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。
半導體的加工技術(shù)是芯片制造的基礎，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
半導體硅晶圓加工應用的金剛石工具
前端工序中的金剛石工具
單晶硅半導體前端加工工序
單晶硅半導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ＩＣ芯片陣列，先利用激光對晶圓表面預開槽，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率，適用于電氣應用中的精密加工。
技術(shù)進步：隨著半導體制造技術(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體制造中的應用效果。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。
應用領(lǐng)域擴展：金剛石技術(shù)不僅限于半導體加工，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)和可回收材料的應用。
參考來源：
1.DT半導體
2.閆志瑞等：半導體硅片制備技術(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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