硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法

硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法

国家标准 GB/T1554一2009 代替GB/T1554一1995 硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法 Testingmethodforerystallographicperfectionofsiliconby preferentialetchteehnmiques 2009-10-30发布 2010-06-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管蹬委员会国家标准
GB/T1554一2009 硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法 范围 本标准规定了用择优腐蚀技术检验硅晶体完整性的方法 本标准适用于晶向为1l1>、《100)或110>,电阻率为10-》Qem10'Qcmm、位错密度在 0cmm!~10cmm之间的硅单晶锭或硅片中原生缺陷的检验 本方法也适用于硅单晶片 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/T14264 半导体材料术语 Ys/T209硅材料原生缺陷图谱 术语和定义 GB/T14264中规定的术语和定义适用于本标准 方法原理 本方法利用化学择优腐蚀显示结晶缺陷 试样经择优腐蚀液腐蚀,在有缺陷的位置被腐蚀成浅坑 或丘,在塞思上可能组成一定的阁形,在微规上呈现为分立的胸蚀坑或丘 采用目视法结合金相显微镜 进行观察 干扰因素 5.1腐蚀液放置时间过长,有挥发、,沉淀物现象出现.影响腐蚀效果 5.2腐蚀时腐蚀时间过短、位错特征不明显;腐蚀时间过长、腐蚀蚀坑易扩大,表面就粗糙,背景就不清 晰,特征就不明显,位错也不易观察 5.3腐蚀时腐蚀温度高,反应速度就快了,反应物易附在试样表面影响缺陷的观察 5.4腐蚀时,试样的摆放方式对结果的观察也有一定的影响,如果腐蚀时试样竖放在耐氢氟酸容器内， 则可能会在试样表面产生腐蚀槽,影响缺陷的观察 试剂和材料 6.1三氧化铬,化学纯 6. 氢氟酸,化学纯 2 硝酸,化学纯 6 3 6.4乙酸,化学纯 6.5纯水,电阻率大于10MQcm(25C 6.6化学腐蚀抛光液配比:HF;HNO=1;35)体积比). 铬酸溶液A;称取500g三氧化铬于烧杯中,用水完全溶解后,移人1000ml容量瓶中,用水稀释 至刻度,混匀
GB/T1554一2009 6.8铬酸溶液B,称取75g三氧化铬于烧杯中,用水完全浴解后,移人1000mL容量瓶中,用水稀释至 刻度,混匀 6.9三氧化铬标准溶液配比:CrO:H.O=1:1(质量比 10三氧化铬标准溶液配比:CrO:H,O=1:9质量比). 6 6. 11Sirtl腐蚀液;铬酸溶液A(6.7);氢氟酸=1:1(体积比),使用前配置 1z Schimmel腐蚀液A:铬酸溶液B(6.8):氢氟酸=1:2(体积比),使用前配置 6 6 13 Sehimmel腐蚀液B铬酸溶液B(6.8):氢氟酸:水=1:2:1.5(体积比),使用前配置 6 14 晶体缺陷显示常用的腐蚀剂见表1 表1硅的腐蚀剂 腐蚀时间 腐蚀剂名称 组分 说明 特别适合1l1方向硅单晶的腐蚀; 铬酸溶液A(6.7)氢氧酸-11(体 此液会使(100)表面模糊,故不适合用于 Sirtl腐蚀液 10min15min 积比 100)方向;3 腐蚀反应时会使得腐蚀液温 度升高,故需注重温度的控制 60nlHF十60mlHAc十60mlHO+ wrigu 腐 可显示(100)面位错,显示(100)面旋涡不 30ml铬酸溶液A6.7)+30mlHNO十 20tmin以上 蚀液 充分,背景清晰,选择性好 2xcNo),”3H.o 对p>0.2Qcm;Sehimmel腐蚀液A配 比:铬酸溶液B(6.8:氢氟酸=12体 适用于(100)面位错及氧化缺陷显示 使 Schimel腐积比)1 10min15min 蚀液 对o0.2ncm;Schimmel腐蚀液B配 用时须对腐蚀剂加以震荡 比;铬酸溶液B(6. 8: 氢氟酸:水=1 2:1.5(体积比 HF:HNO:CHCOOH=1;3;8" !.同时适合(1l)及(100)方向硅单晶表面 Dash腐蚀液 1am/min 的腐蚀;2.更加适合p型硅单晶的腐蚀 10 250ml.H.0 先将l迟K.Cno溶解于 !.特别适合100)方向硅单晶的腐蚀 Secco腐蚀液中即0.15mol/L),再以1:2的比例与约1.5m/min 2.不适合P型硅单晶的腐蚀 浓度49%的HF混合 ml)十H. A溶液(5ml) 十B溶液(a 适合显示(I1)面的位错 22. (49ml A溶液和B溶液应预先配制好,使用前 AsTM铜腐A溶液，Ho600ml.十HNo 才将这两种液进行混合: 室温4h 3. 蚀液 300ml)十28g[Cu(NO)2 腐蚀时如果不出现腐蚀坑,则需将表面 B溶液;H.O(1000mL)十1滴1nmolL 磨去10m厚后重新抛光,并延长腐蚀时 KOH3.54gKBr十0.708gKBrO 间至4h以上 国际上几种常用的无铬、含铬腐蚀溶液的配方、应用及适用性的分类对比见附录A 6.16研磨材料,采用w20碳化硅或氧化铝金刚砂 设备和仪器 金相显微镜:具有X-Y机械载物台及载物台测微计,放大倍数不低于100倍 平行光源:照度100lx一150lx,观察背景为无光泽黑色
GB/T1554一2009 试样制备 8.1在强光照射下,根据不同的反射光,根据晶体收尾情况及位错线长度,切去晶锭尾部的位错部分， 用于检验的试样应取自接近头尾切除部分的保留晶体,或在供需双方指定的部位切取试样,厚度为 1mm3mm 把取得的试样(重掺试样要用研磨材料研磨)用化学抛光液(6.6)抛光或机械抛光 如果硅片已经 抛光并清洗干净,则按9.1直接进行缺陷腐蚀 试样待测面应成镜面,要求无划道、无浅坑、无氧化,并经充分清洗 检测程序 9.1缺陷显示 g.1.1111)面缺陷显示 将试样待侧面向上放人耐氢氟酸容器内,用足够量的Sirtl腐蚀液(6.11)浸没进行腐蚀,使液面高 出试样约1cm,腐蚀时间(10~15)min 9.1.2100)、(110)面缺陷显示 将试样待侧面向上放人耐氢氟酸容器内,用足够量的schimmel腐蚀液浸没进行腐蚀,使液面高出 样品约2.5cm 电阻率不小于0.2Qcm的试样,用Schimmel腐蚀液A(6.12)腐蚀;电阻率小于 0.2ncm的试样,用Schimmel腐蚀液B(6.13)腐蚀 腐蚀时间均为(10~15)min 9.1.3重掺(111)面(重掺B重掺As,重掺Sb)缺陷显示 将试样待侧面向上放人耐氢氟酸容器内,用足够量的Sirtl腐蚀液(6.1l)浸没进行腐蚀,使液面高 出试样约1cm,腐蚀时间1h 对于重掺B,在腐蚀过程中,当腐蚀15min时,将样品取出冲洗干净,在 白炽灯下观察是否有杂质条纹,再将样品放回腐蚀液中继续腐蚀至1h 9.1.4重掺(100)面缺陷显示 9.1.4.1重掺B(100)面缺陷显示 腐蚀液配比:三氧化铬标准溶液(6.9):HF=3:1<体积比> 腐蚀时间1h 在腐蚀过程中当腐蚀到10nmin时,将样品取出冲洗干净,在白炽灯下观察是否有杂 质条纹,然后再放人腐蚀液中继续腐蚀 9.1.4.2重掺As(100)面缺陷显示 腐蚀液配比:三氧化铬标准溶液(6.l0);HF=l;2〈体积比》 腐蚀时间1h 9.1.4.3腐蚀后试样用水充分清洗干净 缺陷观测 g.2.1在无光泽黑色背景的平行光下,用肉眼观察试样上缺陷的宏观分布 9 2.2在金相显微镜下观察缺陷的微观特征 9.2.3缺陷测点选取;测点选取采用9点法或“米"字型法,具体方法由供需双方协商 9点法;在两条与主参考面不相交的相互垂直的直径上取9点,选点位置见图1,即边缘取 9.2.3.1 4点(见表2),R/2处取4点,中心处一点,以9点平均值取数
GB/T1554一2009 [o1]参考面或标志 [110]参考面或标志 + 45"/ 30' 女上士十十 十士 十 前 十 十8 a(100)硅片 b(111)硅片 图1选点位置" 表2边缘选点位置表 单位为毫米 直 径 距边缘互相垂直直径上 38 3.1 50 3.8 3,9 4.6 T5 5.3 76 5.4 l00 6,8 8.3 125 50 9.8 9.2.3.2采用“米”字型法;在“9点法”的基础上,将两条相互垂直的直径顺时针旋转45",增加两条直 径,在边缘和R/2处分别增加8个测量点,选点位置见图2,即此种测量方法边缘取8点(见表2),R/2 处取8点,中心处一点,以17点平均值取数 [o11]参考面或标志 [110]多考面或标志 七 16 12 13 13 a)(100)硅片 b)(111)硅片 图2选点位置
GB/T1554一2009 9.2.4视场面积选取:当缺陷密度不大于1×10'个/em时,取1mm;当缺陷密度大于1×10'个 em”时,取0.2mm 9.3缺陷特征 9.3.1典型位错蚀坑及浅蚀坑见图3. 位错蚀坑 浅蚀坑 100) (111 (10o) 111) 图3典型的位错蚀坑和浅蚀坑 9.3.1.1(111)面上的位错蚀坑呈三角形,其侧面也近似呈三角形,并以三角形的顶对着坑底 当位错 线与显示面成小于90"角时,将呈变了形的三角形 见图3 9.3.1.2100)面上的位错蚀坑呈方形,当位错线与显示面不垂直或增加腐蚀时间时,将呈椭圆形圆 形 见图3 g.3.2硅片内的滑移由多个不一定互相接触的呈直线排列的位错蚀坑图形构成,见图4 该蚀坑排列 的直线在(110)方向 9.3.2.1lll)面上的滑移线由多个底边在同一条直线上的三角形蚀坑构成,在晶体断面上呈三角形 或六角图形 9.3.2.2(100)面上的滑移呈直线型外貌,在品体断面上呈离开品片边缘的直线或正方形 9.3.3多晶在宏观上呈镶嵌块图形,见图5 9.3.4小角度晶界由位错蚀坑顶点对着底边排列而构成,且蚀坑线密度大于25个/mm,见 图6a),图6b) 9.3.5李晶界 由两个取向不同的单晶体所共有的界面构成,见图7 9.3.6条纹 在宏观上为一系列同心环状或螺旋状的腐蚀图形,见图8 在100倍或更高放大倍数 下是连续的表面凹凸状条纹 g.3.7旋涡在宏观上为螺旋状、同心圆,波浪和弧状等图形,见图9 在100倍或更高放大倍数下 是由不连续的碟形(浅)蚀坑组成,见图3
GB/T1554一2009 9.3.8层错 是晶体中原子错排面与显示表面的交界线,腐蚀后表现为直线沟槽,其两端为位错坑， 见图10. 9.3.9杂质析出 宏观上为狐穗状图形,在100倍或更高放大倍数下是连续的表面凹凸状条纹 见 图11 9.3.10管道 是(111)晶向生长的单晶,经腐蚀后(111)横断面上呈圆形或圆弧状的腐蚀线条,见 图12 9.3.11其他有关缺陷腐蚀特征见Ys/T209中相应的图片 a Il)晶面上的滑移位错 b100>晶面上的滑移 图4滑移
GB/T1554一2009 图5多晶嵌镶 alll)晶面上的小角度晶界 b)(1o0)品面上的小角度品界 图6小角度晶界
GB/T1554?2009 ?7? ?8
GB/T1554?2009 aк? b?? ?9
GB/T1554一2009 图10层错 图11杂质析出和管道 10
GB/T1554一2009 图12管道 10 检测结果计算 缺陷密度按公式(1)计算 N= 式中 -缺陷密度,单位为个每平方厘米(个/em') 视场内缺陷蚀坑数,单位为个(个); 视场面积,单位为平方厘米(em'. 精密度 11 从9个指定的计算位置求平均密度时,精密度为平均位错蚀坑密度的士35%R2sS) 精密度主要受硅单晶内蚀坑分布规则程度影响,因而影响位错蚀坑的测量结果 12 报告 试验报告应包括如下内容 a)晶体导电类型、晶向电阻率; b)腐蚀液和腐蚀时间; c 缺陷的名称; d 缺陷平均密度; 本标准编号 e f 检验单位及检测者; 检验日期 g 1l
GB/T1554一2009 附 录A 资料性附录 几种常用的无铭含铬腐蚀溶液的配方应用及适用性的分类对比 表A.1无铬腐蚀溶液的配方、数字指标和适宜的腐蚀速率 溶液名称 见图 配方 大致的腐蚀速率 HINHAoCNOSHC Copper-3 图A.1图A.2(有搅拌 lm/min 36;25;18;21;1g/100mL总容积 HFIHNO;HAe;HO;Cu(NO3H0 图A.3一图A.8(无搅拌) Copper3 5am/min 36:25:18:21:(1g/100ml总容积 HF:HNO:HAe:H.O ModifiedDash 图A.9图A.16 1m/min l:3:12:0.17十AgNO,(0,005~0,05)g/L 表A.2含铬腐蚀溶液的配方、数字指标和适宜的腐蚀速率 溶液名称 见图 配方 大致的腐蚀速率 HHFK.CO.(O.15MD 图A.17图A.22 Secco 1m/min 2:1 HF:Ho:co(5M);HAe; HO: Wright 图A.23~图A.32 Cu(NO.3H.O 0.6Am/min 2!l;1212;(2g/240nl.总容积 表A.3无铬腐蚀溶液应用和结果适用性的分类 应用 结果 溶液名称 100111 诱生氧 外延堆气泡搅拌 n p型p+型n型 浅坑小丘位错 温度 流型 型号化层错 垛层错形成需求 晶向晶向 有搅拌的 D A D 是 25C 无 A 是 Copper-3 无搅拌的 A D A A A A 是 无 -25 C 无 Copper-3 Modified 25 g 是 是 D Dash -优秀,B=好.c=可以接受的,D=不可接受的 注: 表A.4含铬腐蚀溶液应用和结果适用性的分类 结果 应用 溶液名称 100111 诱生氧 外延堆气泡搅拌 浅坑小丘位错 p型p型n型 温度 流型 晶向晶向 型号化层错 垛层错形成需求 Seeco" B 30 是 是 是 是 B 30 无 Wright -优秀,B=好,c=可以接受的,D=不可接受的 注 a当硅片在垂直位置不搅拌酸进行腐蚀时,形成“v”型流型缺陷见图A.19) Secco腐蚀的其他应用需要搅拌来 避免与气泡形成有关的混淆假象 12
GB/T1554?2009 p,10Q.cm,(100)?,1100C; p,10Q.cm,(1l1)?,1100C; mi,нCopper3?;2m ,нCopper3?;2m 80 80min ?,500x ?A.2?(),500 p,l0Q.cm,(100)?,l100C; Pp,l0Q.cm,(100)?,1100C;80min 80min ,?Copper3?;lpmλ ?Copper3?lmλ ?A.3?,1000 ?A.4?,1000 p,10Q.cm,(111)?,?Copper3? p,10Q.cm,(100)?,?Copper-3?; 10mλ 10pmλ ?A.5λ,500x ?A.6λ,500x 13
GB/T1554?2009 ,(11)?,?copper3?; p,10n.cm, ,(100)?,?copper3?; p,10Q.cm, l0mλ 10mλ ? λ.500x ?A.8λ,100x p.10a.cm.I00)?.l10c..8h n,l0Q.cm, (111)?,l100c,O,8h ModifiedDash?;?4mλ ModifiedDash?;?4mλ A.9?.400 ?A.10?.400 ? p,0.007Q.cm,(100)?,1100C,O,8h p,0,02Q.cm,(100)?,1100C,O,8h ModifedDash?;?5pmλ ModifedDsh?;λ ?A.11?,400x ?A.12?,400 14
GB/T1554?2009 p/p,(100)?,ModifiedDash?; n/n,(lll)?,ModifiedDash?; ?4Amλ mλ 4 ?A.13λ,400x ?A.14λ,???,400 p,d)?0c.O.1mim " n,(111)?,ll00C,O.,lmin ModifiedDash?;4Amλ ModifiedDash?;4mλ ?A.15?λ,400x ?A.16?λ,400x (100)?,l100C,80min 100)?l100C.80min нSecco?;?4pmλ нSecco?;?4pmλ ?A.17?1000 ?A.18?,400x 15
GB/T1554?2009 (100)?,?Secco?;?8amλ (00)?,нSeco?;?4pmλ ?A.19?,200x ?A.20??,150x 100)?,1100C,80min 100)?,1100C,80nmin,н нSecco?;15mλ Secco?;?415mλ A.21?,200x ?A.22?,100x 100)?,l100C,80nin 100)?,l100C,80min нwright? нwright? ?A.23?,1000x ?A.24?,1000x 16
GB/T1554?2009 (100)?,1100,80min (100)?,1100C,80min нwright? нwright? ?A.25?,500 ?A.26?,500x ??(100)?,l100C,80min (1l1)?,1100C,80min нwright? нwright? ?A.28??,500x ?A.27?,500 100)?,нwright? (?,нwrehu? ?A.29λ,500x ?A.30λ,200 17
GB/T1554?2009 (1o0)?,l100C,80min нwrikht? ?Wright? ?A.31?(),500 ?A.32???,200 18