Маркировка пластин монокристаллического кремния

Условное обозначение кремниевых пластин — компактный буквенно-цифровой код, в котором зашифрованы ключевые параметры материала. Для инженера, технолога или специалиста по закупкам умение читать маркировку — базовый навык, позволяющий однозначно идентифицировать продукцию без обращения к сертификату.

Разграничение нормативных документов: слитки и пластины

Для корректного понимания системы обозначений необходимо чётко разделять два уровня нормативной документации.

ГОСТ 19658-81 «Кремний монокристаллический в слитках. Технические условия» распространяется на слитки монокристаллического кремния, получаемые методом Чохральского. Стандарт определяет марки, группы, подгруппы, индексы и формат условного обозначения слитков. Он не регламентирует готовые пластины напрямую.

Отраслевые ТУ (серия ЕТО.035.ХХХ, ТУ 48-4-295 и др.) регламентируют готовые пластины. Они наследуют систему марок из ГОСТ 19658-81, но дополняют её параметрами, специфичными для пластин: диаметром, толщиной, качеством поверхности, геометрическими допусками. Именно в ТУ определён расширенный формат обозначения с диаметром и толщиной.

В международной практике параметры пластин регламентируются стандартами SEMI, в первую очередь SEMI M1 «Specification for Polished Single Crystal Silicon Wafers».

Формат обозначения пластин по отраслевым ТУ

Обозначение пластины читается слева направо:

[Диаметр, мм][Марка][УЭС]([Ориентация])[Разориентация]-[Толщина, мкм] [ГруппаПодгруппаИндексы] [Номер ТУ]

Пример: 100КДБ10(100)-460. Здесь 100 — диаметр пластины в миллиметрах, КДБ — марка кремния, 10 — удельное электрическое сопротивление (УЭС) в Ом·см, (100) — кристаллографическая ориентация поверхности, 460 — толщина в микрометрах.

Более развёрнутая запись: 100ЭКЭФ20(100)-460 23вм ЕТО.035.578ТУ — включает группу, подгруппу, дополнительные индексы и номер технических условий.

Формат обозначения слитков по ГОСТ 19658-81

Условное обозначение слитков по п. 1.11 ГОСТ 19658-81 имеет другой формат — без диаметра и толщины пластины:

МАРКА-УЭС-ГруппаПодгруппаИндексы ГОСТ 19658-81

Примеры из текста стандарта:

Обозначение слитка	Расшифровка
ЭКДБ-2-1ак₁ ГОСТ 19658-81	Эпитаксиальный, p-тип, бор, УЭС 2 Ом·см, группа 1, подгруппа «а» (⌀62,5 мм), калиброван ±0,5 мм, ориентация (111) — по умолчанию (нет индекса «м»)
ЭКЭФ-20-6бк₂мс₁ ГОСТ 19658-81	Эпитаксиальный, n-тип, фосфор, УЭС 20 Ом·см, группа 6, подгруппа «б» (⌀78,5 мм), калиброван ±0,1 мм, ориентация (100) — индекс «м», без свирлевых дефектов — индекс «с₁»

Расшифровка буквенного кода марки кремния

Буквенная часть маркировки — наиболее информативный элемент. Каждая буква кодирует конкретный параметр.

Марки по ГОСТ 19658-81

Согласно п. 1.1 ГОСТ 19658-81, слитки изготавливают дырочного типа электропроводности (Д), легированные бором (Б), и электронного типа электропроводности (Э), легированные фосфором (Ф) или сурьмой (С):

Позиция	Значение	Варианты
1-я буква	Материал	К — кремний
2-я буква	Тип электропроводности	Д — дырочная (p-тип), Э — электронная (n-тип)
3-я буква	Легирующая примесь	Б — бор, Ф — фосфор, С — сурьма

Таким образом:

Марка	Расшифровка	Тип проводимости	Легирующая примесь
КДБ	Кремний, дырочная, бор	p-тип	Бор (B)
КЭФ	Кремний, электронная, фосфор	n-тип	Фосфор (P)
КЭС	Кремний, электронная, сурьма	n-тип	Сурьма (Sb)

Марка КЭМ (кремний, электронная проводимость, легирован мышьяком) широко применяется в промышленности, однако не входит в ГОСТ 19658-81 и регулируется отдельными отраслевыми ТУ.

Марки для эпитаксиального наращивания (ЭКДБ, ЭКЭС, ЭКЭФ)

Если маркировка начинается с буквы «Э», кремний предназначен для осаждения эпитаксиальных слоёв. Структура кода расширяется на одну позицию:

Позиция	Значение	Варианты
1-я буква	Назначение	Э — эпитаксиальное наращивание
2-я буква	Материал	К — кремний
3-я буква	Тип электропроводности	Д — дырочная, Э — электронная
4-я буква	Легирующая примесь	Б — бор, С — сурьма, Ф — фосфор

К пластинам эпитаксиального назначения предъявляются повышенные требования к однородности удельного сопротивления и плотности дислокаций.

Удельное электрическое сопротивление (УЭС)

Числовое значение после буквенного кода марки обозначает номинальное удельное электрическое сопротивление (УЭС) в Ом·см. Этот параметр характеризует концентрацию легирующей примеси в кристалле — чем ниже значение, тем выше концентрация.

Примеры записи: КДБ10 — УЭС 10 Ом·см; КЭФ4,5 — УЭС 4,5 Ом·см; ЭКЭС0,01 — УЭС 0,01 Ом·см.

Допустимые диапазоны УЭС определяются группой слитка. Согласно таблице ГОСТ 19658-81, для эпитаксиального кремния интервалы номинальных значений составляют: для ЭКДБ (группы 1–8) — от 0,005 до 40 Ом·см (до 80 Ом·см для группы 8 подгруппы «в»); для ЭКЭС (группы 11–12) — от 0,01 до 1 Ом·см; для ЭКЭФ (группы 21–26) — от 0,1 до 40 Ом·см.

Кристаллографическая ориентация

Значение в круглых скобках указывает кристаллографическую ориентацию рабочей поверхности — плоскость, параллельно которой выполнен распил слитка (индексы Миллера).

Обозначение	Ориентация	Типичное применение
(111)	Плоскость {111}	Биполярные транзисторы, силовые приборы
(100)	Плоскость {100}	МОП-структуры, КМОП-микросхемы
(013)	Плоскость {013}	Специальные применения

В системе обозначений слитков по ГОСТ 19658-81 (п. 1.2 и 1.11):

• Отсутствие индекса «м» или «э» означает ориентацию (111);
• Индекс «м» означает ориентацию (100);
• Индекс «э» означает ориентацию (013).

Индексы «м» и «э» по п. 1.2 ГОСТ 19658-81 установлены только для слитков, легированных бором и фосфором, с УЭС 1–15 Ом·см. В обозначениях пластин по ТУ ориентация обычно указывается явно в скобках.

Ориентация (100) обеспечивает меньшую плотность поверхностных состояний на границе кремний — оксид кремния, что делает её предпочтительной для МОП-технологии. Ориентация (111) применяется в биполярной технологии.

Числовой индекс разориентации

Цифра после скобок с ориентацией — например, (111)4 — обозначает угол отклонения рабочей поверхности от заданной кристаллографической плоскости в градусах. Разориентация задаётся для обеспечения ступенчатого роста при эпитаксии. По п. 1.3 ГОСТ 19658-81 угол отклонения не должен превышать 3°; увеличенные значения задаются отраслевыми ТУ.

Диаметр и толщина

Число перед буквенной маркой — диаметр пластины в миллиметрах. Число после дефиса в конце обозначения — толщина в микрометрах.

Стандартные толщины по SEMI M1:

Диаметр	Дюймовое обозначение	Стандартная толщина, мкм
50,8 мм	2″	279 ± 25
76,2 мм	3″	381 ± 25
100 мм	4″	525 ± 20 или 625 ± 20
125 мм	5″	625 ± 20
150 мм	6″	675 ± 20 или 625 ± 15
200 мм	8″	725 ± 20
300 мм	12″	775 ± 20

В отечественной практике конкретные значения толщины могут отличаться от SEMI и устанавливаются соответствующими ТУ или спецификацией в договоре поставки.

Группы, подгруппы и дополнительные индексы по ГОСТ 19658-81

Группа и подгруппа указываются в маркировке после основного обозначения. Группа определяет допуски на однородность удельного сопротивления. Подгруппа кодирует номинальный диаметр исходного слитка.

Подгруппы по диаметру слитка

Подгруппа	Номинальный диаметр слитка, мм
а	62,5
б	78,5
в	102,5
г	127,5
д	152,5

Запись 23вм расшифровывается: группа 23, подгруппа «в» (слиток ⌀102,5 мм), индекс «м» — ориентация (100).

По п. 1.9 ГОСТ 19658-81 слитки могут калиброваться до номинальных диаметров 60, 76, 100, 125, 150 мм с допуском ±0,5 мм (индекс «к₁») или ±0,1 мм (индекс «к₂»).

Группы и допуски по УЭС (примеры из таблицы ГОСТ 19658-81)

Номер группы определяет допускаемое отклонение средних значений УЭС торцов от номинала и радиальное отклонение. Примеры для марки ЭКДБ:

Группа	Интервал УЭС, Ом·см	Относительное отклонение УЭС от номинала, %	Радиальное отклонение УЭС, %
1	0,005–20	до 35	до 10
2	0,005–20	до 25	до 10
3	0,005–20	до 20	до 10
4	0,005–20	до 15	до 10
5	20–40	до 35	до 15
8	20–40 (до 80 для подгр. «в»)	до 20	до 10

Дополнительные индексы

Индекс	Значение	Основание
м	Ориентация (100)	п. 1.2, 1.11
э	Ориентация (013)	п. 1.2, 1.11
к₁	Калибровка диаметра с допуском ±0,5 мм	п. 1.9
к₂	Калибровка диаметра с допуском ±0,1 мм	п. 1.9
е	Повышенное время жизни ННЗ: не менее 2τном (2–30 мкс) для УЭС 1–15 Ом·см или 2τ (30–160 мкс) для d≥100 мм, УЭС 15–80 Ом·см	п. 1.6
р	Гарантированное время жизни ННЗ: не менее 4τном (16–60 мкс) для d≥100 мм, УЭС 4–15 Ом·см	п. 1.6
с₁	Без свирлевых дефектов — для слитков с ориентацией (100) и (013)	п. 1.10
с₂	Без свирлевых дефектов — для слитков с ориентацией (111)	п. 1.10

Базовые срезы (флэты) на кремниевых пластинах

Базовые срезы (flat) — прямолинейные участки на периметре пластины, формируемые шлифовкой слитка вдоль образующей до его разрезания на пластины. Они служат для идентификации кристаллографической ориентации и типа проводимости, а также для базирования пластины в технологической оснастке. Система срезов применяется на пластинах диаметром до 150 мм включительно.

Основной (primary flat) — наиболее длинный срез, ориентированный вдоль кристаллографического направления ⟨110⟩. Дополнительный (secondary flat) — более короткий, расположен под определённым углом к основному. Его положение однозначно идентифицирует тип проводимости и ориентацию.

Расположение дополнительного среза по SEMI M1

Тип проводимости	Ориентация	Дополнительный срез
p-тип	(111)	Отсутствует (только основной срез)
p-тип	(100)	90° ± 5° по часовой стрелке от основного
n-тип	(111)	45° ± 5° по часовой стрелке от основного
n-тип	(100)	180° ± 5° по часовой стрелке от основного

Длины срезов по SEMI M1-0302

Диаметр пластины	Основной срез, мм	Дополнительный срез, мм
50,8 мм (2″)	15,88 ± 1,65	8,0 ± 1,65
76,2 мм (3″)	22,22 ± 3,17	11,18 ± 1,52
100 мм (4″)	32,5 ± 2,5	18,0 ± 2,0
125 мм (5″)	42,5 ± 2,5	27,5 ± 2,5
150 мм (6″)	57,5 ± 2,5	37,5 ± 2,5

Пластины 200 мм и более: вырез (notch)

Начиная с диаметра 200 мм базовые срезы не применяются — их заменяет V-образный вырез (notch) на краю пластины. Вырез служит для ориентирования и базирования, но не позволяет визуально определить тип проводимости — для этого используют лазерную маркировку по стандартам SEMI T7 (для 300 мм) и SEMI M12/M13.

Обработка поверхности пластин

По виду обработки поверхности пластины подразделяют на:

Обозначение	Описание	Англоязычный аналог
ОСП	Односторонне полированная — полируется только рабочая сторона	SSP (Single-Side Polished)
ДСП	Двусторонне полированная — полируются обе стороны	DSP (Double-Side Polished)
ШТ	Шлифованно-травлёная — обе стороны шлифованы и протравлены, полировка не выполнена	E/E (Etched/Etched)

Основной метод финишной полировки — химико-механическая полировка (ХМП, CMP). Щелочная суспензия с коллоидным диоксидом кремния одновременно окисляет поверхность и удаляет разрыхлённый слой, обеспечивая зеркальную поверхность, пригодную для фотолитографических процессов.

Фаска (профилирование края)

Фаска (edge rounding) — скругление острого края пластины по периметру. Выполняется алмазным профилированным кругом после нарезки слитка, до шлифовки и полировки основных поверхностей. Фаска снижает риск сколов и трещин при загрузке и выгрузке из кассет и технологической оснастки.

Профиль края определяется стандартом SEMI M1. Основные типы: R-тип (полное скругление), T-тип (трапецеидальный). Для пластин класса Prime дополнительно выполняется полировка края.

Номера технических условий (ТУ) в маркировке

В конце маркировки пластин указывается номер технических условий. ТУ серии ЕТО.035 являются отраслевыми документами конкретных предприятий-изготовителей.

Номер ТУ	Типичная продукция
ЕТО.035.121 ТУ	Пластины КДБ диаметром 76 мм
ЕТО.035.124 ТУ	Пластины КЭФ, КДБ диаметром 76 мм
ЕТО.035.206 ТУ	Пластины различных марок диаметром 100 мм
ЕТО.035.245 ТУ	Пластины ЭКДБ диаметром 76 мм
ЕТО.035.578 ТУ	Пластины ЭКЭФ диаметром 100 мм

Другие производители могут использовать собственные ТУ. В Республике Беларусь применяются ТУ РБ 200181967.026-2002 (пластины ⌀76, 100, 150 мм) и ТУ РБ 200181967.151-2010 (пластины ⌀100, 150, 200 мм).

Документ о качестве

Согласно п. 2.2 ГОСТ 19658-81, каждый слиток сопровождается документом о качестве, в котором указываются:

• наименование продукции и марку;
• номер слитка;
• тип электропроводности;
• среднее значение УЭС на каждом торце;
• относительное и радиальное отклонение УЭС;
• время жизни ННЗ (для слитков с индексами «е» и «р»);
• длину и диаметр слитка, массу нетто;
• дату изготовления.

Для пластин по ТУ документ о качестве может содержать дополнительные данные: толщину, TTV (разнотолщинность), bow (прогиб), warp (коробление), характеристики поверхности.

Разбор реальных примеров маркировки

Пластины диаметром 76 мм

76ЭКДБ0,05(111)-1000 1ас ЕТО.035.245ТУ:

Элемент	Значение
76	Диаметр 76 мм
ЭКДБ	Для эпитаксии, кремний, дырочная проводимость, бор
0,05	УЭС 0,05 Ом·см
(111)	Ориентация {111}
1000	Толщина 1000 мкм
1а	Группа 1, подгруппа «а» (слиток ⌀62,5 мм)
с	Без свирлевых дефектов
ЕТО.035.245ТУ	Номер ТУ

76КЭФ7,5(100)-380 ЕТО.035.124ТУ: кремний, n-тип, фосфор, УЭС 7,5 Ом·см, ориентация (100), толщина 380 мкм.

76КДБ10(111)4-380: кремний, p-тип, бор, УЭС 10 Ом·см, ориентация (111) с разориентацией 4°, толщина 380 мкм.

Пластины диаметром 100 мм

100ЭКЭФ20(100)-460 23вм ЕТО.035.578ТУ: эпитаксиальный, n-тип, фосфор, УЭС 20 Ом·см, ориентация (100), толщина 460 мкм, группа 23, подгруппа «в» (слиток ⌀102,5 мм), индекс «м» подтверждает ориентацию (100).

100КДБ10(100)-460: кремний, p-тип, бор, УЭС 10 Ом·см, ориентация (100), толщина 460 мкм.

Алгоритм расшифровки маркировки

Для расшифровки обозначения пластины:

1. Число в начале — диаметр в мм (60, 76, 100, 125, 150).
2. Буквенный блок — начинается с «Э» — эпитаксиальный кремний; с «К» — общего назначения. Далее: тип проводимости (Д/Э) и примесь (Б/Ф/С/М).
3. Число после букв — удельное сопротивление в Ом·см.
4. Число в скобках — кристаллографическая ориентация (111, 100, 013).
5. Цифра после скобок (если есть) — угол разориентации в градусах.
6. Число после дефиса — толщина в микрометрах.
7. Далее (если есть) — группа, подгруппа, индексы по ГОСТ.
8. ЕТО.035.ХХХ ТУ — номер технических условий.

При любых сомнениях следует обращаться к сопроводительному документу о качестве, где зафиксированы фактически измеренные характеристики.

Ссылки на нормативные документы

Документ	Наименование
ГОСТ 19658-81	Кремний монокристаллический в слитках. Технические условия (с изм. №1, №2)
SEMI M1	Specification for Polished Single Crystal Silicon Wafers
SEMI T7	Specification for Wafer Identification Using Laser or Diamond Scribe
SEMI M12	Specification for Identification and Tracking of Silicon Wafers