失效分析赵工半导体工程师-06-:59发表于北京
摘要
作为制备半导体晶圆的重要工序,线锯切片对半导体晶圆的质量具有至关重要的影响。本文以发展最成熟的硅材料为例,介绍了线锯切片技术的基本理论,特别介绍了线锯切片技术的力学模型和材料去除机理,并讨论了线锯制造技术及切片工艺对材料的影响。在此基础上,综述了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工中的应用和技术进展,并分析了线锯切片技术对碳化硅晶体表面质量和损伤层的影响。最后,本文指出了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工领域面临的挑战与未来的发展方向。
0引言
20世纪50年代以来,伴随着现代科技的快速发展,硅材料已成为集成电路、光伏、光电子等关键领域的重要基石。随着智能电网、高频通信、新能源汽车等新兴领域的不断发展,高效、低能耗电力电子器件对于半导体材料提出了更加苛刻的要求。4H碳化硅(4H-SiC)具有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁移率高、热导率高、耐高温、抗辐射能力强等优越性能,对国民经济和国防军工的发展至关重要。然而,4H-SiC单晶属于硬脆材料,其硬度和弹性模量远高于硅,晶圆加工难度大、损伤多,良品率低,制造成本高。
半导体衬底的晶圆加工过程主要分为切片、研磨、抛光和清洗。作为晶圆加工的第一道工序,切片质量对加工损伤及最终晶圆的质量具有至关重要的影响。目前,线锯切片技术已成功应用于半导体晶圆切片。线锯切片可分为游离磨粒线锯切片(砂浆线切割)和固结磨粒线锯切片(金刚线切割)。图1是砂浆线切割系统的示意图,可用于单晶硅的晶圆切片。金属线从放线机通过排线轮和张力控制单元被送入导轨。排线轮上的多根金属线组成线网,线网在排线轮的旋转带动下以一定的线速度运动。同时,单晶硅晶棒在进给单元的作用下以一定的进给速度向线网移动。在晶棒进给移动的同时,携带磨粒的砂浆通过喷嘴喷向线网。金属线带动砂浆使磨粒到达加工区域的同时对磨粒施加压力。磨粒在晶棒和金属线间的固液混合区域进行切片。砂浆线切割技术中,砂浆是磨粒的载体,对悬浮于其中的磨粒起到稳定分散的作用,因此需要具有一定的黏度。同时,砂浆还需要带动磨粒随线锯一起运动,因此需要具有较好的流动性。为了防止切片区域温度过高,砂浆还应具有较好的导热性。在实际应用中,一般选择聚乙二醇作为磨粒的分散剂。砂浆线切割技术具有切缝窄、切割厚度均匀等优点,是硅材料和4H-SiC切片的主流技术,但存在加工效率低、磨粒利用率低、对环境不友好等缺点。
近年来,金刚线切割技术因其加工效率高、线耗成本低和环境友好等优势受到业界的广泛
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