TW202331228A - 碳化矽晶圓來料之檢測方法 - Google Patents
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Abstract
一種碳化矽晶圓來料之檢測方法。在此方法中，對碳化矽晶圓來料進行第一光學檢測，以取得碳化矽晶圓來料之厚度變異分析數據資料。根據厚度變異分析數據資料，對碳化矽晶圓來料之表面進行薄化製程，以降低碳化矽晶圓來料之厚度變異率。對碳化矽晶圓來料進行第二光學檢測，以檢測碳化矽晶圓來料之厚度變異率是否符合預設規格。當碳化矽晶圓來料之厚度變異率符合預設規格時，對碳化矽晶圓來料進行研磨處理與清洗處理。對碳化矽晶圓來料進行規格檢測，以確認碳化矽晶圓來料是否符合產品規格。
Description
本揭露是有關於一種晶圓來料之檢測技術，且特別是有關於一種碳化矽(SiC)晶圓來料之檢測方法。
碳化矽是由矽與碳所組成之化合物半導體材料。相較於早期的矽材料，碳化矽具有更寬的能隙、更大的導熱係數、與更高的崩潰電場。因此，碳化矽在電流傳輸、高溫傳導、與耐高電壓均具有更優秀的表現。在碳化矽晶圓上進行元件製作時，係以磊晶方式在碳化矽晶圓的表面上成長元件之材料層。因此，碳化矽晶圓的品質對於所成長之元件材料層的品質有關鍵性的影響。故，於元件製作前，需對碳化矽晶圓的來料進行檢測。
目前一種檢測碳化矽原料的作法係先將碳化矽晶圓碇原料切成碳化矽晶圓，再取其中兩片碳化矽晶圓進行破壞性的蝕刻後，使用特定機台檢測，以判斷分切成這些碳化矽晶圓的晶碇是否為良品。然，這樣的蝕刻後檢測的技術為破壞性的檢測，無法於此經蝕刻後的碳化矽晶圓上進行元件的製作，如此造成原料的浪費，並導致製作成本增加。
因此，本揭露之一目的就是在提供一種碳化矽晶圓來料之檢測方法，其利用非接觸的光學檢測方式來檢測碳化矽晶圓來料的厚度變異，並據此對碳化矽晶圓來料進行薄化以減少碳化矽晶圓來料的厚度變異率。故，可在沒有破壞碳化矽晶圓來料的情況下，有效檢測並提升碳化矽晶圓來料的品質。
根據本揭露之上述目的，提出一種碳化矽晶圓來料之檢測方法。在此方法中，對碳化矽晶圓來料進行第一光學檢測，以取得碳化矽晶圓來料之厚度變異分析數據資料。根據厚度變異分析數據資料，對碳化矽晶圓來料之表面進行薄化製程，以降低碳化矽晶圓來料之厚度變異率。於薄化製程後，對碳化矽晶圓來料進行第二光學檢測，以檢測碳化矽晶圓來料之厚度變異率是否符合預設規格。當碳化矽晶圓來料之厚度變異率符合預設規格時，對碳化矽晶圓來料進行研磨處理與清洗處理。於研磨處理與清洗處理後，對碳化矽晶圓來料進行規格檢測，以確認碳化矽晶圓來料是否符合產品規格，其中當碳化矽晶圓來料符合產品規格時，即完成碳化矽晶圓來料之檢測。
依據本揭露之一實施例，上述進行第一光學檢測包含利用光學反射式量測技術與光學干涉式量測技術。
依據本揭露之一實施例，上述進行薄化製程包含利用反應式常壓電漿模組來從碳化矽晶圓來料之表面移除碳化矽晶圓來料之部分。
依據本揭露之一實施例，上述進行薄化製程更包含根據不同蝕刻氣體比例組成之對應蝕刻速率資料庫，搭配XY平台，來規劃反應式常壓電漿模組之掃描路徑、掃描速率、掃描時間、以及掃描功率。
依據本揭露之一實施例，上述進行薄化製程更包含將四氟化碳(CF
4)、三氟化氮(NF
3)、氧氣(O
2)、氬氣(Ar)、及/或氦氣(He)通入反應式常壓電漿模組中。
依據本揭露之一實施例，上述檢測碳化矽晶圓來料之厚度變異率是否符合預設規格包含：檢測碳化矽晶圓來料之整體厚度變異率(TTV)是否等於或小於1μm；檢測碳化矽晶圓來料之局部厚度變異率(LTV)是否等於或小於250nm；以及檢測碳化矽晶圓來料之表面之表面粗糙度是否等於或小於5nm。
依據本揭露之一實施例，當碳化矽晶圓來料之厚度變異率不符合該預設規格時，上述之碳化矽晶圓來料之檢測方法更包含：對碳化矽晶圓來料之表面再次進行薄化製程；以及於再次進行薄化製程後，對碳化矽晶圓來料再次進行第二光學檢測，以檢測碳化矽晶圓來料之厚度變異率是否符合預設規格。
依據本揭露之一實施例，上述之進行研磨處理包含利用化學機械研磨(CMP)技術。
依據本揭露之一實施例，當碳化矽晶圓來料不符合產品規格時，上述之碳化矽晶圓來料之檢測方法更包含：對碳化矽晶圓來料再次進行研磨處理與清洗處理；以及於再次進行研磨處理與清洗處理後，對碳化矽晶圓來料再次進行規格檢測，以確認碳化矽晶圓來料是否符合產品規格。
依據本揭露之一實施例，上述對碳化矽晶圓來料進行規格檢測包含：對碳化矽晶圓來料進行第三光學檢測，以檢測碳化矽晶圓來料之厚度變異率；對碳化矽晶圓來料進行低略角X光繞射(GI-XRD)檢測，以檢測碳化矽晶圓來料之表面品質；對碳化矽晶圓來料進行光致螢光(PL)檢測，以檢測碳化矽晶圓來料的表面缺陷狀況；對碳化矽晶圓來料進行X射線光電子能譜(XPS)檢測，以檢測碳化矽晶圓來料之表面鍵結型態；以及對碳化矽晶圓來料進行碳化矽蕭基結構元件製作與電性分析。
請參照圖1，其係繪示依照本揭露之一實施方式的一種碳化矽晶圓來料之檢測方法的流程圖。檢測碳化矽晶圓來料時，可先進行步驟100，以利用光學檢測儀器對碳化矽晶圓來料進行第一光學檢測，而取得碳化矽晶圓來料之厚度變異分析數據資料。進行第一光學檢測時，可將碳化矽晶圓來料之各局部區域的檢測圖面予以拼接，來達成碳化矽晶圓來料之整體的厚度變異分析圖像與數據資料。
在一些例子中，對碳化矽晶圓來料進行第一光學檢測時，可利用光學反射式量測技術與光學干涉式量測技術。光學反射式量測技術的原理是基於從薄膜邊界反射之光束的重疊。將所量測到之反射光譜與計算出之光譜進行比較，其間未知的厚度有系統地變動，直到兩個光譜圖相合。因此，光學反射式量測技術可測定幾奈米之非常薄之薄膜的厚度。光學干涉式量測技術係將來自白光光源之光聚焦到薄膜上, 入射光在透明薄膜邊界被部分反射，估算所選定光波之光譜圖，藉此決定薄膜厚度。
在一些示範例子中，可利用德國FRT GmbH公司所提供之光學檢測儀器，例如反射式與干涉式膜厚測量儀來進行檢測。光學檢測儀器可例如包含XY平台、光學感測器、以及有照明的電荷耦合元件(CCD)相機。XY平台可在XY平面上移動碳化矽晶圓來料。光學感測器可對碳化矽晶圓來料進行光學反射式量測與光學干涉式量測。，並可整合電動精準平台以及多個二維與三維的評估工具，來達到檢測厚度分析。
接下來，可進行步驟110，以根據第一光學檢測所取得之碳化矽晶圓來料的厚度變異分析數據資料，對此碳化矽晶圓來料之一表面進行薄化製程，藉此降低此碳化矽晶圓來料的厚度變異率。此薄化製程可為局部減薄製程，其根據厚度變異分析數據資料來移除碳化矽晶圓來料較厚之處。在一些例子中，進行此薄化製程係利用反應式常壓電漿模組來產生電漿，並利用電漿從碳化矽晶圓來料之表面移除碳化矽晶圓來料之一部分。進行薄化製程時，可將四氟化碳、三氟化氮、氧氣、氬氣、及/或氦氣通入反應式常壓電漿模組中，來局部蝕刻碳化矽晶圓來料。
在一些示範例子中，進行薄化製程時除了根據碳化矽晶圓來料之厚度變異分析數據資料外，更可進一步根據不同蝕刻氣體比例組成之對應蝕刻速率資料庫，並搭配XY平台，來規劃反應式常壓電漿模組之掃描路徑、掃描速率、掃描時間、以及掃描功率。
接著，可進行步驟120，以對薄化後之碳化矽晶圓來料進行第二光學檢測。進行第二光學檢測時可採用與第一光學檢測時相同的光學檢測儀器。完成第二光學檢測後，可進行步驟130，以根據第二光學檢測的結果，來確認碳化矽晶圓來料之厚度變異率是否符合預設規格。在一些示範例子中，檢測碳化矽晶圓來料之厚度變異率是否符合預設規格時，可檢測並確認碳化矽晶圓來料之整體厚度變異率是否等於或小於1μm，檢測並確認碳化矽晶圓來料之局部厚度變異率是否等於或小於250nm，以及檢測並確認碳化矽晶圓來料之經薄化之表面的表面粗糙度是否等於或小於5nm。
在此碳化矽晶圓來料之檢測方法中，當確認碳化矽晶圓來料之厚度變異率不符合預設規格時，可回到步驟110，以對碳化矽晶圓來料之此表面再次進行薄化製程。並且，進行步驟120，以於再次進行薄化製程後，對碳化矽晶圓來料再次進行第二光學檢測。接著，可進行步驟130，以根據第二光學檢測的結果，來再次確認碳化矽晶圓來料之厚度變異率是否符合預設規格。若碳化矽晶圓來料之厚度變異率經確認後仍未能符合預設規格，則依序重複進行步驟110、120、與130，直至確認碳化矽晶圓來料之厚度變異率已符合預設規格。
當檢測且確認碳化矽晶圓來料之厚度變異率符合預設規格時，可進行步驟140，以對碳化矽晶圓來料進行研磨處理與研磨後的清洗處理。在一些例子中，進行研磨處理包含利用化學機械研磨技術來對碳化矽晶圓來料進行精密研磨。
於研磨處理與清洗處理後，可進行步驟150，以對碳化矽晶圓來料進行規格檢測。在一些例子中，對碳化矽晶圓來料進行的規格檢測包含對碳化矽晶圓來料進行第三光學檢測，以檢測碳化矽晶圓來料之厚度變異率。第三光學檢測時可採用與第一光學檢測相同的光學檢測儀器。規格檢測更可包含對碳化矽晶圓來料進行低略角X光繞射檢測，以檢測碳化矽晶圓來料之結晶狀態，藉此檢測碳化矽晶圓來料之表面品質。另外，規格檢測更可對碳化矽晶圓來料進行光致螢光檢測，藉此檢測碳化矽晶圓來料的表面缺陷狀況。光致螢光檢測可包含低溫，例如從溫度20K至室溫的光致螢光檢測，以檢測碳化矽晶圓來料在低溫狀態時之表面缺陷狀況。規格檢測可進一步對碳化矽晶圓來料進行X射線光電子能譜檢測，藉此檢測碳化矽晶圓來料之表面鍵結型態。規格檢測可進一步對碳化矽晶圓來料進行碳化矽蕭基結構元件製作與電性分析，藉此檢測碳化矽晶圓來料之電性品質。
然後，進行步驟160，以根據規格檢測的結果來確認碳化矽晶圓來料是否符合產品規格。當碳化矽晶圓來料符合產品規格時，即如步驟170，完成碳化矽晶圓來料的檢測。
在此碳化矽晶圓來料之檢測方法中，當確認碳化矽晶圓來料不符合產品規格時，可回到步驟140，以對碳化矽晶圓來料之此表面再次進行研磨處理與研磨後之清洗處理。接下來，進行步驟150，以於再次進行研磨處理與清洗處理後，對碳化矽晶圓來料再次進行規格檢測。接著，可進行步驟160，以根據規格檢測的結果，來再次確認碳化矽晶圓來料是否符合產品規格。若碳化矽晶圓來料經確認後仍未能符合產品規格，則依序重複進行步驟140、150、與160，直至確認碳化矽晶圓來料已符合產品規格。此時，即如步驟170，完成碳化矽晶圓來料的檢測。
由上述之實施方式可知，本揭露之一優點就是因為本揭露之碳化矽晶圓來料之檢測方法利用非接觸的光學檢測方式來檢測碳化矽晶圓來料的厚度變異，並據此對碳化矽晶圓來料進行薄化以減少碳化矽晶圓來料的厚度變異率。因此，可在沒有破壞碳化矽晶圓來料的情況下，有效檢測並提升碳化矽晶圓來料的品質。
雖然本揭露已以實施例揭示如上，然其並非用以限定本揭露，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:步驟
110:步驟
120:步驟
130:步驟
140:步驟
150:步驟
160:步驟
170:步驟
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
［圖1］係繪示依照本揭露之一實施方式的一種碳化矽晶圓來料之檢測方法的流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:步驟
110:步驟
120:步驟
130:步驟
140:步驟
150:步驟
160:步驟
170:步驟
Claims (10)
- 一種碳化矽晶圓來料之檢測方法，包含： 對一碳化矽晶圓來料進行一第一光學檢測，以取得該碳化矽晶圓來料之一厚度變異分析數據資料； 根據該厚度變異分析數據資料，對該碳化矽晶圓來料之一表面進行一薄化製程，以降低該碳化矽晶圓來料之一厚度變異率； 於該薄化製程後，對該碳化矽晶圓來料進行一第二光學檢測，以檢測該碳化矽晶圓來料之該厚度變異率是否符合一預設規格； 當該碳化矽晶圓來料之該厚度變異率符合該預設規格時，對該碳化矽晶圓來料進行一研磨處理與一清洗處理；以及 於該研磨處理與該清洗處理後，對該碳化矽晶圓來料進行一規格檢測，以確認該碳化矽晶圓來料是否符合一產品規格，其中當該碳化矽晶圓來料符合該產品規格時，即完成該碳化矽晶圓來料之檢測。
- 如請求項1所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，其中進行該第一光學檢測包含利用一光學反射式量測技術與一光學干涉式量測技術。
- 如請求項1所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，其中進行該薄化製程包含利用一反應式常壓電漿模組來從該碳化矽晶圓來料之該表面移除該碳化矽晶圓來料之一部分。
- 如請求項3所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，其中進行該薄化製程更包含根據不同蝕刻氣體比例組成之一對應蝕刻速率資料庫，搭配一XY平台，來規劃該反應式常壓電漿模組之一掃描路徑、一掃描速率、一掃描時間、以及一掃描功率。
- 如請求項3所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，其中進行該薄化製程更包含將四氟化碳、三氟化氮、氧氣、氬氣、及/或氦氣通入該反應式常壓電漿模組中。
- 如請求項1所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，其中檢測該碳化矽晶圓來料之該厚度變異率是否符合該預設規格包含： 檢測該碳化矽晶圓來料之一整體厚度變異率是否等於或小於1μm； 檢測該碳化矽晶圓來料之一局部厚度變異率是否等於或小於250nm；以及 檢測該碳化矽晶圓來料之該表面之一表面粗糙度是否等於或小於5nm。
- 如請求項1所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，當該碳化矽晶圓來料之該厚度變異率不符合該預設規格時，更包含： 對該碳化矽晶圓來料之該表面再次進行該薄化製程；以及 於再次進行該薄化製程後，對該碳化矽晶圓來料再次進行該第二光學檢測，以檢測該碳化矽晶圓來料之該厚度變異率是否符合該預設規格。
- 如請求項1所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，其中進行該研磨處理包含利用一化學機械研磨技術。
- 如請求項1所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，當該碳化矽晶圓來料不符合該產品規格時，更包含： 對該碳化矽晶圓來料再次進行該研磨處理與該清洗處理；以及 於再次進行該研磨處理與該清洗處理後，對該碳化矽晶圓來料再次進行該規格檢測，以確認該碳化矽晶圓來料是否符合該產品規格。
- 如請求項1所述之碳化矽晶圓來料之檢測方法，其中對該碳化矽晶圓來料進行該規格檢測包含： 對該碳化矽晶圓來料進行一第三光學檢測，以檢測該碳化矽晶圓來料之該厚度變異率； 對該碳化矽晶圓來料進行一低略角X光繞射檢測，以檢測該碳化矽晶圓來料之表面品質； 對該碳化矽晶圓來料進行一光致螢光檢測，以檢測該碳化矽晶圓來料的表面缺陷狀況； 對該碳化矽晶圓來料進行一X射線光電子能譜檢測，以檢測該碳化矽晶圓來料之表面鍵結型態；以及 對該碳化矽晶圓來料進行一碳化矽蕭基結構元件製作與電性分析。
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