CN112420505A - 一种衬底材料最优划片方向的确定方法 - Google Patents

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Abstract

一种衬底材料最优划片方向的确定方法，通过对材料塑性变形发生的临界条件的确定，也就是最容易发生塑性变形的晶面以及该晶面发生变形的方向的确定即可得到该种衬底材料的最优划片方向，该方法指导实际的生产，减少衬底材料在划片的过程中的正崩和背崩尺寸，提高加工质量和衬底的利用率。

Description

一种衬底材料最优划片方向的确定方法
技术领域
本发明属于衬底加工技术领域，特别涉及一种衬底材料最优划片方向的确定方法。
背景技术
衬底作为制作各种芯片的原材料，在经过外延沉积和图形化后被用来制作成各种芯片。衬底不管是光电材料还是半导体材料都是单晶材料，单晶材料都有各自不同的滑移系统，使得其使用相同的工艺参数沿着不同方向加工时的力、表面质量、加工效率或工具磨损有明显的差异。而芯片制作完成后需要通过划片刀对衬底进行划切分切成小颗粒。而材料的最活跃的滑移系统会导有些材料的正崩和背崩严重，造成材料损失率很大，需要增加切缝的宽度同时也会降低芯片的强度进而增加单个芯片的成本。
专利CN201380047765.4公开了显示出稳定的超弹性的Cu-Al-Mn系合金材料及其制造方法，在制造后要求70%以上的晶粒处于偏离晶体取向<001>，取向的偏离角度为0°～50°的范围内，但是并没有提出如何能够确定最佳加工方向。专利CN201010598282.1公开了一种基于切削力波动特性的单晶材料切削方法及微调刀架，其微调刀架，包括刀架体，第一压电陶瓷安装支架，第一压电陶瓷，第一弹性变形薄膜，计算机系统，刀夹体，第二弹性变形薄膜，第二压电陶瓷和第二压电陶瓷安装支架。计算机系统通过数据线与第一压电陶瓷和第二压电陶瓷连接。刀夹体固定在刀架体上。刀具安装在刀夹体内。微调刀架使用带有单晶材料切削力波动特性信息的计算机控制压电陶瓷的伸长和缩短，从而对刀具前角以及刀具与工件之间相对距离进行微量调整，能实现一次装夹就可以根据单晶材料切削加工表面的力学波动特性调整刀具与工件表面倾角以及刀具与工件相对距离的目的，实现单晶材料均匀一致的表面质量的切削加工要求，且具有加工效率高，精度高，操作方便等特点，其虽然可以实现单晶材料切削过程中切削方向的调整，但是仍不能确定哪个切削方向为最优加工方向。
衬底材料到加工的后期成本已经很高了，划切的过程中减小正崩和背崩的尺寸可以使单个芯片的面积降低后能够提高衬底材料的使用率，并且可以提高芯片强度，因此确定衬底材料的最优划片方向是很有意义的。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种衬底材料最优划片方向的确定方法，得到衬底材料划片加工中的最优加工方向，减小正崩和背崩的尺寸，提高加工质量和衬底的利用率。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种衬底材料最优划片方向的确定方法，包括以下步骤：
a．确定被切割衬底材料的孪晶和滑移体系，包括发生塑性变形的晶面和该晶面孪晶或者滑移的方向；
b．确定最容易发生塑性变形的晶面，或者几个晶面中临界剪切应力最小的晶面；
c．确定该晶面以及发生孪晶或者滑移的方向与衬底晶面的位置关系；
d.由于衬底材料的划片的两个方向是垂直的，当划片的两个方向与发生孪晶或者滑移晶面的方向在水平面上的投影不为45°时，需要将衬底在水平面上旋转，使划片在水平面上的投影为45°；
e 由于正崩和背崩是侧向裂纹造成的，即由平行于衬底表面的裂纹造成的，发生塑性变形的晶面与晶片表面的夹角越大，则材料越不容易发生正崩和背崩，此时需要调节衬底在工作台上倾斜的角度；
f.经过两次调节后对应的两个切割方向即为划片的最优方向。
在所述的步骤a中，衬底材料为单晶材料，且适用于划片加工。
在所述的步骤a中，孪晶和滑移体系包括该种材料在载荷作用下所有可能发生的晶面。
在所述的步骤e中，调节倾斜的角度为-20°~20°。
本发明的有益效果是：
该衬底材料最优划片方向的确定方法，通过对材料塑性变形发生的临界条件的确定，也就是最容易发生塑性变形的晶面以及该晶面发生变形的方向的确定即可得到该种衬底材料的最优划片方向，该方法指导实际的生产，减少衬底材料在划片的过程中的正崩和背崩尺寸，提高加工质量和衬底的利用率。
附图说明
图1为本发明所述砷化镓晶体结构示意图；
图2为本发明所述方法实际加工的砷化镓切缝；
图3为本发明所述未经方向调整加工的砷化镓切缝。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
本发明提供了一种衬底材料最优划片方向的确定方法，如图1至图3所示。
该衬底材料最优划片方向的确定方法，包括以下步骤：
a．确定被切割衬底材料的孪晶和滑移体系，包括发生塑性变形的晶面和该晶面孪晶或者滑移的方向；
b．确定最容易发生塑性变形的晶面，或者几个晶面中临界剪切应力最小的晶面；
c．确定该晶面以及发生孪晶或者滑移的方向与衬底晶面的位置关系；
d．由于衬底材料的划片的两个方向是垂直的，当划片的两个方向与发生孪晶或者滑移晶面的方向在水平面上的投影不为45°时，此时需要将衬底在水平面上旋转一个角度，使划片在水平面上的投影为45°；
e．由于正崩和背崩是侧向裂纹造成的，即由平行于衬底表面的裂纹造成的，发生塑性变形的晶面与晶片表面的夹角越大，则材料越不容易发生正崩和背崩，此时需要调节衬底在工作台上倾斜的角度；优选的，调节倾斜的角度为-20°~20°。
f．经过两次调节后对应的两个切割方向即为划片的最优方向。
在所述的步骤a中，衬底材料为单晶材料，且适用于划片加工。
在所述的步骤a中，孪晶和滑移体系包括该种材料在载荷作用下所有可能发生的晶面。
在所述的步骤b中，孪晶、滑移是材料发生塑性变形的形式，包括但不仅限于孪晶、滑移、位错、层错等，而临界剪切应力是指使材料发生塑性变形和弹性恢复的临界剪切应力。
下面结合实施例来具体说明：
选取用于射频芯片及LED衬底材料的砷化镓作为样品，如图1所示，选择（100）晶面作为加工面，砷化镓材料最容易发生塑性变形的晶面为（111）晶面，滑移方向为[110]。该滑移方向在（100）面也就是要加工的面上的投影方向为[010]方向，因此选择切割的方向为分别向左和向右偏45°，也就是[0-11]和[011]方向。这样就确定了晶圆在水平方向上旋转的角度，也就是45°。
因为发生塑性变形的晶面为（111）面，因此需要将（100）晶面向（111）晶面偏转；此时切割的时候要考虑到刀刃的长度和切割的间隔，（111）晶面与（100）晶面的夹角为54.7°，我们选择旋转10°后进行加工。
如图2和图3所示，图3所示为没有经过旋转和倾斜进行切割的加工效果，可以看出切缝明显表现出了非对称性，并且有很大正崩。图2所示为在同一切割参数下用本发明所述的方法旋转和倾斜后加工的效果，正崩明显减小，而且切缝两侧的加工效果比较对称，明显优于没有经过调整后的加工效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“中心”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

Claims (4)

1.一种衬底材料最优划片方向的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
a．确定被切割衬底材料的孪晶和滑移体系，包括发生塑性变形的晶面和该晶面孪晶或者滑移的方向；
b．确定最容易发生塑性变形的晶面，或者几个晶面中临界剪切应力最小的晶面；
c．确定该晶面以及发生孪晶或者滑移的方向与衬底晶面的位置关系；
d．由于衬底材料的划片的两个方向是垂直的，当划片的两个方向与发生孪晶或者滑移晶面的方向在水平面上的投影不为45°时，需要将衬底在水平面上旋转，使划片在水平面上的投影为45°；
e．由于正崩和背崩是侧向裂纹造成的，即由平行于衬底表面的裂纹造成的，发生塑性变形的晶面与晶片表面的夹角越大，则材料越不容易发生正崩和背崩，此时需要调节衬底在工作台上倾斜的角度；
f．经过两次调节后对应的两个切割方向即为划片的最优方向。
2.根据权利要求1所述的一种衬底材料最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤a中，衬底材料为单晶材料，且适用于划片加工。
3.根据权利要求1所述的一种衬底材料最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤a中，孪晶和滑移体系包括该种材料在载荷作用下所有可能发生的晶面。
4.根据权利要求1所述的一种衬底材料最优划片方向的确定方法，其特征在于：在所述的步骤e中，调节倾斜的角度为-20°~20°。
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