切割绳锯切单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析

摘要：采用电镀切割绳锯对单晶硅进行了锯切实验，使用扫描电子显微镜对单晶硅锯切的表面缺陷与锯丝失效机理进行了研究，分析了走丝速度和工件进给速度对锯切单晶硅表面缺陷特征的影响。分析发现：线锯锯切的硅片表面缺陷主要有较长较深的沟槽、较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及个别较大较深的凹坑。走丝速度增大，工件进给速度降低，锯切材料的表面缺陷逐渐由以脆性破碎凹坑为主转，变为以材料微切削去除留下的塑性域剪切沟槽为主。锯丝的主要失效形式为金刚石磨粒的脱落，脱落的磨粒在锯切过程中被挤压嵌入加工表面造成较大尺寸较深的凹坑，对材料表面和亚表面质量的损害更为严重。

单晶硅材料广泛地应用于各种微电子领域，如计算机系统、通讯设备、汽车、消费电子系统和工业自动控制系统等。集成电路制造中普遍采用的芯片，其制造工艺流程为：单晶生长→磨外圆→硅晶体切片→平坦化→腐蚀→抛光→清洗→图案制造→背磨→划片→封装。切片是把单晶硅由硅棒变成硅片的一个重要工序，切片表面质量，直接影响着后续工序的工作量和成本。如切片的表面质量好，亚表面损伤层厚度就小，可减小后续工序的去除量，从而降低成本、提高效率。固结磨料线锯切片技术，以其锯口损耗小、面形精度好和切割环境清洁等优点，有望成为单晶硅等硬脆材料切片的未来发展方向。本文选择电镀金刚石锯丝作为锯切工具，对单晶硅进行了锯切实验，利用扫描电子显微镜对切割的硅片表面进行了观察，系统研究了锯切硅片表面产生的缺陷与锯切工艺参数之间的关系，其结果为获得高质量的锯切工艺，进一步优化工艺参数，提供了实验参考依据。本文观察分析了电镀金刚石锯丝的磨损形式，揭示了锯丝失效机理，并分析了锯丝失效与锯切表面缺陷之间的联系。