CN106206431A - 一种制作异形硅单晶抛光片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制作异形硅单晶抛光片的方法，包括硅单晶抛光片圆片的制备、贴膜、激光划片、揭膜、清洗等步骤。先通过硅单晶生长以及加工制备出硅抛光片，将硅片贴膜后，使用激光划片机根据异形硅抛光片的形状、尺寸要求进行划片。本发明提供的制作异形硅单晶抛光片的方法有以下几个优点：（1）激光划片精度高、速度快、可进行曲线及直线图形切割，可制作任意形状的异形硅单晶抛光片；（2）划片时，可根据晶片实际厚度和膜厚调整激光器功率，保证与晶片正面接触的膜不切透；（3）切割过程为非接触式，无机械应力产生，工件不易变形，热影响极小，可有效减少晶片划伤、背崩及微裂纹；（4）可利用半导体材料标准加工线进行生产，保证产品的良率。

Description

一种制作异形硅单晶抛光片的方法

技术领域

本发明涉及一种制作异形硅单晶抛光片的方法，应用于红外光学、光通信、光波导等领域的异形硅单晶抛光片的方法，属于半导体材料异形加工技术领域。

背景技术

硅晶圆多指特定直径的单晶硅圆片，其他形状的硅单晶片统称为异形硅单晶片，目前异形硅单晶抛光片在红外光学、光通信、光波导等领域的应用需求越来越显著，进而也对异形硅片的加工技术和水平提出了更高要求。目前硅晶圆抛光片的制作具有标准化的成熟生产工艺，主流的晶圆片加工设备可制作出标准直径的2～12英寸硅晶圆标准抛光片。在晶片滚磨、切片、倒角、磨片、化学腐蚀、抛光等加工过程中，大部分设备适合加工圆形晶片，若依据晶片的特殊形状对设备相关部件及器具进行定制或改造后，再对异形晶片进行全流程加工，不但增加了改造和加工成本，而且加工过程中极易出现裂片、崩边等现象，从而使产品良率显著降低。因而，在现有成熟的生产线的基础上，先将硅单晶片加工成圆形抛光片，再将圆形抛光片加工为异形抛光片，可显著提高产品的加工效率及成品率，降低成本。

在分立器件、IC产品等半导体器件产品制备过程中，划片处理是重要的后段工序之一, 目的是将整片晶圆按分立器件芯片或集成电路芯片阵列大小分割成单一芯片, 为后续封装做好准备。对于异形硅单晶抛光片的制备，也可使用划片的方法将单一圆形硅单晶抛光片分割成多片所需形状的单一晶片。

划片质量直接影响晶片的后续加工及使用效果。传统的划片工艺都是通过划片砂轮的高速旋转研磨、切割来完成对硅晶片的切断, 这种划片方法要伴随较高压力的冷却和清洗水流，划片砂轮和晶片接触产生的压力和扭力会给晶片造成较大的机械应力。切割过程的操作方式、刀片种类、切割条件、振动大小、工件材料以及切割参数等不适合，都有可能造成晶片受损。另外，刀片钝化会导致切割道宽度变大，切割下来的硅屑对硅片本身造成污染。使用砂轮划片切割后的晶片边缘存在崩裂、毛刺，且损伤层较深，难以满足高精度，高可靠性的声波器件等的加工需要，这些都对器件产品造成了致命的威胁。因此，为了提高划片成品率和边缘质量，需要采用紫外激光划片机进行划片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制作异形硅单晶抛光片的方法，拓宽硅抛光片产品种类，并保证产品的成品率和边缘质量。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种制作异形硅单晶抛光片的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、硅单晶抛光片圆片的制备：硅单晶生长、硅单晶抛光片加工；

第二歩、贴膜：对于单抛片，贴膜保护硅片抛光面即硅片正面，对于双抛片，双面贴膜；

第三步、激光划片：使用紫外激光划片机进行划片，将异形晶片划切位置的图形导入激光划片机的CAD软件操作系统，精准定位晶圆片的参考位置，在图像系统中利用坐标系对起始划切点进行标记对位，之后启动划片机，计算机控制系统通过对声光调制系统、伺服控制系统的协调控制对晶片进行划片处理，从起始划切点开始沿划切图形中的划切线进行激光划片，同一条划切线只划一次；

使用该方法划片，可在晶圆片上制作出长方形、平行四边形以及非标准直径圆形的异形晶片，对于长方形或平行四边形等直线图形的切割，划切位置的CAD图形导入软件操作系统后，将所要划出的每一个异形图形单元的端点位置进行坐标定位，之后从起始划切点开始，沿划切位置图形中的划切线进行激光划片，先划出一个完整的异形图形单元，再划出下一个图形，同时保证同一条划切线只划一次；对于圆形等曲线图形的切割，划切位置的CAD图形导入软件操作系统后，从起始划切点开始，沿划切图形中的划切线顺时针或逆时针进行激光划片，先划出一个完整的异形图形单元，再划出下一个图形，同时保证同一条划切线只划一次，其他形状的异形硅片可根据指定形状的要求按照此方法实施。划片时，晶片背面朝上放置在工作台上，根据晶片实际厚度和膜厚调整激光器功率，保证与晶片正面接触的膜不切透；

第四步、揭膜：用刀片沿激光划线将膜划开，划好的晶片连同膜一同放入指定花篮，放入热硫酸或热水中浸泡3-5min,膜将从硅片上脱离；

第五步、清洗：使用体积比为NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:2:50的混合化学液对抛光片进行超声清洗、冲水、甩干。本发明可达到如下效果：激光划片精度高、速度快、划槽窄，可进行无缝切割，可进行曲线及直线切割，可制作出任意形状的硅单晶抛光片；切割过程为非接触式，无机械应力产生，工件不易变形，热应力极小，可有效减少晶片背崩及微裂纹，切口光滑无裂纹，切割质量好，成品率较高；消耗资源少，不需要更换刀具，不使用冷却液，即节省成本，又不污染环境；划片时，可根据晶片实际厚度和膜厚调整激光器功率，保证与晶片正面接触的膜不切透；可利用半导体材料标准加工线进行生产，保证产品的良率。

附图说明

图1为本发明长方形晶片位置及划片示意图；

图2为本发明长方形晶片最终产品示意图；

图3为本发明长方形晶片最终产品局部位置放大图；

图4为本发明平行四边形晶片位置及划片示意图；

图5为本发明平行四边形晶片最终产品示意图；

图6为本发明平行四边形晶片最终产品局部位置放大图；

图7为本发明Ф40圆形晶片位置及划片示意图；

图8 为本发明Ф40圆形晶片最终产品示意图。

具体实施方式

实施例1

第一步、硅单晶抛光片圆片的制备： 6英寸﹤110﹥硅单晶生长，经过滚圆、切片、倒角、磨片、激光打标、化学腐蚀、单面抛光工序，制备出晶向为﹤110﹥±0.5°、参考面晶向为﹤111﹥±1°、参考面长度为57.5±2.5mm、厚度为310±10μm的硅单面抛光圆片。

第二歩、贴膜：贴膜保护硅片抛光面。

第三步、激光划片：使用紫外激光划片机进行划片，如图1所示，将所要划切的长方形晶片的划切位置图形，导入激光划片机的CAD软件操作系统，精准定位6英寸晶片的参考面位置，在图像系统中对起始划切点和每一个长方形单元的端点进行标记对位，起始划切点定位于附图2中的P点处，之后启动划片机，从P点开始沿划切位置图形中的划切线进行激光划片，先完成一个长方形的划切，再划切出下一个长方形，同一条划切线只划一次。最终在6英寸晶圆片上划切出6个长方形晶片：长：50±0.10mm、宽：30±0.1mm、50mm×30mm面为抛光面、30mm×300μm面的晶向：﹤111﹥±1°,见附图2，长方形的一个直角位置的局部放大图见附图3。划片时，晶片背面朝上放置在工作台上，采用的脉冲固体激光器波长为355nm ，调整激光器功率为5W，保证与晶片正面接触的膜不切透。

第四步、揭膜：在洁净的环境下，使用刀片沿激光划线将膜划开，划好的晶片连同膜一同放入指定花篮，放入热水中浸泡5min,膜从硅片上脱离。

第五步、清洗：使用体积比为NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:2:50的混合化学液对抛光片进行超声清洗、冲水、甩干。

实施例2

第一步、硅单晶抛光片圆片的制备： 6英寸﹤110﹥硅单晶生长，之后经过滚圆、切片、倒角、磨片、激光打标、化学腐蚀、单面抛光工序，制备出晶向为﹤110﹥±0.5°、参考面晶向为﹤111﹥±1°、参考面长度为57.5±2.5mm、厚度为800±10μm的硅单面抛光圆片。

第二歩、贴膜：贴膜保护硅片抛光面。

第三步、激光划片：使用紫外激光划片机进行划片。如附图4所示，将所要划切的平行四边形晶片的划切位置图形导入激光划片机的CAD软件操作系统，精准定位6英寸晶片的参考面位置，在图像系统中对起始划切点和每一个平行四边形单元的端点进行标记对位，起始划切点定位于附图4中的P点处，之后启动划片机，从P点开始沿划切位置图形中的划切线进行激光划片，先完成一个平行四边形的划切，再划切下一个平行四边形，同一条划切线只划一次。最终在6英寸晶圆片上划切出6个平行四边形晶片：长：50±0.10mm、宽：30±0.1mm、长宽所夹锐角：60°、厚度：800±10μm、50mm×30mm面为抛光面、50mm×800μm面的晶向：﹤111﹥±1°，见附图5，平行四边形的局部位置放大图见附图6。划片时，晶片背面朝上放置在工作台上，采用的脉冲固体激光器波长为355nm ，调整激光器功率为20W，保证与晶片正面接触的膜不切透。

第四部、揭膜：在洁净的环境下，使用刀片沿激光划线将膜划开，划好的晶片连同膜一同放入指定花篮，放入热水中浸泡5min,膜从硅片上脱离。

第五步、清洗：使用体积比为NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:2:50的混合化学液对抛光片进行超声清洗、冲水、甩干。

实施例3

第一步、硅单晶抛光片圆片的制备： 6英寸﹤110﹥硅单晶生长，之后经过滚圆、切片、倒角、磨片、激光打标、化学腐蚀、单面抛光工序制备出晶向为﹤110﹥±0.5°、参考面晶向：﹤111﹥±1°、参考面长度为57.5±2.5mm、厚度为600±10μm的硅单面抛光圆片。

第二歩、贴膜：贴膜保护硅片抛光面。

第三步、激光划片：使用紫外激光划片机进行划片。如图7所示，将所要划切的非标准直径圆形晶片的划切位置图形导入激光划片机的CAD软件操作系统，精准定位6英寸晶片的参考面位置，在图像系统中对起始划切点进行标记对位，起始划切点定位于附图6中的P点处，之后启动划片机，从P点开始沿划切位置图形中的划切线顺时针进行激光划片，先完成一个非标准直径圆片的划切，再划切下一个非标准直径圆片，同一条划切线只划一次。最终在6英寸晶圆片上划切出7个非标准直径的晶圆片：直径：Ф40±0.3mm、晶向：﹤110﹥±0.5°、参考面晶向：﹤111﹥±1°。厚度：600±10μm，见附图8。划片时，晶片背面朝上放置在工作台上，采用的脉冲固体激光器波长为355nm ，调整激光器功率为15W，保证与晶片正面接触的膜不切透。

第四部、揭膜：在洁净的环境下，使用刀片沿激光划线将膜划开，划好的晶片连同膜一同放入指定花篮，放入热水中浸泡5min,膜从硅片上脱离。

第五步、清洗：使用体积比为NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:2:50的混合化学液对抛光片进行超声清洗、冲水、甩干。

Claims (1)

1.一种制作异形硅单晶抛光片的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、硅单晶抛光片圆片的制备：硅单晶生长、硅单晶抛光片加工；

第二歩、贴膜：对于单抛片，贴膜保护硅片抛光面即硅片正面，对于双抛片，双面贴膜；

第三步、激光划片：使用紫外激光划片机进行划片，将异形晶片划切位置的图形导入激光划片机的CAD软件操作系统，精准定位晶圆片的参考位置，在图像系统中利用坐标系对起始划切点进行标记对位，之后启动划片机，计算机控制系统通过对声光调制系统、伺服控制系统的协调控制对晶片进行划片处理，从起始划切点开始沿划切图形中的划切线进行激光划片，同一条划切线只划一次；

使用该方法划片，可在晶圆片上制作出长方形、平行四边形以及非标准直径圆形的异形晶片，对于长方形或平行四边形等直线图形的切割，划切位置的CAD图形导入软件操作系统后，将所要划出的每一个异形图形单元的端点位置进行坐标定位，之后从起始划切点开始，沿划切位置图形中的划切线进行激光划片，先划出一个完整的异形图形单元，再划出下一个图形，同时保证同一条划切线只划一次；对于圆形等曲线图形的切割，划切位置的CAD图形导入软件操作系统后，从起始划切点开始，沿划切图形中的划切线顺时针或逆时针进行激光划片，先划出一个完整的异形图形单元，再划出下一个图形，同时保证同一条划切线只划一次，其他形状的异形硅片可根据指定形状的要求按照此方法实施；

划片时，晶片背面朝上放置在工作台上，根据晶片实际厚度和膜厚调整激光器功率，保证与晶片正面接触的膜不切透；

第四步、揭膜：用刀片沿激光划线将膜划开，划好的晶片连同膜一同放入指定花篮，放入热硫酸或热水中浸泡3-5min,膜将从硅片上脱离；

第五步、清洗：使用体积比为NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:2:50的混合化学液对抛光片进行超声清洗、冲水、甩干。