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矽片製備是製備符合硅器件和集成電路製作要求的單晶矽片的工藝,包括滾磨、切割、研磨、倒角、化學腐蝕、拋光,以及幾何尺寸和表面質量檢測等工序。

1 矽片製備 -矽片製備

 

2 矽片製備 -正文

  製備符合硅器件和集成電路製作要求的單晶矽片的工藝,包括滾磨、切割、研磨、倒角、化學腐蝕、拋光,以及幾何尺寸和表面質量檢測等工序。
  滾磨  切片前先將硅單晶棒研磨成具有精確直徑的單晶棒,再沿單晶棒的晶軸方向研磨出主、次參考面,用氫氟酸、硝酸和冰醋酸的混合液腐蝕研磨面,稱為減徑腐蝕。
  切割  也稱切片,把硅單晶棒切成所需形狀的矽片(如圓片)的工藝。切割分外圓切割、超聲切割、電子束切割和普遍採用的內圓切割等。
  研磨  也稱磨片,在研磨機上,用白剛玉或金剛砂等配製的研磨液將矽片研磨成具有一定厚度和光潔度的工藝。有單面研磨和雙面研磨兩種方式。
  倒角  為解決矽片邊緣碎裂所引起的表面質量下降,以及光刻塗膠和外延的邊緣凸起等問題的邊緣弧形工藝。倒角方法有磨削、噴砂、化學腐蝕和恰當的拋光等,較普遍採用的是用倒角機以成型的砂輪磨削矽片邊緣,直到矽片邊緣形狀與輪的形狀一致為止(見圖)。

矽片製備矽片製備

  化學腐蝕  也稱減薄腐蝕,目的是除去切磨后矽片表面的損傷層和沾污層,改善表面質量和提高表面平整度。化學腐蝕法有籃式、桶式、旋轉桿式和盒式,採用氫氟酸、硝酸和冰醋酸的混合液從矽片兩側腐蝕掉一定的厚度。
  拋光  為了製備合乎器件和集成電路製作要求的矽片表面,必須進行拋光,以除去殘留的損傷層並獲得一定厚度的高平整度的鏡面矽片。拋光分機械拋光、化學拋光、電子束拋光、離子束拋光,較普遍採用的是化學機械拋光。化學機械拋光是化學腐蝕和機械磨削同時進行,分為銅離子拋光、鉻離子拋光和普遍採用的二氧化硅膠體拋光。二氧化硅膠體拋光是由極細的二氧化硅粉、氫氧化鈉(或有機鹼)和水配製成膠體拋光液。在拋光過程中,氫氧化鈉與硅表面反應生成硅酸鈉,通過與二氧化硅膠體的磨削,硅酸鈉進入拋光液,兩個過程不停頓地同時進行而達到拋光的目的。根據不同要求,可用一次拋光、二次拋光(粗拋光和精拋光)或三次拋光(粗拋光、中間拋光和精拋光)。為滿足超大規模集成電路對錶面質量和平整度的要求,已有無蠟拋光和無磨料拋光等新工藝。
  硅拋光片檢測  包括目檢、幾何尺寸檢測和熱氧化層錯檢測等。目檢是在正面高強度光或大面積散射光照射下目測拋光片上的原生缺陷和二次缺陷。這些缺陷包括邊緣碎裂、沾污、裂紋、弧坑、鴉爪、波紋、槽、霧、嵌入磨料顆粒、小丘、桔皮、淺坑、划道、亮點、退刀痕和雜質條紋等。幾何尺寸的檢測包括矽片的厚度、總厚度變化、彎曲度和平整度的檢測。厚度為矽片中心上、下表面兩個對應點之間的距離;總厚度變化為同一矽片上厚度最大值與最小值之差;彎曲度為矽片的中線面與參考平面之間距離的最大值與最小值之差;平整度指矽片表面上最高點與最低點的高度差,用總指示讀數表徵。矽片的熱氧化層錯檢測是指硅拋光片表面的機械損傷、雜質沾污和微缺陷等在矽片熱氧化過程中均會產生熱氧化層錯,經擇優腐蝕后,在金相顯微鏡下觀測熱氧化層錯的密度,以此鑒定矽片表面的質量。

 

3 矽片製備 -配圖

 

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