[发明专利]确定单晶晶片的表面取向的方法

说明书

技术领域

本发明涉及确定单晶晶片的表面取向的方法，并且更具体地涉及使用高分辨率X射线摇摆曲线测量来确定单晶晶片的表面取向的方法，所述方法能够使用高分辨率X射线衍射方法的摇摆曲线测量并且测量由测量设备的旋转轴和晶片的表面法线形成的失准角以及所述失准角的取向来确定晶片的表面角和所述表面角的方向。

背景技术

用于制造半导体器件的硅、蓝宝石、砷化镓等的单晶晶片被制造成具有预定结晶学方向特性。在单晶晶片的情况下，因为存在关于晶片的表面取向的一般信息并且单晶被良好加工，所以可以使用X射线衍射确定晶片的轴取向。

根据规格已经生产出一般的单晶晶片，所述规格例如对于(100)晶片或(111)晶片为：表面与晶面之间的角为0±0.5°和4±0.5°；表面取向的水平分量为0.2±0.05°；并且表面取向的垂直分量为0±0.1°。由于普通的单晶晶片通常用作半导体器件的材料，因此使用表面法线相对于硅晶面法线倾斜约0°至4°的晶片。因为这种角(表面取向、偏切角(off-cut angle)、表面错切、或表面取向误差)和晶片的表面法线倾斜的方向(偏切方向或错切方向)对所制造的半导体器件的物理特性有影响，所以精确测量表面取向非常重要。另外，因为所述角和所述方向是确定器件的生产率的重要因素，所以已经在用于半导体器件的晶片的生产线上对其进行了严格控制。

由于这些原因，测量和检查表面取向的设备的精确度变成了确定产品品质以及生产线的生产率的决定性因素。因此，测量晶片的表面取向的设备需要在后续加工工艺例如抛光工艺等之前被精确校准。

为了精确地确定由晶片的表面法线和晶面的垂直轴形成的精确角以及该角的方向，需要使用X射线衍射仪(在下文中称为XRD)的测量方法。

同时，已经在标准程序ASTM F26-87a(用于确定半导体单晶的取向的标准测试方法)中定义了用于使用XRD测量单晶晶片的结晶学表面取向的标准。在ASTM F26-87a标准中(其为用于测量半导体单晶的结晶学取向的标准)，已经描述了使用XRD的方法和光学方法。在使用XRD的方法中，已经描述了例如用于测量半导体单晶的取向的X射线衍射理论、测量设备、测量方法和分析方法等程序。

然而，该标准是在假定晶片的表面法线与测量设备的旋转轴一致的情况下描述的。在一般情况下，因为晶片的表面法线与测量设备的旋转轴不一致，所以引起了与晶片的表面法线和测量设备的旋转轴彼此不一致的角度对应的测量误差。因此，在需要精确表面取向的单晶晶片的表面法线与测量设备的旋转轴显著不同的情况下，在测量晶片的表面取向时引起大的不确定性。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种确定单晶晶片的表面取向的方法，该方法使用高分辨率X射线衍射方法的摇摆曲线测量，不仅能够精确确定单晶晶片的表面取向(即，表面角)，而且能精确确定表面角的方向。

具体地，本发明的目的是提供一种考虑到测量表面取向的设备的旋转轴与晶片的表面法线之间的失准的情况下能够精确确定晶片的表面取向而无需使用表面取向标准材料来布置旋转轴和表面法线的方法，即使在旋转轴与表面法线彼此不一致的情况下也是如此，并且本发明的目的是提供一种使用高分辨率X射线摇摆曲线测量来确定单晶晶片的表面取向的方法，所述方法能够测量由晶片的表面法线和测量设备的旋转轴形成的角以及所述角的方向。

问题的解决方案

在一个一般方面中，提供了一种测量单晶晶片的表面取向的方法以确定由单晶的晶面法线和晶片的表面法线形成的表面取向，其中，晶片相对于晶片的表面法线以预定的旋转角(φ)旋转以在最优布拉格衍射条件下测量所选择的衍射面的高分辨率X射线摇摆曲线，并且高分辨率X射线摇摆曲线的最大峰的位置(ω_φ)由下面的公式确定：

ω_φ＝ω₀+Δω_φ＝θ_B+δ₀-δ_P(R)

其中，ω₀表示X射线的入射角，θ_B表示布拉格角，δ₀表示由旋转轴和表面法线形成的失准角，以及δ_P(R)表示测量设备的旋转轴与在已以φ旋转的衍射面上的表面法线之间的角。

晶片的表面法线的倾斜角(δ_S(R))可以由下面的公式确定：