[发明专利]用于对半导体晶片进行等离子体切片的方法和设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请案要求2011年3月14日提交、发明名称为“用于对半导体晶片进行等离子体切片的设备(Apparatus for Plasma Dicing a Semi-conductor Wafer)”的共同拥有的第61/452,450号美国临时专利申请案的优先权且本申请与该临时专利申请案相关，该临时专利申请案以引用的方式并入本文中。本申请案是2012年3月5日提交且名为“用于对半导体晶片进行等离子体切片的方法和设备(Method and Apparatus for Plasma Dicing a Semi-conductor Wafer)”的同时待决的第13/412,119号专利申请案的部分继续申请，该专利申请案的内容被并入本文。

技术领域

本发明涉及用于从半导体晶片形成单独装置芯片的设备的使用方法，具体地，涉及使用等离子体蚀刻将晶片分离为单独裸片的设备。

背景技术

半导体装置被制造在薄晶片形式的衬底上。硅通常用作衬底材料，但也使用其它材料，例如，III-V化合物(例如，GaAs和InP)。在一些情形(例如，LED的制造)下，衬底是蓝宝石或碳化硅晶片，其中半导材料的薄层沉积在该蓝宝石或碳化硅晶片上。这些衬底的尺寸的直径范围从2英寸和3英寸到200mm、300mm和450mm，且存在许多标准(例如，SEMI)来描述这些衬底尺寸。

等离子体蚀刻设备广泛用于处理这些衬底以产生半导体装置。该设备通常包含真空室，其中该真空室配备有高密度等离子体源，例如电感耦合等离子体(ICP)，高密度等离子体源用于确保高蚀刻速率，这是成本有效的制造所需的。为了移除在处理期间产生的热，衬底通常被夹持到冷却支撑件。冷却气体(通常为氦气)被维持在衬底与支撑件之间以提供用于散热的热传导路径。可使用将向下的力施加到衬底的顶侧的机械夹持机构，但由于夹具与衬底之间的接触，这可能导致污染。静电吸盘(ESC)更频繁地被用于提供夹持力。

已开发适用于待蚀刻的材料的许多气体化学制剂。这些气体化学制剂频繁使用卤素(氟、氯、溴或碘)或添加了额外气体的含有卤素的气体，其中额外气体被添加以改进蚀刻的质量(例如，蚀刻各向异性、掩膜选择性和蚀刻均匀性)。含有氟的气体(例如，SF₆、F₂或NF₃)用于以高速率蚀刻硅。更具体地，将高速率硅蚀刻步骤和钝化步骤交替进行以控制蚀刻侧壁的工艺(博世Bosch或时分多路复用“TDM”)通常用于将深度特征蚀刻到硅中。含有氯和溴的气体通常用于蚀刻III-V材料。

等离子体蚀刻不限于半导衬底和装置。该技术可应用到适用于蚀刻衬底的气体化学制剂适用的任何衬底类型。其它衬底类型可包括含有碳的衬底(包含聚合衬底)、陶瓷衬底(例如，AlTiC和蓝宝石)、金属衬底和玻璃衬底。

为了确保结果一致、破损率低且便于操作，机器人晶片处理通常用于制造工艺中。处理器被设计成以最小的接触支撑晶片，以将可能的污染减到最少，且减少微粒的产生。通常单独采用边缘接触，或采用仅在接近晶片边缘的几个位置处(通常在晶片边缘的3mm到6mm内)的底侧接触。处理方案被设计成处理如上所述的标准晶片尺寸，所述处理方案包含晶片盒、机器人手臂和处于处理室内的固定装置(包含晶片支撑件和ESC)。

在衬底上制造后，各个装置(裸片或芯片)在封装或用于其它电子电路中之前被相互分离。许多年来，机械方式已用于将裸片相互分离。这些机械方式已包含沿着与衬底晶轴线对准的划分线来切断晶片，或使用高速金刚石锯在裸片之间的区(格线)中锯到衬底中或锯穿衬底。最近，激光已用于促进划线工艺。

这些机械晶片切片技术具有影响该做法的成本效益的限制。沿着裸片边缘的碎屑和裂纹可减少所制造的良好裸片的数量，且随着晶片厚度减小问题更严重。由锯条(切口)消耗的区域可大于100微米，而这是不可用于裸片制造的有价值的区域。对于含有小裸片(例如，具有500微米×500微米的裸片尺寸的单独半导体装置)的晶片来说，这可能意味着大于20％的损耗。此外，因为每条格线被单独地切割，对于具有许多小裸片且因此具有许多格线的晶片来说，切片时间增加，且产率降低。机械方式也限于沿着直线分离和正方形或长方形的芯片的制造。这可能并无法表示基础装置布局(例如，高功率二极管是圆形的)，且因此矩形裸片格式导致可用的衬底区域的显著损耗。激光切片的局限性还在于，在裸片表面上留下残余材料或将格线引入到裸片中。