[发明专利]一种碳化硅晶体质量的快速无损检测方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅晶体质量的快速无损检测方法，将碳化硅晶体置于计算机层析扫描(CT)的载物台上，通过特定参数下的计算机层析扫描结合图像衬度，以及形貌特征的鉴别，可对碳化硅晶体内典型缺陷实现快速无损地检测，直接获取被测晶锭不同断层存在的缺陷形貌、密度分布，以及缺陷随生长过程的演化情况，可显著提高碳化硅晶体缺陷的可视化程度，无需特殊制样便可较为简便快速地分析晶体的质量。

技术领域

本发明涉及半导体材料测试表征的技术领域，尤其涉及一种碳化硅晶体质量的快速无损检测方法。

背景技术

被誉为第三代半导体材料的碳化硅(SiC)，具有高击穿电场强度、高热导率、高电子饱和速率和超强的抗辐射能力，非常适合制作高温、高频和大功率电子器件，以及蓝绿光、紫外光发光器件和光电探测器件。目前，在微电子领域，已有多种类型的SiC基微电子器件，如高电子迁移率晶体管、晶闸管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管、异质结双极晶体管等，并在航空航天、军事装备、通信雷达及汽车电子化等领域得到了广泛应用。

然而碳化硅材料的质量和器件的成本仍无法与硅基器件相媲美，限制了大规模的应用。由于常用的碳化硅晶体制备PVT法自身的长晶特点，在实际的晶体生长过程中对缺陷有效且及时的调控变得十分困难，导致所得晶体结晶质量偏低，晶体利用率不高。

通常，SiC晶体中的缺陷主要包括微管、六方空洞、多型夹杂缺陷、层错缺陷，以及碳包裹物等，这些结构缺陷的存在使得器件性能急剧退化。因此，降低或消除晶体中的缺陷对促进高质量的碳化硅材料生长和实现高性能的器件制备均至关重要，如何快速无损地有效表征碳化硅晶体的缺陷密度及分布情况也随之成为研究重点。

传统的检测碳化硅晶体质量的方法是经过切片后湿法腐蚀法，再经过光学镜检等方式检测。但这种方法对样品是破坏性的，并且只能实现显微镜视野面积内的小区域观察，随着晶体尺寸和成本的增加，表征完整碳化硅晶体的质量更加困难。因此，需要寻找一种快速且无损地检测碳化硅晶体质量的方法。

此外，在半导体衬底或外延片检测领域，基于类似成像原理的XRT(X-raytopography)检测技术尽管非常成熟，可获得晶片表面的缺陷形貌等精细特征[DefectInspection Techniques inSiC,Chen etal. Nanoscale Research Letters(2022)17:30]，但相关检测方法通常是以反射式精细扫描为主，无法对大尺寸、整块的SiC晶锭进行内部断层扫描，限制了该技术在碳化硅晶锭无损检测方面的应用。

发明内容

本发明提供了一种碳化硅晶体质量的快速无损检测方法，通过特定X射线光源和扫描方式对处理后的碳化硅晶体进行全片扫描，依据晶体材料不同缺陷对X射线吸收或散射的局部差异性，可实现在计算机断层扫描成像上快速得到碳化硅晶体全片或局部的缺陷密度，以及分布的直观图像。

本发明的技术方案为：

一种碳化硅晶体质量的快速无损检测方法，其包括：

S1.对碳化硅晶体进行表面清洁处理；

S2.将碳化硅晶体置于计算机层析扫描的载物台上，射线发生器发出的X射线依次经过准直器、碳化硅晶体后进入探测器，探测器接收扫描层的透射X射线产生信号，并通过计算机重构成像，得到碳化硅晶体全片或局部的断层扫描图像；

S3.依据碳化硅晶体内不同缺陷部位相较于理想晶体对X射线吸收/散射的差异，进而在断层扫描图像中产生对比度和形貌特征的差异，从而实现缺陷类型的鉴别。

可选的，所述表面清洁处理是采用甲苯、丙酮、乙醇或异丙醇清洁所述碳化硅晶体表面，再用氮气吹干。

可选的，所述碳化硅晶体是碳化硅晶锭、碳化硅衬底或外延片。碳化硅晶体是采用物理气相传输法或液相法制备得到；碳化硅衬底是经切磨抛后的单晶衬底；外延片是采用化学气相沉积法制备得到。