單晶硅納米磨削過程的摩擦裂紋試驗研究.pdf

1、單晶硅是集成電路(IC)制造過程中最常用的襯底材料，單晶硅的表面質量直接影響著器件的性能、成品率以及芯片壽命。隨著單晶硅尺寸的增大及特征尺寸的不斷縮小，新的硅片高效超精密加工工藝得到了大量的研究，其中，具有高效率、高精度、低損傷等優(yōu)點的硅片自旋轉納米磨削技術正逐步成為空白硅片平整化和圖形硅片背面減薄的主流加工技術。然而，納米磨削加工會不可避免地給硅片引起表面層微裂紋損傷，該損傷會影響后續(xù)拋光工序的拋光去除量、增大超薄硅片在夾持、搬運、劃

2、片時碎裂的風險。目前，對單晶硅磨削表面層微裂紋損傷的研究還不完善，深入研究單晶硅納米磨削表面微裂紋損傷機理對最終實現硅片的高效率、高精度、無損傷、超光滑表面的加工有著重要的指導意義。本文在深入分析單晶硅加工表面微裂紋損傷的研究現狀及存在問題的基礎上，對單晶硅納米磨削加工表面微裂紋損傷、主要對摩擦裂紋進行了深入研究。 首先通過磨削實驗，研究了單晶硅納米磨削過程表面微裂紋的類型及其特征，發(fā)現摩擦裂紋是單晶硅納米磨削過程中普遍存在的一

3、種典型微裂紋，與中位裂紋、側向裂紋一樣，是單晶硅納米磨削過程表面微裂紋的主要形式。 其次通過單顆磨粒磨削試驗，研究了磨粒尺寸、單晶硅晶面及晶向、磨粒切削深度對單晶硅表面摩擦裂紋的影響，研究結果表明：單晶硅{100}、{111}晶面上納米磨削過程中的摩擦裂紋形態(tài)取決于切削方向、磨料尺寸和切削深度，與單晶硅的晶面與晶向無關。 另外通過Al2O3、金剛石等不同磨粒進行了單顆磨粒磨削試驗，對單晶硅摩擦裂紋產生直至最后消失的整個變

4、化過程進行了研究，研究了磨粒切削深度對摩擦裂紋的影響，得出單晶硅表面摩擦裂紋產生的磨粒臨界切削深度。試驗研究發(fā)現當磨粒切削深度減小到6nm左右，摩擦裂紋才可能會最終消失。這表明，針對摩擦裂紋而言，通過控制磨削過程中磨粒的切削深度在6nm以下時，實現純粹的延性域磨削是可行的。 最后通過不同磨粒的磨削試驗，研究了磨粒與單晶硅接觸面應力分布與摩擦裂紋的擴展機理，分析了不同磨粒磨削過程單晶硅表面摩擦裂紋擴展與劃痕深度的變化關系，分析了磨