多线摇摆往复式线锯切割大尺寸单晶碳化硅的试验研究
发布时间：2021-11-28 09:37
碳化硅材料由于其独特而稳定的物理和半导体性能,使集成电路工业发生了革命性的变化。碳化硅电子技术正在从研究阶段向商业化生产方向发展,因此碳化硅大尺寸是必然发展趋势。从长晶体到碳化硅的应用生产是一个漫长的过程。其中,切割是加工碳化硅单晶片最重要、关键的工艺,占整个硅片加工成本的50%以上。碳化硅加工尺寸增大后加工过程中各因素对加工质量影响未知,为了使得大尺寸碳化硅切割片切割质量较好降低后续成本,因此研究大尺寸发展趋势下碳化硅的切割技术具有重要的现实意义。目前多线往复摇摆切割方式作为晶片切割工艺中应用最广泛,但是对于该切割方式的研究存在欠缺。本文针对多线摇摆往复式切割过程中的材料去除率和单位长度新线材料去除体积进行分析,提出了恒定新线材料去除体积切割工艺,并且理论推导了恒定新线材料去除体积工艺下的工件进给速度和新线进线速度与切割位置的函数关系;并且探究了恒定单位长度新线材料去除体积工艺模型中耗线量和切割效率对碳化硅切割片质量和线锯磨损的影响。论文的主要工作概括如下:1、理论分析了摇摆切割过程中的单个摇摆周期内最大接触长度、材料去除率以及单位长度新线材料去除体积,并且分析了工艺参数对材料去除率...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图0.1碳化硅分子结构示意图
4表0.2切割SiC单晶片不同切割方式[20]切割方法成本效率锯切速度表面质量切缝金刚石锯片低高5-8m/sRa=5-10μm，损伤层10-50μm大于0.2mm电火花切割较高较高8-10m/sRa>10μm，切割面烧伤严重，相变明显取决于线径，较宽自由磨粒线锯低低2-10m/sRa>2μm，损伤层10-50μm，晶片翘曲明显取决于线径，较宽固结磨料线锯较低高2-40m/sRa<1μm，损伤层<5μm取决于线径，较窄超声振动辅助金刚石线锯高高2-3m/sRa=0.7-0.8μm，表面无明显切削条纹取决于线径，较窄激光高低-加工粗糙度不均匀，1-30μm不等[23]-1.2.2金刚石磨粒线切割国内外的研究动态切割碳化硅晶圆片最终目的是为了得到较好切片质量的碳化硅切割片，同时考虑到工业运用需要满足低成本、高生产加工效率。在生产加工过程中对于晶片表面质量的评价主要从晶片面型精度和表面微观形貌，主要包括总厚度偏差（TotalThicknessVariation）、局部厚度总共偏差（LocalThicknessVariation）、弯曲度（BOW）、翘曲度（WARP）、粗糙度（Roughness）、微观形貌以及亚表面损伤层[25]。图0.2单线切割示意图
5图0.3多线切割示意图关于切割工艺对切片面型精度的影响，高玉飞[45]等采用工件旋转的单线方式切割4H-SiC单晶研究切割线速度和进给速度对厚度总偏差、翘曲度以及切片微裂纹损伤深度的影响规律，在试验范围内损伤层厚度随锯丝速度的增加而减校华侨大学的张玉兴[16]和李茜茜[17]采用单线往复切割的方式切割块状碳化硅和2英寸单晶碳化硅研究工艺参数对切片质量、锯切力的影响，及这种切割方式下的材料去除机理，表明法向力和切向力均会受到切割长度、线锯直径、线锯速度和进给速度影响，随线速度的增加非线性减小，随进给速度、线径、切割长度的增加而增大，而力与张紧力无关；同时，还考虑了往复运动周期的影响。线速度增大或者进给速度减小都会使得碳化硅晶片切片质量改善，但是工艺参数对面型精度的影响无明显规律。除了工艺对切片质量的影响，实际加工中切割效率也是评价加工的主要因素。西安理工大学[15]采用工件旋转的单线切割方式切割碳化硅通过实验了解到线速度增加切割效率增加。同时也提出金刚石线锯磨损是导致切削时间增加和降低效率的主要因素。Chung等人[26]理论上提出了一个模型来计算材料去除率，考虑到金属丝表面的金刚石分布密度。同时切割过程中温度也会影响到切片质量，高玉飞[27]等分析不同切削液切割硅锭发现切片质量存在差异，合成切削液有利于切割过程中的排屑和冷却，其加工的表面质量也有所改善；提出晶圆翘曲是热-机械耦合的综合效应，主要基于晶体材料的热膨胀，表明了切削液的冷却效果与晶圆翘曲有密切关系。切割晶片表面三维成型是波纹形状，存在波峰波谷。日本学者Maeda[18]等在碳化硅切割片发现波峰和波谷形状存在周期性，并且波峰和波谷的损伤层深度不一致，从后续抛光过程发现峰值部分的切
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性光学晶体专利技术综述[J]. 周琼. 广东化工. 2018(18)
[2]碳化硅材料研究现状与应用展望[J]. 王家鹏,贺东葛,赵婉云. 电子工业专用设备. 2018(04)
[3]半导体产业:现状、发展路径与建议[J]. 兰晓原. 发展研究. 2018(06)
[4]碳化硅半导体材料应用及发展前景[J]. 贺东葛,王家鹏,刘国敬. 电子工业专用设备. 2018(03)
[5]碳化硅单晶衬底精密加工技术研究[J]. 赵岁花,梁津,王家鹏,衣忠波. 电子工业专用设备. 2018(03)
[6]多线往复式线锯切割中单位长度材料去除量的理论分析与试验研究[J]. 林志树,黄辉,郑生龙. 机械工程学报. 2018(13)
[7]金刚石多线切割工艺对高纯4H-SiC晶片翘曲度的影响[J]. 徐伟,王英民,何超,靳霄曦,谷晓晓. 工业设计. 2017(07)
[8]金刚石多线切割材料去除率对SiC晶片翘曲度的影响[J]. 徐伟,王英民,何超. 超硬材料工程. 2016(01)
[9]SiC单晶片线锯切割技术研究进展[J]. 李伦,李淑娟,汤奥斐,李言. 机械强度. 2015(05)
[10]碳化硅半导体技术及产业发展现状[J]. 刘兴昉,陈宇. 新材料产业. 2015(10)
博士论文
[1]横向超声激励下的金刚石线锯切割SiC单晶机理与实验研究[D]. 李伦.西安理工大学 2016
[2]中子辐照6H-SiC的缺陷分析与应用[D]. 王鹏飞.天津大学 2013
[3]SiC材料及SiC基MOS器件理论研究[D]. 戴振清.河北工业大学 2007
硕士论文
[1]线锯切割光电材料的锯切力及锯切质量的试验研究[D]. 李茜茜.华侨大学 2017
[2]多线摇摆往复式线锯切割蓝宝石表面质量的试验研究[D]. 郑生龙.华侨大学 2016
[3]单晶SiC基片超精密加工表面及亚表面损伤研究[D]. 陈森凯.广东工业大学 2014
[4]电镀金刚石线切割单晶SiC晶片的加工表面研究[D]. 张玉兴.华侨大学 2014
本文编号：3524184
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图0.1碳化硅分子结构示意图
4表0.2切割SiC单晶片不同切割方式[20]切割方法成本效率锯切速度表面质量切缝金刚石锯片低高5-8m/sRa=5-10μm，损伤层10-50μm大于0.2mm电火花切割较高较高8-10m/sRa>10μm，切割面烧伤严重，相变明显取决于线径，较宽自由磨粒线锯低低2-10m/sRa>2μm，损伤层10-50μm，晶片翘曲明显取决于线径，较宽固结磨料线锯较低高2-40m/sRa<1μm，损伤层<5μm取决于线径，较窄超声振动辅助金刚石线锯高高2-3m/sRa=0.7-0.8μm，表面无明显切削条纹取决于线径，较窄激光高低-加工粗糙度不均匀，1-30μm不等[23]-1.2.2金刚石磨粒线切割国内外的研究动态切割碳化硅晶圆片最终目的是为了得到较好切片质量的碳化硅切割片，同时考虑到工业运用需要满足低成本、高生产加工效率。在生产加工过程中对于晶片表面质量的评价主要从晶片面型精度和表面微观形貌，主要包括总厚度偏差（TotalThicknessVariation）、局部厚度总共偏差（LocalThicknessVariation）、弯曲度（BOW）、翘曲度（WARP）、粗糙度（Roughness）、微观形貌以及亚表面损伤层[25]。图0.2单线切割示意图
5图0.3多线切割示意图关于切割工艺对切片面型精度的影响，高玉飞[45]等采用工件旋转的单线方式切割4H-SiC单晶研究切割线速度和进给速度对厚度总偏差、翘曲度以及切片微裂纹损伤深度的影响规律，在试验范围内损伤层厚度随锯丝速度的增加而减校华侨大学的张玉兴[16]和李茜茜[17]采用单线往复切割的方式切割块状碳化硅和2英寸单晶碳化硅研究工艺参数对切片质量、锯切力的影响，及这种切割方式下的材料去除机理，表明法向力和切向力均会受到切割长度、线锯直径、线锯速度和进给速度影响，随线速度的增加非线性减小，随进给速度、线径、切割长度的增加而增大，而力与张紧力无关；同时，还考虑了往复运动周期的影响。线速度增大或者进给速度减小都会使得碳化硅晶片切片质量改善，但是工艺参数对面型精度的影响无明显规律。除了工艺对切片质量的影响，实际加工中切割效率也是评价加工的主要因素。西安理工大学[15]采用工件旋转的单线切割方式切割碳化硅通过实验了解到线速度增加切割效率增加。同时也提出金刚石线锯磨损是导致切削时间增加和降低效率的主要因素。Chung等人[26]理论上提出了一个模型来计算材料去除率，考虑到金属丝表面的金刚石分布密度。同时切割过程中温度也会影响到切片质量，高玉飞[27]等分析不同切削液切割硅锭发现切片质量存在差异，合成切削液有利于切割过程中的排屑和冷却，其加工的表面质量也有所改善；提出晶圆翘曲是热-机械耦合的综合效应，主要基于晶体材料的热膨胀，表明了切削液的冷却效果与晶圆翘曲有密切关系。切割晶片表面三维成型是波纹形状，存在波峰波谷。日本学者Maeda[18]等在碳化硅切割片发现波峰和波谷形状存在周期性，并且波峰和波谷的损伤层深度不一致，从后续抛光过程发现峰值部分的切
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性光学晶体专利技术综述[J]. 周琼. 广东化工. 2018(18)
[2]碳化硅材料研究现状与应用展望[J]. 王家鹏,贺东葛,赵婉云. 电子工业专用设备. 2018(04)
[3]半导体产业:现状、发展路径与建议[J]. 兰晓原. 发展研究. 2018(06)
[4]碳化硅半导体材料应用及发展前景[J]. 贺东葛,王家鹏,刘国敬. 电子工业专用设备. 2018(03)
[5]碳化硅单晶衬底精密加工技术研究[J]. 赵岁花,梁津,王家鹏,衣忠波. 电子工业专用设备. 2018(03)
[6]多线往复式线锯切割中单位长度材料去除量的理论分析与试验研究[J]. 林志树,黄辉,郑生龙. 机械工程学报. 2018(13)
[7]金刚石多线切割工艺对高纯4H-SiC晶片翘曲度的影响[J]. 徐伟,王英民,何超,靳霄曦,谷晓晓. 工业设计. 2017(07)
[8]金刚石多线切割材料去除率对SiC晶片翘曲度的影响[J]. 徐伟,王英民,何超. 超硬材料工程. 2016(01)
[9]SiC单晶片线锯切割技术研究进展[J]. 李伦,李淑娟,汤奥斐,李言. 机械强度. 2015(05)
[10]碳化硅半导体技术及产业发展现状[J]. 刘兴昉,陈宇. 新材料产业. 2015(10)
博士论文
[1]横向超声激励下的金刚石线锯切割SiC单晶机理与实验研究[D]. 李伦.西安理工大学 2016
[2]中子辐照6H-SiC的缺陷分析与应用[D]. 王鹏飞.天津大学 2013
[3]SiC材料及SiC基MOS器件理论研究[D]. 戴振清.河北工业大学 2007
硕士论文
[1]线锯切割光电材料的锯切力及锯切质量的试验研究[D]. 李茜茜.华侨大学 2017
[2]多线摇摆往复式线锯切割蓝宝石表面质量的试验研究[D]. 郑生龙.华侨大学 2016
[3]单晶SiC基片超精密加工表面及亚表面损伤研究[D]. 陈森凯.广东工业大学 2014
[4]电镀金刚石线切割单晶SiC晶片的加工表面研究[D]. 张玉兴.华侨大学 2014
本文编号：3524184
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3524184.html
