碳化硅外延片表面缺陷的測試 激光散射法-編制說明

碳化硅外延片表面缺陷的測試激光散射法編制說明一、工作簡況1、立項目的和意義基于碳化硅材料的電力電子器件作為新興的第三代半導(dǎo)體器件的杰出代表，以其優(yōu)越的綜合性能表現(xiàn)正在受到越來越多的關(guān)注，在電網(wǎng)應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的硅器件相比較，碳化硅器件工作電壓、工作頻率可以達(dá)到硅器件的10倍，電流密度達(dá)到硅器件的4倍，功率損耗和裝置體積可減小50%以上，可在200℃高溫工作，可靠性更高，性能優(yōu)勢明顯。碳化硅器件在新能源光伏逆變器、新能源汽車、以及智能電網(wǎng)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。在產(chǎn)業(yè)鏈中，碳化硅外延片處于碳化硅襯底和碳化硅器件之間，主要通過化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行生長。由于碳化硅特殊性，其缺陷類型也不同于其他晶體，主要有滴落物、三角形缺陷、胡蘿卜缺陷、臺階聚集等，這些缺陷都會對后端器件的電學(xué)性能造成影響，比如使器件提前擊穿，產(chǎn)生較大的漏電流等。碳化硅外延片缺陷是影響器件性能的關(guān)鍵因素之一，也是衡量碳化硅外延片質(zhì)量的重要參數(shù)，精確測量對于材料制備有重要的意義，促使行業(yè)健康發(fā)展。2.任務(wù)來源根據(jù)《國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會關(guān)于下達(dá)2020年第三批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計劃的通知》（國標(biāo)委發(fā)[2020]48號）的要求，國家標(biāo)準(zhǔn)《碳化硅外延片表面缺陷的測試顯微可見光法》由安徽長飛先進(jìn)半導(dǎo)體有限公司（原蕪湖啟迪半導(dǎo)體有限公司）牽頭起草，計劃編號20203728-T-469。要求完成時間2022年。標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，行業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為原標(biāo)準(zhǔn)名稱不夠準(zhǔn)確，一致同意將原標(biāo)準(zhǔn)名稱改為《碳化硅外延片表面缺陷的測試激光散射法》，由秘書處行文上報至國標(biāo)委。3.主要起草單位簡況蕪湖啟迪半導(dǎo)體有限公司成立于2018年1月31日，公司于2022年更名為安徽長飛先進(jìn)半導(dǎo)體有限公司，公司專注于第三代半導(dǎo)體外延晶圓、芯片及模塊封測的研發(fā)與生產(chǎn)。2018年獲批蕪湖市首批重點研發(fā)創(chuàng)新平臺，連續(xù)兩年考核為優(yōu)秀。2020年初平臺被認(rèn)定國家雙創(chuàng)示范基地支撐關(guān)鍵領(lǐng)域創(chuàng)新平臺。公司現(xiàn)有員工142人，其中研發(fā)人員96人，研發(fā)人員占比達(dá)67.6%。公司投入14.5億建設(shè)了從碳化硅外延-芯片-模塊封測的垂直一體化生產(chǎn)線，擁有世界先進(jìn)碳化硅外延設(shè)備，具備材料、芯片的全套測試能力。安徽長飛先進(jìn)半導(dǎo)體有限公司2018年營業(yè)收入1000萬元，研發(fā)投入1004.4萬元；2019年營業(yè)收入725.24萬元，研發(fā)投入1946.4萬元。公司建有研發(fā)準(zhǔn)備金制度和科研項目管理制度，目前已承擔(dān)蕪湖市科研項目3項。2018年-2020年投入5000萬元進(jìn)行碳化硅外延、器件核心技術(shù)的研發(fā)，已開發(fā)出4款碳化硅功率器件樣品，開發(fā)了碳化硅MOSFET器件的部分關(guān)鍵工藝技術(shù)，開發(fā)了一款碳化硅MOSFET樣品（1200V，120mΩ）。公司與清華大學(xué)微電子所共同建立了第三代半導(dǎo)體功率與射頻器件聯(lián)合實驗室，與西安電子科技大學(xué)蕪湖研究院簽訂了戰(zhàn)略合作框架及人才實訓(xùn)基地共建協(xié)議。公司成立以來，已申報專利63項（發(fā)明專利38項），現(xiàn)有授權(quán)專利22項（發(fā)明專利3項）。公司實驗室具備溫度沖擊、高加速壽命、功率循環(huán)、機械沖擊、低溫反向偏壓等功率器件、模塊的可靠性測試能力，正在申請CNAS認(rèn)證。4.主要工作過程項目立項后成立了專門的《碳化硅外延片表面缺陷的測試激光散射法》起草工作組，SAC/TC203/SC2激光散射法二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及確定主要內(nèi)容的依據(jù)1.標(biāo)準(zhǔn)編制原則標(biāo)準(zhǔn)的編寫格式按GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的統(tǒng)一規(guī)定和要求進(jìn)行編寫。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容和依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容和適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了同質(zhì)碳化硅外延片表面缺陷的無損光學(xué)測量方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于同質(zhì)的超過（含）2微米厚的碳化硅外延層。2.2標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容與確定依據(jù)2.2.1本標(biāo)準(zhǔn)原理提要本方法利用掃描表面檢查系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束在待測碳化硅外延片表面進(jìn)行整面掃描，并收集和確定來自表面的散射光、反射光的信號強度和位置，與預(yù)設(shè)的已知缺陷的散射光、反射光的信號相比較，得到碳化硅外延片表面的一系列不同直徑尺寸和方向的缺陷總數(shù)和分布。具體測試原理圖見圖1。2.2.2試樣要求測量前試樣表面確保無外來顆粒物影響。2.2.3測試程序測量條件的選擇：選擇晶片尺寸、半徑、轉(zhuǎn)速、分辨率、襯底類型及選擇通道。選取一試樣，選擇相應(yīng)的chunk和transferring。放置試樣到測量設(shè)備上，選擇半徑37000-38000作為lighttrain，收集各個缺陷的特征信號，同時對各個通道信號的閾值進(jìn)行設(shè)定，然后對各個缺陷的進(jìn)行命名，最后對各個缺陷進(jìn)行定義。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容和依據(jù)3.試驗情況本標(biāo)準(zhǔn)采用設(shè)備自動識別缺陷類型，計算缺陷密度。參加缺陷測試設(shè)備自動識別缺陷類型，計算缺陷密度的巡回測試單位有：蕪湖米格測試有限公司，東莞天域半導(dǎo)體材料有限公司、中科院半導(dǎo)體所、浙江芯科半導(dǎo)體有限公司。A企業(yè)測試數(shù)據(jù)測量次數(shù)掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺階聚集162740615262628397132437314071425平均值6.3333328.6666739.666676.6666714.0000025.00000標(biāo)準(zhǔn)差0.577352.081670.577350.577351.000001.00000相對偏差9.12%7.26%1.46%8.66%7.14%4.00%B企業(yè)測試數(shù)據(jù)測量次數(shù)掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺階聚集162541615242730406162537294271423平均值6.666728.000041.00006.333315.000024.0000標(biāo)準(zhǔn)差0.577352.645751.000000.577351.000001.00000相對偏差8.66%9.45%2.44%9.12%6.67%4.17%C企業(yè)測試數(shù)據(jù)測量次數(shù)掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺階聚集173343716262732428152338354471625平均值7.333333.333343.00007.333315.666724.6667標(biāo)準(zhǔn)差0.577351.527531.000000.577350.577351.52753相對偏差7.87%4.58%2.33%7.87%3.69%6.19%D企業(yè)測試數(shù)據(jù)測試項目外延層缺陷測量掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺次數(shù)階聚集173342716242833428152438354371625平均值7.6733.6742.337.3315.6724.33標(biāo)準(zhǔn)差0.57741.15470.57740.57740.57740.5774相對7.53%3.43%1.36%7.87%3.69%2.37%偏差E企業(yè)測試數(shù)據(jù)測試項目外延層缺陷測量掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺次數(shù)階聚集183443716242733428162538344381625平均值7.6733.6742.677.6716.0024.67標(biāo)準(zhǔn)差0.57740.57740.57740.57740.00000.5774相對7.53%1.71%1.35%7.53%0.00%2.34%偏差從試驗數(shù)據(jù)看，單個相對標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值為9.12%，編制組確定單個測試單位測試的重復(fù)性不大于10%。再現(xiàn)性測試結(jié)果單個測試單位重復(fù)性（每個樣品重復(fù)測試3次）測試單位掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺階聚集安徽長飛6.3333328.6666739.666676.666671425米格6.666728416.33331524半導(dǎo)體所7.66666666733.6666742.333337.33333315.6666724.33333芯科7.66666666733.6666742.666677.6666671624.66667東莞天域7.333333.3333437.333315.666724.6667平均值74666641.733337.06665415.2666724.53334標(biāo)準(zhǔn)差0.6055219972.8732421.3824280.5477290.7958270.380061相對偏差8.49%9.13%3.31%7.75%5.21%1.55%從試驗數(shù)據(jù)看，單個相對標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值為9.13%，因此分析得出，該檢測方法的再現(xiàn)性相對偏差不大于10%。標(biāo)準(zhǔn)水平分析本標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計達(dá)到國際一般水平。四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況本標(biāo)準(zhǔn)中未涉及專利問題。預(yù)期達(dá)到的社會效益等情況本標(biāo)準(zhǔn)是我國碳化硅外延片測試方法國家標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，調(diào)研了我國主要的碳化硅外延片生產(chǎn)企業(yè)，參照國內(nèi)其他行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，使制定的標(biāo)準(zhǔn)具有充分的先進(jìn)性、科學(xué)性、廣泛性和應(yīng)用性，完全滿足國內(nèi)外客戶、市場需求，有利于提高我國碳化硅外延片產(chǎn)品的質(zhì)量。六、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的情況本標(biāo)準(zhǔn)修訂過程中未采用國際標(biāo)準(zhǔn)或國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。七、與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套情況本標(biāo)準(zhǔn)屬于半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)體系中的標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)修訂時，要求全面、準(zhǔn)確、科學(xué)、合理。標(biāo)準(zhǔn)的格式和表達(dá)方式等方面完全執(zhí)行了現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)法規(guī)，符合GB/T1.1-2020的有關(guān)要求。本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行的相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。八、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)在本標(biāo)準(zhǔn)修訂過程中沒有出現(xiàn)重大分歧意見。九、標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)的建議說明本標(biāo)準(zhǔn)建議作為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施。十、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措