1、上章内容回顾上章内容回顾n加工的加工的对象对象：硅切割片：硅切割片n加工的加工的过程过程：倒角、研磨、热处理：倒角、研磨、热处理n加工的加工的目的目的：l倒角倒角1. 防止崩边；防止崩边；2. 热处理过程中，释放应力热处理过程中，释放应力 负面效应（形成边缘应力）负面效应（形成边缘应力）l研磨研磨减薄表面损伤层，为进一步抛光创造条件减薄表面损伤层，为进一步抛光创造条件 负面效应（形成面内螺旋式应力分布）负面效应（形成面内螺旋式应力分布）l热处理热处理1. 消除热施主；消除热施主；2. 释放应力释放应力三种工艺的前后顺序不能颠倒三种工艺的前后顺序不能颠倒n为何是对硅片，而不对硅锭，进行热处理？为
2、何是对硅片，而不对硅锭，进行热处理？ 1) 大块大块单晶单晶不容易均匀受热，加热后易发生不容易均匀受热，加热后易发生崩裂，（热膨胀系数各向异性的），而硅片崩裂，（热膨胀系数各向异性的），而硅片尺寸小，散热快，不易于尺寸小，散热快，不易于崩裂崩裂。 2) 对硅片热处理，可以对硅片热处理，可以消除消除倒角和磨片过程倒角和磨片过程中形成的中形成的应力应力。加工效果的评估加工效果的评估n损伤层损伤层：大幅减薄，大约还有：大幅减薄，大约还有2030mn粗糙度粗糙度：大幅减小，大约还有：大幅减小，大约还有1020mn应力应力：内部已经消除：内部已经消除n电阻率电阻率温度稳定性：较好温度稳定性：较好消除了热
3、施主消除了热施主n杂质污染：杂质污染：存在不可避免的金属等污染，存在不可避免的金属等污染，一般在浅表层。一般在浅表层。 待进一步加工：待进一步加工： 损伤层，粗糙度，损伤层，粗糙度， 洁净洁净 抛光抛光 清洗清洗下一章的工艺下一章的工艺n硅片的表面硅片的表面抛光抛光进一步提高硅片表面进一步提高硅片表面的平整度。的平整度。第四章第四章 硅片表面的抛光技术硅片表面的抛光技术n主要内容：主要内容： 1. 抛光片的特性参数。抛光片的特性参数。 2. 抛光的基本流程：化学减薄抛光的基本流程：化学减薄抛光。抛光。 3. 典型的抛光方法典型的抛光方法CMP CMP: Chemical Mechanism p
4、olish4. 抛光的工艺流程。抛光的工艺流程。硅片抛光的意义硅片抛光的意义n硅加工中，多线切割、研磨等加工过程中，硅加工中，多线切割、研磨等加工过程中，会在表面形成会在表面形成损伤层损伤层，从而使得表面有一，从而使得表面有一定定粗糙度粗糙度。抛光就是在磨片基础上，通过。抛光就是在磨片基础上，通过化学机械研磨方式，进一步获得更光滑、化学机械研磨方式，进一步获得更光滑、平整的硅单晶表面的过程。平整的硅单晶表面的过程。n研磨片研磨片粗糙度粗糙度(抛光前抛光前)：10-20umn抛光片抛光片粗糙度粗糙度(抛光后抛光后)：几十：几十nm研磨片研磨片抛光片抛光片研磨和抛光中关注的参数研磨和抛光中关注的参
5、数n研磨片：研磨片：一定一定厚度厚度的薄片，是一种体材料，的薄片，是一种体材料，只关注某些只关注某些体的特征参数体的特征参数，如厚度、翘曲，如厚度、翘曲度，和度，和表面的参数表面的参数，如崩边。，如崩边。n抛光片：抛光片：有光滑表面的硅片，主要关注加有光滑表面的硅片，主要关注加工的硅工的硅表面表面的特征参数。的特征参数。1. 抛光片的特性参数抛光片的特性参数n1）硅片的理想状态硅片的理想状态n2）硅片表面的平整度硅片表面的平整度n3）硅片表面的缺陷硅片表面的缺陷1）硅片理想状态）硅片理想状态n硅片的理想状态：硅片的理想状态：la: 硅片硅片上、下表面上、下表面之间，对应的测量点的垂之间，对应的
6、测量点的垂直距离完全一致，且任意表面均与理想平面直距离完全一致，且任意表面均与理想平面相平行。相平行。lb: 硅片表面晶格完整，所有非饱和的悬挂键硅片表面晶格完整，所有非饱和的悬挂键位于表面的二维平面内。位于表面的二维平面内。lc: 无杂质污染，无各种晶体缺陷。无杂质污染，无各种晶体缺陷。n理想平面：理想平面：指几何学上的理想的、完美的平指几何学上的理想的、完美的平整平面。整平面。Si俯视俯视斜视斜视平视平视悬挂键悬挂键若干原子层平面若干原子层平面（理想平面）（理想平面）-6-4-20246-6-4-20246-1-0.500.511.522.532） 硅抛光片表面的平整度硅抛光片表面的平整度
7、n定义：定义：标志表面的平整性，指硅片标志表面的平整性，指硅片表面表面与与理想理想基准基准平面平面的的最大偏离最大偏离。n描述平整度的两个参数：描述平整度的两个参数： a: 总指示读数总指示读数(TIR)：硅片抛光：硅片抛光表面表面最高点最高点和最低点之差，即和最低点之差，即峰谷差值峰谷差值，只为正值。，只为正值。 b: 焦平面偏差焦平面偏差(FPD)：表面表面最高点和最低点最高点和最低点二者中，二者中，偏离偏离基准平面的基准平面的最大值最大值，可以是，可以是正或负值。正或负值。TIR和和FPD的示意图的示意图上抛光面上抛光面最凹点最凹点最凸点最凸点TIR值，值，如如12umFPD值值如如-8
8、um基准面基准面抛光片的其它参数抛光片的其它参数n抛光片的抛光片的其它参数其它参数：厚度、总厚度变化、：厚度、总厚度变化、弯曲度、翘曲度等弯曲度、翘曲度等n硅片厚度：硅片厚度：硅片中心点位置的厚度。硅片中心点位置的厚度。n总厚度变化总厚度变化TTV：最大与最小厚度的差值最大与最小厚度的差值 TTV=Tmax-Tmin弯曲度和翘曲度弯曲度和翘曲度n弯曲度：弯曲度：是硅片中线面凹凸形变的最大尺是硅片中线面凹凸形变的最大尺寸。寸。n翘曲度：翘曲度：硅片中线面与一基准平面之间的硅片中线面与一基准平面之间的最大距离与最小距离的差值。最大距离与最小距离的差值。n硅片的硅片的中线面中线面：也称中心面，即硅片
9、正、：也称中心面，即硅片正、反面间等距离点组成的面，即反面间等距离点组成的面，即中心层剖面中心层剖面。弯曲度弯曲度弯曲度弯曲度基准面基准面单向翘曲单向翘曲下界面下界面上界面上界面A点点在在A点，中线面和基准平面的点，中线面和基准平面的距离最大距离最大：x2x1d最小距离最小距离： ，反向翘曲时，此值为负值。，反向翘曲时，此值为负值。翘曲度：翘曲度：122xx 2d1222xxd 双向翘曲双向翘曲基准面基准面x2x1x3x4翘曲度：翘曲度：341222xxxx 3）硅抛光片的表面缺陷）硅抛光片的表面缺陷n缺陷的种类：缺陷的种类： a: 和研磨片类似的缺陷：崩边、缺口、裂和研磨片类似的缺陷：崩边、
10、缺口、裂纹等纹等 b: 特有的特有的表面缺陷表面缺陷：划痕、凹坑、波纹、：划痕、凹坑、波纹、沾污、色斑、橘皮、雾、氧化层错、涡旋、沾污、色斑、橘皮、雾、氧化层错、涡旋、电阻率条纹等电阻率条纹等n划痕：划痕：研磨颗粒划出的狭长的沟槽，一般不研磨颗粒划出的狭长的沟槽，一般不会很深，重划痕会很深，重划痕0.12um。n凹坑：凹坑：表面上的凹陷小坑表面上的凹陷小坑n波纹：波纹：大面积的，肉眼可见的，类似波纹的大面积的，肉眼可见的，类似波纹的不平坦区。不平坦区。n沾污：沾污：吸附于表面的各种污染颗粒。吸附于表面的各种污染颗粒。n色斑：色斑：化学性沾污。化学性沾污。n橘皮：橘皮：大面积的，大量突起小丘的群
11、体。大面积的，大量突起小丘的群体。n雾：雾：大面积的，大量不规则缺陷（如小坑）大面积的，大量不规则缺陷（如小坑）引起的光散射现象，常常形成雾状。引起的光散射现象，常常形成雾状。2. 抛光前的化学减薄抛光前的化学减薄n1）化学减薄的作用。）化学减薄的作用。n2）化学减薄的方法。）化学减薄的方法。n3）化学减薄的工艺流程。）化学减薄的工艺流程。1）化学减薄与作用）化学减薄与作用n定义：定义：采用化学腐蚀的方法，将硅片表面采用化学腐蚀的方法，将硅片表面进行化学剥离，从而减薄损伤层，为抛光进行化学剥离，从而减薄损伤层，为抛光创造条件。创造条件。n化学减薄的作用：化学减薄的作用：l减少抛光过程的去除层厚
12、度。减少抛光过程的去除层厚度。l使硅片表面洁净使硅片表面洁净去除表层。去除表层。l消除内应力消除内应力去除损伤层。去除损伤层。化学减薄的作用化学减薄的作用化学减薄平面化学减薄平面杂质原子杂质原子抛光面抛光面张应力张应力挤压应力挤压应力Si2）化学减薄的方法）化学减薄的方法na: 酸性腐蚀酸性腐蚀nb: 碱性腐蚀碱性腐蚀酸性腐蚀酸性腐蚀n腐蚀液腐蚀液组成组成： HF:HNO3:HAc乙酸乙酸=(12):(57):(12)n 反应的特点：反应的特点： 优点：优点：反应速度快，过程中放热，不需要加反应速度快，过程中放热，不需要加热，典型速度热，典型速度0.60.8um/s。 缺点：缺点：反应生成的氮
13、化物，污染环境。反应生成的氮化物，污染环境。酸腐蚀的机理酸腐蚀的机理n硅的酸性腐蚀减薄机理：硅的酸性腐蚀减薄机理：n硅被硅被HNO3氧化，反应为：氧化，反应为：n用用HF去除去除SiO2层，反应为：层，反应为：n总反应为：总反应为：4NOO2H3SiO4HNO3Si223O2HSiFH6HFSiO26224NOO8HSiF3HHF814HNO3Si2623污染物污染物碱性腐蚀碱性腐蚀n腐蚀液组成：腐蚀液组成： NaOH/KOH+H2O 浓度浓度15%40%n反应的特点反应的特点优点：优点：反应需加温度，一般反应需加温度，一般8090，速度，速度比较慢，易控制，废液也易处理。比较慢，易控制，废液
14、也易处理。缺点：缺点：反应是纵向反应，易向深层腐蚀，容反应是纵向反应，易向深层腐蚀，容易形成表面粗糙度增加，残余碱不易去除。易形成表面粗糙度增加，残余碱不易去除。碱性腐蚀机理碱性腐蚀机理n硅的碱性腐蚀减薄机理：硅的碱性腐蚀减薄机理：232223222HSiONaOH2NaOHSi2HSiOKOH2KOHSi3）化学减薄的工艺过程）化学减薄的工艺过程准备工作准备工作化学腐蚀化学腐蚀送检验送检验冲洗甩干冲洗甩干厚度分选厚度分选n准备工作：准备工作：配腐蚀液、开通风橱、准备冲洗配腐蚀液、开通风橱、准备冲洗水等。水等。n厚度分选：厚度分选：25um分档，比如，分档，比如，d和和d+6um属于两个种类。
15、属于两个种类。n腐蚀过程：腐蚀过程：控制温度、时间，腐蚀层一般控制温度、时间，腐蚀层一般1020um。n冲洗冲洗甩干：用大量水将硅片冲洗，并甩干。甩干：用大量水将硅片冲洗，并甩干。n送检。送检。3. 硅片抛光的方法硅片抛光的方法 1）机械抛光。机械抛光。 2）化学抛光。化学抛光。 3）化学机械抛光化学机械抛光CMP技术。技术。1） 机械抛光机械抛光n方法：方法：抛光液的磨料对硅片表面进行机械抛光液的磨料对硅片表面进行机械摩擦，而实现对表面的抛光。摩擦，而实现对表面的抛光。n研磨浆组成：研磨浆组成：Al2O3、MgO、SiC等磨粒等磨粒+水水n优点与缺点：优点与缺点： 优点：优点：抛光速度快。抛
16、光速度快。 缺点：缺点：表面质量不高，粗糙化、划痕严重。表面质量不高，粗糙化、划痕严重。n地位：最早期的硅片抛光技术，目前已经地位：最早期的硅片抛光技术，目前已经被淘汰。被淘汰。2） 化学抛光化学抛光n方法：方法：利用化学试剂对硅片表面进行化学腐利用化学试剂对硅片表面进行化学腐蚀，来进行抛光，包括：液相、气相腐蚀、蚀，来进行抛光，包括：液相、气相腐蚀、电解抛光等。电解抛光等。n缺点：不利于控制抛光速度和深度，不利于缺点：不利于控制抛光速度和深度，不利于获得大面积、高度平整度抛光面。获得大面积、高度平整度抛光面。n地位：地位：可以进行特种抛光，如可以进行特种抛光，如小面积小面积平整化，平整化，非
17、规则表面抛光，而非规则表面抛光，而不利于大面积不利于大面积平整化的平整化的硅片抛光。硅片抛光。3） 化学机械抛光化学机械抛光n方法：方法：碱与表面的硅（氧化硅）发生化学反碱与表面的硅（氧化硅）发生化学反应，生产可溶性的硅酸盐（应，生产可溶性的硅酸盐（Na2SiO3），再通），再通过过SiO2胶粒和抛光布垫的机械摩擦进行去除。胶粒和抛光布垫的机械摩擦进行去除。n抛光过程包括：化学反应抛光过程包括：化学反应-机械去除机械去除-再反应再反应-再去除再去除是一种化学作用和机械作用相结合是一种化学作用和机械作用相结合的抛光工艺。的抛光工艺。n优点：优点：包含了机械和化学抛光的双重优点。包含了机械和化学抛
18、光的双重优点。n地位：地位：目前主流的硅片抛光工艺，也是唯一目前主流的硅片抛光工艺，也是唯一一种大面积平整化的抛光工艺。一种大面积平整化的抛光工艺。n我们主要介绍碱性我们主要介绍碱性SiO2CMP抛光抛光内容回顾内容回顾硅片研磨硅片研磨n硅片研磨之后的效果：硅片研磨之后的效果：l损伤层：损伤层：大幅度减薄（大幅度减薄（70802030 m）l粗糙度：粗糙度：大幅度降低（大幅度降低（30401020 m）n然而硅片的表面参数，仍待进一步提高。然而硅片的表面参数，仍待进一步提高。l不断减小的电子线宽，要求更低的不断减小的电子线宽，要求更低的粗糙度粗糙度。l理想的硅片，要求消除理想的硅片，要求消除损
19、伤层损伤层。 抛光抛光抛光：实现抛光：实现100nm以下粗糙度，需要以下粗糙度，需要新的新的抛光抛光原理原理。思考：为何减小磨粒的研磨方式，无法实现高精度抛光？思考：为何减小磨粒的研磨方式，无法实现高精度抛光？单位时间滚过的面积单位时间滚过的面积粗糙区粗糙区平整化平整化新粗糙化新粗糙化粗糙粗糙区域和单晶区域和单晶平整平整区域的机械强度区域的机械强度差别越大差别越大，最终加工出的表面越平整。最终加工出的表面越平整。平整区平整区研磨颗粒研磨颗粒理想抛光的必要条件理想抛光的必要条件n理想抛光的必要条件：理想抛光的必要条件：l粗糙区域机械强度很差粗糙区域机械强度很差极易擦除。极易擦除。l平坦的单晶区机
20、械强度足够大平坦的单晶区机械强度足够大不易擦除不易擦除。n方案：方案：l降低降低粗糙区域的粗糙区域的机械强度机械强度l粗糙区硬度粗糙区硬度磨粒硬度磨粒硬度V腐蚀腐蚀n抛光工艺改善方案：抛光工艺改善方案：l提高提高PH值，值，l降低转速降低转速l降低压力降低压力雾雾n雾：雾：大量不规则的密集小凹坑。大量不规则的密集小凹坑。n形成原因：形成原因：腐蚀速率过快，大于机械作用。腐蚀速率过快，大于机械作用。V腐蚀腐蚀V机械机械n抛光工艺改善方案：抛光工艺改善方案：l降低降低PH值值l提高转速提高转速l提高压力提高压力硅片抛光的其它方法硅片抛光的其它方法n(1) 机械抛光。机械抛光。n(2) 化学抛光。化
21、学抛光。n(3) 化学机械抛光化学机械抛光CMP技术。技术。(1) 机械抛光机械抛光n方法：方法：抛光液的磨料对硅片表面进行抛光液的磨料对硅片表面进行机械机械摩擦摩擦，而实现对表面的抛光。，而实现对表面的抛光。n研磨浆组成：研磨浆组成：Al2O3、MgO、SiC等磨粒等磨粒+水水n优点与缺点：优点与缺点： 优点：优点：抛光速度快。抛光速度快。 缺点：缺点：表面质量不高，粗糙化、划痕严重，表面质量不高，粗糙化、划痕严重，存在较厚损伤层（工作时压力造成）。存在较厚损伤层（工作时压力造成）。n地位：地位：最早期的硅片抛光技术，目前已经最早期的硅片抛光技术，目前已经被淘汰。被淘汰。(2) 化学抛光化学
22、抛光n方法：方法：利用化学试剂对硅片表面进行化学腐蚀，利用化学试剂对硅片表面进行化学腐蚀，来进行抛光，包括：液相、气相腐蚀、电解抛来进行抛光，包括：液相、气相腐蚀、电解抛光等。光等。n缺点：缺点：不利于控制抛光速度和深度，不利于获不利于控制抛光速度和深度，不利于获得大面积、高度平整度抛光面。得大面积、高度平整度抛光面。n地位：地位：可以进行特种抛光，如可以进行特种抛光，如小面积小面积平整化，平整化，非规则表面抛光，而非规则表面抛光，而不利于大面积不利于大面积平整化的硅平整化的硅片抛光。另外，气相腐蚀是一种较好的干法腐片抛光。另外，气相腐蚀是一种较好的干法腐蚀法。蚀法。本章作业本章作业n简述化学
23、减薄的两种方法和减薄的意义简述化学减薄的两种方法和减薄的意义n目前硅片表面抛光的主流方法及其原理。目前硅片表面抛光的主流方法及其原理。n碱性碱性SiO2的的CMP抛光中的机械和化学作用。抛光中的机械和化学作用。n目前目前CMP抛光的方式有哪几种抛光的方式有哪几种(硅片固定硅片固定)及简介。及简介。n抛光垫的主要性能指标有哪些。抛光垫的主要性能指标有哪些。n抛光浆液的组成及组分在抛光中的作用。抛光浆液的组成及组分在抛光中的作用。n理想抛光时的公式意义理想抛光时的公式意义P114.n影响影响CMP抛光效果的因素有哪些。抛光效果的因素有哪些。n为逐渐提高表面参数，通过控制哪些参数实现。为逐渐提高表面
24、参数，通过控制哪些参数实现。n抛光片的主要表面缺陷有哪些。抛光片的主要表面缺陷有哪些。n橘皮和雾的概念，及其出现的原因。橘皮和雾的概念，及其出现的原因。第三章作业第三章作业n硅片倒角、研磨的目的和意义（作用）。硅片倒角、研磨的目的和意义（作用）。n研磨的机理有哪些研磨的机理有哪些P77。n研磨浆（磨削液和磨粒）的作用有哪些。研磨浆（磨削液和磨粒）的作用有哪些。n硅片研磨中，使用的研磨浆组成。硅片研磨中，使用的研磨浆组成。n研磨过程中，硅片做何种运动。研磨过程中，硅片做何种运动。n研磨中，硅片载体的作用。研磨中，硅片载体的作用。n分别从研磨液浓度，研磨压力和磨盘转速三个角度分别从研磨液浓度，研磨
25、压力和磨盘转速三个角度说明各自对研磨速率的影响。说明各自对研磨速率的影响。n硅片研磨的步骤有哪些。硅片研磨的步骤有哪些。n磨片过程中形成的表面缺陷有哪些（磨片过程中形成的表面缺陷有哪些（53/77）。）。n简述硅片进行热处理的过程和意义（作用）。简述硅片进行热处理的过程和意义（作用）。n何种生长的硅片需要热处理，主要处理什么杂质。何种生长的硅片需要热处理，主要处理什么杂质。n氧的两种施主效应，各自形成的温度与处理方法。氧的两种施主效应，各自形成的温度与处理方法。n氧沉积的概念和对其利用的价值。氧沉积的概念和对其利用的价值。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
