[发明专利]一种抛光碳化硅衬底变质层厚度和光学常数椭偏检测方法

说明书

本发明提供了一种抛光碳化硅衬底变质层厚度和光学常数椭偏检测方法，主要是提供后续椭偏数据的分析方法，包括碳化硅衬底椭偏测量、碳化硅衬底基底折射率分析、碳化硅衬底变质层光学常数分析、碳化硅衬底变质层厚度分析。其中碳化硅衬底椭偏测量部分包括测量角度的选择。碳化硅衬底基底折射率分析部分包括分析波长的选择，色散模型及参数的选择。碳化硅衬底变质层光学常数分析部分包括变质层分析过程、色散模型参数的选择。碳化硅衬底变质层厚度分析部分包括厚度分析过程。本发明不仅可以实现抛光碳化硅衬底变质层厚度的测量，同时可以获取变质层以及基底层的光学常数。该方法不仅适用抛光碳化硅衬底，也适用其他抛光衬底片表面变质层的检测。

技术领域

本发明涉及缺陷检测领域，是一种基于椭偏原理的碳化硅衬底抛光后表面变质层厚度和变质层光学常数的检测方法。

背景技术

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料的代表，由于与硅等材料相比具有优越性能，是高功率器件制备的首选，在新能源汽车、新一代通信技术、航空航天领域等具有广泛的应用前景。材料制备和衬底加工技术是开发高性能SiC器件的前提。目前受限于长晶技术，SiC材料成本相当高。SiC衬底加工流程主要包括长晶、切片、研磨、抛光等工序。抛光过程作为衬底基片末端超精密加工工序，但仍然不可避免地存在表面损伤，目前碳化硅衬底抛光主流工艺主要是化学机械抛光或机械化学抛光，由于其现有加工工艺技术的限制，平坦化后表面不可避免会残余一层仅有几纳米厚度的变质层以及位错等缺陷。其中变质层的存在，会影响后续外延工艺晶格匹配，影响外延质量，甚至影响后续器件的性能。根据变质层厚度的检测指标，可完善SiC生产链的质量管控，用于加工工艺优化调控，提升衬底加工质量，提高材料利用率，并为后续外延提供基础质量指标。

本专利考察抛光后碳化硅衬底时，仅分析基底和变质层的两层组成。现有对变质层的检测方法主要借助材料学的分析测试手段，通过聚焦离子束蚀刻法裸露衬底变质层，再结合透射电子显微镜等进行亚表面损伤观测。聚焦离子束采用的是原子级剥离方式，结合透射电镜可以实现几纳米厚度损伤的检测，也是目前常用的变质层厚度检测的方法，但是该方法是有损检测方法，对样品具有破坏性，制样过程非常复杂，针对不同的样品制样流程需重新设计或改进，制样容易失败，测量周期长，测量成本高；样品与透射电镜位置关系也会直接影响测量厚度的精度，极易引起误差。另外针对SiC变质层的光学常数，目前尚未有具体测量说明。现有检测薄膜光学常数的方法主要有棱镜耦合测量、椭圆偏振测量等方法，其中棱镜耦合法膜厚测量范围在0.3～15微米，不适用于仅有几纳米厚度SiC变质层的测量，如：专利CN1071004A；椭圆偏振法可以实现纳米级厚度薄膜的光学常数的检测，但目前对于抛光后的体材料，椭偏检测往往忽略其表面的变质层，直接作为裸基底，直接求解裸基底的折射率，该方法尚未对超薄变质层的测量分析进行说明。

发明内容

针对背景技术所存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种抛光碳化硅衬底变质层厚度和光学常数椭偏检测方法，实现SiC衬底表面变质层厚度的无损非接触测量，并可同时得到其光学常数。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了1.一种抛光碳化硅衬底变质层厚度和光学常数椭偏检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)抛光后的碳化硅衬底椭偏数据获取：由宽光谱椭偏仪在反射模式下测量获得，所述椭偏数据描述的是输出光波与输入光波的振幅之比ψ和相位差Δ与波长λ的关系；

2)求解抛光后的碳化硅衬底基底折射率n(λ)、消光系数k(λ)求解：由Cauchy色散模型描述：