JP5000424B2 - 炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法、及び炭化珪素半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
昇華法では通常、坩堝内に原料のSiC粉末を入れると共に、坩堝の内側上面にSiC粉末と対面する形でSiC種結晶を設置する。このとき、坩堝を2200〜2400℃程度まで加熱することで、SiC粉末を昇華させる。昇華したSiC粉末は、対面するSiC種結晶上で再結晶化され、種結晶上に新たなSiC単結晶が成長される。
だガスと、C3H8またはC2H2などのCを含んだガスとを用いて、昇華法と同様に種結晶上に新たなSiC単結晶を得るいわゆるHTCVD法と呼ばれる製造方法も報告されている。
せん転位、102〜104cm-2程度のc軸方向に伝播する刃状転位、102〜104cm-2程度のc軸と垂直方向に伝播する転位(基底面転位)が存在している。これらの転位密度は、その基板の品質によって大きく異なる。
た転位や積層欠陥が含まれていることになる。さらに、SiCエピタキシャル膜付き単結晶基板を用いて半導体素子を製造する素子化過程においても、新たに転位や積層欠陥が形成される場合がある。これらの転位や積層欠陥は、そのエピタキシャル膜を用いて形成した半導体素子の耐電圧や信頼性を低下させる。
期信頼性を有しない半導体素子がインバータなどの応用機器に組み込まれた場合には、当該応用機器の信頼性が大幅に低下することになる。このため、長期信頼性を低下させるような結晶欠陥を内包する半導体素子をスクリーニングするための判別手法の確立が望まれている。
、素子形成に反映させることが記載されている。
また、非特許文献6においては、KOH エッチング法により、SiC pn ダイオードの逆方
向特性を低下させる可能性のある基底面内欠陥の存在が報告されている。
炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された炭化珪素単結晶ウェハにつき、
前記エピタキシャル膜の形成後において、前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、
前記測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、
(a)前記エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位が存在し、かつ、該エピタキシャル膜形成後において、該貫通らせん転位が消失する代わりに、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が発現するという回折パターン、および、
(b)前記エピタキシャル膜形成後における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位とフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とが同時に発現しており、かつ、該エピタキシャル膜形成前においては、該貫通らせん転位及び該基底面内欠陥のいずれも存在していないという回折パターン
を識別することにより、
前記単結晶基板上にエピタキシャル膜を形成する工程において、単結晶基板中に含まれる貫通らせん転位が構造変換することでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥、及び、新たな貫通らせん転位と結合生成されることでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥を、それぞれ非破壊的に検出し、
ウェハ面内における前記両基底面内欠陥の位置情報を取得することを特徴としている。
炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
半導体素子形成前または半導体素子形成過程において、前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、
前記測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、
(a)前記エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位が存在し、かつ、該エピタキシャル膜形成後において、該貫通らせん転位が消失する代わりに、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が発現するという回折パターン、および、
(b)前記エピタキシャル膜形成後における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位とフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とが同時に発現しており、かつ、該エピタキシャル膜形成前においては、該貫通らせん転位及び該基底面内欠陥のいずれも存在していないという回折パターン
を識別することにより、
前記単結晶基板上にエピタキシャル膜を形成する工程において、単結晶基板中に含まれる貫通らせん転位が構造変換することでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥、及び、新たな貫通らせん転位と結合生成されることでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥を、それぞれ非破壊的に検出し、
前記検出により得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記X線回折に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における前記基底面内欠陥の位置情報に基づいて、
半導体素子形成過程を完了した後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離し、さらに、該切断分離された各半導体素子をスクリーニングする過程を含むことを特徴としている。
炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素
単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
半導体素子形成前において、前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、
前記測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、
(a)前記エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位が存在し、かつ、該エピタキシャル膜形成後において、該貫通らせん転位が消失する代わりに、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が発現するという回折パターン、および、
(b)前記エピタキシャル膜形成後における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位とフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とが同時に発現しており、かつ、該エピタキシャル膜形成前においては、該貫通らせん転位及び該基底面内欠陥のいずれも存在していないという回折パターン
を識別することにより、
前記単結晶基板上にエピタキシャル膜を形成する工程において、単結晶基板中に含まれる貫通らせん転位が構造変換することでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥、及び、新たな貫通らせん転位と結合生成されることでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥を、それぞれ非破壊的に検出し、
前記検出により得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記X線回折に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における前記基底面内欠陥の位置情報に基づいて、ウェハ面内における各半導体素子の形成位置を決定し、
前記決定された形成位置に半導体素子を形成し、
半導体素子形成過程を完了した後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離する過程を含むことを特徴としている。
炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
半導体素子形成前または半導体素子形成過程において、前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、
前記測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、
(a)前記エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位が存在し、かつ、該エピタキシャル膜形成後において、該貫通らせん転位が消失する代わりに、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が発現するという回折パターン、および、
(b)前記エピタキシャル膜形成後における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位とフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とが同時に発現しており、かつ、該エピタキシャル膜形成前においては、該貫通らせん転位及び該基底面内欠陥のいずれも存在していないという回折パターン
を識別することにより、
前記単結晶基板上にエピタキシャル膜を形成する工程において、単結晶基板中に含まれる貫通らせん転位が構造変換することでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥、及び、新たな貫通らせん転位と結合生成されることでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥を、それぞれ非破壊的に検出し、
前記検出により得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記X線回折に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における前記基底面内欠陥の位置情報に基づいて、
半導体素子の形成過程を完了した後または半導体素子の形成過程において、前記転位及び/または積層欠陥が存在する部分に対して、当該部分の素子特性に対する影響を低減するために当該部分を不活性化する構造を付加する不活性化処理を行い、
その後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離する工程を含むことを特徴としている
。
前記半導体素子を、ショットキー接合型半導体素子とするとともに、
ショットキー接合が形成される位置におけるエピタキシャル膜内のフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が存在する部分に対して、前記不活性化処理として、当該エピタキシャル膜の表面部分に、当該エピタキシャル膜の導電型とは反対の導電型の領域を局所的に形成することができる。
前記半導体素子を、MOSゲート型半導体素子とするとともに、
前記不活性化処理として、前記エピタキシャル膜内における基底面内欠陥が存在する部分の表面に形成されたMOSゲート構造を除去することができる。
[炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法]
本発明に係る炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法は、炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された炭化珪素単結晶ウェハにつき、該エピタキシャル膜の形成後に前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、該測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、特定の結晶欠陥を非破壊的に検出し、ウェハ面内における前記両基底面内欠陥の位置情報を取得する方法である。
ーガーズベクトル成分を有する基底面内の積層欠陥を指す。
(1)検査対象となるエピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハ
本発明に係る炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法においては、炭化珪素単結晶基板の上に基板と同一の結晶型のエピタキシャル膜を成長させた炭化珪素単結晶ウェハが検査対象に含まれる。検査対象の炭化珪素単結晶ウェハにおけるエピタキシャル膜や基板の結晶型、結晶面、オフ角などは特に限定されるものではなく、例えば、n型4H−SiC基板上にn型4H−SiC膜をエピタキシャル成長させたもの、n型4H−SiCエピタキシャル膜にイオン打ち込みによってp型層を形成したものなど、各種の炭化珪素単結晶ウェハが検査対象となる。また、エピタキシャル膜上に酸化膜、窒化膜等の絶縁膜が形成されたもの、エピタキシャル膜表面にエッチング加工が施されたもの等も検査対象となる。また、本発明に係る欠陥検出方法の検査対象となる炭化珪素単結晶ウェハは、半導体素子用
の炭化珪素単結晶ウェハに限定されず、その他の用途に用いられる炭化珪素単結晶ウェハであってもよい。
(2)欠陥等の位置情報の取得
<マーカーの形成>
本発明に係る炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法においては、図1に示すように、検査対象となる炭化珪素単結晶ウェハ31のエピタキシャル膜側のウェハ面31Aにあらかじめ微小なマーカー41を形成する。このマーカー41は、結晶欠陥の位置をコンピュータへ電子的に格納するときに、ウェハ面31A内における位置を特定するための基準となる。
本発明においては、反射X線トポグラフィーを用いて炭化珪素単結晶ウェハからのX線回折光を測定することにより、ウェハ面内における結晶欠陥の位置を検出し取得する。反射X線トポグラフィーを用いることにより、エッチング等破壊的な手法を併用することなく、結晶欠陥の位置の検出を非破壊的に行うことができるという利点がある。図3は、本発明に係る炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法に用いられる検査装置の概略構成を示した図である。図3において、11は測定サンプルとしての炭化珪素単結晶ウェハ、12はX線源、13はモノクロメーター、14は記録媒体、10はX線回折記録用コンピュータである。
4H−SiC結晶に対しては11-28あるいは1-108を用いるのが通常である。
域A(x1,y1)、A(x2,y1)・・・を単位として1回の撮影を行う。その後、一つの素子形成領域(例えばD1)内の全ての一括測定領域A(x1,y1),A(x2,y1)・・・についての撮影データを合わせることで、該素子形成領域全体についてのトポグラフ像に関する情報を取得する。さらに、ウェハ面31A内における全ての素子形成領域D1、D2・・・についてこのような測定をすることにより、全ての素子形成領域D1、D2・・・について、すなわちウェハ面31A内における検査対象領域全体についてのトポグラフ像に関するマッピングデータを取得する、という手順によりトポグラフ像を取得する方法が挙げられる。
コンピュータ10は、前記欠陥拡大イメージとして得られるトポグラフ像を、撮影機器により取り込んだ後、演算処理装置によって解析し、転位や積層欠陥などの結晶欠陥の種類及びその位置情報を算出する。具体的には、前記撮影機器のピクセルに基づくマッピングデータに対して解析処理を行い、結晶欠陥の種類及びその位置情報を算出する。
、貫通らせん転位は大きな円形の明るいコントラストを有しており、基底面内欠陥及び積層欠陥は線状の明暗コントラストを有している。図6(a)及び図6(b)を対比すると、エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面においては、図中Eで示される貫通らせん転位が大きな円形の明るいコントラストを示して存在している(図6(b))。一方、エピタキシャル膜形成後のウェハ面においては、Eで示される貫通らせん転位が消失し、代わりに基底面内欠陥が、前記Eに向かう図中Aで示す太い直線状のコントラスト及びこれに引き続く図中Bで示す曲線状のコントラストとして出現している。このことは、単結晶基板に存在していた貫通らせん転位Eが構造変換することにより、エピタキシャル膜に欠陥が導入されたことを示している。この欠陥は、一般にキャロット型欠陥(参考文献:Benamara et al., Applied Physics Letters, Vol. 86, 021905 (2005))と呼ばれているものであり、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とプリズム面積層欠陥とが合体した構造を有することが知られている。図6(a)においては、フランク型の積層欠陥とプリズム面積層欠陥との両者の存在によって、図中Aで示す太い直線状のコントラストと、Bで示す曲線状のコントラストとがトポグラフ像として現れている。このキャロット型欠陥も、前記のTSD→SF変換欠陥の一種として考えることができるが、そのトポグラフ像の回折パターンはこれまでに知られていなかった。したがって、この場合においては、前記回折パターンA及び回折パターンBの発現をもとにして、この場所においてTSD→SF変換欠陥が存在していると推測することができる。
て現れている(図7(b))。一方、エピタキシャル膜形成後のウェハ面(図7(a))においては、前記A'に相当する位置に図中Aで示される貫通らせん転位が大きな円形の
明るいコントラストを示して現れている。ここで注目すべき点は、エピタキシャル膜形成後のウェハ面(図7(a))においては、前記Aで示される貫通らせん転位Aの近傍に、エピタキシャル膜形成前の単結晶基板のウェハ面には存在していなかった図中Bで示される新たな貫通らせん転位が大きな円形の明るいコントラストを示して発現している点である。さらに注目すべき点は、前記Bで示される貫通らせん転位と同時に、図中Cで示される基底面内欠陥が、該Bで示される転位に向かう太い線状(細長いナイフ形状)のコントラストとして発現している点にある。このことは、単結晶基板に存在していた貫通らせん転位A'がそのままエピタキシャル膜中に導入された貫通らせん転位Aに加えて、エピタ
キシャル膜形成に際して、新たな貫通らせん転位Bとともに基底面内欠陥Cがエピタキシャル膜中に新たに導入されたことを示唆している。したがって、前記転位B及び欠陥Cによるパターンの発現をもとにして、この場所においてTSD−SF結合生成欠陥が存在していると推測することができるとともに、その近傍にある前記貫通らせん転位A'ないし
Aと区別することができる。
とする4H−SiC単結晶基板上に約20ミクロンの膜厚のエピタキシャル膜を成長させた試料に対して、回折ベクトルを 11-28 (オフ角度をもたせた <11-20> 方向からX線を入射)として得られたトポグラフ像である。ここで、前記トポグラフ像を取得するにあたり、入射光として用いるX線の波長を1.54Å(光源は放射光)とし、記録媒体には原子核乾板を用い、トポグラフ像の電子データ取込には光学顕微鏡に搭載したCCDを用いた。
位であるバーガーズベクトルが1/3<11-20>である基底面転位(BPD)も、同トポグラフ像に現れる。このBPDと、前記TSD→SF変換欠陥及び前記TSD−SF結合生成欠陥である基底面内欠陥とは、回折パターンを比較することにより判別が可能である。実際には、前記TSD→SF変換欠陥及び前記TSD−SF結合生成欠陥である基底面内欠陥による回折パターンは、図5及び図7に示すように、先端が片方にカーブした細長いナイフ状の明るいコントラスト(図5中の矢印A及び図7中の矢印Cが示すコントラスト)を有するとともにその片側の側面(ナイフの刃側)に暗いコントラストの縁取りを有する。また、キャロット型の前記TSD→SF変換欠陥の場合には、図6 に示すように太い直
線状のコントラストとそれに引き続く曲線状のコントラストを有する。これに対して、前記BPDは、直線上あるいはカーブしたより細い線状の回折パターンを有する(図5(b)中の紙面水平方向に伸びる直線状の3本のコントラストが、BPDに相当する)ので、前記TSD→SF変換欠陥及び前記TSD−SF結合生成欠陥である基底面内欠陥との判別が可能である。また、c軸方向に伝播する貫通らせん転位や貫通刃状転位は、点状の回
折パターンを有するため、前記TSD→SF変換欠陥及び前記TSD−SF結合生成欠陥である基底面内欠陥との判別が可能である。
と垂直な結晶面である [0001] 面から任意な方向にゼロ°〜数10°傾いた結晶面を有する SiC 単結晶基板に対して共通に適用可能である。例えば、[0001] 面の一種である (0001)面と (000-1)面との違い、[0001]面からの傾斜方向及び傾斜角度、並びに、SiC 単結
晶の結晶型の一種である4H−SiCと6H−SiC等との違いによって制限を受けることがない。
線を入射するような回折ベクトル 1-108 を選択した場合には、バーガーズベクトルが1/3<11-20>であるBPDは、トポグラフ像に現れない。これは、エピタキシャル膜中に伝播
するBPDのほとんどが、基板のオフ方向と平行のバーガーズベクトル 1/3<11-20> を有するとともに、基板のオフ方向に伝播する性質を有することによる。これに対して、前記TSD→SF変換欠陥及び前記TSD−SF結合生成欠陥である基底面内欠陥は、オフ方向と垂直な <1-100> 方向からX線を入射するような回折ベクトル 1-108 の場合においても回折パターンが現れる。このため、オフ方向と垂直な <1-100> 方向からX線を入射す
るような回折ベクトル 1-108 を選択することで、バーガーズベクトルが1/3<11-20>であ
るBPDがトポグラフ像に現れなくなるため、該BPDと、前記TSD→SF変換欠陥及び前記TSD−SF結合生成欠陥である基底面内欠陥との判別をより一層簡便に行うことができる。同様な効果は、オフ方向と垂直な <1-100> 方向からX線を入射するような他
種の回折ベクトルでも得ることができる。
本発明に係る炭化珪素半導体素子の製造方法によって製造可能な半導体素子には、ショットキーバリヤダイオード(SBD)、接合電界効果トランジスタ(J−FET)、金属/酸化膜/半導体電界効果トランジスタ(MOS−FET)などのユニポーラ素子、及びpnダイオード、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、サイリスタ、GTOサイリス
タ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのバイポーラ素子が含まれる。
[実施例1]
本実施例は、上記の炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法を利用した第1の炭化珪素半導体装置の製造方法に係る。この製造方法によれば、ウェハ面内におけるエピタキシャル膜内に前記基底面内欠陥を内包する半導体素子を特定し、これに基づいて、切断分離された半導体素子をスクリーニングすることから、前記基底面内欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を得ることができる。その結果として、素子を組み込んだインバータなどの応用機器の信頼性を向上させることができる。
(1-1)エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハの用意
最初に、炭化珪素単結晶基板の上に、基板と同一の結晶型のエピタキシャル膜を成長させた炭化珪素単結晶ウェハを用意する。ウェハ状の炭化珪素単結晶基板を切り出すインゴットの製法や、エピタキシャル膜の成長方法としては、前述したように既に各種の方法が開発、実用化され、市販されており、そのいずれの方法を用いて炭化珪素単結晶ウェハを用意してもよい。
次に、素子形成領域の位置情報を取得する。すなわち、図2に示すように、マーカー41を形成した後、これを基準として形成すべき半導体素子の位置座標を算出し、コンピュータの記憶部に格納する。このようにして、ウェハ面内に形成する半導体素子の素子形成領域D1、D2・・・の位置情報を取得する。したがって、マーカー41の形成は、半導体素子の形成に先立ち行われる。
前記(1-2)の段階において形成したマーカー41を基準として、上記(2)において説明した手順に従い、図8に示すように炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31A内における結晶欠陥の位置51を取得する。なお、必要に応じて、上述したように結晶欠陥の種類が同時に同定される。
以上のようにして取得された、ウェハ面内における結晶欠陥の位置及び種類の情報は、コンピュータ10によって、ウェハ面内における半導体素子の素子形成領域D1、D2・・・の位置情報と照合され、各半導体素子の形成領域内に含まれる結晶欠陥の種類及び密度の情報が取得される。
(1-5)素子形成、不活性化処理、及び切断分離
各半導体素子の形成領域内に含まれる結晶欠陥の種類及び密度の情報が取得された後、素子形成前または素子形成過程にあるそれぞれの素子形成領域において半導体素子の形成を完了する。その後、形成された各半導体素子は、ウェハから切断分離される。
ての選別結果に従って、切断分離された各半導体素子はスクリーニングされる。
[実施例2]
本実施例は、上記の炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法を利用した第2の炭化珪素半導体装置の製造方法に係る。この製造方法によれば、ウェハ面内におけるエピタキシャル膜が内包する、前記基底面内欠陥の位置を非破壊的に特定し、これに基づいて、ウェハ面内における長期信頼性などの素子特性に悪影響を与える結晶欠陥が存在しない領域に半導体素子を形成するようにしたので、結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を得ることができると共に、前記基底面内欠陥を内包する半導体素子の個数を低減することができる。また、その結果として、素子を組み込んだインバータなどの応用機器の信頼性を向上させることができる。
(2-1)エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハの用意
上記(1-1)と同様にして、エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハを用意する。
上記(2)において説明した手順に従って、図9に示すように、炭化珪素単結晶ウェハ
31のウェハ面31A内における結晶欠陥の位置51を取得する。なお、必要に応じて、上述したように結晶欠陥の種類が同時に同定される。本実施例では現段階では素子形成領域の位置情報は取得されないが、マーカー41を基準として結晶欠陥の位置座標を算出し、コンピュータの記憶部に格納する。
次に、取得されたウェハ面内における結晶欠陥の位置情報に基づいて、ウェハ面内における各半導体素子の形成位置を決定する。前記(2-2)において、ウェハ面内におけるエ
ピタキシャル膜が内包する、条件に応じた特定種類の結晶欠陥、例えば、素子の長期信頼性を損なう要因となる基底面転位等について、その位置情報が取得されている。これに基づいて、図10に示すように、結晶欠陥が存在する位置51を避けて、ウェハ面内における結晶欠陥が存在しない領域にのみ半導体素子を形成するよう、素子形成領域D1、D2・・・を決定する。
素子形成領域D1、D2・・・の位置情報を取得した後、素子形成前の状態にあるそれぞれの素子形成領域において半導体素子を形成するための加工を行い、素子形成を完了する。その後、形成された各半導体素子は、ウェハから切断分離される。
[実施例3]
本実施例は、上記の炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法を利用した第3の炭化珪素半導体装置の製造方法に係る。
(3-1)エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハの用意
上記(1-1)と同様にして、エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハを用意する。
上記(1-2)と同様にして、素子形成領域の位置情報を取得する。すなわち、図2に示
すように、マーカー41を形成した後、これを基準として形成すべき半導体素子の位置座標を算出し、コンピュータの記憶部に格納する。このようにして、ウェハ面内に形成する半導体素子の素子形成領域D1、D2・・・の位置情報を取得する。
前記(3-2)の段階において形成したマーカー41を基準として、上記(2)において説明した手順に従い、図8に示すように、炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31A内における結晶欠陥の位置51を取得する。なお、必要に応じて、上述したように結晶欠陥の種類が同時に同定される。
ウェハ面内における結晶欠陥の位置を取得した後、前記(3-2)において予め得ておい
た素子形成領域D1、D2・・・の位置情報に従って半導体素子61を形成する。
陥が存在する部分に対して、当該部分の素子特性に対する影響を低減するために当該部分を不活性化する構造を付加する不活性化処理を行う。これにより、図11に示すように、半導体素子61内における結晶欠陥が存在する各部分に対して不活性化処理部62が形成される。ここで、不活性化処理として、結晶欠陥が存在する部分のエピタキシャル膜の導電型とは反対の導電型の領域を局所的に形成する処理、結晶欠陥が存在する部分に設けられた電極がある場合には該電極を除去する処理などが挙げられる。
以下、前記不活性化処理が適用される好適な具体例について説明する。
[実施例3−1]
本実施例では、上記不活性化処理は、ショットキーバリヤダイオードなどのショットキー接合型半導体素子、すなわち、SiC単結晶と、金属または異種半導体とのショットキー障壁の整流作用を利用した炭化珪素半導体素子における、長期信頼性などの素子特性に悪影響を与える転位や積層欠陥が存在する表面部位に適用される。
[実施例3−2]
本実施例では、上記不活性化処理は、MOSFETやIGBTなどのMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)ゲート構造を有する炭化珪素半導体素子における、長期信頼性などの
素子特性に悪影響を与える転位や積層欠陥が存在する表面部位に適用される。
11 サンプル(炭化珪素ウェハ)
12 X線源
13 モノクロメーター
14 記録媒体
31 炭化珪素単結晶ウェハ
31a 炭化珪素単結晶基板
31b エピタキシャル膜
31A ウェハ面
33 シンクロトロン放射光又は平行X線ビーム
34 反射光
41 マーカー
51 結晶欠陥の位置
61 炭化珪素半導体素子
62 不活性化処理部
71 ショットキーバリヤダイオード
72 ショットキー電極
73 オーミック電極
74 ガードリング構造
75 基底面内欠陥
76 基底面内欠陥へのイオン注入層
81 MOSFET
82 ゲート電極
83 ソース電極
84 ドレイン電極
85 ゲート酸化膜
86 コンタクト領域
87 ウェル領域
88 除去されたゲート電極
A 一括測定領域
D 素子形成領域
Claims (6)
- 炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された炭化珪素単結晶ウェハにつき、
前記エピタキシャル膜の形成後において、前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、
前記測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、
(a)前記エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位が存在し、かつ、該エピタキシャル膜形成後において、該貫通らせん転位が消失する代わりに、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が発現するという回折パターン、および、
(b)前記エピタキシャル膜形成後における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位とフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とが同時に発現しており、かつ、該エピタキシャル膜形成前においては、該貫通らせん転位及び該基底面内欠陥のいずれも存在していないという回折パターン
を識別することにより、
前記単結晶基板上にエピタキシャル膜を形成する工程において、単結晶基板中に含まれる貫通らせん転位が構造変換することでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥、及び、新たな貫通らせん転位と結合生成されることでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥を、それぞれ非破壊的に検出し、
ウェハ面内における前記両基底面内欠陥の位置情報を取得することを特徴とする炭化珪素単結晶ウェハの欠陥検出方法。 - 炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
半導体素子形成前または半導体素子形成過程において、前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、
前記測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、
(a)前記エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位が存在し、かつ、該エピタキシャル膜形成後において、該貫通らせん転位が消失する代わりに、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が発現するという回折パターン、および、
(b)前記エピタキシャル膜形成後における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位とフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とが同時に発現しており、かつ、該エピタキシャル膜形成前においては、該貫通らせん転位及び該基底面内欠陥のいずれも存在していないという回折パターン
を識別することにより、
前記単結晶基板上にエピタキシャル膜を形成する工程において、単結晶基板中に含まれる貫通らせん転位が構造変換することでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥、及び、新たな貫通らせん転位と結合生成されることでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥を、それぞれ非破壊的に検出し、
前記検出により得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記X線回折に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における前記基底面内欠陥の位置情報に基づいて、
半導体素子形成過程を完了した後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離し、さらに、該切断分離された各半導体素子をスクリーニングする過程を含むことを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。 - 炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
半導体素子形成前において、前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、
前記測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、
(a)前記エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位が存在し、かつ、該エピタキシャル膜形成後において、該貫通らせん転位が消失する代わりに、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が発現するという回折パターン、および、
(b)前記エピタキシャル膜形成後における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位とフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とが同時に発現しており、かつ、該エピタキシャル膜形成前においては、該貫通らせん転位及び該基底面内欠陥のいずれも存在していないという回折パターン
を識別することにより、
前記単結晶基板上にエピタキシャル膜を形成する工程において、単結晶基板中に含まれる貫通らせん転位が構造変換することでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥、及び、新たな貫通らせん転位と結合生成されることでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥を、それぞれ非破壊的に検出し、
前記検出により得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記X線回折に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における前記基底面内欠陥の位置情報に基づいて、ウェハ面内における各半導体素子の形成位置を決定し、
前記決定された形成位置に半導体素子を形成し、
半導体素子形成過程を完了した後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離する過程を含むことを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。 - 炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
半導体素子形成前または半導体素子形成過程において、前記炭化珪素単結晶ウェハのウェハ面内における反射X線トポグラフィー測定を行い、
前記測定により得られた、ウェハ面内におけるX線回折データから、
(a)前記エピタキシャル膜形成前における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位が存在し、かつ、該エピタキシャル膜形成後において、該貫通らせん転位が消失する代わりに、フランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が発現するという回折パターン、および、
(b)前記エピタキシャル膜形成後における炭化珪素単結晶基板のウェハ面に貫通らせん転位とフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥とが同時に発現しており、かつ、該エピタキシャル膜形成前においては、該貫通らせん転位及び該基底面内欠陥のいずれも存在していないという回折パターン
を識別することにより、
前記単結晶基板上にエピタキシャル膜を形成する工程において、単結晶基板中に含まれる貫通らせん転位が構造変換することでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥、及び、新たな貫通らせん転位と結合生成されることでエピタキシャル膜中に導入された基底面内欠陥を、それぞれ非破壊的に検出し、
前記検出により得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記X線回折に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における前記基底面内欠陥の位置情報に基づいて、
半導体素子の形成過程を完了した後または半導体素子の形成過程において、前記転位及び/または積層欠陥が存在する部分に対して、当該部分の素子特性に対する影響を低減するために当該部分を不活性化する構造を付加する不活性化処理を行い、
その後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離する工程を含むことを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。 - 前記半導体素子は、ショットキー接合型半導体素子であり、
ショットキー接合が形成される位置におけるエピタキシャル膜内のフランク型の積層欠陥を伴う基底面内欠陥が存在する部分に対して、前記不活性化処理として、当該エピタキシャル膜の表面部分に、当該エピタキシャル膜の導電型とは反対の導電型の領域を局所的に形成することを特徴とする請求項4に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。 - 前記半導体素子は、MOSゲート型半導体素子であり、
前記不活性化処理として、前記エピタキシャル膜内における基底面内欠陥が存在する部分の表面に形成されたMOSゲート構造を除去することを特徴とする請求項4に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。
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