硅片加工技術

硅片加工技術第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術一：硅片成形概述硅片成形指的是將硅棒制成Si晶片的工藝過程主要步驟：切片、結晶定位、晶邊圓磨、化學刻蝕、缺陷聚集及各步驟之間所需的清洗過程。硅片成形工藝目的：提高硅棒的使用率，將硅材料的浪費降至最低，提供具有高平行度與高平坦度且表面潔凈的晶片，保證晶片表面在晶體學、化學與電學特性等與其內部材料一致；晶片成形過程中的工藝易在晶片表面形成許多微觀缺陷。第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術二、切片切片決定了晶片的幾個重要規(guī)格：表面晶向、晶片厚度、晶面斜度、曲度。1、晶棒固定（單晶硅切片前，晶棒已磨好外徑與平邊）硅棒在切片前是以蠟或樹脂類的黏結劑粘附于與硅棒相同長度的石墨上；石墨起支撐作用、防切割過程中對硅片邊緣造成崩角現象第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術2、晶向定位（單晶硅）單晶硅棒的生長方向為（100）或（111），可與其幾何軸向平等或偏差一固定角度。切片前，利用X光衍射方法調整硅棒在切片機上的正確位置。第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術3、切片（決定晶片在隨后工藝過程中曲翹度的大?。┚€切割：高速往復運動的張力鋼線或銅線上噴灑陶瓷磨料或聚乙二醇與SiC按1：0.8比例混合均勻的切割液，切割晶棒；線切割是以整支晶棒同時切割，加工出的Si片曲翹度特性較好。第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術三、晶邊圓磨晶邊圓磨的作用：1、防止晶片邊緣破裂晶片在制造與使用的過程中，唱會遭受機械、手等的撞擊而導致晶片邊緣破裂，形成應力集中的區(qū)域，這些應力集中區(qū)域會使晶片在使用中不斷地釋放污染粒子，進而影響產品的合格率第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術三、晶邊圓磨晶邊圓磨的作用：2、防止熱應力集中晶片在使用時會經歷大量的高溫過程（如氧化、擴散、薄膜生長等），當這些工藝中產生熱應力的大小超過Si晶體強度時，即會產生位錯與滑移等材料缺陷，晶邊圓磨可避免此類材料缺陷的產生。第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術三、晶邊圓磨晶邊圓磨的作用：3、增加薄膜層在晶片邊緣的平坦度在薄膜生長工藝中，銳角區(qū)域的生長速度會比平面快，使用未經圓磨的晶片在薄膜生長時容易在邊緣產生突起第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術三、晶邊圓磨工藝過程：通過化學刻蝕、輪磨得方式來實現，其中以輪磨得方式最穩(wěn)定；輪磨主要是利用調整旋轉的鉆石沙來研磨被固定在真空吸盤上慢速轉動的晶片，在此過程中，除了研磨晶片的外形，還能較準確地控制晶片的外徑與平邊的位置和尺寸。第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術四：晶面研磨目的：去除晶片切片時所產生的鋸痕與破壞層，并同時降低晶片表面粗糙度。晶面研磨設備如圖：待研磨的Si片被置于挖有與晶片相同大小孔洞承載片中，再將此承載片置于兩個研磨盤之間。硅片表面材料的磨除主要是靠介于研磨盤與硅片間的陶瓷磨料以抹磨得方式進行。第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一晶面研磨機臺示意圖第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術五：刻蝕刻蝕目的：去除機械加工在晶片表面所造成的應力層，并同時提供一個更潔凈、平滑的表面。刻蝕液：酸系，氫氟酸、硝酸及醋酸組成的混合液堿系，不同濃度的氫氧化鈉或氫氧化鉀組成。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術五：刻蝕刻蝕設備：以酸洗槽為主，工藝流程如圖；工藝關鍵在于刻蝕時間的控制，當Si片離開酸液槽時，必須立即放入水槽中將酸液洗盡，以避免過蝕現象發(fā)生。第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術六：拋光1、邊緣拋光目的：降低微粒附著于晶片的可能性，并使晶片具有較好的機械強度，以降低因碰撞而產生碎片的幾率。2、表面拋光晶片加工的最后一道步驟，移除量約10μm，目的在于改善前道工序所留下的微缺陷并獲得平坦度極佳的晶片。第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術六：拋光拋光時，先將晶片以蠟粘著或真空夾持方式固定于拋光盤上，再將含有SiO2的微細懸浮硅酸膠及NaOH等拋光劑加于拋光劑中進行拋光。晶片與拋光盤之間的黏結技術，將影響拋光后晶片表面的平坦度或造成晶片表面缺陷的存在。第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術六：拋光拋光過程（化學機械反應過程）由拋光液中的NaOH、KOH、NH4OH腐蝕晶片的表面層，拋光布、硅酸膠及晶片間的機械摩擦作用則提供腐蝕的動力來源，不斷腐蝕氧化所形成的微拋光屑經拋光液的化學作用與沖刷而達到從晶片表面去除的目的。最佳方式為機械力與化學力二者處于平衡。拋光批次時間約：20—40min第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術六：拋光3、表面缺陷及平坦度檢查拋光后經初步清洗的晶片必須馬上做表面缺陷檢查（漣漪檢查），造成表面缺陷的主要原因是拋光過程中上蠟情形不佳或拋光機臺環(huán)境太差，一般認為10μm以上的微粒既有造成漣漪的可能性。第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一晶片表面拋光方式示意圖第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學品一、硅片清洗主要用化學品制程材料的化學品清洗微粒氨水、雙氧水金屬不純物硫酸、雙氧水，鹽酸、雙氧水，硝酸、氫氟酸、雙氧水有機物硫酸、雙氧水，氨水、雙氧水、水氧化層氫氟酸、純凈水第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學品二：清洗技術及高純度化學品清洗技術分類：濕式清洗技術、干式清洗技術1、濕式清洗技術2、干式清洗技術：氣相清洗，可達到與濕式清洗同樣的目的，不需經常更換化學品，無法出去如重金屬等污染源第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學品三、濕式清洗技術與化學品1、RCA標準清洗工序1（SCl，又稱APM）NH4OH/H2O2/H2O主要作用在于去除微粒，原理是利用NH4OH的弱堿性來活化Si晶片表層，將附著于表面的微粒去除；此外NH4OH具有強的化合力，也可同時去除部分金屬離子清洗液配置NH4OH：H2O2：H2O=1:1:5清洗溫度70℃、清洗時間：5min第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學品三、濕式清洗技術與化學品2、RCA標準清洗工序2（SC2，又稱HPM）HCl/H2O2/H2O工序主要應用在金屬離子的去除，利用的是HCl所形成的活性離子易與金屬離子化合的原理。清洗液以HCl：H2O2：H2O=1：1：6清洗溫度：70℃；清洗時間5—10min第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學品三、濕式清洗技術與化學品3、piranha清洗工序（SPM）H2SO4/H2O2工序主要應用在有機物的去除，是利用H2O2的強氧化性來破壞有機物中的碳氫鍵。清洗液一般以H2SO4：H2O2=4：1清洗溫度：130℃；清洗時間10—15min第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學品三、濕式清洗技術與化學品4、diluteHF清洗工序（DHF）HF/H2O應用清除硅片表面自然生成的SiO2層，原理是HF在室溫下與SiO2形成可溶性的H2SiF6，由于此氧化物的厚度有限（約11.5nm），一般均用稀釋處理的HF（1%）最普遍清洗時間：15—30s第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學品三、濕式清洗技術與化學品新式清潔工藝：1、利用溶解臭氧的強氧化力，去除具有碳氫鍵的有機雜質并清除Au，Ag等惰性金屬離子2、利用HF/H2O2的強效活性，除去一般金屬離子及自然氧化層3、使用直列超純水沖洗2后殘余的無機物4、再此利用臭氧去除步驟2中殘余的有機表面活性劑5、使用diluteHF清洗工序去除經臭氧步驟生成的自然氧化層6、使用直列超純水進行最