GB/T43493.1一2023《半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第1部分：缺陷分類》等系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)解讀

Interpretation of GB/T 43493.1-2023， Semiconductor device-Nondestructive recognition criteria ofdefects in silicon carbide homoepitaxial wafer for power devices-Part 1： Classification of defects

LU WeiliFANG YulongWANG Bo LI Shuai WANG Jian HAN Mingrui WANG QihengLI Jiantao

The l3th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation）

Abstract：Inrecentyears，the globaldemand for SiCmaterials hasexploded.Thequalityand performanceofSiCepitaxial wafers，thecore material of power devices，directlydetermine thereliability and service lifeof the devices.Developing national standards forSiCepitaxial wafers，standardizingdefectclassificationanddetection methods forSiCepitaxial wafers， andguidingtheproductionanduseofSiCepitaxial wafers，playanimportantroleinpromoting thehigh-qualitydevelopment of domestic SiCsemiconductor materialsand SiC-based power semiconductordevices.This article interprets threenational standards，includingGB/T43493.1-2023，Semiconductordevice—Non-destructiverecognitioncriteriaofdefects insilicon carbide homoepitaxial waferforpowerdevices-Part1：Clasificationofdefects，andevaluates thekeycontents to help standards usersbetter understand， implement，and enforce them.

Keywords：siliconcarbide;defect;national standards

0 引言

當(dāng)前，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正處于深度變革，化合物半導(dǎo)體成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的關(guān)注點(diǎn)，我國(guó)應(yīng)加緊產(chǎn)業(yè)布局，搶占發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。SiC材料因其突出的性能優(yōu)勢(shì)，SiC電力電子器件相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，市場(chǎng)前景廣闊。面對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大機(jī)遇，我國(guó)政府也十分重視該領(lǐng)域的發(fā)展。2015年5月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《中國(guó)制造 2025? ，新材料在《lt;中國(guó)制造 2025gt; 重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》中是十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一，其中化合物半導(dǎo)體中的第三代半導(dǎo)體被納入關(guān)鍵戰(zhàn)略材料發(fā)展重點(diǎn)。。

SiC外延片中缺陷的測(cè)試和表征，對(duì)于SiC外延片的制備與使用至關(guān)重要。近幾年國(guó)內(nèi)的寬禁帶半導(dǎo)體外延材料取得了很大的進(jìn)步，但相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展相對(duì)滯后。制定SiC外延片國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范SiC外延片的缺陷分類及其檢測(cè)方法，指導(dǎo)SiC外延片的生產(chǎn)和使用，對(duì)于促進(jìn)國(guó)內(nèi)SiC半導(dǎo)體材料和SiC基功率半導(dǎo)體器件的高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮著重要作用。

1起草背景

為落實(shí)國(guó)務(wù)院有關(guān)《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》和《國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》的部署和要求，提升標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品質(zhì)量整體水平，適應(yīng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、品牌、質(zhì)量服務(wù)為核心的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展形式。在此背景下，牽頭成立工作組，等同采用IEC系列標(biāo)準(zhǔn)，制定了GB/T43493.1—2023《半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第1部分：缺陷分類》、GB/T43493.2—2023《半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第2部分：缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法》與GB/T43493.3—2023《半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第3部分：缺陷的光致發(fā)光檢測(cè)方法》系列標(biāo)準(zhǔn)，旨在適應(yīng)當(dāng)前及未來(lái)SiC材料發(fā)展需求，規(guī)范SiC同質(zhì)外延片缺陷的判定標(biāo)準(zhǔn)，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性以保[1-3]證材料質(zhì)量，推動(dòng)SiC外延產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

2 碳化硅同質(zhì)外延片缺陷系列標(biāo)準(zhǔn)解讀

該系列標(biāo)準(zhǔn)文件規(guī)定了功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)，主要內(nèi)容包括商用功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片的缺陷分類、碳化硅同質(zhì)外延片缺陷光學(xué)檢測(cè)、碳化硅同質(zhì)外延片缺陷光致發(fā)光檢測(cè)方法。這些分類和方法為準(zhǔn)確識(shí)別碳化硅同質(zhì)外延片缺陷提供了重要的依據(jù)和手段。

2.1GB/T43493.1一2023《半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第1部分：缺陷分類》標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC63068—1Ed1.0：2019《Semiconductor device—Non-destructiverecognitioncriteriaofdefects in silicon carbidehomoepitaxial waferforpower devices—Part1：Classificationofdefects》，標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容與IEC63068—1Ed1.0：2019保持一致。本標(biāo)準(zhǔn)包含范圍、引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義和缺陷分類4部分內(nèi)容。具體說(shuō)明如下。

（1）范圍：商用碳化硅（SiC）同質(zhì)外延片產(chǎn)品上缺陷的缺陷分類。

（2）術(shù)語(yǔ)和定義：給出了碳化硅、3C型碳化硅、4H型碳化硅等47個(gè)術(shù)語(yǔ)定義，其中晶向、顆粒等術(shù)語(yǔ)在GB/T14264—2009《半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)》也有定義，本文件中術(shù)語(yǔ)按照IEC標(biāo)準(zhǔn)原文翻譯，和IEC原文件保持一致。

（3）缺陷分類：SiC同質(zhì)外延片的缺陷可以分為多種類型，包括但不限于點(diǎn)缺陷、微管、穿透型螺位錯(cuò)（TSD）、穿透型刃位錯(cuò)（TED）、劃痕痕跡、堆垛層錯(cuò)、延伸堆垛層錯(cuò)、復(fù)合堆垛層錯(cuò)、多型包裹體、顆粒包裹體、臺(tái)階聚集簇以及表面顆粒等。每一種缺陷都有其獨(dú)特的形態(tài)和特征，如：微管通常呈現(xiàn)為中空管狀，而多型包裹體則表現(xiàn)為沿斜切方向延伸的三角形。準(zhǔn)確的缺陷分類有助于后續(xù)的檢測(cè)和識(shí)別工作，為后續(xù)采取針對(duì)性的修復(fù)措施提供重要依據(jù)。

基于晶體類型和結(jié)構(gòu)，SiC同質(zhì)外延片中的缺陷可分為14類，見(jiàn)表1。

2.2GB/T43493.2—2023《半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第2部分：缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法》解讀

本標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC63068—2Ed1.0：2019《Semiconductor device—Non-destructiverecognition criteria ofdefects insiliconcarbidehomoepitaxial waferforpowerdevices-Part2：Testmethod for defectsusing optical inspection》。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在商用碳化硅（SiC）同質(zhì)外延片產(chǎn)品上缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)。主要是通過(guò)給出這些缺陷的光學(xué)圖像示例，為SiC同質(zhì)外延晶片上缺陷的光學(xué)檢測(cè)提供檢測(cè)和分類的依據(jù)。需要指出的是，本標(biāo)準(zhǔn)主要討論缺陷的無(wú)損表征方法，因此有損表征例如濕法腐蝕等不包含在本標(biāo)準(zhǔn)中。

光學(xué)檢測(cè)方法是SiC同質(zhì)外延片缺陷檢測(cè)中常用的一種手段。該方法主要通過(guò)觀察SiC外延片的表面形態(tài)，利用光學(xué)顯微鏡等設(shè)備對(duì)缺陷進(jìn)行成像和分析。標(biāo)準(zhǔn)給出了如：微管、TSD、TED、劃痕痕跡以及表面顆粒等光學(xué)檢測(cè)下的典型形貌。通過(guò)調(diào)整光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)和照明條件，可以清晰地觀察到這些缺陷在SiC同質(zhì)外延片表面的形態(tài)和分布。本標(biāo)準(zhǔn)以附錄的形式，給出了4H一SiC同質(zhì)外延片（外延層厚度 10μm ）缺陷的典型圖像和特征，供標(biāo)準(zhǔn)使用者對(duì)比參考。

2.3GB/T43493.3一2023《半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第3部分：缺陷的光致發(fā)光檢測(cè)方法》解讀

本標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC63068—3Ed1.0：2020《Semiconductor device-Non-destructiverecognition criteriaofdefectsin silicon carbidehomoepitaxial waferforpowerdevicesPart 3：Testmethod for defects usingphotoluminescence》，本標(biāo)準(zhǔn)包含范圍、引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義和光致發(fā)光測(cè)試方法等內(nèi)容。規(guī)定了商用碳化硅（4H—SiC）同質(zhì)外延片生長(zhǎng)缺陷光致發(fā)光檢測(cè)的定義和方法。主要是通過(guò)光致發(fā)光圖像示例和發(fā)射光譜示例，為SiC同質(zhì)外延晶片上缺陷的光致發(fā)光檢測(cè)提供檢測(cè)和分類的依據(jù)。

光致發(fā)光（PL）檢測(cè)方法是一種重要的SiC同質(zhì)外延片缺陷檢測(cè)手段。通過(guò)觀察和分析PL圖像中缺陷的發(fā)光特性和形態(tài)，可以對(duì)SiC同質(zhì)外延片中的缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別和分類。本標(biāo)準(zhǔn)給出了如：BPD、堆垛層錯(cuò)、延伸堆垛層錯(cuò)、復(fù)合堆垛層錯(cuò)、多型包裹體等在光致發(fā)光檢測(cè)下的典型形貌特征。PL檢測(cè)方法具有更高的靈敏度和準(zhǔn)確性，能夠檢測(cè)到更微小的缺陷和隱藏在材料內(nèi)部的缺陷。此外，PL檢測(cè)方法可以與光學(xué)檢測(cè)方法相結(jié)合，形成組合檢測(cè)方法。通過(guò)綜合利用兩種檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷更全面、更準(zhǔn)確的識(shí)別和分類。本標(biāo)準(zhǔn)以附錄的形式給出了4H一SiC同質(zhì)外延片（外延層厚度為 10μm ）缺陷的典型光致發(fā)光（PL）圖像、特征以及典型的光致發(fā)光（PL）光譜，供標(biāo)準(zhǔn)使用者對(duì)比參考。

3結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正處于深度變革之中，化合物半導(dǎo)體成為新的關(guān)注點(diǎn)。各國(guó)都在正加緊產(chǎn)業(yè)布局，搶占發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。等同采用IEC系列標(biāo)準(zhǔn)的GB/T43493.1—2023等3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定和實(shí)施，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的規(guī)范化發(fā)展、提升我國(guó)在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力以及推動(dòng)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)等方面都具有重要意義。

此次國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定為我國(guó)SiC同質(zhì)外延片的缺陷檢測(cè)提供了統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)缺陷無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)的明確，可以確保SiC外延片的質(zhì)量一致性，降低因缺陷導(dǎo)致的器件失效風(fēng)險(xiǎn)，從而提升國(guó)內(nèi)SiC產(chǎn)業(yè)的可靠性和穩(wěn)定性。本系列標(biāo)準(zhǔn)可作為SiC外延片產(chǎn)品的生產(chǎn)、檢驗(yàn)及貿(mào)易洽談等方面的技術(shù)依據(jù)。建立國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有利于實(shí)現(xiàn)SiC外延材料缺陷的規(guī)范化和統(tǒng)一化，便于SiC外延材料圓片供貨商和客戶之間達(dá)成共識(shí)，同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的建立可促進(jìn)我國(guó)SiC外延材料產(chǎn)品質(zhì)量、材料技術(shù)水平和應(yīng)用水平的提升。本系列標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施也有助于引導(dǎo)SiC外延企業(yè)加強(qiáng)質(zhì)量控制，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)向更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，有效促進(jìn)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在SiC外延片領(lǐng)域的研發(fā)投入，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為SiC產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第1部分：缺陷分類：GB/T43493.1—2023[S].

[2]半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú)損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第2部分：缺陷的光學(xué)檢測(cè)方法：GB/T43493.2—2023[S].

[3]半導(dǎo)體器件功率器件用碳化硅同質(zhì)外延片缺陷的無(wú) 損檢測(cè)識(shí)別判據(jù)第3部分：缺陷的光致發(fā)光檢測(cè)方 法：GB/T43493.3—2023[S].