JP7368041B1 - 欠陥検査方法、欠陥検査装置、及び炭化珪素チップの製造方法 - Google Patents
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Abstract
基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤをＰＬ検査によって、短時間で検出することができる欠陥検査方法を提供する。基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第一紫外光Ｌ１を、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板１００の全体に照射する照射工程と、第一紫外光Ｌ１よりも低照度の第二紫外光Ｌ２を、炭化珪素基板１００の全体に照射して炭化珪素基板１００をＰＬ発光させることにより可視化する可視化工程と、ＰＬ発光している炭化珪素基板１００を撮影する撮影工程と、撮影工程で撮影されたＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じている領域に貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定する判定工程とを包含する。
Description
本発明は、基板層、バッファ層、及びドリフト層を有する炭化珪素基板において、基板層とバッファ層との界面で貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査方法、欠陥検査装置、及び炭化珪素チップの製造方法に関する。
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。
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、例えば脱輪時等により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、バッファ層とドリフト層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤ、及び基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換した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、長期にわたる使用によってＳＳＦが拡張することがある。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、バッファ層とドリフト層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤ、及び基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤも検出することが望まれる。
炭化珪素基板における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。）を利用した欠陥検査方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載される欠陥検査方法は、炭化珪素基板全体に紫外光を照射し、ＢＰＤが存在する候補領域を選出し、当該候補領域に高照度の紫外光を照射することで、ドリフト層のＢＰＤ、及びＴＥＤに変換したバッファ層のＢＰＤからＳＳＦを拡張させ、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。特許文献１の欠陥検査方法では、高照度の紫外光の照射により生じたキャリアが、ドリフト層に存在するＢＰＤ、及びバッファ層とドリフト層との界面においてＴＥＤに変換したＢＰＤに捕捉されてＳＳＦが拡張する。その結果、ドリフト層のＢＰＤだけではなく、ＴＥＤに変換したバッファ層のＢＰＤをＰＬ検査によって検出することができる。
しかしながら、エピタキシャル成長法において、ＢＰＤからＴＥＤへの変換位置は、上述したように、バッファ層とドリフト層との界面でＴＥＤに変換する場合と、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換する場合とがある。ここで、ドリフト層のＢＰＤ、及びバッファ層とドリフト層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤから拡張したＳＳＦの形状は三角形となるが、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤから拡張したＳＳＦの形状は長く伸びた帯状となる。したがって、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤから拡張したＳＳＦの方が、バッファ層とドリフト層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤから拡張したＳＳＦより欠陥の面積が大きくなり、製品不良の原因となり易い。
この点に関し、特許文献１の欠陥検査方法は、ドリフト層に存在するＢＰＤ、及びバッファ層とドリフト層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤを検査対象とするものであり、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤの検査については想定されていない。また、特許文献１の欠陥検査方法は、候補領域を選出し、候補領域にのみ高照度の紫外光を照射し、ＢＰＤからＳＳＦを拡張させているため、工程数が多く、欠陥検査に時間がかかるという問題がある。炭化珪素基板は、近年の製造技術の改良により大口径化を果たしており、大口径の炭化珪素基板に特許文献１の欠陥検査方法を適用した場合、検査時間の問題はさらに顕著なものとなる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤをＰＬ検査によって、短時間で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。また、本発明の欠陥検査方法によって検査した炭化珪素基板から炭化珪素チップを製造する炭化珪素チップの製造方法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かかる欠陥検査方法の特徴構成は、
基板層、バッファ層、及びドリフト層を有する炭化珪素基板において、前記基板層と前記バッファ層との界面で貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査方法であって、
基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第一紫外光を、少なくとも前記基板層と前記バッファ層との界面まで到達する波長及びＵＶ照度で、前記炭化珪素基板の全体に照射する照射工程と、
前記第一紫外光よりも低照度の第二紫外光を、前記炭化珪素基板の全体に照射して当該炭化珪素基板をＰＬ発光させることにより可視化する可視化工程と、
ＰＬ発光している前記炭化珪素基板を撮影する撮影工程と、
前記撮影工程で撮影されたＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じている領域に貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定する判定工程と
を包含することにある。
基板層、バッファ層、及びドリフト層を有する炭化珪素基板において、前記基板層と前記バッファ層との界面で貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査方法であって、
基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第一紫外光を、少なくとも前記基板層と前記バッファ層との界面まで到達する波長及びＵＶ照度で、前記炭化珪素基板の全体に照射する照射工程と、
前記第一紫外光よりも低照度の第二紫外光を、前記炭化珪素基板の全体に照射して当該炭化珪素基板をＰＬ発光させることにより可視化する可視化工程と、
ＰＬ発光している前記炭化珪素基板を撮影する撮影工程と、
前記撮影工程で撮影されたＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じている領域に貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定する判定工程と
を包含することにある。
本構成の欠陥検査方法によれば、照射工程により少なくとも基板層とバッファ層との界面まで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板の全体に第一紫外光を照射するため、第一紫外光の照射により生じたキャリアが、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤに捕捉され、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からＳＳＦを拡張させることができる。次いで、可視化工程により第二紫外光を炭化珪素基板の全体に照射することで、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤをＰＬ検査によって検出することができる。また、照射工程では、第一紫外光を炭化珪素基板全体に紫外光を照射してＳＳＦを拡張させるため、工程数が少なくなり、短時間で欠陥を検出することができる。
本発明にかかる欠陥検査方法において、
前記照射工程において、前記炭化珪素基板を１００～２００℃に加熱した状態で、前記第一紫外光を照射することが好ましい。
前記照射工程において、前記炭化珪素基板を１００～２００℃に加熱した状態で、前記第一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、炭化珪素基板を１００～２００℃に加熱した状態で、第一紫外光を照射することで、キャリアの発生効率が向上し、短時間でＳＳＦを拡張させることができ、検査時間を短縮することができる。また、第一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（１００～２００℃）として想定される温度に設定することで、車載用パワーデバイスにおいて、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のあるＢＰＤを適切に検出することができる。
本発明にかかる欠陥検査方法において、
前記第一紫外光は、波長が３２５～３６５ｎｍであり、ＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であることが好ましい。
前記第一紫外光は、波長が３２５～３６５ｎｍであり、ＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であることが好ましい。
本構成の欠陥検査方法によれば、第一紫外光は、波長が３２５～３６５ｎｍであり、ＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であるため、基板層に十分なキャリアを発生させ、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤからＳＳＦを適切に拡張させることができる。また、波長とＵＶ照度とを適切な範囲に設定することで、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のあるＢＰＤを適切に検出することができる。
本発明にかかる欠陥検査方法において、
前記第一紫外光は、中心部の照度が相対的に高く、周縁部の照度が相対的に低い同心円状の照度分布を有する光束であり、当該光束の照度が所定以上となる円の領域が連続するように一定間隔でずらしながらパルス照射されることが好ましい。
前記第一紫外光は、中心部の照度が相対的に高く、周縁部の照度が相対的に低い同心円状の照度分布を有する光束であり、当該光束の照度が所定以上となる円の領域が連続するように一定間隔でずらしながらパルス照射されることが好ましい。
本構成の欠陥検査方法によれば、光束の中心部ほど照度が高い第一紫外光を炭化珪素基板に照射するにあたり、照度が所定以上となる円の領域が連続するように一定間隔でずらしながらパルス照射されるため、ＳＳＦの拡張に必要な照度の第一紫外光を、その照度分布を平均化しながら炭化珪素基板全体に対して照射することができ、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤからＳＳＦを均一に拡張させることができる。
本発明にかかる欠陥検査方法において、
前記照射工程において、前記第一紫外光を、ガルバノスキャナを用いて照射することが好ましい。
前記照射工程において、前記第一紫外光を、ガルバノスキャナを用いて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、第一紫外光を、ガルバノスキャナを用いて照射するため、炭化珪素基板に第一紫外光を高精度かつ均一に照射することができる。
本発明にかかる欠陥検査方法において、
前記基板層と前記バッファ層との界面に存在する基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）が拡張した炭化珪素基板を加熱することにより、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。
前記基板層と前記バッファ層との界面に存在する基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）が拡張した炭化珪素基板を加熱することにより、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、基板層とバッファ層との界面に存在するＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点から拡張させたＳＳＦを加熱により収縮させることで、検査後の炭化珪素基板をそのまま製品化することができる。したがって、本構成の欠陥検査方法によれば、パワーデバイスの製造において、全数検査が可能となる。
上記課題を解決するための本発明にかかる欠陥検査装置の特徴構成は、
基板層、バッファ層、及びドリフト層を有する炭化珪素基板において、前記基板層と前記バッファ層との界面で貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査装置であって、
基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第一紫外光を、少なくとも前記基板層と前記バッファ層との界面まで到達する波長及びＵＶ照度で、前記炭化珪素基板の全体に照射する欠陥拡張用照射手段と、
前記第一紫外光よりも低照度の第二紫外光を、前記炭化珪素基板の全体に照射して当該炭化珪素基板をＰＬ発光させる可視化用照射手段と、
ＰＬ発光している前記炭化珪素基板を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影されたＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じている領域に貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定する判定手段と
を備えることにある。
基板層、バッファ層、及びドリフト層を有する炭化珪素基板において、前記基板層と前記バッファ層との界面で貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査装置であって、
基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第一紫外光を、少なくとも前記基板層と前記バッファ層との界面まで到達する波長及びＵＶ照度で、前記炭化珪素基板の全体に照射する欠陥拡張用照射手段と、
前記第一紫外光よりも低照度の第二紫外光を、前記炭化珪素基板の全体に照射して当該炭化珪素基板をＰＬ発光させる可視化用照射手段と、
ＰＬ発光している前記炭化珪素基板を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影されたＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じている領域に貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定する判定手段と
を備えることにある。
本構成の欠陥検査装置によれば、欠陥拡張用照射手段により少なくとも基板層とバッファ層との界面まで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板の全体に第一紫外光を照射するため、第一紫外光の照射により生じたキャリアが、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤに捕捉され、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からＳＳＦを拡張させることができる。次いで、可視化用照射手段により第二紫外光を炭化珪素基板の全体に照射することで、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤをＰＬ検査によって検出することができる。また、欠陥拡張用照射手段は、第一紫外光を炭化珪素基板全体に照射してＳＳＦを拡張させるため、工程数が少なくなり、短時間で欠陥を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かかる炭化珪素チップの製造方法の特徴構成は、
上記に記載の欠陥検査方法によって前記ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を収縮させた炭化珪素基板から炭化珪素チップを製造する炭化珪素チップの製造方法であって、
前記判定工程により貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定された領域を前記炭化珪素基板の全体に対してマッピングしたマッピングデータを作成するマッピング工程と、
前記炭化珪素基板上に、回路を形成する回路形成工程と、
前記炭化珪素基板を複数のチップに切断する切断工程と、
前記マッピングデータに基づき、貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定された領域を含む不良チップを除外する除外工程と
を包含することにある。
上記に記載の欠陥検査方法によって前記ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を収縮させた炭化珪素基板から炭化珪素チップを製造する炭化珪素チップの製造方法であって、
前記判定工程により貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定された領域を前記炭化珪素基板の全体に対してマッピングしたマッピングデータを作成するマッピング工程と、
前記炭化珪素基板上に、回路を形成する回路形成工程と、
前記炭化珪素基板を複数のチップに切断する切断工程と、
前記マッピングデータに基づき、貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定された領域を含む不良チップを除外する除外工程と
を包含することにある。
本構成の炭化珪素チップの製造方法によれば、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤが存在すると判定された領域を炭化珪素基板の全体に対してマッピングし、回路形成工程及び切断工程を経て、マッピングデータに基づき、当該領域を含む不良チップを除外するため、順方向通電劣化の原因となる結晶欠陥を含まず、安定性が高い炭化珪素チップを製造することができる。
以下、本発明の欠陥検査方法、欠陥検査装置、及び炭化珪素チップの製造方法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。ただし、本発明は、以下に説明する構成に限定されることは意図しない。なお、図１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。
〔炭化珪素基板〕
本発明の欠陥検査方法、欠陥検査装置、及び炭化珪素チップの製造方法を説明する前に、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を模式的に示す説明図であり、（ａ）は炭化珪素基板１００の断面図、（ｂ）は基板層１０１とバッファ層１０２との界面ＩでＴＥＤに変換したＢＰＤからのＳＳＦの拡張を示す斜視図である。図１（ｂ）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。なお、基底面とは結晶構造を特定する際に用いるｃ軸に垂直な面である。また、図１（ｂ）では、切り欠いた領域に存在したＴＥＤを破線により図示している。
本発明の欠陥検査方法、欠陥検査装置、及び炭化珪素チップの製造方法を説明する前に、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を模式的に示す説明図であり、（ａ）は炭化珪素基板１００の断面図、（ｂ）は基板層１０１とバッファ層１０２との界面ＩでＴＥＤに変換したＢＰＤからのＳＳＦの拡張を示す斜視図である。図１（ｂ）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。なお、基底面とは結晶構造を特定する際に用いるｃ軸に垂直な面である。また、図１（ｂ）では、切り欠いた領域に存在したＴＥＤを破線により図示している。
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１０３として機能する。
炭化珪素基板１００では、基板層１０１とバッファ層１０２との界面ＩでＴＥＤに変換したＢＰＤ（以下、「潜在ＢＰＤ」と称する。）は、基板層１０１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発光しない。
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のＢＰＤ、バッファ層１０２とドリフト層１０３との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤ、及び潜在ＢＰＤから拡張した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、三角形状、又は帯状となる。基板層１０１中の潜在ＢＰＤから拡張したＳＳＦは、図１（ｂ）に矢印で示すように、長く伸びた帯状となり、三角形状のＳＳＦよりも面積が大きくなるため、パワーデバイスに与える影響も大きくなる。
ここで、基板層１０１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発光しないが、潜在ＢＰＤから拡張したＳＳＦは、励起光の照射によりＰＬ発光する。このことから、ＰＬ発光を撮影する前に、基板層１０１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。）において帯状の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ェハ等の段階で炭化珪素基板１００をＰＬ検査するために、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板１００の全体に紫外光を照射することにより、潜在ＢＰＤからＳＳＦを拡張させることが可能であるかを確認するために、化学エッチングを行った。
図２は、基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で紫外光を照射した炭化珪素基板１００に対してＫＯＨエッチングを行った顕微鏡写真であり、（ａ）はドリフト層表面の写真、（ｂ）はバッファ層とドリフト層とを研磨により取り除いた基板層表面の写真である。溶融水酸化カリウム（ＫＯＨ）中に炭化珪素基板１００を浸漬すると、炭化珪素基板１００の表面がアルカリにより侵食されるが、転位等の結晶欠陥は、原子配列が乱れている領域であるため、周囲に比べて化学的に活性度が高く、正常な結晶の部分よりも速く浸食されて、転位芯の部分から選択的にエッチングされ、エッチピットと呼ばれるエッチングされた窪みが形成される。このエッチピットの形状や大きさにより、結晶欠陥の種類を検出することができる。図２（ａ）に示すように、基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で紫外光を照射した炭化珪素基板１００に対してＫＯＨエッチングを行うことで、ドリフト層１０３の表面にＴＥＤと、拡張されたＳＳＦとが観察された。ここで、バッファ層１０２とドリフト層１０３とを研磨により取り除いたところ、図２（ｂ）に示すように、基板層１０１の表面にＴＥＤへの変換点となるＢＰＤが観察された。このことから、基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板１００に紫外光を照射したことにより、基板層１０１とバッファ層１０２との界面ＩでＴＥＤに変換したＢＰＤ（すなわち、潜在ＢＰＤ）からＳＳＦが拡張したと考えられる。
このような知見に基づき、本発明者は、パワーデバイスを製造する前のウェハ等の段階において、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板１００の全体に紫外光を照射することにより、潜在ＢＰＤを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開発した。
〔欠陥検査装置〕
図３は、本発明の欠陥検査装置１の概略構成図である。欠陥検査装置１は、半導体に励起光を照射したときに発生するＰＬ光を利用して載置台６に載置された炭化珪素基板１００を検査する装置である。図３に示すように、欠陥検査装置１は、欠陥拡張用照射手段２、可視化用照射手段３、撮影手段４、及び判定手段５を備えている。欠陥拡張用照射手段２、可視化用照射手段３、撮影手段４、及び判定手段５は、制御手段７によって夫々の動作が制御される。以下、欠陥検査装置１の各構成について詳細に説明する。
図３は、本発明の欠陥検査装置１の概略構成図である。欠陥検査装置１は、半導体に励起光を照射したときに発生するＰＬ光を利用して載置台６に載置された炭化珪素基板１００を検査する装置である。図３に示すように、欠陥検査装置１は、欠陥拡張用照射手段２、可視化用照射手段３、撮影手段４、及び判定手段５を備えている。欠陥拡張用照射手段２、可視化用照射手段３、撮影手段４、及び判定手段５は、制御手段７によって夫々の動作が制御される。以下、欠陥検査装置１の各構成について詳細に説明する。
＜欠陥拡張用照射手段＞
欠陥拡張用照射手段２は、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からＳＳＦを拡張させる第一紫外光Ｌ１を、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板１００の全体に照射する手段である。第一紫外光Ｌ１の波長は、３２５～３６５ｎｍが好ましく、３５５ｎｍがより好ましい。第一紫外光Ｌ１のＵＶ照度は、１０Ｗ／ｃｍ２以上が好ましく、１００Ｗ／ｃｍ２以上がより好ましい。第一紫外光Ｌ１の波長が３２５～３６５ｎｍであり、ＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であることにより、第一紫外光Ｌ１は、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達するため、基板層１０１にキャリアを発生させ、潜在ＢＰＤからＳＳＦを拡張させることができる。なお、第一紫外光Ｌ１のＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２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。このように、波長とＵＶ照度とを適切な範囲に設定することで、ＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。なお、第一紫外光Ｌ１は、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度であればその種類は限定されず、例えば、Ｈｅ－Ｃｄレーザー、ＹＡＧレーザー、ＩｎＧａＮレーザー等が挙げられる。これらの中でも、ＹＡＧレーザーを用いることが好ましい。
欠陥拡張用照射手段２は、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からＳＳＦを拡張させる第一紫外光Ｌ１を、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板１００の全体に照射する手段である。第一紫外光Ｌ１の波長は、３２５～３６５ｎｍが好ましく、３５５ｎｍがより好ましい。第一紫外光Ｌ１のＵＶ照度は、１０Ｗ／ｃｍ２以上が好ましく、１００Ｗ／ｃｍ２以上がより好ましい。第一紫外光Ｌ１の波長が３２５～３６５ｎｍであり、ＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であることにより、第一紫外光Ｌ１は、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達するため、基板層１０１にキャリアを発生させ、潜在ＢＰＤからＳＳＦを拡張させることができる。なお、第一紫外光Ｌ１のＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２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。このように、波長とＵＶ照度とを適切な範囲に設定することで、ＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。なお、第一紫外光Ｌ１は、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度であればその種類は限定されず、例えば、Ｈｅ－Ｃｄレーザー、ＹＡＧレーザー、ＩｎＧａＮレーザー等が挙げられる。これらの中でも、ＹＡＧレーザーを用いることが好ましい。
図４は、本発明の第一紫外光Ｌ１の説明図であり、（ａ）は照度分布の説明図、（ｂ）はパルス照射の説明図である。第一紫外光Ｌ１において、光束の輪郭を破線、光束のうち所定以上の照度を有する部分の輪郭を実線で示している。この所定以上の照度を有する部分とは、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで第一紫外光Ｌ１が到達するＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上の領域である。図４（ａ）に示すように、第一紫外光Ｌ１は、中心部Ｏの照度が相対的に高く、周縁部の照度が相対的に低い同心円状の照度分布を有する光束であるため、第一紫外光Ｌ１の周縁部（実践と破線とで挟まれた領域）は、潜在ＢＰＤからＳＳＦを拡張させることに寄与しない。そこで、図４（ｂ）に示すように、第一紫外光Ｌ１は、当該光束の照度が所定以上となる円の領域が連続するように一定間隔でずらしながらパルス照射されることが好ましい。これにより、ＳＳＦの拡張に必要な照度の第一紫外光Ｌ１を、その照度分布を平均化しながら炭化珪素基板１００全体に対して照射することができ、潜在ＢＰＤからＳＳＦを均一に拡張させることができる。第一紫外光Ｌ１のパルス照射は、１パルスあたりの照射時間を１０～１５ｎｓｅｃ程度、パルス照射間隔を１０ｍｓｅｃ以上とすることが好ましい。第一紫外光Ｌ１の移動速度は、２０～５０ｃｍ／ｓが好ましい。
第一紫外光Ｌ１は、ガルバノスキャナを用いて照射されることが好ましい。本実施形態では、図３に示すように、欠陥拡張用照射手段２は、光源２１、集光部２２、及びガルバノスキャナ２３を含む。ガルバノスキャナ２３は、Ｘ軸ガルバノミラー２３ｘ、Ｙ軸ガルバノミラー２３ｙ、並びにＸ軸ガルバノミラー２３ｘ及びＹ軸ガルバノミラー２３ｙを回転させるアクチュエータ（図示せず）を有する。光源２１は、第一紫外光Ｌ１を生成する。集光部２２は、光源２１より出力された第一紫外光Ｌ１を集光し、所望のスポット径に調整する。ガルバノスキャナ２３は、集光部２２から出力された第一紫外光Ｌ１の照射方向を変えながら、第一紫外光Ｌ１を炭化珪素基板１００に照射する。このように、欠陥拡張用照射手段２は、第一紫外光Ｌ１を、ガルバノスキャナ２３を用いて照射するため、炭化珪素基板１００に第一紫外光Ｌ１を高精度かつ均一に照射することができる。その結果、第一紫外光Ｌ１の照射により炭化珪素基板１００に生じたキャリアは、潜在ＢＰＤに捕捉され、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からＳＳＦを拡張させる。
＜可視化用照射手段＞
可視化用照射手段３は、第一紫外光Ｌ１よりも低照度の第二紫外光Ｌ２を、炭化珪素基板１００の全体に照射して炭化珪素基板１００をＰＬ発光させる手段である。第二紫外光Ｌ２のＵＶ照度は、１Ｗ／ｃｍ２以下が好ましい。第二紫外光Ｌ２の波長は、３６５ｎｍ以下が好ましい。第二紫外光Ｌ２は、炭化珪素基板１００を励起し、ＰＬ発光させる。可視化用照射手段３により第二紫外光Ｌ２を炭化珪素基板１００の全体に照射することで、拡張されたＳＳＦからＰＬ光Ｌ３が発光し、潜在ＢＰＤを検出することができる。第二紫外光Ｌ２は、第一紫外光Ｌ１よりも低照度であり、光源には、例えば、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。上記の照射条件であれば、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からこれ以上ＳＳＦを拡張させることなく、炭化珪素基板１００が励起され、ＰＬ光Ｌ３を発光させることができる。
可視化用照射手段３は、第一紫外光Ｌ１よりも低照度の第二紫外光Ｌ２を、炭化珪素基板１００の全体に照射して炭化珪素基板１００をＰＬ発光させる手段である。第二紫外光Ｌ２のＵＶ照度は、１Ｗ／ｃｍ２以下が好ましい。第二紫外光Ｌ２の波長は、３６５ｎｍ以下が好ましい。第二紫外光Ｌ２は、炭化珪素基板１００を励起し、ＰＬ発光させる。可視化用照射手段３により第二紫外光Ｌ２を炭化珪素基板１００の全体に照射することで、拡張されたＳＳＦからＰＬ光Ｌ３が発光し、潜在ＢＰＤを検出することができる。第二紫外光Ｌ２は、第一紫外光Ｌ１よりも低照度であり、光源には、例えば、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。上記の照射条件であれば、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からこれ以上ＳＳＦを拡張させることなく、炭化珪素基板１００が励起され、ＰＬ光Ｌ３を発光させることができる。
＜撮影手段＞
撮影手段４は、ＰＬ発光している炭化珪素基板１００を撮影する手段である。撮影手段４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４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４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４は、可視化用照射手段３から第二紫外光Ｌ２が照射された後に、ＰＬ光Ｌ３を含むＰＬ発光画像を撮影する。ＰＬ発光画像では、ＳＳＦが存在する位置に線状の明るい欠陥像が現れる。撮影手段４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（図示せず）に記録する。
撮影手段４は、ＰＬ発光している炭化珪素基板１００を撮影する手段である。撮影手段４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４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４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４は、可視化用照射手段３から第二紫外光Ｌ２が照射された後に、ＰＬ光Ｌ３を含むＰＬ発光画像を撮影する。ＰＬ発光画像では、ＳＳＦが存在する位置に線状の明るい欠陥像が現れる。撮影手段４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（図示せず）に記録する。
＜判定手段＞
判定手段５は、撮影手段４で撮影されたＰＬ発光画像において、ＳＳＦの欠陥像が生じている領域に潜在ＢＰＤが存在するか否かを判定する。判定手段５は、ＣＰＵ、メモリ、及び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、判定機能が実現される。具体的には、判定手段５は、ＰＬ発光画像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にＢＰＤが存在していると判定する。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。
判定手段５は、撮影手段４で撮影されたＰＬ発光画像において、ＳＳＦの欠陥像が生じている領域に潜在ＢＰＤが存在するか否かを判定する。判定手段５は、ＣＰＵ、メモリ、及び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、判定機能が実現される。具体的には、判定手段５は、ＰＬ発光画像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にＢＰＤが存在していると判定する。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＞
載置台６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。載置台６は、欠陥拡張用照射手段２により炭化珪素基板１００の全体に第一紫外光Ｌ１を照射する際に、炭化珪素基板１００の温度が１００～２００℃になるように加熱することが好ましく、１００～１５０℃になるように加熱することがより好ましい。炭化珪素基板１００を１００～２００℃に加熱することで、キャリアの発生効率が向上し、第一紫外光Ｌ１を照射すると、短時間でＳＳＦを拡張させることができ、検査時間を短縮することができる。また、第一紫外光Ｌ１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（１００～２００℃）として想定される温度に設定することで、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虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。
載置台６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。載置台６は、欠陥拡張用照射手段２により炭化珪素基板１００の全体に第一紫外光Ｌ１を照射する際に、炭化珪素基板１００の温度が１００～２００℃になるように加熱することが好ましく、１００～１５０℃になるように加熱することがより好ましい。炭化珪素基板１００を１００～２００℃に加熱することで、キャリアの発生効率が向上し、第一紫外光Ｌ１を照射すると、短時間でＳＳＦを拡張させることができ、検査時間を短縮することができる。また、第一紫外光Ｌ１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（１００～２００℃）として想定される温度に設定することで、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虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。
＜制御手段＞
制御手段７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、欠陥拡張用照射手段２、可視化用照射手段３、撮影手段４、及び判定手段５の各動作を制御する機能が実現される。
制御手段７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、欠陥拡張用照射手段２、可視化用照射手段３、撮影手段４、及び判定手段５の各動作を制御する機能が実現される。
〔欠陥検査方法〕
図５は、本発明の欠陥検査方法、及び炭化珪素チップの製造方法の手順を示すフローチャートである。本発明の欠陥検査方法は、図３の欠陥検査装置１を用いて、照射工程、可視化工程、撮影工程、及び判定工程の各工程が順に実行され、さらに任意の工程として、収縮工程が実行される。また、本発明の炭化珪素チップの製造方法は、上記の欠陥検査方法の各工程に続いて、マッピング工程、回路形成工程、切断工程、及び除外工程が順に実行される。なお、図５のフローチャートにおいて、欠陥検査方法、及び炭化珪素チップの製造方法の各ステップを記号「Ｓ」で示してある。
図５は、本発明の欠陥検査方法、及び炭化珪素チップの製造方法の手順を示すフローチャートである。本発明の欠陥検査方法は、図３の欠陥検査装置１を用いて、照射工程、可視化工程、撮影工程、及び判定工程の各工程が順に実行され、さらに任意の工程として、収縮工程が実行される。また、本発明の炭化珪素チップの製造方法は、上記の欠陥検査方法の各工程に続いて、マッピング工程、回路形成工程、切断工程、及び除外工程が順に実行される。なお、図５のフローチャートにおいて、欠陥検査方法、及び炭化珪素チップの製造方法の各ステップを記号「Ｓ」で示してある。
＜照射工程：Ｓ１＞
照射工程では、欠陥拡張用照射手段２によって炭化珪素基板１００に、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で第一紫外光Ｌ１を照射する（Ｓ１）。照射工程において、炭化珪素基板１００を１００～２００℃に加熱した状態で、第一紫外光Ｌ１を照射することが好ましく、炭化珪素基板１００を１００～１５０℃に加熱した状態で、第一紫外光Ｌ１を照射することがより好ましい。炭化珪素基板１００を１００～２００℃に加熱した状態で、第一紫外光Ｌ１を照射することで、キャリアの発生効率が向上し、短時間でＳＳＦを拡張させることができ、検査時間を短縮することができる。また、第一紫外光Ｌ１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（１００～２００℃）として想定される温度に設定することで、車載用パワーデバイスにおいて、ＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。照射工程における第一紫外光Ｌ１は、波長が３２５～３６５ｎｍであり、ＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であることが好ましく、波長が３５５ｎｍであり、ＵＶ照度が１００Ｗ／ｃｍ２以上であることがより好ましい。上記の照射条件で第一紫外光Ｌ１を照射することにより、基板層１０１に十分なキャリアを発生させ、潜在ＢＰＤからＳＳＦを適切に拡張させることができる。また、波長とＵＶ照度とを上記の範囲に設定することで、ＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。また、照射工程においては、第一紫外光Ｌ１は、中心部Ｏの照度が相対的に高く、周縁部の照度が相対的に低い同心円状の照度分布を有する光束であり、当該光束の照度が所定以上となる円の領域が連続するように一定間隔でずらしながらパルス照射されることが好ましい。これにより、ＳＳＦの拡張に必要な照度の第一紫外光Ｌ１を、その照度分布を平均化しながら炭化珪素基板１００全体に対して照射することができ、潜在ＢＰＤからＳＳＦを均一に拡張させることができる。さらに、照射工程において、第一紫外光Ｌ１を、ガルバノスキャナ２３を用いて照射することが好ましい。ガルバノスキャナ２３を用いて照射することで、炭化珪素基板１００の全体に第一紫外光Ｌ１を高精度かつ均一に照射することができる。Ｓ２においては、制御手段７は、第一紫外光Ｌ１が照射されていない未照射の領域があるかを判定する。未照射の領域がある場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、制御手段７はガルバノスキャナ２３を制御し、Ｓ１に戻って未照射の領域に対する照射工程を繰り返し実行する。未照射の領域がない場合（Ｓ２：Ｎｏ）、可視化工程へ処理を進める。
照射工程では、欠陥拡張用照射手段２によって炭化珪素基板１００に、少なくとも基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で第一紫外光Ｌ１を照射する（Ｓ１）。照射工程において、炭化珪素基板１００を１００～２００℃に加熱した状態で、第一紫外光Ｌ１を照射することが好ましく、炭化珪素基板１００を１００～１５０℃に加熱した状態で、第一紫外光Ｌ１を照射することがより好ましい。炭化珪素基板１００を１００～２００℃に加熱した状態で、第一紫外光Ｌ１を照射することで、キャリアの発生効率が向上し、短時間でＳＳＦを拡張させることができ、検査時間を短縮することができる。また、第一紫外光Ｌ１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（１００～２００℃）として想定される温度に設定することで、車載用パワーデバイスにおいて、ＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。照射工程における第一紫外光Ｌ１は、波長が３２５～３６５ｎｍであり、ＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上であることが好ましく、波長が３５５ｎｍであり、ＵＶ照度が１００Ｗ／ｃｍ２以上であることがより好ましい。上記の照射条件で第一紫外光Ｌ１を照射することにより、基板層１０１に十分なキャリアを発生させ、潜在ＢＰＤからＳＳＦを適切に拡張させることができる。また、波長とＵＶ照度とを上記の範囲に設定することで、ＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができる。また、照射工程においては、第一紫外光Ｌ１は、中心部Ｏの照度が相対的に高く、周縁部の照度が相対的に低い同心円状の照度分布を有する光束であり、当該光束の照度が所定以上となる円の領域が連続するように一定間隔でずらしながらパルス照射されることが好ましい。これにより、ＳＳＦの拡張に必要な照度の第一紫外光Ｌ１を、その照度分布を平均化しながら炭化珪素基板１００全体に対して照射することができ、潜在ＢＰＤからＳＳＦを均一に拡張させることができる。さらに、照射工程において、第一紫外光Ｌ１を、ガルバノスキャナ２３を用いて照射することが好ましい。ガルバノスキャナ２３を用いて照射することで、炭化珪素基板１００の全体に第一紫外光Ｌ１を高精度かつ均一に照射することができる。Ｓ２においては、制御手段７は、第一紫外光Ｌ１が照射されていない未照射の領域があるかを判定する。未照射の領域がある場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、制御手段７はガルバノスキャナ２３を制御し、Ｓ１に戻って未照射の領域に対する照射工程を繰り返し実行する。未照射の領域がない場合（Ｓ２：Ｎｏ）、可視化工程へ処理を進める。
＜可視化工程：Ｓ３＞
可視化工程では、可視化用照射手段３によって炭化珪素基板１００の全体に第二紫外光Ｌ２を照射することで、炭化珪素基板１００をＰＬ発光させる（Ｓ３）。可視化工程における第二紫外光Ｌ２は、波長が３６５ｎｍ以下であり、ＵＶ照度が１Ｗ／ｃｍ２以下であることが好ましい。上記の照射条件で第二紫外光Ｌ２を照射することにより、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からこれ以上ＳＳＦを拡張させることなく、炭化珪素基板１００が励起され、ＰＬ光Ｌ３を発光させることができる。
可視化工程では、可視化用照射手段３によって炭化珪素基板１００の全体に第二紫外光Ｌ２を照射することで、炭化珪素基板１００をＰＬ発光させる（Ｓ３）。可視化工程における第二紫外光Ｌ２は、波長が３６５ｎｍ以下であり、ＵＶ照度が１Ｗ／ｃｍ２以下であることが好ましい。上記の照射条件で第二紫外光Ｌ２を照射することにより、ＢＰＤがＴＥＤに変換した変換点からこれ以上ＳＳＦを拡張させることなく、炭化珪素基板１００が励起され、ＰＬ光Ｌ３を発光させることができる。
＜撮影工程：Ｓ４＞
撮影工程では、ＰＬ発光している炭化珪素基板１００を撮影する（Ｓ４）。一般に、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイスでは、ドリフト層１０３が厚み５～１０μｍ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ドリフト層１０３中の帯状のＳＳＦの幅は７０～１４０μｍ程度となる。そのため、ＰＬ発光画像は、幅が７０～１４０μｍ程度である帯状のＳＳＦを、複数画素に相当する大きさで撮影する。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。
撮影工程では、ＰＬ発光している炭化珪素基板１００を撮影する（Ｓ４）。一般に、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイスでは、ドリフト層１０３が厚み５～１０μｍ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ドリフト層１０３中の帯状のＳＳＦの幅は７０～１４０μｍ程度となる。そのため、ＰＬ発光画像は、幅が７０～１４０μｍ程度である帯状のＳＳＦを、複数画素に相当する大きさで撮影する。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。
＜判定工程：Ｓ５＞
判定工程では、ＰＬ発光画像においてＳＳＦの欠陥像が生じている領域に潜在ＢＰＤが存在するか否かを判定する（Ｓ５）。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。ＰＬ発光画像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にＢＰＤが存在していると判定する。
判定工程では、ＰＬ発光画像においてＳＳＦの欠陥像が生じている領域に潜在ＢＰＤが存在するか否かを判定する（Ｓ５）。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。ＰＬ発光画像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にＢＰＤが存在していると判定する。
＜収縮工程：Ｓ６＞
収縮工程では、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（Ｓ６）。炭化珪素基板１００の加熱は、載置台６に内蔵されるヒーターとは別に、例えば加熱炉等により行われる。収縮工程における炭化珪素基板１００の温度は、照射工程の実行時の炭化珪素基板１００の加熱温度よりも高温にされ、例えば、３００～１０００℃に設定される。上記の温度で加熱することにより、拡張したＳＳＦが収縮して欠陥が修復されるため、検査後の炭化珪素基板１００をそのまま製品化することができる。したがって、本発明の欠陥検査方法によれば、パワーデバイスの製造において、全数検査が可能となる。
収縮工程では、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（Ｓ６）。炭化珪素基板１００の加熱は、載置台６に内蔵されるヒーターとは別に、例えば加熱炉等により行われる。収縮工程における炭化珪素基板１００の温度は、照射工程の実行時の炭化珪素基板１００の加熱温度よりも高温にされ、例えば、３００～１０００℃に設定される。上記の温度で加熱することにより、拡張したＳＳＦが収縮して欠陥が修復されるため、検査後の炭化珪素基板１００をそのまま製品化することができる。したがって、本発明の欠陥検査方法によれば、パワーデバイスの製造において、全数検査が可能となる。
〔炭化珪素チップの製造方法〕
炭化珪素チップの製造方法は、欠陥検査方法における収縮工程の実行後に、マッピング工程、回路形成工程、切断工程、及び除外工程の各工程を順に実行するものである。
炭化珪素チップの製造方法は、欠陥検査方法における収縮工程の実行後に、マッピング工程、回路形成工程、切断工程、及び除外工程の各工程を順に実行するものである。
＜マッピング工程：Ｓ７＞
マッピング工程では、判定工程により潜在ＢＰＤが存在すると判定された領域を炭化珪素基板１００の全体に対してマッピングしたマッピングデータを作成する（Ｓ７）。マッピングデータの作成は、例えば、制御手段７が、判定手段５より潜在ＢＰＤの位置情報を受け取り、マッピングを行う。マッピングデータを作成することにより、潜在ＢＰＤの位置を確認することができる。
マッピング工程では、判定工程により潜在ＢＰＤが存在すると判定された領域を炭化珪素基板１００の全体に対してマッピングしたマッピングデータを作成する（Ｓ７）。マッピングデータの作成は、例えば、制御手段７が、判定手段５より潜在ＢＰＤの位置情報を受け取り、マッピングを行う。マッピングデータを作成することにより、潜在ＢＰＤの位置を確認することができる。
＜回路形成工程：Ｓ８＞
回路形成工程は、炭化珪素基板１００上に、回路を形成する（Ｓ８）。回路形成工程では、例えば、炭化珪素基板１００上に、ソース、ドレイン、ゲートの各端子が形成される。
回路形成工程は、炭化珪素基板１００上に、回路を形成する（Ｓ８）。回路形成工程では、例えば、炭化珪素基板１００上に、ソース、ドレイン、ゲートの各端子が形成される。
＜切断工程：Ｓ９＞
切断工程は、炭化珪素基板１００を複数のチップに切断する（Ｓ９）。切断工程は、例えば、金属ブレードによるブレードダイシング、及びレーザーを用いるステルスダイシング等を用いて炭化珪素基板１００を切断することができる。
切断工程は、炭化珪素基板１００を複数のチップに切断する（Ｓ９）。切断工程は、例えば、金属ブレードによるブレードダイシング、及びレーザーを用いるステルスダイシング等を用いて炭化珪素基板１００を切断することができる。
＜除外工程：Ｓ１０＞
除外工程は、マッピング工程において作成されたマッピングデータに基づき、潜在ＢＰＤが存在すると判定された領域を含む不良チップを除外する（Ｓ１０）。不良チップを除外するため、順方向通電劣化の原因となる結晶欠陥を含まず、安定性が高い炭化珪素チップを製造することができる。
除外工程は、マッピング工程において作成されたマッピングデータに基づき、潜在ＢＰＤが存在すると判定された領域を含む不良チップを除外する（Ｓ１０）。不良チップを除外するため、順方向通電劣化の原因となる結晶欠陥を含まず、安定性が高い炭化珪素チップを製造することができる。
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、基板層１０１とバッファ層１０２との界面Ｉまで到達する波長及びＵＶ照度で、炭化珪素基板１００の全体に第一紫外光Ｌ１を照射するため、ドリフト層１０３のＢＰＤ、及びＴＥＤに変換したバッファ層１０２のＢＰＤからもＳＳＦを拡張させることができ、これまで検出が難しかった潜在ＢＰＤをＰＬ検査によって検出することが可能となった。
次に、本発明の欠陥検査装置に関する実施例を、以下に説明する。
以下の試験では、欠陥拡張用照射手段により炭化珪素基板の全体に紫外光を照射する場合において、自動車のエンジンルーム等での使用温度を想定し、炭化珪素基板を１００～２００℃の範囲で加熱することによりＢＰＤの検出のし易さを比較した（実施例１～３）。また、加熱を行わなかった２０℃の炭化珪素基板（比較例１）、及び高温の２５０℃で加熱した炭化珪素基板（比較例２）についても同様の試験を行った。
＜実施例１＞
炭化珪素基板として、エピタキシャル成長法により製造された炭化珪素単結晶の薄膜基板（４インチウェハ）を用い、炭化珪素基板を１００℃に加熱した状態で、第一紫外光を炭化珪素基板全体に照射し、次いで、第一紫外光よりも低照度の第二紫外光を照射した。第一紫外光は、波長３５５ｎｍ、及びＵＶ照度１５０Ｗ／ｃｍ２であるＹＡＧレーザーを光源として用いた。第二紫外光は、波長３１３ｎｍ、ＵＶ照度０．３Ｗ／ｃｍ２である超高圧水銀灯を光源として用いた。ＰＬ発光した炭化珪素基板をカメラで撮影し、ＰＬ発光画像を得た。ＰＬ発光画像の撮影は、画素数が１００万である冷却ＣＣＤイメージセンサーを有するデジタルカメラで、顕微鏡対物レンズ１０倍を使用し、露光時間５秒、バンドパスフィルター４２０ｎｍの条件で行った。
炭化珪素基板として、エピタキシャル成長法により製造された炭化珪素単結晶の薄膜基板（４インチウェハ）を用い、炭化珪素基板を１００℃に加熱した状態で、第一紫外光を炭化珪素基板全体に照射し、次いで、第一紫外光よりも低照度の第二紫外光を照射した。第一紫外光は、波長３５５ｎｍ、及びＵＶ照度１５０Ｗ／ｃｍ２であるＹＡＧレーザーを光源として用いた。第二紫外光は、波長３１３ｎｍ、ＵＶ照度０．３Ｗ／ｃｍ２である超高圧水銀灯を光源として用いた。ＰＬ発光した炭化珪素基板をカメラで撮影し、ＰＬ発光画像を得た。ＰＬ発光画像の撮影は、画素数が１００万である冷却ＣＣＤイメージセンサーを有するデジタルカメラで、顕微鏡対物レンズ１０倍を使用し、露光時間５秒、バンドパスフィルター４２０ｎｍの条件で行った。
＜実施例２～３、及び比較例１～２＞
実施例１と同様の炭化珪素基板を用い、第一紫外光を照射する際の温度を図６に示すように設定したこと以外は実施例１と同様にしてＰＬ発光画像を得た。
実施例１と同様の炭化珪素基板を用い、第一紫外光を照射する際の温度を図６に示すように設定したこと以外は実施例１と同様にしてＰＬ発光画像を得た。
図６は、異なる温度条件下で第一紫外光を照射後、ＰＬ発光させた炭化珪素基板の顕微鏡写真（ＰＬ発光画像）である。図６に示すように、炭化珪素基板を１００～２００℃に加熱した状態で、第一紫外光を照射することで、基板層とバッファ層との界面でＴＥＤに変換したＢＰＤのうちＳＳＦが拡張する虞のある潜在ＢＰＤを適切に検出することができた（実施例１～３）。これに対し、炭化珪素基板を加熱しなかった比較例１、炭化珪素基板の加熱温度が高過ぎる比較例２は、第一紫外光を照射しても適切にＳＳＦが拡張しなかったため、潜在ＢＰＤを特定することができなかった。
本発明の欠陥検査方法、欠陥検査装置、及び炭化珪素チップの製造方法は、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。
１ 欠陥検査装置
２ 欠陥拡張用照射手段
３ 可視化用照射手段
４ 撮影手段
５ 判定手段
１００ 炭化珪素基板
１０１ 基板層
１０２ バッファ層
１０３ ドリフト層
Ｌ１ 第一紫外光
Ｌ２ 第二紫外光
Ｉ 界面
Ｏ 中心部
２ 欠陥拡張用照射手段
３ 可視化用照射手段
４ 撮影手段
５ 判定手段
１００ 炭化珪素基板
１０１ 基板層
１０２ バッファ層
１０３ ドリフト層
Ｌ１ 第一紫外光
Ｌ２ 第二紫外光
Ｉ 界面
Ｏ 中心部
Claims (8)
- 基板層、バッファ層、及びドリフト層を有する炭化珪素基板において、前記基板層と前記バッファ層との界面で貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査方法であって、
基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第一紫外光を、少なくとも前記基板層と前記バッファ層との界面まで到達する波長及びＵＶ照度で、前記炭化珪素基板の全体に照射する照射工程と、
前記第一紫外光よりも低照度の第二紫外光を、前記炭化珪素基板の全体に照射して当該炭化珪素基板をＰＬ発光させることにより可視化する可視化工程と、
ＰＬ発光している前記炭化珪素基板を撮影する撮影工程と、
前記撮影工程で撮影されたＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じている領域に貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定する判定工程と
を包含する欠陥検査方法。 - 前記照射工程において、前記炭化珪素基板を１００～２００℃に加熱した状態で、前記第一紫外光を照射する請求項１に記載の欠陥検査方法。
- 前記第一紫外光は、波長が３２５～３６５ｎｍであり、ＵＶ照度が１０Ｗ／ｃｍ２以上である請求項１に記載の欠陥検査方法。
- 前記第一紫外光は、中心部の照度が相対的に高く、周縁部の照度が相対的に低い同心円状の照度分布を有する光束であり、当該光束の照度が所定以上となる円の領域が連続するように一定間隔でずらしながらパルス照射される請求項１に記載の欠陥検査方法。
- 前記照射工程において、前記第一紫外光を、ガルバノスキャナを用いて照射する請求項４に記載の欠陥検査方法。
- 前記基板層と前記バッファ層との界面に存在する基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）が拡張した炭化珪素基板を加熱することにより、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１～５の何れか一項に記載の欠陥検査方法。
- 基板層、バッファ層、及びドリフト層を有する炭化珪素基板において、前記基板層と前記バッファ層との界面で貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）を検出する欠陥検査装置であって、
基底面転位（ＢＰＤ）が貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した変換点からショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を拡張させる第一紫外光を、少なくとも前記基板層と前記バッファ層との界面まで到達する波長及びＵＶ照度で、前記炭化珪素基板の全体に照射する欠陥拡張用照射手段と、
前記第一紫外光よりも低照度の第二紫外光を、前記炭化珪素基板の全体に照射して当該炭化珪素基板をＰＬ発光させる可視化用照射手段と、
ＰＬ発光している前記炭化珪素基板を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影されたＰＬ発光画像において、ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）の欠陥像が生じている領域に貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定する判定手段と
を備える欠陥検査装置。 - 請求項６に記載の欠陥検査方法によって前記ショックレー型積層欠陥（ＳＳＦ）を収縮させた炭化珪素基板から炭化珪素チップを製造する炭化珪素チップの製造方法であって、
前記判定工程により貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定された領域を前記炭化珪素基板の全体に対してマッピングしたマッピングデータを作成するマッピング工程と、
前記炭化珪素基板上に、回路を形成する回路形成工程と、
前記炭化珪素基板を複数のチップに切断する切断工程と、
前記マッピングデータに基づき、貫通刃状転位（ＴＥＤ）に変換した基底面転位（ＢＰＤ）が存在すると判定された領域を含む不良チップを除外する除外工程と
を包含する炭化珪素チップの製造方法。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016121628A1 (ja) * | 2015-01-28 | 2016-08-04 | 東レエンジニアリング株式会社 | ワイドギャップ半導体基板の欠陥検査方法及び欠陥検査装置 |
| JP2016166112A (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 株式会社東芝 | 半導体基板及び半導体装置 |
| JP2016197079A (ja) * | 2015-04-06 | 2016-11-24 | レーザーテック株式会社 | 検査装置 |
| JP2019160999A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 株式会社アイテス | 欠陥検査装置、及び欠陥検査方法 |
| WO2021177127A1 (ja) * | 2020-03-03 | 2021-09-10 | 株式会社アイテス | 欠陥検査方法、及び欠陥検査装置 |
-
2023
- 2023-07-11 JP JP2023542017A patent/JP7368041B1/ja active Active
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