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主要原材料，在加工過程中的質量控制是至關重要的，尤其是單晶硅片崩邊的出現(xiàn)，更是困擾很多生產廠家的技術難題。本文只對單晶硅片加工的“斷”、“滾”、“切”、“倒”、“磨”幾個關鍵步驟中，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，但最基礎還是要以單晶硅為主，基本上占半導體器件的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（術語崩邊），因此生產過程中應予防范崩邊是重點。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，就是使用內圓刀片斷棒機和金剛線鋸，這兩種設備使用時一定要注意調整好進給速度和刀口（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行滾磨加工，但加工時由于砂輪的磨削和夾裝應力作用，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，生產效率也不會低很多。

（2）外圓滾磨過程中夾裝操作也是很關鍵的，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整、時刻關注壓力變化情況;手輪手動夾緊主要跟操作者的經驗有直接關系，既要夾緊不掉棒又不至于太緊而夾壞硅棒，這個力度掌握靠經驗積累就完全能達到。

兩者都是滾磨的要點，只有完美結合，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保護好單晶硅片。

（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;要粘導向條和帶圓弧的樹脂板兩根，方向180o，關鍵是粘牢。粘棒時使用AB雙組份膠水，將膠水按照比例調和均勻，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來進行，現(xiàn)在大都使用兩種方式：一種是砂漿多線切割機，另一種是金剛線多線切割機。無論哪種機器，都要適量設置切割的相關參數(shù)（線的轉速，切割方式是反復進給等等），切割過程中還要適時調整時砂漿（冷卻液）的溫度（給冷量），流速大小等參數(shù)?？傊?，單晶硅在切割操作時一定要細心觀察、細致入微的調整，上棒、下棒時注意避免磕碰、剮蹭，使硅棒崩邊;入線、出線時速度調整適當，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，此種機器脫膠操作簡單，單晶硅片的崩邊率較小。操作者只需要注意水溫控制適當，設置時間適中，超聲強度適宜即可，一般使用全自動超聲波脫膠機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，倒角的質量是單晶硅片研磨好壞的關鍵步驟。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，種類繁多，國內的、進口的都有，手動的、自動的、全自動的也都有，這些設備的選擇主要看生產產品的要求高低，還有設備購置時價格情況而定。當然，不同的設備倒角效果也大不相同。

（2）倒角磨輪的選擇是關鍵。單晶硅片倒角所用磨輪有電鍍金的也有燒結的，有國產的、也有進口的，有全新的、還有返渡的，這些都不是重要指標，關鍵指標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，倒出的單晶硅片質量越好，研磨時越不易產生崩邊，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，不過生產效率稍低。還有切削液選擇也很關鍵，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生崩邊的工序。切割后的硅片表面殘留很多線痕和細微的裂痕，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的一道工序，其中的技術性很強，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鍵，多種多樣，品種繁雜，只要注意選擇適合于相關產品配以相應的游行輪，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，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，只要花籃放正、放穩(wěn)，不出現(xiàn)與操作，單晶硅片就不易產生崩邊。

結束語

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

參考文獻

[1]黃重憲硅片研磨論述百度文庫.