JP4338178B2 - Silicon carbide semiconductor device inspection method and inspection device, and silicon carbide semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Silicon carbide semiconductor device inspection method and inspection device, and silicon carbide semiconductor device manufacturing method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化珪素(SiC)半導体装置の検査方法および検査装置、並びに炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体材料の一つとして、四周期六方晶の炭化珪素(SiC)単結晶(以下、4H−SiC単結晶とする)が知られている。この4H−SiC単結晶を用いて構成されたpnダイオードに関して、順方向に電流を流し続けると、結晶中に積層欠陥が発生して特性の劣化を招くという報告がある(非特許文献1参照。)。この積層欠陥は、結晶中に存在する基底面転位に、電子と正孔が再結合する際のエネルギーが与えられることによって基底面転位が拡大したものであると考えられている(非特許文献2参照。)。
【0003】
pnダイオードに順方向電流を流した場合には、少数キャリアの再結合エネルギーにより基底面転位が積層欠陥に拡大し、それによって特性が劣化する。ここで、特性の劣化とは、pnダイオードの順方向電圧が増加することである。
【0004】
pnダイオードに順方向電流を流したときに特性が劣化するか否かを検査する際には、pnダイオードに長時間、順方向電流を流し、順方向電圧を測定する方法が実施されている。一例として、このときの電流密度は600A/cm2であり、通電時間は4.5時間(4時間30分)である(非特許文献3参照。)。
【0005】
また、順方向電流を流した後にpnダイオードの特性が劣化しているか否かを検査する方法として、4H−SiC単結晶に対してレーザー光を照射してキャリアを励起させたときに4H−SiC単結晶から発せられる光のスペクトルを測定する方法がある。この方法は、4H−SiC単結晶の基底面転位が積層欠陥に拡大していれば、レーザー光を照射したときに特定の波長(410〜430nm)の光を発する現象を利用している(非特許文献4参照。)。つまり、順方向電流を流した後の4H−SiC単結晶にレーザー光を照射したときに、410〜430nmの光のピークが観測されたら、4H−SiC単結晶の基底面転位が積層欠陥に拡大していることになる。
【0006】
【非特許文献1】
エッチ・レンデンマン(H.Lendenmann)、他5名、「パフォーマンスアンド リライアビリティ オブ ハイ パワー SiC ダイオーヅ(Performance and reliability of High power SiC diodes)」、ファースト インターナショナル ワークショップ オン ウルトラ・ロー・ロス パワー デバイス テクノロジー(1st International Workshop on Ultra-Low-Loss Power Device Technology)、2000年5月31日−6月2日、p.125−130
【非特許文献2】
エム・スコウーロンスキ(M.Skowronski)、他5名、「リコンビネーション・エンハンスド ディフェクト モーション イン フォワード・バイアスト 4H−SiC p・n ダイオーヅ(Recombination-enhanced defect motion in forward-biased 4H-SiC p-n diodes)」、ジャーナル オブ アプライド フィジックス(Journal of Applied Physics)、(米国)、2002年10月、第92巻、第8号、p.4699−4704
【非特許文献3】
ラジェッシュ・クマー・マルハン(Rajesh Kumar Malhan)、「pnダイオードの劣化現象におけるSiC結晶欠陥の影響」、SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会 第11回講演会予稿集、2002年11月20−22日、p.13
【非特許文献4】
エス・ジー・スリドハラ(S.G.Sridhara)、他3名、「ルミネセンスフロム スタッキング フォールツ イン 4H SiC(Luminescence from stacking faults in 4H SiC)」、アプライド フィジックス レターズ(Applied Physics Letters)、(米国)、2001年12月、第79巻、第24号、p.3944−3946
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した順方向電流を流した後にpnダイオードの順方向電圧を測定する方法では、ダイオード毎に順方向電流をたとえば4.5時間ずつ流す必要があるため、ウェハー上の全pnダイオードの検査が終了するまでに非常に時間がかかるという問題点がある。たとえば、直径2インチのウェハー上に50個のpnダイオードを作製する場合、検査に要する時間は225時間(=4.5時間/個×50個)となる。
【0008】
また、上述した順方向電流を流した後に4H−SiC単結晶にレーザー光を照射し、そのとき発生する発光スペクトルを測定する方法でも、順方向電流を長時間通電する必要があるため、検査が終了するまで長時間を要すという問題点がある。したがって、いずれの方法によっても、4H−SiC単結晶を用いたpnダイオードの良品判別を短時間でおこなうことができないという問題点がある。以上の問題点は、半導体材料として4H−SiC単結晶を用いる場合に限らず、その他のSiC多形を用いる場合にも共通である。
【0009】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体材料として炭化珪素を用いた半導体装置(pnダイオード)に順方向電流を流した場合に基底面転位が積層欠陥に拡大するか否かを、実際に半導体装置に順方向電流を流すことなく、短時間で検査することができる炭化珪素半導体装置の検査方法、およびその検査に用いられる検査装置を提供することを目的とする。
【0010】
また、本発明の他の目的は、半導体材料として炭化珪素を用いた半導体装置(pnダイオード)に順方向電流を流した場合に基底面転位が積層欠陥に拡大するか否かを、実際に半導体装置に順方向電流を流すことなく、短時間で検査し、その検査時間も含めて炭化珪素半導体装置を短時間で製造することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を重ね、その結果、4H−SiC単結晶よりなる半導体ウェハーに、4H−SiC単結晶のバンドギャップ(3.2eV)よりも大きいレーザーエネルギーを有するレーザー光をたとえば1秒間程度、照射することにより、pnダイオードに順方向電流を長時間通電したときと同様に、結晶中の基底面転位を積層欠陥に拡大させることに成功した。以下に、この研究内容について説明する。
【0012】
図1に示すように、He−Cdレーザー源1から発せられたレーザー光2を、反射ミラー3およびビームスプリッター7を介して対物レンズ8へ導き、対物レンズ8で集光してSiCウェハー9に1秒間程度、照射する。このとき用いるSiCウェハー9は、図2に示すように、p型4H−SiC層11上にn型4H−SiC層10をたとえばエピタキシャル成長させたものであり、その表面に電極となる膜などが生成されていない状態のものである。
【0013】
図1に示すように、このSiCウェハー9にレーザー光2を照射することにより、SiCウェハー9から光6が放射される。この光6を分光器4により分光し、422nm付近の波長の光の強度を光電子倍増管5により観測する。その際、SiCウェハー9を60〜150K程度の低温に保つと、SiCウェハー9からより強い発光が得られるので、望ましい。なお、分光器4に代えて、バンドパスフィルタを用いることもできる。
【0014】
図3に、60〜150Kの低温に保った4H−SiC単結晶にレーザーを照射してキャリアを励起した際に観測された発光スペクトルを示す。縦軸は光強度であり、横軸は波長である。図3中、発光スペクトル16は、pnダイオードに順方向電流を長時間通電することにより結晶中に存在する基底面転位積層欠陥に拡大した4H−SiC単結晶から観測されたものである(従来例)。発光スペクトル18は、基底面転位積層欠陥に拡大していない4H−SiC単結晶から得られたものである。この発光スペクトル16と発光スペクトル18との違いから、積層欠陥の有無を検知することができる。たとえば、418〜424nm付近の波長域の発光強度を比較することにより、積層欠陥の有無を検知可能である。
【0015】
図3中、発光スペクトル17は、He−Cdレーザー光を照射することにより結晶中に存在する基底面転位積層欠陥に拡大させた4H−SiCウェハーのものである(本発明例)。この発光スペクトル17と従来例の発光スペクトル16とを比較すると、両者がほぼ同じであることがわかる。つまり、図3から、pnダイオードに順方向電流を長時間通電しなくても、pnダイオードにHe−Cdレーザー光を短時間照射することにより、pnダイオードに順方向電流を長時間通電したときと同様に、結晶中に存在する基底面転位を積層欠陥に拡大できる。
【0016】
本発明は上記知見に基づきなされたものであり、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の検査方法は、p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する炭化珪素半導体からなる半導体ウェハーに、当該炭化珪素半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を照射し、基底面転位が存在するときにこの基底面転位積層欠陥に拡大する工程と、レーザー光の照射によって半導体ウェハーから放射された特定波長の光の強度を測定する工程と、半導体ウェハーから放射された特定波長の光の強度を測定した結果と、あらかじめ測定しておいた積層欠陥の起点となる基底面転位のない半導体ウェハーの測定結果とを比較して、積層欠陥の有無を判定する工程と、を含むことを特徴とする。
【0017】
この検査方法において、前記半導体ウェハーから放射された光のうち、410〜430nmの波長域、好ましくは418〜424nmの波長域、より好ましくは422nmの波長の光の強度を測定するとよい。また、前記半導体ウェハーを冷却して60〜150Kの温度に保持しながら前記半導体ウェハーに前記レーザー光を照射するとよい
【0018】
なお、前記レーザー光のビーム径と検査の範囲が同じか、あるいは検査の範囲が前記レーザー光のビーム径よりも狭い場合に対して、検査の範囲が広い場合は、前記半導体ウェハーに対して前記レーザー光を移動させる、あるいは前記レーザー光に対して前記半導体ウェハーを移動させるというように、両者の相対位置を変えることにより、前記レーザー光のビーム径よりも広い範囲の検査をおこなう構成としてもよい。
【0019】
この発明によれば、p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する炭化珪素半導体よりなる半導体ウェハーに、そのバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を短時間照射すると、電子正孔対が生じ、この電子正孔対が再結合するときのエネルギーにより、pnダイオードに順方向電流を長時間通電したときと同様に、結晶中に存在する基底面転位を積層欠陥に拡大できる。したがって、pnダイオードに順方向電流を長時間通電することなく、結晶中に存在する基底面転位が拡大して生じる積層欠陥の有無を短時間で検査することができる。
【0020】
また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の検査装置は、p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する炭化珪素半導体からなる半導体ウェハーに、当該炭化珪素半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を照射し、基底面転位が存在するときにこの基底面転位積層欠陥に拡大する照射手段と、照射手段から発せられたレーザー光の照射によって半導体ウェハーから放射された光から特定波長の光を選択する波長選択手段と、波長選択手段により選択された特定波長の光の強度を測定する測定手段と、測定手段より得られた測定結果と、あらかじめ測定しておいた積層欠陥の起点となる基底面転位のない半導体ウェハーの測定結果とを比較して、積層欠陥の有無を判定する判定手段と、を具備することを特徴とする。
【0021】
この検査装置において、前記波長選択手段は、410〜430nmの波長域、好ましくは418〜424nmの波長域、より好ましくは422nmの波長の光を選択するものであるとよい。また、前記半導体ウェハーを冷却して60〜150Kの温度に保持する冷却手段をさらに具備しているとよい。また、前記照射手段から出射したレーザー光を前記半導体ウェハーのレーザー照射面に導く光学部品を保持し、かつ前記光学部品を、前記レーザー光が前記半導体ウェハーに当たるときの光軸に対して垂直な面内で任意の方向に移動可能なステージをさらに具備しているとよい。また、前記ステージの移動と前記レーザー光の照射の繰り返しにより得られた各照射位置の特性劣化の有無を記録する記録手段をさらに具備しているとよい。
【0022】
この発明によれば、p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する炭化珪素半導体よりなる半導体ウェハーに、そのバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を照射し、基底面転位が存在するときにこの基底面転位積層欠陥に拡大することができ、またそのとき半導体ウェハーから放射される上記波長域の光の強度を測定することができる。したがって、この検査装置を用いて、半導体ウェハーに、そのバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を短時間照射することにより、pnダイオードに順方向電流を長時間通電することなく、結晶中に存在する基底面転位が拡大して生じる積層欠陥の有無を短時間で検査することができる。
【0023】
また、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法は、p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する炭化珪素半導体からなる半導体ウェハーに、当該半導体ウェハーを構成する炭化珪素半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を照射し、基底面転位が存在するときにこの基底面転位積層欠陥に拡大する工程と、レーザー光の照射によって半導体ウェハーから放射された特定波長の光の強度を測定する工程と、半導体ウェハーから放射された特定波長の光の強度を測定した結果と、あらかじめ測定しておいた積層欠陥の起点となる基底面転位のない半導体ウェハーの測定結果とを比較して、積層欠陥の有無を判定する工程と、レーザー光と半導体ウェハーの相対位置を変えることによりレーザー光を半導体ウェハー全体に照射し、各照射位置の積層欠陥の有無を記録する工程と、半導体ウエハーに半導体装置として必要な構造を作製した後にダイシングをおこなって半導体ウェハーを個別の半導体チップに分ける工程と、記録した各照射位置の積層欠陥の有無の情報に基づいて半導体チップの選別をおこなう工程と、を含むことを特徴とする。
【0024】
この製造方法において、前記半導体ウェハーから放射された光のうち、410〜430nmの波長域、好ましくは418〜424nmの波長域、より好ましくは422nmの波長の光の強度を測定するとよい。また、前記半導体ウェハーを冷却して60〜150Kの温度に保持しながら前記半導体ウェハーに前記レーザー光を照射するとよい
【0025】
この発明によれば、p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する炭化珪素半導体よりなる半導体ウェハーに、そのバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を短時間照射することにより、pnダイオードに順方向電流を長時間通電することなく、pnダイオードに順方向電流を長時間通電した場合に結晶中に存在する基底面転位積層欠陥に拡大するか否かを短時間で検査することができるので、この検査時間も含めて炭化珪素半導体装置を短時間で製造することができる。また、検査の際にレーザー光の照射により結晶中に存在する基底面転位の拡大により生じた積層欠陥の位置を記録しておき、pnダイオードの作製後に積層欠陥を含むpnダイオードを不良品として仕分けることにより、不良品判別を短時間で容易におこなうことができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図4は、本発明の実施の形態にかかる検査装置の構成を示す図である。図4において、符号9は、SiCウェハー(半導体ウェハー)である。SiCウェハー9の構成は、図2に示す通り、電極膜を積層する前の状態のウェハーである。
【0027】
符号1は、照射手段としての機能を有するHe−Cdレーザー源である。符号2は、He−Cdレーザー源1から出射したレーザー光である。符号3は第1の反射ミラーである。符号4は、波長選択手段としての機能を有する分光器である。符号5は、測定手段としての機能を有する光電子倍増管である。符号6は、SiCウェハー9から放射された光である。符号7は、ビームスプリッターである。符号8は、対物レンズである。
【0028】
また、この検査装置には、He−Cdレーザー源1から出射したレーザー光2をSiCウェハー9のレーザー照射面に導く光学部品として、第2の反射ミラー12と第3の反射ミラー13が設けられている。また、第3の反射ミラー13を載せた第1のステージ15と、第2の反射ミラー12および第1のステージ15を載せた第2のステージ14が設けられている。
【0029】
また、光電子倍増管5には、判定手段としての機能を有するたとえばコンピュータ21が接続されている。このコンピュータには、記録手段としての機能を有するたとえばハードディスク等の記憶装置22が接続されている。また、この検査装置は、SiCウェハー9を冷却する冷却手段としての機能を有する冷却装置23を備えている。
【0030】
図4に示すように、He−Cdレーザー源1(CWレーザー、中心波長325nm、出力50mW、エネルギー3.8eV)から出射したレーザー光2は、第1の反射ミラー3で反射してビームスプリッター7へ導かれる。なお、説明の便宜上、He−Cdレーザー源1から出射した直後のレーザー光2の光軸方向をY方向とし、第1の反射ミラー3で反射した直後の光軸方向をX方向とし、X軸およびY軸の両方向に直交する方向をZ方向とする。
【0031】
ビームスプリッター7へ導かれたレーザー光2は、ビームスプリッター7で再びY方向へ反射して第2の反射ミラー12へ導かれる。そして、レーザー光2は、第2の反射ミラー12で再びX方向へ反射して第3の反射ミラー13へ導かれる。第3の反射ミラー13で反射したレーザー光2はZ方向へ進み、対物レンズ8で集光されてSiCウェハー9に照射される。このとき、たとえば照射パワーは4×105W/cm2であり、照射時間は1秒である。また、照射エリアは625μm2である。
【0032】
レーザー照射によりSiCウェハー9から放射された光6は、対物レンズ8、第3の反射ミラー13および第2の反射ミラー12を経由して、ビームスプリッター7へ導かれる。ビームスプリッター7を透過した光6は、分光器4により分光される。そして、光電子倍増管5により422nm付近、たとえば418〜424nmの波長域の光の強度が測定される。
【0033】
コンピュータ21は、光電子倍増管5の測定により得られた光強度を、積層欠陥がない半導体ウェハーの発光スペクトル(図3参照、発光スペクトル18)と比較し、積層欠陥の有無を判定する。その判定結果は、記憶装置22にレーザー照射位置との対応関係とともに記憶される。ここで、基準となる積層欠陥のない半導体ウェハーの発光スペクトルは、検査を開始する前にあらかじめ積層欠陥の起点となる基底面転位のない半導体ウェハーを用いて求められており、たとえば記憶装置22に記憶されている。
【0034】
前記照射エリアよりも広いエリアの検査をおこなう場合には、第1のステージ15および第2のステージ14を適宜移動させればよい。すなわち、第2のステージ14をY方向に移動させることにより、第2の反射ミラー12および第1のステージ15がY方向に移動する。また、第1のステージ15をX方向に移動させることにより、第3の反射ミラー13がX方向に移動する。これらX方向とY方向の移動を組み合わせることにより、光軸をずらすことなく、レーザー照射位置を変位させることができるので、レーザー照射位置を変えて照射を繰り返すことにより、ウェハー全体の検査をおこなうことができる。
【0035】
また、検査時にSiCウェハー9を60〜150K程度の低温に保持する場合には、冷却装置23によりSiCウェハー9を冷却する。なお、冷却装置23としては、周知の装置を用いることができるので、説明を省略する。
【0036】
図5は、上述した構成の検査装置を用いて検査をおこなう手順を示すフローチャートである。検査を開始すると、まずSiCウェハー9がセットされる(ステップS21)。そして、SiCウェハー9の1番目の照射位置にHe−Cdレーザー光2を照射し(ステップS22)、そのときにSiCウェハー9から放射される発光スペクトルを測定する(ステップS23)。その測定結果に基づいて、SiCウェハー9に基底面転位が拡大して生じた積層欠陥が存在しているか否かを判定し(ステップS24)、その判定結果をレーザー照射位置に対応付けて記録する(ステップS25)。全照射エリアについて検査が終了したかを判断し(ステップS26)、終了していない場合(ステップS26:No)は、2番目、3番目、・・・というようにレーザー照射位置を変更し(ステップS27)、同様の検査をおこない、判定結果を記録する。全照射エリアの検査が終了したら(ステップS26:Yes)、検査終了である。
【0037】
図6は、本発明の実施の形態にかかる製造方法の手順を示すフローチャートである。まず、特に限定しないが、たとえばn型4H−SiC基板11上にn型4H−SiC層11aをエピタキシャル成長させ、その上にエピタキシャル成長またはイオン打ち込み法によりp型4H−SiC層10が積層されたSiCウェハー9(図2参照)を作製する(ステップS1)。そして、その作製したSiCウェハー9(電極等は作製されていない)に対して、上述したステップS21〜ステップS27の手順で特性劣化試験をおこなう(ステップS2)。
【0038】
なお、p型4H−SiC層10は2μm程度以下と通常薄く、He−Cdレーザーのしみ込み長が常温で7.4μm程度であるので、レーザーはn型4H−SiC層11a間でしみ込む。その後、SiCウェハー9に電極等、半導体装置として必要な構造を作製し(ステップS3)、ダイシングをおこなって個々の半導体チップに分割する(ステップS4)。最後に、特性劣化試験の際に記録した積層欠陥の有無の判定結果とレーザー照射位置との対応関係の情報に基づいて、積層欠陥を含むpnダイオードを不良品とし、良品を選別する(ステップS5)。
【0039】
上述した実施の形態によれば、SiCウェハーにHe−Cdレーザー光を1秒間程度、高密度照射することにより、順方向電流を流した場合と同様に、結晶中に存在する基底面転位を積層欠陥に拡大することができるので、仮に順方向電流を長時間流した場合に基底面転位が積層欠陥に拡大するSiCウェハーであれば、実際に順方向電流を流さなくても、He−Cdレーザー光の照射により結晶中に存在する基底面転位積層欠陥に拡大する。したがって、SiCウェハーに順方向電流を流した場合に基底面転位が積層欠陥に拡大するか否かを短時間で検査することができる。また、その検査時間が短縮されることにより、SiC半導体装置を短時間で製造することができる。したがって、検査および製造のコストが低減するという効果が得られる。
【0040】
また、レーザー出力を上げるなどして照射パワー密度を保ちつつ照射エリアを広げることにより、検査時間をさらに短縮することができる。たとえば、レーザービーム径を100μmにすれば、照射エリアは7850μm2になる。したがって、ステージの移動時間とレーザー照射時間とを合わせて約1秒間に設定すると、直径2インチのウェハー全体の検査をおこなうのに要する時間はおおよそ72時間である。これは、50個のダイオードのそれぞれに順方向電流を4.5時間ずつ流す従来法の検査時間(225時間)の1/3以下である。
【0041】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。たとえば、分光器4に代えて、波長選択手段として、422nm付近、たとえば418〜424nmの波長域の光を透過し、それよりも長波長側および短波長側の光を遮断するバンドパスフィルタを用いることもできる。
【0042】
なお、図4では半導体ウェハー9の真上からレーザー入射して真上から出射光を集光しているが、レーザーの入射方向はこれに限定されず、たとえば、半導体ウェハー9に斜めにレーザー入射して半導体ウェハー9の真上から出射光を集光する方法としてもよい。さらに、図4では、半導体ウェハー9を固定し、レーザーを移動しているが、半導体ウェハー9とレーザーの相対位置が変化できれば、これに限らない。
【0043】
また、本発明は、半導体材料として4H−SiC単結晶を用いる場合に限らず、その他のSiC多形を用いる場合にも適用することができる。ただし、使用するSiC多形に応じて、SiCのバンドギャップよりも大きいエネルギーを有するレーザーを使用し、かつpnダイオードに順方向電流を長時間通電したことにより結晶中に存在する基底面転位積層欠陥に拡大したSiC単結晶の発光の波長に、観測する発光の波長を合わせる必要がある。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、炭化珪素半導体装置に順方向電流を流した場合に基底面転位が積層欠陥に拡大するか否かを短時間で検査することができる。また、その検査時間が短縮されることにより、炭化珪素半導体装置を短時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる検査装置の要部の一例を示す図である。
【図2】本発明にかかる検査に供される半導体ウェハーの構成を示す図である。
【図3】4H−SiC単結晶から放射された光の発光スペクトルを示す図である。
【図4】本発明の実施の形態にかかる検査装置を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態にかかる検査方法の手順を示すフローチャートである。
【図6】本発明の実施の形態にかかる製造方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 照射手段(He−Cdレーザー源)
2 レーザー光
4 波長選択手段(分光器)
5 測定手段(光電子倍増管)
6 半導体ウェハーから放射された光
9 半導体ウェハー(SiCウェハー)
10 p型の炭化珪素半導体(p型4H−SiC層)
11 n型の炭化珪素半導体(n型4H−SiC基板)
11a n型の炭化珪素半導体(n型4H−SiC層)
12,13 光学部品(反射ミラー)
14,15 ステージ
21 判定手段(コンピュータ)
22 記録手段(記憶装置)
23 冷却手段(冷却装置)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inspection method and inspection apparatus for a silicon carbide (SiC) semiconductor device, and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
As one of semiconductor materials, a four-period hexagonal silicon carbide (SiC) single crystal (hereinafter referred to as 4H-SiC single crystal) is known. With regard to a pn diode configured using this 4H—SiC single crystal, there is a report that if a current is continuously passed in the forward direction, a stacking fault is generated in the crystal and the characteristics are deteriorated (see Non-Patent Document 1). ). The stacking fault, the basal plane dislocations that are present in the crystal, (non-patent literature are suspect to be that the basal plane dislocation has been expanded by the application of energy given when the electrons and holes are recombined 2).
[0003]
When a forward current is passed through the pn diode, basal plane dislocations expand into stacking faults due to recombination energy of minority carriers, thereby degrading characteristics. Here, the deterioration of characteristics means that the forward voltage of the pn diode increases.
[0004]
When inspecting whether characteristics deteriorate when a forward current is passed through the pn diode, a method of passing a forward current through the pn diode for a long time and measuring the forward voltage is implemented. As an example, the current density at this time is 600 A / cm 2 , and the energization time is 4.5 hours (4 hours and 30 minutes) (see Non-Patent Document 3).
[0005]
Further, as a method for inspecting whether or not the characteristics of the pn diode are deteriorated after flowing a forward current, 4H-SiC is obtained when a 4H-SiC single crystal is irradiated with laser light to excite carriers. There is a method for measuring the spectrum of light emitted from a single crystal. This method utilizes a phenomenon in which light having a specific wavelength (410 to 430 nm) is emitted when irradiated with laser light if the basal plane dislocation of the 4H—SiC single crystal expands to stacking faults (non-non-uniformity). (See Patent Document 4). In other words, if a light peak of 410 to 430 nm is observed when the 4H-SiC single crystal after flowing forward current is irradiated with laser light, the basal plane dislocation of the 4H-SiC single crystal expands to stacking faults . Will be.
[0006]
[Non-Patent Document 1]
H.Lendenmann, 5 others, “Performance and reliability of high power SiC diodes”, First International Workshop on Ultra Low Loss Power Device Technology (1st International Workshop on Ultra-Low-Loss Power Device Technology), May 31-June 2, 2000, p. 125-130
[Non-Patent Document 2]
M. Skowronski, 5 others, “Recombination-enhanced defect motion in forward-biased 4H-SiC pn diodes” , Journal of Applied Physics, (USA), October 2002, Vol. 92, No. 8, p. 4699-4704
[Non-Patent Document 3]
Rajesh Kumar Malhan, “Effect of SiC crystal defects on the degradation phenomenon of pn diodes”, Proceedings of 11th Lecture Meeting on SiC and related wide gap semiconductors, November 20-22, 2002, p. 13
[Non-Patent Document 4]
SGSridhara, 3 others, “Luminescence from stacking faults in 4H SiC”, Applied Physics Letters, (USA), December 2001 79, No. 24, p. 3944-3946
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of measuring the forward voltage of the pn diode after flowing the forward current described above, it is necessary to pass the forward current for each diode, for example, for 4.5 hours, so that all the pn diodes on the wafer are inspected. There is a problem that it takes a very long time to finish. For example, when 50 pn diodes are produced on a wafer having a diameter of 2 inches, the time required for the inspection is 225 hours (= 4.5 hours / piece × 50 pieces).
[0008]
In addition, in the method of irradiating the 4H-SiC single crystal with laser light after flowing the forward current described above and measuring the emission spectrum generated at that time, it is necessary to energize the forward current for a long time. There is a problem that it takes a long time to finish. Therefore, any method has a problem that it is not possible to make a good product discrimination of a pn diode using a 4H—SiC single crystal in a short time. The above problems are not limited to the case of using 4H—SiC single crystal as a semiconductor material, but are common to the case of using other SiC polymorphs.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and is a basal plane dislocation expanded to a stacking fault when a forward current is passed through a semiconductor device (pn diode) using silicon carbide as a semiconductor material? An object of the present invention is to provide an inspection method for a silicon carbide semiconductor device, and an inspection device used for the inspection, which can be inspected in a short time without actually flowing a forward current to the semiconductor device.
[0010]
Another object of the present invention is to determine whether or not basal plane dislocations expand into stacking faults when a forward current is passed through a semiconductor device (pn diode) using silicon carbide as a semiconductor material. An inspection is performed in a short time without passing a forward current through the device, and a silicon carbide semiconductor device is manufactured in a short time including the inspection time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive research, and as a result, a semiconductor wafer made of 4H—SiC single crystal has a laser energy larger than the band gap (3.2 eV) of 4H—SiC single crystal. for example, about one second laser beam having, by irradiating, returning the same manner as the forward current is energized long time pn diodes, and succeeded in expanding the basal plane dislocations in the crystal stacking faults. The contents of this research are explained below.
[0012]
As shown in FIG. 1, laser light 2 emitted from a He—Cd laser source 1 is guided to an objective lens 8 through a reflection mirror 3 and a beam splitter 7, condensed by the objective lens 8, and applied to an SiC wafer 9. Irradiate for about 1 second. As shown in FIG. 2, the SiC wafer 9 used at this time is obtained by, for example, epitaxially growing an n-type 4H—SiC layer 10 on a p-type 4H—SiC layer 11, and a film to be an electrode is formed on the surface thereof. It is in a state that has not been done.
[0013]
As shown in FIG. 1, by irradiating the SiC wafer 9 with laser light 2, light 6 is emitted from the SiC wafer 9. The light 6 is split by the spectroscope 4 and the intensity of light having a wavelength near 422 nm is observed by the photomultiplier tube 5. At this time, it is desirable to keep the SiC wafer 9 at a low temperature of about 60 to 150K because stronger light emission can be obtained from the SiC wafer 9. Note that a bandpass filter may be used in place of the spectrometer 4.
[0014]
FIG. 3 shows an emission spectrum observed when a carrier is excited by irradiating a laser to a 4H—SiC single crystal kept at a low temperature of 60 to 150K. The vertical axis is the light intensity, and the horizontal axis is the wavelength. In Figure 3, the emission spectrum 16 is to basal plane dislocations that are present in the crystal by prolonged energizing a forward current to the pn diode was observed from enlarged 4H-SiC single crystal stacking faults ( Conventional example). Emission spectrum 18 is to basal plane dislocations were obtained from 4H-SiC single crystal is not expanded to stacking faults. From the difference between the emission spectrum 16 and the emission spectrum 18, the presence or absence of stacking faults can be detected. For example, the presence or absence of stacking faults can be detected by comparing the emission intensity in the wavelength region near 418 to 424 nm.
[0015]
In FIG. 3, an emission spectrum 17 is that of a 4H—SiC wafer in which basal plane dislocations existing in the crystal are expanded to stacking faults by irradiation with He—Cd laser light (example of the present invention). When this emission spectrum 17 is compared with the emission spectrum 16 of the conventional example, it can be seen that both are substantially the same. That is, it comes from 3, without prolonged energizing a forward current to the pn diode, by irradiating short time He-Cd laser beam to the pn diode, to have a long time energizing the forward current to the pn diode Similarly, it can be enlarged to basal plane dislocations present in the crystal stacking faults and.
[0016]
The present invention has been made based on the above knowledge, and a silicon carbide semiconductor device inspection method according to the present invention comprises a silicon carbide semiconductor having a pn junction made of a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor. the semiconductor wafer, comprising the steps you expand this basal plane dislocation to stacking fault when irradiated with laser light having energy greater than the band gap of the silicon carbide semiconductor, basal plane dislocations, irradiated Les Za light and measuring the intensity of light of a specific wavelength emitted from the semi-conductor wafer by the, the result of measuring the intensity of light of a specific wavelength emitted from the semi-conductor wafer, stacking faults, which had been previously measured by comparing the measurement results of the name have semi conductor wafer basal plane dislocation to be the starting point, characterized in that it comprises a and a step of determining the presence or absence of stacking faults.
[0017]
In this inspection method, the intensity of light having a wavelength range of 410 to 430 nm, preferably 418 to 424 nm, more preferably 422 nm, among the light emitted from the semiconductor wafer may be measured. The semiconductor wafer may be irradiated with the laser light while the semiconductor wafer is cooled and maintained at a temperature of 60 to 150K .
[0018]
In addition, when the beam diameter of the laser beam and the inspection range are the same or when the inspection range is narrower than the beam diameter of the laser light, the inspection range is wide. A configuration may be adopted in which inspection is performed in a wider range than the beam diameter of the laser beam by changing the relative position between the two, such as moving the laser beam or moving the semiconductor wafer with respect to the laser beam. .
[0019]
According to the present invention, when a semiconductor wafer made of a silicon carbide semiconductor having a pn junction made of a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor is irradiated with a laser beam having energy larger than the band gap for a short time. , electron-hole pairs are generated by the energy when the electron-hole pair recombination, returning similarly to have long conducting a forward current to the pn diode, stacking fault basal plane dislocations that are present in the crystal Can be expanded . Therefore, it is possible to inspect in a short time whether or not there is a stacking fault caused by expanding basal plane dislocations existing in the crystal without applying a forward current to the pn diode for a long time.
[0020]
According to another aspect of the present invention, there is provided an inspection apparatus for a silicon carbide semiconductor device comprising: a semiconductor wafer comprising a silicon carbide semiconductor having a pn junction comprising a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor; irradiating a laser beam having a larger energy than the irradiation means you expand this basal plane dislocation to stacking fault when basal plane dislocations, by the irradiation of the emitted les Za light from the irradiation morphism means a wavelength selection means for selecting light of a particular wavelength from the light emitted from the semi-conductor wafer, measuring means for measuring the intensity of light of a specific wavelength selected by the wavelength selection means, the measurement obtained from the measurement means result, by comparing the measurement result of the half-conductor wafers have the name of the basal plane dislocations which is the origin of the stacking faults that had been measured in advance, and determining means for determining whether the stacking faults, It is characterized by comprising.
[0021]
In this inspection apparatus, the wavelength selection unit may select light having a wavelength range of 410 to 430 nm, preferably a wavelength range of 418 to 424 nm, and more preferably a wavelength of 422 nm. Moreover, it is preferable to further include a cooling means for cooling the semiconductor wafer and maintaining the temperature at 60 to 150K . Also, the laser beam emitted from the irradiation unit and holding an optical component for guiding the laser irradiation surface of the semiconductor wafer, and the optical component, perpendicular to the optical axis when the laser light impinges on the semiconductor wafer It is preferable to further include a stage that can move in any direction within the plane. Moreover, it is preferable to further comprise recording means for recording the presence or absence of characteristic deterioration at each irradiation position obtained by repeating the movement of the stage and the irradiation of the laser beam.
[0022]
According to the present invention, a semiconductor wafer made of a silicon carbide semiconductor having a pn junction made of a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor is irradiated with laser light having energy larger than its band gap, when the surface dislocations can you to enlarge the basal plane dislocation to stacking fault, also the time may measure the intensity of light in the wavelength region emitted from the semiconductor wafer. Therefore, by using this inspection device, a semiconductor wafer is irradiated with a laser beam having energy larger than its band gap for a short time, so that a forward current does not flow through the pn diode for a long time and is present in the crystal. The presence or absence of stacking faults caused by the expansion of the basal plane dislocation can be inspected in a short time.
[0023]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device comprising: a semiconductor wafer comprising a silicon carbide semiconductor having a pn junction comprising a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor; irradiating a laser beam having energy greater than the band gap of the silicon semiconductor, a semi-conductor wafer by the in a step you expand this basal plane dislocation to stacking faults, irradiation Les Za light when basal plane dislocations and measuring the intensity of light of a specific wavelength emitted from a result of measuring the intensity of light of a specific wavelength emitted from the semi-conductor wafer, basal plane dislocations which is the origin of the stacking fault, which had been previously measured by comparing the results of the name has a semi conductor wafer measurement, and determining the presence or absence of stacking faults, in varying the relative positions of Les Za light and semiconductors wafers The O relay Za light irradiated to the entire semi-conductor wafer, and recording the presence or absence of stacking faults of each irradiation position, by performing dicing after forming the required structure as a semiconductor device in a semi-conductor wafer to semiconductors wafers It characterized in that it comprises a step of dividing into individual semiconductor chips, and a step of performing selection of semi-conductor chip on the basis of the information of the presence or absence of stacking faults in each irradiation position recorded.
[0024]
In this manufacturing method, the intensity of light having a wavelength range of 410 to 430 nm, preferably 418 to 424 nm, more preferably 422 nm, among the light emitted from the semiconductor wafer may be measured. The semiconductor wafer may be irradiated with the laser light while the semiconductor wafer is cooled and maintained at a temperature of 60 to 150K .
[0025]
According to the present invention, a semiconductor wafer made of a silicon carbide semiconductor having a pn junction made of a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor is irradiated with a laser beam having energy larger than the band gap for a short time. it makes without prolonged energizing a forward current to the pn diode, pn diode forward current basal plane dislocations that are present in the crystal when energized long time short or or not to enlarge the stacking fault Since the inspection can be performed in time, the silicon carbide semiconductor device can be manufactured in a short time including the inspection time. Also, during the inspection, the position of the stacking fault caused by the expansion of the basal plane dislocation existing in the crystal by laser irradiation is recorded, and the pn diode including the stacking fault is classified as a defective product after the pn diode is manufactured. As a result, defective products can be easily identified in a short time.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the inspection apparatus according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the code | symbol 9 is a SiC wafer (semiconductor wafer). The structure of the SiC wafer 9 is a wafer in a state before the electrode films are laminated as shown in FIG.
[0027]
Reference numeral 1 denotes a He—Cd laser source having a function as irradiation means. Reference numeral 2 denotes laser light emitted from the He—Cd laser source 1. Reference numeral 3 denotes a first reflecting mirror. Reference numeral 4 denotes a spectrometer having a function as wavelength selection means. Reference numeral 5 denotes a photomultiplier tube having a function as a measuring means. Reference numeral 6 denotes light emitted from the SiC wafer 9. Reference numeral 7 denotes a beam splitter. Reference numeral 8 denotes an objective lens.
[0028]
In addition, the inspection apparatus is provided with a second reflection mirror 12 and a third reflection mirror 13 as optical components for guiding the laser light 2 emitted from the He—Cd laser source 1 to the laser irradiation surface of the SiC wafer 9. ing. In addition, a first stage 15 on which the third reflection mirror 13 is placed and a second stage 14 on which the second reflection mirror 12 and the first stage 15 are placed are provided.
[0029]
The photomultiplier tube 5 is connected to, for example, a computer 21 having a function as a determination unit. A storage device 22 such as a hard disk having a function as recording means is connected to the computer. The inspection apparatus also includes a cooling device 23 having a function as a cooling means for cooling the SiC wafer 9.
[0030]
As shown in FIG. 4, the laser beam 2 emitted from the He—Cd laser source 1 (CW laser, center wavelength 325 nm, output 50 mW, energy 3.8 eV) is reflected by the first reflecting mirror 3 and is reflected by the beam splitter 7. Led to. For convenience of explanation, the optical axis direction of the laser beam 2 immediately after being emitted from the He-Cd laser source 1 is defined as the Y direction, the optical axis direction immediately after being reflected by the first reflecting mirror 3 is defined as the X direction, and the X axis. A direction perpendicular to both directions of the Y axis is defined as a Z direction.
[0031]
The laser beam 2 guided to the beam splitter 7 is reflected again in the Y direction by the beam splitter 7 and guided to the second reflecting mirror 12. Then, the laser beam 2 is reflected again in the X direction by the second reflecting mirror 12 and guided to the third reflecting mirror 13. The laser beam 2 reflected by the third reflecting mirror 13 travels in the Z direction, is condensed by the objective lens 8, and is irradiated onto the SiC wafer 9. At this time, for example, the irradiation power is 4 × 10 5 W / cm 2 and the irradiation time is 1 second. The irradiation area is 625 μm 2 .
[0032]
The light 6 emitted from the SiC wafer 9 by laser irradiation is guided to the beam splitter 7 via the objective lens 8, the third reflection mirror 13, and the second reflection mirror 12. The light 6 that has passed through the beam splitter 7 is split by the spectroscope 4. The photomultiplier tube 5 measures the intensity of light in the vicinity of 422 nm, for example, in the wavelength range of 418 to 424 nm.
[0033]
The computer 21 compares the light intensity obtained by the measurement of the photomultiplier tube 5 with the emission spectrum of the semiconductor wafer having no stacking fault (see FIG. 3, emission spectrum 18), and determines the presence or absence of the stacking fault. The determination result is stored in the storage device 22 together with the correspondence with the laser irradiation position. Here, the emission spectrum of the semiconductor wafer having no stacking fault serving as a reference is obtained in advance using a semiconductor wafer having no basal plane dislocation that becomes the starting point of stacking fault before starting the inspection. It is remembered.
[0034]
When an inspection of an area wider than the irradiation area is performed, the first stage 15 and the second stage 14 may be moved as appropriate. That is, by moving the second stage 14 in the Y direction, the second reflecting mirror 12 and the first stage 15 are moved in the Y direction. Further, by moving the first stage 15 in the X direction, the third reflecting mirror 13 moves in the X direction. By combining these movements in the X and Y directions, the laser irradiation position can be displaced without shifting the optical axis, so the entire wafer can be inspected by changing the laser irradiation position and repeating the irradiation. Can do.
[0035]
Further, when the SiC wafer 9 is held at a low temperature of about 60 to 150 K during the inspection, the SiC wafer 9 is cooled by the cooling device 23. In addition, since a well-known apparatus can be used as the cooling device 23, description is abbreviate | omitted.
[0036]
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for performing an inspection using the inspection apparatus having the above-described configuration. When the inspection is started, first, the SiC wafer 9 is set (step S21). And the He-Cd laser beam 2 is irradiated to the 1st irradiation position of the SiC wafer 9 (step S22), and the emission spectrum radiated | emitted from the SiC wafer 9 at that time is measured (step S23). Based on the measurement result, it is determined whether or not a stacking fault caused by expansion of the basal plane dislocation exists in the SiC wafer 9 (step S24), and the determination result is recorded in association with the laser irradiation position. (Step S25). It is determined whether the inspection has been completed for all irradiation areas (step S26). If the inspection has not been completed (step S26: No), the laser irradiation position is changed in the second, third,. S27), the same inspection is performed, and the determination result is recorded. When the inspection of all the irradiation areas is completed (step S26: Yes), the inspection is completed.
[0037]
FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the manufacturing method according to the embodiment of the present invention. First, although not particularly limited, for example, an SiC wafer in which an n-type 4H—SiC layer 11a is epitaxially grown on an n-type 4H—SiC substrate 11 and a p-type 4H—SiC layer 10 is laminated thereon by epitaxial growth or ion implantation. 9 (see FIG. 2) is prepared (step S1). Then, a characteristic deterioration test is performed on the manufactured SiC wafer 9 (no electrode or the like is manufactured) by the above-described steps S21 to S27 (step S2).
[0038]
The p-type 4H—SiC layer 10 is usually thin, about 2 μm or less, and the penetration length of the He—Cd laser is about 7.4 μm at room temperature, so that the laser penetrates between the n-type 4H—SiC layer 11a. Thereafter, a structure necessary as a semiconductor device, such as an electrode, is produced on the SiC wafer 9 (step S3), and dicing is performed to divide each semiconductor chip (step S4). Finally, based on the information on the correspondence relationship between the laser irradiation position and the determination result of the stacking fault recorded during the characteristic deterioration test, the pn diode including the stacking fault is determined as a defective product and the non-defective product is selected (step S5). ).
[0039]
According to the embodiment described above, about 1 sec He-Cd laser light SiC wafer, by a high density irradiation, as if a a forward current, a basal plane dislocation that exists in the crystal because it you to enlarge a stacking fault, if SiC wafer basal plane dislocations from extending stacking faults if temporarily a forward current for a long time, without actually flowing forward current, He- basal plane dislocations that are present in the crystal by irradiation of Cd laser beam is expanded to stacking faults. Therefore, it is possible to inspect in a short time whether or not basal plane dislocations expand into stacking faults when a forward current is passed through the SiC wafer. Moreover, the SiC semiconductor device can be manufactured in a short time by shortening the inspection time. Therefore, the effect of reducing the inspection and manufacturing costs can be obtained.
[0040]
Further, the inspection time can be further shortened by increasing the irradiation area while maintaining the irradiation power density by increasing the laser output. For example, if the laser beam diameter is 100 μm, the irradiation area becomes 7850 μm 2 . Accordingly, if the stage moving time and the laser irradiation time are set to about 1 second, the time required to inspect the entire 2 inch diameter wafer is approximately 72 hours. This is 1/3 or less of the conventional inspection time (225 hours) in which a forward current is supplied to each of the 50 diodes for 4.5 hours.
[0041]
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, instead of the spectroscope 4, a band pass filter that transmits light in the wavelength region of about 422 nm, for example, 418 to 424 nm, and blocks light on the longer wavelength side and the shorter wavelength side is used as wavelength selection means. You can also
[0042]
In FIG. 4, the laser is incident from directly above the semiconductor wafer 9 and the emitted light is collected from directly above. However, the incident direction of the laser is not limited to this. For example, the laser is incident on the semiconductor wafer 9 obliquely. And it is good also as a method of condensing outgoing light from right above the semiconductor wafer 9. Further, in FIG. 4, the semiconductor wafer 9 is fixed and the laser is moved, but the present invention is not limited to this as long as the relative position between the semiconductor wafer 9 and the laser can be changed.
[0043]
Moreover, this invention is applicable not only when using 4H-SiC single crystal as a semiconductor material but when using another SiC polymorph. However, depending on the SiC polymorph to be used, a basal plane dislocation existing in the crystal is stacked by using a laser having energy larger than the SiC band gap and applying a forward current to the pn diode for a long time. It is necessary to match the light emission wavelength to be observed with the light emission wavelength of the SiC single crystal expanded to the defect.
[0044]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a forward current is sent through a silicon carbide semiconductor device, it can be test | inspected in a short time whether a basal plane dislocation expands to a stacking fault. Moreover, the silicon carbide semiconductor device can be manufactured in a short time by shortening the inspection time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a main part of an inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a semiconductor wafer used for inspection according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an emission spectrum of light emitted from a 4H—SiC single crystal.
FIG. 4 is a diagram showing an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of an inspection method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of the manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Irradiation means (He-Cd laser source)
2 Laser light 4 Wavelength selection means (spectrometer)
5 Measuring means (photomultiplier tube)
6 Light emitted from a semiconductor wafer 9 Semiconductor wafer (SiC wafer)
10 p-type silicon carbide semiconductor (p-type 4H-SiC layer)
11 n-type silicon carbide semiconductor (n-type 4H-SiC substrate)
11a n-type silicon carbide semiconductor (n-type 4H—SiC layer)
12, 13 Optical parts (reflection mirror)
14, 15 Stage 21 Determination means (computer)
22 Recording means (storage device)
23 Cooling means (cooling device)

Claims (15)

p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する半導体ウェハーに、当該炭化珪素半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を照射し、前記半導体ウェハーに基底面転位が存在するときに前記基底面転位積層欠陥に拡大する工程と、
前記半導体ウェハーから放射された特定波長の光の強度を測定した結果と、あらかじめ測定しておいた前記積層欠陥の起点となる前記基底面転位のない前記半導体ウェハーの測定結果とを比較して、前記積層欠陥の有無を判定する工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の検査方法。
A semiconductor wafer having a pn junction made of a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor is irradiated with a laser beam having energy larger than the band gap of the silicon carbide semiconductor, and the basal plane dislocation is applied to the semiconductor wafer. a step that to expand the basal plane dislocation when present in stacking faults,
Compares the result of measuring the intensity of light of a specific wavelength emitted from said semiconductor wafer, and a measurement result of the semiconductor wafer wherein no basal plane dislocations which is the origin of the stacking fault which had been measured in advance, and determining the presence or absence of the stacking fault,
A method for inspecting a silicon carbide semiconductor device, comprising:
前記半導体ウェハーから放射された光のうち、410〜430nmの波長域の光の強度を測定することを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の検査方法。2. The method for inspecting a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the intensity of light in a wavelength region of 410 to 430 nm is measured among light emitted from the semiconductor wafer. 前記半導体ウェハーから放射された光のうち、418〜424nmの波長域の光の強度を測定することを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の検査方法。2. The method for inspecting a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the intensity of light in a wavelength region of 418 to 424 nm among light emitted from the semiconductor wafer is measured. 前記半導体ウェハーを冷却して60〜150Kの温度に保持しながら前記半導体ウェハーに前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の検査方法。The inspection of the silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor wafer is irradiated with the laser beam while being cooled and maintained at a temperature of 60 to 150K. Method. 前記レーザー光と前記半導体ウェハーの相対位置を変えることにより前記レーザー光のビーム径よりも広い範囲の検査をおこなうことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の検査方法。5. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein inspection is performed in a wider range than a beam diameter of the laser beam by changing a relative position between the laser beam and the semiconductor wafer. Inspection method. p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する半導体ウェハーに、当該炭化珪素半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を照射し、前記半導体ウェハーに基底面転位が存在するときに前記基底面転位積層欠陥に拡大する照射手段と、
前記照射手段から発せられた前記レーザー光の照射によって前記半導体ウェハーから放射された光から特定波長の光を選択する波長選択手段と、
前記波長選択手段により選択された特定波長の光の強度を測定する測定手段と、
前記測定手段より得られた測定結果と、あらかじめ測定しておいた前記積層欠陥の起点となる前記基底面転位のない前記半導体ウェハーの測定結果とを比較して、前記積層欠陥の有無を判定する判定手段と、
を具備することを特徴とする炭化珪素半導体装置の検査装置。
A semiconductor wafer having a pn junction made of a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor is irradiated with a laser beam having energy larger than the band gap of the silicon carbide semiconductor, and the basal plane dislocation is applied to the semiconductor wafer. irradiating means you expanded the stacking fault the basal plane dislocation when present,
Wavelength selection means for selecting light of a specific wavelength from light emitted from the semiconductor wafer by irradiation of the laser light emitted from the irradiation means;
Measuring means for measuring the intensity of light of a specific wavelength selected by the wavelength selecting means;
The measurement results obtained from measuring means, by comparing the measurement result of the semiconductor wafer wherein no basal plane dislocations which is the origin of the stacking fault which had been measured in advance, and determines the presence or absence of the stacking fault A determination means;
An inspection apparatus for a silicon carbide semiconductor device, comprising:
前記波長選択手段は、410〜430nmの波長域の光を選択するものである請求項6に記載の炭化珪素半導体装置の検査装置。The inspection apparatus for a silicon carbide semiconductor device according to claim 6, wherein the wavelength selection unit selects light in a wavelength region of 410 to 430 nm. 前記波長選択手段は、418〜424nmの波長域の光を選択するものである請求項6に記載の炭化珪素半導体装置の検査装置。The inspection apparatus for a silicon carbide semiconductor device according to claim 6, wherein the wavelength selection means selects light in a wavelength range of 418 to 424 nm. 前記半導体ウェハーを冷却して60〜150Kの温度に保持する冷却手段をさらに具備することを特徴とする請求項6〜8のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の検査装置。The inspection apparatus for a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 6 to 8, further comprising cooling means for cooling the semiconductor wafer and maintaining the temperature at 60 to 150K. 前記照射手段から出射したレーザー光を前記半導体ウェハーのレーザー照射面に導く光学部品を保持し、かつ前記光学部品を、前記レーザー光が前記半導体ウェハーに当たるときの光軸に対して垂直な面内で任意の方向に移動可能なステージをさらに具備することを特徴とする請求項6〜9のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の検査装置。An optical component that guides the laser beam emitted from the irradiation unit to the laser irradiation surface of the semiconductor wafer is held, and the optical component is within a plane perpendicular to the optical axis when the laser beam strikes the semiconductor wafer. The inspection apparatus for a silicon carbide semiconductor device according to claim 6, further comprising a stage movable in an arbitrary direction. 前記ステージの移動と前記レーザー光の照射の繰り返しにより得られた各照射位置の前記積層欠陥の有無を記録する記録手段をさらに具備することを特徴とする請求項10に記載の炭化珪素半導体装置の検査装置。Of the silicon carbide semiconductor device according to claim 10, characterized by further comprising a recording means for recording the presence or absence of the stacking fault of the irradiation position obtained by moving the repetition of irradiation of the laser light of said stage Inspection device. p型の炭化珪素半導体とn型の炭化珪素半導体からなるpn接合を有する半導体ウェハーに、当該半導体ウェハーを構成する炭化珪素半導体のバンドギャップよりも大きなエネルギーを有するレーザー光を照射し、前記半導体ウェハーに基底面転位が存在するときに前記基底面転位積層欠陥に拡大する工程と、
前記レーザー光の照射によって前記半導体ウェハーから放射された特定波長の光の強度を測定する工程と、
前記半導体ウェハーから放射された特定波長の光の強度を測定した結果と、あらかじめ測定しておいた前記積層欠陥の起点となる前記基底面転位のない前記半導体ウェハーの測定結果とを比較して、前記積層欠陥の有無を判定する工程と、
前記レーザー光と前記半導体ウェハーの相対位置を変えることにより前記レーザー光を前記半導体ウェハー全体に照射し、各照射位置の前記積層欠陥の有無を記録する工程と、
前記半導体ウハーに半導体装置として必要な構造を作製した後にダイシングをおこなって前記半導体ウェハーを個別の半導体チップに分ける工程と、
記録した各照射位置の前記積層欠陥の有無の情報に基づいて前記半導体チップの選別をおこなう工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
A semiconductor wafer having a pn junction made of a p-type silicon carbide semiconductor and an n-type silicon carbide semiconductor is irradiated with laser light having energy larger than the band gap of the silicon carbide semiconductor constituting the semiconductor wafer , and the semiconductor wafer a step that to expand the basal plane dislocation to stacking fault when the basal plane dislocations is present,
Measuring the intensity of light of a specific wavelength emitted from the semiconductor wafer by the laser light irradiation;
Compares the result of measuring the intensity of light of a specific wavelength emitted from said semiconductor wafer, and a measurement result of the semiconductor wafer wherein no basal plane dislocations which is the origin of the stacking fault which had been measured in advance, and determining the presence or absence of the stacking fault,
And recording the presence or absence of the said laser beam by changing the laser light and the relative position of the semiconductor wafer by irradiating the entire semiconductor wafer, said stacking fault of each irradiation position,
A step of performing dicing separates the semiconductor wafer into individual semiconductor chips after making the necessary structures as the semiconductor device to the semiconductor window E Ha,
And performing selection of said semiconductor chip based on the recorded the information on the presence or absence of the stacking fault of each irradiation position,
The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記半導体ウェハーから放射された光のうち、410〜430nmの波長域の光の強度を測定することを特徴とする請求項12に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 12, wherein the intensity of light in a wavelength region of 410 to 430 nm is measured among light emitted from the semiconductor wafer. 前記半導体ウェハーから放射された光のうち、418〜424nmの波長域の光の強度を測定することを特徴とする請求項12記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 12, wherein the intensity of light in a wavelength region of 418 to 424 nm among light emitted from the semiconductor wafer is measured. 前記半導体ウェハーを冷却して60〜150Kの温度に保持しながら前記半導体ウェハーに前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項12〜14のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。15. The silicon carbide semiconductor device according to claim 12, wherein the semiconductor wafer is irradiated with the laser light while being cooled and maintained at a temperature of 60 to 150K. Method.
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