半导体硅片的品质工艺与产品质量

环球市场 / 电力工程- 112-半导体硅片的品质工艺与产品质量宋艳彤天津中环半导体股份有限公司摘要： 半导体技术是一个国家科研、生产能力的集中代表，是未来社会与建设自动化和智能化的基础型技术。由于国家政策上和经济上的大力支持，一段期间内国内成立了大量的半导体材料生产企业，但随着市场的逐渐饱和，半导体材料产品逐渐出现过剩，企业间的竞争变得空前的激烈，不少企业的生存遇到了困难，因此进一步加强对其的研究非常有必要。在发展过程中要把握当前半导体技术的核心和关键，在重点技术环节取得关键性突破，这样，才能将半导体技术更好地推向新的水平，进而适应科学、制造、生产的趋势需要。关键词： 半导体硅片；品质工艺；产品质量1 半导体技术的发展历程半导体技术起源于 1948 年萧克立、巴定、布莱坦发明的双极晶体管，这标志着半导体制造技术的开端，也是人类电子时代到来的标志。 1961年，贝尔实验室发明了硒晶管和锗晶管，这代表着半导体制造技术进入了成熟阶段。由于晶体管具有可集成的特性，在平面加工工艺应用的基础上，半导体实现了量产化。进入到 20 世纪70 年代，砷化镓作为新一代半导体制造的新材料取代了第一代半导体材料，半导体产品在工业、军事、通信方面，实现了大范围应用。特别是砷化镓在频率、噪音、功率、性能上的优势，使半导体制造的产品得到了广泛地认可。半导体制造技术已经成为工业生产的基础性技术。近 20 年来，氮化镓为代表的半导体得到了世人的瞩目。氮化镓具有处理效率、光电效能、耐腐蚀、高强度等优良特性，特别在军事、卫星、通信、计算等方面，有着种种的优势。相信，随着半导体制造技术应用的进一步深入，半导体制造技术的优势将得到进一步展现，半导体制造技术对工业生产和社会发展的效能也将会大幅度提升。2 半导体生产的特点2.1 数据采集首先，要对工序进行失效模式及影响的分析，以便确定测试参数及测试点，以完成原始的数据测量及采集。以某扩散工艺为例，过程受多种因数 ( 如工艺温度、工艺时间、颗粒、气体浓度、设备真空度等 ) 的影响，但是过程输出的主要指标是扩散后氧化层的厚度，所以，应该选择该膜厚作为关键参数进行 SPC监控，一旦数据异常即可停机检查各项过程输入因数是否出现异常。半导体制造厂都是由 MES 系统控制整个制造过程，并通过 MES控制测试点的设置，抽样频率和数量，一般是一个 Lot 抽测 1 片 Wafer 。对于六寸半导体生产线，一般每个 Wafer 测量 5 个点 ( 上、中、下、左、右 ) ，位置关系如图 1 所示。图 1 Wafer测量位置示意图2.2 数据整理仍然以某扩散工艺为例，收集到的原始数据一般包括很多采集信息，如工艺时间、批号、生产设备、测试设备、作业员信息等。一般是以生产设备进行分类，将测试的数据按时间前后进行排序，见表 1。表 1 某扩散工艺膜厚2.3 数据分析半导体制造厂和大多数其他传统制造行业一样，采用得最广泛的是均值—极差图 (X-R) 来监控过程状态，如图 2 所示。图 2 就是根据表 1 数据用 Minitab 作出的均值—极差图。图 2 均值一极差控制图根据图 2 可以看出，有 10 个点超控制线，说明该工序很不稳定，但这与实际非常不吻合。究其原因，是控制限的计算方法不下转 （ 第 １１４ 页 ）