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碳化硅单晶抛光片堆垛层错测试方法标准立项报告：目的意义、范围与主要技术内容

EnglishTitle:StandardizationProposalforStackingFaultTestingMethodinSiliconCarbideSingleCrystalPolishedWafers:Purpose,Significance,Scope,andTechnicalContent

摘要

碳化硅（SiC）作为新一代宽禁带半导体材料，在5G通信、电动汽车、新能源及轨道交通等领域具有重要战略地位。堆垛层错（StackingFaults）作为碳化硅单晶中的关键缺陷类型，直接影响外延层质量与器件性能。目前国内缺乏统一的层错检测标准，导致产品质量评价体系不完善，制约产业竞争力提升。本标准基于光致发光（Photoluminescence,PL）原理，提出一种非破坏性、高精度的堆垛层错测试方法，旨在规范检测流程、提升材料一致性，并为碳化硅产业链的高质量发展提供技术支撑。本报告详细阐述了标准立项的背景意义、适用范围及核心技术内容，强调了其对行业技术标准化与国际市场拓展的重要推动作用。

关键词：碳致发光检测，堆垛层错，碳化硅单晶抛光片，半导体缺陷检测，标准化，宽禁带半导体，无损测试

Keywords:PhotoluminescenceTesting,StackingFaults,SiliconCarbidePolishedWafer,SemiconductorDefectInspection,Standardization,WideBandgapSemiconductor,Non-DestructiveTesting

一、目的与意义

碳化硅（SiC）作为继硅之后发展起来的新一代半导体材料，因其高禁带宽度、高击穿场强、高导热率等优异性能，成为5G通信、电动汽车、轨道交通、智能电网和新能源等领域的关键战略材料。美国、欧洲、日本等均已将碳化硅技术纳入国家半导体产业战略布局。我国在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》和《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》中明确将碳化硅等宽禁带半导体列为重点支持方向。2020年国务院发布的《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》进一步强调需聚焦碳化硅等高端半导体技术的研发与创新平台建设。

在碳化硅产业链中，衬底抛光片的质量直接影响外延生长和器件性能。堆垛层错作为一种典型的面缺陷，会在外延过程中延伸至外延层，导致器件漏电流升高、栅氧可靠性下降乃至击穿等问题。因此，建立科学、统一、可操作的层错检测方法对材料评级、工艺优化和产品良率提升具有重要意义。

目前，国际企业如KLA（科天）的CS系列和Lasertec的SICA系列检测设备已集成光致发光检测功能，可实现碳化硅层错的高效识别与量化。然而，国内尚无相关标准规范检测流程与方法，导致不同厂商和实验室之间的测试结果缺乏可比性。本标准的制定将填补国内技术空白，推动检测设备的国产化研发与应用，提升碳化硅材料在国际市场的竞争力和话语权。

二、范围与主要技术内容

范围

本标准规定了基于光致发光原理的碳化硅单晶抛光片堆垛层错无损测试方法，适用于经化学机械抛光（CMP）及清洗处理后的导电型及半绝缘型碳化硅单晶抛光片。本标准不适用于具有表面损伤、污染或未完成抛光处理的样品。

主要技术内容

1.检测原理：

采用紫外激光束照射样品表面，激发电子从价带跃迁至导带。处于高能态的电子在回落过程中以光子形式释放能量，通过光电传感器捕获特定波长（如层错相关的发光峰）信号，经数据处理系统分析后生成缺陷分布图。

2.设备要求：

-激光光源：波长范围需满足碳化硅带隙要求（通常为紫外波段）；

-光学系统：具备高分辨率光谱采集与成像功能；

-信号处理：需包含光谱分光、光电转换及图像重构模块；

-校准机制：设备需定期使用标准样品进行光学校准与信号标定。

3.测试流程：

-样品预处理：确保表面无污染、氧化及机械损伤；

-激光扫描：在特定功率与扫描速度下获取全域发光信号；

-数据分析：通过特征峰识别（如层错对应的发光波长）与信噪比计算，统计层错密度与分布；

-结果输出：生成缺陷密度报告及二维/三维分布图。

4.方法验证：

通过与国际主流设备（如KLACS系列）的测试结果对比，以及实验室间比对试验，确保方法的重复性与再现性满足工业级检测要求。

三、主要参与单位介绍

中国科学院半导体研究所

作为本标准的主要起草单位之一，中国科学院半导体研究所长期致力于宽禁带半导体材料与器件研究，在碳化硅单晶生长、缺陷分析与器件应用方面具有深厚的技术积累。该所拥有国家半导体材料分析测试中心，具备完整的材料表征平台