GB T 26070-2010 化合物半导体抛光晶片亚表面损伤的反射差分谱测试方法.pdf

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1、ICS 77.040.99 H 17 喧嚣国家标准和国11: ./、中华人民GB/T 26070-2010 化合物半导体抛光晶片亚表面损伤的反射差分谱测试方法Characterization of subsurface damage in polished compound semiconductor wafers by reflectance difference spectroscopy method 2011-01-10发布2011-10-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布GB/T 26070-2010 目IJI=l 本标准由全国半导体设备

2、和材料标准化技术委员会材料分技术委员会CSAC/TC203/SC 2)归口。本标准由中国科学院半导体研究所负责起草。本标准主要起草人:陈涌海、赵有文、提刘旺、王元立。I G/T 26070-2010 1 范围化合物半导体抛光晶片亚表面损伤的反射差分谱测试方法1. 1 本标准规定了皿-v族化合物半导体单晶抛光片亚表面损伤的测试方法。1.2 本标准适用于GaAs、InP(GaP、GaSb可参照进行)等化合物半导体单晶抛光片亚表面损伤的测量。2 定义2. 1 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2. 1. 1 亚表面损伤subsurface damage 半导体晶体经切、磨、抛等工艺加工后，在距离

3、抛光片表面亚微米左右范围内，晶体的部分完整性会受到破坏，存在一个很薄(厚度通常为几十到上百纳米)的损伤层，其中存在大量的位错、晶格畸变等缺陷。这个损伤层称为亚表面损伤层。2.1.2 弹光效应photoelastic effect 当介质中存在弹性应力或应变时，介质的介电系数或折射率会发生改变。介电系数或折射率的改变与施加的应变和应力密切相关。各向异性的应力或应变会导致介电函数或折射率出现各向异性，导致晶体材料出现光学各向异性(双折射，二向色性)。2.1.3 光学各向异性optical anisotropy 当材料的光学性质随光的传播方向和偏振状态而发生变化时，就称这种材料具有光学各向异性。2.

4、1.4 结偏振光lineal句polarizedlight 振动电矢量总是在一个固定平面内的光称为线偏振光。2. 1.5 反射差分谱reflectance difference spectroscopy, RDS 测量近垂直入射条件下，两束正交偏振入射光反射系数的相对差异随波长的变化，就是反射差分谱。2.2 符号下列符号适用于本文件。2.2. 1 .r/r 被测晶体材料在两个各向异性光学主轴方向反射系数的相对差异，即反射差分信号。2.2.2 R 被测晶体材料的反射率。1 GB/T 26070-2010 2.2.3 PEM 光弹性调制器(photoelasticmodulator, PEM) 2

5、.2.4 (1) 光弹性调制器的调制频率。2.2.5 Re( ) 代表括号里宗量的实部。2.2.6 lm( ) 代表括号里宗量的虚部。2.2.7 J. n阶的贝塞尔函数。2.2.8 8 表征亚表面损伤程度的量，它正比于亚表面损伤的深度和与亚表面损伤密度相关量的乘积。2.2.9 e:, 被测晶体材料的介电常数。2.2. 10 n 被测晶体材料的折射率。3 方法提要RDS测试方法是通过测量两束正交偏振的人射光的反射系数的相对差异来确定亚表面损伤层的损伤程度。其测试过程和原理是:RDS测试系统的光源首先通过一个起偏器，经过起偏器后得到的垂直方向上的线偏振光可以在110J和110J方向上分成大小相等的

6、两个分量;如果样品在这两个方向上的反射系数是相等的，那么，反射后的两个分量重新合成的线偏振光仍旧是垂直的;这样，经过PEM和检偏器被探测器探测到的光强信号中将没有PEM的调制信号。如果样品在这110J和110J方向上的反射系数是不相等的，那么，反射后的线偏光将不再是垂直的，结果探测器测得的光强信号中必然包含有PEM的调制信号。这个调制信号反映了110J和110J方向上的反射系数的差别。表面亚损伤产生的光学各向异性可以通过反射系数的各向异性表示，具体说来，就是样品表面内两个垂直方向反射系数的相对差异:.r/r= 2 (rx -ry) / (rx十ry)。探测器探测到的光强信号将由式(1)决定:R

7、l + 2Re(.r/r)Jz ()cos(2叫)+ 2Im(,1 r /r)J 1 ()sin(wt) J 式中zR一材料的反射率;一-PEM的调制频率;Re( )、lm()一分别代表括号里宗量的实部和虚部;J.一-n阶的贝塞尔函数。( 1 ) 由式(1)可见，探测器中信号包含了三部分信号:直流部分反映的是样品的反射率;一倍频()信号正比于.r/r虚部;二倍频(2)信号正比于.r/r实部。采用锁相放大技术，很容易将倍频信号从直流GB/T 26070-2010 信号中提取出来，再对前边的贝塞尔函数系数进行修正，就可以测量出被测试样片表面上相互垂直的两个各向异性光学主轴方向的反射系数的相对差异(

8、.r/吵。信号(.r/r)送入微机处理后，由打印机输出测试谱图。注:PEM主轴与样品的入射平面(水平面)垂直，即和垂直方向成00角。对于具有(001)面的样品，各向异性的光学主轴一般为110J和110J两个方向。要求PEM主轴方向与这两个光学主轴成45。夹角。图1RDS测试原理圄4 -般要求4.1 测试系统构成及系统设备要求半导体抛光晶片亚表面损伤的偏振反射差分谱测试系统由光源、起偏器和检偏器、PEM及其控制器、斩波器、样品架、单色仪、探测器、锁相放大器以及数据采集处理系统等组成。光菁、采用250W鸽灯(主要用在可见光到近红外波段)。起偏器和检偏器采用的是方解石格兰型偏光棱镜。PEM(参考仪器

9、:Hinds公司PEM-90)工作频率为50kHz。样品反射光通过偏振片(检偏器)后，经过一个焦距为10cm的凸透镜收集到一根光纤，然后进入单色仪(参考仪器:卓立汉光BP300型)分光，最后进到探测器中(根据测量的波长范围，探测器宜采用光电倍增管或硅二极管)。探测器探测到的光强信号包含:直流、一倍频和二倍频三个分量，如式(1)所示。用1台斩波器提取直流分量，斩波的频率应远小于PEM的工作频率(50kHz)。用1台锁相放大器来提取二倍频信号。一倍频信号可根据二倍频信号计算出来，且其不包含新的光谱信息，可不测量。数据采集处理系统由微机和专用数据处理程序软件组成。4.2 环境要求4.2. 1 测量的

10、标准大气条件a) 环境温度:230C士5oC; b) 相对温度:90%;c) 大气压:86kPa106 kPa。4.2.2 测量环境条件实验室应为万级超净室，元振动、电磁干扰和腐蚀性气体。4.2.3 试样要求测试样片应为抛光晶片，晶片表面洁净。5 测试程序5. 1 测试系统准备正式测试前，检查确定测试系统各仪器处于良好状态。确定测试系统在无测试样片时，系统的测试光谱信号输出为平直线，没有光谱结构。3 GB/T 26070-2010 5.2 测试步骤a) 打开光源，检查是否正常工作;b) 依次接通斩波器、锁相放大器、PEM、探测器电路电源，检查是否正常工作;c) 取相应尺寸的样品架装好样品(使入

11、射光的偏振面与测试晶片的表面平行，与晶片表面110J、110J方向各成45度夹角)，固定在方位角可调的样品架上，调整光路，首先使得直流信号达到最大，以保证光路达到最优状态，然后，调整检偏器、补偿器的角度，以及锁相放大器的参数，使二倍频的反射差分背景信号处于较小的数值，然后开始测试过程;d) 采用计算机编程控制的测试系统将自动测量被测晶片反射差分信号.r/r随波长的变化，存储数据，并打印出反射差分谱图;e) 测试过程出现问题即可同时按Ctrl和Break键，即可中断测试;f) 测试完全结束后关闭所有仪器电源。6 分折结果的计算与表述示例l:GaAs样品号98-35哼tcophUA哇DH插销德尔的

12、。因10 9 98-35-双面抛光-GaAs8 3 2 800 900 波长/nrn1000 图2自测试光谱图查到该GaAs样品在带边附近(=870nm :l: 50 nm)RDS实部信号(2叫的最大强度差值为5.38X 10-43. 5 X 10-4 =川8X10-4，利用公式)=(Es-liReAr/r以及G山材料的介电n 常数s=13，折射率n=3.6，计算得出该GaAs样片的8值约为0.0217 nma 示例2:InP样品号103-2-13、，nzu一一OH器销铿杂的口时一3-4 4 2 103-2-13-InP 800 850 900 波长/nrn1000 950 图3G/T 260

13、70-2010 自测试光谱图查该InP样品在带边附近(=920nm士50nm)RDS实部信号(2)的最大强度差值为O.3X10-4-(-3. 29) X10=3.59X10-4，利用公式=.(E，一11ReAr/r以及时材料的介电常1I:n 数E，=12，折射率n=3.5，计算得出该InP样片的S值约为0.0413nm。7 测试方法系统提示本方法的测试系统测量深度:1000nm;光谱测量范围:700nml 000 nm;波长精度:2nm;测试系统测量t.r/r的精度:3X10-5;测试系统测量RDS谱图的时间:10 mino 8 精密度本方法的精密度是由起草单位和验证单位在同样条件下，用(RD

14、S)测试系统上对GaAs和InP的各两个标准样片进行重复性试验，并根据标准偏差公式s=:Z=(Xn- xy /(n-1)和重复性试验数据计算得出标准偏差和相对偏差。相对偏差不大于5%(参见附录A)。9 质量保证和控制应用控制样片，在每次测试前校核本方法的有效性，当过程失控时，应找出原因，纠正错误后，重新进行校核。10 测试报告测试报告应包括如下内容:a) 样品来菁、规格及编号pb) 所用测量系统编号及选用参数;c) 测试单位及测试操作人印章或签字;d) 标样RDS的谱图及测量值;e) 被测样品RDS的谱图及测量值;f) 测试日期。5 GB/T 26070-2010 附录(资料性附录)化合物半导

15、体单晶抛光片亚表面损伤测试方法的重复性试验A GaAs样片重复性测试谱圄及测量值和计算值1 # GaAs样片的3次重复性测试谱图及测量值和计算值见表A.l。表A.1A.1 A. 1. 1 测试谱图测量值和计算值测量次数RDS= 1. 88 X 10- 8=0.0217 nm 98-35-双面抛光-GaAs10 。帽FOFhud&ETOH宿Mm忽杂的。因9 3 2 1000 900 波长/nm800 RDS= 1. 87X10-4 8= O. 021 6 nm 98-35-双面抛光-GaAs10 7 4 6 5 9 8 OH槌um德尔自国2 3 1000 900 波长/nm800 2 RDS=

16、1. 92 X 10-4 8=0.0222 nm 98-35-双面抛光-GaAs10 9 00巾COTDH后缺德尔的。因5 3 4 3 6 1000 900 波长/nm800 2 GB/T 26070-2010 A. 1. 2 2 # GaAs样片的3次重复性测试谱图及测量值和计算值见表A.20测量次数2.5, 2.0 C3 同1. 5 1 恢宏提1. 0 V。因3 0.5 0.0 800 2.5 2.0 CD .:叫1. 5 2 刽德尔握 1 . 0 Vc ct 3 0.5 0.0 800 2.5 2.0 C,4 2 主雪尔梅1. 5 3 1. 0 V0 Ed 3 0.5 0.0 800 表

17、A.2测试谱图GaAs-SI -014 900 1000 波长InmGaAs-SI-014 900 1000 波长InmGaAs-SI-014 900 1000 波长Inm测量值和计算值RDSO. 15 X 10- 80.001 7 nm 由图可以看出，在带边(=870 nm)附近，此样品的RDS基本为平坦曲线(谱图结构己小到淹没在噪声信号中)，表明其各向异性差异很小，差分比值可以认为是零，因而亚表面损伤层厚度为零，这与方法验证方提供的开盒即用抛光晶片的质|量标准是一致的RDS0.15X10- 80.001 7 nm 由图可以看出，在带边(=870nm)附近，此样品的RDS基本为平坦曲线(谱图

18、结构己小到淹没在噪声信号中)，表明其各向异性差异很小，差分比值可以认为是零，因而亚表面损伤层厚度为零，这与方法验证方提供的开盒即用抛光品片的质茧标准是一致的RDS0.15X10 80.001 7 nm 由图可以看出，在带边(=870nm)附近，此样品的RDS基本为平坦曲线(谱图结构己小到淹没在噪声信号中)，表明其各向异性差异很小，差分比值可以认为是零，因而亚表面损伤层厚度为零，这与方法验证方提供的开盒即用抛光晶片的质量标准是一致的7 GB/T 26070-2010 A.2 InP样片重复性测试谱图及测量值A. 2.1 1:# InP样片的3次重复性测试谱图及测量值和计算值见表A.30表A.3测

19、量次数测量值和计算值测试谱图1 -0.8 -1.。一1.2与一1.4一1.6挥一1.8摆一2.0余-2.2吕-2.4国一2.62.8 -3.0 -3.2 SQ868-96-InP-axt 800 850 900 波长/nrn950 1000 RDS= 1. 68 X 10 (=o. 019 3 nm 2 。nun，aazponenn4a他EPOOMUn4nU唱iA唱A且in4。4。，n，。4句。一一一一一一一一一一一一一tOH宿um德尔的CMSQ868-96-InP-axt 800 850 900 波长/nrn950 1000 RDS= 1. 80 X 10- (=o. 0207 nm 一0.

20、8一1.01. 2 一1.4与一1.6- -1. 8 3 罢-2.0耀4走一2.2的0td -2.4 -2.6 2.8 -3.0 -3.2 800 SQ868-96-InP-axt 850 900 波长/nm1000 RDS= 1. 80 X 10- (= O. 020 7 nm 8 950 GB/T 26070-2010 A. 2.2 2 # InP样片的3次重复性测试谱图及测量值和计算值见表A.40表A.4测量次数测量值和计算值测试谱图2 咽1 、1 去倒稽。1 己毛t自 -2 3 -4 800 I03-2-13-InP RDS= 3. 59 X 10- 8=0.0413 nm 850 9

21、00 950 1 000 波长/nm2 、2in4一一OH后怵恕杂的。但2 I03-2-13-InP RDS=3.54XIO 8= O. 040 7 nm 3 800 850 900 950 波长/nm1000 3 、，-Any一一口时后锹恕杂的。2 I03-2-13-InP RDS=3.53XIO 8= O. 040 6 nm -3 -4 800 850 900 950 波长/nm1000 9 G/T 26070-2010 A.3 精密度(标准偏差和相对偏差)本方法的精密度是由起草单位和验证单位在同样条件下，用(RDS)测试系统上对GaAs和InP的各两个标准样片进行3次重复性试验，并根据标

22、准偏差公式s=yL:(Xn-XY/(-1)和重复性试验数据计算得出标准偏差和相对偏差。各样片的测试计算数据和标准偏差值和相对偏差值见表A.50表A.5GaAs样品号第1次测量S第2次测量占第3次测量S标准偏差5相对偏差GaAs 1 # 0.0217 nm 0.0216 nm 0.0222 nm 3.24X10 nm 1. 5% GaAs 2# 0.0017 nm 0.0017 nm 0.0017 nm 。0% lnP样品号第1次测量S第2次测量占第3次测量8标准偏差5相对偏差lnP 1 # 0.0193 nm 0.0207 nm 0.0207 nm 8.09 X 10- nm 4% lnP 2

23、# 0.0413 nm 0.0407 nm 0.0406 nm 3.81 X 10- nm 1% 10 OFON|ohoNH因。华人民共和国家标准化合物半导体抛光晶片亚表面损伤的反射差分谱测试方法GB/T 26070-2010 国中 中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045 网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销峰印张1字数21千字2011年6月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2011年6月第一版18.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533定价* 书号:155066. 1-42617 GB/T 26070-2010 2011年7月1日F002打印日期: