SiC外延片测试方案

SiC由于其禁带宽度大、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电压高和介电常数低等特点，在高频、高功率、耐高温的半导体功率器件和紫外探测器等领域有着广泛的应用前景，特别是在电动汽车、电源、军工、航天等领域备受欢迎。       外延材料是实现器件制造的关键，主要技术指标有外延层厚度、晶格布局，材料结构，形貌以及物理性质，表面粗糙度和掺杂浓度等。本文阐述了SiC外延表面常见的测试手段。应用：测定 SiC 外延层膜厚 SiC 外延片测试方案 SiC 由于其禁带宽度大、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电压高和介电常 数低等特点，在高频、高功率、耐高温的半导体功率器件和紫外探测器等领域有着广泛的应 用前景，特别是在电动汽车、电源、军工、航天等领域备受欢迎。 外延材料是实现器件制造的关键，主要技术指标有外延层厚度、晶格布局，材料结构，形貌以及物理性质，表面粗糙度和掺杂浓度等。下面阐述 SiC 外延表面常见的测试手段： 1.外延层厚度(傅里叶变换红外FT-IR) 原理：对于掺杂的 SiC 外延片，红外光谱测量膜厚为通用的行业标准。碳化硅衬底 与外延层因掺杂浓度的不同导致两者具有不同的折射率，因此试样的反射光谱会出 现反映外延层厚度信息的连续干涉条纹。当外延层表面反射的光束和衬底界面反射 的光束的光程差是半波长的整数倍时，反射光谱中可以观察到极大极小值。根据反 射谱中干涉条纹的极值峰位，试样的光学常数以及入射角可以计算出相应的外延层 厚度。 参数：测量直径至12”的硅晶片 2.掺杂浓度(汞探针 CV测试仪) 原理：汞探针 CV测试仪是利用肖特基势垒电容 C-V特性来测试掺杂浓度的测试方 法。汞探针和N 型碳化硅外延层接触时，在N型碳化硅外延层一侧形成势垒。在 汞金属和碳化硅外延层之间加一直流反向偏压时，肖特基势垒宽度向外延层中扩展。如果在直流偏压上叠加一个高频小信号电压，其势垒电容随外加电压的变化而变化 可起到电容的作用。通过电容-电压变化关系，即可找到金属-半导体肖特基势垒在 外延层一侧的掺杂浓度分布。 应用：外延掺杂浓度，电阻率等。 参数：测量范围1E14-1E19/cm3。 3. SiC 晶格布局，材料结构，形貌以及物理性质(X射线衍射仪 XRD) 原理： XRD 原理X射线的波长较短与晶体结构在同一个数量级上。X射线分析仪 器使用X射线源是X射线管在管子两极间加上高电压，阴极就会发射出高速电子 流撞击金属阳极靶从而产生X射线。当X射线照射到晶体物质上，由于晶体是由原 子规则排列成的晶胞组成，每种结晶物质都有其特定的结构参数(包括晶体结构类 型晶胞大小，晶胞中原子、离子或分子的位置和数目等)。不同原子散射的X射线相 互干涉在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度与 晶体结构密切相不同的晶体物质具有自己独特的衍射花样。高分辨衍射分析单晶外 延膜的结构特征，用Bond法超精度地测点阵参数、点阵错配、化学组份，用 Rocking 曲线测定测算嵌镶结构、取向，作倒易空间测绘；用于分析薄膜的厚度、密度、表面 与界面粗糙度等。 应用：测 SiC晶格布局，材料结构，形貌以及物理性质 Fig .22..I I r nstr u mental Resolution Funct i on (rocking curve wid t h) 参数：最大可用角度范围-110°<2Theta <168°，最小步长0.0001°。 4.表面形貌分析(扫描电镜) 原理：利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品，通过光束与物质间的相互作用，来激发各种物理信息，对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征 的目的。扫描电子显微镜的分辨率可以达到 1nm；放大倍数可以达到100万倍连 续可调；并且景深大，视野大，成像立体效果好。此外，扫描电子显微镜和其他分 析仪器相结合，可以做到观察微观形貌的同时进行物质微区成分分析。 应用：表面形貌分析 图1.S i C/S iC复 合 材料断裂后 截 面形貌： (a)韧性断裂； (b) 脆性 断 裂 参数：放大倍率2~1000000倍 5.表面粗糙度(原子力显微镜AFM) 原理：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与 样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通 过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间 作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流 检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的 信息。 应用：样品表面形貌、表面粗糙度、力学、电学等性能测量。 参数： XY 方向扫描范围 90umx 90um， Z方向扫描范围 10um，纵向噪音水平 <30pm RMS 值。