申请/专利权人：中国电子科技集团公司第四十六研究所

申请日：2019-07-18

公开（公告）日：2021-02-23

公开（公告）号：CN110328766B

主分类号：B28D5/00(20060101)

分类号：B28D5/00(20060101);B23K26/38(20140101);B23K26/402(20140101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.23#授权;2019.11.08#实质审查的生效;2019.10.15#公开

摘要：本发明公开了一种磷化铟晶片加工方法。该方法工艺流程：1、将生长的原始单晶根据直径和单晶情况进行头尾切断；2、将头尾切断后的晶锭在方向制作小参考面；3、将制作好小参考面的晶锭进行粘棒并定向切割；4、对切割后形状不规则的晶片按照最小直径进行直径分档；5、对分档后的晶片按照国标规定的标准尺寸进行激光割圆；6、对激光割圆后的晶片进行边缘倒角；7、对晶片进行后续加工。采用该方法进行直径不均匀的InP单晶晶片加工，可以有效降低加工损耗，挽救问题单晶片，提高有效出片面积，对于LEC法拉制的InP单晶，采用该方法加工每棵晶锭的有效出片面积能够提高20%以上，特殊情况能达到50%甚至更高。

主权项：1.一种磷化铟晶片加工方法，其特征在于，所述方法有以下步骤：S201、将生长的原始单晶根据直径和单晶情况进行头尾切断；S202、将头尾切断后的晶锭在方向制作小参考面；S203、将制作好小参考面的晶锭进行粘棒并定向切割；S204、对切割后形状不规则的晶片按照最小直径进行直径分档；S205、对分档后的晶片按照国标规定的标准尺寸进行激光割圆；S206、对激光割圆后的晶片进行边缘倒角；S207、对晶片进行后续加工；在所述S202步骤中，小参考面的制作宽度为3-10mm；在所述S203步骤中，对于表面没有滚圆的晶锭，在切割前的粘棒时，将晶锭和树脂条的粘接位置与参考面呈180°夹角；粘棒过程用粘胶将晶锭粘接处全部垫实。

全文数据：一种磷化铟晶片加工方法技术领域本发明涉及单晶制造方法，特别是涉及一种磷化铟晶片加工方法。具体来说是一种LEC法、VCZ法等方法生长出来的直径变化比较大的磷化铟单晶锭加工成晶片的制造方法。也适用于单晶制备困难，直径变化较大的新型半导体晶锭的加工。背景技术半导体晶体的加工传统工艺是将头尾切断后的晶锭按照最小直径分档为标准尺寸档，比如生长完没有加工过的原始晶锭最小直径为106mm，可以满足4英寸要求滚磨后直径100.8mm的要求，不能满足5英寸，直径125.8mm的要求，因此按照4英寸的直径档进行加工，先用滚磨机将晶锭直径滚磨至100.8mm，再用X射线定向仪找到主参考面位置，按照具体长度要求在晶锭上切出宽度为31.5mm左右的主参考面。对于成晶比较困难，晶锭长度不大，直径又不好控制的单晶，采用这种成熟的工艺，不论是按照直径进行断棒后再切割，还是按照整棵单晶锭的最小直径进行整棵加工，都会有非常大的单晶浪费。比如，单晶生长的目标直径为4英寸，单晶最大直径已经达到五英寸标准，但最小直径还不足100mm，并且不是在头部和尾部可以断掉的位置，连续大尺寸的部分又不够长。这种情况如果采用传统加工方法，即图1的加工流程来加工，只能按照最小直径来加工，如果再要求按照标准尺寸加工，那就只能按照三英寸标准进行滚圆加工，这样就必然会出现部分直径能达到目标要求的单晶却被迫降级到更小直径档。由于单晶难获得，整棵长度较小，大小直径分布又不连续，没有办法采用断棒的方式进行分档加工，成品率低，很多已经通过很困难的单晶生长控制获得的单晶，却在晶片加工环节被白白损失掉，造成很大的浪费。发明内容本发明的目的是为了最大限度的增加单晶片的成品面积，避免浪费，特别研发一种磷化铟晶片加工方法。采用这种新型的加工方式能够有效地提高LEC法或VCZ法等无固定容器限制直径的生长方式获取的直径收放较大单晶的出片面积，这种方法也同样适用生长困难，价格昂贵但直径又没有得到很好控制的新型半导体单晶锭的加工。本发明采取的技术方案是：一种磷化铟晶片加工方法，其特征在于，所述方法有以下步骤：S201、将生长的原始单晶根据直径和单晶情况进行头尾切断。S202、将头尾切断后的晶锭在011方向制作小参考面。S203、将制作好小参考面的晶锭进行粘棒并定向切割。S204、对切割后形状不规则的晶片按照最小直径进行直径分档。S204.1、对分档后的晶片按照国标规定的标准尺寸进行激光割圆。S205、对激光割圆后的晶片进行边缘倒角。S206、对晶片进行后续加工。本发明在所述S202步骤中，小参考面的制作宽度为3-10mm。本发明在所述S202步骤中，优选小参考面的制作宽度为5-10mm。本发明在所述S203步骤中，对于表面没有滚圆的晶锭，在切割前的粘棒时，将晶锭和树脂条的粘接位置与参考面呈180°夹角；粘棒过程用粘胶将晶锭粘接处全部垫实。本发明在所述S204步骤中，对切割后形状不规则的晶片进行分选，分选规则如下：1、分选出肉眼能够识别的单晶问题片。2、按照以下标准晶片尺寸进行直径分档：2英寸档：50.8mm-76.2mm；3英寸档：76.2mm-100.0mm；4英寸档：100.0mm-125.0mm；5英寸档：125.0mm-150.0mm；6英寸档：150.0mm-200.0mm。本发明的优点及效果：采用本方法进行直径不均匀的InP单晶结构如图3所示晶片加工，可以有效降低加工损耗，挽救问题单晶片，提高有效出片面积，对于LEC法拉制的InP单晶，采用该方法加工每棵晶锭的有效出片面积能够提高20％以上，特殊情况能达到50％甚至更高。本方法适合直径10mm-200mm直径范围内所有半导体晶圆的加工，包括标准直径和非标准直径的晶片加工，非标直径的半导体晶片加工采用该方法有效出片面积会更好。附图说明图1是传统半导体晶圆加工的工艺流程图；图2是本发明的工艺流程图；图3是单晶直径变化示意图；图4是本发明切片示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：实施例1：单晶头尾切断后最小直径为53.885mm，最大直径为100.975mm，单晶总长度为44mm，切片厚度为700μm。如果按照原有工艺流程如图1所示为：S101：头尾切断。即将直径不合格的部分先断掉再进行加工，加工成3英寸标准直径，对于晶锭中部直径达不到的部分，也要通过该工艺去除中间直径偏小部分。S102：晶锭滚圆和参考面制作。由于直径达到4英寸部分长度仅能达到毫米级，无法进行单独加工，按照滚圆直径一致的标准，同其他部分一道按照标准3英寸的尺寸加工能够实现效益最大化，而中间夹杂的一部分直径不足3英寸的部分，由于长度太短无法进行再次加工，断棒造成的进刀损失也尽量选在这一部分，所以直径不足部分只能按照断棒损失处理，无法再次加工利用，该实施案例单晶能够得到两段3英寸成品，总长度为：33mm。滚圆后的单晶按照国标相关规定制作主参考面。经过S102工序的单晶，按照常规工艺进行S103：定向切割、S104：边缘倒角、S105：后续加工。由于本步骤没有实际加工，根据单晶长度，采用理论计算的方式得到该种方法的理论计算面积。具体计算方法为式1中：N为理论出片数量；L为晶锭长度，即33mm；T为切片的目标中心值厚度，取0.70mm；Φ线为切割线直径，取0.12mm；δ为切片损耗，取0.02mm；式2中：M1为要计算的理论计算面积，Φ为晶片的标准直径，本案例晶锭直径为3英寸，因此取值76.2mm。按照公式1和公式2计算得到本案例的理论出片数为39片，切片的理论计算面积M1为177764.2平方毫米。按照本发明的工艺流程如图2所示为：S201：将生长的原始单晶根据直径和单晶情况进行头尾切断。在该工序中将放肩部分和尾部不合格部分断掉，断棒后晶锭总长度为48mm。S202：将头尾切断后的晶锭在方向制作小参考面。本步骤不经滚圆而直接在主参考面位置制作小参考面，小参考面的具体制作方法如下：通过X射线定向仪确定主参考面位置，并在晶锭的主参考面方向加工出小参考面。由于单晶直径不均匀，小参考面的制作宽度在整棵晶锭上会不一致，制作过程需要视具体直径变化来判定，一般优选晶锭上最小直径的位置小参考面宽度为3-10mm，更优选晶锭上最小直径的位置小参考面宽度为5-10mm。小参考面制作一定要贯穿整棵晶锭，如果因为部分直径过小，表面切不到，而存在遗漏部分，需要补切直至全部切到为止。S203：将制作好小参考面的晶锭进行粘棒并定向切割切片的目标中心值厚度T、切割线直径Φ线、切片损耗δ值均不变。切片过程如图4所示，先将InP单晶锭用AD胶2粘贴在树脂条3上，待切片完成后再将InP单晶片1与AD胶2和树脂条3剥离。由于表面没有滚圆，在切割前的粘棒过程需要做到以下几方面：1晶锭与树脂条粘接位置优选与参考面呈180°夹角，即切割过程优选切割线对晶锭的切入点在所做参考面上，最优选的是切割过程中切割线平行于参考面所在平面。2粘棒过程要注意用AD胶2将晶锭与树脂条3粘接处全部垫实，不能有孔洞出现，一旦有孔洞存在切割后可能会造成晶片脱落而损毁。S204：对切割后形状不规则的晶片按照最小直径进行直径分档。分选主要包括两部分，一部分是问题单晶的筛选，另一部分是直径的分档。分选规则如下：1分选出肉眼能够识别的花晶、孪晶、夹晶、空洞等单晶问题片，本案例单晶未发现此项；2对所有晶片的直径逐一测量，每片直径按所测得最小值记录，再按照标准晶片尺寸进行直径分档，分档规则如下：2英寸档：50.8mm-76.2mm；3英寸档：76.2mm-100.0mm；4英寸档：100.0mm-125.0mm；5英寸档：125.0mm-150.0mm；6英寸档：150.0mm-200.0mm。切割的厚度目标中心值T为0.70mm；切割线直径Φ线为0.12mm；切片损耗δ为0.02mm，与M1理论计算的切割条件完全相同。本棵单晶共切片52片，其中2英寸14片，3英寸34片，4英寸4片。切割后的所有晶片按照实测直径进行实际出片面积计算，计算公式为式3中，M2为切割后每片晶片的实际面积和，Φi为每一片的直径实测值。本案例中切割后每片晶片的实际面积和M2值为307107.3平方毫米，与理论计算面积M1相比提高了72.76％。S204.1：对分档后的晶片按照国标规定的标准尺寸进行激光割圆。1对于正常单晶片，激光切割的直径标准按照滚圆的标准直径执行，对于直径不能满足滚圆标准直径的晶片，例如4英寸档滚圆标准直径为100.8mm，主参考面长度为32mm，对于直径在100.0-100.8mm之间的晶片，由于单晶生长固有特性，晶片本身并不是规则圆形，加上主参考面需要加工，对于直径达不到100.8mm的晶片也要按照4英寸标准切割程序进行激光切割来控制外形轮廓和主参考面长度，切割不到的部分保留原貌直接进入倒角工序。2对于单晶问题片，采用激光切割的方式在单晶无问题区域加工成能够满足的标准尺寸，并沿用原参考面方向制作主参考面，实在无法选取无问题区域的晶片再做废片处理。S205：对激光割圆后的晶片进行边缘倒角。激光切割之后的晶片按照正常倒角程序倒角，对于直径偏小的晶片，如果首次倒角边缘有漏倒部分，需要适当调整程序设置，再次倒角，直径要控制在标准尺寸直径或要求直径的下限以上，对于达到下限还不合格的晶片，只能降到小于1英寸直径档加工。S205步骤之后，本棵单晶的52片晶片全部合格，2英寸14片，3英寸34片，4英寸4片。按照加工后的实际出片情况，按照公式4计算有效出片面积M3：式中ΦI为分档后实际加工到的标准晶片直径，取值方法为：2英寸50.8mm；3英寸76.2mm；4英寸100.0mm；5英寸125.0mm；6英寸150.0mm。本案例有效出片面积M3计算值为221319平方毫米，与理论计算面积M1相比，出片面积提高了24.5％。S206：后续加工。倒角合格的晶片后续加工方式S206已经与传统工艺的加工方式S105无异，可以按照直径档分批采用成熟加工流程进行晶片加工，对于批次数量较少的晶片档，通过激光打标进行标识后混合组批加工，最终产品按照激光标识号进行追溯。实施例2：单晶头尾切断后最小直径为79.3mm，最大直径为129.6mm，单晶总长度为39mm，切片厚度为700μm，但尾部单晶中心有孔洞，约15mm长。具体实施过程与实施案例1一致，不同之处就在于问题单晶部分的处理。按照原有工艺流程如图1所示情况处理方式及理论计算面积M1的计算切割条件为切割的厚度目标中心值T为0.70mm；切割线直径Φ线为0.12mm；切片损耗δ为0.02mm：断掉问题单晶部分和直径不合格部分，如果按照3英寸标准加工，理论出片数N为30片，理论计算面积M1为136741.7平方毫米；如果按照4英寸标准加工，理论出片数为20片，理论计算面积M1为157000平方毫米，本案例理论计算面积M1取大值，即157000平方毫米。按照本发明工艺流程如图2所示情况处理方式及切割后每片晶片的实际面积和M2、有效出片面积M3的计算切割条件为：切割的厚度目标中心值T为0.70mm；切割线直径Φ线为0.12mm；切片损耗δ为0.02mm，与理论计算面积M1的切割条件完全相同：对于尾部出现的孔洞问题，通过激光割圆设计，绕开中间孔洞加工出部分完整的2英寸标准晶片。切片后共出片46片，全部计算实际面积和M2为443202.8988平方毫米，与理论计算面积M1相比，提高了182.29％。倒角后的出片情况为：2英寸33片，3英寸10片，4英寸12片，5英寸8片，计算有效出片面积M3值为302731.2平方毫米，与理论计算面积M1相比，提高了92.82％。

权利要求：1.一种磷化铟晶片加工方法，其特征在于，所述方法有以下步骤：S201、将生长的原始单晶根据直径和单晶情况进行头尾切断；S202、将头尾切断后的晶锭在（）方向制作小参考面；S203、将制作好小参考面的晶锭进行粘棒并定向切割；S204、对切割后形状不规则的晶片按照最小直径进行直径分档；S204.1、对分档后的晶片按照国标规定的标准尺寸进行激光割圆；S205、对激光割圆后的晶片进行边缘倒角；S206、对晶片进行后续加工。2.根据权利要求1所述的一种磷化铟晶片加工方法，其特征在于，在所述S202步骤中，小参考面的制作宽度为3-10mm。3.根据权利要求1所述的一种磷化铟晶片加工方法，其特征在于，在所述S202步骤中，小参考面的制作宽度为5-10mm。4.根据权利要求1所述的一种磷化铟晶片加工方法，其特征在于，在所述S203步骤中，对于表面没有滚圆的晶锭，在切割前的粘棒时，将晶锭和树脂条的粘接位置与参考面呈180°夹角；粘棒过程用粘胶将晶锭粘接处全部垫实。5.根据权利要求1所述的一种磷化铟晶片加工方法，其特征在于，在所述S204步骤中，对切割后形状不规则的晶片进行分选，分选规则如下：1）、分选出肉眼能够识别的单晶问题片；2）、按照以下标准晶片尺寸进行直径分档：2英寸档：50.8mm-76.2mm；3英寸档：76.2mm-100.0mm；4英寸档：100.0mm-125.0mm；5英寸档：125.0mm-150.0mm；6英寸档：150.0mm-200.0mm。

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