CN101728259B - 同时将半导体材料复合棒切割成多个晶片的方法 - Google Patents
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Abstract
一种借助线状锯同时将半导体材料复合棒切割成多个晶片的方法，包括如下步骤：a)从工件库存中选择至少两个从一个或多个半导体棒切割下来的工件；b)研磨每个棒的两个端面的至少一个；c)利用紧固装置在其被研磨端面上将所述至少两个工件粘合在一起，以生产复合棒工件，并沿纵向将所述复合棒固定在安装板上，由于定位于它们之间的所述紧固装置，工件之间仅分别有一距离；d)将其上固定有所述复合棒工件的安装板夹在线状锯中；以及e)借助所述线状锯垂直于其纵轴切割所述复合棒。
Description
本发明涉及一种同时将半导体材料复合棒切割成多个晶片的方法。
通常借助线状锯将半导体材料工件切割成晶片。在现有技术中使用线状锯将圆柱形单晶或多晶半导体材料，例如硅的工件在一次加工操作中同时切割成多个晶片。在这种情况下，线状锯的生产能力对于该方法的经济可行性而言非常重要。
根据生产它们的方式，在晶片生产中获得较短和较长的棒件。还常常必需要从单晶切割出棒部分，例如为了研究晶体性质。那么，为了在锯开这些不同棒长度时提高生产能力，要将多个工件同时夹在线状锯中并在一次加工操作中切割。
US 6119673描述了同时切割多个一个接一个共轴设置的圆柱工件。为此，使用常规的线状锯，多个工件分别粘连结合在锯带上，锯带采用共轴布置的方式以特定间距固定在公共安装板上，由此将它们夹在线状锯中并同时切割。
这样产生对应于工件数量的若干晶片包，其仍然固定在安装板上。切割之后，将隔板松散地放入晶片包之间的空间中，以免混淆各个包的晶片。
US 6802928 B2描述了一种方法，其中，将截面相同的伪工件粘连结合到待切割的工件端面上，与工件一起被切割并随后抛弃。这是为了防止在切割的最后阶段工件两端获得的晶片散开，因此改善了晶片几何形状。这种方法具有非常大的缺点，即使用受线状锯尺寸限制的组(gang)长度的一部分来切割“没用的”伪工件。此外，伪工件的提供、操作和粘结结合非常精巧，难以控制。
在如US 6119673中描述的在线状锯中同时切割多个工件期间，也不能最理想地使用线状锯的组长度，因为由于制造它们的方式，待切割的工件的长度非常不同。只要工件由单晶半导体材料构成，尤其会出现这种问题，因为公知的晶体拉制过程仅允许有一定可用长度的晶体，或者为了监测晶体拉制过程-如上所述-必需要拆分晶体并在晶体的各位置生产试样。
DE 102 006 050 330公开了一种利用线状锯将至少两个圆柱工件同时切割成多个晶片的方法，其中，从工件库存中选择2个或更多工件，在安装板上将它们一个接一个地固定住，分别在工件之间相应保持一定最小距离，将它们夹在线状锯中并借助线状锯垂直于其纵轴(几何轴)切割。这种方法能够更好地利用线组长度。为了避免混淆，类似于US 6119673中所述的方法，在晶片包之间横向插入隔片并然后固定在晶片载体上。隔片还保护晶片包，以免横向向外倾斜。
所有公知方法的共同特征是要保持棒件之间的距离以切割棒件。
已经发现，在上述方法中，与由特定长度的单个半导体棒切割得到的晶片相比，从以这种方式组装的相应长度棒锯出的晶片发生几何形状变化。即使在合成棒和单棒同样长且因此所用的线组相同，也会观察到这种情况。
除了厚度变化(TTV，GBIR)之外，半导体晶片两个表面的平面性也非常重要。在借助线状锯切割半导体单晶，例如硅单晶之后，由此生产的晶片具有起伏的表面。在后续步骤中，例如在打磨或精磨中，根据波纹的波长和幅值以及材料去除深度，可以部分或全部去除这种波纹。在最坏的情况下，这种表面不平度(“表面不平整度”、“波纹”)可以具有从几个mm到例如50mm的周期，即使在完成的半导体晶片上抛光之后仍然能检测到这种表面不平度，在完成的半导体晶片中，它们对局部几何形状具有负面影响。
已发现，现有技术公知的方法的缺点对于弓形和翘曲参数影响尤其重大，弓形和翘曲是实际晶片形状与期望的理想晶片形状(或“sori”)之间偏差的测量结果。这尤其适用于晶片的翘曲。在SEMI标准M1-1105中定义了翘曲，其表示晶片中平面相对于晶片背面基准平面的最小和最大偏差的差异。简单地说，翘曲表示晶片变形的度量。
因此本发明的目的是避免这种几何偏差，尤其是改善由复合棒制造的晶片的翘曲。
发明人发现，现有技术中这些几何偏差是因为棒件间距导致的技术工艺变化引起的。
该目的是通过一种借助线状锯同时将半导体材料复合棒切割成多个晶片的方法实现的，该方法包括如下步骤：
a)从工件库存中选择至少两个从一个或多个半导体棒切割下来的工件；
b)研磨每个棒的两个端面中的至少一个；
c)利用紧固装置在其被研磨端面上将所述至少两个工件粘合在一起，以生产复合棒工件，并沿纵向将所述复合棒工件固定在安装板上，由于位于它们之间的所述紧固装置，工件之间分别仅有一距离；
d)将其上固定有所述复合棒工件的安装板夹在线状锯中；以及
e)借助所述线状锯垂直于其纵轴切割所述复合棒。
优选利用线状锯执行步骤a)中的工件切割。同样适合使用内孔锯。
步骤c)中使用的紧固装置优选为粘合剂。
研磨端面，使得粘合结合在一起的至少两个工件的两个端面是平面平行的，这允许将两个棒件之间的粘合接头做得尽可能小。
优选地，仅将来自同一半导体棒的相邻棒位置的棒工件粘合在一起。因此，两个棒件优选具有相同的晶体规格(例如缺陷性质、掺杂等)。
优选地，将两个棒件精确地粘合在一起。
此外，优选在将拉制边缘对齐的同时(使它们平齐)将棒件粘合在一起。
粘合在一起的棒优选具有小于或等于380mm的总长度。
优选将两成分粘合剂用作粘合剂。例如，来自Huntsman AdvancedMaterials的Araldite牌高性能两成分粘合剂适用于此。
最后，借助线状锯将复合棒切割成晶片。根据现有技术执行线状锯锯割步骤本身。
优选在线状锯锯割步骤之前将复合棒研磨圆滑。然而，类似地，优选在将工件组合形成复合棒之前将它们研磨圆滑。
在将单个晶体锯成个体棒件时，常规上切割到几何轴。然而，接下来，常规上平行于晶轴将个体棒件(在取向之后)研磨圆滑。几何轴和晶轴之间的差异导致端面对应的倾斜，这是通过对端面进行相应的直角研磨校正的。
对于先前占据单个晶体中相邻位置的工件而言情况是不同的。这里，也可以想到，且优选避免研磨端面，对于要在将其研磨圆滑之前组装成复合棒的工件而言，即，在复合棒中将工件研磨圆滑。
与现有技术相比，不利用隔片而将棒件组装成复合棒并随后锯开实现了更高的经济可行性，因为线状锯的使用得到进一步提高。
另一方面，在锯开过程中，根据本发明的复合棒表现得类似于单个棒。可以避免现有技术中观察到的几何偏差。
优选地，详细地采取以下流程：
a)首先，将借助带锯从晶体切割下的工件，可能是不同长度的工件研磨圆滑。
在研磨圆滑之后，以相对于晶轴和取向设置定义的角度设置研磨棒件端面。然后使棒件的两个端面严格彼此平行；
b)存储通过这种方式制备的棒件并使得可为组装规划系统所用。规划系统确定最大限度利用组长度的理想配置并为制备复合棒建议这一配置；
c)准备所选的棒件进行粘合，即，清洁要粘合的位置，(例如借助有锯齿的抹刀)以定义的层厚施加粘固粉，借助粘合装置对齐，组装并使晶片包固定平齐，
粘合并固定锯带并最后固化粘合剂；
d)借助线状锯锯开复合棒；
e)检测粘合位置，去除粘固粉并分开棒。优选在横向表面上事先为棒件提供对应标记以便标识材料。
范例
为了尽可能有效率地使用线状锯中的线组长度，将两个棒件(来自同一原始半导体棒)粘合在一起并通过线状锯锯割来“晶片化”，即切割成晶片。
为目，将处于未研磨圆滑状态下的硅棒件锯成2个长度分别为97mm和91mm的棒件。利用Araldite牌两成分粘合剂在端面上将两个棒件粘合在一起并与正确的拉制边缘对齐。
随后将该“复合棒”研磨圆滑并借助利用锌线的线状锯锯成晶片，并进行全面分析。
这种情况的优点是所用的Araldite牌两成分粘合剂可以被锯透。在该范例中，两个棒件的棒取向是相同的。
实质上，工件是从工件库存中选择的，可能是不同长度的，因此以最佳方式利用了线状锯的组长度。由于未使用隔片，组装的工件之间的粘合接头是最小的，因此更好地利用了线状锯的能力，与现有技术相比这进一步提高了工艺的生产能力。
可以在根据本发明的方法中使用常规线状锯。这些线状锯的基本部件包括机架、前向馈送装置和锯开工具，锯开工具由一组平行线部分构成。一般将工件固定在安装板上并与其一起夹在线状锯中。
通常，由多个平行线部分形成线状锯的线组，线组在至少两个(任选地，甚至为3、4或更多个)导线辊之间拉紧，导线辊可旋转地固定，且至少一个导线辊被驱动。线部分通常属于单个有限长的线，螺旋地绕辊系统引导该单根线，并从库存辊解开，缠绕到接收辊上。组长度是指沿着平行于导线辊轴且垂直于线部分的方向从第一到最后线部分测量到的线组的长度。
在锯开过程中，前向馈送装置引起线部分和工件的相互相反的相对运动。作为这种前向馈送运动的结果，其上应用了锯割悬浊液的线通过工件工作，以形成平行的锯痕。锯割悬浊液也称为稀浆，包含悬浮于液体中的硬质材料颗粒，例如碳化硅。也可以使用牢牢粘合了硬质材料颗粒的锯线。在这种情况下，不必施加锯割悬浊液。仅仅需要供应液冷润滑油，其保护线和工件不过热，同时将工件切屑送出切割槽。
被组装形成复合棒的圆柱工件可以由可被线状锯处理的材料，例如多晶或单晶半导体材料，如硅构成。对于单晶硅而言，通常通过将基本圆柱形硅单晶锯成长度从几厘米到几十厘米的晶体工件来生产工件。晶体工件的最小长度一般为5cm。工件，例如由硅构成的晶体工件，一般具有非常不同的长度，但始终具有相同的截面。术语“圆柱形”不应被解释为表示工件必须具有圆形截面。相反，工件可以具有任何广义圆柱体的形状，尽管优选将本发明应用于具有圆柱形截面的工件。广义圆柱体是由具有闭合准曲线和两个平行面，即圆柱底面的圆柱表面围成的几何体。
优选不将复合棒直接固定在安装板上，而是首先固定于所谓的锯带或锯割支撑上。通常通过粘结结合将工件固定在锯带上。
将安装板与固定于其上的复合棒一起夹在线状锯中，并基本垂直于其纵轴同时将其切割成晶片。
下面将借助于附图解释本发明。
图1示意性地示出了组合形成复合棒1的两个工件11和12、粘合接头2、锯带3和安装板4。
利用两成分粘合剂组装工件11和12以形成复合棒1。将两个工件粘连结合在一起的端面的制造精度允许将粘合接头2选择得尽可能小。
将组装成复合棒1的工件11和12粘结到锯带3上。
将包括两个工件11和12的复合棒1与锯带3一起固定在安装板4上并夹在线状锯中。
表1示出了根据现有技术的组装棒件(第2列)和根据本发明的复合棒(第3列)的几何参数的各种比较值。
为每个参数给出了三个不同分数值的三个值：于是，Wav_max97.7％＝6.29μm/mm表示97.7％的晶片具有56.29μm/mm或更小的Wav_max等。
相对于现有技术，发现几乎所有被研究参数和分数值都具有显著改善。
例如，通过扫描电容传感器对来判断晶片在锯的前向馈送方向上的几何形状。首先，获取前侧和背侧信号的差异。为了确定波纹度，在这样获得的评价曲线上通过长度为10mm的窗口。窗口之内的最大偏差产生针对窗口中心的新值(滚动厢车过滤)。在晶片上整个扫描之内的最大偏差(峰到谷(PV))为Waviness_max(Wav_max)。以同样的方式确定Waviness_in，但仅考虑初始50mm的扫描(线状锯切割区域)(类似于此：Wav_out)。
弓形和翘曲代表晶片变形的测量结果。翘曲是整个晶片的中性纤维(neutral fiber)与基准平面(三维)的(向上和向下)最大偏差之和。
表1
| 测试参数(最小平均值，求和) | 比较范例(现有技术) | 所得复合棒(发明) |
| Wav_max 2.3％Wav_max50.0％ | 5.13μm/mm12.94μm/mm | 2.80μm/mm7.96μm/mm |
| Wav_max 97.7％ | 56.29μm/mm | 22.73μm/mm |
| Wav_in 2.3％Wav_in 50.0％Wav_in 97.7％ | 3.30μm/mm11.72μm/mm56.29μm/mm | 2.52μm/mm4.44μm/mm11.89μm/mm |
| Wav_out 2.3％Wav_out 50.0％Wav_out 97.7％ | 2.87μm/mm6.41μm/mm17.23μm/mm | 1.52μm/mm5.37μm/mm22.66μm/mm |
| GBIR2.3％GBIR 50.0％GBIR 97.7％ | 13.19μm16.10μm45.28μm | 11.75μm15.84μm25.14μm |
| LSR 2.3％LSR 50.0％LSR 97.7％ | 4.83μm/mm13.09μm/mm34.75μm/mm | 4.78μm/mm7.81μpm/mm18.95μm/mm |
| 弓形/翘曲2.3％弓形/翘曲50.0％弓形/翘曲97.7％ | -5.59μm-1.65μm1.96μm | -3.80μm-1.64mm0.40μm |
线性形状范围(LSR)对应于沿锯的前向馈送方向扫描的中线纤维(neutral fiber)与基准直线(二维)的最大偏差之和。
GBIR原来也称为TTV，对应于总的厚度变动(厚度最大和最小值之间的差异)。
例如，来自E+H Eichhorn+Hausmann的测量仪器MX 7012(对于被锯晶片而言是一种高分辨率的厚度和表面剖面测量仪)适于确定所述几何参数。
而且，对于单个棒(未由个体工件组装)、根据本发明的复合棒以及根据现有技术由工件组装的棒(彼此分开，独立工件)确定一次被切割晶片的翘曲分布(分数值％相对于翘曲数值μm)。所有棒都具有相同的380mm长度、相同的晶体技术规格和相同的取向。
与现有技术中组装的工件相比，发现翘曲分布得到显著改善。这确认了在线状锯锯割期间，根据本发明的复合棒表现得不像从工件组装的单个棒那样。
对于具有要求的翘曲技术规格的订单而言，因此本发明使得能够从复合棒生产多个晶片，该晶片具有较低水平的“翘曲”几何参数的较窄分布。
类似地，图2针对根据现有技术从两个工件组装得到的棒和根据本发明的复合棒示出了Wav_max参数的分布，所述复合棒也是从两个工件组装的，但根据本发明，这些工件彼此间仅隔开紧固装置(两成分粘合剂)。针对七批工件A和工件B，在工件A和B的粘合位置附近分别描绘出Wav_max值。在切割之后，一批包括在匣(晶片盒)中依次接收的多个晶片(“拆分批”)。为每一批确定每个晶片的Wav_max值。5示出了复合棒的工件A和B之间的结合位置或粘合位置。
在根据现有技术的双棒中，在批A1和B1之间有距离。工件未粘合在一起，相反，它们彼此间隔一定距离粘合在锯带上。
对于根据现有技术的双棒，在批A1和B1之间发现Wav_max值有很大跳跃。在根据本发明的复合棒中，在锯开之后没有发生波纹度的这种跳跃：批A1和B1的波纹度值几乎相同，这显示了根据本发明的方法的优点。
批B7之后的批(图中未示出)显示了更高的Wav_max值。由此也解释了表1中所示的更高分数值。不过，在单棒中也发生这种波纹度的升高，在本发明的范围中这并非关注点。图2仅涉及到工件A和工件B过渡区域中波纹度的曲线。
对于具有要求的波纹度规格的订单而言，因此本发明使得能够从复合棒生产多个晶片，晶片具有“波纹度”参数的较窄分布(参见表1)，尤其是同时避免了在组装工件的结合位置区域中在现有技术中观察到的跳跃，如图2所示。
Claims (16)
1.一种借助线状锯同时将半导体材料复合棒切割成多个晶片的方法，包括如下步骤：
a)从工件库存中选择至少两个从一个或多个半导体棒切割下来的工件；
b)研磨每个工件的两个端面中的至少一个；
c)利用紧固装置在其被研磨端面上将所述至少两个工件粘合在一起，以生产复合棒工件，并沿纵向将所述复合棒固定在安装板上，由于位于它们之间的所述紧固装置，工件之间仅分别有一距离；
d)将其上固定有所述复合棒工件的安装板夹在所述线状锯中；以及
e)借助所述线状锯垂直于其纵轴切割所述复合棒。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤a)中利用线状锯或内孔锯切割工件。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将来自同一半导体棒的相邻棒位置的工件粘合在一起。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将两个工件精确地粘合在一起。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在将拉制边缘对齐的同时将所述工件粘合在一起。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，粘合在一起的棒具有小于或等于380mm的总长度。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述紧固装置是用于将所述至少两个工件粘合在一起的粘合剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述紧固装置是用于将所述至少两个工件粘合在一起的两成分粘合剂。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在根据e)的线状锯锯割步骤之前将所述复合棒研磨圆滑。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在组装所述工件以形成所述复合棒之前已经将所述工件研磨圆滑。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，如果工件占据原始半导体棒中的相邻棒位置，不进行根据b)的端面研磨，并且在将它们研磨圆滑之前组装所述工件以形成复合棒。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以相对于晶格和取向设置的已定义角度设置研磨所述工件的两个端面，使得所述工件的端面严格彼此平行。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，出于材料标示的目的，在横向表面上为所述工件提供对应标记。
14.一种复合棒，其包含在平行端面结合在一起的至少两个半导体材料工件，在借助线状锯切割成多个晶片时，所述复合棒表现得基本与不是由工件组装成的半导体材料单棒一样，由所述复合棒制造的晶片的翘曲值分布与从单棒获得的晶片的翘曲值无实质性的不同。
15.根据权利要求14所述的复合棒，其中，从第一工件中与第二工件的端面粘合在一起的端面区域中切割的晶片的Waviness_max参数与从第二工件中类似的与所述第一工件的端面粘合在一起的端面区域中切割的晶片的Waviness_max无实质性的不同。
16.一种半导体晶片，其是借助线状锯从根据权利要求14或权利要求15所述的复合棒切割得到的。
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