杨春颖，吕 菲

(中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220)

Notch槽晶向测试原理及方法

杨春颖，吕 菲

(中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220)

在半导体材料加工过程中，Notch槽定位的精确度对后续加工成品率及最终产品性能有着重要的影响，准确测量Notch槽晶向显得尤为重要。主要介绍了利用X射线定向仪测试硅片Notch槽晶向的原理及方法。

Notch槽；晶向；偏离度

半导体材料加工过程中，为了识别硅单晶棒或晶片上特定的结晶方向，一般会在完成单晶棒定向、外圆表面磨削加工之后，进行单晶棒的参考面或Notch槽的加工[1]。一般直径125 mm以下的晶片采用定位面方式定位，直径150 mm以上的晶片考虑到硅片利用率等问题，多采用Notch槽方式进行定位。

单晶体具有各向异性性质，晶向标识的准确性直接影响器件制造、管芯划片的成品率，外延生长速率及外延层表面状态等。随着半导体科技的发展，大尺寸晶片得到广泛应用，如MEMS器件的制作，主要使用φ150 mm（6英寸）、φ200 mm（8英寸）晶片。当采用湿化学蚀刻工艺在晶片上加工MEMS器件时,位于掩蔽材料上的待加工图形和晶片的晶向不匹配时，待加工的图案就会由于底切现象而发生严重的畸变，造成大量的经济损失[2]。目前，市场上对应用于MEMS、砷化镓外延衬底等晶圆的晶向偏离度要求很高，一般低于±0.3°，这无疑对Notch的加工以及晶向测量精度提出了考验。国标规定Notch槽（V形槽）深度为1 mm，角度为90°,是一种具有一定角度和深度的凹型结构（如图1），因此无法通过X射线仪直接测量Notch槽晶向。

目前在使用YX-2D6型X射线定向仪测试晶片Notch槽晶向时，我们用定位柱固定Notch槽位置，通过测试与其垂直位置的晶向偏离度来表征 Notch槽的晶向偏离度。如：＜111＞型单晶Notch槽位置 （1-10），测量晶面为 （11-2）或（-1-12），衍射角为 44°04′；＜100＞ 型单晶 Notch槽位置{110}，测量双侧任一侧{110}晶面晶向，衍射角为23°40′。晶向测试台如图2所示。

图2 射线仪测试台

但在实际生产中发现，Notch槽两个垂直位置的晶向，晶片在倒角前与倒角后，得到的测试结果很多情况下不相同，因此便无法确认此晶片Notch槽位置是否合格。对此问题进行分析：（1）当Notch槽的位置在加工过程中出现偏差以后，两个垂直位置的晶向必然会一个变大，一个变小；（2）倒角前后硅片的直径会发生变化，由于Notch槽定位柱是固定不动的，因此测量的垂直位置会发生一定的变化，测量点会向右侧移动，测得的结果较倒角前会变小。当晶片直径缩小1 mm时，用CAD作图软件测得Notch槽垂直位置倒角前后偏差0.383 3°(如图3所示)，这与实际加工过程中测量结果十分吻合。由以上分析得出，用与Notch槽垂直位置一点的晶向偏离度来表示Notch槽晶向的偏离度不是十分理想。

为了研究一种更加精确的方法，我们先对理想的情况进行深入的研究。假设Notch槽的位置加工没有任何偏离，那么我们测量与Notch槽垂直位置的两个晶向，这两个晶向应该是相同的；倒角之后测量点的位置会发生偏离，但两个位置的偏离度是相同的，所以倒角后与Notch槽垂直位置的两个晶向应该也是相同的，但会比倒角前数值减小。在理想的前提下，我们假设Notch槽的位置出现了偏差，偏离度为a，那么Notch槽右侧垂直位置的晶向会相应地减小a，Notch槽左侧垂直位置的晶向会相应地增大a；倒角后，这两个位置的晶向都会减小，减小的数值是相同的，所以两侧的数值差值和倒角前是相同的。

那么，我们就可以得出一种精确表示Notch槽晶向偏离度的方法。将硅片的Notch槽卡在定位柱上，测量与其垂直位置的晶向，记为X1，然后将硅片翻面，测量另一个垂直位置的晶向，记为X2，则Notch槽位置晶向的偏离度为Notch槽晶向便为23°

以 ＜111＞晶片为例，倒角前硅片直径为151.00 mm，测得两侧晶向分别为44°23′和44°13′，测得晶向偏离度为5′，Notch槽晶向便为23°45′和 23°35′；倒角后直径为 150.19 mm，测得两侧晶向分别对应为44°04′和43°53′，测得晶向偏离度为5.5′，＜100＞晶片类似，测试结果相同，不再赘述。这样的测量结果符合倒角加工过程几乎不改变晶向偏离度的特点，因此这种测量方法是可行的。

结论：（1）在加工过程中，直径的变化会影响与Notch槽垂直位置的晶向，一般直径减小0.2 mm，晶向减小大约5′；（2）我们可以测量与Notch槽垂直两侧位置的晶向值，取两个值差值的一半表示Notch槽位置的晶向偏离度，一般测量值误差在1′以内，这样的测量精度能够满足科研生产的需求。

[1]张厥宗.硅片加工技术[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]赵正旭.半导体晶体的定向切割[M].北京：科学出版社，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