CN108177044A

CN108177044A - 一种集成电路用单晶硅片边缘倒角技术

Info

Publication number: CN108177044A
Application number: CN201711399312.4A
Authority: CN
Inventors: 周静; 张俊宝; 陈猛
Original assignee: Chongqing Super Silicon Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Chongqing Super Silicon Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-06-19
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN108177044B

Abstract

本发明技术提供一种集成电路用单晶硅片的边缘倒角技术，采用两步法对集成电路用硅片进行边缘倒角，分别为倒角粗磨和倒角精磨。倒角砂轮沟槽的特征在于沟槽底部为一段圆弧，侧边为抛物线。底部圆弧与侧边抛物线相交，底部圆弧在交点处的切线和抛物线在交点处的切线重合。砂轮磨粒的材质为金刚石，配合砂轮转速、硅片转速、磨削液流量，达到无缺陷倒角的效果，有效地控制了硅片倒角时边缘出现的点状、带状、短线、崩边、毛刺、形状不良等缺陷问题，延长倒角砂轮的使用寿命，提高了硅片的加工成品率。

Description

一种集成电路用单晶硅片边缘倒角技术

技术领域

本发明涉及集成电路用单晶硅片的制造技术领域，尤其涉及单晶硅片倒角技术，以及倒角时硅片边缘缺陷的控制技术。

背景技术

随着全球电子信息产业的飞速发展，对集成电路用单晶硅片的需求也快速增长。同时集成电路的线宽越来越窄，对硅片的性能要求也相应越来越苛刻。硅片加工的难度也越来越大。

在集成电路单晶硅片加工工艺中，晶棒经多线切割形成硅片。此时的硅片边缘为锐利边缘，有棱角、毛刺、崩边，甚至存在微小的裂纹及其他缺陷，边缘的表面也比较粗糙。而这种锐利边缘在后续加工和使用过程中会与承载片盒及其他机械部件发生摩擦或撞击使硅片边缘产生应力集中而导致硅片产生微裂纹、崩边、破裂，造成硅片不良及废弃，同时，由于硅片破裂产生的碎硅片和硅渣又会间接或直接对其他硅片和加工机台产生影响，对于硅片洁净度要求高的加工工序，则会造成更大的损失。

另外，硅片在制造集成电路的工序中会有多次的热循环，需要多次在 1000℃以上的高温中进行氧化、扩散或光刻，这些加热或冷却的过程非常迅速，在某些区域会产生热应力，而硅片的边缘正是热应力易于集中的区域。如果硅片的边缘不好，如有崩边、毛刺等，硅片的内应力得不到均匀地释放，一旦热应力超过硅晶体的弹性强度，就会产生差排、位错等晶体缺陷，硅片边缘非常容易碎裂或变形，最终使产品报废，造成较大的损失。并且，硅片边缘掉落下来的颗粒，如果粘在硅片的表面，将会给光刻工艺的光刻版造成损坏，同时造成器件的表面有针孔和曝光等瑕疵，影响最终产品的成品率。

硅片在外延生长过程中锐角区域的生长速率会比平面区域的生长速率高，使用未经倒角的硅片容易在边缘区域产生突起，因此硅片倒角能提高外延层及光阻层的平坦度，改善硅片的品质。此外，通过边缘倒角可以规范硅片的直径。通常硅片的直径是由滚圆工序来控制的，由于滚圆设备的精度所限，表面的粗糙度和直径均无法达到客户的要求。在后续的传递和切割过程中，硅片边缘损伤会因为机械撞击而向内延伸，待切割成型后，其边缘存在一圈微观的损伤区域。倒角工序能很好的控制硅片直径和边缘粗糙度。因此，在目前的硅片生产工艺中均要求对线切割后的晶片进行倒角处理。

硅片倒角，也称硅片整圆，是集成电路用硅片外形规格化的必不可少的工序之一。硅片属于脆性材料，通过对硅片边缘进行倒角处理可将硅片锐利、粗糙的边缘修整成光滑有利于后续加工的圆弧形。倒角工艺是通过倒角机用于对硅片边缘进行磨削，硅片通常被真空吸附在承片台上旋转，与砂轮保持一定的距离，通过控制硅片运动，由带有金刚石磨粒的砂轮高速旋转对硅片端面进行倒角。砂轮有各种形状的沟槽，这些形状会反映到硅片上，以得到符合客户需求的端面形状。

在倒角工艺中砂轮是影响硅片倒角端面品质的最重要因素。目前，现有倒角技术中采用的砂轮沟槽基体型式结构为：沟槽底部形状为圆弧状，沟槽侧边的形状为带有一定夹角倾斜直线，直线与底面圆弧在交点处相切。如图1所示，沟槽侧边101、102为侧边倾斜直线。在硅片倒角磨削时，硅片锐利边缘与砂轮沟槽侧边第一接触点总是同一位置（如倒角砂轮剖面图图1所示，103和104为硅片边缘与砂轮沟槽侧边第一接触点），并且此时的硅片边缘最为锐利，由于侧面是直线，与硅片边缘的接触点形成刚性冲击。这一部分的硅片对砂轮沟槽侧边的应力最大，砂轮的磨损速度最大，随着倒角硅片数量的增加，第一接触点会发生过度磨损，在第一接触点处形成一个微小的凹陷。倒角后的硅片会因为砂轮沟槽侧边的微小凹陷出现点状、短线、带状、长线、毛刺、崩边、形状不良等边缘缺陷，影响硅片的质量。同时这些缺陷携带颗粒，影响整个加工工艺过程。

本发明改变沟槽侧边的形状，解决倒角过程中第一接触点会发生过度磨损的现象，同时考虑磨削液进入的容易程度，硅片和砂轮的转速等，达到无缺陷倒角的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成电路用单晶硅片的边缘倒角技术，通过倒角砂轮沟槽侧面形状结构，解决倒角过程中第一接触点会发生过度磨损的现象。并选择砂轮磨粒的材质、砂轮目数、磨削方法、磨削液流量等参数，达到硅片倒角时边缘不出现的点状、带状、短线、崩边、毛刺、形状不良等缺陷，实现无缺陷倒角。

为达到上述的目的，本发明技术采用如下的技术方案：

采用两步法对集成电路用硅片进行边缘倒角，分别为倒角粗磨和倒角精磨。倒角砂轮沟槽的特征在于沟槽底部为一段圆弧，侧边为抛物线。底部圆弧与侧边抛物线相交，底部圆弧在交点处的切线和抛物线在交点处的切线重合。砂轮磨粒的材质为金刚石，配合砂轮转速、硅片转速磨削液流量，达到无缺陷倒角的效果。

倒角粗磨采用的倒角砂轮沟槽的特征在于：沟槽底部为一段圆弧，如图2中205所示；侧边为抛物线，如图2中201和202所示。底部圆弧与侧边抛物线形成两个交点，交点A和交点B，见图2所示206和207。

倒角粗磨砂轮沟槽底部圆弧半径的特征在于，底部圆弧半径的大小与最终硅片边缘半径的大小r的关系是：

式中，为倒角粗磨砂轮沟槽底部圆弧半径，单位为μm，如图2中205所示；r为倒角粗磨砂轮沟槽最终硅片边缘半径，单位为μm。

倒角粗磨砂轮沟槽底部圆弧与侧边抛物线交点的特征还在于，底部圆弧在交点处的切线和抛物线在交点处的切线重合，即沟槽侧边的抛物线段与圆弧段的连接处曲线的斜率相等，并通过交点A或交点B。

本发明倒角粗磨砂轮沟槽的技术特征在于，沟槽底部圆弧半径R所在圆的方程为：

式中，为沟槽底部圆弧半径。

底部圆弧与侧边抛物线交点A和交点B处的切线，切线C和切线D在底部圆弧下方形成一个夹角α，即：在沟槽底部圆弧所在圆的同一坐标系内，侧边抛物线的方程为：

侧面为抛物线曲面不会造成直线平面的过度磨损凹陷，其机理在于硅片磨削时，硅片边缘锐利部分与砂轮沟槽抛物线侧边接触时（如图2所示203、204），由于抛物线的特征，接触点的反射都汇集到抛物线的焦点。硅片边缘锐利部分与砂轮接触点为柔性冲击，并因抛物线的均匀过渡特征，形成均匀过度的曲线型磨削面。同时这一磨削面能长时间保持抛物线的基本形状，不会形成局部凹陷缺陷。

本发明倒角粗磨砂轮沟槽的技术特征在于，切线C和切线D在底部圆弧下方形成的夹角α，α的范围为：

α是切线夹角，在保证砂轮沟槽的有效槽宽大于所加工硅片厚度的前提下，尽量使用较深的沟槽，槽深越浅，磨削液越容易进入砂轮沟槽底部，这样也利于保证倒角的质量和增加砂轮的使用寿命。

沟槽宽度B为沟槽端面顶点209或210在水平方向上的距离，见图2。B与硅片厚度D的关系为：

1.5≤B:D≤2.5。

本发明倒角技术的特征还在于：粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为800-1000。倒角工艺中，砂轮的转速范围为7k~9k r/min，硅片的转速范围为1~30 mm/s，磨削液的流量范围为1.5~4.5 L/min。

倒角精磨采用的倒角砂轮沟槽的特征在于：沟槽底部为一段圆弧，侧边为抛物线。底部圆弧与侧边抛物线相交，底部圆弧在交点处的切线和抛物线在交点处的切线重合。

倒角精磨砂轮沟槽底部圆弧半径的特征在于：底部圆弧半径与最终硅片边缘半径一致：

式中，为倒角精磨砂轮沟槽底部圆弧半径，单位为μm；r为倒角精磨砂轮沟槽最终硅片边缘半径，单位为μm。

倒角精磨砂轮沟槽底部圆弧与侧边抛物线交点的特征还在于，底部圆弧在交点处的切线和抛物线在交点处的切线重合，即沟槽侧边的抛物线段与圆弧段的连接处曲线的斜率相等，并通过交点。

本发明倒角精磨砂轮沟槽的技术特征在于，沟槽底部圆弧半径所在圆的方程为：

式中，为沟槽底部圆弧半径。

底部圆弧与侧边抛物线交点A和交点B处的切线，切线C和切线D在底部圆弧下方形成一个夹角，即。在沟槽底部圆弧所在圆的同一坐标系内，侧边抛物线的方程为：

本发明倒角精磨砂轮沟槽的技术特征在于，切线在底部圆弧下方形成的夹角，的范围为：

并且α和的关系为：

沟槽宽度为沟槽端面开口宽度，与砂轮硅片厚度D的关系为：

本发明倒角技术的特征还在于：精磨砂轮磨粒的材质为为金刚石，目数为1200-2000。倒角工艺中，砂轮的转速范围为60k~80k r/min，硅片的转速范围为15~30 mm/s，磨削液的流量范围为2.5~5.0 L/min。

图3为硅片在倒角前的示意，硅片经过本发明技术倒角后，截面形状示意图见图4。本发明技术的倒角砂轮可以在一个砂轮上开多个沟槽，砂轮周边沟槽的结构示意图见图5。

附图说明

图1为现有技术中沟槽侧边为直线型的砂轮截面结构示意图。

图2为本发明沟槽侧边为抛物线型的砂轮截面结构示意图。

图3为硅片在倒角前的示意图。

图4为硅片在倒角后的截面形状示意图。

图5为本发明技术的倒角砂轮周边沟槽的结构示意图。

具体实施例

实施例1

实施例1 倒角加工厚度为800 μm的硅片，最终边缘半径为300 μm。分为粗磨倒角和精磨倒角。

粗磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径R为280 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

底部圆弧与侧边抛物线交点切线夹角α，取值，则侧边抛物线的方程为：

沟槽宽度B取值为1300 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为800目。

粗磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为9kr/min，硅片的转速为4 mm/s，磨削液的流量为4.5 L/min。

精磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径为300 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

底部圆弧与侧边抛物线交点切线夹角，取值，则侧边抛物线的方程为：

沟槽宽度B取值为1200 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为2000目。

精磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为60k r/min，硅片的转速为30 mm/s，磨削液的流量为2.5 L/min。

加工集成电路用硅片2500片，倒角后的硅片边缘全部无崩边、毛刺、形状不良等缺陷，硅片合格率100%。

实施例2

倒角加工厚度为800 μm的硅片，最终边缘半径为430 μm。分为粗磨倒角和精磨倒角。

粗磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径R为400 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为1650 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为1000目。

粗磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为7.5k r/min，硅片的转速为30 mm/s，磨削液的流量为2.5 L/min。

精磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径为430 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为1600 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为1200目。

精磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为80k r/min，硅片的转速为25 mm/s，磨削液的流量为5.0 L/min。

加工集成电路用硅片6000片，倒角后的硅片边缘全部无崩边、毛刺、形状不良等缺陷，但最后100片，出现底部圆弧半径尺寸超出技术规格。硅片合格率98.3%。说明本发明专利的砂轮使用寿命达到5500片以上。

实施例3

倒角加工厚度为800 μm的硅片，最终边缘半径为260 μm。分为粗磨倒角和精磨倒角。

粗磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径R为240 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为2000 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为1000目。

粗磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为7k r/min，硅片的转速为28 mm/s，磨削液的流量为4.5 L/min。

精磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径为260 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为1400 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为1500目。

精磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为65k r/min，硅片的转速为27 mm/s，磨削液的流量为4.5 L/min。

加工集成电路用硅片5000片，倒角后的硅片边缘全部无崩边、毛刺、形状不良等缺陷。硅片合格率100%。

实施例4

倒角加工厚度为820 μm的硅片，最终边缘半径为500 μm。分为粗磨倒角和精磨倒角。

粗磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径R为460 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为1230 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为800目。

粗磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为8k r/min，硅片的转速为15 mm/s，磨削液的流量为3.5 L/min。

精磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径为500 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

加工集成电路用硅片5500片，倒角后的硅片边缘全部无崩边、毛刺、形状不良等缺陷，硅片合格率100%。

实施例5

倒角加工厚度为800 μm的硅片，最终边缘半径为280 μm。分为粗磨倒角和精磨倒角。

粗磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径R为255 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为1200 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为800目。

粗磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为7.5k r/min，硅片的转速为27 mm/s，磨削液的流量为2.5 L/min。

精磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径为280 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

实施例6

倒角加工厚度为820 μm的硅片，最终边缘半径为360 μm。分为粗磨倒角和精磨倒角。

粗磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径R为340 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为1500 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为1000目。

粗磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为9k r/min，硅片的转速为8 mm/s，磨削液的流量为4 L/min。

精磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径为360 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为1400 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为2000目。

精磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为70k r/min，硅片的转速为26 mm/s，磨削液的流量为4.0 L/min。

加工集成电路用硅片6000片，倒角后的硅片边缘全部无崩边、毛刺、形状不良等缺陷。硅片合格率98.3%。

实施例7

倒角加工厚度为800 μm的硅片，最终边缘半径为320 μm。分为粗磨倒角和精磨倒角。

粗磨倒角砂轮的基本参数为：砂轮的沟槽底部圆弧半径R为300 μm，沟槽底部圆弧所在方程为：

沟槽宽度B取值为1400 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为1000目。

粗磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为7.2k r/min，硅片的转速26 mm/s，磨削液的流量为4.0 L/min。

沟槽宽度B取值为1300 μm。粗磨砂轮磨粒的材质为金刚石，目数为1500目。

精磨倒角工艺参数为：砂轮的转速为75k r/min，硅片的转速为22 mm/s，磨削液的流量为4.0 L/min。

Claims

1.一种集成电路用单晶硅片的边缘倒角技术，采用两步法对集成电路用硅片进行边缘倒角，分别为倒角粗磨和倒角精磨；倒角砂轮沟槽的特征在于沟槽底部为一段圆弧，侧边为抛物线；底部圆弧与侧边抛物线相交，形成两个交点，交点A和交点B；底部圆弧在交点处的切线和抛物线在交点处的切线重合，即沟槽侧边的抛物线段与圆弧段的连接处曲线的斜率相等，并通过交点A或交点B；砂轮磨粒的材质为金刚石，配合砂轮转速、硅片转速、磨削液流量，达到无缺陷倒角的效果。

2.根据权利要求1所述的单晶硅片的倒角技术，倒角粗磨砂轮沟槽底部圆弧半径的特征在于，底部圆弧半径的大小与最终硅片边缘半径的大小r的关系是：；沟槽底部圆弧半径R所在圆的方程为：；式中，为倒角粗磨砂轮沟槽底部圆弧半径，单位为 μm；r为倒角粗磨砂轮沟槽最终硅片边缘半径，单位为 μm；。

3.根据权利要求1所述的单晶硅片的倒角技术，本发明的技术特征还在于，倒角粗磨砂轮沟槽底部圆弧与侧边抛物线交点A和交点B处的切线，切线C和切线D在底部圆弧下方形成一个夹角α，α的范围为：，即在沟槽底部圆弧所在圆的同一坐标系内，侧边抛物线的方程为：，其中。

4.根据权利要求1所述的单晶硅片的倒角技术，其特征在于，倒角粗磨砂轮的沟槽宽度B为沟槽端面顶点209或210在水平方向上的距离；B与硅片厚度D的关系为：1.5≤B:D≤2.5。

5.根据权利要求1所述的单晶硅片的倒角技术，本发明的特征还在于，粗磨砂轮的目数为800-1000；倒角工艺中，砂轮的转速范围为7k~9k r/min，硅片的转速范围为1~30 mm/s，磨削液的流量范围为1.5~4.5 L/min。

6.根据权利要求1所述的单晶硅片的倒角技术，在倒角粗磨后，要进行倒角精磨；倒角精磨砂轮沟槽底部圆弧半径的特征在于，底部圆弧半径与最终硅片边缘半径一致：；沟槽底部圆弧半径所在圆的方程：；式中，为倒角精磨砂轮沟槽底部圆弧半径，单位为 μm；r为倒角精磨砂轮沟槽最终硅片边缘半径，单位为 μm。

7.根据权利要求1所述的单晶硅片的倒角技术，其特征在于，倒角精磨砂轮沟槽的底部圆弧与侧边抛物线交点A和交点B处的切线，切线C和切线D在底部圆弧下方形成一个夹角，的范围为：，并且α和的关系为：；即在沟槽底部圆弧所在圆的同一坐标系内，侧边抛物线的方程为：，。

8.根据权利要求1所述的单晶硅片的倒角技术，本发明倒角精磨砂轮沟槽的技术特征在于，沟槽宽度为沟槽端面开口宽度，与砂轮硅片厚度D的关系为：。

9.根据权利要求1所述的单晶硅片的倒角技术，本发明倒角技术的特征还在于：精磨砂轮的目数为1200-2000；倒角工艺中，砂轮的转速范围为60k~80k r/min，硅片的转速范围为15~30 mm/s，磨削液的流量范围为2.5~5.0 L/min。