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金刚石线对硅晶片锯切加工中线速度对表面损伤的影响

2017年06月16日10:06
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       摘要:在光伏行业利用金刚石线对硅晶片进行锯切的工艺还有待进一步发展完善。该技术切割速率高,水冷却液成本低,因而整体成本较低,应用前景可观;但还有待于和现有的工艺生产链特别是多晶硅的锯切工艺整合在一起。其中,工业需求较高的工艺便是硅晶片的表面质量,例如光学外观、总厚度偏差(TTV)、蚀刻特性、亚表面和表面损伤等质量属性,这些因素都影响着晶片的机械稳定性。


  本论文旨在分析不同线速度对多晶硅晶片表面损伤的影响。首先,利用拉曼显微镜对非结晶区分布进行测量;观察发现随着线速度的增大,局部非晶相率略有增高;这和表面粗糙度值的更大分散和不均匀性相关联。然后,利用共聚焦激光扫描显微(CLSM)对硅晶片的抛光蚀刻斜切试样的微裂缝深度进行分析。此外,本论文还研究了清洁处理程序和不同晶粒取向对锯切损伤特性的影响。


  关键词:金刚石线,硅,线速度,表面损伤,微裂缝深度,材料应力,非晶相,表面粗糙度


  1、引言


  基于固结磨粒的金刚石线锯技术可以替代基于自由磨粒的标准泥浆,应用前景十分可观。利用金刚石线锯切技术的硅晶片生产工艺具有切割速率高、水冷却液成本低的优势,同时也保持了较好的晶片表面质量。但硅晶片表面和亚表面质量性能的进一步提高则需要更高性能的金刚石线锯切技术。锯切损伤的程度对于晶片稳定性有重要影响,要想提高晶片质量稳定性,就需要最大程度地降低晶片的表面损伤。


  在锯切过程中,金刚石线引起的机械应力作用于晶片表面。表面损伤的程度受锯切工艺参数的影响,其中就有金刚石线的速度。此外,由于晶体取向对裂纹深度的依赖性,硅的结晶化对表面损伤会有影响。本研究在不同线速度下对硅晶片进行锯切,然后对其进行拉曼光谱分析,对材料应力的分布和表面可能存在的相变进行了详细研究。建立了一种计算晶片表面上非晶-结晶硅比例r的系统方法,以此来收集延展切割硅锭的一些信息。还分析研究了清洁处理工艺对硅表面的影响;利用CLSM求得从硅晶片上抛光蚀刻斜切下来的试样表面粗糙度和微裂缝的深度分布。特别是线速度参数对表面质量的影响进行了详细分析。


  2、试样


  为研究工业金刚石线锯切割出的晶片表面,研究利用三种不同的线速度:低速5m/s,中速10m/s和高速15m/s制备出标准清洁处理工艺处理的多晶硅晶片。以等量于锯切速度的恒定进给速度将硅锭推入金刚石线网中。在加速、减速过程中,进给速度按比例适应于线速度。较高的线速度在锯切方向上引起了较低的切削力,如图一所示。


  为分析清洁处理对晶片表面的影响,实验对已经锯切、清洁处理的两片相邻多晶硅(cz-Si)晶片进行研究。锯切条件基本类似,线速度为15m/s。分析了晶片表面的材料应力、相变和表面粗糙度。利用相邻晶片来制备抛光蚀刻斜切试样以此来研究微裂缝的深度。抛光角度为1°,对晶片面进行抛光处理,研究亚表面的损伤结构。

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