SJ Z 1610-1980 硅外延片缺陷图集.pdf

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1、中华人民共和国第四机械工业部指导性技术文件硅外延片缺陷图集SJ/Z 1610-80 北京1 9 8 1 中华人民共和国第四机械工业部指导性技术文件硅外延片缺陷图集t.【looooooOIl【.111.11.-.II.，._.I1iM1川80iI L，.，.IJ.，OOOOOIa-I，._，. 本图集汇集了011晶向且/n+t日p/p+硅外延片常见的具有典型性的宏观表面缺陷及在表面观察到的微观缺陷。按缺陷种类分为片子外形缺陷、表面突起缺陷、表面凹坑缺陷、雾状表面缺陷及晶格缺陷等五类，共26种。本图集统一了典型缺陷的名称，简述了其外貌及其可能产生的主要原因。可作为外延片表面质量检测及改进外延工艺的

2、依据。1.样品制备1.1硅片清洗z硅片采用有机降剂进行清洗或对硅片表面进行擦拭，以获得清洁无尘埃的表面。1.2硅片择优腐蚀z采用希尔(Sirtl)腐蚀液(50克CrOs+100毫升日20): HF = 1 : 1 (体积比)J对清洁无尘埃的硅片进行腐蚀，以显示硅外延材料的微观缺陷。腐蚀液使用的化学试剂应为分析纯，水应采用去离子水。1.2.1用希尔腐蚀液对硅片进行30秒处理。1. 2. 2用希尔腐蚀液对硅片进行35分钟处理。2.观察方法2.1肉眼直观z在足够亮度的日光灯或白炽灯光照射下，视线与硅片成-定角度进行观察。2.2显微镜观察:金相显微镜明场观察;相衬显微镜观察;扫描电子显微镜观察;干涉显

3、微镜观察。3.缺陷分类3.1片子外形缺陷3.1.1边缘损伤z硅片边缘部分的碎裂和缺损。成因z硅片在衬底制备和外延工艺中机械损伤所致，见图1。3.1.2龟裂z在硅片上延伸的局部裂隙。成因z硅片在衬底制备和外延工艺过程中由于局部受力过度所致，见图20图1x 1 图2x 1 样品制备和观察参考1.1和2.1样品制备和观察参考1.1和2.1中华人民共和国第四机械工业部发布1 9 80年6月3日批准共15页第2页SJ/Z 1610-80 3.1.3刀底:硅片表面与切展走向相同的圆弧状起伏。成因:硅片切割刀展过深或研磨抛光不充分所致。外延前后均会发现，但外延后更为明显，见图3。图3x 1 样品制备和观察参

4、考1.1和2.13.1.4塌边z硅片表面的边缘呈弧状下塌。成因E多由于采用软质材料(长毛绒、呢料等)1，故抛光衬垫时，抛光时间过长等造成，见图4和图5。图4x 1 图5塌边纵断面x 50 样品制备和观察参考1.1和2.1样品制备和观察参考1.1和2.2.13.1.5划底t硅片表面存在的沟槽缺陷。成因t衬底制备和外延工艺过程中，由于操作不慎所造成的机械损伤，见图6和图7。图6x 1 图7x 1200 样品制备和观察参考1.1和2.1样品制备和观察参考1.1和2.2.4SJjZ 1610-80 共15页第3页3.1.6桔皮z大面积起犬不平的粗糙表面。成因z多由于抛光工艺过程控制不当引起。如抛光不足

5、、抛光温度过高或抛光时化学腐蚀速率与机械研磨速率不匹自己等，见图8。3.1.7波纹z硅片表面呈较平绥的条状起伏。成因z机械抛光时，托盘长时间不转或软质抛光衬垫更换不及时都将导致这种缺陷，见图9。图8x 25 图9x 2 样品制备和观察参考1.1和2.2.2样品制备和观察参考1.1和2.13.1.8翘边z外延片边缘翘起。外延层越厚翘起越明显。若衬底片边缘进行适当的倒角井去除损伤将能消除此种缺陷，见图10。图10翘边纵断面x 600 x 2 样品制备和观察参考1.1和2.2.1注:X 600 x 2表示显微镜放大600倍，图片放大2倍。下同。3.2表面凸起缺陷3.2.1棱锥z外延片表面呈规则晶面的

6、突起，多在乳突的顶端，般起源于外延层与衬底交界处。共15页第4页SJ/Z 1610-80 成因z这种缺陷与衬底的取向、生长工艺和衬底表面碳及其它杂质的?占污有关，见图11图140图11x 500 图12x 500 样品制备和观察参考1.1和2.2.1样品制备和观察参考1.1和2.2.1在 图13x 500 图14x 400 样品制备和观察参考1.1和2.2.1样品制备和观察参考1.1和2.2.13.2.2乳突z外延片表面以棱锥体等缺陷为顶端的近似于乳状的突起。成因z与棱锥相似，见图15图18。图15x 1 图16x 100 样品制备和观察参考1.1和2.1样品制备和观察参考1.1和2.2.1S

7、JjZ 1610-80 共15页第5页隘瞌暖融曹vtt;啕:=j:.噎图17x 100 样品制备和观察参考1.1和2.2.1图18x 100 样品制备和观察参考1.1和2.2.13.2.3大亮点z外延片表面明显的，外形不规则的突起颗粒，往往呈现多个生长小平面。其线度般大于100m。成因z多由于衬底清洗不当、生产环境不洁、反应系统不干净、系统漏气或携带气体中杂质颗粒等造成的衬底沾污，在外延过程中生成的多晶颗粒，见图19图22。国19x 1 样品制备和观察参考1.1和2.1图20x 400 样品制备和观察参考1.1和2.2.1图21x 500 样品制备和观察参考1.1和2.2.3图22x 168

8、x 4 样品制备和观察参考1.1和2.2.4共15页第6页SJjZ 1610-80 3.2.4小亮点:线度远比大亮点为小的突起颗粒。成因z与大亮点相似，见图23图27。图23x 200 样品制备和观察参考1，1和2，2.3图25x 200 样品制备和观察参考1，1和2.2，1飞、岳、电图24x 100 样品制备和观察参考1.1和2，2，1飞飞飞毡川、也二黯远也几二号告司图26x 135 样品制备和观察参考1.1和2，2.1图27x 200 样品制备和观察参考1.1和2，2，1SJjZ 1610-80 共15页第7页3.2.5取向平台z外延片靠近边缘处生成的突出小平坦面。成因z偏离面取向的衬底边

9、缘上，处于面的部分，在外延过程中气相抛光时，由于面腐蚀最慢，其它部分腐蚀较快，因而该部分变为升起的小平坦面，外延后即呈此种缺陷，见图28和图29。图28x 2 图29x 100 样品制备和观察参考1.1和2.1样品制备和观察参考1.1和2.2.13.2.6棱脉状缺陷z外延片局部呈长棱状起伏的不完整晶体表面。成因t与衬底取向及外延沉积温度较低有关，见图30图32。图30x 1 图31x 100 样品制备和观察参考1.1和2.1样品制备和观察参考1.1和2.2.1图32x 55 样品制备和观察参考1.1和2.2.1共15页第8页SJjZ 1610-80 3.3表面凹坑缺陷3.3.1雪球z这种缺陷包

10、括球状杂质颗粒及其滚过的凹沟。成因:在外延生民中颗粒物质滚过表面而造成，见图33和图34。 A-AJh 图33x 200 样品制备和观察参考1.1和2.2.1图34X 50 样品制备和观察参考1.1和2.2.13.3.2麻坑t硅片表面直径不等的凹坑，肉眼观察多呈圆形。成因z杂质?占污和衬底杂质分布不均导致的微合金区，在生长温度下形成的熔坑;基座上的沉积硅尖峰与衬底接触处局部温度过高或外延片表面突起颗粒的脱落等，见图35图390图35x 1 样品制备和观察参考1.1和2.1图36x 500 样品制备和观察参考1.1和2.2.1图37x 200 x 2 样品制备和观察参考1.1和2.2.3图38x

11、 1 样品制备和观察参考1.1和2.1页9 共15页第SJjZ 1610-80 ，;吨、图39x 135 样品制备和观察参考1，1和2.2.13.3.3月牙z外延片表面上按一定取向延伸且具有-定弧度的长形浅坑。成因z与衬底的表面缺陷有关，通常依附于层错，见图40和图41。一目喃孟晶品J川，_，;. 图41x 400 样品制备和观察参考1.1和2.2.1图40x 100 样品制备和观察参考1.1、和2.2.1由于系统内气氛中含有机3.4雾状表面缺陷3.4.1花雾z外延片呈边界较为清晰的多种花样的云雾状表面。成因z物、水、氮、氧量较高并与外延生长工艺控制不当有关，见图42图47。a有血?he.-、

12、r-u户町、泞JJ-d1、JI-价-itd气必714at1i1 、矶PU7户卢 i -Le-An-、山1hVMU-vav-h，13四川HBr-r门，、，i-.J4Jh pil-P、-AFLtdTJ巳勘U ，作hf，飞产-a，jpJ飞吨4ph-JF、BEV.a1; : 现导电. 、甘苦、号子、4、;飞、豆、皂、1;.1、飞鸭、酷性v、I、吐飞、J人、马飞、二、-、同.i . 图55x 100 样品制备和观察参考1.1和2.2.1共15页第12页SJ/Z 1610-80 3.4.4残迹:硅片表面清洗不当留下的残余物(如试剂残迹、水中的悬浮物等), 57。图56x 100 样品制备和观察参考1.1和

13、2.2.13.5晶格缺陷飞，、飞、. w . 图57x 100 . ，川, 样品制备和观察参考1.1和2.2.1见图56和图3.5.1雾清z外延片经希尔腐蚀液处理后呈多种形态的雾状表面，其微观形态为三角形、点状、杆状等平底浅坑，是外延片的微缺陷。成因z与衬底片晶格表面损伤和外延工艺中杂质沾污等有关，见图58图62。图58x 1 样品制备和观察参考1.2.1和2.1图60x 5000 图61x 640 样品制备和观察参考1.2.1和2.2.3样品制备和观察参考1.2.1和2.2.3SJ/Z 1610-80 共15页第13页图62x 400 样品制备和观察参考1.2.1和2.2.13.5.2堆垛层

14、错t简称层错。它随着外延层的生长而生长，在晶向的外延片中，可形成一、二或三边的四面体层错区，在晶体表面看起来象等边三角形的-、二或三边。成因E与衬底片的表面机械损伤、外延工艺中的杂质沽污和携带气体(氢气)中含氧、氮、水汽等量大有关，见图63和图A 6 A A A A 图63x 450 样品制备和观察参考1.2.1和2.2.1图64x 450 样品制备和观察参考1.2.1和2.2.13.5.3位错z经希尔腐蚀被处理后显示出的三角形蚀坑，它与单晶材料中位错形态相一致。成因z与硅单晶衬底片位错的增殖和外延工艺过程中的热应力、杂质掺入等有关，见图65末日图66。图65x 600 样品制备和观察参考1.

15、2.2和2.2.1鑫图66x 100 样品制备和观察参考1.2.2和2.2.1共15页第14页SJ/2 1610二80注:不同晶向外延片中层、位错形态见附录。3.5.4滑移线z硅片表面用肉眼观察到的直线性条纹。经希尔腐蚀被处理后呈直线性位错排列。成因z是衬底片制备和外延工艺过程中所造成的热应力、机械应力使位错产生滑移运动的结果，见图67和图68。岛图67X2.5 岛也. 也也也毡也也毡. 4且主S 电JA t: 图68x 200 也也忌样品制备和观察参考1.2.2和2.j 样品制备和观察参考1.2. 2和2.2.13.5.5星形条纹=硅片表面用肉眼观察到的多条交叉排列的六角星形捐移线。通常只能

16、看到其中的一角或多角。用希尔腐蚀液处理后可在硅片表面显示与条纹相一致的位错排列。成因z与滑移线相似，见图69。图69x 1 样品制备和观察参考1.2.2和2.2.1SJjZ 1610-80 共15页第5页附录1. 晶向外延片层锚、位错形态。品飞、弘-一一一一附图1层错x 200 样品制备和观察参考标准正文1.2，1和2，2，1附图2位错x 800 样品制备和观察参考标准正文1，2，2和2，2，12. 晶向外延片层错、位错形态。喃b 、附图3层错x 35 x4 样品制备和观察参考标准正文1，2，1和2，2，1附图4位错x 210 x 4 样品制备和观察参考标准正文1，2，2和2，2，1CM队1lCEFhn-v 中华人民共和国第四机械工业部指导性技术文件硅外延片缺陷图集SJ/Z 1610-80 来技术标准出版社出版(北京复外三里河技术标准出版社秦皇岛印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售来开本787x 1092 1/11 印张17/11 字数3.0001981年5月第一版1981年5月第一次印刷印数1-4，000朱定价0.60元书号:15169. 2-3826 司展目科技新书192-96