ICS 77.040 CCS H 21 中华人民共和国国家标准 GB/T42902—2023 碳化硅外延片表面缺陷的测试 激光散射法 Test method for surface defects on silicon carbide epitaxial wafers- Laser scattering method 2023-08-06发布 2024-03-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T42902—2023 前言 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 化技术委员会材料分技术委员会（SAC/TC203/SC2）共同提出并归口。 有限公司、南京国盛电子有限公司、浙江芯科半导体有限公司、河北普兴电子科技股份有限公司、中国科 学院半导体研究所。 本文件主要起草人：钮应喜、袁松、张会娟、刘敏、仇光寅、李京波、彭铁坤、袁肇耿、杨龙、闫果果。 GB/T42902—2023 碳化硅外延片表面缺陷的测试 激光散射法 1范围 本文件描述了激光散射法测试碳化硅外延片表面缺陷的方法， 本文件适用于4H-SiC外延片的表面缺陷测试。 2 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，注日期的引用文 本文件。 GB/T14264半导体材料术语 GB/T25915.1洁净室及相关受控环境第1部分：按粒子浓度划分空气洁净度等级 3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。 3.1 掉落颗粒物缺陷 downfalldefect 外延生长前或生长过程中，反应生长室壁上的黑色无定形碳或SiC微颗粒物掉落在衬底或者外延 层表面上，经过外延生长后局部或全部深陷于外延层中，形成的点状缺陷。 3.2 三角形缺陷 triangledefect 碳化硅外延片上外观呈现三角形形状的表面缺陷。 注1：三角形缺陷由变形的4H-SiC晶型边界和含有3C晶型夹层的三角形区域构成，是外延生长过程中，台阶流动 因衬底表面存在外来颗粒物、晶体缺陷或者划痕而受到干扰所致 注2：在光致发光通道呈现三角形形状，而在表面通道呈现一条或者两条或者三条边，第三条边与主参考边几乎成 90°。三角形头部有时有一明显的小三角形凹痕，内含3C-SiC晶型层，此时为浅三角形缺陷。 3.3 胡萝卜缺陷 carrot defect 碳化硅外延片上外观呈现胡萝卜形状的表面缺陷， 注：有时胡萝卜缺陷棱角分明。这些缺陷平行排列，随着外延层厚度的增大，胡萝卜缺陷沿[1120]方向延伸，且与 主参考边[1120]方向平行。胡萝下缺陷长度（L）趋于相同，并满足L=d/sin，其中d为4H-SiC外延层厚度， 为衬底表面的偏转角度（6=4°）。 3.4 梯形缺陷 trapezoiddefect 碳化硅外延片上外观呈现梯形形状的表面缺陷 注：上游短坡堤线和下游长巨观台阶线之间的距离L随着外延层厚度增加而增加，满足L=d/sino，其中d为4H- SiC外延层厚度，0为衬底表面的偏转角度（0=4°）。 1 GB/T42902—2023 3.5 台阶聚集缺陷stepbunchingdefect 4H-SiC外延层表面出现的平行于<1100方向的有多个原子台阶汇聚在一起而形成的线条状巨 观台阶或平行线簇形貌缺陷。 注：台阶聚集会增大外延层表面粗糙度。 3.6 彗星缺陷 comet defect 碳化硅外延片上外观呈现星状的表面缺陷。 注：通常它有独立的“脑袋”和尾巴”。彗星缺陷平行排列，与主参考边平行。其长度（L）随外延层厚度的变化与三 角形缺陷相同，满足L=d/sino，其中d为4H-SiC外延层厚度.0为衬底表面的偏转角度（o=4°）。 4方法原理 利用扫描表面检查系统产生的激光束在待测碳化硅外延片表面进行整面扫描，并收集和确定来自 表面的散射光、反射光的信号强度和位置，与预设的已知缺陷的散射光、反射光的信号相比较，得到碳化 硅外延片表面的缺陷总数和分布。 5干扰因素 5.1在测试范围内，颗粒尺寸和激光散射信号强度并非完全线性关系，颗粒尺寸越大，散射信号越趋于 饱和。 5.2使用参考样片进行校准时，如果校准点处于接近发生共振的地方，将造成颗粒尺寸的校准误差，为 避免这一误差，应保证每一标称尺寸校准曲线的单值性 5.3表面扫描设备对激光散射信号处理上的差异会带来测试数据的偏差。表面扫描设备灵敏度取决 于最小缺陷的信噪比。通常，信噪比大于或等于3可判定为真实缺陷。 5.4当很多缺陷聚集在一起发生重叠时，由于信号叠加，会给计数带来一定误差。比如，环境的污染可 能覆盖特定缺陷，影响计数。 5.5不同厚度的碳化硅外延层表面缺陷的大小和形状会有变化。一定厚度范围的外延片使用相同的 程序扫描计数。如，10μm及以下外延厚度可以使用同一个程序。 5.6设备采集数据时采用无去边扫描，可以检查到晶片边缘处理状况、有无裂纹等。在缺陷统计时，对 于直径100mm、150mm的外延片，可以根据需要去除边缘2mm～3mm，以忽略边缘高缺陷密度区。 5.7标定好的晶片、待测晶片表面及测试机台的沾污会影响缺陷的测试。因此测试前应确认晶片表 面、测试机台无污染。 5.8晶片表面的粗糙度和翘曲度会给设备在收集信号时对最小局部光散射体的尺寸测试带来影响。 9不同检测通道的选择会影响缺陷的识别，典型缺陷图谱见附录A。 5.9 6试验条件 除另有规定，测试应在以下环境下进行： a) 温度：（22±2）℃，相对湿度：（45土5）%； b) 洁净度：不低于GB/T25915.1中规定的ISO5级。 2 GB/T42902—2023 7仪器设备 7.1表面缺陷检查系统一般由晶片吸附装载系统、激光扫描及信号收集系统、数据分析、处理、传输系 统、操作系统和机械系统等部分组成。 7.2通常选用波长为313nm～700nm的激光器，最常用的是355nm或405nm的激光器 7.3表面缺陷检查系统应具备激光散射、反射信号收集能力。 7.4表面缺陷检查系统应具备软件处理能力，定义分类规则并输出整个晶片的缺陷分布图和数目。 8样品 同质外延生长后的4H晶型碳化硅晶片，其表面法线方向为<0001>晶向，偏离角度在4°以内。 9试验步骤 9.1 仪器校准，用标定好的晶片对仪器进行校准。 9.2根据测试要求设定相应的测试程序，包括缺陷的阈值、分类、边缘去除量等设置。 9.3 将样品放置在指定位置，通过机械手将样品传送到激光扫描区域。 9.4 激光束对样品进行扫描和信号探测。 9.5缺陷信号的处理应按照以下规定进行 对收集到的整个样品的每个信号通道分别设定缺陷信号阈值，每个通道中高于缺陷阈值的信 a) 号皆为潜在缺陷，低于阈值的为噪声。缺陷数目按照信号方式对应统计 b) 根据不同缺陷在不同信号通道的敏感度，结合缺陷图谱，从缺陷检查通道、缺陷形状、缺陷大 小、长宽比、面积占比、方向性、信号强度、不同通道信号比值等进行分类。 c) 满足分类条件的缺陷由软件自动归为某种缺陷类别。缺陷统计是采用从上而下的依次排除方 式，即已经分出的缺陷不会参与后续分类，以避免重复统计。 (P 缺陷归类统计与样品扫描同时进行。 扫描结束，得到外延片上一系列缺陷分布图和数目统计，同时有缺陷密度、缺陷位置坐标文件、 e) 晶片良品率等输出。 10试验数据处理 缺陷密度（N）按公式（1）进行计算 N=n/S ..(1) 式中： N—缺陷密度，单位为每平方厘米（cm-2）； n—缺陷数量； S一—去除边缘之后的晶片面积，单位为平方厘米（cm²）。 计算结果保留两位有效数字。 11精密度 用直径为150mm、外延层厚度为10um的外延片（其中包含三角形缺陷、掉落颗粒物缺陷、浅三角 3 GB/T42902—2023 单个实验室测试的相对标准偏差不大于10%，多个实验室测试的相对标准偏差不大于20%。 12 试验报告 试验报告应至少包括以下内容： a) 样品的来源、规格及型号； b) 所用的测试系统编号及选用参数； c) 测试结果； d) 本文件编号； e) 测试单位及测试人员签字； f) 测试时间。 4 GB/T42902—2023 附录A （资料性） 典型缺陷图谱 A.1掉落颗粒物缺陷放大倍数为100倍时的图谱形状如图A.1和图A.2所示，掉落颗粒物缺陷在光致 发光和表面通道呈现的形状如图A.3所示。 200m 2004a0 图 A.1 图A.2 QZrO (IPP) R:71365.89μ:148.03GL:1921HZo0m100.00vZo0m100.00R75000e0.00GoTo ScN (IPP) QZr RO R:2820739:94.02-GL:397 NUV-PL(IPP) 一 R:18992.14μe:283.11°GL:2090HZoom100.00VZoom100.00|R/75000e0.00GoTol VIS-PL(IPP) R:19062.18μ:281.48°GL:1879HZo0m100.00vZo0m100.00R/75000e0.00GoTo 图A.3 5