碳化硅和氮化鎵為典型第三代半導(dǎo)體材料。

第三代半導(dǎo)體材料的特點(diǎn)：禁帶寬度大、發(fā)光效率高、電子漂移飽和速度高、熱導(dǎo)率高、硬度大、介電常數(shù)小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及抗輻射性能好、耐高溫等。

因此，其在高亮度發(fā)光二極管、紫外—藍(lán)光激光器和紫外探測(cè)器等光電子器件以及抗輻射、高功率、高頻、高溫、高壓等電子器件域有著巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的市場(chǎng)前景。

下面簡(jiǎn)要介紹碳化硅襯底種類(lèi)

碳化硅襯底根據(jù)導(dǎo)電性來(lái)分，可分為半絕緣型襯底（電阻率大于1E5 Ω?cm）和導(dǎo)電型襯底。

其中，

導(dǎo)電型碳化硅襯底可用于生長(zhǎng)碳化硅外延片，主要應(yīng)用于制造耐高溫、耐高壓的功率器件如IGBT；

半絕緣型碳化硅襯底可用于生長(zhǎng)氮化鎵外延片，主要應(yīng)用于微波射頻器件等領(lǐng)域。

本文淺介紹碳化硅襯底常用測(cè)量手段。

一、晶圓幾何參數(shù)測(cè)量

晶圓幾何參數(shù)主要包括晶圓厚度、TTV、和BOW/Warp等，一般常用測(cè)試方法為光學(xué)干涉法和電容法。

★ 光學(xué)干涉法具有測(cè)試速度快，精度高的特點(diǎn)，設(shè)備價(jià)格昂貴，主要被Corning公司所采用，其Tropel系列被廣泛應(yīng)用于幾何參數(shù)量測(cè)。

測(cè)量原理：掠入式干涉

主要廠商：Corning Tropel

★電容法幾何參數(shù)測(cè)試儀相對(duì)成本較低，在硅片襯底中被廣泛采用，對(duì)碳化硅襯底同樣適用。

測(cè)量原理：電容測(cè)厚

主要廠商：MPI，E+H Metrology等

二、表面缺陷分析

碳化硅襯底的表面缺陷有表面顆粒、劃痕和晶格缺陷等，主要采用碳化硅晶圓缺陷系統(tǒng)測(cè)試。

測(cè)量原理：電容測(cè)厚
利用激光在襯底表面的散射，可以分析襯底表面上的顆粒大小和缺陷形態(tài)，通過(guò)激光對(duì)襯底表面的面掃描，可以獲得襯底上顆粒和缺陷的面分布情況，同時(shí)在光致發(fā)光（PL）功能模塊的幫助下，可以進(jìn)一步分析襯底內(nèi)部的缺陷復(fù)合中心，為襯底質(zhì)量評(píng)估提供更全面的信息。

主要廠商：KLA Candela，Lastertec, Horiba, Visiontec

三、表面粗糙度測(cè)量

表面粗糙度一般采用原子力顯微鏡(AFM) 和白光干涉儀(WLI)測(cè)量，可測(cè)試亞納米級(jí)粗糙度。

AFM測(cè)試原理：

將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸，

由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力，通過(guò)在掃描時(shí)控制這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將對(duì)應(yīng)于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運(yùn)動(dòng)。

利用光學(xué)檢測(cè)法或隧道電流檢測(cè)法，可測(cè)得微懸臂對(duì)應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。

主要廠商：Bruker、Park System等

WLI測(cè)試原理：

基于白光干涉現(xiàn)象，通過(guò)分析被測(cè)表面與參考鏡面反射光的光程差引起的干涉條紋變化，精確計(jì)算表面微觀高度差，從而獲取粗糙度參數(shù)。

主要廠商：Taylor Hobson、Bruker等

四、電阻率和摻雜濃度

• 導(dǎo)電型碳化硅的電阻率是通過(guò)渦流法進(jìn)行檢測(cè)的，導(dǎo)電線圈在導(dǎo)電襯底上形成渦流，渦流產(chǎn)生磁場(chǎng)變化被傳感器偵測(cè)到，可以計(jì)算出襯底的方塊電阻，渦流的檢測(cè)原理如下：

主要廠家：Semilab，KITEC，Napon

• 半絕緣型碳化硅的電阻率是通過(guò)電容放電法進(jìn)行檢測(cè)的，設(shè)備為非接觸高阻測(cè)試儀

測(cè)試原理：

電容探針?lè)?，在襯底上施加電壓的瞬間，通過(guò)偵測(cè)電荷的變化，來(lái)計(jì)算襯底的電阻率。

應(yīng)用：摻雜濃度，電阻率等

主要廠家：Semilab，EuroRad

五、晶型和結(jié)晶質(zhì)量測(cè)試

晶型：不同結(jié)晶組分的碳化硅在襯底中的分布是通過(guò)對(duì)襯底面掃描獲得Raman信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

由于4H晶型和6H晶型的碳化硅具有不同的Raman信號(hào)峰，因此通過(guò)選定峰位范圍的光強(qiáng)收集，可以區(qū)分出不同區(qū)域的晶型。

結(jié)晶質(zhì)量：通過(guò)測(cè)量X射線搖擺曲線，獲得襯底或者晶體某一晶面的衍射峰強(qiáng)度和角度分布，根據(jù)衍射信號(hào)半峰寬的大小來(lái)判定晶面間距的一致性，進(jìn)而判定結(jié)晶質(zhì)量。

六、位錯(cuò)密度和微管密度

要獲取碳化硅襯底位錯(cuò)密度和微管密度分布的信息

• 首先在高溫熔融氫氧化鉀中腐蝕碳化硅襯底片，
• 然后在光學(xué)顯微鏡或者類(lèi)似的光學(xué)成像系統(tǒng)中，進(jìn)行分區(qū)域的圖像識(shí)別，并計(jì)算單位面積（視場(chǎng)）的對(duì)應(yīng)缺陷密度，由于不同的缺陷類(lèi)型，如螺位錯(cuò)（TSD）、刃位錯(cuò)（TED）、基平面位錯(cuò)（BPD）和微管（MPD）有自己的典型圖案特征，因此可以通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別加以區(qū)分。

主要設(shè)備為微分干涉顯微鏡。

總結(jié)

碳化硅襯底需要多種測(cè)量手段配合，這些測(cè)量手段不可或缺，通過(guò)監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)而不斷改進(jìn)工藝，提高產(chǎn)品良率，從而保證器件質(zhì)量。

 聯(lián)系我們

• 蘇州同創(chuàng)電子有限公司
• 電話：133 8218 2805
• 官網(wǎng)：m.xianzhitang.com