(57)【要約】【課題】不完全部分を有する半導体結晶を予め製造プロセスから取り除くことができる、半導体結晶のスクリーニング方法を提供すること。【解決手段】  本発明の半導体結晶のスクリーニング方法は、半導体結晶に電子線又は光を照射することによって半導体結晶の不完全部分での欠陥を誘起し、その後、カソードルミネッセンス法又はフォトルミネッセンス法により半導体結晶の欠陥検査を行い、その結果に基づいて半導体結晶のスクリーニングを行う工程を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体結晶に電子線又は光を照射することによって半導体結晶の不完全部分での欠陥を誘起し、その後、カソードルミネッセンス法又はフォトルミネッセンス法により半導体結晶の欠陥検査を行い、その結果に基づいて半導体結晶のスクリーニングを行う工程を備える半導体結晶のスクリーニング方法。
【請求項２】
欠陥の誘起を行う前に、カソードルミネッセンス法又はフォトルミネッセンス法により半導体結晶の欠陥検査を行う工程をさらに備え、
半導体結晶のスクリーニングは、欠陥誘起を行う前と後の欠陥検査の結果を比較して行う請求項１に記載の方法。
【請求項３】
欠陥誘起用の電子線は、エネルギーが２０ＫｅＶ〜３０ＫｅＶである請求項１に記載の方法。
【請求項４】
欠陥誘起用の光は、エネルギーが半導体結晶のバンドギャップのエネルギーよりも小さい、不純物準位のみを励起できるエネルギーを有する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
欠陥検査は、カソードルミネッセンス法による欠陥検査のために照射する電子線のエネルギーを変化させながら行い、それによって半導体結晶の深さ方向の欠陥の分布を取得する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
半導体結晶の成長、欠陥誘起及び欠陥検査は、同一の装置を用いて行う請求項１に記載の方法。
【請求項７】
欠陥の誘起を行う前に、半導体結晶を加熱する工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
欠陥検査は、半導体結晶表面から深さ３μｍ以下の領域で欠陥検査を行う場合はカソードルミネッセンス法により行い、深さが３μｍを超える領域で欠陥検査を行う場合はフォトルミネッセンス法により行う請求項１に記載の方法。
【請求項９】
カソードルミネッセンス法による欠陥検査は、ルミネッセンス光を検出するための検出器を半導体結晶表面に対して５〜４５度の位置に配置して行う請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カソードルミネッセンス法又はフォトルミネッセンス法による半導体結晶のスクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されているような、半導体結晶に電子線を照射して得られるカソードルミネッセンス光を検出して半導体結晶中の欠陥を観察する方法（カソードルミネッセンス法）や、特許文献２に記載されているような、半導体結晶に光を照射して得られるフォトルミネッセンス光を検出して半導体結晶中の欠陥を観察する方法（フォトルミネッセンス法）が知られている。
【０００３】
これらの方法を用いることにより、欠陥が多い半導体結晶を予め半導体装置の製造プロセスから取り除くことが可能である。
【特許文献１】特開平７−１２７６３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、半導体装置の製造プロセスでは半導体結晶が何度も高温にさらされるため熱負荷などによって結晶の不完全部分が破壊され、結晶欠陥が誘起される場合がある。この場合、製造される半導体装置の特性が悪化し、その結果、半導体装置の製造歩留まりが悪化する。このため、不完全部分を有する半導体結晶を予め製造プロセスから取り除くことができれば便利であるが、従来の方法では不完全部分を有する半導体結晶を発見することは困難である。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、不完全部分を有する半導体結晶を予め製造プロセスから取り除くことができる、半導体結晶のスクリーニング方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
本発明の半導体結晶のスクリーニング方法は、半導体結晶に電子線又は光を照射することによって半導体結晶の不完全部分での欠陥を誘起し、その後、カソードルミネッセンス法又はフォトルミネッセンス法により半導体結晶の欠陥検査を行い、その結果に基づいて半導体結晶のスクリーニングを行う工程を備える。
【０００７】
本発明によれば、電子線又は光の照射により半導体結晶の不完全部分での欠陥を誘起し、その後、半導体結晶の欠陥検査を行うので、半導体装置の製造プロセス等で結晶欠陥が誘起される可能性の高い半導体結晶を予め製造プロセスから取り除くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の半導体結晶のスクリーニング方法は、半導体結晶に電子線又は光を照射することによって半導体結晶の不完全部分での欠陥を誘起し、その後、カソードルミネッセンス（以下、「ＣＬ」と呼ぶ。）法又はフォトルミネッセンス（以下、「ＰＬ」と呼ぶ。）法により半導体結晶の欠陥検査を行い、その結果に基づいて半導体結晶のスクリーニングを行う工程を備える。
【０００９】
１．半導体結晶
本発明が対象とする半導体結晶は、Ｓｉなどの元素半導体結晶であっても、ＧａＡｓなどの化合物半導体結晶であってもよい。また、半導体結晶の形態は、特に限定されず、バルク状、基板状等、何れの形状であってもよく、基板上に薄膜結晶がエピタキシャル成長されたものであってもよい。
【００１０】
２．初期欠陥検査
半導体結晶の欠陥を誘起を行う前に、ＣＬ法又はＰＬ法により半導体結晶の初期欠陥検査を行う工程を行うことが好ましい。この工程を行うことにより、欠陥誘起を行う前と後の欠陥検査の結果を比較して、半導体結晶のスクリーニングを行うことができるようになる。例えば、欠陥誘起後の欠陥が比較的大きいときでも、欠陥の大きさが欠陥誘起の前後であまり変化していない場合には、その半導体結晶が良品である、といった判断を行うことができるようになる。また、この初期欠陥検査ですでに欠陥が基準よりも大きいものは、欠陥誘起及びその後の欠陥検査工程を行うまでもなく、その半導体結晶が不良品であると判断することができる。
【００１１】
ＣＬ法による欠陥検査は、一般的なＣＬ装置を用いて行うことができる。ＣＬ法による欠陥検査の条件は、例えば、照射電子線エネルギーが、５ＫｅＶ〜３０ＫｅＶ、好ましくは２０ＫｅＶ〜３０ＫｅＶ、電流値が、１ｎＡ〜７００ｎＡ、好ましくは１０ｎＡ〜２００ｎＡ、照射時間は、１ｍｓ〜１００ｍｓ、好ましくは１ｍｓ〜１０ｍｓ、照射スポット径が２００ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍである。
【００１２】
照射電子線エネルギーが大きいほど、半導体結晶表面から深い領域の欠陥検査を行うことができる。従って、電子線のエネルギーを変化させながら欠陥検査を行うことにより、半導体結晶の深さ方向の欠陥の分布を取得することができ、この分布に基づいて半導体結晶のスクリーニングを行うことができる。
【００１３】
ＰＬ法による欠陥検査は、一般的なＰＬ装置を用いて行うことができる。ＰＬ法による欠陥検査の条件は、例えば、照射光パワーが、１０ｍＷ〜３００ｍＷ、好ましくは５０ｍＷ〜２００ｍＷ、照射時間は、１ｍｓ〜１００ｍｓ、好ましくは１ｍｓ〜１０ｍｓ、照射スポット径が０．５μｍ〜２μｍ、好ましくは１μｍ〜１．５μｍである。光は、通常はレーザー光であり、その波長は、欠陥検査を行う領域での吸収率等を考慮して適宜決定することができ、例えば、４００ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ〜７００ｎｍにする。
【００１４】
半導体結晶表面から浅い領域では、ＣＬ法又はＰＬ法の何れの方法でも用いることができる。しかし、ＣＬ法では、半導体結晶表面からの深さが深くなるに従って、十分な電流値で十分なエネルギーの電子線を照射することが困難になる。一方、ＰＬ法では照射する光の波長を調節することにより、比較的深部まで十分な強さの光を照射することが比較的容易である。従って、欠陥検査は、半導体結晶表面から深さ３μｍ以下の領域で欠陥検査を行う場合はＣＬ法により行い、深さが３μｍを超える領域で欠陥検査を行う場合はＰＬ法により行うことが好ましい。
【００１５】
また、ＣＬ法による欠陥検査は、ＣＬ光を検出するための検出器を半導体結晶表面に対して５〜４５度の位置に配置して行ってもよい。このように、検出器を半導体結晶表面に対して比較的浅い角度に配置することによって、半導体結晶表面近傍の欠陥を選択的に検出することが可能になる。
【００１６】
３．欠陥誘起
次に、半導体結晶に電子線又は光を照射することによって半導体結晶の不完全部分での欠陥を誘起する。不完全部分での欠陥を誘起することによって、欠陥が誘起されやすい不完全部分を有する半導体結晶を発見し、製造プロセスから予め取り除くことができる。
【００１７】
電子線又は光を照射の条件は、後工程で半導体結晶に加わる負荷を考慮して決定することができる。後工程で半導体結晶に強い負荷が加わる場合には、それに応じて、この欠陥誘起工程で半導体結晶に加える負荷を強くすることが好ましく、後工程での負荷が弱い場合は、この工程で加える負荷も弱いものでよい。また、電子線又は光を照射の条件は、不完全部分での欠陥が誘起され、完全部分にダメージを与えないような条件にする。また、欠陥誘起用の光として、エネルギーが半導体結晶のバンドギャップのエネルギーよりも小さく、かつ結晶中の酸素などの不純物準位のみ励起できるエネルギーを有する光を用いると、不純物準位に起因した欠陥を誘起できる。
【００１８】
電子線照射による欠陥誘起は、例えば、照射電子線エネルギーが、５ＫｅＶ〜３０ＫｅＶ、好ましくは２０ＫｅＶ〜３０ＫｅＶ、電流値が、２５０ｎＡ〜３μＡ、好ましくは３００ｎＡ〜２μＡ、照射時間は、１ｍｓ〜１００ｍｓ、好ましくは１ｍｓ〜１０ｍｓ、照射スポット径が２００ｎｍ〜４００ｎｍである。
【００１９】
光照射による欠陥誘起は、例えば、照射光エネルギーが、４００ｍＷ〜１Ｗ、好ましくは６００ｍＷ〜８００ｍＷ、照射時間は、１ｍｓ〜１００ｍｓ、好ましくは１ｍｓ〜１０ｍｓ、照射スポット径が０．５μｍ〜２μｍである。光は、通常はレーザー光であり、その波長は、欠陥誘起を行う領域での吸収率等を考慮して適宜決定することができ、例えば、４００ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは５００〜７００ｎｍにする。半導体結晶表面での欠陥誘起を行う場合には、光の波長は、光のエネルギーが、半導体結晶のバンドギャップのエネルギーよりも大きくなるように設定することが好ましい。
【００２０】
半導体結晶表面から浅い領域では、電子線照射又は光照射の何れを用いてもよい。しかし、欠陥検査の場合と同様の理由に、半導体結晶表面から深さ３μｍ以下の領域での欠陥を誘起する場合は電子線照射により行い、深さが３μｍを超える領域での欠陥を誘起する場合は光照射により行うことが好ましい。
【００２１】
欠陥の誘起を行う前に、半導体結晶を例えば８０〜１２０℃、好ましくは９０〜１１０℃に加熱する工程をさらに備えることが好ましい。加熱により欠陥が誘起されやすくなるからである。この場合、電子線の電流値や照射光エネルギーを上記の値よりも小さくすることができる。例えば、電子線の電流値は、３０ｎＡ〜３μＡにすることができ、照射光エネルギーは、１００ｍＷ〜１Ｗにすることができる。
【００２２】
４．欠陥誘起後の欠陥検査
欠陥誘起後の欠陥検査は、上述した初期欠陥検査と同様の方法・条件で行うことができる。この欠陥検査を初期欠陥検査と同様の方法・条件で行うことによって、欠陥誘起前後での欠陥状態の変化を観察することができる。
【００２３】
半導体結晶の成長、欠陥誘起及び欠陥検査は、同一の装置を用いて行うことが好ましい。このような装置は、例えば、半導体結晶の成長に用いる分子線エピタキシャル成長装置(ＭＢＥ装置)中に、電子線照射装置、光照射装置、ＣＬ分析装置、ＰＬ分析装置を取り付けて構成することができる。
【００２４】
５．スクリーニング
次に、欠陥誘起後の欠陥検査の結果に基づいて半導体結晶のスクリーニングを行う。欠陥誘起前後の欠陥検査の結果を比較してスクリーニングを行ってもよい。
【実施例１】
【００２５】
１．半導体結晶の作製
ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＡｓ基板上に、ｎ−ＧａＡｓバッファー層０．５μｍ、ｎ−ＧａＡｌＡｓクラッド層２μｍ、ＡｌＧａＡｓ活性層０．０２μｍ、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２μｍ、ｐ−ＡｌＧａＡｓキャップ層０．８μｍをエピタキシャル成長させ、１ｍｍ×０．３ｍｍのチップに分割して評価用の半導体結晶を作製した。
【００２６】
２．ＣＬ法による初期欠陥検査
作製した半導体結晶をＣＬ装置（日本電子製の型式ＪＸＡ−８８００）に設置し、２５℃にし、エネルギー２０ＫｅＶ、電流５０ｎＡの電子線を、スポット径３００ｎｍに集束させて、照射時間１ｍｓで半導体結晶に照射し、発生するＣＬ光を検出・分析することによって、初期欠陥検査を行った。電子線は、半導体結晶の表面全体に照射し、欠陥の有無及び程度を示す分光ＣＬ像を取得した。分光ＣＬ像に現れる暗線が欠陥の存在を示す。５つの半導体結晶について欠陥検査を行ったところ、何れの半導体結晶の分光ＣＬ像にも暗線が見られなかった。
【００２７】
３．電子線照射による欠陥誘起
次に、上記検査を行った後の半導体結晶を２５℃にし、これに、エネルギー２０ＫｅＶ、電流１５００ｎＡの電子線を、スポット径３００ｎｍに集束させて、照射時間１ｍｓで照射することによって、結晶の不完全部分において結晶欠陥を誘起した。
【００２８】
４．ＣＬ法による欠陥誘起後の欠陥検査
次に、初期欠陥検査と同様の方法及び条件で、欠陥誘起後の半導体結晶の欠陥検査を行った。この検査では、５つの半導体結晶の全てについて分光ＣＬ像に暗線が見られ、欠陥の存在が確認された。得られた分光ＣＬ像の一例を図１に示す。この像には、欠陥を示す暗線１、２が見られる。
【００２９】
以上の結果は、５つ全ての半導体結晶について、電子線照射によって結晶の不完全部分において結晶欠陥が誘起されたことを示している。
【実施例２】
【００３０】
１．ＰＬ法による初期欠陥検査
実施例１と同じ方法で作製した半導体結晶をＰＬ装置に設置し、２５℃にし、波長５１４ｎｍ、出力１００ｍＷのレーザー光を、スポット径１μｍに集束させて、照射時間１ｍｓで半導体結晶に照射して、半導体結晶の初期欠陥を観察した。上記波長の光を用いると、上記ＡｌＧａＡｓ活性層の欠陥を観察することができる。レーザー光は、半導体結晶の表面全体に照射し、欠陥の有無及び程度を示す分光ＰＬ像を取得した。分光ＰＬ像に現れる暗線が欠陥の存在を示す。５つの半導体結晶について欠陥検査を行ったところ、何れの半導体結晶の分光ＰＬ像にも暗線が見られなかった。
【００３１】
２．電子線照射による欠陥誘起
次に、上記観察を行った後の半導体結晶をＰＬ装置から取り出し、ＣＬ装置（日本電子製の型式ＪＸＡ−８８００）に設置し、２５℃にし、これにエネルギー２０ＫｅＶ、電流１０００ｎＡの電子線を、スポット径３００ｎｍに集束させて、照射時間１ｍｓで照射することによって、結晶の不完全部分において結晶欠陥を誘起した。欠陥検査の対象であるＡｌＧａＡｓ活性層は、表面からの深さが約２μｍなので、この深さでの結晶欠陥を誘起するように、電子線のエネルギーを２０ＫｅＶとした。
【００３２】
３．ＰＬ法による欠陥誘起後の欠陥検査
次に、初期欠陥検査と同様の方法及び条件で、欠陥誘起後の半導体結晶の欠陥検査を行った。この検査では、５つの半導体結晶の全てについて分光ＰＬ像に暗線が見られ、欠陥の存在が確認された。
【００３３】
以上の結果は、５つ全ての半導体結晶について、電子線照射によって結晶の不完全部分において結晶欠陥が誘起されたことを示している。
【実施例３】
【００３４】
実施例３は、半導体結晶を１００℃に加熱した後で欠陥誘起を行った点が実施例１と異なっている。
【００３５】
１．ＣＬ法による初期欠陥検査
実施例１と同じ方法で作製した半導体結晶をＣＬ装置（日本電子製の型式ＪＸＡ−８８００）に設置し、２５℃にし、エネルギー２０ＫｅＶ、電流５０ｎＡの電子線を、スポット径３００ｎｍに集束させて、照射時間１ｍｓで半導体結晶に照射し、発生するＣＬ光を検出・分析することによって、初期欠陥検査を行った。電子線は、半導体結晶の表面全体に照射し、欠陥の有無及び程度を示す分光ＣＬ像を取得した。分光ＣＬ像に現れる暗線が欠陥の存在を示す。５つの半導体結晶について欠陥検査を行ったところ、何れの半導体結晶の分光ＣＬ像にも暗線が見られなかった。
【００３６】
２．電子線照射による欠陥誘起
次に、上記検査を行った後の半導体結晶を１００℃にし、これに、エネルギー２０ＫｅＶ、電流５００ｎＡの電子線を、スポット径３００ｎｍに集束させて、照射時間１ｍｓで照射することによって、結晶の不完全部分において結晶欠陥を誘起した。
【００３７】
３．ＣＬ法による欠陥誘起後の欠陥検査
次に、初期欠陥検査と同様の方法及び条件で、欠陥誘起後の半導体結晶の欠陥検査を行った。この検査では、５つの半導体結晶の全てについて分光ＣＬ像に暗線が見られ、欠陥の存在が確認された。得られた分光ＣＬ像の一例を図２に示す。この像には、欠陥を示す暗線１が見られる。
【００３８】
以上の結果は、５つ全ての半導体結晶について、電子線照射によって結晶の不完全部分において結晶欠陥が誘起されたことを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１で得られた分光ＣＬ像の一例を示す。
【図２】本発明の実施例３で得られた分光ＣＬ像の一例を示す。
【符号の説明】
【００４０】
１、２  暗線
【図１】
2007071643.tif 000003
【図２】
2007071643.tif 000004