CN110965127A - 一种超薄硅单晶切片热处理强化工艺 - Google Patents

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陶术鹤
李聪
李志远
张伟才
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Abstract

本发明涉及一种超薄硅单晶切片热处理强化工艺，本热处理强化工艺通过将硅切片在特定温度下恒温1小时，然后随炉冷却至室温，使得硅切片的强度从未热处理时的1.12lbf升高到热处理后的2.52lbf。升温速率为15℃/min，恒温温度为650℃±20℃，恒温时间为1小时。相比未热处理硅切片，热处理后硅切片强度提升125%，极大降低了后道加工工序如：倒角、研磨的碎片率。

Description

一种超薄硅单晶切片热处理强化工艺
技术领域
本发明涉及单晶硅片的生产方法，特别是涉及一种超薄硅单晶切片热处理强化工艺。
背景技术
集成电路产业是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术，单晶硅片作为最常用的半导体材料被广泛应用到集成电路的制作过程中，产业的飞速发展要求单晶硅片向大直径和小厚度方向发展。单晶硅材料在室温下属于硬脆性材料，其抗拉应力远大于抗剪应力，因此，在切割、倒角、研磨、抛光等加工工艺过程中，硅片由于承受剪切应力而易于产生破碎现象，即微裂纹扩展机制断裂，影响生产成品率。
目前，硅片切割大多采用多线切割方式，切割后硅片表面会形成一层损伤层。近年来，学者们对多线切割硅片的损伤及作用机理作了较深入的研究，认为损伤层近表面的微裂纹是使硅片强度大为降低的主要原因。通过将硅片在特定温度范围内进行热处理，可以钝化甚至是消除硅片损伤层近表面的微裂纹。使得硅片从微裂纹扩展机制断裂转化为解理断裂，从而使硅片达到或者接近其理论强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种超薄硅单晶切片的热处理强化工艺，通过研究不同热处理温度、时间及冷却方式后的硅切片强度，最终确定合适热处理温度、时间及冷却方式，达到提高硅切片强度的目的。
本发明为实现上述目的采取的技术方案是：一种超薄硅单晶切片热处理强化工艺，超薄硅单晶切片的厚度为200μm—300μm，其特征在于，步骤如下：
步骤一，将超薄硅单晶切片放入石英舟中，然后将石英舟送入热处理炉中的恒温区域；
步骤二，设定热处理炉的加热程序，升温速率为15℃/min，恒温温度为650℃±20℃，恒温时间为1小时；
步骤三，恒温处理1小时后，将硅片随炉冷却至室温后取出。
本发明的优点及效果：采取本工艺，可以有效钝化甚至是消除硅片损伤层近表面的微裂纹，将硅片从微裂纹扩展机制断裂强化到解理断裂，使得硅切片的强度从未热处理时的1.12lbf升高到热处理后的2.52lbf，极大降低了后道加工工序如：倒角、研磨的碎片率。
附图说明
图1为本发明硅单晶切片热处理后的机械强度实验结果示意图；
图2为硅单晶切片未进行热处理的机械强度实验结果示意图。
具体实施方式
一种超薄硅单晶切片的热处理强化工艺，超薄硅单晶切片的厚度为200μm—300μm，步骤如下：
步骤一，将超薄硅单晶切片放入石英舟中，然后将石英舟送入热处理炉中的恒温区域；
步骤二，设定热处理炉的加热程序，升温速率为15℃/min，恒温温度为650℃±20℃，恒温时间为1小时；
步骤三，恒温处理1小时后，将硅片随炉冷却至室温后取出。
以下结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：下面对4英寸切割厚度为290μm的<111>型超薄硅单晶切片的热处理强化工艺进行详细描述，步骤如下：
步骤一，将超薄硅单晶切片放入石英舟中，然后将石英舟送入热处理炉中的恒温区域；
步骤二，设定热处理炉的加热程序，升温速率为15℃/min，恒温温度为650℃±20℃，恒温时间为1小时；
步骤三，恒温处理1小时后，将硅片随炉冷却至室温后取出。
技术效果检测：将上述经热处理后的超薄硅单晶切片与未经热处理的超薄硅单晶切片进行机械强度对比，共5组如表1所示，经过热处理后，5组实验的硅片机械强度均有不同程度的提高，检测结果如表1所示。
未经热处理的硅片在进行机械强度测试时，如图2所示，硅片先从微裂纹处1-1断裂，然后扩展到解理面1-2断裂（解理面断裂方式为硅片能承受最大力的自然断裂方式）。
经过热处理的硅片在进行机械强度测试时，如图1所示，硅片直接从六个解理面1-2断裂。
表1热处理与热处理硅片机械强度对比
Figure 559338DEST_PATH_IMAGE001
该检测结果表明：采取本工艺，可以有效提高单晶硅片机械强度，相比未退火硅片而言，热处理后的硅片机械强度能提高125%，达到2.25lbf。

Claims (1)

1.一种超薄硅单晶切片热处理强化工艺，超薄硅单晶切片的厚度为200μm—300μm，其特征在于，步骤如下：
步骤一，将超薄硅单晶切片放入石英舟中，然后将石英舟送入热处理炉中的恒温区域；
步骤二，设定热处理炉的加热程序，升温速率为15℃/min，恒温温度为650℃±20℃，恒温时间为1小时；
步骤三，恒温处理1小时后，将硅片随炉冷却至室温后取出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102296368A (zh) * 2011-09-02 2011-12-28 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 一种减少晶体热应力的方法
CN102969395A (zh) * 2012-10-31 2013-03-13 南昌大学 一种提高硅片抗碎裂性能的方法
KR20150118037A (ko) * 2014-04-11 2015-10-21 글로벌웨어퍼스 재팬 가부시키가이샤 실리콘 웨이퍼의 열처리 방법, 및 실리콘 웨이퍼
CN108748740A (zh) * 2018-05-29 2018-11-06 顾雨彤 一种太阳能单晶硅片生产工艺

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