晶圆的详细制造流程(三)

作者:admin  来源:中科院物理所  发布时间:2025-09-02  访问量:2410

第三步,晶圆切割。

拉出来的硅锭,要截去头和尾,然后切成一片片特定厚度的薄片(硅片)。

目前主流的切片方式,是采用带有金刚线的多线切割机,也就是用线上固定有金刚石颗粒的钢丝线,对硅段进行多段切割。这种方法的效率高、损耗少。

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图1:金刚线锯

切片有时候也会采用内圆锯。内圆锯则是内圆镀有金刚石的薄片,通过旋转内圆薄片切割晶锭。内圆锯的切割精度和速度相对较高,适用于高质量晶圆的切割。

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图2:内圆锯

硅片非常脆弱,所以切割过程也需要十分小心,要严格控制温度和振动。切割时,需要使用水基或油基的切割液,用来冷却和润滑,以及带走切割产生的碎屑。

第四步,倒角、研磨、抛光。

切割得到的硅片,被称为“裸片”,即未经加工的“原料晶圆”。

裸片的表面会非常粗糙,而且会有残留切割液和碎屑。因此,需要倒角、研磨、抛光、清洗等工艺,完成切割后的处理,最终得到光滑如镜的“成品晶圆(Wafer)”。

倒角,就是通过倒角机,把硅片边缘的直角边磨成圆弧形。这是因为高纯度硅是一种脆性很高的材料,这样处理可以降低边缘处发生崩裂的风险。

研磨,就是粗研磨,使晶圆片表面平整、平行,减少机械缺陷。

研磨后,晶圆会被置于氮化酸与乙酸的混合溶液中进行蚀刻,以去除表面可能存在的微观裂纹或损伤。完成蚀刻后,晶圆会再经过一系列高纯度的RO/DI水浴处理,以确保其表面的洁净度。

晶圆在一系列化学和机械抛光过程中抛光,称为CMP(Chemical Mechanical Polish,化学机械抛光)。

其中,化学反应阶段,抛光液中富含的化学成分,与待处理的晶圆材料发生化学反应,生成易于清除的化合物,或使材料表面软化。

机械研磨阶段,借助抛光垫和抛光液中的磨粒,对晶圆材料进行机械性的磨削,从而去除在化学反应阶段生成的化合物,以及材料表面的其他杂质。

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在CMP工艺中,首先需要将待抛光的晶圆固定在抛光机的晶圆夹具上。接着,抛光液被均匀地分配在晶圆和抛光垫之间。然后,抛光机通过施加适当的压力和旋转速度,对晶圆进行抛光。

CMP是芯片制造过程中的一个常见工序(后面还会再用到)。它的核心目标是实现全局平坦化(Global Planarization),即在纳米级精度下消除晶圆表面的高低差异(如金属层、介质层的不均匀性),为后续光刻等工艺做好准备。

第五步,清洗。

抛光完成之后,晶圆需要经过彻底清洗,去除残留的抛光液和磨粒。

清洗通常包括酸、碱、超纯水冲洗等多个步骤,每一步同样也要求在洁净室环境下进行,以避免任何新的杂质附着在晶圆表面上。

第六步,检测和分类。

抛光之后得到的晶圆,也叫抛光片。

最后,使用光学显微镜或其他检测设备对抛光效果进行严格检查,确保晶圆的表面平坦度、材料去除量、厚度、表面缺陷等指标全都符合预期要求。

检测合格的晶圆,将进入下一工序。检测不合格的,进行返工或者废弃处理。

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需要注意!在实际生产中,晶圆边缘会切割出平角(Flat)或缺口(Notch),以便于后续工序中的定位和晶向确定。另外,在晶圆的反面边缘,也会打上序号标签,方便物料跟踪。

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