單晶硅納米磨削過程的摩擦裂紋試驗研究.pdf

1、單晶硅是集成電路(IC)制造過程中最常用的襯底材料，單晶硅的表面質(zhì)量直接影響著器件的性能、成品率以及芯片壽命。隨著單晶硅尺寸的增大及特征尺寸的不斷縮小，新的硅片高效超精密加工工藝得到了大量的研究，其中，具有高效率、高精度、低損傷等優(yōu)點(diǎn)的硅片自旋轉(zhuǎn)納米磨削技術(shù)正逐步成為空白硅片平整化和圖形硅片背面減薄的主流加工技術(shù)。然而，納米磨削加工會不可避免地給硅片引起表面層微裂紋損傷，該損傷會影響后續(xù)拋光工序的拋光去除量、增大超薄硅片在夾持、搬運(yùn)、劃

2、片時碎裂的風(fēng)險。目前，對單晶硅磨削表面層微裂紋損傷的研究還不完善，深入研究單晶硅納米磨削表面微裂紋損傷機(jī)理對最終實現(xiàn)硅片的高效率、高精度、無損傷、超光滑表面的加工有著重要的指導(dǎo)意義。本文在深入分析單晶硅加工表面微裂紋損傷的研究現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，對單晶硅納米磨削加工表面微裂紋損傷、主要對摩擦裂紋進(jìn)行了深入研究。 首先通過磨削實驗，研究了單晶硅納米磨削過程表面微裂紋的類型及其特征，發(fā)現(xiàn)摩擦裂紋是單晶硅納米磨削過程中普遍存在的一

3、種典型微裂紋，與中位裂紋、側(cè)向裂紋一樣，是單晶硅納米磨削過程表面微裂紋的主要形式。 其次通過單顆磨粒磨削試驗，研究了磨粒尺寸、單晶硅晶面及晶向、磨粒切削深度對單晶硅表面摩擦裂紋的影響，研究結(jié)果表明：單晶硅{100}、{111}晶面上納米磨削過程中的摩擦裂紋形態(tài)取決于切削方向、磨料尺寸和切削深度，與單晶硅的晶面與晶向無關(guān)。 另外通過Al2O3、金剛石等不同磨粒進(jìn)行了單顆磨粒磨削試驗，對單晶硅摩擦裂紋產(chǎn)生直至最后消失的整個變

4、化過程進(jìn)行了研究，研究了磨粒切削深度對摩擦裂紋的影響，得出單晶硅表面摩擦裂紋產(chǎn)生的磨粒臨界切削深度。試驗研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)磨粒切削深度減小到6nm左右，摩擦裂紋才可能會最終消失。這表明，針對摩擦裂紋而言，通過控制磨削過程中磨粒的切削深度在6nm以下時，實現(xiàn)純粹的延性域磨削是可行的。 最后通過不同磨粒的磨削試驗，研究了磨粒與單晶硅接觸面應(yīng)力分布與摩擦裂紋的擴(kuò)展機(jī)理，分析了不同磨粒磨削過程單晶硅表面摩擦裂紋擴(kuò)展與劃痕深度的變化關(guān)系，分析了磨