硅片隐裂痕的粗浅分析Choo20080507

1、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

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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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