《300 mm极低氧含量硅单晶抛光片》编制说明

《300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片》

编制说明

1工作简况

1.1任务来源

根据2023年2月宁夏材料研究学会下发的《关于开展2023年团体标准立项建议的通知》

要求，团体标准《300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片》由宁夏材料研究学会归口，计划

编号为：T/NXCLXXX—2023。主要起草单位为：宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司、北方

民族大学、杭州中欣晶圆半导体股份有限公司、厦门大学、宁夏盾源聚芯半导体科技股份有限

公司、宁夏高创特能源科技有限公司。

1.2项目背景

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是适于控制大功率的栅电压驱动型开关元件，广泛应用于

轨道交通、智能电网、航空航天、电动车、光伏风电、变频家电等领域。在下游需求拉动下，

IGBT芯片行业保持快速增长态势，国家“碳达峰、碳中和”目标的提出将推动光伏和新能源

车的大力发展，带动2022-2025年全球IGBT芯片市场空间保持20%的增速。此外，近年来

中国功率半导体器件行业受到国家产业政策的重点支持和各级政府的高度重视，国家陆续出

台了多项政策，鼓励功率半导体器件行业发展与创新。作为IGBT芯片制造的最重要的原材

料，半导体级极低氧硅单晶也迎来了发展黄金期。作为衬底材料，半导体级硅单晶片的品质

对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。目前，IGBT的衬底主要是通过区熔法育成的硅

单晶切出的200mm以下的硅片。为降低IGBT的制造成本，硅片的大尺寸化是主要发展方

向。但是通过区熔法育成直径200mm的硅片是及其困难的，即便能够制造，也难以较低的

价格稳定供给。虽然通过直拉法能低成本稳定地制造出200mm及以上直径的大硅片，但是

直拉法生长的硅单晶氧含量通常达到8-18ppma，远高于IGBT用硅片所需的小于5ppma的

氧含量，且尺寸越大氧含量越难以控制。

宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司研发的单晶生长技术突破了300mm极低氧含量直

拉硅单晶抛光片生产关键技术门槛。

目前针对直拉法生产的300mm极低氧含量硅单晶抛光片尚无标准。为了进一步提高

300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片的研发和制造水平，引领半导体行业的科技创新和产

业升级，提升行业竞争力，有必要制定出300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片的团体标准。

1.3主要参加单位和工作成员及其所做的工作

本文件起草单位：宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司、北方民族大学、杭州中欣晶圆半

导体科技有限公司、厦门大学、宁夏盾源聚芯半导体科技股份有限公司、宁夏高创特能源科技有

限公司。

本文件主要起草人：王黎光、商润龙、芮阳、杨少林、陈亚、蔡润、赵泽慧、赵延祥、

曹启刚、王忠保、熊欢、魏兴彤、王云峰、李长苏、顾燕滨、盛之林、黄柳青、盛旺。

王黎光领导的研发团队从事半导体硅材料研发多年，有着丰富的实践经验和大量的理论

数据。在半导体硅单晶拉制相关的研究方面取得了丰硕成果。结合大量资料与丰富研究成果，

在北方民族大学、杭州中欣晶圆半导体股份有限公司、厦门大学、宁夏盾源聚芯半导体科技股

份有限公司、宁夏高创特能源科技有限公司的大力支持下负责起草了“300mm极低氧含量直拉

硅单晶抛光片”团体标准。

1.4主要工作过程

宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司在现有设备、人员、技术的基础上，加上对客户需求

的了解，成立了团体标准编制组，召开了标准项目编制启动会议，对标准编写工作进行了部

署和分工，主要工作过程经历了以下几个阶段。

1.4.1起草阶段

1）2022年3月，成立了《300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片》标准编制组，确定

了各成员的工作职能和任务，制定了工作计划和进度安排。

2）2022年4-10月，调研客户提出的300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片的技术需求，

并收集涉及硅单晶的标准，分析不能满足300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片的具体点。

3）2022年11月，提交了团体标准《300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片》。。

1.4.2征求意见阶段

2022年11月，就《300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片》团体标准的标准文本和编

制说明，征求了xx、xx等单位的意见，所有意见全部采纳，形成了《300mm极低氧含量

直拉硅单晶抛光片》送审稿。

2标准的编制原则

2.1符合性：按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规

则》的要求对本部分进行了编写。

2.2合理性：满足国内300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片的需要为原则，提高标准的适

用性；以与实际相结合为原则，提高标准的可操作性；充分考虑国家法律、安全、卫生、环

保法规的要求。

3主要内容说明

本文件规定了300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片的术语和定义、产品分类、技术要

求、试验方法、检验规格以及标志、包装、运输、贮存、订货单（或合同）内容和质量承诺

等方面的内容。

其中技术要求包括物理性能、化学成分、几何参数、氧化诱生缺陷、表面质量、边缘轮

廓等。试验方法包括导电类型、电阻率、电阻率变化、晶向及偏离度、切口基准轴取向、间

隙氧含量、径向氧含量、碳含量、表面金属含量、体内金属（铁）含量、直径、切口尺寸、

厚度和总厚度变化、弯曲度、翘曲度、平整度和局部平整度、氧化诱生缺陷、表面质量、局

部光散射体（微小颗粒沾污）和边缘轮廓的测量或检验方法。检验规则分为出厂检验和型式

检验。

4主要实验和验证的分析

标准涉及的300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片的检测项目中导电类型、电阻率、电

阻率变化、间隙氧含量、径向氧含量、碳含量、表面金属含量、体内金属（铁）含量、直径、

晶向及晶向偏离度、厚度和总厚度变化、弯曲度、翘曲度、平整度和局部平整度、氧化诱生

缺陷、表面质量、局部光散射体（微小颗粒沾污）和边缘轮廓测量的实验验证结果表明检测

所确定的检测标准重现性、偏差、准确性符合要求。

表1300mm极低氧含量硅单晶抛光片试验验证数据-性能参数

试验结果

试验验证项目单位

123

掺杂元素/Phos

导电类型/N

电阻率Ω·cm29-3659-6880-95

电阻率径向变化%2.21.40.8

间隙氧含量atoms/cm31.4E+171.25E+171.45E+17

径向氧含量%2.14.82.7

碳浓度atoms/cm36.5E+144.75E+151.6E+15

基体金属杂质浓度（Fe)atoms/cm31.14E+091.23E+091.17E+09

硅抛光片的表面金属atoms/cm3见下表见下表见下表

氧化诱生缺陷ea/cm201.80

表2300mm极低氧含量硅单晶抛光片试验验证数据-表面金属含量（单位：109原子数/cm3）

硅抛光片的表面金属E+9

编号LiNaMgAlK

10.0050.0020.0020.0090.005

20.0050.0150.0030.0100.001

30.0050.0300.0780.0380.096

编号CaTiVCrMn

10.0050.0000.0000.0000.000

20.0140.0000.0000.0010.000

30.0100.0000.0000.0140.000

编号FeNiCoCuZn

10.0020.0000.0010.0000.001

20.0010.0000.0010.0000.001

30.0370.0050.0010.0020.000

编号MoWPbBP

10.0000.0000.0000.0000.000

20.0000.0000.0000.0000.000

30.0000.0000.0000.0000.000

表3300mm极低氧含量硅单晶抛光片试验验证数据-几何参数

试验结果

试验验证项目单位

123

硅片直径mm301301301

直径允许偏差mm±0.2±0.2±0.2

切口（Notch）深度mm1.21.21.2

切口（Notch）深度偏差mm±0.1±0.1±0.1

硅片厚度（中心点）μm875.91874.57875.41

厚度允许偏差μm±15±15±15

总厚度变化（TTV）μm8.958.239.04

弯曲度（WARP）μm7.358.387.98

翘曲度（BOW）μm1.881.282.23

总平整度（TIR）μm119.27122.59123.48

局部平整度（SFQR，边缘扩展，PUA100%）μm25.3126.5925.07

表4300mm极低氧含量硅单晶抛光片试验验证数据-表面质量

试验结果

试验验证项目

123

划伤无无无

蚀坑无无无

雾无无无

≥0.16μm101

局部光

≥0.2μm000

局部光散射体（颗粒）个/片散射直

≥0.3μm000

径

≥0.5μm000

区域沾污正面无无无

崩边无无无

裂纹，鸦爪无无无

凹坑无无无

沟（槽）无无无

小丘无无无

桔皮，波纹无无无

线痕无无无

崩边无无无

裂纹，鸦爪无无无

区域沾污背面无无无

线痕无无无

背表面处理无无无

5标准中涉及专利的情况

本文件不涉及专利问题。

6预期达到的社会效益等情况

（一）300mm极低氧含量直拉硅单晶抛光片团体标准的制定，有利于改善国内大尺寸

低氧高阻硅单晶制造行业制造水平参差不齐的现状，有利于推动我国标准化体系建设。

（二）有利于促进半导体级硅单晶产品质量的提升，推动相关技术、产品的升级、换代。

（三）有利于提高半导体级硅单晶的市场销售收入，增加就业岗位，带动地方经济发展，

实现良好