CN116352899A

CN116352899A - 一种碳化硅晶体切割头尾片的处理方法

Info

Publication number: CN116352899A
Application number: CN202211525803.XA
Authority: CN
Inventors: 陈辉; 贺贤汉
Original assignee: Anhui Microchip Changjiang Semiconductor Materials Co ltd
Current assignee: Anhui Microchip Changjiang Semiconductor Materials Co ltd
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-06-30

Abstract

本发明公开了一种适用于碳化硅晶体切割头尾片的处理方法。由此可有效利用碳化硅晶体切割后部分头尾片，经过本发明的处理后可以使之加工成标准的衬底片，无需额外增加加工设备，使用成本较低。本发明的加工方法操作简便、控制精度高，切割头尾片利用率高，适合广泛用于批量生产或实验性碳化硅切割头尾晶片的有效处理，具有很大的产业应用性。

Description

一种碳化硅晶体切割头尾片的处理方法

技术领域

本发明涉及一种碳化硅多线切割后头尾切片的处理方法，更具体地说，本发明涉及一种便于碳化硅产线上多线切割后晶片中的不能按正常流程加工的头尾片的处理方法。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体的代表，其具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移速度高、热导率大等特点，可应用于1200伏特以上的高压环境，因此在严苛环境中有着明显优势；同时，SiC晶体因其与外延层材料GaN具有高匹配的晶格常数和热膨胀系数及良好的热导率，是GaN基器件的理想衬底材料，如LED和LD。因此，SiC晶体材料已经成为半导体照明技术领域不可缺少的衬底材料。目前，碳化硅和碳化硅基半导体材料已经成为了世界各国研究的热点。

将碳化硅晶体应用于器件需加工成一定尺寸的晶圆片，基本工艺包括晶体生长、晶锭检测、晶锭整形、切片、打标、研磨、倒角、抛光、CMP、清洗等步骤。由于碳化硅晶体硬度很高，这为晶体加工带来很大的困难，而将SiC晶棒切割成翘曲度小、厚度均匀、低切损的晶片，对于后续的研磨和抛光至关重要。与传统的内圆、外圆切割相比，多线切割具有大切削速度、高加工精度、高效率和较长的寿命等优点，已广泛应用于碳化硅晶片的高效切割。

由于目前碳化硅晶体行业通常采用的都是化学气相沉积(PVT)法生长碳化硅单晶。但是，PVT法的生长特性决定了这种方法生长出来的碳化硅晶体厚度不可能太厚，通常生长出来的单个碳化硅晶锭经过端面整形后的可用厚度在10～25mm之间。而且，碳化硅晶体硬度又极高，必须使用金刚石切割液进行多线切割，金刚石切割液成本也比较昂贵，同时线切割的加工时间又表较长。因此，为了降低成本及提升切割效率，行业内目前通常采用多晶锭粘接后批量切割。由于切割过程中切割线在晶锭头尾部接触位置的不同，切割线在头尾片位置切割时发生的偏移量也不同，这就导致每批次切割都会产生十几二十片的厚度、面型都不一致的切割头尾片。通常情况下，这种头尾片只能作为留样片用来表征晶体的位错密度。但是，这些头尾片中的一些满足一定厚度要求的片子经过特殊处理，也是可以作为生产片流转的，这可以避免一些不必要的浪费，毕竟单片碳化硅成品晶圆片的价格极其昂贵。

发明内容

鉴于目前常用碳化硅切割后头尾片处理存在的上述问题，本申请的发明人意识到，对于产业化碳化硅晶体切割加工后的头尾切片处理，为保证切割头尾片的物尽其用、避免不必要的材料浪费，尽可能实现切割后头尾晶片在满足一定厚度条件下经过特殊处理，是符合产品需求的处理方法。

鉴于上述认识，本发明提供一种用于碳化硅切割头尾片的处理方法，：步骤如下，

S1，切割头尾片的分筛：切割头尾片按有效片厚来分筛，分筛种类包括较厚且平晶片、较厚不平晶片、较薄且平晶片和较薄不平晶片，各类晶片有效厚度(厚度最低点的厚度)大于450um的碳化硅切割头尾晶片，且其不平坦表面的最高点与最低点厚度差不能大于20um；

S2，将所述较厚且平晶片，按照20um一个区间进行二次分类，再将同一个厚度区间的晶片一起进行双面研磨；

将较薄且平晶片直接进行grinder减薄加工至标准厚度下限值后进行后续标准加工；

将较厚且不平整晶片进行粘蜡贴陶瓷盘后用单面研磨机将不平整面绝大部分面积磨平后再采用双面研磨至标准厚度上限值后进行后续标准加工，所述晶片粘蜡贴盘工序，将最大厚度与最小厚度都比较接近的头尾片粘接在同一块陶瓷盘上；

将较薄不平整晶片直接进行grinder减薄分段加工的模式分多次减薄加工至晶片标准厚度下限值后进行后续标准加工。

优选的，所述步骤S2中，陶瓷盘采用360mm直径以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：根据本发明的加工方法，可将绝大多数厚度不一的碳化硅晶圆切割头尾片进行再加工，有效提高了切割头尾晶片的利用率。本发明操作简单、使用门槛较低、切割头尾片利用率较高。

附图说明

图1示意性地示出本发明实施形态一的较厚且平晶片头尾片的处理方式。

图2示意性地示出本发明实施形态二的较薄、较平头尾片的处理方式。

图3示意性地示出本发明实施形态三的较厚、不平头尾片的处理方式。

图4示意性地示出本发明实施形态四的较薄、不平头尾片的处理方式。

图中所示：

1游星轮载具，2金属基体，3树脂内衬,4切割后头尾晶片,5高速砂轮,6铝合金基底,7金刚石砂轮齿,8,9

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：图1示意性地示出该实施形态的较厚且平晶片头尾片处理方式中的夹持切割后头尾晶片4的游星轮载具1。游星轮载具1包括金属基体2和树脂内衬3。

应理解，金属基体2通常采用蓝钢或高碳钢材质。这样可以保证载具基体的强度和寿命。

在金属基体2的载料内孔上涂敷柔性树脂内衬3，主要防止晶片研磨过程中与金属基体的撞击造成崩边或暗伤。将游星轮载具1按需求个数依次放置于双面研磨机上，将经过厚度筛选的碳化硅切割头尾晶片4依次放入每个游星轮载具的内孔中，进行标准双面研磨加工。

应理解，本发明中较厚且平晶片的晶片指至少有一个是光滑的切割表面，另一个切面允许线痕、台阶等不平坦因素，但该不平坦表面的最高点与最低点厚度差不能大于20um，同时有效厚度(厚度最低点的厚度)大于450um的碳化硅切割头尾晶片。

上述晶片中不同厚度的晶片可按照不同的加工条件加工成不同规格的晶片进行使用。本发明中定义：有效厚度450～500um的切割头尾晶片可加工成标准350um片厚的衬底晶圆片；有效厚度大于500um的切割头尾片，通过控制去除量将晶片加工成500um左右的籽晶片进行使用。

实施例2：

本发明一实施形态的较薄且平晶片的处理方式主要采用高速砂轮减薄机精确去除切割头尾片切面的切痕及损伤层。图2示意性地示出该实施形态的较薄且平晶片处理方式中的切割头尾晶片4和高速减薄砂轮5。

高速砂轮5主要包括碗型铝合金基底6和金刚石砂轮齿7，采用2000～2500rpm的高转速，实现切割头尾片不平整区域的快速磨平及损伤层的精确快速去除，可有效控制切割头尾片的表面去除厚度。具体地说，将切割头尾晶片4的平整面水平吸附到减薄机的加工平台上面，根据晶片最大与最小厚度及常规损伤层厚度，设置减薄去除量，自动加工完成第一面加工。再将加工后晶片翻面并根据常规损伤层厚度，设定第二面去除量并完成加工。

应理解，本发明中较薄、较平的晶片指至少有一个是光滑的切割表面，另一个切面允许线痕、台阶等不平坦因素，但该不平坦表面的最高点与最低点厚度差不能大于20um，同时有效厚度(厚度最低点的厚度)小于450um的碳化硅切割头尾晶片。

上述晶片中不同厚度的晶片可按照不同的加工条件加工成不同规格的晶片进行使用。本发明中定义：有效厚度380～450um的切割头尾晶片可加工成标准350um片厚的衬底晶圆片；有效厚度小于380um的切割头尾片，通过减薄及抛光、腐蚀后可将晶片作为测试片进行晶体缺陷的评测。

实施例3：

本发明一实施形态的较厚且不平整晶片的处理方式主要采用单面研磨机修正切割后头尾片的不平整表面，再使用双面研磨机研磨到规定厚度进行常规加工。图3示意性地示出该实施形态的较厚且不平整晶片处理方式中的切割头尾晶片4和单面研磨机8和单面研磨用陶瓷盘9。

将较厚且不平整的切割头尾片4按有效厚度进行分类筛选后，将厚度接近的晶片粘蜡贴陶瓷盘9后用单面研磨机8将不平整面绝大部分面积磨平后再采用双面研磨至标准厚度上限值后进行后续标准加工。

应理解，本发明中较厚、不平的晶片指至少有一个是光滑的切割表面，另一个切面有线痕、台阶等不平坦因素，且不平坦表面的最高点与最低点厚度差超过20um，同时有效厚度(厚度最低点的厚度)大于450um的碳化硅切割头尾晶片。

实施例4：

本发明一实施形态的较薄不平整晶片的处理方式主要采用高速砂轮减薄机将切割后头尾片的不平整表面，根据晶片最大厚度与最小厚度的差值进行分段减薄处理，可有效避免晶片表面的过度去除。与图1示意性地示出该实施形态的较厚且平晶片头尾片处理方式类似。

根据切割后头尾片最大厚度与最小厚度的差值大小设计粗抛减薄的次数，每次减薄量设置为10um。这样可有效避免减薄过程中晶片因局部受力过度导致的碎裂风险。

应理解，本发明中较薄、不平的晶片指至少有一个是光滑的切割表面，另一个切面有线痕、台阶等不平坦因素，且该不平坦表面的最高点与最低点厚度差超过20um，同时有效厚度(厚度最低点的厚度)小于450um的碳化硅切割头尾晶片。

一盒25片的来料切割头尾片采用不同实施形态进行加工处理后达到有效利用的效果。(1)其中12片为520～540um片厚且单片最大厚度与最小厚度偏差在15um左右。这12片晶片可采用实施形态一的方法，将12片晶片置于4个游星轮中进行双面研磨，最终得到490um左右的研磨片，根据实际需求可最终加工成标准衬底片或籽晶片使用。(2)其中9片为450～490um片厚且单片最大片厚与最小片厚偏差在50um左右。这9片可采用实施形态三的方法，取三个标准360陶瓷盘，将这9片按照三片一盘的方式对称的用蜡贴敷于陶瓷盘上，且每片晶片的最高点都朝向陶瓷盘外圈。再将粘接好晶片的陶瓷盘放置于单面研磨机上将晶片研磨至430um左右且晶片表面无明显高低差，再标准流程将这些晶片加工成标准衬底片。(3)另有3片为350～370um片厚且单片最大片厚与最小片厚偏差在12um左右。这3片可采用实施形态二的方法，采用grinder砂轮将晶片双面精准减薄至330～350um，其中1片330um片厚的晶片达不到衬底片后续加工的厚度要求，可作为性能表征片使用，另2片350um片厚晶片可流转后续工序加工成标准衬底片。(4)最后1片有效厚度在350um，但最大片厚与最小片厚偏差达到100um。这片晶片可采用实施形态四的方法，利用grinder砂轮分5～6次减薄程序将厚度差精准修平，可将晶片减薄修正至340um左右再流转后续工序，最终加工成下限厚度的标准衬底片。

上述切割头尾片处理手段可单独使用，亦可根据需要组合使用，经过上述方法处理的切割头尾片根据厚度的不同可用于衬底、籽晶、性能表征等多种不同用途，切割头尾片的利用率可达到70％左右，可有效降低总体晶片生产成本。

表1列出了常规碳化硅头尾片处理与本发明之间的一些效果对比。可知，经本发明方法进行碳化硅切割头尾片处理后，使晶片的利用率得到了极大提升。

表1：常规碳化硅头尾片处理与本发明的效果对比

产业应用性：

本发明的碳化硅切割头尾片的处理方法配合常规晶片加工用的双面研磨机、单面研磨机机、grinder减薄机即可进行碳化硅切割头尾片的有效处理，无需额外增加加工设备，使用成本较低。本发明的加工方法操作简便、控制精度高，切割头尾片利用率高，适合广泛用于批量生产或实验性碳化硅切割头尾晶片的有效处理，具有很大的产业应用性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种碳化硅晶体切割头尾片的处理方法，其特征是：步骤如下，

2.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶体切割头尾片的处理方法，其特征是：所述步骤S2中，陶瓷盘采用360mm直径以上。