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年第卷
硅晶体精密切片技术及相关基础研究
葛培琪孟剑锋陈举华章亮炽
山东大学澳大利亚悉尼大学
摘要:分析了目前硅晶体切片技术的特点和现状,综述了相关基础研究,指出了未来的发展趋势和研究热
点。
关键词:集成电路, 单晶硅, 精密切片, 晶片

由:.
..
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引言金刚石内径切片机切片技术
全球% 以上的集成电路都要采用硅片。以下硅晶体切片工艺中普遍采用金刚石
超大规模集成电路的特征尺寸已缩小至..,布内径切片机’,其刀片稳定性好、技术成熟。
线结构已到~层,能把整个电子系统集成在一个环形片状内圆刀片通过液压张刀或机械张刀的方
芯片上。硅片尺寸达到,划片数量是式,张紧在环形的刀环上,使刀片由圆心向四周发生
,每片节约成本约%。美国半导体协拉伸变形而产生张力,刀片成为刚体。刀片是内
会预计,年将使用硅片,芯片特征圆刃口上电镀金刚石磨料的环状薄金属片,固结在
尺寸缩小至..,布线层结构达层,集成度达金属基体上的磨料多采用金刚石,因其硬度和耐磨
到或个晶体管/。为减小特征尺性高,并易于牢固结合在金属基体上。内圆刀片作
寸,光刻机的焦深越来越短,硅片或薄膜层上极其微高速旋转运动,被切割硅晶体相对于刀片旋转中心
小的高度差异都会使布线图案发生变形、扭曲、
做径向相对运动,实现对材料的切片。刀片基体材
错位,导致绝缘层绝缘能力达不到要求,或金属连线
。在被切割材料的径
错乱而出现废品。为得到准确的光刻图案,多层布
向尺寸较小时,内圆刀片径向尺寸也较小,由于刀片
线立体结构中要求硅晶片表面各部分的高低差尽可
外圆张紧,刚性很好,可实现高速高效切割。但刀片
能小,对刻蚀层的全局平面度和微观表面质量的要
张紧后产生变形,刃口出现凹凸现象,表现为波浪
求越来越高。本文介绍了硅晶体切片技术的现状和
形。对于大直径硅晶体切片,内圆刀片径向尺寸增
问题,以及未来大直径硅晶体切片技术和相关基础
大,变形更加明显,控制其变形量更加困难,导致内
理论问题。
圆刀片在高速旋转时除主轴系统外还产生附加轴向
硅片直径的增大和芯片厚度的减小带来了新挑
振动。对硅晶体切片时,变形和振动使切割锯口
战,硅晶体切片技术要求有高的出品率、好的面型精
变宽,并在切削液作用下产生较大的流体动压力。
度、细的表面粗糙度和尽可能浅的损伤层。在满足
不稳定的流体动压力和振动随刀片转速增加和切割
硅片制造过程中强度要求和足够后续加工余量的前
深度增大而增大,同时刀片与硅片间的摩擦力也增
提下,应尽量减薄其厚度,以减少背磨减薄加工的工
大,切割即将结束时会造成硅片崩边甚至飞片。可
作量。可见,如何高效、高精度、高质量、低损伤地对
见,内径切片机不适合大直径薄片硅晶体的切割。
硅晶体进行薄片切片,并尽量减少后续加工的工作
对以下直径硅晶体的切片,也常产生较大的
量成为一个亟待解决的问题。
翘曲变形,硅片表面还会残留较大切痕和微裂纹,损
伤层深度可达~.。由于内径切片机存在上
。国家自然科学基金资助项目项目编号:们述问题,硅晶体的线锯切片技术引