ICS29.045 CCSH80 中华人民共和国国家标准 GB/T43612—2023 碳化硅晶体材料缺陷图谱 Collectionofmetallographsondefectsinsiliconcarbidecrystalmaterials 2023-12-28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发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 缩略语 2 …………………………………………………………………………………………………… 5 碳化硅晶体材料缺陷 2 …………………………………………………………………………………… 5.1 晶锭缺陷 2 …………………………………………………………………………………………… 5.2 衬底缺陷 4 …………………………………………………………………………………………… 5.3 外延缺陷 8 …………………………………………………………………………………………… 5.4 工艺缺陷 12 …………………………………………………………………………………………… 6 缺陷图谱 13 ………………………………………………………………………………………………… 6.1 晶锭缺陷图谱 13 ……………………………………………………………………………………… 6.2 衬底缺陷图谱 14 ……………………………………………………………………………………… 6.3 外延缺陷图谱 22 ……………………………………………………………………………………… 6.4 工艺缺陷图谱 41 ……………………………………………………………………………………… 参考文献 44 …………………………………………………………………………………………………… 索引 45 …………………………………………………………………………………………………………GB/T43612—2023 前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 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标准 化技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、北京第 三代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公司、 北京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、北京天科合达半 导体股份有限公司、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、湖州东尼半导体 科技有限公司、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、南京国盛电子有 限公司、哈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、江苏 卓远半导体有限公司。 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、杨昆、 李斌、尹浩田、高伟、路亚娟、佘宗静、王阳、钮应喜、晏阳、姚康、金向军、吴殿瑞、李国鹏、张新峰、赵丽丽、 张胜涛、夏秋良、李国平。 ⅠGB/T43612—2023 碳化硅晶体材料缺陷图谱 1 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、生产及检测分析等 环节。 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 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB/T14264 半导体材料术语 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 晶锭缺陷 ingotdefect 4H-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、杂质而 产生的缺陷。 3.2 衬底缺陷 substratedefect 4H-SiC衬底中的结晶缺陷或结构缺陷以及切、磨、抛加工后留在4H-SiC衬底表面上的缺陷。 3.3 外延缺陷 epitaxialdefect 4H-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而产 生的缺陷。 3.4 工艺缺陷 processinginduceddefect 器件制造或材料改性工艺过程中引入到4H-SiC晶体中的深能级中心或非本征结晶缺陷。 3.5 结晶缺陷 crystallinedefect 4H-SiC晶体中的点、线、面及体缺陷。 注:包括4H-SiC晶锭和衬底中的点、线、面及体缺陷,以及4H-SiC外延层中的点、线、面缺陷。 3.6 表面形貌缺陷 surfacemorphologicaldefect 因偏晶向4H-SiC衬底表面存在外来颗粒物、衬底结晶缺陷、衬底表面抛光划痕、亚损伤层、外延生 长条件偏离等原因,在台阶流动控制生长机理下而在4H-SiC外延层表面形成的规则或不规则形状的 1GB/T43612—2023 表面不完整性形貌特征。 注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。 注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、台阶 聚集、外延凸起和乳凸等。 3.7 不全位错 partialdislocation;PD 伯格斯(Burgers)矢量不等于单位点阵矢量或其整数倍的位错。 注: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)型两 种,前者的Burgers矢量方向平行于层错面,而后者的Burgers矢量方向则垂直于层错面,因此,前者可滑移,而 后者不可动。 4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。 AFM:原子力显微镜(atomicforcemicroscope) BPD:基平面位错(basalplanedislocation) CVD:化学气相沉积(chemicalvapordeposition) EL:电致发光(electroluminescence) HLA:半环列阵(halflooparray) ICP:电感耦合等离子体(inductivelycoupledplasma) MOSFET:金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxidesemiconductorfieldeffecttransistor) MP:微管(micropipe) PD:不全位错(partialdislocation) PL:光致发光(photoluminescence) PVT: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) 5 碳化硅晶体材料缺陷 5.1 晶锭缺陷 5.1.1 裂纹 5.1.1.1 形貌特征 在4H-SiC晶体内部生长的贯穿型或部分穿透的裂纹,严重时可见晶体碎裂成块,如图1和图2 所示。 5.1.1.2 产生原因 晶体生长、退火或加工过程中,由于引入晶体内部的热应力过大、晶体内部缺陷过高或机械应力过 大,而超过晶体耐受阈值,造成晶体开裂。 2GB/T43612—2023 5.1.2 杂晶 5.1.2.1 形貌特征 在4H-SiC晶体内部形成的多晶嵌入式生长,如图3所示。 5.1.2.2 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存在 较大偏差的多晶颗粒。 5.1.3 边缘多晶 5.1.3.1 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。 5.1.3.2 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,使得多晶在籽晶边 缘附着而形成;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成。 5.1.4 多型 5.1.4.1 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晶型存在明显的 差异层状分布,一般可通过多型分界线或颜色不同来区分(6H呈翠绿色,15R呈暗黄色),如图5和图6 所示。 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晶锭的表面上,会 呈现出起始点位置伴随黄色颗粒的微管簇凹坑。 5.1.4.2 产生原因 在晶体生长过程中,偏离了4H-SiC生长的生长窗口,