硅晶圆的晶向偏离度测定方法探索.docx

硅晶圆的晶向偏高度测定方法探索郑捷;曹孜;赵而敬;蔡丽艳;安瑞阳;苏冰;何宇;路一辰【摘要】本文介绍了晶向偏离度的测定方法，阐述了三种不同要求下晶向偏离度的 测定方法，并描述了一些可能导致晶向偏离度计算错误或者晶向偏离不一致的情况.【期刊名称】《产业与科技论坛》【年(卷)，期】2019(018)007【总页数】2页(P72-73) 【关键词】半导体工艺;晶圆;晶向;晶向偏离度 【作者】郑捷;曹孜;赵而敬;蔡丽艳;安瑞阳;苏冰;何宇;路一辰【作者单位】有研半导体材料有限公司;有研半导体材料有限公司;有研半导体材料 有限公司;有研半导体材料有限公司;有研半导体材料有限公司;有研半导体材料有限 公司;有研半导体材料有限公司;有研半导体材料有限公司 【正文语种】中文一、引言随着半导体加工愈加精密，硅晶圆衬底参数的要求也愈趋于严格一般硅晶圆衬底 的晶向偏离的要求为±0.5°到±1°之间由于晶向偏离度可能对后续的夕卜延［1］等工 序产生影响，部分厂家对晶向偏离度提出了更加严格的要求由于后续加工对晶向 的影响甚微，对经过线切割加工而成的晶圆的晶向的测量就可以得到出厂需要的晶 向参数一般情况下，硅晶圆的晶向分几种，分别为＜100＞和＜111＞正晶向、（111）面平行 主参考面向最近的＜110＞方向偏离n度（n 一般为2~4不等），特殊情况下会有 ＜100＞向方向偏离n度的晶向偏离度偏离n度。

二、 晶向偏离度的测定方法半导体单晶晶向的测定方法一般分为两种：X射线衍射法定向法和光图定向法［2］ 另外，贾陈平提出了一种通过对晶圆的预刻蚀加工而准确找到晶向方位，为的是加 工MEMS器件［3］，不在本文的论述之内目前硅单晶晶的圆晶向一般采取X光测 试仪进行测定根据布拉格定律，入射光线与接收光线呈20角时，会得到衍射最 大值对于晶向为＜100＞的硅单晶，0角为3436'，而＜111＞的硅单晶为14 由于单晶在粘接以及切割过程中角度会有微小偏差，实际晶向与目标方向也会有所 偏离［4］,因此需要做定向检查查询被测硅晶圆的晶向对应的布拉格角，将乂光接 收管置于20角把晶圆参考面（或者notch切口）的方向朝上安放在支架上固定， 转动支架手轮，直到射线衍射强度最大为止，记下转动度数W1转动晶圆将参考 面（或者notch切口）的方向分别顺时针旋转90时得到测试角度W2、 W3、通过W1、W2、W3、W4分别计算出水平和垂直方向的偏离度，进行拟合， 从而得到最终的晶向偏离度根据晶向偏离的方向，晶向偏离度的测定可以分为三个不同的情况：第一，＜100＞ 或＜111＞正晶向的晶向偏离度测定；第二，（111）面平行主参考面向最近的＜110＞ 方向偏离n度的晶向偏离度测定；第三，＜100＞向方向偏离n度的晶向偏离度测 定。

三、 晶向偏离度测定（一）正晶向晶向偏离度的测定对于正晶向的晶圆，其目标晶向与晶圆的法线方向 —致通过水平方向的偏离度和垂直方向的偏离度一般和的数值小于5可以得 出其晶向偏离度为：(二) (111)面平行主参考面向最近的＜110＞方向偏离n度的晶向偏离度测定一般 主参考面要求为晶向偏离方向与主参考面平行因此，(111)面平行主参考面向最 近的＜110＞方向偏离n度中的n只对水平方向的偏离度有影响，对垂直方向的偏 离度无影响所以水平方向的偏离度为垂直方向的偏离度一般和的数值小于5° 可以得出其晶向偏离度为：经过简化也可以为：需要注意的是，晶圆法线方向、目标晶向和实际晶向是空间关系，晶圆法线方向与 目标晶向的夹角和晶圆法线方向与实际晶向的夹角不一定是在同一平面有人在实 际运用过程中将这两个夹角的数值相减作为晶向偏离度，这是不对的例如有 n=4的晶圆，目标值与实测值如表1中所示表1晶圆晶向的目标值和实测值WW2叱叫 目标值1014'1414'1814'1414‘ 实测值 10°14'13°34'18°14'14°54'经过计算，水平方向与目标值的偏离度为0.67°,垂直方向与目标值的偏离度为0°, 其中水平方向偏离度已经超出了一般要求的0.5°,其整体晶向偏离度为0.67°。

但 是经过计算之后得到的值为4.055°，与目标偏离度4°进行数值运算后，得到错误 的晶向偏离度0.055°，显然这种算法无法识别出已经偏离出要求偏离度的晶圆三) ＜100＞向方向偏离n度的晶向偏离度测定一般要求参考面为(011 )面，与偏 离方向夹角为45°,因此，目标晶向的水平和垂直分量分别为所以水平方向的偏离 度为垂直方向的偏离度一般和的数值小于5°可以得出其晶向偏离度为： 需要注意的是，由于参考面与晶向偏离方向不平行，晶圆沿Z轴旋转180°的情况 下会导致晶向在空间上发生变化，如图1所示为保持产品的一致性，在完成切 割的后续加工过程中，不得将晶圆正反面随意翻转其他两种方式则不存在这种状 况翻转前 翻转后图1平行于参考面看，翻转前晶向指向右上方，翻转后晶向指向右下方四、结语第一，正晶向在偏离度不超过5°的情况下，可以通过直接对水平和垂直的偏离度 进行拟合，得到晶向偏离度SEMI标准和国家标准中均对正晶向晶圆晶向偏离度 的测定有过明确的阐述第二，在生产中会遇到一些目标晶向与晶圆法线方向不一 致的情况，这种情况下需要将目标晶向在水平和垂直参考面的方向上进行分解，然 后分别和晶圆的水平、垂直偏离度进行计算后再进行拟合运算。

第三，由于SEMI 标准和国家标准没有提及目标晶向与晶圆法线方向不一致情况下的测定方法，在实 际生产过程中可能出现由于理解不同导致计算方法错误的情况，这点需要特别注意参考文献】【相关文献】[1]鞠玉林,李养贤.P型＜100 ＞硅外延埋层图形畸变与晶向偏离度的关系[J].固体电子学研究与进展， 1994,1:70-74[2] 莫庆时.硅单晶晶向偏离方向的确定方法[J].半导体技术，1986,3:36-37[3] 贾陈平，屈梁生.单晶硅晶圆晶向的精确标定方法[J].西安交通大学学报，2002,36(5):528 - 531。