GBT 43894.1-2024 半導體晶片近邊緣幾何形態(tài)評價 第1部分：高度徑向二階導數(shù)法（ZDD）

半導體晶片近邊緣幾何形態(tài)評價第1部分：高度徑向二階導數(shù)法(ZDD)2024-04-25發(fā)布2024-11-01實施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(jié)構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T43894《半導體晶片近邊緣幾何形態(tài)評價》的第1部分。GB/T43894已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第1部分：高度徑向二階導數(shù)(ZDD)。請注意本文件的某些內(nèi)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：山東有研半導體材料有限公司、浙江麗水中欣晶圓半導體科技有限公司、金瑞泓微電子(嘉興)有限公司、中環(huán)領先半導體材料有限公司、廣東天域半導體股份有限公司、鴻星科技(集團)股份有限公司。郭正江。Ⅱ隨著硅片直徑的增加和線寬的不斷降低，對硅片幾何參數(shù)的要求也在不斷提高。硅片的近邊緣區(qū)域是影響硅片幾何參數(shù)的重要因素，目前大直徑硅片近邊緣區(qū)域的厚度、平整度等形態(tài)的控制難度較大，因此有效地評價和管控大直徑硅片的近邊緣幾何形態(tài)，對于提高硅片整體質(zhì)量和集成電路芯片的成品率，促進技術代的升級有著重要的意義。該系列標準目前主要用于硅片，其區(qū)域的劃分和計算可推廣至其他半導體材料晶片。GB/T43894擬由四個部分構成?！?部分：高度徑向二階導數(shù)法(ZDD)。目的在于使用徑向二階導數(shù)方法評價半導體晶片近邊緣幾何形態(tài)。 第2部分：邊緣卷曲法(ROA)。目的在于使用利用邊緣卷曲度評價半導體晶片近邊緣幾何形態(tài)?！?部分：扇形區(qū)域局部平整度法。目的在于獲得近邊緣扇形區(qū)域平整度進而評價近邊緣幾何形態(tài)。 第4部分：不完整區(qū)域的局部平整度法。目的在于獲得近邊緣不完整區(qū)域的局部平整度進而評價近邊緣幾何形態(tài)。該系列標準從不同的測試區(qū)域，用不同的計算方法得到了對晶片近邊緣區(qū)域幾何參數(shù)的量化評價，有效地評價和管控了晶片的近邊緣區(qū)域幾何形態(tài)。本文件在制定過程中融入了多年來測試、校準經(jīng)驗，本文件的制定對發(fā)展我國大直徑、高質(zhì)量半導體硅片，徹底擺脫在半導體材料和器件方面的落后狀態(tài)，有著非常重要的意義。1半導體晶片近邊緣幾何形態(tài)評價第1部分：高度徑向二階導數(shù)法(ZDD)1范圍本文件描述了一系列高度徑向二階導數(shù)法(ZDD)評價半導體晶片的近邊緣幾何形態(tài)的方法。本文件適用于硅拋光片、硅外延片、SOI片及其他帶有表面層的圓形晶片，也用于其他半導體材料圓形晶片近邊緣幾何形態(tài)的評價。注：目前該方法主要用于直徑300mm的硅片。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)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/T16596確定晶片坐標系規(guī)范GB/T25915.1—2021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GB/T34479硅片字母數(shù)字標志規(guī)范3術語和定義GB/T14264界定的及下列術語和定義適用于本文件。近邊緣曲率near-edgecurvature使用晶片高度的陣列數(shù)據(jù)獲得垂直于硅片中位面一系列Z坐標的徑向二階導數(shù)所描述的參數(shù)。4方法原理將晶片按照不同的半徑和圓心角劃分為若干扇形區(qū)域，選取每個扇形區(qū)域中高度數(shù)據(jù)陣列，逐一計算沿半徑方向的二階導數(shù)，得到沿半徑的近邊緣曲率，從而定量評價半導體晶片的近邊緣幾何形態(tài)。注：數(shù)據(jù)陣列來源于單一表面(正表面或背表面)的高度或晶片厚度。5干擾因素5.1測試設備的定位精度會影響測試位置，從而影響采樣點的位置，可能導致測試結(jié)果錯誤。5.2用于計算高度數(shù)據(jù)陣列中的數(shù)據(jù)不足，空間分辨率不夠，定位錯誤，噪聲等，對測試結(jié)果有影響。5.3高度數(shù)據(jù)陣列的行距、扇形的劃分、曲率計算方法和高度數(shù)據(jù)的定義會影響ZDD計算結(jié)果。5.4晶片邊緣的卷曲導致ZDD隨著半徑增加而快速變化，當標稱邊緣去除設置太小，則ZDD的輸出不穩(wěn)定可能影響測試結(jié)果，應根據(jù)實際需求設置合理的標稱邊緣去除。2GB/T43894.1—20245.5當晶片的定位缺口、晶片的激光刻字標識、晶片的夾持夾具出現(xiàn)在高度數(shù)據(jù)陣列的獲取區(qū)域，或圓形晶片的正表面或背表面與合格質(zhì)量區(qū)域(FQA)有相交區(qū)域時，都會造成數(shù)據(jù)陣列的采集錯誤，應事先設置去除這些對高度數(shù)據(jù)陣列有影響的區(qū)域。5.6晶片潔凈度可能會對掃描結(jié)果產(chǎn)生噪聲干擾，對測試結(jié)果有影響。6試驗條件測試應在下列環(huán)境中進行：c)空氣潔凈度：不低于GB/T25915.1—2021中規(guī)定的5級。7儀器設備7.1幾何參數(shù)測試系統(tǒng)滿足以下條件：a)可獲得晶片高度數(shù)據(jù)陣列，高度的分辨率不大于1nm;b)可執(zhí)行校準和邊緣去除，能夠識別并剔除無效數(shù)據(jù)；c)空間分辨率應適于高度數(shù)據(jù)陣列間距并經(jīng)測試各方同意，在晶片表面X、Y方向的高度數(shù)據(jù)陣列間距均應不大于0.5mm;d)根據(jù)獲得的高度數(shù)據(jù)陣列進行ZDD計算，且提供統(tǒng)計參數(shù)在內(nèi)的結(jié)果；e)測試設備獲取的高度數(shù)據(jù)陣列應覆蓋整個晶片表面，以便計算各半徑處(去除區(qū)域除外)的ZDD,且半徑上應至少有一點的實測數(shù)據(jù)。7.2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可按照本文件計算并提供包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)在內(nèi)的結(jié)果輸出。8試驗步驟8.1設置ZDD的半徑(r?,…,r。),最大值(r,)等于標稱半徑減去標稱邊緣去除。注：典型的晶片邊緣卷曲特性導致ZDD值隨著邊緣處半徑的增加而迅速增加。ZDD的最大報告半徑受設備邊緣去除最小值(EE)的限制。8.2選擇扇形區(qū)域的個數(shù)(N),扇形的圓心角(0、)按公式(1)進行計算： (1)式中：N——扇形的個數(shù)。推薦N=72,0、=5°,也可由供需雙方協(xié)商確定扇形的個數(shù)。8.3對測試設備去除區(qū)域的設置包括以下內(nèi)容。a)邊緣去除。b)晶片刻字區(qū)域去除，也包括直徑450mm圓形晶片的無切口的刻字定位基準標記區(qū)域。c)數(shù)據(jù)陣列采集區(qū)域內(nèi)可能被遮擋的區(qū)域，如晶片夾具或定位基準切口遮擋的區(qū)域。d)由供需雙方確定的其他去除區(qū)域。在極坐標系和直角坐標系中去除區(qū)域的設置見附錄A。e)晶片識別標記、基準缺口的位置和最小面積按GB/T16596和GB/T34479的規(guī)定進行，或由供需雙方協(xié)商確定，去除區(qū)域的位置和實際尺寸，可包括系統(tǒng)特定公差的余量。3GB/T43894.1—20248.4確定每個晶片至少需要報告的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，應包括：最大值、平均值、范圍、標準偏差和第95百分位數(shù)。9試驗數(shù)據(jù)處理9.1將晶片等分出N個扇形區(qū)域(S?)至(Sy),如圖1所示。標引序號說明：EE——標稱邊緣去除；r——半徑；r?——扇形區(qū)域的最小半徑；rn——扇形區(qū)域的最大半徑；θi——扇形區(qū)域S;的逆時針側(cè)邊界角；θm——扇形區(qū)域S;的順時針側(cè)邊界角；θ?——扇形區(qū)域的圓心角。圖1直徑300mm晶片均分成16個扇形區(qū)域示意圖9.2扇形區(qū)域S;的逆時針側(cè)邊界角按公式(2)進行計算：式中：θc——扇形區(qū)域S;的逆時針側(cè)邊界角，單位為度(°);i——扇形區(qū)域的序號；0、——扇形區(qū)域的圓心角，單位為度()。9.3扇形區(qū)域S;的順時針側(cè)邊界角按公式(3)進行計算：式中：i——扇形區(qū)域的序號；4GB/T43894.1—20249.4對每一個扇形區(qū)域(S;)而言，當去除區(qū)域的面積超過扇形區(qū)域面積的20%時，為無效區(qū)域，不進行統(tǒng)計。9.5將高度數(shù)據(jù)陣列插入每個有效扇形區(qū)域極坐標網(wǎng)格內(nèi)，數(shù)據(jù)點間距同掃描陣列間距一致，包含扇形區(qū)域的邊界。9.6對扇形區(qū)域內(nèi)和扇形區(qū)域邊界的半徑(r;)上的所有高度數(shù)據(jù)計算平均值[Zo(r;)],可得到用極坐標表示的扇形區(qū)域(S;)的平均徑向剖面。9.7扇形區(qū)域S;中半徑r;的平均二階導數(shù)ZDD(r;)按公式(4)進行計算：式中：(nm/mm2);θ——扇形區(qū)域S;的逆時針側(cè)邊界角，單位為度(°);O?——扇形區(qū)域S,的順時針側(cè)邊界角，單位為度(°);r;——第j個半徑。9.8重復步驟9.1～9.5,獲得N個扇形區(qū)域上半徑(r?,…,r。)的二階導數(shù)ZDD(r?,…,r。),進而得到整個晶片沿半徑(r?,…,r,)的平均徑向輪廓半徑的二階導數(shù)。9.9在多次重復測試時，除需要統(tǒng)計單次的ZDD以外，還需要計算ZDD統(tǒng)計量，統(tǒng)計量應至少包括最大值、平均值、范圍、標準偏差、第95百分位數(shù)。當扇形數(shù)量較少時(例如少于100個),可不統(tǒng)計第95百分位數(shù)。10精密度選取直徑300mm厚度范圍在760μm～790μm的3片硅拋光片及2片硅外延片樣品，在3個實驗室分別對每個樣品的厚度ZDD進行了5次重復測試，單個實驗室測試的相對標準偏差不大于4%;多個實驗室測試的相對標準偏差不大于5%。選取上述5個樣品在4個實驗室對每個樣品的正表面高度ZDD及背表面高度ZDD進行了5次的重復測試，單個實驗室測試的相對標準偏差不大于6%;多個實驗室測試的相對標準偏差不大于8%。11試驗報告試驗報告應至少包括以下內(nèi)容：a)測試日期、時間；b)操作者；c)測試設備，包含測試設備和計算設備(廠家、型號、軟件版本等);d)空間分辨率和數(shù)據(jù)點間距；e)樣品批號和晶片編號、晶片尺寸、標稱邊緣去除；f)扇形圓心角；g)每片晶片ZDD的最大值、平均值、范圍、標準偏差和第95百分位數(shù)等，包括各半徑ZDD的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及要求的其他數(shù)據(jù)；h)本文件編號。5(資料性)極坐標系和直角坐標系中去除區(qū)域的設置A.1在極坐標系中4個參數(shù)定義了去除區(qū)域的位置和尺寸，極坐標系中去除區(qū)域示意圖見圖A.1。標引序號說明：1——晶片切口；0.——極坐標系中去除區(qū)域的中心位置角；△θ——極坐標系中去除區(qū)域θ.的跨度；r'mi——極坐標系中去除區(qū)域的最小半徑；