[發明專利]一種碳化硅晶片的位錯識別方法及碳化硅晶片與應用

有效

• 申請號: 202011003137.4
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112259451B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 張九陽;梁慶瑞;李碩;李霞;楊曉俐;王永方;高超
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進科技股份有限公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L21/66
• 代理公司: 北京君慧知識產權代理事務所(普通合伙) 11716
• 代理人: 王振南

本申請公開了一種碳化硅晶片的位錯識別方法及碳化硅晶片與應用。該方法包括將待測碳化硅晶片進行拋光處理，得到第一碳化硅晶片，其表面粗糙度Rq≤0.8nm，使用熱堿液腐蝕所述第一碳化硅晶片的表面，得到表面顯現出位錯腐蝕坑的第二碳化硅晶片，對所述第二碳化硅晶片進行光學顯微觀測，識別所述位錯。現有技術通常在熱堿腐蝕前進行研磨、機械拋光、化學機械拋光等工藝，本申請發現只需使表面粗糙度降低至一定閾值，即可去除光學顯微觀測位錯時存在的水滴狀干擾，不需要將表面粗糙度降得過低，如在機械拋光階段進行工藝優化，可以省去最終化學機械拋光加工工藝。本申請方法具有操作簡便，不需要復雜的試劑、效率高、成本低等優點。

技術領域

本發明涉及碳化硅加工工藝領域，具體涉及一種碳化硅晶片的位錯識別方法及碳化硅晶片與應用。

背景技術

碳化硅作為一種新型的功率元器件材料，因其具有高電阻率、高強度及良好的導熱性而被廣泛關注。但由于其生長條件要求較高，在生長過程中引入的缺陷限制了其性能的提高和進一步的應用與發展。因此，對缺陷的表征及統計成為改善其缺陷的首要前提。位錯，作為一種線缺陷，依據其形成機理的不同和造成的半原子面的差異，可分為貫穿刃位錯(TED)、貫穿螺位錯(TSD)及基平面位錯(BPD)。不同位錯及其密度的大小對后續外延生長的影響也各不相同，因此，準確區分各類位錯對于碳化硅晶體質量的確定至關重要。

目前，在工業生產上常采用熱堿液腐蝕的方法腐蝕SiC表面，使其襯底表面顯現出各類位錯。由于碳化硅的碳面表面能低于硅面，因此在熱堿液腐蝕過程中碳面具有比硅面更高的腐蝕速率，在腐蝕過程中表現為碳面各向同性腐蝕，硅面各向異性腐蝕。且由于不同位錯的伯氏矢量不同，在腐蝕后不同位錯顯現為不同尺寸和形狀的腐蝕坑。

為了能夠在顯微鏡下清晰的觀測到各類位錯的分布情況，并對SiC襯底的質量進行表征，在腐蝕前常將SiC襯底進行切割、研磨、拋光至潔凈透亮，從而在光學顯微鏡下觀測時便于光線穿過。由于切割、研磨會引入較強的損傷層，拋光后襯底表面雖潔凈透亮，通過宏觀肉眼甚至顯微鏡下均無法觀測到襯底損傷層，但通過熱堿液腐蝕后損傷層得以顯現，且對位錯的識別和判斷帶來較大干擾，如圖1中所示，左圖損傷層較重襯底比右圖損傷層較輕襯底的光學顯微圖片背景中干擾(箭頭所示水滴狀處)明顯較多。為了達到去除損傷層，使襯底表面達到潔凈透亮的程度，現有技術中多采用機械拋光(MP)后再采用化學機械拋光(CMP)的方式去除損傷層，即現有技術認為CMP過程可達到預期目的，使襯底表面粗糙度下降，損傷層去除更為干凈，CMP處理后能夠更好地進行位錯識別。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳化硅晶片的位錯識別方法及碳化硅晶片與應用。

本申請發明人發現，只需在機械拋光階段進行工藝優化，使晶片達到表面粗糙度達到一定閾值，即可省去最終化學機械拋光加工工藝，并達到與現有技術中先MP后再CMP的方式或CMP方式去除損傷層的相同或相近的位錯觀測效果。另外，如果對于CMP后的碳化硅襯底清洗不當會導致CMP酸液殘留，容易酸堿中和導致后續熱堿腐蝕效果不理想，具體表現為在相同腐蝕工藝下，CMP后清洗不充分進行熱堿腐蝕，腐蝕坑顯現不明顯(如圖2所示)，即使用CMP處理后，會導致碳化硅襯底表面酸液殘留影響后續熱堿腐蝕顯現各類位錯的效果；且使用CMP處理會使工業生產增加額外成本投入。

基于此，本發明提供了一種碳化硅晶片的位錯識別方法，包括如下步驟：

S1、將待測碳化硅晶片進行拋光處理，得到第一碳化硅晶片，所述第一碳化硅晶片的表面粗糙度Rq≤0.8nm、和/或Ra≤0.6nm，

S2、使用熱堿液腐蝕所述第一碳化硅晶片的表面，得到表面顯現出位錯腐蝕坑的第二碳化硅晶片，

S3、對所述第二碳化硅晶片進行光學顯微觀測，識別所述位錯。

所述表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度，其兩波峰或兩波谷之間的距離(波距)很小(在1mm以下)，屬于微觀幾何形狀誤差，表面粗糙度越小，則表面越光滑；