一種半導體的切割方法與流程

2023-05-30 14:11:51

本發明涉及半導體材料加工技術領域，具體涉及一種半導體的切割方法。

背景技術：

現有的常用的半導體切割技術之一是金剛石線鋸切割和電火花切割技術。金剛石線鋸切割效率高，表面質量好，但由於其使用金剛石磨粒，用接觸力的方法來切割工件，所以切割完成的半導體片，例如矽片具有不同程度的翹曲變形，同時，刀具的磨損情況較為嚴重。為了解決翹曲變形過大和刀具磨損等問題，近年來，電火花切割技術被用來切割半導體。電火花切割技術以前被用於切割金屬工件，切割金屬工件時，電極絲和工件之間有一定的間隙，產生火花放電並蝕除材料。由於電火花切割採取的是非接觸式切割，沒有切削力，因此可以有效的降低切片的翹曲變形。使用過程中，如果電極絲和工件接觸在一起，則系統發生短路，電極和工件之間的電壓為零，導致脈衝電壓無法擊穿電解液產生火花，電火花加工停止。雖然電火花切割能夠降低切片的翹曲變形，但是和傳統的線鋸切割相比，電火花切割效率不高，並且表面質量不好。

技術實現要素：

本發明提出一種半導體切割方法，其目的是要克服現有技術存在的切割效率低和表面質量不高的問題。

為了達到本發明的目的，本發明提供了一種半導體切割方法，其特殊之處是，使用帶有金剛石磨粒的線鋸電極，使其與工件發生輕微的接觸，並在線鋸電極和工件兩端施加脈衝電壓產生火花放電，用金剛石磨粒和電火花共同去除材料。

上述線鋸電極與工件接觸的觸彎距離為50-100μm。

本發明的有益效果是：本發明將電火花切割技術和金剛石線鋸切割技術結合起來對半導體單晶si進行切割，能在提高切割效率的同時，改善表面質量。本發明適用於矽、鍺、砷化鎵等半導體材料的切割。

附圖說明

圖1為採用本發明方法切割矽片的示意圖；

圖2為a電火花、b線鋸、c混合加工三種切割方法切割的矽片表面示意圖；

圖3為電火花、線鋸、混合加工三種切割方法的表面粗糙度和切割效率示意圖；

圖4為電火花、線鋸、混合加工三種切割方法切割的矽片翹曲度示意圖。

具體實施方式

本發明的切割方法的工作原理：當電火花技術用來切割半導體時，由於半導體本身具有較大的體電阻，以及半導體和金屬在接觸表面產生的肖特基勢壘的存在（如圖2所示），即使電極絲和半導體工件發生接觸，開路電壓仍然可以維持到一個較高的水平，以至於能夠擊穿電解液產生火花從而蝕除工件，利用金剛石磨粒的磨削作用和電火花的蝕除作用混合在一起去除材料。如圖3所示。由於電極絲和半導體工件在接觸狀態下仍能放電產生火花這種特性，因此本發明將電火花切割技術和金剛石線鋸切割技術結合起來，提出了本發明。

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述：

一種半導體切割方法，是使用帶有金剛石磨粒的線鋸電極，使其與工件發生輕微的接觸，接觸的觸彎距離是50-100μm，並在線鋸電極和工件兩端施加脈衝電壓產生火花放電，用金剛石磨粒和電火花共同去除材料。

參見圖1，可以看出線鋸絲有明顯的變彎，說明在加工過程中，線鋸絲和工件是接觸的。

本發明所用設備，利用各種線鋸系統稍作改進即可。所說的設備中包括電解液箱、脈衝電源箱和旋轉軸，線鋸系統使用的線鋸絲為不鏽鋼基體，表面電鍍金剛石磨粒的線鋸絲，具體的其直徑為0.22mm，表面電鍍金剛石磨粒，直徑約為30-40μm。

具體按照以下步驟實施：

步驟1、使工具機工作檯運動至單晶si棒工件與金剛石線鋸之間發生輕微接觸的位置處；

步驟2、在電解液箱中裝入電解液，使電解液經過導管由噴嘴噴到金剛石線鋸和單晶si棒所處切割處的上方；使旋轉軸帶動單晶si棒進行旋轉，單晶si棒工件旋轉速度設置為0-10r/min，並打開脈衝電源箱，脈衝電源箱的電壓0-700v、電壓脈衝寬度為5μs-20μs、電源頻率為5khz-100khz。使線鋸開始往單晶si棒方向進給，線鋸進給速度設置為0-10m/s。

步驟3、在脈衝電源箱電場的作用下，金剛石線鋸和單晶si棒之間產生火花，火花和金剛石線鋸10上電鍍的金剛石顆粒共同切割半導體單晶si棒。

實施例1

步驟1、使工具機工作檯運動至單晶si棒工件與金剛石線鋸之間發生輕微接觸的位置處；

步驟2、在電解液箱中裝入電解液，使電解液經過導管由噴嘴噴到金剛石線鋸和單晶si棒所處切割處的上方；使旋轉軸帶動單晶si棒進行旋轉，單晶si棒工件旋轉速度設置為3r/min，並打開脈衝電源箱，脈衝電源箱的電壓90v、電壓脈衝寬度為10μs、電源頻率為12.5khz。使線鋸開始往單晶si棒方向進給，線鋸進給速度設置為1.2m/s。

步驟3、在脈衝電源箱電場的作用下，金剛石線鋸和單晶si棒之間產生火花，火花和金剛石線鋸上電鍍的金剛石顆粒共同切割半導體單晶si棒。

實施例2

步驟1、使工具機工作檯運動至單晶si棒工件與金剛石線鋸之間發生輕微接觸的位置處；

步驟2、在電解液箱中裝入電解液，使電解液經過導管由噴嘴噴到金剛石線鋸和單晶si棒所處切割處的上方；使旋轉軸帶動單晶si棒進行旋轉，單晶si棒工件旋轉速度設置為5r/min，並打開脈衝電源箱，脈衝電源箱的電壓110v、電壓脈衝寬度為20μs、電源頻率為20khz。使線鋸開始往單晶si棒方向進給，線鋸進給速度設置為2.4m/s。

步驟3、在脈衝電源箱電場的作用下，金剛石線鋸和單晶si棒之間產生火花，火花和金剛石線鋸上電鍍的金剛石顆粒共同切割半導體單晶si棒。

在實施例1的參數下，用本發明方法切割矽片，同時，在同樣的參數條件下，分別用電火花和線鋸來切割相同的矽片。

從圖2可以看出，電火花由於採用非接觸加工，表面沒有劃痕，矽片的表面是由無數火花蝕除留下的凹坑組成。而金剛石線鋸切割採用的是金剛石磨粒的接觸力，所以表面有較明顯的劃痕，劃痕處的粗糙度要比非劃痕處的粗糙度要高。但本發明加工切割的矽片表面，可以看出，劃痕明顯減少，這是由於採用了電火花和金剛石顆粒共同切割矽片，電火花加工形成了重鑄層，而金剛石顆粒在磨削過程中將重鑄層和基材一起去除，重鑄層相當於對基材的保護作用，導致矽片表面劃痕比單純使用線鋸時明顯減少。

從圖3可以看出，這三種切割方法中，混合加工的切割效率是最高的，同樣的參數下甚至是電火花切割效率1.6倍，這是由於採用了電火花和金剛石磨粒共同作用結果。

從圖4可以看出，由於電火花切割採用非接觸切割，所以翹曲度非常低，而線鋸採用接觸力切割導致翹曲度最高，而混合加工翹曲度介於兩者之間，由於採用的金剛石磨粒接觸，所以翹曲度比電火花要高，但由於在切割過程中，有電火花的參與，導致接觸力較單純線鋸小，因此對比單純線鋸切割矽片，可以將翹曲度降低40%。