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直拉单晶的过程控制和硅片的检测工艺

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  • TA的每日心情
    慵懒
    2024-3-20 14:21
  • 签到天数: 114 天

    [LV.6]常住居民II

    webmaster 发表于 2017-8-29 09:57:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
    1.引言
    近几年电子工业大规模发展,半导体集成电路被广泛应用于各个工作领域,国家在政策和经济上给予了大力支持,使得国内半导体材料企业如雨后春笋般大量成立。在短时间内使半导体市场供过于求,各企业竞争激烈,优胜劣汰,不少企业不注重产品质量,在追求量产的道路上越走越远,加速了企业的淘汰和破产。究其原因,量产短时间内能够使企业快速发展,赢得市场和利润,使得很多企业趋之若鹜,进入了不良的竞争,一味地追求产能,追求价格低廉,薄利多销,最终在市场不仅仅满足价格的基础上,大批企业遭遇了困境。而一些企业严把质量关,改进生产工艺,调整产业结构,使产品具有更大的价值,领跑行业的前列。

    2.半导体简介与直拉法单晶的生产过程
    2.1半导体的导电原理:
      本征半导体就是纯净的晶体结构的半导体,也就是单质半导体。本征半导体的导电性能很差,当向其中掺杂微量的杂质离子时,半导体的导电性会明显变化,就是杂质半导体。使半导体导电的因素有:

      a杂质浓度,浓度越高导电性越强
      b温度,温度越高导电性越强
      c光照、外场作用等影响
    2.2直拉单晶生长法
      直拉硅单晶(CZ/MCZ单晶),这是单晶生长中最常用的一种方法,大多数企业采用的都是这种方法,广泛应用于半导体集成电路、二极管、太阳能。

      a装料
      明确装料操作流程和方法,保证开炉效果,避免开炉因装料而导致的挂边,断苞等不良情况,提高成晶率。

      套上一次性套袖,戴上汗布手套和一次性手套,先用一些粒径大于40mm的块料铺在石英锅底(注意料的光滑面与石英坩埚接触),禁止使用碎料或粒径小于30mm的料铺底,块料较大的放在底料上面,用小块料填缝补平。大块料必须放在石英坩埚2/3以下,面接触,2/3以上严禁放置直径超过80mm块料,2/3以上块料点接触坩埚,防止挂料和架桥。装完的料尽量往中间靠拢,呈山型,重心向内,防止滚落。装入一半原料时,将合金包打开,放在料中间,上面压一些大块料。放入导流筒,确认料、锅、导流筒没有接触。

      b拉晶作业

      规范细节操作,避免异常事故,提高生产率,杜绝和减少工伤事故,实行安全生产,确保产品质量满足要求。
      拆清炉前准备→取单晶→拆清炉→领料装料(电阻率测算,放入合金)→抽空→检漏→化料→高温烘烤→沾渣,拉小头→测电阻率→掺杂→稳温→引晶→放肩→转肩保持→等径→收尾→停炉→记录停炉真空和漏率→炉体冷却。

      稳温后需矫正热场温度和液面温度,若热场测量值低于700Unites,需查看取光孔是否对正,取光玻璃是否发黑。拉晶前需对籽晶进行预热,然后侵入液面过热,籽晶充分熔接,否则容易导致晶变。引晶细径应保持在2.5-3.5mm左右,并且细径表面均匀,长度大于需拉直单晶直径的1.2倍,平均拉速控制在200-300mm/hr。放肩如果温度过高时,可以手动给温补,一般降10-15SP/hr。转肩时拉速控制在140-220mm/hr,防止拉速过高或者过低造成断苞和转肩失败。等径阶段需每100mm测量一次直径,防止直径跑粗或跑细,注意直径信号是否稳定准确,监测点是否有偏离等现象,保持过程中断苞取段必须收尾2/3个直径,断苞回熔严禁将晶棒降入液面过多,造成石英坩埚破裂,漏硅及缆绳脱槽,每次下降50mm。待完全熔完后,再继续下降晶体。收尾时一定要收尖,长度不能呢个超过单晶直径,防止返位错,造成不良。可以手动给温补10-15sp/hr,防止温补不够而结晶粘上单晶,造成生产事故。

      c复投工艺。
      为了提高半导体单晶入档率,增加产能,实行复投工艺。将复投料装入复投器,中间预掺合金,若单词需要复投两次,将合金放入第二桶内。取夹头,连接复投器。复投过程中要保证复投筒稳定,不晃动,防止晃动卡主,造成事故。

    3.硅片的基础知识和品质控制
      3.1半导体材料中有两种导电的载流子:一种是带负电荷的载流子——电子;另一种是带正电荷的的载流子——空穴。由于某种原因激发,具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子,自由电子的产生使共价键中留有一个空位置,称为空穴,在本征半导体中电子和空穴是成对出现的,当绝对温度T=0K时所有的电子都被束缚,不能成为自由电子所以本征半导体的导电能力极弱,接近绝缘体。硅片分类:
      a、按照型号分:
      (1)N型半导体:多数载流子为电子的半导体。在硅(或锗)的晶体中掺入少量5价杂质元素,如磷,砷等。在N型半导体中多子为自由电子,少子为空穴
      (2)P型半导体:多数载流子为空穴的半导体。在硅(或锗)的晶体中掺入少量3价杂质元素,如硼、镓等。在P型半导体中多子为空穴,少子为自由电子
      b、按照晶向分:
      (1)<111>(2)<100>(3)<110>
      c、按照电阻率分:
      (1)轻掺(2)重掺(3)太阳能级

      3.2硅片测试影响因素:
      a测试环境
      净化间内环境要求温度:23℃±2℃湿度:≤65%
      测试环境不符合条件应停止检测

      b高频干扰源附近会引入虚假电流,需电磁屏蔽
      手机要远离测试仪器,所以不允许携带手机进入净化间

      c探针压力
      四探针探头方式砝码不允许私自调换,压力过重硅片造成损伤甚至碎裂,压力过重检测电阻率不真实。

      3.3硅片表面状态
      硅片表面无砂浆等沾污,硅片无线痕、不平等不良。

      3.4硅片加工与不良处置流程
      a硅片加工流程:

    微信图片_20170829094912.png

      b硅片不良处置流程

    微信图片_20170829094920.png

      不良品小条标注项目:单晶编号、直径、厚度、电阻率、型号、晶向、偏离度、参考面类型、客户编码、合同号、不良原因、不良数量、检验员、检验日期14项

    4.设备及功能操作
     
    a ADE7200/8300自动检测仪
      检测项目:硅片电阻率、厚度、TTV、WARP、BOW、型号等参数并具有数据存储功能。厚度检测最大量程:<1000微米(μm);电阻率检测最大量程:<200欧姆(Ω.cm)

    微信图片_20170829094924.jpg

      b 四探针电阻率测试仪
      检测项目:硅片电阻率。电阻率检测最大量程:<100欧姆(Ω.cm),探头上升最大高度:<2000微米(μm),在使用四探针时,放完待测硅片后需将手移开后再按下降按钮,避免探针扎伤手指。校对方法:将样片放在台子上,选择与标准样片电阻率合适的电流档,按四探针下降旋钮,使样片待测点与四探针平稳接触,调节电流旋钮,使液晶屏显示的值与标准样片值一致。反复校对三次后按下电流显示按钮,看一下电流值与标准样片电流值是否一致,如有误差的话,测量时将此误差加减在待测硅片的测量电流上,然后再进行测量。测试方法及步骤:打开电源开关,预热10分钟测试标准样片,校对仪器按所测硅片的厚度,查表后调节电流。放待测硅片,中心点所显示数值即为该硅片电阻率.附录:实测电阻率测量电流选择对照表

    微信图片_20170829094928.png

      电阻率测试取点法:(按顾客要求选择取点方法)
      九点法:中心一点,距边缘6mm处对称4点,此4点距中心点R/2处各一点
      三点法:中心一点,距边缘6mm处对称两点
      五点法:中心一点,距边缘6mm处对称两点,此两点距中心点R/2处各一点
      GB11073-89A方案:小面积十字型,测量六点:在硅片中心点测两次,在两条垂直直径的半径中点(R/2)处各测量一点。
      GB11073-89B方案:大面积十字型,测量六点:在硅片中心点测两次,在两条垂直直径距硅片边缘6mm处各测量一点。
      GB11073-89C方案:小面积及大面积十字型,测量十点:在硅片中心点测两次,在两条垂直直径的半径中点(R/2)处各测量一点,在两条垂直直径距硅片边缘6mm处各测量一点。
      GB11073-89C方案:一条直径上的高分辨型:在硅片中心点以及中心与直径两端的距离之间,以2mm间隔在尽可能多的位置上进行测量。
      如顾客有特殊要求,按特殊要求执行。
      电阻率不均匀度计算方法:
      ρ不均匀度=(ρmax-ρmin)/ρmin×100%
      如顾客有特殊要求,按特殊要求执行。
      c千分表
      检测项目:硅片厚度。厚度检测最大量程:<1000微米(μm).用标有厚度值的标准样片对千分表进行校对,如千分表上的数值与标准样片上的数值不符,则轻轻旋动表盘,使千分表上的数值与标准样片上的数值一致,方可进行测量。(如客户有专有样片,则用客户专有样片校队;若客户未提供样片,则按照国标样片进行校队。硅片中心点厚度即为该硅片的厚度。)
      d型号仪
      检测项目:硅片导电类型
      接通电源,指示灯亮。接通热笔加热器电源,热笔温度升高到60℃时。检查被测表面是否符合干燥,无油污、砂粒、喷砂均匀等要求,若不合要求,表面应重新处理。测量前,用已知P、N型号样块检查测量系统是否处于正常状态。用冷热法测量时,两手分别拿冷热笔,并将笔紧压在被测面上,观看P、N型号的指示灯来判断型号,测量时必须逐段交换冷热笔位置,以避免两探笔下两点间有不同的导电型号。操作完毕,关闭热笔加热器电源和型号测试仪器电源
      e硅片的直径
      测量工具:卡尺钢板尺卡尺的校准:每次使用前必须对卡尺进行校对。
      校准方法:把卡尺推紧,使卡尺长脚一端的两个内平面对齐贴紧,不要有缝隙,读出卡尺准确数值。如卡尺有误差,在测量时一定要把误差计算在内。合格判定及检测方法:目测合格时每段单晶抽测两片;目测不合格时将最大和最小片挑出,测量直径,如超出顾客要求公差范围,视为此棵硅片直径不合格,退回车间返工;硅片椭圆度在顾客要求的公差内为合格;参考面长度用钢板尺测量,长度在顾客要求的公差内为合格。
    5.术语和定义
      5.1直径:横穿圆片表面,通过晶片中心点且不与参考面或圆周上其他基准区相交的直线长度。
      5.2崩边:晶片边缘或表面未贯穿晶片的局部缺损区域,当崩边在晶片边缘产生时,其尺寸由径向深度和周边弦长给出。
      5.3倒角:晶片边缘通过研磨或腐蚀整形加工成一定角度,以消除晶片边缘尖锐状态,避免在后序加工中造成边缘损伤。
      5.4崩边:晶片边缘或表面未贯穿晶片的局部缺损区域,当崩边在晶片边缘产生时,其尺寸由径向深度和周边弦长给出。
      5.5缺口:上下贯穿晶片边缘的缺损。
      5.6亮点:硅片研磨或抛光后,表面上残留下来的一些孤立的机械损伤点,呈现为有可观察到的孤立的小亮点。
      5.7裂纹:延伸到晶片表面,可能贯穿,也可能不贯穿整个晶片厚度的解理或裂痕。
      5.8总厚度变化:在厚度扫描或一系列点的厚度测量中,所测晶片的最大厚度与最小厚度的绝对差值。
      5.9弯曲度:晶片中心面凹凸形变的一种度量,它与晶片可能存在任何厚度变化无关。弯曲度是晶片的一种体性质而不是表面特性。
      5.10翘曲度:晶片中心面与基准面之间的最大和最小距离的差值。翘曲度是晶片的一种体性质而不是表面特性。
      5.11平整度:晶片表面与基准平面之间最高点和最低点的差值,是一种表面特性。
    6.结论
      随着半导体科学与技术的推广,为人类进步奠定了基石。单晶硅企业愈争愈烈,一些传统的工艺手段已经不能满足市场的需要,只有不断开发新的工艺,不断提高产品的质量,才是企业生存的不二法门。
    (来源: 光伏)


  • TA的每日心情
    无聊
    2020-11-16 13:27
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]初来乍到

    金戈新型材料 发表于 2017-8-29 16:49:48 | 显示全部楼层
    单晶,真的腻害

    该用户从未签到

    gysml 发表于 2017-8-30 08:12:07 | 显示全部楼层
    谢谢楼主分享资料。

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