CH3-硅片加工倒角-芯片制造流程課件

上章內容晶體XRD定向粘接硅棒多線切割機切割沖洗去膠沖洗，烘干上章內容晶體XRD定向切片過程的評估定向的準確性切割出的硅片最小厚度、厚度均勻性表面參數——平整性，彎(翹)曲度，碎裂結構參數——損傷層（如晶格畸變），應力分布～30um潔凈性（加工帶來的污染）——金屬、有機、表面部分氧化層切割效率切片過程的評估定向的準確性后續(xù)工藝去除表面損傷層，——研磨（磨片）消除內應力——可能引起碎裂——倒角，退火清理表面污染物，——表層切除，清洗，背封，背損傷確保電阻率溫度穩(wěn)定性——退火后續(xù)工藝去除表面損傷層，——研磨（磨片）第三章硅片的倒角、研磨和熱處理本章加工工藝：1.邊緣倒角2.表面研磨3.熱處理第三章硅片的倒角、研磨和熱處理本章加工工藝：工藝介紹

倒角：通過金剛石砂輪對硅片邊緣進行打磨，使其邊緣鈍圓光滑，而不易破碎。研磨：采用磨料研磨的方式，對硅片表面進行磨削，將表面損傷層減薄，獲得較平整表面，為拋光創(chuàng)造條件。

熱處理：對硅片進行高溫退火（650℃），降低或消除硅晶體中氧的熱施主效應。工藝介紹倒角：通過金剛石砂輪對硅片邊緣進行打磨，使其邊緣鈍1.倒角硅片倒角簡介工藝流程主要參數1.倒角硅片倒角倒角定義：采用高速運轉的金剛石磨輪，對進行轉動的硅片邊緣進行摩擦，從而獲得鈍圓形邊緣的過程。屬于固定磨粒式磨削。作用：消除邊緣鋒利區(qū)，大大減小邊緣崩裂的出現，利于釋放應力。崩裂原因：邊緣凸凹不平、存在邊緣應力、受熱邊緣膨脹系數不同等等。倒角定義：采用高速運轉的金剛石磨輪，對進行轉動的硅片邊緣進行大氣抽氣減壓低壓區(qū)ωω倒角加工示意圖6000～8000r/min金剛石吸盤對于沒有參考面的倒角，硅片做標準圓周運動。大氣抽氣減壓低壓區(qū)ωω倒角加工示意圖6000～8000r/m有參考面的倒角硅片邊緣不是規(guī)則圓形，因此硅片不是做規(guī)則的圓周運動，而是采用凸輪，進行旋轉。最終目的：硅片邊緣做總被均勻打磨。有參考面的倒角硅片邊緣不是規(guī)則圓形，因此硅片不是做規(guī)則的圓周倒角粗糙度的控制為盡量減小粗糙度，且保證加工效率：分別由大到小采用不同磨粒的倒角磨輪，對硅片進行多次倒角，最終獲得光滑的表面。例：先采用800#粗倒角，再采用3000#的磨輪進行精細倒角，最終獲得光滑的表面。平均粗糙度Ra<0.04um3000#目，表示每平方英寸含3000個顆粒。倒角粗糙度的控制為盡量減小粗糙度，且保證加工效率：分別由大到兩種典型的倒角硅片經過倒角以后，其邊緣的輪廓并不相同，主要有R和T型兩種。R型（主流）T型兩種典型的倒角硅片經過倒角以后，其邊緣的輪廓并不相同，主要有倒角的主要參數倒角的角度：11o(H型)，22o(G型)。倒角的寬幅。中心的定位。磨輪與旋轉臺距離的調節(jié)。倒角的主要參數倒角的角度：11o(H型)，22o(G型)。θ＝11°中心面寬幅倒角的度數θ＝11°中心面寬幅倒角的度數倒角的流程準備工作參數輸入自動倒角檢查水電選擇凸輪選擇磨輪選擇吸盤硅片同心度硅片高低主軸轉速有參考面的硅片倒角，采用凸輪倒角結束倒角的流程準備工作參數輸入自動倒角檢查水電硅片同心度有參考面影響倒角的因素凸輪的選擇。硅片中心定位準確性。硅片固定的平整性。轉速高低、穩(wěn)定性。高速轉動時的豎直性。L的精確控制。磨輪的磨粒尺寸。影響倒角的因素凸輪的選擇。倒角的故障殘留未倒角的邊緣——中心定位不準。寬幅不均勻——硅片厚度不均，邊緣翹曲，磨槽不均。倒角崩邊——硅片邊緣太薄，金剛石磨粒不均勻，冷卻水不足等。倒角的故障殘留未倒角的邊緣——中心定位不準。ωωL交疊區(qū)L1L2ωωL交疊區(qū)L1L2解決中心定位問題(1)盡量定位準確(2)控制L，和硅片半徑匹配，L<R-d解決中心定位問題(1)盡量定位準確2.硅片的研磨1）簡介2）研磨基本知識3）磨片的主要技術參數4）高質量磨片的技術條件5）研磨機組成與原理6）磨片的工藝過程7）主要影響因素8）磨片中產生的缺陷2.硅片的研磨1）簡介1）硅片研磨磨片：多線切割以后的硅片，表面有一定的損傷層，（存在晶格畸變、劃痕以及較大起伏度），為了獲得光滑而平整的晶體表面，需要將損傷層去除，通常分兩步：第一，機械研磨，第二，表面拋光。而采用研磨方式，來去除損傷層，就是磨片。磨片方式：研磨漿中的磨粒在一定壓力作用下，研磨工件的表面。磨片方式：游離式磨削。1）硅片研磨磨片：多線切割以后的硅片，表面有一定的損傷層，（壓力磨片示意圖壓力磨片示意圖2）研磨基本知識(1)

研磨的機理(2)

研磨漿組成與原理2）研磨基本知識(1)研磨的機理(1)研磨中的機理：

a.

擠壓切削過程。磨粒在一定壓力下，對加工表面進行擠壓、切削。

b.

化學反應。有些磨料可以先把工件表面氧化，再把氧化層進行磨削。這樣可以減慢切削速度，提高最終加工精度。

c.

塑性變形。獲得非晶的塑性層，最終去除。(1)研磨中的機理：(2)研磨漿主要包括：

a.

磨料：粒度小，則磨削的表面粗糙度小，加工精度高.但是加工速度慢。粒度大，則加工速度快，但是加工粗糙度大。

基于效率和精度要求：先用粗磨料加工，再用細磨料加工。磨片中，磨粒通常采用金剛砂，即SiC顆粒。(2)研磨漿主要包括：不同大小磨粒的磨削比較磨削效率表面粗糙度劃痕比表面積摩擦力發(fā)熱量大磨粒高大深小摩擦小，發(fā)熱少小磨粒低小淺大摩擦大，發(fā)熱多不同大小磨粒的磨削比較磨削效率表面粗糙度劃痕比表面積摩擦力大b.

磨削液的作用：

冷卻作用：把切割區(qū)的熱量帶走。

排渣作用：將研磨屑和破碎的磨粒沖走。

潤滑作用：減小磨粒和表面的機械摩擦。

防銹作用：磨粒除了磨削工件，對金屬底盤也進行切削，要防止金屬底盤生銹。

磨片中，磨削液通常采用水。b.磨削液的作用：c.助磨劑等

助磨劑：加速材料磨削速度，并保證平整度，保證磨粒懸浮性，通常一些氧化劑。

助磨原理：助磨劑和工件表層反應（擠壓造成部分原子混合，如O），形成較疏松的表面氧化層，容易去除。c.助磨劑等3）磨片中的技術參數a.硅片厚度和總厚度變化TTV。b.表層剪除層的厚度。c.表面缺陷的產生。3）磨片中的技術參數a.硅片厚度和總厚度變化TTV。a.硅片厚度和總厚度變化TTV硅片厚度，特指硅片中心點的厚度?？偤穸茸兓篢TV=Tmax-Tmin未經磨片時，硅片TTV很大，（幾十um）。經過磨片以后，TTV<5um。經過磨片，硅片厚度的均勻性獲得大幅提高。a.硅片厚度和總厚度變化TTV硅片厚度，特指硅片中心點的厚b.表層剪除的厚度為保證研磨效果，表層剪除量應當大于損傷層的厚度。內圓切割，剪除厚度：60～120um。多線切割，剪除厚度：40～60um。b.表層剪除的厚度為保證研磨效果，表層剪除量應當大于損傷層c.表面缺陷磨片過程中，可能產生部分表面缺陷，如崩邊，缺口等。磨片過程中，應盡量避免缺陷產生。c.表面缺陷磨片過程中，可能產生部分表面缺陷，如崩邊，缺口4)高質量磨片的技術條件模具表面硬度高，平整度高。工件做復雜的運動，保證研磨均勻性。研磨漿具有一定的濃度黏度和流量。適當的壓力和轉速。4)高質量磨片的技術條件模具表面硬度高，平整度高。5)研磨機的結構電機控制電腦研磨液輸管機座5)研磨機的結構電機控制電腦研磨液輸管機座硅片研磨機的組成雙面研磨機磨盤、研磨傳動機構機座研磨液系統(tǒng)控制系統(tǒng)主軸轉動上磨盤升降行星運動磨速控制硅片研磨機的組成雙面研磨機磨盤、研磨傳動機構機座研磨液系統(tǒng)研磨機磨盤表面硬度高耐磨削溝槽研磨機磨盤表面硬度高耐磨削溝槽行星齒輪片硅片孔外側齒輪行星齒輪片硅片孔外側齒輪其他形狀的齒輪片其他形狀的齒輪片下磨盤上磨盤主軸研磨系統(tǒng)的結構下磨盤上磨盤主軸研磨系統(tǒng)的結構研磨液系統(tǒng)包括：研磨液桶、水泵、研磨液傳輸管道。研磨液噴在研磨區(qū)，即上磨盤和行星輪之間、下磨盤和行星輪之間，因同時對兩個表面研磨。研磨液系統(tǒng)包括：研磨液桶、水泵、研磨液傳輸管道。控制系統(tǒng)主軸和行星運動的實現：電機驅動做定軸轉動，轉速和方向可調節(jié)。上磨盤升降、轉動：氣壓控制升降，平穩(wěn)性好；電機驅動轉動，轉速和下磨盤反向。下磨盤定軸轉動：電機驅動研磨速率的控制：研磨壓力、磨片的轉速、研磨漿的流速、研磨時間?？刂葡到y(tǒng)主軸和行星運動的實現：電機驅動做定軸轉動，轉速和方向6）磨片的工藝過程硅片分選配研磨液修盤設置參數磨片清洗6）磨片的工藝過程硅片分選配研磨液修盤設置參數磨片清洗(1)厚度分選：將多線切割以后，厚度一致的硅片選出來，進行同盤研磨，提高研磨以后硅片之間厚度的一致性。精確到微米。(2)配置研磨漿：磨料+水+助磨劑+金屬洗滌劑磨料：金剛砂，即SiC顆粒助磨劑：弱堿性，提高研磨的速率。典型配比：

SiC:水:助磨劑=(10±1):(20±1):(4±0.2)(1)厚度分選：將多線切割以后，厚度一致的硅片選出來，進行同研磨漿=SiC:水:助磨劑各組分的作用：水：潤滑，冷卻，沖刷碎屑SiC：研磨助磨劑：表面活性劑(防止硅粉、SiC顆粒團聚)，弱堿性物質，和Si表面發(fā)生反應。

研磨漿=SiC:水:助磨劑助磨劑簡介：研磨過程中，小尺寸的研磨顆粒帶有電荷，隨著顆粒不斷減小，自身重力也減小，一方面易于懸浮，另一方面，當大量硅粉存在時，也易于發(fā)生團聚，而影響研磨效果。加入的助磨劑常常是表面活性劑，其分子具有雙親基團，即親水和親顆粒的兩端，這樣助磨劑分子可以分布在研磨顆粒周圍，再外層是水，這樣可以防止顆粒團聚。助磨劑簡介：研磨過程中，小尺寸的研磨顆粒帶有電荷，隨著顆粒不(3)修磨盤：保證磨盤的標準平整度。磨盤不平整原因：研磨漿的研磨作用、金屬部件之間的磨削。修磨盤方法：采用研磨液將表面磨削掉一層。(4)參數設置：研磨壓力、轉速、目標厚度等厚度的實時監(jiān)控：晶體振蕩器。(5)研磨：自動進行。(6)沖洗送交。(3)修磨盤：保證磨盤的標準平整度。7)影響研磨的因素(1)

影響研磨速率的因素。(2)

磨盤、載體的表面平整性對研磨效果的影響。7)影響研磨的因素(1)影響研磨速率的因素。(1)影響研磨速率的因素a.

研磨液的濃度。b.

硅片承受壓強的大小。c.

研磨盤的轉速。d.

磨盤和載體的外形。(1)影響研磨速率的因素a.研磨液的濃度。a研磨液的濃度研磨液組成：主要是SiC磨粒和水。研磨液的參數：

磨粒大?。簽樘岣咝?，傾向大磨粒，但是磨粒太大會增加研磨粗糙度，一般選用W14，即尺寸10～14微米。

配制濃度：隨濃度增加，研磨速率先增加，再減小。a研磨液的濃度研磨液組成：主要是SiC磨粒和水。濃度%研磨速率濃度%研磨速率先增加的原因：磨粒濃度較低時，互相接觸概率很小，隨著濃度增加，所有磨粒單位時間研磨的總面積增加。研磨速率飽和的原因：單位時間研磨的面積達到穩(wěn)定（和轉速等因素有關）。隨后減小的原因：濃度太大，磨粒之間接觸擠壓的概率增大。因此會增加各種界面缺陷和磨粒團聚的產生，并降低有效研磨速率。先增加的原因：磨粒濃度較低時，互相接觸概率很小，隨著濃度增加b硅片承受的壓強硅片所承受的壓強p，由上磨盤自重G，和外加控制壓力F決定：G:上磨盤重量，F:外加的研磨壓力，

D:硅片直徑載體未承受重量。b硅片承受的壓強硅片所承受的壓強p，由上磨盤自重G，和外加壓強與研磨速率關系轉速等因素不變時，硅片所受壓強越大，研磨速率越高。壓強P速率壓強與研磨速率關系轉速等因素不變時，硅片所受壓強越大，研磨速磨片過程中壓強的控制硅片可承受的最大壓力有限，需要分段控制壓強。磨片過程中壓強的控制硅片可承受的最大壓力有限，需要分段控制壓c.磨盤的轉速一般說，轉速高，研磨速率快。研磨是效率（速率）和精度（粗糙度）并重，為減小界面缺陷，轉速不宜過大。壓力等條件一定時，轉速越高，表面摩擦力越大，會形成界面缺陷。所以，轉速應當和壓力F，磨粒等條件相匹配，一般設備會提供相應的參數。c.磨盤的轉速一般說，轉速高，研磨速率快。d磨盤、載體外形對磨片的影響1）磨盤的幾何外形對研磨的影響。2）載體幾何外形對研磨的影響?？紤]的焦點，工具的表面平整性。d磨盤、載體外形對磨片的影響1）磨盤的幾何外形對研磨的影響磨盤的外形新設備磨盤外形是規(guī)則平面，有清晰的盤槽。研磨過程中，磨盤和載體也會被磨損，而且這種磨損，并非平面性磨削，這導致磨盤外形不再是規(guī)則的平面，盤槽變淺。磨盤外形缺陷：劃痕、凸凹面，盤槽變淺。磨盤外形不規(guī)則，會導致磨過程中產生多種缺陷，甚至碎片。解決方案：修盤，開槽。磨盤的外形新設備磨盤外形是規(guī)則平面，有清晰的盤槽。修盤方法：用標準平面磨盤，接觸待修理的磨盤，二者界面之間噴灑硅片的研磨液，加較大壓力，并反向高速旋轉，進行游離式磨削，重新打磨出規(guī)則平面。盤槽的維持：經過一次修盤，盤面被打磨下一層，盤槽會變淺，因此當盤槽磨平時，要重新開槽。修盤方法：用標準平面磨盤，接觸待修理的磨盤，二者界面之間噴灑剪除層磨盤劃痕剪除層磨盤劃痕2)載體外形對研磨的影響載體厚度：硅片的2/3。載體開孔直徑：比硅片大～1mm。耗材：載體研磨至硅片厚度的1/2時，報廢。載體比硅片薄，因此，磨盤自重和外加壓力作用在硅片上。2)載體外形對研磨的影響載體厚度：硅片的2/3。7）磨片過程中的表面缺陷磨片時，產生的表面缺陷主要有：崩邊：硅片表面或邊緣非穿透性缺損。缺口：貫穿整個硅片厚度的邊緣缺損。裂紋：延伸到硅片表面的解理或裂痕，可以貫穿或者不貫穿硅片的厚度。劃片：由磨粒的摩擦，對硅片造成的表面劃痕。磨粒尖銳的表面形成，一般磨粒尺寸較小，外形接近鈍圓形，可以減少劃片。7）磨片過程中的表面缺陷磨片時，產生的表面缺陷主要有：缺口崩邊裂紋缺口崩邊裂紋3硅片的熱處理1)

硅片熱處理的意義。2)

硅片熱處理的工藝過程。3)

半導體中雜質O的存在形式和行為。3硅片的熱處理1)硅片熱處理的意義。1)硅片的熱處理的意義意義：

(1)

降低硅片內部氧原子的施主效應。

(2)

消除硅片的內應力。處理對象：主要針對直拉法生長的本征硅，（非重摻雜），切割出的硅片。雜質對象：硅片中的氧原子O工藝參數：溫度、時間。1)硅片的熱處理的意義意義：2)硅片熱處理的過程(1)

器材的處理。(2)

熱處理步驟。2)硅片熱處理的過程(1)器材的處理。器材處理器材：石英管、石英舟、氧化爐/擴散爐、鋼瓶（Ar、N2）目的：清理石英管和石英舟的表面雜質。方法：氫氟酸稀溶液浸泡，2小時。水沖洗。650℃下，保護氣氛中煅燒2小時。稀酸配比HF:H2O=1:10器材處理器材：石英管、石英舟、氧化爐/擴散爐、鋼瓶（Ar、N熱處理工藝過程準備工作裝片入爐恒溫出爐熱處理工藝過程準備工作裝片入爐恒溫出爐準備工作：檢查核實硅片，開啟室內排風和冷卻水，調節(jié)保護氣體流量，爐溫升高到650℃待用。裝片：帶上手套，將硅片放入石英舟。入爐：將石英舟放在路口，用石英棒將其沿石英管推進，并到恒溫區(qū)。恒溫：溫度設置在650℃±20℃，恒溫處理30～40min，避免形成過多新施主。出爐：用石英棒將石英舟拉至爐口，并取出。準備工作：檢查核實硅片，開啟室內排風和冷卻水，調節(jié)保護氣體流CH3-硅片加工倒角——芯片制造流程課件爐體石英管進氣N2或Ar排氣加熱棒恒溫區(qū)爐體石英管進氣排氣加熱棒恒溫區(qū)3)直拉法硅中的氧來源：直拉法中，坩堝中的O，在Si熔融階段進入Si熔體，在提拉階段留在硅晶體內部。分布：硅錠頭部含量高，對硅片，中心含量高，邊緣降低。原子位置：晶格空隙（同一氧濃度處，均勻摻雜）。O濃度：典型原子濃度(1～1.7)*1018/cm3，而Si原子濃度5.1*1022/cm3。3)直拉法硅中的氧來源：直拉法中，坩堝中的O，在Si熔融階氧原子摻雜與Si導電性的關系嚴重偏離本征半導體氧原子摻雜與Si導電性的關系嚴重偏離本征半導體半導體中氧雜質的行為施主效應新施主熱施主氧沉淀氧原子行為電阻率穩(wěn)定性晶體結構半導體中氧雜質的行為施主效應新施主熱施主氧沉淀氧原子行為電阻氧原子的施主效應施主雜質：提供電子的雜質稱為施主雜質。受主雜質：半導體內提供導電空穴的雜質，是受主雜質。O原子是一種施主雜質，具體的施主行為，與O原子濃度和氧原子局域化狀態(tài)，以及溫度有關。氧原子的施主效應施主雜質：提供電子的雜質稱為施主雜質。施主效應的介紹存在不同施主的原因：半導體中的施主程度，即電阻率變化量的多少，不僅和Si材料中O原子的濃度有關，而且和其在材料中的分布形式有關。不同施主效應的差別：1）施主的穩(wěn)定性，即對溫度的穩(wěn)定性，2）對電阻率影響的大小。材料穩(wěn)定性：取決于施主效應溫度的穩(wěn)定性。施主效應的介紹存在不同施主的原因：半導體中的施主程度，即電阻施主的微觀解釋O原子究竟提供多大的施主效應，與其具體存在狀態(tài)有關——Si、O原子聚集程度和結合形式。施主的微觀解釋O原子究竟提供多大的施主效應，與其具體存在狀態(tài)(1)O原子的兩種施主效應1.熱施主：氧原子分散摻雜在Si晶格間隙，形成的施主效應。形成溫度較低，大約300～550℃，于450℃附近最顯著，形成于提拉時硅錠的冷卻過程（T>700℃，O空隙間擴散）T~450℃，O擴散并彼此聚集，形成熱施主，此溫度的擴散系數非常大。熱施主最終濃度：正比初始O濃度的三次方。雜質作用：C可以抑制熱施主，H促進熱施主。(1)O原子的兩種施主效應1.熱施主：氧原子分散摻雜在S熱施主機理自由間隙模型：形成小范圍的Si原子外層包裹O原子，的聚集體。熱施主機理自由間隙模型：形成小范圍的Si原子外層包裹O原子，2.新施主：數百個O原子聚集形成的硅氧集團，產生的一種施主效應。形成于500℃～800℃。形成條件：溫度高，一般大于650℃形成明顯。O濃度較大，>5*1017/cm3。2.新施主：數百個O原子聚集形成的硅氧集團，產生的一種施主熱施主和新施主的特點熱施主：溫度穩(wěn)定性差，電阻率隨溫度變化明顯。新施主：溫度變化不明顯。熱施主和新施主的特點熱施主：溫度穩(wěn)定性差，電阻率隨溫度變化明O晶格空隙（不穩(wěn)定）熱處理（小區(qū)域成鍵）O晶格空隙（不穩(wěn)定）熱處理（小區(qū)域成鍵）兩種施主效應的處理方法熱施主：施主效應顯著，而且和材料溫度有關，導致Si材料電阻率不穩(wěn)定，器件熱穩(wěn)定性差，應當予以消除。消除手段，快速退火，使氧原子小范圍局域化。典型工藝：650℃退火半小時。新施主：形成溫度較高，小范圍的溫度漲落，對其影響不大，也不好消除，一般不處理?？焖偻嘶鹩幸欢ㄐЧ１热?00℃停留2S，然后速冷。兩種施主效應的處理方法熱施主：施主效應顯著，而且和材料溫度有(2)硅片中的氧沉積氧沉積：硅中氧含量很高時，硅錠降溫階段，氧原子聚集，并和硅原子結合，形成SiO2顆粒，稱為氧沉積。產生條件：氧原子濃度高，溫度較高。形成過程：Si中氧的溶解度，隨溫度降低而降低，因此，提拉硅中的O，在隨著硅錠溫度降低，形成過飽和狀態(tài)，并且結晶而形成氧沉積。穩(wěn)定性：1200℃溫度下，氧沉積可以融化，O再次回到晶格間隙，均勻分布。(2)硅片中的氧沉積氧沉積：硅中氧含量很高時，硅錠降溫階段氧沉淀的特點與利用氧沉積是一種晶體結構缺陷，對電阻率的影響隨溫度變化不大，少量的氧沉積可以接受。利用：1）作為金屬吸雜中心，吸收金屬原子，2）增強硅片的機械強度，防止原子滑移，因此硅片不易翹曲。缺點：含量太高，使得硅片翹曲。總之，少量的氧沉積是有益的。氧沉淀的特點與利用氧沉積是一種晶體結構缺陷，對電阻率的影響隨O形式直拉硅：均勻分布晶格內部，溶解狀態(tài)，未多方向成鍵——不穩(wěn)定（熱運動）熱處理——小范圍成鍵，穩(wěn)定化（消除熱施主）新施主——幾百Si、O原子穩(wěn)定成鍵氧沉淀——大范圍較多Si、O原子結晶O形式直拉硅：均勻分布晶格內部，溶解狀態(tài)，本章內容硅片倒角的目的和意義。硅片研磨的目的和意義。研磨的機理有哪些。磨削液的作用有哪些。研磨過程中，硅片做何種運動。分別從研磨液濃度，研磨壓力和磨盤轉速三個角度說明各自對研磨速率的影響。硅片研磨的步驟有哪些。本章內容硅片倒角的目的和意義。磨片過程中形成的表面缺陷有哪些（53/77）。簡述硅片進行熱處理的過程和作用。何種硅片需要熱處理。氧的兩種施主效應，各自形成的溫度與處理方法。氧沉積的概念和對其利用的價值。磨片過程中形成的表面缺陷有哪些（53/77）。單位時間滾過的面積平滑區(qū)粗糙區(qū)研磨顆粒磨平新粗糙化Ⅱ單晶表面Ⅰ粗糙若兩個區(qū)域毫無機械強度差別，則單位時間磨平和新損傷的面積一致。兩個區(qū)域有機械強度差別越大，區(qū)域Ⅰ強度越差，表面加工越平整。單位時間滾過的面積平滑區(qū)粗糙區(qū)研磨顆粒磨平新粗糙化Ⅱ單晶表面上章內容晶體XRD定向粘接硅棒多線切割機切割沖洗去膠沖洗，烘干上章內容晶體XRD定向切片過程的評估定向的準確性切割出的硅片最小厚度、厚度均勻性表面參數——平整性，彎(翹)曲度，碎裂結構參數——損傷層（如晶格畸變），應力分布～30um潔凈性（加工帶來的污染）——金屬、有機、表面部分氧化層切割效率切片過程的評估定向的準確性后續(xù)工藝去除表面損傷層，——研磨（磨片）消除內應力——可能引起碎裂——倒角，退火清理表面污染物，——表層切除，清洗，背封，背損傷確保電阻率溫度穩(wěn)定性——退火后續(xù)工藝去除表面損傷層，——研磨（磨片）第三章硅片的倒角、研磨和熱處理本章加工工藝：1.邊緣倒角2.表面研磨3.熱處理第三章硅片的倒角、研磨和熱處理本章加工工藝：工藝介紹

倒角：通過金剛石砂輪對硅片邊緣進行打磨，使其邊緣鈍圓光滑，而不易破碎。研磨：采用磨料研磨的方式，對硅片表面進行磨削，將表面損傷層減薄，獲得較平整表面，為拋光創(chuàng)造條件。

熱處理：對硅片進行高溫退火（650℃），降低或消除硅晶體中氧的熱施主效應。工藝介紹倒角：通過金剛石砂輪對硅片邊緣進行打磨，使其邊緣鈍1.倒角硅片倒角簡介工藝流程主要參數1.倒角硅片倒角倒角定義：采用高速運轉的金剛石磨輪，對進行轉動的硅片邊緣進行摩擦，從而獲得鈍圓形邊緣的過程。屬于固定磨粒式磨削。作用：消除邊緣鋒利區(qū)，大大減小邊緣崩裂的出現，利于釋放應力。崩裂原因：邊緣凸凹不平、存在邊緣應力、受熱邊緣膨脹系數不同等等。倒角定義：采用高速運轉的金剛石磨輪，對進行轉動的硅片邊緣進行大氣抽氣減壓低壓區(qū)ωω倒角加工示意圖6000～8000r/min金剛石吸盤對于沒有參考面的倒角，硅片做標準圓周運動。大氣抽氣減壓低壓區(qū)ωω倒角加工示意圖6000～8000r/m有參考面的倒角硅片邊緣不是規(guī)則圓形，因此硅片不是做規(guī)則的圓周運動，而是采用凸輪，進行旋轉。最終目的：硅片邊緣做總被均勻打磨。有參考面的倒角硅片邊緣不是規(guī)則圓形，因此硅片不是做規(guī)則的圓周倒角粗糙度的控制為盡量減小粗糙度，且保證加工效率：分別由大到小采用不同磨粒的倒角磨輪，對硅片進行多次倒角，最終獲得光滑的表面。例：先采用800#粗倒角，再采用3000#的磨輪進行精細倒角，最終獲得光滑的表面。平均粗糙度Ra<0.04um3000#目，表示每平方英寸含3000個顆粒。倒角粗糙度的控制為盡量減小粗糙度，且保證加工效率：分別由大到兩種典型的倒角硅片經過倒角以后，其邊緣的輪廓并不相同，主要有R和T型兩種。R型（主流）T型兩種典型的倒角硅片經過倒角以后，其邊緣的輪廓并不相同，主要有倒角的主要參數倒角的角度：11o(H型)，22o(G型)。倒角的寬幅。中心的定位。磨輪與旋轉臺距離的調節(jié)。倒角的主要參數倒角的角度：11o(H型)，22o(G型)。θ＝11°中心面寬幅倒角的度數θ＝11°中心面寬幅倒角的度數倒角的流程準備工作參數輸入自動倒角檢查水電選擇凸輪選擇磨輪選擇吸盤硅片同心度硅片高低主軸轉速有參考面的硅片倒角，采用凸輪倒角結束倒角的流程準備工作參數輸入自動倒角檢查水電硅片同心度有參考面影響倒角的因素凸輪的選擇。硅片中心定位準確性。硅片固定的平整性。轉速高低、穩(wěn)定性。高速轉動時的豎直性。L的精確控制。磨輪的磨粒尺寸。影響倒角的因素凸輪的選擇。倒角的故障殘留未倒角的邊緣——中心定位不準。寬幅不均勻——硅片厚度不均，邊緣翹曲，磨槽不均。倒角崩邊——硅片邊緣太薄，金剛石磨粒不均勻，冷卻水不足等。倒角的故障殘留未倒角的邊緣——中心定位不準。ωωL交疊區(qū)L1L2ωωL交疊區(qū)L1L2解決中心定位問題(1)盡量定位準確(2)控制L，和硅片半徑匹配，L<R-d解決中心定位問題(1)盡量定位準確2.硅片的研磨1）簡介2）研磨基本知識3）磨片的主要技術參數4）高質量磨片的技術條件5）研磨機組成與原理6）磨片的工藝過程7）主要影響因素8）磨片中產生的缺陷2.硅片的研磨1）簡介1）硅片研磨磨片：多線切割以后的硅片，表面有一定的損傷層，（存在晶格畸變、劃痕以及較大起伏度），為了獲得光滑而平整的晶體表面，需要將損傷層去除，通常分兩步：第一，機械研磨，第二，表面拋光。而采用研磨方式，來去除損傷層，就是磨片。磨片方式：研磨漿中的磨粒在一定壓力作用下，研磨工件的表面。磨片方式：游離式磨削。1）硅片研磨磨片：多線切割以后的硅片，表面有一定的損傷層，（壓力磨片示意圖壓力磨片示意圖2）研磨基本知識(1)

研磨的機理(2)

研磨漿組成與原理2）研磨基本知識(1)研磨的機理(1)研磨中的機理：

a.

擠壓切削過程。磨粒在一定壓力下，對加工表面進行擠壓、切削。

b.

化學反應。有些磨料可以先把工件表面氧化，再把氧化層進行磨削。這樣可以減慢切削速度，提高最終加工精度。

c.

塑性變形。獲得非晶的塑性層，最終去除。(1)研磨中的機理：(2)研磨漿主要包括：

a.

磨料：粒度小，則磨削的表面粗糙度小，加工精度高.但是加工速度慢。粒度大，則加工速度快，但是加工粗糙度大。

基于效率和精度要求：先用粗磨料加工，再用細磨料加工。磨片中，磨粒通常采用金剛砂，即SiC顆粒。(2)研磨漿主要包括：不同大小磨粒的磨削比較磨削效率表面粗糙度劃痕比表面積摩擦力發(fā)熱量大磨粒高大深小摩擦小，發(fā)熱少小磨粒低小淺大摩擦大，發(fā)熱多不同大小磨粒的磨削比較磨削效率表面粗糙度劃痕比表面積摩擦力大b.

磨削液的作用：

冷卻作用：把切割區(qū)的熱量帶走。

排渣作用：將研磨屑和破碎的磨粒沖走。

潤滑作用：減小磨粒和表面的機械摩擦。

防銹作用：磨粒除了磨削工件，對金屬底盤也進行切削，要防止金屬底盤生銹。

磨片中，磨削液通常采用水。b.磨削液的作用：c.助磨劑等

助磨劑：加速材料磨削速度，并保證平整度，保證磨粒懸浮性，通常一些氧化劑。

助磨原理：助磨劑和工件表層反應（擠壓造成部分原子混合，如O），形成較疏松的表面氧化層，容易去除。c.助磨劑等3）磨片中的技術參數a.硅片厚度和總厚度變化TTV。b.表層剪除層的厚度。c.表面缺陷的產生。3）磨片中的技術參數a.硅片厚度和總厚度變化TTV。a.硅片厚度和總厚度變化TTV硅片厚度，特指硅片中心點的厚度。總厚度變化：TTV=Tmax-Tmin未經磨片時，硅片TTV很大，（幾十um）。經過磨片以后，TTV<5um。經過磨片，硅片厚度的均勻性獲得大幅提高。a.硅片厚度和總厚度變化TTV硅片厚度，特指硅片中心點的厚b.表層剪除的厚度為保證研磨效果，表層剪除量應當大于損傷層的厚度。內圓切割，剪除厚度：60～120um。多線切割，剪除厚度：40～60um。b.表層剪除的厚度為保證研磨效果，表層剪除量應當大于損傷層c.表面缺陷磨片過程中，可能產生部分表面缺陷，如崩邊，缺口等。磨片過程中，應盡量避免缺陷產生。c.表面缺陷磨片過程中，可能產生部分表面缺陷，如崩邊，缺口4)高質量磨片的技術條件模具表面硬度高，平整度高。工件做復雜的運動，保證研磨均勻性。研磨漿具有一定的濃度黏度和流量。適當的壓力和轉速。4)高質量磨片的技術條件模具表面硬度高，平整度高。5)研磨機的結構電機控制電腦研磨液輸管機座5)研磨機的結構電機控制電腦研磨液輸管機座硅片研磨機的組成雙面研磨機磨盤、研磨傳動機構機座研磨液系統(tǒng)控制系統(tǒng)主軸轉動上磨盤升降行星運動磨速控制硅片研磨機的組成雙面研磨機磨盤、研磨傳動機構機座研磨液系統(tǒng)研磨機磨盤表面硬度高耐磨削溝槽研磨機磨盤表面硬度高耐磨削溝槽行星齒輪片硅片孔外側齒輪行星齒輪片硅片孔外側齒輪其他形狀的齒輪片其他形狀的齒輪片下磨盤上磨盤主軸研磨系統(tǒng)的結構下磨盤上磨盤主軸研磨系統(tǒng)的結構研磨液系統(tǒng)包括：研磨液桶、水泵、研磨液傳輸管道。研磨液噴在研磨區(qū)，即上磨盤和行星輪之間、下磨盤和行星輪之間，因同時對兩個表面研磨。研磨液系統(tǒng)包括：研磨液桶、水泵、研磨液傳輸管道?？刂葡到y(tǒng)主軸和行星運動的實現：電機驅動做定軸轉動，轉速和方向可調節(jié)。上磨盤升降、轉動：氣壓控制升降，平穩(wěn)性好；電機驅動轉動，轉速和下磨盤反向。下磨盤定軸轉動：電機驅動研磨速率的控制：研磨壓力、磨片的轉速、研磨漿的流速、研磨時間?？刂葡到y(tǒng)主軸和行星運動的實現：電機驅動做定軸轉動，轉速和方向6）磨片的工藝過程硅片分選配研磨液修盤設置參數磨片清洗6）磨片的工藝過程硅片分選配研磨液修盤設置參數磨片清洗(1)厚度分選：將多線切割以后，厚度一致的硅片選出來，進行同盤研磨，提高研磨以后硅片之間厚度的一致性。精確到微米。(2)配置研磨漿：磨料+水+助磨劑+金屬洗滌劑磨料：金剛砂，即SiC顆粒助磨劑：弱堿性，提高研磨的速率。典型配比：

SiC:水:助磨劑=(10±1):(20±1):(4±0.2)(1)厚度分選：將多線切割以后，厚度一致的硅片選出來，進行同研磨漿=SiC:水:助磨劑各組分的作用：水：潤滑，冷卻，沖刷碎屑SiC：研磨助磨劑：表面活性劑(防止硅粉、SiC顆粒團聚)，弱堿性物質，和Si表面發(fā)生反應。

研磨漿=SiC:水:助磨劑助磨劑簡介：研磨過程中，小尺寸的研磨顆粒帶有電荷，隨著顆粒不斷減小，自身重力也減小，一方面易于懸浮，另一方面，當大量硅粉存在時，也易于發(fā)生團聚，而影響研磨效果。加入的助磨劑常常是表面活性劑，其分子具有雙親基團，即親水和親顆粒的兩端，這樣助磨劑分子可以分布在研磨顆粒周圍，再外層是水，這樣可以防止顆粒團聚。助磨劑簡介：研磨過程中，小尺寸的研磨顆粒帶有電荷，隨著顆粒不(3)修磨盤：保證磨盤的標準平整度。磨盤不平整原因：研磨漿的研磨作用、金屬部件之間的磨削。修磨盤方法：采用研磨液將表面磨削掉一層。(4)參數設置：研磨壓力、轉速、目標厚度等厚度的實時監(jiān)控：晶體振蕩器。(5)研磨：自動進行。(6)沖洗送交。(3)修磨盤：保證磨盤的標準平整度。7)影響研磨的因素(1)

影響研磨速率的因素。(2)

磨盤、載體的表面平整性對研磨效果的影響。7)影響研磨的因素(1)影響研磨速率的因素。(1)影響研磨速率的因素a.

研磨液的濃度。b.

硅片承受壓強的大小。c.

研磨盤的轉速。d.

磨盤和載體的外形。(1)影響研磨速率的因素a.研磨液的濃度。a研磨液的濃度研磨液組成：主要是SiC磨粒和水。研磨液的參數：

磨粒大小：為提高效率，傾向大磨粒，但是磨粒太大會增加研磨粗糙度，一般選用W14，即尺寸10～14微米。

配制濃度：隨濃度增加，研磨速率先增加，再減小。a研磨液的濃度研磨液組成：主要是SiC磨粒和水。濃度%研磨速率濃度%研磨速率先增加的原因：磨粒濃度較低時，互相接觸概率很小，隨著濃度增加，所有磨粒單位時間研磨的總面積增加。研磨速率飽和的原因：單位時間研磨的面積達到穩(wěn)定（和轉速等因素有關）。隨后減小的原因：濃度太大，磨粒之間接觸擠壓的概率增大。因此會增加各種界面缺陷和磨粒團聚的產生，并降低有效研磨速率。先增加的原因：磨粒濃度較低時，互相接觸概率很小，隨著濃度增加b硅片承受的壓強硅片所承受的壓強p，由上磨盤自重G，和外加控制壓力F決定：G:上磨盤重量，F:外加的研磨壓力，

D:硅片直徑載體未承受重量。b硅片承受的壓強硅片所承受的壓強p，由上磨盤自重G，和外加壓強與研磨速率關系轉速等因素不變時，硅片所受壓強越大，研磨速率越高。壓強P速率壓強與研磨速率關系轉速等因素不變時，硅片所受壓強越大，研磨速磨片過程中壓強的控制硅片可承受的最大壓力有限，需要分段控制壓強。磨片過程中壓強的控制硅片可承受的最大壓力有限，需要分段控制壓c.磨盤的轉速一般說，轉速高，研磨速率快。研磨是效率（速率）和精度（粗糙度）并重，為減小界面缺陷，轉速不宜過大。壓力等條件一定時，轉速越高，表面摩擦力越大，會形成界面缺陷。所以，轉速應當和壓力F，磨粒等條件相匹配，一般設備會提供相應的參數。c.磨盤的轉速一般說，轉速高，研磨速率快。d磨盤、載體外形對磨片的影響1）磨盤的幾何外形對研磨的影響。2）載體幾何外形對研磨的影響。考慮的焦點，工具的表面平整性。d磨盤、載體外形對磨片的影響1）磨盤的幾何外形對研磨的影響磨盤的外形新設備磨盤外形是規(guī)則平面，有清晰的盤槽。研磨過程中，磨盤和載體也會被磨損，而且這種磨損，并非平面性磨削，這導致磨盤外形不再是規(guī)則的平面，盤槽變淺。磨盤外形缺陷：劃痕、凸凹面，盤槽變淺。磨盤外形不規(guī)則，會導致磨過程中產生多種缺陷，甚至碎片。解決方案：修盤，開槽。磨盤的外形新設備磨盤外形是規(guī)則平面，有清晰的盤槽。修盤方法：用標準平面磨盤，接觸待修理的磨盤，二者界面之間噴灑硅片的研磨液，加較大壓力，并反向高速旋轉，進行游離式磨削，重新打磨出規(guī)則平面。盤槽的維持：經過一次修盤，盤面被打磨下一層，盤槽會變淺，因此當盤槽磨平時，要重新開槽。修盤方法：用標準平面磨盤，接觸待修理的磨盤，二者界面之間噴灑剪除層磨盤劃痕剪除層磨盤劃痕2)載體外形對研磨的影響載體厚度：硅片的2/3。載體開孔直徑：比硅片大～1mm。耗材：載體研磨至硅片厚度的1/2時，報廢。載體比硅片薄，因此，磨盤自重和外加壓力作用在硅片上。2)載體外形對研磨的影響載體厚度：硅片的2/3。7）磨片過程中的表面缺陷磨片時，產生的表面缺陷主要有：崩邊：硅片表面或邊緣非穿透性缺損。缺口：貫穿整個硅片厚度的邊緣缺損。裂紋：延伸到硅片表面的解理或裂痕，可以貫穿或者不貫穿硅片的厚度。劃片：由磨粒的摩擦，對硅片造成的表面劃痕。磨粒尖銳的表面形成，一般磨粒尺寸較小，外形接近鈍圓形，可以減少劃片。7）磨片過程中的表面缺陷磨片時，產生的表面缺陷主要有：缺口崩邊裂紋缺口崩邊裂紋3硅片的熱處理1)

硅片熱處理的意義。2)

硅片熱處理的工藝過程。3)

半導體中雜質O的存在形式和行為。3硅片的熱處理1)硅片熱處理的意義。1)硅片的熱處理的意義意義：

(1)

降低硅片內部氧原子的施主效應。

(2)

消除硅片的內應力。處理對象：主要針對直拉法生長的本征硅，（非重摻雜），切割出的硅片。雜質對象：硅片中的氧原子O工藝參數：溫度、時間。1)硅片的熱處理的意義意義：2)硅片熱處理的過程(1)

器材的處理。(2)

熱處理步驟。2)硅片熱處理的過程(1)器材的處理。器材處理器材：石英管、石英舟、氧化爐/擴散爐、鋼瓶（Ar、N2）目的：清理石英管和石英舟的表面雜質。方法：氫氟酸稀溶液浸泡，2小時。水沖洗。650℃下，保護氣氛中煅燒2小時。稀酸配比HF:H2O=1:10器材處理器材：石英管、石英舟、氧化爐/擴散爐、鋼瓶（Ar、N熱處理工藝過程準備工作裝片入爐恒溫出爐熱處理工藝過程準備工作裝片入爐恒溫出爐準備工作：檢查核實硅片，開啟室內排風和冷卻水，調節(jié)保護氣體流量，爐溫升高到650℃待用。裝片：帶上手套，將硅片放入石英舟。入爐：將石英舟放在路口，用石英棒將其沿石英管推進，并到恒溫區(qū)。恒溫：溫度設置在650℃±20℃，恒溫處理30～40min，避免形成過多新施主。出爐：用石英棒將石英舟拉至爐口，并取出。準備工作：檢查核實硅片，開啟室內排風和冷卻水，調節(jié)保護氣體流CH3-硅片加工倒角——芯片制造流程課件爐體石英管進氣N2或Ar排氣加熱棒恒溫區(qū)爐體石英管進氣排氣加熱棒恒溫區(qū)3)直拉法硅中的氧來源：直拉法中，坩堝中的O，在Si熔融階段進入Si熔體，在提拉階段留在硅晶體內部。分布：硅錠頭部含量高，對硅片，中心含量高，邊緣降低。原子位置：晶格空隙（同一氧濃度處，均勻摻雜）。O濃度：典型原子濃度(1～1.7)*1018/cm3，而Si原子濃度5.1*1022/cm3。3)直拉法硅中的氧來源：直拉法中，坩堝中的O，在Si熔融階氧原子摻雜與Si導電性的關系嚴重偏離本征半導體氧原子摻雜與Si導電性的關系嚴重偏離本征半導體半導體中氧雜質的行為施主效應新施主熱施主氧沉淀氧原子行為電阻率穩(wěn)定性晶體結構半導體中氧雜質的行為施主效應新施主熱施主氧沉淀氧原子行為電阻氧原子的施主效應施主雜質：提供電子的雜質稱為施主雜質。受主雜質：半導體內提供導電空穴的雜質，是受主雜質。O原子是一種施主雜質，具體的施主行為，與O原子濃度和氧原子局域化狀態(tài)，以及溫度有關。氧原子的施主效應施主雜質：提供電子的雜質稱為施主雜質。施主效應的介紹存在不同施主的原因：半導體中的施主程度，即電阻率變化