[发明专利]用于确定导电型碳化硅晶片的硅面和碳面的方法

说明书

本发明提供一种用于确定导电型碳化硅晶片的硅面和碳面的方法，其包括如下步骤：(1)通过SKPFM测定导电型碳化硅晶片的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面分别与导电针尖的接触电势差，获得第一表面的接触电势差和第二表面的接触电势差；(2)将所述第一表面的接触电势差和第二表面的接触电势差进行比较；其中，如果所述第一表面的接触电势差大于第二表面的接触电势差，则所述第一表面为碳面，所述第二表面为硅面；如果所述第一表面的接触电势差小于第二表面的接触电势差，则所述第一表面为硅面，所述第二表面为碳面。本发明的方法是一种高效、无损、高可靠性的用于确定SiC晶片的Si面和C面的方法。

技术领域

本发明属于半导体材料领域。具体地，本发明涉及一种用于确定导电型碳化硅晶片的硅面和碳面的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种宽带隙化合物半导体。室温下，4H-SiC的带隙为3.2eV。SiC具有高击穿场强(约为Si的10倍)、高饱和电子漂移速率(约为Si的2倍)、高热导率(Si的3倍、GaAs的10倍)等优异性能。相比同类硅基器件，SiC器件具有耐高压、耐高温、高频特性好、体积小和重量轻等优势，在电动汽车、轨道交通、高压输变电、光伏、5G通讯等领域具有重要的应用潜力。4H-SiC为六方结构，空间群为P63mc，是一种极性晶体，具有碳(C)极性面(通常称为C面)和硅(Si)极性面(通常称为Si面)。以SiC为衬底制备功率器件时，通常以Si面进行外延生长。而采用物理气相输运(PVT)法生长SiC单晶时，则通常以C面为生长面进行生长。可见，确定SiC晶片的Si面和C面不仅影响SiC功率器件，还会影响单晶的生长。

目前，已采用多种方法来区分SiC晶片的Si面和C面。区分Si面和C面常用的方法有：定位边标记法、V型槽标记法、刻蚀法、和无损检测法。

在这几种方法中，区分SiC晶片Si面和C面最普遍的方法是定位边标记法：采用PVT法生长完SiC晶锭后对SiC晶锭滚外圆、两次定向、加工出相互垂直的主定位边和次定位边，经过随后一系列加工工艺获得SiC晶片，通过主定位边和次定位边确定SiC晶片的Si面和C面。在这种方法中，4英寸SiC晶片主定位边的长度为32.5mm，6英寸SiC晶片主定位边的长度为47.5mm，降低了SiC晶片的有效使用面积。同时，采用具有主定位边和次定位的SiC晶片为籽晶，进行PVT生长时，主定位边和次定位边还影响晶体的生长。

除了定位边区分SiC晶片的Si面和C面，还可以采用V型槽标记法确定SiC晶片的Si面和C面。中国专利(CN 107991230A)将生长得到的SiC晶锭进行平面磨、滚圆加工、定向，确定11-20方向，之后沿11-20方向加工出非对称的V型槽，加工获得SiC晶片后，根据V型槽夹角θ两条斜边长度的关系确定Si面和C面。此方法需要加工出V型槽，对加工精度要求高，同时也会降低SiC晶片的使用面积。

另外一种区分SiC晶片Si面和C面的方法是刻蚀法。SiC晶片C面和Si面与熔融碱反应能力和反应速率不同，C面通常能抵抗熔融碱的腐蚀，而Si面却不能抵抗熔融碱的腐蚀。因此，Si面腐蚀速度大于C面的腐蚀速度，Si面腐蚀坑的深度与线度(对角线长)大于C面腐蚀坑的深度与线度。刻蚀法对SiC晶片损伤大(40μm)，操作过程中还存在安全隐患。

一般而言，Si面的表面粗糙度在0.10～0.50nm之间，而C面的表面粗糙度在0.80～3.00nm之间，基于SiC晶片抛光后Si面和C面表面粗糙度的不同，中国专利(CN201310610814.2)采用原子力显微镜(AFM)测量Si面和C面表面粗糙度，根据表面粗糙度的不同来确定Si面和C面。这种方法虽然是一种无损的分析表征方法，但对SiC晶片的表面加工质量要求高、误差大、可靠性低。

中国专利(CN 114509459 A)基于导电型SiC晶片Si面和C面对X射线衍射强度的差异以及导电型SiC晶片生长中特有的黑芯来区别Si面和C面。此方法要求SiC晶片的尺寸不能太大。