半导体-硅片生产工艺流程及工艺注意要点(6)

2019-03-05 21:20

可能使硅片的切割接近这一方向。一个与正确方向的小小偏离都会影响到以后器件的构成。一些制作过程要依靠晶向蚀刻,其它则需要基层的晶向准确。硅片晶向发生任何问题都会引起器件制造问题。因此,必须在切片开始时就检查硅片晶向的正确性。

当晶棒粘在切片机上时,以参考面为基础,将晶棒排好。然而,也不能保证切出来的硅片晶向正确,除非先切两片硅片,用X-ray机检查晶向是否正确。如图2.9所示,这个过程类似于单晶生长模式中的描述,除了衍射是针对硅片表面而不是边缘。如果硅片的晶向错误,那么就要调整切片机上晶棒的位置。切片机有调整晶向的功能。在正确的晶向定好之后,硅片的切割就可以进行下去了。

图2.9 X-ray衍射 碳板清除

切片完成之后,粘在硅片上的碳板需要清除。使硅片与碳板粘合在一起的环氧剂能被轻易地清除。例如,一些环氧能通过乙酸、水或加热来去除。操作时应小心,使硅片边缘不会碎裂,并且保持硅片仍在同一顺序。

硅片的原始顺序必须被保持直至激光刻字。这样就能保证知道硅片在原晶棒中的位置。硅片的正确顺序是很重要的,因为随着单晶硅晶棒上的位置点的改变,硅的特性会改变。来自于晶棒底部的硅片与来自顶部的硅片相比,有不同的电阻率、掺杂剂浓度和氧含量。因此硅片的特性也就不同,确定硅片在晶棒中的位置是很必要的。

碳板从硅片上移走之后,硅片就能清洗了。因为这时候,经过了切片加工,正如所知道的,切片是很脏的过程,硅片上有大量有害物、环氧剂残留。残留在硅片上的物质、环氧剂相对较难清除,因此,应经过一个?清洗工艺。

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激光刻字

经切片及清洗之后,硅片需用激光刻上标识。这一标识能提供硅片多方面的信息,并能追溯硅片的来源。硅片以从晶棒上切割下的相同顺序进行刻字,以保持硅片的顺序。标识主要用来识别硅片的,以保证每一硅片的所有过程的信息都能被保持并作为参考。如果硅片中发现一问题,知道硅片经过了哪些过程,在晶棒的哪一位置是很重要的。如果所有这些信息都能知道,问题的来源就能被隔离,在更多的硅片经过相同次序而发生同一问题前就能被纠正。所以,在硅片表面的标识是很必要的,至少至抛光结束。

激光标识一般刻在硅片正面的边缘处,用激光蒸发硅而形成标识。?标识可以是希腊字母或条形码。条形码有一好处,因为机器能快速而方便地读取它,但不幸的是,人们很难读出。 因为激光标识在硅片的正面,它们可能会在硅片生产过程中被擦去,除非刻的足够深。但如果刻的太深,很可能在后面的过程中受到沾污。因此,保持标识有最小的深度但能通过最后的过程是很值得的。一般激光刻字的深度在175μm左右。这样深度的标刻称为硬刻字;标识很浅并容易清除的称为软刻字。

通常在激光刻字区域做的是另一任务是根据硅片的物理性能进行分类,通常以厚度进行分类。将与标准不一致的硅片从中分离出来。不符合标准的原因通常有崩边、破损、翘曲度太大或厚度超差太大。 边缘倒角

经过标识和分类后,进行边缘倒角使硅片边缘有圆滑的轮廓。这样操作的主要目的是消除切片过程中在硅片边缘尖利处的应力。边缘倒角另外的好处是能清除切片过程中一些浅小的碎片。

边缘倒角形态

硅片边缘的形状由磨轮形状决定。?因此,倒角磨轮有一个子弹头式的研磨凹槽。(见图2.10)

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图2.10倒角示意图

硅片边缘的轮廓首先是由真空吸头将硅片吸住后旋转而完成的。硅片缓慢旋转,磨轮则以高速旋转并以一定力量压在硅片边缘。通过倒角磨轮沿着硅片边缘形状移动这样的系统来保持磨轮与硅片边缘的接触。这使得参考面也能通过磨轮进行倒角(见图2.11)。在硅片旋转几次之后,硅片边缘就能得到磨轮凹槽的形状了。

图2.11倒角磨轮沿硅片边缘运动图例

既然硅片的参考面也同时倒角,就有一些问题发生。一个问题是当参考面进行倒角时,可能会被磨去一点。因为参考面是在某些过程中用来进行硅片对齐,这个参考需要被保持。当前大多边缘倒角设备是凸轮驱动并有特定的路径,来替代硅片的?,这样,整个硅片边缘倒角时就不会发生任何问题了。 倒角磨轮

倒角磨轮是用来进行边缘倒角的一个金属圆盘,直径约为2-4英寸左右。磨轮约0.25英寸厚,有一子弹头式凹槽在圆盘边缘。磨轮的研磨表面是一层镍-钻涂层。

为了检查并保证倒角形状的正确,硅片边缘轮廓可以从高放大倍率的投影仪上看到。当从屏幕上查看倒角轮廓时,需启用一控制模板,重叠在硅片图象上。模板的放置使它与硅片图象相同比例。模板的放置显示了一个允许的区域,硅片必须与其一致。图2.12显示了硅片边缘轮廓与控制模板的双重图象。

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图2.12倒角轮廓与叠在上面的控制模板图例 倒角原因

硅片边缘进行倒角有几个原因。一个普遍的因素是,与所有的改进一样,这样的边缘能使硅片生产和器件制造阶段都有更高的产率。在接下来的章节中,将讨论碎片和断裂的减少、边缘皇冠顶附生的消除、?

崩边和断裂

当进行硅片边缘倒角时,硅片边缘高应力点被清除。硅片边缘应力的下降使硅片有更高的机械强度。这有利于在处理硅片时对崩边有更强的抵抗力。已经证明在进行硅片处理时,经过倒角的硅片与未经过倒角的硅片相比,顺利通过流程而没有崩边的要多的多。而且,在有衬垫或圆盘在硅片表面移动的步骤中,如磨片和抛光时,没有经过倒角的,有尖利、粗糙边缘的硅片因对其边缘的撞击会造成崩边。而对于已倒角的硅片,即使有撞击等,也不会引起崩边。

外延边缘皇冠顶

当在硅片上生长外延时,外延层会在有微粒突出和高应力区域生长的更快些。因为在未进行倒角之前,这两种情况存在于硅片边缘,外延层就会趋向于在边缘生长的更快。这就导致在硅片边缘有小的隆起(见图2.13)。这个隆起称为外延边缘皇冠顶并且会在以后的器件制作过程引起一些问题。如果硅片的边缘已经倒角,就不会再有高应力点或微粒突起在边缘使外延层得以生长,这就有利于防止外延边缘皇冠顶的形成。然而,即使是这样仍然会在边缘有很小的生长,只是不会在硅片正面的外延层上形成皇冠顶,因为边缘是锥形的。

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图2.13未倒角边缘的皇冠顶和倒角后的边缘外延生长对比

边缘光刻胶小珠子

当光刻胶应用到硅片时,是应用在旋转的硅片上,?在硅片上的涂抗蚀剂后,旋转速度会上升,这样使得在硅片上的抗蚀剂甩出,形成均匀一致的薄膜。问题是由于光刻胶表面的张力作用会在硅片尖利的边缘形成小珠。如果硅片没有进行倒角,小珠子就会粘在硅片表面;如果已经倒角了,小珠子就不会在硅片表面形成。在以前,边缘小珠子在接触印刷时是一个问题,但现在的工艺已使其不再成为麻烦。另外,防止硅片边缘产生这样的小珠子有利于得到更好的流动性能,因此,它仍是极重要的。

现对硅片生产过程中的切片、激光刻字和边缘倒角部分提出几个关联的安全问题。切片区域涉及到几个不同类的问题:有可能被暴露的刀片割伤;如果刀片失灵或者以某种方式弹出一些粒子,可能会伤害到眼睛。在硅片晶向检查时,要用到x-ray,因为有射线的,特别是大部分的射线会降低操作者的机能再生能力。在激光刻字区域,当设备运行时,激光的射线有可能射入眼睛。而在倒角区域,有可能被机器夹痛。 术语表 切片微损伤

切片微损伤(切片痕迹)是由刀片的振动引起的。在切片过程中,由于刀片的小小振动产生了这样的损伤,在沿着切口的方向留下小的脊状痕迹。 切片损失

切片损失是在切片过程中,因刀片会切去的材料损失的总量。 张力

张力是用来描述一种材料在负载下的伸展能力。从算术定义来讲,就是与原始长度相比,在长度上的变化程度。 应力

应力是指材料单位面积承受的力量。

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