CN114778577A - 一种x射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳化硅检测技术领域，特别涉及一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，包括：利用X射线衍射仪对碳化硅样品进行逐点的X射线摇摆曲线面扫描，摇摆曲线面的X射线的晶面入射角范围至少覆盖对应的碳化硅缺陷检测角度和碳化硅多型检测角度；获取碳化硅样品每一个检测点的X射线的摇摆曲线，基于摇摆曲线的特征来检测碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布；根据碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布分析不同晶型对缺陷的影响。利用所述方法可以准确直观的反映出不同的缺陷类型，以及缺陷、不同晶型在晶体中的分布，从而为晶体缺陷质量的改善提供更重要的反馈。

Description

一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法
技术领域
本发明涉及碳化硅缺陷检测技术领域，具体涉及一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法。
背景技术
由于碳化硅在功率器件中发挥越来越重要的作用，所以改善碳化硅衬底和外延片的质量一直是非常关键的问题。目前碳化硅衬底和外延片中常见的缺陷主要有裂纹、孔洞、微管、碳包裹体，以及多型体和位错，位错主要指螺位错(TSD)和刃位错(TED)，以上缺陷对器件性能都会产生不良影响。在现有检测缺陷的方法中，主要是用显微镜观察或者晶圆缺陷分析仪等设备检测及统计晶圆中的缺陷和分布。但是在这些现有的方法中有些检测成本昂贵，有些耗时且检测流程繁琐，还经常存在对缺陷误判的情况。所以需要有更精确及直观的方法来检测缺陷的种类以及分布，进而为晶体生长的工艺提供更有效准确的反馈。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法。
本发明采取的技术方案如下，一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，包括：
利用X射线衍射仪对碳化硅样品进行逐点的X射线摇摆曲线面扫描，摇摆曲线面的X射线的晶面入射角范围至少覆盖对应的碳化硅缺陷检测角度和碳化硅多型检测角度；
获取碳化硅样品每一个检测点的X射线的摇摆曲线，基于摇摆曲线的特征来检测碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布；
根据碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布分析不同晶型对缺陷的影响。
可选的，所述逐点扫描的X射线为点焦斑，所述点焦斑的尺寸小于等于0.4mm×0.4mm。
可选的，X射线衍射仪生成线焦斑，在X射线衍射仪及碳化硅样品之间加入具有点状孔的铅窗板，使得X射线照射到碳化硅样品表面为点焦斑。
可选的，以0.01mm步长沿着同一个方向移动装载碳化硅样品的样品台，逐点测试一次摇摆曲线。
可选的，所述摇摆曲线的特征包括衍射峰的峰位和半高宽，通过判断某个检测点的摇摆曲线的衍射峰的峰位和半高宽，来判断碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布。
可选的，在碳化硅缺陷检测角度，检测点的摇摆曲线发生峰位偏移，或者衍射峰的半高宽明显宽化，即可判定该区域存在缺陷；当摇摆曲线沿着某一方向或者在一定区域范围内都连续呈现出异常，根据异常区域的特征和大小，即可判定缺陷类型。
可选的，在碳化硅多型检测角度，当检测点的摇摆曲线发生峰位偏移，通过衍射峰的峰位来判定晶型的类型。
可选的，所述碳化硅样品的晶型为4H，检测出的不同晶型为4H, 6H和15R其中的一种或几种。
可选的，当所述碳化硅样品的晶型为4H，晶圆面为(0004)面斜4°切割，碳化硅缺陷检测角度为21.835°，4H、6H和15R三种多型的碳化硅多型检测角度分别为56.05°、54.015°和51.619°。
可选的，所述碳化硅样品的缺陷包括裂纹、空洞、微管、炭包裹物、螺位错、刃位错和贯穿型位错其中的一种或几种。
本发明的有益效果是：本发明通过利用X射线衍射仪对碳化硅样品进行逐点的X射线摇摆曲线面扫描，摇摆曲线面的X射线的晶面入射角范围至少覆盖对应的碳化硅缺陷检测角度和碳化硅多型检测角度；获取碳化硅样品每一个检测点的X射线的摇摆曲线，基于摇摆曲线的特征来检测碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布；根据碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布分析不同晶型对缺陷的影响。利用所述方法可以准确直观的反映出不同的缺陷类型，以及缺陷、不同晶型在晶体中的分布，从而为晶体缺陷质量的改善提供更重要的反馈，且摇摆曲线面的X射线的晶面入射角范围同时覆盖对应的碳化硅缺陷检测角度和碳化硅多型检测角度，能够缩短整体的检测时间，从而为研究碳化硅多型和碳化硅缺陷之间的影响提供便利。
附图说明
图1是本实施发明实施例中一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法的流程示意图；
图2~图4是本发明实施例中的摇摆曲线示意图；
图5是本发明实施例中利用摇摆曲线获得的碳化硅样品的缺陷分布示意图；
图6是本发明实施例中利用摇摆曲线获得的碳化硅样品的多型分布示意图。
具体实施方式
下面结合各附图，对本发明做详细描述。
如图1所示，为本发明实施例的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，包括：
步骤S100，利用X射线衍射仪对碳化硅样品进行逐点的X射线摇摆曲线面扫描，摇摆曲线面的X射线的晶面入射角范围至少覆盖对应的碳化硅缺陷检测角度和碳化硅多型检测角度；
步骤S200，获取碳化硅样品每一个检测点的X射线的摇摆曲线，基于摇摆曲线的特征来检测碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布；
步骤S300，根据碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布分析不同晶型对缺陷的影响。
现有的很多X射线衍射仪，产生的X射线都是线焦斑，例如在本实施例中，所述X射线衍射仪采用的是12mm×0.4mm的线焦斑。但因为碳化硅的很多缺陷尺寸很小，例如通常碳化硅中常见缺陷的尺寸特征为：裂纹长度一般在5mm以上，空洞直径为100μm以上，微管直径10μm-60μm，炭包裹物直径1mm及以上，贯穿型位错尺寸在10μm以内。利用12mm×0.4mm的线焦斑不适合对小尺寸的缺陷进行检测和识别，因此在本发明中，在X射线衍射仪及碳化硅样品之间加入具有点状孔的铅窗板，使得X射线照射到碳化硅样品表面为点焦斑，利用小尺寸的点焦斑对碳化硅样品进行检测，从而提高了检测缺陷的空间分辨率，可以检测到最关心的缺陷之一——贯穿型位错。
在本实施例中，所述铅窗板的点状孔为0.4mm×0.4mm的方孔或圆孔，所述铅板的厚度为1mm。在其他实施例中，所述点状孔的尺寸小于0.4mm×0.4mm，同时由于尺寸过小会导致通过点状孔的X射线会变少，最终形成的摇摆曲线识别度变差，因此根据X射线的功率大小合理控制点状孔的大小，从而控制最终的点焦斑的尺寸。
利用X射线衍射仪逐点对碳化硅样品进行X射线摇摆曲线面扫描,获得摇摆曲线的特征。
由于X射线衍射仪需要逐点对整个碳化硅样品进行扫描，且本实施例中需要采用小尺寸的点焦斑进行逐点检测，整个时间周期很长，因此本发明利用X射线摇摆曲线面扫描时，摇摆曲线面的X射线的晶面入射角范围同时覆盖对应的碳化硅缺陷检测角度和碳化硅多型检测角度，能够缩短整体的检测时间，从而为研究碳化硅多型和碳化硅缺陷之间的影响提供便利。
在本实施例中，请参考图2，所述摇摆曲线的特征包括衍射峰的峰位和半高宽，通过判断某个检测点的摇摆曲线的衍射峰的峰位和半高宽，来判断碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布。在其他实施例中，所述摇摆曲线的特征也可以为衍射峰的高度等。
在本实施例中，所述碳化硅样品对应的晶体为以4H碳化硅为籽晶生成的晶体，即所述碳化硅样品主要结构为4H碳化硅，对应的晶圆面为(0004)面。但由于现有工艺的局限，整个4H碳化硅样品对应的晶体中仍会出现不少其他晶型的碳化硅，例如6H、15R等，从而产生4H、6H和15R两相共存或三相共存的现象，因此也需要对碳化硅样品的晶型分布进行了解，进而研究碳化硅多型和碳化硅缺陷之间的影响。
当所述碳化硅样品为4H碳化硅，对应的晶圆面为(0004)面斜4°切割，需要进行晶型检测时，由于4H、6H和15R三种多型的晶格常数“a”基本一样，而原子堆积方式不同，三种多型的“C”向分量有较大区别，所以选择(211)面进行摇摆曲线测试，请参考图4，4H、6H和15R三种多型的(211)晶面入射角分别为56.05°，54.015°和51.619°，并通过衍射峰的峰位置来判定多型是否存在。请参考图6，为四个不同的峰位置对应的四个不同晶型的碳化硅多晶分布图。在本发明中，所述晶面入射角为X射线入射方向与晶圆面之间的最小夹角。
当所述碳化硅样品为4H碳化硅，对应的晶圆面为(0004)面斜4°切割，需要进行缺陷检测时，其摇摆曲线理论的入射角为21.835°，且半高宽一般在25弧秒以内。如果检测点的摇摆曲线发生峰位偏移，或者衍射峰的半高宽明显宽化，即可判定该区域存在缺陷，请参考图3。
当X射线衍射仪在一个监测点对碳化硅样品进行X射线摇摆曲线面扫描完成，以一定的步长沿着同一个方向移动装载碳化硅样品的样品台，逐点测试一次摇摆曲线，直到整个碳化硅样品的所有区域都测试完成。
当某个检测点存在缺陷，通过对相邻的下一个检测点或周围多个检测点进行检测，摇摆曲线沿着某一方向或者在一定区域范围内都连续呈现出异常，根据异常区域的特征和大小，即可判定缺陷类型。
在本实施例中，所述碳化硅样品的缺陷包括裂纹、空洞、微管、炭包裹物、螺位错、刃位错和贯穿型位错其中的一种或几种。每一种类型对应的摇摆曲线都有所区别，不同缺陷对应摇摆曲线的衍射峰的半高宽各有不同，半宽比的范围从25弧秒~60弧秒，通过所述获取每一个缺陷区域的衍射峰的半高宽，请参考图5，获取整个碳化硅样品的缺陷分布图。
在其他实施例中，当碳化硅样品为其他晶型的碳化硅，例如6H和15R等，对应的晶圆面为也可以为其他晶面，对应的碳化硅缺陷检测角度和碳化硅多型检测角度都需要对应调整。
当整个碳化硅样品的缺陷分布图和整个碳化硅样品的多晶分布图，来分析同一个晶圆内不同多晶结构对缺陷分布产生的影响。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，包括：
利用X射线衍射仪对碳化硅样品进行逐点的X射线摇摆曲线面扫描，摇摆曲线面的X射线的晶面入射角范围至少覆盖对应的碳化硅缺陷检测角度和碳化硅多型检测角度；
获取碳化硅样品每一个检测点的X射线的摇摆曲线，基于摇摆曲线的特征来检测碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布；
根据碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布分析不同晶型对缺陷的影响。
2.根据权利要求1所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，所述逐点扫描的X射线为点焦斑，所述点焦斑的尺寸小于等于0.4mm×0.4mm。
3.根据权利要求2所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，X射线衍射仪生成线焦斑，在X射线衍射仪及碳化硅样品之间加入具有点状孔的铅窗板，使得X射线照射到碳化硅样品表面为点焦斑。
4.根据权利要求2所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，以0.01mm步长沿着同一个方向移动装载碳化硅样品的样品台，逐点测试一次摇摆曲线。
5.根据权利要求1所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，所述摇摆曲线的特征包括衍射峰的峰位和半高宽，通过判断某个检测点的摇摆曲线的衍射峰的峰位和半高宽，来判断碳化硅样品的缺陷分布及不同晶型分布。
6.根据权利要求5所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，在碳化硅缺陷检测角度，检测点的摇摆曲线发生峰位偏移，或者衍射峰的半高宽明显宽化，即可判定该区域存在缺陷；当摇摆曲线沿着某一方向或者在一定区域范围内都连续呈现出异常，根据异常区域的特征和大小，即可判定缺陷类型。
7.根据权利要求5所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，在碳化硅多型检测角度，当检测点的摇摆曲线发生峰位偏移，通过衍射峰的峰位来判定晶型的类型。
8.根据权利要求1所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，所述碳化硅样品的晶型为4H，检测出的不同晶型为4H, 6H和15R其中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，当所述碳化硅样品的晶型为4H，晶圆面为(0004)面斜4°切割，碳化硅缺陷检测角度为21.835°，4H、6H和15R三种多型的碳化硅多型检测角度分别为56.05°、54.015°和51.619°。
10.根据权利要求1所述的一种X射线衍射仪检测碳化硅缺陷的方法，其特征在于，所述碳化硅样品的缺陷包括裂纹、空洞、微管、炭包裹物、螺位错、刃位错和贯穿型位错其中的一种或几种。
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