一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法与流程

本发明涉及12吋半导体晶棒金刚线领域，具体的说是一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法。

背景技术：

1、半导体晶圆是芯片制造的衬底材料，尤其是12吋半导体晶圆是高端芯片的主要材料，其制造过程：将多晶硅融化后通过单晶炉拉制成高品质单晶硅棒；将单晶硅棒经过截断、滚磨加工成12吋直径的晶棒；通过线切割将晶棒分割成硅片，硅片经过倒角、研磨、抛光等步骤，提高硅片表面平整度。

2、目前，12吋半导体晶棒常采用砂浆线或者金刚线切割的方式，其中，砂浆线切割12吋晶棒已得到广泛应用，金刚线切割6吋及6吋以下晶棒也已研发成功，但是，金刚线切割12吋晶棒处于研发初期。金刚线切割主要是利用金刚线上的金刚石粉高速撞击晶棒将其切割成硅片，12吋半导体晶棒金刚线切割相比砂浆线切割，具有以下优势：1)因为砂浆线切割产生的废砂浆处理越来越困难，不符合环保要求，而金刚线切割过程中使用的冷却液是纯水和少量金刚线切割液混合，顺应了环保的大趋势；2)切割成本降低40％以上；3)切割效率高，切割时间缩短30％以上；4)线损小，切片收率提升6％以上。

3、但是，金刚线切割12吋半导体晶圆时存在如下问题：不同于8吋和8吋以下的硅片，12吋半导体晶棒应用在高端芯片上，因此，对切割后硅片的表面形貌要求非常高，比如晶向、厚度均匀性、弯曲、翘曲等参数，这就要求在切割过程中金刚线的稳定性要好，散热要充分；而现有切割设备中的给水装置，一般都是处于晶棒两侧，朝向切割丝网提供冷却液，如图1所示，在实际中会导致线网的波动幅度大，造成切割后硅片表面形貌较差，当用于8吋及以下硅片切割时，并不会影响硅片的使用，但是在应用到12吋时，就会导致切割后的硅片表面形貌不合格。

4、12寸半导体晶棒在切割过程中最大的难点在于直径大，散热难，进而引起弯翘曲超标，为了解决这一问题，申请人此前已经申请了一项专利名称为“一种金刚线切割12吋半导体硅晶棒用喷淋系统及使用方法”的发明专利，申请号为cn202211262155.3，能够解决切割时散热问题的同时，有效减少了切割丝网的波动幅度，提升了切割后硅片的表面形貌参数。

5、现有技术中还公开了一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法的中国发明专利，申请号为202210307279.2。具体公开了金刚线切片机包括左右两个切割主辊和接片槽，接片槽包括用于盛装冷却液且设置在两个切割主辊之间的槽本体，槽本体包括左右布置的两个槽侧壁以及连接在两个槽侧壁之间的槽底壁，槽本体内于两个槽侧壁上分别固定有侧壁超声震板，槽本体内于槽底壁上固定有底壁超声震板。但是超声的原理是高频震动，在实施过程中，超声易把直径只有0.08mm的金刚线瞬间震断，即使没有震断也会引起高频震动，从而导致切割工作无法顺利进行。

6、本发明提供一种与现有技术不同的改进方案，以提高12寸半导体晶棒在切割过程中的散热效率，提高硅片成品的质量。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，以解决12寸半导体晶棒在切割过程中的不易散热，进而引起弯翘曲超标的技术问题。

2、为了解决以上技术问题，本发明采用的具体方案为：一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，首先将半导体晶棒安装于切割机金刚线网上方的工件板上；然后再下压工件板，同时切割机的绕线辊带动金刚线运动，对半导体晶棒进行切割；切割过程包括以下三个阶段：

3、s1、从切割开始直至切割深度达到第一预设深度时，保持接片槽的排水通道畅通，切割过程中由切割机的给水机构向金刚线供水；

4、s2、切割深度从第一预设深度直到第二预设深度的过程中，封堵接片槽的排水通道，使金刚线浸没于接片槽的冷却水中对半导体晶棒进行切割，并在切割过程中以先升后降的鼓泡压空压力向冷却水鼓泡；

5、s3、切割深度从第二预设深度直到切割完成时，停止向冷却水鼓泡，保持金刚线浸没于接片槽的冷却水中切割。

6、作为上述技术方案的进一步优化，第一预设深度为30mm，第二预设深度为180mm。

7、作为上述技术方案的进一步优化，当切割深度在30-180mm时，鼓泡压空压力为0.18～0.39mpa。

8、作为上述技术方案的进一步优化，

9、当切割深度在30-50mm时，鼓泡压空压力为0.18-0.22mpa；

10、当切割深度在50-80mm时，鼓泡压空压力为0.27-0.33mpa；

11、当切割深度在80-120mm时，鼓泡压空压力为0.33-0.39mpa；

12、当切割深度在120-150mm时，鼓泡压空压力为0.27-0.33mpa；

13、当切割深度在150-180mm时，鼓泡压空压力为0.18-0.22mpa。

14、作为上述技术方案的进一步优化，当切割深度在30-50mm时，鼓泡压空压力为0.2mpa；

15、当切割深度在50-80mm时，鼓泡压空压力为0.3mpa；

16、当切割深度在80-120mm时，鼓泡压空压力为0.35mpa；

17、当切割深度在120-150mm时，鼓泡压空压力为0.3mpa；

18、当切割深度在150-180mm时，鼓泡压空压力为0.2mpa。

19、作为上述技术方案的进一步优化，接片槽包括槽本体和设置在槽本体内的鼓泡气管，槽本体的槽壁上开设有排水通道，并活动设置有能够封堵排水通道的挡板。

20、作为上述技术方案的进一步优化，排水通道设置在在槽本体的一端或相对的两端。

21、作为上述技术方案的进一步优化，鼓泡气管设置在槽本体的底部及相对的两侧槽壁上，鼓泡气管上间隔设置有鼓泡口。

22、作为上述技术方案的进一步优化，鼓泡气管的直径为8mm，相邻鼓泡口之间的间距为30-50mm，鼓泡口的孔径为0.5-1mm。

23、作为上述技术方案的进一步优化，鼓泡气管与接片槽上边沿的距离50-230mm。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过控制向接片槽内的冷却水通入压缩空气进行鼓泡，通过鼓泡作业带动冷却液的流动，提高半导体晶棒在切割过程中的散热效率。

25、金刚线切割半导体晶棒制备硅片的过程中，会产生硅粉并在金刚线和硅片之间堆积，包裹住了金刚线表面的金刚线砂，降低了切割力，而鼓泡过程可以有效消除硅粉的堆积，增强切割力。

26、鼓泡如果流量过大，会造成液面波动较大，造成线网的波动也就越大，会影响硅片的ttv，造成厚薄片，通过采用本发明的切割方法，合理调整鼓泡压空压力，控制鼓泡量，达到散热和增加切割力的同时，又能保证ttv不受影响。

技术特征：

1.一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，首先将半导体晶棒(1)安装于切割机金刚线网(3)上方的工件板上；然后再下压工件板，同时切割机的绕线辊(5)带动金刚线运动，对半导体晶棒(1)进行切割；其特征在于，切割过程包括以下三个阶段：

2.根据权利要求1所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，第一预设深度为30mm，第二预设深度为180mm。

3.根据权利要求2所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，当切割深度在30-180mm时，鼓泡压空压力为0.18～0.39mpa。

4.根据权利要求3所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，当切割深度在30-50mm时，鼓泡压空压力为0.18-0.22mpa；

5.根据权利要求4所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，当切割深度在30-50mm时，鼓泡压空压力为0.2mpa；

6.根据权利要求1所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，接片槽(2)包括槽本体和设置在槽本体内的鼓泡气管(7)，槽本体的槽壁上开设有排水通道，并活动设置有能够封堵排水通道的挡板(6)。

7.根据权利要求6所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，排水通道设置在在槽本体的一端或相对的两端。

8.根据权利要求6所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，鼓泡气管(7)设置在槽本体的底部及相对的两侧槽壁上，鼓泡气管(7)上间隔设置有鼓泡口(8)。

9.根据权利要求6所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，鼓泡气管(7)的直径为8mm，相邻鼓泡口(8)之间的间距为30-50mm，鼓泡口(8)的孔径为0.5-1mm。

10.根据权利要求6所述的一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，其特征在于，鼓泡气管(7)与接片槽(2)上边沿的距离50-230mm。

技术总结
一种12吋半导体晶棒金刚线切割的方法，涉及12吋半导体晶棒金刚线领域，切割过程包括以下三个阶段：S1、从切割开始直至切割深度达到第一预设深度时，保持接片槽的排水通道畅通，切割过程中由切割机的给水机构向金刚线供水；S2、切割深度从第一预设深度直到第二预设深度的过程中，封堵接片槽的排水通道，使金刚线浸没于接片槽的冷却水中对半导体晶棒进行切割，并在切割过程中以先升后降的鼓泡压空压力向冷却水鼓泡；S3、切割深度从第二预设深度直到切割完成时，停止向冷却水鼓泡，保持金刚线浸没于接片槽的冷却水中切割。本发明用于解决12寸半导体晶棒在切割过程中的不易散热，进而引起弯翘曲超标的技术问题。

技术研发人员：张亮,胡晓亮,郭永伟,张倩,张昊,刘元涛,寇文杰
受保护的技术使用者：麦斯克电子材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12