中國(guó)粉體網(wǎng)訊  目前，信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已進(jìn)入特大規(guī)模集成時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等新興應(yīng)用領(lǐng)域已進(jìn)入快速發(fā)展階段。智能手機(jī)、手表以及電腦等諸多電子產(chǎn)品，早已成為我們生活里不可或缺的部分，然而，在這所有的背后，有一個(gè)起著關(guān)鍵作用的元件-芯片。

半導(dǎo)體的加工技術(shù)是芯片制造的基礎(chǔ)，也是國(guó)家高端裝備和先進(jìn)制造技術(shù)水平的 重要標(biāo)志之一。

半導(dǎo)體加工是從晶棒到單個(gè)芯片的過程，金剛石工具在這一過程中至關(guān)重要，如晶棒剪裁、晶圓減薄、劃片等。

單晶硅芯片制造流程簡(jiǎn)圖

半導(dǎo)體硅晶圓加工應(yīng)用的金剛石工具

前端工序中的金剛石工具

單晶硅半導(dǎo)體前端加工工序

單晶硅半導(dǎo)體材料的前端加工工藝及使用的金剛石工具如上圖所示，在200℃下，石英砂與碳發(fā)生置換反應(yīng)得到單晶硅，后經(jīng)直拉法或區(qū)熔法得到單晶硅棒。

晶棒剪裁：直拉法得到晶棒后，按不同產(chǎn)品要求，使用電鍍金剛石帶鋸或內(nèi)圓切割刀片對(duì)其去頭裁尾。內(nèi)圓或外圓切割效率低、材料損失率大、加工質(zhì)量低，故目前多采用金剛石帶鋸來切割晶棒。

晶棒滾圓：已切除圓角的晶棒表面并非規(guī)則的圓柱形，需使用電鍍或燒結(jié)型金剛石杯形砂輪對(duì)晶棒滾圓，以達(dá)到所需直徑。

晶棒切片：晶棒切片的方法主要包括內(nèi)圓切割和線切割，線切割相較內(nèi)圓切割具 有效率高、切割直徑大及鋸痕損失小等優(yōu)點(diǎn)。目前硅基半導(dǎo)體主要使用磨料線鋸切割加工方式，高速運(yùn)動(dòng)的鋼絲將磨料帶入切割區(qū)，形成磨料三體加工，把晶棒切割成硅片。

晶圓片研磨：切片會(huì)使晶圓表面損傷，為提高晶圓表面質(zhì)量并去除表面損傷層，需使用杯形金剛石砂輪對(duì)硅片進(jìn)行粗磨與精磨。

晶圓片倒角與磨邊：線切割得到的晶圓片邊緣有毛刺、棱角、裂縫或其它缺陷，通過槽形小砂輪與磨邊砂輪將晶圓銳利的邊緣修正成弧形，可有效減少和避免后續(xù)工序中晶圓發(fā)生崩邊的可能性。

晶圓片減薄與拋光：晶圓上電路層的有效厚度為5~10μｍ，約占90％的襯底材料是為了保證晶圓片在加工、測(cè)試和轉(zhuǎn)運(yùn)中具有足夠的強(qiáng)度。因此，在保證晶圓具有一定強(qiáng)度的前提下，使用減薄砂輪控制晶圓片厚度，才能滿足下游企業(yè)對(duì)晶圓強(qiáng)度與厚度的要求。

后端工序中的金剛石工具

單晶硅半導(dǎo)體后端加工工序

電路制作：晶圓片經(jīng)表面氧化、光刻與刻蝕加工后，晶圓內(nèi)形成邏輯電路。

拋光：晶圓片由以上加工工序引起的損傷層必須由化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）去除，化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）還可對(duì)硬的陶瓷基體和軟的金屬進(jìn)行高效、高質(zhì)量拋光，拋光過程中拋光墊會(huì)形成磨光層，嚴(yán)重影響拋光效率和精度。因此，需要使用金剛石化學(xué)機(jī)械拋光墊修整器對(duì)拋光墊進(jìn)行加工，以使拋光墊在工作時(shí)保持平坦的表面和正常的粗糙度。

背面減薄：晶圓內(nèi)電路制作完成后，使用背面減薄砂輪減小晶圓厚度，減薄有利 于芯片的散熱提高其壽命和縮小體積。

劃片：企業(yè)為節(jié)約成本和提高效率，常在一塊晶圓上制作幾千個(gè)ＩＣ芯片陣列，先利用激光對(duì)晶圓表面預(yù)開槽，再利用劃片刀將單個(gè)芯片分離，以便于后續(xù)封裝工序。

晶圓的減薄與劃片在整個(gè)加工工序中至關(guān)重要，也是所有工序中對(duì)金剛石工具要求較高的環(huán)節(jié)。

未來發(fā)展方向

金剛石在半導(dǎo)體加工中的未來發(fā)展將包括以下幾個(gè)方向：

新型金剛石材料：研究和開發(fā)新型金剛石材料，如納米金剛石和摻雜金剛石，將進(jìn)一步提升加工性能。納米金剛石具有更高的硬度和更好的分散性，適用于更精細(xì)的加工需求，而摻雜金剛石能夠改善某些特定加工性能。例如，摻硼金剛石能夠提高其電導(dǎo)率，適用于電氣應(yīng)用中的精密加工。

技術(shù)進(jìn)步：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)加工精度和效率的要求不斷提高。金剛石加工技術(shù)將繼續(xù)向更高精度、更快加工速度和更高可靠性方向發(fā)展。例如，激光輔助金剛石加工和超聲波輔助加工技術(shù)有望提升金剛石在半導(dǎo)體制造中的應(yīng)用效果。這些技術(shù)能夠通過增強(qiáng)金剛石工具的切削能力和降低加工過程中的熱積聚，提高整體加工性能。

應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展：金剛石技術(shù)不僅限于半導(dǎo)體加工，還可以擴(kuò)展到其他高精度制造領(lǐng)域，如光電子器件、航空航天部件等�？珙I(lǐng)域的技術(shù)融合將推動(dòng)金剛石在新興應(yīng)用領(lǐng)域中的發(fā)展。例如，金剛石工具在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用可以用于加工高強(qiáng)度合金材料，提高組件的耐用性和性能。

環(huán)境友好型技術(shù)：隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，金剛石加工技術(shù)也將向更加環(huán)保的方向發(fā)展。研究者們將探索減少金剛石加工過程中的廢料和能耗，開發(fā)低影響的加工方法，如綠色冷卻技術(shù)和可回收材料的應(yīng)用。

參考來源：

1.DT半導(dǎo)體

2.閆志瑞等：半導(dǎo)體硅片制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀.金剛石與磨料磨具工程

2.陳雷等：偶聯(lián)劑處理對(duì)金剛石樹脂砂輪磨削性能的影響.金剛石與磨料磨具工程

3.軒闖等：半導(dǎo)體加工用金剛石工具現(xiàn)狀.超硬材料工程

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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