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碳化硅单晶片厚度和平整度测试方法标准修订研究报告

StandardRevisionResearchReportonThicknessandFlatnessTestMethodsforSiliconCarbideMonocrystallineWafers

摘要

本报告围绕碳化硅单晶片厚度和平整度测试方法标准的修订工作展开深入研究。碳化硅作为第三代半导体的核心材料，具有宽禁带、高击穿电场、高热导率等优异特性，在新能源汽车、5G通信、智能电网等战略新兴产业中具有广泛应用前景。随着碳化硅单晶片制备技术的快速发展，6英寸和8英寸大尺寸晶片已实现产业化，原有国家标准GB/T32278-2015和GB/T30867-2014在适用范围、测试方法和技术指标等方面已不能满足当前产业发展需求。本次标准修订整合了两项原有标准，扩展了适用范围至200mm直径晶片，细化了光学干涉测试原理，明确了测试状态分类，完善了测量仪器规范，重新确定了测试精密度要求。修订后的标准将显著提升碳化硅单晶片厚度和平整度测试的准确性和可靠性，为碳化硅半导体材料质量控制和产业链协同发展提供重要技术支撑。

关键词：碳化硅单晶片；厚度测试；平整度测试；标准修订；半导体材料；光学干涉法

Keywords:SiliconCarbideMonocrystallineWafer;ThicknessTest;FlatnessTest;StandardRevision;SemiconductorMaterial;OpticalInterferenceMethod

正文

一、标准修订的背景与意义

碳化硅半导体材料作为国家战略新兴产业的关键材料，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中被列为科技前沿领域攻关重点，同时在《重点新材料首批次应用示范指导目录（2021年版）》中作为关键战略材料得到明确支持。碳化硅材料凭借其宽禁带（3.2eV）、高击穿电场（3MV/cm）、高热导率（4.9W/cm·K）、高电子饱和速率（2×10?cm/s）及高抗辐射性能等优势，能够突破传统硅基半导体器件的性能极限，已成为电力电子和微波射频器件的核芯，在新一代移动通信、智能电网、新能源汽车、轨道交通、消费电子等领域展现出巨大的应用潜力。

碳化硅单晶片的厚度和平整度是衡量其质量的关键参数，直接影响外延生长质量和器件制备良率。厚度均匀性不足会导致外延层厚度波动，进而影响器件性能一致性；平整度偏差则会引起光刻工艺中的聚焦问题，降低器件成品率。随着碳化硅产业链的成熟和市场需求的扩大，对晶片几何参数的测试精度和可靠性提出了更高要求。

现行国家标准GB/T32278-2015《碳化硅单晶片平整度测试方法》和GB/T30867-2014《碳化硅单晶片厚度和总厚度变化测试方法》分别发布于2015年和2014年，已不能完全适应当前技术发展需求。具体表现在：适用范围局限于直径100mm及以下晶片，未涵盖已产业化的150mm和200mm大尺寸晶片；测试方法中接触式测量可能对晶片表面造成损伤，影响产品良率；测试指标不够全面，缺乏局部厚度变化等关键参数；精密度数据需要根据当前技术水平重新确定。因此，对这两项标准进行整合修订具有重要现实意义。

二、标准修订的范围与主要技术内容

2.1标准范围

修订后的标准规定了碳化硅单晶片厚度和平整度的测试方法，涵盖以下关键参数：

-厚度（THK）：晶片表面特定点处的垂直距离

-总厚度变化（TTV）：晶片厚度最大值与最小值的差值

-局部厚度变化（LTV）：规定区域内厚度最大值与最小值的差值

-弯曲度（Bow）：晶片中心点相对于参考平面的偏离程度

-翘曲度（Warp）：晶片中心面与参考平面之间的最大距离与最小距离之差

标准适用范围扩展至直径为50.8mm（2英寸）、76.2mm（3英寸）、100mm（4英寸）、150mm（6英寸）和200mm（8英寸），厚度范围为0.13mm至1mm的碳化硅单晶抛光片，全面覆盖当前产业化尺寸规格。

2.2主要技术内容修订

本次标准整合修订主要包含以下技术内容创新：

2.2.1标准整合与结构优化

将GB/T32278和GB/T30867两项标准进行有机整合，建立统一的测试方法标准体系。整合后标准名称为《碳化硅单晶片厚度和平整度测试方法》，避免了原有标准间的重复和矛盾，提高了标准使用的便利性。

2.2.2测试原理细化与状态分类

基于光学干涉原理，进一步细化了测试方法的理论基础和操作规范。明确将测试状态分为吸附态和自由态两种模式，并规定了不同状态对应的测试指标和要求。吸附态测试模拟晶片在实际工艺过程中的状态，更能反映实际应用场景下的参数特性；自由态测试则适用于基