いて第2欠陥検査を行う。第2欠陥検査では、元々SiCドリフト層2のエッチング成長工程で閉塞された欠陥や、SiCドリフト層2表面にあるもののコントラストの弱い欠陥などを、検出することが可能である。
Thereafter, a second defect inspection for inspecting defects on the surface of the
次に、第1、第2欠陥検査で取得した欠陥位置情報の差分を求め、第2欠陥検査で新たに検出された欠陥を抽出する。そして、当該抽出した欠陥を含むチップはデバイス作成プロセス完了後に不良チップとみなし、デバイス特性評価の対象外とする。なお、第1欠陥検査で検出した欠陥は必ずしもデバイス不良とならないのに対し、第2欠陥検査で初めて検出した欠陥、すなわちマイクロパイプ欠陥3は、デバイス不良の原因となる可能性が高い。本実施の形態の結晶欠陥検出方法では、第1欠陥検査と第2欠陥検査のマッピングデータの差分を求めることにより、マイクロパイプ欠陥3を含むチップのみを確実にデバイス特性評価の対象外とする。
Next, the difference between the defect position information acquired in the first and second defect inspection is obtained, and the defect newly detected in the second defect inspection is extracted. Then, the chip including the extracted defect is regarded as a defective chip after the device creation process is completed, and is excluded from the device characteristic evaluation target. The defect detected in the first defect inspection does not necessarily cause a device failure, whereas the defect detected for the first time in the second defect inspection, that is, the
よって、デバイス特性評価を実施するチップ数が減少するため、デバイス特性評価のコストを抑制し、かつスループットが向上する。 Therefore, since the number of chips on which the device characteristic evaluation is performed is reduced, the cost of the device characteristic evaluation is suppressed and the throughput is improved.
<効果>
本実施の形態の結晶欠陥検出方法は、(a)表面にSiCドリフト層2(エピタキシャル層)を形成したSiC基板(SiCエピタキシャルウェハ)を準備する工程と、(b)SiCエピタキシャルウェハをアニール処理して、SiCドリフト層2の表面にCリッチ層4を形成する工程と、(c)工程(b)の後、ドライエッチングによりCリッチ層4を除去する工程と、(d)工程(c)の後、SiCドリフト層2表面の欠陥を検査する工程とを備えるので、SiC基板1を破壊することなく、SiCドリフト層2のエピタキシャル成長中に閉塞された欠陥を露出させて検出することが出来る。
<Effect>
In the crystal defect detection method of the present embodiment, (a) a step of preparing a SiC substrate (SiC epitaxial wafer) having a SiC drift layer 2 (epitaxial layer) formed on the surface, and (b) annealing the SiC epitaxial wafer. A step of forming the C-rich layer 4 on the surface of the
また、本実施の形態の結晶欠陥検出方法は、(e)工程(a)と(b)の間に、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)表面の欠陥を検査する工程と、(f)工程(e)と工程(d)の検査結果を比較する工程とを備える。工程(d)で新たに検出される欠陥は、工程(a)の時点でSiCドリフト層2内に閉塞されたマイクロパイプ欠陥であるため、こうしたデバイス不良につながる欠陥を検出することが出来る。
Further, the crystal defect detection method of the present embodiment includes (e) a step of inspecting defects on the surface of the SiC drift layer 2 (epitaxial layer) between steps (a) and (b), and a step (f) ( e) and a step of comparing the inspection results of step (d). Since the defect newly detected in the step (d) is a micropipe defect blocked in the
また、本実施の形態の結晶欠陥検出方法において、工程(b)は、SiCエピタキシャルウェハ(SiC基板)を1600℃以上2000℃未満アニール処理する工程であるので、SiCエピタキシャルウェハにストレスを与えることなく、SiCドリフト層2からSiを蒸発させることが出来る。
Further, in the crystal defect detection method of the present embodiment, step (b) is a step of annealing the SiC epitaxial wafer (SiC substrate) at 1600 ° C. or more and less than 2000 ° C., so that stress is not applied to the SiC epitaxial wafer. Si can be evaporated from the
また、本実施の形態の結晶欠陥検出方法において、工程(c)は、O2ガスを用いたドライエッチングを行う工程である。O2ガスはCとの反応性が高いため、Cリッチ層4を効率的に除去することが出来る。 In the crystal defect detection method of the present embodiment, step (c) is a step of performing dry etching using O 2 gas. Since the O 2 gas has high reactivity with C, the C rich layer 4 can be efficiently removed.
また、本実施の形態の結晶欠陥検出方法において、工程(d)、(e)は、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)表面の画像を撮影し、予め取得したSiC基板表面の無欠陥画像と当該撮影画像とを比較することにより、SiCドリフト層2表面の欠陥を検出することが可能である。
In the crystal defect detection method according to the present embodiment, the steps (d) and (e) are performed by taking an image of the surface of the SiC drift layer 2 (epitaxial layer) and acquiring the defect-free image of the surface of the SiC substrate in advance. It is possible to detect defects on the surface of the
あるいは、本実施の形態の結晶欠陥検出方法において、工程(d)、(e)では、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)表面に照射したレーザー光を基板表面で散乱させ、当該散乱光を検出することにより、SiCドリフト層2表面の欠陥を検出することが可能である。
Alternatively, in the crystal defect detection method of the present embodiment, in steps (d) and (e), the laser light irradiated on the surface of SiC drift layer 2 (epitaxial layer) is scattered on the substrate surface, and the scattered light is detected. Thus, it is possible to detect defects on the surface of the
(実施の形態2)
実施の形態1の結晶欠陥検出方法では、デバイス作成プロセスの前に欠陥検査を行ったが、デバイス作成プロセス中に結晶欠陥検出を行っても良い。
(Embodiment 2)
In the crystal defect detection method of the first embodiment, the defect inspection is performed before the device creation process. However, the crystal defect detection may be performed during the device creation process.
図5は、結晶欠陥検出を組み込んだデバイス作成プロセスを示すフローチャートであり、図6〜図12は、デバイスの一例としてのショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図である。以下、図5と図6〜12に沿って、実施の形態2の結晶欠陥検出方法を説明する。 FIG. 5 is a flowchart showing a device creation process incorporating crystal defect detection, and FIGS. 6 to 12 are cross-sectional views showing manufacturing steps of a Schottky barrier diode as an example of the device. Hereinafter, the crystal defect detection method of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6 to 12.
まず、SiCエピタキシャルウェハを準備する(図5のステップS1、図6)。SiCエピタキシャルウェハは、厚さ300〜400μmのn型のSiC基板1の上に、厚さ5〜25μmのn型のSiCドリフト層2をエピタキシャル成長させることにより形成される。ここで、SiCドリフト層2は後工程でエッチングすることを考慮して、デバイス作成時に所望の耐圧を確保するのに必要とされる厚みよりも1〜3μm程度厚く形成する。
First, an SiC epitaxial wafer is prepared (Step S1 in FIG. 5, FIG. 6). The SiC epitaxial wafer is formed by epitaxially growing an n-type
SiCエピタキシャルウェハが欠陥検査の対象となる。SiC基板1とSiCドリフト層2には、SiCドリフト層2のエピタキシャル成長中に閉塞されたマイクロパイプ欠陥3が内在する他、SiCドリフト層2の表面付近にも様々な欠陥が存在する。
The SiC epitaxial wafer is a target for defect inspection. The
次に、第1欠陥検査を実施し、SiCドリフト層2表面の欠陥を検出する(図5のステップS12)。第1欠陥検査では、例えばSiCドリフト層2表面の画像をCCDで撮影し、これを事前に取得したSiC基板表面の無欠陥画像と比較することによって欠陥を検出する。
Next, a first defect inspection is performed to detect defects on the surface of SiC drift layer 2 (step S12 in FIG. 5). In the first defect inspection, for example, an image of the surface of the
次に、SiCドリフト層2の表面上にフォトレジストを塗布する。そして、加熱、フォトリソグラフィによるパターン転写、アルカリ現像液による現像の各処理を順に行うことにより、アライメントマーク7とガードリング8(図8参照)の形成領域を開口したレジストパターン5を形成する(図7)。
Next, a photoresist is applied on the surface of
そして、レジストパターン5をマスクとする反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)を行い、深さ0.3〜0.6μm程度のリセス6とアライメントマーク7を同時に形成する(図8)。
Then, reactive ion etching (RIE) is performed using the resist
次に、レジストパターン5をマスクとして、SiCドリフト層2にp型不純物のAlイオンを注入してガードリング8を形成する(図9)。
Next, using the resist
その後、例えばドライエッチングによってレジストパターン5を除去する。
Thereafter, the resist
そして、1600℃以上2000℃未満で高温アニールを行うことにより、SiCドリフト層2に注入したAlイオンを活性化させる。このとき、SiCドリフト層2の表面からSiが蒸発し、SiCドリフト層2上にCリッチ層4が形成される(図10)。なお、1600℃未満でアニール処理を行うとSiが蒸発せず、後工程でSiCドリフト層2のエッチングが困難になってしまう。また、2000℃以上でアニール処理を行うと、SiCエピタキシャルウェハにストレスがかかって破損したり、格子ひずみによって新たな欠陥が発生したりして、ウェハ品質が劣化するおそれがある。
Then, the Al ions implanted into the
その後、Cと反応性の高いガスをソースとしたエッチング処理を行うことにより、SiCドリフト層2の表面からCリッチ層4を除去する。これにより、SiCドリフト層2の内部に閉塞していた欠陥がSiCドリフト層2表面に露出する。
Then, the C rich layer 4 is removed from the surface of the
そして、SiCドリフト層2表面の欠陥を検出するための第2欠陥検査を実施する。ここでの欠陥検査方法は、第1欠陥検査と同様である。
And the 2nd defect inspection for detecting the defect of the
続いて、SiC基板1の裏面に、スパッタリング法を用いて厚さ約500〜800nmのNi層9を形成する。そして、約1000℃のRTA(Rapid Thermal Annealing)を約5分行う。その結果、SiC基板1とNi層9の界面にNiシリサイド層10が形成される(図11)。
Subsequently, a
また、ガードリング8の一部を含むSiCドリフト層2の表面に、スパッタリング法を用いて厚さ約100〜300nmのTi層11を形成し、さらにTi層11上に厚さ4.5〜5.5μmのAl層12を形成して、アノード電極とする(図12)。なお、ショットキーバリアの高さφB(金属の仕事関数と半導体の電子親和力の差)を安定させるために、Ti層11の形成後に約600℃の熱処理を行っても良い。
Further, a
最後に、Ni層9の下面に、スパッタリング法を用いて約100〜300nmのAu層13を形成して、図13に示す構造のショットキーバリアダイオードが形成される。こうしてデバイス作成プロセス(図5のステップS13)を終了する。
Finally, an
次に、チップのスクリーニングを行う(図5のステップS14)。ここでは、第1、第2欠陥検査で取得した欠陥位置情報の差分を求め、第2欠陥検査で新たに検出された欠陥を抽出する。そして、当該抽出した欠陥を含むチップを不良チップとみなし、デバイス特性評価の対象外とする。第2欠陥検査で初めて検出した欠陥はマイクロパイプ欠陥であり、デバイス不良の原因となる可能性が高いため、当該欠陥を含むチップをスクリーニングすることで、デバイス特性評価試験のコストやスループットを改善することが出来る。 Next, chip screening is performed (step S14 in FIG. 5). Here, the difference between the defect position information acquired in the first and second defect inspections is obtained, and the defect newly detected in the second defect inspection is extracted. Then, the chip including the extracted defect is regarded as a defective chip and excluded from device characteristic evaluation. Since the defect detected for the first time in the second defect inspection is a micropipe defect and is likely to cause a device failure, the cost and throughput of the device characteristic evaluation test can be improved by screening a chip including the defect. I can do it.
<効果>
本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、(a)表面にSiCドリフト層2(エピタキシャル層)を形成したSiCエピタキシャルウェハ(SiC基板)を準備する工程と、(b)SiCドリフト層2に各チップの所定の素子構成要素を形成するための所定の処理を行う工程と、(c)工程(b)の後、SiCエピタキシャルウェハをアニール処理して、SiCドリフト層2の表面にCリッチ層4を形成する工程と、(d)工程(c)の後、ドライエッチングによりCリッチ層4を除去する工程と、(e)工程(d)の後、前記エピタキシャル層表面の欠陥を検査する工程と、(f)工程(e)の後、工程(e)の検査結果に基づき各チップのスクリーニングを行う工程と、を備える。デバイス作製プロセス中に工程(c)、(d)で欠陥検査を行い、工程(e)で欠陥検査に基づき不良チップをデバイス特性評価試験の対象から除外することにより、デバイス作製プロセス後のデバイス特性評価試験のコストやスループットを改善することが出来る。
<Effect>
The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present embodiment includes: (a) preparing a SiC epitaxial wafer (SiC substrate) having a SiC drift layer 2 (epitaxial layer) formed on the surface; and (b)
また、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、SiCエピタキシャルウェハ(SiC基板)表面に設けられたTi層11、Al層12(第1の主電極)と、SiCエピタキシャルウェハ裏面に設けられたNiシリサイド層10、Ni層9(第2の主電極)と、を備え、SiCエピタキシャルウェハの厚み方向に主電流が流れる炭化珪素半導体装置の製造方法である。このような縦型の炭化珪素半導体装置の製造プロセス中に欠陥検査工程を組み込むことにより、製造プロセス後のデバイス特性評価試験のコストやスループットを改善することが出来る。
In addition, the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes a
また、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法は、(g)工程(b)と工程(c)の間に、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)表面の欠陥を検査する工程をさらに備え、工程(f)は、工程(g)と工程(e)の検査結果を比較し、工程(e)で初めて検出された欠陥を含むチップをデバイス特性評価対象から除外する工程である。工程(e)で初めて検出される欠陥は、工程(a)の時点ではSiCドリフト層2内に閉塞されたマイクロパイプ欠陥であるため、こうしたデバイス不良につながる欠陥をデバイス特性評価試験の対象から除外することが出来る。
The method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment further includes (g) a step of inspecting the surface of SiC drift layer 2 (epitaxial layer) between step (b) and step (c). The step (f) is a step of comparing the inspection results of the step (g) and the step (e) and excluding the chip including the defect detected for the first time in the step (e) from the device characteristic evaluation target. Since the defect detected for the first time in the step (e) is a micropipe defect blocked in the
また、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法において、工程(b)は、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)の表層にガードリング(不純物領域)を形成する工程である。ガードリング形成工程の後に欠陥検査を行うことにより、製造プロセス後のデバイス特性評価試験のコストやスループットを改善することが出来る。 In the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, step (b) is a step of forming a guard ring (impurity region) in the surface layer of SiC drift layer 2 (epitaxial layer). By performing defect inspection after the guard ring forming step, the cost and throughput of the device characteristic evaluation test after the manufacturing process can be improved.
また、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法において、工程(c)は、SiC基板を1600℃以上2000℃未満でアニール処理する工程であるので、SiC基板(SiCエピタキシャルウェハ)にストレスを与えることなく、SiCドリフト層2からSiを蒸発させることが出来る。
In the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, since step (c) is a step of annealing the SiC substrate at 1600 ° C. or more and less than 2000 ° C., stress is applied to the SiC substrate (SiC epitaxial wafer). Si can be evaporated from the
また、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法において、工程(d)は、O2ガスを用いたドライエッチングを行う工程である。O2ガスはCとの反応性が高いため、Cリッチ層を効率的に除去することが出来る。 In the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, step (d) is a step of performing dry etching using O 2 gas. Since O 2 gas is highly reactive with C, the C-rich layer can be removed efficiently.
また、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法において、工程(e)は、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)表面の画像を撮影し、予め取得したSiC基板表面の無欠陥画像と前記撮影画像とを比較することにより、SiCドリフト層2表面の欠陥を検出することが可能である。
Further, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, in step (e), an image of the surface of SiC drift layer 2 (epitaxial layer) is photographed, and the defect-free image of the SiC substrate surface obtained in advance and the photographing are performed. By comparing with the image, it is possible to detect defects on the surface of the
あるいは、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法において、工程(e)は、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)表面に照射したレーザー光を基板表面で散乱させ、散乱光を検出することでSiCドリフト層2表面の欠陥を検出することが可能である。
Or in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of this Embodiment, a process (e) scatters the laser beam irradiated to the SiC drift layer 2 (epitaxial layer) surface on the substrate surface, and detects scattered light. It is possible to detect defects on the surface of the
また、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法において、工程(g)は、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)表面の画像を撮影し、予め取得したSiC基板表面の無欠陥画像と前記撮影画像とを比較することにより、SiCドリフト層2表面の欠陥を検出することが可能である。
Further, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, the step (g) takes an image of the surface of the SiC drift layer 2 (epitaxial layer), and obtains a defect-free image of the surface of the SiC substrate acquired in advance. By comparing with the image, it is possible to detect defects on the surface of the
あるいは、本実施の形態の炭化珪素半導体装置の製造方法において、工程(g)は、SiCドリフト層2(エピタキシャル層)表面に照射したレーザー光を基板表面で散乱させ、散乱光を検出することでSiCドリフト層2表面の欠陥を検出することが可能である。
Alternatively, in the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of the present embodiment, in step (g), the laser light irradiated on the surface of SiC drift layer 2 (epitaxial layer) is scattered on the substrate surface, and the scattered light is detected. It is possible to detect defects on the surface of the
1 SiC基板、2 SiCドリフト層、3 マイクロパイプ欠陥、4 Cリッチ層、5 レジストパターン、6 アライメントマーク、7 リセス、8 ガードリング、9 Ni層、10 Niシリサイド層、11 Ti層、12 Al層、13 Au層。
1 SiC substrate, 2 SiC drift layer, 3 micropipe defect, 4 C rich layer, 5 resist pattern, 6 alignment mark, 7 recess, 8 guard ring, 9 Ni layer, 10 Ni silicide layer, 11 Ti layer, 12
Claims (16)
(b)前記SiC基板をアニール処理して、前記エピタキシャル層の表面にCリッチ層を形成する工程と、
(c)前記工程(b)の後、ドライエッチングにより前記Cリッチ層を除去する工程と、
(d)前記工程(c)の後、前記エピタキシャル層表面の欠陥を検査する工程と、
を備える、結晶欠陥検出方法。 (A) preparing a SiC substrate having an epitaxial layer formed on the surface;
(B) annealing the SiC substrate to form a C-rich layer on the surface of the epitaxial layer;
(C) after the step (b), removing the C-rich layer by dry etching;
(D) after the step (c), inspecting the surface of the epitaxial layer for defects;
A crystal defect detection method comprising:
(f)前記工程(e)と前記工程(d)の検査結果を比較する工程と、
を備える、請求項1に記載の結晶欠陥検出方法。 (E) Inspecting defects on the surface of the epitaxial layer between the steps (a) and (b);
(F) a step of comparing the inspection results of the step (e) and the step (d);
The crystal defect detection method according to claim 1, comprising:
請求項1又は2に記載の結晶欠陥検出方法。 The step (b) is a step of annealing the SiC substrate at 1600 ° C. or more and less than 2000 ° C.,
The crystal defect detection method according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれかに記載の結晶欠陥検出方法。 The step (c) is a step of performing dry etching using O 2 gas.
The crystal defect detection method according to claim 1.
請求項2〜4のいずれかに記載の結晶欠陥検出方法。 In the step (d) and the step (e), an image of the surface of the epitaxial layer is taken, and a defect-free image on the surface of the SiC substrate obtained in advance is compared with the taken image to thereby detect defects on the surface of the epitaxial layer. Is a step of detecting
The crystal defect detection method according to claim 2.
請求項2〜4のいずれかに記載の結晶欠陥検出方法。 The step (d) and the step (e) are methods of detecting defects by scattering the laser light irradiated on the surface of the epitaxial layer on the substrate surface and detecting the scattered light.
The crystal defect detection method according to claim 2.
(b)前記エピタキシャル層に各チップの所定の素子構成要素を形成するための所定の処理を行う工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記SiC基板をアニール処理して、前記エピタキシャル層の表面にCリッチ層を形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後、ドライエッチングにより前記Cリッチ層を除去する工程と、
(e)前記工程(d)の後、前記エピタキシャル層表面の欠陥を検査する工程と、
(f)前記工程(e)の後、前記工程(e)の検査結果に基づき前記各チップのスクリーニングを行う工程と、
を備える炭化珪素半導体装置の製造方法。 (A) preparing a SiC substrate having an epitaxial layer formed on the surface;
(B) performing a predetermined process for forming a predetermined element component of each chip in the epitaxial layer;
(C) after the step (b), annealing the SiC substrate to form a C-rich layer on the surface of the epitaxial layer;
(D) after the step (c), removing the C-rich layer by dry etching;
(E) after the step (d), inspecting the surface of the epitaxial layer for defects;
(F) After the step (e), screening each chip based on the inspection result of the step (e);
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device comprising:
前記SiC基板表面に設けられた第1の主電極と、
前記SiC基板裏面に設けられた第2の主電極と、を備え、
前記SiC基板の厚み方向に主電流が流れる、
請求項7に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The silicon carbide semiconductor device is
A first main electrode provided on the surface of the SiC substrate;
A second main electrode provided on the back surface of the SiC substrate,
A main current flows in the thickness direction of the SiC substrate;
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 7.
前記工程(f)は、前記工程(g)と前記工程(e)の検査結果を比較し、前記工程(e)で初めて検出された欠陥を含む前記チップをデバイス特性評価対象から除外する工程である、
請求項7又は8に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 (G) Further comprising a step of inspecting a defect on the surface of the epitaxial layer between the step (b) and the step (c),
The step (f) is a step of comparing the inspection results of the step (g) and the step (e) and excluding the chip including the defect detected for the first time in the step (e) from the device characteristic evaluation target. is there,
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 7 or 8.
請求項7〜9のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step (b) is a step of forming an impurity region in the surface layer of the epitaxial layer.
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in any one of Claims 7-9.
請求項7〜10のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step (c) is a step of annealing the SiC substrate at 1600 ° C. or more and less than 2000 ° C.,
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in any one of Claims 7-10.
請求項7〜11のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step (d) is a step of performing dry etching using O 2 gas.
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in any one of Claims 7-11.
請求項7〜12のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step (e) is a step of detecting a defect on the surface of the epitaxial layer by taking an image of the surface of the epitaxial layer and comparing the photographed image with a defect-free image of the SiC substrate surface acquired in advance. ,
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in any one of Claims 7-12.
請求項9〜13のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step (g) is a step of detecting a defect on the surface of the epitaxial layer by taking an image of the surface of the epitaxial layer and comparing the photographed image with a defect-free image of the surface of the SiC substrate obtained in advance. ,
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 9.
請求項7〜12のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step (e) is a step of detecting defects on the surface of the epitaxial layer by scattering the laser light irradiated on the surface of the epitaxial layer on the surface of the substrate and detecting the scattered light.
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device in any one of Claims 7-12.
請求項9〜12,15のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。 The step (g) is a step of detecting defects on the surface of the epitaxial layer by scattering the laser light applied to the surface of the epitaxial layer on the surface of the substrate and detecting the scattered light.
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 9.
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