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硅拋光片生產(chǎn)工藝流程與光刻的基本

姚小熊27 ? 來源:lw ? 作者:賢集網(wǎng)整編 ? 2019-09-09 15:42 ? 次閱讀

目前,我國硅拋光片行業(yè)需求量約6億平方英寸,國內(nèi)產(chǎn)量5.19億平方英寸,部分產(chǎn)品還需要從國外進(jìn)口滿足國內(nèi)市場需求,近幾年我國集成電路行業(yè)平穩(wěn)發(fā)展,給硅拋光片行業(yè)發(fā)展帶來巨大推動(dòng)。

單晶硅拋光片生產(chǎn)工藝流程

加工流程:單晶生長→切斷→外徑滾磨→平邊或V型槽處理→切片倒角→研磨腐蝕→拋光→清洗→包裝

切斷:目的是切除單晶硅棒的頭部、尾部及超出客戶規(guī)格的部分,將單晶硅棒分段成切片設(shè)備可以處理的長度,切取試片測(cè)量單晶硅棒的電阻率含氧量。切斷的設(shè)備:內(nèi)圓切割機(jī)或外圓切割機(jī)。切斷用主要進(jìn)口材料:刀片。

外徑磨削:由于單晶硅棒的外徑表面并不平整且直徑也比最終拋光晶片所規(guī)定的直徑規(guī)格大,通過外徑滾磨可以獲得較為精確的直徑。外徑滾磨的設(shè)備:磨床。

平邊或V型槽處理:指方位及指定加工,用以單晶硅棒上的特定結(jié)晶方向平邊或V型。處理的設(shè)備:磨床及X-RAY繞射儀。

切片:指將單晶硅棒切成具有精確幾何尺寸的薄晶片。切片的設(shè)備:內(nèi)圓切割機(jī)或線切割機(jī)。

倒角:指將切割成的晶片銳利邊修整成圓弧形,防止晶片邊緣破裂及晶格缺陷產(chǎn)生,增加磊晶層及光阻層的平坦度。倒角的主要設(shè)備:倒角機(jī)。

研磨:指通過研磨能除去切片和輪磨所造的鋸痕及表面損傷層,有效改善單晶硅片的曲度、平坦度與平行度,達(dá)到一個(gè)拋光過程可以處理的規(guī)格。研磨的設(shè)備:研磨機(jī)(雙面研磨)。主要原料:研磨漿料(主要成份為氧化鋁,鉻砂,水),滑浮液。

腐蝕:指經(jīng)切片及研磨等機(jī)械加工后,晶片表面受加工應(yīng)力而形成的損傷層,通常采用化學(xué)腐蝕去除。腐蝕的方式:(A)酸性腐蝕,是最普遍被采用的。酸性腐蝕液由硝酸(HNO3),氫氟酸(HF),及一些緩沖酸(CH3COCH,H3PO4)組成。(B)堿性腐蝕,堿性腐蝕液由KOH或NaOH加純水組成。拋光:指單晶硅片表面需要改善微缺陷,從而獲得高平坦度晶片的拋光。拋光的設(shè)備:多片式拋光機(jī),單片式拋光機(jī)。拋光的方式:粗拋:主要作用去除損傷層,一般去除量約在10-20um;精拋:主要作用改善晶片表面的微粗糙程度,一般去除量1um以下。主要原料:拋光液由具有SiO2的微細(xì)懸硅酸膠及NaOH(或KOH或NH4OH)組成,分為粗拋漿和精拋漿。

清洗:在單晶硅片加工過程中很多步驟需要用到清洗,這里的清洗主要是拋光后的最終清洗。清洗的目的在于清除晶片表面所有的污染源。清洗的方式:主要是傳統(tǒng)的RCA濕式化學(xué)洗凈技術(shù)。主要原料:H2SO4,H2O2,HF,NH4OH,HCL。

鏡面邊緣拋光

進(jìn)行邊緣拋光是為了清除腐蝕過程留下的邊緣腐蝕坑。這個(gè)過程不一定必須做。但進(jìn)行邊緣拋光有利于防止碎片或在后面的過程中產(chǎn)生裂紋。這一步驟完成使硅片邊緣更均衡一致。另一個(gè)好處是在后道生產(chǎn)工序—HF清洗硅片時(shí)防止膠狀硅粒飛跑形成條紋。

鏡面邊緣拋光方法是一個(gè)化學(xué)/機(jī)械過程。邊緣的拋光是通過真空吸頭吸住硅片以一定角度使硅片的一側(cè)邊緣幾乎垂直與拋光盤貼住。然后,拋光盤旋轉(zhuǎn),硅片邊緣也隨著一個(gè)鼓旋轉(zhuǎn)。這個(gè)鼓表面貼有一種樹脂拋光襯墊。當(dāng)硅片與拋光襯墊接觸時(shí),還會(huì)在上面添加拋光砂。吸頭吸住硅片然后慢慢的開動(dòng)使硅片的邊緣都充分與拋光襯墊接觸得到拋光。硅片一側(cè)邊緣被拋光后,將硅片翻轉(zhuǎn),然后對(duì)硅片的另一側(cè)以同樣方式進(jìn)行拋光。兩側(cè)完成后,硅片必須徹底清洗以清除殘留的拋光砂。

在邊緣拋光時(shí)使用的拋光砂是由膠狀硅粒懸浮在水中組成,有高的PH值的化學(xué)物。高的PH值能氧化硅,然后硅粒又形成的氧化物去除。

什么是光刻?

光刻是利用曝光和光刻膠的選擇性化學(xué)腐蝕,在半導(dǎo)體晶體表面的掩模層刻制出圖形的工藝。自從它在1959年被發(fā)明以來,就成為半導(dǎo)體工業(yè)最有用的工具。迄今為止,基本上所有的集成電路都是通過它制造的。它決定著芯片的最小特征尺寸,占芯片制造時(shí)間的40-50%,并且占制造成本的30%。

光刻的原理

光刻的原理與印相片相同,涂在硅片上的光刻膠相當(dāng)于相紙,掩模相當(dāng)于底片。光學(xué)光刻是由投影光學(xué)系統(tǒng)和掩模版相結(jié)合來產(chǎn)生光刻圖形的。曝光方式普遍采用分布重復(fù)投影式曝光,即將一組圖形重復(fù)上百次制作在一大片硅片上。

光刻工藝的基本流程

光刻工藝可分為涂膠、對(duì)準(zhǔn)和曝光、顯影三個(gè)基本流程。

涂膠

涂膠就是在圓片襯底上均勻的涂一層一定厚度的光刻膠,要求光刻膠粘附良好,均勻,薄厚適當(dāng)。一般采用旋轉(zhuǎn)涂敷的方式,將圓片放置在涂膠機(jī)的真空卡盤上,液態(tài)光刻膠滴在高速旋轉(zhuǎn)的圓片中心,以離心力向外擴(kuò)展,均勻涂覆在圓片表面。

不同的光刻膠要求不同的旋轉(zhuǎn)涂膠條件,例如最初慢速旋轉(zhuǎn)(例如500rpm),接下來躍變到最大轉(zhuǎn)速3000rpm或者更高。一些光刻膠應(yīng)用的重要質(zhì)量指標(biāo)是時(shí)間、速度、厚度、均勻性、顆粒沾污以及光刻膠缺陷,如針孔。

對(duì)準(zhǔn)和曝光

掩膜版與涂了膠的硅片上的正確位置對(duì)準(zhǔn)。硅片表面可以是裸露的硅,但通常在其表面有一層事先確定了的圖形。將掩膜版和硅片曝光,把掩膜版圖形轉(zhuǎn)移到涂膠的硅片上。光能激活了光刻膠中的光敏成分。對(duì)準(zhǔn)和曝光的重要質(zhì)量指標(biāo)是線寬分辨率、套刻精度、顆粒和缺陷。

顯影

顯影是在硅片表面光刻膠中產(chǎn)生圖形的關(guān)鍵步驟。光刻膠上的可溶解區(qū)域被化學(xué)顯影劑溶解,將可見的島或者窗口圖形留在硅片表面。最通常的顯影方法是旋轉(zhuǎn)、噴霧、浸潤。

一旦光刻膠在硅片上形成圖形,就要進(jìn)行檢查以確定光刻膠圖形的質(zhì)量。檢查有兩個(gè)目的:找出光刻膠有質(zhì)量問題的硅片,描述光刻膠工藝性能以滿足規(guī)范要求。如果確定膠有缺陷,通過去膠可以把它們除去,硅片也可以返工。

以上就是關(guān)于硅拋光片生產(chǎn)工藝流程,光刻工藝的基本過程的介紹,盡管硅拋光片大尺寸化發(fā)展目前已經(jīng)成為一種趨勢(shì),然而繼續(xù)的大尺寸化也面臨諸多瓶頸,大尺寸化使熱場控制越來越困難、而且大尺寸高純的石墨、石英器件、重力對(duì)翹曲度影響也成為需要考慮的因素。硅拋光片大尺寸化會(huì)有一個(gè)極限值,這極限值取決于其它技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。為了最終能夠替代光學(xué)光刻的光刻技術(shù),下一代光刻技術(shù)正在評(píng)估。主要有4種技術(shù)以供選擇:極紫外(EUV)光刻技術(shù)、電子束光刻技術(shù)(SCALPEL)、離子束光刻技術(shù)和X射線光刻技術(shù)。

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