GB/T 47625-2026 精细陶瓷 平行光束X射线衍射法测定单晶薄膜(晶圆)结晶质量

ICS8106030

CCSQ.30.

中华人民共和国国家标准

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

精细陶瓷平行光束X射线衍射法测定

单晶薄膜晶圆结晶质量

()

Fineceramics—Testmethodforcrystallinequalityofsingle-crystalthinfilm

waferusinXRDmethodwitharallelX-rabeam

()gpy

ISO222782020Fineceramicsadvancedceramicsadvancedtechnical

[:,(,

ceramics—Testmethodforcrstallineualitofsinle-crstalthin

)yqygy

filmwaferusinXRDmethodwitharallelX-rabeamIDT

()gpy,]

2026-05-25发布2026-12-01实施

国家市场监督管理总局发布

国家标准化管理委员会

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

目次

前言

…………………………Ⅲ

引言

…………………………Ⅳ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

基本原理

4…………………3

仪器装置

5…………………3

示意图

5.1………………3

射线发生器

5.2X………………………4

射线反射镜

5.3X………………………4

单色器

5.4………………4

样品台

5.5………………5

测角仪

5.6………………5

探测器

5.7………………5

仪器校准

5.8……………5

样品制备

6…………………5

测试方法和步骤

7…………………………5

光学器件对准

7.1………………………5

样品对准

7.2……………6

调整测角仪初始位置

7.3………………7

测角仪Φ和χ轴的微小位置调整和ω扫描

7.4()……………………9

单晶薄膜晶圆结晶质量测量方法

7.5()………………16

数据分析

8…………………18

测试报告

9…………………18

附录资料性单晶薄膜晶圆上对称和非对称衍射的晶面间距dθχ值倾角和相对理想

A()SiC()、2、()

强度示例

………………20

附录资料性单晶薄膜晶圆上对称衍射和非对称衍射的晶面间距dθχ值倾角和相对理想

B()()、2、()

强度计算方法

…………22

概述

B.1…………………22

晶面间距d和θ的计算方法

B.22……………………22

单晶测量峰χ值倾角的计算方法

B.3()……………23

确定相对理想强度和结构因子的方法

B.4……………24

附录资料性实验室间测试结果

C()……………………25

参考文献

……………………27

Ⅰ

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件等同采用精细陶瓷先进陶瓷先进技术陶瓷平行光束射线衍射法

ISO22278:2020《(、)X

测定单晶薄膜晶圆结晶质量

()》。

本文件做了下列最小限度的编辑性改动

:

为与现有标准协调将标准名称改为精细陶瓷平行光束射线衍射法测定单晶薄膜晶

———,《X(

圆结晶质量

)》;

增加了φ角的定义见附录

———“”(B);

增加了七大晶系的晶格参数约束条件见附录

———(B)。

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专利的责任

。。

本文件由中国建筑材料联合会提出

。

本文件由全国工业陶瓷标准化技术委员会归口

(SAC/TC194)。

本文件起草单位深圳职业技术大学深圳市速普仪器有限公司昆明理工大学季华实验室中材

:、、、、

新材料研究院广州有限公司中材高新材料股份有限公司上海超硅半导体股份有限公司山东工业

()、、、

陶瓷研究设计院有限公司中国质量标准出版传媒有限公司绍兴芯纪源电子科技有限公司京隆科技

、、、

苏州有限公司深圳市东汇精密机电有限公司深圳市防伪溯源协会

()、、。

本文件主要起草人赵升升张小波包亦望谭晓逸白敬胜万德田王增辉王红英宋小平

:、、、、、、、、、

王邃王洪升裴郁吴春生李俊克张萌王陶张亚萍何彩梅张旭亮招刚骆丽平

、、、、、、、、、、、。

Ⅲ

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

引言

单晶体在众多领域中有重要应用如制作珠宝的合成宝石固态激光器的激光晶体等在某些应用

,,。

中陶瓷材料被制备成单晶体当单晶体作为薄膜生长的基体时其晶体完整性很重要如蓝宝石上生

,。,,

长镓薄膜或单晶体上生长超导薄膜宽禁带半导体如碳化硅和氮化镓由于其优异的特性

。(SiC)(GaN)

例如高临界电场下击穿电压比硅至少高倍或导通电阻比硅小倍在电子领域应用中引起了

(,,10100),

广泛关注使其成为未来高功率高频半导体器件的优势替代材料在光学应用中单晶体材料能最大

,、。,

限度减少能量的散射或吸收如红宝石和钇铝石榴石作为激光晶体石英和蓝宝石作为光学窗

,(YAG),

口单畴单晶的压电材料可获得最优性能如石英此外陶瓷单晶的光学电学磁性或机械性能还应

。,。,、、

用于其他多个领域

。

自年晶圆商业化以来单晶晶圆的直径在不断增加在过去的年中晶体缺陷已大大减少

1990,,15,。

商用器件已有应用但广泛的使用取决于生产商制造大型廉价无缺陷材料的供应能力

,、、。

迄今为止测定单晶薄膜缺陷的方法有很多种测量大面积如单晶薄膜的结

,,(2inch、4inch、6inch)

晶质量平均晶体缺陷程度最典型的方法是平行光束射线衍射法但该方法操作过程易产生

()X(XRD),

较大误差例如分析结果会受用户测试过程条件或样品预处理的影响而产生很大差异因此制定一

。,、,

个通用的测定方法标准是非常必要的

。

Ⅳ

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

精细陶瓷平行光束X射线衍射法测定

单晶薄膜晶圆结晶质量

()

1范围

本文件描述了采用平行光束射线衍射法测定单晶薄膜晶圆结晶质量的方法

X()。

本文件适用于所有块体或外延层结构的单晶薄膜晶圆使用光束射线衍射法的结晶质量的

()X

测定

。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件

。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件

。

31

.

单晶single-crystal

所有区域具有相同原子排列的晶体材料

。

32

.

斜切角off-cutangle

单晶薄膜中特定晶面与单晶表面形成的夹角

。

注在单晶薄膜晶圆的外延生长过程中斜切角是决定薄膜生长行为的关键条件

:(),。

33

.

化学机械抛光chemicalmechanicalpolishingCMP

;

通过化学溶液或研磨颗粒组成的浆料产生的化学作用和研磨机的机械作用相结合使样品表面平

,

整的工艺

。

34

.

布拉格衍射方程Braggdiffraction

入射光的波长λ晶面间距d入射光线与衍射晶面间的夹角θ的关系

、、。

注见公式

:(1):

dθnλ

2·sin=·…………(1)

式中

:

d晶面间距单位为纳米

———,(nm);

θ入射光线与衍射晶面间的夹角单位为度

———,(°);

λ入射光的波长单位为纳米

———,(nm);

n衍射级数整数

———()。

35

.

平行光束parallelX-raybeam

通过使用索拉狭缝分析晶体或射线反射镜对入射光线或衍射光线进行准直后获得的入射

、X,

光线

。

1

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

注相比于聚焦光束平行光束不受样品条件如表面粗糙度和光学系统几何限制如机械焦圈的偏差的影响

:,()()。

36

.

狭缝slit

控制射线尺寸和光通量的装置

X。

37

.

对称衍射symmetricdiffraction

样品表面与布拉格衍射平行的状态

。

38

.

非对称衍射asymmetricdiffraction

样品表面与布拉格衍射不平行的状态

。

39

.

2θ角2theta

θ

2

入射射线延长线与衍射线的夹角

X。

310

.

ω角omega

ω

入射射线与样品表面之间的夹角

X。

311

.

χ角chi

χ

以样品所在平面和射线源入射光线及探测器所在平面的交线为轴线旋转样品的倾角

X、,。

注根据设备制造商的不同也定义为角

:,φ。

312

.

Φ角phi

Φ

绕样品标称表面法线的旋转角度

。

313

.

XYZ坐标系XYZcoordinatesystem

、、、、

正交坐标系其中X为样品平面内的方向当Φ时平行于入射光束Y为样品平面内的方向当

,,=0,,

Φ时垂直于入射光束Z为样品平面的法线方向

=0,。

314

.

平坦区flatzone

用以辨别薄膜晶圆结构方向的平坦区域

()。

注由于晶圆的晶体结构非常精细肉眼无法辨别因此以平坦区定位

:,,。

315

.

摇摆曲线rockingcurveRC

;

ω摇摆

ω扫描

在单晶特定晶面上满足最佳布拉格衍射条件时衍射峰值强度和半高宽随ω角的变化

,,(FWHM)。

注它通常是反映样品结晶质量的指标

:。

316

.

结晶质量crystallinequality

基于样品中不同缺陷程度如位错密度马赛克展宽曲率取向偏差及不均匀性的摇摆曲线半高

(、、、)

2

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

宽值

(FWHM)。

317

.

角秒arcsecond

摇摆曲线值的单位度角的

FWHM,11/3600。

4基本原理

本文件的目的是降低单晶质量评估的测量误差为了评估生长在特定晶体平面上的单晶薄膜晶

。(

圆与布拉格衍射条件符合情况应对射线进行研究利用射线角度的微小变化或样品位置的微

),X。X(

小变化可获得单晶内部的缺陷信息如位错密度马赛克展宽曲率取向差和不均匀性在一个近

),(、、、)。

乎完美的晶体中晶面间距和晶面排列高度一致所以大部分衍射都是发生在每个晶面的同一个角度

,,

θ上因此产生非常窄的衍射峰相反缺陷较多的单晶体则产生较宽的衍射峰

(2),。,。

5仪器装置

51示意图

.

平行光束射线衍射仪配置示意见图

X1。

3

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

标引说明

:

射线光源

1———X;

射线反射镜

2———X;

入射射线

3———X;

样品

4———;

衍射射线

5———X;

射线反射镜

6———X;

狭缝

7———;

探测器

8———;

罗兰圆

9———;

θ入射射线延长线与衍射线的夹角

2———X;

ω入射射线与样品表面之间的夹角

———X;

Φ绕样品标称表面法线的旋转角度

———;

χ以样品所在平面和射线源入射光线及探测器所在平面的交线为轴线旋转样品的倾角

———X、,。

图1平行光束X射线衍射仪配置示意图

52X射线发生器

.

产生特定强度射线的装置

X。

53X射线反射镜

.

使由射线发生器产生的发散光束变为平行光束的装置或通过调节狭缝控制到达单色器的射

X,X

线光束数量

。

注由于射线反射镜只与衍射峰强度有关与光束的分辨率无关所以可不使用此装置

:X(),。

54单色器

.

将射线反射镜产生的平行光束单色化以得到特定分辨率的装置在分析中选择合适的

X。XRD,

单色器至关重要如果样品的结晶质量摇摆曲线的半高宽与单色器的分辨率相近则应选具有

。[(RC)],

4

GB/T47625—2026/ISO222782020

:

更高分辨率的单色器进行测量因为单色器的分辨率很可能低于单晶体的结晶质量摇摆曲线的半

,(

高宽

)。

注射线来自射线管有KαKαKβ等多种波长例如如果靶材是则Kαλ

:X(X)1、2、。,Cu,Cu1(=0.154056nm),

Kαλ和Kβλ的发射比例为由于Kβ的波长与其他射线

Cu2(=0.154439nm)Cu(=0.139221nm)10∶5∶2。

KαKα的波长有很大的差异Kβ射线可用薄过滤器过滤掉然而由于Kα和Kα的波长近似无法通

(1、2)