整個 SiC 晶片的晶體多晶型拉曼成像技術

發(fā)布日期：2022-10-13      瀏覽次數(shù)：3754

整個 SiC 晶片的晶體多晶型拉曼成像技術

與 Si 半導體相比，SiC 和 GaN 等寬禁帶半導體具有各種優(yōu)勢，例如低損耗和在高溫下工作的能力，并且它們的需求正在增加。這些半導體器件常用于惡劣環(huán)境，需要高可靠性。為此，需要高質量的晶片，但由于在晶體生長過程中可能出現(xiàn)晶體缺陷，因此需要一種準確評估晶片上缺陷類型和分布的技術。

　X射線形貌和偏光顯微鏡用于觀察晶片上缺陷的分布。圖 1 是使用 CS1 晶體應變觀察裝置（Ceramicforum 制造）獲取的 4 英寸 SiC 晶片的應變圖像。白色的對比便于觀察晶片上殘留缺陷和應力引起的晶體應變分布。可以看出，許多應變分布在該晶片的整個表面上。

　晶體缺陷被認為是造成這種失真的原因，并且可以通過拉曼成像輕松識別缺陷類型。SiC有許多晶體多晶型物（polytypes），它們具有相同的化學成分，但原子排列不同。由于拉曼光譜因多型而異 [1] ，因此可以通過拉曼成像來觀察晶型的類型和分布。

　圖 2 顯示了使用安裝在晶片臺上的拉曼顯微鏡 RAMANdrive 通過拉曼成像獲得的晶片整個表面上的晶體多晶型分布圖像。該晶片的多型體為4H，但從晶片的左上方開始呈弧形分布有兩種不同的多型體15R和6H（拉曼光譜如圖3所示）。通過比較應變分布圖像和分布，我們可以看到由于不同多型體周圍的不一致而存在應變。此外，在應變分布圖像的中央部分和左下端的應變集中點，拉曼圖像沒有顯示出異質多型體，可以看出應變主要是由穿透位錯的集中引起的。

碳化硅晶圓加工表面缺陷的拉曼成像應力分布評價



                    



功率半導體是可以處理高電壓和大電流的半導體，在我們的生活中無處不在，如電源系統(tǒng)、汽車、新干線頭列車、家用電器等。與存儲介質中使用的半導體相比，它們必須更容易導電，具有更少的功率損耗，并且即使在惡劣的環(huán)境中也不太可能破裂。因此，使用比傳統(tǒng) Si 具有更寬禁帶寬度的 SiC 和 GaN 等寬禁帶半導體材料，即使在高溫下也能安全工作。SiC的絕緣擊穿場強是Si的10倍，耐壓也高。雖然 SiC 的重要性不斷提高，但作為原材料的晶圓的生產在晶體生長和加工方面比 Si 更困難，而且晶圓工藝需要很高的技術，因此 SiC 半導體的生產成本非常高。問題是高度。此外，由于許多功率半導體器件使用從前到后的整個晶片表面，因此不僅晶片表面的質量，而且晶片內部的質量也很重要。

拉曼光譜成像可以評估殘余應力和結晶度，這對于 SiC 半導體的質量控制很重要。

例如，通過使用拉曼光譜，可以進行定量應力測量。下圖是4H-SiC的拉曼峰776 cm -1 (FTO(2/4) E 2 )特性的峰位移位置的應力分布。比較多型體分布和應力測量結果可以看出，15R多型體分布的區(qū)域施加了壓應力。發(fā)現(xiàn)拉應力施加在靠近中心的穿透位錯區(qū)域。



上述多型分布測量和應力測量各自可以在同一光譜中進行分析。因此，單次拉曼光譜成像即可獲得晶圓的許多特性。

SiC 晶體多晶型物的 3D 拉曼成像

由于圖 1 是透射觀察，因此無法知道缺陷和應變存在于晶片內部的哪個深度。

　RAMANdrive 配備了出色的共焦光學器件，可實現(xiàn)高分辨率 3D 拉曼成像分析。圖 4 是在將載物臺移動到檢測到晶體多晶型物的坐標后，使用高倍率 (100x, 0.9 NA) 物鏡通過 3D 拉曼成像獲得的圖像。從拉曼光譜可以看出，晶深方向存在15R和4H兩種晶型，平面成像檢測到的晶型（15R）存在于距晶片表面10～20μm的深度。那 我們還發(fā)現(xiàn)晶體多晶型發(fā)生在與晶片平面（0001）平面不同的晶面中。圖 4 b) 和 c) 顯示了特定橫截面的圖像。3D 成像使我們能夠了解任何橫截面的晶體分布。通過這種方式，3D 拉曼成像可以以亞微米空間分辨率清晰地顯示半導體晶片內的晶體多晶型和應力分布。