[發明專利]用于對半導體晶圓進行等離子體切片的方法和設備

有效

• 申請號: 201480015370.0
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN105144352B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 德瓦拉卡納特·吉爾普拉姆;大衛·佩斯-沃拉德;林內爾·馬丁內斯;克里斯·約翰遜;大衛·約翰遜;魯塞爾·韋斯特曼
• 申請（專利權）人: 等離子瑟姆有限公司
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L21/67;H01L21/683;H01L21/687;H01L21/78;H01J37/32
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 陸弋,金潔

相關申請的交叉引用

本申請與2011年3月14日提交的、發明名稱為“用于對半導體晶圓進行等離子體切片的設備(Apparatus for Plasma Dicing a Semi-conductor Wafer)”的共同擁有的美國臨時專利申請No.61/452,450有關并要求其優先權，該臨時專利申請以引用的方式并入本文。本申請是2012年3月5日提交的、發明名稱為“用于對半導體晶圓進行等離子切片的方法和設備(Method and Apparatus for Plasma Dicing a Semi-conductor Wafer)”的共同待決專利申請No.13/412,119的部分繼續申請，該共同待決專利申請的內容被并入本文。

技術領域

本發明涉及用于從半導體晶圓形成單獨器件芯片的設備的使用，尤其涉及使用等離子體蝕刻將晶圓分離為單獨裸片的設備。

背景技術

半導體器件被制造在薄晶圓形式的襯底上。硅通常用作襯底材料，但也使用其它材料，例如III-V族化合物(例如GaAs和InP)。在一些情形中(例如，LED的制造)，該襯底是藍寶石或碳化硅晶圓，其上沉積有一層薄的半導體材料。這種襯底的直徑在2英寸和3英寸到200mm、300mm和450mm的范圍內變化，且存在許多標準(例如SEMI)來描述這種襯底的尺寸。

等離子體蝕刻設備廣泛用于處理這些襯底以產生半導體器件。這種設備通常包括真空室，該真空室配備有諸如電感耦合等離子體(ICP)的高密度等離子體源，其用于確保高的蝕刻速率，這是成本有效的制造所需的。為了移除在處理期間產生的熱量，襯底通常被夾持到溫度控制的支撐件。加壓流體(通常是諸如氦氣的氣體)被維持在襯底與支撐件之間，以提供用于熱傳遞的導熱路徑。可使用將向下的力施加到襯底頂側的機械夾持機構，但由于夾具和襯底之間的接觸，這可能會導致污染。當使用機械夾具時，由于接觸通常發生在工件的邊緣處且加壓流體向工件的背面施加力，也可能發生工件的拱形彎曲。更常見的是，使用靜電吸盤(ESC)來提供夾持力。

已開發了適用于待蝕刻材料的許多氣體化學制劑。這些氣體化學制劑經常采用鹵素(氟、氯、溴或碘)或添加了額外氣體的含鹵素氣體，以提高蝕刻的質量(例如，蝕刻各向異性、掩膜選擇性和蝕刻均勻性)。諸如SF₆、F₂或NF₃的含氟氣體用于在高的速率下蝕刻硅。特別地，使高速率硅蝕刻步驟和鈍化步驟交替進行以控制蝕刻側壁的工藝(Bosch或TDM)通常用于將深的特征蝕刻到硅中。含有氯和溴的氣體通常用于蝕刻III-V族材料

等離子體蝕刻不限于半導體襯底和器件。該技術可應用到其中用于蝕刻襯底的適當氣體化學制劑可用的任何襯底類型。其它襯底類型可包括含碳襯底(包括聚合物襯底)、陶瓷襯底(例如，AlTiC和藍寶石)、金屬襯底、玻璃襯底和裸片貼附膜。

為了確保結果一致、破損率低且易于操作，通常在制造過程中使用機器人晶圓處理。處理裝置被設計成以最小的接觸支撐晶圓，以使可能的污染最小并減少顆粒的產生。通常僅采用邊緣接觸，或者采用僅在接近晶圓邊緣的幾個位置處(通常在晶圓邊緣的3-6mm內)的底側接觸。處理方案被設計成處理如上所述的標準晶圓尺寸，該處理方案包括晶圓盒、機器人臂、和處于處理室內的固定裝置(包括晶圓支撐件和ESC)。

在襯底上制造之后，各個器件(裸片或芯片)在封裝或用于其它電子電路中之前被彼此分離。多年來，一直使用機械手段來使裸片彼此分離。這樣的機械手段包括沿著與襯底晶體軸線對準的劃割線(scribe line)來切斷晶圓，或者使用高速金剛石鋸在裸片之間的區域(格線)內鋸入襯底中或鋸穿襯底。最近，已使用激光來促進該劃割工藝。

這種機械式晶圓切片技術的局限性會影響此方法的成本效益。沿著裸片邊緣的碎屑和破裂會減少所制造的良好裸片的數目，且隨著晶圓厚度的減小而變得更成問題。由鋸條消耗掉的區域(切口)可能大于100微米，而這是不可用于裸片制造的有價值的區域。對于包含小裸片(例如，具有500微米×500微米的裸片尺寸的單獨半導體器件)的晶圓來說，這可能代表著大于20％的損失。另外，對于具有許多小裸片且因此具有許多格線(streets)的晶圓來說，由于每個格線被單獨地切割，切片時間增加了，生產率也降低了。機械手段也局限于沿著直線的分離以及正方形或長方形芯片的制造。這可能不代表底層的器件布局結構(例如，高功率二極管是圓的)，因此，直線的裸片形式導致可用襯底區域的顯著損失。激光切片的局限性還在于：會在裸片表面上留下殘余材料或將應力引入到裸片中。