確定單晶晶片的表面取向的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及確定單晶晶片的表面取向的方法，并且更具體地涉及使用高分辨率X 射線搖擺曲線測量來確定單晶晶片的表面取向的方法，所述方法能夠使用高分辨率X射線 衍射方法的搖擺曲線測量并且測量由測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸和晶片的表面法線形成的失準(zhǔn)角 以及所述失準(zhǔn)角的取向來確定晶片的表面角和所述表面角的方向。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于制造半導(dǎo)體器件的硅、藍(lán)寶石、砷化鎵等的單晶晶片被制造成具有預(yù)定結(jié)晶 學(xué)方向特性。在單晶晶片的情況下，因?yàn)榇嬖陉P(guān)于晶片的表面取向的一般信息并且單晶被 良好加工，所以可以使用X射線衍射確定晶片的軸取向。
[0003] 根據(jù)規(guī)格已經(jīng)生產(chǎn)出一般的單晶晶片，所述規(guī)格例如對于（100)晶片或（111)晶 片為：表面與晶面之間的角為〇±〇. 5°和4±0. 5° ;表面取向的水平分量為0. 2±0. 05° ; 并且表面取向的垂直分量為〇±〇.Γ。由于普通的單晶晶片通常用作半導(dǎo)體器件的材料， 因此使用表面法線相對于硅晶面法線傾斜約0°至4°的晶片。因?yàn)檫@種角（表面取向、偏 切角（off-cut angle)、表面錯(cuò)切、或表面取向誤差）和晶片的表面法線傾斜的方向（偏切 方向或錯(cuò)切方向）對所制造的半導(dǎo)體器件的物理特性有影響，所以精確測量表面取向非常 重要。另外，因?yàn)樗鼋呛退龇较蚴谴_定器件的生產(chǎn)率的重要因素，所以已經(jīng)在用于半導(dǎo) 體器件的晶片的生產(chǎn)線上對其進(jìn)行了嚴(yán)格控制。
[0004] 由于這些原因，測量和檢查表面取向的設(shè)備的精確度變成了確定產(chǎn)品品質(zhì)以及生 產(chǎn)線的生產(chǎn)率的決定性因素。因此，測量晶片的表面取向的設(shè)備需要在后續(xù)加工工藝?yán)?拋光工藝等之前被精確校準(zhǔn)。
[0005] 為了精確地確定由晶片的表面法線和晶面的垂直軸形成的精確角以及該角的方 向，需要使用X射線衍射儀（在下文中稱為XRD)的測量方法。
[0006] 同時(shí)，已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)程序ASTM F26_87a(用于確定半導(dǎo)體單晶的取向的標(biāo)準(zhǔn)測試方 法）中定義了用于使用XRD測量單晶晶片的結(jié)晶學(xué)表面取向的標(biāo)準(zhǔn)。在ASTM F26-87a標(biāo) 準(zhǔn)中（其為用于測量半導(dǎo)體單晶的結(jié)晶學(xué)取向的標(biāo)準(zhǔn)），已經(jīng)描述了使用XRD的方法和光學(xué) 方法。在使用XRD的方法中，已經(jīng)描述了例如用于測量半導(dǎo)體單晶的取向的X射線衍射理 論、測量設(shè)備、測量方法和分析方法等程序。
[0007] 然而，該標(biāo)準(zhǔn)是在假定晶片的表面法線與測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸一致的情況下描述 的。在一般情況下，因?yàn)榫谋砻娣ň€與測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸不一致，所以引起了與晶片的 表面法線和測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸彼此不一致的角度對應(yīng)的測量誤差。因此，在需要精確表面 取向的單晶晶片的表面法線與測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸顯著不同的情況下，在測量晶片的表面取 向時(shí)引起大的不確定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 技術(shù)問題
[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種確定單晶晶片的表面取向的方法，該方法使用高分辨率 X射線衍射方法的搖擺曲線測量，不僅能夠精確確定單晶晶片的表面取向（即，表面角），而 且能精確確定表面角的方向。
[0010] 具體地，本發(fā)明的目的是提供一種考慮到測量表面取向的設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸與晶片的 表面法線之間的失準(zhǔn)的情況下能夠精確確定晶片的表面取向而無需使用表面取向標(biāo)準(zhǔn)材 料來布置旋轉(zhuǎn)軸和表面法線的方法，即使在旋轉(zhuǎn)軸與表面法線彼此不一致的情況下也是如 此，并且本發(fā)明的目的是提供一種使用高分辨率X射線搖擺曲線測量來確定單晶晶片的表 面取向的方法，所述方法能夠測量由晶片的表面法線和測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸形成的角以及所 述角的方向。
[0011] 問題的解決方案
[0012] 在一個(gè)一般方面中，提供了一種測量單晶晶片的表面取向的方法以確定由單晶的 晶面法線和晶片的表面法線形成的表面取向，其中，晶片相對于晶片的表面法線以預(yù)定的 旋轉(zhuǎn)角（Φ)旋轉(zhuǎn)以在最優(yōu)布拉格衍射條件下測量所選擇的衍射面的高分辨率X射線搖擺 曲線，并且高分辨率X射線搖擺曲線的最大峰的位置（O lt)由下面的公式確定：
[0013] ωφ=ω〇+Δωφ= θΒ+δ〇-δ p(R)
[0014] 其中，ω。表示X射線的入射角，θ Β表示布拉格角，δ。表示由旋轉(zhuǎn)軸和表面法線 形成的失準(zhǔn)角，以及SP(K)表示測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸與在已以φ旋轉(zhuǎn)的衍射面上的表面法線 之間的角。
[0015] 晶片的表面法線的傾斜角（δ S(K))可以由下面的公式確定：
[0016] δ S(R)^ δ 〇 . ο〇8(Φ-Φ3)-κ S(R)
[0017] 其中，Φ,表示表面法線的相位，以及κ S(R)表示幾何小角分量。
[0018] 在旋轉(zhuǎn)角Φ =0處，高分辨率X射線搖擺曲線的最大峰的位置（Olt)可以由下面 的公式確定：
[0019] ωφ= θ B+δ ο * ε〇8(_Φ3)_κ s(e)(* =〇)_ δ ρ(Ε)
[0020] 其中，Φ,表示表面法線的相位，以及κ s(K)表示幾何小角分量。
[0021] 旋轉(zhuǎn)軸與在衍射面上隨Φ變化的晶面法線之間的角δ ρ(κ)可以由下面的公式確 定：
[0022] δ p(E) cos (φ-φρ)+δ〇 · cos ( φ - φ s) - κ ρ(Ε)
[0023] 其中，S1 ?οοΜφ-φρ)表示沿表面法線的圓周變化的晶面法線的角分量，以及 δ?！?cos (φ-φ3)表示沿旋轉(zhuǎn)軸的圓周變化的表面法線的角分量。
[0024] 在考慮使晶片旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸失準(zhǔn)的情況下，高分辨率X射線搖擺曲線的最大峰的 位置（ω J可以由下面的公式確定：
[0025]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測量單晶晶片的表面取向的方法，所述方法是為了確定由單晶的晶面法線和所 述晶片的表面法線形成的所述表面取向，其中，所述晶片相對于所述晶片的所述表面法線 W預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角（4)旋轉(zhuǎn)W在最優(yōu)布拉格衍射條件下測量所選擇的衍射面的高分辨率X 射線搖擺曲線，并且所述高分辨率X射線搖擺曲線的最大峰的位置由下面的公式確 定： WW0+AW白B+ 5 廠 5P冊 其中，《康示X射線的入射角，0B表示布拉格角，5康示由旋轉(zhuǎn)軸和所述表面法線 形成的失準(zhǔn)角，W及Spw表示測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸與在已W4旋轉(zhuǎn)的衍射面上的表面法線 之間的角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述晶片的所述表面法線的傾斜角（5SW)能夠 由下面的公式確定：
其中，表示所述表面法線的相位，W及KS00表示幾何小角分量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述旋轉(zhuǎn)角4 =0處，所述高分辨率X射線搖 擺曲線的最大峰的位置能夠由下面的公式確定：
其中，表示所述表面法線的相位，W及KS00表示幾何小角分量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸與在所述衍射面上的隨4變化的所 述晶面法線之間的角（5PW)能夠由下面的公式確定：
其 中，5 1 ?cos((l)-(l)p)表示沿所述表面法線的圓周變化的所述晶面法線的角分量，W及 5。?cos(4-4,)表示沿所述旋轉(zhuǎn)軸的圓周變化的所述表面法線的角分量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在考慮使所述晶片旋轉(zhuǎn)的所述旋轉(zhuǎn)軸失準(zhǔn)的情 況下，所述高分辨率X射線搖擺曲線的最大峰的位置能夠由下面的公式確定：
其中，S1表示所述晶面法線相對于所述表面法線的角（表面角），4P表示所述表面角 呈現(xiàn)的方向，8。表示由所述旋轉(zhuǎn)軸和所述表面法線形成的失準(zhǔn)角，4 ,表示失準(zhǔn)軸的方向， Kpw表示小角分量，0B表示布拉格角，W及剩余的表示常量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述晶片的所述表面角（5 1)和所述表面角呈現(xiàn) 的方向（4%)能夠由下面的公式確定：
其中，A(1)。表示在設(shè)計(jì)晶片保持器時(shí)所應(yīng)用的相位變化值，并且《 表示均根 據(jù)A(1)。所測量的所述高分辨率X射線搖擺曲線的各峰之間的角差，W及 根據(jù)取向角（4)的函數(shù)的所述晶片的所述表面取向的變化（5 能夠由下面的公式 確定：
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述高分辨率X射線搖擺曲線能夠在（1) = (1) 1 和4 = 處被測量兩次，并且A4P能夠由下面的公式確定； A<!%= 4 廠4i。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，根據(jù)所述取向角（4)的所述函數(shù)的所述表面法 線相對于所述旋轉(zhuǎn)軸的傾斜變化（5,W)能夠由下面的公式確定：
其中，8。表示由所述旋轉(zhuǎn)軸和所述表面法線形成的失準(zhǔn)角，W及4 ,表示所述失準(zhǔn)軸 的方向。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，沿0°至180°方向的所述晶片的 所述表面取向的角分量（51?cos4。）能夠由下面的公式確定：
沿90°至270°方向的所述晶片的所述表面取向的角分量（5i?Sind)。）能夠由下面 的公式確定：
W及 所述單晶晶片的所述表面取向能夠僅通過在A(l)p= 180°的兩個(gè)樣品取向中的每一 個(gè)處間隔90°測量所述高分辨率X射線搖擺曲線兩次來測得。
【專利摘要】提供了一種確定單晶晶片的表面取向的方法。使用高分辨率X射線搖擺曲線測量來確定單晶晶片的表面取向的方法可以使用高分辨率X射線衍射方法的搖擺曲線測量并且測量由測量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸和晶片的表面法線形成的失準(zhǔn)角以及所述失準(zhǔn)角的取向來確定晶片的表面角和所述表面角的方向。
【IPC分類】H01L21-66
【公開號】CN104798188
【申請?zhí)枴緾N201380059964
【發(fā)明人】金昌洙, 賓錫閔
【申請人】韓國標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)研究院
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2013年5月31日
【公告號】WO2014077480A1