半导体定向工艺的研究

杨春颖

（中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220）



半导体定向工艺的研究

杨春颖

（中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津300220）

单晶体具有一种独特的各向异性性质，这种各向异性对半导体材料和器件的制造有着十分重要的影响，因此在使用晶体时必须按一定的方向切割，才能达到较好的应用效果。

半导体；粘棒；定向；X射线

多线切割具有高效、低成本以及能很好地适应单晶直径越来越大的特点，已经成为晶片加工中最重要的手段。在该工艺中（见图1），切割线被缠绕在几个加工辊之间，线两头连着收放线辊。当加工辊旋转时，加工辊上的线网高速运动，将砂浆喷嘴喷出的砂浆带入待切件的切割区，待切件不断进给完成切割。多线切割方式一次可以得到几百上千片精度参数近似的晶片，从而得到了广泛的应用［1］。

由于半导体晶体具有各向异性性质，在器件制作时不仅要严格的选取和测量材料的电阻率、位错、密度、少子寿命等参数，对晶向也有严格的要求［2］。在半导体材料的加工中，晶向是单晶片的一个重要加工参数。在多线切割加工晶片过程中，其晶向参数靠晶锭的粘接过程来控制。

图1　多线切割过程示意图

1　使用YX-2D6型X射线定向仪粘接

首先将YX-2D6型X射线定向仪（见图2）设置在定向晶面的角度上，通过旋转晶棒使衍射达到最强，此时在晶棒尾部画一条向右的箭头，此时晶棒的垂直方向晶向确定。粘接时此箭头向上粘接，将定向仪设置在定向晶面的角度上，通过推动晶体头部或者尾部，使衍射达到最强，此时晶棒的水平方向晶向确定，待胶充分凝固即定向完成。

这种粘棒工艺利用的数学原理是：两条相交直线确定一个平面。这种工艺方法加工效率高，切割之前能够充分复测晶向，但随着晶棒直径的不断增大，这种方法正在逐渐被联体粘棒系统取代。

图2　YX-2D6型X射线定向仪

2　用内圆机定向后粘接

图3　特制工作台

内圆切割机配置有旋转工作台，可以在水平、垂直两个方向上精确地旋转一定的角度，因此我们可以在粘接之前首先使用内圆机切割出需要的特定晶面，然后在特制的工作台（见图3）上进行粘接。切割时切割线与切割方向构成的平面与定向晶面平行，即可切割出需要的晶片。

此种工艺适用于晶向要求不太高的晶棒粘接，一般此种晶向可以保证在20′以内。这种方法由于在粘接之前已经完成定向，因此可以粘接偏晶向的晶体。

3　使用联体粘棒系统粘接

随着晶体直径的逐渐增大，使用第一种工艺粘接单晶越来越困难，粘接单晶时人力按压力度不够、不均匀，胶的厚度不一，从而使晶向发生一定的变化，因此联体粘棒系统（见图4、图5、图6）应运而生。联体粘棒系统由三台仪器组成，晶棒定向仪YX-6D、粘接仪器YX-6Z和复测定向仪YX-6F。

图4　左图YX-6D

图5　YX-6Z

图6　YX-6F

先在晶棒定向仪上测出单晶生长时的晶面参数，然后根据加工要求设置x轴、y轴偏转值，计算出单晶棒以参考面为基准的x轴和y轴的旋转角度，将单晶棒按x轴旋转角度用胶粘接在树脂条上，再将树脂条按y轴旋转角度用胶粘接在料板上，粘接固化好以后拿到复测仪（YX-6F）上复测晶向，最后将晶托装到多线切割机的工作台上，就可以保证得到某一晶向的硅片。

晶棒定向仪将半导体知识与几何知识结合，x、y值计算精确。晶棒粘接仪器上配备有压力系统，粘接起来节省人力，而且由于压力均匀，胶层厚度一致，避免了因胶层厚度不一导致的晶向变化。这种定向工艺能够保证很高的定向精度，一般可以保证在10′以内。

结论：本文介绍了三种常用的定向方法，各有各的优点，在实际生产中可以根据精度和效率的需要自由选择定向粘接方式。

［1］ 黎振，徐超辉，王群，等.多线切割加工中单晶硅片晶向影响关系研究［J］.电子工业专用设备，2013，42（11）：4-7.

［2］ 李彦林.超薄大直径太阳能级硅片线切割工艺及其悬浮液特性研究［D］.天津：河北工业大学，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