半導(dǎo)體晶圓形變大應(yīng)力就大么？
晶圓應(yīng)力檢測(cè)是半導(dǎo)制造過(guò)程中極為重要的一環(huán)。傳統(tǒng)上晶圓的內(nèi)應(yīng)力大多都不是直接測(cè)量的，而是通過(guò)曲率法間接進(jìn)行測(cè)量的，也就是用各種辦法測(cè)量出晶圓的形變程度（例如翹曲度），再通過(guò)幾何形變與應(yīng)力之間的斯托尼方程（Stoney’s Equation）計(jì)算出晶圓的應(yīng)力。那么問(wèn)題就來(lái)了：晶圓是形變?cè)酱髴?yīng)力就一定越大么？
這個(gè)在硅半導(dǎo)體中大抵是沒(méi)有問(wèn)題的。硅工業(yè)發(fā)展到今天，晶圓的質(zhì)量已得到了很好的控制，缺陷密度極低。晶圓的形變主要由晶格常數(shù)的變化——也就是晶格共價(jià)鍵的拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)引起，這種情況符合基于彈性形變理論的斯托尼方程所描述的狀況。
而在SiC等寬禁帶半導(dǎo)體身上情況就不同了——有大量的位錯(cuò)、層錯(cuò)等晶格缺陷存在。自從1931年Berg第一個(gè)從拍攝的X-射線(xiàn)單晶形貌像中發(fā)現(xiàn)塑性形變以來(lái)，位錯(cuò)等晶格缺陷被認(rèn)為是塑性形變的主要來(lái)源之一。這種情況下，通過(guò)測(cè)量晶圓幾何形變進(jìn)而通過(guò)斯托尼方程計(jì)算出應(yīng)力的方法就值得商榷了。而下面就是一個(gè)翹曲度變化和應(yīng)力變化趨勢(shì)相反的例子。
圖 1 用拉曼光譜法測(cè)量半片6吋SiC應(yīng)力分布。（a）未打開(kāi)真空吸氣，樣品自然放置在樣品盤(pán)上，有翹曲但應(yīng)力分布均勻；（b）打開(kāi)真空吸氣將樣品吸牢在樣品盤(pán)上，樣品中間部位明顯出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域（偽彩色為紅色的區(qū)域）。
如圖1 所示，采用共焦方法在樣品表面逐點(diǎn)采集SiC拉曼光譜，并對(duì)777 cm-1附近的特征峰進(jìn)行擬合，通過(guò)峰位的移動(dòng)計(jì)算應(yīng)力的大小，進(jìn)而得出在整個(gè)樣品上的分布。我們可以看到未開(kāi)吸氣、樣品自然放置的時(shí)候，雖然有翹曲但應(yīng)力分布在整個(gè)表面是均勻的；而當(dāng)打開(kāi)真空吸氣將樣品吸牢時(shí)，雖然翹曲降低、樣品被吸平了，但是中央部分出現(xiàn)了明顯應(yīng)力集中的區(qū)域。從原理上，這種方法測(cè)應(yīng)力，直接反映的就是晶格共價(jià)鍵的形變對(duì)聲子譜造成的影響，從而與位錯(cuò)等缺陷引起的塑性形變沒(méi)有直接的關(guān)系。當(dāng)然，對(duì)這么大且有翹曲的樣品進(jìn)行拉曼光譜掃描成像的測(cè)試，沒(méi)有帶激光自動(dòng)聚焦跟蹤表面功能的自動(dòng)化掃描系統(tǒng)的支持是不可能的，而這也正是我司面向半導(dǎo)體工業(yè)的R1系列晶圓級(jí)共焦拉曼光譜儀的主要特色之一，詳情可參考 半導(dǎo)體晶圓拉曼光譜測(cè)試系統(tǒng)
目前北京卓立漢光儀器有限公司與本文作者所在蘇州惟光探真科技有限公司基于共同的理念和目標(biāo)，決定在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域開(kāi)展深入合作。合作旨在為廣大國(guó)內(nèi)外用戶(hù)在微米到納米尺度的纖維光學(xué)和光譜學(xué)量測(cè)儀器，服務(wù)于半導(dǎo)體材料和器件的自動(dòng)化檢測(cè)需求。誠(chéng)摯地歡迎產(chǎn)品垂詢(xún)，共同探索半導(dǎo)體材料檢測(cè)技術(shù)的未來(lái)可能。
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