※ Trong hình: trái – bề mặt chất liệu bán dẫn hoàn hảo, phải – bề mặt chất liệu bán dẫn có khuyết tật
Việc kiểm tra chất liệu bán dẫn là một công đoạn vô cùng quan trọng trong quá trình sản xuất các thiết bị điện tử. Từ hôm nay, chúng tôi xin được phép giới thiệu cho các bạn các phương pháp kiểm tra chất liệu bán dẫn hiện đang được sử dụng. Đầu tiên là về phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất: Phương pháp nhiễu xạ qua tia X.
Khi ta chiếu tia X vào chất liệu bán dẫn thì sẽ xảy ra hiện tượng tia X sẽ bị nhiễu xạ. Nếu tinh thể chất bán dẫn là hoàn hảo, không tồn tại khuyết điểm (defect) thì khi ta di chuyển địa điểm chiếu xạ tia X trên tấm wafer (tấm bán dẫn), cường độ tia X bị nhiễu xạ cũng không thay đổi. Nhưng nếu trong tinh thể chất bán dẫn tồn tại các hạt ngoại lai (grain hoặc subgrain), hoặc là các khuyết tật về tinh thể như chuyển vị (dislocation), khuyết tật tích tầng thì cường độ tia X qua những điểm đó sẽ bị yếu đi. Chính nhờ như vậy, chúng ta có thể sử dụng sự nhiễu xạ của tia X để kiểm tra chất lượng của chất liệu bán dẫn.
Nguyên lý cơ bản của phương pháp nhiễu xạ tia XĐầu tiên, chúng ta sẽ cho chùm tia X qua khe nhỏ chừng 5 mm (slit) để tạo ra tia X có cường độ đồng đều và chiếu xạ nó vào tấm wafer. Tia X đã nhiễu xạ qua tấm wafer một lần nữa được đưa qua khe 5 mm và cuối cùng được chiếu lên một tấm film mỏng. Trên tấm film lúc này sẽ hiện lên ảnh của sự phân bố cường độ tia X khi được chiếu xạ qua toàn thể tấm bán dẫn. Sự phân bố cường độ của tia X trên tấm film còn được gọi là X-ray Topography.
Độ phân giải quang học mà phương pháp này mang lại ước chừng 1 micromet (10^-6 m). Nếu ta sử dụng phương pháp này với các tấm wafer dưới 5 inch, ta sẽ không chỉ có thể quan sát sự phân bố của những khuyết tật của tấm wafer mà từ đó còn quan sát được những nơi mà trường ứng lực còn sót lại gây ra những khuyết tật đó.
Lợi thế của phương pháp này khi so với phương pháp Topography bằng tia hồng ngoại là không cần thiết phải chuẩn bị những mẫu thử có độ dày lớn hay phải mài 2 mặt của chúng để có tính chất quang học giống nhau.
Phương pháp nhiễu xạ tia X không chỉ dùng trong việc kiểm tra chất lượng chất bán dẫn mà còn được sử dụng trong các kỹ thuật khác như :
1. Đo hằng số mạng (lattice constant) của tinh thể
2. Xác định tỷ lệ cấu tạo trong chất bán dẫn hợp chất
3. Đo sự biến dạng trong lớp bề mặt chất bán dẫn
4. Tìm hiểu cấu tạo siêu mạng trong tinh thể
Tác giả: Usami Akira – Cựu hiệu trưởng Đại học công nghiệp Nagoya
Đăng trên sách “Kỹ thuật kiểm tra chất bán dẫn”
Người dịch: Nguyễn Xuân Truyền
