一種半絕緣4H-SiC晶型的鑒別方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種半絕緣4H-SiC晶型的鑒別方法。該方法包括：將半絕緣4H-SiC樣品采用電阻率測(cè)量設(shè)備進(jìn)行電阻率測(cè)量，根據(jù)電阻率值與晶型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，鑒別晶型情況，并得到4H晶型與其他晶型的面積比。該方法簡(jiǎn)單可靠，將電阻測(cè)量與4H-SiC晶型鑒別合二為一，可對(duì)半絕緣4H-SiC襯底生產(chǎn)的任一工序內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，有利于實(shí)施生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種半絕緣4H-SiC晶型的鑒別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電阻與晶型測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及半絕緣4H-SiC多型的鑒別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]第三代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)具有禁帶寬、臨界雪崩擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率聞、電子飽和漂移速度聞等特點(diǎn)，在聞溫、聞?lì)l、大功率、光電子及抗福射等方面具有巨大的應(yīng)用潛力，是制造高性能電力電子器件、大功率固體微波器件和固體傳感器等新型器件以及耐高溫集成電路的優(yōu)選材料，從而廣泛應(yīng)用于石油、化學(xué)、汽車(chē)、航空、航天、通信、武器等行業(yè)。制作微波器件關(guān)鍵是襯底電阻率要高，最好是半絕緣襯底，具有低介電損耗，且可以降低器件的寄生電容效應(yīng)。
[0003]SiC晶體結(jié)構(gòu)具有同質(zhì)多型的特點(diǎn)，即在化學(xué)計(jì)量成分相同情況下具有不同的晶體結(jié)構(gòu)。最常見(jiàn)的SiC多型有立方結(jié)構(gòu)的3C-SiC、六方結(jié)構(gòu)的6H-SiC和4H-SiC以及菱方結(jié)構(gòu)的15R-SiC。對(duì)SiC的同質(zhì)多型，雖具有相同的化學(xué)性質(zhì)，但在物理性質(zhì)，特別是半導(dǎo)體特性方面表現(xiàn)出各自的特性。制作不同的器件要求不同的SiC晶型。而且，在SiC常規(guī)的生長(zhǎng)方法物理氣相沉積(PVT)生長(zhǎng)過(guò)程中，很容易出現(xiàn)多型夾雜現(xiàn)象。目前SiC已知具有200多種同質(zhì)多型結(jié)構(gòu)，但是在半導(dǎo)體應(yīng)用方面，因6H-SiC和4H-SiC可以獲得高質(zhì)量的單晶襯底得到了廣泛關(guān)注。而4H-SiC相比6H-SiC，因具有更寬的禁帶寬度(4H:3.26eV ；6H:
3.02eV)和更高的電子遷移率(4H =IOOOcm2..s_1;6H:400cm2.T1.s_1)，更適用于微波器件制作。
[0004]對(duì)半絕緣4H_SiC襯底，電阻率和晶型是兩個(gè)非常重要的參數(shù)。目前，常規(guī)的測(cè)試方法需要分別測(cè)試4H-SiC襯底的電阻率與晶型。存在耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)試效率低的弊端，尤其是對(duì)量產(chǎn)半絕緣4H-SiC襯底的檢測(cè)，現(xiàn)有的檢測(cè)方法很大程度制約了半絕緣4H-SiC襯底生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種半絕緣4H_SiC多型的檢測(cè)鑒別方法，本發(fā)明的方法能在電阻率的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單快速的對(duì)4H-SiC是否包含多型進(jìn)行鑒別。
[0006]一種半絕緣4H_SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，包括步驟如下:
[0007](I)取待檢驗(yàn)的半絕緣4H_SiC樣品切割成晶片，并進(jìn)行拋光；
[0008](2)進(jìn)行電阻率測(cè)量，得到電阻率值；
[0009](3)根據(jù)電阻率值與晶型的關(guān)系，鑒別晶型情況:
[0010]電阻率高于IO12 Ω.cm的部分為4H晶型，電阻率低于IO12 Ω.cm的部分為非4H晶型的其他晶型。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，步驟(I)中切割的半絕緣4H-SiC樣品晶片形狀可為任意形狀，包括方形、圓形及不規(guī)則形狀。優(yōu)選的，所述半絕緣4H-SiC樣品晶片為圓形晶片，直徑為(150mm。一次可檢測(cè)區(qū)域最大為0 150mm范圍內(nèi)晶型。
[0012]所述半絕緣4H-SiC樣品晶片厚度為250-5000 μ m,在待檢測(cè)區(qū)域直徑20mm范圍內(nèi)的厚度方向起伏小于20 μ m。進(jìn)一步優(yōu)選的，晶片厚度300-500 μ m,檢測(cè)區(qū)域直徑20mm范圍內(nèi)厚度起伏小于10 μ m。
[0013]所述晶片可采取包括且不限于研磨、機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、化學(xué)機(jī)械拋光等拋光步驟，按本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)即可。優(yōu)選的，采用化學(xué)機(jī)械拋光，將切割晶片造成的表面損傷層完全去除。
[0014]優(yōu)選的，所述晶片待檢測(cè)區(qū)域的表面粗糙度小于10 μ m。這將有助于晶型的判定，
盡量減少誤差。
[0015]所述4H_SiC樣品包括摻雜的或者高純的半絕緣4H_SiC。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，所述切割的晶片晶向?yàn)榕c(0001)方向偏差0-8°的任意方向。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，所述電阻率測(cè)量可以通過(guò)任何可靠有效的測(cè)量方式進(jìn)行。優(yōu)選的，步驟(2)中所述電阻率測(cè)量采用逐步取點(diǎn)的方式，將待測(cè)區(qū)域劃分為等間距的小格，每一小格選取一點(diǎn)測(cè)量電阻率，形成電阻率分布圖。待測(cè)區(qū)域劃分為若干相同的小格由檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行，分格大小可自動(dòng)調(diào)整。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)計(jì)算電阻率分布圖中4H晶型區(qū)域的點(diǎn)數(shù)與全片掃描總點(diǎn)數(shù)(單位:個(gè))之比，可計(jì)算4H晶型所占比例?？捎蓹z測(cè)設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行。
[0019]所述電阻率與多型的關(guān)系，可以通過(guò)電阻率分布圖判定。電阻率高于1012Ω.cm的部分為4Η晶型，而低于IO12 Ω.cm的部分電阻率為其他多型。所述其他晶型為6H_SiC、15R-SiC或本領(lǐng)域常見(jiàn)的其他同質(zhì)多型結(jié)構(gòu)。所述除4H晶型外的其他晶型的存在面積可能為晶片中的一部分或者全晶片，后一種情況說(shuō)明檢測(cè)樣品不是4H-SiC。
[0020]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021]本發(fā)明提供的半絕緣4H_SiC晶型檢測(cè)方法，可對(duì)大尺寸的SiC進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)電阻率測(cè)試鑒別多型，縮短了檢測(cè)工序；操作簡(jiǎn)單。本發(fā)明提供了一種可靠且高效的同時(shí)對(duì)4H-SiC電阻率和晶型進(jìn)行表征的方法，即只需采用4H-SiC的電阻率，直接給出電阻率和晶型的情況，能比較直觀(guān)的得到多型結(jié)果，檢測(cè)誤差??；本發(fā)明的方法，可對(duì)任一工序內(nèi)的SiC產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，從而有利于實(shí)施質(zhì)量控制。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是實(shí)施例1樣品晶片電阻率全片掃描圖。右側(cè)為電阻率對(duì)應(yīng)值。
[0023]圖2是實(shí)施例1樣品晶片按現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行拉曼全片掃描圖。
[0024]圖3是實(shí)施例2樣品晶片電阻率全片掃描圖。右側(cè)為電阻率的對(duì)應(yīng)值
[0025]圖4是實(shí)施例2樣品晶片按現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行拉曼全片掃描圖。
[0026]圖5是實(shí)施例3中樣品3、樣品4晶片電阻率全片掃描圖(a)、(b)。右側(cè)為電阻率的對(duì)應(yīng)值。
[0027]圖6是實(shí)施例3中樣品3、樣品4的電阻率P與1000/T的Arrhenius曲線(xiàn)(a)、(b)。
【具體實(shí)施方式】[0028]下面將結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是本發(fā)明的全部。
[0029]本發(fā)明對(duì)實(shí)施例中所使用到的試驗(yàn)方法進(jìn)行一般性和/或具體的描述。雖然為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所使用的許多操作方法是本領(lǐng)域公知的，但是本發(fā)明仍然在此作盡可能詳細(xì)描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚，在下文中，如果未特別說(shuō)明，本發(fā)明所用操作方法是本領(lǐng)域公知的。
[0030]本發(fā)明所用的檢測(cè)儀器:
[0031]電阻率測(cè)試儀，儀器型號(hào):非接觸式電阻率測(cè)試儀C0REMA-WT，；
[0032]拉曼光譜儀，儀器型號(hào):H0RIBA JOBIN YVON顯微共聚焦激光拉曼光譜儀；
[0033]實(shí)施例中“厚度起伏”是指晶片檢測(cè)區(qū)域直徑20mm范圍內(nèi)的厚度差。
[0034]實(shí)施例1
[0035]采用PVT方法生長(zhǎng)的正向3英寸半絕緣SiC樣品(樣品1)，切割晶棒形成標(biāo)準(zhǔn)直徑的晶片，采用研磨拋光過(guò)程。獲得厚度400 μ m，粗糙度約lnm，3英寸范圍內(nèi)厚度起伏小于3 μ m的晶片。
[0036]首先，將樣品晶片放置到C0REMA-WT樣品臺(tái)，開(kāi)啟測(cè)量，對(duì)所述樣品晶片進(jìn)行電阻率全片掃描，結(jié)果如圖1所示，右側(cè)表示電阻率值與顏色關(guān)系?？梢悦黠@的看出，電阻率分為兩個(gè)區(qū)域，深色區(qū)域?yàn)殡娮杪矢哂?012Ω.Cm，淺色區(qū)域電阻率低(IOkiQ.cm~IO11 Ω 因此可判斷深色區(qū)域?yàn)?H晶型，而淺色區(qū)域存在其他多型6H。
[0037]電阻率全片掃描共測(cè)試208個(gè)點(diǎn)(圖1 )，其中淺色6H區(qū)域占59個(gè)點(diǎn)，深色4H晶型區(qū)域占據(jù)149個(gè)點(diǎn)，因此，4H晶型所占比例為149/208=71.6%。
[0038]為了驗(yàn)證所述方法的準(zhǔn)確性，對(duì)該樣品晶片按現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行拉曼全片掃描。結(jié)果如圖2所示。圖2中淺色區(qū)域?yàn)?H晶型區(qū)域，中心深色區(qū)域?yàn)?H多型區(qū)域。圖2與圖1兩者4H晶型區(qū)域和多型區(qū)域位置一致，說(shuō)明本方法效果可靠、簡(jiǎn)單有效。
[0039]實(shí)施例2
[0040]樣品為偏向3.8°的3英寸半絕緣SiC晶片(樣品2)，晶片厚度380 μ m，采用機(jī)械拋光加工，粗糙度約I μ m，厚度起伏小于?ομπι。首先對(duì)樣品晶片進(jìn)行電阻率全片掃描，結(jié)果如圖3所示，可以明顯的看出，電阻率分為兩個(gè)區(qū)域，深色區(qū)域?yàn)殡娮杪矢哂贗O12 Ω - cm,淺色區(qū)域電阻率低(IOkiQ -CmNlO11Q -cmh因此判斷深色區(qū)域?yàn)?H_SiC，而淺色區(qū)域存在其他多晶型(6H和15R)。
[0041]電阻率全片掃描共測(cè)試208個(gè)點(diǎn)(圖3)，其中6H區(qū)域占93個(gè)點(diǎn)，15R區(qū)域占31個(gè)點(diǎn)，4H區(qū)域占84個(gè)點(diǎn)，因此，4H晶型所占比例為84/208=40.4%。
[0042]為了驗(yàn)證所述方法，再對(duì)該樣品2進(jìn)行拉曼全片掃描，結(jié)果如圖4所示。圖4中白色區(qū)域?yàn)?H晶型區(qū)域，圖中間的深色區(qū)域?yàn)?H多型區(qū)域，淺色區(qū)域?yàn)?5R多型，電阻率低的部分為兩者面積之和，說(shuō)明本方法效果可靠、簡(jiǎn)單有效。
[0043]實(shí)施例3
[0044]樣品為正向的3英寸半絕緣SiC晶片2個(gè)，厚度分別為383 μ m (樣品3，4H晶型)、394 μ m (樣品4，6H晶型)，采用機(jī)械拋光加工，粗糙度小于I μ m，厚度起伏小于10 μ m。
[0045]首先，分別對(duì)樣品3、樣品4進(jìn)行了電阻率全片掃描，結(jié)果分別如圖5(a)、(b)所示。可以明顯的看出，樣品3電阻率高于1012Ω.ο?，樣品4電阻率低(IOkiQ.cm-1011 Ω.cm)。因此判斷樣品3為整個(gè)面積全部為4H晶型，而樣品4全片不存在4H晶型，均為其他晶型。
[0046]對(duì)樣品3電阻率全片掃描共測(cè)試208個(gè)點(diǎn)(圖5a), 4H晶型區(qū)域占208個(gè)點(diǎn)，4H晶型比例為100%;對(duì)樣品4電阻率全片掃描共測(cè)試208個(gè)點(diǎn)(圖5b)，6H晶型區(qū)域占208個(gè)點(diǎn)，4H晶型比例為O。
[0047]為了驗(yàn)證樣品3為4H_SiC、樣品4為6H晶型，采用變溫電阻率測(cè)試設(shè)備(C0REMA-VT)，分別對(duì)以上樣品3 (4H-SiC)和樣品4 (6H晶型)進(jìn)行了變溫電阻率測(cè)試，得到電阻率P與1000/T的Arrhenius曲線(xiàn)，如圖6所示:
[0048]根據(jù)Arrhenius 公式:
[0049]Ea= (kTJ2) / (T2-T1) *ln [ P (T1) / P (T2)]
[0050]從圖6中曲線(xiàn)(a)和(b)的線(xiàn)性部分，可以得出樣品3和樣品4的激活能近似為
1.076eV和0.81eV，與文獻(xiàn)報(bào)道的摻V的4H_SiC和6H_SiC報(bào)道的V受主能級(jí)V3+/4+，的電離能一致。
【權(quán)利要求】
1.一種半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，包括步驟如下: (1)取待檢驗(yàn)的半絕緣4H-SiC樣品切割成晶片，并進(jìn)行拋光； (2)進(jìn)行電阻率測(cè)量，得到電阻率值； (3)根據(jù)電阻率值與晶型的關(guān)系，鑒別晶型情況: 電阻率高于IO12 Ω.cm的部分為4H晶型，電阻率低于IO12 Ω.cm的部分為非4H晶型的其他晶型。
2.如權(quán)利要求1所述的半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，其特征在于步驟(1)中所述半絕緣4H-SiC樣品晶片為圓形晶片，直徑為≤150mm。
3.如權(quán)利要求1所述的半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，其特征在于所述半絕緣4H-SiC樣品晶片厚度為250-5000 μ m,在待檢測(cè)區(qū)域直徑20mm范圍內(nèi)的厚度方向起伏小于20 μ m0
4.如權(quán)利要求1所述的半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，其特征在于所述晶片厚度300-500 μ m,檢測(cè)區(qū)域直徑20_范圍內(nèi)厚度起伏小于10 μ m。
5.如權(quán)利要求1所述的半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，其特征在于所述晶片待檢測(cè)區(qū)域的表面粗糙度小于10 μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，其特征在于所述4H-SiC樣品包括摻雜的或者高純的半絕緣4H-SiC。
7.如權(quán)利要求1所述的半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，其特征在于所述切割的晶片晶向?yàn)榕c(0001)方向偏差0-8°的任意方向。
8.如權(quán)利要求1所述的半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，其特征在于步驟(2)中所述電阻率測(cè)量采用逐步取點(diǎn)的方式，將待測(cè)區(qū)域劃分為等間距的小格，每一小格選取一點(diǎn)測(cè)量電阻率，形成電阻率分布圖。
9.如權(quán)利要求8所述的半絕緣4H-SiC晶型的檢測(cè)鑒別方法，其特征在于通過(guò)計(jì)算電阻率分布圖中4H晶型區(qū)域的點(diǎn)數(shù)與全片掃描總點(diǎn)數(shù)之比，得4H晶型所占比例。
【文檔編號(hào)】G01R31/26GK103543397SQ201310502601
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】楊祥龍, 彭燕, 徐現(xiàn)剛, 胡小波, 楊昆, 陳秀芳, 崔瀠心 申請(qǐng)人:山東大學(xué)