硅片加工過程崩邊的控制措施

薛佳勇

摘要：單晶硅片作為集成電路芯片生產(chǎn)主要原材料，在加工過程中的質(zhì)量控制是至關(guān)重要的，尤其是單晶硅片崩邊的出現(xiàn)，更是困擾很多生產(chǎn)廠家的技術(shù)難題。本文只對單晶硅片加工的“斷”、“滾”、“切”、“倒”、“磨”幾個關(guān)鍵步驟中，如何控制單晶硅片崩邊的一些有效措施或者方法進(jìn)行論述，希望能夠給單晶硅片加工的同仁帶來幫助和啟迪！

關(guān)鍵詞：單晶硅;芯片;集成電路;崩邊;金剛石;損傷層

引言

集成電路的原材料很多，硅、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵和碳化硅等等，但最基礎(chǔ)還是要以單晶硅為主，基本上占半導(dǎo)體器件的90%以上。由于單晶硅的莫氏硬度是7級，相對來說較硬，所以一般選擇莫氏硬度（10級）最硬的金剛石材料來加工;另外單晶硅的材質(zhì)特別脆，屬于無延展性的脆性材料，加工過程極易造成破裂（術(shù)語崩邊），因此生產(chǎn)過程中應(yīng)予防范崩邊是重點。下面針對“斷”“滾”、“切”、“倒”、“磨”五個方面，如何控制好崩邊問題展開分析。

1.“斷”就是斷棒，是單晶硅片加工的第一步。硅棒過長，不易加工，在單晶硅截斷是要注意的選擇加工工具——設(shè)備。

（1）通常企業(yè)中都使用截斷鋸，但是鋸條的電鍍金剛砂粒度就沒人注意了，一般都使用30—50目的金剛石鍍砂鋸條，這對單晶硅棒表面破壞性極大，很多這樣截斷的單晶硅棒在滾圓夾裝之后就崩邊了，甚至掉下很大一塊，這就是在斷棒過程中造成的！所以，建議一般使用截斷鋸時最好選擇鋸條的粒度在80目以上金剛石鍍砂鋸條為宜。再有就是進(jìn)給速度不宜過快，正常選擇在3-5mm/分鐘為宜。

（2）另外，就是使用內(nèi)圓刀片斷棒機(jī)和金剛線鋸，這兩種設(shè)備使用時一定要注意調(diào)整好進(jìn)給速度和刀口（鋸口）的垂直度即可，這兩種截斷方式，對單晶硅棒截斷時不易造成損傷，所以最宜選擇。

2.“滾”就是外圓滾磨，是單晶硅片形成之前的最后一步。單晶硅棒在拉制時外圓不是很規(guī)則，另有晶向線在其表面，所以要在切片之前要使用外圓磨床對其柱面進(jìn)行滾磨加工，但加工時由于砂輪的磨削和夾裝應(yīng)力作用，可能造成后續(xù)硅片崩邊。

（1）外圓滾磨控制要點主要在于外圓滾磨機(jī)所使用砂輪粒度，很多廠家大都采用80—120目的金剛石樹脂砂輪來滾圓，這種加工雖然效率很高、能增加產(chǎn)能，但對后道加工來說無疑是有百害而無一利的事情。一般情況下滾圓所要求的砂輪應(yīng)該在250—300目之間（可組合），這樣滾出來的單晶硅棒表面光亮，損傷層很淺，對后道加工大有幫助，生產(chǎn)效率也不會低很多。

（2）外圓滾磨過程中夾裝操作也是很關(guān)鍵的，一般夾裝有油壓自動夾緊和手輪手動夾緊兩種方式，油壓自動夾緊要注意油泵壓力的調(diào)整、時刻關(guān)注壓力變化情況;手輪手動夾緊主要跟操作者的經(jīng)驗有直接關(guān)系，既要夾緊不掉棒又不至于太緊而夾壞硅棒，這個力度掌握靠經(jīng)驗積累就完全能達(dá)到。

兩者都是滾磨的要點，只有完美結(jié)合，才能滾磨出合格的單晶硅棒，供給下一道工序加工。

3.“切”就是切片，是控制單晶硅片崩邊最難的一步，因為單晶硅片在這道工序就形成了，所以在這道工序最應(yīng)保護(hù)好單晶硅片。

（1）在切片之前一定要做好粘棒工作，粘棒就是為了在切割單晶硅棒的過程中，要保護(hù)單晶硅片不掉。首先就是硅棒要做好清潔工作，表面既不能有油污，又不能要水份;要粘導(dǎo)向條和帶圓弧的樹脂板兩根，方向180o，關(guān)鍵是粘牢。粘棒時使用AB雙組份膠水，將膠水按照比例調(diào)和均勻，等待幾分鐘，膠水剛開始固化開始粘膠，粘好樹脂板（條）硅棒要按壓30分鐘左右，固化好的膠硬度在25kg/cm2左右為最佳。

（2）切割單晶硅棒使用多線切割機(jī)來進(jìn)行，現(xiàn)在大都使用兩種方式：一種是砂漿多線切割機(jī)，另一種是金剛線多線切割機(jī)。無論哪種機(jī)器，都要適量設(shè)置切割的相關(guān)參數(shù)（線的轉(zhuǎn)速，切割方式是反復(fù)進(jìn)給等等），切割過程中還要適時調(diào)整時砂漿（冷卻液）的溫度（給冷量），流速大小等參數(shù)。總之，單晶硅在切割操作時一定要細(xì)心觀察、細(xì)致入微的調(diào)整，上棒、下棒時注意避免磕碰、剮蹭，使硅棒崩邊;入線、出線時速度調(diào)整適當(dāng)，以免斷線造成不必要崩邊！

（3）脫膠是切片后處理工作，現(xiàn)在大都采用全自動超聲波脫膠機(jī)，此種機(jī)器脫膠操作簡單，單晶硅片的崩邊率較小。操作者只需要注意水溫控制適當(dāng)，設(shè)置時間適中，超聲強(qiáng)度適宜即可，一般使用全自動超聲波脫膠機(jī)來給單晶硅脫膠的操作人員對所要脫膠硅片直徑大小、硅片薄厚都有相對應(yīng)固定程序，只需選擇正確就會避免造成硅片崩邊。

4、“倒”就是單晶硅片倒角，倒角的質(zhì)量是單晶硅片研磨好壞的關(guān)鍵步驟。倒角就是為了把切割好的單晶硅片鋒利的邊緣修整到規(guī)定的形狀，去除在切割中造成崩邊，同時也可剔除單晶硅棒外圓滾磨時產(chǎn)生的損傷層。由此可見，倒角過程是硅片加工不可缺少工序。

（1）倒角使用的工具就是倒角機(jī)，種類繁多，國內(nèi)的、進(jìn)口的都有，手動的、自動的、全自動的也都有，這些設(shè)備的選擇主要看生產(chǎn)產(chǎn)品的要求高低，還有設(shè)備購置時價格情況而定。當(dāng)然，不同的設(shè)備倒角效果也大不相同。

（2）倒角磨輪的選擇是關(guān)鍵。單晶硅片倒角所用磨輪有電鍍金的也有燒結(jié)的，有國產(chǎn)的、也有進(jìn)口的，有全新的、還有返渡的，這些都不是重要指標(biāo)，關(guān)鍵指標(biāo)在于磨輪的粒度的大小，有800#、1200#、1500#、2000#還有3000#的多種，一般選擇粒度目數(shù)越高，倒出的單晶硅片質(zhì)量越好，研磨時越不易產(chǎn)生崩邊，但是加工效率略微低下些。

（3）另外，倒角時所選擇的倒角圈數(shù)，圈數(shù)越多，損傷層越小，崩邊的幾率越好，不過生產(chǎn)效率稍低。還有切削液選擇也很關(guān)鍵，這里就不做想盡的說明了。

5、“磨”就是單晶硅片的研磨清洗及甩干，是在單晶硅片加工中非常容易產(chǎn)生崩邊的工序。切割后的硅片表面殘留很多線痕和細(xì)微的裂痕，其損傷層在十幾、二十幾微米，所以采取雙面研磨的工藝，去除線痕及損傷層。

（1）研磨是單晶硅片加工中較為精細(xì)的一道工序，其中的技術(shù)性很強(qiáng)，但最主要的就是在研磨時起盤和停盤的操作方式，很多廠家多以動態(tài)起盤操作來減少蹦邊的概率。另外，在研磨時使用的游行輪也很關(guān)鍵，多種多樣，品種繁雜，只要注意選擇適合于相關(guān)產(chǎn)品配以相應(yīng)的游行輪，就會避免不必要的崩邊。

（2）硅片清洗一般使用全自動硅片清洗機(jī)，操作相對較簡單，只要不發(fā)生翻框，就不會造成硅片崩邊;清洗之后就要甩干，使用全自動甩干機(jī)，只要花籃放正、放穩(wěn)，不出現(xiàn)與操作，單晶硅片就不易產(chǎn)生崩邊。

結(jié)束語

目前，中美貿(mào)易摩擦不斷升級，對我國芯片軟肋強(qiáng)制打壓，已危機(jī)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但中國政策性支持已出臺，很多企業(yè)新、改、擴(kuò)建廠，產(chǎn)能有待加速釋放，集成電路行業(yè)發(fā)展機(jī)遇和風(fēng)險同時出現(xiàn)，但愿此文能夠給某些廠家提供一點參考。

參考文獻(xiàn)

[1]黃重憲硅片研磨論述百度文庫.