《雷射散射檢測半導體矽片亞表面損傷的基礎研究》是依託大連理工大學,由張璧擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雷射散射檢測半導體矽片亞表面損傷的基礎研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張璧
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
半導體矽片等硬脆材料在加工製造過程中會產生裂紋等表面和亞表面損傷。和表面損傷不同，亞表面損傷具有隱蔽性和複雜性，其無損檢測是一個難題，尚無成熟可靠的手段。針對這一難題，本項目提出一種無損、高效、可靠的雷射散射檢測新方法，研究矽片亞表面損傷的雷射散射機理，建立散射光強度與損傷相關性理論，探索裂紋形態對散射光強度分布的影響規律，從而進一步確立雷射散射測量的定性和定量評價方法，最佳化雷射散射系統性能。本項目將交叉偏振技術與共焦光學成像技術相組合，增強系統的深度方向透入能力與空間解析度；使用雙測頭技術提高系統對於裂紋形態與走向的分辨能力。使用破壞性檢測方法驗證雷射散射系統的測量結果，給出定量定性的評價指標。研究成果將為半導體矽片等脆性材料的脆性域/延性域加工提供快捷、可靠的依據，並為積體電路矽片以及其他半導體材料的損傷檢測提供理論和技術支持。
結題摘要
單晶矽是半導體產業的主要襯底材料，廣泛套用於積體電路、光伏電池等產業。單晶矽為硬脆材料，磨削中不可避免地引入亞表面加工損傷，破壞矽片加工表面完整性，降低最終零部件的性能和壽命。檢測單晶矽亞表面損傷能夠指導後序損傷去除工藝最佳化，對於提高單晶矽整體加工效率和加工質量意義重大。然而目前缺乏高效的方法檢測矽片磨削亞表面損傷，導致了矽片的整體加工效率低，成本高。為此本項目深入研究了單晶矽磨削亞表面損傷偏振雷射散射檢測方法。項目主要的研究內容和結論如下：(1) 研究了不同磨削工況下，矽片亞表面損傷形態分布和深度分布。研究結果表明，當採用粗磨粒磨削時，亞表面裂紋傾向沿{111}解理面形成；然而當採用細磨粒磨削時，亞表面裂紋傾向於在其它非解理面形成，從磨削矽片表面的中心到邊緣亞表面損傷深度逐漸增加。(2) 基於電磁場散射理論，建立了單晶矽亞表面損傷散射電磁場模型，闡述了偏振雷射散射檢測原理，結合磨削亞表面損傷分布，研究了磨削表面和亞表面損傷偏振雷射散射電磁場的分布規律。結合磨削矽片亞表面損傷的分布，提出了採用s偏振光垂直入射磨削表面的檢測方案。(3) 設計並搭建了矽片磨削亞表面損傷偏振雷射散射檢測系統，通過了實驗驗證，表明亞表面損傷是影響偏振雷射散射檢測的主要因素，表面粗糙度對於偏振雷射散射檢測的影響可以忽略。(4) 研究了磨削殘餘應力對偏振雷射散射信號的影響規律，提出了適用於檢測單晶矽磨削亞表面損傷的偏振雷射散射檢測方法，該方法指出在單晶矽磨削亞表面損傷偏振雷射散射檢測中，使入射雷射的偏振方向沿矽片表面磨紋走向進行檢測，可消除殘餘應力的影響，提高亞表面損傷的檢測精度。(5) 研究了偏振雷射散射檢測信號與亞表面損傷分布的關聯關係。研究表明，偏振雷射散射檢測信號取決於亞表面損傷深度和亞表面損傷密度，其中亞表面損傷深度為主要影響因素。偏振雷射散射檢測可檢測出深度最小為0.1 μm的亞表面損傷，檢測信號與亞表面損傷深度具有冪指數關係。
