半导体抛光晶片缺陷的光学无损检测研究

抛光晶片缺陷检测是半导体材料生产和器件生产中的一个重要环节,晶片质量及器件成品率与缺陷检测的成功与否有着相当重要的关系。本文重点介绍了利用我国古代劳动人民发明的透光镜原理建立的抛光晶片激光无损缺陷检测技术和相应的仪器系统,并对一系列缺陷的测试和实验分析结果进行了相应的讨论。     

PVT生长掺V SiC单晶的扫描电镜二次电子像衬度

在用SEM观察沿单晶生长方向切割掺V SiC晶片时,发现其二次电子像存在衬度。表现为先生长部分较明亮,后生长部分较暗淡,中间存在明显突变。在用PVT生长掺V SiC单晶时,SiC单晶中同时含有浅施主N和深受主杂质V是补偿半导体。从补偿半导体载流子浓度计算出发,建立了二次电子像衬度与载流子浓度的对应关系,很好解释了这一实验现象。结果表明,SiC单晶生长过程中随着浅施主N的减少,n型载流子的浓度逐步减少;当其浓度与V相当时,载流子浓度突变,可瞬间减少10个量级,此后又缓慢减少。正是这种载流子的突变引发了扫描电镜二次电子像衬度。     

碳化硅单晶切割技术研究

碳化硅单晶材料是第三代宽禁带半导体材料的代表,对电子产业的发展起到强有力的支撑。晶片加工技术是器件生产的重要基础和基本保证,任何具有优异特性的材料只有在成功有效的加工技术下才能发挥实际效能。本文介绍了切割工艺,通过工艺实验及对实验结果的分析,确定了切割工艺参数。     

SiC(0001)面和(000-1)面CMP抛光对比研究

研究了SiC衬底(0001)面和(000-1)面不同的CMP抛光特性.分别采用pH值为10.38和1.11的改性硅溶胶抛光液对SiC衬底的(0001)Si面和(000-1)C面进行对比抛光实验.使用精密天平测量晶片抛光前后的质量,计算出CMP抛光工艺的材料去除速率.并使用强光灯、微分干涉显微镜和原子力显微镜检测晶片表面质量.发现采用酸性抛光液和碱性抛光液进行抛光,均有Vc＞Vsi;而对于(0001) Si面,有Vsi 酸＞Vsi碱;对于(000-1)C面,有Vc酸＞Vc碱.该结论对于探索最佳碳化硅的CMP抛光工艺具有较高价值.     

碳化硅衬底精密加工技术

介绍了一种包含多线切割、研磨、抛光等主要工序的75 mm(3英寸)碳化硅衬底精密加工技术,该技术成功对本单位自主研制的碳化硅衬底进行精密加工。实验过程中使用了几何参数测试仪、强光灯、微分干涉显微镜(DIC)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)等检测手段对加工工艺效果进行监控。通过该技术制备出了几何尺寸参数良好、表面质量优良的碳化硅晶片。     

3英寸半绝缘4H-SiC单晶的研制

报道了采用物理气相传输(PVT)法进行SiC单晶生长方面取得的最新进展,成功研制得到固态微波器件急需的3英寸(75 mm)半绝缘4H-SiC衬底。使用计算机模拟技术,进行了3英寸(75 mm)4H-SiC晶体生长的热场设计,并在此基础上研制出适合3英寸(75 mm)4H-SiC PVT生长的晶体生长设备,采用喇曼光谱对晶体生长表面5点进行测试,结果均为单一的4H晶型,采用非接触电阻率面分布(COREMA)方法测得晶片电阻率为109~1012Ω.cm。微管道缺陷(MPD)测量采用熔融KOH腐蚀法,测得平均微管道密度为104个/cm2,其中晶片的30%区域微管道缺陷小于10个/cm2。使用X射线双晶衍射测试得到其半高宽(FWHM)为31 arcsec,说明所获得的晶体具有良好的结晶完整性。     

游离磨粒切割法和金刚石线切割法切割SiC的对比

通过采用镀铜钢线配合游离磨粒切割法和金刚石线与砂浆配合切割法对SiC晶锭分别进行切割试验,在对比两种方法的切割效果基础上,探讨两种切割方法对SiC晶片表面质量和弯曲度的作用和效果,并对比两种方法的优点。通过探讨总结出镀铜钢线配合游离磨粒切割法切割出的SiC晶片表面质量较好,但用时较长,适用于小型实验;金刚石线与砂浆配合切割法切割出的SiC晶片几何参数更好且稳定,且加工效率较高,适用于大型生产。     

PVT法掺钒SiC单晶生长电阻率变化规律研究

在采用COREMA方法测试SiC晶片电阻率时发现同一晶片电阻率相差较大,主要体现在高阻(>105Ω.cm量级)和低阻(<105量级)并存,有的甚至超高阻(>1012量级)和低阻并存,针对这一测试结果,开展了相关的实验研究,SiC单晶半绝缘性能的实现是通过在单晶生长过程中掺入深能级杂质V来补偿浅施主N和浅受主B,利用二次质谱(SIMS)对同一晶片不同区域的杂质元素V、N和B含量进行测试,结果发现晶片中V和N的含量都在1×1017量级时会出现同一晶片不同区域电阻率相差较大的情况,而当V含量在1×1017量级,N含量在5×1016量级以下时,可制备电阻率均匀性好的半绝缘SiC单晶。     

物理汽相传输法生长掺钒碳化硅单晶新鲜表面的实验研究

采用SEM观察物理汽相传输(PVT)法生长掺钒SiC单晶新鲜表面时,发现有特定形状的析出相,经SIMS、SEM能谱(EDX)、XRD、台阶仪综合分析,确定析出相的主要成分是钒,且是凸起的,推断其在单晶生长降温过程中产生。     

掺V 6H-SiC单晶生长表面V析出相研究

采用扫描电镜(SEM)和光学显微镜(OM)观察物理气相传输(PVT)法生长掺V6H-SiC单晶新鲜表面时,发现具有特定形状的析出相,经SEM能谱(EDX)测试确定析出相的主要成分是V,推断其在单晶生长结束后的降温过程中产生。通过对V析出相的进一步研究发现其在数量、尺寸以及方向上都与单晶生长中心具有一定的关系,具有特定的分布规律,任何一个视场,析出相的取向只有两种,且数量相当,这一结果说明结晶动力学对V的掺入具有一定的影响;当结晶温度较高时,这种影响不明显,但随着结晶区温度的降低,影响加剧,从而出现析出相,且析出相的结晶行为完全受晶体表面形貌的制约。