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半导体加工现状大揭秘!半导体加工用金刚石工具及制程介绍

  半导体材料电阻率介于金属与绝缘体之间的材料。因具有独特的材料性能,半导体材料被用于晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件等领域。在半导体晶片上进行布线、刻蚀,制成的可以在一定程度上完成特定功能的器件就是芯片。

  半导体的加工技术是芯片制造的基础,也是国家高端装备和先进制造技术水平的重要标志之一。半导体加工是从晶棒到单个芯片的过程,金刚石工具在这一过程中起着至关重要的作用,如晶棒剪裁、晶圆减薄、划片等。近几年,我国半导体加工用金刚石工具发展迅速,但对高端产品的加工需求仍难以满足。

  硅是应用最广泛的半导体材料,构成集成电路半导体晶片(芯片)的90%以上都是硅晶片。硅基芯片加工流程如下图所示。在半导体硅的多个加工工序中,金刚石工具起着超精密加工的作用

  在2000℃下,石英砂与碳发生置换反应得到单晶硅,后经直拉法或区熔法得到单晶硅棒。单晶硅半导体材料的前端加工工艺及使用的金刚石工具如下图所示。

  晶棒剪裁:直拉法得到晶棒后,按不一样的产品要求,使用电镀金刚石带锯或内圆切割刀片对其去头裁尾。内圆或外圆切割效率低、材料损失率大、加工质量低,故目前多采用金刚石带锯来切割晶棒。

  晶棒滚圆:已切除圆角的晶棒表面并非规则的圆柱形,需使用电镀或烧结型金刚石杯形砂轮对晶棒滚圆,以达到所需直径。

  晶棒切片:晶棒切片的方法最重要的包含内圆切割和线切割,线切割相较内圆切割具有效率高、切割直径大及锯痕损失小等优点。目前硅基半导体主要使用磨料线锯切割加工方式,高速运动的钢丝将磨料带入切割区,形成磨料三体加工,把晶棒切割成硅片。

  晶圆片研磨:切片会使晶圆表面损伤,为提高晶圆表面上的质量并去除表面损伤层,需使用杯形金刚石砂轮对硅片进行粗磨与精磨。

  晶圆片倒角与磨边:线切割得到的晶圆片边缘有毛刺、棱角、裂缝或其它缺陷,通过槽形小砂轮与磨边砂轮将晶圆锐利的边缘修正成弧形,可有实际效果的减少和避免后续工序中晶圆发生崩边的可能性。

  晶圆片减薄与抛光:晶圆上电路层的有效厚度为5~10μm,约占90%的衬底材料是为了能够更好的保证晶圆片在加工、测试和转运中有充足的强度。因此,在保证晶圆具有一定强度的前提下,使用减薄砂轮控制晶圆片厚度,才能满足下游企业对晶圆强度与厚度的要求。

  抛光:晶圆片由以上加工工序引起的损伤层必须由化学机械抛光(CMP)去除,化学机械抛光(CMP)还可对硬的陶瓷基体和软的金属进行高效、高质量抛光,抛光过程中抛光垫会形成磨光层,极度影响抛光效率和精度。因此,需要用金刚石化学机械抛光垫修整器对抛光垫来加工,以使抛光垫在工作时保持平坦的表面和正常的粗糙度。

  背面减薄:晶圆内电路制作完成后,使用背面减薄砂轮减小晶圆厚度,减薄有利于芯片的散热、提高其寿命和缩小体积。

  划片:企业为节省本金和提高效率,常在一块晶圆上制作几千个IC芯片阵列,先利用激光对晶圆表面预开槽,再利用划片刀将单个芯片分离,以便于后续封装工序。晶圆的减薄与划片在整个加工工序中至关重要,也是所有工序中对金刚石工具要求比较高的环节。


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