JP6999212B1 - 欠陥検査方法、及び欠陥検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
前記第二照射工程において、前記第二紫外光を5W/cm2以上の強度で照射することが好ましい。
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。
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。
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。
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。
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。
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/cm2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/cm2以上となるサイズであることが好ましい。
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/cm2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/cm2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/cm2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。
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)
- 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。 - 前記第二照射工程において、前記第二紫外光を5W/cm2以上の強度で照射する請求項1に記載の欠陥検査方法。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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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