專利名稱：一種半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體單晶材料加工領(lǐng)域，特別涉及一種直拉單晶硅棒自動分段的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
做為集成電路行業(yè)的支撐業(yè)一半導(dǎo)體單晶硅及硅片加工行業(yè)，硅片電阻率符合性是生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的ー項(xiàng)重要生產(chǎn)能力指標(biāo)。電阻率主要與摻雜劑量、多晶硅料量、熱場、生長エ藝、摻雜劑分凝系數(shù)等有夫。相同熱場，投料量，摻雜量，生長エ藝下，在固有分凝系數(shù)影響下，同規(guī)格的單晶具有較好的電阻率分布一致性。這為理論模擬單晶硅電阻率軸向分布提供了良好基礎(chǔ)。由于下游企業(yè)エ藝及產(chǎn)品要求，一般要求制作器件的硅片電阻率在較窄的范圍內(nèi)，同時還有厚度，參考面，倒角等各種不同參數(shù)的要求，以中高阻單晶(25-50)為例，一般訂單要求5歐姆厘米范圍，實(shí)際直拉硅單晶生長時電阻率分布跨度較大(50-10歐姆厘米)且有一定規(guī)律的，因此生長出來的單晶硅棒不能全部用于制作某個客戶需要的硅片，需要根據(jù)電阻率進(jìn)行分段加工，能否準(zhǔn)確將符合固定客戶電阻率要求的晶錠截取出來直接關(guān)乎企業(yè)的生產(chǎn)成本，目前行業(yè)普遍采用人工估算，人工分段的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備及方法，提高生產(chǎn)中的電阻率對檔性，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備，其特征在于包括PLC控制系統(tǒng)、割斷裝置、冷卻水系統(tǒng)、夾持裝置及自動機(jī)床，其中，單晶硅棒由夾持裝置夾持固定于自動機(jī)床的工作臺上，PLC控制系統(tǒng)控制自動機(jī)床直線移動的同時控制割斷裝置在自動機(jī)床移動到指定位置后對單晶硅棒進(jìn)行割斷作業(yè)，冷卻水系統(tǒng)提供割斷作業(yè)中的冷卻水。作為優(yōu)選，所述PLC控制系統(tǒng)包括單晶硅棒頭部電阻率輸入裝置、所需晶錠電阻率范圍輸入裝置、電阻率變化曲線輸入裝置、數(shù)據(jù)分析計算裝置及輸出控制裝置，數(shù)據(jù)分析計算裝置根據(jù)單晶硅棒頭部電阻率輸入裝置、所需晶錠電阻率范圍輸入裝置及電阻率變化曲線輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析得出單晶硅棒的切割長度及切割位置并通過輸出控制裝置輸出控制信息以控制設(shè)備運(yùn)行。作為優(yōu)選，所述割斷裝置為金剛砂帶鋸。作為優(yōu)選，所述自動機(jī)床由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動在直線滑軌上做直線移動。本發(fā)明還提供了使用上述半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備對半導(dǎo)體直拉單晶硅棒進(jìn)行自動分段的方法，其采用如下技術(shù)方案一種半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段方法，其特征在于具體步驟為I)通過數(shù)理統(tǒng)計及理論推算方法得到不同規(guī)格單晶硅棒的中心電阻率與電阻率變化曲線，并輸入PLC控制系統(tǒng)；2)對待分段單晶硅棒頭部及尾部各截取2_樣片進(jìn)行電阻率樣片制作，并測試單晶硅棒中 心電阻率；3)將待分段單晶硅棒放置在自動機(jī)床工作臺上由夾持裝置上固定住，并進(jìn)行零位復(fù)位；4)打開冷卻水系統(tǒng)開關(guān)；5)在PLC控制系統(tǒng)中輸入單晶硅棒頭部電阻率、截取最大長度及最小長度，允許電阻率偏差的百分比，進(jìn)行計算，并得到截取結(jié)果；6)確認(rèn)結(jié)果與生產(chǎn)匹配，點(diǎn)擊確認(rèn)，啟動自動機(jī)床；7)自動機(jī)床根據(jù)系統(tǒng)指令移動待割斷單晶硅棒到制定位置后停止，割斷裝置啟動，開始切割;8) 一次切割完成后，取下已割斷部分，根據(jù)情況點(diǎn)擊繼續(xù)切割；9)如需要截取多個電阻率范圍的晶錠可重復(fù)3-8步驟。本發(fā)明根據(jù)影響單晶電阻率變化因素推倒出的理論模型基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際修正，繪制不同規(guī)格單晶的的電阻率分布曲線；利用PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)單晶硅電阻率變化曲線進(jìn)行長度計算；通過控制自動機(jī)床及割斷裝置實(shí)現(xiàn)單晶硅棒自動截取功能，極大提高了生產(chǎn)中的電阻率對檔性，優(yōu)化了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)ー步描述圖I為本發(fā)明半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例I電阻率變化曲線；圖3為實(shí)施例2電阻率變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖I具體說明本發(fā)明的半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備，包括PLC控制系統(tǒng)I、割斷裝置2、冷卻水系統(tǒng)3、夾持裝置4及自動機(jī)床6，其中，單晶硅棒5由夾持裝置4夾持固定于自動機(jī)床6的工作臺上，PLC控制系統(tǒng)I控制自動機(jī)床直線移動的同時控制割斷裝置2在自動機(jī)床移動到指定位置后對單晶硅棒進(jìn)行割斷作業(yè)，冷卻水系統(tǒng)3提供割斷作業(yè)中的冷卻水。所述PLC控制系統(tǒng)包括單晶硅棒頭部電阻率輸入裝置、所需晶錠電阻率范圍輸入裝置、電阻率變化曲線輸入裝置、數(shù)據(jù)分析計算裝置及輸出控制裝置，數(shù)據(jù)分析計算裝置根據(jù)單晶硅棒頭部電阻率輸入裝置、所需晶錠電阻率范圍輸入裝置及電阻率變化曲線輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析得出單晶硅棒的切割長度及切割位置并通過輸出控制裝置輸出控制信息以控制設(shè)備運(yùn)行。所述割斷裝置為金剛砂帶鋸。所述自動機(jī)床由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動在直線滑軌上做直線移動。本發(fā)明還提供了使用上述半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備對半導(dǎo)體直拉單晶硅棒進(jìn)行自動分段的方法，其具體步驟為
I)通過數(shù)理統(tǒng)計及理論推算方法得到不同規(guī)格單晶硅棒的中心電阻率與電阻率變化曲線，并輸入PLC控制系統(tǒng)；2)對待分段單晶硅棒頭部及尾部各截取2_樣片進(jìn)行電阻率樣片制作，并測試單晶硅棒中心電阻率(此步驟的功能是為了進(jìn)行分段計算提供計算基點(diǎn)，也就是說電阻率變化曲線提供了變化趨勢，頭部樣片電阻率提供了起始點(diǎn)的電阻率值)；3)將待分段單晶硅棒放置在自動機(jī)床工作臺上由夾持裝置上固定住，并進(jìn)行零位復(fù)位；4)打開冷卻水系統(tǒng)開關(guān)；5)在PLC控制系統(tǒng)中輸入單晶硅棒頭部電阻率、截取最大長度及最小長度，允許 電阻率偏差的百分比，進(jìn)行計算，并得到截取結(jié)果(晶錠分割是ー個系統(tǒng)工程，有時候合適電阻率長度只有100mm，為了后道加工方便可能要截取最小長度為150mm，長度變長了電阻率就會超出原有范圍，因此要給出電阻率允許偏差的百分比；有時候電阻率范圍很大，截取長度很長，如800mm,后道加工最大長度為380mm,最小長度為150mm,系統(tǒng)則會按照算法計算分為三段，380，210，210)；6)確認(rèn)結(jié)果與生產(chǎn)匹配，點(diǎn)擊確認(rèn)，啟動自動機(jī)床；7)自動機(jī)床根據(jù)系統(tǒng)指令移動待割斷單晶硅棒到制定位置后停止，割斷裝置啟動，開始切割;8) 一次切割完成后，取下已割斷部分，根據(jù)情況點(diǎn)擊繼續(xù)切割；9)如需要截取多個電阻率范圍的晶錠可重復(fù)3-8步驟。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I)分段準(zhǔn)確，電阻率對檔率高。2)具有PLC控制系統(tǒng)及精確移動的自動機(jī)床，實(shí)現(xiàn)自動割斷。3)具有操作簡便、生產(chǎn)效率高、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)施例I，CG6000型單晶爐，16寸熱場，裝料25kg，拉制N型〈111>晶向，4寸單晶，摻雜劑為P，頭部目標(biāo)電阻率為45歐姆厘米的單晶，所需要的電阻率范圍為40-45。按照本發(fā)明方法得到的電阻率歸ー化與晶錠長度曲線如圖2所示。頭部樣片電阻率為44. 5歐姆厘米，得到截取位置為Omm和180mm，截取長度180mm，加工成硅片后電阻率在40-45范圍內(nèi)的硅片比例為94. 6%，對檔性良好。實(shí)施例2，CG3000型單晶爐，14寸熱場，裝料20kg，拉制P型〈111〉晶向，3寸單晶，摻雜劑為B，頭部目標(biāo)電阻率為2. O歐姆厘米的單晶，所需要的電阻率范圍為I. 5-1. 8歐姆厘米。按照本發(fā)明方法得到的電阻率歸ー化與晶錠長度曲線如圖3所示。頭部樣片電阻率為2. 05歐姆厘米，得到截取位置為782mm和12712mm，截取長度489臟，加工成硅片后電阻率在I. 5-1. 8范圍內(nèi)的硅片比例為97. 01%，對檔性良好。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備，其特征在于包括PLC控制系統(tǒng)(I)、割斷裝置(2)、冷卻水系統(tǒng)(3)、夾持裝置(4)及自動機(jī)床(6)，其中，單晶硅棒(5)由夾持裝置(4)夾持固定于自動機(jī)床(6)的工作臺上，PLC控制系統(tǒng)(I)控制自動機(jī)床直線移動的同時控制割斷裝置(2)在自動機(jī)床移動到指定位置后對單晶硅棒進(jìn)行割斷作業(yè)，冷卻水系統(tǒng)(3)提供割斷作業(yè)中的冷卻水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備，其特征在于所述PLC控制系統(tǒng)包括單晶硅棒頭部電阻率輸入裝置、所需晶錠電阻率范圍輸入裝置、電阻率變化曲線輸入裝置、數(shù)據(jù)分析計算裝置及輸出控制裝置，數(shù)據(jù)分析計算裝置根據(jù)單晶硅棒頭部電阻率輸入裝置、所需晶錠電阻率范圍輸入裝置及電阻率變化曲線輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析得出單晶硅棒的切割長度及切割位置并通過輸出控制裝置輸出控制信息以控制設(shè)備運(yùn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備，其特征在于所述割斷裝置為金剛砂帶鋸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備，其特征在于所述自動機(jī)床由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動在直線滑軌上做直線移動。
5.一種半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段方法，其特征在于具體步驟為 1)通過數(shù)理統(tǒng)計及理論推算方法得到不同規(guī)格單晶硅棒的中心電阻率與電阻率變化曲線，并輸入PLC控制系統(tǒng)； 2)對待分段單晶硅棒頭部及尾部各截取2_樣片進(jìn)行電阻率樣片制作，并測試單晶硅棒中心電阻率； 3)將待分段單晶硅棒放置在自動機(jī)床工作臺上由夾持裝置上固定住，并進(jìn)行零位復(fù)位； 4)打開冷卻水系統(tǒng)開關(guān)； 5)在PLC控制系統(tǒng)中輸入單晶硅棒頭部電阻率、截取最大長度及最小長度，允許電阻率偏差的百分比，進(jìn)行計算，并得到截取結(jié)果； 6)確認(rèn)結(jié)果與生產(chǎn)匹配，點(diǎn)擊確認(rèn)，啟動自動機(jī)床； 7)自動機(jī)床根據(jù)系統(tǒng)指令移動待割斷單晶硅棒到制定位置后停止，割斷裝置啟動，開始切割; 8)一次切割完成后，取下已割斷部分，根據(jù)情況點(diǎn)擊繼續(xù)切割； 9)如需要截取多個電阻率范圍的晶錠可重復(fù)3-8步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段方法，其特征在于所述PLC控制系統(tǒng)包括單晶硅棒頭部電阻率輸入裝置、所需晶錠電阻率范圍輸入裝置、電阻率變化曲線輸入裝置、數(shù)據(jù)分析計算裝置及輸出控制裝置，數(shù)據(jù)分析計算裝置根據(jù)單晶硅棒頭部電阻率輸入裝置、所需晶錠電阻率范圍輸入裝置及電阻率變化曲線輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析得出單晶硅棒的切割長度及切割位置并通過輸出控制裝置輸出控制信息以控制設(shè)備運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體直拉單晶硅棒自動分段設(shè)備及方法，其中自動分段設(shè)備包括PLC控制系統(tǒng)、割斷裝置、冷卻水系統(tǒng)、夾持裝置及自動機(jī)床，其中，單晶硅棒由夾持裝置夾持固定于自動機(jī)床的工作臺上，PLC控制系統(tǒng)控制自動機(jī)床直線移動的同時控制割斷裝置在自動機(jī)床移動到指定位置后對單晶硅棒進(jìn)行割斷作業(yè)，冷卻水系統(tǒng)提供割斷作業(yè)中的冷卻水。本發(fā)明根據(jù)影響單晶電阻率變化因素推倒出的理論模型基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際修正，繪制不同規(guī)格單晶的電阻率分布曲線；利用PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)單晶硅電阻率變化曲線進(jìn)行長度計算；通過控制自動機(jī)床及割斷裝置實(shí)現(xiàn)單晶硅棒自動截取功能，極大提高了生產(chǎn)中的電阻率對檔性，優(yōu)化了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號C30B29/06GK102839416SQ20121033716
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者孫新利, 徐一俊, 郭兵健, 黃笑容, 萬喜增, 陳功 申請人:浙江長興眾成電子有限公司