半導(dǎo)體材料領(lǐng)域國外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀淺析

楊素心

半導(dǎo)體材料廣泛應(yīng)用于通信、計算機、消費電子、工業(yè)應(yīng)用、汽車電子、國防軍工等眾多戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等新興應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，中國的半導(dǎo)體材料在國家政策的大力支持和市場需求的有力推動下得到了穩(wěn)步成長。全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈向中國大陸的轉(zhuǎn)移，更是加速了國內(nèi)半導(dǎo)體材料的自主化需求，帶動了上游材料的發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范產(chǎn)品生產(chǎn)、檢測、貿(mào)易的重要依據(jù)和技術(shù)支撐，本文詳細介紹了半導(dǎo)體材料領(lǐng)域國外標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，并針對行業(yè)內(nèi)廣泛使用并認可的SEMI標(biāo)準(zhǔn)進行了對比分析。

1 國外標(biāo)準(zhǔn)概況

半導(dǎo)體材料是指電阻率在10-3Ω·cm～108Ω·cm、導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，主要包括元素半導(dǎo)體材料（含硅、鍺）和化合物半導(dǎo)體材料（含砷化鎵、磷化銦、碳化硅、氮化鎵、銻化鎵等）。

國際標(biāo)準(zhǔn)中，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際電信聯(lián)盟（ITU）沒有半導(dǎo)體材料對應(yīng)的歸口標(biāo)委會以及標(biāo)準(zhǔn)，國際電工委員會（IEC）中較為相關(guān)的有IEC/TC 47半導(dǎo)體器件（Semiconductor devices）以及IEC/TC 82太陽光伏能源系統(tǒng)（Solar photovoltaic energy systems）技術(shù)委員會，二者均主要側(cè)重半導(dǎo)體材料的下游應(yīng)用端，國內(nèi)對口TC分別為TC78全國半導(dǎo)體器件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、TC90 全國太陽光伏能源系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會。

國外先進標(biāo)準(zhǔn)中，美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會（JISC）也有半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)，但數(shù)量較少，在行業(yè)內(nèi)的使用也不夠普及。國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）發(fā)布了百余項硅、砷化鎵、磷化銦、碳化硅相關(guān)的產(chǎn)品、測試方法標(biāo)準(zhǔn)，是半導(dǎo)體行業(yè)實際意義上的“國際標(biāo)準(zhǔn)”，也是本文分析的重點。

2 IEC標(biāo)準(zhǔn)

國際電工委員會半導(dǎo)體器件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（IEC/TC 47）主要進行半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的術(shù)語及定義、機械及試驗方法、晶圓級可靠性、質(zhì)量、封裝、接口規(guī)范等技術(shù)方向標(biāo)準(zhǔn)化工作。2019年10月第83屆IEC大會上，美國代表提出成立寬禁帶工作組的建議，旨在圍繞第三代半導(dǎo)體材料與器件相關(guān)術(shù)語、試驗、設(shè)計、工藝、可靠性等開展標(biāo)準(zhǔn)化工作，引導(dǎo)和推動第三代半導(dǎo)體材料的發(fā)展。目前IEC發(fā)布的半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)有4項，聚焦于碳化硅外延、氮化鎵外延缺陷的分類和檢測方法，具體項目見表1，其 中IEC 63068-1:2019、IEC 63068-2:2019、IEC 63068-3:2020已申報轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的IEC標(biāo)準(zhǔn)

3 ASTM標(biāo)準(zhǔn)

美國材料與試驗協(xié)會是美國致力于工業(yè)材料技術(shù)開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)及產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化而建設(shè)形成的非營利組織，與半導(dǎo)體材料較為相關(guān)的是ASTM F01電子學(xué)（Electronics）。但F01側(cè)重金屬材料、印制電子材料的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)[2]，大部分半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)均轉(zhuǎn)為了SEMI標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)查詢，目前ASTM在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)僅有一項，即ASTM F76-08(2016) 半導(dǎo)體單晶電阻率、霍爾系數(shù)和霍爾遷移率的測試方法 （Standard Test Methods for Measuring Resistivity and Hall Coefficient and Determining Hall Mobility in Single-Crystal Semiconductors）。

4 JIS標(biāo)準(zhǔn)

日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會成立于 1949年，是根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化法建立的全國性標(biāo)準(zhǔn)化管理機構(gòu)，其主要任務(wù)是組織制定和審議日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)、調(diào)查和審議 JIS標(biāo)志指定產(chǎn)品和技術(shù)項目。JIS標(biāo)準(zhǔn)細分為土木建筑、一般機械、電子儀器及電器機械、汽車、鐵路、船舶、鋼鐵、非鐵金屬、化學(xué)、纖維、礦山、紙漿及紙、管理系統(tǒng)、陶瓷、日用品、醫(yī)療安全用具、航空、信息技術(shù)、其他共19類，半導(dǎo)體材料歸屬于H-非鐵金屬，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)共有13項，具體見表2。近年來日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域也無新的動態(tài)，反而是日本國家委員會在IEC TC47寬禁帶工作組牽頭編寫了多項標(biāo)準(zhǔn)。

表2 半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的JIS標(biāo)準(zhǔn)

5 SEMI標(biāo)準(zhǔn)

5.1 SEMI組織

國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會主要從事傳遞產(chǎn)業(yè)主張、設(shè)立咨詢委員會、舉辦SEMICON國際展會、推動公共政策、開展市場研究等工作。1973年為解決硅材料市場標(biāo)準(zhǔn)混亂問題，SEMI成立了標(biāo)準(zhǔn)委員會，旨在聯(lián)合全球半導(dǎo)體應(yīng)用、研究、開發(fā)單位等制定材料、設(shè)備及檢測標(biāo)準(zhǔn)。

SEMI自1988年起開始在中國開展業(yè)務(wù)。為了統(tǒng)一在半導(dǎo)體設(shè)備和材料領(lǐng)域內(nèi)與SEMI開展技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的交流，1993年經(jīng)國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)，成立了“SEMI中國標(biāo)準(zhǔn)化委員會”。SEMI雖然是國際上半導(dǎo)體設(shè)備和材料領(lǐng)域內(nèi)的全球性組織，卻不是官方機構(gòu)，2003年“SEMI中國標(biāo)準(zhǔn)化委員會”轉(zhuǎn)為“全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（TC203）”，逐步不再代表中國統(tǒng)一對口SEMI。

經(jīng)過四十余年的發(fā)展，SEMI成為了國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中知名度很高的標(biāo)準(zhǔn)組織。與國內(nèi)標(biāo)委會按照材料大類別進行業(yè)務(wù)劃分的方式不同，部分SEMI標(biāo)準(zhǔn)按照產(chǎn)業(yè)鏈布局，比如Photovoltaic（光伏）領(lǐng)域中包括了原生硅料、硅片、電池片、組件以及光伏用硝酸、超薄玻璃、單晶爐內(nèi)加料器等整個產(chǎn)業(yè)鏈上的材料、設(shè)備對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，而這些標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)則對應(yīng)五個乃至更多標(biāo)委會。SEMI標(biāo)準(zhǔn)的這種工作模式打破了行業(yè)間的界限，一定程度上可以更好的實現(xiàn)上下游的融合，但在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化歷史背景下，不易在政府主導(dǎo)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍實現(xiàn)單個標(biāo)委會歸口某類產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)準(zhǔn)體系。

我國的半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)整體上還是落后于國際先進水平，尤其是一些先進半導(dǎo)體材料、關(guān)鍵測試設(shè)備等還依賴進口，所以我國在SEMI標(biāo)準(zhǔn)中的話語權(quán)不多。隨著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)尤其是光伏、LED的發(fā)展，2011年以來，SEMI先后于中國成立了光伏、HB-LED、化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會，以擴大SEMI在中國的影響力，吸引更多的中國企業(yè)參與SEMI標(biāo)準(zhǔn)的制定。我國已經(jīng)在光伏、HB-LED領(lǐng)域牽頭制定了一些SEMI標(biāo)準(zhǔn)，比如SEMI PV74-0216《硅中氯離子含量的測定 離子色譜法》、SEMI HB10-1018《HB-LED晶片制造用藍寶石單晶規(guī)范》等。SEMI中國在國內(nèi)有自己的工作人員，目前都是企業(yè)自主決定是否參與SEMI標(biāo)準(zhǔn)并直接對接SEMI中國標(biāo)委會，國內(nèi)TC并未實質(zhì)性地參與相關(guān)工作。

5.2 與SEMI標(biāo)準(zhǔn)的比對

SEMI標(biāo)準(zhǔn)按專業(yè)方向分為18個領(lǐng)域，其中與半導(dǎo)體材料相關(guān)的主要有材料（Materials）、硅材料及工藝控制（Silicon Materials & Process Control）、光伏（Photovoltaic）、 高亮度LED（HB-LED），已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)分別有72項、68項、98項、13項。國內(nèi)已發(fā)布半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)共270項，其中“采用”或參照SEMI標(biāo)準(zhǔn)的有77項，包括基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)7項，方法標(biāo)準(zhǔn)54項，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)16項，合計占比28.52%。

我國的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)與SEMI標(biāo)準(zhǔn)基本一致，這樣與國際接軌，有利于指導(dǎo)我國企業(yè)進行生產(chǎn)和試驗研究。例如，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中GB/T 16595-2019《晶片通用網(wǎng)格規(guī)范》、GB/T 16596-2019《確定晶片坐標(biāo)系規(guī)范》、GB/T 32279-2015《硅片訂貨單格式輸入規(guī)范》分別參照SEMI M17-1110（1015）、SEMI M20-0215、SEMI M18-0912進行編制，技術(shù)內(nèi)容上基本一致。SEMI標(biāo)準(zhǔn)中的方法標(biāo)準(zhǔn)大都是由國外設(shè)備廠商牽頭制定，也是為了推廣相應(yīng)的測試技術(shù)和設(shè)備。我國半導(dǎo)體材料測試用設(shè)備如ICP-MS、SIMS、TXRF等大都進口，方法標(biāo)準(zhǔn)起草過程中均會研究對應(yīng)的SEMI標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實際使用經(jīng)驗進行編制。同時，我國也有部分標(biāo)準(zhǔn)整合了SEMI標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，提高了標(biāo)準(zhǔn)的適用性和可操作性，如GB/T 19921《硅拋光片表面顆粒測試方法》整合了SEMI M50-1116、SEMI M49-0918、SEMI M52-0214、SEMI M53-0219等多個標(biāo)準(zhǔn)。

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)方面，SEMI標(biāo)準(zhǔn)中的產(chǎn)品技術(shù)要求較為寬泛，具體技術(shù)指標(biāo)的要求大都是通過供需雙方簽訂的供貨協(xié)議或合同進行詳細的規(guī)定。我國產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國內(nèi)實際生產(chǎn)水平，結(jié)合客戶需求以及國外同等產(chǎn)品的要求，對具體技術(shù)指標(biāo)進行更為全面和詳細的規(guī)定，且大都為通用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 12964-2018《硅單晶拋光片》適用于直拉法、懸浮區(qū)熔法制備的直徑不大于200 mm的硅單晶拋光片，可用于制作分立器件、功率器件以及硅外延片的襯底。實際上半導(dǎo)體材料的使用非常復(fù)雜，同樣是200mm硅單晶拋光片，后端應(yīng)用制程不同時，對拋光片的要求有明顯區(qū)別，不同客戶對于同樣用途的拋光片也會要求不同，產(chǎn)品的具體技術(shù)要求都是按照客戶的規(guī)格書執(zhí)行，所以半導(dǎo)體晶片的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中更多是檢驗方法、取樣、檢驗結(jié)果判定這類內(nèi)容在發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化的作用。

總體而言，SEMI標(biāo)準(zhǔn)以方法標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為主，管理更為靈活，活躍標(biāo)準(zhǔn)的更新較快，屬于市場主導(dǎo)的先進團體標(biāo)準(zhǔn)。但是SEMI標(biāo)準(zhǔn)并非國際標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在編寫過程中參考SEMI標(biāo)準(zhǔn)是否存在版權(quán)問題，需要再行研究確認，國標(biāo)、行標(biāo)中不允許引用SEMI標(biāo)準(zhǔn)更是對制定對應(yīng)的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)提出了迫切需求。而在ISO或IEC國際標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織中制定半導(dǎo)體材料國際標(biāo)準(zhǔn)的難點一是如何獲得半導(dǎo)體行業(yè)的認可，二是如何避免造成與現(xiàn)有SEMI標(biāo)準(zhǔn)的不一致，也是需要深入研究分析其可行性。

6 結(jié)語

半導(dǎo)體應(yīng)用市場的需求、產(chǎn)業(yè)政策的扶持，正在加速我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的全面升級，國內(nèi)半導(dǎo)體材料正在以破解卡脖子、補短板、國產(chǎn)替代為主要方向大力推進。中美技術(shù)爭端仍在持續(xù)，但長期看也必將促進中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主可控的戰(zhàn)略發(fā)展。國外標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)一定程度上反映技術(shù)發(fā)展方向，我國半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)工作需要熟悉國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，不斷跟進國外標(biāo)準(zhǔn)尤其是SEMI標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)，及時完善我國的標(biāo)準(zhǔn)體系，促進、支撐產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。歸根結(jié)底，關(guān)鍵還是自身在半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)實力的進步，才能提升我國在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈及標(biāo)準(zhǔn)中的地位。