CN103854991B - 制造半导体晶圆的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种制造半导体晶圆的方法，该方法有利于定向平面线的形成，并允许没有问题地进行倒角作业。根据本发明的制造半导体晶圆的方法是一种从大直径半导体晶圆中切出多个小直径晶圆的制造半导体晶圆的方法，该方法包括：标记步骤，以使得直槽状定向平面线穿过大直径半导体晶圆的每一行中的各个小直径晶圆的方式通过激光束集体地为每一行形成直槽状定向平面线，其中，小直径晶圆的切出位置在特定方向上成行地对齐；和切割步骤，在标记步骤之后通过激光束从大直径半导体晶圆中个别地切出小直径晶圆。

Description

制造半导体晶圆的方法

技术领域

本发明涉及一种制造半导体晶圆的方法。

背景技术

在半导体器件的制造中，为了能够使其大量生产，不断增加晶圆的直径，甚至已出现具有300mm或更大直径的巨大直径晶圆。通过执行如下的一系列步骤来提高生产率：使这种大直径晶圆依次经历诸如抛光、清洗、干燥、CVD、曝光、显影以及蚀刻等必要加工，最后将该大直径晶圆切成单片。全部地执行这一系列步骤需要数千亿日元规模的大规模生产设备。

然而，在近年来，也越来越需要用于各种用途的少量的各种半导体设备。上述大规模生产设备不适用于各种半导体设备的有限生产的这种情形。

因此，最近，已提出了迷你（注册商标）工厂构思，这种构思是指在具有约半英寸（形成一个半导体芯片的大致尺寸）直径的小晶圆上进行必要的加工处理。根据这种迷你工厂构思，为各步骤提供诸如抛光设备、CVD设备等小加工设备以使这些加工设备根据需要以适当组合的方式使用，从而能够处理各种晶圆。由于每一种设备可以是小型的，因此可以降低设备的投资费用。

在上述迷你工厂构思中，在可预见的未来没有打算直接生产具有约半英寸直径的小直径单晶硅，而是仍然从目前的大直径硅晶圆中切出半英寸尺寸的小直径硅晶圆。

另外，现有的专利文献1已经公开了从大直径半导体晶圆中切出多个小直径晶圆。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本特开2005-33190号公报

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1描述了，例如：从具有等于4英寸或大于4英寸的直径的大直径晶圆中切出3个或更多具有等于2英寸或大于2英寸的直径的小直径晶圆；从具有等于5英寸或大于5英寸的直径的大直径晶圆中切出4个或更多具有等于2英寸或大于2英寸的直径的小直径晶圆；以及从具有等于6英寸或大于6英寸的直径的大直径晶圆中切出7个或更多具有等于2英寸或大于2英寸的直径的小直径晶圆。此外，专利文献1描述了利用激光束等进行这种切出，另外，通过该切出还同时设置了定向平面（orientation flat）。

另外，用于迷你工厂构思的晶圆尺寸是如上所述地约半英寸的小直径。在这种小直径晶圆中，如果定向平面或缺口（notch）通过切出设置在晶圆外周，则存在如下问题：在后续的倒角（beveling）步骤中定向平面部或缺口部不能被良好地倒角。

为了解决上述问题作出了本发明。本发明的目的是提供一种制造半导体晶圆的方法，该方法有助于形成定向平面线同时还允许没有问题的倒角。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明包括如下构造。

也就是，根据本发明的制造半导体晶圆的方法是：一种制造半导体晶圆的方法，在该方法中从大直径半导体晶圆中切出多个小直径晶圆，所述方法包括：标记步骤，以使得直槽状定向平面线穿过所述大直径半导体晶圆的每一行中的各个所述小直径晶圆的方式通过激光束集体地为每一行形成直槽状定向平面线，其中，所述小直径晶圆的切出位置在特定方向上成行地对齐；和切割步骤，在所述标记步骤之后通过激光束从所述大直径半导体晶圆中个别地切出所述小直径晶圆。

所述方法包括研磨步骤，所述研磨步骤研磨所述大直径半导体晶圆以使其具有所需的厚度，其中在所述研磨步骤之后进行所述标记步骤和随后的步骤。

此外，优选地，所述直槽状定向平面线形成为使得所述直槽状定向平面线的两端到达待切出的所述小直径晶圆的边缘。

优选地，基于所述大直径半导体晶圆的定向平面或缺口确定所述直槽状定向平面线的位置。

此外，切出半英寸尺寸的所述小直径晶圆。

此外，该方法进一步包括：外径精加工步骤，精加工切出的所述小直径晶圆以使其具有所需的外径；倒角步骤，将所述小直径晶圆的外周倒角成预定形状；蚀刻步骤，蚀刻倒角过的所述小直径晶圆；镜面倒角步骤，使用精加工用磨石对倒角过的所述小直径晶圆的倒角部进行镜面加工；抛光步骤，对镜面倒角过的所述小直径晶圆进行镜面加工；以及精密清洗步骤，清洗通过抛光污染的所述小直径晶圆。

优选地，使用倒角设备并采用同一磨石同时进行所述外径精加工步骤和所述倒角步骤。

发明的效果

本发明有助于小直径晶圆中定向平面线的形成，同时因为在晶圆表面上已设置了定向平面线，所以还允许没有问题地进行倒角作业。

附图说明

图1是示出了切出图案的示例的示意图，利用激光束沿着该切出图案从大直径晶圆中切出小直径晶圆。

图2是示出了切出的小直径晶圆12的平面图。

图3是示出了具有200mm直径的实际大直径晶圆中小直径晶圆的切出图案的示例的平面图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。

图1是示出了切出图案的示例的示意图，利用激光束沿着该切出图案（cutoutpattern）从大直径晶圆10中切出小直径晶圆12。图2是示出了切出的小直径晶圆12的平面图。

例如，大直径晶圆10是具有200mm或300mm直径的晶圆。通过传统制造方法制造（也就是，通过直接生产单晶体→磨削外周→形成缺口→切片→倒角→研磨→蚀刻→抛光→精密清洗等步骤制造）的这种大直径晶圆10，可以是形成有缺口14或定向平面的任何晶圆。

在所需的位置上形成缺口14以使得例如连接缺口14和晶圆10的中心的线与晶圆10表面的面取向垂直地延伸。此外，在定向平面的情况下，也在特定的所需位置形成定向平面以使得例如定向平面被取向为与晶圆10的面取向平行或垂直。

在为了使晶圆10完成为半导体器件而在晶圆10上进行的许多加工步骤的每一加工步骤中，缺口14和定向平面这两者被用于晶圆10的对齐（定位）。

传统上，在许多加工步骤期间，为了便于控制，大直径晶圆10形成为具有700μm至1000μm的厚度。事实上，从强度的角度来看这种级别的厚度是必需的。然后，在进行用于形成半导体器件的必要加工步骤的最后阶段中，研磨该晶圆10以使其具有例如200μm至250μm的厚度，最后，切成待完成为半导体器件的单件。

与此相反，本实施方式使用从开始就已经研磨了的晶圆10，通过对大直径晶圆10进行研磨加工而使其具有约350μm的厚度。可以使用传统双面研磨设备进行研磨步骤。

在本实施方式中，如下所述，在第一阶段中，大直径晶圆10被切成具有约半英寸的直径的小直径晶圆12，并且随后执行必要的加工步骤。将大直径晶圆10研磨成具有约350μm厚度的薄晶圆使得能够通过激光束容易地进行切出。此外，由于被切成具有约半英寸的直径的小直径晶圆12，其厚度与直径的比率比大直径晶圆10的厚度与直径的比率大，因此尽管它们薄，但是也能够使得它们在组装和测试工序中不会翘曲和龟裂。

在本实施方式中，如图1中的虚线所示，在将大直径晶圆10切成小直径晶圆12之前，首先通过激光束在大直径晶圆10中形成直槽状定向平面线16，并且使得直槽状定向平面线16位于要获得的小直径晶圆12中的所需位置。

图1中的实线示出了待切出的小直径晶圆12的假想位置。

如图1所示，小直径晶圆的切出位置在大直径半导体晶圆中沿特定方向成行对齐，并且通过激光束集体地（collectively）形成用于每一行的定向平面线16使得在每一行中定向平面线16穿过每一个小直径晶圆。事实上，通过在行方向上移动激光设备（未示出）而使用于每一行的定向平面线16集体地形成。

优选的是，在大直径晶圆10中形成用于每一行的作为单一无缝直线的定向平面线16，除非该线干扰相邻行中待切出的小直径晶圆，因为这有利于控制通过激光设备进行的激光束照射。

应当注意，依赖于待切出的小直径晶圆的配置，直槽可能会穿过相邻行中的小直径晶圆，在这种情况下，可以仅在每一行的小直径晶圆12中的必要部分形成定向平面线16。应当注意，即使在这种情况下，定向平面线16也被设置成使其两端到达小直径晶圆12的边缘。在组装期间和测试期间，这允许借助于传感器对晶圆12的边缘处的定向平面线16的两端的位置进行检测，由此有利于晶圆12的对齐。

使定向平面线16基于在大直径晶圆10中预先设置的缺口14（或定向平面）定位并定向成：使得定向平面线16在所需的方向上延伸。例如，在图1中，各行的定向平面线16以相互平行并且与连接缺口14和晶圆10的中心的线垂直的方式形成。

在形成定向平面线16之后，通过驱动未示出的激光设备从大直径晶圆10中切出小直径晶圆12。小直径晶圆12被切成圆形。应当注意，小直径晶圆12被切成比半英尺的尺寸稍大，因为它们将在随后的外径精加工步骤中通过磨削它们的边缘而被精加工成具有所需的外径。

对于激光设备，可以使用如专利文献1所示的已公知的设备。激光设备被安装到公知的X-Y驱动设备上以在水平平面上自由移动。定向平面线16的形成图案和小直径晶圆12的切出图案被预先存储在控制单元中。控制单元根据给定程序移动并驱动激光设备，以形成定向平面线16，并切出小直径晶圆12。

大直径晶圆10被保持在如专利文献1所示的公知的真空吸盘（未示出）上。事实上，真空吸盘利用其环状支撑部在与待切出的小直径晶圆12中的每一个晶圆12对应的部位支撑大直径晶圆10的下表面侧，并借助于真空设备将空气从这些环状支撑部抽出。从而，该真空吸盘吸住并支撑各晶圆12所在部位的下表面。此外，大直径晶圆10的外周也可以由真空吸盘保持。借助于真空吸盘这样吸住并支撑大直径晶圆10能够允许定向平面线16的形成，并且允许切出并分离各个小直径晶圆12。

如上所述，通过提前研磨大直径晶圆10使其厚度减小到约350μm，可以容易地通过激光束切出小直径晶圆12。

激光束不限于任何特别的类型，但优选的是YAG激光。

另外，关于激光设备，优选的是，使用具有在自激光束辐射孔照射的激光束周围产生环状喷水的喷水口的激光设备（水中激光加工）。在使用激光束形成定向平面线16和切出小直径晶圆12的期间，喷水可以使由于激光束照射而被加热到高温的晶圆10冷却，并且利用水移除产生的切出碎片。

下面，示出了小直径晶圆12的尺寸的示例。

小直径晶圆12的外径为12.5mm，平面部的直径为12.25mm，外周（边缘）中的倒角部18的宽度为0.125mm。

具有50μm的宽度和5μm至25μm的深度的定向平面线16被定位在距离晶圆12的中心5.75mm的位置处。这些尺寸并不局限于任何特定的值。然而，通过激光加工形成的定向平面线16的深度被设定为在形成半导体器件时的蚀刻步骤、抛光步骤以及各种加工步骤之后将不会穿破（wear out）的深度（50μm）。

图3示出了在实际200mm大直径晶圆10中小直径晶圆12的切出图案的示例。可以进行129片小直径晶圆12的切出。当然，具有晶体缺陷的区域上的小直径晶圆12会被丢弃。

上述切出的小直径晶圆12通过以下步骤被精加工成晶圆。

1）外径精加工步骤

使用金刚磨石等磨削上述切出的晶圆12以使其外径调整到半英寸的尺寸。因为由激光束切出的晶圆12的外边缘残留有切出碎片，所以外径精加工步骤除了可以进行外径的调整以外，还可以将切出碎片移除。外径可以被机械加工成在12.5mm±0.1mm的精度范围内。

2）倒角步骤

使用磨石抛光具有精加工外径的上述晶圆12以进行其外周的倒角作业。因为在晶圆12的表面中已设置了定向平面线16，所以还能够没有问题地进行倒角作业。

应当注意，使用磨削表面形成为凹形的金刚磨石进行倒角作业，因此，可以借助于特定倒角设备（未示出）利用同一磨石对晶圆10同时进行上述外径精加工步骤和该倒角步骤。

3）蚀刻步骤

随后，为了移除当大直径晶圆10通过研磨变薄时受到机械损害或嵌入砂砾的晶圆，对晶圆12进行蚀刻。碱（KOH系溶液）或酸（氢氟酸-硝酸系溶液）被用作蚀刻剂。移除深度应当为约10μm至50μm。

4）镜面倒角步骤

使用精加工用磨石镜面精加工倒角部18。这能防止组装期间和测试期间的灰尘排放。

5）抛光（CMP）步骤

随后，与传统大直径晶圆一样进行CMP加工。

根据需要通过多个子步骤进行该抛光。例如，首次抛光的目的是借助于双面抛光设备高效地制造光滑镜面表面。实现抛光精度为0.27mm±10μm的厚度。

二次抛光的目的是除去OSFs（氧化引起的堆垛层错（stacking fault）），并改善表面粗糙度。三次或四次抛光的目的是除去雾霭（haze）和除去污染物。每个阶段均使用适合的抛光液。应当注意，根据需要，抛光步骤可以依赖于精加工精度包括多个子步骤，因而，抛光步骤可以仅包括借助于双面抛光设备的首次抛光和借助于单面抛光设备的最后抛光。

6）精密清洗步骤

最后，通过传统RCA清洗清洁被抛光等污染的晶圆。诸如金属杂质和颗粒的残渣被移除。采用通过过滤器清洗的液体和额外的温度控制器使清洗液体循环。超声波的额外应用提高了清洗水平。

如上所述，可以进行晶圆的精加工步骤。

此外，应当注意，当在半导体制造步骤中对齐晶圆时，可以通过借助于传感器等识别定向平面线16的两端来使晶圆12容易地对齐，该定向平面线16沿着定向平面线16的方向到达晶圆的边缘。

这里提及的所有示例和条件性文字都是为了教示的目的，以帮助读者理解发明者作出的对现有技术进行改进的发明和构思，并且本发明应该被理解为不限于具体提及的示例和条件，说明书中的这些示例的组织也不是本发明的优劣性的展示。虽然已经详细说明了本发明的实施方式，但应该理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、置换和替换。

Claims (7)

1.一种制造半导体晶圆的方法，在该方法中从大直径半导体晶圆中切出多个小直径晶圆，所述方法包括：

标记步骤，以使得直槽状定向平面线穿过所述大直径半导体晶圆的每一行中的各个所述小直径晶圆的方式通过激光束集体地为每一行形成直槽状定向平面线，其中，圆形的所述小直径晶圆的切出位置在特定方向上成行地对齐；和

切割步骤，在所述标记步骤之后通过激光束从所述大直径半导体晶圆中个别地呈圆形地切出所述小直径晶圆。

2.根据权利要求1所述的制造半导体晶圆的方法，其特征在于，所述方法包括研磨步骤，所述研磨步骤研磨所述大直径半导体晶圆以使其具有所需的厚度，其中在所述研磨步骤之后进行所述标记步骤和随后的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的制造半导体晶圆的方法，其特征在于，所述直槽状定向平面线形成为使得所述直槽状定向平面线的两端到达待切出的所述小直径晶圆的边缘。

4.根据权利要求1或2所述的制造半导体晶圆的方法，其特征在于，基于所述大直径半导体晶圆的定向平面或缺口确定所述直槽状定向平面线的位置。

5.根据权利要求1或2所述的制造半导体晶圆的方法，其特征在于，切出半英寸尺寸的所述小直径晶圆。

6.根据权利要求1或2所述的制造半导体晶圆的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

外径精加工步骤，精加工切出的所述小直径晶圆以使其具有所需的外径；

倒角步骤，将所述小直径晶圆的外周倒角成预定形状；

蚀刻步骤，蚀刻倒角过的所述小直径晶圆；

镜面倒角步骤，使用精加工用磨石对倒角过的所述小直径晶圆的倒角部进行镜面加工；

抛光步骤，对镜面倒角过的所述小直径晶圆进行镜面加工；以及

精密清洗步骤，清洗通过抛光污染的所述小直径晶圆。

7.根据权利要求6所述的制造半导体晶圆的方法，其特征在于，使用倒角设备并采用同一磨石同时进行所述外径精加工步骤和所述倒角步骤。