JP5818364B2 - 半導体基板と絶縁膜との界面評価方法、及び半導体基板と絶縁膜との界面評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板とその表面に設けられた絶縁膜との界面を過剰キャリアのライフタイムに基づいて評価する方法及びこの方法を用いる界面評価装置に関する。

近年のエレクトロニクスの発展により、様々な分野に半導体製品が活用されている。半導体製品は、一般に、半導体ウェハから製造されるため、半導体製品の高性能化には、半導体ウェハの品質管理が重要である。半導体ウェハの品質を評価する指標の１つとして、半導体におけるキャリアの寿命（ライフタイム）がある。

このキャリア寿命を測定する方法の１つとして、特許文献１に記載されるマイクロ波光導電減衰法（μ−ＰＣＤ法）が知られている。このマイクロ波光導電減衰法は、測定対象である半導体ウェハ（被測定試料）に光（測定光）を照射することによって過剰キャリアを生成し、この過剰キャリアが前記半導体試料の物性によって決まるキャリア寿命で再結合して消滅する過程を、マイクロ波の反射率の時間変化または透過率の時間変化によって検出する方法である。過剰キャリアの生成は、半導体ウェハの導電率を増加させる。このため、光励起によって過剰キャリアの生成された半導体の部位（部分、領域）に照射されたマイクロ波の反射率または透過率が過剰キャリアの密度に対応して変化する。このマイクロ波光導電減衰法は、この現象を利用することによってキャリア寿命を測定するものである。

従来から、半導体ウェハ（半導体基板）としてシリコンウェハ（シリコン基板）が用いられている。このシリコンウェハを用いた半導体製品、例えば、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）デバイスや太陽電池等では、シリコンウェハの表面に絶縁膜が形成される。このシリコンウェハと絶縁膜との界面の状態が、ＭＯＳデバイスや太陽電池等の半導体製品の性能に関わるため、シリコンウェハと絶縁膜との界面の評価が重要になる。

このシリコンウェハと絶縁膜との界面を前記マイクロ波光導電減衰法によって評価する場合、測定光として短波長の光（例えば、紫外光等）が用いられる。これは、波長が長い光ほど浸透長が大きくなるため、測定光として浸透長の短い光を用いることによってシリコンウェハの表面（絶縁膜との界面）に過剰キャリアを集中的に生成し、これにより、測定されたキャリア寿命から前記界面を評価する。尚、浸透長とは、光が照射される表面から、その光の光強度が入射強度の１／ｅとなる地点までの距離（深さ）である。尚、ｅは、ネイピア数である。

特開２００８−２４９２４０号公報

近年では、低損失化によるエネルギー消費の低減、高電圧化による小型化、より高温での動作性の確保等の要請から、パワーデバイスにおける半導体として、シリコン（Si）に替えて炭化ケイ素（SiC：Silicon Carbide）が採用され始めている。

しかし、この炭化ケイ素基板における励起光の浸透長は、波長が同じであればシリコン基板における浸透長よりも大きくなるため、炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面を評価する場合、マイクロ波光導電減衰法での測定において実用的な（十分な出力と安定性とが得られる）短波長のレーザ等の励起光照射装置を用いても、この励起光照射装置によって射出される励起光の波長では浸透長が大き過ぎ、炭化ケイ素基板表面（炭化ケイ素基板と絶縁膜との界面）の評価を精度よく行うことができない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、半導体基板として炭化ケイ素基板が用いられても、半導体基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の評価を精度よく行うことが可能な前記界面の評価方法及び前記界面の評価装置を提供することを課題とする。

本発明者は、種々検討した結果、上記課題は、以下の本発明により解消されることを見
出した。すなわち、本発明の一態様にかかる半導体基板と絶縁膜との界面評価方法は、パッシベーション処理された炭化ケイ素基板の表面における測定領域に対して励起光と測定波とを照射し、当該測定領域において反射した前記測定波である反射測定波、又は当該測定領域を透過した前記測定波である透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板における第１のキャリア寿命を求める第１測定工程と、前記炭化ケイ素基板の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記炭化ケイ素基板の表面に形成された絶縁膜上の前記測定領域に対応する領域に対して前記励起光と前記測定波とを照射し、当該領域において反射した反射測定波又は、当該領域を透過した透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板における第２のキャリア寿命を求める第２のキャリア寿命測定工程と、前記第１のキャリア寿命と前記第２のキャリア寿命とから前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面を評価する評価工程と、を備えることを特徴とする。

そして、本発明の他の一態様では、炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面を評価する界面評価装置であって、パッシベーション処理された前記炭化ケイ素基板の表面における所定の測定領域である第１測定領域、又は前記絶縁膜における前記第１測定領域に対応する第２測定領域に所定の励起光を照射する励起光照射部と、前記第１測定領域又は前記第２測定領域に所定の測定波を照射する測定波照射部と、前記第１測定領域若しくは前記第２測定領域で反射した前記測定波である反射測定波、又は、前記第１測定領域若しくは前記第２測定領域を透過した前記測定波である透過測定波を検出する測定波検出部と、前記測定波検出部によって検出された前記反射測定波又は前記透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面を評価する演算部と、を備える。そして、前記演算部は、前記第１測定領域で反射した反射測定波又は前記第１測定領域を透過した透過測定波から求められた前記炭化ケイ素基板における第１のキャリア寿命、及び前記第２測定領域で反射した反射測定波又は前記第２測定領域を透過した透過測定波から求められた前記炭化ケイ素基板における第２のキャリア寿命から、前記界面を評価することを特徴とする。

これらの構成によれば、パッシベーション処理された炭化ケイ素基板で測定されたキャリア寿命（第１のキャリア寿命）と、絶縁膜が形成された炭化ケイ素基板で測定されたキャリア寿命（第２のキャリア寿命）と、を求め、これら第１のキャリア寿命と第２のキャリア寿命との違いから、炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の評価を精度よく行うことができる。

即ち、パッシベーション処理により炭化ケイ素基板の最表層（表面）でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態となっている炭化ケイ素基板の表面状態を基準とすべく、この状態の炭化ケイ素基板のキャリア寿命（第１のキャリア寿命）を測定し、この第１のキャリア寿命と第２のキャリア寿命との違いから、第２のキャリア寿命が測定された炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の状態を評価することで、精度のよい評価を行うことができる。

例えば、具体的に、前記パッシベーション処理は、前記炭化ケイ素基板に対するフッ酸を用いた処理である場合は、炭化ケイ素基板の表面におけるダングリングボンドが水素終端されることによって炭化ケイ素基板の表面が前記ダングリングボンドを終端した水素で覆われるため、炭化ケイ素基板の表面でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態となっている。これにより、この状態で測定した第１のキャリア寿命と、水素終端に替えて絶縁膜が形成された炭化ケイ素基板で測定された第２のキャリア寿命とから、炭化ケイ素基板と絶縁膜との界面の評価を精度よく行うことができる。

しかも、シリコン基板の表面を水素終端させた場合には、当該シリコン基板が酸素雰囲気に曝されると水素と酸素とが次第に置き換わって（即ち、自然酸化膜が形成されて）シリコン基板表面が荒れるために水素終端させたシリコン基板のキャリア寿命を精度よく測定し難い。しかしながら、炭化ケイ素基板では、常温よりも高い温度で加熱等しなければ水素終端された状態が持続するため、フッ酸によるパッシベーション処理後、酸素雰囲気下で第１のキャリア寿命が測定されても、炭化ケイ素基板表面でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態が持続するため、シリコン基板での第１のキャリア寿命を測定する場合に比べ、第１のキャリア寿命の測定をより容易に行うことができる。

また、フッ酸を用いてパッシベーション処理を行う場合には、前記炭化ケイ素基板の表面から前記パッシベーション処理によって形成されたパッシベーション膜を取り除く除膜工程を、備え、前記絶縁膜形成工程では、前記除膜工程でパッシベーション膜が取り除かれた炭化ケイ素基板に前記絶縁膜を形成することが好ましい。

即ち、パッシベーション処理されることで、炭化ケイ素の表面がパッシベーション膜に覆われる（詳しくは、炭化ケイ素基板の表面がダングリングボンドを終端した水素によって覆われる）ため、このパッシベーション膜（ダングリングボンドを終端している水素）を取り除いた炭化ケイ素基板に絶縁膜を形成することにより、第２のキャリア寿命をより精度よく測定することができる。

尚、前記パッシベーション膜が形成された状態の炭化ケイ素基板を加熱することによって、前記除膜工程と前記絶縁膜形成工程とを同時に行ってもよい。

炭化ケイ素基板の表面での水素終端による水素は、加熱によって炭化ケイ素基板表面から容易に除去できるため、炭化ケイ素基板の表面に絶縁膜として酸化膜を形成する際の加熱を利用してパッシベーション膜（炭化ケイ素基板の表面においてダングリングボンドを終端させている水素）を除去することにより、パッシベーション膜の除去と絶縁膜（酸化膜）の形成とを同時に行うことができる。

また、本発明に係る半導体基板と絶縁膜との界面評価方法において、前記第１測定工程は、前記炭化ケイ素基板に対してパッシベーション処理を行うパッシベーション処理工程と、前記パッシベーション処理された前記炭化ケイ素基板における前記測定領域に対して前記励起光と前記測定波とを照射し、その反射測定波又は透過測定波に基づいて前記第１のキャリア寿命を測定する第１のキャリア寿命測定工程と、を有してもよい。

また、本発明に係る半導体基板と絶縁膜との界面評価装置において、前記演算部は、前記第１測定領域で反射した反射測定波又は前記第１測定領域を透過した透過測定波から前記炭化ケイ素基板における第１のキャリア寿命を求め、且つ、前記第２測定領域で反射した反射測定波又は前記第２測定領域を透過した透過測定波から前記炭化ケイ素基板における第２のキャリア寿命を求めるキャリア寿命演算部と、このキャリア寿命演算部によって求められた前記第１のキャリア寿命及び前記第２のキャリア寿命から、前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面の状態の程度を示す指標となる評価値を求める評価値演算部と、を有することが好ましい。

かかる構成によれば、炭化ケイ素基板と絶縁膜との界面の状態が評価値（数値）として得られるため、前記界面の状態が評価し易くなる。

以上より、本発明によれば、半導体基板として炭化ケイ素基板が用いられても、半導体基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の評価を精度よく行うことが可能な前記界面の評価方法及び前記界面の評価装置を提供することができる。

本実施形態に係る半導体基板と絶縁膜との界面評価装置の概略構成図である。 前記界面評価装置によって測定された反射測定波の強度変化を示す図である。 前記界面評価装置が炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面の評価を行う動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る半導体基板と絶縁膜との界面評価装置（以下、単に「界面評価装置」とも称する。）は、図１に示されるように、ステージＳと、励起光照射部１と、測定波入出力部２と、検出部３と、制御部４と、を備え、ＭＯＳデバイス等の半導体デバイスや太陽電池等の炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板Ｘ_１の表面に絶縁膜Ｘ_２が形成された製品等におけるＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面（界面の状態）の評価を行う。また、本実施形態の界面評価装置Ａは、パッシベーション部５と、加熱部６と、を備える。尚、以下では、表面に絶縁膜Ｘ_２又はパッシベーション膜Ｘ_３が形成された状態のＳｉＣ基板Ｘ_１を単に被測定試料Ｘとも称する。

ステージＳは、ＳｉＣ基板Ｘ_１又は被測定試料Ｘが設置（載置）される部位である。本実施形態のステージＳでは、水平な姿勢となるようにＳｉＣ基板Ｘ_１が設置される。

励起光照射部１は、光源部１１と、導光部１２と、を有し、制御部４の制御に従って被測定試料Ｘに励起光を照射する。

光源部１１は、励起光を出力する装置であり、本実施形態では、レーザ光を出力するレーザ光源装置である。本実施形態の光源部１１は、励起光として波長が２６６ｎｍの紫外線レーザ光を出力する。具体的には、光源部１１は、ＹＡＧレーザ（波長が１０６４ｎｍ）の４倍高調波（波長が２６６ｎｍ）を出力する。

尚、光源部１１が出力する励起光は、波長が２６６ｎｍの紫外線レーザ光に限定されず、例えば、波長が３５５ｎｍの紫外線レーザ光等でもよい。但し、被測定試料Ｘを構成するＳｉＣが、シリコン（Ｓｉ）に比べてバンドギャップが大きいため（Ｓｉのバンドギャップが１．１ｅＶであるのに対してＳｉＣのバンドギャップが３．２５ｅＶ）、波長の短い（即ち、前記バンドギャップよりもエネルギーの大きな）励起光を照射しないと過剰キャリアが生成されないため、光源部１１は、ＳｉＣにおいて過剰キャリアを生成可能な短波長の励起光を出力する。即ち、励起光として、可視光領域の波長や赤外領域の波長の光が用いられると、被測定試料Ｘ（ＳｉＣ基板Ｘ_１）において過剰キャリアが生成されないため、ＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面の評価を行うことができない。

また、励起光の波長が短いほどＳｉＣ基板_１と絶縁膜Ｘ_２との界面付近に過剰キャリアが多く生成される。

光源部１１は、被測定試料Ｘに励起光を照射することによって過剰キャリア（電子と正孔（ホール））を被測定試料Ｘ（詳しくはＳｉＣ基板Ｘ_１）に生じさせ、界面評価装置Ａは、この生じた過剰キャリアの寿命（キャリア寿命／キャリアライフタイム）を測定することから、励起光は、点灯状態からステップ状に消灯状態に移行するものが好ましく、本実施形態では、例えばパルス光、より具体的にはパルスレーザ光である。

導光部１２は、光源部１１が出力した励起光を被測定試料Ｘの表面における所定の領域（測定領域）まで案内する光学系である。本実施形態の導光部１２は、光源部１１から水平方向に出力された励起光の光路を約９０°曲げるミラーを有する。

測定波入出力部２は、被測定試料Ｘの測定領域に所定の測定波を放射（照射）すると共に、被測定試料Ｘの測定領域で反射した測定波である反射測定波（詳しくは、被測定試料Ｘで所定の相互作用を受けた測定波）を受信する。この測定波入出力部２は、測定波生成部２１と、サーキュレータ２２と、導波管２３と、導波管アンテナ２４と、Ｅ−Ｈチューナ２５と、を備える。

測定波生成部２１は、制御部４の制御に従って所定の測定波を生成する。本実施形態の界面評価装置Ａでは、過剰キャリアの生成消滅過程で生じるＳｉＣ基板Ｘ_１の導電率変化を測定波の強度変化によって取り出すため、前記所定の測定波は、電磁波であればよい。本実施形態の測定波はマイクロ波であり、測定波生成部２１は、マイクロ波を生成するマイクロ波発振器である。

この測定波生成部２１は、サーキュレータ２２の１個の端子に接続され、測定波生成部２１から放射された測定波は、サーキュレータ２２に入射する。

サーキュレータ２２は、３つ以上の端子（ポート）を持ち、非可逆的に、一の端子の入力をサイクリックに他の端子へ出力する。本実施形態のサーキュレータ２２は、３個の端子（第１〜第３端子）を備え、第１端子に入射された測定波を第２端子へ射出し、第２端子に入射された測定波を第３端子へ射出する。サーキュレータ２２の第１端子は、測定波生成部２１に接続され、その第２端子は、導波管２３に接続され、そして、その第３端子は、測定波検出部３１に接続されている。

導波管２３は、測定波を導く伝播路を形成する部材であり、その一方端部にサーキュレータ２２の第２端子が接続され、その他方端部に導波管アンテナ２４が接続される。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、導波管２３は、マイクロ波導波管である。

導波管アンテナ２４は、導波管２３を伝播して来た測定波を被測定試料Ｘの測定領域へ向けて放射すると共に、被測定試料Ｘと相互作用を受けた測定波（反射測定波）を受信して導波管２３へ導くアンテナである。導波管アンテナ２４は、被測定試料Ｘの法線方向に沿って配設されており、一方端部が導波管２３に接続され、他方端部に開口部２４ａを備えている。この開口部２４ａは、測定波を被測定試料Ｘの測定領域へ放射すると共に、被測定試料Ｘと相互作用を受けた測定波（反射測定波）を受信するための開口である。そして、導波管アンテナ２４の一方端部には、励起光照射部１から放射された励起光を導波管アンテナ２４内に入射させるための開口部２４ｂを備えている。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、導波管アンテナ２４は、マイクロ波アンテナである。

Ｅ−Ｈチューナ２５は、サーキュレータ２２と導波管アンテナ２４との間における導波管２３に介設され、被測定試料Ｘにおいて相互作用を受けた測定波（反射測定波）を測定波検出部３１においてより良好に検出することができるように、測定波の磁界と電界とを調整する。

検出部３は、被測定試料Ｘにおいて相互作用を受けた測定波（反射測定波）を検出する装置である。この検出部３は、例えば、被測定試料Ｘにおいて相互作用を受けた測定波（反射測定波）の強度を検出する測定波検出部３１である。本実施形態では、測定波がマイクロ波であることから、測定波検出部３１は、マイクロ波検出器である。

制御部４は、界面評価装置Ａの全体制御を司る装置であり、例えば、マクロプロセッサやメモリ等を有するマイクロコンピュータを備えている。そして、制御部４は、測定波検出部３１において検出された反射測定波の強度に基づいて被測定試料Ｘにおける界面（ＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面）の評価を行う演算処理部４１と、演算記憶部４２と、を備えている。

演算処理部４１は、例えば、測定波検出部３１によって検出された反射測定波の強度に基づいてＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面の評価を演算する界面評価プログラムを実行することにより、機能的に、キャリア寿命演算部４１１と、評価値演算部４１２と、を備える。また、演算処理部４１は、前記界面評価プログラムを実行することにより、演算記憶部４２内にキャリア寿命記憶領域４２１を形成する。

キャリア寿命演算部４１１は、測定波検出部３１の出力（反射測定波の強度）に基づいてキャリア寿命τを算出する。例えば、キャリア寿命演算部４１１は、測定波検出部３１の出力をピークで規格化し、この値が１／ｅになったときの時間をキャリア寿命τとして導き出す（図２参照）。本実施形態においては、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面にパッシベーション膜Ｘ_３が形成された状態（ＳｉＣ基板Ｘ_１がダングリングボンドを終端している水素によって表面を覆われた状態）の被測定試料Ｘのキャリア寿命τを第１のキャリア寿命τ_ａとし、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面に絶縁膜Ｘ_２が形成された状態の被測定試料Ｘのキャリア寿命τを第２のキャリア寿命τ_ｂとする。

キャリア寿命演算部４１１は、導き出したキャリア寿命τのうち、少なくとも第１のキャリア寿命τ_ａをキャリア寿命記憶領域４２１に出力する。

尚、図２において、太線で示すグラフは、被測定試料ＸがＳｉＣ基板Ｘ_１の表面に絶縁膜Ｘ_２が形成されたものであるときの反射測定波の強度変化であり、細線で示すグラフは、被測定試料ＸがＳｉＣ基板Ｘ_１の表面にパッシベーション膜Ｘ_３が形成されたものであるときの反射測定波の強度変化を示す。また、キャリア寿命演算部４１１におけるキャリア寿命τの導出は、上記の方法に限定されない。

評価値演算部４１２は、第１のキャリア寿命τ_ａと、第２のキャリア寿命τ_ｂとから、ＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面（界面の状態）の評価を行う。具体的に、評価値演算部４１２は、キャリア寿命演算部４１１が第２のキャリア寿命τ_ｂを求めると、この第２のキャリア寿命τ_ｂに対応する第１のキャリア寿命τ_ａをキャリア寿命記憶領域４２１から引き出し、この第１のキャリア寿命τ_ａと前記第２のキャリア寿命τ_ｂとを用いて下記の式（１）から、ＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面の状態の程度を示す指標となる評価値Ｃを求める。

Ｃ＝１／τ_ｂ−１／τ_ａ ・・・・・（１）
尚、評価値Ｃが小さいほど（即ち、第２のキャリア寿命τ_ｂが第１のキャリア寿命τ_ａに近いほど）、ＳｉＣ基板Ｘ_１とその表面に形成された絶縁膜Ｘ_２との界面の状態がよい。即ち、図２において、太線で示すグラフに細線で示すグラフが近いほど、前記界面の状態がよい。

演算記憶部４２は、所定のプログラムやこの所定のプログラムの実行に必要なデータ等の各種の所定のデータ等を記憶するものであり、例えば、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Read Only Memory）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等である。この演算記憶部４２では、演算処理部４１が界面評価プログラムを実行することにより、その内部（記憶領域内）に、キャリア寿命記憶領域４２１が形成される。

キャリア寿命記憶領域４２１には、キャリア寿命演算部４１１から出力されたキャリア寿命τが記憶（格納）される。本実施形態のキャリア寿命記憶領域４２１には、キャリア寿命演算部４１１において求められたキャリア寿命（第１のキャリア寿命τ_ａ及び第２のキャリア寿命τ_ｂ）のうち、少なくとも第１のキャリア寿命τ_ａが格納される。

パッシベーション部５は、制御部４の制御によってＳｉＣ基板Ｘ_１の表面にパッシベーション膜Ｘ_３を形成する。このパッシベーション部５は、ステージＳ上にＳｉＣ基板Ｘ_１が設置されると、このＳｉＣ基板Ｘ_１を移動させて、フッ酸を用いたパッシベーション処理（ＨＦパッシベーション）を行う。

具体的には、パッシベーション部５は、フッ酸水溶液（ＨＦ水溶液）槽５１と、純水槽５２と、を有する。ＨＦ水溶液槽５１には、フッ酸濃度が例えば５％のＨＦ水溶液が常温で貯留され、純水槽５２には、純水が貯留されている。このパッシベーション部５は、ＳｉＣ基板Ｘ_１がステージＳ上に設置されると、制御部４の制御によってこのＳｉＣ基板Ｘ_１をＨＦ水溶液槽５１に移動させてＨＦ水溶液に数分間浸漬させた後、純水槽５２に移動させて純水に数分間浸漬させる。これにより、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面（最上層）におけるほぼ全てのダングリングボンドが水素終端される。即ち、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面がダングリングボンドを終端させた水素によってほぼ覆われた状態となる（ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面にパッシベーション膜Ｘ_３が形成された状態となる）。パッシベーション部５は、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面が水素終端されると、このＳｉＣ基板Ｘ_１をステージＳ上に戻す。

加熱部６は、制御部４の制御によって表面が水素終端されたＳｉＣ基板Ｘ_１を加熱することにより、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面から前記ダングリングボンドを終端している水素（水素基）を除去すると共に、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面に絶縁膜（本実施形態の例では酸化膜）Ｘ_２を形成する。

具体的に、加熱部６は加熱室６１を有し、この加熱室６１では、ＳｉＣ基板Ｘ_１が酸素雰囲気下で加熱される。この加熱部６は、制御部４の制御によって、第１のキャリア寿命τ_ａが測定された後の被測定試料Ｘ（表面が水素終端された状態のＳｉＣ基板Ｘ_１）を加熱室６１に移動させ、この被測定試料Ｘを酸素雰囲気下において、例えば、７００℃以上で加熱する。これにより、水素終端されたＳｉＣ基板Ｘ_１表面の水素の除去（ＳｉＣ基板Ｘ_１表面のパッシベーション膜Ｘ_３の除去）とＳｉＣ基板Ｘ_１表面への絶縁膜（酸化膜）Ｘ_２の形成とが一度に行われる。

加熱部６は、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面に絶縁膜Ｘ_２が形成されると、この被測定試料Ｘ（表面に絶縁膜Ｘ_２が形成されたＳｉＣ基板Ｘ_１）をステージＳ上に戻す。

このような構成の界面評価装置Ａは、以下の動作によって、ＳｉＣ基板Ｘ_１とその表面に形成された絶縁膜Ｘ_２との界面の評価を行う。図３は、界面評価装置ＡがＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面の評価を行う動作の一例を示すフローチャートである。

ＳｉＣ基板Ｘ_１がステージＳ上に設置されると、パッシベーション部５が、ＳｉＣ基板Ｘ_１をパッシベーション処理する（ステップＳ１）。これにより、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面がダングリングボンドを終端した水素に覆われた状態、即ち、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面がパッシベーション膜Ｘ_３で覆われた状態となる。

ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面が水素終端されると、パッシベーション部５が被測定試料Ｘ（表面にパッシベーション膜Ｘ_３が形成されたＳｉＣ基板Ｘ_１）をステージＳ上に戻し、第１のキャリア寿命τ_ａが測定される（ステップＳ２）。このとき、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面で水素終端された水素（水素基）は、Ｓｉ基板表面で水素終端された水素のように常温の酸素（空気）雰囲気下で酸素と置き換わらない（即ち、自然酸化膜が形成されない）ため、ＨＦパッシベーション処理を行った後のＳｉ基板のように、ダングリングボンドと結合した水素が酸素と置き換わることを防ぐ手段等を積極的に講じなくてもよい。即ち、本実施形態では、被測定試料Ｘ（表面にパッシベーション膜Ｘ_３が形成されたＳｉＣ基板Ｘ_１）が常温の空気に曝された環境下において第１のキャリア寿命τ_ａが測定されても側定精度が十分に確保される。

第１のキャリア寿命τａが測定されると、加熱部６が、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面のダングリングボンドを終端している水素の除去（パッシベーション膜Ｘ_３の除去）とＳｉＣ基板Ｘ_１表面への絶縁膜（酸化膜）Ｘ_２の形成とを行う（ステップＳ３）。

本実施形態では、加熱部６による加熱工程によって、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面のダングリングボンドを終端している水素の除去と、前記水素が除去されたＳｉＣ基板Ｘ_１の表面への絶縁膜（酸化膜）Ｘ_２の形成と、が一度に（一つの工程によって）行われているが、これに限定されず、別々に行われてもよい。即ち、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面からパッシベーション膜Ｘ_３の除去を行う工程が行われ、その後、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面に絶縁膜Ｘ_２を形成する工程が行われてもよい。

絶縁膜Ｘ_２が形成されると、加熱部６がこの被測定試料Ｘ（絶縁膜Ｘ_２の形成された状態のＳｉＣ基板Ｘ_１）をステージＳ上に戻し、第２のキャリア寿命τ_ｂが測定される（ステップＳ４）。

第２のキャリア寿命τ_ｂが測定されると、評価値演算部４１２が演算記憶部４２のキャリア寿命記憶領域４２１から当該キャリア寿命記憶領域４２１に格納されている当該ＳｉＣ基板Ｘ_１における第１のキャリア寿命τ_ａを引き出し、上記の式（１）から評価値Ｃを算出する（ステップＳ５）。この評価値Ｃによって、ＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面の評価が行われる。即ち、評価値Ｃが小さいほど、前記界面の状態がよい。これは、以下の理由による。

ＨＦパッシベーションされたＳｉＣ基板Ｘ_１では、ＳｉＣ基板Ｘ_１表面のほぼ全てのダングリングボンドが水素終端された状態、即ち、ＳｉＣ基板Ｘ_１とパッシベーション膜Ｘ_３とがその界面の全域において互いに結合した状態である。このような界面（表面）の状態のよい、即ち、ＳｉＣ基板Ｘ_１表面におけるほぼ全てのダングリングボンドが水素（水素基）で終端された状態（界面全域でＳｉＣ基板Ｘ_１とパッシベーション膜Ｘ_３とが互いに結合している状態）のＳｉＣ基板Ｘ_１でキャリア寿命τ_ａを測定すると、過剰キャリアの生成消滅過程において電子と正孔との再結合以外での過剰キャリアの消滅が起らない状態で測定することができる。

一方、表面に酸化膜（ＳｉＯ_２膜）Ｘ_２が形成されたＳｉＣ基板Ｘ_１では、酸化膜Ｘ_２とＳｉＣ基板Ｘ_１との界面にＣＯやＣ_２Ｏ等が入り込んでおり、前記界面においてこれらＣＯやＣ_２Ｏ等が入り込んだ位置では、ＳｉＣ基板Ｘ_１と酸化膜Ｘ_２とが結合していないため、前記界面にＣＯやＣ_２Ｏ等が入り込む量が多くなると、ＳｉＣ基板Ｘ_１と酸化膜Ｘ_２との結合状態（即ち、界面の状態）が悪くなる。このような界面の状態の悪いＳｉＣ基板Ｘ_１でキャリア寿命τ_ｂを測定すると、過剰キャリアの生成消滅過程において、電子と正孔との再結合以外にＣＯやＣ_２Ｏ等との結合によって過剰キャリアが消滅するため、界面の状態がよい場合に比べ、キャリア寿命τ_ｂが短く（小さく）なる。

従って、界面の状態のよいＳｉＣ基板Ｘ_１で測定されたキャリア寿命（第１のキャリア寿命）τ_ａを基準にし、この第１のキャリア寿命τ_ａと、その表面に酸化膜Ｘ_２が形成されたＳｉＣ基板Ｘ_１で測定されたキャリア寿命（第２のキャリア寿命）τ_ｂとを比べることによって、ＳｉＣ基板Ｘ_１と酸化膜Ｘ_２との界面の状態（界面におけるＳｉＣ基板Ｘ_１と酸化膜Ｘ_２との結合状態）を評価することができる。具体的には、第２のキャリア寿命τ_ｂが、界面（表面）の状態のよいＳｉＣ基板Ｘ_１で測定された第１のキャリア寿命τ_ａに近いほど（即ち、上記式（１）で求められるＣの値が小さいほど）、第２のキャリア寿命τ_ｂが測定されたＳｉＣ基板Ｘ_１と酸化膜Ｘ_２との界面の状態の程度がよいと評価できる一方、第２のキャリア寿命τ_ｂが第１のキャリア寿命τ_ａから離れるほど（即ち、上記式（１）で求められるＣの値が大きいほど）、ＳｉＣ基板Ｘ_１と酸化膜Ｘ_２との界面の状態の程度が悪いと評価できる。

以上の半導体基板と絶縁膜との界面評価装置Ａによれば、パッシベーション処理されたＳｉＣ基板Ｘ_１で測定された第１のキャリア寿命τ_ａと、絶縁膜Ｘ_２が形成されたＳｉＣ基板Ｘ_１で測定された第２のキャリア寿命τ_ｂと、を求め、これら第１のキャリア寿命τ_ａと第２のキャリア寿命τ_ｂとの違いから、ＳｉＣ基板Ｘ_１とその表面に形成された絶縁膜Ｘ_２との界面（界面の状態）の評価を精度よく行うことができる。

即ち、パッシベーション処理によりＳｉＣ基板Ｘ_１の最表層（表面）でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態となっているＳｉＣ基板Ｘ_１の表面状態を基準とすべく、この状態のＳｉＣ基板Ｘ_１の第１のキャリア寿命τ_ａを測定し、この第１のキャリア寿命τ_ａと第２のキャリア寿命τ_ｂとの違いから、第２のキャリア寿命τ_ｂが測定されたＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面の状態を評価することで、精度のよい評価を行うことができる。

例えば、本実施形態のように、パッシベーション処理が、ＳｉＣ基板Ｘ_１に対するフッ酸を用いた処理（ＨＦパッシベーション）である場合は、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面におけるほぼ全てのダングリングボンドが水素終端されることによりＳｉＣ基板Ｘ_１の表面がダングリングボンドを終端した水素によってほぼ覆われるため、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起り難い状態となっている。これにより、この状態で測定した第１のキャリア寿命τ_ａと、パッシベーション膜Ｘ_３（ダングリングボンドを終端している水素）に替えて絶縁膜Ｘ_２が形成されたＳｉＣ基板Ｘ_１で測定された第２のキャリア寿命τ_ｂとから、ＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜Ｘ_２との界面の評価を精度よく行うことができる。

しかも、Ｓｉ基板の表面を水素終端させた場合には、当該Ｓｉ基板が酸素雰囲気に曝されると水素と酸素とが次第に置き換わって（即ち、自然酸化膜が形成されて）Ｓｉ基板表面が荒れるために水素終端させたＳｉ基板のキャリア寿命τを精度よく測定し難い。しかしながら、ＳｉＣ基板Ｘ_１では、常温よりも高い温度で加熱等しなければ水素終端された状態が持続するため、フッ酸によるパッシベーション処理後、酸素雰囲気下で第１のキャリア寿命τ_ａが測定されても、ＳｉＣ基板Ｘ_１表面でのダングリングボンドによる過剰キャリアの消滅が起こり難い状態が持続するため、Ｓｉ基板での第１のキャリア寿命τ_ａを測定する場合に比べ、第１のキャリア寿命τ_ａの測定をより容易に行うことができる。

また、フッ酸を用いてパッシベーション処理を行う場合には、パッシベーション膜Ｘ_３が形成された状態のＳｉＣ基板Ｘ_１を加熱することによって、パッシベーション膜Ｘ_３の除膜工（即ち、ＳｉＣ基板Ｘ_１表面においてダングリングボンドを終端している水素の除去工程）程と絶縁膜Ｘ_２の成膜工程（絶縁膜形成工程）とを同時に行ってもよい。

ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面での水素終端による水素（詳しくは、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面でダングリングボンドを終端している水素）は、加熱によってＳｉＣ基板Ｘ_１表面から容易に除去できるため、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面に絶縁膜Ｘ_２として酸化膜を形成する際の加熱を利用してパッシベーション膜Ｘ_３（ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面でダングリングボンドを終端している水素）を除去することにより、パッシベーション膜Ｘ_３の除去と絶縁膜（酸化膜）Ｘ_２の形成とを同時に行うことができる。

また、本実施形態の界面評価装置Ａによれば、ＳｉＣ基板Ｘ_１と絶縁膜（酸化膜）Ｘ_２との界面の状態が評価値（数値）Ｃとして得られるため、前記界面の状態が評価し易くなる。

尚、本発明の半導体基板と絶縁膜との界面評価装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態において、ＳｉＣ基板Ｘ_１の表面に形成される絶縁膜は、酸化膜であるが、これに限定されない。この絶縁膜は、絶縁性を有し且つ光及びマイクロ波に対して透明であればよく、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）膜やＡｌＮ（窒化アルミニウム）膜等であってもよい。

また、上記実施形態の界面評価装置Ａは、ＳｉＣ基板にＨＦパッシベーションを行うパッシベーション部５と、ＳｉＣ基板表面におけるパッシベーション膜Ｘ_３の除去及び絶縁膜Ｘ_２の形成を行う加熱部６と、を有しているが、この構成に限定されない。例えば、界面評価装置は、パッシベーション部５及び／又は加熱部６を有していなくてもよい。この場合は、ＳｉＣ基板Ｘ_１が界面評価装置からを取り出され、界面評価装置外でパッシベーション処理及び／又は加熱処理（パッシベーション膜Ｘ_３の除膜、及び、絶縁膜Ｘ_２の形成）が行われる。

また、上記実施形態の界面評価装置Ａは、反射側定波の強度変化から被測定試料Ｘのキャリア寿命τを側定しているが、この構成に限定されず、被測定試料Ｘの裏側において当該試料を透過した側定波（透過側定波）を側定し、この強度変化から被測定試料Ｘのキャリア寿命τを側定する構成でもよい。

また、上記実施形態の界面評価装置Ａでは、パッシベーション処理は、フッ酸を用いたＨＦパッシベーションであるが、これに限定されず、ヨウ素パッシベーション等であってもよい。

１ 励起光照射部
２ 測定波入出力部
３ 検出部
４ 制御部
５ パッシベーション部
６ 加熱部
１１ 光源部
２１ 測定波生成部
３１ 測定波検出部
４１ 演算処理部
４２ 演算記憶部
４１１ キャリア寿命演算部
４１２ 評価値演算部
４２１ キャリア寿命記領域
Ｃ 評価値
Ｘ 被測定試料
Ｘ_１ 炭化ケイ素基板
Ｘ_２ 絶縁膜
Ｘ_３ パッシベーション膜（炭化ケイ素の表面においてダングリングボンドを終端している水素）
τ キャリア寿命
τ_ａ 第１のキャリア寿命
τ_ｂ 第２のキャリア寿命

Claims (7)

1. パッシベーション処理された炭化ケイ素基板の表面における測定領域に対して励起光と測定波とを照射し、当該測定領域において反射した前記測定波である反射測定波、又は当該測定領域を透過した前記測定波である透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板における第１のキャリア寿命を求める第１測定工程と、
   前記炭化ケイ素基板の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   前記炭化ケイ素基板の表面に形成された絶縁膜上の前記測定領域に対応する領域に対して前記励起光と前記測定波とを照射し、当該領域において反射した反射測定波又は、当該領域を透過した透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板における第２のキャリア寿命を求める第２のキャリア寿命測定工程と、
   前記第１のキャリア寿命と前記第２のキャリア寿命とから前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面を評価する評価工程と、を備えることを特徴とする半導体基板と絶縁膜との界面評価方法。
2. 前記パッシベーション処理は、前記炭化ケイ素基板に対するフッ酸を用いた処理であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板と絶縁膜との界面評価方法。
3. 前記炭化ケイ素基板の表面から前記パッシベーション処理によって形成されたパッシベーション膜を取り除く除膜工程を、備え、
   前記絶縁膜形成工程では、前記除膜工程でパッシベーション膜が取り除かれた炭化ケイ素基板に前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体基板と絶縁膜との界面評価方法。
4. 前記パッシベーション膜が形成された状態の炭化ケイ素基板を加熱することによって、前記除膜工程と前記絶縁膜形成工程とを同時に行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体基板と絶縁膜との界面評価方法。
5. 前記第１測定工程は、前記炭化ケイ素基板に対してパッシベーション処理を行うパッシベーション処理工程と、前記パッシベーション処理された前記炭化ケイ素基板における前記測定領域に対して前記励起光と前記測定波とを照射し、その反射測定波又は透過測定波に基づいて前記第１のキャリア寿命を測定する第１のキャリア寿命測定工程と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体基板と絶縁膜との界面評価方法。
6. 炭化ケイ素基板とその表面に形成された絶縁膜との界面を評価する界面評価装置であって、
   パッシベーション処理された前記炭化ケイ素基板の表面における所定の測定領域である第１測定領域、又は前記絶縁膜における前記第１測定領域に対応する第２測定領域に所定の励起光を照射する励起光照射部と、
   前記第１測定領域又は前記第２測定領域に所定の測定波を照射する測定波照射部と、
   前記第１測定領域若しくは前記第２測定領域で反射した前記測定波である反射測定波、又は、前記第１測定領域若しくは前記第２測定領域を透過した前記測定波である透過測定波を検出する測定波検出部と、
   前記測定波検出部によって検出された前記反射測定波又は前記透過測定波に基づいて前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面を評価する演算部と、を備え、
   前記演算部は、前記第１測定領域で反射した反射測定波又は前記第１測定領域を透過した透過測定波から求められた前記炭化ケイ素基板における第１のキャリア寿命、及び前記第２測定領域で反射した反射測定波又は前記第２測定領域を透過した透過測定波から求められた前記炭化ケイ素基板における第２のキャリア寿命から、前記界面を評価することを特徴とする半導体基板と絶縁膜との界面評価装置。
7. 前記演算部は、前記第１測定領域で反射した反射測定波又は前記第１測定領域を透過した透過測定波から前記炭化ケイ素基板における第１のキャリア寿命を求め、且つ、前記第２測定領域で反射した反射測定波又は前記第２測定領域を透過した透過測定波から前記炭化ケイ素基板における第２のキャリア寿命を求めるキャリア寿命演算部と、このキャリア寿命演算部によって求められた前記第１のキャリア寿命及び前記第２のキャリア寿命から、前記炭化ケイ素基板と前記絶縁膜との界面の状態の程度を示す指標となる評価値を求める評価値演算部と、を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体基板と絶縁膜との界面評価装置。

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