黄南罐体保温施工队 【成员仪态】新式光学损位错颓势检测本事（创锐光谱）助力SiC晶体位错颓势滋长与演化机制盘考

作家：创锐光谱 金盛烨； 浙江大学科创中心 蓉黄南罐体保温施工队

SiC晶圆中的颓势（名义描画、层错和位错颓势等）是影响SiC功率芯片良率和弥远可靠的紧迫身分之。关于电型4H-SiC晶圆，从晶锭滋长、衬底加工及外延滋长的全产业链条中，通过调控晶体滋长和制备工艺大幅裁减颓势密度是SiC坐褥企业弥远以来追求的紧迫联想之。固然在曩昔十几年来，SiC晶体滋长和制备工艺获取了长足的发展，然则由于其晶体结构和滋长法的复杂，目下SiC晶圆中的颓势密度仍旧比传统硅基晶圆出3-4个数目，其要道的限定身分起原于东说念主们对SiC晶体滋长规则、调控式和影响身分等仍旧枯竭充分的科学分解。因此不雅测SiC晶体中颓势产生和演化历程、分解其生成机制，关于制备质料晶圆和芯片良率提高尤为紧迫。

“工欲善其事，先利其器”，SiC晶圆颓势的盘考离不开多样种种的检测诞生。目下，光学明、暗场名义描画扫描、荧光成像、拉曼光谱等损检测本事不错有检测和识别SiC衬底和外延晶圆中的凹坑、突起、划痕、层错等多种颓势，然则关于衬底晶圆中的位错颓势（螺位错TSD，刃位错TED和基平面位错BPD），弥远以来齐接管KOH有损腐蚀的式测定，其滋长历程和滚动机制的盘考因检测技能的限定而充满挑战。固然XRT（X射线衍射描画仪）亦可对SiC晶圆中的位错颓势扫尾损成像探伤，然则由于其诞生不菲、操作复杂、检测时间长等身分，并未在SiC位错颓势滋长机制盘考和企业研发中得以宽敞应用。基于上述原因，SiC晶体中的TSD、TED和BPD等位错颓势如安在SiC晶锭中永生和滚动、如何从SiC衬底入到外延层以过火影响机制等紧迫问题在学术界和产业界齐尚未酿成统和明晰的分解。这在很猛进程上限定了SiC晶体滋长工艺的阅兵和晶圆质料的逾越提高。

创锐光谱科技有限公司于224年事转变地出电型SiC衬底晶圆位错颓势的损检测诞生，通过运用瞬态经受光谱本事和AI识别本事，扫尾SiC衬底晶圆中TSD、TED、BPD等位错颓势的快速、和非战役式光学损检测和识别，可替代传统的KOH腐蚀法。运用该全新本事，创锐光谱与浙江大学科创中心相助，扫尾了对电SiC晶锭样品中TSD、TED、BPD等位错颓势的滋长、消除及互相滚动历程的不雅测。为SiC晶体滋长机制的盘考和工艺化提供了紧迫的试验数据。本文将共享咱们的部分试验恶果。

图1.N型4H-SiC晶锭纵切片的位错颓势检测成像图。SiC晶锭沿其成长向进行切割，切割片进行名义精磨处理。位错颓势的损光学成像汇聚通过创锐光谱Dispec9诞生完成。图中位错颓势相对配景阐明为“暗”信号特征，其中TD颓势（TSD和TED）结构的延长约莫平行于滋长向，基平面位错（BPD、层错等）颓势结构的延长约莫垂直于滋长向。TSD和TED的识别通过大数据AI识别模子完成。

为了不雅测SiC晶锭中TSD、TED颓势和基平面颓势（BPD、层错）的滋长历程，咱们坐褥制备了N型4H-SiC晶锭，随后沿着晶锭的滋长向切割出约5μm厚度的纵切片样品。样品名义经过精磨后，运用创锐光谱Dispec9位错颓势损光学检测诞生进行成像不雅测黄南罐体保温施工队，图1展示了该纵切片样品的局部位错颓势成像图。由于光生载流子在颓势位置会产生快速的淬灭（非放射复）作用，样品中颓势位置的引发态载流子的瞬态经受信号强度与非位错区域产生热烈的对比，表目下瞬态吸获利像图中为明的黑信号。在纵切片中，TSD和TED颓势的滋长向与晶锭的滋长向致，在成像图中则阐明为垂直向的线条状信号。BPD的滋长向则与滋长向简直垂直（与晶锭名义呈4度夹角），在成像图中则阐明水平向的线条状信号。咱们通过大数据AI识别模子扫尾了纵切片中TSD和TED的分类识别。

在以往的分解中，SiC晶体中的TD（TSD和TED）类颓势时常被界说为“一语气型”颓势。通过对纵切片的位错颓势瞬态光谱成像恶果的分析，咱们发现TD颓势约莫可分为两种滋长类型。类为长距离一语气型（图2a），该类TD颓势可在定的规模内长距离一语气滋长，铝皮保温其一语气距离时常可达到数毫米别，且伴跟着大的信号强度，在滋长历程中也会发生鬈曲和转向。咱们的AI识别模子将该类颓势初步判断为TSD类颓势。另类具有典型特征的TD颓势为滋长－消除－滋长轮流型（图2b），表目下光谱成像上的特征为沿着个特定向的长距离线段状的信号。经过无数的数据统计，咱们发现该类型颓势滋长阶段距离多为1~5μm，随后则发生消除，其消除阶段距离具有相等大的马上。咱们的AI识别模子将该类颓势初步判断为TED类颓势。

图2.TD（TSD和TED）类位错颓势的滋长历程成像图。（a）长距离一语气型TD颓势，多为TSD。 （b）滋长 - 消除轮流型TD颓势，多为TED。

基平面颓势（包括层错和BPD）在瞬态光谱成像图上阐明为水平向滋长的颓势信号。由于基平面颓势具有多种滋长向，成像图中的基平面颓势的信号长度并不成反应该颓势的果然滋长距离（为该颓势在成像图上的投影）。通过成像图中无数数据的分析，咱们发现了TSD和层错、TED和BPD有互相伴生和滚动的形状，如图3所示。其伴生历程阐明为沿着TD的滋长伴跟着数个水平向基平面颓势的生成，在成像图中阐明为“鱼骨”状的信号特征。此外，咱们也发现无数TD颓势的消除历程不错伴跟着个基平面颓势的生成，即TD颓势可能滚动为个基平面颓势。上述恶果预示着在SiC晶体中TD的生成可能会致基平面颓势的生成。

图3.TD颓势与基平面颓势的伴生和滚动历程。

关于气相法制备的SiC晶体，其晶体中位错颓势的产生受到晶体滋长历程传质、传能、温度和原料踱步等多种身分的影响，固然晶体滋长炉的联想和本事已获取了大幅度化和提高，在微不雅圭臬内调控和化晶体滋长环境仍然具有高大挑战。从纵切片的位错成像图来看，固然颓势密度从晶锭滋长启动到扫尾在宏不雅数据上有定的规则可循，但其滋长历程中不同滋长位置的微不雅颓势密度和踱步具有很大变化和马上，衬底晶圆切割在晶锭不同位置处，其产出的晶圆名义位错密度的数值和踱步在微不雅圭臬可能会发生较大的变化。因此，目下衬底位错颓势密度的评估，只挑选晶锭的“头尾片”进行KOH腐蚀的法，不成准确瞻望和代表扫数晶锭产出的每片晶圆中颓势密度和踱步情景。

图4.创锐光谱Dispec9系列SiC衬底位错颓势损光学检测诞生。基于半体瞬态经受光谱旨趣，通过对衬底晶圆的瞬态光谱成像径直不雅测和识别位错及多种晶体体相颓势，可替代传统KOH腐蚀法。

本文中所使用的SiC衬底晶圆位错颓势的损检测本事和诞生（图4）则不错有贬责衬底晶圆的位错评估问题，通过损的光谱检测可扫尾晶圆的“片片”检，为卑劣外延层滋长的颓势适度以及芯片的制备提供强有劲的扶助，也为芯片的失分析提供细巧且原位的颓势数据溯源。

晶锭中位错颓势滋长历程的成像恶果标明，在SiC晶锭的制备中位错颓势的滋长机制过火影响身分存在特地大的复杂。分解TD位错的生成到消除过火与基平面颓势之间的互相滚动和伴生历程的产祈望制，对滋长和制备低密度位错颓势晶圆则至关紧迫！ 期待SiC衬底位错颓势损检测本事的宽敞应用不错动SiC晶体滋长机制的入盘考，助力三代半体材料和器件的质料发展。

起原：创锐光谱工业应用

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