硅片延性域磨削機(jī)理研究.pdf

1、單晶硅片是制造集成電路時(shí)必須采用的襯底材料，在硅片上經(jīng)過氧化、擴(kuò)散、沉積、光刻、蝕刻、CMP、多層布線等一系列制程生長(zhǎng)出數(shù)以億計(jì)的電路器件，然后經(jīng)過測(cè)試、晶片切割/貼片、打線、包裝，才能得到一般常見的芯片組件，進(jìn)而裝配到微電子產(chǎn)品上。隨著IC制造技術(shù)的飛速發(fā)展，特征線寬越來越細(xì)；為增加芯片產(chǎn)量并降低制造成本，所用的硅片越來越趨向大直徑化。為了適應(yīng)IC制造的要求，對(duì)單晶硅拋光片的要求越來越高，包括物理尺寸、平整度、表面粗糙度、納米形貌、含

2、氧量、晶體完整性和體電阻等指標(biāo)。為了提高加工質(zhì)量、降低制造成本，對(duì)直徑300mm、450mm的硅片的制備需要采用新的、不同于現(xiàn)有傳統(tǒng)加工方式的加工技術(shù)。延性域磨削是近十幾年發(fā)展起來的新技術(shù)，硅片的延性域磨削被認(rèn)為是硅片平整化和硅片薄化最有前途的加工技術(shù)，然而實(shí)現(xiàn)延性域磨削極其困難，因?yàn)檠有杂蚰ハ鲗?shí)現(xiàn)的前提條件是磨粒的切削深度小于臨界切削深度。目前，人們對(duì)硅片磨削過程中單晶硅的脆性——延性轉(zhuǎn)變的特征、條件，臨界切削深度，延性域磨削的材料去

3、除機(jī)理以及表面形成機(jī)理的認(rèn)知非常有限，還沒有確定延性域磨削實(shí)現(xiàn)的邊界條件，這嚴(yán)重阻礙了硅片延性域磨削技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用，深入研究硅片延性域磨削機(jī)理對(duì)于硅片的加工乃至整個(gè)半導(dǎo)體制造業(yè)具有十分重要的意義。 首先通過單顆磨粒磨削實(shí)驗(yàn)，對(duì)單晶硅的脆性——延性轉(zhuǎn)變進(jìn)行了研究，分析了磨粒刃尖形狀、晶體方向?qū)尉Ч璐嘈赞D(zhuǎn)變的影響；對(duì)單晶硅的臨界切削深度進(jìn)行了研究，得出了單晶硅臨界切削深度；通過磨削實(shí)驗(yàn)得出了3000＃砂輪磨削硅片時(shí)磨粒

4、的臨界切削深度。 采用基于掃描白光干涉原理的三維表面輪廓儀對(duì)砂輪表面形貌、磨粒切削深度進(jìn)行了測(cè)量，得出了磨粒的出刃高度、靜態(tài)有效磨粒密度、未變形切屑寬高比、磨粒刃圓半徑等參數(shù)；對(duì)硅片磨削過程的磨粒切削深度進(jìn)行了分析，建立了硅片自旋轉(zhuǎn)磨削方法的磨粒切削深度模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；建立了硅片自旋轉(zhuǎn)磨削方法的砂輪臨界切削深度模型。 提出了基于掃描白光干涉原理或移相干涉原理的三維表面輪廓儀對(duì)硅片延性域磨削是否實(shí)現(xiàn)進(jìn)行評(píng)定的光學(xué)輪

5、廓儀法。提出了改進(jìn)的角度拋光方法，根據(jù)此方法，可以準(zhǔn)確地測(cè)量硅片由研磨、磨削引起的亞表面裂紋，其能夠測(cè)量的最小損傷深度為幾百納米，通過改進(jìn)的角度拋光法能夠定量地對(duì)磨削后的硅片的亞表面裂紋進(jìn)行評(píng)定，從而判斷是否實(shí)現(xiàn)了延性域磨削。 對(duì)基于“運(yùn)動(dòng)復(fù)印原理”的、能夠?qū)崿F(xiàn)延性域磨削的硅片磨床需要具備的剛度、運(yùn)動(dòng)精度和主軸轉(zhuǎn)速分辨率等性能指標(biāo)進(jìn)行了定量的分析，研究結(jié)果能夠?yàn)檠有杂蚬杵ゴ驳脑O(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 分析了磨痕對(duì)磨粒切削深度

6、的影響，研究表明，磨痕破壞了基于“運(yùn)動(dòng)復(fù)印原理”的硅片磨床的運(yùn)動(dòng)控制機(jī)制，降低了砂輪的進(jìn)給分辨率，使磨削系統(tǒng)控制磨粒切削深度的能力大大降低，不利于延性域磨削的實(shí)現(xiàn)，因此，磨痕是實(shí)現(xiàn)延性域磨削所必須解決的關(guān)鍵問題。 采用SEM、TEM、三維表面輪廓儀、改進(jìn)的角度拋光法對(duì)硅片的表面完整性進(jìn)行了研究，研究表明，在目前的技術(shù)水平下，由于現(xiàn)在的磨削條件尚不能滿足實(shí)現(xiàn)延性域磨削的臨界條件，即磨粒的臨界切削深度小于臨界切削深度，還不能完全實(shí)現(xiàn)