硅片加工倒角芯片制造流程ppt课件.ppt

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1、上章内容上章内容n晶体晶体XRD定向定向n粘接硅棒粘接硅棒n多多线切割机切割切割机切割n冲洗冲洗n去胶去胶n冲洗，烘干冲洗，烘干切片过程的评估切片过程的评估n定向的准确性定向的准确性n切割出的硅片最小厚度、厚度均匀性切割出的硅片最小厚度、厚度均匀性n表面参数表面参数平整性，弯平整性，弯(翘)曲度，碎裂曲度，碎裂n结构参数构参数损伤层（如晶格畸（如晶格畸变），），应力分布力分布30umn洁净性（加工性（加工带来的来的污染）染）金属、有金属、有机、表面部分氧化机、表面部分氧化层n切割效率切割效率后续工艺后续工艺n去除表面去除表面损伤层，研磨（磨片）研磨（磨片）n消除内消除内应力力可能引起碎裂可能引

2、起碎裂倒角，倒角，退火退火n清理表面清理表面污染物，染物，表表层切除，清洗，切除，清洗，背封，背背封，背损伤n确保确保电阻率温度阻率温度稳定性定性退火退火第三章第三章 硅片的倒角、研磨和热处理硅片的倒角、研磨和热处理n本章加工工本章加工工艺：1.边缘倒角倒角2.表面研磨表面研磨3.热处理理工艺介绍工艺介绍n 倒角：倒角：通通过金金刚石砂石砂轮对硅片硅片边缘进行行打磨打磨，使其使其边缘钝圆光滑，而不易破碎。光滑，而不易破碎。n 研磨：研磨：采用磨料研磨的方式，采用磨料研磨的方式，对硅片表面硅片表面进行磨削，将表面行磨削，将表面损伤层减薄，减薄，获得得较平整表平整表面，面，为抛光抛光创造条件。造条

3、件。n 热处理：理：对硅片硅片进行高温退火（行高温退火（650），），降低或降低或消除消除硅晶体中硅晶体中氧氧的的热施主施主效效应。1.倒角倒角n硅片倒角硅片倒角l简介介l工工艺l流程流程l主要参数主要参数倒角倒角n定定义：采用高速运采用高速运转的金的金刚石磨石磨轮，对进行行转动的硅片的硅片边缘进行摩擦，从而行摩擦，从而获得得钝圆形形边缘的的过程。属于固定磨粒式磨削。程。属于固定磨粒式磨削。n作用：作用：消除消除边缘锋利区，大大减小利区，大大减小边缘崩裂崩裂的出的出现，利于，利于释放放应力。力。n崩裂原因：崩裂原因：边缘凸凹不平、存在凸凹不平、存在边缘应力、力、受受热边缘膨膨胀系数不同等等。系

4、数不同等等。大气大气抽气减压抽气减压低压区低压区倒角加工示意图倒角加工示意图60008000r/min金刚石金刚石吸盘吸盘对于没有参考面的倒角，硅片做标准圆周运动。对于没有参考面的倒角，硅片做标准圆周运动。有参考面的倒角有参考面的倒角n硅片硅片边缘不是不是规则圆形，因此硅片不是做形，因此硅片不是做规则的的圆周运周运动，而是采用凸，而是采用凸轮，进行旋行旋转。n最最终目的：硅片目的：硅片边缘做做总被被均匀打磨均匀打磨。倒角粗糙度的控制倒角粗糙度的控制n为尽量尽量减小粗糙度减小粗糙度，且保，且保证加工效率加工效率：分：分别由大到小采用不同磨粒的倒角磨由大到小采用不同磨粒的倒角磨轮，对硅片硅片进行多

5、次倒角，最行多次倒角，最终获得光滑的表面。得光滑的表面。n例：先采用例：先采用800#粗倒角，再采用粗倒角，再采用3000#的磨的磨轮进行精行精细倒角，最倒角，最终获得光滑的表面。得光滑的表面。平均粗糙度平均粗糙度Ra0.04um 3000#目，表示每平方英寸含目，表示每平方英寸含3000个个颗粒。粒。两种典型的倒角两种典型的倒角n硅片硅片经过倒角以后，其倒角以后，其边缘的的轮廓并不相同，廓并不相同，主要有主要有R和和T型两种。型两种。R型（主流）型（主流）T型型倒角的主要参数倒角的主要参数n倒角的角度：倒角的角度：11(H型型)，22(G型型)。n倒角的倒角的宽幅。幅。n中心的定位。中心的定

6、位。n磨磨轮与旋与旋转台距离的台距离的调节。11中心面中心面宽幅宽幅倒角的度数倒角的度数倒角的流程倒角的流程准备工作准备工作参数输入参数输入自动倒角自动倒角检查水电检查水电选择选择凸轮凸轮选择选择磨轮磨轮选择吸盘选择吸盘硅片同心度硅片同心度硅片高低硅片高低主轴转速主轴转速有参考面的硅片倒角，采用凸轮有参考面的硅片倒角，采用凸轮倒角结束倒角结束影响倒角的因素影响倒角的因素n凸凸轮的的选择。n硅片中心定位准确性。硅片中心定位准确性。n硅片固定的平整性。硅片固定的平整性。n转速高低、速高低、稳定性。定性。n高速高速转动时的的竖直性。直性。nL的精确控制。的精确控制。n磨磨轮的磨粒尺寸。的磨粒尺寸。倒

7、角的故障倒角的故障n残留未倒角的残留未倒角的边缘中心定位不准。中心定位不准。n宽幅不均匀幅不均匀硅片厚度不均，硅片厚度不均，边缘翘曲，曲，磨槽不均。磨槽不均。n倒角崩倒角崩边硅片硅片边缘太薄，金太薄，金刚石磨粒石磨粒不均匀，冷却水不足等。不均匀，冷却水不足等。L交叠区交叠区L1L2解决中心定位问题解决中心定位问题n(1)尽量定位准确尽量定位准确n(2)控制控制L，和硅片半径匹配，和硅片半径匹配，LR-d2.硅片的研磨硅片的研磨n1）简介介n2）研磨基本知研磨基本知识n3）磨片的主要技磨片的主要技术参数参数n4）高高质量磨片的技量磨片的技术条件条件n5）研磨机研磨机组成与原理成与原理n6）磨片的

8、工磨片的工艺过程程n7）主要影响因素主要影响因素n8）磨片中磨片中产生的缺陷生的缺陷1）硅片研磨）硅片研磨n磨片：磨片：多多线切割以后的硅片，表面有一定切割以后的硅片，表面有一定的的损伤层，（存在晶格畸，（存在晶格畸变、划痕以及、划痕以及较大起伏度），大起伏度），为了了获得光滑而平整的晶体得光滑而平整的晶体表面，需要将表面，需要将损伤层去除，通常分两步：去除，通常分两步：第一，机械研磨，第二，表面抛光。而采第一，机械研磨，第二，表面抛光。而采用研磨方式，来去除用研磨方式，来去除损伤层，就是磨片。，就是磨片。n磨片方式：磨片方式：研磨研磨浆中的中的磨粒磨粒在一定在一定压力力作作用下，用下，研磨研

9、磨工件的工件的表面表面。n磨片方式：游离式磨削。磨片方式：游离式磨削。压力压力磨片示意图磨片示意图2）研磨基本知识）研磨基本知识n(1)研磨的机理研磨的机理n(2)研磨研磨浆组成与原理成与原理n(1)研磨中的研磨中的机理机理：a.挤压切削切削过程。磨粒在一定程。磨粒在一定压力下，力下，对加加工表面工表面进行行挤压、切削。、切削。b.化学反化学反应。有些磨料可以先把工件表面氧。有些磨料可以先把工件表面氧化，再把氧化化，再把氧化层进行磨削。行磨削。这样可以减慢可以减慢切削速度，提高最切削速度，提高最终加工精度。加工精度。c.塑性塑性变形形。获得非晶的塑性得非晶的塑性层，最，最终去除。去除。n(2)

10、研磨研磨浆主要包括：主要包括：a.磨料磨料：粒度小，：粒度小，则磨削的表面粗糙度小，加磨削的表面粗糙度小，加工精度高工精度高.但是加工速度慢。粒度大，但是加工速度慢。粒度大，则加加工速度快，但是加工粗糙度大。工速度快，但是加工粗糙度大。基于效率和精度要求基于效率和精度要求：先用粗磨料加工，再：先用粗磨料加工，再用用细磨料加工。磨料加工。磨片中，磨粒通常采用金磨片中，磨粒通常采用金刚砂，即砂，即SiC颗粒。粒。不同大小磨粒的磨削比较不同大小磨粒的磨削比较磨削磨削效率效率表面粗表面粗糙度糙度划痕划痕比表比表面积面积摩擦力摩擦力发热量发热量大磨粒大磨粒高高大大深深小小摩擦小，摩擦小，发热少发热少小磨

11、粒小磨粒低低小小浅浅 大大摩擦大，摩擦大，发热多发热多nb.磨削液的作用：磨削液的作用：冷却作用冷却作用：把切割区的：把切割区的热量量带走。走。排渣作用排渣作用：将研磨屑和破碎的磨粒冲走。：将研磨屑和破碎的磨粒冲走。润滑作用滑作用：减小磨粒和表面的机械摩擦。：减小磨粒和表面的机械摩擦。防防锈作用作用：磨粒除了磨削工件，：磨粒除了磨削工件，对金属底金属底盘也也进行切削，要防止金行切削，要防止金 属底属底盘生生锈。磨片中，磨削液通常采用水。磨片中，磨削液通常采用水。nc.助磨助磨剂等等 助磨助磨剂：加速材料磨削速度，并保加速材料磨削速度，并保证平整度，平整度，保保证磨粒磨粒悬浮性，通常一些氧化浮性

12、，通常一些氧化剂。助磨原理：助磨原理：助磨助磨剂和工件表和工件表层反反应（挤压造造成部分原子混合，如成部分原子混合，如O），形成），形成较疏松的表疏松的表面氧化面氧化层，容易去除。，容易去除。3）磨片中的技术参数）磨片中的技术参数na.硅片厚度和硅片厚度和总厚度厚度变化化TTV。nb.表表层剪除剪除层的厚度。的厚度。nc.表面缺陷的表面缺陷的产生。生。a.硅片厚度和总厚度变化硅片厚度和总厚度变化TTVn硅片厚度，特指硅片中心点的厚度。硅片厚度，特指硅片中心点的厚度。n总厚度厚度变化：化：TTV=Tmax-Tminn未未经磨片磨片时，硅片，硅片TTV很大，（几十很大，（几十um）。）。经过磨片以

13、后，磨片以后，TTV700，O空隙空隙间扩散）散）nT450，O扩散并彼此聚集，形成散并彼此聚集，形成热施主，施主，此温度的此温度的扩散系数非常大。散系数非常大。n热施主最施主最终浓度：度：正比初始正比初始O浓度的三次方。度的三次方。n杂质作用：作用：C可以抑制可以抑制热施主，施主，H促促进热施主。施主。热施主机理热施主机理n自由自由间隙模型：形成小范隙模型：形成小范围的的Si原子外原子外层包包裹裹O原子，的聚集体。原子，的聚集体。n2.新施主：新施主：数百个数百个O原子聚集形成的硅氧集原子聚集形成的硅氧集团，产生的一种施主效生的一种施主效应。形成于。形成于500800。n形成条件：形成条件：

14、l温度高，一般大于温度高，一般大于650形成明形成明显。lO浓度度较大，大，5*1017/cm3。热施主和新施主的特点热施主和新施主的特点n热施主：温度施主：温度稳定性差，定性差，电阻率随温度阻率随温度变化明化明显。n新施主：温度新施主：温度变化不明化不明显。O晶格空隙（不稳定）晶格空隙（不稳定）热处理（小区域成键）热处理（小区域成键）两种施主效应的处理方法两种施主效应的处理方法n热施主：施主：施主效施主效应显著，而且和材料温度有著，而且和材料温度有关，关，导致致Si材料材料电阻率不阻率不稳定，器件定，器件热稳定定性差，性差，应当予以消除。消除手段，快速退火，当予以消除。消除手段，快速退火，使

15、氧原子小范使氧原子小范围局域化。局域化。n典型工典型工艺：650退火半小退火半小时。n新施主：新施主：形成温度形成温度较高，小范高，小范围的温度的温度涨落，落，对其影响不大，也不好消除，其影响不大，也不好消除，一般不一般不处理理。快速退火有一定效果。比如快速退火有一定效果。比如700停留停留2S，然，然后速冷。后速冷。(2)硅片中的氧沉积硅片中的氧沉积n氧沉氧沉积：硅中氧含量很高硅中氧含量很高时，硅，硅锭降温降温阶段，段，氧原子聚集，并和硅原子氧原子聚集，并和硅原子结合，形成合，形成SiO2颗粒，称粒，称为氧沉氧沉积。n产生条件：生条件：氧原子氧原子浓度高，温度度高，温度较高。高。n形成形成过

16、程：程：Si中氧的溶解度，随温度降低而中氧的溶解度，随温度降低而降低，因此，提拉硅中的降低，因此，提拉硅中的O，在随着硅，在随着硅锭温温度降低，形成度降低，形成过饱和状和状态，并且，并且结晶而形成晶而形成氧沉氧沉积。n稳定性：定性：1200温度下，氧沉温度下，氧沉积可以融化，可以融化，O再次回到晶格再次回到晶格间隙，均匀分布。隙，均匀分布。氧沉淀的特点与利用氧沉淀的特点与利用n氧沉氧沉积是一种晶体是一种晶体结构缺陷，构缺陷，对电阻率的阻率的影响随温度影响随温度变化不大，少量的氧沉化不大，少量的氧沉积可以可以接受。接受。n利用：利用：1）作）作为金属吸金属吸杂中心，吸收金属原中心，吸收金属原子，

17、子，2）增）增强硅片的机械硅片的机械强度，防止原子滑度，防止原子滑移，因此硅片不易移，因此硅片不易翘曲。曲。n缺点：缺点：含量太高，使得硅片含量太高，使得硅片翘曲。曲。n总之，少量的氧沉之，少量的氧沉积是有益的。是有益的。O形式形式n直拉硅：均匀分布晶格内部，溶解状直拉硅：均匀分布晶格内部，溶解状态，l未多方向成未多方向成键不不稳定（定（热运运动）n热处理理小范小范围成成键，稳定化（消除定化（消除热施主）施主）n新施主新施主几百几百Si、O原子原子稳定成定成键n氧沉淀氧沉淀大范大范围较多多Si、O原子原子结晶晶本章内容本章内容n硅片倒角的目的和意硅片倒角的目的和意义。n硅片研磨的目的和意硅片研

18、磨的目的和意义。n研磨的机理有哪些。研磨的机理有哪些。n磨削液的作用有哪些。磨削液的作用有哪些。n研磨研磨过程中，硅片做何种运程中，硅片做何种运动。n分分别从研磨液从研磨液浓度，研磨度，研磨压力和磨力和磨盘转速三速三个角度个角度说明各自明各自对研磨速率的影响。研磨速率的影响。n硅片研磨的步硅片研磨的步骤有哪些。有哪些。n磨片磨片过程中形成的表面缺陷有哪些（程中形成的表面缺陷有哪些（53/77）。）。n简述硅片述硅片进行行热处理的理的过程和作用。程和作用。n何种硅片需要何种硅片需要热处理。理。n氧的两种施主效氧的两种施主效应，各自形成的温度与，各自形成的温度与处理理方法。方法。n氧沉氧沉积的概念和的概念和对其利用的价其利用的价值。单位时间滚过的面积单位时间滚过的面积平滑区平滑区粗糙区粗糙区研磨颗粒研磨颗粒磨平磨平新粗糙化新粗糙化单晶表面单晶表面粗糙粗糙若两个区域毫无机械强度差别，则单位时间磨平和新若两个区域毫无机械强度差别，则单位时间磨平和新损伤的面积一致。损伤的面积一致。两个区域有机械强度差别越大，区域两个区域有机械强度差别越大，区域强度越差，表强度越差，表面加工越平整。面加工越平整。