一种应力呈均向分布的碳化硅晶片及无损且精确测定晶片各向应力的方法技术

本申请公开了一种应力呈均向分布的碳化硅晶片及无损且精确测定晶片各向应力的方法，属于碳化硅晶片及其应力检测技术领域。该测定方法包括下述步骤：(1)对晶片进行XRD衍射测试，测试过程中对晶片进行面内和面间旋转，得到至少6个衍射晶面下的测试结果，将不同衍射晶面的衍射峰与无应力晶片中对应衍射晶面的标准峰进行比较，获得晶片的各向应变值；(2)根据各向应变值和弹性常数计算晶片的各向应力。该方法能够实现对晶片各向应力的无损和精准检测，为晶片各向应力的分析提供了新思路，可推广用于晶片各向应力的标准化检测。推广用于晶片各向应力的标准化检测。推广用于晶片各向应力的标准化检测。

【技术实现步骤摘要】
一种应力呈均向分布的碳化硅晶片及无损且精确测定晶片各向应力的方法


[0001]本申请涉及一种应力呈均向分布的碳化硅晶片及无损且精确测定晶片各向应力的方法，属于碳化硅晶片及其应力检测


技术介绍

[0002]关于检测碳化硅残余应力的方法有几种，包括中子散射、微拉曼光谱、光学干涉法、XRD衍射法等。中子散射法分析晶片应力需要用小角中子衍射仪，目前工业上配置这种衍射仪的依旧较少，主要是由于设备较为昂贵，无法实现工业化检测；拉曼光谱测试根据波长不同可以测试不同深度的应力情况，但是目前还无法直接利用拉曼光谱测试面内各向异性的应力情况；光学干涉法的测试精度相对差，而且也不能分辨面内的各向异性应力。
[0003]XRD衍射法可以得到绝对应力参数，也是一种比较便捷的测试方法。但是，采用传统的XRD衍射方法表征单晶应力张量是困难和不准确的，目前只能将晶片切成小块才能进行各向异性应力分析，但是该种检测方法是损伤性检测方法，无法实现对晶片的无损检测。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，提供了一种应力呈均向分布的碳化硅晶片及无损且精确测定晶片各向应力的方法，通过XRD衍射测试可以计算得到碳化硅晶片的各向应力值，该碳化硅晶片的第一正应力、第二正应力及第三正应力较低且大致相同，因此得到一种应力呈均向分布的碳化硅晶片，能够提高晶片的质量及后续使用价值。
[0005]该测定晶片各向应力的方法通过在测试过程中对晶片进行面内和面间旋转，根据不同衍射晶面的衍射峰，计算晶片的各向应变值，并根据各向应变值和弹性常数计算晶片的各向应力，该方法能够实现对晶片各向应力的无损和精准检测，为晶片各向应力的分析提供了新思路，可推广用于晶片各向应力的标准化检测。
[0006]根据本申请的一个方面，提供了一种应力呈均向分布的碳化硅晶片，所述碳化硅晶片的各向应力采用XRD衍射测试得到，所述碳化硅晶片的第一正应力、第二正应力和第三正应力均不大于60MPa。
[0007]可选地，所述碳化硅晶片的第一剪切应力、第二剪切应力和第三剪切应力均不大于30MPa。
[0008]所述碳化硅晶片的第一正应力、第二正应力和第三正应力均不大于60MPa，所述第一剪切应力、第二剪切应力和第三剪切应力均不大于30MPa。
[0009]所述第一正应力为沿X轴方向的应力，所述第二正应力为沿Y轴方向的应力，所述第三正应力为沿Z轴方向的应力。上述第一正应力、第二正应力和第三正应力代表该碳化硅晶片的力学性能，若是数值太大将会导致晶片损坏，出现微裂纹或者开裂，因此第一正应力、第二正应力和第三正应力能够决定晶片能否使用。在本申请的碳化硅晶片中，第一正应力、第二正应力和第三正应力之间的差值不大于30MPa，即晶片在上述三个方向的应力呈均
匀分布，晶片的力学性能分布更加均匀。
[0010]优选的，第一正应力、第二正应力和第三正应力之间的差值不大于20MPa。
[0011]所述第一剪切应力为作用在X轴法线并沿Y轴方向的应力，所述第二剪切应力为作用在Y轴法线并沿Z轴方向的应力，所述第三剪切应力为作用在Z轴法线并沿X轴方向的应力。上述第一剪切应力、第二剪切应力和第三剪切应力代表的是晶片产品中位错滑移的能力，剪切应力越大，则会在晶片的加工过程中使得晶片中的位错急剧增多，进而导致通过晶片生产得到的器件失效，因此第一剪切应力、第二剪切应力和第三剪切应力能够影响晶片器件的使用性能。在本申请的碳化硅晶片中，第一剪切应力、第二剪切应力和第三剪切应力之间的差值不大于20MPa，即晶片在上述三个方向的应力也呈均匀分布，在任何方向均能够减弱位错滑移，因此使用晶片得到的器件性能也更加均匀且稳定。
[0012]优选的，第一剪切应力、第二剪切应力和第三剪切应力之间的差值不大于15MPa。
[0013]优选的，第一正应力、第二正应力、第三正应力、第一剪切应力、第二剪切应力和第三剪切应力均在晶片的水平和垂直方向呈均匀分布，即每种应力在水平和垂直方向的差异性较低。
[0014]根据本申请的又一个方面，提供了一种无损且精确测定晶片各向应力的方法，包括下述步骤：
[0015](1)对晶片进行XRD衍射测试，测试过程中对晶片进行面内和面间旋转，得到至少6个衍射晶面下的测试结果，将不同衍射晶面的衍射峰与无应力晶片中对应衍射晶面的标准峰进行比较，获得晶片的各向应变值；
[0016](2)根据各向应变值和弹性常数计算晶片的各向应力。
[0017]本测试方法简易，利用自主设计的优化算法，可以得到精确的晶片的各向应力数据，且可以获得各向应力在晶片表面上的分布。
[0018]可选地，步骤(1)中，所述各向应变值的计算公式为：
[0019]ε
xy
＝cos2αsin2β
×
ε
11
+sin2αsin2β
×
ε
12
+cosαsin2β
×
ε
13
+sin2αsin2β
×
ε
22
+sinαsin2β
×
ε
23
+cos2β
×
ε
33
式(1)；
[0020]其中，ε
11
为该测试点的第一正应变，ε
22
为该测试点的第二正应变，ε
33
为该测试点的第三正应变，ε
12
为该测试点的第一剪切应变，，ε
23
为该测试点的第二剪切应变，ε
13
为该测试点的第三剪切应变，α为面内旋转角度，β为面间旋转角度，ε
xy
为总应变值，其计算公式为：
[0021][0022]其中d
hkl
为任一测试晶面的实际晶面间距，d
0hkl
为任一测试晶面的理论晶面间距。
[0023]想要获得晶片的各向应力大小需要先获得晶片的各向应变值，晶片的各向应变值为二阶张量，表达形式为3
×
3矩阵，矩阵写法如下：
[0024][0025]ε
11
、ε
22
、ε
33
、ε
12
、ε
13
、ε
21
、ε
23
、ε
31
、ε
32
即为该测试点处的各向应变值，此处的ε
12
＝
ε
21
，ε
13
＝ε
31
，ε
23
＝ε
32
，因此只要求出ε
11
、ε
22
、ε
33
、ε
12
、ε
13
、ε
21
的值即可和弹性常数一起计算得到晶片的各向应力。
[0026]实际测试中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应力呈均向分布的碳化硅晶片，其特征在于，所述碳化硅晶片的各向应力采用XRD衍射测试得到，所述碳化硅晶片的第一正应力、第二正应力和第三正应力均不大于60MPa。2.根据权利要求1所述的碳化硅晶片，其特征在于，所述碳化硅晶片的第一剪切应力、第二剪切应力和第三剪切应力均不大于30MPa。3.一种无损且精确测定晶片各向应力的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)对晶片进行XRD衍射测试，测试过程中对晶片进行面内和面间旋转，得到至少6个衍射晶面下的测试结果，将不同衍射晶面的衍射峰与无应力晶片中对应衍射晶面的标准峰进行比较，获得晶片的各向应变值；(2)根据各向应变值和弹性常数计算晶片的各向应力。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述各向应变值的计算公式为：ε
xy
＝cos2αsin2β
×
ε
11
+sin2αsin2β
×
ε
12
+cosαsin2β
×
ε
13
+sin2αsin2β
×
ε
22
+sinαsin2β
×
ε
23
+cos2β
×
ε
33
式(1)；其中，ε
11
为该测试点的第一正应变，ε
22
为该测试点的第二正应变，ε
33
为该测试点的第三正应变，ε
12
为该测试点的第一剪切应变，，ε
23
为该测试点的第二剪切应变，ε
13
为该测试点的第三剪切应变，α为面内旋转角度，β为面间旋转角度，ε
xy
为总应变值，其计算公式为：其中d
hkl
为任一测试晶面的实际晶面间距，d
0hkl
为任一测试晶面的理论晶面间距。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，各向应力的计算公式为：其中σ
11
为该测试点的第一正应力，σ

【专利技术属性】
技术研发人员：宋猛，王旗，王凯，刘硕，徐光明，高超，舒天宇，彭红宇，
申请(专利权)人：上海天岳半导体材料有限公司，
类型：发明
国别省市：