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硅片的表面处理
硅片作为半导体材料的核心，其表面处理对于提升器件性能和可靠性至关重要。硅片的表面处理主要包括热处理、背表面的增强吸除处理以及背表面的化学气相沉积(LPCVD)处理。
本文主要介绍前面两种，现分述如下：
硅片表面的热处理
硅片背表面的增强吸除处理
硅片的边缘抛光
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硅片表面的热处理
热处理是硅片表面处理的关键步骤之一，旨在消除硅片内部应力、降低缺陷密度并优化其电学性能。
(1)硅片表面的常温退火热处理
常温退火热处理是一种低温热处理过程，旨在消除硅片在加工过程中产生的内应力。在直拉单晶硅的制备过程中，晶体硅生长结束后需要经历一个相对缓慢的降温过程，这个过程中容易生成“热施主”，影响硅片的电阻率。
因此，在单晶硅生长结束后，通常需要进行退火热处理，以消除原生“热施主”并恢复硅片的真实电阻率。该处理过程的主要技术参数包括电阻率、体金属（如Fe）含量以及少子寿命等。
(2)硅片表面的高温快速退火处理（RTP）
高温快速退火处理（RTP）是一种先进的热处理技术，旨在减少硅片表面的微缺陷并优化其性能。随着IC工艺的不断发展，对硅片表面质量的要求越来越高。RTP技术通过在短时间内对硅片进行高温处理，产生大量高浓度的空位结构，这些空位结构能够增强硅片中氧沉淀的作用，从而降低氧沉淀对硅片中氧的依赖性。此外，RTP技术还能够形成一层表面洁净区和体内高密度的体微缺陷区，提高硅片的吸除能力和表面质量。
目前，市场上已有多种RTP技术应用于硅片处理中，如日本东芝陶瓷公司的Hi-Wafer氢退火硅片、德国Wacker公司的Ar退火硅片以及美国MEMC公司的“MDZ”工艺等。这些技术通过不同的处理方式和参数设置，实现了对硅片性能的精准调控和优化。
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硅片背表面的增强吸除处理
硅片背表面的增强吸除处理是一种旨在提高硅片背表面洁净度和减少缺陷的工艺方法。通过该处理，可以有效地去除硅片背表面的杂质和污染物，提高其吸除能力，从而确保器件的可靠性和性能稳定性。
主要包括背表面的喷砂处理和背表面的化学气相沉积（LPCVD）处理两种方法。以下是对这两种方法的详细解释：
(1)背表面的喷砂处理
目的：
吸除硅抛光片正表面的金属杂质，以消除氧化雾而得到洁净光亮的抛光表面。
通过在硅片背表面产生机械损伤（软损伤），诱生出高密度的热氧化堆垛层错，这些层错可以稳定持久地成为有效的吸除中心，达到“外吸杂”的作用。
要求：
喷砂处理后，硅片背表面应产生均匀的表面损伤，且热氧化堆垛层错OISF密度应大于1.5×10^5个/cm²。
表面应无崩边、亮点和划伤等机械损伤。
工艺流程：
硅片清洗：将硅片表面杂质清洗干净，保证后续的背面喷砂能更好地铺附。
喷砂：将硅片放置在专用的喷砂机上，通过高压气流将砂粒喷到硅片背面，形成微观梳理表面。
清理：将背面经过喷砂加工后的硅片进行清洗，以便进行下一步生产工艺。
(2)背表面的化学气相沉积（LPCVD）处理
目的：
在硅片背表面生长一定厚度的氧化层或多晶硅膜，以防止发生自掺杂现象。
对于“重掺杂”的硅片，要求生长二氧化硅膜；对于“轻掺杂”硅片，则要求生长多晶硅膜，以起到“内吸杂”的作用。
优点：
LPCVD技术可以精确控制膜厚度、均匀性和组成。
它是一种多功能技术，可用于沉积多种材料，包括二氧化硅、氮化硅、钨和多晶硅等。
LPCVD技术可以轻松集成到现有的半导体制造工艺中。
工艺流程：
衬底清洗：在沉积之前，需要彻底清洗衬底表面以去除任何污染物。通常使用化学和物理清洗方法的组合来进行清洗。
装载：清洗过的衬底被装入LPCVD反应室。然后密封反应室并抽真空至低压。
前驱气体引入：将含有沉积薄膜所需元素的前驱气体引入反应室。这些气体通常具有高反应性。
反应和沉积：通过加热衬底至高温来启动反应，提供所需的能量以促使化学反应发生。反应继续进行时，薄膜逐层生长。
薄膜厚度控制：通过调整沉积时间或前驱气体流量来控制沉积过程以达到所需的膜厚度。
冷却和卸载：一旦达到所需的膜厚度，停止前驱气体流动并冷却衬底。然后可以放气并安全地卸载涂层的衬底。
技术精度指标：
使用高质量的LPCVD系统（如荷兰ASM公司的A400立式LPCVD系统）进行处理时，可以达到非常理想的膜厚均匀性。
多晶硅膜厚的片内差异可控制在±3.0%以内，片间差异可控制在±2.0%以内。
二氧化硅膜厚的批间差异可控制在±1.0%以内，片内差异可控制在±1.4%以内，片间差异可控制在±1.0%以内。
硅片背表面的增强吸除处理包括背表面的喷砂处理和背表面的化学气相沉积（LPCVD）处理两种方法。这两种方法各有特点并适用于不同的工艺需求。在实际应用中，应根据具体的IC工艺要求和硅片特性来选择合适的处理方法。
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硅片的边缘抛光
硅片的边缘抛光（edge polishing）是硅片加工中的一项重要工艺，旨在提升硅片边缘的质量和性能。
以下是对硅片边缘抛光的详细解释：
(1)目的
硅片边缘抛光的目的是去除硅片边缘表面由前工序（如倒角、研磨）加工所产生的机械应力损伤层，减小表面的机械应力，并去除边缘表面的各种金属离子等杂质污染，降低微粒对硅片边缘表面的附着沾污，以满足IC工艺要求。
(2)工艺流程
硅片边缘抛光主要包括两个步骤：机械的带式边缘粗抛光和碱性胶体二氧化硅化学机械的精抛光。
机械的带式边缘粗抛光：
使用粒径均匀的“研磨带”对硅片边缘表面进行机械的、往复运动的磨削加工。
可选用日本Mipox公司的带式边缘抛光机进行粗的机械磨削加工，研磨带如CS2000、CS3000或CS4000等。
这个步骤的主要目的是减小或去除硅片边缘表面的机械损伤，为后续的精抛光做准备。
碱性胶体二氧化硅化学机械的精抛光：
选用日本Speed Fam公司的边缘抛光机进行化学机械的精加工。
抛光布和抛光液可选用Suba400和EDGE-MIRROR II等。
在这个步骤中，硅片边缘表面与碱性抛光液发生化学反应，生成可溶性的硅酸盐，并通过细而柔软、带有负电荷的SiO2胶粒的吸附作用，以及抛光布的机械摩擦作用，及时除去反应物，从而达到精抛光的目的。
(3)主要技术参数
硅片边缘抛光工序控制的主要技术参数包括边缘轮廓质量、边缘表面粗糙度R、以及表面精度等。
边缘轮廓质量：确保硅片边缘的轮廓符合设计要求。
边缘表面粗糙度R：是衡量硅片边缘表面平滑程度的重要指标，一般要求R值越小越好。
表面精度：要求硅片边缘无亮点、裂纹、崩边及沾污等缺陷。
(4)应用与效果
经过边缘抛光后的硅片，其边缘粗糙度显著降低，表面质量得到提升，能够满足制备各种微电子（IC）器件对硅片的技术要求。同时，边缘抛光还有利于防止硅片在后续加工过程中产生碎片或裂纹，提高硅片的成品率和可靠性。
硅片的边缘抛光是一项关键的工艺步骤，对于提升硅片的质量和性能具有重要意义。
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