学习情景三：衬底加工.PPT

学习情景三 常州信息职业技术学院 单元二：衬底制备任务2：衬底加工 单晶棒的整形与定向 1、单晶整形 拉直出的单晶棒存在细颈、放肩和收尾部分。从晶片等径和电阻率均匀性要求出发，必须去掉这些部分，将单晶棒分段分割。 切割设备：外圆切割机 线切割 拉制出的单晶存在表面毛刺、直径偏差等现象，因而需对单晶棒外圆进行滚磨整形，使单晶棒达到直径要求。 外圆滚磨步骤： （1）用液体研磨料去除表面毛刺。 （2）再用砂轮研磨使直径符合规格要求。 带式无心研磨机（以外圆加工） 轮式无心研磨机（以内圆加工） 外圆研磨 轮式有心研磨机 杯轮式研磨机（新型研磨机，研磨效率高、砂轮成本低、操作简单） 2、晶面标识 目的：标识出晶片的划片方向和定义晶片导电类型。 划片方向即晶体解理面，晶体沿此解理面进行划片不会被损坏。 主参考面定义晶体的划片方向，次参考面定义晶体的导电类型。 晶片加工 晶片加工主要包括单晶切片、磨片、表面精细加工三个基本过程。 1、切片 切片是将已整形、定向和标识的单晶材料，按晶片晶向要求切割加工成符合一定规格要求的薄片。 内圆切割法 外圆切割法 带式往复切割法 切割设备 导丝切割法 超声波切割法 电子束切割法 内圆切割 利用边缘镶有金刚石、厚度在0.2mm以下的金属锯片来切割晶棒。由于锯片相当薄，因此在切割过程中，任何锯片上的变形都会导致所切出来硅片外形尺寸上的缺陷。（切割微单片加工） 线切割 利用高速往复移动的张力钢线上的陶瓷磨料来切割晶棒。（所使用高张力钢线较内径切割的锯片刚性较高，因此加工出硅单晶翘曲度也较小） 外圆切割刀具 内圆切割刀具 内圆切割示意图 线切割 注： 切割时，应将晶棒粘在固定支架上，晶棒要倾斜晶向3~50； 切割时不能首尾颠倒，正确方式是首先从单晶尾开始切片； 切割时一般要加切削液，可降低切片时机械摩擦力，保护刀具提高寿命和提高切削效率（可采用FA/O切削液，可提高切片效率与刀具寿命，均在20%以上）。 2、倒角 晶片切割后边缘存在锋利的棱角，在后续加工中容易产生碎屑，碎屑会损伤硅片表面、光刻版、或引入针孔等缺陷； 受损伤的边缘在热处理中易产生位错，并向晶片中心传播； 边缘存在棱角，光刻胶容易在边缘堆积，产生光刻胶的凸起，影响光刻胶的均匀性； 利用具有特定刃部轮廓的砂轮磨去硅圆片周围锋利的棱角； 边缘倒角砂轮 3、磨片 概念： 切片后的晶片存在表面损伤层及形变，为了去除损伤层，并使晶片厚度等得到修正，必须采用研磨方法进行进一步加工，这一过程称之为磨片。 磨片方式 有行星式磨片（最常用，有单面研磨和双面研磨两种） 平面磨床磨片 对磨板材料的要求 硬度高 平行度高 有较高光洁度 行星式抛光盘 行星式磨片 研磨剂成分 研磨料 ：氧化铝、碳化硅、氧化钴、氧化硅 研磨剂 矿物油 研磨料硬度及粒径的要求 研磨料的形状和粒径对研磨质量影响很大； 研磨料过于锋利，研磨表面光洁度差、损伤大； 过于圆滑则磨削速度慢； 研磨料粒径应尽可能均匀，少量过大粒径颗粒的混入会造成表面损伤（粒度太小，则研磨速度慢；过大粒度，会使每个磨粒所承受的外力作用大，造成磨痕过粗过深，分布稀疏）； 晶片表面精细加工 磨片后的晶片表面仍有10~20μm的损伤层，因此要进一步对表面进行精细加工，去除表面损伤层。 过程 首先采用化学腐蚀； 然后再抛光去除表面缺陷，提高表面光洁度和平整度，从而获得理想表面。 化学腐蚀 目的 去除损伤层，腐蚀掉的厚度略大于损伤层厚度， 典型的酸性腐蚀液组成成分为： HF（48%~50%）:HNO3（67%~69%）:CH3COOH（99.8%）=1:3:2（体积比） HNO3：氧化剂； HF：络合剂； CH3COOH：缓冲剂。 化学反应式为： 3Si+4 HNO3+18HF 3H2 SiF6+4NO+8H2 O 精细抛光 抛光是晶片表面主要的精细加工过程。 抛光主要方式有： ①机械抛光 ②化学抛光 ③化学机械抛光 机械抛光 机械抛光的原理与磨片相同，差别仅在于选用抛光研磨料的粒径更小（约0.1~0.5μm） 机械