關(guān)于研磨與拋光的微觀機(jī)理解析

   研磨指通過研磨的方法，除去切片和輪磨所造成的硅片表面鋸痕及表面的損傷層，有效改善單晶硅片的翹曲度、平坦度與平行度，達(dá)到一個拋光過程可以處理的規(guī)格。硅片研磨質(zhì)量直接影響到拋光質(zhì)量及拋光工序的整體效率，甚至影響到IC的性能。硅片研磨加工模型如圖三所示，單晶硅屬于硬脆材料，對其進(jìn)行研磨，磨料具有滾軋作用和微切削作用，材料的破壞以微小破碎為主，要求研磨后的理想表面形態(tài)是由無數(shù)微小破碎痕跡構(gòu)成的均勻無光澤表面。硅片研磨時，關(guān)鍵要控制裂紋的大小、深度和均勻程度。

圖一

拋光是對晶片表面微缺陷進(jìn)行消去、減小的處理，拋光后，晶片表面質(zhì)量能夠達(dá)到*的平坦度和極小的表面粗糙度值，并要求表面無變質(zhì)層、無劃傷。拋光的方式包括粗拋，主要作用是去除損傷層；精拋，主要作用是改善晶片表面的微粗糙程度。

硅片的zui終拋光處理目前采用濕式機(jī)械化學(xué)拋光法，即通過硅表面氧化膜同軟質(zhì)拋光粉所進(jìn)行的固相反應(yīng)進(jìn)行拋光處理。硅片的機(jī)械化學(xué)拋光原理如圖四所示，它采用磨料微粉在弱堿性溶液中均勻混合的膠狀液性拋光劑，在高速高壓拋光條件下，拋光布與硅片之間形成封閉的拋光劑層。同時，在硅片表面形成軟質(zhì)水合膜，拋光盤通過不斷去除水合膜進(jìn)行硅片的拋光。

圖二

磨削

    磨削加工是利用磨具,從工件表面切去切屑的一種加工方法。用于磨削的工具大多為砂輪，砂輪是一種用結(jié)合劑把磨粒粘結(jié)起來,經(jīng)壓坯、干燥、焙燒等制作工藝而成的,具有很多氣孔、而用磨粒進(jìn)行切削的工具。砂輪上的磨料是形狀不規(guī)則、但硬度很高的多面體。它們在砂輪的軸向與徑向方面分布是極不規(guī)則的隨機(jī)分布。不同粒度號的磨粒其*角在90 o ~120 o之間,均帶有一定圓角半徑。

    磨削中,砂輪表層的每個磨粒就像銑刀盤上的一個刀刃,各個磨粒形狀、 分布和高低各不相同,使其切削過程也有差異。磨削過程產(chǎn)生的隆起殘余量增加了磨削表面的粗糙度。砂輪磨削區(qū)溫度就是通常所說磨削溫度,是指砂輪與工件接觸面 上的平均溫度,約在400°C~ 1000°C之間,它是產(chǎn)生磨削加工中引起工 件表面燒傷,殘余應(yīng)力和表面裂紋的原因。同時由于磨削熱傳入工件 而引起的工件表面層溫度上升,將使工件發(fā)生熱膨脹或翹曲變形。

以下是研磨拋光和磨削后的對比（下圖為碳化硅）

磨削

初始粗磨表面x 50放大Ra粗糙度~ 1微米   表面磨削x 50放大Ra粗糙度~ 100納米

磨削拋光后50放大Ra粗糙度~ 20納米     磨削zui終拋光后x 50放大Ra粗糙度~ 10 nm

    利用磨削的方法我們可以看出，在磨削后，表面的損傷層并沒有*去除。在之后的使用過程中會對后期產(chǎn)品有影響。

研磨拋光

zui初表面研磨后x 50放大Ra粗糙度~ 300納米   研磨后拋光x 50放大Ra粗糙度~ 80納米

第二階段拋光x 50放大Ra粗糙度~ 10納米 zui終拋光x 50放大Ra粗糙度~ 0.5納米

   研磨拋光過程中我們可以看出，如果需要表面質(zhì)量非常好的樣品，研磨拋光的工藝過程更適合。