JP6999212B1 - 欠陥検査方法、及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

ドリフト層の基底面転位だけではなく、ＴＥＤに変換されたバッファ層の基底面転位もＰＬ検査によって容易に検出することができる欠陥検査方法を提供する。炭化珪素基板のドリフト層及びバッファ層に存在するＢＰＤを検出する欠陥検査方法であって、炭化珪素基板の全体に、第一紫外光を照射する第一照射工程（Ｓ１）と、第一紫外光により励起された炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影する第一撮影工程（Ｓ２）と、第一撮影工程（Ｓ２）で撮影された第一ＰＬ発光画像において、暗影が生じた候補領域を検出する第一検出工程（Ｓ３）と、炭化珪素基板の候補領域に、ＢＰＤからＳＳＦを拡張させる第二紫外光を、第一励起光よりも高強度で照射する第二照射工程（Ｓ４）と、炭化珪素基板に、第三紫外光を第二紫外光よりも低強度で照射する第三照射工程（Ｓ６）と、第三紫外光により励起された炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影する第二撮影工程（Ｓ７）と、第二撮影工程で撮影された第二ＰＬ発光画像において、ＳＳＦの欠陥像が生じた候補領域を、ＢＰＤが存在する領域として検出する第二検出工程（Ｓ９）とを包含する。

Description

本発明は、炭化珪素基板のバッファ層に存在する基底面転位を検出する欠陥検査方法、及び欠陥検査装置に関する。

炭化珪素は、ワイドギャップ半導体であり、パワーデバイス分野において近年注目されている材料である。通常、パワーデバイスに用いる炭化珪素基板は、基板層上にドリフト層を結晶成長させるエピタキシャル成長法により製造されるが、炭素原子と珪素原子との原子半径の差が大きいため、同じワイドギャップ半導体である窒化ガリウムと比較して、ドリフト層に結晶欠陥を生じやすい。結晶欠陥は、デバイス特性に影響を及ぼす順方向通電劣化の原因となるため、パワーデバイスの製造において問題となる。

パワーデバイスにおける順方向通電劣化の発生は、ドリフト層中の基底面転位（以下、「ＢＰＤ」と称する。）においてキャリアが捕捉され、捕捉されたキャリアの再結合エネルギーによりショックレー型積層欠陥（以下、「ＳＳＦ」と称する。）が拡張することが原因であると考えられる。そこで、エピタキシャル成長法による成膜工程においてドリフト層におけるＢＰＤの形成を抑制する技術が開発されている。例えば、オフ角を４°に設定することで、基板層のＢＰＤからエピタキシャル成長法により成膜されたドリフト層に継承される結晶欠陥の９５％以上を、貫通刃状転位（以下、「ＴＥＤ」と称する。）に構造変換させることができる。

また、ドリフト層の結晶欠陥を検出する手法として、フォトルミネッセンス（以下、「ＰＬ」と称する。）を利用した検査方法が開発されている。例えば、炭化珪素基板に照明ビームを投射して反射光を検出した反射画像と、ＰＬ光を検出したフォトルミネッセンス画像とを形成することにより結晶欠陥を検出する検査方法がある（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の検査方法では、フォトルミネッセンス画像にライン状の欠陥像が検出され、反射画像に欠陥像が検出されない場合に、検出された欠陥をＢＰＤに分類できるとされている。

特開２０１５－１１９０５６号公報

パワーデバイスに用いる炭化珪素基板では、ドリフト層におけるＳＳＦの拡張を抑えるために、基板層とドリフト層との界面にキャリア寿命の短いバッファ層を挿入して、通電時にドリフト層へ注入されるキャリア密度を減少させている。

しかしながら、車載用途のパワーデバイスでは、特殊な状況、例えば脱輪時等に定格電流を超えた大電流が通電することがあり、このような場合、バッファ層／ドリフト層の界面においてＴＥＤに変換されているバッファ層のＢＰＤからもＳＳＦが拡張することがある。また、電流密度が小さくとも、長期にわたる使用ではバッファ層のＢＰＤからＳＳＦが拡張することが考えられる。そのため、車載用途でのパワーデバイスのさらなる安定性向上のためには、炭化珪素基板の検査において、ドリフト層に継承されたＢＰＤだけではなく、ＴＥＤに変換されたバッファ層のＢＰＤも検出することが望まれる。

しかしながら、キャリア寿命の短いバッファ層では、炭化珪素基板に励起光を照射してもＢＰＤにおいてＰＬ光が発光しない。そのため、特許文献１の検査方法では、ドリフト層のＢＰＤは検出できても、ＴＥＤに変換されたバッファ層のＢＰＤは検出することができなかった。

このように従来のＰＬ検査技術は、ＴＥＤに変換されたバッファ層のＢＰＤの検出に十分に対応できておらず、新たな手法の開発が求められている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ドリフト層の基底面転位だけではなく、ＴＥＤに変換されたバッファ層の基底面転位もＰＬ検査によって容易に検出することができる欠陥検査方法、及び欠陥検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る欠陥検査方法の特徴構成は、
炭化珪素基板のドリフト層及びバッファ層に存在する基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査方法であって、
前記炭化珪素基板の全体に、第一紫外光を照射する第一照射工程と、
前記第一紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影する第一撮影工程と、
前記第一撮影工程で撮影された第一ＰＬ発光画像において、線状の暗影が生じた候補領域を検出する第一検出工程と、
前記炭化珪素基板の前記候補領域に、基底面転位（ＢＰＤ）からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第二紫外光を、前記第一励起光よりも高強度で照射する第二照射工程と、
前記炭化珪素基板に、第三紫外光を前記第二紫外光よりも低強度で照射する第三照射工程と、
前記第三紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影する第二撮影工程と、
前記第二撮影工程で撮影された第二ＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じた前記候補領域を、基底面転位（ＢＰＤ）が存在する領域として検出する第二検出工程と
を包含することにある。

本構成の欠陥検査方法によれば、炭化珪素基板の全体に、第一紫外光を照射する第一照射工程と、第一紫外光により励起された炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影する第一撮影工程と、第一撮影工程で撮影された第一ＰＬ発光画像において、線状の暗影が生じた候補領域を検出する第一検出工程と、炭化珪素基板の候補領域に、基底面転位（ＢＰＤ）からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第二紫外光を、第一励起光よりも高強度で照射する第二照射工程と、炭化珪素基板に、第三紫外光を第二紫外光よりも低強度で照射する第三照射工程と、第三紫外光により励起された炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影する第二撮影工程と、第二撮影工程で撮影された第二ＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じた候補領域を、基底面転位（ＢＰＤ）が存在する領域として検出する第二検出工程とを包含するため、ドリフト層に基底面転位が存在することで炭化珪素単結晶（４Ｈ-ＳｉＣ）が発光する波長３８０ｎｍのＰＬ光の強度が小さくなっている領域だけではなく、ドリフト層との界面でＴＥＤに変換されている基底面転位がバッファ層に存在するために波長３８０ｎｍのＰＬ光の強度が小さくなっている領域も候補領域として、ドリフト層及びバッファ層の何れのＢＰＤにも確実に高強度の第二紫外光を照射することができる。ドリフト層及びバッファ層の何れにＢＰＤが存在する候補領域でも、第二紫外光の照射により生じたキャリアがＢＰＤに捕捉されてＳＳＦが拡張し、第二ＰＬ発光画像にＳＳＦの欠陥像が生じる。その結果、ドリフト層のＢＰＤだけではなく、ＴＥＤに変換されたバッファ層のＢＰＤもＰＬ検査によって検出することができる。

第一ＰＬ発光画像にはＴＥＤ等のＢＰＤ以外の欠陥によっても暗影が生じるが、ＢＰＤ以外の欠陥によって暗影が生じた候補領域では、第二紫外光を照射してもＳＳＦが拡張せず、第二ＰＬ発光画像にＳＳＦの欠陥像が生じることがない。また、炭化珪素単結晶のＰＬ光の波長が炭化珪素単結晶の励起波長と近いため、第一ＰＬ発光画像にはノイズが生じやすくなるが、このようなノイズによって第一ＰＬ発光画像に暗影が生じた候補領域でも、第二紫外光の照射によってＳＳＦが拡張することはない。そのため、本構成の欠陥検査方法では、ＢＰＤ以外の欠陥やノイズ等を除外して、ドリフト層のＢＰＤ、及びＴＥＤに変換されたバッファ層のＢＰＤを容易に検出することができる。

本発明に係る欠陥検査方法において、
前記第二照射工程において、前記第二紫外光を５Ｗ／ｃｍ^２以上の強度で照射することが好ましい。

本構成の欠陥検査方法によれば、第二照射工程において第二紫外光を５Ｗ／ｃｍ^２以上の強度で照射するため、バッファ層に十分なキャリアを発生させ、バッファ層中のＢＰＤからＳＳＦを適切に拡張させることができる。

本発明に係る欠陥検査方法において、
前記第二ＰＬ発光画像を撮影した後の前記炭化珪素基板を、第二照射工程における前記第二紫外光の照射時の前記炭化珪素基板の温度よりも高温となるように加熱し、前記ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を収縮させる収縮工程をさらに包含することが好ましい。

本構成の欠陥検査方法によれば、第二ＰＬ発光画像を撮影した後の炭化珪素基板を、第二照射工程における第二紫外光の照射時の炭化珪素基板の温度よりも高温となるように加熱し、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を収縮させる収縮工程をさらに包含するため、検査後の炭化珪素基板において、ＢＰＤから拡張したＳＳＦを収縮させることができる。その結果、検査後の炭化珪素基板のより広い領域を、パワーデバイスの製造に用いることができる。

本発明に係る欠陥検査方法において、
前記収縮工程において、加熱された状態の前記炭化珪素基板に、前記第二照射工程における前記第二紫外光の照射強度より低強度で第四紫外光を照射することが好ましい。

本構成の欠陥検査方法によれば、収縮工程において、加熱された状態の炭化珪素基板に、第二照射工程における第二紫外光の照射強度より低強度で第四紫外光を照射することにより、検査後の炭化珪素基板において、ＢＰＤから拡張したＳＳＦを短時間で収縮させることができる。

本発明に係る欠陥検査方法において、
前記第三紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が７００ｎｍ以上の光を透過するフィルタに透過させて撮影する追加撮影工程と、
前記追加撮影工程で撮影された第三ＰＬ発光画像において、基底面転位（ＢＰＤ）の欠陥像が生じたドリフト層基底面転位領域を検出する追加検出工程と、
前記第二検出工程において検出した領域から、前記ドリフト層基底面転位領域を除外したものを、バッファ層に存在する基底面転位（ＢＰＤ）がドリフト層において貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換されている領域として検出する第三検出工程とをさらに包含することが好ましい。

本構成の欠陥検査方法によれば、第三紫外光により励起された炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が７００ｎｍ以上の光を透過するフィルタに透過させて撮影する追加撮影工程と、追加撮影工程で撮影された第三ＰＬ発光画像において、基底面転位（ＢＰＤ）の欠陥像が生じたドリフト層基底面転位領域を検出する追加検出工程と、第二検出工程において検出した領域から、ドリフト層基底面転位領域を除外したものを、バッファ層に存在する基底面転位（ＢＰＤ）がドリフト層において貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換されている領域として検出する第三検出工程とをさらに包含することにより、バッファ層まで継承されたＢＰＤを除外して、バッファ層とドリフト層との界面においてＴＥＤに変換されているＢＰＤを特異的に検出することができる。

上記課題を解決するための本発明に係る欠陥検査装置の特徴構成は、
炭化珪素基板のドリフト層及びバッファ層に存在する基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査装置であって、
強度を変化させて紫外光を照射できる照射手段と、
前記炭化珪素基板のＰＬ発光画像を撮影する撮影手段と、
前記照射手段、及び前記撮影手段を制御する制御手段と、
前記炭化珪素基板の結晶欠陥を検出する検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記炭化珪素基板の全体に第一紫外光を前記照射手段に照射させ、前記第一紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて第一ＰＬ発光画像を前記撮影手段に撮影させ、前記第一ＰＬ発光画像において線状の暗影が生じた前記炭化珪素基板の候補領域に、前記第一紫外光よりも高強度で第二紫外光を前記照射手段に照射させて、基底面転位（ＢＰＤ）からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させた後に、前記炭化珪素基板に、前記第二紫外光よりも低強度で第三紫外光を前記照射手段に照射させ、前記第三紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて第二ＰＬ発光画像を前記撮影手段に撮影させ、
前記検出手段は、前記第二ＰＬ発光画像においてショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じた前記候補領域を、基底面転位（ＢＰＤ）が存在する領域として検出することにある。

本構成の欠陥検査装置によれば、炭化珪素基板の全体に第一紫外光を照射手段に照射させ、第一紫外光により励起された炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて第一ＰＬ発光画像を撮影手段に撮影させ、第一ＰＬ発光画像において線状の暗影が生じた炭化珪素基板の候補領域に、第一紫外光よりも高強度で第二紫外光を照射手段に照射させて、基底面転位（ＢＰＤ）からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させた後に、炭化珪素基板に、第二紫外光よりも低強度で第三紫外光を照射手段に照射させ、第三紫外光により励起された炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて第二ＰＬ発光画像を撮影手段に撮影させるため、ドリフト層に基底面転位が存在することで炭化珪素単結晶（４Ｈ-ＳｉＣ）が発光する波長３８０ｎｍのＰＬ光の強度が小さくなっている領域だけではなく、ドリフト層との界面でＴＥＤに変換されている基底面転位がバッファ層に存在するために波長３８０ｎｍのＰＬ光の強度が小さくなっている領域も候補領域として、ドリフト層及びバッファ層の何れのＢＰＤにも確実に高強度の第二紫外光を照射することができる。ドリフト層及びバッファ層の何れにＢＰＤが存在する候補領域でも、第二紫外光の照射により生じたキャリアがＢＰＤに捕捉され、ＢＰＤからＳＳＦが拡張し、第二ＰＬ発光画像にＳＳＦの欠陥像が生じる。その結果、ドリフト層のＢＰＤだけではなく、ＴＥＤに変換されたバッファ層のＢＰＤもＰＬ検査によって検出することができる。

また、ＴＥＤ等のＢＰＤ以外の欠陥によって第一ＰＬ発光画像に暗影が生じた候補領域では、第二紫外光を照射してもＳＳＦが拡張せず、第二ＰＬ発光画像にＳＳＦの欠陥像が生じることがない。また、炭化珪素単結晶のＰＬ光の波長が炭化珪素単結晶の励起波長と近いため、第一ＰＬ発光画像にはノイズが生じやすくなるが、このようなノイズによって第一ＰＬ発光画像に暗影が生じた候補領域でも、第二紫外光の照射によってＳＳＦが拡張することはない。そのため、本構成の欠陥検査装置では、ＢＰＤ以外の欠陥やノイズ等を除外して、ドリフト層のＢＰＤ、及びＴＥＤに変換されたバッファ層のＢＰＤを容易に検出することができる。

図１は、炭化珪素基板を模式的に示す断面図である。 図２は、ドリフト層に存在するＢＰＤからのＳＳＦの拡張を模式的に示す斜視図である。 図３は、バッファ層に存在する潜在ＢＰＤからのＳＳＦの拡張を模式的に示す斜視図である。 図４は、波長７００ｎｍ以上の光を透過するフィルタを介して炭化珪素基板を撮影したＰＬ発光画像である。 図５は、波長３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタを介して炭化珪素基板を撮影したＰＬ発光画像である。 図６は、高強度の紫外光の照射後に波長４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタを介して炭化珪素基板を撮影したＰＬ発光画像である。 図７は、本発明の欠陥検査装置の概略構成図である。 図８は、本発明の欠陥検査方法の手順を示すフローチャートである。 図９は、第一ＰＬ発光画像の一例である。 図１０は、第二ＰＬ発光画像の一例である。 図１１は、図１０に示す第二ＰＬ発光画像の領域ｙを適正露出で撮影した画像である。 図１２は、第三ＰＬ発光画像の一例である。

以下、本発明の欠陥検査方法、及び欠陥検査装置に関する実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図に示される炭化珪素基板の層構造の厚み関係は、説明の容易化のため適宜誇張又は簡略化しており、実際の各層の厚みの大小関係を厳密に反映したものではない。また、本発明は、以下に説明する構成に限定されることを意図しない。

〔炭化珪素基板〕
本発明の欠陥検査方法、及び欠陥検査装置を説明する前に、パワーデバイスの製造に用いる炭化珪素基板について説明する。図１は、炭化珪素基板１００を模式的に示す断面図である。

炭化珪素基板１００は、基板層１０１、バッファ層１０２、及びドリフト層１０３が積層された構造を有する。基板層１０１は、エピタキシャル成長法による薄膜製造のための下地となる炭化珪素単結晶（４Ｈ-ＳｉＣ）の基板である。バッファ層１０２、及びドリフト層１０３は、エピタキシャル成長法により基板層１０１上に堆積された炭化珪素単結晶（４Ｈ-ＳｉＣ）からなる薄膜である。バッファ層１０２は、窒素、バナジウム等の不純物が高濃度にドープされており、パワーデバイスにおいてドリフト層１０３への小数キャリアの到達を抑制するよう機能する。ドリフト層１０３は、不純物がバッファ層１０２よりも低濃度にドープされており、ＳｉＣ-ＭＯＳＦＥＴのドリフト層として機能する。

炭化珪素基板１００では、ＢＰＤの一部はドリフト層１０３まで継承されている。ドリフト層１０３まで継承されたＢＰＤは、炭化珪素基板１００への励起光の照射により生成されるキャリアの再結合により波長７１０ｎｍのＰＬ光を発光する。一方、ＢＰＤがバッファ層１０２とドリフト層１０３との界面ＩにおいてＴＥＤに変換されている場合、界面Ｉで変換される前のバッファ層１０２中のＢＰＤ（以下、「潜在ＢＰＤ」と称する。）は、バッファ層１０２におけるキャリア寿命が短いため、炭化珪素基板１００に励起光が照射されてもＰＬ光が発光しない。

図２は、ドリフト層１０３に存在するＢＰＤからのＳＳＦの拡張を模式的に示す斜視図であり、図３は、バッファ層１０２に存在する潜在ＢＰＤからのＳＳＦの拡張を模式的に示す斜視図である。なお、図２、及び図３では、炭化珪素基板１００の一部を切り欠いて基底面に平行な平面を図示している。また、図３では、切り欠いた領域に存在したＴＥＤを併せて図示している。炭化珪素基板１００を用いて製造されたパワーデバイスにおいて順方向通電劣化が発生するメカニズムは、通電により生じたキャリアがＢＰＤに捕捉されて再結合することで、再結合エネルギーによりＢＰＤからＳＳＦが拡張し、デバイスの特性が変化するというものである。このとき、ドリフト層１０３では、図２において矢印で示すように、ＳＳＦは、基底面と平行に形成されたＢＰＤから基底面と平行な平面に沿って拡張し、角θが３０°の直角三角形状となる。また、パワーデバイスに定格電流を超えるような大電流が通電する場合には、ドリフト層１０３に継承されたＢＰＤからだけではなく、ＴＥＤに変換されたバッファ層１０２中の潜在ＢＰＤからもＳＳＦが拡張する。バッファ層１０２の潜在ＢＰＤから拡張する場合、図３に矢印で示すように、ＳＳＦは、界面Ｉを超えてドリフト層１０３まで拡張する。

ここで、バッファ層１０２中の潜在ＢＰＤ自体は、炭化珪素基板１００に励起光が照射されてもＰＬ光が発光しないが、潜在ＢＰＤからドリフト層１０３まで拡張したＳＳＦは、励起光の照射により波長４２０ｎｍのＰＬ光を発光する。このことから、ＰＬ発光を撮影する前に、バッファ層１０２中の潜在ＢＰＤからＳＳＦを拡張させておき、ＰＬ発光を撮影した画像（以下、「ＰＬ発光画像」と称する。）においてＳＳＦの欠陥像を抽出することで、パワーデバイスに大電流が通電したときに順方向通電劣化が生じる虞のある潜在ＢＰＤが存在する領域を検出することが可能になると考えられる。そこで、パワーデバイスを製造する前のウエハ等の段階で炭化珪素基板１００をＰＬ検査するために、バッファ層１０２中に潜在ＢＰＤが存在する領域へ高い強度で紫外光を照射することにより、潜在ＢＰＤからＳＳＦを拡張させることを検討した。

図４は、波長７００ｎｍ以上の光を透過するフィルタを介して炭化珪素基板１００を撮影したＰＬ発光画像である。撮影には、バッファ層１０２とドリフト層１０３とが何れも１０ｎｍの厚みに形成された炭化珪素基板１００を用いた。この炭化珪素基板１００にはＢＰＤが形成されており、領域ａにドリフト層１０３中のＢＰＤが存在し、領域ｂにバッファ層１０２中のＢＰＤが存在している。図４のＰＬ発光画像では、領域ａに周囲より明るい線状の欠陥像を確認できる。これは、ドリフト層１０３中のＢＰＤにおいて発光した波長７１０ｎｍのＰＬ光に由来するＢＰＤの欠陥像である。一方、領域ｂには、バッファ層１０２中にＢＰＤが存在するが、バッファ層１０２におけるキャリア寿命が短く波長７１０ｎｍのＰＬ光が発光しないため、欠陥像が生じていない。このように、単純に波長７００ｎｍ以上の光を撮影した図４のＰＬ発光画像では、バッファ層１０２中のＢＰＤを検出することができない。

図５は、波長３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタを介して炭化珪素基板１００を撮影したＰＬ発光画像である。図５のＰＬ発光画像は、図４のＰＬ発光画像と同じ炭化珪素基板１００を撮影したものである。波長３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタとしては、炭化珪素単結晶（４Ｈ-ＳｉＣ）が発光する波長３８０ｎｍのＰＬ光を透過するが、波長が近い炭化珪素単結晶の励起光を透過しないフィルタが好ましい。図５のＰＬ発光画像の撮影には、波長３００～３５０ｎｍの紫外光を励起光とし、波長３７１～３９２ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを用いた。なお、本発明において「光を透過する」とは、透過率が１％以上であることを意味し、バンドパスフィルタの透過帯域は、透過率が１％以上となる波長の帯域を意味する。炭化珪素単結晶が発光する波長３８０ｎｍのＰＬ光の強度は、炭化珪素基板１００に結晶欠陥が存在する領域で小さくなる。そのため、波長３８０ｎｍ帯を選択的に透過するバンドパスフィルタを介して基板表面の法線方向からＰＬ発光を撮影した図５のＰＬ発光画像では、ドリフト層１０３中にＢＰＤが存在する領域ａ、及びバッファ層１０２中にＢＰＤが存在する領域ｂの何れでも、線状に周囲より暗い像（以下、「暗影」と称する。）が生じている。このように、図５のＰＬ発光画像では、ドリフト層１０３中のＢＰＤだけではなく、バッファ層１０２中のＢＰＤも線状の暗影として確認できる。ただし、波長３８０ｎｍ帯を選択的に透過するバンドパスフィルタを介して撮影したＰＬ発光画像では、ＴＥＤ等のＢＰＤ以外の結晶欠陥によっても暗影が生じる。また、炭化珪素単結晶のＰＬ光の波長が励起光の波長と近いため、図５のＰＬ発光画像にはノイズが生じやすい。そのため、波長３８０ｎｍ帯を選択的に透過するバンドパスフィルタを介して撮影したＰＬ発光画像において暗影が生じた全ての領域を、ＢＰＤが存在する領域であると判断することはできない。

炭化珪素基板１００にキャリアを発生させ、ＢＰＤからＳＳＦを拡張させるために、図４及び図５のＰＬ発光画像を撮影した炭化珪素基板１００の領域ａ及び領域ｂに、波長が３６５ｎｍの光を透過するフィルタを介して高強度の紫外光を照射した。通常、ＰＬ発光のための励起光として紫外光を照射する場合は、照射強度を０．１Ｗ／ｃｍ^２以下に留める。ここでは、バッファ層１０２中の潜在ＢＰＤからＳＳＦを拡張させることができる十分な量のキャリアを発生させるために、レンズを用いてレーザー光を集光させることによって、１００Ｗ／ｃｍ^２の高強度の紫外光を領域ａ及び領域ｂの夫々でパルス照射の累積時間が３秒となるように照射した。図６は、高強度の紫外光の照射後に波長４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタを介して炭化珪素基板１００を撮影したＰＬ発光画像である。図６のＰＬ発光画像の撮影には、波長４０８～４３３ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを用いた。図６のＰＬ発光画像では、ドリフト層１０３中にＢＰＤが存在する領域ａ、及びバッファ層１０２中にＢＰＤが存在する領域ｂの何れでも、周囲より明るい線状の欠陥像を確認できる。図６のＰＬ発光画像における明るい線状の欠陥像は、ＳＳＦにおいて発光した波長４２０ｎｍのＰＬ光に由来するＳＳＦの欠陥像である。このことから、領域ａに存在するドリフト層１０３のＢＰＤ、及び領域ｂに存在するバッファ層１０２のＢＰＤの何れでも、高強度の紫外光の照射によりＳＳＦが拡張したと考えられる。

そこで、このような知見に基づき、ＰＬ検査法によって、炭化珪素基板１００のドリフト層１０３及びバッファ層１０２にＢＰＤが存在する領域を検出することができる検査方法、及び装置を開発した。本発明の欠陥検査方法、及び欠陥検査装置は、先ず、炭化珪素基板１００の全体にＰＬ光を発光させるための励起光となる紫外光（以下、「第一紫外光」と称する。）を照射して、第一紫外光により励起された炭化珪素基板１００のＰＬ光を、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影し、波長が３８０ｎｍ帯のＰＬ光を撮影したＰＬ発光画像（以下、「第一ＰＬ発光画像」と称する。）において線状の暗影が生じた領域（以下、「候補領域」と称する。）を選出する。この候補領域に高強度の紫外光（以下、「第二紫外光」と称する。）を照射することで、ドリフト層１０３及びバッファ層１０２に存在するＢＰＤからＳＳＦを拡張させ、その後に、候補領域にＰＬ光を発光させるための励起光となる紫外光（以下、「第三紫外光」と称する。）を照射して、第三紫外光により励起された炭化珪素基板１００のＰＬ光を、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影し、波長が４２０ｎｍ帯のＰＬ光を撮影したＰＬ発光画像（以下、「第二ＰＬ発光画像」と称する。）においてＳＳＦの欠陥像が生じた候補領域を、ＢＰＤが存在する領域として検出するものである。

［欠陥検査装置］
図７は、本発明の欠陥検査装置１０の概略構成図である。欠陥検査装置１０は、半導体に励起光を照射したときに発生するＰＬ光を利用して炭化珪素単結晶の炭化珪素基板１００を検査する装置である。欠陥検査装置１０は、照射手段１１、撮影手段１２、制御手段１３、及び検出手段１４を備えている。また、欠陥検査装置１０は、任意の構成として、載置台１５を備えている。

照射手段１１は、炭化珪素基板１００に紫外光を照射する手段である。照射手段１１の光源には、紫外線レーザー、水銀キセノンランプ等を用いることができる。照射手段１１は、照射位置及び照射強度を変更可能に構成される。例えば、照射手段１１の位置及び光軸方向を変更するモータ（図示せず）の駆動、並びに光軸へのレンズ等の集光手段１１ａの挿入が制御手段１３によって制御されることで、照射手段１１による紫外光の照射は、紫外光Ｌ１のように、炭化珪素基板１００の全体を０．１Ｗ／ｃｍ^２以下の照射強度で照射するモード（第一紫外光、第三紫外光の照射）と、紫外光Ｌ２のように、炭化珪素基板１００の任意の位置を５Ｗ／ｃｍ^２以上の照射強度で照射するモード（第二紫外光の照射）とに切り替えられる。紫外光Ｌ２は、ＳＳＦを過剰に拡張させることがないように、照射範囲の直径が２ｍｍ以下になるように集光されることが好ましい。また、照射手段１１は、炭化珪素単結晶である炭化珪素基板１００を適切に励起しながら、第一ＰＬ発光画像の撮影においてＰＬ光と確実に分離できるように、波長３５０ｎｍ以下の光を透過するフィルタ、例えば、３００～３５０ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタを含んで構成されることが好ましい。

撮影手段１２は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ-ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の固体撮像素子を二次元アレイ状に配列したイメージセンサーを有し、撮影手段１２への入射光を、イメージセンサーで検知するデジタルカメラである。撮影手段１２は、炭化珪素基板１００の任意の位置を、基板表面の法線方向から撮影できるように、移動可能に構成されることが好ましい。撮影手段１２は、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過する第一フィルタ、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過する第二フィルタ、及び波長が７００ｎｍ以上の光を透過する第三フィルタを切り替え可能なフィルタ手段１２ａを有し、照射手段１１から第一紫外光として紫外光Ｌ１が低強度で照射された後に、第一フィルタにＰＬ光Ｌ３を透過させた第一ＰＬ発光画像を撮影し、照射手段１１から第三紫外光として紫外光Ｌ１が低強度で照射された後に、第二フィルタにＰＬ光Ｌ３を透過させた第二ＰＬ発光画像、及び第三フィルタにＰＬ光Ｌ３を透過させた第三ＰＬ発光画像を撮影する。波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過する第一フィルタは、炭化珪素基板１００全体から放出される微弱な波長３８０ｎｍのＰＬ光を、第一紫外光から分離できるものが好ましく、例えば、波長３７０～３９０ｎｍを透過帯域とするバンドパスフィルタを用いることが好ましい。波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過する第二フィルタは、ＳＳＦから放出される波長４２０ｎｍのＰＬ光を選択的に透過するものであり、例えば、波長４００～４４０ｎｍを透過帯域とするバンドパスフィルタを用いることが好ましい。波長が７００ｎｍ以上の光を透過する第三フィルタは、ＢＰＤから放出される波長７１０ｎｍのＰＬ光を選択的に透過するものであり、例えば、７００ｎｍ以上を透過帯域とするハイパスフィルタを用いることができる。この結果、第一ＰＬ発光画像では、何らかの結晶欠陥が存在する位置に暗影が生じ、第二ＰＬ発光画像では、ＳＳＦが存在する位置に明るい線状の欠陥像が生じ、第三ＰＬ発光画像では、ドリフト層１０３にＢＰＤが存在する位置にのみ明るい線状欠陥像が生じる。撮影手段１２は、撮影した画像を、例えば、ハードディスク等のストレージに記録する。

制御手段１３、及び検出手段１４は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を有するコンピュータにおいて、メモリに記録されているプログラムをＣＰＵが読み出して実行することで、それらの機能が実現される。制御手段１３は、第一ＰＬ発光画像を撮影するために照射手段１１及び撮影手段１２を制御し、ＢＰＤからＳＳＦを拡張させる第二紫外光を照射するために照射手段１１を制御し、さらに、第二ＰＬ発光画像を撮影するために照射手段１１及び撮影手段１２を制御する。

先ず、第一ＰＬ発光画像を撮影するための制御では、制御手段１３は、炭化珪素基板１００にＰＬ光Ｌ３を発光させるために、照射手段１１に低強度の第一紫外光として紫外光Ｌ１を照射させ、第一紫外光により励起され炭化珪素基板１００から放出されるＰＬ光Ｌ３を、第一フィルタに透過させて撮影手段１２に撮影させる。第一紫外光の強度は、０．１Ｗ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。第一紫外光の強度が０．１Ｗ／ｃｍ^２以下であれば、炭化珪素基板１００を適切に励起し、ＰＬ光Ｌ３を発光させることができる。

次に、第二紫外光を照射するための制御では、制御手段１３は、後述する検出手段１４により候補領域とされた炭化珪素基板１００の領域に向けて、照射手段１１に高強度の第二紫外光として紫外光Ｌ２を照射させる。第二紫外光の強度は、５Ｗ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。第二紫外光の強度が５Ｗ／ｃｍ^２以上であれば、バッファ層１０２に十分な量のキャリアを発生させ、ドリフト層１０３中のＢＰＤだけではなく、バッファ層１０２中の潜在ＢＰＤからもＳＳＦを適切に拡張させることができる。第二紫外光の強度が５Ｗ／ｃｍ^２より小さい場合、ＳＳＦの拡張速度が遅くなり、パワーデバイスの製造プロセスにおいて望まれる迅速な検査を行うことができない虞がある。第二紫外光の照射時間は、１～１０秒であることが好ましい。第二紫外光の照射時間が１～１０秒であれば、第二紫外光を５Ｗ／ｃｍ^２以上の強度で照射したときに、潜在ＢＰＤからＳＳＦを確実に拡張させることができる。これにより、ＰＬ発光画像においてＳＳＦの欠陥像が容易に検出可能な大きさとなる。また、制御手段１３は、第二紫外光の照射時に、炭化珪素基板１００の温度が３０～１５０℃になるように、後述する載置台１５に設けたヒーター等を加熱させることが好ましく、８０～１００℃になるように加熱させることがより好ましい。炭化珪素基板１００を３０～１５０℃に加熱した状態では、第二紫外光の照射によるキャリアの発生効率が向上する。この結果、短時間でＳＳＦが拡張するため、第二紫外光の照射時間を短縮することができる。また、第二紫外光の照射時の温度を、自動車のエンジンルーム等での使用温度として想定される８０～１００℃に設定することで、車載用パワーデバイスにおいて順方向通電劣化を引き起こす恐れのある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。

最後に、第二ＰＬ発光画像を撮影するための制御では、制御手段１３は、炭化珪素基板１００にＰＬ光Ｌ３を発光させるために、照射手段１１に低強度の第三紫外光として紫外光Ｌ１を照射させ、第三紫外光により励起され炭化珪素基板１００から放出されるＰＬ光Ｌ３を、第二フィルタに透過させて撮影手段１２に撮影させる。第三紫外光の強度は、０．１Ｗ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。第三紫外光の強度が０．１Ｗ／ｃｍ^２以下であれば、炭化珪素基板１００を適切に励起し、ＰＬ光Ｌ３を発光させることができる。第二ＰＬ発光画像の撮影に加えて、制御手段１３はさらに、第三紫外光により励起され炭化珪素基板１００から放出されるＰＬ光Ｌ３を、第三フィルタに透過させて、第三ＰＬ発光画像を撮影手段１２に撮影させることが好ましい。

なお、欠陥検査装置１０による検査後の炭化珪素基板１００は、潜在ＢＰＤからＳＳＦが拡張しているため、そのままでは、拡張したＳＳＦの部位もパワーデバイスの製造に用いることができない。そこで、制御手段１３はさらに、第二ＰＬ発光画像の撮影後に、拡張させたＳＳＦを収縮させるように、照射手段１１、及び載置台１５に設けたヒーター等を制御することが好ましい。ＳＳＦを収縮させるために、制御手段１３は、炭化珪素基板１００の温度が第二紫外光の照射時の温度よりも高温となるように、後述する載置台１５に設けたヒーター等を加熱させる。ＳＳＦを収縮させるときの炭化珪素基板１００の温度は、２００～５００℃であることが好ましい。炭化珪素基板１００の温度が上記の範囲にあれば、拡張したＳＳＦを適切に収縮させ、検査後の炭化珪素基板１００のより広い領域を、パワーデバイスの製造に用いることができる。ＳＳＦを収縮させるとき、制御手段１３は、さらに照射手段１１に第二紫外光よりも低強度で紫外光を照射させることが好ましい。以下では、ＳＳＦを収縮させるために照射する紫外光を「第四紫外光」と称する。第四紫外光の照射により、検査後の炭化珪素基板１００において、ＢＰＤから拡張したＳＳＦを短時間で収縮させることができる。第四紫外光の強度は、０．５Ｗ／ｃｍ^２未満であることが好ましい。第四紫外光の強度が０．５Ｗ／ｃｍ^２未満であれば、パワーデバイスの製造時に問題が生じない程度の大きさにＳＳＦを収縮させることができる。

検出手段１４は、第一ＰＬ発光画像を参照して、ＳＳＦを拡張させる候補領域を決定する動作、及び第二ＰＬ発光画像を参照して、炭化珪素基板１００にＢＰＤが存在する領域を検出する動作を実行する。

検出手段１４による候補領域の決定動作では、具体的には、第一ＰＬ発光画像の全体を画像解析することによって線状の暗影を抽出し、この暗影が生じた領域を候補領域として検出する。暗影の抽出は、例えば、エッジ検出処理等により実行することができる。

検出手段１４によるＢＰＤが存在する領域の検出動作では、具体的には、第二ＰＬ発光画像の候補領域を画像解析することによって、線状の明るい欠陥像であるＳＳＦの欠陥像を抽出し、この欠陥像が生じた領域を、ＢＰＤが存在する領域として検出する。欠陥像の抽出は、例えば、エッジ検出処理等により実行することができる。

載置台１５は、ヒーターを内蔵し、上面に載置された炭化珪素基板１００を加熱することができる。

［欠陥検査方法］
図８は、本発明の欠陥検査方法の手順を示すフローチャートである。欠陥検査方法は、図７の欠陥検査装置１０において、第一照射工程、第一撮影工程、第一検出工程、第二照射工程、第三照射工程、第二撮影工程、及び第二検出工程の各工程を順に実行するものであるが、さらに任意の工程として、第二検出工程の実行後に、パワーデバイスの製造に用いることができる領域を拡大させるために、収縮工程を実行することができる。また、ドリフト層１０３まで継承されたＢＰＤを除外して、ＴＥＤに変換されたバッファ層１０２中の潜在ＢＰＤのみを検出するための任意の工程として、第三照射工程の実行後に追加撮影工程、及び追加検出工程を実行し、第二検出工程の実行後に第三検出工程を実行することができる。なお、以下の検査方法の説明及び図８において、検査方法における各ステップを記号「Ｓ」で示してある。

〔第一照射工程：Ｓ１〕
第一照射工程では、照射手段１１によって炭化珪素基板１００に第一紫外光となる紫外光Ｌ１を照射することで、炭化珪素基板１００を励起し、ＰＬ光Ｌ３を発光させる（Ｓ１）。第一紫外光は、炭化珪素単結晶である炭化珪素基板１００を適切に励起しながら、第一撮影工程においてＰＬ光Ｌ３と確実に分離できるように、波長が３５０ｎｍ以下であることが好ましい。第一照射工程における第一紫外光の照射条件は、０．１Ｗ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。上記の照射条件で第一紫外光を照射することにより、炭化珪素基板１００を適切に励起し、ＰＬ光Ｌ３を発光させることができる。

〔第一撮影工程：Ｓ２〕
第一撮影工程では、炭化珪素基板１００がＰＬ光Ｌ３を発光している状態で、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタ手段１２ａの第一フィルタにＰＬ光Ｌ３を透過させて、撮影手段１２によって第一ＰＬ発光画像を撮影する（Ｓ２）。一般に、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイスでは、バッファ層１０２が厚み０．５～２０μｍ程度に形成され、オフ角が４°に設定されるため、基板表面の法線方向から撮影したバッファ層１０２中のＢＰＤの長さは７～２８６μｍ程度となる。そのため、第一ＰＬ発光画像は、長さが７～２８６μｍ程度であるＢＰＤを、複数画素に相当する大きさで撮影する。第一撮影工程では、炭化珪素基板１００の全体を一括して撮影してもよいし、炭化珪素基板１００を複数の領域に分割して撮影してもよい。

〔第一検出工程：Ｓ３〕
第一検出工程では、検出手段１４は、第一ＰＬ発光画像において線状の暗影が生じている領域を抽出し、この暗影が生じた領域を、候補領域として検出する（Ｓ３）。暗影の抽出は、例えば、エッジ検出処理等により実行することができる。第一ＰＬ発光画像では、ＢＰＤが存在する領域だけではなく、他の種類の結晶欠陥が存在する領域やノイズによっても暗影が生じやすい。このような第一ＰＬ発光画像において、検出漏れを避けるために単にエッジ検出の閾値を低く設定すると、候補領域が過剰に多くなり、検査時間の増大を招く恐れがある。そこで第一検出工程では、例えば、基底面の結晶成長方向に延びる線状の暗影を抽出して、この暗影が生じた領域のみを候補領域とすることが好ましい。ＢＰＤは炭化珪素基板１００の基底面の結晶成長方向に長くなるため、基底面の結晶成長方向に延びる線状の暗影を含む領域を候補領域とすることで、検出漏れを防ぎながら、過剰な候補領域の検出を抑制することができる。なお、基底面の結晶成長方向は、炭化珪素基板１００として２～６インチの炭化珪素ウエハを用いる場合、二次オリフラ（ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＦｌａｔ）に直交する方向として特定可能である。図９は、第一ＰＬ発光画像の一例である。図９に示す第一ＰＬ発光画像では、領域ｘ及び領域ｙに、炭化珪素基板１００の基底面の結晶成長方向に延びる線状の暗影が存在しており、検出手段１４は、領域ｘ及び領域ｙを候補領域として検出する。候補領域は、少なくとも線状の暗影の全体が含まれるものであればよいが、候補領域のサイズは、照射手段１１が集光手段１１ａによって紫外光Ｌ２を候補領域に集光して照射したときに、照射強度が５Ｗ／ｃｍ^２以上となるサイズであることが好ましい。

〔第二照射工程：Ｓ４〕
第二照射工程では、照射手段１１が集光手段１１ａによって集光した紫外光Ｌ２を第二紫外光として、第一検出工程において検出した候補領域に照射する（Ｓ４）。第二照射工程における第二紫外光の照射条件は、５Ｗ／ｃｍ^２以上で１～１０秒であることが好ましい。上記の照射条件で第二紫外光を照射することにより、ドリフト層１０３中のＢＰＤ、及びバッファ層１０２中の潜在ＢＰＤからＳＳＦを拡張させることができる。また、第二照射工程では、炭化珪素基板１００の温度が好ましくは３０～１５０℃、より好ましくは８０～１００℃になるように加熱した状態で第二紫外光を照射することにより、ＳＳＦを確実に拡張させることができる。Ｓ５においては、制御手段１３は、第二紫外光が照射されていない未処理の候補領域があるかを判定する。未処理の候補領域がある場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、Ｓ４に戻って未処理の候補領域に対する第二照射工程を繰り返し実行する。未処理の候補領域がない場合（Ｓ５：Ｎｏ）、第三照射工程へ処理を進める。

〔第三照射工程：Ｓ６〕
第三照射工程では、照射手段１１によって炭化珪素基板１００に第三紫外光となる紫外光Ｌ１を照射することで、炭化珪素基板１００を励起し、ＰＬ光Ｌ３を発光させる（Ｓ６）。炭化珪素単結晶である炭化珪素基板１００を適切に励起するために、第三紫外光は、波長が３６５ｎｍ以下であることが好ましい。第三照射工程における第三紫外光の照射条件は、０．１Ｗ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。上記の照射条件で第三紫外光を照射することにより、炭化珪素基板１００を適切に励起し、ＰＬ光Ｌ３を発光させることができる。

〔第二撮影工程：Ｓ７〕
第二撮影工程では、第三照射工程における第三紫外光の照射によって炭化珪素基板１００がＰＬ光Ｌ３を発光している状態で、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタ手段１２ａの第二フィルタにＰＬ光Ｌ３を透過させて、撮影手段１２によって第二ＰＬ発光画像を撮影する（Ｓ７）。第二撮影工程では、第一撮影工程と同様に、炭化珪素基板１００の全体を一括して撮影してもよいし、炭化珪素基板１００を複数の領域に分割して撮影してもよい。

〔追加撮影工程：Ｓ８〕
追加撮影工程では、第三照射工程における第三紫外光の照射によって炭化珪素基板１００がＰＬ光Ｌ３を発光している状態で、波長が７００ｎｍ以上の光を透過するフィルタ手段１２ａの第三フィルタにＰＬ光Ｌ３を透過させて、撮影手段１２によって第三ＰＬ発光画像を撮影する（Ｓ８）。追加撮影工程では、第一撮影工程と同様に、炭化珪素基板１００の全体を一括して撮影してもよいし、炭化珪素基板１００を複数の領域に分割して撮影してもよい。

〔第二検出工程：Ｓ９〕
第二検出工程では、検出手段１４は、第二ＰＬ発光画像において周囲より明るい部位となる欠陥像を抽出し、欠陥像が生じた領域が第一検出工程において検出した候補領域に相当する位置であれば、この欠陥像が生じた領域を、ＢＰＤが存在する領域として検出する（Ｓ９）。欠陥像の抽出は、例えば、エッジ検出処理等により実行することができる。第二ＰＬ発光画像において明るい部位となる欠陥像は、ＳＳＦにおいて発光した波長４２０ｎｍのＰＬ光に由来するＳＳＦの欠陥像である。そのため、第二検出工程の実施により、第二照射工程における第二紫外光の照射によってＳＳＦが拡張したドリフト層１０３のＢＰＤ、及びバッファ層１０２のＢＰＤの何れも検出することができる。図１０は、第二ＰＬ発光画像の一例である。図１０に示す第二ＰＬ発光画像は、図９に示す第一ＰＬ発光画像と同じ炭化珪素基板１００を撮影したものであり、領域ｘに周囲より明るい欠陥像が存在している。図１１は、図１０に示す第二ＰＬ発光画像の領域ｙを適正露出で撮影した画像である。図１１に示す画像でも、周囲より明るい欠陥像が存在している。このような第二ＰＬ発光画像に基づいて、検出手段１４は、領域ｘ及び領域ｙをＢＰＤが存在する領域として検出する。

〔追加検出工程：Ｓ１０〕
追加検出工程では、検出手段１４は、第三ＰＬ発光画像において周囲より明るい部位となる欠陥像を抽出し、欠陥像が生じた領域が第一検出工程において検出した候補領域に相当する位置であれば、この欠陥像が生じた領域を、ドリフト層基底面転位領域として検出する（Ｓ１０）。欠陥像の抽出は、例えば、エッジ検出処理等により実行することができる。第三ＰＬ発光画像において明るい部位となる欠陥像は、ＢＰＤにおいて発光した波長７１０ｎｍのＰＬ光に由来するＢＰＤの欠陥像である。ここで、ドリフト層１０３のＢＰＤはＰＬ光を発光するが、バッファ層１０２のＢＰＤではＰＬ光を発光しないため、追加検出工程の実施により、ドリフト層１０３までＢＰＤが継承された領域のみを検出することができる。図１２は、第三ＰＬ発光画像の一例である。図１２に示す第三ＰＬ発光画像は、図９に示す第一ＰＬ発光画像と同じ炭化珪素基板１００を撮影したものであり、領域ｙに周囲より明るい欠陥像が存在しているが、領域ｘには周囲より明るい欠陥像が存在していない。このような第三ＰＬ発光画像に基づいて、検出手段１４は、領域ｙのみをドリフト層基底面転位領域として検出する。

〔第三検出工程：Ｓ１１〕
第三検出工程では、第二検出工程において検出したＢＰＤが存在する領域から、追加検出工程において検出したドリフト層基底面転位領域を除外したものを、バッファ層１０２に存在するＢＰＤがドリフト層１０３においてＴＥＤに変換されている領域、即ち潜在ＢＰＤが存在する領域として検出する。図９に示す第一ＰＬ発光画像を撮影した炭化珪素基板１００では、検出手段１４は、領域ｘを潜在ＢＰＤが存在する領域として検出する。

〔収縮工程：Ｓ１２〕
収縮工程では、載置台１５に設けたヒーター等によって炭化珪素基板１００を加熱し、炭化珪素基板１００中の拡張したＳＳＦを収縮させる（Ｓ１２）。収縮工程における炭化珪素基板１００の温度は、第一照射工程の実行時の炭化珪素基板１００の温度よりも高温であることが好ましく、２００～５００℃であることがより好ましい。上記の温度で加熱することにより、パワーデバイスの製造に用いることができる領域が実用上十分な広さとなる程度に、ＳＳＦを収縮させることができる。また、収縮工程では、炭化珪素基板１００を加熱した状態で、照射手段１１によって、炭化珪素基板１００に第四紫外光を照射することが好ましい。第四紫外光の照射条件は、第二紫外光より低強度であることが好ましく、０．５Ｗ／ｃｍ^２未満であることがより好ましい。上記の照射条件の第四紫外光を照射することにより、検査後の炭化珪素基板１００において、ＢＰＤから拡張したＳＳＦを短時間で収縮させることができる。収縮工程の実行後は、炭化珪素基板１００の検査を終了する。

以上のように、本発明の欠陥検査方法、及び欠陥検査装置では、ドリフト層１０３にＢＰＤが存在することで炭化珪素単結晶が発光する波長３８０ｎｍのＰＬ光の強度が小さくなっている領域だけではなく、ドリフト層１０３との界面ＩでＴＥＤに変換されているＢＰＤがバッファ層１０２に存在するために波長３８０ｎｍのＰＬ光の強度が小さくなっている領域も候補領域として、ドリフト層１０３及びバッファ層１０２の何れのＢＰＤにも確実に高強度の第二紫外光を照射することができる。ドリフト層１０３及びバッファ層１０２の何れにＢＰＤが存在する候補領域でも、第二紫外光の照射により生じたキャリアがＢＰＤに捕捉されてＳＳＦが拡張し、第二ＰＬ発光画像にＳＳＦの欠陥像が生じる。その結果、ドリフト層１０３のＢＰＤだけではなく、ＴＥＤに変換されたバッファ層１０２のＢＰＤもＰＬ検査によって検出することができる。

第一ＰＬ発光画像にはＴＥＤ等のＢＰＤ以外の欠陥によっても暗影が生じるが、ＢＰＤ以外の欠陥によって暗影が生じた候補領域では、第二紫外光を照射してもＳＳＦが拡張せず、第二ＰＬ発光画像にＳＳＦの欠陥像が生じることがない。また、炭化珪素単結晶のＰＬ光の波長が炭化珪素単結晶の励起波長と近いため、第一ＰＬ発光画像にはノイズが生じやすくなるが、このようなノイズによって第一ＰＬ発光画像に暗影が生じた候補領域でも、第二紫外光の照射によってＳＳＦが拡張することはない。そのため、ＢＰＤ以外の欠陥やノイズ等を除外して、ドリフト層１０３のＢＰＤ、及びＴＥＤに変換されたバッファ層１０２のＢＰＤを容易に検出することができる。

本発明の欠陥検査方法、及び欠陥検査装置は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイス素子の製造プロセスにおいて、炭化珪素基板の検査に利用することが可能である。

１０ 検査装置
１１ 照射手段
１２ 撮影手段
１３ 制御手段
１４ 検出手段
１００ 炭化珪素基板
１０１ 基板層
１０２ バッファ層
１０３ ドリフト層

Claims (6)

1. 炭化珪素基板のドリフト層及びバッファ層に存在する基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査方法であって、
   前記炭化珪素基板の全体に、第一紫外光を照射する第一照射工程と、
   前記第一紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影する第一撮影工程と、
   前記第一撮影工程で撮影された第一ＰＬ発光画像において、暗影が生じた候補領域を検出する第一検出工程と、
   前記炭化珪素基板の前記候補領域に、基底面転位（ＢＰＤ）からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第二紫外光を、前記第一励起光よりも高強度で照射する第二照射工程と、
   前記炭化珪素基板に、第三紫外光を前記第二紫外光よりも低強度で照射する第三照射工程と、
   前記第三紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて撮影する第二撮影工程と、
   前記第二撮影工程で撮影された第二ＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じた前記候補領域を、基底面転位（ＢＰＤ）が存在する領域として検出する第二検出工程と
   を包含する欠陥検査方法。
2. 前記第二照射工程において、前記第二紫外光を５Ｗ／ｃｍ^２以上の強度で照射する請求項１に記載の欠陥検査方法。
3. 前記第二ＰＬ発光画像を撮影した後の前記炭化珪素基板を、第二照射工程における前記第二紫外光の照射時の前記炭化珪素基板の温度よりも高温となるように加熱し、前記ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を収縮させる収縮工程をさらに包含する請求項１又は２に記載の欠陥検査方法。
4. 前記収縮工程において、加熱された状態の前記炭化珪素基板に、前記第二照射工程における前記第二紫外光の照射強度より低強度で第四紫外光を照射する請求項３に記載の欠陥検査方法。
5. 前記第三紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が７００ｎｍ以上の光を透過するフィルタに透過させて撮影する追加撮影工程と、
   前記追加撮影工程で撮影された第三ＰＬ発光画像において、基底面転位（ＢＰＤ）の欠陥像が生じたドリフト層基底面転位領域を検出する追加検出工程と、
   前記第二検出工程において検出した領域から、前記ドリフト層基底面転位領域を除外したものを、バッファ層に存在する基底面転位（ＢＰＤ）がドリフト層において貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換されている領域として検出する第三検出工程とをさらに包含する請求項１～４の何れか一項に記載の欠陥検査方法。
6. 炭化珪素基板のドリフト層及びバッファ層に存在する基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査装置であって、
   強度を変化させて紫外光を照射できる照射手段と、
   前記炭化珪素基板のＰＬ発光画像を撮影する撮影手段と、
   前記照射手段、及び前記撮影手段を制御する制御手段と、
   前記炭化珪素基板の結晶欠陥を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記炭化珪素基板の全体に第一紫外光を前記照射手段に照射させ、前記第一紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が３８０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて第一ＰＬ発光画像を前記撮影手段に撮影させ、前記第一ＰＬ発光画像において暗影が生じた前記炭化珪素基板の候補領域に、前記第一紫外光よりも高強度で第二紫外光を前記照射手段に照射させて、基底面転位（ＢＰＤ）からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させた後に、前記炭化珪素基板に、前記第二紫外光よりも低強度で第三紫外光を前記照射手段に照射させ、前記第三紫外光により励起された前記炭化珪素基板のＰＬ光を、波長が４２０ｎｍ帯の光を選択的に透過するフィルタに透過させて第二ＰＬ発光画像を前記撮影手段に撮影させ、
   前記検出手段は、前記第二ＰＬ発光画像においてショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じた前記候補領域を、基底面転位（ＢＰＤ）が存在する領域として検出する欠陥検査装置。
   
   

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