碳化硅單晶拋光片堆垛層錯測試方法標準立項報告：目的意義、范圍與主要技術內(nèi)容EnglishTitle:StandardizationProposalforStackingFaultTestingMethodinSiliconCarbideSingleCrystalPolishedWafers:Purpose,Significance,Scope,andTechnicalContent摘要碳化硅（SiC）作為新一代寬禁帶半導體材料，在5G通信、電動汽車、新能源及軌道交通等領域具有重要戰(zhàn)略地位。堆垛層錯（StackingFaults）作為碳化硅單晶中的關鍵缺陷類型，直接影響外延層質(zhì)量與器件性能。目前國內(nèi)缺乏統(tǒng)一的層錯檢測標準，導致產(chǎn)品質(zhì)量評價體系不完善，制約產(chǎn)業(yè)競爭力提升。本標準基于光致發(fā)光（Photoluminescence,PL）原理，提出一種非破壞性、高精度的堆垛層錯測試方法，旨在規(guī)范檢測流程、提升材料一致性，并為碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展提供技術支撐。本報告詳細闡述了標準立項的背景意義、適用范圍及核心技術內(nèi)容，強調(diào)了其對行業(yè)技術標準化與國際市場拓展的重要推動作用。關鍵詞：碳致發(fā)光檢測，堆垛層錯，碳化硅單晶拋光片，半導體缺陷檢測，標準化，寬禁帶半導體，無損測試Keywords:PhotoluminescenceTesting,StackingFaults,SiliconCarbidePolishedWafer,SemiconductorDefectInspection,Standardization,WideBandgapSemiconductor,Non-DestructiveTesting一、目的與意義碳化硅（SiC）作為繼硅之后發(fā)展起來的新一代半導體材料，因其高禁帶寬度、高擊穿場強、高導熱率等優(yōu)異性能，成為5G通信、電動汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)和新能源等領域的關鍵戰(zhàn)略材料。美國、歐洲、日本等均已將碳化硅技術納入國家半導體產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局。我國在《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中明確將碳化硅等寬禁帶半導體列為重點支持方向。2020年國務院發(fā)布的《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》進一步強調(diào)需聚焦碳化硅等高端半導體技術的研發(fā)與創(chuàng)新平臺建設。在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中，襯底拋光片的質(zhì)量直接影響外延生長和器件性能。堆垛層錯作為一種典型的面缺陷，會在外延過程中延伸至外延層，導致器件漏電流升高、柵氧可靠性下降乃至擊穿等問題。因此，建立科學、統(tǒng)一、可操作的層錯檢測方法對材料評級、工藝優(yōu)化和產(chǎn)品良率提升具有重要意義。目前，國際企業(yè)如KLA（科天）的CS系列和Lasertec的SICA系列檢測設備已集成光致發(fā)光檢測功能，可實現(xiàn)碳化硅層錯的高效識別與量化。然而，國內(nèi)尚無相關標準規(guī)范檢測流程與方法，導致不同廠商和實驗室之間的測試結果缺乏可比性。本標準的制定將填補國內(nèi)技術空白，推動檢測設備的國產(chǎn)化研發(fā)與應用，提升碳化硅材料在國際市場的競爭力和話語權。二、范圍與主要技術內(nèi)容范圍本標準規(guī)定了基于光致發(fā)光原理的碳化硅單晶拋光片堆垛層錯無損測試方法，適用于經(jīng)化學機械拋光（CMP）及清洗處理后的導電型及半絕緣型碳化硅單晶拋光片。本標準不適用于具有表面損傷、污染或未完成拋光處理的樣品。主要技術內(nèi)容1.檢測原理：采用紫外激光束照射樣品表面，激發(fā)電子從價帶躍遷至導帶。處于高能態(tài)的電子在回落過程中以光子形式釋放能量，通過光電傳感器捕獲特定波長（如層錯相關的發(fā)光峰）信號，經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分析后生成缺陷分布圖。2.設備要求：-激光光源：波長范圍需滿足碳化硅帶隙要求（通常為紫外波段）；-光學系統(tǒng)：具備高分辨率光譜采集與成像功能；-信號處理：需包含光譜分光、光電轉(zhuǎn)換及圖像重構模塊；-校準機制：設備需定期使用標準樣品進行光學校準與信號標定。3.測試流程：-樣品預處理：確保表面無污染、氧化及機械損傷；-激光掃描：在特定功率與掃描速度下獲取全域發(fā)光信號；-數(shù)據(jù)分析：通過特征峰識別（如層錯對應的發(fā)光波長）與信噪比計算，統(tǒng)計層錯密度與分布；-結果輸出：生成缺陷密度報告及二維/三維分布圖。4.方法驗證：通過與國際主流設備（如KLACS系列）的測試結果對比，以及實驗室間比對試驗，確保方法的重復性與再現(xiàn)性滿足工業(yè)級檢測要求。三、主要參與單位介紹中國科學院半導體研究所作為本標準的主要起草單位之一，中國科學院半導體研究所長期致力于寬禁帶半導體材料與器件研究，在碳化硅單晶生長、缺陷分析與器件應用方面具有深厚的技術積累。該所擁有國家半導體材料分析測試中心，具備完整的材料表征平臺，包括高分辨率X射線衍射（HR-XRD）、光致發(fā)光譜（PL）、陰極熒光（CL）等先進設備。近年來，該團隊在碳化硅層錯形成機理與檢測技術方面發(fā)表多篇高水平論文，并參與多項國家重大科研項目，為本標準的科學性、可行性提供了堅實支撐。四、結論與展望本標準基于光致發(fā)光技術，建立了碳化硅單晶拋光片堆垛層錯的標準化檢測方法，填補了國內(nèi)該領域標準空白。通過規(guī)范檢測流程與設備要求，將顯著提升碳化硅材料質(zhì)量評價的一致性與可靠性，助力下游外延與器件制造環(huán)節(jié)的良率控制。未來，隨著碳化硅在高壓、高頻、高溫應用場景的進一步拓展，缺陷檢測標準需與材料制備技術協(xié)同演進。建議后續(xù)修訂中納入新型缺陷類型（如基平面位錯、胡蘿卜缺陷等），并探索與人工智能圖像分析技術的結合，實現(xiàn)缺陷識別的智能化與自動化。本標準的實施將為我國碳化硅產(chǎn)業(yè)參與國際競爭提供關鍵技術支持，推動產(chǎn)業(yè)鏈整體邁向高端化。參考文獻1.GB/T14800-202X《半導體材料缺