摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了直拉法單晶的過程控制的重要點(diǎn)和后期硅片常用的檢測(cè)方法及注意事項(xiàng)，以達(dá)到產(chǎn)品從生產(chǎn)到出廠的連續(xù)質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，為客戶提供更高效，安全，高質(zhì)量的服務(wù)。
近幾年電子工業(yè)大規(guī)模發(fā)展，半導(dǎo)體集成電路被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工作領(lǐng)域，國(guó)家在政策和經(jīng)濟(jì)上給予了大力支持，使得國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體材料企業(yè)如雨后春筍般大量成立。在短時(shí)間內(nèi)使半導(dǎo)體市場(chǎng)供過于求，各企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，優(yōu)勝劣汰，不少企業(yè)不注重產(chǎn)品質(zhì)量，在追求量產(chǎn)的道路上越走越遠(yuǎn)，加速了企業(yè)的淘汰和破產(chǎn)。究其原因，量產(chǎn)短時(shí)間內(nèi)能夠使企業(yè)快速發(fā)展，贏得市場(chǎng)和利潤(rùn)，使得很多企業(yè)趨之若鶩，進(jìn)入了不良的競(jìng)爭(zhēng)，一味地追求產(chǎn)能，追求價(jià)格低廉，薄利多銷，最終在市場(chǎng)不僅僅滿足價(jià)格的基礎(chǔ)上，大批企業(yè)遭遇了困境。而一些企業(yè)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有更大的價(jià)值，領(lǐng)跑行業(yè)的前列。
2.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理：
本征半導(dǎo)體就是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，也就是單質(zhì)半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能很差，當(dāng)向其中摻雜微量的雜質(zhì)離子時(shí)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性會(huì)明顯變化，就是雜質(zhì)半導(dǎo)體。使半導(dǎo)體導(dǎo)電的因素有：
a雜質(zhì)濃度，濃度越高導(dǎo)電性越強(qiáng)
b溫度，溫度越高導(dǎo)電性越強(qiáng)
c光照、外場(chǎng)作用等影響
2.2直拉單晶生長(zhǎng)法
直拉硅單晶（CZ/MCZ單晶），這是單晶生長(zhǎng)中最常用的一種方法，大多數(shù)企業(yè)采用的都是這種方法,廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體集成電路、二極管、太陽(yáng)能。
a裝料
明確裝料操作流程和方法，保證開爐效果，避免開爐因裝料而導(dǎo)致的掛邊，斷苞等不良情況，提高成晶率。
套上一次性套袖，戴上汗布手套和一次性手套，先用一些粒徑大于40mm的塊料鋪在石英鍋底（注意料的光滑面與石英坩堝接觸），禁止使用碎料或粒徑小于30mm的料鋪底，塊料較大的放在底料上面，用小塊料填縫補(bǔ)平。大塊料必須放在石英坩堝2/3以下，面接觸，2/3以上嚴(yán)禁放置直徑超過80mm塊料，2/3以上塊料點(diǎn)接觸坩堝，防止掛料和架橋。裝完的料盡量往中間靠攏，呈山型，重心向內(nèi)，防止?jié)L落。裝入一半原料時(shí)，將合金包打開，放在料中間，上面壓一些大塊料。放入導(dǎo)流筒，確認(rèn)料、鍋、導(dǎo)流筒沒有接觸。
b拉晶作業(yè)
規(guī)范細(xì)節(jié)操作，避免異常事故，提高生產(chǎn)率，杜絕和減少工傷事故，實(shí)行安全生產(chǎn)，確保產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。
拆清爐前準(zhǔn)備→取單晶→拆清爐→領(lǐng)料裝料（電阻率測(cè)算，放入合金）→抽空→檢漏→化料→高溫烘烤→沾渣，拉小頭→測(cè)電阻率→摻雜→穩(wěn)溫→引晶→放肩→轉(zhuǎn)肩保持→等徑→收尾→停爐→記錄停爐真空和漏率→爐體冷卻。
穩(wěn)溫后需矯正熱場(chǎng)溫度和液面溫度，若熱場(chǎng)測(cè)量值低于700Unites，需查看取光孔是否對(duì)正，取光玻璃是否發(fā)黑。拉晶前需對(duì)籽晶進(jìn)行預(yù)熱，然后侵入液面過熱，籽晶充分熔接，否則容易導(dǎo)致晶變。引晶細(xì)徑應(yīng)保持在2.5-3.5mm左右，并且細(xì)徑表面均勻，長(zhǎng)度大于需拉直單晶直徑的1.2倍，平均拉速控制在200-300mm/hr。放肩如果溫度過高時(shí)，可以手動(dòng)給溫補(bǔ)，一般降10-15SP/hr。轉(zhuǎn)肩時(shí)拉速控制在140-220mm/hr,防止拉速過高或者過低造成斷苞和轉(zhuǎn)肩失敗。等徑階段需每100mm測(cè)量一次直徑，防止直徑跑粗或跑細(xì)，注意直徑信號(hào)是否穩(wěn)定準(zhǔn)確，監(jiān)測(cè)點(diǎn)是否有偏離等現(xiàn)象，保持過程中斷苞取段必須收尾2/3個(gè)直徑，斷苞回熔嚴(yán)禁將晶棒降入液面過多，造成石英坩堝破裂，漏硅及纜繩脫槽，每次下降50mm。待完全熔完后，再繼續(xù)下降晶體。收尾時(shí)一定要收尖，長(zhǎng)度不能呢個(gè)超過單晶直徑，防止返位錯(cuò)，造成不良。可以手動(dòng)給溫補(bǔ)10-15sp/hr，防止溫補(bǔ)不夠而結(jié)晶粘上單晶，造成生產(chǎn)事故。
c復(fù)投工藝。
為了提高半導(dǎo)體單晶入檔率，增加產(chǎn)能，實(shí)行復(fù)投工藝。將復(fù)投料裝入復(fù)投器，中間預(yù)摻合金，若單詞需要復(fù)投兩次，將合金放入第二桶內(nèi)。取夾頭，連接復(fù)投器。復(fù)投過程中要保證復(fù)投筒穩(wěn)定，不晃動(dòng)，防止晃動(dòng)卡主，造成事故。
3.1半導(dǎo)體材料中有兩種導(dǎo)電的載流子：一種是帶負(fù)電荷的載流子——電子；另一種是帶正電荷的的載流子——空穴。由于某種原因激發(fā)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為空穴，在本征半導(dǎo)體中電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，當(dāng)絕對(duì)溫度T=0K時(shí)所有的電子都被束縛，不能成為自由電子所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力極弱，接近絕緣體。硅片分類：
a、按照型號(hào)分：
（1）N型半導(dǎo)體：多數(shù)載流子為電子的半導(dǎo)體。在硅（或鍺）的晶體中摻入少量5價(jià)雜質(zhì)元素，如磷，砷等。在N型半導(dǎo)體中多子為自由電子，少子為空穴
（2）P型半導(dǎo)體：多數(shù)載流子為空穴的半導(dǎo)體。在硅（或鍺）的晶體中摻入少量3價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在P型半導(dǎo)體中多子為空穴，少子為自由電子
b、按照晶向分：
（1）<111>（2）<100>（3）<110>
c、按照電阻率分：
（1）輕摻（2）重?fù)剑?）太陽(yáng)能級(jí)
3.2硅片測(cè)試影響因素：
a測(cè)試環(huán)境
凈化間內(nèi)環(huán)境要求溫度：23℃±2℃濕度：≤65%
測(cè)試環(huán)境不符合條件應(yīng)停止檢測(cè)
b高頻干擾源附近會(huì)引入虛假電流，需電磁屏蔽
手機(jī)要遠(yuǎn)離測(cè)試儀器，所以不允許攜帶手機(jī)進(jìn)入凈化間
c探針壓力
四探針探頭方式砝碼不允許私自調(diào)換，壓力過重硅片造成損傷甚至碎裂，壓力過重檢測(cè)電阻率不真實(shí)。
3.3硅片表面狀態(tài)
硅片表面無(wú)砂漿等沾污，硅片無(wú)線痕、不平等不良。
3.4硅片加工與不良處置流程
a硅片加工流程：
b硅片不良處置流程
不良品小條標(biāo)注項(xiàng)目：?jiǎn)尉Ь幪?hào)、直徑、厚度、電阻率、型號(hào)、晶向、偏離度、參考面類型、客戶編碼、合同號(hào)、不良原因、不良數(shù)量、檢驗(yàn)員、檢驗(yàn)日期14項(xiàng)
a ADE7200/8300自動(dòng)檢測(cè)儀
檢測(cè)項(xiàng)目：硅片電阻率、厚度、TTV、WARP、BOW、型號(hào)等參數(shù)并具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。厚度檢測(cè)最大量程：＜1000微米（μm）；電阻率檢測(cè)最大量程：＜200歐姆（Ω.cm）
b 四探針電阻率測(cè)試儀
檢測(cè)項(xiàng)目：硅片電阻率。電阻率檢測(cè)最大量程：＜100歐姆（Ω.cm），探頭上升最大高度：＜2000微米（μm）,在使用四探針時(shí)，放完待測(cè)硅片后需將手移開后再按下降按鈕，避免探針扎傷手指。校對(duì)方法：將樣片放在臺(tái)子上，選擇與標(biāo)準(zhǔn)樣片電阻率合適的電流檔，按四探針下降旋鈕，使樣片待測(cè)點(diǎn)與四探針平穩(wěn)接觸，調(diào)節(jié)電流旋鈕，使液晶屏顯示的值與標(biāo)準(zhǔn)樣片值一致。反復(fù)校對(duì)三次后按下電流顯示按鈕，看一下電流值與標(biāo)準(zhǔn)樣片電流值是否一致，如有誤差的話，測(cè)量時(shí)將此誤差加減在待測(cè)硅片的測(cè)量電流上，然后再進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試方法及步驟：打開電源開關(guān)，預(yù)熱10分鐘測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣片，校對(duì)儀器按所測(cè)硅片的厚度，查表后調(diào)節(jié)電流。放待測(cè)硅片，中心點(diǎn)所顯示數(shù)值即為該硅片電阻率.附錄：實(shí)測(cè)電阻率測(cè)量電流選擇對(duì)照表
電阻率測(cè)試取點(diǎn)法：（按顧客要求選擇取點(diǎn)方法）
九點(diǎn)法：中心一點(diǎn)，距邊緣6mm處對(duì)稱4點(diǎn)，此4點(diǎn)距中心點(diǎn)R/2處各一點(diǎn)
三點(diǎn)法：中心一點(diǎn)，距邊緣6mm處對(duì)稱兩點(diǎn)
五點(diǎn)法：中心一點(diǎn)，距邊緣6mm處對(duì)稱兩點(diǎn)，此兩點(diǎn)距中心點(diǎn)R/2處各一點(diǎn)
GB11073-89A方案：小面積十字型，測(cè)量六點(diǎn)：在硅片中心點(diǎn)測(cè)兩次，在兩條垂直直徑的半徑中點(diǎn)（R/2）處各測(cè)量一點(diǎn)。
GB11073-89B方案：大面積十字型，測(cè)量六點(diǎn)：在硅片中心點(diǎn)測(cè)兩次，在兩條垂直直徑距硅片邊緣6mm處各測(cè)量一點(diǎn)。
GB11073-89C方案：小面積及大面積十字型，測(cè)量十點(diǎn)：在硅片中心點(diǎn)測(cè)兩次，在兩條垂直直徑的半徑中點(diǎn)（R/2）處各測(cè)量一點(diǎn)，在兩條垂直直徑距硅片邊緣6mm處各測(cè)量一點(diǎn)。
GB11073-89C方案：一條直徑上的高分辨型：在硅片中心點(diǎn)以及中心與直徑兩端的距離之間，以2mm間隔在盡可能多的位置上進(jìn)行測(cè)量。
如顧客有特殊要求，按特殊要求執(zhí)行。
電阻率不均勻度計(jì)算方法：
ρ不均勻度=（ρmax-ρmin）/ρmin×100%
如顧客有特殊要求，按特殊要求執(zhí)行。
c千分表
檢測(cè)項(xiàng)目：硅片厚度。厚度檢測(cè)最大量程：<>
d型號(hào)儀
檢測(cè)項(xiàng)目：硅片導(dǎo)電類型
接通電源，指示燈亮。接通熱筆加熱器電源，熱筆溫度升高到60℃時(shí)。檢查被測(cè)表面是否符合干燥，無(wú)油污、砂粒、噴砂均勻等要求，若不合要求，表面應(yīng)重新處理。測(cè)量前，用已知P、N型號(hào)樣塊檢查測(cè)量系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)。用冷熱法測(cè)量時(shí)，兩手分別拿冷熱筆，并將筆緊壓在被測(cè)面上，觀看P、N型號(hào)的指示燈來(lái)判斷型號(hào)，測(cè)量時(shí)必須逐段交換冷熱筆位置，以避免兩探筆下兩點(diǎn)間有不同的導(dǎo)電型號(hào)。操作完畢，關(guān)閉熱筆加熱器電源和型號(hào)測(cè)試儀器電源
e硅片的直徑
測(cè)量工具：卡尺鋼板尺卡尺的校準(zhǔn)：每次使用前必須對(duì)卡尺進(jìn)行校對(duì)。
校準(zhǔn)方法：把卡尺推緊，使卡尺長(zhǎng)腳一端的兩個(gè)內(nèi)平面對(duì)齊貼緊，不要有縫隙，讀出卡尺準(zhǔn)確數(shù)值。如卡尺有誤差，在測(cè)量時(shí)一定要把誤差計(jì)算在內(nèi)。合格判定及檢測(cè)方法:目測(cè)合格時(shí)每段單晶抽測(cè)兩片；目測(cè)不合格時(shí)將最大和最小片挑出，測(cè)量直徑，如超出顧客要求公差范圍，視為此棵硅片直徑不合格，退回車間返工；硅片橢圓度在顧客要求的公差內(nèi)為合格；參考面長(zhǎng)度用鋼板尺測(cè)量，長(zhǎng)度在顧客要求的公差內(nèi)為合格。
5.1直徑：橫穿圓片表面，通過晶片中心點(diǎn)且不與參考面或圓周上其他基準(zhǔn)區(qū)相交的直線長(zhǎng)度。
5.2崩邊：晶片邊緣或表面未貫穿晶片的局部缺損區(qū)域，當(dāng)崩邊在晶片邊緣產(chǎn)生時(shí)，其尺寸由徑向深度和周邊弦長(zhǎng)給出。
5.3倒角：晶片邊緣通過研磨或腐蝕整形加工成一定角度，以消除晶片邊緣尖銳狀態(tài)，避免在后序加工中造成邊緣損傷。
5.4崩邊：晶片邊緣或表面未貫穿晶片的局部缺損區(qū)域，當(dāng)崩邊在晶片邊緣產(chǎn)生時(shí)，其尺寸由徑向深度和周邊弦長(zhǎng)給出。
5.5缺口：上下貫穿晶片邊緣的缺損。
5.6亮點(diǎn)：硅片研磨或拋光后，表面上殘留下來(lái)的一些孤立的機(jī)械損傷點(diǎn)，呈現(xiàn)為有可觀察到的孤立的小亮點(diǎn)。
5.7裂紋：延伸到晶片表面，可能貫穿，也可能不貫穿整個(gè)晶片厚度的解理或裂痕。
5.8總厚度變化：在厚度掃描或一系列點(diǎn)的厚度測(cè)量中，所測(cè)晶片的最大厚度與最小厚度的絕對(duì)差值。
5.9彎曲度：晶片中心面凹凸形變的一種度量，它與晶片可能存在任何厚度變化無(wú)關(guān)。彎曲度是晶片的一種體性質(zhì)而不是表面特性。
5.10翹曲度：晶片中心面與基準(zhǔn)面之間的最大和最小距離的差值。翹曲度是晶片的一種體性質(zhì)而不是表面特性。
5.11平整度：晶片表面與基準(zhǔn)平面之間最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的差值，是一種表面特性。
隨著半導(dǎo)體科學(xué)與技術(shù)的推廣，為人類進(jìn)步奠定了基石。單晶硅企業(yè)愈爭(zhēng)愈烈，一些傳統(tǒng)的工藝手段已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的需要，只有不斷開發(fā)新的工藝，不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量，才是企業(yè)生存的不二法門。