超声辅助线锯切割SiC单晶实验研究

针对单晶SiC切割过程切割效率低,加工表面粗糙度和表面不平度差以及线锯磨损和断裂严重等问题,提出采用线锯横向施加超声振动的方法切割单晶SiC.通过实验对比研究了普通切割与超声辅助切割两种切割工艺,结果表明:与普通切割相比,超声辅助切割单晶SiC,锯切力减小37;～52;,且减小趋势随工件进给速度的增大更明显;切片表面粗糙度降幅约为26;～55;,晶片表面形貌均匀,无划痕,明显优于普通切割方法所获得的表面;线锯磨损降低约近40;;切割效率提高近56;.     

KDP晶体金刚石线锯切割表面缺陷分析

采用树脂金刚石线锯对KDP晶体进行了锯切实验,使用扫描电子显微镜对KDP晶体锯切的表面缺陷进行了分析,分析了走丝速度和工件进给速度对KDP晶体表面缺陷特征的影响.分析发现线锯锯切的晶片表面缺陷主要有呈锯齿状形态的沟槽、表面破碎、划痕、橘皮状的外观、凹坑、以及锯切表面嵌入脱落磨粒和切屑.走丝速度增大,工件进给速度降低,锯切材料的表面缺陷逐渐由以脆性破碎凹坑为主转变为以材料微切削去除留下的沟痕为主.锯丝表面脱落的金刚石磨粒在锯切过程中在锯丝压力作用下挤压嵌入或冲击加工表面造成凹坑,对材料表面和亚表面质量的损害严重.其分析结果为获得高质量的锯切表面,进一步优化工艺参数提供了实验参考依据.     

β-Ga2O3晶体金刚石线锯切割的表面质量研究

本文探究了往复式金刚石线锯的工艺参数对β-Ga₂O₃单晶沿(001)晶面切片时表面质量的影响,从压痕断裂力学理论角度探究了金刚石线锯切割β-Ga₂O₃单晶过程中磨粒行为和材料去除机理。实验从各向异性角度分析了切割方向对(001)面β-Ga₂O₃单晶切割片表面质量的影响,并采用SEM和SJ-210粗糙度测试仪探究了工艺参数对金刚石线锯切割后的晶片表面质量的影响。实验结果表明,增大锯丝速度或减小材料进给速度都能降低亚表面损伤层深度及表面粗糙度,有效改善晶片表面质量。     

金刚石切割多晶硅片切割痕性质与消除方法研究

金刚石线锯切割多晶硅片表面存在两种尺度的切割痕纹:由锯线往复运动形成的周期在亚毫米尺度的往复纹,和由金刚石划出的宽度在微米尺度的划痕.金刚石切割硅片的微观粗糙度比砂浆切割硅片小～25;.金刚石切割硅片相对粗糙表观以及往复纹的呈现都来自于光滑划痕的视觉增强作用.酸刻蚀制绒不能消除金刚石切割硅片表面切割痕纹;碱刻蚀只能消除部分晶粒之上的切割痕纹.尝试了一种气相酸刻蚀方法,取得了彻底消除金刚石切割硅片表面切割痕纹的效果,同时获得了良好的制绒效果,但其均匀性有待改善.     

磁控溅射工艺参数对碳膜表面形貌及浸润性的影响

为了分析磁控溅射工艺对碳膜表面形貌及浸润性的影响,在室温下采用磁控溅射技术在硅片表面沉积碳膜,并利用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、静态接触角测量仪对所得碳膜进行表征.结果表明:随着溅射功率的提高,碳膜表面粗糙度先减小后增大,致密性逐渐改善,静态接触角先增大后减小;随着溅射时间的延长,碳膜的表面粗糙度逐渐增加,均匀性在一定的溅射时间内逐渐改善,静态接触角呈现先减小后增大再减小的趋势;随着溅射压强的增加,碳膜表面粗糙度先增大后减小,致密性在过高的溅射压强下会变差,静态接触角先减小后增大.     

横向超声激励对金刚石线锯切割单晶SiC切割速度及切割机理影响

硬脆晶体材料如SiC、Ge和Si等,由于具有极高的硬度和脆性,普通线锯切割很难进一步提高硬脆材料晶片的切割效率和表面质量.本研究把超声振动应用到金刚石线锯切割单晶SiC.基于超声振动切削加工的特点,分析了柔性线锯横向振动切割单晶SiC的必要条件;建立了横向超声激励下柔性金刚石线锯对SiC工件的动态切割过程模型,研究分析了超声振动对线锯间歇切割弧长及切割速度的影响,得到横向超声振动线锯切割速度增量的数学表达式.基于压痕裂纹模型,讨论了横向超声振动线锯切割和普通线锯切割对切割速度、切割力和表面粗糙度的影响.以单晶SiC为切割对象,对普通线锯切割和超声振动线锯切割进行了对比实验,结果表明在相同条件下,超声振动线锯切割使晶片的表面粗糙度有明显改善,超声振动线锯的切割速度比普通线锯切割的速度提高了约45;,锯切力减少28;~53;.实验结果与理论分析具有良好的一致性.     

玻璃陶瓷车削表面形成机制及实验研究

以玻璃陶瓷为加工对象,通过单因素车削实验研究了硬脆性材料车削机理,分析了车削深度、车削速度和进给速度对表面粗糙度的影响规律.已加工表面质量观测结果表明,随着切削深度的增加,刀具与工件挤压作用增强,表面损伤加重;随着切削速度的增加,刀具与工件作用时间减小,裂纹扩展缩短,表面破坏减弱;将切削过程分为挤压与切削两个阶段,随着进给速度的增加,在挤压阶段刀尖和工件的接触区域产生更深层裂纹,切削阶段材料崩碎加剧.测量已加工表面粗糙度,结果表明:粗糙度随切削深度和进给速度增加而增加,随切削速度增加而减小.     

不同研磨阶段金刚石磨粒表面覆镍量的优化

通过化学镀镍的方法,分别在两种粒径的金刚石表面镀覆一层增重率不同的Ni-P合金层,利用SEM分析了镀层微观形貌;并将其与树脂混合制备成固结磨料研磨垫,分别作为粗研和精研使用,探索了其加工特性.结果表明:镀层增重率可以明显改变金刚石镀层的微观形貌;精研过程的摩擦系数、材料去除速率和工件表面粗糙度均随着镀层增重率增大呈现先增大后减小的趋势,在镀层增重率30;时达到最大值;粗研过程的材料去除速率和工件表面粗糙度随着镀层增重率增大呈现先增大后减小的趋势,在镀层增重率50;时达到最大值;粗研过程对磨粒把持力的要求高于精研过程.     

横向超声辅助线锯振动切割单晶SiC法向锯切力研究

锯切力是线锯切割加工中极其重要的参数,它不仅影响切割效率和晶片的表面质量,而且还严重影响晶片的亚表面损伤程度和线锯的寿命.本文将横向超声振动应用于金刚石线锯切割单晶SiC过程中并对受迫振动线锯的法向锯切力进行理论分析和研究.基于轴向运动弦线受迫振动模型,求解出在两种不同位置超声激励下线锯中间切割点横向振动位移的函数表达式;依据冲量定理和磨削理论,建立了横向超声辅助金刚石线锯的法向锯切力模型并推导出横向受迫振动线锯锯切单晶SiC法向锯切力的预测公式.对单晶SiC进行横向超声辅助线锯振动切割和普通线锯切割对比实验并分析横向超声振动和加工参数对线锯法向锯切力的影响,结果表明相同实验条件下,横向超声振动切割比普通线锯切割法向锯切力减小25; ～35;.理论预测与实验结果具有较好一致性.     

缓冲层厚度对MOCVD法生长GaN外延薄膜性能的影响

本文研究了低温GaN(LT-GaN)缓冲层表面形貌,其随厚度的变化规律及对随后生长GaN外延膜各项性能的影响.用场发射扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究LT-GaN缓冲层表面形貌,发现随着厚度的增加,其表面由疏松、粗糙变得致密、平整,六角GaN小晶粒的数量减少,且取向较为一致.用X光双晶衍射(XRD)、AFM和Hall测量研究1μm厚本征GaN外延薄膜的结晶质量、表面粗糙度、背底载流子浓度和迁移率等性能,发现随着LT-GaN缓冲层厚度的增加:XRD的半高宽FWHMs增大,表面粗糙度先减小后又略有增大,背底载流子浓度则随之减少,而迁移率的变化则不明显.通过分析进一步确认LT-GaN缓冲层的最优生长时间.     

单晶硅低裂纹损伤切片加工技术研究进展

单晶硅晶圆衬底的直径增大、厚度减薄和集成电路(IC)制程减小是集成电路领域主流发展趋势。随着集成电路制程减小至5 nm,对单晶硅晶圆衬底质量的要求越来越高。切片加工是晶圆衬底制造的第一道机械加工工序,金刚石线锯切片是大尺寸单晶硅切片加工的主要技术手段。本文介绍了金刚石线锯切片加工的发展趋势和面临的挑战,阐述了以单晶硅刻划加工研究为基础的金刚石线锯切片加工材料去除机制和电镀金刚石线锯三维形貌建模技术,总结了单晶硅切片加工的晶片表面创成机制和裂纹损伤产生机制,展望了单晶硅低裂纹损伤切片加工的工艺措施,指出了单晶硅切片加工技术的发展趋势,对集成电路制造技术的发展具有一定的指导意义。     

金刚石线锯成形加工硬脆材料圆弧的正交试验研究

针对硬脆材料圆盘件的成形切割问题,提出一种基于电镀金刚石线锯的成形切割方法并进行切割试验,采用3因素4水平正交试验系统研究切割线速度V(A)、转台W轴转速n(B)和金刚石线锯的张紧力F(C)对圆弧面径向跳动、线弓角度、切割效率以及表面粗糙度的影响规律。结果表明:W轴转速对圆弧的径向跳动(即圆度)、切割效率以及表面粗糙度影响最大,张紧力的影响次之,线速度的影响最小;张紧力对线弓角度影响最大,线速度的影响次之,W轴转速影响最小;在本试验条件范围内,经过试验验证得出的最优工艺参数组合为A3B1C1,即金刚石线锯的线速度为8.96 m/s,转台转速为0.25 r/h,张紧力为12 N。且径向跳动、线弓角度、切割效率和表面粗糙度的极差分析结果与其方差结果一致。     

重掺硅衬底片的内吸除效应

本文研究了重掺p型(B)和重掺n型(P、As、Sb)硅单晶的内吸除效应.发现在本实验条件下,经过改进的内吸杂(IG)处理后,不同掺杂剂的重掺硅单晶片都出现了氧沉淀增强现象,但不同掺杂剂的重掺硅单晶中氧沉淀形态不同.且发现砷增强了硅片近表层区氧的外扩散.在相同的热处理条件下,不同掺杂剂的重掺硅清洁区宽度不同,重掺硼硅片的清洁区最窄,重掺砷的最宽.     

Investigation of surface treatment effect of catalyst on the lifetime for Cat-CVD method

In case of amorphous silicon (a-Si) film deposition by catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD) method, a metal catalyzing wire is converted to silicide and this silicidation causes shortening lifetime of the catalyzing wire. In the present work, the effect of surface carbonization of catalyzing wire against silicide formation is investigated to obtain long-life catalyzer. Characteristics of a-Si film deposited by carbonized tungsten (W) catalyzer are also investigated. Silicide layer thickness formed on carbonized catalyzing wires after 60 min a-Si film deposition decreases to half of that on uncarbonized wires. Device quality a-Si films having defect density less than 4 × 10¹⁵ cm^?3 are obtained by using carbonized W, indicating that surface carbonization of W catalyzer is effective process for industrial application of Cat-CVD method.     

大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术

碲锌镉(CdZnTe)晶体性能优越,是高性能碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜的首选衬底材料。双面抛光是一种加工质量较高的碲锌镉晶片表面抛光方式,其具有效率高、平整度好、晶片应力堆积少的优点。但当碲锌镉晶片尺寸增大后,其加工难度也随之上升,易出现碎片多、加工速率慢、表面平整度差等问题。本文开展了大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术研究,深入分析了面积大于50 cm²的非规则碲锌镉晶片双面抛光工艺中,不同参数对抛光质量的影响,通过模拟并优化晶片运动轨迹,优化抛光液磨粒粒型、抛光压力、抛光液流量等抛光工艺参数,实现了具有较高抛光速率和较好表面质量的大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光加工,对进一步深入研究双面抛光技术有着重要意义。     

大尺寸单晶金刚石磨抛一体化加工研究

金刚石因其优异的物理性质被视为下一代半导体材料,然而其极高的硬度、脆性和耐腐蚀性导致其加工困难,尤其是对于大尺寸的化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)单晶金刚石(SCD)晶片而言,目前还缺乏一种高效、低成本的磨抛加工方法。本文提出一种基于工件自旋转的同心双砂轮磨抛一体化加工技术,在一次装夹中,先采用金刚石磨料的陶瓷内圈砂轮磨削单晶金刚石晶片表面,将单晶金刚石表面迅速平坦化,后采用金刚石与CuO混合磨料的外圈溶胶-凝胶(sol-gel,SG)抛光轮抛光单晶金刚石晶片表面,使其在较短时间内完成从原始生长面(Sa约46 nm)到原子级表面精度(Sa＜0.3 nm)的加工。磨削加工中,硬质金刚石磨料的陶瓷砂轮高速划擦金刚石晶片表面,在强机械作用下获得较大的材料去除以及纳米级的光滑单晶金刚石表面,同时引起进一步的表面非晶化;SG抛光加工中,硬质金刚石磨料高速划擦单晶金刚石表面形成高温高压环境,进一步诱导CuO粉末与单晶金刚石表面的非晶碳发生氧化还原反应,实现反应抛光。磨抛一体化的加工技术为晶圆级的单晶、多晶金刚石的工业化生产提供借鉴。     

Highly uniform growth in a low-pressure MOVPE multiple wafer system

A novel horizontal metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) system, which is capable of handling six 3 inch wafers or eighteen 2 inch wafers mounted on a 10 inch diameter susceptor, has been developed for the growth of III–V compound semiconductors. The characteristic features in this system are “triple flow channel” gas injection and “face-down” wafer setting configuration. The inlet for the source gas flow is divided into three zones (upper, middle and lower flows for hydrides, organometals and hydrogen, respectively) to control the concentration boundary layer and the growth area. The wafers are placed inversely to prevent thermal convection and particles on the growing surface. The independent controlled three-part heating system is also adopted to achieve a uniform temperature distribution over an 8 inch growing surface. The thickness and the doping of GaAs, Al_0.3Ga_0.7As, In_0.48Ga_0.52P and In_0.2Ga_0.8As grown by this system are uniform within ± 2% over all 3 inch wafers.     

Novel reactor for high volume low-cost silicon epitaxy

The chemical vapor deposition of epitaxial layers of silicon is a widely used process in the electronic industry. It is a batch process and the relatively small capacity (i.e., 20–30 wafers) of epitaxial reactors significantly contributes to the expense of the process. We thus embarked on a research project aimed at a significant expansion of the reactor capacity. The first step was to conduct a complete characterization of the presently used reactors by means of flow visualization, temperature measurements and mass spectrometric studies; results of these studies will be briefly presented and discussed. The main conclusion from these studies was that up-scaling of present reactors is not economical. We thus designed and constructed a novel epitaxial reactor, radically different from current types. In this reactor the susceptor structure consists of parallel graphite discs. Wafers are fastened to one or both sides of these discs. The nutrient gaseous mixture is injected into spaces between discs by a specially designed gas distributor, which delivers the same amount of the mixture to all interdisc spacings, thus insuring the wafer-to-wafer thickness uniformity. A combination of the rotation of the susceptor discs with the gas distributor motion insures the on-the-wafer thickness uniformity. The above described parallel packing allows much higher reactor capacities (e.g., 50–100 wafers). It also results in a more economical reactor in terms of consumption of energy and chemicals. We shall illustrate the application of the novel reactor (known as the “RCA Rotary Disc Reactor”) to epitaxial deposition of silicon from SiCl₂H₂.     

Intrinsic gettering in germanium-doped Czochralski crystal silicon crystals

The intrinsic gettering (IG) of germanium-doped Czochralski (GCZ) silicon with different concentrations of germanium has been investigated in this paper. The conventional Czochralski (CZ) and the GCZ silicon samples were annealed using a one-step high temperature process followed by a sequence of low–high temperature annealing cycles. It was found that the good defect-free denude zones in the near surface of the GCZ silicon could be achieved using simply a one-step high temperature annealing process. Furthermore, the density of bulk microdefects as IG sites was higher than that in the CZ silicon, as a result of germanium enhancing oxygen precipitation during three-step annealing. Meanwhile, the experimental results showed that germanium also enhanced the out-diffusion of oxygen. Furthermore, it is believed that germanium doping can increase the ability of IG in CZ silicon wafers.