在寬禁帶半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，碳化硅（SiC）晶體的質(zhì)量直接影響著功率器件的性能表現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)SiC晶體的制備，必須建立完善的缺陷評(píng)估體系，這涉及籽晶篩選、生長(zhǎng)工藝優(yōu)化以及外延缺陷控制等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，SiC晶體缺陷檢測(cè)技術(shù)已形成破壞性和非破壞性兩大技術(shù)路線，各自具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和技術(shù)特點(diǎn)。

 

一、破壞性檢測(cè)技術(shù)體系
 

1. 化學(xué)腐蝕分析法

該方法利用高溫熔融堿溶液對(duì)晶片表面進(jìn)行選擇性腐蝕，通過(guò)不同形貌的腐蝕坑來(lái)識(shí)別位錯(cuò)類型。研究表明，Si面典型腐蝕坑可分為三類：近圓形（對(duì)應(yīng)螺位錯(cuò)TEDs）、規(guī)則六邊形（對(duì)應(yīng)刃位錯(cuò)TSDs）以及特征貝殼形（對(duì)應(yīng)基平面位錯(cuò)BPDs）?，F(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備如三維激光共聚焦顯微鏡、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)腐蝕坑的自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)和三維重構(gòu)，顯著提高了位錯(cuò)密度測(cè)量的準(zhǔn)確性和效率。
 

TSDs、TEDs、BPDs的腐蝕坑形貌圖

2. 透射電子顯微技術(shù)

TEM技術(shù)憑借其納米級(jí)分辨率優(yōu)勢(shì)，可直觀呈現(xiàn)晶體內(nèi)部的微觀缺陷結(jié)構(gòu)。特別在異質(zhì)界面分析方面，TEM能清晰觀測(cè)到位錯(cuò)線的延伸、增殖等動(dòng)態(tài)行為，為理解晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的缺陷演化機(jī)制提供了直接證據(jù)。該技術(shù)對(duì)BPDs向TEDs的轉(zhuǎn)化、堆垛層錯(cuò)（SFs）的形成等關(guān)鍵過(guò)程具有獨(dú)特的解析能力。
 

不同衍射矢量下,籽晶和生長(zhǎng)晶體界面處位錯(cuò)的 TEM

二、非破壞性檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展
 

1. 光譜分析技術(shù)

陰極熒光（CL）和光致發(fā)光（PL）技術(shù)通過(guò)檢測(cè)缺陷相關(guān)的特征發(fā)光譜線實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。CL技術(shù)因其寬光譜探測(cè)范圍（200-1600nm），特別適合寬帶隙材料的缺陷分析。最新研究表明，通過(guò)低溫CL測(cè)量可區(qū)分不同深能級(jí)缺陷的發(fā)光特征，實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)類型的精準(zhǔn)鑒別。

位錯(cuò)在CL圖像中的原理

2. X射線衍射形貌術(shù)

同步輻射單色束X射線形貌術(shù)（SMBXT）采用高準(zhǔn)直度的同步輻射光源，結(jié)合雙晶單色器系統(tǒng)，可獲得<1弧秒的角度分辨率。該技術(shù)通過(guò)記錄樣品不同布拉格角位置的衍射強(qiáng)度分布，可重建晶體內(nèi)部的應(yīng)變場(chǎng)和位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，特別適用于大尺寸晶片的全場(chǎng)檢測(cè)。

 

PL 法檢測(cè)位錯(cuò)。&  (a)4H-SiC 的 TSD、TMD、TED、無(wú)位錯(cuò)區(qū)測(cè)得的 PL 光譜；(b）,（c），（d）TED、TSD、TMD的光學(xué)顯微鏡圖像與 PL強(qiáng)度映射圖; (e)BPDs 的 PL 圖像

3. 新型光學(xué)檢測(cè)方法

（1）光應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)：基于光彈性效應(yīng)，通過(guò)定量測(cè)量晶體雙折射分布來(lái)反映應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，檢測(cè)分辨率可達(dá)10μm級(jí)別。
（2）拉曼光譜技術(shù)：研究發(fā)現(xiàn)796cm-1特征峰與微管（MP）、TSDs和TEDs存在明確關(guān)聯(lián)，通過(guò)共聚焦拉曼成像可實(shí)現(xiàn)亞表面缺陷的三維定位。

 

光應(yīng)力技術(shù)對(duì) SiC 單晶襯底的表征 &  MP、TSD、TED的拉曼散射峰位圖

三、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
 

當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)正向多模態(tài)聯(lián)用方向發(fā)展，如XRT與CL的協(xié)同分析、PL與拉曼的共定位測(cè)量等。此外，人工智能技術(shù)的引入顯著提升了缺陷識(shí)別的自動(dòng)化水平，基于深度學(xué)習(xí)的圖像處理算法可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜缺陷形貌的智能分類。這些技術(shù)進(jìn)步為SiC晶體生長(zhǎng)工藝的精準(zhǔn)調(diào)控提供了強(qiáng)有力的表征支撐。



四、結(jié)語(yǔ)

上海知明科技半導(dǎo)體材料科技有限公司專注于高端半導(dǎo)體材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，致力于為客戶提供高品質(zhì)的藍(lán)寶石襯底、碳化硅（SiC）晶圓、單晶硅片、SOI晶圓等核心材料。我們還可以提供超大尺寸單晶硅、柱狀多晶硅，并可定制加工各種類型硅部件、硅錠、硅棒、硅環(huán)、硅聚焦環(huán)、硅筒、硅排氣環(huán)。我們擁有先進(jìn)的加工設(shè)備和成熟的技術(shù)工藝，可根據(jù)客戶需求提供定制化解決方案，包括特殊尺寸切割、拋光、薄膜沉積等精密加工服務(wù)。憑借穩(wěn)定的供應(yīng)鏈體系和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，我們?yōu)榘雽?dǎo)體、光電子、功率器件等領(lǐng)域提供可靠的襯底材料支持，助力客戶在5G通信、新能源汽車、智能傳感等前沿科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

 

知明SiC襯底 4H-SEMI & 4H-N 型