本發(fā)明屬于新材料晶體加工領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅晶體表面臺階寬度的檢測方法。

背景技術(shù)：

碳化硅(SiC)是一種半寬禁帶半導(dǎo)體材料，其在禁帶寬度、熱導(dǎo)率、臨界擊穿場強(qiáng)、飽和電子漂移速率等方面具有明顯的優(yōu)勢。由于其優(yōu)異的物理性能，使用碳化硅器件，有望大幅削減電力轉(zhuǎn)換器的損失和體積。目前碳化硅器件已經(jīng)開始在汽車、鐵路和家用電器中得到應(yīng)用。正因?yàn)樘蓟杷邆涞膬?yōu)良特性和碳化硅器件所展示的巨大應(yīng)用潛力，對其單晶的制備、外延材料的生長、缺陷研究一直是國際上的研究熱點(diǎn)。

生長SiC晶體的方法有物理氣相輸運(yùn)(PVT)法、高溫氣相沉積(HT-CVD)法和溶液(LPE)法等。雖然生長方式不同，但從微觀上來講，晶體的生長機(jī)理是相同的。晶體的生長通過螺位錯(cuò)生長(Spiral Growth)和臺階流動(dòng)生長(Step-flow Growth)這兩種生長機(jī)制進(jìn)行的。不論哪種生長機(jī)制，其本質(zhì)上都是通過臺階的擴(kuò)張來實(shí)現(xiàn)晶體的生長。因此，在工藝要求范圍內(nèi)，表征晶體表面臺階寬度是實(shí)現(xiàn)碳化硅器件高性能的關(guān)鍵檢測流程之一。

目前可以表征晶體表面臺階的技術(shù)手段有臺階儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等。但臺階儀精度不高，對于微觀尺度的臺階，不能準(zhǔn)確分辨每個(gè)小臺階具體的寬度和高度。SEM可以獲得二維的晶體表面形貌圖片，但無法獲得三維的晶體表面形貌信息，其中包括臺階的寬度和高度等。此外，SEM制樣復(fù)雜，設(shè)備成本高，只能觀察晶體表面上的小范圍區(qū)域，不適合表征晶體表面的臺階。通過AFM可以獲得晶體表面的三維形貌，可以準(zhǔn)確測量每個(gè)臺階的高度和寬度，但缺點(diǎn)是觀察范圍窄，最大只有100μm×100μm的面積范圍，對于2-4英寸的晶體表面，不能完全獲取真實(shí)的晶體表面形貌信息，并且每個(gè)臺階都需要人工去測量統(tǒng)計(jì)，沒有科學(xué)、公認(rèn)的方法去給出讓人信服的數(shù)據(jù)。

通過現(xiàn)有檢測晶體表面形貌的方法和設(shè)備，可以檢測晶體的微觀、劃痕、崩邊、缺口、顆粒、包裹體、螺型位錯(cuò)(TSD)、刃型位錯(cuò)(TED)、基面位錯(cuò)(BPD)、Pit等信息，已基本滿足工業(yè)化生產(chǎn)所需檢測要求，但對于如何系統(tǒng)有效地檢測碳化硅晶體表面的臺階寬度，這方面的檢測方法還存在空白之處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和空白，本發(fā)明的發(fā)明人首次提出采用傅里葉變換來測量晶體平臺寬度的概念，以分布圖的形式直觀得到晶體生長后的平均平臺寬度，打破了以往常規(guī)的傳統(tǒng)人工測量晶體臺階的方法，以及觀察范圍窄、測量成本高、耗時(shí)等弊端，不論是何種晶體類型或是角度，觀察范圍廣，從微觀到宏觀都能連續(xù)可測，可以真實(shí)地反映晶體表面臺階情況，是目前最直接有效的檢測晶體表面臺階的方法。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種碳化硅晶體表面臺階寬度的檢測方法，包括以下步驟：

首先，獲取碳化硅晶體表面的輪廓圖，其中微觀層面采用AFM進(jìn)行檢測，宏觀層面則采用臺階儀檢測；

然后在得到的輪廓圖上，沿著臺階流動(dòng)的方向任意取一條輪廓線，其輪廓線的長度需涵蓋所需檢測的范圍；

接著對選取的輪廓線經(jīng)過光滑處理后得到輪廓曲線，從該曲線圖中可看到尺寸不一的巨型臺階和平臺；

采用傅里葉變換的方法，對該輪廓曲線進(jìn)行信號處理，最終可得波數(shù)頻率分布圖，依據(jù)波數(shù)與波長之間的倒數(shù)關(guān)系，由此推出平臺寬度的分布，得知晶體生長后的平均平臺寬度。

在輪廓線選擇時(shí)既可以如上所述只選自一條輪廓線，也可以對應(yīng)的選擇多條輪廓線，并對每條輪廓線進(jìn)行如上的檢測和轉(zhuǎn)換，這樣對最終的結(jié)果進(jìn)行匯總后，可以獲得更為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用選取多條輪廓線進(jìn)行測量時(shí)，其最終結(jié)果與采用一條輪廓線時(shí)的方差極小，因此發(fā)明人優(yōu)選只選取一條輪廓線的技術(shù)方案，且由上可知該方案具有廣泛的代表性，能夠大大簡化整個(gè)檢測的過程和步驟；

其中所述的輪廓線為直線，選擇直線時(shí)最具備代表性，而且該輪廓線的長度必須涵蓋所需檢測的范圍，以避免在檢測過程中缺失部分?jǐn)?shù)據(jù)，造成最終檢測結(jié)果的誤差；

所述的輪廓曲線是從測試結(jié)果中直接獲取，通過AFM或者臺階儀等測試設(shè)備直觀的給出晶體表面的輪廓曲線，只需選取與輪廓線對應(yīng)的部分即可，之所以對選取的輪廓線對應(yīng)的輪廓曲線進(jìn)行光滑處理，主要原因在于在樣品測量過程中，可能會(huì)產(chǎn)生很多底部噪點(diǎn)，反應(yīng)在輪廓曲線上即為很多尖銳的凸起，這些凸起沒有任何的意義，因此為了提高最終的檢測準(zhǔn)確性，可通過常規(guī)的光滑處理得到?jīng)]有雜峰干擾的輪廓曲線，而從該曲線圖中可看到尺寸不一的巨型臺階和平臺；

在獲得上述的輪廓曲線后，發(fā)明人直接利用現(xiàn)有的Origin或者M(jìn)atlab等專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，對輪廓曲線進(jìn)行非周期性連續(xù)信號傅里葉變換，即可獲得波數(shù)頻率分布圖，依據(jù)波數(shù)為波長的倒數(shù)，波長的頻率分布也就是平臺寬度的分布頻率。

現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)方法是測量每個(gè)臺階，然后通過大量的采樣取平均的方式得到平臺的寬度信息。但晶體表面有成千上萬個(gè)臺階，而且每個(gè)臺階的寬度都不盡相同，通過現(xiàn)有的方法，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又不能準(zhǔn)確反映晶體表面臺階的寬度。而通過本發(fā)明中提供的方法，直接對測試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可快速的獲取表面信息，并且不需要人為干預(yù)，可靠性高。

綜上所述，發(fā)明人首次提出采用傅里葉變換來測量晶體平臺寬度的概念，以分布圖的形式直觀得到晶體生長后的平均平臺寬度，打破了以往常規(guī)的傳統(tǒng)人工測量晶體臺階的方法，以及觀察范圍窄、測量成本高、耗時(shí)等弊端，不論是何種晶體類型或是角度，觀察范圍廣，從微觀到宏觀都能連續(xù)可測，可以真實(shí)地反映晶體表面臺階情況，是目前最直接有效的檢測晶體表面臺階的方法。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中2°偏角的4H-SiC晶體在同向流動(dòng)下生長10min后的AFM圖；

圖2為圖1中輪廓線A-B的輪廓曲線；

圖3為圖2中輪廓曲線經(jīng)過傅里葉變換后的波數(shù)頻率分布圖；

圖4為實(shí)施例2中1°偏角的4H-SiC晶體在同向流動(dòng)下生長10min后的AFM圖；圖5為圖4中輪廓線A-B的輪廓曲線；

圖6為圖5中輪廓曲線經(jīng)過傅里葉變換后的波數(shù)頻率分布圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體的制備實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但是，應(yīng)當(dāng)理解為，這些實(shí)施例僅僅是用于更詳細(xì)具體地說明之用，而不應(yīng)理解為用于以任何形式限制本發(fā)明。

實(shí)施例1 2°偏角的4H-SiC晶體表面臺階寬度的檢測方法

本檢測方法包括以下步驟：

首先，獲取碳化硅晶體表面的輪廓圖，2°偏角的4H-SiC晶體表面臺階寬度采用AFM進(jìn)行檢測，如圖1所示；

然后在得到的圖1所示的輪廓圖上，沿著臺階流動(dòng)的方向取一條輪廓直線A-B，其輪廓線的長度需涵蓋所需檢測的范圍；

接著對選取的輪廓線經(jīng)過光滑處理后得到輪廓曲線(如圖2所示)，從該曲線圖中可看到尺寸不一的巨型臺階和平臺；

利用現(xiàn)有的Origin數(shù)據(jù)處理軟件，對輪廓曲線進(jìn)行非周期性連續(xù)信號傅里葉變換，最終可得波數(shù)頻率分布圖(如圖3所示)，依據(jù)波數(shù)為波長的倒數(shù)，波長的頻率分布也就是平臺寬度的分布頻率。從圖3中可以看到波數(shù)在0.076μm^-1時(shí)有一個(gè)明顯的峰，并且在0.1μm^-1和0.2μm^-1的位置有兩個(gè)小峰。這些峰代表著平臺寬度集中分布的位置。在波數(shù)為0.076μm^-1處的主峰代表著最普遍的平臺寬度，對應(yīng)著寬度為13μm的平臺，這樣通過傅里葉變換就可以知道晶體生長后的平均平臺寬度。

通過人工實(shí)際測量的數(shù)據(jù)，可知平臺寬度分布集中在5-15μm左右，因此可以看到本發(fā)明所提供的檢測方法最終獲得的結(jié)果可靠，且準(zhǔn)確度更高。

實(shí)施例2 1°偏角的4H-SiC晶體表面臺階寬度的檢測方法

本檢測方法包括以下步驟：

首先，獲取碳化硅晶體表面的輪廓圖，1°偏角的4H-SiC晶體表面臺階寬度采用AFM進(jìn)行檢測，如圖4所示；

然后在得到的圖1所示的輪廓圖上，沿著臺階流動(dòng)的方向取一條輪廓直線A-B，其輪廓線的長度需涵蓋所需檢測的范圍；

接著對選取的輪廓線經(jīng)過光滑處理后得到輪廓曲線(如圖5所示)，從該曲線圖中可看到尺寸不一的巨型臺階和平臺；

利用現(xiàn)有的Matlab數(shù)據(jù)處理軟件，對輪廓曲線進(jìn)行非周期性連續(xù)信號傅里葉變換，最終可得波數(shù)頻率分布圖(如圖6所示)，從圖6中可以看到波數(shù)在0.06μm^-1時(shí)有一個(gè)明顯的峰，在波數(shù)為0.06μm^-1處的主峰代表著最普遍的平臺寬度，對應(yīng)著寬度為17μm的平臺，這樣通過傅里葉變換就可以知道晶體生長后的平均平臺寬度。

而通過實(shí)際人工對AFM檢測結(jié)果判讀，可知平臺寬度分布在10-20μm左右；可見本發(fā)明所提供的檢測方法最終獲得的結(jié)果可靠，且準(zhǔn)確度更高。