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半导体单晶硅片的生产工艺流程|众晶硅|硅胶

2022-01-16 18:55分类:海口医美 阅读:

直拉法和区熔法是制备单晶硅最常用的方法

单晶硅片是单晶硅棒经由一系列工艺切割而成的,制备单晶硅的方法有直拉法(CZ法)、区熔法(FZ法)和外延法,其中直拉法和区熔法用于制备单晶硅棒材。区熔硅单晶的最大需求来自于功率半导体器件。

直拉法简称CZ法。CZ法的特点是在一个直筒型的炎体例汇总,用石墨电阻加炎,将装在高纯度石英坩埚中的众晶硅熔化,然后将籽晶插入熔体外观进走熔接,同时转动籽晶,再逆转坩埚,籽晶缓慢向上升迁,经过引晶、放大、转肩、等径生息、扫尾等过程,得到单晶硅。

区熔法是行使众晶锭分区熔化和结晶半导体晶体生息的一栽方法,行使炎能在半导体棒料的一端产生一熔区,再熔接单晶籽晶。调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动,经由过程整根棒料,生息成一根单晶,晶向与籽晶的犹如。区熔法又分为两栽:程度区熔法和立式悬浮区熔法。前者紧要用于锗、GaAs等材料的挑纯和单晶生息。后者是在气氛或真空的炉室中,行使高频线圈在单晶籽晶和其上方悬挂的众晶硅棒的接触处产生熔区,然后使熔区向上移动进走单晶生息。由于硅熔体全数凭借其外观张力和高频电磁力的支托,悬浮于众晶棒与单晶之间,故称为悬浮区熔法。

单晶硅片的生产工艺流程

单晶硅是从大当然富厚的硅材料中挑纯制造出众晶硅,再经由过程区熔或直拉法生产出区熔单晶或直拉单晶硅,进一步形成硅片、抛光片、外延片等。直拉法生息出的单晶硅,用在生产矮功率的集成电路元件。而区熔法生息出的单晶硅则紧要用在高功率的电子元件。直拉法加工工艺:加料→熔化→缩颈生息→放肩生息→等径生息→尾部生息,长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后掏出,即快活一次生息周期。悬浮区熔法加工工艺:先从上、下两轴用夹具精确地垂直固定棒状众晶锭。用电子轰击、高频感答或光学聚焦法将一段区域熔化,使液体靠外观张力救助而不坠落。移动样品或加炎器使熔区移动。这栽方法无须坩埚,能避免坩埚浑浊,因而不妨制备很纯的单晶,也可采用此法进走区熔。

工业生产中对硅的需求紧要来自于两个方面:半导体级和光伏级。半导体级单晶硅和光伏级单晶硅在加工工艺流程中存在着一些迥异,半导体级单晶硅的纯度远远高于光伏级单晶硅。半导体级单晶硅片的加工工艺流程:单晶生息→割断→外径滚磨→平边或V型槽处理→切片,倒角→研磨,侵蚀--抛光→清洗→包装。

从单晶炉里生产的单晶棒起先,硅片的工艺流程就基本启动了。为了帮忙大师意识和了解硅料到硅片的细密生产流程,挑高对这个走业的认知,以便能更益的从事光伏走业,此刻将一些生产流程资料清算如下,企看能对大师有所帮忙。

简介

硅片的准备过程从硅单晶棒起先,到洁净的抛光片闭幕,以简略在绝益的环境中操纵。期间,从一单晶硅棒到加工成数片能已足专有请求的硅片要经过很众流程和清洗步骤。除了有很众工艺步骤之外,整个过程几乎都要在无尘的环境中进走。硅片的加工从一相对较脏的环境起先,最后在10级净空房内快活。

工艺过程综述

全部的工艺步骤概括为三个紧要栽类:能憩息物理性能如尺寸、形状、坦平度、或一些体材料的性能;能衰败不企看的外观毁伤的数目;或能排除外观沾污和颗粒。工艺步骤的依序是很紧要的,由于这些步骤的决定能使硅片受到尽简略少的毁伤并且不妨衰败硅片的沾污。

硅片加工过程步骤

1.切片

2.激光标识

3.倒角

4.磨片

5.侵蚀

6.背毁伤

7.边缘镜面抛光

8.预炎清洗

9..反抗默默——退火 10.背封

11.粘片

12.抛光

13.检查前清洗

14.外貌检查

15.金属清洗

16.擦片

17.激光检查

18.包装/货运

切片(class 500k)

硅片加工的介绍中,从单晶硅棒起先的第一个步骤就是切片。这一步骤的关键是如何在将单晶硅棒加工成硅片时尽简略地降矮消磨,也就是请求将单晶棒尽简略众地加工成有效的硅片。为了尽量得到最益的硅片,硅片请求有最少量的翘曲和最少数的刀缝消磨。

切片过程中有两栽紧要方式——内圆切割和线切割。这两栽表面的切割方式被答用的原因是它们能将材料耗损衰败到最小,对硅片的毁伤也最小,并且答应硅片的翘曲也是最小。

切片是一个相对较脏的过程,不妨描述为一个研磨的过程,这一过程会产生大量的颗粒和大量的很浅外观毁伤。

硅片切割快活后,所粘的碳板和用来粘碳板的粘结剂必须从硅片上遣散。在这遣散和清洗过程中,很紧要的一点就是保持硅片的依序,由于这时它们还别国被标识区分。

激光标识(Class 500k)

在晶棒被切割成一片片硅片之后,硅片会被用激光刻上标识。一台高功率的激光打印机用来在硅片外观刻上标识。硅片按从晶棒切割下的犹如依序进走编码,因而能晓畅硅片的精确位置。这一编码答是同一的,用来识别硅片并晓畅它的来源。编码能外明该硅片从哪一单晶棒的什么位置切割下来的。保持云云的追溯是很紧要的,由于单晶的全体特性会随着晶棒的一头到另一头而转折。编号需刻的众余深,从而到最后硅片抛光完毕后仍能保持。在硅片上面前目今编码后,即使硅片有遗漏,也能追溯到本来位置,而且倘若趋向懂得,那么就不妨采取精确的措施。激光标识不妨在硅片的正面也可在背面,尽管正面每每会被用到。

倒角

当切片快活后,硅片有比较尖利的边缘,就必要进走倒角从而形成子弹式的腻滑的边缘。倒角后的硅片边缘有矮的中心答力,因而使之更牢固。这个硅片边缘的深化,能使之在以后的硅片加工过程中,降矮硅片的碎裂程度。

磨片(Class 500k)

接下来的步骤是为了遣散切片过程及激光标识时产生的区别毁伤,这是磨片过程中要快活的。在磨片时,硅片被安顿在载体上,并围绕安顿在一些磨盘上。硅片的两侧都能与磨盘接触,从而使硅片的两侧能同时研磨到。磨盘是铸铁制的,边缘锯齿状。上磨盘上有一系列的洞,可让研磨砂分布在硅片上,并随磨片机活动。磨片可将切片造成的厉重毁伤遣散,只留下一些平衡的浅近的伤痕;磨片的第二个甜头是经磨片之后,硅片格外坦平,由于磨盘是极其坦平的。

磨片过程紧要是一个顽固过程,磨盘强逼硅片外观的研磨砂。研磨砂是由将氧化铝溶液延缓煅烧后形成的轻微颗粒构成的,它能将硅的外层研磨去。被研磨去的外层深度要比切片造成的毁伤深度更深。

侵蚀(Class 100k)

磨片之后,硅片外观还有必定量的平衡毁伤,要将这些毁伤去除,但尽简略矮的引首附加的毁伤。比较有特色的就是用化学方法。有两栽基本侵蚀方法:碱侵蚀和酸侵蚀。

背毁伤(Class 100k)

在硅片的背面进走顽固毁伤是为了形成金属吸杂中心。当硅片达到必定温度时,如Fe, Ni, Cr, Zn等会降矮载流子寿命的金属原子就会在硅体内活动。当这些原子在硅片背面遇到毁伤点,它们就会被诱陷并本能地从内部移动到毁伤点。背毁伤的引入典型的是经由过程冲击或磨损。举例来说,冲击方法用喷砂法,磨损则用刷子在硅片外观磨擦。

边缘抛光

硅片边缘抛光的如今标是为了去除在硅片边缘残留的侵蚀坑。当硅片边缘变得腻滑,硅片边缘的答力也会变得均匀。答力的均匀分布,使硅片更踏实。抛光后的边缘能将颗粒灰尘的吸附降到最矮。硅片边缘的抛光方法同等于硅片外观的抛光。

预炎清洗(Class 1k)

在硅片进入反抗默默前,必要洁净,将有机物及金属沾污遣散,倘若有金属残留在硅片外观,当进入反抗默默过程,温度提拔时,会进入硅体内。这边的清洗过程是将硅片浸没在能遣散有机物和氧化物的清洗液(H2SO4+H2O2)中,很众金属会以氧化物表面消融入化学清洗液中;然后,用氢氟酸(HF)将硅片外观的氧化层消融以遣散污物。

反抗默默——退火(Class 1k)

硅片在CZ炉内高浓度的氧氛围里生息。由于绝大单方的氧是惰性的,然而仍有少数的氧会形成小基团。这些基团会扮演n-施主的角色,就会使硅片的电阻率测试不精确。要防止这一题目的发生,硅片必须起头加炎到650℃傍边。这一高的温度会使氧形成大的基团而不会影响电阻率。然后对硅片进走急冷,以阻挡小的氧基团的形成。这一过程不妨有效的排除氧举动n-施主的特性,并使真实的电阻率默默下来。

背封(Class 10k)

对于重掺的硅片来说,会经过一个高温阶段,在硅片背面淀积一层薄膜,能禁绝掺杂剂的向外扩散。这一层就如同密封剂相似防止掺杂剂的逃逸。每每有三栽薄膜被用来举动背封材料:二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、众晶硅。

粘片(Class 10k)

抛光之前,先要进走粘片。粘片必须保证硅片能抛光坦平。有两栽紧要的粘片方式,即蜡粘片或模板粘片。

蜡粘片用一固体松香蜡与硅片粘相符,并挑供一个极其平的参考外观。这一外观为抛光挑供了一个固体参考平面。粘的蜡能防止当硅片在一侧面的载体下抛光时硅片的移动。蜡粘片只对单面抛光的硅片有效。

另一方法就是模板粘片,有两栽区别变异。一栽只适用于单面抛光,用这栽方法,硅片被固定在一圆的模板上,再安顿在柔的衬垫上。这一衬垫能挑供众余的摩擦力因而在抛光时,硅片的边缘不会全数撑持到侧面载体,硅片就不是硬接触,而是“漂浮”在物体上。当正面进走抛光时,单面的粘片恋慕了硅片的背面。另一栽方法适用于双面的抛光。这栽方法不妨答应在一台机器上进走抛光时,两面能同时进走,操作同等于磨片机。硅片的两个抛光衬垫安顿在相逆的倾向,云云硅片被推向一个倾向的顶部时和相逆倾向的底部,产生的答力会相互抵消。这就有利于防止硅片被推向硬化的载体而导致硅片边缘遭到侵害。

抛光(Class ≤1k)

硅片抛光的如今标是得到一格外腻滑、坦平、无任何毁伤的硅外观。磨片时,硅片进走的是顽固的研磨;而在抛光时,是一个化学/顽固的过程。这个在操作原理上的区别是造成抛光能比磨片得到更腻滑外观的原因。

抛光时,用特制的抛光衬垫和专有的抛光砂对硅片进走化学/顽固抛光。抛光砂由硅胶和一专有的高pH值的化学试剂构成。这栽高pH的化学试剂能氧化硅片外观,又以顽固方式用含有硅胶的抛光砂将氧化层从外观磨去。

硅片每每要经众步抛光。第一步是粗抛,用较硬衬垫,抛光砂更易与之逆答,而且比后面的抛光中用到的砂中有更众粗糙的硅胶颗粒。第一步是为了遣散侵蚀斑和一些顽固毁伤。在接下来的抛光中,用柔衬、含较少化学试剂和细的硅胶颗粒的抛光砂。遣散盈利毁伤和薄雾的最后的抛光称为精抛。

检查前清洗(class 10)

硅片抛光后,外观有大量的沾污物。为了能对硅片进走检查,需进走清洗以除去大单方的颗粒。经由过程这次清洗,硅片的洁净度仍不及已足客户的请求,但能对其进走检查了。

每每的清洗方法是在抛光后用RCA SC-1清洗液。未必用SC-1清洗时,同时还用磁超声清洗能更为有效。另一方法是先用H2SO4/H2O2,再用HF清洗。相比之下,这栽方法更能有效遣散金属沾污。

检查

经过抛光、清洗之后,就不妨进走检查了。在检查过程中,电阻率、翘曲度、总厚度超差和坦平度等都要测试。全部这些测量参数都要用无接触方法测试,因而抛光面才不会受到毁伤。在这点上,硅片必须最后已足客户的尺寸性能请求,否则就会被裁汰。

金属物去除清洗

硅片检查完后,就要进走最后的清洗以遣散盈利在硅片外观的全部颗粒。紧要的沾污物是检查前清洗后仍留在硅片外观的金属离子。这些金属离子来自于各区别的用到金属与硅片接触的加工过程,如切片、磨片。一些金属离子甚至来自于前哨几个清洗过程中用到的化学试剂。因此,最后的清洗紧要是为了遣散残留在硅片外观的金属离子。云云做的原因是金属离子能导致少数载流子寿命,从而会使器件性能降矮。SC-1标准清洗液对遣散金属离子不是很有效。因此,要用区别的清洗液,如HCl,必须用到。

擦片

在用HCl清洗完硅片后,简略还会在外观吸附一些颗粒。一些制造商选择PVA制的刷子来遣散这些残留颗粒。在擦洗过程中,纯水或氨水(NH4OH)答流经硅片外观以带走沾附的颗粒。用PVA擦片是遣散颗粒的有效办法。

激光检查

硅片的最后清洗快活后,就必要检查外观颗粒和外观污点。激光检查仪能探测到外观的颗粒和污点。由于激光是短波中高强度的波源。激光在硅片外观逆射。倘若外观别国任何题目,光打到硅片外观就会以犹如角度逆射。然而,倘若光打到颗粒上或打到粗糙的平面上,光就不会以犹如角度逆射。逆射的光会向各个倾向传播并能在区别角度被探测到。

包装/货运

包装的如今标是为硅片挑供一个无尘的环境,并使硅片在运输时不受到任何毁伤;包装还不妨防止硅片受潮。倘若一片益的硅片被安顿在容器内,并让它受到浑浊,它的浑浊程度会与在硅片加工过程中的任何阶段相似厉重,甚至认为这是更厉重的题目,由于在硅片生产过程中,随着每一步骤的快活,硅片的价值也在一连上升。理想的包装是既能挑供洁净的环境,又能限定保存和运输时的小环境的乾净。典型的运输用的容器是用聚丙烯、聚乙烯或一些其他塑料材料制成。这些塑料答不会开释任何气体并且是无尘的,如此硅片外观才不会被浑浊。

硅片制备阶段的题目

在硅片的制造过程中,涉及到很众参数。而且这些参数中有很众会因最后硅片如今标区别而发生转折。对硅片来说,有一些参数首终是很紧要的,如坦平度、污点、沾污等。

当硅片被不精确运走的刀片所切割时,就会造成曲曲的刀口。这些刀口都不会犹如,这就使硅片有区别栽类的平面污点。因此答以尽简略平的面去切割硅片。

有区别的测量方法来测试硅片的坦平度。整个的坦平度对于设计样品时是很紧要的,从另一方面说,单方的坦平度对于设计是很紧要的,一些全体坦平度测试的术语是曲曲度(bow)、翘曲度(warp)、总厚度超差(TTV)、总指派读数(TIR)和焦平面背离(FPD)。

硅片制备阶段的题目

在硅片的制造过程中,涉及到很众参数。而且这些参数中有很众会因最后硅片如今标区别而发生转折。对硅片来说,有一些参数首终是很紧要的,如坦平度、污点、沾污等。

当硅片被不精确运走的刀片所切割时,就会造成曲曲的刀口。这些刀口都不会犹如,这就使硅片有区别栽类的平面污点。因此答以尽简略平的面去切割硅片。

有区别的测量方法来测试硅片的坦平度。整个的坦平度对于设计样品时是很紧要的,从另一方面说,单方的坦平度对于设计是很紧要的,一些全体坦平度测试的术语是曲曲度(bow)、翘曲度(warp)、总厚度超差(TTV)、总指派读数(TIR)和焦平面背离(FPD)。

Bow:

硅片曲曲度是测量硅片曲曲程度,它是与硅片中心从一经由过程靠近硅片边缘的三个基点建树的平面的背离程度。

Warp:

硅片形状变形的另一测试方法是翘曲度的测试。翘曲度是测量硅片确定的几个参考面的中心线位置的最高点与最矮点之最大差值。硅片的翘曲度首决于操纵的一对无接触扫描探针。硅片被安顿在三个形成参考平面的支点上,这对探针中一支不妨在硅片一侧的恣意位置,而另一支则在另一侧的回响反映位置。探针按设定的程序,沿硅片外观移动,测量到硅片外观指定点的距离。一旦全部的距离都已测得,翘曲的程度也就晓畅了。测定翘曲度,第一步就是找到顶部探针与顶部硅片外观的距离(a)和回响反映底部探针与底部硅片外观的距离(b)。换句话说,就得到了b-a的全部测量点。有了这些数据,将b-a的最大值减去b-a的最小值,再除以2就是Warp值)。

TTV

一栽检测硅片厚度同等性的方法,叫总厚度超差(TTV),就是指硅片厚度的最大值与最小值之差。测量TTV可在测量Warp时同时进走。Warp中同等的探针和数据处理方法不妨为TTV所采用。在计算TTV时,第一步是将顶部探针与顶部硅片外观的距离(a)和回响反映底部探针与底部硅片外观的距离(b)相加,这边,吾们要的是相加(a+b),TTV就是将a+b的最大值减去a+b的最小值。

TIR

总指派读数是一栽只与硅片的正面相关的参数。测量方法是将与真空吸盘平走吸住的一壁举动参考平面,TIR就是正面最高处与最凹处的差值。

FPD

焦平面偏离(FPD)是指硅片上距焦平面最高处和最深处到焦平面的距离中远的一个。全部的测试方法都是显示硅片全体的外观情况。

浑浊

硅片外观的浑浊是一个紧要关注的题目。硅片生产过程从相对较脏的切片起先到最后进入一净空房闭幕,硅片要袒露在大量的区别化学品和溶液中,而且硅片还要被放入很众区别的机器进走顽固加工,全部这些接触都会导致颗粒沾污。另两个紧要的浑浊是金属和有机物。金属因硅片经过很众机器加工,金属与硅片外观直接接触而被留在硅片外观;有机物则简略来自于任何物体上的油脂或油。在硅片最后被发去客户前,全部的浑浊都必须被遣散。

安心

在半导体制造的硅片生产阶段,很众安心题目格外同等于在一装备快活设备商店,有高速度的刀片和全部手工滚磨设备。硅片生产中的很众过程是顽固导向的,因此,这些有操作紧要的过程必须有必定的安心程序。

化学方面的紧要:硅片的生产要用到很众紧要的化学药品,如在敞开式的硅片清洗中用到的HF和KOH。这些化学品的操纵像水相似频频,而且缓和被灌输一栽过失的安心不都雅念。因此,当在进走与这些化学品关系的管事时,必须确定出全部精确的安心方针。

其它还有涉及到各栽区别辐射的安心题目。在切片区域,有X-ray源;激光扫描区域,有激光的辐射简略会引首埋没的火灾,甚至使人失明。在这些区域,都答穿着合法的防护服,并答持重操作以防发生安心题目。

术语外

曲曲度(bow):

硅片曲曲度是指硅片中心与一经由过程靠近硅片边缘的三个基点建树的平面的背离程度。曲曲度是对整个硅片而言。

10级(class10):

每每指环境的洁净度时,10级是指每立方英尺空气中0.5μm大小的颗粒不超过10个,而且更大的颗粒数更少。这是一个格外雪白的环境。

硅胶:

一栽悬浮的硅土颗粒,轻微到无法分辨出各个颗粒,也无法从悬浮液等分袂出来。

微切伤:

是由刀片的颤动而引首的,它是刀片在走进过程中纤弱的背离,而在硅片上沿着切口留下的轻微的脊状毁伤。

外吸杂:

是一栽适用在硅片背面的吸杂方法。

焦平面背离(FPD):

焦平面背离的测试能表明离硅片正面上任何点的焦平面的很远距离。FPD能衡量整个硅片正外观。

吸杂:

是一栽诱使金属杂质远隔硅片正面的方法。

雾化:

是硅片出现雾气的一个条件。简略由硅片的任何的沾污或毁伤而引首。

平均载流子寿命:是指在硅体内无数载流子的平均复相符时间。

Piranha:

是一栽清洗液,由硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)构成。之是以首这个名字是由于当上述两栽化学品夹杂时,溶液温度会达到120℃傍边并狠恶沸腾。

总指派读数(TIR):

是硅片的正面上距设定参考面最高处与最凹处的距离。TIR能外明整个硅片正面的情况。

总厚度超差(TTV):

是指硅片最厚处与最薄处的差值。TTV也是对整个硅片的测试。

翘曲度(warp):

是指离硅片中心线最高和最矮的差值,是整个硅片的测试。

来源:半导体在线

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