《电力系统高压功率器件用碳化硅外延片使用条件》

ICS29.045

H83DL

中华人民共和国电力行业标准

DL/TXXXXX—XXXX

电力系统高压功率器件用碳化硅外延片使

用条件

Siliconcarbideepitaxialwaferacceptancespecificationforhighvoltagepower

devicesatthegridsystem

（征求意见稿）

XX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

国家能源局发布

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II

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电力系统高压功率器件用碳化硅外延片使用条件

1范围

本标准规定了电力系统高压功率器件用碳化硅外延材料的各项技术指标。

本标准适用于高电压功率器件应用的碳化硅外延材料。

本标准适用于直径为Φ100mm和Φ150mm的碳化硅外延材料。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后

所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协

议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本

标准。

IEC63068-1Semiconductordevices-Non-destructiverecognitioncriteriaofdefectsinsilicon

carbidehomoepitaxialwaferforpowerdevices-Part1:Classificationofdefects

IEC63068-2Semiconductordevices–Non-destructiverecognitioncriteriaofdefectsinsilicon

carbidehomoepitaxialwaferforpowerdevices-Part2:Testmethodfordefectsusingopticalinspection

GB/T14264半导体材料术语

GB/T30656碳化硅单晶抛光片

GB/T30866碳化硅单晶片直径测试方法

GB/T30868碳化硅单晶片微管密度的测定化学腐蚀法

GB/T31351碳化硅单晶抛光片微管密度无损检测方法

GB/T32278碳化硅单晶片平整度测试方法

3术语和定义

GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1掉落物downfall

掉落物是一种小颗粒物，一般为从生长室内壁上掉落下来的3C-SiC颗粒，外延生长过程中

被外延层所包裹，通常会以颗粒物所在位置为起点，诱发三角形缺陷。

[IEC63068-1，定义4.2.12]

3.2三角形triangle

呈现三角形形状，含有两条及两条以上的边线，具有方向性，第三条边与主参考边几近成90

度。三角形头部有时有一明显的小三角形凹痕，内含3C-SiC晶型层。

[IEC63068-1，定义4.2.11]

3.2胡萝卜carrot

呈胡萝卜形状，长条形线状缺陷，其中一端较粗。胡萝卜缺陷具有方向性，方向沿水平方向，

与主参考边几近平行。

3

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[IEC63068-1，定义4.2.10]

3.4长三角形largetriangle

呈三角形形状，其中第三条边一般较长，形成大钝角。长三角型有方向性，第三条边与主参

考边几近垂直。

[IEC63068-1，定义4.2.13]

3.5台阶聚集stepbunching

台阶具有方向性，沿竖直方向，与主参考边几近垂直。碳化硅外延生长过程中，表面原子级

台阶容易发生聚集的现象，严重时会在表面形成细长型的三角形凸起，凸起的高度可达数微米。

另外，在晶片划伤处台阶聚集现象往往更加严重，形成细长型三角形的密集排列。

[IEC63068-1，定义3.18]

4技术要求

4.1规格

产品按直径尺寸分为Φ100mm和Φ150mm。

4.2外延片晶向

产品晶向为<0001>±0.5°，偏（<1120>±0.5°）方向4°。

4.3导电类型

产品按导电类型分为n型和p型。

4.4衬底参数

衬底的电阻率应符合表1的规定，衬底的晶向、几何尺寸等参数应符合GB/T30656的规定。

表1衬底参数

晶型导电类型掺杂元素电阻率/ohm-cm直径/mm翘曲度/um弯曲度/um微管密度/cm-2

4HnN0.012～0.02810040±25小于0.3

15040±40

4.5外延片厚度变化

外延层厚度及其允许偏差应符合表2的规定，外延层厚度最大相对标准偏差（）按公式

（1）计算，外延层厚度最大相对标准偏差应符合表3的规定。

��(�)

N2…..................(1)

[i=1�i−�]/(N−1)

式中：

��(�)=�×100%

—外延层厚度相对标准偏差，通常以百分数表示；

N—测试点数；直径为100mm的外延片采取5点，分别指中心点以及子啊平行于和垂直于主

��(�)

参考面的两条直径上距周边6mm±1mm的5点位置处；直径为150mm的外延片采取9点，分别为中心

点以及平行于和垂直于主参考面的两条直径上1/2半径以及距周边6mm±1mm的9点位置处。

4

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—第i点的外延层厚度，单位为微米（μm）；

—外延层厚度的平均值。

�i

�表2厚度允许偏差

平均厚度(μm)允许偏差/%

5

≤50μm±

±4

50μm�＜≤100μm

±2.5

100μm＜�≤200μm

�

表3厚度最大相对标准偏差

平均厚度最大相对标准偏差/%

3

≤50μm

4

50μm�＜≤100μm

5

100μm＜�≤200μm

�

4.6外延片掺杂浓度

4.6.1n型外延层掺杂元素为氮，p型外延层掺杂元素为铝。

4.6.2外延层中心掺杂浓度允许偏差应符合表4的规定。

表4掺杂浓度允许偏差

平均厚度平均掺杂浓度/cm-3允许偏差/%

>1E1510

≤50μm±

1E141E15±15

50μm�＜≤100μm

1E145E14—

100μm＜�≤200μm

�

4.6.3掺杂浓度最大相对标准偏差（）按公式（2）计算，外延层径向掺杂浓度变化应符

合表5的规定。

��(�)

N2…..................(2)

[i=1�i−�]/(N−1)

式中：

��(�)=�×100%

—外延层掺杂浓度相对标准偏差，通常以百分数表示；

N—测试点数；直径为100mm的外延片采取5点，分别指中心点以及子啊平行于和垂直于主

��(�)

参考面的两条直径上距周边6mm±1mm的5点位置处；直径为150mm的外延片采取9点，分别为中心

点以及平行于和垂直于主参考面的两条直径上1/2半径以及距周边6mm±1mm的9点位置处。

—第i点的外延层掺杂浓度，单位为每立方厘米（cm-3）；

—外延层掺杂浓度的平均值。

�i

�

5

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表5掺杂浓度最大相对标准偏差

平均厚度平均掺杂浓度/cm-3直径/mm最大相对标准偏差/%

>1E151008

≤50μm15010

�1E141E1510015

＜

50μm≤100μm15015

�1E145E14100—

＜

100μm≤200μm150

�

4.7外延片缺陷

4.7.1外延片基面位错密度不大于10cm-2。

4.7.2表面缺陷区域系指直径100mm和150mm碳化硅外延片边缘去除5mm环形区域的整个表面。

4.7.3外延片表面缺陷密度，应符合表6的规定。

表6表面缺陷限度

序号缺陷名称外延片直径/mm缺陷限度

1掉落物100、150

2胡萝卜100、150≤0.5个/cm-2

3三角形100、150

4长三角形100、150

5台阶聚集100、150总长度≤1个直径

6划伤100、150

4.8外延片表面粗糙度

对不同厚度规格的要求如表7。

表7表面粗糙度

平均厚度表面粗糙度（10umX10um）Ra

≤50μm<0.3nm

<0.5nm

50μm�＜≤100μm

<1nm

100μm＜�≤200μm

�

4.9N型外延片的少子寿命

对不同厚度规格的要求如表8。

表8少子寿命

平均厚度少子寿命

≤50μm>0.6us

�

6

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50μm＜≤100μm>1.0us

>1.5us

100μm＜�≤200μm

�

4.10外延片翘曲、弯曲度、总厚度变化

对不同厚度规格的要求如表9

表9翘曲度、弯曲度、总厚度变化

平均厚度直径/mm翘曲度/um弯曲度/um总厚度变化/um

100<40<±40<10

≤50μm150<50<±50<10

�100<50<±50<10

＜

50μm≤100μm150——————

100——————

100μ�m＜

150——————

≤200μm

�

4.11金属污染

对各种金属离子浓度的要求如表10。

表10金属污染

金属元素含量atoms/cm2

铜＜1E11

铁＜1E11

铬＜1E11

锌＜1E11

镍＜1E11

钾＜1E12

钠＜1E12

铝＜1E12

4.12如客户对某些项目有特殊规定，由供需双方协商