硅片隐裂痕的粗浅分析--Choo2008-05-07

硅片隐裂痕的粗浅分析---Choo 2008-05-07 由共价键结合而成的硅是典型的脆性材料，其主解理面为｛ 111｝面，而 S125 和 S156硅片大多为｛ 100｝晶面族，如果硅片在工艺过程中积累了过多的解理裂痕，则裂痕会产生扩展并脆断，所以就有很多沿解理面或非解理面的穿晶断裂出现。经观察与粗略统计，大多数硅片的断裂部位位于对角线约 1/8 处（如图 1.图 2.） ，所以不妨以 1/8 处碎片作为研究对象，而对那些潜在于工艺环节中的，可造成隐裂痕的，设备操作或人工操作方法进行分析。 以下从公司现有设备角度和生产工具的使用角度着手， 统计了整个电池片生产过程中几乎所有可造成隐裂痕的工艺环节。图 1. 皇明碎片 1 图 2.皇明碎片 2 一 . 从生产工具角度分析作为典型的脆性材料，常温下，单晶硅的裂纹一旦形成，便会以极快的速度扩展，而厚度只有 200 微米左右的单晶硅片， 其解理胚形成后， 稍有应力集中裂痕便会扩展为裂纹从而发生断裂， 所以在这次分析过程中， 凡是遇到与硅片接触或对硅片产生力的作用的环节都将被视为隐患。 ，可能造成隐裂痕的工具为1. 晶片盒晶片盒是与硅片接触最为频繁的工具，其与硅片下方的接触处虽然为点接触， 但是由于放硅片时， 过早的松开镊子或松手会导致的硅片自由落体式的坠落， 这是使位于硅片外边缘隐裂痕的扩大方法之一，同时也可能造成崩边现象。如图 1.1、图 1.2.， （红色圆圈处，硅片边角已经断裂；黄色圆圈处，硅片与晶片盒正常接触）图 1.1 硅片与晶片盒接触图 图 1.2 硅片与晶片盒接触图局部放大2. 镊子镊子本身结构无可厚非，但是线上使用镊子夹硅片的方法大多是用镊子夹住硅片的一角， 这样硅片的重量力矩完全集中在镊子与硅片相接触的一点或一条线， 所以视为隐患。如图 1.3 图 1.3 扩散上片时，镊子的使用方法3. 吸笔造成隐裂痕的道理与镊子类似，也是习惯性的用吸笔吸住硅片的一角， 图 1.4 图 1.4 去 PSG 段吸笔的使用方法4. 石英舟方形石英舟，造成隐裂痕的道理与晶片盒类似，但是石英舟的硬度更高，如果， 插片时过早的松手， 硅片坠落后会与石英舟产生互残式的磕碰， 不但能产生碎片或隐裂痕， 而且会出现崩边； 菱形石英舟， 其结构决定了硅片只能以相邻两边的四个点作为支撑，所以个人感觉当硅片在菱形舟上时， 假如舟的凹槽不是跟硅片外边缘平行， 则硅片肯定会受到一个不垂直外边缘的力， 如果硅片跟石英舟之间有较大的震动或碰撞， 而力的方向又是沿〈 111〉方向，则硅片很容易缺角。见图 1.5 、 1.6 图 1.5 菱形石英舟与硅片 图 1.6 方形石英舟与硅片二 . 从设备角度分析1. 板式 PECVD 的石墨板每个小框里有八根金属条，其中 4 个是钩状，作用是承载硅片，另外 4 个，是直条状的，如图 2.1。硅片在上下板的过程中，存在与金属条有刮擦和碰撞的可能性，可能的碰撞位置涵盖硅片所有的 4 个角（沿 1/8 对角线位置） 。图 2.1 板式 PECVD 石墨板2. 印刷机整个印刷过程是动态的，所以硅片处在不断运动的状态中，而推进硅片进行运动的是印刷机上的黑色小塑料块，如图 2.2，其与硅片的接触为局部小范围面接触，而接触位置也在硅片易断裂处。以下分别对三道印刷中，设备与硅片的接触进行罗列 . 图 2.2 印刷线中行走臂上的黑色小推进块第一道印刷 隐患包括四爪吸盘 （图 2.3） 、 黑色推进块、 白色的轨道修正爪手 （图 2.4） 、印刷台上的吸盘、烘干箱里的白色爪手（图 2.5）图 2.3 四爪吸盘 图 2.4 白色的轨道修正爪手图 2.5 烘干箱里的白色爪手 图 2.6 印刷机至烧结炉的白色爪手从开始印刷至硅片从烘干箱出来，每个硅片要与四爪吸盘接触 1 次、黑色推进块接触23 次、 白色轨道修正爪手接触 2 次、 烘干箱里的白色爪手接触 2 次， 印刷台上的吸盘接触 1次。第二道印刷，从开始印刷至硅片从烘干箱出来，每个硅片要与黑色推进块接触 20 次、白色轨道爪手接触 2 次、烘干箱里的白色爪手接触 2 次，印刷台上的吸盘接触 1 次。第三道印刷，每个硅片要与黑色推进块接触 7 次，印刷台上的吸盘接触 1 次、将硅片传送到烧结炉的爪手接触 1 次图 2.6。除去硅片在第 1、 2 道烘箱里的托盘上待的时间，印刷几分钟内，每个硅片在印刷线上要与四爪吸盘接触 1 次，与黑色推进块接触 50 次，与轨道爪手接触 4 次，与白色爪手接触5 次，共计约为 60 次，而接触部位均处在硅片的四个角周围。但是，印刷金属，尤其是第二道铝浆的印刷会在硅片表面增加合金层， 同时也在起到加固硅片的作用， 这样， 即使硅片上有隐蔽的裂痕，除非外界有很强烈的应力集中，否则隐裂痕也不会轻易扩展。在 SE 线，红浆料印刷机与金属印刷机类似，但是多了两步推杆推硅片的运动，推杆与硅片接触的点位于两个边角见图 2.7 。红浆料印刷机与硅片接触处包括两次推杆、 11 次黑色小推块和 1 次印刷台吸盘。图 2.7 红浆料印刷机推杆与 i 硅片接触处3. 测试台硅片从烧结炉里出来，首先会被四爪吸盘抓至测试台，然后在分选之前，每个硅片会走过 24 个黑色推块和测试时的探针 4 个压紧塑料块，见图 2.8 图 2.8 测试台的测试部分三 . 总结统计时只针对硅片边 /角有受力的情况， 由以上可以粗略看出， 从生产第一道工序起至分档测试至， （只针对一次成型的生产工艺，除去重测、返工、质检等其它工序）每一个硅片会与各种设备或工具接触超过百次， 其中每次接触都有造成隐裂痕的可能， 所以， 假如现有设备情况不变， 减少工艺碎片不会有更能好的方法， 只能有更细的分工和更专业的操作手法。