ICS77.040.99 H26 中华人民共和国国家标准 GB/T31351—2014 碳化硅单晶抛光片微管密度无损检测方法 Nondestructivetestmethodformicropipedensityof polishedmonocrystallinesiliconcarbidewafers 2014-12-31发布 2015-09-01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发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 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这些专利的责任。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)和全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。 本标准起草单位:北京天科合达蓝光半导体有限公司、中国科学院物理研究所。 本标准主要起草人:陈小龙、郑红军、张玮、郭钰、刘振洲。 ⅠGB/T31351—2014 碳化硅单晶抛光片微管密度无损检测方法 1 范围 本标准规定了4H晶型和6H晶型碳化硅单晶抛光片的微管密度的无损检测方法。 本标准适用于4H晶型和6H晶型碳化硅单晶抛光片经单面抛光或双面抛光后、微管的径向尺寸 在一微米至几十微米范围内的微管密度的测量。 2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 2.1 微管 micropipe 4H或6H碳化硅单晶抛光片中沿c轴方向延伸且径向尺寸在一微米至几十微米范围的中空管道。 2.2 微管密度 micropipedensity 单位面积内微管个数,记为MPD,单位为个每平方厘米(个/cm2)。 3 方法原理 利用入射光线在微管周围处的折射系数差异确定微管,从而计算出相应的微管密度。测试系统的 光源首先通过偏振光片P1(起偏器),自然光改变成为具有一定振动方向的光;如果样品的晶格排列均 匀,即折射率相同,则经过样品的光线仍旧是同一振动方向的光;这样,经过与P1成90°的偏振光片P2 (检偏器)后,探测器得到的光强信号将是均匀的。如果样品某处存在微管,碳化硅微管内部中空,且周 围存在一定的应力场,其相应的折射系数不一致,则经过样品的光线在微管附近振动方向与整体不再平 行,结果探测器得到的光强信号就会反应出相应的差别。示意图如图1。 图1 微管无损检测原理图 当样品表面平行于(0001)晶面时,微管显示为蝴蝶状亮点;当样品表面偏离(0001)晶面时,微管显 示为彗星状,这种光强信号的差别表示微管的存在。用正交偏光显微镜在透射光模式下放大50倍~ 100倍观察,当晶片切割方向垂直于c轴时,微管的典型形貌为蝴蝶状,如图2a)所示;当切割方向与 c轴存在夹角时,微管的形貌为彗星状,如图2b)所示。 1GB/T31351—2014 计量单位面积上微管的个数即得到碳化硅单晶抛光片的微管密度。 a) 蝴蝶状 b) 彗星状 图2 微管在透射偏光下的典型形貌 4 仪器 4.1 具有透射正交偏光的光学显微镜,物镜放大倍数5倍~10倍。 4.2 图像采集设备及图像分析系统。 5 试样 测试样片应为单面抛光或双面抛光的碳化硅单晶片,样品表面法线方向为<0001>方向,且其偏离角 不应大于±8°。 6 测试环境 除另有规定外,应在下列条件下进行测试: a) 环境温度:23℃±5℃; b) 相对湿度(RH):≤90%; c) 大气压:86kPa~106kPa。 7 测试程序 7.1 测量点的位置 测量点应均匀分布在晶片上,并应去除样品的边缘去除区。边缘去除区应符合表1的规定。测量 时x方向为连续观测,y方向为步进观测,步进长度比视场高度稍大,以保证测量面积足够,同时要保 证微管缺陷不被重复计数。测量点分布如图3所示。 2GB/T31351—2014 表1 边缘去除区 单位为毫米 直径 边缘去除区 50.8 1 76.2 2 100 3 图3 碳化硅单晶片的测量点位置分布示意图 7.2 测量区域的面积 测量区域的总面积不应小于晶片总面积的2/3。 7.3 测试系统准备 正式测试前,检查确定测试系统各仪器处于良好状态。确定测试系统在无测试样片时,系统的透射 光经过两个正交的偏光镜后,观察视野为黑色,无光线透过。 7.4 测试步骤 测试应按下列步骤进行: a) 打开光源,检查是否正常工作; b) 调节起偏镜和检偏镜,使透射光处于正交状态; c) 将样品放在载物台上,并使其处于起偏镜和检偏镜之间,选择透射光,根据视场大小,选择合适 的放大倍数(物镜5倍~10倍),调节焦距使图像分析仪监视器显示的图像清晰; d) 在载物台上标好相应的刻度,按照7.1规定的测量点位置上下左右移动载物台,分别检测并记 录各观察点视野范围内的微管数目;GB/T31351—2014 GB/T31351—2014 e) 图像分析、数据处理。 8 测试结果的计算 碳化硅单晶抛光片的微管密度按式(1)计算: D=1 h∑n ili∑n iNi ……………………(1) 式中: D———碳化硅单晶抛光片微管密度,单位为个每平方厘米(个/cm2); h———每个视场的高度,单位为厘米(cm); li———x方向连续测量时,第i行连续测量的长度,单位为厘米(cm),其中i=1,2,3,…n; n———测量行的总行数; Ni———x方向连续测量时,第i行的微管数目,i=1,2,3,…n。 9 精密度 本标准的精密度是由起草单位和验证单位在同样条件下,用正交透射偏光显微镜对碳化硅标准样片进行 重复性、再现性验证,并根据标准偏差公式S=∑(xi-􀭵x)2 N-1和试验数据计算得出标准偏差和相对偏差。 本标准的重复性标准偏差不大于0.5个/cm2,相对偏差不大于15%,再现性标准偏差不大于 3个/cm2,相对偏差不大于50%。 10 质量保证和控制 应使用比对样品在每次测试前校核该方法的有效性,当过程失控时,应找出原因,纠正错误后,重新 进行校核。 11 测试报告 测试报告应包括以下内容: a) 样品的来源、规格及编号; b) 所用测试系统编号及选用参数; c) 被测试样品的测试点及测试数据; d) 整个样品的平均微管密度; e) 本标准编号; f) 测试单位及测试操作人印章或签字; g) 测试时间。