[发明专利]一种p型掺杂6H-碳化硅晶体的无损判定方法

说明书

本发明涉及一种p型掺杂6H‑碳化硅晶体的无损判定方法，使用变温拉曼光谱，对待测的p型掺杂6H‑SiC晶体样品进行光谱测量，探测光的入射方向为沿SiC晶片的（0001）方向，变温测量为室温到673K温度范围，温度间隔为50K。分析对比载流子敏感的A1纵向光学模，根据其强度及峰位的变化，可以判断样品是否为p型掺杂。有益效果是采用基于光谱分析法，对p型Al掺杂6H‑碳化硅晶体的载流子浓度进行检测和分析，无需像霍尔测量一样的镀电极，对待测样品无损伤，检测过程可实现自动化和程序控制，可对出厂产品进行全面检验，也可应用于目前市场存在的2、3、4、6英寸完整晶圆产品检验。

技术领域

本发明涉及一种半导体单晶性能测试技术，特别涉及p型掺杂6H-碳化硅晶体的无损判定方法。

背景技术

碳化硅是继第一代硅、锗、第二代砷化镓、磷化铟等之后的第三代半导体材料，属于宽禁带半导体。与第一第二代半导体材料相比，碳化硅具有较好的物理电子学特性及化学稳定性。其热导率高、击穿场强大、饱和电子漂移速率大，因此在高温、高频、大功率及耐腐蚀耐辐射器件制备及应用上具有广阔前景，广泛用于国防、航空航天、通信等领域。

制备微电子器件，需要晶体具有较高的p型或n型掺杂浓度，可以在晶体生长过程中掺杂，也可以通过后期处理如离子注入等方法实现掺杂。要实现电子学性能表现，掺杂的离子需要激活状态，不同的材料其掺杂离子的激活行为有不同的温度依赖性。硅的掺杂在室温就可以实现离子活化，而碳化硅的掺杂离子活化能较高，n型碳化硅掺杂常用氮作为掺杂元素，其活化能稍低，较多的文献已经得到室温拉曼光谱的A1-LO模可以给出n型掺杂载流子浓度。p型掺杂常用硼、铝作为掺杂物质，铝离子活化能高达200meV以上，室温拉曼光谱的A1-LO模无法表征出相应的载流子浓度，因此需要较高温度的条件下才可以给出活化铝离子信息，即相应的p型载流子浓度信息。

在实际的p型掺杂碳化硅晶体制备过程中，受晶体生长过程的不可控性，通常存在晶锭沿生长方向随着生长的进行而出现铝掺杂浓度逐渐降低的现象，同时也存在径向的掺杂含量不均现象。而且，受外界环境影响，还会出现非故意掺杂氮元素存在。因此，每个碳化硅晶锭制备的同批次衬底中，衬底的掺杂可能出现导电类型的转变。因此，从实际应用角度出发，有必要对工业生产的衬底片进行导电类型分类判定。用业内通用的非接触式电阻率测试仪，虽然属于非破坏性检测，但仅可获得碳化硅晶片的电阻率而无法获得导电类型。当然也可以通过二次离子质谱仪或霍尔测试系统来判定碳化硅晶片的导电类型，但是它们均为破坏性检测，可用于抽样检测，而无法在工业生产过程中对全部产品进行鉴定。

由于碳化硅衬底中铝离子活化能远高于氮离子活化能，所以在室温下衬底片可能显示为n型，但是器件在较高温度条件下运行时，衬底的n型可能已经变成为p型，这对器件的电子学特性表现是致命的问题。

铝高掺杂的碳化硅晶体呈现深蓝色，p型特征明显，特别是低掺杂时，晶片颜色区分不是很明显，更需要准确判定。本发明只针对铝低掺杂碳化硅晶体分析。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种p型掺杂（铝为主杂质元素）6H-碳化硅晶体的无损判定方法。在具体实验过程中，得到了自由载流子浓度的变化规律，并得到了载流子浓度的最大值，具体技术方案是，一种p型掺杂6H-碳化硅晶体的无损判定方法，使用变温拉曼光谱测试系统，对待测的碳化硅样品进行光谱检测，其技术特征在于： 判定方法包括：

（1）、探测光的入射方向为沿SiC晶片的（0001）方向，测量指标为变温拉曼谱，若测试样品为完整的晶圆，则可在样品台添加二维扫描结构，以获得完整晶圆的不同部位的拉曼谱随温度的变化特征；

（2）、根据测试结果，得到p型掺杂6H-碳化硅晶体的拉曼谱中纵向光学模（A₁-LO）强度及峰位随温度的变化关系曲线；