磷化铟晶棒裁切衬底晶圆片的方法技术

本发明专利技术一种磷化铟晶体裁切衬底晶圆片的方法，属于半导体衬底制备领域，包括步骤：1）定向，将晶棒切割头尾，调整晶棒方位试切，至切割出所需晶向的晶片，切割端面为定向端面；2）多线切割，在多线切割设备上，平行于定向端面分割晶棒为晶片；3）清洗，清洗晶片，至表面无残渣、无污物；4）割圆，晶片进行割圆，裁取所需晶向区域。该技术方案中，对于直径控制难度大，生长过程中容易出现孪晶/夹晶的磷化铟晶棒，摒弃会将大量的InP材料磨削去除的滚磨工序，先将晶棒多线切割为晶片，再从晶片中最大化的裁切与标准尺寸相近的晶向可用的衬底晶圆，可以大幅提高出片量，减少材料损失和浪费。

Cutting method of substrate wafer with InP rod

【技术实现步骤摘要】
磷化铟晶棒裁切衬底晶圆片的方法
本专利技术属于冶金
，涉及磷化铟晶片的制备，具体涉及将磷化铟晶体裁切成衬底晶圆片的方法。
技术介绍
InP是一种Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，因其具有优异的运输特性，较高的迁移率，特殊的光电性能以及优异的抗辐射性能，而在高频电子器件（如HEMT、HBT等）、5G通讯、光纤通讯以及抗辐射太阳能电池领域有着广泛的应用。但是，目前，InP单晶衬底材料的价格居高不下，其大面积应用推广受到价格的限制。InP单晶衬底材料价格居高不下的主要原因是，InP单晶生长的成品率低。孪晶现象是影响InP单晶成品率的最大因素。InP在Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中拥有最低的层错能，在生长过程中极易在<111>面上产生原子堆垛错位，从而产生孪晶和夹晶。孪晶和夹晶往往是贯穿性的，并且沿着一定的倾斜角度，如图1所示。该InP晶体半导体晶棒有一个内砍孪晶线。Ⅲ-Ⅴ族半导体中孪晶多为旋转孪晶，即孪晶部分沿着｛111｝面法线轴线旋转180度。图中指示出了<100>晶向的正晶向部分1、<221>晶向的转晶向部分2。于上部3位置和中部4位置取晶片，加工出的晶片如5，6所示。<221>晶向的转晶向部分2，在后道工艺中是不可用的；含有少量孪晶/夹晶的晶片（一般孪晶/夹晶面积5%-20%），如图所示降级晶片6，可以降级为低级产品使用，含有较多孪晶/夹晶面积的晶片，如图所示废晶片5，只能报废处理。InP单晶主要的生长方法有LEC法、VGF以及VB法。在VGF和VB法中，晶体生长时，晶体与坩埚壁相贴合，生长的直径与坩埚内壁尺寸一致，因此通过设计和确定坩埚内壁的尺寸来控制晶体尺寸，晶棒形状较规则，如图1所示。而在LEC法生长中，InP单晶不与坩埚壁接触，晶体直径受提拉速度、晶体散热、系统降温速度等较为复杂因素的影响。晶棒往往呈现出直径不一致的情况，有时，可能会出现多次收缩/长大的过程，如图2所示。图2中7代表籽晶，8代表晶棒。目前，InP单晶衬底产品的主要规格有2英寸、3英寸和4英寸，以晶向<100>的晶片为主。由<100>晶向晶棒加工出<100>晶向晶片的传统方法为：切割头尾定向→滚磨→多线切割→获得相应规格晶片。如图3所示，InP晶棒8由<100>晶向籽晶7引晶生长而成，晶棒直径不均匀，由于孪晶的原因，晶棒8具有正晶向部分1和转晶向部分2。晶体经过头尾切割定向，得到定向晶体9，再经过滚磨，得到3英寸晶棒10，经过多线切割，得到3类晶片，分别是3英寸正晶向晶片11、3英寸降级晶片6、废晶片5。少数直径较大的晶棒可继续滚磨得到小规格晶片。这种加工晶片的方法，滚磨工序会将大量的材料磨削去除，材料损失大，出片量小。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有晶片制作材料损失大，出片量小的问题，先对晶棒进行多线切割，制成晶片，再对晶片进行最大化割圆出片，可显著提高出片量。本专利技术的技术方案为：一种磷化铟晶体裁切衬底晶圆片的方法，包括以下步骤：1）定向：将晶棒切割头尾，调整晶棒方位试切，至切割出所需晶向的晶片，切割端面为定向端面；2）多线切割：在多线切割设备上，平行于定向端面分割晶棒为晶片；3）清洗：清洗晶片，至表面无残渣、无污物；4）割圆：对晶片进行割圆，裁取所需晶向区域。该技术方案中，对于直径控制难度大，生长过程中容易出现孪晶/夹晶的磷化铟晶棒，摒弃会将大量的InP材料磨削去除的滚磨工序，先将晶棒多线切割为晶片，再从晶片中最大化的裁切与标准尺寸相近的晶向可用的衬底晶圆，可以大幅提高出片量，减少材料损失和浪费。进一步的，所述步骤1）中，定向端面与所需晶向的平行度误差为±0.02°。通常所使用的磷化铟衬底晶圆为<100>晶向，为了能高效、准确的切割出所需的<100>晶向晶片，切割前需要试切、测定，以找出磷化铟单晶的<100>晶面，再以找到的<100>晶面作为定向端面，分割晶片。定向步骤借助三维样品台和X射线定向仪进行测定，一般要求晶向偏差＜0.05°，为了保证切割准确度，端面定向精度优选为±0.02°。进一步的，为了准确的切割出所需晶向的晶片，所述步骤2）中，切割钢线与晶棒定向端面平行。晶棒定向后，其定向端面即为所需晶向的晶面，切割钢线与晶棒定向端面平行切割，即可切出所需晶向的晶片，定向越准确、平行度越高，切割准确度越高。进一步的，为了便于支撑定位晶棒，降低晶片的加工破损率，提高效率和降低成本，所述步骤1）和2）中，晶棒粘结在载料板上，载料板具有与晶棒侧缘形状适配的放置槽。磷化铟材料的莫氏硬度只有5左右，材料非常脆，易损坏。在晶体切片过程中，经常出现碎片、晶片边缘崩边的情况，破损率约为5％，尤其是直径不均匀的晶棒，破损率更高，严重影响了加工成品率，导致了成本的增加。载料板适应晶棒侧缘形状设计，对晶棒形成半包围式支撑，增加了支撑面积，使切割过程稳固、不晃动，切割后单片晶圆支撑力较大，可以避免由晶片粘连、倾斜、晃动引起的晶片破损，使破损率降到了0.5％以下。进一步的，为了便于加工制作，有效支撑、保护晶棒和晶片，所述载料板选用与磷化铟晶体硬度接近的为石墨板或树脂板。进一步的，为了便于割圆，所述步骤2）中分割的晶片厚度小于等于2000μm。晶片厚度过大，割圆时效率低、碎裂率高、切口粗糙。采用激光割圆时，随厚度增加，激光所需要的焦深范围变大，使用浅焦深的激光切割厚度大的晶片，聚焦难度大，容易造成激光能力分散，切割效率低下，热影响区过大，碎片率高，切口粗糙；若配备多焦点、长焦深设备，会导致生产成本高。在满足衬底晶圆片厚度要求的基础上，晶片厚度优选小于等于2000μm。进一步的，所述步骤4）中，通过激光割圆，激光的波长为532nm，功率为50-200W，切割速率为10-50mm/s。激光割圆时的热影响会导致局部受热不均，使晶片碎裂，将晶片边缘烧焦、产生毛刺等，波长越短，热影响区越小，但是切割能力也越低。且InP材料对于红外光波具有透射性，金属切割中常用的波长为1064nm的红外波不适于切割InP材料，优选经过倍频得到的532nm绿光激光，或者具有更短波长的紫外激光。为了平衡热影响和切割能力，选用510-550nm波长的激光，并控制其功率为50-200W、切割速率为10-50mm/s，可以在保证切割效率的基础上，有效降低碎片率，保证切割质量。在切割1000μm的晶片，每次去除量为30μm时，2英寸晶片切透时间为1.5-3分钟，3英寸晶片切透时间为2.5-4.5分钟，4英寸晶片切透时间4-6分钟，且破损率低于0.3％，晶片边缘光滑、整齐，不焦、无毛刺。进一步的，所述步骤4）中，激光切割的每次去除量为10-50μm。每次切割的去除量不能过大，过大的话，会因局部应力造成碎片，或者因融化残渣不能及时排出而沉寂在切口处，造成碎片、切口粗糙和影响切削效率。具体切割时，根据晶片片厚选择相应的去除量，对设定的图形反复切割，直至彻底割透晶片。进一步的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷化铟晶体裁切衬底晶圆片的方法，其特征在于包括以下步骤：/n1）定向：将晶棒切割头尾，调整晶棒方位试切，至切割出所需晶向的晶片，切割端面为定向端面；/n2）多线切割：在多线切割设备上，平行于定向端面分割晶棒为晶片；/n3）清洗：清洗晶片，至表面无残渣、无污物；/n4）割圆：对晶片进行割圆，裁取所需晶向区域。/n

【技术特征摘要】
1.一种磷化铟晶体裁切衬底晶圆片的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）定向：将晶棒切割头尾，调整晶棒方位试切，至切割出所需晶向的晶片，切割端面为定向端面；
2）多线切割：在多线切割设备上，平行于定向端面分割晶棒为晶片；
3）清洗：清洗晶片，至表面无残渣、无污物；
4）割圆：对晶片进行割圆，裁取所需晶向区域。


2.根据权利要求1所述的磷化铟晶体裁切衬底晶圆片的方法，其特征在于：所述步骤1）中，定向端面与所需晶向的平行度误差为±0.02°。


3.根据权利要求2所述的磷化铟晶体裁切衬底晶圆片的方法，其特征在于：所述步骤2）中，切割钢线与晶棒定向端面平行。


4.根据权利要求1所述的磷化铟晶体裁切衬底晶圆片的方法，其特征在于：所述步骤1）和2）中，晶棒粘结在载料板上，载料板具有与晶棒侧缘形状适配的放置槽。


5.根据权利要求4所述的磷化铟晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：史艳磊，孙聂枫，王书杰，赵红飞，李亚旗，付莉杰，王阳，李晓岚，邵会民，刘惠生，姜剑，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13