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)備過程從硅單晶棒開始，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)過很多流程和清洗步驟。除了有許多工藝步驟之外， 整個(gè)過程幾乎都要在無塵的環(huán)境中進(jìn)行。硅片的加工從一相對(duì)較臟的 環(huán)境開始，最終在 10 級(jí)凈空房?jī)?nèi)完成。工藝過程綜述硅片加工過程包括許多步驟。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 主要的步驟如表的典型流程所示。工藝步驟的順序是很重要的，因?yàn)?這些步驟的決定能使硅片受到盡可

2、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 硅片加工過程步驟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，從單晶硅棒開始的第一個(gè)步驟就是切片。這步驟的關(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曲和最少量的刀縫損耗。切片過程 定義了平整度可以基

3、本上適合器件的制備。切片過程中有兩種主要方式內(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)較臟的過程，可以描述為一個(gè)研磨的過程，這一 過程會(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，所粘的碳板和用來粘碳板的粘結(jié)劑必須從硅片 上清除。 在這清除和清洗過程中， 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)。臺(tái)高功率的激光打印機(jī)用來在硅片表面刻上標(biāo)識(shí)。硅片按從晶棒切割 下的相同順序進(jìn)行編

4、碼，因而能知道硅片的正確位置。這一編碼應(yīng)是 統(tǒng)一的，用來識(shí)別硅片并知道它的來源。編碼能表明該硅片從哪一單 晶棒的什么位置切割下來的。保持這樣的追溯是很重要的，因?yàn)閱尉?的整體特性會(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)硅片邊緣的強(qiáng)化，能使之在以后的硅片加

5、工過程中， 降低硅片的碎裂程度。圖舉例說明了切片、激光標(biāo)識(shí)和倒角的過程。磨片( Class 500k )接下來的步驟是為了清除切片過程及激光標(biāo)識(shí)時(shí)產(chǎn)生的不同損 傷，這是磨片過程中要完成的。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。磨片過程主要是一個(gè)機(jī)械過程，磨盤壓迫硅片表面的研磨砂。研磨砂是由將氧化鋁溶液

6、延緩煅燒后形成的細(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 并本能地從內(nèi)部移動(dòng)到損

7、傷點(diǎn)。背損傷的引入典型的是通過沖擊或磨 損。舉例來說，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， 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。圖舉例說明了上述四個(gè)步驟：預(yù)熱

8、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)定過程，溫度升高時(shí)，會(huì) 進(jìn)入硅體內(nèi)。這里的清洗過程是將硅片浸沒在能清除有機(jī)物和氧化物 的清洗液(H2SO+HQ)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。要防止這一問題的發(fā)生，硅片必須首 先加熱到650 C左右。這一高的溫度

9、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。背封( Class 10k ) 對(duì)于重?fù)降墓杵瑏碚f，會(huì)經(jīng)過一個(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。圖舉例說明了預(yù)熱清洗、抵抗穩(wěn)定和背封的步驟。圖 預(yù)熱清洗、阻抗穩(wěn)定和背

10、封示意圖 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?止當(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

11、面的粘片保護(hù)了硅片的背面。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)都是敞開的，通常兩面 都敞開的模板稱為載體。 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、無任何損傷的硅表面。拋 光的過程類似于磨片的過程，只是過程的基礎(chǔ)不

12、同。磨片時(shí)，硅片進(jìn) 行的是機(jī)械的研磨；而在拋光時(shí)，是一個(gè)化學(xué) / 機(jī)械的過程。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。第步是為了清除腐蝕斑和一些機(jī)械損傷。 在接下來的拋光中， 用軟襯、 含較少

13、化學(xué)試劑和細(xì)的硅膠顆粒的拋光砂。清除剩余損傷和薄霧的最 終的拋光稱為精拋。粘片和拋光過程如圖所示：圖 粘片和拋光示意圖 檢查前清洗( class 10 ) 硅片拋光后，表面有大量的沾污物，絕大部分是來自于拋光過程的顆粒。拋光過程是一個(gè)化學(xué) / 機(jī)械過程，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 RC/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/H2O，2 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

14、拋光、清洗之后，就可以進(jìn)行檢查了。在檢查過程中，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 金屬離子來自于各不同的用到金屬與硅片接觸的加工過程，如切片、 磨片。一些金屬離子甚至來自于前面幾個(gè)清洗過程中用到的化學(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)

15、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，要用不同的清洗 液，女口 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制的刷子來清除這些殘留顆粒。在擦洗過程中，純水或氨水(NHOH應(yīng)流經(jīng)硅片表面以帶走沾附的顆粒。用 PVA察片是清除顆粒 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。如果表面沒有任何問題，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

16、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，可能還沒有考慮的非常周到，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)重的問題，因?yàn)樵诠杵a(chǎn)過程 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塵的，

17、 如此硅片表面才不會(huì)被污染。最后六個(gè)步驟如圖所示。圖 檢查前清洗、外觀檢查、金屬離子去除清洗、擦片、激光檢查和 包裝/ 貨運(yùn)示意圖 硅片制備階段的問題 在硅片的制造過程中，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)硅片來說，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 或者說是整個(gè)硅片

18、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，局 部的平整度對(duì)于 ？設(shè)計(jì)是很重要的， ？一些整體平整度測(cè)試的術(shù)語是 彎曲度（bow）、翹曲度（warp）、總厚度超差（TT"、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 位置，而且能產(chǎn)生很多問題。在最近的時(shí)

19、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，就得到了 b-a 的

20、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（如圖所示）。圖 翹曲度（Warp和總厚度偏差（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曲的硅片在光刻過程中 可能會(huì)引起麻煩；還可能在一些加工過程中粘片時(shí)也有問題。小量的 翹曲在一些加工過程中可以通過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)，第步是將頂部探針與頂部硅片表

21、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。（見圖）圖 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， 所有的測(cè)試方法都是體現(xiàn)硅片整體的表

22、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)注的問題。硅片生產(chǎn)過程從相對(duì)較 臟的切片開始到最終進(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

23、來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)體制造的硅片生產(chǎn)階段，許多安全問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 的許多過程是機(jī)械導(dǎo)向的，因此，這些有操作危險(xiǎn)的過程必須有一定 的安全程序。除了這些顯而易見的機(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，如在敞開式的硅片清洗中用到的 HF 和KOH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

24、全方針。其它還有涉及到各種不同輻射的安全問題。 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)穿著適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)服，并應(yīng)謹(jǐn)慎操作以防發(fā)生安全問 題。術(shù)語表 彎曲度（ bow）硅片彎曲度是指硅片中心與一通過靠近硅片邊緣的三個(gè)基點(diǎn)建立 的平面的背離程度。彎曲度是對(duì)整個(gè)硅片而言。10 級(jí)( class10 ) 通常指環(huán)境的清潔度時(shí)，10級(jí)是指每立方英尺空氣中卩m大小的顆粒 不超過 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)小到無法分辨出各個(gè)顆粒，也無法從 懸浮液中分離出來。微切傷微切傷

25、是由刀片的顫動(dòng)而引起的， 它是刀片在行進(jìn)過程中細(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)試能說明離硅片正面上任何點(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。通常通過在晶體結(jié)構(gòu) 中造成高應(yīng)力區(qū)域來實(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（H2SQ）

26、和雙氧水（HQ）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。總指示讀數(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)硅片正面的情況?？偤穸瘸睿?TTV） 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. 無損傷硅片b. 清潔、平整、無損傷的硅片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

27、、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. 清除切片過程造成的深度損傷4、拋光過程是一個(gè) - （ ）a. 一個(gè)化學(xué) / 機(jī)械過程b. 一個(gè)嚴(yán)格的化學(xué)過程c. 一個(gè)嚴(yán)格的機(jī)械過程d. 其它類型的過程5、 退火（抵抗穩(wěn)定）過程為消除的抵抗影響 - （ ）a. piranha 清洗液( H2SO4+H2O) 2b. silox ？c. 金屬d. 氧6、 哪一種平整度測(cè)試能說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

28、.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。晶棒已經(jīng) 過了頭尾切除、滾磨、參考面磨制的過程，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)。切片過程

29、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, 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時(shí)，需要有某樣?xùn)|西能防止硅片松散地掉落 下來。有代表性的是用碳板與晶棒通過環(huán)氧粘合在一起從而使硅片從 晶棒上切割下來后，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

30、染。其它粘板材料還有陶 瓷和環(huán)氧。圖說明了碳板與晶棒的粘接。圖粘棒示意圖石墨是一種用來支撐硅片的堅(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)?片從硬的材料切到軟的材料再到硬的材料，可能會(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

31、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

32、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槽時(shí)的移動(dòng)而造 成的。如果在切片過程中損失更少的量，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 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鎳層。這一鉆石 - 鎳的鍍層提供了用來切割晶棒的表面， （見圖）。對(duì)于 150mm 的硅片，每刀用時(shí) 3

33、分鐘。內(nèi)圓刀片的構(gòu)成和厚度 對(duì)一典型的內(nèi)圓刀片， 其中心部位由約 0.005 英寸的不銹鋼制成， 鎳 - 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。鎳- 鉆石涂層的厚度是內(nèi)圓刀片的一個(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，在接下來的步驟中就需要去除更 多的材料。因此，有一個(gè)最適宜的鎳 - 鉆石涂層能得到最低的材料損失。

34、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 一把刀片需耗時(shí)小時(shí)左右。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)崽幚碇?，必須將金屬?gòu)谋砻媲宄?。否則，任 何高溫的過程都會(huì)使金屬離子擴(kuò)散進(jìn)硅片而不易清除了。內(nèi)圓刀片 用內(nèi)圓刀片來切割晶棒的原因是它有低的刀片損失，內(nèi)圓刀片在開始 塑性變形后，被張緊在鼓

35、上。 ？ 這已超出了不銹鋼的伸展點(diǎn)，為了能 充分說明這個(gè)條件，要先介紹幾個(gè)術(shù)語。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 表示材料特性。如圖所示，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- 張力曲線最終成了線性關(guān)系。 當(dāng)壓力超過一 定數(shù)值時(shí)，材料就開始快速伸展而增加的壓力很小。材料沒有完全失 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。圖為內(nèi)圓刀片張緊時(shí)的典型壓力 - 張

36、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%厚度。如 果刀片有其十倍厚，那么每切一刀，硅片的 500%厚度都損失了。這就 導(dǎo)致硅片的數(shù)量減少為原來的 1/4 （見圖）。硅片數(shù)量的減少直接導(dǎo)致 其成本的顯著上升。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）混合在鎳 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 Fr

37、iedrich Mohs 發(fā)展起來的。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)圖范圍從撲面粉最軟的材料之一，到鉆石最硬的材料都包括在內(nèi)了。圖列出了十 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。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) 刀片通過材料時(shí)，一些碎片也被帶出來了。這個(gè)不斷摩擦的過程，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 來清除相切位置的顆粒

38、。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硅片，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。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?，刀片才能變得更硬。?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)， 只要通過晶棒一半 的路程 ，因此，不需要如此大的直徑。問題是，這種方法在切片時(shí)， 要不引起硅片中心的 ？很困難。另一問題是它會(huì)導(dǎo)致碎裂并使硅片中 心產(chǎn)生

39、缺陷。隨著晶棒直徑的增大，內(nèi)圓切片變得越來越不實(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。這些損傷來自于切片過程 切磨的形式。這一過程會(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卩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的過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

40、和厚度偏差的主要根源在切片過程。影響硅片形狀的最主要 因素是切片過程中的刀片偏轉(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入口或刀片退出時(shí)的出口（如圖所示） 監(jiān)測(cè)器是通過刀片處產(chǎn)生的旋渦來測(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

41、。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/mi n。另一原因可 能是鉆石變臟了或者脫離了鎳的涂層。當(dāng)?shù)镀驗(yàn)榕K而開始出現(xiàn)偏差 時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行修刀了。修刀過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完成。研磨棒能將鎳鉆涂層的外層磨去 從而顯露出新的尖銳的鉆石。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。問題 在切片過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些問題：硅片晶向錯(cuò)誤，過分的切片損 傷

42、，刀片偏離，刀片失靈和碎片。刀片失靈有幾種：刀片變形、鎳 - 鉆涂層崩潰、刀片斷裂。經(jīng)常發(fā)生的 問題是刀片變形。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。刀片如果過度變形后，就不 能保持筆直通過晶棒。這是因?yàn)榈镀谇衅瑫r(shí)會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。刀片失靈 造成的最主要的問題是引起硅片斷裂和大量的表面損傷。碎片（刀片退出時(shí)） 無論任何方式， 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

43、部應(yīng)力。當(dāng)持續(xù)施 加相同大小的壓力在越來越薄的材料上，材料就無法再承受這樣的壓 力。這片材料就開始斷裂，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。圖列舉了碎片的發(fā)生。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，可以通過降低刀片進(jìn)給速率來減小壓力。另一個(gè)方法是在晶棒外側(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)

44、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1.3m m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

45、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一定距離分隔開。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

46、（或向下）移動(dòng)，穿過鋼線，鋼線能從晶棒上同時(shí)切割下許多硅片。圖是線切割的簡(jiǎn)單示意圖。如 150mn硅片，整根晶棒的切割完成只需 約 5-8 小時(shí)。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)換方向通過反向的繞線回來。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)。 ？ 舉例來說，鋼線向前走

47、了約 30 秒，然后反向走 25 秒， 然后再向前，如此反復(fù)。這樣就使鋼線通過系統(tǒng)的時(shí)間延長(zhǎng)，或者剛 在一個(gè)方向經(jīng)過系統(tǒng)，反過來又要經(jīng)過了。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)過一個(gè)方向需 10，000 秒或約小時(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晶棒，并防止導(dǎo)輪 上的鋼線進(jìn)給錯(cuò)誤。這都由一個(gè)線張緊裝置來自己控制并調(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。通過鋼線 的帶動(dòng)

48、，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300mn或更大時(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)。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

49、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，并使切割過程 停止。斷裂的鋼線還可能造成眾多硅片的斷裂。其它切割方式 近幾年來，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

50、而，比起已解決的問題，它們?nèi)源嬖诟嗟膯栴}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 硅片有一特定的晶向，無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。一些制作過程要依靠晶向蝕刻，其它則需要基層的晶向準(zhǔn)確。硅片晶 向發(fā)生任何問題都會(huì)引起器件制造問題。因此，必須在切片開始時(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 能保證切出來的

51、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。如圖所示，這個(gè)過程類似于單晶生長(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 X-ray 衍射 碳板清除 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。例如，一些環(huán)氧能通過乙酸、水或加熱 來去除。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

52、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。來自于晶棒底部的硅片與來自 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)過了切片 加工，正如所知道的，切片是很臟的過程，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) 過一個(gè) ？清洗工藝。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)主要用來識(shí)別硅片的，

53、以保證 每一硅片的所有過程的信息都能被保持并作為參考。如果硅片中發(fā)現(xiàn) 一問題，知道硅片經(jīng)過了哪些過程，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，問題的來源就能被隔離，在更多的硅片 經(jīng)過相同次序而發(fā)生同一問題前就能被糾正。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，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， 很可能在后面的過程中受到沾污。因此，保持標(biāo)識(shí)有最小的深度但

54、能通過最后的過程是很值得的。一般 激光刻字的深度在175卩m左右。這樣深度的標(biāo)刻稱為硬刻字；標(biāo)識(shí)很 淺并容易清除的稱為軟刻字。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。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程中在硅片邊緣尖利處的應(yīng)力。邊緣倒角 另外的好處是能清除切片過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。（見圖）圖倒角示意圖硅片邊

55、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。通過倒角 磨輪沿著硅片邊緣形狀移動(dòng)這樣的系統(tǒng)來保持磨輪與硅片邊緣的接 觸。這使得參考面也能通過磨輪進(jìn)行倒角（見圖） 。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，就有一些問題發(fā)生。一個(gè)問題是當(dāng)參 考面進(jìn)行倒角時(shí)，可能會(huì)被磨去一點(diǎn)。因?yàn)閰⒖济媸窃谀承┻^程中用 來進(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)生任何問題了。倒角磨輪 倒角

56、磨輪是用來進(jìn)行邊緣倒角的一個(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 表面是一層鎳 - 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。圖顯示了硅片邊緣輪廓 與控制模板的雙重圖象。圖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) 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)過倒角的硅片與未經(jīng)過倒 角的硅片相比，順利通過流程而沒有崩邊的要多的多。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)，