300mm硅单晶及抛光片标准
粗糙度、光洁度、抛光级别对应表-玻璃光洁度等级-300目粗糙度
抛光等级对照表
Polish Grade Comparision
Ra是在取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值
Rmax是在取样长度内最大峰高与最大谷深的高度差
Rmax和Ra没有直接关系，统计上两者间的关系大概是Rmax = 4Ra
μin是半导体方面的单位与1μm=39.37μin
倒三角是日本的粗糙度，一个三角是是1.6, 两个三角就是3。
2
国标新旧标准对照:
表面光洁度14级=Ra 0。
012
表面光洁度13级=Ra 0。
025
表面光洁度12级=Ra 0。
050
表面光洁度11级=Ra 0.1
表面光洁度10级=Ra 0。
2
表面光洁度9级=Ra 0.4
表面光洁度8级=Ra 0。
8
表面光洁度7级=Ra 1。
6
表面光洁度6级=Ra 3。
2
表面光洁度5级=Ra 6.3
表面光洁度4级=Ra 12.5
表面光洁度3级=Ra 25
表面光洁度2级=Ra 50
表面光洁度1级=Ra 100
以上表面粗糙度单位均为μm，即微米。
300mm硅单晶及抛光片标准
4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.0 5.2 5.3 5.5
结构特性 位错蚀坑密度 滑移 系属结构 孪晶 漩涡 浅蚀坑 氧化层错（OISF） 氧化物沉淀 硅片制备特性 晶片ID标志 正表面薄膜 洁净区 非本征吸除 背封 见注2 无 无 无 无 见注1 无 无 无 不规定 不规定 不规定 不规定
6.0 6.1 6.2 6.3 6.6 6.7 6.8 6.9 6.11 6.12 6.14 7.0 7.1
机械特性 直径 主基准位置 主基准尺寸 边缘轮廓 厚度 厚度变化（TTV） 晶片表面取向 翘曲度 峰——谷差 平整度／局部 正表面化学特性 表面金属沾污 钠/铝/铬/铁/镍/铜/锌/钙 ≤5×1010／cm2 300±0.2mm 见SEMI M1 见SEMI M1 见SEMI M1 775±25μm 10μm max 1-0-0±1° 50μm max 用户规定 见注3
表1 尺寸和公差要求
特 直 性 径 尺 寸 300.00 725 1.00 90 100 10 ≥0.80 公差 ±0.20 ±20 ＋0.25, －0.00 ＋5，－1 单位A mm μm mm ° μm μm
厚 度，中 心 点 切 口 （见图7） 深 角 翘 曲 度 最 大 值B 总厚度变化（GBIR）C 最大值 背面光泽度D 抛光的边缘轮廓表面加 工度E 边缘轮廓 座标:（见图4） 表3 Cy Cx 度
300mm硅单晶及抛光片标准
有研半导体材料股份有限公司 孙燕
一、300 mm硅单晶及抛光片现状
300mm硅抛光片的产品、工艺技术在国外已经很成熟。 而在我国起步较晚，还处于试验阶段。 因此对于集成电路所需的300mm硅片的基本参数指标、 金属污染和缺陷控制、表面形态与质量、成本等都面临着新 的挑战。硅材料的生产工艺、技术、检测方法已成为今后研 究的主要内容，同时也是推动产业发展的关键所在。 随着300mm硅单晶及抛光片的诞生，我们也面临一个制定 相应的国家标准的问题。
硅片的等级标准
硅片的检测1：硅片表面光滑洁净2：TV：220±20um 。
3：几何尺寸：边长：125±0.5mm；对角150±0.5mm、148±0.5mm、165±0.5mm；边长：103±0.5mm、对角：135±0.5mm；边长：150±0.5mm、156±0.5mm、对角：203±0.5mm、200±0.5mm、。
同心度：任意两个弧的弦长之差≤1mm垂直度：任意两边的夹角：90°±0.3二、合格品一级品：垂直度：任意两边的夹角：90°±0.5二级品：1：表面有少许污渍、线痕。
凹痕、轻微崩边。
2：220±30um ≤TV≤220±40um。
3：凹痕：硅片表面凹痕之和≤30um4：崩边范围：崩边口不是三角形，崩边口长度≤1mm ，深度≤0.5mm 5：几何尺寸：边长：125±0.52mm；对角150±0.52mm、148±0.52mm、165±0.52mm；边长：103±0.52mm、对角：135±0.52mm；边长：150±0.52mm、156±0.52mm、对角：203±0.52mm、200±0.52mm、。
同心度：任意两个弧的弦长之差≤1.5mm垂直度：任意两边的夹角：90°±0.8三级品：1：表面有油污但硅片颜色不发黑，有线痕和硅洛现象。
2：220±40um ≤TV≤220±60um。
3：硅落：整张硅片边缘硅晶脱落部分硅晶脱落。
三、不合格品严重线痕、厚薄片：TV＞220±60um。
崩边片：有缺陷但可以改￠103的硅片气孔片：硅片中间有气孔外形片：切方滚圆未能磨出的硅片。
倒角片（同心度）：任意两个弧的弦长之差＞1.5mm菱形片：（垂直度）：任意两边的夹角＞90°±0.8凹痕片：硅片两面凹痕之和＞30um脏片：硅片表面有严重污渍且发黄发黑尺寸偏差片：几何尺寸超过二级片的范围。
单晶硅片成品检验规范
4.3检测硅片的外观：
4.3.1目测硅片无裂痕、裂纹、空洞以及尖锐缺损，边缘缺损或缺口长≤0.5mm，深度≤0.3mm，每片崩边数量≤2个；
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审核
编制
修改履历
页码
内容
状态
Hale Waihona Puke 备注4.3.2目测硅片表面无异常斑点、玷污；
4.3.3目测表面无凹坑，使硅片表面局部凹凸不平≤20μm；
4.3.4目测表面无明显的切割线，切割刀痕深度≤20μm。
6、验收规则
抽样频率为500PCS为一个单位即20%，每25PCS为一篮，每一篮抽5PCS,记录在《线切割硅片返工卡》、《#机硅片检验记录表》中，电阻率、少子寿命及尺寸全检记录在表单编号：TNGWQ-OO1-01《圆棒检验记录》、表单编号：TNGWQ-OO2-01《方棒检验记录》中。
附表三 《退片检验反馈单》表单编号：TNGWQ-005-03
附表四《单晶硅片电阻率抽测记录》表单编号：TNGWQ-005-04
附表五 《厚度抽测简易图》表单编号：TNGWQ-005-05
7.5检验工序必须保证及时正确的检验校验的成品几半成品及原料，防止因产品积压影响上下工序的正常生产。
7.6对已经检验完成的成品、废品，要及时办理入库手续，不得随意阻滞交验的物品，必须及时反馈检验信息给相关人员检验结果。
8、相关记录
附表一《线切割返工卡》表单编号：TNGWQ-005-01
附表二 《#机检验记录表》表单编号：TNGWQ-005-02
3.4.1无裂痕、裂纹、空洞以及尖锐缺损，边缘缺损或缺口长≤0.5mm，深度≤0.3mm，每片崩边数量≤2个；
3.4.2表面无异常斑点、玷污；
单晶硅技术参数
单晶硅抛光片的物理性能参数同硅单晶技术参数厚度（T） 200-1200um总厚度变化（TTV）＜10um弯曲度（BOW）＜35um翘曲度（WARP）＜35um单晶硅抛光片的表面质量：正面要求无划道、无蚀坑、无雾、无区域沾污、无崩边、无裂缝、无凹坑、无沟、无小丘、无刀痕等。
背面要求无区域沾污、无崩边、无裂缝、无刀痕。
（2）加工工艺知识多晶硅加工成单晶硅棒：多晶硅长晶法即长成单晶硅棒法有二种：CZ（Czochralski）法FZ（Float-Zone Technique）法目前超过98％的电子元件材料全部使用单晶硅。
其中用CZ法占了约85％，其他部份则是由浮融法FZ生长法。
CZ法生长出的单晶硅，用在生产低功率的集成电路元件。
而FZ法生长出的单晶硅则主要用在高功率的电子元件。
CZ法所以比FZ法更普遍被半导体工业采用，主要在于它的高氧含量提供了晶片强化的优点。
另外一个原因是CZ法比FZ法更容易生产出大尺寸的单晶硅棒。
目前国内主要采用CZ法CZ法主要设备：CZ生长炉CZ法生长炉的组成元件可分成四部分（1）炉体：包括石英坩埚，石墨坩埚，加热及绝热元件，炉壁（2）晶棒及坩埚拉升旋转机构：包括籽晶夹头，吊线及拉升旋转元件（3）气氛压力控制：包括气体流量控制，真空系统及压力控制阀（4）控制系统：包括侦测感应器及电脑控制系统加工工艺：加料→熔化→缩颈生长→放肩生长→等径生长→尾部生长（1）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定。
杂质种类有硼，磷，锑，砷。
（2）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅原料熔化。
（3）缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。
由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩劲生长使之消失掉。
缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（4-6mm）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。
单晶硅抛光片的物理性能参数同硅单晶技术参数
单晶硅抛光片的物理性能参数同硅单晶技术参数新闻来源：中国太阳能电池资讯网作者：未知日期：2006-6-1 9:26:00 点击数：269厚度（T）200-1200um总厚度变化（TTV）＜10um弯曲度（BOW）＜35um翘曲度（W ARP）＜35um单晶硅抛光片的表面质量：正面要求无划道、无蚀坑、无雾、无区域沾污、无崩边、无裂缝、无凹坑、无沟、无小丘、无刀痕等。
背面要求无区域沾污、无崩边、无裂缝、无刀痕。
（2）加工工艺知识多晶硅加工成单晶硅棒：多晶硅长晶法即长成单晶硅棒法有二种：CZ（Czochralski）法FZ（Float-Zone Technique）法目前超过98％的电子元件材料全部使用单晶硅。
其中用CZ法占了约85％，其他部份则是由浮融法FZ生长法。
CZ法生长出的单晶硅，用在生产低功率的集成电路元件。
而FZ 法生长出的单晶硅则主要用在高功率的电子元件。
CZ法所以比FZ法更普遍被半导体工业采用，主要在于它的高氧含量提供了晶片强化的优点。
另外一个原因是CZ法比FZ法更容易生产出大尺寸的单晶硅棒。
目前国内主要采用CZ法CZ法主要设备：CZ生长炉CZ法生长炉的组成元件可分成四部分（1）炉体：包括石英坩埚，石墨坩埚，加热及绝热元件，炉壁（2）晶棒及坩埚拉升旋转机构：包括籽晶夹头，吊线及拉升旋转元件（3）气氛压力控制：包括气体流量控制，真空系统及压力控制阀（4）控制系统：包括侦测感应器及电脑控制系统加工工艺：加料→熔化→缩颈生长→放肩生长→等径生长→尾部生长（1）加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定。
杂质种类有硼，磷，锑，砷。
（2）熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（1420℃）以上，将多晶硅原料熔化。
（3）缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。
单晶硅片的技术标准
单晶硅片的技术标准1 范围本要求规定了单晶硅片的分类、技术要求、包装以及检验规范等本要求适用于单晶硅片的采购及其检验。
2 规范性引用文件ASTM F42-02 半导体材料导电率类型的测试方法ASTM F26 半导体材料晶向测试方法F84 直线四探针法测量硅片电阻率的试验方法ASTM F1391-93 太阳能硅晶体碳含量的标准测试方法ASTM F121-83 太阳能硅晶体氧含量的标准测试方法ASTM F 1535 用非接触测量微波反射所致光电导性衰减测定载流子复合寿命的实验方法3 术语和定义TV ：硅片中心点的厚度，是指一批硅片的厚度分布情况；TTV :总厚度误差，是指一片硅片的最厚和最薄的误差（标准测量是取硅片5点厚度：边缘上下左右6mn处4点和中心点）；位错:晶体中由于原子错配引起的具有伯格斯矢量的一种线缺陷；位错密度：单位体积内位错线的总长度（cm/cm3），通常以晶体某晶面单位面积上位错蚀坑的数目来表示；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；裂纹、裂痕：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；四角同心度：单晶硅片四个角与标准规格尺寸相比较的差值。
密集型线痕：每1cm上可视线痕的条数超过5条4分类单晶硅片的等级有A级品和B级品，规格为：125’ 1251 （mm）125’ 125 H （mm）156’ 156（mm。
5技术要求外观见附录表格中检验要求。
外形尺寸方片TV为200士20 um,测试点为中心点；方片TTV小于30um,测试点为边缘6mn处4点、中心1点；硅片TTV以五点测量法为准，同一片硅片厚度变化应小于其标称厚度的15%相邻C段的垂直度：90°士；其他尺寸要求见表1。
表1单晶硅片尺寸要求图1硅单晶片尺寸示意图材料性质导电类型:硅片电阻率：见下表；硅片少子寿命：见下表（此寿命为2mmf羊片钝化后的少子寿命）；晶向：表面晶向<100>+/°;位错密度w 3000pcs/cm2;氧碳含量：氧含量w 20ppma碳含量w。
300mm硅片技术发展现状与趋势-有研硅股-
３００ｍｍ硅片技术发展现状与趋势 周旗钢（有研半导体材料股份有限公司，北京100088）摘要：综合评述了３００ ｍｍ硅材料在晶体生长、硅片成形、表面质量控制、衬底优化以及表征等方面的研究现状和发展趋势，特别是国内在３００ｍｍ硅技术研究中所获得的一些成果。
关键词：硅材料；３００ｍｍ硅片；单晶硅生长技术１前言 半个世纪以来，半导体产业发展迅猛，这主要有赖于两个因素：一个是加工尺寸不断变细，提高集成度，降低器件单位成本；另一个是硅衬底尺寸不断变大，增加硅片单位面积可获得芯片的数量。
而且两个因素互相影响，互相促进发展。
加工尺寸不断变细，带动衬底材料质量不断得到改善，衬底材料的不断改善反过来又不断促进了加工尺寸变细的实现。
集成电路技术发展遵从摩尔定律，工艺线宽越来越细，并开始进入纳米时代。
当前，国际主流生产技术为0.25～0.35µm，先进生产技术为0.13～0.10µm，90nm技术已开始投入小批量生产，并研究成功65nm技术。
按照国际半导体产业发展路线图预测[1]，2010年将采用45纳米技术，2016年和2018年将分别发展到22nm和18nm。
半导体硅衬底材料也正从200mm迈向300mm直径。
130nm以下的集成电路将主要使用300mm 直径的硅片，目前它的制备技术正日渐完善，以适应纳米集成电路的严格要求。
２ 硅单晶的生长技术 从200mm到300mm，硅片直径增加1.5倍，晶体的重量将近似于直径的2次方增长，也就是增长大约3倍，故200mm直径硅晶锭的典型荷重为90kg，而为了获得同样多的合格硅片数量300mm 直径的硅晶锭的荷重一般达200～300kg。
晶体重量的大幅度增加，一方面要求有更大的坩埚装料和更庞大且昂贵的专门设备，从而大大增加了成本；另一方面，也使熔体流动、热量和质量传输、缺陷的形成和迁移等更为复杂，给300mm 硅单晶的生长带来了很大的困难。
另外，晶锭的提拉和搬运也成了重要问题。
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一、300 mm硅单晶及抛光片现状
300mm硅抛光片的产品、工艺技术在国外已经很成熟。 而在我国起步较晚，还处于试验阶段。
因此对于集成电路所需的300mm硅片的基本参数指标、 金属污染和缺陷控制、表面形态与质量、成本等都面临着新 的挑战。硅材料的生产工艺、技术、检测方法已成为今后研 究的主要内容，同时也是推动产业发展的关键所在。
二、 国外涉及300mm产品标准的现状
SEMI的硅单晶的产品标准主要是抛光片规范SEMI M1。 它由一系列直径从2英寸、100mm，直到300mm，及直径 350mm和400mm硅单晶抛光片规格组成，其中只涉及了 最基本的尺寸指标：直径、厚度、晶向、切口或参考面尺 寸极其公差；弯曲度、翘曲度、总厚度变化的最大允许 值，以及轮廓的要求。并且参数都是最宽泛的。SEMI M1.15直径300mm硅单晶抛光片规格（切口）见下表所示。
0.5~50.0 ohm-cm 无 无 无
≤32ppma（旧版ASTMF121－79） 不规定
4.0 结构特性 4.1 位错蚀坑密度 4.2 滑移 4.3 系属结构 4.4 孪晶 4.5 漩涡 4.6 浅蚀坑 4.7 氧化层错（OISF） 4.8 氧化物沉淀 4.9 硅片制备特性 5.0 晶片ID标志 5.0 正表面薄膜 5.2 洁净区 5.3 非本征吸除 5.5 背封
SEMI M8是针对半导体器件制备中用作检验和工艺控制的硅 单晶抛光试验片。对2英寸到300mm的试验片的订货项目及要求。 以及0.13μm线宽的300mm试验片规范指南。
SEMI M24《优质硅单晶抛光片规范》是针对150-300mm直 径， 用于颗粒检测、金属沾污监控、和光刻工艺图形测量的硅单 晶抛光片。针对0.25-0.13μm不同线宽的要求的抛光片规格，给 出了三种不同用途硅片的项目要求。
SEMI M8中设计线宽0.13μm的300mm硅单晶抛光试验片规范指南
项目
1.0
一般特性
1.1
生长方法
1.2
晶向
1.3
导电类型
1.4
掺杂剂
1.5
标称边缘去除
2.0
电学特性
2.1
电阻率
2.2
径向电阻率变化
2.3
电阻率条纹
2.4
少数载流子寿命
3.0
化学特性
3.1
氧浓度
3.2
径向氧变化
P型试验片
CZ或MCZ 1－0－0 P型 硼 3mm
用户评估测试指标
用户评估：
1.对同一根单晶头部、中部和尾部分别切取7 片、25片和13 片，加工后 送交用户进行评估：GBIR 平均1.19um，最大的GBIR 小于2um；大部分硅 片表面〉0.12um 的颗粒数少于50 个/片。 2.送交1350 片12 英寸硅单晶抛光片于用户进行评估。 GBIR 平均 0.85um，最大的GBIR 小于1.61um；硅片表面 〉0.12um LPD平均值32.4，最 大值为80 个/片。表面金属低于1E10atoms/cm2。 3.提供的12 英寸硅抛光片用于A（Particle）、B（Super Flat）、C（Control） 和E（Mechanical）规格评估 。评估项目最关键的三项指标：表面颗粒、COP 和表面金属污染。评估结果认为：样品全部能够满足C E类片子的表面缺 陷和金属污染的要求，95.7%的片子可以满足A B类硅片的表面金属和金属 污染要求。
项目
硅片直径及允许偏差mm
硅片厚度及允许偏差 μm
总厚度变化 μm
翘曲度 μm
总平整度 μm
局部平整度(SFQR) μm (25*25)
局部光散射体 ≥0.12μm
LLSs （个/片）
≥0.16μm ≥0.2μm
表面金属 atoms/cm2
Cu/Cr/Fe/Ni/Zn Al /K/Na/Ca
指标 300±0.2 775±20 ≤2 ≤50 ≤1.0 ≤0.13 <100 <50 <20 ≤1.0e10 ≤5.0e10
单位A mm μm
＋0.25, －0.00
mm
＋5，－1
°
μm
μm
μm μm
表2 取向要求
特
性
切 口 中 心 线 取 向A
副参考面位置
表面取向
要求 <110>±1° 无副参考面 [100]±1°
除此之外，SEMI标准中涉及300mm的标准还有，SEMI M8 《硅单晶抛光试验片规范》， SEMI M24《优质硅单晶抛光片规 范》。标准中包含术语、订货单内容、合格证、抽样标准、详尽 的各个参数的测试方法、表面缺陷的判别标准、包装和标志的内 容，但其中也有不少项目是没有具体规定或者要求按照用户规格 或由供需双方协商。
随着300mm硅单晶及抛光片的诞生，我们也面临一个制定 相应的国家标准的问题。
有研硅股1997年成功拉制了第一根300mm硅单晶。近几年 来一直生产直径230-450mm的硅单晶。2007年生产的300mm硅 抛光片作为陪片已经通过用户的评估测试。并完成了12寸硅 外延主体设备、配套管路及检测设备的调试和外延片的研 制，样品已通过用户的测试。 下面我们给出了WACKER的产品标准；我们2006年在质量 技术监督局备案的企业标准中对300mm单晶及抛光试验片的 主要技术指标要求；以及我们生产的300mm抛光片送到用 户，用户的测试数据。
表1 尺寸和公差要求
特性
直
径
厚 度，中 心 点
切 口 （见图7）
深度
角
翘 曲 度 最 大 值B
总厚度变化（GBIR）C 最大值
背面光泽度D
抛光的边缘轮廓表面加 工度E
边缘轮廓
表3
座标:（见图4） Cy
Cx
尺寸 300.00 725
1.00 90 100 10
≥0.80
（T/4）F 194 100
公差 ±0.20 ±20
见注1 无 无 无 不规定 不规定 不规定 不规定
见注2 无 无 无 无
6.0 机械特性 6.1 直径 6.2 主基准位置 6.3 主基准尺寸 6.6 边缘轮廓 6.7 厚度 6.8 厚度变化（TTV） 6.9 晶片表面取向 6.11 翘曲度 6.12 峰——谷差 6.14 平整度／局备案的企业标准指标
项目 晶向 掺杂元素 电阻率范围Ω.cm 径向电阻率变化 氧含量 atoms/cm3 碳含量 atoms/cm3 位错密度 个/ cm3 体金属含量（Fe） atoms/cm3
指标 <100>±0.5º 硼 0.5-20 ≤10％ ≤1.1e18 ≤2.0e16 ≤10 ≤5.0e10