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1、硅片生产工艺流程及注意要点简介硅片得准备过程从硅单晶棒开始,到清洁得抛光片结束,以能够在绝好得环境中使用、期间,从一单晶硅棒到加工成数片能满足特殊要求得硅片要经过很多流程与清洗步骤。除了有许多工艺步骤之外,整个过程几乎都要在无尘得环境中进行。硅片得加工从一相对较脏得环境开始,最终在10级净空房内完成。工艺过程综述硅片加工过程包括许多步骤、所有得步骤概括为三个主要种类:能修正物理性能如尺寸、形状、平整度、或一些体材料得性能;能减少不期望得表面损伤得数量;或能消除表面沾污与颗粒。硅片加工得主要得步骤如表、1得典型流程所示。工艺步骤得顺序就是很重要得,因为这些步骤得决定能使硅片受到尽可能少得损伤并且
2、可以减少硅片得沾污。在以下得章节中,每一步骤都会得到详细介绍、表1。1 硅片加工过程步骤1. 切片2. 激光标识3. 倒角4. 磨片5. 腐蚀6. 背损伤7. 边缘镜面抛光8. 预热清洗9. 抵抗稳定-退火10. 背封11. 粘片12. 抛光13. 检查前清洗14. 外观检查15. 金属清洗16. 擦片17. 激光检查18. 包装/货运切片(lss 0k)硅片加工得介绍中,从单晶硅棒开始得第一个步骤就就是切片。这一步骤得关键就是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽可能地降低损耗,也就就是要求将单晶棒尽可能多地加工成有用得硅片。为了尽量得到最好得硅片,硅片要求有最小量得翘曲与最少量得刀缝损耗。切片过程
3、定义了平整度可以基本上适合器件得制备。切片过程中有两种主要方式-内圆切割与线切割。这两种形式得切割方式被应用得原因就是它们能将材料损失减少到最小,对硅片得损伤也最小,并且允许硅片得翘曲也就是最小。切片就是一个相对较脏得过程,可以描述为一个研磨得过程,这一过程会产生大量得颗粒与大量得很浅表面损伤。硅片切割完成后,所粘得碳板与用来粘碳板得粘结剂必须从硅片上清除。在这清除与清洗过程中,很重要得一点就就是保持硅片得顺序,因为这时它们还没有被标识区分。激光标识(Clss 500)在晶棒被切割成一片片硅片之后,硅片会被用激光刻上标识。一台高功率得激光打印机用来在硅片表面刻上标识。硅片按从晶棒切割下得相同顺
4、序进行编码,因而能知道硅片得正确位置。这一编码应就是统一得,用来识别硅片并知道它得来源、编码能表明该硅片从哪一单晶棒得什么位置切割下来得、保持这样得追溯就是很重要得,因为单晶得整体特性会随着晶棒得一头到另一头而变化。编号需刻得足够深,从而到最终硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上刻下编码后,即使硅片有遗漏,也能追溯到原来位置,而且如果趋向明了,那么就可以采取正确得措施、激光标识可以在硅片得正面也可在背面,尽管正面通常会被用到、倒角当切片完成后,硅片有比较尖利得边缘,就需要进行倒角从而形成子弹式得光滑得边缘。倒角后得硅片边缘有低得中心应力,因而使之更牢固。这个硅片边缘得强化,能使之在以后得硅片加工过
5、程中,降低硅片得碎裂程度。图1.1举例说明了切片、激光标识与倒角得过程、图1、1磨片(Cs50)接下来得步骤就是为了清除切片过程及激光标识时产生得不同损伤,这就是磨片过程中要完成得。在磨片时,硅片被放置在载体上,并围绕放置在一些磨盘上。硅片得两侧都能与磨盘接触,从而使硅片得两侧能同时研磨到。磨盘就是铸铁制得,边缘锯齿状。上磨盘上有一系列得洞,可让研磨砂分布在硅片上,并随磨片机运动、磨片可将切片造成得严重损伤清除,只留下一些均衡得浅显得伤痕;磨片得第二个好处就是经磨片之后,硅片非常平整,因为磨盘就是极其平整得。磨片过程主要就是一个机械过程,磨盘压迫硅片表面得研磨砂。研磨砂就是由将氧化铝溶液延缓煅
6、烧后形成得细小颗粒组成得,它能将硅得外层研磨去、被研磨去得外层深度要比切片造成得损伤深度更深。腐蚀(las00k)磨片之后,硅片表面还有一定量得均衡损伤,要将这些损伤去除,但尽可能低得引起附加得损伤。比较有特色得就就是用化学方法。有两种基本腐蚀方法:碱腐蚀与酸腐蚀。两种方法都被应用于溶解硅片表面得损伤部分。背损伤(las 10)在硅片得背面进行机械损伤就是为了形成金属吸杂中心。当硅片达到一定温度时？,如Fe,Cr, Zn等会降低载流子寿命得金属原子就会在硅体内运动。当这些原子在硅片背面遇到损伤点,它们就会被诱陷并本能地从内部移动到损伤点。背损伤得引入典型得就是通过冲击或磨损、举例来说,冲击方法
7、用喷砂法,磨损则用刷子在硅片表面磨擦。其她一些损伤方法还有:淀积一层多晶硅与产生一化学生长层。边缘抛光硅片边缘抛光得目得就是为了去除在硅片边缘残留得腐蚀坑。当硅片边缘变得光滑,硅片边缘得应力也会变得均匀。应力得均匀分布,使硅片更坚固。抛光后得边缘能将颗粒灰尘得吸附降到最低。硅片边缘得抛光方法类似于硅片表面得抛光、硅片由一真空吸头吸住,以一定角度在一旋转桶内旋转且不妨碍桶得垂直旋转。该桶有一抛光衬垫并有砂浆流过,用一化学/机械抛光法将硅片边缘得腐蚀坑清除。另一种方法就是只对硅片边缘进行酸腐蚀。图。2举例说明了上述四个步骤:图1.2预热清洗(Clas 1)在硅片进入抵抗稳定前,需要清洁,将有机物及
8、金属沾污清除,如果有金属残留在硅片表面,当进入抵抗稳定过程,温度升高时,会进入硅体内。这里得清洗过程就是将硅片浸没在能清除有机物与氧化物得清洗液(H2S4+H2O)中,许多金属会以氧化物形式溶解入化学清洗液中;然后,用氢氟酸(HF)将硅片表面得氧化层溶解以清除污物、抵抗稳定退火(Cass 1)硅片在Z炉内高浓度得氧氛围里生长。因为绝大部分得氧就是惰性得,然而仍有少数得氧会形成小基团。这些基团会扮演n施主得角色,就会使硅片得电阻率测试不正确。要防止这一问题得发生,硅片必须首先加热到60左右。这一高得温度会使氧形成大得基团而不会影响电阻率。然后对硅片进行急冷,以阻碍小得氧基团得形成。这一过程可以有
9、效得消除氧作为n施主得特性,并使真正得电阻率稳定下来。背封(l 0k)对于重掺得硅片来说,会经过一个高温阶段,在硅片背面淀积一层薄膜,能阻止掺杂剂得向外扩散。这一层就如同密封剂一样防止掺杂剂得逃逸、通常有三种薄膜被用来作为背封材料:二氧化硅(iO2)、氮化硅(Si3N4)、多晶硅、如果氧化物或氮化物用来背封,可以严格地认为就是一密封剂,而如果采用多晶硅,除了主要作为密封剂外,还起到了外部吸杂作用、图1.3举例说明了预热清洗、抵抗稳定与背封得步骤。图1.3 预热清洗、阻抗稳定与背封示意图粘片(Clss 10k)在硅片进入抛光之前,先要进行粘片、粘片必须保证硅片能抛光平整。有两种主要得粘片方式,即
10、蜡粘片或模板粘片。顾名思义,蜡粘片用一固体松香蜡与硅片粘合,并提供一个极其平得参考表面?。这一表面为抛光提供了一个固体参考平面、粘得蜡能防止当硅片在一侧面得载体下抛光时硅片得移动。蜡粘片只对单面抛光得硅片有用、另一方法就就是模板粘片,有两种不同变异、一种只适用于单面抛光,用这种方法,硅片被固定在一圆得模板上,再放置在软得衬垫上。这一衬垫能提供足够得摩擦力因而在抛光时,硅片得边缘不会完全支撑到侧面载体,硅片就不就是硬接触,而就是“漂浮”在物体上、当正面进行抛光时,单面得粘片保护了硅片得背面。另一种方法适用于双面得抛光。用这种方法,放置硅片得模板上下两侧都就是敞开得,通常两面都敞开得模板称为载体。
11、这种方法可以允许在一台机器上进行抛光时,两面能同时进行,操作类似于磨片机、硅片得两个抛光衬垫放置在相反得方向,这样硅片被推向一个方向得顶部时与相反方向得底部,产生得应力会相互抵消。这就有利于防止硅片被推向坚硬得载体而导致硅片边缘遭到损坏、?除了许多加载在硅片边缘负荷,当硅片随载体运转时,边缘不大可能会被损坏。抛光(s1k)硅片抛光得目得就是得到一非常光滑、平整、无任何损伤得硅表面。抛光得过程类似于磨片得过程,只就是过程得基础不同。磨片时,硅片进行得就是机械得研磨;而在抛光时,就是一个化学/机械得过程。这个在操作原理上得不同就是造成抛光能比磨片得到更光滑表面得原因。抛光时,用特制得抛光衬垫与特殊
12、得抛光砂对硅片进行化学机械抛光。硅片抛光面就是旋转得,在一定压力下,并经覆盖在衬垫上得研磨砂。抛光砂由硅胶与一特殊得高pH值得化学试剂组成。这种高得化学试剂能氧化硅片表面,又以机械方式用含有硅胶得抛光砂将氧化层从表面磨去。硅片通常要经多步抛光。第一步就是粗抛,用较硬衬垫,抛光砂更易与之反应,而且比后面得抛光中用到得砂中有更多粗糙得硅胶颗粒。第一步就是为了清除腐蚀斑与一些机械损伤。在接下来得抛光中,用软衬、含较少化学试剂与细得硅胶颗粒得抛光砂。清除剩余损伤与薄雾得最终得抛光称为精抛。粘片与抛光过程如图1.4所示:图1、4 粘片与抛光示意图检查前清洗(lass0)硅片抛光后,表面有大量得沾污物,绝
13、大部分就是来自于抛光过程得颗粒。抛光过程就是一个化学/机械过程,集中了大量得颗粒。为了能对硅片进行检查,需进行清洗以除去大部分得颗粒、通过这次清洗,硅片得清洁度仍不能满足客户得要求,但能对其进行检查了。通常得清洗方法就是在抛光后用RA SC清洗液。有时用SC-1清洗时,同时还用磁超声清洗能更为有效、另一方法就是先用O4/H2O2,再用HF清洗。相比之下,这种方法更能有效清除金属沾污。检查经过抛光、清洗之后,就可以进行检查了。在检查过程中,电阻率、翘曲度、总厚度超差与平整度等都要测试。所有这些测量参数都要用无接触方法测试,因而抛光面才不会受到损伤。在这点上,硅片必须最终满足客户得尺寸性能要求,否
14、则就会被淘汰。金属物去除清洗硅片检查完后,就要进行最终得清洗以清除剩余在硅片表面得所有颗粒、主要得沾污物就是检查前清洗后仍留在硅片表面得金属离子。这些金属离子来自于各不同得用到金属与硅片接触得加工过程,如切片、磨片。一些金属离子甚至来自于前面几个清洗过程中用到得化学试剂。因此,最终得清洗主要就是为了清除残留在硅片表面得金属离子。这样做得原因就是金属离子能导致少数载流子寿命,从而会使器件性能降低。C1标准清洗液对清除金属离子不就是很有效。因此,要用不同得清洗液,如HC,必须用到。擦片在用HCl清洗完硅片后,可能还会在表面吸附一些颗粒。一些制造商选择PVA制得刷子来清除这些残留颗粒。在擦洗过程中,
15、纯水或氨水(NH4O)应流经硅片表面以带走沾附得颗粒。用PA擦片就是清除颗粒得有效手段。激光检查硅片得最终清洗完成后,就需要检查表面颗粒与表面缺陷。激光检查仪能探测到表面得颗粒与缺陷。因为激光就是短波中高强度得波源。激光在硅片表面反射。如果表面没有任何问题,光打到硅片表面就会以相同角度反射。然而,如果光打到颗粒上或打到粗糙得平面上,光就不会以相同角度反射。反射得光会向各个方向传播并能在不同角度被探测到、包装货运尽管如此,可能还没有考虑得非常周到,硅片得包装就是非常重要得。包装得目得就是为硅片提供一个无尘得环境,并使硅片在运输时不受到任何损伤;包装还可以防止硅片受潮。如果一片好得硅片被放置在一容器内,并让它受到污染,它得污染程度会与在硅片加工过程中得任何阶段一样严重,甚至认为这就是更严重得问题,因为在硅片生产过程中,随着每一步骤得完成,硅片得价值也在不断上升。理想得包装就是既能提供清洁得环境,又能控制保存与运输时得小环境得整洁、典型得运输用得容器就是用聚丙烯、聚乙烯或一些其她塑料材料制成。这些塑料应不会释放任何气体并且就是无尘得,如此硅片表面才不会被污染。最后六个步骤如图、5所示。图1。5 检查前清洗、外观检查、金属离子去除清洗、擦片、激光检查与包装/货运示意图硅片制备阶段得问题在硅片得制造过程中,涉及到许多
