GBT-LED外延芯片用砷化鎵襯底編制說明

國家標準《LED外延芯片用砷化鎵襯底》編制說明（審定稿）一、工作簡況1、立項目的與意義砷化鎵是一種重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，是LED外延芯片的關鍵襯底材料，在微電子、光電子等領域有非常明顯的優(yōu)勢。我國較早就開展了LED外延芯片用砷化鎵襯底材料的研究工作，在砷化鎵襯底材料生長和性質方面的研究取得了很多成果，目前已經形成成熟的產品體系熟。2014年制定了國家標準GB/T30856-2014《LED外延芯片用砷化鎵襯底》，隨著生產技術水平的提高，已經不能滿足現有產品的需求，有必要對技術參數加以規(guī)范，進行修訂、增加相關指標。形成新的統一標準后可作為砷化鎵單晶行業(yè)今后組織生產、銷售和接受質量監(jiān)督的依據，以利于LED外延芯片用砷化鎵襯底材料更好發(fā)展。2、任務來源根據《國家標準化管理委員會關于下達(2023年)推薦性國家標準計劃（修訂）的通知》（國標委發(fā)[2023]58號，由大慶溢泰半導體材料有限公司（以下簡稱溢泰）負責修訂GB/T30856-2014《LED外延芯片用砷化鎵襯底》，計劃編號為20231115-T-469，后由于編制單位內部進行業(yè)務調整，負責該標準起早工作的人員、儀器設備和實驗經費均有南京集溢半導體科技有限公司提供或者承擔，為此以后該標準的起草單位變更為南京集溢半導體科技有限公司。3、承擔單位概況本項目承擔單位南京集溢半導體科技有限公司，成立于2022年8月，2023年1月完成A輪融資，2024年全資收購大慶溢泰半導體材料有限公司，公司主創(chuàng)團隊多年從事Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料研制和生產，且重視標準化工作，是全國半導體器件標準化技術委員會秘書處依托單位，多年來一直在標準化領域開展了大量國內和國際標準化工作。大慶溢泰半導體材料有限公司是南京集溢半導體科技有限公司的全資子公司，從事砷化鎵材料制備工作已有6余年的歷史，公司經營的范圍包括半導體新材料的研發(fā)、生產、銷售、技術服務等。公司運營、技術團隊在半導體襯底材料領域有30多年從業(yè)經驗，具有很強的技術開發(fā)能力和產業(yè)化生產，先后承擔了多項國家，省里，市里的重大專項、重大預研、國產化等多種任務，了解和熟悉國內砷化鎵材料的生產、使用和研制工作動態(tài)及技術水平。公司現已成為二代半導體襯底材料，全國TOP3供應商。4、編制過程大慶溢泰半導體材料有限公司于2023年1月成立編制組，負責本標準的調研和編寫工作，后由于編制單位內部進行業(yè)務調整，負責該標準起早工作的人員、儀器設備和實驗經費均有南京集溢半導體科技有限公司提供或者承擔，為此以后該標準的起草單位變更為南京集溢半導體科技有限公司，目前項目的編制工作歸南京集溢半導體科技有限公司。具體工作如下：2023年1月至10月之間，編制組根據任務落實會確定的起草原則，對國內外生產LED外延芯片用砷化鎵襯底的相關企業(yè)進行調研和統計，并調研了下游客戶的質量要求，按照產品標準的編制原則、框架要求和國家的法律法規(guī)，同時結合企業(yè)的一些技術指標和檢驗數據，于2023年12月起草了本標準的初稿，初稿已經于2024年3月在南京半導體材料標準工作會議上進行初步討論；2024年3月至5月之間，根據南京半導體材料標準會議上的討論內容，確定增加標準編制的原則、標準中的標準字樣改為文件、表格均需要增加標題、全文統稱為砷化鎵襯底、恢復Warp相關數據、潔凈度需要根據最新標準定義、重新定義組批等相關工作，行形成第二次草案，計劃2024年6月進行第二次的討論、征求意見工作；2024年6月至9月之間，根據武漢半導體材料標準會議上的討論內容，確定增加LD外延芯片用砷化鎵襯底可以參照執(zhí)行、Φ150mm和Φ200mm單獨成一個表格、附錄A和附錄B刪除等相關內容，并發(fā)送相關單位進行征集意見，北京大學廣東東莞光電研究院丁老師提出刪除LD外延芯片用砷化鎵襯底可參照執(zhí)行，并針對標準的細節(jié)進行優(yōu)化，中國科學院半導體研究所鄭紅軍對細節(jié)內容進行優(yōu)化，云南臨滄鑫圓鍺業(yè)股份有限公司普世坤對檢驗溫度進行優(yōu)化，并對標準的標準執(zhí)行進行細節(jié)把控，全磊光電股份有限公司張雙翔對刻字提出意見，目前大部分產品不刻字，可以開會時討論。二、標準編制原則和主要內容的確定依據1、編制原則本標準起草單位自接受起草任務后，成立了標準編制組負責收集生產統計、檢驗數據、市場需求及客戶要求等信息，初步確定了《LED外延芯片用砷化鎵襯底》標準起草所遵循的基本原則和編制依據：按照GB/T1.1產品標準編寫示例的要求進行格式和結構編寫；根據國內LED外延芯片用砷化鎵襯底生產企業(yè)的具體情況，力求做到標準的合理性和實用性；根據技術發(fā)展水平及測試數據確定技術取值范圍；查閱相關標準和國內外客戶的相關技術要求；根據國內企業(yè)生產現狀及技術發(fā)展的趨勢。標準主要內容和確定依據a)范圍中本標準改為本文件，并重新定義本標準的適用范圍；本文件規(guī)定了LED外延芯片用砷化鎵單晶襯底（以下簡稱“砷化鎵襯底”）的技術要求、試驗方法和檢驗規(guī)則、標志、標簽，以及包裝、運輸、儲存、質量證明書與訂貨單（或合同）內容。本文件適用于砷化鎵襯底的生產、測試、檢驗分析及質量評價（LD外延芯片用砷化鎵襯底可參照執(zhí)行）。b)增加“Φ200mm”直徑規(guī)格砷化鎵襯底（見4.2，2014年版的4.3）；4.1.2LED外延用的砷化鎵襯底直徑規(guī)格需要增加“200mm”c)電學性能需要增加n型和p摻雜劑及截面電阻率不均勻性（見5.1，2014年版的4.1和4.4）；砷化鎵襯底的電學性能序號項目要求np1電阻率Ω·cm1×10-2～1×10-31×10-1～1×10-32遷移率cm2/(V·s)≥1000≥403載流子濃度cm-31×1017～5×10181×1017～5×10194截面電阻率不均勻性＜15%＜15%注：n型摻雜劑包括：Si、Te、S、Se、Sn；p型摻雜劑包括：Zn、Cd、Be、Mn、Fe、Co、Mg；d)增加表面要求的具體內容及不同尺寸對應的允許范圍，增加表2；砷化鎵襯底的表面質量單位為毫米序號規(guī)格近邊緣區(qū)域徑向尺寸要求近邊緣區(qū)域合格質量區(qū)1Ф50.8≤0.2無崩邊無劃痕、桔皮、裂縫、凹坑2Ф76.2≤0.23Ф100.0≤0.54Ф150.0≤0.55Ф200.0≤0.8砷化鎵襯底整個表面無沾污、溶劑殘留物、蠟殘留物。e)增加4寸和6寸副邊的新規(guī)定，增加“Φ200mm”直徑規(guī)格參考面的取向、形狀和尺寸（見5.3，2014年版的4.8）；砷化鎵襯底參考面的取向、形狀和長度單位:mm序號參數項目參考面選擇規(guī)格要求1主參考面取向V型槽-[01EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)]±0.5°屬于1個砷面，主參考面垂直于V型槽燕尾槽-[0EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)]±0.5°屬于1個鎵面，主參考面垂直于燕尾槽2副參考面取向V型槽-[011]±0.5°燕尾槽-[01EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)]±0.5°3主參考面長度-Ф50.816±1-Ф76.222±1-Ф100.032±14副參考面長度-Ф50.88±1-Ф76.211±1-Ф100.0（18±1）/（0）砷化鎵襯底參考面的取向、形狀和長度單位:mm序號參數項目參考面選擇規(guī)格要求1主參考面取向V型槽-[01EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)]±0.5°屬于1個砷面，主參考面垂直于V型槽燕尾槽-[0EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)]±0.5°屬于1個鎵面，主參考面垂直于燕尾槽2副參考面取向V型槽-[011]±0.5°燕尾槽-[01EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)]±0.5°3主參考面長度-Ф150.048±14副參考面長度-Ф150.028±1/（0））砷化鎵襯底切口的取向、深度和開角序號項目規(guī)格要求1取向Ф150.0[010]±2°2深度/mm1+0.2503開角/°90+5-1砷化鎵襯底切口的取向、深度和開角序號項目規(guī)格要求1取向Ф200.0[010]±2°2深度/mm1+0.2503開角/°90+5-1f)晶向及晶向偏離，增加常規(guī)的標準化產品角度表5（見5.4，2014年版的4.5）；常見的晶向及晶向偏離晶向角度主邊偏向偏角<100>2°[0EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)][011]180°<100>6° [0EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)][011]180°<100>15°[0EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)][011]180°<100>15°[0EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)1][0EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)EQ\*jc0\*hps9\o(\s\up8(-),1)]90°g)增加“Φ200mm”規(guī)格的外形尺寸，修改厚度范圍、修改TIR、TTV、Warp值（見5.5，2014年版本的4.9）；產業(yè)隨著砷化鎵襯底行業(yè)和砷化鎵外延行業(yè)發(fā)展越來越成熟，外延的時候客戶的翹曲度對外延并不敏感，客戶對均勻性更敏感，根據目前業(yè)內的客戶標準，制定表格8。砷化鎵襯底的幾何尺寸序號項目要求Φ50.8mmΦ76.2mmΦ100.0mmΦ150.0mmΦ200.0mm1直徑及允許偏差mm50.8±0.276.2±0.2100±0.2150±0.3200±0.32厚度及允許偏差μm（275～650）±20（275～650）±20（300～650）±25（400～675）±25（500～750）±253總厚度變化TTV/μm≤12≤12≤15≤15≤204平整度TIR/μm≤6≤6≤8≤10≤155翹曲度Warp/μm≤12≤15≤60≤60≤60h)增加不同直徑不同等級的位錯密度（見5.6，2014年版的4.6）；GB/T30856-2014里面對位錯密度僅有籠統的一個標準，現在不同產品對EPD有不同的要求，參考GB/T20228進行位錯密度以下分類，如表9。砷化鎵襯底的位錯密度序號項目等級要求Ф50.8Ф76.2Ф100.0Ф150.0Ф200.01位錯密度個/cm2Ⅰ≤1×102≤1×102≤1×102≤3×102≤5×1022Ⅱ≤3×102≤3×102≤3×102≤5×102≤3×1033Ⅲ≤5×102≤5×102≤1×103≤1×103≤1×1034Ⅳ≤1×103≤3×103≤5×103≤5×103≤5×103i)刪除電阻率按照附錄A規(guī)定的方法（見6.1，2014年版的4.6）；砷化鎵襯底的電阻率檢測按GB/T4326的規(guī)定進行。j)刪除載流子濃度和遷移率按照附錄B的規(guī)定進行（見6.1，2014年版的4.6）；砷化鎵襯底的遷移率檢測按GB/T4326的規(guī)定進行。砷化鎵襯底的載流子濃度檢測按GB/T4326的規(guī)定進行。k)增加截面電阻率不均勻性的計算方法（見6.1.4）砷化鎵襯底的截面電阻率不均勻性計算按照GB/T20228的規(guī)定進行。l)修改切口的引用規(guī)范由SEMI標準改為GB/T標準（見6.5，2014年版的5.5）；砷化鎵襯底的參考面切口形狀的測試按GB/T11093的規(guī)定進行。m)修改檢驗條件（見7.1，2014版的6.1）；除另有規(guī)定外，應在下列條件下進行檢驗：a)溫度：21℃±3℃；b)相對濕度：35%～70%；c)潔凈度：GB/T25915.1—2021表1中規(guī)定的ISO-5級；n)修改檢驗和驗收，對驗收組批和驗收時效性進行規(guī)定（見7.2，2014版的6.2）；產品應由供方進行檢驗，保證產品質量符合本標準的規(guī)定，并填寫產品質量證明書。需方可對收到的產品按本標準的規(guī)定進行檢驗。若發(fā)現產品質量不符合本標準的要求時，并且使用之后起1個月內向供方提出，或由供需雙方協商解決。o)重新定義組批（見7.3，見2014版的6.3）；砷化鎵襯底應成批提交驗收，每組批應由同一砷化鎵單晶加工而成的具有相同幾何參數的產品組成。p)檢驗項目由每根砷化鎵單晶改為每組批所需砷化鎵單晶（見7.4.1，2014年版的6.4.1）q)刪除條款號具體內容分條款，僅需要引用具體條款號即可（見7.4.1，2014年版的6.4.1）；r)檢驗項目中增加復測檢驗晶向及晶向偏移度（見7.4.1，2014年版的6.4.1）；s)晶向偏離度、位錯密度和電參數進行分類表述（見7.4.1，2014年版的6.4.1）；7.4.1首先在每批所需要的砷化鎵單晶錠頭和錠尾各切2片襯底，然后進行電學性能參數、表面晶向及晶向偏離和位錯密度的檢驗，砷化鎵單晶切割后，每組批需要1片進行復測表面晶向和晶向偏離。采用GB/T1555和GB/T8760分別進行表面晶向及晶向偏離和位錯密度檢驗時，檢驗規(guī)則及合格判據符合表10的規(guī)定。表面晶向及晶向偏離和位錯密度檢驗項目、規(guī)則及判據序號檢驗項目要求條款號檢驗方法檢驗規(guī)則允許不合格數1表面晶向及晶向偏離5.46.22塊（指由1根晶錠頭和錠尾所切的、進行電性能測試后晶片剩余部分所取的測試樣塊），切割后取1片復測表面晶向和晶向偏離02位錯密度5.66.32片（指由1根晶錠頭和錠尾所切的另外各1整片晶片）0采用GB/T4326進行電學性能參數檢驗時，檢驗規(guī)則及合格判據符合表11的規(guī)定。電學性能檢驗項目、規(guī)則及判據序號檢驗項目要求條款號檢驗方法檢驗規(guī)則允許不合格數1電阻率5.16.1.14塊（指由1根晶錠頭和錠尾所切1晶片的中心點和邊緣到1/3位置之間所取的共4片測試樣塊02遷移率6.1.23載流子濃度6.1.34截面積電阻率不均勻性6.1.3t)刪除條款號具體內容分條款，僅需要引用具體條款號即可（見7.4.2，2014年版的6.4.2）u)增加晶向偏離砷化鎵襯底的條款和檢驗方法（見7.4.2，2014版的6.4.2）；7.4.2每個檢驗批砷化鎵襯底的表面質量、晶向及晶向偏離、參考面取向和參考面或切口位置、尺寸及外形幾何尺寸檢驗項目的檢驗規(guī)則及合格判據應符合表12的規(guī)定，抽樣方案按GB/T2828.1—2012的一次正常抽樣方法進行；IL＝Ⅱ，AQL＝6.5。檢驗項目、規(guī)則及抽樣原則序號檢驗項目要求條款號檢驗方法GB/T2828.1—2012ILAQL1表面質量5.26.4Ⅱ6.52參考面取向、形狀和尺寸5.36.53直徑及允許偏差5.56.6.14厚度和允許偏差及總厚度變化5.56.6.25平整度5.56.6.36翹曲度5.56.6.47晶向及晶向偏離5.46.2v)修改包裝盒標志內容（見8.1.2，2014年版的7.1.2）；生產日期和保質期；砷化鎵襯底牌