【文章內容簡介】 硅片片與片之間厚度差縮小 4. 提高平行度使硅片各處厚度均勻 5. 改善表面平坦度 研磨設備 雙面研磨機主要元件： A 2個反向旋轉的上下研磨盤； B 數(shù)個置于上下研磨盤之間用于承載硅片的載具； C 用以供應研磨漿料（ slurry）的設備。 A 研磨盤 材質要求： 硬度均勻分布，能耐長時間的磨耗，容易修整。不造成晶片表面的劃傷。一般用球狀石墨鑄鐵，硬度 140－ 280HB 研磨盤的溝槽：使研磨漿料更均勻地分布在晶片與研磨盤之間，排出研磨屑與研磨漿料。上研磨盤的溝槽比下研磨盤細而密，以減小晶片與上研磨盤之間的吸引力，以利磨完后取出晶片。 B 載具： 使用彈簧鋼制造，有數(shù)個比硅片直徑略大的洞，相對于盤面同時做公轉與自轉運動，確保硅片的平坦度。 研磨的操作 控制參數(shù)：研磨盤轉速及所加的荷重。 研磨壓力由小慢慢增加，以使研磨料均勻散布并去除晶片上的高出點，穩(wěn)定態(tài)的研磨壓力；100kgf/cm2， 10－ 15min。研磨結束前需慢慢降低研磨壓力。 研磨速度： 研磨壓力增加；研磨漿料流速增加；研磨漿料內研磨粉增加；研磨盤轉速增加都會提高研磨速度。 控制方法：定時或定厚度（磨除量） 磨料 在一定壓力下與硅片表面不斷進行摩擦，通過機械作用去掉硅片表面的破碎損傷層，使硅片比切割時平整光滑并達到預定的厚度。 磨料： Al2O SiC、 ZrO SiO CeO2 磨削液 在表面有損傷的地方， pn結的二極管噪聲會增加；應力大的地方會增加 pn結的擴散，形成 pn結擊穿；應力大的地方金屬離子比較密集造成漏電流增加形成軟擊穿，須采用磨削液降低損傷層和應力層。 磨削液的作用： A 懸浮作用－吸附在磨料顆粒表面產(chǎn)生足夠高的位壘，使顆粒分散開來達到分散、懸浮的特性 B 潤滑作用 C 冷卻作用－防止工件表面燒傷和產(chǎn)生裂縫 D 去損作用－磨削液為堿性，在磨削過程中和硅反應。 E 清洗作用－清洗細碎的磨屑和磨粒粉末 F 防銹功能－弱堿性的磨削液與磨盤形成堿性氧化物鈍化膜，并加緩蝕劑 硅單晶研磨片的清洗 硅片清洗的重要性： 硅片表面層原子因垂直切片方向的化學鍵被破壞成為懸掛鍵，形成表面附近的自由力場，極易吸附各種雜質，如顆粒、有機雜質、無機雜質、金屬離子等，造成磨片后的硅片易發(fā)生變花發(fā)藍發(fā)黑等現(xiàn)象，導致低擊穿、管道擊穿、光刻產(chǎn)生針孔，金屬離子和原子易造成 pn結軟擊穿，漏電流增加，嚴重影響器件性能與成品率。 硅片清洗的基本概念及理論 吸附：硅片表面的硅原子鍵被打開，這些不飽和鍵處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易吸引周圍環(huán)境中的原子或分子 解吸：吸附于硅片表面的雜質粒子在其平衡位置附近不停地作熱運動，有的雜質粒子獲得了較大的動能得以脫離硅片表面重新回到周圍環(huán)境中 吸附放熱，解吸吸熱，以各種方法為雜質粒子解吸提供所需能量，形成各種不同的清洗方法 常用的清洗方法：濕法化學清洗；兆聲清洗；干法清洗；刷片清洗；激光清洗 被吸附雜質的存在狀態(tài)：分子型、離子型、原子型 分子型雜質與硅片表面吸附力較弱，多屬油脂類物質 離子型和原子型雜質屬化學吸附，吸附力較強 清洗順序：去分子－去離子－去原子－去離子水沖洗－烘干、甩干 分子型雜質對離子及原子型雜質有掩蔽作用，應先去除。原子型雜質吸附量較小，應先清除離子型雜質。 清洗原理 1. 表面活性劑的增溶作用：表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度時會在水溶液中形成膠束，能使不溶或微溶于水的有機物的溶解度顯著增大。 2. 表面活性劑的潤濕作用：固－氣界面消失，形成固－液界面 3. 起滲透作用；利用表面活性劑的潤濕性降低溶液的表面張力后，再由滲透劑的滲透作用將顆粒托起，包裹起來。具有極強滲透力的活性劑分子可深入硅片表面與吸附物之間，起劈開的作用，活性劑分子將顆粒托起并吸附于硅片表面上，降低表面能。顆粒周圍也吸附一層活性劑分子，防止顆粒再沉積。 通過對污染物進行化學腐蝕、物理滲透和機械作用，達到清洗硅片的目的。 腐蝕 工序目的：去除表面因加工應力而形成的損傷層及污染（損傷層和污染部分約 15um） 化學腐蝕種類：酸性腐蝕及堿性腐蝕 腐蝕方式：噴淋（ spray）及浸泡（ batch） 酸性腐蝕 酸性腐蝕原理及加工條件： 腐蝕液－由不同比例的硝酸、氫氟酸及緩沖酸液等組成。硝酸為氧化劑，氫氟酸為絡合劑。 HF： HNO3約 ～ ，腐蝕溫度 18~24℃ ，以減少金屬擴散進入晶片表面的可能性。 氧化： Si + 2HNO3 SiO2 + 2HNO2 2HNO2 NO + NO2 + H2O 絡合 SiO2 + 6HF H2SiF6 （可溶性絡合物） + 2H2O 緩沖酸液作用：緩沖腐蝕速率，促進均勻，避免晶片表面出現(xiàn)不規(guī)則的腐蝕結構。 緩沖劑的性質： a 、在 HF+HNO3中具有一定的化學穩(wěn)定性。 B、 在腐蝕過程中不會與反應產(chǎn)物發(fā)生進一步。 C、 可溶解在 HF+HNO3中。 D、可以濕化晶片表面。 E、不會產(chǎn)生化學泡沫。常用的有：醋酸（ CH3COOH)及磷酸 (H3PO4) 酸性腐蝕的特性 腐蝕后的晶片要求一定的 TTV(Total Thickness Variation） 。TIR(Tatal Indicator Reading）；粗糙度（ Roughness）；反射度（ Reflectivity）；波度（ Waviness）；金屬含量等品質參數(shù)。 影響因素：晶片旋轉速度；打入氣泡方式（由酸槽下方打入氣泡或超聲波提高反應物與反應產(chǎn)物的交換速度與均一性）； HF濃度；緩沖酸液；晶片盒的設計等 HF濃度與打氣泡方式是影響腐蝕速度及平坦度的主要參數(shù)。粗糙度及反射度主要受緩沖劑性能，腐蝕去除量及腐蝕前表面損傷狀況的影響。 堿性腐蝕 堿性腐蝕適宜于直徑較大的硅片，有較好的均勻度。 硅片在堿性腐蝕液中的腐蝕過程是反應控制過程，反應速度取決于表面懸掛鍵密度，是各向異性的過程，還與晶片表面的機械損傷有關，損傷層完全去除后腐蝕速度會變得比較緩慢。 堿性腐蝕劑： KOH或 NaOH, 濃度 30%～ 50%反應溫度 60～ 120℃ ，溫度高不易遺留斑點，當易造成金屬污染。 Si ＋ 2KOH + H2O K2SiO3 ＋ 2H2 比較： 堿性腐蝕在表面平坦地、成本與環(huán)保方面優(yōu)于酸性腐蝕，但表面質量（粗糙度和腐蝕深度）不夠理想 超大規(guī)模集成電路硅襯底的拋光技術 單純的化學拋光：拋光速度快，光潔度高，損傷低，完美性好，但表面平坦度、平行度較差，拋光一致性較差 單純的機械拋光：拋光一致性好，平坦度高，但光潔度差，損傷層深 化學機械拋光（ CMPchemical mechanical polishing）：拋光速度高，平坦度高 硅片拋光：邊緣拋光及表面拋光 1. 邊緣拋光：分散應力，減少微裂紋，降低位錯排與滑移線，降低因碰撞而產(chǎn)生碎片的機會 2. 表面拋光：粗拋光，細拋光，精拋光 硅襯底的邊緣拋光 拋光類型：大 T型、圓弧型、小 T型 拋光方法： 1. 硅片傾斜并旋轉，加壓與轉動中的拋光布作用，拋光液選用硅溶膠，成本低。 2. 預先在拋光輪上切出硅片外圓形狀再進行拋光，拋光輪為發(fā)泡固化的聚氨脂。二個拋光輪，一個切有溝槽，用來拋 x x2面，一個為平滑表面，用來拋 x3面 ，拋光液用噴灑方式，邊緣拋光后立即清洗 IC中硅襯底表面拋光 拋光設備： A、 按生產(chǎn)方式分：批式拋光機和單片式拋光機 B、 按拋光面數(shù)分：單面拋光機和雙面拋光機 CMP拋光的動力學過程 CMP是一個多相反應，有二個動力學過程： 1. 首先吸附在拋光布上的拋光液中的氧化劑、催化劑等與單晶片表面的硅原子在表面進行氧化還原的動力學過程（化學作用）如