半導(dǎo)體硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)

1、半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)硅片生產(chǎn)工藝流程及注意要點(diǎn)簡(jiǎn)介硅片的準(zhǔn)備過(guò)程從硅單晶棒開(kāi)始，到清潔的拋光片結(jié)束，以能夠在絕好的環(huán)境中使用。期間，從一單晶硅棒到加工成數(shù)片能滿足特殊要求的硅片要經(jīng)過(guò)很多流程和清洗步驟。除了有許多工藝步驟之外，整個(gè)過(guò)程幾乎都要在無(wú)塵的環(huán)境中進(jìn)行。硅片的加工從一相對(duì)較臟的環(huán)境開(kāi)始，最終在 10 級(jí)凈空房?jī)?nèi)完成。工藝過(guò)程綜述硅片加工過(guò)程包括許多步驟。所有的步驟概括為三個(gè)主要種類：能修正物理性能如尺寸、形狀、平整度、或一些體材料的性能；能減少不期望的表面損傷的數(shù)量；或能消除表面沾污和顆粒。 硅片加工的主要的步驟如表 1.1 的典型流程所示。 工藝步驟的順序是很重要

2、的， 因?yàn)檫@些步驟的決定能使硅片受到盡可能少的損傷并且可以減少硅片的沾污。在以下的章節(jié)中，每一步驟都會(huì)得到詳細(xì)介紹。表 1.1 硅片加工過(guò)程步驟1. 切片2. 激光標(biāo)識(shí)3. 倒角4. 磨片5. 腐蝕6. 背損傷7. 邊緣鏡面拋光8. 預(yù)熱清洗9. 抵抗穩(wěn)定退火10. 背封11. 粘片12. 拋光13. 檢查前清洗14. 外觀檢查Page 1 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)15. 金屬清洗16. 擦片17. 激光檢查18. 包裝 /貨運(yùn)切片（ class 500k）硅片加工的介紹中，從單晶硅棒開(kāi)始的第一個(gè)步驟就是切片。這一步驟的關(guān)鍵是如何在將單晶硅棒加工成硅片時(shí)盡可能地降低損

3、耗，也就是要求將單晶棒盡可能多地加工成有用的硅片。為了盡量得到最好的硅片，硅片要求有最小量的翹曲和最少量的刀縫損耗。切片過(guò)程定義了平整度可以基本上適合器件的制備。切片過(guò)程中有兩種主要方式內(nèi)圓切割和線切割。這兩種形式的切割方式被應(yīng)用的原因是它們能將材料損失減少到最小，對(duì)硅片的損傷也最小，并且允許硅片的翹曲也是最小。切片是一個(gè)相對(duì)較臟的過(guò)程，可以描述為一個(gè)研磨的過(guò)程，這一過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的顆粒和大量的很淺表面損傷。硅片切割完成后，所粘的碳板和用來(lái)粘碳板的粘結(jié)劑必須從硅片上清除。在這清除和清洗過(guò)程中，很重要的一點(diǎn)就是保持硅片的順序，因?yàn)檫@時(shí)它們還沒(méi)有被標(biāo)識(shí)區(qū)分。激光標(biāo)識(shí) (Class 500k)在晶棒

4、被切割成一片片硅片之后，硅片會(huì)被用激光刻上標(biāo)識(shí)。一臺(tái)高功率的激光打印機(jī)用來(lái)在硅片表面刻上標(biāo)識(shí)。硅片按從晶棒切割下的相同順序進(jìn)行編碼，因而能知道硅片的正確位置。這一編碼應(yīng)是統(tǒng)一的，用來(lái)識(shí)別硅片并知道它的來(lái)源。編碼能表明該硅片從哪一單晶棒的什么位置切割下來(lái)的。保持這樣的追溯是很重要的，因?yàn)閱尉У恼w特性會(huì)隨著晶棒的一頭到另一頭而變化。編號(hào)需刻的足夠深，從而到最終硅片拋光完畢后仍能保持。在硅片上刻下編碼后，即使硅片有遺漏，也能追溯到原來(lái)位置，而且如果趨向明了，那么就可以采取正確的措施。激光標(biāo)識(shí)可以在硅片的正面也可在背面，盡管正面通常會(huì)被用到。Page 2 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注

5、意要點(diǎn)倒角當(dāng)切片完成后， 硅片有比較尖利的邊緣， 就需要進(jìn)行倒角從而形成子彈式的光滑的邊緣。倒角后的硅片邊緣有低的中心應(yīng)力，因而使之更牢固。這個(gè)硅片邊緣的強(qiáng)化，能使之在以后的硅片加工過(guò)程中，降低硅片的碎裂程度。圖1.1 舉例說(shuō)明了切片、激光標(biāo)識(shí)和倒角的過(guò)程。圖 1.1磨片（ Class 500k）接下來(lái)的步驟是為了清除切片過(guò)程及激光標(biāo)識(shí)時(shí)產(chǎn)生的不同損傷，這是磨片過(guò)程中要完成的。在磨片時(shí)，硅片被放置在載體上，并圍繞放置在一些磨盤(pán)上。硅片的兩側(cè)都能與磨盤(pán)接觸，從而使硅片的兩側(cè)能同時(shí)研磨到。磨盤(pán)是鑄鐵制的，邊緣鋸齒狀。上磨盤(pán)上有一系列的洞，可讓研磨砂分布在硅片上，并隨磨片機(jī)運(yùn)動(dòng)。磨片可將切片造成的嚴(yán)

6、重?fù)p傷清除，只留下一些均衡的淺顯的傷痕；磨片的第二個(gè)好處是經(jīng)磨片之后，硅片非常平整，因?yàn)槟ケP(pán)是極其平整的。磨片過(guò)程主要是一個(gè)機(jī)械過(guò)程，磨盤(pán)壓迫硅片表面的研磨砂。研磨砂是由將氧化鋁溶液延緩煅燒后形成的細(xì)小顆粒組成的，它能將硅的外層研磨去。被研磨去的外層深度要比切片造成的損傷深度更深。腐蝕（ Class 100k）磨片之后，硅片表面還有一定量的均衡損傷，要將這些損傷去除，但盡可能低的引起附加的損傷。比較有特色的就是用化學(xué)方法。有兩種基本腐蝕方法：堿腐蝕和酸腐蝕。兩種方法都被應(yīng)用于溶解硅片表面的損傷部分。Page 3 of 52H 2SO4+H 2O2）中，許多金屬會(huì)以氧化物形式溶解入化學(xué)清半導(dǎo)體

7、-硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)背損傷（ Class 100k）在硅片的背面進(jìn)行機(jī)械損傷是為了形成金屬吸雜中心。當(dāng)硅片達(dá)到一定溫度時(shí)?，如 Fe, Ni, Cr,Zn 等會(huì)降低載流子壽命的金屬原子就會(huì)在硅體內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這些原子在硅片背面遇到損傷點(diǎn)，它們就會(huì)被誘陷并本能地從內(nèi)部移動(dòng)到損傷點(diǎn)。背損傷的引入典型的是通過(guò)沖擊或磨損。舉例來(lái)說(shuō)，沖擊方法用噴砂法，磨損則用刷子在硅片表面磨擦。其他一些損傷方法還有：淀積一層多晶硅和產(chǎn)生一化學(xué)生長(zhǎng)層。邊緣拋光硅片邊緣拋光的目的是為了去除在硅片邊緣殘留的腐蝕坑。當(dāng)硅片邊緣變得光滑，硅片邊緣的應(yīng)力也會(huì)變得均勻。應(yīng)力的均勻分布，使硅片更堅(jiān)固。拋光后的邊緣能將顆粒灰塵的

8、吸附降到最低。硅片邊緣的拋光方法類似于硅片表面的拋光。硅片由一真空吸頭吸住，以一定角度在一旋轉(zhuǎn)桶內(nèi)旋轉(zhuǎn)且不妨礙桶的垂直旋轉(zhuǎn)。該桶有一拋光襯墊并有砂漿流過(guò)，用一化學(xué) / 機(jī)械拋光法將硅片邊緣的腐蝕坑清除。另一種方法是只對(duì)硅片邊緣進(jìn)行酸腐蝕。圖 1.2 舉例說(shuō)明了上述四個(gè)步驟：圖 1.2預(yù)熱清洗（ Class 1k）在硅片進(jìn)入抵抗穩(wěn)定前，需要清潔，將有機(jī)物及金屬沾污清除，如果有金屬殘留在硅片表面，當(dāng)進(jìn)入抵抗穩(wěn)定過(guò)程，溫度升高時(shí)，會(huì)進(jìn)入硅體內(nèi)。這里的清洗過(guò)程是將硅片浸沒(méi)在能清除有機(jī)物和氧化物的清洗液（Page 4 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)洗液中；然后，用氫氟酸（HF ）將硅

9、片表面的氧化層溶解以清除污物。抵抗穩(wěn)定退火（Class 1k）硅片在 CZ 爐內(nèi)高濃度的氧氛圍里生長(zhǎng)。因?yàn)榻^大部分的氧是惰性的，然而仍有少數(shù)的氧會(huì)形成小基團(tuán)。這些基團(tuán)會(huì)扮演n-施主的角色，就會(huì)使硅片的電阻率測(cè)試不正確。要防止這一問(wèn)題的發(fā)生， 硅片必須首先加熱到650左右。 這一高的溫度會(huì)使氧形成大的基團(tuán)而不會(huì)影響電阻率。然后對(duì)硅片進(jìn)行急冷，以阻礙小的氧基團(tuán)的形成。這一過(guò)程可以有效的消除氧作為n-施主的特性，并使真正的電阻率穩(wěn)定下來(lái)。背封（ Class 10k）對(duì)于重?fù)降墓杵瑏?lái)說(shuō)，會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)高溫階段，在硅片背面淀積一層薄膜，能阻止摻雜劑的向外擴(kuò)散。這一層就如同密封劑一樣防止摻雜劑的逃逸。通常有三

10、種薄膜被用來(lái)作為背封材料：二氧化硅（ SiO2 ）、氮化硅（ Si3N4）、多晶硅。如果氧化物或氮化物用來(lái)背封，可以嚴(yán)格地認(rèn)為是一密封劑，而如果采用多晶硅，除了主要作為密封劑外，還起到了外部吸雜作用。圖 1.3 舉例說(shuō)明了預(yù)熱清洗、抵抗穩(wěn)定和背封的步驟。圖 1.3預(yù)熱清洗、阻抗穩(wěn)定和背封示意圖粘片（ Class 10k ）在硅片進(jìn)入拋光之前，先要進(jìn)行粘片。粘片必須保證硅片能拋光平整。有兩種主要的粘片方式，即蠟粘片或模板粘片。顧名思義，蠟粘片用一固體松香蠟與硅片粘合，并提供一個(gè)極其平的參考表面 ？。這一表面為拋光提供了一個(gè)固體參考平面。 粘的蠟?zāi)芊乐巩?dāng)硅片在一側(cè)面的載體下拋光時(shí)硅片的移動(dòng)。Pag

11、e 5 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)蠟粘片只對(duì)單面拋光的硅片有用。另一方法就是模板粘片，有兩種不同變異。一種只適用于單面拋光，用這種方法，硅片被固定在一圓的模板上，再放置在軟的襯墊上。這一襯墊能提供足夠的摩擦力因而在拋光時(shí)，硅片的邊緣不會(huì)完全支撐到側(cè)面載體，硅片就不是硬接觸，而是“漂浮”在物體上。當(dāng)正面進(jìn)行拋光時(shí)，單面的粘片保護(hù)了硅片的背面。另一種方法適用于雙面的拋光。用這種方法，放置硅片的模板上下兩側(cè)都是敞開(kāi)的，通常兩面都敞開(kāi)的模板稱為載體。這種方法可以允許在一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行拋光時(shí)，兩面能同時(shí)進(jìn)行，操作類似于磨片機(jī)。硅片的兩個(gè)拋光襯墊放置在相反的方向，這樣硅片被推向一個(gè)方

12、向的頂部時(shí)和相反方向的底部，產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)相互抵消。這就有利于防止硅片被推向堅(jiān)硬的載體而導(dǎo)致硅片邊緣遭到損壞。 ？除了許多加載在硅片邊緣負(fù)荷，當(dāng)硅片隨載體運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，邊緣不大可能會(huì)被損壞。拋光（ Class 1k）硅片拋光的目的是得到一非常光滑、平整、無(wú)任何損傷的硅表面。拋光的過(guò)程類似于磨片的過(guò)程，只是過(guò)程的基礎(chǔ)不同。磨片時(shí)，硅片進(jìn)行的是機(jī)械的研磨；而在拋光時(shí)，是一個(gè)化學(xué)/機(jī)械的過(guò)程。這個(gè)在操作原理上的不同是造成拋光能比磨片得到更光滑表面的原因。拋光時(shí)， 用特制的拋光襯墊和特殊的拋光砂對(duì)硅片進(jìn)行化學(xué)/機(jī)械拋光。 硅片拋光面是旋轉(zhuǎn)的，在一定壓力下， 并經(jīng)覆蓋在襯墊上的研磨砂。拋光砂由硅膠和一特殊的高p

13、H 值的化學(xué)試劑組成。這種高 pH 的化學(xué)試劑能氧化硅片表面，又以機(jī)械方式用含有硅膠的拋光砂將氧化層從表面磨去。硅片通常要經(jīng)多步拋光。第一步是粗拋，用較硬襯墊，拋光砂更易與之反應(yīng)，而且比后面的拋光中用到的砂中有更多粗糙的硅膠顆粒。第一步是為了清除腐蝕斑和一些機(jī)械損傷。在接下來(lái)的拋光中，用軟襯、含較少化學(xué)試劑和細(xì)的硅膠顆粒的拋光砂。清除剩余損傷和薄霧的最終的拋光稱為精拋。粘片和拋光過(guò)程如圖1.4 所示：Page 6 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)圖 1.4粘片和拋光示意圖檢查前清洗（class 10）硅片拋光后，表面有大量的沾污物，絕大部分是來(lái)自于拋光過(guò)程的顆粒。拋光過(guò)程是一

14、個(gè)化學(xué) / 機(jī)械過(guò)程， 集中了大量的顆粒。為了能對(duì)硅片進(jìn)行檢查，需進(jìn)行清洗以除去大部分的顆粒。通過(guò)這次清洗，硅片的清潔度仍不能滿足客戶的要求，但能對(duì)其進(jìn)行檢查了。通常的清洗方法是在拋光后用 RCA SC-1 清洗液。有時(shí)用 SC-1 清洗時(shí)，同時(shí)還用磁超聲清洗能更為有效。 另一方法是先用 H2SO4/H2O2 ，再用 HF 清洗。 相比之下，這種方法更能有效清除金屬沾污。檢查經(jīng)過(guò)拋光、清洗之后，就可以進(jìn)行檢查了。在檢查過(guò)程中，電阻率、翹曲度、總厚度超差和平整度等都要測(cè)試。所有這些測(cè)量參數(shù)都要用無(wú)接觸方法測(cè)試，因而拋光面才不會(huì)受到損傷。在這點(diǎn)上，硅片必須最終滿足客戶的尺寸性能要求，否則就會(huì)被淘汰

15、。金屬物去除清洗硅片檢查完后，就要進(jìn)行最終的清洗以清除剩余在硅片表面的所有顆粒。主要的沾污物是檢查前清洗后仍留在硅片表面的金屬離子。這些金屬離子來(lái)自于各不同的用到金屬與硅片接觸的加工過(guò)程，如切片、磨片。一些金屬離子甚至來(lái)自于前面幾個(gè)清洗過(guò)程中用到的化學(xué)試劑。因此，最終的清洗主要是為了清除殘留在硅片表面的金屬離子。這樣做的原因是金屬離子能Page 7 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)導(dǎo)致少數(shù)載流子壽命，從而會(huì)使器件性能降低。SC-1 標(biāo)準(zhǔn)清洗液對(duì)清除金屬離子不是很有效。因此，要用不同的清洗液，如HCl ，必須用到。擦片在用 HCl 清洗完硅片后， 可能還會(huì)在表面吸附一些顆粒。一

16、些制造商選擇PVA 制的刷子來(lái)清除這些殘留顆粒。在擦洗過(guò)程中，純水或氨水（NH 4OH ）應(yīng)流經(jīng)硅片表面以帶走沾附的顆粒。用 PVA 擦片是清除顆粒的有效手段。激光檢查硅片的最終清洗完成后，就需要檢查表面顆粒和表面缺陷。激光檢查儀能探測(cè)到表面的顆粒和缺陷。因?yàn)榧す馐嵌滩ㄖ懈邚?qiáng)度的波源。激光在硅片表面反射。如果表面沒(méi)有任何問(wèn)題，光打到硅片表面就會(huì)以相同角度反射。然而，如果光打到顆粒上或打到粗糙的平面上，光就不會(huì)以相同角度反射。反射的光會(huì)向各個(gè)方向傳播并能在不同角度被探測(cè)到。包裝 /貨運(yùn)盡管如此，可能還沒(méi)有考慮的非常周到，硅片的包裝是非常重要的。包裝的目的是為硅片提供一個(gè)無(wú)塵的環(huán)境，并使硅片在運(yùn)輸

17、時(shí)不受到任何損傷；包裝還可以防止硅片受潮。如果一片好的硅片被放置在一容器內(nèi)，并讓它受到污染，它的污染程度會(huì)與在硅片加工過(guò)程中的任何階段一樣嚴(yán)重，甚至認(rèn)為這是更嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)樵诠杵a(chǎn)過(guò)程中，隨著每一步驟的完成，硅片的價(jià)值也在不斷上升。理想的包裝是既能提供清潔的環(huán)境，又能控制保存和運(yùn)輸時(shí)的小環(huán)境的整潔。典型的運(yùn)輸用的容器是用聚丙烯、聚乙烯或一些其他塑料材料制成。這些塑料應(yīng)不會(huì)釋放任何氣體并且是無(wú)塵的， 如此硅片表面才不會(huì)被污染。 最后六個(gè)步驟如圖 1.5 所示。Page 8 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)圖 1.5檢查前清洗、外觀檢查、金屬離子去除清洗、擦片、激光檢查和包裝

18、/貨運(yùn)示意圖硅片制備階段的問(wèn)題在硅片的制造過(guò)程中，涉及到許多參數(shù)。而且這些參數(shù)中有許多會(huì)因最終硅片目標(biāo)不同而發(fā)生變化。對(duì)硅片來(lái)說(shuō)，有一些參數(shù)始終是很重要的，如平整度、缺陷、沾污等。在下面的章節(jié)中將詳細(xì)討論。當(dāng)硅片被不正確運(yùn)行的刀片所切割時(shí)，就會(huì)造成彎曲的刀口。這些刀口都不會(huì)相同，這就使硅片有不同種類的平面缺陷。能以最好的方式使硅片得到平整的表面是很重要的，因此應(yīng)以盡可能平的面去切割硅片。有不同的測(cè)量方法來(lái)測(cè)試硅片的平整度。一些測(cè)量方法給出了圓形的或者說(shuō)是整個(gè)硅片的平整度而另一些方法只顯示出局部的硅片平整度。整個(gè)的平整度對(duì)于設(shè)計(jì)樣品時(shí)是很重要的，？從另一方面說(shuō)，局部的平整度對(duì)于？設(shè)計(jì)是很重要的，

19、 ？一些整體平整度測(cè)試的術(shù)語(yǔ)是彎曲度（ bow）、翹曲度（ warp）、總厚度超差（TTV ）、總指示讀數(shù)（TIR ）和焦平面背離（FPD）。局部平整度測(cè)試的術(shù)語(yǔ)也與其一致。Bow硅片彎曲度是測(cè)量硅片彎曲程度，它是與硅片中心從一通過(guò)靠近硅片邊緣的三個(gè)基點(diǎn)建Page 9 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)立的平面的背離程度。彎曲度測(cè)試是一種較老的測(cè)試手段，不經(jīng)常使用。因?yàn)閺澢葴y(cè)試只能測(cè)試與中心的背離，其他方法也就相應(yīng)產(chǎn)生了。實(shí)際上，硅片的背離會(huì)發(fā)生在硅片的任一位置，而且能產(chǎn)生很多問(wèn)題。在最近的時(shí)間里， S 型彎曲或翹曲的測(cè)試被真正采用。這種變形有比彎曲更復(fù)雜的形狀。Warp硅片

20、形狀變形的另一測(cè)試方法是翹曲度的測(cè)試。翹曲度是測(cè)量硅片確定的幾個(gè)參考面的中心線位置的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之最大差值。硅片的翹曲度起決于使用的一對(duì)無(wú)接觸掃描探針。硅片被放置在三個(gè)形成參考平面的支點(diǎn)上，這對(duì)探針中一支可以在硅片一側(cè)的任意位置，而另一支則在另一側(cè)的相應(yīng)位置。探針按設(shè)定的程序，沿硅片表面移動(dòng)，測(cè)量到硅片表面指定點(diǎn)的距離。一旦所有的距離都已測(cè)得，翹曲的程度也就知道了。測(cè)定翹曲度，第一步就是找到頂部探針與頂部硅片表面的距離（a）和相應(yīng)底部探針與底部硅片表面的距離（b）。換句話說(shuō)，就得到了b-a 的所有測(cè)量點(diǎn)。有了這些數(shù)據(jù)，將b-a 的最大值減去b-a 的最小值，再除以2 就是 Warp 值（如圖

21、1.6 所示）。圖 1.6翹曲度（ Warp）和總厚度偏差（TTV ）測(cè)量示意圖硅片的翹曲度與半導(dǎo)體制造有關(guān)，因?yàn)橐黄N曲的硅片在光刻過(guò)程中可能會(huì)引起麻煩；還可能在一些加工過(guò)程中粘片時(shí)也有問(wèn)題。小量的翹曲在一些加工過(guò)程中可以通過(guò)真空吸盤(pán)或夾具得到補(bǔ)償。Page 10 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)TTV一種檢測(cè)硅片厚度一致性的方法，叫總厚度超差（TTV ），就是指硅片厚度的最大值與最小值之差。測(cè)量TTV 可在測(cè)量Warp 時(shí)同時(shí)進(jìn)行。 Warp 中類似的探針和數(shù)據(jù)處理方法可以為TTV 所采用。實(shí)際上，不同的僅僅是計(jì)算公式。在計(jì)算TTV 時(shí)，第一步是將頂部探針與頂部硅片表面的

22、距離（a）和相應(yīng)底部探針與底部硅片表面的距離（b）相加，這里，我們要的是相加（ a+b）， TTV 就是將 a+b 的最大值減去a+b 的最小值。TIR總指示讀數(shù)是一種只與硅片的正面有關(guān)的參數(shù)。測(cè)量方法是將與真空吸盤(pán)平行吸住的一面作為參考平面， TIR 就是正面最高處與最凹處的差值。 （見(jiàn)圖 1.7）圖 1.7總指示讀數(shù)（ TIR ）和焦平面偏離（FPD）測(cè)量示意圖FPD焦平面偏離（FPD）是指硅片上距焦平面最高處和最深處到焦平面的距離中遠(yuǎn)的一個(gè)。有時(shí)這個(gè)平面是參考硅片背面或是一個(gè)假想的平面。這一測(cè)量值表明了？迄今為止，所討論的所有平整度測(cè)試方法都是指整體測(cè)試。換句話說(shuō)，所有的測(cè)試方法都是體現(xiàn)

23、硅片整體的表面情況。這些方法中的大部分也可以測(cè)試局部狀況。差別僅在于測(cè)試時(shí)所覆蓋的區(qū)域是整體還是局部。通常，區(qū)域的選擇尺寸同典型的電路芯片相同。舉個(gè)例子，局Page 11 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)部測(cè)試的硅片平整度稱為局部厚度超差（ LTV ）， LTV 幾乎與 TTV 相同，區(qū)別僅在于前者只對(duì)應(yīng)硅片的小區(qū)域范圍。污染硅片表面的污染是一個(gè)主要關(guān)注的問(wèn)題。硅片生產(chǎn)過(guò)程從相對(duì)較臟的切片開(kāi)始到最終進(jìn)入一凈空房結(jié)束，硅片要暴露在大量的不同化學(xué)品和溶液中，而且硅片還要被放入許多不同的機(jī)器進(jìn)行機(jī)械加工，所有這些接觸都會(huì)導(dǎo)致顆粒沾污。另兩個(gè)主要的污染是金屬和有機(jī)物。金屬因硅片經(jīng)過(guò)許

24、多機(jī)器加工，金屬與硅片表面直接接觸而被留在硅片表面；有機(jī)物則可能來(lái)自于任何物體上的油脂或油。在硅片最終被發(fā)往客戶前，所有的污染都必須被清除。安全同其他制造環(huán)境一樣，在設(shè)備的每一位置，都有其特殊的安全要求。在半導(dǎo)體制造的硅片生產(chǎn)階段，許多安全問(wèn)題非常類似于在一裝備完好設(shè)備商店，有高速度的刀片和所有手工滾磨設(shè)備。硅片生產(chǎn)中的許多過(guò)程是機(jī)械導(dǎo)向的，因此，這些有操作危險(xiǎn)的過(guò)程必須有一定的安全程序。除了這些顯而易見(jiàn)的機(jī)械危險(xiǎn)外，還有化學(xué)方面的危險(xiǎn)。硅片的生產(chǎn)要用到許多危險(xiǎn)的化學(xué)藥品，如在敞開(kāi)式的硅片清洗中用到的 HF 和 KOH 。這些化學(xué)品的使用象水一樣頻繁，而且容易被灌輸一種錯(cuò)誤的安全觀念。因此，當(dāng)

25、在進(jìn)行與這些化學(xué)品相關(guān)的工作時(shí)，必須確定出所有正確的安全方針。其它還有涉及到各種不同輻射的安全問(wèn)題。在切片區(qū)域，有 X-ray 源；激光掃描區(qū)域，有激光的輻射可能會(huì)引起潛在的火災(zāi)，甚至使人失明。在這些區(qū)域，都應(yīng)穿著適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)服，并應(yīng)謹(jǐn)慎操作以防發(fā)生安全問(wèn)題。術(shù)語(yǔ)表彎曲度（ bow）硅片彎曲度是指硅片中心與一通過(guò)靠近硅片邊緣的三個(gè)基點(diǎn)建立的平面的背離程度。彎曲度是對(duì)整個(gè)硅片而言。10 級(jí)（ class10）通常指環(huán)境的清潔度時(shí)，10 級(jí)是指每立方英尺空氣中0.5 m 大小的顆粒不超過(guò)10 個(gè)，而且更大的顆粒數(shù)更少。這是一個(gè)非常潔凈的環(huán)境。Page 12 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝

26、注意要點(diǎn)硅膠硅膠是一種懸浮的硅土顆粒，細(xì)小到無(wú)法分辨出各個(gè)顆粒，也無(wú)法從懸浮液中分離出來(lái)。微切傷微切傷是由刀片的顫動(dòng)而引起的，它是刀片在行進(jìn)過(guò)程中細(xì)微的背離，而在硅片上沿著切口留下的細(xì)小的脊?fàn)顡p傷。外吸雜外吸雜是一種適用在硅片背面的吸雜方法。焦平面背離（FPD）焦平面背離的測(cè)試能說(shuō)明離硅片正面上任何點(diǎn)的焦平面的最遠(yuǎn)距離。 FPD 能衡量整個(gè)硅片正表面。吸雜吸雜是一種誘使金屬雜質(zhì)遠(yuǎn)離硅片正面的方法。通常通過(guò)在晶體結(jié)構(gòu)中造成高應(yīng)力區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。有兩種不同的吸雜方法：外吸雜和內(nèi)吸雜。霧化霧化是硅片出現(xiàn)霧氣的一個(gè)條件?？赡苡晒杵娜魏蔚恼次刍驌p傷而引起。平均載流子壽命？平均載流子壽命是指在硅體內(nèi)多數(shù)載流

27、子的平均復(fù)合時(shí)間。PiranhaPiranha 是一種清洗液，由硫酸（H 2SO4）和雙氧水（ H 2O2）組成。之所以起這個(gè)名字是因?yàn)楫?dāng)上述兩種化學(xué)品混合時(shí)，溶液溫度會(huì)達(dá)到120左右并劇烈沸騰?？傊甘咀x數(shù)（TIR ）總指示讀數(shù)是硅片的正面上距設(shè)定參考面最高處與最凹處的距離。 TIR 能表明整個(gè)硅片正面的情況。Page 13 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)總厚度超差（TTV ）總厚度超差（TTV ）是指硅片最厚處與最薄處的差值。TTV 也是對(duì)整個(gè)硅片的測(cè)試。翹曲度（ warp）翹曲度（ warp）是指離硅片中心線最高和最低的差值，是整個(gè)硅片的測(cè)試。Page 14 of 52

28、半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)習(xí)題1、 硅片生產(chǎn)的主要目的是為了生產(chǎn)- （）a. 無(wú)損傷硅片b. 清潔、平整、無(wú)損傷的硅片c. ？d. 有粗糙紋理的硅片2、 一個(gè)典型的工藝流程是- （）a. 切片、磨片、拋光、檢查b. 切片、拋光、磨片、檢查c. 磨片、切片、拋光、檢查d. 拋光、切片、磨片、檢查3、 磨片的目的是-（）a. 提供一個(gè)高度拋光表面b. 探測(cè)硅片表面的缺陷或沾污c. 硅片抵抗的穩(wěn)定d. 清除切片過(guò)程造成的深度損傷4、 拋光過(guò)程是一個(gè)-（）a. 一個(gè)化學(xué) /機(jī)械過(guò)程b. 一個(gè)嚴(yán)格的化學(xué)過(guò)程c. 一個(gè)嚴(yán)格的機(jī)械過(guò)程Page 15 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注

29、意要點(diǎn)d. 其它類型的過(guò)程5、 退火（抵抗穩(wěn)定）過(guò)程為消除_ 的抵抗影響 - （）a. piranha 清洗液（ H2SO4+H2O2 ）b. silox ？c. 金屬d. 氧6、 哪一種平整度測(cè)試能說(shuō)明硅片厚度的一致性-（）a. TTV （總厚度超差）b. TIR （總指示讀數(shù)）c. 翹曲度d. FPD（焦平面背離）切片目的1、 當(dāng)將晶棒加工成硅片時(shí)，能確定切片加工的特性；2、 描述切片時(shí)所用的碳板的作用；3、 知道內(nèi)圓切片和線切割機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；4、 硅片進(jìn)行標(biāo)識(shí)的目的；5、 硅片邊緣 ？的原因；6、 描述硅片邊緣 ？的典型方法。Page 16 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注

30、意要點(diǎn)簡(jiǎn)介本章主要討論多種切片工藝和它們的特征，對(duì)硅片的激光掃描，及硅片的邊緣的contour。切片綜述當(dāng)單晶硅棒送至硅片生產(chǎn)區(qū)域時(shí)，已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行切割了。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。在進(jìn)行內(nèi)圓切片的工場(chǎng)內(nèi)，切片可能會(huì)引用許多標(biāo)準(zhǔn)。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。為了滿足切片的這些要求，一些特殊的切片方法產(chǎn)生了。在下面章節(jié)中將討論幾種切片的特殊方法和相關(guān)的工藝。碳板當(dāng)硅片從晶棒上切割下來(lái)時(shí)，需要有某

31、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。許多情況下，碳板經(jīng)修正、打滑、磨平后，在材料準(zhǔn)備區(qū)域進(jìn)行粘接。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Page 17 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)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

32、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。碳板不僅在切片時(shí)為硅片提供支持，而且也在刀片切完硅片后行經(jīng)提供了材料，保護(hù)了刀片。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。要找到這樣的環(huán)氧并非難事，但還要考慮到污染程度，因此，它必須能很容易地從硅片上移走

33、，只有最小量的污染。一般地，環(huán)氧能很容易在熱的乙酸溶液中溶解，或用其他的方法解決。所有這些方法，都應(yīng)對(duì)硅片造成盡可能低的污染。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。任何的不能滿足這些最低標(biāo)準(zhǔn)的切割方法都不能被采用。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。當(dāng)進(jìn)行切片時(shí)，刀片所切下處或邊緣處的材料都會(huì)損失，因此，更希望是一種低損失量的切片方法。這種損失量稱為刀片損失。刀片損失是指材料損失的總量，因?yàn)檫@個(gè)損失是由于刀片在開(kāi)槽時(shí)的移動(dòng)而造成的。如果在切片過(guò)程中損失更少的量，那就意味著從同根晶棒上能切下更多的硅片，也就是降低了每一硅片的成本。在半

34、導(dǎo)體企業(yè)，通常只有幾種切割方法被采用。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)圓切割正如它的名字一樣，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，（見(jiàn)圖 2.2）。對(duì)于 150mm 的硅片，每刀用時(shí)3 分鐘。Page 18 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)圖 2.2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

35、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。不管金屬的污染，不銹鋼因?yàn)樗奶匦远蛔鳛閮?nèi)圓刀片普遍采用的核心材料。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。鋼的另

36、一個(gè)有利之處就是它很耐用。這種經(jīng)久的耐用性，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。記住在切片時(shí)使用了不銹鋼也很重要，因?yàn)楣杵瑫?huì)帶有大量的金屬離子。在硅片進(jìn)行高溫?zé)崽幚碇?，必須將金屬?gòu)谋砻媲宄?。否則，任何高溫的過(guò)程都會(huì)使金屬離子擴(kuò)散進(jìn)硅片而不易清除了。內(nèi)圓刀片用內(nèi)圓刀片來(lái)切割晶棒的原因是它有低的刀片損失，內(nèi)圓刀片在開(kāi)始塑性變形后，被張緊在鼓上。 ？這已超出了不銹鋼的伸展點(diǎn)，為了能充分說(shuō)明這個(gè)條件，要先介紹幾個(gè)術(shù)語(yǔ)。壓力是描述單位能承受的重量；張力是指改變后的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比。通常用壓力-張力曲線來(lái)表示材料特性。 如圖 2

37、.3 所示， 可以得到材料的伸展點(diǎn)和最終延展強(qiáng)度。伸展點(diǎn)是指材料在這Page 19 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)一點(diǎn)上停止了按施加在其身上力比例伸展。從所畫(huà)的圖上可以看出，壓力-張力曲線最終成了線性關(guān)系。當(dāng)壓力超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，材料就開(kāi)始快速伸展而增加的壓力很小。材料沒(méi)有完全失效所能承受的最大壓力稱為最終延展強(qiáng)度。在壓力 -張力曲線上， 它處在最高點(diǎn)， 這點(diǎn)以后，如果材料再承受任何一點(diǎn)壓力都會(huì)導(dǎo)致材料斷裂。圖 2.3圖 2.3 為內(nèi)圓刀片張緊時(shí)的典型壓力-張力曲線。 當(dāng)?shù)镀煺怪了茏儏^(qū)域后，就變得很剛直了。這就使不銹鋼刀片有一中心厚度約0.006 英寸左右， 要達(dá)到同樣的程

38、度，外圓刀片的厚度是它的十倍多。厚度為0.0125 英寸的內(nèi)圓刀片，每切一刀，就損失一片硅片的50%厚度。如果刀片有其十倍厚，那么每切一刀，硅片的500% 厚度都損失了。這就導(dǎo)致硅片的數(shù)量減少為原來(lái)的 1/4（見(jiàn)圖 2.4）。硅片數(shù)量的減少直接導(dǎo)致其成本的顯著上升。圖 2.4內(nèi)圓刀片的切片運(yùn)動(dòng)類似于一種研磨形式。研磨劑（鉆石）混合在鎳金屬內(nèi)，鉆石是非常硬的物質(zhì)，能刮去任何其它物質(zhì)的表面，還有兩種相近硬度的材料見(jiàn)莫氏硬度等級(jí)。Page 20 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)莫氏硬度等級(jí)莫氏等級(jí)是在 1800 年代晚期，由 Friedrich Mohs 發(fā)展起來(lái)的。他的等級(jí)圖是根

39、據(jù)一種材料切割其它材料而得出的。在這等級(jí)圖上，任何硬度高的材料都能切割硬度比它低的材料。這一等級(jí)圖范圍從撲面粉 最軟的材料之一， 到鉆石 最硬的材料都包括在內(nèi)了。 圖 2.5 列出了十種元素 /化合物按硬度順序排列的莫氏原始等級(jí)圖。硅與石英有相近的硬度。從圖上可看出，鉆石能切割硅。圖 2.5當(dāng)鉆石涂覆在內(nèi)圓刀片上切割晶棒時(shí)，它是在研磨硅材料。含鉆石的研磨層在硅體內(nèi)不斷地研磨，造成硅的微觀斷裂而產(chǎn)生細(xì)微碎片。當(dāng)?shù)镀ㄟ^(guò)材料時(shí)，一些碎片也被帶出來(lái)了。這個(gè)不斷摩擦的過(guò)程，產(chǎn)生熱和許多顆粒。一種潤(rùn)滑 /冷卻溶液，通常如水或水容性潤(rùn)滑劑，用來(lái)清除相切位置的顆粒。這種液體能控制硅沫并使溫度下降。內(nèi)圓切片尺

40、寸切割硅片需要的內(nèi)圓刀片尺寸是很大的，如對(duì)于200mm 硅片，刀片的外圓直徑約在32 英寸左右。這么大的尺寸是為了使內(nèi)徑足夠大，從而能將粘有碳板的晶棒都能通過(guò)。另外，刀片本身也必須能夠切割晶棒的任何位置而不會(huì)使晶棒碰到刀片外側(cè)的張緊圈。內(nèi)徑也相對(duì)較大，因?yàn)橛辛舜蟮亩?，刀片才能變得更硬。?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Page 21 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)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。問(wèn)題是，這種方法在切片時(shí)，要不引起硅片中心的 ？很困難。另一問(wèn)題是它會(huì)導(dǎo)致碎裂并使硅片中心產(chǎn)生

41、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。這些損傷來(lái)自于切片過(guò)程切磨的形式。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25-30 m。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。如果刀片有任何振動(dòng)，損傷層就會(huì)更深，有時(shí)候甚至是平均厚度的2-3 倍。為了防止損傷層的延伸擴(kuò)展，必須小心仔細(xì)地操作，盡可能消除刀片振動(dòng)。有些損傷如果很深的話，在磨片之后仍能在硅片上看到。刀片偏轉(zhuǎn)硅片彎曲和厚度偏差的主要根源

42、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。在切片過(guò)程中，刀片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)器能提供刀片偏轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。刀片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)器的安裝盡可能接近于切片區(qū)域。這個(gè)位置一般接近刀片的內(nèi)圓處，并接近刀片切入晶棒的入口或刀片退出時(shí)的出口（如圖2.6 所示）。監(jiān)測(cè)器是通過(guò)刀片處產(chǎn)生的旋渦來(lái)測(cè)試的。刀片偏轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)器的輸出與反饋回路有關(guān)，當(dāng)監(jiān)測(cè)器探測(cè)到偏離時(shí)，這個(gè)回路能自動(dòng)糾正路徑偏離。在這個(gè)系統(tǒng)中，有一力量能糾正刀片偏差。這個(gè)系統(tǒng)使硅片切片時(shí)，有更少的翹曲度。圖 2.6在內(nèi)圓切片時(shí)，刀

43、片偏離的主要原因是對(duì)于刀片的切片速率而言，刀片的進(jìn)給太快了。一般內(nèi)圓刀片的進(jìn)給速度是 5cm/min 。另一原因可能是鉆石變臟了或者脫離了鎳的涂層。當(dāng)?shù)镀驗(yàn)榕K而開(kāi)始出現(xiàn)偏差時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行修刀了。修刀過(guò)程是使刀片的涂層暴露出新的、銳利的鉆石。修刀通常是將碳化硅或氧化鋁的研磨棒切片來(lái)完成。研磨棒能將鎳鉆涂層的外層磨去從而顯露出新的尖銳的鉆石。要檢查修刀是否Page 22 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)成功，唯一的方法就是再進(jìn)行硅棒的切割。盡管修刀能生產(chǎn)新的尖利的表面，但除非必須，否則不大進(jìn)行，因?yàn)槊恳淮涡薜抖紩?huì)減少刀片的壽命并增加機(jī)器待工時(shí)間。問(wèn)題在切片過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些問(wèn)

44、題：硅片晶向錯(cuò)誤，過(guò)分的切片損傷，刀片偏離，刀片失靈和碎片。刀片失靈有幾種：刀片變形、鎳 -鉆涂層崩潰、刀片斷裂。經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題是刀片變形。內(nèi)圓刀片的變形可能因在張緊時(shí)的錯(cuò)誤方式或在試圖快速通過(guò)晶棒時(shí)的刀片進(jìn)給速度太快。其它刀片變形的發(fā)生可能因不銹鋼刀片承受的力太大造成刀片延展。刀片如果過(guò)度變形后，就不能保持筆直通過(guò)晶棒。這是因?yàn)榈镀谇衅瑫r(shí)會(huì)發(fā)生抖動(dòng)。刀片失靈造成的最主要的問(wèn)題是引起硅片斷裂和大量的表面損傷。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

45、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。這些碎片尺寸相對(duì)較大，使硅片缺損，這樣的硅片就不能使用了。圖 2.7 列舉了碎片的發(fā)生。圖 2.7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

46、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。有了足夠的材料，那么所有碎片的發(fā)生幾乎都能包含在內(nèi)了。Page 23 of 52半導(dǎo)體 -硅片生產(chǎn)工藝流程及工藝注意要點(diǎn)應(yīng)指出的是，碎片大多發(fā)生在(100) 晶向的硅片上，原因是（ 100）的硅片，切割垂直于（ 110）和其它（ 100）晶面。沿著（110）晶面切割很容易引起硅片碎裂。因此，在切割（100）向的硅片時(shí)，硅片有沿（ 110）晶面發(fā)生碎裂的趨向。在（ 111）向的硅片上， （ 111）面是與硅片的面相平行的。單晶硅的裂紋大多沿著（111）面。因此，任

47、何裂紋的發(fā)生平行于切片方向而不會(huì)引起碎片。除了內(nèi)圓切割外，還有線切割。盡管線切割已使用了幾個(gè)世紀(jì)，但被應(yīng)用到半導(dǎo)體廠家僅僅在最近 20 年內(nèi)。它們最初需要昂貴的投資，但因在切片損失上的減少能使其很快收回成本。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。線切割的基本結(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，因?yàn)檎麄€(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（或向下）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。圖2.8 是線切割的簡(jiǎn)單示意圖。如150mm 硅片，整根晶棒的切割完成只需約5-8 小時(shí)。圖 2.8典型的線切割機(jī)使用的鋼線直徑約在0.006 英