JP5192661B2 - Method for manufacturing silicon carbide semiconductor element - Google Patents
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Description
本発明は、炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、エピタキシャル膜が内包する転位、積層欠陥のような結晶欠陥のウェハ面内における位置情報に基づいて、結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を製造することにより、素子の信頼性を向上する方法の改良に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element from a silicon carbide single crystal wafer for manufacturing a semiconductor element in which an epitaxial film is formed on a silicon carbide single crystal substrate. More specifically, the present invention manufactures a silicon carbide semiconductor element that does not affect element characteristics due to crystal defects based on positional information of crystal defects such as dislocations and stacking faults included in the epitaxial film in the wafer surface. Therefore, the present invention relates to an improvement in a method for improving the reliability of an element.
炭化珪素(SiC)は、Siと比べてバンドギャップが約3倍、飽和ドリフト速度が約2倍、絶縁破壊電界強度が約10倍と優れた物性値を有し、大きな熱伝導率を有する半導体であることから、現在用いられているSi単結晶半導体の性能を大きく凌駕する次世代の高電圧・低損失半導体素子を実現する材料として期待されている。 Silicon carbide (SiC) is a semiconductor that has excellent physical properties such as a band gap of about 3 times, a saturation drift velocity of about 2 times, and a breakdown electric field strength of about 10 times that of Si, and a large thermal conductivity. Therefore, it is expected as a material for realizing a next-generation high-voltage / low-loss semiconductor element that greatly exceeds the performance of the currently used Si single crystal semiconductor.
現在、市販化されているSiC単結晶は、昇華法を用いて製造されている場合が多い。昇華法では通常、坩堝内に原料のSiC粉末を入れると共に、坩堝の内側上面にSiC粉末と対面する形でSiC種結晶を設置する。このとき、坩堝を2200〜2400℃程度まで加熱することで、SiC粉末を昇華させる。昇華したSiC粉末は、対面するSiC種結晶上で再結晶化され、種結晶上に新たなSiC単結晶が成長される。 Currently, commercially available SiC single crystals are often manufactured using a sublimation method. In the sublimation method, the raw material SiC powder is usually placed in a crucible, and an SiC seed crystal is placed on the inner upper surface of the crucible so as to face the SiC powder. At this time, a SiC powder is sublimated by heating a crucible to about 2200-2400 degreeC. The sublimated SiC powder is recrystallized on the facing SiC seed crystal, and a new SiC single crystal is grown on the seed crystal.
この他、原料としてSiH4などのSiを含んだガスと、C3H8またはC2H2などのC
を含んだガスとを用いて、昇華法と同様に種結晶上に新たなSiC単結晶を得るいわゆるHTCVD法と呼ばれる製造手法も報告されている。
In addition, a gas containing Si such as SiH 4 as a raw material and C 3 H 8 or C 2 H 2 or the like
A so-called HTCVD method for producing a new SiC single crystal on a seed crystal in the same manner as in the sublimation method using a gas containing hydrogen has also been reported.
上記のような方法によって円柱形のバルク状の単結晶を得た後に、これを通常300〜400ミクロン程度の厚さにスライスすることで、SiC単結晶基板が製造される。このSiC単結晶基板を用いて半導体素子を製造する場合には、その半導体素子の耐電圧などの要求仕様に基づいた所要の膜厚およびキャリヤ濃度を有する単結晶層を基板表面からエピタキシャル成長させる場合が多い。 After obtaining a cylindrical bulk single crystal by the method as described above, a SiC single crystal substrate is manufactured by slicing the single crystal into a thickness of about 300 to 400 microns. When manufacturing a semiconductor element using this SiC single crystal substrate, a single crystal layer having a required film thickness and carrier concentration based on required specifications such as withstand voltage of the semiconductor element may be epitaxially grown from the substrate surface. Many.
SiC単結晶基板は通常の圧力では液相を持たず、以上のような方法で製造されているが、昇華温度が極めて高いことなどから、転位や積層欠陥などの結晶欠陥を含まないような高品質の結晶成長が難しい。このため、Si単結晶成長で商用化されているような無転位かつ大口径な単結晶の製造技術が実現されていない。 An SiC single crystal substrate does not have a liquid phase at normal pressure and is manufactured by the method as described above. However, since the sublimation temperature is extremely high, it does not include crystal defects such as dislocations and stacking faults. Quality crystal growth is difficult. For this reason, a dislocation-free and large-diameter single-crystal manufacturing technique that has been commercialized for Si single crystal growth has not been realized.
現在市販されているSiC単結晶基板には、103cm-2程度のc軸方向に伝播するら
せん転位、102〜104cm-2程度のc軸方向に伝播する刃状転位、102〜104cm-2程度のc軸と垂直方向に伝播する転位(基底面転位)が存在している。これらの転位密度は、その基板の品質によって大きく異なる。
The SiC single crystal substrate that is currently marketed, 10 3 cm -2 order of screw dislocations that propagate along the c-axis of the edge dislocations propagating to 10 2 to 10 4 cm -2 order of the c-axis direction, 10 2 There are dislocations (basal plane dislocations) propagating in the direction perpendicular to the c-axis of about 10 4 cm −2 . These dislocation densities vary greatly depending on the quality of the substrate.
また、これらの転位はエピタキシャル膜中にも伝播する。このとき、一部の転位は、その向きを変えることもあることが知られている。一方、基板上にエピタキシャル膜を成長させる際に、新たな転位ループや積層欠陥(8H型、3C型など)が生成されることも知られている。したがって、エピタキシャル膜中には、基板より伝播した転位や積層欠陥に加えて、エピタキシャル成長時に導入された転位や積層欠陥が含まれていることになる。さらに、SiCエピタキシャル膜付き単結晶基板を用いて半導体素子を製造する素子化過程においても、新たに転位や積層欠陥が形成される場合がある。これらの転位や積層欠陥は、そのエピタキシャル膜を用いて形成した半導体素子の耐電圧や信頼性を低下させる。 These dislocations also propagate in the epitaxial film. At this time, it is known that some dislocations may change their directions. On the other hand, it is also known that new dislocation loops and stacking faults (8H type, 3C type, etc.) are generated when an epitaxial film is grown on a substrate. Therefore, the epitaxial film includes dislocations and stacking faults introduced during epitaxial growth in addition to dislocations and stacking faults propagated from the substrate. Further, dislocations and stacking faults may be newly formed even in the process of fabricating a semiconductor device using a single crystal substrate with an SiC epitaxial film. These dislocations and stacking faults lower the withstand voltage and reliability of a semiconductor element formed using the epitaxial film.
最近では、基板中の転位密度やエピタキシャル成長時の転位発生密度を低減させる技術開発が進められている。しかしながら、エピタキシャル膜中の転位や積層欠陥などの結晶欠陥密度をゼロとし、なおかつ産業化できるようなコストおよび基板口径を実現することは難しい状況である。このため、SiCエピタキシャル膜付き単結晶基板を用いて半導体素子を製造する場合、それらの半導体素子は何らかの結晶欠陥を内包する可能性がある。 Recently, technological development has been advanced to reduce the dislocation density in the substrate and the dislocation generation density during epitaxial growth. However, it is difficult to realize a cost and a substrate diameter that can reduce the crystal defect density such as dislocations and stacking faults in the epitaxial film to zero and can be industrialized. For this reason, when manufacturing a semiconductor element using a single crystal substrate with a SiC epitaxial film, these semiconductor elements may contain some crystal defects.
結晶欠陥の中には、半導体素子の初期特性を大幅に劣化させるものもあるが、初期特性には影響が出ずに素子の長期信頼性を低下させるものもある。特に、後者の長期信頼性を低下させるような結晶欠陥を内包する半導体素子は、初期特性においては正常素子と何ら変わらない性能を発揮することもあり、初期特性からの判別が極めて困難である。 Some crystal defects significantly deteriorate the initial characteristics of the semiconductor element, but some deteriorate the long-term reliability of the element without affecting the initial characteristics. In particular, the latter semiconductor element including a crystal defect that deteriorates long-term reliability may exhibit performance that is not different from a normal element in initial characteristics, and is extremely difficult to discriminate from the initial characteristics.
これまでに、エピタキシャル膜付きSiC単結晶基板内に含まれる転位や積層欠陥による、SiCショットキーバリヤダイオードやMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)ゲー
ト構造の長期信頼性低下が報告されている。例えば、このような長期信頼性を有しない半導体素子をインバータなどの応用機器に組み込んだ場合には、当該応用機器の信頼性が大幅に低下することになる。このため、長期信頼性を低下させるような結晶欠陥を内包する半導体素子をスクリーニングするための判別手法の確立が望まれている。
So far, long-term reliability degradation of SiC Schottky barrier diodes and MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) gate structures due to dislocations and stacking faults contained in the SiC single crystal substrate with an epitaxial film has been reported. For example, when such a semiconductor element that does not have long-term reliability is incorporated in an application device such as an inverter, the reliability of the application device is significantly reduced. For this reason, establishment of a discriminating method for screening a semiconductor element containing a crystal defect that degrades long-term reliability is desired.
上記のような結晶欠陥を含んだ半導体素子の判別、スクリーニング手法を確立するためには、エピタキシャル膜付きSiC単結晶基板内に含まれる転位や積層欠陥などの結晶欠陥を高速かつ高精度に検出し、その基板面内での位置情報を得る必要がある。すなわち、半導体素子の形成前や、形成プロセス中に、そのエピタキシャル膜付きSiC単結晶基板内に含まれる転位や積層欠陥などの結晶欠陥の位置情報を得ることによって、素子完成後にその結晶欠陥位置情報に応じて、結晶欠陥を内包する半導体素子を判別し、スクリーニング処理を行うことが考えられる。 In order to establish a method for discriminating and screening semiconductor elements containing crystal defects as described above, crystal defects such as dislocations and stacking faults contained in an SiC single crystal substrate with an epitaxial film are detected at high speed and with high accuracy. It is necessary to obtain position information in the substrate surface. That is, by obtaining positional information of crystal defects such as dislocations and stacking faults contained in the SiC single crystal substrate with the epitaxial film before or during the formation process of the semiconductor element, the crystal defect positional information after the element is completed. Depending on the situation, it is conceivable to perform a screening process by discriminating a semiconductor element containing a crystal defect.
エピタキシャル膜付きSiC単結晶基板内に含まれる転位や積層欠陥などの結晶欠陥を非破壊で検出する手法としては、フォトルミネッセンス法(特許文献1)、カソードルミネッセンス法、エレクトロルミネッセンス法(非特許文献1,2)、トポグラフ法などが報告されている。これらの手法を用いたマッピング測定によって、エピタキシャル膜付きSiC単結晶基板内の転位や積層欠陥の位置情報を得ることが可能である。 Non-destructive detection of crystal defects such as dislocations and stacking faults contained in an SiC single crystal substrate with an epitaxial film includes a photoluminescence method (Patent Document 1), a cathode luminescence method, and an electroluminescence method (Non-Patent Document 1). 2), and the topographic method has been reported. By mapping measurement using these methods, it is possible to obtain position information of dislocations and stacking faults in the SiC single crystal substrate with an epitaxial film.
また、非特許文献3において、マイクロパイプと呼ばれるような大型の結晶欠陥に対して、その位置情報をあらかじめ得ることで、素子形成パターンに反映することが報告されている。
In
また、特許文献1には、基底面転位の位置情報をフォトルミネッセンス法により検出し、素子形成に反映させることが記載されている。
しかしながら、上記の従来手法においては、マイクロパイプのような大型結晶欠陥以外
の各種転位や積層欠陥に対するエピタキシャル膜付きSiC単結晶基板内の位置情報を高速かつ高精度に得ることが難しい。このため、素子形成に使用する全ての基板に対して、転位や積層欠陥の位置情報を予め得ることが、実用化レベルでは実質的に不可能であった。
However, in the above-mentioned conventional method, it is difficult to obtain position information in the SiC single crystal substrate with an epitaxial film for various dislocations and stacking faults other than large crystal defects such as micropipes at high speed and with high accuracy. For this reason, it is practically impossible to obtain positional information on dislocations and stacking faults in advance for all substrates used for element formation at a practical level.
したがって、素子形成完了後に、どの素子がどの種の結晶欠陥を内包しているかの情報が得られずに、特に、長期信頼性を低下させる結晶欠陥を内包する半導体素子を判別することが困難であった。このため、長期信頼性を有しない半導体素子のスクリーニング技術の開発が望まれていた。 Therefore, after completing the element formation, it is difficult to determine which semiconductor element contains a crystal defect that degrades long-term reliability without obtaining information on which element contains which kind of crystal defect. there were. For this reason, it has been desired to develop a screening technique for a semiconductor element having no long-term reliability.
そして、このように素子形成に使用する全ての基板に対して転位や積層欠陥の情報を予め得ることが実質不可能であったことから、エピタキシャル膜付きSiC単結晶基板内の転位や積層欠陥の存在しない領域に半導体素子を形成する手法や、転位や積層欠陥の位置に対応して素子構造を変更して半導体素子を形成する手法が実現されていなかった。 And since it was virtually impossible to obtain in advance information on dislocations and stacking faults for all the substrates used for element formation in this way, dislocations and stacking faults in the SiC single crystal substrate with an epitaxial film were not possible. A method for forming a semiconductor element in a non-existing region or a method for forming a semiconductor element by changing the element structure corresponding to the position of dislocation or stacking fault has not been realized.
例えば、フォトルミネッセンス(Photoluminescence:PL)法を用いた従来の手法で
は、図14に示すように、励起光源としてレーザーを用い、レーザー光101を炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面に集光して測定スポットSへ照射する。この測定スポットSからのPL光102を含む採取光を、光選択手段としての分光器103またはバンドパスフィルタへ通過させることによりPL光の波長域の光が取り出され、光電子増倍管、CCD等の光検出器104を用いて測定スポットSにおけるPL信号が検出される。そして、レーザー光101をウェハ面内で走査することで、測定スポットSごとのウェハ面内における発光情報が記録されウェハ面についての結晶欠陥位置の2次元情報が得られる。
For example, in the conventional method using the photoluminescence (PL) method, as shown in FIG. 14, a laser is used as an excitation light source, and
しかしこの従来の方法では、マイクロパイプのような大型結晶欠陥以外の各種転位や積層欠陥などを十分な精度で検出できる高い2次元分解能の結晶欠陥情報を得るためには、レーザースポット径または光検出径を小さくし、測定スポット数を多くする必要がある。そして近年では、SiC単結晶ウェハの口径が大型化し、例えば6インチまでのサイズのウェハを検査することが想定されるが、このような大口径基板に対して高分解能の結晶欠陥情報を得るためには極めて多くの測定スポット数が必要となり、測定時間の長時間化が問題となっていた。 However, with this conventional method, in order to obtain crystal defect information with high two-dimensional resolution that can detect various dislocations and stacking faults other than large crystal defects such as micropipes with sufficient accuracy, laser spot diameter or light detection is used. It is necessary to reduce the diameter and increase the number of measurement spots. In recent years, the diameter of a SiC single crystal wafer has been increased, and for example, it is assumed that a wafer having a size of up to 6 inches is inspected. In order to obtain high resolution crystal defect information for such a large diameter substrate. Requires a very large number of measurement spots, and a long measurement time has been a problem.
本発明は、炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造するに際し、ウェハ面内におけるエピタキシャル膜が内包する結晶欠陥、具体的にはマイクロパイプのような大型の結晶欠陥ではない転位、積層欠陥のような結晶欠陥の位置およびその種類を特定し、これに基づいて、結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を製造することを目的としている。 When manufacturing a silicon carbide semiconductor element from a silicon carbide single crystal wafer for manufacturing a semiconductor element in which an epitaxial film is formed on a silicon carbide single crystal substrate, the present invention includes a crystal defect included in the epitaxial film in the wafer surface, Specifically, the location and type of crystal defects such as dislocations and stacking faults that are not large crystal defects such as micropipes are identified, and based on this, silicon carbide has no effect on device characteristics due to crystal defects The object is to manufacture a semiconductor device.
また本発明は、上記結晶欠陥の位置およびその種類を高速かつ高精度で検出し、これにより、素子形成に使用する全ての基板に対して実用的に十分な程度に高速に、かつ正確に結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を製造することを目的としている。 In addition, the present invention detects the position and type of the crystal defect at high speed and with high accuracy, thereby enabling the crystal to be crystallized at high speed and accurately to a practically sufficient level for all substrates used for element formation. An object of the present invention is to manufacture a silicon carbide semiconductor element that does not affect element characteristics due to defects.
第1の本発明に係る炭化珪素半導体素子の製造方法は、炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
半導体素子形成前または半導体素子形成過程において、
前記ウェハ面内における測定位置から、励起光の照射または電圧印加による励起よって発光を生じさせ、
光検出器によって前記測定位置からの発光を、1mm 2 以上の面積を一括して検出し、
当該発光を検出する操作を、ウェハ面内における各測定位置を走査することによりウェハ面内における全ての測定位置について行い、
これにより得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記発光に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における転位および/または積層欠陥の位置および種類の情報と、ウェハ面内に形成する半導体素子の位置情報とを照合して、各半導体素子の形成領域内に含まれる転位および/または積層欠陥の種類および密度の情報を取得し、
半導体素子の形成を完了した後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離し、
予め得ておいた、各半導体素子の形成領域内に含まれる前記転位および/または積層欠陥の種類および密度の情報に基づいて、切断分離された半導体素子をスクリーニングすることを特徴としている。
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first aspect of the present invention is a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device from a silicon carbide single crystal wafer for manufacturing a semiconductor device in which an epitaxial film is formed on a silicon carbide single crystal substrate. There,
Before the semiconductor element formation or in the semiconductor element formation process,
From the measurement position in the wafer surface, light emission is caused by excitation light irradiation or voltage excitation,
The light detector detects the light emission from the measurement position in a batch with an area of 1 mm 2 or more ,
The operation to detect the light emission is performed for all measurement positions in the wafer surface by scanning each measurement position in the wafer surface,
Information on the position and type of dislocations and / or stacking faults obtained on the basis of the mapping data relating to light emission of the entire inspection target area in the wafer surface obtained in this way, and formation in the wafer surface To obtain information on the type and density of dislocations and / or stacking faults contained in the formation region of each semiconductor element
After completing the formation of the semiconductor element, each semiconductor element is cut and separated from the wafer,
The semiconductor element cut and separated is screened based on information on the type and density of the dislocations and / or stacking faults contained in the formation region of each semiconductor element, which is obtained in advance.
上記第1の発明によれば、ウェハ面内におけるエピタキシャル膜が内包する転位と積層欠陥の位置およびその種類を特定し、これに基づいて、切断分離された半導体素子をスクリーニングするようにしたので、結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を得ることができる。その結果として、素子を組み込んだインバータなどの応用機器の信頼性を向上させることができる。 According to the first aspect of the invention, the dislocations and stacking fault positions included in the epitaxial film in the wafer surface and the type of the defects are specified, and based on this, the semiconductor elements cut and separated are screened. A silicon carbide semiconductor element that does not affect element characteristics due to crystal defects can be obtained. As a result, the reliability of applied equipment such as an inverter incorporating the element can be improved.
第2の本発明に係る炭化珪素半導体素子の製造方法は、炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
前記ウェハ面内における測定位置から、励起光の照射または電圧印加による励起よって発光を生じさせ、
光検出器によって前記測定位置からの発光を、1mm 2 以上の面積を一括して検出し、
当該発光を検出する操作を、ウェハ面内における各測定位置を走査することによりウェハ面内における全ての測定位置について行い、
これにより得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記発光に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における特定の転位および/または積層欠陥の位置情報に基づいて、ウェハ面内における各半導体素子の形成位置を決定し、
前記決定された形成位置に半導体素子を形成し、
半導体素子の形成を完了した後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離することを特徴としている。
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device from a silicon carbide single crystal wafer for manufacturing a semiconductor device in which an epitaxial film is formed on a silicon carbide single crystal substrate. There,
From the measurement position in the wafer surface, light emission is caused by excitation light irradiation or voltage excitation,
The light detector detects the light emission from the measurement position in a batch with an area of 1 mm 2 or more ,
The operation to detect the light emission is performed for all measurement positions in the wafer surface by scanning each measurement position in the wafer surface,
Based on the position information of specific dislocations and / or stacking faults in the wafer surface obtained based on the mapping data relating to the light emission of the entire inspection target region in the wafer surface obtained in this way, Determine the formation position of each semiconductor element,
Forming a semiconductor element at the determined formation position;
After the formation of the semiconductor elements is completed, each semiconductor element is cut and separated from the wafer.
上記第2の発明によれば、ウェハ面内におけるエピタキシャル膜が内包する、条件に応じた特定種類の転位および積層欠陥の位置を特定し、これに基づいて、ウェハ面内における長期信頼性などの素子特性に悪影響を与える結晶欠陥が存在しない領域に半導体素子を形成するようにしたので、結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を得ることができると共に、特定の結晶欠陥を内包する半導体素子の個数を低減することができる。また、その結果として、素子を組み込んだインバータなどの応用機器の信頼性を向上させることができる。 According to the second aspect of the invention, the position of a specific type of dislocations and stacking faults according to conditions contained in the epitaxial film in the wafer surface is specified, and based on this, long-term reliability in the wafer surface, etc. Since the semiconductor element is formed in a region where there is no crystal defect that adversely affects the element characteristics, a silicon carbide semiconductor element that does not affect the element characteristics due to the crystal defect can be obtained, and a specific crystal defect is included. The number of semiconductor elements to be reduced can be reduced. As a result, the reliability of applied equipment such as an inverter incorporating an element can be improved.
第3の本発明に係る炭化珪素半導体素子の製造方法は、炭化珪素単結晶基板の上にエピタキシャル膜が形成された半導体素子製造用の炭化珪素単結晶ウェハから炭化珪素半導体素子を製造する方法であって、
半導体素子形成前または半導体素子形成過程において、
前記ウェハ面内における測定位置から、励起光の照射または電圧印加による励起よって発光を生じさせ、
光検出器によって前記測定位置からの発光を、1mm 2 以上の面積を一括して検出し、
当該発光を検出する操作を、ウェハ面内における各測定位置を走査することによりウェハ面内における全ての測定位置について行い、
これにより得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記発光に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における特定の転位および/または積層欠陥の位置情報に基づいて、半導体素子の形成を完了した後または半導体素子の形成過程において、前記転位および/または積層欠陥が存在する部分に対して、当該部分の素子特性に対する影響を低減するために当該部分を不活性化する構造を付加する不活性化処理を行い、
その後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離することを特徴としている。
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to a third aspect of the present invention is a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device from a silicon carbide single crystal wafer for manufacturing a semiconductor device in which an epitaxial film is formed on a silicon carbide single crystal substrate. There,
Before the semiconductor element formation or in the semiconductor element formation process,
From the measurement position in the wafer surface, light emission is caused by excitation light irradiation or voltage excitation,
The light detector detects the light emission from the measurement position in a batch with an area of 1 mm 2 or more ,
The operation to detect the light emission is performed for all measurement positions in the wafer surface by scanning each measurement position in the wafer surface,
Formation of a semiconductor element based on positional information of specific dislocations and / or stacking faults in the wafer surface obtained based on the mapping data relating to the light emission of the entire inspection target region in the wafer surface thus obtained After the completion of the process or in the process of forming the semiconductor element, a structure for inactivating the part is added to the part where the dislocation and / or stacking fault is present in order to reduce the influence on the element characteristic of the part. Deactivate it,
Thereafter, each semiconductor element is cut and separated from the wafer.
上記第3の発明における好ましい態様では、前記半導体素子は、ショットキー接合型半導体素子であり、
ショットキー接合が形成される位置におけるエピタキシャル膜内の転位または積層欠陥が存在する部分に対して、前記不活性化処理として、当該エピタキシャル膜の表面部分に、当該エピタキシャル膜の導電型とは反対の導電型の領域を局所的に形成する。
In a preferred aspect of the third invention, the semiconductor element is a Schottky junction semiconductor element,
For the portion where dislocations or stacking faults exist in the epitaxial film at the position where the Schottky junction is formed, as the deactivation treatment, the surface portion of the epitaxial film is opposite to the conductivity type of the epitaxial film. A conductive type region is locally formed.
上記第3の発明における好ましい別の態様では、前記半導体素子は、MOSゲート型半導体素子であり、
前記不活性化処理として、前記エピタキシャル膜内における転移が存在する部分の表面に形成されたMOSゲート構造を除去する。
In another preferred aspect of the third invention, the semiconductor element is a MOS gate type semiconductor element,
As the deactivation treatment, the MOS gate structure formed on the surface of the portion where the transition exists in the epitaxial film is removed.
上記第3の発明によれば、ウェハ面内におけるエピタキシャル膜が内包する、条件に応じた特定種類の転位および積層欠陥の位置を特定し、これに基づいて、ウェハ面内における長期信頼性などの素子特性に悪影響を与える結晶欠陥が存在する部分に、素子特性に悪影響が及ばないような別途新たな工程を適用し、結晶欠陥部を不活性化するようにしたので、結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を得ることができる。その結果として、素子を組み込んだインバータなどの応用機器の信頼性を向上させることができる。 According to the third aspect of the invention, the position of a specific type of dislocations and stacking faults depending on conditions contained in the epitaxial film in the wafer surface is specified, and based on this, long-term reliability in the wafer surface, etc. Since a new process that does not adversely affect the device characteristics is applied to the portion where the crystal defects that adversely affect the device characteristics exist, the crystal defects are deactivated. A silicon carbide semiconductor element that is not affected by the above can be obtained. As a result, the reliability of applied equipment such as an inverter incorporating the element can be improved.
上記第1〜第3の発明における特に好ましい態様では、前記ウェハ面内における、2次元CCDアレイによって発光像が一括検出される一括測定領域を前記測定位置として、当該一括測定領域から、励起光の照射または電圧印加による励起によって発光を生じさせ、
2次元CCDアレイによって前記一括測定領域からの発光を検出し、これにより、該一括測定領域におけるアレイに対応した各位置からの発光に関する2次元情報を一括取得し、
当該2次元情報を一括取得する操作を、ウェハ面内における各一括測定領域を走査することによりウェハ面内における全ての一括測定領域について行い、
これにより、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記発光に関するマッピングデータを得る。
In a particularly preferred aspect of the first to third aspects of the invention, a collective measurement area in the wafer surface where emission images are collectively detected by a two-dimensional CCD array is used as the measurement position, and excitation light is emitted from the collective measurement area. Causes light emission by irradiation or excitation by voltage application,
Light emission from the collective measurement region is detected by a two-dimensional CCD array, thereby obtaining two-dimensional information relating to light emission from each position corresponding to the array in the collective measurement region,
The operation for acquiring the two-dimensional information at once is performed for all the batch measurement regions in the wafer surface by scanning each batch measurement region in the wafer surface,
Thereby, mapping data relating to the light emission of the entire inspection target region in the wafer surface is obtained.
この態様によれば、光源からの光をウェハ面にスポット照射して測定スポットごとにウェハ面からの発光を検出するのではなく、広域の一括測定領域を励起して、2次元CCDアレイによって一括測定領域の2次元発光情報を一括取得し、一括測定領域ごとに走査するようにしたので、転位および積層欠陥の位置を特定するための十分な分解能を維持しつつ測定時間を大幅に短縮することができる。 According to this aspect, the light from the light source is spot-irradiated on the wafer surface and light emission from the wafer surface is not detected for each measurement spot, but a large collective measurement region is excited and the two-dimensional CCD array collectively Since the two-dimensional emission information of the measurement area is acquired in a batch and scanned for each batch measurement area, the measurement time can be greatly shortened while maintaining sufficient resolution to identify the positions of dislocations and stacking faults. Can do.
したがって、素子形成に使用する全ての基板に対して実用的に十分な程度に高速に、かつ正確に結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を製造することができる。 Therefore, it is possible to manufacture a silicon carbide semiconductor element that does not affect the element characteristics due to crystal defects accurately and at a high speed that is practically sufficient for all the substrates used for element formation.
上記第1〜第3の発明における具体的な態様の一つでは、前記ウェハ面内における測定位置に励起光を照射することにより、当該測定位置からフォトルミネッセンス光を生じさせ、
光検出器によって前記測定位置からのフォトルミネッセンス光を検出し、
当該フォトルミネッセンス光を検出する操作を、ウェハ面内における各測定位置を走査することによりウェハ面内における全ての測定位置について行い、
これにより、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記フォトルミネッセンス光に関するマッピングデータを得る。
In one of the specific aspects in the first to third inventions, by irradiating the measurement position in the wafer surface with excitation light, photoluminescence light is generated from the measurement position,
Detect photoluminescence light from the measurement position by a photodetector,
The operation for detecting the photoluminescence light is performed for all measurement positions in the wafer surface by scanning each measurement position in the wafer surface,
Thereby, mapping data relating to the photoluminescence light of the entire inspection target region in the wafer surface is obtained.
上記第1〜第3の発明における具体的な別の態様では、前記ウェハ面内における測定位置に電圧を印加することにより、当該測定位置からエレクトロルミネッセンス光を生じさせ、
光検出器によって前記測定位置からのエレクトロルミネッセンス光を検出し、
当該エレクトロルミネッセンス光を検出する操作を、ウェハ面内における各測定位置を走査することによりウェハ面内における全ての測定位置について行い、
これにより、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記エレクトロルミネッセンス光に関するマッピングデータを得る。
In another specific aspect in the first to third inventions, by applying a voltage to the measurement position in the wafer surface, electroluminescence light is generated from the measurement position,
Detecting the electroluminescence light from the measurement position by a photodetector;
The operation of detecting the electroluminescence light is performed for all measurement positions in the wafer surface by scanning each measurement position in the wafer surface,
Thereby, mapping data relating to the electroluminescence light of the entire inspection target region in the wafer surface is obtained.
本発明によれば、ウェハ面内におけるエピタキシャル膜が内包する転位や積層欠陥の位置およびその種類を特定し、これに基づいて、結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を製造することができる。 According to the present invention, the position and type of dislocations and stacking faults included in the epitaxial film in the wafer surface are specified, and based on this, a silicon carbide semiconductor device that does not affect the device characteristics due to crystal defects is manufactured. be able to.
また本発明によれば、転位や積層欠陥の位置およびその種類を高速かつ高精度で検出し、これにより、素子形成に使用する全ての基板に対して実用的に十分な程度に高速に、かつ正確に結晶欠陥による素子特性への影響がない炭化珪素半導体素子を製造することができる。 Further, according to the present invention, the position and type of dislocations and stacking faults are detected at high speed and with high accuracy, and thereby, at a high speed that is practically sufficient for all substrates used for element formation, and A silicon carbide semiconductor element that does not affect the element characteristics due to crystal defects can be manufactured accurately.
本発明の方法によって製造可能な半導体素子には、ショットキーバリヤダイオード(S
BD)、接合電界効果トランジスタ(J−FET)、金属/酸化膜/半導体電界効果トラ
ンジスタ(MOS−FET)などのユニポーラ素子、およびpnダイオード、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)、サイリスタ、GTOサイリスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)などのバイポーラ素子が含まれる。
Semiconductor devices that can be manufactured by the method of the present invention include Schottky barrier diodes (S
BD), junction field effect transistor (J-FET), metal / oxide film / semiconductor field effect transistor (MOS-FET) and other unipolar elements, and pn diode, bipolar junction transistor (BJT), thyristor, GTO thyristor, insulated gate Bipolar elements such as type bipolar transistors (IGBT) are included.
本発明の製造方法における結晶欠陥の位置情報取得工程において検出対象となる結晶欠陥の種類には、らせん転位、刃状転位、基底面転位(Basal Plane Dislocation))など
の各種転位、および単層積層欠陥(単層ショックレータイプ積層欠陥:Single Shockley Stacking Fault)、成長時導入積層欠陥(In-grown Stacking Fault)、複層積層欠陥(
複層ショックレータイプ積層欠陥:Double Shockley Stacking Fault)などの各種積層欠陥が含まれる。なお、これらと共にマイクロパイプの位置を検出することを除外するものではない。
[実施例1]
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について工程順に説明する。
(1-1)エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハの用意
最初に、炭化珪素単結晶基板の上に、基板と同一の結晶型のエピタキシャル膜を成長させた炭化珪素単結晶ウェハを用意する。ウェハ状の炭化珪素単結晶基板を切り出すインゴットの製法や、エピタキシャル膜の成長方法としては、前述したように既に各種の方法が開発、実用化され、市販されている。
The types of crystal defects to be detected in the crystal defect position information acquisition step in the manufacturing method of the present invention include various types of dislocations such as screw dislocations, edge dislocations, basal plane dislocations, and single layer stacking. Defect (Single Shockley Stacking Fault), In-grown Stacking Fault, Multilayer Stacking Fault (
Various types of stacking faults such as Double Shockley Stacking Fault) are included. It is not excluded to detect the position of the micropipe together with these.
[Example 1]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the order of steps with reference to the drawings.
(1-1) Preparation of Epitaxial Silicon Carbide Single Crystal Wafer First, a silicon carbide single crystal wafer obtained by growing an epitaxial film of the same crystal type as the substrate on a silicon carbide single crystal substrate is prepared. As described above, various methods have already been developed, put into practical use, and are commercially available as methods for producing an ingot for cutting a wafer-like silicon carbide single crystal substrate and methods for growing an epitaxial film.
検査対象の炭化珪素単結晶ウェハにおけるエピタキシャル膜や基板の結晶型、結晶面、オフ角などは特に限定されるものではなく、例えば、n型4H−SiC基板上にn型4H−SiC膜をエピタキシャル成長させたもの、n型4H−SiCエピタキシャル膜にイオン打ち込みによってp型層を形成したものなど、各種のものが検査対象となる。また、エピタキシャル膜上に酸化膜、窒化膜等の絶縁膜が形成されたもの、エピタキシャル膜表面にエッチング加工が施されたもの等も検査対象となる。
(1-2)素子形成領域の位置情報の取得
図1に示すように、(1-1)で用意した炭化珪素単結晶ウェハ31のエピタキシャル膜
側のウェハ面31Aに、形成すべき半導体素子や結晶欠陥位置をコンピュータへ電子的に格納するときに、ウェハ面31A内における位置を特定するための基準となる微小なマーカー41を形成する。
The epitaxial film and substrate crystal type, crystal plane, off-angle, etc. of the silicon carbide single crystal wafer to be inspected are not particularly limited. For example, an n-type 4H-SiC film is epitaxially grown on an n-type 4H-SiC substrate. Various objects such as those obtained by p-type layer formation by ion implantation on the n-type 4H—SiC epitaxial film are the inspection targets. In addition, those in which an insulating film such as an oxide film and a nitride film is formed on the epitaxial film, and those in which the surface of the epitaxial film is etched are also inspected.
(1-2) Acquisition of Position Information of Element Forming Region As shown in FIG. 1, the semiconductor elements to be formed on the
マーカー41は、リアクティブイオンエッチングなどの手法を用いてウェハ面31Aの表面に凹凸をつけることで形成することができ、このマーカー41は通常、ウェハ面31A内に多数形成される(図1では簡略化して4個のみ示している)。
The
マーカー41を形成した後、後述する結晶欠陥検査装置のコンピュータは、これを基準として形成すべき半導体素子の位置座標を算出し、記憶部に格納する。このようにして、ウェハ面内に形成する半導体素子の素子形成領域D1、D2・・・の位置情報を取得する。
After forming the
最終的にウェハから素子を切断分離する等のために、素子形成領域D1、D2・・・はそれぞれ互いに離間している。多くの場合、直径数インチ、例えば2〜6インチの炭化珪素単結晶ウェハ31内に、1mm2〜数cm2の半導体素子が多数形成される。
The element formation regions D1, D2,... Are separated from each other in order to finally cut and separate the elements from the wafer. In many cases, a large number of semiconductor elements of 1 mm 2 to several cm 2 are formed in a silicon carbide
素子形成領域D1、D2・・・の位置情報を取得した後、ウェハ面31A内における転位や積層欠陥などの各種結晶欠陥の位置を検出する工程が行われるが、その前に、素子形成工程の一部を行ってもよい。
(1-3)結晶欠陥の位置情報の取得
次に、以下に説明する検査装置を用いて、図2に示すようにウェハ面31A内における結晶欠陥の位置51の情報を取得する。結晶欠陥の検査装置としては、図3に示すようなフォトルミネッセンス光のマッピング測定装置、図6に示すようなエレクトロルミネッセンス光のマッピング測定装置が用いられる。
After acquiring the position information of the element formation regions D1, D2,..., A step of detecting the positions of various crystal defects such as dislocations and stacking faults in the
(1-3) Acquisition of Crystal Defect Position Information Next, using an inspection apparatus described below, information on crystal defect positions 51 in the
図3は、炭化珪素単結晶ウェハからのフォトルミネッセンス光をマッピング測定することによりウェハ面内における結晶欠陥の位置を検出する検査装置の概略構成を示した上面図、図4は、この検査装置による測定方法を概念的に示した図である。同図の検査装置1aは、励起光源としてLEDアレイ2を備えている。
FIG. 3 is a top view showing a schematic configuration of an inspection apparatus for detecting the position of a crystal defect in the wafer surface by mapping measurement of photoluminescence light from a silicon carbide single crystal wafer, and FIG. 4 is based on this inspection apparatus. It is the figure which showed the measuring method notionally. The
また検査装置1aは、LEDアレイ2からの励起光33を炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面内の測定位置に導くための励起光用光学系を構成する反射/透過鏡3、X方向移動ステージ4に固定された反射鏡5、Y方向移動ステージ6に固定された反射鏡7、および対物レンズ8を備えており、LEDアレイ2からの励起光33は、反射/透過鏡3で反射された後、反射鏡5で反射されてY方向へ向かい、その後、反射鏡7で下方へ反射されてその下の対物レンズ8で集光され炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面内における測定位置に照射される。図4に示すように、この測定位置はスポットではなく広域、例えば1〜10mm2の一括測定領域Aとなっており、励起光33は、一括測定領域Aの全体へ均
一に照射される。
The
この一括測定領域Aに励起光を照射することにより炭化珪素単結晶ウェハ31から発し
たフォトルミネッセンス光(PL光34)は、2次元CCDアレイ9によって検出され、一括測定領域Aにおけるアレイに対応した各位置からのPL光34に関する2次元情報が一括取得される。
Photoluminescence light (PL light 34) emitted from the silicon carbide
図1のように光源としてLEDアレイ2を使用するか、あるいはレーザー光からの出射光のビーム径をビームエキスパンダで広げる等の手段を適用することによって、炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面の広域へ均一な強度の励起光を照射することができる。一括測定領域Aの面積は、1〜10mm2程度か、あるいはそれ以上であることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
炭化珪素単結晶ウェハ31のエピタキシャル膜における転位や積層欠陥の情報を高精度に得るためには、1〜20ミクロン程度の2次元分解能が必要となるが、このような分解能で1〜10mm2の一括情報取得を実現するには、1000×1000ピクセル/cm2程度の2次元CCDアレイ9を用いる必要がある。
In order to obtain information dislocations and stacking faults in the epitaxial layer of silicon carbide
励起光用光学系を構成する対物レンズ8、反射鏡7、反射鏡5、および反射/透過鏡3は同時に、一括測定領域AからのPL像を2次元CCDアレイ9に導く検出用光学系を構成しており、一括測定領域AからのPL光34は、励起光33と同一の経路で反射/透過鏡3まで到達した後、反射/透過鏡3を透過して2次元CCDアレイ9で検出される。
The objective lens 8, the reflecting mirror 7, the reflecting
積層欠陥からの発光強度を高めるためには、冷却装置を用いて炭化珪素単結晶ウェハ31を冷却し、低温に維持しながら測定することが好ましい。積層欠陥からの発光強度を最大とする点からは、炭化珪素単結晶ウェハ31の冷却温度を80〜150K程度とすることが好ましく、冷却が簡便である点では、150〜250K程度とすることが好ましい。
In order to increase the emission intensity from the stacking fault, it is preferable to measure the silicon carbide
測定時における検査装置1aの各構成要素の操作は、コンピュータ10によって統括制御され、2次元CCDアレイ9からの電気信号は、増幅されA/D変換された後、コンピュータ10に取り込まれる。
The operation of each component of the
以上のような構成を備えた検査装置1aを用いて、次のようにして炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面内における結晶欠陥の位置を検出する測定が行われる。図5(a)に示すように、炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31Aには、(1-2)で上述したように
マーカー41が形成されており、これを基準として、コンピュータ10には予め素子形成領域D1、D2・・・の位置情報が格納されている。
Using the
また、ウェハ面31A内に配列された多数の素子形成領域D1、D2・・・の中の各一括測定領域A(x1,y1)、A(x2,y1)・・・の位置情報と、その中の2次元CCDアレイ9のピクセルに対応する位置情報も同様に、マーカー41を基準として特定することができる。
Further, position information of the collective measurement areas A (x1, y1), A (x2, y1)... Among the many element formation areas D1, D2. Similarly, the position information corresponding to the pixels of the inside two-
図3のX方向移動ステージ4およびY方向移動ステージ6を不図示のコントローラによって移動させることにより、炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31A内における測定位置を図5(a)の素子形成領域D1の一括測定領域A(x1,y1)に合わせて励起光をウェハ面31Aに照射することにより、2次元CCDアレイ9は、一括測定領域A(x1,y1)におけるアレイに対応した各位置からのPL光に関する2次元情報を一括取得する。
By moving the X direction moving stage 4 and the Y
一括測定領域A(x1,y1)におけるPL光の2次元情報を2次元CCDアレイ9によって一括取得した後、図3のX方向移動ステージ4を移動させることにより炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31A内における測定位置を一括測定領域A(x2,y1)に移動させる。そして上記と同様にしてPL光の2次元情報を2次元CCDアレイ9によっ
て一括取得する。
After two-dimensional information of PL light in the collective measurement region A (x1, y1) is acquired by the two-
このようにして素子形成領域D1内の全ての一括測定領域A(x1,y1),A(x2,y1)・・・について走査を行うことにより、素子形成領域D1全体についてのPL光に関する情報が取得される。 Thus, by scanning all the collective measurement areas A (x1, y1), A (x2, y1)... In the element forming area D1, information on the PL light for the entire element forming area D1 is obtained. To be acquired.
そして、ウェハ面31A内における全ての素子形成領域D1、D2・・・についてこのような測定をすることにより、全ての素子形成領域D1、D2・・・について、すなわちウェハ面31A内における検査対象領域全体ついてのPL光に関するマッピングデータが取得される。
.. Are measured for all element forming regions D1, D2,... In the
コンピュータ10は、2次元CCDアレイ9のピクセルに基づくこのマッピングデータを、演算処理装置によって解析し、転位や積層欠陥などの結晶欠陥の種類およびその位置情報を算出する。
The
結晶欠陥の有無は、PL光の強度によって判別することができ、例えば、2次元CCDアレイ9として、カラーCCD(3−CCD)、バンドパスフィルタ切り替え式CCD等を使用することにより、結晶欠陥の有無によって発光強度が大幅に変化する波長域の光を選択的に検出することができる。基底面転位の発光波長は約420nm、単層積層欠陥(単層ショックレータイプ積層欠陥:Single Shockley Stacking Fault)の発光波長は約420nm、成長時導入積層欠陥(In-grown Stacking Fault)の発光波長は約470nm
、複層積層欠陥(複層ショックレータイプ積層欠陥:Double Shockley Stacking Fault)の発光波長は約510nmであり、このような発光波長の強度に基づいて結晶欠陥の有無を判別できる。
The presence or absence of crystal defects can be determined by the intensity of PL light. For example, by using a color CCD (3-CCD), a band-pass filter switching type CCD, or the like as the two-
The emission wavelength of a double layer stacking fault (double shockley stacking fault) is about 510 nm, and the presence or absence of a crystal defect can be determined based on the intensity of such a light emission wavelength.
例えば、結晶欠陥のない炭化珪素単結晶ウェハの発光スペクトルを検査開始前に予め測定してコンピュータ10の記憶部に格納しておき、ウェハの測定により得られた光強度をこの基準となる発光スペクトルと比較し、結晶欠陥の有無を判定する。
For example, the emission spectrum of a silicon carbide single crystal wafer having no crystal defects is measured in advance before starting the inspection and stored in the storage unit of the
また、コントラスト等として把握される欠陥形状の画像解析等によって、転位、積層欠陥等の結晶欠陥の種類を判別することができる。
このようにして、図5(b)に示すように、一括測定領域A(x1,y1)等の各測定位置における結晶欠陥の位置51およびその種類、すなわちウェハ面31A内の検出対象領域全体における結晶欠陥の位置51およびその種類が取得され、コンピュータ10に格納される。
Also, the type of crystal defects such as dislocations and stacking faults can be determined by image analysis of the defect shape grasped as contrast or the like.
In this way, as shown in FIG. 5B, the
なお、以上に説明したようなPL測定において、一括測定領域への広域照射が適用可能な手段の具体例としては、LEDアレイを光源として用いる方法の他、複数のLEDを組み合わせた光源を用いる方法、レーザー光からの出射光のビーム径をビームエキスパンダなどを用いて広げる方法、複数のレーザーを組み合わせた光源を用いる方法などが挙げられる。検査対象がエピタキシャル膜付きSiC単結晶基板である場合には、SiC単結晶のバンドギャップに相当する波長以下となる380nm以下の発光波長を有する光源を使用する。また、エピタキシャル膜の膜厚等に応じて、膜内に存在する結晶欠陥を十分に検出できるような照射強度が得られるものを使用する。 In the PL measurement as described above, specific examples of means that can apply wide-area irradiation to the collective measurement region include a method of using a light source in which a plurality of LEDs are combined in addition to a method of using an LED array as a light source. And a method of expanding the beam diameter of the emitted light from the laser light by using a beam expander or the like, a method of using a light source combining a plurality of lasers, and the like. When the inspection target is an SiC single crystal substrate with an epitaxial film, a light source having an emission wavelength of 380 nm or less, which is equal to or less than the wavelength corresponding to the band gap of the SiC single crystal, is used. In addition, a film having an irradiation intensity that can sufficiently detect crystal defects existing in the film is used according to the film thickness of the epitaxial film.
また、本実施例では、炭化珪素単結晶ウェハを固定し、X方向ステージおよびY方向ステージを移動させることによって走査するようにしたが、本発明では、ウェハ面と、測定光学系を構成する励起光用光学系および検出用光学系の少なくとも一部と、を相対移動させて、ウェハ面内の測定位置を順次移動させるようにすればよく、例えば、従来のウェハに対するマッピング測定に使用されているような、測定光学系を固定してウェハを移動さ
せることによりウェハ面内を走査する手法を適用してもよい。
In this embodiment, the silicon carbide single crystal wafer is fixed and scanning is performed by moving the X direction stage and the Y direction stage. However, in the present invention, the wafer surface and the excitation constituting the measurement optical system are used. The optical position of the optical system and at least a part of the optical system for detection may be relatively moved to sequentially move the measurement position in the wafer surface. For example, it is used for conventional mapping measurement on a wafer. A method of scanning the wafer surface by moving the wafer while fixing the measurement optical system may be applied.
図6は、炭化珪素単結晶ウェハからのエレクトロルミネッセンス光をマッピング測定することによりウェハ面内における結晶欠陥の位置を検出する検査装置の概略構成を示した図、図7(a)は、この検査装置による結晶欠陥検査の対象である炭化珪素単結晶ウェハの面内に配列された素子形成領域および、その中に配列された2次元CCDアレイによる一括測定領域を示した図、図7(b)は、一括測定領域を拡大して示した図である。 FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an inspection apparatus that detects the position of a crystal defect in the wafer surface by performing mapping measurement of electroluminescence light from a silicon carbide single crystal wafer, and FIG. FIG. 7B is a diagram showing an element formation region arranged in the plane of a silicon carbide single crystal wafer which is a target for crystal defect inspection by the apparatus, and a collective measurement region by a two-dimensional CCD array arranged therein. These are the figures which expanded and showed the collective measurement area | region.
同図の検査装置1bにおいて、不図示のコントローラによってX−Y方向へ移動可能な可動ステージ24の上に固定された検査対象である炭化珪素単結晶ウェハ31のエピタキシャル膜31bの上には、電極となる透明蒸着薄膜電極22が形成されている。一方、ウェハ裏面には、裏面全域に、蒸着によって裏面電極23が形成されており、炭化珪素単結晶ウェハ31は、裏面電極23が接地プレート25の上に接触するように載置されている。
In the inspection apparatus 1b of the same figure, an electrode is formed on the
透明蒸着薄膜電極22と、接地された裏面電極23との間に、電源21によって電圧を印加することにより、ウェハ面内における透明蒸着薄膜電極22の直下の測定位置からEL光35が発生する。このEL光35は、2次元CCDアレイ9によって検出される。
When a voltage is applied by the
2次元CCDアレイ9と、炭化珪素単結晶ウェハ31との間には、特に符号を用いて図示していないが、例えば、コリメート用のレンズや反射鏡など、測定位置からのEL光35を2次元CCDアレイ9に導く検出用光学系が必要に応じて設置される。
Between the two-
透明蒸着薄膜電極22は、Al、Ni等の金属を、抵抗蒸着、スパッタ等によって、EL光35の検出波長域における波長よりも薄い厚さで蒸着することによって形成されており、好ましくは、SiC半導体のバンドギャップに相当する波長380nm以下の膜厚を有している。
The transparent vapor-deposited
透明蒸着薄膜電極22は、図6および図7(b)に示すように、1つの測定位置に対応する2次元CCDアレイ9による一括測定領域Aごとに離間して多数形成されている。透明蒸着薄膜電極22および一括測定領域Aの面積は、1〜10mm2程度か、あるいはそ
れ以上であることが好ましい。
As shown in FIGS. 6 and 7B, a large number of transparent vapor-deposited thin-
測定位置の一括測定領域Aの直上にある透明蒸着薄膜電極22に電源21より電圧を印加することにより一括測定領域Aから発したEL光35は、2次元CCDアレイ9によって検出され、一括測定領域Aにおけるアレイに対応した各位置からのEL光35に関する2次元情報が一括取得される。
The EL light 35 emitted from the collective measurement area A by applying a voltage from the
透明蒸着薄膜電極22に印加する電圧は、通常は±数V〜数百Vである。
炭化珪素単結晶ウェハ31のエピタキシャル膜31b内における転位や積層欠陥の情報を高精度に得るためには、1〜20ミクロン程度の2次元分解能が必要となるが、このような分解能で1〜10mm2の一括情報取得を実現するには、1000×1000ピクセ
ル/cm2程度の2次元CCDアレイ9を用いる必要がある。
The voltage applied to the transparent vapor-deposited
In order to obtain information on dislocations and stacking faults in the
可動ステージ24を用いたマッピング測定には、例えば、自動または半自動のプロービングステーションを用いることができ、測定位置における透明蒸着薄膜電極22への電圧印加は、例えば、プロービングステーションに設置され電源21と電気的に接続されたプローブピン26を透明蒸着薄膜電極22上へ自動的に接触させる方式で行うことができる。
For mapping measurement using the
測定時における炭化珪素単結晶ウェハ31の温度は、室温または、積層欠陥からの発光強度が増大する80〜300K程度が好ましい。室温以下で測定する場合には、冷却装置を設置して炭化珪素単結晶ウェハ31を冷却し、低温に維持しながら測定する。
The temperature of silicon carbide
測定時における検査装置1bの各構成要素の操作は、図6のコンピュータ10によって統括制御され、2次元CCDアレイ9からの電気信号は、増幅されA/D変換された後、コンピュータ10に取り込まれる。
The operation of each component of the inspection apparatus 1b at the time of measurement is comprehensively controlled by the
以上のような構成を備えた検査装置1bを用いて、次のようにして炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面内における結晶欠陥の位置を検出する測定が行われる。図7(a)に示すように、炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31Aには、(1-2)で上述したように
マーカー41が形成されており、これを基準として、コンピュータ10には予め素子形成領域D1、D2・・・の位置情報が格納されている。
Using the inspection apparatus 1b having the above-described configuration, measurement for detecting the position of the crystal defect in the wafer surface of the silicon carbide
また、ウェハ面31A内に配列された多数の素子形成領域D1、D2・・・の中の各一括測定領域A(x1,y1)、A(x2,y1)・・・の位置情報と、その中の2次元CCDアレイ9のピクセルに対応する位置情報も同様に、マーカー41を基準として特定することができる。
Further, position information of the collective measurement areas A (x1, y1), A (x2, y1)... Among the many element formation areas D1, D2. Similarly, the position information corresponding to the pixels of the inside two-
図6の可動ステージ24を移動させることにより、ウェハ面31A内における測定位置を図7(a)の素子形成領域W1の一括測定領域A(x1,y1)に合わせ、その直上の透明蒸着薄膜電極22上にプローブピン26を接触させて電源21より電圧を印加して、一括測定領域A(x1,y1)を励起して発光させ、2次元CCDアレイ9は、一括測定領域A(x1,y1)におけるアレイに対応した各位置からのEL光35に関する2次元情報を一括取得する。
By moving the
一括測定領域A(x1,y1)におけるEL光の2次元情報を2次元CCDアレイ9によって一括取得した後、図6の可動ステージ24を移動させることにより炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31A内における測定位置を一括測定領域A(x2,y1)に移動させる。そして上記と同様にしてEL光の2次元情報を2次元CCDアレイ9によって一括取得する。
After the two-dimensional information of the EL light in the collective measurement region A (x1, y1) is collectively obtained by the two-
このようにして素子形成領域D1内の全ての一括測定領域A(x1,y1),A(x2,y1)・・・について走査を行うことにより、素子形成領域D1全体についてのEL光に関する情報が取得される。 Thus, by scanning all the collective measurement areas A (x1, y1), A (x2, y1)... In the element forming area D1, information regarding the EL light for the entire element forming area D1 is obtained. To be acquired.
そして、ウェハ面31A内における全ての素子形成領域D1、D2・・・についてこのような測定をすることにより、全ての素子形成領域D1、D2・・・について、すなわちウェハ面31A内における検査対象領域全体ついてのEL光に関するマッピングデータが取得される。
.. Are measured for all element forming regions D1, D2,... In the
コンピュータ10は、2次元CCDアレイ9のピクセルに基づくこのマッピングデータを、演算処理装置によって解析し、転位や積層欠陥などの結晶欠陥の種類およびその位置情報を算出する。
The
結晶欠陥の有無は、EL光の強度によって判別することができ、例えば、2次元CCDアレイ9として、カラーCCD(3−CCD)、バンドパスフィルタ切り替え式CCD等を使用することにより、結晶欠陥の有無によって発光強度が大幅に変化する波長域の光を選択的に検出することができる。
The presence or absence of crystal defects can be determined by the intensity of EL light. For example, by using a color CCD (3-CCD), a band-pass filter switching type CCD or the like as the two-
例えば、結晶欠陥のない炭化珪素単結晶ウェハの発光スペクトルを検査開始前に予め測定してコンピュータ10の記憶部に格納しておき、試料の測定により得られた光強度をこの基準となる発光スペクトルと比較し、結晶欠陥の有無を判定する。
For example, an emission spectrum of a silicon carbide single crystal wafer having no crystal defects is measured in advance before starting the inspection and stored in the storage unit of the
また、コントラスト等として把握される欠陥形状の画像解析等によって、転位、積層欠陥等の結晶欠陥の種類を判別することができる。
このようにして、図7(b)に示すように、一括測定領域A(x1,y1)等の各測定位置における結晶欠陥の位置51およびその種類、すなわちウェハ面31A内の検出対象領域全体における結晶欠陥の位置51およびその種類が取得され、コンピュータ10に格納される。
Also, the type of crystal defects such as dislocations and stacking faults can be determined by image analysis of the defect shape grasped as contrast or the like.
In this way, as shown in FIG. 7B, the
透明蒸着薄膜電極22は、図6のように一括測定領域Aごとに離間して配置する態様の他、炭化珪素単結晶ウェハ31のエピタキシャル側のウェハ面全体を被覆するようにして、ウェハ面内における検査領域全体を一括して電圧を印加するようにしてもよい。
The transparent vapor deposition
また、透明蒸着薄膜電極22の代わりに、ウェハ面とは独立した、ウェハ面に対して接離可能な透明導電性フィルムを電極として用いて、この透明導電性フィルムをウェハ面に接触させて電圧を印加して一括測定領域Aを発光させ、EL光を、透明導電性フィルムを透過させてウェハ表面側から検出するようにしてもよい。
Further, instead of the transparent vapor-deposited
また、2次元CCDアレイ9によって一括測定領域Aごとにウェハ面内を走査する場合、ウェハ裏面から発光を検出する態様としてもよい。例えば図8に示した例では、不図示のコントローラによってX−Y方向へ移動可能な可動ステージ24の上に固定された検査対象である炭化珪素単結晶ウェハ31のエピタキシャル膜31bの上側に、管部材28の内部に、その先端部から押し出し可能に液体金属27を収容した電極構造体29が配置される。
Further, in the case where the wafer surface is scanned for each batch measurement region A by the two-
一方、ウェハ裏面には、その周縁部に、蒸着によって裏面電極23が形成されており、炭化珪素単結晶ウェハ31は、裏面電極23が接地プレート9の上に接触するように載置されている。
On the other hand, a
電極構造体29は、1つの測定位置に対応する2次元CCDアレイ3による一括測定領域Aに対応したサイズの内径をもつ、金属等からなる管部材28の内部に、水銀等の液体金属27を収容した構造になっている。測定時における液体金属27の測定位置への接触面積および一括測定領域Aの面積は、1〜10mm2程度か、あるいはそれ以上であるこ
とが好ましい。
The
液体金属27は、管部材28の基端側から液体金属29を押し出すための不図示の押し出し制御機構によって、管部材28の先端部からメニスカス状に突出できるようになっている。また、電極構造体29は、電源21へ電気的に接続されている。
The
電極構造体29を、炭化珪素単結晶ウェハ31内の一括測定領域Aにおけるエピタキシャル膜31bの上に配置すると共に、管部材28の先端部から液体金属27を押し出して該一括測定領域Aにおけるエピタキシャル膜31bの上に接触させ、液体金属27と、接地された裏面電極23との間に、電源21によって電圧を印加することにより、ウェハ面内における電極構造体29の直下の一括測定領域AからEL光35が発生する。このEL光35は、ウェハ裏面側から、2次元CCDアレイ9によって検出され、一括測定領域Aにおけるアレイに対応した各位置からのEL光35に関する2次元情報が一括取得される。
The
また、電極構造体29の代わりに、ウェハ面とは独立した、ウェハ面に対して接離可能な導電性フィルムを電極として用いて、この導電性フィルムをエピタキシャル膜31bの上に接触させ、電圧を印加して一括測定領域Aを発光させ、EL光をウェハ裏面側から検出するようにしてもよい。
(1-4)スクリーニングのための素子選別
以上のようにして取得された、ウェハ面内における結晶欠陥の位置および種類の情報は、コンピュータ10によって、ウェハ面内における半導体素子の素子形成領域D1、D2・・・の位置情報と照合され、各半導体素子の形成領域内に含まれる結晶欠陥の種類および密度の情報が取得される。
Further, instead of the
(1-4) Element Selection for Screening Information on the position and type of crystal defects in the wafer surface obtained as described above is obtained by the
当該情報は、予めコンピュータ10に設定された基準と比較され、良品と不良品とが選別される。
(1-5)素子形成、切断分離およびスクリーニング
各半導体素子の形成領域内に含まれる結晶欠陥の種類および密度の情報が取得された後、素子形成前または素子形成過程にあるそれぞれの素子形成領域において半導体素子の形成を完了する。その後、形成された各半導体素子は、ウェハから切断分離される。
The information is compared with a reference set in the
(1-5) Element formation, cutting / separation, and screening Each element formation region before or during the element formation process after information on the type and density of crystal defects contained in each semiconductor element formation region is obtained To complete the formation of the semiconductor element. Thereafter, each formed semiconductor element is cut and separated from the wafer.
そして、上記(1-4)において予め得ておいた、良品と不良品のいずれであるかについ
ての選別結果に従って、切断分離された各半導体素子はスクリーニングされる。
[実施例2]
以下、図面を参照しながら本発明の別の実施例について工程順に説明する。なお、上記実施例1と同様の構成要素は同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
(2-1)エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハの用意
上述した(1-1)と同様にして、エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハを用意す
る。
(2-2)結晶欠陥の位置情報の取得
上述した(1-2)と(1-3)において説明した手順に従って、図9に示すように、炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31A内における結晶欠陥の位置51を取得する。なお、必要に応じて、上述したように結晶欠陥の種類が同時に同定される。本実施例では現段階では素子形成領域の位置情報は取得されないが、マーカー51を基準として結晶欠陥の位置座標を算出し、コンピュータの記憶部に格納する。
(2-3)半導体素子の形成位置の決定
次に、取得されたウェハ面内における結晶欠陥の位置情報に基づいて、ウェハ面内における各半導体素子の形成位置を決定する。上記(2-2)において、ウェハ面内におけるエ
ピタキシャル膜が内包する、条件に応じた特定種類の結晶欠陥、例えば、素子の長期信頼性を損なう要因となる基底面転位等について、その位置情報が取得されている。これに基づいて、図10に示すように、結晶欠陥が存在する位置51を避けて、ウェハ面内における結晶欠陥が存在しない領域にのみ半導体素子を形成するよう、素子形成領域D1、D2・・・を決定する。
Then, each semiconductor element cut and separated is screened according to the selection result as to whether it is a non-defective product or a defective product obtained in advance in (1-4) above.
[Example 2]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to the drawings. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
(2-1) Preparation of Silicon Carbide Single Crystal Wafer with Epitaxial Film A silicon carbide single crystal wafer with an epitaxial film is prepared in the same manner as (1-1) described above.
(2-2) Acquisition of position information of crystal defects According to the procedure described in (1-2) and (1-3) described above, as shown in FIG. 9, in
(2-3) Determination of semiconductor element formation position Next, the formation position of each semiconductor element in the wafer surface is determined based on the acquired position information of the crystal defects in the wafer surface. In the above (2-2), the positional information on the specific types of crystal defects included in the epitaxial film in the wafer surface, for example, basal plane dislocations that cause a deterioration in the long-term reliability of the device, Has been acquired. Based on this, as shown in FIG. 10, the element formation regions D1, D2,... Are formed so as to avoid the
素子形成領域D1、D2・・・の決定は、結晶欠陥の存在位置、ウェハや素子形成領域のサイズ等に基づき、結晶欠陥の存在位置を回避するアルゴリズムが規定されたプログラムに従って行われ、このようにして決定された素子形成領域D1、D2・・・の位置情報は、コンピュータの記憶部に格納される。
(2-4)素子形成および切断分離
素子形成領域D1、D2・・・の位置情報を取得した後、素子形成前の状態にあるそれぞれの素子形成領域において半導体素子を形成するための加工を行い、素子形成を完了する。その後、形成された各半導体素子は、ウェハから切断分離される。
[実施例3]
以下、図面を参照しながら本発明の別の実施例について工程順に説明する。なお、上記
実施例1と同様の構成要素は同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
(3-1)エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハの用意
上述した(1-1)と同様にして、エピタキシャル膜付き炭化珪素単結晶ウェハを用意す
る。
(3-2)素子形成領域の位置情報の取得
上述した(1-2)と同様にして、素子形成領域の位置情報を取得する。すなわち、図1
に示すように、マーカー41を形成した後、これを基準として形成すべき半導体素子の位置座標を算出し、コンピュータの記憶部に格納する。このようにして、ウェハ面内に形成する半導体素子の素子形成領域D1、D2・・・の位置情報を取得する。
The element formation regions D1, D2,... Are determined according to a program in which an algorithm for avoiding the crystal defect existence position is defined based on the crystal defect existence position, the size of the wafer and the element formation region, and the like. The position information of the element formation regions D1, D2,... Determined in this way is stored in the storage unit of the computer.
(2-4) Element formation and cutting / separation After obtaining the position information of the element formation regions D1, D2,..., Processing is performed to form semiconductor elements in the respective element formation regions in the state before the element formation. The element formation is completed. Thereafter, each formed semiconductor element is cut and separated from the wafer.
[Example 3]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described in the order of steps with reference to the drawings. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
(3-1) Preparation of Silicon Carbide Single Crystal Wafer with Epitaxial Film In the same manner as (1-1) described above, a silicon carbide single crystal wafer with an epitaxial film is prepared.
(3-2) Acquisition of position information of element formation region In the same manner as (1-2) described above, position information of the element formation region is acquired. That is, FIG.
As shown in FIG. 4, after the
素子形成領域D1、D2・・・の位置情報を取得した後、ウェハ面31A内における転位や積層欠陥などの各種結晶欠陥の位置を検出する工程を行う前に、素子形成工程の一部を行ってもよい。
(3-3)結晶欠陥の位置情報の取得
上述した(1-2)と(1-3)において説明した手順に従って、図2に示すように、炭化珪素単結晶ウェハ31のウェハ面31A内における結晶欠陥の位置51を取得する。なお、必要に応じて、上述したように結晶欠陥の種類が同時に同定される。
(3-4)素子形成、不活性化処理、および切断分離
ウェハ面内における結晶欠陥の位置を取得した後、上記(3-2)において予め得ておい
た素子形成領域D1、D2・・・の位置情報に従って半導体素子61を形成する。
After obtaining the position information of the element formation regions D1, D2,..., A part of the element formation process is performed before performing the process of detecting the position of various crystal defects such as dislocations and stacking faults in the
(3-3) Acquisition of Crystal Defect Position Information According to the procedure described in (1-2) and (1-3) described above, as shown in FIG. The
(3-4) Element formation, deactivation processing, and cutting / separation After obtaining the position of the crystal defect in the wafer surface, the element formation regions D1, D2,... Previously obtained in (3-2) above. The
その後、上記(3-3)において予め得ておいた結晶欠陥の位置情報に基づいて、結晶欠
陥が存在する部分に対して、当該部分の素子特性に対する影響を低減するために当該部分を不活性化する構造を付加する不活性化処理を行う。これにより、図11に示すように、半導体素子61内における結晶欠陥が存在する各部分に対して不活性化処理部62が形成される。
After that, based on the position information of the crystal defect obtained in advance in (3-3) above, the part is inactive in order to reduce the influence of the part on the device characteristics. An inactivation process for adding a structure to be converted is performed. As a result, as shown in FIG. 11, an
このようにして結晶欠陥が存在する各部分を不活性化した後、ウェハから各半導体素子を切断分離する。
以下、上記不活性化処理が適用される好適な具体例について説明する。
[実施例3−1]
本実施例では、上記不活性化処理は、ショットキーバリヤダイオードなどのショットキー接合型半導体素子、すなわち、SiC単結晶と、金属または異種半導体とのショットキー障壁の整流作用を利用した炭化珪素半導体素子における、長期信頼性などの素子特性に悪影響を与える転位や積層欠陥が存在する表面部位に適用される。
In this manner, after inactivating each portion where crystal defects exist, each semiconductor element is cut and separated from the wafer.
Hereinafter, a preferred specific example to which the inactivation process is applied will be described.
[Example 3-1]
In this embodiment, the deactivation process is performed by using a Schottky junction semiconductor element such as a Schottky barrier diode, that is, a silicon carbide semiconductor using a rectifying action of a Schottky barrier between a SiC single crystal and a metal or a different semiconductor. It is applied to a surface portion of a device where dislocations and stacking faults that adversely affect device characteristics such as long-term reliability are present.
このようなショットキー接合型半導体素子は、エピタキシャル膜内の転位や積層欠陥部分における局所的なショットキー障壁高さの低下や不安定性に起因したショットキー界面特性の長期信頼性の低下が問題となっており、転位や積層欠陥部分におけるショットキー界面特性の安定性向上、長期信頼性確保が課題となっていた。 Such a Schottky junction type semiconductor device has a problem that the long-term reliability of the Schottky interface characteristic is deteriorated due to dislocation in the epitaxial film or local Schottky barrier height reduction or instability in the stacking fault portion. Therefore, improvement in the stability of the Schottky interface characteristics at the dislocations and stacking faults and long-term reliability have been problems.
上記不活性化処理として、具体的には、ショットキー接合が形成される位置におけるエピタキシャル膜内の転位または積層欠陥が存在する部分に対して、当該エピタキシャル膜の表面部分に、当該エピタキシャル膜の導電型とは反対の導電型の領域を局所的に形成する。 Specifically, as the inactivation treatment, the surface of the epitaxial film is electrically connected to the surface of the epitaxial film with respect to the portion where the dislocation or stacking fault exists in the epitaxial film at the position where the Schottky junction is formed. A region having a conductivity type opposite to the mold is locally formed.
例えば、形成する素子がショットキーバリヤダイオードである場合、素子内の転位や積層欠陥の存在する部位に対して、n型エピタキシャル膜の使用時にはp型、p型エピタキシャル膜の使用時にはn型となるようなイオン注入を局所的に行う。このとき、ショットキーバリヤダイオードの活性領域において、ショットキー界面特性を不安定化させる可能
性のある結晶欠陥の部分にはショットキー接合は形成されずに、安定性の高いpn接合が形成され、素子特性の長期信頼性が保たれる。
For example, when the element to be formed is a Schottky barrier diode, it becomes p-type when using an n-type epitaxial film and n-type when using a p-type epitaxial film with respect to a site where dislocations and stacking faults exist in the element. Such ion implantation is performed locally. At this time, in the active region of the Schottky barrier diode, a highly stable pn junction is formed without forming a Schottky junction at the crystal defect portion that may destabilize the Schottky interface characteristics. Long-term reliability of device characteristics is maintained.
図12は、上記の不活性化処理が施されたショットキーバリヤダイオードを模式的に示した断面図である。同図において、ショットキーバリヤダイオード71は、n型の炭化珪素単結晶基板31aの表面からエピタキシャル膜31bを成長させた炭化珪素単結晶基板31を有している。炭化珪素単結晶基板31のエピタキシャル膜31bの表面にはショットキー電極72が形成され、炭化珪素単結晶基板31a側の裏面にはオーミック電極73が形成されている。74は、p型のドーパントをイオン注入することによって、ショットキー電極72の周縁部に形成されたガードリング構造である。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a Schottky barrier diode subjected to the inactivation process. In the figure, a
ショットキーバリヤダイオード71のエピタキシャル膜31b内には、転位線75が内包されており、これは上記実施例3の手順に従ってその位置が検出され、予めコンピュータに格納されている。
この転位線75の位置情報に従って、素子をウェハから切断分離する前に、転位線75の位置のエピタキシャル膜31b表面部に、p型のドーパントをイオン注入する不活性化処理を行い、p型イオン注入層76を形成し、これによりショットキー電極72との界面近傍にpn接合を形成する。
In accordance with the position information of the
このようにして転位線75の位置が不活性化されたショットキーバリヤダイオード71は、ショットキー界面特性の不安定化が抑制され、素子特性の長期信頼性が保たれる。
[実施例3−2]
本実施例では、上記不活性化処理は、MOSFETやIGBTなどのMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)ゲート構造を有する炭化珪素半導体素子における、長期信頼性などの
素子特性に悪影響を与える転位や積層欠陥が存在する表面部位に適用される。
In the
[Example 3-2]
In this embodiment, the deactivation process is performed by dislocations and stacking faults that adversely affect device characteristics such as long-term reliability in silicon carbide semiconductor devices having MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) gate structures such as MOSFETs and IGBTs. Is applied to the surface site where
このようなMOSゲート型の炭化珪素半導体素子では、エピタキシャル膜内の転位や積層欠陥部分における局所的なMOSゲート酸化膜の絶縁破壊電界の低下や不安定性などに起因したMOSゲート特性の長期信頼性の低下が問題となっており、転位や積層欠陥部分におけるMOSゲート特性の安定性向上、長期信頼性確保が課題となっていた。 In such a MOS gate type silicon carbide semiconductor device, the long-term reliability of the MOS gate characteristics due to the dislocation in the epitaxial film and the local breakdown or instability of the dielectric breakdown field of the MOS gate oxide film at the stacking fault portion. As a result, there has been a problem of improving the stability of MOS gate characteristics at dislocations and stacking faults and ensuring long-term reliability.
本実施例では、上記不活性化処理として、ウェハ内に素子を形成した後、素子を切断分離する前に、予め得ておいた結晶欠陥の位置情報に基づいて、エピタキシャル膜内における結晶欠陥が存在する部分の表面に形成されたMOSゲート構造を除去する処理を行う。 In this embodiment, as the deactivation process, after forming the element in the wafer and before cutting and separating the element, the crystal defect in the epitaxial film is determined based on the positional information of the crystal defect obtained in advance. A process of removing the MOS gate structure formed on the surface of the existing portion is performed.
具体的には、例えば、ゲート酸化膜の長期信頼性等のような素子特性に悪影響を与える転位や積層欠陥が存在する表面部位に対して、MOSゲート構造が形成されないように、例えばゲート電極を局所的に取り除くなどの方法によって、ゲート構造パターンを局所的に変更する。 Specifically, for example, a gate electrode is formed so that a MOS gate structure is not formed on a surface portion where dislocations or stacking faults that adversely affect device characteristics such as long-term reliability of the gate oxide film exist. The gate structure pattern is locally changed by a method such as removing locally.
これによって、MOSゲート構造における酸化膜の絶縁性能を不安定化させる可能性のある結晶欠陥の部分にはMOSゲート構造が形成されない状態となり、素子の安定性が向上する。すなわち、転位や積層欠陥は、MOSゲート構造における酸化膜の絶縁特性の長期信頼性を著しく低下させるものの、MOSゲート構造素子のその他の部位に対しては長期信頼性に対する影響が小さいため、結果として高い信頼性を有するMOSゲート素子が得られる。 As a result, the MOS gate structure is not formed in the crystal defect portion that may destabilize the insulating performance of the oxide film in the MOS gate structure, and the stability of the device is improved. In other words, although dislocations and stacking faults significantly reduce the long-term reliability of the insulating properties of the oxide film in the MOS gate structure, the influence on the long-term reliability is small for other parts of the MOS gate structure element. A highly reliable MOS gate element can be obtained.
図13は、上記の不活性化処理が施されたMOSFETを模式的に示した断面図である。同図において、MOSFET81は、n型の炭化珪素単結晶基板31aの表面からn型
のエピタキシャル膜31bを成長させた炭化珪素単結晶基板31を有している。炭化珪素単結晶基板31のエピタキシャル膜31bの表面にはゲート酸化膜85が形成され、その上にゲート電極82が形成されている。
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a MOSFET that has been subjected to the inactivation process. In the figure,
エピタキシャル膜31b内には、p型ドーパントのイオン注入によるウェル領域87と、n型ドーパントのイオン注入によるコンタクト領域86が形成されている。コンタクト領域86の上にはソース電極83が形成され、炭化珪素単結晶基板31の裏面にはドレイン電極84が形成されている。
In the
MOSFET81のエピタキシャル膜31b内には、転位線88が内包されており、これは上記実施例3の手順に従ってその位置が検出され、予めコンピュータに格納されている。
この転位線88の位置情報に従って、素子をウェハから切断分離する前に、転位線88の位置におけるゲート酸化膜85の上にあるゲート電極82をエッチング等により除去する。このようにしてゲート電極を局所的に取り除く不活性化処理を行うことにより転位線88の位置が不活性化されたMOSFET81は、転位線88の部分にはMOSゲート構造が形成されない状態となり、素子の安定性が向上する。
In accordance with the position information of the
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変形、変更が可能である。
例えば、上記の各実施例では、2次元CCDアレイ9を用いて一括測定領域Aごとにアレイに対応した各点からのPL光またはEL光を、2次元像として一括検出したが、2次元CCDアレイ9の代わりに、光電子増倍管等の光検出器と、分光器、フィルタ等の波長選択手段を用いて、従来例の図14のように、測定スポットSからのスポット光を対物レンズ等の検出光学系を通じて光検出器で検出し、各測定スポットSごとに走査する方式でマッピング測定を行ってもよい。
The present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, the PL light or EL light from each point corresponding to the array is collectively detected as a two-dimensional image for each collective measurement region A using the two-
1a,1b 検査装置
2 LEDアレイ
3 反射/透過鏡
4 X方向移動ステージ
5 反射鏡
6 Y方向移動ステージ
7 反射鏡
8 対物レンズ
9 2次元CCDアレイ
10 コンピュータ
21 電源
22 透明蒸着薄膜電極
23 裏面電極
24 可動ステージ
25 接地プレート
26 プローブピン
27 液体電極
28 管部材
29 電極構造体
31 炭化珪素単結晶ウェハ
31a 炭化珪素単結晶基板
31b エピタキシャル膜
31A ウェハ面
33 励起光
34 PL光
35 EL光
41 マーカー
51 結晶欠陥の位置
61 炭化珪素半導体素子
62 不活性化処理部
71 ショットキーバリヤダイオード
72 ショットキー電極
73 オーミック電極
74 ガードリング構造
75 転位線
76 p型イオン注入層
81 MOSFET
82 ゲート電極
83 ソース電極
84 ドレイン電極
85 ゲート酸化膜
86 コンタクト領域
87 ウェル領域
88 転位線
A 一括測定領域
D 素子形成領域
DESCRIPTION OF
82
Claims (7)
半導体素子形成前または半導体素子形成過程において、
前記ウェハ面に電極として導電性フィルムを接触させ、該導電性フィルムを用いて前記ウェハ面内における測定位置に電圧を印加することにより、当該測定位置からエレクトロルミネッセンス光を生じさせ、
光検出器によって前記測定位置からのエレクトロルミネッセンス光を、1mm2以上の面積を一括して検出し、
当該エレクトロルミネッセンス光を検出する操作を、ウェハ面内における各測定位置を走査することによりウェハ面内における全ての測定位置について行い、
これにより得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記エレクトロルミネッセンス光に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における転位および/または積層欠陥の位置および種類の情報と、ウェハ面内に形成する半導体素子の位置情報とを照合して、各半導体素子の形成領域内に含まれる転位および/または積層欠陥の種類および密度の情報を取得し、
半導体素子の形成を完了した後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離し、
予め得ておいた、各半導体素子の形成領域内に含まれる前記転位および/または積層欠陥の種類および密度の情報に基づいて、切断分離された半導体素子をスクリーニングすることを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor element from a silicon carbide single crystal wafer for manufacturing a semiconductor element in which an epitaxial film is formed on a silicon carbide single crystal substrate,
Before the semiconductor element formation or in the semiconductor element formation process,
By bringing a conductive film into contact with the wafer surface as an electrode, and applying a voltage to the measurement position in the wafer surface using the conductive film, electroluminescence light is generated from the measurement position ,
The electroluminescence light from the measurement position is collectively detected by an optical detector at an area of 1 mm 2 or more,
The operation of detecting the electroluminescence light is performed for all measurement positions in the wafer surface by scanning each measurement position in the wafer surface,
Information on the position and type of dislocations and / or stacking faults in the wafer surface, obtained based on the mapping data related to the electroluminescence light of the entire inspection target region in the wafer surface, and the wafer surface To obtain information on the type and density of dislocations and / or stacking faults included in the formation region of each semiconductor element, by collating with the position information of the semiconductor element formed in
After completing the formation of the semiconductor element, each semiconductor element is cut and separated from the wafer,
A silicon carbide semiconductor characterized by screening a semiconductor element cut and separated based on information on the type and density of the dislocations and / or stacking faults contained in the formation region of each semiconductor element, which has been obtained in advance. Device manufacturing method.
前記ウェハ面に電極として導電性フィルムを接触させ、該導電性フィルムを用いて前記ウェハ面内における測定位置に電圧を印加することにより、当該測定位置からエレクトロルミネッセンス光を生じさせ、
光検出器によって前記測定位置からのエレクトロルミネッセンス光を、1mm2以上の面積を一括して検出し、
当該エレクトロルミネッセンス光を検出する操作を、ウェハ面内における各測定位置を走査することによりウェハ面内における全ての測定位置について行い、
これにより得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記エレクトロルミネッセンス光に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における特定の転位および/または積層欠陥の位置情報に基づいて、ウェハ面内における各半導体素子の形成位置を決定し、
前記決定された形成位置に半導体素子を形成し、
半導体素子の形成を完了した後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離することを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor element from a silicon carbide single crystal wafer for manufacturing a semiconductor element in which an epitaxial film is formed on a silicon carbide single crystal substrate,
By bringing a conductive film into contact with the wafer surface as an electrode, and applying a voltage to the measurement position in the wafer surface using the conductive film, electroluminescence light is generated from the measurement position ,
The electroluminescence light from the measurement position is collectively detected by an optical detector at an area of 1 mm 2 or more,
The operation of detecting the electroluminescence light is performed for all measurement positions in the wafer surface by scanning each measurement position in the wafer surface,
Based on the position information of specific dislocations and / or stacking faults in the wafer surface obtained based on the mapping data relating to the electroluminescence light of the entire inspection target region in the wafer surface thus obtained, the wafer surface Determine the formation position of each semiconductor element in the
Forming a semiconductor element at the determined formation position;
A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device, comprising: cutting and separating each semiconductor device from the wafer after the formation of the semiconductor device is completed.
半導体素子形成前または半導体素子形成過程において、
前記ウェハ面に電極として導電性フィルムを接触させ、該導電性フィルムを用いて前記ウェハ面内における測定位置に電圧を印加することにより、当該測定位置からエレクトロルミネッセンス光を生じさせ、
光検出器によって前記測定位置からのエレクトロルミネッセンス光を、1mm2以上の面積を一括して検出し、
当該エレクトロルミネッセンス光を検出する操作を、ウェハ面内における各測定位置を走査することによりウェハ面内における全ての測定位置について行い、
これにより得られた、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記エレクトロルミネッセンス光に関するマッピングデータに基づいて取得された、ウェハ面内における特定の転位および/または積層欠陥の位置情報に基づいて、半導体素子の形成を完了した後または半導体素子の形成過程において、前記転位および/または積層欠陥が存在する部分に対して、当該部分の素子特性に対する影響を低減するために当該部分を不活性化する構造を付加する不活性化処理を行い、
その後、前記ウェハから各半導体素子を切断分離することを特徴とする炭化珪素半導体素子の製造方法。 A method of manufacturing a silicon carbide semiconductor element from a silicon carbide single crystal wafer for manufacturing a semiconductor element in which an epitaxial film is formed on a silicon carbide single crystal substrate,
Before the semiconductor element formation or in the semiconductor element formation process,
By bringing a conductive film into contact with the wafer surface as an electrode, and applying a voltage to the measurement position in the wafer surface using the conductive film, electroluminescence light is generated from the measurement position ,
The electroluminescence light from the measurement position is collectively detected by an optical detector at an area of 1 mm 2 or more,
The operation of detecting the electroluminescence light is performed for all measurement positions in the wafer surface by scanning each measurement position in the wafer surface,
Based on the position information of the specific dislocations and / or stacking faults in the wafer surface obtained based on the mapping data relating to the electroluminescence light of the entire inspection target region in the wafer surface thus obtained, the semiconductor element After the formation of the semiconductor device or in the process of forming the semiconductor element, a structure that inactivates the part in which the dislocation and / or stacking fault is present in order to reduce the influence on the element characteristics of the part. Perform additional deactivation treatment,
Thereafter, each semiconductor element is cut and separated from the wafer. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element is provided.
ショットキー接合が形成される位置におけるエピタキシャル膜内の転位または積層欠陥が存在する部分に対して、前記不活性化処理として、当該エピタキシャル膜の表面部分に、当該エピタキシャル膜の導電型とは反対の導電型の領域を局所的に形成することを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。 The semiconductor element is a Schottky junction type semiconductor element,
For the portion where dislocations or stacking faults exist in the epitaxial film at the position where the Schottky junction is formed, as the deactivation treatment, the surface portion of the epitaxial film is opposite to the conductivity type of the epitaxial film. 4. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor element according to claim 3, wherein the conductive type region is locally formed.
前記不活性化処理として、前記エピタキシャル膜内における転移が存在する部分の表面に形成されたMOSゲート構造を除去することを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。 The semiconductor element is a MOS gate type semiconductor element,
4. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein the MOS gate structure formed on the surface of the portion where the transition exists in the epitaxial film is removed as the inactivation treatment.
2次元CCDアレイによって前記一括測定領域からの発光を検出し、これにより、該一括測定領域におけるアレイに対応した各位置からの発光に関する2次元情報を一括取得し、
当該2次元情報を一括取得する操作を、ウェハ面内における各一括測定領域を走査することによりウェハ面内における全ての一括測定領域について行い、
これにより、ウェハ面内における検査対象領域全体の前記発光に関するマッピングデータを得ることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の炭化珪素半導体素子の製造方法。 In the wafer surface, a batch measurement region in which emission images are collectively detected by a two-dimensional CCD array is set as the measurement position, and light emission is generated from the batch measurement region by excitation light irradiation or voltage excitation,
Light emission from the collective measurement region is detected by a two-dimensional CCD array, thereby obtaining two-dimensional information relating to light emission from each position corresponding to the array in the collective measurement region,
The operation for acquiring the two-dimensional information at once is performed for all the batch measurement regions in the wafer surface by scanning each batch measurement region in the wafer surface,
Thereby, the mapping data regarding the said light emission of the whole test | inspection area | region in a wafer surface is obtained, The manufacturing method of the silicon carbide semiconductor element in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
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