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单晶硅片是制造集成电路芯片最广泛使用的衬底材料,其加工质量直接决定了集成电路芯片的品质。在整个制造工艺过程中,经过多线切割的硅片表面及亚表面存在较大损伤。工业中通常使用磨削和研磨加工来去除损伤。但即使超细粒度的磨削和磨削加工,也不可避免的会对硅片的表面引入一定程度的加工缺陷,通常使用后续的化学机械抛光工艺来去除磨削和研磨引起的表面损伤层。硅片的表面完整性对后续化学机械抛光工艺的加工效率有重要影响。故研究超精密研磨和磨削硅片的表面损伤层可以为分析硅片加工的材料去除机理、后续化学机械抛光效率提供指导意见。通过超精密磨削和研磨试验研究及分析,取得的以下主要结论:(1)磨削硅片的表面损伤形式为磨纹和破碎坑,#3000B砂轮磨削硅片的表面只有细磨纹;研磨硅片为破碎坑和划痕,两种硅片表面损伤的形式均随磨粒粒径的减小而减小。(2)使用#120V、#600V和#3000V砂轮磨削硅片的表面粗糙度PV分别比W0.4、W1.5和W5游离碳化硅磨粒研磨硅片大3.01μm、1.45μm、0.22μm,而#3000B砂轮磨削的硅片的表面粗糙度PV则比W0.4碳化硅研磨硅片小44.85 nm。(3)磨削硅片的亚表面损伤的形式主要为中位裂纹和径向裂纹,研磨硅片为随机延伸的裂纹。使用#120V、#600V和#3000V砂轮磨削的硅片的亚表面损伤深度分别比W0.4、W1.5和W5碳化硅磨粒研磨的硅片大4.44μm、5.01μm、0.88μm,而#3000B砂轮磨削硅片的亚表面损伤深度则比W0.4碳化硅研磨硅片小0.41μm,且#3000B砂轮磨削硅片的非晶层和位错层的厚度分别比W0.4研磨硅片平均小50 nm、175 nm。(4)不同粒度磨粒的磨削和研磨硅片表面的硬度均低于硅片基体本身,但随着亚表面损伤深度的减小,硅片表面的硬度也随之而增加,#3000B的表面硬度最接近抛光硅片。#3000B、#3000V砂轮磨削硅片的表面硬度分别比W0.4、W1.5研磨硅片平均高2.697 GPa、2.043 GPa。(5)常见的磨削硅片表面/亚表面质量劣于研磨硅片,但细粒度砂轮磨削硅片的表面/亚表面损伤层优于研磨硅片;在后续的CMP中,磨削硅片表面的单向坝形体结构的CMP效率优于研磨硅片表面的丘陵结构,适当改进磨削工艺(增加光磨时间)可进一步提高磨削硅片后续的CMP效率。