单晶硅定晶向电火花线切割晶向精度及损伤层厚度研究

摘要

随着现代科技的飞速发展，具有特定晶向的单晶硅衍射晶体在高科技领域已经得到了越来越广泛的应用，如中子散射谱仪、硬X射线标定装置等。在大尺寸定晶向单晶硅电火花线切割加工时，加工后的衍射晶体表面并不是理想平面，每点的晶向误差与理想平面上每个点的晶向误差都是不同的，需要对整块晶体的晶向精度进行测量，同时由于晶体尺寸较大而载物台尺寸较小，所以每次测量得到的只是晶体表面部分的晶向精度，测量难度大、耗时长、测量精度低；此外，电火花线切割单晶硅时会在表面形成损伤层，如何方便地测定出该损伤层厚度为后续抛磨工序提供加工余量的依据也是难点之一。本课题首先采用单点晶向误差与硅片表面截面轮廓相结合的方法测定表面各点的晶向误差；其次，采用单晶回摆曲线法测定电火花线切割后硅片表面损伤层深度。最后，为进一步提高单晶硅定晶向切割的精度并减少切割中产生的损伤层厚度，将金属材料电火花多次切割技术运用到单晶硅电火花线切割中。
　　本研究主要内容包括：⑴针对大尺寸定晶向单晶硅，加工后衍射晶体表面不是理想平面，每一个点的晶向不同的情况。提出了一种利用测量表面轮廓和单点晶向误差相结合的方法来估算大尺寸定晶向单晶硅表面各个点的晶向误差，实验结果与理论分析吻合度较高。⑵制备高完整性表面的单晶硅片是光学检测器件生产中的一个重要部分。针对电火花线切割在加工单晶硅片的过程中所产生的损伤层，提出了基于X射线回摆曲线法与腐蚀相结合测定加工后硅片表面损伤深度的方法，分别从测量原理，不同晶向以及不同切割能量等方面进行了理论分析与实验研究。研究表明，该方法不仅可以有效地测定电火花定晶向切割单晶硅片表面损伤层厚度，还可以反映放电切割加工后表面损伤情况。⑶研究了单晶硅电火花线切割在不同放电能量下损伤层厚度和放电间隙。根据分析找出多次切割中合理的修刀补偿值等参数，并通过实验进行了验证。实验表明采用电火花多次切割技术，能够有效地对定晶向单晶硅进行高效、高表面质量切割加工，在同等加工表面质量条件下，与以往的一次切割相比，大大缩短了加工时间，简化了后续处理工序。⑷研究了电火花多次切割技术对加工定晶向单晶硅晶向精度的影响。当切割大尺寸单晶硅时，电火花多次切割不仅提高了定晶向切割硅片的表面质量，同时也提高了硅片表面的晶向精度，使得切割表面晶向误差的波动明显减少。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 半导体材料的特点及应用

1.2 单晶硅材料常用加工方式

1.3 单晶硅晶体定向切割技术

1.4 研究背景、意义及主要内容

第二章 单晶硅定晶向切割及后处理表面轮廓对晶向精度的影响

2.1 电火花线切割单晶硅实验及检测设备

2.2 线切割表面轮廓与晶向误差的关系

2.3 电火花线切割后表面轮廓对晶向精度的影响

2.4 机械研磨后硅片表面轮廓对晶向精度的影响

2.5 化学腐蚀后硅片表面轮廓对晶向精度的影响

2.6 结论

第三章 基于X射线回摆曲线法测定单晶硅定晶向损伤层深度

3.1 X射线回摆曲线法检测原理

3.2 实验方法

3.3 实验结果与讨论

3.4 结论

第四章 多次切割对单晶硅晶向精度和损伤层深度的影响

4.1 定晶向单晶硅电火花多次切割原理及要求

4.2 定晶向放电切割加工参数的确定

4.3 实验结果与分析

4.4 结论

第五章 总结与展望

5.1 课题完成的主要工作

5.2 课题后续研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文