举动造备半导体晶圆的主要工序,线锯切片对半导体晶圆的质料拥有至合主要的影响。本文以繁荣最成熟的 硅质料为例,先容了线锯切片本领的根基表面,卓殊先容了线锯切片本领的力学模子和质料去除机理,并叙论了线锯 成立本领及切片工艺对证料的影响。正在此根基上,综述了线锯切片本领正在碳化硅晶圆加工中的利用和本领进步,并 阐发了线锯切片本领对碳化硅晶体表表质料和毁伤层的影响。最终,本文指出了线锯切片本领正在碳化硅晶圆加工领 域面对的挑拨与他日的繁荣对象。

　　20 世纪 50 年代以后,伴跟着摩录取技的疾捷繁荣,硅质料已成为集成电途、光伏、光电子等枢纽界限的 主要基石 。跟着智能电网、高频通讯、新能源汽车等新兴界限的接续繁荣,高效、低能耗电力电子器件对 于半导体质料提出了尤其苛刻的请求。4H 碳化硅(4H-SiC)拥有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁徙率高、 热导率高、耐高温、抗辐射才略强等卓着机能,对国民经济和国防军工的繁荣至合主要。然而,4H-SiC 单晶 属于硬脆质料,其硬度和弹性模量远高于硅,晶圆加工难度大、毁伤多,良品率低,成立本钱高。

　　半导体衬底的晶圆加工历程重要分为切片、研磨、掷光和洗涤。举动晶圆加工的第一道工序,切片质料 对加工毁伤及最终晶圆的质料拥有至合主要的影响。目前,线锯切片本领已获胜利用于半导体晶圆切片。线锯切片可分为游离磨粒线锯切片(砂浆线切割)和凝固磨粒线锯切片(金刚线 是 砂浆线切割体系的示企图,可用于单晶硅的晶圆切片。金属线从放线机通过排线轮和张力担任单位被送入 导轨。排线轮上的多根金属线构成线网,线网正在排线轮的盘旋鼓动下以肯定的线速率运动。同时,单晶硅晶棒正在进给单位的功用下以肯定的进给速率向线网转移。正在晶棒进给转移的同时,率领磨粒的砂浆通过喷嘴喷向 线网。金属线鼓动砂浆使磨粒达到加工区域的同时对 磨粒施加压力。磨粒正在晶棒和金属线间的固液羼杂区 域举办切片。砂浆线切割本领中,砂浆是磨粒的载体, 对悬浮于个中的磨粒起到不变分裂的功用,因而需求具 有肯定的黏度。同时,砂浆还需求鼓动磨粒随线锯沿途 运动,因而需求拥有较好的滚动性。为了防范切片区域 温渡过高,砂浆还应拥有较好的导热性。正在现实利用 中,日常选取聚乙二醇举动磨粒的分裂剂。砂浆线切割 本领拥有切缝窄、切割厚度匀称等益处,是硅质料和 4H-SiC切片的主流本领,但存正在加工恶果低、磨粒应用率低、对境遇不友爱等坏处。

　　近年来,金刚线切割本领因其加工恶果高、线耗本钱低和境遇友爱等上风受到业界的广博合心。金刚线切割本领通过凝固正在线锯上的金刚石磨粒举动固定切割点正在晶体质料上刻划杀青质料的去除。如 图 2(a)所示,金刚线寻常为表表附着镍基合金或树脂的不锈钢线。日常通过电镀、粘合或焊接等本领正在镍 基合金或树脂层中固着细幼的硬质颗粒举动磨粒。正在切割时,磨粒与晶锭表表直接接触,通过二体磨损去除 切缝处的晶体质料。正在硅片切割界限,硬质颗粒多为 SiC 颗粒。正在 4H-SiC 晶片切割界限,采用金刚石颗粒 举动磨粒。金刚线切割本领已经采用多线H-SiC 金刚线切割兴办的示企图和实物照片 。与砂浆线切割本领区其余是,该本领寻常运用水基冷却剂,因而较为环保。

　　本文综述了线锯切片本领的探索进步,以硅质料为例先容了线锯切片本领的力学模子和质料去除机理, 接着叙论了线锯及工艺合联身分对证料去除的影响。最终,先容了线H-SiC 晶圆加工中的应 用,阐发了加工历程中晶体的表表毁伤。

　　Li 等设备了砂浆线切割历程中线锯、晶锭与磨粒之间彼此功用的接触应力模子。如图 3 所示,正在砂 浆线 m / s)转移,正在线锯的鼓动下,磨粒正在晶锭表表滚动。同时, 线锯对磨粒施加压力,使磨粒压入晶锭。滚动和压痕彼此功用正在半导体中造成独立的切屑和表表裂纹,同时 也会导致应力纠集,惹起了质料去除。这被称为质料去除的滚动-压痕模子 。从该模子开拔,能够阴谋和 阐发磨粒正在晶体上施加的法向和切向的应力。阴谋结果表白,最向应力产生正在压痕点,而最大剪应力出 现正在接触面下方。这种次表表剪切激动了裂纹的剥离效应。该模子能够很好地疏解和预测切削历程中应力 及其漫衍,可用于确定滚动-压痕历程中磨粒的最佳几何样子,然而因为利用了线性叠加道理,其结果仅对弹 性变形有用。

　　Bhagavat 等采用有限元办法阐发了滚动-压痕 模子中砂浆、线锯与磨粒之间的弹性流体彼此功用。探索结果表白,砂浆线切割历程中,因为砂浆的存正在, 线锯无法将磨粒直接压入晶锭中,磨粒正在“浮动”条款 下以非直接接触的时势举办质料去除,质料去除恶果 很低,且最幼切缝厚度大于均匀磨料尺寸,导致了脆 性半导体晶片表表造成较多的裂纹与较差的表表粗 糙度。除了滚动-压痕模子表,Yang 等 还斟酌了磨 粒对晶锭的刮擦历程,提出了刮擦-压痕模子。连合这 两种模子,同时斟酌了磨粒滚动、压痕和划痕惹起的 微断裂和微滚动历程对脆性质料的去除,他们预测了质料去除速度(material removal rate, MRR)与质料力学 机能以及工艺参数之间的相干,为线锯恶果的升高供给了凭据。

　　正在线锯、研磨及掷光等呆滞加工历程中,质料的去除是通过很多磨粒同时功用来杀青的。单颗粒压痕和 划痕模子常用来阐发线锯机能对证料去除率和亚表表毁伤的影响。单个金刚石磨粒单次刻划是阐发金刚石 磨粒与衬底质料接触的一种简化模子,探索对象仅为单个金刚石磨粒,因而便于贯通确实切片历程中的质料 去除机理和裂纹扩展秩序。单磨粒单次刻划实行寻常正在纳米压痕仪或自造的刻划实行装备长举办。另表, 也有通过阴谋机模仿举办单磨粒刻划的机理探索。

　　固然砂浆线切割本领和金刚线切割本领正在仪器兴办及操作上拥有相同的特征,但从质料去除机造的角 度来看,二者有根基的区别。如图 4(a)所示,砂浆线切割中的质料去除是通过磨粒、线锯和晶体质料之间的 彼此功用杀青的,即三体磨损。然而,金刚线切割本领则是通过二体磨损去除衬底质料,即金刚石磨粒与晶 体质料的直接彼此功用,如图 4(b)所示。

　　日常采用压痕断裂力学办法阐发质料因脆性断裂产生的去除历程。脆性质料中压痕的变形机造和裂纹 体系如图 5 所示。压头正下方有一个塑性区,塑性区存正在两个重要裂纹,即中位裂纹/ 径向裂纹和横向裂纹 ,个中 c L为横向裂纹的长度,c 为中位裂纹深度,h 为磨粒压入深度,a 为磨粒压入半径并向表扩展 到 b。横向断裂模子可用来阐发划片/ 研磨历程中的质料去除。当横向裂纹扩展到表表时,质料被去除。横向裂纹尺寸可示意为负载的函数:

　　式中: ζ0 、ζL 是与质料或压头无合的无量纲常数;A 是与压 头几何样子相合的无量纲常数;E、H 和 Kc 辞别为质料的 杨氏模量、硬度和断裂韧性;P0为由质料本质和几何样子 决策的出现裂纹的载荷极限; ψ 为压头棱锥角落之间的夹 角。当接触载荷较大时,即满意 P P0时,式(1)可简 化为:

　　式中: UK 为压入动能。固然基于压痕断裂力学办法获得的结果可以疏解玻 璃等脆性质料的切割与研磨 ,但该办法不行很好地解 释单晶硅及 SiC 质料的切割。Moore 和 King提出的模子同时斟酌了延性和脆性两种切削形式。脆性质料 的延性切削模子足够了质料去除机理,并补充了脆性断裂 模子的亏损。

　　20 世纪 90 年代,人们察觉脆性质料能够正在特定条款下以延性形态切割。正在单点车削或划痕实行中,研 究者们观看到了正在硅、SiC 和蓝宝石等质料的韧性切削形式 。韧性切削形式中重要的质料去除机造是 塑性滚动而不是断裂,这个历程也被称为延性域切削。当通过塑性变形历程切削脆性质料时,会出现与掷光 或研磨邻近的表表粗陋度。然而,与掷光或研磨区别,切削是一个确定性历程,批准灵巧担任轮廓精度和复 杂样子。杀青延性去除的条款是全部磨粒的切削深度幼于临界切削深度,胜过该深度,切削形式将由韧性断 裂形式变动为脆性断裂形式 。正在切削深度很低时,切削区压力大到足以使质料变动为塑性形态,从而 巩固切削的延性去除。临界切削深度不光取决于质料的物理特色,也依赖于切削的式样、精度、刚度及磨粒 的尺寸、漫衍和磨损等。另表,切削历程中的相变也会影响硅的延性去除 。单颗粒磨削实行探索结果表 明,单晶硅的临界切削深度约为 15 nm 。

　　图 6 映现了单晶硅延性切削的图像,润滑的切削面表白晶体产生了塑性形变合联的延性切削,延性切削 能够消释或删除微裂纹的出现。因为微裂纹是施加载荷下晶圆断裂的来历,延性切削能够升高晶圆的呆滞 强度。相较延性切削,脆性断裂能够更有用地去除质料,从而升高锯切恶果。关于金刚线切割,通过更动工 艺条款,使妥善的切削形式产生正在区其余锯切区域,希望正在高效切割的同时得到高呆滞强度晶圆。

　　线锯切片是一个极端丰富的加工历程,涉及到多种身分及其彼此功用。线锯切片本领的探索重要纠集 正在线锯的成立和切片工艺参数两方面。合联的工艺参数搜罗线锯的张力、转移速率、进给速率、磨粒的漫衍 和密度等。锯切历程中质料的去除是由线材、切削磨粒和流体动力境遇决策的。温度会影响锯切处的摩擦 和润滑条款,从而影响锯切的集体机能。振动会导致线锯紧张磨损乃至断裂,进而出现锯痕。

　　砂浆中磨粒的粒径漫衍、体积分数等参数与晶片强度、表表粗陋度、晶片厚度等亲昵合联。探索表白 运用较低磨粒体积分数的浆料,连合较低的线张力和较慢的进给速度,得到的晶片拥有较高的呆滞强度。Bierwisch 等应用耗散粒子动力学和离散元模仿办法探索了磨料悬浮液中的流体和区别磨粒样子对锯切 接触形态的影响。模仿结果表白,接触形态取决于磨粒样子及其力均衡,比如,金属线锯处正在高应力和低速 度时将产生半接触,而低应力和高速率将出现非接触。

　　为处理古板圆柱形金属丝正在切片历程中切槽出口浆料 干燥的题目,人们打算并杀青了如图 7(a)所示的机合化线 锯 。机合化线锯的成立式样使得纵使给线锯施加张力 时,线锯纵向轴仍优劣直线。实行中运用的线 μm, 而 结 构 化 线 μm, 表 观 表 径 正在 120 ~ 160 μm。正在多晶硅砂浆线锯历程中,机合化线% ,线% , 浆料破费删除了 40% 。机合化线锯加工获得的晶片总厚 度转化(total thickness variation, TTV)也明明幼于直线切割 的晶圆,表白机合化线锯正在全面锯切通道中更匀称地输送 浆料和磨粒。然而机合化线锯酿成的切缝亏损较大,机合 化线锯的集体经济效益需求斟酌非常的切缝亏损。

　　因为线材本钱较高,日常采用线材的往还运动来低落 线材的破费。Wu 等探索了往还运动对硅片质料的影 响。如图 7(b)所示,线锯的往还运动正在晶片表表造成了两 个明明的切割区。这两个区域的表表粗陋度分歧较大,正在 金属丝向前运动历程中能够观看到较高的 MRR。

　　另表,也有探索合心锯切通道内的温度上升及其对浆 料黏度和境遇的影响。Lars 等 通过模仿和实行探索了 硅片浆料锯切历程中的传热机造。探索结果表白,切削区 重要的热量原因是黏性的耗散。由于热量的出现很大水平上取决于浆料中的剪切速度,而浆料中的剪切速 率受线速率的担任。受线速率影响的切削区的磨削历程酿成了浆料的黏度耗散。因而,黏度耗散是重要的 加热源。锯缝的温度从进口侧的 30 ℃上升到出口侧的 65 ℃ ,同时浆料沿锯切通道黏度低落 4 倍,所以浆料 沿锯切通道率领磨粒的恶果低落。抛弃的浆液中含有去除的衬底颗粒和磨粒,能够会酿成紧张的境遇题目。同时,因为本钱较高,需求对磨粒和衬底质料举办接收应用。为了接收应用,人们提出了各类各样的办法来 分散料渣和磨粒,比如高温管束法、过滤法、电场分散法和离心分散法等。

　　金刚线线锯日常采用电镀或树脂粘接工艺成立。电镀连合强度高,树脂连合本钱低。为了升高树脂粘 接金刚线的断裂强度和刀具耐磨性,可正在粘接历程中插手金属粉末。电镀工艺中,阴极邻近个人金属离 子浓度消浸,导致电镀恶果无法进一步升高。Chiba 等正在电镀液中运用盘旋电刷来防范离子浓度消浸,生 产恶果可升高 30 倍以上,同时升高了金刚线的耐磨性。

　　金刚线线锯的打算搜罗线锯尺寸及磨粒的样子、巨细和漫衍,这些参数与集体锯切机能亲昵合联。固然 金刚石磨粒漫衍希罕会局限质料去除速度和加工恶果,但为了顺手排除锯屑,需求妥善增补金刚石磨粒之间 的缝隙。图 8(a)映现了 MRR 与磨粒漫衍的相干 ,个中 αij为磨粒夹角。正在区其余条款下,质料的去除模 式能够正在拉伸(韧性)形态和脆性断裂之间转换。一朝载荷胜过临界载荷条款产生脆性断裂,质料去除速度 明显增补。图 8(b) ~ (e)揭示了磨粒样子对硅切割形式变动的影响,为线材打算供给了引导:尖利的锐磨粒应当运用正在巨额去除质料的场所,由于脆性断裂会导致高的质料去除速度,而钝/ 圆形粗磨粒应当利用于晶 圆表表的加工,由于延性去除删除了微裂纹的出现,能够得到更高的晶片强度。

　　为了低落加工本钱,升高晶锭的出片率,尽能够删除锯缝亏损,需求正在保障锯丝锯切才略和耐磨性的同 时,尽量减幼锯丝直径。Kim 等 探索了锯丝的电镀层厚度,并阐发了随之更动的锯切才略。Furutani 等将碳化钨浸积于金属丝上,升高了锯丝的锯切才略。Zhang 等为升高线锯的强度,应用钎焊本领成立了钎焊锯丝。

　　正在锯切通道中,线锯张力为质料去除供给动力。线锯张力亏损存正在两种机造 :衬底质料的存正在导致 线锯塑性变形,从而导致线锯张力亏损;磨损导致的线锯直径的减幼会惹起全面锯切接合区域线锯张力的缓 慢亏损。

　　切片加工历程磨粒的磨损和零落会低落锯丝的锯切才略,乃至酿成切片加工时锯丝拉断。文件[43-46] 细致地观看和阐发了切片加工历程中锯丝上磨粒的磨损、零落秩序及其对切片质料的影响。文件[7]表征 了切割 SiC 历程中线锯的磨损。正在加工中,金刚石磨粒表表的粘接剂开始被磨损,然后金刚石磨粒表表产生 磨损平面,进一步的磨损使得金刚石磨粒被拉出,这导致了 SiC 晶片表表的划痕和损坏。Kumar 等实行 探索了金刚线线锯磨损对晶圆厚度和表表粗陋度的影响。结果表白,肖似尺寸的金刚线切割获得肖似的平 均晶圆厚度,但晶圆厚度规范差跟着切割锭数的增补而增补。Schwinde 等察觉线锯的磨损只产生正在锯切 槽的底部,由于底部产生了质料的去除。这注脚正在切片历程中金属丝没有绕其纵轴盘旋,所以沿进给对象长 轴的椭圆截面线材打算可以升高耐磨性。

　　切片质料的升高能有用升高半导体晶圆质料、删除晶圆成立本钱。探索者们对切片加工质料的探索主 要纠集于切片工艺参数对 MRR 、Ra 填隙片、翘曲度(Warp)、TTV 、断裂强度 、残存应力 、 亚表表裂纹毁伤的影响。

　　图 9(a)映现了线锯切片历程中的合联参数。Jia 等[50]基于 Preston 方程探索了主轴转速和进给速率 对 Ra 的影响。通过优化主轴转速和进给速率,能够得到最幼的 Ra。张立等提出砂浆线切割时,正在切片 末梢,因为磨粒的切削才略消浸,为了得到较好的表表翘曲,应当低落切割速率。Bidiville 等探索了砂浆 切割中硅片的 Ra 和微裂纹密度。Bidiville 等以为,切片后晶圆断裂强度是枢纽的产物德料参数。另表, 他们还提出了一个参数模子,以表征断裂强度与浆料中磨粒的密度、钢丝张力及进给速率的相干。按照该参 数模子能够预测晶圆强度,然而,该模子仅合用于模子阴谋周围内的工艺条款。同时,该模子的适用性也局 限于特定的锯切体系/ 工艺,肖似的模子参数集对其他体系/ 工艺无效。然而,该模子如故可认为工业境遇下 的锯准确行打算供给引导。

　　Bhagavat 等提出了一个有限元模子,对线锯切片历程中晶锭的温度转化举办了表征和阐发,并斟酌 了温度对有限元模子以及质料去除的影响。如图 9(b)所示,区其余切割场所存正在区别水平的温升,线切割 切片历程中的温度转化能够会导致晶片产生翘曲,他们提出了一种通过智能担任畛域条款来得到相对匀称 的温度漫衍的办法,以删除因热量而出现的翘曲。

　　正在线锯切片工艺中,晶片厚度匀称性也是一项枢纽的质料目标。正在切片历程中,当 MRR 随功夫转化 时,就会产生不匀称性。Zhao 等利用受桎梏的高斯模子评估了 MRR 随功夫的转化。该模子斟酌了加工 锯切历程、体系偏差和随机噪声。该办法应用现实的锯准确行数据获得高斯模子系数,可以预测 MRR 弧线(c)所示,切割历程中线锯的振动并非匀称,因为线锯切片是一个动态历程,Zhu 等 运用基于 Galerkin 的模态阐发来探索线锯历程中的振动特色。图 9(d)表白,接触跨距增大时,线锯的振动位移减幼, 这疏解了沿线锯转移对象 Ra 减幼这一情景。另表,线锯的张力也对其振动起着主要功用。Liedke 等提 出了砂浆线切割历程中宏观力学条款的解析模子。基于锯准确行结果,设备的参数化模子可以阐发出丝速、 进给速率、丝张力等主要工艺参数以及钢锭尺寸、丝长等几何参数对研磨压力和丝弓的影响。

　　表 1 比力了目前单晶 SiC 区别切片工艺的主流加工质料。古板的金刚石锯片内圆锯切只合用材 料的粗加工,无法利用于大尺寸单晶 SiC 的严密加工。目前 SiC 晶锭的切片本领重要有砂浆线切割、金刚线 切割以及超声辅帮的金刚线切割。砂浆线切割的工艺最成熟,是常见的切割式样之一,其切片最幼厚度为0. 2 mm,但质料去除恶果低且污染境遇,切割损耗较高。金刚线 mm 时,切片恶果 较高,对境遇友爱,能够用于大尺寸单晶 SiC 的严密加工,但因为高硬度的金刚石磨粒直接与晶片表表接触, 加工中容易酿成晶片隐裂或粉碎,另表,切割时零落的金刚石磨粒和碎屑若不行实时排出,将影响线锯的切 割才略,增补切割时长,而且给晶圆表表酿成线痕等毁伤。超声辅帮的金刚线切割增补了线锯寿命,升高了 SiC 的表表质料,合用于单晶 SiC 的严密加工,切片本钱较高,尚未广博利用。

　　正在单晶 SiC 晶锭的线锯切片中,线锯寻常有三种进给式样 :平推切割线锯切片本领及其正在碳化硅晶圆加工中的运用、摇荡切割和工件盘旋点切割,如 图 10 所示。平推切割:正在切割历程中,锯丝与晶锭的接触长度是接续转化的。接触长度的接续转化导致整 个晶片的表表加工存正在不匀称性。正在切割大尺寸 SiC 时,切屑不易从锯缝中倾轧,况且低落了冷却液的冷却 恶果。至于摇荡切割,晶锭固定不动,线锯安设正在拥有上下运动才略的框架上,加工历程中线锯绕框架上一 固定点以肯定的角速率举办摆动。摇荡运动保障了切片历程中线锯与晶锭之间恒定的弧接触,从而保障了 全面锯切历程中接触长度的褂讪。比拟平推切割,摇荡切割(摇荡频率为 0. 3 Hz)能低落锯切力 35% ,切片 表表粗陋度由2. 2 μm 低落到0. 5 μm,表表毁伤层也有大幅度的改观[7] 。但摇荡切割体系机合相对丰富,正在 线锯高速切割和高频摇荡时,振动将影响 SiC 单晶的加工精度。工件盘旋点切割则是正在金刚石线锯平推切 割单晶 SiC 晶锭的同时使 SiC 晶锭绕其对称轴自转,如图10(c)所示。该切割形式的最大益处是正在切割历程 中线锯与晶锭永远仍旧点接触,这既减幼了锯切力又减幼了锯切出现的热量,有利于耽误线锯寿命和改观晶 片的表表质料。但跟着切割历程的举办,晶锭的反转半径慢慢减幼,由线锯的运动速率和晶锭自转线速率合 成的切割速率也慢慢减幼,正在盘旋轴邻近处的切割晶片表表质料有所低落。

　　SiC 线锯切片的其他工艺参数有线锯线速率、进给速率和进给力等,日常采用正交试验法对这些工艺参 数举办优化。Hardin 等和 Huang 等[10]对单晶 SiC 举办切片,阐发了切片工艺参数对锯切质料的影响。金刚石线锯固然能有用地切割 SiC 晶圆片,但存正在着紧张的表表毁伤,搜罗滞止槽、碎裂和微裂纹。Li 等设 计了带有自适宜力担任器单线锯体系。按照法向力与其他历程身分的合联性设备动态模子,采用自适宜控 造器来仍旧法向力恒定。这种法向力的主动担任导致更高的切削临蓐率和表表粗陋度的明显消浸。另表, 超声振动辅帮利用于单晶 SiC 的线锯中可有用改观切片的表表质料 。

　　SiC 的单颗粒刻划实行察觉,磨粒刻划正在晶体表表出现了脆性剥落和划痕,如图 11(a)所示。脆性 剥落的周围胜过磨粒的刻划宽度,注脚刻划惹起的应力向质料表表扩展。正在磨粒与晶体表表早先接触的瞬 间,磨粒尖端会因为打击造成局域的微粉碎,进而造成轻微的切削刃,这些切削刃正在刻划区域造成了多道细 微划痕,如图 11(b)所示。此表,正在源委一段功夫的磨损后,磨粒的切削才略大幅衰弱,划痕中残留很多未被 去除的质料,如图 11(c)中划痕内部明亮区域所示。磨粒刻划酿成的划痕角落存正在很多微裂纹及横向裂纹, 场所附近的裂纹会产生交叉,酿成了表表的微粉碎。另表,因为 SiC 各向异性的力学本质,微裂纹会向特定 对象扩展,导致晶体的解理粉碎。

　　扫描声学显微镜是一种对亚表表举办成像的无损检测办法,可用来观看 SiC 晶片的亚表表毁伤。利用 扫描声学显微镜对 SiC 晶圆表表及其以下 2 ~ 4 μm 的亚表表举办成像[7] ,察觉正在较低的进给速度下,SiC 的 表表及亚表表毁伤均有明明低落。同时,亚表表的裂纹等毁伤明显低于表表,获得的显微图像尤其平整,如 图 12(a) ~ (c)所示,图 12(a)中 G 为刻划槽之间的间距,B 区域的特写图片如图 12(b)所示,图 12(c)为另 一类划痕的局域放大图,能够是线锯中太过超过的金刚石磨粒导致了该切割表表区域上的划痕。

　　单晶 SiC 正在线锯切片中的质料去除式样重要为脆性去除,但同时陪同延性去除。延性去除时,质料仅发 生弹性变形,去除时势为切屑去除,大大低落了裂纹及亚表表毁伤。孟磊等按照单磨粒模子及实行,探索 了 SiC 线锯切片的质料去除机理,指出可通过升高线锯速率、减幼进给来杀青塑性去除。王肖烨等 通过 单点金刚石的刻划实行,验证了 SiC 切割历程中的脆塑断裂及塑性犁削的质料去除机造,并阐发了脆塑转化 的条款及工艺身分。固然韧性切割式样尚未正在金刚线切割晶圆的探索中被报道,但正在金刚石线锯晶圆片上 时常观看到韧性切割沟槽。图 12(d)为单晶 SiC 正在金刚石线锯加工中出现的韧性切削槽 ,与硅较高的临 界切削深度区别,SiC 中临界切削深度仅为 2 nm。

　　纳米压痕本领可用来长远探索质料的微观变形机理。SiC 中的初始塑性变形会导致位错的形核和滑 移,并诱导相变及非晶化 。如图13(a)所示,分子动力学模仿表白,磨粒压入历程的剪切应力是导致 SiC 压痕形变的重要缘故 。如图 13(b)所示,纳米压痕实行表白,正在 4H-SiC 初始塑性变形历程中,剪切应力 永远强于拉伸应力,并导致了基平面位错的形核。晶体内部位错塞积出现的高应力场导致 4H-SiC 的非 晶化变动和相变。如图 13(c)所示,正在压痕下方表层和近表层区域的 TEM 照片表白产生了从 4H-SiC 到 非晶和 3C 的晶型变动。

　　脆硬质料的单磨粒滚动压痕和划痕模子是质料去除和亚表表毁伤阐发的根基。然而现有的质料刻划模 型难以同时斟酌延性和脆性两种去除形式,需求加以矫正才略更好地与实行连合。另表,因为 SiC 等新一代 半导体质料滋长本钱慷慨,且对衬底晶片表表质料的请求极高,因而对其切片本领也提出了更高的请求。线 锯切片本领正在国内 SiC 晶体加工界限中的利用胜过了 20 年,人们对线锯切片本领举办了巨额的表面筑模和 实行探索。然而,对其切削式样、工艺参数、质料及彼此功用方面仍需更多的根基探索,以期为线锯机能优化 供给有用的引导。切割历程中晶锭的割裂是一个极端紧张的题目,能够会导致切片历程的彻底腐臭。割裂 能够由晶体自己的呆滞强度亏损惹起,有时也由加工线断裂惹起。怎样升高 SiC 等晶体的呆滞机能并避免 正在动态锯切境遇下的断线尚未获得探索。因为慷慨的质料本钱,锯缝宽度和晶片厚度应尽能够减幼以升高 出片率,这对线锯本领的表面和工艺探索提出了更高的挑拨和请求。

　　大尺寸的单晶 SiC 衬底是他日的主流繁荣趋向,目前国内主流 SiC 企业一经根基杀青周全滋长 6 英寸, 正朝着 8 英寸的对象疾捷繁荣。金刚线切割的加工恶果高且环保,更适合于大尺寸的单晶 SiC 加工,但目前 仍存正在少许题目。正在大尺寸晶圆切割中,线锯的磨损成为必需斟酌的枢纽题目。开始,大尺寸晶圆加工功夫 较长,需求更长的线锯寿命。此表,线锯的紧张磨损会导致切割才略消浸,同时晶片表表翘曲增补,加工质料 敏捷恶化。最终,因为晶圆尺寸的增补,零落的磨粒与 SiC 碎屑难以实时从晶片表表排出,影响切割才略,增 加切割时长,并给晶圆表表酿成线痕等毁伤,乃至导致晶片割裂。目前合于大尺寸晶圆切割的报道较少,亟 需针对大尺寸晶圆切割合联的科知识题举办长远开掘和贯通,同时连合工艺探索,处理大尺寸晶圆加工面对 的题目。针对大尺寸单晶 SiC 衬底的高质料加工需求,展开线锯切片本领的探索,杀青大尺寸单晶 SiC 晶片 低劣裂纹毁伤的精亲昵片加工,对我国宽禁带半导体界限成立本领的繁荣拥有主要的意旨。

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