硅拋光片生產(chǎn)工藝流程與光刻的基本

目前，我國硅拋光片行業(yè)需求量約6億平方英寸，國內(nèi)產(chǎn)量5.19億平方英寸，部分產(chǎn)品還需要從國外進口滿足國內(nèi)市場需求，近幾年我國集成電路行業(yè)平穩(wěn)發(fā)展，給硅拋光片行業(yè)發(fā)展帶來巨大推動。

單晶硅拋光片生產(chǎn)工藝流程

加工流程：單晶生長→切斷→外徑滾磨→平邊或Ｖ型槽處理→切片倒角→研磨腐蝕→拋光→清洗→包裝

切斷：目的是切除單晶硅棒的頭部、尾部及超出客戶規(guī)格的部分，將單晶硅棒分段成切片設備可以處理的長度，切取試片測量單晶硅棒的電阻率含氧量。切斷的設備：內(nèi)圓切割機或外圓切割機。切斷用主要進口材料：刀片。

外徑磨削：由于單晶硅棒的外徑表面并不平整且直徑也比最終拋光晶片所規(guī)定的直徑規(guī)格大，通過外徑滾磨可以獲得較為精確的直徑。外徑滾磨的設備：磨床。

平邊或Ｖ型槽處理：指方位及指定加工，用以單晶硅棒上的特定結(jié)晶方向平邊或Ｖ型。處理的設備：磨床及Ｘ－ＲＡＹ繞射儀。

切片：指將單晶硅棒切成具有精確幾何尺寸的薄晶片。切片的設備：內(nèi)圓切割機或線切割機。

倒角：指將切割成的晶片銳利邊修整成圓弧形，防止晶片邊緣破裂及晶格缺陷產(chǎn)生，增加磊晶層及光阻層的平坦度。倒角的主要設備：倒角機。

研磨：指通過研磨能除去切片和輪磨所造的鋸痕及表面損傷層，有效改善單晶硅片的曲度、平坦度與平行度，達到一個拋光過程可以處理的規(guī)格。研磨的設備：研磨機（雙面研磨）。主要原料：研磨漿料（主要成份為氧化鋁，鉻砂，水），滑浮液。

腐蝕：指經(jīng)切片及研磨等機械加工后，晶片表面受加工應力而形成的損傷層，通常采用化學腐蝕去除。腐蝕的方式：（Ａ）酸性腐蝕，是最普遍被采用的。酸性腐蝕液由硝酸（ＨＮＯ3），氫氟酸（ＨＦ），及一些緩沖酸（ＣＨ3ＣＯＣＨ，Ｈ3ＰＯ4）組成。（Ｂ）堿性腐蝕，堿性腐蝕液由ＫＯＨ或ＮａＯＨ加純水組成。拋光：指單晶硅片表面需要改善微缺陷，從而獲得高平坦度晶片的拋光。拋光的設備：多片式拋光機，單片式拋光機。拋光的方式：粗拋：主要作用去除損傷層，一般去除量約在１０－２０ｕｍ；精拋：主要作用改善晶片表面的微粗糙程度，一般去除量１ｕｍ以下。主要原料：拋光液由具有ＳｉＯ2的微細懸硅酸膠及ＮａＯＨ（或ＫＯＨ或ＮＨ4ＯＨ）組成，分為粗拋漿和精拋漿。

清洗：在單晶硅片加工過程中很多步驟需要用到清洗，這里的清洗主要是拋光后的最終清洗。清洗的目的在于清除晶片表面所有的污染源。清洗的方式：主要是傳統(tǒng)的ＲＣＡ濕式化學洗凈技術(shù)。主要原料：Ｈ2ＳＯ4，Ｈ2Ｏ2，ＨＦ，ＮＨ4ＯＨ，ＨＣＬ。

鏡面邊緣拋光

進行邊緣拋光是為了清除腐蝕過程留下的邊緣腐蝕坑。這個過程不一定必須做。但進行邊緣拋光有利于防止碎片或在后面的過程中產(chǎn)生裂紋。這一步驟完成使硅片邊緣更均衡一致。另一個好處是在后道生產(chǎn)工序—HF清洗硅片時防止膠狀硅粒飛跑形成條紋。

鏡面邊緣拋光方法是一個化學/機械過程。邊緣的拋光是通過真空吸頭吸住硅片以一定角度使硅片的一側(cè)邊緣幾乎垂直與拋光盤貼住。然后，拋光盤旋轉(zhuǎn)，硅片邊緣也隨著一個鼓旋轉(zhuǎn)。這個鼓表面貼有一種樹脂拋光襯墊。當硅片與拋光襯墊接觸時，還會在上面添加拋光砂。吸頭吸住硅片然后慢慢的開動使硅片的邊緣都充分與拋光襯墊接觸得到拋光。硅片一側(cè)邊緣被拋光后，將硅片翻轉(zhuǎn)，然后對硅片的另一側(cè)以同樣方式進行拋光。兩側(cè)完成后，硅片必須徹底清洗以清除殘留的拋光砂。

在邊緣拋光時使用的拋光砂是由膠狀硅粒懸浮在水中組成，有高的PH值的化學物。高的PH值能氧化硅，然后硅粒又形成的氧化物去除。

什么是光刻？

光刻是利用曝光和光刻膠的選擇性化學腐蝕，在半導體晶體表面的掩模層刻制出圖形的工藝。自從它在1959年被發(fā)明以來，就成為半導體工業(yè)最有用的工具。迄今為止，基本上所有的集成電路都是通過它制造的。它決定著芯片的最小特征尺寸，占芯片制造時間的40-50%，并且占制造成本的30%。

光刻的原理

光刻的原理與印相片相同，涂在硅片上的光刻膠相當于相紙，掩模相當于底片。光學光刻是由投影光學系統(tǒng)和掩模版相結(jié)合來產(chǎn)生光刻圖形的。曝光方式普遍采用分布重復投影式曝光，即將一組圖形重復上百次制作在一大片硅片上。

光刻工藝的基本流程

光刻工藝可分為涂膠、對準和曝光、顯影三個基本流程。

涂膠

涂膠就是在圓片襯底上均勻的涂一層一定厚度的光刻膠，要求光刻膠粘附良好，均勻，薄厚適當。一般采用旋轉(zhuǎn)涂敷的方式，將圓片放置在涂膠機的真空卡盤上，液態(tài)光刻膠滴在高速旋轉(zhuǎn)的圓片中心，以離心力向外擴展，均勻涂覆在圓片表面。

不同的光刻膠要求不同的旋轉(zhuǎn)涂膠條件，例如最初慢速旋轉(zhuǎn)（例如500rpm），接下來躍變到最大轉(zhuǎn)速3000rpm或者更高。一些光刻膠應用的重要質(zhì)量指標是時間、速度、厚度、均勻性、顆粒沾污以及光刻膠缺陷，如針孔。

對準和曝光

掩膜版與涂了膠的硅片上的正確位置對準。硅片表面可以是裸露的硅，但通常在其表面有一層事先確定了的圖形。將掩膜版和硅片曝光，把掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上。光能激活了光刻膠中的光敏成分。對準和曝光的重要質(zhì)量指標是線寬分辨率、套刻精度、顆粒和缺陷。

顯影

顯影是在硅片表面光刻膠中產(chǎn)生圖形的關(guān)鍵步驟。光刻膠上的可溶解區(qū)域被化學顯影劑溶解，將可見的島或者窗口圖形留在硅片表面。最通常的顯影方法是旋轉(zhuǎn)、噴霧、浸潤。

一旦光刻膠在硅片上形成圖形，就要進行檢查以確定光刻膠圖形的質(zhì)量。檢查有兩個目的：找出光刻膠有質(zhì)量問題的硅片，描述光刻膠工藝性能以滿足規(guī)范要求。如果確定膠有缺陷，通過去膠可以把它們除去，硅片也可以返工。

以上就是關(guān)于硅拋光片生產(chǎn)工藝流程，光刻工藝的基本過程的介紹，盡管硅拋光片大尺寸化發(fā)展目前已經(jīng)成為一種趨勢，然而繼續(xù)的大尺寸化也面臨諸多瓶頸，大尺寸化使熱場控制越來越困難、而且大尺寸高純的石墨、石英器件、重力對翹曲度影響也成為需要考慮的因素。硅拋光片大尺寸化會有一個極限值，這極限值取決于其它技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。為了最終能夠替代光學光刻的光刻技術(shù)，下一代光刻技術(shù)正在評估。主要有4種技術(shù)以供選擇：極紫外（EUV）光刻技術(shù)、電子束光刻技術(shù)（SCALPEL）、離子束光刻技術(shù)和X射線光刻技術(shù)。