硅片加工工艺：截断、滚磨、切片、倒角、双面研磨、抛光
思瀚产业研究院    2025-05-04

无论是采用的直拉还是区熔方法生长的硅单晶棒，其硅单晶一般是按<100>或<111>晶向生长的，由于晶体生长时的热力势作用，使得晶体外形表面还不够平整，其直径有一定的偏差，外形直径也不符合最终抛光片所规定的尺寸要求，故单晶棒在切片加工前必须在X射线定向仪上，根据集成电路技术要求参照SEMI标准对硅单晶棒的外圆表面进行定向、磨削（滚磨）加工。通过对单晶棒的滚磨加工，使其表面整形达到基本的直径及公差的要求，并确定其定位面的位置及基本尺寸。

主要设备: 主要使用金刚石线切割机或内径金刚石锯（ID saw）进行截断；切割耗材包括金刚石线、金刚石锯片及冷却液、抛光液等，旨在提高清洁切割度和减少材料损耗。

海外代表有日本DISCO、Okamoto等公司提供高精度线锯和切割设备；国内厂商如晶盛机电、江苏长晶等近年也开始开发裁切设备，自主化水平逐步提升。

硅切片（slicing) 加工的目的在于将硅单晶棒（锭）切成一定厚度的薄晶片，这就是硅切片。确定硅切片表面质量的主要参数有晶向偏离度、TTV、warp、bow。这些参数的精度对后道工序的加工（如硅片研磨、硅片腐蚀和硅片抛光等）起着决定作用。由于金刚石在硬度、抗压强度、热导率、摩擦系数等方面均比较合适，故以此粉末加上合适的切削液作摩擦剂，使用切片机将硅单晶棒切成一定厚度的薄晶片（即硅切片）

目前，在直径大于100mm的硅切片加工中，尤其是在对直径大于200mm以上的硅单晶棒切片加工中，已广泛采用线切割系统来加工硅切片。以加工直径200mm硅单晶为例，切片厚度为800μm，每千克单晶出片约为13.4片，其切割成本每片约为1.51美元，线切割机的产量约是内圆切割机的5倍以上，线切割机的切割运行成本低于内圆切割机运行成本的20%以上。金刚线切割工艺与用砂浆的线切割，在切割速度、成本和单片耗材等方面有明显的优势，且由于切片的厚度均匀性比较好，故可使切片的合格率大幅提高

硅片倒角（edge grinding)加工的目的是要消除硅片边缘表面经切割加工后所产生的棱角、毛刺、崩边、裂缝或其他的缺陷以及各种边缘表面污染，从而降低硅片边缘表面的粗糙度，增加硅片边缘表面的机械强度、减少颗粒的表面沾污。

经硅片倒角加工后，其边缘表面（截面）一般呈圆弧形（R-type）或梯形（T-type）。倒角加工中为使硅片具有较高的直径尺寸公差，同时边缘表面又具有较小的粗糙度Ra和不留有较深的表面机械应力损伤，如何选择金刚石倒角轮、采用何种倒角磨削工艺是至关重要的。在对大直径硅片的倒角磨削加工过程中，往往先用较粗的金刚石倒角磨轮（粒度常用800#）进行粗倒角磨削，然后再用较细的金刚石倒角磨轮（粒度常用3000#）进行精倒角磨削。

双面研磨（lapping)或磨削(grinding)为了去除在切片加工工序中，硅片表面因切割产生的、深度约20～50μm的表面机械应力损伤层（damage layer）和表面的各种金属离子等杂质污染，并使硅片具有一定的几何尺寸精度的平坦表面。

双面研磨系统对硅片进行双面研磨加工时，利用游轮片（carrier）将硅片置于双面研磨机中的上下磨盘（磨板）之间，加入相宜的液体研磨料（slurry），使硅片随着磨盘作相对的行星运动，并对硅片进行分段加压双面研磨加工。双面研磨虽具有较大的磨削速率，但其表面产生的应力损伤也较大、表面损伤层较深，表面损伤层的深度大约是磨砂粒度的1.5～2.5倍。目前对直径小于200mm的硅片常采用双面研磨技术对硅片进行双面研磨加工。

表面磨削技术具有加工效率高、加工后表面平整度好、成本低、产生的表面应力损伤小等优点，故在直径300mm抛光片制备工艺中，现已广泛采用表面磨削技术来替代传统的双面研磨工艺。

双面磨削与一般常用的双面研磨是两种完全不同形式的加工技术，目前，实现对直径300mm硅片的双面磨削主要有两种加工形式。一种仍然是先对硅片的一个表面进行单面的磨削加工，然后再将硅片翻转（手动翻转或自动翻转）后再进行另一个表面的单面磨削加工。另外一种则是对硅片的正、反表面同时进行表面的磨削加工。

硅片抛光主要包括边缘抛光（edge polishing）及表面抛光（polishing)。采用边缘抛光加工的目的是去除硅片边缘表面由前工序（倒角、研磨）加工所产生的机械应力损伤层、减小表面的机械应力和去除边缘表面的各种金属离子等杂质污染，以降低因在加工过程中碰撞而产生碎、裂的机会，从而可增加硅片边缘的表面机械强度、获得表面粗糙度较低的光亮“镜面”表面，降低微粒对硅片边缘表面的附着沾污，以满足IC工艺要求。

根据工艺（或用户）的要求，可对硅片边缘表面先进行机械的带式边缘粗抛光（带式边抛），然后再对其边缘表面进行碱性胶体二氧化硅化学机械抛光的精加工（化学边抛）

硅片表面抛光的目的在于去除其表面由前工序（切片、研磨等）所残留下的微缺陷及表面的应力损伤层和去除表面的各种金属离子等杂质污染，以求获得硅片表面局部平整度、表面粗糙度极低的洁净、光亮“镜面”，满足制备各种微电子（IC）器件对硅片的技术要求。

为了确保硅片表面的抛光加工精度，根据工艺要求可对硅片进行两步（粗抛光、精抛光）或三步（粗抛光、细抛光、精抛光）或四步（粗抛光、细抛光、精抛光、最终抛光）碱性胶体二氧化硅抛光液的化学、机械抛光（chemical mechanical polishing-CMP）的单面或双面的多段加压抛光工艺。

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