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在上期的沈陽科晶設(shè)備制造有限公司的followme園地中，介紹了《設(shè)備選擇》。使用沈陽科晶公司的精密設(shè)備，用不到6萬元就可以建立你自己的加工實(shí)驗(yàn)室。有了自己的實(shí)驗(yàn)室，就要有相應(yīng)的技術(shù)。來保證你的實(shí)驗(yàn)室的良好運(yùn)行。為此目的，我們向科晶公司用戶，介紹一下晶體基片加工的*過程，來感謝產(chǎn)品用戶的大力支持。《切磨拋工藝》來到了followme園地，進(jìn)入您的視野。
　　　　　　　　　　　　 切磨拋工藝
　　將各種晶體加工制成半導(dǎo)體器件生產(chǎn)線上所需要的拋光片（襯底片）需要經(jīng)過切片，磨片和拋光等工序。這一平面加工工藝的簡稱就是所謂的切磨拋工藝。
切片：
　　 加工大直徑的晶體時，通常用內(nèi)園切割機(jī)來進(jìn)行加工。用這種設(shè)備切出的晶體基片是平的。因?yàn)榈镀赏鈬鷱埩Νh(huán)支持，震動小。相鄰的晶片損傷小。小直徑的晶體材料，可用科晶公司生產(chǎn)的SYJ-150型或EC400型切割設(shè)備進(jìn)行加工，實(shí)用快捷。
　　 而對于脆性的，切割時易損的晶體材料，使用科晶公司生產(chǎn)的 SYJ-2型精密線切割機(jī)是非常合適的 。該設(shè)備使用鑲嵌金剛石的線鋸絲或普通的線鋸絲，同時使用研磨漿來實(shí)現(xiàn)各種材料的無損傷切割。該機(jī)的工作臺水平可旋轉(zhuǎn)90˚卡具，并具有切割線張力調(diào)整裝置，來實(shí)現(xiàn)精密的切割。
　　 SZX-1全自控高精度晶體線切割機(jī)，是沈陽科晶設(shè)備制造有限公司推出的國內(nèi)*研發(fā)制造的全自控高精度線切割機(jī)，是由計(jì)算機(jī)控制的理想切割機(jī)，可以切割zui大棒料直經(jīng)4英寸的各種晶體、陶瓷、及金屬材料，切割厚度可小于0.2毫米。
　　 晶體材料在切片前，需要進(jìn)行定向。例如單晶硅材料，一方面為了確定管芯劃片時*方向（對【111】單晶參考定位面為<100>面）。另一方向，為使拋光片<襯底>在外延時，有利于減少外延層表面角錐缺陷，降低層錯密度及減少隱埋圖形的畸變和位移。一般要求切割片（襯底片）【111】朝向zui近的【110】偏離4～5度。
　　 切割晶體時，按照切割設(shè)備的操作規(guī)程，逐條進(jìn)行。一般都會加工出合格的晶體基片。要注意的是，由于切片設(shè)備的刀片的平整度及設(shè)備本身的精度造成的震動，會對切割的晶體基片表面造成機(jī)械損傷層，這一損傷層，一般來講zui少在30～70μm之間。所以在加工晶體基片時，切片的厚度，要把機(jī)械損傷層考慮到，例如：如果要求在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)線上需要厚度為300μm的晶體基片，那么切割晶體基片時要求晶體基 片的厚度應(yīng)在450～500μm左右。
●切片時的機(jī)械損傷（刀片震動造成）　　 30μm～70μm (一面)
●磨片時機(jī)械損傷（磨料造成）　　　　　　 5μm～15μm (一面)
●拋光時去除機(jī)械損傷　　　　　　　　　　 1μm以下
以上只是為用戶提供一個考慮的思路。切割晶體基片的厚度尺寸原則是，保證zui終拋光片尺寸厚度要求時，晶體切割時，片厚越薄越好，不但節(jié)省了晶體，降低了成本，也提高了磨片和拋光工序的效率。
磨片
　　磨片工序就是用各種磨料，對切割好的晶體進(jìn)行加工處理，目的是去除因切割時刀片震動及機(jī)器本身精度造成的晶體基片表面的機(jī)械損傷層，提高晶體基片的平整度，使晶體基片達(dá)到適合拋光的標(biāo)準(zhǔn)。
　　研磨各種晶體基片時，一般要選用雙面磨片機(jī)，特別是晶體基片提供商，只能選擇這種所謂四軌跡的雙面研磨機(jī)。用這種設(shè)備研磨出的晶體基片的平整度是可得到保證的。在實(shí)驗(yàn)室中研磨晶體基片時，可選用各種小型的單面磨片機(jī)，靈活、實(shí)用。例如：在研磨2英寸以下的晶體基片時，可以選用802精密研磨拋光機(jī)，在研磨3英寸以上的晶體基片時選用1502型精密研磨拋光機(jī)。
　　根據(jù)研磨晶體材料的不同，以及對晶體基片的不同要求，可以選用不同顆粒度的各種研磨材料。對于莫氏6以下的各種晶體材料可選用白剛玉微粉磨料，而莫氏硬度6以上的各種晶體材料，可以選用碳化硅或碳化硼等磨料。


　　磨料的顆粒大小和顆粒度的均勻性，與被研磨的晶體基片表面質(zhì)量有很大關(guān)系。在一定的工藝條件下，損傷層深度正比于所使用的磨料顆粒度大小。粗的磨料引起較深的損傷層，反之損傷層小。所以，磨片工序分為粗磨和精磨兩道工序。粗磨工序用于快速減薄晶體基片，精磨工序用改善片面質(zhì)量，這是因?yàn)槟チ系念w粒大小，對研磨效率有較大的影響，磨料顆粒度的大小與研磨速度成正比，與研磨質(zhì)量成反比。研磨速度與機(jī)械的轉(zhuǎn)數(shù)成正比。壓力越大，研磨效率就越高。但是，壓力過大，容易產(chǎn)生碎片現(xiàn)象和損傷增大。研磨速度是隨磨料的濃度增加而加快的，要得到好的研磨質(zhì)量，又能提高生產(chǎn)效率，就必須用適當(dāng)?shù)哪チ希侠淼膲毫秃线m的機(jī)器轉(zhuǎn)數(shù)。
研磨液的一般配比：磨料：水=10～20：100
　　選擇質(zhì)量好的磨料是非常重要的，對同一種型號的磨料，其顆粒大小也會不均勻，尤其是大顆粒（數(shù)量極小），引起后果極壞。因?yàn)槟チ系念w粒度越大，加到磨盤底下的磨料就越少，即每個顆粒所擔(dān)負(fù)磨盤的總壓力就越大，而磨料顆粒又把加于它的壓力，傳給所研磨的晶體基片的表面，所以對加工的晶體基片表面的損傷就越深，造成深的損傷。不但會對晶體基片產(chǎn)生很深的損傷層，而且使表面造成劃道。
　　 在研磨晶體基片前的工作是要進(jìn)行選片。也就是要把切割好的晶體基片按不同厚度進(jìn)行分類。將厚度一樣的晶體基片進(jìn)行粘片，準(zhǔn)備研磨。因此，影響晶體基片平整度的因素包括選片、粘片和在研磨過程中磨料分布的情況及晶體基片本身的質(zhì)量。所以，在研磨過程中，磨料的流量要保持不變，特別是晶體基片本身厚度要均勻。
粘片：把切割后的晶體基片粘在載料盤上，然后進(jìn)行研磨減薄加工，去除晶體基片的機(jī)械損傷層。這一道工序是很重要的，它直接關(guān)系到晶體基片的平整度和平行度。粘片的粘合劑是一種特別的石蠟制品，主要成份是石蠟、松香、以及聚乙稀醇等。適用于各種晶體基片的粘合，沈陽科晶公司可以為用戶提供這種石蠟制品。粘片的關(guān)鍵是掌握石蠟的熔點(diǎn)溫度，以及涂蠟層的均勻度。
　　下面，我們給使用科晶公司產(chǎn)品的用戶舉兩個例子，說明一下，如何根據(jù)研磨的晶體材料（切割好的晶體基片），來選擇研磨的方式和磨料的種類及顆粒度。
例1、　　研磨切割好的單晶硅的晶體基片，根據(jù)單晶硅的物理性質(zhì)，更主要是根據(jù)單晶硅的莫氏硬度為5，我們選用一次研磨的加工方式，選用白剛玉微粉磨料，磨料的顆粒度型號為M10，當(dāng)硅片的直徑為2英寸時，在802型設(shè)備上研磨，時間1小時，就可去除硅片上面的機(jī)械損傷層，此時晶體基片的損傷層只是磨料本身的顆粒直徑造成的損傷層為10μm左右。達(dá)到拋光工序的用片要求。
例2、　　研磨白寶石的晶體基片，根據(jù)白寶石（AL2O3）的物理性質(zhì)，更主要是根據(jù)白寶石的莫氏硬度為9這一情況，我們選用二次粗磨和一次精磨的加工方式，選用碳化硼或碳化硅磨料。粗磨工序時，選用M20和M10的磨料顆粒度。精磨工序時，選用M5或M3.5的磨料顆粒度。在白寶石基片的直徑為2英寸時，在802型設(shè)備上研磨，二次粗磨和一次精磨分別在三臺機(jī)器上進(jìn)行，時間為8小時，就可去除白寶石兩面的機(jī)械損傷層，此時晶體基片上的損傷層僅為3.5μm左右。達(dá)到拋光用片要求。

　　　　　　　　　　　　　　　　 拋光
　　 這一工序是去除磨片時所形成的表面損傷層，使晶體基片表面光潔如鏡，達(dá)到器件生產(chǎn)線上對晶體襯底片的質(zhì)量要求。也可以說，拋光的目地是為器件制造提供盡可能、無機(jī)械損傷層和無雜質(zhì)粘污的鏡面表面。
　　 晶體基片質(zhì)量的優(yōu)劣，對器件與集成電路的電學(xué)性能和成品率有著極重要的影響。拋光質(zhì)量的關(guān)鍵是拋光材料和拋光工藝條件的選擇。根據(jù)所生產(chǎn)器件的工藝要求，晶體基片可進(jìn)行一次拋光或二次拋光。一般來說，為了提高拋光效率和拋光質(zhì)量，通常把晶體基片拋光分為粗拋光和精拋光兩步進(jìn)行。粗拋光的作用是快速去除磨片時造成的破碎，損傷和高畸變層；精拋光則是要達(dá)到高性能，高可靠器件對晶體基片的高質(zhì)量要求的目地。
　　 拋光工序，對設(shè)備選擇也是很重要的。科研單位，大專院校選擇科晶公司生產(chǎn)的幾種拋光設(shè)備進(jìn)行晶體基片拋光是非常實(shí)用的，能夠保證拋光襯底片的質(zhì)量。2英寸或2英寸以下的晶體基片可選用802型精密研磨拋光機(jī)；3英寸的晶體基片可選用1502型精密研磨拋光機(jī)；如有特殊需要還可以選用壓力式研磨拋光機(jī)。
　　在拋光工序中，所使用的拋光工藝，一般都是所謂的化學(xué)機(jī)械拋光。在機(jī)械研磨晶體基片的同時，發(fā)生化學(xué)腐蝕作用。這樣能去除在磨片時磨料對晶體基片表面造成的損傷層，使晶體基片表面光潔如鏡，達(dá)到預(yù)定拋光效果。
　　 下面就硅片拋光工藝，來介紹一下典型的二氧化硅膠體化學(xué)機(jī)械拋光原理。
因?yàn)槎趸枋撬嵝匝趸铩Ｋ詫⒍趸枞苋?溶液中，有小部分二氧化硅與*反應(yīng)生成硅酸鈉（Na2Sio3水玻璃）其反應(yīng)式如下：
　　　　　　　　 SIO2+2NAOH=Na2SIO3+H2O
　　 大部分二氧化硅微粒分布在*溶液配制成的二氧化硅膠體拋光液，PH值一般控制在9左右。該拋光液的原理是：
　　 硅片表面被拋光液中的*腐蝕，生成硅酸鹽，二氧化硅膠粒對這層不*鍵合的硅酸鹽進(jìn)行機(jī)械磨削，實(shí)現(xiàn)去除硅片表面損傷，使硅片表面平整，光潔如鏡之目地。其 化學(xué)反應(yīng)如下：
　　　　　　　　　　　　 SI+4NaOH→Na4SIO4+2H2↑
　　 要想獲得質(zhì)量好的拋光片，首先應(yīng)使拋光過程中的化學(xué)腐蝕作用與機(jī)械作用達(dá)到平衡。如果化學(xué)腐蝕作用大于機(jī)械磨削作用，則拋光表面產(chǎn)生腐蝕坑、波紋，如果機(jī)械磨削作用大于化學(xué)腐蝕作用，則拋光片表面產(chǎn)生橘皮、拉絲。
　　與腐蝕作用有關(guān)系的是拋光溫度，拋光液的PH值，溫度與PH值增高則化學(xué)腐蝕速度加快。與磨削作用有關(guān)的是壓力，機(jī)械轉(zhuǎn)數(shù)、二氧化硅顆粒度、拋光布等。壓力愈大，機(jī)械轉(zhuǎn)數(shù)愈快，二氧化硅顆粒度愈粗，則磨削速度愈快。拋光布儲存拋光液的能力愈強(qiáng)，磨削速度也愈快。反之就慢。
　　不同的晶體基片的拋光工藝所使用的拋光液是不同的。要根據(jù)所拋光的晶體基片的物理化學(xué)性質(zhì)，來選擇相適應(yīng)的拋光液。沈陽科晶設(shè)備制造有限公司，可根據(jù)用戶的要求，提供相應(yīng)的拋光液，使您在使用科晶設(shè)備的時候，更加有效，實(shí)用和應(yīng)手。
　　因?yàn)閽伖庖旱募兌雀撸w粒度小，應(yīng)在凈化好的環(huán)境中進(jìn)行拋光生產(chǎn)。否則，環(huán)境粘污和大顆粒的侵入，就不會得到高質(zhì)量的拋光片。塵粒的侵入是造成拋光片表面劃道和質(zhì)量不好的一個重要因素。的工藝條件應(yīng)是在100級的凈化環(huán)境中進(jìn)行拋光生產(chǎn)。以便能夠拋出高質(zhì)量的晶體基片來。
　　另外，在拋光過程中，如果分粗拋光和精拋光兩道工序，原則上應(yīng)嚴(yán)格分開在兩臺設(shè)備上進(jìn)行，以保證精拋光片的高質(zhì)量。
　　下面，我們給使用科晶設(shè)備的用戶舉兩個例子，來說明一下如何根據(jù)所要拋光的晶體基 片，來選擇拋光方式及拋光液。
例1、　　拋光單晶硅基片
　　根據(jù)硅的物理化學(xué)性質(zhì)和器件生產(chǎn)線上的工藝要求，我們選用一次拋光方式，采用二氧化硅膠體拋光液。這是因?yàn)閽伖鈺r，雖然二氧化硅與硅片的磨擦也會使硅片表面產(chǎn)生損傷，但是由于硅與二氧化硅的硬度相當(dāng)，并呈膠團(tuán)形式，因此損傷較小，而且二氧化硅不呈現(xiàn)在拋光片表面的嵌入。
　　 設(shè)備選擇科晶公司的幾種型號精密研磨拋光機(jī)，根據(jù)硅片的大小而定那一種，拋光布選用無紡布。拋光工藝參數(shù)：
　　 拋光液PH值為9　　　　　　　　 溫度20˚左右
　　 拋光液流量1500ml/分　　　　　　 拋光壓力200～250g/cm²
　　 拋光盤轉(zhuǎn)數(shù)100～200轉(zhuǎn)/分　　　　 載料盤轉(zhuǎn)數(shù)20～40轉(zhuǎn)/分
　　 拋光速率10μ～15μ/小時　　　　 拋光時間2小時
　　按照上述工藝，可拋出鏡面硅片來，達(dá)到器件生產(chǎn)線上工藝對襯底片的質(zhì)量要求。
例2、　　拋光白寶石晶體基片
　　根據(jù)白寶石晶體的物理性質(zhì)，和器件生產(chǎn)線上的工藝要求，我們選用二次拋光方式，使用兩種不同的拋光液。一種拋光液用來粗拋光，另一種用來精拋光。由于白寶石的莫氏硬度為9，使用的粗拋光液中的某種拋光材料的顆粒要硬和尖銳，而使用的拋光液中的某種拋光材料的顆粒要硬和柔軟膠團(tuán)。
　　 同樣選擇科晶公司生產(chǎn)的精密研磨拋光設(shè)備，根據(jù)晶體基片的大小，來選擇一定的機(jī)型。拋光選用無紡布。拋光工藝參數(shù)：
粗拋光液為：
　　 拋光液PH值為9　　　　　　　　 溫度20˚左右
　　 拋光液流量1500 ml /分　　　　　　拋光壓力200～250 g/cm²
　　 拋光盤轉(zhuǎn)數(shù)100～120轉(zhuǎn)/分　　　　 載料盤轉(zhuǎn)數(shù)20～40轉(zhuǎn)/分
　　 拋光速率5μ～10μ/小時　　　　 拋光時間2小時
　　 清洗后然后進(jìn)行精拋光
　　 拋光液PH值為10　　　　　　　　溫度20˚左右
　　 拋光液流量1500 ml /分　　　　　　拋光壓力200～250 g/cm²

　　 拋光盤轉(zhuǎn)數(shù)100～120轉(zhuǎn)/分　　　　載料盤轉(zhuǎn)數(shù)20～40轉(zhuǎn)/分
　　 拋光速率5μ/小時　　　　 拋光時間2小時
　　按照上述工藝進(jìn)行操作，可拋出像水晶一樣的白寶石晶片來，達(dá)到器件生產(chǎn)線上工藝對白寶石晶片的質(zhì)量要求。
　　 拋光后，要對所拋的晶體基片進(jìn)行檢測，檢測項(xiàng)目主要有：表面缺陷及損傷情況，平整度等。
　　 拋光片的表面缺陷較多，一般有劃道、蝕坑、波紋、橘皮、麻點(diǎn)、霧狀等。這些缺陷一般在日光燈或白熾燈下都能發(fā)現(xiàn)。對沒有缺陷的拋光好的晶體基片，還要進(jìn)行襯底檢測。一般用400倍的顯微鏡進(jìn)行操作。
　　 產(chǎn)生劃道的原因主要是拋光液中混入大顆粒物。因此，拋光的環(huán)境和拋光機(jī)及拋光液的清潔度尤為重要。
　　 蝕坑和波紋產(chǎn)生的原因主要是拋光時腐蝕速率大與磨削速率。如拋光液PH值過高，拋光布儲存拋光液的能力差等。解決這一問題只要稍微降低拋光液的PH值就可以解決。
產(chǎn)生橘皮的原因主要是拋光磨削速率大于腐蝕速率，只要稍微增加拋光液中的PH值就可以解決了。
　　在日光燈下就能看到麻點(diǎn)，實(shí)際上是磨片層留下來的砂坑，是拋光時間短造成的后果。沒有去除一定的厚度，增加拋光時間，達(dá)到一定的去層厚度，就可以解決了。
　　 拋光片表面的霧狀，可以用軟的拋光布拋光來解決。
　　 拋光片表面的平整度是晶體基片的重要參數(shù)。拋光片表面的不平整，將使光刻時，掩模和晶體基片表面不能很好地密合接觸，造成光刻圖形的變壞。目前，對晶體基片表面局部平整度（SFQD）一般要求為設(shè)計(jì)線寬的 2/3，以64M存儲器的加工線寬0.35μm為例，則要求硅片局部平整度在22m m² 范圍內(nèi)為0.23μm，256M電路的SFQD為0.17μm。
　　 拋光的平整度一般要用平整度測試儀測試。但對于定性觀測，肉眼也可以勝任。影響晶體基片表面平整度，同粘片技術(shù)和拋光盤的平整性有直接關(guān)系。只要解決好了，就可以加工出符合器件生產(chǎn)工藝要求的合格拋光片來。
《切磨拋工藝》向科晶公司的用戶說聲再見了。《化學(xué)清洗》將在下期和您們見面。