[发明专利]一种半导体晶圆阶梯切割用高强度划片刀及制作方法

说明书

本发明公开的一种半导体晶圆阶梯切割用高强度划片刀及制作方法，刀刃靠近盘状基体段的厚度大于远离盘状基体段的厚度，消除电镀过程中尖端效应导致的刀刃根部过于薄弱的缺点，可以将刀刃长度做的更长，进而可以提高划片刀划切半导体晶圆的使用寿命；从原理上实现刀刃厚度一致，可以直接提高划片刀的极限转速和进刀速度，进而可以提高加工效率；刀片反复参与切割，刀刃根部疲劳断裂容易导致的过早断刀，而刀刃根部的强化可以延迟断刀的发生，刀刃根部的强化，可以减少切割过程中的刀刃摆动，减少切割过程中的正崩、背崩以及侧裂。

技术领域

本发明属于半导体划片技术领域，特别涉及一种半导体晶圆阶梯切割用高强度划片刀及制作方法。

背景技术

在半导体行业中，芯片在硅晶圆上实现批量制造，这种芯片阵列在后续工序需要实现芯片逐个分离。这个分离过程是在划片机上，用电镀划片刀沿着在晶圆表面事先预留的切割道划切硅晶圆来实现的。划片刀在划切过程中，会在晶圆正面产生正崩缺陷，背面产生背崩缺陷。通常，划片刀刀刃中磨料越细正崩越好，磨料越粗背崩越好。用一把刀片沿着切割道直接切透晶圆，无法同时兼顾正崩和背崩。特别是近年来，晶圆切割道越来越窄，对正崩和背崩的要求也越来越严格。因此，晶圆阶梯切割(stepcut)这种应运而生。特别是正面切割道含有大量金属测试点的晶圆，划切中正面金属切屑堵塞刀刃，导致背崩极差，这种情况阶梯切割尤为适用。

晶圆阶梯切割(stepcut)通常用两把刀片完成对晶圆的切割。如图1所示，刀片1从晶圆正面开槽，只对正崩有要求，选择含有细粒度磨料的刀片，刀刃厚度较大，通常安装在划片机主轴1(Z1)上，从晶圆上从上面开槽，开槽深度通常在晶圆厚度的1/3左右。刀片2切透，不参与晶圆正面材料的切割，只会产生背崩，因此通常选择含有粗粒度磨料的刀片，厚度通常比刀片1薄5～10μm，在槽底部将晶圆完全切透。

阶梯切割同时用两把刀片切割晶圆，分别解决正崩和背崩问题。如图1，由于Z2轴用划片刀刀刃要做的更薄，但切入晶圆深度却更大，可以用于磨损的刀刃长度较Z1轴短很多，加上Z2由于切割材料更多导致的更快的磨损速度，Z2 轴刀片的寿命通常仅为Z1轴刀片寿命的10％左右。

根据电镀二次电流分布规律可知，

近阳极点的电流密度大于远阳极点的电流密度，相同的电镀时间得到的划片刀沉积的镀层呈现外厚内薄的结果，既刀刃在外缘更厚、根部更薄。这种情况下，刀刃的长度只能做的更小，进而导致用于切透的划片刀寿命很有限。

电镀划片刀，在切割过程中，刀刃不断磨损，刀刃长度决定使用寿命。由于刀刃过长会导致刀刃切割过程中失稳，产生蛇形切割现象，可能导致被切割晶圆报废。

而且，电镀划片刀在制作过程中，由于尖端效应，靠近外缘的镀层比内侧的要厚，这就导致做出来的划片刀，刀尖部分偏厚1～3μm，刀刃根部偏薄，外厚内薄，如专利申请号CN201610952548、CN200510081888中的传统制作方法。因此，传统的电镀刀片刀刃长度最大为刀刃厚度的30倍，划片刀在划切晶圆过程中，刀刃长度在不断磨损来保持自锐性，刃长的上限，限制切透用刀片的使用寿命。

中国发明专利“玻璃晶圆片切割用超薄树脂划片刀及其制备方法与应用”(公开号：CN111070111A)公开了一种树脂结合剂超薄切割刀片及其制备工艺，将金刚石与液体酚醛树脂液首次搅拌混合后再与石墨粉、二硫化钼、银粉、铝粉、碳化钨、冰晶石二次搅拌混合，再加入酚醛树脂粉，再次搅拌混合后过筛，得到成型料；成型料经过热压，得到毛坯；毛坯烧结后经过常规加工，得到玻璃晶圆片切割用超薄树脂划片刀；然而其主要应用于高精度玻璃晶圆的切割，可用于半导体衬底和3D晶圆级芯片封装等领域，不崩边，不起毛刺，然而其不能解决电镀刀片的寿命有限问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种半导体晶圆阶梯切割用高强度划片刀及制作方法，消除尖端放电机理导致的刀刃根部过于薄弱的缺点，可以将刀刃长度做的更长，进而提高划片刀划切半导体晶圆的使用寿命。