中國粉體網(wǎng)訊  目前，信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已進入特大規(guī)模集成時代,，物聯(lián)網(wǎng),、5G、人工智能等新興應(yīng)用領(lǐng)域已進入快速發(fā)展階段,。智能手機,、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),，也是國家高端裝備和先進制造技術(shù)水平的 重要標志之一。

半導(dǎo)體加工是從晶棒到單個芯片的過程,，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晶棒滾圓，以達到所需直徑,。

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,。目前硅基半導(dǎo)體主要使用磨料線鋸切割加工方式,，高速運動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硅片進行粗磨與精磨,。

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、測試和轉(zhuǎn)運中具有足夠的強度,。因此,，在保證晶圓具有一定強度的前提下，使用減薄砂輪控制晶圓片厚度,，才能滿足下游企業(yè)對晶圓強度與厚度的要求,。

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機械拋光（CMP）去除，化學機械拋光（CMP）還可對硬的陶瓷基體和軟的金屬進行高效,、高質(zhì)量拋光,，拋光過程中拋光墊會形成磨光層，嚴重影響拋光效率和精度,。因此,，需要使用金剛石化學機械拋光墊修整器對拋光墊進行加工，以使拋光墊在工作時保持平坦的表面和正常的粗糙度,。

背面減�,。�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ＩＣ芯片陣列，先利用激光對晶圓表面預(yù)開槽,，再利用劃片刀將單個芯片分離,，以便于后續(xù)封裝工序。

晶圓的減薄與劃片在整個加工工序中至關(guān)重要,，也是所有工序中對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)進步：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展，對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)域擴展：金剛石技術(shù)不僅限于半導(dǎo)體加工,，還可以擴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,。跨領(lǐng)域的技術(shù)融合將推動金剛石在新興應(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)境保護意識的提升，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

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

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