傳統(tǒng)單晶硅的加工(獨家)
切片
在單晶硅滾圓或切方塊工序完成后,接著需要對單晶硅棒切片。切片是硅片制備中的一道重要工序之一,微電子工業(yè)用的單晶硅在切片時,硅片的厚度,晶向,翹曲度和平行度是關(guān)鍵參數(shù),需要嚴格控制。經(jīng)過這道工序晶錠重量損耗了大約三分之一。太陽電池用單晶硅片的厚度約為200~300um,也有報道硅片厚度可為150um 左右。單晶硅錠切成硅片,通常采用內(nèi)圓切割機或線切割機。內(nèi)圓切割機是高強度軋制圓環(huán)狀鋼板刀片,外環(huán)固定在轉(zhuǎn)輪上,將刀片拉緊,環(huán)內(nèi)邊緣有堅硬的顆粒狀金剛石。切片時,刀片高速旋轉(zhuǎn),速度達到1000~2000r/min。在冷卻液的作用下,固定在石墨條上的單晶硅向刀片會做相對移動。這種切割方法,技術(shù)成熟,刀片穩(wěn)定性好,硅片表面平整度較好,設備價格相對較便宜,維修方便。但是由于刀片有一定的厚度,在250~300um 左右,約有1/2 的晶體硅在切片過程中會變成鋸末,所以這種切片方式的晶體硅材料的損耗很大;而且,內(nèi)圓切割機切片的速度較慢,效率低,切片后硅片的表面損傷大。
另一種切片方法是線切割,通過粘有金剛石顆粒的金屬絲的運動來達到切片的目的。線切割機的使用始于1995 年,一臺線切割機的產(chǎn)量相當于35 臺內(nèi)圓切割機。通常線切割的金屬直徑僅只有180um,對于同樣的晶體硅,用線切割機可以使材料損耗降低,在25%左右,所以切割損耗小,而且線切割的應力小,切割后硅片的表面損傷較;但是,硅片的平整度稍差,設備相對昂貴,維修困難。太陽電池用單晶硅片對硅片平整度的要求并不高;因此線切割機比較適用于太陽電池用單晶硅的切片。切片結(jié)束后,將硅片清洗,檢測厚度、翹曲度、平整度、電阻率和導電類型。
倒角
倒角工藝是用具有特定形狀的砂輪磨去硅片邊緣鋒利的崩邊、棱角、裂縫等。硅片邊緣的鋒利的崩邊、棱角、裂縫等會給以后的表面加工和集成電路工藝帶來以下一些危害:
a.使硅片在加工和維持過程中容易產(chǎn)生碎屑,這些碎屑會對硅片表面造成損傷,損壞光刻掩膜,使圖形產(chǎn)生針孔等問題;
b.在硅片后續(xù)熱加工(如高溫氧化,擴散等)過程中,棱角、崩邊、裂縫處的損傷會在硅片中產(chǎn)生位錯,并且這些位錯會通過滑移或增殖過程向晶體內(nèi)部傳播;
c.在硅片外延工藝中,硅片邊緣的棱角、崩邊、裂縫的存在還會導致外延的產(chǎn)生。
磨片
切片完成以后,對于硅片表面要進行研磨機械加工。磨片工藝要達到如下的目的:
a.去除硅片表面的刀疤,使硅片表面加工損傷均勻一致;
b.調(diào)節(jié)硅片厚度,使片與片之間厚度差逐漸縮小;并提高表面平整度和平行度。磨片機通常為行星式結(jié)構(gòu)。存在上磨盤公轉(zhuǎn),上磨盤自轉(zhuǎn),下磨盤自轉(zhuǎn)和硅片自轉(zhuǎn)四種運動,可以對硅片正反兩面同時實現(xiàn)均勻的研磨。在實際研磨的過程中,由于硅片的硬度,應使上盤壓力逐漸增大,最終使硅片承受壓力達到一定數(shù)值。磨片工藝的質(zhì)量和研磨速率主要取決于磨料的粒度、濃度、性質(zhì)、硅片所受的壓強,研磨時間等因素有關(guān)。磨片工藝中較常出現(xiàn)的問題主要有如下三種:
a.硅片表面會出現(xiàn)淺而粗短的劃傷。這種損傷是磨料顆粒不均勻所引起的。這就要求磨料顆粒均勻,注意設備的清潔;
b.硅片表面會出現(xiàn)深而細長的劃傷。這種損傷很可能是磨料中混入了尖硬的其它顆粒;
c.硅片表面有裂紋。這種損傷一般是由于上磨盤壓力太大所引起的;
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