碳化硅外延片表面缺陷的測(cè)試 激光散射法

1碳化硅外延片表面缺陷的測(cè)試顯微可見(jiàn)光法1.范圍本文件規(guī)定了同質(zhì)碳化硅外延片表面缺陷的無(wú)損光學(xué)測(cè)量方法。本文件適用于厚度范圍大于2微米的同質(zhì)碳化硅外延層。2.規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(duì)應(yīng)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(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)GB/T19921硅拋光片表面顆粒測(cè)試方法GB/T30656碳化硅單晶拋光片ASTMF1621對(duì)掃描表面檢查系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確性能能力測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程3.術(shù)語(yǔ)和定義GB/T14264界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件3.1掉落物downfall掉落顆粒物是外延生長(zhǎng)前或生長(zhǎng)過(guò)程中掉落在襯底表面上的黑色無(wú)定形碳或其它塵埃顆粒，在外延生長(zhǎng)結(jié)束之后局部或全部深陷于4H-SiC外延層中，形成了大小不一、形狀各異的外延形貌缺陷，通常會(huì)以顆粒物所在位置為起點(diǎn)，誘發(fā)三角形缺陷。在CS8520ScN、QZrO、VIS-PL和NUV-PL通道中呈三角形頭部有頂點(diǎn)的形狀。3.2三角形缺陷triangle外延生長(zhǎng)過(guò)程中，由外來(lái)顆粒物、表面劃痕或諸如TSD等晶體結(jié)晶缺陷影響原子臺(tái)階流動(dòng)而在4H-SiC外延層表面上所形成的具有三角形形狀或圖案的外延形貌缺陷，在CS8520ScN、QZrO、VIS-PL和NUV-PL通道中呈現(xiàn)三角形形狀,第三條邊與主參考邊幾近成90°。三角形頭部有時(shí)有一明顯的小三角形凹痕，內(nèi)含3C-SiC晶型層。3.3淺三角形缺陷shallowTriangle2在VIS-PL和NUV-PL通道呈現(xiàn)三角形形狀,而在表面通道ScN或者QZrO呈現(xiàn)一條或者兩條或者三條邊，第三條邊與主參考邊幾近成90°。三角形頭部有時(shí)有一明顯的小三角形凹痕，內(nèi)含3C-SiC晶型層。3.4位于4H-SiC外延層表面上的一種胡蘿卜狀外延缺陷或形貌缺陷，在ScN、QZrO和NUV-PL呈胡蘿卜形狀，長(zhǎng)條形線狀缺陷，其中一端較粗。胡蘿卜缺陷具有方向性，方向沿水平方向，與主參考邊幾近平行。3.5梯形缺陷trapezoiddefect梯形缺陷是4H-SiC外延層表面平行于[1-100]方向、兩條長(zhǎng)度不等的上游短坡堤線和下游長(zhǎng)巨觀臺(tái)階線構(gòu)成的梯形表面形貌缺陷，在QZrO和ScN呈現(xiàn)梯形形狀，其中第三條邊一般較長(zhǎng)，但在PL通道沒(méi)有信號(hào)。梯形有方向性，第三條邊與主參考邊幾近垂直。3.6表面臺(tái)階聚集stepBunching4H-SiC外延層表面出現(xiàn)的平行于方向的有多個(gè)原子臺(tái)階匯聚在一起而形成的平行線簇臺(tái)階具有方向性，沿豎直方向，與主參考邊幾近垂直，在ScN和QZrO通道呈現(xiàn)條狀信號(hào)，但在PL通道沒(méi)有信號(hào)。3.7掃描表面檢查系統(tǒng)scanningsurfaceinspectionsystem參考GB/T19921硅拋光片表面顆粒測(cè)試方法。4方法原理利用掃描表面檢查系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束在待測(cè)碳化硅外延片表面進(jìn)行整面掃描，并收集和確定來(lái)自表面的散射光、反射光的信號(hào)強(qiáng)度和位置，與預(yù)設(shè)的已知缺陷的散射光、反射光的信號(hào)相比較，得到碳化硅外延片表面的一系列不同直徑尺寸和方向的缺陷總數(shù)和分布。5干擾因素5.1在測(cè)量范圍內(nèi)，顆粒尺寸和激光散射信號(hào)強(qiáng)度并非完全線性關(guān)系，顆粒尺寸越大，散射信號(hào)越趨于飽和。5.2使用參考樣片進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，如果校準(zhǔn)點(diǎn)處于接近發(fā)生共振的地方，將造成顆粒尺寸的校準(zhǔn)誤差，為避免這一誤差，應(yīng)保證每一標(biāo)稱尺寸校準(zhǔn)曲線的單值性。35.3表面掃描設(shè)備對(duì)激光散射信號(hào)的處理上的差異會(huì)帶來(lái)測(cè)數(shù)據(jù)的偏差。表面掃描設(shè)備靈敏度取決于最小缺陷的信噪比。通常，信噪比大于等于3可判定為真實(shí)缺陷。5.4當(dāng)很多缺陷聚集在一起發(fā)生重疊時(shí)，由于信號(hào)疊加，會(huì)給計(jì)數(shù)帶來(lái)一定誤差。比如，環(huán)境的污染可能覆蓋特定缺陷，影響計(jì)數(shù)。5.5不同厚度的碳化硅外延層表面缺陷的大小和形狀會(huì)有變化。一定厚度范圍的外延片使用相同的程式掃描計(jì)數(shù)。比如，10um及以下外延厚度可以使用同一個(gè)程式。5.6邊緣去除：設(shè)備數(shù)據(jù)采集時(shí)采用無(wú)去邊掃描，可以檢查到晶片邊緣處理狀況、有無(wú)裂紋等。在缺陷統(tǒng)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)需要去除邊緣2-3毫米（4/6英寸以忽略邊緣高缺陷密度區(qū)。6測(cè)試儀器表面缺陷檢查系統(tǒng)。7測(cè)試樣品測(cè)試晶片應(yīng)是同質(zhì)外延生長(zhǎng)后的碳化硅晶片，碳化硅外延層厚度范圍大于或等于2微米，外延層表面法線方向?yàn)?lt;0001>晶向，其偏離角度在4°以內(nèi)。8測(cè)試環(huán)境除另有規(guī)定外，應(yīng)在以下環(huán)境下進(jìn)行：a)溫度：22℃±2℃,相對(duì)濕度45%±5%）RH；b)潔凈度100級(jí)或以上。9測(cè)試程序9.1測(cè)量點(diǎn)的位置測(cè)量點(diǎn)位置應(yīng)均勻的分布在晶片的表面，并應(yīng)去除樣品表面的邊緣部分。9.2測(cè)量區(qū)的面積測(cè)量區(qū)的面積不應(yīng)小于晶片總面積的2/3。9.3測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)備正式測(cè)量前,應(yīng)詳細(xì)檢查測(cè)試系統(tǒng)各部分的運(yùn)行處于良好的狀態(tài),確定無(wú)式樣情況下,系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束能進(jìn)行整面掃描，并收集和確定來(lái)自表面的散射光。10測(cè)試步驟10.1確認(rèn)掃描表面檢查系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。10.2根據(jù)測(cè)試要求設(shè)定相應(yīng)的測(cè)試程序，包括缺陷的閾值、分類、邊緣去除量等設(shè)置。10.3將待測(cè)樣片放置在指定位置，通過(guò)機(jī)械手將樣片轉(zhuǎn)送到激光掃描區(qū)域。410.4激光束對(duì)樣片進(jìn)行掃描和信號(hào)探測(cè)；10.5缺陷信號(hào)的處理應(yīng)按照以下規(guī)定進(jìn)行：a)對(duì)收集到的整個(gè)晶片的每個(gè)信號(hào)通道分別設(shè)定信號(hào)閾值，每個(gè)通道中高于閾值的信號(hào)皆為潛在缺陷，低于閾值的為噪聲。缺陷數(shù)目按照信號(hào)方式對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)。b)根據(jù)不同缺陷在不同信號(hào)通道的敏感，結(jié)合缺陷圖譜，從缺陷檢查通道、缺陷形狀、缺陷大小、長(zhǎng)寬比、面積占比、方向性、信號(hào)強(qiáng)度、不同通道信號(hào)比值等進(jìn)行分類。c)滿足分類條件的缺陷由軟件自動(dòng)歸為某種缺陷類別。缺陷統(tǒng)計(jì)是采用從上而下的依次排除方式，即已經(jīng)分出的缺陷不會(huì)參與后續(xù)分類，以避免重復(fù)統(tǒng)計(jì)。d)缺陷歸類統(tǒng)計(jì)與晶片掃描同時(shí)進(jìn)行。e)掃描結(jié)束，得到外延片上一系列缺陷分布圖和數(shù)目統(tǒng)計(jì)，同時(shí)有缺陷密度、缺陷位置坐標(biāo)文件、晶片良品率等輸出。11測(cè)試結(jié)果缺陷密度按公式(1)進(jìn)行計(jì)算：N=n/S....................................(1)式中：N——缺陷密度，單位為個(gè)每平方厘米（cm-2）;n——缺陷數(shù)量，單位為個(gè)；S——面積，單位為平方厘米（cm2）12精密度本方法的精密度是由起草單位和驗(yàn)證單位在同樣條件下，對(duì)碳化硅外延片進(jìn)行重復(fù)性驗(yàn)證，并根據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差公式和重復(fù)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出重復(fù)性和再現(xiàn)性的精密度。單個(gè)測(cè)試單位3次以上重復(fù)性測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于35%，采用單個(gè)測(cè)試單位相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算方法得到多個(gè)測(cè)試單位的再現(xiàn)性，多個(gè)測(cè)試單位的再現(xiàn)性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差可以控制在20%以內(nèi)。13.質(zhì)量保證和控制應(yīng)用對(duì)比的樣品在每次測(cè)試前校核該方法的重復(fù)性、有效性,當(dāng)測(cè)試結(jié)果重復(fù)性、有效性比較差,偏離原測(cè)試結(jié)果時(shí),應(yīng)查找原因,糾正錯(cuò)誤,再重新進(jìn)行校核。14.測(cè)試報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容：a)樣品的來(lái)源、規(guī)格及型號(hào)；b)所用的測(cè)試系統(tǒng)編號(hào)及選用參數(shù)；c)被測(cè)樣品測(cè)試缺陷總數(shù)量、缺陷密度、分布圖；5d)被測(cè)樣品測(cè)試缺陷類別，分布區(qū)域；e)本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)；f)測(cè)試單位及檢測(cè)操作人員簽字；1附錄A（資料性附錄）缺陷圖譜1.掉落物（Downfall）缺陷圖譜放大倍數(shù)為：100倍2掉落物在ScN、QZrO、VIS-PL和NUV-PL通道呈現(xiàn)的形狀2三角形（Triangle）缺陷圖譜放大倍數(shù)為：100倍3triangle在ScN、QZrO、VIS-PL和NUV-PL通道呈現(xiàn)的形狀3、淺三角形（ShallowTriangle）缺陷圖譜4Shallowtriangle在ScN、QZrO、VIS-PL和NUV-PL通道呈現(xiàn)的形狀放大倍數(shù)為：200倍