SiC單晶線鋸切片微裂紋損傷深度及翹曲度有限元分析.pdf

1、SiC單晶是繼Si和GaAs后發(fā)展起來的第三代寬帶隙半導體材料，具有寬帶隙、高熱導率、高臨界擊穿場強、抗干擾能力強、化學性質(zhì)穩(wěn)定等特點。然而SiC單晶硬度大、脆性高等特點，使得存在鋸切加工效率低、切片表面質(zhì)量差、易碎片等問題。切片微裂紋損傷深度和翹曲度是評價切片質(zhì)量重要指標，微裂紋損傷深度直接影響后續(xù)工序量、晶片機械強度與成品率，翹曲度屬于體缺陷，一旦形成，后續(xù)研磨、拋光工序中很難改善。而切割工序是控制切片微裂紋損傷深度和翹曲度的關(guān)鍵。

2、本文基于有限元法，對SiC單晶電鍍金剛石線鋸鋸切過程切片鋸切應力場、微裂紋損傷深度及翹曲度進行了研究，主要工作如下:
　　根據(jù)SiC單晶線鋸鋸切加工中材料脆性斷裂去除機理，基于brittle crackingmodel本構(gòu)模型，建立了SiC單晶線鋸切割有限元分析模型和切片微裂紋損傷深度分析模型。選取與SiC單晶具有相似鋸切加工機理與硬脆材料特性的Si單晶為鋸切加工對象，對切片微裂紋損傷深度計算分析模型進行驗證，在此基礎(chǔ)上，對鋸切工

3、藝參數(shù)與SiC切片微裂紋損傷深度間關(guān)系進行了分析。結(jié)果表明:有限元計算分析模型的仿真值均小于實驗測量值，這是因為仿真建模忽略了缺陷、切削熱及鋸絲振動等因素對微裂紋損傷深度的影響。在不同鋸切工藝參數(shù)下，實驗測量值與仿真計算分析模型結(jié)果變化趨勢一致，其相對誤差均在20％～25％，間接驗證SiC單晶切片微裂紋損傷深度計算分析模型能夠?qū)崿F(xiàn)對SiC切片微裂紋損傷深度的快速分析與計算。切片的微裂紋損傷深度隨著鋸絲運動速度提高和晶體進給速度降低而減小

4、，進給速度變化對切片微裂紋損傷深度影響更顯著。
　　依據(jù)SiC單晶PVT法生長內(nèi)部缺陷存在的實際情況，建立了含球狀孔洞缺陷SiC單晶線鋸切割有限元模型，結(jié)合應力集中理論，研究了不同相對位置和尺寸的孔洞缺陷對切片鋸切應力場影響。根據(jù)缺陷對切片應力集中效應程度，探討了孔洞缺陷位置和尺寸對鋸切過程切片破碎概率影響。研究表明孔洞缺陷存在，會引起局部應力集中，加劇微裂紋萌生與擴展，不同相對位置和尺寸的孔洞缺陷對鋸切過程切片應力集中程度有明顯

5、差異。當缺陷位于切片內(nèi)并無限接近切片表面時，對切片應力集中程度影響最強烈，切片鋸切過程中發(fā)生破碎幾率最高，鋸切時盡量少選擇該鋸切位置;當缺陷位于切除層中心時，缺陷尺寸變化對切片鋸切應力場幾乎無影響，切片鋸切過程中發(fā)生破碎幾率最低，屬于相對較好的鋸切位置。
　　基于熱彈性理論，建立了線鋸切割SiC單晶熱分析有限元模型，分析了鋸切過程中切片溫度場、溫度梯度、熱應力場以及節(jié)點熱變形位移場的變化規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系。根據(jù)切片節(jié)點熱變形位移場，建