[发明专利]半导体检查方法、半导体检查装置以及半导体元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体晶圆的检查技术，特别涉及在使用了带电粒子束的半导体检查技术中检测并判别单晶晶圆或形成了外延层的单晶晶圆的缺陷的检查方法和检查装置。进而，本发明涉及使用了该检查技术的半导体元件的制造方法。

背景技术

在使用半导体晶圆形成的半导体元件中，半导体晶圆的宏观缺陷(形态缺陷)(凹凸、三角缺陷、微管、圆帽、彗形、沉降、台阶聚并)、结晶缺陷(贯通螺旋位错、贯通刃型位错、层叠缺陷)对元件的性能、生产率、可靠性产生很大影响。特别在电力控制用半导体元件所使用的碳化硅晶圆中，包含宏观缺陷、结晶缺陷，在制作半导体元件之前检查晶圆的缺陷是极其重要的。因此，非破坏地进行检查，不由于检查对元件制作产生影响成为条件。

碳化硅晶圆难以如硅晶圆那样通过熔融法形成，而通过升华法和化学气相生长法使其结晶生长。因此，消除结晶缺陷，在现有技术中是极其困难的，存在10³cm^-2～10⁴cm^-2的密度的贯通位错(贯通刃型位错、贯通螺旋位错)、位错密度为1cm^-2以下的基面缺陷(基面位错、层叠缺陷)。另外，除了结晶缺陷以外，在位错密度1cm^-2以下存在反映了表面形态的宏观缺陷。能够通过使用了光学显微镜的方法对宏观缺陷进行检查测量。另外，通过研究晶圆的平坦化技术、外延生长技术来抑制宏观缺陷的产生的技术正在发展。

在晶圆面内分割为约1mm×1mm～5mm×5mm的芯片的区域中制作电力控制用的半导体元件。因此，存在包含上述基面缺陷、上述宏观缺陷的芯片和不包含的芯片。另一方面，在芯片中包含10²～10³个上述贯通位错。

在上述的晶圆的材料中，大多使用碳化硅晶圆和氮化镓晶圆。碳化硅晶圆大多使用碳化硅晶圆、或在碳化硅晶圆上形成了碳化硅外延膜的晶圆。另外，氮化镓晶圆大多使用在硅晶圆、蓝宝石晶圆、或氮化硅晶圆上进行外延生长所得的晶圆。另外，在碳化硅晶圆或氮化镓晶圆中，检查上述的宏观缺陷、结晶缺陷也是重要的。以下，说明与碳化硅晶圆的缺陷检查相关的背景技术。此外，如果没有特别说明，则在氮化镓晶圆中也同样。

例如，作为检查宏观缺陷的方法，已知微分干涉显微镜、激光散射方式的光学检查法。即使是结晶缺陷，只要在表面的形态上有特征，该方法就能够进行检查(参照专利文献1)。另外，作为检查结晶缺陷的方法，已知X射线地形学(参照专利文献2)、透射电子显微镜法、蚀刻坑法。其中，透射电子显微镜法和蚀刻坑法是破坏晶圆的检查法，无法用于非破坏检查。另外，在通过光进行检测的方法的情况下，分辨率受到光的波长限界的制约。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-211035号公报

专利文献2：日本特开2009-44083号公报

发明内容

发明要解决的问题

在使用了碳化硅晶圆等单晶晶圆和形成了外延层的单晶晶圆的半导体元件等装置中，为了提高装置的性能、生产率、可靠性，需要高精度地检测表面的凹凸缺陷、台阶聚并等宏观缺陷、贯通位错、层叠缺陷等结晶缺陷并分类。

进而，需要了解各种缺陷对半导体元件性能的影响。特别需要将成为半导体元件的初始特性、可靠性的不良的原因的缺陷区别为致命(killer)缺陷(致命的缺陷)。为了在元件制造的后工序中筛选包含不良元件的芯片，需要预先知道晶圆内的致命缺陷的坐标和大小。

另外，在上述晶圆中存在面密度为10³cm^-2～10⁴cm^-2的贯通位错。因此，需要管理元件区域内的位错密度。另外，在电力控制用半导体元件中，贯通位错与电流的方向一致，因此对漂移层施加的影响小，但在接合界面处，有可能引起耐压不良。即，在贯通位错的检查中，除了知道位错的坐标以外，还需要知道电气特性，判断贯通位错是否是致命缺陷。

基于光学方法的缺陷检查是基于形状异常的信号。如上述的专利文献1那样，如果在结晶缺陷中也存在形状异常，则能够进行检测，但在没有形状异常的情况下，无法进行检查。透射电子显微镜法、蚀刻坑法能够高灵敏度、高分辨率地检查结晶缺陷，但为了检查而对试样进行加工、或使其浸蚀在药液中进行蚀刻，因此有时无法非破坏地检查。