GB/T43493.1一2023《半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第1部分：缺陷分類》等系列國家標準解讀

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

當前，全球半導體產業正處于深度變革，化合物半導體成為產業發展新的關注點，我國應加緊產業布局，搶占發展的主動權。SiC材料因其突出的性能優勢，SiC電力電子器件相關技術和產業發展十分迅速，市場前景廣闊。面對產業發展的重大機遇，我國政府也十分重視該領域的發展。2015年5月，國務院發布《中國制造 2025? ，新材料在《lt;中國制造 2025gt; 重點領域技術路線圖》中是十大重點領域之一，其中化合物半導體中的第三代半導體被納入關鍵戰略材料發展重點。。

SiC外延片中缺陷的測試和表征，對于SiC外延片的制備與使用至關重要。近幾年國內的寬禁帶半導體外延材料取得了很大的進步，但相應的標準發展相對滯后。制定SiC外延片國家標準，規范SiC外延片的缺陷分類及其檢測方法，指導SiC外延片的生產和使用，對于促進國內SiC半導體材料和SiC基功率半導體器件的高質量發展發揮著重要作用。

1起草背景

為落實國務院有關《國家標準化發展綱要》和《國家集成電路產業發展推進綱要》的部署和要求，提升標準化和產品質量整體水平，適應技術、標準、品牌、質量服務為核心的新經濟發展形式。在此背景下，牽頭成立工作組，等同采用IEC系列標準，制定了GB/T43493.1—2023《半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第1部分：缺陷分類》、GB/T43493.2—2023《半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第2部分：缺陷的光學檢測方法》與GB/T43493.3—2023《半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第3部分：缺陷的光致發光檢測方法》系列標準，旨在適應當前及未來SiC材料發展需求，規范SiC同質外延片缺陷的判定標準，提高檢測結果的準確性與可靠性以保[1-3]證材料質量，推動SiC外延產業高質量發展

2 碳化硅同質外延片缺陷系列標準解讀

該系列標準文件規定了功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據，主要內容包括商用功率器件用碳化硅同質外延片的缺陷分類、碳化硅同質外延片缺陷光學檢測、碳化硅同質外延片缺陷光致發光檢測方法。這些分類和方法為準確識別碳化硅同質外延片缺陷提供了重要的依據和手段。

2.1GB/T43493.1一2023《半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第1部分：缺陷分類》標準

該標準等同采用IEC63068—1Ed1.0：2019《Semiconductor device—Non-destructiverecognitioncriteriaofdefects in silicon carbidehomoepitaxial waferforpower devices—Part1：Classificationofdefects》，標準的結構和內容與IEC63068—1Ed1.0：2019保持一致。本標準包含范圍、引用文件、術語和定義和缺陷分類4部分內容。具體說明如下。

（1）范圍：商用碳化硅（SiC）同質外延片產品上缺陷的缺陷分類。

（2）術語和定義：給出了碳化硅、3C型碳化硅、4H型碳化硅等47個術語定義，其中晶向、顆粒等術語在GB/T14264—2009《半導體材料術語》也有定義，本文件中術語按照IEC標準原文翻譯，和IEC原文件保持一致。

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

基于晶體類型和結構，SiC同質外延片中的缺陷可分為14類，見表1。

2.2GB/T43493.2—2023《半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第2部分：缺陷的光學檢測方法》解讀

本標準等同采用IEC63068—2Ed1.0：2019《Semiconductor device—Non-destructiverecognition criteria ofdefects insiliconcarbidehomoepitaxial waferforpowerdevices-Part2：Testmethod for defectsusing optical inspection》。標準規定了在商用碳化硅（SiC）同質外延片產品上缺陷的光學檢測方法和標準。主要是通過給出這些缺陷的光學圖像示例，為SiC同質外延晶片上缺陷的光學檢測提供檢測和分類的依據。需要指出的是，本標準主要討論缺陷的無損表征方法，因此有損表征例如濕法腐蝕等不包含在本標準中。

光學檢測方法是SiC同質外延片缺陷檢測中常用的一種手段。該方法主要通過觀察SiC外延片的表面形態，利用光學顯微鏡等設備對缺陷進行成像和分析。標準給出了如：微管、TSD、TED、劃痕痕跡以及表面顆粒等光學檢測下的典型形貌。通過調整光學顯微鏡的放大倍數和照明條件，可以清晰地觀察到這些缺陷在SiC同質外延片表面的形態和分布。本標準以附錄的形式，給出了4H一SiC同質外延片（外延層厚度 10μm ）缺陷的典型圖像和特征，供標準使用者對比參考。

2.3GB/T43493.3一2023《半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第3部分：缺陷的光致發光檢測方法》解讀

本標準等同采用IEC63068—3Ed1.0：2020《Semiconductor device-Non-destructiverecognition criteriaofdefectsin silicon carbidehomoepitaxial waferforpowerdevicesPart 3：Testmethod for defects usingphotoluminescence》，本標準包含范圍、引用文件、術語和定義和光致發光測試方法等內容。規定了商用碳化硅（4H—SiC）同質外延片生長缺陷光致發光檢測的定義和方法。主要是通過光致發光圖像示例和發射光譜示例，為SiC同質外延晶片上缺陷的光致發光檢測提供檢測和分類的依據。

光致發光（PL）檢測方法是一種重要的SiC同質外延片缺陷檢測手段。通過觀察和分析PL圖像中缺陷的發光特性和形態，可以對SiC同質外延片中的缺陷進行準確的識別和分類。本標準給出了如：BPD、堆垛層錯、延伸堆垛層錯、復合堆垛層錯、多型包裹體等在光致發光檢測下的典型形貌特征。PL檢測方法具有更高的靈敏度和準確性，能夠檢測到更微小的缺陷和隱藏在材料內部的缺陷。此外，PL檢測方法可以與光學檢測方法相結合，形成組合檢測方法。通過綜合利用兩種檢測方法的優勢，可以實現對缺陷更全面、更準確的識別和分類。本標準以附錄的形式給出了4H一SiC同質外延片（外延層厚度為 10μm ）缺陷的典型光致發光（PL）圖像、特征以及典型的光致發光（PL）光譜，供標準使用者對比參考。

3結語

當前，全球半導體產業正處于深度變革之中，化合物半導體成為新的關注點。各國都在正加緊產業布局，搶占發展的主動權。等同采用IEC系列標準的GB/T43493.1—2023等3個標準制定和實施，對于推動我國寬禁帶半導體產業鏈的規范化發展、提升我國在全球半導體產業中的競爭力以及推動科技創新和產業升級等方面都具有重要意義。

此次國家標準的制定為我國SiC同質外延片的缺陷檢測提供了統一的技術依據和評判標準。通過缺陷無損檢測識別判據的明確，可以確保SiC外延片的質量一致性，降低因缺陷導致的器件失效風險，從而提升國內SiC產業的可靠性和穩定性。本系列標準可作為SiC外延片產品的生產、檢驗及貿易洽談等方面的技術依據。建立國家標準有利于實現SiC外延材料缺陷的規范化和統一化，便于SiC外延材料圓片供貨商和客戶之間達成共識，同時，標準的建立可促進我國SiC外延材料產品質量、材料技術水平和應用水平的提升。本系列標準的實施也有助于引導SiC外延企業加強質量控制，推動產業向更加規范化、標準化的方向發展，有效促進相關科研機構和企業在SiC外延片領域的研發投入，推動技術創新和產業升級，為SiC產業的持續發展提供有力支撐。

參考文獻

[1]半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第1部分：缺陷分類：GB/T43493.1—2023[S].

[2]半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無損檢測識別判據第2部分：缺陷的光學檢測方法：GB/T43493.2—2023[S].

[3]半導體器件功率器件用碳化硅同質外延片缺陷的無 損檢測識別判據第3部分：缺陷的光致發光檢測方 法：GB/T43493.3—2023[S].