硅片切割技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

《硅片切割技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、硅片切割技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)摘要：隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，硅片的切割成為半導(dǎo)體應(yīng)用時(shí)的一個(gè)必要環(huán)節(jié)，本文簡(jiǎn)介多線硅片切割和太陽能級(jí)硅片切割的機(jī)理以及特點(diǎn)，介紹國(guó)內(nèi)外硅片切割技術(shù)的研究現(xiàn)狀，同時(shí)對(duì)這一領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)作出展望。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體硅片切割太陽能級(jí)1、引言隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)上或是實(shí)驗(yàn)室制造的半導(dǎo)體硅片不僅直徑不斷增大，而且對(duì)厚度有著越來越嚴(yán)格的要求。制造直徑大而且超級(jí)薄的硅片是工業(yè)生產(chǎn)上和實(shí)驗(yàn)室研究中追求的目標(biāo)。因此對(duì)于硅片的切割技術(shù)有著越來越嚴(yán)格的要求。切片是硅片的制備過程中一道至關(guān)重要的程序,切

2、割的好壞直接會(huì)影響到硅片的表面晶向以及粗糙程度等，而且對(duì)于前文以及的硅片的厚度有著至關(guān)重要的影響。因而最終影響到硅片的品質(zhì)以及成品率。在這種對(duì)于硅片切割的高要求的驅(qū)動(dòng)下，現(xiàn)今切割技術(shù)正在不斷改進(jìn)，很多新型的硅片切割技術(shù)陸續(xù)被提出并得到廣泛應(yīng)用，后文將提及的太陽能級(jí)硅片切割技術(shù)以及硅片多線切割技術(shù)就是應(yīng)用很廣的兩種硅片切割重要手段。2、硅片多線切割技術(shù)簡(jiǎn)介2.1宏觀機(jī)理從硅片多線切割設(shè)備的宏觀機(jī)理簡(jiǎn)圖看待切割的晶棒由玻璃板固定于不銹鋼的工件上，然后放在切割機(jī)的相應(yīng)部位上，導(dǎo)輪經(jīng)過開槽工藝來對(duì)對(duì)精密線槽進(jìn)行處理，鋼

3、線有序的纏繞在四個(gè)導(dǎo)輪上形成了上下兩個(gè)互相平行的線網(wǎng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)輪開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)輪也帶動(dòng)線網(wǎng)移動(dòng)，線速一般可達(dá)15m/s左右。當(dāng)將砂漿均勻噴灑在線網(wǎng)上時(shí),砂漿將隨著切割線進(jìn)入單晶棒,從而進(jìn)行切割作業(yè)。切割晶棒的最大直徑將會(huì)受到導(dǎo)軸之間的空間大小的限制，一般的這種切割裝置的適用于切割7英寸左右的晶棒。2.2微觀機(jī)理硅片多線切割的微觀機(jī)理看出碳化硅和砂漿的懸浮液填充于切割線和單晶表面，使得單晶棒向著切割線的方向移動(dòng)，同時(shí)切割線也發(fā)生了彎曲，彎曲角度一般在5度以內(nèi)。在接觸的不同區(qū)域，由鋼線造成的壓力是不相同的，在

4、其正下方可以達(dá)到最大值。在鋼線的橫向震動(dòng)中，會(huì)使得晶棒受到來自鋼線的橫向壓力，這將最終影響硅片切割好壞，因此，采取有效的方法來控制鋼線張力，減小鋼線震動(dòng)是硅片的多線切割的一項(xiàng)重要指標(biāo)。2.3工藝過程分析硅片多線切割設(shè)備的控制方式主要有工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、控制放線電機(jī)、放線收線導(dǎo)向移動(dòng)電機(jī)、啟動(dòng)和停止運(yùn)轉(zhuǎn)以及工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)等。工作時(shí)，首先從張力傳感器取樣，之后進(jìn)行測(cè)試和計(jì)算后得到輸出指令用于控制各路的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)定切割模式，檢測(cè)切割的條件并且調(diào)節(jié)各路電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況以及砂漿流量和溫度。理論上計(jì)算切割過程

5、主要涉及到槽距以及理論切片的數(shù)量，其公式為：式中:D代表槽距，為鋼線直徑，表示金剛砂的直徑,T為硅片的厚度,f是游移量。從而得到理論切片數(shù)量：其中L表示單位質(zhì)量的單晶有效長(zhǎng)度,D與上式相同，表示槽距。3、太陽能級(jí)硅片切割技術(shù)2.1切面表面特征用太陽能級(jí)硅片切割技術(shù)切割的硅片實(shí)物可以看到硅片的表面質(zhì)量要優(yōu)于其他技術(shù)得到的切割硅片，沒有任何條紋之類的損傷，用粗糙度儀檢測(cè)得到，小其表面的粗糙度在3.2,將用此方法得到的硅片進(jìn)行拋光后表面全局平整度將小于2,硅片表面的翹曲度小于30o3.2切割效率一般情況下，太陽能級(jí)硅

6、片切割采用的是放電切割，而放電加工效率和平均加工電流成正比。用復(fù)合工作液作為工作介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，維持極板間良好的放電狀態(tài)，使得放電過程穩(wěn)定，試驗(yàn)結(jié)果顯示，形成單片完整的切割硅片所用時(shí)間為145分鐘左右，加工效率約為108mm2/min。3.3切片厚度此種切割技術(shù)屬于無宏觀機(jī)械切削力的硅片切割工藝，所以從理論上來講，切割硅片可以是無限薄的，具體試驗(yàn)中其厚度也一般在120—下，這是傳統(tǒng)的切割工藝無法達(dá)到的。因而達(dá)到了太陽能級(jí)硅片的薄片切割，這樣就節(jié)省了硅片原材料，使得太陽能電池的制造成本大大降低。4、發(fā)展現(xiàn)狀隨著工業(yè)

7、應(yīng)用上對(duì)硅片的越來越多的要求，硅片切割技術(shù)一直在不斷的更新，上文提及的現(xiàn)在廣泛使用的多線硅片切割和太陽能級(jí)硅片切割技術(shù)就是兩個(gè)典型例子。4.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀由于這種切割設(shè)備是大型精密數(shù)控機(jī)床，存在著控制系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)難度較大的特點(diǎn)。因而，現(xiàn)今目前知名的生產(chǎn)廠家主要分布在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，比如瑞士的MeyerBurger公司、HCT公司、日本的Takatori公司和NTC公司。目前BrickMaster系列采用了可撥出的切割單位，節(jié)省了大量的換線清潔的時(shí)間，使得效率大大提高，產(chǎn)能也隨之提高了10%,是目前硅片多線切割

8、的前沿產(chǎn)品之一。它所生產(chǎn)的多線切割技術(shù)設(shè)備主要有DS261,DS264,DS265,DS271。其中在半導(dǎo)體多線切割領(lǐng)域占有重要地位的是DS261,主要應(yīng)用于獲得12英寸的硅片。其優(yōu)點(diǎn)有快速高效，良好的表面質(zhì)量以及工件導(dǎo)向較為完整等°DS265的效率較高，質(zhì)量也較好,并且操作簡(jiǎn)單，因而為用戶增加了可供選擇的功能。用戶可以根據(jù)自己的需要來對(duì)金剛石線鎧或是砂漿進(jìn)行選擇，而且這種機(jī)型還可以快