1.8 硅单晶的各向异性特征在管芯制造中的应用

硅的单晶体结构所具有的各向异性是单晶硅的重要特征。通过在本章前半部分所了解到的硅单晶六棱柱晶胞原子排布的规律即可体会到这一特性。事实上，不同晶向（或晶面）条件下硅原子面密度、原子线密度及晶面间的键密度之间的差异正是造成硅单晶体各向异性的内因所在。单晶硅的各向异性特征非常重要，它体现在化学腐蚀的各向异性、杂质扩散的各向异性、退火迁移的各向异性及管芯划片解理的各向异性等诸多方面。所有这些都关系到半导体器件、晶体管乃至集成电路管芯的制造过程是否顺利。在经典的大学半导体物理实验中，半导体晶体缺陷的腐蚀与显示、晶体切割定位面的确定及激光光图定向测定单晶切割偏离角等诸项实验都反映出单晶硅的各向异性与集成电路制程过程间的密切关系。在芯片制造的过程中，学者们因势利导，在最大限度地利用和应用好硅单晶体的各向异性特征，保障着集成电路管芯的各个制程过程，以求获得最大的良品率。

利用硅单晶体的各向异性，在单晶硅定向切片之前就确定并在硅晶棒体上切割、制作出诱导晶体解理向的定位面，这就是为什么我们所见到的硅晶圆片的边缘处都有缺口或豁口标记。在晶棒上制作出定位面之后再切割硅晶圆片，自然会使切割下来的每片晶圆片都带上了“永远抹不掉”（特指集成电路管芯制造的制程过程中）的“胎记”。这里所指的“胎记”，便是每一枚晶圆片所带的缺口，这个缺口将作为集成电路管芯制造时的初始布局参考向。正是参考向为集成电路管芯制造成型之后的划片解理及晶圆的合理开裂提供了技术保障。如果没有这一技术保障，将会“丰产不丰收”，即便是制作出品质优良的管芯，但管芯无法规则地被分解开来，后果是不堪设想的。下面，我们将系统地讲述这一重要应用的基本原理。

集成电路管芯制程完成之后，就要考虑晶圆片的定向划片了。定向划片就是将具有数百个集成电路管芯的晶圆片，参考确定的方向使用金刚刀或激光束等方法分割成许多独立的管芯。

显然，集成电路和元器件在硅晶圆片上的初始排布、布局是以晶圆片所留下的定位切口为电路或管芯掩模的走向依据。电路或元器件管芯的排布走向平行于定位切口进行第一次光刻即可。事实上，硅单晶体定向切割出硅晶圆片之前，首要任务就是确定晶圆基准定位面。在硅单晶体晶锭上定向切割出基准定位面，再进行硅晶圆片的定向切割。这样，每枚硅晶圆片都带有作为电路管芯排布的定位参考依据的定位切口。

众所周知，硅单晶体具有各向异性的特征。沿<110>晶体取向划片时刀痕比较平滑和连续，晶圆片能沿划痕开裂，不易产生碎片。这是因为，硅单晶体的<110>晶体取向是硅的晶体解理向。倘若偏离此晶体取向划片，即期望的划片方向与晶体的解理向并不重合，硅晶圆片就会受自身解理的强大作用开裂，而不能得到完整的电路管芯。

对于（111）晶面的晶圆片，第一刀的划片走向与晶圆片的定向切口相垂直，且双向皆可。第二刀的划片走向与晶圆片的定向切口相平行，走刀方向以硅刃型位错三角蚀坑的顶角方向划开。注意，这一刀是单向的。第二刀的划片走向是自下而上的。