用于對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行等離子體切片的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行等離子體切片的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請案要求2011年3月14日提交、發(fā)明名稱為“用于對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行等離子體切片的設(shè)備(Apparatus for Plasma Dicing a Sem1-conductor Wafer) ”的共同擁有的第61/452，450號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)且本申請與該臨時專利申請案相關(guān)，該臨時專利申請案以引用的方式并入本文中。本申請案是2012年3月5日提交且名為“用于對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行等離子體切片的方法和設(shè)備(Method and Apparatus for Plasma Dicinga Sem1-conductor Wafer) ”的同時待決的第13/412，119號專利申請案的部分繼續(xù)申請，該專利申請案的內(nèi)容被并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于從半導(dǎo)體晶片形成單獨(dú)裝置芯片的設(shè)備的使用方法，具體地，涉及使用等離子體蝕刻將晶片分離為單獨(dú)裸片的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體裝置被制造在薄晶片形式的襯底上。硅通常用作襯底材料，但也使用其它材料，例如，II1-V化合物(例如，GaAs和InP)。在一些情形(例如，LED的制造)下，襯底是藍(lán)寶石或碳化硅晶片，其中半導(dǎo)材料的薄層沉積在該藍(lán)寶石或碳化硅晶片上。這些襯底的尺寸的直徑范圍從2英寸和3英寸到200mm、300mm和450mm，且存在許多標(biāo)準(zhǔn)(例如，SEMI)來描述這些襯底尺寸。
[0005]等離子體蝕刻設(shè)備廣泛用于處理這些襯底以產(chǎn)生半導(dǎo)體裝置。該設(shè)備通常包含真空室，其中該真空室配備有高密度等離子體源，例如電感耦合等離子體(ICP)，高密度等離子體源用于確保高蝕刻速率，這是成本有效的制造所需的。為了移除在處理期間產(chǎn)生的熱，襯底通常被夾持到冷卻支撐件。冷卻氣體(通常為氦氣)被維持在襯底與支撐件之間以提供用于散熱的熱傳導(dǎo)路徑?？墒褂脤⑾蛳碌牧κ┘拥揭r底的頂側(cè)的機(jī)械夾持機(jī)構(gòu)，但由于夾具與襯底之間的接觸，這可能導(dǎo)致污染。靜電吸盤(ESC)更頻繁地被用于提供夾持力。
[0006]已開發(fā)適用于待蝕刻的材料的許多氣體化學(xué)制劑。這些氣體化學(xué)制劑頻繁使用鹵素(氟、氯、溴或碘)或添加了額外氣體的含有鹵素的氣體，其中額外氣體被添加以改進(jìn)蝕刻的質(zhì)量(例如，蝕刻各向異性、掩膜選擇性和蝕刻均勻性)。含有氟的氣體(例如，SF6、F2或NF3)用于以高速率蝕刻硅。更具體地，將高速率硅蝕刻步驟和鈍化步驟交替進(jìn)行以控制蝕刻側(cè)壁的工藝(博世Bosch或時分多路復(fù)用“TDM”)通常用于將深度特征蝕刻到硅中。含有氯和溴的氣體通常用于蝕刻II1-V材料。
[0007]等離子體蝕刻不限于半導(dǎo)襯底和裝置。該技術(shù)可應(yīng)用到適用于蝕刻襯底的氣體化學(xué)制劑適用的任何襯底類型。其它襯底類型可包括含有碳的襯底(包含聚合襯底)、陶瓷襯底(例如，AlTiC和藍(lán)寶石)、金屬襯底和玻璃襯底。
[0008]為了確保結(jié)果一致、破損率低且便于操作，機(jī)器人晶片處理通常用于制造工藝中。處理器被設(shè)計成以最小的接觸支撐晶片，以將可能的污染減到最少，且減少微粒的產(chǎn)生。通常單獨(dú)采用邊緣接觸，或采用僅在接近晶片邊緣的幾個位置處(通常在晶片邊緣的3_到6mm內(nèi))的底側(cè)接觸。處理方案被設(shè)計成處理如上所述的標(biāo)準(zhǔn)晶片尺寸，所述處理方案包含晶片盒、機(jī)器人手臂和處于處理室內(nèi)的固定裝置(包含晶片支撐件和ESC)。
[0009]在襯底上制造后，各個裝置(裸片或芯片)在封裝或用于其它電子電路中之前被相互分離。許多年來，機(jī)械方式已用于將裸片相互分離。這些機(jī)械方式已包含沿著與襯底晶軸線對準(zhǔn)的劃分線來切斷晶片，或使用高速金剛石鋸在裸片之間的區(qū)(格線)中鋸到襯底中或鋸穿襯底。最近，激光已用于促進(jìn)劃線工藝。
[0010]這些機(jī)械晶片切片技術(shù)具有影響該做法的成本效益的限制。沿著裸片邊緣的碎肩和裂紋可減少所制造的良好裸片的數(shù)量，且隨著晶片厚度減小問題更嚴(yán)重。由鋸條(切口)消耗的區(qū)域可大于100微米，而這是不可用于裸片制造的有價值的區(qū)域。對于含有小裸片(例如，具有500微米X 500微米的裸片尺寸的單獨(dú)半導(dǎo)體裝置)的晶片來說，這可能意味著大于20%的損耗。此外，因為每條格線被單獨(dú)地切割，對于具有許多小裸片且因此具有許多格線的晶片來說，切片時間增加，且產(chǎn)率降低。機(jī)械方式也限于沿著直線分離和正方形或長方形的芯片的制造。這可能并無法表示基礎(chǔ)裝置布局(例如，高功率二極管是圓形的)，且因此矩形裸片格式導(dǎo)致可用的襯底區(qū)域的顯著損耗。激光切片的局限性還在于，在裸片表面上留下殘余材料或?qū)⒏窬€引入到裸片中。
[0011]重要的是，注意到鋸切技術(shù)與激光切片技術(shù)兩者本質(zhì)上是連續(xù)的操作。因此，隨著裝置尺寸減小，對晶片進(jìn)行切片的時間與晶片上的總切片格線長度成比例地增加。
[0012]最近，已提出等離子體蝕刻技術(shù)作為分離裸片且克服這些局限中的一些局限的方式。在裝置制造后，用適當(dāng)掩膜材料光掩膜襯底，從而在裸片之間留下開放區(qū)域。接著使用反應(yīng)性氣體等離子體來處理所光掩膜的襯底，反應(yīng)性氣體等離子體蝕刻在裸片之間暴露的襯底材料?？刹糠值鼗蛲耆┻^襯底進(jìn)行襯底的等離子體蝕刻。在部分等離子體蝕刻的情形下，通過后續(xù)切割步驟來分離裸片，從而使個別裸片分離。該技術(shù)相比機(jī)械切片提供許多益處:
[0013]1)減少了裂紋和碎肩；
[0014]2)切口尺寸可減小到大大小于20微米；
[0015]3)處理時間不隨著裸片的數(shù)目增加而顯著增加；
[0016]4)對于較薄晶片來說處理時間減少；且
[0017]5)裸片布局不限于直線格式。
[0018]在裝置制造后，但在裸片分離之前，可通過機(jī)械研磨或類似工藝而使襯底變薄到幾百微米乃至小于一百微米的厚度。
[0019]在切片工藝之前，襯底通常安裝在切片固定設(shè)備上。該固定設(shè)備通常包括支撐粘合隔膜的剛性框架。待切片的襯底被粘合到隔膜上。該固定設(shè)備固持所分離的裸片以進(jìn)行后續(xù)下游操作。用于晶片切片的大多數(shù)工具(鋸或基于激光的工具)被設(shè)計成以這種構(gòu)造處理襯底，且許多標(biāo)準(zhǔn)固定設(shè)備已被設(shè)立；然而，這些固定設(shè)備與其支撐的襯底極其不同。雖然這些固定設(shè)備被優(yōu)化以用于當(dāng)前晶片切片設(shè)備中，但這些固定設(shè)備無法在已被設(shè)計成處理標(biāo)準(zhǔn)襯底的設(shè)備中處理。因此，當(dāng)前自動化等離子體蝕刻設(shè)備不適用于處理為了進(jìn)行切片而被夾住的襯底，且難以實現(xiàn)等離子體蝕刻技術(shù)對于裸片分離應(yīng)具有的益處。
[0020]一些團(tuán)體已考慮使用等離子體來從晶片襯底對裸片進(jìn)行單體化。第6，642，127號美國專利描述一種等離子體切片技術(shù)，其中在被設(shè)計成處理硅晶片的設(shè)備中進(jìn)行等離子體處理之前，襯底晶片首先經(jīng)由粘合材料被附接到載體晶片。該技術(shù)提出將待切片的襯底的外形尺寸調(diào)適為與標(biāo)準(zhǔn)晶片處理設(shè)備兼容。雖然該技術(shù)允許標(biāo)準(zhǔn)等離子體設(shè)備對晶片進(jìn)行切片，但所提出的技術(shù)將不與切片操作的下游的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備兼容。將需要額外步驟以調(diào)適下游設(shè)備或針對標(biāo)準(zhǔn)下游設(shè)備而恢復(fù)襯底外形尺寸。
[0021]第2010/0048001號美國專利申請案考慮使用粘合到薄隔膜且支撐在框架內(nèi)的晶片。然而，在第2010/0048001號申請案中，通過將掩膜材料粘合到晶片的背面且在等離子體處理之前使用激光來限定蝕刻格線而實現(xiàn)光掩膜工藝。與從正面對襯底進(jìn)行單體化的標(biāo)準(zhǔn)切片技術(shù)相比，該技術(shù)引入額外復(fù)雜且昂貴的步驟，而這些步驟可抵消等離子體切片的一些優(yōu)點(diǎn)。還另外需要對準(zhǔn)背面掩膜與正面裝置圖案。
[0022]因此，需要一種等離子體蝕刻設(shè)備，該等離子體蝕刻設(shè)備可用于將半導(dǎo)體襯底切片為單獨(dú)裸片，且該等離子體蝕刻設(shè)備與處理安裝在膠帶上且支撐在框架中的襯底的既定晶片切片技術(shù)兼容，且還與標(biāo)準(zhǔn)正面光掩膜技術(shù)兼容。
[0023]現(xiàn)有技術(shù)不能提供本發(fā)明的益處。
[0024]因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)，該改進(jìn)克服了現(xiàn)有技術(shù)裝置的不足，且對使用等離子體蝕刻設(shè)備進(jìn)行的半導(dǎo)體襯底的切片的進(jìn)步有重大貢獻(xiàn)。
[0025]本發(fā)明的另一目的是提供一種用于對襯底進(jìn)行等離子體切片的方法，該方法包括:提供具有壁的處理室；鄰近處理室的壁提供等離子體源；在處理室內(nèi)提供工件支撐件；將工件放置到工件支撐件上，所述工件具有支撐膜、框架和襯底；將工件裝載到工件支撐件上；將張力施加到支撐膜；將工件夾持到工件支撐件；使用等離子體源來產(chǎn)生等離子體；以及使用所產(chǎn)生的等離子體來蝕刻工件。
[0026]本發(fā)明的又一目的是提供一種用于對襯底進(jìn)行等離子體切片的方法，該方法包括:提供具有壁的處理室；鄰近處理室的壁提供等離子體源；在處理室內(nèi)提供工件支撐件；將工件放置到工件支撐件上，所述工件具有支撐膜、框架和襯底；將工件裝載到工件支撐件上；將框架與襯底非共面地定位在工件支撐件上；將工件夾持到工件支撐件；使用等離子體源來產(chǎn)生等離子體；以及使用所產(chǎn)生的等離子體來蝕刻工件。
[0027]本發(fā)明的再一目的是提供一種用于對襯底進(jìn)行等離子體切片的方法，該方法包括:提供具有壁的處理室；鄰近處理室的壁提供等離子體源；在處理室內(nèi)提供工件支撐件；將工件放置到工件支撐件上，所述工件具有支撐膜、框架和襯底；將工件裝載到工件支撐件上；將張力施加到支撐膜；使用等離子體源來產(chǎn)生等離子體；以及使用所產(chǎn)生的等離子體來蝕刻工件。
[0028]本發(fā)明的另一目的是提供一種用于對多個襯底進(jìn)行等離子體切片的方法，該方法包括:提供具有壁的處理室；鄰近處理室的壁提供等離子體源；在處理室內(nèi)提供工件支撐件；將工件放置到工件支撐件上，所述工件具有支撐膜、框架和多個襯底；將工件裝載到工件支撐件上；將工件夾持到工件支撐件；使用等離子體源來產(chǎn)生等離子體；以及使用所產(chǎn)生的等離子體來蝕刻工件。
[0029]前文已概述本發(fā)明的一些相關(guān)目的。這些目的應(yīng)被解釋為僅說明本發(fā)明的一些較顯著的特征和應(yīng)用?？赏ㄟ^以不同方式應(yīng)用所公開的發(fā)明或在本公開的范圍內(nèi)修改本發(fā)明來獲得許多其它有益結(jié)果。因此，結(jié)合附圖，除權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍外，還通過參考
【發(fā)明內(nèi)容】
和【具體實施方式】來獲得本發(fā)明的其它目的和較全面的理解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0030]本發(fā)明描述一種等離子體處理設(shè)備，該設(shè)備實現(xiàn)半導(dǎo)體襯底的等離子體切片。在裝置制造和晶片變薄后，使用常規(guī)光掩膜技術(shù)來光掩膜襯底的正面(電路面)，這會保護(hù)電路部件