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第429章 欣喜:单晶硅棒突破

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“出样品了!”

“纯度11N!”

9月20日上午十点钟,沐阳正在办公室里看资料,突然收到硅厂(晶圆厂)的消息,一直凝视资料毫无波澜的脸荡漾出喜悦。

适用于集成电路行业的半导体硅片对产品质量有极高的要求,纯度必须达到 99.9999999%(9个 9,简称9N)以上,最先进的工艺则需要达到 99.999999999%(11个 9,即11N)。

出口要求,一般要达到9N。

现在国产硅棒,能达到11N是有,但生产极不稳定,成本会高许多。

沐阳的要求,要稳定达到12N,而且生产成本不能太高。

硅棒指标当然不止纯度,还有结晶构造、平坦度等,也要满足电阻率、碳残余量、厚度、翘曲度、表面金属残余量等各类参数指标要求。

但纯度就是核心,尺寸就是成本,这么说有些片面,但也没错。

“好的,我过来看下。”

沐阳放下资料,喊上司机准备车。

硅厂不在总部基地这边,而是在星海集团2号工业园区,即阳富区工业园区。

三分钟后,沐阳坐上未来01,向硅厂方向驶去。

半个小时后,沐阳来到了实验车间,换上白色无尘服装和熟胶手套,戴上口罩,全身严实,只留下一双眼睛。

在入口处按了下指纹,验证人脸,才能真正进入实验车间。

九月份的天气非常炎热,还好车间是恒温车间,温度只有二十摄氏度,要不然,穿着一身包裹得严实的衣服,那得多难受。

但就算如此,沐阳还是感到一些不习惯,特别是几年不戴口罩了,感受呼吸不是很顺畅。

在后世,戴口罩戴习惯了,一天不摘下来感觉也没事儿,就耳朵根被勒得有些疼而已。

走在车间里,没有人认出沐阳。

路过的一位员工看到他没有佩戴员工牌,衣服背面也没有个人名字标识,赶紧走回去挡住他:“你好,请问你是哪位?怎么进来了?为什么没有佩戴员工牌?”

这个时候,沐阳才想起,他没有生气,反而是笑了笑,不过,眼前这位员工也是看不到他笑。

“问你呢?否则我要报警了!”

“没事,我是沐阳。”沐阳摘下口罩,露出一个笑脸,然后又重新戴好口罩。

他这么一说,眼前这位年轻员工恐慌起来,向沐阳深深鞠躬:“啊,您是董事长,我没认了来,对不起,对不起!”

“没事,你做得很好,警惕性很高,我路过几个同事,都没注意到这点。说到底就是我的问题,没有制作自己的标牌。”沐阳挥挥手笑道。

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“谢谢董事长,我真的没认出来。”

“不用在意,去忙吧。”

“好的,拜拜。”说完后,这员工快步离开,感觉太尴尬了,幸好董事长不在意,还表扬了他。

沐阳来到一台XH1200型单晶炉前,此时有七八位员工正在设备外围交流,看到沐阳,这些员工还是没认出来。

技术经理向海,见过沐阳多次,也知道沐阳要来,通过他的身材和眼神认出来,然后走过去打招呼:

“董事长,您来了。”

向海这么一喊,其他员工血压瞬间飙升,眼前这位竟然是董事长!

“嗯,说说具体情况。”沐阳点头。

向海说道:“我们眼前这台设备,昨天开始试制样品,理论最大熔料量达到1200公斤,我们放了1000公斤。

设备可拉制12英寸到14英寸的单晶硅棒,目前正在生产的是12英寸的硅棒,尝试全长度尺寸怎么样。

昨天,我们试制了两根一米长度的单晶硅棒,以测试结果来看,各种指标达到了高端手机芯片的硅材料要求,生产效率比常规的每小时提拉10厘米要快一倍左右。

当然,离我们制定的要求,还是有一些差距,有不少小瑕疵,比如硅纯度达到了11N,但不管怎么样调试,都达不到12N,我们正在找原因,还没找到。”

星海集团目前使用的硅精练方法是提拉法。

先把熔化的 Si放在石墨坩埚里面,使用感应法加热,之后又放在石英容器里,通过纯氢气体作为清洁氛围。再把作为种子的籽晶放在垂直棒的前端,再放入熔化的 Si里面。

因为籽晶表面会吸附熔化物,在垂直棒不断缓慢旋转和提拉的过程中,可以长出直径比籽晶大得多的体材料晶体。

这有点像两根快子插入盛满面条的锅里,快子夹紧的几根面子就像是“籽晶”,吸附锅里的其它面条,随着快子旋转,然后提升,越来越多的面条被卷入快子中。

而且,被卷入的面条排布得比较整齐,其实提拉法还利用到了旋转重力的作用,能够均匀地分布熔化的硅,同时通过轴(快子)的旋转,控制了硅温度和几何构性的不均匀性。

沐阳说道:“先带我看看试制好的样品。”

向海点头,走到一根未切割的单晶硅棒前,长度约一米多,外径是12英寸,这一根硅棒,也有一百多公斤。

沐阳蹲下来观察,用手抚摸硅棒表面,赞道:“外径直线度不错,直径均匀,不过,这只是一米长而已,拉完一炉一千公斤的,理论可以拉四五米长。”

沐阳检查完这根未切割的单晶硅棒,再检查另一根已经切割过的硅棒样品,已经切割了一半。

单晶硅棒是先用线切割机把两端锥形料头切割掉,如果硅棒很长就分段,否则太重不好搬动和加工,车外圆,然后再用真正的切片机切晶圆片。

用切片机切片,效率会快许多,切割平面度会更好一些,也不容易碎,如果是线切割,比较粗糙。

刚切下来的晶圆片厚度不到一毫米,还要继续打磨、研磨,直到符合设计的厚度要求。

切片厚度主要看材料韧性情况和切片机的性能,如果很容易切碎,那就切厚一点,而且直径越大,切片难度越大,所以12英寸的切割厚度要比8英寸的肯定要厚一些。

这也没法,单晶硅的韧性很差,实际上就是脆性材料。

最终芯片的成品厚度一般在0.3毫米以下,薄的话可以达到0.1厚米左右。

沐阳拿起一片晶圆片,从外观看上去,平面度不错。

“你们切割了多少片,切裂的概率有多少?”

“就试切割了几十片,刚开始还切裂了几片,发现切片机的冷却系统没搞好,后面的,也没切裂过。”

“就纯度11N?”

向海说:“嗯,抽检了9个晶圆片,都这个数据。”

沐阳点头,他理解其中的难度,就算每个零部件都按照图纸生产,工艺按照他的做,但设备组装肯定存在误差,生产环境同样有影响,还有其它因素,最终都影响到单晶硅纯度与其它性能。

如果能达到目前的情况,的确可以开始尝试量产了,即使离他设计的理论值还差一些。

他的要求,只是想以此为基础,制造更好的芯片而已,比如用在高端手机和高端电脑上的芯片,对纯度要求就这么高,再差也要达到10N。

而且,硅棒的其它指标都达到了世界顶尖水平。

可以说,星海集团已经制造出世界顶尖的硅棒了,就看接下来的量产情况了。

“一个单晶棒没有代表性,也许是偶然,前期多生产多一些样品,多检测收集数据。”

沐阳说出他的要求,接下来,他亲自检查问题根源,从氢气的纯度和流量大小、硅原材料、单晶炉工作温度与湿度等等一一排除。

他熟悉所有设备和工艺流程,但没有这方面的实践经验,在灌输技术过程中,大脑中给他的“熟悉经验”,与实际还是有些差异,需要走一遍,融合得更好。

就如大脑说:“我会了。”

手说:“我还不会!”

道理是一个样的,沐阳没有实践,没有产生肌肉记忆。

他忙了一个小时也没查出什么问题,也到了上午下班时间,吃过午餐,休息了会,下午继续投入其中,也没查出有什么问题。

“真的怪了!”

沐阳让实验室的设备组装人员再组装新的设备,他要从头看他们组装,直到生产投入。

接下来的几天时间,沐阳跟单晶硅棒生产直接耗上了,期间他还亲自组装调试设备。

国庆放假前两天,又组装了一套设备出来,进入设备调试中,准备试生产。

这期间,最早组装的两套设备生产出来的单晶棒的纯度还是11N。

沐阳重视的设备能耗、生产效率,都达到了预期目标,但就是硅纯度还达不到设计要求。

到了9月30日。

沐阳投入硅纯度工作入魔了,如果新装的设备还达不到要求,那就歇息一段时间,不能继续较劲。

阅读系统帮沐阳快速掌握知识,但没法帮他分析问题,更不能帮他查找问题根源。

新的一套设备,生产出来的单晶硅棒,经检测后,纯度还是老样子,没有提升。

沐阳看到这个结果,皱眉:“怪了,就是查不出问题所在。向经理,让大家先暂停吧,国庆放假回来再梳理一下思路。”

向海点头,但想了下,说:“董事长,要不我们加班,多检查检查吧。”

沐阳摇头,叹了口气:“这种情况,想不通的事,就算加班也没用,也许我们这些天,都跳进死胡同去了。

你们能够把设备组装成功,连续结晶成功,成品率和其它指标也达到了世界顶尖水平,已经算是成功了,是我有些较劲了。”

这些天,他们排除了操作问题、原料问题、坩埚质量问题、热循环也没有什么问题,拉速这些,也没啥问题。

就是,找不到问题原因。

一名测试工程师说了句:“董事长,我们工业园区白天用电量比较大,电流电压不稳定,会不会造成功率翻跳变化,影响炉内温度不稳?”

“嗯?等等,我想一下。”

这名员工的提醒,沐阳好像搞明白原因了,向这位测试工程师说:“你提醒得不错,真有可能是电控问题,但也有可能是其它原因,检查一下电流电压表,还有稳压表,这些测量仪器,说不定在出厂时就弄错了。”

仪器误差存在很正常,比如显示220V,说不定实际只有215V,一般人不会太计较这点事,但对单晶硅棒生产来说,说不定就有影响。

很快,电气工程师排查出来电流电压稍微有些不稳定,稳压表灵敏度没有调合适。

虽然炉内温度符合要求,但时高时低,对生产就有影响。

“虽然查出稳压系统的稳压表有问题了,但它有没有影响到单晶硅棒的纯度,我们还不知道,等国庆收假后再试验吧。”

沐阳说完后,就离开了实验车间。

实验车间的二十几名研发人员看到董事长离开,再看看刚刚组装好的新设备,也来不及试生产。

一位员工说:“这段时间,董事长也够累的,还亲自和我们组装调试设备,真少见。”

向海说:“单晶硅棒生产对我们公司来说非常重要,芯片制造是董事长的梦想,同样也是我们的梦想。

国产高端芯片能不能够实现,说实话,整个华国,就看我们公司了。

现在,我们已经生产出合格的单晶硅棒,但董事长还不够满意,还达不到他的要求,这种精益求精、勇攀高峰的精神,值得我们学习,大家千万不要有一丁点成绩,觉得我们达到世界第一了就骄傲自满。

董事长虽然表扬了我们,但他自己也有很大压力,只是没有跟我们说而已,要不然,他也不会亲自下手调试设备,跟我们一起耗在实验室里,你以为他很闲呀。

你们看看这段时间,哪怕抛弃董事长本身的身份,就说他的操作动手能力,比我们这些人强太多了,我们要学的东西太多了。”

“嗯,董事长的能力是变态,听说极少有难着他的问题。但我更佩服的是他的钻研精神。”

大家从心里敬佩沐阳,再看看刚组装好的设备,硅纯度的问题就像一根刺,卡在喉咙里,解决不掉,心里就不踏实,还不太想离开实验室。

“这个问题不解决,就算放假了,我也睡不着呀。”

“董事长不让我们加班呀。”

“要不,我们偷偷加班吧,不要加班费就行了。”

“那是加班费的问题嘛,公司又不缺给加班费。”

技术经理向海说:“我不强迫大家加班,公司也不提倡加班,这一次假期是自愿原则,没有加班费,有事可以不来。弄不好我们加班被发现还被批评。”

“批评总好过心里一直想着这件事吧,感觉找到问题所在了,却没有去尝试验证结论,晚上真的睡不着呀。”

“试一轮花费时间很长,就算只生产一米长的单晶硅棒,再切割,检测也要花时间,两天时间肯定要的。”

向海听到大家都同意自愿加班,说道:“那好吧,既然大家没意见,如果没问题,大家吃过晚餐,今晚继续搞。家里有急事,真的可以不用来。”

“没什么急事,还有什么事比得上我们遇到的问题的。”一名研发人员笑道。

“你呢,不是说今晚要陪女朋友逛街看电影吗?可以不来。”

“取消吧,其实我也不想看那种爱情片,现在正好有借口不去了,哪有搞科研激情。”

“爱情片可以呀,岂不是更有激情。”

几个研发人员的打趣,感觉轻松多了。

接下来的两天,这些研发人员开始验证电流电压稳定之后的生产情况。

又是五天后,10月8日。

刚上班没多久,沐阳再次来到了硅棒实验车间,找到向海,让他开始验证。

向海有些不好意思说:“董事长,其实,我们已经验证过了。”

沐阳有些不明白:“哦,你们验证过了?什么时候的事?”

说完后,大概明白了,严肃问,“国庆期间,你们偷偷加班了?”

一名研发人员看到沐阳的表情,赶紧解释:“董事长,不怪向经理,是我们要求来加班的,晚上实在睡不着。”

沐阳开心一笑:“我也没怪你们,结果怎么样?”

他这么一说,向海和周围的研发人员松了一口气,真怕董事长把他们骂一顿。

向海说:“我们生产了两根一米多长的单晶硅棒,经过验证测试,硅纯度稳定在12N以上,的确是电流电压不稳造成。”

“好,好,达到了设计目标!正式准备量产工作!”

沐阳闻言,十分高兴,“你们非常不错,应该嘉奖。”

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