CH3_硅片加工倒角

1、上章內(nèi)容上章內(nèi)容n晶體晶體XRD定向定向n粘接硅棒粘接硅棒n多線切割機(jī)切割多線切割機(jī)切割n沖洗沖洗n去膠去膠n沖洗，烘干沖洗，烘干切片過(guò)程的評(píng)估切片過(guò)程的評(píng)估n定向的準(zhǔn)確性定向的準(zhǔn)確性n切割出的硅片最小厚度、厚度均勻性切割出的硅片最小厚度、厚度均勻性n表面參數(shù)表面參數(shù)平整性，彎平整性，彎(翹翹)曲度，碎裂曲度，碎裂n結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)損傷層（如晶格畸變），應(yīng)損傷層（如晶格畸變），應(yīng)力分布力分布30umn潔凈性（加工帶來(lái)的污染）潔凈性（加工帶來(lái)的污染）金屬、有金屬、有機(jī)、表面部分氧化層機(jī)、表面部分氧化層n切割效率切割效率后續(xù)工藝后續(xù)工藝n去除表面損傷層，去除表面損傷層，研磨（磨片）研磨（磨片）n消

2、除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力可能引起碎裂可能引起碎裂倒角，倒角，退火退火n清理表面污染物，清理表面污染物，表層切除，清洗，表層切除，清洗，背封，背損傷背封，背損傷n確保電阻率溫度穩(wěn)定性確保電阻率溫度穩(wěn)定性退火退火第三章第三章 硅片的倒角、研磨和熱處理硅片的倒角、研磨和熱處理n本章加工工藝：本章加工工藝：1. 邊緣倒角邊緣倒角2. 表面研磨表面研磨3. 熱處理熱處理工藝介紹工藝介紹n 倒角：倒角：通過(guò)金剛石砂輪對(duì)硅片通過(guò)金剛石砂輪對(duì)硅片邊緣邊緣進(jìn)行進(jìn)行打磨打磨，使其邊緣鈍圓光滑，而不易破碎。使其邊緣鈍圓光滑，而不易破碎。n 研磨：研磨：采用磨料研磨的方式，對(duì)硅片表面進(jìn)采用磨料研磨的方式，對(duì)硅片表面進(jìn)行磨削

3、，將表面損傷層減薄，獲得較平整表行磨削，將表面損傷層減薄，獲得較平整表面，為拋光創(chuàng)造條件。面，為拋光創(chuàng)造條件。n 熱處理：熱處理：對(duì)硅片進(jìn)行高溫退火（對(duì)硅片進(jìn)行高溫退火（650），），降低或降低或消除消除硅晶體中硅晶體中氧氧的的熱施主熱施主效應(yīng)。效應(yīng)。1. 倒角倒角n硅片倒角硅片倒角l簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介l工藝工藝l流程流程l主要參數(shù)主要參數(shù)倒角倒角n定義：定義：采用高速運(yùn)轉(zhuǎn)的金剛石磨輪，對(duì)進(jìn)行采用高速運(yùn)轉(zhuǎn)的金剛石磨輪，對(duì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的硅片邊緣進(jìn)行摩擦，從而獲得鈍圓形轉(zhuǎn)動(dòng)的硅片邊緣進(jìn)行摩擦，從而獲得鈍圓形邊緣的過(guò)程。屬于固定磨粒式磨削。邊緣的過(guò)程。屬于固定磨粒式磨削。n作用：作用：消除邊緣鋒利區(qū)，大大減小邊緣

4、崩裂消除邊緣鋒利區(qū)，大大減小邊緣崩裂的出現(xiàn)，利于釋放應(yīng)力。的出現(xiàn)，利于釋放應(yīng)力。n崩裂原因：崩裂原因：邊緣凸凹不平、存在邊緣應(yīng)力、邊緣凸凹不平、存在邊緣應(yīng)力、受熱邊緣膨脹系數(shù)不同等等。受熱邊緣膨脹系數(shù)不同等等。大氣大氣抽氣減壓抽氣減壓低壓區(qū)低壓區(qū)倒角加工示意圖倒角加工示意圖60008000r/min金剛石金剛石吸盤(pán)吸盤(pán)對(duì)于沒(méi)有參考面的倒角，硅片做標(biāo)準(zhǔn)圓周運(yùn)動(dòng)。對(duì)于沒(méi)有參考面的倒角，硅片做標(biāo)準(zhǔn)圓周運(yùn)動(dòng)。有參考面的倒角有參考面的倒角n硅片邊緣不是規(guī)則圓形，因此硅片不是做硅片邊緣不是規(guī)則圓形，因此硅片不是做規(guī)則的圓周運(yùn)動(dòng)，而是采用凸輪，進(jìn)行旋規(guī)則的圓周運(yùn)動(dòng)，而是采用凸輪，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。n最終目的：硅

5、片最終目的：硅片邊緣邊緣做總被做總被均勻打磨均勻打磨。倒角粗糙度的控制倒角粗糙度的控制n為盡量為盡量減小粗糙度減小粗糙度，且保證，且保證加工效率加工效率：分：分別由大到小采用不同磨粒的倒角磨輪，對(duì)別由大到小采用不同磨粒的倒角磨輪，對(duì)硅片進(jìn)行多次倒角，最終獲得光滑的表面。硅片進(jìn)行多次倒角，最終獲得光滑的表面。n例：先采用例：先采用800#粗倒角，再采用粗倒角，再采用3000#的磨的磨輪進(jìn)行精細(xì)倒角，最終獲得光滑的表面。輪進(jìn)行精細(xì)倒角，最終獲得光滑的表面。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個(gè)顆粒。個(gè)顆粒。兩種典型的倒角兩種典型的倒角n硅

6、片經(jīng)過(guò)倒角以后，其邊緣的輪廓并不相同，硅片經(jīng)過(guò)倒角以后，其邊緣的輪廓并不相同，主要有主要有R和和T型兩種。型兩種。R型（主流）型（主流）T型型倒角的主要參數(shù)倒角的主要參數(shù)n倒角的角度：倒角的角度：11(H型型)，22(G型型)。n倒角的寬幅。倒角的寬幅。n中心的定位。中心的定位。n磨輪與旋轉(zhuǎn)臺(tái)距離的調(diào)節(jié)。磨輪與旋轉(zhuǎn)臺(tái)距離的調(diào)節(jié)。11中心面中心面寬幅寬幅倒角的度數(shù)倒角的度數(shù)倒角的流程倒角的流程準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作參數(shù)輸入?yún)?shù)輸入自動(dòng)倒角自動(dòng)倒角檢查水電檢查水電選擇選擇凸輪凸輪選擇選擇磨輪磨輪選擇吸盤(pán)選擇吸盤(pán)硅片同心度硅片同心度硅片高低硅片高低主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速有參考面的硅片倒角，采用凸輪有參考面的硅片

7、倒角，采用凸輪倒角結(jié)束倒角結(jié)束影響倒角的因素影響倒角的因素n凸輪的選擇。凸輪的選擇。n硅片中心定位準(zhǔn)確性。硅片中心定位準(zhǔn)確性。n硅片固定的平整性。硅片固定的平整性。n轉(zhuǎn)速高低、穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)速高低、穩(wěn)定性。n高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的豎直性。高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的豎直性。nL的精確控制。的精確控制。n磨輪的磨粒尺寸。磨輪的磨粒尺寸。倒角的故障倒角的故障n殘留未倒角的邊緣殘留未倒角的邊緣中心定位不準(zhǔn)。中心定位不準(zhǔn)。n寬幅不均勻?qū)挿痪鶆蚬杵穸炔痪?，邊緣翹曲，硅片厚度不均，邊緣翹曲，磨槽不均。磨槽不均。n倒角崩邊倒角崩邊硅片邊緣太薄，金剛石磨粒硅片邊緣太薄，金剛石磨粒不均勻，冷卻水不足等。不均勻，冷卻水不足等。L交疊區(qū)交疊

8、區(qū)L1L2解決中心定位問(wèn)題解決中心定位問(wèn)題n(1) 盡量定位準(zhǔn)確盡量定位準(zhǔn)確n(2) 控制控制L，和硅片半徑匹配，和硅片半徑匹配，LR-d2. 硅片的研磨硅片的研磨n1）簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介n2）研磨基本知識(shí)研磨基本知識(shí)n3）磨片的主要技術(shù)參數(shù)磨片的主要技術(shù)參數(shù)n4）高質(zhì)量磨片的技術(shù)條件高質(zhì)量磨片的技術(shù)條件n5）研磨機(jī)組成與原理研磨機(jī)組成與原理n6）磨片的工藝過(guò)程磨片的工藝過(guò)程n7）主要影響因素主要影響因素n8）磨片中產(chǎn)生的缺陷磨片中產(chǎn)生的缺陷1）硅片研磨）硅片研磨n磨片：磨片：多線切割以后的硅片，表面有一定多線切割以后的硅片，表面有一定的損傷層，（存在晶格畸變、劃痕以及較的損傷層，（存在晶格畸變、劃痕以

9、及較大起伏度），為了獲得光滑而平整的晶體大起伏度），為了獲得光滑而平整的晶體表面，需要將損傷層去除，通常分兩步：表面，需要將損傷層去除，通常分兩步：第一，機(jī)械研磨，第二，表面拋光。而采第一，機(jī)械研磨，第二，表面拋光。而采用研磨方式，來(lái)去除損傷層，就是磨片。用研磨方式，來(lái)去除損傷層，就是磨片。n磨片方式：磨片方式：研磨漿中的研磨漿中的磨粒磨粒在一定在一定壓力壓力作作用下，用下，研磨研磨工件的工件的表面表面。n磨片方式：游離式磨削。磨片方式：游離式磨削。壓力壓力磨片示意圖磨片示意圖2）研磨基本知識(shí)）研磨基本知識(shí)n(1) 研磨的機(jī)理研磨的機(jī)理n(2) 研磨漿組成與原理研磨漿組成與原理n(1) 研磨中

10、的研磨中的機(jī)理機(jī)理： a. 擠壓切削擠壓切削過(guò)程。磨粒在一定壓力下，對(duì)過(guò)程。磨粒在一定壓力下，對(duì)加工表面進(jìn)行擠壓、切削。加工表面進(jìn)行擠壓、切削。 b. 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)。有些磨料可以先把工件表面。有些磨料可以先把工件表面氧化，再把氧化層進(jìn)行磨削。這樣可以減氧化，再把氧化層進(jìn)行磨削。這樣可以減慢切削速度，提高最終加工精度。慢切削速度，提高最終加工精度。 c. 塑性變形塑性變形。獲得非晶的塑性層，最終去除。獲得非晶的塑性層，最終去除。n(2) 研磨漿主要包括：研磨漿主要包括： a. 磨料磨料：粒度小，則磨削的表面粗糙度小，：粒度小，則磨削的表面粗糙度小，加工精度高加工精度高. 但是加工速度慢。粒度

11、大，則但是加工速度慢。粒度大，則加工速度快，但是加工粗糙度大。加工速度快，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，再用細(xì)磨料加工。用細(xì)磨料加工。 磨片中，磨粒通常采用金剛砂，即磨片中，磨粒通常采用金剛砂，即SiC顆粒。顆粒。不同大小磨粒的磨削比較不同大小磨粒的磨削比較磨削磨削效率效率表面粗表面粗糙度糙度劃痕劃痕比表比表面積面積摩擦力摩擦力發(fā)熱量發(fā)熱量大磨粒大磨粒高高大大深深小小摩擦小，摩擦小，發(fā)熱少發(fā)熱少小磨粒小磨粒低低小小淺淺 大大摩擦大，摩擦大，發(fā)熱多發(fā)熱多nb. 磨削液的作用：磨削液的作用： 冷卻作用冷卻作用：把切割區(qū)的熱量帶走。：把

12、切割區(qū)的熱量帶走。 排渣作用排渣作用：將研磨屑和破碎的磨粒沖走。：將研磨屑和破碎的磨粒沖走。 潤(rùn)滑作用潤(rùn)滑作用：減小磨粒和表面的機(jī)械摩擦。：減小磨粒和表面的機(jī)械摩擦。 防銹作用防銹作用：磨粒除了磨削工件，對(duì)金屬底盤(pán)：磨粒除了磨削工件，對(duì)金屬底盤(pán)也進(jìn)行切削，要防止金也進(jìn)行切削，要防止金 屬底盤(pán)生銹。屬底盤(pán)生銹。 磨片中，磨削液通常采用水。磨片中，磨削液通常采用水。nc. 助磨劑等助磨劑等 助磨劑：助磨劑：加速材料磨削速度，并保證平整加速材料磨削速度，并保證平整度，保證磨粒懸浮性，通常一些氧化劑。度，保證磨粒懸浮性，通常一些氧化劑。 助磨原理：助磨原理：助磨劑和工件表層反應(yīng)（擠壓助磨劑和工件表層反

13、應(yīng)（擠壓造成部分原子混合，如造成部分原子混合，如O），形成較疏松的），形成較疏松的表面氧化層，容易去除。表面氧化層，容易去除。3）磨片中的技術(shù)參數(shù)）磨片中的技術(shù)參數(shù)na. 硅片厚度和總厚度變化硅片厚度和總厚度變化TTV。nb. 表層剪除層的厚度。表層剪除層的厚度。nc. 表面缺陷的產(chǎn)生。表面缺陷的產(chǎn)生。a. 硅片厚度和總厚度變化硅片厚度和總厚度變化TTVn硅片厚度，特指硅片中心點(diǎn)的厚度。硅片厚度，特指硅片中心點(diǎn)的厚度。n總厚度變化：總厚度變化：TTV=Tmax-Tminn未經(jīng)磨片時(shí)，硅片未經(jīng)磨片時(shí)，硅片TTV很大，（幾十很大，（幾十um）。）。經(jīng)過(guò)磨片以后，經(jīng)過(guò)磨片以后，TTV700，O空隙間

14、擴(kuò)散）空隙間擴(kuò)散）nT450，O擴(kuò)散并彼此聚集，形成熱施主，擴(kuò)散并彼此聚集，形成熱施主，此溫度的擴(kuò)散系數(shù)非常大。此溫度的擴(kuò)散系數(shù)非常大。n熱施主最終濃度：熱施主最終濃度：正比初始正比初始O濃度的三次方。濃度的三次方。n雜質(zhì)作用：雜質(zhì)作用：C可以抑制熱施主，可以抑制熱施主，H促進(jìn)熱施主。促進(jìn)熱施主。熱施主機(jī)理熱施主機(jī)理n自由間隙模型：形成小范圍的自由間隙模型：形成小范圍的Si原子外層包原子外層包裹裹O原子，的聚集體。原子，的聚集體。n2. 新施主：新施主：數(shù)百個(gè)數(shù)百個(gè)O原子聚集形成的硅氧集原子聚集形成的硅氧集團(tuán)，產(chǎn)生的一種施主效應(yīng)。形成于團(tuán)，產(chǎn)生的一種施主效應(yīng)。形成于500800。n形成條件：形

15、成條件：l溫度高，一般大于溫度高，一般大于650形成明顯。形成明顯。lO濃度較大，濃度較大， 5*1017/cm3 。熱施主和新施主的特點(diǎn)熱施主和新施主的特點(diǎn)n熱施主：溫度穩(wěn)定性差，電阻率隨溫度變熱施主：溫度穩(wěn)定性差，電阻率隨溫度變化明顯。化明顯。n新施主：溫度變化不明顯。新施主：溫度變化不明顯。O晶格空隙（不穩(wěn)定）晶格空隙（不穩(wěn)定）熱處理（小區(qū)域成鍵）熱處理（小區(qū)域成鍵）兩種施主效應(yīng)的處理方法兩種施主效應(yīng)的處理方法n熱施主：熱施主：施主效應(yīng)顯著，而且和材料溫度有施主效應(yīng)顯著，而且和材料溫度有關(guān)，導(dǎo)致關(guān)，導(dǎo)致Si材料電阻率不穩(wěn)定，器件熱穩(wěn)定材料電阻率不穩(wěn)定，器件熱穩(wěn)定性差，應(yīng)當(dāng)予以消除。消除手

16、段，快速退火，性差，應(yīng)當(dāng)予以消除。消除手段，快速退火，使氧原子小范圍局域化。使氧原子小范圍局域化。n典型工藝：典型工藝：650退火半小時(shí)。退火半小時(shí)。n新施主：新施主：形成溫度較高，小范圍的溫度漲落，形成溫度較高，小范圍的溫度漲落，對(duì)其影響不大，也不好消除，對(duì)其影響不大，也不好消除，一般不處理一般不處理?？焖偻嘶鹩幸欢ㄐЧ?。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) 硅片中的氧沉積硅片中的氧沉積n氧沉積：氧沉積：硅中氧含量很高時(shí)，硅錠硅中氧含量很高時(shí)，硅錠降溫降溫階段，階段，氧原子聚集，并和硅原子結(jié)合，形成氧原子聚集，并和硅原子結(jié)合，形成SiO2顆顆粒，稱為氧

17、沉積。粒，稱為氧沉積。n產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：氧原子濃度高，溫度較高。氧原子濃度高，溫度較高。n形成過(guò)程：形成過(guò)程：Si中氧的溶解度，隨溫度降低而中氧的溶解度，隨溫度降低而降低，因此，提拉硅中的降低，因此，提拉硅中的O，在隨著硅錠溫，在隨著硅錠溫度降低，形成度降低，形成過(guò)飽和狀態(tài)過(guò)飽和狀態(tài)，并且結(jié)晶而形成，并且結(jié)晶而形成氧沉積。氧沉積。n穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：1200溫度下，氧沉積可以融化，溫度下，氧沉積可以融化，O再次回到晶格間隙，均勻分布。再次回到晶格間隙，均勻分布。氧沉淀的特點(diǎn)與利用氧沉淀的特點(diǎn)與利用n氧沉積是一種晶體結(jié)構(gòu)缺陷，對(duì)電阻率的氧沉積是一種晶體結(jié)構(gòu)缺陷，對(duì)電阻率的影響隨溫度變化不大，少

18、量的氧沉積可以影響隨溫度變化不大，少量的氧沉積可以接受。接受。n利用：利用：1）作為金屬吸雜中心，吸收金屬原）作為金屬吸雜中心，吸收金屬原子，子，2）增強(qiáng)硅片的機(jī)械強(qiáng)度，防止原子滑）增強(qiáng)硅片的機(jī)械強(qiáng)度，防止原子滑移，因此硅片不易翹曲。移，因此硅片不易翹曲。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：含量太高，使得硅片翹曲。含量太高，使得硅片翹曲。n總之，少量的氧沉積是有益的。總之，少量的氧沉積是有益的。O形式形式n直拉硅：均勻分布晶格內(nèi)部，溶解狀態(tài)，直拉硅：均勻分布晶格內(nèi)部，溶解狀態(tài)，l未多方向成鍵未多方向成鍵不穩(wěn)定（熱運(yùn)動(dòng)）不穩(wěn)定（熱運(yùn)動(dòng)）n熱處理熱處理小范圍成鍵，穩(wěn)定化（消除熱小范圍成鍵，穩(wěn)定化（消除熱施主）施主）n新施主新施主幾百幾百Si、O原子穩(wěn)定成鍵原子穩(wěn)定