CN114986727A - 一种半导体晶圆双膜切割方法 - Google Patents

一种半导体晶圆双膜切割方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体晶片加工技术领域，并公开了一种半导体晶圆双膜切割方法，包括以下步骤，在半导体晶圆正、背面相同位置分别进行经纬标准线划定，使用金刚石双切刀的Z1主轴划片刀分别对晶圆正、背面经纬标准线进行开槽，并分别沿经纬线沿一定步距向两侧进行开槽，在晶圆的正面粘附两层划片膜，两层划片膜由内至外依次为内层划片膜与外层划片膜，且内层划片膜填充在晶圆正面的槽内，使用金刚石双切刀的Z2轴划片刀沿晶圆背面经线槽切穿晶圆，刀片每次切割均切割到内层划片膜，使用金刚石双切刀的Z2轴划片刀沿晶圆背面纬线槽切穿晶圆，刀片每次切割均切割到外层划片膜且不切透外层划片膜，本发明的切割方法可以有效减少晶圆在切割过程背崩的发生。

Description

一种半导体晶圆双膜切割方法
技术领域
本发明涉及半导体晶片加工技术领域，更具体地说，涉及一种半导体晶圆双膜切割方法。
背景技术
目前，业内半导体(如砷化镓)晶圆制造厂生产的半导体晶圆大小一般为8寸或12寸，而进行半导体后道加工的封装厂的后道加工设备只能加工4寸或更小尺寸的半导体晶块；因而半导体晶圆制造厂在完成整片晶圆制造后，还需将整片晶圆切割成若干小晶块、并将小晶块切割成若干晶片颗粒，具体切割方法是：先在半导体晶圆的背面粘附一层划片膜(划片膜的厚度一般为(70～100)微米)，接着根据晶圆分切数量要求，使晶片切割机的刀片将半导体晶圆分切成若干小的半导体晶块，再使用晶片切割机分别对每个半导体晶块进行单颗裂片操作，即：使晶片切割机的刀片依次沿半导体晶块正面的横向切割槽与纵向切割槽对半导体晶块进行再次切割且不切透划片膜，从而将半导体晶块切割成若干独立的晶片颗粒、并使晶片颗粒仍按照设计阵列粘附保留在划片膜上，以方便半导体晶块转运到封装厂进行后续制作。
如公开(公告)号：CN110137126B的发明公开了一种半导体晶圆双膜切割方法，包括以下步骤：步骤一：在半导体晶圆的背面层叠粘附两层划片膜，两层划片膜由内至外依次为内层划片膜与外层划片膜；步骤二：使晶片切割机的刀片依次沿半导体晶圆正面的横向切割槽与纵向切割槽对半导体晶圆进行切割，并且刀片每次切割均只切割到内层划片膜，刀片在内层划片膜的切割深度为(15～20)微米；步骤三：根据晶圆分切数量要求，使晶片切割机的刀片对半导体晶圆进行切割，刀片每次切割均切割到外层划片膜且不切透外层划片膜。本发明的优点是：先对半导体晶圆进行单颗裂片，再对裂片后的半导体晶圆进行一次分切，大大提高了工作效率。
上述发明提供的半导体晶圆双膜切割方法在切割过程中，划片刀在高速旋转切割时，其表面突起的锋利的高硬度金刚砂颗粒对切割部进行铲挖，由于这些机械力是直接作用在晶圆表面并在晶体内部产生应力损伤，故而容易产生背面崩裂的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种半导体晶圆双膜切割方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种半导体晶圆双膜切割方法，包括以下步骤：
步骤S1：在半导体晶圆正面和背面相同位置分别进行经纬标准线划定；
步骤S2：使用金刚石双切刀的Z1主轴划片刀对晶圆正面经纬标准线进行开槽，并分别沿经纬线沿一定步距向两侧进行开槽；
步骤S3：在半导体晶圆的正面粘附两层划片膜，两层划片膜由内至外依次为内层划片膜与外层划片膜，且内层划片膜填充在晶圆正面的槽内；
步骤S4：使用金刚石双切刀的Z1主轴划片刀对晶圆背面经纬标准线进行开槽，并分别沿经纬线沿一定步距向两侧进行开槽；
步骤S5：使用金刚石双切刀的Z2轴划片刀沿晶圆背面经线槽切穿晶圆，刀片每次切割均切割到内层划片膜；
步骤S6：使用金刚石双切刀的Z2轴划片刀沿晶圆背面纬线槽切穿晶圆，刀片每次切割均切割到外层划片膜且不切透外层划片膜。
作为优选的，所述步骤S4的Z1主轴划片刀选用颗粒在2um-6um的中等密度金刚砂，并采用中等强度结合剂。
作为优选的，所述步骤S5的Z2主轴划片刀选用颗粒在4um-8um的低密度金刚砂，并采用软强度结合剂。
作为优选的，所述晶圆在被开槽以及切割过程中，始终使用冷却剂对晶圆切割面以及刀片进行冲洗冷却，所述冷却剂为去离子水与表面活性剂的混合液。
作为优选的，所述刀片开槽以及切割过程切割距离在10-12m后，将刀片移至磨削台进行磨刀处理后再继续进行开槽切割过程。
作为优选的，所述刀片进给速度为60-70mm/s，且转速为45kr/min。
作为优选的，所述步骤S2和步骤S4的晶圆开槽深度尺寸为晶圆厚度尺寸的1/3。
本发明所述方案相比于现有技术的有益效果如下：
通过在去离子水中加入表面活性剂，能够有效地降低去离子水水在晶圆划片刀的表面张力，使冷却水能渗透到晶圆下端，达到良好的冷却效果，有效地减少背部崩角，在切割距离10-12m后，将刀片移至磨削台进行磨刀处理后再继续进行开槽切割过程，进行磨刀去除表面粘附的碎屑，使金刚石颗粒正常暴露，恢复切割能力，这是金刚石划片刀切割质量的保证，过低的旋转速度会导致刀片提供的机械能不足，使刀片在没有被完全切割开时被强行分开，引入较大应力，刀片进给速度过低不仅造成切割效率低下，还会导致刀片上的金刚石颗粒不能及时脱落更新，刀片难以在切割过程中保持良好的切割能力，容易造成崩边，故刀片进给速度为60-70mm/s，且转速为45k r/min，在双刀切割过程中，增加Z1的切割深度可以减少切割崩裂的产生，有利于获得更高的切割质量，基于此本发明对晶圆开槽深度尺寸设为晶圆厚度尺寸的1/3，通过在晶圆正面以及背面分别进行预开槽处理，再进行切割过程，可以有效减少切割过程应力产生，避免晶圆背崩的发生。
具体实施方式
下面通过具体实施例对发明做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的本发明的保护范围。
实施例
一种半导体晶圆双膜切割方法，包括以下步骤：
步骤S1：在半导体晶圆正面和背面相同位置分别进行经纬标准线划定；
步骤S2：使用金刚石双切刀的Z1主轴划片刀对晶圆正面经纬标准线进行开槽，并分别沿经纬线沿一定步距向两侧进行开槽；
步骤S3：在半导体晶圆的正面粘附两层划片膜，两层划片膜由内至外依次为内层划片膜与外层划片膜，且内层划片膜填充在晶圆正面的槽内；
步骤S4：使用金刚石双切刀的Z1主轴划片刀对晶圆背面经纬标准线进行开槽，并分别沿经纬线沿一定步距向两侧进行开槽；
步骤S5：使用金刚石双切刀的Z2轴划片刀沿晶圆背面经线槽切穿晶圆，刀片每次切割均切割到内层划片膜；
步骤S6：使用金刚石双切刀的Z2轴划片刀沿晶圆背面纬线槽切穿晶圆，刀片每次切割均切割到外层划片膜且不切透外层划片膜。
步骤S4的Z1主轴划片刀选用颗粒在2um-6um的中等密度金刚砂，并采用中等强度结合剂。
步骤S5的Z2主轴划片刀选用颗粒在4um-8um的低密度金刚砂，并采用软强度结合剂。
切割时，冷却水通常使用去离子水，其主要作用是冷却切割晶圆表面以及切割缝内，确保切割的品质，同时冷却刀片、延长刀片寿命，同时可以帮助把切割产生的碎屑冲掉，如果冷却水流量不足，会导致切割温度过高，发生刀片过载现象，所以切割过程中，需要严格控制冷却水流量在工艺范围内，由于冷却水的表面张力作用，冷却水无法渗透到晶圆背面，冷却效果不好，在晶圆背面就会发生背崩现象，所以本发明在冷却水中加入表面活性剂，能够有效地降低去离子水水在晶圆划片刀的表面张力，使冷却水能渗透到晶圆下端，达到良好的冷却效果，利用此法也能有效地减少背部崩角。
金刚石划片刀切割通过粘结剂包裹的金刚石磨粒对切割面进行铲挖多次少量去除来实现切割分离的目的，金刚石磨粒与刀体粘结剂之间形成的容屑槽结构是刀片实现切割功能的关键，正常的刀片金刚石颗粒凸起暴露于刀体表面，当切割多片晶圆之后，刀片上金刚石磨粒被包裹，无法暴露，容屑槽被填充，使刀片无法进行正常的铲挖切割功能，这些包裹在金刚石颗粒上的物质主要成分为Si，和Al等，属于切割碎屑未能及时去除而残留的现象，这种状态的刀片切割的芯片崩边严重，同时伴随着裂纹的产生，长距离切割的刀片金刚石磨粒被完全包裹，切割能力下降导致芯片崩边严重，长距离切割的刀片金刚石颗粒被完全包裹，切割能力下降导致芯片崩边严重，刀片上包裹物质的成分为金属铝和二氧化硅，还存在碎裂的金刚石，研究发现，切割距离在10的刀片上没有切割碎屑的附着，金刚石颗粒正常暴露，切割质量也很好，故在切割距离10-12m后，将刀片移至磨削台进行磨刀处理后再继续进行开槽切割过程，进行磨刀去除表面粘附的碎屑，使金刚石颗粒正常暴露，恢复切割能力，这是金刚石划片刀切割质量的保证。
由于过低的旋转速度会导致刀片提供的机械能不足，使刀片在没有被完全切割开时被强行分开，引入较大应力，从而造成较严重的崩边，而当旋转速度过大会导致切割摩擦产生的热量积累，容易造成热损伤，还有可能发生刀片的振动，切割精度下降，这些问题都会降低切割质量，同时刀片进给速度过低不仅造成切割效率低下，还会导致刀片上的金刚石颗粒不能及时脱落更新，刀片难以在切割过程中保持良好的切割能力，容易造成崩边，故刀片进给速度为60-70mm/s，且转速为45kr/min。
在双刀切割过程中，增加Z1的切割深度可以减少切割崩裂的产生，有利于获得更高的切割质量，基于此本发明对晶圆开槽深度尺寸设为晶圆厚度尺寸的1/3。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施条例作出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种半导体晶圆双膜切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在半导体晶圆正面和背面相同位置分别进行经纬标准线划定；
步骤S2：使用金刚石双切刀的Z1主轴划片刀对晶圆正面经纬标准线进行开槽，并分别沿经纬线沿一定步距向两侧进行开槽；
步骤S3：在半导体晶圆的正面粘附两层划片膜，两层划片膜由内至外依次为内层划片膜与外层划片膜，且内层划片膜填充在晶圆正面的槽内；
步骤S4：使用金刚石双切刀的Z1主轴划片刀对晶圆背面经纬标准线进行开槽，并分别沿经纬线沿一定步距向两侧进行开槽；
步骤S5：使用金刚石双切刀的Z2轴划片刀沿晶圆背面经线槽切穿晶圆，刀片每次切割均切割到内层划片膜；
步骤S6：使用金刚石双切刀的Z2轴划片刀沿晶圆背面纬线槽切穿晶圆，刀片每次切割均切割到外层划片膜且不切透外层划片膜。
2.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆双膜切割方法，其特征在于，所述步骤S4的Z1主轴划片刀选用颗粒在2um-6um的中等密度金刚砂，并采用中等强度结合剂。
3.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆双膜切割方法，其特征在于，所述步骤S5的Z2主轴划片刀选用颗粒在4um-8um的低密度金刚砂，并采用软强度结合剂。
4.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆双膜切割方法，其特征在于，所述晶圆在被开槽以及切割过程中，始终使用冷却剂对晶圆切割面以及刀片进行冲洗冷却，所述冷却剂为去离子水与表面活性剂的混合液。
5.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆双膜切割方法，其特征在于，所述刀片开槽以及切割过程切割距离在10-12m后，将刀片移至磨削台进行磨刀处理后再继续进行开槽切割过程。
6.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆双膜切割方法，其特征在于，所述刀片进给速度为60-70mm/s，且转速为45k r/min。
7.根据权利要求1所述的一种半导体晶圆双膜切割方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S4的晶圆开槽深度尺寸为晶圆厚度尺寸的1/3。
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