大尺寸砷化镓单晶结构的缺陷检测方法技术

大尺寸砷化镓单晶结构的缺陷检测方法，包括研磨，抛光：机械抛光或化学抛光，采用化学抛光液配方为硫酸∶双氧水∶水＝３∶１∶１；位错腐蚀，将氢氧化钾放在银坩埚内加热，使氢氧化钾熔化加热至澄清状态时即放入晶片试样进行腐蚀，然后取出试样，冷却后用清水冲洗，吹干；进行测量方向、测量点位置、数目和测量视场、观察视场面积的选取，第一个测量点选取在距晶片边缘的Ｄ／１０ｍｍ处，其它测量点每间隔１０ｍｍ为一个测量视场；最后对选取的测量点进行计算。本发明专利技术能够准确检测大尺寸砷化镓的结构缺陷，扩大了位错密度检测范围，不仅对砷化镓单晶〈１００〉、〈１１１〉晶向进行检测，还可以对〈５１１〉晶向进行检测，操作简便、节省时间。

【技术实现步骤摘要】
所属领域本专利技术涉及应用于半导体领域的砷化镓单晶结构缺陷检测方法，特别是大尺寸砷化镓单晶位错密度的检测方法。
技术介绍
采用择优化学腐蚀技术显示位错。晶体中位错线周围的晶格发生畸变，在晶体表面上的露头处，对某些化学腐蚀剂优先受到腐蚀。因此在晶体的某一晶面上缺陷露头处容易形成由某些低指数面组成带棱角的具有特定形状的腐蚀坑或小丘。目前，现有的砷化镓单晶位错密度的检测方法步骤是将切好的砷化镓单晶片进行研磨、抛光、腐蚀、检测和计算，在腐蚀晶片时，需待氢氧化钾加热到400°±5℃温度时才能放进试样腐蚀，这样需要温度计进行测量，这样对于大尺寸砷化镓单晶片按现有的方法控制腐蚀时间，腐蚀的效果不清晰、不理想甚至不可数会带来很大的检测误差，直接影响测量精度，此外还增加了测量时间长和测量操作的复杂性；在腐蚀后进行检测时，现有方法的测量点的选取方式为D/10mm，其中D为砷化镓单晶片的直径，即每隔D/10mm选取一个测量点，当砷化镓单晶片的直径小时，这样选取方法尚还可以，但当砷化镓单晶片的直径增加时，此种选取方法造成测量点的选取太宽了，测量点减少，检测精度达不到要求。为了减少测量误差，需要建立150mm及其以上砷化镓单晶位错密度的检测方法，以确保检测的准确度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种，以适用于150mm以上砷化镓单晶位错密度的检测，而且此种方法检测误差小，准确度高。本专利技术的技术方案是，其特点在于包括下列步骤(1)研磨，将切好的砷化镓单晶片用金刚砂进行研磨，使表面平整、光洁、无划痕，清洗；(2)抛光机械抛光或化学抛光，采用化学抛光液配方为硫酸∶双氧水∶水＝3∶1∶1，在抛光<511>晶向单晶时需要将配好的抛光液搅拌后放置到接近室温，再把<511>晶向单晶浸放抛光液中，直至将<511>晶向单晶抛光好，抛光其它晶向单晶时抛光液温度无需到室温；(3)位错腐蚀，将氢氧化钾放在银坩埚或镍坩埚内加热，使氢氧化钾熔化加热至澄清状态时即放入晶片试样进行腐蚀，对于<100>、<111>晶向单晶片为5～10分钟，对于<511>晶向单晶片为7～13分钟，然后取出试样，冷却后用清水冲洗，吹干；(4)进行测量方向、测量点位置、数目和测量视场、观察视场面积的选取。根据不同晶向的砷化镓单晶片选取不同测量方向，<100>、<511>晶向单晶片选取、方向，<111>晶向单晶片选取、方向进行测量；第一个测量点选取在距晶片边缘的D/10mm处，其它测量点每间隔10mm-12mm为一个测量视场，其中D为砷化镓晶片的直径，测量点的选择即不能太多(测量点太多检测时间太长)，测量点太少不能反映整个砷化镓单晶片位错腐蚀缺陷的分布，本专利技术的选取是经过大量试验分析确定的；每个测量视场面积1mm2，将腐蚀好的试片首先宏观观测，根据试片位错腐蚀坑的多少，选取不同测量视场面积，根据不同尺寸、不同晶向的砷化镓单晶做成不同的掩膜进行检测，对于位错密度小于10000个/cm2，视场面积选取1mm2、位错密度大于10000个/cm2，视场面积选取1mm2；可以对砷化镓单晶片进行整片检测，也可以选取1/4圆片进行检测。(5)计算，对步骤(4)中的选取点和视场面积确定后，应用光学显微镜观察计量每个观察视场个数，或应用图像采集计算处理方法计量每个视场个数，对于<100>、<511>晶向单晶片平均位错密度 按式(1)计算；对于<111>晶向单晶片平均位错密度 按式(2)计算。一般单晶片位错腐蚀坑中心点数量比较多，在计算时只计算一次。Nd‾=C(2Σi=1nNi+N0)2n+1---(1)]]>Nd‾=C(3Σi=1nNi+N0)3n+1---(2)]]>式中i＝1，2，3......n，测量点的数目Ni第i个测量点的位错腐蚀坑数目C 显微镜的计算系数，C＝l/s，cm-2S 视场面积，cm2No中心测量点位错腐蚀坑数目本专利技术的原理是根据砷化镓单晶的特点，首先解决显示位错缺陷技术，使其位错缺陷显示清晰，然后再进行检测和计算。因此本专利技术的首先要进行研磨、抛光和腐蚀使其位错缺陷显示清晰，然后再根据150mm砷化镓单晶位错密度分布的规律，选择有限的测量区域，反映整个根据150mm砷化镓单晶结构缺陷情况，包括测量方向的选取、测量视场数目、测量点位置及观察视场面积的确定，达到检测准确的目的。本专利技术是检测砷化镓单晶的结构缺陷，一般缺陷分布整个晶片不同位置，经过大量试验后，根据砷化镓单晶片位错腐蚀坑分布规律，科学的、客观的计算整个晶片平均位错密度。本专利技术不仅能够检测150mm以上尺寸的砷化镓单晶片，而且同时适应小于150mm尺寸的砷化镓单晶片位错密度的检测。另外，本专利技术若要准确可靠检测<511>位错密度，首先要解决<511>晶向单晶腐蚀位错缺陷的形貌，因为，<511>晶向单晶位错缺陷形貌与<111>、<100>晶向单晶位错缺陷形貌完全不同，虽然在整个工艺过程一样，但是，特别要解决<511>晶向单晶位错缺陷形貌显现技术问题，才能使<511>晶向单晶位错缺陷显现清晰完整。所以，首先解决<511>晶向单晶的抛光问题，抛光液的配置与其它晶向单晶配置一样(水∶双氧水∶硫酸＝1∶1∶3)，但是，在抛光<511>晶向单晶时需要将配好的抛光液搅拌后放置到室温，再把<511>晶向单晶浸放抛光液中，直至将<511>晶向单晶抛光好(抛光其它晶向单晶时抛光液温度无需到室温)，这样大大提高抛光效果，在腐蚀<511>晶向单晶位错缺陷时，腐蚀时间要比其它晶向单晶腐蚀时间长2～3分钟，这也是腐蚀好<511>晶向单晶位错缺陷形貌关键所在。否则，是腐蚀不出位错缺陷或腐蚀效果不好。本专利技术与现有技术相比的优点如下(1)现有的检测方法对于大尺寸的砷化镓单晶检测结构缺陷没有进行检验说明，因此应用现有的检测方法，其视场位置的选择不能满足大尺寸单晶检测要求，而本专利技术则对测量方向的选取、测量视场数目、测量点位置及观察视场面积的确定进行了严格的规定，达到了检测准确的目的。(2)现有的检测方法，位错密度适用于0～100000个/cm2，本专利技术的位错密度适用范围为0～150000个/cm2，对砷化镓单晶位错密度高的，通过显微镜用摄像机连接到计算机上，应用计算机软件进行图像采集计算处理，扩大了位错密度检测范围。(3)现有的检测方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
大尺寸砷化镓单晶结构的缺陷检测方法，其特征在于包括下列步骤：　　　　（１）研磨，将切好的砷化镓单晶片用金刚砂进行研磨，使表面平整、光洁、无划痕，清洗；　　　　（２）抛光：机械抛光或化学抛光，采用化学抛光液配方为硫酸∶双氧水∶水＝３∶１∶１，在抛光〈５１１〉晶向单晶时需要将配好的抛光液搅拌后放置到室温，再把〈５１１〉晶向单晶浸放抛光液中，直至将〈５１１〉晶向单晶抛光好，抛光其它晶向单晶时抛光液温度无需到室温；　　　　（３）位错腐蚀，将氢氧化钾放在银坩埚内加热，使氢氧化钾熔化加热至澄清状态时即放入晶片试样进行腐蚀，对于〈１００〉、〈１１１〉晶向单晶片为５～１０分钟，对于〈５１１〉晶向单晶片为７～１３分钟，然后取出试样，冷却后用清水冲洗，吹干；　　　　（４）进行测量方向、测量点位置和测量视场的选取，第一个测量点选取在距晶片边缘的Ｄ／１０ｍｍ处，其它测量点每间隔１０－１２ｍｍ为一个测量视场，每个测量视场面积１ｍｍ↑［２］，其中Ｄ为砷化镓晶片的直径。　　　　（５）计算，对步骤（４）中的选取点和视场面积应用图像采集计算处理方法，对于〈１００〉、〈５１１〉晶向单晶片平均位错密度＊按式（１）计算；对于〈１１１〉晶向单晶片平均位错密度＊按式（２）计算。　　　　＊＊＊　　　　式中：ｉ＝１，２，３……ｎ，测量点的数目；　　　　Ｎ↓［ｉ］，第ｉ个测量点的位错腐蚀坑数目　　　　Ｃ，显微镜的计算系数，Ｃ＝ｌ／ｓ，ｃｍ↑［－２］　　　　Ｓ，视场面积，ｃｍ↑［２］　　　　Ｎｏ，中心测量点位错腐蚀坑数目。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周智慧，章安辉，王香泉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十六研究所，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]