电子通道花样技术在晶圆偏角与取向偏差测定中的创新应用

本文创新性地利用扫描电子显微镜（SEM）获取的电子通道花样（ECP），开发了一种快速测定晶圆偏角（offcut angle）和薄膜取向偏差（misorientation）的方法。该方法通过分析不同旋转/倾斜角度下的ECP图像序列，可精确计算晶带轴（zone axis）与表面法线的夹角，对Si(001)基板的偏角测量精度达±0.05°（耗时约1小时），薄膜取向偏差检测精度达±0.03°（耗时30分钟）。该技术为半导体外延生长（epitaxial growth）的工艺控制提供了高效精准的解决方案，满足工业与科研需求。

　　

Highlight

本研究基于电子通道花样（ECP）技术，提出了一种快速测定晶圆偏角和薄膜取向偏差的创新方法。通过扫描电子显微镜（SEM）获取的ECP图像序列，可精准计算晶带轴与表面法线的夹角，为半导体外延生长工艺提供关键参数支持。

Materials and tools

实验采用两类Si(001)晶圆：偏角为~(0°±1°)和~(6°±1°)的空白晶圆（图1a），以及带有150 mm×150 mm板状空腔的硅基无物（SiON）样品。

Methodology

通过EMsoft软件模拟无偏角Si(001)晶圆的ECP（图3a），其中心区域（黄色方框）对应实际样品的ECP（图3b）。对于存在偏角θ的样品（图3c），晶带轴与表面法线形成夹角θ，需通过多角度ECP图像分析确定。

Determination of low wafer offcut angles

对低偏角晶圆进行30°旋转步进的ECP图像采集（图5），通过分析ECB（电子通道带）的旋转轨迹，结合几何计算获得精确偏角值。

Discussion

该方法的主要误差来源为样品对准偏差（Error_align）。当样品表面法线与SEM光轴平行时，晶带轴会绕表面法线旋转；否则两者均绕光轴旋转，需通过数学建模校正。

Conclusions

ECP技术可实现晶圆偏角（精度±0.05°）和薄膜取向偏差（精度±0.03°）的快速测定，为半导体领域提供了一种高效精准的解决方案。该技术易于集成到现有SEM设备中，具有广泛的应用前景。