《300 mm極低氧含量直拉硅單晶》編制說明

《300mm直拉極低氧含量硅單晶》

編制說明

1工作簡(jiǎn)況

1.1任務(wù)來源

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直拉極低氧含量硅單晶》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

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。但是通過區(qū)熔法育成直徑200mm的硅單晶是及其困難的，即便能夠制造，也難以較低

的價(jià)格穩(wěn)定供給。雖然通過直拉法能低成本穩(wěn)定地制造出200mm及以上直徑的硅單晶，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直拉極低氧含

量硅單晶生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)門檻。

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

直拉極低氧含量硅單晶的研發(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直拉極低氧含量硅單晶的團(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：芮陽、商潤(rùn)龍、王黎光、楊少林、陳亞、趙澤慧、白圓、馬成、曹

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

芮陽領(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直拉極低氧含量

硅單晶”團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

1.4主要工作過程

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直拉極低氧含量硅單晶》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直拉極低氧含量硅單晶的技術(shù)需求，并收

集涉及硅單晶的標(biāo)準(zhǔn)，分析不能滿足300mm直拉極低氧含量硅單晶的具體點(diǎn)。

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

1.4.2征求意見階段

2022年11月，就《300mm直拉極低氧含量硅單晶》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)文本和編制說明，

征求了xx、xx等單位的意見，所有意見全部采納，形成了《300mm直拉極低氧含量硅單

晶》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直拉極低氧含量硅單晶的需要為原則，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)容說明

本文件規(guī)定了300mm直拉極低氧含量硅單晶的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)格以及標(biāo)

志、包裝、運(yùn)輸、貯存和質(zhì)量承諾等方面的內(nèi)容。

其中技術(shù)要求包括原材料、直徑及允許偏差、晶向及偏離度、化學(xué)成分、完整性、頭尾

區(qū)分等。試驗(yàn)方法包括直徑、導(dǎo)電類型、電阻率、電阻率變化、晶向及偏離度、間隙氧含量、

徑向氧含量、碳含量、體內(nèi)金屬（鐵）含量、晶體完整性、頭尾標(biāo)記的測(cè)量或檢驗(yàn)方法。

4主要實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證的分析

標(biāo)準(zhǔn)涉及的300mm直拉極低氧含量硅單晶的檢測(cè)項(xiàng)目中直徑、導(dǎo)電類型、電阻率、電

阻率變化、晶向及偏離度、間隙氧含量、徑向氧含量、碳含量、體內(nèi)金屬（鐵）含量、晶體

完整性的實(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)

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

直徑mm301.03301.01301.01

電阻率Ω·cm25-3040-6072-79

電阻率徑向變化%1.81.42.2

晶向/100100100

晶向偏離度°111

間隙氧含量atoms/cm31.4E+171.25E+171.35E+17

徑向氧含量%0.91.82.3

碳濃度atoms/cm31.8E+153.95E+152.5E+14

基體金屬雜質(zhì)濃度（Fe)atoms/cm31.43E+93.90E+091.2E+09

晶體完整性/OKOKOK

5標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況

本文件不涉及專利問題。

6預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益等情況

（一）300mm直拉極低氧含量硅單晶團(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)良好的社會(huì)效益。

（四）以東西部技術(shù)合作的方式，積極響應(yīng)了“一帶一路”發(fā)展大戰(zhàn)略以及寧夏自治區(qū)

深化科技體制改革，提高科技對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)貢獻(xiàn)的政策號(hào)召。

7采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的情況

7.1采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度

經(jīng)查，國(guó)外無相同類型的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

7.2國(guó)際、國(guó)外同類型標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比分析

經(jīng)查，國(guó)外無相同類型的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

7.3與測(cè)試的國(guó)外樣品、樣機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況

無。

8與現(xiàn)行法律、法規(guī)、強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套情況

本文件與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒有沖突。

本文件與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及制定中的標(biāo)準(zhǔn)無重復(fù)交叉情況。

9重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

編制組嚴(yán)格按照既定編制原則進(jìn)行編寫，本文件制訂過程中未發(fā)生重大的分歧意見。

10標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性或推薦性標(biāo)準(zhǔn)的建議

本標(biāo)準(zhǔn)建議作為推薦性團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，供相關(guān)組織參考采用。

11貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

本文件規(guī)范了300mm直拉極低氧含量硅單晶的術(shù)語和定義、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢

驗(yàn)規(guī)格、和標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、貯存等方面的內(nèi)容，有利于進(jìn)一步提高半導(dǎo)體級(jí)硅單晶行業(yè)

研發(fā)和制造水平。生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)部門、單