JP7344491B2 - 加工変質層の評価方法及び半導体単結晶基板の製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の解決しようとする課題は、半導体単結晶基板を破壊することなく、加工変質層の分布を高速にマッピングすることができる新規の技術を提供することにある。
また、開示した技術によれば、半導体単結晶基板を破壊することなく、加工変質層の分布を高速にマッピングすることができる新規の技術を提供することができる。
図1は、実施の形態にかかる加工変質層の評価方法を説明する説明図である。
本発明にかかる加工変質層の評価方法は、加工変質層101で散乱した散乱光L4の強度に基づいて、その加工変質層101を評価することを特徴とする。具体的には、投光系10から照射したレーザー光L1を半導体単結晶基板100の表面から内部に入射させる。半導体単結晶基板100の内部に入射した入射光L3が加工変質層101で散乱することにより散乱光L4が生じる。この散乱光L4を受光系20で測定し、散乱光L4の強度に基づいて加工変質層101の評価を行う。
以下、本発明の実施の形態に沿って、各工程を詳細に説明する。
洗浄工程S10は、半導体単結晶基板100の表面に付着した有機物汚染やパーティクル汚染、酸化物層、イオン汚染等により、レーザー光L1が半導体単結晶基板100の表面で散乱する要因を排除する工程である。特に、半導体単結晶基板100の表面にパーティクルが付着している場合は、加工変質層101で発生する散乱光L4よりも強い散乱が生じる。そのため、加工変質層101の測定を行う前には、パーティクル汚染等が除去されていることが望ましい。
測定工程S20は、図1に示すように、評価装置の投光系10から照射され半導体単結晶基板100の表面から入射した入射光L3を加工変質層101の内部で散乱させ、この散乱させた散乱光L4を受光系20で測定する工程である。本実施の形態にかかる測定工程S20は、半導体単結晶基板100の表面の法線Nに対して傾斜した入射角度θでレーザー光L1を入射させる工程である。
以下、図1ないし図3を参照して、実施の形態で用いる評価装置の一例について説明する。
図2は、実施の形態にかかる評価方法で用いる評価装置のブロック図である。
評価装置は、レーザー光L1を照射する投光系10と、散乱光L4を受光する受光系20と、測定対象である半導体単結晶基板100が設置されるステージ30と、投光系10及び受光系20が設置される筐体40と、受光系20で測定した信号の信号処理を行う信号処理部50と、データ処理を行うデータ処理部60と、制御を行う制御部70と、を有する。
波長板12は、レーザー出力部11で発生したレーザー光L1に対して、波長の分離、微調整、楕円率の調整、偏光の回転等の調整を行う。測定対象である半導体単結晶基板100の材料や条件に応じて適切な材料や構成が選択される。
ステージ30は、図3に示すように、測定対象である半導体単結晶基板100が設置され、半導体単結晶基板100の中心を軸に水平回転可能に構成されている。また、ステージ30は、筐体40(投光系10及び受光系20)に対し、半導体単結晶基板100を平行移動可能に構成されている。このように、半導体単結晶基板100を回転させながら平行移動させることにより、レーザー光L1が半導体単結晶基板100の広範囲(若しくは全面)を走査可能なよう構成されている。
このデータ処理部60や制御部70は、例えば、プロセッサやストレージ等のハードウェア構成が採用され、投光系10、受光系20、ステージ30、信号処理部50を含め、ローカルエリアネットワーク等を介して相互通信可能なよう構成されている。
図4は、実施の形態にかかる評価方法の評価工程S30の説明図である。
評価工程S30は、測定工程S20にて得られたデータから、半導体単結晶基板100の加工変質層101の良否を評価する工程である。特に、半導体単結晶基板100に任意エリアAAを設定し、この任意エリアAAごとに散乱光L4の強度に基づいて加工変質層101を評価することで、半導体単結晶基板100において不良な加工変質層101が存在する領域をマッピングする工程である。
次に、本発明にかかる半導体単結晶基板の製造方法について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態において、先の《加工変質層の評価方法》の実施の形態と基本的に同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
加工変質層除去工程S40は、評価工程S30で不適と判断された加工変質層101を除去する工程である。この加工変質層101を除去する手法としては、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)やエッチング手法を例示することができる。
エッチング手法は、半導体単結晶基板100のエッチングに用いられる手法であれば良い。例えば、半導体単結晶基板材料がSiCである場合には,SiVE法や水素エッチング法等の熱エッチング法、水酸化カリウム溶融液、フッ化水素酸を含む薬液、過マンガン酸カリウム系の薬液、水酸化テトラメチルアンモニウムを含む薬液等を用いたウェットエッチング法を例示できる。なお、通常、ウェットエッチングで用いられる薬液であれば採用することができる。
本発明の実施の形態に示した評価装置を用いて、化学機械研磨後の6インチ4H-SiCウエハの加工変質層101を評価した。
化学機械研磨を施した6インチ4H-SiCウエハに対してRCA洗浄を行った。
洗浄工程S10を経た4H-SiCウエハに対し、図1及び図2に示した評価装置を用いて測定を行った。図3に示すように、ステージ30に配置した4H-SiCウエハを回転させながらX軸方向に移動させることで、半導体単結晶基板100全面にレーザー光L1を走査させ、弾性散乱を含む散乱光L4を測定した。なお、測定領域はφ144mm、レーザー光L1の波長は355nmの条件で測定を行った。また、6インチ4H-SiCウエハ一枚にかかる測定時間は、3分であった。
図4に示すように、半導体単結晶基板100の中心から放射状に扇状の任意エリアAAを設定した(エリア設定工程S31)。次に、設定した任意エリアAAの位置に対応する範囲の散乱光L4の強度を積算した(積算工程S321)。次に、積算した値を任意エリアAAの取得データ数で割り、任意エリアAA毎に平均値を算出した(除算工程S322)。最後に、閾値を複数設定し(閾値設定工程S33)、各任意エリアAAの平均値が設定した閾値よりも高い領域と低い領域とに分類した分布マップを作成し、半導体単結晶基板100の加工変質層101の好適・不適を視覚化した(マッピング工程S34)。
なお、この実施例においては、任意単位50、任意単位100、任意単位110、任意単位130、任意単位150、任意単位200、任意単位400、任意単位800、の8つの閾値を設定した。具体的には、平均値が任意単位50以下のエリアは白色、平均値が任意単位50~100のエリアは紺色、平均値が任意単位100~110のエリアは深緑色、平均値が任意単位110~130のエリアは黄緑色、平均値が任意単位130~150のエリアは黄色、平均値が任意単位150~200のエリアは橙色、平均値が任意単位200~400のエリアは赤色、平均値が任意単位400~800のエリアは紫色、平均値が任意単位800以上のエリアは黒色、となるよう分布マップを作成した。
101 加工変質層
102 バルク層
10 投光系
11 レーザー出力部
12 波長板
20 受光系
21 対物レンズ
22 結像レンズ
23 ビームスプリッター
24 受光センサー
25 スリット
30 ステージ
40 筐体
50 信号処理部
60 データ処理部
70 制御部
L1 レーザー光
L2 反射光
L3 入射光
L4 散乱光
PD 侵入深さ
AA 任意エリア
S10 洗浄工程
S20 測定工程
S30 評価工程
S40 加工変質層除去工程
Claims (18)
- 半導体単結晶基板の内部にレーザー光を入射させ、前記半導体単結晶基板の内部で散乱した散乱光の強度を測定する測定工程と、
前記散乱光の強度に基づいて前記半導体単結晶基板の歪みを有する加工変質層を評価する評価工程と、を含む、加工変質層の評価方法であって、
前記測定工程は、前記半導体単結晶基板を回転させながら前記レーザー光を走査する工程である、加工変質層の評価方法。 - 半導体単結晶基板の内部にレーザー光を入射させ、前記半導体単結晶基板の内部で散乱した散乱光の強度を測定する測定工程と、
前記散乱光の強度に基づいて前記半導体単結晶基板の歪みを有する加工変質層を評価する評価工程と、を含む、加工変質層の評価方法であって、
前記半導体単結晶基板は、炭化ケイ素基板または窒化ガリウム基板であり、
前記レーザー光は、前記炭化ケイ素基板の場合、355nmの波長であり、
前記窒化ガリウム基板の場合、365nm以下の波長である、加工変質層の評価方法。 - 前記半導体単結晶基板は、炭化ケイ素基板または窒化ガリウム基板であり、
前記レーザー光は、前記炭化ケイ素基板の場合、380nm以下の波長であり、
前記窒化ガリウム基板の場合、365nm以下の波長である、請求項1に記載の加工変質層の評価方法。 - 前記評価工程は、前記半導体単結晶基板を任意の面積で区画した複数の任意エリアを設定するエリア設定工程と、
前記任意エリアごとに前記散乱光の強度の統計量を算出する統計量算出工程と、を有する、請求項1~3の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。 - 前記測定工程は、前記半導体単結晶基板の全面を走査して、内部にレーザー光を入射させて散乱した散乱光の強度を測定し、
前記評価工程は、前記測定工程で測定した全ての散乱光の強度の測定データを、前記半導体単結晶基板の全面に対する区画に分割し、前記区画ごとに前記散乱光の強度の統計量を算出する、請求項4に記載の加工変質層の評価方法。 - 前記統計量算出工程は、前記任意エリア内の前記散乱光の強度を積算する積算工程と、
前記積算工程で得られた積算値を前記任意エリア内の取得データ数で割る除算工程と、を有する、請求項4又は請求項5に記載の加工変質層の評価方法。 - 前記評価工程は、前記加工変質層の良否を判別するための閾値を設定する閾値設定工程と、
前記統計量が前記閾値を超過した前記任意エリアをマッピングするマッピング工程と、を含む、請求項4~請求項6の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。 - 前記評価工程は、複数の閾値を設定する閾値設定工程と、
複数の閾値に基づいて複数の色又は多段階のコントラストを有する前記統計量の分布マップを作成するマッピング工程と、を含む、請求項4~請求項7の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。 - 前記測定工程は、弾性散乱を含む前記散乱光を測定する工程である、請求項1~請求項8の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。
- 前記測定工程は、前記半導体単結晶基板の表面の法線に対して傾斜した入射角度で前記レーザー光を入射させる工程である、請求項1~請求項9の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。
- 前記半導体単結晶基板の表面を洗浄する洗浄工程を含む、請求項1~請求項10の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。
- 前記半導体単結晶基板は、化合物半導体単結晶基板である、請求項1又は請求項1を引用する請求項4~請求項11の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。
- 前記半導体単結晶基板は、炭化ケイ素基板である、請求項12に記載の加工変質層の評価方法。
- 前記レーザー光は、前記半導体単結晶基板のバンドギャップよりも大きい光子エネルギーを有した波長である、請求項1に記載の加工変質層の評価方法。
- スリットを用いてレーザー光の検査エリアを確定させる工程を含む、請求項1~請求項14の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法。
- 請求項1~15の何れか一項に記載の加工変質層の評価方法により、半導体単結晶基板を評価し、
次いで、前記評価方法により評価された加工変質層を除去する加工変質層除去工程を行う、半導体単結晶基板の製造方法。 - 前記加工変質層除去工程は、化学機械研磨である、請求項16に記載の半導体単結晶基板の製造方法。
- 前記加工変質層除去工程は、エッチングである、請求項16に記載の半導体単結晶基板の製造方法。
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