论文部分内容阅读
摘要：单晶硅片作为集成电路芯片生产主要原材料，在加工过程中的质量控制是至关重要的，尤其是单晶硅片崩边的出现，更是困扰很多生产厂家的技术难题。本文只对单晶硅片加工的“断”、“滚”、“切”、“倒”、“磨”几个关键步骤中，如何控制单晶硅片崩边的一些有效措施或者方法进行论述，希望能够给单晶硅片加工的同仁带来帮助和启迪！
关键词：单晶硅;芯片;集成电路;崩边;金刚石;损伤层
引言
集成电路的原材料很多，硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓和碳化硅等等，但最基础还是要以单晶硅为主，基本上占半导体器件的90%以上。由于单晶硅的莫氏硬度是7级，相对来说较硬，所以一般选择莫氏硬度（10级）最硬的金刚石材料来加工;另外单晶硅的材质特别脆，属于无延展性的脆性材料，加工过程极易造成破裂（术语崩边），因此生产过程中应予防范崩边是重点。下面针对“断”“滚”、“切”、“倒”、“磨”五个方面，如何控制好崩边问题展开分析。
1.“断”就是断棒，是单晶硅片加工的第一步。硅棒过长，不易加工，在单晶硅截断是要注意的选择加工工具——设备。
（1）通常企业中都使用截断锯，但是锯条的电镀金刚砂粒度就没人注意了，一般都使用30—50目的金刚石镀砂锯条，这对单晶硅棒表面破坏性极大，很多这样截断的单晶硅棒在滚圆夹装之后就崩边了，甚至掉下很大一块，这就是在断棒过程中造成的！所以，建议一般使用截断锯时最好选择锯条的粒度在80目以上金刚石镀砂锯条为宜。再有就是进给速度不宜过快，正常选择在3-5mm/分钟为宜。
（2）另外，就是使用内圆刀片断棒机和金刚线锯，这两种设备使用时一定要注意调整好进给速度和刀口（锯口）的垂直度即可，这两种截断方式，对单晶硅棒截断时不易造成损伤，所以最宜选择。
2.“滚”就是外圆滚磨，是单晶硅片形成之前的最后一步。单晶硅棒在拉制时外圆不是很规则，另有晶向线在其表面，所以要在切片之前要使用外圆磨床对其柱面进行滚磨加工，但加工时由于砂轮的磨削和夹装应力作用，可能造成后续硅片崩边。
（1）外圆滚磨控制要点主要在于外圆滚磨机所使用砂轮粒度，很多厂家大都采用80—120目的金刚石树脂砂轮来滚圆，这种加工虽然效率很高、能增加产能，但对后道加工来说无疑是有百害而无一利的事情。一般情况下滚圆所要求的砂轮应该在250—300目之间（可组合），这样滚出来的单晶硅棒表面光亮，损伤层很浅，对后道加工大有帮助，生产效率也不会低很多。
（2）外圆滚磨过程中夹装操作也是很关键的，一般夹装有油压自动夹紧和手轮手动夹紧两种方式，油压自动夹紧要注意油泵压力的调整、时刻关注压力变化情况;手轮手动夹紧主要跟操作者的经验有直接关系，既要夹紧不掉棒又不至于太紧而夹坏硅棒，这个力度掌握靠经验积累就完全能达到。
两者都是滚磨的要点，只有完美结合，才能滚磨出合格的单晶硅棒，供给下一道工序加工。
3.“切”就是切片，是控制单晶硅片崩边最难的一步，因为单晶硅片在这道工序就形成了，所以在这道工序最应保护好单晶硅片。
（1）在切片之前一定要做好粘棒工作，粘棒就是为了在切割单晶硅棒的过程中，要保护单晶硅片不掉。首先就是硅棒要做好清洁工作，表面既不能有油污，又不能要水份;要粘导向条和带圆弧的树脂板两根，方向180?，关键是粘牢。粘棒时使用AB双组份胶水，将胶水按照比例调和均匀，等待几分钟，胶水刚开始固化开始粘胶，粘好树脂板（条）硅棒要按压30分钟左右，固化好的胶硬度在25kg/cm2左右为最佳。
（2）切割单晶硅棒使用多线切割机来进行，现在大都使用两种方式：一种是砂浆多线切割机，另一种是金刚线多线切割机。无论哪种机器，都要适量设置切割的相关参数（线的转速，切割方式是反复进给等等），切割过程中还要适时调整时砂浆（冷却液）的温度（给冷量），流速大小等参数。总之，单晶硅在切割操作时一定要细心观察、细致入微的调整，上棒、下棒时注意避免磕碰、剐蹭，使硅棒崩边;入线、出线时速度调整适当，以免断线造成不必要崩边！
（3）脱胶是切片后处理工作，现在大都采用全自动超声波脱胶机，此种机器脱胶操作简单，单晶硅片的崩边率较小。操作者只需要注意水溫控制适当，设置时间适中，超声强度适宜即可，一般使用全自动超声波脱胶机来给单晶硅脱胶的操作人员对所要脱胶硅片直径大小、硅片薄厚都有相对应固定程序，只需选择正确就会避免造成硅片崩边。
4、“倒”就是单晶硅片倒角，倒角的质量是单晶硅片研磨好坏的关键步骤。倒角就是为了把切割好的单晶硅片锋利的边缘修整到规定的形状，去除在切割中造成崩边，同时也可剔除单晶硅棒外圆滚磨时产生的损伤层。由此可见，倒角过程是硅片加工不可缺少工序。
（1）倒角使用的工具就是倒角机，种类繁多，国内的、进口的都有，手动的、自动的、全自动的也都有，这些设备的选择主要看生产产品的要求高低，还有设备购置时价格情况而定。当然，不同的设备倒角效果也大不相同。
（2）倒角磨轮的选择是关键。单晶硅片倒角所用磨轮有电镀金的也有烧结的，有国产的、也有进口的，有全新的、还有返渡的，这些都不是重要指标，关键指标在于磨轮的粒度的大小，有800#、1200#、1500#、2000#还有3000#的多种，一般选择粒度目数越高，倒出的单晶硅片质量越好，研磨时越不易产生崩边，但是加工效率略微低下些。
（3）另外，倒角时所选择的倒角圈数，圈数越多，损伤层越小，崩边的几率越好，不过生产效率稍低。还有切削液选择也很关键，这里就不做想尽的说明了。
5、“磨”就是单晶硅片的研磨清洗及甩干，是在单晶硅片加工中非常容易产生崩边的工序。切割后的硅片表面残留很多线痕和细微的裂痕，其损伤层在十几、二十几微米，所以采取双面研磨的工艺，去除线痕及损伤层。
（1）研磨是单晶硅片加工中较为精细的一道工序，其中的技术性很强，但最主要的就是在研磨时起盘和停盘的操作方式，很多厂家多以动态起盘操作来减少蹦边的概率。另外，在研磨时使用的游行轮也很关键，多种多样，品种繁杂，只要注意选择适合于相关产品配以相应的游行轮，就会避免不必要的崩边。
（2）硅片清洗一般使用全自动硅片清洗机，操作相对较简单，只要不发生翻框，就不会造成硅片崩边;清洗之后就要甩干，使用全自动甩干机，只要花篮放正、放稳，不出现与操作，单晶硅片就不易产生崩边。
结束语
目前，中美贸易摩擦不断升级，对我国芯片软肋强制打压，已危机集成电路产业的发展。但中国政策性支持已出台，很多企业新、改、扩建厂，产能有待加速释放，集成电路行业发展机遇和风险同时出现，但愿此文能够给某些厂家提供一点参考。
参考文献
[1]黄重宪硅片研磨论述百度文库.
关键词：单晶硅;芯片;集成电路;崩边;金刚石;损伤层
引言
集成电路的原材料很多，硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓和碳化硅等等，但最基础还是要以单晶硅为主，基本上占半导体器件的90%以上。由于单晶硅的莫氏硬度是7级，相对来说较硬，所以一般选择莫氏硬度（10级）最硬的金刚石材料来加工;另外单晶硅的材质特别脆，属于无延展性的脆性材料，加工过程极易造成破裂（术语崩边），因此生产过程中应予防范崩边是重点。下面针对“断”“滚”、“切”、“倒”、“磨”五个方面，如何控制好崩边问题展开分析。
1.“断”就是断棒，是单晶硅片加工的第一步。硅棒过长，不易加工，在单晶硅截断是要注意的选择加工工具——设备。
（1）通常企业中都使用截断锯，但是锯条的电镀金刚砂粒度就没人注意了，一般都使用30—50目的金刚石镀砂锯条，这对单晶硅棒表面破坏性极大，很多这样截断的单晶硅棒在滚圆夹装之后就崩边了，甚至掉下很大一块，这就是在断棒过程中造成的！所以，建议一般使用截断锯时最好选择锯条的粒度在80目以上金刚石镀砂锯条为宜。再有就是进给速度不宜过快，正常选择在3-5mm/分钟为宜。
（2）另外，就是使用内圆刀片断棒机和金刚线锯，这两种设备使用时一定要注意调整好进给速度和刀口（锯口）的垂直度即可，这两种截断方式，对单晶硅棒截断时不易造成损伤，所以最宜选择。
2.“滚”就是外圆滚磨，是单晶硅片形成之前的最后一步。单晶硅棒在拉制时外圆不是很规则，另有晶向线在其表面，所以要在切片之前要使用外圆磨床对其柱面进行滚磨加工，但加工时由于砂轮的磨削和夹装应力作用，可能造成后续硅片崩边。
（1）外圆滚磨控制要点主要在于外圆滚磨机所使用砂轮粒度，很多厂家大都采用80—120目的金刚石树脂砂轮来滚圆，这种加工虽然效率很高、能增加产能，但对后道加工来说无疑是有百害而无一利的事情。一般情况下滚圆所要求的砂轮应该在250—300目之间（可组合），这样滚出来的单晶硅棒表面光亮，损伤层很浅，对后道加工大有帮助，生产效率也不会低很多。
（2）外圆滚磨过程中夹装操作也是很关键的，一般夹装有油压自动夹紧和手轮手动夹紧两种方式，油压自动夹紧要注意油泵压力的调整、时刻关注压力变化情况;手轮手动夹紧主要跟操作者的经验有直接关系，既要夹紧不掉棒又不至于太紧而夹坏硅棒，这个力度掌握靠经验积累就完全能达到。
两者都是滚磨的要点，只有完美结合，才能滚磨出合格的单晶硅棒，供给下一道工序加工。
3.“切”就是切片，是控制单晶硅片崩边最难的一步，因为单晶硅片在这道工序就形成了，所以在这道工序最应保护好单晶硅片。
（1）在切片之前一定要做好粘棒工作，粘棒就是为了在切割单晶硅棒的过程中，要保护单晶硅片不掉。首先就是硅棒要做好清洁工作，表面既不能有油污，又不能要水份;要粘导向条和带圆弧的树脂板两根，方向180?，关键是粘牢。粘棒时使用AB双组份胶水，将胶水按照比例调和均匀，等待几分钟，胶水刚开始固化开始粘胶，粘好树脂板（条）硅棒要按压30分钟左右，固化好的胶硬度在25kg/cm2左右为最佳。
（2）切割单晶硅棒使用多线切割机来进行，现在大都使用两种方式：一种是砂浆多线切割机，另一种是金刚线多线切割机。无论哪种机器，都要适量设置切割的相关参数（线的转速，切割方式是反复进给等等），切割过程中还要适时调整时砂浆（冷却液）的温度（给冷量），流速大小等参数。总之，单晶硅在切割操作时一定要细心观察、细致入微的调整，上棒、下棒时注意避免磕碰、剐蹭，使硅棒崩边;入线、出线时速度调整适当，以免断线造成不必要崩边！
（3）脱胶是切片后处理工作，现在大都采用全自动超声波脱胶机，此种机器脱胶操作简单，单晶硅片的崩边率较小。操作者只需要注意水溫控制适当，设置时间适中，超声强度适宜即可，一般使用全自动超声波脱胶机来给单晶硅脱胶的操作人员对所要脱胶硅片直径大小、硅片薄厚都有相对应固定程序，只需选择正确就会避免造成硅片崩边。
4、“倒”就是单晶硅片倒角，倒角的质量是单晶硅片研磨好坏的关键步骤。倒角就是为了把切割好的单晶硅片锋利的边缘修整到规定的形状，去除在切割中造成崩边，同时也可剔除单晶硅棒外圆滚磨时产生的损伤层。由此可见，倒角过程是硅片加工不可缺少工序。
（1）倒角使用的工具就是倒角机，种类繁多，国内的、进口的都有，手动的、自动的、全自动的也都有，这些设备的选择主要看生产产品的要求高低，还有设备购置时价格情况而定。当然，不同的设备倒角效果也大不相同。
（2）倒角磨轮的选择是关键。单晶硅片倒角所用磨轮有电镀金的也有烧结的，有国产的、也有进口的，有全新的、还有返渡的，这些都不是重要指标，关键指标在于磨轮的粒度的大小，有800#、1200#、1500#、2000#还有3000#的多种，一般选择粒度目数越高，倒出的单晶硅片质量越好，研磨时越不易产生崩边，但是加工效率略微低下些。
（3）另外，倒角时所选择的倒角圈数，圈数越多，损伤层越小，崩边的几率越好，不过生产效率稍低。还有切削液选择也很关键，这里就不做想尽的说明了。
5、“磨”就是单晶硅片的研磨清洗及甩干，是在单晶硅片加工中非常容易产生崩边的工序。切割后的硅片表面残留很多线痕和细微的裂痕，其损伤层在十几、二十几微米，所以采取双面研磨的工艺，去除线痕及损伤层。
（1）研磨是单晶硅片加工中较为精细的一道工序，其中的技术性很强，但最主要的就是在研磨时起盘和停盘的操作方式，很多厂家多以动态起盘操作来减少蹦边的概率。另外，在研磨时使用的游行轮也很关键，多种多样，品种繁杂，只要注意选择适合于相关产品配以相应的游行轮，就会避免不必要的崩边。
（2）硅片清洗一般使用全自动硅片清洗机，操作相对较简单，只要不发生翻框，就不会造成硅片崩边;清洗之后就要甩干，使用全自动甩干机，只要花篮放正、放稳，不出现与操作，单晶硅片就不易产生崩边。
结束语
目前，中美贸易摩擦不断升级，对我国芯片软肋强制打压，已危机集成电路产业的发展。但中国政策性支持已出台，很多企业新、改、扩建厂，产能有待加速释放，集成电路行业发展机遇和风险同时出现，但愿此文能够给某些厂家提供一点参考。
参考文献
[1]黄重宪硅片研磨论述百度文库.