硅片加工技術(shù)

硅片加工技術(shù)第1頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)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(guò)程主要步驟：切片、結(jié)晶定位、晶邊圓磨、化學(xué)刻蝕、缺陷聚集及各步驟之間所需的清洗過(guò)程。硅片成形工藝目的：提高硅棒的使用率，將硅材料的浪費(fèi)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(xué)、化學(xué)與電學(xué)特性等與其內(nèi)部材料一致；晶片成形過(guò)程中的工藝易在晶片表面形成許多微觀缺陷。第2頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)二、切片切片決定了晶片的幾個(gè)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(shù)脂類的黏結(jié)劑粘附于與硅棒相同長(zhǎng)度的石墨上；石墨起支撐作用、防切割過(guò)程中對(duì)硅片邊緣造成崩角現(xiàn)象第3頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)2、晶向定位（單晶硅）單晶硅棒的生長(zhǎng)方向?yàn)椋?00）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(diào)整硅棒在切片機(jī)上的正確位置。第4頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)3、切片（決定晶片在隨后工藝過(guò)程中曲翹度的大?。┚€切割：高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(shí)切割，加工出的Si片曲翹度特性較好。第5頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第6頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)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(guò)程中，唱會(huì)遭受機(jī)械、手等的撞擊而導(dǎo)致晶片邊緣破裂，形成應(yīng)力集中的區(qū)域，這些應(yīng)力集中區(qū)域會(huì)使晶片在使用中不斷地釋放污染粒子，進(jìn)而影響產(chǎn)品的合格率第7頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)三、晶邊圓磨晶邊圓磨的作用：2、防止熱應(yīng)力集中晶片在使用時(shí)會(huì)經(jīng)歷大量的高溫過(guò)程（如氧化、擴(kuò)散、薄膜生長(zhǎng)等），當(dāng)這些工藝中產(chǎn)生熱應(yīng)力的大小超過(guò)Si晶體強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)與滑移等材料缺陷，晶邊圓磨可避免此類材料缺陷的產(chǎn)生。第8頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)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(zhǎng)工藝中，銳角區(qū)域的生長(zhǎng)速度會(huì)比平面快，使用未經(jīng)圓磨的晶片在薄膜生長(zhǎng)時(shí)容易在邊緣產(chǎn)生突起第9頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)三、晶邊圓磨工藝過(guò)程：通過(guò)化學(xué)刻蝕、輪磨得方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中以輪磨得方式最穩(wěn)定；輪磨主要是利用調(diào)整旋轉(zhuǎn)的鉆石沙來(lái)研磨被固定在真空吸盤上慢速轉(zhuǎn)動(dòng)的晶片，在此過(guò)程中，除了研磨晶片的外形，還能較準(zhǔn)確地控制晶片的外徑與平邊的位置和尺寸。第10頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)四：晶面研磨目的：去除晶片切片時(shí)所產(chǎn)生的鋸痕與破壞層，并同時(shí)降低晶片表面粗糙度。晶面研磨設(shè)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(gè)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(jìn)行。第11頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一晶面研磨機(jī)臺(tái)示意圖第12頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)五：刻蝕刻蝕目的：去除機(jī)械加工在晶片表面所造成的應(yīng)力層，并同時(shí)提供一個(gè)更潔凈、平滑的表面?？涛g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(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)五：刻蝕刻蝕設(shè)備：以酸洗槽為主，工藝流程如圖；工藝關(guān)鍵在于刻蝕時(shí)間的控制，當(dāng)Si片離開(kāi)酸液槽時(shí)，必須立即放入水槽中將酸液洗盡，以避免過(guò)蝕現(xiàn)象發(fā)生。第14頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第15頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)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(jī)械強(qiáng)度，以降低因碰撞而產(chǎn)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(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)六：拋光拋光時(shí)，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(xì)懸浮硅酸膠及NaOH等拋光劑加于拋光劑中進(jìn)行拋光。晶片與拋光盤之間的黏結(jié)技術(shù)，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(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)六：拋光拋光過(guò)程（化學(xué)機(jī)械反應(yīng)過(guò)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(jī)械摩擦作用則提供腐蝕的動(dòng)力來(lái)源，不斷腐蝕氧化所形成的微拋光屑經(jīng)拋光液的化學(xué)作用與沖刷而達(dá)到從晶片表面去除的目的。最佳方式為機(jī)械力與化學(xué)力二者處于平衡。拋光批次時(shí)間約：20—40min第18頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片加工技術(shù)六：拋光3、表面缺陷及平坦度檢查拋光后經(jīng)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(guò)程中上蠟情形不佳或拋光機(jī)臺(tái)環(huán)境太差，一般認(rèn)為10μm以上的微粒既有造成漣漪的可能性。第19頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一晶片表面拋光方式示意圖第20頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學(xué)品一、硅片清洗主要用化學(xué)品制程材料的化學(xué)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(jī)物硫酸、雙氧水，氨水、雙氧水、水氧化層氫氟酸、純凈水第21頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學(xué)品二：清洗技術(shù)及高純度化學(xué)品清洗技術(shù)分類：濕式清洗技術(shù)、干式清洗技術(shù)1、濕式清洗技術(shù)2、干式清洗技術(shù)：氣相清洗，可達(dá)到與濕式清洗同樣的目的，不需經(jīng)常更換化學(xué)品，無(wú)法出去如重金屬等污染源第22頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第23頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學(xué)品三、濕式清洗技術(shù)與化學(xué)品1、RCA標(biāo)準(zhǔn)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(lái)活化Si晶片表層，將附著于表面的微粒去除；此外NH4OH具有強(qiáng)的化合力，也可同時(shí)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(shí)間：5min第24頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學(xué)品三、濕式清洗技術(shù)與化學(xué)品2、RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗工序2（SC2，又稱HPM）HCl/H2O2/H2O工序主要應(yīng)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(shí)間5—10min第25頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學(xué)品三、濕式清洗技術(shù)與化學(xué)品3、piranha清洗工序（SPM）H2SO4/H2O2工序主要應(yīng)用在有機(jī)物的去除，是利用H2O2的強(qiáng)氧化性來(lái)破壞有機(jī)物中的碳?xì)滏I。清洗液一般以H2SO4：H2O2=4：1清洗溫度：130℃；清洗時(shí)間10—15min第26頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學(xué)品三、濕式清洗技術(shù)與化學(xué)品4、diluteHF清洗工序（DHF）HF/H2O應(yīng)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(shí)間：15—30s第27頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一硅片清洗及化學(xué)品三、濕式清洗技術(shù)與化學(xué)品新式清潔工藝：1、利用溶解臭氧的強(qiáng)氧化力，去除具有碳?xì)滏I的有機(jī)雜質(zhì)并清除Au，Ag等惰性金屬離子2、利用HF/H2O2的強(qiáng)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(wú)機(jī)物4、再此利用臭氧去除步驟2中殘余的有機(jī)表面活性劑5、使用diluteHF清洗工序去除經(jīng)臭氧步驟生成的自然氧化層6、使用直列超純水進(jìn)行最