硅晶圓的制備流程

文章來源：芯云知

原文作者：Crane

本文從硅片制備流程為切入點，以方便了解和選擇合適的硅晶圓，硅晶圓的制備工藝流程比較復(fù)雜，加工工序多而長，所以必須嚴格控制每道工序的加工質(zhì)量，才能獲得滿足工藝技術(shù)要求、質(zhì)量合格的硅單晶片（晶圓），否則就會對器件的性能產(chǎn)生顯著影響。

硅棒是如何轉(zhuǎn)化為硅晶圓的呢？

以下是硅晶圓的制備流程：

1）截斷

截斷將硅棒的兩端去掉，一端為籽晶端(籽晶所在的位置)，一端為非籽晶端(與籽晶相對的另一端)，即切去單晶硅的頭部和尾部。

2）直徑研磨

由于晶體生長中直徑和圓度的控制不可能很精確，所以硅棒都要長得稍大一點，直徑的大小也不均勻，所以通常需要進行直徑研磨，使單晶硅的直徑達到一致以及滿足不同產(chǎn)品直徑的要求。

3) 磨定位面

單晶體具有各向異性的特點，必須按特定晶向進行切割，才能滿足生產(chǎn)的需要。其原理是用一束可見光或X光射向單晶棒端面，由于端面上晶向的不同，其反射的圖形也不同。根據(jù)反射圖像，可以校正單晶棒的晶向。一旦晶體在切割塊上定好晶向，就沿著軸磨滾出一個參考面，通常稱為晶圓的主參考面。在許多晶圓中，邊緣還會有第二個較小的參考面，稱為次參考面，用來區(qū)別導(dǎo)電類型。主、次定位邊的角度標識了硅片的類型。

4)切片

晶棒的外形處理完之后接著將硅棒切為硅片，切片目前有兩種方式，一是用有金剛石涂層的內(nèi)圓刀片把晶圓從晶體上切下來。這些刀片是中心有圓孔的薄圓鋼片。二是線切片，通過粘有金剛石顆粒的金屬絲的運動來達到切片的目的。單晶硅在切片時，硅片的厚度、晶向、翹曲度和平行度是關(guān)鍵參數(shù)，需要嚴格控制。晶片切片的要求是: 厚度符合要求，平整度和彎曲度要小，無缺損，無裂縫，刀痕淺。

5)磨片

切片完成后，對于硅片表面要進行研磨機械加工。磨片工藝的目的包括以下兩點：一是去除硅片表面的刀疤，使硅片表面加工損傷均勻一致。二是調(diào)節(jié)硅片厚度，使片與片之間厚度差逐漸縮小，并提高表面平整度和平行度。

目前使用得最普遍的是行星式磨片法。采用雙面片機，有上下兩塊磨板，中間放置行星片，硅片就放在行星片的孔內(nèi)。磨片時，盤不轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒輪和中心齒輪轉(zhuǎn)動，使行星片與磨盤之間做行星式運動，以帶動硅片做行星式運動，在磨料的作用下達到研磨的目的。

6）倒角

倒角工藝如圖所示，是用具有特定形狀的砂輪磨去硅片邊緣鋒利的崩邊、棱角和裂縫等。

倒角的目的主要有三個。

(1)防止晶圓邊緣碎裂。晶圓在制造與使用的過程中，常會受到機械手等撞擊而導(dǎo)致晶圓邊緣破裂，形成應(yīng)力集中的區(qū)域。這些應(yīng)力集中的區(qū)域會使得晶圓在使用中不斷地釋放污染粒子，進而影響產(chǎn)品的成品率。

(2)防止熱應(yīng)力的集中。晶圓在使用時，會經(jīng)歷無數(shù)的高溫工藝，如氧化、擴散等，當這些工藝中產(chǎn)生的熱應(yīng)力大小超過硅晶格的強度時，即會產(chǎn)生位錯與層錯缺陷，晶圓磨邊可以避免該類缺陷在晶邊產(chǎn)生。

(3)增加外延層和光刻膠層在晶圓邊緣的平坦度。在外延工藝中，銳角區(qū)域的生長速度會比平面高，因此，用沒有磨圓的晶圓容易在邊緣產(chǎn)生突起。同樣，在利用旋轉(zhuǎn)勻膠機涂光刻膠時，光刻膠溶液也會在晶圓邊緣發(fā)生堆積現(xiàn)象，這些不平整的邊緣會影響掩模板對焦的精確性。

7）拋光

拋光是硅片表面的最后一道重要加工工序，也是最精細的表面加工。拋光的目的是除去表面細微的損傷層，得到高平整度的光滑表面。最后，得到最終的產(chǎn)品：硅晶圓。