在文中，我們了解了硅棒的制備流程，那么硅棒是如何轉(zhuǎn)化為硅晶圓的呢？

本文從硅片制備流程為切入點(diǎn)，以方便同行了解和選擇合適的硅晶圓，硅晶圓的制備工藝流程比較復(fù)雜，加工工序多而長(zhǎng)，所以必須嚴(yán)格控制每道工序的加工質(zhì)量，才能獲得滿足工藝技術(shù)要求、質(zhì)量合格的硅單晶片（晶圓），否則就會(huì)對(duì)器件的性能產(chǎn)生顯著影響。以下是常規(guī)硅晶圓的制備流程：

1）截?cái)?/span>

截?cái)嗳鐖D 1所示，將硅棒的兩端去掉，一端為籽晶端(籽晶所在的位置)，一端為非籽晶端(與籽晶相對(duì)的另一端)，即切去單晶硅的頭部和尾部。

圖1 截?cái)?/span>

2）直徑研磨

由于晶體生長(zhǎng)中直徑和圓度的控制不可能很精確，所以硅棒都要長(zhǎng)得稍大一點(diǎn)，直徑的大小不均勻，所以通常需要進(jìn)行直徑掩膜，使單晶硅的直徑達(dá)到一致以及滿足不同產(chǎn)品直徑的要求，如圖2所示。

圖2 直徑研磨

3) 磨定位面

單晶體具有各向異性的特點(diǎn)，必須按特定晶向進(jìn)行切割，才能滿足生產(chǎn)的需要。其原理是用一束可見(jiàn)光或X光射向單晶棒端面，由于端面上晶向的不同，其反射的圖形也不同。根據(jù)反射圖像，可以校正單晶棒的晶向。一旦晶體在切割塊上定好晶向，就沿著軸磨滾出一個(gè)參考面，通常稱為晶圓的主參考面。在許多晶圓中，邊緣還會(huì)有第二個(gè)較小的參考面，稱為次參考面，用來(lái)區(qū)別導(dǎo)電類型。主、次定位邊的角度標(biāo)識(shí)了硅片的類型，如圖3所示。

圖3 定位面研磨及硅片的類型標(biāo)志

4)切片

晶棒的外形處理完之后接著將硅錠切為硅片，切片目前有兩種方式，一是用有金剛石涂層的內(nèi)圓刀片把晶圓從晶體上切下來(lái)。這些刀片是中心有圓孔的薄圓鋼片。二是線切片，通過(guò)粘有金剛石顆粒的金屬絲的運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到切片的目的。單晶硅在切片時(shí)，硅片的厚度、晶向、翹曲度和平行度是關(guān)鍵參數(shù)，需要嚴(yán)格控制。晶片切片的要求是:厚度符合要求，平整度和彎曲度要小，無(wú)缺損，無(wú)裂縫，刀痕淺。兩種方法示意圖如圖4所示。

圖4 內(nèi)圓切片和線切片示意圖

5)磨片

切片完成后，對(duì)于硅片表面要進(jìn)行研磨機(jī)械加工，其示意圖如圖5。磨片工藝的目的包括以下兩點(diǎn)：一是去除硅片表面的刀疤，使硅片表面加工損傷均勻一致。二是調(diào)節(jié)硅片厚度，使片與片之間厚度差逐漸縮小，并提高表面平整度和平行度。

圖5 磨片前后對(duì)比

目前使用得最普遍的是行星式磨片法，如圖6所示。采用雙面片機(jī)，有上下兩塊磨板，中間放置行星片，硅片就放在行星片的孔內(nèi)。磨片時(shí)，盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)齒輪和中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使行星片與磨盤(pán)之間做行星式運(yùn)動(dòng)，以帶動(dòng)硅片做行星式運(yùn)動(dòng)，在料的作用下達(dá)到研磨的目的。

圖6 行星式膜片機(jī)

6）倒角

倒角工藝如圖7所示，是用具有特定形狀的砂輪磨去硅片邊緣鋒利的崩邊、棱角和裂縫等。倒角的目的主要有三個(gè)。(1)防止晶圓邊緣碎裂。晶圓在制造與使用的過(guò)程中，常會(huì)受到機(jī)械手等的撞擊而導(dǎo)致晶圓邊緣破裂，形成應(yīng)力集中的區(qū)域。這些應(yīng)力集中的區(qū)域會(huì)使得晶圓在使用中不斷地釋放污染粒子，進(jìn)而影響產(chǎn)品的成品率。(2)防止熱應(yīng)力的集中。晶圓在使用時(shí)，會(huì)經(jīng)歷無(wú)數(shù)的高溫工藝，如氧化、擴(kuò)散等，當(dāng)這些工藝中產(chǎn)生的熱應(yīng)力大小超過(guò)硅晶格的強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)與層錯(cuò)缺陷，晶圓磨邊可以避免該類缺陷在晶邊產(chǎn)生。

圖7 倒角示意圖

(3)增加外延層和光刻膠層在晶圓邊緣的平坦度。在外延工藝中，銳角區(qū)域的生長(zhǎng)速度會(huì)比平面高，因此，用沒(méi)有磨圓的晶圓容易在邊緣產(chǎn)生突起。同樣，在利用旋轉(zhuǎn)勻膠機(jī)涂光刻膠時(shí)，光刻膠溶液也會(huì)在晶圓邊緣發(fā)生堆積現(xiàn)象，這些不平整的邊緣會(huì)影響掩模板對(duì)焦的精確性。

7）拋光

拋光是硅片表面的最后一道重要加工工序，也是最精細(xì)的表面加工。拋光的目的是除去表面細(xì)微的損傷層，得到高平整度的光滑表面，如圖8所示。最后，得到最終的產(chǎn)品：硅晶圓。

                                                                    圖8