【摘要】： 單晶硅是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料,現(xiàn)在90%以上的半導(dǎo)體器件和電路,尤其是超大規(guī)模集成電路(ULSI)都是制作在高純優(yōu)質(zhì)的硅單晶拋光片和外延片上。但隨著硅片直徑的增大,線(xiàn)寬的降低,要求表面機(jī)械損傷小、晶格完整,傳統(tǒng)的內(nèi)圓鋸切已不能滿(mǎn)足加工要求。而近年來(lái)出現(xiàn)的游離磨料線(xiàn)切割技術(shù),由于其發(fā)展歷史短,對(duì)線(xiàn)切割過(guò)程中材料的去除機(jī)理和工藝參數(shù)優(yōu)化的研究比較缺乏。本文通過(guò)采集和分析游離磨料線(xiàn)切割加工過(guò)程中切割線(xiàn)的振動(dòng)信號(hào),并且觀測(cè)硅片鋸切的加工精度和質(zhì)量,分析切割線(xiàn)走絲速度、工件進(jìn)給速度、切割線(xiàn)初始張緊力、切割液濃度、磨料粒度和硅棒直徑等工藝參數(shù)對(duì)切割線(xiàn)振動(dòng)以及對(duì)加工出硅片的表面粗糙度和表面形貌的影響規(guī)律,并得出以下主要結(jié)論: 1.通過(guò)分析建立的切割線(xiàn)振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型可知,對(duì)于游離磨料線(xiàn)切割,一般切割線(xiàn)切割加工一般不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。切割線(xiàn)的走絲速度越快,切割線(xiàn)的振動(dòng)越大,切割線(xiàn)的線(xiàn)密度很小而加工過(guò)程中張緊力很大,以至臨界速度很高,所以游離磨料線(xiàn)振動(dòng)的功率譜也越大。切割線(xiàn)的初始張緊力越大,切割線(xiàn)的振動(dòng)越小,切割線(xiàn)振動(dòng)的功率譜也越小。 2.切割線(xiàn)的走絲速度是影響切割線(xiàn)振動(dòng)和加工出硅片的表面粗糙度和切割精度的重要因素,過(guò)小的切割線(xiàn)走絲速度會(huì)使切割線(xiàn)的振動(dòng)和加工出硅片的表面粗糙度增大,合適的切割線(xiàn)走絲速度有利于減緩切割線(xiàn)的振動(dòng),使加工出的硅片的表面粗糙度和總體厚度變化(TTV)減小,表面組織也明顯細(xì)化。 3.工件的進(jìn)給速度越大,切割線(xiàn)的振動(dòng)越大,并且使加工出的硅片的表面粗糙度和TTV加大。 4.切割線(xiàn)的初始張緊力是影響切割線(xiàn)振動(dòng)和加工出硅片的表面粗糙度和TTV的重要因素,切割線(xiàn)初始張緊力的變化與加工出硅片的表面粗糙度和切割精度密切相關(guān)。切割線(xiàn)的初始張緊力越大,加工過(guò)程中切割線(xiàn)的振動(dòng)越小,加工出硅片的表面粗糙度越小,TTV越小。 5.切割液的濃度越大,加工過(guò)程中被切割線(xiàn)帶入到加工區(qū)域的磨料越多,切割線(xiàn)的振動(dòng)和加工出硅片的表面粗糙度和TTV越小。 6.磨粒的粒度越小,加工過(guò)程中被切割線(xiàn)帶入到加工區(qū)域的磨料越多,加工出硅片的表面粗糙度和TTV越小。 7.游離磨料線(xiàn)切割加工的硅棒的直徑越大,使切割線(xiàn)與工件的接觸長(zhǎng)度增長(zhǎng),這就使得經(jīng)切割線(xiàn)帶入到加工區(qū)域參與工件切削的磨料數(shù)量增多,相應(yīng)地磨料對(duì)切割線(xiàn)的作用力會(huì)越大,使切割線(xiàn)的振動(dòng)加劇,從而使加工出硅片的表面粗糙度和TTV增大。
【圖文】：

線(xiàn)于2003年達(dá)到高峰。于此同時(shí)，300rorn晶圓片生產(chǎn)線(xiàn)己于1998年建成試驗(yàn)性生產(chǎn)線(xiàn)。從世界范圍來(lái)看，目前己有相當(dāng)一些IC制造商、設(shè)備供應(yīng)商和半導(dǎo)體供應(yīng)商完成了向3O0rnr以晶圓片工藝水平的過(guò)渡l2](如圖1一1所示)。同時(shí)，IC的制程線(xiàn)寬已從0.18pm降至45nm。硅片直徑的增大，線(xiàn)寬的降低，要求硅片表面機(jī)械損傷小、晶格完整。圖1一1集成電路產(chǎn)品Fig.l一 1ICProduet硅晶片的制造工藝通常為:生長(zhǎng)單晶一滾外圓一切割一倒角一研磨一拋光一激光檢測(cè)一外延生長(zhǎng)，如圖1一2所示[s]。硅片切割是晶圓加工過(guò)程中的關(guān)鍵工序，切割質(zhì)量不僅影響到后續(xù)的研磨、拋光、刻蝕等工序，而且還會(huì)影響到半導(dǎo)體器件成品的最終質(zhì)量。單晶硅材料具有硬度高、脆性大等特點(diǎn)，加工后易脆性破壞、易產(chǎn)生微裂紋

輪分別完成放線(xiàn)和收線(xiàn)的任務(wù)，并通過(guò)其中的張緊輪控制切割線(xiàn)的張緊力。硅晶棒垂直于切割線(xiàn)進(jìn)給，同時(shí)向硅晶棒與切割線(xiàn)的接觸處噴入切割液，，高速運(yùn)動(dòng)的切割線(xiàn)將帶有磨料的切割液帶到加工區(qū)域，實(shí)現(xiàn)材料的去除加工l7](如圖1一5所示)。與傳統(tǒng)內(nèi)圓鋸切技術(shù)相比，游離磨料線(xiàn)切割技術(shù)具有切割效率高、切割出的晶片厚度小、切口材料損耗小、硅片切割表面損傷層較淺等優(yōu)點(diǎn)‘s](見(jiàn)表1一l)。隨著硅片直徑的增大，線(xiàn)切割技術(shù)將成為主流技術(shù)，在規(guī)模化晶圓片切割中將逐漸取代內(nèi)圓鋸切技術(shù)。由于其發(fā)展歷史短，線(xiàn)切割過(guò)程中的材料去除機(jī)理和規(guī)律的研究比較缺乏，對(duì)加工過(guò)程中各工藝參數(shù)對(duì)切割質(zhì)量和切割精度的影響也沒(méi)有一個(gè)全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：TH161.6

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2705177