半導(dǎo)體晶片直徑測量方法編制說明

國家標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體晶片直徑測試方法》編制說明（送審稿）工作簡況1.標(biāo)準(zhǔn)立項目的和意義集成電路產(chǎn)業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體材料是集成電路的基礎(chǔ)，是國家重點發(fā)展和扶持的產(chǎn)業(yè)。本標(biāo)準(zhǔn)適用產(chǎn)品是硅單晶片，屬于半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，是《中國制造2025》中強化工業(yè)基礎(chǔ)能力中的核心關(guān)鍵基礎(chǔ)材料領(lǐng)域。單晶硅產(chǎn)品是重要的半導(dǎo)體材料，可以用于二極管、整流器件、MOS電路、集成電路以及太陽能電池等產(chǎn)品的生產(chǎn)和深加工制造，其后續(xù)產(chǎn)品集成電路和半導(dǎo)體分立器件已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在軍事電子設(shè)備中也占有重要地位。半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展有極大的影響。硅片是生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片所用的載體，是半導(dǎo)體最重要的原材料。目前，硅基半導(dǎo)體材料是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料。直徑是半導(dǎo)體材料最基本的參數(shù)之一，在微電子制造過程中，特別是對于需要固定晶片的工序，晶片直徑是決定器件生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范性和生產(chǎn)效率、成本等的重要指標(biāo)。對于硅片而言，硅片的直徑越大，每一個硅片上可制造的芯片數(shù)量就越多，單位芯片的成本就降低。近年來隨著其他半導(dǎo)體材料如碳化硅、磷化銦等的快速發(fā)展，其尺寸也在迅速增大，如6英寸碳化硅拋光片也已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，這些半導(dǎo)體晶片的測試方法大都是沿用硅片的測試方法，或者在走硅片發(fā)展的相似道路。修訂后標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍擴大，不僅適用于硅片和碳化硅直徑的測試，也適用于其他半導(dǎo)體材料如藍(lán)寶石等圓形晶片直徑的測試。標(biāo)準(zhǔn)在整合修訂過程中將以行業(yè)實際應(yīng)用情況為依據(jù)，確定標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容，從而促進(jìn)半導(dǎo)體材料行業(yè)的發(fā)展。2任務(wù)來源根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會、工業(yè)和信息化部及中國有色金屬工業(yè)協(xié)會的工作要求，按照(國標(biāo)委發(fā)〔2023〕58號)的要求，由麥斯克電子材料股份有限公司負(fù)責(zé)國家標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體晶片直徑測試方法》的修訂工作。計劃編號為20231113-T-469，要求2024年完成。3主要工作過程3.1起草階段本項目在下達(dá)計劃后，組織了專門的標(biāo)準(zhǔn)編制小組收集并翻譯SEMIF2074-0912《硅和其他半導(dǎo)體晶片直徑的測試指南》全文，對原國家標(biāo)準(zhǔn)《硅片直徑測量方法》和GB/T30866-2014《碳化硅單晶片直徑測試方法》全文進(jìn)行了詳細(xì)的研究，根據(jù)國標(biāo)體系優(yōu)化結(jié)論，將GB/T14140-2009和GB/T30866-2014進(jìn)行整合修訂，確定了相應(yīng)的修訂內(nèi)容，于2023年2月完成標(biāo)準(zhǔn)討論稿，提交到全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會材料分技術(shù)委員會秘書處。2023年11月，全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會材料分技術(shù)委員會在浙江麗水組織召開了《半導(dǎo)體晶片直徑測試方法》的討論會，有研半導(dǎo)體硅材料股份公司、杭州中欣晶圓半導(dǎo)體股份有限公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司等31家單位的42名專家參加了會議，與會專家對標(biāo)準(zhǔn)的討論稿認(rèn)真地進(jìn)行了逐字逐句的討論，對本標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要點內(nèi)容和文本質(zhì)量進(jìn)行了充分的討論，會議中專家對標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、規(guī)范性引用文件、干擾因素、試驗步驟等方面提出了修改意見，并提出增加輪廓儀和游標(biāo)卡尺測試方法，根據(jù)麗水會議的要求，編制組對討論稿進(jìn)行了修改和補充，于2024年3月完成了預(yù)審稿及編制說明。3.1征求意見階段2024年4月，全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化委員會材料分技術(shù)委員會在山東濟南組織召開了《半導(dǎo)體晶片直徑測試方法》的預(yù)審會，有研半導(dǎo)體硅材料股份公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、浙江海納半導(dǎo)體股份有限公司、南京國盛電子有限公司等31家單位的46名專家參加了會議，與會專家對標(biāo)準(zhǔn)從標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容和文本質(zhì)量等方面逐字逐句進(jìn)行了認(rèn)真充分的討論，并提出了相應(yīng)修改意見，形成預(yù)審會會議紀(jì)要。根據(jù)濟南會議的要求，編制組對預(yù)審稿進(jìn)行了修改及相關(guān)內(nèi)容的補充和完善，于2024年6月形成了送審稿，并于6月19日再次發(fā)函半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)、使用、檢測等相關(guān)單位廣泛征求意見。中國電子科技集團(tuán)第十三研究所、廣州天域半導(dǎo)體股份有限公司等給出中肯的修改建議與意見；浙江金瑞泓科技股份有限公司、浙江海納半導(dǎo)體股份有限公司等代表均對送審稿表示認(rèn)可。2024年8月，編制組在各方專家的建議基礎(chǔ)上修改完成了送審稿。4項目承擔(dān)單位概況麥斯克電子材料有限公司成立于1995年，是一家集直拉單晶硅、硅切磨片、硅拋光片以及與之相配套的技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)、檢測為一體的綜合性半導(dǎo)體硅材料專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)。公司主要生產(chǎn)4、5、6、8英寸電路級單晶硅拋光片，生產(chǎn)規(guī)模大、技術(shù)水平先進(jìn)。產(chǎn)品銷往世界各地，為全球性硅拋光片生產(chǎn)企業(yè)，國內(nèi)同行業(yè)首家通過了ISO/TS16949質(zhì)量體系認(rèn)證，在20多個國家和地區(qū)有產(chǎn)品銷售和服務(wù)。公司技術(shù)和管理團(tuán)隊核心人員均有數(shù)十年的行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗，有著豐富的理論和實踐經(jīng)驗，主要研發(fā)人員具有較強的自主研發(fā)和創(chuàng)新能力，研發(fā)領(lǐng)域涵蓋單晶拉制、硅片切割、腐蝕、背封、拋光、清洗、檢測等硅片所有加工工序。公司建有省級企業(yè)技術(shù)中心，專職研發(fā)人員達(dá)到86人，其中高級工程師7人，中級工程師50人，碩博士36人。公司通過智能工廠升級改造，建成國內(nèi)外領(lǐng)先的數(shù)字化大規(guī)模集成電路硅基底材料智能制造工廠，使產(chǎn)品技術(shù)及性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，被工信部評為“智能制造試點示范企業(yè)”，帶動行業(yè)傳統(tǒng)制造模式的智能化升級。5標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及起草工作本標(biāo)準(zhǔn)由田素霞、陳衛(wèi)群等組成標(biāo)準(zhǔn)編制組。起草人均從事硅拋光片制造行業(yè)多年，有豐富硅拋光片生產(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，測試不同尺寸晶片樣品，開展平行試驗數(shù)據(jù)收集整理、分析工作，撰寫標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)文件等。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及確定主要內(nèi)容的確定依據(jù)1編制原則本標(biāo)準(zhǔn)的修訂主要根據(jù)材料的發(fā)展情況對其適用范圍和技術(shù)要點內(nèi)容進(jìn)行了必要的修改。2確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)整合修訂GB/T14140-2009《硅片直徑測量方法》和GB/T30866-2014《碳化硅單晶片直徑測試方法》。標(biāo)準(zhǔn)在整合修訂過程中將以行業(yè)實際應(yīng)用情況為依據(jù)，確定標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容。根據(jù)最新的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)實際，本次修改的主要內(nèi)容及依據(jù)如下：2.1完善范圍修訂后標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍擴大，不僅適用于硅片和碳化硅直徑的測試，也適用于其他半導(dǎo)體材料如藍(lán)寶石等圓形晶片直徑的測試。“本文件規(guī)定”改為“本文件描述”。將“測試范圍不大于φ300mm”改為“標(biāo)稱直徑300mm及以下”。2.2完善規(guī)范性引用文件刪除了下文不涉及要求的“GB/T2828.1計數(shù)抽樣檢驗程序第1部分：按接收質(zhì)量限（AQL）檢索的逐批檢驗抽樣計劃、GB/T6093幾何量技術(shù)規(guī)范（GPS）長度標(biāo)準(zhǔn)量塊、GB/T12964硅單晶拋光片、GB/T30656碳化硅單晶拋光片”。2.3增加輪廓儀測試方法完善輪廓儀的方法原理，增加設(shè)備關(guān)鍵部分的說明，完善測試步驟，完善樣品要求格式。2.4完善千分尺方法完善晶片直徑的測量位置，修改為：測試直徑任意選取三條直徑，三條直徑夾角不小于30°，避開參考面或切口位置。增加千分尺測量前校準(zhǔn)。2.5完善游標(biāo)卡尺法干擾因素增加：測量爪變形會造成測試誤差。完善晶片直徑的測量位置，修改為：測試直徑任意選取三條直徑，三條直徑夾角不小于30°，避開參考面或切口位置。2.6完善試驗數(shù)據(jù)處理直徑平均值計算公式增加平均值符號的說明，增加直徑偏差計算公式。2.7完善精密度的描述規(guī)范精密度描述，增加在幾個實驗室間進(jìn)行測試試驗。2.8文件序號按順序重新排列。2.9刪除光學(xué)投影法。光學(xué)投影法是參照ASTMF613-93《半導(dǎo)體晶片直徑的標(biāo)準(zhǔn)測試方法》進(jìn)行修訂，該標(biāo)準(zhǔn)2001年已經(jīng)撤銷廢止，而且該方法實用性不強，目前行業(yè)內(nèi)基本不再使用，此次修訂時刪除此方法。3修訂前后技術(shù)內(nèi)容的對比項目/類別原標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新內(nèi)容原因和意義標(biāo)準(zhǔn)名稱硅片直徑測量方法半導(dǎo)體晶片直徑測量方法適用范圍更廣范圍硅片圓形半導(dǎo)體晶片適用范圍更廣測試方法光學(xué)投影法刪除光學(xué)投影法是參照ASTMF613-93《半導(dǎo)體晶片直徑的標(biāo)準(zhǔn)測試方法》進(jìn)行修訂，該標(biāo)準(zhǔn)2001年已經(jīng)撤銷廢止，實用性不強，目前行業(yè)內(nèi)基本不再使用。測試方法無輪廓儀法增加新的測試方法，體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性。測試方法無游標(biāo)卡尺法增加新的測試方法更符合生產(chǎn)和技術(shù)需求。千分尺的測量原理無增加了千分尺的的構(gòu)成和測量原理與現(xiàn)行國標(biāo)要求接軌精密度三個實驗室測量平均直徑的二倍標(biāo)準(zhǔn)偏差：±50μm標(biāo)準(zhǔn)修訂重新評估精密度，規(guī)范精密度的計算和描述。與現(xiàn)行國標(biāo)要求接軌。三、試驗驗證分析本試驗選用標(biāo)稱直徑100mm、125mm、150mm、200mm晶片各10片，用千分尺和游標(biāo)卡尺分別測試直徑；標(biāo)稱直徑300mm晶片4片，用輪廓儀測試直徑，在同一實驗室和不同實驗室進(jìn)行測試，由于輪廓儀方法只適用于大直徑晶片（12寸）的測試，所以平行試驗只選取300mm晶片。本標(biāo)準(zhǔn)參加平行測試的廠家有：山東有研半導(dǎo)體硅材料股份公司、杭州中欣晶圓半導(dǎo)體股份有限公司、洛陽鴻泰半導(dǎo)體有限公司、浙江海納半導(dǎo)體股份有限公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、上海新昇半導(dǎo)體材料科技有限公司。千分尺方法：在四個實驗室進(jìn)行測試試驗，實驗室內(nèi)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.004%，不同實驗室間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.015%。游標(biāo)卡尺法：在六個實驗室進(jìn)行測試試驗，實驗室內(nèi)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.009%，實驗室間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.016%。輪廓儀法：在四家實驗室進(jìn)行測試試驗，實驗室內(nèi)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0004%，實驗室間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.007%。四、與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的對比情況修訂后本標(biāo)準(zhǔn)將于國內(nèi)外進(jìn)行接軌。五、以國際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的起草情況SEMIMF2074-0912《硅和其他半導(dǎo)體晶片直徑的測試指南》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了直徑的測量位置，沒有測量方法的描述。此次修訂根據(jù)半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)的實際情況，直徑測量未完全采用該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的位置。與有關(guān)法律、行政法規(guī)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系無沖突、矛盾的地方。七、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)無。涉及專利的有關(guān)說明無。實施國家標(biāo)準(zhǔn)的要求建議將本標(biāo)準(zhǔn)作為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施。本標(biāo)準(zhǔn)頒