6H-SiC材料應(yīng)力沿表面法線分布信息的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種6H-SiC材料應(yīng)力沿表面法線分布信息的測量方法。其技術(shù)步驟是：將6H-SiC材料水平放置于x射線衍射儀的載物臺；依次對6H-SiC材料中的(0002)晶面和()晶面進(jìn)行對光；以不小于50nm的步長減小x射線透射深度，并在各透射深度下獲取()晶面的布拉格角；將測得的一組布拉格角代入布拉格方程，得到一組()晶面的面間距；根據(jù)這一組面間距計算6H-SiC材料應(yīng)力沿材料表面法線分布的信息。本發(fā)明具有測試成本低，且對被測材料無損傷的優(yōu)點，可用于精確分析應(yīng)力影響材料結(jié)晶質(zhì)量的機理，提高材料結(jié)晶質(zhì)量。
【專利說明】6 H-S i C材料應(yīng)力沿表面法線分布信息的測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及半導(dǎo)體材料的測量方法，特別是一種6H-SiC材 料應(yīng)力沿表面法線分布信息的測量方法，可用于對6H-SiC材料應(yīng)力的分析。 技術(shù)背景
[0002] 作為第三代半導(dǎo)體材料的主要代表之一，SiC以其寬禁帶、高電子遷移率、高熱導(dǎo) 率以及抗輻射、耐腐蝕等特性而被廣泛應(yīng)用于高頻、大功率和高溫電子器件。SiC材料擁有 很多種晶體結(jié)構(gòu)，其中6H_SiC是一種很重要的具有六方結(jié)構(gòu)的材料。6H_SiC的器件結(jié)構(gòu)普 遍需要摻雜，而摻雜必然會對6H-SiC材料的晶格引入應(yīng)力，從而影響材料的結(jié)晶質(zhì)量。獲 取應(yīng)力在材料中的分布信息是進(jìn)行應(yīng)力研究的前提。
[0003] 目前，可對6H_SiC材料的應(yīng)力進(jìn)行測量的設(shè)備包括拉曼散射儀、盧瑟福背散射儀 和高分辨率X射線衍射儀。
[0004] 拉曼散射儀是一種可對6H-SiC材料應(yīng)力沿表面法線分布信息進(jìn)行測量的設(shè) 備，參見 T. Mitani, S. Nakashima, H. Okumura, and A. Ogura. Depth profiling of strain and defects in SiSi1^GexSi heterostructures by microRaman imaging. Journal of Applied Physics 100,073511(2006)。采用該設(shè)備雖然可以直接獲取6H-SiC材料中應(yīng)力 沿表面法線的分布信息，但測量前首先需要對被測材料進(jìn)行切片，這對被測材料造成的損 傷是不可逆轉(zhuǎn)的。
[0005] 盧瑟福背散射儀可以對6H_SiC材料應(yīng)力沿表面法線分布的信息進(jìn)行無損測量， #JALY. Lu, G. ff. Cong, X. L Liu, D. C. Lu, et al. Depth distribution of the strain in the GaN layer with low-temperature AlN interlayer on Si (111)substrate studied by Rutherford backscattering/channeling. Applied Physics Letters 85,5562 (2004)〇 米 用該設(shè)備測量時雖然對被測材料造成的損傷非常小，但是由于設(shè)備價格高昂，使用不廣泛， 因此該測量不具有廣泛應(yīng)用價值。
[0006] 高分辨率X射線衍射儀是一種對被測材料無損傷且低成本的材料測試設(shè)備。目 前，采用該設(shè)備對6H_SiC材料應(yīng)力進(jìn)行測量的步驟為：（1)對垂直于c軸的晶面如（0002) 晶面做對稱2θ-ω掃描，獲取該晶面的面間距，進(jìn)而計算出應(yīng)力沿c軸方向的分量ε 1 ; (2)對與c軸有一定夾角的晶面如(1〇Τ9)晶面做掠入射2 θ -ω掃描，獲取該晶面的面間距， 結(jié)合（1)計算出的ε 1算出應(yīng)力在c面面內(nèi)的分量ε〃。參見許振嘉《半導(dǎo)體的檢測與分 析（第二版）》。然而，無論是對稱2 θ-ω掃描還是掠入射2 θ-ω掃描，其對應(yīng)的X射線 透射深度都是固定的，因此這種方法給出的沿c軸方向的應(yīng)力分量ε 1和c面面內(nèi)應(yīng)力分 量ε 〃僅能近似反映被測材料在一個固定的X射線透射深度下所受應(yīng)力的大小，無法給出 應(yīng)力沿表面法線的分布信息，不能用來精確分析應(yīng)力影響材料結(jié)晶質(zhì)量的機理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種6H_SiC材料應(yīng)力沿表面法線分布信息的測量方法， 以解決現(xiàn)有技術(shù)不能用X射線衍射儀獲取應(yīng)力沿表面法線分布的信息這一問題。
[0008] 實現(xiàn)本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是：在6H_SiC材料的晶面組中選擇具有較高出光強度、且 晶面傾角略大于其Bragg角的晶面，通過使用三軸晶衍射技術(shù)對該晶面在不同X射線透射 深度下做2 θ-ω掃描，獲取應(yīng)力沿表面法線分布的信息。其技術(shù)步驟如下：
[0009] (1)將6H_SiC材料水平放置于X射線衍射儀的載物臺，該載物臺設(shè)有三個轉(zhuǎn)動軸， 分別為ω軸、X軸和φ軸，其中，ω軸平行于載物臺，且垂直于X射線入射光束與X射線 探測器組成的平面，X軸平行于載物臺，且與ω軸垂直，φ軸垂直于載物臺；探測器可繞 與ω軸重合的2 Θ軸旋轉(zhuǎn)；
[0010] (2)依次對所述6H-SiC材料中的（0002)晶面和(1156)晶面進(jìn)行對光；
[0011] ⑶同時旋轉(zhuǎn)載物臺的ω軸、X軸和φ軸，使該6H_SiC材料以(11?6)晶面法線 為軸單方向旋轉(zhuǎn)，并以不小于50nm的步長逐漸減小X射線透射深度，每改變一次透射深度 就對(11芝6)晶面進(jìn)行一次三軸晶2 θ -ω掃描，獲取與該透射深度所對應(yīng)的(11?6)晶面的布 拉格角Θ。對所有的X射線透射深度依次進(jìn)行三軸晶2θ-ω掃描，最后得到一組(1156)晶 面的布拉格角Gi, i = 1，2，···，N，N表示X射線不同透射深度的個數(shù)；
[0012] (4)將測得的一組布拉格角Θ i依次代入以下布拉格方程，得到一組〇 1乏6)晶面的 面間距Cli :

【權(quán)利要求】
1. 一種6H-SiC材料應(yīng)力沿表面法線分布信息的測量方法，包括如下步驟： (1)將6H-SiC材料水平放置于X射線衍射儀的載物臺，該載物臺設(shè)有三個轉(zhuǎn)動軸，分別 為ω軸、X軸和φ軸，其中，ω軸平行于載物臺，且垂直于X射線入射光束與X射線探測 器組成的平面，X軸平行于載物臺，且與ω軸垂直，φ軸垂直于載物臺；探測器可繞與ω 軸重合的2Θ軸旋轉(zhuǎn)； ⑵依次對所述6H-SiC材料中的（0002)晶面和(11乏6)晶面進(jìn)行對光； ⑶同時旋轉(zhuǎn)載物臺的ω軸、X軸和φ軸，使該6H_SiC材料以(11?)晶面法線為軸 單方向旋轉(zhuǎn)，并以不小于50nm的步長逐漸減小X射線透射深度，每改變一次透射深度就對 (11?6)晶面進(jìn)行一次三軸晶2θ-ω掃描，獲取與該透射深度所對應(yīng)的(1136)晶面的布拉格 角Θ。對所有的X射線透射深度依次進(jìn)行三軸晶2θ-ω掃描，最后得到一組(11乏6)晶面的 布拉格角Θi，i= 1，2,…，N，N表示X射線不同透射深度的個數(shù)； (4) 將測得的一組布拉格角Θi依次代入以下布拉格方程，得到一組(Π16)晶面的面間 距Cli :
其中，λ為X射線源所發(fā)射的X射線的波長，η為衍射級數(shù)； (5) 將計算得到的一組面間距Cli依次代入以下方程組，得到6H-SiC材料沿表面法線分 布的（0002)面內(nèi)應(yīng)力分量ε廣和c軸方向應(yīng)力分量ε/ :
其中，Cl1?為所參考的(1126)晶面的面間距，h、k、1為(1126)晶面的米勒指數(shù)，V6H為 6H-SiC材料的泊松比，取值為0. 142。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟⑵所述的對6H-SiC材料中的（0002)晶面 進(jìn)行對光，其步驟如下： (2a)將X射線衍射儀工作模式調(diào)為雙軸晶衍射模式； (2b)對（0002)晶面做ω掃描，得到該晶面的搖擺曲線，然后將載物臺ω角旋轉(zhuǎn)至該 曲線的衍射峰中心位置，其中，ω角表示載物臺繞ω軸相對于載物臺初始位置旋轉(zhuǎn)過的角 度； (2c)對（0002)晶面做探測器掃描，得到探測器掃描曲線，然后將探測器2Θ角旋轉(zhuǎn)至 該曲線的衍射峰中心位置，其中2Θ角表示探測器繞2Θ軸相對于探測器初始位置旋轉(zhuǎn)過 的角度； (2d)重復(fù)步驟（2b)，再對該（0002)晶面做一次X掃描，得到X掃描曲線，并將載物 臺X角旋轉(zhuǎn)至X掃描曲線最高點所在位置，其中X角表示載物臺繞X軸相對于載物臺 初始位置旋轉(zhuǎn)過的角度； (2e)重復(fù)步驟（2b)-(2c)，直到搖擺曲線的峰值不再增大，得到（0002)晶面雙軸晶最 佳對光條件，推出ω、2θ和X軸的零點校正角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟⑵所述的對6H-SiC材料中的(11?)晶面進(jìn) 行對光，其步驟如下： (3a)將載物臺的X角調(diào)為X軸零點校正角加58. 5609°，將載物臺的ω角調(diào)為ω軸零點校正角加35. 984°，將探測器2 Θ角調(diào)為2 Θ軸零點校正角加71. 968°，便于(丨丨乏6) 晶面衍射出光； (3b)對(11?6)晶面做Φ掃描，即固定X射線源和X射線探測器，讓載物臺以Φ軸為軸 心旋轉(zhuǎn)，得到該晶面的Φ掃描曲線，然后將載物臺旋轉(zhuǎn)至該曲線的衍射峰中心位置； (3c)對(Π?6)晶面做ω掃描，得到該晶面的搖擺曲線，然后將載物臺ω角旋轉(zhuǎn)至該曲 線的衍射峰中心位置； (3d)對(I1?)晶面做探測器掃描，得到探測器掃描曲線，然后將探測器2Θ角旋轉(zhuǎn)至該 曲線的衍射峰中心位置； (3e)重復(fù)步驟（3c)和（3b)，再按順序重復(fù)步驟（3c)、（3d)、（3c)和（3b)，直到搖擺曲 線的峰值不再增大； (3f)將X射線衍射儀工作模式調(diào)為三軸晶衍射模式； (3g)重復(fù)步驟（3d)，得到(11乏6)晶面三軸晶最佳對光條件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟（3)所述的三軸晶2θ-ω掃描，其操作是： 在三軸晶衍射模式下，固定X射線源，使載物臺繞ω軸旋轉(zhuǎn)，同時X射線探測器以兩倍于載 物臺的旋轉(zhuǎn)速度繞2Θ軸旋轉(zhuǎn)，得到2θ-ω曲線。
【文檔編號】G01N23/20GK104316550SQ201410578854
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】張金風(fēng), 聶玉虎, 張鵬, 蔣仁淵, 郝躍 申請人:西安電子科技大學(xué)