ICS 29.045 H80 中华人民共和国国家标准 GB/T 1554—2009 代替GB/T1554—1995 硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法 Testing method for crystallographic perfection of silicon by preferential etch techniques 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 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T1554—2009 前言 本标准代替GB/T1554一1995《硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法》。 本标准与GB/T1554一1995相比，主要有如下变化： 增加了“本方法也适用于硅单晶片”； 一增加了“术语和定义”、“干扰因素”章； 一第4章最后一句将“用肉眼和金相显微镜进行观察”修改为“用目视法结合金相显微镜进行 观察”； 配方；并将各种试剂和材料的含量修改为等级；增加了重量比分别为50%CrO，和10%CrO 标准溶液的配比；增加了晶体缺陷显示常用的腐蚀剂对比表；依据SEMIMF1809-0704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； 第9章将原GB/T1554一1995中“（111）面缺陷显示”中电阻率不小于0.2Q·cm的试样腐 蚀时间改为了10min～15min；“（100）面缺陷显示”中电阻率不小于0.22·cm的试样和电 阻率小于0.2α·cm的试样腐蚀时间全部改为10min～15min；增加了（110）面缺陷显示；增 加了对重掺试样的缺陷显示；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： GB1554—1979,GB/T1554—1995。 —GB4057—1983 I GB/T1554—2009 硅晶体完整性化学择优腐蚀检验方法 1范围 本标准规定了用择优腐蚀技术检验硅晶体完整性的方法。 本标准适用于晶向为<111)、<100）或<110）、电阻率为10-3α：cm～1042·cm、位错密度在 0cm-2~10°cm-²之间的硅单晶锭或硅片中原生缺陷的检验。 本方法也适用于硅单晶片。 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/T14264半导体材料术语 YS/T209硅材料原生缺陷图谱 3术语和定义 GB/T14264中规定的术语和定义适用于本标准。 4方法原理 本方法利用化学择优腐蚀显示结晶缺陷。试样经择优腐蚀液腐蚀，在有缺陷的位置被腐蚀成浅坑 或丘，在宏观上可能组成一定的图形，在微观上呈现为分立的腐蚀坑或丘。采用目视法结合金相显微镜 进行观察。 5干扰因素 5.1腐蚀液放置时间过长，有挥发、沉淀物现象出现，影响腐蚀效果。 5.2腐蚀时腐蚀时间过短、位错特征不明显；腐蚀时间过长、腐蚀蚀坑易扩大，表面就粗糙，背景就不清 晰，特征就不明显，位错也不易观察 5.3腐蚀时腐蚀温度高，反应速度就快了，反应物易附在试样表面影响缺陷的观察 5.4腐蚀时，试样的摆放方式对结果的观察也有一定的影响，如果腐蚀时试样竖放在耐氢氟酸容器内， 则可能会在试样表面产生腐蚀槽，影响缺陷的观察。 6试剂和材料 6. 1 三氧化铬，化学纯。 6. 2 氢氟酸，化学纯。 6.3硝酸，化学纯。 6.4乙酸，化学纯。 6.5纯水，电阻率大于10Mα·cm（25℃）。 6.6化学腐蚀抛光液配比：HF：HNO=1：（3～5）（体积比）。 6.7铬酸溶液A：称取500g三氧化铬于烧杯中，用水完全溶解后，移人1000mL容量瓶中，用水稀释 至刻度，混匀。 1 GB/T1554—2009 6.8铬酸溶液B：称取75g三氧化铬于烧杯中，用水完全溶解后，移人1000mL容量瓶中，用水稀释至 刻度，混匀。 6.9三氧化铬标准溶液配比：CrO，：H,O=1：1（质量比）。 6.11Sirtl腐蚀液：铬酸溶液A（6.7）：氢氟酸=1：1（体积比），使用前配置。 6.12Schimmel腐蚀液A：铬酸溶液B(6.8）：氢氟酸=1：2（体积比），使用前配置。 6.13Schimmel腐蚀液B：铬酸溶液B（6.8）：氢氟酸：水=1：2：1.5（体积比），使用前配置。 6.14晶体缺陷显示常用的腐蚀剂见表1。 表1硅的腐蚀剂 腐蚀剂名称 组分 腐蚀时间 说明 1.特别适合（111)方向硅单晶的腐蚀； 铬酸溶液A（6.7）：氢氟酸=1：1（体 2.此液会使（100）表面模糊，故不适合用于 Sirtl腐蚀液 10 min~15 min 积比) (100)方向；3.腐蚀反应时会使得腐蚀液温 度升高，故需注重温度的控制 60 mL HF+60 mL HAc+60 mL H²O+ Wright腐 可显示（100）面位错，显示（100）面旋涡不 30mL铬酸溶液A(6.7)+30mLHNO 20 min 以上 蚀液 充分，背景清晰，选择性好。 2 g Cu(NO,)2 : 3H,0 对p≥0.2α·cm;Schimmel腐蚀液A配 比：铬酸溶液B（6.8）：氢氟酸=1：2（体 Schimmel 腐 积比）； 适用于（100）面位错及氧化缺陷显示。使 10 min~15 min 蚀液 对p<0.2α·cm:Schimmel腐蚀液B配 用时须对腐蚀剂加以震荡。 比：铬酸溶液B(6.8）：氢氟酸：水=1： 2：1.5（体积比） HF: HNO, : CHCOOH=1 : 3 : (8~ 1.同时适合（111)及（100)方向硅单晶表面 Dash腐蚀液 1 μm/min 10) 的腐蚀；2.更加适合P型硅单晶的腐蚀 先将11gK,CrzO,溶解于250mLH,0 1.特别适合（100）方向硅单晶的腐蚀； Secco腐蚀液中（即0.15mol/L),再以1：2的比例与 约1.5 μm/min 2.不适合P+型硅单晶的腐蚀 浓度49%的HF混合 A溶液（5 mL)+B溶液(1 mL）+HzO 1.适合显示（111)面的位错； (49 mL) 2.A溶液和B溶液应预先配制好，使用前 ASTM铜腐 A溶液：H,O（600mL）+HNO 才将这两种液进行混合； 室温4h 蚀液 (300 mL)+28 g[Cu(NO,)z] 3.腐蚀时如果不出现腐蚀坑，则需将表面 B溶液：H,0(1000mL)+1滴1mol/L 磨去10μm厚后重新抛光，并延长腐蚀时 KOH+3. 54 g KBr +0. 708 g KBrO 间至4h以上 6.15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。 6.16研磨材料，采用W20碳化硅或氧化铝金刚砂。 7设备和仪器 7.1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。 7. 2 平行光源：照度1001x~1501x，观察背景为无光泽黑色。 2 GB/T1554—2009 8试样制备 8.1在强光照射下，根据不同的反射光，根据晶体收尾情况及位错线长度，切去晶锭尾部的位错部分， 用于检验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 1mm~3mm。 8.2把取得的试样（重掺试样要用研磨材料研磨）用化学抛光液（6.6）抛光或机械抛光。如果硅片已经 抛光并清洗干净，则按9.1直接进行缺陷腐蚀。 8.3试样待测面应成镜面，要求无划道、无浅坑、无氧化，并经充分清洗 9检测程序 9.1缺陷显示 9.1.1（111)面缺陷显示 将试样待侧面向上放入耐氢氟酸容器内，用足够量的Sirtl腐蚀液（6.11）浸没进行腐蚀，使液面高 出试样约1cm，腐蚀时间（10~15)min。 9.1.2（100）、（110）面缺陷显示 将试样待侧面向上放入耐氢氟酸容器内，用足够量的Schimmel腐蚀液浸没进行腐蚀，使液面高出 样品约2.5cm。电阻率不小于0.22·cm的试样，用Schimmel腐蚀液A（6.12）腐蚀；电阻率小于 0.22·cm的试样，用Schimmel腐蚀液B（6.13）腐蚀。腐蚀时间均为（10～15)min。 9.1.3重掺（111）面（重掺B、重掺As、重掺Sb）缺陷显示 将试样待侧面向上放人耐氢氟酸容器内，用足够量的Sirtl腐蚀液（6.11）浸没进行腐蚀，使液面高 出试样约1cm，腐蚀时间1h。对于重掺B，在腐蚀过程中，当腐蚀15min时，将样品取出冲洗干净，在 白炽灯下观察是否有杂质条纹，再将样品放回腐蚀液中继续腐蚀至1h。 9.1.4重掺（100）面缺陷显示 9.1.4.1重掺B(100)面缺陷显示 腐蚀液配比：三氧化铬标准溶液（6.9）：HF=3：1<体积比）。 腐蚀时间1h。在腐蚀过程中当腐蚀到10min时，将样品取出冲洗干净，在白炽灯下观察是否有杂 质条纹，然后再放入腐蚀液中继续腐蚀。 9.1.4.2重掺As(100）面缺陷显示 腐蚀液配比：三氧化铬标准溶液（6.10）：HF=1：2《体积比）。 腐蚀时间1h。 9.1.4.3腐蚀后试样用水充分清洗干净。 9.2缺陷观测 9.2.2在金相显微镜下观察缺陷