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切割单晶及多晶硅片表面层损伤研究

作　者: 徐宗胜
导　师: 康仁科
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 线锯切割单晶硅片多晶硅片表面层损伤微裂纹
分类号: TN06
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

硅片是集成电路(IC)、半导体分立器件以及光伏太阳能电池制造过程中最常用的基础材料。在制作半导体和太阳能电池中用到的最主要的材料都是单晶硅和多晶硅。多晶硅是生产单晶硅的直接原料,两者在具有半导体特性的同时,也在物理特性及其他方面表现出一些差异。在太阳能利用上,单晶硅和多晶硅发挥了很大的作用。随着硅片尺寸的逐渐增大以及光伏产业的迅猛发展,对硅片表面层质量的要求也日益提高。切片是硅片制造过程中的一个重要工序,切割加工会不可避免地给硅片带来表面层损伤,该损伤会影响到后续工序的加工时间、加工效率以及成本。为了降低生产成本,提高转换效率,拥有更大的消费市场,研究单晶硅和多晶硅在切片过程中产生的亚表层损伤深度及裂纹特征对后续加工以及光伏产业的发展具有重要的指导意义。本文研究了线锯切割硅片的亚表面损伤检测方法,用截面显微观测法和角度截面显微观测法检测了线锯切割硅片的亚表面损伤和裂纹类型,分析了固结磨料线锯切割单晶硅片(Fixed Abrasive Sawed Monocrystalline Wafer, FAS-MW),游离磨料线锯切割单晶硅片(Loose Abrasive Sawed Monocrystalline Wafer, LAS-MW)以及游离磨料线锯切割多晶硅片(Loose Abrasive Sawed Polycrystalline Wafer, LAS-PW)的表面粗糙度、表面形貌、亚表面损伤深度和亚表面损伤微裂纹的分布规律。试验结果表明,同样的加工条件下,FAS-MW的亚表面损伤深度最大值小于LAS-MW的亚表面损伤深度最大值。此外,LAS-PW在腐蚀后会出现密集的腐蚀坑以及划痕。部分多晶硅片因切片位置的不同,会出现晶界。FAS-MW, LAS-MW以及LAS-PW的微裂纹密度与微裂纹深度都符合指数关系,但是FAS-MW微裂纹密度与微裂纹深度分布比较均匀；而LAS-MW与LAS-PW的微裂纹密度与微裂纹深度分布范围比较大。论文研究结论为硅片切割方法的选择和工艺参数的确定提供了指导。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-24
  1.1 硅晶体的物理特性与应用  9-15
    1.1.1 单晶硅的物理特性与应用  9-13
    1.1.2 多晶硅的物理特性与应用  13-15
  1.2 硅片切割技术概述  15-19
  1.3 线切割硅片加工损伤及其检测方法  19-22
    1.3.1 亚表面损伤存在的形式  19-20
    1.3.2 表面损伤检测技术概述  20-22
  1.4 本课题的来源与研究内容  22-24
2 线切割硅片表面层损伤检测方法  24-34
  2.1 表面粗糙度检测试验方案  24-25
  2.2 表面形貌检测试验方案  25
  2.3 表面损伤检测方案  25-28
    2.3.1 截面显微观测法  26-27
    2.3.2 角度截面显微观测法  27-28
  2.4 表面损伤检测试样制备过程  28-32
    2.4.1 切片  28-30
    2.4.2 粘片  30
    2.4.3 研磨  30-31
    2.4.4 抛光  31
    2.4.5 腐蚀  31-32
    2.4.6 观察与测量  32
  2.5 本章小结  32-34
3 单晶硅表面层损伤结果检测与分析  34-50
  3.1 表面形貌  34-35
  3.2 表面粗糙度  35-37
  3.3 亚表面损伤  37-48
    3.3.1 硅片的损伤深度及微裂纹深度  37-42
    3.3.2 微裂纹密度分布研究  42-44
    3.3.3 微裂纹形状密度研究  44-48
  3.4 不同切割方法切割硅片亚表面损伤对比分析  48
  3.5 本章小结  48-50
4 多晶硅表面层损伤结果检测与分析  50-55
  4.1 表面形貌  50
  4.2 表面损伤  50-54
    4.2.1 LAS-PW的损伤深度及微裂纹深度分析  50-52
    4.2.2 LAS-PW的微裂纹密度分布研究  52-53
    4.2.3 LAS-PW的微裂纹形状密度研究  53-54
  4.3 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-58
致谢  58-59

切割单晶及多晶硅片表面层损伤研究

内容摘要

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