GBT 42902-2023 碳化硅外延片表面缺陷的測試 激光散射法

碳化硅外延片表面缺陷的測試激光散射法2023-08-06發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國半導體設備和材料標準化技術委員會(SAC/TC203)與全國半導體設備和材料標準化技術委員會材料分技術委員會(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：安徽長飛先進半導體有限公司、廣東天域半導體股份有限公司、安徽芯樂半導體有限公司、南京國盛電子有限公司、浙江芯科半導體有限公司、河北普興電子科技股份有限公司、中國科學院半導體研究所。1碳化硅外延片表面缺陷的測試激光散射法1范圍本文件描述了激光散射法測試碳化硅外延片表面缺陷的方法。本文件適用于4H-SiC外延片的表面缺陷測試。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T14264半導體材料術語GB/T25915.1潔凈室及相關受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級3術語和定義GB/T14264界定的以及下列術語和定義適用于本文件。掉落顆粒物缺陷downfalldefect外延生長前或生長過程中，反應生長室壁上的黑色無定形碳或SiC微顆粒物掉落在襯底或者外延層表面上，經過外延生長后局部或全部深陷于外延層中，形成的點狀缺陷。三角形缺陷triangledefect碳化硅外延片上外觀呈現三角形形狀的表面缺陷。注1:三角形缺陷由變形的4H-SiC晶型邊界和含有3C晶型夾層的三角形區(qū)域構成，是外延生長過程中，臺階流動因襯底表面存在外來顆粒物、晶體缺陷或者劃痕而受到干擾所致。注2:在光致發(fā)光通道呈現三角形形狀，而在表面通道呈現一條或者兩條或者三條邊，第三條邊與主參考邊幾乎成90°。三角形頭部有時有一明顯的小三角形凹痕，內含3C-SiC晶型層，此時為淺三角形缺陷。碳化硅外延片上外觀呈現胡蘿卜形狀的表面缺陷。注：有時胡蘿卜缺陷棱角分明。這些缺陷平行排列，隨著外延層厚度的增大，胡蘿卜缺陷沿[1120]方向延伸，且與主參考邊[1120]方向平行。胡蘿卜缺陷長度(L)趨于相同，并滿足L=d/sinθ,其中d為4H-SiC外延層厚度，θ梯形缺陷trapezoiddefect碳化硅外延片上外觀呈現梯形形狀的表面缺陷。注：上游短坡堤線和下游長巨觀臺階線之間的距離L隨著外延層厚度增加而增加，滿足L=d/sinθ,其中d為4H-2臺階聚集缺陷stepbunchingdefect4H-SiC外延層表面出現的平行于<1100>方向的有多個原子臺階匯聚在一起而形成的線條狀巨觀臺階或平行線簇形貌缺陷。注：臺階聚集會增大外延層表面粗糙度。碳化硅外延片上外觀呈現彗星狀的表面缺陷。注：通常它有獨立的“腦袋”和“尾巴”。彗星缺陷平行排列，與主參考邊平行。其長度(L)隨外延層厚度的變化與三角形缺陷相同，滿足L=d/sinθ,其中d為4H-SiC外延層厚度，0為襯底表面的偏轉角度(θ=4°)。4方法原理利用掃描表面檢查系統(tǒng)產生的激光束在待測碳化硅外延片表面進行整面掃描，并收集和確定來自表面的散射光、反射光的信號強度和位置，與預設的已知缺陷的散射光、反射光的信號相比較，得到碳化硅外延片表面的缺陷總數和分布。5干擾因素5.1在測試范圍內，顆粒尺寸和激光散射信號強度并非完全線性關系，顆粒尺寸越大，散射信號越趨于5.2使用參考樣片進行校準時，如果校準點處于接近發(fā)生共振的地方，將造成顆粒尺寸的校準誤差，為避免這一誤差，應保證每一標稱尺寸校準曲線的單值性。5.3表面掃描設備對激光散射信號處理上的差異會帶來測試數據的偏差。表面掃描設備靈敏度取決于最小缺陷的信噪比。通常，信噪比大于或等于3可判定為真實缺陷。5.4當很多缺陷聚集在一起發(fā)生重疊時，由于信號疊加，會給計數帶來一定誤差。比如，環(huán)境的污染可能覆蓋特定缺陷，影響計數。5.5不同厚度的碳化硅外延層表面缺陷的大小和形狀會有變化。一定厚度范圍的外延片使用相同的程序掃描計數。如，10μm及以下外延厚度可以使用同一個程序。5.6設備采集數據時采用無去邊掃描，可以檢查到晶片邊緣處理狀況、有無裂紋等。在缺陷統(tǒng)計時，對于直徑100mm、150mm的外延片，可以根據需要去除邊緣2mm～3mm,以忽略邊緣高缺陷密度區(qū)。5.7標定好的晶片、待測晶片表面及測試機臺的沾污會影響缺陷的測試。因此測試前應確認晶片表5.8晶片表面的粗糙度和翹曲度會給設備在收集信號時對最小局部光散射體的尺寸測試帶來影響。5.9不同檢測通道的選擇會影響缺陷的識別，典型缺陷圖譜見附錄A。6試驗條件除另有規(guī)定，測試應在以下環(huán)境下進行：a)溫度：(22±2)℃,相對濕度：(45±5)%;b)潔凈度：不低于GB/T25915.1中規(guī)定的ISO5級。37.1表面缺陷檢查系統(tǒng)一般由晶片吸附裝載系統(tǒng)、激光掃描及信號收集系統(tǒng)、數據分析、處理、傳輸系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和機械系統(tǒng)等部分組成。7.2通常選用波長為313nm～700nm的激光器，最常用的是355nm或405nm的激光器。7.3表面缺陷檢查系統(tǒng)應具備激光散射、反射信號收集能力。7.4表面缺陷檢查系統(tǒng)應具備軟件處理能力，定義分類規(guī)則并輸出整個晶片的缺陷分布圖和數目。8樣品同質外延生長后的4H晶型碳化硅晶片，其表面法線方向為<0001>晶向，偏離角度在4°以內。9試驗步驟9.1儀器校準，用標定好的晶片對儀器進行校準。9.2根據測試要求設定相應的測試程序，包括缺陷的閾值、分類、邊緣去除量等設置。9.3將樣品放置在指定位置，通過機械手將樣品傳送到激光掃描區(qū)域。9.4激光束對樣品進行掃描和信號探測。9.5缺陷信號的處理應按照以下規(guī)定進行。a)對收集到的整個樣品的每個信號通道分別設定缺陷信號閾值，每個通道中高于缺陷閾值的信號皆為潛在缺陷，低于閾值的為噪聲。缺陷數目按照信號方式對應統(tǒng)計。b)根據不同缺陷在不同信號通道的敏感度，結合缺陷圖譜，從缺陷檢查通道、缺陷形狀、缺陷大c)滿足分類條件的缺陷由軟件自動歸為某種缺陷類別。缺陷統(tǒng)計是采用從上而下的依次排除方式，即已經分出的缺陷不會參與后續(xù)分類，以避免重復統(tǒng)計。d)缺陷歸類統(tǒng)計與樣品掃描同時進行。e)掃描結束，得到外延片上一系列缺陷分布圖和數目統(tǒng)計，同時有缺陷密度、缺陷位置坐標文件、晶片良品率等輸出。10試驗數據處理缺陷密度(N)按公式(1)進行計算。N=n/SN——缺陷密度，單位為每平方厘米(cm-2);n——缺陷數量；S——去除邊緣之后的晶片面積，單位為平方厘米(cm2)。計算結果保留兩位有效數字。11精密度用直徑為150mm、外延層厚度為10μm的外延片(其中包含三角形缺陷、掉落顆粒物缺陷、淺三角4形缺陷、胡蘿卜缺陷、臺階聚集缺陷和彗星缺陷等)在5個實驗室進行巡回測試，每個實驗室測試3次。單個實驗室測試的相對標準偏差不大于10%,多個實驗室測試的相對標準偏差不大于20%。12試驗報告試驗報告應至少包括以下內容：a)樣品的來源、規(guī)格及型號；b)所用的測試系統(tǒng)編號及選用參數；c)測試結果；d)本文件編號；e)測試單位及測試人員簽字；f)測試時間。5(資料性)典型缺陷圖譜A.1掉落顆粒物缺陷放大倍數為100倍時的圖譜形狀如圖A.1和圖A.2所示，掉落顆粒物缺陷在光致發(fā)光和表面通道呈現的形狀如圖A.3所示。QZrO(IPP)R:28207.39μ0:94.02°GL:397NUV-PL(IPP)GoGoToVIS-PL(IPP)6A.2三角形缺陷放大倍數為100倍時的圖譜形狀如圖A.4～圖A.11所示，三角形缺陷在光致發(fā)光和表面通道呈現的形狀如圖A.12所示。70:285.45°GL:1896R:53096.83μ0:285.45°GL:1896Zoom|100.00:VZoom|100.00|R75000e0.00GoTA.3淺三角形缺陷在光致發(fā)光和表面通道呈現的形狀如圖A.13所示。R:15913.38μ0:235.60°GL:1887|HZoom[100.00VZoom100000:258.05°GL:1937R:34265.13μ48A.4胡蘿卜缺陷放大倍數為100倍時的圖譜形狀如圖A.14所示，胡蘿卜缺陷放大倍數為200倍時的圖譜形狀如圖A.15所示，胡蘿卜缺陷在光致發(fā)光和表面通道呈現的形狀如圖A.16所示。HZoom|100.00VZoom|100.003R4R:41084.22μVIS-PL(IPP)R:41008.22μθ:340.62°GL:1865HZoom|100.00VZoom|100.00R[75000e|0.00GoTo9A.5梯形缺陷放大倍數為20倍時的圖譜形狀如圖A.17～圖A.19所示，梯形缺陷在光致發(fā)光和表面通道呈現的形狀如圖A.20所示。QZrO(IPP)R:38532.95μθ:274.16°GL:1894ScN(IPP)R:38840.96μNUV-PL(IPP)GoT4R:38765.02μVIS-PL(IPP)R:38813.01μ