GBT-碳化硅外延片編制說明

PAGEPAGE8國家標(biāo)準(zhǔn)《碳化硅外延片》（送審稿）編制說明工作簡況立項目的和意義碳化硅外延片具有寬禁帶、高擊穿電場、高飽和漂移速率、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異的電學(xué)性能，特別適用于制作大功率、高頻、高溫及抗輻射電子器件，在太陽能風(fēng)能發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、電動汽車等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。世界各國均將碳化硅材料作為第三代半導(dǎo)體戰(zhàn)略發(fā)展的首選對象，美國更是對我國實行碳化硅材料全面禁運封鎖。碳化硅電力電子技術(shù)顯著的性能優(yōu)勢以及巨大的潛在市場，特別是上升到國家產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略層面的國策，推動了國內(nèi)多家碳化硅材料和器件研制單位進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。我國的碳化硅材料已經(jīng)發(fā)展多年，被認(rèn)定是最有可能實現(xiàn)彎道超車、領(lǐng)先國際同行的先進(jìn)半導(dǎo)體材料。國內(nèi)碳化硅外延片的制備技術(shù)發(fā)展迅速，已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，具備制定碳化硅外延片產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)，迫切需要出臺碳化硅外延片產(chǎn)品相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范碳化硅外延片的各項技術(shù)指標(biāo)，確保國內(nèi)碳化硅外延片整體的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化水平緊緊跟隨國際發(fā)展趨勢。任務(wù)來源根據(jù)《國家標(biāo)準(zhǔn)委關(guān)于下達(dá)2022年第一批國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃的通知》（國標(biāo)委綜合[2022]17號）的要求，由南京國盛電子有限公司（以下簡稱“國盛公司”）負(fù)責(zé)《碳化硅外延片》的編制，項目計劃編號：20220134-T-469，計劃于2024年完成。項目承擔(dān)單位概況國盛公司成立于2003年，是中國電科半導(dǎo)體材料公司控股的國有企業(yè)。國盛公司引進(jìn)國際最新型的碳化硅外延生產(chǎn)線和各種高端檢測設(shè)備，依托母公司中國電科集團(tuán)完整的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈和尖端的研發(fā)技術(shù)，是國內(nèi)早期能提供產(chǎn)業(yè)化3、4英寸碳化硅外延片的生產(chǎn)商，成功研制了高性能的6英寸碳化硅外延片，成為國際上僅有的幾家6英寸碳化硅外延片生產(chǎn)商之一，產(chǎn)品性能滿足3-6英寸碳化硅外延片產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的供片要求，填補了國內(nèi)市場空白，相關(guān)系列產(chǎn)品分別獲得了2015年、2017年中國電子材料創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)獎，為國內(nèi)碳化硅器件芯片完成由研發(fā)階段向批量生產(chǎn)過渡做出了重要貢獻(xiàn)。具備編制本標(biāo)準(zhǔn)的能力和資質(zhì)。南京盛鑫半導(dǎo)體材料有限公司是國盛公司的全資子公司，該公司總投資###億人民用于碳化硅外延片產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計全年可產(chǎn)出碳化硅外延片###萬片。主要工作過程2022年10月，南京國盛電子有限公司接到《碳化硅外延片》國家標(biāo)準(zhǔn)正式下達(dá)計劃后，組建了由南京國盛電子有限公司、南京盛鑫半導(dǎo)體材料有限公司、廣東天域半導(dǎo)體股份有限公司、北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司、中環(huán)領(lǐng)先半導(dǎo)體材料有限公司等公司專家成立的標(biāo)準(zhǔn)編制組。編制組詳細(xì)討論并認(rèn)真填寫了標(biāo)準(zhǔn)制定項目任務(wù)落實書，廣泛調(diào)研收集整理了國內(nèi)外與本標(biāo)準(zhǔn)項目相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、論文、專著等文獻(xiàn)資料，結(jié)合目前碳化硅外延片的客戶端產(chǎn)品質(zhì)量需求情況，于2023年3月完成了標(biāo)準(zhǔn)討論稿。2023年3月，由全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會材料分會主持在廣東省深圳市召開了《碳化硅外延片》標(biāo)準(zhǔn)的第一次會議，共有廣東天域半導(dǎo)體股份有限公司、北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司、中環(huán)領(lǐng)先半導(dǎo)體材料有限公司、山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司等24家單位的35名專家參加了本次會議，與會專家對編制組提交的討論稿進(jìn)行了認(rèn)真、熱烈的討論，對該標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要點和內(nèi)容質(zhì)量進(jìn)行了充分的討論，并提出了相應(yīng)修改意見。會后，標(biāo)準(zhǔn)編制組根據(jù)與會專家意見，結(jié)合目前行業(yè)的實際情況，充分考慮行業(yè)的可操作性，對標(biāo)準(zhǔn)討論稿進(jìn)行修改，形成了征求意見稿，并廣泛發(fā)函征求意見，具體見意見匯總處理表。2023年8月，編制組根據(jù)征集的意見對標(biāo)準(zhǔn)稿進(jìn)行修改后形成了預(yù)審稿。2023年9月12日，由全國半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會組織，在江蘇省如皋市召開《碳化硅外延片》標(biāo)準(zhǔn)第二次工作會議（預(yù)審），共有廣東天域半導(dǎo)體股份有限公司、中環(huán)領(lǐng)先半導(dǎo)體材料有限公司、廣東先導(dǎo)稀材股份有限公司等26家單位36位專家參加了本次會議。與會專家對標(biāo)準(zhǔn)資料從標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容和文本質(zhì)量等方面進(jìn)行了充分的討論。會上對編制組提交的預(yù)審稿達(dá)成修改意見，具體見意見匯總表（提出單位為預(yù)審會）。會后，標(biāo)準(zhǔn)編制組根據(jù)預(yù)審會的要求對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，形成了送審稿。標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及起草工作本標(biāo)準(zhǔn)編制組起草人均從事碳化硅外延行業(yè)多年，有豐厚的產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)驗。起草人的工作包括收集和整理相關(guān)文獻(xiàn)資料，制備不同規(guī)格的樣品，撰寫標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)文件等。標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)起草單位自接受起草任務(wù)后，成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組負(fù)責(zé)收集生產(chǎn)統(tǒng)計、檢驗數(shù)據(jù)、市場需求及客戶要求等信息，初步確定了《碳化硅外延片》標(biāo)準(zhǔn)起草所遵循的基本原則和編制依據(jù)：查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)外客戶的相關(guān)技術(shù)要求；根據(jù)國內(nèi)碳化硅外延片生產(chǎn)企業(yè)的具體情況，力求做到標(biāo)準(zhǔn)的合理性、實用性與先進(jìn)性；按照GB/T1.1的要求格式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行編寫。確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合我國行業(yè)內(nèi)碳化硅外延片的實際生產(chǎn)和使用情況，考慮碳化硅外延片的發(fā)展和行業(yè)現(xiàn)狀制定而成。主要內(nèi)容是各項技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)、公式、性能要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝運輸?shù)?。碳化硅外延片的關(guān)鍵評判指標(biāo)，具體有：碳化硅單晶拋光片的質(zhì)量要求、碳化硅外延層的電阻率和允許偏差、厚度及厚度變化、徑向電阻率變化、碳化硅外延層緩沖層、正/背表面質(zhì)量、晶格缺陷、幾何參數(shù)、表面顆粒、金屬離子雜質(zhì)沾污等。本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的碳化硅外延片主要用于制作碳化硅電力電子器件。主要內(nèi)容產(chǎn)品分類碳化硅外延片按導(dǎo)電類型分為n型和p型。n型碳化硅外延層摻雜元素為氮，p型碳化硅外延層摻雜元素為鋁。目前碳化硅電力電子器件采用導(dǎo)電型碳化硅外延片，基本都是n型碳化硅單晶拋光片上生長碳化硅同質(zhì)外延層，p型碳化硅外延片和多層碳化硅外延片比較稀少。本標(biāo)準(zhǔn)中碳化硅外延片按直徑尺寸分為76.2mm、100mm、125mm、150mm、200mm。結(jié)合目前國內(nèi)外碳化硅材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，刪除了直徑為50.8mm的2寸碳化硅外延片；考慮目前直徑為200mm的8寸碳化硅外延片已初步具備產(chǎn)業(yè)化能力，本次標(biāo)準(zhǔn)中將其納入，待8寸碳化硅材料及其應(yīng)用成熟后，可對本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)修訂。碳化硅外延片按晶型分為4H<0001>、6H<0001>，目前碳化硅電力電子器件用碳化硅外延片全部為4H<0001>晶型。技術(shù)要求3.2.1碳化硅外延片用襯底材料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)用碳化硅單晶襯底片對包括合格質(zhì)量區(qū)要求、幾何參數(shù)、表面取向及偏離、基準(zhǔn)標(biāo)記、缺陷密度、表面質(zhì)量等要求均較高，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定涉及的技術(shù)參數(shù)均不得低于GB/T30656中工業(yè)級（P級）的規(guī)定，其中碳化硅單晶襯底片的電阻率應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1碳化硅單晶襯底片的電阻率導(dǎo)電類型晶型電阻率(Ω?cm)電阻率徑向不均勻性直徑76.2mm直徑100.0mm直徑150.0mm直徑200.0mmn型4H0.015~0.028≤5%≤10%≤15%≤15%3.2.1外延層參數(shù)導(dǎo)電類型碳化硅外延層的導(dǎo)電類型為n型、p型。n型外延層摻雜元素為氮，p型外延層摻雜元素為鋁。載流子濃度碳化硅外延層載流子濃度值為中心點和至少一條半徑上多點載流子濃度測量值的平均值。N型碳化硅外延片的外延層載流子濃度及其允許偏差、徑向載流子濃度變化與外延層厚度的關(guān)聯(lián)性比較大，應(yīng)符合表2的規(guī)定。p型碳化硅外延片和多層碳化硅外延片目前很少有大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，表2中未作詳細(xì)分解，待該部分技術(shù)、產(chǎn)品成熟后再做完善與修改。表2外延層載流子濃度允許偏差及其徑向載流子濃度變化導(dǎo)電類型載流子濃度（cm-3）外延厚度（μm）要求直徑76.2mm直徑100mm直徑150mm直徑200mmn型5E13～1E19≥0.2μm，≤20μm載流子濃度允許偏差±10%±10%±15%±15%＞20μm，≤50μm±15%±15%±20%±20%＞50μm，≤100μm±25%±25%±30%±30%≥0.2μm，≤20μm徑向載流子濃度變化（CV）≤5%≤5%≤8%≤10%＞20μm，≤50μm≤7%≤7%≤10≤15%＞50μm，≤100μm≤10%≤10%≤15%≤15%P型5E13～1E19≥0.2μm，≤100μm載流子濃度允許偏差±50%徑向載流子濃度變化（CV）≤25%多層外延層/≥0.2μm，≤100μm載流子濃度允許偏差±50%徑向載流子濃度變化（CV）≤25%外延層厚度碳化硅外延層厚度值為中心點和至少一條半徑上多點厚度測量值的平均值。碳化硅外延層厚度及其允許偏差、徑向厚度變化應(yīng)符合表3的規(guī)定。表3表3外延層厚度允許偏差及其徑向厚度變化外延厚度（μm）要求直徑76.2mm直徑100mm直徑150mm直徑200mm1-150厚度允許偏差±5%±5%±10%±10%徑向厚度變化（TV）≤2%≤2%≤5%≤8%緩沖層p型碳化硅外延層一般無緩沖層要求，n型碳化硅外延層的緩沖層要求見表4。如需方對緩沖層有特殊要求，也可由供需雙方協(xié)商確定。表4緩沖層要求外延厚度μm緩沖層濃度cm-3緩沖層厚度μm＜20μm1E18±25%0.5±10%≥20μm1E18±25%1.0±10%3.2.3晶格完整性碳化硅外延層的晶格缺陷包括3C夾雜物、彗星尾、硅滴、臺階聚集、多型、微管、三角型缺陷、胡蘿卜缺陷、梯形缺陷等外延層缺陷，具體規(guī)格要求見表5表5晶格缺陷序號檢驗項目要求直徑76.2mm直徑100mm直徑150mm直徑200mm1微管密度（個/平方厘米）≤0.2≤0.2≤0.2≤0.22層錯/條形層錯（個/平方厘米）≤5≤5≤5≤103基平面位錯（個/平方厘米）≤0.5≤0.5≤0.5≤0.54胡蘿卜缺陷（個/平方厘米）≤0.5≤0.5≤0.5≤0.55三角形缺陷（個/平方厘米）≤0.5≤0.5≤0.5≤0.56梯形缺陷（個/片）≤10≤10≤10≤107彗星缺陷（個/片）≤10≤10≤10≤108掉落物（個/平方厘米）≤1≤1≤1≤19劃痕/劃傷（mm）累計長度≤76.2累計長度≤100.0累計長度≤150.0累計長度≤200.010凹坑/凸起（個/片）≤10≤10≤10≤10113C夾雜物無無無無12臺階聚集（nm）累計長度≤76.2累計長度≤100.0累計長度≤150.0累計長度≤200.03.2.4表面質(zhì)量碳化硅外延片正表面缺陷要求的區(qū)域為直徑76.2mm邊緣去除2mm，直徑100mm、150mm、200mm邊緣去除3mm。正表面質(zhì)量應(yīng)符合表6的規(guī)定。表6正表面質(zhì)量序號檢驗項目要求直徑76.2mm直徑100mm直徑150m直徑200mm1崩邊/缺口/溝槽無無無無2橘皮/裂紋/疵點/條紋/多晶型區(qū)域無無無無3沾污無無無無4顆粒（≥1μm）≤100個≤200個≤300個≤400個碳化硅外延片的背表面應(yīng)顏色均勻一致，背表面質(zhì)量要求由供需雙方協(xié)商確定。3.2.5表面粗糙度碳化硅外延片正面的表面粗糙度應(yīng)符合表7的規(guī)定。表7表面粗糙度檢驗項目要求直徑76.2mm直徑100mm直徑150mm直徑200mm表面粗糙度0.2μm≤外延層厚度≤20μm≤0.2nm≤0.2nm≤0.2nm≤0.2nm20μm＜外延層厚度≤50μm≤0.4nm≤0.4nm≤0.4nm≤0.4nm50μm＜外延層厚度≤100μm≤0.8nm≤0.8nm≤0.8nm≤0.8nm注1：表面粗糙度掃描范圍為10μm×10μm，采用Ra值即平均粗糙度。注2：外延層厚度在100μm以上和多層結(jié)構(gòu)的表面粗糙度由供需雙方協(xié)商決定。3.2.7幾何參數(shù)碳化硅外延片的幾何參數(shù)應(yīng)符合表8的規(guī)定。表8幾何參數(shù)序號項目要求直徑76.2mm直徑100mm直徑150mm直徑200mm1總厚度變化TTV（μm）≤10≤10≤10≤102局部厚度變化SBIR/LTV（μm）≤3≤3≤3≤33翹曲度WARP（μm）≤50≤50≤50≤504彎曲度（絕對值）BOW（μm）±35±35±35±353.2.8表面金屬碳化硅外延片表面金屬雜質(zhì)離子，包括不限于鈉、鋁、鉀、鈣、鈦、鐵、鎳、銅、鋅、鉻等含量均應(yīng)不高于5×1010atoms/cm2。3.2.9其他需方對產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的特殊要求，可由供需雙方協(xié)商確定并在訂貨單中注明。標(biāo)準(zhǔn)水平分析碳化硅外延片目前尚無相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)是新制定的國家標(biāo)準(zhǔn)，主要目的是規(guī)范和統(tǒng)一碳化硅外延片的相關(guān)性能項目，便于采購訂單制定和生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品需求和標(biāo)準(zhǔn)的識別。本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。與我國有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和相關(guān)強制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系。本標(biāo)準(zhǔn)與國家現(xiàn)行法律、法規(guī)和相關(guān)強制性標(biāo)準(zhǔn)不存在相違背和抵觸的地方