一种在晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法技术

本申请提供了一种在晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法，所述方法包括将碳化硅晶片置于刻蚀腔中，使用微波等离子体刻蚀碳化硅晶片的碳面；刻蚀至预设时间后，将所述碳化硅晶片从刻蚀腔中取出，用去离子水和酒精超声清洗；根据所述碳化硅晶片碳面的刻蚀坑的形貌和截面，确定缺陷类型。该方法通过刻蚀C面形成刻蚀坑，根据刻蚀坑的形貌和截面信息可以准确辨认微管及不同类型的位错；同时，对于衬底材料可以和Si面位错情况进行对比，从而直接观察位错在生长过程中的行为；对于外延材料可以和外延表面对比位错情况，进而研究位错的增值和转化机理。化机理。化机理。

【技术实现步骤摘要】
一种在晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法


[0001]本申请涉及半导体单晶材料测试表征领域，尤其涉及一种在晶片碳面辨别碳化硅晶片中 缺陷的方法。

技术介绍

[0002]作为第三代宽带隙半导体材料的代表，碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大、载流子饱和 迁移速度高、临界击穿场强高、热导率高、化学稳定性好等优异的物理化学特性，基于这些 特性，SiC材料被认为是高频、大功率、耐高温和抗辐射电子器件的理想材料，以其制造的 器件在智能电网、轨道交通、电动汽车、雷达通讯等众多领域有着广泛的应用。
[0003]随着SiC单晶质量的逐步提高，小角晶界、微管等缺陷密度逐渐减少，但目前商用衬底 中仍或多或少的存在一些微管，在SiC晶片的应力双折射图像中，单个微管呈现出蝴蝶斑或 彗星状的应力像，微管在外延生长过程中延伸到外延层，是SiC功率器件中危害性最大的一 种缺陷，微管会导致器件反向偏压失效，直至击穿。虽然可以利用外延生长技术的改进使微 管闭合，但闭合后的微管仍会转变为位错或产生微坑等不同的形貌缺陷，衬底中检测微管的 双折射法不再适用于外延片。因此，需要探究一种可以方便观察微管从衬底到外延层延伸或 扩展的方法。
[0004]另外，基于物理气相传输的生长方法，生长出的SiC晶体仍具有较高的位错密度 (～104cm
‑2)，使其实际电学性能大大降低，从而限制了SiC材料在电子器件领域的进一步应 用。比如在高位错密度上制作的晶体三极管具有较大的漏电流，且不同类型的位错对器件性 能也有着不同的影响，衬底中的螺位错会在贯穿到外延层中或转化为Frank SFs，而外延层中 的Shockley SFs会在基平面位错转变成刃位错的转变点以下位置形成，从而严重影响SiC功 率器件的性能，导致器件参数退化。因此，如何快速有效的辨别位错缺陷类型对SiC材料与 器件的发展具有重要意义。
[0005]对于碳化硅单晶缺陷检测，常见的测量方法包括X射线衍射、X射线形貌术、透射电镜、 湿法腐蚀(包括传统的溶液腐蚀、电化学腐蚀和采用融化的盐类缺陷选择化学腐蚀)等等。 其中制样简单、方便快捷的熔融KOH腐蚀法最为常用。将SiC晶片放入熔融的KOH中进行 刻蚀，在位错存在的地方形成择优刻蚀。根据刻蚀坑的尺寸和形状对位错类型进行辨别。尺 寸较大的六边形腐蚀坑对应螺位错(TSD)，尺寸较小的六边形腐蚀坑对应刃位错(TED)， 小尺寸的贝壳形腐蚀坑对应基平面位错(BPD)，腐蚀坑的形状和尺寸均受腐蚀条件的影响， 但高掺杂的N型SiC在湿法刻蚀后刻蚀坑呈圆形，无法辨别位错种类。针对该问题，现有技 术中有将四氟化碳/氩气作为刻蚀气体对SiC进行等离子体刻蚀，从而满足了高掺杂的N型 SiC的位错检测。但以上方法均从Si面观察的位错，这样衬底Si面结构的完整性就被破坏， 样品无法继续使用，需要重新进行研磨、抛光等工艺处理。而探究位错从衬底到外延层中的 转变时，同样需要进行腐蚀
→
观察
→
研磨
→
抛光的重复性工艺，耗时非常长。若可以从碳面 观察位错，便可以直观地看到衬底碳面和外延层Si面刻蚀坑的对应关系，从而研究位错转化 机理，对探究位错与失效器件的关联性至关重要。
[0006]因此，需要探究一种从碳面可以同时观察碳化硅单晶中微管和位错缺陷的方法。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本申请实施例提供了一种在晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法。
[0008]本申请实施例提供的在晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法，主要包括如下步骤：
[0009]将碳化硅晶片置于刻蚀腔中，使用微波等离子体刻蚀碳化硅晶片的碳面；
[0010]刻蚀完成后，将所述碳化硅晶片从刻蚀腔中取出，用去离子水和酒精超声清洗；
[0011]根据碳化硅晶片碳面的刻蚀坑的形貌和截面，确定缺陷类型。
[0012]本申请实施例提供的方法具有如下有益效果：
[0013]1、本专利技术通过刻蚀C面形成刻蚀坑，根据刻蚀坑的形貌和截面信息可以准确辨认微管 及不同类型的位错。
[0014]2、本专利技术通过刻蚀C面观察微管，可以对比外延层表面的形貌缺陷，探究微管在外延 过程中的延伸和扩展情况。
[0015]3、本专利技术通过刻蚀C面观察位错，对于衬底材料可以和Si面位错情况进行对比，从而 直接观察位错在生长过程中的行为；对于外延材料可以和外延表面对于位错情况，进而研究 位错的增值和转化机理。
[0016]4、本专利技术不使用熔融的强碱作为腐蚀剂，对人体危害性小。
附图说明
[0017]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实施例的实施例， 并与说明书一起用于解释本实施例的原理。
[0018]为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出 创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本申请实施例提供的微波等离子体化学气相沉刻蚀装置的示意图；
[0020]图2为非掺4H
‑
SiC衬底中三类位错形成刻蚀坑的形貌、截面及尺寸信息图；
[0021]图3为N型4H
‑
SiC衬底中三类位错形成刻蚀坑的形貌、截面及尺寸信息；
[0022]图4为本申请实施例提供的微管的刻蚀形貌图。
具体实施方式
[0023]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时， 除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述 的实施方式并不代表与本实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求 书中所详述的、本实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0024]本实施例利用实施例中所用刻蚀装置为微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)生长炉。图 1为本申请实施例提供的微波等离子体化学气相沉刻蚀装置的示意图，如图1所示，碳化硅 晶片2的碳面朝上放在钼片1上，形成的等离子体3覆盖在碳化硅晶片2表面。刻蚀坑
的形 貌和截面信息可借助激光共聚焦显微镜获得，当然也可以是其它设备。本实施例的碳化硅晶 片是采用物理气相传输法生长所得，晶型为4H
‑
SiC。本申请实施例提供的在碳面辨别碳化硅 单晶缺陷的方法主要包括如下步骤：
[0025]S101:将碳化硅晶片置于刻蚀腔中，使用微波等离子体刻蚀碳化硅晶片的碳面。
[0026]本实施例中的碳化硅晶片如果是衬底片，需要对晶体进行切割、研磨、抛光等工艺加工 成晶片，表面达到镜面的要求，清洗后备用；如果是外延片可直接使用；如果是表面有器件 则需将背面金属电极去除。
[0027]本实施例中的刻蚀气体为氢等离子体或者氢氧等离子体，样品碳面朝上放在钼片上，设 备为微波等离子体化学气相沉积生长炉，通入刻蚀气体后，在微波的激励下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法，其特征在于，所述方法包括：将碳化硅晶片置于刻蚀腔中，使用微波等离子体刻蚀碳化硅晶片的碳面；刻蚀至预设时间后，将所述碳化硅晶片从刻蚀腔中取出，用去离子水和酒精超声清洗；根据所述碳化硅晶片碳面的刻蚀坑的形貌和截面，确定缺陷类型。2.根据权利要求1所述的在晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法，其特征在于，所述微波等离子体为微波氢等离子体或者微波氢氧等离子体。3.根据权利要求1所述的在晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法，其特征在于，所述预设刻蚀时间根据刻蚀后的碳面缺陷腐蚀坑形状清晰、缺陷完全显露且没有出现交叠的条件确定。4.根据权利要求1所述的晶片碳面辨别碳化硅晶片中缺陷的方法，其特征在于，所述碳化硅晶片为非掺4H
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【专利技术属性】
技术研发人员：彭燕，于金英，杨祥龙，胡小波，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：