强国,如果受制于人就非常被动了。
所以,陈立东还想进一步摸索切片工艺。
那份研究中心给的资料,虽然没有做硅片的实验资料,但也提出了加工晶圆硅片的方法路径,缺少的只是机械设备和实际操作的经验。
机械设备对系统之主来说不是问题,只要在这个世界出现了的,在被系统更新信息收集到的,就能在设备兑换平台中找到。
所以,陈地忠按照老板的要求,开始了加工晶圆硅片的实验。
将硅棒切片做成硅片,大体有10个步骤:
首先拉出来的硅棒会被截去硅头、硅尾,切下来的硅头、硅尾会被削成晶种,去拉新的硅棒,实现硅棒生产的无限套娃。
别笑,笑出声的小伙伴请蹲地上绕三圈。
接下来用四探针法测量棒身的电阻率,用来检查轴向的杂质浓度是否异常。
四探针就是四根金属探针,想了解的小伙伴自己去某度查。
检测完成后,陈地忠将硅棒裁成30厘米长度的硅段,进入下第2道工序:滚磨。
顾名思义,滚磨就是将硅段固定在机器上,让其滚动,用侧面的金刚石砂轮对棒身进行打磨。
由于直拉法无法精确地控制晶体生长获得一个完美的圆柱体,所以得先拉出一个粗一点的硅棒,再通过滚磨得到想要的目标尺寸。
硅棒与金刚石砂轮的剧烈摩擦会大量发热,需要持续加水降温。
滚磨完成后,要在硅段侧面再磨出一个平面或者一道沟槽,这就是以后硅片上的定位边或定位槽,光刻机需要通过它们来对硅片进行最开始的定位和校准。
在业界,定位边还有一个小作用,就是标注硅片的类型和晶向。
接下来是第3步,把硅段切片。
研究中心推荐了某种型号的内圆切割机。这种切割机是一种带有环形刀片的铡刀,就像切火腿一样切割硅棒。
切割机的优点是切割稳定、切面平整;缺点是效率低、一次只能切一片;而且由于刃口较厚,切割时损耗的硅料较多,不适合处理相对更薄的大尺寸硅片。
所以,陈立东提出的切片方式是使用金刚线的多线切割机,也就是用上面固定有金刚石颗粒的钢丝线,同时对硅段进行多段切割。
这种线切法虽然不如传统刀片稳定,后续硅片打磨的时间也更长,但胜在切割效率高、损耗低。
追读的书友们一定知道,东华早就研究出了纳米级的金刚石,开发出了系列金刚石切割工具。
现在,陈地忠就在实验金刚石钢丝线切割硅棒的效果。
第4步,打磨硅片。
切下来的硅片,再进行一遍机械打磨,让表面更加平整,同时让整体变薄,通过磨片将厚度减到700微米左右。
进入第5步,磨边处理。
主要是通过倒角机把硅片边缘的直角边磨成圆弧形
。
倒角机是一种常见的精密研磨设备,模具制造、五金加工中经常用到,有手提式、自走式、台床式的。
而加工硅片的倒角机一般称作晶圆倒角机,更加精密,价格更高,但其原理是一样的。
给硅片磨边,是因为高纯度硅是一种脆性很高的材料,磨边处理可以降低边缘处发生崩裂的风险。
圆弧状的边角在后续的芯片制造工艺中有两个好处,一是在光刻时光刻胶是通过旋转的方式涂抹在硅片表面上的,如果边缘是直角边光刻胶容易因为离心力在边缘处累积,造成厚度不均,从而影响光刻;二是在做外延生长时沉积物也会优先堆积在直角边,影响沉积效果,做成圆弧状的边,就可以消除边缘沉积的现象。
磨片和和倒角完成后,进行第6步:硅片精磨。
使用的机械是硅片研磨机,陈地忠将硅片放到机器的研磨盘上,研磨盘逆时钟转动,修正轮带动工件自转,机械开始靠重力加压,工件与研磨盘作相对运转磨擦,来达到研磨抛光目的。
经过这次精磨,大约去除了10微米左右的厚度,然后放入溶剂中进行第7步:化学刻蚀。
资料推荐使用氢硝酸和氢氟酸,腐蚀掉表面约20到50微米左右的厚度,这样做的目的是去除之前打磨过程中硅片积累的机械损伤,以及混入硅片表层的磨料。
到这里,经过一系列的打磨和刻蚀之后,硅片表面已经很光滑了,但用来制造芯片还不够光滑,因为在之后需要光刻机把图形投影到硅片上。
光刻投影可以类比投影看电影,如果投影幕布不够平整,有起伏的倾角或者局部的凹凸,那投射上去的影像就会变形失真,影响观看体验。
在光刻时硅片就相当于幕布,光刻的图像尺寸和精度都是纳米级的,所以要求硅片表面是一个完美的平面,一点点起伏参差或者局部凹凸都会影响光刻效果。
根据资料中的建议,1