[发明专利]游离-固结复合磨料多线切割硅片的方法及设备

说明书

游离‑固结复合磨料多线切割硅片的方法及设备，属于半导体材料加工技术领域，解决了硅晶体切片存在的问题，游离‑固结复合磨料多线切割硅片的方法包含采用固结磨料多线切割的方法对硅晶锭进行锯切，同时将含有悬浮金刚石磨粒的研磨液喷洒到切割区域；表面固结金刚石磨粒的金属丝在走丝过程中将含有悬浮金刚石磨粒的研磨液带入硅晶锭的切缝中，形成游离磨粒和固结磨粒共同作用，共同对硅晶锭进行锯切，在一次加工过程中将硅晶锭切割成数片；游离‑固结复合磨料多线切割硅片的设备包含游离磨料多线切割设备，在游离磨料多线切割设备的全部金属丝表面固结金刚石磨粒；本发明用于切割硅片。

技术领域

本发明属于半导体材料加工技术领域，具体涉及游离-固结复合磨料多线切割硅片的方法及设备。

背景技术

硅材料为主体的半导体加工技术是集成电路、电子信息和太阳能光伏等高新技术产业发展的关键技术条件。硅晶体切片是半导体加工产业链的前端工序，其加工能力直接决定后续流程和终端产品的性能品质。为了不断提高终端产品的性能和经济效益，要求硅晶体切片加工技术向大直径、小厚度、高质量、高产能、高效率和低消耗的方向发展。在加工硅晶体直径300mm及以上，和切片切缝120μm及以下的量级上，当前广泛应用游离磨料多线切割技术和金刚石固结磨料多线切割技术。

游离磨料多线切割技术，是利用多道平行金属丝施加锯切动力，悬浮在研磨液中的磨粒作为锯切工具，对硅晶锭进行切片加工。

金刚石固结磨料多线切割技术，是利用多道表面固结金刚石或碳化硅磨粒的平行金属丝直接对硅晶锭进行锯切，同时利用冷却液冷却。

对于游离磨料多线切割技术，因为磨粒游离悬浮在研磨液中，有效切割接触界面很小，致使切割时间长，切割效率相对较低；受锯丝直径的大小、张紧力大小、研磨液密度和粘性等因素的影响，游离磨料切割的硅片表面粗糙度大；使用更细的直径120μm锯丝切割的硅片尺寸偏差往往要高于使用直径140μm的锯丝；游离磨料以脆性模式切割硅晶锭，加工的硅晶体切片表面为各向同性的形貌；而且受研磨液的弹流效应影响使切缝入口、中间和切缝出口磨削程度参差，导致硅晶体切片不同位置质量不一，硅晶片的翘曲度、弯曲度和TTV等面形误差变化较大；这些问题限制了游离磨料线锯切割的应用和发展。

对于固结磨料多线切割技术，磨粒与硅晶锭直接刚性接触，虽然切割效率增加，并且随着锯丝磨损的增加，表现出更好的塑性去除效果，表面裂纹较少，但是表面裂纹较深，晶片的平均断裂强度较低，且锯丝的寿命缩短；另外，固结磨料切割硅片为脆-塑性混合的模式切割，硅晶体切片表面易出现明显平行、深浅参差的切痕；固结磨料锯切硅片弹性模量在平行于线痕的方向更强，垂直于线痕的方向更弱；金刚石固结磨料多线切割锯切的硅片比游离磨料切割的硅片有不可接受的高破损率；固结磨料切割硅晶体切片沿垂直切割纹方向的临界断裂性能是游离磨料切割硅晶体切片的57%，引起固结磨料切割硅片极端脆弱的具体原因现在还不明确；由于这些本质性的弊端，固结磨料多线切割技术无法完全代替游离磨料线锯切割加工。

总体来说，硅片多线切割技术一直向增大加工工件尺寸，切片薄，提高硅片质量的方向发展。对硅晶片产业的主要目标是通过减少总厚度变化和表面缺陷，以改善硅片的表面质量，并通过减少晶片厚度提高生产率。硅晶锭越大，切槽越细，锯丝与硅晶锭的细切缝加长加深，研磨液越不均匀甚至发生断流，将严重影响研磨液作用的充分发挥。半导体硅片产业的发展需求愈发给制造技术带来更大难度，硅片的直径逐渐加大，厚度不断减小，目前的加工方法不能满足硅片的发展要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决硅晶体切片存在的上述问题，提供了一种游离-固结复合磨料多线切割硅片的方法及设备，其技术方案如下：

游离-固结复合磨料多线切割硅片的方法，它包含采用固结磨料多线切割的方法对硅晶锭进行锯切，同时将含有悬浮金刚石磨粒的研磨液喷洒到切割区域；表面固结金刚石磨粒的金属丝在走丝过程中将含有悬浮金刚石磨粒的研磨液带入硅晶锭的切缝中，形成游离磨粒和固结磨粒共同作用，共同对硅晶锭进行锯切，在一次加工过程中将硅晶锭切割成数片。