《300 mm極低氧含量硅單晶拋光片》編制說(shuō)明

《300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片》

編制說(shuō)明

1工作簡(jiǎn)況

1.1任務(wù)來(lái)源

根據(jù)2023年2月寧夏材料研究學(xué)會(huì)下發(fā)的《關(guān)于開(kāi)展2023年團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)建議的通知》

要求，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片》由寧夏材料研究學(xué)會(huì)歸口，計(jì)劃

編號(hào)為：T/NXCLXXX—2023。主要起草單位為：寧夏中欣晶圓半導(dǎo)體科技有限公司、北方

民族大學(xué)、杭州中欣晶圓半導(dǎo)體股份有限公司、廈門大學(xué)、寧夏盾源聚芯半導(dǎo)體科技股份有限

公司、寧夏高創(chuàng)特能源科技有限公司。

1.2項(xiàng)目背景

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是適于控制大功率的柵電壓驅(qū)動(dòng)型開(kāi)關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于

軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)車、光伏風(fēng)電、變頻家電等領(lǐng)域。在下游需求拉動(dòng)下，

IGBT芯片行業(yè)保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的提出將推動(dòng)光伏和新能源

車的大力發(fā)展，帶動(dòng)2022-2025年全球IGBT芯片市場(chǎng)空間保持20%的增速。此外，近年來(lái)

中國(guó)功率半導(dǎo)體器件行業(yè)受到國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的重點(diǎn)支持和各級(jí)政府的高度重視，國(guó)家陸續(xù)出

臺(tái)了多項(xiàng)政策，鼓勵(lì)功率半導(dǎo)體器件行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新。作為IGBT芯片制造的最重要的原材

料，半導(dǎo)體級(jí)極低氧硅單晶也迎來(lái)了發(fā)展黃金期。作為襯底材料，半導(dǎo)體級(jí)硅單晶片的品質(zhì)

對(duì)IGBT芯片的性能起著至關(guān)重要的作用。目前，IGBT的襯底主要是通過(guò)區(qū)熔法育成的硅

單晶切出的200mm以下的硅片。為降低IGBT的制造成本，硅片的大尺寸化是主要發(fā)展方

向。但是通過(guò)區(qū)熔法育成直徑200mm的硅片是及其困難的，即便能夠制造，也難以較低的

價(jià)格穩(wěn)定供給。雖然通過(guò)直拉法能低成本穩(wěn)定地制造出200mm及以上直徑的大硅片，但是

直拉法生長(zhǎng)的硅單晶氧含量通常達(dá)到8-18ppma，遠(yuǎn)高于IGBT用硅片所需的小于5ppma的

氧含量，且尺寸越大氧含量越難以控制。

寧夏中欣晶圓半導(dǎo)體科技有限公司研發(fā)的單晶生長(zhǎng)技術(shù)突破了300mm極低氧含量直

拉硅單晶拋光片生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)門檻。

目前針對(duì)直拉法生產(chǎn)的300mm極低氧含量硅單晶拋光片尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步提高

300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片的研發(fā)和制造水平，引領(lǐng)半導(dǎo)體行業(yè)的科技創(chuàng)新和產(chǎn)

業(yè)升級(jí)，提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，有必要制定出300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

1.3主要參加單位和工作成員及其所做的工作

本文件起草單位：寧夏中欣晶圓半導(dǎo)體科技有限公司、北方民族大學(xué)、杭州中欣晶圓半

導(dǎo)體科技有限公司、廈門大學(xué)、寧夏盾源聚芯半導(dǎo)體科技股份有限公司、寧夏高創(chuàng)特能源科技有

限公司。

本文件主要起草人：王黎光、商潤(rùn)龍、芮陽(yáng)、楊少林、陳亞、蔡潤(rùn)、趙澤慧、趙延祥、

曹啟剛、王忠保、熊歡、魏興彤、王云峰、李長(zhǎng)蘇、顧燕濱、盛之林、黃柳青、盛旺。

王黎光領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)從事半導(dǎo)體硅材料研發(fā)多年，有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和大量的理論

數(shù)據(jù)。在半導(dǎo)體硅單晶拉制相關(guān)的研究方面取得了豐碩成果。結(jié)合大量資料與豐富研究成果，

在北方民族大學(xué)、杭州中欣晶圓半導(dǎo)體股份有限公司、廈門大學(xué)、寧夏盾源聚芯半導(dǎo)體科技股

份有限公司、寧夏高創(chuàng)特能源科技有限公司的大力支持下負(fù)責(zé)起草了“300mm極低氧含量直拉

硅單晶拋光片”團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

1.4主要工作過(guò)程

寧夏中欣晶圓半導(dǎo)體科技有限公司在現(xiàn)有設(shè)備、人員、技術(shù)的基礎(chǔ)上，加上對(duì)客戶需求

的了解，成立了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制組，召開(kāi)了標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目編制啟動(dòng)會(huì)議，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)編寫工作進(jìn)行了部

署和分工，主要工作過(guò)程經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。

1.4.1起草階段

1）2022年3月，成立了《300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片》標(biāo)準(zhǔn)編制組，確定

了各成員的工作職能和任務(wù)，制定了工作計(jì)劃和進(jìn)度安排。

2）2022年4-10月，調(diào)研客戶提出的300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片的技術(shù)需求，

并收集涉及硅單晶的標(biāo)準(zhǔn)，分析不能滿足300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片的具體點(diǎn)。

3）2022年11月，提交了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片》。。

1.4.2征求意見(jiàn)階段

2022年11月，就《300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)文本和編

制說(shuō)明，征求了xx、xx等單位的意見(jiàn)，所有意見(jiàn)全部采納，形成了《300mm極低氧含量

直拉硅單晶拋光片》送審稿。

2標(biāo)準(zhǔn)的編制原則

2.1符合性：按照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》的要求對(duì)本部分進(jìn)行了編寫。

2.2合理性：滿足國(guó)內(nèi)300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片的需要為原則，提高標(biāo)準(zhǔn)的適

用性；以與實(shí)際相結(jié)合為原則，提高標(biāo)準(zhǔn)的可操作性；充分考慮國(guó)家法律、安全、衛(wèi)生、環(huán)

保法規(guī)的要求。

3主要內(nèi)容說(shuō)明

本文件規(guī)定了300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片的術(shù)語(yǔ)和定義、產(chǎn)品分類、技術(shù)要

求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)格以及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存、訂貨單（或合同）內(nèi)容和質(zhì)量承諾

等方面的內(nèi)容。

其中技術(shù)要求包括物理性能、化學(xué)成分、幾何參數(shù)、氧化誘生缺陷、表面質(zhì)量、邊緣輪

廓等。試驗(yàn)方法包括導(dǎo)電類型、電阻率、電阻率變化、晶向及偏離度、切口基準(zhǔn)軸取向、間

隙氧含量、徑向氧含量、碳含量、表面金屬含量、體內(nèi)金屬（鐵）含量、直徑、切口尺寸、

厚度和總厚度變化、彎曲度、翹曲度、平整度和局部平整度、氧化誘生缺陷、表面質(zhì)量、局

部光散射體（微小顆粒沾污）和邊緣輪廓的測(cè)量或檢驗(yàn)方法。檢驗(yàn)規(guī)則分為出廠檢驗(yàn)和型式

檢驗(yàn)。

4主要實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證的分析

標(biāo)準(zhǔn)涉及的300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片的檢測(cè)項(xiàng)目中導(dǎo)電類型、電阻率、電

阻率變化、間隙氧含量、徑向氧含量、碳含量、表面金屬含量、體內(nèi)金屬（鐵）含量、直徑、

晶向及晶向偏離度、厚度和總厚度變化、彎曲度、翹曲度、平整度和局部平整度、氧化誘生

缺陷、表面質(zhì)量、局部光散射體（微小顆粒沾污）和邊緣輪廓測(cè)量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明檢測(cè)

所確定的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)性、偏差、準(zhǔn)確性符合要求。

表1300mm極低氧含量硅單晶拋光片試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)-性能參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目單位

123

摻雜元素/Phos

導(dǎo)電類型/N

電阻率Ω·cm29-3659-6880-95

電阻率徑向變化%2.21.40.8

間隙氧含量atoms/cm31.4E+171.25E+171.45E+17

徑向氧含量%2.14.82.7

碳濃度atoms/cm36.5E+144.75E+151.6E+15

基體金屬雜質(zhì)濃度（Fe)atoms/cm31.14E+091.23E+091.17E+09

硅拋光片的表面金屬atoms/cm3見(jiàn)下表見(jiàn)下表見(jiàn)下表

氧化誘生缺陷ea/cm201.80

表2300mm極低氧含量硅單晶拋光片試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)-表面金屬含量（單位：109原子數(shù)/cm3）

硅拋光片的表面金屬E+9

編號(hào)LiNaMgAlK

10.0050.0020.0020.0090.005

20.0050.0150.0030.0100.001

30.0050.0300.0780.0380.096

編號(hào)CaTiVCrMn

10.0050.0000.0000.0000.000

20.0140.0000.0000.0010.000

30.0100.0000.0000.0140.000

編號(hào)FeNiCoCuZn

10.0020.0000.0010.0000.001

20.0010.0000.0010.0000.001

30.0370.0050.0010.0020.000

編號(hào)MoWPbBP

10.0000.0000.0000.0000.000

20.0000.0000.0000.0000.000

30.0000.0000.0000.0000.000

表3300mm極低氧含量硅單晶拋光片試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)-幾何參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目單位

123

硅片直徑mm301301301

直徑允許偏差mm±0.2±0.2±0.2

切口（Notch）深度mm1.21.21.2

切口（Notch）深度偏差mm±0.1±0.1±0.1

硅片厚度（中心點(diǎn)）μm875.91874.57875.41

厚度允許偏差μm±15±15±15

總厚度變化（TTV）μm8.958.239.04

彎曲度（WARP）μm7.358.387.98

翹曲度（BOW）μm1.881.282.23

總平整度（TIR）μm119.27122.59123.48

局部平整度（SFQR，邊緣擴(kuò)展，PUA100%）μm25.3126.5925.07

表4300mm極低氧含量硅單晶拋光片試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)-表面質(zhì)量

試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目

123

劃傷無(wú)無(wú)無(wú)

蝕坑無(wú)無(wú)無(wú)

霧無(wú)無(wú)無(wú)

≥0.16μm101

局部光

≥0.2μm000

局部光散射體（顆粒）個(gè)/片散射直

≥0.3μm000

徑

≥0.5μm000

區(qū)域沾污正面無(wú)無(wú)無(wú)

崩邊無(wú)無(wú)無(wú)

裂紋，鴉爪無(wú)無(wú)無(wú)

凹坑無(wú)無(wú)無(wú)

溝（槽）無(wú)無(wú)無(wú)

小丘無(wú)無(wú)無(wú)

桔皮，波紋無(wú)無(wú)無(wú)

線痕無(wú)無(wú)無(wú)

崩邊無(wú)無(wú)無(wú)

裂紋，鴉爪無(wú)無(wú)無(wú)

區(qū)域沾污背面無(wú)無(wú)無(wú)

線痕無(wú)無(wú)無(wú)

背表面處理無(wú)無(wú)無(wú)

5標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況

本文件不涉及專利問(wèn)題。

6預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益等情況

（一）300mm極低氧含量直拉硅單晶拋光片團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制定，有利于改善國(guó)內(nèi)大尺寸

低氧高阻硅單晶制造行業(yè)制造水平參差不齊的現(xiàn)狀，有利于推動(dòng)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。

（二）有利于促進(jìn)半導(dǎo)體級(jí)硅單晶產(chǎn)品質(zhì)量的提升，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品的升級(jí)、換代。

（三）有利于提高半導(dǎo)體級(jí)硅單晶的市場(chǎng)銷售收入，增加就業(yè)崗位，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，

實(shí)現(xiàn)良好