一种GaAs基晶圆斜切角度的快速表征方法

技术领域

本发明涉及化合物半导体外延薄膜及器件技术领域，尤其涉及一种GaAs基晶圆斜切角度的快速表征方法。

背景技术

通过对特定晶面取向的单晶衬底沿特定晶向斜切，根据不同材料性质及终结层类型，可在单晶衬底表面构造单原子层高度的周期台阶，这种长程有序的微观表面结构有利于沉积原子的形核迁移，获得台阶流动(Step-flow)生长模式的高质量外延薄膜，也可提高表面吸附原子的形核率并抑制量子点的合并，实现量子点的Stranski-Krastanov模式调控生长。此外，在一些特殊原理和功能的热流传感器中，通过斜切单晶衬底上的超晶格、各向异性外延薄膜生长，可构建微观原子层热电堆(Atomic layer thermopile,ALTP)，以此获得超快响应的光-热-电响应信号。

基于上述原因，斜切单晶衬底被广泛应用于半导体外延和芯片制造行业，且斜切角度对制程工艺和产品性能至关重要，但目前对斜切角度的表征手段非常有限，均基于布拉格衍射原理。文献“应用X射线定向仪的晶体快速定向法。刘来保等，2001，中国科学技术大学出版社”公开了用X射线定向仪对不同晶体、晶面倾角的加工和表征方法，但该方法需对晶体2θ、θ、样品角度中的两个参数进行多次逼近测量。文献“Applied Physics A,2017,123(9):595”公开了一种用X射线衍射仪表征外延薄膜及衬底倾斜角度的方法，但该方法需对倾角进行Offset预设，同时需对面内Phi、Chi、2θ、θ等衍射参数进行逼近测量。此外，对于经外延生长，或金属、介电薄膜沉积制程的器件晶圆，表面膜层将削弱或完全阻挡斜切角的衍射信息，将导致上述方法均不适用。

综上所述，现有基于衍射原理的晶圆斜切角度表征方法，需对多个角度参数进行预设逼近，极易造成测量误差，表征过程繁琐、不直观，且对经外延、金属、介电薄膜沉积后的完整器件晶圆不再适用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种GaAs基晶圆斜切角度的快速表征方法，能够简便、准确、直观的对GaAs基晶圆斜切角度进行表征。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种GaAs基晶圆斜切角度的快速表征方法，包括以下步骤：

S1、对GaAs基晶圆沿自然解理面进行分割；

S2、沿平行于GaAs基晶圆的衬底表面，并与自然解理面法线一侧呈45°方向，观察并测量解理边与GaAs基晶圆上下表面的夹角，记为θ1；

S3、若θ1≠90°，则GaAs基晶圆的斜切角为|90°-θ1|；

S4、若θ1＝90°，则沿平行于GaAs基晶圆衬底表面、与自然解理面法线另一测呈45°方向，观察并测量解理边与晶圆衬底上、下表面的夹角，记为θ2，则GaAs基晶圆的斜切角为|90°-θ2|。

进一步，所述GaAs基晶圆衬底为(100)取向，斜切方向为<110>的GaAs单晶衬底。

进一步，所述GaAs基晶圆为裸衬底。

进一步，所述GaAs基晶圆为经同质、异质外延的GaAs基晶圆。

进一步，所述GaAs基晶圆为经金属、介电薄膜沉积后的GaAs基器件晶圆。

进一步，所述S2和S4中，观察解理边与GaAs基晶圆衬底上、下表面夹角的表征手段包括钨丝灯扫描电镜、场发射扫描电镜、高分辨透射电镜。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，本GaAs基晶圆斜切角度的表征方法在观察和测量GaAs基晶圆斜切角时，只需对GaAs基晶圆沿自然解理面进行分割，然后沿平行于GaAs基晶圆的衬底表面，并与自然解理面法线一侧呈45°方向，观察并测量解理边与GaAs基晶圆上下表面的夹角，根据夹角情况，简单计算即可得到GaAs基晶圆的斜切角，整个表征过程无需对角度参数进行预设和数次逼近，方法简便、准确且直观，并且适用于经同质或异质外延，或金属、介电薄膜沉积后的器件晶圆。

附图说明

图1为本发明一种GaAs基晶圆斜切角度的表征方法原理图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明进行详细说明：

实施例1、

本实施例的GaAs基晶圆斜切角度的表征方法，具体包括如下步骤：

S1：将GaAs基晶圆沿自然解理面进行分割；

S2：沿平行于晶圆衬底表面、与自然解理面法线一侧呈45°方向，观察并测量解理边与GaAs基晶圆上下表面夹角θ1；

S3：观察并测量得θ1＝88°，则GaAs基晶圆斜切角为|90°-θ1|＝2°；

其中，所述GaAs基晶圆衬底为(100)取向、斜切方向为<110>的GaAs单晶衬底，所述GaAs基晶圆为裸衬底，解理边与晶圆衬底上下表面夹角通过场发射扫描电镜观察和测量。

实施例2

本实施例的GaAs基晶圆衬底斜切角度的表征方法，具体包括如下步骤：

S1：将GaAs基晶圆沿自然解理面进行分割；

S2：沿平行于晶圆衬底表面、与自然解理面法线一侧呈45°方向，观察并测量解理边与晶圆衬底上下表面夹角θ1；

S3：观察并测量得到θ1＝90°；

S4：沿平行于晶圆衬底表面、与自然解理面法线另一测呈45°方向，观察并测量得到解理边与晶圆衬底上下表面夹角θ2＝115°，GaAs基晶圆斜切角即为|90°-105°|＝15°。

其中，所述晶圆衬底为(100)取向、斜切方向为<110>的GaAs单晶衬底，所述GaAs基晶圆衬底为经AlGaAs外延生长后的外延晶圆，解理边与晶圆衬底上下表面夹角通过钨灯丝扫描电镜观察和测量。

实施例3。

本实施例的GaAs基晶圆斜切角度的表征方法，具体包括如下步骤：

S1：将GaAs基晶圆沿自然解理面分割；

S2：沿平行于GaAs基晶圆衬底表面、与自然解理面法线一侧呈45°方向，观察并测量解理边与晶圆上下表面夹角θ1；

S3：观察得到θ1＝90°；

S4：沿平行于晶圆衬底表面、与自然解理面法线另一测呈45°方向，观察并测量得到解理边与晶圆衬底上下表面夹角θ2＝90°，晶圆斜切角即为|90°-90°|＝0°。

其中，所述晶圆衬底为(100)取向、斜切方向为<110>的GaAs单晶衬底，所述GaAs基晶圆为经N/P-AlGaAs外延，以及正反两面SiNx薄膜沉积、Au/Pt/Al/Ti欧姆接触层沉积后的GaAs基器件晶圆，解理边与晶圆衬底上下表面夹角通过高分辨透射电镜观察。

综上，与现有技术相比，本GaAs基晶圆斜切角度的表征方法适用于经外延、金属、介电薄膜沉积后的完整器件晶圆，表征过程无需对衍射几何条件和角度参数进行预设和数次逼近，方法简便、准确、直观。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。