PAGEPAGE8國家標準《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、高熱導率等優異的電學性能，特別適用于制作大功率、高頻、高溫及抗輻射電子器件，在太陽能風能發電、軌道交通、智能電網、電動汽車等領域具有廣泛的應用。世界各國均將碳化硅材料作為第三代半導體戰略發展的首選對象，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顯著的性能優勢以及巨大的潛在市場，特別是上升到國家產業戰略層面的國策，推動了國內多家碳化硅材料和器件研制單位進行技術開發。我國的碳化硅材料已經發展多年，被認定是最有可能實現彎道超車、領先國際同行的先進半導體材料。國內碳化硅外延片的制備技術發展迅速，已實現批量生產，具備制定碳化硅外延片產品標準的技術基礎，迫切需要出臺碳化硅外延片產品相關的國家標準，規范碳化硅外延片的各項技術指標，確保國內碳化硅外延片整體的研發和產業化水平緊緊跟隨國際發展趨勢。任務來源根據《國家標準委關于下達2022年第一批國家標準制修訂計劃的通知》（國標委綜合[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”）負責《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。項目承擔單位概況國盛公司成立于2003年，是中國電科半導體材料公司控股的國有企業。國盛公司引進國際最新型的碳化硅外延生產線和各種高端檢測設備，依托母公司中國電科集團完整的碳化硅產業鏈和尖端的研發技術，是國內早期能提供產業化3、4英寸碳化硅外延片的生產商，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商之一，產品性能滿足3-6英寸碳化硅外延片產品開發及產業化的供片要求，填補了國內市場空白，相關系列產品分別獲得了2015年、2017年中國電子材料創新產品和技術獎，為國內碳化硅器件芯片完成由研發階段向批量生產過渡做出了重要貢獻。具備編制本標準的能力和資質。南京盛鑫半導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業化，預計全年可產出碳化硅外延片###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》國家標準正式下達計劃后，組建了由南京國盛電子有限公司、南京盛鑫半導體材料有限公司、廣東天域半導體股份有限公司、北京天科合達半導體股份有限公司、中環領先半導體材料有限公司等公司專家成立的標準編制組。編制組詳細討論并認真填寫了標準制定項目任務落實書，廣泛調研收集整理了國內外與本標準項目相關的標準、論文、專著等文獻資料，結合目前碳化硅外延片的客戶端產品質量需求情況，于2023年3月完成了標準討論稿。2023年3月，由全國半導體設備和材料標準化技術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》標準的第一次會議，共有廣東天域半導體股份有限公司、北京天科合達半導體股份有限公司、中環領先半導體材料有限公司、山東天岳先進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行了認真、熱烈的討論，對該標準的技術要點和內容質量進行了充分的討論，并提出了相應修改意見。會后，標準編制組根據與會專家意見，結合目前行業的實際情況，充分考慮行業的可操作性，對標準討論稿進行修改，形成了征求意見稿，并廣泛發函征求意見，具體見意見匯總處理表。2023年8月，編制組根據征集的意見對標準稿進行修改后形成了預審稿。2023年9月12日，由全國半導體材料標準化分技術委員會組織，在江蘇省如皋市召開《碳化硅外延片》標準第二次工作會議（預審），共有廣東天域半導體股份有限公司、中環領先半導體材料有限公司、廣東先導稀材股份有限公司等26家單位36位專家參加了本次會議。與會專家對標準資料從標準技術內容和文本質量等方面進行了充分的討論。會上對編制組提交的預審稿達成修改意見，具體見意見匯總表（提出單位為預審會）。會后，標準編制組根據預審會的要求對標準進行修改，形成了送審稿。標準主要起草人及起草工作本標準編制組起草人均從事碳化硅外延行業多年，有豐厚的產品生產經驗。起草人的工作包括收集和整理相關文獻資料，制備不同規格的樣品，撰寫標準和相關文件等。標準編制原則和確定標準主要內容的論據編制原則本標準起草單位自接受起草任務后，成立了標準編制組負責收集生產統計、檢驗數據、市場需求及客戶要求等信息，初步確定了《碳化硅外延片》標準起草所遵循的基本原則和編制依據：查閱相關標準和國內外客戶的相關技術要求；根據國內碳化硅外延片生產企業的具體情況，力求做到標準的合理性、實用性與先進性；按照GB/T1.1的要求格式和結構進行編寫。確定標準主要內容的論據本標準結合我國行業內碳化硅外延片的實際生產和使用情況，考慮碳化硅外延片的發展和行業現狀制定而成。主要內容是各項技術指標、參數、公式、性能要求、試驗方法、檢驗規則、包裝運輸等。碳化硅外延片的關鍵評判指標，具體有：碳化硅單晶拋光片的質量要求、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/背表面質量、晶格缺陷、幾何參數、表面顆粒、金屬離子雜質沾污等。本標準所規定的碳化硅外延片主要用于制作碳化硅電力電子器件。主要內容產品分類碳化硅外延片按導電類型分為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。本標準中碳化硅外延片按直徑尺寸分為76.2mm、100mm、125mm、150mm、200mm。結合目前國內外碳化硅材料產業發展的現狀，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業化能力，本次標準中將其納入，待8寸碳化硅材料及其應用成熟后，可對本標準進行相應修訂。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。技術要求3.2.1碳化硅外延片用襯底材料產業化生產用碳化硅單晶襯底片對包括合格質量區要求、幾何參數、表面取向及偏離、基準標記、缺陷密度、表面質量等要求均較高，本標準規定涉及的技術參數均不得低于GB/T30656中工業級（P級）的規定，其中碳化硅單晶襯底片的電阻率應符合表1的規定。表1碳化硅單晶襯底片的電阻率導電類型晶型電阻率(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外延層參數導電類型碳化硅外延層的導電類型為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聯性比較大，應符合表2的規定。p型碳化硅外延片和多層碳化硅外延片目前很少有大規模產業化應用，表2中未作詳細分解，待該部分技術、產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、徑向厚度變化應符合表3的規定。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表面質量碳化硅外延片正表面缺陷要求的區域為直徑76.2mm邊緣去除2mm，直徑100mm、150mm、200mm邊緣去除3mm。正表面質量應符合表6的規定。表6正表面質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顏色均勻一致，背表面質量要求由供需雙方協商確定。3.2.5表面粗糙度碳化硅外延片正面的表面粗糙度應符合表7的規定。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以上和多層結構的表面粗糙度由供需雙方協商決定。3.2.7幾何參數碳化硅外延片的幾何參數應符合表8的規定。表8幾何參數序號項目要求直徑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離子，包括不限于鈉、鋁、鉀、鈣、鈦、鐵、鎳、銅、鋅、鉻等含量均應不高于5×1010atoms/cm2。3.2.9其他需方對產品技術指標的特殊要求，可由供需雙方協商確定并在訂貨單中注明。標準水平分析碳化硅外延片目前尚無相應的國家標準和行業標準，本標準是新制定的國家標準，主要目的是規范和統一碳化硅外延片的相關性能項目，便于采購訂單制定和生產廠家對產品需求和標準的識別。本標準達到國內先進水平。與我國有關的現行法律、法規和相關強制性標準的關系。本標準與國家現行法律、法規和相關強制性標準不存在相違背和抵觸的地方