GB∕T 36646-2018 制备氮化物半导体材料用氢化物气相外延设备

GB/T36646—2018制备氮化物半导体材料用氢化物气相外延设备国家市场监督管理总局I Ⅲ 12规范性引用文件 1 14产品分类和标记 24.1分类 24.2型号标记 2 3 35.2环境温度 35.3相对湿度 35.4大气压力 35.5洁净室等级 4 45.7动力气体 4 4 46.2气体输运系统 46.3电气系统 46.4控制软件 46.5整机性能 56.6安全防护 5 67.1压升率测试 67.2气体输运系统检测 67.3电气系统检测 67.4控制软件检测 77.5整机性能检测 77.6安全防护检测 9 9 98.2型式检验 98.3出厂检验 Ⅱ 9.1标志 9.3运输 9.4储存 附录A(规范性附录)氮化物外延材料厚度测量 ⅢGB/T36646—20181制备氮化物半导体材料用氢化物气相外延设备本标准规定了制备氮化物半导体材料用氢化物气相外延设备(以下简称“HVPE设备”)的产品分本标准适用于制备直径50.8mm～152.4mm氮化物半导体材料的HVPE设备。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文GB/T3768—2017声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级采用反射面上方包络测量面的简易法GB/T5080.7—1986设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案GB5226.1—2008机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB/T6388—1986运输包装收发货标志GB50073—2013洁净厂房设计规范GB/T50087—2013工业企业噪声控制设计规范GB50646—2011特种气体系统工程技术规范SJ/T37—1996电子工业专用设备型号编制及命名方法GB/T14264—2009和GB50646—2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。对衬底片进行外延工艺的腔室。反应室内承载盘上能单层排布直径为50.8mm衬底的最多片数。注：2时衬底的直径为50.8mm。2设备根据运行中的事件触发的状态，根据不同安全等级可给出提示、示警、警报或自动采取相应措施。联锁interlock[GB50646—2011,定义2.0.1]4产品分类和标记a)垂直式——反应气体喷出方向与衬底表面垂直；b)水平式——反应气体喷出方向与衬底表面平行；c)混合式——除以上两种喷气方式以外的其他方式。根据SJ/T37—1996的规定，HVPE设备的型号表示如图1所示。3-改进代号设计顺序号一主参数—品种代号—形式代号—类别代号说明：类别代码，HVPE设备属于表面处理和薄膜淀积设备，根据SJ/T37—1996中表1划分，应使用大写字母“M”表示；形式代码，HVPE设备属于淀积及外延设备，根据SJ/T37—1996中表2划分，应使用数字“8”表示；*品种代码，HVPE设备属于气相外延设备，根据SJ/T37—1996中表2划分，应使用数字“5”表示；d主参数，反应室容量为HVPE设备主参数，使用两位数字表示，不足两位时第一位为空格。设计顺序号，从第一台设备开始给定，用阿拉伯数字从“1”起顺序表示；f改进代号，按改进的先后顺序用大写汉语拼音字母“A、B、C……”顺序表示。示例：以反应室容量为19片，设计顺序为2的未改进HVPE设备为例，其型号为：M8519-2A型号中各要素的含义如下：M——类别代码，“M”表示该HVPE设备为表面处理和薄膜淀积设备；8——形式代码，“8”表示该HVPE设备为淀积及外延设备；5——品种代码，“5”表示该HVPE设备为气相外延设备；19——主参数，“19”表示该HVPE设备的反应室容量为19片；2——设计顺序号，“2”表示该HVPE设备为第2次设计的设备；设备是首次设计未经过改进的版本。5.4大气压力大气压力为86kPa～106kPa。4GB/T36646—20185.5洁净室等级洁净室应符合GB50073—2013中的规定，洁净度等级优于5级。冷却水温度要求为18℃~26℃,压力为0.2MPa～0.4MPa,杂质颗粒直径小于100μm。6要求压升率应不高于50Pa/h。6.2气体输运系统气体输运系统应符合GB50646—2011的规定。6.3电气系统HVPE设备应具备短路、过载、欠电压等常见异常的保护功能，具体的保护要求应符合GB5226.1—2008中第7章的规定。HVPE设备中带金属外壳的电气部件应符合GB5226.1—2008中第8章的规定。HVPE设备中电气部分的配线要求应符合GB5226.1—2008中第13章的规定。HVPE设备至少应具备菜单记录功能。有条件的，设备可具备全时记录功能。软件应按照不同的用户设定不同的权限，权限至少对应以下三级操作界面：a)一级操作界面(初级权限);b)二级操作界面(中级权限);c)三级操作界面(高级权限)。各级权限说明见表1。5GB/T36646—2018表1软件权限等级说明操作界面使用对象权限内容一级操作界面操作员只可按照工艺菜单执行程序二级操作界面工艺工程师可编写修改工艺菜单，可执行程序三级操作界面管理员可修改参数设置，可编写修改工艺菜单，可执行程序软件应有异常情况报警及联锁功能。6.5整机性能HVPE设备外观应符合以下要求：b)所有液体管道和接口无漏液现象；HVPE设备外延性能应符合以下要求：a)载片量典型值为：1/3/7/11/19/21;d)片内厚度不均匀性应≤10%;e)片间厚度不均匀性应≤15%。压力控制范围为5Pa～106kPa,控制精度为±400Pa。温度控制范围：50℃~1100℃,控制精度为±1℃。HVPE设备噪声应不高于GB/T50087—2013规定的正常工作状态下精密装配线、精密加工车间、计算机房的噪音限值70dB。HVPE设备平均无故障时间(MTBF)应≥500h。6.6安全防护6.6.1气体流量异常报警(提示)当气体流量实际值与设定值偏差大于10%时，HVPE设备应触发气体流量异常报警。66.6.2热电偶异常报警(提示)当热电偶没有温度数值返回时，HVPE设备应触发热电偶异常报警。6.6.3超温报警及联锁当监测温度大于设定的报警温度时，HVPE设备应触发超温报警及联锁。6.6.4断水报警及联锁当冷却水的流量低于设定的报警值时，设备应触发断水报警及联锁。6.6.5断电报警及联锁当HVPE设备断电时，应触发断电报警及联锁。6.6.6特种气体泄漏报警及联锁根据外延工艺所涉及的特种气体，HVPE设备应安装有对应的特种气体监测器，可探测微量特种气体泄露，发现泄露时设备应触发特种气体泄露报警及联锁。注：本条中的特种气体不包括惰性气体，如：氮气、氩气等。6.6.7动力气体报警及联锁当动力气体压力低于设定的报警值时，HVPE设备动力气体报警及联锁。6.6.8急停开关急停开关应该符合GB5226.1—2008中第10章的规定，能切断设备的总电源，触发断电报警及联锁。7检测方法7.1压升率测试HVPE设备安装完成后，开启抽真空设备，当反应室压力小于P₀(P。一般取10Pa),关闭反应室的所有进出气阀门，停掉所有抽真空设备。在干净、冷态、空载条件下分别记录T₁和T₂两个时间点测得的压力值P₁和P₂,一般要求T₂与T₁时间相差不少于1h。通过式(1)计算压升率：式中：……Q——表示压升率，单位为帕每小时(Pa/h);P₁——T₁时间的压力值，单位为帕(Pa);P₂——T₂时间的压力值，单位为帕(Pa);T₁——记录压力P₁值时的时间；T₂——记录压力P₂值时的时间。7.2气体输运系统检测检查气体输运系统附带的报告文件是否齐全，验收的结果是否合格。7.3电气系统检测使HVPE设备处于短路、过载、欠电压等异常状态，检查保护功能是否正常启动。77.3.2等电位联结检查设备使用接地电阻测量仪，按照GB5226.1—2008中18.2.3中程序C检测。7.3.3电气配线检查设备的电气配线是否整齐铺设于线槽内，配线标识是否清晰，与电路图是否准确对应等。7.4控制软件检测7.4.1控制功能检查软件界面上是否具有温度、压力、机械运动、菜单调用及报警处理的的控制功能区域，在对应区域内是否能够有效地写入控制参数和显示设备状态。7.4.2记录功能7.4.3权限分级通过软件分别登入初级、中级和高级的用户权限级别，检查是否只可对应执行如表1所述的权限内容。7.4.4报警与联锁检查软件是否具有报警与联锁功能。注：具体分项检测内容详见7.6安全防护试验。7.5整机性能检测7.5.1外观检查目视检查HVPE设备的外观。7.5.2设备外延性能清点反应室内承载盘上可以放置直径为50.8mm衬底工件的衬底槽数量。7.5.2.2外延层厚度使用HVPE设备进行材料外延，并采用附录A的方法测量外延材料厚度。7.5.2.3外延速率使用HVPE设备进行材料外延，且时长不小于20min,得到外延材料后，按照附录A中测量的方法，测量外延材料的平均厚度，计算厚度与时间的比值，得到外延速度。7.5.2.4片内厚度不均匀性使用附录A的方法采集到一片外延材料的5组膜厚数据，并通过式(2)计算片内厚度不均匀性：8GB/T36646—2018△ồ——厚度不均匀性；δmax——5组厚度数据中的最大值；Ồmin——5组厚度数据中的最小值；δ——根据附录A得到的外延材料厚度。7.5.2.5片间厚度不均匀性使用附录A的方法测量单次生长后腔内所有外延材料的厚度，并通过式(3)和式(4)计算片间厚度不均匀性。 (3)被测量晶片外延材料厚度的平均值；n——晶片数量；δ;——每一片晶片上外延材料厚度，即附录A中计算出来的每片平均厚度值；△δ——表示被测量晶片片间厚度不均匀性；δmx——被测量晶片中外延材料厚度的最大值；Ồmin——被测量晶片中外延材料厚度的最小值。7.5.3系统压力性能向反应室通入一定量的安全气体(如氮气等),将系统压力设定为6.5.3要求的压力控制范围内的任意值，观察反馈压力值是否根据压力设定值变化，并最终与设定值相符。向反应室通入一定量的安全气体(如氮气等),将系统压力设定为6.5.3要求的压力控制范围内的任意值，等待压力稳定后，记录压力反馈系统的压力值，并与压力检测仪器监测的实际压力值做对比，计算压力控制精度(实际压力值与压力反馈系统的压力值之差即为压力控制精度)。7.5.4系统温控性能将HVPE设备各温区的温度设定为6.5.4要求的温度控制范围内的任意值，等待温度反馈系统监测温度稳定后，检查各温区反馈温度值与温度设定值是否一致。7.5.4.2温度稳定性将HVPE设备各温区的温度设定为6.5.4要求的温度控制范围内的任意值，等待温度反馈系统监测温度稳定后，每隔5min记录一次各温区的反馈温度，试验时间为1h,各温区的温度波动范围应符合6.5.4的要求。7.5.5噪声测试在HVPE设备正常运行条件下，按照GB/T3768—2017的规定测试噪声。9HVPE设备平均无故障工作时间按GB/T5080.7—1986中第4章规定的截尾序贯试验表1中方案4:7进行：α为20%;β为20%;Dm为3;再根据GB/T5080.7—1986中图20和表8判断结果。将超温报警值设为0℃,检查HVPE设备在常温下是否触发超温警报及联锁。将各冷却水支路的水流量报警值设为2L/min,关闭冷却水进水阀门，检查HVPE设备是否触发断水报警及联锁。使用密闭容器装