在全球信息化产业蓬勃发展的今天,集成电路至关重要,其与国家经济安全和社会发展密切相关,而单晶硅则是集成电路生产制造最重要的基础材料。然而由于单晶硅属于典型的脆性材料,在切片加工时极易造成表面、亚表面裂纹损伤,限制了晶片的减薄,且增加了后续研抛加工的成本。本文基于断裂力学理论,研究了单晶硅裂纹萌生刻划深度的计算方法,研制了高速刻划实验装置,开展了单晶硅高速刻划实验,分析了线锯参数对单晶硅晶片损伤层的影响,基于硅晶片裂纹损伤深度建立了单晶硅切片工艺参数的确定方法,并开展了切片加工实验。研究工作能够为单晶硅切片工艺参数的设定提供理论指导,对提高晶片表面质量和降低晶圆制造成本具有重要价值。本文的主要研究工作归纳如下:基于断裂强度理论对玻式压头刻划单晶硅的过程进行了应力分析,提出了反映刀具结构变化的玻式压头等效简化方法,对中位裂纹、径向裂纹及横向裂纹的萌生刻划深度进行了计算。研究发现沿棱刻划比沿面刻划更容易导致裂纹的萌生,且横向裂纹的萌生刻划深度受刀具结构影响最为显著。设计加工并装配了高速刻划实验装置,利用玻式压头对单晶硅进行了高速刻划实验,分析了刻划方向和刻划速度对单晶硅表面径向裂纹生成及扩展的影响,并测量了径向裂纹的萌生划痕深度。研究表明,径向裂纹萌生划痕深度实验值与计算值的最大误差为11.31%,且径向裂纹萌生划痕深度会随刻划速度的增大而增大。在对线锯三维形貌充分分析的基础上,建立了线锯模型并分析了硅晶片损伤层的创成过程,在锯切效率相同的条件下,研究了线锯参数与晶片损伤层深度的关系。研究发现晶片损伤层深度取决于中位裂纹扩展到亚表面的深度,而横向裂纹和塑性损伤只能波及到晶片较浅的区域,使用磨粒尺寸和刃角一致性高的电镀金刚石线锯,能够在相同的锯切效率下获得更低的晶片损伤层深度。对电镀金刚石线锯锯切单晶硅的工艺参数进行了研究,根据材料去除平衡条件及力平衡条件建立了基于裂纹损伤深度的切片工艺参数确定方法。选取了 3种基体直径不同的常用线锯,对各尺寸单晶硅棒在不同裂纹损伤深度预期值下的切片工艺参数变化规律进行了研究,并开展了单晶硅锯切加工实验。研究发现,对同一尺寸硅棒,裂纹损伤深度预期值越大,锯切可采用的比进给速度越大,且比进给速度与裂纹损伤深度预期值之间满足一定的数量关系,可以采用指数为正数的幂函数进行拟合;当切片裂纹损伤深度预期值相同时,单晶硅棒的直径越大,锯切可采用的比进给速度越小。