发布时间 : 星期一 文章硅片生产过程详解 - 图文更新完毕开始阅读64ade54851e79b89690226a9
缘的压力，硅片也不会碎裂了。
有一防止碎片的系统可供选择，可以消除任何碎片的发生。就是使晶棒直径生长的稍大一点，那么在切片时，即使发生碎片，滚磨去碎裂处，仍有足够的材料。这种方法的应用使晶棒直径大1.3mm左右。切片之后，多余的材料就会被磨去。有了足够的材料，那么所有碎片的发生几乎都能包含在内了。
应指出的是，碎片大多发生在(100)晶向的硅片上，原因是（100）的硅片，切割垂直于（110）和其它（100）晶面。沿着（110）晶面切割很容易引起硅片碎裂。因此，在切割（100）向的硅片时，硅片有沿（110）晶面发生碎裂的趋向。 在（111）向的硅片上，（111）面是与硅片的面相平行的。单晶硅的裂纹大多沿着（111）面。因此，任何裂纹的发生平行于切片方向而不会引起碎片。
除了内圆切割外，还有线切割。尽管线切割已使用了几个世纪，但被应用到半导体厂家仅仅在最近20年内。它们最初需要昂贵的投资，但因在切片损失上的减少能使其很快收回成本。 线切割使用研磨砂浆来切割晶棒，砂浆贴附在接触并进入晶棒的钢线上，钢线会产生压力压迫研磨剂与晶棒接触，这样在砂浆和晶棒间的压力接触使材料被磨去。
线切割的基本结构很简单，一根小直径的钢线绕在几个导轮上使钢线形成梯形的形状。导轮上有凹槽能确保钢线以一定距离分隔开。一根连续的钢线集中绕导轮的一个个凹槽上，形成许多相同间隔的切割表面。线之间的空间决定了想要的硅片厚度。钢线的移动由线轴控制，因为整个系统只有一根钢线。线的两端分别绕在线轴上，晶棒慢慢向上（或向下）移动，穿过钢线，钢线能从晶棒上同时切割下许多硅片。图2.8是线切割的简单示意图。如150mm硅片，整根晶棒的切割完成只需约5-8小时。
图2.8
典型的线切割机使用的钢线直径约在0.006英寸。这么小的尺寸所造成的切片损失只有0.008英寸。单根线通常有100km长，绕在两个线轴上。如此长的钢线的应用使线的单个区域每次都不会与砂浆及晶棒接触很长时间。这种与砂浆接触时间的减少有利于延长钢线的寿命。而且，长的钢线意味着在一个方向上的进给能维持相当长的时间而不需要转换方向通过反向的绕线回来。
在一些系统中，钢线的进给在这次是一个方向，然后方向可翻转，然后再翻转。？举例来说，钢线向前走了约30秒，然后反向走25秒，然后再向前，如此反复。这样就使钢线通过系统的时间延长，或者刚在一个方向经过系统，反过来又要经过了。 典型的钢线进给速度在10m/s（22mph），即一根100km长的钢线经过一个方向需10，000秒或约2.75小时。其中一个线导轮由马达驱动，控制整个钢线系统。
钢线必须保持一定的张力能压迫砂浆中的磨砂研磨晶棒，并防止导轮上的钢线进给错误。这都由一个线张紧装置来自己控制并调整系统。这个系统保持钢线在一定张力下，并控制钢线的进给速度。
线切割机的钢线与晶棒接触，而砂浆沉积在钢线上。砂浆由碳化硅与油混合而成，或其他一些类似的坚硬材料与液体的混合物。通过钢线的带动，砂浆会对晶棒缓慢研磨，带走晶棒表面少许材料，形成凹槽。钢线的不断移动将凹槽中的材料不断带走，在钢线完全通过晶棒后，砂浆仍随钢线移动。
随着硅片直径的增加，线切割机在硅片切割中将扮演更主要的角色。当硅片达到300mm或更大时，内圆刀片的直径也必须增大，而且刀片的厚度必须增加才能充分维持其刚直性，这样
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就会造成更多的刀片损失。另一方面，线切割机对于更大直径的硅片，不需要改变线的粗细。因此，线切割的切片损失仍保持不变，同一根晶棒就能得到比内圆切片更多的硅片。
线切割的问题
对于线切割，有两种主要的失效模式：钢线张力的错误改变和钢线断裂。如果钢线的张力错误，线切割机就不能有效进行切割了。钢线有任何一点的松动，都会使其在对晶棒进行切割时发生摇摆，引起切割损失，并对硅片造成损伤。低的张力还会发生另一问题，会使钢线导轮发生错误进给。这一错误可能造成对晶棒的错误切割或者使钢线断裂。在切割过程中，钢线可能会从一个凹槽跳到另一个凹槽中，使硅片切割进行到一半。钢线也可能因张力太大，达到它所能承受的极限，导致钢线断裂。如果钢线断裂，可能对硅片造成损伤，并使切割过程停止。断裂的钢线还可能造成众多硅片的断裂。
其它切割方式
近几年来，还有许多切割工艺被建议用在硅片切割上。如线性电气加工EDM，配置研磨线，电气化学，和电气-光化学。比起现在的切割工艺，所有的这些方法都有其潜在的优势，然而，比起已解决的问题，它们仍存在更多的问题而不能被商业上应用。最可能的方法是EDM，又称火花腐蚀加工，它有非常低的切片损失。 晶向
当进行切片时，必须按客户要求沿一个方向切割。所有的客户都希望硅片有一特定的晶向，无论是在一单晶平面还是如果特定的，与平面有特定数值的方向。在这样的情况下，就要尽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。
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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。
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）
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
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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。
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
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