[发明专利]一种准确辨别碳化硅单晶位错类型的方法

说明书

本发明公开了一种准确辨别碳化硅单晶位错类型的方法，该方法主要通过对SiC单晶衬底进行湿法腐蚀处理，借助激光共聚焦显微镜观察位错腐蚀坑的形成与发展，进而通过衬底腐蚀坑的截面图和夹角信息来判断衬底腐蚀坑对应的位错类型。本发明主要针对目前衬底片的缺陷密度在10³ cm^‑2量级，需要找到辨别缺陷的形成机制及降低缺陷密度的方法。因为衬底中不同类型的位错对SiC外延及器件产生不同的影响，因此，通过本发明可以准确地判断SiC衬底中的位错类型，对单晶生长工艺改进和高性能器件制备具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种准确辨别碳化硅单晶位错类型的方法，属于半导体单晶材料测试表征领域。

背景技术

SiC材料由于具有优异半导体特性而受到了广泛的关注，成为极端电子器件领域极具潜力的基础材料，在高温、高频、大功率等方面都有广泛应用。然而SiC基器件仍无法与硅基器件的质量相媲美，是因为SiC单晶材料中的高密度缺陷严重制约了其在器件领域的应用，成为SiC材料与器件发展的首要技术难题。缺陷择优腐蚀是表征晶体质量的一个快速、有效的方法，特别是对于半导体单晶来说，腐蚀坑的形状和密度呈现出了单晶的缺陷以及缺陷密度。然而碳化硅单晶具有很强的化学稳定性，普通的腐蚀剂难以对SiC单晶造成腐蚀，目前腐蚀工艺多是采用熔融的KOH或NaOH为腐蚀剂。

SiC单晶衬底在碱性腐蚀剂中容易产生各向异性的腐蚀，也就是不同晶向的腐蚀速度会有所差异。对于（0001）取向的SiC单晶来说，位错周围的晶格发生畸变，即位错区域表面应变能较大，因此位错区域容易与腐蚀剂发生化学反应，首先被腐蚀。同时，又因为腐蚀速度的各向异性，导致在有缺陷的地方出现形状规则的腐蚀坑，腐蚀坑的形状和最密排面的原子排列方式有关。

目前采用腐蚀方法辨别SiC衬底中位错类型均采用腐蚀坑的形状及腐蚀坑的相对大小进行辨别。他们认为腐蚀坑的直径之比相当于位错伯格斯矢量平方之比，因而，在SiC单晶中三种典型的缺陷伯格斯矢量的大小排序为：微管（MP）＞螺位错（TSD）＞刃位错（TED），因此大尺寸无底的六边形腐蚀坑对应微管（MP），中等尺寸有底腐蚀坑对应螺位错（TSD），小尺寸有底的腐蚀坑对应刃位错（TED），小尺寸的贝壳形腐蚀坑、底部不在腐蚀坑中心的腐蚀坑对应着基平面位错（BPD）。然而，腐蚀坑的形状及尺寸的大小均受到腐蚀条件（如腐蚀温度、腐蚀时间）的影响，因此目前的位错类型的分类方法是相对的、不精确的，尤其是对于单一的位错无法使用该方法对位错进行归类。

衬底中不同类型的位错对SiC外延及器件的影响不同。如SiC衬底中的TSD会贯穿到外延层中，使得器件的反向漏电流增长；同时TSD还可能会导致外延层形成对器件性能极有危害的形貌缺陷，如胡萝卜缺陷和三角型缺陷；SiC衬底中的BPD位错对后期SiC基双极器件的可靠性产生严重影响。相比，TED则通常对器件性能影响较小，是一种良性位错。因此准确辨别位错类型对于优化外延生长和提高器件良率至关重要。准确辨别SiC单晶材料中的位错类型，对单晶生长工艺改进和高性能器件制备具有重要意义。

发明内容

针对目前通过比较腐蚀坑形貌及尺寸相对大小的方法粗略判断SiC衬底中位错类型而不能准确判断位错类型的问题，本发明公开了一种准确辨别碳化硅单晶位错类型的方法，该方法主要通过对SiC单晶衬底进行湿法腐蚀处理，借助激光共聚焦显微镜观察位错腐蚀坑的形成与发展，进而通过衬底腐蚀坑的截面图、宽度、深度以及腐蚀坑夹角信息来准确判断腐蚀坑对应的位错类型。

本发明的技术方案如下：

一种碳化硅单晶位错类型的辨别方法，其特征在于辨别步骤如下：

（一）碳化硅单晶腐蚀前，将碳化硅单晶晶片切割、研磨并抛光达到镜面的要求，清洗后备用；

（二）对经过清洗后备用的碳化硅单晶进行缺陷选择腐蚀；