[发明专利]用于对基板进行等离子切割的方法

说明书

分案申请

本申请是申请号为201280013642.4的中国专利申请的分案申请，上述申请的申请日为2012年3月12日，发明名称为“用于对半导体晶圆进行等离子切割的方法和设备”。

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年3月14日提交的发明名称为“Apparatus for Plasma Dicing a Semi-conductor Wafer(用于对半导体晶圆进行等离子切割的设备)”的共同拥有的美国临时专利申请No.61/452,450的优先权并且涉及该临时专利申请，该临时专利申请通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于从半导体晶圆形成单独的器件芯片的设备的使用，具体地，涉及使用等离子蚀刻将晶圆分离成单独的裸片的设备。

背景技术

在以薄晶圆的形式的基板上制造半导体器件。通常使用硅作为基板材料，但是，也使用其它材料，诸如III-V化合物(例如GaAs和InP)。在某些情况下(例如，LED的制造)，基板是半传导性材料的薄层沉积在其上的蓝宝石或碳化硅晶圆。这样的基板的尺寸的范围从2英寸和3英寸到200mm、300mm、和450mm直径，并且存在用来描述这样的基板尺寸的许多标准(例如，SEMI)。

在这些基板的处理中广泛地使用等离子刻蚀设备来生产半导体器件。这样的设备典型地包括装配有诸如电感耦合等离子体(ICP)的高密度等离子源的真空室，所述高密度等离子源被用来确保符合成本效益制造所必需的高蚀刻速率。为了去除在处理期间产生的热量，通常将基板卡合到冷却的支架。冷却气体(通常为氦)被维持在基板与支架之间，以为热量去除提供热传导路径。可以使用机械卡紧机构，其中，向下力被施加到基板的顶侧，但是，由于夹具与基板之间的接触，这可能导致污染。更频繁地，使用静电吸盘(ESC)来提供吸附力。

已经研发出适合于将被蚀刻的材料的若干气体化学成分。这些频繁地利用卤素(氟、氯、溴、或碘)或含卤素的气体连同添加的额外的气体以提高蚀刻的质量(例如，蚀刻各向异性、掩蔽选择性和蚀刻均匀性)。含氟气体，诸如SF₆、F₂或NF₃被用来以高速率蚀刻硅。具体地，将高速率硅蚀刻步骤与钝化步骤交替以控制蚀刻侧壁的工艺(Bosch或TDM)通常用来在硅中蚀刻出深特征(features)。通常使用含氯气体和含溴气体来蚀刻III-V材料。

等离子蚀刻并不限于半导体基板和器件。该技术可以适用于其中蚀刻基板的适当的气体化学剂可用的任何基板类型。其它基板类型可以包括含碳基板(包括聚合体基板)、陶瓷基板(例如，AlTiC和蓝宝石)、金属基板、和玻璃基板。

为了确保一致的结果、低破坏和操作的简便性，在制造过程中通常使用机器人晶圆处理。处理器被设计为以最少的接触支撑晶圆，以最小化可能的污染和减少微粒的产生。一般仅在少许位置(典型地，在晶圆边缘的3-6mm内)采用边缘接触或靠近晶圆边缘的下侧接触。包括晶圆匣、机械臂和在处理室内的包括晶圆支架和ESC的固定装置的处理方案被设计用来处理如先前提出的标准晶圆尺寸。

在基板上制造之后，在封装或在其它电子电路系统中被采用之前，将单独的器件(裸片或芯片)相互分离。许多年来，机械装置已经用于来将裸片相互分开。这样的机械装置已经包括沿着与基板结晶轴线调准的划线破坏晶圆或通过使用高速金刚石锯锯入到或贯通在裸片之间的区域(迹道)中的基板。最近，已经使用激光器来促进划片处理。

这样的机械晶圆切割技术具有影响该方法的成本效益的限制。沿着裸片边缘的削片和破坏会降低生产的良好裸片的数量，并且随着晶圆厚度下降变得更加有问题。由锯条(锯口)消耗的区域可以是大于100微米，该区域是对于裸片生产不可用的有价值的区域。对于包含晶圆的小裸片(例如，具有500微米x500微米裸片尺寸的单独的半导体器件)，这能够表示大于20％的损失。此外，对于具有许多小裸片并且因此具有若干迹道的晶圆，由于每个迹道被单独切割，所以切割时间增加，并且生产率下降。机械装置也受到沿着笔直线分离和产生正方形或椭圆形芯片的限制。这可能不表示底层器件拓扑结构(例如，高功率二极管是圆形的)，并且因此，直线裸片形式导致可用基板区域的显著损失。激光切割也具有残留物留在裸片表面上或将应力引入到裸片中的限制。

重要的是要注意，锯切和激光切割技术基本上是连续的操作。因此，随着器件尺寸的减小，对晶圆进行切割的时间与在晶圆上的总切割迹道长度成比例地增加。