硅拋光片生產(chǎn)工藝流程與光刻的基本

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(chǎng)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：?jiǎn)尉L→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(chǎng)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)。