(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンカーバイトウエハの電気特性を計測するウエハ検査装置であり、
シリコンカーバイトと反応してシリサイドを生成する金属で作られている探針と、
探針を通じて検査対象であるシリコンカーバイトウエハに電流を流し、探針をシリコンカーバイトウエハに融着させる融着手段と、
融着させた探針を通じてシリコンカーバイトウエハの電気特性を計測する計測手段と、
を備えることを特徴とするウエハ検査装置。
【請求項２】
探針は、シリコンカーバイトの芯を、ニッケル、チタン、アルミニウム、クロム、タンタル、モリブデン、タングステン、及び、コバルトのいずれかで被覆したものであることを特徴とする請求項１に記載のウエハ検査装置。
【請求項３】
シリコンカーバイトと反応してシリサイドを生成する金属で作られている探針を通じて検査対象であるシリコンカーバイトウエハに電流を流し、探針をシリコンカーバイトウエハに融着させる融着工程と、
融着させた探針を通じてシリコンカーバイトウエハの電気特性を計測する検査工程と、
を含むことを特徴とするウエハ検査方法。
【請求項４】
融着させた探針を除去するとともに探針の融着跡を除去する除去工程をさらに備えており、
除去工程の後に、同じシリコンカーバイトウエハに対して前記融着工程と検査工程を再び実施することを特徴とする請求項３に記載のウエハ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンカーバイトウエハ（ＳｉＣウエハ、あるいは、炭化珪素半導体ウエハとも呼ばれる）の電気特性を検査する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ上に半導体素子を形成する製造ラインにおいて、均一な品質を保持するため、シリコンウエハの電気特性を計測することが行われる。より具体的には、シリコンウエハ上にエピタキシャル層（エピ層）を成長させ、そのエピ層の電気特性を計測する。電気特性とは、典型的には、エピ層の抵抗率、あるいは、エピ層において予め定められた距離間の抵抗値である。
【０００３】
ウエハの電気特性の計測方法の一つに、四探針法という方法が知られている。この方法は、次の通りである。まず、エピ層を成長させたシリコンウエハ上に４本の探針（プローブ）を所定の間隔で直線状に接触させる。そして、外側の２本の探針に電流を流し、内側の２本の探針の間の電圧を計測する。流れる電流をＩ、計測された電圧をＶ、探針間の距離をＬ、とすると、抵抗率Ｒは、Ｒ＝２πＬＶ／Ｉで求められる。そのような方法が例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
ウエハの電気特性を計測する別の方法として、ウエハ上に計測専用の小さな電極パッドを形成する方法も知られている。そのような計測用の電極パッドは、ＴＥＧ（Test Element Group）と呼ばれている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３８８９９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０６９５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シリコンウエハの種類（あるいは、ウエハ状に形成した層の特性）によっては、従来の四探針法では電気特性を正確に計測できない場合がある。典型的には、探針とウエハの間の抵抗値が、流す電流や印加する電圧の大きさや向きに依存してしまう場合である。抵抗値が、流す電流や印加する電圧の大きさや向きに依存しないことは「オーミック性」と呼ばれる。別言すれば、オーミック性とは、電流と電圧の間に線形の関係（オームの法則）が概ね成立することである。実際には２つの材料（探針とウエハ）の間の抵抗値は電圧と電流に応じて多少の非線形を有するが、概ね線形の関係が成立すればオーミック接触であると呼ばれる。シリコンウエハの種類によっては探針とウエハの間に十分なオーミック性を確保することができないために、エピ層の電気特性を正確に計測することができない場合がある。
【０００７】
探針を接触させただけではオーミック性が確保できないウエハの一つに、シリコンカーバイトウエハ（ＳｉＣウエハ、あるいは、炭化珪素半導体ウエハとも呼ばれる）がある。シリコンカーバイトウエハは、最近、パワー素子に用いられるようになってきたウエハである。シリコンカーバイトウエハの電気特性を計測するには、特許文献２に例示されているように、ウエハ上にＴＥＧを形成して電気特性を計測することが考えられる。しかし、ＴＥＧを形成するにはコストが嵩む。本明細書は、四探針法を改良し、シリコンカーバイトウエハを四探針法で計測できるようにする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示する技術は、探針を単に接触させるのではなく、特殊な探針を使用し、その探針をシリコンカーバイトウエハに融着させる。融着させることによって、探針とシリコンカーバイトウエハの間の導通性を向上させてオーミック性を確保する。具体的には、シリコンカーバイトウエハの境界にシリサイド合金を生成し得る探針を用い、探針をシリコンカーバイトウエハに融着させる。シリサイド合金が安定して良く電流を通すので、探針とシリコンカーバイトウエハのオーミック性が向上する。
【０００９】
そのような技術的思想に基づくウエハ検査装置は、典型的には、シリコンカーバイトと反応してシリサイドを生成する金属で作られている探針と、探針を検査対象であるシリコンカーバイトウエハに融着させる融着手段と、融着した探針を通じてシリコンカーバイトウエハの電気特性を計測する計測手段を備える。
【００１０】
シリサイド合金を生成する探針としては、具体的には、シリコンカーバイトの芯を、ニッケル、チタン、アルミニウム、クロム、タンタル、モリブデン、タングステン、及び、コバルトのいずれかで被覆したものでよい。例えば、ニッケルで被覆したシリコンカーバイトの探針を用いてシリコンカーバイトウエハに融着させると、ニッケルがシリコンカーバイトウエハ内に拡散し、探針とシリコンカーバイトウエハの境界にニッケルシリサイド合金（Ｎｉ２Ｓｉ）が形成される。ニッケルシリサイド合金を媒体として探針とシリコンカーバイトウエハの間の導電性が向上し、オーミック性が確保される。
【００１１】
探針を融着させる手段は、典型的には、シリコンカーバイトウエハに接触させた探針間に電流を流す。より具体的には、シリコンカーバイトウエハに接触させた複数の探針の間に、電気特性を計測するときよりも大きい電流、あるいは、電気特性を計測するときよりも高電圧の電気パルスを印加する。高電圧パルスにより探針が発熱し、芯を被覆している金属（例えばニッケル）が溶融して探針がシリコンカーバイトウエハに融着する。融着させる手段は、シリコンカーバイトウエハの電気特性を計測するときに探針間に計測用電流を印加する計測デバイスを活用することができる。計測デバイスを使って計測時よりも高電圧の電気パルスを印加すればよい。計測デバイスを利用することで、装置を安価に実現することができる。
【００１２】
本明細書は、シリコンカーバイトウエハの電気特性を計測する方法も開示する。その方法は、融着工程と検査工程を備える。融着工程では、シリコンカーバイトと反応してシリサイドを生成する金属で作られている探針を検査対象であるシリコンカーバイトウエハに融着させる。検査工程では、融着させた探針を通じてシリコンカーバイトウエハの電気特性を計測する。なお、融着工程に先立って、基板の表層にエピタキシャル層を成長させたシリコンカーバイトウエハを準備する。なお、エピタキシャル層は、Ｐ型（Ｎ型）の基板の表層にＰ型（Ｎ型）のドーパントを注入して成長させる。基板はＰ型、Ｎ型のいずれでもよく、また成長させた結果のエピタキシャル層は、Ｐ型とＮ型のいずれもあり得ることに留意されたい。
【００１３】
一つシリコンカーバイトウエハに対し、電気特性を複数回計測してその平均値を求めることで、電気特性をより高精度に特定することができる。但し、上記の方法は、シリコンカーバイトウエハの表面に探針を融着させてしまう。そこで、上記の計測方法は、さらに、融着した探針を除去するとともに、探針の融着跡を除去する除去工程を備えているとよい。除去工程の後に、同じシリコンカーバイトウエハに対して上記した融着工程と検査工程を再び実施することができ、一つのシリコンカーバイトウエハに対して複数回計測を実施できる。なお、計測の都度、計測に先立ってエピ層にイオン注入と活性化アニールを行うことが望ましい。
【００１４】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】シリコンカーバイトウエハの検査装置の模式図である。
【図２】検査方法を説明する図である（探針設置工程）。
【図３】検査方法を説明する図である（融着工程）。
【図４】検査方法を説明する図である（除去工程）。
【図５】検査方法を説明する図である（再度の探針設置工程）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照して実施例のウエハ検査装置を説明する。以下では、ウエハ検査装置を単純に「検査装置」と称する。また、シリコンカーバイトウエハは単純に「ウエハ」と称する。図１に検査装置２の模式図を示す。なお、符号Ｗは、検査対象であるウエハ（シリコンカーバイトウエハ）を示す。
【００１７】
この検査装置２は、ウエハＷの表層の抵抗（シート抵抗）を計測する装置である。なお、検査対象であるウエハＷ（Ｐ型）は、予めその表層にＮ型のエピタキシャル層（エピ層Ｅ）を成長させたものである。
【００１８】
検査装置２は、４本の探針３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、計測装置８を備えている。以下では、４本の探針のいずれか１本を示す場合には「探針３」と表す。４本の探針は同じ構成である。探針３は、シリコンカーバイトの芯３１の表層にニッケルの被膜３２を施したものである。４本の探針は、不図示のホルダに、等間隔に一列に固定されている。ホルダは上下にスライドする。ウエハＷをセットした後、ホルダが、図１のごとく探針３の先端がウエハＷの表面に接するように４本の探針３を降下させる。今、図に示すように、外側の２本の探針を符号３ａ、３ｄで表し、内側の２本の探針を符号３ｂ、３ｃで表す。
【００１９】
計測装置８は、電圧計５、定電流出力器６、電圧パルス発生器７、及び、切換器４を含む。電圧計５は、内側の探針３ｂ、３ｃに接続されている。外側の探針３ａ、３ｄは、切換器４によって、定電流出力器６と電圧パルス発生器７のいずれか一方と接続するようになっている。
【００２０】
検査装置２の使用方法を概説する。検査装置２は、４本の探針３をウエハＷの表面に融着させた状態で外側の２本の探針３ａ、３ｄに所定の値の電流を流し、そのときの内側の２本の探針３ｂ、３ｃの間の電圧を計測する。探針３がウエハＷに融着しているので、探針３とウエハＷの間にはオーミック性が確保され、シート抵抗が正確に計測できる。また、一端シート抵抗を計測した後、融着した探針をウエハ上から除去するとともに、ニッケルシリサイドが生成されたウエハ表面部分を除去し、再び探針を融着させてシート抵抗の計測を繰り返す。計測する位置（探針３を接触させる位置）は、前回の位置と同じにする。複数回の計測結果の平均を求めることで、より一層正確なシート抵抗を得ることができる。なお、探針３を融着させること以外は、各回のシート抵抗計測の方法は、従来の四探針法と基本的に同じである。
【００２１】
次に、図２〜図４を使って検査方法を詳細に説明する。なお、図２〜図４は、説明のために４本の探針のうちの１本を描いているが、他の探針も同様である。
【００２２】
検査の説明に先立って、検査対象であるウエハＷの準備について説明する。まず、Ｐ型のウエハＷ（シリコンカーバイトウエハ）の表層に、Ｎ型のエピタキシャル層（エピ層Ｅ）を生成させる。例えばウエハＷの表層に窒素をドーピングすることにより、エピ層Ｅを成長させる。エピ層の厚みは、１ミクロン程度あればシート抵抗を計測することができるが、前述したように表面を除去して再び計測するため、５ミクロンから２０ミクロン程度の厚みとなるまでエピ層Ｅを成長させる。厚みが５ミクロンであれば約５回位は繰り返しシート抵抗を計測することができ、２０ミクロンであれば約２０回位は繰り返し計測することができる。
【００２３】
さらに、計測に先立って、エピ層Ｅの結晶欠陥の有無を検査し、結晶欠陥のない位置をシート抵抗の計測位置（即ち探針３を接触させる位置）を決定する。結晶欠陥の探索には、既存の技術、例えばフォトルミネッセンス法などを利用すればよい。フォトルミネッセンス法によれば、エピ層Ｅの内部に存在する積層欠陥や貫通転位の位置を同定することができる。
【００２４】
次に、エピ層Ｅにイオンを注入し、活性化アニールを行う。イオン注入条件の一例は、Ｐ型、アルミニウムイオン、１．０ｅ−１９ｃｍ−３、４２０ＫｅＶ、深さ０．４ミクロンである。また、アニール条件の一例は、アルゴン雰囲気内で１７００度、３０分である。
【００２５】
上記のごとく準備されたウエハＷを検査装置２にセットしてシート抵抗の計測を開始する。まず、４本の探針３の先端を、ウエハＷの表面であって前もって特定した計測位置に接触させる（探針設置工程。図２参照）。なお、符号Ｈ１は、エピ層Ｅの厚み（深さ）を示している。
【００２６】
次に、外側の２本の探針３ａ、３ｄを電圧パルス発生器７に接続し、探針３ａ、３ｄの間に高電圧パルスを印加する。高電圧パルスを印加することで、探針３の先端で放電が生じ、探針３の温度が上昇する。検査装置２は、探針３の先端がニッケルの融点の８９０度を超える程度に電圧パルスを印加する。探針先端のニッケルが溶融すると、溶融したニッケルがエピ層に拡散し、ニッケルシリサイド合金が生成され、ウエハＷと探針３の先端が融着する（融着工程。図３参照）。図３において符号Ｍが示す領域が、ニッケルシリサイド合金と化した領域を示している。領域Ｍは、実際には、深さ／拡がりが共に０．１ミクロンのオーダである。図３では理解し易いように領域Ｍの大きさは誇張して描いてある。外側の２本の探針３ａ、３ｄにパルス電圧を印加すると内側の２本の探針３ｂ、３ｃにもパルス電流が流れ、全ての探針が融着する。
【００２７】
図３の状態では、探針３を被覆しているニッケルが融着材となり、探針３とウエハＷの境界にニッケルシリサイド合金（Ｎｉ２Ｓｉ）が形成され、探針３とウエハＷが融着する。ニッケルの仕事関数は５．２ｅＶであり、ニッケルシリサイドの仕事関数は４．８ｅＶである。それゆえ、探針３とウエハＷの間のバリアハイトが下がり、オーミック性が向上する。また、探針３を被覆しているニッケルがシリコンカーバイトのエピ層Ｅの中に拡散することで結晶性の高いニッケルシリサイドが形成され、より良好なオーミック性が確保される。
【００２８】
探針３とウエハＷを融着させてオーミック性を向上させた後、４本の探針３を使ってエピ層Ｅのシート抵抗を計測する（計測工程）。切換器４を操作し、外側の探針３ａ、３ｄの接続先を電圧パルス発生器７から定電流出力器６へと切り換える。そして、外側の探針３ａ、３ｄの間に一定の電流を流し、その間に内側の探針３ｂ、３ｃの間の電圧を電圧計５で計測する。電圧計５が計測した値を使ってシート抵抗が求まる。ここでの計測方法は、探針３がウエハＷに融着している点を除き、従来の四探針法と同じであるので、詳しい説明は省略する。こうして、一回目のシート抵抗の計測が終了する。
【００２９】
次に、融着した探針３を取り除くとともに、ウエハＷの表面を研磨して探針の融着跡を取り除く（除去工程。図４参照）。ここで、探針の融着跡とは、エピ層Ｅの表層に形成されたニッケルシリサイド合金の領域のことである。融着跡の除去は、例えばケミカルメカニカルポリッシングなどの方法を用いる。例えば、最初のエピ層の厚みＨ１が２ミクロンであり、探針３を融着したときにニッケルシリサイドが表面から１ミクロン以内の表層に生成されるのであれば、表面の１ミクロンを除去することによって、ウエハＷの表面に、新たな１ミクロンのエピ層Ｅを表出させることができる。図４において符号ｈ１が除去するエピ層Ｅの厚みを示しており、符号ｈ２が残ったエピ層Ｅの厚みを示している。今の例では、初期のエピ層の厚みＨ１＝２ミクロン、除去するエピ層の厚みｈ１＝１ミクロン、残ったエピ層の厚みｈ２＝１ミクロンである。
【００３０】
次に、残ったエピ層Ｅに再びイオン注入と活性化アニールを行う。そして、探針３をエピ層Ｅに接触させ、上記した探針設置工程、融着工程、及び、計測工程を繰り返す。なお、再度探針３を接触させる位置は、前回と同じ位置である。前回と同じ位置とは、最初に結晶欠陥を検査した際に、結晶欠陥が無い位置として特定した位置である。
【００３１】
こうして、探針３を同じ場所に接触させ、融着させてシート抵抗を再び計測する。同様の処理を繰り返して、同じ位置でシート抵抗を複数回計測する。最後に、シート抵抗の複数回の計測結果の平均をとり、ウエハＷのエピ層のシート抵抗として出力する。
【００３２】
上記説明した検査装置、及び、検査方法は、ウエハＷに探針３を融着させることで両者の間のオーミック性を向上させた上でシート抵抗を計測する。オーミック性を高めているので、正確なシート抵抗が得られる。
【００３３】
上記説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の探針３は、シリコンカーバイトの芯３１をニッケルで被覆したものであった。被覆材は、ニッケルに限らず、シリコンカーバイトとの間でシリサイド合金を生成し得る金属であればよい。そのような金属には、ニッケルのほか、チタン、アルミニウム、クロム、タンタル、モリブデン、タングステン、及び、コバルトなどが知られている。また、被覆材は、前述の金属を含んでいればよく、他の成分、例えばシリサイド合金生成を助長する触媒などを含んでいてもよい。
【００３４】
４本の探針をウエハに溶着させる際、内側の探針３ｂ、３ｃを電圧計５から外し、電圧パルス発生器の負極に接続することも好適である。電圧計５を電圧パルスから保護するとともに、内側の探針３ｂ、３ｃを融着させ易くするためである。
【００３５】
実施例の電圧パルス発生器７が融着手段の一例に相当する。計測装置８が、計測手段の一例に相当する。融着手段は電圧パルス発生器７に限られず、探針の先端を短時間に被覆材の融点まで昇温するデバイスであればよい。融着手段は、電圧パルス発生器のほか、高電流を短時間に流すことができるデバイスであってもよい。また、融着手段は、探針の先端を高周波で振動させ、摩擦によりウエハ表面に接合させる装置（摩擦接合装置）であってもよい。
【００３６】
エピ層Ｅの厚みは、繰り返したい検査回数で定められる。例えば、探針を融着させる際にシリサイド合金が１ミクロンの深さまで達することが解っており、１枚のウエハで２０回の計測を行いたい場合には、エピ層を少なくとも２０ミクロンの厚みで成長させればよい。
【００３７】
実施例の検査装置は四探針法を採用しているが、本明細書が開示する技術は四探針法に限定されるものではない。本明細書が開示する技術は、２本の探針をシリコンカーバイトウエハに接触させてその探針間のウエハの電気特性（電気抵抗）を計測する装置に適用することができる。本明細書が開示する技術は、例えば、シリコンカーバイトウエハの表面と裏面の夫々に探針を接触させ、表面と裏面の間の電気抵抗を計測する装置に適用することもできる。
【００３８】
実施例の検査装置２は、ウエハＷの表層の抵抗（シート抵抗）を計測する装置である。シート抵抗の測定対象は、エピタキシャル層にイオン注入して活性化処理を施した層であってもよい。
【００３９】
実施例の検査装置２の計測対象は、Ｐ型のウエハＷ（シリコンカーバイトウエハ）の表層に、Ｎ型のエピタキシャル層（エピ層Ｅ）を生成させたものである。本明細書が開示する技術は、計測対象の基板及びエピタキシャル層の導電型には制限されないことに留意されたい。
【００４０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４１】
２：検査装置
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ：探針
４：切換器
５：電圧計
６：定電流出力器
７：電圧パルス発生器
８：計測装置
３１：芯
３２：被膜
Ｅ：エピ層
Ｍ：エピ層内でニッケルシリサイドが生成された領域
Ｒ：抵抗率
Ｗ：ウエハ（シリコンカーバイトウエハ）
【図１】
0005637204.tif 000002
【図２】
0005637204.tif 000003
【図３】
0005637204.tif 000004
【図４】
0005637204.tif 000005
【図５】
0005637204.tif 000006