一种改善大直径硅圆片表面纳米形貌的切割工艺的制作方法

本发明属于半导体硅片制造技术领域，尤其是涉及一种改善大直径硅圆片表面纳米形貌的切割工艺。

背景技术：

纳米形貌的提出是针对线宽＜0.25μm器件生产工艺要求提出的。2001年3月发表的semi标准m43《关于编制硅片纳米形貌报告的指南》给出纳米形貌的定义：在空间波长近似0.2-20mm范围内,在fqa合格质量区内整个硅片前表面的一种不平整的偏差。例如片表面上的凹陷、凸起或波纹,它们从峰到谷的高度变化在几个到几百个纳米之间。纳米形貌特征不包括微粗糙度,它的空间波长范围介于平整度和微粗糙度之间。纳米形貌所表现的不平整的偏差即从峰到谷的高度变化也介于二者之间。纳米形貌特征尺寸填补了平整度与微粗糙度间的空间空白,使我们对整个硅片表面状态有更完整的认识。

切片工艺过程影响半导体硅片表面纳米形貌主要原因之一，切片过程中砂浆粘度以及金刚线速度的控制是影响硅片表面微观形貌的主因。本发明就是旨在通过改善线切割切片工艺，降低线切割引起的表面起伏(wave)，以提高硅片表面纳米形貌，保证产品质量，提高良品率。

技术实现要素：

本发明提供一种改善大直径硅圆片表面纳米形貌的切割工艺，尤其是适用于大尺寸硅圆片的切割，使切割后的硅圆片表面具有良好的表面纳米形貌，可有效提高硅圆片质量，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种改善大直径硅圆片表面纳米形貌的切割工艺，步骤包括：在恒定温度下，采用直径不小于0.5mm的金刚线，在低粘度的砂浆中对一定长度的硅圆棒进行切割，所述砂浆粘度不大于35mpa.s。

在本技术方案中，优选的，所述砂浆粘度为25-30mpa.s。

在本技术方案中，优选的，所述砂浆为切削液及绿碳化硅的混合物，配置密度为1.0-2.0g/ml。

在本技术方案中，优选的，所述砂浆温度为20-22℃。

在本技术方案中，优选的，所述金刚线直径为0.12-0.18mm。

在本技术方案中，优选的，所述金刚线线速度为800-950m/min。

在本技术方案中，优选的，所述金刚线单片供线量为0.3-1.2km/pcs。

在本技术方案中，优选的，所述金刚线送回线的切割周期为120-170s。

在本技术方案中，优选的，在切割过程中，固定所述金刚线的工作台下降速度基数为0.2-1mm/min。

在本技术方案中，优选的，所述硅圆棒直径为280-310mm，所述硅圆棒长度为360-400mm。

与现有技术相比，采用本技术方案提出的切割工艺，尤其是适用于大尺寸硅片的切割，可获得良好的表面平整度，使硅圆片表面的warp平均值＜10μm；同时，切割后的硅圆片表面微观纳米形貌中，nano尺寸均值＜15nm。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种大直径硅圆片切割的结构示意图；

图2是本发明一实施例的ws2+硅片测试仪nano；

图3是本发明一实施例的nano尺寸的箱线图。

图中：

10、硅圆棒20、料座30、金刚线

40、工作台

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例提出一种改善大直径硅圆片表面纳米形貌的切割工艺，如图1所示，在切割过程中，硅圆棒10水平固定放置在料座20上，金刚线30绕设在导轮上且置于硅圆棒10的正上方，金刚线30垂直于硅圆棒10的长度方向布置设置，在加工过程中，固定安装导轮的工作台40与金刚线30一同竖直向下移动对硅圆棒10进行切割，砂浆被设置在金刚线40的正上方并流向金刚线40与硅圆棒10接触的位置区域。也就是说，太阳能硅片的线切割就是导轮在高速运转中带动金刚线30，从而由金刚线30将砂浆送到切割区，在金刚线30的高速运转中与切割工作台40一同压向位于下方的硅圆棒10并与硅圆棒10连续发生摩擦，完成切割硅圆片的过程。在整个切割过程中，对硅圆片表面微观纳米幸好起主要作用的就是砂浆的粘度、配置密度以及其工作温度，还有金刚线切割的速度控制等工艺参数。

本实施例中提出的一种改善大直径硅圆棒表面纳米形貌的切割工艺，步骤包括：在恒定温度下，采用直径不小于0.5mm的金刚线30，在低粘度的砂浆中对直径为280-310mm、长度为360-400mm的硅圆棒10进行切割，其中，砂浆的粘度不大于35mpa.s。

具体地，先选取直径为280-310mm、长度为360-400mm的硅圆棒10，将硅圆棒10粘接固定在料座20上；粘接完成后再通过移动小车将硅圆棒10固定安装在线切割设备的工装上，使硅圆棒10水平放置并向上设置，如图1所示。

再提前配置砂浆，在本实施例中，砂浆为切削液及绿碳化硅的混合物，配置密度为1.0-2.0g/ml，将配置好的砂浆装进线切割设备的砂浆桶中(图省略)，并使传输砂浆的管子对应放置在金刚线30的上方，使管子喷出的砂浆对应于金刚线30与硅圆棒10的切割区内。优选的，切割过程中，砂浆温度为20-22℃，所需砂浆的粘度为25-30mpa.s。砂浆温度超过22℃，切割过程中热量不易带出，将有断线风险；若砂浆温度小于20℃，则将影响砂浆粘度，造成硅圆片几何参数不良。故，优选地，砂浆温度为20-22℃，使硅圆片几何参数优良，保证产品质量。这是由于在温度20-22℃下，当砂浆的粘度小于25mpa.s或大于30mpa.s时，其流动性和稳定性较差；而当砂浆的粘度为25-30mpa.s时，砂浆具有良好的经时稳定性，不仅流动性好且清洗效果也好，能快速清除硅圆片表面的硅粉，同时这一配置的砂浆对硅片表面的形貌影响较小，且与细径的金刚线30相配合，可进一步减少硅圆片表面的弯曲变形，提高其表面平整度，减少其粗糙度，提高产品质量。

然后再选用直径为0.12-0.18mm的金刚线30固定装载到导轮的线轴上，调整好金刚线30的张紧力，使金刚线30的供回张力为25-26n，金刚线30的线速度为800-950m/min，其单片供线量为0.3-1.2km/pcs，且要求金刚线30的送回线的切割周期为120-170s，固定金刚线30的工作台40下降速度基数为0.2-1mm/min，切割后的硅圆片不仅翘曲度和弯曲度等几何参数合格，保证了硅圆片的产品质量，而且还降低了断线风险。

以直径为300mm、长度为380mm的单晶硅圆棒10为例，砂浆的配置的密度为1.62g/ml，砂浆温度为23℃；金刚线30的直径为0.15mm，金刚线30的线速度均值为850m/min，送回线切割周期设定为150s，且金钢线30的单片供线量设定为0.81km/pcs，获得的硅圆片的测试仪nano图如图2所示，nano尺寸的箱线图如图3所示，最终获得的硅圆片表面的warp平均值＜10μm；且切割后的硅圆片表面微观纳米形貌中，nano尺寸均值＜15nm。

采用本发明设计的切割工艺，尤其是适用于大尺寸硅片的切割，可获得良好的表面平整度，使硅圆片表面的warp平均值＜10μm；同时，切割后的硅圆片表面微观纳米形貌中，nano尺寸均值＜15nm。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，不同厂商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包含”、“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含/包括，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。