半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)

1、硅 片 生產(chǎn) 工 藝流 程 及注 意要 點(diǎn)簡(jiǎn)介硅片的準(zhǔn)備過(guò)程從硅單晶棒開(kāi)始，到清潔的拋光片結(jié)束，以能夠在絕好的環(huán)境中使用。期間，從一單晶硅棒到加工成數(shù)片能滿足特殊要求的硅片要經(jīng)過(guò)很多流程和清洗步驟。除了有許多工藝步驟之外，整個(gè)過(guò)程幾乎都要在無(wú)塵的環(huán)境中進(jìn)行。硅片的加工從一相對(duì)較臟的環(huán)境開(kāi)始，最終在10級(jí)凈空房?jī)?nèi)完成。工藝過(guò)程綜述硅片加工過(guò)程包括許多步驟。所有的步驟概括為三個(gè)主要種類：能修正物理性能如尺寸、形狀、平整度、或一些體材料的性能；能減少不期望的表面損傷的數(shù)量；或能消除表面沾污和顆粒。硅片加工的主要的步驟如表1.1的典型流程所示。工藝步驟的順序是很重要的，因?yàn)檫@些步驟的決定能使硅片受到盡

2、可能少的損傷并且 可以減少硅片的沾污。在以下的章節(jié)中，每一步驟都會(huì)得到詳細(xì)介紹。表1.1 硅片加工過(guò)程步驟1 . 切片2 .激光標(biāo)識(shí)3 . 倒角4 . 磨片5 . 腐蝕6 . 背損傷7 .邊緣鏡面拋光8 .預(yù)熱清洗9 .抵抗穩(wěn)定退火10 .背封11 .粘片12 .拋光13 .檢查前清洗14 .外觀檢查15 .金屬清洗16 .擦片17 .激光檢查18 .包裝/貨運(yùn)切片(class 500k)硅片加工的介紹中，從單晶硅棒開(kāi)始的第一個(gè)步驟就是切片。這一步驟的關(guān)鍵是如何在將單晶硅棒加工成硅片時(shí)盡可能地降低損耗，也就是要求將單晶棒盡可能多地加工成有用的硅片。為了盡量得到最好的硅片，硅 片要求有最小量的翹

3、曲和最少量的刀縫損耗。切片過(guò)程定義了平整度可以基本上適合器件的制備。切片過(guò)程中有兩種主要方式一一內(nèi)圓切割和線切割。這兩種形式的切割方式被應(yīng)用的原因是它們能將材料損失減少到最小，對(duì)硅片的損傷也最小，并且允許硅片的翹曲也是最小。切片是一個(gè)相對(duì)較臟的過(guò)程，可以描述為一個(gè)研磨的過(guò)程，這一過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的顆粒和大量的很淺表面 損傷。硅片切割完成后，所粘的碳板和用來(lái)粘碳板的粘結(jié)劑必須從硅片上清除。在這清除和清 洗過(guò)程中，很重要的一點(diǎn)就是保持硅片的順序，因?yàn)檫@時(shí)它們還沒(méi)有被標(biāo)識(shí)區(qū)分。激光標(biāo)識(shí)(Class 500k)在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片會(huì)被用激光刻上標(biāo)識(shí)。一臺(tái)高功率的激光打印機(jī)用來(lái)在硅片表面刻上

4、標(biāo)識(shí)。硅片按從晶棒切割下的相同順序進(jìn)行編碼，因而能知道硅片的正確位置。這一編碼應(yīng)是統(tǒng)一的，用來(lái) 識(shí)別硅片并知道它的來(lái)源。編碼能表明該硅片從哪一單晶棒的什么位置切割下來(lái)的。保持這樣的追溯是很重要的，因?yàn)閱尉У恼w特性會(huì)隨著晶棒的一頭到另一頭而變化。編號(hào)需刻的足夠深，從而到最終硅片拋光完畢后 仍能保持。在硅片上刻下編碼后，即使硅片有遺漏，也能追溯到原來(lái)位置，而且如果趨向明了，那么就可以采 取正確的措施。激光標(biāo)識(shí)可以在硅片的正面也可在背面，盡管正面通常會(huì)被用到。 倒角當(dāng)切片完成后，硅片有比較尖利的邊緣，就需要進(jìn)行倒角從而形成子彈式的光滑的邊緣。倒角后的硅片邊 緣有低的中心應(yīng)力，因而使之更牢固。這個(gè)硅

5、片邊緣的強(qiáng)化，能使之在以后的硅片加工過(guò)程中，降低硅片的碎 裂程度。圖1.1舉例說(shuō)明了切片、激光標(biāo)識(shí)和倒角的過(guò)程。圖1.1磨片(Class 500k)接下來(lái)的步驟是為了消除切片過(guò)程及激光標(biāo)識(shí)時(shí)產(chǎn)生的不同損傷，這是磨片過(guò)程中要完成的。在磨片時(shí)，硅片被放置在載體上，并圍繞放置在一些磨盤上。硅片的兩側(cè)都能與磨盤 接觸，從而使硅片的兩側(cè)能同時(shí)研磨到。磨盤是鑄鐵制的，邊緣鋸齒狀。上磨盤上有一系列 的洞，可讓研磨砂分布在硅片上，并隨磨片機(jī)運(yùn)動(dòng)。磨片可將切片造成的嚴(yán)重?fù)p傷清除，只 留下一些均衡的淺顯的傷痕；磨片的第二個(gè)好處是經(jīng)磨片之后，硅片非常平整，因?yàn)槟ケP是 極其平整的。研磨砂是由將氧化鋁溶液延緩”段燒后形

6、成的磨片過(guò)程主要是一個(gè)機(jī)械過(guò)程，磨盤壓迫硅片表面的研磨砂 細(xì)小顆粒組成的，它能將硅的外層研磨去。被研磨去的外層深度要比切片造成的損傷深度更深。腐蝕(Class 100k)磨片之后，硅片表面還有一定量的均衡損傷，要將這些損傷去除，但盡可能低的引起附 加的損傷。比較有特色的就是用化學(xué)方法。有兩種基本腐蝕方法：堿腐蝕和酸腐蝕。兩種方 法都被應(yīng)用于溶解硅片表面的損傷部分。背損傷(Class 100k)在硅片的背面進(jìn)行機(jī)械損傷是為了形成金屬吸雜中心。當(dāng)硅片達(dá)到一定溫度時(shí)？，如Fe, Ni, Cr, Zn等會(huì)降低載流子壽命的金屬原子就會(huì)在硅體內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這些原子在硅片背面遇到損傷點(diǎn)，它們就會(huì)被誘陷并本能地從

7、內(nèi)部 移動(dòng)到損傷點(diǎn)。背損傷的引入典型的是通過(guò)沖擊或磨損。舉例來(lái)說(shuō)，沖擊方法用噴砂法，磨損則用刷子在硅片 表面磨擦。其他一些損傷方法還有：淀積一層多晶硅和產(chǎn)生一化學(xué)生長(zhǎng)層。邊緣拋光硅片邊緣拋光的目的是為了去除在硅片邊緣殘留的腐蝕坑。當(dāng)硅片邊緣變得光滑，硅片邊緣的應(yīng)力也會(huì)變得均勻。應(yīng)力的均勻分布，使硅片更堅(jiān)固。拋光后的邊緣能將顆?；覊m的吸附降到最低。硅片邊緣的拋光方法 類似于硅片表面的拋光。硅片由一真空吸頭吸住，以一定角度在一旋轉(zhuǎn)桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)且不妨礙桶的垂直旋轉(zhuǎn)。該桶 有一拋光襯墊并有砂漿流過(guò)，用一化學(xué)/機(jī)械拋光法將硅片邊緣的腐蝕坑清除。另一種方法是只對(duì)硅片邊緣進(jìn)行酸腐蝕。圖1.2舉例說(shuō)明了上述四個(gè)步

8、驟：圖1.2預(yù)熱清洗(Class 1k)在硅片進(jìn)入抵抗穩(wěn)定前，需要清潔，將有機(jī)物及金屬沾污清除，如果有金屬殘留在硅片表面，當(dāng)進(jìn)入抵抗穩(wěn)定過(guò)程，溫度升高時(shí)，會(huì)進(jìn)入硅體內(nèi)。這里的清洗過(guò)程是將硅片浸沒(méi)在能清除有機(jī)物和氧化物的清洗液(H2SO4+H2O2)中，許多金屬會(huì)以氧化物形式溶解入化學(xué)清洗液中；然后，用氫氟酸(HF)將硅片表面的氧化層溶解以清除污物。抵抗穩(wěn)定退火(Class 1k)硅片在CZ爐內(nèi)高濃度的氧氛圍里生長(zhǎng)。因?yàn)榻^大部分的氧是惰性的，然而仍有少數(shù)的氧會(huì)形成小基團(tuán)。這些 基團(tuán)會(huì)扮演 n-施主的角色，就會(huì)使硅片的電阻率測(cè)試不正確。要防止這一問(wèn)題的發(fā)生，硅片必須首先加熱到 650 c左右。這一

9、高的溫度會(huì)使氧形成大的基團(tuán)而不會(huì)影響電阻率。然后對(duì)硅片進(jìn)行急冷，以阻礙小的氧基團(tuán) 的形成。這一過(guò)程可以有效的消除氧作為n-施主的特性，并使真正的電阻率穩(wěn)定下來(lái)。背封(Class 10k)對(duì)于重?fù)降墓杵瑏?lái)說(shuō)，會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)高溫階段，在硅片背面淀積一層薄膜，能阻止摻雜劑的向外擴(kuò)散。這一層就如同密封劑一樣防止摻雜劑的逃逸。通常有三種薄膜被用來(lái)作為背封材料：二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、多晶硅。如果氧化物或氮化物用來(lái)背封，可以嚴(yán)格地認(rèn)為是一密封劑，而如果采用多晶硅，除了主要作為密封 劑外，還起到了外部吸雜作用。圖1.3舉例說(shuō)明了預(yù)熱清洗、抵抗穩(wěn)定和背封的步驟。圖1.3預(yù)熱清洗、阻抗穩(wěn)定和背封

10、示意圖粘片（Class 10k）在硅片進(jìn)入拋光之前，先要進(jìn)行粘片。粘片必須保證硅片能拋光平整。有兩種主要的粘片方 式，即蠟粘片或模板粘片。顧名思義，蠟粘片用一固體松香蠟與硅片粘合，并提供一個(gè)極其平的參考表面？。這一表面為拋光提供了一個(gè)固體參考平面。粘的蠟?zāi)芊乐巩?dāng)硅片在一側(cè)面的載體下拋光時(shí)硅片的移動(dòng)。蠟粘片只對(duì)單面拋光的硅片有用。另一方法就是模板粘片，有兩種不同變異。 一種只適用于單面拋光，用這種方法，硅片被固定在一圓的模板上，再放置在軟的襯墊上。這一襯墊能提供足夠的摩擦力因而在拋光時(shí)，硅片的邊緣不會(huì)完全支撐到側(cè)面載體，硅 片就不是硬接觸，而是“漂浮”在物體上。當(dāng)正面進(jìn)行拋光時(shí)，單面的粘片保護(hù)了

11、硅片的背面。另一種方法適 用于雙面的拋光。用這種方法，放置硅片的模板上下兩側(cè)都是敞開(kāi)的，通常兩面都敞開(kāi)的模板稱為載體。這種 方法可以允許在一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行拋光時(shí)，兩面能同時(shí)進(jìn)行，操作類似于磨片機(jī)。硅片的兩個(gè)拋光襯墊放置在相 反的方向，這樣硅片被推向一個(gè)方向的頂部時(shí)和相反方向的底部，產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)相互抵消。這就有利于防止硅 片被推向堅(jiān)硬的載體而導(dǎo)致硅片邊緣遭到損壞。？除了許多加載在硅片邊緣負(fù)荷，當(dāng)硅片隨載體運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，邊緣不大可能會(huì)被損壞。拋光（Class < 1k）硅片拋光的目的是得到一非常光滑、平整、無(wú)任何損傷的硅表面。拋光的過(guò)程類似于磨片的過(guò)程，只是過(guò)程的基礎(chǔ)不同。磨片時(shí)，硅片進(jìn)行的是機(jī)械的

12、研磨；而在拋光時(shí)，是一個(gè)化學(xué)/機(jī)械的過(guò)程。這個(gè)在操作原理上的不同是造成拋光能比磨片得到更光滑表面的原因。拋光時(shí)，用特制的拋光襯墊和特殊的拋光砂對(duì)硅片進(jìn)行化學(xué)/機(jī)械拋光。硅片拋光面是旋轉(zhuǎn)的，在一定壓力下，并經(jīng)覆蓋在襯墊上的研磨砂。拋光砂由硅膠和一特殊的高pH值的化學(xué)試劑組成。這種高 pH的化學(xué)試劑能氧化硅片表面，又以機(jī)械方式用含有硅膠的拋光砂將氧化層從表面磨去。硅片通常要經(jīng)多步拋光。第一步是粗拋，用較硬襯墊，拋光砂更易與之反應(yīng)，而且比后面的拋光中用到的砂中 有更多粗糙的硅膠顆粒。第一步是為了清除腐蝕斑和一些機(jī)械損傷。在接下來(lái)的拋光中，用軟襯、含較少化學(xué) 試劑和細(xì)的硅膠顆粒的拋光砂。清除剩余損傷和

13、薄霧的最終的拋光稱為精拋。粘片和拋光過(guò)程如圖 1.4所示：圖1.4粘片和拋光示意圖檢查前?t洗（class 10）硅片拋光后，表面有大量的沾污物，絕大部分是來(lái)自于拋光過(guò)程的顆粒。拋光過(guò)程是一個(gè)化學(xué)/機(jī)械過(guò)程，集中了大量的顆粒。為了能對(duì)硅片進(jìn)行檢查，需進(jìn)行清洗以除去大部分的顆粒。通過(guò)這次清洗，硅片的清潔度仍不能滿足客戶的要求，但能對(duì)其進(jìn)行檢查了。通常的清洗方法是在拋光后用RCA SC-1清洗液。有時(shí)用 SC-1清洗時(shí)，同時(shí)還用磁超聲清洗能更為有效。另一方法是先用 H2SO4/H2O2 ,再用HF清洗。相比之下，這種方法更能有效清除金屬沾污。檢查經(jīng)過(guò)拋光、清洗之后，就可以進(jìn)行檢查了。在檢查過(guò)程中，

14、電阻率、翹曲度、總厚度超差和平整度等都要測(cè)試。所有這些測(cè)量參數(shù)都要用無(wú)接觸方法測(cè)試，因而拋光面才不會(huì)受到損傷。在這點(diǎn)上，硅片必須最終滿足客戶的尺寸性能要求，否則就會(huì)被淘汰。金屬物去除清洗硅片檢查完后，就要進(jìn)行最終的清洗以清除剩余在硅片表面的所有顆粒。主要的沾污物是檢查前清洗后仍留在硅片表面的金屬離子。這些金屬離子來(lái)自于各不同的用到金屬與硅片接觸的加工過(guò)程，如切片、磨片。一些金屬離子甚至來(lái)自于前面幾個(gè)清洗過(guò)程中用到的化學(xué)試劑。因此，最終的清洗主要是為了清除殘留在硅片表面的金屬離子。這樣做的原因是金屬離子能導(dǎo)致少數(shù)載流子壽命，從而會(huì)使器件性能降低。SC-1標(biāo)準(zhǔn)清洗液對(duì)清除金屬離子不是很有效。因此，

15、要用不同的清洗液，如 HCl ,必須用到。擦片在用HCl清洗完硅片后，可能還會(huì)在表面吸附一些顆粒。一些制造商選擇 PVA制的刷子來(lái)清除這些殘留顆粒。在擦洗過(guò)程中，t水或氨水（ NH4OH）應(yīng)流經(jīng)硅片表面以帶走沾附的顆粒。用 PVA擦片是清除顆粒的有效手段。激光檢查硅片的最終清洗完成后，就需要檢查表面顆粒和表面缺陷。激光檢查儀能探測(cè)到表面的顆粒和缺陷。因?yàn)榧す馐嵌滩ㄖ懈邚?qiáng)度的波源。 激光在硅片表面反射。 如果表面沒(méi)有任何問(wèn)題，光打到硅片表面就會(huì)以相同角度反射。然而，如果光打到顆粒上或打到粗糙的平面上，光就不會(huì)以相同角度反射。反射的光會(huì)向各個(gè)方向傳播并能在不同角度被探測(cè)到。包裝/貨運(yùn)盡管如此，可能

16、還沒(méi)有考慮的非常周到，硅片的包裝是非常重要的。包裝的目的是為硅片提供一個(gè)無(wú)塵的環(huán)境，并使硅片在運(yùn)輸時(shí)不受到任何損傷；包裝還可以防止硅片受潮。如果一片好的硅片被放置在一容器內(nèi)，并讓它受到污染，它的污染程度會(huì)與在硅片加工過(guò)程中的任何階段一樣嚴(yán)重，甚至認(rèn)為這是更嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)樵诠杵a(chǎn)過(guò)程中，隨著每一步驟的完成，硅片的價(jià)值也在不斷上升。理想的包裝是既能提供清潔的環(huán)境，又能控 制保存和運(yùn)輸時(shí)的小環(huán)境的整潔。典型的運(yùn)輸用的容器是用聚丙烯、聚乙烯或一些其他塑料材料制成。這些塑料應(yīng)不會(huì)釋放任何氣體并且是無(wú)塵的，如此硅片表面才不會(huì)被污染。最后六個(gè)步驟如圖1.5所示。圖1.5檢查前清洗、外觀檢查、金屬離子去除

17、?t洗、擦片、激光檢查和包裝/貨運(yùn)示意圖硅片制備階段的問(wèn)題在硅片的制造過(guò)程中，涉及到許多參數(shù)。而且這些參數(shù)中有許多會(huì)因最終硅片目標(biāo)不同而發(fā)生變化。對(duì)硅片來(lái)說(shuō)，有一些參數(shù)始終是很重要的，如平整度、缺陷、沾污等。在下面的章節(jié)中將詳細(xì)討論。當(dāng)硅片被不正確運(yùn)行的刀片所切割時(shí)，就會(huì)造成彎曲的刀口。這些刀口都不會(huì)相同，這就使硅片有不同種類的平面缺陷。能以最好的方式使硅片得到平整的表面是很重要的，因此應(yīng)以盡可能平的面去切割硅片。有不同的測(cè)量方法來(lái)測(cè)試硅片的平整度。一些測(cè)量方法給出了圓形的或者說(shuō)是整個(gè)硅片的平整度而另一些方法只顯示出局部的硅片平整度。整個(gè)的平整度對(duì)于設(shè)計(jì)樣品時(shí)是很重要的，？從另一方面說(shuō)，局部的

18、平整度對(duì)于？設(shè)計(jì)是很重要的，? 一些整體平整度測(cè)試的術(shù)語(yǔ)是彎曲度（ bow）、翹曲度（warp）、總厚度超差（TTV ）、 總指示讀數(shù)（TIR）和焦平面背離（FPD）。局部平整度測(cè)試的術(shù)語(yǔ)也與其一致。Bow硅片彎曲度是測(cè)量硅片彎曲程度，它是與硅片中心從一通過(guò)靠近硅片邊緣的三個(gè)基點(diǎn)建立的平面的背離程度。彎曲度測(cè)試是一種較老的測(cè)試手段，不經(jīng)常使用。因?yàn)閺澢葴y(cè)試只能測(cè)試與中心的背離，其他方法也就相應(yīng)產(chǎn)生了。實(shí)際上，硅片的背離會(huì)發(fā)生在硅片的任一位置，而且能產(chǎn)生很多問(wèn)題。在最近的時(shí)間里，S型彎曲或翹曲的測(cè)試被真正采用。這種變形有比彎曲更復(fù)雜的形狀。Warp硅片形狀變形的另一測(cè)試方法是翹曲度的測(cè)試。翹曲

19、度是測(cè)量硅片確定的幾個(gè)參考面的中心線位置的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之最大差值。硅片的翹曲度起決于使用的一對(duì)無(wú)接觸掃描探針。硅片被放置在三個(gè)形成參考平面的支點(diǎn)上，這對(duì)探針中一支可以在硅片一側(cè)的任意位置，而另一支則在另一側(cè)的相應(yīng)位置。探針按設(shè)定的程序，沿硅片表面移動(dòng)，測(cè)量到硅片表面指定點(diǎn)的距離。一旦所有的距離都已測(cè)得，翹曲的程度也就知道了。測(cè)定翹曲度，第一步就是找到頂部探針與頂部硅片表面的距離（ a）和相應(yīng)底部探針與底部硅片表面的距離（ b）。換句話說(shuō)，就得到了 b-a的所有測(cè)量點(diǎn)。有了這些數(shù)據(jù)，將b-a的最大值減去b-a的最小值，再除以 2就是Warp值（如圖1.6所示）。圖1.6 翹曲度（Warp）和總

20、厚度偏差（TTV ）測(cè)量示意圖硅片的翹曲度與半導(dǎo)體制造有關(guān)，因?yàn)橐黄N曲的硅片在光刻過(guò)程中可能會(huì)引起麻煩；還可能在一些加工過(guò)程中粘片時(shí)也有問(wèn)題。小量的翹曲在一些加工過(guò)程中可以通過(guò)真空吸盤或夾具得到補(bǔ)償。TTV一種檢測(cè)硅片厚度一致性的方法，叫總厚度超差（ TTV ）,就是指硅片厚度的最大值與最小值之差。測(cè)量TTV可在測(cè)量 Warp時(shí)同時(shí)進(jìn)行。 Warp中類似的探針和數(shù)據(jù)處理方法可以為TTV所采用。實(shí)際上，不同的僅僅是計(jì)算公式。在計(jì)算 TTV時(shí)，第一步是將頂部探針與頂部硅片表面的距離（a）和相應(yīng)底部探針與底部硅片表面的距離（b）相加，這里，我們要的是相加（ a+b） , TTV就是將a+b的最大值

21、減去 a+b的最小值。TIR總指示讀數(shù)是一種只與硅片的正面有關(guān)的參數(shù)。測(cè)量方法是將與真空吸盤平行吸住的一面作為參考平面，TIR就是正面最高處與最凹處的差值。（見(jiàn)圖1.7）圖1.7 總指示讀數(shù)（TIR）和焦平面偏離（FPD）測(cè)量示意圖FPD焦平面偏離（FPD）是指硅片上距焦平面最高處和最深處到焦平面的距離中遠(yuǎn)的一個(gè)。有時(shí)這個(gè)平面是參考硅片背面或是一個(gè)假想的平面。這一測(cè)量值表明了？迄今為止，所討論的所有平整度測(cè)試方法都是指整體測(cè)試。換句話說(shuō)，所有的測(cè)試方法都是體現(xiàn)硅片整體的表面情況。這些方法中的大部分也可以測(cè)試局部狀況。差別僅在于測(cè)試時(shí)所覆蓋的區(qū)域是整體還是局部。通常，區(qū)域的選擇尺寸同典型的電路芯

22、片相同。舉個(gè)例子，局部測(cè)試的硅片平整度稱為局部厚度超差（LTV） , LTV幾乎與TTV相同，區(qū)別僅在于前者只對(duì)應(yīng)硅片的小區(qū)域范圍。污染硅片表面的污染是一個(gè)主要關(guān)注的問(wèn)題。硅片生產(chǎn)過(guò)程從相對(duì)較臟的切片開(kāi)始到最終進(jìn)入一凈空房結(jié)束，硅片要暴露在大量的不同化學(xué)品和溶液中，而且硅片還要被放入許多不同的機(jī)器進(jìn)行機(jī)械加工，所有這些接觸都會(huì)導(dǎo)致顆粒沾污。另兩個(gè)主要的污染是金屬和有機(jī)物。金屬因硅片經(jīng)過(guò)許多機(jī)器加工，金屬與硅片表面直接接觸而被留在硅片表面；有機(jī)物則可能來(lái)自于任何物體上的油脂或油。在硅片最終被發(fā)往客戶前，所有的污染都必須被清除。安全同其他制造環(huán)境一樣，在設(shè)備的每一位置，都有其特殊的安全要求。在半導(dǎo)

23、體制造的硅片生產(chǎn)階段，許多安全問(wèn)題非常類似于在一裝備完好設(shè)備商店，有高速度的刀片和所有手工滾磨設(shè)備。硅片生產(chǎn)中的許多過(guò)程是機(jī)械導(dǎo)向的，因此，這些有操作危險(xiǎn)的過(guò)程必須有一定的安全程序。除了這些顯而易見(jiàn)的機(jī)械危險(xiǎn)外，還有化學(xué)方面的危險(xiǎn)。硅片的生產(chǎn)要用到許多危險(xiǎn)的化學(xué)藥品，如在敞開(kāi)式的硅片清洗中用到的 HF和KOH o這些化學(xué)品的使用象水一樣頻繁，而且容易被灌輸一種錯(cuò)誤的安全觀念。因此，當(dāng)在進(jìn)行與這些化學(xué)品相關(guān)的工作時(shí)，必須確定出所有正確的安全方針。其它還有涉及到各種不同輻射的安全問(wèn)題。在切片區(qū)域，有 X-ray源；激光掃描區(qū)域，有激光的輻射可能會(huì)引起潛在的火災(zāi)，甚至使人失明。在這些區(qū)域，都應(yīng)穿著適

24、當(dāng)?shù)姆雷o(hù)服，并應(yīng)謹(jǐn)慎操作以防發(fā)生安全問(wèn)題。術(shù)語(yǔ)表 彎曲度（bow）彎曲度是對(duì)整個(gè)硅片硅片彎曲度是指硅片中心與一通過(guò)靠近硅片邊緣的三個(gè)基點(diǎn)建立的平面的背離程度。而言10 級(jí)（class10）通常指環(huán)境的?t潔度時(shí)，10級(jí)是指每立方英尺空氣中0.5心m大小的顆粒不超過(guò) 10個(gè)，而且更大的顆粒數(shù)更少。這是一個(gè)非常潔凈的環(huán)境。硅膠硅膠是一種懸浮的硅土顆粒，細(xì)小到無(wú)法分辨出各個(gè)顆粒，也無(wú)法從懸浮液中分離出來(lái)。微切傷微切傷是由刀片的顫動(dòng)而引起的，它是刀片在行進(jìn)過(guò)程中細(xì)微的背離，而在硅片上沿著切口留下的細(xì)小的脊?fàn)顡p傷。外吸雜外吸雜是一種適用在硅片背面的吸雜方法。焦平面背離（FPD）焦平面背離的測(cè)試能說(shuō)明離硅

25、片正面上任何點(diǎn)的焦平面的最遠(yuǎn)距離。FPD能衡量整個(gè)硅片正表面。吸雜吸雜是一種誘使金屬雜質(zhì)遠(yuǎn)離硅片正面的方法。通常通過(guò)在晶體結(jié)構(gòu)中造成高應(yīng)力區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。有兩種不同的吸雜方法：外吸雜和內(nèi)吸雜。霧化霧化是硅片出現(xiàn)霧氣的一個(gè)條件。可能由硅片的任何的沾污或損傷而引起。平均載流子壽命？平均載流子壽命是指在硅體內(nèi)多數(shù)載流子的平均復(fù)合時(shí)間。Piranha?Piranha是一種清洗液，由硫酸（H2SO4）和雙氧水（H2O2）組成。之所以起這個(gè)名字是因?yàn)楫?dāng)上述兩種化學(xué)品混合時(shí)，溶液溫度會(huì)達(dá)到120 c左右并劇烈沸騰?？傊甘咀x數(shù)（TIR）總指示讀數(shù)是硅片的正面上距設(shè)定參考面最高處與最凹處的距離。TIR能表明整個(gè)硅片

26、正面的情況?？偤穸瘸睿═TV ）總厚度超差（TTV ）是指硅片最厚處與最薄處的差值。TTV也是對(duì)整個(gè)硅片的測(cè)試。翹曲度（warp）翹曲度（warp）是指離硅片中心線最高和最低的差值，是整個(gè)硅片的測(cè)試。習(xí)題1、硅片生產(chǎn)的主要目的是為了生產(chǎn)-()a.無(wú)損傷硅片b.清潔、平整、無(wú)損傷的硅片c. ?d.有粗糙紋理的硅片2、一個(gè)典型的工藝流程是 -()a.切片、磨片、拋光、檢查b.切片、拋光、磨片、檢查c.磨片、切片、拋光、檢查d.拋光、切片、磨片、檢查3、磨片的目的是-()a.提供一個(gè)高度拋光表面b.探測(cè)硅片表面的缺陷或沾污c.硅片抵抗的穩(wěn)定d.清除切片過(guò)程造成的深度損傷4、拋光過(guò)程是一個(gè)-()a.

27、 一個(gè)化學(xué)/機(jī)械過(guò)程b. 一個(gè)嚴(yán)格的化學(xué)過(guò)程c. 一個(gè)嚴(yán)格的機(jī)械過(guò)程d.其它類型的過(guò)程5、退火(抵抗穩(wěn)定)過(guò)程為消除 的抵抗影響-()a. piranha 清洗液(H2SO4+H2O2 )b. silox ?c. 金屬d.氧6、哪一種平整度測(cè)試能說(shuō)明硅片厚度的一致性-()a. TTV (總厚度超差)b. TIR (總指示讀數(shù))c.翹曲度d. FPD （焦平面背離）切片目的1、 當(dāng)將晶棒加工成硅片時(shí)，能確定切片加工的特性；2、 描述切片時(shí)所用的碳板的作用；3、 知道內(nèi)圓切片和線切割機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；4、 硅片進(jìn)行標(biāo)識(shí)的目的；5、 硅片邊緣？的原因；6、 描述硅片邊緣？的典型方法。簡(jiǎn)介本章主要討論多

28、種切片工藝和它們的特征，對(duì)硅片的激光掃描，及硅片的邊緣的contour。切片綜述當(dāng)單晶硅棒送至硅片生產(chǎn)區(qū)域時(shí)，已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行切割了。品棒已經(jīng)過(guò)了頭尾切除、滾磨、 參考面磨制的過(guò)程，直接粘上碳板，再與切塊粘接就能進(jìn)行切片加工了。為了能切割下單個(gè)的硅片，晶棒必須以某種方式進(jìn)行切割。在進(jìn)行內(nèi)圓切片的工場(chǎng)內(nèi)，切片 可能會(huì)引用許多標(biāo)準(zhǔn)。切片過(guò)程有一些要求：能按晶體的一特定的方向進(jìn)行切割；切割面盡 可能平整；引入硅片的損傷盡可能的少；材料的損失盡量少。為了滿足切片的這些要求，一 些特殊的切片方法產(chǎn)生了。在下面章節(jié)中將討論幾種切片的特殊方法和相關(guān)的工藝。碳板當(dāng)硅片從晶棒上切割下來(lái)時(shí)，需要有某樣?xùn)|西能防止硅片

29、松散地掉落下來(lái)。有代表性的是用 碳板與晶棒通過(guò)環(huán)氧粘合在一起從而使硅片從晶棒上切割下來(lái)后，仍粘在碳板上。許多情況 下，碳板經(jīng)修正、打滑、磨平后，在材料準(zhǔn)備區(qū)域進(jìn)行粘接。碳板不是粘接板的唯一選擇，任何種類的粘接板和環(huán)氧結(jié)合劑都必須有以下幾個(gè)特性：能支持硅片，防止其在切片過(guò)程中掉落并能容易地從粘板和環(huán)氧上剝離；還能保護(hù)硅片不受污染。其它粘板材料還有陶瓷和環(huán)氧。圖2.1說(shuō)明了碳板與晶棒的粘接。圖2.1 粘棒示意圖石墨是一種用來(lái)支撐硅片的堅(jiān)硬材料，它被做成與晶棒粘接部位一致的形狀。大多數(shù)情況下, 碳板應(yīng)嚴(yán)格地沿著晶棒的參考面粘接，這樣碳板就能加工成矩形長(zhǎng)條。當(dāng)然，碳板也可以和 晶棒的其它部位粘接，但同

30、樣應(yīng)與該部位形狀一致。碳板的形狀很重要，因?yàn)樗竽茉谔?板和晶棒間使用盡可能少的環(huán)氧和盡量短的距離。這個(gè)距離要求盡量短，因?yàn)榄h(huán)氧是一種相 當(dāng)軟的材料而碳板和晶棒是很硬的材料。當(dāng)?shù)镀瑥挠驳牟牧锨械杰浀牟牧显俚接驳牟牧希?能會(huì)引起硅片碎裂。碳板不僅在切片時(shí)為硅片提供支持，而且也在刀片切完硅片后行經(jīng)提供了材料， 保護(hù)了刀片 這里有一些選擇環(huán)氧類型參考：強(qiáng)度、移動(dòng)性和污染程度。粘接碳板與晶棒的環(huán)氧應(yīng)有足夠 強(qiáng)的粘度，才能支持硅片直到整根晶棒切割完成。要找到這樣的環(huán)氧并非難事，但還要考慮 到污染程度，因此，它必須能很容易地從硅片上移走，只有最小量的污染。一般地，環(huán)氧能 很容易在熱的乙酸溶液中溶解，或

31、用其他的方法解決。所有這些方法，都應(yīng)對(duì)硅片造成盡可 能低的污染。刀片當(dāng)從晶棒上切割下硅片時(shí)，期望切面平整、損傷小、沿特定方向切割并且損失的材料盡量小。任何的不能滿足這些最低標(biāo)準(zhǔn)的切割方法都不能被采用。有一個(gè)速度快、安全可靠、經(jīng)濟(jì)的切割方法是很值得的。當(dāng)進(jìn)行切片時(shí)，刀片所切下處或邊緣處的材料都會(huì)損失，因此，更希望是一種低損失量的切 片方法。這種損失量稱為刀片損失。刀片損失是指材料損失的總量，因?yàn)檫@個(gè)損失是由于刀 片在開(kāi)槽時(shí)的移動(dòng)而造成的。如果在切片過(guò)程中損失更少的量，那就意味著從同根晶棒上能 切下更多的硅片，也就是降低了每一硅片的成本。在半導(dǎo)體企業(yè)，通常只有幾種切割方法被采用。兩種通常被應(yīng)用的方

32、法是環(huán)型切割和線切割。 環(huán)型切割通常是指內(nèi)圓切割，是將晶棒切割為硅片的最廣泛采用的方法。內(nèi)圓切割內(nèi)圓切割正如它的名字一樣，切割的位置在刀片的表面。刀片是由不銹鋼制成的大而薄的圓環(huán)。刀片的內(nèi)側(cè)邊緣鍍有帶鉆石顆粒的鍥層。這一鉆石-鍥的鍍層提供了用來(lái)切割晶棒的表面，（見(jiàn)圖2.2）。對(duì)于150mm勺硅片，每刀用時(shí)3分鐘。圖2.2內(nèi)圓刀片的構(gòu)成和厚度對(duì)一典型的內(nèi)圓刀片，具中心部位由約 0.005英寸的不銹鋼制成，鍥-鉆石涂層是不銹鋼刀 片邊緣兩側(cè)約0.003英寸。內(nèi)圓刀片的內(nèi)側(cè)邊緣總厚度約為 0.0125英寸。這樣，材料損失 厚度略大于刀片的最厚度，大概在 0.013英寸左右。鍥-鉆石涂層的厚度是內(nèi)圓刀

33、片的一個(gè)重要參數(shù)。很明顯，這一厚度越小，刀片損失也就越少。但是，如果涂層太薄的話，刀片切下的路徑太窄，刀片可能會(huì)有更大潛在可能沖擊邊緣， 如果刀片發(fā)生任何偏差而撞擊到邊緣，硅片就會(huì)受到損傷，在接下來(lái)的步驟中就需要去除更 多的材料。因此，有一個(gè)最適宜的鍥-鉆石涂層能得到最低的材料損失。不管金屬的污染，不銹鋼因?yàn)樗奶匦远蛔鳛閮?nèi)圓刀片普遍采用的核心材料。不銹鋼有高 的延展性能允許刀片有很大的張力，這種強(qiáng)的張力能使刀片繃的很緊很直，從而在切割時(shí)能 保持刀片平直。鋼的另一個(gè)有利之處就是它很耐用。這種經(jīng)久的耐用性，能額外使用同一刀 片而不需更換，從而使硅片的生產(chǎn)成本降低。這是很重要的因?yàn)楦鼡Q一把刀片需

34、耗時(shí)1.5小時(shí)左右0記住在切片時(shí)使用了不銹鋼也很重要，因?yàn)楣杵瑫?huì)帶有大量的金屬離子。在硅片進(jìn)行高溫?zé)?處理之前，必須將金屬?gòu)谋砻媲宄?。否則，任何高溫的過(guò)程都會(huì)使金屬離子擴(kuò)散進(jìn)硅片而不 易消除了。內(nèi)圓刀片用內(nèi)圓刀片來(lái)切割晶棒的原因是它有低的刀片損失，內(nèi)圓刀片在開(kāi)始塑性變形后，被張緊在 鼓上。？這已超出了不銹鋼的伸展點(diǎn)，為了能充分說(shuō)明這個(gè)條件，要先介紹幾個(gè)術(shù)語(yǔ)。壓力 是描述單位能承受的重量；張力是指改變后的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比。通常用壓力-張力曲線來(lái)表示材料特性。如圖2.3所示，可以得到材料的伸展點(diǎn)和最終延展強(qiáng)度。伸展點(diǎn)是指材料 在這一點(diǎn)上停止了按施加在其身上力比例伸展。從所畫的圖上可以看出，壓力

35、-張力曲線最 終成了線性關(guān)系。當(dāng)壓力超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，材料就開(kāi)始快速伸展而增加的壓力很小。材料沒(méi) 有完全失效所能承受的最大壓力稱為最終延展強(qiáng)度。在壓力-張力曲線上，它處在最高點(diǎn)，這點(diǎn)以后，如果材料再承受任何一點(diǎn)壓力都會(huì)導(dǎo)致材料斷裂。圖2.3圖2.3為內(nèi)圓刀片張緊時(shí)的典型壓力-張力曲線。當(dāng)?shù)镀煺怪了茏儏^(qū)域后，就變得很剛直 了。這就使不銹鋼刀片有一中心厚度約 0.006英寸左右，要達(dá)到同樣的程度，外圓刀片的厚 度是它的十倍多。厚度為0.0125英寸的內(nèi)圓刀片，每切一刀，就損失一片硅片的50%?度。如果刀片有其十倍厚，那么每切一刀，硅片的500%?度都損失了。這就導(dǎo)致硅片的數(shù)量減少 為原來(lái)的1/4

36、（見(jiàn)圖2.4）。硅片數(shù)量的減少直接導(dǎo)致其成本的顯著上升。圖2.4內(nèi)圓刀片的切片運(yùn)動(dòng)類似于一種研磨形式。研磨劑（鉆石）混合在鍥金屬內(nèi)，鉆石是非常硬 的物質(zhì)，能刮去任何其它物質(zhì)的表面，還有兩種相近硬度的材料見(jiàn)莫氏硬度等級(jí)。莫氏硬度等級(jí)莫氏等級(jí)是在1800年代晚期，由Friedrich Mohs發(fā)展起來(lái)的。他的等級(jí)圖是根據(jù)一種材料切割其它材料而得出的。在這等級(jí)圖上，任何硬度高的材料都能切割硬度比它低的材料。這一等級(jí)圖范圍從撲面粉一最軟的材料之一，到鉆石一最硬的材料都包括在內(nèi)了。圖 2.5列出 了十種元素/化合物按硬度順序排列的莫氏原始等級(jí)圖。硅與石英有相近的硬度。從圖上可 看出，鉆石能切割硅。圖2.

37、5當(dāng)鉆石涂覆在內(nèi)圓刀片上切割晶棒時(shí)，它是在研磨硅材料。含鉆石的研磨層在硅體內(nèi)不斷地 研磨，造成硅的微觀斷裂而產(chǎn)生細(xì)微碎片。當(dāng)?shù)镀ㄟ^(guò)材料時(shí)，一些碎片也被帶出來(lái)了。這 個(gè)不斷摩擦的過(guò)程，產(chǎn)生熱和許多顆粒。一種潤(rùn)滑 /冷卻溶液，通常如水或水容性潤(rùn)滑劑， 用來(lái)清除相切位置的顆粒。這種液體能控制硅沫并使溫度下降。內(nèi)圓切片尺寸切割硅片需要的內(nèi)圓刀片尺寸是很大的，如對(duì)于 200mn片，刀片的外圓直徑約在 32英寸 左右。這么大的尺寸是為了使內(nèi)徑足夠大，從而能將粘有碳板的晶棒都能通過(guò)。另外，刀片 本身也必須能夠切割晶棒的任何位置而不會(huì)使晶棒碰到刀片外側(cè)的張緊圈。內(nèi)徑也相對(duì)較 大，因?yàn)橛辛舜蟮亩矗镀拍茏兊?/p>

38、更硬。對(duì)于相同尺寸的晶棒，有一個(gè)辦法能減小刀片的尺寸，就是在切割前將晶棒滾圓。這個(gè)安排 有利之處在于內(nèi)圓切片時(shí)，只要通過(guò)晶棒一半的路程，因此，不需要如此大的直徑。問(wèn)題是， 這種方法在切片時(shí)，要不引起硅片中心的？很困難。另一問(wèn)題是它會(huì)導(dǎo)致碎裂并使硅片中心 產(chǎn)生缺陷。隨著晶棒直徑的增大，內(nèi)圓切片變得越來(lái)越不實(shí)用。切片損傷當(dāng)切片機(jī)在切割晶棒時(shí)，會(huì)引起很多損傷。這些損傷來(lái)自于切片過(guò)程切磨的形式。這一過(guò)程會(huì)造成硅片產(chǎn)生許多細(xì)微破裂和裂紋， 這種損傷層的平均厚度約為25-30仙m,這樣的損傷存 在于刀片與晶棒接觸的任何地方。因?yàn)榍衅佑|的是硅片的表面，所以硅片表面存在著許多 這樣的損傷，這就意味著在接下來(lái)

39、的過(guò)程中必須清除掉這些損傷，硅片才會(huì)有用。如果刀片有任何振動(dòng)，損傷層就會(huì)更深，有時(shí)候甚至是平均厚度的2-3倍。為了防止損傷層的延伸擴(kuò)展，必須小心仔細(xì)地操作，盡可能消除刀片振動(dòng)。有些損傷如果很深的話，在磨片 之后仍能在硅片上看到。刀片偏轉(zhuǎn)硅片彎曲和厚度偏差的主要根源在切片過(guò)程。影響硅片形狀的最主要因素是切片過(guò)程中的刀 片偏轉(zhuǎn)。如果刀片在切片時(shí)發(fā)生振動(dòng)，那么很有可能在刀片所在一側(cè)的損傷層會(huì)比另一側(cè)更 深。不同的是，因刀片振動(dòng)引起的損傷稱為切片微分損傷。在切片過(guò)程中，刀片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)器能提供刀片偏轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。刀片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)器的安裝盡可能 接近于切片區(qū)域。這個(gè)位置一般接近刀片的內(nèi)圓處，并接近刀片切入晶棒的

40、入口或刀片退出 時(shí)的出口（如圖2.6所示）。監(jiān)測(cè)器是通過(guò)刀片處產(chǎn)生的旋渦來(lái)測(cè)試的。刀片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)器的 輸出與反饋回路有關(guān)，當(dāng)監(jiān)測(cè)器探測(cè)到偏離時(shí)，這個(gè)回路能自動(dòng)糾正路徑偏離。在這個(gè)系統(tǒng) 中，有一力量能糾正刀片偏差。這個(gè)系統(tǒng)使硅片切片時(shí)，有更少的翹曲度。圖2.6在內(nèi)圓切片時(shí)，刀片偏離的主要原因是對(duì)于刀片的切片速率而言，刀片的進(jìn)給太快了。一般 內(nèi)圓刀片的進(jìn)給速度是5cm/min。另一原因可能是鉆石變臟了或者脫離了鍥的涂層。當(dāng)?shù)镀?因?yàn)榕K而開(kāi)始出現(xiàn)偏差時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行修刀了。修刀過(guò)程是使刀片的涂層暴露出新的、銳利的鉆石。修刀通常是將碳化硅或氧化鋁的研磨棒 切片來(lái)完成。研磨棒能將鍥鉆涂層的外層磨去從而顯露出新

41、的尖銳的鉆石。要檢查修刀是否 成功，唯一的方法就是再進(jìn)行硅棒的切割。盡管修刀能生產(chǎn)新的尖利的表面，但除非必須， 否則不大進(jìn)行，因?yàn)槊恳淮涡薜抖紩?huì)減少刀片的壽命并增加機(jī)器待工時(shí)間。問(wèn)題在切片過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些問(wèn)題：硅片晶向錯(cuò)誤，過(guò)分的切片損傷，刀片偏離，刀片失 靈和碎片。刀片失靈有幾種：刀片變形、鍥-鉆涂層崩潰、刀片斷裂。經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題是刀片變形。內(nèi) 圓刀片的變形可能因在張緊時(shí)的錯(cuò)誤方式或在試圖快速通過(guò)晶棒時(shí)的刀片進(jìn)給速度太快。其它刀片變形的發(fā)生可能因不銹鋼刀片承受的力太大造成刀片延展。刀片如果過(guò)度變形后，就 不能保持筆直通過(guò)晶棒。這是因?yàn)榈镀谇衅瑫r(shí)會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。刀片失靈造成的最主要的問(wèn)題

42、是引起硅片斷裂和大量的表面損傷。碎片（刀片退出時(shí)）無(wú)論任何方式，當(dāng)?shù)镀懈钅撤N材料即將完成時(shí)，刀片在材料底部時(shí)，可能會(huì)引起材料碎裂， 這種現(xiàn)象稱為exit chip 。碎片的發(fā)生是由于在切割的最后階段，在材料的小區(qū)域中存在高 的局部應(yīng)力。當(dāng)持續(xù)施加相同大小的壓力在越來(lái)越薄的材料上，材料就無(wú)法再承受這樣的壓 力。這片材料就開(kāi)始斷裂，材料的碎片就會(huì)松散。這些碎片尺寸相對(duì)較大，使硅片缺損，這 樣的硅片就不能使用了。圖2.7列舉了碎片的發(fā)生。圖2.7最小限度（碎片）有兩種方法防止碎片的發(fā)生，一種方法是在最后階段，減小刀片施加在硅片上的壓力。在最 后，可以通過(guò)降低刀片進(jìn)給速率來(lái)減小壓力。另一個(gè)方法是在晶

43、棒外側(cè)位置貼上幾片材料， 使切割完成。外表面額外材料的增加提供載體有利于切片的完成。這樣就減少了硅片較薄邊 緣的壓力，硅片也不會(huì)碎裂了。有一防止碎片的系統(tǒng)可供選擇，可以消除任何碎片的發(fā)生。就是使晶棒直徑生長(zhǎng)的稍大一點(diǎn)， 那么在切片時(shí)，即使發(fā)生碎片，滾磨去碎裂處，仍有足夠的材料。這種方法的應(yīng)用使晶棒直 徑大1.3mm左右。切片之后，多余的材料就會(huì)被磨去。有了足夠的材料，那么所有碎片的發(fā) 生幾乎都能包含在內(nèi)了。應(yīng)指出的是，碎片大多發(fā)生在（100）晶向的硅片上，原因是（100）的硅片，切割垂直于（110） 和其它（100）晶面。沿著（110）晶面切割很容易引起硅片碎裂。因此，在切割（100）向 的硅

44、片時(shí)，硅片有沿（110）晶面發(fā)生碎裂的趨向。在（111）向的硅片上，（111）面是與硅片的面相平行的。單晶硅的裂紋大多沿著（111）面。 因此，任何裂紋的發(fā)生平行于切片方向而不會(huì)引起碎片。除了內(nèi)圓切割外，還有線切割。盡管線切割已使用了幾個(gè)世紀(jì)，但被應(yīng)用到半導(dǎo)體廠家僅僅 在最近20年內(nèi)。它們最初需要昂貴的投資，但因在切片損失上的減少能使其很快收回成本。 線切割使用研磨砂漿來(lái)切割晶棒，砂漿貼附在接觸并進(jìn)入晶棒的鋼線上，鋼線會(huì)產(chǎn)生壓力壓 迫研磨劑與晶棒接觸，這樣在砂漿和晶棒間的壓力接觸使材料被磨去。線切割的基本結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，一根小直徑的鋼線繞在幾個(gè)導(dǎo)輪上使鋼線形成梯形的形狀。導(dǎo)輪 上有凹槽能確保鋼線以

45、一定距離分隔開(kāi)。一根連續(xù)的鋼線集中繞導(dǎo)輪的一個(gè)個(gè)凹槽上，形成 許多相同間隔的切割表面。線之間的空間決定了想要的硅片厚度。鋼線的移動(dòng)由線軸控制， 因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)只有一根鋼線。線的兩端分別繞在 線軸上，晶棒慢慢向上（或向下）移動(dòng)，穿 過(guò)鋼線，鋼線能從晶棒上同時(shí)切割下許多硅片。圖 2.8是線切割的簡(jiǎn)單示意圖。如150mms 片,整根晶棒的切割完成只需約 5-8小時(shí)。圖2.8典型的線切割機(jī)使用的鋼線直徑約在0.006英寸。這么小的尺寸所造成的切片損失只有0.008英寸。單根線通常有100km長(zhǎng)，繞在兩個(gè)線軸上。如此長(zhǎng)的鋼線的應(yīng)用使線的單個(gè)區(qū) 域每次都不會(huì)與砂漿及晶棒接觸很長(zhǎng)時(shí)間。這種與砂漿接觸時(shí)間的減少

46、有利于延長(zhǎng)鋼線的壽 命。而且，長(zhǎng)的鋼線意味著在一個(gè)方向上的進(jìn)給能維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間而不需要轉(zhuǎn)換方向通過(guò) 反向的繞線回來(lái)。在一些系統(tǒng)中，鋼線的進(jìn)給在這次是一個(gè)方向，然后方向可翻轉(zhuǎn)，然后再翻轉(zhuǎn)。？舉例來(lái)說(shuō)， 鋼線向前走了約30秒，然后反向走25秒，然后再向前，如此反復(fù)。這樣就使鋼線通過(guò)系統(tǒng) 的時(shí)間延長(zhǎng)，或者剛在一個(gè)方向經(jīng)過(guò)系統(tǒng)，反過(guò)來(lái)又要經(jīng)過(guò)了。典型的鋼線進(jìn)給速度在10m/s (22mph,即一根100km長(zhǎng)的鋼線經(jīng)過(guò)一個(gè)方向需10, 000秒 或約2.75小時(shí)。其中一個(gè)線導(dǎo)輪由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，控制整個(gè)鋼線系統(tǒng)。鋼線必須保持一定的張力能壓迫砂漿中的磨砂研磨品棒，并防止導(dǎo)輪上的鋼線進(jìn)給錯(cuò)誤。這 都由一個(gè)線張

47、緊裝置來(lái)自己控制并調(diào)整系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)保持鋼線在一定張力下，并控制鋼線 的進(jìn)給速度。線切割機(jī)的鋼線與晶棒接觸，而砂漿沉積在鋼線上。砂漿由碳化硅與油混合而成，或其他一 些類似的堅(jiān)硬材料與液體的混合物。通過(guò)鋼線的帶動(dòng)，砂漿會(huì)對(duì)晶棒緩慢研磨，帶走晶棒表 面少許材料，形成凹槽。鋼線的不斷移動(dòng)將凹槽中的材料不斷帶走， 在鋼線完全通過(guò)晶棒后， 砂漿仍隨鋼線移動(dòng)。隨著硅片直徑的增加，線切割機(jī)在硅片切割中將扮演更主要的角色。當(dāng)硅片達(dá)到300mmE更大時(shí)，內(nèi)圓刀片的直徑也必須增大，而且刀片的厚度必須增加才能充分維持其剛直性，這樣 就會(huì)造成更多的刀片損失。另一方面，線切割機(jī)對(duì)于更大直徑的硅片，不需要改變線的粗細(xì)。

48、因此，線切割的切片損失仍保持不變，同一根晶棒就能得到比內(nèi)圓切片更多的硅片。線切割的問(wèn)題對(duì)于線切割，有兩種主要的失效模式：鋼線張力的錯(cuò)誤改變和鋼線斷裂。如果鋼線的張力錯(cuò) 誤，線切割機(jī)就不能有效進(jìn)行切割了。鋼線有任何一點(diǎn)的松動(dòng)，都會(huì)使其在對(duì)晶棒進(jìn)行切割 時(shí)發(fā)生搖擺，引起切割損失，并對(duì)硅片造成損傷。低的張力還會(huì)發(fā)生另一問(wèn)題，會(huì)使鋼線導(dǎo) 輪發(fā)生錯(cuò)誤進(jìn)給。這一錯(cuò)誤可能造成對(duì)晶棒的錯(cuò)誤切割或者使鋼線斷裂。在切割過(guò)程中，鋼 線可能會(huì)從一個(gè)凹槽跳到另一個(gè)凹槽中，使硅片切割進(jìn)行到一半。鋼線也可能因張力太大， 達(dá)到它所能承受的極限，導(dǎo)致鋼線斷裂。如果鋼線斷裂，可能對(duì)硅片造成損傷，并使切割過(guò) 程停止。斷裂的鋼線還可

49、能造成眾多硅片的斷裂。其它切割方式近幾年來(lái)，還有許多切割工藝被建議用在硅片切割上。如 線性電氣加工EDM配置研磨線， 電氣化學(xué)，和電氣-光化學(xué)。比起現(xiàn)在的切割工藝，所有的這些方法都有其潛在的優(yōu)勢(shì)，然 而，比起已解決的問(wèn)題，它們?nèi)源嬖诟嗟膯?wèn)題而不能被商業(yè)上應(yīng)用。 最可能的方法是EDM 又稱火花腐蝕加工，它有非常低的切片損失。晶向當(dāng)進(jìn)行切片時(shí)，必須按客戶要求沿一個(gè)方向切割。所有的客戶都希望硅片有一特定的品向， 無(wú)論是在一單晶平面還是如果特定的，與平面有特定數(shù)值的方向。在這樣的情況下，就要盡可能使硅片的切割接近這一方向。一個(gè)與正確方向的小小偏離都會(huì)影響到以后器件的構(gòu)成。一些制作過(guò)程要依靠晶向蝕刻，

50、其它則需要基層的晶向準(zhǔn)確。硅片晶向發(fā)生任何問(wèn)題都會(huì)引 起器件制造問(wèn)題。因此，必須在切片開(kāi)始時(shí)就檢查硅片晶向的正確性。當(dāng)晶棒粘在切片機(jī)上時(shí)，以參考面為基礎(chǔ)，將晶棒排好。然而，也不能保證切出來(lái)的硅片晶 向正確，除非先切兩片硅片，用 X-ray機(jī)檢查晶向是否正確。如圖2,9所示，這個(gè)過(guò)程類似 于單晶生長(zhǎng)模式中的描述，除了衍射是針對(duì)硅片表面而不是邊緣。如果硅片的晶向錯(cuò)誤，那 么就要調(diào)整切片機(jī)上晶棒的位置。切片機(jī)有調(diào)整晶向的功能。在正確的晶向定好之后，硅片 的切割就可以進(jìn)行下去了。圖2.9 X-ray 衍射碳板消除切片完成之后，粘在硅片上的碳板需要清除。使硅片與碳板粘合在一起的環(huán)氧劑能被輕易地 清除。例

51、如，一些環(huán)氧能通過(guò)乙酸、水或加熱來(lái)去除。操作時(shí)應(yīng)小心，使硅片邊緣不會(huì)碎裂， 并且保持硅片仍在同一順序。硅片的原始順序必須被保持直至激光刻字。這樣就能保證知道硅片在原晶棒中的位置。硅片 的正確順序是很重要的，因?yàn)殡S著單晶硅晶棒上的位置點(diǎn)的改變，硅的特性會(huì)改變。來(lái)自于 晶棒底部的硅片與來(lái)自頂部的硅片相比，有不同的電阻率、摻雜劑濃度和氧含量。因此硅片 的特性也就不同，確定硅片在晶棒中的位置是很必要的。碳板從硅片上移走之后，硅片就能清洗了。因?yàn)檫@時(shí)候，經(jīng)過(guò)了切片加工，正如所知道的， 切片是很臟的過(guò)程，硅片上有大量有害物、環(huán)氧劑殘留。殘留在硅片上的物質(zhì)、環(huán)氧劑相對(duì) 較難清除，因此，應(yīng)經(jīng)過(guò)一個(gè)？清洗工藝。

52、激光刻字經(jīng)切片及清洗之后，硅片需用激光刻上標(biāo)識(shí)。這一標(biāo)識(shí)能提供硅片多方面的信息，并能追溯 硅片的來(lái)源。硅片以從晶棒上切割下的相同順序進(jìn)行刻字，以保持硅片的順序。標(biāo)識(shí)主要用 來(lái)識(shí)別硅片的，以保證每一硅片的所有過(guò)程的信息都能被保持并作為參考。如果硅片中發(fā)現(xiàn) 一問(wèn)題，知道硅片經(jīng)過(guò)了哪些過(guò)程，在晶棒的哪一位置是很重要的。如果所有這些信息都能 知道，問(wèn)題的來(lái)源就能被隔離，在更多的硅片經(jīng)過(guò)相同次序而發(fā)生同一問(wèn)題前就能被糾正。 所以，在硅片表面的標(biāo)識(shí)是很必要的，至少至拋光結(jié)束。激光標(biāo)識(shí)一般刻在硅片正面的邊緣處，用激光蒸發(fā)硅而形成標(biāo)識(shí)。？標(biāo)識(shí)可以是希臘字母或條形碼。條形碼有一好處，因?yàn)闄C(jī)器能快速而方便地讀取它

53、，但不幸的是，人們很難讀出。因?yàn)榧す鈽?biāo)識(shí)在硅片的正面，它們可能會(huì)在硅片生產(chǎn)過(guò)程中被擦去，除非刻的足夠深。但如 果刻的太深，很可能在后面的過(guò)程中受到沾污。因此，保持標(biāo)識(shí)有最小的深度但能通過(guò)最后 的過(guò)程是很值得的。一般激光刻字的深度在 175m左右。這樣深度的標(biāo)刻稱為硬刻字；標(biāo) 識(shí)很淺并容易消除的稱為軟刻字。通常在激光刻字區(qū)域做的是另一任務(wù)是根據(jù)硅片的物理性能進(jìn)行分類，通常以厚度進(jìn)行分 類。將與標(biāo)準(zhǔn)不一致的硅片從中分離出來(lái)。不符合標(biāo)準(zhǔn)的原因通常有崩邊、破損、翹曲度太 大或厚度超差太大。邊緣倒角經(jīng)過(guò)標(biāo)識(shí)和分類后，進(jìn)行邊緣倒角使硅片邊緣有圓滑的輪廓。這樣操作的主要目的是消除切片過(guò)程中在硅片邊緣尖利處的

54、應(yīng)力。 邊緣倒角另外的好處是能消除切片過(guò)程中一些淺小的碎片。邊緣倒角形態(tài)硅片邊緣的形狀由磨輪形狀決定。？因此，倒角磨輪有一個(gè)子彈頭式的研磨凹槽。（見(jiàn)圖2.10） 圖2.10倒角示意圖硅片邊緣的輪廓首先是由真空吸頭將硅片吸住后旋轉(zhuǎn)而完成的。硅片緩慢旋轉(zhuǎn)，磨輪則以高速旋轉(zhuǎn)并以一定力量壓在硅片邊緣。通過(guò)倒角磨輪沿著硅片邊緣形狀移動(dòng)這樣的系統(tǒng)來(lái)保持 磨輪與硅片邊緣的接觸。這使得參考面也能通過(guò)磨輪進(jìn)行倒角（見(jiàn)圖 2.11 ）0在硅片旋轉(zhuǎn)幾 次之后，硅片邊緣就能得到磨輪凹槽的形狀了。圖2.11倒角磨輪沿硅片邊緣運(yùn)動(dòng)圖例既然硅片的參考面也同時(shí)倒角，就有一些問(wèn)題發(fā)生。一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)參考面進(jìn)行倒角時(shí)，可能 會(huì)被磨

55、去一點(diǎn)。因?yàn)閰⒖济媸窃谀承┻^(guò)程中用來(lái)進(jìn)行硅片對(duì)齊，這個(gè)參考需要被保持。當(dāng)前 大多邊緣倒角設(shè)備是凸輪驅(qū)動(dòng)并有特定的路徑，來(lái)替代硅片的？，這樣，整個(gè)硅片邊緣倒角時(shí)就不會(huì)發(fā)生任何問(wèn)題了。倒角磨輪倒角磨輪是用來(lái)進(jìn)行邊緣倒角白一個(gè)金屬圓盤，直徑約為2-4英寸左右。磨輪約0.25英寸厚，有一子彈頭式凹槽在圓盤邊緣。磨輪的研磨表面是一層鍥-鉆涂層。為了檢查并保證倒角形狀的正確，硅片邊緣輪廓可以從高放大倍率的投影儀上看到。當(dāng)從屏 幕上查看倒角輪廓時(shí)，需啟用一控制模板，重疊在硅片圖象上。模板的放置使它與硅片圖象 相同比例。模板的放置顯示了一個(gè)允許的區(qū)域，硅片必須與其一致。圖 2.12顯示了硅片邊 緣輪廓與控制模

56、板的雙重圖象。圖2.12倒角輪廓與疊在上面的控制模板圖例倒角原因硅片邊緣進(jìn)行倒角有幾個(gè)原因。一個(gè)普遍的因素是，與所有的改進(jìn)一樣，這樣的邊緣能使硅 片生產(chǎn)和器件制造階段都有更高的產(chǎn)率。在接下來(lái)的章節(jié)中，將討論碎片和斷裂的減少、邊 緣皇冠頂附生的消除、？崩邊和斷裂當(dāng)進(jìn)行硅片邊緣倒角時(shí)，硅片邊緣高應(yīng)力點(diǎn)被清除。硅片邊緣應(yīng)力的下降使硅片有更高的機(jī) 械強(qiáng)度。這有利于在處理硅片時(shí)對(duì)崩邊有更強(qiáng)的抵抗力。已經(jīng)證明在進(jìn)行硅片處理時(shí)，經(jīng)過(guò) 倒角的硅片與未經(jīng)過(guò)倒角的硅片相比，順利通過(guò)流程而沒(méi)有崩邊的要多的多。而且，在有襯 墊或圓盤在硅片表面移動(dòng)的步驟中，如磨片和拋光時(shí)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)倒角的，有尖利、粗糙邊緣 的硅片因?qū)ζ溥吘壍淖矒魰?huì)造成崩邊。而對(duì)于已倒角的硅片，即使有撞擊等，也不會(huì)引起崩 邊。外延邊緣皇冠頂當(dāng)在硅片上生長(zhǎng)外延時(shí)，外延層會(huì)在有微粒突出和高應(yīng)力區(qū)域生長(zhǎng)的更快些。因?yàn)樵谖催M(jìn)行 倒角之前，這兩種情況存在于硅片邊緣，外延層就會(huì)趨向于在邊緣生長(zhǎng)的更快。這就導(dǎo)致在 硅片邊緣有小的隆起（見(jiàn)圖2.13）。這個(gè)隆起稱為外延邊緣皇冠頂并且會(huì)在以后的器件制作 過(guò)程引起一些問(wèn)題。如果硅片的邊緣已經(jīng)倒角，就不會(huì)再有高應(yīng)力點(diǎn)或微粒突起在邊緣使外 延層得以生長(zhǎng)，這就有利于防止外延邊緣皇冠頂?shù)男纬伞Ｈ欢?，即使是這樣仍然會(huì)在邊緣有 很小的生長(zhǎng)，只是不會(huì)在硅片正面的外延層上形成皇冠頂，因?yàn)檫吘壥?/p>