多線切割工藝對研磨去除量的影響

1、多線切割工藝對研磨去除量的影響摘要：大直徑硅片的研磨去除量成為評價多線切割工藝水平的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，也有利于研磨工序單位成本的降低；切片損傷層深度是決定全片研磨去除量的主要因素，而切片幾何參數(shù)是決定局部研磨去除量的主要因素。通過對多線切割工藝中切片損傷層深度控制以及幾何參數(shù)的控制，從而降低晶片的研磨去除量。在晶體加工過程中，隨著硅單晶尺寸的增大，多線切割技術(shù)正被廣泛應(yīng)用于晶體切割工序。線切割不會明顯改善翹曲，但是切割時硅的損耗顯著減小，同時損傷深度減小。這進一步反饋到后續(xù)工藝，減小了顆粒產(chǎn)生、殘余損傷引起的位錯形成、硅片破裂等可能性5。硅切片的損傷層深度直接受晶體切割工藝影響，并影響著后續(xù)的晶片

2、研磨工序的去除量。此外，切片的幾何參數(shù)如彎曲度（TTV）、翹曲度（Warp）和平整度（Bow）也間接影響著研磨工序的去除量。因此，本文從降低切片損傷層深度、控制切片幾何參數(shù)精度兩方面對多線切割工藝進行研究。1、試驗1.1 樣品直彳151mm±0.2mm；長度：260mm±10mm；導(dǎo)電類型：P型；電阻率：813Qcm。1.2 工藝流程經(jīng)斷頭尾、單晶滾圓工序后，得到符合多線切割機加工要求的硅單品，經(jīng)定向粘接、多線切割、脫膠、清洗等工藝過程獲得厚度為780亦±20亦的硅切割片，對硅切割片的參數(shù)進行測試，通過倒角、磨片等工序進行驗證。1.3 試驗驗證將硅切割片進行倒角、

3、研磨，雙面去除量30pm時，表面質(zhì)量符合GB/T12965硅單晶切割片和研磨片的要求。2、結(jié)果與討論2.1 表面損傷層的控制2.1.1 表面損傷層形成機理多線切割過程中砂漿因切割線往復(fù)運動帶到切割區(qū)域，其中的碳化硅顆粒在切割線高速運動下通過滾壓、鑲嵌、刮擦過程完成切割。在一定壓力下，與負(fù)載軸產(chǎn)生的塑性區(qū)域平行的材料開始破裂、變碎并向表面擴散。同時，塑性區(qū)域的邊緣還產(chǎn)生了淺徑向裂紋；外力卸載后殘余壓力組成的彈塑性區(qū)域可能導(dǎo)致表面產(chǎn)生平行橫向裂紋。當(dāng)裂紋到達表面后，碎屑材料即被移除。然而放射狀裂紋和中心狀裂紋仍然存在且直達表面，這就是多線切割工藝中晶片表面損傷層的形成機理。2.1.2 多線切割工藝

4、對表面損傷層的影響通常情況下，硅切片損傷層深度與碳化硅的粒徑大小有關(guān)，碳化硅粒徑越大，損傷層深度越深。由于砂漿的黏度隨使用時間的增加而降低6,將導(dǎo)致金屬線攜帶砂漿的能力逐步降低?？紤]到砂漿的配比決定著砂漿的密度以及碳化硅在砂漿中的分布，故使用不同體積比的砂漿（即綠碳化硅和切削液的混合液）進行試驗。由表1可知，當(dāng)砂漿中綠碳化硅濃度過大或過小時，晶片表面研磨作用弱化，金屬線的切削力加強，增加了表面損傷層的深度，導(dǎo)致表面粗糙度變差。因此，綠碳化硅的濃度是晶片表面損傷層的影響因素。表上能試爆軍序號源碳化電切削液（體枳比）表面粗桎度nmILL4151:1.5T1:2網(wǎng)41:2-52.2 多線切割工藝對切

5、片幾何參數(shù)的影響2.2.1 多線切割工藝對切片TTV的影響在砂漿流量一定的條件下，提高供線速度，金屬線上的砂漿分布均勻，砂漿與單晶的接觸面積增大，由于砂漿的研磨作用，切片表面凹點與凸點之間的差異降低，提高切片的TTV水平。在供線速度一定的條件下，提高砂漿流量，金屬線的負(fù)載增加且在切割方向的波動增大，容易出現(xiàn)斷線。本研究中，開展了不同供線速度、不同砂漿流量的多線切割工藝的正交試驗，試驗結(jié)果如表2所示。從表2表中可知，砂漿流量一定時，若供線速度為30m/min，硅片的TTV數(shù)值較為理想；供線速度一定時，硅片的TTV隨流量的增大而減小。為獲得較好的TTV,確定供線速度為30m/min,砂漿流量為25

6、30LPM。表2洗試結(jié)聚序號供稅速度ILll-Hill)1軸碟流量JLPMTTT螞n平均也標(biāo)準(zhǔn)偏愛2021J心2名一201203UST4前2IJ5,52.1516心L463(304.11.27402ftHi.215840V2.Sq-itw7i2.72.2.2 多線切割工藝對切片Warp的影響在實際切割過程中，隨著晶片直徑增大，碳化硅磨削路徑加長，為確保金屬線攜帶砂漿的能力，需要較高的供線速度和耗線量7。因此在大直徑單晶切割過程中磨削發(fā)熱產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成晶片的翹曲增大。本研究中開展了砂漿溫度對晶片翹曲度影響方面的工藝試驗，試驗結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，砂漿溫度過低或過高，均會使晶片表面各點

7、的溫度差異變大而產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成硅片的翹曲度增大。為獲得較好的Warp,確定砂漿的溫度為24c26C。若以固定速率進行單晶切割，金屬線上某一固定點通過單晶端面的時間將按公式（1）變化，由于固定點通過端面的時間與單晶的半徑成正比，導(dǎo)致金屬線上各點所攜帶砂漿通過端面的時間不同，不能實現(xiàn)對端面一致的切割效果而導(dǎo)致翹曲增大。表4毫試結(jié)果設(shè)計了圖2所示的變速切割曲線，利用該曲線對硅單晶進行變速切割，從單品的頭部、中部、尾部各取5片進行翹曲度測試，測試結(jié)果如表3所示。分析可知，變速切割使得頭部、中部、尾部的Warp變化不大且Warp數(shù)值較為理想。在單晶的進線端，固定點幾乎瞬時通過端面，砂漿對單晶的磨削力較

8、大而造成進線端塌邊，引起晶片的翹曲突變。因此在進線端增加導(dǎo)向條，使金屬線上均表J消試結(jié)果序號翅山度序號通曲度些序號期1四支國11-10u'LO2G3114(1SEInd7(JNO9uUmJIn12U130141J15U切割方向m圖2專遞切均由域序I使用導(dǎo)向密;便用導(dǎo)向條轉(zhuǎn)'n叼】%黑p4LH-fTY百斯2x蕓I斜節(jié)1勻攜帶砂漿，試驗結(jié)果見表4所示。對比可知，使用導(dǎo)向條后晶片的TTV和Warp均有了明顯的降低，有利于幾何參數(shù)的控制。3、結(jié)論采用本研究確定的多線切割工藝所得的硅切割片，經(jīng)脫膠清洗、多槽超聲清洗、晶片甩干、晶片檢驗等過程后，利用本單位的雙面研磨機進行了驗證，硅切割片雙面研磨去除量不超過30仙m即可獲得表面質(zhì)量合格的硅研磨片。由此可見,多線切割工藝與研磨去除量直接相關(guān)，通過優(yōu)化多線切割工藝參數(shù)來減少研磨去除量是一種獲得硅研磨片經(jīng)濟實惠的有效途徑。參考文獻：1鄧志杰，鄭安生.半導(dǎo)體材料M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.19-20.3劉玉嶺，檀柏梅，張楷亮.超大規(guī)模集成電路襯底材料性能及加工測試技術(shù)工程M.北京：冶金工業(yè)出版社，2002.2-3.4翁壽松.ITRS2001與芯片特征尺寸的縮小J.微納電子技術(shù)，2002,39(11):1-4.5周旗鋼.300mm硅片技術(shù)發(fā)展