硅片加工倒角.ppt

硅片的倒角、研磨和热处理,加工工艺： 1. 边缘倒角 2. 表面研磨 3. 热处理,工艺介绍,倒角：通过金刚石砂轮对硅片边缘进行打磨，使其边缘钝圆光滑，而不易破碎 研磨：采用磨料研磨的方式，对硅片表面进行磨削，将表面损伤层减薄，获得较平整表面，为抛光创造条件 热处理：对硅片进行高温退火（650），降低或消除硅晶体中氧的热施主效应1. 倒角,硅片倒角 简介 工艺 流程 主要参数,倒角,定义：采用高速运转的金刚石磨轮，对进行转动的硅片边缘进行摩擦，从而获得钝圆形边缘的过程属于固定磨粒式磨削 作用：消除边缘锋利区，大大减小边缘崩裂的出现，利于释放应力 崩裂原因：边缘凸凹不平、存在边缘应力、受热边缘膨胀系数不同等等大气,,,,,,,抽气减压,,低压区,,,,,,,,,,,,,,,倒角加工示意图,60008000r/min,,,,,,金刚石,吸盘,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,硅片边缘不是规则圆形，因此硅片不是做规则的圆周运动，而是采用凸轮，进行旋转 最终目的：硅片边缘做总被均匀打磨倒角粗糙度的控制,为尽量减小粗糙度，且保证加工效率：分别由大到小采用不同磨粒的倒角磨轮，对硅片进行多次倒角，最终获得光滑的表面。

例：先采用800#粗倒角，再采用3000#的磨轮进行精细倒角，最终获得光滑的表面平均粗糙度Ra<0.04um 3000#目，表示每平方英寸含3000个颗粒两种典型的倒角,硅片经过倒角以后，其边缘的轮廓并不相同，主要有R和T型两种R型（主流）,,,,,,T型,,倒角的主要参数,倒角的角度：11(H型)，22(G型) 倒角的宽幅 中心的定位 磨轮与旋转台距离的调节宽幅,倒角的度数,倒角的流程,准备工作,参数输入,自动倒角,,,,,检查水电 选择凸轮 选择磨轮 选择吸盘,硅片同心度 硅片高低 主轴转速,有参考面的硅片倒角，采用凸轮,倒角结束,,影响倒角的因素,凸轮的选择 硅片中心定位准确性 硅片固定的平整性 转速高低、稳定性 高速转动时的竖直性 L的精确控制 磨轮的磨粒尺寸倒角的故障,残留未倒角的边缘中心定位不准 宽幅不均匀硅片厚度不均，边缘翘曲，磨槽不均 倒角崩边硅片边缘太薄，金刚石磨粒不均匀，冷却水不足等L,,交叠区,,L1,,,L2,解决中心定位问题,(1) 尽量定位准确 (2) 控制L，和硅片半径匹配，L

而采用研磨方式，来去除损伤层，就是磨片 磨片方式：研磨浆中的磨粒在一定压力作用下，研磨工件的表面 磨片方式：游离式磨削压力,,,磨片示意图,2）研磨基本知识,(1) 研磨的机理 (2) 研磨浆组成与原理,(1) 研磨中的机理： a. 挤压切削过程磨粒在一定压力下，对加工表面进行挤压、切削 b. 化学反应有些磨料可以先把工件表面氧化，再把氧化层进行磨削这样可以减慢切削速度，提高最终加工精度 c. 塑性变形获得非晶的塑性层，最终去除2) 研磨浆主要包括： a. 磨料：粒度小，则磨削的表面粗糙度小，加工精度高. 但是加工速度慢粒度大，则加工速度快，但是加工粗糙度大 基于效率和精度要求：先用粗磨料加工，再用细磨料加工 磨片中，磨粒通常采用金刚砂，即SiC颗粒不同大小磨粒的磨削比较,b. 磨削液的作用： 冷却作用：把切割区的热量带走 排渣作用：将研磨屑和破碎的磨粒冲走 润滑作用：减小磨粒和表面的机械摩擦 防锈作用：磨粒除了磨削工件，对金属底盘也进行切削，要防止金 属底盘生锈 磨片中，磨削液通常采用水c. 助磨剂等 助磨剂：加速材料磨削速度，并保证平整度，保证磨粒悬浮性，通常一些氧化剂。

助磨原理：助磨剂和工件表层反应（挤压造成部分原子混合，如O），形成较疏松的表面氧化层，容易去除3）磨片中的技术参数,a. 硅片厚度和总厚度变化TTV b. 表层剪除层的厚度 c. 表面缺陷的产生a. 硅片厚度和总厚度变化TTV,硅片厚度，特指硅片中心点的厚度 总厚度变化：TTV=Tmax-Tmin 未经磨片时，硅片TTV很大，（几十um）经过磨片以后，TTV<5um 经过磨片，硅片厚度的均匀性获得大幅提高b. 表层剪除的厚度,为保证研磨效果，表层剪除量应当大于损伤层的厚度 内圆切割，剪除厚度：60120um 多线切割，剪除厚度：4060umc. 表面缺陷,磨片过程中，可能产生部分表面缺陷，如崩边，缺口等 磨片过程中，应尽量避免缺陷产生4) 高质量磨片的技术条件,模具表面硬度高，平整度高 工件做复杂的运动，保证研磨均匀性 研磨浆具有一定的浓度黏度和流量 适当的压力和转速5) 研磨机的结构,,,,电机,控制电脑,研磨液输管,,机座,硅片研磨机的组成,双面研磨机,磨盘、研磨传动机构,机座,研磨液系统,,控制系统,,主轴转动,上磨盘升降,行星运动,磨速控制,研磨机磨盘,表面硬度高耐磨削,,,,沟槽,行星齿轮片,,硅片孔,,外侧齿轮,其他形状的齿轮片,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,下磨盘,,上磨盘,,主轴,研磨系统的结构,研磨液系统,包括：研磨液桶、水泵、研磨液传输管道。

研磨液喷在研磨区，即上磨盘和行星轮之间、下磨盘和行星轮之间，因同时对两个表面研磨控制系统,主轴和行星运动的实现：电机驱动做定轴转动，转速和方向可调节 上磨盘升降、转动：气压控制升降，平稳性好；电机驱动转动，转速和下磨盘反向 下磨盘定轴转动：电机驱动 研磨速率的控制：研磨压力、磨片的转速、研磨浆的流速、研磨时间6）磨片的工艺过程,硅片分选,配研磨液,修盘,,,设置参数,磨片,清洗,,,,(1)厚度分选：将多线切割以后，厚度一致的硅片选出来，进行同盘研磨，提高研磨以后硅片之间厚度的一致性精确到微米 (2)配置研磨浆：磨料+水+助磨剂+金属洗涤剂 磨料：金刚砂，即SiC颗粒 助磨剂：弱碱性，提高研磨的速率 典型配比： SiC:水:助磨剂=(101):(201):(40.2),研磨浆 = SiC: 水: 助磨剂 各组分的作用： 水：润滑，冷却，冲刷碎屑 SiC：研磨 助磨剂： 表面活性剂(防止硅粉、SiC颗粒团聚)， 弱碱性物质，和Si表面发生反应助磨剂简介：研磨过程中，小尺寸的研磨颗粒带有电荷，随着颗粒不断减小，自身重力也减小，一方面易于悬浮，另一方面，当大量硅粉存在时，也易于发生团聚，而影响研磨效果。

加入的助磨剂常常是表面活性剂，其分子具有双亲基团，即亲水和亲颗粒的两端，这样助磨剂分子可以分布在研磨颗粒周围，再外层是水，这样可以防止颗粒团聚3)修磨盘：保证磨盘的标准平整度 磨盘不平整原因：研磨浆的研磨作用、金属部件之间的磨削 修磨盘方法：采用研磨液将表面磨削掉一层 (4)参数设置：研磨压力、转速、目标厚度等 厚度的实时监控：晶体振荡器 (5)研磨：自动进行 (6)冲洗送交7) 影响研磨的因素,(1) 影响研磨速率的因素 (2) 磨盘、载体的表面平整性对研磨效果的影响1) 影响研磨速率的因素,a. 研磨液的浓度 b. 硅片承受压强的大小 c. 研磨盘的转速 d. 磨盘和载体的外形a 研磨液的浓度,研磨液组成：主要是SiC磨粒和水 研磨液的参数： 磨粒大小：为提高效率，倾向大磨粒，但是磨粒太大会增加研磨粗糙度，一般选用W14，即尺寸1014微米 配制浓度：随浓度增加，研磨速率先增加，再减小浓度%,研磨速率,先增加的原因：磨粒浓度较低时，互相接触概率很小，随着浓度增加，所有磨粒单位时间研磨的总面积增加 研磨速率饱和的原因：单位时间研磨的面积达到稳定（和转速等因素有关） 随后减小的原因：浓度太大，磨粒之间接触挤压的概率增大。

因此会增加各种界面缺陷和磨粒团聚的产生，并降低有效研磨速率b 硅片承受的压强,硅片所承受的压强p，由上磨盘自重G，和外加控制压力F决定： G: 上磨盘重量，F: 外加的研磨压力， D: 硅片直径 载体未承受重量压强与研磨速率关系,转速等因素不变时，硅片所受压强越大，研磨速率越高压强P,速率,磨片过程中压强的控制,硅片可承受的最大压力有限，需要分段控制压强c. 磨盘的转速,一般说，转速高，研磨速率快 研磨是效率（速率）和精度（粗糙度）并重，为减小界面缺陷，转速不宜过大 压力等条件一定时，转速越高，表面摩擦力越大，会形成界面缺陷 所以，转速应当和压力F，磨粒等条件相匹配，一般设备会提供相应的参数d 磨盘、载体外形对磨片的影响,1）磨盘的几何外形对研磨的影响 2）载体几何外形对研磨的影响 考虑的焦点，工具的表面平整性磨盘的外形,新设备磨盘外形是规则平面，有清晰的盘槽 研磨过程中，磨盘和载体也会被磨损，而且这种磨损，并非平面性磨削，这导致磨盘外形不再是规则的平面，盘槽变浅 磨盘外形缺陷：划痕、凸凹面，盘槽变浅 磨盘外形不规则，会导致磨过程中产生多种缺陷，甚至碎片 解决方案：修盘，开槽修盘方法：用标准平面磨盘，接触待修理的磨盘，二者界面之间喷洒硅片的研磨液，加较大压力，并反向高速旋转，进行游离式磨削，重新打磨出规则平面。

盘槽的维持：经过一次修盘，盘面被打磨下一层，盘槽会变浅，因此当盘槽磨平时，要重新开槽剪除层,磨盘,划痕,,2) 载体外形对研磨的影响,载体厚度：硅片的2/3 载体开孔直径：比硅片大1mm 耗材：载体研磨至硅片厚度的1/2时，报废 载体比硅片薄，因此，磨盘自重和外加压力作用在硅片上7） 磨片过程中的表面缺陷,磨片时，产生的表面缺陷主要有： 崩边：硅片表面或边缘非穿透性缺损 缺口：贯穿整个硅片厚度的边缘缺损 裂纹：延伸到硅片表面的解理或裂痕，可以贯穿或者不贯穿硅片的厚度 划片：由磨粒的摩擦，对硅片造成的表面划痕磨粒尖锐的表面形成，一般磨粒尺寸较小，外形接近钝圆形，可以减少划片缺口,,崩边,,裂纹,,,3 硅片的热处理,1) 硅片热处理的意义 2) 硅片热处理的工艺过程 3) 半导体中杂质O的存在形式和行为1) 硅片的热处理的意义,意义： (1) 降低硅片内部氧原子的施主效应 (2) 消除硅片的内应力 处理对象：主要针对直拉法生长的本征硅，（非重掺杂），切割出的硅片 杂质对象：硅片中的氧原子O 工艺参数：温度、时间2) 硅片热处理的过程,(1) 器材的处理 (2) 热处理步骤器材处理,器材：石英管、石英舟、氧化炉/扩散炉、钢瓶（Ar、N2） 目的：清理石英管和石英舟的表面杂质。

方法： 氢氟酸稀溶液浸泡，2小时 水冲洗 650下，保护气氛中煅烧2小时 稀酸配比 HF : H2O = 1 : 10,热处理工艺过程,准备工作,装片,入炉,恒温,出炉,,,,,准备工作：检查核实硅片，开启室内排风和冷却水，调节保护气体流量，炉温升高到650待用 装片：带上手套，将硅片放入石英舟 入炉：将石英舟放在路口，用石英棒将其沿石英管推进，并到恒温区 恒温：温度设置在65020 ，恒温处理3040min，避免形成过多新施主 出炉：用石英棒将石英舟拉至炉口，并取出炉体,石英管,进气 N2或Ar,排气,加热棒,恒温区,,,,,3) 直拉法硅中的氧,来源：直拉法中，坩埚中的O，在Si熔融阶段进入Si熔体，在提拉阶段留在硅晶体内部 分布：硅锭头部含量高，对硅片，中心含量高，。