磨削减薄工艺下硅晶圆亚表面损伤层的实验研究

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硅晶圆是集成电路生产中应用最广泛的衬底材料,它的质量直接影响着封装器件的性能以及可靠性。随着集成电路产业的高速发展,硅晶圆的尺寸不断增大,厚度不断减小,这使得硅晶圆更容易出现翘曲和破碎,因此,对硅晶圆的表面平整度以及表面层的质量提出了更严格的要求。在硅晶圆的制备以及背面减薄的过程中要经历一系列切割、磨削等工艺流程,这期间难免会给硅晶圆亚表面带来损伤。其中任何一个微小的损伤都会导致器件成为废品,因此,对硅晶圆亚表面损伤的研究有助于改善硅晶圆的加工工艺,提高硅晶圆的加工质量。  本文中采用截面显微观测法研究了用自旋转磨削方法磨削出的大尺寸硅晶圆的亚表面损伤情况。通过在硅晶圆上有规律的取样检测,得到了硅晶圆亚表面损伤深度的分布规律:硅晶圆的亚表面损伤深度从中心到边缘逐渐增大;硅晶圆的亚表面损伤深度沿圆周方向呈波动性分布,对称位置上的损伤深度基本相同;<110>晶向上的损伤深度值大于<100>晶向上的损伤深度值。  利用几组单因素实验,分别找出了各磨削参数与亚表面损伤深度之间的关系:硅晶圆的亚表面损伤深度随着砂轮进给速率的增大以及砂轮转速的减小而逐渐增大;在晶圆转速为200r/min时,裂纹深度达到最小值,且上下变化的幅度比较小;三个磨削参数(砂轮进给速率、砂轮转速和晶圆转速)对硅晶圆亚表面损伤的影响都是显著的。  通过对亚表面微裂纹的统计,得出了5种不同类型的亚表面微裂纹:斜向形微裂纹、折线形微裂纹、分叉形微裂纹、中位微裂纹、横向形微裂纹;研究发现不同形状的微裂纹沿晶圆圆周方向上是随机分布的,且每种形状微裂纹的分布百分比随磨削参数(砂轮进给速率、砂轮转速、晶圆转速)的变化没有明显的变化趋势。
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