半導(dǎo)體-硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)

硅片生產(chǎn)工藝流程及注意要點(diǎn)簡介硅片的準(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較臟的環(huán)境開始，最終在10級凈空房內(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，每一步驟都會得到詳細(xì)介紹。表1.1硅片加工過程步驟切片激光標(biāo)識倒角磨片腐蝕背損傷邊緣鏡面拋光預(yù)熱清洗抵抗穩(wěn)定——退火背封粘片拋光檢查前清洗外觀檢查金屬清洗擦片激光檢查包裝/貨運(yùn)切片（class500k）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曲和最少量的刀縫損耗。切片過程定義了平整度可以基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)相對較臟的過程，可以描述為一個(gè)研磨的過程，這一過程會產(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)識區(qū)分。激光標(biāo)識(Class500k)在晶棒被切割成一片片硅片之后，硅片會被用激光刻上標(biāo)識。一臺高功率的激光打印機(jī)用來在硅片表面刻上標(biāo)識。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，用來識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У恼w特性會隨著晶棒的一頭到另一頭而變化。編號需刻的足夠深，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)識可以在硅片的正面也可在背面，盡管正面通常會被用到。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工過程中，降低硅片的碎裂程度。圖1.1舉例說明了切片、激光標(biāo)識和倒角的過程。圖1.1磨片（Class500k）接下來的步驟是為了清除切片過程及激光標(biāo)識時(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。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（Class100k）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（Class100k）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等會降低載流子壽命的金屬原子就會在硅體內(nèi)運(yùn)動。當(dāng)這些原子在硅片背面遇到損傷點(diǎn)，它們就會被誘陷并本能地從內(nèi)部移動到損傷點(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。另一種方法是只對硅片邊緣進(jìn)行酸腐蝕。圖1.2舉例說明了上述四個(gè)步驟：圖1.2預(yù)熱清洗（Class1k）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（H2SO4+H2O2）中，許多金屬會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（Class1k）硅片在CZ爐內(nèi)高濃度的氧氛圍里生長。因?yàn)榻^大部分的氧是惰性的，然而仍有少數(shù)的氧會形成小基團(tuán)。這些基團(tuán)會扮演n-施主的角色，就會使硅片的電阻率測試不正確。要防止這一問題的發(fā)生，硅片必須首先加熱到650℃背封（Class10k）對于重?fù)降墓杵瑏碚f，會經(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1.3舉例說明了預(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)定和背封示意圖粘片（Class10k）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。蠟粘片只對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。清除剩余損傷和薄霧的最終的拋光稱為精拋。粘片和拋光過程如圖1.4所示：圖1.4粘片和拋光示意圖檢查前清洗（class10）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，但能對其進(jìn)行檢查了。通常的清洗方法是在拋光后用RCASC-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試。所有這些測量參數(shù)都要用無接觸方法測試，因而拋光面才不會受到損傷。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，從而會使器件性能降低。SC-1標(biāo)準(zhǔn)清洗液對清除金屬離子不是很有效。因此，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（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，光就不會以相同角度反射。反射的光會向各個(gè)方向傳播并能在不同角度被探測到。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)不會釋放任何氣體并且是無塵的，如此硅片表面才不會被污染。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)中有許多會因最終硅片目標(biāo)不同而發(fā)生變化。對硅片來說，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)，就會造成彎曲的刀口。這些刀口都不會相同，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。有不同的測量方法來測試硅片的平整度。一些測量方法給出了圓形的或者說是整個(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，局部的平整度對于？設(shè)計(jì)是很重要的，？一些整體平整度測試的術(shù)語是彎曲度（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）。局部平整度測試的術(shù)語也與其一致。Bow硅片彎曲度是測量硅片彎曲程度，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。彎曲度測試是一種較老的測試手段，不經(jīng)常使用。因?yàn)閺澢葴y試只能測試與中心的背離，其他方法也就相應(yīng)產(chǎn)生了。實(shí)際上，硅片的背離會發(fā)生在硅片的任一位置，而且能產(chǎn)生很多問題。在最近的時(shí)間里，S型彎曲或翹曲的測試被真正采用。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試方法是翹曲度的測試。翹曲度是測量硅片確定的幾個(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，測量到硅片表面指定點(diǎn)的距離。一旦所有的距離都已測得，翹曲的程度也就知道了。測定翹曲度，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的所有測量點(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）和總厚度偏差（TTV）測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。測量TTV可在測量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1.7）圖1.7總指示讀數(shù)（TIR）和焦平面偏離（FPD）測量示意圖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。這一測量值表明了？迄今為止，所討論的所有平整度測試方法都是指整體測試。換句話說，所有的測試方法都是體現(xiàn)硅片整體的表面情況。這些方法中的大部分也可以測試局部狀況。差別僅在于測試時(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。彎曲度是對整個(gè)硅片而言。10級（class10）通常指環(huán)境的清潔度時(shí)，10級是指每立方英尺空氣中0.5μm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。微切傷微切傷是由刀片的顫動而引起的，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?？赡苡晒杵娜魏蔚恼次刍驌p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)，溶液溫度會達(dá)到120℃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═TV）總厚度超差（TTV）是指硅片最厚處與最薄處的差值。TTV也是對整個(gè)硅片的測試。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)硅片的測試。習(xí)題硅片生產(chǎn)的主要目的是為了生產(chǎn)---（）無損傷硅片清潔、平整、無損傷的硅片？有粗糙紋理的硅片一個(gè)典型的工藝流程是---（）切片、磨片、拋光、檢查切片、拋光、磨片、檢查磨片、切片、拋光、檢查拋光、切片、磨片、檢查磨片的目的是---（）提供一個(gè)高度拋光表面探測硅片表面的缺陷或沾污硅片抵抗的穩(wěn)定清除切片過程造成的深度損傷拋光過程是一個(gè)---（）一個(gè)化學(xué)/機(jī)械過程一個(gè)嚴(yán)格的化學(xué)過程一個(gè)嚴(yán)格的機(jī)械過程其它類型的過程退火（抵抗穩(wěn)定）過程為消除______的抵抗影響---（）piranha清洗液（H2SO4+H2O2）silox？金屬氧哪一種平整度測試能說明硅片厚度的一致性---（）TTV（總厚度超差）TIR（總指示讀數(shù)）翹曲度FPD（焦平面背離）切片目的當(dāng)將晶棒加工成硅片時(shí)，能確定切片加工的特性；描述切片時(shí)所用的碳板的作用；知道內(nèi)圓切片和線切割機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；硅片進(jìn)行標(biāo)識的目的；硅片邊緣？的原因；描述硅片邊緣？的典型方法。簡介本章主要討論多種切片工藝和它們的特征，對硅片的激光掃描，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)圓切片的工場內(nèi)，切片可能會引用許多標(biāo)準(zhǔn)。切片過程有一些要求：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)硅片不受污染。其它粘板材料還有陶瓷和環(huán)氧。圖2.1說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竽茉谔及搴途О糸g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?，可能會引起硅片碎裂。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槽時(shí)的移動而造成的。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2.2）。對于150mm的硅片，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。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)1.5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в写罅康慕饘匐x子。在硅片進(jìn)行高溫?zé)崽幚碇埃仨殞⒔饘購谋砻媲宄?。否則，任何高溫的過程都會使金屬離子擴(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度與原始長度之比。通常用壓力-張力曲線來表示材料特性。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-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%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。莫氏硬度等級莫氏等級是在1800年代晚期，由FriedrichMohs發(fā)展起來的。他的等級圖是根據(jù)一種材料切割其它材料而得出的。在這等級圖上，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2.5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^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。一種潤滑/冷卻溶液，通常如水或水容性潤滑劑，用來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，如對于200mm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使晶棒碰到刀片外側(cè)的張緊圈。內(nèi)徑也相對較大，因?yàn)橛辛舜蟮亩?，刀片才能變得更硬。對于相同尺寸的晶棒，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)圓切片變得越來越不實(shí)用。切片損傷當(dāng)切片機(jī)在切割晶棒時(shí)，會引起很多損傷。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25-30μm。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，硅片才會有用。如果刀片有任何振動，損傷層就會更深，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。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，那么很有可能在刀片所在一側(cè)的損傷層會比另一側(cè)更深。不同的是，因刀片振動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)測器能提供刀片偏轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。刀片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測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2.6所示）。監(jiān)測器是通過刀片處產(chǎn)生的旋渦來測試的。刀片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測器的輸出與反饋回路有關(guān)，當(dāng)監(jiān)測器探測到偏離時(shí)，這個(gè)回路能自動糾正路徑偏離。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p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)常會發(fā)生一些問題：硅片晶向錯誤，過分的切片損傷，刀片偏離，刀片失靈和碎片。刀片失靈有幾種：刀片變形、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)會發(fā)生抖動。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)，可能會引起材料碎裂，這種現(xiàn)象稱為exitchip。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，材料的碎片就會松散。這些碎片尺寸相對較大，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切割晶棒，砂漿貼附在接觸并進(jìn)入晶棒的鋼線上，鋼線會產(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，穿過鋼線，鋼線能從晶棒上同時(shí)切割下許多硅片。圖2.8是線切割的簡單示意圖。如150mm硅片，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，繞在兩個(gè)線軸上。如此長的鋼線的應(yīng)用使線的單個(gè)區(qū)域每次都不會與砂漿及晶棒接觸很長時(shí)間。這種與砂漿接觸時(shí)間的減少有利于延長鋼線的壽命。而且，長的鋼線意味著在一個(gè)方向上的進(jìn)給能維持相當(dāng)長的時(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，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長的鋼線經(jīng)過一個(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，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，砂漿會對晶棒緩慢研磨，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。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300mm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，這樣就會造成更多的刀片損失。另一方面，線切割機(jī)對于更大直徑的硅片，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。線切割的問題對于線切割，有兩種主要的失效模式：鋼線張力的錯誤改變和鋼線斷裂。如果鋼線的張力錯誤，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，都會使其在對晶棒進(jìn)行切割時(shí)發(fā)生搖擺，引起切割損失，并對硅片造成損傷。低的張力還會發(fā)生另一問題，會使鋼線導(dǎo)輪發(fā)生錯誤進(jìn)給。這一錯誤可能造成對晶棒的錯誤切割或者使鋼線斷裂。在切割過程中，鋼線可能會從一個(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，然而，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)過程類似于單晶生長模式中的描述，除了衍射是針對硅片表面而不是邊緣。如果硅片的晶向錯誤，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2.9X-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。這一標(biāo)識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)識主要用來識別硅片的，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)識是很必要的，至少至拋光結(jié)束。激光標(biāo)識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。？標(biāo)識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)識在硅片的正面，它們可能會在硅片生產(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)識有最小的深度但能通過最后的過程是很值得的。一般激光刻字的深度在175μm左右。這樣深度的標(biāo)刻稱為硬刻字；標(biāo)識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。通過倒角磨輪沿著硅片邊緣形狀移動這樣的系統(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2.11）。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)就不會發(fā)生任何問題了。倒角磨輪倒角磨輪是用來進(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2.12顯示了硅片邊緣輪廓與控制模板的雙重圖象。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的步驟中，如磨片和拋光時(shí)，沒有經(jīng)過倒角的，有尖利、粗糙邊緣的硅片因?qū)ζ溥吘壍淖矒魰斐杀肋叀６鴮τ谝训菇堑墓杵词褂凶矒舻?，也不會引起崩邊。外延邊緣皇冠頂?dāng)在硅片上生長外延時(shí)，外延層會在有微粒突出和高應(yīng)力區(qū)域生長的更快些。因?yàn)樵谖催M(jìn)行倒角之前，這兩種情況存在于硅片邊緣，外延層就會趨向于在邊緣生長的更快。這就導(dǎo)致在硅片邊緣有小的隆起（見圖2.13）。這個(gè)隆起稱為外延邊緣皇冠頂并且會在以后的器件制作過程引起一些問題。如果硅片的邊緣已經(jīng)倒角，就不會再有高應(yīng)力點(diǎn)或微粒突起在邊緣使外延層得以生長，這就有利于防止外延邊緣皇冠頂?shù)男纬伞Ｈ欢?，即使是這樣仍然會在邊緣有很小的生長，只是不會在硅片正面的外延層上形成皇冠頂，因?yàn)檫吘壥清F形的。圖2.13未倒角邊緣的皇冠頂和倒角后的邊緣外延生長對比邊緣光刻膠小珠子當(dāng)光刻膠應(yīng)用到硅片時(shí)，是應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)的硅片上，？在硅片上的涂抗蝕劑后，旋轉(zhuǎn)速度會上升，這樣使得在硅片上的抗蝕劑甩出，形成均勻一致的薄膜。問題是由于光刻膠表面的張力作用會在硅片尖利的邊緣形成小珠。如果硅片沒有進(jìn)行倒角，小珠子就會粘在硅片表面；如果已經(jīng)倒角了，小珠子就不會在硅片表面形成。在以前，邊緣小珠子在接觸印刷時(shí)是一個(gè)問題，但現(xiàn)在的工藝已使其不再成為麻煩。另外，防止硅片邊緣產(chǎn)生這樣的小珠子有利于得到更好的流動性能，因此，它仍是極重要的。現(xiàn)對硅片生產(chǎn)過程中的切片、激光刻字和邊緣倒角部分提出幾個(gè)關(guān)聯(lián)的安全問題。切片區(qū)域涉及到幾個(gè)不同類的問題：有可能被暴露的刀片割傷；如果刀片失靈或者以某種方式彈出一些粒子，可能會傷害到眼睛。在硅片晶向檢查時(shí)，要用到x-ray，因?yàn)橛猩渚€的，特別是大部分的射線會降低操作者的機(jī)能再生能力。在激光刻字區(qū)域，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，激光的射線有可能射入眼睛。而在倒角區(qū)域，有可能被機(jī)器夾痛。術(shù)語表切片微損傷切片微損傷（切片痕跡）是由刀片的振動引起的。在切片過程中，由于刀片的小小振動產(chǎn)生了這樣的損傷，在沿著切口的方向留下小的脊?fàn)詈圹E。切片損失切片損失是在切片過程中，因刀片會切去的材料損失的總量。張力張力是用來描述一種材料在負(fù)載下的伸展能力。從算術(shù)定義來講，就是與原始長度相比，在長度上的變化程度。應(yīng)力應(yīng)力是指材料單位面積承受的力量。swarf切屑是指在切片開槽時(shí)，削去的材料?？梢哉J(rèn)為是切片垃圾?？箯垙?qiáng)度抗張強(qiáng)度是指材料在未完全失效情況下，所能承受的最大壓力。yieldpoint？指材料在沒有永久變形情況下，能承受的最大壓力。練習(xí)：2-1．切片方式的選擇必須考慮晶棒的---（）材料損失，損傷引入，平整度。晶棒尺寸，切片速度，使用哪種類型的etchant。切片方向，設(shè)備價(jià)格，晶棒摻雜劑濃度。碎片率，沾污，后來的拋光砂的使用。2-2．切片過程中，碳板與晶棒的粘合提供了---（）切片過程的潤滑作用。切片過程中結(jié)構(gòu)支持。切片過程的研磨材料。證明切片完成的好方法。2-3．典型的內(nèi)圓切片得到的切片---（）不管晶棒的直徑有多大，都得到相同的寬度。沿著切片的區(qū)域沒有任何損傷。比外圓切片得到更大的寬度。低的切片損失，較低的損傷，而且經(jīng)濟(jì)。2-4．與內(nèi)圓切割相比，線切割的一個(gè)有利之處---（）線切割有研磨劑藏入線中；線切割不會引起硅片的任何損傷；相同尺寸的線能切割任何尺寸的晶棒；線切割產(chǎn)生更大的切片損失。2-5．內(nèi)圓刀片---（）切割相同尺寸的晶棒，比外圓切割有更多的切片損失；使用研磨砂來切割晶棒；通過張緊在一鼓上，使之很剛直；切割大直徑晶棒比小直徑晶棒有更小的切片損失。2-6．線切割---（）一般有很大直徑的線；用一種莫氏硬度略低于硅的研磨劑；壓迫研磨砂于晶棒上進(jìn)行切割；典型的是使用許多線同時(shí)切割晶棒。2-7．硅片需進(jìn)行激光標(biāo)識的主要原因是---（）為吸雜工藝提供損傷；清除硅片表面的不完整物；提供了一種能追溯硅片的手段；為接下來的硅片分選提供幫助。2-8．激光標(biāo)識必須有足夠的深度直至通過---（）磨片以后；腐蝕以后；硅片退火以后；所有硅片處理步驟結(jié)束。2-9．硅片邊緣倒角---（）防止在后道工序中發(fā)生崩邊；減少硅片正表面的面積；提供更可看的硅片形狀；增加硅片邊緣應(yīng)力。2-10．典型的硅片邊緣倒角---（）通過沖擊方法；通過一定形狀的磨輪；通過在酸浴中的浸泡；通過在堿浴中的浸泡。磨片、熱處理和相關(guān)工藝目的：通過本章的學(xué)習(xí)，能夠：能描述磨片的意義；能描述雙面行星式磨片機(jī)；知道兩種類型的腐蝕，比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)；了解硅片的三種外吸雜工藝；了解內(nèi)吸雜的三個(gè)熱處理步驟；描述熱處理對抵抗穩(wěn)定所起的作用；了解進(jìn)行背封的原因并列出兩種背封工藝過程。經(jīng)切片、標(biāo)識和倒角后，就應(yīng)準(zhǔn)備拋光了。在硅片能進(jìn)行拋光前，還需經(jīng)過幾個(gè)處理過程。首先，切片損傷必須被清楚，磨片能達(dá)到這一目的。接下來，硅片需要腐蝕，以去除磨片造成的損傷。吸雜工藝能抵消金屬雜質(zhì)的影響。硅片邊緣的拋光能去除留在硅片邊緣的腐蝕坑。然后進(jìn)行硅片清洗和熱處理，再退火以使抵抗穩(wěn)定。背封工藝能隨意采用，通過沉積在重?fù)诫s硅片的背面以防止摻雜劑通常是硼在后面的熱處理過程中的逸出。經(jīng)過上述步驟之后，硅片就能進(jìn)行拋光了。這里的每一步都將的下面進(jìn)行討論。磨片磨片是使用研磨砂來清除硅片表面的材料和前一步驟留下的損傷。在磨片過程中，在雙面行星運(yùn)動中硅片兩面會被同時(shí)研磨，一定量的材料將被從兩面磨去。在雙面行星運(yùn)動中，硅片繞著中心齒輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又在自我旋轉(zhuǎn)。這樣就使硅片能被均勻一致地研磨，因?yàn)楣杵诓煌５匦D(zhuǎn)。這個(gè)機(jī)械研磨過程磨去硅片的兩面的材料。目的磨片的主要目的是將硅片的切片微損傷去除。切片微損傷是對單晶的損傷，來自于切片過程。這種損傷在硅片兩面都有，因?yàn)楣杵膬擅娑冀?jīng)過了切割。損傷的平均深度大約為25-30μm，但有些損傷可能是它的2-3倍深。任何工藝要去除這些損傷就至少要去除這樣厚度的材料。一般，在硅片的兩面都要磨去這些材料的量。大部分的磨片過程，在硅片兩面磨去的量是相等的，在有些情況下，可能一側(cè)的量要多于另一側(cè)，通常是正面。這個(gè)過程要清除切片損傷就需去除表面損傷部分的單晶，而且要盡可能地不引起另外的損傷。磨片的應(yīng)用是因?yàn)樗苣ト?yīng)去除的材料并留下小量的損傷。由于磨片過程總會留下?lián)p傷，就還需要另外的工藝。雙面行星式磨片雙面行星磨片機(jī)有五個(gè)主要組成：大的鑄鐵磨盤、載體、研磨砂、磨液供應(yīng)系統(tǒng)和厚度測試系統(tǒng)。這些組成構(gòu)成設(shè)備工作來清除在切片過程中造成的硅片兩面的損傷。雙面行星磨片的應(yīng)用使硅片的兩面能同時(shí)進(jìn)行磨片。磨片機(jī)有齒輪式鋼載體約比硅片厚0.005英寸。載體是圓形敞開式，比硅片的直徑略大。硅片放置在這些載體的洞里，并放在底部磨盤上。載體上的齒輪和磨盤中心的齒輪配對，并且繞在磨片機(jī)的外側(cè)的鏈條行進(jìn)。無論是中心齒輪還是外部的齒輪都能旋轉(zhuǎn)，為載體的旋轉(zhuǎn)提供了寬闊的范圍，見圖3.1。圖3.1磨片機(jī)俯視圖圖3.2磨片機(jī)側(cè)視圖磨盤的組成磨盤一般由鑄鐵制成，但也可能是塑料制的。不考慮金屬的沾污，使用鑄鐵可以耐用而且其機(jī)械特性能適合磨片。鑄鐵的硬度使研磨顆粒不會嵌入到盤中，如果顆粒嵌入到磨盤中，就會刮傷硅片表面。這些刮傷在后面的工序中很難去除，鑄鐵的磨盤也不能太硬，如果磨盤太硬，它會壓迫研磨顆粒進(jìn)入硅片，使硅片增加額外的損傷。鑄鐵材料應(yīng)有一合適的硬度來制作磨盤使顆粒能均勻地對硅片進(jìn)行研磨。這個(gè)過程總會在表面留下?lián)p傷，但這種損傷很均衡，且在后面的過程中也容易去除。磨片過程對硅片的最終平整度有很大的影響，因此，磨盤必須很平整。為了保持硅片和磨盤的平整度，磨盤和載體的轉(zhuǎn)速需要很好地控制。另外，隨著磨片機(jī)其它各部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速反過來又有利于磨盤平整度的維護(hù)。磨盤表面和磨液供應(yīng)磨盤是帶齒輪的，齒輪有利于磨液的均勻分配，防止磨盤被淹沒，并保持硅片緊貼表面。齒輪還能使磨液在硅片表面流動并均勻分配。如果磨盤上沒有齒輪，磨液可能會流到磨盤上，如果磨盤與硅片間有太多的磨液，磨盤會浮在硅片表面的液體上。如果磨盤浮的里表面太遠(yuǎn)，就不能研磨表面，也就不能將硅片表面的損傷去除掉。如果在磨盤與硅片間的磨液太少，磨盤就會在硅片表面引起新的損傷。所以，齒輪演繹這樣一個(gè)功能，即控制磨盤與硅片表面間的磨液量，并且上磨盤的齒輪能將下磨盤鎖住。這樣防止在磨盤最終分開時(shí)，硅片粘在上磨盤上。

磨盤旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器上下磨盤按相反方向旋轉(zhuǎn)，磨盤的旋轉(zhuǎn)帶動硅片兩側(cè)以同樣的速度旋轉(zhuǎn)。這有兩個(gè)目的，首先，既然硅片的兩側(cè)都以相同速度進(jìn)行磨片，那么兩側(cè)都有相同的材料去除率。第二，硅片兩側(cè)有相同的轉(zhuǎn)速相反的方向使硅片能固定位置。所以沒有大的壓力向一個(gè)方向移動硅片或另一個(gè)方向。硅片幾乎不會因邊緣的壓力造成斷裂。上磨盤還有另外幾個(gè)功能，首先是它有一些洞使磨液能流入磨片機(jī)。磨液從上磨盤流入，然后流入到機(jī)內(nèi)。另一個(gè)功能是上磨盤提供壓力給硅片，上磨盤通過氣壓下降壓下，在磨片的第一個(gè)循環(huán)中，壓力比較小，使硅片上高起的點(diǎn)先被磨去，使磨液均勻分配在機(jī)內(nèi)。然后，壓力逐步上升到正常操作的壓力。硅片的最終厚度應(yīng)被控制，否則會不符合硅片要求的特性。因?yàn)檎`差容許量在微米極，所以機(jī)械的控制需相當(dāng)精確。有幾種控制硅片最終厚度的方法，如控制磨片時(shí)間，有一壓電裝置同硅片一起研磨，或者旋渦電流測試。硅片厚度如果決定磨片的最終厚度通過磨片時(shí)間來控制，那么應(yīng)先得到設(shè)備預(yù)期執(zhí)行時(shí)間。使用這種方法，是基于以往的磨去率，計(jì)算要磨去正確材料量所需時(shí)間，然后，允許磨片機(jī)開始按這一時(shí)間進(jìn)行磨片。用這種方法，要得到正確的硅片厚度很困難。這是因?yàn)槊恳惠喌哪テ瑮l件并不相同，所以，為了更精確地控制磨片厚度，希望在磨片機(jī)上裝一個(gè)厚度測試系統(tǒng)。一種能在磨片時(shí)測試硅片厚度的方法是通過使用一壓電材料與硅片同時(shí)研磨。因?yàn)閴弘姴牧系哪トヂ逝c硅片的相同，電訊號的頻率就會發(fā)生變化。當(dāng)頻率對應(yīng)到設(shè)定的厚度時(shí)，機(jī)器就會停止，必須指出的是，每次磨完以后，必須將壓電帶放回原處，這樣才會反映出硅片的厚度。另一種方法是使用旋渦電流傳感器，磨盤之間的距離能通過位于上磨盤上的傳感器測量到。這種傳感器依據(jù)上下磨盤間的間隙距離發(fā)出信號。所以，要決定硅片的厚度，研磨砂的厚度和磨盤的磨損量必須也考慮到。硅片表面的去除使用一種含研磨砂的懸浮液組成的磨液來研磨硅片表面。典型的研磨砂是由9μm大小的經(jīng)煅燒的氧化鋁顆粒組成。這種顆粒懸浮在水和添加劑的混合液中，添加劑一般為丙三醇（甘油）。混合液有利于保持研磨砂的懸浮并均勻散布。懸浮液中的研磨砂壓迫硅片表面并使其磨損，去除硅片表面的物質(zhì)，這樣能將表層的切片損傷清除掉。整個(gè)過程會磨去75-100μm的表層。在最終磨片結(jié)束時(shí)，硅片的平整度是最平整的，以后的步驟都會使其平整程度下降。磨片之后，硅片表面殘留有許多磨片過程中產(chǎn)生的硅的顆粒，這種顆粒尺寸很小，并會引起一些問題。如果要烘干硅片，顆粒會粘在硅片表面，而一旦這樣粘住，就很難再去除掉。所以，硅片必須保持濕潤，直至表面顆粒被清除。硅片研磨—可選擇的過程磨片的一個(gè)可選擇的過程是硅片研磨。在這個(gè)過程中，硅片用一旋轉(zhuǎn)的真空吸頭固定住，一個(gè)鉆石磨輪會經(jīng)過硅片。會周期性更換有更小尺寸磨砂的磨輪，這樣在研磨的一開始，能快速去除大量含損傷的表層材料，同時(shí)磨砂也會造成相對多的損傷，但不會象原始的那樣多。然后，磨砂尺寸減小，研磨率也降低，幾乎不會引起表面損傷。然而，這種方法有幾個(gè)不利之處，第一個(gè)問題是既然硅片被真空吸住在一定位置，那么一次只能研磨硅片的一側(cè)；另外的缺點(diǎn)是磨輪在移動，沒有方法防止磨去小量不該磨去的平面，這樣，很難使硅片在設(shè)定誤差范圍內(nèi)。這里有研磨的另一種方法，能更好地符合硅片的平整度和厚度要求。取代用磨輪移動經(jīng)過硅片表面，使磨輪始終蓋住硅片中心，這樣使整個(gè)旋轉(zhuǎn)的硅片表面都與磨輪接觸而不需要移動磨輪位置。然而，這也有一些問題如這種方法的一致性，以及它的產(chǎn)出率很低。應(yīng)力釋放腐蝕硅片磨片之后，仍有一薄層損傷層。因?yàn)槟テ皇怯脕砟トゴ蠖鄶?shù)的切片損傷，總會留下一層薄薄的均勻一致的損傷層，還需通過其它方法來清除磨片帶來的損傷。通常通過化學(xué)腐蝕硅片表面的方法來清除這種損傷。腐蝕的方法有兩種：堿腐蝕和酸腐蝕。這兩種方法都在使用，而且都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)硅片進(jìn)行腐蝕時(shí)，需要有一清潔的表面。如果硅片表面有沾污，會潛在地充當(dāng)了腐蝕的面具。當(dāng)進(jìn)行酸腐蝕時(shí)，酸先與表面的顆粒接觸，將其慢慢腐蝕去除，因此就象一張面具影響了酸與硅快速接觸。這就會使該區(qū)域與硅片表面其它區(qū)域腐蝕程度不一致。所以，硅片在腐蝕前必須進(jìn)行清洗。典型的清洗方法是將硅片放在Teflon的片盒中，浸入含H2SO4和雙氧水的溶液中，這會清除硅片表面的有機(jī)物；然后將硅片浸到氫氟酸中，HF會清除表面任何的硅末；在硅片進(jìn)行清洗后，就可以進(jìn)行腐蝕了，而且會腐蝕得均勻一致。堿腐蝕硅片腐蝕的一種方法是使用堿性氫氧化物如氫氧化鉀（KOH）。用這種方法，硅片浸在45%的KOH和55%純水的溶液中大約2分鐘，通常在高溫（約100℃KOH與硅片的基本反應(yīng)如下：Si+2H2O+2KOH→2H2+Si(OH)2(O)2+2K+KOH的熱溶液從其既定的方向侵蝕硅片，以平行于（100）平面方向速度最快，平行于（111）平面的方向最慢。因?yàn)榇罅康墓杵谏a(chǎn)過程中是平行于（100）面的，所以用KOH腐蝕很適合硅片。當(dāng)KOH緩慢侵入材料時(shí)，它正快速腐蝕與（100）平行的平面，使硅片表面物質(zhì)快速被清除。這樣的操作使硅片表面腐蝕后，仍平行于（100）面。所以，整個(gè)硅片參考面不會受堿的影響，反應(yīng)是一個(gè)相對自限制過程。自限制過程這個(gè)過程稱為相當(dāng)自限制過程是因?yàn)镵OH能到達(dá)的硅片任何損傷區(qū)域會快速腐蝕，然后當(dāng)達(dá)到無損傷表面時(shí)，反應(yīng)幾乎停止。請看KOH相關(guān)的反應(yīng)速率與時(shí)間的比（圖3.3）。當(dāng)KOH與硅片接觸時(shí)間更長時(shí)，反應(yīng)速率幾乎趨向于零。所以，KOH腐蝕只會清除硅片表面的損傷及最小量的剩余表面層，除非KOH與硅片接觸時(shí)間極其的長。由于這個(gè)原因，KOH更適合腐蝕（100）向的硅片。硅腐蝕坑當(dāng)硅片表面有損傷時(shí)，損傷區(qū)域不再是完整的晶體結(jié)構(gòu)。KOH能快速腐蝕損傷層，直到達(dá)到一無損傷平面，這個(gè)反應(yīng)會在硅片表面形成一個(gè)小的腐蝕坑。然后，腐蝕會沿平行于（100）平面方向快速反應(yīng)，這些腐蝕坑開始向旁邊擴(kuò)展。KOH只會腐蝕暴露在蝕刻劑下，有晶格損傷的區(qū)域，掩埋在里面的損傷不會被侵蝕到。這就使KOH只適合于表面損傷?？紤]（100）平面，腐蝕坑的坑壁形成角度接近于54.7°，坑的平均深度為10-15μm。因?yàn)楦g劑對暴露的損傷區(qū)域侵蝕速度快，所以有很多損傷的區(qū)域形成的腐蝕坑最深。這些腐蝕坑是一個(gè)問題，因?yàn)樗鼈兲钜灾略诤竺鎾伖鈺r(shí)無法去除。這些腐蝕坑還會因?yàn)轭w粒陷入而使硅片表面無法清潔。因?yàn)楣杵吘夁M(jìn)行過倒角，存在許多損傷。KOH很快侵蝕這些區(qū)域，隨著倒角邊緣的連接，導(dǎo)致許多不同形狀的腐蝕坑的出現(xiàn)。硅片的邊緣腐蝕坑會給生產(chǎn)環(huán)境帶來問題，因?yàn)樗鼈儠诡w粒陷入進(jìn)邊緣。一些邊緣區(qū)域可能在腐蝕坑間突出，這些突出可能引起麻煩，因?yàn)樗鼈兛赡軙嗔旬a(chǎn)生小顆?；蛘吣p片盒產(chǎn)生顆粒。圖3.3酸腐蝕腐蝕的另一個(gè)方法是酸腐蝕。用于酸腐蝕的一般混合物是HNO3和HF。有時(shí)，還使用另外的化學(xué)品，如乙酸或碘，添加到混合物中使反應(yīng)更能控制。在任何情況下，酸腐蝕是一個(gè)強(qiáng)烈的過程，而不會在某個(gè)平面存在自限制過程。酸浴的局部腐蝕速率會因局部化學(xué)品的損耗而變化。因?yàn)楣杵闹車荚诟偁幩嵋?，硅片中心有腐蝕劑不充足的趨向，這會使供給硅片中心的酸液損耗，反應(yīng)稍微降低。另一方面，靠近硅片邊緣處，沒有如此多的硅來競爭酸液，因此有充足的酸液提供，這就使反應(yīng)速率在硅片邊緣處達(dá)到一較高速率。這種在腐蝕速率上的差異會引起硅片象“枕頭”，換句話說，硅片中心厚度略厚于邊緣。圖3.3顯示了典型的酸腐蝕和堿腐蝕的腐蝕速率的相互比較?？梢钥闯?，只要兩者接觸，酸腐蝕就一直維持在較高速率。所以，酸腐蝕必須被監(jiān)視并非常精確控制在合適的硅片完成之時(shí)。另一方面，當(dāng)堿液與硅片表面一直接觸時(shí)，堿腐蝕速率會顯著下降，這就使堿腐蝕在這類腐蝕中有優(yōu)越的特性。堿腐蝕一開始的速率是由于硅片表面大量的損傷引起的。酸腐蝕（HNO3和HF）的基礎(chǔ)反應(yīng)如下：Si(s)+4HNO3(l)→SiO2(s)+4NO2(g)+2H2O(l)SiO2(s)+6HF(l)→H2SiF6(aq)+2H2O(l)這個(gè)反應(yīng)的一個(gè)產(chǎn)物是NO2，是一種氣體，所以，必須采取預(yù)防措施控制它的釋放。為了滿足環(huán)境法律，NO2通常會用化學(xué)淋洗來消除它的釋放。兩種腐蝕方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，每種方法都有一些公司企業(yè)在運(yùn)用。腐蝕劑的選擇主要依賴于最終硅片需要的特性。表3.1列出了堿腐蝕和酸腐蝕的優(yōu)缺點(diǎn)。堿腐蝕酸腐蝕優(yōu)先腐蝕沒有優(yōu)先腐蝕表面有腐蝕坑無腐蝕坑同一批腐蝕速率不變（化學(xué)量固定）變化的腐蝕速率自限制，易于控制非自限制，難控制有一平整表面會引起“枕頭”形不會對環(huán)境釋放有害氣體會釋放有害氣體，必須凈化表3.1堿腐蝕與酸腐蝕的比較吸雜簡介吸雜是一個(gè)將雜質(zhì)和一些會延伸的點(diǎn)缺陷從硅片的器件制作區(qū)域移走的過程。最重要功能的是移走金屬雜質(zhì)，如金、銅、鎳、鐵等等來自硅片正表面—器件制作區(qū)域。金屬雜質(zhì)會降低影響器件性能的少數(shù)載流子的壽命。如果陷入，金屬原子還會形成缺陷中心，使器件性能等級下降。所以，吸雜在半導(dǎo)體工藝中是一個(gè)重要的過程。吸雜的起源在真空管時(shí)代，小量的鈦被引入到真空管將其剩余的氧吸走，形成二氧化鈦（TiO2）。吸雜可廣義地分為兩類：外吸雜內(nèi)吸雜兩種吸雜類型被用來移走硅片器件區(qū)域的金屬殘留物。隨著硅片厚度的上升，低溫制作器件過程和更短時(shí)間限制，內(nèi)吸雜變得更為重要。外吸雜外吸雜是通過從外界導(dǎo)入一有效方法來完成?？梢杂胁煌侄危纾罕硴p傷背面薄膜淀積（主要為多晶硅）背面重磷擴(kuò)散背損傷對硅片背面進(jìn)行損傷使之產(chǎn)生缺陷，如晶格位錯和重金屬雜質(zhì)陷落到這些高應(yīng)力缺陷位置。如果背損傷的硅片經(jīng)高溫處理，大量的可移動的金屬離子會在各個(gè)方向移動，最終在背面誘陷。位錯也會吸引硅晶格中的點(diǎn)缺陷，點(diǎn)缺陷在單晶拉制時(shí)發(fā)生，在高溫（＞1000℃背面可以有多種損傷方法，這些機(jī)械手段如噴砂，適當(dāng)功率的激光照射及使用滾刷或鐵筆摩擦背面。圖3.4是用滾刷和鐵筆進(jìn)行背損傷的示意圖。圖3.4背損傷(a)鐵筆(b)滾刷通過機(jī)械手段進(jìn)行背損傷的評定參數(shù)是導(dǎo)入損傷量。再制這樣的損傷是很困難的。一種測量損傷量的工藝是使用反射體來測量著色表面的反射率。這類的損傷應(yīng)在隔離區(qū)域進(jìn)行，因?yàn)樵撨^程會產(chǎn)生很多臟的顆粒。激光背損傷是一個(gè)更能控制和清潔的過程。然而，這是一個(gè)很慢的過程，因?yàn)榧す馐獟呙韫杵砻嬉赃_(dá)到一個(gè)很好的覆蓋。激光的照射會融化硅片表面，熔融物會流入硅片，當(dāng)它再結(jié)晶時(shí)，熱應(yīng)力會因位錯的產(chǎn)生而釋放。如果這些位錯是熱穩(wěn)定的，在以后的高溫處理過程中如氧化，它們會作為金屬雜質(zhì)沉積下來。無論位錯是熱穩(wěn)定與否，都依賴于激光損傷的深度，與激光功率有直接關(guān)系。據(jù)觀測，要能成功吸雜，激光功率需在15J?cm-2或更大些。背損傷的另一方法是離子灌輸。當(dāng)離子刺入硅片表面時(shí)，會將損傷引入格點(diǎn)。這種晶格損傷會作為金屬離子的吸雜點(diǎn)。薄膜沉積多晶硅或氮化硅（Si3N4）的薄膜淀積在硅片背面能移動金屬離子。淀積后，硅片在高溫下退火，當(dāng)金屬離子移動到淀積薄膜的邊緣時(shí)，會被誘陷，這樣就能阻止其回到硅片正面。該工藝在外延沉積后也被用來硅片吸雜。

背面n型重?fù)焦杵谋趁鎛型重?fù)揭部勺鳛槲s陷阱。在一些器件制作過程中，大部分會使用這一方法，因此，任何其它的吸雜步驟都不需要了。例如，制作npn晶體管的發(fā)射極擴(kuò)散時(shí)，未被保護(hù)的背面會自動重?fù)?。同樣，在n型溝道MOS器件的源擴(kuò)散時(shí)也是如此。內(nèi)吸雜內(nèi)吸雜是由在熱處理過程中氧原子影響形成的位錯環(huán)產(chǎn)生。氧原子需有最小濃度，才能產(chǎn)生吸雜。其濃度約為1×1018atoms?cm-3。通過CZ法拉制出的硅單晶至少有這個(gè)氧含量。然而，用FZ拉制的硅單晶一般小于此濃度，在這種情況下，就不能提供內(nèi)吸雜。當(dāng)晶棒從硅熔融物中CZ法拉制時(shí)，會有大量的氧從融化物中釋放出來。在這個(gè)過程晶棒的溫度下，氧仍在飽和狀態(tài)。但當(dāng)晶棒冷卻到室溫時(shí)，氧會過度飽和，大部分的氧會占據(jù)空隙位置，并且不再活動。步驟通過氧來吸雜有三個(gè)步驟。第一步是將硅加熱到1100℃，使得在接近硅片表面形成一氧的耗盡層，稱為耗盡層，器件就建立在正表面的這一區(qū)域上。顯然，整根晶棒無法進(jìn)行內(nèi)吸雜，只能對單片硅片。整個(gè)過程可看作幾個(gè)步驟的整體第一步的加熱溫度是很重要的。在這溫度，氧能從表面逸出因?yàn)楣杵屯獠康难鯘舛鹊牟煌?。可以觀測到，如果溫度低于1000℃，氧就會形成團(tuán)，稱為成核現(xiàn)象，和外擴(kuò)散一起圖3.5硅片中耗盡層的形成第二步是將硅片冷卻到約650℃在第三步中，硅片加熱到1000℃左右，在此溫度上，晶核開始生長并且最終形成淀積和推垛層錯。它們?yōu)榻饘匐s質(zhì)提供了吸雜點(diǎn)。淀積物有化學(xué)名為SiOx氧化淀積層是大量氧原子與硅原子束縛在一起的集合。盡管少量的氧集合作為n型施主會活動，當(dāng)它繼續(xù)生長時(shí)就變得穩(wěn)定了。所以內(nèi)吸雜不會影響硅片的電阻率。吸雜的另一重要事項(xiàng)需記住就是盡管氧淀積會吸引金屬雜質(zhì)，但降低了硅片的機(jī)械強(qiáng)度，在熱處理時(shí)易造成彎曲或翹曲。間隙氧增強(qiáng)了硅片的機(jī)械強(qiáng)度。所以，當(dāng)進(jìn)行內(nèi)吸雜時(shí)，必須知道這個(gè)關(guān)系。鏡面邊緣拋光硅片腐蝕并進(jìn)行吸雜后，硅片邊緣可以進(jìn)行拋光。有時(shí)進(jìn)行邊緣拋光是為了清除腐蝕過程留下的邊緣腐蝕坑。這個(gè)過程不一定必須做。但進(jìn)行邊緣拋光有利于防止碎片或在后面的過程中產(chǎn)生裂紋。這一步驟完成使硅片邊緣更均衡一致。另一個(gè)好處是在后道生產(chǎn)工序—HF清洗硅片時(shí)防止膠狀硅粒飛跑形成條紋。鏡面邊緣拋光方法是一個(gè)化學(xué)/機(jī)械過程。邊緣的拋光是通過真空吸頭吸住硅片以一定角度使硅片的一側(cè)邊緣幾乎垂直與拋光盤貼住。然后，拋光盤旋轉(zhuǎn)，硅片邊緣也隨著一個(gè)鼓旋轉(zhuǎn)。這個(gè)鼓表面貼有一種樹脂拋光襯墊。當(dāng)硅片與拋光襯墊接觸時(shí)，還會在上面添加拋光砂。吸頭吸住硅片然后慢慢的開動使硅片的邊緣都充分與拋光襯墊接觸得到拋光。硅片一側(cè)邊緣被拋光后，將硅片翻轉(zhuǎn)，然后對硅片的另一側(cè)以同樣方式進(jìn)行拋光。兩側(cè)完成后，硅片必須徹底清洗以清除殘留的拋光砂。在邊緣拋光時(shí)使用的拋光砂是由膠狀硅粒懸浮在水中組成，有高的PH值的化學(xué)物。高的PH值能氧化硅，然后硅粒又形成的氧化物去除。所以，這個(gè)過程是一個(gè)化學(xué)/機(jī)械過程，能得到非常光滑的表面。抵抗穩(wěn)定硅中的氧溶解硅單晶棒，作為一個(gè)結(jié)果，硅片從晶棒上切割下來，還有一重要參數(shù)—氧含量。CZ法生長的單晶氧含量接近1018cm氧施主可以觀測到，單晶棒會經(jīng)過一定的熱條件，一些氧原子會作為施主或者說n型摻雜劑。這種摻雜劑的增加會擾亂既定的電阻率。在某些情況下，甚至摻雜劑的性質(zhì)會發(fā)生改變，從而使p型晶棒轉(zhuǎn)變?yōu)閚型晶棒。如果晶棒或硅片在300℃-500℃溫度范圍內(nèi)，硅中的氧原子會扮演施主的角色，450圖3.6磷摻雜的硅中氧施主磷是n型摻雜劑，并且氧施主提高了摻雜濃度。應(yīng)注意的是，籽晶末端的晶體包含了最高的氧含量，因此，在這端的n型摻雜劑濃度也更高。圖3.6也顯示了熱處理后的施主濃度，即在大部分氧施主不再活動后，磷的濃度。在CZ法的早期，晶體或熔融物的不旋轉(zhuǎn)的晶體生長中，可以觀測到熱氧濃度較少。但這種方法現(xiàn)在不被承認(rèn)，因?yàn)楝F(xiàn)在幾乎所有的硅單晶生長都要旋轉(zhuǎn)晶體或熔融物。施主氧的存在從1954年開始，氧施主的存在就被承認(rèn)了。曾作了很多嘗試去了解從惰性氧形成施主的機(jī)制，以及這種氧與其它原子是怎樣結(jié)合的。甚至到今天，整個(gè)過程也不是非常清楚地理解。施主結(jié)構(gòu)的大部分明顯的點(diǎn)中，一些氧原子在替代位置而且每個(gè)這樣的氧原子都有三個(gè)間隙氧原子，即每個(gè)施主組合包含四個(gè)氧原子組成的基團(tuán)。圖3.7顯示了硅中施主氧的一種可能結(jié)構(gòu)。圖3.7硅中施主氧的一種可能結(jié)構(gòu)在本章陳述中，替代位氧原子已被雙重電離。因?yàn)檠跤?個(gè)外層電子，它的四個(gè)電子能與硅原子形成四根鍵，而另兩個(gè)電子施與了晶體導(dǎo)帶。所以，四個(gè)氧原子中，只有替代位的氧原子起施主作用。碳的影響碳在單晶硅中存在抑制了熱氧施主的形成。硅中的一些碳原子會占據(jù)替代位而替代氧，結(jié)構(gòu)如下（圖3.8）。圖3.8碳替代氧施主因?yàn)樘加兴膫€(gè)電子，所以與四個(gè)硅原子結(jié)合后，不會有額外的電子。當(dāng)碳含量在5×1016atoms?cm-3或更高時(shí)，這個(gè)效應(yīng)就會發(fā)生。熱施主的消滅或抵抗穩(wěn)定當(dāng)含有氧的熱施主的硅單晶加熱到500℃以上時(shí)，更多的氧會擴(kuò)散進(jìn)入成為施主，氧的基團(tuán)生長的更大。最后會生長的足夠大到形成沉淀物。這個(gè)效應(yīng)大約在650℃左右時(shí)發(fā)生。沉淀物就不再顯示出施主的特性。所以，如果晶棒加熱到650℃問題是當(dāng)在器件制造時(shí)，單晶硅總會被再加熱到300℃-500℃在熱處理之前清潔硅片的表面去除金屬沾污物的顆粒很重要，因?yàn)闊崽幚頃r(shí)的爐溫會使金屬擴(kuò)散進(jìn)入硅的內(nèi)部。金屬會降低少數(shù)載流子的壽命，影響器件性能。熱處理前清洗熱處理前清洗可以以幾種不同方式進(jìn)行。一種典型的方法是使用SC-2洗液來去除金屬沾污，然后將硅片浸入已非常稀釋的高純HF溶液中去掉氧化層。另一清洗方法是先用硫酸（H2SO4）和雙氧水（H2O2）的混合溶液清洗。這種溶液以劇烈溶劑著稱，能去除硅片表面大部分的有機(jī)污物和某些金屬離子。同時(shí)，該溶劑能氧化硅片表面，一些金屬離子（如鐵和鋅）會在氧化層生長時(shí)被氧化。然后硅片浸入到已稀釋的高純酸液中，去除氧化層。金屬沾污也就隨著氧化層的清除而被去除掉了。硅片進(jìn)行純水漂洗和甩干時(shí)，表面本質(zhì)上已無金屬離子存在并能放入爐子進(jìn)行熱處理了。熱處理抵抗穩(wěn)定過程只要用到爐子。這樣做是為了避免其它過程的交叉污染，如擴(kuò)散或化學(xué)氣相沉積（CVD）。抵抗穩(wěn)定的關(guān)鍵參數(shù)是溫度和時(shí)間。晶棒或硅片必須加熱到650℃左右，然后進(jìn)行急冷。更長的冷卻時(shí)間