碳化硅腐蚀装置和碳化硅缺陷观测方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种碳化硅腐蚀装置，还涉及一种碳化硅缺陷观测方法。


背景技术：

2.碳化硅是第三代半导体的代表性材料，发展迅速，应用广泛。碳化硅外延过程是指经过切、磨、抛等加工的衬底上生长一层新单晶的过程，其中新生长的一层单晶为外延层，而长了外延层的衬底称为外延片。衬底的bpd(basalplane dislocation，基平面位错)、tsd(threading screw dislocation，螺位错)、ted(threading edge dislocation，刃位错)是重要的贯穿型缺陷，会从衬底中延伸入外延层，形成晶体缺陷，导致碳化硅器件发生新能降低或失效。
3.为了改善外延工艺，需要研究缺陷的演化和移动过程。如图1所示，现有技术的研究方式是对晶片(该晶片为外延片，还可以为衬底)进行氢氧化钾腐蚀，腐蚀后利用显微镜观察腐蚀坑，然后对晶片进行研磨抛光后再进行氢氧化钾腐蚀，如此循环重复多次直至腐蚀完成后通过腐蚀坑的对比确定晶片的缺陷演化和移动过程。但是，如上方式常发生研磨过度而错过重要信息的问题，于研究晶片中缺陷的演化和移动过程不利。
4.因此，如何在观察研究晶片腐蚀坑的过程中，避免因对晶片研磨过度而错过重要信息，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种碳化硅腐蚀装置，其利用加热桶盛装碱性腐蚀原料，利用支架放置待观测晶片，通过碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀待观测晶片，并在腐蚀过程中利用观测装置观察晶片表面的腐蚀过程，无需对待观测晶片进行研磨，防止晶片腐蚀过程中的重要信息因研磨过度而丢失，利于更好地研究晶片表面缺陷的演化和移动情况。本发明还提供一种用于上述碳化硅腐蚀装置的碳化硅缺陷观测方法，不会出现丢失缺陷演化和移动过程中重要信息的现象，便于更好地研究晶片缺陷的演化和移动情况。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种碳化硅腐蚀装置，包括：
8.加热桶，所述加热桶的上端开口，并且所述加热桶用于盛装碱性腐蚀原料；
9.支架，所述支架用于放置待观测晶片，并能使所述待观测晶片位于所述加热桶的开口上方处受所述碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀；
10.观测装置，所述观测装置用于观察所述晶片的腐蚀过程；所述支架能使所述待观测晶片在水平方向上移动以便选择观测区域对准所述观测装置。
11.优选地，上述碳化硅腐蚀装置中，所述观测装置为显微镜或ccd相机。
12.优选地，上述碳化硅腐蚀装置中，所述加热桶为耐高温且耐碱腐蚀的加热桶。
13.优选地，上述碳化硅腐蚀装置中，所述加热桶为镍桶。
14.优选地，上述碳化硅腐蚀装置中，所述加热桶用于将外界热源的热量传导至所述碱性腐蚀原料以使所述碱性腐蚀原料熔融并产生碱性腐蚀原料蒸汽；或者
15.所述加热桶具备热源，并能向所述碱性腐蚀原料提供热量以使所述碱性腐蚀原料熔融并产生蒸汽。
16.优选地，上述碳化硅腐蚀装置中，所述碱性腐蚀原料为氢氧化钾、氢氧化钠和过氧化钠三者中的任意一种，或为三者中任意两种的混合物，或者为三者的混合物。
17.一种碳化硅缺陷观测方法，用于上述技术方案中任意一项所述的碳化硅腐蚀装置，包括：
18.(1)将碱性腐蚀原料放置到所述加热桶内；将待观测晶片放置在所述支架上，并移动所述待观测晶片，使所述待观测晶片的待研究位置处于所述加热桶的上方；
19.(2)将所述加热桶内的碱性腐蚀原料加热到预设温度，以使所述碱性腐蚀原料的蒸汽至少腐蚀所述待观测晶片的待研究位置；观察所述待研究位置处受腐蚀过程中缺陷的演化和移动情况。
20.优选的，上述碳化硅缺陷观测方法中，所述预设温度的范围为400℃以上。
21.优选的，上述碳化硅缺陷观测方法中，所述预设温度为500℃。
22.优选的，上述碳化硅缺陷观测方法中，所述步骤(1)中“移动所述待观测晶片”包括：
23.使所述支架保持不动，仅移动所述待观测晶片在所述支架上的位置；或者
24.使所述支架和所述待观测晶片一同移动。
25.本发明提供一种碳化硅腐蚀装置，包括加热桶，支架和观测装置；加热桶的上端开口，并且加热桶用于盛装碱性腐蚀原料；支架用于放置待观测晶片，并能使待观测晶片位于加热桶的开口上方处受碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀；观测装置用于观察晶片的腐蚀过程；支架能使待观测晶片在水平方向上移动以便选择观测区域对准观测装置。
26.应用上述碳化硅腐蚀装置时，将碱性腐蚀原料放入加热桶内，将待观测晶片放置到支架上并使待观测晶片位于加热桶的开口上方处，然后使碱性腐蚀原料加热至熔融状态，以使碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀待观测晶片，同时在待观测晶片受腐蚀的过程中研究人员利用观测装置观察晶片的完整腐蚀过程，从而更好地研究晶片表面缺陷的演化和移动过程。
27.可见，本发明提供的碳化硅腐蚀装置使待观测晶片持续、完整地进行腐蚀，无需进行多次腐蚀观测并在每次观测后进行抛光研磨，不会发生研磨过度而错过重要信息的情况，便于研究人员更好地研究晶片中缺陷的演化和移动情况。
28.本发明提供一种碳化硅缺陷观测方法，用于上述碳化硅腐蚀装置，无需对待观测晶片抛光研磨，防止出现研磨过度导致重要信息丢失的情况，于保证观测过程获得完整的缺陷演化和移动情况信息有利。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为现有技术中对晶片缺陷的演化和移动过程研究的流程图；
31.图2为本发明实施例提供的待观测晶片位于加热桶的开口上方处受碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀时的结构示意图；
32.图3为本发明实施例提供的碳化硅腐蚀装置的结构示意图；
33.图4为本发明实施例1提供的碳化硅缺陷观测方法所获晶片中bpd、tsd、ted三种缺陷在外延过程中的转化衍生路径示意图；
34.图5为本发明实施例2提供的碳化硅缺陷观测方法所获晶片中bpd缺陷在外延过程中的转化衍生路径示意图；
35.其中，图2-图3中：
36.待观测晶片101；加热桶102；循环管路103；ccd相机104；支架105；加热循环池106。
具体实施方式
37.本发明实施例公开了一种碳化硅腐蚀装置，其利用加热桶盛装碱性腐蚀原料，利用支架放置待观测晶片，通过碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀待观测晶片，并在腐蚀过程中利用观测装置观察晶片表面的腐蚀过程，无需对待观测晶片进行研磨，防止晶片腐蚀过程中的重要信息因研磨过度而丢失，利于更好地研究晶片表面缺陷的演化和移动情况。本发明实施例还公开一种用于上述碳化硅腐蚀装置的碳化硅缺陷观测方法，不会出现丢失缺陷演化和移动过程中重要信息的现象，便于更好地研究晶片缺陷的演化和移动情况。
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.请参阅图2-图5，本发明实施例提供一种碳化硅腐蚀装置，包括加热桶102，支架105和观测装置；加热桶102的上端开口，并且加热桶102用于盛装碱性腐蚀原料；支架105用于放置待观测晶片101，并能使待观测晶片101位于加热桶102的开口上方处受碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀；观测装置用于观察晶片的腐蚀过程；支架105能使待观测晶片101在水平方向上移动以便选择观测区域对准观测装置。
40.应用上述碳化硅腐蚀装置时，将碱性腐蚀原料放入加热桶102内，将待观测晶片101放置到支架105上并使待观测晶片101位于加热桶102的开口上方处，然后使碱性腐蚀原料加热至熔融状态，以使碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀待观测晶片101，同时在待观测晶片101受腐蚀的过程中研究人员利用观测装置观察晶片的完整腐蚀过程，从而更好地研究晶片表面缺陷的演化和移动情况。
41.可见，本发明实施例提供的碳化硅腐蚀装置使待观测晶片101持续、完整地进行腐蚀，无需进行多次腐蚀观测并在每次观测后进行抛光研磨，不会发生研磨过度而错过重要信息的情况，便于研究人员更好地研究晶片中缺陷的演化和移动情况。
42.观测装置可设置为显微镜，或者设置为ccd相机104，本实施例对观测装置的种类不做限定。上述待观测晶片101为衬底或外延片，本实施例不做限定。
43.加热桶102为耐高温且耐碱腐蚀的加热桶102。具体的，加热桶102为镍桶；当然，加
热桶102还可设置为耐高温、耐碱腐蚀的其他材质(如，银，铂等惰性金属)做成的桶，本实施例不做具体限定。加热桶102的上端开口，碱性腐蚀原料的蒸汽由加热桶102的上端开口溢出，通过调整待观测晶片101中与加热桶102的上端开口对正的部位，可以将腐蚀面积控制在待观察区域，应用过程中通过延长时间可使碱性腐蚀原料的蒸汽不断刻蚀晶片表面，从而观测到完整的腐蚀过程中各种缺陷的衍生和移动情况。
44.上述碳化硅腐蚀装置中，加热桶102用于将外界热源的热量传导至碱性腐蚀原料以使碱性腐蚀原料熔融并产生碱性腐蚀原料蒸汽；或者加热桶102具备热源(该热源可设置为电加热管等)，该热源能向碱性腐蚀原料提供热量以使碱性腐蚀原料熔融并产生蒸汽。本实施例对加热桶102是否具备热源不做限定。
45.在一些实施例中，加热桶02还可设置为仅用于盛装熔融状态的碱性腐蚀原料；加热桶102通过循环管路103与加热循环池106连通，加热循环池106将碱性腐蚀原料加热至预设温度以使碱性腐蚀原料熔融，并不断将熔融的碱性腐蚀原料通过循环管路103输送至加热桶102，同时，加热桶102内熔融的碱性腐蚀原料不断通过循环管路103输回加热循环池106。循环管路103包括连通加热循环池106和加热桶102的输出管，输出管用于不断将加热循环池106内熔融的碱性腐蚀原料输送至加热桶102；循环管路103还包括连通加热循环池106和加热桶102的输入管，输入管用于不断将加热桶102内熔融的碱性腐蚀原料输送至加热循环池106。
46.上述碱性腐蚀原料为氢氧化钾、氢氧化钠和过氧化钠三者中的任意一种，或为三者中任意两种的混合物，或者为三者的混合物，本实施例不做限定。
47.本发明实施例还提供一种碳化硅缺陷观测方法，用于上述实施例提供的碳化硅腐蚀装置，包括：
48.(1)将待观测晶片101放置在支架105上，并移动待观测晶片101，使待观测晶片101的待研究位置处于加热桶102的上方；
49.(2)使加热桶102内的碱性腐蚀原料达预设温度，以使碱性腐蚀原料的蒸汽至少腐蚀待观测晶片101的待研究位置；观察待研究位置处受腐蚀过程中缺陷的演化和移动情况。
50.上述预设温度的范围为400℃以上，具体可设置为500℃。
51.步骤(1)中“移动待观测晶片101”包括：使支架105保持不动，仅移动待观测晶片101在支架105上的位置；或者包括：使支架105和待观测晶片101一同移动。
52.上述步骤(2)中“使加热桶102内的碱性腐蚀原料达预设温度”包括：
53.利用外界热源的热量将加热桶102内粉末状的碱性腐蚀原料加热至预设温度；或者
54.利用加热桶102本身具备的热源将加热桶102内粉末状的碱性腐蚀原料加热至预设温度；或者
55.使热循环池106将碱性腐蚀原料加热至预设温度以呈熔融状态，通过循环管路103不断将熔融状态的碱性腐蚀原料输送至加热桶102，并使加热桶102内熔融状态的碱性腐蚀原料通过循环管路103不断输回热循环池106。
56.本实施例提供的碳化硅缺陷观测方法用于上述实施例提供的碳化硅腐蚀装置，无需对待观测晶片抛光研磨，防止出现研磨过度导致重要信息丢失的情况，于保证观测过程获得完整的缺陷演化和移动情况信息有利。当然，本实施例提供的碳化硅缺陷观测方法还
具有上述实施例提供的有关碳化硅腐蚀装置的其他效果，在此不再赘述。
57.实施例1
58.本实施提供一种碳化硅缺陷观测方法，包括：将碳化硅晶片放置在支架105上，用镍桶装载氢氧化钾粉末，移动碳化硅晶片以将其待研究的位置移动到镍桶上方；使镍桶内氢氧化钾升温至500℃，在腐蚀深入的过程中利用观测装置观察外延缺陷的演化，所获得的观察结果如图4所示，便于研究bpd，tsd等贯穿型缺陷的演化和滑移过程。
59.实施例2
60.本实施例提供一种碳化硅缺陷观测方法，包括：将碳化硅晶片放置在支架105上，用镍桶装载氢氧化钾粉末，移动碳化硅晶片以将其待研究的位置移动到镍桶上方；使镍桶内氢氧化钾升温至500℃，在腐蚀深入的过程中利用观测装置观察特定区域中外延晶体缺陷的演化，例如图5所示外延层中bpd会滑移生成σ型bpd，通过应用上述碳化硅腐蚀装置的碳化硅缺陷观测方法，可以适时观测到bpd的滑移过程，最终追踪到产生此bpd的源头。
61.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
62.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种碳化硅腐蚀装置，其特征在于，包括：加热桶，所述加热桶的上端开口，并且所述加热桶用于盛装碱性腐蚀原料；支架，所述支架用于放置待观测晶片，并能使所述待观测晶片位于所述加热桶的开口上方处受所述碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀；观测装置，所述观测装置用于观察所述晶片的腐蚀过程；所述支架能使所述待观测晶片在水平方向上移动以便选择观测区域对准所述观测装置。2.根据权利要求1所述的碳化硅腐蚀装置，其特征在于，所述观测装置为显微镜或ccd相机。3.根据权利要求1所述的碳化硅腐蚀装置，其特征在于，所述加热桶为耐高温且耐碱腐蚀的加热桶。4.根据权利要求3所述的碳化硅腐蚀装置，其特征在于，所述加热桶为镍桶。5.根据权利要求1或3所述的碳化硅腐蚀装置，其特征在于，所述加热桶用于将外界热源的热量传导至所述碱性腐蚀原料以使所述碱性腐蚀原料熔融并产生碱性腐蚀原料蒸汽；或者所述加热桶具备热源，并能向所述碱性腐蚀原料提供热量以使所述碱性腐蚀原料熔融并产生蒸汽；或者所述加热桶通过循环管路与加热循环池连通，所述加热循环池用于将碱性腐蚀原料加热至熔融并不断输送至所述加热桶。6.根据权利要求1所述的碳化硅腐蚀装置，其特征在于，所述碱性腐蚀原料为氢氧化钾、氢氧化钠和过氧化钠三者中的任意一种，或为三者中任意两种的混合物，或者为三者的混合物。7.一种碳化硅缺陷观测方法，用于权利要求1-6任意一项所述的碳化硅腐蚀装置，其特征在于，包括：(1)将待观测晶片放置在所述支架上，并移动所述待观测晶片，使所述待观测晶片的待研究位置处于所述加热桶的上方；(2)使所述加热桶内的碱性腐蚀原料达预设温度，以确保所述碱性腐蚀原料的蒸汽至少腐蚀所述待观测晶片的待研究位置；观察所述待研究位置处受腐蚀过程中缺陷的演化和移动情况。8.根据权利要求7所述的碳化硅缺陷观测方法，其特征在于，所述预设温度的范围为400℃以上。9.根据权利要求8所述的碳化硅缺陷观测方法，其特征在于，所述预设温度为500℃。10.根据权利要求7所述的碳化硅缺陷观测方法，其特征在于，所述步骤(1)中“移动所述待观测晶片”包括：使所述支架保持不动，仅移动所述待观测晶片在所述支架上的位置；或者使所述支架和所述待观测晶片一同移动。

技术总结
本发明公开一种碳化硅腐蚀装置，包括加热桶，支架和观测装置；加热桶用于盛装碱性腐蚀原料，上端开口；待观测晶片位于加热桶的开口上方处受碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀；支架用于放置待观测晶片，并能使待观测晶片在水平方向上移动以便选择观测区域对准观测装置；观测装置用于观察晶片的腐蚀过程。该装置利用加热桶盛装碱性腐蚀原料，利用支架放置待观测晶片，通过碱性腐蚀原料的蒸汽腐蚀待观测晶片，并在腐蚀过程中利用观测装置观察晶片表面的腐蚀过程，无需对待观测晶片进行研磨，防止晶片腐蚀过程中的重要信息因研磨过度而丢失，利于更好地研究晶片表面缺陷的演化和移动情况。本发明还提供一种用于上述碳化硅腐蚀装置的碳化硅缺陷观测方法。缺陷观测方法。缺陷观测方法。


技术研发人员：张新河 刘春俊 郭钰 娄艳芳 曾江 彭同华 杨建
受保护的技术使用者：江苏天科合达半导体有限公司 北京天科合达半导体股份有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/8/6