CN117276107A - SiC功率器件高温激活工艺监控方法、监控样品结构 - Google Patents

SiC功率器件高温激活工艺监控方法、监控样品结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了半导体技术领域的一种SiC功率器件高温激活工艺监控方法、监控样品结构，包括以下步骤：制备监控样品：在SiC外延层制备碳膜；将制备有碳膜的监控样品放入高温激活炉，在高温激活工艺完成之后，取出监控样品，测试SiC表面碳膜方阻，根据方阻评价高温激活工艺的均匀性。通过改进监控样品结构来优化高温激活工艺控制方法，进而更精确有效表征高温激活工艺稳定性。

Description

SiC功率器件高温激活工艺监控方法、监控样品结构
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及SiC功率器件高温激活工艺监控方法、监控样品结构。
背景技术
基于高击穿场强，大禁带宽度，高热导率和高电子饱和漂移速率这些优良的物理和电学特性，SiC成为制造高温﹑大功率﹑低功耗电子器件的理想材料。SiC功率器件已成为半导体行业发展的热点方向。SiC功率器件具有耐高温、耐高压和损耗低的特征，在新能源汽车、光伏发电、智能电网和轨道交通等领域具有明显优势。
高温离子注入和高温激活是SiC功率器件工艺过程中最为关键工艺。由于离子注入过程中造成晶格原子的位移，且注入后对SiC表面及体内造成一定程度的晶格损伤，进而影响SiC功率器件的性能。为了提高注离子的激活率和消除晶格损伤缺陷，就需对注入工艺后的SiC进行高温激活(1700-2000℃)，在高温激活工艺过程中，高温激活炉的控温精度、温度均匀性、稳定性、可重复性等性能指标最为关键。为了达到最优的退火效果，进而高温激活炉的工艺品质管控显得尤为重要。
目前现有的高温激活炉工艺监控方案包括：通过器件电路设计，在SiC晶圆上设计工艺监控检测器模块process control monitor(PCM)，随着SiC功率器件完成所有工艺(黄光、刻蚀、注入、扩散、薄膜、清洗等)后，通过电学测试设备测试PCM模块进而表征高温激活工艺稳定性。由于测试SiC晶圆上设计工艺监控检测器模块process control monitor(PCM)，待SiC功率器件完成所有工艺(黄光、刻蚀、注入、扩散、薄膜、清洗等)后才可进行测试表征，该方案监控周期较长(2-3周)故无法及时反馈高温激活工艺稳定性。另外由于占用SiC晶圆尺寸所有相对监控成本相对较高。
发明内容
本发明为了解决高温激活炉温度监控问题，提出了一种SiC功率器件高温激活工艺监控方法。
一种SiC功率器件高温激活工艺监控方法，包括以下步骤：
制备监控样品：在SiC外延层制备碳膜；
将制备有碳膜的监控样品放入高温激活炉，在高温激活工艺完成之后，取出监控样品，测试SiC表面碳膜方阻，根据方阻评价高温激活工艺的均匀性。
优选的，采用溅射沉积工艺在在SiC外延层制备碳膜。
优选的，采用4PP测试仪测试SiC表面碳膜方阻。
优选的，测试SiC表面碳膜方阻的方法包括：在监控样品的表面的不同位置确定采样点，测试不同采样点的方阻数据。
优选的，计算若干方阻数据的方差或者标准差，以评价高温激活工艺的均匀性。
优选的，所述制备监控样品的方法，还包括：在SiC晶体表面制备SiC外延层，SiC外延层的离子浓度低于SiC衬底层。
还提出一种用于实现SiC功率器件高温激活工艺监控方法的监控样品，包括SiC衬底层、SiC外延层，以及SiC外延层表面包裹的碳膜。
优选的，SiC外延层离子浓度为5e15/cm3-1e16/cm3。
本发明具有如下有益效果：通过改进监控样品结构来优化高温激活工艺控制方法，进而更精确有效表征高温激活工艺稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是用于实现高温激活工艺监控方法的监控样品结构。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
为了监控高温炉的激活工艺稳定性，使用Si裸片进行离子注入(元素B、P等)工艺后，放入高温激活炉进行激活工艺(950-1100℃)。工艺完成后使用Four point probe(4PP)测试仪测试Si片方阻，进而表征高温激活工艺稳定性。
实施例2:
由于Si的熔点(1410℃)较低，使用Si进行表征高温激活工艺温度较低，仅能监控950-1100℃的高温激活工艺，而高温激活炉使用SiC高温激活工艺进行激活，其温度达到1700-2000℃，采用Si无法准确表征SiC高温激活工艺稳定性。实施例2提出一种可以实现更高温度的激活工艺的监控方法，
一种SiC功率器件高温激活工艺监控方法，包括以下步骤：
制备监控样品：在SiC外延层制备碳膜；
将制备有碳膜的监控样品放入高温激活炉，在高温激活工艺完成之后，取出监控样品，测试SiC表面碳膜方阻，根据方阻评价高温激活工艺的均匀性。
优选的，采用溅射沉积工艺在在SiC外延层制备碳膜。
优选的，测试SiC表面碳膜方阻的方法包括：在监控样品的表面的不同位置确定采样点，测试不同采样点的方阻数据。计算若干方阻数据的方差或者标准差，以评价高温激活工艺的均匀性。
参考数据如下表：
编号 上 中 下 左 右 均匀性
1 860.36 921.32 927.68 897.21 931.29 3.2％
2 962.95 948.79 884.17 893.91 901.53 3.83％
3 935.54 916.26 840.66 890.61 871.77 4.17％
以圆形SiC晶体表面为例，检测圆形SiC晶体表面的碳膜的不同位置的方阻值，如整个圆形面的上、下、左、右、中五个测试点。需要说明的是，本方案并不关心碳膜在高温激活工艺之前的方阻，仅需要测高温激活工艺之后的方阻值，通过分析方阻值均匀性来判断高温激活工艺的稳定性。可见不同位置的方阻值的测试点数量越多，分析精度越高。
优选的，本方案采用4PP测试仪测试SiC表面碳膜方阻。对于该测试技术的使用，需要保证SiC晶体与碳膜绝缘，那么优选的方法还包括：在SiC晶体表面制备SiC外延层，SiC外延层的离子浓度低于SiC衬底层。通过外延层隔绝高浓度的SiC晶体和碳膜。
基于上述的方法，还公开一种用于实现SiC功率器件高温激活工艺监控方法的监控样品结构，如图1所示，包括SiC衬底层、SiC外延层，以及SiC外延层表面包裹的碳膜。
优选的，SiC外延层离子浓度为5e15/cm3-1e16/cm3。
其中，4PP测试仪全称：Four point prob测试仪。
基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。其中术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。

Claims (8)

1.一种SiC功率器件高温激活工艺监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备监控样品：在SiC外延层制备碳膜；
将制备有碳膜的监控样品放入高温激活炉，在高温激活工艺完成之后，取出监控样品，测试SiC表面碳膜方阻，根据方阻评价高温激活工艺的稳定性。
2.根据权利要求1所述的SiC功率器件高温激活工艺监控方法，其特征在于，采用溅射沉积工艺在在SiC外延层制备碳膜。
3.根据权利要求1所述的SiC功率器件高温激活工艺监控方法，其特征在于，采用4PP测试仪测试SiC表面碳膜方阻。
4.根据权利要求1所述的SiC功率器件高温激活工艺监控方法，其特征在于，测试SiC表面碳膜方阻的方法包括：在监控样品的表面的不同位置确定采样点，测试不同采样点的方阻数据。
5.根据权利要求4所述的SiC功率器件高温激活工艺监控方法，其特征在于，计算若干方阻数据的方差或者标准差，以评价高温激活工艺的均匀性。
6.根据权利要求1所述的SiC功率器件高温激活工艺监控方法，其特征在于，制备监控样品的方法，还包括：在SiC晶体表面制备SiC外延层，SiC外延层的离子浓度低于SiC衬底层。
7.一种用于权利要求1-6任意一项所述的SiC功率器件高温激活工艺监控方法的监控样品结构，其特征在于，包括SiC衬底层、SiC外延层，以及SiC外延层表面包裹的碳膜。
8.根据权利要求7所述的监控样品结构，其特征在于，SiC外延层离子浓度为5e15/cm3-1e16/cm3。
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