[发明专利]硅材料机械强度的测试方法

说明书

本发明涉及半导体硅材料机械强度的测试方法。

随着大规模集成电路的迅速发展，对硅片的质量要求也越来越高，硅材料的机械强度直接影响到硅片和集成电路的制造成品率。硅材料机械强度高，则硅片在切片、磨片和抛光加工过程中的碎片率低，同时，硅片容忍热应力的能力大，可阻止硅片翘曲，提高集成电路成品率，降低生产成本。但至今还未有专门测试硅材料机械强度的方法，由于硅材料是脆性材料，目前采取套用脆性材料机械强度测试的通用方法，如：三点弯法，高温拉伸法等，但这些方法需要设备复杂，制样困难，实验数据分散，同时不能从微观角度精确了解硅晶体中杂质对材料机械强度的影响。

鉴于上述，本发明的目的是提供一种硅材料机械强度的测试方法，它简便易行。

本发明的方法是以测量硅材料的位错滑移长度来确定其机械强度的，依次包括如下步骤：

1、将从硅材料上割取的试样硅片进行抛光，除去表面损伤层；

2、用硬度计压头在硅片表面制造压痕，压痕四周引入位错；

3、在保护气中对硅片进行热处理，使位错发生滑移；

4、冷却硅片，用化学腐蚀液腐蚀，显示位错的滑移；

5、测量位错滑移长度。

试验表明，硅片上的位错滑移长度与压力无关，硬度计压头施于硅片的压力以使硅片上能产生位错，不破粹即可，通常，压力为1～10000克。

以下结合实例对本发明作进一步描述。

以具有同样热历史和相同氧碳浓度的减压充氮直拉硅单晶和普通直拉硅单晶为例，测试机械强度步骤如下，首先从上述被测硅材料分别割取500μm厚度的硅片，并进行抛光，去除表面的加工损伤层；可以采用机械抛光，也可以用化学抛光。然后用维氏硬度计压头在硅片表面制造压痕，在压痕四周引入位错；再在氮气或氩气保护气体中对硅片进行热处理，一般热处理温度为850℃～1200℃，使位错发生滑移；接着冷却硅片，用化学腐蚀液腐蚀，显示位错的滑移，化学腐蚀液可以用氢氟酸和浓度为50％的铬酸按1∶1比例配制成的sirtl液；最后用金相显微镜或扫描电镜测量位错滑移长度，据此可确定硅材料的机械强度。本例测试结果为减压充氮直拉硅单晶比普通直拉硅单晶的位错滑移长度短，表明前者的机械强度大于后者，也说明了氮杂质能提高硅材料的机械强度。

综上可见，本发明提供的硅材料机械强度的测试方法简便易行，应用该方法便于从微观角度确定杂质对硅材料机械强度的影响。