硅片加工表面抛光讲义课件.ppt
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- 硅片 加工 表面 抛光 讲义 课件
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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
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