GB_T43612-2023碳化硅晶体材料缺陷图谱.docx

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1、ICS29.045CCSH80中华人民共和国国家标准GB/T436122023碳化硅晶体材料缺陷图谱Collectionofmetallographsondefectsinsiliconcarbidecrystalmaterials202372-28发布2024-07-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会围范性引用文件语和定义略语化硅晶体材料缺陷是锭知陷衬底缺陷外延缺陷工艺缺陷陷图谱晶锭缺陷图谱衬底缺陷图谱,外延缺陷图谱工艺缺陷图谱文献-XX.-A刖三本文件按照GBT1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的方请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布

2、结构不承担识别专利的责任。本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)与全国半导体设备和材料支术委员会材料分技术委员会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。本文件起草单位：广东天域半导体股份有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、北半导体产业技术创新战略联盟、山东天岳先进科技股份有限公司、河北同光半导体股份有限大学东莞光电研究院、山西烁科晶体有限公司、河北普兴电子科技股份有限公司、北京天科合股份有限公司、中国电子科技集团公司第十三研究所、中国科学院半导体研究所、湖州东尼半有限公司、中国电子科技集团公司第四十六研究所、中电化合物半导体有限公司、南京国盛电司、哈

3、尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司、新美光(苏州)半导体科技有限公司半导体有限公司。本文件主要起草人：丁雄杰、刘薇、韩景瑞、贺东江、李素青、丁晓民、张红、李焕婷、张红岩、尹浩田、高伟、路亚娟、余宗静、王阳、钮应喜、晏阳、妙糠、金向军、吴殿瑞、李国鹏、张新峰、赵涛、夏秋良、李国平。碳化硅晶体材料缺陷图谱范围本文件规定了导电型4H碳化硅（4H-SiC）晶体材料缺陷的形貌特征，产生原因和缺陷图谱。本文件适用于半导体行业碳化硅（晶锭、衬底片、外延片及后续工艺）的研发、生产及检测分规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的弓仅该日期对应的版本适用

4、于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适件。GB/T14264半导体材料术语术语和定义GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。晶锭缺陷ingotdefect4H-SiC晶锭在PVT法生长过程中因籽晶自身缺陷延伸、偏离化学计量比、晶锭内部应力、杂三的缺陷。衬底缺陷substratedefect4H-SiC衬底中的结晶缺陷或结构缺陷以及切、磨、抛加工后留在4HSiC衬底表面上的缺陷。外延缺陷epitaxialdefect4H-SiC外延层中的结晶缺陷以及4H-SiC外延层表面上因采用台阶流动控制外延生长方法缺陷。工艺缺陷processinginduceddef

5、ect器件制造或材料改性工艺过程中引入到4HSiC晶体中的深能级中心或非本征结晶缺陷。不完整性形貌特征。主1：表面形貌缺陷借助强光束、显微镜或专业检测设备可以观测到。主2:4H-SiC外延层典型的表面形貌缺陷包括：掉落颗粒物缺陷、三角形缺陷、胡萝卜缺陷、凹坑、梯形缺陷、聚集、外延凸起和乳凸等。不全位错partialdislocation;PD白格斯(BUrgerS)矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的位错。主：在4H-SiC中，不全位错构成了层错的两条终止边界。不全位错有肖克莱(ShoCkley)型和弗兰克(Frank)种，前者的BUrgerS矢量方向平行于层错面，而后者的BUrgerS矢量方向

6、则垂直于层错面，因此，前者可滑后者不可动。略语下列缩略语适用于本文件。AFM:原子力显微镜(atomicforcemicroscope)3PD:基平面位错(basalplanedislocation)CVD:化学气相沉积(ChemiCalvapordeposition)E1.:电致发光(electroluminescence)H1.A:半环列阵(halflooparray)CP:电感耦合等离子体(inductivelycoupledplasma)MOSFET:金属一氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxidesemiconductorfieldeffecttransistorMP:微管(m

7、icropipe)D:不全位错(Partialdislocation)1.:光致发光(PhotOIUmineSCenCe)VT:物理气相传输(PhySiCalvaportransport)RIE:反应离子刻蚀(reactiveionetch)SEM:扫描电子显微镜(SCanningelectronmicroscope)SF:层错(StaCkingfault)TED:穿透刃位错(threadingedgedislocation)TSD:穿透螺位错(threadingscrewdislocation)化硅晶体材料缺陷晶锭缺陷裂纹2杂晶2.1 形貌特征在4H-SiC晶体内部形成的多晶嵌入式生长，如图

8、3所示。2.2 产生原因在晶体生长过程中，由于包裹物或生长条件剧烈波动导致多晶成核长大，从而形成与单晶取向偏差的多晶颗粒。3边缘多晶3.1 形貌特征边缘多晶附着在4H-SiC晶体周围，与内部单晶之间存在明显的衬度交界线，如图4所示。3.2 产生原因在晶体生长过程中，温度场分布不合理造成籽晶边缘升华，导致籽晶直径减小，使得多晶在籽着而形成；或是生长初期籽晶处径向温度梯度过小，导致多晶附着在籽晶边缘的籽晶托上而形4多型4.1 形貌特征在4H-SiC晶体中，形成了6H、15R或3C等异晶型。其中，6H、15R的颜色与4H晶型存在明层状分布，一般可通过多型分界线或颜色不同来区分(6H呈翠绿色，15R呈

9、暗黄色)，如图5注：3C与4H无明显的颜色或分界线差异，在导电型4H-SiC晶锭中不易观察。但3C在4H-SiC晶锭的表面呈现出起始点位置伴随黄色颗粒的微管簇凹坑。4.2 产生原因在晶体生长过程中，偏离了4HSiC生长的生长窗口，而产生了有利于6H、15R或3C多型生而形成；或是晶体生长表面的污染物导致的异晶型成核生长而形成。5微管(MP)5.1 形貌特征MP是一种微米级直径的物理孔洞，本质为BUrgerS矢量数倍于TSD的穿透位错，其终端延伸衬底缺陷多晶1形貌特征在4HSiC晶体内部形成的多晶嵌入式生长，多晶与单晶之间存在明显的衬度界线，如图9和图2产生原因在晶体生长过程中，温度场分布不合理

10、或生长条件剧烈波动，导致多晶成核长大。多型1形貌特征在4HSiC晶体中，形成了6H、15R或3C等异晶型。其中，6H、15R晶型的颜色与4H晶型存层状分布差异，一般可通过多型分界线或者颜色不同来区分（6H呈翠绿色，15R呈暗黄色）、图13所示。2产生原因在晶体生长过程中，偏离了4H-SiC生长的生长窗口，而产生了有利于6H、15R或3C多型生而形成；或是晶体生长表面的污染物导致的异晶型成核生长而形成。硅滴包裹体1形貌特征生4H-SiC晶体内部形成的液滴形貌的硅组分夹杂，如图14所示。2产生原因在晶体生长过程中，远离晶体生长平衡态，硅组分分压过高，在生长界面形成Si单质颗粒，进主长的4HSiC单

11、晶包裹而形成。碳包裹体1形貌特征由碳元素组成的固相原子团簇或小颗粒体，其形状和大小各异，如图15和图16所示。5.2 产生原因在晶体生长过程中，籽晶粘接不良造成籽晶背部负生长，在单晶内形成了中空结构。6层错(SF)6.1 形貌特征SF是指晶体中一定范围内晶面堆叠顺序的错误，范围的边界由PD构成。4H-SiC中SF面通01晶面，类型有两种，分别是ShOCidey型和Frank型。Shockley型SF可看作晶面的滑移，大多数Shockley型SF在P1.图像中呈三角形状，如图Frank型SF可看作增加或减少一个或多个晶面而形成堆垛错误，在P1.图像中呈条形状，如SF以及对应PD的类型也可用同步辐

12、射X射线拓扑图像来进行区分：Shockley型SF对应1BUrgerS矢量为l31100,其形貌如图22所示;Frank型SF对应的PD的Burgers矢量是c/c4,其形貌如图23所示。6.2 产生原因Shockley型SF主要由于机械应力、温度分布不均匀引起的热应力，导致晶格失配、晶面错排籽晶过程中遗留在其表面上的残余划痕而导致。Frank型SF由于TSD的结构转变而形成。7穿透螺位错。SD)7.1 形貌特征在熔融KOH腐蚀后，TSD的蚀坑呈六边形，该六边形蚀坑是一个倒六面锥体，锥顶即蚀坑底尖并不在六边形蚀坑的中央，而是偏向1120方向，如图24所示。在同步辐射X射线拓扑TSD呈大尺寸的圆

13、形亮点(相对于TED),如图25所示。注：TSD的BUrgerS矢量为IC或2c。7.2 产生原因由于TSD为穿透位错，籽晶中的TSD会遗传至所生长的单晶衬底中；或是在生长过程中籽晶、温度场设计不合理等因素在单晶内引入内应力及应变，导致部分晶格区域发生滑移，而造成成、滑移和增殖。8穿透刃位错(TED)各区域发生滑移，造成TED的形成、滑移和增殖。基平面位错(BPD)1形貌特征3PD是4H-SiC晶体中位于基晶面内的一种一维结晶缺陷，在熔融KOH腐蚀后，BPD的蚀坑如图28所示。在同步辐射X射线拓扑图像中，BPD呈线状，如图29所示。主：BPD的Burgers矢量为13,约为c3,与TED相同，

14、小于TSD。2产生原因由于籽晶中的BPD遗传至单晶衬底中而形成，或是晶体生长过程工艺不稳定、引入热应力和成。)小角晶界0.1形貌特征小角晶界是由高密度TED和BPD构成的高应变区域，在熔融KoH腐蚀后呈现出腐蚀坑直立错组态，如图30所示。在同步辐射X射线透射拓扑图像中呈现沿着1100方向的线条状所示。0.2产生原因由于籽晶中的小角晶界传播穿透至衬底表面而形成；或是晶体生长过程中出现强烈干扰、工艺艺过度修正等原因导致大量TED和BPD聚集而形成。微管(MP)1.1 形貌特征MP是一种微米级直径的物理孔洞，本质为Burgers矢量数倍于TSD的穿透位错，其在SEN场表面图像和P1.图像的形貌，分别

15、如图32和图33所示。在偏振光显微图像中，单个MP看起来像有四个明亮翅膀的蝴蝶，如图34所示；MP聚集区通?晶片边缘区域，其对比度相较于无MP区域较明显，如图35和图36所示。1.2 产生原因多型、碳包裹体、硅滴、籽晶背面升华等缺陷，导致局部应变和晶格畸变而形成；或是籽晶中的至单晶衬底中而形成。13崩边13.1 形貌特征局部边缘破损，并不贯穿衬底正、背表面，存在于衬底表面边缘区域，如图38所示。13.2 产生原因由于切割线摆动、研磨、抛光或倒角时，衬底局部承受压力过大、操作不当而形成；或是退火过变化引起晶体内部应力改变而形成。14缺口14.1 形貌特征局部边缘破损，贯穿衬底正、背表面，存在于衬底边缘区域，如图39所示。14.2 产生原因由于切割线摆动、研磨、抛光或倒角时，衬底局部承受压力过大、操作不当而形成。15裂纹15.1 形貌特征衬底内部至表面的解理或断裂，它不贯穿整个表面，易沿晶体的解理面产生，如图40所示。15.2 产生原因由于研磨、抛光过程中