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硅、锗切割片的损伤层研究

张秀芳

   半导体硅、锗是制造集成电路(IC)芯片和半导体器件的基础材料,随着IC工艺的不断发展,单晶片的尺寸越做越大。目前,IC技术已迈入纳米电子时代,对半导体硅、锗单晶片的加工质量的要求越来越高。切割加工是晶片加工过程中的重要环节,切割过程造成的表面损伤,直接决定了后续工艺的加工时间,并影响了晶片的加工质量和最终器件的性能。对切片表面损伤层进行研究,可以对后续研磨时间的选择提供依据,既能降低成本,又可以提高切片的良品率。因此,如何检测切片表面损伤层结构,以及如何评价其损伤程度和切片表面粗糙度成为急需解决的问题,也是论文研究的关键。虽然内圆切割技术于20世纪70年代就发展成熟,在大直径(Φ>200 mm)的硅棒切割中也已广泛采用线切割技术,但是目前对于硅、锗切割片损伤的产生机理、损伤层结构和损伤厚度、表面形貌和表面粗糙度等方面的研究还不够完善,电火花线切割技术用于切割半导体硅、锗材料的研究也较少。 论文通过对内圆切割法、电火花线切割法和多线切割法加工机理的研究,结合恒定腐蚀法和分步腐蚀法的原理,采用微波光电导衰减仪、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、光学显微镜、原子力显微镜和表面轮廓仪等测试设备分析研究了切片的损伤层结构和损伤厚度,以及切片的表面形貌和表面粗糙情况。结果表明,以上方法可以有效检测切割片表面损伤,其中,内圆切割片表面损伤层有两个区,第一层包括多晶和微裂纹,第二层是弹性畸变区;电火花线切割片表面损伤层只有凝固层;多线切割片表面损伤层是镶嵌层。损伤层厚度从大到小依次是:内圆切割片>电火花线切割片>多线切割片。这将为后序研磨时间的确定,以及切割过程参数的优化提供重要的参考依据。 碱腐蚀法因其腐蚀速率可控等优点逐渐取代酸腐蚀法而应用于去除切片表面损伤层的研究中来,论文系统研究了用NaOH溶液来去除Si(100)单晶片的切割损伤,主要是温度和腐蚀液浓度对表面粗糙度的影响规律。另外,为降低腐蚀后的表面粗糙度,同时又能兼顾硅片腐蚀量的降低,一种以普通NaOH溶液为基础,添加超声波震荡的新方法,首次被用来去除单晶硅片的切割损伤。研究结果表明,硅片在高温和质量分数为20%~30%的NaOH溶液中腐蚀后的表面相对较平整,且温度对表面粗糙度的影响要大于腐蚀液浓度的影响;加入超声波震荡的条件后,腐蚀表面更加平整,且腐蚀量明显减少,这就将优化硅片的腐蚀过程,并降低了生产的成本。同时,在实验的基础上对超声波辅助腐蚀过程进行了探讨,腐蚀时超声波产生的微空腔在崩溃的瞬间会促进硅片表面凸处的腐蚀,并且抑制了腐蚀坑处与腐蚀液的接触,这是能够使腐蚀量和表面平坦度降低的主要原因。……   
[关键词]:切割片;损伤层结构;粗糙度;超声震荡
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江理工大学2010年