硅抛光片的几何参数及一些参数定义

集成电路硅片的规格要求比较严格，必须有一系列参数来表示和限制。主要包括：硅片的直径或边长，硅片的厚度、平整度、翘曲度及晶向的测定，下面分别一一讨论。

1.硅片的直径（边长），硅片的厚度是硅片的重要参数。如果硅片的直径（边长）太大，基于硅片的脆性，要求厚度增厚，这样就浪费昂贵的硅材料，而且平整度难于保证，对后续加工及电池的稳定性影响较大，再说单晶硅的硅锭直径也很难产生很大；直径或边长太小，厚度减小，用材少，平整度相对较好，电池的稳定性较好，但是硅片的后续加工会增加电极等方面的成本。一般情况下，太阳能电池的硅片是根据硅锭的大小设置直径或边长的大小，一般的圆形单晶、多晶硅硅片的直径为（76.2mm）或（101.6mm），而单晶正方形硅片的边长为100mm、125mm、150mm；多晶正方形硅片的边长为100mm、150mm、210mm。

2.硅片的平整度是硅片的最重要参数，它直接影响到可以达到的特征线宽和器件的成品率。对于太阳能硅片则影响转换效率和寿命，不同级别集成电路的制造需要不同的平整度参数，平整度目前分为直接投影和间接投影，直接投影的系统需要考虑的是整个硅片的平整度，而分步进行投影的系统需要考虑的是投影区域的局部的平整度。太阳能硅片要求较低，硅片的平整度一般用TIR和FPD这两个参数来表示。

（1）TIR(TotalIndicationReading)表示法对于在真空吸盘上的硅片的上表面，最常用的参数是用TIR来表示。如图一所示，假定一个通过对于硅片的上表面进行最小二次方拟合得到的参考平面，TIR定义则为相对于这一参考平面的最大正偏差与最大负偏差之和。 TIR=a+b

图一、TIR 和FPD 的定义

图二、 BOW 的定义

（2）FPD(Focal Plane Deviation)表示法

如果选择的参考面与掩膜的焦平面一致，FPD 定义则是相对于该参考面的正或负的最大偏差中数值较大的一个，如图一所示。

3. 硅片的翘曲度是衡量硅片的参数之一，它也影响到可以达到的光刻的效果和器件的成品率。不同级别集成电路的制造需要不同的翘曲度参数，硅片的翘曲度一般用BOW、TTV 和WARP 这三个参数来表示。

图三、 WARP 和TTV 的定义

（1）BOW 表示法

BOW 表示法的定义是处于没有受到夹持或置于真空吸盘上的状态下，整个硅片的凹或凸的程度，相比较而言，该方法与硅片厚度变化无关。如图二 所示，读取a 和b，BOW 的数值为：BOW＝(a-b)/2

假定表面很平坦，在真空吸盘的吸力下，一定范围内的BOW 可能并不影响光刻的效果，在某些情形下，受到真空吸盘的吸力作用，BOW 的影响可能并不能去除。 （2）TTV、WARP 表示法

总厚度偏差TTV（Total Thickness Variation）定义为：硅片厚度的最大值与最小值之差。翘

曲度（WARP）的定义为：硅片的中面与参考面之间的最大距离与最小距离之差。图三6-5 表示了几种典型的畸变硅片的开关与相应的TTV 和WARP 参数。下面对于一些不规则形状的硅片进行分析，放大以后的硅片的形状如图四 所示。

球形面 柱形面 鞍形面 帽形面 波形面 平面

图四 、几种不规则形状硅片的示意图

为了更好的研究硅片的形状不规则性情况，我们要了解不规则形状的硅片的内在特性(即弹性形变和塑性形变)。图五列出了几种常见类型的硅片的翘曲程度。

图五 、硅片翘曲的类型示意图

表一中列出了图五 所示的几种类型的硅片翘曲的内在特性。

从表一和图五可以看出：理想的硅片(a)既没有弹性形变也没有塑性形变；形状不规则的硅片（b）从晶格完整性的角度看是完美的，因此也像硅片（a）一样既没有弹性形变也没有塑性形变；硅片（c）背面沉积有薄膜，后续的热循环处理中会在接近背面的区域产生晶格缺陷；硅片（d）从外形来看与硅片（a）完全相同，但是却存在归因于弯曲的晶格的弹性形变；硅片（e）具有单一的塑性形变，这种情形是硅中的滑移位错在｛111｝面上向硅

片表面运动的结果，并伴随有滑移位错所引起的比其他情形小得多的弹性应变；硅片（f）、（g）为经过非特征吸杂处理的硅片，硅片（f）上存在背面损伤层，硅片（g）背面沉积有薄膜，例如多晶硅或氮化硅薄膜，这些薄膜在其形成初期时可能并不引起塑性变形，但是在后续的热循环中会在接近背面的区域产生晶格缺陷，这些晶格缺陷会引起塑性形变。硅片（b）和（e）的畸变可以在磨片过程中加以去除，但是在大多数情形下，已经存在的硅片畸变难以通过磨片工序加以除去，因此在切片时必须仔细操作以避免产生切割出的硅片的畸变。

表一 、硅片翘曲的内在特征

但是，对太阳电池所用硅片对这些参数的要求不是很高，通常平行度和翘曲度的检查，只是对硅片的厚度进行控制。但是，平行度和翘曲度过大，在太阳电池加工和组件加工过程中，会造成硅片碎裂，导致生产成本增加。 4.晶向的测定也是一个重要的参数

晶向是指晶列组的方向，它用晶向指数表示。半导体集成电路是在低指数面的半导体衬底上制作的。硅MOS 集成电路硅片通常为（100）晶面的硅片，硅双极集成电路硅片通常为（111）晶面或（100）晶面的硅片。

硅片表面的晶体取向对于器件制造较为重要[21]，在单晶切割，定位面研磨和切片操作之前都要进行晶向定向，使晶向及其偏差范围符合工艺规范的要求。晶向测定的方法主要X射线法。X 射线法的精度较高，已经得到了广泛应用。

但是，对太阳电池所用硅片通常不进行晶向的检查，只是对硅片的厚度进行控制。但是，晶向念头过大，会影响光电转换效率。