CN109065466A - 一种p型碳化硅晶体的无损判定 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种p型碳化硅晶体的无损判定，使用变温拉曼光谱，对p型碳化硅晶体样品进行光谱测量，探测光的入射方向为沿碳化硅晶片的（000‑1）方向，变温测量为室温到800K温度范围，温度间隔为50K。分析对比载流子敏感的A1纵向光学模，根据其强度及峰位的变化，可以判断样品是否为p型掺杂。有益效果是采用基于光谱分析法，对p型碳化硅晶体的载流子浓度进行检测和分析，无需像霍尔测量一样的镀电极，对待测样品无损伤，检测过程可实现自动化和程序控制，可对出厂产品进行全面检验，也可应用于目前市场存在的2、3、4、6英寸完整晶圆产品检验。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体单晶性能测试技术，特别涉及p型碳化硅晶体的无损判定。
背景技术
碳化硅是第三代半导体材料，是继第一代元素半导体硅、锗、第二代化合物半导体砷化镓、磷化铟等之后的宽禁带半导体材料。与前两代半导体材料相比，碳化硅具有较好的物理电子学特性及化学稳定性。其热导率高、击穿场强大、饱和电子漂移速率大，因此在高温、高频、大功率及耐腐蚀耐辐射器件制备及应用上具有广阔前景，广泛用于国防、航空航天、通信等领域。
微电子器件的制备需要晶体具有较高的p型或n型掺杂浓度，掺杂的实现可以通过晶体生长过程中原料掺杂，也可以通过离子注入等方法。要实现电子学性能表现，掺杂的离子需要激活状态，不同的材料其掺杂离子的激活行为有不同的温度依赖性。硅在室温就可以实现掺杂粒子离子活化，碳化硅的掺杂离子活化能较高，对于n型碳化硅掺杂，氮是常用元素，其活化能稍低，较多的文献已经得到室温拉曼光谱的A1-LO模可以给出n型掺杂载流子浓度。p型掺杂常用硼、铝作为掺杂物质，铝离子活化能高达200meV以上，室温拉曼光谱的A1-LO模无法表征出相应的载流子浓度，因此需要较高温度的条件下才可以给出活化铝离子信息，即相应的p型载流子浓度信息。
在实际的p型碳化硅晶体制备过程中，受晶体生长过程的不可控性，通常存在晶锭沿生长方向随着生长的进行而出现掺杂物质浓度逐渐降低的现象，同时也存在径向的掺杂含量不均现象。而且，受外界环境影响，还会出现非故意掺杂氮元素存在。因此，每个碳化硅晶锭制备的同批次衬底中，衬底的掺杂可能出现导电类型的转变。因此，从实际应用角度出发，有必要对晶体生长过程中掺杂的衬底片进行导电类型分类判定。用业内通用的非接触式电阻率测试仪，虽然属于非破坏性检测，但仅可获得碳化硅晶片的电阻率而无法获得导电类型。当然也可以通过二次离子质谱仪或霍尔测试系统来判定碳化硅晶片的导电类型，但是它们均为破坏性检测，而且操作复杂，仅可用于抽样检测，而无法在工业生产过程中对全部产品进行鉴定。
由于碳化硅衬底中p型粒子离子活化能远高于n型的氮离子活化能，所以在室温下衬底片可能显示为n型，但是器件在较高温度条件下运行时，衬底的n型可能已经变成为p型，这对器件的电子学特性表现是致命的问题。
铝高掺杂的碳化硅晶体呈现深蓝色，p型特征明显。但是低掺杂时，晶片颜色区分不明显，更需要准确判定。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种p型碳化硅晶体的无损判定。具体技术方案是，一种p型碳化硅晶体的无损判定方法，使用变温拉曼光谱测试系统，对待测的碳化硅样品进行光谱检测，其技术特征在于： 判定方法包括：
（1）、探测光的入射方向为沿碳化硅晶片的（000-1）方向，测量指标为变温拉曼谱，若测试样品为完整的晶圆，则可在样品台添加二维扫描结构，以获得完整晶圆的不同部位的拉曼谱随温度的变化特征；
（2）、根据测试结果，得到p型碳化硅晶体的拉曼谱中纵向光学模（A1-LO）强度及峰位随温度的变化关系曲线；
（3）、根据判定标志与测试得到的碳化硅晶体的拉曼谱中纵向光学模（A1-LO）强度及峰位随温度的变化关系曲线进行比较，判定所测样品是否为p型。
本发明的有益效果是，率先提出了一种基于变温拉曼光谱分析法，对工业生产的掺杂碳化硅晶片的导电类型进行检测和分级，对待测晶片无损伤、无外形尺寸要求，检测过程可实现自动化和程序控制，可对全部产品进行检测，也可应用于目前市场存在的2、3、4、6英寸完整碳化硅晶片产品检测。
附图说明
图1是本发明的具有铝掺杂及非故意掺杂的6H-碳化硅晶片的变温拉曼光谱A1-LO模曲线。
具体实施方式
下面实施例仅用于进一步说明本发明，而非理解为限制本发明。
实施例
如图1所示。
图1给出了p型铝掺杂和非掺杂6H-碳化硅晶片的变温拉曼光谱测试结果。
掺杂样品是在晶体制备过程中原料加入适量碳化铝实现，随后对生长出的晶锭进行切割、研磨、抛光得到测试样品，非掺杂样品为相同工艺条件下获得。
变温拉曼光谱测量由雷尼绍拉曼光谱仪（in Via）原位测量得到，采用氩离子激光器，激发波长为514.5nm。
p型掺杂判定采用以下方法：
（1）、使用变温拉曼光谱测试系统，对待测的碳化硅样品进行拉曼光谱测量，获得拉曼谱随温度的变化特征；
（2）、根据测试结果，得到p型碳化硅晶体的拉曼谱中纵向光学模（A1-LO）强度及峰位随温度的变化关系曲线；
（3）、p型铝掺杂碳化硅晶体的拉曼谱中纵向光学模（A1-LO）强度及峰位随着温度的升高而发生展宽并向低波数方向移动，同时其强度迅速降低。作为对比的非故意掺杂碳化硅晶体的变温拉曼光谱的纵向光学模（A1-LO）强度基本没有变化；
（4）、根据上述判定依据，将测试得到的碳化硅晶体的拉曼谱中纵向光学模（A1-LO）强度及峰位随温度的变化关系曲线进行分析，即可判定所测样品为p型。
拉曼光谱中的纵向光学模（A1-LO）模与载流子浓度密切相关，载流子浓度越大，其与纵向光学声子耦合交互作用增强，从而导致A1-LO模强度变低。对于p型铝掺杂，随着温度升高，更多的铝原子被离子化，所以晶体中自由载流子浓度增加。
Claims (3)
1.一种p型碳化硅晶体的无损判定，使用变温拉曼光谱测试系统，对待测的碳化硅样品进行光谱测量，其技术特征在于：判定方法包括：
（1）、探测光的入射方向为沿碳化硅晶片的（000-1）方向，测量指标为变温拉曼谱，若测试样品为完整的晶圆，则可在样品台添加二维扫描结构，以获得完整晶圆的不同部位的拉曼谱随温度的变化特征；
（2）、根据测试结果，得到p型碳化硅晶体的拉曼谱中纵向光学模（A1-LO）强度及峰位随温度的变化关系曲线；
（3）、根据判定标志与测试得到的碳化硅晶体的拉曼谱中纵向光学模（A1-LO）强度及峰位随温度的变化关系曲线进行比较，判定所测样品是否为p型掺杂类型。
2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：采用Origin或者Matlab数据处理软件对拉曼光谱线进行处理。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：变温测量为293K到800K温度范围，温度间隔为50K。
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2018
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