ICS 29.045 H80 GE 中华人民共和国国家标准 GB/T 1555—2009 代替GB/T1555—1997 半导体单晶晶向测定方法 Testing methods for determining the orientation of a semiconductor single crystal 2009-10-30发布 2010-06-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T 1555—2009 前言 本标准代替GB/T1555一1997《半导体单晶晶向测定方法》。 本标准与GB/T1555—1997相比，主要有如下变化： 增加了“术语”章； 一增加了“干扰因素”章； 将原标准定向推荐腐蚀工艺中“硅的腐蚀时间5min改为"硅的腐蚀时间3min～5min”。 一 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会提出。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会归口。 本标准起草单位：峨嵋半导体材料厂。 本标准主要起草人：杨旭、何兰英 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： GB1555—1979GB1556—1979、GB5254—1985、GB5255—1985、GB8759—1988; GB/T1555—1997。 1 GB/T1555—2009 半导体单晶晶向测定方法 1范围 本标准规定了半导体单晶晶向X射线衍射定向和光图定向的方法。 本标准适用于测定半导体单晶材料大致平行于低指数原子面的表面取向。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有 的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T2481.1固结磨具用磨料粒度组成的检测和标记第1部分：粗磨粒F4～F220 GB/T2481.2固结磨具用磨料粒度组成的检测和标记第2部分：微粉F230～F1200 GB/T14264半导体材料术语 3术语和定义 GB/T14264规定的术语和定义适用于本标准。 方法1X射线衍射法定向法 4方法提要 4.1以三维周期性晶体结构排列的单晶的原子，其晶体可以看作原子排列于空间垂直距离为d的 系列平行平面所形成，当一束平行的单色X射线射人该平面上，且X射线照在相邻平面之间的光程差 为其波长的整数倍即n倍时，就会产生衍射（反射）。利用计数器探测衍射线，根据其出现的位置即可确 定单晶的晶向，如图1所示。当入射光束与反射平面之间夹角9、X射线波长入、晶面间距d及衍射级数 n同时满足下面布喇格定律取值时，X射线衍射光束强度将达到最大值； n入 = 2dsing .(1) 对于立方晶胞结构： d = a/(h² +k² +[2)1/2 .(2) sing=n(h²+2+12)1/2/2a .(3) 式中： a—晶格常数； h、k、l一一反射平面的密勒指数。 对于硅、锗等IV族半导体、碑化镓及其他Ⅲ-V族半导体，通常可观察到反射一般遵循以下规则：h、人 和1必须具有一致的奇偶性，并且当其全为偶数时，h十k十一定能被4整除。表1列出了硅、锗及化 镓单晶低指数反射面对于铜靶衍射的θ角取值。 偏离，用结晶平面与机械加工平面的最大角度偏离加以体现，并可以通过测量两个相互垂直的偏离分量 而获得。 4.3X射线衍射法是一种非破坏性的高精度定向方法，但使用设备时应严格遵守其安全操作规程。 1 GB/T1555—2009 入射光束 反射光束至探测器 N B #品面 图1X射线照射到单晶上几何反射条件 表1半导体晶体对于CuKX射线衍射的布喇格角0 布喇格角 反射平面 硅 锗 砷化镓 HKL (a=5.43073A±0.00002A) (a=5. 657 5 A±0. 000 01 A) (a=5. 653 4 A±0. 000 02 A) 111 14°14' 13°39" 13°40* 220 23°40' 22°40' 22°41' 311 28°05' 26°52' 26°53" 400 34°36" 3302" 3303' 331 38°13 36°26' 36°28 422 44°04' 41°52" 41°55 注：波长入=1.54178A，a为晶格常数值，1A=0.1nm。 5实验装置 成为一束基本上为单色的平行射线。 5.2试样放置在一个支座上，使被测面绕满足布喇格条件的轴，以度数和弧分测量旋转。 5.3用合适的探测器如盖革计数管进行定位，使人射X射线的延长线与计数管和试样转轴连线之间 的夹角为两倍布喇格角，注意使人射X射线束、衍射光束、基准面法线及探测器窗口在同一平面内。 6 干扰因素 6.1在调节人射X射线的延长线与计数管和试样转轴连线之间的夹角时，可能造成人为测试误差。 6.2 人射X射线束、衍射光束、基准面法线及探测器窗口均位于同一平面内至关重要。 7 测量步骤 7.1选择布喇格角0。 7.1.1根据被测晶体的大致取向（晶体被测面参考平面取向）计算或查表得到布喇格角0。 7. 1. 2 置GM计数管于20位置。 2 GB/T1555—2009 7.2将被测试样安放在支座上，并适当固定 7.3开启X射线发生器，转动测角仪手轮，直到射线衍射强度最大为止。 7.4记下测角仪读数1。 7.5将试样沿被测面（基准面）法线以同一方向分别旋转90180°及270分别重复7.3步骤，依次记 下测角仪读数亚2、亚，和亚。 8测试结果计算 8.1计算并记录角度偏差分量α和β： α=1/2(—) .(4) β=1/2(2—亚) ..(5) 式中： α和β—角度偏差分量，单位为度（）； 亚、亚2、亚和亚一为测量仪读数，单位为度（）。 8.2根据12.1.计算并记录总的角度偏差Φ。 8.3计算仪器偏差α和β： α=1/2（+）-0 (6) 郎=1/2（+）—0 ·(7) 式中： 0一入射光束与反射平面间夹角，°）。 9根据结晶平面和被测材料取自表1。 注：如果仪器误差很小，且为一常数，则可用来校正亚和亚，使α和β在不需要最高测量精度时仅用两次测量便 可确定。既然仪器误差为一常数，则α和鄂应相同，其任何误差则由亚、亚2、亚，和亚测量不准确引起。在 精确测量下，α和的差异应小于0.5。 方法2光图定向法 9方法提要 9.1硅或锗的单晶表面经研磨和择优腐蚀后，会出现许多微小的凹坑，这些凹坑被约束在与材料的主 要结晶方向相关的平面上，并由这些边界平面决定其腐蚀面凹坑形状。由凹坑壁组成的小平面的光图 与被测平面的结晶方向有关，因而可由光图来测定表面结晶学方向及其偏离角度 9.2从择优腐蚀面反射的一束光束，可聚集在一屏幕上并形成一定的具有其表面腐蚀坑结构特征的儿 何图形。从近似平行于（111）、（100）及（110）晶面反射的图形可以分辨并显示于屏幕上，如图2所示。 对于每一个图形，从屏幕上观察到的图形的中心部分为来自每个腐蚀坑底部反射而成的像。这些底部 小平面代表了与被测平面近似平行的特定结晶平面。因此，当反射光束的中心与人射光束对准时，这个 结晶平面就垂直于光束的方向，通过观测，即可测得晶体轴线的取向或晶体被测表面与某一结晶平面的 晶向偏离。 不那么复杂。 3