硅晶片超精密加工的研究现状

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1、硅晶片超精密加工的研究现状闫占辉（长舂工程学院机械工程系，长春130012）摘要:归纳总结了硅晶片的加工原理、加工方法和加工设备,分析了硅晶片超精密加工的研究现状，并对砘晶片超粘密加工的发展趋势和今后的研究工作进行了展望，关键词:硅晶片，超精密加工，集成申，路中图分类号：TN305文献标识码：A文章编号:1003-353X（2005）11-0031-041前言硅是兵打金刚石品体结构，原子间以共价键结介的硬脆柯料，K硬度达到1000HV，《断裂强度很低，超精密加工这样的硬脆材料冇-定的难度。M吋，硅乂是一种很好的半

2、导体材料，构成集成电路半导体品片（芯片）的90%以上都是硅耑片L1］。集成也路自1959年发明以來，集成电路芯片的集成度在不断提商，而加工特征尺寸和加工成本逐步缩小［2］，如表1所示。为了能在硅茄片上印刷集成电路、与其他元件结合紧密，砘品片的表ifli必须平直；特别处随着集成电路的集成程度的提高，对硅晶片的表面的线宽、硅品片的平直度捉fli了越來越高的要求；而且企业为丫&领市场，实现优质、低耗，人尺、t、卨精度的硅品什超精密加工具冇及艽重耍的意义。表1硅晶片加工部分技术娶求1992IQ95I99R20012004

3、2007HJA件尺吱/wm2UO20020(1300-400HOG400X00400t(XI-40016M64M256MHi410.05"J0<110.004。⑽2h•:-JmOS0J50250.IS0,12010现今w:界上硅品片生产主耍集屮分布于美国、n本、w欧、新加坡等少数发达国家和地区。国內现处于兴建硅晶片加工厂和生产硅品片的热潮。H前，人批生产的砘片直径以200mm为主，们300mm直径的硅片己在2000年幵始出现。目前，只有美国英特尔公司

4、和徳州仪器可以制作300mm的砘舫片。2015年左右可能出现400〜450mm肖杼的硅片，这无疑对硅晶片的超精密加T提出了史萵的要求［3~4］。曰木为改变半导体竞争力下降的局面，开发人晶片技术，于1996年联合成立丫"超大型硅研究所"（SSI），共同研究开发400mm硅片的关键技术［5〜6】。超精密加工的加工机理主要包括"进化加工”及"超越性加工'0前除对机理研究外，还对微观表面完整性、在超精密范畴内对各种材料的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究。由于宜接对切削点观察异常网难，现在有提议将切削装置小型

5、化，放買丁SEM的镜尖下进行切削丼观察。日本人阪人学弁川直哉教授等开始采用计算机仿真，逐步向揭开微ffi切削的奥秘迫近。超精密加工方法主要括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨（机械研磨、化学机械研磨、非接触式浮动研磨、弹性发射加工等）以及超粘密特种加工（电子束、离子束以及激光束加工等）。而且在今后的相当-•段时叫，亚微米及纳米级制造及测蛍成为制造科技和制造工艺的主流。2硅晶片主要加工方法的研究现状2.1硅晶片的形成硅品片经过以下过程形成：多品体硅一＞极限拉伸（局域拉伸）一＞牟品体硅柱一＞外阅磨削（无心磨

6、削）一＞磨削切断（精密切割）-＞0边-＞硅席片（1）品棒成K工序（拉肀品）：融化一颈部成长—品冠成K一品体成长—毘部成氏。（2）品棒裁切与检测：将长成的品棒去掉直径偏小的头、尾部分，并对尺寸进行检测，以决定下步加工的工艺参数。（3）外径磨削：由于在品棒成长过程屮，M外径尺寸和脚度均冇一定偏差，M:外岡柱而也凹凸不平，所以必须对外径进行修整、研磨，使其尺寸、形状误差均小于允许偏差。（4）切断：由于硅的硬度非常人，所以在本工序里，采用环状、M:内径边缘镶嵌冇钻石颗粒的薄八锯•将晶棒切割成-•片片薄片。（5）圆边：刚切

7、下来的品片外边缘很锋利，蛙单品乂是脆性材料，为避免边角崩裂影响品片强度、破坏表而光洁和对后工序带來污染颗粒，必须用专用的屯脑控制设备自动修整简片边缘形状和外径尺寸。2.2硅晶片的超精密加工经过上述过程所形成的硅品片，其:平而度小于8pm,fri还需进•-•步加工，以提高其平而度和降低表而粗糙度。其主耍过程为磨—粘磨y化学刻蚀—抛光—电路层制作—背而磨削—切割成小块。2.2.1超精密切削的研究现状单点金刚厶切削（SPDT）。单点金刚石切削的特点是采川数控A法直接控制加工轮廓和表而粗糙没，是加工红外光学材料和磨削加工

8、的可替代方法。Venkatesh等人采用0°前角、刀尖半径为0.75mm的金刚石刀具加工硅晶片,当切削深度为1mm、进给速度为0.4mm/min、主轴速度为400m/min吋，采用AFM测蛍方法，所得到的农面粗糙度达到1nm[7]。金刚石切削刀M•刃U岡弧半径一直亦向更小的方向发展，闪为它的大小直接影响到被加工农面的粗糙度，同时还必然要求金刚石刀具史加锋利。根据II木大阪