硅晶圆的制备流程

文章来源：芯云知

原文作者：Crane

本文从硅片制备流程为切入点，以方便了解和选择合适的硅晶圆，硅晶圆的制备工艺流程比较复杂，加工工序多而长，所以必须严格控制每道工序的加工质量，才能获得满足工艺技术要求、质量合格的硅单晶片（晶圆），否则就会对器件的性能产生显著影响。

硅棒是如何转化为硅晶圆的呢？

以下是硅晶圆的制备流程：

1）截断

截断将硅棒的两端去掉，一端为籽晶端(籽晶所在的位置)，一端为非籽晶端(与籽晶相对的另一端)，即切去单晶硅的头部和尾部。

2）直径研磨

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，直径的大小也不均匀，所以通常需要进行直径研磨，使单晶硅的直径达到一致以及满足不同产品直径的要求。

3) 磨定位面

单晶体具有各向异性的特点，必须按特定晶向进行切割，才能满足生产的需要。其原理是用一束可见光或X光射向单晶棒端面，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，可以校正单晶棒的晶向。一旦晶体在切割块上定好晶向，就沿着轴磨滚出一个参考面，通常称为晶圆的主参考面。在许多晶圆中，边缘还会有第二个较小的参考面，称为次参考面，用来区别导电类型。主、次定位边的角度标识了硅片的类型。

4)切片

晶棒的外形处理完之后接着将硅棒切为硅片，切片目前有两种方式，一是用有金刚石涂层的内圆刀片把晶圆从晶体上切下来。这些刀片是中心有圆孔的薄圆钢片。二是线切片，通过粘有金刚石颗粒的金属丝的运动来达到切片的目的。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。

5)磨片

切片完成后，对于硅片表面要进行研磨机械加工。磨片工艺的目的包括以下两点：一是去除硅片表面的刀疤，使硅片表面加工损伤均匀一致。二是调节硅片厚度，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。

目前使用得最普遍的是行星式磨片法。采用双面片机，有上下两块磨板，中间放置行星片，硅片就放在行星片的孔内。磨片时，盘不转动，内齿轮和中心齿轮转动，使行星片与磨盘之间做行星式运动，以带动硅片做行星式运动，在磨料的作用下达到研磨的目的。

6）倒角

倒角工艺如图所示，是用具有特定形状的砂轮磨去硅片边缘锋利的崩边、棱角和裂缝等。

倒角的目的主要有三个。

(1)防止晶圆边缘碎裂。晶圆在制造与使用的过程中，常会受到机械手等撞击而导致晶圆边缘破裂，形成应力集中的区域。这些应力集中的区域会使得晶圆在使用中不断地释放污染粒子，进而影响产品的成品率。

(2)防止热应力的集中。晶圆在使用时，会经历无数的高温工艺，如氧化、扩散等，当这些工艺中产生的热应力大小超过硅晶格的强度时，即会产生位错与层错缺陷，晶圆磨边可以避免该类缺陷在晶边产生。

(3)增加外延层和光刻胶层在晶圆边缘的平坦度。在外延工艺中，锐角区域的生长速度会比平面高，因此，用没有磨圆的晶圆容易在边缘产生突起。同样，在利用旋转匀胶机涂光刻胶时，光刻胶溶液也会在晶圆边缘发生堆积现象，这些不平整的边缘会影响掩模板对焦的精确性。

7）抛光

抛光是硅片表面的最后一道重要加工工序，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。最后，得到最终的产品：硅晶圆。