沙子是如何一步一步制备出硅晶圆的:硅晶圆的制备流程

作者:admin  来源:芯云知 原作者Crane  发布时间:2024-05-14  访问量:1221

硅棒是如何转化为硅晶圆的呢?


以下是硅晶圆的制备流程:

1)截断

截断如图 1所示,将硅棒的两端去掉,一端为籽晶端(籽晶所在的位置),一端为非籽晶端(与籽晶相对的另一端),即切去单晶硅的头部和尾部。

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2)直径研磨

由于晶体生长中直径和圆度的控制不可能很精确,所以硅棒都要长得稍大一点,直径的大小也不均匀,所以通常需要进行直径研磨,使单晶硅的直径达到一致以及满足不同产品直径的要求,如图所示。

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3) 磨定位面

单晶体具有各向异性的特点,必须按特定晶向进行切割,才能满足生产的需要。其原理是用一束可见光或X光射向单晶棒端面,由于端面上晶向的不同,其反射的图形也不同。根据反射图像,可以校正单晶棒的晶向。一旦晶体在切割块上定好晶向,就沿着轴磨滚出一个参考面,通常称为晶圆的主参考面。在许多晶圆中,边缘还会有第二个较小的参考面,称为次参考面,用来区别导电类型。主、次定位边的角度标识了硅片的类型,如图所示。

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4)切片

晶棒的外形处理完之后接着将硅棒切为硅片,切片目前有两种方式,一是用有金刚石涂层的内圆刀片把晶圆从晶体上切下来。这些刀片是中心有圆孔的薄圆钢片。二是线切片,通过粘有金刚石颗粒的金属丝的运动来达到切片的目的。单晶硅在切片时,硅片的厚度、晶向、翘曲度和平行度是关键参数,需要严格控制。晶片切片的要求是: 厚度符合要求,平整度和弯曲度要小,无缺损,无裂缝,刀痕浅。两种方法示意图如图所示。   

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5)磨片

切片完成后,对于硅片表面要进行研磨机械加工,其示意图如图5。磨片工艺的目的包括以下两点:一是去除硅片表面的刀疤,使硅片表面加工损伤均匀一致。二是调节硅片厚度,使片与片之间厚度差逐渐缩小,并提高表面平整度和平行度。

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目前使用得最普遍的是行星式磨片法,如图6所示。采用双面片机,有上下两块磨板,中间放置行星片,硅片就放在行星片的孔内。磨片时,盘不转动,内齿轮和中心齿轮转动,使行星片与磨盘之间做行星式运动,以带动硅片做行星式运动,在磨料的作用下达到研磨的目的。   

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6)倒角

倒角工艺如图所示,是用具有特定形状的砂轮磨去硅片边缘锋利的崩边、棱角和裂缝等。

倒角的目的主要有三个。

(1)防止晶圆边缘碎裂。晶圆在制造与使用的过程中,常会受到机械手等撞击而导致晶圆边缘破裂,形成应力集中的区域。这些应力集中的区域会使得晶圆在使用中不断地释放污染粒子,进而影响产品的成品率。

(2)防止热应力的集中。晶圆在使用时,会经历无数的高温工艺,如氧化、扩散等,当这些工艺中产生的热应力大小超过硅晶格的强度时,即会产生位错与层错缺陷,晶圆磨边可以避免该类缺陷在晶边产生。

(3)增加外延层和光刻胶层在晶圆边缘的平坦度。在外延工艺中,锐角区域的生长速度会比平面高,因此,用没有磨圆的晶圆容易在边缘产生突起。同样,在利用旋转匀胶机涂光刻胶时,光刻胶溶液也会在晶圆边缘发生堆积现象,这些不平整的边缘会影响掩模板对焦的精确性。

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7)抛光

抛光是硅片表面的最后一道重要加工工序,也是最精细的表面加工。抛光的目的是除去表面细微的损伤层,得到高平整度的光滑表面,如图8所示。最后,得到最终的产品:硅晶圆。

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