楊春穎，呂 菲

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津 300220)

Notch槽晶向測(cè)試原理及方法

楊春穎，呂 菲

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津 300220)

在半導(dǎo)體材料加工過(guò)程中，Notch槽定位的精確度對(duì)后續(xù)加工成品率及最終產(chǎn)品性能有著重要的影響，準(zhǔn)確測(cè)量Notch槽晶向顯得尤為重要。主要介紹了利用X射線定向儀測(cè)試硅片Notch槽晶向的原理及方法。

Notch槽；晶向；偏離度

半導(dǎo)體材料加工過(guò)程中，為了識(shí)別硅單晶棒或晶片上特定的結(jié)晶方向，一般會(huì)在完成單晶棒定向、外圓表面磨削加工之后，進(jìn)行單晶棒的參考面或Notch槽的加工[1]。一般直徑125 mm以下的晶片采用定位面方式定位，直徑150 mm以上的晶片考慮到硅片利用率等問(wèn)題，多采用Notch槽方式進(jìn)行定位。

單晶體具有各向異性性質(zhì)，晶向標(biāo)識(shí)的準(zhǔn)確性直接影響器件制造、管芯劃片的成品率，外延生長(zhǎng)速率及外延層表面狀態(tài)等。隨著半導(dǎo)體科技的發(fā)展，大尺寸晶片得到廣泛應(yīng)用，如MEMS器件的制作，主要使用φ150 mm（6英寸）、φ200 mm（8英寸）晶片。當(dāng)采用濕化學(xué)蝕刻工藝在晶片上加工MEMS器件時(shí),位于掩蔽材料上的待加工圖形和晶片的晶向不匹配時(shí)，待加工的圖案就會(huì)由于底切現(xiàn)象而發(fā)生嚴(yán)重的畸變，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失[2]。目前，市場(chǎng)上對(duì)應(yīng)用于MEMS、砷化鎵外延襯底等晶圓的晶向偏離度要求很高，一般低于±0.3°，這無(wú)疑對(duì)Notch的加工以及晶向測(cè)量精度提出了考驗(yàn)。國(guó)標(biāo)規(guī)定Notch槽（V形槽）深度為1 mm，角度為90°,是一種具有一定角度和深度的凹型結(jié)構(gòu)（如圖1），因此無(wú)法通過(guò)X射線儀直接測(cè)量Notch槽晶向。

目前在使用YX-2D6型X射線定向儀測(cè)試晶片Notch槽晶向時(shí)，我們用定位柱固定Notch槽位置，通過(guò)測(cè)試與其垂直位置的晶向偏離度來(lái)表征 Notch槽的晶向偏離度。如：＜111＞型單晶Notch槽位置 （1-10），測(cè)量晶面為 （11-2）或（-1-12），衍射角為 44°04′；＜100＞ 型單晶 Notch槽位置{110}，測(cè)量雙側(cè)任一側(cè){110}晶面晶向，衍射角為23°40′。晶向測(cè)試臺(tái)如圖2所示。

圖2 射線儀測(cè)試臺(tái)

但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，Notch槽兩個(gè)垂直位置的晶向，晶片在倒角前與倒角后，得到的測(cè)試結(jié)果很多情況下不相同，因此便無(wú)法確認(rèn)此晶片Notch槽位置是否合格。對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析：（1）當(dāng)Notch槽的位置在加工過(guò)程中出現(xiàn)偏差以后，兩個(gè)垂直位置的晶向必然會(huì)一個(gè)變大，一個(gè)變??；（2）倒角前后硅片的直徑會(huì)發(fā)生變化，由于Notch槽定位柱是固定不動(dòng)的，因此測(cè)量的垂直位置會(huì)發(fā)生一定的變化，測(cè)量點(diǎn)會(huì)向右側(cè)移動(dòng)，測(cè)得的結(jié)果較倒角前會(huì)變小。當(dāng)晶片直徑縮小1 mm時(shí)，用CAD作圖軟件測(cè)得Notch槽垂直位置倒角前后偏差0.383 3°(如圖3所示)，這與實(shí)際加工過(guò)程中測(cè)量結(jié)果十分吻合。由以上分析得出，用與Notch槽垂直位置一點(diǎn)的晶向偏離度來(lái)表示Notch槽晶向的偏離度不是十分理想。

為了研究一種更加精確的方法，我們先對(duì)理想的情況進(jìn)行深入的研究。假設(shè)Notch槽的位置加工沒(méi)有任何偏離，那么我們測(cè)量與Notch槽垂直位置的兩個(gè)晶向，這兩個(gè)晶向應(yīng)該是相同的；倒角之后測(cè)量點(diǎn)的位置會(huì)發(fā)生偏離，但兩個(gè)位置的偏離度是相同的，所以倒角后與Notch槽垂直位置的兩個(gè)晶向應(yīng)該也是相同的，但會(huì)比倒角前數(shù)值減小。在理想的前提下，我們假設(shè)Notch槽的位置出現(xiàn)了偏差，偏離度為a，那么Notch槽右側(cè)垂直位置的晶向會(huì)相應(yīng)地減小a，Notch槽左側(cè)垂直位置的晶向會(huì)相應(yīng)地增大a；倒角后，這兩個(gè)位置的晶向都會(huì)減小，減小的數(shù)值是相同的，所以兩側(cè)的數(shù)值差值和倒角前是相同的。

那么，我們就可以得出一種精確表示Notch槽晶向偏離度的方法。將硅片的Notch槽卡在定位柱上，測(cè)量與其垂直位置的晶向，記為X1，然后將硅片翻面，測(cè)量另一個(gè)垂直位置的晶向，記為X2，則Notch槽位置晶向的偏離度為Notch槽晶向便為23°

以 ＜111＞晶片為例，倒角前硅片直徑為151.00 mm，測(cè)得兩側(cè)晶向分別為44°23′和44°13′，測(cè)得晶向偏離度為5′，Notch槽晶向便為23°45′和 23°35′；倒角后直徑為 150.19 mm，測(cè)得兩側(cè)晶向分別對(duì)應(yīng)為44°04′和43°53′，測(cè)得晶向偏離度為5.5′，＜100＞晶片類似，測(cè)試結(jié)果相同，不再贅述。這樣的測(cè)量結(jié)果符合倒角加工過(guò)程幾乎不改變晶向偏離度的特點(diǎn)，因此這種測(cè)量方法是可行的。

結(jié)論：（1）在加工過(guò)程中，直徑的變化會(huì)影響與Notch槽垂直位置的晶向，一般直徑減小0.2 mm，晶向減小大約5′；（2）我們可以測(cè)量與Notch槽垂直兩側(cè)位置的晶向值，取兩個(gè)值差值的一半表示Notch槽位置的晶向偏離度，一般測(cè)量值誤差在1′以內(nèi)，這樣的測(cè)量精度能夠滿足科研生產(chǎn)的需求。

[1]張厥宗.硅片加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]趙正旭.半導(dǎo)體晶體的定向切割[M].北京：科學(xué)出版社，1997.

Principle and Method of Notch Groove Crystal Orientation Test

YANG Chunying

(The 46thResearch Institute of CETC，Tianjin 300220，China)

In the process of semiconductor material processing,the accuracy of Notch positioning has an important influence on the subsequent processing yield and final product performance.Itis particularly important to accurately measure the crystal orientation of Notch groove.This paper mainly introduces the principle and method of using X-ray orientator to test the orientation of Notch groove.

Notch groove；Crystal orientation；Deviation

TN307

B

1004-4507(2017)06-0028-02

2017-10-29