半导体芯片制造技术4.ppt

第四章 晶圆制备 晶棒还要经过一系列加工才能形成符合半导体芯 片制造要求的半导体衬底，即晶圆，如图 4-1 所示。 图 4 -1 晶圆 第四章 晶圆制备 第一节晶圆制备工艺 一、截断 图 4-2 截断 二、直径滚磨 由于晶体生长中直径和圆度的控制不可能很精确， 所以硅棒都要长得稍大一点以进行径向研磨。 图 4.3 直径研磨 三、磨定位面 单晶体具有各向异性特点，必须按特定晶向进行 切割，才能满足生产的需要，也不至于碎片，所以切 割前应先定向。 定向的原理是用一束可见光或 X 光射向单晶锭端 面，由于端面上晶向的不同，其反射的图形也不同。 根据反射图像，就可以校正单晶棒的晶向。 一旦晶体在切割块上定好晶向，就沿着轴滚磨出 一个参考面，如图 4-4 所示。 图 4-4 定位面研磨 图 4-5 硅片的类型标志 四、切片 单晶硅在切片时，硅片的厚度，晶向，翘曲度和 平行度是关键参数，需要严格控制。晶片切片的要求 是：厚度符合要求；平整度和弯曲度要小，无缺损， 无裂缝，刀痕浅。 单晶硅切成硅片，通常采用内圆切片机或线切片 机。 图 4-6 内圆切片机外形 图 4-7 内圆切片示意图 另一种切片方法是线切片，通过粘有金刚石颗粒 的金属丝的运动来达到切片的目的，如图 4-8 所示。 图 4-8 线切片示意图 五、磨片 切片完成以后，对于硅片表面要进行研磨机械加 工。磨片工艺要达到如下的目的 : ①去除硅片表面的刀疤，使硅片表面加工损伤均匀一 致； ②调节硅片厚度，使片与片之间厚度差逐渐缩小；并 提高表面平整度和平行度。 磨片的效果与研磨料、研磨条件、研磨方法和研 磨设备密切相关。 图 4-9 磨片前后比较 目前使用得最普遍的是行星式磨片法，如图 4-10 所示。 图 4-10 行星式磨片法 六、倒角 倒角工艺，如图 4-11 所示，是用具有特定形状的 砂轮磨去硅片边缘锋利的崩边、棱角、裂缝等。 图 4-11 倒角示意图 对硅片倒角可使硅片边缘获得平滑的半径周线， 如图 4-12 所示，这一步可以在磨片之前或之后进行。 图 4-12 倒角后的硅片边缘 倒角目的主要有三个： 1 ）防止晶圆边缘碎裂 2 ）防止热应力的集中 3 ）增加外延层光刻胶层在晶圆边缘的平坦度 七、抛光 抛光是硅片表面的最后一次重要加工工序，也是 最精细的表面加工。抛光的目的是除去表面细微的损 伤层，得到高平整度的光滑表面。 图 4-13 抛光前后对比 （一） 抛光工艺概述 抛光工艺可以分为三类： 1 ．机械抛光法 2 ．化学抛光法 3 ．化学－机械抛光法 图 4-14 抛光机的结构 （二）抛光工艺后的表面粗糙度测量 抛光后需要用原子显微镜对晶圆表面粗糙度进行 相应测量，说明表面粗糙度的参数有以下几个： 1 ． TTV （ Total Thickness Variation ） 2 ． TIR （ Total Indicator Reading ） 3 ． FPD （ Focal Plan Deviation ） 第二节 晶圆清洗、质量检测及包装 一、晶圆清洗 （一）硅片沾污杂质种类 1. 分子型杂质 2. 离子型杂质 3. 原子型杂质 （二） 清洗步骤 清洗硅片的一般步骤为：去分子 → 去离子 → 去 原子 → 高纯水清洗。 二、 晶圆质量检测 对硅片测量来说，硅片的均匀性是关键的。重 要的硅片质量要求如下所示： 1. 物理尺寸 为了达到芯片生产中器件制造的要求，以及适 合硅片制造厂自动传送设备的要求，硅片必须规定 物理尺寸。在硅片的制备中，尺寸控制包括许多测 量，例如直径、厚度、晶向位置和尺寸、定位边和 硅片形变。图 4-18 表示了一种硅片变形。造成硅片 变形最可能的原因是切片工艺。 图 4-18 硅片变形 2. 平整度 平整度是硅片最主要的参数之一，主要是因为 光刻工艺对局部位置的平整度是非常敏感的。硅片 平整度是指在通过硅片的直线上的厚度变化。它是 通过硅片的上表面和一个规定参考面的距离