CN1192043A - 难划片材料的划片和裂片的改进 - Google Patents
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Abstract
将难划片衬底减薄成适宜以后进行解理的厚度。在衬底所选待划片的表面上生长便于划片层的非塑性材料或将材料淀积到衬底上。该层的硬度和厚度比衬底的小且能顺利划片的。或同时以难划片衬底的另一面生长或淀积上象便于断裂层的第二非塑性层。该层的厚度和硬度选取使划片表面处在使裂片利索扩展的状态。在待划片表面上还可敷上另一金属层,其作用是散发分割芯片时产生的热量,和使切割刀具不致受压放电的影响。
Description
本发明涉及半导体器件的制造。具体地说，本发明涉及将生长在单片衬底上的器件分离。
发蓝/绿光的发光器件是生长在厚蓝室石衬底(大约100至500微米厚、圆盘形、直径在50至150毫米之间的衬底圆片)上、以薄(大约1至10微米)GaN为基的、六边形晶态对称的化合物器件结构体(“纤锌矿”)。这类器件往往呈方形，一般单边长为200至500微米。因此，一个衬底上可制取许多这类邻接的分立器件。这类器件分割起来(即“圆片”切割成一个个的“晶片”)非常困难，一来因为GaN和蓝宝石的自然解理面与蓝宝石表面不成直角所致。这样通过圆片的裂开成单个的平面不平滑、扁平和垂直，从而会影响器件的性能和可靠性。
现有技术分离器件的一种方法是将器件锯开。蓝宝石和以GaN为基料的化合物硬得很，以致锯片锯开成小器件(一般小于250直线厘米)的使用寿命短到不实用的程度。此外，要求的锯口宽锯割时消耗材料量大，锯口大致大于150微米。锯口还产生过量的锯屑和不希望有的裂纹，这些裂纹蔓延到器件的有源区会使器件的性能变坏和不可靠。
现有技术的另一种方法是用激光将芯片切开。偏巧蓝宝石要求的激光波长非常短(小于230纳米)，从而因采用激光而产生过多的热量。晶片经历不希望有的热膨胀，而且分离的质量也不见得比锯开的质量好很多。
现有技术的另一种方法-“划片和裂片法”，是用划线作为晶片的分离线，再从划线处开始裂开，沿划片扩展开，从而使晶片沿此划线分离。这种方法在生产率和成本方面简直不能满足要求，这是因为晶片之间的“通道”宽达5～150微米左右，这在圆片上是个大的空间。此外，在如此坚硬的表面上，划片刀具的使用寿命比500线性厘米还短。
现有技术的所有上述方法耗掉昂贵的衬底材料，形成的断裂面光滑度不够或简直不够，因此希望有一个划片方法，它能高效地使用于昂贵的难以对其划片的衬底的划片。如果这种方法能延长切割刀具的使用寿命，则在成本和生产率方面进一步受益。最后，如果一个方法产生的折断开面既干净、平滑和垂直，则必然会提高成品器件的性能和可靠性。
在分割象下面列举的其它难切开材料系的器件时也会遇到类似的问题：生长在GaN衬底(或蓝宝石以外的衬底)上的以GaN为基材的器件；制造平板显示器用的某些玻璃；或其它以玻璃或石英为主要原料的器件(例如，圆片粘接成的夜视系统)。其它的问题系是诸如磷化镓(GaP)之类的难划片的半导体或化合物半导体，这样以致使划线处的衬底或圆片层的材料是与器件其它层不同的材料系。
本发明的大致情况如下。
将具有器件表面的难划片衬底(通过例如象研磨、磨光、腐蚀、剥离等之类的加工)减薄成适宜以后解理的厚度。在衬底的两表面上生长或沉积上一层介质材料或其它非塑性材料(“被覆层”)。
在此“被覆层”表面划好片时，这个“被覆层”材料起了便于划片层的作用：“被覆层”选取比衬底软、易划线的材料，其厚度取能使断裂良好扩展的最佳值。此金属层不仅保护刀具免受压电放电的作用，而且还起散发芯片划片和分割时产生的热量的作用。
划片不是划在“被覆层”表面而是划在衬底的另一面时，“被覆层”的厚度和硬度选取得使划片表面处在断裂能利落扩展开的最佳张力状态。待划片的表面上还可以敷上另一金属层。这个金属层的作用是散发芯片划片和分割时产生的热量和保护切割刀具免受压电放电的影响。
图1A至1C示出了划片和裂片性能有所改进的圆片的剖面。
图2A至2示出本发明的工艺流程图。
图1A至1C示出裂片扩展性有所改进的圆片的剖面图。图1A中，介质层2生长在象蓝宝石或氮化镓(GaN)或磷化镓(GaP)之类的难划片衬底4减薄了的背面。图1B中，介质“被覆层”沉积在蓝宝石衬底的器件侧4a上面。图1A和图1B中，介质2上都沉积上象铝之类的任选金属层6。图1A和图1B中，划片都在减薄的衬底、最后被覆上金属的一面上进行。衬底的反面也可以沉积上第二介质层和第二金属层(图中未示出)。图1C中，单介质层8淀积在减薄的一面上，划片则在仍然没有被覆层的器件侧进行。
划片是在“被覆层”的一面进行时，“被覆层”起了便于划片层的作用：“被覆层”选取比蓝宝石软、易于解理的材料，例如二氧化硅(SiO2)。因此，“被覆层”上的划片线比起蓝宝石上的更为光滑，线条更为清晰。裂片开始得顺利进行就会很好地扩展开，使硬质材料裂开。此外，使圆片受到应力，引导裂片顺利进行，还对裂片有利，从而延长了划片刀具的寿命，进而提高了生产率，降低了加工成本。
任选的金属层6，其作用是润滑芯片刀具，缓冲刀具对衬底的影响和散热。切割过程中产生的热量会使刀具损坏从而使划片质量变坏。此外，金属层6还起保护刀具免受压电放电的作用。压电放电也会增加刀具的损耗。
虽然便于划片的层2可以采用氮化铝，但最好还是采用氧化铝、氮化硅、氮氧化硅或类似介质或非塑性层、氧化硅或二氧化硅。难划片的衬底4也可以是半导体，即GaP、硅、碳化硅、或GaN、尖晶石、玻璃，即G7或大石英板。
图2A和图2B说明本发明的流程图。在步骤30，衬底的背面对大多数材料系数来说研磨成大致50至150微料的厚度。在步骤40，在衬底所要求的一侧生长出厚度一般在5与1000纳米之间的介质层。介质层的淀积可以通过溅射蒸发、离子束淀积、化学汽相淀积(CVD)、等离子体增强CVD、甚至通过旋涂玻璃进行。在步骤50在待划片的表面上淀积上任选金属层。在步骤60，在圆片构件上划片，再沿划片线断裂圆片。
介质或非塑性层最好淀积到所选取的表面上，使待划片的表面处于应力状态。通过使裂片扩张得更顺利、减少芯片边缘的碎裂，从而减小了晶片之间所需要的“通道”。
图2A与图2B的主要区别在于介质或非塑性层(“被覆层”)的作用。图2A中，“被覆层”较软(即二氧化硅)，而且主要是使划片和裂片开始得整齐(便于划片)：使划片表面处在适当的应力状态是考虑的次要方面。图2B中，“被覆层”的主要目的是使背面的划片表面处于断裂开始之后能以最佳状态扩展开的适当应力状态(便于裂片)：这时材料可以相当坚硬(即氮化硅)，因为划片刀具完全没有与材料接触。
最后，可以把图2A和图2B所示的工序结合起来，方法是将待划片的表面被覆以较软、更可解理的材料，将另一表面被覆以较硬的材料；较软“被覆层”材料和较硬“被覆层”材料的厚度分别在裂片开始(便于划片)和裂片扩展(便于裂片)方面进行最优化。
Claims (7)
1.一种划片和裂片的方法，其特征在于，它包括下列步骤：
减薄难划片的材料；
往减薄的难划片材料的其中一面敷上第一非塑性层，衬底有两个面：一为划片面，一为非划片面；
在难划片衬底的划片面上划线；再沿划线裂开衬底。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，难划片衬底选自由下列物质组成的物质群：蓝宝石，硅，碳化硅，氮化镓(GaN)，磷化镓(GaP)，玻璃和石英。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一非塑性层选自由下列物质组成的物质群：氮化铝、氧化铝、氧化硅，二氧化硅，氮化硅，和氮氧化硅。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括在划片步骤之前给难划片材料的划片面敷上一层金属层的步骤。
5.如权利要求1所述裂片的方法，其特征在于，它还包括在难划片材料两面中的另一面敷上第二非塑性层的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第二非塑性层选自由下列物质组成的物质群：氮化铝，氧化铝，氧化硅，二氧化硅，氮化硅，和氮氧化硅。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，它还包括在划片步骤之前给难划片衬底的划片面敷上金属层的工序。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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