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整個 SiC 晶片的晶體多晶型拉曼成像技術(shù)

  • 發(fā)布日期:2022-10-13      瀏覽次數(shù):2728
    • 整個 SiC 晶片的晶體多晶型拉曼成像技術(shù)

      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(zhì)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(shù)。

       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(yīng)變觀察裝置(Ceramicforum 制造)獲取的 4 英寸 SiC 晶片的應(yīng)變圖像。白色的對比便于觀察晶片上殘留缺陷和應(yīng)力引起的晶體應(yīng)變分布。可以看出,許多應(yīng)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(yīng)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(yīng)變。此外,在應(yīng)變分布圖像的中央部分和左下端的應(yīng)變集中點,拉曼圖像沒有顯示出異質(zhì)多型體,可以看出應(yīng)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(yīng)力分布評價

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      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(zhì)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(chǎn)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(shù),因此 SiC 半導體的生產(chǎn)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(zhì)量,而且晶片內(nèi)部的質(zhì)量也很重要。

      拉曼光譜成像可以評估殘余應(yīng)力和結(jié)晶度,這對于 SiC 半導體的質(zhì)量控制很重要。

      例如,通過使用拉曼光譜,可以進行定量應(yīng)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(yīng)力分布。比較多型體分布和應(yīng)力測量結(jié)果可以看出,15R多型體分布的區(qū)域施加了壓應(yīng)力。發(fā)現(xiàn)拉應(yīng)力施加在靠近中心的穿透位錯區(qū)域。

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      上述多型分布測量和應(yīng)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(yīng)變存在于晶片內(nèi)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(nèi)的晶體多晶型和應(yīng)力分布。

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