半导体芯片制造技术4.ppt

第四章 晶圆制备 第四章 晶圆制备 三、磨定位面 单晶体具有各向异性特点，必须按特定晶向进行 切割，才能满足生产的需要，也不至于碎片，所以切 割前应先定向。 定向的原理是用一束可见光或X光射向单晶锭端 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，就可以校正单晶棒的晶向。 一旦晶体在切割块上定好晶向，就沿着轴滚磨出 一个参考面，如图4-4所示。 （二） 清洗步骤 清洗硅片的一般步骤为：去分子→ 去离子→ 去 原子→ 高纯水清洗。 * * 晶棒还要经过一系列加工才能形成符合半导体芯片制造要求的半导体衬底，即晶圆，如图4-1所示。 图4 -1 晶圆 第一节晶圆制备工艺 一、截断 图4-2截断 二、直径滚磨 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以进行径向研磨。 图4.3直径研磨 图4-4定位面研磨 图4-5 硅片的类型标志 四、切片 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。 单晶硅切成硅片，通常采用内圆切片机或线切片机。 图4-6内圆切片机外形 图4-7 内圆切片示意图 另一种切片方法是线切片，通过粘有金刚石颗粒的金属丝的运动来达到切片的目的，如图4-8所示。 图4-8 线切片示意图 五、磨片 切片完成以后，对于硅片表面要进行研磨机械加工。磨片工艺要达到如下的目的: ①去除硅片表面的刀疤，使硅片表面加工损伤均匀一致； ②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。 磨片的效果与研磨料、研磨条件、研磨方法和研磨设备密切相关。 图4-9 磨片前后比较 目前使用得最普遍的是行星式磨片法，如图4-10所示。 图4-10 行星式磨片法 六、倒角 倒角工艺，如图4-11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、裂缝等。 图4-11 倒角示意图 对硅片倒角可使硅片边缘获得平滑的半径周线，如图4-12所示，这一步可以在磨片之前或之后进行。 图4-12 倒角后的硅片边缘 倒角目的主要有三个： 1）防止晶圆边缘碎裂 2）防止热应力的集中 3）增加外延层光刻胶层在晶圆边缘的平坦度 七、抛光 抛光是硅片表面的最后一次重要加工工序，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。 图4-13 抛光前后对比 （一） 抛光工艺概述 抛光工艺可以分为三类： 1．机械抛光法 2．化学抛光法 3．化学－机械抛光法 图4-14 抛光机的结构 （二）抛光工艺后的表面粗糙度测量 抛光后需要用原子显微镜对晶圆表面粗糙度进行相应测量，说明表面粗糙度的参数有以下几个： 1．TTV（Total Thickness Variation） 2．TIR（Total Indicator Reading） 3．FPD（Focal Plan Deviation） 第二节 晶圆清洗、质量检测及包装 一、晶圆清洗 （一）硅片沾污杂质种类 1.分子型杂质 2.离子型杂质 3.原子型杂质 二、晶圆质量检测 对硅片测量来说，硅片的均匀性是关键的。重要的硅片质量要求如下所示： 1.物理尺寸 为了达到芯片生产中器件制造的要求，以及适合硅片制造厂自动传送设备的要求，硅片必须规定物理尺寸。在硅片的制备中，尺寸控制包括许多测量，例如直径、厚度、晶向位置和尺寸、定位边和硅片形变。图4-18表示了一种硅片变形。造成硅片变形最可能的原因是切片工艺。 图4-18 硅片变形 2.平整度 平整度是硅片最主要的参数之一，主要是因为光刻工艺对局部位置的平整度是非常敏感的。硅片平整度是指在通过硅片的直线上的厚度变化。它是通过硅片的上表面和一个规定参考面的距离得到的。对一个硅片来说，如果它被完全平坦地放置，参考面在理论上就是绝对平坦的背面，比如利用真空压力把它拉到一个清洁平坦的面上，如图4-19所示，平整度可以规定为硅片上一个特定点周围的局部平整度，也可以规定为整体平整度，它是在硅片表面的固定质量面积（FQA）上整个硅片的平整度。固定质量面积不包括硅片表面周边的无用区域。测量大面积的平整度要比小面积难控制。 图4-19 硅片的表面平整度 *