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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ωω倒角加工示意图6000～8000r/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Ra0.04um3000#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：11º(H型)，22º(G型)。倒角的宽幅。中心的定位。磨轮与旋转台距离的调节。θ＝11°中心面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。ωωL交叠区L1L2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，LR-d2.硅片的研磨1）简介2）研磨基本知识3）磨片的主要技术参数4）高质量磨片的技术条件5）研磨机组成与原理6）磨片的工艺过程7）主要影响因素8）磨片中产生的缺陷1）硅片研磨磨片：多线切割以后的硅片，表面有一定的损伤层，（存在晶格畸变、划痕以及较大起伏度），为了获得光滑而平整的晶体表面，需要将损伤层去除，通常分两步：第一，机械研磨，第二，表面抛光。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磨削效率表面粗糙度划痕比表面积摩擦力发热量大磨粒高大深小摩擦小，发热少小磨粒低小浅大摩擦大，发热多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，TTV5um。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：60～120um。多线切割，剪除厚度：40～60um。c.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=(10±1):(20±1):(4±0.2)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10～14微米。配制浓度：随浓度增加，研磨速率先增加，再减小。0102030400306090120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。2()2GFpDN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。010203040500100200300400压强P速率磨片过程中压强的控制0102030369P4P3P2PtP1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650℃±20℃，恒温处理30～40min，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，边缘降低。原子位置：晶格空隙（同一氧浓度处，均匀掺杂）。O浓度：典型原子浓度(1～1.7)*1018/cm3，而Si原子浓度5.1*1022/cm3。氧原子掺杂与Si导电性的关系183223103221022181.5*10/,~5.1*10/,1.43*10/(1.43*10)~1.36*101.5*10OOOSiOOONcmnNNcmmcmmmpnNpn严重偏离本征半导体半导体中氧杂质的行为施主效应新施主热施主氧沉淀氧原子行为电阻率稳定性晶体结构氧原子的