[发明专利]一种辨别碳化硅晶片硅碳面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种辨别碳化硅晶片硅碳面的方法，属于碳化硅晶片制造领域。

背景技术

SiC作为第三代宽带隙（Wide Band-gap Semiconductor,WBS）半导体材料的代表,其具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度以及极好的化学稳定性等特点，在光电子和微电子领域，具有巨大的应用潜力。

PVT法生长的SiC晶片应用是极广的，无论是生长单晶所用籽晶，还是外延所需衬底用量都供不应求，这些应用对生长面的极性要求都非常严格。

碳化硅（SiC）单晶片具有硅(Si)面和碳(C)面两个极性面，现有的碳化硅晶体生长方法的局限性，使得每产出约10个晶片就需要1个籽晶，作为籽晶的生长面的极性决定着生长晶体的晶型，生长的碳化硅晶型不同用途不同，故碳化硅籽晶的生长面极性对生长单一晶型的碳化硅晶体起着决定性作用。以碳化硅为衬底的外延晶片的外延层表面也对其衬底的极性要求相当严格。可见碳化硅单晶极性面无论对单晶生长还是外延晶片都起着决定性作用的。

因SiC单晶的物理和化学特性都极其稳定，故一般方法很难辨别其极性面。所以用一个合理有效的方法辨别其极性显得尤为重要。

目前分辨籽晶极性的方法有两种:

一种是用熔融的KOH腐蚀晶片15～20分钟，根据不同极性面腐蚀速度不同辨别硅碳面，此方法的缺点是对晶片两表面造成至少40微米的损伤，腐蚀后的晶片要重新进行抛光才可再利用，且高达500摄氏度的熔融态的KOH不但对晶片破坏率大，以及开放状态下的熔融态强碱对操作人员有潜在的危险；

另一种是为了避免上述方法的缺点，又避免在繁杂的工艺下混淆硅碳面，也是目前常用的方法，即在切片前对滚圆后的晶锭进行两次定向，磨出两个大小不同的直面，称为主副定位边，切片后按主副定位边排序确定硅碳面。此方法缺点是要进行两次定向磨定位边，为了分清主副，要把主定位边磨到副定位边长度的二倍之多，即费成本，又损晶锭，另一缺点是用此晶片做籽晶所长的晶锭单晶区域不够圆且靠近主副定位边处缺陷相比其他区域较多，再者一但晶片破裂很难通过此法辨别其极性。

碳化硅晶片制备过程中，要对长成的晶锭进行滚圆、平面磨、切割、双面磨和抛光等多道加工工序制备而成，经过上述而成的晶片表面依然存有生长引起的缺陷和加工所带的缺陷，这些缺陷会影响到再生长晶体和外延晶体的品质，所以在精抛后需要对生长面进行化学抛光来有效的降低这些缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种辨别碳化硅晶片硅碳面的方法，克服了现有技术中的不足，目前的碳化硅晶片均为单面或双面研磨、抛光的单晶片，且生长面或外延面要进行化学抛光，本发明利用加工晶片的必须步骤-化学抛光结合原子力显微镜测试其粗糙度来辨别碳化硅的极性面。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种辨别碳化硅晶片硅碳面的方法，包括以下步骤：

（1）将机械精抛后的碳化硅晶片进行化学抛光；化学抛光是靠化学试剂对样品表面凹凸不平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平的一种方法。

（2）将化学抛光后的碳化硅晶片用原子力显微镜测试其表面，在原子力显微镜上显示出所测试表面的粗糙度数值；

（3）若显示出的粗糙度数值在0.10～0.50nm之间，则所测试的表面为硅面；若显示出的粗糙度在0.80～3.00nm之间，则所测试的表面为碳面。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤（1）中化学抛光采用的抛光液为含有质量分数15%的双氧水的SiO₂溶胶，化学抛光的时间为4小时。

碳化硅晶片制备过程中，要对长成的晶锭进行滚圆、平面磨、切割、双面磨和抛光等多道加工工序制备而成，经过上述而成的晶片表面依然存有生长引起的缺陷和加工所带的缺陷，这些缺陷会影响到再生长晶体和外延晶体的品质，所以在精抛后需要对生长面进行化学抛光（CMP）来有效的降低这些缺陷。

进一步，所述步骤（2）中原子力显微镜的模式选用轻敲模式，频率为1HZ，在所测试的表面上选取至3个样点，样点的测试范围10×10μm，分辨率为256×256。所测结果是硅面粗糙度一般在0.10～0.50nm，碳面粗糙度一般为0.80～3.00nm，可见碳面粗糙度要远大于硅面粗糙度。更进一步从原子力显微形貌图片可以对比出碳面的划痕和凹坑比起硅面的划痕和凹坑要更大更宽，且边缘处较缓,硅面划痕或凹坑边缘处棱角依然明显；二者相比硅面的背底较清晰。