一种定量表征晶片表层应力的方法及检测晶片表层应力的标准方法技术

本申请公开了一种定量表征晶片表层应力的方法及检测晶片表层应力的标准方法，属于晶片应力检测技术领域。该方法，包括下述步骤：(1)对晶片进行电阻率测试，根据测得的电阻率数值和拟合函数得到所述晶片的杨氏模量；(2)测试所述晶片表层的应变，根据所述应变和杨氏模量，计算得到所述晶片的表层应力。上述方法通过晶片的电阻率数值和拟合函数，预测出整个晶片不同区域的杨氏模量，相比于直接测试整个晶片的杨氏模量节约了检测时间，可快速并准确预测出晶片的杨氏模量分布，并利用应力、杨氏模量和应变的关系，定量表征出整个晶片的表层应力分布，可推广用于晶片表层应力的标准化检测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种定量表征晶片表层应力的方法及检测晶片表层应力的标准方法


[0001]本申请涉及一种定量表征晶片表层应力的方法及检测晶片表层应力的标准方法，属于晶片应力检测


技术介绍

[0002]碳化硅具有优异的电学和物理性能，并作为一种耐高温、高频、高效功率器件的衬底材料而备受关注。到目前为止，大多数商用碳化硅晶片依旧存在一定数量的晶体缺陷，如微管、亚晶粒边界和位错，从而无法充分发挥碳化硅晶片材料的潜在性能。另外，在晶片的加工过程中，也会引入一些表面缺陷，这些缺陷和晶体本征的缺陷会导致晶片表面存在残余应力，从而引起晶片的变形和失效，严重影响材料的质量和使用寿命。因此，研究碳化硅晶片表面的残余应力状态是至关重要的。
[0003]目前，存在多种测试碳化硅晶片表层应力的方法。微拉曼光谱法根据双轴应力模型，并利用声子形变能计算出应力值得大小，然而由于拉曼光谱的波长较长，计算的应力值为晶片的体应力，不能很好的分析晶片的表层应力；中子散射法分析应力，适用较厚的样品，比如一定厚度的晶锭等，测试晶片应力需要使用中子小角散射仪，目前在工业生产上尚不常见；光学干涉法的测试精度相对较低，不适用于需要精确分辨应力的场景，虽然通过理论计算模拟得到晶胞参数与实际测量的晶胞参数进行对比，也可以获得应力大小，但是理论计算不能对非均匀掺杂以及复杂的表面缺陷状态进行很好的模拟，导致检测结果准确度不高。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，提供了一种定量表征晶片表层应力的方法及检测晶片表层应力的标准方法，该方法通过晶片的电阻率数值和拟合函数，预测出整个晶片不同区域的杨氏模量，相比于直接测试整个晶片的杨氏模量节约了检测时间，可快速并准确预测出晶片的杨氏模量分布，并利用应力、杨氏模量和应变的关系，得到整个晶片的表层应力分布，可推广用于晶片表层应力的标准化检测。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种定量表征晶片表层应力的方法，包括下述步骤：
[0006](1)对晶片进行电阻率测试，根据测得的电阻率数值和拟合函数得到所述晶片的杨氏模量；
[0007](2)测试所述晶片表层的应变，根据所述应变和杨氏模量，计算得到所述晶片的表层应力。
[0008]直接测试整个晶片的杨氏模量所用时间较长，而测试晶片的电阻率仅需要2
‑
3min，该方法使用构建的拟合函数，通过检测晶片的电阻率即可预测出整个晶片不同区域的杨氏模量，极大的缩短了检测时间，节约检测成本，适用于工业上大批量对晶片的表层应
力进行检测，该表层应力是指晶片的绝对应力，即相比于无应力的晶片含有的残余应力。
[0009]可选地，步骤(1)中，测试晶片上若干测试点处的杨氏模量及电阻率，将每个测试点处的杨氏模量和电阻率对应拟合得到所述拟合函数。
[0010]可选地，采用纳米压痕连续刚度法测试晶片的杨氏模量，压入晶片的深度为0
‑
1000nm，由于压入晶片不同深度的载荷力不同，据此可以计算出测试点处杨氏模量的大小。
[0011]优选的，测试点不少于10个。
[0012]可选地，所述拟合函数为y＝a*x+b*x2+c，其中a的取值范围为100
‑
300，b的取值范围为
‑
100
‑
100，c的取值范围为
‑
2000
‑
2000。
[0013]将晶片同一测试点的电阻率数值和杨氏模量一一对应，可以拟合出准确的函数关系，进而可通过电阻率获得晶片任意点的杨氏模量，该拟合函数的获得是通过有限测试点的杨氏模量及电阻率进行拟合得到的，并非是对晶片整体区域的杨氏模量及电阻率进行拟合，上述拟合方式能够减少拟合过程的检测量，节省拟合时间，在有限检测点的情况下，仍能够提高拟合函数的可靠性，上述拟合函数提高了检测准确性，为晶片表层应力的定量表征提供了依据。
[0014]可选地，所述表层应力包括面内应力和层间应力，所述面内应力和层间应力的计算公式为：
[0015]F
a
＝G*
△
a，F
c
＝G*
△
c，
[0016]其中F
a
为面内应力，
△
a为面内应变，F
c
为面内应力，
△
c为层间应变，G为杨氏模量。
[0017]可选地，所述面内应变和层间应变通过XRD测试得到，XRD测试中采用Omega
‑
Rel扫描模式，根据布拉格公式和六方晶系的晶格计算公式，获得晶片的晶格参数a和参数c，根据碳化硅晶体的标准晶格参数a1和c1，按照下式计算所述面内应变和所述层间应变：
[0018][0019]其中
△
a为面内应变，
△
c为层间应变。
[0020]可选地，六方晶系的晶格计算公式为：
[0021][0022]其中，d为晶面间距，h、k、l均为晶面指数。
[0023]本申请能够根据晶片在面内和层间的晶格参数的变化，计算得到面内应变和层间应变，并且结合该测试点处的杨氏模量，得到此测试点的面内应力和层间应力。上述方法将测试点的应力按照方向进行细分，能够定量表征出晶片表层不同方向的应力分布，从而获得更精确的晶片的表层应力数据，可以根据上述不同方向的应力分布，反馈至晶片的生产和加工过程中，从而可优化晶片的生产和加工。
[0024]可选地，所述XRD测试的测试晶面为(004)面和(105)面。
[0025]可选地，所述(004)面和(105)面的半高宽小于40arcsec。
[0026]在上述两个晶面上进行XRD的测试时，测得的衍射峰都较强，且相对来说峰宽合理，比较容易扫描到信号，得到的参数a和参数c也更准确，提高检测精度；而且对同一个测试点测试(105)和(004)晶面，当设备样品托抬起时，抬起角度小，坐标点的变化可以忽略不
计，且半高宽不易超标，能够进一步提高该方法的准确性。上述两个晶面的半高宽在整体检测中半高宽小于40arcsec，当采用其他衍射晶面时，存在半高宽大于40arcsec情况时，检测精度将会降低，从而降低本方法的精准度。
[0027]可选地，测试(004)面使用对称散射法，测试(105)面使用斜对称散射法。
[0028]可选地，所述晶片为碳化硅晶片，所述碳化硅晶片包括半绝缘型和掺杂型。
[0029]可选地，所述晶片的直径为6英寸以上；
[0030]所述表层的垂直深度为3
‑
60μm。
[0031]无论对于半绝缘型碳化硅还是掺杂型碳化硅，晶片在不同位置处的杨氏模量均是不同的，由于掺杂型碳化硅可能存在非均匀掺杂的情况，因此掺杂型碳化硅杨氏模量的变化会更大，检测难度也更高，本申请的方法能够通过拟合函数能够实现对大尺寸掺杂型碳化硅晶片的表层应力进行定量表征，并且检测精准度相比于其他检测方法更高。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定量表征晶片表层应力的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)对晶片进行电阻率测试，根据测得的电阻率数值和拟合函数得到所述晶片的杨氏模量；(2)测试所述晶片表层的应变，根据所述应变和杨氏模量，计算得到所述晶片的表层应力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，测试晶片上若干测试点处的杨氏模量及电阻率，将每个测试点处的杨氏模量和电阻率对应拟合得到所述拟合函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述拟合函数为y＝a*x+b*x2+c，其中a的取值范围为100
‑
300，b的取值范围为
‑
100
‑
100，c的取值范围为
‑
2000
‑
2000。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表层应力包括面内应力和层间应力，所述面内应力和层间应力的计算公式为：F
a
＝G*
△
a，F
c
＝G*
△
c，其中F
a
为面内应力，
△
a为面内应变，F
c
为面内应力，
△
c为层间应变，G为杨氏模量。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋猛，王旗，张九阳，王振行，张红岩，高超，宗艳民，石志强，
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：