[發明專利]硅材料機械強度的測試方法

無效

• 申請號: 00107135.1
• 申請日: 2000-04-21
• 公開（公告）號: CN1099027C
• 公開（公告）日: 2003-01-15
• 發明（設計）人: 楊德仁;李東升;李立本;闕端麟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/42
• 分類號: G01N3/42
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

本發明涉及半導體硅材料機械強度的測試方法。

隨著大規模集成電路的迅速發展，對硅片的質量要求也越來越高，硅材料的機械強度直接影響到硅片和集成電路的制造成品率。硅材料機械強度高，則硅片在切片、磨片和拋光加工過程中的碎片率低，同時，硅片容忍熱應力的能力大，可阻止硅片翹曲，提高集成電路成品率，降低生產成本。但至今還未有專門測試硅材料機械強度的方法，由于硅材料是脆性材料，目前采取套用脆性材料機械強度測試的通用方法，如：三點彎法，高溫拉伸法等，但這些方法需要設備復雜，制樣困難，實驗數據分散，同時不能從微觀角度精確了解硅晶體中雜質對材料機械強度的影響。

鑒于上述，本發明的目的是提供一種硅材料機械強度的測試方法，它簡便易行。

本發明的方法是以測量硅材料的位錯滑移長度來確定其機械強度的，依次包括如下步驟：

1、將從硅材料上割取的試樣硅片進行拋光，除去表面損傷層；

2、用硬度計壓頭在硅片表面制造壓痕，壓痕四周引入位錯；

3、在保護氣中對硅片進行熱處理，使位錯發生滑移；

4、冷卻硅片，用化學腐蝕液腐蝕，顯示位錯的滑移；

5、測量位錯滑移長度。

試驗表明，硅片上的位錯滑移長度與壓力無關，硬度計壓頭施于硅片的壓力以使硅片上能產生位錯，不破粹即可，通常，壓力為1～10000克。

以下結合實例對本發明作進一步描述。

以具有同樣熱歷史和相同氧碳濃度的減壓充氮直拉硅單晶和普通直拉硅單晶為例，測試機械強度步驟如下，首先從上述被測硅材料分別割取500μm厚度的硅片，并進行拋光，去除表面的加工損傷層；可以采用機械拋光，也可以用化學拋光。然后用維氏硬度計壓頭在硅片表面制造壓痕，在壓痕四周引入位錯；再在氮氣或氬氣保護氣體中對硅片進行熱處理，一般熱處理溫度為850℃～1200℃，使位錯發生滑移；接著冷卻硅片，用化學腐蝕液腐蝕，顯示位錯的滑移，化學腐蝕液可以用氫氟酸和濃度為50％的鉻酸按1∶1比例配制成的sirtl液；最后用金相顯微鏡或掃描電鏡測量位錯滑移長度，據此可確定硅材料的機械強度。本例測試結果為減壓充氮直拉硅單晶比普通直拉硅單晶的位錯滑移長度短，表明前者的機械強度大于后者，也說明了氮雜質能提高硅材料的機械強度。

綜上可見，本發明提供的硅材料機械強度的測試方法簡便易行，應用該方法便于從微觀角度確定雜質對硅材料機械強度的影響。