碳化硅拋光片表面質(zhì)量和微管密度的測(cè)試 共焦點(diǎn)微分干涉法-編制說(shuō)明

碳化硅拋光片表面質(zhì)量和微管密度的測(cè)試共焦點(diǎn)微分干涉法編制說(shuō)明一、工作簡(jiǎn)況1.立項(xiàng)目的和意義碳化硅材料是在近十年發(fā)展起來(lái)的第三代新型寬禁帶半導(dǎo)體材料。該材料具有高出傳統(tǒng)硅數(shù)倍的寬禁帶、漂移速度、擊穿電壓、熱導(dǎo)率、耐高溫等優(yōu)良特性，是典型的新材料?！吨攸c(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2018版）》中“關(guān)鍵戰(zhàn)略材料”-“三、先進(jìn)半導(dǎo)體材料和新型顯示材料”中“146碳化硅單晶襯底”；《新材料標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》中的“二（二）4先進(jìn)半導(dǎo)體材料”中“建立碳化硅、氮化鎵、氮化硼等第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)……”；《工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、科技部、財(cái)政部關(guān)于印發(fā)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南的通知》（工信部聯(lián)規(guī)[2016]454號(hào)）中“四、重點(diǎn)任務(wù)-（一）突破重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域急需的新材料”中“加強(qiáng)大尺寸硅材料、大尺寸碳化硅單晶……生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，解決極大規(guī)模集成電路材料制約”。隨著大數(shù)據(jù)傳輸、云計(jì)算、AI技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)，包括下一步的能源傳輸?shù)鹊牟粩嘟ㄔO(shè)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度及容量提出了越來(lái)越高的要求，而碳化硅作為第三代高功率半導(dǎo)體新材料的代表，碳化硅器件已經(jīng)獲得了業(yè)界極大的期望和關(guān)注。面臨市場(chǎng)的快速普及，對(duì)碳化硅拋光片的質(zhì)量提出更高要求，高品質(zhì)的呼聲越發(fā)高漲。因此，快速檢測(cè)碳化硅單晶拋光片的表面質(zhì)量及微管密度，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)各類缺陷的數(shù)量和分布，是改善碳化硅拋光片品質(zhì)、提高碳化硅拋光片產(chǎn)能的必要手段。本標(biāo)準(zhǔn)旨在確定一個(gè)準(zhǔn)確可靠的碳化硅拋光片微管密度及表面質(zhì)量檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)機(jī)制，這對(duì)于碳化硅拋光片的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的統(tǒng)一控制有重要的意義。2.任務(wù)來(lái)源根據(jù)《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2021年第一批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知》（國(guó)標(biāo)委發(fā)[2021]12號(hào)）的要求，由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所負(fù)責(zé)制定《碳化硅拋光片表面質(zhì)量和微管的測(cè)試方法共焦點(diǎn)微分干涉法》，計(jì)劃編號(hào)為20210888-T-469，要求完成時(shí)間2023年4月。經(jīng)過(guò)原國(guó)標(biāo)委工業(yè)一部、工業(yè)二部認(rèn)可，半導(dǎo)體材料標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC203）與全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC203/SC2）共同提出并歸口，具體見標(biāo)委工二函[2014]22號(hào)。3.主要工作過(guò)程3.1起草階段本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作由中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所承擔(dān)?！短蓟钂伖馄砻尜|(zhì)量和微管的測(cè)試方法共焦點(diǎn)微分干涉法》項(xiàng)目正式立項(xiàng)后，起草單位即組織成立了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，討論并形成了制定工作計(jì)劃及任務(wù)分工。2021年9月，起草工作組完成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳化硅拋光片表面質(zhì)量和微管的測(cè)試方法共焦點(diǎn)微分干涉法》的討論稿，并提交至全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)秘書處。2021年9月24日，全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)在安徽省蕪湖市組織召開了《碳化硅拋光片表面質(zhì)量和微管的測(cè)試方法共焦點(diǎn)微分干涉法》的討論會(huì)，北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司、中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所等19家單位的31名專家參加了會(huì)議，與會(huì)專家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的討論稿認(rèn)真地進(jìn)行了逐字逐句的討論，對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要點(diǎn)內(nèi)容和文本質(zhì)量進(jìn)行了充分的討論，會(huì)議中專家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)名稱、適用范圍、術(shù)語(yǔ)、測(cè)試環(huán)境、樣品、干擾因素、試驗(yàn)步驟等方面提出了修改意見，根據(jù)蕪湖會(huì)議的要求，編制組對(duì)討論稿進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，于2021年10月完成了征求意見稿及編制說(shuō)明。3.2、征求意見階段2021年9月編制組將征求意見稿及編制說(shuō)明，發(fā)函半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)、使用、檢測(cè)等相關(guān)單位廣泛征求意見。結(jié)合征求的意見，編制組對(duì)標(biāo)準(zhǔn)整體進(jìn)行梳理和修改，并于2022年10月再次將征求意見稿和編制說(shuō)明發(fā)函征求意見。2021年7月～2021年9月，全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)的“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化業(yè)務(wù)管理平臺(tái)”上掛網(wǎng)，向社會(huì)公開征求意見，未收到反饋意見。同時(shí)，標(biāo)委會(huì)還通過(guò)工作群、郵件向委員單位征求意見，并將征求意見資料在網(wǎng)站上掛網(wǎng)征求意見。征求意見的單位包括主要的生產(chǎn)、經(jīng)銷、使用、科研、檢驗(yàn)等，征求意見單位廣泛且具有代表性。4.標(biāo)準(zhǔn)承研單位概況及起草人所做的工作牽頭單位中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所是中國(guó)主要的半導(dǎo)體材料研發(fā)生產(chǎn)單位，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，研究方向幾乎涵蓋全部半導(dǎo)體材料，包括硅、鍺、碳化硅、氮化鎵等，建立了多條主流半導(dǎo)體材料生產(chǎn)線，其中包括硅單晶片、鍺單晶片、GaAs單晶片等。中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所質(zhì)檢中心始建于1988年，現(xiàn)有工作人員41人，本科以上學(xué)歷人員占90%以上，獲得計(jì)量認(rèn)證證書、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)授權(quán)證書、實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可證書。質(zhì)檢中心長(zhǎng)期從事電子材料的物理性能、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)與表面特性的測(cè)試工作。在不斷強(qiáng)化技術(shù)實(shí)力和科研工作的基礎(chǔ)上，質(zhì)檢中心也十分重視標(biāo)準(zhǔn)化研究以及國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，積極承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目。質(zhì)檢中心擁有完整的半導(dǎo)體材料測(cè)量設(shè)備和儀器，多年來(lái)，憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為國(guó)內(nèi)外客戶提供了大量的檢測(cè)服務(wù)。同時(shí)擁有一批高素質(zhì)的科研、生產(chǎn)和管理專業(yè)人才，曾制（修）訂了多項(xiàng)硅單晶材料測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)空白，有豐富的制（修）訂標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)。本文件的主要起草單位為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司等，其中中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所為牽頭單位，組織了標(biāo)準(zhǔn)起草和試驗(yàn)工作，有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司對(duì)標(biāo)準(zhǔn)各環(huán)節(jié)的稿件進(jìn)行了審查修改，確保標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T1.1的要求，XXX參與了標(biāo)準(zhǔn)起草，在標(biāo)準(zhǔn)研制過(guò)程中積極反饋意見，為標(biāo)準(zhǔn)文本的完善做出了貢獻(xiàn)。劉立娜、何烜坤組織協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)起草，開展試驗(yàn)復(fù)驗(yàn)工作；XXX參與標(biāo)準(zhǔn)文本質(zhì)量的審查、修改和意見反饋等。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及確定主要內(nèi)容的確定依據(jù)1、編制原則1)本文件編制主要依據(jù)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》、GB/T20001.4-2015《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的原則進(jìn)行起草。2)考慮用戶的當(dāng)前使用要求及以后技術(shù)發(fā)展的潛在使用要求。3)考慮國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、測(cè)試現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的依據(jù)2.1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了4H及6H碳化硅拋光片表面質(zhì)量和微管密度的無(wú)損光學(xué)測(cè)量方法，表面質(zhì)量包括劃痕、凹坑、小丘、顆粒等。2.2規(guī)范性引用文件將本標(biāo)準(zhǔn)中直接引用到的文件GB/T14264《半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)》、GB/T30656《碳化硅單晶拋光片》、GB50073《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》列入了第二章。2.3術(shù)語(yǔ)和定義本標(biāo)準(zhǔn)中引用了GB/T14264《半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)》、GB/T30656《碳化硅單晶拋光片》、GB50073《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于半導(dǎo)體材料凹坑、微管、顆粒、潔凈度等級(jí)等術(shù)語(yǔ)的定義。2.4原理采用共焦點(diǎn)微分干涉光學(xué)系統(tǒng)，入射光（546nm）通過(guò)諾馬斯基棱鏡和物鏡后照射到晶片表面，晶片表面反射的光線通過(guò)共聚焦光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)檢測(cè)器（CCD），對(duì)待測(cè)晶片進(jìn)行全表面掃描，獲得晶片表面各個(gè)位置的真實(shí)圖像，與預(yù)設(shè)的各種缺陷的特征參數(shù)信息相比較，對(duì)抓捕到的缺陷進(jìn)行分類識(shí)別并對(duì)缺陷的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以獲得各類缺陷在晶片表面的分布圖，以及各類缺陷的數(shù)量。2.5干擾因素本標(biāo)準(zhǔn)中干擾因素包括表面沾污、光源穩(wěn)定性等因素，說(shuō)明如下：2.5.1晶片表面或者樣品臺(tái)上的沾污會(huì)對(duì)顆粒測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響，可以通過(guò)保持環(huán)境潔凈度、清潔樣品表面、清潔樣品臺(tái)予以消除。2.5.2光源穩(wěn)定性的影響，可以通過(guò)選擇合適的校準(zhǔn)片對(duì)光源進(jìn)行校準(zhǔn)。2.5.3樣品的表面粗糙度的影響，可以通過(guò)表面粗糙度測(cè)試對(duì)樣品進(jìn)行篩選。2.6試驗(yàn)條件由于晶片表面潔凈程度對(duì)測(cè)試結(jié)果有直接影響，因此本方法要求測(cè)試環(huán)境溫度：23℃±3℃，環(huán)境濕度：相對(duì)濕度40%～70%，空氣潔凈度等級(jí)優(yōu)于ISO6級(jí)，測(cè)試環(huán)境應(yīng)有電磁屏蔽、去靜電裝置、良好接地的測(cè)試機(jī)臺(tái)、工頻電源濾波裝置，周圍無(wú)腐蝕性氣氛及震動(dòng)。2.7儀器設(shè)備本方法主要采用共焦點(diǎn)微分干涉光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，該測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)機(jī)械手臂、自動(dòng)對(duì)位功能、能夠?qū)M(jìn)行全表面掃描或者對(duì)特定區(qū)域掃描，具有可變換的倍數(shù)的物鏡，能夠?qū)θ毕葸M(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、分類和計(jì)數(shù)，具備超高效空氣過(guò)濾器，檢測(cè)腔室內(nèi)空氣潔凈度等級(jí)達(dá)到J5級(jí)。2.8樣品碳化硅拋光片表面粗糙度不超過(guò)0.5nm，本方法是將晶片表面缺陷的原始數(shù)字圖像生成一個(gè)彩色圖像，再根據(jù)圖像測(cè)量缺陷形狀和尺寸，晶片表面粗糙度過(guò)大，可能會(huì)造成對(duì)缺陷的誤判。樣品應(yīng)經(jīng)過(guò)潔凈清洗，確保晶片表面清潔，樣品表面沾污也會(huì)被當(dāng)做顆粒等缺陷誤判。2.9試驗(yàn)步驟2.9.1設(shè)備參數(shù)設(shè)定，物鏡選擇10倍DIC物鏡，設(shè)定對(duì)晶片進(jìn)行全表面掃描，去除晶片表面的邊緣部分。掃描時(shí)，應(yīng)設(shè)定直徑50.8mm拋光片邊緣去除1mm，直徑76.2mm拋光片邊緣去除2mm，直徑100.0mm拋光片邊緣去除3mm，直徑150.0mm拋光片邊緣去除3mm，以忽略邊緣區(qū)域。2.9.2開機(jī)光源的校準(zhǔn)，由于光源的穩(wěn)定性直接影響測(cè)試結(jié)果，因此設(shè)備開機(jī)后光源應(yīng)預(yù)熱1h以上，確保自動(dòng)裝載系統(tǒng)、共焦點(diǎn)微分干涉光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)均處于正常工作狀態(tài)，選擇合適的校準(zhǔn)片對(duì)光源進(jìn)行校準(zhǔn)，保證光源穩(wěn)定后開展檢測(cè)。2.9.3樣品的檢測(cè)，將待測(cè)晶片放入指定位置，選擇對(duì)應(yīng)的測(cè)試程序，輸入樣品編號(hào)和批次號(hào)等信息，開始檢測(cè)，自動(dòng)執(zhí)行取片、對(duì)位、聚焦、檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理等操作，測(cè)試結(jié)束后，得到晶片表面各類缺陷信息。2.10精密度的計(jì)算三、主要試驗(yàn)和驗(yàn)證的分析、綜述標(biāo)準(zhǔn)水平分析本方法適用于經(jīng)化學(xué)機(jī)械拋光及最終清洗后的碳化硅拋光片的微管密度及表面質(zhì)量的快速檢測(cè)，可以通對(duì)整個(gè)拋光片表面掃描獲得不同類型缺陷的數(shù)量，測(cè)試方法簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確，促進(jìn)碳化硅單晶拋光片這一先進(jìn)半導(dǎo)體材料的發(fā)展，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。五、與現(xiàn)行法律、法規(guī)及強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套情況本標(biāo)準(zhǔn)不違反國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)法律、法規(guī)，與現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有沖突。六、重大分歧意見的處理經(jīng)過(guò)和依據(jù)在本標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中，沒有出現(xiàn)重大分歧意見。七、作為推薦性或強(qiáng)制性標(biāo)