JP2020063186A - SiC epitaxial wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＳｉＣエピタキシャルウェハに関する。 The present invention relates to a SiC epitaxial wafer.
炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて絶縁破壊電界が１桁大きく、バンドギャップが３倍大きい。また、炭化珪素（ＳｉＣ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べて熱伝導率が３倍程度高い等の特性を有する。炭化珪素（ＳｉＣ）は、パワーデバイス、高周波デバイス、高温動作デバイス等への応用が期待されている。 Silicon carbide (SiC) has a dielectric breakdown electric field that is an order of magnitude larger and a band gap that is three times larger than that of silicon (Si). Further, silicon carbide (SiC) has characteristics such as a thermal conductivity about three times higher than that of silicon (Si). Silicon carbide (SiC) is expected to be applied to power devices, high frequency devices, high temperature operating devices and the like.
ＳｉＣを用いた半導体等のデバイス（以下、ＳｉＣデバイスという。）は、ＳｉＣ基板上にエピタキシャル層を形成したＳｉＣエピタキシャルウェハに形成される。以下、エピタキシャル層を形成する前のウェハをＳｉＣ基板と言い、エピタキシャル層を形成した後のウェハをＳｉＣエピタキシャルウェハという。 A device such as a semiconductor using SiC (hereinafter referred to as a SiC device) is formed on a SiC epitaxial wafer in which an epitaxial layer is formed on a SiC substrate. Hereinafter, the wafer before forming the epitaxial layer is referred to as a SiC substrate, and the wafer after forming the epitaxial layer is referred to as a SiC epitaxial wafer.
ＳｉＣ基板は、ＳｉＣインゴットをスライスして得られる。ＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板とエピタキシャル層とを有する。エピタキシャル層は、ＳｉＣ基板の一面に化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）等によって積層される。エピタキシャル層は、ＳｉＣデバイスの活性領域となる。 The SiC substrate is obtained by slicing a SiC ingot. The SiC epitaxial wafer has a SiC substrate and an epitaxial layer. The epitaxial layer is laminated on one surface of the SiC substrate by a chemical vapor deposition method (CVD) or the like. The epitaxial layer becomes the active region of the SiC device.
半導体デバイスに広く用いられているＳｉ基板は、高品質に作製でき、エピタキシャル層が不要である。これに対し、ＳｉＣ基板は、Ｓｉ基板と比較して欠陥が多い。エピタキシャル層は、ＳｉＣデバイスの高品質化のために形成されている。 A Si substrate widely used for semiconductor devices can be manufactured with high quality and does not require an epitaxial layer. On the other hand, the SiC substrate has more defects than the Si substrate. The epitaxial layer is formed to improve the quality of the SiC device.
特許文献１は、エピタキシャル層を形成後のＳｉＣエピタキシャルウェハの表面をフォトルミネッセンス法で評価することが記載されている。 Patent Document 1 describes that the surface of the SiC epitaxial wafer after the formation of the epitaxial layer is evaluated by the photoluminescence method.
ＳｉＣデバイスは、順方向に電圧を印加した際に、特性が低下する（バイポーラ劣化が生じる）場合がある。バイポーラ劣化は、シングルショックレー型積層欠陥が原因の一つと言われている。シングルショックレー型積層欠陥は、基底面転位をアクティブ領域に含むＳｉＣデバイスの順方向に電圧を印加すると、この基底面転位が拡張し、形成される。このバイポーラ劣化は初期特性評価では発見できず、流出させてしまう恐れがあることから、解決すべき課題として大きな比重を占めている。 The characteristics of the SiC device may deteriorate (bipolar deterioration may occur) when a voltage is applied in the forward direction. Bipolar deterioration is said to be one of the causes of the single Shockley type stacking fault. Single Shockley-type stacking faults are formed by expanding the basal plane dislocations when a voltage is applied in the forward direction of the SiC device including the basal plane dislocations in the active region. This bipolar deterioration cannot be found by the initial characteristic evaluation and may be leaked, so it is a large problem as a problem to be solved.
化学エッチング法、フォトルミネッセンス法は、バイポーラ劣化の原因となる欠陥の特定方法の一つである。化学エッチング法は、ＳｉＣ結晶の表面をアルカリで化学エッチングする。化学エッチング法は破壊検査であり、使用した基板をデバイス作製に用いることはできない。 The chemical etching method and the photoluminescence method are one of the methods for identifying defects that cause bipolar deterioration. In the chemical etching method, the surface of the SiC crystal is chemically etched with alkali. The chemical etching method is a destructive inspection, and the used substrate cannot be used for device fabrication.
フォトルミネッセンス法は、基板の表面に励起光を照射し、得られるフォトルミネッセンス光を観測する方法である。フォトルミネッセンス法は、非破壊であり、使用した基板をデバイス作製に用いることができる。 The photoluminescence method is a method of irradiating the surface of a substrate with excitation light and observing the obtained photoluminescence light. The photoluminescence method is nondestructive, and the used substrate can be used for device fabrication.
一方で、フォトルミネッセンス法は、エピタキシャル層を積層後のＳｉＣエピタキシャルウェハの評価には有用だが、エピタキシャル層を積層前のＳｉＣ基板の評価は難しいと言われている。ＳｉＣ基板は、エピタキシャル層と比較して多数の不純物準位を有するためである。エピタキシャル層の不純物濃度は、例えば１×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ３から１×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのに対し、ＳｉＣ基板は、例えば１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度である。不純物濃度が高いと、得られるフォトルミネッセンススペクトルがブロードになり、特定の欠陥の特定が難しくなる。 On the other hand, although the photoluminescence method is useful for evaluating a SiC epitaxial wafer after laminating an epitaxial layer, it is said that it is difficult to evaluate a SiC substrate before laminating an epitaxial layer. This is because the SiC substrate has a large number of impurity levels as compared with the epitaxial layer. The impurity concentration of the epitaxial layer is, for example, about 1 × 10 15 atom / cm 3 to 1 × 10 16 atom / cm 3 , while that of the SiC substrate is, for example, about 1 × 10 18 atom / cm 3 . When the impurity concentration is high, the obtained photoluminescence spectrum becomes broad and it becomes difficult to identify a specific defect.
バイポーラ劣化の原因となる欠陥の中には、ＳｉＣ基板の欠陥がエピタキシャル層に引き継がれたものもある。ＳｉＣ基板の時点で欠陥を特定できれば、高品質なＳｉＣエピタキシャルウェハの製造歩留まりを高めることができる。特定の欠陥を非破壊で区別できる方法が求められている。 Among the defects that cause bipolar deterioration, there are some defects in which the defects of the SiC substrate are taken over by the epitaxial layer. If defects can be identified at the time of the SiC substrate, the production yield of high-quality SiC epitaxial wafers can be increased. There is a need for a method capable of non-destructively distinguishing specific defects.
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、帯状積層欠陥の少ないＳｉＣエピタキシャルウェハを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a SiC epitaxial wafer with less band-shaped stacking faults.
バイポーラ劣化の原因となる欠陥は、基底面転位などが知られている。基底面転位は、結晶成長技術の進歩に伴い減少している。基底面転位の減少に伴い、他の欠陥を特定、抑制する検討がされている。このような検討のもと、新たな欠陥として帯状積層欠陥に注目し、帯状積層欠陥をＳｉＣ基板の時点で特定できる方法を見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
A basal plane dislocation is known as a defect that causes bipolar deterioration. Basal plane dislocations are decreasing with the progress of crystal growth technology. With the decrease in basal plane dislocations, studies are being made to identify and suppress other defects. Based on such studies, a band-shaped stacking fault was focused on as a new defect, and a method for identifying the band-shaped stacking fault at the time of the SiC substrate was found.
That is, the present invention provides the following means in order to solve the above problems.
（１）第１の態様にかかるＳｉＣ基板の評価方法は、エピタキシャル層を積層する前のＳｉＣ基板の第１面に、励起光を照射し、前記第１面から発光されるフォトルミネッセンス光のうち４０５ｎｍ以上４４５ｎｍ以下の波長帯の光を取り出して、帯状積層欠陥を観察する。 (1) A method for evaluating a SiC substrate according to a first aspect is a method of irradiating a first surface of a SiC substrate before laminating an epitaxial layer with excitation light to obtain photoluminescence light emitted from the first surface. Light in the wavelength band of 405 nm or more and 445 nm or less is extracted to observe band-shaped stacking faults.
（２）上記態様にかかるＳｉＣ基板の評価方法において、前記励起光の波長は、２００ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であってもよい。 (2) In the method of evaluating a SiC substrate according to the above aspect, the wavelength of the excitation light may be 200 nm or more and 390 nm or less.
（３）上記態様にかかるＳｉＣ基板の評価方法において、前記帯状積層欠陥は、オフセット方向に対して略直交する方向に帯状に延びるシングルショックレー型の積層欠陥であってもよい。 (3) In the method of evaluating a SiC substrate according to the above aspect, the strip-shaped stacking fault may be a single Shockley type stacking fault that extends in a strip shape in a direction substantially orthogonal to the offset direction.
（４）上記態様にかかるＳｉＣ基板の評価方法において、前記励起光の照射時間は、１ｍｓｅｃ以上１０ｓｅｃ以下であってもよい。 (4) In the method for evaluating a SiC substrate according to the above aspect, the irradiation time of the excitation light may be 1 msec or more and 10 sec or less.
（５）上記態様にかかるＳｉＣ基板の評価方法において、前記励起光の強度は、１Ｗｃｍ−２以下であってもよい。 (5) In the method for evaluating a SiC substrate according to the above aspect, the intensity of the excitation light may be 1 Wcm −2 or less.
（６）第２の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、上記態様にかかるＳｉＣ基板の評価方法を用いて前記ＳｉＣ基板の前記第１面を評価する評価工程と、前記評価工程の結果に基づき、エピタキシャル層を積層するか否かを判定する判定工程と、前記判定工程の結果に基づき、前記第１面にエピタキシャル層を積層する積層工程と、を有する。 (6) The method for manufacturing an SiC epitaxial wafer according to the second aspect includes an evaluation step of evaluating the first surface of the SiC substrate using the evaluation method of the SiC substrate according to the above aspect, and a result of the evaluation step. On the basis of the result of the determination step, a determination step of determining whether or not to stack the epitaxial layer is performed, and a deposition step of depositing the epitaxial layer on the first surface is performed.
（７）第３の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハは、ＳｉＣ基板と、前記ＳｉＣ基板の第１面に積層されたエピタキシャル層と、を備え、前記エピタキシャル層において、帯状積層欠陥の占める面積が、前記エピタキシャル層の面積の１／４以下である。 (7) The SiC epitaxial wafer according to the third aspect includes a SiC substrate and an epitaxial layer laminated on the first surface of the SiC substrate, and in the epitaxial layer, the area occupied by the band-shaped stacking defects is It is 1/4 or less of the area of the epitaxial layer.
（８）上記態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハにおいて、前記帯状積層欠陥の密度が、１０個ｃｍ−２以下である。 (8) In the SiC epitaxial wafer according to the above aspect, the density of the band-shaped stacking faults is 10 cm −2 or less.
上記態様にかかるＳｉＣ基板の評価方法によれば、エピタキシャル層を積層する前のＳｉＣ基板の時点で、帯状積層欠陥を特定できる。また当該ＳｉＣ基板の評価方法を用いることで、帯状積層欠陥の少ないＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。 According to the method for evaluating a SiC substrate according to the above aspect, the band-shaped stacking fault can be identified at the time of the SiC substrate before the epitaxial layers are stacked. Further, by using the evaluation method of the SiC substrate, it is possible to manufacture a SiC epitaxial wafer with few band-shaped stacking faults.
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings used in the following description, a characteristic part may be shown in an enlarged manner for the sake of convenience, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. The materials, dimensions, and the like illustrated in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately modified and implemented without changing the gist thereof.
「ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法」
本実施形態にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、ＳｉＣインゴット作製工程と、ＳｉＣ基板の作製工程と、ＳｉＣ基板の評価工程と、ＳｉＣ基板の判定工程と、エピタキシャル層の積層工程と、を有する。
"Manufacturing method of SiC epitaxial wafer"
The method for manufacturing an SiC epitaxial wafer according to this embodiment includes a SiC ingot manufacturing step, a SiC substrate manufacturing step, a SiC substrate evaluation step, a SiC substrate determination step, and an epitaxial layer stacking step.
ＳｉＣインゴットは、ＳｉＣのバルクの単結晶である。ＳｉＣインゴットは、昇華再結晶法等で作製できる。 A SiC ingot is a bulk single crystal of SiC. The SiC ingot can be produced by a sublimation recrystallization method or the like.
作製されたＳｉＣインゴットからＳｉＣ基板を作製する。ＳｉＣ基板は、ＳｉＣインゴットをスライスして得られる。ＳｉＣ基板の表面は研磨することが好ましい。 A SiC substrate is manufactured from the manufactured SiC ingot. The SiC substrate is obtained by slicing a SiC ingot. The surface of the SiC substrate is preferably polished.
次いで、ＳｉＣ基板の第１面を評価する。第１面は、後述の工程でエピタキシャル層が積層される面である。第１面は、フォトルミネッセンス法で評価する。 Next, the first surface of the SiC substrate is evaluated. The first surface is a surface on which an epitaxial layer is laminated in the process described below. The first surface is evaluated by the photoluminescence method.
フォトルミネッセンス法は、物質に励起光を照射し、励起された電子が基底状態に戻る際に発光する光を測定する方法である。ＳｉＣ基板の第１面に、ＳｉＣのバンドギャップより大きなエネルギーを有する励起光を照射し、ＳｉＣ基板から発光されるフォトルミネッセンスの強度を測定する。フォトルミネッセンス法をＳｉＣ基板に適用することで、ＳｉＣ基板の欠陥、不純物の凝集箇所等を特定する。 The photoluminescence method is a method of irradiating a substance with excitation light and measuring the light emitted when the excited electrons return to the ground state. The first surface of the SiC substrate is irradiated with excitation light having energy larger than the band gap of SiC, and the intensity of photoluminescence emitted from the SiC substrate is measured. By applying the photoluminescence method to the SiC substrate, defects of the SiC substrate, agglomerations of impurities, and the like are specified.
図１は、エピタキシャル層が積層される前のＳｉＣ基板のフォトルミネッセンススペクトルと、エピタキシャル層が積層された後のＳｉＣエピタキシャルウェハのフォトルミネッセンススペクトルと、を比較したグラフである。いずれのグラフも３９０ｎｍ近傍に発光ピークを有する。この発光ピークは、４Ｈ−ＳｉＣのバンド端発光に由来する。ＳｉＣエピタキシャルウェハは、３９０ｎｍ近傍の発光ピークの発光強度が他の波長域の発光強度と比較して顕著に大きい。一方で、ＳｉＣ基板は、３９０ｎｍ近傍の発光ピークの発光強度に対して、他の波長域の発光強度も大きい。ＳｉＣ基板は、エピタキシャル層と比較して多数の不純物準位を有するためである。 FIG. 1 is a graph comparing the photoluminescence spectrum of the SiC substrate before the epitaxial layers are stacked with the photoluminescence spectrum of the SiC epitaxial wafer after the epitaxial layers are stacked. Both graphs have an emission peak near 390 nm. This emission peak is derived from the band edge emission of 4H-SiC. In the SiC epitaxial wafer, the emission intensity of the emission peak in the vicinity of 390 nm is remarkably large as compared with the emission intensities in other wavelength regions. On the other hand, the SiC substrate has a larger emission intensity in other wavelength regions than the emission intensity of the emission peak near 390 nm. This is because the SiC substrate has a large number of impurity levels as compared with the epitaxial layer.
フォトルミネッセンス法は、欠陥の無い正常結晶部のバンドギャップと、欠陥がその構造により有する擬似的なバンドギャップと、の差により生じるフォトルミネッセンス光の発光強度の違いを利用して欠陥を区別する。フォトルミネッセンススペクトルがブロードになるほど、欠陥の区別を行うことは難しい。 The photoluminescence method distinguishes defects by utilizing the difference in emission intensity of photoluminescence light caused by the difference between the bandgap of a normal crystal part having no defect and the pseudo bandgap that the defect has due to its structure. The broader the photoluminescence spectrum, the more difficult it is to distinguish defects.
図２は、ＳｉＣ基板の第１面のフォトルミネッセンス像である。図２は、３１３ｎｍの波長域を透過するバンドパスフィルターを用いて励起光をＳｉＣ基板の第１面に照射し、近赤外波長（６６０ｎｍ以上の波長）を透過するハイパスフィルターを用いて、帯状積層欠陥のフォトルミネッセンス像を測定した図である。図２（ａ）と図２（ｂ）は同条件で測定したものである。 FIG. 2 is a photoluminescence image of the first surface of the SiC substrate. FIG. 2 shows a band shape obtained by irradiating the first surface of the SiC substrate with excitation light using a bandpass filter that transmits the wavelength region of 313 nm and using a high-pass filter that transmits the near infrared wavelength (wavelength of 660 nm or more). It is the figure which measured the photo-luminescence image of a stacking fault. FIG. 2A and FIG. 2B are measured under the same conditions.
図２（ａ）は、欠陥の無い正常結晶部に対して帯状積層欠陥が白く見える。これに対し、図２（ｂ）は、欠陥の無い正常結晶部に対して帯状積層欠陥が黒く見える。すなわち、同条件で測定しているにも関わらず、帯状積層欠陥の見え方が異なる。また帯状積層欠陥と欠陥の無い正常結晶部とのコントラストの違いは小さく、帯状積層欠陥はぼやけて観測され、特定が困難である。したがって、帯状積層欠陥を見逃す恐れ及び基底面転位と誤分類する恐れがある。 In FIG. 2A, the band-shaped stacking fault looks white in the normal crystal part having no defect. On the other hand, in FIG. 2B, the band-shaped stacking fault looks black with respect to the normal crystal part having no defect. That is, the appearance of the band-shaped stacking fault is different although the measurement is performed under the same conditions. Further, the difference in the contrast between the band-shaped stacking fault and the normal crystal part having no defect is small, and the band-shaped stacking fault is dimly observed, and it is difficult to identify it. Therefore, band-shaped stacking faults may be overlooked and misclassified as basal plane dislocations.
ここで帯状積層欠陥について説明する。図３は、ＳｉＣ基板にエピタキシャル層を積層した後のＳｉＣエピタキシャルウェハの表面のフォトルミネッセンス像を観測した図である。図３は、３１３ｎｍの波長域を透過するバンドパスフィルターを用いて励起光をＳｉＣエピタキシャルウェハの表面に照射し、近赤外波長（６６０ｎｍ以上の波長）を透過するハイパスフィルターを用いて、帯状積層欠陥のフォトルミネッセンス像を測定した図である。 Here, the strip stacking fault will be described. FIG. 3 is a diagram in which a photoluminescence image of the surface of the SiC epitaxial wafer after the epitaxial layer is laminated on the SiC substrate is observed. FIG. 3 shows a band-shaped lamination using a high-pass filter that irradiates the surface of a SiC epitaxial wafer with excitation light using a band-pass filter that transmits a wavelength range of 313 nm and that transmits a near-infrared wavelength (a wavelength of 660 nm or more). It is the figure which measured the photoluminescence image of a defect.
帯状積層欠陥は、帯状に形成されたシングルショックレー型の積層欠陥である。シングルショックレー型の積層欠陥は、原子の配列が１原子分ずれることで生じる。帯状積層欠陥は、オフセット方向に対して略直交する方向に帯状に延びる。帯状積層欠陥は、オフセット方向の幅に対してオフセット方向と略直交する方向の長さが長く、アスペクト比（長さ／幅）が２以上である。この帯状のシングルショックレー型積層欠陥は基底面転位の部分転位と同種のものであるため、これを含むバイポーラデバイスに順方向に長時間電流を印加すると、この積層欠陥が拡張しバイポーラ劣化が生じることが予想される。なお、６Ｈなどの結晶多形による積層欠陥は欠陥拡張しないため、初期特性評価で発見し除外することが可能である。 The band-shaped stacking fault is a single Shockley-type stacking fault formed in a band shape. A single Shockley type stacking fault occurs when the arrangement of atoms deviates by one atom. The band-shaped stacking fault extends in a band shape in a direction substantially orthogonal to the offset direction. The band-shaped stacking fault has a length in the direction substantially orthogonal to the offset direction with respect to the width in the offset direction, and an aspect ratio (length / width) of 2 or more. Since this band-shaped single-shockley type stacking fault is of the same kind as the partial dislocation of basal plane dislocation, if a current is applied to the bipolar device including it for a long time in the forward direction, the stacking fault expands and bipolar deterioration occurs. It is expected that. Since stacking faults due to crystal polymorphism such as 6H do not cause defect expansion, they can be found and excluded by initial characteristic evaluation.
オフセット方向は、｛０００１｝面の法線ベクトルをＳｉＣ基板の第１面（結晶成長面）上に投影したベクトルの方向である。図３におけるオフセット方向は左右方向であり、左側がオフセット上流側、右側がオフセット下流側である。「オフセット上流」は、｛０００１｝面の法線ベクトルをＳｉＣ基板の第１面（結晶成長面）上に投影したベクトルの先端が向いている向きをいい、「オフセット下流」はオフセット上流と反対向きをいう。 The offset direction is the direction of the vector obtained by projecting the normal vector of the {0001} plane onto the first plane (crystal growth plane) of the SiC substrate. The offset direction in FIG. 3 is the left-right direction, the left side is the offset upstream side, and the right side is the offset downstream side. "Offset upstream" refers to the direction in which the tip of the vector obtained by projecting the normal vector of the {0001} plane onto the first surface (crystal growth plane) of the SiC substrate is facing, and "offset downstream" is opposite to the offset upstream. Say the direction.
帯状積層欠陥は、エピタキシャル層を積層後のＳｉＣエピタキシャルウェハを平面視すると、オフセット上流が上底となる台形に見える。ＳｉＣ基板における帯状積層欠陥が、エピタキシャル層に引き継がれ、オフセット下流側に拡張するためである。図３において帯状積層欠陥内にオフセット方向に沿って延びる白線は、基底面転位と考えられる。帯状積層欠陥は、ＳｉＣインゴット内に形成されＳｉＣ基板に含まれる積層欠陥がエピタキシャル層に引き継がれたものである。帯状積層欠陥は、転位等の線欠陥に起因した積層欠陥とは、フォトルミネッセンス像における見え方が異なり、前者はエピタキシャル層において台形に見えるが、後者では起点が線欠陥であるため三角形に見える。 The band-shaped stacking fault looks like a trapezoid in which the upstream side of the offset is the upper bottom when the SiC epitaxial wafer after the epitaxial layers are stacked is viewed in a plan view. This is because strip-shaped stacking faults in the SiC substrate are taken over by the epitaxial layer and expand to the downstream side of the offset. The white line extending along the offset direction in the band-shaped stacking fault in FIG. 3 is considered to be a basal plane dislocation. The band-shaped stacking fault is a stacking fault that is formed in the SiC ingot and is included in the SiC substrate and is taken over by the epitaxial layer. The band-shaped stacking fault differs from the stacking fault caused by line defects such as dislocations in the photoluminescence image, and the former looks like a trapezoid in the epitaxial layer, but the latter looks like a triangle because the starting point is a line defect.
図２に示すように、帯状積層欠陥は、エピタキシャル層を積層前のＳｉＣ基板では特定しにくい。また図３に示すように、帯状積層欠陥は、エピタキシャル層を積層後のＳｉＣエピタキシャルウェハでは、転位に起因した積層欠陥とは異なり、欠陥内の白線（基底面転位）のコントラストが強いために、積層欠陥としての分類精度が低くなってしまう。 As shown in FIG. 2, band-shaped stacking faults are difficult to identify in the SiC substrate before stacking the epitaxial layers. Further, as shown in FIG. 3, the band-shaped stacking fault has a strong contrast of white lines (basal plane dislocations) in the defect in the SiC epitaxial wafer after the epitaxial layers are stacked, unlike stacking faults caused by dislocations. The classification accuracy as a stacking fault becomes low.
そこで、本実施形態にかかるＳｉＣ基板の評価工程は、エピタキシャル膜を積層する前のＳｉＣ基板の第１面に、励起光を照射し、第１面から発光されるフォトルミネッセンス光のうち４０５ｎｍ以上４４５ｎｍ以下の波長帯の光を取り出して、帯状積層欠陥を観察する。 Therefore, in the step of evaluating the SiC substrate according to the present embodiment, the first surface of the SiC substrate before laminating the epitaxial film is irradiated with excitation light, and photoluminescence light emitted from the first surface has a wavelength of 405 nm to 445 nm. The light in the following wavelength band is extracted and the band-shaped stacking fault is observed.
図４は、ＳｉＣ基板の第１面のフォトルミネッセンス像である。図２は、３１３ｎｍの波長域を透過するバンドパスフィルターを用いて励起光をＳｉＣ基板の第１面に照射し、第１面から発光されるフォトルミネッセンス光から４２５ｎｍ近傍の光を取り出したフォトルミネッセンス像を測定した図である。図４（ａ）と図４（ｂ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）のそれぞれと同じ位置の測定結果であり、観測する波長が近赤外光であるか、４２５ｎｍ近傍の波長域の光であるかという点が異なる。 FIG. 4 is a photoluminescence image of the first surface of the SiC substrate. FIG. 2 is a photoluminescence in which excitation light is irradiated to the first surface of the SiC substrate using a bandpass filter that transmits a wavelength range of 313 nm, and light near 425 nm is extracted from the photoluminescence light emitted from the first surface. It is the figure which measured the image. FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the measurement results at the same positions as in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively, and the observed wavelength is near infrared light or near 425 nm. The difference is whether the light is in the wavelength range.
図１に示すように、ＳｉＣエピタキシャルウェハのフォトルミネッセンススペクトルにおいて、４２０ｎｍ近傍の波長域は、３９０ｎｍ近傍の発光ピークの裾野に当たる部分である。４２０ｎｍ近傍の波長域は、ＳｉＣエピタキシャルウェハにおけるフォトルミネッセンス測定の条件を踏襲すると、ＳｉＣ基板の評価においても選択されにくい波長域である。一方で、ＳｉＣ基板のフォトルミネッセンススペクトルは、３９０ｎｍ以外のバックグラウンドの発光強度が大きく、３９０ｎｍ近傍の発光ピークの強度が相対的に小さくなる。そのため、ＳｉＣ基板の評価においては、４２０ｎｍ近傍の波長域を用いることができた。 As shown in FIG. 1, in the photoluminescence spectrum of the SiC epitaxial wafer, the wavelength range near 420 nm is the portion corresponding to the skirt of the emission peak near 390 nm. The wavelength range near 420 nm is a wavelength range that is difficult to be selected even in the evaluation of the SiC substrate if the conditions of the photoluminescence measurement on the SiC epitaxial wafer are followed. On the other hand, in the photoluminescence spectrum of the SiC substrate, the emission intensity of the background other than 390 nm is large, and the intensity of the emission peak near 390 nm is relatively small. Therefore, in the evaluation of the SiC substrate, the wavelength range near 420 nm could be used.
図４に示すように、４２５ｎｍ近傍の波長域の光を取り出すと、帯状積層欠陥は、欠陥の無い正常結晶部に対して白く見える。この波長域で測定した際の帯状欠陥のＳ／Ｎは４．５以上であり、６６０ｎｍ以上の近赤外波長域で測定した時のＳ／Ｎ＝３．８と比べ、帯状積層欠陥を明確に特定できる。また図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、測定条件が同じなのにもかかわらず異なる見え方にはならない。 As shown in FIG. 4, when light in the wavelength range near 425 nm is extracted, the band-shaped stacking fault looks white with respect to a normal crystal part having no defect. The band-like defect has an S / N of 4.5 or more when measured in this wavelength range, and clearly shows a band-like stacking defect as compared with S / N = 3.8 when measured in the near-infrared wavelength range of 660 nm or more. Can be specified. In addition, as shown in FIGS. 2A and 2B, even though the measurement conditions are the same, they do not look different.
したがって、本実施形態にかかるＳｉＣ基板の評価方法によれば、エピタキシャル層を積層前のＳｉＣ基板の時点で、デバイスのキラー欠陥となる帯状積層欠陥を特定できる。 Therefore, according to the evaluation method of the SiC substrate of the present embodiment, it is possible to identify the band-shaped stacking fault which becomes the killer defect of the device at the time of the SiC substrate before stacking the epitaxial layer.
ＳｉＣ基板の第１面から発光されるフォトルミネッセンス光のうち４０５ｎｍ以上４４５ｎｍ以下の波長帯の光を取り出す方法は、特に問わないが、例えばバンドパスフィルターを用いることができる。特定波長のバンドパスフィルターは、特定波長±２０ｎｍ程度の波長帯の光を通過する。例えば、特定波長が４２０ｎｍのバンドパスフィルターを用いると、４０５ｎｍ以上４４５ｎｍ以下の波長帯の光を取り出すことができる。 The method of extracting the light in the wavelength band of 405 nm to 445 nm of the photoluminescence light emitted from the first surface of the SiC substrate is not particularly limited, but, for example, a bandpass filter can be used. The bandpass filter of the specific wavelength passes light in the wavelength band of the specific wavelength ± 20 nm. For example, when a bandpass filter having a specific wavelength of 420 nm is used, light in the wavelength band of 405 nm or more and 445 nm or less can be extracted.
励起光の光源には、例えば水銀ランプを使用できる。励起光の照射時間は、１ｍｓｅｃ以上１０ｓｅｃ以下であることが好ましく、１０ｍｓｅｃ以上１ｓｅｃ以下であることがより好ましい。励起光を充分照射すると、ＢＰＤとその他の領域のコントラストが明確になるが、一方で励起光による「焼け」が生じてしまい、検出感度の低下も同時に引き起こす。そのため、照射する励起光の強度は低く抑えることが好ましく、具体的には１Ｗｃｍ−２以下であることが好ましく、５００ｍＷｃｍ−２以下であることがより好ましい。照射する励起光の波長は、２００ｎｍ以上３９０ｎｍ以下であることが好ましい。水銀ランプを用いると照射する励起光の強度は低く抑えることができる。 For example, a mercury lamp can be used as the light source of the excitation light. The irradiation time of the excitation light is preferably 1 msec or more and 10 sec or less, and more preferably 10 msec or more and 1 sec or less. When the excitation light is sufficiently irradiated, the contrast between the BPD and other regions becomes clear, but on the other hand, "burning" due to the excitation light occurs, and the detection sensitivity also decreases. Therefore, it is preferable to suppress the intensity of the excitation light to be irradiated is low, preferably specifically is 1Wcm -2 or less, and more preferably 500MWcm -2 or less. The wavelength of the excitation light to be irradiated is preferably 200 nm or more and 390 nm or less. When a mercury lamp is used, the intensity of excitation light to be applied can be suppressed to a low level.
次いで、上述のＳｉＣ基板の評価工程の結果に基づき、ＳｉＣ基板の第１面にエピタキシャル層を積層するか否かを判定する（ＳｉＣ基板の判定工程）。 Next, based on the result of the above-described SiC substrate evaluation step, it is determined whether or not an epitaxial layer is to be laminated on the first surface of the SiC substrate (SiC substrate determination step).
例えば、ＳｉＣ基板において帯状積層欠陥の占める面積が、ＳｉＣ基板の表面積の１／４以上の場合は、エピタキシャル層を積層しない。ＳｉＣ基板の第１面における帯状積層欠陥は、エピタキシャル層に引き継がれ拡張する。ＳｉＣ基板の時点で帯状積層欠陥の占める面積がＳｉＣ基板の表面積の１／４以上の場合、エピタキシャル層を積層後のＳｉＣエピタキシャルウェハでは表面積の１／４以上となるためである。 For example, when the area occupied by the band-shaped stacking faults in the SiC substrate is ¼ or more of the surface area of the SiC substrate, the epitaxial layer is not stacked. The band-shaped stacking fault on the first surface of the SiC substrate is taken over by the epitaxial layer and expands. This is because when the area occupied by the band-shaped stacking faults is 1/4 or more of the surface area of the SiC substrate at the time of the SiC substrate, it is 1/4 or more of the surface area of the SiC epitaxial wafer after the epitaxial layers are stacked.
また例えば、帯状積層欠陥の個数、密度、長さ等で判定を行ってもよい。例えば、１０個ｃｍ−２以上の帯状積層欠陥がＳｉＣ基板で確認された場合、エピタキシャル層を積層しない。また例えば、ウェハの径の１／２以上の帯状積層欠陥がＳｉＣ基板で確認された場合、エピタキシャル層を積層しない。 Further, for example, the determination may be made based on the number of band-shaped stacking faults, the density, the length, and the like. For example, when 10 or more cm −2 band-shaped stacking faults are confirmed on the SiC substrate, the epitaxial layer is not stacked. Further, for example, when a band-shaped stacking fault having a diameter of ½ or more of the wafer is confirmed on the SiC substrate, the epitaxial layer is not stacked.
また判定工程は、エピタキシャル層を積層するか否かの第１判定工程に加えて、積層するエピタキシャル層の膜厚を決定する第２判定工程を有してもよい。上述のように、ＳｉＣ基板の第１面における帯状積層欠陥は、エピタキシャル層に引き継がれ拡張する。エピタキシャル層の膜厚が厚いほど帯状積層欠陥は拡張し、エピタキシャル層の表面で確認される帯状積層欠陥の大きさが大きくなる。 Further, the determination step may include a second determination step of determining the film thickness of the epitaxial layer to be stacked, in addition to the first determination step of whether or not to stack the epitaxial layer. As described above, the band-shaped stacking fault on the first surface of the SiC substrate is taken over by the epitaxial layer and expands. As the film thickness of the epitaxial layer increases, the band-shaped stacking fault expands, and the size of the band-shaped stacking fault confirmed on the surface of the epitaxial layer increases.
帯状積層欠陥の拡張の程度とエピタキシャル層の厚みとの関係は、実測に基づく検量線を基に求めてもよいし、ＳｉＣ基板のオフセット角から算出してもよい。 The relationship between the extent of expansion of the band-shaped stacking fault and the thickness of the epitaxial layer may be obtained based on a calibration curve based on actual measurement, or may be calculated from the offset angle of the SiC substrate.
最後に、判定工程の結果に基づき、前記第１面にエピタキシャル層を積層する（ＳｉＣ基板の積層工程）。 Finally, an epitaxial layer is stacked on the first surface based on the result of the determination step (SiC substrate stacking step).
判定工程を行うことで、例えば、ＳｉＣ基板と、ＳｉＣ基板の第１面に積層されたエピタキシャル層と、を備え、エピタキシャル層において、帯状積層欠陥の占める面積がエピタキシャル層の面積の１／４以下であるＳｉＣエピタキシャルウェハを得ることができる。また例えば、帯状積層欠陥を有さないＳｉＣエピタキシャルウェハを得ることもできる。 By performing the determination step, for example, the SiC substrate and the epitaxial layer laminated on the first surface of the SiC substrate are provided, and the area occupied by the band-shaped stacking faults in the epitaxial layer is 1/4 or less of the area of the epitaxial layer. It is possible to obtain a SiC epitaxial wafer that is Further, for example, it is possible to obtain a SiC epitaxial wafer having no band-shaped stacking fault.
Claims (2)
前記ＳｉＣ基板の第１面に積層されたエピタキシャル層と、を備え、
前記エピタキシャル層において、帯状積層欠陥の占める面積が、前記エピタキシャル層の面積の１／４以下である、ＳｉＣエピタキシャルウェハ。 SiC substrate,
An epitaxial layer laminated on the first surface of the SiC substrate,
A SiC epitaxial wafer in which the area occupied by strip-shaped stacking faults in the epitaxial layer is 1/4 or less of the area of the epitaxial layer.
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