半導體定向工藝的研究

楊春穎

（中國電子科技集團公司第四十六研究所，天津300220）

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半導體定向工藝的研究

楊春穎

（中國電子科技集團公司第四十六研究所，天津300220）

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

半導體；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單晶直徑越來越大的特點，已經成為晶片加工中最重要的手段。在該工藝中（見圖1），切割線被纏繞在幾個加工輥之間，線兩頭連著收放線輥。當加工輥旋轉時，加工輥上的線網高速運動，將砂漿噴嘴噴出的砂漿帶入待切件的切割區，待切件不斷進給完成切割。多線切割方式一次可以得到幾百上千片精度參數近似的晶片，從而得到了廣泛的應用［1］。

由于半導體晶體具有各向異性性質，在器件制作時不僅要嚴格的選取和測量材料的電阻率、位錯、密度、少子壽命等參數，對晶向也有嚴格的要求［2］。在半導體材料的加工中，晶向是單晶片的一個重要加工參數。在多線切割加工晶片過程中，其晶向參數靠晶錠的粘接過程來控制。

圖1　多線切割過程示意圖

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（見圖2）設置在定向晶面的角度上，通過旋轉晶棒使衍射達到最強，此時在晶棒尾部畫一條向右的箭頭，此時晶棒的垂直方向晶向確定。粘接時此箭頭向上粘接，將定向儀設置在定向晶面的角度上，通過推動晶體頭部或者尾部，使衍射達到最強，此時晶棒的水平方向晶向確定，待膠充分凝固即定向完成。

這種粘棒工藝利用的數學原理是：兩條相交直線確定一個平面。這種工藝方法加工效率高，切割之前能夠充分復測晶向，但隨著晶棒直徑的不斷增大，這種方法正在逐漸被聯體粘棒系統取代。

圖2　YX-2D6型X射線定向儀

2　用內圓機定向后粘接

圖3　特制工作臺

內圓切割機配置有旋轉工作臺，可以在水平、垂直兩個方向上精確地旋轉一定的角度，因此我們可以在粘接之前首先使用內圓機切割出需要的特定晶面，然后在特制的工作臺（見圖3）上進行粘接。切割時切割線與切割方向構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′以內。這種方法由于在粘接之前已經完成定向，因此可以粘接偏晶向的晶體。

3　使用聯體粘棒系統粘接

隨著晶體直徑的逐漸增大，使用第一種工藝粘接單晶越來越困難，粘接單晶時人力按壓力度不夠、不均勻，膠的厚度不一，從而使晶向發生一定的變化，因此聯體粘棒系統（見圖4、圖5、圖6）應運而生。聯體粘棒系統由三臺儀器組成，晶棒定向儀YX-6D、粘接儀器YX-6Z和復測定向儀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出單晶生長時的晶面參數，然后根據加工要求設置x軸、y軸偏轉值，計算出單晶棒以參考面為基準的x軸和y軸的旋轉角度，將單晶棒按x軸旋轉角度用膠粘接在樹脂條上，再將樹脂條按y軸旋轉角度用膠粘接在料板上，粘接固化好以后拿到復測儀（YX-6F）上復測晶向，最后將晶托裝到多線切割機的工作臺上，就可以保證得到某一晶向的硅片。

晶棒定向儀將半導體知識與幾何知識結合，x、y值計算精確。晶棒粘接儀器上配備有壓力系統，粘接起來節省人力，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′以內。

結論：本文介紹了三種常用的定向方法，各有各的優點，在實際生產中可以根據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系研究［J］.電子工業專用設備，2013，42（11）：4-7.

［2］ 李彥林.超薄大直徑太陽能級硅片線切割工藝及其懸浮液特性研究［D］.天津：河北工業大學，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