（生產(chǎn)管理知識）硅片生產(chǎn)過程詳解

（生產(chǎn)管理知識）硅片生產(chǎn)過程詳解培訓(xùn)目的：硅片加工過程包括許多步驟。所有的步驟概括為三個主要種類：能修正物理性能如尺寸、步驟都會得到詳細介紹。1.切片2.激光標識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 整度可以基本上適合器件的制備。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。大量的很淺表面損傷。過程中，很重要的一點就是保持硅片的順序，因為這時它們還沒有被標識區(qū)分。激光標識(Class500k)激光標識可以在硅片的正面也可在背面，盡管正面通常會被用到。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、激光標識和倒角的過程。衡的淺顯的傷痕；磨片的第二個好處是經(jīng)磨片之后，硅片非常平整，因為磨盤是極其平整的。的損傷深度更深。被應(yīng)用于溶解硅片表面的損傷部分。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)運動。當這些原子在硅片背面遇到損。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。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行酸腐蝕。成小基團。這些基團會扮演n-施主的角色，就會使硅片的電阻率測試不正確。要防止這一問阻率。然后對硅片進行急冷，以阻礙小的氧基團的形成。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。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。種主要的粘片方式，即蠟粘片或模板粘片。粘片只對單面拋光的硅片有用。進行拋光時，兩面能同時進行，操作類似于磨片機。硅片的兩個拋光襯墊放置在相反的方向，隨載體運轉(zhuǎn)時，邊緣不大可能會被損壞。程，只是過程的基礎(chǔ)不同。磨片時，硅片進行的是機械的研磨；而在拋光時，是一個化學(xué)/機械的過程。這個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。面磨去。拋光稱為精拋。粘片和拋光過程如圖1.4所示：/機械過程，集中了大量的顆粒。為了能對硅片進行檢查，需進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，但能對其進行檢查了。屬沾污。這點上，硅片必須最終滿足客戶的尺寸性能要求，否則就會被淘汰。載流子壽命，從而會使器件性能降低。SC-1標準清洗液對清除金屬離子不是很有效。因此，擦片是清除顆粒的有效手段。相同角度反射。反射的光會向各個方向傳播并能在不同角度被探測到。放任何氣體并且是無塵的，如此硅片表面才不會被污染。最后六個步驟如圖1.5所示。圖1.5檢查前清洗、外觀檢查、金屬離將詳細討論。能平的面去切割硅片。，？另一方面說，局部的平整度對于？設(shè)計是很重要的一些整體平整度測試的術(shù)語是彎曲度平整度測試的術(shù)語也與其一致。復(fù)雜的形狀。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的距離。到補償。小區(qū)域范圍。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。硅片生產(chǎn)中的許多過程是機械導(dǎo)向的，因此，這些有操作危險的過程必須有一定的安全程序。確的安全方針。慎操作以防發(fā)生安全問題。對整個硅片而言。更大的顆粒數(shù)更少。這是一個非常潔凈的環(huán)境。硅膠是一種懸浮的硅土顆粒，細小到無法分辨出各個顆粒，也無法從懸浮液中分離出來。下的細小的脊狀損傷。外吸雜是一種適用在硅片背面的吸雜方法。有兩種不同的吸雜方法：外吸雜和內(nèi)吸雜。霧化是硅片出現(xiàn)霧氣的一個條件?？赡苡晒杵娜魏蔚恼次刍驌p傷而引起。平均載流子壽命是指在硅體內(nèi)多數(shù)載流子的平均復(fù)合時間。情況。1、硅片生產(chǎn)的主要目的是為了生產(chǎn)---()a.無損傷硅片c.？d.有粗糙紋理的硅片2、一個典型的工藝流程是---()a.切片、磨片、拋光、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.提供一個高度拋光表面b.探測硅片表面的缺陷或沾污c.硅片抵抗的穩(wěn)定4、拋光過程是一個---()a.一個化學(xué)/機械過程c.一個嚴格的機械過程d.其它類型的過程b.silox？c.金屬d.氧6、哪一種平整度測試能說明硅片厚度的一致性---()c.翹曲度考面磨制的過程，直接粘上碳板，再與切塊粘接就能進行切片加工了。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。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，在材料準備區(qū)域進行粘接。它粘板材料還有陶瓷和環(huán)氧。石墨是一種用來支撐硅片的堅硬材料，它被做成與晶棒粘接部位一致的形狀。大多數(shù)情況下，硅片碎裂。碳板不僅在切片時為硅片提供支持，而且也在刀片切完硅片后行經(jīng)提供了材料，保護了刀片。染。當從晶棒上切割下硅片時，期望切面平整、損割方法是很值得的。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。對一典型的內(nèi)圓刀片，其中心部位由約0.005英寸料。因此，有一個最適宜的鎳-鉆石涂層能得到最低的材料損失。需更換，從而使硅片的生產(chǎn)成本降低。這是很重要的因為更換一把刀片需耗時1.5小時除了。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能承受的最大壓力稱為最終延展強度。在壓力-張力曲線上，它處在最高點，這點以后，如果材料再承受任何一點壓力都會導(dǎo)致材料斷裂。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。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。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。有了大的洞，刀片才能變得更硬。缺陷。隨著晶棒直徑的增大，內(nèi)圓切片變得越來越不實用。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。仍能在硅片上看到。偏轉(zhuǎn)。如果刀片在切片時發(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。力量能糾正刀片偏差。這個系統(tǒng)使硅片切片時，有更少的翹曲度。臟而開始出現(xiàn)偏差時，就應(yīng)進行修刀了。進行，因為每一次修刀都會減少刀片的壽命并增加機器待工時間。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)圓片斷裂和大量的表面損傷。無論任何方式，當?shù)镀懈钅撤N材料即將完成時，刀片在材料底部這種現(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。片就不能使用了。圖2.7列舉了碎片的發(fā)生。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，乎都能包含在內(nèi)了。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。個系統(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，不會與砂漿及晶棒接觸很長時間。這種與砂漿接觸時間的減少有利于延長鋼線的壽命長的鋼線意味著在一個方向上的進給能維持相當長的時間而不需要轉(zhuǎn)換方向通過反向的繞線回來。在一些系統(tǒng)中，鋼線的進給在這次是一個方向，然后方向可翻轉(zhuǎn)，然后再翻轉(zhuǎn)。？舉例來說，時間延長，或者剛在一個方向經(jīng)過系統(tǒng)，反過來又要經(jīng)過了。給速度。仍隨鋼線移動。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。鋼線還可能造成眾多硅片的斷裂。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，火花腐蝕加工，它有非常低的切片損失。造問題。因此，必須在切片開始時就檢查硅片晶向的正確性?？梢赃M行下去了。且保持硅片仍在同一順序。也就不同，確定硅片在晶棒中的位置是很必要的。清除，因此，應(yīng)經(jīng)過一個？清洗工藝。表面的標識是很必要的，至少至拋光結(jié)束。形碼。條形碼有一好處，因為機器能快速而方便地讀取它，但不幸的是，人們很難讀出。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)硅片的物理性能進行分類，通常以厚度進行分類。度超差太大。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。硅片邊緣就能得到磨輪凹槽的形狀了。會發(fā)生任何問題了。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。與控制模板的雙重圖象。對其邊緣的撞擊會造成崩邊。而對于已倒角的硅片，即使有撞擊等，也不會引起崩邊。只是不會在硅片正面的外延層上形成皇冠頂，因為邊緣是錐形的。能，因此，它仍是極重要的。眼睛。而在倒角區(qū)域，有可能被機器夾痛。這樣的損傷，在沿著切口的方向留下小的脊狀痕跡。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。度上的變化程度。應(yīng)力是指材料單位面積承受的力量。切屑是指在切片開槽時，削去的材料?？梢哉J為是切片垃圾?？箯垙姸仁侵覆牧显谖赐耆闆r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。a.材料損失，損傷引入，平整度。c.切片方向，設(shè)備價格，晶棒摻雜劑濃度。d.碎片率，沾污，后來的拋光砂的使用。a.切片過程的潤滑作用。b.切片過程中結(jié)構(gòu)支持。c.切片過程的研磨材料。d.證明切片完成的好方法。a.不管晶棒的直徑有多大，都得到相同的寬度。b.沿著切片的區(qū)域沒有任何損傷。c.比外圓切片得到更大的寬度。d.低的切片損失，較低的損傷，而且經(jīng)濟。a.線切割有研磨劑藏入線中；b.線切割不會引起硅片的任何損傷；c.相同尺寸的線能切割任何尺寸的晶棒；d.線切割產(chǎn)生更大的切片損失。a.切割相同尺寸的晶棒，比外圓切割有更多的切片損失；b.使用研磨砂來切割晶棒；c.通過張緊在一鼓上，使之很剛直；d.切割大直徑晶棒比小直徑晶棒有更小的切片損失。a.一般有很大直徑的線；b.用一種莫氏硬度略低于硅的研磨劑；c.壓迫研磨砂于晶棒上進行切割；d.典型的是使用許多線同時切割晶棒。a.為吸雜工藝提供損傷；b.清除硅片表面的不完整物；c.提供了一種能追溯硅片的手段；d.為接下來的硅片分選提供幫助。a.磨片以后；b.腐蝕以后；c.硅片退火以后；d.所有硅片處理步驟結(jié)束。a.防止在后道工序中發(fā)生崩邊；b.減少硅片正表面的面積；c.提供更可看的硅片形狀；d.增加硅片邊緣應(yīng)力。a.通過沖擊方法；b.通過一定形狀的磨輪；c.通過在酸浴中的浸泡；d.通過在堿浴中的浸泡。行拋光了。這里的每一步都將的下面進行討論。地旋轉(zhuǎn)。這個機械研磨過程磨去硅片的兩面的材料。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。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。還需要另外的工藝。能旋轉(zhuǎn)，為載體的旋轉(zhuǎn)提供了寬闊的范圍，見圖3.1。的過程中也容易去除。來又有利于磨盤平整度的維護。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，硅片粘在上磨盤上。向。硅片幾乎不會因邊緣的壓力造成斷裂。步上升到正常操作的壓力。片一起研磨，或者旋渦電流測試。同，所以，為了更精確地控制磨片厚度，希望在磨片機上裝一個厚度測試止，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。盤的磨損量必須也考慮到?；旌弦河欣诒３盅心ド暗膽腋〔⒕鶆蛏⒉?。以后的步驟都會使其平整程度下降。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。除大量含損傷的表層材料，同時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。很難使硅片在設(shè)定誤差范圍內(nèi)。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。且都有各自的優(yōu)缺點。這會清除硅片表面的有機物；然后將硅片浸到氫氟酸中，HF會清除進行清洗后，就可以進行腐蝕了，而且會腐蝕得均勻一致。堿的影響，反應(yīng)是一個相對自限制過程。表面無法清潔。斷裂產(chǎn)生小顆粒或者磨損片盒產(chǎn)生顆粒。程，而不會在某個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。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。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。Si(s)3(l)→SiO2(s)2(g)2O(l) SiO2(s)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。所以，吸雜在半導(dǎo)體工藝中是一個重要的過程。程和更短時間限制，內(nèi)吸雜變得更為重要。外吸雜是通過從外界導(dǎo)入一有效方法來完成?？梢詀.背損傷c.背面重磷擴散果背損傷的硅片經(jīng)高溫處理，大量的可移動的金屬離子會在各個方向移動，最終在背面誘陷。（＞損傷可能會退火，使金屬重又進入硅片。背面。圖3.4是用滾刷和鐵筆進行背損傷的示意圖。圖3.4背損傷(a)鐵筆(b)滾刷程會產(chǎn)生很多臟的顆粒。作為金屬離子的吸雜點。在外延沉積后也被用來硅片吸雜。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。并且不再活動。通過氧來吸雜有三個步驟。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能對單片硅片。整個過程可看作幾個步驟的整體或者可從供應(yīng)商處購到已吸雜的硅片。第一步的加熱溫度是很重要的。在這溫度，氧能從表面逸出因為硅片和外部的氧濃度的不同?？梢杂^測到，如果溫度低于1000℃,氧就會形成團，稱為成核現(xiàn)象，和外擴散一起。在這階段避免成核是很重要的，因為在活躍的器件區(qū)域會引起位錯。圖3.5是耗盡層形成示意圖。在第三步中，硅片加熱到1000℃左右，在此溫度上，晶化淀積。間隙氧增強了硅片的機械強度。所以，當進行內(nèi)吸雜時，必須知道這個關(guān)系。時防止膠狀硅粒飛跑形成條紋。鏡面邊緣拋光方法是一個化學(xué)/機械過程。邊緣的拋光是通過真空吸頭吸住硅片以一定角度使除殘留的拋光砂。能氧化硅，然后硅粒又形成的氧化物去除。所以，這個過程是一個化學(xué)/機械過程，能得到非常光滑的表面。生長條件下，晶體在籽晶末端有較高的氧含量，并沿著長度向下含量減少。與。部分氧施主不再活動后，磷的濃度。法現(xiàn)在不被承認，因為現(xiàn)在幾乎所有的硅單晶生長都要旋轉(zhuǎn)晶體或熔構(gòu)的大部分明顯的點中，一些氧原子在替代位置而且每個這樣的氧原子都有三個間隙氧原子，即每個施主組合包含四個氧原子組成的基團。圖3.7顯示了硅中施主氧的一施主作用。-3或更高時，這個效應(yīng)就會發(fā)生。不再顯示出施主的特性。所以，如果晶棒加熱到650℃,施主濃度會戲劇性地降低。習(xí)慣上，為施主。就不會再顯著上升，甚至在其被再度加熱時。散進入硅的內(nèi)部。金屬會降低少數(shù)載流子的壽命，影響器件性能。子進行熱處理了。際的，因此，將分立的硅片進行熱處理。果整根晶棒熱處理，將它放置在一石英載體上后，放入爐子。之后馬上進行，如此，可以確保硅片最終能滿足顧客的電阻率要求。層在硅片正表面生長時，這個效應(yīng)會減弱，但硅片背面的外擴散仍在繼續(xù)。作簡單介紹。降。因此如果在較低溫度下進行外延沉積，自動摻雜的效應(yīng)會減弱。流一般滯留在接近于硅片的表