CN102581968A - 一种台面硅整流器件的切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种台面硅整流器件的切割方法，首先将经过磷硼扩散的硅片进行氧化处理，然后对硅片进行双面光刻，用混酸将硅片腐蚀出PN结台面，清洗后进行玻璃钝化，使用喷砂方法去除硅片表面的氧化层，经过化学镀镍和烧结，在硅片表面形成良好的欧姆接触，再将硅片利用激光切割机进行切割，将硅片背面放在载片台上，对准后启动设备，切割后经过手工裂片，形成单一的晶粒，该制成工艺能有效消除传统的砂轮切割方式导致的玻璃钝化芯片出现的微裂纹缺陷，因此能提高该类半导体器件的性能，特别是提高高反压器件的稳定性、可靠性和耐压强度。

Description

一种台面硅整流器件的切割方法

技术领域

本发明涉及一种整流器件的切割方法，尤其涉及一种台面硅整流器件的切割方法。 

背景技术

传统的金刚石砂轮高速旋转切割，其表面镶嵌的凸起的锋利的锯齿状高硬度金刚石颗粒对切割部位磨削，产生压力、磨擦力及剪切力将剥离的碎屑带走，同时其本身也被磨损，刀片越钝切割温度越高即造成划片刀过载。由于这些机械力是直接作用在晶圆表面上并在晶体内部产生应力和热损伤，因此易产生正反两面的崩边(Chipping)、微损伤、裂痕等问题，同时造成碎屑污染(Silicon dust)。以上问题难以通过其自身工艺的改善完全解决。 

随着器件集成度的增加，芯片尺寸、切割道宽、有源区到边缘的距离不断减小。另外晶片厚度日趋减薄，晶片崩边、翘曲变形、微粒污染、粗糙度、损伤层、应力破坏、易破损、产能下降、碎片率以及刀片损耗等问题随之而来。 

实践证明磨削加工方式已近接物理极限。激光加工为非接触式晶圆切割加工，激光能量通过光学聚焦后获得高能量密度，直接将硅片溶蚀气化，切割的硅片断面具有一定粗糙度的表面和最低限度的热蚀 区。另外，选择适合的激光波长和频率，激光能被硅材料有效地吸收，因此其可在很窄的宽度区域进行精细微加工，达到对材料分子键级的断裂破坏。用激光对晶圆进行精密划片切割是对易碎的单晶硅晶圆砂轮刀片机械划片裂片的最佳替代工艺。硅晶圆片，切口宽度均小于25微米，切口边缘平直、精确，没有裂纹、位错、崩裂。 

采用激光划片工艺使得成品率更高，并因为损坏的芯片非常少而获得更高的成品率。在半导体性价比的需求驱动下，芯片成本不断降低，尺寸越来越小。切割宽度从100微米降到30微米，采用激光划片工艺后，划片槽宽度进一步降低到20微米。激光划片工艺能够提高产能。目前，激光划片速度能够达到200mm/s以上。相对于机械式划片工艺，激光工艺具有更多优点。这些优点包括消耗成本低、维护费用少、产能高、晶圆面积利用率高等。激光工艺更易于进行自动化操作，从而降低人力成本。激光技术还有很大技术潜能，激光切割以其显著的非接触、无应力、低损伤、灵活性、速度快等优势著称。半导体晶片切割应用，激光是一条必由之路。金刚石砂轮切割已经完成其历史使命。新一代的晶片切割和微加工势必采用更新的工艺方法。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种台面硅整流器件的切割方法，克服传统的金刚石砂轮高速旋转切割，导致正反两面容易崩边、微损伤、裂痕，同时造成碎屑污染及切割宽度较大等缺陷。 

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种台面硅整流器件的切割方法，该方法包括以下步骤： 

(1)对厚度为280-290μm，电阻率30-40Ω·cm的N型单晶硅片进行高温1250±5℃的磷硼扩散，形成PN结的硅片； 

(2)对步骤(1)所述硅片进行1120±5℃氧化，形成氧化层后在硅片表面滴上2-3ml负性光刻胶，使硅片表面涂覆上一层光刻胶保护层，制成涂胶硅片；滴胶可以采用旋转涂胶机涂布。 

(3)对所述涂胶硅片表面光刻胶进行两面同时曝光，光刻出需要的图形； 

具体操作可以是：在光刻设备上下板架上各安装一块光刻版并对准后，将所述涂胶硅片放在两块光刻版中间，启动上下汞灯电源，对硅片表面光刻胶进行两面同时曝光，在所述涂胶硅片两面光刻出需要的图形； 

(4)使用混合酸腐蚀液对光刻出图案的硅片进行腐蚀出PN结台面，清洗后进行玻璃钝化； 

(5)去掉步骤(4)经腐蚀清洗后进行玻璃钝化后的硅片表面的氧化保护层，然后在经过表面氧化后的硅片表面镀上一层镍合金层；氧化保护层可以使用喷砂机去除。 

(6)将所述硅片背面朝上放在激光切割机载片台上，根据步骤(5)制得的硅片表面图形进行X和Y方向对准，使用激光将所述硅片的切割一定深度；所用机器的功率可以为65W、频率为60-70Hz、速度150mm/s启动设备。 

(7)将切割后的硅片放在麦拉纸上，将硅片表面涂满异丙醇，再放上一张麦拉纸，沿图案水平方向推压，再转动一定角度推压，反复数次，掀开表面的麦拉纸，剥离出边缘不完整的晶粒，清洗后收集合格、性能稳定的晶粒。所述转动一定角度，优选转动90度后继续推压硅片。 

本发明的有益效果是：在采用双面光刻出图案后，用激光切割机切割台面硅整流器件，能有效消除传统的砂轮切割方式导致的玻璃钝化芯片出现的微裂纹缺陷，因此能提高该类半导体器件的性能，特别是提高高反压器件的稳定性、可靠性和耐压强度。 

步骤(4)所述混合酸腐蚀液为硝酸、氢氟酸、冰乙酸及硫酸的混合液。 

进一步的有益效果：该种混合酸能腐蚀出边缘整齐，沟底平滑的沟槽形状。 

所述硝酸∶氢氟酸∶冰乙酸∶硫酸体积比为9∶9∶12∶4，温度为3-6℃。 

步骤(6)中所述切割激光的波长为1064nm，也可以是其它适合切割的波长。 

进一步的有益效果：该波长激光能被硅材料有效地吸收，因此其可在很窄的宽度区域进行精细微加工，切割损伤宽度较现有工艺窄。 

步骤(6)中所述切割深度为80-90μm。 

进一步的有益效果：既保证了硅片碎片较少，同时又能使玻璃钝化层对PN接进行完全的保护。 

步骤(6)所述推压硅片重复3至4次，既能使晶粒完全剥离又能消除晶粒边缘的崩边和崩角。 

附图说明

图1为本发明台面硅整流器件的切割方法中的激光切割步骤示意图； 

1、激光，2、旋转90°后继续切割，3、激光切割完成后的状态。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。 

制备台面硅整流器件的具体操作步骤： 

(1)对厚度为280-290μm，电阻率30-40Ω·cm的N型单晶硅片进行高温1250±5℃的磷硼扩散，形成PN结的硅片。 

(2)对上述所述硅片进行1120±5℃氧化，形成氧化层后采用旋转涂胶机在硅片表面滴上2-3ml负性光刻胶，使硅片表面涂覆上一层光刻胶保护层。 

(3)在光刻设备上下板架上各安装一块光刻版并对准后，将硅片放在两块光刻版中间，启动上下汞灯电源，对硅片表面光刻胶进行两面曝光，在所述涂胶后硅片两面光刻出需要的图形； 

(4)使用混合酸腐蚀液对硅片进行腐蚀清洗后进行玻璃钝化；所述混合酸腐蚀液为硝酸、氢氟酸、冰乙酸及硫酸，其体积比例为硝酸∶氢氟酸∶冰乙酸∶硫酸为9∶9∶12∶4。 

(5)使用喷砂机去掉所述硅片表面的氧化保护层，然后在所述硅片表面镀上一层镍合金层。 

(6)将所述硅片背面朝上放在激光切割机载片台上，根据所述硅片表面图形进行X和Y方向对准，调整机器的功率为65W、频率为60-70Hz、速度150mm/s启动设备，使用激光将所述硅片切割一定深度，约为80-90μm，切割激光的波长为1064nm。 

(7)将切割后的硅片放在麦拉纸上，将硅片表面涂满异丙醇，再放上一张麦拉纸，用胶棒沿硅片图形平行方向推压硅片，转动90度后继续推压硅片，反复重复数次，约3至4次，掀开表面的麦拉纸，剥离出边缘不完整的晶粒，清洗后收集合格、性能稳定的晶粒。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (8)

1.一种台面硅整流器件的切割方法 ，该方法包括以下步骤：  

（1）对N型单晶硅片进行高温1250±5℃的磷硼扩散，形成PN结的硅片；  

（2）对步骤（1）所述形成PN结的硅片进行1120±5℃氧化，形成氧化层后，再在其表面滴上负性光刻胶制成涂胶硅片；

（3）对所述涂胶硅片表面光刻胶进行两面同时曝光，光刻出需要的图形；

（4）使用混合酸腐蚀液对步骤（３）光刻后制成的硅片进行腐蚀清洗后进行玻璃钝化；

（5）去掉玻璃钝化后的硅片表面的氧化保护层，然后在所述硅片表面镀上一层镍合金层；

（6）将步骤（５）制成的硅片N面朝上放在激光切割机载片台上，根据所述硅片表面图形进行X和Y方向对准，使用激光将所述硅片切割到一定深度；

（7）将切割后的硅片放在麦拉纸上，将硅片表面涂满异丙醇，再放上一张麦拉纸，沿图案水平方向推压，再转动一定角度推压，反复数次，掀开表面的麦拉纸，剥离出边缘不完整的晶粒，清洗后收集合格、性能稳定的晶粒。

2.根据权利要求1所述的台面硅整流器件的切割方法，其特征在于，所述N型单晶硅片厚度为280～290μm，电阻率30～40Ω·cm。

3.根据权利要求1所述的台面硅整流器件的切割方法，其特征在于，所述混合酸为硝酸、氢氟酸、冰乙酸及硫酸的混合物。

4.根据权利要求3所述的台面硅整流器件的切割方法，其特征在于，所述硝酸：氢氟酸:冰乙酸:硫酸体积比为9：9: 12: 4。

5.根据权利要求3所述的台面硅整流器件的切割方法，其特征在于，所述混合酸的温度为3～6℃。

6.根据权利要求1至5任一项所述台面硅整流器件的切割方法，步骤（6）中所述切割激光的波长为 1064nm 。

7.根据权利要求6所述台面硅整流器件的切割方法，步骤（6）中所述深度为80～90μm。

8.根据权利要求6所述台面硅整流器件的切割方法，步骤（7）中所述反复推压硅片的次数为3～4次。

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