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整个 SiC 晶片的晶体多晶型拉曼成像技术
与 Si 半导体相比，SiC 和 GaN 等宽禁带半导体具有各种优势，例如低损耗和在高温下工作的能力，并且它们的需求正在增加。这些半导体器件常用于恶劣环境，需要高可靠性。为此，需要高质量的晶片，但由于在晶体生长过程中可能出现晶体缺陷，因此需要一种准确评估晶片上缺陷类型和分布的技术。
X射线形貌和偏光显微镜用于观察晶片上缺陷的分布。图 1 是使用 CS1 晶体应变观察装置（Ceramicforum 制造）获取的 4 英寸 SiC 晶片的应变图像。白色的对比便于观察晶片上残留缺陷和应力引起的晶体应变分布。可以看出，许多应变分布在该晶片的整个表面上。
晶体缺陷被认为是造成这种失真的原因，并且可以通过拉曼成像轻松识别缺陷类型。SiC有许多晶体多晶型物（polytypes），它们具有相同的化学成分，但原子排列不同。由于拉曼光谱因多型而异 [1] ，因此可以通过拉曼成像来观察晶型的类型和分布。
图 2 显示了使用安装在晶片台上的拉曼显微镜 RAMANdrive 通过拉曼成像获得的晶片整个表面上的晶体多晶型分布图像。该晶片的多型体为4H，但从晶片的左上方开始呈弧形分布有两种不同的多型体15R和6H（拉曼光谱如图3所示）。通过比较应变分布图像和分布，我们可以看到由于不同多型体周围的不一致而存在应变。此外，在应变分布图像的中央部分和左下端的应变集中点，拉曼图像没有显示出异质多型体，可以看出应变主要是由穿透位错的集中引起的。
功率半导体是可以处理高电压和大电流的半导体，在我们的生活中无处不在，如电源系统、汽车、新干线头列车、家用电器等。与存储介质中使用的半导体相比，它们必须更容易导电，具有更少的功率损耗，并且即使在恶劣的环境中也不太可能破裂。因此，使用比传统 Si 具有更宽禁带宽度的 SiC 和 GaN 等宽禁带半导体材料，即使在高温下也能安全工作。SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍，耐压也高。虽然 SiC 的重要性不断提高，但作为原材料的晶圆的生产在晶体生长和加工方面比 Si 更困难，而且晶圆工艺需要很高的技术，因此 SiC 半导体的生产成本非常高。问题是高度。此外，由于许多功率半导体器件使用从前到后的整个晶片表面，因此不仅晶片表面的质量，而且晶片内部的质量也很重要。
拉曼光谱成像可以评估残余应力和结晶度，这对于 SiC 半导体的质量控制很重要。
例如，通过使用拉曼光谱，可以进行定量应力测量。下图是4H-SiC的拉曼峰776 cm -1 (FTO(2/4) E 2 )特性的峰位移位置的应力分布。比较多型体分布和应力测量结果可以看出，15R多型体分布的区域施加了压应力。发现拉应力施加在靠近中心的穿透位错区域。
上述多型分布测量和应力测量各自可以在同一光谱中进行分析。因此，单次拉曼光谱成像即可获得晶圆的许多特性。
由于图 1 是透射观察，因此无法知道缺陷和应变存在于晶片内部的哪个深度。
RAMANdrive 配备了出色的共焦光学器件，可实现高分辨率 3D 拉曼成像分析。图 4 是在将载物台移动到检测到晶体多晶型物的坐标后，使用高倍率 (100x, 0.9 NA) 物镜通过 3D 拉曼成像获得的图像。从拉曼光谱可以看出，晶深方向存在15R和4H两种晶型，平面成像检测到的晶型（15R）存在于距晶片表面10～20μm的深度。那 我们还发现晶体多晶型发生在与晶片平面（0001）平面不同的晶面中。图 4 b) 和 c) 显示了特定横截面的图像。3D 成像使我们能够了解任何横截面的晶体分布。通过这种方式，3D 拉曼成像可以以亚微米空间分辨率清晰地显示半导体晶片内的晶体多晶型和应力分布。
