碳化硅外延片表面缺陷的測(cè)試 激光散射法-編制說(shuō)明

碳化硅外延片表面缺陷的測(cè)試激光散射法編制說(shuō)明一、工作簡(jiǎn)況1、立項(xiàng)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(lái)越多的關(guān)注，在電網(wǎng)應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。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(shì)明顯。碳化硅器件在新能源光伏逆變器、新能源汽車(chē)、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(guò)化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行生長(zhǎng)。由于碳化硅特殊性，其缺陷類(lèi)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(tái)階聚集等，這些缺陷都會(huì)對(duì)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(cè)量對(duì)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(lái)源根據(jù)《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2020年第三批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知》（國(guó)標(biāo)委發(fā)[2020]48號(hào)）的要求，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳化硅外延片表面缺陷的測(cè)試顯微可見(jiàn)光法》由安徽長(zhǎng)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(jì)劃編號(hào)20203728-T-469。要求完成時(shí)間2022年。標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中，行業(yè)內(nèi)專(zhuān)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(cè)試激光散射法》，由秘書(shū)處行文上報(bào)至國(guó)標(biāo)委。3.主要起草單位簡(jiǎn)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(zhǎng)飛先進(jìn)半導(dǎo)體有限公司，公司專(zhuān)注于第三代半導(dǎo)體外延晶圓、芯片及模塊封測(cè)的研發(fā)與生產(chǎn)。2018年獲批蕪湖市首批重點(diǎn)研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)，連續(xù)兩年考核為優(yōu)秀。2020年初平臺(tái)被認(rèn)定國(guó)家雙創(chuàng)示范基地支撐關(guān)鍵領(lǐng)域創(chuàng)新平臺(tái)。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(cè)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(cè)試能力。安徽長(zhǎng)飛先進(jìn)半導(dǎo)體有限公司2018年?duì)I業(yè)收入1000萬(wàn)元，研發(fā)投入1004.4萬(wàn)元；2019年?duì)I業(yè)收入725.24萬(wàn)元，研發(fā)投入1946.4萬(wàn)元。公司建有研發(fā)準(zhǔn)備金制度和科研項(xiàng)目管理制度，目前已承擔(dān)蕪湖市科研項(xiàng)目3項(xiàng)。2018年-2020年投入5000萬(wàn)元進(jìn)行碳化硅外延、器件核心技術(shù)的研發(fā)，已開(kāi)發(fā)出4款碳化硅功率器件樣品，開(kāi)發(fā)了碳化硅MOSFET器件的部分關(guān)鍵工藝技術(shù)，開(kāi)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(shí)驗(yàn)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(shí)訓(xùn)基地共建協(xié)議。公司成立以來(lái)，已申報(bào)專(zhuān)利63項(xiàng)（發(fā)明專(zhuān)利38項(xiàng)），現(xiàn)有授權(quán)專(zhuān)利22項(xiàng)（發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng)）。公司實(shí)驗(yàn)室具備溫度沖擊、高加速壽命、功率循環(huán)、機(jī)械沖擊、低溫反向偏壓等功率器件、模塊的可靠性測(cè)試能力，正在申請(qǐng)CNAS認(rèn)證。4.主要工作過(guò)程項(xiàng)目立項(xiàng)后成立了專(zhuān)門(mén)的《碳化硅外延片表面缺陷的測(cè)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(xiě)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(xiě)。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(wú)損光學(xué)測(cè)量方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于同質(zhì)的超過(guò)（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(cè)碳化硅外延片表面進(jìn)行整面掃描，并收集和確定來(lái)自表面的散射光、反射光的信號(hào)強(qiáng)度和位置，與預(yù)設(shè)的已知缺陷的散射光、反射光的信號(hào)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(cè)試原理圖見(jiàn)圖1。2.2.2試樣要求測(cè)量前試樣表面確保無(wú)外來(lái)顆粒物影響。2.2.3測(cè)試程序測(cè)量條件的選擇：選擇晶片尺寸、半徑、轉(zhuǎn)速、分辨率、襯底類(lèi)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(cè)量設(shè)備上，選擇半徑37000-38000作為lighttrain，收集各個(gè)缺陷的特征信號(hào)，同時(shí)對(duì)各個(gè)通道信號(hào)的閾值進(jìn)行設(shè)定，然后對(duì)各個(gè)缺陷的進(jìn)行命名，最后對(duì)各個(gè)缺陷進(jìn)行定義。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容和依據(jù)3.試驗(yàn)情況本標(biāo)準(zhǔn)采用設(shè)備自動(dòng)識(shí)別缺陷類(lèi)型，計(jì)算缺陷密度。參加缺陷測(cè)試設(shè)備自動(dòng)識(shí)別缺陷類(lèi)型，計(jì)算缺陷密度的巡回測(cè)試單位有：蕪湖米格測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)量次數(shù)掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺(tái)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(duì)偏差9.12%7.26%1.46%8.66%7.14%4.00%B企業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)量次數(shù)掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺(tái)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(duì)偏差8.66%9.45%2.44%9.12%6.67%4.17%C企業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)量次數(shù)掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺(tái)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(duì)偏差7.87%4.58%2.33%7.87%3.69%6.19%D企業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試項(xiàng)目外延層缺陷測(cè)量掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺(tái)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(duì)7.53%3.43%1.36%7.87%3.69%2.37%偏差E企業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試項(xiàng)目外延層缺陷測(cè)量掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺(tái)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(duì)7.53%1.71%1.35%7.53%0.00%2.34%偏差從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，單個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值為9.12%，編制組確定單個(gè)測(cè)試單位測(cè)試的重復(fù)性不大于10%。再現(xiàn)性測(cè)試結(jié)果單個(gè)測(cè)試單位重復(fù)性（每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3次）測(cè)試單位掉落物三角形淺三角形胡蘿卜梯形缺陷表面臺(tái)階聚集安徽長(zhǎng)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(duì)偏差8.49%9.13%3.31%7.75%5.21%1.55%從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，單個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大值為9.13%，因此分析得出，該檢測(cè)方法的再現(xiàn)性相對(duì)偏差不大于10%。標(biāo)準(zhǔn)水平分析本標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)達(dá)到國(guó)際一般水平。四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專(zhuān)利的情況本標(biāo)準(zhǔn)中未涉及專(zhuān)利問(wèn)題。預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益等情況本標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)碳化硅外延片測(cè)試方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中，調(diào)研了我國(guó)主要的碳化硅外延片生產(chǎn)企業(yè)，參照國(guó)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(guó)內(nèi)外客戶、市場(chǎng)需求，有利于提高我國(guó)碳化硅外延片產(chǎn)品的質(zhì)量。六、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的情況本標(biāo)準(zhǔn)修訂過(guò)程中未采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)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(shí)，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(guó)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(jiàn)的處理經(jīng)過(guò)和依據(jù)在本標(biāo)準(zhǔn)修訂過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)重大分歧意見(jiàn)。九、標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)的建議說(shuō)明本標(biāo)準(zhǔn)建議作為推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施。十、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措