[发明专利]Si（111）材料应力沿表面法线分布的信息的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料的测量方法，特别是一种Si(111)材料应力沿表面法线分布信息的测量方法，可用于对Si(111)材料应力的分析。

技术背景

Si材料具有储量丰富、价格低廉且易于生长大尺寸高纯度单晶体等优点。目前，Si材料在半导体行业以及电子信息产业依然处于核心地位，90％以上的半导体器件和几乎所有的集成电路都是基于Si(100)、Si(110)和Si(111)材料制作的。尽管Si基集成电路工艺的水平已非常高，在Si衬底和外延材料中采用多种元素进行n型或p型掺杂改变材料的电阻率，并以局部或全局的热扩散或离子注入等工艺引入杂质时，会引起Si材料的应力沿深度方向的变化，对其器件和电路性能和可靠性会造成一定的影响。为了辅助分析和测量Si工艺引入的应力对电路性能的影响，获取应力在Si材料中的分布信息十分必要。

目前，可对Si(111)材料的应力进行测量的设备有拉曼散射仪、卢瑟福背散射仪和高分辨率x射线衍射仪。

拉曼散射仪是一种可对Si(111)材料应力沿表面法线分布的信息进行测量的设备，参见Stoica T,Meijers R,Calarco R,et al.analysis of depth-dependent strain of Si(111)with Raman Scattering[J].Journal of crystal growth,2006,290(1):241-247。这种方法虽然可以直接获取Si(111)材料应力沿表面法线的分布信息，但测量前首先需要对被测材料进行切片，这对被测材料造成的损伤是不可逆转的。

卢瑟福背散射仪可以对Si(111)材料应力沿表面法线分布的信息进行无损测量，参见Luo S,Zhou W,Zhang Z,et al.analysis of depth-dependent strain of Si(111)with Rutherford Back-scattering[J].Small,2005,1(10):1004-1009。这种方法虽然对被测材料造成的损伤非常小，但是由于设备价格高昂，使用不广泛，因此该测量不具有广泛应用价值。

高分辨率x射线衍射仪是一种对被测材料无损伤且低成本的材料测试设备。目前，采用该设备对Si(111)材料应力进行测量的步骤为：(1)对与材料表面平行的晶面如(111)晶面做三轴晶2θ-ω扫描，获取该晶面的面间距，进而计算出沿表面法线即[111]轴方向的应力分量ε^⊥；(2)对与(111)面有一定夹角的晶面如(422)晶面做掠入射三轴晶2θ-ω扫描，获取该晶面的面间距，结合(1)计算出的ε^⊥算出(111)晶面的面内应力分量ε^//。参见许振嘉《半导体的检测与分析(第二版)》。然而，无论是对称2θ-ω扫描还是掠入射2θ-ω扫描，x射线的透射深度都是固定的，因此这种方法给出的沿[111]轴的应力分量ε^⊥和(111)面内应力分量ε^//仅能近似反映被测材料在一个固定的x射线透射深度下所受应力的大小，无法给出应力沿表面法线的分布信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Si(111)材料应力沿表面法线分布的信息的测量方法，以解决现有技术不能用x射线衍射仪获取应力沿表面法线分布的信息这一问题。

实现本发明的关键技术是：在Si(111)材料的晶面组中选择具有较高出光强度、且晶面倾角略大于其Bragg角的晶面，通过使用三轴晶衍射对该晶面在不同x射线透射深度下做2θ-ω扫描，获取应力沿表面法线分布的信息。其技术步骤如下：

(1)将Si(111)材料水平放置于x射线衍射仪的载物台，依次对Si(111)材料中的(111)晶面和(220)晶面进行对光；

(2)同时旋转载物台的ω轴、χ轴和φ轴，使该Si(111)材料以(220)晶面法线为轴单方向旋转，并以不小于50nm的步长逐渐减小x射线透射深度，每改变一次透射深度就对(220)晶面进行一次三轴晶2θ-ω扫描，获取与该透射深度所对应的(220)晶面的布拉格角θ。在所有x射线透射深度下都进行扫描后，最后得到一组(220)晶面的布拉格角θ_i，i＝1,2,…,N，N表示x射线不同透射深度的个数；

(3)将测得的一组布拉格角θ_i代入以下布拉格方程，得到一组(220)晶面的面间距d_i：