楊春穎

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津300220）

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半導(dǎo)體定向工藝的研究

楊春穎

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津300220）

單晶體具有一種獨(dú)特的各向異性性質(zhì)，這種各向異性對(duì)半導(dǎo)體材料和器件的制造有著十分重要的影響，因此在使用晶體時(shí)必須按一定的方向切割，才能達(dá)到較好的應(yīng)用效果。

半導(dǎo)體；粘棒；定向；X射線

多線切割具有高效、低成本以及能很好地適應(yīng)單晶直徑越來(lái)越大的特點(diǎn)，已經(jīng)成為晶片加工中最重要的手段。在該工藝中（見(jiàn)圖1），切割線被纏繞在幾個(gè)加工輥之間，線兩頭連著收放線輥。當(dāng)加工輥旋轉(zhuǎn)時(shí)，加工輥上的線網(wǎng)高速運(yùn)動(dòng)，將砂漿噴嘴噴出的砂漿帶入待切件的切割區(qū)，待切件不斷進(jìn)給完成切割。多線切割方式一次可以得到幾百上千片精度參數(shù)近似的晶片，從而得到了廣泛的應(yīng)用［1］。

由于半導(dǎo)體晶體具有各向異性性質(zhì)，在器件制作時(shí)不僅要嚴(yán)格的選取和測(cè)量材料的電阻率、位錯(cuò)、密度、少子壽命等參數(shù)，對(duì)晶向也有嚴(yán)格的要求［2］。在半導(dǎo)體材料的加工中，晶向是單晶片的一個(gè)重要加工參數(shù)。在多線切割加工晶片過(guò)程中，其晶向參數(shù)靠晶錠的粘接過(guò)程來(lái)控制。

圖1　多線切割過(guò)程示意圖

1　使用YX-2D6型X射線定向儀粘接

首先將YX-2D6型X射線定向儀（見(jiàn)圖2）設(shè)置在定向晶面的角度上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)晶棒使衍射達(dá)到最強(qiáng)，此時(shí)在晶棒尾部畫(huà)一條向右的箭頭，此時(shí)晶棒的垂直方向晶向確定。粘接時(shí)此箭頭向上粘接，將定向儀設(shè)置在定向晶面的角度上，通過(guò)推動(dòng)晶體頭部或者尾部，使衍射達(dá)到最強(qiáng)，此時(shí)晶棒的水平方向晶向確定，待膠充分凝固即定向完成。

這種粘棒工藝?yán)玫臄?shù)學(xué)原理是：兩條相交直線確定一個(gè)平面。這種工藝方法加工效率高，切割之前能夠充分復(fù)測(cè)晶向，但隨著晶棒直徑的不斷增大，這種方法正在逐漸被聯(lián)體粘棒系統(tǒng)取代。

圖2　YX-2D6型X射線定向儀

2　用內(nèi)圓機(jī)定向后粘接

圖3　特制工作臺(tái)

內(nèi)圓切割機(jī)配置有旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可以在水平、垂直兩個(gè)方向上精確地旋轉(zhuǎn)一定的角度，因此我們可以在粘接之前首先使用內(nèi)圓機(jī)切割出需要的特定晶面，然后在特制的工作臺(tái)（見(jiàn)圖3）上進(jìn)行粘接。切割時(shí)切割線與切割方向構(gòu)成的平面與定向晶面平行，即可切割出需要的晶片。

此種工藝適用于晶向要求不太高的晶棒粘接，一般此種晶向可以保證在20′以?xún)?nèi)。這種方法由于在粘接之前已經(jīng)完成定向，因此可以粘接偏晶向的晶體。

3　使用聯(lián)體粘棒系統(tǒng)粘接

隨著晶體直徑的逐漸增大，使用第一種工藝粘接單晶越來(lái)越困難，粘接單晶時(shí)人力按壓力度不夠、不均勻，膠的厚度不一，從而使晶向發(fā)生一定的變化，因此聯(lián)體粘棒系統(tǒng)（見(jiàn)圖4、圖5、圖6）應(yīng)運(yùn)而生。聯(lián)體粘棒系統(tǒng)由三臺(tái)儀器組成，晶棒定向儀YX-6D、粘接儀器YX-6Z和復(fù)測(cè)定向儀YX-6F。

圖4　左圖YX-6D

圖5　YX-6Z

圖6　YX-6F

先在晶棒定向儀上測(cè)出單晶生長(zhǎng)時(shí)的晶面參數(shù)，然后根據(jù)加工要求設(shè)置x軸、y軸偏轉(zhuǎn)值，計(jì)算出單晶棒以參考面為基準(zhǔn)的x軸和y軸的旋轉(zhuǎn)角度，將單晶棒按x軸旋轉(zhuǎn)角度用膠粘接在樹(shù)脂條上，再將樹(shù)脂條按y軸旋轉(zhuǎn)角度用膠粘接在料板上，粘接固化好以后拿到復(fù)測(cè)儀（YX-6F）上復(fù)測(cè)晶向，最后將晶托裝到多線切割機(jī)的工作臺(tái)上，就可以保證得到某一晶向的硅片。

晶棒定向儀將半導(dǎo)體知識(shí)與幾何知識(shí)結(jié)合，x、y值計(jì)算精確。晶棒粘接儀器上配備有壓力系統(tǒng)，粘接起來(lái)節(jié)省人力，而且由于壓力均勻，膠層厚度一致，避免了因膠層厚度不一導(dǎo)致的晶向變化。這種定向工藝能夠保證很高的定向精度，一般可以保證在10′以?xún)?nèi)。

結(jié)論：本文介紹了三種常用的定向方法，各有各的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)精度和效率的需要自由選擇定向粘接方式。

［1］ 黎振，徐超輝，王群，等.多線切割加工中單晶硅片晶向影響關(guān)系研究［J］.電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2013，42（11）：4-7.

［2］ 李彥林.超薄大直徑太陽(yáng)能級(jí)硅片線切割工藝及其懸浮液特性研究［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2007.

Study on Semiconductor Orientation Process

YANG Chunying
（The 46thResearch Institute of CETC，Tianjin 300220，China）

Single-crystal has a unique anisotropic property，and the property has a serious impact on semiconductor materials and devices manufacturing.So when cutting single-crystal into wafers，we should cut along a certain direction.Only in this way can we make the best use of the materials.

Semiconductor；Stiding ingot；Orientation；X ray

TN305

A

1004-4507（2016）09-0025-03

2016-07-24