Anwendung von plättchenförmigem Aluminiumoxid beim Schleifen und Polieren von monokristallinen und polykristallinen Siliziumwafern
Plättchenförmiges Aluminiumoxid (plättchenförmiges/hexagonales plättchenförmiges α-Al₂O₃, vergleichbar mit der japanischen Fujimi PWA-Serie) ist ein hochreiner, flacher, hexagonaler Kristall mit einstellbarem Aspektverhältnis und abgerundeten Kanten. Es ist das gängigste Präzisionsschleifmittel für Dünn-, Schleif- und Vorpolierprozesse nach dem Schneiden von Siliziumwafern. Es findet breite Anwendung beim beidseitigen Schleifen, Kantenfasen und Vorpolieren von monokristallinen und polykristallinen Siliziumwafern für Photovoltaik-Anwendungen und behebt die Nachteile herkömmlicher Korundschleifmittel, die leicht verkratzen und große Schäden im Untergrund verursachen.
Charakteristika von Thrombozyten-Aluminiumoxid
1. Kristallphase und Reinheit: Die Kristallform ist α-Al2O3 mit einer Mohs-Härte von 9; die Reinheit beträgt ≥99%, mit geringem Natrium-, Eisen- und magnetischen Verunreinigungen, um eine Metallionenkontamination von Siliziumwafern zu vermeiden; es besitzt eine starke chemische Inertheit und hydrolysiert nicht in wasserbasierten Poliersuspensionen.
2. Einzigartige Plättchenmorphologie: Die Partikel sind flache, hexagonale Plättchen mit glatten Kanten und ohne scharfe Ecken. Beim Schleifen liegen die Partikel flach auf der Siliziumwafer-Oberfläche und haften daran. Dies wird durch planares Gleitschleifen anstelle von Mikroschneiden mit scharfen Ecken erreicht. Der Druck verteilt sich gleichmäßig, die Partikel brechen nicht so leicht, und die Bildung von Lochfraß und tiefen Oberflächenschäden wird deutlich reduziert.
3. Kontrollierbarkeit der Partikelgröße: Die Partikelgröße kann präzise eingestellt werden; der Bereich der Partikelgrößenverteilung ist eng, die Mahlkonsistenz ist hoch und Übermahlungsfehler treten seltener auf.
II. Anwendung der Mehrprozesstechnologie auf monokristallinen Siliziumwafern
1. Nach dem Schneiden beide Seiten grob mahlen.
Anwendungsgebiete: Zur Beseitigung von Oberflächenunebenheiten und Schnittschäden, die durch Innenkreisschneiden und Drahtschneiden entstehen, sowie zur Kontrolle der Gesamtdickenabweichung von Siliziumwafern.
Auswahl des Schleifmittels: 1,5-5 μm flaches Aluminiumoxid, formuliert zu einer wasserbasierten Schleifsuspension zur Verwendung auf der Gusseisen-Schleifscheibe einer doppelseitigen Schleifmaschine.
Prozesseffekte: Im Vergleich zu gewöhnlichem weißen Korund ist die Materialabtragsrate stabiler, die Dicke der oberflächennahen Schädigungsschicht wird von 8-12 μm auf 3-5 μm reduziert; es treten keine dichten Mikrokratzer auf der Siliziumwaferoberfläche auf, die nachfolgende Polierzeit verkürzt sich um mehr als 30 %; der Schleifmittelverbrauch wird um 40 % reduziert und der Verschleiß der Schleifscheibe der Anlage ist geringer.
2. Kantenanfasen und Kantenschleifen von einkristallinen Siliziumwafern
Die Kanten von Siliziumwafern sind Bereiche mit hoher Spannungskonzentration. Herkömmliche Schleifmittel wie weißer Korund oder grünes Siliziumkarbid können leicht zu Kantenausbrüchen und Mikrorissen führen. Flache Aluminiumoxidpartikel ermöglichen ein schonendes und gleichmäßiges Abtragen der Siliziumwaferkanten, wodurch Mikrorisse effektiv unterdrückt und die Ausbeute nachfolgender Hochtemperatur-Epitaxie- und Bondprozesse verbessert wird. Es handelt sich um ein speziell für das Polieren der Kanten von Halbleiterwafern entwickeltes Schleifmittel.
3. Vorpolieren (CMP-Vorschleifen)
Auswahl: Ultrafeines, flaches Aluminiumoxid, kombiniert mit einem Polyurethan-Schleifpad, als Nivellierungsprozess vor dem chemisch-mechanischen Polieren.
Zielsetzung: Reduzierung der Oberflächenrauheit Ra auf 0,8–1,5 nm, signifikante Verkürzung der Polierzeit der finalen Silica-CMP-Suspension, Reduzierung der CMP-Verbrauchsmittelkosten, Reduzierung von Kratzerdefekten und Verbesserung der Waferausbeute auf über 99 %.
III. Großflächige Anwendung auf polykristallinen Photovoltaik-Siliziumwafern
Nach dem Quadrieren der polykristallinen Siliziumblöcke werden diese in Scheiben geschnitten. Für das Schleifen von polykristallinen Siliziumwafern für die Massenproduktion gibt es zwei Hauptszenarien:
1. Beidseitiges Nivellieren und Schleifen von polykristallinen Siliziumwafern: Herkömmliche partikelfreie Schleifmittel verwenden unregelmäßiges Aluminiumoxid, das leicht interkristalline Kratzer an den Korngrenzen des polykristallinen Siliziums verursacht. Das Gleitschleifen mit flachem Aluminiumoxid wirkt schonend und erzeugt keine Rillen entlang der Korngrenzen. Dadurch wird eine gleichmäßige Dicke des gesamten polykristallinen Siliziumwafers gewährleistet, Linienunterbrechungen beim Bedrucken mit Silberpaste werden reduziert, und es eignet sich für die Vorbehandlung von PERC- und TOPCon-Zellen-Siliziumwafern.
2. Schleifen zum Ausdünnen ultradünner polykristalliner Siliziumwafer: Bei ultradünnen Siliziumwafern ist die Schnittkraft des flachen Schleifmittels schonend, wodurch ein Verziehen und Reißen des Siliziumwafers wirksam verhindert und die Durchlaufzeit beim Schleifen ultradünner Siliziumwafer erheblich verbessert wird.
