用于碳化硅截面形貌观察的切片方法

1.本发明属于半导体技术领域，尤其涉及用于碳化硅截面形貌观察的切片方法。


背景技术：

2.第三代半导体材料碳化硅由于其具有高临界击穿电场、高热导率以及高饱和电子漂移速度等特点，使其在高温、高压、高频领域能够发挥比硅材料更加优异的作用。在电力电子、射频器件和光电器件领域，以碳化硅为衬底的氧半场效晶体管(mosfet)、高电子迁移率晶体管(hemt)等正得到越来越多的研究。
3.半导体加工技术主要是通过光刻、刻蚀、薄膜、界面氧化等技术在外延片上形成不同层的图案堆积，并最终通过划片、芯片测试和封装产生最终可用的芯片。在光刻及刻蚀工艺过程中，对碳化硅上图形形貌的观察与定量是整个器件制造的重要环节。
4.由于碳化硅衬底或外延在生长过程中，现有技术有选择在[11-20]晶向上4
°
偏角生长碳化硅，例如中国专利cn201510622970.x提供了一种4h-sic材料4
°
偏角三维原子结构模型及其构建方法和应用。而这，导致了沿垂直于[11-20]方向，碳化硅的裂纹扩张具有随机性，使之不能像硅片一样可以沿断口平行扩展。且划片机由于其接触作用，在划切过程中很容易对碳化硅上的图形造成不可修复的破坏，这样会使碳化硅截面形貌观察的样品失真，不利于结果的精确定量。且划片设备的使用繁琐复杂，需要先进行对准操作，再进行划片操作。且精细的激光划片机价格昂贵，可能会加重部分科研机构负担，而普通的接触式划片机会使断口损伤严重，不利于后面sem的观察。


技术实现要素：

[0005]
本发明目的在于提供用于碳化硅截面形貌观察的切片方法，以降低碳化硅截面形貌观察的科研成本，简化操作过程，减少形貌观察处的损伤。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
[0007]
用于碳化硅截面形貌观察的切片方法，包括以下步骤：
[0008]
步骤s1：选择碳化硅基底，在所述碳化硅基底上进行图形转移；
[0009]
步骤s2：使用划片机对碳化硅基底进行划片；
[0010]
步骤s3：使用金刚笔对碳化硅基底进行裂片；
[0011]
步骤s4：判断裂片形貌。
[0012]
进一步，所述碳化硅基底上图形转移的光刻方向为垂直于碳化硅[11-20]方向。
[0013]
进一步，所述步骤s2包括如下步骤：将碳化硅基底贴在蓝膜上；确定划片方向及划片位置；使用划片机进行划片。
[0014]
进一步，所述划片方向与所述碳化硅[11-20]方向存在夹角，所述夹角为85度至95度。
[0015]
进一步，所述步骤s2还包括划片合格检测，所述划片合格检测包括如下步骤：沿碳化硅[11-20]方向做垂线，若实际划片方向偏离垂线的角度小于等于5
°
，则合格；若实际划
片方向偏离垂线的角度大于5
°
，则重新进行划片。
[0016]
进一步，所述步骤s3包括如下步骤：选择一处断口，使用金刚笔在断口处朝平行于[11-20]方向用力，直到裂纹沿着[11-20]方向扩展开。
[0017]
进一步，所述步骤s4包括：在光学显微镜下，沿平行于碳化硅[11-20]方向，观察断口，若存在断口贯穿图形，即表示裂片成功，得到待观察的碳化硅截面；若不存在断口贯穿图形，则重复步骤s3。
[0018]
进一步，所述光学显微镜的物镜选择为20倍。
[0019]
进一步，所述碳化硅基底包括碳化硅衬底片和碳化硅外延片。
[0020]
进一步，所述碳化硅基底上图形转移工艺包括光刻、光刻加cvd工艺、光刻加干法刻蚀工艺、光刻加湿法腐蚀工艺或光刻加pvd工艺。
[0021]
本发明具有以下优点：通过将划片机划切和金刚笔划切相结合的方法，降低了划片机划片对图形区带来的不可修复的损伤，使碳化硅片截面形貌观察结果更具可信度；且仅通过金刚笔进行裂片，得到待观察的碳化硅截面，降低了科研的成本，且操作起来也很方便，且裂纹扩展的过程中都是非接触式的，只有在断口处与碳化硅接触，可以使观察处的形貌得到最大程度的保存。
[0022]
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
[0023]
图1为碳化硅晶圆上光刻的图形转移示意图；
[0024]
图2为划片机沿垂直于[11-20]方向划片示意图；
[0025]
图3为划片后的碳化硅晶圆上的断口位置示意图。
具体实施方式
[0026]
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。
[0027]
用于碳化硅截面形貌观察的切片方法，包括以下步骤：
[0028]
步骤s1：选择碳化硅基底，在所述碳化硅基底上进行图形转移；
[0029]
步骤s2：使用划片机进行划片；
[0030]
步骤s3：使用金刚笔对碳化硅基底进行裂片；
[0031]
步骤s4：判断裂片形貌。
[0032]
所述碳化硅基底上图形转移的光刻方向为垂直于碳化硅[11-20]方向。
[0033]
所述碳化硅[11-20]方向如图1及图2所示。
[0034]
所述步骤s2包括如下步骤：将碳化硅基底贴在蓝膜上；确定划片方向及划片位置；使用划片机进行划片。
[0035]
所述划片方向与所述碳化硅[11-20]方向存在夹角，所述夹角为85度至95度。
[0036]
所述步骤s2还包括划片合格检测，所述划片合格检测包括如下步骤：沿碳化硅[11-20]方向做垂线，实际划片方向偏离垂线的角度小于等于5
°
，则合格；若实际划片方向偏离垂线的角度大于5
°
，则重新进行划片。所述划片的次数至少为一次。
[0037]
所述划片机运行时的周围温度为20℃至25℃，相对湿度为40％至70％。所述划片
机连接有水源，所述水源包括主轴冷却水源与切割冷却水源。所述主轴冷却水源包括主轴冷却水，所述切割冷却水源包括切割冷却水，主轴冷却水温度与周围温度相同，切割冷却水的温度小于等于周围温度+2℃。
[0038]
所述主轴冷却水的水压为0.3mpa，水流量大于1.5l/min、小于5l/min；所述切割冷却水的水压为0.3mpa，水流量为0.2l/min至0.5l/min。所述划片机包括刀片，所述刀片用于划切，所述刀片的划切速度为10000转至20000转，所述划片机划切速度为小于5mm/s。这些条件可以增加划片的成功率，以降低本方法的切片成本。
[0039]
所述步骤s3包括如下步骤：选择一处断口，如图3所示，使用金刚笔在断口处朝平行于[11-20]方向用力，直到裂纹沿着[11-20]方向扩展开。这样，待进行形貌观察的位置，因为没有金刚笔等的划切，而只有裂纹的扩展，使得待进行形貌观察处的原始形貌可以很好地保存，不会造成不可修复的损伤及垂直于[11-20]方向的裂碳化硅片，或使碳化硅片崩成很多碎片。所述金刚笔相较于其他仪器更加方便。如果使用划片设备，则需要对准操作，再进行划片操作。精细的激光划片机价格昂贵，可能会加重部分科研机构负担，而普通的接触式划片机会使断口损伤严重，不利于后面扫描电镜(sem)的观察。金刚笔不仅价格便宜，可以降低科研的成本，而且操作起来也简单方便。且裂纹扩展的过程中都是非接触式的，只有在断口处与碳化硅接触，使得断口形貌可以得到最大程度的保存，有利于后面的sem观察，且照片不会失真。
[0040]
所述步骤s4包括：在光学显微镜下，沿平行于碳化硅[11-20]方向，观察断口，若存在断口贯穿图形，即表示裂片成功，得到待观察的碳化硅截面；若不存在断口贯穿图形，则重复步骤s3。所述光学显微镜的物镜选择为20倍。
[0041]
所述划片机划切非图形区，所述金刚笔划切图形区。划片机的划切用于将大碳化硅基底变小。
[0042]
所述碳化硅基底包括碳化硅衬底片和碳化硅外延片。所述碳化硅基底上图形转移工艺包括光刻、光刻加cvd工艺、光刻加干法刻蚀工艺、光刻加湿法腐蚀工艺或光刻加pvd工艺。
[0043]
如果没有小偏转角的存在，碳化硅沿[11-20]或者其他任何方向都可以在裂片的时候使断口基本水平。但由于在生长过程中，沿[11-20]方向的小偏转角的存在，如果垂直于[11-20]方向裂片，会产生若干断裂的小片子，裂纹不可能垂直。故而选择先沿垂直于[11-20]方向划片机裂片，将大片变小，再通过金刚笔裂片。金刚笔施加力的方向基本上是平行于[11-20]方向，这并不是碳化硅生长的方向，所以在金刚笔施加力后，应力会基本平行于[11-20]方向展开。可选的，金刚笔施加力的方向并不要求完全垂直，可以存在一定的角度的误差，所述误差小于10
°
。所述金刚笔裂片可以使得片子完整分裂，避免成为若干小块的碎片。
[0044]
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。