GB/T 4058-2009 硅抛光片氧化诱生缺陷的检验方法

　　ICS 29 . 045 H 80

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 4058—2009代替 GB/T 4058—1995

　　硅抛光片氧化诱生缺陷的检验方法

　　Testmethod fordetection ofoxidation induceddefectsin

　　polished silicon wafers

　　2009-10-30 发布 2010-06-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

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　　中 华 人 民 共 和 国

　　国 家 标 准

　　硅抛光片氧化诱生缺陷的检验方法

　　GB/T 4058—2009

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　　中 国 标 准 出 版 社 出 版 发 行

　　北京复兴门外三里河北街 16 号

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　　开本 880 × 1230 1/16 印张 1 . 25 字数 33 千字

　　2010 年 1 月第一版 2010 年 1 月第一次印刷

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　　书号：155066 ·1-39567

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　　GB/T 4058—2009

　　前 言

　　本标准代替 GB/T 4058—1995《硅抛光片氧化诱生缺陷的检验方法》。

　　本标准与 GB/T 4058—1995 相比，主要有如下变化：

　　— 范围中增加了硅单晶氧化诱生缺陷的检验;

　　— 增加了引用标准;

　　— 增加了 “术语和定义 ”章;

　　— 将原标准中 “表 1 四种常用化学抛光液配方 ”删除，在第 5 章中对化学抛光液配比进行了修改，删除了乙酸配方;增加了铬酸溶液 A 的配制 、Sirtl腐蚀液及 Wright 腐蚀液的配制;增加了几种国际上常用的无铬 、含铬腐蚀溶液的配方 、应用及适用性的分类对比表;

　　— 采用氧化程序替代原标准中的氧化的操作步骤;增加了(111) 面缺陷的显示方法及 Wright 腐蚀液的腐蚀时间，将(111) 面 和(100) 面 缺 陷 显 示 方 法 区 分 开 了;(100) 面 缺 陷 的 显 示 增 加 了Wright 腐蚀液腐蚀方法;

　　— 在缺陷观测的测点选取中增加了 “米 ”字型测量方法 。

　　本标准的附录 A 为资料性附录 。

　　本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会提出 。

　　本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会归 口 。

　　本标准起草单位：峨嵋半导体材料厂 。

　　本标准主要起草人：何兰英 、王炎 、张辉坚 、刘阳 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

　　—GB 4058—1983 、GB/T 4058—1995 ;

　　—GB 6622—1986 、GB 6623—1986 。

　　Ⅰ

　　GB/T 4058—2009

　　硅抛光片氧化诱生缺陷的检验方法

　　1 范围

　　本标准规定了硅抛光片氧化诱生缺陷的检验方法 。

　　本标准适用于硅抛光片表面区在模拟器件氧化工艺中诱生或增强的晶体缺陷的检测 。

　　硅单晶氧化诱生缺陷的检验也可参照此方法 。

　　2 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/T 1554 硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法

　　GB/T 14264 半导体材料术语

　　YS/T 209 硅材料原生缺陷图谱

　　3 术语和定义

　　GB/T 14264 中规定的术语和定义适用于本标准 。

　　4 方法原理

　　模拟器件工艺的氧化条件，利用氧化来缀饰或扩大硅片中的缺陷，或两者兼有，然后用择优腐蚀液显示缺陷，并用显微技术观测 。

　　5 试剂和材料

　　5 . 1 三氧化铬，优级纯 。

　　5 . 2 氢氟酸，优级纯 。

　　5 . 3 硝酸，优级纯 。

　　5 . 4 氨水，优级纯 。

　　5 . 5 盐酸，优级纯 。

　　5 . 6 过氧化氢，优级纯 。

　　5 . 7 纯水，电阻率大于 10 MΩ · cm(25 ℃) 。

　　5 . 8 乙酸，优级纯 。

　　5 . 9 硝酸铜，优级纯 。

　　5 . 10 清洗液 1 # ：水 ∶ 氨水 ∶ 过氧化氢=4 ∶ 1 ∶ 1(体积比)。

　　5 . 1 1 清洗液 2 # ：水 ∶ 盐酸 ∶ 过氧化氢=4 ∶ 1 ∶ 1(体积比)。

　　5 . 12 化学抛光液配比：HF ∶ HNO3 = 1 ∶ (3 ~ 5)(体积比)。

　　5 . 13 铬酸溶液 A：称取 500 g 三氧化铬于烧杯中，用水完全溶解后，移入 1 000 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀(见 GB/T 1554) 。

　　5 . 14 铬酸溶液 B：称取 75 g 三氧化铬于烧杯中，加水溶解后，移入 1 000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀 。

　　5 . 15 Sirtl腐蚀液：铬酸溶液 A(5 . 13) ∶ 氢氟酸= 1 ∶ 1(体积比)，使用前配制 。

　　1

　　GB/T 4058—2009

　　5 . 16 Schimmel腐蚀液 A：铬酸溶液 B(5 . 14) ∶ 氢氟酸= 1 ∶ 2(体积比)，使用前配制 。

　　5 . 17 Schimmel腐蚀液 B：铬酸溶液 B(5 . 14) ∶ 氢氟酸 ∶ 水 = 1 ∶ 2 ∶ 1 . 5(体积比)，使用前配制 。

　　5 . 18 Wright 腐蚀液配方：

　　HF ∶ HNO3 ∶ CrO3 (5M)∶ HAc ∶ H2 O ∶ Cu(NO3 ) 2 ·3H2 O

　　2 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 2 g/240 mL 总容积

　　5 . 19 腐蚀溶液：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 。

　　5 . 20 研磨材料，采用 W20 、W10 碳化硅或氧化铝金刚砂 。

　　6 设备和仪器

　　6 . 1 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 。

　　6 . 2 平行光源：照度 100 lx~ 150 lx ,观察背景为无光泽黑色 。

　　6 . 3 氧化炉：满足执行表 1 所要求的热循环能在炉管中央部位有不小于 300 mm 长的恒温区，并在恒温区保持 1 000 ℃ ~ 1 200 ℃的温度，控温误差± 10 ℃ 。

　　6 . 4 气源：能提供足够的干氧 、湿氧或水汽 。

　　6 . 5 试样舟：石英舟或硅舟 。

　　6 . 6 推拉棒：带有小钩的石英棒 。

　　6 . 7 氟塑料花篮 。

　　6 . 8 氟塑料或石英等非金属制成的硅片夹持器 。

　　7 试样制备

　　7 . 1 对于硅单晶锭，用于检测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 1 mm ~ 3 mm 。

　　7 . 2 切得的试样经金刚砂研磨，用化学抛光液(5 . 12) 抛光或机械抛光，充分去除切割损伤 。如果硅片已经抛光，则可按 8 . 2 . 1 对试样进行清洗 。

　　7 . 3 试样待测面应成镜面，要求无浅坑 、无氧化 、无划痕 。

　　8 检测程序

　　8 . 1 检测环境

　　试样清洗和氧化的局部环境清洁度应达到 1 000 级 。

　　8 . 2 试样和氧化系统的清洗处理

　　8 . 2 . 1 试样清洗步骤：

　　8 . 2 . 1 . 1 把试样放入氟塑料花篮，使试样相互隔开 。

　　8 . 2 . 1 . 2 在足够的清洗液 1 # (5 . 10)中，于 80 ℃ ~ 90 ℃煮 10 min ~ 15 min,用水冲洗至中性 。

　　8 . 2 . 1 . 3 在氢氟酸中浸泡 2 min,用水冲洗至中性 。

　　8 . 2 . 1 . 4 在足够的清洗液 2 # (5 . 11)中，于 80 ℃ ~ 90 ℃煮 10 min ~ 15 min,用水冲洗至中性 。

　　8 . 2 . 1 . 5 清洗后的试样用经过干燥过滤的氮气吹干，或用适当的方法使试样干燥 。

　　8 . 2 . 2 氧化系统和器皿的清洗处理步骤：

　　8 . 2 . 2 . 1 炉管 、试样舟 、气源装置等用 1 个体积氢氟酸和 10 个体积的水的混合液浸泡 2 h ,并用水冲洗干净 。

　　8 . 2 . 2 . 2 氧化系统在 1 000 ℃ ~ 1 200 ℃预处理 5 h ~ 10 h 。

　　8 . 3 氧化方法

　　8 . 3 . 1 把清洗干净并干燥的试样装入试样舟放在炉口处，按表 1 程序，把舟推至恒温区中央 。

　　8 . 3 . 2 试样完成表 1 程序的热循环以后，把试样舟移到洁净通风柜内降至室温 。

　　2

　　GB/T 4058—2009

　　表 1 氧化程序

　　步 骤

　　功 能

　　条 件

　　1 . 推(装载)

　　气氛

　　干 O2

　　温度

　　800 ℃

　　推速

　　200 mm/min

　　2 . 温度上升

　　气氛

　　干 O2

　　速率

　　+5 ℃/min

　　最终温度

　　1 100 ℃

　　3 . 氧化

　　气氛

　　蒸汽(湿 O2 )

　　温度

　　1 100 ℃

　　时间

　　60 min

　　4 . 温度上升

　　气氛

　　干 O2

　　速率

　　- 3 ℃/min

　　最终温度

　　800 ℃

　　5 . 拉(卸载)

　　气氛

　　干 O2

　　温度

　　800 ℃

　　拉速

　　200 mm/min

　　8 . 4 缺陷的腐蚀显示

　　8 . 4 . 1 (111)面缺陷显示

　　8 . 4 . 1 . 1 把试样移到氟塑料花篮中 。

　　8 . 4 . 1 . 2 用足够量的氢氟酸浸泡试样 2 min ~ 3 min 。氢氟酸至少高出试样顶部约 1 cm,用手轻轻晃动花篮 。

　　8 . 4 . 1 . 3 用纯水清洗后，用 Sirtl腐蚀液(5 . 15)浸没进行腐蚀 。

　　8 . 4 . 1 . 4 使腐蚀液液面高出花篮中试样顶部 4 cm,腐蚀过程中应连续不断地晃动花篮，腐蚀时间为3 min 。

　　8 . 4 . 2 (100)面缺陷显示

　　8 . 4 . 2 . 1 把试样移到氟塑料花篮中 。

　　8 . 4 . 2 . 2 用足够量的氢氟酸浸泡试样 2 min ~ 3 min 。氢氟酸至少高出试样顶部约 1 cm,用手轻轻晃动花篮 。

　　8 . 4 . 2 . 3 用 纯 水 清 洗 后，用 缺 陷 腐 蚀 液 进 行 腐 蚀 显 示，对 电 阻 率 不 小 于 0 . 2 Ω · cm 的 试 样，使 用Schimmel腐蚀液 A(5 . 16) ;对电阻率小于 0 . 2 Ω · cm 的试样，使用 Schimmel 腐蚀液 B(5 . 17) ;或都用Wright 腐蚀液腐蚀(5 . 18)腐蚀 。

　　8 . 4 . 2 . 4 使腐蚀液液面高出花篮中试样顶部 4 cm,腐蚀过程中应连续不断地晃动花篮，Schimmel 腐蚀液腐蚀时间为 2 min ~ 5 min; Wright 腐蚀液腐蚀时间为 10 min 。

　　8 . 4 . 3 将试样充分清洗干净并按 8 . 2 . 1 . 5 的方法进行干燥 。

　　8 . 5 缺陷观测

　　8 . 5 . 1 在无光泽黑色背景平行光下，用肉眼观察试样上缺陷的宏观特征 。

　　8 . 5 . 2 在金相显微镜下观察缺陷的微观特征 。

　　8 . 5 . 3 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 。

　　3

　　GB/T 4058—2009

　　8 . 5 . 3 . 1 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4 点(见表 2) , R/2 处取 4 点，中心处一点，以 9 点平均值取数 。

　　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

　　51

　　3 . 9

　　63

　　4 . 6

　　75

　　5 . 3

　　76

　　5 . 4

　　100

　　6 . 8

　　125

　　8 . 3

　　150

　　9 . 8

　　8 . 5 . 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 。

　　a) (100) 硅片 b) (111) 硅片图 2 选点位置

　　4

　　GB/T 4058—2009

　　8 . 5 . 4 显微镜视场面积选取：当缺陷密度不大于 1 × 104 个/cm2 时，取 1 mm2 ;当缺陷密度大于 1 × 104个/cm2 时，取 0 . 2 mm2 。

　　8 . 6 缺陷的特征

　　8 . 6 . 1 滑移 — 由多个不一定相互接触的呈直线排列的位错蚀坑图形构成(见图 3) 。

　　a) <111>晶面上的滑移位错

　　b) <100>晶面上的滑移

　　图 3 滑移

　　8 . 6 . 2 雾 — 硅片经热氧化和化学腐蚀后，表面上出现的一种由高密度浅蚀坑形成的云雾状外貌(见图 4) 。

　　5

　　GB/T 4058—2009

　　图 4 雾

　　8 . 6 . 3 氧化层错 — 宏观上可能形成同心圆 、旋涡状等图形，微观上为大小不一的船形，弓形，卵形及杆状蚀坑(见图 5) 。

　　a) <111>晶面上的体氧化层错

　　b) <100>晶面上的体氧化层错

　　图 5 体氧化层错

　　6

　　GB/T 4058—2009

　　c) <111>晶面上的氧化层错

　　d) <100>晶面上的氧化层错

　　图 5(续)

　　8 . 6 . 4 条纹 — 宏观上为一系列同心环状或螺旋状的腐蚀图形(见图 6) 。在 100 倍或更高放大倍数下呈连续的表面凹凸条纹 。

　　图 6 条纹

　　8 . 6 . 5 旋涡 — 宏观上为同心圆 、旋涡 、波浪和弧状等图形(见图 7) 。在 100 倍或更高放大倍数下呈不连续的碟形(浅)蚀坑 。

　　7

　　GB/T 4058—2009

　　图 7 旋涡

　　8 . 6 . 6 其他有关缺陷腐蚀特征见 YS/T 209 中相应的图片 。

　　8 . 7 干扰因素

　　8 . 7 . 1 由机械加 工 带 来 的 表 面 损 伤 引 起 的 氧 化 层 错 其 蚀 坑 一 般 为 梯 形 或 弓 形，尺 寸 大 小 一 致(见图 8) 。

　　图 8 机械损伤引起的层错

　　8 . 7 . 2 由镊子夹伤和擦伤引起的蚀坑沿损伤处分布(见图 9) 。

　　图 9 夹伤 划伤

　　8

　　GB/T 4058—2009

　　8 . 7 . 3 由腐蚀液沉淀引起的蚀坑或丘，其晶向特征不明显(见图 10) 。

　　图 10 腐蚀液沉淀

　　9 检测结果计算

　　缺陷密度按公式(1)计算：

　　N = …………………………( 1 )

　　式中：

　　N— 缺陷密度，单位为个每平方厘米(个/cm2 ) ;

　　n— 视场内缺陷蚀坑数，单位为个(个);

　　S— 视场面积，单位为平方厘米(cm2 ) 。

　　10 精密度

　　精密度由循环测试确定 。

　　1 1 试验报告

　　试验报告应包括以下内容：

　　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) 缺陷的平均密度;

　　e) 本标准编号;

　　f) 检验单位及检测者;

　　g) 检验日期 。

　　9

　　GB/T 4058—2009

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　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表

　　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

　　Copper-3

　　A. 1 ~ A. 2 (有搅拌)

　　HF ∶ HNO3 ∶ HAc ∶ H2 O ∶ Cu(NO3 ) 2 ·3H2 O

　　36 ∶ 25 ∶ 18 ∶ 21 ∶ (1 g/100 mL 总容积)

　　1 μm/min

　　Copper-3

　　A. 3 ~ A. 8 (无搅拌)

　　HF ∶ HNO3 ∶ HAc ∶ H2 O ∶ Cu(NO3 ) 2 ·3H2 O

　　36 ∶ 25 ∶ 18 ∶ 21 ∶ (1 g/100 mL 总容积)

　　5 μm/min

　　Modified Dash

　　A. 9 ~ A. 16

　　HF ∶ HNO3 ∶ HAc ∶ H2 O

　　1 ∶ 3 ∶ 12 ∶ 0 . 17+AgNO3 (0 . 005 ~ 0 . 05)g/L

　　1 μm/min

　　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

　　Secco

　　A. 17 ~ A. 22

　　HF ∶ K2 CrO7 (0 . 15 M)

　　2 ∶ 1

　　1 μm/min

　　Wright

　　A. 23 ~ A. 32

　　HF ∶ HNO3 ∶ CrO3 (5M) ∶ HAc ∶ H2 O ∶ Cu(NO3 ) 2 ·3H2 O

　　2 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 2 ∶ 2 ∶ (2 g/240 mL 总容积)

　　0 . 6 μm/min

　　表 A.3 无铬腐蚀溶液应用和结果适用性的分类

　　溶液名称

　　应 用

　　结 果

　　100晶向

　　111晶向

　　P 型

　　P+型

　　N 型

　　N+型

　　诱生氧

　　化层错

　　浅坑

　　小丘

　　位错

　　外延堆

　　垛层错

　　气泡

　　形成

　　搅拌

　　需求

　　温度

　　流型

　　有搅拌的Copper-3

　　A

　　A

　　A

　　D

　　A

　　D

　　A

　　A

　　C

　　A

　　A

　　是

　　是

　　~ 25 ℃

　　无

　　无搅拌的Copper-3

　　A

　　A

　　A

　　D

　　A

　　D

　　A

　　A

　　C

　　A

　　A

　　是

　　无

　　~ 25 ℃

　　无

　　Modified Dash