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摘要：本文研究白光干涉仪在半导体沟槽型碳化硅（SiC）MOSFET 芯片 3D 轮廓测量中的应用，分析其工作原理及适配 SiC 材料与沟槽结构的技术优势，通过实际案例验证测量精度，为沟槽型 SiC MOSFET 芯片的制造质量控制与性能优化提供技术支持。

关键词：白光干涉仪；碳化硅（SiC）；沟槽型 MOSFET；3D 轮廓测量

一、引言

沟槽型碳化硅（SiC）MOSFET 作为高频、高压功率器件的核心，其沟槽结构（深度 2-5μm，宽度 0.5-2μm）的 3D 轮廓参数（如沟槽深度、侧壁粗糙度、栅氧层界面平整度）直接影响器件的阈值电压、导通电阻及可靠性。SiC 材料具有高硬度、化学稳定性强的特点，沟槽刻蚀难度大，易出现侧壁倾斜、底部圆角过大等缺陷。传统测量方法难以在坚硬的 SiC 表面实现纳米级精度检测，而白光干涉仪凭借非接触、高分辨率及材料适配性，成为沟槽型 SiC MOSFET 芯片 3D 轮廓测量的理想工具。

二、测量原理与方法

白光干涉仪基于低相干干涉技术实现三维形貌重构。测量时，宽带白光经分光后形成参考光与测量光，测量光投射至沟槽型 SiC MOSFET 芯片表面，沟槽底部、侧壁及栅极台面的反射光与参考光在探测器处产生干涉条纹。通过高精度纵向扫描系统（扫描步长 0.05nm）调节光程差，结合 SiC 材料反射特性校正算法，可有效提取沟槽区域的微弱反射信号，精确计算沟槽深度（深度 = 台面高度 – 底部高度）；对于侧壁与界面轮廓，采用多波段光融合技术消除 SiC 表面的强光反射干扰，实现侧壁倾斜角（测量误差＜0.2°）、栅氧层台阶高度（精度 ±1nm）等参数的量化，完整重建芯片的 3D 轮廓。

三、技术优势

3.1 SiC 材料适配性

针对 SiC 的高硬度与强反光特性，白光干涉仪通过优化光源波长（采用 400-700nm 可见光波段）与偏振态调节，减少表面镜面反射对信号的干扰，即使在粗糙的 SiC 刻蚀表面，仍能保持纵向测量精度 ±2nm，解决传统探针式测量在坚硬 SiC 表面易磨损、精度下降的问题。

3.2 精细沟槽结构检测能力

沟槽型 SiC MOSFET 的沟槽深宽比可达 10:1，白光干涉仪通过高数值孔径物镜（100×，NA=0.9）与斜射照明设计，可清晰分辨宽度 0.5μm 沟槽的侧壁细节，识别高度仅 1nm 的侧壁凸起与深度＞0.5nm 的栅氧层界面台阶，较扫描电镜（SEM）的无损检测能力更优，避免电子束对栅氧层的损伤。

3.3 多界面协同测量

在单次测量中，可同步获取沟槽刻蚀轮廓、栅氧层沉积界面及源漏极金属层台阶的三维参数，量化栅氧层厚度均匀性（偏差＜2%）与金属层覆盖平整度（Ra＜0.5nm），无需多次换用检测设备即可实现芯片多工艺环节的质量评估，测量效率较原子力显微镜（AFM）提升 5 倍以上。

四、应用实例

某功率器件企业对沟槽型 SiC MOSFET 芯片（设计沟槽深度 3μm、宽度 1μm）进行检测，采用白光干涉仪配置 100× 物镜与 SiC 专用测量模式。结果显示：实际沟槽深度 2.98±0.03μm，侧壁倾斜角 89.7°，局部区域因刻蚀等离子体密度不均出现侧壁粗糙度 Ra=3nm 的凸起。基于测量数据调整 ICP 刻蚀的偏压与气体比例后，沟槽深度一致性提升至 99.6%，侧壁粗糙度降至 Ra=0.8nm，器件的阈值电压偏差缩小至 ±0.2V，导通电阻降低 12%。

五、结语

白光干涉仪在沟槽型 SiC MOSFET 芯片 3D 轮廓测量中展现出显著优势，其对 SiC 材料的适配性、精细沟槽结构的检测能力及多界面协同测量特性，为沟槽型 SiC MOSFET 的工艺优化与质量管控提供了可靠技术支撑，助力提升功率器件的性能稳定性与制造良率。

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（以上数据为新启航实测结果）

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