JP5818364B2 - Interface evaluation method between semiconductor substrate and insulating film, and interface evaluation apparatus between semiconductor substrate and insulating film - Google Patents
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Description
本発明は、半導体基板とその表面に設けられた絶縁膜との界面を過剰キャリアのライフタイムに基づいて評価する方法及びこの方法を用いる界面評価装置に関する。 The present invention relates to a method for evaluating an interface between a semiconductor substrate and an insulating film provided on the surface thereof based on the lifetime of excess carriers and an interface evaluation apparatus using this method.
近年のエレクトロニクスの発展により、様々な分野に半導体製品が活用されている。半導体製品は、一般に、半導体ウェハから製造されるため、半導体製品の高性能化には、半導体ウェハの品質管理が重要である。半導体ウェハの品質を評価する指標の1つとして、半導体におけるキャリアの寿命(ライフタイム)がある。 With the recent development of electronics, semiconductor products are used in various fields. Since semiconductor products are generally manufactured from a semiconductor wafer, quality control of the semiconductor wafer is important for improving the performance of the semiconductor product. One of the indexes for evaluating the quality of a semiconductor wafer is a carrier lifetime in the semiconductor.
このキャリア寿命を測定する方法の1つとして、特許文献1に記載されるマイクロ波光導電減衰法(μ−PCD法)が知られている。このマイクロ波光導電減衰法は、測定対象である半導体ウェハ(被測定試料)に光(測定光)を照射することによって過剰キャリアを生成し、この過剰キャリアが前記半導体試料の物性によって決まるキャリア寿命で再結合して消滅する過程を、マイクロ波の反射率の時間変化または透過率の時間変化によって検出する方法である。過剰キャリアの生成は、半導体ウェハの導電率を増加させる。このため、光励起によって過剰キャリアの生成された半導体の部位(部分、領域)に照射されたマイクロ波の反射率または透過率が過剰キャリアの密度に対応して変化する。このマイクロ波光導電減衰法は、この現象を利用することによってキャリア寿命を測定するものである。
As one of methods for measuring the carrier lifetime, a microwave photoconductive decay method (μ-PCD method) described in
従来から、半導体ウェハ(半導体基板)としてシリコンウェハ(シリコン基板)が用いられている。このシリコンウェハを用いた半導体製品、例えば、MOS(Metal Oxide Semiconductor)デバイスや太陽電池等では、シリコンウェハの表面に絶縁膜が形成される。このシリコンウェハと絶縁膜との界面の状態が、MOSデバイスや太陽電池等の半導体製品の性能に関わるため、シリコンウェハと絶縁膜との界面の評価が重要になる。 Conventionally, a silicon wafer (silicon substrate) is used as a semiconductor wafer (semiconductor substrate). In a semiconductor product using this silicon wafer, such as a MOS (Metal Oxide Semiconductor) device or a solar cell, an insulating film is formed on the surface of the silicon wafer. Since the state of the interface between the silicon wafer and the insulating film is related to the performance of semiconductor products such as MOS devices and solar cells, it is important to evaluate the interface between the silicon wafer and the insulating film.
このシリコンウェハと絶縁膜との界面を前記マイクロ波光導電減衰法によって評価する場合、測定光として短波長の光(例えば、紫外光等)が用いられる。これは、波長が長い光ほど浸透長が大きくなるため、測定光として浸透長の短い光を用いることによってシリコンウェハの表面(絶縁膜との界面)に過剰キャリアを集中的に生成し、これにより、測定されたキャリア寿命から前記界面を評価する。尚、浸透長とは、光が照射される表面から、その光の光強度が入射強度の1/eとなる地点までの距離(深さ)である。尚、eは、ネイピア数である。 When the interface between the silicon wafer and the insulating film is evaluated by the microwave photoconductive decay method, light having a short wavelength (for example, ultraviolet light) is used as measurement light. This is because the longer the wavelength, the larger the penetration length. By using light with a short penetration length as measurement light, excessive carriers are intensively generated on the surface of the silicon wafer (interface with the insulating film). The interface is evaluated from the measured carrier lifetime. The penetration length is a distance (depth) from a surface irradiated with light to a point where the light intensity of the light is 1 / e of the incident intensity. Note that e is the number of Napiers.
近年では、低損失化によるエネルギー消費の低減、高電圧化による小型化、より高温での動作性の確保等の要請から、パワーデバイスにおける半導体として、シリコン(Si)に替えて炭化ケイ素(SiC:Silicon Carbide)が採用され始めている。 In recent years, silicon carbide (SiC) has been used instead of silicon (Si) as a semiconductor in power devices due to demands for reducing energy consumption by reducing loss, reducing size by increasing voltage, and ensuring higher temperature operability. Silicon Carbide) has begun to be adopted.
しかし、この炭化ケイ素基板における励起光の浸透長は、波長が同じであればシリコン基板における浸透長よりも大きくなるため、炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面を評価する場合、マイクロ波光導電減衰法での測定において実用的な(十分な出力と安定性とが得られる)短波長のレーザ等の励起光照射装置を用いても、この励起光照射装置によって射出される励起光の波長では浸透長が大き過ぎ、炭化ケイ素基板表面(炭化ケイ素基板と絶縁膜との界面)の評価を精度よく行うことができない。 However, since the penetration length of the excitation light in this silicon carbide substrate is larger than the penetration length in the silicon substrate if the wavelength is the same, when evaluating the interface between the silicon carbide substrate and the insulating film formed on the surface thereof Excitation emitted by this excitation light irradiation device even when using an excitation light irradiation device such as a short-wavelength laser that is practical (providing sufficient output and stability) in the measurement by the microwave photoconductive decay method The penetration length is too large at the wavelength of light, and the silicon carbide substrate surface (interface between the silicon carbide substrate and the insulating film) cannot be accurately evaluated.
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、半導体基板として炭化ケイ素基板が用いられても、半導体基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の評価を精度よく行うことが可能な前記界面の評価方法及び前記界面の評価装置を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention is capable of accurately evaluating the interface between the semiconductor substrate and the insulating film formed on the surface thereof even if a silicon carbide substrate is used as the semiconductor substrate. It is an object to provide an evaluation method and an evaluation apparatus for the interface.
本発明者は、種々検討した結果、上記課題は、以下の本発明により解消されることを見
出した。すなわち、本発明の一態様にかかる半導体基板と絶縁膜との界面評価方法は、パッシベーション処理された炭化ケイ素基板の表面における測定領域に対して励起光と測定波とを照射し、当該測定領域において反射した前記測定波である反射測定波、又は当該測定領域を透過した前記測定波である透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板における第1のキャリア寿命を求める第1測定工程と、前記炭化ケイ素基板の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記炭化ケイ素基板の表面に形成された絶縁膜上の前記測定領域に対応する領域に対して前記励起光と前記測定波とを照射し、当該領域において反射した反射測定波又は、当該領域を透過した透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板における第2のキャリア寿命を求める第2のキャリア寿命測定工程と、前記第1のキャリア寿命と前記第2のキャリア寿命とから前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面を評価する評価工程と、を備えることを特徴とする。
As a result of various studies, the present inventor has found that the above problems can be solved by the following present invention. That is, in the method for evaluating an interface between a semiconductor substrate and an insulating film according to one embodiment of the present invention, the measurement region on the surface of the passivated silicon carbide substrate is irradiated with excitation light and a measurement wave, and the measurement region A first measurement step for obtaining a first carrier lifetime in the silicon carbide substrate based on a reflected measurement wave that is the reflected measurement wave or a transmission measurement wave that is the measurement wave that has passed through the measurement region; and the silicon carbide An insulating film forming step for forming an insulating film on the surface of the substrate; and an area corresponding to the measurement area on the insulating film formed on the surface of the silicon carbide substrate is irradiated with the excitation light and the measurement wave. A second carrier for obtaining a second carrier lifetime in the silicon carbide substrate based on a reflected measurement wave reflected in the region or a transmitted measurement wave transmitted through the region. And A lifetime measurement step, characterized in that it comprises an evaluation step of evaluating the interface between the insulating film and the silicon carbide substrate from said first carrier lifetime and the second carrier lifetime.
そして、本発明の他の一態様では、炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面を評価する界面評価装置であって、パッシベーション処理された前記炭化ケイ素基板の表面における所定の測定領域である第1測定領域、又は前記絶縁膜における前記第1測定領域に対応する第2測定領域に所定の励起光を照射する励起光照射部と、前記第1測定領域又は前記第2測定領域に所定の測定波を照射する測定波照射部と、前記第1測定領域若しくは前記第2測定領域で反射した前記測定波である反射測定波、又は、前記第1測定領域若しくは前記第2測定領域を透過した前記測定波である透過測定波を検出する測定波検出部と、前記測定波検出部によって検出された前記反射測定波又は前記透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面を評価する演算部と、を備える。そして、前記演算部は、前記第1測定領域で反射した反射測定波又は前記第1測定領域を透過した透過測定波から求められた前記炭化ケイ素基板における第1のキャリア寿命、及び前記第2測定領域で反射した反射測定波又は前記第2測定領域を透過した透過測定波から求められた前記炭化ケイ素基板における第2のキャリア寿命から、前記界面を評価することを特徴とする。 In another aspect of the present invention, there is provided an interface evaluation apparatus for evaluating an interface between a silicon carbide substrate and an insulating film formed on the surface thereof, and a predetermined measurement on the surface of the silicon carbide substrate subjected to passivation treatment. An excitation light irradiation unit that irradiates predetermined excitation light to a first measurement region that is a region or a second measurement region corresponding to the first measurement region in the insulating film; and the first measurement region or the second measurement region A measurement wave irradiating unit that irradiates a predetermined measurement wave to the light source, a reflected measurement wave that is the measurement wave reflected by the first measurement region or the second measurement region, or the first measurement region or the second measurement region A measurement wave detection unit that detects a transmission measurement wave that is the measurement wave that has passed through, and the silicon carbide substrate and the front based on the reflection measurement wave or the transmission measurement wave detected by the measurement wave detection unit And a computation unit that evaluates the interface with the insulating film. Then, the arithmetic unit comprises a first carrier lifetime in the silicon carbide substrate obtained from the transmission measurements wave first passes through the reflected measurement wave or the first measuring region and reflected by the measurement area, and the second measurement The interface is evaluated from a second carrier lifetime in the silicon carbide substrate obtained from a reflected measurement wave reflected by a region or a transmitted measurement wave transmitted through the second measurement region.
これらの構成によれば、パッシベーション処理された炭化ケイ素基板で測定されたキャリア寿命(第1のキャリア寿命)と、絶縁膜が形成された炭化ケイ素基板で測定されたキャリア寿命(第2のキャリア寿命)と、を求め、これら第1のキャリア寿命と第2のキャリア寿命との違いから、炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の評価を精度よく行うことができる。 According to these configurations, the carrier lifetime (first carrier lifetime) measured on the passivated silicon carbide substrate and the carrier lifetime (second carrier lifetime) measured on the silicon carbide substrate on which the insulating film is formed. From the difference between the first carrier lifetime and the second carrier lifetime, the interface between the silicon carbide substrate and the insulating film formed on the surface can be accurately evaluated.
即ち、パッシベーション処理により炭化ケイ素基板の最表層(表面)でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態となっている炭化ケイ素基板の表面状態を基準とすべく、この状態の炭化ケイ素基板のキャリア寿命(第1のキャリア寿命)を測定し、この第1のキャリア寿命と第2のキャリア寿命との違いから、第2のキャリア寿命が測定された炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の状態を評価することで、精度のよい評価を行うことができる。 That is, the silicon carbide substrate in this state is based on the surface state of the silicon carbide substrate in which excess carriers are not easily eliminated due to dangling bonds at the outermost layer (surface) of the silicon carbide substrate by passivation treatment. The carrier lifetime (first carrier lifetime) was measured, and from the difference between the first carrier lifetime and the second carrier lifetime, the silicon carbide substrate on which the second carrier lifetime was measured and the surface thereof were formed. By evaluating the state of the interface with the insulating film, accurate evaluation can be performed.
例えば、具体的に、前記パッシベーション処理は、前記炭化ケイ素基板に対するフッ酸を用いた処理である場合は、炭化ケイ素基板の表面におけるダングリングボンドが水素終端されることによって炭化ケイ素基板の表面が前記ダングリングボンドを終端した水素で覆われるため、炭化ケイ素基板の表面でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態となっている。これにより、この状態で測定した第1のキャリア寿命と、水素終端に替えて絶縁膜が形成された炭化ケイ素基板で測定された第2のキャリア寿命とから、炭化ケイ素基板と絶縁膜との界面の評価を精度よく行うことができる。 For example, specifically, when the passivation treatment is a treatment using hydrofluoric acid for the silicon carbide substrate, dangling bonds on the surface of the silicon carbide substrate are hydrogen-terminated, so that the surface of the silicon carbide substrate is Since it is covered with hydrogen that terminates the dangling bond, excess carriers are hardly lost due to the dangling bond on the surface of the silicon carbide substrate. Thus, from the first carrier lifetime measured in this state and the second carrier lifetime measured on the silicon carbide substrate on which the insulating film is formed instead of the hydrogen termination, the interface between the silicon carbide substrate and the insulating film is obtained. Can be accurately evaluated.
しかも、シリコン基板の表面を水素終端させた場合には、当該シリコン基板が酸素雰囲気に曝されると水素と酸素とが次第に置き換わって(即ち、自然酸化膜が形成されて)シリコン基板表面が荒れるために水素終端させたシリコン基板のキャリア寿命を精度よく測定し難い。しかしながら、炭化ケイ素基板では、常温よりも高い温度で加熱等しなければ水素終端された状態が持続するため、フッ酸によるパッシベーション処理後、酸素雰囲気下で第1のキャリア寿命が測定されても、炭化ケイ素基板表面でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態が持続するため、シリコン基板での第1のキャリア寿命を測定する場合に比べ、第1のキャリア寿命の測定をより容易に行うことができる。 In addition, when the surface of the silicon substrate is terminated with hydrogen, when the silicon substrate is exposed to an oxygen atmosphere, hydrogen and oxygen are gradually replaced (that is, a natural oxide film is formed) and the silicon substrate surface is roughened. For this reason, it is difficult to accurately measure the carrier lifetime of a silicon substrate terminated with hydrogen. However, in the silicon carbide substrate, the hydrogen-terminated state is maintained unless heated at a temperature higher than room temperature. Therefore, even if the first carrier lifetime is measured in an oxygen atmosphere after the passivation treatment with hydrofluoric acid, Since it is difficult for excess carriers to disappear due to dangling bonds on the surface of the silicon carbide substrate, it is easier to measure the first carrier lifetime than when measuring the first carrier lifetime on the silicon substrate. It can be carried out.
また、フッ酸を用いてパッシベーション処理を行う場合には、前記炭化ケイ素基板の表面から前記パッシベーション処理によって形成されたパッシベーション膜を取り除く除膜工程を、備え、前記絶縁膜形成工程では、前記除膜工程でパッシベーション膜が取り除かれた炭化ケイ素基板に前記絶縁膜を形成することが好ましい。 Further, in the case of performing a passivation treatment using hydrofluoric acid, the method includes a film removal step of removing the passivation film formed by the passivation treatment from the surface of the silicon carbide substrate, and in the insulating film formation step, the film removal step The insulating film is preferably formed on the silicon carbide substrate from which the passivation film has been removed in the process.
即ち、パッシベーション処理されることで、炭化ケイ素の表面がパッシベーション膜に覆われる(詳しくは、炭化ケイ素基板の表面がダングリングボンドを終端した水素によって覆われる)ため、このパッシベーション膜(ダングリングボンドを終端している水素)を取り除いた炭化ケイ素基板に絶縁膜を形成することにより、第2のキャリア寿命をより精度よく測定することができる。 That is, the surface of the silicon carbide is covered with the passivation film by the passivation treatment (specifically, the surface of the silicon carbide substrate is covered with hydrogen terminating the dangling bonds). By forming an insulating film on the silicon carbide substrate from which (terminated hydrogen) is removed, the second carrier lifetime can be measured with higher accuracy.
尚、前記パッシベーション膜が形成された状態の炭化ケイ素基板を加熱することによって、前記除膜工程と前記絶縁膜形成工程とを同時に行ってもよい。 In addition, you may perform the said film removal process and the said insulating film formation process simultaneously by heating the silicon carbide substrate in the state in which the said passivation film was formed.
炭化ケイ素基板の表面での水素終端による水素は、加熱によって炭化ケイ素基板表面から容易に除去できるため、炭化ケイ素基板の表面に絶縁膜として酸化膜を形成する際の加熱を利用してパッシベーション膜(炭化ケイ素基板の表面においてダングリングボンドを終端させている水素)を除去することにより、パッシベーション膜の除去と絶縁膜(酸化膜)の形成とを同時に行うことができる。 Since hydrogen due to hydrogen termination on the surface of the silicon carbide substrate can be easily removed from the surface of the silicon carbide substrate by heating, a passivation film (using a heating when forming an oxide film as an insulating film on the surface of the silicon carbide substrate ( By removing the hydrogen that terminates the dangling bonds on the surface of the silicon carbide substrate, the passivation film and the insulating film (oxide film) can be removed at the same time.
また、本発明に係る半導体基板と絶縁膜との界面評価方法において、前記第1測定工程は、前記炭化ケイ素基板に対してパッシベーション処理を行うパッシベーション処理工程と、前記パッシベーション処理された前記炭化ケイ素基板における前記測定領域に対して前記励起光と前記測定波とを照射し、その反射測定波又は透過測定波に基づいて前記第1のキャリア寿命を測定する第1のキャリア寿命測定工程と、を有してもよい。 Further, in the method for evaluating an interface between a semiconductor substrate and an insulating film according to the present invention, the first measurement step includes a passivation treatment step for performing a passivation treatment on the silicon carbide substrate, and the silicon carbide substrate subjected to the passivation treatment. Irradiating the measurement region with the excitation light and the measurement wave, and measuring the first carrier lifetime based on the reflection measurement wave or the transmission measurement wave. May be.
また、本発明に係る半導体基板と絶縁膜との界面評価装置において、前記演算部は、前記第1測定領域で反射した反射測定波又は前記第1測定領域を透過した透過測定波から前記炭化ケイ素基板における第1のキャリア寿命を求め、且つ、前記第2測定領域で反射した反射測定波又は前記第2測定領域を透過した透過測定波から前記炭化ケイ素基板における第2のキャリア寿命を求めるキャリア寿命演算部と、このキャリア寿命演算部によって求められた前記第1のキャリア寿命及び前記第2のキャリア寿命から、前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面の状態の程度を示す指標となる評価値を求める評価値演算部と、を有することが好ましい。
Also, the interface apparatus for evaluating a semiconductor substrate and an insulating film according to the present invention, the computing unit, the carbonized before Symbol transmission measurement wave through the reflection measuring wave or the first measuring region and reflected by the first measurement region A carrier for obtaining a first carrier lifetime in a silicon substrate and obtaining a second carrier lifetime in the silicon carbide substrate from a reflected measurement wave reflected by the second measurement region or a transmission measurement wave transmitted through the second measurement region. A life calculation unit and an evaluation as an index indicating the degree of the interface state between the silicon carbide substrate and the insulating film from the first carrier life and the second carrier life obtained by the carrier life calculation unit It is preferable to have an evaluation value calculation unit for obtaining a value.
かかる構成によれば、炭化ケイ素基板と絶縁膜との界面の状態が評価値(数値)として得られるため、前記界面の状態が評価し易くなる。 According to such a configuration, since the state of the interface between the silicon carbide substrate and the insulating film is obtained as an evaluation value (numerical value), it becomes easy to evaluate the state of the interface.
以上より、本発明によれば、半導体基板として炭化ケイ素基板が用いられても、半導体基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の評価を精度よく行うことが可能な前記界面の評価方法及び前記界面の評価装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, even when a silicon carbide substrate is used as the semiconductor substrate, the interface evaluation method capable of accurately evaluating the interface between the semiconductor substrate and the insulating film formed on the surface thereof. And the interface evaluation apparatus can be provided.
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施形態に係る半導体基板と絶縁膜との界面評価装置(以下、単に「界面評価装置」とも称する。)は、図1に示されるように、ステージSと、励起光照射部1と、測定波入出力部2と、検出部3と、制御部4と、を備え、MOSデバイス等の半導体デバイスや太陽電池等の炭化ケイ素(SiC)基板X1の表面に絶縁膜X2が形成された製品等におけるSiC基板X1と絶縁膜X2との界面(界面の状態)の評価を行う。また、本実施形態の界面評価装置Aは、パッシベーション部5と、加熱部6と、を備える。尚、以下では、表面に絶縁膜X2又はパッシベーション膜X3が形成された状態のSiC基板X1を単に被測定試料Xとも称する。
As shown in FIG. 1, an interface evaluation apparatus (hereinafter also simply referred to as “interface evaluation apparatus”) between a semiconductor substrate and an insulating film according to this embodiment includes a stage S, an excitation
ステージSは、SiC基板X1又は被測定試料Xが設置(載置)される部位である。本実施形態のステージSでは、水平な姿勢となるようにSiC基板X1が設置される。 Stage S is a portion SiC substrate X 1 or the measured sample X is installed (mounted). In stage S of the present embodiment, SiC substrate X 1 is installed such that a horizontal posture.
励起光照射部1は、光源部11と、導光部12と、を有し、制御部4の制御に従って被測定試料Xに励起光を照射する。
The excitation
光源部11は、励起光を出力する装置であり、本実施形態では、レーザ光を出力するレーザ光源装置である。本実施形態の光源部11は、励起光として波長が266nmの紫外線レーザ光を出力する。具体的には、光源部11は、YAGレーザ(波長が1064nm)の4倍高調波(波長が266nm)を出力する。
The
尚、光源部11が出力する励起光は、波長が266nmの紫外線レーザ光に限定されず、例えば、波長が355nmの紫外線レーザ光等でもよい。但し、被測定試料Xを構成するSiCが、シリコン(Si)に比べてバンドギャップが大きいため(Siのバンドギャップが1.1eVであるのに対してSiCのバンドギャップが3.25eV)、波長の短い(即ち、前記バンドギャップよりもエネルギーの大きな)励起光を照射しないと過剰キャリアが生成されないため、光源部11は、SiCにおいて過剰キャリアを生成可能な短波長の励起光を出力する。即ち、励起光として、可視光領域の波長や赤外領域の波長の光が用いられると、被測定試料X(SiC基板X1)において過剰キャリアが生成されないため、SiC基板X1と絶縁膜X2との界面の評価を行うことができない。
The excitation light output from the
また、励起光の波長が短いほどSiC基板1と絶縁膜X2との界面付近に過剰キャリアが多く生成される。 Also, excess carrier number is generated in the vicinity of the interface as the wavelength of the excitation light is short and the SiC substrate 1 and the insulating film X 2.
光源部11は、被測定試料Xに励起光を照射することによって過剰キャリア(電子と正孔(ホール))を被測定試料X(詳しくはSiC基板X1)に生じさせ、界面評価装置Aは、この生じた過剰キャリアの寿命(キャリア寿命/キャリアライフタイム)を測定することから、励起光は、点灯状態からステップ状に消灯状態に移行するものが好ましく、本実施形態では、例えばパルス光、より具体的にはパルスレーザ光である。
The
導光部12は、光源部11が出力した励起光を被測定試料Xの表面における所定の領域(測定領域)まで案内する光学系である。本実施形態の導光部12は、光源部11から水平方向に出力された励起光の光路を約90°曲げるミラーを有する。
The light guide unit 12 is an optical system that guides the excitation light output from the
測定波入出力部2は、被測定試料Xの測定領域に所定の測定波を放射(照射)すると共に、被測定試料Xの測定領域で反射した測定波である反射測定波(詳しくは、被測定試料Xで所定の相互作用を受けた測定波)を受信する。この測定波入出力部2は、測定波生成部21と、サーキュレータ22と、導波管23と、導波管アンテナ24と、E−Hチューナ25と、を備える。
The measurement wave input / output unit 2 radiates (irradiates) a predetermined measurement wave to the measurement region of the sample X to be measured, and also reflects a reflected measurement wave (specifically, the measurement wave reflected by the measurement region of the sample X to be measured). A measurement wave that has been subjected to a predetermined interaction with the measurement sample X). The measurement wave input / output unit 2 includes a measurement
測定波生成部21は、制御部4の制御に従って所定の測定波を生成する。本実施形態の界面評価装置Aでは、過剰キャリアの生成消滅過程で生じるSiC基板X1の導電率変化を測定波の強度変化によって取り出すため、前記所定の測定波は、電磁波であればよい。本実施形態の測定波はマイクロ波であり、測定波生成部21は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振器である。
The measurement
この測定波生成部21は、サーキュレータ22の1個の端子に接続され、測定波生成部21から放射された測定波は、サーキュレータ22に入射する。
The measurement
サーキュレータ22は、3つ以上の端子(ポート)を持ち、非可逆的に、一の端子の入力をサイクリックに他の端子へ出力する。本実施形態のサーキュレータ22は、3個の端子(第1〜第3端子)を備え、第1端子に入射された測定波を第2端子へ射出し、第2端子に入射された測定波を第3端子へ射出する。サーキュレータ22の第1端子は、測定波生成部21に接続され、その第2端子は、導波管23に接続され、そして、その第3端子は、測定波検出部31に接続されている。
The
導波管23は、測定波を導く伝播路を形成する部材であり、その一方端部にサーキュレータ22の第2端子が接続され、その他方端部に導波管アンテナ24が接続される。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、導波管23は、マイクロ波導波管である。
The
導波管アンテナ24は、導波管23を伝播して来た測定波を被測定試料Xの測定領域へ向けて放射すると共に、被測定試料Xと相互作用を受けた測定波(反射測定波)を受信して導波管23へ導くアンテナである。導波管アンテナ24は、被測定試料Xの法線方向に沿って配設されており、一方端部が導波管23に接続され、他方端部に開口部24aを備えている。この開口部24aは、測定波を被測定試料Xの測定領域へ放射すると共に、被測定試料Xと相互作用を受けた測定波(反射測定波)を受信するための開口である。そして、導波管アンテナ24の一方端部には、励起光照射部1から放射された励起光を導波管アンテナ24内に入射させるための開口部24bを備えている。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、導波管アンテナ24は、マイクロ波アンテナである。
The
E−Hチューナ25は、サーキュレータ22と導波管アンテナ24との間における導波管23に介設され、被測定試料Xにおいて相互作用を受けた測定波(反射測定波)を測定波検出部31においてより良好に検出することができるように、測定波の磁界と電界とを調整する。
The
検出部3は、被測定試料Xにおいて相互作用を受けた測定波(反射測定波)を検出する装置である。この検出部3は、例えば、被測定試料Xにおいて相互作用を受けた測定波(反射測定波)の強度を検出する測定波検出部31である。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、測定波検出部31は、マイクロ波検出器である。
The detection unit 3 is a device that detects a measurement wave (reflection measurement wave) that has been interacted with in the sample X to be measured. The detection unit 3 is, for example, a measurement
制御部4は、界面評価装置Aの全体制御を司る装置であり、例えば、マクロプロセッサやメモリ等を有するマイクロコンピュータを備えている。そして、制御部4は、測定波検出部31において検出された反射測定波の強度に基づいて被測定試料Xにおける界面(SiC基板X1と絶縁膜X2との界面)の評価を行う演算処理部41と、演算記憶部42と、を備えている。
The control unit 4 is a device that controls the entire interface evaluation apparatus A, and includes, for example, a microcomputer having a macro processor, a memory, and the like. Then, the control unit 4, evaluation calculation processing for the interface in the measurement sample X on the basis of the intensity of the detected reflected measurement wave in the measuring wave detection unit 31 (the interface with the SiC substrate X 1 and the insulating film X 2) A unit 41 and an
演算処理部41は、例えば、測定波検出部31によって検出された反射測定波の強度に基づいてSiC基板X1と絶縁膜X2との界面の評価を演算する界面評価プログラムを実行することにより、機能的に、キャリア寿命演算部411と、評価値演算部412と、を備える。また、演算処理部41は、前記界面評価プログラムを実行することにより、演算記憶部42内にキャリア寿命記憶領域421を形成する。
キャリア寿命演算部411は、測定波検出部31の出力(反射測定波の強度)に基づいてキャリア寿命τを算出する。例えば、キャリア寿命演算部411は、測定波検出部31の出力をピークで規格化し、この値が1/eになったときの時間をキャリア寿命τとして導き出す(図2参照)。本実施形態においては、SiC基板X1の表面にパッシベーション膜X3が形成された状態(SiC基板X1がダングリングボンドを終端している水素によって表面を覆われた状態)の被測定試料Xのキャリア寿命τを第1のキャリア寿命τaとし、SiC基板X1の表面に絶縁膜X2が形成された状態の被測定試料Xのキャリア寿命τを第2のキャリア寿命τbとする。
The carrier
キャリア寿命演算部411は、導き出したキャリア寿命τのうち、少なくとも第1のキャリア寿命τaをキャリア寿命記憶領域421に出力する。
Carrier
尚、図2において、太線で示すグラフは、被測定試料XがSiC基板X1の表面に絶縁膜X2が形成されたものであるときの反射測定波の強度変化であり、細線で示すグラフは、被測定試料XがSiC基板X1の表面にパッシベーション膜X3が形成されたものであるときの反射測定波の強度変化を示す。また、キャリア寿命演算部411におけるキャリア寿命τの導出は、上記の方法に限定されない。
In FIG. 2, the graph indicated by a thick line is the intensity change of the reflected measurement wave when the measured sample X is what insulating film X 2 is formed on the surface of the SiC substrate X 1, the graph indicated by the thin line shows the intensity change of the reflected measurement wave when the measured sample X is what passivation film X 3 is formed on the surface of the SiC substrate X 1. Further, the derivation of the carrier life τ in the carrier
評価値演算部412は、第1のキャリア寿命τaと、第2のキャリア寿命τbとから、SiC基板X1と絶縁膜X2との界面(界面の状態)の評価を行う。具体的に、評価値演算部412は、キャリア寿命演算部411が第2のキャリア寿命τbを求めると、この第2のキャリア寿命τbに対応する第1のキャリア寿命τaをキャリア寿命記憶領域421から引き出し、この第1のキャリア寿命τaと前記第2のキャリア寿命τbとを用いて下記の式(1)から、SiC基板X1と絶縁膜X2との界面の状態の程度を示す指標となる評価値Cを求める。
Evaluation
C=1/τb−1/τa ・・・・・(1)
尚、評価値Cが小さいほど(即ち、第2のキャリア寿命τbが第1のキャリア寿命τaに近いほど)、SiC基板X1とその表面に形成された絶縁膜X2との界面の状態がよい。即ち、図2において、太線で示すグラフに細線で示すグラフが近いほど、前記界面の状態がよい。
C = 1 / τ b −1 / τ a (1)
Note that the smaller the evaluation value C is (that is, the closer the second carrier lifetime τ b is to the first carrier lifetime τ a ), the more the interface between the SiC substrate X 1 and the insulating film X 2 formed on the surface thereof. The condition is good. That is, in FIG. 2, the closer the graph shown by the thin line to the graph shown by the thick line, the better the state of the interface.
演算記憶部42は、所定のプログラムやこの所定のプログラムの実行に必要なデータ等の各種の所定のデータ等を記憶するものであり、例えば、不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等である。この演算記憶部42では、演算処理部41が界面評価プログラムを実行することにより、その内部(記憶領域内)に、キャリア寿命記憶領域421が形成される。
The
キャリア寿命記憶領域421には、キャリア寿命演算部411から出力されたキャリア寿命τが記憶(格納)される。本実施形態のキャリア寿命記憶領域421には、キャリア寿命演算部411において求められたキャリア寿命(第1のキャリア寿命τa及び第2のキャリア寿命τb)のうち、少なくとも第1のキャリア寿命τaが格納される。
The carrier life storage area 421 stores (stores) the carrier life τ output from the carrier
パッシベーション部5は、制御部4の制御によってSiC基板X1の表面にパッシベーション膜X3を形成する。このパッシベーション部5は、ステージS上にSiC基板X1が設置されると、このSiC基板X1を移動させて、フッ酸を用いたパッシベーション処理(HFパッシベーション)を行う。
具体的には、パッシベーション部5は、フッ酸水溶液(HF水溶液)槽51と、純水槽52と、を有する。HF水溶液槽51には、フッ酸濃度が例えば5%のHF水溶液が常温で貯留され、純水槽52には、純水が貯留されている。このパッシベーション部5は、SiC基板X1がステージS上に設置されると、制御部4の制御によってこのSiC基板X1をHF水溶液槽51に移動させてHF水溶液に数分間浸漬させた後、純水槽52に移動させて純水に数分間浸漬させる。これにより、SiC基板X1の表面(最上層)におけるほぼ全てのダングリングボンドが水素終端される。即ち、SiC基板X1の表面がダングリングボンドを終端させた水素によってほぼ覆われた状態となる(SiC基板X1の表面にパッシベーション膜X3が形成された状態となる)。パッシベーション部5は、SiC基板X1の表面が水素終端されると、このSiC基板X1をステージS上に戻す。
Specifically, the
加熱部6は、制御部4の制御によって表面が水素終端されたSiC基板X1を加熱することにより、SiC基板X1の表面から前記ダングリングボンドを終端している水素(水素基)を除去すると共に、SiC基板X1の表面に絶縁膜(本実施形態の例では酸化膜)X2を形成する。
The
具体的に、加熱部6は加熱室61を有し、この加熱室61では、SiC基板X1が酸素雰囲気下で加熱される。この加熱部6は、制御部4の制御によって、第1のキャリア寿命τaが測定された後の被測定試料X(表面が水素終端された状態のSiC基板X1)を加熱室61に移動させ、この被測定試料Xを酸素雰囲気下において、例えば、700℃以上で加熱する。これにより、水素終端されたSiC基板X1表面の水素の除去(SiC基板X1表面のパッシベーション膜X3の除去)とSiC基板X1表面への絶縁膜(酸化膜)X2の形成とが一度に行われる。
Specifically, the
加熱部6は、SiC基板X1の表面に絶縁膜X2が形成されると、この被測定試料X(表面に絶縁膜X2が形成されたSiC基板X1)をステージS上に戻す。
When the insulating film X 2 is formed on the surface of the SiC substrate X 1 , the
このような構成の界面評価装置Aは、以下の動作によって、SiC基板X1とその表面に形成された絶縁膜X2との界面の評価を行う。図3は、界面評価装置AがSiC基板X1と絶縁膜X2との界面の評価を行う動作の一例を示すフローチャートである。 Interface evaluation device A having such a configuration, the following operation, the evaluation of the interface between the insulating film X 2 formed on the SiC substrate X 1 and the surface. Figure 3 is a flow chart showing an example of an operation interface evaluation apparatus A performs the evaluation of the interface between the SiC substrate X 1 and the insulating film X 2.
SiC基板X1がステージS上に設置されると、パッシベーション部5が、SiC基板X1をパッシベーション処理する(ステップS1)。これにより、SiC基板X1の表面がダングリングボンドを終端した水素に覆われた状態、即ち、SiC基板X1の表面がパッシベーション膜X3で覆われた状態となる。
When SiC substrate X 1 is placed on a stage S, a
SiC基板X1の表面が水素終端されると、パッシベーション部5が被測定試料X(表面にパッシベーション膜X3が形成されたSiC基板X1)をステージS上に戻し、第1のキャリア寿命τaが測定される(ステップS2)。このとき、SiC基板X1の表面で水素終端された水素(水素基)は、Si基板表面で水素終端された水素のように常温の酸素(空気)雰囲気下で酸素と置き換わらない(即ち、自然酸化膜が形成されない)ため、HFパッシベーション処理を行った後のSi基板のように、ダングリングボンドと結合した水素が酸素と置き換わることを防ぐ手段等を積極的に講じなくてもよい。即ち、本実施形態では、被測定試料X(表面にパッシベーション膜X3が形成されたSiC基板X1)が常温の空気に曝された環境下において第1のキャリア寿命τaが測定されても側定精度が十分に確保される。 When the surface of the SiC substrate X 1 is hydrogen termination passivation portion 5 a (SiC substrate X 1 passivation film X 3 is formed on the surface) Sample X to be measured returned to the stage S, the first carrier lifetime τ a is measured (step S2). In this case, the surface with hydrogen terminated hydrogen SiC substrate X 1 (hydrogen group) is not Okikawara with oxygen under normal temperature oxygen (air) atmosphere as hydrogen which is hydrogen-terminated by Si substrate surface (i.e., Since a natural oxide film is not formed), it is not necessary to actively take measures to prevent hydrogen bonded to dangling bonds from being replaced with oxygen as in the case of a Si substrate after HF passivation treatment. That is, in the present embodiment, even if the first carrier lifetime τ a is measured in an environment where the sample to be measured X (SiC substrate X 1 with the passivation film X 3 formed on the surface) is exposed to air at normal temperature. Sufficient lateral accuracy is ensured.
第1のキャリア寿命τaが測定されると、加熱部6が、SiC基板X1の表面のダングリングボンドを終端している水素の除去(パッシベーション膜X3の除去)とSiC基板X1表面への絶縁膜(酸化膜)X2の形成とを行う(ステップS3)。
When the first carrier lifetime τa is measured, the
本実施形態では、加熱部6による加熱工程によって、SiC基板X1の表面のダングリングボンドを終端している水素の除去と、前記水素が除去されたSiC基板X1の表面への絶縁膜(酸化膜)X2の形成と、が一度に(一つの工程によって)行われているが、これに限定されず、別々に行われてもよい。即ち、SiC基板X1の表面からパッシベーション膜X3の除去を行う工程が行われ、その後、SiC基板X1の表面に絶縁膜X2を形成する工程が行われてもよい。
In the present embodiment, the heating process by the
絶縁膜X2が形成されると、加熱部6がこの被測定試料X(絶縁膜X2の形成された状態のSiC基板X1)をステージS上に戻し、第2のキャリア寿命τbが測定される(ステップS4)。
When the insulating film X 2 is formed, the
第2のキャリア寿命τbが測定されると、評価値演算部412が演算記憶部42のキャリア寿命記憶領域421から当該キャリア寿命記憶領域421に格納されている当該SiC基板X1における第1のキャリア寿命τaを引き出し、上記の式(1)から評価値Cを算出する(ステップS5)。この評価値Cによって、SiC基板X1と絶縁膜X2との界面の評価が行われる。即ち、評価値Cが小さいほど、前記界面の状態がよい。これは、以下の理由による。
When the second carrier lifetime τ b is measured, the evaluation
HFパッシベーションされたSiC基板X1では、SiC基板X1表面のほぼ全てのダングリングボンドが水素終端された状態、即ち、SiC基板X1とパッシベーション膜X3とがその界面の全域において互いに結合した状態である。このような界面(表面)の状態のよい、即ち、SiC基板X1表面におけるほぼ全てのダングリングボンドが水素(水素基)で終端された状態(界面全域でSiC基板X1とパッシベーション膜X3とが互いに結合している状態)のSiC基板X1でキャリア寿命τaを測定すると、過剰キャリアの生成消滅過程において電子と正孔との再結合以外での過剰キャリアの消滅が起らない状態で測定することができる。 In the SiC substrate X 1 is HF passivation state almost all the dangling bonds of the SiC substrate X 1 surface is hydrogen-terminated, i.e., the SiC substrate X 1 and the passivation film X 3 are bonded to each other in the entire the interface State. Such an interface (surface) is in a good state, that is, almost all dangling bonds on the surface of the SiC substrate X 1 are terminated with hydrogen (hydrogen groups) (the SiC substrate X 1 and the passivation film X 3 over the entire interface). SiC When the substrate X 1 for measuring the carrier lifetime tau a, excess state disappearance of excess carriers other than recombination does not occur between the electrons and holes in the generation annihilation process of the carrier state) where bets are bonded to each other Can be measured.
一方、表面に酸化膜(SiO2膜)X2が形成されたSiC基板X1では、酸化膜X2とSiC基板X1との界面にCOやC2O等が入り込んでおり、前記界面においてこれらCOやC2O等が入り込んだ位置では、SiC基板X1と酸化膜X2とが結合していないため、前記界面にCOやC2O等が入り込む量が多くなると、SiC基板X1と酸化膜X2との結合状態(即ち、界面の状態)が悪くなる。このような界面の状態の悪いSiC基板X1でキャリア寿命τbを測定すると、過剰キャリアの生成消滅過程において、電子と正孔との再結合以外にCOやC2O等との結合によって過剰キャリアが消滅するため、界面の状態がよい場合に比べ、キャリア寿命τbが短く(小さく)なる。 On the other hand, in the SiC substrate X 1 having the oxide film (SiO 2 film) X 2 formed on the surface, CO, C 2 O, or the like enters the interface between the oxide film X 2 and the SiC substrate X 1, and the entered these CO and C 2 O such position, since the SiC substrate X 1 and oxide film X 2 is not bound, the amount of CO and C 2 O or the like from entering the interface is increased, SiC substrate X 1 a coupling state between the oxide film X 2 (i.e., the state of the interface) is deteriorated. When the carrier lifetime τ b is measured with the SiC substrate X 1 having such a poor interface state, in the process of generating and annihilating excess carriers, it is excessive due to bonding with CO, C 2 O, etc. in addition to recombination of electrons and holes. Since carriers disappear, the carrier lifetime τ b becomes shorter (smaller) than when the interface state is good.
従って、界面の状態のよいSiC基板X1で測定されたキャリア寿命(第1のキャリア寿命)τaを基準にし、この第1のキャリア寿命τaと、その表面に酸化膜X2が形成されたSiC基板X1で測定されたキャリア寿命(第2のキャリア寿命)τbとを比べることによって、SiC基板X1と酸化膜X2との界面の状態(界面におけるSiC基板X1と酸化膜X2との結合状態)を評価することができる。具体的には、第2のキャリア寿命τbが、界面(表面)の状態のよいSiC基板X1で測定された第1のキャリア寿命τaに近いほど(即ち、上記式(1)で求められるCの値が小さいほど)、第2のキャリア寿命τbが測定されたSiC基板X1と酸化膜X2との界面の状態の程度がよいと評価できる一方、第2のキャリア寿命τbが第1のキャリア寿命τaから離れるほど(即ち、上記式(1)で求められるCの値が大きいほど)、SiC基板X1と酸化膜X2との界面の状態の程度が悪いと評価できる。 Therefore, based on the carrier lifetime (first carrier lifetime) τ a measured on the SiC substrate X 1 having a good interface state, the oxide film X 2 is formed on the first carrier lifetime τ a and the surface thereof. were measured carrier lifetime in the SiC substrate X 1 (second carrier lifetime) tau b and by comparing, SiC substrate X 1 and the oxide film SiC substrate X 1 and the oxide film at the interface state (interface with X 2 it is possible to evaluate the bonding state) and X 2. Specifically, the second carrier lifetime τ b is closer to the first carrier lifetime τ a measured on the SiC substrate X 1 having a good interface (surface) state (that is, obtained by the above formula (1)). It is higher the value of C is small), while that can be evaluated with good degree of interface states between the SiC substrate X 1 second carrier lifetime tau b was measured as oxide film X 2 is a second carrier lifetime tau b There increasing distance from the first carrier lifetime tau a (i.e., as the value of C obtained by the above formula (1) is large), evaluated with the degree of the state of the interface between the SiC substrate X 1 and the oxide film X 2 is poor it can.
以上の半導体基板と絶縁膜との界面評価装置Aによれば、パッシベーション処理されたSiC基板X1で測定された第1のキャリア寿命τaと、絶縁膜X2が形成されたSiC基板X1で測定された第2のキャリア寿命τbと、を求め、これら第1のキャリア寿命τaと第2のキャリア寿命τbとの違いから、SiC基板X1とその表面に形成された絶縁膜X2との界面(界面の状態)の評価を精度よく行うことができる。
According to the above semiconductor substrate between the interface evaluation apparatus A with the insulating film, and a first carrier lifetime tau a measured in SiC substrate X 1 which is passivated, SiC substrate X 1 where the insulating film X 2 is formed The second carrier lifetime τ b measured in
即ち、パッシベーション処理によりSiC基板X1の最表層(表面)でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態となっているSiC基板X1の表面状態を基準とすべく、この状態のSiC基板X1の第1のキャリア寿命τaを測定し、この第1のキャリア寿命τaと第2のキャリア寿命τbとの違いから、第2のキャリア寿命τbが測定されたSiC基板X1と絶縁膜X2との界面の状態を評価することで、精度のよい評価を行うことができる。 That is, in order to make the reference of the surface state of the SiC substrate X 1 in which excess carriers disappear due to dangling bonds at the outermost layer (surface) of the SiC substrate X 1 by the passivation treatment, The first carrier lifetime τ a of the substrate X 1 is measured, and from the difference between the first carrier lifetime τ a and the second carrier lifetime τ b , the SiC substrate X on which the second carrier lifetime τ b is measured to assess the status of the interface 1 and the insulating film X 2, it is possible to perform accurate evaluation.
例えば、本実施形態のように、パッシベーション処理が、SiC基板X1に対するフッ酸を用いた処理(HFパッシベーション)である場合は、SiC基板X1の表面におけるほぼ全てのダングリングボンドが水素終端されることによりSiC基板X1の表面がダングリングボンドを終端した水素によってほぼ覆われるため、SiC基板X1の表面でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起り難い状態となっている。これにより、この状態で測定した第1のキャリア寿命τaと、パッシベーション膜X3(ダングリングボンドを終端している水素)に替えて絶縁膜X2が形成されたSiC基板X1で測定された第2のキャリア寿命τbとから、SiC基板X1と絶縁膜X2との界面の評価を精度よく行うことができる。 For example, as in the present embodiment, when the passivation process is a process using fluoric acid on the SiC substrate X 1 (HF passivation), almost all dangling bonds on the surface of the SiC substrate X 1 are hydrogen-terminated. the surface of the SiC substrate X 1 is for substantially covered by hydrogen terminating the dangling bonds, disappearance of excess carriers by dangling bonds at the surface of the SiC substrate X 1 is a occur hardly state by Rukoto. As a result, the first carrier lifetime τ a measured in this state is measured on the SiC substrate X 1 on which the insulating film X 2 is formed instead of the passivation film X 3 (hydrogen terminating dangling bonds). and a second carrier lifetime tau b was the evaluation of the interface between the SiC substrate X 1 and the insulating film X 2 can be accurately performed.
しかも、Si基板の表面を水素終端させた場合には、当該Si基板が酸素雰囲気に曝されると水素と酸素とが次第に置き換わって(即ち、自然酸化膜が形成されて)Si基板表面が荒れるために水素終端させたSi基板のキャリア寿命τを精度よく測定し難い。しかしながら、SiC基板X1では、常温よりも高い温度で加熱等しなければ水素終端された状態が持続するため、フッ酸によるパッシベーション処理後、酸素雰囲気下で第1のキャリア寿命τaが測定されても、SiC基板X1表面でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態が持続するため、Si基板での第1のキャリア寿命τaを測定する場合に比べ、第1のキャリア寿命τaの測定をより容易に行うことができる。 Moreover, when the surface of the Si substrate is terminated with hydrogen, when the Si substrate is exposed to an oxygen atmosphere, hydrogen and oxygen are gradually replaced (that is, a natural oxide film is formed) and the surface of the Si substrate is roughened. Therefore, it is difficult to accurately measure the carrier lifetime τ of the Si substrate terminated with hydrogen. However, the SiC substrate X 1, since the state in which the hydrogen-terminated to be heated such as at a temperature higher than the room temperature persists, after passivation treatment with hydrofluoric acid, the first carrier lifetime tau a is measured in an oxygen atmosphere even, because the difficult to occur state disappearance of excess carriers by dangling bonds in the SiC substrate X 1 surface persists, compared with the case of measuring the first carrier lifetime tau a in the Si substrate, the first carrier lifetime it is possible to measure tau a more easily.
また、フッ酸を用いてパッシベーション処理を行う場合には、パッシベーション膜X3が形成された状態のSiC基板X1を加熱することによって、パッシベーション膜X3の除膜工(即ち、SiC基板X1表面においてダングリングボンドを終端している水素の除去工程)程と絶縁膜X2の成膜工程(絶縁膜形成工程)とを同時に行ってもよい。 In addition, when the passivation process is performed using hydrofluoric acid, the film removal work of the passivation film X 3 (that is, the SiC substrate X 1) is performed by heating the SiC substrate X 1 on which the passivation film X 3 is formed. a dangling process for removing the hydrogen terminating the bond) as an insulating film X 2 film forming step (insulating film forming step) may be performed at the same time at the surface.
SiC基板X1の表面での水素終端による水素(詳しくは、SiC基板X1の表面でダングリングボンドを終端している水素)は、加熱によってSiC基板X1表面から容易に除去できるため、SiC基板X1の表面に絶縁膜X2として酸化膜を形成する際の加熱を利用してパッシベーション膜X3(SiC基板X1の表面でダングリングボンドを終端している水素)を除去することにより、パッシベーション膜X3の除去と絶縁膜(酸化膜)X2の形成とを同時に行うことができる。 Since hydrogen due to hydrogen termination on the surface of the SiC substrate X 1 (specifically, hydrogen terminating dangling bonds on the surface of the SiC substrate X 1 ) can be easily removed from the surface of the SiC substrate X 1 by heating. by removing the passivation film X 3 utilizing heating in the formation of the oxide film (hydrogen terminating the dangling bonds at the surface of the SiC substrate X 1) on the surface of the substrate X 1 as an insulating film X 2 , it is possible to perform the removal of the passivation film X 3 and the insulating film and the formation of (oxide film) X 2 at the same time.
また、本実施形態の界面評価装置Aによれば、SiC基板X1と絶縁膜(酸化膜)X2との界面の状態が評価値(数値)Cとして得られるため、前記界面の状態が評価し易くなる。 Further, according to the interface evaluation apparatus A of the present embodiment, since the interface states between the SiC substrate X 1 and the insulating film (oxide film) X 2 is obtained as an evaluation value (numeric) C, the interface state evaluation It becomes easy to do.
尚、本発明の半導体基板と絶縁膜との界面評価装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The interface evaluation apparatus between the semiconductor substrate and the insulating film of the present invention is not limited to the above embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
上記実施形態において、SiC基板X1の表面に形成される絶縁膜は、酸化膜であるが、これに限定されない。この絶縁膜は、絶縁性を有し且つ光及びマイクロ波に対して透明であればよく、例えば、SiN(窒化シリコン)膜やAlN(窒化アルミニウム)膜等であってもよい。 In the above embodiment, the insulating film formed on the surface of the SiC substrate X 1 is an oxide film is not limited thereto. The insulating film only needs to be insulative and transparent to light and microwave, and may be, for example, a SiN (silicon nitride) film or an AlN (aluminum nitride) film.
また、上記実施形態の界面評価装置Aは、SiC基板にHFパッシベーションを行うパッシベーション部5と、SiC基板表面におけるパッシベーション膜X3の除去及び絶縁膜X2の形成を行う加熱部6と、を有しているが、この構成に限定されない。例えば、界面評価装置は、パッシベーション部5及び/又は加熱部6を有していなくてもよい。この場合は、SiC基板X1が界面評価装置からを取り出され、界面評価装置外でパッシベーション処理及び/又は加熱処理(パッシベーション膜X3の除膜、及び、絶縁膜X2の形成)が行われる。
Further, the interface evaluation apparatus A of the above embodiments,
また、上記実施形態の界面評価装置Aは、反射側定波の強度変化から被測定試料Xのキャリア寿命τを側定しているが、この構成に限定されず、被測定試料Xの裏側において当該試料を透過した側定波(透過側定波)を側定し、この強度変化から被測定試料Xのキャリア寿命τを側定する構成でもよい。 Further, the interface evaluation apparatus A of the above embodiment determines the carrier life τ of the sample X to be measured from the intensity change of the reflection-side constant wave, but is not limited to this configuration, and on the back side of the sample X to be measured. A configuration may be used in which the side constant wave (transmission side constant wave) transmitted through the sample is laterally determined, and the carrier life τ of the sample X to be measured is laterally determined from the intensity change.
また、上記実施形態の界面評価装置Aでは、パッシベーション処理は、フッ酸を用いたHFパッシベーションであるが、これに限定されず、ヨウ素パッシベーション等であってもよい。 In the interface evaluation apparatus A of the above embodiment, the passivation process is HF passivation using hydrofluoric acid, but is not limited to this, and may be iodine passivation or the like.
1 励起光照射部
2 測定波入出力部
3 検出部
4 制御部
5 パッシベーション部
6 加熱部
11 光源部
21 測定波生成部
31 測定波検出部
41 演算処理部
42 演算記憶部
411 キャリア寿命演算部
412 評価値演算部
421 キャリア寿命記領域
C 評価値
X 被測定試料
X1 炭化ケイ素基板
X2 絶縁膜
X3 パッシベーション膜(炭化ケイ素の表面においてダングリングボンドを終端している水素)
τ キャリア寿命
τa 第1のキャリア寿命
τb 第2のキャリア寿命
DESCRIPTION OF
τ carrier lifetime τ a first carrier lifetime τ b second carrier lifetime
Claims (7)
前記炭化ケイ素基板の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記炭化ケイ素基板の表面に形成された絶縁膜上の前記測定領域に対応する領域に対して前記励起光と前記測定波とを照射し、当該領域において反射した反射測定波又は、当該領域を透過した透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板における第2のキャリア寿命を求める第2のキャリア寿命測定工程と、
前記第1のキャリア寿命と前記第2のキャリア寿命とから前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面を評価する評価工程と、を備えることを特徴とする半導体基板と絶縁膜との界面評価方法。 The measurement region on the surface of the passivated silicon carbide substrate is irradiated with excitation light and a measurement wave, and the reflected measurement wave reflected by the measurement region or the measurement wave transmitted through the measurement region. A first measurement step for obtaining a first carrier lifetime in the silicon carbide substrate based on a transmission measurement wave which is:
An insulating film forming step of forming an insulating film on the surface of the silicon carbide substrate;
A region corresponding to the measurement region on the insulating film formed on the surface of the silicon carbide substrate is irradiated with the excitation light and the measurement wave, and the reflected measurement wave reflected in the region or transmitted through the region. A second carrier lifetime measuring step for obtaining a second carrier lifetime in the silicon carbide substrate based on the transmitted measurement wave;
An evaluation step of evaluating an interface between the silicon carbide substrate and the insulating film from the first carrier lifetime and the second carrier lifetime, and an interface evaluation method between the semiconductor substrate and the insulating film .
前記絶縁膜形成工程では、前記除膜工程でパッシベーション膜が取り除かれた炭化ケイ素基板に前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体基板と絶縁膜との界面評価方法。 A film removal step of removing the passivation film formed by the passivation treatment from the surface of the silicon carbide substrate,
3. The method for evaluating an interface between a semiconductor substrate and an insulating film according to claim 2, wherein in the insulating film forming step, the insulating film is formed on the silicon carbide substrate from which the passivation film has been removed in the film removing step.
パッシベーション処理された前記炭化ケイ素基板の表面における所定の測定領域である第1測定領域、又は前記絶縁膜における前記第1測定領域に対応する第2測定領域に所定の励起光を照射する励起光照射部と、
前記第1測定領域又は前記第2測定領域に所定の測定波を照射する測定波照射部と、
前記第1測定領域若しくは前記第2測定領域で反射した前記測定波である反射測定波、又は、前記第1測定領域若しくは前記第2測定領域を透過した前記測定波である透過測定波を検出する測定波検出部と、
前記測定波検出部によって検出された前記反射測定波又は前記透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面を評価する演算部と、を備え、
前記演算部は、前記第1測定領域で反射した反射測定波又は前記第1測定領域を透過した透過測定波から求められた前記炭化ケイ素基板における第1のキャリア寿命、及び前記第2測定領域で反射した反射測定波又は前記第2測定領域を透過した透過測定波から求められた前記炭化ケイ素基板における第2のキャリア寿命から、前記界面を評価することを特徴とする半導体基板と絶縁膜との界面評価装置。 An interface evaluation apparatus for evaluating an interface between a silicon carbide substrate and an insulating film formed on a surface thereof,
Excitation light irradiation for irradiating predetermined excitation light to a first measurement region which is a predetermined measurement region on the surface of the silicon carbide substrate subjected to passivation treatment or a second measurement region corresponding to the first measurement region in the insulating film And
A measurement wave irradiation unit that irradiates the first measurement region or the second measurement region with a predetermined measurement wave;
A reflected measurement wave that is the measurement wave reflected by the first measurement region or the second measurement region, or a transmission measurement wave that is the measurement wave that has passed through the first measurement region or the second measurement region is detected. A measurement wave detector;
A calculation unit that evaluates an interface between the silicon carbide substrate and the insulating film based on the reflection measurement wave or the transmission measurement wave detected by the measurement wave detection unit;
The arithmetic unit includes a first carrier lifetime in the silicon carbide substrate obtained from the transmission measurements wave first passes through the reflected measurement wave or the first measuring region and reflected by the measurement regions, and in the second measurement region The interface is evaluated from a second carrier lifetime in the silicon carbide substrate obtained from a reflected measurement wave reflected or a transmission measurement wave transmitted through the second measurement region. Interface evaluation device.
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