CN112287543A - 一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，该方法通过将使用GaN材料生产晶圆时用到的所有参数进行DOE设计，分为贴膜、研磨和划片三个阶段，确定出三个阶段最优化的工艺条件，使得设计出的参数准确且适合生产条件，提高了良品率。
Description
【技术领域】
本发明属于晶圆加工领域，具体涉及一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法。
【背景技术】
氮化镓(GaN)材料是一种新型晶圆的材质，具有很强的压电性(非中心对称所致)和铁电性(沿六方c轴自发极化)的优点，特别是通过异质结的作用，其有效输运性能并不亚于GaAs，而制作微波功率器件的效果(微波输出功率密度上)还往往要远优于现有的一切半导体材料。
GaN材质在半导体封装研磨划片制程中因材质的特殊性，存在加工难点，易破片，良品率比较低。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，以解决现有技术中GaN材质在加工过程中，难度大，易破片，良品率低的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，包括以下步骤：
步骤1，根据已有的生产数据，确定生产过程的DOE矩阵，所述DOE矩阵的参数包括磨片胶膜、研磨轮、研磨参数和划片参数；
步骤2，根据DOE矩阵的参数，对氮化镓的测试片进行贴膜，贴膜后验证，确定出贴膜参数；
步骤3，根据DOE矩阵的参数，对氮化镓的测试片进行研磨验证，确定出研磨参数；
步骤4，根据DOE矩阵的参数，对氮化镓的测试片进行划片验证，确定出划片参数；
步骤5，基于上述的贴膜参数、研磨参数和划片参数生产氮化镓晶圆，当良品率达到100％时，确定上述的贴膜参数、研磨参数和划片参数为生产工艺参数。
本发明的进一步改进在于：
优选的，步骤2中，所述贴膜参数包括贴膜速度、贴膜压力、贴膜张力、工作台温度和刀片温度。
优选的，步骤2中，所述贴膜速度为5～20mm/sec，贴膜压力为0.56MPa，贴膜张力的主压力为0.56MPa、工作台温度为20℃-60℃，刀片温度为170℃。
优选的，步骤3中，研磨参数包括粗磨研磨速度、细磨研磨速度、主轴在粗磨和细磨时的转速、研磨细磨量和研磨轮型号。
优选的，步骤3中，粗磨分为三个阶段，第一阶段的速度为3-8um/s，第二阶段的速度为2-6um/s，第三阶段的速度为1-4um/s；细磨分为两个阶段，第一阶段的速度为0.2-0.8um/s，第二阶段的速度为0.1-0.6um/s。
优选的，步骤3中，主轴在粗磨时的转速为500-5000rpm，主轴在细磨时的转速为1000-5700rpm。
优选的，步骤4中，划片参数包括进刀速度、主轴转速、刀片切入量和水流量。
优选的，步骤4中，进刀速度为7-60mm/s；第一切刀的主轴转速为20000-55000rpm，第二切刀的主轴转速为20000-55000rpm。
优选的，步骤4中，第一切刀的切入厚度为晶圆厚度的1/3-2/3，第二切刀将晶圆切透后，切入胶膜15-40um。
优选的，步骤4中，水流量为0.6±0.3MΩ.cm2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，该方法通过将使用GaN材料生产晶圆时用到的所有参数进行DOE设计，分为贴膜、研磨和划片三个阶段，确定出三个阶段最优化的工艺条件，使得设计出的参数准确且适合生产条件，提高了良品率。
【附图说明】
图1为本发明的流程图；
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明公开了一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，获取GaN的测试片，确定DOE试验方案，以确定生产GaN晶圆时的磨片胶膜、研磨轮、研磨参数、划片参数和制程管控。
磨片胶膜的作用即正面保护膜，选择胶层厚、支撑性强、包裹性好的正面膜。
粗磨轮：颗粒度可选Disco 320#；细磨轮：颗粒度可选Disco 2000#、6000#、8000#。
步骤2，根据DOE矩阵，使用Nitto贴膜机针对GaN的测试片进行贴膜验证，得出适合此GaN片的贴膜工艺参数条件，所述工艺参数包括贴膜速度为5～20mm/sec，优选的为10mm/sec，贴膜的主压力为0.560MPa，优选的为80％，优选的压力A(0位置，40％)、压力B(45mm位置，50％)、压力C(90mm位置，60％)、压力D(135mm位置，50％)、压力E(180mm位置，40％)，优选的为80％，工作台温度为20℃-60℃，优选的为40℃，刀片的温度为170℃，下刀的角度为向内、向外和自由角度，优选的为自由角度。
步骤3，根据DOE矩阵，使用DISCO研磨机针对GaN的测试片进行研磨验证，得出适合此GaN片的研磨工艺条件，研磨过程分为粗磨和细磨，所述工艺参数包括研磨速度，粗磨分为三个阶段，第一阶段的速度为3-8um/s，第二阶段的速度为2-6um/s，第三阶段的速度为1-4um/s，细磨分为两个阶段，第一阶段的速度为0.2-0.8um/s，第二阶段的速度为0.1-0.6um/s，优选的粗磨三个阶段的速度依次为5um/s、3um/s和1um/s，细磨的两个阶段的转速分别为0.4um/s和0.3um/s，粗磨过程中主轴的转速为:4500-5000rpm，优选的为4800rpm，细磨过程中主轴的转速为1000-5700rpm，优选的为3500rpm，研磨细磨量为20μm-40μm,优选的为35um，粗磨轮的研磨轮型号的颗粒度选用320#；细磨轮的研磨轮型号的颗粒度选用6000#。
步骤4，根据DOE矩阵，使用DISCO划片机针对GaN的测试片进行划片工艺验证，得出适合此材质的划片工艺条件，划片过程包括两个划片刀具，分别为第一切刀和第二切刀，每一个切刀连接有一个主轴，第一切刀用于将晶圆切至其厚度的1/2-2/3，第二切刀用于将晶圆切透后切入胶膜中；切割过程中，两个划片刀具的进刀速度均为7-60mm/s，优选的25mm/s，第一切刀的主轴转速为20000-55000rpm，优选的转速为42000rpm，第二切刀的主轴转速为20000-55000rpm，优选的为35000rpm，第一切刀的切入产品厚度为产品厚度的1/3-2/3，优选的厚度为240um，第二切刀，将晶圆切透后，切入胶膜厚度15-40um，优选55um)、纯水的水流量为0.6±0.3MΩ.cm2，优选的为0.5MΩ.cm2。
步骤5，使用前面步骤2、步骤3和步骤4的最佳工艺参数进行正式晶圆小批量试产，跟进稳定性，计划跟进50片晶圆的加工，良率达到100％，可以满足正式量产；
步骤6，收集小批量试产的数据和管控要点，将工艺参数指定专用WI，更新在减划制程管控标准，过程问题更新在OCAP文件中，完善此类wafer材质的PFMEA文件。
表1下表为PFMEA表格
| 站别 | 验证项目 | 标准 | 取样量 |
| 贴膜 | 贴膜外观 | 无膜丝、气泡和褶皱 | 100％ |
| 减薄 | 研磨电流值 | 5-15A内 | 5个/片 |
| 减薄 | 厚度 | 研磨厚度±10um | 25个/组 |
| 减薄 | TTV | ≤5um | 25个/组 |
| 减薄 | 粗糙度 | Ra≤45nm | 5个/组 |
| 划片 | 刀片寿命 | 产品厚度+切入蓝膜+余量 | 100％ |
| 划片 | 正崩 | 不伤及最外层安全线 | 25个/组 |
| 划片 | 背崩 | 背崩高度＜1/2芯片厚度 | 25个/组 |
| 划片 | 侧崩 | 侧崩高度＜1/2芯片厚度 | 25个/组 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据已有的生产数据，确定生产过程的DOE矩阵，所述DOE矩阵的参数包括磨片胶膜、研磨轮、研磨参数和划片参数；
步骤2，根据DOE矩阵的参数，对氮化镓的测试片进行贴膜，贴膜后验证，确定出贴膜参数；
步骤3，根据DOE矩阵的参数，对氮化镓的测试片进行研磨验证，确定出研磨参数；
步骤4，根据DOE矩阵的参数，对氮化镓的测试片进行划片验证，确定出划片参数；
步骤5，基于上述的贴膜参数、研磨参数和划片参数生产氮化镓晶圆，当良品率达到100％时，确定上述的贴膜参数、研磨参数和划片参数为生产工艺参数。
2.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤2中，所述贴膜参数包括贴膜速度、贴膜压力、贴膜张力、工作台温度和刀片温度。
3.根据权利要求2所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤2中，所述贴膜速度为5～20mm/sec，贴膜压力为0.56MPa，贴膜张力的主压力为0.56MPa、工作台温度为20℃-60℃，刀片温度为170℃。
4.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤3中，研磨参数包括粗磨研磨速度、细磨研磨速度、主轴在粗磨和细磨时的转速、研磨细磨量和研磨轮型号。
5.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤3中，粗磨分为三个阶段，第一阶段的速度为3-8um/s，第二阶段的速度为2-6um/s，第三阶段的速度为1-4um/s；细磨分为两个阶段，第一阶段的速度为0.2-0.8um/s，第二阶段的速度为0.1-0.6um/s。
6.根据权利要求4所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤3中，主轴在粗磨时的转速为500-5000rpm，主轴在细磨时的转速为1000-5700rpm。
7.根据权利要求1所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤4中，划片参数包括进刀速度、主轴转速、刀片切入量和水流量。
8.根据权利要求7所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤4中，进刀速度为7-60mm/s；第一切刀的主轴转速为20000-55000rpm，第二切刀的主轴转速为20000-55000rpm。
9.根据权利要求7所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤4中，第一切刀的切入厚度为晶圆厚度的1/3-2/3，第二切刀将晶圆切透后，切入胶膜15-40um。
10.根据权利要求7所述的一种氮化镓晶圆生产工艺参数设计方法，其特征在于，步骤4中，水流量为0.6±0.3MΩ.cm2。
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