第二百三十五章 晶圆硅片

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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

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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，12寸硅片的整体平整度要小于60纳米，这相当于在电影院挂一块IMAX幕布，幕布起伏比一根头发丝还要细，为了达到这种极致的平坦，需要对硅片进行第8步：化学机械抛光，简称CMP。

这一步是结合了物理和化学的理综型抛光手段，具体做法是将硅片装在旋转的抛光仪器上，下方表面薄层会先被研磨液化学氧化，再被抛光垫物理打磨，这一步硅片厚度会再打薄5微米左右，直到被抛光成完美的镜面，这样就得到了一枚抛光片。

这一步最复杂，陈地忠虽然找到了化学机械抛光机，但是还要调配适合的抛光液，抛光液中包括研磨料、PH值调配剂、氧化剂、分散剂和表面活性剂，这就把陈地忠难住了，只能草草了事。

第9步：湿法清洗。

用去离子水和各种化学溶剂进行清洗，去掉制程中黏附在硅片表面的各种尘埃和杂质，这些颗粒物会影响芯片的制造流程，造成器件的短路或者开路。

除了要严格地控制污染物密度之外，其颗粒大小往往不能超过特征尺寸的一半。

所以在先进制程中，能允许的单个颗粒物直径最多只有几纳米。

这个要比无菌手术严格多了，要知道一粒流感病毒的直径就能有100纳米，细菌就更大了，所以很多硅片厂或晶圆厂里的打工仔得了感冒必须休假，否则打一个喷嚏都可能污染芯片。

这一步对陈地忠这个化学盲来说，也只能一带而过。

第10步，检测密封。

在通过上述加工工艺，提高了硅片的平整度和光洁度之外，硅片还要保证翘曲度、氧含量、金属残余量等等指标，所以要经过电镜检查、光学散射等各种检测，达标后一张平平无奇的硅片才终于诞生了！

最后，做好的硅片被放进充满氮气的密封盒子里送往晶圆厂开始下一段旅程。

以上就是用单晶硅棒加工晶圆级硅片的过程。

我讲清楚了吗？

（本章完）