CN1795542A - 制造用于从其上切割半导体晶片的单晶块的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的制造单晶半导体块方法的特征在于，从较大直径的单晶半导体块(1a)中切割出用户所需的多个较小直径的单晶半导体块(2a)。这种方法的第二个优点在于，即使大直径单晶半导体块包含缺陷部分时，仍能够从缺陷区域之外的其它部分切割出一些小直径单晶半导体块使用。
Description
技术领域
本发明涉及制造单晶半导体块的方法，具体而言，涉及低成本且有效生产用于从其中切割出较小直径晶片的单晶半导体块。
背景技术
目前，各种半导体装置都由单晶半导体晶片制造。为了提高半导体装置的生产效率，通常需要使用直径尽可能大的单晶半导体晶片制造半导体装置。由于这种需求，因此如果是硅，则生长直径大至12英寸(约30cm)的圆柱状单晶锭，然后用切片机、多股线锯等切割，由此而生产出直径为12英寸的单晶硅片。
如果是化合物半导体如III-V族化合物或II-VI族化合物，则与硅的情况相比，生长大直径单晶锭要更难得多。因此，通常主要生长直径为2英寸的单晶化合物半导体晶锭，然后切割以提供用于制造半导体装置的直径为2英寸的单晶化合物半导体晶片。
发明内容
本发明要解决的问题
最近几年，生长单晶化合物半导体晶锭的技术已得以改进。例如，在一些类型的化合物半导体中，能够生长具有5英寸(约12.7cm)或6英寸(约15.8cm)较大直径的单晶锭。
然而，如上所述，工业可利用的单晶化合物半导体晶片通常具有大体上2英寸的直径。因此，使用单晶化合物半导体晶片来制造半导体装置的生产线通常是为了适合于2英寸晶片而建造的。目前，仍然存在大量的该类生产线，并且这些生产线仍在运转之中。因此，即使能够生长具有例如5英寸或6英寸的较大直径的单晶化合物半导体晶锭，现有的生产线也仍然有对直径为2英寸的单晶化合物半导体晶片的需求。
在上述情况下，即使半导体晶片供应商具有生长例如直径为5英寸或6英寸的单晶化合物半导体晶锭的技术，供应商也专门生长直径为2英寸的单晶锭，以满足2英寸直径晶片的需求。然后，供应商将晶锭的外围进行研磨，该研磨包括形成定位边(orientation flat)(OF)以及形成(如果需要)同样用于表示晶体取向的指示平边(index flat)(IF)的过程。可以形成凹槽来代替OF和IF。此外，供应商将单晶半导体块进行切割并抛光所得切片，生产出直径为2英寸的目标晶片。
自然，为了使用2英寸直径的小尺寸晶片获得等于5英寸或6英寸直径的大尺寸晶片所提供面积的总晶片面积，需要的小尺寸晶片数目为大尺寸晶片数目的几倍。为了提供这样多的小尺寸晶片，必须生长出很多小直径的晶锭。
这意味着需要大量的单晶生长炉，从晶片生产的成本和效率考虑，这是不理想的。在这种情况下，可以在能够生长大直径单晶锭的大炉子中生长多个小直径单晶锭。然而，在这样的大炉中，难于均匀地调节多个小直径单晶锭的生长条件，因此难于一次获得多个均匀且晶体质量较合意的小直径单晶锭。
鉴于常规技术的这些情况，本发明的一个目的是提供一种低成本且有效制造单晶半导体块的方法，该单晶半导体块用于切割出用户所需要的较小直径的晶片。
解决问题的方式
本发明制造单晶半导体块的方法特征在于用于切割出用户所需要的较小直径单晶半导体晶片的较小直径单晶半导体块是从较大直径单晶半导体块切出的。在半导体为III-V族化合物半导体的情况下特别优选该方法。
被切割的大直径单晶半导体块优选具有至少10mm的厚度。小直径单晶半导体块的切出方法可以是放电加工法、线锯法、通过其上电沉积有金刚石的圆柱芯的研磨法以及带锯法中的任一种。具体地，因为使用放电加工法和线锯法能够易于通过设定XY-传动平板(XY-driving stage)控制装置形成多个OF和IF，因此优选这两种能够易于以完全控制方式沿直线和曲线进行切割的方法。
在切割过程中，一个直径至少为5英寸的大尺寸单晶半导体块能够提供至少4个直径至少为2英寸的小尺寸单晶半导体块。为有效使用晶块，从一个大直径单晶半导体块切割出的多个小直径单晶半导体块的总截面面积优选相当于大直径块截面面积的至少50％。另一方面，当包含于大直径单晶半导体块的任一截面面积中的缺陷部分(孪晶、多晶、晶体滑移、碎片、裂纹等)相当于至多65％的大直径块截面面积时，从大直径块的残留部分能够切割出小直径单晶半导体块。
每一个小直径单晶半导体块都可以切割出定位边、指示平边和凹槽中的任一种以易于确定其晶体取向。
本发明的效果
根据本发明，能够提供由较大直径的单晶半导体块低成本且有效地制造用户所需的较小直径单晶半导体块的方法。
附图说明
图1是一个示意性端面视图，该图显示了在本发明的一个实施方案中如何切割5英寸直径的单晶半导体块以得到四个2英寸直径的单晶半导体块。
图2是一个示意性端面视图，该图显示了在本发明的另一个实施方案中如何切割6英寸直径的单晶半导体块以得到五个2英寸直径的单晶半导体块。
图3是一个示意性端面视图，该图显示了在本发明的再一个实施方案中如何切割6英寸直径的单晶半导体块以得到七个2英寸直径的单晶半导体块，所述每个2英寸直径的单晶半导体块都具有OF和IF。
图4是一个示意性端面视图，该图显示了在本发明的再一个实施方案中如何切割6英寸直径的单晶半导体块以得到七个2英寸直径的单晶半导体块。
标记符号的描述
1a：5英寸直径的单晶半导体块；1b，1c和1d：6英寸直径的单晶半导体块；2a，2b和2c：2英寸直径的单晶半导体块；3：具有扇形端面的单晶半导体块；4：2英寸直径的单晶半导体块。
具体实施方式
(第一实施方案)
图1所示为解释本发明的第一实施方案中由较大直径单晶半导体块制造较小直径单晶半导体块的方法的示意性端面视图。目前，对于例如GaAs化合物半导体，能够生长出5英寸或6英寸的较大直径的单晶锭。对于InP化合物半导体，也差不多能够生长出较大直径的单晶锭。
在第一实施方案中，先生长出直径为5英寸的单晶化合物半导体晶锭(实际上，为了包括研磨余量，直径可稍大于5英寸)，然后将晶锭外围进行研磨，并在其上形成OF。如图1所示，然后通过例如金属丝放电加工(wire discharge machining)将外围已被研磨的5英寸直径单晶半导体块1a切割成四个直径为2英寸的单晶半导体块2a。
在金属丝放电加工中，将大直径单晶半导体块装备在XY-传动平板上。当XY-传动平板被驱动时，金属丝在平行于单晶块轴方向的纵向移动并可以进行放电，因而能够沿着其圆柱形表面切割出小直径的单晶半导体块。被切割大直径单晶半导体块的轴长度没有特别限制，即使在长度(或厚度)大于10mm的情况下也能够切割大直径块。金属丝放电加工需要至多约几百μm的切割余量，这样能够减少由单晶中切割余量产生的不可利用部分。
根据上述的实施方案，生长5英寸直径晶锭的单一过程和切割出单晶块的单一过程能够提供相当于在生长2英寸直径晶锭情况下的4倍量的2英寸直径单晶半导体块。
每个所切割出的2英寸直径单晶半导体块都进行周围研磨，并形成OF、IF或凹槽。随后，将这些块切割成2英寸直径的晶片。
(第二实施方案)
图2所示为解释在本发明的第二个实施方案中由6英寸直径的单晶半导体块制造2英寸直径单晶半导体块的过程的示意性端面视图。该制造过程的进行方式可以类似于上述第一实施方案。
即，在第二实施方案中，先生长出6英寸直径的单晶化合物半导体晶锭(实际上，为了包括研磨余量，直径可稍大于6英寸)，然后，将该晶锭外围研磨，在其上形成OF。如图2所示，通过如第一实施方案中那样的相类似的金属丝放电加工，其外围已研磨的直径为6英寸的单晶半导体块1b能够被切割成五个直径为2英寸的单晶半导体块2b。
换句话说，生长6英寸直径晶锭的单一过程和切割出晶块的单一过程能够提供相当于在生长2英寸直径晶锭情况下的所得2英寸直径单晶半导体块的5倍量。
(第三实施方案)
图3所示为关于类似于本发明第二实施方案的第三实施方案的示意性端面视图，该图解释了由直径为6英寸的单晶半导体块制造直径为2英寸的单晶半导体块的过程。该制造过程也能够以类似于上述第一和第二实施方案的方式进行。
即，在第三实施方案中，先生长出直径为6英寸的单晶化合物半导体晶锭(实际上，为了包括研磨余量，直径可稍大于6英寸)，然后，将该晶锭外围研磨，在其上形成OF。如图3所示，通过如第一和第二实施方案中那样的相类似的金属丝放电加工，其外围已研磨的直径为6英寸的单晶半导体块1c能够被切割成七个直径为2英寸的单晶半导体块2c。
换句话说，在第三实施方案中，类似于第二实施方案，生长6英寸直径晶锭的单一过程和切割晶锭的单一过程能够提供相当于在生长2英寸直径晶锭情况下的所得2英寸直径单晶半导体块的7倍量。
在图3的第三实施方案中，每个直径为2英寸的单晶半导体块都被切割出含有OF和IF。例如，参照大直径单晶半导体块1c的OF，每个小直径单晶半导体块2c的这样的OF和IF都能够在通过金属丝放电加工切割出这些小直径块的过程中形成。
(第四实施方案)
图4所示为关于类似于本发明第三实施方案的第四实施方案的示意性端面视图，该图解释了由直径为6英寸的单晶半导体块制造直径为2英寸的单晶半导体块的过程。在第四实施方案中，通过类似于第三实施方案的金属丝放电加工，切割出含有大尺寸单晶半导体块1d的端面中心部分的小直径单晶半导体块2d。
随后，将残余厚壁圆柱状的单晶块通过带锯切割，形成6个每个都具有扇形端面的单晶块3。带锯能够获得比金属丝放电加工快得多的切割速率。
然后，将每个具有扇形端面的单晶块3进行周围研磨，形成直径为2英寸的小直径单晶圆柱状半导体块4。因此，由一个大直径单晶半导体块能够有效获得共七个小直径单晶半导体块。
虽然上面描述了本发明的几个实施方案，但是由于在生长大直径单晶锭的过程中比小直径单晶锭的生长过程更易于产生包括孪晶、多晶、晶体滑移等的各种缺陷，因此生长大尺寸单晶锭比生长小尺寸单晶锭更加困难。通常，由包含这样的缺陷的部分所切割出的大尺寸晶片不能作为产品发送，因而成为废物。然而，使用上述本发明的制造小直径单晶半导体块的方法，能够获得如下的显著优势：能够将有缺陷的大直径单晶半导体块切割成小直径单晶半导体块，其中，从无缺陷部分切割出的小直径单晶半导体块能够作为产品发送。
在上述实施方案中，尽管金属丝放电加工法和带锯法被描述作为从大直径单晶半导体块切割出小直径单晶半导体块的方法，但是，也可以用于放电加工薄壁圆柱状放电电极，该电极具有相应于被切割出的小直径单晶半导体块形状的外围形状。除这些切割方法之外，还可以使用线锯法和通过于其上电沉积有金刚石的圆柱芯的研磨方法。此外，当然上述各种切割方法可以方便地组合。
虽然目前被切割的大尺寸单晶化合物半导体块具有最大6英寸的直径，但是不用说本发明能够应用于今后要制造的具有8英寸或12英寸更大直径的单晶半导体块。类似地，尽管在上述实施方案中被切割的小尺寸单晶半导体块具有2英寸直径，但是不用说即使在将今后制造的大尺寸单晶半导体块切割成直径为3英寸或更大的小尺寸单晶半导体块的情况下也能够使用本发明(例如，9英寸直径单晶半导体块能够切割成七个3英寸直径单晶半导体块)。而且，在本发明中，从大尺寸单晶半导体块切出的小尺寸单晶半导体块不需要具有相同的直径。例如，也可以对一个大尺寸单晶半导体块进行切割，形成直径为2英寸的小尺寸单晶半导体块，同时形成直径为3英寸的小尺寸单晶半导体块。
顺便提及，除了从大直径单晶半导体块的中心部分切割出的小直径单晶半导体块以外，从大直径单晶半导体块切出的小直径单晶半导体块的电性质不是同心对称的。
工业适用性
如上所述，根据本发明，通过从较大直径的单晶半导体块切割出用户所需的较小直径的单晶半导体块，能够低成本且有效地提供用户所需的较小直径的单晶半导体块。
Claims (8)
1.一种制造单晶半导体块的方法，其中从直径较大的单晶半导体块(1a)切出较小直径的单晶半导体块(2a)，所述单晶半导体块(2a)用于切出用户所需的直径较小的单晶半导体晶片。
2.根据权利要求1的制造单晶半导体块的方法，其中所述半导体为III-V族化合物半导体。
3.根据权利要求1的制造单晶半导体块的方法，其中所述大直径单晶半导体块具有至少10mm的厚度。
4.根据权利要求1的制造单晶半导体块的方法，其中所述小直径单晶半导体块是通过放电加工法、线锯法、通过圆柱芯的研磨法以及带锯法中的任一种方法切出的。
5.根据权利要求1的制造单晶半导体块的方法，其中从直径为至少5英寸的所述大尺寸单晶半导体块切割出至少4个直径为至少2英寸的所述小尺寸单晶半导体块。
6.根据权利要求1的制造单晶半导体块的方法，其中从所述大尺寸单晶半导体块切割出的多个所述小直径单晶半导体块的总截面面积相当于所述大尺寸单晶半导体块截面面积的至少50％。
7.根据权利要求1的制造单晶半导体块的方法，其中包含于所述大直径单晶半导体块任意截面面积中的缺陷部分相当于所述截面面积的至多65％。
8.根据权利要求1的制造单晶半导体块的方法，其中形成每个所述小直径单晶半导体块，使其具有定位边、指示平边和凹槽中的至少任一种以易于确定其晶体取向。
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