一种加工厚层外延用硅单晶片的倒角砂轮及倒角方法

摘要

本发明涉及一种加工厚层外延用硅单晶片的倒角砂轮及倒角方法。砂轮粗倒角槽直径比晶片厚度小120～150μm，半角度18～22°，深度1000±100μm，金刚石粒度600～1000#；精倒角槽直径比晶片厚度小160~180μm，半角度11°，深度1500±100μm，金刚石粒度1000~2000#。粗倒角砂轮转速2500～5000rpm；加工1～2圈；晶片转速16～20mm/s；精倒角砂轮转速3000～5000rpm；加工2～4圈；晶片转速10～15mm/s。采用本发明对晶片边缘倒角，边缘轮廓精度高，边缘质量一致性好，有效解决厚层外延生长过程中因硅片边缘缺陷导致的滑移线问题。

说明书

技术领域

本发明涉及硅单晶片的加工，尤其涉及一种加工厚层外延用硅单晶片的倒角砂轮及倒角方法。

背景技术

在VDMOS、IGBT等电力电子器件中，厚层外延用硅单晶片常作为关键原材料。硅单晶片在厚层外延生长中，边缘特别容易出现“外延冠”或滑移线缺陷，给后续应用带来不良影响。

厚层外延的边缘缺陷，主要由硅单晶片的边缘质量问题引起。一方面，硅单晶片边缘由于晶向的原因，在外延生长中具有比硅单晶片表面更高的沉积速率，如果硅单晶片边缘的面幅过小或角度过大，容易在边缘形成挤压应力，且这种应力随着外延厚度的增加而增大，最终造成边缘滑移线缺陷。另一方面，硅单晶片边缘粗糙度也是影响外延生长的重要因素，边缘的局部粗糙区域容易变为成核中心，造成边缘形貌畸变。

硅单晶片的边缘质量主要由倒角工艺决定。硅单晶片倒角是在切片后，利用砂轮磨削晶片边缘，去除棱角、毛刺、崩边甚至裂纹，使晶片边缘呈圆弧形或梯形。为降低边缘粗糙度，通常在粗倒角后，再进行精倒角，以消除粗倒造成的边缘损伤。但是，现有的倒角方法不能满足厚层外延生长用硅衬底片的需要，其主要原因是精倒角加工未能完全消除粗倒角加工后留下的粗糙形态，因此，硅单晶片的边缘存在局部粗糙区域。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种加工厚层外延用硅单晶片的倒角砂轮及倒角方法，本方法利用设计的倒角砂轮槽直径和半角度均较大，而且槽深度小的砂轮进行粗倒角，获得相对窄的边缘面幅，再利用倒角砂轮槽直径和半角度均较小，而且槽深度大的砂轮进行精倒角，获得相对较宽的边缘面幅。边缘面幅的扩大，可保证精倒角能完全消除粗倒角留下的粗糙形态。通过对砂轮转速、倒角圈数和倒角速率的优化，将倒角带来的边缘损伤程度降至最低，为厚层外延生长创造良好条件。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种加工厚层外延用硅单晶片的倒角砂轮，其特征在于，所述倒角砂轮包括数个粗倒角砂轮槽和数个精倒角砂轮槽，粗倒角砂轮槽直径φr比待加工硅单晶片厚度T小120～150μm，粗倒角砂轮槽半角度θr为18～22°，粗倒角砂轮槽深度Dr为1000±100μm，粗倒角砂轮槽金刚石粒度为600～1000#；精倒角砂轮槽直径φf比待加工硅单晶片厚度T小160~180μm，精倒角砂轮槽半角度θf为11°，精倒角砂轮槽深度Df为1500±100μm，精倒角砂轮槽金刚石粒度为1000～2000#。

一种加工厚层外延用硅单晶片的倒角砂轮的倒角方法，其特征在于，该方法包括粗倒角和精倒角两步加工过程，粗倒角加工时的倒角砂轮转速设定为2500～5000rpm；粗倒角加工1～2圈，单圈去除量小于1000μm；粗倒角加工时的硅单晶片旋转速率设定为16～20mm/s；精倒角加工时的倒角砂轮转速设定为3000～5000rpm；精倒角加工2～4圈，单圈去除量小于200μm；精倒角加工时的硅单晶片旋转速率设定为10～15mm/s。

本发明所产生的有益效果是：采用本发明对硅单晶片进行边缘倒角，边缘轮廓精度高，边缘质量一致性好，有效解决厚层外延生长过程中出现的“外延冠”或滑移线及形貌畸变的边缘缺陷问题，消除了硅单晶片边缘出现局部粗糙现象带给后续产品的不良影响，从而提高了最终产品质量。

附图说明

图1是本发明倒角砂轮剖视示意图；

图2是图1中倒角砂轮槽放大图；

图3是硅单晶片在倒角前的形态示意图；

图4是粗倒角砂轮槽结构示意图；

图5是硅单晶片在粗倒角后的形态示意图；

图6是精倒角砂轮槽结构示意图；

图7是硅单晶片在精倒角后的形态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：参照图1和图2，本实施例将粗倒角砂轮槽和精倒角砂轮槽制作在同一倒角砂轮上（也可分别制作成粗倒角砂轮和精倒角砂轮），该倒角砂轮包含七个粗倒角砂轮槽1和四个精倒角砂轮槽2，倒角砂轮通过轴孔安装在倒角机主轴上，倒角机为行业内通用设备。

图3为硅单晶片在倒角前的形态，可以看出倒角前硅单晶片边缘呈直角结构，容易发生崩边，因此必须对硅单晶片边缘进行倒角加工。

参照图4和图6，本实施例倒角前硅单晶片厚度T为540μm。根据图4和图6的标准准备倒角砂轮，其中，粗倒角砂轮槽直径（砂轮槽底部圆弧的直径）φr = T－140μm=400μm，粗倒角砂轮槽半角度（砂轮槽斜边与槽底部圆弧水平直径方向的夹角）θr =20°，粗倒角砂轮槽深度Dr=1000μm，粗倒角砂轮槽金刚石粒度800#；精倒角砂轮槽直径φf= T－170μm=370μm，精倒角砂轮槽半角度θf=11°，精倒角砂轮槽深度Df=1500μm，精倒角砂轮槽金刚石粒度1500#。

粗倒角砂轮槽其槽直径、半角度和金刚石粒度均较大，槽深度较小。粗倒角后的硅单晶片的边缘形态与粗倒角砂轮槽形状几何互补（见图5）。精倒角砂轮槽其槽直径、半角度和金刚石粒度均较小，槽深度较大。精倒角后的硅单晶片的边缘形态与精倒角砂轮槽形状几何互补（见图7）。

具体加工步骤如下：

（1）将倒角砂轮安装在倒角机主轴上。

（2）硅单晶片放置在倒角机吸盘上，进行硅单晶片与吸盘的对中，X方向和Y方向的偏心量分别不得超过100μm。

（3）调整吸盘上下位置，使硅单晶片对准砂轮任一粗倒角砂轮槽的中心位置。

（5）开启倒角机，主轴旋转，设定转速3500rpm，对硅单晶片进行粗倒角，硅单晶片旋转速率18mm/s，单圈倒角去除量600μm，粗倒角两圈后，倒角机停转。

（6）调整吸盘上下位置，使硅单晶片对准砂轮任一精倒角砂轮槽的中心位置。

（7）开启倒角机，主轴旋转，设定转速4000rpm，对硅单晶片进行精倒角，硅单晶片旋转速率12mm/s，单圈倒角去除量150μm，精倒角3圈后，倒角机停转。

（8）取下硅单晶片。