《硅片加工技术》课件.ppt

硅片加工技术及化学品 硅片加工技术 一 硅片成形概述硅片成形指的是将硅棒制成Si晶片的工艺过程主要步骤 切片 结晶定位 晶边圆磨 化学刻蚀 缺陷聚集及各步骤之间所需的清洗过程 硅片成形工艺目的 提高硅棒的使用率 将硅材料的浪费降至最低 提供具有高平行度与高平坦度且表面洁净的晶片 保证晶片表面在晶体学 化学与电学特性等与其内部材料一致 晶片成形过程中的工艺易在晶片表面形成许多微观缺陷 硅片加工技术 二 切片切片决定了晶片的几个重要规格 表面晶向 晶片厚度 晶面斜度 曲度 1 晶棒固定 单晶硅切片前 晶棒已磨好外径与平边 硅棒在切片前是以蜡或树脂类的黏结剂粘附于与硅棒相同长度的石墨上 石墨起支撑作用 防切割过程中对硅片边缘造成崩角现象 硅片加工技术 2 晶向定位 单晶硅 单晶硅棒的生长方向为 100 或 111 可与其几何轴向平等或偏差一固定角度 切片前 利用X光衍射方法调整硅棒在切片机上的正确位置 硅片加工技术 3 切片 决定晶片在随后工艺过程中曲翘度的大小 线切割 高速往复运动的张力钢线或铜线上喷洒陶瓷磨料或聚乙二醇与SiC按1 0 8比例混合均匀的切割液 切割晶棒 线切割是以整支晶棒同时切割 加工出的Si片曲翘度特性较好 硅片加工技术 三 晶边圆磨晶边圆磨的作用 1 防止晶片边缘破裂晶片在制造与使用的过程中 唱会遭受机械 手等的撞击而导致晶片边缘破裂 形成应力集中的区域 这些应力集中区域会使晶片在使用中不断地释放污染粒子 进而影响产品的合格率 硅片加工技术 三 晶边圆磨晶边圆磨的作用 2 防止热应力集中晶片在使用时会经历大量的高温过程 如氧化 扩散 薄膜生长等 当这些工艺中产生热应力的大小超过Si晶体强度时 即会产生位错与滑移等材料缺陷 晶边圆磨可避免此类材料缺陷的产生 硅片加工技术 三 晶边圆磨晶边圆磨的作用 3 增加薄膜层在晶片边缘的平坦度在薄膜生长工艺中 锐角区域的生长速度会比平面快 使用未经圆磨的晶片在薄膜生长时容易在边缘产生突起 硅片加工技术 三 晶边圆磨工艺过程 通过化学刻蚀 轮磨得方式来实现 其中以轮磨得方式最稳定 轮磨主要是利用调整旋转的钻石沙来研磨被固定在真空吸盘上慢速转动的晶片 在此过程中 除了研磨晶片的外形 还能较准确地控制晶片的外径与平边的位置和尺寸 硅片加工技术 四 晶面研磨目的 去除晶片切片时所产生的锯痕与破坏层 并同时降低晶片表面粗糙度 晶面研磨设备如图 待研磨的Si片被置于挖有与晶片相同大小孔洞承载片中 再将此承载片置于两个研磨盘之间 硅片表面材料的磨除主要是靠介于研磨盘与硅片间的陶瓷磨料以抹磨得方式进行 晶面研磨机台示意图 硅片加工技术 五 刻蚀刻蚀目的 去除机械加工在晶片表面所造成的应力层 并同时提供一个更洁净 平滑的表面 刻蚀液 酸系 氢氟酸 硝酸及醋酸组成的混合液碱系 不同浓度的氢氧化钠或氢氧化钾组成 硅片加工技术 五 刻蚀刻蚀设备 以酸洗槽为主 工艺流程如图 工艺关键在于刻蚀时间的控制 当Si片离开酸液槽时 必须立即放入水槽中将酸液洗尽 以避免过蚀现象发生 硅片加工技术 六 抛光1 边缘抛光目的 降低微粒附着于晶片的可能性 并使晶片具有较好的机械强度 以降低因碰撞而产生碎片的几率 2 表面抛光晶片加工的最后一道步骤 移除量约10 m 目的在于改善前道工序所留下的微缺陷并获得平坦度极佳的晶片 硅片加工技术 六 抛光抛光时 先将晶片以蜡粘着或真空夹持方式固定于抛光盘上 再将含有SiO2的微细悬浮硅酸胶及NaOH等抛光剂加于抛光剂中进行抛光 晶片与抛光盘之间的黏结技术 将影响抛光后晶片表面的平坦度或造成晶片表面缺陷的存在 硅片加工技术 六 抛光抛光过程 化学机械反应过程 由抛光液中的NaOH KOH NH4OH腐蚀晶片的表面层 抛光布 硅酸胶及晶片间的机械摩擦作用则提供腐蚀的动力来源 不断腐蚀氧化所形成的微抛光屑经抛光液的化学作用与冲刷而达到从晶片表面去除的目的 最佳方式为机械力与化学力二者处于平衡 抛光批次时间约 20 40min 硅片加工技术 六 抛光3 表面缺陷及平坦度检查抛光后经初步清洗的晶片必须马上做表面缺陷检查 涟漪检查 造成表面缺陷的主要原因是抛光过程中上蜡情形不佳或抛光机台环境太差 一般认为10 m以上的微粒既有造成涟漪的可能性 晶片表面抛光方式示意图 硅片清洗及化学品 一 硅片清洗主要用化学品 硅片清洗及化学品 二 清洗技术及高纯度化学品清洗技术分类 湿式清洗技术 干式清洗技术1 湿式清洗技术2 干式清洗技术 气相清洗 可达到与湿式清洗同样的目的 不需经常更换化学品 无法出去如重金属等污染源 硅片清洗及化学品 三 湿式清洗技术与化学品1 RCA标准清洗工序1 SCl 又称APM NH4OH H2O2 H2O主要作用在于去除微粒 原理是利用NH4OH的弱碱性来活化Si晶片表层 将附着于表面的微粒去除 此外NH4OH具有强的化合力 也可同时去除部分金属离子清洗液配置NH4OH H2O2 H2O 1 1 5清洗温度70 清洗时间 5min 硅片清洗及化学品 三 湿式清洗技术与化学品2 RCA标准清洗工序2 SC2 又称HPM HCl H2O2 H2O工序主要应用在金属离子的去除 利用的是HCl所形成的活性离子易与金属离子化合的原理 清洗液以HCl H2O2 H2O 1 1 6清洗温度 70 清洗时间5 10min 硅片清洗及化学品 三 湿式清洗技术与化学品3 piranha清洗工序 SPM H2SO4 H2O2工序主要应用在有机物的去除 是利用H2O2的强氧化性来破坏有机物中的碳氢键 清洗液一般以H2SO4 H2O2 4 1清洗温度 130 清洗时间10 15min 硅片清洗及化学品 三 湿式清洗技术与化学品4 diluteHF清洗工序 DHF HF H2O应用清除硅片表面自然生成的SiO2层 原理是HF在室温下与SiO2形成可溶性的H2SiF6 由于此氧化物的厚度有限 约11 5nm 一般均用稀释处理的HF 1 最普遍清洗时间 15 30s 硅片清洗及化学品 三 湿式清洗技术与化学品新式清洁工艺 1 利用溶解臭氧的强氧化力 去除具有碳氢键的有机杂质并清除Au Ag等惰性金属离子2 利用HF H2O2的强效活性 除去一般金属离子及自然氧化层3 使用直列超纯水冲洗2后残余的无机物4 再此利用臭氧去