一种半导体的切割方法与流程

本发明涉及半导体材料加工技术领域，具体涉及一种半导体的切割方法。

背景技术：

现有的常用的半导体切割技术之一是金刚石线锯切割和电火花切割技术。金刚石线锯切割效率高，表面质量好，但由于其使用金刚石磨粒，用接触力的方法来切割工件，所以切割完成的半导体片，例如硅片具有不同程度的翘曲变形，同时，刀具的磨损情况较为严重。为了解决翘曲变形过大和刀具磨损等问题，近年来，电火花切割技术被用来切割半导体。电火花切割技术以前被用于切割金属工件，切割金属工件时，电极丝和工件之间有一定的间隙，产生火花放电并蚀除材料。由于电火花切割采取的是非接触式切割，没有切削力，因此可以有效的降低切片的翘曲变形。使用过程中，如果电极丝和工件接触在一起，则系统发生短路，电极和工件之间的电压为零，导致脉冲电压无法击穿电解液产生火花，电火花加工停止。虽然电火花切割能够降低切片的翘曲变形，但是和传统的线锯切割相比，电火花切割效率不高，并且表面质量不好。

技术实现要素：

本发明提出一种半导体切割方法，其目的是要克服现有技术存在的切割效率低和表面质量不高的问题。

为了达到本发明的目的，本发明提供了一种半导体切割方法，其特殊之处是，使用带有金刚石磨粒的线锯电极，使其与工件发生轻微的接触，并在线锯电极和工件两端施加脉冲电压产生火花放电，用金刚石磨粒和电火花共同去除材料。

上述线锯电极与工件接触的触弯距离为50-100μm。

本发明的有益效果是：本发明将电火花切割技术和金刚石线锯切割技术结合起来对半导体单晶si进行切割，能在提高切割效率的同时，改善表面质量。本发明适用于硅、锗、砷化镓等半导体材料的切割。

附图说明

图1为采用本发明方法切割硅片的示意图；

图2为a电火花、b线锯、c混合加工三种切割方法切割的硅片表面示意图；

图3为电火花、线锯、混合加工三种切割方法的表面粗糙度和切割效率示意图；

图4为电火花、线锯、混合加工三种切割方法切割的硅片翘曲度示意图。

具体实施方式

本发明的切割方法的工作原理：当电火花技术用来切割半导体时，由于半导体本身具有较大的体电阻，以及半导体和金属在接触表面产生的肖特基势垒的存在（如图2所示），即使电极丝和半导体工件发生接触，开路电压仍然可以维持到一个较高的水平，以至于能够击穿电解液产生火花从而蚀除工件，利用金刚石磨粒的磨削作用和电火花的蚀除作用混合在一起去除材料。如图3所示。由于电极丝和半导体工件在接触状态下仍能放电产生火花这种特性，因此本发明将电火花切割技术和金刚石线锯切割技术结合起来，提出了本发明。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种半导体切割方法，是使用带有金刚石磨粒的线锯电极，使其与工件发生轻微的接触，接触的触弯距离是50-100μm，并在线锯电极和工件两端施加脉冲电压产生火花放电，用金刚石磨粒和电火花共同去除材料。

参见图1，可以看出线锯丝有明显的变弯，说明在加工过程中，线锯丝和工件是接触的。

本发明所用设备，利用各种线锯系统稍作改进即可。所说的设备中包括电解液箱、脉冲电源箱和旋转轴，线锯系统使用的线锯丝为不锈钢基体，表面电镀金刚石磨粒的线锯丝，具体的其直径为0.22mm，表面电镀金刚石磨粒，直径约为30-40μm。

具体按照以下步骤实施：

步骤1、使机床工作台运动至单晶si棒工件与金刚石线锯之间发生轻微接触的位置处；

步骤2、在电解液箱中装入电解液，使电解液经过导管由喷嘴喷到金刚石线锯和单晶si棒所处切割处的上方；使旋转轴带动单晶si棒进行旋转，单晶si棒工件旋转速度设置为0-10r/min，并打开脉冲电源箱，脉冲电源箱的电压0-700v、电压脉冲宽度为5μs-20μs、电源频率为5khz-100khz。使线锯开始往单晶si棒方向进给，线锯进给速度设置为0-10m/s。

步骤3、在脉冲电源箱电场的作用下，金刚石线锯和单晶si棒之间产生火花，火花和金刚石线锯10上电镀的金刚石颗粒共同切割半导体单晶si棒。

实施例1

步骤1、使机床工作台运动至单晶si棒工件与金刚石线锯之间发生轻微接触的位置处；

步骤2、在电解液箱中装入电解液，使电解液经过导管由喷嘴喷到金刚石线锯和单晶si棒所处切割处的上方；使旋转轴带动单晶si棒进行旋转，单晶si棒工件旋转速度设置为3r/min，并打开脉冲电源箱，脉冲电源箱的电压90v、电压脉冲宽度为10μs、电源频率为12.5khz。使线锯开始往单晶si棒方向进给，线锯进给速度设置为1.2m/s。

步骤3、在脉冲电源箱电场的作用下，金刚石线锯和单晶si棒之间产生火花，火花和金刚石线锯上电镀的金刚石颗粒共同切割半导体单晶si棒。

实施例2

步骤1、使机床工作台运动至单晶si棒工件与金刚石线锯之间发生轻微接触的位置处；

步骤2、在电解液箱中装入电解液，使电解液经过导管由喷嘴喷到金刚石线锯和单晶si棒所处切割处的上方；使旋转轴带动单晶si棒进行旋转，单晶si棒工件旋转速度设置为5r/min，并打开脉冲电源箱，脉冲电源箱的电压110v、电压脉冲宽度为20μs、电源频率为20khz。使线锯开始往单晶si棒方向进给，线锯进给速度设置为2.4m/s。

步骤3、在脉冲电源箱电场的作用下，金刚石线锯和单晶si棒之间产生火花，火花和金刚石线锯上电镀的金刚石颗粒共同切割半导体单晶si棒。

在实施例1的参数下，用本发明方法切割硅片，同时，在同样的参数条件下，分别用电火花和线锯来切割相同的硅片。

从图2可以看出，电火花由于采用非接触加工，表面没有划痕，硅片的表面是由无数火花蚀除留下的凹坑组成。而金刚石线锯切割采用的是金刚石磨粒的接触力，所以表面有较明显的划痕，划痕处的粗糙度要比非划痕处的粗糙度要高。但本发明加工切割的硅片表面，可以看出，划痕明显减少，这是由于采用了电火花和金刚石颗粒共同切割硅片，电火花加工形成了重铸层，而金刚石颗粒在磨削过程中将重铸层和基材一起去除，重铸层相当于对基材的保护作用，导致硅片表面划痕比单纯使用线锯时明显减少。

从图3可以看出，这三种切割方法中，混合加工的切割效率是最高的，同样的参数下甚至是电火花切割效率1.6倍，这是由于采用了电火花和金刚石磨粒共同作用结果。

从图4可以看出，由于电火花切割采用非接触切割，所以翘曲度非常低，而线锯采用接触力切割导致翘曲度最高，而混合加工翘曲度介于两者之间，由于采用的金刚石磨粒接触，所以翘曲度比电火花要高，但由于在切割过程中，有电火花的参与，导致接触力较单纯线锯小，因此对比单纯线锯切割硅片，可以将翘曲度降低40%。

技术特征：

技术总结
本发明涉及半导体材料加工技术领域，具体涉及一种半导体的切割方法。本发明的目的是要克服现有技术存在的切割效率低和表面质量不高的问题。为达到本发明的目的，本发明提供的一种半导体切割方法，是使用带有金刚石磨粒的线锯电极，使其与工件发生轻微的接触，接触的触弯距离大概是50‑100μm，并在线锯电极和工件两端施加脉冲电压产生火花放电，用金刚石磨粒和电火花共同去除材料。本发明将电火花切割技术和金刚石线锯切割技术结合起来对半导体单晶Si进行切割，能在提高切割效率的同时，改善表面质量。可适用于硅、锗、砷化镓等半导体材料的切割。

技术研发人员：武小宇
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：2017.05.24
技术公布日：2017.08.11