半导体芯片制造技术4.ppt

《半导体芯片制造技术4.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第四章晶圆制备晶棒还要经过一系列加工才能形成符合半导体芯片制造要求的半导体衬底，即晶圆，如图4-1所示。图4-1晶圆第四章晶圆制备第一节晶圆制备工艺一、截断图4-2截断二、直径滚磨由于晶体生长中直径和圆度的控制不可能很精确，所以硅棒都要长得稍大一点以进行径向研磨。图4.3直径研磨三、磨定位面单晶体具有各向异性特点，必须按特定晶向进行切割，才能满足生产的需要，也不至于碎片，所以切割前应先定向。定向的原理是用一束可见光或X光射向单晶锭端面，由于端面上晶向的不同，其反射的图形也不同。根据反射图像，就可以校正单晶棒的晶向。一旦晶体在切割块上

2、定好晶向，就沿着轴滚磨出一个参考面，如图4-4所示。图4-4定位面研磨图4-5硅片的类型标志四、切片单晶硅在切片时，硅片的厚度，晶向，翘曲度和平行度是关键参数，需要严格控制。晶片切片的要求是：厚度符合要求；平整度和弯曲度要小，无缺损，无裂缝，刀痕浅。单晶硅切成硅片，通常采用内圆切片机或线切片机。图4-6内圆切片机外形图4-7内圆切片示意图另一种切片方法是线切片，通过粘有金刚石颗粒的金属丝的运动来达到切片的目的，如图4-8所示。图4-8线切片示意图五、磨片切片完成以后，对于硅片表面要进行研磨机械加工。磨片工艺要达到如下的目的:①去除硅

3、片表面的刀疤，使硅片表面加工损伤均匀一致；②调节硅片厚度，使片与片之间厚度差逐渐缩小；并提高表面平整度和平行度。磨片的效果与研磨料、研磨条件、研磨方法和研磨设备密切相关。图4-9磨片前后比较目前使用得最普遍的是行星式磨片法，如图4-10所示。图4-10行星式磨片法六、倒角倒角工艺，如图4-11所示，是用具有特定形状的砂轮磨去硅片边缘锋利的崩边、棱角、裂缝等。图4-11倒角示意图对硅片倒角可使硅片边缘获得平滑的半径周线，如图4-12所示，这一步可以在磨片之前或之后进行。图4-12倒角后的硅片边缘倒角目的主要有三个：1）防止晶圆边缘碎裂

4、2）防止热应力的集中3）增加外延层光刻胶层在晶圆边缘的平坦度七、抛光抛光是硅片表面的最后一次重要加工工序，也是最精细的表面加工。抛光的目的是除去表面细微的损伤层，得到高平整度的光滑表面。图4-13抛光前后对比（一）抛光工艺概述抛光工艺可以分为三类：1．机械抛光法2．化学抛光法3．化学－机械抛光法图4-14抛光机的结构（二）抛光工艺后的表面粗糙度测量抛光后需要用原子显微镜对晶圆表面粗糙度进行相应测量，说明表面粗糙度的参数有以下几个：1．TTV（TotalThicknessVariation）2．TIR（TotalIndicatorRe

5、ading）3．FPD（FocalPlanDeviation）第二节晶圆清洗、质量检测及包装一、晶圆清洗（一）硅片沾污杂质种类1.分子型杂质2.离子型杂质3.原子型杂质（二）清洗步骤清洗硅片的一般步骤为：去分子→去离子→去原子→高纯水清洗。二、晶圆质量检测对硅片测量来说，硅片的均匀性是关键的。重要的硅片质量要求如下所示：1.物理尺寸为了达到芯片生产中器件制造的要求，以及适合硅片制造厂自动传送设备的要求，硅片必须规定物理尺寸。在硅片的制备中，尺寸控制包括许多测量，例如直径、厚度、晶向位置和尺寸、定位边和硅片形变。图4-18表示了一种硅

6、片变形。造成硅片变形最可能的原因是切片工艺。图4-18硅片变形2.平整度平整度是硅片最主要的参数之一，主要是因为光刻工艺对局部位置的平整度是非常敏感的。硅片平整度是指在通过硅片的直线上的厚度变化。它是通过硅片的上表面和一个规定参考面的距离得到的。对一个硅片来说，如果它被完全平坦地放置，参考面在理论上就是绝对平坦的背面，比如利用真空压力把它拉到一个清洁平坦的面上，如图4-19所示，平整度可以规定为硅片上一个特定点周围的局部平整度，也可以规定为整体平整度，它是在硅片表面的固定质量面积（FQA）上整个硅片的平整度。固定质量面积不包括硅片表

7、面周边的无用区域。测量大面积的平整度要比小面积难控制。图4-19硅片的表面平整度3.微粒粗糙度微粗糙度是实际表面同规定平面的小数值范围的偏差，它有许多小的距离很近的峰和谷，它是硅片表面纹理的标志。表面微粗糙度测量了硅片表面最高点和最低点的高度差别，它的单位是纳米。粗糙度的标准是用均方根来表示的，它是规定平面所有测量数值的平方的平均值的平方根。这是一个用来确定最可能的测量数据的普通统计方法。硅片表面微粗糙度是用光学形貌分析仪测量的。对芯片制造来讲，表面微粗糙度的控制非常重要，这是因为在器件制造中，它对硅片上非常薄的介质层的击穿有着负面

8、影响。4.氧含量控制硅锭中的氧含量水平的均匀性是非常重要的，而且随着更大的直径尺寸，难度也越来越大。少量的氧能起到俘获中心的作用，它能束缚硅中的沾染物。然而，硅锭中过量的氧会影响硅的机械和电学特性。例如，氧会导致P-N结漏电流的增加，