制备氮化物半导体材料用氢化物气相外延设备

制备氮化物半导体材料用氢化物气相外延设备

国家标准 GB/T36646一2018 制备氨化物半导体材料用 氢化物气相外延设备 Equipmentforpreparationofnitridesemieonductormaterialsby hydridevaporphaseepitaxy 2018-09-17发布 2019-01-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/36646一2018 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 产品分类和标记 4.1分类 4.2型号标记 5 工作条件 5.l电源 5.2环境温度 5.3相对湿度 5.4大气压力 5.5洁净室等级 5.6冷却水 5.7动力气体 要求 6.1压升率 6.2气体输运系统 6.3电气系统 6.4控制软件 6.5整机性能 6.6安全防护 检测方法 7.1压升率测试 7.2气体输运系统检测 7.3电气系统检测 7.4控制软件检测 7.5整机性能检测 7.6安全防护检测 检验规则 8.1检验分类 8.2型式检验 8.3出厂检验
GB/T36646一2018 8.4判定规则 标志、包装、运输和储存 10 9.1标志 9.2包装 9.3运输 1l 9.4储存 12 附录A规范性附录氮化物外延材料厚度测量
GB/36646一2018 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)提出并归口 本标准起草单位:东莞市中嫁半导体科技有限公司、电子技术标准化研究院 本标准主要起草人:刘鹏、孙永健、丁晓民、冯亚彬、王健辉
GB/36646一2018 制备氨化物半导体材料用 氢化物气相外延设备 范围 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 类和标记、工作条件、要求、检测方法、检验规则、标志、包装、运输和储存 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 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 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T191一2008包装储运图示标志 GB/T37682017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/T5080.71986 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 GB5226.1一2008机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条件 GB/T6388一1986运输包装收发货标志 GB/T14264一2009半导体材料术语 GB50073一2013洁净厂房设计规范 GB/T50087一2013工业企业噪声控制设计规范 GB50646一2011特种气体系统工程技术规范 SJ/T37一1996电子工业专用设备型号编制及命名方法 术语和定义 GB/T14264-2009和GB506462011界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 氢化物气相外延hydridevaporphaseepitaxy 在外延生长所需的化学组分中,至少采用一种气化物的气相外延 3.2 反应室reactionchamber 对衬底片进行外延工艺的腔室 3.3 载片量loadcapaeit 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50.8 8m
GB/T36646一2018 3.4 安全模式safey m0de 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 3.5 联锁interlock 当设备发生异常状态时,设备自动进人安全模式的应急措施 3.6 菜单记录功能reeordfnetioofthemenu 当设备运行菜单时,软件以设定的时间间隔对设备的关键参数信息进行记录,并按菜单生成记录文 件的功能 3.7 全时记录功能alltimereeord 软件不断地以设定的时间间隔对设备的运行状态进行记录,并按指定时间段生成记录文件的功能 3.8 特种气体specialilygas 电子产品生产的、掺杂、外延,离子注人、刻蚀等工艺中使用的自燃性、可燃性、毒性腐蚀性、氧化 性,惰性等特殊气体 [GB506462011,定义2.0.1] 产品分类和标记 4.1分类 按照喷头相对于衬底的喷气方式,HVPE设备分为: 垂直式 反应气体喷出方向与衬底表面垂直; a b) 水平式 反应气体喷出方向与衬底表面平行; 混合式 除以上两种喷气方式以外的其他方式 c 4.2型号标记 根据s/T37一1996的规定,HVPE设备的型号表示如图1所示
GB/36646一2018 M些 鸟 x"一" -改进代号 设计顺序号 -主参数 品种代号 形式代号 类别代号 说明 “口”表示字母;“×”表示数字 类别代码HVPE设备属于表面处理和薄膜淀积设备,根据s/T37一1996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s/T37一1996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sI/T37一1996中表2划分,应使用数字“5”表示; 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; 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 图1型号示意图 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HIVPE设备为表面处理和薄膜淀积设备; 形式代码,“8”表示该HVPE设备为淀积及外延设备 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; 设计顺序号,“2”表示该HVPE设备为第2次设计的设备 2 改进代号,“A”表示该HVPE设备是首次设计未经过改进的版本 5 工作条件 5.1电源 电源为三相五线交流电,电压为380v(1士10%);频率为50Hz士0.5Hz 5.2环境温度 环境温度为5C一40C 5.3相对湿度 相对湿度小于65%,且无凝露 5.4大气压力 大气压力为86kPa106kPa
GB/T36646一2018 5.5洁净室等级 洁净室应符合GB500732013中的规定,洁净度等级优于5级 5.6冷却水 冷却水温度要求为18C26C,压力为0.2MPa一0.4MPa,杂质颗粒直径小于100 m 5.7动力气体 动力气体应经过干燥,压力为0.4MPa一0.6MPa o 要求 6.1压升率 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GB50646一2011的规定 6.3电气系统 6.3.1电气保护 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 6.3.2等电位联结 HVPE设备中带金属外壳的电气部件应符合GB5226.1一2008中第8章的规定 6.3.3电气配线 HVPE设备中电气部分的配线要求应符合GB5226.1一2008中第13章的规定 6.4控制软件 6.4.1控制功能 软件应具备温度、压力,机械运动,菜单调用及报警处理的控制功能 6.4.2记录功能 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 6.4.3权限分级 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: --级操作界面(初级权限); a b) 二级操作界面(中级权限); 三级操作界面(高级权限). c 各级权限说明见表1
GB/36646一2018 表1软件权限等级说明 操作界面 使用对象 权限内容 -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 可修改参数设置,可编写修改工艺菜单,可执行程序 管理员 6.4.4报警与联锁 软件应有异常情况报警及联锁功能 注具体报警及联锁项目见6.6. 6.5整机性能 6.5.1外观 HVPE设备外观应符合以下要求 表面无明显的凹凸不平,划伤、锈蚀等缺陷; a b) 所有液体管道和接口无漏液现象， 如有装饰,应颜色协调且美观 6.5.2外延性能 HVPE设备外延性能应符合以下要求 载片量典型值为:1/3/7/11/19/21; aa b 外延层厚度应>5m:; c 外延速率应>54m/h; d 片内厚度不均匀性应<10%; 片间厚度不均匀性应<15% e 6.5.3压力性能 压力控制范围为5Pa106kPa,控制精度为士400Pa 6.5.4温控性能 温度控制范围50C一1100C,控制精度为士1C 6.5.5噪声 HVPE设备噪声应不高于GB/T50087一2013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 6.5.6平均无故障时间 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
GB/T36646一2018 6.6.2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、氧气等 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 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,当反应室压力小于尸,(尸，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T和T，两个时间点测 得的压力值P，和P,一般要求T，与T，时间相差不少于1h 通过式(1)计算压升率 T-T 式中 Q 表示压升率,单位为帕每小时(Pa/h) P -T时间的压力值,单位为帕(Pa); 时间的压力值.单位为帕Po P -T 记录压力P值时的时间 TT T 记录压力尸，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 7.3.1电气保护 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
GB/36646一2018 7.3.2等电位联结 检查设备使用接地电阻测量仪,按照GB5226.1一2008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人控制参数和显示设备状态 7.4.2记录功能 调用一个测试菜单,等待菜单运行完毕,检查记录文件生成情况 7.4.3权限分级 通过软件分别登人初级、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 7.5.2.1载片量 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 ， ×100% 2×
GB/T36646一2018 式中 Ao 厚度不均匀性; o， 5组厚度数据中的最大值 om -5组厚度数据中的最小值 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 o 8， O一x100% A=士 2×o 式中 被测量晶片外延材料厚度的平均值 晶片数量 D -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 A 表示被测量晶片片间厚度不均匀性; o， 被测量晶片中外延材料厚度的最大值 被测量晶片中外延材料厚度的最小值 mim 7.5.3系统压力性能 7.5.3.1 控制范围 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 向反应室通人一 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 7.5.3.2控制精度 向反应室通人一定量的安全气体(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 7.5.4.1 控制范围 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,等待温度反饿系统监 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/T37682017的规定测试噪声
GB/36646一2018 7.5.6平均无故障时间 HVPE设备平均无故障工作时间按GB/T5080.7一1986中第4章规定的截尾序贯试验表1中方 案4;7进行a为20%8为20%,D 为3;再根据GB/T5080.7一1986中图20和表》判断结果 7.6安全防护检测 7.6.1气体流量异常报警(提示) HVPE设备运行过程中,中断某一反应气体的流量,检查设备是否发出声,光报警,屏幕上是否有 相应提示 7.6.2热电偶异常报警(提示 在HVPE设备运行过程中,断开热电偶引出线,检查设备是否发出声、光报警,屏幕上是否有相应 提示 7.6.3超温报警及联锁 将超温报警值设为0C,检查HVPE设备在常温下是否触发超温警报及联锁 7.6.4断水报警及联锁 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VPE设备是否触发 断水报警及联锁 7.6.5断电报警及联锁 断开设备供电,检查HVPE设备是否触发断电报警及联锁 7.6.6特种气体泄漏报警及联锁 使用密闭容器装载微量特种气体,把对应特种气体的特种气体监测器的探测管无缝连接至密闭容 器,检查HvPE设备是否触发特种气体泄露报警及联锁 注本条中所述特种气体不包含氮气 动力气体报警及联锁 7.6.7 断开动力气体,检查HVPE设备是否触发动力气体报警及联锁 7.6.8紧急停止 检查HVPE设备正面或其他操作人员能够方便操作的部位是否设置紧急停止按钮设备正常运转 时,按下紧急停止按钮,检查设备是否触发断电报警及联锁 检验规则 8.1检验分类 HVPE设备的检验分为型式检验和出厂检验 8.2型式检验 型式检验应由具有资质的检验机构负责进行,检验项目应符合表2的要求
GB/T36646一2018 有下列情形之一,应进行型式检验 a 设备研制定型时; b)改变设计,如在结构、材料、工艺有较大改变时 产品长期停产三年后,恢复再生产时; c d 出厂检验结果与前次型式检验有较大差异时 8.3出厂检验 出厂检验由设备制造厂负责进行 每台HVPE设备出厂前,都应进行出厂检验,合格产品应配有 合格证明书,出厂检验项目应符合表2的要求 表2检验项目 序号 项目名称 要求章条号 检验方法章条号 型式检验 出厂检验 压升率要求 6.1 7.1 气体输运系统要求 6.2 7.2 电气系统要求 6.3 7.3 控制软件要求 7. 6.4 6.5.1 7.5,1 外观要求 6.5.2 7.5.2 外延性能 压力性能 6,5.3 7.5,3 温控性能 6,5.4 7.5,4 设备噪声 6.5.5 7.5.5 10 可靠性 6.5,.6 7.5.6 安全防护 7.6 6.6 注"表示进行检验""表示不进行检粉 8.4判定规则 8.4.1 合格判定 型式检验及出厂检验中的项目全部检验通过后,判定为合格产品 8.4.2不合格判定 型式检验及出厂检验中的项目,有任一项目未通过,判定为不合格产品 9 标志包装、运输和储存 9.1标志 g.1.1设备标牌 HVPE设备标牌应清晰、牢固,至少包含以下内容: 商标 a b)设备名称; 10
GB/36646一2018 设备型号; c d)制造厂名; 出厂编号 e 制造日期 f 9.1.2设备管道标志 设备气体管道的标识应符合GB50646一2011中6.4的规定 9.1.3设备开关、按钮及指示灯标志 所有控制面板上的开关、按钮及指示灯等应有字迹清晰、格式规范的文字标识 9.1.4设备包装箱标志 9.1.4.1信息标志 包装箱外壁信息标记应符合GB/T6388一1986的规定,并至少包含以下内容 品名规格 a b) 数量; c 重量(净重与毛重); d)生产日期; 生产工厂 e fD 体积 9.1.4.2图示标志 包装箱图示标志应符合GB/T191一2008的规定 9.2包装 应满足以下要求 a 具有防潮措施,包装后设备能够长期处于潮湿的环境中; b) 具备防撞措施,防止来自包装箱外的轻微碰撞以及包装箱内各部件之间的碰撞; 具有防压措施,包装后能够承受一定挤压力 c d 包装箱内应附有设备合格证、设备使用说明书和装箱清单等随机文件 9.3运输 应满足以下要求 应适应空运、陆运和水运等方式的运输 a b 运输过程中应防止雨雪直接淋袭; 装车和运输过程中应有防止振动与跌落的紧固措施胞; c 运输过程中设备应处于温度为5C一40C,相对湿度小于75%的环境中 d g.4储存 HVPE设备装箱后应存放于环境温度为5一40C,相对湿度小于75%,防尘、防腐且通风良好 的室内仓库 储存期间每半年抽查一次一年全面检查一次 11
GB/T36646一2018 附 录 A 规范性附录) 氮化物外延材料厚度测量 A.1 范围 本方法规定了氮化物外延材料厚度的测试方法 本方法适用于氮化物外延材料厚度测试 A.2测试工具与原理 使用光学测厚仪测量,原理为光在材料两面发生反射后,两束反射光存在光程差和相位差 光学测厚仪量程为5m一5004mm A.3衬底厚度取样区域 氨化物外延材料厚度测量采用五点法,见图A.1 取衬底片中心为原点,定为点1,再以D 为直径 作圆,顺时针依次与十y轴、十r轴、一y轴、一轴相交的点定为点2点3、点4、点5 注:D为被测对象的衬底直径除以2 图A.1测量点位置示意图 A.4测试步骤 采光学测厚的方法测试 测试步骤如下: 将样品固定在样品台上,并根据被测材料的物理参数设计测量参数; a b) 进行测量,分别按照图A.1所示位置采集5组数据 A.5数据处理 外延材料厚度按照式(A.1)计算 12
GB/36646一2018 =习" A.1 式中: 外延材料厚度; -厚度采样点数; -每一点厚度数据