游离磨料线切割硅晶体过程的振动研究

发布时间：2020-06-09 19:59

【摘要】： 单晶硅是半导体产业的基础材料,现在90%以上的半导体器件和电路,尤其是超大规模集成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的硅单晶抛光片和外延片上。但随着硅片直径的增大,线宽的降低,要求表面机械损伤小、晶格完整,传统的内圆锯切已不能满足加工要求。而近年来出现的游离磨料线切割技术,由于其发展历史短,对线切割过程中材料的去除机理和工艺参数优化的研究比较缺乏。本文通过采集和分析游离磨料线切割加工过程中切割线的振动信号,并且观测硅片锯切的加工精度和质量,分析切割线走丝速度、工件进给速度、切割线初始张紧力、切割液浓度、磨料粒度和硅棒直径等工艺参数对切割线振动以及对加工出硅片的表面粗糙度和表面形貌的影响规律,并得出以下主要结论: 1.通过分析建立的切割线振动的数学模型可知,对于游离磨料线切割,一般切割线切割加工一般不会发生失稳现象。切割线的走丝速度越快,切割线的振动越大,切割线的线密度很小而加工过程中张紧力很大,以至临界速度很高,所以游离磨料线振动的功率谱也越大。切割线的初始张紧力越大,切割线的振动越小,切割线振动的功率谱也越小。 2.切割线的走丝速度是影响切割线振动和加工出硅片的表面粗糙度和切割精度的重要因素,过小的切割线走丝速度会使切割线的振动和加工出硅片的表面粗糙度增大,合适的切割线走丝速度有利于减缓切割线的振动,使加工出的硅片的表面粗糙度和总体厚度变化(TTV)减小,表面组织也明显细化。 3.工件的进给速度越大,切割线的振动越大,并且使加工出的硅片的表面粗糙度和TTV加大。 4.切割线的初始张紧力是影响切割线振动和加工出硅片的表面粗糙度和TTV的重要因素,切割线初始张紧力的变化与加工出硅片的表面粗糙度和切割精度密切相关。切割线的初始张紧力越大,加工过程中切割线的振动越小,加工出硅片的表面粗糙度越小,TTV越小。 5.切割液的浓度越大,加工过程中被切割线带入到加工区域的磨料越多,切割线的振动和加工出硅片的表面粗糙度和TTV越小。 6.磨粒的粒度越小,加工过程中被切割线带入到加工区域的磨料越多,加工出硅片的表面粗糙度和TTV越小。 7.游离磨料线切割加工的硅棒的直径越大,使切割线与工件的接触长度增长,这就使得经切割线带入到加工区域参与工件切削的磨料数量增多,相应地磨料对切割线的作用力会越大,使切割线的振动加剧,从而使加工出硅片的表面粗糙度和TTV增大。
【图文】：

集成电路,产品

线于2003年达到高峰。于此同时，300rorn晶圆片生产线己于1998年建成试验性生产线。从世界范围来看，目前己有相当一些IC制造商、设备供应商和半导体供应商完成了向3O0rnr以晶圆片工艺水平的过渡l2](如图1一1所示)。同时，IC的制程线宽已从0.18pm降至45nm。硅片直径的增大，线宽的降低，要求硅片表面机械损伤小、晶格完整。图1一1集成电路产品Fig.l一 1ICProduet硅晶片的制造工艺通常为:生长单晶一滚外圆一切割一倒角一研磨一抛光一激光检测一外延生长，如图1一2所示[s]。硅片切割是晶圆加工过程中的关键工序，切割质量不仅影响到后续的研磨、抛光、刻蚀等工序，而且还会影响到半导体器件成品的最终质量。单晶硅材料具有硬度高、脆性大等特点，加工后易脆性破坏、易产生微裂纹

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轮分别完成放线和收线的任务，并通过其中的张紧轮控制切割线的张紧力。硅晶棒垂直于切割线进给，同时向硅晶棒与切割线的接触处喷入切割液，，高速运动的切割线将带有磨料的切割液带到加工区域，实现材料的去除加工l7](如图1一5所示)。与传统内圆锯切技术相比，游离磨料线切割技术具有切割效率高、切割出的晶片厚度小、切口材料损耗小、硅片切割表面损伤层较浅等优点‘s](见表1一l)。随着硅片直径的增大，线切割技术将成为主流技术，在规模化晶圆片切割中将逐渐取代内圆锯切技术。由于其发展历史短，线切割过程中的材料去除机理和规律的研究比较缺乏，对加工过程中各工艺参数对切割质量和切割精度的影响也没有一个全面、系统的认识。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH161.6

【引证文献】