單晶 多晶硅片生產(chǎn)工藝流程詳解（下）

在【技術(shù)應(yīng)用】單晶、多晶硅片生產(chǎn)工藝流程詳解（上）中，筆者介紹了單晶和多晶硅片工藝流程的前半部分，概述了一些工藝流程和概念，以及術(shù)語(yǔ)的相關(guān)知識(shí)。而本文則是從切片工藝開(kāi)始了解，到磨片和吸雜，看硅片如何蛻變。         切片 　　切片綜述 　　當(dāng)單晶硅棒送至硅片生產(chǎn)區(qū)域時(shí)，晶棒已經(jīng)過(guò)了頭尾切除、滾磨、參考面磨制的過(guò)程，直接粘上碳板，再與切塊粘接就能進(jìn)行切片加工了。 　　為了能切割下單個(gè)的硅片，晶棒必須以某種方式進(jìn)行切割。切片過(guò)程有一些要求：能按晶體的一特定的方向進(jìn)行切割；切割面盡可能平整；引入硅片的損傷盡可能的少；材料的損失盡量少。 　　碳板 　　當(dāng)硅片從晶棒上切割下來(lái)時(shí)，需要有某樣?xùn)|西能防止硅片松散地掉落下來(lái)。有代表性的是用碳板與晶棒通過(guò)環(huán)氧粘合在一起從而使硅片從晶棒上切割下來(lái)后，仍粘在碳板上。 　　碳板不是粘接板的唯一選擇，任何種類的粘接板和環(huán)氧結(jié)合劑都必須有以下幾個(gè)特性：能支持硅片，防止其在切片過(guò)程中掉落并能容易地從粘板和環(huán)氧上剝離；還能保護(hù)硅片不受污染。其它粘板材料還有陶瓷和環(huán)氧。 　　圖2.1說(shuō)明了碳板與晶棒的粘接。 圖2.1 粘棒示意圖 　　石墨 　　是一種用來(lái)支撐硅片的堅(jiān)硬材料，它被做成與晶棒粘接部位一致的形狀。大多數(shù)情況下，碳板應(yīng)嚴(yán)格地沿著晶棒的參考面粘接，這樣碳板就能加工成矩形長(zhǎng)條。當(dāng)然，碳板也可以和晶棒的其它部位粘接，但同樣應(yīng)與該部位形狀一致。碳板的形狀很重要，因?yàn)樗竽茉谔及搴途О糸g使用盡可能少的環(huán)氧和盡量短的距離。這個(gè)距離要求盡量短，因?yàn)榄h(huán)氧是一種相當(dāng)軟的材料而碳板和晶棒是很硬的材料。當(dāng)?shù)镀瑥挠驳牟牧锨械杰浀牟牧显俚接驳牟牧希赡軙?huì)引起硅片碎裂。 　　這里有一些選擇環(huán)氧類型參考：強(qiáng)度、移動(dòng)性和污染程度。粘接碳板與晶棒的環(huán)氧應(yīng)有足夠強(qiáng)的粘度，才能支持硅片直到整根晶棒切割完成，因此，它必須能很容易地從硅片上移走，只有最小量的污染。 　　刀片 　　當(dāng)從晶棒上切割下硅片時(shí)，期望切面平整、損傷小、沿特定方向切割并且損失的材料盡量小。有一個(gè)速度快、安全可靠、經(jīng)濟(jì)的切割方法是很值得的。 　　在半導(dǎo)體企業(yè)，兩種通常被應(yīng)用的方法是環(huán)型切割和線切割。環(huán)型切割通常是指內(nèi)圓切割，是將晶棒切割為硅片的最廣泛采用的方法。 　　內(nèi)圓切割 　　內(nèi)圓切割，切割的位置在刀片的表面。刀片是由不銹鋼制成的大而薄的圓環(huán)。刀片的內(nèi)側(cè)邊緣鍍有帶鉆石顆粒的鎳層。這一鉆石-鎳的鍍層提供了用來(lái)切割晶棒的表面，對(duì)于150mm的硅片，每刀用時(shí)3分鐘。 　　內(nèi)圓刀片的構(gòu)成和厚度 　　對(duì)一典型的內(nèi)圓刀片，其中心部位由約0.005英寸的不銹鋼制成，鎳-鉆石涂層是不銹鋼刀片邊緣兩側(cè)約0.003英寸。內(nèi)圓刀片的內(nèi)側(cè)邊緣總厚度約為0.0125英寸。這樣，材料損失厚度略大于刀片的最厚度，大概在0.013英寸左右。 　　鎳-鉆石涂層的厚度是內(nèi)圓刀片的一個(gè)重要參數(shù)。很明顯，這一厚度越小，刀片損失也就越少。但是，如果涂層太薄的話，刀片切下的路徑太窄，刀片可能會(huì)有更大潛在可能沖擊邊緣，如果刀片發(fā)生任何偏差而撞擊到邊緣，硅片就會(huì)受到損傷，在接下來(lái)的步驟中就需要去除更多的材料。因此，有一個(gè)最適宜的鎳-鉆石涂層能得到最低的材料損失。 　　不銹鋼有高的延展性能允許刀片有很大的張力，這種強(qiáng)的張力能使刀片繃的很緊很直，從而在切割時(shí)能保持刀片平直。另一個(gè)有利之處就是它很耐用，能額外使用同一刀片而不需更換，從而使硅片的生產(chǎn)成本降低。這是很重要的因?yàn)楦鼡Q一把刀片需耗時(shí)1.5小時(shí)左右。 　　對(duì)于相同尺寸的晶棒，有一個(gè)辦法能減小刀片的尺寸，就是在切割前將晶棒滾圓。這個(gè)安排有利之處在于內(nèi)圓切片時(shí)，只要通過(guò)晶棒一半的路程，因此，不需要如此大的直徑。但它會(huì)導(dǎo)致碎裂并使硅片中心產(chǎn)生缺陷。隨著晶棒直徑的增大，內(nèi)圓切片變得越來(lái)越不實(shí)用。 　　切片損傷 　　當(dāng)切片機(jī)在切割晶棒時(shí)，會(huì)引起很多損傷。這一過(guò)程會(huì)造成硅片產(chǎn)生許多細(xì)微破裂和裂紋，這種損傷層的平均厚度約為25-30μm。這樣的損傷存在于刀片與晶棒接觸的任何地方。因?yàn)榍衅佑|的是硅片的表面，所以硅片表面存在著許多這樣的損傷，這就意味著在接下來(lái)的過(guò)程中必須清除掉這些損傷，硅片才會(huì)有用。 　　刀片偏轉(zhuǎn) 　　硅片彎曲和厚度偏差的主要根源在切片過(guò)程。影響硅片形狀的最主要因素是切片過(guò)程中的刀片偏轉(zhuǎn)。如果刀片在切片時(shí)發(fā)生振動(dòng)，那么很有可能在刀片所在一側(cè)的損傷層會(huì)比另一側(cè)更深。不同的是，因刀片振動(dòng)引起的損傷稱為切片微分損傷。 　　碎片（刀片退出時(shí)） 　　無(wú)論任何方式，當(dāng)?shù)镀懈钅撤N材料即將完成時(shí)，刀片在材料底部時(shí)，可能會(huì)引起材料碎裂，這種現(xiàn)象稱為exit chip。碎片的發(fā)生是由于在切割的最后階段，在材料的小區(qū)域中存在高的局部應(yīng)力。當(dāng)持續(xù)施加相同大小的壓力在越來(lái)越薄的材料上，材料就無(wú)法再承受這樣的壓力。這片材料就開(kāi)始斷裂，材料的碎片就會(huì)松散。 　　最小限度（碎片） 　　有兩種方法防止碎片的發(fā)生，一種方法是在最后階段，減小刀片施加在硅片上的壓力。在最后，可以通過(guò)降低刀片進(jìn)給速率來(lái)減小壓力。另一個(gè)方法是在晶棒外側(cè)位置貼上幾片材料，使切割完成。外表面額外材料的增加提供載體有利于切片的完成。這樣就減少了硅片較薄邊緣的壓力，硅片也不會(huì)碎裂了。 　　有一防止碎片的系統(tǒng)可供選擇，可以消除任何碎片的發(fā)生。就是使晶棒直徑生長(zhǎng)的稍大一點(diǎn)，那么在切片時(shí)，即使發(fā)生碎片，滾磨去碎裂處，仍有足夠的材料。這種方法的應(yīng)用使晶棒直徑大1.3mm左右。切片之后，多余的材料就會(huì)被磨去。 　　除了內(nèi)圓切割外，還有線切割。 　　線切割使用研磨砂漿來(lái)切割晶棒，砂漿貼附在接觸并進(jìn)入晶棒的鋼線上，鋼線會(huì)產(chǎn)生壓力壓迫研磨劑與晶棒接觸，這樣在砂漿和晶棒間的壓力接觸使材料被磨去。 　　線切割基本結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，一根小直徑的鋼線繞在幾個(gè)導(dǎo)輪上使鋼線形成梯形的形狀。導(dǎo)輪上有凹槽能確保鋼線以一定距離分隔開(kāi)。一根連續(xù)的鋼線集中繞導(dǎo)輪的一個(gè)個(gè)凹槽上，形成許多相同間隔的切割表面。線之間的空間決定了想要的硅片厚度。鋼線的移動(dòng)由線軸控制，整個(gè)系統(tǒng)只有一根鋼線。線的兩端分別繞在線軸上，晶棒慢慢向上（下）移動(dòng)，穿過(guò)鋼線，鋼線能從晶棒上同時(shí)切割下許多硅片。如150mm硅片，整根晶棒的切割完成只需約5-8小時(shí)。 　　典型的線切割機(jī)使用的鋼線直徑約在0.006英寸。這么小的尺寸所造成的切片損失只有0.008英寸。單根線通常有100km長(zhǎng)，繞在兩個(gè)線軸上。如此長(zhǎng)的鋼線的應(yīng)用使線的單個(gè)區(qū)域每次都不會(huì)與砂漿及晶棒接觸很長(zhǎng)時(shí)間。這種與砂漿接觸時(shí)間的減少有利于延長(zhǎng)鋼線的壽命。典型的鋼線進(jìn)給速度在10m/s（22mph），即一根100km長(zhǎng)的鋼線經(jīng)過(guò)一個(gè)方向需10，000秒或約2.75小時(shí)。其中一個(gè)線導(dǎo)輪由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，控制整個(gè)鋼線系統(tǒng)。 　　鋼線必須保持一定的張力能壓迫砂漿中的磨砂研磨晶棒，并防止導(dǎo)輪上的鋼線進(jìn)給錯(cuò)誤。 　　線切割機(jī)的鋼線與晶棒接觸，而砂漿沉積在鋼線上。砂漿由碳化硅與油混合而成，或其他一些類似的堅(jiān)硬材料與液體的混合物。通過(guò)鋼線的帶動(dòng)，砂漿會(huì)對(duì)晶棒緩慢研磨，帶走晶棒表面少許材料，形成凹槽。鋼線的不斷移動(dòng)將凹槽中的材料不斷帶走，在鋼線完全通過(guò)晶棒后，砂漿仍隨鋼線移動(dòng)。 　　線切割的問(wèn)題 　　有兩種主要的失效模式：鋼線張力的錯(cuò)誤改變和鋼線斷裂。如果鋼線的張力錯(cuò)誤，線切割機(jī)就不能有效進(jìn)行切割了。鋼線有任何一點(diǎn)的松動(dòng)，都會(huì)使其在對(duì)晶棒進(jìn)行切割時(shí)發(fā)生搖擺，引起切割損失，并對(duì)硅片造成損傷。低的張力還會(huì)發(fā)生另一問(wèn)題，會(huì)使鋼線導(dǎo)輪發(fā)生錯(cuò)誤進(jìn)給。這一錯(cuò)誤可能造成對(duì)晶棒的錯(cuò)誤切割或者使鋼線斷裂。在切割過(guò)程中，鋼線可能會(huì)從一個(gè)凹槽跳到另一個(gè)凹槽中，使硅片切割進(jìn)行到一半。鋼線也可能因張力太大，達(dá)到它所能承受的極限，導(dǎo)致鋼線斷裂。如果鋼線斷裂，可能對(duì)硅片造成損傷，并使切割過(guò)程停止。斷裂的鋼線還可能造成眾多硅片的斷裂。 　　晶向 　　當(dāng)進(jìn)行切片時(shí)，必須按客戶要求沿一個(gè)方向切割。所有的客戶都希望硅片有一特定的晶向，無(wú)論是在一單晶平面還是如果特定的，與平面有特定數(shù)值的方向。就要盡可能使硅片的切割接近這一方向。一些制作過(guò)程要依靠晶向蝕刻，其它則需要基層的晶向準(zhǔn)確。硅片晶向發(fā)生任何問(wèn)題都會(huì)引起器件制造問(wèn)題。因此，必須在切片開(kāi)始時(shí)就檢查硅片晶向的正確性。 　　當(dāng)晶棒粘在切片機(jī)上時(shí)，以參考面為基礎(chǔ)，將晶棒排好。然而，也不能保證切出來(lái)的硅片晶向正確，除非先切兩片硅片，用X-ray機(jī)檢查晶向是否正確。如果硅片的晶向錯(cuò)誤，那么就要調(diào)整切片機(jī)上晶棒的位置。切片機(jī)有調(diào)整晶向的功能。 　　碳板清除 　　切片完成之后，粘在硅片上的碳板需要清除。使硅片與碳板粘合在一起的環(huán)氧劑能被輕易地清除。操作時(shí)應(yīng)小心，使硅片邊緣不會(huì)碎裂，并且保持硅片仍在同一順序。 　　硅片的原始順序必須被保持直至激光刻字。 　　激光刻字 　　經(jīng)切片及清洗之后，硅片需用激光刻上標(biāo)識(shí)。 　　激光標(biāo)識(shí)一般刻在硅片正面的邊緣處，用激光蒸發(fā)硅而形成標(biāo)識(shí)。標(biāo)識(shí)可以是希臘字母或條形碼。條形碼有一好處，因?yàn)闄C(jī)器能快速而方便地讀取它，但是，人們很難讀出。 　　因?yàn)榧す鈽?biāo)識(shí)在硅片的正面，它們可能會(huì)在硅片生產(chǎn)過(guò)程中被擦去，除非刻的足夠深。但如果刻的太深，很可能在后面的過(guò)程中受到沾污。一般激光刻字的深度在175μm左右。 　　通常在激光刻字區(qū)域做的是另一任務(wù)是根據(jù)硅片的物理性能進(jìn)行分類，通常以厚度進(jìn)行分類。不符合標(biāo)準(zhǔn)的原因通常有崩邊、破損、翹曲度太大或厚度超差太大。 　　邊緣倒角 　　倒角使硅片邊緣有圓滑的輪廓。這樣操作的主要目的是消除切片過(guò)程中在硅片邊緣尖利處的應(yīng)力。邊緣倒角另外的好處是能清除切片過(guò)程中一些淺小的碎片。 　　邊緣倒角形態(tài) 　　硅片邊緣的形狀由磨輪形狀決定。倒角磨輪有一個(gè)子彈頭式的研磨凹槽。 　　硅片邊緣的輪廓首先是由真空吸頭將硅片吸住后旋轉(zhuǎn)而完成的。硅片緩慢旋轉(zhuǎn)，磨輪則以高速旋轉(zhuǎn)并以一定力量壓在硅片邊緣。通過(guò)倒角磨輪沿著硅片邊緣形狀移動(dòng)這樣的系統(tǒng)來(lái)保持磨輪與硅片邊緣的接觸。這使得參考面也能通過(guò)磨輪進(jìn)行倒角。在硅片旋轉(zhuǎn)幾次之后，硅片邊緣就能得到磨輪凹槽的形狀了。 　　既然硅片的參考面也同時(shí)倒角，就有一些問(wèn)題發(fā)生。一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)參考面進(jìn)行倒角時(shí)，可能會(huì)被磨去一點(diǎn)。因?yàn)閰⒖济媸窃谀承┻^(guò)程中用來(lái)進(jìn)行硅片對(duì)齊，這個(gè)參考需要被保持。 　　倒角磨輪 　　倒角磨輪是用來(lái)進(jìn)行邊緣倒角的一個(gè)金屬圓盤(pán)，直徑約為2-4英寸左右。磨輪約0.25英寸厚，有一子彈頭式凹槽在圓盤(pán)邊緣。磨輪的研磨表面是一層鎳-鉆涂層。 　　倒角原因 　　倒角一個(gè)普遍的因素是，這樣的邊緣能使硅片生產(chǎn)和器件制造階段都有更高的產(chǎn)率。 　　崩邊和斷裂 　　當(dāng)進(jìn)行硅片邊緣倒角時(shí)，硅片邊緣高應(yīng)力點(diǎn)被清除。硅片邊緣應(yīng)力的下降使硅片有更高的機(jī)械強(qiáng)度。這有利于在處理硅片時(shí)對(duì)崩邊有更強(qiáng)的抵抗力。 　　外延邊緣皇冠頂 　　當(dāng)在硅片上生長(zhǎng)外延時(shí)，外延層會(huì)在有微粒突出和高應(yīng)力區(qū)域生長(zhǎng)的更快些。因?yàn)樵谖催M(jìn)行倒角之前，這兩種情況存在于硅片邊緣，外延層就會(huì)趨向于在邊緣生長(zhǎng)的更快。這就導(dǎo)致在硅片邊緣有小的隆起。這個(gè)隆起稱為外延邊緣皇冠頂并且會(huì)在以后的器件制作過(guò)程引起一些問(wèn)題。如果硅片的邊緣已經(jīng)倒角，就不會(huì)再有高應(yīng)力點(diǎn)或微粒突起在邊緣使外延層得以生長(zhǎng)，這就有利于防止外延邊緣皇冠頂?shù)男纬伞? 　　邊緣光刻膠小珠子 　　光刻膠應(yīng)用到硅片時(shí)，是應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)的硅片上，在硅片上的涂抗蝕劑后，旋轉(zhuǎn)速度會(huì)上升，這樣使得在硅片上的抗蝕劑甩出，形成均勻一致的薄膜。問(wèn)題是由于光刻膠表面的張力作用會(huì)在硅片尖利的邊緣形成小珠。如果硅片沒(méi)有進(jìn)行倒角，小珠子就會(huì)粘在硅片表面；如果已經(jīng)倒角了，小珠子就不會(huì)在硅片表面形成。 　　術(shù)語(yǔ)表 　　切片微損傷（切片痕跡）：是由刀片的振動(dòng)引起的。在切片過(guò)程中，由于刀片的小小振動(dòng)產(chǎn)生了這樣的損傷，在沿著切口的方向留下小的脊?fàn)詈圹E。 　　切片損失：是在切片過(guò)程中，因刀片會(huì)切去的材料損失的總量。 　　張力：是用來(lái)描述一種材料在負(fù)載下的伸展能力。從算術(shù)定義來(lái)講，就是與原始長(zhǎng)度相比，在長(zhǎng)度上的變化程度。 　　應(yīng)力：是指材料單位面積承受的力量。 　　Swarf：切屑，是指在切片開(kāi)槽時(shí)，削去的材料?？梢哉J(rèn)為是切片垃圾。 　　抗張強(qiáng)度：是指材料在未完全失效情況下，所能承受的最大壓力。 　　yield point：指材料在沒(méi)有永久變形情況下，能承受的最大壓力。 　　磨片、熱處理和相關(guān)工藝 　　經(jīng)切片、標(biāo)識(shí)和倒角后，就應(yīng)準(zhǔn)備拋光了。在硅片能進(jìn)行拋光前，切片損傷必須被清除，接下來(lái)，硅片需要腐蝕，以去除磨片造成的損傷。吸雜工藝能抵消金屬雜質(zhì)的影響。硅片邊緣的拋光能去除留在硅片邊緣的腐蝕坑。然后進(jìn)行硅片清洗和熱處理，再退火以使抵抗穩(wěn)定。背封工藝能隨意采用，通過(guò)沉積在重?fù)诫s硅片的背面以防止摻雜劑通常是硼在后面的熱處理過(guò)程中的逸出。經(jīng)過(guò)上述步驟之后，硅片就能進(jìn)行拋光了。 　　磨片 　　是使用研磨砂來(lái)清除硅片表面的材料和前一步驟留下的損傷。在磨片過(guò)程中，在雙面行星運(yùn)動(dòng)中硅片兩面會(huì)被同時(shí)研磨，一定量的材料將被從兩面磨去。這個(gè)機(jī)械研磨過(guò)程磨去硅片的兩面的材料。 　　目的 　　磨片的主要目的是將硅片的切片微損傷去除。切片微損傷是對(duì)單晶的損傷，來(lái)自于切片過(guò)程。這種損傷在硅片兩面都有，因?yàn)楣杵膬擅娑冀?jīng)過(guò)了切割。損傷的平均深度大約為25-30μm，但有些損傷可能是它的2-3倍深。 　　磨盤(pán)的組成 　　磨盤(pán)一般由鑄鐵制成，但也可能是塑料制的。不考慮金屬的沾污，使用鑄鐵可以耐用而且其機(jī)械特性能適合磨片。鑄鐵的硬度使研磨顆粒不會(huì)嵌入到盤(pán)中，如果顆粒嵌入到磨盤(pán)中，就會(huì)刮傷硅片表面。這些刮傷在后面的工序中很難去除，鑄鐵的磨盤(pán)也不能太硬，如果磨盤(pán)太硬，它會(huì)壓迫研磨顆粒進(jìn)入硅片，使硅片增加額外的損傷。 　　磨盤(pán)表面和磨液供應(yīng) 　　磨盤(pán)是帶齒輪的，齒輪有利于磨液的均勻分配，防止磨盤(pán)被淹沒(méi)，并保持硅片緊貼表面。齒輪還能使磨液在硅片表面流動(dòng)并均勻分配。如果磨盤(pán)上沒(méi)有齒輪，磨液可能會(huì)流到磨盤(pán)上，如果磨盤(pán)與硅片間有太多的磨液，磨盤(pán)會(huì)浮在硅片表面的液體上。如果磨盤(pán)浮的里表面太遠(yuǎn)，就不能研磨表面，也就不能將硅片表面的損傷去除掉。如果在磨盤(pán)與硅片間的磨液太少，磨盤(pán)就會(huì)在硅片表面引起新的損傷。所以，齒輪控制磨盤(pán)與硅片表面間的磨液量，并且上磨盤(pán)的齒輪能將下磨盤(pán)鎖住。這樣防止在磨盤(pán)最終分開(kāi)時(shí)，硅片粘在上磨盤(pán)上。 　　磨盤(pán)旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器 　　上下磨盤(pán)按相反方向旋轉(zhuǎn)，磨盤(pán)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)硅片兩側(cè)以同樣的速度旋轉(zhuǎn)。目的，首先，既然硅片的兩側(cè)都以相同速度進(jìn)行磨片，那么兩側(cè)都有相同的材料去除率。第二，硅片兩側(cè)有相同的轉(zhuǎn)速相反的方向使硅片能固定位置。所以沒(méi)有大的壓力向一個(gè)方向移動(dòng)硅片或另一個(gè)方向。硅片幾乎不會(huì)因邊緣的壓力造成斷裂。 　　上磨盤(pán)還有幾個(gè)功能，首先是它有一些洞使磨液能流入磨片機(jī)。磨液從上磨盤(pán)流入，然后流入到機(jī)內(nèi)。另一個(gè)功能是上磨盤(pán)提供壓力給硅片，上磨盤(pán)通過(guò)氣壓下降壓下，在磨片的第一個(gè)循環(huán)中，壓力比較小，使硅片上高起的點(diǎn)先被磨去，使磨液均勻分配在機(jī)內(nèi)。然后，壓力逐步上升到正常操作的壓力。 　　硅片厚度 　　為了更精確地控制磨片厚度，磨片機(jī)上有裝一個(gè)厚度測(cè)試系統(tǒng)。 　　一種能在磨片時(shí)測(cè)試硅片厚度的方法是通過(guò)使用一壓電材料與硅片同時(shí)研磨。因?yàn)閴弘姴牧系哪トヂ逝c硅片的相同，電訊號(hào)的頻率就會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)頻率對(duì)應(yīng)到設(shè)定的厚度時(shí)，機(jī)器就會(huì)停止，但，每次磨完以后，必須將壓電帶放回原處，這樣才會(huì)反映出硅片的厚度。 　　硅片表面的去除 　　使用一種含研磨砂的懸浮液組成的磨液來(lái)研磨硅片表面。典型的研磨砂是由9μm大小的經(jīng)煅燒的氧化鋁顆粒組成。這種顆粒懸浮在水和添加劑的混合液中，添加劑一般為丙三醇（甘油）?；旌弦河欣诒３盅心ド暗膽腋〔⒕鶆蛏⒉?。 　　懸浮液中的研磨砂壓迫硅片表面并使其磨損，去除硅片表面的物質(zhì)，這樣能將表層的切片損傷清除掉。整個(gè)過(guò)程會(huì)磨去75-100μm的表層。在最終磨片結(jié)束時(shí)，硅片的平整度是最平整的，以后的步驟都會(huì)使其平整程度下降。 　　磨片之后，硅片表面殘留有許多磨片過(guò)程中產(chǎn)生的硅的顆粒，這種顆粒尺寸很小，并會(huì)引起一些問(wèn)題。如果要烘干硅片，顆粒會(huì)粘在硅片表面，而一旦這樣粘住，就很難再去除掉。所以，硅片必須保持濕潤(rùn)，直至表面顆粒被清除。 　　應(yīng)力釋放腐蝕 　　硅片磨片之后，仍有一薄層損傷層，還需通過(guò)其它方法來(lái)清除磨片帶來(lái)的損傷。通常通過(guò)化學(xué)腐蝕硅片表面的方法來(lái)清除這種損傷。腐蝕的方法有兩種：堿腐蝕和酸腐蝕。 　　當(dāng)硅片進(jìn)行腐蝕時(shí)，需要有一清潔的表面。如果硅片表面有沾污，會(huì)潛在地充當(dāng)了腐蝕的面具。當(dāng)進(jìn)行酸腐蝕時(shí)，酸先與表面的顆粒接觸，將其慢慢腐蝕去除，因此就象一張面具影響了酸與硅快速接觸。這就會(huì)使該區(qū)域與硅片表面其它區(qū)域腐蝕程度不一致。所以，硅片在腐蝕前必須進(jìn)行清洗。典型的清洗方法是將硅片放在Teflon的片盒中，浸入含H2SO4和雙氧水的溶液中，這會(huì)清除硅片表面的有機(jī)物；然后將硅片浸到氫氟酸中，HF會(huì)清除表面任何的硅末；在硅片進(jìn)行清洗后，就可以進(jìn)行腐蝕了，而且會(huì)腐蝕得均勻一致。 　　堿腐蝕 　　硅片腐蝕的一種方法是使用堿性氫氧化物如氫氧化鉀（KOH）。用這種方法，硅片浸在45%的KOH和55%純水的溶液中大約2分鐘，通常在高溫（約100℃）KOH溶液中。然后，再將硅片浸入純水以阻斷KOH與硅片表面之間的繼續(xù)反應(yīng)。 　　KOH與硅片的基本反應(yīng)如下： 　　Si + 2H2O + 2KOH → 2H2 + Si(OH)2(O)2 +2K+ 　　酸腐蝕 　　用于酸腐蝕的一般混合物是HNO3和HF。在任何情況下，酸腐蝕是一個(gè)強(qiáng)烈的過(guò)程，而不會(huì)在某個(gè)平面存在自限制過(guò)程。酸浴的局部腐蝕速率會(huì)因局部化學(xué)品的損耗而變化。因?yàn)楣杵闹車(chē)荚诟?jìng)爭(zhēng)酸液，硅片中心有腐蝕劑不充足的趨向，這會(huì)使供給硅片中心的酸液損耗，反應(yīng)稍微降低。另一方面，靠近硅片邊緣處，沒(méi)有如此多的硅來(lái)競(jìng)爭(zhēng)酸液，因此有充足的酸液提供，這就使反應(yīng)速率在硅片邊緣處達(dá)到一較高速率。這種在腐蝕速率上的差異會(huì)引起硅片象“枕頭”，換句話說(shuō)，硅片中心厚度略厚于邊緣。 　　酸腐蝕（HNO3和HF）的基礎(chǔ)反應(yīng)如下： 　　Si(s) + 4HNO3(l) → SiO2(s) + 4NO2(g) + 2H2O(l) SiO2(s) + 6HF(l) → H2SiF6(aq) + 2H2O(l) 　　這個(gè)反應(yīng)的一個(gè)產(chǎn)物是NO2，是一種氣體，所以，必須采取預(yù)防措施控制它的釋放。為了滿足環(huán)境法律，NO2通常會(huì)用化學(xué)淋洗來(lái)消除它的釋放。 　　兩種腐蝕方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，表3.1列出了堿腐蝕和酸腐蝕的優(yōu)缺點(diǎn)。 　　吸雜 　　簡(jiǎn)介 　　吸雜是一個(gè)將雜質(zhì)和一些會(huì)延伸的點(diǎn)缺陷從硅片的器件制作區(qū)域移走的過(guò)程。最重要功能的是移走金屬雜質(zhì)，如金、銅、鎳、鐵等等來(lái)自硅片正表面—器件制作區(qū)域。金屬雜質(zhì)會(huì)降低影響器件性能的少數(shù)載流子的壽命。如果陷入，金屬原子還會(huì)形成缺陷中心，使器件性能等級(jí)下降。所以，吸雜在半導(dǎo)體工藝中是一個(gè)重要的過(guò)程。 　　吸雜可廣義地分為兩類：1、外吸雜；2、內(nèi)吸雜。 　　外吸雜： 　　是通過(guò)從外界導(dǎo)入一有效方法來(lái)完成?？梢杂胁煌侄?，如： 　　a.背損傷 b.背面薄膜淀積（主要為多晶硅） c.背面重磷擴(kuò)散 　　內(nèi)吸雜： 　　是由在熱處理過(guò)程中氧原子影響形成的位錯(cuò)環(huán)產(chǎn)生。氧原子需有最小濃度，才能產(chǎn)生吸雜。其濃度約為1×1018atoms？cm-3。通過(guò)CZ法拉制出的硅單晶至少有這個(gè)氧含量。然而，用FZ拉制的硅單晶一般小于此濃度，在這種情況下，就不能提供內(nèi)吸雜。 　　步驟 　　氧來(lái)吸雜有三個(gè)步驟。第一步是將硅加熱到1100℃，使得在接近硅片表面形成一氧的耗盡層，稱為耗盡層，器件就建立在正表面的這一區(qū)域上。顯然，整根晶棒無(wú)法進(jìn)行內(nèi)吸雜，只能對(duì)單片硅片。整個(gè)過(guò)程可看作幾個(gè)步驟的整體或者可從供應(yīng)商處購(gòu)到已吸雜的硅片。 　　第一步的加熱溫度是很重要的。在這溫度，氧能從表面逸出因?yàn)楣杵屯獠康难鯘舛鹊牟煌??？梢杂^測(cè)到，如果溫度低于1000℃，氧就會(huì)形成團(tuán)，稱為成核現(xiàn)象，和外擴(kuò)散一起。在這階段避免成核是很重要的，因?yàn)樵诨钴S的器件區(qū)域會(huì)引起位錯(cuò)。 　　第二步是將硅片冷卻到約650℃。在這過(guò)程中，氧開(kāi)始成核，耗盡層仍不受影響，因?yàn)檠鹾繘](méi)有足夠高到成核的程度。 　　第三步中，硅片加熱到1000℃左右，在此溫度上，晶核開(kāi)始生長(zhǎng)并且最終形成淀積和推垛層錯(cuò)。它們?yōu)榻饘匐s質(zhì)提供了吸雜點(diǎn)。淀積物有化學(xué)名為SiOx，x值接近于2。所以也稱為氧化淀積。 　　鏡面邊緣拋光 　　進(jìn)行邊緣拋光是為了清除腐蝕過(guò)程留下的邊緣腐蝕坑。這個(gè)過(guò)程不一定必須做。但進(jìn)行邊緣拋光有利于防止碎片或在后面的過(guò)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(gè)好處是在后道生產(chǎn)工序—HF清洗硅片時(shí)防止膠狀硅粒飛跑形成條紋。 　　鏡面邊緣拋光方法是一個(gè)化學(xué)/機(jī)械過(guò)程。邊緣的拋光是通過(guò)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(pán)貼住。然后，拋光盤(pán)旋轉(zhuǎn)，硅片邊緣也隨著一個(gè)鼓旋轉(zhuǎn)。這個(gè)鼓表面貼有一種樹(shù)脂拋光襯墊。當(dāng)硅片與拋光襯墊接觸時(shí)，還會(huì)在上面添加拋光砂。吸頭吸住硅片然后慢慢的開(kāi)動(dòng)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(duì)硅片的另一側(cè)以同樣方式進(jìn)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(shí)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(xué)物。高的PH值能氧化硅，然后硅粒又形成的氧化物去除。 　　抵抗穩(wěn)定 　　硅單晶棒，作為一個(gè)結(jié)果，硅片從晶棒上切割下來(lái)，還有一重要參數(shù)—氧含量。CZ法生長(zhǎng)的單晶氧含量接近1018cm-3等級(jí)。氧主要來(lái)自于硅融化時(shí)石英坩堝緩慢而穩(wěn)定的分解。一部分的氧從熔融的SiO中分解逸出，但有一定量的氧與生長(zhǎng)的晶體結(jié)合。由于熔融物和晶棒的旋轉(zhuǎn)以及隨著時(shí)間的推移，熔融物量的減少，氧含量沿著晶棒的長(zhǎng)度方向會(huì)顯示出一特性。 　　氧施主 　　單晶棒會(huì)經(jīng)過(guò)一定的熱條件，一些氧原子會(huì)作為施主或者說(shuō)n型摻雜劑。這種摻雜劑的增加會(huì)擾亂既定的電阻率。在某些情況下，甚至摻雜劑的性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，從而使p型晶棒轉(zhuǎn)變?yōu)閚型晶棒。 　　如果晶棒或硅片在300℃-500℃溫度范圍內(nèi)，硅中的氧原子會(huì)扮演施主的角色，450℃是最起作用的溫度。整根晶棒的剖面濃度分析，從頂部至底部，施主的濃度或氧含量呈下降趨勢(shì)。 　　磷是n型摻雜劑，并且氧施主提高了摻雜濃度。應(yīng)注意，籽晶末端的晶體包含了最高的氧含量，因此，在這端的n型摻雜劑濃度也更高即在大部分氧施主不再活動(dòng)后，磷的濃度。 　　熱處理前清洗 　　熱處理前清洗可以以幾種不同方式進(jìn)行。一種典型的方法是使用SC-2洗液來(lái)去除金屬沾污，然后將硅片浸入已非常稀釋的高純HF溶液中去掉氧化層。另一清洗方法是先用硫酸（H2SO4）和雙氧水（H2O2）的混合溶液清洗。這種溶液以劇烈溶劑著稱，能去除硅片表面大部分的有機(jī)污物和某些金屬離子。同時(shí)，該溶劑能氧化硅片表面，一些金屬離子（如鐵和鋅）會(huì)在氧化層生長(zhǎng)時(shí)被氧化。然后硅片浸入到已稀釋的高純酸液中，去除氧化層。金屬沾污也就隨著氧化層的清除而被去除掉了。硅片進(jìn)行純水漂洗和甩干時(shí)，表面本質(zhì)上已無(wú)金屬離子存在并能放入爐子進(jìn)行熱處理了。 　　氧施主 　　經(jīng)觀測(cè)，硅進(jìn)行任何的熱處理，溫度在500℃-900℃范圍內(nèi)，新的氧施主開(kāi)始出現(xiàn)。氧施主的這個(gè)效應(yīng)在450℃左右時(shí)，不會(huì)發(fā)生。根據(jù)一些資料，進(jìn)行抵抗穩(wěn)定時(shí)，要防止這類施主的產(chǎn)生，可以通過(guò)快速熱處理過(guò)程，硅在650℃維持幾秒鐘而達(dá)到。