《300 mm极低氧含量直拉硅单晶》编制说明

《300mm直拉极低氧含量硅单晶》

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直拉极低氧含量硅单晶》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的硅单晶是及其困难的，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及以上直径的硅单晶，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直拉极低氧含

量硅单晶生产关键技术门槛。

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

直拉极低氧含量硅单晶的研发和制造水平，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直拉极低氧含量硅单晶的团体标准。

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：芮阳、商润龙、王黎光、杨少林、陈亚、赵泽慧、白圆、马成、曹

启刚、王忠保、熊欢、李聪、王云峰、李长苏、顾燕滨、盛之林、黄柳青、盛旺。

芮阳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直拉极低氧含量

硅单晶”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直拉极低氧含量硅单晶》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直拉极低氧含量硅单晶的技术需求，并收

集涉及硅单晶的标准，分析不能满足300mm直拉极低氧含量硅单晶的具体点。

3）2022年11月，提交了团体标准《300mm直拉极低氧含量硅单晶》。。

1.4.2征求意见阶段

2022年11月，就《300mm直拉极低氧含量硅单晶》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直拉极低氧含量硅单

晶》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直拉极低氧含量硅单晶的需要为原则，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直拉极低氧含量硅单晶的技术要求、试验方法、检验规格以及标

志、包装、运输、贮存和质量承诺等方面的内容。

其中技术要求包括原材料、直径及允许偏差、晶向及偏离度、化学成分、完整性、头尾

区分等。试验方法包括直径、导电类型、电阻率、电阻率变化、晶向及偏离度、间隙氧含量、

径向氧含量、碳含量、体内金属（铁）含量、晶体完整性、头尾标记的测量或检验方法。

4主要实验和验证的分析

标准涉及的300mm直拉极低氧含量硅单晶的检测项目中直径、导电类型、电阻率、电

阻率变化、晶向及偏离度、间隙氧含量、径向氧含量、碳含量、体内金属（铁）含量、晶体

完整性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

试验结果

试验验证项目单位

123

掺杂元素/Phos

导电类型/N

直径mm301.03301.01301.01

电阻率Ω·cm25-3040-6072-79

电阻率径向变化%1.81.42.2

晶向/100100100

晶向偏离度°111

间隙氧含量atoms/cm31.4E+171.25E+171.35E+17

径向氧含量%0.91.82.3

碳浓度atoms/cm31.8E+153.95E+152.5E+14

基体金属杂质浓度（Fe)atoms/cm31.43E+93.90E+091.2E+09

晶体完整性/OKOKOK

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直拉极低氧含量硅单晶团体标准的制定，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，

实现良好的社会效益。

（四）以东西部技术合作的方式，积极响应了“一带一路”发展大战略以及宁夏自治区

深化科技体制改革，提高科技对经济增长贡献的政策号召。

7采用国际标准和国外先进标准的情况

7.1采用国际标准和国外先进标准的程度

经查，国外无相同类型的国际标准。

7.2国际、国外同类型标准水平的对比分析

经查，国外无相同类型的国际标准。

7.3与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况

无。

8与现行法律、法规、强制性国家标准及相关标准协调配套情况

本文件与有关的现行法律、法规和强制性国家标准没有冲突。

本文件与现行标准及制定中的标准无重复交叉情况。

9重大分歧意见的处理经过和依据

编制组严格按照既定编制原则进行编写，本文件制订过程中未发生重大的分歧意见。

10标准作为强制性或推荐性标准的建议

本标准建议作为推荐性团体标准，供相关组织参考采用。

11贯彻标准的要求和措施建议

本文件规范了300mm直拉极低氧含量硅单晶的术语和定义、技术要求、试验方法、检

验规格、和标志、包装、运输、贮存等方面的内容，有利于进一步提高半导体级硅单晶行业

研发和制造水平。生产企业和相关部门、单