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出數(shù)以億計(jì)的電路器件，然后經(jīng)過測試、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砂輪表面形貌、磨粒切削深度進(jìn)行了測量，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硅片延性域磨削是否實(shí)現(xiàn)進(jìn)行評定的光學(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)確地測量硅片由研磨、磨削引起的亞表面裂紋，其能夠測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磨削后的硅片的亞表面裂紋進(jìn)行評定，從而判斷是否實(shí)現(xiàn)了延性域磨削。 對基于“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)